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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- JP2913122B2 JP2913122B2 JP17510691A JP17510691A JP2913122B2 JP 2913122 B2 JP2913122 B2 JP 2913122B2 JP 17510691 A JP17510691 A JP 17510691A JP 17510691 A JP17510691 A JP 17510691A JP 2913122 B2 JP2913122 B2 JP 2913122B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、航空機、船舶、車両等
（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。
（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。
【０００２】
【従来の技術】従来のストラップダウン型ジャイロ装置
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。
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。
【０００３】加速度計１及びジャイロ２からの加速度信
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。
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。
【０００４】ジャイロ２からの角度信号は入力端子１５
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。
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。
【０００５】ＣＴＭ演算部３４では、補正された角度信
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。
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。
【０００６】ＣＴＭ演算部３４からのクオータニオンは
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。
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。
【０００７】加速度計１からの加速度信号は、入力端子
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。
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。
【０００８】座標変換部３２では、補正された加速度信
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。
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。
【０００９】再び、図４に戻ると、ストラップダウン演
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。
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。
【００１０】制御演算部４ではストラップダウン演算部
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。
【００１１】出力変換部５ではス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が信号変換されて外
部に出力される。
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。
【００１２】これら、ストラップダウン演算部３、制御
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。
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。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
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。
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。
【００１４】図６を用いてかかる問題点を姿勢角を例に
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。
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。
【００１５】さらに、方位・姿勢角を用いてオートパイ
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。
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。
【００１６】本発明は、かかる問題点に鑑み、方位角信
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。
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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
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、
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、
【００１８】ストラップダウン演算部３の出力側に出力
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。
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。
【００１９】また、かかる補間演算部６は、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
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。
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。
【００２０】さらに、かかる補間演算部６は、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。
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。
【００２１】さらに、かかる補間演算部６は、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。
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。
【００２２】
【作用】本発明によれば、補間演算部６に於いて、スト
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。
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。
【００２３】補間演算部６からの出力信号は、ストラッ
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。
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。
【００２４】補間演算部６の一つの構成例によると、ス
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。
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。
【００２５】補間演算部６の他の構成例によると、スト
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、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。
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。
【００２６】補間演算部６に於いて、ストラップダウン
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。
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。
【００２７】
【実施例】図１は、本発明に係るストラップダウン型ジ
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。
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。
【００２８】本発明によると、ストラップダウン演算部
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。
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。
【００２９】図２において、６１は微分器、６２はロー
パスフィルタ、６３は補間演算器である。
パスフィルタ、６３は補間演算器である。
【００３０】ストラップダウン演算部３からの時刻Ｔ０
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
