JP2711931B2

JP2711931B2 - ジャイロ装置

Info

Publication number: JP2711931B2
Application number: JP2244839A
Authority: JP
Inventors: 武北條; 一輝佐藤; 紀之赤羽; 浩一西村
Original assignee: 株式会社トキメック
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1998-02-10
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JPH04122816A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、船舶、自動車等の航行体の方位角及び位置
等を検出するジャイロ装置に関する。

〔従来の技術〕第２図は、GPSアンテナ及びGPS受信機を用いて航行体
の方位角を計測する従来例のブロック図である。

同図に於て、（１）及び（２）は、夫々例えば船舶等
の航行体（図示せず）に取り付けたGPS受信アンテナで
あり、基線長である両アンテナ（１）及び（２）間の距
離Ｌは、既知である。GPS衛星（６）よりの電波は、こ
れらのアンテナ（１），（２）により受信され、これ等
の受信電波は第１及び第２のGPS位置演算部（３）及び
（４）に夫々供給され、これ等よりそれぞれのアンテナ
に対応した位置を出力ると共に、これ等の位置出力は方
位演算部（５）に送られ、方位演算部（５）において以
下に述べる演算により航行体の方位角φを演算する。

第３図は、第２図の方位演算部（５）における航行体
の方位角φを求める原理を説明する為の図である。

第１及び第２のGPS位置演算部（３）及び（４）の位
置出力（λ₁,l₁）及び（λ₂,l₂）は、第１及び第２のGP
S受信アンテナ（１），（２）の緯度及び緯度を夫々表
わすものとする。同図から明らかなように、航行体、例
えば船舶（Ｍ）の方位角φは、その地点における子午線
（Ａ）と船舶（Ｍ）の首尾線（Ｂ）との広角であり、こ
の方位角φは次式の如く求められる。

〔発明が解決しようとする課題〕しかしながら、上述した従来の衛星（６）を利用した
方位角計測装置では、方位角計測のための演算時間がか
かりすぎるため、連続的に方位角を計測することができ
ず、このため、例えば船舶が旋回運動を行った場合等に
は、時間遅れのために、計測方位角に誤差を生ずるとい
う問題点があった。

また、GPS電波（GPS衛星（６）よりの電波）には、そ
の衛星（６）の配置上、計測誤差が大きくなる領域及び
時刻が存在すること、また太陽活動に起因する磁気異常
のため、計測が困難となる場合がある等の欠点を有して
いた。

一方、上記時間遅れによる誤差を防止する為に、ジャ
イロを用い、その出力方位と上記衛星から求めた方位と
を比較し、その差を上記ジャイロにフィードバックする
方法も考えられているが、この場合、衛星電波から方位
を演算するのに時間がかかる為、両者を比較した場合、
演算時間の分のズレが生じ、この間に航行体が運動した
方位角がそのまま誤差となってしまう問題があった。

従って、本発明は、従来の装置の持つ問題点を解決し
た新規な方位角計測用ジャイロ装置を提供するものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による上記課題を解決する手段として、航行体
に所定の距離をおいて設置した第１及び第２の衛星受信
アンテナ（１），（２）と、該両アンテナで受信した衛
星電波を用いて上記航行体の位置を演算する第１及び第
２の演算手段（３），（４）及び方位角を演算する演算
手段（５）を持つジャイロ装置において、上記第１のGP
S位置演算部（３）に設けた受信時刻に対応したホール
ド信号発信部と、航行体のヨー軸を入力軸となすように
航行体に固定した角速度センサ（10）と、該角速度セン
サの出力を入力とし、その出力を積分手段（12）への入
力とする加算器（Ｅ）と、上記積分手段の出力を上記ホ
ールド信号発信部からのホールド信号によりホールドす
るジャイロ方位ホールド部（７）と、上記ジャイロ方位
ホールド部のホールドしたジャイロ方位と上記衛星電波
を受信することにより得られる方位角とを比較する比較
手段（Ｃ）と、該比較手段の比較出力を補償するための
補償手段（13）と、該補償手段の出力を上記加算器の負
入力端フィードバックする手段を有することを特徴とす
るジャイロ装置が得られる。

