KR101150953B1

KR101150953B1 - Ring laser gyroscope and error estimation method for a ring laser gyroscope

Info

Publication number: KR101150953B1
Application number: KR1020090103982A
Authority: KR
Inventors: 심규민; 정태호
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2020-07-14

Abstract

The present invention relates to a ring laser gyroscope and an error estimation method thereof. The error estimation method thereof, which is a method of estimating a ring laser gyroscope including a ring laser resonator and an angular vibrator making angular vibrations on the ring laser resonator, includes the following steps of: detecting a sine signal and a cosine signal separately from interference of lights going in opposite directions; predicting the interference phase of the lights at a regression point of the angular vibrations by using one of the sine and cosine signals if the other one of the signals is a signal of which the size becomes zero at a position closer from the regression point of the angular vibrations; and estimating a lock-in error by using the predicted interference phase. Therefore, the error estimation method is capable of improving the precision of lock-in error estimation.

Description

링레이저 자이로스코프 및 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법{RING LASER GYROSCOPE AND ERROR ESTIMATION METHOD FOR A RING LASER GYROSCOPE}Ring laser gyroscope and error estimation method of ring laser gyroscope{RING LASER GYROSCOPE AND ERROR ESTIMATION METHOD FOR A RING LASER GYROSCOPE}

본 발명은 링레이저 자이로스코프의 락인 오차를 추정하는 방법 및 이를 구비하는 링레이저 자이로스코프에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating a lock-in error of a ring laser gyroscope and a ring laser gyroscope having the same.

자이로스코프는 물체의 회전을 측정하는 장치로서, 비행기의 관성 항법장치 등에 사용되는 중요한 센서이다. 자이로스코프에는 기계식 자이로스코프, 링레이저 자이로스코프 및 광섬유 자이로스코프 등이 있으며, 안정도 및 정확도 등에서 큰 이점을 가지는 링레이저 자이로스코프에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.A gyroscope is a device that measures the rotation of an object, and is an important sensor used in inertial navigation devices of airplanes. Gyroscopes include mechanical gyroscopes, ring laser gyroscopes, fiber optic gyroscopes, etc., and research and development of ring laser gyroscopes having great advantages in stability and accuracy are actively being conducted.

링레이저 자이로스코프는 링레이저 공진기 내부를 서로 반대 방향으로 진행하는 레이저 빛의 주파수가 회전에 의하여 서로 달라지는 현상을 이용한 회전검출 센서이다.The ring laser gyroscope is a rotation detection sensor using a phenomenon in which the frequency of laser light traveling in the ring laser resonator in opposite directions is changed by rotation.

그런데, 링레이저 자이로스코프에는 입력되는 회전 각속도가 임계값(약 0.1 seg/sec) 이하에서는 회전 각속도를 측정할 수 없는 락인(lock-in) 현상이 발생한다. 이에 따라, 상기 임계값 이하의 회전 각속도를 측정하기 위하여 링레이저 자이 로스코프에 인위적으로 큰 각속도를 입력하고, 링레이저 자이로스코프의 출력에서 상기 인위적으로 인가한 각속도에 대응되는 값을 제거하는 방법이 제안되었다. 일 예로, 스프링을 이용하여 링레이저 공진기를 각진동시키는 방법이 있다.However, in the ring laser gyroscope, a lock-in phenomenon in which the rotational angular velocity cannot be measured occurs when the input rotational angular velocity is less than or equal to a threshold (about 0.1 seg/sec). Accordingly, there is a method of inputting an artificially large angular velocity into the ring laser gyroscope and measuring a value corresponding to the artificially applied angular velocity from the output of the ring laser gyroscope in order to measure the rotational angular velocity below the threshold value. Was proposed. As an example, there is a method of angularly vibrating a ring laser resonator using a spring.

상기 각진동 운동은 정현파로서, 아주 짧은 시간이지만 각진동의 회귀점에서 속도(또는 진폭)가 락인 오차보다 작은 영역을 주기적으로 통과하게 되는데, 이 때마다 락인 오차들이 누적된다. 이러한 현상에 의한 오차를 랜덤윅이라고 하며, 이에 따라, 상기 랜덤웍을 개선하도록 상기 각진동의 회귀점에서의 오차추정 방법 및 이를 구비하는 링레이저 자이로스코프가 고려될 수 있다.The angular vibration motion is a sinusoidal wave, which is a very short time, but periodically passes through a region where the velocity (or amplitude) is smaller than the lock-in error at the regression point of the angular vibration, at which time lock-in errors accumulate. The error caused by this phenomenon is called a random wick, and accordingly, an error estimation method at a regression point of the angular vibration and a ring laser gyroscope having the same may be considered to improve the random walk.

