JP2014153106A

JP2014153106A - 姿勢基準器

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Publication number: JP2014153106A
Application number: JP2013021227A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Mizuno; 寛水野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】姿勢基準器の計測量におけるドリフト誤差を、高精度なリファレンス信号によって補正する際、リファレンス信号の伝送路における遅延時間のばらつきがあると正しくドリフト誤差を補正できないという問題があった。
【解決手段】補正対象となる信号のピークとリファレンス信号のピークは、その時間的関係に曖昧さがあったとしても値としては本来同一になるべきであるという性質を用い、補正対象となる信号のピーク値とリファレンス信号のピーク値を見つけ出してその差をドリフト誤差であると見なし、これを補正対象となる信号に加えることでドリフト誤差を低減させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、同じ量を計測する２つの測定手段において、計測量が大きく乖離しないように補正する方法に関する。具体例としては、航空機、ヘリコプター等の移動体に搭載される複数の姿勢基準器において、それらの間で相対的に発生するドリフト誤差を低減させる方法に関する。

姿勢基準器は自身の姿勢（広義には、慣性座標系におけるロール角、ピッチ角、ヨー角、緯度、経度、高度、速度などの諸量を含む）を計測する装置であって、特に航空機には航法用として必ず搭載されている。

原理や構成には幾つかの種類があるが、位置・速度・角度を計測したい場合、多くは加速度や角速度が直接計測され、それを時間積分して算出する。この際、加速度や角速度を計測するセンサは概して小型であるほど低精度であって、計測値を長時間に亘って積算すると誤差が積みあがって系統誤差（これをドリフト誤差という）が生じてしまう。高精度なセンサは大型であったり、あるいは地球上での位置を高精度に直接計測できるＧＰＳを用いたシステムなどでは、アンテナを設置しなければならないとか、システムの都合上計測レートを高くできないといったデメリットがある。
このドリフト誤差の低減させる方法については、リファレンス信号を用いて補正を行うなど、様々なものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平３‐９５４０７号公報

リファレンス信号を用いて補正を行う際に重要となるのは、リファレンス信号の正確性であるが、後述するように、従来、姿勢基準器の計測量におけるドリフト誤差を、高精度なリファレンス信号によって補正する際、リファレンス信号の伝送路における遅延時間のばらつきによって正しくドリフト誤差を補正することができないという課題があった。

本発明は係る課題を解決するためになされたものであり、不安定な遅延時間を持つリファレンスデータであっても、姿勢基準器の計測量が有するドリフト誤差を正確に算出して、精度の高い姿勢角を取得することを目的とする。

この発明に係る姿勢基準器は、移動体に搭載され、計測した前記移動体の姿勢量が有するドリフト誤差を、当該移動体に搭載されるリファレンス用姿勢基準器が計測した姿勢量であって伝送路を経由して受信した前記姿勢量をリファレンスとして用いて補正し、前記移動体の姿勢量を取得する姿勢基準器において、前記姿勢基準器の姿勢量を表す信号のピーク位置でのピーク値と、前記伝送路を経由して受信した姿勢量を表す信号のピーク位置でのピーク値を検出して、検出したピーク値の差分を算出するピーク検出式ドリフト誤差算出器と、前記差分を用いて前記ドリフト誤差を補正するドリフト補正器を備える。

本発明に係る姿勢基準器によれば、不安定な遅延時間を持つリファレンスデータであっても、姿勢基準器の計測量が有するドリフト誤差を正確に算出し補正することで、精度の高い姿勢角を取得することができる。

