JP2018169368A - Flight vehicle-purpose navigation device, and flight vehicle-purpose navigation - Google Patents

Flight vehicle-purpose navigation device, and flight vehicle-purpose navigation Download PDF

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Abstract

To provide a flight vehicle-purpose navigation device that can properly correct posture errors even when using a general-purpose inertial measurement device of low accuracy.SOLUTION: A flight vehicle-purpose navigation device, which is mounted to a fight vehicle, comprises: a detection device that detects inertia force acting on the flight vehicle; a first estimation unit that estimates a first error serving as at least a part of error ingredients between an initial setting posture of the detection device and a mounting posture relative to the flight vehicle on the basis of a result of a correction by gravity acceleration with respect to acceleration detected by the detection device when the flight vehicle stands still; and a positioning unit that derives a position and velocity of the flight vehicle on the basis of the initial setting posture in which the first error estimated by the first estimation unit is removed.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、飛行体用航法装置および飛行体用航法に関する。   The present invention relates to an aircraft navigation apparatus and an aircraft navigation.

近年、ロケットなどの飛行体の位置や速度を高精度で計測するための航法センサの研究が進められている(特許文献1、2参照)。この航法センサは、センサ源として慣性センサを備えており、位置や速度の計算のために予め設定された姿勢で飛行体に取り付けられる。しかしながら、この位置や速度の計算のために予め設定された姿勢と、航法センサの実際の取付姿勢との間に誤差(以下、「姿勢誤差」という)があると、飛行体の位置や速度を正確に計測することができない。   In recent years, research on navigation sensors for measuring the position and speed of a flying object such as a rocket with high accuracy has been underway (see Patent Documents 1 and 2). This navigation sensor includes an inertial sensor as a sensor source, and is attached to the flying object in a preset posture for calculating position and velocity. However, if there is an error (hereinafter referred to as “attitude error”) between the attitude set in advance for calculating the position and speed and the actual mounting attitude of the navigation sensor, the position and speed of the aircraft will be It cannot be measured accurately.

上記の姿勢誤差による影響を排除するために、航法センサの姿勢誤差を推定し、これを補正する方法が知られている。例えば、ロケット用の航法センサにおいては、姿勢誤差を、飛行体のロール軸、ピッチ軸、およびヨー軸の3つの軸方向の成分に分離し、ピッチ軸およびヨー軸回りの姿勢誤差については、重力加速度の方向ベクトルを用いて補正し、ロール軸回りの姿勢誤差については、地球自転角速度(アースレート)を用いて補正する方法が知られている。   In order to eliminate the influence of the above-mentioned attitude error, a method for estimating the attitude error of the navigation sensor and correcting it is known. For example, in a navigation sensor for a rocket, the attitude error is separated into three components in the axial direction of the roll axis, pitch axis, and yaw axis of the flying object. There is known a method of correcting using an acceleration direction vector and correcting an attitude error around the roll axis using an earth rotation angular velocity (earth rate).

米国特許第8868258号明細書U.S. Pat. No. 8,868,258 米国特許第5739787号明細書US Pat. No. 5,739,787

ピッチ軸およびヨー軸回りの姿勢誤差に関して、重力加速度の方向ベクトルを用いた補正を行う場合、その補正の精度は慣性センサの精度に依存する。慣性センサの精度が悪いと慣性センサが検知する重力加速度の方向ベクトルそのものに誤差が生じる。このため、誤差を含む重力加速度の方向ベクトルを用いて補正を行った場合、姿勢誤差を適切に取り除くことができない。また、慣性センサの精度は、内蔵される加速度計やジャイロの精度に依存し、高精度なものほどコストが高くなる。低コスト化のため、慣性センサとしては比較的低精度な民生部品が使用される場合が多いため、重力加速度の方向ベクトルを用いた補正では飛行体の位置や速度を正確に計測することができない。   When correction using the direction vector of the gravitational acceleration is performed for the posture error about the pitch axis and the yaw axis, the accuracy of the correction depends on the accuracy of the inertial sensor. If the accuracy of the inertial sensor is poor, an error occurs in the direction vector itself of the gravitational acceleration detected by the inertial sensor. For this reason, when correction is performed using the direction vector of gravitational acceleration including an error, the posture error cannot be appropriately removed. The accuracy of the inertial sensor depends on the accuracy of the built-in accelerometer and gyroscope, and the higher the accuracy, the higher the cost. Because of the low cost, relatively low-precision consumer parts are often used as inertial sensors, so correction using the gravitational acceleration direction vector cannot accurately measure the position and velocity of the flying object. .

また、ロール軸回りの姿勢誤差に関して、アースレートを用いた補正を行う場合、飛行環境下で使用可能であり、かつ、補正に必要な精度でアースレートを検出可能な高価な慣性センサが必要となる。低価格な慣性センサでは、厳しい飛行環境下で使用可能とすることと、補正に必要な精度でアースレートを検出する性能の両立が難しい。従って、アースレートを用いない姿勢誤差の補正方法が求められている。   Also, when correcting the attitude error around the roll axis using the earth rate, an expensive inertial sensor that can be used in the flight environment and can detect the earth rate with the accuracy required for the correction is required. Become. A low-priced inertial sensor is difficult to achieve both the ability to be used in severe flight environments and the ability to detect the earth rate with the accuracy required for correction. Therefore, there is a need for a method for correcting an attitude error that does not use an earth rate.

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、汎用の低精度な慣性計測装置を用いた場合であっても姿勢誤差を適切に補正することが可能な飛行体用航法装置および飛行体用航法を提供することを目的の一つとする。   The present invention has been made in consideration of such circumstances, and is a navigation system for an aircraft that can appropriately correct an attitude error even when a general-purpose low-precision inertial measurement device is used. Another object is to provide navigation for a vehicle.

本発明の一態様は、飛行体に搭載される飛行体用航法装置であって、前記飛行体に働く慣性力を検出する検出装置と、前記飛行体の静止時に、前記検出装置によって検出された加速度に対する重力加速度による補正の結果に基づいて、前記飛行体に対する前記検出装置の初期設定姿勢と取付姿勢との誤差成分のうち少なくとも一部である第1誤差を推定する第1推定部と、前記第1推定部によって推定された前記第1誤差が除去された前記初期設定姿勢に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出する測位部とを備える。   One aspect of the present invention is a navigation apparatus for an aircraft mounted on an aircraft, the detection device detecting an inertial force acting on the aircraft, and detected by the detection device when the aircraft is stationary. A first estimation unit that estimates a first error that is at least a part of an error component between an initial setting posture and an attachment posture of the detection device with respect to the flying object based on a result of correction by acceleration due to gravitational acceleration; A positioning unit that derives the position and velocity of the flying object based on the initial setting posture from which the first error estimated by the first estimating unit is removed.

本発明は、汎用の低精度な慣性計測装置を用いた場合であっても姿勢誤差を適切に補正することができる。   The present invention can appropriately correct the posture error even when a general-purpose low-precision inertial measurement device is used.