본 발명의 일 목적은 링레이저 자이로스코프의 락인 오차를 보다 정밀하게 추정하는 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.One object of the present invention is to provide a method and apparatus for more accurately estimating the lock-in error of a ring laser gyroscope.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법은, 링레이저 공진기와 상기 링레이저 공진기를 각진동시키는 각진동기를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법에 있어서, 서로 반대 방향으로 진행하는 빛들의 간섭으로부터 사인 및 코사인 신호를 각각 검출하는 단계와, 상기 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 신호가 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나이면, 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 각진동의 회귀점에서 상기 빛들 의 간섭 위상을 예측하는 단계, 및 상기 예측된 간섭 위상을 이용하여 락인(lock-in) 오차를 추정하는 단계를 포함한다.In order to achieve such an object of the present invention, an error estimation method of a ring laser gyroscope according to an embodiment of the present invention, a ring laser gyro including a ring laser resonator and an angular vibrator angularly vibrating the ring laser resonator In the method of estimating an error in a scope, detecting a sine and cosine signal from interference of light traveling in opposite directions to each other, and a signal whose magnitude becomes zero at a position closer to the angular regression point is the sine and cosine signal. If any one of the above, using the other of the sine and cosine signal to predict the interference phase of the light at the regression point of the angular vibration, and estimate the lock-in error using the predicted interference phase It includes the steps.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 예측 단계는 제1 및 제2 예측 단계를 포함한다. 제1 예측 단계는 상기 각진동의 속도가 감소하는 영역에서 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 각진동의 회귀점에서 제1 간섭 위상을 예측한다. 제2 예측 단계는 상기 각진동의 속도가 증가하는 영역에서 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 각진동의 회귀점에서 제2 간섭 위상을 예측한다. 상기 락인 오차는 상기 각진동의 회귀점에서의 상기 제1 및 제2 간섭 위상의 차이가 될 수 있다.According to an example related to the present invention, the prediction step includes first and second prediction steps. The first prediction step predicts a first interference phase at a regression point of the angular vibration by using another one of the sine and cosine signals in a region in which the speed of the angular vibration decreases. In the second prediction step, the second interference phase is predicted at the regression point of the angular vibration using the other of the sine and cosine signals in the region where the speed of the angular vibration increases. The lock-in error may be a difference between the first and second interference phases at the regression point of the angular vibration.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 간섭 위상은 상기 각진동의 속도가 감소하는 영역과 증가하는 영역에서 서로 불연속되도록 연결되는 불연속 함수를 이용하여 예측된다. 상기 불연속 함수는 상기 각진동의 회귀점의 기준시간에 대한 상대 시간을 변수로 구비하는 이차 함수이며, 상기 기준시간은 상기 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나를 이용하여 산출될 수 있다.According to an example related to the present invention, the interference phase is predicted using a discontinuous function connected so as to be discontinuous to each other in a region in which the speed of the angular vibration decreases and an increase in the region. The discontinuous function is a quadratic function having a relative time to a reference time of the regression point of each vibration as a variable, and the reference time is any one of the sine and cosine signals whose magnitude becomes zero at a position closer to the regression point of each vibration. It can be calculated using one.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 링레이저 공진기와 상기 링레이저 공진기를 각진동시키는 각진동기를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정방법에 있어서 서로 반대 방향으로 진행하는 빛들의 간섭으로부터 사인 및 코사인 신호를 각각 검출하는 단계와, 상기 사인 및 코사인 신호 중 적어도 하나를 이용하여 상기 각진동의 속도가 증가하는 영역 및 감소하는 영역에서 각각 상기 각 진동의 회귀점에 대응하는 상기 빛들의 제1 및 제2 간섭 위상을 예측하는 단계와, 상기 제1 및 제2 간섭 위상을 이용하여 특정 시간동안 상기 각진동의 회귀점의 락인(lock-in) 오차를 추정하는 단계, 및 상기 특정 시간동안 추정된 락인 오차를 이용하여 주기함수를 모델링하는 단계를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법을 개시한다. 상기 예측 단계는, 상기 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 신호가 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나이면, 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 제1 및 제2 간섭 위상을 각각 예측하는 단계가 될 수 있다.In addition, the present invention, in order to realize the above object, in the error estimation method of a ring laser gyroscope including a ring laser resonator and an angular vibrator angularly vibrating the ring laser resonator, sine from interference of light traveling in opposite directions. And detecting the cosine signal, respectively, and using the at least one of the sine and cosine signals, the first and first of the lights corresponding to the regression points of the respective vibrations in an area in which the speed of the angular vibration increases and a decrease area, respectively. Estimating a second interference phase, estimating a lock-in error of the regression point of the angular vibration for a specific time using the first and second interference phases, and estimating the lock-in during the specific time Disclosed is a method for estimating an error of a ring laser gyroscope including modeling a periodic function using an error. In the predicting step, if a signal having a magnitude of zero at a position closer to the regression point of the angular vibration is any one of the sine and cosine signals, the first and second interference phases using the other of the sine and cosine signals Can be a step of predicting each.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 주기함수는 상기 제1 및 제2 간섭 위상 중 어느 하나를 변수로 구비하는 사인 함수가 될 수 있다.According to an example related to the present invention, the periodic function may be a sine function having any one of the first and second interference phases as a variable.

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 링레이저 자이로스코프를 개선한다. 링레이저 자이로스코프는 복수의 빛들을 서로 반대 방향으로 진행시키는 링레이저 공진기와, 상기 링레이저 공진기를 각진동시키는 각진동기와, 상기 빛들의 간섭으로부터 사인 및 코사인 신호를 각각 검출하는 광검출 다이오드와, 상기 사인 및 코사인 신호들을 이용하여 자이로스코프의 회전량을 산출하는 회전량 산출부와, 상기 각진동의 속도가 감소하는 영역 및 증가하는 영역에서 각각 상기 각진동의 회귀점에 대응하는 제1 및 제2 간섭 위상을 산출하고, 상기 제1 및 제2 간섭 위상의 차이로부터 락인 오차를 추정하는 오차 추정부를 포함한다. 상기 오차 추정부는 상기 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 신호가 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나이면, 상기 사인 및 코사인 신호 중 다 른 하나를 이용하여 상기 제1 및 제2 간섭 위상을 산출하도록 형성된다.In addition, the present invention improves the ring laser gyroscope in order to realize the above problems. The ring laser gyroscope includes a ring laser resonator that advances a plurality of lights in opposite directions, an angular oscillator that angularly vibrates the ring laser resonator, and a photodetection diode that detects sine and cosine signals from interference of the lights, respectively. A rotation amount calculating unit that calculates the rotation amount of a gyroscope using the sine and cosine signals, and first and second interferences corresponding to regression points of the angular vibration in regions in which the speed of the angular vibration decreases and increases, respectively. And an error estimator for calculating a phase and estimating a lock-in error from the difference between the first and second interference phases. The error estimating unit is the first and second interference phase using a different one of the sine and cosine signal if the signal having a magnitude of zero at a position closer to the regression point of the angular vibration is one of the sine and cosine signals. It is formed to calculate.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 링레이저 자이로스코프 및 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법은 사인 및 코사인 신호 중 락인 오차를 보다 정확하게 추정할 수 있는 신호를 선택하여 오차를 추정함에 따라, 락인 오차를 보다 정밀하게 추정한다. 또한 이를 통하여, 랜덤윅이 개선될 수 있다.The error estimation method of the ring laser gyroscope and the ring laser gyroscope according to the present invention configured as described above selects a signal that can more accurately estimate the lock-in error among the sine and cosine signals and estimates the error. Estimate more precisely. Also, through this, the random wick can be improved.

또한 본 발명은 특정 시간동안 추정된 락인 오차를 이용하여 주기함수를 모델링함에 따라, 보다 정밀하게 오차를 예측하는 오차예측 곡선을 생성할 수 있다. 이를 통하여, 링레이저 자이로스코프를 사용하는 관성항법장치의 초기정렬 및 순수항법오차의 개선이 구현될 수 있다.In addition, according to the present invention, as the periodic function is modeled using the lock-in error estimated for a specific time, an error prediction curve for predicting the error more accurately can be generated. Through this, an initial alignment of the inertial navigation system using a ring laser gyroscope and improvement of a pure navigation error can be implemented.

이하, 본 발명에 관련된 링레이저 자이로스코프 및 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.Hereinafter, an error estimation method of a ring laser gyroscope and a ring laser gyroscope according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In this specification, the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar configurations in different embodiments, and the description is replaced with the first description. As used herein, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 링레이저 자이로스코프(100)의 개념도이고, 도 2는 도 1의 공진기 각진동에 의한 링레이저 출력 형태를 나타내는 그래프이다.1 is a conceptual diagram of a ring laser gyroscope 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph showing a ring laser output form by angular vibration of the resonator of FIG. 1.

도 1을 참조하면, 링레이저 자이로스코프(100)는 링레이저 공진기(110), 광 검출 다이오드(120), 각진동기(130), 회전량 산출부(140) 및 오차추정부(150)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the ring laser gyroscope 100 includes a ring laser resonator 110, a light detection diode 120, an angular vibrator 130, a rotation amount calculator 140, and an error estimator 150. do.

링레이저 공진기(110)는 레이저 소스(미도시)에서 발생한 레이저 빛(101)을 서로 반대 방향으로 진행시키도록 형성된다. 링레이저 공진기(110)는 공진기 블록(111), 반사경(112) 및 프리즘(113)을 포함한다.The ring laser resonator 110 is formed to advance the laser lights 101 generated from a laser source (not shown) in opposite directions. The ring laser resonator 110 includes a resonator block 111, a reflector 112, and a prism 113.

