JP3029188B2 - 方位計測装置 - Google Patents
方位計測装置Info
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- JP3029188B2 JP3029188B2 JP7154645A JP15464595A JP3029188B2 JP 3029188 B2 JP3029188 B2 JP 3029188B2 JP 7154645 A JP7154645 A JP 7154645A JP 15464595 A JP15464595 A JP 15464595A JP 3029188 B2 JP3029188 B2 JP 3029188B2
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- angular velocity
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- sensing coil
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバジャイロを
用いた方位計測装置に係り、特に、リアルタイムで精度
が高く、動揺の影響がない方位計測装置に関するもので
ある。
用いた方位計測装置に係り、特に、リアルタイムで精度
が高く、動揺の影響がない方位計測装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバジャイロ（以下ＯＦＧとい
う）を用いて方位を計測する装置が知られている。ＯＦ
Ｇ自体はセンシングコイルで検知した角速度を積分して
変位角度を求めるものであるから、リアルタイムで絶対
方位を計測するためには、このＯＦＧをヨー角方向の角
速度を検知して相対的な方位変化を計測するヨーレート
用（以下ＯＦＧ−Ｙという）とし、他に基準となる絶対
方位を検知する絶対方位センサ（真北を探査する装置）
を組み合わせる必要がある。絶対方位センサには、地磁
気センサ、機械式コンパス、光ファイバジャイロコンパ
スがある。
う）を用いて方位を計測する装置が知られている。ＯＦ
Ｇ自体はセンシングコイルで検知した角速度を積分して
変位角度を求めるものであるから、リアルタイムで絶対
方位を計測するためには、このＯＦＧをヨー角方向の角
速度を検知して相対的な方位変化を計測するヨーレート
用（以下ＯＦＧ−Ｙという）とし、他に基準となる絶対
方位を検知する絶対方位センサ（真北を探査する装置）
を組み合わせる必要がある。絶対方位センサには、地磁
気センサ、機械式コンパス、光ファイバジャイロコンパ
スがある。
【０００３】光ファイバジャイロコンパスには、コンパ
ス用光ファイバジャイロ（以下ＯＦＧ−Ｃ）のセンシン
グコイルを鉛直に立て、その鉛直軸の回りに回転させな
がら、地球自転による角速度（アースレート）をサンプ
リングし、このアースレートを方位の関数として方位を
求める方式と、３軸のＯＦＧ及び３軸の傾斜センサを用
いて絶対方位を計測する方式とがある。ＯＦＧ−Ｃでア
ースレートを求める方式では、アースレートがゼロにな
る方位が真北であるという原理を採用している関係上、
検知した角速度に含まれているバイアスの除去法と動揺
による誤計測の対策が重要となり、これらに関する公知
技術がある。
ス用光ファイバジャイロ（以下ＯＦＧ−Ｃ）のセンシン
グコイルを鉛直に立て、その鉛直軸の回りに回転させな
がら、地球自転による角速度（アースレート）をサンプ
リングし、このアースレートを方位の関数として方位を
求める方式と、３軸のＯＦＧ及び３軸の傾斜センサを用
いて絶対方位を計測する方式とがある。ＯＦＧ−Ｃでア
ースレートを求める方式では、アースレートがゼロにな
る方位が真北であるという原理を採用している関係上、
