JP2003139536A - 方位計および方位測定方法 - Google Patents
方位計および方位測定方法Info
- Publication number
- JP2003139536A JP2003139536A JP2001339191A JP2001339191A JP2003139536A JP 2003139536 A JP2003139536 A JP 2003139536A JP 2001339191 A JP2001339191 A JP 2001339191A JP 2001339191 A JP2001339191 A JP 2001339191A JP 2003139536 A JP2003139536 A JP 2003139536A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- azimuth
- angular velocity
- respect
- gyro
- 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
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】移動体が傾いた姿勢にあっても、その傾きによ
る方位測定誤差を排除して、測定精度の高い方位計を低
価格にて提供する。 【解決手段】移動体の方位を測定する方位計に設定され
るｘ，ｙ，ｚの直交３軸座標系に対応して、該方位計の
水平基準面に則して設定されたｘ，ｙの両座標軸に取り
付けられるｘ軸加速度計１およびｙ軸加速度計２と、前
記水平基準面に直交するｚ座標軸に取り付けられるジャ
イロ３と、これらのｘ軸加速度計１、ｙ軸加速度計２お
よびジャイロ３において、それぞれ検出されるｘ軸加速
度Ａx、ｙ軸加速度Ａy およびジャイロ検出角速度ωz
を用いて、移動体が傾いた姿勢にあっても、常に地球の
鉛直軸（Ｚ軸）回りにおける移動体の回転角度である方
位角ΨＺを正確に演算する方位角演算手段４とを備えて
構成される。
る方位測定誤差を排除して、測定精度の高い方位計を低
価格にて提供する。 【解決手段】移動体の方位を測定する方位計に設定され
るｘ，ｙ，ｚの直交３軸座標系に対応して、該方位計の
水平基準面に則して設定されたｘ，ｙの両座標軸に取り
付けられるｘ軸加速度計１およびｙ軸加速度計２と、前
記水平基準面に直交するｚ座標軸に取り付けられるジャ
イロ３と、これらのｘ軸加速度計１、ｙ軸加速度計２お
よびジャイロ３において、それぞれ検出されるｘ軸加速
度Ａx、ｙ軸加速度Ａy およびジャイロ検出角速度ωz
を用いて、移動体が傾いた姿勢にあっても、常に地球の
鉛直軸（Ｚ軸）回りにおける移動体の回転角度である方
位角ΨＺを正確に演算する方位角演算手段４とを備えて
構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、方位計および方位
測定方法に関し、特にジャイロと加速度計を用いる方位
計および方位測定方法に関する。
測定方法に関し、特にジャイロと加速度計を用いる方位
計および方位測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】車両などの移動体の方位を方位計で測定
するとき、方位計の姿勢を移動体の姿勢に一致させるた
めに、方位計は移動体に固定的に装着される。このよう
に方位計が移動体に装着されたとき、ｘ，ｙ，ｚ直交３
軸の座標系を方位計につき設定したとき、このｘ，ｙ，
ｚ直交３軸の座標系は移動体の座標系であるともいえ
る。移動体が水平な地面に置かれたとき、そのｚ軸は地
球の鉛直軸（Ｚ鉛直軸という）方向に概ね向けられ、ｘ
軸およびｙ軸は地球の水平面（Ｘ-Ｙ平面）に概ね平行
になる。方位計のｚ軸がＺ鉛直軸に一致しておれば、ｚ
軸に関する角速度ωｚをジャイロで検知し、角速度ωｚ
から地球の自転によるＺ鉛直軸方向の角速度成分ΩＶを
差し引いた修正角速度（ωｚ−ΩＶ）の時間積分によ
り、移動体の方位ΨＺは計測できる。移動体の方位は、
Ｚ鉛直軸を中心に移動体の基準軸（例えはｘ軸）が基準
方位（通常は真北）から回転した角度である。そこで、
ここでは角度を表すΨに添え字Ｚを付し、この方位がＺ
鉛直軸に関する角度であることを示している。
するとき、方位計の姿勢を移動体の姿勢に一致させるた
めに、方位計は移動体に固定的に装着される。このよう
に方位計が移動体に装着されたとき、ｘ，ｙ，ｚ直交３
軸の座標系を方位計につき設定したとき、このｘ，ｙ，
ｚ直交３軸の座標系は移動体の座標系であるともいえ
る。移動体が水平な地面に置かれたとき、そのｚ軸は地
球の鉛直軸（Ｚ鉛直軸という）方向に概ね向けられ、ｘ
軸およびｙ軸は地球の水平面（Ｘ-Ｙ平面）に概ね平行
になる。方位計のｚ軸がＺ鉛直軸に一致しておれば、ｚ
軸に関する角速度ωｚをジャイロで検知し、角速度ωｚ
から地球の自転によるＺ鉛直軸方向の角速度成分ΩＶを
差し引いた修正角速度（ωｚ−ΩＶ）の時間積分によ
り、移動体の方位ΨＺは計測できる。移動体の方位は、
Ｚ鉛直軸を中心に移動体の基準軸（例えはｘ軸）が基準
方位（通常は真北）から回転した角度である。そこで、
ここでは角度を表すΨに添え字Ｚを付し、この方位がＺ
鉛直軸に関する角度であることを示している。
【０００３】移動体の姿勢は、停止しているときでも必
ずしもｚ軸がＺ鉛直軸に一致することは稀であり、移動
中は常に変動するから、一般にジャイロのｚ軸は地球の
Ｚ鉛直軸に完全には一致せず、Ｚ鉛直軸に対し傾斜して
いる。いま、ジャイロのｚ軸が地球のＺ鉛直軸から傾い
た角度を傾斜角γとすると、修正角速度（ωｚ−ΩＶ）
の時間積分で計算した方位角には傾斜角γに起因する誤
差が含まれる。そこで、正確な方位角ΨＺを得るには、
修正角速度（ωｚ−ΩＶ）の時間積分で求めた方位角に
傾斜角γに基づく誤差分の補正を加える必要がある。そ
の補正方法としては、例えばｘ，ｙ，ｚの各軸に所定機
能のセンサを取り付け、該センサの検出出力を用いて、
ｚ軸回りの角速度ωｚをＺ鉛直軸回りの角速度ｄΨＺに
変換し、Ｚ鉛直軸回りの角速度ｄΨＺの時間積分を演算
することにより、傾斜角γに起因する測定誤差を除去す
る方策が採られている。
ずしもｚ軸がＺ鉛直軸に一致することは稀であり、移動
中は常に変動するから、一般にジャイロのｚ軸は地球の
Ｚ鉛直軸に完全には一致せず、Ｚ鉛直軸に対し傾斜して
いる。いま、ジャイロのｚ軸が地球のＺ鉛直軸から傾い
た角度を傾斜角γとすると、修正角速度（ωｚ−ΩＶ）
の時間積分で計算した方位角には傾斜角γに起因する誤
差が含まれる。そこで、正確な方位角ΨＺを得るには、
修正角速度（ωｚ−ΩＶ）の時間積分で求めた方位角に
傾斜角γに基づく誤差分の補正を加える必要がある。そ
の補正方法としては、例えばｘ，ｙ，ｚの各軸に所定機
能のセンサを取り付け、該センサの検出出力を用いて、
ｚ軸回りの角速度ωｚをＺ鉛直軸回りの角速度ｄΨＺに
変換し、Ｚ鉛直軸回りの角速度ｄΨＺの時間積分を演算
することにより、傾斜角γに起因する測定誤差を除去す
る方策が採られている。
【０００４】このように、ｘ，ｙ，ｚ直交３軸の座標軸
に対して所定機能のセンサを取り付け、該センサの検出
出力を用いて、ｚ軸回りの角速度ωｚをＺ鉛直軸回りの
角速度に変換することにより方位角ΨＺを得る一つの従
来例（第１の従来例と云う）としては、ｘ，ｙ，ｚ直交
３軸の各座標軸において、個別にジャイロを取り付け、
３軸それぞれに関する角速度を計測する方式の方位計が
挙げられる。この方位計においては、ｚ軸回りの角速度
をＺ鉛直軸回りの角速度に変換することにより、傾斜角
γに起因する方位測定誤差を除去し、Ｚ鉛直軸回りの真
の方位を正確に測定することができるものとしている。
に対して所定機能のセンサを取り付け、該センサの検出
出力を用いて、ｚ軸回りの角速度ωｚをＺ鉛直軸回りの
角速度に変換することにより方位角ΨＺを得る一つの従
来例（第１の従来例と云う）としては、ｘ，ｙ，ｚ直交
３軸の各座標軸において、個別にジャイロを取り付け、
３軸それぞれに関する角速度を計測する方式の方位計が
挙げられる。この方位計においては、ｚ軸回りの角速度
をＺ鉛直軸回りの角速度に変換することにより、傾斜角
γに起因する方位測定誤差を除去し、Ｚ鉛直軸回りの真
