JP2913122B2 - ストラップダウン型ジャイロ装置 - Google Patents
ストラップダウン型ジャイロ装置Info
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Description
(以下航行体という。)に搭載され航行体の方位角及び
姿勢角信号を出力するストラップダウン型ジャイロ装置
に関する。
のブロック構成図を図4に示す。図4において、1は独
立な3軸の加速度を検出する加速度計、2は独立な3軸
の角速度を検出するジャイロであり、ここでは、通常レ
ートジャイロの角速度出力が積分されて角度信号が出力
される。加速度計1及びジャイロ2は航行体の機体に直
接取付けられる。
号と角度信号はストラップダウン演算部3に入力され、
そこで変換された加速度信号と機体の方位角信号及び姿
勢角信号が演算される。ストラップダウン演算部3の詳
細構成図を図5に示す。
を経由してジャイロ補正部33に入力され、ジャイロ補
正部33でジャイロのスケールファクタ、バイアス誤
差、入力軸誤差等の補正が行われ、補正された角度信号
は座標変換マトリックス(CTM)演算部34へ送出さ
れる。
号に基づいて機体の慣性空間に対する回転が計算され、
それと共に、後述する制御演算部4からの制御信号(ト
ルキング信号)を用いて地球の自転や航行体の運動等に
よる回転成分が補正され、ローカル座標系に対する機体
座標系の回転角が計算される。かかる計算は、通常、ク
オータニオンと呼ばれる特殊な形式にて行われる。
姿勢角演算部35にて、通常用いる方位及び姿勢角であ
るロール及びピッチ角に変換される。
14を経由して加速度計補正部31に入力され、加速度
計補正部31にて加速度計のスケールファクタ、バイア
ス誤差、入力軸誤差等の補正が行われ、補正された加速
度信号は座標変換部32へ送出される。
号が、CTM演算部34にて計算された座標情報を用い
て地球座標系に対する加速度信号に変換される。
算部3から送出された変換された加速度信号と方位角信
号及び姿勢角信号は、それぞれ制御演算部4と出力変換
部5へ入力される。
3からの加速度信号を基づいて、コンパスやイナーシャ
ルの制御演算が行われ、制御信号としてのトルキング信
号がストラップダウン演算部3にフィードバックされ
る。
3からの方位角信号及び姿勢角信号が信号変換されて外
部に出力される。
演算部4はそれぞれ図示しないタイミング制御回路から
の信号によって入出力を行っている。ストラップダウン
演算部3は、第一のクロック7の周期(T1とする)で
加速度計2及びジャイロ1の出力を取り込みストラップ
ダウン演算を行う。また、制御演算部4では、第一のク
ロック7より長い周期の第二のクロック8の周期(T2
とする)でストラップダウン演算部3からの加速度信号
を取り込み演算を行っている。通常この第一のクロック
7の周期は数百Hzのオーダであり、第二のクロック8
の周期は数Hzから数十Hzのオーダである。
ストラップダウン型ジャイロ装置にあってはストラップ
ダウン演算部の演算能力に限界があるため第一のクロッ
ク7の周期を短くすることには困難がある。そのため方
位角信号及び姿勢角信号の出力に第一クロック7の周期
分の遅れが生ずるという問題があった。
説明する。図6において、航行体の実際の姿勢角は実線
で表され、ストラップダウン演算部3からの出力は点線
で表されている。現時刻をT0とするとジャイロ2は時
刻T0−T1から時刻T0までの間の入力角速度を積分
して角度信号を出力する。そして、この角度信号を用い
て、ストラップダウン演算部3はストラップダウン演算
に要する時間TSだけ遅れた時刻T0+TSに姿勢角信
号を出力する。そして、ストラップダウン演算部3のサ
ンプリング時間T1の間この値を保持することになる。
従って、実際の角度が実線に示したように連続的に増加
しているときでも、点線で示したような遅れを持つ階段
状の出力しか得られないことになる。
ロットやスタビライザ等のサーボ制御回路を組む場合に
は、この方位角信号及び姿勢角信号の遅れにより最適な
制御ができないという問題点が発生する。
