JP2021076426A - Inertial navigation device, movement control method, and movement control program - Google Patents

Inertial navigation device, movement control method, and movement control program Download PDF

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Abstract

To provide an inertial navigation device, a movement control method and a movement control program with which it is possible to execute the movement of a moving body by inertial navigation with higher accuracy.SOLUTION: An underwater vehicle 10 includes a moving vehicle body 20, an inertial navigation device 21 for moving the moving vehicle body, an inertia measuring device 22 for detecting the movement of the moving vehicle body by inertia, a coordinate calculation device 28 for calculating the coordinate of the position of the moving vehicle body based on absolute coordinates on earth, and a control device 30 for controlling the movement of the moving vehicle body by the inertial navigation device on the basis of the detection result of the inertia calculation device. The control device executes a correction process of calculating an error on the basis of the movement information calculated on the basis of the detection result of the inertia measuring device and the positions of start and end points of detection result acquired by the coordinate calculation device, calculating a correction value on the basis of the error and correcting the detection result of the inertia measuring device with the correction value.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、慣性航法で位置制御を行いつつ、移動する慣性航法装置、移動制御方法及び移動制御プログラムに関する。 The present disclosure relates to an inertial navigation system, a movement control method, and a movement control program that move while performing position control by inertial navigation.

慣性航行法を用いて移動を制御する技術の一つとして、周囲の画像を取得し、位置の誤差を算出し、補正を行うシステムがある(例えば、特許文献1)。 As one of the techniques for controlling the movement by using the inertial navigation method, there is a system that acquires an image of the surroundings, calculates a position error, and corrects it (for example, Patent Document 1).

特開2019−504389号公報JP-A-2019-504389

特許文献1に記載のシステムのように、地球上での絶対座標(緯度経度)の位置を算出し、算出結果に基づいて位置を補正することで、移動体を適切な位置に移動させることができる。しかしながら、位置を補正するために座標に基づいた位置情報を取得する必要があり、慣性航行の精度の向上に限界がある。 Like the system described in Patent Document 1, the position of the absolute coordinates (latitude and longitude) on the earth is calculated, and the position is corrected based on the calculation result, so that the moving body can be moved to an appropriate position. it can. However, it is necessary to acquire the position information based on the coordinates in order to correct the position, and there is a limit to the improvement of the accuracy of inertial navigation.

本開示は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、移動体の慣性航法による移動をより高い精度で実行できる慣性航法装置、移動制御方法及び移動制御プログラムを提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an inertial navigation system, a movement control method, and a movement control program capable of performing movement of a moving body by inertial navigation with higher accuracy.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の少なくとも一実施形態は、移動体本体と、前記移動体本体を移動させる慣性航行装置と、前記移動体本体の慣性による移動を検出する慣性計測装置と、球上での絶対座標に基づいた前記移動体本体の位置の座標を算出する座標算出装置と、前記慣性計測装置の検出結果に基づいて、前記慣性航行装置による前記移動体本体の移動を制御する制御装置と、を含み、前記制御装置は、前記慣性計測装置の検出結果に基づいて算出した移動情報と、前記座標算出装置で取得した前記検出結果の開始点と終了点の位置とに基づいて、誤差を算出し、誤差に基づいて補正値を算出し、前記慣性計測装置の前記検出結果を前記補正値で補正する補正処理を実行する慣性航法装置を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, at least one embodiment of the present disclosure detects the movement of the moving body main body, the inertial navigation device for moving the moving body main body, and the inertial movement of the moving body main body. Inertial measurement unit, a coordinate calculation device that calculates the coordinates of the position of the moving body body based on absolute coordinates on the sphere, and the moving body by the inertial navigation system based on the detection results of the inertial measurement unit. The control device includes a control device that controls the movement of the main body, and the control device includes movement information calculated based on the detection result of the inertial measurement unit, and a start point and an end point of the detection result acquired by the coordinate calculation device. Provided is an inertial navigation system that calculates an error based on the position of the above, calculates a correction value based on the error, and executes a correction process for correcting the detection result of the inertial measurement unit with the correction value.

また、本開示の少なくとも一実施形態は、地球上での絶対座標に基づいた移動体本体の開始点の位置を取得するステップと、前記移動体本体の前記開始点から終了点への移動を慣性計測装置で検出し、検出した情報を蓄積するステップと、地球上での絶対座標に基づいた移動体本体の終了点の位置を取得するステップと、記慣性計測装置の検出結果に基づいて算出した移動情報と、前記地球上での絶対座標に開始点と終了点の位置とに基づいて、誤差を算出し、誤差に基づいて補正値を算出するステップと、前記慣性計測装置の前記検出結果を前記補正値で補正する補正処理しつつ、前記移動体本体の移動を制御するステップと、を含む移動制御方法を提供する。 Further, at least one embodiment of the present disclosure has an inertial step of acquiring the position of the start point of the moving body body based on the absolute coordinates on the earth and the movement of the moving body body from the start point to the end point. Calculated based on the steps of detecting with a measuring device and accumulating the detected information, the step of acquiring the position of the end point of the moving body body based on the absolute coordinates on the earth, and the detection result of the inertial measurement unit. A step of calculating an error based on the movement information and the positions of the start point and the end point in the absolute coordinates on the earth, and calculating a correction value based on the error, and the detection result of the inertial measurement unit. Provided is a movement control method including a step of controlling the movement of the moving body main body while performing correction processing for correction with the correction value.

また、本開示の少なくとも一実施形態は、慣性航行で移動可能な移動体の制御装置に、地球上での絶対座標に基づいた移動体本体の開始点の位置を取得するステップと、前記移動体本体の前記開始点から終了点への移動を慣性計測装置で検出し、検出した情報を蓄積するステップと、地球上での絶対座標に基づいた移動体本体の終了点の位置を取得するステップと、前記慣性計測装置の検出結果に基づいて算出した移動情報と、前記地球上での絶対座標に開始点と終了点の位置とに基づいて、誤差を算出し、誤差に基づいて補正値を算出するステップと、前記慣性計測装置の前記検出結果を前記補正値で補正する補正処理しつつ、前記移動体本体の移動を制御するステップと、を含む処理を実行させる移動制御プログラムを提供する。 Further, at least one embodiment of the present disclosure includes a step of acquiring the position of the starting point of the moving body main body based on the absolute coordinates on the earth by the control device of the moving body that can move by inertial navigation, and the moving body. A step of detecting the movement of the main body from the start point to the end point by an inertial measurement unit and accumulating the detected information, and a step of acquiring the position of the end point of the moving body main body based on absolute coordinates on the earth. , The error is calculated based on the movement information calculated based on the detection result of the inertial measurement unit, and the positions of the start point and the end point on the absolute coordinates on the earth, and the correction value is calculated based on the error. A movement control program for executing a process including a step of controlling the movement of the moving body main body while performing a correction process of correcting the detection result of the inertial measurement unit with the correction value is provided.

本開示の少なくとも一実施形態によれば、移動体の慣性航法による移動をより高い精度で実行できる。 According to at least one embodiment of the present disclosure, the movement of a moving body by inertial navigation can be performed with higher accuracy.

図1は、水中航走体の主要構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of an underwater vehicle. 図2は、水中航走体の移動制御方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing an example of a movement control method for the underwater vehicle. 図3は、水中航走体の移動制御方法の一例を説明するための説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of a movement control method for the underwater vehicle. 図4は、水中航走体の移動制御方法の一例を説明するための説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an example of a movement control method for the underwater vehicle. 図5は、水中航走体の移動制御方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an example of a movement control method for the underwater vehicle. 図6は、水中航走体の移動制御方法の一例を説明するための説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an example of a movement control method for the underwater vehicle. 図7は、水中航走体の移動制御方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing an example of a movement control method for the underwater vehicle. 図8は、水中航走体の移動制御方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an example of a movement control method for the underwater vehicle.