の方位を正確に測定することができるものとしている。
【０００５】他の従来例（第２の従来例と云う）として
は、特開平９ー６８４４４号公報に開示されている運動
測定装置が挙げられる。この運動測定装置は、直交３軸
における各軸方向の加速度を個別に検出する３個の加速
度センサと、３軸のうちの何れか一つ以上の軸を中心と
する回転速度を検出する角速度センサ（ジャイロ）によ
り構成される姿勢検出手段と、この姿勢検出手段から出
力される加速度信号および角速度信号により、移動体の
移動方向、移動距離および移動速度等のデータを算出す
るセンサ信号処理手段とから構成されている。
は、特開平９ー６８４４４号公報に開示されている運動
測定装置が挙げられる。この運動測定装置は、直交３軸
における各軸方向の加速度を個別に検出する３個の加速
度センサと、３軸のうちの何れか一つ以上の軸を中心と
する回転速度を検出する角速度センサ（ジャイロ）によ
り構成される姿勢検出手段と、この姿勢検出手段から出
力される加速度信号および角速度信号により、移動体の
移動方向、移動距離および移動速度等のデータを算出す
るセンサ信号処理手段とから構成されている。
【０００６】また、ジャイロと加速度計を用いる方位計
では、方位計の電源の投入後に、直ちにジャイロの誤差
（バイアス）を推定して、その後においては、該誤差
（バイアス）値を使用して、対応するセンサに対する補
正を通常は行う。ところが、ジャイロの誤差（バイア
ス）値は、温度およびその他の諸条件によって変動する
ので、方位計を長時間に亘り運用すると、方位計の測定
誤差が次第に増大する。第１の従来例のように高価なジ
ャイロを３個使用すると、方位計の価格が高価になるの
で、ジャイロの数を１個だけで済ませる試みもあるが、
ジャイロが１個だけの方位計では、移動体に傾斜角が存
在する状態においては、移動体の方位を正確に測定する
ことはできず、移動体が水平姿勢で保持されるという使
用条件においてのみ正確な方位を計測できる。
では、方位計の電源の投入後に、直ちにジャイロの誤差
（バイアス）を推定して、その後においては、該誤差
（バイアス）値を使用して、対応するセンサに対する補
正を通常は行う。ところが、ジャイロの誤差（バイア
ス）値は、温度およびその他の諸条件によって変動する
ので、方位計を長時間に亘り運用すると、方位計の測定
誤差が次第に増大する。第１の従来例のように高価なジ
ャイロを３個使用すると、方位計の価格が高価になるの
で、ジャイロの数を１個だけで済ませる試みもあるが、
ジャイロが１個だけの方位計では、移動体に傾斜角が存
在する状態においては、移動体の方位を正確に測定する
ことはできず、移動体が水平姿勢で保持されるという使
用条件においてのみ正確な方位を計測できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、第１
の従来例においては、ｘ，ｙ，ｚ直交３軸の各座標軸に
おいて個別にジャイロを取り付け、３軸の角速度をそれ
ぞれ検出し、ｚ軸回りの角速度をＺ鉛直軸回りの方位角
に変換するという手法が採用されている。また第２の従
来例においては、ｘ，ｙ，ｚ直交３軸の各座標軸におい
て個別に加速度センサを取り付けるとともに、これらの
３軸の何れか一つ以上の軸において角速度センサ（ジャ
イロ）を取り付けて、３つの加速度センサで検出した加
速度と、角速度センサ（ジャイロ）で検出した角速度と
を用いて、ｚ軸回りの回転角をＺ鉛直軸回りの方位角に
置換えるという手法が採用されている。
の従来例においては、ｘ，ｙ，ｚ直交３軸の各座標軸に
おいて個別にジャイロを取り付け、３軸の角速度をそれ
ぞれ検出し、ｚ軸回りの角速度をＺ鉛直軸回りの方位角
に変換するという手法が採用されている。また第２の従
来例においては、ｘ，ｙ，ｚ直交３軸の各座標軸におい
て個別に加速度センサを取り付けるとともに、これらの
３軸の何れか一つ以上の軸において角速度センサ（ジャ
イロ）を取り付けて、３つの加速度センサで検出した加
速度と、角速度センサ（ジャイロ）で検出した角速度と
を用いて、ｚ軸回りの回転角をＺ鉛直軸回りの方位角に
置換えるという手法が採用されている。
【０００８】第１の従来例においては、直交３軸に対し
て、それぞれ個別に高価なジャイロを取り付けることを
必要条件としており、また第２の従来例においても、３
軸それぞれに対して個別に加速度センサを取り付けると
ともに、これらの３軸の何れか一つ以上の軸において、
角速度センサ（ジャイロ）を取り付けることを必要条件
としている。そこで、第１の従来例は、３個のジャイロ
を要するから高価である。また、第２の従来例は、少な
くとも１個のジャイロと３個の加速度計を要するから、
やはり高価である。また、前述のように、電源投入後に
推定した該誤差（バイアス）値を用いて、センサ補正を
行う方位計においては、長時間に亘り方位を測定する場
合に、方位測定誤差が増大するという欠点がある。
て、それぞれ個別に高価なジャイロを取り付けることを
必要条件としており、また第２の従来例においても、３
軸それぞれに対して個別に加速度センサを取り付けると
ともに、これらの３軸の何れか一つ以上の軸において、
角速度センサ（ジャイロ）を取り付けることを必要条件
としている。そこで、第１の従来例は、３個のジャイロ
を要するから高価である。また、第２の従来例は、少な
くとも１個のジャイロと３個の加速度計を要するから、
やはり高価である。また、前述のように、電源投入後に
推定した該誤差（バイアス）値を用いて、センサ補正を
行う方位計においては、長時間に亘り方位を測定する場
合に、方位測定誤差が増大するという欠点がある。
【０００９】本発明の目的は、測定精度が高く、しかも
安価な方位計の提供およびその方位計を用いた方位測定
方法の提供にある。また、或る一定の短時間内に行うジ
ャイロの誤差（バイアス）推定モードと、数分間に亘っ
て行う方位角算出モードとを交互に繰返して行い、該ジ
ャイロの誤差（バイアス）推定モードにおいて推定され
た誤差（バイアス）値を方位角算出モードにおいて差し
引くことにより、長時間に亘る運用時における方位角変
動誤差を抑制して、移動体の方位測定の精度を保持する
ことにある。
安価な方位計の提供およびその方位計を用いた方位測定
方法の提供にある。また、或る一定の短時間内に行うジ
ャイロの誤差（バイアス）推定モードと、数分間に亘っ
て行う方位角算出モードとを交互に繰返して行い、該ジ
ャイロの誤差（バイアス）推定モードにおいて推定され
た誤差（バイアス）値を方位角算出モードにおいて差し
引くことにより、長時間に亘る運用時における方位角変
動誤差を抑制して、移動体の方位測定の精度を保持する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明は次の手段を提供する。
めに本発明は次の手段を提供する。
【００１１】（１）角速度検出手段、加速度検出手段な
らびに該角速度検出手段および加速度検出手段の相互位
置を一定に保持する手段を備えてなり、該保持手段に関
し設定される直交座標系における直交３軸をｘ軸、ｙ軸
およびｚ軸とそれぞれ称するとき、該保持手段が置かれ
た位置における重力加速度Ｇの方向をｚ軸が概ね向くよ
うに設定される方位計において、前記角速度検出手段
は、１個のジャイロでなり、ｚ軸回りの角速度ωｚを検
知するように前記保持手段に取り付けられ、前記加速度
検出手段は、ｘ軸方向の加速度Ａｘを検知するように前
記保持手段に取り付けられたｘ軸加速度計と、ｙ軸方向
の加速度Ａｙを検知するように前記保持手段に取り付け
られたｙ軸加速度計とでなり、重力加速度Ｇの方向の軸
をＺ軸と称し、ｚ軸がＺ軸から傾いている角度をγとす
るとき、Ａｘ，Ａｙ及びＧに基づきＺ軸に対するｚ軸の
方向余弦cosγを求め、ωｚ及びcosγに基づきＺ軸回り
の回転角度を演算し、該回転角度を方位角とする方位角
演算手段を備えることを特徴とする方位計。
らびに該角速度検出手段および加速度検出手段の相互位
置を一定に保持する手段を備えてなり、該保持手段に関
し設定される直交座標系における直交３軸をｘ軸、ｙ軸
およびｚ軸とそれぞれ称するとき、該保持手段が置かれ
た位置における重力加速度Ｇの方向をｚ軸が概ね向くよ
