特許 5955449 ビーム・ステアリング素子のフィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5955449

(24)【登録日】2016年6月24日

(45)【発行日】2016年7月20日

(54)【発明の名称】ビーム・ステアリング素子のフィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャ

(51)【国際特許分類】

   H04N 5/232 20060101AFI20160707BHJP

   G03B 5/00 20060101ALI20160707BHJP

【ＦＩ】

   H04N5/232 Z

   G03B5/00 J

【請求項の数】23

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2015-500479(P2015-500479)

(86)(22)【出願日】2013年3月8日

(65)【公表番号】特表2015-519767(P2015-519767A)

(43)【公表日】2015年7月9日

(86)【国際出願番号】US2013029911

(87)【国際公開番号】WO2013138186

(87)【国際公開日】20130919

【審査請求日】2014年11月12日

(31)【優先権主張番号】61/610,837

(32)【優先日】2012年3月14日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503455363

【氏名又は名称】レイセオン カンパニー

(73)【特許権者】

【識別番号】514232432

【氏名又は名称】ウォルター・ダブリュー・ノーマン

【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＭＡＮ，Ｗａｌｔｅｒ Ｗ．

(73)【特許権者】

【識別番号】514232421

【氏名又は名称】デイビッド・イー・ノーマン

【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＭＡＮ，Ｄａｖｉｄ Ｅ．

(73)【特許権者】

【識別番号】514232410

【氏名又は名称】デイビッド・エイ・クリューバー

【氏名又は名称原語表記】ＫＬＵＶＥＲ，Ｄａｖｉｄ Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ウォルター・ダブリュー・ノーマン

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド・イー・ノーマン

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド・エイ・クリューバー

【審査官】 ▲徳▼田 賢二

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２５８６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０１０１３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３５４９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２５０１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００９３７３９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００５５４１３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−３３３３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 ZDENEK HURAK，2010 49TH IEEE CONFERENCE ON DECISION AND CONTROL，IEEE，２０１０年１２月１５日，P1639-1643

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｎ ５／２３２

Ｇ０３Ｂ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャの方法であって、前記方法は：
受け取った慣性データ入力から角度及び速度のコマンドを生成するステップと；
前記角度コマンドを、適切なオーダー位置ループに与えて、中間結果を生成するステップと；
角度フィードバックを微分して、速度フィードバックを生成するステップと；並びに
前記中間結果、速度コマンド、及び速度フィードバックを、適切なオーダー速度ループに与えて、トルク・コマンドを生成するステップと、
を含み、
前記適切なオーダー速度ループは、前記適切なオーダー位置ループの内部にネストされ、
前記生成されるトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かし、前記電気光学的センサの視線を、前記受け取った慣性データ入力を近似する角度の分だけ偏向させる、該方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
前記受け取った慣性データ入力が慣性角度入力であり、
前記角度及び速度のコマンドを生成するステップが、前記慣性角度入力を微分して速度を生成するステップを含み、
前記速度コマンドは、前記生成される速度に基づいて生成される、該方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、
前記受け取った慣性データ入力が慣性速度入力であり、
前記角度及び速度のコマンドを生成するステップが前記慣性速度入力を積分して角度を生成するステップを含み、
前記角度コマンドは、前記生成される角度に基づいて生成される、該方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、
前記角度コマンドを与えるステップが、
前記角度コマンドと、前記角度フィードバックとの差を算出してエラー・シグナルを生成するステップと；及び、
前記エラー・シグナルを、前記適切なオーダー位置ループ・コントローラーを通して処理し、前記中間結果を生成するステップと
を含む該方法。

【請求項5】

請求項１に記載の方法であって、
前記中間結果、速度コマンド、及び速度フィードバックを、前記適切なオーダー速度ループに与えるステップが、
速度コマンドと、速度フィードバックと中間結果とを組み合わせて速度エラー・シグナルを生成するステップであって、前記トルク・コマンドは、前記生成される速度エラー・シグナルに基づいて生成されるステップと；、並びに
前記速度エラー・シグナルを、前記適切なオーダー速度ループ・コントローラーを通して処理し、前記トルク・コマンドを生成するステップと
を含む該方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、前記適切なオーダー位置ループ及び適切なオーダー速度ループは、比例積分コントロール・ループ、比例微分、比例積分微分コントロール・ループ又はこれらの組み合わせである該方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法であって、前記ビーム・ステアリング素子は、反射による設計又は屈折による設計のうちいずれか１つである該方法。

【請求項8】

請求項７に記載の方法であって、前記反射による設計のビーム・ステアリング素子は、２軸の高速ステアリング・ミラーを含む該方法。

【請求項9】

請求項７に記載の方法であって、前記屈折による設計のビーム・ステアリング素子は、リズレープリズムを含む該方法。

【請求項10】

請求項１に記載の方法であって、更に以下のステップを含む方法：
角度フィードバックを、角度に基づいて生成するステップであって、前記角度は、渦電流センサ、線形可変差動変圧器又は光学式エンコーダを用いて直接測定された角度であるステップ；及び
前記測定された角度を微分して速度フィードバックを生成するステップ。

【請求項11】

請求項１に記載の方法であって、更に以下のステップを含む方法：
前記ビーム・ステアリング素子を前記トルク・コマンドに基づいて動かすステップ。

【請求項12】

フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャのシステムであって、前記システムは：
生成モジュールであって、角度及び速度のコマンドを、受け取った慣性データ入力から生成するように設計された生成モジュールと；
位置ループ・モジュールであって、前記生成モジュールに通信可能に接続され、前記角度コマンドを、適切なオーダー位置ループへ与えて、中間結果を生成するように設計された位置ループ・モジュールと；
微分モジュールであって、角度フィードバックを微分して速度フィードバックを生成するように設計された微分モジュールと；
速度ループ・モジュールであって、前記位置ループ・モジュール及び微分モジュールに通信可能に接続され、前記中間結果、速度コマンド、及び速度フィードバックを、適切なオーダー速度ループに与えてトルク・コマンドを生成するように設計された速度ループ・モジュールと、
を備え、
前記適切なオーダー速度ループは、前記適切なオーダー位置ループの内部にネストされ、
前記生成されるトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かし、前記電気光学的センサの視線を、前記受け取った慣性データ入力を近似する角度の分だけ偏向させる、該システム。

【請求項13】

請求項１２に記載のシステムであって、
前記受け取った慣性データ入力が慣性角度入力であり、
前記生成モジュールは、前記慣性角度入力を微分して速度を生成するように設計され、
前記速度コマンドは、前記生成される速度に基づいて生成される、該システム。

【請求項14】

請求項１２に記載のシステムであって、
前記受け取った慣性データ入力が慣性速度入力であり、
前記生成モジュールは、前記慣性速度入力を積分して角度を生成するように設計され、
前記角度コマンドは、前記生成される角度に基づいて生成される、該システム。

【請求項15】

請求項１２に記載のシステムであって、
前記位置ループ・モジュールは、前記角度コマンドと、前記角度フィードバックとの差を算出してエラー・シグナルを生成するように更に設計される該システム。

【請求項16】

請求項１２に記載のシステムであって、
前記速度ループ・モジュールは、速度コマンドと、速度フィードバックと、中間結果とを組み合わせて速度エラー・シグナルを生成するように更に設計され、
前記トルク・コマンドは、前記生成される速度エラー・シグナルに基づいて生成される該システム。

【請求項17】

請求項１２に記載のシステムであって、
前記適切なオーダー位置ループ及び適切なオーダー速度ループは、比例積分コントロール・ループ、比例微分、比例積分微分コントロール・ループ又はこれらの組み合わせである該システム。

