JP2000249552A - 探北方法およびこの方法を実施する装置 - Google Patents
探北方法およびこの方法を実施する装置Info
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- JP2000249552A JP2000249552A JP11049850A JP4985099A JP2000249552A JP 2000249552 A JP2000249552 A JP 2000249552A JP 11049850 A JP11049850 A JP 11049850A JP 4985099 A JP4985099 A JP 4985099A JP 2000249552 A JP2000249552 A JP 2000249552A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 磁界の外乱に無関係であり、取り扱いも簡単
容易であり、定期的なメンテナンスも必要無く、測定ポ
イントが少なく構造も比較的に簡単で、低価格、精度の
良い探北方法および装置を提供する。 【解決手段】 加速度計１１、地球回転レートを検出す
るジャイロ１２、地球の重力を検出すジャイロおよび加
速度計の向きを平面上で直角３方向に設定する回転テー
ブル１３、回転テーブルの制御を行う回転制御部１４、
計測地点の緯度を入力し或はこれを記憶しておく緯度記
憶／入力部１６、直角３方向のそれぞれの角度で静止し
た状態にあるときのジャイロ出力からジャイロバイアス
を減算した結果と加速度計出力から加速度バイアスを減
算した結果とテーブルの回転位置と緯度から方位角を演
算する演算処理部１５を具備する探北方法および装置。
容易であり、定期的なメンテナンスも必要無く、測定ポ
イントが少なく構造も比較的に簡単で、低価格、精度の
良い探北方法および装置を提供する。 【解決手段】 加速度計１１、地球回転レートを検出す
るジャイロ１２、地球の重力を検出すジャイロおよび加
速度計の向きを平面上で直角３方向に設定する回転テー
ブル１３、回転テーブルの制御を行う回転制御部１４、
計測地点の緯度を入力し或はこれを記憶しておく緯度記
憶／入力部１６、直角３方向のそれぞれの角度で静止し
た状態にあるときのジャイロ出力からジャイロバイアス
を減算した結果と加速度計出力から加速度バイアスを減
算した結果とテーブルの回転位置と緯度から方位角を演
算する演算処理部１５を具備する探北方法および装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、探北方法および
この方法を実施する装置に関し、特に、ジャイロを使用
して地球の回転レートを検出し、北の方向を検出する探
北方法およびこの方法を実施する装置に関する。
この方法を実施する装置に関し、特に、ジャイロを使用
して地球の回転レートを検出し、北の方向を検出する探
北方法およびこの方法を実施する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】磁針により示される磁北に対して、地球
自転軸を地球表面に投影した線により示される北を真北
という。北を測定する方法として古くは磁針、天測（太
陽、或いは星）に頼っている。地磁気センサによる方法
は地球磁界の分布により磁北を計算するものであるから
地球磁界が周囲の環境により乱され、磁気障害のある所
においては方位の測定をすることはできない。
自転軸を地球表面に投影した線により示される北を真北
という。北を測定する方法として古くは磁針、天測（太
陽、或いは星）に頼っている。地磁気センサによる方法
は地球磁界の分布により磁北を計算するものであるから
地球磁界が周囲の環境により乱され、磁気障害のある所
においては方位の測定をすることはできない。
【０００３】天測においては太陽が見えない時はなすす
べもない。近年、光学測量が一般に行われているが、測
量時間が長いこと、空間的な制約のある所においては測
量することができないという問題があり、小型で短時間
に真北を測定する装置が要請されている。ところで、地
球自転をジャイロで検知し真北を知る探北装置として数
１０年前に慣性航法装置が開発された。これを図３
（ａ）を参照して説明するに、地球は地軸を中心軸とし
て約１５（゜／ｈ）の角速度で回転しており、これをア
ースレートと称している。地球表面の或る位置から観た
北極星の方向は地軸と平行であるので、アースレートは
１５（゜／ｈ）で正極性回転している。図３（ａ）に示
される直交する前方軸Ｘ、右方軸Ｙ、下方軸Ｚの３軸に
ジャイロを配置した測定装置を用意し、それぞれのジャ
イロでアースレートを測定すると、測定された各アース
レート成分の大きさに基づいて測定装置と地軸の角度関
係を知ることができる。更に、先の前方軸Ｘ、右方軸
Ｙ、下方軸Ｚの３軸に加速度計を配置し、各重力加速度
成分を測定すると、３軸と鉛直方向の間の角度関係を知
ることができる。即ち、測定装置の前方軸Ｘ、右方軸
Ｙ、下方軸Ｚの３軸と地表座標軸（北、東、鉛直）との
間の角度関係は、３個のアースレート成分値と３個の重
力加速度成分の関数で表現することができる。これが慣
性航法装置の真北測定の原理である。この探北装置はジ
ャイロを使用し、これにより地球自転方向を検知し、地
球表面における真北を求める装置である。
べもない。近年、光学測量が一般に行われているが、測
量時間が長いこと、空間的な制約のある所においては測
