JP2006177909A - 慣性センサのバイアス測定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】運動中でも慣性センサのバイアスを測定できるバイアス測定方法を提供する。
【解決手段】固定ジャイロセンサ１０と、１８０度回転可能な可動ジャイロセンサ１２とを用い、まず両方のジャイロセンサ１０，１２を同じ方向に向けて角速度ω_１，ω_２を計測する。角速度ω_１，ω_２のバイアスｂ_ａｎ１，ｂ_ａｎ２及びノイズｎ_ａｎ１，ｎ_ａｎ２を用い、角速度ω_１，ω_２の差は次式で表される。
ω_１−ω_２＝（ｂ_ａｎ１−ｂ_ａｎ２）＋（ｎ_ａｎ１−ｎ_ａｎ２）
次に、可動ジャイロセンサ１２を反転させた後、再び両方のジャイロセンサ１０，１２で角速度ω_１，ω_２を計測する。角速度ω_１，ω_２の和は次式で表される。
ω_１＋ω_２＝（ｂ_ａｎ１＋ｂ_ａｎ２）＋（ｎ_ａｎ１＋ｎ_ａｎ２）
角速度ω_１，ω_２の差及び和を時間平均すると、ノイズの項は０に収束するので、上記２式よりバイアスｂ_ａｎ１，ｂ_ａｎ２を算出できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、慣性センサのバイアス測定方法及びその装置に関し、さらに詳しくは、角速度センサや加速度センサの出力に含まれるバイアスを測定する方法及びその装置に関する。

慣性センサは、車両、飛行機、船舶、潜水艦、ロボット、人間などの移動体に取り付けられ、その角速度や加速度を検知するための装置であり、最近では、小型でかつ廉価な慣性センサとして、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術で作成された振動子を内蔵した振動型ジャイロセンサが提供されている。

慣性センサは検知した角速度や加速度を出力するが、この出力には不可避的にバイアス（零点出力、オフセットともいう。）が含まれる。すなわち、移動体が静止していても、慣性センサの出力はゼロにならず、ある一定の値になる。このようなバイアスは主として慣性センサの特性に起因して生じるため、その値は慣性センサごとに異なっている。

したがって、慣性センサで角速度や加速度を検知する場合には、その出力からバイアスを取り除くバイアス補正を行う必要があるが、バイアスを測定するためには、移動体を停止させ、静止状態に保つ必要がある。

また、１つの慣性センサから出力されるバイアスであっても、その値は温度等の変化に応じて変動するため（バイアスドリフト）、検知される角速度や角速度を積分して得られる角度の誤差は、慣性センサを長時間使用するにつれて増加していく。したがって、常に正確な計測を行うためには、所定時間おきに移動体を停止させ、バイアスを測定する必要があるが、このような方法は現実的ではない。加えて、飛行機、船舶、潜水艦のように、航行中に停止させ、静止状態に保つことが不可能な移動体では、そのような方法は不可能である。

下記特許文献１〜３にはバイアス補正を行うジャイロセンサが開示されているが、いずれも移動体の静止中にバイアスを測定している。

下記特許文献４には、２つの光ジャイロセンサを用い、移動体を停止させることなくバイアス補正を行うシステムが開示されているが、移動中にどのようにしてバイアス補正を行うのか、その詳細は開示されていない。
特開２００３−６５７６７号公報 特開２００４−１６３４４３号公報 特開２００４−２１９２２８号公報 特開平８−２６１７６９号公報

本発明の目的は、静止中だけでなく運動中でも慣性センサのバイアスを測定することの可能なバイアス測定方法及びその装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明による慣性センサのバイアス測定方法は、第１の角速度センサを固定するステップと、第１の角速度センサを固定したまま、第２の角速度センサの軸方向が第１の角速度センサの軸方向と同一方向を向くように第２の角速度センサを配置して第１及び第２の角速度センサにより角速度を検知し、その検知された角速度の差を算出する差算出ステップと、第１の角速度センサを固定したまま、第２の角速度センサの軸方向が第１の角速度センサの軸方向と反対方向を向くように第２の加速度センサを配置して第１及び第２の角速度センサにより角速度を検知し、その検知された角速度の和を算出する和算出ステップと、算出された角速度の差と算出された角速度の和とに基づいて、第１の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアス及び／又は第２の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアスを算出するバイアス算出ステップとを含む。ここで、差算出ステップ及び和算出ステップは相互に順序が逆でもよい。また、両方のバイアスを算出してもよいが、一方のバイアスだけを算出してもよい。