반사경(112)은 복수로 구비되며, 복수의 반사경(112)은 공진기 블록(111)의 내부에서 서로 반대 방향으로 진행하는 복수의 레이저 빛(101)이 각각 폐경로를 이루도록 배치된다. 반사경(112) 중 어느 하나에는 프리즘(113)이 장착된다.A plurality of reflectors 112 are provided, and the plurality of reflectors 112 are arranged such that a plurality of laser lights 101 traveling in opposite directions from each other inside the resonator block 111 form a closed path. A prism 113 is mounted on any one of the reflectors 112.

도시한 바와 같이, 서로 반대 방향으로 진행하는 빛의 일부는 프리즘(113)이 장착된 반사경(112)을 통하여 프리즘(113)의 내부로 투과된다. 프리즘(113)은 내부로 투과된 빛을 모아주도록 이루어진다. 모아진 두 빛은 주파수 차이에 의하여 맥놀이 형상을 이루며, 이는 링레이저 공진기(110)의 회전에 비례하는 속도로 이동하는 간섭무늬를 형성한다.As illustrated, a portion of the light traveling in opposite directions is transmitted through the reflector 112 on which the prism 113 is mounted and into the prism 113. The prism 113 is made to collect light transmitted through the inside. The two collected light forms a pulsation shape due to the frequency difference, which forms an interference pattern moving at a speed proportional to the rotation of the ring laser resonator 110.

광검출 다이오드(120)는 상기 간섭무늬를 검출하도록 복수로 구비된다. 복수의 광검출 다이오드(121, 122)은 거리가 상기 간섭무늬의 1/4 파장이 되도록 분리된다. 구체적으로, 각각의 광검출 다이오드(121, 122) 및 AC 증폭기(123, 124)를 통하여 90도 위상 차이를 가지는 사인 및 코사인 신호(102, 103)를 검출한다.The photodetection diode 120 is provided in plurality to detect the interference fringe. The plurality of photodetection diodes 121 and 122 are separated such that the distance is 1/4 wavelength of the interference fringe. Specifically, the sine and cosine signals 102 and 103 having a phase difference of 90 degrees are detected through the photodetection diodes 121 and 122 and the AC amplifiers 123 and 124, respectively.

자이로스코프(100)의 회전에 의하여 공진기(110)가 회전하게 되면 사인 신호(102)와 코사인 신호(103)의 주파수가 증가하며, 회전 방향이 변경되면 사인 신호(102)와 코사인 신호(103)의 위상이 반전된다.When the resonator 110 rotates by the rotation of the gyroscope 100, the frequencies of the sine signal 102 and the cosine signal 103 increase, and when the rotation direction is changed, the sine signal 102 and the cosine signal 103 Phase is reversed.

각진동기(130)는 링레이저 공진기(110)를 각진동시키도록 형성된다. 본 도면을 참조하면, 각진동기(130)는 비틀림 스프링이 될 수 있으며, 공진기(110)와 연결되어 공진기(110)에 최대속도가 약 100deg/sec이고 주파수가 수백 헤르츠(Hz)인 정현파 각진동을 인가시킨다. 예를 들어, 비틀림 스프링과 공진기(110)가 이루는 진동체의 Q-factor는 약 100 이상이 될 수 있으며, 이를 통하여 각진동 운동은 일그러짐이 거의 없는 정현파 운동을 하게 된다.The angular vibrator 130 is formed to angularly vibrate the ring laser resonator 110. Referring to this drawing, the angular vibrator 130 may be a torsional spring, and connected to the resonator 110, the sine wave angular vibration with a maximum speed of about 100 deg/sec and a frequency of several hundred hertz (Hz) in the resonator 110 Is applied. For example, the Q-factor of the vibrating body formed by the torsion spring and the resonator 110 may be about 100 or more, and through this, the angular vibration motion is a sinusoidal motion with little distortion.

도 2를 참조하면, 광 다이오드 출력신호인 사인 및 코사인 신호(102, 103, 도 1 참조)는 인가된 공진기 각진동(104)의 변화에 따라, 고주파와 저주파를 반복하는 출력신호(201)로 나타난다. 공진기 각진동(104)은 각진동의 속도가 감소하는 영역 및 증가하는 영역으로 구획되며, 출력신호(201)는 각진동의 각속도가 일시적으로 영이 되는 각진동의 회귀점(각진동의 영점)에서 도시한 바와 같이 형태가 변하게 된다.Referring to FIG. 2, the sine and cosine signals 102 and 103, which are output signals of the photodiode, are output signals 201 that repeat high and low frequencies according to changes in the angular vibration 104 of the applied resonator. appear. The angular vibration 104 of the resonator is divided into a region in which the speed of angular vibration decreases and an increasing region, and the output signal 201 is as shown at a regression point (zero point of angular vibration) of angular vibration where the angular velocity of each vibration is temporarily zero. The shape changes.

다시 도 1을 참조하면, 회전량 산출부(140)는 사인 및 코사인 신호(102, 103)를 이용하여 자이로스코프의 회전량을 산출한다.Referring to FIG. 1 again, the rotation amount calculating unit 140 calculates the rotation amount of the gyroscope using the sine and cosine signals 102 and 103.

링레이저의 출력 방정식은 아래 식 (1)과 같이 표현된다.The output equation of the ring laser is expressed as Equation (1) below.

Ψ: 공진기 내부에서 서로 반대 방향으로 진행하는 빛간의 위상차이(맥놀이 위상)Ψ: Phase difference between light traveling in opposite directions inside the resonator (pulse phase)

Scf: 공진기의 길이 등에 의하여 자이로스코프의 출력으로 환산되는 계수Scf: coefficient converted to the output of the gyroscope according to the length of the resonator, etc.

Ω: 입력 각속도Ω: Input angular velocity

Ω_L: 락인 크기Ω _L : Lock-in size

β: 두 빛간의 위상차이가 검출되는 시점에서 오프셋(offset)으로 가지고 있는 위상차이(온도영향 등 자이로스코프의 구조변화에 따라 서서히 변화되는 계수)β: The phase difference that is held as an offset at the time when the phase difference between two lights is detected (coefficient that gradually changes according to the structure change of the gyroscope such as temperature effect)

Ω_d(ξ): 시간 t에 따라서 변동되는 공진기 각진동 속도Ω _d (ξ): angular vibration speed of the resonator that changes with time t

또한, Ω_d(ξ)는 아래 식 (2)와 같은 관계를 갖는다.In addition, Ω _d (ξ) has the same relationship as the following equation (2).

