JP3254538B2 - Gyro compass - Google Patents

Gyro compass

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JP3254538B2
JP3254538B2 JP07680793A JP7680793A JP3254538B2 JP 3254538 B2 JP3254538 B2 JP 3254538B2 JP 07680793 A JP07680793 A JP 07680793A JP 7680793 A JP7680793 A JP 7680793A JP 3254538 B2 JP3254538 B2 JP 3254538B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は例えば船舶等の航行体の
針路測定に使用して好適なジャイロコンパスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gyro compass suitable for use in measuring the course of a navigating body such as a ship.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、船舶の針路測定にはジャイロコン
パスが多く用いられている。図4に従来のジャイロコン
パスの例を示す。ジャイロコンパスは図4に示すように
機構部Aと図5に示すように制御部とを有する。先ず図
4を参照して機構部Aを説明する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a gyrocompass is often used for measuring a course of a ship. FIG. 4 shows an example of a conventional gyrocompass. The gyro compass has a mechanism section A as shown in FIG. 4 and a control section as shown in FIG. First, the mechanism section A will be described with reference to FIG.

【0003】ジャイロコンパスの機構部Aはジャイロロ
ータを内蔵したジャイロケース1を有しており、斯かる
ジャイロロータは誘導電動機等により一定の回転速度に
て高速回転される。ジャイロロータ即ちジャイロは水平
方向のスピン軸線を有し、その回転ベクトルは南向き
(北側より見て時計方向)である。
The mechanism section A of the gyro compass has a gyro case 1 having a built-in gyro rotor, and the gyro rotor is rotated at a high speed by an induction motor or the like at a constant rotational speed. The gyro rotor or gyro has a horizontal spin axis, and its rotation vector is southward (clockwise as viewed from the north side).

【0004】ジャイロケース1は上下に突出した1対の
垂直軸2、2’を有しており、斯かる垂直軸2、2’は
ジャイロケース1の外側に配置された垂直環3の対応す
る位置に取り付けられたボールベアリング4、4’の内
輪にそれぞれ嵌合している。上側の垂直軸2は縣吊線5
を介して縣吊線取り付け台5’に取り付けられており、
斯かる縣吊線取り付け台5’は垂直環3上に支持されて
いる。
The gyro case 1 has a pair of vertical axes 2 and 2 ′ projecting up and down, and the vertical axes 2 and 2 ′ correspond to a vertical ring 3 disposed outside the gyro case 1. The ball bearings 4 and 4 'attached to the respective positions are fitted to the inner races. The upper vertical axis 2 is the suspension line 5
Is attached to the suspension line mounting base 5 'through the
Such suspension line mounting stand 5 ′ is supported on a vertical ring 3.

【0005】ジャイロケース1の全重量は縣吊線5又は
縣吊線取り付け台5’によって担われており、従って、
垂直軸2、2’が嵌合しているボールベアリング4、
4’にはスラスト荷重が加わらず、ボールベアリング
4、4’の摩擦トルクが低減されることができる。
[0005] The total weight of the gyro case 1 is borne by the hanging wire 5 or the hanging wire mount 5 '.
Ball bearings 4, in which the vertical shafts 2 and 2 'are fitted,
No thrust load is applied to 4 ′, and the friction torque of the ball bearings 4, 4 ′ can be reduced.

【0006】垂直環3の東西両側には1対の液体安定器
6、6’が取り付けられ、斯かる液体安定器6、6’
は、以下に詳細に説明するように、ジャイロケース1を
指北運動させるための指北装置として機能する。
[0006] A pair of liquid ballasts 6, 6 'are mounted on both the east and west sides of the vertical ring 3, and the liquid ballasts 6, 6' are mounted.
Functions as a finger northing device for moving the gyro case 1 northward as described in detail below.

【0007】垂直環3は1対の水平軸9、9’を有し、
斯かる水平軸9、9’は垂直軸2、2’及びジャイロの
スピン軸線の双方に直交し東西の位置より外方に突出し
ており、斯かる水平軸9、9’の端部は垂直環3の外側
に配置された水平環10の対応する位置に取り付けられ
たボールベアリング11、11’の内輪に各々嵌合して
いる。
The vertical ring 3 has a pair of horizontal axes 9, 9 ',
The horizontal axes 9, 9 'are perpendicular to both the vertical axes 2, 2' and the spin axis of the gyro and project outward from the east-west position, and the ends of the horizontal axes 9, 9 'are vertical rings. 3 are respectively fitted to inner rings of ball bearings 11 and 11 ′ attached to corresponding positions of a horizontal ring 10 arranged outside.

【0008】水平環10は、更に、水平面内にて水平軸
9、9’と直交する1対のジンバル軸12、12’を有
する。斯かるジンバル軸12、12’の各々は、水平環
10の外側に配置された追従環13に取り付けられた1
対のジンバル軸ボールベアリング14、14’の内輪に
嵌合している。
The horizontal ring 10 further has a pair of gimbal axes 12, 12 'orthogonal to the horizontal axes 9, 9' in a horizontal plane. Each of such gimbal shafts 12, 12 ′ is attached to a tracking ring 13 disposed outside the horizontal ring 10.
The pair of gimbal shaft ball bearings 14 and 14 ′ are fitted to the inner races.

【0009】追従環13はその上下に突出した1対の追
従軸15、15’を有しており、斯かる追従軸15、1
5’は盤器16の対応した位置に取り付けられた追従軸
ボールベアリング17、17’の内輪に嵌合している。
The follower ring 13 has a pair of follower shafts 15 and 15 'projecting up and down.
Reference numeral 5 'is fitted to the inner ring of the following shaft ball bearings 17, 17' attached to the corresponding position of the panel device 16.

【0010】上側の追従軸15の軸端にはコンパスカー
ド18が取り付けられており、斯かるコンパスカード1
8と盤器16の対応する船首側の位置に固設された基線
18Bとによって船首の方位角が読み取られる。下側の
追従軸15’には方位歯車21が取り付けられており、
斯かる方位歯車21は方位ピニオン20を介して盤器1
6の下部に取り付けられた方位サーボモータ19の回転
軸19Aと結合している。方位歯車21には歯車列を介
して方位発信器22の回転軸22Aが係合しており、斯
かる方位発信器22の方位信号は電気信号に変換されて
外部に発信される。
[0010] A compass card 18 is attached to the shaft end of the upper follow-up shaft 15.
The azimuth angle of the bow is read by the reference numeral 8 and the base line 18B fixed to the position corresponding to the bow side of the panel device 16. An azimuth gear 21 is attached to the lower tracking shaft 15 ',
The azimuth gear 21 is connected to the board 1 via the azimuth pinion 20.
6 is connected to a rotation axis 19A of an azimuth servomotor 19 attached to the lower part of the motor 6. The rotation shaft 22A of the direction transmitter 22 is engaged with the direction gear 21 via a gear train, and the direction signal of the direction transmitter 22 is converted into an electric signal and transmitted to the outside.

【0011】水平環10の内部、即ち、水平環10、垂
直環3、ジャイロケース1等を含む部分は通常鋭感部と
呼ばれている。斯かる鋭感部はジンバル軸12、12’
の周りに下方に重い物理振子を構成しており、これによ
って水平軸9、9’は船体の傾斜に関係なく常に水平面
内に保持される。
The inside of the horizontal ring 10, that is, the portion including the horizontal ring 10, the vertical ring 3, the gyro case 1, and the like is usually called a sharp feeling part. Such sharp parts are provided on the gimbal axes 12, 12 '.
Below, a heavy physical pendulum is configured so that the horizontal axes 9, 9 'are always kept in a horizontal plane regardless of the inclination of the hull.

【0012】ジャイロケース1の東側には追従ピックア
ップ8が取り付けられており、斯かる追従ピックアップ
8はジャイロケース1に配置された差動変圧器の1次コ
イル8−1とこれに相対する垂直環3の位置に配置され
た差動変圧器の2次コイル8−2とよりなる。
A tracking pickup 8 is mounted on the east side of the gyro case 1. The tracking pickup 8 is composed of a primary coil 8-1 of a differential transformer arranged in the gyro case 1 and a vertical ring opposed thereto. And the secondary coil 8-2 of the differential transformer arranged at the position No. 3.

【0013】ジャイロケース1の方位と垂直環3の方位
との間に差があると、斯かる差は両者に設けられた追従
ピックアップ8によって検出され、斯かる方位差は電気
信号8Aに変換されて外部のサーボ増幅器23に供給さ
れる。斯かる電気信号8Aはサーボ増幅器23によって
増幅されて方位サーボモータ19に供給され、それによ
って方位サーボモータ19は制御される。
If there is a difference between the azimuth of the gyro case 1 and the azimuth of the vertical ring 3, such a difference is detected by a tracking pickup 8 provided on both, and the azimuth difference is converted into an electric signal 8A. And supplied to an external servo amplifier 23. The electric signal 8A is amplified by the servo amplifier 23 and supplied to the azimuth servomotor 19, whereby the azimuth servomotor 19 is controlled.

【0014】方位サーボモータ19の回転は、回転軸1
9A、歯車列、方位歯車21を経由して追従環13に伝
達され、更に水平環10、水平軸9、9’等を介して垂
直環3に伝達されるため、垂直環3とジャイロケース1
との間の方位偏差は常にゼロに保たれるようになってい
る。かくして方位サーボモータ19を制御する方位サー
ボ系が構成される。
The rotation of the azimuth servomotor 19 is based on the rotation axis 1
9A, the gear train, and the azimuth gear 21, the power is transmitted to the follower ring 13, and further transmitted to the vertical ring 3 via the horizontal ring 10, the horizontal shafts 9, 9 ′, and so on.
Is always kept at zero. Thus, an azimuth servo system for controlling the azimuth servomotor 19 is configured.

【0015】方位サーボ系の作用により、水平軸9、
9’とジャイロのスピン軸とは常に直交関係を保ち、且
つ縣吊線5の捩りトルクがジャイロケース1に加わるこ
とはない。即ち、サーボ系を持った垂直軸2、2’、水
平軸9、9’及びジンバル軸12、12’の3軸の働き
によって、ジャイロケース1は船体の揺動等の角運動か
ら完全に遮断されることとなり、ジャイロスコープを構
成することとなる。
By the operation of the azimuth servo system, the horizontal axis 9,
9 ′ and the spin axis of the gyro always maintain an orthogonal relationship, and the torsional torque of the suspension wire 5 is not applied to the gyro case 1. That is, the gyro case 1 is completely shut off from angular motions such as rocking of the hull by the action of the three axes of the vertical axes 2, 2 ', the horizontal axes 9, 9' and the gimbal axes 12, 12 'having the servo system. Thus, a gyroscope is formed.

【0016】斯かるジャイロスコープに指北力を付与し
コンパスとしての機能を与えるのが上述の液体安定器6
である。
The above-described liquid ballast 6 provides the gyroscope with a fingering force to provide a function as a compass.
It is.

【0017】液体安定器6は一種の連通管であって、ジ
ャイロケース1の南北両側に配置された2つの壺と斯か
る2つの壺を上側で連通する空気管と下側で連通する液
体管とよりなる。液体安定器6の内部には比重の高い液
体が充たされており、その液面が2つの壺内に配置され
るように構成されている。
The liquid ballast 6 is a kind of communication pipe, and is composed of two pots arranged on the north and south sides of the gyro case 1 and a liquid pipe connecting the two pots on the upper side with the air pipe communicating on the lower side. And The inside of the liquid ballast 6 is filled with a liquid having a high specific gravity, and the liquid level is arranged in two pots.

