JP2019105479A - 真方位角計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】真方位角計測の精度を向上させる真方位角計測方法を提供することを目的とする。【解決手段】第１自転角速度ωｘ又は第２自転角速度ωｙが、予め設定した０に近い値の閾値未満である場合には、上記のように第１自転角速度ωｘ及び第２自転角速度ωｙの誤差が、真方位角Ｈｅａｄの計測結果の誤差として大きく影響する。そのため、２回目以降の計測においては、αに一定のオフセット値であるβを加えた状態で上記計測を行うようにジャイロ回転台５１を回転させる。ＭＰＵは、第１自転角速度ωｘ’及び第２自転角速度ωｙ’を計算する。【選択図】図２

Description

本発明は真方位角計測方法に関し、特に、バイアスキャンセルを用いる真方位角計測方法に関する。

従来の真方位角計測方法としては、例えば以下の特許文献１に記載された真方位角計測方法が知られている。すなわち、図３に示す従来の真方位角計測方法は、真方位角計測装置１の回転部材２に搭載された角速度センサ３により地球の自転角速度を計測し、その前記自転角速度を基に真方位角を計測する。前記角速度センサ３により１回目の自転角速度計測が終了した後に、前記角速度センサ３のバイアスに起因するバイアスを除去するために、制御テーブルにあらかじめ設定された回転量だけ前記回転部材２を回転させて２回目の自転角速度計測を行う。そして１回目の計測と２回目の計測とで得られた前記自転角速度から、１回目の計測と２回目の計測とにおける前記角速度センサ３のバイアスの変化率を取得し、その変化率により前記自転角速度の計測結果からバイアスを除去する。

国際公開第２０１４／１５６２８８号

上記のような従来の真方位角計測方法において、前記角速度センサ３の計測した前記自転角速度と、真方位角に直交する方向の自転角速度とを計測して、その前記各自転角速度の計測結果から、真方位角を計測する方法が知られている。

しかしながら、従来の真方位角計測方法において、前記自転角速度と前記方位角に直交する方向の前記自転角速度の計測結果とから真方位角を計測しようとすると、前記自転角速度又は前記方位角に直交する方向の前記自転方位角速度のいずれかが０に近い場合には、計測した前記各自転角速度の計測結果の誤差が真方位角の計測結果の誤差として大きく影響し、真方位角の測定精度が悪化するという問題点があった。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、真方位角計測の精度を向上させる真方位角計測方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る真方位角計測方法は、計測対象物の真方位角計測方法であって、地球の自転角速度である第１自転角速度と、第１自転角速度に直交する方向の地球の自転角速度である第２自転角速度とを計測することにより計測対象物の真方位角を計測し、第１自転角速度又は第２自転角速度が予め定めた閾値未満である場合には、次回の真方位角を計測するときに、真方位角に予め定めたオフセット値を加算した状態で第１自転角速度及び第２自転角速度を計測することによりオフセット値が加算された真方位角を計測し、オフセット値が加算された真方位角からオフセット値を減算することで真方位角を計測する方法である。

本発明に係る真方位角計測方法によれば、地球の自転角速度である第１自転角速度と、第１自転角速度に直交する方向の地球の自転角速度である第２自転角速度とを計測することにより計測対象物の真方位角を計測し、第１自転角速度又は第２自転角速度が予め定めた閾値未満である場合には、次回の真方位角を計測するときに、真方位角に予め定めたオフセット値を加算した状態で第１自転角速度及び第２自転角速度を計測することによりオフセット値が加算された真方位角を計測し、オフセット値が加算された真方位角からオフセット値を減算することで真方位角を計測するので、真方位角計測の精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る真方位角計測装置の構成図である。 本発明の実施の形態に係る真方位角計測方法の計測軸にオフセットを加える場合の自転角速度の関係を示す図である。 従来の真方位角計測方法の真方位角計測装置の概略図である。

