In this paper we confirm the relation between the phases and phase errors of the beat signal at the lock-in region of the amplitude modulation type ring laser gyroscope by numerical calculation. Based on this facts, we, numerically, study the envelopes and magnitudes of the dither noise for statistically summing out the beat signal phase error, and we, experimently, confirm these numerical results. As a result, we find that the dither noise requires the increase gradient and the decrease gradient of the dither amplitudes, and those gradients should be combined with white noise. The magnitude of the dither noise which is satisfied with these requirements should be more than 5 percents of the average dither amplitude.
In this paper we confirm the disappearance of dynamic lock-in simply by increasing the dither noise magnitude of the ring laser gyroscope by numerical and experimental method. After that, we numerically study the relation between the dither noise forms and scale factor non-linearities by comparing those of the two case outputs which are individually generated by operating with the two types of dither noise forms. The first one is the simple form composed of consecutive alternations of the random increasing and decreasing parts but maximum and minimum dither envelopes are scarcely changeable. And the second one is similar to the first one but maximum and minimum dither envelopes are randomly changable. As a result, we find that the scale factor non-linearity could be improved by the second one. And we confirm those results by experimental measurements.
본 논문에서는 몸체진동형 링레이저 자이로에서 레이저 공진기에 인가되는 입력 각속도가 lock-in 영역에 있을 때 발생하는 맥놀이신호 위상오차의 크기는 맥놀이신호의 위상에 관계된다는 것을 수치해석적인 계산을 통하여 확인하였다. 그리고 그 오차가 누적되지 않고 통계적 평균값이 영이 되도록 하기 위하여 몸체진동의 진폭을 변화시키는 몸체진동잡음 인가방식에 대한 요구조건을 연구하였다. 그 결과 몸체진동잡음에는 진폭을 증가시키고 감소시키는 진폭경사가 필요하고 여기에 유사 백색잡음을 첨가해주어야 하며 진폭경사의 기울기 및 진폭의 최대값과 최소값을 불규칙적으로 변화시켜야 됨을 알 수 있었다. 그리고 이러한 조건을 만족하는 것과 그렇지 않은 몸체진동잡음을 이용하여 자이로를 동작시키면서 주변온도의 변화에 의하여 나타나는 출력변화를 비교함으로서 몸체진동잡음에 의하여 오차가 누적되는 특성을 확인하였다.
Some nonlinearities in feedback control systems, such as relay servo, Coulomb friction, saturating amplifier of backlash in gears cause some undesirable effects. These may be static errors, limit cycles or jump phenomena. So, linearizing method of these nonlinearities using dither signals was first suggested by Loeb. He pointed out that the addition of high frequency signal to either the input or the output of a nonlinear system would make the nonlinear performance approximate the performance of linear systems. He used high-frequency sinusoidal wave as dither signal. But, in this thesis, general method of analysis is suggested for nonlinear control systmes using various dither signals, such as noise signal of Gaussian amplitude distribution, sinusoidal dither signal and sawtooth dither signal. Also, the advantage and disadvantage of these dither signals are compared. Throughout the analysis statistical method is adopted and lastly analog computer is used for the experiment of various nonlinear systems using dither signals.
본 논문에서는 몸체진동형 링레이저 자이로에서 몸체진동을 검출하기 위한 각속도 센서 출력을 V-F 변환하여 링레이저 출력에서 몸체진동에 의한 출력을 제거하는 dither-stripping 방법에 대하여 논의하였다. Dither-stripping에서는 V-F 출력펄스와 링레이저 출력펄스간의 환산계수를 산출하는 방법과 V-F 출력펄스의 offset를 보정해주는 방법이 중요하다. 각속도 센서의 출력을 V-F 변환하여 dither-stripping하는 경우에는 offset을 보정하는 과정에서 몸체진동의 진폭잡음에 의한 자이로 출력의 오차가 크게 발생한다. 우리는 V-F 출력펄스를 미분하여 offset을 제거하는 방법을 고안하였다. 이를 위해서는 각속도 센서의 출력을 90deg 위상 이동시켜서 각도신호를 만들고 V-F 변환해야 하며 링레이저 출력의 위상도 샘플링의 반주기만큼 이동시켜야 한다. 그리고 두 펄스간의 환산계수는 분산을 이용하여 산출하였다. 이러한 각도신호 미분방식의 dither-stripping에 의하여 개선된 결과를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 채널에서 발생되는 부호간 간섭을 줄이기 위한 적응 등화 알고리즘에서 dither 신호를 이용하는 DSE-MMA와 DQE-MMA 의 등화 성능을 비교하였다. 이들 알고리즘은 기존 MMA의 연산량을 줄이기 위하여 등장하였으며, 적응을 위한 오차 신호를 얻는 과정에서 dither 신호를 부가한 후 1 또는 N 비트의 양자화를 수행함으로서 양자화 오차 성분이 independent and identical 분포하도록 하여 적응 알고리즘의 robustness 성능을 개선할 수 있지만 정상 상태에서 MSE 성능이 열화된다. 논문에서는 동일한 채널과 신호대 잡음비에서 동일한 개념의 dithering에 의한 DSE-MMA와 DQE-MMA의 적응 등화 성능을 시뮬레이션을 통해 직접 비교하였다. 시뮬레이션 결과 DQE-MMA가 수렴 속도를 제외한 모든 성능 지수의 잔여량에서 DSE-MMA보다 우월함을 확인하였다.