以下に、本開示に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。本実施形態では、慣性航行装置(INS、Inertial Navigation System)で移動する慣性航法装置の好適な一例として、水中を移動する水中航走体の場合で説明する。なお、慣性航法装置としては、空中を移動する飛行体や、陸上を移動する陸上移動体としてもよい。 Hereinafter, embodiments according to the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. In addition, the components in the embodiment include those that can be easily replaced by those skilled in the art, or those that are substantially the same. Furthermore, the components described below can be combined as appropriate. In the present embodiment, a case of an underwater navigating body moving underwater will be described as a preferable example of an inertial navigation system moving by an inertial navigation system (INS). The inertial navigation system may be an air vehicle moving in the air or a land moving body moving on land.

図1は、水中航走体の主要構成を示すブロック図である。水中航走体10は、移動体本体20と、慣性航行装置21と、慣性計測装置22と、高度計測装置26と、深度計測装置27と、座標算出装置28と、制御装置30と、を備える。水中航走体10は、上記構成に加え、水中航走体として備える各種構成を備えている。移動体本体20は、水中航走体10の各部を収納する外殻である。 FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of an underwater vehicle. The underwater navigation body 10 includes a moving body main body 20, an inertial navigation device 21, an inertial measurement device 22, an altitude measurement device 26, a depth measurement device 27, a coordinate calculation device 28, and a control device 30. .. In addition to the above configuration, the underwater navigation body 10 has various configurations provided as an underwater navigation body. The mobile body 20 is an outer shell that houses each part of the underwater navigation body 10.

慣性航行装置21は、駆動力を発生させ、移動体本体20を推進し、姿勢を変化させる機器である。慣性航行装置21は、上下ラダー32と、左右エレベータ34と、メインスラスタ36と、を有する。上下ラダー32は、移動体本体20の上下方向にそれぞれ突出する舵板を有し、舵板を上下方向に延びる軸を軸として回転させる。上下ラダー32は、軸に沿って舵板の向きを変えることで、移動体本体20に上下方向の周りに回転する方向の力を作用させる。左右エレベータ34は、移動体本体20の左右方向にそれぞれ突出する舵板を有し、舵板を左右方向に延びる軸を軸として回転させる。左右エレベータ34は、軸に沿って舵板の向きを変えることで、移動体本体20に左右方向の周りに回転する方向の力を作用させる。つまり、左右エレベータ34は、移動体本体20を浮上させる方向、沈降させる方向に回転させる。メインスラスタ36は、プロペラ、ジェット推進機であり、移動体本体20に推進方向に推進させる力を作用させる。慣性航行装置21は、メインスラスタ36で推進させつつ、上下ラダー32及び左右エレベータ34の向きを制御することで、移動体本体20の姿勢を変化させることができる。 The inertial navigation system 21 is a device that generates a driving force, propels the moving body main body 20, and changes the attitude. The inertial navigation system 21 includes an upper and lower ladder 32, a left and right elevator 34, and a main thruster 36. The upper and lower rudder 32 has a control plate that projects in the vertical direction of the moving body main body 20, and rotates the control plate around an axis that extends in the vertical direction. The vertical rudder 32 changes the direction of the control plate along the axis to exert a force in the direction of rotation on the moving body main body 20 in the vertical direction. The left and right elevators 34 have control plates that project in the left-right direction of the moving body main body 20, and rotate the control plate around an axis that extends in the left-right direction. The left and right elevators 34 apply a force in the direction of rotation to the moving body main body 20 in the left-right direction by changing the direction of the control plate along the axis. That is, the left and right elevators 34 rotate in the direction in which the moving body main body 20 is floated and in the direction in which it is settled. The main thruster 36 is a propeller and a jet propulsion machine, and exerts a force for propelling the moving body main body 20 in the propulsion direction. The inertial navigation system 21 can change the attitude of the moving body main body 20 by controlling the directions of the upper and lower ladders 32 and the left and right elevators 34 while propelling the inertial navigation system 21 by the main thruster 36.

慣性計測装置22は、移動体本体20に作用する慣性力を検出し、移動体本体20の姿勢の変化、移動を検出する。本実施形態の慣性計測装置22は、ジャイロセンサ24と加速度センサ25とを含む。ジャイロセンサ24は、移動体本体20の角度(姿勢)、角速度、角加速度を検出する。ジャイロセンサ24は、地磁気に対する角度を検出することができ、絶対座標に対する角度を検出する。加速度センサ25は、3軸方向の加速度を算出し、移動体本体20の三次元方向に加わる速度を検出する。 The inertial measurement unit 22 detects the inertial force acting on the moving body main body 20, and detects the change in the posture and the movement of the moving body main body 20. The inertial measurement unit 22 of the present embodiment includes a gyro sensor 24 and an acceleration sensor 25. The gyro sensor 24 detects the angle (posture), angular velocity, and angular acceleration of the moving body body 20. The gyro sensor 24 can detect an angle with respect to the geomagnetism and detects an angle with respect to absolute coordinates. The acceleration sensor 25 calculates the acceleration in the three-axis direction and detects the speed applied to the moving body main body 20 in the three-dimensional direction.

高度計測装置26は、高さ情報、つまり基準位置からの高さ(鉛直方向の距離)を検出する。水中航走体10は、水中航行体である。このため、高度計測装置26は、移動体本体20の海底からの高さを計測する。深度計測装置27は、移動体本体20の海面(水面)からの距離、深さを計測する。また、高度計測装置26、深度計測装置27は、慣性計測装置22に含めてもよい。なお、高度計測装置26は、必ずしも備えていなくてもよい。 The altitude measuring device 26 detects height information, that is, the height (distance in the vertical direction) from the reference position. The underwater navigation body 10 is an underwater navigation body. Therefore, the altitude measuring device 26 measures the height of the moving body main body 20 from the seabed. The depth measuring device 27 measures the distance and depth of the moving body main body 20 from the sea surface (water surface). Further, the altitude measuring device 26 and the depth measuring device 27 may be included in the inertial measurement device 22. The altitude measuring device 26 does not necessarily have to be provided.

座標算出装置28は、地球上での絶対座標に対する移動体本体20の位置の座標を算出する。座標算出装置28は、地球上での絶対座標の位置が既知の対象物から情報を取得し、取得した情報に基づいて対象物と移動体本体20の相対位置を算出し、移動体本体20の位置を算出する。地球上での絶対座標は、地球の1つの位置を基準し、かつ、軸も特定した座標系である。地球上での絶対座標は、例えば緯度経度である。座標算出装置28としては、全球測位衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)で、衛星から出力される信号を受信して位置座標を検出する装置を用いることができる。具体的構成例として、グローバル・ポジショニング・システム(GPS:Global Positioning System)等の測位システムを利用して位置を検出するための測位装置が挙げられる。本実施形態の水中航走体10は、衛星から出力される信号を受信できる水深まで浮上した場合に、座標算出装置28で絶対座標の位置情報を検出する。 The coordinate calculation device 28 calculates the coordinates of the position of the moving body 20 with respect to the absolute coordinates on the earth. The coordinate calculation device 28 acquires information from an object whose absolute coordinate position on the earth is known, calculates the relative position between the object and the moving body body 20 based on the acquired information, and calculates the relative position of the moving body body 20. Calculate the position. Absolute coordinates on the earth are coordinate systems that refer to one position on the earth and also specify the axis. Absolute coordinates on the earth are, for example, latitude and longitude. As the coordinate calculation device 28, a device that receives a signal output from a satellite and detects position coordinates can be used in a global positioning satellite system (GNSS: Global Navigation Satellite System). As a specific configuration example, there is a positioning device for detecting a position by using a positioning system such as a Global Positioning System (GPS). The underwater vehicle 10 of the present embodiment detects the position information of the absolute coordinates by the coordinate calculation device 28 when the underwater vehicle 10 ascends to a water depth where the signal output from the satellite can be received.