【請求項18】

請求項１２に記載のシステムであって、前記ビーム・ステアリング素子は、反射による設計又は屈折による設計のうちいずれか１つである該システム。

【請求項19】

請求項１８に記載のシステムであって、前記反射による設計のビーム・ステアリング素子は、２軸の高速ステアリング・ミラーを含む該システム。

【請求項20】

請求項１８に記載のシステムであって、前記屈折による設計のビーム・ステアリング素子は、リズレープリズムを含む該システム。

【請求項21】

請求項１２に記載のシステムであって、
角度を直接測定する渦電流センサ、線形可変差動変圧器又は光学式エンコーダを更に備え、
前記微分モジュールは、前記測定された角度を微分して速度フィードバックを生成するように更に設計される該システム。

【請求項22】

請求項１２に記載のシステムであって、更に以下を備えるシステム：アクチュエータであって、前記ビーム・ステアリング素子を、前記トルク・コマンドに基づいて動かすアクチュエータ。

【請求項23】

コンピュータ・プログラムであって、
情報媒体内で具現化され、
前記コンピュータ・プログラムは、データ処理装置に：
角度及び速度のコマンドを、受け取った慣性データ入力から生成する動作；
前記角度コマンドを、適切なオーダー位置ループに与えて中間結果を生成する動作；
角度フィードバックを微分して速度フィードバックを生成する動作；
前記中間結果、速度コマンド、及び速度フィードバックを、適切なオーダー速度ループに与えてトルク・コマンドを生成する動作
を起こすような動作可能な指示を含み：
前記適切なオーダー速度ループは、前記適切なオーダー位置ループの内部にネストされ、
前記生成されるトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かし、前記電気光学的センサの視線を、前記受け取った慣性データ入力を近似する角度の分だけ偏向させる、該プログラム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

静止及び完全な運動撮像システム又はビーム指向システムの両方で望まれるのは、安定した光軸（ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ）である。これにより、画像の劣化又はビームの動きが、シーンのサンプリング又はビーム放射中に発生しなくなる。光学的倍率が増加すると、それに比例して、光軸の安定化能についての要求が増加する。システム設計の要求を満たし、利用可能で、最も高い倍率を用いたシステムでは、それに対応する形で、最も高い安定化能を有するシステムを要求している。一般的な場合、こうした安定化システムは、４つ又は５つの軸のジンバル設計によって特徴づけられ、該設計では、高い容積（ｖｏｌｕｍｅ）、力（ｐｏｗｅｒ）、重量、複雑さ（ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ）、及びコストを要求する。別の安定化アプローチにおいては、更に低いオーダーである２つの軸のジンバル設計を用いる。該設計では、撮像システムの光学的経路内に挿入されたビーム・ステアリング素子を用いる。２つの軸のジンバルは、慣性速度（ｉｎｅｒｔｉａｌ ｒａｔｅ）フィードバックを用いており、単により高いオーダーのジンバルとして、光軸（ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ）を粗い精度で安定させるだけである。そして、残差慣性エラー（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｅｒｒｏｒ）は、更に、精密な安定化ビーム・ステアリング工程の作用をうけ、残差光軸（ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ）の偏向を排除し、ネットの残差慣性指向（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｉｎｅｒｔｉａｌ ｐｏｉｎｔｉｎｇ）エラーを最小化する。こうした設計での解決手段による実行が成功をおさめ、多くの場合では、より高いオーダーのジンバル設計の解決手段と、同等か又はそれを超える安定化能を提供する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

最大限安定化させる別のアプローチを過去のものとすることにより、精度の低い２つの軸のジンバルのセットの残差安定化エラーについての、限られた周波数領域に対して、規模の大きさを改良することができる。こうした制限は、ビーム・ステアリング素子のコントロール方法を過去のものとするために達成された応答の結果である。

【課題を解決するための手段】

【0003】

概要
ある例によれば、フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャの方法であって、該方法は、以下のステップを含む：
受け取った慣性データ入力から角度及び速度（ｒａｔｅ）のコマンドを生成するステップ；
適切なオーダー位置ループ（ｐｒｏｐｅｒ ｏｒｄｅｒ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｌｏｏｐ）へ角度コマンドを与え、中間結果を生成するステップ；
角度フィードバックを微分し、速度ループ・フィードバックを生成するステップ；
中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを、適切なオーダー速度ループ（ｐｒｏｐｅｒ ｏｒｄｅｒ ｒａｔｅ ｌｏｏｐ）へ与え、トルク・コマンドを生成するステップ。
前記適切なオーダー速度ループは、適切なオーダー位置ループの内部にネストされており、
前記生成されるトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かして、電気光学的センサの視線（ｌｉｎｅ ｏｆ ｓｉｇｈｔ）を、受け取った慣性角度入力を近似する角度の分だけ偏向させる。

【0004】

ある例によれば、フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャのシステムは、以下を含む：
生成モジュールであって、角度及び速度のコマンドを、受け取った慣性データ入力から生成するように設計されるモジュール；
位置ループ・モジュールであって、生成モジュールに通信可能に接続され、角度コマンドを、適切なオーダー位置ループに与え、中間結果を生成するように設計されるモジュール；
微分モジュールであって、角度フィードバックを微分し、速度ループ・フィードバックを生成するように設計されるモジュール；及び
速度ループ・モジュールであって、位置ループ・モジュール及び微分モジュールに通信可能に接続されるモジュール。
（前記速度ループ・モジュールは）中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを、適切なオーダー速度ループへ与え、トルク・コマンドを生成するように設計される。
適切なオーダー速度ループは、適切なオーダー位置ループの内部にネストされている。
生成されるトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かし、電気光学的センサの視線を、受け取った慣性角度入力を近似する角度の分だけ偏向させる。

【0005】

ある例によれば、有形のコンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読指示を記憶する。１以上のプロセッサが実行するとき、該指示は、１以上のプロセッサに対して、以下の動作を行わせる：
角度及び速度のコマンドを、受け取った慣性データ入力から生成させる；
角度コマンドを、適切なオーダー位置ループに与え、中間結果を生成する；
角度フィードバックを微分し、速度ループ・フィードバックを生成する；
中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを、適切なオーダー速度ループに与え、トルク・コマンドを生成する。
適切なオーダー速度ループは、適切なオーダー位置ループ内部にネストされる。生成されるトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かして、電気光学的センサの視線を、受け取った慣性角度入力を近似する角度の分だけ偏向させる。

【0006】

他の例においては、上述の態様のいずれかは、１以上の以下の特徴を含むことができる。

【0007】

本発明の方法の幾つかの例において、受け取った慣性データ入力が慣性角度入力である例においては、角度及び速度のコマンドを生成するステップは、慣性角度入力を微分して速度を生成することを含み、前記速度コマンドは、前記生成される速度に基づいて生成される。

【0008】

本発明の方法の他の例においては、受け取った慣性データ入力が慣性速度入力である例においては、角度及び速度のコマンドを生成するステップは、慣性速度入力を積分して角度を生成するステップを含み、角度コマンドは、前記生成される角度に基づいて生成される。

【0009】

本発明の方法の幾つかの例において、角度コマンドを与えるステップは、角度コマンドと角度フィードバックとの差を算出してエラー・シグナルを生成するステップと、エラー・シグナルを適切なオーダー位置ループ・コントローラーを通して処理し、中間結果を生成するステップとを含む。