本発明の実施の形態１に係る姿勢基準器のハイレート姿勢基準器（補正付き）の構成、及び処理を説明する図である。本発明の実施の形態１に係る姿勢基準器の一構成であるピーク検出式ドリフト誤差算出器における処理内容を説明する図である。本発明の実施の形態１に係るピーク検出式ドリフト誤差算出器におけるピーク判定方法を説明する図である。本発明の実施の形態１に係る姿勢基準器におけるドリフト誤差の算出方法を説明する図である。本発明の実施の形態２に係る姿勢基準器の一構成であるピーク検出式ドリフト誤差算出器における処理内容を説明する図である。本発明の実施の形態３に係る姿勢基準器の一構成であるのピーク検出式ドリフト誤差算出器の構成、処理を説明する図である。従来の姿勢基準器が使用される一例を説明する図である。従来の姿勢基準器を活用する装置の一例として光学目標探知器の構成について説明する図である。従来の姿勢基準器を活用する装置の一例として光学目標探知器の構成について説明する図である。従来の光学目標探知器におけるハイレート姿勢基準器についての内部構成、及び処理を説明する図である。従来の姿勢基準器におけるドリフト誤差について説明する図である。従来の姿勢基準器を活用する装置の一例として光学目標探知器の構成について説明する図である。従来の光学目標探知器の構成のうち、ハイレート姿勢基準器についての内部構成、及び処理を説明する図である。従来のハイレート姿勢基準器において、整合処理によるドリフト誤差の補正方法を説明する図である。従来の、外部の姿勢基準器において計測された姿勢角と、その情報を光学目標探知器が受信した時点での姿勢角の差異について説明する図である。従来の姿勢基準器で、伝送路において遅延した姿勢角情報を平均遅延時間に基づいて時間補正した場合に、遅延時間の変動によって依然として誤差が発生することを説明する図である。

まず、従来の姿勢基準器の構成と課題について図を参照して説明する。

図７は姿勢基準器の使われ方の一例を示す図である。

航空機１には光学的に目標２を探知する光学目標探知器センサヘッド３が搭載されている。光学目標探知器センサヘッド３は目標２の方向へ視軸４を向け、その角度を計測することで、航空機１の機軸５に対する目標方向（図７における角θ）を知る。なお、目標方向としては実際には２つの角度を計測する必要があるが、ここでは説明を簡単にするために１つの角度で説明する（以下同じ）。

一般に、目標方向としては慣性座標系（図７においては重力方向６、水平方向７を座標軸とする座標系）で知りたいことが多い。そのためには機体１の姿勢角を知る必要があり、これを計測する手段として姿勢基準器８を用いる。

姿勢基準器８は重力方向６と水平方向７で張られる平面において、機軸５の水平方向７に対する角度（図７における角φ）を計測する装置であり、本来は航法のために搭載されていて、一般にドリフト誤差は小さいが計測レートはあまり高くなく（以下ではこれを「ローレート」と表現する）、比較的大型の専用装置である。これによって得られた角φと角θを加算することで図７中の角δ、すなわち慣性座標系における目標２の方向を算出することができる。

図８は上記の構成をブロック図で説明するためのものである。

光学目標探知器９は光学目標探知器センサヘッド３を構成品として含み、光学目標探知器センサヘッド３は視軸４の方向を中心とする画像を撮影する。視軸４の方向は視軸方向制御器１０により変化させることができ、視軸方向計測器１１によって視軸４の方向を検出することができる。目標方向算出器１２は撮影された画像を解析して視軸４の方向に目標がいるかどうかを判断し、目標がいる場合には画像上での目標位置と、視軸方向計測器１１から送られる視軸方向情報１３と、姿勢基準器８から送られるローレート姿勢角１４が伝送路１５を経て遅延したローレート姿勢角１６から慣性座標系における目標方向情報１７を算出し、上位システム１８に出力する。上位システム１８は制御信号１９により視軸方向制御器１０に指令を送り視軸４を適宜コントロールできる。

光学目標探知器センサヘッド３は視軸４を制御するためにジンバルという機構を持っているが、これを慣性空間において精度良く制御するには自身の姿勢角を正確に知る必要がある。姿勢基準器８が光学目標探知器センサヘッド３から離れて設置されている場合、構成によっては伝送路１５における遅延時間が大きくなる。また、航法用に設置されている姿勢基準器８はローレートであるため姿勢角動揺の高周波数成分が落ちてしまう。そのため、遅延したローレート姿勢角１６は視軸４の制御のためには不適であり、ジンバル制御のために直接用いることができない場合がある。

図９はこのような問題を解決するために光学目標探知器９の内部にハイレート姿勢基準器２０を内蔵したものである。ハイレート姿勢基準器２０は姿勢角（ハイレート）２１を出力し、この値には遅延がほとんどなくハイレートなので視軸４の制御においては優れる。しかし、小型化せざるを得ないハイレート姿勢基準器２０は運用中にドリフト誤差を生じ、長時間の運用では慣性座標系における自身の姿勢情報が正しく得られなくなる。