【0018】ジャイロのスピン軸線が水平面に対して角
度θだけ傾斜しその指北端が水平面より上昇して配置さ
れているものとする。液体安定器6は、水平面に対する
スピン軸線の傾斜角度θに比例した指北トルクQC をジ
ャイロの水平軸9、9’周りに付与するように構成され
ている。斯かる指北トルクQC は次の数1の式によって
表される。
It is assumed that the spin axis of the gyro is inclined by an angle θ with respect to a horizontal plane, and the north end of the finger is disposed above the horizontal plane. Liquid ballast 6 is configured to provide a ubiquitous torque Q C in proportion to the inclination angle θ of the spin axis with respect to the horizontal plane to the gyro horizontal axis 9, 9 'around. Such ubiquitous torque Q C is represented by the formula for a number 1.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】ここに、Kは安定器定数又は指北定数、τ
B は液体安定器6を1次遅れ系に近似したときの時定
数、Sはラプラス演算子である。
Where K is the ballast constant or the northern constant, τ
B is a time constant when the liquid ballast 6 is approximated to a first-order lag system, and S is a Laplace operator.

【0021】こうして、液体安定器6においてジャイロ
のスピン軸線の水平面に対する傾斜角θに比例したトル
クが生じ、斯かるトルクはジャイロケース1を水平軸
9、9’周りに回転させるように作用するので,ジャイ
ロケース1は指北力を有し、斯くしてジャイロコンパス
が構成される。斯かる液体安定器6を含むループは指北
ループ又は方位ループと呼ばれる。
In this way, a torque proportional to the inclination angle θ of the spin axis of the gyro with respect to the horizontal plane is generated in the liquid ballast 6, and this torque acts to rotate the gyro case 1 around the horizontal axis 9, 9 '. , Gyro case 1 has a northern force, thus forming a gyro compass. The loop that includes such a liquid ballast 6 is called a northern loop or an azimuth loop.

【0022】本例では、液体安定器6によって付与され
たジャイロケース1の指北運動を制振させるために制振
ループが設けられている。斯かる制振ループはジャイロ
ケース1に装着された傾斜計30及びトルカ32と方位
発信器22と以下に説明するジャイロコンパスの制御部
Bとを含む。
In this embodiment, a vibration damping loop is provided for damping the finger north movement of the gyro case 1 provided by the liquid stabilizer 6. Such a vibration suppression loop includes an inclinometer 30 and a torquer 32 mounted on the gyro case 1, an azimuth transmitter 22, and a gyro compass control unit B described below.

【0023】図5に従来のジャイロコンパスの制振ルー
プと制御部Bの構成を示す。制御部Bは誤差修正部10
0と係数器31とを有する。傾斜計30は水平面に対す
るスピン軸線の傾斜角を検出して斯かる傾斜角を指示す
る検出信号SAに出力する。斯かる検出信号SAは、係
数器31に供給されて係数μ’が乗算される。こうして
得られた制振信号DSは誤差修正部100より供給され
た修正信号A1によって修正され、トルカ信号TSが生
成される。斯かる修正信号A1によって、水平面に対す
るスピン軸線の傾斜角に起因する等価バイアス誤差が修
正される。
FIG. 5 shows a configuration of a vibration control loop and a control unit B of a conventional gyrocompass. The control unit B includes an error correction unit 10
It has 0 and a coefficient unit 31. The inclinometer 30 detects the inclination angle of the spin axis with respect to the horizontal plane, and outputs the detection signal SA indicating the inclination angle. The detection signal SA is supplied to the coefficient unit 31 and multiplied by the coefficient μ ′. The vibration suppression signal DS thus obtained is corrected by the correction signal A1 supplied from the error correction unit 100, and a Toruca signal TS is generated. The correction signal A1 corrects an equivalent bias error caused by the inclination angle of the spin axis with respect to the horizontal plane.

【0024】斯かるトルカ信号TSはトルカ32に供給
される。トルカ32はトルカ信号TSに応答して、ジャ
イロケース1及び垂直環3を垂直軸2、2’の周りに回
転させるトルクQD を生成する。斯かるトルカ32によ
って生成されるトルクQD は次の数2の式の如くなる。
The Toruca signal TS is supplied to the Toruca 32. Torquer 32 in response to torquer signal TS, it generates a torque Q D for rotating the gyro case 1 and the vertical ring 3 about a vertical axis 2,2 '. Torque Q D produced by such torquer 32 is as the formula for a number of 2.

【0025】[0025]

【数2】QD (S)=μθ(S) μ=KACC ・μ’・KT SA=KACC ・θ(S)## EQU2 ## Q D (S) = μθ (S) μ = K ACC · μ ′ · K T SA = K ACC · θ (S)

【0026】ここに、μはダンピング定数、KACC は傾
斜計30の利得、μ’は係数器31の比例定数、KT
トルカ32の利得である。
Here, μ is a damping constant, K ACC is a gain of the inclinometer 30, μ ′ is a proportional constant of the coefficient unit 31, and KT is a gain of the torquer 32.

【0027】こうして液体安定器6によって付与された
ジャイロケース1の指北運動が減衰される。従って、斯
かるループは減衰ループ又は制振ループと呼ばれる。
In this way, the finger movement of the gyro case 1 imparted by the liquid ballast 6 is attenuated. Therefore, such a loop is called a damping loop or a damping loop.

【0028】誤差修正部100は、傾斜計30より供給
された水平面に対するスピン軸線の傾斜角を指示する検
出信号SAと方位発信器22より供給されたスピン軸線
の方位角を指示する方位角信号Azとログ速度計(図示
なし)より供給された航行体の速度を指示する速度信号
V’と航行体の緯度を指示する緯度設定値λ0 ’とを入
力し、修正信号A1と真方位角信号Aztを演算して出
力する。緯度設定値λ 0 ’は例えば手動によって設定さ
れる。
The error correction unit 100 supplies the data from the inclinometer 30.
Indicating the tilt angle of the spin axis with respect to the horizontal plane
Outgoing signal SA and spin axis supplied from bearing transmitter 22
Azimuth signal Az indicating the azimuth angle of the
None) Speed signal indicating the speed of the vehicle supplied from
V ′ and a latitude setting value λ indicating the latitude of the navigation body0
To calculate and output the correction signal A1 and the true azimuth signal Azt.
Power. Latitude setting value λ 0’Is set manually, for example
It is.

【0029】真方位角信号Aztは方位発信器22によ
って検出されたスピン軸線の方位角より航行体の運動に
よって発生する方位角誤差φの推定値φeが除去された
値である。
The true azimuth signal Azt is a value obtained by removing the estimated value φe of the azimuth error φ generated by the movement of the navigation vehicle from the azimuth of the spin axis detected by the azimuth transmitter 22.

【0030】図6を参照して誤差修正部100の構成を
示す。誤差修正部100は誤差演算部100Aとバイア
ス誤差修正部100Bと方位誤差修正部100Cとを有
し、誤差演算部100Aはモデル演算部100A1と誤
差検出部100A2と外部情報処理部100A3とを有
する。
Referring to FIG. 6, the configuration of error correcting section 100 is shown. The error correction unit 100 includes an error calculation unit 100A, a bias error correction unit 100B, and an azimuth error correction unit 100C. The error calculation unit 100A includes a model calculation unit 100A1, an error detection unit 100A2, and an external information processing unit 100A3.

【0031】図7〜図11を参照して誤差修正部100
の各部の構成と機能を説明する。斯かる図において、g
は重力加速度、Rは地球半径、Ωは地球自転角速度、H
はジャイロの角運動量、λ’は航行体の緯度を表す。
Referring to FIGS. 7 to 11, error correction unit 100
The configuration and function of each section will be described. In such a diagram, g
Is the gravitational acceleration, R is the earth radius, Ω is the Earth's rotation angular velocity, H
Is the angular momentum of the gyro, and λ 'is the latitude of the vehicle.

【0032】V’は速度成分、ω’は角速度成分、σ’
は加速度成分を表す。添字Nは地球座標系の南北軸方向
を表し、北向きを正にとる。添字Eは地球座標系の東西
軸方向を表し、東向きを正にとる。
V ′ is a velocity component, ω ′ is an angular velocity component, σ ′
Represents an acceleration component. The suffix N indicates the north-south axis direction of the earth coordinate system, and the north direction is positive. The subscript E represents the east-west axis direction of the earth coordinate system, and the east direction is positive.

【0033】φeはスピン軸線の真北に対する推定方位
角誤差、θeは水平面に対するスピン軸線の推定傾斜
角、ξeは液体安定器6の推定液面傾斜角、beは推定
等価バイアス値を表す。
Φe represents an estimated azimuth angle error with respect to true north of the spin axis, θe represents an estimated inclination angle of the spin axis with respect to a horizontal plane, Δe represents an estimated liquid surface inclination angle of the liquid ballast 6, and be represents an estimated equivalent bias value.

【0034】図7にモデル演算部100A1の構成例を
示す。モデル演算部100A1はジャイロコンパスの構
成と等価な数学的モデルの構成を有する。即ち、推定傾
斜角信号θeと航行体の運動によって発生した南北加速
度成分σN ’とが加算されて推定検出信号SBが生成さ
れる。斯かる推定検出信号SBは係数器50に供給され
推定液面傾斜角信号ξeが生成される。係数器50は液
体安定器6の1次遅れ要素に対応する。推定液面傾斜角
信号ξeは係数器51に供給され、そこで安定器定数K
をジャイロの角運動量Hで除した値K/Hが乗算され、
垂直軸周りのプレセッション角速度ξe×K/Hが得ら
れる。
FIG. 7 shows a configuration example of the model calculation unit 100A1. The model calculation unit 100A1 has a mathematical model configuration equivalent to the gyro compass configuration. That is, the estimated inclination angle signal θe and the north-south acceleration component σ N ′ generated by the movement of the navigation body are added to generate the estimated detection signal SB. The estimated detection signal SB is supplied to the coefficient unit 50 to generate the estimated liquid level inclination angle signal ξe. The coefficient unit 50 corresponds to the first-order lag element of the liquid ballast 6. The estimated liquid level inclination angle signal ξe is supplied to a coefficient unit 51, where the ballast constant K
Is multiplied by a value K / H, which is obtained by dividing the angular momentum H of the gyro,
The precession angular velocity Δe × K / H around the vertical axis is obtained.

【0035】斯かるプレセッション角速度ξe×K/H
は座標変換器40を経由して等価地球自転角速度の垂直
成分ΩS ’が加算される。斯かる加算値は積分器52に
供給されて、推定方位角誤差値φeが生成される。これ
は、プレセッション角速度と地球自転角速度の垂直成分
がジャイロケース1の垂直軸に作用して方位運動を生じ
させ、それによって方位角誤差が発生することに対応し
ている。
The precession angular velocity Δe × K / H
The vertical component Ω S ′ of the equivalent earth rotation angular velocity is added via the coordinate converter 40. Such an added value is supplied to the integrator 52 to generate an estimated azimuth angle error value φe. This corresponds to the fact that the vertical components of the precession angular velocity and the earth rotation angular velocity act on the vertical axis of the gyro case 1 to cause azimuth movement, thereby causing an azimuth error.

