JP2010066254A - 自己較正型ジャイロスコープ・システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】相互に非平行配列の検知軸130a〜130dを有する複数のジャイロスコープ110a〜110dを用いる。ジャイロスコープの数は、ナビゲーションに必要な軸の数よりも少なくとも1つ多い。プロセッサが、モード逆転技法を用いて、選択したジャイロスコープについてのバイアス誤差の推定値を得、ランダム閉ループ倍率技法を用いて、選択したジャイロスコープについて倍率誤差の推定値を得る。モード逆転技法では、各ジャイロスコープは較正のために一時的にオフラインとし、その後通常動作に戻す。少なくとも1つの冗長なジャイロスコープが設けられているので、選択したジャイロスコープがオフラインになっているとき、残りの動作中のジャイロスコープからの速度情報を用いれば、オフラインのジャイロスコープの軸を中心とする基準速度を導き出すことができる。
【選択図】図2
Description
本発明の実施態様例の特徴は、説明、特許請求の範囲、及び添付図面から明らかとなるであろう。
ボックス210は、補償済み出力信号260a〜260cを変換ユニット224に供給する、残りのジャイロスコープ110a〜110cを備えている。補償及び変換ユニット224は、他のジャイロスコープからの速度情報を用いて、制御対象のジャイロスコープ110dの軸を中心とした角回転速度を表す速度基準信号226を生成する。ジャイロスコープ110dが動作している場合(即ち、較正のためにオフラインになっていたり、故障のため稼動していないのではない)、ジャイロスコープ110dからの速度推定値は補償及び変換ユニット224が提供する、そのジャイロスコープについての速度基準情報と密接に一致するはずである。更に、ボックス210は「実慣性速度」(actual inertial rate)と称する項目222も示している。厳密に言うと、これは信号ではなく、ジャイロスコープ110a〜110dの各々が体験する実際の物理的慣性/角速度であり、ジャイロスコープ110a〜110dの出力に影響を及ぼす「入力」の中に含まれる。ジャイロスコープ110dも慣性/角速度を受けるので、速度222はジャイロスコープ110dのモデル218への入力としても示されている。「他の」ジャイロスコープ226からの速度基準信号は、モード逆転ユニット214に供給される。
ステップ318において、ランダム閉ループ倍率技法を適用して、倍率推定を更に改良する。更新した倍率及びバイアス係数をジャイロスコープ補償アルゴリズムに転送することによって、改良した倍率及びバイアスをシステム・プロセッサのジャイロスコープ補償モデルの中に組み入れる。ステップ316の活動は、例えば、図7のモード逆転ユニット214、ランダム閉ループ倍率(RCSLF)誤差決定ユニット220、及び制御システム200の付属エレメントの内の1つ以上によって実行することができる。
ここに記載するステップ又は動作は、一例に過ぎない。本発明の主旨から逸脱せずに、これらのステップ又は動作には多くの変形がある。例えば、ステップを異なる順序で実行してもよく、あるいはステップを追加、削除、又は修正してもよい。
この方法は、図1〜図7の装置と共に用いるとよいが、本発明の主旨から逸脱することなく他の装置や他のジャイロスコープ・システムと共に用いることもできることは、当業者には認められるであろう。したがって、主要なステップの一部は、図1〜図7の特定的な装置を拠り所としなくてもよい、一般化した形態で提案する。尚、ある種のステップ及びサブステップの説明においては、このようなステップは図1〜図7の装置の具体的なエレメントによって実行するとよいこととする。ステップ及び装置の連携は、限定ではなく一例として行われ、これらのステップは別の装置によっても実行可能であることは言うまでもない。更に、任意のサブステップを省略することや、主要ステップの機能を実現又は具体化する別の具体的な方法ステップで置換してもよい。別々のステップについて述べるが、実施形態によっては、そのステップにおいて定められる機能は連続プロセスとして実行してもよいことは、当業者には言うまでもないであろう。
ステップ364において、選択したジャイロスコープを第2モードBで動作させる。第2モードBでは、最大振動振幅を第2軸に沿って整列し、ジャイロスコープ速度無効制御エネルギを第1軸に沿って供給する。
ステップ366において、選択したジャイロスコープからのモードB速度測定値、及びその他の動作中のジャイロスコープから得られた、選択したジャイロスコープ軸についての基準速度を記録する。
ステップ368において、モードA測定値及びモードB測定値を用いて、バイアス誤差の推定値を決定する。ステップ360〜368の活動は、例えば、図7のモード逆転ユニット214によって、そして制御システム200の別の付属エレメントによって実行することができる。
本明細書において記載した実施形態は一例である。つまり、実施形態は、具体的な技術に関して説明したが、本発明の主旨を踏まえつつ、システムを実現するために別の同等な技術も用いることができることは認められよう。