このバイアス測定方法では、移動体に固定された第１の角速度センサにより移動体の角速度が検知されるとともに、第１の角速度センサと同一及び反対の２通りの方向で第２の角速度センサにより移動体の角速度が検知される。同一方向の場合、角速度の差が算出され、反対方向の場合、角速度の和が算出され、いずれの場合も、検知されるべき真の角速度は相殺される。よって、算出された角速度の差及び和に基づいて、第１の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアスと、第２の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアスとを算出することができる。その結果、移動体の静止中だけでなく運動中でも慣性センサのバイアスを測定することができる。

好ましくは、差算出ステップは、角速度の差を所定期間内に複数回算出する。和算出ステップは、角速度の和を所定期間内に複数回算出する。バイアス測定方法はさらに、算出された複数の差の平均値と算出された複数の和の平均値とを算出するステップを含む。バイアス算出ステップは、算出された差及び和の平均値に基づいてバイアスを算出する。

この場合、角速度の差の時間平均値と角速度の和の時間平均値とが算出されるので、検知される角速度にノイズが含まれていても、そのノイズは相殺される。その結果、より正確にバイアスを測定することができる。

本発明によるもう１つバイアス測定方法は、第１の加速度センサを固定するステップと、第１の加速度センサを固定したまま、第２の加速度センサの軸方向が第１の加速度センサの軸方向と同一方向を向くように第２の加速度センサを配置して第１及び第２の加速度センサにより加速度を検知し、その検知された加速度の差を算出する差算出ステップと、第１の加速度センサを固定したまま、第２の加速度センサの軸方向が第１の加速度センサの軸方向と反対方向を向くように第２の加速度センサを配置して第１及び第２の加速度センサにより加速度を検知し、その検知された加速度の和を算出する和算出ステップと、算出された加速度の差と算出された加速度の和とに基づいて、第１の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアス及び／又は第２の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアスを算出するバイアス算出ステップとを含む。ここで、差算出ステップ及び和算出ステップは相互に順序が逆でもよい。また、両方のバイアスを算出してもよいが、一方のバイアスだけを算出してもよい。

このバイアス測定方法では、移動体に固定された第１の加速度センサにより移動体の加速度が検知されるとともに、第１の加速度センサと同一及び反対の２通りの方向で第２の加速度センサにより移動体の加速度が検知される。同一方向の場合、加速度の差が算出され、反対方向の場合、加速度の和が算出され、いずれの場合も、検知されるべき真の加速度は相殺される。よって、算出された加速度の差及び和に基づいて、第１の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアスと、第２の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアスとを算出することができる。その結果、移動体の静止中だけでなく運動中でも慣性センサのバイアスを測定することができる。

好ましくは、差算出ステップは、加速度の差を所定期間内に複数回算出する。和算出ステップは、加速度の和を所定期間内に複数回算出する。バイアス測定方法はさらに、算出された複数の差の平均値と算出された複数の和の平均値とを算出するステップを含む。バイアス算出ステップは、算出された差及び和の平均値に基づいてバイアスを算出する。

この場合、加速度の差の時間平均値と加速度の和の時間平均値とが算出されるので、検知される加速度にノイズが含まれていても、そのノイズは相殺される。その結果、より正確にバイアスを測定することができる。

本発明による慣性センサのバイアス測定装置は、第１の角速度センサと、第２の角速度センサと、駆動手段と、差算出手段と、和算出手段と、バイアス算出手段とを備える。第１の角速度センサは、移動体に固定される。第２の角速度センサは、移動体に反転可能に取り付けられる。駆動手段は、第２の角速度センサの軸方向が第１の角速度センサの軸方向と同一又は反対方向を向くように第２の角速度センサを反転させる。差算出手段は、第１の角速度センサにより検知された角速度と第２の角速度センサにより検知された角速度との差を算出する。和算出手段は、第１の角速度センサにより検知された角速度と第２の角速度センサにより検知された角速度との和を算出する。バイアス算出手段は、差算出手段により算出された角速度の差と和算出手段により算出された角速度の和とに基づいて、第１の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアス及び／又は第２の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアスを算出する。ここで、両方のバイアスを算出してもよいが、一方のバイアスだけを算出してもよい。

このバイアス測定装置では、移動体に固定された第１の角速度センサにより移動体の角速度が検知されるとともに、第１の角速度センサと同一及び反対の２通りの方向で第２の角速度センサにより移動体の角速度が検知される。同一方向の場合、角速度の差が算出され、反対方向の場合、角速度の和が算出され、いずれの場合も、検知されるべき真の角速度は相殺される。よって、算出された角速度の差及び和に基づいて、第１の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアスと、第２の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアスとを算出することができる。その結果、移動体の静止中だけでなく運動中でも慣性センサのバイアスを測定することができる。