図１０のハイレート姿勢基準器（基本）２２はハイレート姿勢基準器２０の基本形における内部の処理を示し、ドリフト誤差が生じる理由を説明するものである。

レートセンサ２３は姿勢角角速度２４を出力する。この値は計測間隔２５の間隔で出力されるので、両者を掛けたものがΔｔにおける姿勢角の増分となり、これを時刻ｔ−Δｔでのハイレート姿勢角２６に加算することで、時刻ｔにおける新しいハイレート姿勢角２７が生成され、これがループ状に繰り返される。なお、動作の一番最初に初期姿勢角２８が必要であるが、これについては本特許とは関係がないので説明を割愛する。この一連の処理を行うのが姿勢計算器２９である。
ここで、姿勢角角速度２４に僅かなオフセット誤差があるとループ状の処理の中でオフセット誤差が積み重なり、長時間の後に無視できないような大きな姿勢角誤差となって現れる。これがドリフト誤差である。

図１１はドリフト誤差を視覚的に説明するものである。

ハイレート姿勢角２７はレートが高いため高周波な姿勢角変動も捉えられている。このハイレート姿勢角２７から平滑によって高周波成分を取り除いた平滑化ハイレート姿勢角３０は、ローレート姿勢角１４と同様の変化をするが、時間が経過するにつれて両者の値には差が生まれる。ここでローレート姿勢角１４を真の姿勢角と同じと見なせるとするなら、これと平滑化ハイレート姿勢角３０との差がドリフト誤差３１である。

ドリフト誤差を低減させる方法としては様々なものが提案されており、例えば車に搭載される慣性速度検出装置のような場合では、停止しているという状態をタイヤの回転等から別途検出できるため、この時点において認識されている速度がすなわちドリフト誤差であり、それ以前の経過時間とドリフト誤差との関係などからドリフト誤差の時間変化量を推定し、以降はこれを引き去ることでドリフト誤差を低減できる（特許文献１参照）。
図１２はドリフト誤差を低減させる別の方法を示すものであり、図９におけるハイレート姿勢基準器２０をハイレート姿勢基準器（補正付）３２に変更し、これに高精度な姿勢基準器８の情報をリファレンス信号として与えて補正できるように改善したものである。

図１３はハイレート姿勢基準器（補正付）３２’の構成を図示したもので、ハイレート姿勢基準器（基本）２２の構成に対してドリフト補正器３３が追加されている。

姿勢計算器２９から出力されたハイレート姿勢角２７はドリフト補正器３３に入力されるが、もう一方で分岐させた信号を遅延フィルタ３４で遅延させ、遅延されたハイレート姿勢角３５と遅延したローレート姿勢角１６とで差分をとる。遅延フィルタ３４による遅延量が伝送路１５における遅延量と一致していれば、この差分はハイレート姿勢角２７が持つドリフト誤差である。このドリフト誤差３６もドリフト補正器３３に入力すると、ドリフト補正器３３内で整合処理３７が行われ、補正されたハイレート姿勢角３８が得られる。

図１４は整合処理３７の処理内容を示すものである。

補正の効果を説明のために、便宜上最初は補正されていないハイレート姿勢角２７が与えられているものと仮定する。時刻t1において遅延したハイレート姿勢角３５と遅延したローレート姿勢角１６の差分がとられ、これがドリフト誤差３６として検出できる。図では遅延したローレート姿勢角１６よりも遅延したハイレート姿勢角３５の方が大きいから、整合処理３７ではドリフト誤差３６に一定の比率をかけて得られる補正量３９をハイレート姿勢角２７から引くようにする。これによりハイレート姿勢角２７は精度の高いローレート姿勢角１４に接近する。この比率を調整し補正量がドリフト量を上回るように設定すれば、前述の処理を周期的に繰り返すことでハイレート姿勢角２７は精度の高いローレート姿勢角１４に漸近する。ドリフト誤差３６を一気に補正するのではなく徐々に漸近させるのは、実際には遅延したローレート姿勢角１６も遅延したハイレート姿勢角３５もランダムな誤差を持ち、得られたドリフト誤差３６そのものにも誤差が乗るため、この誤差をダイレクトに反映させないようにするためである。

図１４で説明したような補正を行う際に重要となるのは、リファレンス信号たる遅延したローレート姿勢角１６の正確性である。昨今では伝送路１５はデジタルパケット転送であることが一般的であり、途中経路によっては遅延時間が変動することがある。