号及び姿勢角信号の出力を遅れがなくかつ可能な限り連
続的に行うことができるストラップダウン型ジャイロ装
置を提供することを目的とする。
めに本発明では、独立な3軸の加速度を検出する加速度
計1と、独立な3軸の角速度を検出するジャイロ2と、
加速度計1からの入力信号とジャイロ2からの入力信号
に基づいて加速度信号と方位角信号及び姿勢角信号を出
力するストラップダウン演算部3と、加速度信号に基づ
いて制御信号をストラップダウン演算部3に供給する制
御演算部4とを有するストラップダウン型ジャイロ装置
において、
時刻に予測される予測方位及び姿勢角を示す方位角信号
及び姿勢角信号を出力する補間演算部6が設けられる。
及び姿勢角信号を微分してレート信号を出力する微分器
61及びローパスフィルタ62と、このレート信号と方
位角信号及び姿勢角信号から出力時刻に予測される予測
方位角及び姿勢角を示す方位角信号及び姿勢角信号を出
力する補間演算器63とを含む構成としてよい。
号及び姿勢角信号から平滑化されたレート信号及び平滑
化された方位角信号及び姿勢角信号を出力するαβフィ
ルタ65と、この平滑化されたレート信号と平滑化され
た方位角信号及び姿勢角信号から出力時刻に予測される
予測方位角及び姿勢角を示す方位角信号及び姿勢角信号
を出力する補間演算器66とを含む構成としてよい。
プダウン演算部3からの出力周期より短い周期で予測方
位角及び姿勢角を示す方位角信号及び姿勢角信号を出力
するように構成してよい。
ラップダウン演算部3から出力された方位角信号及び姿
勢角信号に基づき、出力時刻に予測される予測方位角及
び予測姿勢角を示す予測方位角信号及び予測姿勢角信号
が演算される。
プダウン演算部3の演算速度の限界の影響を受けること
のない、実際の方位角及び姿勢角の変動に追従した方位
角信号及び姿勢角信号となる。
トラップダウン演算部3からの方位角信号及び姿勢角信
号に基づいて、微分器61及びローパスフィルタ62に
てレート信号ωS が演算され、かかるレート信号ωS に
基づいて予測方位角信号及び予測姿勢角信号が演算され
る。
ラップダウン演算部3からの方位角信号及び姿勢角信号
に基づいて、αβフィルタ65にて平滑化されたレート
信号と平滑化された方位角信号及び姿勢角信号が演算さ
れ、かかる平滑化された信号に基づいて予測方位角信号
及び予測姿勢角信号が演算される。
演算部3の出力周期より短い周期にて予測方位角信号及
び予測姿勢角信号を演算する補間演算部63を設けるこ
とにより、実際の方位角及び姿勢角に対する遅れがな
く、より実際値に即した信号が可能な限り連続的に出力
される。
ャイロ装置のブロック構成図である。ここで、図4の構
成要素と同一のものは同一の参照符号を付してその説明
は省略する。
3と出力変換部5との間に、新たに補間演算部6が設け
られている。補間演算部6の第1実施例の詳細説明図を
図2に示す。
パスフィルタ、63は補間演算器である。
における方位・姿勢角信号θm (T0)(方位角、ロー
ル角、ピッチ角等を総称してθmで表す。)はストラッ
プダウン演算時間TSだけ遅れて微分器61に入力さ
れ、そのレート信号ωa (T0)が算出される。即ち、
微分器61の出力ωa (T0)は、前時刻T0−T1に
おける方位・姿勢角信号θm (T0−T1)により、次
式
方位・姿勢角信号には、機体の不規則運動、振動、ジャ
イロ出力の量子化等によるランダム成分が含まれている
ことが多い。従って、微分器61で求められたレート信
号はローパスフィルタ62で平滑化される。ローパスフ
ィルタ62により平滑化されたレート信号ωS (T0)
は、
フィルタ時定数である。
演算器63の出力θO (T0+T)は、以下の式で求め
られる。
ける予測方位・姿勢角信号となる。
トラップダウン演算部3と同じ周期T1で演算を行い演
算結果を出力する。一方補間演算器63は、周期T1よ
り短い周期T3で演算を行いその周期毎に数3の式の結
果を出力する。
示した値が補間演算器63の出力である。本実施例で
は、微分器61で求められた時刻T0におけるレート信
号(黒矢印で示す)を時刻T0+T1まで求め、これを