以上、本発明の実施態様例について詳しく図示し説明したが、本発明の主旨から逸脱することなく、種々の修正、追加、交換等を行うことができることは当業者には明白であり、したがってこれらは、以下の特許請求の範囲に定める本発明の範囲に該当するものとする。
Claims (24)
- ジャイロスコープ・システムであって、
各々が自身の検知軸を中心とする速度を検知するように構成され、前記検知した速度の各々がバイアス誤差及び倍率誤差を呈する、複数のジャイロスコープと、
前記ジャイロスコープの少なくとも1つに結合され、該結合されたジャイロスコープの倍率誤差の推定値を生成する倍率誤差推定器と、
前記結合されたジャイロスコープに結合され、該結合されたジャイロスコープのバイアス誤差の推定値を生成するバイアス誤差推定器と、
前記結合されたジャイロスコープの検知した速度、前記バイアス誤差推定値、及び前記倍率推定値に応答し、該結合されたジャイロスコープについて速度出力を生成する補償器であって、該結合されたジャイロスコープによって検知した対応の速度のバイアス誤差及び倍率誤差と比較して、バイアス誤差及び倍率誤差が低減している前記速度出力を生成する補償器と
を備えていることを特徴とするジャイロスコープ・システム。 - 請求項1記載のシステムにおいて、前記ジャイロスコープそれぞれの前記検知軸は相互に非平行であることを特徴とするシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、前記ジャイロスコープそれぞれの前記検知軸は、八面体四素組を形成することを特徴とするシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、前記ジャイロスコープそれぞれの前記検知軸の配列が基準軸を規定し、前記検知軸の各々が前記基準軸に対して約54.7度の角度をなすことを特徴とするシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、前記バイアス誤差推定器は、モード逆転バイアス推定器であることを特徴とするシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、前記倍率誤差推定器は、ランダム閉ループ倍率誤差推定器であることを特徴とするシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、該システムは更に、前記ジャイロスコープに対する前記速度出力の選択を、ナビゲーションに十分な数の座標軸を中心とする速度出力に変換するように構成されており、前記ジャイロスコープの数は、前記座標軸の数よりも少なくとも1つ多いことを特徴とするシステム。
- 請求項1記載のシステムにおいて、該システムは更に、
バイアス誤差較正のために前記ジャイロスコープの各々を順に選択し、前記選択の間に、
前記選択したジャイロスコープをオフラインに置き、
前記モード逆転バイアス誤差推定器を用いて、前記選択したジャイロスコープを較正し、
前記選択したジャイロスコープをオンラインに戻す
ように構成されていることを特徴とするシステム。 - 請求項8記載のシステムにおいて、該システムは更に、前記選択したジャイロスコープがオフラインになっている間、前記選択したジャイロスコープ以外のジャイロスコープの軸を中心として検知した速度推定値に応答して、前記選択したジャイロスコープの検知軸を中心とする基準速度推定値を計算するように構成されていることを特徴とするシステム。
- ジャイロスコープ・システムであって、
複数のジャイロスコープと、
前記複数のジャイロスコープに結合されているコントローラであって、
前記複数のジャイロスコープの少なくとも1つに結合されている速度コントローラであって、前記複数のジャイロスコープの前記少なくとも1つから、該ジャイロスコープの速度情報を含んだ信号を受け取り、それに応答して、未補償ジャイロスコープ速度信号を生成する、速度コントローラと、
少なくとも前記未補償ジャイロスコープ速度信号に応答して、補償済みジャイロスコープ速度信号を生成する速度誤差補償器と
を備えているコントローラと
を備えていることを特徴とするジャイロスコープ・システム。 - 請求項10記載のシステムにおいて、前記ジャイロスコープの各々は検知軸を有し、該検知軸は八面体四素組を形成するように配列されていることを特徴とするシステム。
- 請求項10記載のシステムにおいて、所定数の次元において速度情報を必要とするビヒクル・ナビゲーションに前記システムを用い、前記複数のジャイロスコープは、前記次元の数よりも少なくとも1つ多いことを特徴とするシステム。
- 請求項10記載のシステムにおいて、所定数の軸を中心とする速度情報を必要とするビヒクル・ナビゲーションに前記システムを用い、前記複数のジャイロスコープは、前記軸の数よりも少なくとも1つ多いことを特徴とするシステム。