図１５、図１６は途中経路による遅延時間の変動の影響を説明する図である。

図１５においてローレート姿勢角１４に対して、遅延したローレート姿勢角１６は遅延しているが、図１６で平均遅延量だけずらしたローレート姿勢角４０と遅延したローレート姿勢角１６を比較してみても完全には重ならない。これは遅延時間が各ポイントで異なるからである。図１６の場合では遅延時間をのこぎり波状に変化させたため、遅延時間が大きく変化したグラフ中央よりやや左側で位相差に大きな変化が見られ、位相が一致していない場所では大きな誤差４１が見られる。

遅延したローレート姿勢角１６にこのような位相誤差が乗っていると、図１３におけるドリフト誤差３６は不適切な値となり、整合処理３７による整合処理が精度良く働かないという課題があった。更には、整合処理３７によって不要な誤差を埋め込んでしまうという課題もあった。

一般に時刻については小型でも高精度なものが得られるため、データに時刻タグをつければ遅延時間の変動に対応することが可能だが、この時刻タグを付ける方法は、既存のシステムに新しいシステムを追加するような場合、既に機体に搭載されている姿勢基準器８に高精度な時刻タグをつける機能がついていなければならないという課題もあった。

実施の形態１．
以下では、本発明の実施の形態１に係る姿勢基準器について説明する。なお同様の機能を有する構成部分には同一番号を付し、その説明を省略する（実施の形態２、３においても同じ）。

図１は、実施の形態１に係る姿勢基準器の構成を示す図である。図１３に示した従来のハイレート姿勢基準器（補正付）３２を改良したものであり、遅延フィルタ３４等に代わり、ピーク検出式ドリフト誤差算出器４２を備える。

なお、前述のように遅延したローレート姿勢角１６は、図示しない姿勢基準器８から送られるローレート姿勢角１４が伝送路１５を経て遅延が発生した遅延したローレート姿勢角であり、姿勢基準器８（図示せず）は例えばリングレーザジャイロを用いたＩＮＳ（慣性航法装置）やＧＰＳ（Global Positioning System）を用いた方式による姿勢基準器である。姿勢基準器８は、ドリフト誤差は小さいが計測レートはあまり高くなく、高レートで姿勢角を計測することができない。一方、ハイレート姿勢角２７は、レートセンサ２３が出力する姿勢角角速度２４と計測間隔２５を掛けたΔｔにおける姿勢角の増分を、時刻ｔ−Δｔでのハイレート姿勢角２６に加算することで算出されるハイレート姿勢角であり、レートセンサ２３は例えば機械式ジャイロやＦＯＧ（Fiber Optical Gyro）である。レートセンサ２３は高レートで姿勢角を計測できるがドリフト誤差が大きく、長時間の運用では自身の姿勢情報が正しく得られなくなる。航空機等での使用では高レートの姿勢角情報が必要であり、姿勢基準器８の大きさ等の制限により姿勢基準器８とハイレート姿勢基準器（補正付）３２は離れて設置されるため、これらの間を結ぶ伝送路１５の伝送には遅延時間が発生する。

従来、リファレンスである遅延したローレート姿勢角１６と遅延したハイレート姿勢角３５の単純な差分を算出していたが（図１３参照）、本実施の形態に係る姿勢基準器では、ピーク検出式ドリフト誤差算出器４２は、遅延したローレート姿勢角１６とハイレート姿勢角２７の局所的なピーク点を検出する。そして、遅延したローレート姿勢角１６のピークの値と、ドリフト誤差を除いたハイレート姿勢角２７のピークの値は、本来一致する」という特徴を用いて、ピーク検出式ドリフト誤差算出器４２はドリフト誤差３６を算出する。
なお、ピークとは上に凸の場合と下に凸の場合の２つがあるが、以下の説明では説明を簡単にするために上に凸の場合についてのみ説明する。下に凸の場合も方法、効果に違いはなく、どちらを用いても、あるいは両方を用いても本質的には同じである。

図２はピーク検出式ドリフト誤差算出器４２で行う処理を示す図である。図２において、遅延したローレート姿勢角１６に対してはバッファリング処理４３、ピーク検出処理４６を行う。一方、ハイレート姿勢角２７に対してはバッファリング処理４３、平滑化処理４４、ピーク検出処理４６を行う。そして、ピーク検出処理４６後の遅延したローレート姿勢角１６とハイレート姿勢角２７に対して差分計算及びホールド処理５６を行う。