【0010】

本発明の方法の他の例においては、中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを適切なオーダー速度ループに与えるステップは、速度コマンドと、速度ループ・フィードバックとを組み合わせて速度エラー・シグナルを生成するステップ（ここで、トルク・コマンドは、前記生成される速度エラー・シグナルに基づいて生成される）と、速度エラー・シグナルを、適切なオーダー速度ループ・コントローラーを通して処理し、トルク・コマンドを生成するステップとを含む。本発明の方法の幾つかの例において、適切なオーダー位置ループ及び適切なオーダー速度ループは、比例積分コントロール・ループ、比例微分、比例積分微分コントロール・ループ又はこれらの組み合わせである。

【0011】

本発明の方法の他の例においては、ビーム・ステアリング素子は、反射による設計及び屈折による設計のうちいずれか１つである。

【0012】

本発明の方法の幾つかの例において、反射による設計のビーム・ステアリング素子は２軸の高速ステアリング・ミラーを含む。

【0013】

本発明の方法の他の例においては、屈折による設計のビーム・ステアリング素子は、リズレープリズムを含む。

【0014】

本発明の方法の幾つかの例において、更に以下のステップを含む：
角度フィードバックを、以下を用いて直接測定された角度に基づいて生成するステップ：渦電流センサ、線形可変差動変圧器又は光学式エンコーダ；及び
前記測定された角度を微分して速度フィードバックを生成するステップ。

【0015】

他の例においては、本発明の方法はビーム・ステアリング素子をトルク・コマンドに基づいて動かすステップを更に含む。

【0016】

本発明のシステムの幾つかの例において、受け取った慣性データ入力が慣性角度入力である例において、生成モジュールは、慣性角度入力を微分し、速度を生成するように設計され、速度コマンドは、前記生成される速度に基づいて生成される。

【0017】

本発明のシステムの他の例においては、受け取った慣性データ入力が慣性速度入力である例において、生成モジュールは、慣性速度入力を積分し、角度を生成するように設計され、角度コマンドは、前記生成される角度に基づいて生成される。

【0018】

本発明のシステムの幾つかの例において、位置ループ・モジュールは、角度コマンドと角度フィードバックとの差を算出し、エラー・シグナルを生成するように更に設計される。

【0019】

本発明のシステムの幾つかの例において、速度ループ・モジュールが、速度コマンドと速度ループ・フィードバックとを組み合わせて速度エラー・シグナルを生成するように更に設計される場合、トルク・コマンドは前記生成された速度エラー・シグナルに基づいて生成される。

【0020】

本発明のシステムの他の例においては、適切なオーダー位置ループ及び適切なオーダー速度ループは、比例積分コントロール・ループ、比例微分、比例積分微分コントロール・ループ又はこれらの組み合わせである。

【0021】

本発明のシステムの幾つかの例において、ビーム・ステアリング素子は反射による設計及び屈折による設計のうちいずれか１つである。

【0022】

本発明のシステムの他の例においては、反射による設計のビーム・ステアリング素子は２軸の高速ステアリング・ミラーを含む。

【0023】

本発明のシステムの幾つかの例において、屈折による設計のビーム・ステアリング素子はリズレープリズムを含む。

【0024】

本発明のシステムの他の例においては、更に以下を含む：角度を直接測定する渦電流センサ、線形可変差動変圧器又は光学式エンコーダ；及び、微分モジュールであって、前記測定された角度を微分して速度フィードバックを生成するように更に設計されるモジュール。

【0025】

本発明のシステムの幾つかの例において、更に以下を含む：アクチュエータであって、ビーム・ステアリング素子を、トルク・コマンドに基づいて動かすアクチュエータ。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】乗り物に搭載した例示的な電気光学的センサ環境の図である。

【0027】

【図2】典型的なビーム・ステアリング素子コントロール・ループのブロック図である。

【0028】

【図3】本明細書に記載の例に従ったフィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャのブロック図である。

【0029】

【図4】飛行機に搭載されたカメラが撮影した画像であって、典型的なビーム・ステアリング素子コントロール・ループによって安定化される画像である。

【0030】

【図5】飛行機に搭載されたカメラが撮影した画像であって、本明細書に記載の例に従ったフィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャによって安定化される画像である。飛行機の種類は図４の物と同じである。従って、土台の動きの外乱環境は、２つの画像とも同じである。

【0031】

【図6】外乱排除能力を比較したグラフである。

【0032】

【図7】例示的なフィードフォアワード・コマンドを補助する手順のフローチャートである。

【0033】

【図8】フィードフォアワード・コマンドを補助する手順を実施する例示的なシステムのブロック図である。

【0034】

【図9】本明細書に記載の例に従ったフィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャを含む例示的な安定化システムのブロック図である。

【0035】

【図10】例示的な電気光学的センサ安定化システムのプロセス・フローのコンテキストにおける例示的なフィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0036】

フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャ（又は単純に「アーキテクチャ」）は、概してビーム・ステアリング素子を指向させる技術を含む。前記素子は、電気光学的センサ（例えばカメラ又はレーザー）の光学的経路内に配置される。そして、視線内で検出された慣性角度変化に応じて、センサの視線を動かしたり安定化させたりする。本発明の技術は、土台の動きの外乱（例えば、線形的又は角度的な偏向）を排除するために使用される。そして、該外乱は、複数の民間及び軍事的な応用において見いだされ、電気光学的センサ（例えば、カメラ、レーザー、等）は乗り物上に搭載される。本発明の技術の例示的な応用には、カメラ又はレーザーを、固定式の又は回転式の翼の航空機に搭載することを含む。他の例としては、軽航空機に搭載された電気光学的センサやマストに搭載された観測機を含む。更に他の例としては、地上に搭載された又は水上車両に搭載された電気光学的センサを含む。

【0037】

操作において、本発明の技術によって、例えば、容疑者の車の画像を撮影するために、警察ヘリコプターに搭載された、揺れるカメラによる該画像は安定化され、車両番号のプレートを読み取るのに十分なくらい鮮明である。

【0038】

本発明の技術は、有利には、位置ループと位置ループにネストされた速度ループを用いる。それぞれのループは、独立してコヒーレントなシグナルに対して動作する。そして、外乱排除を高める。これにより、画像欠陥（例えば画像の動き、画像のブレ、及び多重化画像）を低減させる。

【0039】

外乱排除を高めることによって、本発明の技術は、有利には、過剰な土台の動きの外乱が原因となってこれまで設置することに不向きだった乗り物に、電気光学的センサを搭載することが可能となる。

【0040】

本発明の技術の別の利点は、電気光学的センサをさらに多くの種類の乗り物に搭載することができるということ、及び／又は電気光学的センサ若しくは乗り物のハードウェアを交換することなく所与の乗り物上の更に多くの場所に搭載することができるということである。本発明の技術は、利用分野を増やし、更に良好な結果を与える。

【0041】

図１は、例示的な乗り物に搭載した電気光学的センサ環境（１００）を表す。環境（１００）は、以下を含む：乗り物（１０５）（例えば、ヘリコプター、飛行機、等）；、電気光学的センサ（１１０）（例えば、カメラ、レーザー、等）；、及び対象物（１１５）（例えば、車、戦車、人等）。電気光学的センサ（１１０）は、（ホスト）乗り物（１０５）上の搭載用の土台の手段により、乗り物（１０５）に取り付けられる。電気光学的センサ（１１０）は、受信機であってもよく（例えばカメラ）、又は送信機（例えばレーザー）であってもよい。

【0042】

図１に示した例において、電気光学的センサ（１１０）は、カメラであり、乗り物（１０５）が動作中の間は、対称物（１１５）の画像を撮影する。本例及び他の例ではカメラに言及して説明をしているが、これらの例はレーザー（又は他の電気光学的送信機）にも応用できることは明白であろう。レーザーの場合、「画像」は、対称物に投射されたレーザー・ドットである。