制御装置30は、水中航走体10の各部の動作を制御する、制御装置30は、CPU(Central Processing Unit)等の演算回路とROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の記憶装置を含み、移動制御に関する各種の処理を行う演算部と、各種データを記憶する記憶部とを備える。制御装置30は、記憶部に移動制御プログラム40と、移動計画データ42と、計測蓄積データ44と、が記憶される。移動制御プログラム40は、水中航走体10の移動を制御するプログラムである。移動計画データ42は、水中航走体10に対して設定された移動経路である。移動計画データ42は、3次元の移動経路のデータである。移動経路には、出発点、最終目的地の位置情報、出発点から最終目的地までに通過する経路の情報が含まれる。また移動経路には、座標算出装置28で位置(絶対座標上での位置(座標)の情報)を取得する地点として、開始点と終了点の位置が含まれる。計測蓄積データ44は、慣性計測装置22で検出した情報と、座標算出装置28で検出した情報、制御装置30で算出した計算結果等、移動制御プログラム40の処理で取得し、蓄積した各種データである。移動制御プログラム40、移動計画データ42は、移動開始前に、各種通信機能で制御装置30に供給し、記憶させる。 The control device 30 controls the operation of each part of the underwater vehicle 10. The control device 30 stores an arithmetic circuit such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory). It includes a device, a calculation unit that performs various processes related to movement control, and a storage unit that stores various data. The control device 30 stores the movement control program 40, the movement plan data 42, and the measurement storage data 44 in the storage unit. The movement control program 40 is a program that controls the movement of the underwater vehicle 10. The movement plan data 42 is a movement route set for the underwater vehicle 10. The movement plan data 42 is data of a three-dimensional movement route. The travel route includes information on the starting point, the location information of the final destination, and information on the route passing from the starting point to the final destination. Further, the movement path includes the positions of the start point and the end point as points for acquiring the position (information on the position (coordinates) on the absolute coordinates) by the coordinate calculation device 28. The measurement storage data 44 is various data acquired and accumulated by the processing of the movement control program 40, such as the information detected by the inertial measurement unit 22, the information detected by the coordinate calculation device 28, and the calculation result calculated by the control device 30. is there. The movement control program 40 and the movement plan data 42 are supplied to the control device 30 by various communication functions and stored before the start of the movement.

次に、図2から図4を用いて、水中航走体10の各部の動作、つまり、水中航走体10の移動制御方法の一例を説明する。図2は、水中航走体の移動制御方法の一例を示すフローチャートである。水中航走体10は、制御装置30で各部の動作を制御することで、図2に示す処理を実行する。また、図2は、処理の一例であり、図2に示す各処理の一部を並列で実行してもよいし、別々の処理として実行してもよい。 Next, with reference to FIGS. 2 to 4, the operation of each part of the underwater vehicle 10, that is, an example of the movement control method of the underwater vehicle 10 will be described. FIG. 2 is a flowchart showing an example of a movement control method for the underwater vehicle. The underwater vehicle 10 executes the process shown in FIG. 2 by controlling the operation of each part by the control device 30. Further, FIG. 2 is an example of processing, and a part of each processing shown in FIG. 2 may be executed in parallel or may be executed as separate processing.

水中航走体10は、移動計画データを取得する(ステップS12)。水中航走体10は、取得した移動計画データに基づいて、開始点に移動し、座標算出装置28で位置情報(移動体本体20の位置の情報)を取得し、開始点の位置を特定する(ステップS14)。水中航走体10は、座標算出装置28で取得した絶対座標の位置を開始点の位置として、計測蓄積データ44に記憶する。 The underwater vehicle 10 acquires movement plan data (step S12). The underwater vehicle 10 moves to the start point based on the acquired movement plan data, acquires position information (information on the position of the moving body main body 20) by the coordinate calculation device 28, and specifies the position of the start point. (Step S14). The underwater vehicle 10 stores the position of the absolute coordinates acquired by the coordinate calculation device 28 as the position of the starting point in the measurement accumulation data 44.

水中航走体10は、慣性計測装置22の計測結果を取得しつつ、移動計画データ42に基づいて慣性航行装置21で移動する(ステップS16)。水中航走体10は、慣性計測装置22で計測した結果で、開始点からの移動軌跡を算出し、慣性航行で算出した移動軌跡が、移動計画データ42で設定されている移動経路に沿うように移動させる。また、水中航走体10は、算出した計測結果を、計測蓄積データ44に記憶する。 The underwater vehicle 10 moves with the inertial navigation system 21 based on the movement plan data 42 while acquiring the measurement result of the inertial measurement unit 22 (step S16). The underwater vehicle 10 calculates the movement locus from the start point based on the result measured by the inertial measurement unit 22, so that the movement locus calculated by the inertial navigation follows the movement route set in the movement plan data 42. Move to. Further, the underwater vehicle 10 stores the calculated measurement result in the measurement accumulation data 44.

水中航走体10は、移動計画データの終了点まで移動完了したかを判定する(ステップS18)。水中航走体10は、慣性計測装置22の計測結果の積算結果に基づいて、現在の位置を算出し、算出した位置が終了点であるかを判定する。水中航走体10は、移動計画データの終了点まで移動完了していない(ステップS18でNo)と判定した場合、ステップS16に戻り、移動計画データに基づいた移動を継続する。 The underwater vehicle 10 determines whether or not the movement has been completed to the end point of the movement plan data (step S18). The underwater vehicle 10 calculates the current position based on the integrated result of the measurement results of the inertial measurement unit 22, and determines whether the calculated position is the end point. When it is determined that the movement of the underwater vehicle 10 has not been completed up to the end point of the movement plan data (No in step S18), the underwater vehicle 10 returns to step S16 and continues the movement based on the movement plan data.

水中航走体10は、移動計画データの終了点まで移動完了した(ステップS18でYes)と判定した場合、座標算出装置28で位置情報を取得し、終了点の位置を特定する(ステップS20)。 When it is determined that the underwater vehicle 10 has completed the movement to the end point of the movement plan data (Yes in step S18), the coordinate calculation device 28 acquires the position information and specifies the position of the end point (step S20). ..

水中航走体10は、位置情報つまり絶対座標上での移動体本体20の開始点と終了点の位置の情報と、慣性計測装置22の計測結果に基づいて、誤差(ずれ量)を算出する(ステップS22)。水中航走体10は、絶対座標の開始点と終了点の情報を位置情報と、慣性計測装置22の計測結果から算出した開始点と終了点のとの情報を比較する。開始点は、同じ点となるので、終了点の位置のずれ量を誤差として算出する。 The underwater vehicle 10 calculates an error (deviation amount) based on the position information, that is, the position information of the start point and the end point of the moving body main body 20 on the absolute coordinates, and the measurement result of the inertial measurement unit 22. (Step S22). The underwater vehicle 10 compares the information of the start point and the end point of the absolute coordinates with the position information and the information of the start point and the end point calculated from the measurement result of the inertial measurement unit 22. Since the start point is the same point, the amount of deviation in the position of the end point is calculated as an error.

水中航走体10は、誤差(ずれ量)に基づいて補正値を算出する(ステップS24)。水中航走体10は、算出した誤差(ずれ量)に基づいて、慣性計測装置22の計測誤差を補正する補正値を算出する。水中航走体10は、慣性計測装置22の初期方位角誤差、初期姿勢角誤差及び速度成分検出誤差の少なくとも1つに対する補正値を算出する。初期方位角誤差は、慣性計測装置22に設定されている絶対座標の基準位置、例えば、地磁気に対する水平方向の誤差である。初期姿勢角誤差は、慣性計測装置22に設定されている基準位置と移動体本体20の姿勢との誤差である。速度成分検出誤差は、慣性計測装置22の加速度等から検出される各方向の速度と、実際の移動体本体20の各方向の速度の誤差である。 The underwater vehicle 10 calculates a correction value based on an error (deviation amount) (step S24). The underwater vehicle 10 calculates a correction value for correcting the measurement error of the inertial measurement unit 22 based on the calculated error (deviation amount). The underwater vehicle 10 calculates a correction value for at least one of the initial azimuth angle error, the initial attitude angle error, and the velocity component detection error of the inertial measurement unit 22. The initial azimuth error is an error in the horizontal direction with respect to the reference position of the absolute coordinates set in the inertial measurement unit 22, for example, the geomagnetism. The initial posture angle error is an error between the reference position set in the inertial measurement unit 22 and the posture of the moving body main body 20. The velocity component detection error is an error between the velocity in each direction detected from the acceleration of the inertial measurement unit 22 and the actual velocity in each direction of the moving body main body 20.

