JP2000321069A - 方位角検出装置 - Google Patents
方位角検出装置Info
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- JP2000321069A JP2000321069A JP13145699A JP13145699A JP2000321069A JP 2000321069 A JP2000321069 A JP 2000321069A JP 13145699 A JP13145699 A JP 13145699A JP 13145699 A JP13145699 A JP 13145699A JP 2000321069 A JP2000321069 A JP 2000321069A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 周囲の磁場の影響を受けず、移動体がどのよ
うな状態であっても従来のものよりも正確な方位角を検
出することができる方位角検出装置を提供する。 【解決手段】 角速度検出器１２で検出される旋回角速
度を積分して得られる出力方位角が、磁気方位センサ１
４で検出される磁気方位角と、ＧＰＳ装置１６で検出さ
れるＧＰＳ方位角とにそれぞれ重み付け係数を掛けて加
算することによって得られる重み付け方位角に等しくな
るように、旋回角速度を補正する。それぞれの重み付け
係数を移動体の速度に応じて変化させ、速度が小さいと
きには、磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重
み付け係数より大きく設定し、速度が大きいときは、磁
気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重み付け係数
より小さく変化させる。
うな状態であっても従来のものよりも正確な方位角を検
出することができる方位角検出装置を提供する。 【解決手段】 角速度検出器１２で検出される旋回角速
度を積分して得られる出力方位角が、磁気方位センサ１
４で検出される磁気方位角と、ＧＰＳ装置１６で検出さ
れるＧＰＳ方位角とにそれぞれ重み付け係数を掛けて加
算することによって得られる重み付け方位角に等しくな
るように、旋回角速度を補正する。それぞれの重み付け
係数を移動体の速度に応じて変化させ、速度が小さいと
きには、磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重
み付け係数より大きく設定し、速度が大きいときは、磁
気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重み付け係数
より小さく変化させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の方位を検
出する方位角検出装置に関する。
出する方位角検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の方位角検出装置としては、磁気方
位センサやジャイロコンパスが知られている。しかしな
がら、磁気方位センサは磁場変化による誤差が大きく、
ジャイロコンパスは高価であり、電源投入後の静定時間
が長いという問題を有している。
位センサやジャイロコンパスが知られている。しかしな
がら、磁気方位センサは磁場変化による誤差が大きく、
ジャイロコンパスは高価であり、電源投入後の静定時間
が長いという問題を有している。
【０００３】特開平５−１７２５７５号公報では、方位
変化に伴う角速度を検出して出力する角速度センサと、
ＧＰＳ（ Global Positioning System ）装置または地
磁気センサ等の方位角検出手段とを用いて、角速度セン
サの出力と、ＧＰＳ装置または地磁気センサ等の方位角
検出手段の出力のそれぞれから所定時間内の移動体方位
の角度変化量を算出し、両者の角度変化量が等しくなる
ように角速度センサの出力基準値を補正するオフセット
補正手段を備え、角速度センサの出力から算出される方
位の精度を高めるようにしたナビゲーション装置につい
て開示する。この装置では、角速度センサであるジャイ
ロのジャイロオフセットの値が時間Ｔ毎に補正されるよ
うになっており、ジャイロ角度変化量積算及び、ＧＰＳ
装置または地磁気センサ等の方位角検出手段の角度変化
量積算が一定時間Ｔに亘って行われ、一定時間Ｔ毎にジ
ャイロ角度変化量と方位角検出手段の角度変化量が０に
なるようなジャイロオフセットドリフト量が求められ、
求められたジャイロオフセットドリフト量によりジャイ
ロオフセットが更新・補正される。
変化に伴う角速度を検出して出力する角速度センサと、
ＧＰＳ（ Global Positioning System ）装置または地
磁気センサ等の方位角検出手段とを用いて、角速度セン
サの出力と、ＧＰＳ装置または地磁気センサ等の方位角
検出手段の出力のそれぞれから所定時間内の移動体方位
の角度変化量を算出し、両者の角度変化量が等しくなる
ように角速度センサの出力基準値を補正するオフセット
補正手段を備え、角速度センサの出力から算出される方
位の精度を高めるようにしたナビゲーション装置につい
て開示する。この装置では、角速度センサであるジャイ
ロのジャイロオフセットの値が時間Ｔ毎に補正されるよ
うになっており、ジャイロ角度変化量積算及び、ＧＰＳ
装置または地磁気センサ等の方位角検出手段の角度変化
量積算が一定時間Ｔに亘って行われ、一定時間Ｔ毎にジ
ャイロ角度変化量と方位角検出手段の角度変化量が０に
なるようなジャイロオフセットドリフト量が求められ、
求められたジャイロオフセットドリフト量によりジャイ
ロオフセットが更新・補正される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来の公報による方位検出では、地磁気センサが周囲の
磁場によって誤差を持つため、この地磁気センサからの
磁気方位を基準として、ジャイロオフセットドリフトを
計算すると、当然ながら補正されたジャイロオフセット
ドリフトは誤差を持ってしまう。また、ＧＰＳ装置から
のＧＰＳ方位を基準とした場合、移動体が移動していな