【0036】推定方位角誤差φeは係数器53に供給さ
れて等価地球自転角速度の水平成分ΩC ’が乗算され
る。斯かる係数器53からの出力信号は、航行体の南北
速度成分VN ’を地球半径Rで除算して得られた南北角
速度成分ωN ’が加算されて積分器54に供給される。
こうして、積分器54からは推定傾斜角θeが出力され
る。これは方位角誤差と地球自転角速度の水平成分との
積がジャイロの水平軸周りのジャイロ要素に角速度とし
て入力されることに対応している。
The estimated azimuth angle error φe is supplied to a coefficient unit 53 and is multiplied by the horizontal component Ω C ′ of the equivalent earth rotation angular velocity. The output signal from the coefficient unit 53 is added to the north-south angular velocity component ω N ′ obtained by dividing the north-south velocity component V N ′ of the navigation body by the earth radius R, and is supplied to the integrator 54.
Thus, the integrator 54 outputs the estimated inclination angle θe. This corresponds to the fact that the product of the azimuth error and the horizontal component of the earth rotation angular velocity is input as an angular velocity to a gyro element around the horizontal axis of the gyro.

【0037】以上がジャイロコンパスの指北ループ又は
方位ループに対応する。このループは2つの積分器5
2、54を有し、2つの極を有するから系の応答性は振
動的である。
The above corresponds to the north loop or the azimuth loop of the gyro compass. This loop consists of two integrators 5
Since it has 2, 54 and two poles, the response of the system is oscillatory.

【0038】同様に、推定検出信号SBは係数器55に
供給され、ダンピング定数μをジャイロの角運動量Hで
除した値μ/Hが乗算され、水平軸周りのプレセッショ
ン角速度SB×μ/Hが得られる。
Similarly, the estimated detection signal SB is supplied to a coefficient unit 55, and is multiplied by a value μ / H obtained by dividing the damping constant μ by the angular momentum H of the gyro, thereby obtaining a precession angular velocity SB × μ / H around the horizontal axis. Is obtained.

【0039】斯かるプレセッション角速度SB×μ/H
は座標変換器40を経由して係数器53の出力側に供給
される。斯かるループは、積分器54の出力信号である
推定傾斜角θeを減少させるように作用するから、指北
運動を減衰させることに対応する。即ち、斯かるループ
は減衰ループ又は制振ループに対応している。
The precession angular velocity SB × μ / H
Is supplied to the output side of the coefficient unit 53 via the coordinate converter 40. Such a loop acts to reduce the estimated inclination angle θe which is the output signal of the integrator 54, and thus corresponds to attenuating the finger north movement. That is, such a loop corresponds to a damping loop or a vibration suppression loop.

【0040】ここで、座標変換器40の機能について説
明する。航行体が運動するとそれによって東西方向の加
速度成分σE ’が生じ、ジャイロケース1は東西方向に
傾斜する。座標変換器40は斯かる東西方向の加速度成
分σE ’に起因して座標軸が回転することによって発生
するモデル化誤差を除去するために設けたものである。
座標変換器40は4つの係数器40−1、40−2、4
0−3、40−4を含み、各係数器は入力信号に対して
東西方向の加速度成分σE ’の正弦値又は余弦値を乗算
する。
Here, the function of the coordinate converter 40 will be described. When the navigation body moves, an acceleration component σ E ′ in the east-west direction is generated, and the gyro case 1 tilts in the east-west direction. The coordinate converter 40 is provided for removing a modeling error generated by rotating the coordinate axis due to the east-west acceleration component σ E ′.
The coordinate converter 40 has four coefficient units 40-1, 40-2, 4
Each coefficient unit multiplies the input signal by the sine value or cosine value of the east-west direction acceleration component σ E ′.

【0041】積分器56からは推定等価バイアス値信号
beが出力される。推定等価バイアス値信号beはジャ
イロコンパスの等価バイアス値信号bの推定値であり、
斯かる等価バイアス値信号bは、水平軸周りの機械的ア
ンバランストルク量、スピン軸線を通る水平面に対する
傾斜計30の取り付け角の誤差、傾斜計30の温度等に
より変化するドリフト量等を含む。
The integrator 56 outputs an estimated equivalent bias value signal be. The estimated equivalent bias value signal be is an estimated value of the equivalent bias value signal b of the gyro compass,
Such an equivalent bias value signal b includes a mechanical unbalance torque amount around the horizontal axis, an error in the mounting angle of the inclinometer 30 with respect to a horizontal plane passing through the spin axis, a drift amount that changes according to the temperature of the inclinometer 30, and the like.

【0042】図8に誤差検出部100A2の構成例を示
す。誤差検出部100A2は傾斜計30の利得KACC
逆数1/KACC の係数を有する係数器109と比較器1
01と3つの係数器102、103、104とを有す
る。3つの係数器102、103、104はそれぞれ係
数Kθ、Kφ及びKbを有する。
FIG. 8 shows a configuration example of the error detection section 100A2. Error detecting unit 100A2 comparators and the coefficient unit 109 having a coefficient of inverse 1 / K ACC of inclinometer 30 of the gain K ACC 1
01 and three coefficient units 102, 103 and 104. The three coefficient units 102, 103, and 104 have coefficients Kθ, Kφ, and Kb, respectively.

【0043】係数器109は傾斜計30より供給された
水平面に対するスピン軸線の傾斜角を指示する検出信号
SAを入力し、単位系を合わせるために係数1/KACC
を乗算する。比較器101はモデル演算部100A1よ
り供給された推定検出信号SBを入力し、それを係数器
109の出力信号と比較する。こうして、比較器101
からは誤差信号ERRが出力される。
The coefficient unit 109 receives the detection signal SA for indicating the inclination angle of the spin axis with respect to the horizontal plane supplied from the inclinometer 30, and the coefficient 1 / K ACC to match the unit system.
Multiply by The comparator 101 receives the estimated detection signal SB supplied from the model calculation unit 100A1 and compares it with the output signal of the coefficient unit 109. Thus, the comparator 101
Outputs an error signal ERR.

【0044】誤差信号ERRの値によって、実際のジャ
イロコンパスの状態がモデル演算部100A1によって
推定された状態に一致しているか否かを判定することが
できる。斯かる誤差信号ERRは3つの係数器102、
103、104に供給され、それぞれ修正量εθ、ε
φ、εbが生成される。
Based on the value of the error signal ERR, it can be determined whether or not the actual state of the gyro compass matches the state estimated by the model calculation unit 100A1. Such an error signal ERR is output to three coefficient units 102,
103 and 104, and the correction amounts εθ and ε, respectively.
φ and εb are generated.

【0045】ここに第1の修正量εθはモデル演算部1
00A1の積分器54によって演算される推定傾斜角信
号θeを修正するための修正量であり、第2の修正量ε
φはモデル演算部100A1の積分器52によって演算
される推定方位角誤差信号φeを修正するための修正量
であり、第3の修正量εbはモデル演算部100A1の
積分器56によって演算される推定等価バイアス値信号
beを修正するための修正量である。
Here, the first correction amount εθ is calculated by the model calculation unit 1
00A1 is a correction amount for correcting the estimated inclination angle signal θe calculated by the integrator 54, and a second correction amount ε
φ is a correction amount for correcting the estimated azimuth angle error signal φe calculated by the integrator 52 of the model calculation unit 100A1, and a third correction amount εb is a correction amount calculated by the integrator 56 of the model calculation unit 100A1. This is a correction amount for correcting the equivalent bias value signal be.

【0046】この誤差検出部100A2では、機構部A
の傾斜計30から出力された検出信号SAに対してモデ
ル演算部100A1より出力された推定検出信号SBが
一致するように制御され、従って負帰還ループに相当す
る機能を有する。3つの係数器102、103、104
の各利得Kθ、Kφ及びKbは制御工学におけるカルマ
ンフィルタ理論(又はオブザーバ理論、統計学における
最小二乗法等)によって適当な値として求められる。
In the error detecting section 100A2, the mechanism section A
Is controlled so that the detection signal SA output from the inclinometer 30 corresponds to the estimated detection signal SB output from the model calculation unit 100A1, and thus has a function corresponding to a negative feedback loop. Three coefficient units 102, 103, 104
Are obtained as appropriate values by Kalman filter theory in control engineering (or observer theory, least squares method in statistics, etc.).

【0047】図9に外部情報処理部100A3の構成例
を示す。外部情報処理部100A3は方位発信器22よ
り供給されたスピン軸線の方位角を指示する方位角信号
Azとログ速度計(図示なし)より供給された航行体の
速度を指示する速度信号V’とを入力する南北速度演算
部60及び東西速度演算部70と、微分器61、71
と、地球半径Rの逆数の係数を有する係数器63、73
と、重力加速度gの逆数1/gの係数を有する係数器6
2と、重力加速度gの逆数1/gの大きさを有し極性が
反対の係数−1/gを有する係数器72と、積分器64
と、それぞれ係数sinλ’、tanλ’、cosλ’
を有する係数器80、81、82と、加算器とを有す
る。
FIG. 9 shows a configuration example of the external information processing section 100A3. The external information processing unit 100A3 includes an azimuth signal Az supplied from the azimuth transmitter 22 for indicating the azimuth of the spin axis, and a speed signal V 'supplied from a log speedometer (not shown) for indicating the speed of the navigation vehicle. North and south speed calculator 60 and east-west speed calculator 70, and differentiators 61 and 71
And coefficient units 63 and 73 having a coefficient of a reciprocal of the earth radius R
And a coefficient unit 6 having a coefficient of the reciprocal 1 / g of the gravitational acceleration g
2, a coefficient unit 72 having a reciprocal 1 / g of the gravitational acceleration g and a coefficient −1 / g having an opposite polarity, and an integrator 64.
And the coefficients sinλ ′, tanλ ′, and cosλ ′, respectively.
, And adders.

【0048】図示のように、南北速度演算部60によっ
て南北速度成分VN ’が演算され、斯かる南北速度成分
N ’より南北加速度成分σN ’、南北角速度成分
ωN ’及び緯度成分λ’が順次求められる。東西速度演
算部70によって東西速度成分V E ’が演算され、斯か
る東西速度成分VE ’より東西加速度成分σE ’及び東
西角速度成分ωE ’が順次求められる。
As shown in FIG.
North-South velocity component VN′ Is calculated and the north-south velocity component
VNNorth-south acceleration component σN’, North-south angular velocity component
ωN'And the latitude component λ' are sequentially obtained. East-west speed performance
The east-west velocity component V E’Is calculated,
East-west velocity component VEEast-west acceleration component σE’And east
West angular velocity component ωE'Are sequentially obtained.

【0049】地球自転角速度Ω、東西角速度成分ωE
及び緯度成分λ’より等価地球自転角速度の水平成分Ω
c ’及び垂直成分Ωs ’が演算される。
Earth's rotation angular velocity Ω, east-west angular velocity component ω E '
And the horizontal component Ω of the equivalent earth rotation angular velocity from the latitude component λ '
c ′ and the vertical component Ω s ′ are calculated.

【0050】斯かる外部情報処理部100A3にて演算
される式を次の数3の式に示す。
The equation calculated by the external information processing unit 100A3 is shown by the following equation (3).