水中航走体10は、慣性計測装置22の計測結果を補正値で補正しつつ、移動計画データに基づいて、慣性航行装置21で移動する(ステップS26)。つまり、水中航走体10は、慣性計測装置22の計測結果を補正値で補正することで、慣性計測装置22の計測誤差を補正した位置を算出し、補正した現在位置の情報に基づいて、慣性航行装置21で移動する。 The underwater vehicle 10 moves with the inertial navigation system 21 based on the movement plan data while correcting the measurement result of the inertial measurement unit 22 with the correction value (step S26). That is, the underwater vehicle 10 calculates the position where the measurement error of the inertial measurement unit 22 is corrected by correcting the measurement result of the inertial measurement unit 22 with the correction value, and based on the information of the corrected current position, the underwater vehicle 10 calculates the position where the measurement error of the inertial measurement unit 22 is corrected. It moves by the inertial navigation device 21.

次に、図3及び図4に基づいて、図2に示す処理の一例を説明する。図3は、水中航走体の移動制御方法の一例を説明するための説明図である。図4は、水中航走体の移動制御方法の一例を説明するための説明図である。図3は、水中航走体10の深さ方向(高度方向)における移動を模式的に示している。図4は、水中航走体10の水平方向の移動の一例を示している。 Next, an example of the processing shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of a movement control method for the underwater vehicle. FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining an example of a movement control method for the underwater vehicle. FIG. 3 schematically shows the movement of the underwater vehicle 10 in the depth direction (altitude direction). FIG. 4 shows an example of the horizontal movement of the underwater vehicle 10.

図3に示すように、水中航走体10は、海面60の近傍から沈降し、海底62の近傍を航行する。水中航走体10は、移動計画データ42で設定された経路を移動する。図3に示す区間64は、一次航走の区間であり、図2のステップS14からステップS20の処理で移動する区間である。図3に示す区間66は、ステップS26の処理で移動する区間である。水中航走体10は、区間64の最初の区間70の位置Pにいる状態で、座標算出装置28で絶対位置の情報を取得する。その後、区間70の後の区間72で、慣性計測装置22に基づいて位置を算出しつつ、移動計画データ42に基づいて、経路80を移動する。ここで、移動計画データ42で設定された移動経路は、図4に示すように位置Pから位置Paに移動する経路となる。水中航走体10は、慣性計測装置22の計測誤差により、慣性航行で経路80を移動すると位置Paに対してずれた位置Pbに移動する。 As shown in FIG. 3, the underwater navigator 10 subsides from the vicinity of the sea surface 60 and navigates in the vicinity of the seabed 62. The underwater vehicle 10 moves on the route set in the movement plan data 42. The section 64 shown in FIG. 3 is a section of the primary cruising, and is a section moved from step S14 to step S20 in FIG. The section 66 shown in FIG. 3 is a section to be moved in the process of step S26. The underwater vehicle 10 acquires absolute position information with the coordinate calculation device 28 while being at the position P of the first section 70 of the section 64. Then, in the section 72 after the section 70, the route 80 is moved based on the movement plan data 42 while calculating the position based on the inertial measurement unit 22. Here, the movement route set in the movement plan data 42 is a route that moves from the position P to the position Pa as shown in FIG. Due to a measurement error of the inertial measurement unit 22, the underwater vehicle 10 moves to a position Pb deviated from the position Pa when the path 80 is moved by inertial navigation.

水中航走体10は、経路80に沿って位置Pbに移動すると、終了点に移動したと判定して海面60の付近に移動する。その後、区間76での位置Pbにいる状態で、座標算出装置28で絶対位置の情報を取得する。 When the underwater vehicle 10 moves to the position Pb along the route 80, it determines that it has moved to the end point and moves to the vicinity of the sea level 60. After that, while at the position Pb in the section 76, the coordinate calculation device 28 acquires the absolute position information.

水中航走体10は、移動計画上の開始点Pと終了点Paと、慣性航行で移動した開始点Pと終了点Pbとの関係に基づいて、誤差を算出する。例えば、図4に示すように、開始点Pと終了点Paと結んだ線分と、開始点Pと終了点Pbとを結んだ線分とのなす角φ1を算出する。水中航走体10は、なす角φ1に基づいて、慣性計測装置22の初期方位角誤差、初期姿勢角誤差、速度成分検出誤差を算出し、算出結果に基づいて、初期方位角誤差、初期姿勢角誤差、速度成分検出誤差の補正量を決定する。なお、図4では、移動経路を模式的に直線で示したが、実際の移動経路は、屈曲している。このため、位置のずれの指標であるなす角φ1は、角度の誤差と、各方向の速度の誤差を含んだ成分となる。水中航走体10は、速度成分検出誤差に基づいて、速度成分の補正量を算出する。 The underwater vehicle 10 calculates an error based on the relationship between the start point P and the end point Pa on the movement plan and the start point P and the end point Pb moved by inertial navigation. For example, as shown in FIG. 4, the angle φ1 formed by the line segment connecting the start point P and the end point Pa and the line segment connecting the start point P and the end point Pb is calculated. The underwater vehicle 10 calculates the initial azimuth angle error, initial attitude angle error, and speed component detection error of the inertial measurement unit 22 based on the angle φ1 formed, and based on the calculation results, the initial azimuth angle error and initial attitude. Determine the amount of correction for angle error and velocity component detection error. Although the movement path is schematically shown by a straight line in FIG. 4, the actual movement path is bent. Therefore, the formed angle φ1 which is an index of the displacement of the position is a component including an error of the angle and an error of the velocity in each direction. The underwater vehicle 10 calculates the correction amount of the speed component based on the speed component detection error.

水中航走体10は、区間74で位置Pbから位置Pb´に移動しつつ、補正量の算出を行う。水中航走体10は、補正量を算出し、位置Pb´に移動した後、区間76の位置Pb´にいる状態で、座標算出装置28で位置情報として絶対座標に基づいた移動体本体20の位置を取得する。その後、区間76の後の区間78で、慣性計測装置22の算出結果と補正値に基づいて位置を算出しつつ、移動計画データ42に基づいて、経路82を移動する。ここで、移動計画データ42で設定された移動経路は、図4に示すように位置Pb´から位置Pcに移動する経路となる。水中航走体10は、慣性計測装置22の計測誤差により、慣性航行で経路82を移動すると位置Pcに対してずれた位置Pdに移動する。水中航走体10は、補正値に基づいて慣性計測装置22の算出結果を補正して位置を算出することで、開始点Pb´と終了点Pcと結んだ線分と、開始点Pb´と終了点Pdとを結んだ線分とのなす角φ2を、補正前のなす角φ1よりも小さくすることができる。 The underwater vehicle 10 calculates the correction amount while moving from the position Pb to the position Pb'in the section 74. After calculating the correction amount and moving to the position Pb', the underwater vehicle 10 is in the state of being at the position Pb'of the section 76, and the coordinate calculation device 28 is used as the position information of the moving body main body 20 based on the absolute coordinates. Get the position. After that, in the section 78 after the section 76, the route 82 is moved based on the movement plan data 42 while calculating the position based on the calculation result and the correction value of the inertial measurement unit 22. Here, the movement route set in the movement plan data 42 is a route that moves from the position Pb'to the position Pc as shown in FIG. The underwater vehicle 10 moves to a position Pd deviated from the position Pc when the path 82 is moved by inertial navigation due to a measurement error of the inertial measurement unit 22. The underwater vehicle 10 corrects the calculation result of the inertial measurement unit 22 based on the correction value and calculates the position, so that the line segment connecting the start point Pb'and the end point Pc and the start point Pb' The angle φ2 formed by the line segment connecting the end point Pd can be made smaller than the angle φ1 formed before the correction.