ドリフト誤差については一般にそれほど急速に積みあがるわけではないため、求めるべきドリフト誤差の値は数秒程度前のものであっても支障はない。つまり、常時過去数秒間分の姿勢角データを保存しておき、そのデータに対してピーク検出処理を行えばよい。そのため、遅延したローレート姿勢角１６とハイレート姿勢角２７は一旦バッファリング処理４３で過去一定時間分だけ保存される。

次に、ハイレート姿勢角２７は高周波成分を持ち、遅延したローレート姿勢角１６に対して高周波成分の振幅分だけ常にピークが高く出てしまうため、遅延したローレート姿勢角１６と同程度の滑らかさになるように平滑化処理４４で平滑化し、平滑化ハイレート姿勢角４５を生成する。

次に、ピーク検出処理４６で、ハイレート姿勢角２７と遅延したローレート姿勢角１６のそれぞれのピーク値を検出する。

図３はピーク検出処理４６を説明するものである。前述のようにピークとしては上に凸の場合と下に凸の場合の２種類があり、その両方を使用するが、ここでは上凸の場合を例にして説明する。

ピーク検出処理４６においては、まず、姿勢角４７（ハイレート姿勢角２７あるいは遅延したローレート姿勢角１６で表される姿勢角）の変曲点を求める。図３の上側図のようなケースでは、点４８がピーク候補となる変曲点であるが、点４８を中心として予め定められた時間的な幅４９における姿勢角の変化量は幅５０であり、点４８での姿勢角は幅５０における最大値ではない。このようなものはピーク値として見なさない。一方、図３の下側図のようなケースでは点５１が幅５２における最大値となっており、このような点については幅５２が予め設定された所要変化量５３以上の値となっていればピークと見なす。

所要変化量５３を大きくとると、特に航空機１があまり姿勢変化しない場合に長時間に亘ってピーク検出ができない可能性が高くなる。一方、所要変化量５３を小さく取るとノイズで反応する可能性が高くなり、遅延したローレート姿勢角１６とハイレート姿勢角２７において本来同一であるはずのピーク時刻を間違って検出する可能性が増す。そのため所要変化量５３についてはこれらを考慮して決定する必要がある。

図４は上記処理によって得られる遅延したローレート姿勢角１６のピークとハイレート姿勢角２７のピークからドリフト誤差を求める方法について説明するものである。

ローレート姿勢角１４が伝送路１５によって遅延し、ピーク検出式ドリフト誤差算出器４２において受信された段階での遅延したローレート姿勢角１６については、点５４がピークと認識され、一方、ハイレート姿勢角２７を平滑化した平滑化ハイレート姿勢角４５については点５５がピークと認識される。
そこで、図２に示す差分計算及びホールド処理５６にて点５４での姿勢角から点５５での姿勢角を引いた値としてドリフト誤差３６が計算され、この値が次回のドリフト誤差算出時までドリフト誤差としてホールドされる。

このようにして、ピーク検出式ドリフト誤差算出器４２はドリフト誤差３６を算出する。ドリフト補正器３３は、図１３、図１４において前述した処理と同じ処理によって、補正されたハイレート姿勢角３８を得る。

以上のように、本実施の形態に係る姿勢基準器によれば、不安定な遅延時間を持つリファレンスデータであっても姿勢基準器の計測量が有するドリフト誤差を正確に算出し、このドリフト誤差を用いて補正することで、精度の高い姿勢角を取得することができる。

補正対象となる信号のピークとリファレンス信号のピークは、その時間的関係に曖昧さがあったとしても値としては本来同一になるべきであるという特徴があり、ピーク値を検出しその差をドリフト誤差であると見なし、これを補正対象となる信号に加えることでドリフト誤差を低減させることができる。

なお、ここでは説明を簡単にするために姿勢情報として１つの変数のみを取り上げて説明しているが、例えばロール、ピッチ、ヨーと呼ばれる３軸での姿勢角について考えるとするならば、この３つの姿勢角情報はセットで取り扱われ、同時に測定されるため、この中の１軸についてピーク位置が判明すれば他の軸については同じセットの中のデータを用いることでドリフト誤差を算出することができる。つまり、姿勢情報を構成する１つのパラメータについてピークが検出できれば、残りの姿勢情報に関するドリフト誤差が較正可能である。