ロケット1の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a rocket 1. FIG. 図1に示されたロケット1のA−A’方向における断面図である。It is sectional drawing in the A-A 'direction of the rocket 1 shown by FIG. 飛行体用航法装置100の構成図である。1 is a configuration diagram of an aircraft navigation system 100. FIG. 電波航法測位モジュール110の構成図である。2 is a configuration diagram of a radio navigation positioning module 110. FIG. 航法計算モジュール130の構成図である。3 is a configuration diagram of a navigation calculation module 130. FIG. 航法計算モジュール130におけるレベリング処理の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of leveling processing in a navigation calculation module 130. ENU座標系におけるピッチ角誤差εθを示す図である。It is a figure which shows pitch angle error (epsilon) (theta) P in an ENU coordinate system. ENU座標系におけるヨー角誤差εθを示す図である。It is a figure showing yaw angle error εθ Y in the ENU coordinate system. 航法計算モジュール130における方位角推定処理の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart illustrating an example of azimuth angle estimation processing in a navigation calculation module 130. ENU座標系におけるロール角誤差εθを示す図である。It is a figure showing roll angle error εθ R in the ENU coordinate system. ENU座標系における方位角誤差θを示す図である。It is a figure which shows the azimuth angle error (theta) D in an ENU coordinate system. レベリング処理のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of a leveling process.

以下、図面を参照して、本発明に係る飛行体用航法装置および飛行体用航法の実施形態について説明する。飛行体用航法装置は、ロケットや人工衛星、宇宙探査機などの飛行体に搭載される装置である。以下、飛行体は、一例として、ロケットであるものとして説明するが、上述したように人工衛星や宇宙探査機であってもよい。以下、このような装置の構成および機能について段階的に開示する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of an aircraft navigation apparatus and an aircraft navigation according to the present invention will be described with reference to the drawings. The flying object navigation apparatus is an apparatus mounted on a flying object such as a rocket, an artificial satellite, or a space probe. In the following description, the flying object is described as a rocket as an example, but may be an artificial satellite or a space probe as described above. Hereinafter, the configuration and function of such an apparatus will be disclosed step by step.

[ロケット]
図1は、ロケット1の概略構成図である。ロケット1は、例えば、多段ロケットであり、最上段には衛星を格納し、それ以下の段は、最上段を切り離した後、海などに着水し、或いは地上に着地する。ロケット1は、例えば、一段目ロケット10と、二段目ロケット12と、最上段の三段目ロケット14とを備える。ロケット1は、発射された直後は一段目ロケット10による推進力で飛行し、その後、一段目ロケット10を切り離した後、二段目ロケット12の推進力で飛行し、最終的に三段目ロケット14が人口衛星などのペイロード20を宇宙空間に到達させる。飛行体用航法装置100は、例えば、二段目ロケット12に格納される。
[rocket]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the rocket 1. The rocket 1 is, for example, a multi-stage rocket. A satellite is stored in the uppermost stage, and the lower stages are separated from the uppermost stage and then land on the sea or land on the ground. The rocket 1 includes, for example, a first stage rocket 10, a second stage rocket 12, and an uppermost third stage rocket 14. Immediately after being launched, the rocket 1 flies with the propulsive force of the first-stage rocket 10, and then the first-stage rocket 10 is separated and then flies with the propulsive force of the second-stage rocket 12. 14 makes the payload 20 such as the artificial satellite reach the outer space. The flying object navigation apparatus 100 is stored in the second stage rocket 12, for example.

[飛行体用航法装置]
飛行体用航法装置100が備える慣性計測装置は、ロケット1の位置や速度を高精度で計測するために、例えば、二段目ロケット12内に予め設定された初期設定姿勢で正確に取り付けられる必要がある。しかしながら、慣性計測装置の実際の取付姿勢と、飛行体用航法装置100の位置や速度の計算のために予め設定された初期設定姿勢との間に姿勢誤差が生じる場合がある。飛行体用航法装置100は、この姿勢誤差を補正するための機能を備えている。
[Aircraft navigation system]
The inertial measurement device included in the flying object navigation device 100 needs to be accurately mounted in the initial setting posture set in advance in the second stage rocket 12 in order to measure the position and speed of the rocket 1 with high accuracy. There is. However, there may be a posture error between the actual mounting posture of the inertial measurement device and the initial setting posture set in advance for calculating the position and speed of the flying object navigation device 100. The flying object navigation apparatus 100 has a function for correcting this attitude error.

図2は、図1に示されたロケット1のA−A’方向における断面図である。図2に示すように、飛行体用航法装置100は、姿勢誤差を、ロケット1の進行方向の軸であるロール軸と、ロケット1の左右方向の軸であるピッチ軸、およびロケット1の上下方向の軸であるヨー軸の3つの軸方向の成分に分離して補正を行う。例えば、飛行体用航法装置100は、ピッチ軸回りの姿勢誤差(以下、「ピッチ角誤差」という)およびヨー軸回りの姿勢誤差(以下、「ヨー角誤差」という)については、ロケット1の打ち上げ前の静止時に実施するレベリング処理により補正を行う。一方、ロール軸回りの姿勢誤差(以下、「ロール角誤差」という)については、ロケット1の打ち上げ後の飛行中に実施する方位角推定処理により補正を行う。レベリング処理および方位角推定処理の詳細については後述する。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the rocket 1 shown in FIG. 1 in the A-A ′ direction. As shown in FIG. 2, the navigation system 100 for an aircraft detects attitude errors in terms of a roll axis that is an axis in the traveling direction of the rocket 1, a pitch axis that is a horizontal axis of the rocket 1, and the vertical direction of the rocket 1. The correction is performed by separating into three axial components of the yaw axis, which is the first axis. For example, the aircraft navigation apparatus 100 launches the rocket 1 with respect to attitude errors around the pitch axis (hereinafter referred to as “pitch angle errors”) and attitude errors around the yaw axis (hereinafter referred to as “yaw angle errors”). Correction is performed by the leveling process performed at the previous stationary time. On the other hand, the attitude error around the roll axis (hereinafter referred to as “roll angle error”) is corrected by azimuth angle estimation processing performed during the flight after the launch of the rocket 1. Details of the leveling process and the azimuth angle estimation process will be described later.

図3は、飛行体用航法装置100の構成図である。飛行体用航法装置100は、一以上のアンテナATと、通信装置TMとに接続される。飛行体用航法装置100は、例えば、電波航法測位モジュール110と、IMU(Inertial Measurement Unit;慣性計測装置)120と、航法計算モジュール130と、電源モジュール140と、記憶部150とを備える。   FIG. 3 is a configuration diagram of the aircraft navigation apparatus 100. The aircraft navigation apparatus 100 is connected to one or more antennas AT and the communication apparatus TM. The aircraft navigation apparatus 100 includes, for example, a radio navigation positioning module 110, an IMU (Inertial Measurement Unit) 120, a navigation calculation module 130, a power supply module 140, and a storage unit 150.