Ω_dm(ξ): 공진기 각진동 회귀점에서 발생하는 오차의 누적을 방지하기 위하여 불규칙적으로 변경되는 공진기 각진동의 최대속도Ω _dm (ξ): Maximum speed of angular vibration of the resonator that is changed irregularly to prevent accumulation of errors at the angular regression point of the resonator

ω_d: 공진기 각진동 주파수ω _d : Resonator angular vibration frequency

도 1을 참조하면, 오차 추정부(150)는 각진동의 속도가 감소하는 영역 및 증가하는 영역에서 각각 상기 각진동의 회귀점에 대응하는 제1 및 제2 간섭 위상을 산출하고, 상기 제1 및 제2 간섭 위상의 차이로부터 락인 오차(lock-in)를 추정한다. 구체적으로, 제1 간섭 위상은 속도가 감소하는 영역의 회귀점에서의 맥놀이 위상이 될 수 있으며, 속도가 감소하는 영역의 데이터를 이용하여 산출된다. 제2 간섭 위상은 속도가 증가하는 영역의 회귀점에서의 맥놀이 위상이 될 수 있으며, 속도가 증가하는 영역의 데이터를 이용하여 산출된다.Referring to FIG. 1, the error estimator 150 calculates first and second interference phases corresponding to the regression points of the angular vibrations in regions in which the velocity of the angular vibrations decreases and increases, respectively. 2 The lock-in is estimated from the difference of the interference phases. Specifically, the first interference phase may be a pulsation phase at a regression point of a region in which the velocity decreases, and is calculated using data of a region in which the velocity decreases. The second interference phase may be a pulsation phase at a regression point of an area in which the speed increases, and is calculated using data of an area in which the speed increases.

공진기 각진동(104)은 각진동기(130)의 각진동 속도가 락인(lock-in)보다 작 은 시점(각진동의 회귀점)이 주기적으로 발생함에 따라, 다음 식 (3)과 같은 크기의 랜덤윅(RW)이 발생한다.As the angular vibration 104 of the resonator periodically occurs when the angular vibration speed of the angular vibrator 130 is smaller than the lock-in (regression point of angular vibration), the randomness of the following equation (3) Wick (RW) occurs.

λ: 레이저 파장λ: laser wavelength

L: 폐경로 길이L: Closed path length

A: 폐경로가 이루는 면적A: Area of closed path

상기 랜덤윅(RW) 오차가 크면 클수록 항법장치의 초기정렬시간이 길게 요구되며, 순수항법 오차가 증가된다.The larger the random wick (RW) error is, the longer the initial alignment time of the navigation device is required, and the pure navigation error is increased.

오차 추정부(150)는 상기 랜덤윅(RW) 오차를 보정하기 위하여 락인 오차를 추정한다. 오차 추정부(150)는 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 진폭이 영이 되는 신호가 상기 사인 및 코사인 신호(102, 103) 중 어느 하나이면, 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 제1 및 제2 간섭 위상을 산출하도록 형성된다.The error estimator 150 estimates a lock-in error to correct the random wick (RW) error. The error estimator 150, if the signal at which the amplitude becomes zero at a position closer to the regression point of each vibration is any one of the sine and cosine signals 102 and 103, the error is calculated using the other of the sine and cosine signals. It is formed to calculate the first and second interference phases.

이하, 상기 링레이저 자이로스코프를 구현할 수 있는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an error estimation method of a ring laser gyroscope capable of implementing the ring laser gyroscope will be described.

도 3은 본 발명과 관련한 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 4는 도 3의 오차추정 방법을 개념을 나타내는 개념도이고, 도 5 는 도 3의 오차추정 방법에 의한 오차 추정의 일예를 나타내는 개념도이며, 도 6a 내지 도 6d는 도 3의 오차추정 방법에 의하여 추정한 오차값과 이론적인 계산값의 비교도이다.3 is a flowchart illustrating an error estimation method of a ring laser gyroscope according to the present invention, FIG. 4 is a conceptual diagram showing a concept of the error estimation method of FIG. 3, and FIG. 5 is an error estimation method using the error estimation method of FIG. 3 It is a conceptual diagram showing an example, and FIGS. 6A to 6D are comparison diagrams of an error value estimated by the error estimation method of FIG. 3 and a theoretical calculated value.

도 3을 참조하면, 링레이저 공진기와 상기 링레이저 공진기를 각진동시키는 각진동기를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법은, 먼저 서로 반대 방향으로 진행하는 빛들의 간섭으로부터 사인 및 코사인 신호를 각각 검출한다(S100).Referring to FIG. 3, a method for estimating an error of a ring laser gyroscope including a ring laser resonator and an angular vibrator that angularly vibrates the ring laser resonator is to first detect a sine and cosine signal from interference of light traveling in opposite directions. It is detected (S100).

사인 및 코사인 신호는 빛들의 간섭 무늬로부터 광검출 다이오드를 이용하여 검출될 수 있다.The sine and cosine signals can be detected using a photodetection diode from the interference fringes of the lights.

다음은, 상기 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 신호가 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나이면, 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 각진동의 회귀점에서 상기 빛들의 간섭 위상을 예측한다(S200).Next, if a signal having a magnitude of zero at a position closer to the regression point of the angular vibration is any one of the sine and cosine signals, interference of the lights at the regression point of the angular vibration using another of the sine and cosine signals The phase is predicted (S200).

본 도면을 참조하면, 예측 단계(S200)는 판별 단계(S210), 제1 예측 단계(S220) 및 제2 예측 단계(S230)를 포함한다.Referring to this drawing, the prediction step S200 includes a determination step S210, a first prediction step S220, and a second prediction step S230.

판별 단계(S210)는 각진동의 회귀점으로부터 가장 가까운 신호가 사인 및 코사인 신호 중 어느 것인지를 판별한다. 예를 들어, 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 신호를 검출하고, 이 때 검출된 신호가 각진동의 회귀점으로부터 가장 가까운 신호가 된다.The determining step S210 determines which of the sine and cosine signals is the closest signal from the regression point of each vibration. For example, a signal having a magnitude of zero is detected at a position closer to the regression point of each vibration, and the detected signal at this time becomes the signal closest to the regression point of each vibration.

각진동은 속도가 감소하는 영역과 속도가 증가하는 영역으로 구획되며, 속도가 감소하는 영역과 증가하는 영역이 만나는 각진동의 회귀점에서는 락인 오차가 발생하게 된다. 락인 오차는 속도가 감소하는 영역에서 각진동 회귀점의 맥놀이 위 상과 속도가 증가하는 영역에서 각진동 회귀점의 맥놀이 위상간의 차이로 정의될 수 있다.The angular vibration is divided into an area where the speed decreases and an area where the speed increases, and a lock-in error occurs at the regression point of the angle vibration where the area where the speed decreases and the area where the speed increases. The lock-in error can be defined as the difference between the pulsation phase of the angular vibration regression point in the region where the speed decreases and the pulsation phase of the angular vibration regression point in the region where the velocity increases.

제1 예측 단계(S220)는 상기 각진동의 속도가 감소하는 영역에서 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나(즉, 각진동의 회귀점으로부터 보다 먼 위치에서 크기가 영이 되는 신호)를 이용하여 상기 각진동의 회귀점에서 제1 간섭 위상을 예측한다.The first prediction step (S220) uses the other of the sine and cosine signals in the region where the speed of the angular vibration decreases (that is, a signal whose magnitude becomes zero at a position farther from the regression point of the angular vibration). At this point, the first interference phase is predicted.

제2 예측 단계(S230)는 상기 각진동의 속도가 증가하는 영역에서 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나(즉, 각진동의 회귀점으로부터 보다 먼 위치에서 크기가 영이 되는 신호)를 이용하여 상기 각진동의 회귀점에서 제2 간섭 위상을 예측한다.In the second prediction step (S230 ), the regression of the angular vibration is performed using another one of the sine and cosine signals (ie, a signal whose magnitude is zero at a position farther from the regression point of the angular vibration) in the region where the speed of the angular vibration increases. At this point, the second interference phase is predicted.