いとき、または移動体が船舶の場合であって潮流によっ
て流されているとき等には、ＧＰＳ方位が誤差を持つた
め、このＧＰＳ方位を基準として、ジャイロオフセット
ドリフトを計算すると、補正されたジャイロオフセット
ドリフトは誤差を持ってしまうという問題がある。
従来の公報による方位検出では、地磁気センサが周囲の
磁場によって誤差を持つため、この地磁気センサからの
磁気方位を基準として、ジャイロオフセットドリフトを
計算すると、当然ながら補正されたジャイロオフセット
ドリフトは誤差を持ってしまう。また、ＧＰＳ装置から
のＧＰＳ方位を基準とした場合、移動体が移動していな
いとき、または移動体が船舶の場合であって潮流によっ
て流されているとき等には、ＧＰＳ方位が誤差を持つた
め、このＧＰＳ方位を基準として、ジャイロオフセット
ドリフトを計算すると、補正されたジャイロオフセット
ドリフトは誤差を持ってしまうという問題がある。
【０００５】本発明はかかる課題に鑑みなされたもの
で、周囲の磁場の影響を受けず、移動体がどのような状
態であっても従来のものよりも正確な方位角を検出する
ことができる方位角検出装置を提供することをその目的
とする。
で、周囲の磁場の影響を受けず、移動体がどのような状
態であっても従来のものよりも正確な方位角を検出する
ことができる方位角検出装置を提供することをその目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明による方位角検出装置は、移動体
の旋回角速度を検出する角速度検出器と、移動体の方位
角(以下、磁気方位角という)を検出する磁気方位センサ
と、ＧＰＳ衛星からの電波を受けて移動体の方位角（以
下、ＧＰＳ方位角という）を検出するＧＰＳ装置と、検
出された旋回角速度、磁気方位角及びＧＰＳ方位角か
ら、該旋回角速度を積分して得られる出力方位角が、該
磁気方位角と該ＧＰＳ方位角にそれぞれ重み付け係数を
掛けて加算することによって得られる重み付け方位角に
等しくなるように、旋回角速度を補正する演算部と、を
備え、前記演算部は、前記それぞれの重み付け係数を移
動体の速度に応じて変化させ、速度が０または小さいと
きには、磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重
み付け係数より大きく設定し、相対的に速度が大きいと
きは、磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重み
付け係数より小さく変化させることを特徴とする。
に請求項１記載の発明による方位角検出装置は、移動体
の旋回角速度を検出する角速度検出器と、移動体の方位
角(以下、磁気方位角という)を検出する磁気方位センサ
と、ＧＰＳ衛星からの電波を受けて移動体の方位角（以
下、ＧＰＳ方位角という）を検出するＧＰＳ装置と、検
出された旋回角速度、磁気方位角及びＧＰＳ方位角か
ら、該旋回角速度を積分して得られる出力方位角が、該
磁気方位角と該ＧＰＳ方位角にそれぞれ重み付け係数を
掛けて加算することによって得られる重み付け方位角に
等しくなるように、旋回角速度を補正する演算部と、を
備え、前記演算部は、前記それぞれの重み付け係数を移
動体の速度に応じて変化させ、速度が０または小さいと
きには、磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重
み付け係数より大きく設定し、相対的に速度が大きいと
きは、磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重み
付け係数より小さく変化させることを特徴とする。
【０００７】演算器による重み付け係数の設定は、上記
記載範囲で種々に行うことができるが、例えば、速度が
０または所定速度以下のときに磁気方位角の重み付け係
数を１、ＧＰＳ方位角の重み付け係数を０とし、速度が
第２所定速度以上のときには磁気方位角の重み付け係数
を０、ＧＰＳ方位角の重み付け係数を１とし、速度が０
または所定速度と、第２所定速度との間にあるときに
は、磁気方位角の重み付け係数及びＧＰＳ方位角の重み
付け係数を０．５ずつにすることができる。または速度
が０または所定速度と第２所定速度との間にあるときに
は、磁気方位角の重み付け係数及びＧＰＳ方位角の重み
付け係数を線形的または曲線的に変化させるようにする
ことができる。
記載範囲で種々に行うことができるが、例えば、速度が
０または所定速度以下のときに磁気方位角の重み付け係
数を１、ＧＰＳ方位角の重み付け係数を０とし、速度が
第２所定速度以上のときには磁気方位角の重み付け係数
を０、ＧＰＳ方位角の重み付け係数を１とし、速度が０
または所定速度と、第２所定速度との間にあるときに
は、磁気方位角の重み付け係数及びＧＰＳ方位角の重み
付け係数を０．５ずつにすることができる。または速度
が０または所定速度と第２所定速度との間にあるときに
は、磁気方位角の重み付け係数及びＧＰＳ方位角の重み
付け係数を線形的または曲線的に変化させるようにする
ことができる。
【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の前
記演算部が、旋回角速度を積分する積分器と、該積分器
からの出力と前記重み付け方位角との偏差を求める加算
器と、加算器からの偏差に対してフィードバック制御す
る制御器と、制御器の拘束時定数となる比例ゲインを前
記加算器から出力される偏差に応じて変化させる拘束時
定数演算器と、を備えており、拘束時定数演算器は、加
算器で求められる積分器からの出力と重み付け方位角と
の偏差が大きくなると、拘束時定数を大きく、相対的に
加算器で求められる該偏差が小さくなると、拘束時定数
を小さく変化させることを特徴とする。
記演算部が、旋回角速度を積分する積分器と、該積分器
からの出力と前記重み付け方位角との偏差を求める加算
器と、加算器からの偏差に対してフィードバック制御す
る制御器と、制御器の拘束時定数となる比例ゲインを前
記加算器から出力される偏差に応じて変化させる拘束時
定数演算器と、を備えており、拘束時定数演算器は、加
算器で求められる積分器からの出力と重み付け方位角と
の偏差が大きくなると、拘束時定数を大きく、相対的に