以下、この発明の実施の形態の真方位角計測方法を添付図面に基づいて説明する。
まず、図１に、この発明の実施の形態の真方位角計測方法で用いる真方位角計測装置の構成図を示す。ここで、真方位角とは、真北を基準にして表した方位の角度のことを言う。測定対象物に搭載された真方位角計測装置１０は、Ｘ軸加速度計４０と、Ｙ軸加速度計４１と、Ｚ軸加速度計４２と、ジャイロ５０と、ジャイロ回転台５１と、周知のＭＰＵ６０とを有している。前記ジャイロ５０は、その計測の基準となる軸である計測軸を有している。前記ジャイロ５０は前記ジャイロ回転台５１に前記計測軸を回転可能に設置されている。なお、前記ジャイロ５０は例えば光ファイバジャイロ又は機械式ジャイロ等の中精度のジャイロである。また、前記ジャイロ５０として、地球の自転角速度を検出できる分解能を有するならば、さらに低精度のジャイロを用いてもよい。

前記Ｘ軸加速度計４０と、前記Ｙ軸加速度計４１と、前記Ｚ軸加速度計４２と、前記ジャイロ５０と前記ジャイロ回転台５１とは、前記ＭＰＵ６０に電気的に接続されている。前記ＭＰＵ６０には、前記Ｘ軸加速度計４０、前記Ｙ軸加速度計４１、前記Ｚ軸加速度計４２、前記ジャイロ５０からの各計測結果が入力される。また、前記ＭＰＵ６０からは、前記ジャイロ回転台５１を制御するための制御信号が出力される。

前記ＭＰＵ６０は、前記真方位角計測装置１０の外部に設置されたパソコンである記録部７０に周知のＲＳ−２３２Ｃケーブルを介して接続されている。前記記録部７０は前記ＭＰＵ６０と計測情報を双方向に通信する。なお、前記記録部７０はパソコン以外の適当なコンピュータであってもよいし、前記ＭＰＵ６０と接続される手段は他の種類のケーブルや無線通信であってもよい。

前記真方位角計測装置１０は、外部に設置された装置電源８０から電力を供給されている。

次に、この実施の形態の真方位角計測方法の原理を説明する。
前記ジャイロ５０の計測軸が、ある真方位角Ｈｅａｄで示される真方位を向いているとき、前記ジャイロ５０が検出する地球の自転角速度である第１自転角速度ωｘは式（１）で表される。

ここで、Ωは地球の自転角速度（１５°／時）、λは計測地点の緯度である。
また、Ｈｅａｄに直交する方向の地球の自転角速度である第２自転角速度ωｙは式（２）で表される。

そして、式（１）及び式（２）から式（３）が導かれる。

式（１）〜（３）に示した通り、前記ジャイロ５０の計測軸に直交する前記第２自転角速度ωｙを計測することにより、真方位角Ｈｅａｄを求めることができる。しかし、式（３）から理解できるように、この方法では、前記第１自転角速度ωｘ又は前記第２自転角速度ωｙの値のいずれかが０に近い場合は、前記第１自転角速度ωｘ及び前記第２自転角速度ωｙの誤差が、真方位角Ｈｅａｄの計測結果の誤差として大きく影響する。

また、この実施の形態で用いる中精度又は低精度の前記ジャイロ５０は、地球の前記第１自転角速度ωｘ及び前記第２自転角速度ωｙを大きく上回るバイアスを有する。したがって、計測結果からバイアスを除去するために、前記ジャイロ回転台５１により前記ジャイロ５０を回転させて計測軸を回転させた後に、再度前記第１自転角速度ωｘ及び第２自転角速度ωｙを計測する、バイアスキャンセルを行う。

次に、この実施の形態真方位角計測方法の具体的な方法を説明する。
前記ＭＰＵ６０は、図２に示すように、前記ジャイロ回転台５１を回転させ、前記ジャイロ５０の計測軸を任意の方向の角度αに向ける。ここで、前記真方位角計測装置１０の制御上のゼロ点を角度α＝０°とする。前記ジャイロ５０は角速度の計測値ｂ０を計測し、前記ＭＰＵ６０を介して前記記録部７０へ計測値ｂ０を送信する。前記記録部７０は、計測値ｂ０を記録する。

