JP2001141507A - Inertial navigation system - Google Patents

Inertial navigation system

Info

Publication number
JP2001141507A
JP2001141507A JP32179999A JP32179999A JP2001141507A JP 2001141507 A JP2001141507 A JP 2001141507A JP 32179999 A JP32179999 A JP 32179999A JP 32179999 A JP32179999 A JP 32179999A JP 2001141507 A JP2001141507 A JP 2001141507A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
detection
acceleration
axes
detected
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP32179999A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hitoshi Kumagai
仁 熊谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Original Assignee
Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yokogawa Denshikiki Co Ltd filed Critical Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Priority to JP32179999A priority Critical patent/JP2001141507A/en
Publication of JP2001141507A publication Critical patent/JP2001141507A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enhance the precision of positional information calculated based on a detected value of an inertia measuring unit. SOLUTION: A bias error of an acceleration sensor for detecting an acceleration along a detection-axis direction is detected by comparing the acceleration along the detection-axis direction detected when one detection shaft of the inertia measuring unit 1 is attitude-set in a vertical condition by an attitude setting part 2 with a gravitational acceleration data stored preliminarily, bias error of respective gyroscopes for detecting respective angular velocities around other two axes is detected by comparing the angular velocities around the two axes orthogonal to the detection shaft detected when the one detection shaft is set in the vertical condition with angular velocities around the two shafts calculated by respective data of an angular velocity S stored preliminarily, rotation velocity Ω of the glove and a latitude λ of a navigator, and the positional information is corrected by the bias error of the acceleration sensor and the bias errors of the respective gyroscopes.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ストラップダウン
方式の慣性測定ユニットを用いた慣性航法装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an inertial navigation system using a strapdown type inertial measurement unit.

【0002】[0002]

【従来の技術】船舶(例えば艦艇)等の航走体では、航
行位置(緯度及び経度)等の位置系情報(GPSデー
タ)はGPS(Global Positioning System)に基づく
慣性航法装置(INS:Inertial Navigation System)
によって運転員あるいは各機器に提供されている。また
一方、船舶の方位角やピッチ角、ロール角等の方位系情
報は、慣性測定ユニット(IMU:Inertial Measuring
Unit)の測定データに基づいて動作するジャイロコン
パスによって運転員等に提供されるようになっている。
慣性測定ユニットは、慣性センサ(直交配置された複数
のジャイロスコープと加速度計)及び演算装置等から構
成されており、演算装置が各慣性センサの検出値に基づ
いて船舶の方位角、ピッチ角あるいはロール角を算出
し、方位系情報として外部に出力するものである。
2. Description of the Related Art In a traveling vehicle such as a ship (for example, a ship), position information (GPS data) such as a navigation position (latitude and longitude) is based on an inertial navigation system (INS) based on a GPS (Global Positioning System). System)
Provided to the operator or each device. On the other hand, azimuth system information such as the azimuth angle, pitch angle, and roll angle of a ship is provided by an inertial measurement unit (IMU: Inertial Measuring).
Unit) is provided to operators and the like by a gyro compass that operates based on measurement data.
The inertial measurement unit is composed of inertial sensors (a plurality of gyroscopes and accelerometers arranged orthogonally) and an arithmetic unit, and the arithmetic unit calculates the azimuth angle, pitch angle or pitch angle of the ship based on the detection values of each inertial sensor. The roll angle is calculated and output to the outside as azimuth information.

【0003】このような慣性測定ユニットには、周知の
ようにストラップダウン方式とプラットホーム方式(ジ
ンバルサーボ方式)とがある。ストラップダウン方式の
慣性測定ユニットは、ダイナミックレンジが広い光ジャ
イロや高性能コンピュータ(演算装置)等の開発に伴っ
て近年実用化されたものであり、慣性センサを船体に固
定装着し、慣性センサの検出値に基づいて演算装置内の
基準座標の座標軸を順次座標変換することによって当該
基準座標に対する船舶の方位角、ピッチ角及びロール角
つまり船体座標軸を算出するものである。これに対し
て、プラットホーム方式の慣性測定ユニットは、慣性セ
ンサをプラットホーム(一種の面板)上に設け、慣性セ
ンサの検出値に基づいて動作するジンバルサーボ機構を
用いてプラットホームを水平かつ北向きに常時姿勢制御
することにより、プラットホームを基準とする方位角、
ピッチ角及びロール角を算出するものである。
As is well known, such inertial measurement units include a strap-down system and a platform system (gimbal servo system). Strap-down type inertial measurement units have recently been put into practical use with the development of optical gyros and high-performance computers (computing devices) with a wide dynamic range. The azimuth, pitch, and roll angles of the ship with respect to the reference coordinates, that is, the hull coordinate axes, are calculated by sequentially converting the coordinate axes of the reference coordinates in the arithmetic unit based on the detected values. On the other hand, the platform type inertial measurement unit has an inertial sensor provided on the platform (a type of face plate), and constantly moves the platform horizontally and northward using a gimbal servo mechanism that operates based on the detection value of the inertial sensor. By controlling the attitude, the azimuth based on the platform,
The pitch angle and the roll angle are calculated.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した慣
性航法装置は、GPSつまりGPS衛星から受信される
電波を利用して船舶の位置系情報を取得するので、この
電波が何らかの事情によって受信できない場合には、外
部機器に位置系情報を提供することができない。このよ
うな問題点に対して、電波が受信できない期間では、慣
性測定ユニットによって常時算出される方位系情報を積
分処理することにより位置系情報を取得することが考え
られる。
The above-mentioned inertial navigation system obtains position system information of a ship by using radio waves received from a GPS, that is, a GPS satellite. Cannot provide positional information to an external device. To solve such a problem, it is conceivable to obtain position system information by integrating azimuth system information constantly calculated by the inertial measurement unit during a period in which radio waves cannot be received.