【0051】[0051]

【数3】VN ’=V’cosAz VE ’=V’sinAz σN ’=(dVN ’/dt)/g σE ’=(dVE ’/dt)/g ωN ’=VN ’/R ωE ’=VE ’/R λ’=λ0 +∫ωN ’dτ Ωs ’=Ωsinλ’+ωE ’tanλ’ Ωc ’=Ωcosλ’+ωE [Number 3] V N '= V'cosAz V E' = V'sinAz σ N '= (dV N' / dt) / g σ E '= (dV E' / dt) / g ω N '= V N '/ R ω E' = V E '/ R λ' = λ 0 + ∫ω N 'dτ Ω s' = Ωsinλ '+ ω E' tanλ 'Ω c' = Ωcosλ '+ ω E'

【0052】この数3の式の第1式は南北速度演算部6
0にて演算され、第2式は東西速度演算部70にて演算
され、第3式は微分器61及び係数器62にて演算さ
れ、第4式は微分器71及び係数器72にて演算され、
第5式は係数器63にて演算され、第6式は係数器73
にて演算され、第7式は積分器64にて演算され、第8
式は係数器80、81及び加算器にて演算され、第9式
は係数器82及び加算器にて演算される。
The first equation of the equation (3) is a north-south speed calculation unit 6
0, the second formula is calculated by the east-west speed calculator 70, the third formula is calculated by the differentiator 61 and the coefficient unit 62, and the fourth formula is calculated by the differentiator 71 and the coefficient unit 72. And
The fifth expression is calculated by the coefficient unit 63, and the sixth expression is calculated by the coefficient unit 73.
Is calculated by the integrator 64, and the seventh equation is calculated by the integrator 64.
The expression is calculated by the coefficient units 80 and 81 and the adder, and the ninth expression is calculated by the coefficient unit 82 and the adder.

【0053】図10にバイアス誤差修正部100Bの構
成例を示す。バイアス誤差修正部100Bはそれぞれ修
正利得KFB1 、KFB2 を有する係数器107、108を
含むように構成されている。修正利得KFB1 、KFB2
次の数4の式によって表される。
FIG. 10 shows a configuration example of the bias error correction section 100B. The bias error correction unit 100B is configured to include coefficient units 107 and 108 having correction gains K FB1 and K FB2 , respectively. The modified gains K FB1 and K FB2 are represented by the following equation (4).

【0054】[0054]

【数4】KFB1 =−(μ/K)・(1/KT ) KFB2 =−μ/K## EQU4 ## K FB1 = − (μ / K) · (1 / K T ) K FB2 = −μ / K

【0055】ここに、μはダンピング定数、Kは安定器
定数、KT はトルカ32の比例定数である。
Here, μ is a damping constant, K is a ballast constant, and K T is a proportional constant of the torquer 32.

【0056】バイアス誤差修正部100Bにおいて、誤
差演算部100Aより供給された推定等価バイアス値信
号beはそれぞれ係数器107、108に入力され、そ
れによって修正信号A1、A2が生成される。斯かる第
1の修正信号A1は図5に示されるようにトルカ32に
入力されるトルカ信号TSを修正する。それによってジ
ャイロコンパスの等価バイアス値bに起因する方位角誤
差φが除去される。第2の修正信号A2は図7に示され
るように係数器55の出力信号即ちプレセッション角速
度SB・μ/Hを修正する。それによってモデル演算部
100A1にて推定等価バイアス値beに起因する推定
方位角誤差φeが除去される。
In the bias error correction section 100B, the estimated equivalent bias value signal be supplied from the error calculation section 100A is input to coefficient units 107 and 108, respectively, thereby generating correction signals A1 and A2. The first correction signal A1 corrects the Toruca signal TS input to the Toruca 32 as shown in FIG. Thereby, the azimuth angle error φ caused by the equivalent bias value b of the gyro compass is removed. The second correction signal A2 corrects the output signal of the coefficient unit 55, that is, the precession angular velocity SB · μ / H, as shown in FIG. Thereby, the estimated azimuth angle error φe caused by the estimated equivalent bias value be is removed by the model calculation unit 100A1.

【0057】図11に方位誤差修正部100Cの構成例
を示す。方位誤差修正部100Cは方位発信器22より
供給されたスピン軸線の方位角を指示する方位角信号A
zより推定方位角誤差信号φeを減算して真方位角信号
Aztを生成する。斯かる推定方位角誤差信号φeにつ
いては後に説明する。こうして、方位誤差修正部100
Cによって方位角誤差φが除去された真の方位角を指示
する真方位角信号が得られる。
FIG. 11 shows a configuration example of the azimuth error correction unit 100C. The azimuth error correction unit 100C includes an azimuth signal A indicating the azimuth of the spin axis supplied from the azimuth transmitter 22.
The true azimuth angle signal Azt is generated by subtracting the estimated azimuth angle error signal φe from z. The estimated azimuth error signal φe will be described later. Thus, the azimuth error correction unit 100
A true azimuth signal indicating the true azimuth from which the azimuth error φ has been removed by C is obtained.

【0058】上述のように、誤差修正部100は傾斜計
30より供給された検出信号SAにモデル演算部100
A1にて生成された推定検出信号SBが常に追従するよ
うに構成されている。従って、誤差修正部100におい
て、モデル演算部100A1にて生成された推定方位角
誤差信号φe及び推定等価バイアス値信号beより直接
測定することが不可能であった未知のジャイロコンパス
の方位角誤差φ及び等価バイアス値信号bが得られるこ
ととなる。
As described above, the error correction unit 100 applies the model calculation unit 100 to the detection signal SA supplied from the inclinometer 30.
The configuration is such that the estimated detection signal SB generated in A1 always follows. Therefore, the azimuth angle error φ of the unknown gyro compass which cannot be directly measured by the error correction unit 100 from the estimated azimuth angle error signal φe and the estimated equivalent bias value signal be generated by the model calculation unit 100A1. And an equivalent bias value signal b are obtained.

【0059】[0059]

【発明が解決しようとする課題】ジャイロコンパスを装
備した航行体が旋回、変針等の運動をしてもそれが比較
的穏やかである場合には、制御部Bより出力された真方
位角信号Azt(又はレピータ信号)は略真であり特に
問題はない。航行体が運動してジャイロコンパスが加速
度を受けると方位角誤差φが発生するが、誤差修正部1
00の誤差演算部100Aの外部情報処理部100A3
に入力される速度信号V’と方位角信号Azと緯度設定
値λ’の値が正しい値であれば、モデル演算部100A
1にて生成される推定方位角誤差φeは実際の方位角誤
差φに等しい値として得られるからである。
If the navigating body equipped with the gyro compass makes a relatively gentle movement even if it makes a turn, a change of course, or the like, the true azimuth signal Azt output from the control unit B is provided. (Or the repeater signal) is substantially true, and there is no particular problem. An azimuth error φ occurs when the gyrocompass is accelerated by the movement of the navigation body.
00 external information processing unit 100A3 of the error calculation unit 100A
If the values of the velocity signal V ′, the azimuth signal Az, and the latitude setting value λ ′ input to the model calculation unit 100A are correct values,
This is because the estimated azimuth angle error φe generated at 1 is obtained as a value equal to the actual azimuth angle error φ.

【0060】しかしながら、航行体の航行速度が20ノ
ットを越えることがある高速船の場合には、一般に、航
行体が旋回、変針等の運動をしたとき船首方向速度V’
以外に船首方向に対して直角な速度、所謂横滑り速度が
発生する。
However, in the case of a high-speed ship in which the navigation speed of the navigating body may exceed 20 knots, generally, when the navigating body makes a motion such as turning or changing the course, the bow direction speed V ′ is obtained.
In addition, a speed perpendicular to the bow direction, that is, a so-called skid speed occurs.

【0061】図12を参照して航行体、特に船舶の旋回
特性について説明する。先ず図12の符号を説明する。
Referring to FIG. 12, the turning characteristics of a navigator, particularly a ship, will be described. First, reference numerals in FIG. 12 will be described.

【0062】O−XL L は地球座標系であり、OXL
軸が北方向(N)を指しOYL 軸が東方向(E)を指す
ように配置されている。斯かる地球座標系での速度、加
速度等には添字Lが付されている。
[0062] OX L Y L is a global coordinate system, OX L
Axis OY L axis points to the north direction (N) is arranged to point to the east (E). The suffix L is attached to the speed, acceleration, and the like in the earth coordinate system.

【0063】O−XB B は船舶等の航行体座標系であ
り、OXB 軸が船首方向を指し、OYB 軸が船首に向か
って右方向を指すように配置されている。斯かる航行体
座標系での速度、加速度等には添字Bが付されている。
[0063] OX B Y B is a navigation body coordinate system such as a ship, OX B axis points to bow direction, OY B shaft is disposed to point to the right direction to the bow. The suffix B is attached to the speed, acceleration, and the like in such a navigation body coordinate system.

【0064】O−XP P は船舶等の航行体の軌跡座標
系であり、OXP 軸が航行体の軌跡の接線方向に航行体
の進行方向を指し、OYP 軸が軌跡の法線方向に曲率中
心O P 方向を指すように配置されている。従って、軌跡
の曲率中心OP は常にOYP軸線上にある。斯かる軌跡
座標系での速度、加速度等には添字Pが付されている。
OXPYPIs the trajectory coordinates of the navigating body such as a ship
OXPThe axis is in the tangent direction of the trajectory of the vehicle
OYPThe axis is curving in the normal direction of the trajectory
Heart O PIt is arranged to point in the direction. Therefore, the trajectory
Center of curvature OPIs always OYPOn the axis. Such a locus
The subscript P is attached to the speed, acceleration, and the like in the coordinate system.

【0065】図示のように船首方位角即ち方位角信号を
Az、その時点での軌跡角又は軌跡方位角をAz’とす
ると、横滑り角δはδ=Az−Az’である。
As shown in the drawing, when the azimuth angle of the bow, that is, the azimuth angle signal is Az, and the trajectory angle or trajectory azimuth angle at that time is Az ', the side slip angle δ is δ = Az-Az'.

【0066】航行体の真の旋回速度の方向はOXP 軸に
一致し遠心力(又は向心力)の方向はOYP 軸に一致す
ると仮定する。また潮流速度をゼロとし、実際の船首方
向速度V’は航行体座標系での船首方向速度VXBに一致
するものと仮定する。
It is assumed that the direction of the true turning speed of the navigation body coincides with the OX P axis and the direction of the centrifugal force (or centripetal force) coincides with the OY P axis. It is also assumed that the tidal velocity is zero, and the actual bow speed V ′ is equal to the bow speed V XB in the navigation body coordinate system.

【0067】ジャイロコンパスのジャイロケース1に作
用する地球座標系での南北軸方向速度VXL及び東西軸方
向速度VYLは次の数5の式によって表される。
The north-south axis velocity V XL and the east-west axis velocity V YL in the earth coordinate system acting on the gyro case 1 of the gyro compass are expressed by the following equation (5).

【0068】[0068]

【数5】 (Equation 5)

【0069】数5の式において、横滑り角δの大きさは
充分小さいものと仮定している。
In equation (5), it is assumed that the magnitude of the sideslip angle δ is sufficiently small.

【0070】斯かる地球座標系での南北軸方向速度VXL
及び東西軸方向速度VYLと上述の誤差演算部100Aの
外部情報処理部100A3にて演算される南北速度成分
N’及び東西速度成分VE ’とを比較する。数3の式
の第1式及び第2式を書き換えると次の数6の式が得ら
れる。
The north-south velocity V XL in the earth coordinate system
And the east-west axial speed V YL are compared with the north-south speed component V N ′ and the east-west speed component V E ′ calculated by the external information processing unit 100A3 of the error calculation unit 100A. By rewriting the first expression and the second expression of the expression (3), the following expression (6) is obtained.

【0071】[0071]

【数6】 (Equation 6)

【0072】この数6の式の第2式と数5の式の差を求
める。
The difference between the second equation of the equation (6) and the equation of the equation (5) is obtained.