量することができないという問題があり、小型で短時間
に真北を測定する装置が要請されている。ところで、地
球自転をジャイロで検知し真北を知る探北装置として数
１０年前に慣性航法装置が開発された。これを図３
（ａ）を参照して説明するに、地球は地軸を中心軸とし
て約１５（゜／ｈ）の角速度で回転しており、これをア
ースレートと称している。地球表面の或る位置から観た
北極星の方向は地軸と平行であるので、アースレートは
１５（゜／ｈ）で正極性回転している。図３（ａ）に示
される直交する前方軸Ｘ、右方軸Ｙ、下方軸Ｚの３軸に
ジャイロを配置した測定装置を用意し、それぞれのジャ
イロでアースレートを測定すると、測定された各アース
レート成分の大きさに基づいて測定装置と地軸の角度関
係を知ることができる。更に、先の前方軸Ｘ、右方軸
Ｙ、下方軸Ｚの３軸に加速度計を配置し、各重力加速度
成分を測定すると、３軸と鉛直方向の間の角度関係を知
ることができる。即ち、測定装置の前方軸Ｘ、右方軸
Ｙ、下方軸Ｚの３軸と地表座標軸（北、東、鉛直）との
間の角度関係は、３個のアースレート成分値と３個の重
力加速度成分の関数で表現することができる。これが慣
性航法装置の真北測定の原理である。この探北装置はジ
ャイロを使用し、これにより地球自転方向を検知し、地
球表面における真北を求める装置である。
【０００４】図３（ｂ）および図３（ｃ）を参照する
に、図３（ｂ）は光ファイバジャイロ（ＦＯＧ）を使用
した探北装置の概略構造を示す図であり、図３（ｃ）は
ハードウェアブロックを示す。ＦＯＧと加速度計は回転
機構に取り付けられている。３２ｂｉｔのＲＩＳＣプロ
セッサはＦＯＧと加速度計のアナログ／デジタル変換さ
れたデータを読込み、方位角を演算し、ＲＳ２３２Ｃお
よびＲＳ４２２を介して出力する。同時に、回転機構の
モータを制御して、ＦＯＧと加速度計をＸ軸、Ｙ軸、−
Ｘ軸方向にセットする。
に、図３（ｂ）は光ファイバジャイロ（ＦＯＧ）を使用
した探北装置の概略構造を示す図であり、図３（ｃ）は
ハードウェアブロックを示す。ＦＯＧと加速度計は回転
機構に取り付けられている。３２ｂｉｔのＲＩＳＣプロ
セッサはＦＯＧと加速度計のアナログ／デジタル変換さ
れたデータを読込み、方位角を演算し、ＲＳ２３２Ｃお
よびＲＳ４２２を介して出力する。同時に、回転機構の
モータを制御して、ＦＯＧと加速度計をＸ軸、Ｙ軸、−
Ｘ軸方向にセットする。
【０００５】ここで、ＦＯＧにはバイアスと呼ばれる誤
差を有している。バイアス誤差とは入力レートがゼロの
時の出力値として定義される。ＦＯＧのバイアスはアー
スレートの数倍程度の大きさを示し、しかも温度変化に
起因して大幅に変化する。Ｘ軸とＹ軸のＦＯＧのバイア
スがそれぞれバラバラに変動すると、アースレートの分
布を測定することはできなくなる。そこで、ＦＯＧジャ
イロコンパスは１個のＦＯＧを使用し、モータ駆動によ
りＸ軸、Ｙ軸および−Ｘ軸方向に向ける機構を設け、ジ
ャイロをＸ軸と−Ｘ軸に向け各々の測定レートの和を２
で割ってバイアス値を得る。そして、Ｘ軸の測定レート
値からバイアス値を差し引くことにより正しいＸ軸レー
トが得られ、同様に、正しいＹ軸レートも得られる。Ｘ
軸重力加速度、Ｙ軸重力加速度も同様に１個の加速度計
を使用して得ることができる。
差を有している。バイアス誤差とは入力レートがゼロの
時の出力値として定義される。ＦＯＧのバイアスはアー
スレートの数倍程度の大きさを示し、しかも温度変化に
起因して大幅に変化する。Ｘ軸とＹ軸のＦＯＧのバイア
スがそれぞれバラバラに変動すると、アースレートの分
布を測定することはできなくなる。そこで、ＦＯＧジャ
イロコンパスは１個のＦＯＧを使用し、モータ駆動によ
りＸ軸、Ｙ軸および−Ｘ軸方向に向ける機構を設け、ジ
ャイロをＸ軸と−Ｘ軸に向け各々の測定レートの和を２
で割ってバイアス値を得る。そして、Ｘ軸の測定レート
値からバイアス値を差し引くことにより正しいＸ軸レー
トが得られ、同様に、正しいＹ軸レートも得られる。Ｘ
軸重力加速度、Ｙ軸重力加速度も同様に１個の加速度計
を使用して得ることができる。
【０００６】光ファイバジャイロを使用して水平面上の
地球レートの分布から真北を知るものもある（特開平５
−１６４５６３号公報 参照）。図４を参照するに、光
学系１内に設置される光ファイバループを垂直に立て、
ターンテーブル２で重力軸を中心にして回転した時の地
球自転速度を検出する。地球自転速度ωは、振幅ｋ、タ
ーンテーブル２の回転速度θ、位相ａ、オフセット値ω
1 としたとき、ω＝ｋｓｉｎ（θ＋ａ）＋ω1 で表せ
る。式中の位相ａは方位センサの主軸に対する北の方向
であり、制御部２０により位相ａから主軸方位を計算す
る。特に、ターンテーブル２を回転して光ファイバルー
プ面を変化させる間に、光学光源に加える電流を遮断す
るか、ジャイロが位相変調方式である場合は変調信号を
遮断して、制御部２０の回路雑音を検出することにより
センサ出力の基準電圧値を計算する。地球の自転速度を
検出する前に駆動電流または位相変調信号を入力し、基
準電圧値からの変化量を測定して自転速度を計算する。
この光ファイバジャイロを使用した探北装置は、内部の
回転軸を垂直に保持する必要があり、これにより構造上
複雑な探北装置となる。更に、平面上の地球自転レート
分布を測定するのに測定ポイント数を多くとる必要があ
り、これにより回転テーブルの制御が複雑になり、測定
時間も長くなる問題を内包している。
地球レートの分布から真北を知るものもある（特開平５