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
【数１】 ωa （Ｔ０）＝｛θm （Ｔ０）−θm （Ｔ０−Ｔ１）｝／Ｔ１ で求まる。
【００３１】ストラップダウン演算部３から出力される
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、
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、
【数２】 ωS （Ｔ０）＝ωS （Ｔ０−Ｔ１）＋｛ωa （Ｔ０）−ωS （Ｔ０−Ｔ１）｝ ×Ｔ１／Ｔｆ で表される。尚、ここでＴｆはローパスフィルタ６２の
フィルタ時定数である。
フィルタ時定数である。
【００３２】そして、時刻Ｔ０から時間Ｔ経過後の補間
演算器６３の出力θO （Ｔ０＋Ｔ）は、以下の式で求め
られる。
演算器６３の出力θO （Ｔ０＋Ｔ）は、以下の式で求め
られる。
【数３】 θO （Ｔ０＋Ｔ）＝θm （Ｔ０）＋ωS （Ｔ０）・Ｔ
【００３３】このθO （Ｔ０＋Ｔ）が時刻Ｔ０＋Ｔにお
ける予測方位・姿勢角信号となる。
ける予測方位・姿勢角信号となる。
【００３４】微分器６１とローパスフィルタ６２は、ス
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。
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。
【００３５】図７にその出力結果の一部を示す。黒丸で
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。
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。
【００３６】このように動作させれば、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、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。
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。
【００３７】次に補間演算部６の第２実施例を図３に示
す。図３において、６５はαβフィルタ、６６は補間演
算器である。
す。図３において、６５はαβフィルタ、６６は補間演
算器である。
【００３８】ストラップダウン演算部３からの時刻Ｔ０
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。
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。
【００３９】即ち、αβフィルタ６５では、１回前のサ
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。
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。
【数４】 θP （Ｔ０）＝θS （Ｔ０−Ｔ１）＋ωS （Ｔ０−Ｔ１）・Ｔ１
【数５】ωP （Ｔ０）＝ωS （Ｔ０−Ｔ１）
【００４０】かかる予測値θP （Ｔ０）及びωP （Ｔ
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。
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６】 θS （Ｔ０）＝θP （Ｔ０）＋α｛θm （Ｔ０）−θP （Ｔ０）｝
【数７】 ωS （Ｔ０）＝ωP （Ｔ０）＋β｛θm （Ｔ０）−θP （Ｔ０）｝／Ｔ１
【００４１】ここで、αは方位・姿勢角信号の平滑化定
数、βはレート信号の平滑化定数である。
数、βはレート信号の平滑化定数である。
【００４２】こうして計算された方位・姿勢角信号θS
（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。
（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。
【００４３】補間演算器６６では、平滑化された方位・
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。
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。
【数８】 θ0 （Ｔ０＋Ｔ）＝θS （Ｔ０）＋ωS （Ｔ０）・Ｔ
【００４４】このように動作させることにより、第１実
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。
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。
【００４５】αβフィルタを用いて平滑化されたレート
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。
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。
【００４６】図８にαβフィルタを用いた第２実施例の
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。
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。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、ストラップダウン演算
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。
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。
【図１】本発明によるストラップダウン型ジャイロ装置
の構成を示すブロック線図である。
の構成を示すブロック線図である。
【図２】本発明によるストラップダウン型ジャイロ装置
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一つの実施例を示すブロック線
図である。
【図３】本発明によるストラップダウン型ジャイロ装置
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。
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。
【図４】従来技術によるストラップダウン型ジャイロ装
置の構成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。
【図５】ストラップダウン演算部の構成を示すブロック
線図である。
線図である。
【図６】ストラップダウン演算部からの出力を示すグラ
フである。
フである。
【図７】本発明による補間演算部からの出力を示すグラ
フである。
フである。
【図８】ローパスフィルタを使用した場合とαβフィル
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。
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。
１ 加速度計 ２ ジャイロ ３ ストラップダウン演算部 ４ 制御演算部 ５ 出力変換部 ６ 補間演算部 ７，８ クロック １１ 方位・姿勢角信号出力端子 １２ 方位・姿勢角信号入力端子 １３ 方位・姿勢角信号出力端子 １４ 加速度信号入力端子 １５ 角度信号入力端子 １６ 加速度信号出力端子 １７ 方位・姿勢角信号出力端子 １８ 制御信号入力端子 ３１ 加速度計補正部 ３２ 座標変換部 ３３ ジャイロ補正部 ３４ ＣＴＭ演算部 ３５ 姿勢角演算部 ５０ 実際の角度曲線 ５１ ストラップダウン演算部出力曲線 ５９ 角度変化の中心線 ６１ 微分器 ６２ ローパスフィルタ ６３ 補間演算器 ６５ αβフィルタ ６６ 補間演算器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中谷 俊彦 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (56)参考文献 特開 平３−28714（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−138471（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−138410（ＪＰ，Ａ) 特表 昭61−502422（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72 G01C 21/00 - 21/24 G06F 17/10
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 |
|---|---|
| JP (1) | JP2913122B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4615287B2 (ja) * | 2004-11-01 | 2011-01-19 | 東京計器株式会社 | 方位姿勢検出装置 |
| JP4876204B2 (ja) * | 2006-01-05 | 2012-02-15 | ヒロボー株式会社 | 小型姿勢センサ |
| 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 |
| JP4759446B2 (ja) * | 2006-06-05 | 2011-08-31 | 日本電信電話株式会社 | 姿勢平滑化方法およびそのプログラム |
| 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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0518753A (ja) | 1993-01-26 |
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