【0043】

対称物（１１５）の安定した画像を提供するために、電気光学的センサ（１１０）の光軸（ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ）又は「視線」（１２０）は、撮影される対称物（１１５）に対して一定でなくてはならない。視線（１２０）に対する任意の変化により、画像移動（画像又はシーンの移動）が生じ、又は、幾つかの例において、ブレた画像が生じる。

【0044】

電気光学的センサ（１１０）の視線（１２０）に対する変化は、電気光学的センサ（１１０）が搭載される乗り物（１０５）の搭載用土台の線形的又は角度的な偏向が原因となって生じる可能性がある。こうした類の偏向は、「土台の動きの外乱」（ｂａｓｅ ｍｏｔｉｏｎ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ）と総称される。土台の動きの外乱は、周波数（又は周波数の範囲）及び振幅トルクの外乱として典型的には特徴づけられる。そして、外乱は、時系列として又はパワースペクトル密度のプロットとして表される。

【0045】

土台の動きの外乱は、安定化システムによってキャンセルすることができる。安定化システムは、概して、ジンバルのセットから構成される。該セットは、ビーム・ステアリング素子と接続される。該素子は、電気光学的センサの光学的経路内に挿入され、電気光学的センサの光軸（ｏｐｔｉｃａｌ ａｘｉｓ）を安定化させ（又は、幾つかの場合には、安定化を増大させたり、安定化の精度を高める）、そして、それにより土台の動きの外乱をキャンセル又は減少させる。安定化システムのこうした作用は、「外乱排除」（ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ）と呼ばれる。安定化システムがどれだけ良好に外乱排除を行うかについては、デシベル（ｄｂ）で表現することができる。

【0046】

安定化システムのビーム・ステアリング素子は、反射による設計／アーキテクチャ又は屈折による設計／アーキテクチャのうちの１つであってもよい。本明細書に記載の安定化のアプローチ及びその例は、概して、反射及び屈折の設計の両方のビーム・ステアリング素子に当てはまることを、当業者は容易に理解するであろう。例えば、本明細書に記載の安定化アプローチは、２つの軸の高速ステアリングミラー（反射のビーム・ステアリング素子の例）又はデュアル・リズレープリズムの解決手段（屈折のビーム・ステアリング素子の例）に応用することができる。また、安定化アプローチは、他の反射の及び屈折のビーム・ステアリング素子に応用することができる。

【0047】

要するに、高速ステアリング・ミラーは、高分解能のビーム・ステアリング装置である。該装置は、可動ミラー（又は幾つかの場合には、変形可能なミラー）から構成される。該ミラーは、レーザー・ビーム／画像を反射により再指向させる。リズレープリズムは、高分解能のビーム・ステアリング装置である。該装置は、一対の回動可能な楔形（ｗｅｄｇｅｄ）の素子から構成される。該素子は、レーザー・ビーム／画像を屈折により再指向させる。各楔が独立して回動することによって、レーザー・ビームを、最大限偏向させる画像によって定義される立体角内の任意の位置にステアリングすることができる。

【0048】

図１は、例示的な安定化システム（１２５）を示しており、電気光学的センサ（１１０）と関連するか、又はその一部と関連する。安定化システム（１２５）は、ジンバル（図示しない）と、ビーム・ステアリング素子（図示しない）とを含む。これらは、ネストされたコントロール方法に従って、共に使用される。典型的な態様において、外側の２つの軸のジンバル・セットは、精度の粗い安定化をもたらす。そして、ネストされた／孤立した２以上の軸の内側ジンバル・セット又はビーム・ステアリング素子は精度の高い安定化をもたらす。土台の動きの外乱のレベル又は「土台の動きのレベル」という用語において、外側ジンバルは、安定化システムの搭載ポイント（複数可）における「開始土台の動きレベル」（ｓｔａｒｔｉｎｇ ｂａｓｅ ｍｏｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌｓ）に対して作用する。その結果は、外側ジンバルにおける「中間（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ）土台の動きのレベル」である。幾つかの応用での要求性能からしてなおも受け入れがたい可能性がある。内側ジンバル・セット又はビーム・ステアリング素子は、中間土台の動きのレベルに作用する。結果は、電気光学的センサの視線上での「残差（ｒｅｓｉｄｕａｌ）土台の動きのレベル」である。該結果は、幾つかの応用での要求性能からして、受け入れ可能である。ここで、興味深いのは、ビーム・ステアリング素子であり、そして、ビーム・ステアリング素子での排除性能を高めることにより、安定化システム（１２５）で観察される開始及び中間土台の動きのレベルに対する寛容度を大きくできるという知見である。

【0049】

ビーム・ステアリング素子は動的に動いて、電気光学的センサの視線をステアリングする。本発明の技術は、「ビーム・ステアリング・コントロール・ループ」と呼ばれるルーチンを含む。又は単純に「コントロール・ループ」と呼ばれるルーチンを含む。該ループは、コンピュータ（又は同様の処理装置）によって実行されると、ビーム・ステアリング素子を指向させ、動かし、電気光学的センサの視線をステアリングする。

【0050】

図２は、公知の典型的なビーム・ステアリング素子コントロール・ループ（２００）を示す。コントロール・ループ（２００）は、電流アンプへのトルク・コマンド生成のための位置ループ・コントローラーを使用する。厳しい土台の動きの外乱の状況では、ビーム・ステアリング・コントロール・ループ（例えば図２中に示すもの）は、一般的に特定の周波数（又は周波数の範囲）及び振幅にわたって、土台の動きの外乱のための十分な外乱排除を提供しない。

【0051】

図３は、本明細書に記載の例に従ったフィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャ（３００）を示す。各参照部分について、アーキテクチャ（３００）（及びその例）を、作用主体（又はステップ）として説明する。実際のところ、アーキテクチャ（３００）は、フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャのシステム（及びその構成要素又はモジュール）によって実装される。そして、システムはこれらの作用を実行する。フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャのシステム（又は単純に「システム」）は、安定化システム（例えば、図１の安定化システム（１２５））の一部であってもよい。

【0052】

アーキテクチャ（３００）は、位置ループのための位置ループ・コントローラー（３０５）と、前記位置ループの内側にネストされている、速度ループのための速度ループコントローラー（３１０）とを含む。また、アーキテクチャは、角度及び速度フィードバック機構（３１５）を含み、該機構は位置ループ・コントローラー（３０５）に角度フィードバック（θ_fb）（３２０）を提供し、速度ループコントローラー（３１０）に速度フィードバック（θ＿ｄｏｔ_fb）（３２５）を提供するためのものである。

【0053】

アーキテクチャ（３００）の幾つかの例において、位置及び速度ループは、「適切なオーダー・ループ」（ｐｒｏｐｅｒ ｏｒｄｅｒ ｌｏｏｐｓ）であり、比例積分コントロール・ループ、比例微分、比例積分微分コントロール・ループ又はこれらの組み合わせを含む。

【0054】

角度コマンド（θ_cmd）（３３０）は慣性角度入力から生成する。角度コマンド（θ_cmd）（３３０）は、角度フィードバック（θ_fb）（３２０）とともに、位置ループ・コントローラー（３０５）に対する入力である。位置ループ・コントローラーに関する出力は、「位置ループ補正」と呼ばれる中間結果である。該結果は、速度ループ・コントローラー（３１０）に関する入力の１つである。

【0055】

アーキテクチャ（３００）の例は、慣性データ入力を、角度又は速度（ｒａｔｅ）として、受け取る。受け取った慣性データ入力が慣性角度入力である例においては、アーキテクチャ（３００）は、慣性角度入力を微分して、速度を生成する。そして、速度コマンド（３４０）を、前記生成された速度に基づいて生成する。受け取った慣性データ入力が慣性速度入力である他の例においては、アーキテクチャ（３００）は、慣性速度入力を積分して、角度を生成する。そして、角度コマンド（３３０）を、前記生成された角度に基づいて生成する。