アンテナATは、外部から電波を受信し、受信した電波に応じた信号(以下、衛星測位信号と称する)をLNA(Low Noise Amplifier)に出力する。LNAは、アンテナATから入力された衛星測位信号を増幅する。   The antenna AT receives radio waves from the outside and outputs a signal corresponding to the received radio waves (hereinafter referred to as satellite positioning signal) to an LNA (Low Noise Amplifier). The LNA amplifies the satellite positioning signal input from the antenna AT.

電波航法測位モジュール110は、LNAにより増幅された衛星測位信号に基づいて、ロケット1の位置および速度を導出し、航法計算モジュール130に出力する。   The radio navigation positioning module 110 derives the position and velocity of the rocket 1 based on the satellite positioning signal amplified by the LNA, and outputs it to the navigation calculation module 130.

IMU120は、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)や光ファイバによって構成される三軸式加速度センサ、および三軸式ジャイロセンサを含む。IMU120は、ロケット1に働く慣性力を検出する。IMU120は、これらのセンサによって検出された値(水平方向、垂直方向、奥行き方向の各加速度、およびピッチ、ロール、ヨーの各レートなど)を航法計算モジュール130に出力する。IMU120は、「検出装置」の一例である。   The IMU 120 includes, for example, a triaxial acceleration sensor configured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) or an optical fiber, and a triaxial gyro sensor. The IMU 120 detects the inertial force that acts on the rocket 1. The IMU 120 outputs values detected by these sensors (horizontal, vertical, and depth accelerations, pitch, roll, and yaw rates, etc.) to the navigation calculation module 130. The IMU 120 is an example of a “detection device”.

航法計算モジュール130は、IMU120の実際の取付姿勢と、初期設定姿勢との間の姿勢誤差を補正する。また、航法計算モジュール130は、IMU120により検出された検出値(検出結果)に基づいて、ロケット1の位置および速度を導出する。また、航法計算モジュール130は、電波航法測位モジュール110により導出された位置および速度と、IMU120による検出結果を用いて導出された位置および速度とを統合してロケット1の位置および速度を導出する。   The navigation calculation module 130 corrects a posture error between the actual mounting posture of the IMU 120 and the initial setting posture. The navigation calculation module 130 derives the position and speed of the rocket 1 based on the detection value (detection result) detected by the IMU 120. The navigation calculation module 130 integrates the position and speed derived by the radio navigation positioning module 110 and the position and speed derived using the detection result by the IMU 120 to derive the position and speed of the rocket 1.

電源モジュール140は、図示しない電源装置に接続される。電源モジュール140は、例えば、保護回路とDC−DCコンバータを備え、飛行体用航法装置100の各部に電力を供給する。   The power supply module 140 is connected to a power supply device (not shown). The power supply module 140 includes, for example, a protection circuit and a DC-DC converter, and supplies power to each part of the aircraft navigation apparatus 100.

記憶部150は、ロケット1の位置および速度を導出する際の計算に利用される飛行体用航法装置100のIMU120の初期設定姿勢のデータを記憶する。この初期設定姿勢は、ロケット1に対するIMU120の取付姿勢を予め定義したものである。航法計算モジュール130は、IMU120により検出された検出値に基づいてロケット1の位置および速度を導出する際に、IMU120が初期設定姿勢でロケット1に取り付けられていることを前提として位置および速度を算出する。   The storage unit 150 stores initial setting attitude data of the IMU 120 of the flying object navigation apparatus 100 used for calculation when deriving the position and velocity of the rocket 1. This initial setting posture predefines the mounting posture of the IMU 120 with respect to the rocket 1. When the navigation calculation module 130 derives the position and speed of the rocket 1 based on the detection values detected by the IMU 120, the navigation calculation module 130 calculates the position and speed on the assumption that the IMU 120 is attached to the rocket 1 in the initial setting posture. To do.

また、記憶部150は、電波航法測位モジュール110に入力された衛星測位信号や、IMU120により検出された検出値、電波航法測位モジュール110および航法計算モジュール130により導出された各種演算結果(ロケット1の位置または速度)などを記憶する。記憶部150は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM、EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory)などにより実現される。また、記憶部150は、HDD(Hard Disc Drive)、フラッシュメモリなどにより実現されてもよい。   The storage unit 150 also includes a satellite positioning signal input to the radio navigation positioning module 110, detection values detected by the IMU 120, various calculation results derived by the radio navigation positioning module 110 and the navigation calculation module 130 (of the rocket 1). (Position or speed) etc. The storage unit 150 is realized by, for example, a ROM (Read Only Memory), a RAM, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), and the like. The storage unit 150 may be realized by an HDD (Hard Disc Drive), a flash memory, or the like.

通信装置TMは、例えば、テレメータ回線を利用して情報を地上監視装置(不図示)に送信する。地上監視装置は、例えば、ロケット1が発射された(飛び立った)後のロケット1の位置および速度を、テレメトリ通信によってロケット1から取得する。そして、地上監視装置は、仮にロケット1が落下した場合の落下地点を繰り返し推定し、落下による危険を回避するようにロケット1に指示信号を送信する。   The communication device TM transmits information to a ground monitoring device (not shown) using, for example, a telemeter line. For example, the ground monitoring device acquires the position and speed of the rocket 1 after the rocket 1 is launched (takes off) from the rocket 1 by telemetry communication. Then, the ground monitoring device repeatedly estimates a drop point when the rocket 1 falls, and transmits an instruction signal to the rocket 1 so as to avoid a danger due to the fall.

[電波航法測位モジュール]
図4は、電波航法測位モジュール110の構成図である。電波航法測位モジュール110は、測位側インターフェース112と、電波航法測位部114とを備える。アンテナATによって受信された衛星測位信号は、LNAによって増幅されて測位側インターフェース112に入力される。測位側インターフェース112は、例えば、RF(Radio Frequency)インターフェースである。
[Radio navigation positioning module]
FIG. 4 is a configuration diagram of the radio navigation positioning module 110. The radio navigation positioning module 110 includes a positioning side interface 112 and a radio navigation positioning unit 114. The satellite positioning signal received by the antenna AT is amplified by the LNA and input to the positioning-side interface 112. The positioning side interface 112 is, for example, an RF (Radio Frequency) interface.

電波航法測位部114は、測位側インターフェース112に入力された衛星測位信号に対する処理を行ってロケット1の位置および速度を導出し、航法計算モジュール130に出力する。電波航法測位部114は、アンテナATにより4つ以上の人工衛星から受信された電波の其々に応じた衛星測位信号に基づいて、人工衛星との相対距離(シュートレンジ)を求めることでロケット1の位置を算出する。   The radio navigation positioning unit 114 performs processing on the satellite positioning signal input to the positioning side interface 112 to derive the position and velocity of the rocket 1 and outputs the position and velocity to the navigation calculation module 130. The radio navigation positioning unit 114 obtains a relative distance (shoot range) to the artificial satellite based on a satellite positioning signal corresponding to each of radio waves received from four or more artificial satellites by the antenna AT. The position of is calculated.

[航法計算モジュール]
図5は、航法計算モジュール130の構成図である。航法計算モジュール130は、例えば、レベリング部132と、方位角推定部134と、慣性航法測位部136とを備える。
[Navigation calculation module]
FIG. 5 is a configuration diagram of the navigation calculation module 130. The navigation calculation module 130 includes, for example, a leveling unit 132, an azimuth angle estimation unit 134, and an inertial navigation positioning unit 136.