−１６４５６３号公報 参照）。図４を参照するに、光
学系１内に設置される光ファイバループを垂直に立て、
ターンテーブル２で重力軸を中心にして回転した時の地
球自転速度を検出する。地球自転速度ωは、振幅ｋ、タ
ーンテーブル２の回転速度θ、位相ａ、オフセット値ω
1 としたとき、ω＝ｋｓｉｎ（θ＋ａ）＋ω1 で表せ
る。式中の位相ａは方位センサの主軸に対する北の方向
であり、制御部２０により位相ａから主軸方位を計算す
る。特に、ターンテーブル２を回転して光ファイバルー
プ面を変化させる間に、光学光源に加える電流を遮断す
るか、ジャイロが位相変調方式である場合は変調信号を
遮断して、制御部２０の回路雑音を検出することにより
センサ出力の基準電圧値を計算する。地球の自転速度を
検出する前に駆動電流または位相変調信号を入力し、基
準電圧値からの変化量を測定して自転速度を計算する。
この光ファイバジャイロを使用した探北装置は、内部の
回転軸を垂直に保持する必要があり、これにより構造上
複雑な探北装置となる。更に、平面上の地球自転レート
分布を測定するのに測定ポイント数を多くとる必要があ
り、これにより回転テーブルの制御が複雑になり、測定
時間も長くなる問題を内包している。
【０００７】図５も光ファイバジャイロを使用して方位
を知る方位測定装置であり、１１はジャイロ部、１２は
モータ、１３は回転軸、１５はエンコーダ読み取り部、
１４エンコーダ板、ｋはセンシング部である。これは緯
度が高くなることに伴うジャイロ出力の低下を補正する
ためにジャイロが感じる地球の自転の回転速度を大きく
なる様にジャイロ面を回転支軸の回りに回動させて方位
を測定する方位測定装置である（詳細は、特許第２５７
８８４２号公報 参照）。
を知る方位測定装置であり、１１はジャイロ部、１２は
モータ、１３は回転軸、１５はエンコーダ読み取り部、
１４エンコーダ板、ｋはセンシング部である。これは緯
度が高くなることに伴うジャイロ出力の低下を補正する
ためにジャイロが感じる地球の自転の回転速度を大きく
なる様にジャイロ面を回転支軸の回りに回動させて方位
を測定する方位測定装置である（詳細は、特許第２５７
８８４２号公報 参照）。
【０００８】高精度なジャイロとしてリングレーザージ
ャイロ（ＲＬＧ）を直交３軸に配置して地球自転のベク
トル方向から真北を知る方法もある。このＲＬＧを使用
する探北装置はＲＬＧを軸Ｘ、軸Ｙ、軸Ｚの３軸方向に
使用しなくてはならず、大変に高価な探北装置となる。
探北装置に使用されるジャイロとして機械式ジャイロが
あり、これはコマ式ジャイロを使用して地球自転による
プレセッションを利用したものである。なお、プレセッ
ションとは、高速回転するコマの回転軸に直角な軸方向
に回転を与えると、その両方の軸に直角な軸回りに回転
トルクが発生する現象をいう。
ャイロ（ＲＬＧ）を直交３軸に配置して地球自転のベク
トル方向から真北を知る方法もある。このＲＬＧを使用
する探北装置はＲＬＧを軸Ｘ、軸Ｙ、軸Ｚの３軸方向に
使用しなくてはならず、大変に高価な探北装置となる。
探北装置に使用されるジャイロとして機械式ジャイロが
あり、これはコマ式ジャイロを使用して地球自転による
プレセッションを利用したものである。なお、プレセッ
ションとは、高速回転するコマの回転軸に直角な軸方向
に回転を与えると、その両方の軸に直角な軸回りに回転
トルクが発生する現象をいう。
【０００９】この機械式ジャイロはコマを高速回転させ
る構成を有するものであるので、コマの定期的なメンテ
ナンスに費用がかかり、また、取り扱い上の制約があ
る。
る構成を有するものであるので、コマの定期的なメンテ
ナンスに費用がかかり、また、取り扱い上の制約があ
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した探北装置は、
結局、高価格高精度なジャイロを使用してのみ実現可能
なものであり、従って、探北装置の価格は高価格とな
り、一般産業機器用として使用されることは殆どない。
この発明は、磁界の外乱に無関係であり、取り扱いも簡
単容易であり、定期的なメンテナンスも必要無く、測定
ポイントが少なくて構造も比較的に簡単で、低価格、精
度の良い上述の問題を解消した探北方法およびこの方法
を実施する装置を提供するものである。
結局、高価格高精度なジャイロを使用してのみ実現可能
なものであり、従って、探北装置の価格は高価格とな
り、一般産業機器用として使用されることは殆どない。
この発明は、磁界の外乱に無関係であり、取り扱いも簡
単容易であり、定期的なメンテナンスも必要無く、測定
ポイントが少なくて構造も比較的に簡単で、低価格、精
度の良い上述の問題を解消した探北方法およびこの方法
を実施する装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１：回転テーブル
が互いに直交する３方向の位置にあるときの各方向のジ
ャイロの出力と加速度計出力を測定記憶し、記憶したジ
ャイロの出力と加速度計出力値からジャイロバイアスと
加速度バイアスを計算記憶し、計測値からバイアスを減
算し真の結果を記憶し、直交する２方向の真の加速度出
力から姿勢角を計算記憶し、直交する２方向のジャイロ
の出力、ロール角、ピッチ角、緯度から水平成分に変換
した地球回転レートの当該２方向成分を計算記憶し、記
憶される地球回転レートの２方向成分から方位角を計算
する探北方法を構成した。
が互いに直交する３方向の位置にあるときの各方向のジ
