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Line-of-Sight 안정화 시스템을 위한 저가형 광자이로스코프 구현
Implementation of a Low-cost Fiber Optic Gyroscope for a Line-of-Sight Stabilization System 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.21 no.2, 2015년, pp.168 - 172  

윤영규 (화진기업) ,  이상민 (화진기업) ,  김재형 (창원대학교 제어계측공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In general, open-loop fiber-optic gyroscopes (FOG) are less stable than closed-loop FOGs but they offer simpler implementation. The typical operation time of line-of-sight (LOS) stabilization systems is a few seconds to one hour. In this paper, a open-loop fiber optic gyroscope (FOG) for LOS applica...

주제어

#gyroscope   #line of sight stabilization   #FOG   #fiber otic gyroscope  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 Θε = 0 가 되도록 제어하고 동기 복조하기 위한 알고리즘 설계 및 구현에 대하여 연구하였다.
  • 본 논문에서는 100M의 광섬유 코일을 이용하여 0.03deg/#h 이하의 ARW와 0.2 5deg/h ( 1σ ) 이하의 바이어스 안정도 그리고 500ppm (1σ) 이하의 SF 오차를 가지는 광자이로스코프를 설계 및 제작하는 것을 목표로 하였다.
  • LOS 안정화 시스템에서는 약 수 초에서 최대 한 시간 이내에서의 안정성이 매우 중요하다[2]. 본 논문에서는 Line-of-Sight 안정화 시스템에 적용하기 위한 소형, 저가의 광자이로스코프를 설계 및 구현에 관하여 기술한다.
  • 하지만 개루프 구조에서 높은 안정도를 가지려면 환경 변화에 따른 전기적 및 광학적 특성 변화를 보상하는 제어 알고리즘이 적용되어야 한다. 본 논문에서는 짧은 광섬유를 소형 스풀(spool)에 권선하여 사용하는 한편 동기검파 및 변조지수 제어 알고리즘과 같은 디지털 신호처리 적용하여 Line-of-Sight 안정화 시스템을 위한 광자이로스코프를 설계및 구현하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Sagnac 위상을 측정하는 방법은 어떻게 분류되는가? 광자이로스코프는 광섬유 감지 코일을 서로 반대방향으로 전파하는 두 개의 광 신호 사이에 발생된 Sagnac 위상 차를 이용하여 회전율을 측정하는 센서이다[3,4]. Sagnac 위상을 측정하는 방법은 위상을 직접 측정을 하는 개루프 (open loop) 방식[5]과 위상변조기를 이용하여 위상을 영으로 보상하는 폐루프(closed loop) 방식[6]으로 분류 할 수 있다. 폐 루프 방식은 보정계수(Scale Factor : SF)가 광자이로스코프의 전기적 회로 특성에 무관하고 광원의 파장과 FOG의 구조에만 의존하기 때문에 매우 안정적인 보정계수안정도를 가진다.
광자이로스코프란? 광자이로스코프는 광섬유 감지 코일을 서로 반대방향으로 전파하는 두 개의 광 신호 사이에 발생된 Sagnac 위상 차를 이용하여 회전율을 측정하는 센서이다[3,4]. Sagnac 위상을 측정하는 방법은 위상을 직접 측정을 하는 개루프 (open loop) 방식[5]과 위상변조기를 이용하여 위상을 영으로 보상하는 폐루프(closed loop) 방식[6]으로 분류 할 수 있다.
Line-of-Sight(LOS) 안정화 시스템이 활용되고 있는 분야는? Line-of-Sight(LOS) 안정화 시스템[1]은 매우 다양한 분야에서 응용되고 있다. 예를 들면 안테나 안정화 장치, 무인기(UAV), 조준경안정화 시스템 등 산업용 및 군용 장비의 고성능화에 필수적인 시스템이 되고 있다. 이러한 안정화 시스템에는 낮은 ARW(Angle Random Walk)와 높은 바이어스 안정도 그리고 넓은 대역폭을 가지는 고도의 안정된 자이로스코프(FOG: Fiber Optic Gyroscope)가 필수 구성 요소이다.
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참고문헌 (10)

  1. P. Kennedy, "Line of sight stabilization primer," 1st Ed., www.lineofsightstabilization.com, 2013 

  2. R. Yahalom, B. Moslehi, L. Oblea, V. Sotoudeh, and J. C. Ha, "Low-cost, compact fiber-optic gyroscope for super stable line-of-sight stabilization," IEEE Proceeding of Position Location and Navigation Symposium, pp. 180-186, May 2010. 

  3. R. Ulrich, "Fiber optic rotation sensing with low drift," Optic Letters, vol. 5, no. 5, pp. 173-175, 1980. 

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  4. G. A. Pavlath, "Fiber-optic gyroscope," IEEE Conference Proceedings on Lasers and Electro-Optics Society Annual Meeting, vol. 2, pp. 237-238, 1994. 

  5. K. D. LaViolette and F. B. Bossler, "Phase modulation control for an interferometric fiber optic gyroscope," IEEE Proceeding of Position Location and Navigation Symposium, pp. 29-30, May 1990. 

  6. R. F. Chahil and E. Udd, "Phase nulling fiber optic laser gyro," Optic Letters, vol. 4, no. 3, pp. 93-95, 1979. 

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  7. S. Xiaowu, L. Cheng, and M. Caihong, "The new demodulate technology of fiber optics gyroscope," Proceedings of the 3rd World Congress on Intelligent Control and Automation, vol. 2, pp. 1416-1419, 2000. 

  8. IEEE Standard 952-1997 (R2008), "IEEE Standard Specification Format Guide and Test Procedure for Single-Axis Interferometric Fiber Optic Gyros," IEEE-SA Standards Board, Sep. 1997. 

  9. K. H. Chong and K. T. Chong, "Analysis of deadzone error by electrical cross-coupling on a closed-loop fiber optic Gyroscope," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 20, no. 4, pp. 437-442, 2014 

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  10. J. Jin, H. Choi, H. Yoon, D. Kim, and S. Sarapulov, "Dynamic models of hemispherical resonator Gyros abd tests of basic control characteristics," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 19, no. 10, pp. 947-945, 2013. 

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