レベリング部132は、ロケット1の打ち上げ前の機体静止時に、飛行体用航法装置100の姿勢誤差におけるピッチ角誤差およびヨー角誤差を推定して除去する。レベリング部132は、ロケット1の静止時に、IMU120によって検出された加速度に対する重力加速度による補正の結果に基づいて、IMU120の初期設定姿勢と取付姿勢との誤差を構成する成分(ピッチ、ヨー、ロールの各軸回りの誤差成分)のうち少なくとも一部成分であるピッチ軸およびヨー軸回りの誤差(第1誤差の一例)を推定する。   The leveling unit 132 estimates and removes the pitch angle error and the yaw angle error in the attitude error of the aircraft navigation device 100 when the aircraft is stationary before the launch of the rocket 1. The leveling unit 132, based on the result of correction by the gravitational acceleration with respect to the acceleration detected by the IMU 120 when the rocket 1 is stationary, components (pitch, yaw, roll of the pitch) constituting the error between the initial setting posture and the mounting posture of the IMU 120. An error (an example of a first error) around the pitch axis and the yaw axis, which is at least a part of the error components around each axis), is estimated.

姿勢誤差が生じている場合、重力加速度による補正後に“0”となるべき加速度に補正残差が発生する。これは、姿勢誤差によって、誤ったベクトル方向に重力補正を行うことで、重力補正残差が発生したためである。そこで、レベリング部132は、重力加速度による補正後の加速度の補正残差を積分し、算出された速度が“0”となるような姿勢角度を求めることで、飛行体用航法装置100のピッチ角誤差およびヨー角誤差を推定して除去する。例えば、レベリング部132は、IMU120の座標系(ENU(East North Up)座標系)上で姿勢誤差をパラメータとした線形近似式を構築し、重力加速度による補正の結果に対してカルマンフィルタを適用してピッチ角誤差およびヨー角誤差を推定して除去する。レベリング部132は、「第1推定部」の一例である。   When an attitude error has occurred, a correction residual occurs in the acceleration that should be “0” after correction by gravitational acceleration. This is because a gravity correction residual is generated by performing gravity correction in the wrong vector direction due to the posture error. Therefore, the leveling unit 132 integrates the correction residual of the acceleration corrected by the gravitational acceleration, and obtains the attitude angle at which the calculated speed becomes “0”, so that the pitch angle of the aircraft navigation apparatus 100 is obtained. Estimate and remove errors and yaw angle errors. For example, the leveling unit 132 constructs a linear approximation expression using an attitude error as a parameter on the IMU 120 coordinate system (ENU (East North Up) coordinate system), and applies a Kalman filter to the correction result by gravity acceleration. Pitch angle error and yaw angle error are estimated and removed. The leveling unit 132 is an example of a “first estimation unit”.

方位角推定部134は、ロケット1の打ち上げ後の飛行中に、飛行体用航法装置100の姿勢誤差におけるロール角誤差を推定して除去する。方位角推定部134は、ロケット1の飛行中に、IMU120の検出結果および衛星から受信した電波に基づいて、初期設定姿勢と取付姿勢との誤差を構成する成分のうち少なくとも一部成分であるロール軸回りの誤差(第2誤差の一例)を推定する。方位角推定部134は、打ち上げ後の飛行中にロケット1が姿勢を徐々に水平方向に変えていくタイミングで、機体の進行方向の速度ベクトルに地表面に対する水平成分が生じることを利用する。衛星測位信号に基づいて電波航法測位モジュール110によって導出される速度は方位角誤差(ロール角誤差)の影響を受けない。このため、方位角推定部134は、電波航法測位モジュール110によって導出される速度ベクトルを正のデータとして参照し、この速度ベクトルと、IMU120の検出値に基づいて算出された速度ベクトルとを比較することで、ロール角誤差を推定する。   The azimuth angle estimation unit 134 estimates and removes the roll angle error in the attitude error of the flying object navigation apparatus 100 during the flight after the launch of the rocket 1. The azimuth estimation unit 134 is a roll that is at least a part of components that constitute an error between the initial setting posture and the mounting posture based on the detection result of the IMU 120 and the radio wave received from the satellite during the flight of the rocket 1. An error around the axis (an example of a second error) is estimated. The azimuth angle estimation unit 134 uses the fact that a horizontal component with respect to the ground surface is generated in the velocity vector in the traveling direction of the aircraft at the timing when the rocket 1 gradually changes its attitude in the horizontal direction during the flight after launch. The velocity derived by the radio navigation positioning module 110 based on the satellite positioning signal is not affected by the azimuth error (roll angle error). Therefore, the azimuth estimation unit 134 refers to the velocity vector derived by the radio navigation positioning module 110 as positive data, and compares this velocity vector with the velocity vector calculated based on the detection value of the IMU 120. Thus, the roll angle error is estimated.

例えば、方位角推定部134は、IMU120の三軸式加速度センサの検出値を積分することにより得られるロケット1の機体の水平方向の速度ベクトル、および、電波航法測位モジュール110によって導出される速度ベクトルの2つの速度ベクトルを、それぞれ個別に2次のデジタルローパスフィルタを通過させ、それらの内積および外積を求める。そして、方位角推定部134は、内積から誤差角度の大きさを推定し、外積から誤差方向を推定することで姿勢誤差を推定して除去する。方位角推定部134は、「第2推定部」の一例である。   For example, the azimuth angle estimation unit 134 includes the horizontal velocity vector of the rocket 1 body obtained by integrating the detection values of the three-axis acceleration sensor of the IMU 120, and the velocity vector derived by the radio navigation positioning module 110. Are respectively passed through a second-order digital low-pass filter, and their inner product and outer product are obtained. Then, the azimuth angle estimation unit 134 estimates the magnitude of the error angle from the inner product, and estimates and removes the posture error by estimating the error direction from the outer product. The azimuth angle estimation unit 134 is an example of a “second estimation unit”.

これら2つの速度ベクトルが成す角度は、ロケット1の打ち上げ前にレベリング部132によってピッチ角誤差およびヨー角誤差が除去されている場合、ロール角誤差のみを含む。なお、IMU120は、時間とともにバイアス誤差が蓄積するため、方位角推定部134は、ロケット1の姿勢が徐々に水平方向に変わるタイミングで上記の方位角推定処理を行う。   The angle formed by these two velocity vectors includes only the roll angle error when the pitch angle error and the yaw angle error are removed by the leveling unit 132 before the launch of the rocket 1. Since the IMU 120 accumulates a bias error with time, the azimuth angle estimation unit 134 performs the above azimuth angle estimation process at a timing at which the attitude of the rocket 1 gradually changes in the horizontal direction.