うに設定される方位計において、前記角速度検出手段
は、１個のジャイロでなり、ｚ軸回りの角速度ωｚを検
知するように前記保持手段に取り付けられ、前記加速度
検出手段は、ｘ軸方向の加速度Ａｘを検知するように前
記保持手段に取り付けられたｘ軸加速度計と、ｙ軸方向
の加速度Ａｙを検知するように前記保持手段に取り付け
られたｙ軸加速度計とでなり、重力加速度Ｇの方向の軸
をＺ軸と称し、ｚ軸がＺ軸から傾いている角度をγとす
るとき、Ａｘ，Ａｙ及びＧに基づきＺ軸に対するｚ軸の
方向余弦cosγを求め、ωｚ及びcosγに基づきＺ軸回り
の回転角度を演算し、該回転角度を方位角とする方位角
演算手段を備えることを特徴とする方位計。
【００１２】（２）前記方位角演算手段は、ｘ軸及びｙ
軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα及びβとすると
き、前記方位角演算手段は、Ａｘ及びＧを用いて、Ｚ軸
に対するｘ軸の方向余弦cosαを算出し、Ａｙ及びＧを
用いて、Ｚ軸に対するｙ軸の方向余弦cosβを算出する
ｘ・ｙ方向余弦演算部と、cosα及びcosβを用いてcos
γを算出するｚ方向余弦演算部と、cosγ及びωｚを用
いてＺ軸回りの角速度を演算する鉛直軸回り角速度演算
部と、前記Ｚ軸回りの角速度の時間積分により、前記Ｚ
軸回りの回転角度を演算する回転角度演算部とを備えて
構成されることを特徴とする前記（１）に記載の方位
計。
軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα及びβとすると
き、前記方位角演算手段は、Ａｘ及びＧを用いて、Ｚ軸
に対するｘ軸の方向余弦cosαを算出し、Ａｙ及びＧを
用いて、Ｚ軸に対するｙ軸の方向余弦cosβを算出する
ｘ・ｙ方向余弦演算部と、cosα及びcosβを用いてcos
γを算出するｚ方向余弦演算部と、cosγ及びωｚを用
いてＺ軸回りの角速度を演算する鉛直軸回り角速度演算
部と、前記Ｚ軸回りの角速度の時間積分により、前記Ｚ
軸回りの回転角度を演算する回転角度演算部とを備えて
構成されることを特徴とする前記（１）に記載の方位
計。
【００１３】（３）前記方位角演算手段は、ｘ軸及びｙ
軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα及びβとすると
き、前記方位角演算手段は、Ａｘ及びＧを用いて、Ｚ軸
に対するｘ軸の方向余弦cosαを算出し、Ａｙ及びＧを
用いて、Ｚ軸に対するｙ軸の方向余弦cosβを算出する
ｘ・ｙ方向余弦演算部と、cosα及びcosβを用いてcos
γを算出するｚ方向余弦演算部と、cosγ及びωｚを用
いてＺ軸回りの角速度を演算するとともに、該Ｚ軸回り
角速度から地球自転角速度ΩＥのＺ軸成分ΩＶを除去
し、修正したＺ軸回り角速度を演算する鉛直軸回り角速
度修正演算部と、前記修正したＺ軸回りの角速度の時間
積分により、前記Ｚ軸回りの回転角度を演算する回転角
度演算部とを備えて構成されることを特徴とする前記
（１）に記載の方位計。
軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα及びβとすると
き、前記方位角演算手段は、Ａｘ及びＧを用いて、Ｚ軸
に対するｘ軸の方向余弦cosαを算出し、Ａｙ及びＧを
用いて、Ｚ軸に対するｙ軸の方向余弦cosβを算出する
ｘ・ｙ方向余弦演算部と、cosα及びcosβを用いてcos
γを算出するｚ方向余弦演算部と、cosγ及びωｚを用
いてＺ軸回りの角速度を演算するとともに、該Ｚ軸回り
角速度から地球自転角速度ΩＥのＺ軸成分ΩＶを除去
し、修正したＺ軸回り角速度を演算する鉛直軸回り角速
度修正演算部と、前記修正したＺ軸回りの角速度の時間
積分により、前記Ｚ軸回りの回転角度を演算する回転角
度演算部とを備えて構成されることを特徴とする前記
（１）に記載の方位計。
【００１４】（４）ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を直交３軸と
するとき、ｘ軸方向の加速度Ａｘを検知するｘ軸加速度
計と、ｙ軸方向の加速度Ａｙを検知するｙ軸加速度計
と、ｚ軸回りの角速度ωｚを検知するジャイロと、ｘ軸
加速度計およびｙ軸加速度計並びに該ジャイロの相互位
置を一定に保持する手段とを備えてなる方位計を用いて
方位を測定する方法において、前記方位計が置かれた位
置における重力加速度Ｇの方向にｚ軸を概ね向けるよう
に前記直交３軸の座標系を該方位計に設定する第１の手
順と、ｘ軸加速度計、ｙ軸加速度計および前記ジャイロ
にＡｘ,Ａｙ及びωｚをそれぞれ検出させる第２の手順
と、重力加速度Ｇの方向の軸をＺ軸と称し、ｘ軸、ｙ軸
およびｚ軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα，β及び
γとするとき、ＡｘとＧとを用いて、Ｚ軸に対するｘ軸
の方向余弦cosαを求め、ＡｙとＧとを用いて、Ｚ軸に
対するｙ軸の方向余弦cosβを求める第３の手順と、cos
α及びcosβを用いて、Ｚ軸に対するｚ軸の方向余弦cos
γを求める第４の手順とωｚ及びcosγを用いて、Ｚ軸
回りの角速度を求める第５の手順と、前記Ｚ軸回りの角
速度の時間積分により、前記方位角を求める第６の手順
とを含むことを特徴とする方位測定方法。
するとき、ｘ軸方向の加速度Ａｘを検知するｘ軸加速度
計と、ｙ軸方向の加速度Ａｙを検知するｙ軸加速度計
と、ｚ軸回りの角速度ωｚを検知するジャイロと、ｘ軸
加速度計およびｙ軸加速度計並びに該ジャイロの相互位
置を一定に保持する手段とを備えてなる方位計を用いて
方位を測定する方法において、前記方位計が置かれた位
置における重力加速度Ｇの方向にｚ軸を概ね向けるよう
に前記直交３軸の座標系を該方位計に設定する第１の手
順と、ｘ軸加速度計、ｙ軸加速度計および前記ジャイロ
にＡｘ,Ａｙ及びωｚをそれぞれ検出させる第２の手順
と、重力加速度Ｇの方向の軸をＺ軸と称し、ｘ軸、ｙ軸
およびｚ軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα，β及び
γとするとき、ＡｘとＧとを用いて、Ｚ軸に対するｘ軸
の方向余弦cosαを求め、ＡｙとＧとを用いて、Ｚ軸に
対するｙ軸の方向余弦cosβを求める第３の手順と、cos
α及びcosβを用いて、Ｚ軸に対するｚ軸の方向余弦cos
γを求める第４の手順とωｚ及びcosγを用いて、Ｚ軸
回りの角速度を求める第５の手順と、前記Ｚ軸回りの角
速度の時間積分により、前記方位角を求める第６の手順
とを含むことを特徴とする方位測定方法。
【００１５】（５）ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を直交３軸と
するとき、ｘ軸方向の加速度Ａｘを検知するｘ軸加速度
計と、ｙ軸方向の加速度Ａｙを検知するｙ軸加速度計
と、ｚ軸回りの角速度ωｚを検知するジャイロと、ｘ軸
加速度計およびｙ軸加速度計並びに該ジャイロの相互位
置を一定に保持する手段とを備えてなる方位計を用い方
位を測定する方法において、前記保持手段が置かれた位
置における重力加速度Ｇの方向にｚ軸を概ね向けるよう
に前記直交３軸の座標系を前記方位計に設定する第１の
手順と、ｘ軸加速度計、ｙ軸加速度計および前記ジャイ
ロにＡｘ,Ａｙ及びωｚをそれぞれ検出させる第２の手
順と、重力加速度Ｇの方向の軸をＺ軸と称し、ｘ軸、ｙ
軸およびｚ軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα，β及
びγとするとき、ＡｘとＧとを用いて、Ｚ軸に対するｘ
軸の方向余弦cosαを求め、ＡｙとＧとを用いて、Ｚ軸
に対するｙ軸の方向余弦cosβを求める第３の手順と、c
osα及びcosβを用いて、Ｚ軸に対するｚ軸の方向余弦c
osγを求める第４の手順とωｚ及びcosγを用いて、Ｚ
軸回りの角速度を求め、該Ｚ軸回り角速度から地球自転
角速度ΩＥのＺ軸成分ΩＶを除去し、修正したＺ軸回り
角速度を演算する第５の手順と、前記修正したＺ軸回り
の角速度の時間積分により、前記方位角を求める第６の
手順とを含むことを特徴とする方位測定方法。
するとき、ｘ軸方向の加速度Ａｘを検知するｘ軸加速度