【0056】

速度ループ・コントローラー（３１０）に関する別の入力は、速度コマンド（θ＿ｄｏｔ_cmd）（３４０）である。角度コマンド（θ_cmd）（３３０）のように、速度コマンド（θ＿ｄｏｔ_cmd）（３４０）は、同一の慣性角度入力から生成される。従って、角度コマンド（θ_cmd）（３３０）及び速度コマンド（θ＿ｄｏｔ_cmd）（３４０）は、「コヒーレントなコマンド」となるべきである。速度コマンド（θ＿ｄｏｔ_cmd）（３４０）は、位置ループコントローラー（３０５）の中間結果と共に、速度ループ・コントローラー（３１０）内へとフィードフォアワードされる。コントロール・ループ内に追加的コマンド・フォアワードを与えることにより、コントロール・ループ応答を「フィードフォアワード」補助すること又は増大させることは、コマンド追跡能力をアシストし、コントロール・ループでの更に良好な性能の結果を生じる（後で更に詳しく説明する）。

【0057】

速度ループ・コントローラーに関する他の入力は、角度及び速度フィードバック機構による速度フィードバック（θ＿ｄｏｔ_fb）（３２５）である。幾つかの例において、速度フィードバック（θ＿ｄｏｔ_fb）（３２５）は、角度を微分することによって与えられる。幾つかの例示的なシステムでは、渦電流センサ、線形可変差動変圧器、光学式エンコーダ等を用いて、前記微分される角度を、直接測定する。

【0058】

速度ループ・コントローラー（３１０）に関する出力は、電流アンプ（３５０）のためのトルク・コマンド（Ｔ_cmd）（３４５）である。幾つかの例において、トルク・コマンド（Ｔ_cmd）（３４５）は、速度エラー・シグナルに基づく。アーキテクチャ（３００）の便宜的な例では、速度コマンド（θ＿ｄｏｔ_cmd）（３４０）と、速度ループ・フィードバック（θ＿ｄｏｔ_fb）（３２５）とを組み合わせて、速度エラー・シグナルを生成する。

【0059】

トルク・コマンド（Ｔ_cmd）（３４５）に応答して、電流アンプ（３５０）は、電流を、ビーム・ステアリング素子機構（３５５）のアクチュエータに送る。該機構では、慣性角度入力を追跡する試みにおいて、トルクを生成し、値θ_Steering（３６０）の分だけ、電気光学的センサの視線を偏向させる。

【0060】

アーキテクチャ（３００）の位置ループ（３０５）及び内側速度ループ（３１０）は、コヒーレントなコマンド上で作用するが、これらの総合的な結果は、上述したように、より低い残差コントロール・ループ・エラーであり、土台の動きの外乱排除が高まったものとしてそれ自体を表す。実働中において、アーキテクチャ（３００）を用いて、土台の動きの外乱排除を高めると、以前は不安定で及び／又はブレていた画像が、より安定して及び／又は鮮明になる。

【0061】

図４は、飛行機に搭載されたカメラによって撮影された砂漠風景の画像を示す。カメラの視線は、ビーム・ステアリング素子によって、部分的に安定している。ビーム・ステアリング素子の動きは、当分野での現時点での状態であるコントロール・ループ（例えば、図２を参照しながら説明したループ）によって指向されている。

【0062】

画像を安定化させるビーム・ステアリング素子を用いた時でさえも、著しいイメージ・テアリングが観察される（二重画像として見られる）。これは、インターレースされたＮＴＳＣビデオ・フィールド・レート６０Ｈｚが、飛行機のプロペラの３１Ｈｚである基音によって、影響されることが原因である。こうした代表的な例において、カメラが、飛行機の翼の方向に向いているか、キネマティック・カップリングが土台の動きの外乱カップリングを最大化するより深い角度での俯角において下方に向いているかのいずれかのときに、２０〜３０ピクセルのオーダーでの画像残差テアリングは、ピークからピークにかけて共通している。

【0063】

図５は、図４と同種の飛行機上に搭載されたカメラによって撮影されたユーティリティ・ビルディングの画像を表す。従って、土台の動きの外乱環境は等しい。カメラの視線は、部分的に、ビーム・ステアリング素子によって安定化される。ビーム・ステアリング素子の動きは、本明細書に記載の例に従ったフィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャ（例えば図３に言及して説明したアーキテクチャ（３００））によって指向される。

【0064】

図５の画像により、図４の画像よりも、著しく改良されていることが示されている。図５の画像において、両軸におけるイメージ・テアリングは、図４の画像と比べると、大幅に減少している。これは、アーキテクチャ（３００）の外乱排除能力が高まったことが原因である。

【0065】

図６は、外乱排除能力を、様々なコントロール・ループのアプローチごとに、詳細に比較した図を表す。典型的なコントロール・ループの外乱排除性能は、曲線１として表す。そして、アーキテクチャ（３００）（及びその例）は、曲線２として表す。３０Ｈｚの土台の動きの外乱では、アーキテクチャ（３００）による外乱排除（約−６０ｄｂ）は、典型的なコントロール・ループによる外乱排除（約−２８ｄｂ）よりも約３２ｄｂ低い。これは、フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャ（３００）が、典型的なコントロール・ループよりも、外乱排除において、１０倍を超える改良をもたらすことに相当する。従って、フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャ（３００）は、典型的なコントロール・ループでは不十分で又は適さない厳しい土台の動きの外乱環境に対する解決手段である。

【0066】

速度フィードバックのための速度ループ及び微分器を追加することのほか、コマンド補助を追加することにより、フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャ（３００）は、最大化された速度ループの帯域幅を押し広げる（この点については後で更に詳しく説明する）。結果として、位置ループ・エラーが、図６の曲線２に示すように最小化される。

【0067】

本明細書に記載の例に従ったフィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャは、有利には、ビーム・ステアリング素子の位置ループ・エラー（又は追跡ループ・エラー）を最小化する。図３を参照すると、速度ループ応答及び速度ループ・コマンドが完全にマッチする場合、ビーム・ステアリング素子の位置ループの角度エラーの項ｅ_posは０である。しかし、速度ループ・コマンドと速度ループ応答とを完全にマッチさせることは挑戦的なことである。なぜなら、無限の帯域幅を必要とするからである。実際のところ、速度ループ帯域幅を増やすことは達成可能である。なぜならばループ・コントローラーは、より低いオーダーでの多項式だからであり、これは一般的により高い帯域幅の能力を可能にする（より低いゲインと位相補正要求が原因となって）。速度ループ帯域幅を最大化することの効果は、上述したように、慣性角度入力から生じるコヒーレントな角度及び速度のコマンドを用いたフィードフォアワードの速度コマンド補助と結合されているが、該効果は、ビーム・ステアリング素子の位置ループ角度エラーの項ｅ_posが最小化されることである。上記説明は、以下のシリーズの方程式で数学的に表現することができる。

【0068】

図３に関連して、速度ループ・エラーの量ｅ_rateは以下の式で解く：

【数1】

【0069】

複数の項を再配置することにより、位置ループ・エラーｅ_posの量は以下の通りとなる：

【数2】

【0070】

速度ループの帯域幅が最大化されてｅ_rate→０となる場合、以下のとおり解くことができる：

【数3】

【0071】

θ＿ｄｏｔ_cmdに関するコマンド生成においては、周波数ドメイン整形技術を、対象となる特定の周波数領域に対して適用することができる。その結果、本発明者らは、θ＿ｄｏｔ_cmd→θ＿ｄｏｔ_fbへのチューニングが行える。そして、対象となる特定のチューニング領域にわたって、以下の式が導ける：