慣性航法測位部136は、IMU120により検出された検出値、レベリング部132によって推定された姿勢誤差および/または方位角推定部134によって推定された姿勢誤差が除去された初期設定姿勢に基づいて、ロケット1の位置および速度を導出する。慣性航法測位部136は、IMU120の三軸式加速度センサから入力された値を積分することで速度を算出し、更に、速度を積分することで変位(位置)を算出する。また、慣性航法測位部136は、IMU120の三軸式加速度センサと三軸式ジャイロセンサから入力された値に基づいて、変位と方角のベクトルを合成することで、より正確な姿勢を算出する。慣性航法測位部136は、「測位部」の一例である。   The inertial navigation positioning unit 136 detects the rocket based on the detected value detected by the IMU 120, the attitude error estimated by the leveling unit 132 and / or the initial setting attitude from which the attitude error estimated by the azimuth angle estimating unit 134 is removed. The position and velocity of 1 are derived. The inertial navigation positioning unit 136 calculates the speed by integrating the value input from the triaxial acceleration sensor of the IMU 120, and further calculates the displacement (position) by integrating the speed. The inertial navigation positioning unit 136 calculates a more accurate posture by combining displacement and direction vectors based on values input from the triaxial acceleration sensor and the triaxial gyro sensor of the IMU 120. The inertial navigation positioning unit 136 is an example of a “positioning unit”.

また、慣性航法測位部136は、IMU120により検出された検出値に基づいて導出されたロケット1の位置および速度と、電波航法測位モジュール110により導出されたロケット1の位置および速度とを統合し、ロケット1の位置および速度を導出する。慣性航法測位部136は、例えば、カルマンフィルタを適用することで両者を統合し、ロケット1の位置および速度を導出する。マルチパスの影響などにより、電波航法測位モジュール110がアンテナATで衛星の電波を受信できない状況において、慣性航法測位部136は、直前までの電波航法測位モジュール110により導出されたロケット1の位置および速度を、IMU120により検出された検出値に基づいて導出されたロケット1の位置および速度で補完する。   The inertial navigation positioning unit 136 integrates the position and speed of the rocket 1 derived based on the detection value detected by the IMU 120 and the position and speed of the rocket 1 derived by the radio navigation positioning module 110, The position and speed of the rocket 1 are derived. The inertial navigation positioning unit 136 integrates both by applying a Kalman filter, for example, and derives the position and velocity of the rocket 1. In a situation where the radio navigation positioning module 110 cannot receive the satellite radio waves with the antenna AT due to the influence of multipath, the inertial navigation positioning unit 136 determines the position and velocity of the rocket 1 derived by the radio navigation positioning module 110 until immediately before. Is supplemented by the position and speed of the rocket 1 derived based on the detection value detected by the IMU 120.

電波航法測位モジュール110および航法計算モジュール130の各々は、例えば、MPU(Micro Processing Unit)で構成される。電波航法測位モジュール110は、例えば、プログラムメモリ(図示しない)に格納されたプログラムを実行することにより、電波航法測位部114を実現する。また、航法計算モジュール130は、例えば、プログラムメモリ(図示しない)に格納されたプログラムを実行することにより、レベリング部132と、方位角推定部134と、慣性航法測位部136とを実現する。なお、これらの機能部のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアが協働することで実現されてもよい。   Each of the radio navigation positioning module 110 and the navigation calculation module 130 is configured by, for example, an MPU (Micro Processing Unit). The radio navigation positioning module 110 implements the radio navigation positioning unit 114 by executing a program stored in a program memory (not shown), for example. Moreover, the navigation calculation module 130 implement | achieves the leveling part 132, the azimuth angle estimation part 134, and the inertial navigation positioning part 136 by running the program stored in the program memory (not shown), for example. Some or all of these functional units may be realized by hardware such as LSI (Large Scale Integration) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the software and hardware cooperate with each other. It may be realized.

[レベリング処理]
以下において、航法計算モジュール130のレベリング部132によって行われるレベリング処理について説明する。ENU座標系のE軸およびN軸に対して、IMU120の取付姿勢と、予め設定された初期設定姿勢との間に姿勢誤差が生じている場合、航法計算モジュール130における計算において、重力補正後に“0”となるべき加速度に補正残差が発生する。この重力補正後の加速度の補正残差の積分によって発生する速度が“0”になるような姿勢角度を求めることで、ENU座標系に対する真の取付姿勢を求めることができる。
[Leveling process]
Hereinafter, the leveling process performed by the leveling unit 132 of the navigation calculation module 130 will be described. When an attitude error occurs between the mounting attitude of the IMU 120 and the preset initial setting attitude with respect to the E axis and the N axis of the ENU coordinate system, in the calculation in the navigation calculation module 130, after gravity correction, A correction residual is generated in the acceleration that should be 0 ”. By obtaining an attitude angle such that the speed generated by the integration of the acceleration correction residual after the gravity correction is “0”, the true attachment attitude with respect to the ENU coordinate system can be obtained.

図6は、航法計算モジュール130におけるレベリング処理の一例を示すフローチャートである。まず、レベリング部132は、IMU120により検出された検出値に基づいて、ENU座標系の姿勢誤差に起因する重力補正後の加速度の補正残差を算出する(ステップS101)。例えば、レベリング部132は、ENU座標系の姿勢誤差に起因する重力補正後の加速度の補正残差を以下の式(1)から(3)により算出する。式(1)から(3)において、εa、εa、εaをそれぞれ、ENU座標系の重力補正後の加速度のE軸、N軸、U軸の成分とし、εθ、εθをそれぞれ、ロケット1の機体軸座標系のピッチ角誤差、ヨー角誤差とする。なお、ロール方向をU軸方向とする。 FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of leveling processing in the navigation calculation module 130. First, the leveling unit 132 calculates a correction residual of acceleration after gravity correction caused by the attitude error of the ENU coordinate system based on the detection value detected by the IMU 120 (step S101). For example, the leveling unit 132 calculates a correction residual of acceleration after gravity correction caused by an attitude error of the ENU coordinate system by the following equations (1) to (3). In Expressions (1) to (3), εa E , εa N , and εa U are components of the E axis, N axis, and U axis of the gravity-corrected acceleration of the ENU coordinate system, respectively, and εθ P and εθ Y are respectively The pitch angle error and yaw angle error of the rocket 1 body axis coordinate system. The roll direction is the U-axis direction.

Figure 2018169368
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図7は、ENU座標系におけるピッチ角誤差εθを示す図である。また、図8は、ENU座標系におけるヨー角誤差εθを示す図である。図7および図8では、IMU120の実際の取付姿勢を破線(IMU120A)で示し、IMU120の計算上の初期設定姿勢を実線(IMU120B)で示している。 FIG. 7 is a diagram showing the pitch angle error εθ P in the ENU coordinate system. FIG. 8 is a diagram showing the yaw angle error εθ Y in the ENU coordinate system. 7 and 8, the actual mounting posture of the IMU 120 is indicated by a broken line (IMU 120A), and the calculated initial setting posture of the IMU 120 is indicated by a solid line (IMU 120B).

ここで、上記式(1)から(3)において、εθおよびεθが微小であれば、上記の式(1)および(2)は、以下の式(4)および(5)で近似できる。 Here, in the above formulas (1) to (3), if εθ P and εθ Y are very small, the above formulas (1) and (2) can be approximated by the following formulas (4) and (5). .