加算器で求められる該偏差が小さくなると、拘束時定数
を小さく変化させることを特徴とする。
【０００９】拘束時定数演算器による拘束時定数の設定
は、上記記載範囲で種々に行うことができるが、例え
ば、偏差が所定偏差よりも大きいときに、拘束時定数を
大きくし、所定偏差よりも小さいときに、拘束時定数を
小さくすることができる。または偏差の値に応じて連続
的に拘束時定数を変化させることもできる。
は、上記記載範囲で種々に行うことができるが、例え
ば、偏差が所定偏差よりも大きいときに、拘束時定数を
大きくし、所定偏差よりも小さいときに、拘束時定数を
小さくすることができる。または偏差の値に応じて連続
的に拘束時定数を変化させることもできる。
【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の前記磁気方位センサからの磁気方位角が、ＧＰＳ
装置から出力される移動体の位置に応じて地球子午線に
対する磁気方位角の偏差を修正したものであることを特
徴とする。
記載の前記磁気方位センサからの磁気方位角が、ＧＰＳ
装置から出力される移動体の位置に応じて地球子午線に
対する磁気方位角の偏差を修正したものであることを特
徴とする。
【００１１】請求項４記載の発明による方位角検出装置
は、移動体の磁気方位角を検出する磁気方位センサと、
ＧＰＳ衛星からの電波を受けて移動体のＧＰＳ方位角及
び移動体の位置を検出するＧＰＳ装置と、地球子午線に
対する磁気方位角の偏差である偏差磁気方位角が予めテ
ーブルとなって格納されており、移動体の位置が入力さ
れると偏差磁気方位角を出力する磁気方位角補正テーブ
ルと、該磁気方位角補正テーブルから出力される偏差磁
気方位角を磁気方位センサで検出された磁気方位角に加
算して補正磁気方位角を出力する加算器と、該補正磁気
方位角と該ＧＰＳ方位角とにそれぞれ重み付け係数を掛
けて加算して移動体の方位角として出力する演算器と、
を備え、前記演算部は、前記それぞれの重み付け係数を
移動体の速度に応じて変化させ、速度が０または小さい
ときには、前記補正磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ
方位角の重み付け係数より大きく設定し、相対的に速度
が大きいときは、前記補正磁気方位角の重み付け係数を
ＧＰＳ方位角の重み付け係数より小さく変化させること
を特徴とする。演算器による重み付け係数の設定は、請
求項１と同様に行うことができる。
は、移動体の磁気方位角を検出する磁気方位センサと、
ＧＰＳ衛星からの電波を受けて移動体のＧＰＳ方位角及
び移動体の位置を検出するＧＰＳ装置と、地球子午線に
対する磁気方位角の偏差である偏差磁気方位角が予めテ
ーブルとなって格納されており、移動体の位置が入力さ
れると偏差磁気方位角を出力する磁気方位角補正テーブ
ルと、該磁気方位角補正テーブルから出力される偏差磁
気方位角を磁気方位センサで検出された磁気方位角に加
算して補正磁気方位角を出力する加算器と、該補正磁気
方位角と該ＧＰＳ方位角とにそれぞれ重み付け係数を掛
けて加算して移動体の方位角として出力する演算器と、
を備え、前記演算部は、前記それぞれの重み付け係数を
移動体の速度に応じて変化させ、速度が０または小さい
ときには、前記補正磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ
方位角の重み付け係数より大きく設定し、相対的に速度
が大きいときは、前記補正磁気方位角の重み付け係数を
ＧＰＳ方位角の重み付け係数より小さく変化させること
を特徴とする。演算器による重み付け係数の設定は、請
求項１と同様に行うことができる。
【００１２】請求項５記載の発明は、請求項１ないし４
のいずれか１項に記載の前記演算部が、ＧＰＳ装置から
出力される移動体の移動速度に応じて前記それぞれの重
み付け係数を変化させることを特徴とする。
のいずれか１項に記載の前記演算部が、ＧＰＳ装置から
出力される移動体の移動速度に応じて前記それぞれの重
み付け係数を変化させることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は、本発明の方位角検出装置の
第１の実施の形態を表すブロック図である。図におい
て、本発明の方位角検出装置１０は、航行体のような移
動体に用いられるもので、レートジャイロなどからなり
移動体の旋回角速度ωを検出するように移動体に取り付
けられる角速度検出器１２と、移動体の磁気方位角φ’
を検出する磁気方位センサ１４と、ＧＰＳ衛星からの電
波を受信して、移動体の位置（Ｌａｔ，Ｌｏｎ）、ＧＰ
Ｓ方位角φ”及び移動速度speedを出力するＧＰＳ装置
１６と、これらの旋回角速度ω、磁気方位角φ’、位置
（Ｌａｔ，Ｌｏｎ）、ＧＰＳ方位角φ”及び移動速度sp
eedが取り込まれて、これらから方位角φを出力する演
算器１８とを備えている。ＧＰＳ装置１６は、ＤＧＰＳ
（ DifferentialGlobal Positioning System ）装置で
あってもよい。また、移動体にローリング、ピッチング
があるときには、角速度検出器１２及び磁気方位センサ
１４を、移動体に取り付けられた２軸のジンバル機構に
よって水平に維持するように支持するとよい。
の形態を説明する。図１は、本発明の方位角検出装置の
第１の実施の形態を表すブロック図である。図におい
て、本発明の方位角検出装置１０は、航行体のような移
動体に用いられるもので、レートジャイロなどからなり
移動体の旋回角速度ωを検出するように移動体に取り付
けられる角速度検出器１２と、移動体の磁気方位角φ’
を検出する磁気方位センサ１４と、ＧＰＳ衛星からの電
波を受信して、移動体の位置（Ｌａｔ，Ｌｏｎ）、ＧＰ
Ｓ方位角φ”及び移動速度speedを出力するＧＰＳ装置
１６と、これらの旋回角速度ω、磁気方位角φ’、位置
（Ｌａｔ，Ｌｏｎ）、ＧＰＳ方位角φ”及び移動速度sp
eedが取り込まれて、これらから方位角φを出力する演
算器１８とを備えている。ＧＰＳ装置１６は、ＤＧＰＳ
（ DifferentialGlobal Positioning System ）装置で
あってもよい。また、移動体にローリング、ピッチング