好ましくは、差算出手段は、角速度の差を所定期間内に複数回算出する。和算出手段は、角速度の和を所定期間内に複数回算出する。バイアス測定装置はさらに、時間平均値算出手段を含む。時間平均値算出手段は、差算出手段により算出された複数の差の平均値と和算出手段により算出された複数の和の平均値とを算出する。バイアス算出手段は、時間平均値算出手段により算出された差及び和の平均値に基づいてバイアスを算出する。

この場合、角速度の差の時間平均値と角速度の和の時間平均値とが算出されるので、検知される角速度にノイズが含まれていても、そのノイズは相殺される。その結果、より正確にバイアスを測定することができる。

本発明によるもう１つのバイアス測定装置は、第１の加速度センサと、第２の加速度センサと、駆動手段と、差算出手段と、和算出手段と、バイアス算出手段とを備える。第１の加速度センサは、移動体に固定される。第２の加速度センサは、移動体に反転可能に取り付けられる。駆動手段は、第２の加速度センサの軸方向が第１の加速度センサの軸方向と同一又は反対方向を向くように第２の加速度センサを反転させる。差算出手段は、第１の加速度センサにより検知された加速度と第２の加速度センサにより検知された加速度との差を算出する。和算出手段は、第１の加速度センサにより検知された加速度と第２の加速度センサにより検知された加速度との和を算出する。バイアス算出手段は、差算出手段により算出された加速度の差と和算出手段により算出された加速度の和とに基づいて、第１の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアス及び／又は第２の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアスを算出する。

このバイアス測定装置では、移動体に固定された第１の加速度センサにより移動体の加速度が検知されるとともに、第１の加速度センサと同一及び反対の２通りの方向で第２の加速度センサにより移動体の加速度が検知される。同一方向の場合、加速度の差が算出され、反対方向の場合、加速度の和が算出され、いずれの場合も、検知されるべき真の加速度は相殺される。よって、算出された加速度の差及び和に基づいて、第１の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアスと、第２の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアスとを算出することができる。その結果、移動体の静止中だけでなく運動中でも慣性センサのバイアスを測定することができる。

好ましくは、差算出手段は、加速度の差を所定期間内に複数回算出する。和算出手段は、加速度の和を所定期間内に複数回算出する。バイアス測定装置はさらに、時間平均値算出手段を含る。時間平均値算出手段は、差算出手段により算出された複数の差の平均値と和算出手段により算出された複数の和の平均値とを算出する。バイアス算出手段は、時間平均値算出手段により算出された差及び和の平均値に基づいてバイアスを算出する。

この場合、加速度の差の時間平均値と加速度の和の時間平均値とが算出されるので、検知される加速度にノイズが含まれていても、そのノイズは相殺される。その結果、より正確にバイアスを測定することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［バイアス測定原理］
最初に、本発明によるバイアス測定方法の原理を参照して説明する。

図１を参照して、本発明によるバイアス測定方法では、固定ジャイロセンサ１０と、可動ジャイロセンサ１２とを用いる。ジャイロセンサ１０，１２としては、たとえばＭＥＭＳ技術で作成された振動子を内蔵した振動型ジャイロセンサを用いる。固定ジャイロセンサ１０は、角速度ω_１を計測しようとする移動体（図示せず）に固定され、検知軸Ｘ_１周りの角速度ω_１を検知する角速度センサを含む。可動ジャイロセンサ１２は、移動体に回動自在に取り付けられ、検知軸Ｘ_２周りの角速度ω_２を検知する角速度センサを含む。可動ジャイロセンサ１２は、検知軸Ｘ_２と垂直な回動軸Ｒ周りに１８０度回動可能である。

図２を参照して、通常計測期間においては、固定ジャイロセンサ１０及び可動ジャイロセンサ１２の両方で通常通り移動体の角速度を計測するが、ここでは特に、通常計測期間の間に定期的又は不定期的に一定のバイアス測定期間を設ける。

バイアス測定期間においては、まず最初の所定期間Ｔの間、固定ジャイロセンサ１０及び可動ジャイロセンサ１２の向きをその直前の通常測定期間における向きと同じに維持し、これらにより角速度ω_１，ω_２を計測する。

所定期間Ｔの経過後、可動ジャイロセンサ１２を回動軸Ｒ周りに１８０度回転させ、検知軸Ｘ_２の方向を反転させる。固定ジャイロセンサ１０は固定されているので、この間、固定ジャイロセンサ１０単独で角速度ω_１を計測する。

可動ジャイロセンサ１２の反転後、通常測定期間に戻る前の所定期間Ｔの間、固定ジャイロセンサ１０及び可動ジャイロセンサ１２により角速度ω_１，ω_２を計測する。

最初の所定期間Ｔにおいて、固定ジャイロセンサ１０により計測される角速度ω_１は次の式（１）で、可動ジャイロセンサ１２により計測される角速度ω_２は次の式（２）で表される。
ω_１＝ω_true＋ｂ_ａｎ１＋ｎ_ａｎ１ （１）
ω_２＝ω_true＋ｂ_ａｎ２＋ｎ_ａｎ２ （２）