Figure 2018169368
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次に、εθおよびεθがほぼ同じ値であり、かつ、微小であるとすると、上記の式(3)は、以下の式(6)で近似できる。 Next, when εθ P and εθ Y are substantially the same value and are very small, the above equation (3) can be approximated by the following equation (6).

Figure 2018169368
Figure 2018169368

ここで、再度、εθおよびεθがほぼ同じ値であるとすれば、上記の式(6)は、以下の式(7)で近似できる。 Here, if εθ P and εθ Y are almost the same value, the above equation (6) can be approximated by the following equation (7).

Figure 2018169368
Figure 2018169368

さらに、α、αを姿勢推定係数とすると、上記の式(7)は、以下の式(8)のように表される。α、αは、ピッチ軸、ヨー軸の目標姿勢精度(目標姿勢角推定誤差)が設定される。 Furthermore, when α p and α Y are posture estimation coefficients, the above equation (7) is expressed as the following equation (8). For α p and α Y , target posture accuracy (target posture angle estimation error) of the pitch axis and yaw axis is set.

Figure 2018169368
Figure 2018169368

次に、レベリング部132は、算出した加速度の補正残差を用いて、速度誤差εvを算出する(ステップS103)。速度誤差εvは、以下の式(9)によって表される。 Next, the leveling unit 132 calculates a speed error εv L using the calculated acceleration correction residual (step S103). The speed error εv L is expressed by the following equation (9).

Figure 2018169368
Figure 2018169368

次に、レベリング部132は、算出した速度誤差に対してカルマンフィルタを適用し、姿勢誤差を推定して除去する(ステップS105)。レベリング部132は、上記の式(9)と、ロケット1の打ち上げ前の機体静止時のENU座標系速度が“0”という条件を用いて、速度増分を観測値として、姿勢誤差をカルマンフィルタにより推定する。カルマンフィルタの更新周期は、例えば、飛行体用航法装置100の更新周期100Hzとする。状態量x、遷移行列A、観測行列Cは以下の式(10)によって表される。 Next, the leveling unit 132 applies a Kalman filter to the calculated speed error, and estimates and removes the posture error (step S105). The leveling unit 132 estimates the attitude error with the Kalman filter using the above equation (9) and the condition that the velocity of the ENU coordinate system when the aircraft is stationary before launching the rocket 1 is “0”, with the speed increment as an observed value. To do. The update cycle of the Kalman filter is set to, for example, the update cycle 100 Hz of the flying object navigation device 100. The state quantity x L , the transition matrix A L , and the observation matrix C L are expressed by the following equation (10).

Figure 2018169368
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プロセスノイズQについては、IMU120の加速度ノイズの分散、観測ノイズRはIMU120によって検出されたロケット1の静止時の機体搖動による加速度の変動値により決定されてよい。また、共分散値Pの初期値については、想定される姿勢誤差等から決定されてよい。推定したピッチ角誤差εθ、ヨー角誤差εθで機体軸姿勢のクォータニオン(Quaternion)を更新していくことで、時間の経過とともに、姿勢が補正されていき、最終的に一定値に収束する。これにより、レベリング部132は、ピッチ角誤差およびヨー角誤差を推定して除去する。 Regarding the process noise Q L , the dispersion of the acceleration noise of the IMU 120 and the observation noise R L may be determined by the fluctuation value of the acceleration due to the motion of the aircraft when the rocket 1 is stationary detected by the IMU 120. Also, the initial value of the covariance value P L may be determined from the attitude error or the like is assumed. By updating the quaternion of the body axis posture with the estimated pitch angle error εθ P and yaw angle error εθ Y , the posture is corrected over time and finally converges to a constant value. . Thereby, the leveling unit 132 estimates and removes the pitch angle error and the yaw angle error.

次に、レベリング部132は、ピッチ角誤差およびヨー角誤差を除去したデータを真の取付姿勢のデータとして記憶部150に記憶させる(ステップS107)。以上により、本フローチャートの処理を終了する。   Next, the leveling unit 132 causes the storage unit 150 to store the data from which the pitch angle error and the yaw angle error have been removed as data of the true mounting posture (step S107). Thus, the process of this flowchart is completed.

[方位角推定処理]
以下において、航法計算モジュール130の方位角推定部134によって行われる方位角推定処理について説明する。方位角推定は、ベロシティーマッチングを用いており、ロケット1の射点を原点としたENU座標系において、電波航法測位モジュール110により導出されたロケット1の速度ベクトルと、IMU120により検出された検出値に基づいて導出されたロケット1の速度ベクトルとの内積および外積により、これらの2つのベクトルの成す角を方位角誤差として算出する。これら2つのベクトルの成す角度は、ロケット1の打ち上げ前にレベリング部132によってピッチ角誤差およびヨー角誤差が除去されている場合、ロール角誤差のみを含む。
[Azimuth estimation processing]
Hereinafter, the azimuth angle estimation process performed by the azimuth angle estimation unit 134 of the navigation calculation module 130 will be described. The azimuth angle estimation uses velocity matching, and in the ENU coordinate system with the launch point of the rocket 1 as the origin, the velocity vector of the rocket 1 derived by the radio navigation positioning module 110 and the detected value detected by the IMU 120 Based on the inner product and outer product of the velocity vector of the rocket 1 derived based on the above, the angle formed by these two vectors is calculated as an azimuth error. The angle formed by these two vectors includes only the roll angle error when the pitch angle error and the yaw angle error are removed by the leveling unit 132 before the launch of the rocket 1.

図9は、航法計算モジュール130における方位角推定処理の一例を示すフローチャートである。まず、方位角推定部134は、ロケット1の打ち上げ後の飛行中にIMU120により検出された検出値に基づいて、ロケット1の速度ベクトルに地表面に対する水平成分が生じているか否かを判定する(ステップS201)。方位角推定部134は、速度ベクトルに地表面に対する水平成分が生じていないと判定した場合、速度ベクトルの監視を継続する。   FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of the azimuth angle estimation process in the navigation calculation module 130. First, the azimuth estimation unit 134 determines whether or not a horizontal component with respect to the ground surface is generated in the velocity vector of the rocket 1 based on the detection value detected by the IMU 120 during the flight after the launch of the rocket 1 ( Step S201). If the azimuth angle estimation unit 134 determines that the horizontal component of the velocity vector is not generated with respect to the ground surface, the azimuth angle estimation unit 134 continues monitoring the velocity vector.