計と、ｙ軸方向の加速度Ａｙを検知するｙ軸加速度計
と、ｚ軸回りの角速度ωｚを検知するジャイロと、ｘ軸
加速度計およびｙ軸加速度計並びに該ジャイロの相互位
置を一定に保持する手段とを備えてなる方位計を用い方
位を測定する方法において、前記保持手段が置かれた位
置における重力加速度Ｇの方向にｚ軸を概ね向けるよう
に前記直交３軸の座標系を前記方位計に設定する第１の
手順と、ｘ軸加速度計、ｙ軸加速度計および前記ジャイ
ロにＡｘ,Ａｙ及びωｚをそれぞれ検出させる第２の手
順と、重力加速度Ｇの方向の軸をＺ軸と称し、ｘ軸、ｙ
軸およびｚ軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα，β及
びγとするとき、ＡｘとＧとを用いて、Ｚ軸に対するｘ
軸の方向余弦cosαを求め、ＡｙとＧとを用いて、Ｚ軸
に対するｙ軸の方向余弦cosβを求める第３の手順と、c
osα及びcosβを用いて、Ｚ軸に対するｚ軸の方向余弦c
osγを求める第４の手順とωｚ及びcosγを用いて、Ｚ
軸回りの角速度を求め、該Ｚ軸回り角速度から地球自転
角速度ΩＥのＺ軸成分ΩＶを除去し、修正したＺ軸回り
角速度を演算する第５の手順と、前記修正したＺ軸回り
の角速度の時間積分により、前記方位角を求める第６の
手順とを含むことを特徴とする方位測定方法。
【００１６】（６）前記（４）又は（５）に記載の方位
測定方法の運用形態を方位角算出モードとし、所定の短
時間内に行うジャイロの誤差推定モードと、数分間に亘
って行う前記方位角算出モードとを交互に繰返して行
い、その都度該ジャイロの誤差推定モードにおいて推定
された誤差値を方位角算出モードにおいて差し引くこと
により、長時間に亘る運用時における方位角変動誤差を
抑制することを特徴とする方位測定方法。
測定方法の運用形態を方位角算出モードとし、所定の短
時間内に行うジャイロの誤差推定モードと、数分間に亘
って行う前記方位角算出モードとを交互に繰返して行
い、その都度該ジャイロの誤差推定モードにおいて推定
された誤差値を方位角算出モードにおいて差し引くこと
により、長時間に亘る運用時における方位角変動誤差を
抑制することを特徴とする方位測定方法。
【００１７】
【作用】上記の構成および方法によれば、ｘ座標軸およ
びｙ座標軸の双方の軸に、それぞれ個別に取り付けられ
た二つの加速度計と、ｚ座標軸に取り付けられた一つの
ジャイロのみによって、傾斜角に起因する方位測定誤差
をより経済的に除去することが可能となり、Ｚ鉛直軸回
りの真の方位を正確に測定することができる。また、Ｚ
鉛直軸回りの回転角速度を算出する際に、地球自転角速
度の鉛直軸成分を取り込むことにより、該地球自転角速
度の影響をも除去した正確な方位測定を行うことが可能
となる。その上、方位角算出モードとジャイロの誤差
（バイアス）推定モードとの併用による運用形態によっ
て、長時間の方位測定時においても、ジャイロのバイア
ス誤差補正が適正に行われるので、方位角変動誤差（バ
イアス）が抑制されて所定の方位測定精度が維持され
る。
びｙ座標軸の双方の軸に、それぞれ個別に取り付けられ
た二つの加速度計と、ｚ座標軸に取り付けられた一つの
ジャイロのみによって、傾斜角に起因する方位測定誤差
をより経済的に除去することが可能となり、Ｚ鉛直軸回
りの真の方位を正確に測定することができる。また、Ｚ
鉛直軸回りの回転角速度を算出する際に、地球自転角速
度の鉛直軸成分を取り込むことにより、該地球自転角速
度の影響をも除去した正確な方位測定を行うことが可能
となる。その上、方位角算出モードとジャイロの誤差
（バイアス）推定モードとの併用による運用形態によっ
て、長時間の方位測定時においても、ジャイロのバイア
ス誤差補正が適正に行われるので、方位角変動誤差（バ
イアス）が抑制されて所定の方位測定精度が維持され
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の方位計について実
施の形態を挙げ、一層具体的に説明する。図1は本発明
の一実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態
の方位計は、ｘ軸加速度計１と、ｙ軸加速度計２と、ジ
ャイロ３と、方位角演算手段4とでなる。この方位計は
移動体に固定的に装着されており、方位計に設定された
ｘ，ｙ，ｚの直交３軸座標系は、移動体における直交３
軸座標系に一致している。ｘ−ｙ平面は方位計の水平基
準面にある。ｘ軸加速度計１の加速度感知軸はｘ軸であ
り、ｙ軸加速度計２の加速度感知軸はｙ軸である。ジャ
イロ３はｚ軸回りの角速度を感知する。ｘ軸加速度計１
で検出する加速度をＡx、ｙ軸加速度計２で検出する加
速度をＡy、ジャイロ３で検出する角速度をωｚとす
る。方位角演算手段４は、ｘ軸加速度Ａx、ｙ軸加速度
Ａyおよびｚ軸回りの角速度ωｚを用いて車両のＺ鉛直
軸回りの角度、即ち移動体の方位角ΨＺを演算する。Ｚ
鉛直軸は、前述のとおり、地球の鉛直軸であり、地球の
重力方向を正の方向としている。Ｚ鉛直軸に直交する１
つの座標軸をＸ軸とし、Ｚ鉛直軸及びＸ軸に直交する座
標軸をＹ軸とする。地球の水平面はＺ鉛直軸に直交する
Ｘ−Ｙ平面である。図４は、方位計に固定されたｘ，
ｙ，ｚ直交３軸と、ｘ，ｙ，ｚ直交３軸と原点を同じく
するＸ，Ｙ，Ｚ直交３軸との関係を示す図である。図４
においては、移動体の姿勢が傾き、方位計のｚ軸が地球
の鉛直軸（Ｚ鉛直軸）に対し角度を有しており、Ｚ鉛直
軸に対するｘ，ｙ，ｚ各軸の角度がそれぞれα，β，γ
であるときの様子を示している。
施の形態を挙げ、一層具体的に説明する。図1は本発明
の一実施の形態を示すブロック図である。本実施の形態
の方位計は、ｘ軸加速度計１と、ｙ軸加速度計２と、ジ
ャイロ３と、方位角演算手段4とでなる。この方位計は
移動体に固定的に装着されており、方位計に設定された
ｘ，ｙ，ｚの直交３軸座標系は、移動体における直交３
軸座標系に一致している。ｘ−ｙ平面は方位計の水平基
準面にある。ｘ軸加速度計１の加速度感知軸はｘ軸であ
り、ｙ軸加速度計２の加速度感知軸はｙ軸である。ジャ
イロ３はｚ軸回りの角速度を感知する。ｘ軸加速度計１
で検出する加速度をＡx、ｙ軸加速度計２で検出する加
速度をＡy、ジャイロ３で検出する角速度をωｚとす
る。方位角演算手段４は、ｘ軸加速度Ａx、ｙ軸加速度
Ａyおよびｚ軸回りの角速度ωｚを用いて車両のＺ鉛直
軸回りの角度、即ち移動体の方位角ΨＺを演算する。Ｚ
鉛直軸は、前述のとおり、地球の鉛直軸であり、地球の
重力方向を正の方向としている。Ｚ鉛直軸に直交する１
つの座標軸をＸ軸とし、Ｚ鉛直軸及びＸ軸に直交する座
標軸をＹ軸とする。地球の水平面はＺ鉛直軸に直交する
Ｘ−Ｙ平面である。図４は、方位計に固定されたｘ，
ｙ，ｚ直交３軸と、ｘ，ｙ，ｚ直交３軸と原点を同じく
するＸ，Ｙ，Ｚ直交３軸との関係を示す図である。図４
においては、移動体の姿勢が傾き、方位計のｚ軸が地球
の鉛直軸（Ｚ鉛直軸）に対し角度を有しており、Ｚ鉛直
軸に対するｘ，ｙ，ｚ各軸の角度がそれぞれα，β，γ
であるときの様子を示している。
【００１９】図２は、図１の実施の形態における方位角
演算手段４を具体化した本発明の第１の実施例を示すブ
ロック図である。また、図５は本実施例の外観の一面を
示す図である。図２に示されるように、本実施例は、ｘ
軸加速度計１と、ｙ軸加速度計２と、ジャイロ３と、方
位角演算手段４とを備えて構成されており、方位角演算
手段４は、ｘ・ｙ方向余弦演算部５、ｚ方向余弦演算部
６および鉛直軸回り角速度演算部７により構成されてい
る。
演算手段４を具体化した本発明の第１の実施例を示すブ
ロック図である。また、図５は本実施例の外観の一面を
示す図である。図２に示されるように、本実施例は、ｘ
軸加速度計１と、ｙ軸加速度計２と、ジャイロ３と、方
位角演算手段４とを備えて構成されており、方位角演算
手段４は、ｘ・ｙ方向余弦演算部５、ｚ方向余弦演算部
６および鉛直軸回り角速度演算部７により構成されてい
る。
【００２０】図２において、移動体に設定されたｘ座標
軸、ｙ座標軸およびｚ座標軸に対応して取り付けられた
ｘ軸加速度計１、ｙ軸加速度計２およびジャイロ３にお
いては、ｘ軸加速度Ａx 、ｙ軸加速度Ａy およびｚ軸回