以上より、水中航走体10は、慣性計測装置22で算出した位置と、座標算出装置28で検出した位置とのずれに基づいて、慣性計測装置22の計測で生じる誤差を補正する補正値を設定することで、慣性計測装置22を用いた慣性航法の移動精度を高くすることができる。つまり、移動計画データ42と、水中航走体10の慣性計測装置22を用いた慣性航法の移動経路のずれを少なくすることができる。 From the above, the underwater vehicle 10 sets a correction value for correcting an error caused by the measurement of the inertial measuring device 22 based on the deviation between the position calculated by the inertial measuring device 22 and the position detected by the coordinate calculating device 28. By setting, the movement accuracy of inertial navigation using the inertial measuring device 22 can be improved. That is, it is possible to reduce the deviation between the movement plan data 42 and the movement path of the inertial navigation using the inertial measurement unit 22 of the underwater navigation body 10.

ここで、水中航走体10は、慣性計測装置22としてジャイロセンサ24等の電源投入時、ずれ(ドリフト特性)が生じ、かつ、電源が入力された状態ではドリフト特性が変化しない場合、図2に示す補正処置を行うことで、補正値算出後の慣性航走の精度を高くすることができる。 Here, when the underwater vehicle 10 has a deviation (drift characteristic) when the power of the gyro sensor 24 or the like is turned on as the inertial measurement device 22, and the drift characteristic does not change when the power is input, FIG. By performing the correction measures shown in (1), the accuracy of inertial navigation after calculating the correction value can be improved.

また、本開示のように水中を航走する水中航走体10の慣性航走に用いることで、位置情報の取得が難しい水中の航走の位置制御の精度を高くすることができる。 Further, by using the underwater vehicle 10 for inertial navigation as described in the present disclosure, it is possible to improve the accuracy of the position control of the underwater navigation in which it is difficult to acquire the position information.

また、水中航走体10は、図2に示す補正処理を複数回実行することが好ましい。これにより、補正処理を複数回実行することで、補正値の精度を高くすることができ、慣性計測装置22の検出結果と実際の移動の軌跡との差を小さくすることができる。また、水中航走体10は、補正処理を複数回実行する場合、補正処理で移動体本体が移動する距離を、前回の補正処理で移動体本体が移動する距離よりも長くすることが好ましい。後に実行する補正処理の距離を長くすることで、より高い分解能で補正値を算出することができるこれにより、補正値の精度をより高くすることができる。 Further, it is preferable that the underwater vehicle 10 executes the correction process shown in FIG. 2 a plurality of times. As a result, the accuracy of the correction value can be improved by executing the correction process a plurality of times, and the difference between the detection result of the inertial measurement unit 22 and the actual movement locus can be reduced. Further, when the underwater vehicle 10 executes the correction process a plurality of times, it is preferable that the distance that the moving body main body moves in the correction process is longer than the distance that the moving body main body moves in the previous correction process. By increasing the distance of the correction process to be executed later, the correction value can be calculated with a higher resolution, and thus the accuracy of the correction value can be further improved.

また、水中航走体10は、補正処理を複数回実行する場合、座標算出装置で検出した位置と、慣性計測装置の検出結果を蓄積して算出した位置情報と、それぞれの経過時間を用いて、慣性近似を行い、補正値を算出することが好ましい。 Further, when the underwater vehicle 10 executes the correction process a plurality of times, the position detected by the coordinate calculation device, the position information calculated by accumulating the detection results of the inertial measurement unit, and the elapsed time of each are used. , It is preferable to perform inertial approximation and calculate the correction value.

例えば、慣性計測装置22の計測結果に基づいて算出した位置(INS位置)をPi(k)、座標算出装置28で検出した位置(GNSS位置)をPr(k)、時間をT(k)とする。ここで、k=1,2,3,・・・,Nであり、浮上タイミングである。今回の浮上をk、前回の浮上をk−1とすると、今回での誤差d(k)は、d(k)=Pr(k)−Pi(k)となり、誤差発生の傾き誤差 ae(k)=(Pr(k)−Pr(k−1))−(Pi(k)−Pi(k−1))/(T(k)−T(k−1))となる。 For example, the position (INS position) calculated based on the measurement result of the inertial measurement unit 22 is Pi (k), the position (GNSS position) detected by the coordinate calculation device 28 is Pr (k), and the time is T (k). To do. Here, k = 1, 2, 3, ..., N, which is the ascent timing. Assuming that the current ascent is k and the previous ascent is k-1, the error d (k) this time is d (k) = Pr (k) -Pi (k), and the inclination error ae (k) of the error occurrence. ) = (Pr (k) -Pr (k-1))-(Pi (k) -Pi (k-1)) / (T (k) -T (k-1)).

これにより、今回浮上以降での時刻tにおける位置は、Pi_rev(t)=Pi(t)+ae(k)*(t−T(k))+d(k)で補正できる。なお、制御装置30は、n回の浮上における、INS位置、GNSS位置、時刻、誤差d(k)、傾き誤差ae(k)を記憶しておく。 As a result, the position at time t after the ascent this time can be corrected by Pi_rev (t) = Pi (t) + ae (k) * (t-T (k)) + d (k). The control device 30 stores the INS position, the GNSS position, the time, the error d (k), and the tilt error ae (k) in n times of ascent.

このように、指定したN回時点で、過去n回の傾きaeおよび誤差dの平均をとることで、誤差発生の出方を徐々に精緻化するとともに、潮流等のランダム要素の影響を低減することができる。また、N回は、過去の全点でもよいし、直近のN回(例えば3回)でもよい。 In this way, by averaging the slope ae and the error d of the past n times at the specified N times, the appearance of the error is gradually refined and the influence of random factors such as tidal current is reduced. be able to. Further, the N times may be all points in the past or the latest N times (for example, 3 times).

ここで、水中航走体10は、複数回の補正処理のデータを用いる場合、平均を計算する際に重み付き平均(加重平均)としてもよい。すわなち、誤差d(k)の場合、誤差d(k)、(k=1,2,3,・・・,N)に対して、重みw(k)を用いて、以下で求める。
mean=(Σ K=1(w(k)・d(k))/Σ K=1w(k)
Here, the underwater vehicle 10 may be a weighted average (weighted average) when calculating the average when the data of the correction processing of a plurality of times is used. That is, in the case of an error d (k), the error d (k), (k = 1, 2, 3, ..., N) is obtained by using the weight w (k) as follows.
d mean = (Σ N K = 1 (w (k) · d (k)) / Σ N K = 1 w (k)

これにより、直近の浮上データの重みデータほど重みを大きくすることで、直近の誤差発生の仕方を重視した補正量算出が可能となる。例えば、重みw(k)を、直近から10,9,8、・・・とする。また重みの設定を経過時間が長い箇所の重みを大きくすることで、長時間(長距離)航行時の発生誤差を重視した補正量の算出が可能となる。また、本実施形態では、補正式1次式の例で示したが、2次式としてもよい。 As a result, by increasing the weight as the weight data of the latest levitation data is increased, it is possible to calculate the correction amount with an emphasis on the method of generating the latest error. For example, the weight w (k) is 10, 9, 8, ... From the latest. Further, by setting the weight to increase the weight at the place where the elapsed time is long, it is possible to calculate the correction amount with an emphasis on the error generated during long-time (long-distance) navigation. Further, in the present embodiment, although the correction formula is shown as an example of the linear formula, it may be a quadratic formula.

以下、図5を用いて、処理の一例を説明する。図5は、水中航走体の移動制御方法の一例を示すフローチャートである。水中航走体10は、補正処理を実行する(ステップS40)。ここで、補正処理は、図2のステップS12からステップS22の処理、つまり、移動計画データに基づいて、慣性計測装置22で計測した結果に基づいて移動を制御しつつ、開始点から終了点までの移動し、かつ、開始点、終了点での地球上での絶対座標の位置を座標算出装置28で検出する処理である。 Hereinafter, an example of processing will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing an example of a movement control method for the underwater vehicle. The underwater vehicle 10 executes a correction process (step S40). Here, the correction process is the process from step S12 to step S22 in FIG. 2, that is, from the start point to the end point while controlling the movement based on the result measured by the inertial measurement unit 22 based on the movement plan data. This is a process in which the coordinate calculation device 28 detects the position of the absolute coordinates on the earth at the start point and the end point.