一方、方位角推定部134は、速度ベクトルに地表面に対する水平成分が生じていると判定した場合、すなわち、ロケット1の姿勢が徐々に水平方向に変えていくタイミングであると判定した場合、IMU120の三軸式加速度計の出力を積分することにより得られるロケット1の機体の水平方向の速度ベクトル(以下、「第1速度ベクトル」という)と、電波航法測位モジュール110により導出されたロケット1の機体の水平方向の速度ベクトル(以下、「第2速度ベクトル」という)との2つの速度ベクトルを、それぞれ個別に2次のデジタルローパスフィルタによってフィルタリングしてノイズ除去を行う(ステップS203)。これにより、IMU120の検出値に含まれるランダムノイズおよび衛星測位信号に含まれる熱雑音などを除去することができる。   On the other hand, when the azimuth angle estimation unit 134 determines that a horizontal component with respect to the ground surface is generated in the velocity vector, that is, when it is determined that it is time to gradually change the attitude of the rocket 1 in the horizontal direction, the IMU 120 The horizontal velocity vector (hereinafter referred to as “first velocity vector”) of the rocket 1 obtained by integrating the output of the three-axis accelerometer and the rocket 1 derived by the radio navigation positioning module 110 The two velocity vectors, the horizontal velocity vector of the aircraft (hereinafter referred to as “second velocity vector”), are individually filtered by a second-order digital low-pass filter to remove noise (step S203). Thereby, random noise included in the detection value of the IMU 120, thermal noise included in the satellite positioning signal, and the like can be removed.

図10は、ENU座標系におけるロール角誤差εθを示す図である。図10では、IMU120の実際の取付姿勢を破線(IMU120A)で示し、IMU120の計算上の初期設定姿勢を実線(IMU120B)で示している。 FIG. 10 is a diagram showing the roll angle error εθ R in the ENU coordinate system. In FIG. 10, the actual mounting posture of the IMU 120 is indicated by a broken line (IMU 120A), and the initial setting posture for calculation of the IMU 120 is indicated by a solid line (IMU 120B).

次に、方位角推定部134は、ノイズ除去を行った第1速度ベクトルと第2速度ベクトルとの内積を算出する(ステップS205)。方位角推定部134は、算出した内積に基づいて、第1速度ベクトルと第2速度ベクトルとの成す角度、すなわち、誤差角度の大きさを推定する。   Next, the azimuth angle estimation unit 134 calculates the inner product of the first speed vector and the second speed vector from which noise has been removed (step S205). The azimuth angle estimation unit 134 estimates the angle between the first speed vector and the second speed vector, that is, the magnitude of the error angle, based on the calculated inner product.

次に、方位角推定部134は、ノイズ除去を行った第1速度ベクトルと第2速度ベクトルとの外積を算出する(ステップS207)。方位角推定部134は、算出した外積に基づいて、第1速度ベクトルと第2速度ベクトルとの誤差方向、すなわち、どの方向にロール角誤差が生じているかを推定する。   Next, the azimuth angle estimation unit 134 calculates the outer product of the first speed vector and the second speed vector from which noise has been removed (step S207). The azimuth angle estimation unit 134 estimates the error direction between the first speed vector and the second speed vector, that is, in which direction the roll angle error is generated, based on the calculated outer product.

図11は、ENU座標系における方位角誤差θを示す図である。図11に示すように、第1速度ベクトルと、第2速度ベクトルとの成す角度が方位角誤差θとなる。 Figure 11 is a diagram showing an azimuth angle error theta D in ENU coordinate system. As shown in FIG. 11, a first velocity vector, the angle formed between the second velocity vector becomes azimuth error theta D.

次に、方位角推定部134は、推定した誤差角度の大きさおよび誤差方向に基づいて、ロール角誤差を推定する(ステップS209)。   Next, the azimuth angle estimation unit 134 estimates a roll angle error based on the estimated error angle size and error direction (step S209).

次に、レベリング部132は、記憶部150に記憶された計算上の初期設定姿勢のデータ(レベリング部132によってピッチ角誤差およびヨー角誤差が除去された取付姿勢のデータ)からロール角誤差を除去し、除去後のデータを真の取付姿勢のデータとして記憶部150に記憶させる(ステップS211)。以上により、本フローチャートの処理を終了する。   Next, the leveling unit 132 removes the roll angle error from the calculation initial setting posture data (the mounting posture data from which the pitch angle error and the yaw angle error have been removed by the leveling unit 132) stored in the storage unit 150. Then, the data after the removal is stored in the storage unit 150 as data of the true mounting posture (step S211). Thus, the process of this flowchart is completed.

[シミュレーション試験]
本出願の出願人は、以下に説明するシミュレーション試験を実施した。図12は、機体のピッチ角方向およびヨー角方向にそれぞれ10度の誤差角度を与えた際のレベリング処理のシミュレーション結果を示す。シミュレーション結果より、20秒以内に誤差角度が0度に収束していることが分かった。
[Simulation test]
The applicant of the present application conducted a simulation test described below. FIG. 12 shows a simulation result of the leveling process when an error angle of 10 degrees is given to each of the pitch angle direction and the yaw angle direction of the airframe. From the simulation results, it was found that the error angle converged to 0 degrees within 20 seconds.

なお、姿勢誤差が想定値よりも大きい場合、その収束に時間を要する場合がある。この場合、α、αを含むカルマンフィルタのパラメータを可変とし、姿勢推定時の初期には、収束に要する時間を短縮するために粗い姿勢推定を行うように、パラメータを設定する。そして、その収束状況を確認しつつ、推定精度を向上させるようにカルマンフィルタのパラメータを段階的に変動させることで、姿勢推定の精度を保ちつつ収束に要する時間を短縮させることができる。 If the posture error is larger than the assumed value, it may take time to converge. In this case, the parameters of the Kalman filter including α P and α Y are made variable, and the parameters are set so that rough posture estimation is performed at the initial stage of posture estimation in order to shorten the time required for convergence. Then, by confirming the convergence state and changing the parameters of the Kalman filter step by step so as to improve the estimation accuracy, the time required for convergence can be shortened while maintaining the accuracy of posture estimation.

以上説明した実施形態の飛行体用航法装置100および飛行体用航法によれば、上記のようなレベリング処理を行うことで、汎用の比較的低精度な慣性計測装置を用いた場合であっても、ピッチ角誤差およびヨー角誤差を適切に除去することができる。これにより、飛行体用航法装置100は、ロケット1の飛行安全管制で要求される高精度の位置および速度を計測することができる。さらに、ロケット1の起立時の機体搖動による加速度変動、慣性計測装置の加速度ノイズもあわせて低減することができ、位置および速度の計測値の精度をより向上させることができる。   According to the flying object navigation apparatus 100 and the flying object navigation of the embodiment described above, even when a general-purpose relatively low-precision inertial measurement apparatus is used by performing the leveling process as described above. The pitch angle error and the yaw angle error can be appropriately removed. Thereby, the navigation system 100 for a vehicle can measure a highly accurate position and speed required for the flight safety control of the rocket 1. Furthermore, the acceleration fluctuation due to the movement of the airframe when the rocket 1 is standing up and the acceleration noise of the inertial measurement device can also be reduced, and the accuracy of the position and speed measurement values can be further improved.