ここで、ω_trueは計測されるべき真の角速度であり、ｂ_ａｎ１は角速度ω_１に含まれるバイアスであり、ｎ_ａｎ１は角速度ω_１に含まれるノイズであり、ｂ_ａｎ２は角速度ω_２に含まれるバイアスであり、ｎ_ａｎ２は角速度ω_２に含まれるノイズである。

式（１）及び（２）より、角速度ω_１と角速度ω_２との差は次の式（３）で表される。
ω_１−ω_２＝（ｂ_ａｎ１−ｂ_ａｎ２）＋（ｎ_ａｎ１−ｎ_ａｎ２） （３）

所定時間Ｔの間に角速度ω_１及びω_２を複数回計測し、それらの差を平均すると、（ｎ_ａｎ１−ｎ_ａｎ２）＝０に収束する。よって、差の時間平均値は次の式（４）で表される。

一方、最後の所定期間において、固定ジャイロセンサ１０により計測される角速度ω_１は次の式（５）で、可動ジャイロセンサ１２により計測される角速度ω_２は次の式（６）で表される。
ω_１＝ω_true＋ｂ_ａｎ１＋ｎ_ａｎ１ （５）
ω_２＝−ω_true＋ｂ_ａｎ２＋ｎ_ａｎ２ （６）

式（５）及び（６）より、角速度ω_１と角速度ω_２との和は次の式（７）で表される。
ω_１＋ω_２＝（ｂ_ａｎ１＋ｂ_ａｎ２）＋（ｎ_ａｎ１＋ｎ_ａｎ２） （７）

上記と同様に、所定時間Ｔの間に角速度ω_１及びω_２を複数回計測し、それらの差を平均すると、（ｎ_ａｎ１＋ｎ_ａｎ２）＝０に収束する。よって、和の時間平均値は次の式（８）で表される。

式（４）及び（８）より、角速度ω_１及びω_２に含まれるバイアスｂ_ａｎ１及びｂ_ａｎ２はそれぞれ次の式（９）及び（１０）で表される。

以上、角速度のバイアスｂ_ａｎ１及びｂ_ａｎ２を測定する方法を説明したが、加速度のバイアスも同様に測定することができる。この場合、固定ジャイロセンサ１０は、検知軸Ｘ_１方向の加速度α_１を検知する加速度センサを含み、可動ジャイロセンサ１２は、検知軸Ｘ_２方向の加速度α_２を検知する加速度センサを含む。

最初の所定期間Ｔにおいて、固定ジャイロセンサ１０により計測される加速度α_１は次の式（１１）で、可動ジャイロセンサ１２により計測される加速度α_２は次の式（１２）で表される。
α_１＝α_true＋ｂ_ａｃ１＋ｎ_ａｃ１ （１１）
α_２＝α_true＋ｂ_ａｃ２＋ｎ_ａｃ２ （１２）

ここで、α_trueは計測されるべき真の加速度であり、ｂ_ａｃ１は加速度α_１に含まれるバイアスであり、ｎ_ａｃ１は加速度α_１に含まれるノイズであり、ｂ_ａｃ２は加速度α_２に含まれるバイアスであり、ｎ_ａｃ２は加速度α_２に含まれるノイズである。

式（１１）及び（１２）より、加速度α_１と加速度α_２との差は次の式（１３）で表される。
α_１−α_２＝（ｂ_ａｃ１−ｂ_ａｃ２）＋（ｎ_ａｃ１−ｎ_ａｃ２） （１３）

所定時間Ｔの間に加速度α_１及びα_２を複数回計測し、それらの差を平均すると、（ｎ_ａｃ１−ｎ_ａｃ２）＝０に収束する。よって、差の時間平均値は次の式（１４）で表される。

一方、最後の所定期間Ｔにおいて、固定ジャイロセンサ１０により計測される加速度α_１は次の式（１５）で、可動ジャイロセンサ１２により計測される加速度α_２は次の式（１６）で表される。
α_１＝α_true＋ｂ_ａｃ１＋ｎ_ａｃ１ （１５）
α_２＝−α_true＋ｂ_ａｃ２＋ｎ_ａｃ２ （１６）

式（１５）及び（１６）より、加速度α_１と加速度α_２との和は次の式（１７）で表される。
α_１＋α_２＝（ｂ_ａｃ１＋ｂ_ａｃ２）＋（ｎ_ａｃ１＋ｎ_ａｃ２） （１７）