水中航走体10は、過去の補正処理の情報を取得する(ステップS42)。つまり、水中航走体10は、ステップS40よりも前に取得した補正処理の絶対座標の位置情報と、慣性航行で算出した位置情報を取得する。 The underwater vehicle 10 acquires information on past correction processing (step S42). That is, the underwater vehicle 10 acquires the position information of the absolute coordinates of the correction process acquired before step S40 and the position information calculated by inertial navigation.

水中航走体10は、重み付け処理を実行する(ステップS44)。水中航走体10は、それぞれの補正処理で算出した情報に対して予め設定された重み付け処理を行う。次に、水中航走体10は、重み付けに基づいて、補正値を算出する(ステップS46)。 The underwater vehicle 10 executes a weighting process (step S44). The underwater vehicle 10 performs a preset weighting process on the information calculated by each correction process. Next, the underwater vehicle 10 calculates a correction value based on the weighting (step S46).

水中航走体10は、慣性計測装置22の計測結果を補正値で補正しつつ、移動計画データに基づいて、慣性航行装置21で移動する(ステップS48)。つまり、水中航走体10は、慣性計測装置22の計測結果を補正値で補正することで、慣性計測装置22の計測誤差を補正した位置を算出し、補正した現在位置の情報に基づいて、慣性航行装置21で移動する。 The underwater vehicle 10 moves with the inertial navigation system 21 based on the movement plan data while correcting the measurement result of the inertial measurement unit 22 with the correction value (step S48). That is, the underwater vehicle 10 calculates the position where the measurement error of the inertial measurement unit 22 is corrected by correcting the measurement result of the inertial measurement unit 22 with the correction value, and based on the information of the corrected current position, the underwater vehicle 10 calculates the position where the measurement error of the inertial measurement unit 22 is corrected. It moves by the inertial navigation device 21.

ここで、水中航走体10は、浮上推奨領域を設定し、座標算出装置28での位置検出は、浮上推奨領域で実行することが好ましい。ここで、浮上推奨領域は、オペレータにより水中航走体10が浮上可能であると判断して設定される領域である。浮上推奨領域は、複数に分割された領域でも、1つの領域でもよい。 Here, it is preferable that the underwater vehicle 10 sets a recommended ascent region, and the position detection by the coordinate calculation device 28 is executed in the recommended ascent region. Here, the ascending recommended area is an area set by the operator when the underwater vehicle 10 is determined to be able to ascend. The recommended ascent region may be a plurality of divided regions or a single region.

図6は、水中航走体の移動制御方法の一例を説明するための説明図である。図6は、浮上推奨領域を模式的に説明する図である。図6は、海岸線100に港110が設けられている。また、海には、船120が航行している。港110、船120は、水中航走体10に関連する施設である。水中航走体10は、海岸線100からの所定距離の範囲101や、港110の近傍の範囲112、船120を基準とした一定距離の範囲122を浮上推奨領域と設定することができる。 FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an example of a movement control method for the underwater vehicle. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a recommended ascent region. In FIG. 6, a port 110 is provided on the coastline 100. In addition, a ship 120 is sailing in the sea. The port 110 and the ship 120 are facilities related to the underwater vehicle 10. The underwater vehicle 10 can set a predetermined distance range 101 from the coastline 100, a range 112 near the port 110, and a fixed distance range 122 with respect to the ship 120 as levitation recommended areas.

図7及び図8を用いて、浮上推奨領域を用いた移動制御方法の一例を説明する。図7は、水中航走体の移動制御方法の一例を示すフローチャートである。水中航走体10は、座標算出装置で位置情報を取得する(ステップS50)。水中航走体10は、現在の位置が浮上推奨領域であるかを判定する(ステップS52)。 An example of the movement control method using the recommended ascent region will be described with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a flowchart showing an example of a movement control method for the underwater vehicle. The underwater vehicle 10 acquires position information with a coordinate calculation device (step S50). The underwater vehicle 10 determines whether the current position is the recommended ascent region (step S52).

水中航走体10は、現在の位置が浮上推奨領域ではない(ステップS52でNo)と判定した場合、浮上推奨領域に移動し(ステップS54)し、ステップS56に進む。なお、ステップS54の移動は、海面近傍で位置情報を取得しつつ移動してもよいが、水中で慣性計測装置22の情報を取得しつつ、慣性航行で移動することが好ましい。水中航走体10は、現在の位置が浮上推奨領域である(ステップS52でYes)と判定した場合、ステップS56に進む。 When the underwater vehicle 10 determines that the current position is not the recommended ascent region (No in step S52), the underwater vehicle 10 moves to the recommended ascent region (step S54) and proceeds to step S56. The movement in step S54 may be performed while acquiring the position information in the vicinity of the sea surface, but it is preferable to move by inertial navigation while acquiring the information of the inertial measurement unit 22 in the water. When the underwater vehicle 10 determines that the current position is the recommended ascent region (Yes in step S52), the underwater vehicle 10 proceeds to step S56.

水中航走体10は、浮上推奨領域にいる状態とした後、補正処理を実行する(ステップS56)。水中航走体10は、開始点と終了点を浮上推奨領域の任意の位置として設定した移動計画データに基づいて、補正処理を実行する。次に、水中航走体10は、補正処理で算出した情報に基づいて、補正値を算出する(ステップS57)。補正値の算出は、上述した複数回の補正処理の結果に基づいた算出方法で算出することが好ましい。 The underwater vehicle 10 is in the recommended ascent region, and then the correction process is executed (step S56). The underwater vehicle 10 executes the correction process based on the movement plan data in which the start point and the end point are set as arbitrary positions in the levitation recommended area. Next, the underwater vehicle 10 calculates a correction value based on the information calculated by the correction process (step S57). The correction value is preferably calculated by a calculation method based on the results of the above-mentioned plurality of correction processes.

水中航走体10は、補正処理を実行し、補正値を算出した後、所定回数補正処理を実行したかを判定する(ステップS58)。所定回数(閾値回数)は、予め設定した回数である。水中航走体10は、補正回数を実行した回数が所定回数未満である(ステップS58でNo)と判定した場合、ステップS52に戻り、補正処理を再度実行する。 The underwater vehicle 10 executes the correction process, calculates the correction value, and then determines whether the correction process has been executed a predetermined number of times (step S58). The predetermined number of times (threshold number of times) is a preset number of times. When the underwater vehicle 10 determines that the number of times the correction number has been executed is less than the predetermined number (No in step S58), it returns to step S52 and executes the correction process again.

水中航走体10は、補正回数を実行した回数が所定回数以上である(ステップS58でYes)と判定した場合、補正値を確定し、慣性計測装置22の計測結果を補正値で補正しつつ、移動計画データに基づいて、慣性航行装置21で移動する(ステップS60)。つまり、水中航走体10は、慣性計測装置22の計測結果を補正値で補正することで、慣性計測装置22の計測誤差を補正した位置を算出し、補正した現在位置の情報に基づいて、慣性航行装置21で移動する。 When it is determined that the number of times the underwater navigation body 10 has executed the correction number of times is equal to or greater than the predetermined number of times (Yes in step S58), the correction value is determined, and the measurement result of the inertial measurement unit 22 is corrected by the correction value. , The inertial navigation system 21 moves based on the movement plan data (step S60). That is, the underwater vehicle 10 calculates the position where the measurement error of the inertial measurement unit 22 is corrected by correcting the measurement result of the inertial measurement unit 22 with the correction value, and based on the information of the corrected current position, the underwater vehicle 10 calculates the position where the measurement error of the inertial measurement unit 22 is corrected. It moves by the inertial navigation device 21.