【0073】[0073]

【数7】 (Equation 7)

【0074】こうして、外部情報処理部100A3にて
演算される南北速度成分VN ’及び東西速度成分VE
には数7の式によって表される南北速度誤差成分Δ
N ’及び東西速度誤差成分ΔVE ’が含まれる。数7
の式より明らかなように、斯かる誤差成分ΔVN ’、Δ
E ’は横滑り速度δに起因している。
Thus, the north-south speed component V N 'and the east-west speed component V E ' calculated by the external information processing section 100A3.
Is the north-south velocity error component Δ
V N ′ and the east-west speed error component ΔV E ′ are included. Number 7
As is clear from the equation, the error components ΔV N ′, Δ
V E ′ is due to the sideslip speed δ.

【0075】一般に、横滑り角δの大きさは、軌跡速度
P 及び旋回角速度dAz’/dtに比例する。従っ
て、従来のジャイロコンパスでは、航行体の速度が高速
化されると数7の式によって表される南北速度誤差成分
ΔVN ’及び東西速度誤差成分ΔVE ’の値が大きくな
り無視することができなくなる。
[0075] In general, the magnitude of the slip angle δ is proportional to the path velocity V P and the turning angular velocity dAz '/ dt. Therefore, in the conventional gyrocompass, when the speed of the navigating body is increased, the values of the north-south speed error component ΔV N ′ and the east-west speed error component ΔV E ′ expressed by the equation (7) become large and may be ignored. become unable.

【0076】従来、誤差修正部100にて演算される推
定等価バイアス値信号be、推定方位角誤差信号φeに
は斯かる南北速度誤差成分ΔVN ’及び東西速度誤差成
分ΔVE ’に起因する誤差が含まれることとなり、真方
位角信号Aztとして正確な値が得られない欠点があっ
た。
Conventionally, the estimated equivalent bias value signal be and the estimated azimuth angle error signal φe calculated by the error correction section 100 have errors due to the north-south speed error component ΔV N ′ and the east-west speed error component ΔV E ′. And there is a disadvantage that an accurate value cannot be obtained as the true azimuth signal Azt.

【0077】斯かる南北速度誤差成分ΔVN ’及び東西
速度誤差成分ΔVE ’は航行体が中低速度にて航行して
いる場合にも存在するから、高い精度の真方位角信号A
ztを必要とする場合には従来のジャイロコンパスでは
対応することができない欠点があった。
Since the north-south speed error component ΔV N ′ and the east-west speed error component ΔV E ′ are present even when the vehicle is traveling at medium to low speeds, the true azimuth signal A with high accuracy is obtained.
When zt is required, there is a disadvantage that conventional gyrocompasses cannot cope.

【0078】本発明は斯かる点に鑑み、船舶等の航行体
が旋回、変針等の運動をしたときでも、常に正確な真方
位角信号Azt(又はレピータ信号)を得ることができ
るジャイロコンパスを提供することを目的とする。
In view of the above, the present invention provides a gyro compass that can always obtain an accurate true azimuth angle signal Azt (or a repeater signal) even when a navigation body such as a ship makes a turn or a change of course. The purpose is to provide.

【0079】[0079]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、例えば
図1に示すように、スピン軸線を略々水平にしたジャイ
ロを内蔵するジャイロケースと、ジャイロコケースを三
軸の自由度にて支持する支持装置と、水平面に対するス
ピン軸線の傾斜角を検出してそれを指示する検出信号S
Aを出力する傾斜計30と、水平面に対するスピン軸線
の傾斜角に比例したトルクをスピン軸線に直交する水平
軸線の周りにジャイロケースに対して加える指北装置
と、入力されたトルカ信号TSに基づいてジャイロケー
スの垂直軸線周りにトルクを加えるトルカ32と、航行
体の船首方位に対するスピン軸線の方位を検出してそれ
を指示する方位角信号Azを出力する方位発信器22と
を有する機構部Aと、航行体に設置されGPS衛星から
の電波を受信するアンテナ90−1と、アンテナ90−
1によって受信された電波を増幅して出力するプリアン
プ90−2と、プリアンプ90−2からの出力信号を入
力してアンテナの設置位置の緯度を指示するGPS緯度
信号、アンテナの設置位置の速度を指示するGPS速度
信号及びアンテナの設置位置の方位角を指示するGPS
方位信号を含むGPS信号を出力する受信処理部90−
3と、を有するGPSユニット90と、傾斜計30から
出力された検出信号SAと方位発信器22から出力され
た方位角信号AzとGPSユニットから出力されたGP
S信号GSとを入力し、トルカにトルカ信号TSを出力
し更に航行体の船首の真の方位を指示する真方位角信号
Aztを生成する制御部B’と、を有する。
According to the present invention, for example, as shown in FIG. 1, a gyro case incorporating a gyro having a substantially horizontal spin axis and a gyro case are provided with three degrees of freedom. A supporting device for supporting, and a detection signal S for detecting an inclination angle of the spin axis with respect to a horizontal plane and indicating the inclination angle;
An inclinometer 30 that outputs A, a fingering device that applies a torque proportional to the tilt angle of the spin axis with respect to the horizontal plane to the gyro case about a horizontal axis orthogonal to the spin axis, and a toka signal TS that is input. Mechanism A having a torquer 32 for applying a torque around the vertical axis of the gyro case, and an azimuth transmitter 22 for detecting the azimuth of the spin axis with respect to the heading of the navigating body and outputting an azimuth signal Az indicating the same. An antenna 90-1 installed on a navigation body to receive radio waves from GPS satellites;
1, a preamplifier 90-2 for amplifying and outputting the radio wave received by the antenna 1, a GPS latitude signal for inputting an output signal from the preamplifier 90-2 to indicate the latitude of the antenna installation position, and a speed of the antenna installation position. GPS speed signal to instruct and GPS to instruct azimuth of antenna installation position
A reception processing unit 90-that outputs a GPS signal including a direction signal;
3, a detection signal SA output from the inclinometer 30, an azimuth signal Az output from the azimuth transmitter 22, and a GP output from the GPS unit.
And a control unit B ′ that receives the S signal GS, outputs a Toruca signal TS to the Toruca, and generates a true azimuth signal Azt indicating the true heading of the bow of the navigation body.

【0080】本発明によれば、例えば図1に示すように
ジャイロコンパスにおいて、制御部B’は検出信号SA
と方位角信号AzとGPS信号GSとを入力し真方位角
信号Aztと修正信号A1とを出力する誤差修正部10
0’を有し、検出信号SAに定数μ’を乗じて制振信号
DSを生成し修正信号A1によって制振信号DSを修正
することによってトルカ信号TSを生成するように構成
されている。
According to the present invention, in the gyro compass, for example, as shown in FIG.
Correction unit 10 which inputs the azimuth signal Az and the GPS signal GS and outputs the true azimuth signal Azt and the correction signal A1.
It is configured to generate a Toruca signal TS by generating a damping signal DS by multiplying the detection signal SA by a constant μ ′ and correcting the damping signal DS by the correction signal A1.

【0081】本発明によれば、ジャイロコンパスにおい
て、誤差修正部100’は、水平面に対するジャイロの
スピン軸線の傾斜に起因して生ずる等価バイアス値bと
航行体の運動に起因して生ずる方位角誤差φを、検出信
号SAと方位角信号AzとGPS信号GSとによって、
等価バイアス値bの推定値である推定等価バイアス値b
eと方位角誤差φの推定値である推定方位角誤差φeと
して、演算するように構成されている。
According to the present invention, in the gyro compass, the error correcting unit 100 ′ includes the equivalent bias value b caused by the inclination of the gyro spin axis with respect to the horizontal plane and the azimuth error caused by the motion of the navigation body. φ is determined by the detection signal SA, the azimuth signal Az, and the GPS signal GS.
Estimated equivalent bias value b which is an estimated value of equivalent bias value b
It is configured to calculate as an estimated azimuth angle error φe which is an estimated value of e and the azimuth angle error φ.

【0082】本発明によれば、ジャイロコンパスにおい
て、誤差修正部100’は、推定等価バイアス値beに
定数を乗じて修正信号A1を生成し、修正信号A1によ
って等価バイアス値bに起因した方位角誤差φを修正す
るように構成されている。
According to the present invention, in the gyro compass, the error correcting unit 100 'multiplies the estimated equivalent bias value be by a constant to generate a correction signal A1, and the azimuth angle caused by the equivalent bias value b by the correction signal A1. It is configured to correct the error φ.

【0083】本発明によれば、ジャイロコンパスにおい
て、誤差修正部100’は、方位角信号Azと推定方位
角誤差信号φeとを入力し両者の差より方位角誤差φが
含まれない真方位角信号Aztを生成するように構成さ
れている。
According to the present invention, in the gyro compass, the error correcting unit 100 'receives the azimuth signal Az and the estimated azimuth error signal φe, and obtains the true azimuth angle which does not include the azimuth error φ from the difference between them. It is configured to generate a signal Azt.

【0084】[0084]

【作用】本発明に依れば、誤差演算部100’は速度信
号V’及び緯度設定値λ0 ’を入力する代わりにGPS
衛星より受信されたGPS信号GSを入力するように構
成されているため、トルカ信号TSは水平面に対するス
ピン軸線の傾斜に起因する誤差を含まない値として得ら
れ、真方位角信号Aztは航行体の運動に起因する方位
角誤差φを含まない値として得られる。
According to the present invention, instead of inputting the speed signal V 'and the latitude setting value λ 0 ', the error calculating unit 100 'uses the GPS
Since the GPS signal GS received from the satellite is input, the Toruca signal TS is obtained as a value that does not include an error due to the inclination of the spin axis with respect to the horizontal plane, and the true azimuth signal Azt is obtained from the navigation vehicle. It is obtained as a value that does not include the azimuth error φ due to motion.

【0085】[0085]

【実施例】以下、図1〜図3を参照して本発明のジャイ
ロコンパスの実施例について説明する。尚、図1〜図3
において、図4〜図11に対応する部分には同一の参照
符号を付してその詳細な説明は省略する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a gyro compass of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 3
In FIG. 7, the same reference numerals are given to portions corresponding to FIGS. 4 to 11, and the detailed description thereof is omitted.

【0086】図1は本発明によるジャイロコンパスの一
例を示しており、ジャイロコンパスは機構部Aと制御部
B’とを有する。制御部B’は誤差修正部100’と係
数器31とを有する。
FIG. 1 shows an example of a gyro compass according to the present invention. The gyro compass has a mechanical section A and a control section B ′. The control unit B ′ has an error correction unit 100 ′ and a coefficient unit 31.

【0087】図1に示す本例のジャイロコンパスの構成
と図5に示した従来のジャイロコンパスの構成を比較し
て両者の異なる点は、従来の誤差修正部100の代わり
に本例の誤差修正部100’が設けられ、更に本例では
GPSユニット90が新たに設けられていることであ
る。本例のジャイロコンパスの機構部Aは従来のジャイ
ロコンパスの機構部Aと同一であってよい。
The difference between the configuration of the gyro compass of this embodiment shown in FIG. 1 and the configuration of the conventional gyro compass shown in FIG. 5 is that the error correction unit 100 of the present embodiment is used instead of the conventional error correction unit 100. A unit 100 'is provided, and in this example, a GPS unit 90 is newly provided. The mechanical section A of the gyrocompass of this example may be the same as the mechanical section A of the conventional gyrocompass.