〔作用〕

例えば、船舶等の航行体に所定の距離Ｌだけ離間し
て、２個のGPS受信アンテナ（１），（２）を設置する
と共に、それぞれよりの受信電波を入力とするGPS位置
演算部（３），（４）において、両GPS受信アンテナ
（１），（２）の位置に対応する出力を得、これ等をも
とに方位演算部（５）において航行体の方位角を演算さ
せると共に、GPS位置演算部の一方から衛星電波を受信
した時刻に相当するホールド信号を発生させる。一方、
航行体に振動ジャイロ等の角速度センサ（10）を、その
入力軸が航行体の旋回軸と平行となるように設置し、そ
れよりの角速度信号を積分手段（12）に送って、ジャイ
ロ方位角を演算させ、この方位角をジャイロ方位ホール
ド部（７）において、上記ホールド信号により、衛星電
波を受信した時刻におけるジャイロ方位角をホールドす
る。ジャイロ方位角と衛星電波から求めた方位角とを比
較器（Ｃ）で比較し、その比較出力を、上記両方位の差
がゼロとなるように積分器（12）の入力側にフィードバ
ックする。

〔実施例〕

以下、第１図を参照して、本発明によるジャイロ装置
の一実施例を説明する。

第１図は、本発明のジャイロ装置の１例のブロック図
である。同図において、第２図と同一要素は同一番号を
付与して、その詳細な説明は省略する。

第１図に於て、（10）は、航行体、例えば船舶等の船
体のヨー軸を入力軸とするよう船体に固定された振動ジ
ャイロの如き角速度センサである。振動ジャイロ（10）
は、振動している物体に振動ベクトルと垂直方向に角速
度が働くと、振動ベクトル及び角速度ベクトルの両ベク
トルに垂直な方向にコリオリの力が作用するという力学
原理に基き、コリオリの力から、角速度の大きさと方向
とを検出し、アナログ電圧で角速度を出力する、回転体
を用いないレートジャイロである。尚、角速度センサと
して振動ジャイロ（10）を用いると、これら回転体を用
いていないため、長寿命、起動時間が短い、低消費電力
である等の特徴がある。

振動ジャイロ（10）のアナログ出力角速度は、A/D変
換器（11）に供給されて、ディジタル値に変換された
後、加算部（Ｅ）を介して積分器（12）に入力される。
積分器（12）は、角速度を積分する機能を有しており、
その出力は角度を示す。積分器（12）の出力角度は、振
動ジャイロ（10）の入力軸がヨー軸となるように設置さ
れているので、航行体の方位角ということができる。

一方、例えば航行体の一例としての船舶の首尾船上
に、例えば1mの間隔で設置された２本のGPS受信アンテ
ナ（１），（２）（第２図参照）により受信したGPS衛
星（６）からの電波は、夫々、第１及び第２のGPS位置
演算部（３）及び（４）に供給され、ここで、それぞれ
のアンテナ（１），（２）の位置に対応した位置を演算
すると共に、これ等の出力位置は、方位演算部（５）に
供給され、そこで、航行体の方位角を算出する。

上記第１のGPS位置演算部（３）は衛星（６）からの
受信時刻に対応したホールド信号をジャイロ方位ホール
ド部（７）に送出する。該ジャイロ方位ホールド部
（７）は、上記ホールド信号を受けとった時刻における
積分器（12）の出力（方位角）をホールドし、その方位
角を比較器（Ｃ）に送る。一方、方位演算部（５）から
の方位角は、上記ジャイロホールド部（７）のジャイロ
方位角と比較器（Ｃ）で比較演算され、その、比較出
力、即ち、残差角は、補償演算部（13）に入力される。
補償演算部（13）は、例えば、比例ゲインＫで構成され
ており、残差角をＫ倍する作用を有している。このＫ倍
された補償演算部（13）からの出力は、積分器（12）の
入力側の加算部（Ｅ）に、反対符号でフィードバックさ
れる。

このように系を構成すると、振動ジャイロ（10）の出
力角速度を積分した方位角が、GPS方位演算部（５）か
らの方位角に追従する。したがって、方位演算部（５）
の出力周期が長くなっても、その間は、振動ジャイロ
（10）による方位角で補間されるため、常に連続した正
確な方位角を出力することができる。尚、積分器（12）
よりの方位角及びGPS位置演算部（３）よりの位置出力
データを表示する要素が、表示部（14）である。

なお、第１図の実施例においては、航行体の一例とし
ての船舶の船体のヨー軸まわりの角速度センサとして振
動ジャイロ（10）を用いているが、他の角速度センサ、
例えば回転体を有する通常のレートジャイロ、ガスレー
トセンサ、光ファイバージャイロ等を用いても良い。