検知した角速度に含まれているバイアスの除去法と動揺
による誤計測の対策が重要となり、これらに関する公知
技術がある。
【０００４】バイアス除去法については、センシングコ
イルを回転させて複数方向でのアースレートを方位の正
弦波関数として求めることにより、バイアスがあっても
ゼロ位相が検出できる方式と、２つのセンシングコイル
を用い、両者の出力信号の位相を１８０°ずらし、その
差を取ることでバイアスを除去する方式とがある。動揺
対策については、ＯＦＧ−Ｙの検知する角速度をモニタ
し、この角速度が所定値以下ならば動揺がなかったと判
定し、ＯＦＧ−Ｃの計測した絶対方位を採用する方式が
ある。
イルを回転させて複数方向でのアースレートを方位の正
弦波関数として求めることにより、バイアスがあっても
ゼロ位相が検出できる方式と、２つのセンシングコイル
を用い、両者の出力信号の位相を１８０°ずらし、その
差を取ることでバイアスを除去する方式とがある。動揺
対策については、ＯＦＧ−Ｙの検知する角速度をモニタ
し、この角速度が所定値以下ならば動揺がなかったと判
定し、ＯＦＧ−Ｃの計測した絶対方位を採用する方式が
ある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術の問題点を
述べる。
述べる。
【０００６】地磁気センサには、磁北と真北とのずれの
ため緯度によって偏西、偏東といわれる絶対値の誤差が
ある。また、地磁気センサは、磁気環境による影響を受
ける。例えば、鉄道、鉄橋が近くにあるとき着磁現象に
よる影響を受ける。機械式コンパスは、起動時間が長
い、メンテナンスが必要、寿命が短い等の欠点がある。
３軸のＯＦＧ及び３軸の傾斜センサを用いる方式はコス
トが高い。
ため緯度によって偏西、偏東といわれる絶対値の誤差が
ある。また、地磁気センサは、磁気環境による影響を受
ける。例えば、鉄道、鉄橋が近くにあるとき着磁現象に
よる影響を受ける。機械式コンパスは、起動時間が長
い、メンテナンスが必要、寿命が短い等の欠点がある。
３軸のＯＦＧ及び３軸の傾斜センサを用いる方式はコス
トが高い。
【０００７】ＯＦＧ−Ｃでアースレートを求める方式に
上記バイアス除去法及び動揺対策を施したものは、以下
の問題点がある。
上記バイアス除去法及び動揺対策を施したものは、以下
の問題点がある。
【０００８】上記バイアス除去法のうち、アースレート
を方位の正弦波関数として求める方法は、サンプリング
回数が多いためアースレートのサンプリングに時間がか
かり、その時間の間にＯＦＧ−Ｃが動揺を受ける機会が
多くなる。２つのセンシングコイルを用いる方法はコス
トが高い。また、上記動揺対策における判定条件では、
０．０１°／ｈ程度のローリングやピッチングの影響を
避けることができない。
を方位の正弦波関数として求める方法は、サンプリング
回数が多いためアースレートのサンプリングに時間がか
かり、その時間の間にＯＦＧ−Ｃが動揺を受ける機会が
多くなる。２つのセンシングコイルを用いる方法はコス
トが高い。また、上記動揺対策における判定条件では、
０．０１°／ｈ程度のローリングやピッチングの影響を
避けることができない。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、リアルタイムで精度が高く、動揺の影響がない方位
計測装置を提供することにある。
し、リアルタイムで精度が高く、動揺の影響がない方位
計測装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、鉛直に立てたセンシングコイルを鉛直軸の
回りに回転させ、このセンシングコイルで検知される地
球の自転による角速度から較正基準となる絶対方位を計
測するコンパス用光ファイバジャイロと、水平に置いた