ャイロの出力と加速度計出力を測定記憶し、記憶したジ
ャイロの出力と加速度計出力値からジャイロバイアスと
加速度バイアスを計算記憶し、計測値からバイアスを減
算し真の結果を記憶し、直交する２方向の真の加速度出
力から姿勢角を計算記憶し、直交する２方向のジャイロ
の出力、ロール角、ピッチ角、緯度から水平成分に変換
した地球回転レートの当該２方向成分を計算記憶し、記
憶される地球回転レートの２方向成分から方位角を計算
する探北方法を構成した。
【００１２】そして、請求項２：地球の重力を検出する
加速度計１１を具備し、地球回転レートを検出するジャ
イロ１２を具備し、ジャイロおよび加速度計の向きを平
面上で０°、９０°、１８０°の如き直角３方向に設定
する回転テーブル１３を具備し、回転テーブルの制御を
行う回転制御部１４を具備し、計測地点の緯度を入力し
或はこれを記憶しておく緯度記憶／入力部１６を具備
し、０°、９０°、１８０°の如き直角３方向のそれぞ
れの角度で静止した状態にあるときのジャイロ出力から
ジャイロバイアスを減算した結果と加速度計出力から加
速度バイアスを減算した結果とテーブルの回転位置と緯
度から方位角を演算する演算処理部１５を具備する探北
装置を構成した。
加速度計１１を具備し、地球回転レートを検出するジャ
イロ１２を具備し、ジャイロおよび加速度計の向きを平
面上で０°、９０°、１８０°の如き直角３方向に設定
する回転テーブル１３を具備し、回転テーブルの制御を
行う回転制御部１４を具備し、計測地点の緯度を入力し
或はこれを記憶しておく緯度記憶／入力部１６を具備
し、０°、９０°、１８０°の如き直角３方向のそれぞ
れの角度で静止した状態にあるときのジャイロ出力から
ジャイロバイアスを減算した結果と加速度計出力から加
速度バイアスを減算した結果とテーブルの回転位置と緯
度から方位角を演算する演算処理部１５を具備する探北
装置を構成した。
【００１３】また、請求項３：請求項２に記載される探
北装置において、加速度計１１およびジャイロ１２を回
転テーブルの上面に設置した探北装置を構成した。
北装置において、加速度計１１およびジャイロ１２を回
転テーブルの上面に設置した探北装置を構成した。
【００１４】
【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１を参
照して説明する。図１において、１１は加速度計であ
り、地球の重力を検出する。１２はジャイロであり、地
球の回転レートを検出する。１３は回転テーブルであ
り、回転位置決めすることにより上面に設置される加速
度計１１およびジャイロ１２の向きを平面上で０°、９
０°、１８０°の如く直角３方向に設定するものであ
る。１４は回転制御部であり、回転テーブル１３の回転
位置決め制御する。１６は緯度記憶／入力部であり、計
測地点の緯度を入力し或いはこれを記憶しておく部位で
ある。１５は演算処理部であり、０°、９０°、１８０
°の如き直角３方向のそれぞれの角度で静止した状態に
あるときのジャイロ出力からジャイロバイアスを減算し
た結果と加速度計出力から加速度バイアスを減算した結
果とテーブルの回転位置と緯度から方位角を演算処理す
る部位である。
照して説明する。図１において、１１は加速度計であ
り、地球の重力を検出する。１２はジャイロであり、地
球の回転レートを検出する。１３は回転テーブルであ
り、回転位置決めすることにより上面に設置される加速
度計１１およびジャイロ１２の向きを平面上で０°、９
０°、１８０°の如く直角３方向に設定するものであ
る。１４は回転制御部であり、回転テーブル１３の回転
位置決め制御する。１６は緯度記憶／入力部であり、計
測地点の緯度を入力し或いはこれを記憶しておく部位で
ある。１５は演算処理部であり、０°、９０°、１８０
°の如き直角３方向のそれぞれの角度で静止した状態に
あるときのジャイロ出力からジャイロバイアスを減算し
た結果と加速度計出力から加速度バイアスを減算した結
果とテーブルの回転位置と緯度から方位角を演算処理す
る部位である。
【００１５】探北装置の実施例の測定動作を図２をも参
照して説明する。ここで、動作の説明において使用され
る測定値の定義を一括表示しておく。 ωxR：回転テーブル１３が０°方向で計測したジャイロ
１２のレート出力。 ωyR：回転テーブル１３が９０°方向で計測したジャイ
ロ１２のレート出力。 ω-xR：回転テーブル１３が１８０°方向で計測したジ
ャイロ１２のレート出力。 ＡxR：回転テーブル１３が０°方向で計測した加速度計
１１の加速度出力。 ＡyR：回転テーブル１３が９０°方向で計測した加速度
計１１の加速度出力。 Ａ-xR：回転テーブル１３が１８０°方向で計測した加
速度計１１の加速度出力。 δＡ：計測した加速度計１１の出力に含まれる加速度計
バイアス（オフセット誤差要因）。 δω：計測したジャイロ１２の出力レートに含まれるジ
ャイロバイアス（オフセット誤差要因）。 Ａx ：０°方向の加速度計１１の出力から加速度計バイ
アスを除去した加速度。 Ａy ：９０°方向の加速度１１の計出力から加速度計バ
イアスを除去した加速度。 ωx ：０°方向のジャイロ１２の出力からジャイロバイ
アスを除去したレート。 ωy ：９０°方向のジャイロ１２の出力からジャイロバ
イアスを除去したレート。 Ｇ：重力加速度。 θ：ピッチ角。 φ：ロール角。 λ：緯度。 Ω：地球自転レート（約１５°／時間）。 ωL0：水平成分に変換した０°方向のバイアス補正済み