本実施形態のように、浮上推奨領域で規定された回数の補正処理を繰り返すことで、慣性航行による移動の精度を高くすることができる。また、浮上推奨領域で浮上するようにすることで、水上航走体10の座標算出装置28での位置検出精度を高く維持した状態で、慣性計測装置22に対する補正値を算出することができ、補正の精度を高くすることができる。これにより、慣性航行による移動の精度を高くすることができる。 By repeating the correction process a number of times specified in the recommended ascent region as in the present embodiment, the accuracy of movement by inertial navigation can be improved. Further, by ascending in the recommended ascent region, the correction value for the inertial measurement unit 22 can be calculated while maintaining high position detection accuracy in the coordinate calculation device 28 of the surface navigation body 10. The accuracy of correction can be increased. As a result, the accuracy of movement by inertial navigation can be improved.

図7の処理では、補正処理を所定回数実行する場合としたが、補正値の変化や、誤差に基づいて、補正処理を終了するかを判定してもよい。図8は、水中航走体の移動制御方法の一例を示すフローチャートである。図8の処理のうち、図7と同様の処理については、同じステップとする。 In the process of FIG. 7, the correction process is executed a predetermined number of times, but it may be determined whether to end the correction process based on the change in the correction value or the error. FIG. 8 is a flowchart showing an example of a movement control method for the underwater vehicle. Of the processes of FIG. 8, the same steps as those of FIG. 7 are performed in the same step.

水中航走体10は、座標算出装置28で位置情報を取得する(ステップS50)。水中航走体10は、現在の位置が浮上推奨領域であるかを判定する(ステップS52)。 The underwater vehicle 10 acquires position information with the coordinate calculation device 28 (step S50). The underwater vehicle 10 determines whether the current position is the recommended ascent region (step S52).

水中航走体10は、現在の位置が浮上推奨領域ではない(ステップS52でNo)と判定した場合、浮上推奨領域に移動し(ステップS54)し、ステップS56に進む。なお、ステップS54の移動は、海面近傍で位置情報を取得しつつ移動してもよいが、水中で慣性計測装置22の情報を取得しつつ、慣性航行で移動することが好ましい。水中航走体10は、現在の位置が浮上推奨領域である(ステップS52でYes)と判定した場合、ステップS56に進む。 When the underwater vehicle 10 determines that the current position is not the recommended ascent region (No in step S52), the underwater vehicle 10 moves to the recommended ascent region (step S54) and proceeds to step S56. The movement in step S54 may be performed while acquiring the position information in the vicinity of the sea surface, but it is preferable to move by inertial navigation while acquiring the information of the inertial measurement unit 22 in the water. When the underwater vehicle 10 determines that the current position is the recommended ascent region (Yes in step S52), the underwater vehicle 10 proceeds to step S56.

水中航走体10は、浮上推奨領域にいる状態とした後、補正処理を実行する(ステップS56)。水中航走体10は、開始点と終了点を浮上推奨領域の任意の位置として設定した移動計画データに基づいて、補正処理を実行する。次に、水中航走体10は、補正処理で算出した情報に基づいて、補正値を算出する(ステップS57)。補正値の算出は、上述した複数回の補正処理の結果に基づいた算出方法で算出することが好ましい。 The underwater vehicle 10 is in the recommended ascent region, and then the correction process is executed (step S56). The underwater vehicle 10 executes the correction process based on the movement plan data in which the start point and the end point are set as arbitrary positions in the levitation recommended area. Next, the underwater vehicle 10 calculates a correction value based on the information calculated by the correction process (step S57). The correction value is preferably calculated by a calculation method based on the results of the above-mentioned plurality of correction processes.

水中航走体10は、補正処理を実行し、補正値を算出した後、補正値と誤差(ずれ)との差が閾値以下であるかを判定する(ステップS72)。つまり、水中航走体10は、慣性計測装置22の検出結果で検出した終了点の位置(補正値を用いて算出した位置)と、座標算出装置28で計測した終了点の位置との誤差(ずれ)が、閾値以下であるかを判定する。 The underwater vehicle 10 executes the correction process, calculates the correction value, and then determines whether the difference between the correction value and the error (deviation) is equal to or less than the threshold value (step S72). That is, in the underwater vehicle 10, the error between the position of the end point detected by the detection result of the inertial measurement unit 22 (the position calculated by using the correction value) and the position of the end point measured by the coordinate calculation device 28 ( It is determined whether the deviation) is equal to or less than the threshold value.

水中航走体10は、補正値と誤差(ずれ)との差が閾値より大きいである(ステップS72でNo)と判定した場合、つまり、慣性計測装置22の検出結果で検出した終了点の位置と、座標算出装置28で計測した終了点の位置との誤差が大きい場合、ステップS52に戻り、補正処理を再度実行する。 When the underwater vehicle 10 determines that the difference between the correction value and the error (deviation) is larger than the threshold value (No in step S72), that is, the position of the end point detected by the detection result of the inertial measurement unit 22. If the error from the position of the end point measured by the coordinate calculation device 28 is large, the process returns to step S52 and the correction process is executed again.

水中航走体10は、補正値と誤差(ずれ)との差が閾値以下である(ステップS72でYes)と判定した場合、補正値を確定し、慣性計測装置22の計測結果を補正値で補正しつつ、移動計画データに基づいて、慣性航行装置21で移動する(ステップS60)。つまり、水中航走体10は、慣性計測装置22の計測結果を補正値で補正することで、慣性計測装置22の計測誤差を補正した位置を算出し、補正した現在位置の情報に基づいて、慣性航行装置21で移動する。 When the underwater vehicle 10 determines that the difference between the correction value and the error (deviation) is equal to or less than the threshold value (Yes in step S72), the correction value is determined, and the measurement result of the inertial measurement unit 22 is used as the correction value. While making corrections, the inertial navigation system 21 moves based on the movement plan data (step S60). That is, the underwater vehicle 10 calculates the position where the measurement error of the inertial measurement unit 22 is corrected by correcting the measurement result of the inertial measurement unit 22 with the correction value, and based on the information of the corrected current position, the underwater vehicle 10 calculates the position where the measurement error of the inertial measurement unit 22 is corrected. It moves by the inertial navigation device 21.

本実施形態のように、誤差(ずれ)が許容範囲以内になるまで、補正処理を繰り返すことで、慣性航行による移動の精度を高くすることができる。また、浮上推奨領域で浮上するようにすることで、水上航走体10の座標算出装置28での位置検出精度を高く維持した状態で、慣性計測装置22に対する補正値を算出することができ、補正の精度を高くすることができる。これにより、慣性航行による移動の精度を高くすることができる。 As in the present embodiment, the accuracy of movement by inertial navigation can be improved by repeating the correction process until the error (deviation) is within the permissible range. Further, by ascending in the recommended ascent region, the correction value for the inertial measurement unit 22 can be calculated while maintaining high position detection accuracy in the coordinate calculation device 28 of the surface navigation body 10. The accuracy of correction can be increased. As a result, the accuracy of movement by inertial navigation can be improved.

水中航走体10は、座標算出装置28で地球上での絶対座標を検出できればよく、GNSS等の衛星を用いて位置を検出することに限定されず、地球上に固定された物体との相対位置を通信、映像等を用いて特定してもよい。例えば、座標算出装置28は、灯台等の建造物を複数特定し、その建造物との相対位置に基づいて絶対座標を検出してもよい。また、座標算出装置28は、地球上での絶対座標が既知の通信装置と通信を行い、地球上での絶対座標を特定してもよい。 The underwater vehicle 10 need only be able to detect absolute coordinates on the earth with the coordinate calculation device 28, and is not limited to detecting the position using a satellite such as GNSS, and is relative to an object fixed on the earth. The position may be specified by communication, video, or the like. For example, the coordinate calculation device 28 may specify a plurality of structures such as a lighthouse and detect absolute coordinates based on the relative position with the building. Further, the coordinate calculation device 28 may communicate with a communication device whose absolute coordinates on the earth are known to specify the absolute coordinates on the earth.