上記と同様に、所定時間Ｔの間に加速度α_１及びα_２を複数回計測し、それらの差を平均すると、（ｎ_ａｃ１＋ｎ_ａｃ２）＝０に収束する。よって、和の時間平均値は次の式（１８）で表される。

式（１４）及び（１８）より、加速度α_１及びα_２に含まれるバイアスｂ_ａｃ１及びｂ_ａｃ２はそれぞれ次の式（１９）及び（２０）で表される。

［本発明の実施の形態］
次に、本発明の実施の形態によるバイアス測定装置を説明する。

図３を参照して、このバイアス測定装置は、センサ本体１４と、コンピュータ２０とを備える。センサ本体１４は、筐体１６と、筐体１６の一方側面上に動かないように取り付けられた固定ジャイロセンサ１０と、筐体１６の他方側面上に回動自在に取り付けられた可動ジャイロセンサ１２と、筐体１６内に取り付けられ、可動ジャイロセンサ１２を回動軸Ｒ周りに１８０度回動させるモータ１８とを備える。センサ本体１４は、角速度や加速度を計測しようとする移動体（図示せず）に装着される。

固定ジャイロセンサ１０は、検知軸Ｘ_１周りの角速度ω_１を検知する角速度センサと、検知軸Ｘ_１方向の加速度α_１を検知する加速度センサとを含む。可動ジャイロセンサ１２は、検知軸Ｘ_２周りの角速度ω_２を検知する角速度センサと、検知軸Ｘ_１方向の加速度α_２を検知する加速度センサとを含む。

コンピュータ２０は、計測部２２と、メモリ２４と、差算出部２６と、和算出部２８と、時間平均値算出部３０と、バイアス算出部３２と、モータドライバ３４とを備える。ここで、計測部２２、差算出部２６、和算出部２８、時間平均値算出部３０、及びバイアス算出部３２は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）により実現される。

計測部２２は、センサ本体１４で検知された角速度ω_１及びω_２と加速度α_１及びα_２とを所定時間（たとえば１〜１０ミリ秒）ごとに計測し、メモリ２４に順次保存する。

差算出部２６は、所定時間Ｔ内に、角速度ω_１及びω_２の差（ω_１−ω_２）と、加速度α_１及びα_２の差（α_１−α_２）とをそれぞれＮ回ずつ算出する。これにより、角速度ω_１及びω_２の差（ω_１−ω_２）に関するＮ個のデータと、加速度α_１及びα_２の差（α_１−α_２）に関するＮ個のデータとが得られる。

和算出部２８は、所定時間Ｔ内に、角速度ω_１及びω_２の和（ω_１＋ω_２）と、加速度α_１及びα_２の和（α_１＋α_２）とをそれぞれＮ回ずつ算出する。これにより、角速度ω_１及びω_２の和（ω_１＋ω_２）に関するＮ個のデータと、加速度α_１及びα_２の和（α_１＋α_２）に関するＮ個のデータとが得られる。

時間平均値算出部３０は、角速度ω_１及びω_２の差（ω_１−ω_２）に関するＮ個のデータの平均値と、加速度α_１及びα_２の差（α_１−α_２）に関するＮ個のデータの平均値と、角速度ω_１及びω_２の和（ω_１＋ω_２）に関するＮ個のデータの平均値と、加速度α_１及びα_２の和（α_１＋α_２）に関するＮ個のデータの平均値とを算出する。

バイアス算出部３２は、前述した式（９）により、固定ジャイロセンサ１０により検知される角速度ω_１に含まれるバイアスｂ_ａｎ１を算出するとともに、前述した式（１０）により、可動ジャイロセンサ１２により検知される角速度ω_２に含まれるバイアスｂ_ａｎ２を算出する。バイアス算出部３２はまた、前述した式（１９）により、固定ジャイロセンサ１０により検知される加速度α_１に含まれるバイアスｂ_ａｃ１を算出するとともに、前述した式（２０）により、可動ジャイロセンサ１２により検知される加速度α_２に含まれるバイアスｂ_ａｃ２を算出する。

モータドライバ３４は、所定の指令に従ってモータ１８を駆動し、可動ジャイロセンサ１２を回動軸Ｒ周りに１８０度回転させる。これにより、可動ジャイロセンサ１２の検知軸Ｘ_２の方向は反転される。

次に、このバイアス測定装置を用いてバイアスを測定する方法を説明する。

まずセンサ本体１４を移動体に固定する。これにより固定ジャイロセンサ１０及び可動ジャイロセンサ１２が移動体に固定され、図２に示した通常計測期間においては、移動体の角速度及び加速度が計測される。