地球回転レート。 ωL90 ：水平成分に変換した９０°方向のバイアス補正
済み地球回転レート。 ψ：方位角。
照して説明する。ここで、動作の説明において使用され
る測定値の定義を一括表示しておく。 ωxR：回転テーブル１３が０°方向で計測したジャイロ
１２のレート出力。 ωyR：回転テーブル１３が９０°方向で計測したジャイ
ロ１２のレート出力。 ω-xR：回転テーブル１３が１８０°方向で計測したジ
ャイロ１２のレート出力。 ＡxR：回転テーブル１３が０°方向で計測した加速度計
１１の加速度出力。 ＡyR：回転テーブル１３が９０°方向で計測した加速度
計１１の加速度出力。 Ａ-xR：回転テーブル１３が１８０°方向で計測した加
速度計１１の加速度出力。 δＡ：計測した加速度計１１の出力に含まれる加速度計
バイアス（オフセット誤差要因）。 δω：計測したジャイロ１２の出力レートに含まれるジ
ャイロバイアス（オフセット誤差要因）。 Ａx ：０°方向の加速度計１１の出力から加速度計バイ
アスを除去した加速度。 Ａy ：９０°方向の加速度１１の計出力から加速度計バ
イアスを除去した加速度。 ωx ：０°方向のジャイロ１２の出力からジャイロバイ
アスを除去したレート。 ωy ：９０°方向のジャイロ１２の出力からジャイロバ
イアスを除去したレート。 Ｇ：重力加速度。 θ：ピッチ角。 φ：ロール角。 λ：緯度。 Ω：地球自転レート（約１５°／時間）。 ωL0：水平成分に変換した０°方向のバイアス補正済み
地球回転レート。 ωL90 ：水平成分に変換した９０°方向のバイアス補正
済み地球回転レート。 ψ：方位角。
【００１６】（ステップ）回転テーブル１３が０°の
位置にあるときの０°方向のジャイロの出力ωxRと加速
度計出力ＡxRを測定、記憶する。 （ステップ）回転テーブル１３が９０°の位置にある
時の９０°方向のωyRとＡyRを測定記憶する。
位置にあるときの０°方向のジャイロの出力ωxRと加速
度計出力ＡxRを測定、記憶する。 （ステップ）回転テーブル１３が９０°の位置にある
時の９０°方向のωyRとＡyRを測定記憶する。
【００１７】（ステップ）回転テーブル１３が１８０
°の位置にあるときの１８０°方向のω-xR とＡ-x Rを
測定、記憶する。 （ステップ）記憶したジャイロの出力と加速度計出力
値からジャイロバイアスと加速度バイアスを計算記憶
し、計測値からバイアスを減算して結果を記憶する。
°の位置にあるときの１８０°方向のω-xR とＡ-x Rを
測定、記憶する。 （ステップ）記憶したジャイロの出力と加速度計出力
値からジャイロバイアスと加速度バイアスを計算記憶
し、計測値からバイアスを減算して結果を記憶する。
【００１８】ＡxR、ＡyR、Ａ-xR のそれぞれには同一の
加速度バイアス成分δＡが含まれている。同様に、
ωxR、ωyR、ω-xR それぞれには同一の角速度バイアス
成分δωが含まれている。即ち、記憶された計測値（添
字Ｒ）＝真値＋δ誤差である。
加速度バイアス成分δＡが含まれている。同様に、
ωxR、ωyR、ω-xR それぞれには同一の角速度バイアス
成分δωが含まれている。即ち、記憶された計測値（添
字Ｒ）＝真値＋δ誤差である。
【００１９】δ誤差は、軸の＋方向と−方向で計測する
ことにより下記の通りにして計算することができる。 δＡ＝（ＡxR＋Ａ-xR）／２＝((Ａx＋δＡ）＋（−Ａx
＋δＡ))／２ δω＝（ωxR＋ω-xR）／２＝((ωx＋δω）＋（−ωx
＋δω))／２ 以上の通り、ＡxR、ＡyR、Ａ-xR、ωxR、ωyR、ω-xRか
らバイアス成分を除去したＡx、Ａy、ωx、ωyを計算す
ることができ、この結果を記憶する。
ことにより下記の通りにして計算することができる。 δＡ＝（ＡxR＋Ａ-xR）／２＝((Ａx＋δＡ）＋（−Ａx
＋δＡ))／２ δω＝（ωxR＋ω-xR）／２＝((ωx＋δω）＋（−ωx
＋δω))／２ 以上の通り、ＡxR、ＡyR、Ａ-xR、ωxR、ωyR、ω-xRか
らバイアス成分を除去したＡx、Ａy、ωx、ωyを計算す
ることができ、この結果を記憶する。
【００２０】Ａx＝ＡxR−δＡ、Ａy＝ＡyR−δＡ ωx＝ωxR−δω、ωy＝ωyR−δω （ステップ）Ａx、Ａyから姿勢角（ピッチ角θ、ロー
ル角φ）を計算し、記憶する。ここでは、回転テーブル
１３が０°、９０°方向で計測しバイアス補正した加速
度から姿勢角を計算する。
ル角φ）を計算し、記憶する。ここでは、回転テーブル
１３が０°、９０°方向で計測しバイアス補正した加速
度から姿勢角を計算する。
【００２１】ピッチ角θの算出： Ａx＝Ｇ・ｓｉｎθ より θ＝ａｒｃｓｉｎ（Ａx／Ｇ） ロール角φの算出： Ａy＝−Ｇ・ｃｏｓθ・ｓｉｎφ より φ＝−ａｒｃｓｉｎ（Ａy／（Ｇ・ｃｏｓθ）） （ステップ）ωxとωy、ロール角φ、ピッチ角θ、緯
度λから水平成分に変換した地球回転レートの０°方向
成分ωL0と９０°方向成分ωL90を計算、記憶する。
度λから水平成分に変換した地球回転レートの０°方向
成分ωL0と９０°方向成分ωL90を計算、記憶する。
【００２２】 ωL90＝−（−Ω・ｓｉｎλ＋ωx・ｓｉｎθ−ωy・ｃｏｓ
θ・ｓｉｎφ）・ｔａｎφ／ｃｏｓθ＋ωy・ｃｏｓφ ωL0＝（−Ω・ｓｉｎλ＋ωx・ｓｉｎθ−ωy・ｃｏｓθ・
ｓｉｎφ）・ｔａｎθ＋ωx・ｃｏｓθ＋ωy・ｓｉｎθ・ｓ
ｉｎφ （ステップ）地球回転レートの０°方向成分ωL0と９
０°方向成分ωL90から方位角を計算する。