実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。実施形態及び変形例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態及び変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 The embodiments and modifications are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The embodiments and modifications can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. The embodiments and modifications are included in the scope and gist of the invention, as well as in the scope of the invention described in the scope of patent claims and the equivalent scope thereof.

10 水中航走体
20 移動体本体
21 慣性航行装置
22 慣性計測装置
24 ジャイロセンサ
25 加速度センサ
26 高度計測装置
27 深度計測装置
28 座標算出装置
30 制御装置
32 上下ラダー
34 左右エレベータ
36 メインスラスタ
40 移動制御プログラム
42 移動計画データ
44 計測蓄積データ
10 Underwater vehicle 20 Mobile body 21 Inertial navigation system 22 Inertial navigation system 24 Gyro sensor 25 Accelerometer 26 Altitude measurement device 27 Depth measurement device 28 Coordinate calculation device 30 Control device 32 Vertical ladder 34 Left and right elevator 36 Main thruster 40 Movement control Program 42 Movement plan data 44 Measurement accumulation data

Claims (13)

移動体本体と、
前記移動体本体を移動させる慣性航行装置と、
前記移動体本体の慣性による移動を検出する慣性計測装置と、
地球上での絶対座標に基づいた前記移動体本体の位置の座標を算出する座標算出装置と、
前記慣性計測装置の検出結果に基づいて、前記慣性航行装置による前記移動体本体の移動を制御する制御装置と、を含み、
前記制御装置は、前記慣性計測装置の検出結果に基づいて算出した移動情報と、前記座標算出装置で取得した前記検出結果の開始点と終了点の位置とに基づいて、誤差を算出し、誤差に基づいて補正値を算出し、前記慣性計測装置の前記検出結果を前記補正値で補正する補正処理を実行する慣性航法装置。
With the mobile body
An inertial navigation system that moves the moving body body,
An inertial measurement unit that detects movement due to the inertia of the moving body body,
A coordinate calculation device that calculates the coordinates of the position of the moving body based on the absolute coordinates on the earth, and
A control device that controls the movement of the moving body body by the inertial navigation system based on the detection result of the inertial measurement unit is included.
The control device calculates an error based on the movement information calculated based on the detection result of the inertial measurement unit and the positions of the start point and the end point of the detection result acquired by the coordinate calculation device, and makes an error. An inertial navigation system that calculates a correction value based on the above and executes a correction process for correcting the detection result of the inertial measurement unit with the correction value.
前記補正値は、前記慣性計測装置の初期方位角誤差及び初期姿勢角誤差の少なくとも1つを含む請求項1に記載の慣性航法装置。 The inertial navigation system according to claim 1, wherein the correction value includes at least one of an initial azimuth angle error and an initial attitude angle error of the inertial measurement unit. 前記補正値は、前記慣性計測装置の速度成分検出誤差を含む請求項1または請求項2に記載の慣性航法装置。 The inertial navigation system according to claim 1 or 2, wherein the correction value includes a speed component detection error of the inertial measurement unit. 前記制御装置は、前記補正処理を複数回実行する請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の慣性航法装置。 The inertial navigation system according to any one of claims 1 to 3, wherein the control device executes the correction process a plurality of times. 前記制御装置は、前記補正処理で前記移動体本体が移動する距離を、前回の補正処理で前記移動体本体が移動する距離よりも長くする請求項4に記載の慣性航法装置。 The inertial navigation system according to claim 4, wherein the control device makes the distance that the moving body main body moves in the correction process longer than the distance that the moving body main body moves in the previous correction process. 前記制御装置は、補正処理で算出した移動情報に対して重み付けを行い、直近の補正処理で算出した移動情報の重みを最も大きくする請求項4または請求項5に記載の慣性航法装置。 The inertial navigation system according to claim 4 or 5, wherein the control device weights the movement information calculated by the correction process and maximizes the weight of the movement information calculated by the latest correction process. 前記移動体本体は、水中を航行可能である請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の慣性航法装置。 The inertial navigation system according to any one of claims 1 to 6, wherein the mobile body is capable of navigating underwater. 前記制御装置は、前記移動体本体が海面から所定距離以内に配置された場合、前記座標算出装置で取得する請求項7に記載の慣性航法装置。 The inertial navigation system according to claim 7, wherein the control device is acquired by the coordinate calculation device when the moving body main body is arranged within a predetermined distance from the sea surface. 前記制御装置は、浮上可能な領域の情報を含み、
前記補正処理で浮上する領域は、前記浮上可能な領域である請求項4から請求項8のいずれか一項に記載の慣性航法装置。
The control device contains information on the ascending area.
The inertial navigation system according to any one of claims 4 to 8, wherein the region that floats by the correction process is a region that can float.
前記制御装置は、前記誤差が閾値以下となるまで前記浮上可能な領域での補正処理を繰り返す請求項9に記載の慣性航法装置。 The inertial navigation system according to claim 9, wherein the control device repeats the correction process in the ascending region until the error becomes equal to or less than a threshold value. 前記座標算出装置は、前記地球上での絶対座標の位置が既知の対象物から情報を取得し、取得した情報に基づいて前記対象物と前記移動体本体の相対位置を算出し、前記移動体本体の位置を算出する請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の慣性航法装置。 The coordinate calculation device acquires information from an object whose absolute coordinate position on the earth is known, calculates the relative position between the object and the moving body body based on the acquired information, and calculates the relative position of the moving object. The inertial navigation system according to any one of claims 1 to 10, which calculates the position of the main body. 地球上での絶対座標に基づいた移動体本体の開始点の位置を取得するステップと、
前記移動体本体の前記開始点から終了点への移動を慣性計測装置で検出し、検出した情報を蓄積するステップと、
地球上での絶対座標に基づいた移動体本体の終了点の位置を取得するステップと、
前記慣性計測装置の検出結果に基づいて算出した移動情報と、前記地球上での絶対座標に開始点と終了点の位置とに基づいて、誤差を算出し、誤差に基づいて補正値を算出するステップと、
前記慣性計測装置の前記検出結果を前記補正値で補正する補正処理しつつ、前記移動体本体の移動を制御するステップと、を含む移動制御方法。
The step of getting the position of the starting point of the moving body based on the absolute coordinates on the earth, and
A step of detecting the movement of the moving body body from the start point to the end point by an inertial measurement unit and accumulating the detected information.
The step of getting the position of the end point of the moving body based on the absolute coordinates on the earth, and
An error is calculated based on the movement information calculated based on the detection result of the inertial measurement unit and the positions of the start point and the end point in the absolute coordinates on the earth, and the correction value is calculated based on the error. Steps and
A movement control method including a step of controlling the movement of the moving body main body while performing correction processing for correcting the detection result of the inertial measurement unit with the correction value.
慣性航行で移動可能な移動体の制御装置に
地球上での絶対座標に基づいた移動体本体の開始点の位置を取得するステップと、
前記移動体本体の前記開始点から終了点への移動を慣性計測装置で検出し、検出した情報を蓄積するステップと、
地球上での絶対座標に基づいた移動体本体の終了点の位置を取得するステップと、
前記慣性計測装置の検出結果に基づいて算出した移動情報と、前記地球上での絶対座標に開始点と終了点の位置とに基づいて、誤差を算出し、誤差に基づいて補正値を算出するステップと、
前記慣性計測装置の前記検出結果を前記補正値で補正する補正処理しつつ、前記移動体本体の移動を制御するステップと、を含む
処理を実行させる移動制御プログラム。
The step of acquiring the position of the starting point of the moving body based on the absolute coordinates on the earth to the control device of the moving body that can move by inertial navigation,
A step of detecting the movement of the moving body body from the start point to the end point by an inertial measurement unit and accumulating the detected information.
The step of getting the position of the end point of the moving body based on the absolute coordinates on the earth, and
An error is calculated based on the movement information calculated based on the detection result of the inertial measurement unit and the positions of the start point and the end point in the absolute coordinates on the earth, and the correction value is calculated based on the error. Steps and
A movement control program that executes a process including a step of controlling the movement of the moving body main body while performing a correction process of correcting the detection result of the inertial measurement unit with the correction value.
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