りの角速度ωz がそれぞれ検出される。ｘ軸加速度Ａx
及びｙ軸加速度Ａyはｘ・ｙ方向余弦演算部５に入力さ
れ、角速度ωzは鉛直軸回り角速度演算部７に入力され
る。ｘ・ｙ方向余弦演算部５においては、ｘ軸加速度Ａ
x およびｙ軸加速度Ａy の入力を受けて次式の演算処理
が行われ、それぞれＺ鉛直軸に対するｘ軸方向余弦 cos
αと、Ｚ鉛直軸に対するｙ軸方向余弦 cosβが算出され
る。次式において、Ｇは重力の加速度である。
軸、ｙ座標軸およびｚ座標軸に対応して取り付けられた
ｘ軸加速度計１、ｙ軸加速度計２およびジャイロ３にお
いては、ｘ軸加速度Ａx 、ｙ軸加速度Ａy およびｚ軸回
りの角速度ωz がそれぞれ検出される。ｘ軸加速度Ａx
及びｙ軸加速度Ａyはｘ・ｙ方向余弦演算部５に入力さ
れ、角速度ωzは鉛直軸回り角速度演算部７に入力され
る。ｘ・ｙ方向余弦演算部５においては、ｘ軸加速度Ａ
x およびｙ軸加速度Ａy の入力を受けて次式の演算処理
が行われ、それぞれＺ鉛直軸に対するｘ軸方向余弦 cos
αと、Ｚ鉛直軸に対するｙ軸方向余弦 cosβが算出され
る。次式において、Ｇは重力の加速度である。
【００２１】
cosα＝Ａx ／Ｇ ……………………………………（１）
cosβ＝Ａy ／Ｇ ……………………………………（２）
これらのｘ軸方向余弦 cosαおよびｙ軸方向余弦 cosβ
は、ｚ方向余弦演算部６に入力される。ｘ座標軸、ｙ座
標軸およびｚ座標軸が直交しているので、cos２α＋cos
２β＋cos２γ＝１である。ここで、cosγはＺ鉛直軸に
対するｚ軸方向余弦である。そこで、ｚ方向余弦演算部
６においては、ｚ軸方向余弦 cosγを次式により算出す
る。 cosγ＝［１―（cos２α＋cos２β）］1/2 …………（３） このｚ軸方向余弦 cosγは、ｚ方向余弦演算部６から鉛
直軸回り角速度演算部７へ送られる。鉛直軸回り角速度
演算部７においては、ジャイロ３から入力される角速度
ωz と、ｚ軸方向余弦 cosγと、時間関数として定義さ
れるＺ鉛直軸回りの角速度（以下、鉛直軸回り角速度と
云う） dΨＺ/dt との間の下記関係式により、鉛直軸回
り角速度dΨＺ/dtが算出される。
は、ｚ方向余弦演算部６に入力される。ｘ座標軸、ｙ座
標軸およびｚ座標軸が直交しているので、cos２α＋cos
２β＋cos２γ＝１である。ここで、cosγはＺ鉛直軸に
対するｚ軸方向余弦である。そこで、ｚ方向余弦演算部
６においては、ｚ軸方向余弦 cosγを次式により算出す
る。 cosγ＝［１―（cos２α＋cos２β）］1/2 …………（３） このｚ軸方向余弦 cosγは、ｚ方向余弦演算部６から鉛
直軸回り角速度演算部７へ送られる。鉛直軸回り角速度
演算部７においては、ジャイロ３から入力される角速度
ωz と、ｚ軸方向余弦 cosγと、時間関数として定義さ
れるＺ鉛直軸回りの角速度（以下、鉛直軸回り角速度と
云う） dΨＺ/dt との間の下記関係式により、鉛直軸回
り角速度dΨＺ/dtが算出される。
【００２２】
dΨＺ/dt ＝ωz /cosγ …………………………………（４）
鉛直軸回り角速度演算部７より出力される鉛直軸回り角
速度 dΨＺ/dt は、積分器８に入力されて次式により積
分処理され、移動体の方位ΨＺが出力される。 ΨＺ＝∫( ωz /cosγ) dt ……………………………（５） 即ち、方位角演算手段４の積分器８からは、移動体に傾
斜角が存在する状態においても、該傾斜角による方位測
定誤差は除去されて、Ｚ鉛直軸回りの正確な方位ΨＺが
出力される。
速度 dΨＺ/dt は、積分器８に入力されて次式により積
分処理され、移動体の方位ΨＺが出力される。 ΨＺ＝∫( ωz /cosγ) dt ……………………………（５） 即ち、方位角演算手段４の積分器８からは、移動体に傾
斜角が存在する状態においても、該傾斜角による方位測
定誤差は除去されて、Ｚ鉛直軸回りの正確な方位ΨＺが
出力される。
【００２３】次に、本発明の第２の実施例について説明
する、図３は、その第２の実施例の構成を示すブロック
図である。図３に示されるように、本実施例において
は、ｘ軸加速度計１、ｙ軸加速度計２およびジャイロ
３、並びに方位角演算手段４に含まれるｘ・ｙ方向余弦
演算部５、ｚ方向余弦演算部６および積分器８等の構成
要素については、その動作内容は図２の第１の実施例と
同様である。本第２の実施例は、地球自転角速度のＺ鉛
直軸方向の成分による影響を除去することを意図して構
成された方位計である。方位角演算手段４は、第１の実
施例における鉛直軸回り角速度演算部７に代えて、地球
自転角速度に対応して修正機能を有する鉛直軸回り角速
度修正演算部９が設けられている。このことが、第１の
実施例と異なる点である。従って、図３については、第
１の実施例の場合と同様の機能に関わる構成要素につい
ては、重複を避けるために説明を省略し、新規の構成要
素である鉛直軸回り角速度修正演算部９に関与する構成
要素についてのみ動作説明をする。
する、図３は、その第２の実施例の構成を示すブロック
図である。図３に示されるように、本実施例において
は、ｘ軸加速度計１、ｙ軸加速度計２およびジャイロ
３、並びに方位角演算手段４に含まれるｘ・ｙ方向余弦
演算部５、ｚ方向余弦演算部６および積分器８等の構成
要素については、その動作内容は図２の第１の実施例と
同様である。本第２の実施例は、地球自転角速度のＺ鉛
直軸方向の成分による影響を除去することを意図して構
成された方位計である。方位角演算手段４は、第１の実
施例における鉛直軸回り角速度演算部７に代えて、地球
自転角速度に対応して修正機能を有する鉛直軸回り角速
度修正演算部９が設けられている。このことが、第１の
実施例と異なる点である。従って、図３については、第
１の実施例の場合と同様の機能に関わる構成要素につい
ては、重複を避けるために説明を省略し、新規の構成要
素である鉛直軸回り角速度修正演算部９に関与する構成
要素についてのみ動作説明をする。
【００２４】鉛直軸回り角速度修正演算部９には、ジャ
イロ３において検出される角速度ωz と、ｚ方向余弦演
算部６から出力されるｚ軸方向余弦 cosγが入力され
る。鉛直軸回り角速度修正演算部９においては、次式に
示されるように、前述の（４）式に示される鉛直軸回り
角速度dΨＺ/dt＝ωz /cosγが求められ、且つ、該鉛直
軸回り角速度dΨＺ/dtに対して地球自転角速度ΩＥの鉛
直軸成分Ωv を差し引く修正演算処理が行われて、修正
された鉛直軸回り角速度 dΨＺＥ/dt が生成出力され
る。移動体がある位置の緯度をλとすると、鉛直軸成分
Ωvは、Ωv＝ΩＥsinλなる式で計算できる。
イロ３において検出される角速度ωz と、ｚ方向余弦演
算部６から出力されるｚ軸方向余弦 cosγが入力され
る。鉛直軸回り角速度修正演算部９においては、次式に
示されるように、前述の（４）式に示される鉛直軸回り
角速度dΨＺ/dt＝ωz /cosγが求められ、且つ、該鉛直
軸回り角速度dΨＺ/dtに対して地球自転角速度ΩＥの鉛
直軸成分Ωv を差し引く修正演算処理が行われて、修正
された鉛直軸回り角速度 dΨＺＥ/dt が生成出力され
る。移動体がある位置の緯度をλとすると、鉛直軸成分
Ωvは、Ωv＝ΩＥsinλなる式で計算できる。
【００２５】
dΨＺＥ/dt＝ωz /cosγ−Ωv …………………（６）
この鉛直軸回り角速度dΨＺＥ/dtは、積分器８に入力さ
れて積分処理され、次式によって、移動体の方位ΨＺＥ
がＺ鉛直軸回りの方位角度に変換された方位角として出
力される。 ΨＺＥ＝∫（ωz /cosγ−Ωv ）dt ……………………（７） 即ち、図３の第２の実施例では、移動体に傾斜角が存在
する状態においても、該傾斜角による方位測定誤差は除
去され、併せて地球自転角速度の影響をも除去され、測
定精度を更に改善した方位ΨＺＥが得られる。
れて積分処理され、次式によって、移動体の方位ΨＺＥ
がＺ鉛直軸回りの方位角度に変換された方位角として出
力される。 ΨＺＥ＝∫（ωz /cosγ−Ωv ）dt ……………………（７） 即ち、図３の第２の実施例では、移動体に傾斜角が存在
する状態においても、該傾斜角による方位測定誤差は除
去され、併せて地球自転角速度の影響をも除去され、測