センシングコイルで検知されるヨー角方向の角速度から
相対的な方位変化を計測するヨーレート用光ファイバジ
ャイロとを組み合わせてリアルタイムに絶対方位を計測
する装置において、ヨーレート用光ファイバジャイロで
計測した方位の変化分とコンパス用光ファイバジャイロ
で計測した方位の変化分とが所定の精度で一致した場合
のみヨーレート用光ファイバジャイロの方位をコンパス
用光ファイバジャイロで計測した方位で較正するアルゴ
リズムを備えたものである。
に本発明は、鉛直に立てたセンシングコイルを鉛直軸の
回りに回転させ、このセンシングコイルで検知される地
球の自転による角速度から較正基準となる絶対方位を計
測するコンパス用光ファイバジャイロと、水平に置いた
センシングコイルで検知されるヨー角方向の角速度から
相対的な方位変化を計測するヨーレート用光ファイバジ
ャイロとを組み合わせてリアルタイムに絶対方位を計測
する装置において、ヨーレート用光ファイバジャイロで
計測した方位の変化分とコンパス用光ファイバジャイロ
で計測した方位の変化分とが所定の精度で一致した場合
のみヨーレート用光ファイバジャイロの方位をコンパス
用光ファイバジャイロで計測した方位で較正するアルゴ
リズムを備えたものである。
【００１１】また、もう一つの発明は、鉛直に立てたセ
ンシングコイルを鉛直軸の回りに回転させ、このセンシ
ングコイルで検知される地球の自転による角速度から較
正基準となる絶対方位を計測するコンパス用光ファイバ
ジャイロと、水平に置いたセンシングコイルで検知され
るヨー角方向の角速度から相対的な方位変化を計測する
ヨーレート用光ファイバジャイロとを組み合わせてリア
ルタイムに絶対方位を計測する装置において、ヨーレー
ト用光ファイバジャイロで計測した方位とコンパス用光
ファイバジャイロの方位を周波数領域で合成し方位を求
めるアルゴリズムを備えたものである。
ンシングコイルを鉛直軸の回りに回転させ、このセンシ
ングコイルで検知される地球の自転による角速度から較
正基準となる絶対方位を計測するコンパス用光ファイバ
ジャイロと、水平に置いたセンシングコイルで検知され
るヨー角方向の角速度から相対的な方位変化を計測する
ヨーレート用光ファイバジャイロとを組み合わせてリア
ルタイムに絶対方位を計測する装置において、ヨーレー
ト用光ファイバジャイロで計測した方位とコンパス用光
ファイバジャイロの方位を周波数領域で合成し方位を求
めるアルゴリズムを備えたものである。
【００１２】上記コンパス用光ファイバジャイロが検知
した角速度から日時に応じた地球と太陽との相対運動に
よる角速度バイアス分を除去する手段を備えてもよい。
した角速度から日時に応じた地球と太陽との相対運動に
よる角速度バイアス分を除去する手段を備えてもよい。
【００１３】上記コンパス用光ファイバジャイロのセン
シングコイルを一方向に向けて角速度を検知した後、セ
ンシングコイルを１８０°反対に向けて角速度を検知
し、両者の検知した角速度よりセンシングコイルに生じ
ているバイアスを求め、検知した角速度からバイアスを
除去してもよい。
シングコイルを一方向に向けて角速度を検知した後、セ
ンシングコイルを１８０°反対に向けて角速度を検知
し、両者の検知した角速度よりセンシングコイルに生じ
ているバイアスを求め、検知した角速度からバイアスを
除去してもよい。
【００１４】上記コンパス用光ファイバジャイロのセン
シングコイルの方向を変えて角速度を検知し、地球の自
転による角速度がゼロになる方向を探し、その方向で絶
対方位を計測してもよい。
シングコイルの方向を変えて角速度を検知し、地球の自
転による角速度がゼロになる方向を探し、その方向で絶
対方位を計測してもよい。
【００１５】上記コンパス用光ファイバジャイロのセン
シングコイルを所定時間一方向に向け、そのとき検知さ