도 4를 참조하면, 사인 및 코사인 신호는 복수의 영점통과점들(신호의 진폭이 영이 되는 시점)을 구비하며, 제1 및 제2 예측 단계(S220, S230)은 각각 상기 각진동의 회귀점에서 보다 먼 위치에서 크기가 영이 되는 신호의 두 영점통과점을 이용하여 제1 및 제2 간섭 위상을 예측할 수 있다.Referring to FIG. 4, the sine and cosine signals have a plurality of zero-passing points (times when the amplitude of the signal becomes zero), and the first and second prediction steps S220 and S230 are respectively performed at the regression point of the angular vibration. The first and second interference phases can be predicted using two zero-pass points of a signal whose magnitude becomes zero at a farther position.

구체적으로 도 4를 참조하면, 제1 간섭 위상은 각진동 회귀점 t₀에서의 출력 ψ_b0가 되며, ψ_b0는 속도가 감소하는 영역(401)에서 사인 신호(202) 및 코사인 신호(203)의 영점통과시점(크기가 영이되는 시점) t_b1, t_b2, t_b3, ... , t_bn을 이용하여 예측된다.Specifically, referring to FIG. 4, the first interference phase becomes the output ψ _b0 at the angular vibration regression point t ₀ , and ψ _b0 is the sine signal 202 and the cosine signal 203 in the region 401 in which the speed decreases. Is predicted using t _b1 , t _b2 , t _b3 , ..., t _bn .

제2 간섭 위상은 각진동 회귀점 t₀에서의 출력 ψ_a0이 되며 ψ_a0는 속도가 증 가하는 영역(402)에서 사인 신호(202) 및 코사인 신호(203)의 영점통과시점 t_a1, t_a2, t_a3, ... , t_an을 이용하여 과거시점 t₀에서의 출력으로 추정된다.The second interference phase becomes the output ψ _a0 at the angular vibration regression point t ₀ , and ψ _a0 is the zero pass point t _a1 , t _a2 of the sine signal 202 and the cosine signal 203 in the region 402 where the speed increases. , t _a3 , ..., t _an is estimated as the output at the past time t ₀ .

예를 들어, 각진동 회귀점에서 가장 가까운 신호가 사인 신호이면, 각진동 회귀점 이전의 코사인 신호의 두 점을 곡선 접합하여 ψ_b0를 계산하고, 각진동 회귀점 이후의 코사인 신호의 두 점을 곡선 접합하여 ψ_a0를 계산한다.For example, if the signal closest to the angular oscillation regression point is a sine signal, psi _b0 is calculated by curve-joining two points of the cosine signal before the angular oscillation regression point, and the two points of the cosine signal after the angular oscillation regression point are Ψ _a0 is calculated by curve joining.

다시 도 3을 참조하면, 추정 단계(S300)는 상기 간섭 위상을 이용하여 락인(lock-in) 오차를 추정한다. 상기 락인 오차는 상기 각진동의 회귀점에서의 상기 제1 및 제2 간섭 위상의 차이(ΔΨ)가 될 수 있다. 예를 들어, ψ_b0 및 ψ_a0의 차이로 부터 ΔΨ를 추정한다.Referring back to FIG. 3, the estimation step S300 estimates a lock-in error using the interference phase. The lock-in error may be a difference (ΔΨ) of the first and second interference phases at the regression point of the angular vibration. For example, ΔΨ is estimated from the difference between ψ _b0 and ψ _a0 .

이하, 본 발명에서 제안하는 사인 및 코사인 신호를 선택적으로 이용하여 락인 오차를 추정하는 방법의 효과에 대하여 설명한다.Hereinafter, the effect of the method for estimating the lock-in error by selectively using the sine and cosine signals proposed in the present invention will be described.

링레이저 자이로스코프의 비선형적인 출력방정식 식 (1)을 이용하여 링레이저 자이로스코프의 출력을 발생시키고, 락인이 없을 때의 출력을 제거하면, 아래 식 (4)와 같이 이론적 락인 오차 Ψ_error를 계산할 수 있다.If the output of the ring laser gyroscope is generated using the nonlinear output equation (1) of the ring laser gyroscope and the output when there is no lock-in is removed, the theoretical lock-in error Ψ _error is calculated as shown in the following equation (4). Can.

락인 오차 Ψ_error는 이론에 근거한 오차로서, 각진동 회귀점에서 주로 발생되고 각진동 최대속도 Ω_dm(ξ)를 불규칙적으로 변화시키면서 발생된 오차를 통계적으 로 처리하면, 식 (3)에서와 같은 결과를 얻을 수 있다.The lock-in error Ψ _error is a theory-based error, which occurs mainly at the angular vibration regression point, and statistically processes the error generated while changing the maximum angular vibration speed Ω _dm (ξ), as shown in Equation (3). You can get results.

그러나, 도 4 및 도 5에 나타난 맥놀이 신호를 살펴보면, 링레이저 자이로스코프의 맥놀이 신호에는 맥놀이 신호주기에 따라 나타나는 위상 오차가 존재하며, 위상 오차의 크기와 주기는 입력각속도가 작아짐에 따라, 즉 정현파 회귀점에 근접하면서 증가하고, 회귀점을 통과하면서 락인 오차가 발생하고, 통과후 멀어지면서 위상오차의 크기와 주기가 감소한다. 또한 위상오차의 크기와 주기는 회귀점을 중심으로 대칭된다.However, when looking at the pulse signal shown in FIGS. 4 and 5, there is a phase error that appears according to the pulse signal period in the pulse signal of the ring laser gyroscope, and the magnitude and period of the phase error are smaller as the input angular velocity, that is, sinusoidal wave. As it approaches the regression point, it increases, and as it passes through the regression point, a lock-in error occurs, and after passing, the magnitude and period of the phase error decrease. Also, the magnitude and period of the phase error are symmetrical around the regression point.

또한 사인 신호(202)와 코사인 신호(203)를 동시 사용시 두 신호간 위상이 정확히 90도를 이루지 않았을 경우 발생하는 시점 측정오차가 오차 추정에 영향을 미치게 된다. 이에 반해, 도 5에 도시된 바와 같이, 사인 신호(202)와 코사인 신호(203)가 각각 영점을 통과하는 시간은 측정가능하며, 그 때마다 맥놀이 위상은 π만큼 변화한다.In addition, when using the sine signal 202 and the cosine signal 203 at the same time, the timing measurement error that occurs when the phase between the two signals is not exactly 90 degrees affects error estimation. On the other hand, as shown in FIG. 5, the time at which the sine signal 202 and the cosine signal 203 each pass through the zero point is measurable, and each time the pulse beat phase changes by π.

즉, 본 발명에서 제안한 사인 신호와 코사인 신호의 선택적 사용은 락인 오차의 추정 정밀도를 향상시킨다.That is, the selective use of the sine signal and the cosine signal proposed in the present invention improves the estimation accuracy of lock-in error.