【0005】しかし、慣性測定ユニット内のジャイロス
コープや加速度計は、その構造に応じた誤差を有すると
共に、この誤差は慣性測定ユニットの起動毎に一定しな
いため、方位系情報を積分処理することにより要求精度
の位置系情報を算出することができない。例えば、慣性
測定ユニットとして比較的高精度のリングレーザジャイ
ロ(RLG:Ring Laser Gyro)を備えるものを使用し
た場合であっても、実現可能な位置系情報の精度は、要
求精度に対して1桁悪いものとなる。
However, the gyroscope and the accelerometer in the inertial measurement unit have an error corresponding to the structure, and this error is not constant every time the inertial measurement unit is started. The position information with the required accuracy cannot be calculated. For example, even when a unit having a relatively high-precision ring laser gyro (RLG: Ring Laser Gyro) is used as the inertial measurement unit, the accuracy of the position system information that can be achieved is one digit of the required accuracy. It will be bad.

【0006】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされ
たもので、慣性測定ユニットの検出値に基づいて算出さ
れる位置系情報の精度向上を目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to improve the accuracy of position-based information calculated based on a detection value of an inertial measurement unit.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の手段として、直交する各検出軸(X軸,Y
軸,Z軸)周りの各角速度と該各検出軸方向の各加速度
とを検出し慣性情報として出力する慣性測定ユニット
と、前記慣性情報に所定の演算処理を施すことによって
航走体の現在位置を示す位置系情報を算出する演算部と
からなる慣性航法装置において、航走体に固定された3
次元直交座標系(U軸,V軸,W軸)の1軸周りに一定
の角速度Sで回転する回転手段と、該回転手段上に備え
られ、慣性測定ユニットを前記3次元直交座標系(U
軸,V軸,W軸)の他の2軸周りに回転させて所望姿勢
に設定する姿勢設定部とを具備し、前記演算部は、姿勢
設定部によって慣性測定ユニットの1つの検出軸が垂直
状態に姿勢設定された時に検出された当該検出軸方向の
加速度を予め記憶された重力加速度データと比較するこ
とにより当該検出軸方向の加速度を検出する加速度セン
サのバイアス誤差を検出すると共に、前記1つの検出軸
が垂直状態に姿勢設定された時に検出された当該検出軸
に直交する他の2軸周りの各角速度を予め記憶された前
記角速度Sと地球の自転速度Ωと航走体の緯度λの各デ
ータから算出された前記他の2軸周りの各角速度と比較
することにより当該2軸周りの各角速度を検出する各ジ
ャイロのバイアス誤差を検出し、前記加速度センサのバ
イアス誤差及び各ジャイロのバイアス誤差によって位置
系情報を補正するという手段を採用する。
In order to achieve the above object, as a first means, orthogonal detection axes (X axis, Y axis)
Axis, Z axis), an inertial measurement unit that detects each angular velocity around each axis and each acceleration in the direction of each of the detected axes, and outputs the inertial information as inertia information. And an arithmetic unit for calculating position system information indicating
A rotating means for rotating at a constant angular velocity S around one axis of a three-dimensional rectangular coordinate system (U axis, V axis, W axis); and an inertial measurement unit provided on the rotating means, wherein the three-dimensional rectangular coordinate system (U
An axis, a V-axis, and a W-axis) to rotate around the other two axes to set a desired attitude. The bias in the acceleration sensor for detecting the acceleration in the detection axis direction is detected by comparing the acceleration in the detection axis direction detected when the posture is set to the state with the gravitational acceleration data stored in advance. The angular velocities S, the earth's rotation speed Ω, and the latitude λ of the vehicle are stored in advance, where the angular velocities around the other two axes orthogonal to the detection axes detected when one of the detection axes is set in the vertical state are stored in advance. By comparing with the angular velocities around the other two axes calculated from the respective data, the bias errors of the gyros for detecting the angular velocities around the two axes are detected, and the bias error of the acceleration sensor and each of the gyros are detected. A means for correcting the position information based on the gyro bias error is employed.

【0008】第2の手段として、直交する各検出軸(X
軸,Y軸,Z軸)周りの各角速度を検出するジャイロと
該各検出軸方向の各加速度を検出する加速度計とを備
え、前記各角速度及び各加速度を慣性情報として出力す
る慣性測定ユニットと、該慣性測定ユニットを前記各加
速度計及びジャイロのバイアス誤差が平均化される角速
度Saで航走体に固定された3次元直交座標系(U軸,
V軸,W軸)の1軸周りに一定回転させる回転手段と、
前記慣性情報に所定の演算処理を施すことによって航走
体の現在位置を示す位置系情報を算出する演算部とを具
備する手段を採用する。
As a second means, each of the orthogonal detection axes (X
A gyro for detecting angular velocities around the axes (Y, Z, and Z axes) and an accelerometer for detecting accelerations in the respective detection axis directions, and an inertial measurement unit that outputs the angular velocities and the accelerations as inertial information. The inertial measurement unit is connected to a three-dimensional rectangular coordinate system (U axis,
Rotating means for rotating the axis about one axis (V axis, W axis) constantly;
Means for calculating a position system information indicating a current position of the vehicle by applying a predetermined operation to the inertia information.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係わる慣性航法装置の実施形態について説明する。な
お、本実施形態は、航走体の一つである船舶に当該慣性
航法装置を取り付けた場合に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of an inertial navigation system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present embodiment relates to a case where the inertial navigation device is attached to a ship which is one of the navigation bodies.