があるときには、角速度検出器１２及び磁気方位センサ
１４を、移動体に取り付けられた２軸のジンバル機構に
よって水平に維持するように支持するとよい。
【００１４】図２に詳細に示したように、演算器１８
は、角速度検出器１２から出力される旋回角速度ωを積
分する積分器２０と、磁気方位センサ１４から出力され
る磁気方位角φ’と、ＧＰＳ装置１６から出力されるＧ
ＰＳ方位角φ”にそれぞれ重み付け係数１−α、αを乗
算する乗算器２２、２４と、ＧＰＳ装置１６から出力さ
れる移動体の移動速度speedに応じてαを演算し、乗算
器２２及び２４の重み付け係数１−α、αを変化させる
α演算部２６と、乗算器２２及び２４の出力の加算を行
い重み付け方位角を出力する加算器２８と、積分器２０
から出力される方位角φと加算器２８から出力される重
み付け方位角との偏差を求める加算器３０と、加算器３
０で求められた偏差に対して比例ゲインＫ及び積分時定
数Ｔで比例・積分制御を行うフィードバック制御器３２
と、フィードバック制御器３２からの出力を角速度検出
器１２から出力される旋回角速度ωに加算する加算器３
８と、を備えている。
は、角速度検出器１２から出力される旋回角速度ωを積
分する積分器２０と、磁気方位センサ１４から出力され
る磁気方位角φ’と、ＧＰＳ装置１６から出力されるＧ
ＰＳ方位角φ”にそれぞれ重み付け係数１−α、αを乗
算する乗算器２２、２４と、ＧＰＳ装置１６から出力さ
れる移動体の移動速度speedに応じてαを演算し、乗算
器２２及び２４の重み付け係数１−α、αを変化させる
α演算部２６と、乗算器２２及び２４の出力の加算を行
い重み付け方位角を出力する加算器２８と、積分器２０
から出力される方位角φと加算器２８から出力される重
み付け方位角との偏差を求める加算器３０と、加算器３
０で求められた偏差に対して比例ゲインＫ及び積分時定
数Ｔで比例・積分制御を行うフィードバック制御器３２
と、フィードバック制御器３２からの出力を角速度検出
器１２から出力される旋回角速度ωに加算する加算器３
８と、を備えている。
【００１５】以上のように構成される方位角検出装置１
０の作用を説明する。
０の作用を説明する。
【００１６】角速度検出器１２から出力される旋回角速
度ωは、加算器３８を経て積分器２０で積分されて、出
力方位φとして出力される。また、磁気方位センサ１４
から出力される磁気方位角φ’と、ＧＰＳ装置１６から
出力されるＧＰＳ方位角φ”は、乗算器２２及び２４で
設定された重み付け係数が乗算されて、加算器２８で加
算されて加算器２８から重み付け方位角、
度ωは、加算器３８を経て積分器２０で積分されて、出
力方位φとして出力される。また、磁気方位センサ１４
から出力される磁気方位角φ’と、ＧＰＳ装置１６から
出力されるＧＰＳ方位角φ”は、乗算器２２及び２４で
設定された重み付け係数が乗算されて、加算器２８で加
算されて加算器２８から重み付け方位角、
【００１７】
【数１】 が出力される。
【００１８】乗算器２２及び乗算器２４の重み付け係数
は、α演算部２６が、予め定められたテーブルを有して
おり、ＧＰＳ装置１６から出力される移動体の移動速度
speedによって、例えば、以下の表に基づいてαを決定
する。
は、α演算部２６が、予め定められたテーブルを有して
おり、ＧＰＳ装置１６から出力される移動体の移動速度
speedによって、例えば、以下の表に基づいてαを決定
する。
【００１９】
【表１】 移動体の速度が全くない場合には、ＧＰＳ方位角φ”に
信頼性が無いので、磁気方位角φ’の重み付けを大きく
し、逆に、移動体の速度が大きいときには（Ｖ≧Ｖ
ｍａｘ）、ＧＰＳ方位角φ”の信頼性が高くなるので、
ＧＰＳ方位角φ”の重み付けを大きくする。但し、この
移動速度speedのみならず、潮流があるときには、ＧＰ
Ｓ方位角と、船首方位とは異なるので、その分αを小さ
くするように制御するとよい。従って、例えば海水の粒
子の運動を観測する超音波流速流向計からなる潮流計
（例えば、「超音波計測」124頁昭和57年3月25日株式会社
昭晃堂発行）によって潮流の有無を検出することによっ
て、α演算部２６を自動的に調整し、αを変化させるよ
うにすることもできる。または、α演算器２６を手動で
調整し、αを変化させることにしてもよい。
信頼性が無いので、磁気方位角φ’の重み付けを大きく
し、逆に、移動体の速度が大きいときには（Ｖ≧Ｖ
ｍａｘ）、ＧＰＳ方位角φ”の信頼性が高くなるので、
ＧＰＳ方位角φ”の重み付けを大きくする。但し、この
移動速度speedのみならず、潮流があるときには、ＧＰ
Ｓ方位角と、船首方位とは異なるので、その分αを小さ
くするように制御するとよい。従って、例えば海水の粒
子の運動を観測する超音波流速流向計からなる潮流計
（例えば、「超音波計測」124頁昭和57年3月25日株式会社
昭晃堂発行）によって潮流の有無を検出することによっ
て、α演算部２６を自動的に調整し、αを変化させるよ
うにすることもできる。または、α演算器２６を手動で
調整し、αを変化させることにしてもよい。
【００２０】加算器３０で、上記式により得られた重み
付け方位角と、積分器２０から出力される方位角φとの
偏差が求められる。積分器２０からの偏差に対してフィ
ードバック制御器３２で比例値及び積分値が求められ
る。
付け方位角と、積分器２０から出力される方位角φとの
偏差が求められる。積分器２０からの偏差に対してフィ
ードバック制御器３２で比例値及び積分値が求められ
る。
【００２１】今、角速度検出器１２から出力される旋回
角速度ωが、角速度検出器１２自体のオフセットと、温
度ドリフトとを含むものとして、
角速度ωが、角速度検出器１２自体のオフセットと、温
度ドリフトとを含むものとして、
【００２２】
【数２】 で表されるとする。ここで、ω０は真の角速度を、ω
offsetは角速度検出器１２のオフセットと温度によるド
リフトが加算されたものである。
offsetは角速度検出器１２のオフセットと温度によるド
リフトが加算されたものである。
【００２３】説明を簡単にするために、移動速度speed
＝０、従ってα＝０とすると、加算器２８からの出力は
φ’となり、加算器３０からの出力はφ’−φとなる
が、ωに誤差がある場合には、ωoffsetが積分されて時