θ・ｓｉｎφ）・ｔａｎφ／ｃｏｓθ＋ωy・ｃｏｓφ ωL0＝（−Ω・ｓｉｎλ＋ωx・ｓｉｎθ−ωy・ｃｏｓθ・
ｓｉｎφ）・ｔａｎθ＋ωx・ｃｏｓθ＋ωy・ｓｉｎθ・ｓ
ｉｎφ （ステップ）地球回転レートの０°方向成分ωL0と９
０°方向成分ωL90から方位角を計算する。
【００２３】ωL0が正の場合、方位角φ＝−ａｒｃｔａ
ｎ（ωＬ９０／ωL0） 上記以外方位角φ＝−ａｒｃｔａｎ（ωL90／ωL0）＋
１８０° 以上の探北装置において、回転テーブル１３の制御は、
回転させる角度間隔が丁度９０°毎であり、０°、９０
°、１８０°の如き直角３方向を行ったり来たりさせれ
ばよく、３６０°連続に回転させる必要が無いので、構
造が比較的簡単となる。同様に、決められた角度位置を
固定するのも容易である。
ｎ（ωＬ９０／ωL0） 上記以外方位角φ＝−ａｒｃｔａｎ（ωL90／ωL0）＋
１８０° 以上の探北装置において、回転テーブル１３の制御は、
回転させる角度間隔が丁度９０°毎であり、０°、９０
°、１８０°の如き直角３方向を行ったり来たりさせれ
ばよく、３６０°連続に回転させる必要が無いので、構
造が比較的簡単となる。同様に、決められた角度位置を
固定するのも容易である。
【００２４】そして、加速度計１１を回転テーブル１３
上面に設置しているので、加速度計１１にバイアス変化
があっても、０°と１８０°方向の加速度出力を使用し
てバイアスを計算することができ、更に、９０°の位置
においても計測して、０°、１８０°の計測により計算
したバイアスを使用して計算することにより、１個だけ
の安価な加速度計を使用しても方位計算に使う２軸の姿
勢角（ロール角、ピッチ角）を精度良く算出することが
できる。
上面に設置しているので、加速度計１１にバイアス変化
があっても、０°と１８０°方向の加速度出力を使用し
てバイアスを計算することができ、更に、９０°の位置
においても計測して、０°、１８０°の計測により計算
したバイアスを使用して計算することにより、１個だけ
の安価な加速度計を使用しても方位計算に使う２軸の姿
勢角（ロール角、ピッチ角）を精度良く算出することが
できる。
【００２５】また、ジャイロ１２を回転テーブル１３上
面に設置しているので、ジャイロ１２にバイアスの変化
があっても、０°と１８０°のジャイロ出力を使用して
バイアスを計算することができ、更に、９０°の位置で
も計測し、０°、１８０°の計測で計算したバイアスを
使用して求めることにより、１個だけの比較的安価なジ
ャイロを使用しても方位計算に使う０°方向軸と９０°
方向軸の地球回転レートを精度良く検出することができ
る。
面に設置しているので、ジャイロ１２にバイアスの変化
があっても、０°と１８０°のジャイロ出力を使用して
バイアスを計算することができ、更に、９０°の位置で
も計測し、０°、１８０°の計測で計算したバイアスを
使用して求めることにより、１個だけの比較的安価なジ
ャイロを使用しても方位計算に使う０°方向軸と９０°
方向軸の地球回転レートを精度良く検出することができ
る。
【００２６】
【発明の効果】以上の通りであって、この発明に依れ
ば、探北装置を、地球の回転レートを検出するジャイロ
１２と、地球の重力を検出する加速度計１１と、ジャイ
ロ１２および加速度計１１の向きを平面上において０
°、９０°、１８０°の如く直角３方向に設定する回転
テーブル１３と、回転テーブル１３の回転を制御する回
転制御部１４と、計測地点の緯度を入力する入力部或い
はこれを記憶しておく記憶部と、０°、９０°、１８０
°の如き直角３方向のそれぞれの角度で静止した状態に
ある時のジャイロ出力からジャイロバイアスを減算した
結果と加速度計出力から加速度バイアスを減算した結果
とテーブルの回転位置と緯度から方位角を演算する演算
処理部１５により構成することにより、構造が比較的簡
単で、安価な加速度計とジャイロバイアスの大きい比較
的安価なジャイロを使用して構成することができ、従っ
て、探北装置のコストも低価格とすることができる。そ
して、姿勢が傾いたままでも精度良く北の方向を検出す
ることができる。また、回転して停止する角度位置も０
°、９０°、１８０°の如き９０°度毎に決められた３
個所という少ない位置で測定すれば事足りるので、回転
制御装置およびその制御も単純になる。更に、ジャイロ
と共に加速度計を使用して回転面の姿勢角を計算して、
傾いた分の補正を演算処理して実施するので水平を保持
する装置は不要となり、その分だけ全体の構成が単純に
なる。従って、外形寸法も縮小された探北装置を構成す
ることができる。
ば、探北装置を、地球の回転レートを検出するジャイロ
１２と、地球の重力を検出する加速度計１１と、ジャイ
ロ１２および加速度計１１の向きを平面上において０
°、９０°、１８０°の如く直角３方向に設定する回転
テーブル１３と、回転テーブル１３の回転を制御する回
転制御部１４と、計測地点の緯度を入力する入力部或い
はこれを記憶しておく記憶部と、０°、９０°、１８０
°の如き直角３方向のそれぞれの角度で静止した状態に
ある時のジャイロ出力からジャイロバイアスを減算した
結果と加速度計出力から加速度バイアスを減算した結果
とテーブルの回転位置と緯度から方位角を演算する演算
処理部１５により構成することにより、構造が比較的簡
単で、安価な加速度計とジャイロバイアスの大きい比較
的安価なジャイロを使用して構成することができ、従っ
て、探北装置のコストも低価格とすることができる。そ
して、姿勢が傾いたままでも精度良く北の方向を検出す