【0010】〔第1実施形態〕図1は、第1実施形態の
構成を示す概念図である。この図において、符号1は慣
性測定ユニット、2は姿勢設定部、3は回転テーブル
(回転手段)、4は回転駆動部、5は演算部、また6は
GPS(Global Positioning System)である。慣性測
定ユニット1は、X軸,Y軸及びZ軸からなる3次元直
交軸周りの角速度を検出する3つのRLG(リングレー
ザジャイロ)及び船体座標軸方向の加速度を検出する3
つの加速度計からなるものである。慣性測定ユニット1
は、上記各角速度及び各加速度を慣性情報として演算部
5に出力する。なお、上記X軸,Y軸及びZ軸からなる
3次元直交座標系は、当該慣性測定ユニット1に固有の
座標系(ユニット座標系)である。
[First Embodiment] FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a first embodiment. In this figure, reference numeral 1 denotes an inertial measurement unit, 2 denotes an attitude setting unit, 3 denotes a rotary table (rotating means), 4 denotes a rotation drive unit, 5 denotes a calculation unit, and 6 denotes a GPS (Global Positioning System). The inertial measurement unit 1 includes three RLGs (ring laser gyros) for detecting angular velocities around a three-dimensional orthogonal axis including an X axis, a Y axis, and a Z axis, and detecting acceleration in a hull coordinate axis direction.
It consists of two accelerometers. Inertial measurement unit 1
Outputs the respective angular velocities and the respective accelerations to the arithmetic unit 5 as inertia information. The three-dimensional orthogonal coordinate system including the X axis, the Y axis, and the Z axis is a coordinate system (unit coordinate system) unique to the inertial measurement unit 1.

【0011】姿勢設定部2は、図示するように慣性測定
ユニット1を2つの回転軸(X軸及びY軸)において回
転自在となるように回転テーブル3上に支持するもので
ある。この姿勢設定部2は、図示しない軸駆動手段を備
えており、該軸駆動手段の駆動力によって上記慣性測定
ユニット1のX軸及びY軸周りの姿勢を設定する。
The attitude setting unit 2 supports the inertial measurement unit 1 on a rotary table 3 so as to be rotatable about two rotation axes (X axis and Y axis) as shown in the figure. The attitude setting unit 2 includes an axis driving means (not shown), and sets the attitude of the inertial measurement unit 1 around the X axis and the Y axis by the driving force of the axis driving means.

【0012】回転テーブル3は、船舶(船体)固有の座
標軸(U軸,V軸,W軸からなる船体座標系)のうち、
W軸周りに回転自在となるように船体に支持されてい
る。すなわち、この回転テーブル3は、U軸及びV軸か
らなる平面内で回転するものの、姿勢設定部2を介して
慣性測定ユニット1が支持されている上面3aは船体座
標軸に固定された状態になっている。なお、回転駆動部
4は、このような回転テーブル3をU−V平面内で一定
の角速度Sで回転させるものである。
The rotary table 3 is a coordinate system (hull coordinate system composed of U, V, and W axes) unique to a ship (hull).
It is supported by the hull so that it can rotate around the W axis. That is, although the rotary table 3 rotates in a plane including the U axis and the V axis, the upper surface 3a on which the inertial measurement unit 1 is supported via the attitude setting unit 2 is fixed to the hull coordinate axes. ing. The rotation drive unit 4 rotates such a rotary table 3 at a constant angular velocity S in the UV plane.

【0013】演算部5は、高速動作する一種のコンピュ
ータであり、上記慣性測定ユニット1から出力される慣
性情報に所定の演算処理を施すことにより船舶の緯度及
び経度等の位置系情報を算出するものである。演算部5
は、所定の演算サイクル毎に算出した位置系情報を船舶
の航行に供するために外部に出力する。本実施形態の演
算部5は、この位置系情報算出処理機能に加え、上記姿
勢設定部2、回転テーブル3及び回転駆動部4との共動
した誤差補正処理機能、つまり上記慣性測定ユニット1
を構成する各加速度計の誤差を補正処理する機能を備え
ている。また、GPS6は、GPS衛星から受信される
電波を利用して船舶の位置系情報を取得するものであ
る。
The arithmetic unit 5 is a kind of computer that operates at a high speed, and calculates predetermined position information such as latitude and longitude of the ship by performing predetermined arithmetic processing on the inertia information output from the inertial measurement unit 1. Things. Arithmetic unit 5
Outputs the position system information calculated for each predetermined calculation cycle to the outside in order to provide the ship with navigation. In addition to the position-system information calculation processing function, the calculation unit 5 of the present embodiment includes an error correction processing function that cooperates with the attitude setting unit 2, the rotary table 3, and the rotation drive unit 4, that is, the inertial measurement unit 1
Is provided with a function of correcting an error of each accelerometer constituting the above. The GPS 6 obtains position system information of a ship using radio waves received from GPS satellites.

【0014】ストラップダウン方式は、慣性測定ユニッ
ト1を船体に固定配置する点を特徴とするものである
が、本実施形態の慣性測定ユニット1は、上記のように
姿勢設定部2及び回転テーブル3を介して船体に固定す
ることにより、上記船体座標系に対して自由な姿勢を取
ることが可能になっている。
The strap-down system is characterized in that the inertial measurement unit 1 is fixedly arranged on the hull. The inertial measurement unit 1 of the present embodiment has the attitude setting unit 2 and the rotary table 3 as described above. By fixing to the hull through the hull, it is possible to take a free attitude with respect to the hull coordinate system.

【0015】次に、このように構成された慣性航法装置
の動作について説明する。なお、本慣性航法装置におけ
る位置系情報の算出処理は周知のものと同様なのでその
説明を省略し、本発明の特徴である誤差補正処理の詳細
について以下に説明する。
Next, the operation of the inertial navigation device thus configured will be described. The calculation processing of the position system information in the inertial navigation system is the same as that of the well-known one, so that the description thereof is omitted, and the details of the error correction processing which is a feature of the present invention will be described below.