定精度を更に改善した方位ΨＺＥが得られる。
【００２６】次に、本発明の方位測定方法について説明
する。図６は、該方位測定方法の第１の実施例のフロー
チャートを示す図である。
する。図６は、該方位測定方法の第１の実施例のフロー
チャートを示す図である。
【００２７】図６において、まず方位計内に方位計の水
平基準面に則してｘ−ｙ平面を有し、ｘ軸を移動体の基
準軸方向に指向させて、ｘ−ｙ平面に直交するｚ軸が鉛
直軸の下方向を指向するｘ，ｙ，ｚ３軸直交座標系を設
定する（手順Ｓ11）。例えば、移動体が４輪車両であれ
ば、前後の車軸に直交し、該両車軸の左右幅の中心を通
る仮想線を基準軸とすればよい。この移動体の基準軸に
方位計のｘ軸が一致するように、方位計を移動体に装着
しておけば手順Ｓ11におけるｘ，ｙ，ｚ３軸直交座標系
の設定は単純になる。次に、ｘ軸およびｙ軸の各軸方向
の加速度Ａx ，Ａy と、ｚ軸方向の角速度ωz を検出す
る（手順Ｓ12）。次いで加速度Ａx および重力加速度Ｇ
を用いて、Ｚ鉛直軸に対するｘ軸方向余弦cosαを求
め、加速度Ａy および重力加速度Ｇを用いて、Ｚ鉛直軸
に対するｙ軸方向余弦cosβを求める（手順Ｓ13）。こ
れらのｘ軸方向余弦cosαおよびｙ軸の方向余弦cosβを
用いて、Ｚ鉛直軸に対するｚ軸方向余弦 cosγを求める
（手順Ｓ14）。上記の手順Ｓ12およびＳ14において得ら
れたジャイロ検出角速度ωz およびｚ軸方向余弦 cosγ
を用いて、鉛直軸回り角速度dΨＺ/dt を求め、該鉛直
軸回り角速度dΨＺ/dtを積分処理して、鉛直軸回りの移
動体の方位ΨＺを求める（手順Ｓ15）。
平基準面に則してｘ−ｙ平面を有し、ｘ軸を移動体の基
準軸方向に指向させて、ｘ−ｙ平面に直交するｚ軸が鉛
直軸の下方向を指向するｘ，ｙ，ｚ３軸直交座標系を設
定する（手順Ｓ11）。例えば、移動体が４輪車両であれ
ば、前後の車軸に直交し、該両車軸の左右幅の中心を通
る仮想線を基準軸とすればよい。この移動体の基準軸に
方位計のｘ軸が一致するように、方位計を移動体に装着
しておけば手順Ｓ11におけるｘ，ｙ，ｚ３軸直交座標系
の設定は単純になる。次に、ｘ軸およびｙ軸の各軸方向
の加速度Ａx ，Ａy と、ｚ軸方向の角速度ωz を検出す
る（手順Ｓ12）。次いで加速度Ａx および重力加速度Ｇ
を用いて、Ｚ鉛直軸に対するｘ軸方向余弦cosαを求
め、加速度Ａy および重力加速度Ｇを用いて、Ｚ鉛直軸
に対するｙ軸方向余弦cosβを求める（手順Ｓ13）。こ
れらのｘ軸方向余弦cosαおよびｙ軸の方向余弦cosβを
用いて、Ｚ鉛直軸に対するｚ軸方向余弦 cosγを求める
（手順Ｓ14）。上記の手順Ｓ12およびＳ14において得ら
れたジャイロ検出角速度ωz およびｚ軸方向余弦 cosγ
を用いて、鉛直軸回り角速度dΨＺ/dt を求め、該鉛直
軸回り角速度dΨＺ/dtを積分処理して、鉛直軸回りの移
動体の方位ΨＺを求める（手順Ｓ15）。
【００２８】このような方位測定手順を採ることによ
り、移動体に傾斜角が存在する状態においても、該傾斜
角による方位測定誤差は除去されて、Ｚ鉛直軸回りの正
確な方位が求められる。
り、移動体に傾斜角が存在する状態においても、該傾斜
角による方位測定誤差は除去されて、Ｚ鉛直軸回りの正
確な方位が求められる。
【００２９】図７は、方位測定方法の第２の実施例のフ
ローチャートを示す図である。本実施例は、地球自転角
速度の影響をも考慮した方位測定手順を示しており、手
順Ｓ21乃至Ｓ24については、その内容は前述の図６にお
ける手順Ｓ11乃至Ｓ14と全く同じである。唯一の違い
は、図６における手順Ｓ15と、図７における手順Ｓ25と
の差異にある。本実施例においては、地球自転角速度の
影響を排除するために、手順Ｓ25においては、ジャイロ
検出角速度ωz およびｚ軸方向余弦 cosγに加えて、地
球自転角速度の鉛直軸成分Ωv をも考慮に入れ、該地球
自転角速度の影響を除去することを意図して鉛直軸回り
角速度 dΨＺＥ/dt を求め、該鉛直軸回り角速度 dΨ
ＺＥ/dt を積分処理して、鉛直軸回りの移動体の方位を
求めている点に特徴がある。
ローチャートを示す図である。本実施例は、地球自転角
速度の影響をも考慮した方位測定手順を示しており、手
順Ｓ21乃至Ｓ24については、その内容は前述の図６にお
ける手順Ｓ11乃至Ｓ14と全く同じである。唯一の違い
は、図６における手順Ｓ15と、図７における手順Ｓ25と
の差異にある。本実施例においては、地球自転角速度の
影響を排除するために、手順Ｓ25においては、ジャイロ
検出角速度ωz およびｚ軸方向余弦 cosγに加えて、地
球自転角速度の鉛直軸成分Ωv をも考慮に入れ、該地球
自転角速度の影響を除去することを意図して鉛直軸回り
角速度 dΨＺＥ/dt を求め、該鉛直軸回り角速度 dΨ
ＺＥ/dt を積分処理して、鉛直軸回りの移動体の方位を
求めている点に特徴がある。
【００３０】このような方位測定の手順を採ることによ
り、移動体に傾斜角が存在する状態においても、該傾斜
角による方位測定誤差は除去され、併せて地球自転角速
度の影響をも排除されて、方位測定精度を更に改善する
ことができる。
り、移動体に傾斜角が存在する状態においても、該傾斜
角による方位測定誤差は除去され、併せて地球自転角速
度の影響をも排除されて、方位測定精度を更に改善する
ことができる。
【００３１】また、方位測定の運用形態において、ジャ
イロの誤差（バイアス）を抑制する方法として、或る一
定時間内のジャイロの誤差（バイアス）を推定する動作
モードと、上述の方位測定方法による方位角算出モード
とを併用して、所定の短時間内に行うジャイロの誤差
（バイアス）推定モードと、数分間に亘って行う方位角
算出モードとを交互に繰返して行い、その都度ジャイロ
の誤差（バイアス）推定モードにおいて推定された誤差
（バイアス）値を方位角算出モードにおいて差し引くこ
とにより、長時間に亘る運用時における方位角変動誤差
を抑制して、移動体の方位測定の精度を安定に保持する
ことが可能となる。
イロの誤差（バイアス）を抑制する方法として、或る一
定時間内のジャイロの誤差（バイアス）を推定する動作
モードと、上述の方位測定方法による方位角算出モード
とを併用して、所定の短時間内に行うジャイロの誤差
（バイアス）推定モードと、数分間に亘って行う方位角
算出モードとを交互に繰返して行い、その都度ジャイロ
の誤差（バイアス）推定モードにおいて推定された誤差
（バイアス）値を方位角算出モードにおいて差し引くこ
とにより、長時間に亘る運用時における方位角変動誤差
を抑制して、移動体の方位測定の精度を安定に保持する
ことが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明では、移
動体の方位計または方位測定方法に適用されて、ｘ，
ｙ，ｚ３軸の直交座標系における２水平軸において加速
度計で検出される加速度と、１垂直軸においてジャイロ
で検出される角速度とを用いて、該移動体の前記垂直軸
回りの角速度を、地球の鉛直軸回りの角速度に変換する
ことが可能となり、移動体の傾斜角に起因する方位測定
誤差を除去した高い精度の方位が取得でき、しかも１つ
のジャイロと、ジャイロより低コストの２つの加速度計
だけで足りるので、安価に方位計を提供でき、またこの
方位計による方位測定方法を提供できる。
動体の方位計または方位測定方法に適用されて、ｘ，
ｙ，ｚ３軸の直交座標系における２水平軸において加速
度計で検出される加速度と、１垂直軸においてジャイロ
で検出される角速度とを用いて、該移動体の前記垂直軸
回りの角速度を、地球の鉛直軸回りの角速度に変換する
ことが可能となり、移動体の傾斜角に起因する方位測定
誤差を除去した高い精度の方位が取得でき、しかも１つ
のジャイロと、ジャイロより低コストの２つの加速度計
だけで足りるので、安価に方位計を提供でき、またこの
方位計による方位測定方法を提供できる。
【００３３】また、本発明では、地球自転角速度による
影響についての誤差修正処理を行うことにより、より一
層の方位測定精度の改善を図ることが可能になるととも
に、長時間に亘る方位測定時においても、ジャイロの誤
差（バイアス）推定モードと、方位角算出モードとを併
用することにより、測定誤差変動を抑制することができ