また、２本のGPS受信アンテナ（１）及び（２）は、
かならずしも船首尾船上にある必要はなく、船首尾線か
ら任意の角に設置しても良い。ただし、この時は、船首
尾線と基線長Ｌとのなす角は、既知である必要があり、
方位演算部（５）で方位角の補正を行う必要がある。

尚、第１及び第２のGPS位置演算部（３），（４）の
位置出力（λ₁,l₁）、（λ₂,l₂）から基線長Ｌに対応し
た距離及びそれ等の差ΔＬ＝−Ｌを常時演算し、Δ
Ｌが所定の値より大きい場合、補償演算部（13）の出力
をゼロとすることにより、衛星切り換え時の誤差が出力
方位角に影響しないようにすることも可能である。

又、第１図において（８）は時計である。

通常、時計（８）は第１及び第２のGPS位置演算部
（３），（４）にそれぞれ内蔵されており、このままの
構成でも、本発明の主旨を十分達成することは可能であ
るが、第１図の如く、１個の時計（８）からの時刻信号
を、それぞれのGPS位置演算部（３），（４）に供給す
ることにより、２個の時計の時刻誤差に起因する出力位
置への影響及び演算方位角への影響をなくすことがで
き、一層の高精度が期待できる。

〔発明の効果〕

以上、説明したように、本発明によれば、以下に列挙
する効果が得られる。

（１）船舶等の航行体の方位角を高精度で連続して得
ることができる。

（２）方位角を時間遅れなく計測することができる。

（３） GPS衛星から得られる方位角の誤差が増大した
場合にも、連続して高精度な方位角を得ることができ
る。

（４）振動ジャイロを用いれば、長寿命、低消費電
力、起動時間が短い。

（５）衛星電波を受信した時刻に対応したホールド信
号により、ジャイロ方位角をホールドし、このホールド
したジャイロ方位角と、GPS位置から演算した方位角と
を比較し、その差をゼロとするように積分器にフィード
バックすることにより、位置及び方位角の演算時間の間
に生じた船体方位運動の影響をゼロとし、高精度のジャ
イロ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は従来
例のブロック図、第３図は方位角の計測原理の説明に供
する略線図である。図に於て、（１），（２）はGPS受信アンテナ、
（３），（４）はGPS位置演算部、（５）は方位演算
部、（７）はジャイロ方位ホールド部、（８）は時計、
（10）は角速度センサ、（11）はA/D変換器、（12）は
積分器、（13）は補償演算部、（14）は表示部、（Ｅ）
は加算部、（Ｃ）は比較器を夫々示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西村浩一東京都大田区南蒲田２丁目16番46号株式会社トキメック (56)参考文献特開昭63−29279（ＪＰ，Ａ) 特開平２−189414（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−124912（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−163370（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−133316（ＪＰ，Ａ) 特開平３−110413（ＪＰ，Ａ) 特開平３−245075（ＪＰ，Ａ) 特開平３−245076（ＪＰ，Ａ) 特開平４−121618（ＪＰ，Ａ) 特開平４−9710（ＪＰ，Ａ) 特開平３−90814（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】航行体に所定の距離をおいて設置した第１
及び第２の衛星受信アンテナと、該両アンテナで受信し
た衛星電波を用いて上記航行体の位置を演算する第１及
び第２の演算手段及び方位角を演算する演算手段を持つ
ジャイロ装置において、上記第１の位置演算部に設けた受信時刻に対応したホー
ルド信号発信部と、航行体のヨー軸を入力軸となすよう航行体に固定した角
速度センサと、該角速度センサの出力を入力とし、その出力を積分手段
への入力とする加算器と、上記積分手段の出力を上記ホールド信号発信部からのホ
ールド信号によりホールドするジャイロ方位ホールド部
と、上記ジャイロ方位ホールド部のホールドしたジャイロ方
位角と上記衛星電波を受信することにより得られる方位
角とを比較する比較手段と、該比較手段の比較出力を補償するための補償手段と、該補償手段の出力を上記加算器の負入力端にフィードバ
ックする手段とを有することを特徴とするジャイロ装
置。
【請求項２】上記第１及び第２の位置演算手段は共通の
時計手段を有することを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載のジャイロ装置。