【0088】本例の誤差修正部100’は傾斜計30よ
り供給された水平面に対するスピン軸線の傾斜角を指示
する検出信号SAと方位発信器22より供給されたスピ
ン軸線の方位角を指示する方位角信号AzとGPSユニ
ット90より供給されたGPS信号を入力し、修正信号
A1と真方位角信号Aztを演算して出力する。
The error correction unit 100 ′ of this embodiment includes a detection signal SA indicating the inclination angle of the spin axis with respect to the horizontal plane supplied from the inclinometer 30 and an azimuth indicating the azimuth of the spin axis supplied from the azimuth transmitter 22. The angle signal Az and the GPS signal supplied from the GPS unit 90 are input, and the correction signal A1 and the true azimuth signal Azt are calculated and output.

【0089】即ち、本例の誤差修正部100’と従来の
誤差修正部100とを比較すると、傾斜計30より供給
された水平面に対するスピン軸線の傾斜角を指示する検
出信号SAと方位発信器22より供給されたスピン軸線
の方位角を指示する方位角信号Azとを入力する点は同
じだが、従来の誤差修正部100ではログ速度計より供
給された航行体の速度を指示する速度信号V’と手動等
で設定された航行体の緯度を指示する緯度設定値λ0
とを入力したが、本例の誤差修正部100’ではその代
わりにGPSユニット90より供給されたGPS信号を
入力する点が異なる。尚、修正信号A1と真方位角信号
Aztを演算して出力する点は同じである。
That is, comparing the error correction unit 100 ′ of the present example with the conventional error correction unit 100, the detection signal SA indicating the tilt angle of the spin axis with respect to the horizontal plane supplied from the inclinometer 30 and the azimuth transmitter 22 Although the azimuth signal Az indicating the azimuth of the spin axis supplied from the input unit is the same, the conventional error correction unit 100 uses the speed signal V ′ supplied from the log speedometer to indicate the speed of the navigator. And a latitude setting value λ 0 ′ that indicates the latitude of the navigation object set manually or the like.
However, the difference is that the error correction unit 100 ′ of this example receives the GPS signal supplied from the GPS unit 90 instead. It is the same in that the correction signal A1 and the true azimuth signal Azt are calculated and output.

【0090】近年GPS(Global Positi
oning System)が提案されている。GPS
は衛星による電波を利用して船舶等の航行体の位置、速
度、方位角等を検出するように構成されている。これ
は、常時、3〜4個の衛星より発信された電波を受信
し、それによって得られたデータより航行体の位置、速
度、方位角等を3次元的に計測するものである。199
0年代に衛星の打ち上げが完了するとGPSの実用化が
なされるものと期待されている。GPSでは民間用のコ
ードであるC/Aコードが用いられる。
In recent years, GPS (Global Positi)
oning System) has been proposed. GPS
Is configured to detect the position, speed, azimuth, and the like of a navigating body such as a ship using radio waves from a satellite. In this method, radio waves transmitted from three to four satellites are constantly received, and the position, speed, azimuth, and the like of the vehicle are three-dimensionally measured based on data obtained thereby. 199
It is expected that GPS will be put into practical use when the launch of the satellite is completed in the 0's. GPS uses a C / A code, which is a private code.

【0091】図2を参照してGPSユニット90の構成
と機能を説明する。GPSに使用されるGPS受信機
は、例えば文献「GPSの概要と受信機について」航行
90号(昭和61年12月)に記載されており、詳細は
斯かる文献を参照されたい。
Referring to FIG. 2, the configuration and function of the GPS unit 90 will be described. The GPS receiver used for the GPS is described in, for example, the document “Overview of GPS and Receiver”, No. 90 (December 1986), and refer to such document for details.

【0092】GPSユニット90はアンテナ90−1と
プリアンプ90−2と受信処理部90−3とを有するよ
うに構成してよい。
The GPS unit 90 may be configured to include an antenna 90-1, a preamplifier 90-2, and a reception processing unit 90-3.

【0093】受信処理部90−3は周波数変換増幅器9
0−4とスペクトル逆拡散復調器90−5と距離測定器
90−6とドプラ測定器90−7と軌道データ収集器9
0−8と位置計算部90−9と速度計算部90−10と
表示器90−11と方位計算部90−12とを有するよ
うに構成してよい。
The reception processing unit 90-3 includes the frequency conversion amplifier 9
0-4, spectrum despread demodulator 90-5, distance measuring device 90-6, Doppler measuring device 90-7, and orbit data collecting device 9
0-8, a position calculation unit 90-9, a speed calculation unit 90-10, a display unit 90-11, and an azimuth calculation unit 90-12 may be configured.

【0094】アンテナ90−1によって1575.42
MHz(L1 )のGPS信号が受信され、斯かるGPS
信号はプリアンプ90−2に供給され、そこで増幅され
る。船舶等の航行体では、アンテナ90−1の設置位置
と受信処理部90−3との間の距離が数10メートルと
なることもあり、両者を接続する同軸ケーブルによって
GPS信号が減衰することがある。プリアンプ90−2
は斯かるGPS信号の減衰を補償するために設けられ
る。
15575.42 by the antenna 90-1
MHz (L 1 ) GPS signal is received and the GPS signal
The signal is supplied to a preamplifier 90-2, where it is amplified. In a navigation body such as a ship, the distance between the installation position of the antenna 90-1 and the reception processing unit 90-3 may be several tens of meters, and the GPS signal may be attenuated by the coaxial cable connecting the two. is there. Preamplifier 90-2
Is provided to compensate for such GPS signal attenuation.

【0095】プリアンプ90−2の出力信号は受信処理
部90−3の周波数変換増幅器90−4に供給され、そ
こで中間周波数に変換され更に増幅される。こうして周
波数変換され増幅されたGPS信号には、アンテナの上
空に飛来している全ての衛星より受信されたスペクトル
拡散信号が含まれている。従って、斯かるGPS信号よ
り、所望の例えば4つの衛星から発信された信号を抽出
する必要がある。
The output signal of the preamplifier 90-2 is supplied to the frequency conversion amplifier 90-4 of the reception processing unit 90-3, where it is converted to an intermediate frequency and further amplified. The GPS signal thus frequency-converted and amplified includes a spread spectrum signal received from all satellites flying above the antenna. Therefore, it is necessary to extract a desired signal transmitted from, for example, four satellites from the GPS signal.

【0096】周波数変換増幅器90−4の出力信号はG
PS信号をスペクトル逆拡散復調するためのスペクトル
逆拡散復調器90−5に供給される。スペクトル逆拡散
復調器90−5では、斯かる4つの衛星に付与された特
定のC/Aコードを受信処理部90−3内にて発生さ
せ、斯かるC/Aコードと周波数変換増幅器90−4よ
り出力されたGPS信号との間の相関を求めるように構
成されている。
The output signal of the frequency conversion amplifier 90-4 is G
The PS signal is supplied to a spectrum despread demodulator 90-5 for spectrum despread demodulation. In the spectrum despread demodulator 90-5, the specific C / A codes assigned to the four satellites are generated in the reception processing unit 90-3, and the C / A codes and the frequency conversion amplifier 90- are generated. 4 to determine a correlation with the GPS signal output from the control unit 4.

【0097】例えば所望の4つの衛星からのGPS信号
を得ようとする場合、受信した信号に対して斯かるスペ
クトル逆拡散復調をすることによって、斯かる4つの衛
星から発信された同一周波数(L1 )のGPS信号がそ
れぞれ分離されて復調されることができる。
For example, when trying to obtain GPS signals from desired four satellites, the received signals are subjected to the above-described spectrum despread demodulation to thereby obtain the same frequency (L) transmitted from the four satellites. The GPS signals of 1 ) can be separated and demodulated.

【0098】スペクトル逆拡散復調器90−5の出力信
号は距離測定器90−6とドプラ測定器90−7と軌道
データ収集器90−8とに供給される。
The output signal of the spectrum despread demodulator 90-5 is supplied to a distance measuring device 90-6, a Doppler measuring device 90-7, and an orbit data collecting device 90-8.

【0099】距離測定器90−6は、例えば以下の如き
方法にて、アンテナと衛星との間の距離を測定するよう
に構成されている。上述のスペクトル逆拡散復調器90
−5が、例えば、受信処理部90−3内にて発生された
C/Aコードと受信されたGPS信号との間の相関が最
大となるようにC/Aコードの位相が制御されるように
構成されているものとする。斯かる制御下では、受信処
理部90−3内にて発生されたC/Aコードの位相と受
信されたGPS信号の位相とは一致していることとな
る。従って、受信処理部90−3内にて発生されたC/
Aコードの位相を検出することによってアンテナと衛星
との間の距離が測定される。
The distance measuring device 90-6 is configured to measure the distance between the antenna and the satellite by, for example, the following method. The above-described spectrum despread demodulator 90
-5, for example, the phase of the C / A code is controlled such that the correlation between the C / A code generated in the reception processing unit 90-3 and the received GPS signal is maximized. It is assumed to be configured as Under such control, the phase of the C / A code generated in the reception processing unit 90-3 matches the phase of the received GPS signal. Therefore, C / C generated in the reception processing unit 90-3
By detecting the phase of the A code, the distance between the antenna and the satellite is measured.

【0100】軌道データ収集器90−8では、スペクト
ル逆拡散復調されたGPS信号の中に含まれる伝送速度
50bpsの軌道情報を検出して、軌道データの収集を
行うように構成されている。
The orbit data collector 90-8 is configured to detect orbit information at a transmission rate of 50 bps contained in the GPS signal subjected to the spectrum despread demodulation, and to collect the orbit data.

【0101】距離測定器90−6及び軌道データ収集器
90−8の出力信号は位置計算部90−9に供給され
る。位置計算部90−9では軌道データ収集器90−8
より供給された軌道データより現在受信中の3個の衛星
の軌道上の位置が正確に算出され、斯かる衛星の位置デ
ータと距離測定器90−6より供給されたアンテナと衛
星との間の距離データとによって4元連立方程式がたて
られる。斯かる方程式を逐次近似法によって解いてアン
テナの位置、緯度、経度が求められる。こうして求めら
れたアンテナの緯度はGPS緯度信号λG ’としてGP
Sユニット90より出力される。
The output signals of the distance measuring device 90-6 and the trajectory data collecting device 90-8 are supplied to a position calculating section 90-9. In the position calculation unit 90-9, the orbit data collector 90-8 is used.
The orbital positions of the three satellites currently being received are accurately calculated from the orbital data supplied from the satellite, and the position data of the three satellites currently received and the distance between the antenna and the satellite supplied from the distance measuring device 90-6 are calculated. A quaternary simultaneous equation is established with the distance data. By solving such an equation by the successive approximation method, the position, latitude, and longitude of the antenna are obtained. The thus obtained latitude of the antenna is defined as GPS latitude signal λ G
It is output from the S unit 90.

【0102】ドプラ測定器90−7は、スペクトル逆拡
散復調されたGPS信号に含まれる搬送波の周波数を測
定してGPS信号のドプラ偏移を算出するように構成さ
れている。斯かるドプラ偏移によって、アンテナと衛星
との間の距離の変化率が求められる。
The Doppler measuring device 90-7 is configured to measure the frequency of the carrier wave included in the GPS signal subjected to the spectrum despread demodulation and calculate the Doppler shift of the GPS signal. Such a Doppler shift determines the rate of change of the distance between the antenna and the satellite.