実施の形態２．
図５は、実施の形態２に係る姿勢基準器のピーク検出式ドリフト誤差算出器４２ｂの処理を説明する図である。実施の形態２に係る姿勢基準器のピーク検出式ドリフト誤差算出器４２ｂは、補正間隔もニタ器５９、ピーク検出パラメータ設定器６０を備える。なお、破線５７は実施の形態１におけるピーク検出式ドリフト誤差算出器４２の処理を示したものである。

実施の形態２に係る差分計算及びホールド処理５６は、ドリフト誤差３６を更新した際に、更新を表す更新信号５８を補正間隔モニタ器５９に出力するとともに、図３において前述した幅４９及び所要変化量５３がピーク検出パラメータ設定器６０から設定されるようになっている。

補正間隔モニタ器５９は、直前のドリフト誤差３６の更新からの経過時間６１を算出し、ピーク検出パラメータ設定器６０に送る。

ピーク検出パラメータ設定器６０では、経過時間に応じて所要変化量５３を低減させる。具体的には、経過時間６１が予め設定された時間以内の場合は所要変化量５３は実施の形態１と同じ所定量であるが、経過時間６０が予め設定された時間を超えると所要変化量５３をノイズレベル程度まで小さくして、ピーク判定が確実に行われるようにする。

本実施の形態に係る姿勢基準器では、姿勢変動がほとんどない場合における対処を可能とする。つまり、図７に示す航空機１が地上に静止していてまったく姿勢変動しない場合、実施の形態１に係る姿勢基準器の構成では遅延したローレート姿勢角１６とハイレート姿勢角２７はそれぞれ明確なピークを示さず、補正が長時間行われないため、ドリフト誤差が積み上がるという問題が生じる。

この際、遅延したローレート姿勢角１６とハイレート姿勢角２７は本来同一の値を示し続けるはずであり、両者の差異はドリフト誤差とノイズのみから成るはずである。
そこで、本実施の形態では、所要変化量５３をノイズレベル程度まで小さくすることでノイズによる擬似ピークを検出させ、遅延したローレート姿勢角１６とハイレート姿勢角２７の差をそのままドリフト誤差３６と見なして補正が効くようにした。

ドリフト誤差３６にはノイズが乗っているが、ノイズは平均的に０であるため、補正が繰り返し行われるのであれば積みあがることはなく、問題にはならない。

このように本実施の形態の姿勢基準器においては、航空機１が地上に静止している場合でもドリフト誤差が積みあがることなく補正を行うことができる。

なお、航空機１が地上で駐機している場合には効果がないが、飛行中であればゆっくりとした姿勢変動は必ず発生するため、ピーク検出パラメータ設定器６０によって幅４９を増やしても同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る姿勢基準器のピーク検出式ドリフト誤差算出器４２ｃの処理を説明する図である。実施の形態３に係る姿勢基準器のピーク検出式ドリフト誤差算出器４２ｃは、実施の形態１に対して補正間隔もニタ器５９、警告送信器６２を備える。なお、破線５７は実施の形態１におけるピーク検出式ドリフト誤差算出器４２の処理を示したものである。

実施の形態３において、差分計算及びホールド処理５６はドリフト誤差３６を更新した際に、更新を表す更新信号５８を補正間隔モニタ器５９に出力する。

補正間隔モニタ器５９は、直前のドリフト誤差３６の更新からの経過時間６１を算出し、警告送信器６２に送る。

警告送信器６２は予め設定された一定時間以上、ドリフト誤差３６を検出できない場合、上位システムに対して姿勢変化要求信号６３を出力する。

姿勢変化要求信号６３を受信する上位システムとしては、例えばパイロットに航法情報を表示するような表示器や、プラットフォームとなる航空機１が無人機の場合であれば航法を制御する装置が想定される。上位システムが表示器の場合、姿勢変化要求信号６３を受けて「姿勢を動かせ」というような表示を行って、パイロットに機体動揺を促す。また、上位システムが航法を制御する装置の場合、姿勢変化要求信号６３を受けて若干のロール機動、あるいは蛇行飛行を行わせる。

このように本実施の形態の姿勢基準器においては、一定時間以上、ドリフト誤差が更新されない場合には警告を発することで、ドリフト誤差の更新を促すようにした。これにより、ドリフト誤差を更新して精度の高い姿勢角を維持することができる。