RLG(Ring Laser Gyroscope) is a main device of LINS(Laser Inertial Navigation System). RLG has the lock-in region in which there is no output signal. To alleviate the lock-in problem, a mechanical oscillation, the dither motion, is applied on RLG. A LPF(Low Pass Filter) is usually used on the output of RLG and accelerometer to remove the noise that is made by the dither motion. When the LINS is induced the disturbance during the initial alignment, it takes more time on alignment due to the use of the LPF and a fixed gain controller. In this paper, an initial alignment using UKF(Unscented Kalman Filter) is designed and analysed. Analysis include comparison between conventional initial alignment loop using fixed gain type controller and proposed initial alignment using UKF. Moreover, Disturbance inducing test results are demonstrated.
본 논문에서는 MMA 적응 등화 알고리즘의 연산량을 간략화시킨 DSE-MMA (Dithered Signed-Error MMA)와 QE-MMA (Quantized-Error MMA) 의 적응 등화 성능을 비교하였다. DSE-MMA 알고리즘에서는 적응 등화기의 탭 계수 갱신을 위한 오차 신호와의 승산 부분에서 극성만을 고려하며 dithered signal을 이용하여 잡음에 대한 robustness를 개선하지만, QE-MMA 알고리즘에서는 오차 신호의 비선형 power-of-two 양자화 연산을 수행한 후 이의 극성만을 이용하므로 H/W 응용을 쉽게 한다. 이들 알고리즘을 동일 채널의 환경에 적용하여 등화기 출력 신호 성상도, 수렴 특성을 나타내는 잔류 isi, 최대 찌그러짐과 MSE 및 알고리즘의 외부 잡음에 대한 강인성을 나타내는 SER을 비교하였다. 시뮬레이션 결과 SER의 제외한 나머지 성능에서 QE-MMA가 DSE-MMA보다 우월하며, SER에서는 dither 신호에 의하여 DSE-MMA가 우월함을 알 수 있었다.
본 논문에서는 비코히어런트 방식의 시간분할 조만 동기추적루프에 속하는 타우진동루프의 최적 설계를 위한 대역통과필터의 대역폭에 대하여 고찰하였다. NRZ 데이터의 경우 이상적 대역통과 필터를 채용한 비코히어런트 TDL의 제곱손실 및 최소의 동기추적지터를 구하였다. 또한 이를 이용하여 최적의 3dB 대역통과필터 대역폭을 주어진 데이터율과 데이터 신호대잡음비에 대해 계산하였다. 결과로서 이상적 대역통과 필터의 경우 최적의 대역폭은 주어진 신호대잡음비에 따라 데이터율의 약 1-2배의 범위 내에 존재함을 알 수 있었다.
본 논문은 채널에서 발생되는 비선형 찌그러짐에 의한 부호간 간섭을 줄이기 위하여 dithering에 의한 QE-MMA 적응 등화 알고리즘의 robustness 성능 개선에 관한 것이다. QE-MMA는 기존 SE-MMA에서 오차 신호의 크기를 power-of-two 연산을 적용하여 탭 계수 갱신시 필요한 승산을 천이로 대체하여 H/W 응용을 용이하도록 등장하였으나, 이로 인한 적응 등화 성능이 열화된다. 이를 개선하기 위하여 제안 방식인 DQE-MMA (Dithere Quantized Error-MMA)에서는 power-of-two 연산의 전 단계에서 일정한 통계 특성을 갖는 dither 신호를 부가한다. 동일한 채널과 신호대 잡음비에서 제안 방식인 DQE-MMA가 기존 QE-MMA보다 개선된 robustness 성능을 얻을 수 있음을 시뮬레이션으로 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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