【数4】

【0072】

本質的には、相関するエラー項に作用する、２つの別々のコントロール・ループがあるので、Ｈ_pos及びＨ_rateの周波数ドメイン整形はチューニングされ、その結果、位置ループ・エラー項ｅ_posが数学的にゼロに導出される周波数領域が選択される。こうしたゼロのエラー・ポイントを拾い出す能力は、設計者にとって極めて強力なツールである。なぜなら、このようなポイントは、各インストールの適用ごとに具体的に選択できるからである。例えば、全く同一のシステムでは、固定翼の航空機に関する翼流路の周波数を排除するためにチューニングすることができ、一方で、回転翼航空機のメインローターの翼流路の周波数について別途チューニングすることができる。システムは、安定化サブシステムに通信する設置環境を有することしか必要としない。そして、適切な応用に特化したチューニングを自動的に選択して、所望の周波数領域での外乱排除を最大化することができる。

【0073】

図７は、例示的なフィードフォアワード・コマンドを補助する手順（７００）を示す。該手順では、例えば、フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャのシステムのプロセッサを用いる（後で詳述する）。一般的に、システムは、速度及び角度コマンドを、受け取った慣性の情報源（又は入力）から生成する。もし、角度情報（慣性角度入力）を受け取ると、速度コマンドは、角度コマンドの１次の時間の導関数である。もし、速度情報を受け取ると、角度コマンドは、速度コマンドの積分である。

【0074】

そして、システムは、角度コマンドを適切なオーダー位置ループに与えて中間結果を生成する。また、システムは、角度フィードバックを微分して、速度ループ・フィードバックを生成する。

【0075】

そして、システムは、中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを、適切なオーダー速度ループに与え、該速度ループは、ビーム・ステアリング素子のトルク・コマンドを生成する。適切なオーダー速度ループは、適切なオーダー位置ループの内部にネストされている。本発明のシステムの幾つかの例において、適切なオーダー速度及び位置ループは、比例積分コントロール・ループ、比例微分、比例積分微分コントロール・ループ又はこれらの組合せである。

【0076】

生成されたトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かし、受け取った慣性角度入力を近似する角度の分だけ、電気光学的センサの視線を偏向させる。システムは、コヒーレントな二重（デュアル）コマンドを、ネストされたビーム・ステアリング素子の速度及び位置のコントロール・ループを通して、多重的な態様で作用させているが、前記システムは、更に正確なビーム・ステアリング素子の追跡応答を生成し、視線エラー（θ_LOS）を更に最小化するという結果を生み出す。

【0077】

θ_LOSを最小化することにより、システムは、土台の動きの外乱排除を高める。また、システムは、有利には、電気光学的センサを、過度の土台の動きの外乱が原因で以前は搭載することに適さなかった乗り物に搭載することを可能にする。更には、システムは、有利には、電気光学的センサを、所与の乗り物上の更に多くの箇所に搭載することを可能にし、しかも、以下の物に対する変更を必要としない：電気光学的センサのハードウェア、安定化システム（例えば、図２に言及して説明した安定化システム）、乗り物（例えば、搭載用の土台）、又は任意のこれらの組合せ。

【0078】

図８は、フィードフォアワード・コマンドを補助する手順を実行するための例示的なシステム（８００）を示す（例えば図７に言及しながら示した手順）。システム（８００）は、以下を含む：生成モジュール（８０５）、位置ループ・モジュール（８１０）、速度ループ・モジュール（８１５）、角度及び速度フィードバックモジュール（８２０）、プロセッサ（８２５）、及びストレージ・デバイス（８３０）。これらは、図８に示すように互いに通信可能に接続されている。

【0079】

本明細書に記載のモジュール及び装置は、例えば、プロセッサ（８２５）を用いることができ、コンピュータ実行可能指示を実行することができ、及び／又はプロセッサを含むことができ、コンピュータ実行可能指示を実行することができる（例えば、暗号化処理ユニット、現場でプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）処理ユニット等）。以下の点を理解されたい：システム（８００）は、例えば、以下を含むことができる：他の公知のモジュール、装置、及び／若しくはプロセッサ並びに／又は種々の例示的なモジュール、装置、及び／若しくはプロセッサ。入力装置（８３５）、出力装置（８４０）、及び／又は表示装置（８４５）は、システム（８００）の随意的な構成要素である。

【0080】

図８は、システム（８００）について、本明細書に記載のモジュールを別々に含むものとして例示しているが、モジュールは、他のモジュール内で実装されてもよい。図７を参照すると、上述したように、フィードフォアワード・コマンドを補助する手順（７００）は、複数のステップを含むことができる。そして、システム（８００）は、他のモジュール及び装置を含むことができ、これらは、フィードフォアワード・コマンドを補助する手順内のステップを処理するために設計することができる。

【0081】

生成モジュール（８０５）は、速度及び角度コマンドを、受け取った慣性角度入力から生成する。生成された速度コマンドは、生成された角度コマンドの一次の時間の導関数に関係する。位置ループ・モジュール（８１０）は、生成された角度コマンドに反応して、角度コマンドを位置ループに与え、該位置ループは、中間結果を生成する。微分モジュールは、角度フィードバックを微分して速度ループ・フィードバックを生成する。速度ループ・モジュール（８２０）は、中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを、適切なオーダー速度ループに与え、トルク・コマンドを生成する。そして、適切なオーダー速度ループは、適切なオーダー位置ループの内部にネストされている。また、生成されたトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かし、受け取った慣性角度入力を近似する角度の分だけ、電気光学的センサの視線を偏向させる。

【0082】

図９は、例示的な安定化システム（９０００）を示す。該システムは、フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャ（例えば図３に言及しながら説明したアーキテクチャ）を含む。

【0083】

図１０は、例示的な電気光学的センサ安定化システムのプロセス・フローのコンテキストにおける、フィードフォアワード・コマンドを補助する手順（１０００）を示す（例えば図７に言及しながら説明した手順）。フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャのシステム（８００）のプロセッサ（８２５）（図８に言及しながら上述した）は、フィードフォアワード・コマンドを補助する手順を実行することができる。

【0084】

上述したように、精度を高めたコントロールのアプローチは、ビーム・ステアリング素子の応答を高めるべく改良されてきた。こうしたアプローチのいくつかの例では、既存のハードウェア設計及び構成要素を使用しており、ハードウェアの更新を必要としない。こうした例は、代替的なコンピュータ・コントロールの方法である。ビーム・ステアリング素子の応答の上昇は、精度の高い安定化ビーム・ステアリングプロセスの外乱排除能力の向上させる結果となる。そして、別オーダーの規模の又は更に良好な外乱排除能力を、古典的なビーム・ステアリングの解決手段と同一の対象周波数領域に対して達成することが示された。

【0085】

上述のシステム及び方法は、デジタル電子的回路、コンピュータハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェア内で実施できる。前記実施は、コンピュータ・プログラム製品としての実施であってもよい。前記実施は、例えば、データ処理装置によって実行されるための機械読取可能ストレージ・デバイス内、又はデータ処理装置の操作をコントロールするための機械読取可能ストレージ・デバイス内であってもよい。前記実施は、例えば、プログラム制御可能なプロセッサ、単一のコンピュータ、及び／又は複数のコンピュータであってもよい。