ることができる。また、回転して停止する角度位置も０
°、９０°、１８０°の如き９０°度毎に決められた３
個所という少ない位置で測定すれば事足りるので、回転
制御装置およびその制御も単純になる。更に、ジャイロ
と共に加速度計を使用して回転面の姿勢角を計算して、
傾いた分の補正を演算処理して実施するので水平を保持
する装置は不要となり、その分だけ全体の構成が単純に
なる。従って、外形寸法も縮小された探北装置を構成す
ることができる。
【図１】実施例を説明する図。
【図２】実施例の測定動作を説明する図。
【図３】従来例を説明する図。
【図４】他の従来例を説明する図。
【図５】更なる他の従来例を説明する図。
１１ 加速度計 １２ ジャイロ １３ 回転テーブル １４ 回転制御部 １５ 演算処理部 １６ 緯度記憶／入力部
Claims (3)
- 【請求項１】 回転テーブルが互いに直交する３方向の
位置にあるときの各方向のジャイロの出力と加速度計出
力を測定記憶し、 記憶したジャイロの出力と加速度計出力値からジャイロ
バイアスと加速度バイアスを計算記憶し、 計測値からバイアスを減算し真の結果を記憶し、 直交する２方向の真の加速度出力から姿勢角を計算記憶
し、 直交する２方向のジャイロの出力、ロール角、ピッチ
角、緯度から水平成分に変換した地球回転レートの当該
２方向成分を計算記憶し、 記憶される地球回転レートの２方向成分から方位角を計
算することを特徴とする探北方法。 - 【請求項２】 地球の回転レートを検出するジャイロを
具備し、 地球の重力を検出する加速度計を具備し、 ジャイロおよび加速度計の向きを平面上で０°、９０
°、１８０°の如き直角３方向に設定する回転テーブル
を具備し、 回転テーブルの制御を行う回転制御部を具備し、 計測地点の緯度を入力し或はこれを記憶しておく緯度記
憶／入力部を具備し、 ０°、９０°、１８０°の如き直角３方向のそれぞれの
角度で静止した状態にあるときのジャイロ出力からジャ
イロバイアスを減算した結果と加速度計出力から加速度
バイアスを減算した結果とテーブルの回転位置と緯度か
ら方位角を演算する演算処理部を具備することを特徴と
する探北装置。 - 【請求項３】 請求項２に記載される探北装置におい
て、 ジャイロおよび加速度計を回転テーブルの上面に設置し
たことを特徴とする探北装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11049850A JP2000249552A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 探北方法およびこの方法を実施する装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11049850A JP2000249552A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 探北方法およびこの方法を実施する装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000249552A true JP2000249552A (ja) | 2000-09-14 |
Family
ID=12842548
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11049850A Pending JP2000249552A (ja) | 1999-02-26 | 1999-02-26 | 探北方法およびこの方法を実施する装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000249552A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008535725A (ja) * | 2005-04-11 | 2008-09-04 | アドヴァンスド イナーティアル ミィジャーメント システムス スウェーデン アクツィエボラグ | 車両用制御システム |
| WO2010040007A3 (en) * | 2008-10-01 | 2010-12-09 | A-Tech Corporation | Method and apparatus for precision azimuth measurement |
| JP2014501917A (ja) * | 2010-12-06 | 2014-01-23 | ノースロップ グルマン リテフ ゲーエムベーハー | 機械的に結合した構造物を監視するシステムおよび方法 |
| JP2016211905A (ja) * | 2015-05-01 | 2016-12-15 | セイコーエプソン株式会社 | 傾斜度測定方法及び装置並びに電子機器及びプログラム |
| JP2016211907A (ja) * | 2015-05-01 | 2016-12-15 | セイコーエプソン株式会社 | 傾斜度測定方法及び装置並びに電子機器及びプログラム |
| CN108593963A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-09-28 | 芜湖博高光电科技股份有限公司 | 一种可远程监控三维动态高速测试转台系统 |
| WO2019216132A1 (ja) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | ソニー株式会社 | 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム |
| CN114111753A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-01 | 中国人民解放军61540部队 | 一种光纤陀螺寻北仪 |
| CN114322970A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-12 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种双陀螺仪寻北方法、系统及存储介质 |
| CN115979237A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-04-18 | 北京信息科技大学 | 寻北方法、装置及系统 |
| CN117590435A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-02-23 | 福建福大北斗通信科技有限公司 | 一种北斗三代的朝向自动校准装置及其校准方法 |
-
1999
- 1999-02-26 JP JP11049850A patent/JP2000249552A/ja active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008535725A (ja) * | 2005-04-11 | 2008-09-04 | アドヴァンスド イナーティアル ミィジャーメント システムス スウェーデン アクツィエボラグ | 車両用制御システム |
| WO2010040007A3 (en) * | 2008-10-01 | 2010-12-09 | A-Tech Corporation | Method and apparatus for precision azimuth measurement |
| JP2014501917A (ja) * | 2010-12-06 | 2014-01-23 | ノースロップ グルマン リテフ ゲーエムベーハー | 機械的に結合した構造物を監視するシステムおよび方法 |
| JP2016211905A (ja) * | 2015-05-01 | 2016-12-15 | セイコーエプソン株式会社 | 傾斜度測定方法及び装置並びに電子機器及びプログラム |
| JP2016211907A (ja) * | 2015-05-01 | 2016-12-15 | セイコーエプソン株式会社 | 傾斜度測定方法及び装置並びに電子機器及びプログラム |
| CN108593963B (zh) * | 2018-04-18 | 2020-06-16 | 芜湖博高光电科技股份有限公司 | 一种可远程监控三维动态高速测试转台系统 |
| CN108593963A (zh) * | 2018-04-18 | 2018-09-28 | 芜湖博高光电科技股份有限公司 | 一种可远程监控三维动态高速测试转台系统 |
| WO2019216132A1 (ja) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | ソニー株式会社 | 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム |
| WO2019216133A1 (ja) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | ソニー株式会社 | 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム |
| CN112136020A (zh) * | 2018-05-09 | 2020-12-25 | 索尼公司 | 信息处理装置、信息处理方法和程序 |
| CN114322970A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-04-12 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种双陀螺仪寻北方法、系统及存储介质 |
| CN114322970B (zh) * | 2021-11-30 | 2024-01-12 | 湖南航天机电设备与特种材料研究所 | 一种双陀螺仪寻北方法、系统及存储介质 |
| CN114111753A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-01 | 中国人民解放军61540部队 | 一种光纤陀螺寻北仪 |
| CN115979237A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-04-18 | 北京信息科技大学 | 寻北方法、装置及系统 |
| CN117590435A (zh) * | 2024-01-16 | 2024-02-23 | 福建福大北斗通信科技有限公司 | 一种北斗三代的朝向自动校准装置及其校准方法 |
| CN117590435B (zh) * | 2024-01-16 | 2024-04-16 | 福建福大北斗通信科技有限公司 | 一种北斗三代的朝向自动校准装置及其校准方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030311 |