用いて時刻T0+T1から時刻T0+2T1までの予測
補間値を出力する。同様に、ストラップダウン演算部3
の時刻T0+T1におけるレート信号を時刻T0+2T
1まで求めこれを用いて時刻T0+2T1から時刻T0
+3T1までの予測補間値を出力する。
ン演算部3の演算時間の遅れの影響を受けず、時刻T0
+T1に実際の同時刻の方位・姿勢角の近似値を出力す
ることができる。また、補間演算器63自身は、演算ス
テップ数の違いからストラップダウン演算部3に比べて
短い周期で動作させることができるので、数3の式にお
いて、Tを周期T3の時間にすればより連続的に出力す
ることができる。
す。図3において、65はαβフィルタ、66は補間演
算器である。
における方位・姿勢角信号θm (T0)はαβフィルタ
65にストラップダウン演算時間TSだけ遅れて入力さ
れ、平滑化された方位・姿勢角信号θS (T0)及びレ
ート信号ωS (T0)が算出される。
ンプリング時間において計算された方位・姿勢角信号θ
S (T0−T1)、レート信号ωS (T0−T1)を用
い、次式により、時刻T0での予測方位・姿勢角信号θ
P (T0)及び予測レート信号ωP (T0)が計算され
る。
0)とストラップダウン演算部3から供給された時刻T
0に於ける方位・姿勢角信号θm (T0)とを用い、次
式により、時刻T0 に於ける平滑化された方位・姿勢角
信号θS (T0)及びレート信号ωS (T0)が計算さ
れる。
数、βはレート信号の平滑化定数である。
(T0)及びレート信号ωS (T0)は、αβフィルタ
65より出力されて補間演算器66に供給される。
姿勢角信号θS (T0)及びレート信号ωS (T0)を
用い、次式により、時刻T0 から時間T経過後の時刻T
0+Tに於ける予測方位・姿勢角信号θ0 (T0+T)
が計算される。
施例と同様ストラップダウン演算部3の演算時間の遅れ
の影響を受けず同時刻に実際の方位・姿勢角の近似値を
出力することができる。
信号と方位・姿勢角信号を求めることによりさらに精度
の良い方位・姿勢角の予測値を得ることができる。
場合とローパスフィルタを用いた第1実施例の場合との
それぞれの出力結果の違いを示す。同図に於いて、白丸
は実際の方位・姿勢角を示し、黒三角はローパスフィル
タを使用した場合の補間演算部63からの出力値を示
し、黒四角はαβフィルタを使用した場合の補間演算器
66からの出力値を示す。矢印aはローパスフィルタか
らのレート信号を示し、矢印bはαβフィルタからのレ
ート信号を示す。αβフィルタでは、方位・姿勢角信号
自身も平滑化されるので、平均的な角度変化59に追従
することになり、実際の角度変化を用いる第1実施例と
比べて、姿勢角全体の変化に即した予測値を得ることが
できる。
器3の出力側に補間演算部が設けられており、これによ
り実際値に対する遅れがなく、より実際値の変動に即し
た方位角信号及び姿勢角信号が得られる。更に本発明に
よれば、補間演算部6にて、ストラップダウン演算部3
からの出力周期より短い周期で補間演算がなされるの
で、可能な限り連続的に方位角信号及び姿勢角信号が得
られる。
の構成を示すブロック線図である。
に含まれる補間演算部の一つの実施例を示すブロック線
図である。
に含まれる補間演算部の他の一つの実施例を示すブロッ
ク線図である。
置の構成を示すブロック線図である。
線図である。
フである。
フである。
タを使用した場合の補間演算部からの出力を示すグラフ
である。
Claims (4)
- 【請求項1】 独立な3軸の加速度を検出する加速度計
と、独立な3軸の角速度を検出するジャイロと、上記加
速度計からの入力信号と上記ジャイロからの入力信号と
に基づいて加速度信号と方位角信号及び姿勢角信号を出
力するストラップダウン演算部と、上記ストラップダウ
ン演算部からの加速度信号に基づいて制御信号を上記ス
トラップダウン演算部に供給する制御演算部とを有する
ストラップダウン型ジャイロ装置において、 上記ストラップダウン演算部の出力側に出力時刻に予測
される予測方位角及び予測姿勢角を示す方位角信号及び
姿勢角信号を出力する補間演算部を設けることを特徴と