次に、前記ＭＰＵ６０は、バイアスキャンセルをして計測値を得るため、前記ジャイロ回転台５１を回転させ、前記ジャイロ５０の計測軸をα＋９０°に向ける。前記ジャイロ５０は角速度の計測値ｂ１を計測し、前記ＭＰＵ６０を介して前記記録部７０へ計測値ｂ１を送信する。前記記録部７０は、計測値ｂ１を記録する。

次に、前記ＭＰＵ６０は、バイアスキャンセルをして計測値を得るため、前記ジャイロ回転台５１を回転させ、前記ジャイロ５０の計測軸をα＋１８０°に向ける。前記ジャイロ５０は角速度の計測値ｂ２を計測し、前記ＭＰＵ６０を介して前記記録部７０へ計測値ｂ２を送信する。前記記録部７０は、計測値ｂ２を記録する。

次に、前記ＭＰＵ６０は、バイアスキャンセルをして計測値を得るため、前記ジャイロ回転台５１を回転させ、前記ジャイロ５０の計測軸をα＋２７０°に向ける。前記ジャイロ５０は角速度の計測値ｂ３を計測し、前記ＭＰＵ６０を介して前記記録部７０へ計測値ｂ３を送信する。前記記録部７０は、計測値ｂ３を記録する。

次に、前記ＭＰＵ６０は、前記記録部７０から計測値ｂ１〜ｂ４を受信する。そして、
ωｘ＝ｂ０−ｂ２
ωｙ＝ｂ１−ｂ３
の計算を行い、前記第１自転角速度ωｘ及び前記第２自転角速度ωｙを求める。

前記第１自転角速度ωｘ又は前記第２自転角速度ωｙが、予め設定した０に近い値の閾値未満である場合には、上記のように前記第１自転角速度ωｘ及び前記第２自転角速度ωｙの誤差が、真方位角Ｈｅａｄの計測結果の誤差として大きく影響する。そのため、２回目以降の計測においては、αに一定のオフセット値であるβを加えた状態で上記計測を行うように前記ジャイロ回転台５１を回転させる。すなわち、計測軸がα＋βの計測値ｂ０’、計測軸がα＋β＋９０°の計測値ｂ１’、計測軸がα＋β＋１８０°の計測値ｂ２’、計測軸がα＋β＋２７０°の計測値ｂ３’をそれぞれ前記ジャイロ５０が計測し、前記記録部７０が記録する。

前記ＭＰＵ６０は、前記記録部７０から計測値ｂ１’〜ｂ４’を受信する。そして、
ωｘ’＝ｂ０’−ｂ２’
ωｙ’＝ｂ１’−ｂ３’
の計算を行い、前記第１自転角速度ωｘ’及び前記第２自転角速度ωｙ’を求める。

２回目以降の計測では、前記オフセット値βを加えた状態で、前記第１自転角速度ωｘ’及び前記第２自転角速度ωｙ’の値を計測しているので、前記第１自転角速度ωｘ’及び前記第２自転角速度ωｙ’が閾値未満にならない。そのため、前記第１自転角速度ωｘ’及び前記第２自転角速度ωｙ’の誤差が、真方位角Ｈｅａｄの計測結果の誤差として影響しにくい。

次に、前記ＭＰＵ６０は前記第１自転角速度ωｘ’及び前記第２自転角速度ωｙ’と式（３）とから真方位角Ｈｅａｄを算出し、真方位角Ｈｅａｄの値から前記オフセット値βを減算する。次に、前記ＭＰＵ６０は、前記ジャイロ回転台５１を制御する上での角度αのゼロ点と、前記真方位角計測装置１０としてのゼロ点との差を真方位角Ｈｅａｄに加算し、真方位角の計測値として出力する。