【0086】

コンピュータ・プログラムは、任意の形式のプログラミング言語で記載されてもよい。該言語としては、コンパイラ言語及び／又はインタプリタ言語が含まれる。コンピュータ・プログラムは、任意の形態でデプロイされてもよい。該形態として、以下を含むことができる：スタンドアロンなプログラムとして、若しくはサブルーチン、エレメントとして、及び／又はコンピューティング環境での使用に適切な他のユニット。コンピュータ・プログラムは、１台のコンピュータ又は１つの場所での複数台のコンピュータ上でデプロイされ、実行されてもよい。

【0087】

方法のステップは、１以上のプログラム制御可能なプロセッサによって実行されてもよく、該プロセッサは、コンピュータ・プログラムを実行して、入力データを操作し、出力を生成することによって、本発明の機能を実行する。また、方法のステップは、専用論理回路によって実行されてもよく、装置は、専用論理回路として実装されてもよい。回路は、例えば、以下の物であってもよい：ＦＰＧＡ（現場でプログラム可能なゲートアレイ）及び／又はＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）。サブルーチン及びソフトウェアのエージェントは、こうした機能を実施するコンピュータ・プログラム、プロセッサ、特殊回路、ソフトウェア、及び／又はハードウェアの一部を参照することができる。

【0088】

コンピュータ・プログラムの実行に適したプロセッサは、例示的な意味合いで、以下を含む：汎用目的及び特定目的の両方のマイクロプロセッサ、並びに任意の種類のデジタルコンピュータの任意の１以上のプロセッサ。一般的に、プロセッサは、指示及びデータを、リード・オンリ・メモリ若しくはランダム・アクセス・メモリ又は両方から受け取る。コンピュータの必須の要素は、指示を実行するためのプロセッサ及び指示及びデータを記憶するための１以上のメモリである。一般的に、コンピュータは、機能的に結合することができ、データを記憶するための１以上のマス・ストレージ・デバイス（例えば、磁気、光磁気ディスク、又は光学ディスク）から、データを受け取ったり及び／又は該デバイスへデータを送る。

【0089】

また、データの伝送及び指示は、通信ネットワークを介して発生してもよい。コンピュータ・プログラム指示及びデータを実装するために適したコンピュータ・プログラム製品は、全ての形態の不揮発性のメモリを含み、例示的な半導体メモリ装置を含む。コンピュータ・プログラム製品は、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリ装置、磁気ディスク、内蔵型ハードディスク、リムーバブル・ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び／又はＤＶＤ−ＲＯＭディスクであってもよい。プロセッサ及びメモリは、専用論理回路によって提供されてもよく、及び／又は該回路内に組み込まれてもよい。

【0090】

ユーザーとの相互作用を提供するため、上述の技術は、表示装置を有するコンピュータ上で実施されてもよい。表示装置は、例えば、ＣＲＴ及び／又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニタであってもよい。ユーザーとの相互作用は、例えば、情報の表示をユーザーに行う形でもよいし、キーボード及びポインティング・デバイス（例えば、マウス又はトラックボール）であってもよい。これらにより、ユーザーは、入力をコンピュータに対して提供する（例えば、ユーザー・インターフェース要素との相互作用）。他の種類の装置も、ユーザーとの相互作用を提供するために使用することができる。他の装置は、例えば、ユーザーに対して、任意の形態での感覚フィードバック（例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバック）で、提供されるフィードバックであってもよい。ユーザーからの入力は、例えば、任意の形態で受け取ることができ、聴覚、音声及び／又は触覚入力を含む。

【0091】

上述の技術は、分散（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）コンピューティング・システム内で実施されてもよく、該システムはバック・エンド・コンポーネントを含む。バック・エンド・コンポーネントは、例えば、データ・サーバー、ミドルウェア構成要素、及び／又はアプリケーション・サーバーであってもよい。上述の技術は、分散（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ）コンピューティング・システム内で実施されてもよく、該システムは、フロント・エンド・コンポーネントを含む。フロント・エンド・コンポーネントは、例えば、クライアントコンピュータであってもよく、該コンピュータは、以下を有する：グラフィカル・ユーザー・インターフェース、ウェブ・ブラウザ（ユーザーが例示的な実施と相互作用可能なもの）、及び／又は伝送装置用の他のグラフィカル・ユーザー・インターフェース。システムの構成要素は、任意の形態又はデジタルデータ通信の媒体（例えば、通信ネットワーク）によって相互接続されてもよい。通信ネットワークの例として、以下を含む：ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネット、有線ネットワーク、及び／又は無線ネットワーク。

【0092】

システムは、クライアント及びサーバーを含むことができる。クライアント及びサーバーは、一般的に、互いに離れており、典型的には通信ネットワークを介して相互作用する。クライアント及びサーバーの関係は、コンピュータ・プログラムの手段によって生じる。該プログラムは、それぞれコンピュータ上で実行され、クライアント−サーバーの関係を相互に有する。

【0093】

パケットベースのネットワークは、例えば、以下を含むことができる：インターネット、キャリア・インターネット・プロトコル（ＩＰ）ネットワーク（例えば、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、キャンパス・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ）、ホーム・エリア・ネットワーク（ＨＡＮ））、プライベートＩＰネットワーク、ＩＰ構内交換機（ＩＰＢＸ）、無線ネットワーク（例えば、無線アクセス・ネットワーク（ＲＡＮ）、８０２．１１ネットワーク、８０２．１６ネットワーク、汎用パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）ネットワーク、ＨｉｐｅｒＬＡＮ）、及び／又は他のパケットベースのネットワーク。回路ベースのネットワークは、例えば、以下を含むことができる：公衆電話交換回線網（ＰＳＴＮ）、構内交換機（ＰＢＸ）、無線ネットワーク（例えば、ＲＡＮ、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）ネットワーク、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）ネットワーク、モバイル通信用グローバル・システム（ＧＳＭ）ネットワーク）、及び／又は他の回路ベースのネットワーク。

【0094】

伝送装置は、例えば、以下を含むことができる：コンピュータ、ブラウザ装置を有するコンピュータ、電話、ＩＰ電話、モバイル装置（例えば、携帯電話、個人情報端末（ＰＤＡ）、ラップトップ・コンピュータ、電子メール装置）、及び／又は他の通信装置。ブラウザ装置は、例えば、以下を含むことができる：ワールド・ワイド・ウェブ・ブラウザ（例えば、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ社から入手できるＭｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標）Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｅｘｐｌｏｒｅｒ（登録商標、Ｍｏｚｉｌｌａ社から入手できるＭｏｚｉｌｌａ（登録商標） Ｆｉｒｅｆｏｘ ）を有するコンピュータ（例えば、デスクトップ・コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ）。モバイル・コンピューティング・デバイスは、例えば、Ｂｌａｃｋｂｅｒｒｙ（登録商標）を含む。

【0095】

「含む、備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ、ｉｎｃｌｕｄｅ）」及び／又は其々の複数形は、非限定を表し、記載された要素を含み、記載されていない更なる要素を含むこともできる。「及び／又は」（「及び」を「並びに」に置き換えた場合や、「又は」を「若しくは」に置き換えた場合も同様）は、非限定を表し、記載された要素の１つ又は複数を含むと共に、記載された要素の組合せを含む。