間と共にφの誤差が大きくなって行く。φが大きくなる
と、φ’−φが負になり、フィードバック制御器３２に
おいて比例ゲインＫ、及び積分時定数Ｔにより乗算、積
分され、加算器３８でωに加算される。つまり、ωに誤
差があると、その誤差を減じる様にフィードバックさ
れ、φ’−φ＝０となるように作用する。上記説明のよ
うに、α＝０の場合（移動速度speed＝０の場合）は、
方位角φは磁気方位角φ’に近づいていく。この時に、
比例ゲインＫは、φ’に拘束されるまでの速さ（拘束時
定数）であり、また、Ｔは、ωoffsetを定常的にキャン
セルするための積分時定数である。
＝０、従ってα＝０とすると、加算器２８からの出力は
φ’となり、加算器３０からの出力はφ’−φとなる
が、ωに誤差がある場合には、ωoffsetが積分されて時
間と共にφの誤差が大きくなって行く。φが大きくなる
と、φ’−φが負になり、フィードバック制御器３２に
おいて比例ゲインＫ、及び積分時定数Ｔにより乗算、積
分され、加算器３８でωに加算される。つまり、ωに誤
差があると、その誤差を減じる様にフィードバックさ
れ、φ’−φ＝０となるように作用する。上記説明のよ
うに、α＝０の場合（移動速度speed＝０の場合）は、
方位角φは磁気方位角φ’に近づいていく。この時に、
比例ゲインＫは、φ’に拘束されるまでの速さ（拘束時
定数）であり、また、Ｔは、ωoffsetを定常的にキャン
セルするための積分時定数である。
【００２４】移動速度speedがＶmax以上になると、表１
に示したように、α＝１として、ＧＰＳ方位角φ”に拘
束させる。一般的には、ある程度移動体の速度が大きく
なれば、ＧＰＳ方位角φ”の方が磁気方位角φ’よりも
正確となるので、α＝１にするとよい。また、表１のよ
うに離散的に変化させる代わりに、図３（ａ）のよう
に、移動速度speedが０とＶmaxとの間でαを線形的に変
化させたり、または図３（ｂ）のように、移動速度spee
dがＶintとＶmaxとの間でαを線形的に変化させること
にすることもできる。または線形でなく曲線（２次また
はそれ以上）の関数とすることもできる。
に示したように、α＝１として、ＧＰＳ方位角φ”に拘
束させる。一般的には、ある程度移動体の速度が大きく
なれば、ＧＰＳ方位角φ”の方が磁気方位角φ’よりも
正確となるので、α＝１にするとよい。また、表１のよ
うに離散的に変化させる代わりに、図３（ａ）のよう
に、移動速度speedが０とＶmaxとの間でαを線形的に変
化させたり、または図３（ｂ）のように、移動速度spee
dがＶintとＶmaxとの間でαを線形的に変化させること
にすることもできる。または線形でなく曲線（２次また
はそれ以上）の関数とすることもできる。
【００２５】こうして、停止中は、磁気方位センサ１４
からの磁気方位角φ’に拘束させるようにし、ある程
度、移動速度speedがあるときには、精度の高いＧＰＳ
装置１６からのＧＰＳ方位角φ”に拘束させることによ
り、磁場の変化の影響を防ぎ、従来のものよりも正確な
方位角を出力することができる。
からの磁気方位角φ’に拘束させるようにし、ある程
度、移動速度speedがあるときには、精度の高いＧＰＳ
装置１６からのＧＰＳ方位角φ”に拘束させることによ
り、磁場の変化の影響を防ぎ、従来のものよりも正確な
方位角を出力することができる。
【００２６】また、角速度検出器１２は、オフセットω
offsetを補正するので、精度の悪い安価なものでも使用
することができる。
offsetを補正するので、精度の悪い安価なものでも使用
することができる。
【００２７】図４は、本発明の第２の実施の形態を示す
要部ブロック図であり、図２と異なる部分のみを示して
いる。図において、図２と同じ部材・部分は、同じ符号
を付している。
要部ブロック図であり、図２と異なる部分のみを示して
いる。図において、図２と同じ部材・部分は、同じ符号
を付している。
【００２８】この第２の実施の形態では、第１の実施の
形態に加えて、加算器３０からの出力に応じて拘束時定
数Ｋを変化させる拘束時定数演算器４０を備えている点
で、異なっている。
形態に加えて、加算器３０からの出力に応じて拘束時定
数Ｋを変化させる拘束時定数演算器４０を備えている点
で、異なっている。
【００２９】上記（２）式は、角速度検出器１２にスケ
ールファクタ誤差がない場合を表しているが、実際に
は、スケールファクタＳFを用いて、旋回角速度ωが、
ールファクタ誤差がない場合を表しているが、実際に
は、スケールファクタＳFを用いて、旋回角速度ωが、
【００３０】
【数３】 と表される。スケールファクタ誤差がない場合には、Ｓ
Ｆ＝１となる。スケールファクタ誤差は、移動体がヨー
イング等をしている場合は交流的であり積分しても積算
されず、無視することが可能であるが、一方向に旋回す
ると無視できなくなる。従って、このスケールファクタ
誤差によりＧＰＳ方位角φ”と磁気方位角φ’とから得
られる重み付け方位角と、積分器２０から出力される方
位角φとの差が大きくなる場合には、拘束時定数Ｋを大
きくし、早く拘束させるようにするとよい。
Ｆ＝１となる。スケールファクタ誤差は、移動体がヨー
イング等をしている場合は交流的であり積分しても積算
されず、無視することが可能であるが、一方向に旋回す
ると無視できなくなる。従って、このスケールファクタ
誤差によりＧＰＳ方位角φ”と磁気方位角φ’とから得
られる重み付け方位角と、積分器２０から出力される方
位角φとの差が大きくなる場合には、拘束時定数Ｋを大
きくし、早く拘束させるようにするとよい。
【００３１】従って、この実施の形態では、加算器３０
の出力を、拘束時定数演算器４０で監視しており、拘束
時定数演算器４０は、加算器３０の出力が所定の偏差Ｋ
ａより大きければ、Ｋ＝Ｋ１とし、出力がＫａ以下であ
れば、Ｋ＝Ｋ２として（但し、Ｋ１＞Ｋ２）、フィード
バック制御器３２の比例ゲインである拘束時定数Ｋを変
化させている。
の出力を、拘束時定数演算器４０で監視しており、拘束
時定数演算器４０は、加算器３０の出力が所定の偏差Ｋ
ａより大きければ、Ｋ＝Ｋ１とし、出力がＫａ以下であ
れば、Ｋ＝Ｋ２として（但し、Ｋ１＞Ｋ２）、フィード