れる角速度を積分し、その積分時間を予め実測で求めた
積分時間対分解能特性から最適の分解能となる積分時間
に設定してもよい。
シングコイルを所定時間一方向に向け、そのとき検知さ
れる角速度を積分し、その積分時間を予め実測で求めた
積分時間対分解能特性から最適の分解能となる積分時間
に設定してもよい。
【００１６】上記光ファイバジャイロが、少なくともセ
ンシングコイルに偏波面保存光ファイバを使用し、かつ
測定光を位相変調する位相変調方式により角速度を検知
してもよい。
ンシングコイルに偏波面保存光ファイバを使用し、かつ
測定光を位相変調する位相変調方式により角速度を検知
してもよい。
【００１７】地球と太陽との相対運動による角速度バイ
アス分ΔΩを除去する手段が日付及び時刻を計測するカ
レンダ時計を備え、時刻Ｔ及び春分の日より数えた日数
Ｄを用いて ΔΩ＝kcos[90 °−23.4cos{(360°/24)Ｔ−(360°/36
5) Ｄ} ] （ kは使用環境によって実験的に定まる定数） として求め、この角速度ΔΩと検知した角速度Ωとから
方位θを θ＝ｓｉｎ-1［（Ω−ΔΩ）／Ａ］ （Ａは緯度に
依存する定数） として求めてもよい。
アス分ΔΩを除去する手段が日付及び時刻を計測するカ
レンダ時計を備え、時刻Ｔ及び春分の日より数えた日数
Ｄを用いて ΔΩ＝kcos[90 °−23.4cos{(360°/24)Ｔ−(360°/36
5) Ｄ} ] （ kは使用環境によって実験的に定まる定数） として求め、この角速度ΔΩと検知した角速度Ωとから
方位θを θ＝ｓｉｎ-1［（Ω−ΔΩ）／Ａ］ （Ａは緯度に
依存する定数） として求めてもよい。
【００１８】
【作用】本発明の基本的構成は、コンパス用光ファイバ
ジャイロ（ＯＦＧ−Ｃ）とヨーレート用光ファイバジャ
イロ（ＯＦＧ−Ｙ）とを組み合わせたものであり、ＯＦ
Ｇ−Ｃで計測した較正基準となる絶対方位でＯＦＧ−Ｙ
を較正する方式である。ＯＦＧ−Ｃは絶対方位を計測で
きるが動揺に対して非常に敏感であり、ＯＦＧ−Ｙは絶
対方位を計測できないが、動揺には影響されず相対的な
方位変化を安定に計測することができる。
ジャイロ（ＯＦＧ−Ｃ）とヨーレート用光ファイバジャ
イロ（ＯＦＧ−Ｙ）とを組み合わせたものであり、ＯＦ
Ｇ−Ｃで計測した較正基準となる絶対方位でＯＦＧ−Ｙ
を較正する方式である。ＯＦＧ−Ｃは絶対方位を計測で
きるが動揺に対して非常に敏感であり、ＯＦＧ−Ｙは絶
対方位を計測できないが、動揺には影響されず相対的な
方位変化を安定に計測することができる。
【００１９】本発明は課題を解決するにあたって、 ＯＦＧ−Ｃの分解能を高める。例えば、０．０５°の
精度で方位を計測するためには０．０１°／ｈの角速度
分解能が必要である。
精度で方位を計測するためには０．０１°／ｈの角速度
分解能が必要である。
【００２０】ＯＦＧ−Ｙを較正するタイミング（条
件）を規定することによって、ローリングやピッチング
等の動揺の影響を除去する。
件）を規定することによって、ローリングやピッチング
等の動揺の影響を除去する。
【００２１】′ＯＦＧ−ＹとＯＦＧ−Ｃの検出データ
を周波数領域で合成することによって、ローリングやピ
ッチング等の動揺の影響を除去する。
を周波数領域で合成することによって、ローリングやピ
ッチング等の動揺の影響を除去する。
【００２２】絶対方位計測の誤差要因を解明し、その
対策を具体化する。
対策を具体化する。
【００２３】動揺を受ける機会を減らす。
【００２４】の点を特に考慮した。
【００２５】に関しては、ＯＦＧ−Ｃに動揺が作用し
なかったときを選ぶことが該当するが、この動揺が作用
したかどうかの判定をＯＦＧ−Ｙで計測した方位の変化
分とＯＦＧ−Ｃで計測した方位の変化分との比較で行
う。即ち、ＯＦＧ−Ｙで計測した方位の変化分とコンパ