また、上記のような方位角推定処理を行うことで、アースレートを検出できない汎用の比較的低精度な慣性計測装置を用いた場合であっても、ロール角誤差を適切に除去することができる。さらに、慣性計測装置により検出された検出値に基づいて導出されたロケット1の速度ベクトルおよび電波航法測位モジュール110により導出されたロケット1の速度ベクトルは、それぞれ個別に2次のデジタルローパスフィルタによりフィルタリングされているため、慣性計測装置の検出値に含まれるランダムノイズに起因する速度誤差および衛星測位信号に含まれる熱雑音に起因する速度誤差を防ぐことができる。   Further, by performing the azimuth angle estimation process as described above, it is possible to appropriately remove the roll angle error even when a general-purpose relatively low-precision inertial measurement device that cannot detect the earth rate is used. . Furthermore, the velocity vector of the rocket 1 derived based on the detection value detected by the inertial measurement device and the velocity vector of the rocket 1 derived by the radio navigation positioning module 110 are individually filtered by a secondary digital low-pass filter. Therefore, it is possible to prevent a speed error due to random noise included in the detection value of the inertial measurement device and a speed error due to thermal noise included in the satellite positioning signal.

以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated using embodiment, this invention is not limited to such embodiment at all, In the range which does not deviate from the summary of this invention, various deformation | transformation and substitution Can be added.

AT…アンテナ、1…ロケット、100…飛行体用航法装置、110…電波航法測位モジュール、112…測位側インターフェース、114…電波航法測位部、120…IMU、130…航法計算モジュール、132…レベリング部、134…方位角推定部、136…慣性航法測位部、140…電源モジュール、150…記憶部、TM…通信装置 AT ... Antenna, 1 ... Rocket, 100 ... Aircraft navigation device, 110 ... Radio navigation positioning module, 112 ... Positioning side interface, 114 ... Radio navigation positioning unit, 120 ... IMU, 130 ... Navigation calculation module, 132 ... Leveling unit , 134 ... azimuth angle estimation unit, 136 ... inertial navigation positioning unit, 140 ... power supply module, 150 ... storage unit, TM ... communication device

Claims (9)

飛行体に搭載される飛行体用航法装置であって、
前記飛行体に働く慣性力を検出する検出装置と、
前記飛行体の静止時に、前記検出装置によって検出された加速度に対する重力加速度による補正の結果に基づいて、前記飛行体に対する前記検出装置の初期設定姿勢と取付姿勢との誤差成分のうち少なくとも一部である第1誤差を推定する第1推定部と、
前記第1推定部によって推定された前記第1誤差が除去された前記初期設定姿勢に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出する測位部と
を備える飛行体用航法装置。
A navigation device for an aircraft mounted on an aircraft,
A detection device for detecting an inertial force acting on the flying object;
Based on the result of correction by gravitational acceleration with respect to the acceleration detected by the detection device when the flying object is stationary, at least a part of error components between the initial setting posture and the mounting posture of the detection device with respect to the flying object. A first estimation unit for estimating a certain first error;
A flying object navigation apparatus comprising: a positioning unit that derives a position and a velocity of the flying object based on the initial setting posture from which the first error estimated by the first estimating unit is removed.
前記飛行体の飛行中に、前記検出装置の検出結果および衛星から受信した電波に基づいて、前記初期設定姿勢と前記取付姿勢との誤差成分のうち少なくとも一部である第2誤差を推定する第2推定部をさらに備え、
前記測位部は、前記第1推定部によって推定された前記第1誤差および前記第2推定部によって推定された前記第2誤差が除去された前記初期設定姿勢に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出する、
請求項1に記載の飛行体用航法装置。
A second error that is at least a part of an error component between the initial setting posture and the mounting posture is estimated based on a detection result of the detection device and a radio wave received from a satellite during the flight of the flying object. 2 further includes an estimation unit,
The positioning unit is configured to determine the position of the flying object based on the initial setting posture from which the first error estimated by the first estimation unit and the second error estimated by the second estimation unit are removed, and Deriving speed,
The aircraft navigation apparatus according to claim 1.
前記第1誤差は、前記飛行体のピッチ軸およびヨー軸回りの誤差である、
請求項1または2に記載の飛行体用航法装置。
The first error is an error around the pitch axis and the yaw axis of the aircraft.
The aircraft navigation system according to claim 1 or 2.
前記第1推定部は、前記重力加速度による補正の結果に対してカルマンフィルタを適用して前記第1誤差を推定する、
請求項1から3のうちいずれか一項に記載の飛行体用航法装置。
The first estimation unit estimates the first error by applying a Kalman filter to the correction result by the gravitational acceleration,
The flying object navigation apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記第2誤差は、前記飛行体のロール軸回りの誤差である、
請求項2に記載の飛行体用航法装置。
The second error is an error around the roll axis of the aircraft.
The navigation apparatus for an aircraft according to claim 2.
前記第2推定部は、前記検出装置の検出結果から算出された前記飛行体の第1速度ベクトルと、前記衛星から受信した電波から算出された前記飛行体の第2速度ベクトルとの内積および外積に基づいて、前記第2誤差を推定する、
請求項5に記載の飛行体用航法装置。
The second estimation unit includes an inner product and an outer product of a first velocity vector of the flying object calculated from a detection result of the detection device and a second velocity vector of the flying object calculated from a radio wave received from the satellite. Estimating the second error based on:
The navigation apparatus for an aircraft according to claim 5.
前記第1速度ベクトルおよび前記第2速度ベクトルは、地表面に対する水平方向の速度ベクトルである、
請求項6に記載の飛行体用航法装置。
The first velocity vector and the second velocity vector are velocity vectors in the horizontal direction with respect to the ground surface.
The aircraft navigation apparatus according to claim 6.
飛行体に搭載され、かつ、前記飛行体に働く慣性力を検出する検出装置を備えた飛行体用航法装置を用いた飛行体用航法であって、
前記検出装置によって検出された加速度に対する重力加速度による補正の結果に基づいて、前記飛行体に対する前記検出装置初期設定姿勢と取付姿勢との誤差成分のうち少なくとも一部である第1誤差を推定する工程と、
前記推定された前記第1誤差が除去された前記初期設定姿勢に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出する工程と、
を備える、飛行体用航法。
A vehicle navigation system using a vehicle navigation system equipped with a detection device that is mounted on a vehicle and that detects an inertial force acting on the vehicle.
Estimating a first error which is at least a part of an error component between the detection device initial setting posture and the mounting posture with respect to the flying object based on a result of correction by gravitational acceleration with respect to the acceleration detected by the detection device. When,
Deriving the position and velocity of the flying object based on the initial setting posture from which the estimated first error is removed;
Aircraft navigation.
前記飛行体の飛行中に、前記検出装置の検出結果および衛星から受信した電波に基づいて、前記初期設定姿勢と前記取付姿勢との誤差成分のうち少なくとも一部である第2誤差を推定する工程と、
前記推定された前記第1誤差および前記第2誤差が除去された前記初期設定姿勢に基づいて、前記飛行体の位置および速度を導出する工程と、
をさらに備える、請求項8に記載の飛行体用航法。
Estimating a second error that is at least a part of an error component between the initial setting posture and the mounting posture based on a detection result of the detection device and a radio wave received from a satellite during the flight of the flying object. When,
Deriving the position and velocity of the flying object based on the initial setting posture from which the estimated first error and the second error are removed;
The vehicle navigation according to claim 8, further comprising:
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