【0103】ドプラ測定器90−7及び軌道データ収集
器90−8の出力信号は速度計算部90−10に供給さ
れる。速度計算部90−10では軌道データ収集器90
−8より供給された軌道データより現在受信中の4個の
衛星の軌道上の運動が正確に算出され、斯かる衛星の運
動データとドプラ測定器90−7より供給されたアンテ
ナと衛星との間の距離の変化率データとによってアンテ
ナを装着した航行体の移動速度が算出される。こうして
求められた航行体の移動速度はGPS速度信号VG ’と
してGPSユニット90より出力される。
Output signals from the Doppler measuring device 90-7 and the orbit data collecting device 90-8 are supplied to a speed calculating section 90-10. The speed calculator 90-10 includes a trajectory data collector 90.
The orbital motions of the four satellites currently being received are accurately calculated from the orbital data supplied from -8, and the motion data of the satellites and the antenna and satellite supplied from the Doppler measuring device 90-7 are calculated. The moving speed of the navigating body equipped with the antenna is calculated based on the change rate data of the distance between the two. The moving speed of the navigation body thus obtained is output from the GPS unit 90 as a GPS speed signal V G ′.

【0104】方位計算部90−12は、GPS信号に含
まれる搬送波のドプラ偏移を算出し、それによって速度
ベクトルを求め、斯かる速度ベクトルの方向より航行体
の運動の方位角を計測するように構成されている。斯か
る方位角はGPS方位角信号AzG ’としてGPSユニ
ット90より出力される。
The azimuth calculation unit 90-12 calculates the Doppler shift of the carrier wave included in the GPS signal, obtains a velocity vector based on the Doppler shift, and measures the azimuth of the movement of the navigation vehicle from the direction of the velocity vector. Is configured. Such an azimuth is output from the GPS unit 90 as a GPS azimuth signal Az G ′.

【0105】こうしてGPSユニット90によって提供
されるGPS信号GSはGPS緯度信号λG ’、GPS
速度信号VG ’及びGPS方位角信号AzG ’を含む。
GPS速度信号VG ’は潮流速度によって影響を受ける
ことがなく、従って、モデル演算部100A1にて航行
体の速度V’として使用することができる。尚、GPS
速度信号VG ’は図12の航行体の軌跡速度VP に相当
し、GPS方位角信号AzG ’は航行体の軌跡方位角信
号Az’に相当する。
Thus, the GPS signal GS provided by the GPS unit 90 is the GPS latitude signal λ G
It includes a speed signal V G ′ and a GPS azimuth signal Az G ′.
The GPS speed signal V G ′ is not affected by the tidal current speed, and therefore can be used as the speed V ′ of the navigating body in the model calculation unit 100A1. In addition, GPS
The speed signal V G ′ corresponds to the trajectory speed V P of the navigation body in FIG. 12, and the GPS azimuth signal Az G ′ corresponds to the trajectory azimuth signal Az ′ of the navigation body.

【0106】図3を参照して本例の外部情報処理部10
0A3’の構成と動作を説明する。図3の本例の外部情
報処理部100A3’と図9の従来の外部情報処理部1
00A3とを比較して異なる点は、従来の外部情報処理
部100A3では緯度設定値λ0 ’、速度信号V’及び
方位角信号Azを入力するのに対して本例の外部情報処
理部100A3’ではGPS緯度信号λG ’、GPS速
度信号VG ’及びGPS方位角信号AzG ’よりなるG
PS信号GSを入力する点である。
Referring to FIG. 3, external information processing section 10 of the present embodiment
The configuration and operation of 0A3 'will be described. The external information processing unit 100A3 'of the present example of FIG. 3 and the conventional external information processing unit 1 of FIG.
The difference from the conventional external information processing unit 100A3 is that the conventional external information processing unit 100A3 inputs a latitude setting value λ 0 ′, a speed signal V ′, and an azimuth signal Az. G includes a GPS latitude signal λ G ′, a GPS speed signal V G ′, and a GPS azimuth signal Az G ′.
The point is that the PS signal GS is input.

【0107】更に、本例の外部情報処理部100A3’
では従来の航行体の緯度λ’を求める積分器64が除去
されている点が異なる。従って、本例の外部情報処理部
100A3’は3つの入力信号と積分器64が除去され
ている点以外は従来の外部情報処理部100A3の構成
と同一であってよい。
Further, the external information processing section 100A3 'of this example
The difference is that the integrator 64 for calculating the latitude λ ′ of the conventional navigator is eliminated. Therefore, the configuration of the external information processing unit 100A3 ′ in this example may be the same as that of the conventional external information processing unit 100A3 except that the three input signals and the integrator 64 are eliminated.

【0108】本例の外部情報処理部100A3’の動作
を図3及び図12を参照しながら説明する。GPS信号
GSに含まれるGPS緯度信号λG ’は図3の緯度信号
λ’に相当し、GPS速度信号VG ’及びGPS方位角
信号AzG ’は図12の軌跡速度VP 及び軌跡方位角A
z’に相当する。これを次の数8の式によって表す。
The operation of the external information processing section 100A3 'of this embodiment will be described with reference to FIGS. The GPS latitude signal λ G ′ included in the GPS signal GS corresponds to the latitude signal λ ′ in FIG. 3, and the GPS speed signal V G ′ and the GPS azimuth signal Az G ′ are the trajectory velocity VP and the trajectory azimuth in FIG. A
z '. This is represented by the following equation (8).

【0109】[0109]

【数8】λ’=λG ’ Az’=AzG ’ VP =VG [Equation 8] λ '= λ G' Az ' = Az G' V P = V G '

【0110】地球座標系の南北速度成分VN ’及び東西
速度成分VE ’を求めると次の数9の式によって表され
る。
When the north-south velocity component V N ′ and the east-west velocity component V E ′ of the earth coordinate system are obtained, they are expressed by the following equation (9).

【0111】[0111]

【数9】VN ’=VP cosAz’=VXLE ’=VP sinAz’=VYL [Equation 9] V N '= V P cosAz' = V XL V E '= V P sinAz' = V YL

【0112】こうして数9の式に示されるように、南北
速度成分VN ’及び東西速度成分V E ’は軌跡方位角A
z’によって表されている。即ち、本例によれば、南北
速度成分VN ’及び東西速度成分VE ’は横滑り速度δ
を考慮した値として求められる。また、斯かる速度成分
N ’、VE ’は潮流速度の影響を受けない値である。
Thus, as shown by the equation (9),
Velocity component VN′ And the east-west velocity component V E’Is the trajectory azimuth A
z '. That is, according to this example,
Velocity component VN′ And the east-west velocity component VE’Is the skidding speed δ
Is determined in consideration of In addition, such a velocity component
VN’, VE'Is a value which is not affected by the tidal current speed.

【0113】同様に、本例の外部情報処理部100A
3’において、数9の式によって表される南北速度成分
N ’及び東西速度成分VE ’を使用して演算される他
の信号、即ち、南北加速度成分σN ’及び東西加速度成
分σE ’、南北角速度成分ωN’及び東西角速度成分ω
E ’、等価地球自転角速度の水平成分Ωc ’及び垂直成
分Ωs ’は正確な値として求められる。
Similarly, the external information processing section 100A of this example
In 3 ′, other signals calculated using the north-south velocity component V N ′ and the east-west velocity component V E ′ represented by the equation (9), that is, the north-south acceleration component σ N ′ and the east-west acceleration component σ E ', North-south angular velocity component ω N ' and east-west angular velocity component ω
E ′, the horizontal component Ω c ′ and the vertical component Ω s ′ of the equivalent earth rotation angular velocity are determined as accurate values.

【0114】更に、モデル演算部100A1にて斯かる
速度成分VN ’、VE ’を使用して演算される推定傾斜
角信号θe、推定方位角誤差信号φe、推定等価バイア
ス値信号beは正確な値として求められる。
Further, the estimated inclination angle signal θe, the estimated azimuth error signal φe, and the estimated equivalent bias value signal be calculated using the velocity components V N ′ and V E ′ in the model calculation unit 100A1 are accurate. Value.

【0115】こうして、本例のジャイロコンパスによれ
ば、制御部B’の誤差演算部100’より出力される真
方位角信号Aztは船舶等の航行体の旋回、変針等の運
動に起因した誤差成分を含まないから、極めて正確な船
首方位角を外部に提供することができる。
As described above, according to the gyro compass of the present embodiment, the true azimuth signal Azt output from the error calculation unit 100 'of the control unit B' is an error caused by the movement of the navigation body such as a ship, such as turning and changing the course of a course. Since it does not contain any components, a very accurate heading azimuth can be provided to the outside.

【0116】本発明の実施例について詳細に説明してき
たが、本発明は上述の実施例に限ることなく本発明の要
旨を逸脱することなく他の種々の構成が採り得ることは
当該業者にとって容易に理解されよう。
Although the embodiments of the present invention have been described in detail, it is easy for those skilled in the art that the present invention is not limited to the above-described embodiments and can adopt various other configurations without departing from the gist of the present invention. Will be understood.

【0117】[0117]

【発明の効果】本発明に依ると、船舶等の航行体の旋
回、変針等の運動に起因したジャイロコンパスの誤差が
除去され又は最小化されるから、高い精度にて方位角を
計測することが可能なジャイロコンパスを提供すること
ができる利点がある。
According to the present invention, the gyro compass error caused by the movement of a navigation body such as a ship or the movement of a changing course is eliminated or minimized, so that the azimuth can be measured with high accuracy. There is an advantage that a gyro compass can be provided.

【0118】本発明に依ると、GPS緯度信号λG ’を
使用するから正確な緯度が得られ、更に従来の如き手動
にて緯度設定値λ0 を設定する必要がない利点がある。
According to the present invention, since the GPS latitude signal λ G ′ is used, an accurate latitude can be obtained, and further, there is an advantage that it is not necessary to manually set the latitude setting value λ 0 as in the related art.

【0119】本発明のジャイロコンパスは、従来のジャ
イロコンパスの機構部を変更、修正することなく単にG
PSニット90を付加し、GPS信号ケーブルによって
斯かるGPSニット90を制御部に接続するだけで構成
することができるから、容易に且つ安価に製造すること
ができる利点がある。
The gyro compass of the present invention is simply a G gyro without changing or modifying the mechanism of the conventional gyro compass.
Since it can be configured simply by adding the PS knit 90 and connecting the GPS knit 90 to the control unit by the GPS signal cable, there is an advantage that the manufacturing can be performed easily and inexpensively.

【0120】本発明に依ると、従来のログ信号の速度信
号が得られる場合には、数8の式の第1式を用いること
によって潮流速度を求めることができる利点がある。
According to the present invention, when the speed signal of the conventional log signal is obtained, there is an advantage that the power flow speed can be obtained by using the first expression of the expression (8).

【0121】本発明に依ると、従来のログ信号の速度信
号が得られる場合には、数8の式の第1式を用いること
によって横滑り速度及び横滑り角を求めることができる
利点がある。
According to the present invention, when the speed signal of the conventional log signal is obtained, there is an advantage that the side slip speed and the side slip angle can be obtained by using the first equation of the equation (8).

【0122】本発明に依ると、水平面に対するスピン軸
線の傾斜を指示する検出信号に含まれる等価バイアス
値、例えば、水平軸周りの機械的アンバランストルク
量、スピン軸線を含む水平面に対するスピン軸線の傾斜
計30の取り付け誤差角及び傾斜計30の温度等により
変化するドリフト量を、推定演算によって修正すること
ができる利点がある。
According to the present invention, the equivalent bias value included in the detection signal indicating the inclination of the spin axis with respect to the horizontal plane, for example, the amount of mechanical unbalance torque around the horizontal axis, the inclination of the spin axis with respect to the horizontal plane including the spin axis There is an advantage that the drift amount that changes due to the mounting error angle of the meter 30 and the temperature of the inclinometer 30 can be corrected by the estimation calculation.