通常計測期間の経過後、バイアス測定期間に入ると、コンピュータ２０は図４に示した手順に従ってバイアス補正処理を実行する。

まず変数Ｉを「０」に初期化する（Ｓ１）。変数Ｉは、図２に示したバイアス測定期間における所定期間の前後、つまり可動ジャイロセンサ１２の反転の前後を区別するためのものである。

可動ジャイロセンサ１２の検知軸Ｘ_２方向が固定ジャイロセンサ１０の検知軸Ｘ_１方向と同一方向を向いている場合（Ｓ２でＹＥＳ）、差算出部２６は、角速度の差（ω_１−ω_２）と、加速度の差（α_１−α_２）とを算出する（Ｓ３）。ここで、差算出部２６は、所定期間Ｔ内で、角速度の差（ω_１−ω_２）をＮ回繰り返し算出し、角速度の差（ω_１−ω_２）に関するＮ個のデータを得るとともに、加速度の差（α_１−α_２）をＮ回繰り返し算出し、加速度の差（α_１−α_２）に関するＮ個のデータを得る（Ｓ３）。

続いて、時間平均値算出部３０は、角速度の差（ω_１−ω_２）に関するＮ個のデータに基づいて角速度の差（ω_１−ω_２）の平均値を算出するとともに、加速度の差（α_１−α_２）に関するＮ個のデータに基づいて加速度の差（α_１−α_２）の平均値を算出する（Ｓ４）。

一方、可動ジャイロセンサ１２の検知軸Ｘ_２方向が固定ジャイロセンサ１０の検知軸Ｘ_１方向と同一方向を向いていない場合（Ｓ２でＮＯ）、和算出部２８は、角速度の和（ω_１＋ω_２）と、加速度の和（α_１＋α_２）とを算出する（Ｓ５）。ここで、和算出部２８は、所定期間Ｔ内で、角速度の和（ω_１＋ω_２）をＮ回繰り返し算出し、角速度の和（ω_１＋ω_２）に関するＮ個のデータを得るとともに、加速度の和（α_１＋α_２）をＮ回繰り返し算出し、加速度の和（α_１＋α_２）に関するＮ個のデータを得る（Ｓ６）。

続いて、時間平均値算出部３０は、角速度の和（ω_１＋ω_２）に関するＮ個のデータに基づいて角速度の和（ω_１＋ω_２）の平均値を算出するとともに、加速度の和（α_１＋α_２）に関するＮ個のデータに基づいて加速度の和（α_１＋α_２）の平均値を算出する（Ｓ６）。

次に、変数Ｉを「１」増加させ、変数Ｉが「２」に達していない場合、つまりＩ＝１の場合（Ｓ８でＮＯ）、モータドライバ３４はモータ１８を駆動し、可動ジャイロセンサ１２を回動軸Ｒ周りに１８０度回転させる。これにより、可動ジャイロセンサ１２の検知軸Ｘ_２の方向が反転する。その後、ステップＳ２に戻る。

一方、変数Ｉが「２」に達した場合（Ｓ８でＹＥＳ）、バイアス算出部３２は、角速度ω_１に含まれるバイアスｂ_ａｎ１を算出するとともに、角速度ω_２に含まれるバイアスｂ_ａｎ２を算出する（Ｓ１０）。バイアス算出部３２はまた、加速度α_１に含まれるバイアスｂ_ａｃ１を算出するとともに、加速度α_２に含まれるバイアスｂ_ａｃ２を算出する（Ｓ１０）。以上により、バイアス補正処理は終了する。

以上のように、本発明の実施の形態によれば、固定ジャイロセンサ１０により移動体の角速度ω_１，ω_２及び加速度α_１，α_２が検知されるとともに、固定ジャイロセンサ１０と同一及び反対の２通りの方向で可動ジャイロセンサ１２により移動体の角速度ω_１，ω_２及び加速度α_１，α_２が検知される。同一方向の場合、角速度の差（ω_１−ω_２）及び加速度の差（α_１−α_２）が算出され、反対方向の場合、角速度の和（ω_１＋ω_２）及び加速度の和（α_１＋α_２）が算出され、いずれの場合も、真の角速度ω_true及び真の加速度α_trueは相殺される。よって、算出された角速度の差及び和に基づいて角速度に含まれるバイアスｂ_ａｎ１，ｂ_ａｎ２を算出し、かつ算出された加速度の差及び和に基づいて加速度に含まれるバイアスｂ_ａｃ１，ｂ_ａｃ２を算出することができる。その結果、移動体の静止中だけでなく運動中でも、これらのバイアスｂ_ａｎ１，ｂ_ａｎ２，ｂ_ａｃ１，ｂ_ａｃ２を測定することができる。