【0016】演算部5は、周知のストラップダウン方式
の慣性航法装置と同様に起動初期状態(船舶が静止して
いる状態)において、慣性情報に基づく演算処理によっ
て内部に基準座標軸を形成し、その後船舶が航行を開始
して慣性測定ユニット1から順次入力される慣性情報に
基づいて当該基準座標軸上における船舶の緯度及び経度
を順次算出する。通常、上記基準座標軸の形成処理で
は、慣性情報に含まれる各加速度を用いたレベリング処
理と各角速度を用いた探北処理が行われる。なお、一般
には、このレベリング処理と探北処理とを合わせて静定
(アライメント)処理という。
The arithmetic unit 5 internally forms a reference coordinate axis by arithmetic processing based on inertia information in an initial startup state (a state in which the ship is stationary), similarly to a known strap-down type inertial navigation apparatus. The ship starts navigation and sequentially calculates the latitude and longitude of the ship on the reference coordinate axes based on inertia information sequentially input from the inertial measurement unit 1. Normally, in the process of forming the reference coordinate axes, a leveling process using each acceleration included in the inertial information and a northing process using each angular velocity are performed. In addition, generally, the leveling process and the northing process are collectively referred to as a static determination (alignment) process.

【0017】レベリング処理は、上記3つの加速度計の
うち任意の加速度計Kによって検出される加速度Gに基
づいて当該船舶の現在位置(局地)における水平面(局
地水平面)を算出する処理である。例えば、加速度計K
が水平面に対してある角度A(傾斜角度)だけ傾斜した
状態にある場合、重力加速度をgとすると下式(1)が
成立する。 G=g・sin A (1) 重力加速度gを予め基礎データとして演算部5内に記憶
させておいた場合、演算部5は、式(1)に基づいて加
速度計Kの傾斜角Aを容易に算出することができる。そ
して、このように算出された傾斜角Aに基づいて基準座
標軸の水平面すなわち基準座標軸の鉛直軸を算出するこ
とができる。
The leveling process is a process of calculating a horizontal plane (local horizontal plane) at the current position (local area) of the ship based on an acceleration G detected by an arbitrary accelerometer K among the three accelerometers. . For example, accelerometer K
Is inclined by a certain angle A (inclination angle) with respect to the horizontal plane, the following equation (1) is established when the gravitational acceleration is g. G = g · sin A (1) When the gravitational acceleration g is stored in the arithmetic unit 5 as basic data in advance, the arithmetic unit 5 easily calculates the inclination angle A of the accelerometer K based on the equation (1). Can be calculated. Then, the horizontal plane of the reference coordinate axis, that is, the vertical axis of the reference coordinate axis can be calculated based on the inclination angle A thus calculated.

【0018】探北処理は、船舶が静止した状態でRLG
によって検出される地球の自転の運動角速度及び演算部
5内に記憶された地球自転角速度Ωに基づいて真北の方
向を検出する処理である。この探北処理については、当
業者間において周知の処理内容なので詳細説明を省略す
るが、当該探北処理によって局地水平面を構成する2軸
の方向が算出される。すなわち、レベリング処理によっ
て基準座標軸の鉛直軸の方向が決定され、引き続き行わ
れる探北処理によって基準座標軸の他の2軸の方向が決
定される。
In the northern search processing, RLG is performed while the ship is stationary.
This is a process of detecting the direction of true north based on the rotational angular velocity of the earth detected by the computer and the rotational angular velocity Ω of the earth stored in the arithmetic unit 5. Since this northing process is a process well known to those skilled in the art, detailed description thereof will be omitted, but the directions of the two axes constituting the local horizontal plane are calculated by the northing process. That is, the direction of the vertical axis of the reference coordinate axis is determined by the leveling processing, and the directions of the other two axes of the reference coordinate axis are determined by the subsequent north search processing.

【0019】演算部5による上記静定処理は、慣性測定
ユニット1から取得される慣性情報、すなわち慣性測定
ユニット1内の各RLG及び各加速度計の検出値に基づ
いて行われるものであり、これら検出値の誤差が含まれ
ていた場合には最終的に算出される位置系情報の精度が
低下することになる。本実施形態では、このような誤差
を検出するために以下のような処理を行う。すなわち、
静定処理に以下のような誤差検出処理を付加することに
より各RLG及び各加速度計の誤算を検出し、該検出誤
差を用いてレベリング処理及び探北処理の各処理結果を
補正することにより位置系情報の精度向上を実現する。
The above-described static determination processing by the arithmetic unit 5 is performed based on inertia information acquired from the inertial measurement unit 1, that is, detection values of each RLG and each accelerometer in the inertial measurement unit 1. If the error of the detected value is included, the accuracy of the position system information finally calculated is reduced. In the present embodiment, the following processing is performed to detect such an error. That is,
The following error detection processing is added to the static determination processing to detect erroneous calculation of each RLG and each accelerometer, and the position error is corrected by correcting each processing result of the leveling processing and the northing processing using the detection error. To improve the accuracy of system information.

【0020】まず、図1に示すように、X軸及びY軸の
2軸周りの加速度を検出する加速度計(X)及び加速度
計(Y)の各出力が共に「ゼロ」となるように、慣性測
定ユニット1のX軸及びY軸を水平状態とする。そし
て、この状態において回転テーブル3を数分から数十時
間の一定の角速度Sでゆっくりと回転させることによ
り、Z軸周りに慣性測定ユニット1を回転させる。
First, as shown in FIG. 1, the outputs of the accelerometer (X) and the accelerometer (Y) for detecting the acceleration around two axes of the X axis and the Y axis are both set to "zero". The X axis and the Y axis of the inertial measurement unit 1 are set in a horizontal state. Then, in this state, the inertial measurement unit 1 is rotated around the Z axis by slowly rotating the turntable 3 at a constant angular speed S of several minutes to several tens of hours.

【0021】ここで、上述したように地球自転角速度Ω
を演算部5内に予め記憶され、かつ静止位置における初
期的な船舶の緯度λはGPS6から取得することができ
るので、演算部5は、下式(2)に基づいて北方向の地
球自転角速度Ωnを算出することができる。なお、東方
向の地球自転角速度Ωeは常に「ゼロ」である。 Ωn=Ω・cosλ (2)
Here, as described above, the earth rotation angular velocity Ω
Is stored in advance in the arithmetic unit 5, and the initial latitude λ of the ship at the stationary position can be obtained from the GPS 6, so that the arithmetic unit 5 calculates the north-directional earth rotation angular velocity based on the following equation (2). Ωn can be calculated. In addition, the earth rotation angular velocity Ωe in the east direction is always “zero”. Ωn = Ω · cosλ (2)

【0022】このように地球自転角速度Ω及び船舶の緯
度λに基づいて北方向の地球自転角速度Ωn及び東方向
の地球自転角速度Ωeを容易に算出することが可能であ
り、また回転テーブル3の角速度Sも既知である。した
がって、角速度Sで一定回転する回転テーブル3上でX
軸周りの角速度を検出するRLG(X)の検出値及びY
軸周りの角速度を検出するRLG(Y)の検出値を地球
自転角速度Ωと船舶の緯度λと角速度Sから算出される
RLG(X)及びRLG(Y)の各角速度と比較するこ
とにより、これらRLG(X)及びRLG(Y)の各バ
イアス誤差を検出することができる。
As described above, it is possible to easily calculate the earth rotation angular velocity Ωn in the north direction and the earth rotation angular velocity Ωe in the east direction based on the earth rotation angular velocity Ω and the latitude λ of the ship. S is also known. Therefore, X on the rotary table 3 that rotates at a constant angular velocity S
Detected value of RLG (X) for detecting angular velocity around axis and Y
By comparing the detected value of RLG (Y), which detects the angular velocity around the axis, with the angular velocity of the earth, RLG (X) and RLG (Y) calculated from the earth rotation angular velocity Ω, the latitude λ of the vessel, and the angular velocity S, The bias errors of RLG (X) and RLG (Y) can be detected.

【0023】なお、回転テーブル3の回転速度Sは、R
LG(X)及びRLG(Y)の検出値をより長い時間掛
けて積分することにより、RLG(X)及びRLG
(Y)各バイアス誤差をより正確に検出することができ
るので、数分から数十時間の比較的ゆっくりした速度に
設定される。
The rotation speed S of the turntable 3 is R
By integrating the detection values of LG (X) and RLG (Y) over a longer time, RLG (X) and RLG (X)
(Y) Since each bias error can be detected more accurately, the speed is set to a relatively slow speed of several minutes to several tens of hours.

【0024】また、図1の状態において、Z軸方向の加
速度を検出する加速度計(Z)の検出値を一定時間モニ
タして局地の重力加速度データと比較することにより、
当該加速度計(Z)のバイアス誤差を検出することがで
きる。すなわち、この状態においてZ軸は垂直状態にあ
るので、バイアス誤差がない場合には加速度計(Z)の
検出値は、局地の重力加速度と等しくなり、等しくない
場合にはその差が加速度計(Z)のバイアス誤差という
ことになる。GPS6によって局地の緯度及び経度は既
知であり、また緯度及び経度に応じた各地の重力加速度
はデータとして容易に入手可能なので、この重力加速度
データを演算部5内に予め記憶させておくことにより、
上記の如く加速度計(Z)のバイアス誤差を検出するこ
とができる。
In the state shown in FIG. 1, the detection value of the accelerometer (Z) for detecting the acceleration in the Z-axis direction is monitored for a certain period of time and compared with the local gravitational acceleration data.
The bias error of the accelerometer (Z) can be detected. That is, in this state, the Z-axis is in the vertical state, so that if there is no bias error, the detected value of the accelerometer (Z) becomes equal to the local gravitational acceleration, and if not, the difference is the accelerometer. This is the bias error of (Z). Since the latitude and longitude of the local area are known by the GPS 6 and the gravitational acceleration of each location according to the latitude and longitude can be easily obtained as data, by storing this gravitational acceleration data in the arithmetic unit 5 in advance. ,
As described above, the bias error of the accelerometer (Z) can be detected.

【0025】続いて、図2に示すようにX軸及びZ軸の
2軸周りの加速度を検出する加速度計(X)及び加速度
計(Z)の各出力が共に「ゼロ」となるように、慣性測
定ユニット1のX軸及びZ軸を水平状態とする。そし
て、この状態において回転テーブル3を数分から数十時
間の一定の回転速度Sでゆっくりと回転させることによ
り、Y軸周りに慣性測定ユニット1を回転させることに
よって、上述した図1の場合と同様にしてRLG(X)
とRLG(Z)の各バイアス誤差並びに加速度計(Y)
のバイアス誤差を検出することができる。
Next, as shown in FIG. 2, the outputs of the accelerometer (X) and the accelerometer (Z) for detecting acceleration around two axes of the X axis and the Z axis are both set to "zero". The X axis and the Z axis of the inertial measurement unit 1 are set in a horizontal state. Then, in this state, the rotary table 3 is slowly rotated at a constant rotation speed S of several minutes to several tens of hours, thereby rotating the inertial measurement unit 1 around the Y axis, thereby obtaining the same as the case of FIG. 1 described above. RLG (X)
And RLG (Z) bias errors and accelerometer (Y)
Can be detected.

【0026】さらに、図3に示すようにX軸及びZ軸の
2軸周りの加速度を検出する加速度計(Y)及び加速度
計(Z)の各出力が共に「ゼロ」となるように、慣性測
定ユニット1のY軸及びZ軸を水平状態とし、この状態
において回転テーブル3を数分から数十時間の一定の回
転速度Sでゆっくりと回転させる。X軸周りに慣性測定
ユニット1を回転させることによって、上述した図1あ
るいは図2の場合と同様にして、RLG(Y)とRLG
(Z)の各バイアス誤差並びに加速度計(X)のバイア
ス誤差を検出することができる。
Further, as shown in FIG. 3, the inertia is set so that the outputs of the accelerometer (Y) and the accelerometer (Z) for detecting the acceleration around two axes of the X axis and the Z axis are both "zero". The Y axis and the Z axis of the measurement unit 1 are set in a horizontal state, and in this state, the turntable 3 is slowly rotated at a constant rotation speed S of several minutes to several tens of hours. By rotating the inertial measurement unit 1 about the X axis, RLG (Y) and RLG (Y) are
Each bias error of (Z) and the bias error of the accelerometer (X) can be detected.

【0027】なお、上記説明では、静定処置時つまり船
体が静止した状態で誤差検出処理を行う場合について説
明したが、船舶が航行を開始した後に各RLGや各加速
度計のバイアス誤差が変化する場合がある。このような
バイアス誤差の変化に対しては、上記誤差検出処理を静
定処置後においても定期的に行うことによってバイアス
誤差の変化分を検出することができる。
In the above description, the case where the error detection processing is performed at the time of static settling, that is, the state in which the hull is stationary, has been described. However, the bias error of each RLG and each accelerometer changes after the vessel starts sailing. There are cases. With respect to such a change in the bias error, the change in the bias error can be detected by performing the above-described error detection processing periodically even after the stabilization treatment.

【0028】〔第2実施形態〕この第2実施形態は、図
4に示すように慣性測定ユニット1を回転テーブル3’
上に直接固定し、1秒間に数回転から数十回転の回転速
度Saで常時一定回転させるものである。このような比
較的高速な回転によって、加速度計(X)と加速度計
(Y)並びにRLG(X)及びRLG(Y)の各検出値
の誤差が平均化されて小さくなると共に、これらのバイ
アス誤差の誤差量が船体の姿勢によって異なるという事
態を防止することができる。したがって、船舶の航行中
においても安定して各バイアス誤差を検出することがで
きる。
[Second Embodiment] In this second embodiment, as shown in FIG. 4, the inertial measurement unit 1 is provided with a rotary table 3 '.
It is directly fixed on the top and constantly rotated at a rotation speed Sa of several rotations to several tens of rotations per second. Such relatively high-speed rotation averages and reduces errors in the detection values of the accelerometer (X), the accelerometer (Y), and RLG (X) and RLG (Y), and also reduces these bias errors. Can be prevented from varying depending on the attitude of the hull. Therefore, it is possible to stably detect each bias error even during the navigation of the ship.

【0029】慣性航法装置の誤差変動周期は84.4分
のシューラー周期に依存することが知られており、回転
速度Saをシューラー周期よりも速く設定することによ
り誤差が正負で打ち消し合って平均化される。また、本
実施形態では、姿勢設定部2が設けられていないのでX
軸とY軸とが水平状態に設定されていないため、回転速
度Saを船体の揺動周期よりも速い速度に設定する必要
がある。このような事情から、回転速度Saは、1秒間
に数回転から数十回転に設定される。
It is known that the error fluctuation period of the inertial navigation device depends on the Schuler period of 84.4 minutes. By setting the rotation speed Sa faster than the Schuler period, the errors cancel each other out with positive or negative and average. Is done. In the present embodiment, since the posture setting unit 2 is not provided, X
Since the axis and the Y axis are not set in a horizontal state, it is necessary to set the rotation speed Sa to a speed faster than the oscillation cycle of the hull. Under such circumstances, the rotation speed Sa is set to several rotations to several tens rotations per second.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる慣
性航法装置によれば、以下のような効果を奏する。
As described above, the inertial navigation system according to the present invention has the following effects.

【0031】(1)請求項1記載の発明によれば、演算
部は、姿勢設定部によって慣性測定ユニットの1つの検
出軸が垂直状態に姿勢設定された時に検出された当該検
出軸方向の加速度を予め記憶された重力加速度データと
比較することにより当該検出軸方向の加速度を検出する
加速度センサのバイアス誤差を検出すると共に、前記1
つの検出軸が垂直状態に姿勢設定された時に検出された
当該検出軸に直交する他の2軸周りの各角速度を予め記
憶された前記角速度と地球の自転速度と航走体の緯度の
各データから算出された前記他の2軸周りの各角速度と
比較することにより当該2軸周りの各角速度を検出する
各ジャイロのバイアス誤差を検出するので、各々の検出
軸方向の加速度を検出する各加速度計を順次垂直状態に
姿勢設定することにより、各加速時計のバイアス誤差及
び各ジャイロのバイアス誤差を個別に検出することがで
きる。したがって、演算部によって最終的に算出される
位置系情報の精度を向上させることができる。
(1) According to the first aspect of the present invention, the arithmetic unit detects the acceleration in the direction of the detected axis detected when one of the detection axes of the inertial measurement unit is set in the vertical state by the posture setting unit. Is compared with gravitational acceleration data stored in advance to detect a bias error of an acceleration sensor for detecting acceleration in the detection axis direction,
Each of the angular velocities, the rotation speed of the earth, and the latitude of the sailing body are stored in advance in which the angular velocities around two other axes orthogonal to the detection axes detected when one of the detection axes is set in the vertical state are stored in advance. By detecting the bias error of each gyro for detecting each angular velocity around the two axes by comparing the angular velocity around the other two axes calculated from the above, each acceleration for detecting the acceleration in the direction of each detected axis By sequentially setting the attitudes of the meters in the vertical state, the bias error of each accelerometer and the bias error of each gyro can be individually detected. Therefore, it is possible to improve the accuracy of the position system information finally calculated by the calculation unit.

【0032】(2)請求項2記載の発明によれば、回転
手段によって各加速度計及びジャイロのバイアス誤差が
平均化される角速度Saで慣性測定ユニットが回転され
るので、この平均化によって各検出値の誤差が小さくな
る。したがって、演算部によって最終的に算出される位
置系情報の精度を向上させることができる。また、上記
回転によってバイアス誤差の誤差量が航走体の姿勢によ
って異なるという事態を防止することができる。
(2) According to the second aspect of the present invention, the inertia measuring unit is rotated at the angular velocity Sa at which the bias error of each accelerometer and gyro is averaged by the rotating means. The value error is reduced. Therefore, it is possible to improve the accuracy of the position system information finally calculated by the calculation unit. Further, it is possible to prevent a situation in which the error amount of the bias error varies depending on the attitude of the navigation body due to the rotation.

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

【図1】 本発明の第1実施形態の構成を示す概念図で
ある。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の第1実施形態の動作を説明するため
の第1の概念図である。
FIG. 2 is a first conceptual diagram for explaining the operation of the first embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の第1実施形態の動作を説明するため
の第2の概念図である。
FIG. 3 is a second conceptual diagram for explaining the operation of the first embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の第2実施形態の構成を示す概念図で
ある。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1……慣性測定ユニット 2……姿勢設定部 3,3’……回転テーブル(回転手段) 3a……上面 4……回転駆動部 5……演算部 6……GPS DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Inertial measurement unit 2 ... Attitude setting part 3, 3 '... Rotary table (rotation means) 3a ... Top surface 4 ... Rotation drive part 5 ... Calculation part 6 ... GPS

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 直交する各検出軸(X軸,Y軸,Z軸)
周りの各角速度と該各検出軸方向の各加速度とを検出し
慣性情報として出力する慣性測定ユニット(1)と、前
記慣性情報に所定の演算処理を施すことによって航走体
の現在位置を示す位置系情報を算出する演算部(5)と
からなる慣性航法装置であって、 航走体に固定された3次元直交座標系(U軸,V軸,W
軸)の1軸周りに一定の角速度(S)で回転する回転手
段(3)と、 該回転手段(3)上に備えられ、慣性測定ユニット
(1)を前記3次元直交座標系(U軸,V軸,W軸)の
他の2軸周りに回転させて所望姿勢に設定する姿勢設定
部(2)とを具備し、 前記演算部は、 姿勢設定部(2)によって慣性測定ユニット(1)の1
つの検出軸が垂直状態に姿勢設定された時に検出された
当該検出軸方向の加速度を予め記憶された重力加速度デ
ータと比較することにより当該検出軸方向の加速度を検
出する加速度センサのバイアス誤差を検出すると共に、 前記1つの検出軸が垂直状態に姿勢設定された時に検出
された当該検出軸に直交する他の2軸周りの各角速度を
予め記憶された前記角速度(S)と地球の自転速度
(Ω)と航走体の緯度(λ)の各データから算出された
前記他の2軸周りの各角速度と比較することにより当該
2軸周りの各角速度を検出する各ジャイロのバイアス誤
差を検出し、 前記加速度センサのバイアス誤差及び各ジャイロのバイ
アス誤差によって位置系情報を補正することを特徴とす
る慣性航法装置。
1. Each orthogonal detection axis (X axis, Y axis, Z axis)
An inertial measurement unit (1) for detecting each angular velocity around and each acceleration in each of the detection axis directions and outputting the detected inertial information as inertia information; and performing a predetermined arithmetic processing on the inertial information to indicate a current position of the vehicle. An inertial navigation device comprising a calculation unit (5) for calculating position system information, comprising: a three-dimensional orthogonal coordinate system (U axis, V axis, W axis) fixed to a vehicle.
A rotating means (3) rotating at a constant angular velocity (S) about one axis of the axis (A), and an inertial measurement unit (1) provided on the rotating means (3), and connecting the inertial measurement unit (1) to the three-dimensional orthogonal coordinate system (U-axis). , V-axis, W-axis), and a posture setting unit (2) for setting the desired posture by rotating around two other axes. The arithmetic unit comprises: an inertia measurement unit (1) by the posture setting unit (2). ) 1
The bias error of the acceleration sensor that detects the acceleration in the detection axis direction is detected by comparing the acceleration in the detection axis direction detected when the two detection axes are set in the vertical posture with the gravitational acceleration data stored in advance. At the same time, the angular velocities (S) stored in advance and the angular velocities (S) of the earth, the angular velocities around the other two axes orthogonal to the detection axis detected when the one detection axis is set in the vertical state, are stored. Ω) and the angular velocities around the other two axes calculated from the data on the latitude (λ) of the sailing body and the bias error of each gyro for detecting each angular velocity around the two axes. An inertial navigation device, wherein position information is corrected by a bias error of the acceleration sensor and a bias error of each gyro.
【請求項2】 直交する各検出軸(X軸,Y軸,Z軸)
周りの各角速度を検出するジャイロと該各検出軸方向の
各加速度を検出する加速度計とを備え、前記各角速度及
び各加速度を慣性情報として出力する慣性測定ユニット
(1)と、 該慣性測定ユニット(1)を前記各加速度計及びジャイ
ロのバイアス誤差が平均化される角速度(Sa)で航走
体に固定された3次元直交座標系(U軸,V軸,W軸)
の1軸周りに一定回転させる回転手段(3’)と、 前記慣性情報に所定の演算処理を施すことによって航走
体の現在位置を示す位置系情報を算出する演算部(5)
と、 を具備することを特徴とする慣性航法装置。
2. Detection axes orthogonal to each other (X axis, Y axis, Z axis)
An inertial measurement unit (1), comprising: a gyro for detecting each angular velocity around the accelerometer; and an accelerometer for detecting each acceleration in each of the detection axis directions, the inertial measurement unit (1) outputting the angular velocity and each acceleration as inertia information; (1) A three-dimensional rectangular coordinate system (U-axis, V-axis, W-axis) fixed to a cruising body at an angular velocity (Sa) at which the bias error of each of the accelerometer and gyro is averaged
A rotating means (3 ') for making a constant rotation about one axis of: a calculating section (5) for calculating position system information indicating a current position of the navigation body by performing predetermined arithmetic processing on the inertial information;
An inertial navigation device, comprising:
JP32179999A 1999-11-11 1999-11-11 Inertial navigation system Withdrawn JP2001141507A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32179999A JP2001141507A (en) 1999-11-11 1999-11-11 Inertial navigation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP32179999A JP2001141507A (en) 1999-11-11 1999-11-11 Inertial navigation system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001141507A true JP2001141507A (en) 2001-05-25

Family

ID=18136551

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP32179999A Withdrawn JP2001141507A (en) 1999-11-11 1999-11-11 Inertial navigation system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001141507A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007018689A1 (en) * 2005-08-08 2007-02-15 Northrop Grumman Corporation Self-calibration for an inertial instrument based on real time bias estimator
JP2007155584A (en) * 2005-12-07 2007-06-21 Japan Agengy For Marine-Earth Science & Technology Inertia navigation system
JP2007517209A (en) * 2003-12-24 2007-06-28 キネテイツク・リミテツド Magnetic field gradient strength sensor
CN102435192A (en) * 2011-11-25 2012-05-02 西北工业大学 Angular speed-based Eulerian angle optional step length orthogonal series exponential type approximate output method
JP2012202749A (en) * 2011-03-24 2012-10-22 Yokogawa Denshikiki Co Ltd Orientation detection device
CN109649575A (en) * 2018-12-24 2019-04-19 中国船舶重工集团公司第七0研究所 The used group assembly accuracy control method of one kind
CN113739794A (en) * 2020-05-28 2021-12-03 精工爱普生株式会社 Attitude estimation device and method, sensor module, measurement system, and moving object
CN114046806A (en) * 2021-12-03 2022-02-15 九江精密测试技术研究所 High-precision attitude simulation slewing device
CN115127552A (en) * 2022-08-31 2022-09-30 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 Rotation modulation method, apparatus, device and storage medium
CN116660965A (en) * 2023-07-26 2023-08-29 北京北斗星通导航技术股份有限公司 Beidou inertial navigation positioning method, device and storage medium
CN117346823A (en) * 2023-11-03 2024-01-05 中国人民解放军国防科技大学 System-level error calibration method of strapdown inertial navigation system considering magnetic field influence

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007517209A (en) * 2003-12-24 2007-06-28 キネテイツク・リミテツド Magnetic field gradient strength sensor
JP4917894B2 (en) * 2003-12-24 2012-04-18 キネテイツク・リミテツド Magnetic field gradient magnetic field strength composite sensor
WO2007018689A1 (en) * 2005-08-08 2007-02-15 Northrop Grumman Corporation Self-calibration for an inertial instrument based on real time bias estimator
JP2009505062A (en) * 2005-08-08 2009-02-05 ノースロップ・グラマン・コーポレーション Self-calibration for inertial instrument based on real-time bias estimator
JP2007155584A (en) * 2005-12-07 2007-06-21 Japan Agengy For Marine-Earth Science & Technology Inertia navigation system
JP4586172B2 (en) * 2005-12-07 2010-11-24 独立行政法人海洋研究開発機構 Inertial navigation system
JP2012202749A (en) * 2011-03-24 2012-10-22 Yokogawa Denshikiki Co Ltd Orientation detection device
CN102435192A (en) * 2011-11-25 2012-05-02 西北工业大学 Angular speed-based Eulerian angle optional step length orthogonal series exponential type approximate output method
CN109649575A (en) * 2018-12-24 2019-04-19 中国船舶重工集团公司第七0研究所 The used group assembly accuracy control method of one kind
CN109649575B (en) * 2018-12-24 2020-10-30 中国船舶重工集团公司第七一0研究所 Inertial assembly precision control method
CN113739794A (en) * 2020-05-28 2021-12-03 精工爱普生株式会社 Attitude estimation device and method, sensor module, measurement system, and moving object
CN113739794B (en) * 2020-05-28 2024-01-12 精工爱普生株式会社 Posture estimating device and method, sensor module, measuring system, and moving object
CN114046806A (en) * 2021-12-03 2022-02-15 九江精密测试技术研究所 High-precision attitude simulation slewing device
CN115127552A (en) * 2022-08-31 2022-09-30 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 Rotation modulation method, apparatus, device and storage medium
CN115127552B (en) * 2022-08-31 2022-11-18 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 Rotation modulation method, apparatus, device and storage medium
CN116660965A (en) * 2023-07-26 2023-08-29 北京北斗星通导航技术股份有限公司 Beidou inertial navigation positioning method, device and storage medium
CN116660965B (en) * 2023-07-26 2023-09-29 北京北斗星通导航技术股份有限公司 Beidou inertial navigation positioning method, device and storage medium
CN117346823A (en) * 2023-11-03 2024-01-05 中国人民解放军国防科技大学 System-level error calibration method of strapdown inertial navigation system considering magnetic field influence
CN117346823B (en) * 2023-11-03 2024-04-19 中国人民解放军国防科技大学 System-level error calibration method of strapdown inertial navigation system considering magnetic field influence

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4586172B2 (en) Inertial navigation system
CN110031882B (en) External measurement information compensation method based on SINS/DVL integrated navigation system
US4583178A (en) Strapped-down inertial system for a vehicle
CN109211269B (en) Attitude angle error calibration method for double-shaft rotary inertial navigation system
EP1983304B1 (en) Heading stabilization for aided inertial navigation systems
CA1278846C (en) Vehicle land navigating device
JP2005283586A (en) Error correction of inertia navigation system
US8782913B2 (en) Method of determining heading by turning an inertial device
CN112595350A (en) Automatic calibration method and terminal for inertial navigation system
CN110621961A (en) Low cost inertial navigation system
JP2001141507A (en) Inertial navigation system
JP2004125689A (en) Position calculation system for self-contained navigation
US8725415B2 (en) Method and device for long-duration navigation
JP2000249552A (en) Method and device for searching north
JP3162187B2 (en) Method and apparatus for setting initial coordinate values of inertia detecting means of moving body
Avrutov et al. Strapdown Gyro Latitude Finder
EP3748294A1 (en) Direction finder
US5042156A (en) Method and apparatus for reducing measurement errors in a navigation triad
JP2006047295A (en) Azimuth-measuring arrangement
JPH03245076A (en) Gyroscopic apparatus
RU2062985C1 (en) Gyro horizon compass for mobile object
CN116242397B (en) Double-inertial navigation collaborative calibration method under speed error correction model
US3545092A (en) Method for aligning a navigation system
US20230204358A1 (en) Mems gyrocompass
CN216483089U (en) Fiber-optic gyroscope north seeker

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20070206