도 6a는 사인 신호만을 이용하여 추정한 락인 오차값(602)와 이론값(601)과 비교를 나타내고, 도 6b는 코사인 신호만을 이용하여 추정한 락인 오차값(603)을 이론값(601)과 비교한 그래프이다. 본 도면들을 참조하면, 락인 오차값들(602, 603)은 각각 일부의 영역(612, 613)에서 비교적 정확하나 나머지 영역에서는 정확도가 떨어진다.6A shows a comparison between the lock-in error value 602 and the theoretical value 601 estimated using only the sine signal, and FIG. 6B shows the lock-in error value 603 estimated using only the cosine signal and the theoretical value 601 It is a comparison graph. Referring to these figures, the lock-in error values 602 and 603 are relatively accurate in some areas 612 and 613, respectively, but are less accurate in the remaining areas.

도 6c는 사인 신호와 코사인 신호를 선택적으로 사용한 경우에 락인 오차값 들(602, 603)과 이론값(601)을 비교한 그래프이며, 이로부터 사인 신호와 코사인 신호를 선택적으로 사용한 경우에는 추정오차가 감소됨을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 사인 신호와 코사인 신호 중 각진동의 회귀점으로부터 먼 위치의 신호에서 두 개의 영점통과시점을 이용하여 락인 오차값들(602, 603)을 추정한 것이다.6C is a graph comparing the lock-in error values 602 and 603 with the theoretical value 601 when the sine signal and the cosine signal are selectively used, from which the estimated error when the sine signal and the cosine signal are selectively used It can be seen that is decreased. More specifically, the lock-in error values 602 and 603 are estimated using two zero-passing points in a signal located at a position far from the regression point of each vibration among the sine signal and the cosine signal.

도 6d는 락인을 변화시키면서 발생하는 링레이저 자이로의 랜덤윅을 나타낸 것으로서, 각진동의 회귀점에서 발생하는 오차를 보상하지 않은 경우(621), 사인 신호 및 코사인 신호를 함께 이용하여 오차를 보상한 경우(622)에 비하여 사인 신호 및 코사인 신호를 선택적으로 사용하여 오차를 보상한 경우(623)가 랜덤윅이 감소함을 알 수 있다.Figure 6d shows the random wick of the ring laser gyro generated while changing the lock-in, when the error occurring at the regression point of each vibration is not compensated (621), when the error is compensated by using a sine signal and a cosine signal together It can be seen that the random wick decreases when the error is compensated by selectively using the sine signal and the cosine signal compared to (622).

이하, 각진동의 회귀점으로부터 가장 가까운 신호에 따라, 사인 및 코사인 신호 중 하나를 이용하여 락인 오차를 추정하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of estimating the lock-in error using one of the sine and cosine signals according to the signal closest to the regression point of each vibration will be described in more detail.

간섭 위상은 각진동의 속도가 감소하는 영역과 증가하는 영역에서 서로 불연속되도록 연결되는 불연속 함수를 이용하여 예측된다.The interference phase is predicted using a discontinuous function that is connected so that the angular vibrations are discontinuous to each other in a region where the velocity decreases and an region where the velocity increases.

불연속 함수는 속도가 감소하는 영역과 증가하는 영역의 각 맥놀이 신호를 접합한 접합 곡선에 대한 함수이며 아래 식 (5)로 나타내어 진다.The discontinuity function is a function of a junction curve in which each pulsation signal of a region in which the velocity decreases and an region in which the velocity is increased is represented by the following equation (5).

불연속 함수는 상기 각진동의 회귀점의 기준시간에 대한 상대 시간을 변수로 구비하는 이차 함수이며, 오차예측곡선을 형성할 수 있다.The discontinuous function is a quadratic function having a relative time to the reference time of the regression point of each vibration as a variable, and can form an error prediction curve.

예를 들면, 각진동의 회귀점으로부터 가장 가까운 신호가 사인 신호이면 각 진동의 속도가 감소하는 영역에서, 코사인 신호값들과 각 상대 시간들을 식 (5)에 대입하여 Ψ_b0과 C값을 구하고, 각진동의 속도가 증가하는 영역에서, 코사인 신호값들과 각 상대 시간들을 식 (4)에 대입하여 Ψ_a0과 C값을 구하는 것이다.For example, if the signal closest from the regression point of each vibration is a sine signal, in the region where the speed of each vibration decreases, substitute the cosine signal values and respective relative times in equation (5) to obtain Ψ _b0 and C values, In the region where the speed of angular vibration increases, Ψ _a0 and C values are obtained by substituting cosine signal values and respective relative times into equation (4).

보다 구체적으로, 각진동의 속도가 감소하는 영역에서 코사인 신호 두 값과 각 상대 시간들을 식(5)에 대입하여 Ψ_b0과 C_b값을 다음과 같이 구한다.More specifically, in the region where the speed of angular _vibration decreases, the values of Ψ _b0 and C _b are obtained as follows by substituting two values of the cosine signal and respective relative times into equation (5).

그리고, 각진동의 크기가 증가하는 영역에서 코사인 신호 두 값과 그 상대 시간들을 식(5)에 대입하여 Ψ_a0과 C_a값을 다음과 같이 구한다.Then, in the region where the magnitude of angular vibration increases, the values of Ψ _a0 and C _a are obtained as follows by substituting two values of the cosine signal and their relative times into equation (5).

이 때에, 상기 기준시간은 상기 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나를 이용하여 각진동의 회귀점을 통과하기 전의 상기 사인 또는 코사인 신호가 영점을 통과하는 시점과 각진동 회귀점을 통과한 후의 신호간의 중심점으로 정한다.At this time, the reference time is the sine or cosine signal before passing through the regression point of each vibration by using any one of the sine and cosine signal of zero magnitude at a position closer than the regression point of the angular vibration passes the zero point It is defined as the center point between the starting point and the signal after passing the angular vibration regression point.

이하, 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법의 다른 일 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, another embodiment of an error estimation method of a ring laser gyroscope will be described.

도 7은 본 발명과 관련한 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법을 나타내는 흐름도이고, 도 8a는 각진동 회귀점에서의 맥놀이 위상과 오프셋 위상의 개념도이고, 도 8b는 도 7의 오차추정 방법에 의하여 추정되는 오차의 크기를 나타내는 시뮬레이션 결과이며, 도 9는 도 7의 주기함수에 의하여 나타나는 오차예측곡선의 개념도이다.7 is a flowchart illustrating an error estimation method of a ring laser gyroscope according to the present invention, FIG. 8A is a conceptual diagram of a pulsation phase and an offset phase at an angular vibration regression point, and FIG. 8B is estimated by the error estimation method of FIG. 7 9 is a conceptual diagram of an error prediction curve represented by the periodic function of FIG. 7.

링레이저 공진기와 상기 링레이저 공진기를 각진동시키는 각진동기를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차 추정방법은 먼저, 서로 반대 방향으로 진행하는 빛들의 간섭으로부터 사인 및 코사인 신호를 각각 검출한다(A100).The error estimation method of a ring laser gyroscope including a ring laser resonator and an angular vibrator that angularly vibrates the ring laser resonator, first detects sine and cosine signals from interference of light traveling in opposite directions (A100).