【0096】

当業者は、本発明が、本発明の思想又は基本的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で、具現化されてもよいことを理解されたい。以上の実施形態は、従って、本明細書に記載された発明を限定するよりむしろ、あらゆる点で、例示と見なされるべきものである。従って、上記説明ではなく、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって示される。よって、特許請求の範囲の意味及び均等の範囲に入るすべての改変は、本発明の範囲内に含まれることを企図している。
本発明は一側面において以下の発明を包含する。
（発明１）
フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャの方法であって、前記方法は：
受け取った慣性データ入力から角度及び速度のコマンドを生成するステップと；
前記角度コマンドを、適切なオーダー位置ループに与えて、中間結果を生成するステップと；
角度フィードバックを微分して、速度ループ・フィードバックを生成するステップと；並びに
前記中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを、適切なオーダー速度ループに与えて、トルク・コマンドを生成するステップと、
を含み、
前記適切なオーダー速度ループは、前記適切なオーダー位置ループの内部にネストされ、
前記生成されるトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かし、前記電気光学的センサの視線を、前記受け取った慣性角度入力を近似する角度の分だけ偏向させる、該方法。
（発明２）
発明１に記載の方法であって、
前記受け取った慣性データ入力が慣性角度入力であり、
前記角度及び速度のコマンドを生成するステップが、前記慣性角度入力を微分して速度を生成するステップを含み、
前記速度コマンドは、前記生成される速度に基づいて生成される、該方法。
（発明３）
発明１に記載の方法であって、
前記受け取った慣性データ入力が慣性速度入力であり、
前記角度及び速度のコマンドを生成するステップが前記慣性速度入力を積分して角度を生成するステップを含み、
前記角度コマンドは、前記生成される角度に基づいて生成される、該方法。
（発明４）
発明１に記載の方法であって、
前記角度コマンドを与えるステップが、
前記角度コマンドと、前記角度フィードバックとの差を算出してエラー・シグナルを生成するステップと；及び、
前記エラー・シグナルを、前記適切なオーダー位置ループ・コントローラーを通して処理し、前記中間結果を生成するステップと
を含む該方法。
（発明５）
発明１に記載の方法であって、
前記中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを、前記適切なオーダー速度ループに与えるステップが、
速度コマンドと、速度ループ・フィードバックとを組み合わせて速度エラー・シグナルを生成するステップであって、前記トルク・コマンドは、前記生成される速度エラー・シグナルに基づいて生成されるステップと；、並びに
前記速度エラー・シグナルを、前記適切なオーダー速度ループ・コントローラーを通して処理し、前記トルク・コマンドを生成するステップと
を含む該方法。
（発明６）
発明１に記載の方法であって、前記適切なオーダー位置ループ及び適切なオーダー速度ループは、比例積分コントロール・ループ、比例微分、比例積分微分コントロール・ループ又はこれらの組み合わせである該方法。
（発明７）
発明１に記載の方法であって、前記ビーム・ステアリング素子は、反射による設計又は屈折による設計のうちいずれか１つである該方法。
（発明８）
発明７に記載の方法であって、前記反射による設計のビーム・ステアリング素子は、２軸の高速ステアリング・ミラーを含む該方法。
（発明９）
発明７に記載の方法であって、前記屈折による設計のビーム・ステアリング素子は、リズレープリズムを含む該方法。
（発明１０）
発明１に記載の方法であって、更に以下のステップを含む方法：
角度フィードバックを、角度に基づいて生成するステップであって、前記角度は、渦電流センサ、線形可変差動変圧器又は光学式エンコーダを用いて直接測定された角度であるステップ；及び
前記測定された角度を微分して速度フィードバックを生成するステップ。
（発明１１）
発明１に記載の方法であって、更に以下のステップを含む方法：
前記ビーム・ステアリング素子を前記トルク・コマンドに基づいて動かすステップ。
（発明１２）
フィードフォアワード・コマンドを補助するアーキテクチャのシステムであって、前記システムは：
生成モジュールであって、角度及び速度のコマンドを、受け取った慣性データ入力から生成するように設計された生成モジュールと；
位置ループ・モジュールであって、前記生成モジュールに通信可能に接続され、前記角度コマンドを、適切なオーダー位置ループへ与えて、中間結果を生成するように設計された位置ループ・モジュールと；
微分モジュールであって、角度フィードバックを微分して速度ループ・フィードバックを生成するように設計された微分モジュールと；
速度ループ・モジュールであって、前記位置ループ・モジュール及び微分モジュールに通信可能に接続され、前記中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを、適切なオーダー速度ループに与えてトルク・コマンドを生成するように設計された速度ループ・モジュールと、
を備え、
前記適切なオーダー速度ループは、前記適切なオーダー位置ループの内部にネストされ、
前記生成されるトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かし、前記電気光学的センサの視線を、前記受け取った慣性角度入力を近似する角度の分だけ偏向させる、該システム。
（発明１３）
発明１２に記載のシステムであって、
前記受け取った慣性データ入力が慣性角度入力であり、
前記生成モジュールは、前記慣性角度入力を微分して速度を生成するように設計され、
前記速度コマンドは、前記生成される速度に基づいて生成される、該システム。
（発明１４）
発明１２に記載のシステムであって、
前記受け取った慣性データ入力が慣性速度入力であり、
前記生成モジュールは、前記慣性速度入力を積分して角度を生成するように設計され、
前記角度コマンドは、前記生成される角度に基づいて生成される、該システム。
（発明１５）
発明１２に記載のシステムであって、
前記位置ループ・モジュールは、前記角度コマンドと、前記角度フィードバックとの差を算出してエラー・シグナルを生成するように更に設計される該システム。
（発明１６）
発明１２に記載のシステムであって、
前記速度ループ・モジュールは、速度コマンドと、速度ループ・フィードバックとを組み合わせて速度エラー・シグナルを生成するように更に設計され、
前記トルク・コマンドは、前記生成される速度エラー・シグナルに基づいて生成される該システム。
（発明１７）
発明１２に記載のシステムであって、
前記適切なオーダー位置ループ及び適切なオーダー速度ループは、比例積分コントロール・ループ、比例微分、比例積分微分コントロール・ループ又はこれらの組み合わせである該システム。
（発明１８）
発明１２に記載のシステムであって、前記ビーム・ステアリング素子は、反射による設計又は屈折による設計のうちいずれか１つである該システム。
（発明１９）
発明１８に記載のシステムであって、前記反射による設計のビーム・ステアリング素子は、２軸の高速ステアリング・ミラーを含む該システム。
（発明２０）
発明１８に記載のシステムであって、前記屈折による設計のビーム・ステアリング素子は、リズレープリズムを含む該システム。
（発明２１）
発明１２に記載のシステムであって、
角度を直接測定する渦電流センサ、線形可変差動変圧器又は光学式エンコーダを更に備え、
前記微分モジュールは、前記測定された角度を微分して速度フィードバックを生成するように更に設計される該システム。
（発明２２）
発明１２に記載のシステムであって、更に以下を備えるシステム：アクチュエータであって、前記ビーム・ステアリング素子を、前記トルク・コマンドに基づいて動かすアクチュエータ。
（発明２３）
コンピュータ・プログラム製品であって、
情報媒体内で具現化され、
前記コンピュータ・プログラム製品は、データ処理装置に：
角度及び速度のコマンドを、受け取った慣性データ入力から生成する動作；
前記角度コマンドを、適切なオーダー位置ループに与えて中間結果を生成する動作；
角度フィードバックを微分して速度ループ・フィードバックを生成する動作；
前記中間結果、速度コマンド、及び速度ループ・フィードバックを、適切なオーダー速度ループに与えてトルク・コマンドを生成する動作
を起こすような動作可能な指示を含み：
前記適切なオーダー速度ループは、前記適切なオーダー位置ループの内部にネストされ、
前記生成されるトルク・コマンドは、電気光学的センサのビーム・ステアリング素子を動かし、前記電気光学的センサの視線を、前記受け取った慣性角度入力を近似する角度の分だけ偏向させる、該プログラム製品。

【図1】

【図4】

【図5】

【図7】

【図9】

【図2】

【図3】

【図6】

【図8】

【図10】