加えて、角速度の差（ω_１−ω_２）の時間平均値と、角速度の和（ω_１＋ω_２）の時間平均値とが算出されるので、検知される角速度ω_１，ω_２にノイズが含まれていても、そのノイズは相殺される。同様に、加速度の差（α_１−α_２）の時間平均値と、加速度の和（α_１＋α_２）の時間平均値とが算出されるので、検知される加速度にノイズが含まれていても、そのノイズは相殺される。その結果、より正確にバイアスｂ_ａｎ１，ｂ_ａｎ２，ｂ_ａｃ１，ｂ_ａｃ２を測定することができる。

また、バイアス測定期間中も固定ジャイロセンサ１０により角速度ω_１及び加速度α_１を検知しているので、移動体の角速度及び加速度の計測を途切れることなく継続して行うことができる。

また、通常計測期間からバイアス測定期間に入るときに可動ジャイロセンサ１２を反転させていないので、バイアス測定期間に入ると直ちにバイアス測定処理を開始することができる。また、バイアス測定期間から通常計測期間に戻るときにも可動ジャイロセンサ１２を反転させていないので、通常計測期間に戻ると直ちに通常の計測処理を再開することができる。

上述したバイアス測定は所定時間（たとえば１時間、１日など）ごとに実施するのが好ましい。また、バイアス測定は定期的に実施するだけでなく、バイアスの和又は差が所定値よりも大きくなったときに実施してもよい。この場合、バイアスドリフトは所定範囲内に抑えられる。

図２では、通常計測期間で固定ジャイロセンサ１０及び可動ジャイロセンサ１２の検知軸が同じ方向を向いているときに、通常計測期間からバイアス測定期間に入る場合を例示したが、通常計測期間で固定ジャイロセンサ１０及び可動ジャイロセンサ１２の検知軸が反対の方向を向いているときに、通常計測期間からバイアス測定期間に入るという逆の場合もある。この場合、前の所定期間Ｔでは固定ジャイロセンサ１０及び可動ジャイロセンサ１２の検知軸は反対の方向を向いているが、後の前の所定期間Ｔでは固定ジャイロセンサ１０及び可動ジャイロセンサ１２の検知軸は同じ方向に向けられる。

また、上術したジャイロセンサ１０，１２は角速度及び加速度の両方を検知しているが、少なくとも一方を検知するセンサを用いてもよい。また、上述した可動ジャイロセンサ１２はモータ１８で自動的に回転されているが、手動で反転させてもよい。

さらに、上術したセンサ本体１４は検知軸を１つしか持っていないが、３軸、４軸、６軸でもよいなど、検知軸の数は特に制限されない。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

本発明によるバイアス測定方法及びその装置は、角速度センサ又は加速度センサの出力に含まれるバイアスの測定に利用可能である。

本発明の実施の形態で使用される固定及び可動ジャイロセンサの配置を示す斜視図である。 図１に示した実施の形態によるバイアス測定方法を示すシーケンス図である。 本発明の実施の形態によるバイアス測定装置を示す機能ブロック図である。 図３に示したバイアス測定装置の動作を示すフロー図である。

符号の説明

１０ 固定ジャイロセンサ
１２ 可動ジャイロセンサ
１８ モータ
２２ 計測部
２６ 差算出部
２８ 和算出部
３０ 時間平均値算出部
３２ バイアス算出部
３４ モータドライバ
α_１，α_２ 加速度
ω_１，ω_２ 角速度
ｂ_ａｎ１，ｂ_ａｎ２，ｂ_ａｃ１，ｂ_ａｃ２ バイアス
Ｘ_１，Ｘ_２ 検知軸
Ｒ 回動軸

Claims (8)