다음은, 상기 사인 및 코사인 신호 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 각진동의 속도가 증가하는 영역 및 감소하는 영역에서 각각 상기 각진동의 회귀점에 대응하는 상기 빛들의 제1 및 제2 간섭 위상을 예측한다(A200).Next, using at least one of the sine and cosine signals, the first and second interference phases of the lights corresponding to the regression point of the angular vibration are respectively predicted in the region where the speed of the angular vibration increases and the region decreases. (A200).

상기 예측 단계(A200)는 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 신호가 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나이면, 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 제1 및 제2 간섭 위상을 각각 예측하는 단계가 될 수 있다.In the prediction step (A200), when the signal having a magnitude of zero at a position closer to the regression point of each vibration is one of the sine and cosine signals, the first and second interferences are performed using the other of the sine and cosine signals. It may be a step of predicting each phase.

다음은, 상기 제1 및 제2 간섭 위상을 이용하여 특정 시간동안 상기 각진동의 회귀점의 락인(lock-in) 오차를 추정하고(A300), 상기 특정 시간동안 추정된 락인 오차를 이용하여 주기함수를 모델링한다(A400).Next, the lock-in error of the regression point of the angular vibration is estimated for a specific time using the first and second interference phases (A300), and the periodic function is used using the estimated lock-in error during the specific time. Model (A400).

링레이저 자이로스코프의 출력 오차는 주로 각진동 회귀점 t₀에서 발생하고, 그 크기는 도 8a와 같이 ψ₀의 위상과 오프셋 위상 β에 따라서 그 크기가 주기적으로 달라진다. 도 8b는 오프셋 위상 β가 특정 값을 가질 때의 일 예를 나타낸 것으로 사인 신호와 코사인 신호를 선택적으로 사용한 경우에 오차값(810)과 이론값(801)을 나타내는 그래프이다. 이로부터 주기함수가 모델링된다.The output error of the ring laser gyroscope mainly occurs at the angular vibration regression point t ₀ , and the magnitude thereof periodically varies depending on the phase of ψ ₀ and the offset phase β as shown in FIG. 8A. 8B shows an example when the offset phase β has a specific value, and is a graph showing the error value 810 and the theoretical value 801 when a sine signal and a cosine signal are selectively used. From this, the periodic function is modeled.

각진동 회귀점에서 발생하는 오차의 크기는 각진동 회귀점에서의 위상 ψ₀의 변화에 의해서 최대값 ΔΨ_max를 가지고 2π 주기로 변화되며, 위상은 오프셋 위상 β에 따라 달라짐을 고려하여 주기함수가 모델링된다.The magnitude of the error that occurs at the angular vibration regression point is changed in 2π cycles with the maximum value ΔΨ _max by the change of the phase ψ ₀ at the angular vibration regression point, and the phase function is modeled considering that the phase varies with the offset phase β do.

주기함수는 상기 제1 및 제2 간섭 위상 중 어느 하나를 변수로 구비하는 사인 함수가 될 수 있다. 구체적으로, 주기함수는 아래 식 (6)과 같이 모델링될 수 있다.The periodic function may be a sine function having one of the first and second interference phases as a variable. Specifically, the periodic function can be modeled as in Equation (6) below.

φ: 오차의 오프셋 위상φ: offset phase of error

마지막으로, 주기함수를 이용하여 락인 오차를 추정한다(A500). 주기함수를 이용하여 락인 오차를 추정하는 방법을 보다 구체적으로 설명한다.Finally, the lock-in error is estimated using the periodic function (A500). A method of estimating the lock-in error using the periodic function will be described in more detail.

각진동 회귀점에의 맥놀이 위상과 이 때의 추정오차들 (ψ_0,ΔΨ)의 집합을 특정시간 동안 모집한다. 특정시간은, 예를 들어 수 초 또는 수십 초가 될 수 있다. 맥놀이 위상과 추정오차들의 분포를 이용하여 도 9에 나타나는 ±ΔΨ_max의 값 (901, 902)를 추정하고, 오프셋 위상(φ, 903)를 산출한다.The pulsation phase at the angular vibration regression point and the set of estimated errors at this time (ψ _0, ΔΨ) are recruited for a specific time. The specific time can be, for example, several seconds or tens of seconds. Using the distribution of the pulsation phase and the estimated errors, the values (901, 902) of ±ΔΨ _max shown in FIG. 9 are estimated, and an offset phase (φ, 903) is calculated.

특정시간 후의 각진동 회귀점에서의 오차 ΔΨ는 상기 식에 의하여 계산되어 진다. 이 때에, ψ₀는 속도가 감소하는 영역의 ψ_b0 또는 속도가 증가하는 영역의 ψ_a0가 될 수 있다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, ψ₀는 직접 측정되어 질 수 있다.The error ΔΨ at the angular vibration regression point after a specific time is calculated by the above equation. At this time, ψ ₀ may be ψ _{b0 in} an area in which the speed decreases or ψ _a0 in an area in which the speed increases. However, the present invention is not limited to this, and ψ ₀ can be measured directly.

다시 도 7을 참조하면, 주기함수는 업데이트 될 수 있다(A600). 이를 통하여, 주변 환경이나 온도에 따라서 락인의 크기나 오프셋 위상의 변화가 발생하는 것을 주기함수에 반영시킬 수 있다.Referring to FIG. 7 again, the periodic function may be updated (A600). Through this, it is possible to reflect the change in the size of the lock-in or the offset phase according to the surrounding environment or temperature in the periodic function.

나아가, 본 실시예에서의 오차추정방법은 락인 오차를 추정하는 다른 방법, 예를 들어 도 3을 참조하여 설명한 오차추정방법 등으로 추정된 각진동 회귀점에서의 오차와 비교하여 오차를 보정하는 방법으로 확장될 수 있다.Further, the error estimation method in this embodiment is a method of correcting the error by comparing with the error at the angular vibration regression point estimated by another method of estimating the lock-in error, for example, the error estimation method described with reference to FIG. 3. Can be extended to

상기와 같은 링레이저 자이로스코프 및 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The error estimation method of the ring laser gyroscope and the ring laser gyroscope as described above is not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the above embodiments are all or part of each embodiment so that various modifications can be made. It may be configured in an optional combination.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 링레이저 자이로스코프의 개념도.1 is a conceptual diagram of a ring laser gyroscope according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 공진기 각진동에 의한 링레이저 출력 형태를 나타내는 그래프.2 is a graph showing a ring laser output form by angular vibration of the resonator of FIG. 1;

도 3은 본 발명과 관련한 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법을 나타내는 흐름도.Figure 3 is a flow chart showing the error estimation method of the ring laser gyroscope according to the present invention.

도 4는 도 3의 오차추정 방법을 개념을 나타내는 개념도.4 is a conceptual diagram illustrating the concept of the error estimation method of FIG. 3.

도 5는 도 3의 오차추정 방법에 의한 오차 추정의 일예를 나타내는 개념도.5 is a conceptual diagram showing an example of error estimation by the error estimation method of FIG. 3.

도 6a 내지 도 6d는 도 3의 오차추정 방법에 의하여 추정한 오차값과 이론적인 계산값의 비교도.6A to 6D are comparison diagrams of an error value estimated by the error estimation method of FIG. 3 and a theoretical calculated value.