バック制御器３２の比例ゲインである拘束時定数Ｋを変
化させている。
【００３２】これにより、スケールファクタ誤差等のよ
る誤差の影響を低減することもできる。また、上記実施
の形態において、加算器３０の出力を監視する代わり
に、操舵角または舵角を検出することにより移動体が旋
回しているかどうかを監視して、旋回しているときの
み、拘束時定数Ｋを大きくすることも可能である。
る誤差の影響を低減することもできる。また、上記実施
の形態において、加算器３０の出力を監視する代わり
に、操舵角または舵角を検出することにより移動体が旋
回しているかどうかを監視して、旋回しているときの
み、拘束時定数Ｋを大きくすることも可能である。
【００３３】図５は、本発明の第３の実施の形態を示す
要部ブロック図であり、図２と異なる部分のみを示して
いる。図において、図２と同じ部材・部分は、同じ符号
を付している。
要部ブロック図であり、図２と異なる部分のみを示して
いる。図において、図２と同じ部材・部分は、同じ符号
を付している。
【００３４】この第３の実施の形態では、第１の実施の
形態に加えて、ＧＰＳ装置１６から出力される位置（Ｌ
ａｔ，Ｌｏｎ）によって偏差磁気方位角を出力する磁気
方位角補正テーブル４２と、この偏差磁気方位角と磁気
方位センサ１４からの磁気方位角φ’との加算を行う加
算器４４と、を備えている点で、異なっている。
形態に加えて、ＧＰＳ装置１６から出力される位置（Ｌ
ａｔ，Ｌｏｎ）によって偏差磁気方位角を出力する磁気
方位角補正テーブル４２と、この偏差磁気方位角と磁気
方位センサ１４からの磁気方位角φ’との加算を行う加
算器４４と、を備えている点で、異なっている。
【００３５】磁気方位角補正テーブル４２には、地球子
午線に対する磁気方位角φ’の偏差である偏差磁気方位
角が予めテーブルとなって格納されており、移動体の位
置が入力されると、偏差磁気方位角が出力される。加算
器４４で、磁気方位角φ’と偏差磁気方位角とを加算し
て補正されたものを磁気方位角とすることで、磁気方位
角φ’をより誤差の少ないものとすることができる。従
って、移動体の移動速度speedが小さく、磁気方位角
φ’の重み付け（１−α）が大きくて、出力方位角φを
主に磁気方位角φ’に拘束させる場合でも、より出力を
正確することができる。
午線に対する磁気方位角φ’の偏差である偏差磁気方位
角が予めテーブルとなって格納されており、移動体の位
置が入力されると、偏差磁気方位角が出力される。加算
器４４で、磁気方位角φ’と偏差磁気方位角とを加算し
て補正されたものを磁気方位角とすることで、磁気方位
角φ’をより誤差の少ないものとすることができる。従
って、移動体の移動速度speedが小さく、磁気方位角
φ’の重み付け（１−α）が大きくて、出力方位角φを
主に磁気方位角φ’に拘束させる場合でも、より出力を
正確することができる。
【００３６】図５に示したものは、これらの構成要素だ
けで、図１における演算器１８を構成することができ
る。図６にこの考えに基づいて構成された本発明の方位
角検出装置の第４の実施の形態を表す。この場合には、
加算器２８からの出力が、方位角検出装置からの出力と
なる。ＧＰＳ装置１６からのＧＰＳ方位角φ”は離散的
であるので、図６に示すように、α−βトラッカ等の手
法により予測したＧＰＳ方位角φ”を求める演算器４６
を、ＧＰＳ装置１６と乗算器２４との間に設けるとよ
い。
けで、図１における演算器１８を構成することができ
る。図６にこの考えに基づいて構成された本発明の方位
角検出装置の第４の実施の形態を表す。この場合には、
加算器２８からの出力が、方位角検出装置からの出力と
なる。ＧＰＳ装置１６からのＧＰＳ方位角φ”は離散的
であるので、図６に示すように、α−βトラッカ等の手
法により予測したＧＰＳ方位角φ”を求める演算器４６
を、ＧＰＳ装置１６と乗算器２４との間に設けるとよ
い。
【００３７】この演算器４６では、α’を位置の平滑化
定数、βを速度の平滑化定数とし、ＧＰＳ装置１６で実
測された位置Ｘｎ及び速度Ｖｎから、予測位置Ｘ
Ｐ（ｎ＋１ ）、予測速度ＶＰ（ｎ＋１）、平滑化された
位置をＸ’ｎ、及び平滑化された速度をＶ’ｎを以下の
ようにして求める。
定数、βを速度の平滑化定数とし、ＧＰＳ装置１６で実
測された位置Ｘｎ及び速度Ｖｎから、予測位置Ｘ
Ｐ（ｎ＋１ ）、予測速度ＶＰ（ｎ＋１）、平滑化された
位置をＸ’ｎ、及び平滑化された速度をＶ’ｎを以下の
ようにして求める。
【００３８】
【数４】 尚、上式中、Ｔ’はサンプリング周期である。そして、
予測された速度ＶＰ（ ｎ＋１）から、予測されたＧＰＳ
方位角φ”を求めることができる。
予測された速度ＶＰ（ ｎ＋１）から、予測されたＧＰＳ
方位角φ”を求めることができる。
【００３９】このように、角速度検出器１２を用いずに
すむため、オフセットの補正処理が必要なくなり、安価
にかつ簡単に構成することができる。また、磁気方位セ
ンサのみで方位を検出する構成に比較して、磁気方位角
φ’の補正を行うので、精度を向上させることができ
る。また、α演算部２６、乗算器２２及び２４について
は、第１の実施の形態と同じように動作し、ある程度、
移動速度speedがあるときには、精度の高いＧＰＳ装置
１６からのＧＰＳ方位角φ”が出力されるので、磁場の
変化の影響を防ぎ、磁気方位角センサのみのものよりも
正確な方位角を出力することができる。
すむため、オフセットの補正処理が必要なくなり、安価
にかつ簡単に構成することができる。また、磁気方位セ
ンサのみで方位を検出する構成に比較して、磁気方位角
φ’の補正を行うので、精度を向上させることができ
る。また、α演算部２６、乗算器２２及び２４について
は、第１の実施の形態と同じように動作し、ある程度、
移動速度speedがあるときには、精度の高いＧＰＳ装置
１６からのＧＰＳ方位角φ”が出力されるので、磁場の
変化の影響を防ぎ、磁気方位角センサのみのものよりも
正確な方位角を出力することができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、移動体の速度が０または小さくて、精度の
高いＧＰＳ方位角が得られない場合には、主に磁気方位
角に基づいて旋回角速度を補正し、移動体の速度が大き