するストラップダウン型ジャイロ装置。 - 【請求項2】 上記補間演算部は、上記方位角信号及び
姿勢角信号を微分してレート信号を出力する微分器及び
ローパスフィルタと、上記レート信号と前記方位角信号
及び姿勢角信号から出力時刻に予測される予測方位角及
び予測姿勢角を示す方位角信号及び姿勢角信号を出力す
る補間演算器とを含むことを特徴とする請求項1記載の
ストラップダウン型ジャイロ装置。 - 【請求項3】 上記補間演算部は、上記方位角信号及び
姿勢角信号から平滑化されたレート信号と平滑化された
方位角信号及び姿勢角信号を出力するαβフィルタと、
上記平滑化されたレート信号と上記平滑化された方位角
信号及び姿勢角信号から出力時刻に予測される予測方位
角及び予測姿勢角を示す方位角信号及び姿勢角信号を出
力する補間演算器とを含むことを特徴とする請求項1記
載のストラップダウン型ジャイロ装置。 - 【請求項4】 上記補間演算部は、上記ストラップダウ
ン演算部からの出力周期より短い周期で予測方位角及び
予測姿勢角信号を示す方位角信号及び姿勢角信号を出力
することを特徴とする請求項1乃至3記載のストラップ
ダウン型ジャイロ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17510691A JP2913122B2 (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | ストラップダウン型ジャイロ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17510691A JP2913122B2 (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | ストラップダウン型ジャイロ装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0518753A JPH0518753A (ja) | 1993-01-26 |
JP2913122B2 true JP2913122B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=15990369
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17510691A Expired - Fee Related JP2913122B2 (ja) | 1991-07-16 | 1991-07-16 | ストラップダウン型ジャイロ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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CN1322313C (zh) * | 2006-02-24 | 2007-06-20 | 北京航空航天大学 | 一种微小飞行器自动驾驶用双捷联解算组合导航方法 |
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JP5141098B2 (ja) * | 2007-06-01 | 2013-02-13 | ヤマハ株式会社 | 姿勢データフィルタ装置、姿勢データフィルタリング方法および姿勢データフィルタプログラム。 |
JP5946420B2 (ja) * | 2013-03-07 | 2016-07-06 | アルパイン株式会社 | ナビゲーション装置、自車位置補正プログラムおよび自車位置補正方法 |
JP2021056001A (ja) * | 2018-02-01 | 2021-04-08 | アルプスアルパイン株式会社 | 演算システム、演算装置及び演算プログラム |
-
1991
- 1991-07-16 JP JP17510691A patent/JP2913122B2/ja not_active Expired - Fee Related
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