なお、前記オフセット値βの値は１０°以下であると計測結果をオフセットさせる効果が小さいため、１０°を超えることが望ましい。しかし、前記オフセット値βが４５°を超えると、例えば前記第１自転角速度ωｘを０に近い閾値未満にしないために前記オフセット値を加えても、逆に前記第２自転角速度ωｙが０に近くなるために、前記オフセット値βを加える意味がなくなる。したがって、予め設定する前記オフセット値βの望ましい値は、１０°を超え且つ４５°以下であり、さらに経験的には３０°以上４５°以下であることが望ましい。

このように、測定対象物の真方位角計測方法であって、地球の自転角速度である前記第１自転角速度ωｘと、前記第１自転角速度ωｘに直交する方向の地球の自転角速度である前記第２自転角速度ωｙとを計測することにより測定対象物の前記真方位角Ｈｅａｄを計測し、前記第１自転角速度ωｘ又は前記第２自転角速度ωｙが予め定めた閾値未満である場合には、次回の前記真方位角Ｈｅａｄを計測するときに、前記真方位角Ｈｅａｄに予め定めたオフセット値βを加算した状態で前記第１自転角速度ωｘ’及び前記第２自転角速度ωｙ’を計測することにより前記オフセット値βが加算された前記真方位角Ｈｅａｄを計測し、前記オフセット値βが加算された前記真方位角Ｈｅａｄから前記オフセット値βを減算することで前記真方位角を計測するので、真方位角計測の精度を向上させることができる。

なお、この実施の形態ではバイアスキャンセルのために前記ジャイロ５０の計測軸をα＋９０°，α＋１８０°，α＋２７０°にそれぞれ向けた状態で計測を行ったが、αに加える角度は３６０°未満の範囲内で任意の角度であってもよい。

なお、本発明による真方位角計測方法の要旨としては、以下の通りである。すなわち、測定対象物の真方位角計測方法であって、地球の自転角速度である前記第１自転角速度ωｘと、前記第１自転角速度ωｘに直交する方向の地球の自転角速度である前記第２自転角速度ωｙとを計測することにより測定対象物の前記真方位角Ｈｅａｄを計測し、前記第１自転角速度ωｘ又は前記第２自転角速度ωｙが予め定めた閾値未満である場合には、次回の前記真方位角Ｈｅａｄを計測するときに、前記真方位角Ｈｅａｄに予め定めたオフセット値βを加算した状態で前記第１自転角速度ωｘ’及び前記第２自転角速度ωｙ’を計測することにより前記オフセット値βが加算された前記真方位角Ｈｅａｄを計測し、前記オフセット値βが加算された前記真方位角Ｈｅａｄから前記オフセット値βを減算することで前記真方位角を計測する方法である。

本発明による真方位角計測方法は、測定対象物の真方位角計測方法であって、地球の自転角速度である第１自転角速度と、第１自転角速度に直交する方向の地球の自転角速度である第２自転角速度とを計測することにより測定対象物の真方位角を計測し、第１自転角速度又は第２自転角速度が予め定めた閾値未満である場合には、次回の真方位角を計測するときに、真方位角に予め定めたオフセット値を加算した状態で第１自転角速度及び第２自転角速度を計測することによりオフセット値が加算された真方位角を計測し、オフセット値が加算された真方位角からオフセット値を減算することで真方位角を計測するので、真方位角計測の精度を向上させることができる。

β オフセット値
ωｘ 第１自転角速度
ωｙ 第２自転角速度
Ｈｅａｄ 真方位角

Claims (1)

1. 計測対象物の真方位角計測方法であって、
   地球の自転角速度である第１自転角速度と、
   前記第１自転角速度に直交する方向の地球の自転角速度である第２自転角速度と
   を計測することにより前記計測対象物の真方位角を計測し、
   前記第１自転角速度又は前記第２自転角速度が予め定めた閾値未満である場合には、次回の前記真方位角を計測するときに、前記真方位角に予め定めたオフセット値を加算した状態で前記第１自転角速度及び前記第２自転角速度を計測することにより前記オフセット値が加算された前記真方位角を計測し、
   前記オフセット値が加算された前記真方位角から前記オフセット値を減算することで前記真方位角を計測する、真方位角計測方法。

Images