い場合には、主に精度の高いＧＰＳ方位角に基づいて旋
回角速度を補正するので、磁場の変化の影響を防ぎ、従
来のものよりも正確な方位角を検出することができる。
明によれば、移動体の速度が０または小さくて、精度の
高いＧＰＳ方位角が得られない場合には、主に磁気方位
角に基づいて旋回角速度を補正し、移動体の速度が大き
い場合には、主に精度の高いＧＰＳ方位角に基づいて旋
回角速度を補正するので、磁場の変化の影響を防ぎ、従
来のものよりも正確な方位角を検出することができる。
【００４１】請求項２記載の発明によれば、積分器から
の出力と前記重み付け方位角との偏差が大きくなると、
拘束時定数を大きくなるようにして、積分器からの出力
を重み付け方位角に早く拘束させるようにし、角速度検
出器にスケールファクタ誤差がある場合にその誤差によ
る影響を小さくすることができる。
の出力と前記重み付け方位角との偏差が大きくなると、
拘束時定数を大きくなるようにして、積分器からの出力
を重み付け方位角に早く拘束させるようにし、角速度検
出器にスケールファクタ誤差がある場合にその誤差によ
る影響を小さくすることができる。
【００４２】請求項３記載の発明によれば、移動体の速
度が小さくて、磁気方位角の重み付けが大きく、旋回角
速度を積分して得られる出力方位角を主に磁気方位角に
等しくなるように旋回角速度を補正する場合に、地球子
午線に対する磁気方位角の偏差を修正することで、より
正確な磁気方位角を用いることができる。
度が小さくて、磁気方位角の重み付けが大きく、旋回角
速度を積分して得られる出力方位角を主に磁気方位角に
等しくなるように旋回角速度を補正する場合に、地球子
午線に対する磁気方位角の偏差を修正することで、より
正確な磁気方位角を用いることができる。
【００４３】請求項４記載の発明によれば、移動体の速
度が０または小さく精度の高いＧＰＳ方位角が得られな
い場合には、主に補正磁気方位角に基づいて移動体の方
位を出力し、移動体の速度が大きい場合には、主に精度
の高いＧＰＳ方位角に基づいて移動体の方位を出力する
ので、磁場の変化の影響を防ぎ、簡単な構成で、従来の
ものよりも正確な方位角を検出することができる。ま
た、地球子午線に対する磁気方位角の偏差である偏差磁
気方位角が予めテーブルとなって格納された磁気方位角
補正テーブルを用いて、磁気方位角を補正しているの
で、移動体の速度が小さい場合にも、磁気方位センサか
らの磁気方位角をそのまま補正せずに用いる場合と異な
り、精度を向上させることができる。
度が０または小さく精度の高いＧＰＳ方位角が得られな
い場合には、主に補正磁気方位角に基づいて移動体の方
位を出力し、移動体の速度が大きい場合には、主に精度
の高いＧＰＳ方位角に基づいて移動体の方位を出力する
ので、磁場の変化の影響を防ぎ、簡単な構成で、従来の
ものよりも正確な方位角を検出することができる。ま
た、地球子午線に対する磁気方位角の偏差である偏差磁
気方位角が予めテーブルとなって格納された磁気方位角
補正テーブルを用いて、磁気方位角を補正しているの
で、移動体の速度が小さい場合にも、磁気方位センサか
らの磁気方位角をそのまま補正せずに用いる場合と異な
り、精度を向上させることができる。
【００４４】請求項５記載の発明によれば、ＧＰＳ装置
から出力される移動体の移動速度に応じて前記それぞれ
の重み付け係数を変化させることから、別途の速度検出
手段を設ける必要が無く、装置構成を簡単にすることが
できる。
から出力される移動体の移動速度に応じて前記それぞれ
の重み付け係数を変化させることから、別途の速度検出
手段を設ける必要が無く、装置構成を簡単にすることが
できる。
【図１】本発明の方位角検出装置の第１の実施の形態を
表すブロック図である。
表すブロック図である。
【図２】図１の詳細ブロック図である。
【図３】移動速度と重み付け係数αとの関係の例を表す
グラフである。
グラフである。
【図４】本発明の第２の実施の形態を表す要部ブロック
図である。
図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態を表す要部ブロック
図である。
図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態を表すブロック図で
ある。
ある。
１０ 方位角検出装置 １２ 角速度検出器 １４ 磁気方位センサ １６ ＧＰＳ装置 １８ 演算器 ２０ 積分器 ３０ 加算器 ３２ フィードバック制御器 ４０ 拘束時定数演算器 ４２ 磁気方位角補正テーブル
Claims (5)
- 【請求項１】 移動体の旋回角速度を検出する角速度検
出器と、移動体の方位角(以下、磁気方位角という)を検
出する磁気方位センサと、ＧＰＳ衛星からの電波を受け
て移動体の方位角（以下、ＧＰＳ方位角という）を検出
するＧＰＳ装置と、検出された旋回角速度、磁気方位角
及びＧＰＳ方位角から、該旋回角速度を積分して得られ
る出力方位角が、該磁気方位角と該ＧＰＳ方位角にそれ
ぞれに設定された重み付け係数を掛けて加算することに
よって得られる重み付け方位角に等しくなるように、旋
回角速度を補正する演算部と、を備え、 前記演算部は、前記それぞれの重み付け係数を移動体の
速度に応じて変化させ、速度が０または小さいときに
は、磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重み付
け係数より大きく設定し、相対的に速度が大きいとき
は、磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角の重み付
け係数より小さく変化させることを特徴とする方位角検
出装置。 - 【請求項２】 前記演算部は、旋回角速度を積分する積
分器と、該積分器からの出力と前記重み付け方位角との
偏差を求める加算器と、加算器からの偏差に対してフィ
ードバック制御する制御器と、制御器の拘束時定数とな
る比例ゲインを前記加算器から出力される偏差に応じて
変化させる拘束時定数演算器と、を備えており、拘束時
定数演算器は、加算器で求められる積分器からの出力と
重み付け方位角との偏差が大きくなると、拘束時定数を
大きく、相対的に加算器で求められる該偏差が小さくな