【0123】本発明に依ると、誤差修正部100の係数
器102、103及び104の利得Kθ、Kφ及びKb
を適当な値に調整するだけでモデル演算部100A1の
推定方位角誤差φbをジャイロコンパスの方位角誤差φ
に一致するまでの時間が調節できるので、使用可能にな
るまでの調整時間が短く、例えば斯かる調整に通常2時
間必要としたのに1時間以内で調整が完了する利点があ
る。
According to the present invention, the gains Kθ, Kφ, and Kb of the coefficient units 102, 103, and 104 of the error correction unit 100
Is adjusted to an appropriate value, the estimated azimuth angle error φb of the model calculation unit 100A1 can be changed to the azimuth angle error φ of the gyro compass.
Can be adjusted, so that the adjustment time until it becomes usable is short. For example, such an adjustment has an advantage that the adjustment is completed within one hour, which normally takes two hours.

【0124】従来のログ速度計は船舶の胴体に取り付け
るとき機械加工をしなければならずまた維持費等が高価
となる欠点があったが、本発明によれは、GPSユニッ
トは簡単に取り付けられ、また維持費用が安い利点があ
る。
The conventional log velocimeter has a drawback that when it is mounted on the fuselage of a ship, it must be machined and maintenance costs are high. However, according to the present invention, the GPS unit is easily mounted. It also has the advantage of low maintenance costs.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のジャイロコンパスの構成例を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a gyro compass of the present invention.

【図2】GPSユニットの構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a GPS unit.

【図3】本発明の外部情報処理部の構成例を示す図であ
る。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an external information processing unit of the present invention.

【図4】従来のジャイロコンパスの機構部の構成例を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a mechanical unit of a conventional gyrocompass.

【図5】従来のジャイロコンパスの構成例を示す図であ
る。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional gyrocompass.

【図6】従来の誤差修正部の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional error correction unit.

【図7】従来のモデル演算部の構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional model calculation unit.

【図8】従来の誤差検出部の構成例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional error detection unit.

【図9】従来の外部情報処理部の構成例を示す図であ
る。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional external information processing unit.

【図10】従来のバイアス誤差修正部の構成例を示す図
である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional bias error correction unit.

【図11】従来の方位誤差修正部の構成例を示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a conventional azimuth error correction unit.

【図12】船舶の旋回特性を説明する説明図である。FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating turning characteristics of a ship.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ジャイロケース 2、2’ 垂直軸 3 垂直環 4、4’ボールベアリング 5 縣吊線 5’縣吊線取り付け台 6、6’ 液体安定器 8 追従ピックアップ 9、9’ 水平軸 10 水平環 11、11’ ボールベアリング 12、12’ ジンバル軸 13 追従環 14、14’ ボールベアリング 15、15’ 追従軸 16 盤器 17、17’ ボールベアリング 18 コンパスカード 18B 基線 19 方位サーボモータ 19A 回転軸 20 方位ピニオン 21 方位歯車 22 方位発信器 23 サーボ増幅器 30 傾斜計 31 係数器 32 トルカ 40 座標変換器 50、51 係数器 52 積分器 53 係数器 54 積分器 55 係数器 56 積分器 60 南北速度演算部 61 微分器 62、63 係数器 64 積分器 70 東西速度演算部 71 微分器 72 係数器 80、81、82 係数器 90 GPSユニット 100、100’誤差修正部 100A 誤差演算部 100A1 モデル演算部 100A2 誤差検出部 100A3 外部情報処理部 100B バイアス誤差修正部 100C 方位誤差修正部 101 比較器 102、103、104、107、108、109 係
数器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gyro case 2, 2 'Vertical axis 3 Vertical ring 4, 4' Ball bearing 5 Suspension wire 5 'Suspension wire mount 6, 6' Liquid stabilizer 8 Tracking pickup 9, 9 'Horizontal axis 10 Horizontal ring 11, 11' Ball bearing 12, 12 'Gimbal shaft 13 Follower ring 14, 14' Ball bearing 15, 15 'Follower shaft 16 Board device 17, 17' Ball bearing 18 Compass card 18B Baseline 19 Azimuth servo motor 19A Rotation axis 20 Azimuth pinion 21 Azimuth gear Reference Signs List 22 direction transmitter 23 servo amplifier 30 inclinometer 31 coefficient unit 32 torquer 40 coordinate converter 50, 51 coefficient unit 52 integrator 53 coefficient unit 54 integrator 55 coefficient unit 56 integrator 60 north-south speed calculation unit 61 differentiator 62, 63 Coefficient unit 64 Integrator 70 East-West speed calculation unit 71 Differentiator 72 Coefficient unit 80, 81, 2 Coefficient unit 90 GPS unit 100, 100 'Error correction unit 100A Error calculation unit 100A1 Model calculation unit 100A2 Error detection unit 100A3 External information processing unit 100B Bias error correction unit 100C Azimuth error correction unit 101 Comparator 102, 103, 104, 107 , 108,109 Coefficient unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−178516(JP,A) 特開 平3−245076(JP,A) 特開 昭62−169013(JP,A) 特開 昭63−154914(JP,A) 特開 平2−193011(JP,A) 特開 平2−193012(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01C 19/00 - 19/54 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-4-178516 (JP, A) JP-A-3-245076 (JP, A) JP-A-62-169013 (JP, A) JP-A-63-1988 154914 (JP, A) JP-A-2-193011 (JP, A) JP-A-2-193012 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01C 19/00-19 / 54

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 スピン軸線を略々水平にしたジャイロを
内蔵するジャイロケースと、該ジャイロコケースを三軸
の自由度にて支持する支持装置と、水平面に対する上記
スピン軸線の傾斜角を検出してそれを指示する検出信号
を出力する傾斜計と、水平面に対する上記スピン軸線の
傾斜角に比例したトルクを上記スピン軸線に直交する水
平軸線の周りに上記ジャイロケースに対して加える指北
装置と、入力されたトルカ信号に基づいて上記ジャイロ
ケースの垂直軸線周りにトルクを加えるトルカと、航行
体の船首方位に対する上記スピン軸線の方位を検出して
それを指示する方位角信号を出力する方位発信器とを有
する機構部と、 上記航行体に設置されGPS衛星からの電波を受信する
アンテナと、該アンテナによって受信された電波を増幅
して出力するプリアンプと、該プリアンプからの出力信
号を入力してGPS信号を出力する受信処理部とを有す
るGPSユニットと、 上記傾斜計から出力された検出信号と上記方位発信器か
ら出力された方位角信号と上記GPSユニットから出力
されたGPS信号とを入力し、上記トルカにトルカ信号
を出力し更に上記航行体の船首の真の方位を指示する真
方位角信号を生成する制御部と、 を有し、上記GPS信号は上記アンテナの設置位置の緯
度を指示するGP経緯信号、上記アンテナの設置位置の
速度を指示するGPS速度信号及び上記アンテナの設置
位置の方位角を指示するGPS方位角信号を含み、それ
によって上記トルカ信号及び上記真方位角信号は潮流速
度及び上記航行体の横滑り速度に起因する誤差を含まな
い値として得られることを特徴とするジャイロコンパ
ス。
A gyro case having a built-in gyro having a substantially horizontal spin axis, a support device for supporting the gyro case with three degrees of freedom, and detecting an inclination angle of the spin axis with respect to a horizontal plane. An inclinometer that outputs a detection signal indicating the same, and a finger north device that applies a torque proportional to the inclination angle of the spin axis with respect to a horizontal plane to the gyro case around a horizontal axis orthogonal to the spin axis, A torquer that applies torque around the vertical axis of the gyro case based on the input torquer signal, and an azimuth transmitter that detects the azimuth of the spin axis with respect to the heading of the navigating body and outputs an azimuth signal indicating the direction. An antenna installed in the navigation body for receiving radio waves from GPS satellites, and amplifying the radio waves received by the antenna. A GPS unit having a preamplifier for outputting, a reception processing unit for inputting an output signal from the preamplifier and outputting a GPS signal, a detection signal output from the inclinometer, and an azimuth output from the azimuth transmitter A control unit that inputs a signal and the GPS signal output from the GPS unit, outputs a Toruca signal to the Toruca, and further generates a true azimuth signal indicating a true heading of the bow of the navigation body. The GPS signal includes a GPS latitude signal indicating the latitude of the installation position of the antenna, a GPS speed signal indicating the speed of the installation position of the antenna, and a GPS azimuth signal indicating the azimuth of the installation position of the antenna. And the ToruCa signal and the true azimuth signal are obtained as values that do not include errors caused by the tidal speed and the skidding speed of the vehicle. Gyro compass, wherein the door.
【請求項2】 請求項1記載のジャイロコンパスにおい
て、上記制御部は上記検出信号と上記方位角信号と上記
GPS信号とを入力し上記真方位角信号と修正信号とを
出力する誤差修正部を有し、上記検出信号に定数を乗じ
て制振信号を生成し上記修正信号によって上記制振信号
を修正することによって上記トルカ信号を生成するよう
に構成されていることを特徴とするジャイロコンパス。
2. The gyro compass according to claim 1, wherein the control unit includes an error correction unit that inputs the detection signal, the azimuth signal, and the GPS signal, and outputs the true azimuth signal and a correction signal. A gyro compass, wherein the gyro compass is configured to generate a damping signal by multiplying the detection signal by a constant, and to correct the damping signal by the correction signal.
【請求項3】 請求項2記載のジャイロコンパスにおい
て、上記誤差修正部は、水平面に対する上記ジャイロの
スピン軸線の傾斜に起因して生ずる等価バイアス値と航
行体の運動に起因して生ずる方位角誤差を、上記検出信
号と上記方位角信号と上記GPS信号とによって上記等
価バイアス値の推定値である推定等価バイアス値と上記
方位角誤差の推定値である推定方位角誤差として、演算
するように構成されていることを特徴とするジャイロコ
ンパス。
3. The gyro compass according to claim 2, wherein the error correction unit includes an equivalent bias value caused by the inclination of the spin axis of the gyro with respect to a horizontal plane and an azimuth error caused by the motion of the navigation vehicle. Is calculated as the estimated equivalent bias value that is the estimated value of the equivalent bias value and the estimated azimuth error that is the estimated value of the azimuth error using the detection signal, the azimuth signal, and the GPS signal. A gyrocompass characterized by being done.
【請求項4】 請求項2又は3記載のジャイロコンパス
において、上記誤差修正部は、上記推定等価バイアス値
に定数を乗じて上記修正信号を生成し、該修正信号によ
って上記等価バイアス値に起因した方位角誤差を修正す
るように構成されていることを特徴とするジャイロコン
パス。
4. The gyro compass according to claim 2, wherein the error correction unit generates the correction signal by multiplying the estimated equivalent bias value by a constant, and causes the correction signal to generate the correction signal. A gyrocompass configured to correct an azimuth error.
【請求項5】 請求項2、3又は4記載のジャイロコン
パスにおいて、上記誤差修正部は、上記方位角信号と上
記推定方位角誤差を指示する信号とを入力し両者の差よ
り上記方位角誤差が含まれない真方位角信号を生成する
ように構成されていることを特徴とするジャイロコンパ
ス。
5. The gyro compass according to claim 2, wherein the error correction unit inputs the azimuth signal and a signal indicating the estimated azimuth error, and calculates the azimuth error based on a difference between the two signals. A gyro compass configured to generate a true azimuth signal that does not include the following.
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