도 7은 본 발명과 관련한 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법을 나타내는 흐름도.7 is a flowchart showing an error estimation method of a ring laser gyroscope according to the present invention.

도 8a는 각진동 회귀점에서의 맥놀이 위상과 오프셋 위상의 개념도.8A is a conceptual diagram of the pulsating phase and the offset phase at the angular vibration regression point.

도 8b는 도 7의 오차추정 방법에 의하여 추정되는 오차의 크기를 나타내는 시뮬레이션 결과.8B is a simulation result showing the magnitude of the error estimated by the error estimation method of FIG. 7.

도 9는 도 7의 주기함수에 의하여 나타나는 오차예측곡선의 개념도.9 is a conceptual diagram of an error prediction curve represented by the periodic function of FIG. 7;

Claims

링레이저 공진기와 상기 링레이저 공진기를 각진동시키는 각진동기를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법에 있어서,In the error estimation method of a ring laser gyroscope comprising a ring laser resonator and an angular vibrator for angular vibration of the ring laser resonator,

서로 반대 방향으로 진행하는 빛들의 간섭으로부터 사인 및 코사인 신호를 각각 검출하는 단계;Detecting sine and cosine signals from interference of light traveling in opposite directions, respectively;

상기 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 신호가 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나이면, 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 각진동의 회귀점에서 상기 빛들의 간섭 위상을 예측하는 단계; 및If a signal having a magnitude of zero at a position closer to the regression point of the angular vibration is one of the sine and cosine signals, the interference phase of the lights is predicted at the regression point of the angular vibration using the other of the sine and cosine signals. To do; And

상기 예측된 간섭 위상을 이용하여 락인(lock-in) 오차를 추정하는 단계를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법.A method of estimating an error of a ring laser gyroscope, comprising estimating a lock-in error using the predicted interference phase.

제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 예측 단계는,The prediction step,

상기 각진동의 속도가 감소하는 영역에서 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 각진동의 회귀점에서 제1 간섭 위상을 예측하는 제1 예측 단계; 및A first prediction step of predicting a first interference phase at a regression point of the angular vibration by using another one of the sine and cosine signals in a region in which the speed of the angular vibration decreases; And

상기 각진동의 속도가 증가하는 영역에서 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 각진동의 회귀점에서 제2 간섭 위상을 예측하는 제2 예측 단 계를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법.And a second prediction step of predicting a second interference phase at a regression point of the angular vibration by using another one of the sine and cosine signals in an area where the speed of the angular vibration increases.

제2항에 있어서,According to claim 2,

상기 락인 오차는 상기 각진동의 회귀점에서의 상기 제1 및 제2 간섭 위상의 차이인 것을 특징으로 하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법.The lock-in error is a difference between the first and second interference phase at the regression point of the angular vibration, the error estimation method of the ring laser gyroscope.

제1항에 있어서,According to claim 1,

상기 간섭 위상은 상기 각진동의 속도가 감소하는 영역과 증가하는 영역에서 서로 불연속되도록 연결되는 불연속 함수를 이용하여 예측되는 것을 특징으로 하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법.The interference phase is estimated by using a discontinuous function connected so as to be discontinuous to each other in a region in which the speed of the angular vibration decreases and an increase in the error estimation method of the ring laser gyroscope.

링레이저 공진기와 상기 링레이저 공진기를 각진동시키는 각진동기를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차 추정방법에 있어서,In the error estimation method of a ring laser gyroscope comprising a ring laser resonator and an angular vibrator for angular vibration of the ring laser resonator,

상기 사인 및 코사인 신호 중 적어도 하나를 이용하여, 상기 각진동의 속도가 증가하는 영역 및 감소하는 영역에서 각각 상기 각진동의 회귀점에 대응하는 상기 빛들의 제1 및 제2 간섭 위상을 예측하는 단계;Predicting first and second interference phases of the lights corresponding to a regression point of the angular vibration, respectively, in an area in which the speed of the angular vibration increases and a decrease area, using at least one of the sine and cosine signals;

상기 제1 및 제2 간섭 위상을 이용하여 특정 시간동안 상기 각진동의 회귀점의 락인(lock-in) 오차를 추정하는 단계; 및Estimating a lock-in error of the regression point of the angular vibration for a specific time using the first and second interference phases; And

상기 특정 시간동안 추정된 락인 오차를 이용하여 주기함수를 모델링하는 단계를 포함하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법.A method for estimating an error of a ring laser gyroscope, comprising modeling a periodic function using the lock-in error estimated for the specific time.

제5항에 있어서,The method of claim 5,

상기 주기함수는 상기 제1 및 제2 간섭 위상 중 어느 하나를 변수로 구비하는 사인 함수인 것을 특징으로 하는 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법.The periodic function is a sine function having any one of the first and second interference phases as a variable, the error estimation method of a ring laser gyroscope.

제5항에 있어서,The method of claim 5,

상기 예측 단계는,The prediction step,

상기 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 신호가 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나이면, 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 제1 및 제2 간섭 위상을 각각 예측하는 단계인 링레이저 자이로스코프의 오차추정 방법.Predicting the first and second interference phases using the other of the sine and cosine signals, respectively, if the signal having a magnitude of zero at a position closer to the regression point of the angular vibration is one of the sine and cosine signals, respectively. In-ring laser gyroscope error estimation method.

복수의 빛들을 서로 반대 방향으로 진행시키는 링레이저 공진기;A ring laser resonator that advances a plurality of lights in opposite directions;

상기 링레이저 공진기를 각진동시키는 각진동기;An angular vibrator angularly vibrating the ring laser resonator;

상기 빛들의 간섭으로부터 사인 및 코사인 신호를 각각 검출하는 광검출 다이오드;A photodetection diode that detects a sine and cosine signal from interference of the lights, respectively;

상기 사인 및 코사인 신호를 이용하여 자이로스코프의 회전량을 산출하는 회전량 산출부;A rotation amount calculating unit for calculating the rotation amount of the gyroscope using the sine and cosine signals;

상기 각진동의 속도가 감소하는 영역 및 증가하는 영역에서 각각 상기 각진동의 회귀점에 대응하는 제1 및 제2 간섭 위상을 산출하고, 상기 제1 및 제2 간섭 위상의 차이로부터 락인 오차를 추정하는 오차 추정부를 포함하고,An error for calculating first and second interference phases corresponding to a regression point of the angular vibration in an area in which the speed of the angular vibration decreases and an increasing area, and estimating a lock-in error from the difference between the first and second interference phases, respectively. Including the estimation unit,

상기 오차 추정부는,The error estimation unit,

상기 각진동의 회귀점으로부터 보다 가까운 위치에서 크기가 영이 되는 신호가 상기 사인 및 코사인 신호 중 어느 하나이면, 상기 사인 및 코사인 신호 중 다른 하나를 이용하여 상기 제1 및 제2 간섭 위상을 산출하는 것을 특징으로 하는 링레이저 자이로스코프.When the signal having a magnitude of zero at a position closer to the regression point of the angular vibration is one of the sine and cosine signals, the first and second interference phases are calculated using the other of the sine and cosine signals. Ring laser gyroscope.