ると、拘束時定数を小さく変化させる請求項１記載の方
位角検出装置。 - 【請求項３】 前記磁気方位センサからの磁気方位角
は、ＧＰＳ装置から出力される移動体の位置に応じて地
球子午線に対する磁気方位角の偏差を修正したものであ
ることを特徴とする請求項１または２記載の方位角検出
装置。 - 【請求項４】 移動体の磁気方位角を検出する磁気方位
センサと、ＧＰＳ衛星からの電波を受けて移動体のＧＰ
Ｓ方位角及び移動体の位置を検出するＧＰＳ装置と、地
球子午線に対する磁気方位角の偏差である偏差磁気方位
角が予めテーブルとなって格納されており、移動体の位
置が入力されると偏差磁気方位角を出力する磁気方位角
補正テーブルと、該磁気方位角補正テーブルから出力さ
れる偏差磁気方位角を磁気方位センサで検出された磁気
方位角に加算して補正磁気方位角を出力する加算器と、
該補正磁気方位角と該ＧＰＳ方位角とにそれぞれ重み付
け係数を掛けて加算して移動体の方位角として出力する
演算器と、を備え、 前記演算部は、前記それぞれの重み付け係数を移動体の
速度に応じて変化させ、速度が０または小さいときに
は、前記補正磁気方位角の重み付け係数をＧＰＳ方位角
の重み付け係数より大きく設定し、相対的に速度が大き
いときは、相対的に、前記補正磁気方位角の重み付け係
数をＧＰＳ方位角の重み付け係数より小さく変化させる
ことを特徴とする方位角検出装置。 - 【請求項５】 前記演算部は、ＧＰＳ装置から出力され
る移動体の移動速度に応じて前記それぞれの重み付け係
数を変化させることを特徴とする請求項１ないし４のい
ずれか１項に記載の方位角検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13145699A JP2000321069A (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 方位角検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13145699A JP2000321069A (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 方位角検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000321069A true JP2000321069A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=15058392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13145699A Pending JP2000321069A (ja) | 1999-05-12 | 1999-05-12 | 方位角検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000321069A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016114513A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | 角速度センサ補正装置および角速度センサ補正方法 |
| JP2016114514A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | 角速度センサ補正装置および角速度センサ補正方法 |
| WO2016098703A1 (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | 角速度センサ補正装置、角速度センサ補正方法、方位推定装置、方位推定方法 |
| JP2016114515A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | 方位推定装置および方位推定方法 |
| JP2022189953A (ja) * | 2018-06-18 | 2022-12-22 | カシオ計算機株式会社 | 測位装置、測位方法及び測位プログラム |
-
1999
- 1999-05-12 JP JP13145699A patent/JP2000321069A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016114513A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | 角速度センサ補正装置および角速度センサ補正方法 |
| JP2016114514A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | 角速度センサ補正装置および角速度センサ補正方法 |
| WO2016098703A1 (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | 角速度センサ補正装置、角速度センサ補正方法、方位推定装置、方位推定方法 |
| JP2016114515A (ja) * | 2014-12-16 | 2016-06-23 | 株式会社Ｊｖｃケンウッド | 方位推定装置および方位推定方法 |
| JP2022189953A (ja) * | 2018-06-18 | 2022-12-22 | カシオ計算機株式会社 | 測位装置、測位方法及び測位プログラム |
| JP7400922B2 (ja) | 2018-06-18 | 2023-12-19 | カシオ計算機株式会社 | 測位装置、測位方法及び測位プログラム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060428 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080826 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20090106 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |