JP2001264104A - 慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体 - Google Patents

慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体

Info

Publication number
JP2001264104A
JP2001264104A JP2000078890A JP2000078890A JP2001264104A JP 2001264104 A JP2001264104 A JP 2001264104A JP 2000078890 A JP2000078890 A JP 2000078890A JP 2000078890 A JP2000078890 A JP 2000078890A JP 2001264104 A JP2001264104 A JP 2001264104A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inertial navigation
kalman filter
initial
initialization
azimuth error
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.)
Pending
Application number
JP2000078890A
Other languages
English (en)
Inventor
Yuichi Shinagawa
祐一 品川
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2000078890A priority Critical patent/JP2001264104A/ja
Publication of JP2001264104A publication Critical patent/JP2001264104A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的長い時間をかけて残留誤差を安定的に漸
減させる慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び
記録媒体を提供すること。 【解決手段】イニシャルアライメント処理のファインア
ライメントにおいて、カルマンフィルタの初期化から終
了処理までの一連の処理を繰り返し、前記初期化では前
記カルマンフィルタにてその時点までに推定された方位
誤差を基に初期方位誤差の補正をする処理手段(12)
を具備。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、慣性航法装置、慣
性航法装置の初期化方法及び記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】航空機等の飛翔体、船舶、車両などを含
めた航行体の航行時の位置、速度、姿勢、方位を計測す
るものとして慣性航法装置(以下「INS」と称する)
が多く用いられており、特に航空機等の飛翔体では、移
動速度が高く、航行距離が他に比較して大きいことか
ら、ほぼ必須の装置として使用されている。
【0003】しかるに、航空機で使用されるINSで
は、飛行前の静止状態において航法計算座標の初期化を
行ない、航法計算のための基準座標を決定することとな
っている。
【0004】この基準座標は、真北基準、すなわちIN
Sの基準軸の真北方位角:ψと、水平基準、すなわちI
NSの基準軸のピッチ角:θ及び同ロール角:φとによ
って定義されるもので、これらψ,θ,φを求める航法
計算座標の初期値処理をイニシャルアライメントと称す
る。
【0005】このイニシャルアライメントを終了する
と、決定した航法計算座標上で実際に航空機の運動、す
なわち加速度や角速度などを検知して航法計算を開始す
ることができるようになる。このイニシャルアライメン
トの処理中は、機体を動かすことができないため、航空
機の運用の大きな制約となっている。
【0006】図4に現在広く採用されているイニシャル
アライメントの処理の流れを示す。イニシャルアライメ
ントは、コースアライメントとファインアライメントの
2つのフェーズに大別することができるもので、まずコ
ースアライメントにおいてジャイロやアクセロメータか
らなるセンサからのデータを累積して平均化し、大まか
な真北・水平基準(ψ0 ,θ0 ,φ0 )を求める。
【0007】次いで、ファインアライメントで、カルマ
ンフィルタなどのデジタルフィルタ手法により前のフェ
ーズのコースアライメントで得た真北・水平基準(ψ0
,θ0 ,φ0 )の方位誤差(ψ′,θ′,φ′)を推
定し、その差を求めることで精度の高い真北・水平基準
(ψ,θ,φ)、すなわち航法計算座標を決定する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】カルマンフィルタは、
時間の経過に従い誤差の推定値(推定誤差)が収束(推
定誤差が減少)していくが、その原理上、ある一定値以
下の推定誤差に押え込むことは難しい。この誤差を残留
誤差という。また、長時間(推定の対象によるが、イニ
シャルアライメントでは10分程度以上)カルマンフィ
ルタを実行すると、誤差が徐々に増加に転じたり、数値
不安定を起こして発散を起こすということが知られてい
る。
【0009】カルマンフィルタの残留誤差は、カルマン
フィルタの初期設定の精度の影響を強く受けるが、イニ
シャルアライメントでは、この初期設定を精度良く行な
うこと、すなわちコースアライメントを精度良く行なう
ことが困難である。したがって、残留誤差を小さく抑え
ることは困難であった。
【0010】本発明の目的は、比較的長い時間をかけて
残留誤差を安定的に漸減させる慣性航法装置、慣性航法
装置の初期化方法及び記録媒体を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し目的を
達成するために、本発明の慣性航法装置、慣性航法装置
の初期化方法及び記録媒体は以下の如く構成されてい
る。
【0012】(1)本発明の慣性航法装置は、航行の開
始に先立ってイニシャルアライメント処理を含む初期化
を行なう慣性航法装置であって、前記イニシャルアライ
メント処理のファインアライメントにおいて、カルマン
フィルタの初期化から終了処理までの一連の処理を繰り
返し、前記初期化では前記カルマンフィルタにてその時
点までに推定された方位誤差を基に初期方位誤差の補正
をする処理手段を備えている。
【0013】(2)本発明の慣性航法装置は上記(1)
に記載の装置であり、かつ前記処理手段は、前記一連の
処理を一定時間毎に周期的に行なう。
【0014】(3)本発明の慣性航法装置は上記(1)
に記載の装置であり、かつ前記処理手段は、前記一連の
処理を前記カルマンフィルタにて推定された方位誤差に
対する所定のしきい値を基に行なう。
【0015】(4)本発明の慣性航法装置は上記(3)
に記載の装置であり、かつ前記しきい値は、前記方位誤
差の相対的な変化に対して設定される。
【0016】(5)本発明の慣性航法装置は上記(3)
に記載の装置であり、かつ前記しきい値は、前記方位誤
差の絶対値に対して設定される。
【0017】(6)本発明の慣性航法装置の初期化方法
は、航行前に慣性航法装置でイニシャルアライメント処
理を行なう初期化方法であって、前記イニシャルアライ
メント処理のファインアライメントにおいて、カルマン
フィルタの初期化から終了処理までの一連の処理を繰り
返し、前記初期化では前記カルマンフィルタにてその時
点までに推定された方位誤差を基に初期方位誤差の補正
をする。
【0018】(7)本発明の記録媒体は、航行の開始に
先立ってイニシャルアライメント処理を含む初期化を行
なう慣性航法装置で使用される記録媒体であって、前記
イニシャルアライメント処理のファインアライメントに
おいて、カルマンフィルタの初期化から終了処理までの
一連の処理を繰り返し、前記初期化では前記カルマンフ
ィルタにてその時点までに推定された方位誤差を基に初
期方位誤差の補正をする処理工程をコンピュータに実行
させる命令を含む制御プログラムを格納し、コンピュー
タが読取り可能である。
【0019】上記手段を講じた結果、以下のような作用
を奏する。
【0020】本発明の慣性航法装置、慣性航法装置の初
期化方法及び記録媒体によれば、カルマンフィルタの初
期化から終了処理までの一連の処理を繰り返すことによ
って、比較的長い時間をかけて残留誤差を安定的に漸減
させることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下本発明を航空機用のINSに
適用した場合の実施の一形態について図面を参照して説
明する。
【0022】図1は同実施の形態に係るINS10の回
路構成を示すものである。同図で、11はジャイロセン
サ及びアクセロメータ(加速度計)からなるセンサとそ
れらセンサで得られるセンサデータの出力処理を行なう
センサ部であり、このセンサ部11が出力するセンサデ
ータが計算処理部12に送られる。
【0023】計算処理部12は、CPUとその制御プロ
グラムを記憶したROM、ワークエリアとして用いられ
るRAM等、小型のコンピュータシステムにより構成さ
れ、I/O部13を介して入力される制御指示にしたが
ってセンサ部11からのセンサデータを用いたイニシャ
ルアライメントや航法計算等の計算処理を行なうもの
で、その計算結果はI/O部13へ出力される。
【0024】I/O部13は、モード制御器14、制御
指示器15、及びこのINS10の外部の機器と接続さ
れ、計算処理部12で取り扱われる各種データ、制御指
示等の入出力処理を行なう。
【0025】モード制御器14は、制御指示器15と共
にこのINS10のオペレータの近傍に設置されるもの
で、電源オン/オフ、イニシャルアライメント(ALI
GN)モード、航法計算(NAV)モードなどのモード
の選択切換えを行なう。
【0026】制御指示器15は、数値入力や計算情報の
確認のための表示及びイニシャルアライメントモード時
に航法計算モードへの移行可能な状態の表示(Read
yNav.)等を行なう。
【0027】しかして、これらモード制御器14及び制
御指示器15を除く上記センサ部11、計算処理部1
2、及びI/O部13とこれらの各回路に動作電力を供
給する電源16とが慣性航法部17としてユニット化さ
れ、航空機内の所定位置に搭載、設置される。
【0028】なお、上記計算処理部12が実行する計算
処理手順は、例えば予め図示しない記録媒体によりイン
ストールした制御プログラムにしたがってなされるもの
とする。
【0029】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。
【0030】図2は、上記INS10により静止状態の
航空機で実行される、イニシャルアライメントのタイム
シーケンスを示す図である。このイニシャルアライメン
ト処理は、オペレータがモード制御器14でモード切り
替えを行なうことにより開始される。
【0031】INS10の計算処理部12において、コ
ースアライメントが20秒(時間を示す)行なわれた
後、ファインアライメントとしてカルマンフィルタの処
理が行なわれる。このカルマンフィルタは8分(時間を
示す)周期で更新される。
【0032】すなわち計算処理部12において、カルマ
ンフィルタは8分毎に、処理が終了され、下式(1)式
に示す通り、その時点までの推定誤差(カルマンフィル
タによる方位誤差の推定値)(X0’)を反映させるこ
とで、コースアライメントにおける推定値(X0)の補
正を行ない、この時点における最も確からしい推定値
(X1)を求める。
【0033】 X1 = X0 − X0’ …(1) ファインアライメントの次のサイクル(2サイクル目)
では、下式(2)に示す通り、1サイクル目における補
正された推定値(X1)を初期値とする。そしてこの初
期値(X1)に対して、カルマンフィルタでその誤差
(X1’)を推定し、2サイクル目の終了段階で最も確
からしい推定値(X2)を求める。
【0034】 X2 = X1 − X1’ …(2) 以後同様に処理されるため、nサイクル目のファインア
ライメントにおける推定値は、下式(3)の通り表わす
ことができる。
【0035】 Xn = Xn-1 − Xn-1’ …(3) また、2サイクル目以降のカルマンフィルタの初期値で
は、推定誤差が徐々に減少するという考え方により、サ
イクルが進む毎に小さな初期パラメータが設定されるこ
とになるため、残留誤差が徐々に減少する。
【0036】なお、このイニシャルアライメント処理
は、オペレータがモード制御器14でモード切り替えを
行なうことにより終了する。
【0037】図3は、本実施の形態と従来例によるカル
マンフィルタ処理結果を示した図であり、本実施の形態
による推定誤差の経時変化をaで、従来例による推定誤
差の経時変化をbで示している。図3に示すように、従
来例では、残留誤差が徐々に増加に転じたり、発散が生
じたりしているのに比べ、本実施の形態ではサイクルが
進む毎に残留誤差が徐々に減少している。このように、
本実施の形態によるイニシャルアライメントでは、時間
の経過に従い、X1、X2、…Xnと、徐々に推定誤差が
減少していく。
【0038】なお、本実施の形態では、カルマンフィル
タの推定値の補正処理を8分毎に行なったが、これは実
験等により得た経験的に適切と思われる一定時間であ
る。先に述べたように、推定の対象によるが、イニシャ
ルアライメントでは10分程度以上カルマンフィルタを
実行すると、誤差が徐々に増加に転じたり、数値不安定
を起こして発散を起こすということが知られている。よ
って、この時間は8分に限ることなく、10分程度未満
の適切な時間を採用できる、また、カルマンフィルタの
推定値の補正処理を一定時間周期で行なうのでなく、推
定誤差に対する所定のしきい値を基に行なうようにして
もよい。この場合、計算処理部12において、推定誤差
の相対的な変化に対してしきい値を設定し、経時変化に
伴う推定誤差の差分が前記しきい値以上になる毎に補正
処理を行なう。また計算処理部12において、図3に示
すように、推定誤差の絶対値に対して複数のしきい値c
を設定し、推定誤差が各しきい値c以下になる毎に補正
処理を行なうようにしてもよい。
【0039】以上のように本実施の形態によれば、カル
マンフィルタを一定時間毎に更新し、一定時間毎のカル
マンフィルタの初期設定において初期パラメータを少し
づつ小さく設定していく方式によって、比較的長い時間
をかけて、カルマンフィルタの誤差を漸減させていくこ
とが可能となり、非常に高い精度のイニシャルアライメ
ントが可能となる。
【0040】その他、本発明はその要旨を逸脱しない範
囲内で種々変形して実施することが可能であるものとす
る。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、比較的長い時間をかけ
て残留誤差を安定的に漸減させる慣性航法装置、慣性航
法装置の初期化方法及び記録媒体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るINSの回路構成
を示すブロック図。
【図2】同実施の形態に係るINSの運用上でのイニシ
ャルアライメントのタイムシーケンスを示す図。
【図3】同実施の形態に係るカルマンフィルタ処理結果
を示した図。
【図4】一般的なイニシャルアライメントの処理の流れ
を示す図。
【符号の説明】
10…慣性航法装置(INS) 11…センサ部 12…計算処理部 13…I/O部 14…モード制御器 15…制御指示器 16…電源 17…慣性航法部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】航行の開始に先立ってイニシャルアライメ
    ント処理を含む初期化を行なう慣性航法装置であって、 前記イニシャルアライメント処理のファインアライメン
    トにおいて、カルマンフィルタの初期化から終了処理ま
    での一連の処理を繰り返し、前記初期化では前記カルマ
    ンフィルタにてその時点までに推定された方位誤差を基
    に初期方位誤差の補正をする処理手段を具備したことを
    特徴とする慣性航法装置。
  2. 【請求項2】前記処理手段は、前記一連の処理を一定時
    間毎に周期的に行なうことを特徴とする請求項1に記載
    の慣性航法装置。
  3. 【請求項3】前記処理手段は、前記一連の処理を前記カ
    ルマンフィルタにて推定された方位誤差に対する所定の
    しきい値を基に行なうことを特徴とする請求項1に記載
    の慣性航法装置。
  4. 【請求項4】前記しきい値は、前記方位誤差の相対的な
    変化に対して設定されることを特徴とする請求項3に記
    載の慣性航法装置。
  5. 【請求項5】前記しきい値は、前記方位誤差の絶対値に
    対して設定されることを特徴とする請求項3に記載の慣
    性航法装置。
  6. 【請求項6】航行前に慣性航法装置でイニシャルアライ
    メント処理を行なう初期化方法であって、 前記イニシャルアライメント処理のファインアライメン
    トにおいて、カルマンフィルタの初期化から終了処理ま
    での一連の処理を繰り返し、前記初期化では前記カルマ
    ンフィルタにてその時点までに推定された方位誤差を基
    に初期方位誤差の補正をすることを特徴とする慣性航法
    装置の初期化方法。
  7. 【請求項7】航行の開始に先立ってイニシャルアライメ
    ント処理を含む初期化を行なう慣性航法装置で使用され
    る記録媒体であって、 前記イニシャルアライメント処理のファインアライメン
    トにおいて、カルマンフィルタの初期化から終了処理ま
    での一連の処理を繰り返し、前記初期化では前記カルマ
    ンフィルタにてその時点までに推定された方位誤差を基
    に初期方位誤差の補正をする処理工程をコンピュータに
    実行させる命令を含む制御プログラムを格納したことを
    特徴とする、コンピュータが読取り可能な記録媒体。
JP2000078890A 2000-03-21 2000-03-21 慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体 Pending JP2001264104A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000078890A JP2001264104A (ja) 2000-03-21 2000-03-21 慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000078890A JP2001264104A (ja) 2000-03-21 2000-03-21 慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001264104A true JP2001264104A (ja) 2001-09-26

Family

ID=18596233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000078890A Pending JP2001264104A (ja) 2000-03-21 2000-03-21 慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001264104A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6886463B2 (en) * 2001-03-28 2005-05-03 Seiko Epson Corporation Printing apparatus, printing apparatus initializing method, printing apparatus error correcting method, printing apparatus initializing program, and printing apparatus error correction program
JP2009115545A (ja) * 2007-11-05 2009-05-28 Denso Corp 車両用現在位置検出装置及びプログラム
JP2009250778A (ja) * 2008-04-07 2009-10-29 Alpine Electronics Inc カルマンフィルタ処理における繰り返し演算制御方法及び装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6886463B2 (en) * 2001-03-28 2005-05-03 Seiko Epson Corporation Printing apparatus, printing apparatus initializing method, printing apparatus error correcting method, printing apparatus initializing program, and printing apparatus error correction program
JP2009115545A (ja) * 2007-11-05 2009-05-28 Denso Corp 車両用現在位置検出装置及びプログラム
JP2009250778A (ja) * 2008-04-07 2009-10-29 Alpine Electronics Inc カルマンフィルタ処理における繰り返し演算制御方法及び装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102440358B1 (ko) 관성 기반 항법 장치 및 상대사전적분에 따른 관성 기반 항법 방법
CN107084743B (zh) 利用gnss/ins数据的六自由度惯性测量单元的偏移和失准补偿
JP6260983B2 (ja) 自己位置推定装置及び方法
JP2002148063A (ja) 車両用現在位置検出装置、車両用現在位置表示装置、ナビゲーション装置および記録媒体
CN108627154B (zh) 极地区域操作姿态与航向参考系统
CN104075713A (zh) 一种惯性/天文组合导航方法
CN108592917A (zh) 一种基于失准角的卡尔曼滤波姿态估计方法
JP6221295B2 (ja) 位置算出方法及び位置算出装置
CN105241319B (zh) 一种高速自旋制导炮弹空中实时对准方法
JP6539129B2 (ja) 自車位置推定装置、及びそれを用いた操舵制御装置、並びに自車位置推定方法
JP2001264104A (ja) 慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体
CN110209185B (zh) 一种利用星敏信息姿态重置的航天器姿态机动稳定方法
JP2001264106A (ja) 慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体
JP2003065793A (ja) 慣性装置
JP5884909B2 (ja) 協調制御装置、協調制御方法および協調制御プログラム
JP2001264105A (ja) 慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体
JP6233127B2 (ja) ジャイロセンサのオフセット補正装置、車両用ナビゲーション装置及びジャイロセンサのオフセット補正方法
JP3919911B2 (ja) 方位姿勢基準装置
JP2007155365A (ja) 方位センサの補正係数演算装置及び演算プログラム
KR101544825B1 (ko) 운동체의 운동 방향 결정 장치
JP2022151104A (ja) 自動走行制御装置、自動走行制御方法および自動走行制御用プログラム
EP1749183A1 (en) Alignment of a flicht vehicle based on recursive matrix inversion
JP2001153680A (ja) 慣性装置
JP2001264103A (ja) 慣性航法装置、慣性航法装置の初期化方法及び記録媒体
JP2014153106A (ja) 姿勢基準器