1. 第１の角速度センサを固定するステップと、
   前記第１の角速度センサを固定したまま、第２の角速度センサの軸方向が前記第１の角速度センサの軸方向と同一方向を向くように前記第２の角速度センサを配置して前記第１及び第２の角速度センサにより角速度を検知し、その検知された角速度の差を算出する差算出ステップと、
   前記第１の角速度センサを固定したまま、前記第２の角速度センサの軸方向が前記第１の角速度センサの軸方向と反対方向を向くように前記第２の加速度センサを配置して前記第１及び第２の角速度センサにより角速度を検知し、その検知された角速度の和を算出する和算出ステップと、
   前記算出された角速度の差と前記算出された角速度の和とに基づいて、前記第１の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアス及び／又は前記第２の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアスを算出するバイアス算出ステップとを含むことを特徴とする慣性センサのバイアス測定方法。
2. 請求項１に記載の慣性センサのバイアス測定方法であって、
   前記差算出ステップは、前記角速度の差を所定期間内に複数回算出し、
   前記和算出ステップは、前記角速度の和を所定期間内に複数回算出し、
   前記バイアス測定方法はさらに、
   前記算出された複数の差の平均値と前記算出された複数の和の平均値とを算出するステップを含み、
   前記バイアス算出ステップは、前記算出された差及び和の平均値に基づいて前記バイアスを算出する、ことを特徴とする慣性センサのバイアス測定方法。
3. 第１の加速度センサを固定するステップと、
   前記第１の加速度センサを固定したまま、第２の加速度センサの軸方向が前記第１の加速度センサの軸方向と同一方向を向くように前記第２の加速度センサを配置して前記第１及び第２の加速度センサにより加速度を検知し、その検知された加速度の差を算出する差算出ステップと、
   前記第１の加速度センサを固定したまま、前記第２の加速度センサの軸方向が前記第１の加速度センサの軸方向と反対方向を向くように前記第２の加速度センサを配置して前記第１及び第２の加速度センサにより加速度を検知し、その検知された加速度の和を算出する和算出ステップと、
   前記算出された加速度の差と前記算出された加速度の和とに基づいて、前記第１の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアス及び／又は前記第２の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアスを算出するバイアス算出ステップとを含むことを特徴とする慣性センサのバイアス測定方法。
4. 請求項３に記載の慣性センサのバイアス測定方法であって、
   前記差算出ステップは、前記加速度の差を所定期間内に複数回算出し、
   前記和算出ステップは、前記加速度の和を所定期間内に複数回算出し、
   前記バイアス測定方法はさらに、
   前記算出された複数の差の平均値と前記算出された複数の和の平均値とを算出するステップを含み、
   前記バイアス算出ステップは、前記算出された差及び和の平均値に基づいて前記バイアスを算出する、ことを特徴とする慣性センサのバイアス測定方法。
5. 移動体に固定される第１の角速度センサと、
   前記移動体に反転可能に取り付けられる第２の角速度センサと、
   前記第２の角速度センサの軸方向が前記第１の角速度センサの軸方向と同一又は反対方向を向くように前記第２の角速度センサを反転させる駆動手段と、
   前記第１の角速度センサにより検知された角速度と前記第２の角速度センサにより検知された角速度との差を算出する差算出手段と、
   前記第１の角速度センサにより検知された角速度と前記第２の角速度センサにより検知された角速度との和を算出する和算出手段と、
   前記差算出手段により算出された角速度の差と前記和算出手段により算出された角速度の和とに基づいて、前記第１の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアス及び／又は前記第２の角速度センサにより検知される角速度に含まれるバイアスを算出するバイアス算出手段とを備えたことを特徴とする慣性センサのバイアス測定装置。
6. 請求項５に記載の慣性センサのバイアス測定装置であって、
   前記差算出手段は、前記角速度の差を所定期間内に複数回算出し、
   前記和算出手段は、前記角速度の和を所定期間内に複数回算出し、
   前記バイアス測定装置はさらに、
   前記差算出手段により算出された複数の差の平均値と前記和算出手段により算出された複数の和の平均値とを算出する時間平均値算出手段を含み、
   前記バイアス算出手段は、前記時間平均値算出手段により算出された差及び和の平均値に基づいて前記バイアスを算出する、ことを特徴とする慣性センサのバイアス測定装置。
7. 移動体に固定される第１の加速度センサと、
   前記移動体に反転可能に取り付けられる第２の加速度センサと、
   前記第２の加速度センサの軸方向が前記第１の加速度センサの軸方向と同一又は反対方向を向くように前記第２の加速度センサを反転させる駆動手段と、
   前記第１の加速度センサにより検知された加速度と前記第２の加速度センサにより検知された加速度との差を算出する差算出手段と、
   前記第１の加速度センサにより検知された加速度と前記第２の加速度センサにより検知された加速度との和を算出する和算出手段と、
   前記差算出手段により算出された加速度の差と前記和算出手段により算出された加速度の和とに基づいて、前記第１の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアス及び／又は前記第２の加速度センサにより検知される加速度に含まれるバイアスを算出するバイアス算出手段とを備えたことを特徴とする慣性センサのバイアス測定装置。
8. 請求項７に記載の慣性センサのバイアス測定装置であって、
   前記差算出手段は、前記加速度の差を所定期間内に複数回算出し、
   前記和算出手段は、前記加速度の和を所定期間内に複数回算出し、
   前記バイアス測定装置はさらに、
   前記差算出手段により算出された複数の差の平均値と前記和算出手段により算出された複数の和の平均値とを算出する時間平均値算出手段を含み、
   前記バイアス算出手段は、前記時間平均値算出手段により算出された差及び和の平均値に基づいて前記バイアスを算出する、ことを特徴とする慣性センサのバイアス測定装置。
   

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