- 請求項10記載のシステムにおいて、前記速度誤差補償器は更に、前記ジャイロスコープの倍率誤差を表す信号に応答することを特徴とするシステム。
- 請求項14記載のシステムにおいて、前記ジャイロスコープは、方位を有する定在波のパターンを呈する共振器を有し、該システムは更に、
前記定在波のパターンを前記信号の値に対応する位置に変位させるように、前記ジャイロスコープに指令する信号を生成するように構成されている信号発生器を有する倍率誤差決定部と、
前記命令信号を積分し、それに応答して前記パターンの期待位置を記述する信号を生成するように構成されている積分器と、
前記パターンの期待位置を記述する前記信号と、前記パターンの測定位置とに応答して、前記ジャイロスコープの倍率誤差を判定する倍率推定器と
を備えていることを特徴とするシステム。 - 請求項10記載のシステムにおいて、前記速度誤差補償器は更に、前記ジャイロスコープのバイアス誤差を表す信号に応答することを特徴とするシステム。
- 請求項16記載のシステムにおいて、前記ジャイロスコープは定在波パターンを呈する共振器を有し、該システムは更にバイアス誤差決定部を備えており、該バイアス誤差決定部は、
バイアス誤差抽出器と、
時間的に交互に第1モード及び第2モードを表す信号を生成するように構成されているモード・シーケンシング・ロジックであって、前記第1モードにあるとき、前記信号が前記ジャイロスコープに前記定在波のパターンを前記共振器の第1軸に沿って整列させるように指令し、前記第2モードにあるとき、前記信号が前記ジャイロスコープに前記定在波のパターンを、前記第1軸とは異なる、前記ジャイロスコープの第2軸に沿って整列させるように指令する、モード・シーケンシング・ロジックと
を備え、
前記バイアス誤差抽出器は、前記第1モード及び前記第2モードにあるときの前記ジャイロスコープからの速度推定信号の比較に応答して、前記ジャイロスコープのバイアス誤差を表す前記信号を生成するよう構成されている
ことを特徴とするシステム。 - 複数のジャイロスコープを有するジャイロスコープ・システムの動作方法であって、
ビヒクルのナビゲーションに必要な速度推定軸の数よりも少なくとも1つ多い数のジャイロスコープを有する前記ジャイロスコープ・システムを動作させるステップと、
較正のために1つのジャイロスコープを選択するステップと、
前記選択したジャイロスコープをオフラインに置くステップと、
前記選択したジャイロスコープのバイアス誤差の推定値を決定するステップと、
前記バイアス誤差推定値を用いて前記選択したジャイロスコープの速度推定値を補償する際に用いられるバイアス誤差補償パラメータを更新するステップと、
前記選択したジャイロスコープをオンラインに戻すステップと
からなることを特徴とする方法。 - 請求項18記載の方法において、前記選択するステップは更に、前記複数のジャイロスコープの各々を、較正のために順に選択するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項18記載の方法において、該システムは更に、
前記ジャイロスコープの共振器の最大振動振幅をその第1軸に沿って整列するように、第1モードで前記選択したジャイロスコープを動作させるステップと、
前記選択したジャイロスコープからの第1モード速度推定値を記録するステップと、
前記ジャイロスコープの共振器の最大振動振幅をその第2軸に沿って整列するように、第2モードで前記選択したジャイロスコープを動作させるステップと、
前記選択したジャイロスコープからの第2モード速度推定値を記録するステップと、
前記第1モード速度推定値を前記第2モード速度推定値と比較して、前記選択したジャイロスコープに影響を及ぼすバイアス誤差の推定値を決定するステップと
を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項18記載の方法において、該方法は更に、前記選択したジャイロスコープの倍率誤差の推定値を決定するステップを備えていることを特徴とする方法。
- 請求項20記載の方法において、該方法は更に、
前記ジャイロスコープの共振器を駆動してその最大振動振幅が、指令信号に応答する位置を有する制御軸と整列するように、前記ジャイロスコープを動作させるステップと、
前記制御軸の位置を変更するように、時々、指令信号を生成するステップと、
前記指令信号によって規定される前記制御軸の命令位置を、前記共振器の最大振動振幅の実際の位置の前記ジャイロスコープからの情報と比較して、前記ジャイロスコープの倍率誤差の前記推定値を生成するステップと
を備えていることを特徴とする方法。 - 請求項22記載の方法において、前記指令信号により、実質的にランダムに前記共振器の最大振動振幅の位置の移動が指令されることを特徴とする方法。
- 請求項22記載の方法において、前記指令信号により、疑似ランダム・シーケンスにしたがって前記共振器の最大振動振幅の位置の移動が指令されることを特徴とする方法。
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