る。
影響についての誤差修正処理を行うことにより、より一
層の方位測定精度の改善を図ることが可能になるととも
に、長時間に亘る方位測定時においても、ジャイロの誤
差（バイアス）推定モードと、方位角算出モードとを併
用することにより、測定誤差変動を抑制することができ
る。
【図１】本発明になる方位計の一実施の形態を示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】図１の実施の形態を一層具体化した本発明の方
位計の第１の実施例を示すブロック図である。
位計の第１の実施例を示すブロック図である。
【図３】図１の実施の形態を一層具体化した本発明の方
位計の第２の実施例を示すブロック図である。
位計の第２の実施例を示すブロック図である。
【図４】方位計に設定するｘ，ｙ，ｚ３軸座標系と、
ｘ，ｙ，ｚ３軸座標系と原点を同じくするＸ（水平
軸），Ｙ（水平軸），Ｚ（鉛直軸）３軸の地球座標系と
を示す図である。
ｘ，ｙ，ｚ３軸座標系と原点を同じくするＸ（水平
軸），Ｙ（水平軸），Ｚ（鉛直軸）３軸の地球座標系と
を示す図である。
【図５】図２に示した第１の実施例の一面を示す平面図
である。
である。
【図６】本発明になる方位測定方法の第１の実施例を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図７】本発明になる方位測定方法の第２の実施例を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
１ ｘ軸加速度計
２ ｙ軸加速度計
３ ジャイロ
４ 方位角演算手段
５ ｘ・ｙ方向余弦演算部
６ ｚ方向余弦演算部
７ 鉛直軸回り角速度演算部
８ 積分器
９ 鉛直軸回り角速度修正演算部
Claims (6)
- 【請求項１】角速度検出手段、加速度検出手段ならびに
該角速度検出手段および加速度検出手段の相互位置を一
定に保持する手段を備えてなり、該保持手段に関し設定
される直交座標系における直交３軸をｘ軸、ｙ軸および
ｚ軸とそれぞれ称するとき、該保持手段が置かれた位置
における重力加速度Ｇの方向をｚ軸が概ね向くように設
定される方位計において、 前記角速度検出手段は、１個のジャイロでなり、ｚ軸回
りの角速度ωｚを検知するように前記保持手段に取り付
けられ、 前記加速度検出手段は、ｘ軸方向の加速度Ａｘを検知す
るように前記保持手段に取り付けられたｘ軸加速度計
と、ｙ軸方向の加速度Ａｙを検知するように前記保持手
段に取り付けられたｙ軸加速度計とでなり、 重力加速度Ｇの方向の軸をＺ軸と称し、ｚ軸がＺ軸から
傾いている角度をγとするとき、Ａｘ，Ａｙ及びＧに基
づきＺ軸に対するｚ軸の方向余弦cosγを求め、ωｚ及
びcosγに基づきＺ軸回りの回転角度を演算し、該回転
角度を方位角とする方位角演算手段を備えることを特徴
とする方位計。 - 【請求項２】前記方位角演算手段は、 ｘ軸及びｙ軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα及びβ
とするとき、前記方位角演算手段は、Ａｘ及びＧを用い
て、Ｚ軸に対するｘ軸の方向余弦cosαを算出し、Ａｙ
及びＧを用いて、Ｚ軸に対するｙ軸の方向余弦cosβを
算出するｘ・ｙ方向余弦演算部と、 cosα及びcosβを用いてcosγを算出するｚ方向余弦演
算部と、 cosγ及びωｚを用いてＺ軸回りの角速度を演算する鉛
直軸回り角速度演算部と、 前記Ｚ軸回りの角速度の時間積分により、前記Ｚ軸回り
の回転角度を演算する回転角度演算部とを備えて構成さ
れることを特徴とする請求項１に記載の方位計。 - 【請求項３】前記方位角演算手段は、 ｘ軸及びｙ軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα及びβ
とするとき、前記方位角演算手段は、Ａｘ及びＧを用い
て、Ｚ軸に対するｘ軸の方向余弦cosαを算出し、Ａｙ
及びＧを用いて、Ｚ軸に対するｙ軸の方向余弦cosβを
算出するｘ・ｙ方向余弦演算部と、 cosα及びcosβを用いてcosγを算出するｚ方向余弦演
算部と、 cosγ及びωｚを用いてＺ軸回りの角速度を演算すると
ともに、該Ｚ軸回り角速度から地球自転角速度ΩＥのＺ
軸成分ΩＶを除去し、修正したＺ軸回り角速度を演算す
る鉛直軸回り角速度修正演算部と、 前記修正したＺ軸回りの角速度の時間積分により、前記
Ｚ軸回りの回転角度を演算する回転角度演算部とを備え
て構成されることを特徴とする請求項１に記載の方位
計。 - 【請求項４】ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を直交３軸とすると
き、ｘ軸方向の加速度Ａｘを検知するｘ軸加速度計と、
ｙ軸方向の加速度Ａｙを検知するｙ軸加速度計と、ｚ軸
回りの角速度ωｚを検知するジャイロと、ｘ軸加速度計
およびｙ軸加速度計並びに該ジャイロの相互位置を一定
に保持する手段とを備えてなる方位計を用いて方位を測
定する方法において、 前記方位計が置かれた位置における重力加速度Ｇの方向
にｚ軸を概ね向けるように前記直交３軸の座標系を該方
位計に設定する第１の手順と、 ｘ軸加速度計、ｙ軸加速度計および前記ジャイロにＡ
ｘ,Ａｙ及びωｚをそれぞれ検出させる第２の手順と、 重力加速度Ｇの方向の軸をＺ軸と称し、ｘ軸、ｙ軸およ
びｚ軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα，β及びγと
するとき、ＡｘとＧとを用いて、Ｚ軸に対するｘ軸の方
向余弦cosαを求め、ＡｙとＧとを用いて、Ｚ軸に対す
るｙ軸の方向余弦cosβを求める第３の手順と、 cosα及びcosβを用いて、Ｚ軸に対するｚ軸の方向余弦
cosγを求める第４の手順とωｚ及びcosγを用いて、Ｚ
軸回りの角速度を求める第５の手順と、 前記Ｚ軸回りの角速度の時間積分により、前記方位角を
求める第６の手順とを含むことを特徴とする方位測定方
法。 - 【請求項５】ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を直交３軸とすると
き、ｘ軸方向の加速度Ａｘを検知するｘ軸加速度計と、
ｙ軸方向の加速度Ａｙを検知するｙ軸加速度計と、ｚ軸
回りの角速度ωｚを検知するジャイロと、ｘ軸加速度計
およびｙ軸加速度計並びに該ジャイロの相互位置を一定
に保持する手段とを備えてなる方位計を用い方位を測定
する方法において、 前記保持手段が置かれた位置における重力加速度Ｇの方
向にｚ軸を概ね向けるように前記直交３軸の座標系を前
記方位計に設定する第１の手順と、 ｘ軸加速度計、ｙ軸加速度計および前記ジャイロにＡ
ｘ,Ａｙ及びωｚをそれぞれ検出させる第２の手順と、 重力加速度Ｇの方向の軸をＺ軸と称し、ｘ軸、ｙ軸およ
びｚ軸がＺ軸に対しなす角度をそれぞれα，β及びγと
するとき、ＡｘとＧとを用いて、Ｚ軸に対するｘ軸の方
向余弦cosαを求め、ＡｙとＧとを用いて、Ｚ軸に対す
るｙ軸の方向余弦cosβを求める第３の手順と、 cosα及びcosβを用いて、Ｚ軸に対するｚ軸の方向余弦
cosγを求める第４の手順とωｚ及びcosγを用いて、Ｚ
軸回りの角速度を求め、該Ｚ軸回り角速度から地球自転
角速度ΩＥのＺ軸成分ΩＶを除去し、修正したＺ軸回り
角速度を演算する第５の手順と、 前記修正したＺ軸回りの角速度の時間積分により、前記
方位角を求める第６の手順とを含むことを特徴とする方
位測定方法。 - 【請求項６】請求項４又は５に記載の方位測定方法の運
用形態を方位角算出モードとし、所定の短時間内に行う
ジャイロの誤差推定モードと、数分間に亘って行う前記
方位角算出モードとを交互に繰返して行い、その都度該
ジャイロの誤差推定モードにおいて推定された誤差値を
方位角算出モードにおいて差し引くことにより、長時間
に亘る運用時における方位角変動誤差を抑制することを
特徴とする方位測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339191A JP2003139536A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 方位計および方位測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001339191A JP2003139536A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 方位計および方位測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003139536A true JP2003139536A (ja) | 2003-05-14 |
Family
ID=19153579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001339191A Pending JP2003139536A (ja) | 2001-11-05 | 2001-11-05 | 方位計および方位測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003139536A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005227026A (ja) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度補正装置 |
| WO2007148818A1 (ja) | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 姿勢角検出装置と姿勢角検出方法 |
| JP2008080956A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Yamaha Motor Co Ltd | 鞍乗型車両の姿勢検知装置、エンジン制御装置、及び鞍乗型車両 |
| US8577046B2 (en) | 2009-09-29 | 2013-11-05 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Apparatus for estimating sound source direction from correlation between spatial transfer functions of sound signals on separate channels |
| JP2016095310A (ja) * | 2015-12-04 | 2016-05-26 | リコーイメージング株式会社 | 方位測定方法及び方位測定装置 |
| WO2021068650A1 (zh) * | 2019-10-07 | 2021-04-15 | 佛吉亚歌乐电子(丰城)有限公司 | 基于gps惯性导航的车载指南针实现方法及系统 |
-
2001
- 2001-11-05 JP JP2001339191A patent/JP2003139536A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005227026A (ja) * | 2004-02-10 | 2005-08-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 角速度補正装置 |
| WO2007148818A1 (ja) | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 姿勢角検出装置と姿勢角検出方法 |
| US8200452B2 (en) | 2006-06-23 | 2012-06-12 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Attitude-angle detecting apparatus and attitude-angle detecting method |
| JP2008080956A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Yamaha Motor Co Ltd | 鞍乗型車両の姿勢検知装置、エンジン制御装置、及び鞍乗型車両 |
| US8577046B2 (en) | 2009-09-29 | 2013-11-05 | Oki Electric Industry Co., Ltd. | Apparatus for estimating sound source direction from correlation between spatial transfer functions of sound signals on separate channels |
| JP2016095310A (ja) * | 2015-12-04 | 2016-05-26 | リコーイメージング株式会社 | 方位測定方法及び方位測定装置 |
| WO2021068650A1 (zh) * | 2019-10-07 | 2021-04-15 | 佛吉亚歌乐电子(丰城)有限公司 | 基于gps惯性导航的车载指南针实现方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8249800B2 (en) | Method and apparatus to detect platform stationary status using three-axis accelerometer outputs | |
| US7463953B1 (en) | Method for determining a tilt angle of a vehicle | |
| KR100651549B1 (ko) | 이동체의 속력 측정 장치 및 방법 | |
| CN107655493B (zh) | 一种光纤陀螺sins六位置系统级标定方法 | |
| JP2004502951A (ja) | 座標測定マシン（ｃｍｍ）の振動に起因した座標測定誤差を補正する方法および装置 | |
| JP2008002992A (ja) | 姿勢角検出装置と姿勢角検出方法 | |
| CN103712622B (zh) | 基于惯性测量单元旋转的陀螺漂移估计补偿方法及装置 | |
| JPH09318382A (ja) | 姿勢角検出装置及び方法 | |
| TWI407102B (zh) | 三維空間運動感測方法 | |
| Carratù et al. | IMU self-alignment in suspensions control system | |
| JP2002090173A (ja) | 慣性航法システムとそのイニシャルアライメント方法 | |
| JP2003139536A (ja) | 方位計および方位測定方法 | |
| JP2015004593A (ja) | ナビゲーション装置 | |
| JP2001141507A (ja) | 慣性航法装置 | |
| CN115523919A (zh) | 一种基于陀螺漂移优化的九轴姿态解算方法 | |
| JPH11295335A (ja) | 移動体の位置検出装置 | |
| US9791277B2 (en) | Apparatus and method for measuring velocity of moving object in a navigation system | |
| JP2843904B2 (ja) | 車両用慣性航法装置 | |
| EP1206683B1 (en) | Integrated inertial/vms navigation system | |
| TWI392848B (zh) | 設置方位辨識方法及其導航裝置 | |
| CN113227714B (zh) | 用于表征惯性测量单元的方法 | |
| JP6632727B2 (ja) | 角度計測装置 | |
| CN111750846A (zh) | 一种船用罗经及其动态校准方法 | |
| KR102235229B1 (ko) | 지자기 센서와 태양각 센서를 이용한 탄 자세 측정 장치 | |
| JP3884742B2 (ja) | 方位計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040615 |