リファレンスとなる信号とそれに追従させたいデータを整合させるという問題において、リファレンス信号の時刻同期性が失われているというケースは多い。本特許は姿勢基準器のみならず、そういった問題すべてに対して有効である。

１航空機、２目標、３光学目標探知器センサヘッド、４視軸、５機軸、６重力方向、７水平方向、８姿勢基準器、９光学目標探知器、１０視軸方向制御器、１１視軸方向計測器、１２目標方向算出器、１３視軸方向情報、１４ローレート姿勢角、１５伝送路、１６遅延したローレート姿勢角、１７慣性座標系における目標方向情報、１８上位システム、１９制御信号、２０ハイレート姿勢基準器、２１姿勢角（ハイレート）、２２ハイレート姿勢基準器（基本）、２３レートセンサ、２４姿勢角角速度、２５計測間隔、２６ハイレート姿勢角、２７ハイレート姿勢角、２８初期姿勢角、２９姿勢計算器、３０平滑化ハイレート姿勢角、３１ドリフト誤差、３２’ ハイレート姿勢基準器（補正付）、３２ハイレート姿勢基準器（補正付）、３３ドリフト補正器、３４遅延フィルタ、３５遅延されたハイレート姿勢角、３６ドリフト誤差、３７整合処理、３８補正されたハイレート姿勢角、３９量、４０平均遅延量だけずらしたローレート姿勢角、４１誤差、４２ピーク検出式ドリフト誤差算出器（実施の形態１）、４２ｂピーク検出式ドリフト誤差算出器（実施の形態２）、４２ｃピーク検出式ドリフト誤差算出器（実施の形態３）、４３バッファリング処理、４４平滑化処理、４５平滑化ハイレート姿勢角、４６ピーク検出処理、４７姿勢角、４８点、４９幅、５０幅、５１点、５２幅、５３所要変化量、５４点、５５点、５６差分計算及びホールド処理、５７破線、５８更新信号、５９補正間隔モニタ器、６０ピーク検出パラメータ設定器、６１経過時間、６２警告送信器、６３姿勢変化要求信号。

Claims

移動体に搭載され、計測した前記移動体の姿勢量が有するドリフト誤差を、当該移動体に搭載されるリファレンス用姿勢基準器が計測した姿勢量であって伝送路を経由して受信した前記姿勢量をリファレンスとして用いて補正し、前記移動体の姿勢量を取得する姿勢基準器において、
前記姿勢基準器の姿勢量を表す信号のピーク位置でのピーク値と、前記伝送路を経由して受信した姿勢量を表す信号のピーク位置でのピーク値を検出して、検出したピーク値の差分を算出するピーク検出式ドリフト誤差算出器と、
前記差分を用いて前記ドリフト誤差を補正するドリフト補正器と、
を備えることを特徴とする姿勢基準器。
ドリフト誤差の補正間隔をモニタする補正間隔モニタ器と、
前記ピーク検出式ドリフト誤差算出器がピークであるか否かを判定する際に用いるパラメータを設定するピーク検出パラメータ設定器を備え、
前記パラメータは、予め定めた時間幅における前記姿勢量を表すカーブの最大値と最小値の差と比較する数値であって、前記補正間隔モニタ器がモニタする前記補正間隔に応じて前記補正間隔が長くなるに従い小さな値に設定される数値であり、
前記ピーク検出式ドリフト誤差算出器は、前記時間幅における姿勢量の最小値と最大値の差が前記パラメータの値より大であり、かつ、前記時間幅における前記姿勢量の最大値が前記時間幅における前記カーブの変曲点における姿勢量と一致する場合に、前記変曲点をピークであると判定することを特徴とする請求項１記載の姿勢基準器。
ドリフト誤差の補正間隔をモニタする補正間隔モニタ器と、警告器を備え、
前記警告器は、前記補正間隔が予め定めた時間以上になった場合に警告を発することを特徴とする請求項１、２いずれか記載の姿勢基準器。
前記警告があった場合に、前記移動体の機体を動揺させる機構を備えることを特徴とする請求項３記載の姿勢基準器。
前記姿勢基準器はリファレンス用姿勢基準器と比較して、所定の時間内に姿勢量を計測する計測可能レートは高いが、ドリフト誤差が大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の姿勢基準器。