ス用光ＯＦＧで計測した方位の変化分とが所定の精度で
一致した場合に動揺がなかっと判定し、較正を行うこと
になる。これを動揺判定法という。
なかったときを選ぶことが該当するが、この動揺が作用
したかどうかの判定をＯＦＧ−Ｙで計測した方位の変化
分とＯＦＧ−Ｃで計測した方位の変化分との比較で行
う。即ち、ＯＦＧ−Ｙで計測した方位の変化分とコンパ
ス用光ＯＦＧで計測した方位の変化分とが所定の精度で
一致した場合に動揺がなかっと判定し、較正を行うこと
になる。これを動揺判定法という。
【００２６】′に関しては、速い変化を表わす高周波
成分についてＯＦＧ−Ｙのデータを用い、遅い変化を表
わす低周波成分についてＯＦＧ−Ｃのデータを用いるこ
とになる。これをクロスオーバー法という。
成分についてＯＦＧ−Ｙのデータを用い、遅い変化を表
わす低周波成分についてＯＦＧ−Ｃのデータを用いるこ
とになる。これをクロスオーバー法という。
【００２７】に関しては、地球と太陽との相対運動に
よる角速度バイアス分ΔΩが問題となる。具体的には、
太陽の黒点運動による地球上の磁力線や宇宙線による角
速度バイアスが考えられる。ＯＦＧ−Ｃが検知した角速
度から上記の角速度バイアス分ΔΩを除去することによ
り、この誤差要因が解消される。地球の自転軸は公転面
に対して傾斜しているので、自転の角速度に重複する成
分を日時に応じて求める必要がある。
よる角速度バイアス分ΔΩが問題となる。具体的には、
太陽の黒点運動による地球上の磁力線や宇宙線による角
速度バイアスが考えられる。ＯＦＧ−Ｃが検知した角速
度から上記の角速度バイアス分ΔΩを除去することによ
り、この誤差要因が解消される。地球の自転軸は公転面
に対して傾斜しているので、自転の角速度に重複する成
分を日時に応じて求める必要がある。
【００２８】カレンダ時計の示す日付及び時刻に基づき
時刻Ｔ及び春分の日より数えた日数Ｄを求め、日時を考
慮した地球と太陽との相対運動による角速度バイアス分
ΔΩを ΔΩ＝kcos[90 °−23.4cos{(360°/24)Ｔ−(360°/36
5) Ｄ} ] により求める。この角速度ΔΩと検知した角速度Ωとか
ら方位θを θ＝ｓｉｎ-1［（Ω−ΔΩ）／Ａ］ として求める。これにより、地球と太陽との相対運動に
よる角速度バイアス分ΔΩが取り除かれる。ここに、k
は、方位計測装置が使用される環境下で実験的に求めら
れる定数である。
時刻Ｔ及び春分の日より数えた日数Ｄを求め、日時を考
慮した地球と太陽との相対運動による角速度バイアス分
ΔΩを ΔΩ＝kcos[90 °−23.4cos{(360°/24)Ｔ−(360°/36
5) Ｄ} ] により求める。この角速度ΔΩと検知した角速度Ωとか
ら方位θを θ＝ｓｉｎ-1［（Ω−ΔΩ）／Ａ］ として求める。これにより、地球と太陽との相対運動に
よる角速度バイアス分ΔΩが取り除かれる。ここに、k
は、方位計測装置が使用される環境下で実験的に求めら
れる定数である。
【００２９】に関しては、ＯＦＧ−Ｃによる計測を必
要最小限の時間内で行うことである。何故ならば、時間
がかかればかかるほど動揺を受ける機会が多くなるから
である。そこで、アースレートのサンプリング回数を少
なくするバイアス除去法を導入する。即ち、センシング
コイルを一方向に向けて角速度Ω0 を検知したとき、公
転の影響を無視し、ＯＦＧ−Ｃのバイアス成分をｂとす
ると、方位θに対するアースレートΩ0 は、 Ω0 ＝Ａｓｉｎθ＋ｂ である。なお、Ａは緯度に依存するスケール（定数）で
あり、赤道上で１５°／ｈとなる。次に、センシングコ
イルを１８０°反対に向けて角速度Ω180 を検知したと
き、 Ω180 ＝−Ａｓｉｎθ＋ｂ であるから、両者の検知した角速度よりバイアスを求め
ることができ、検知した角速度からバイアスを除去する
ことができる。
要最小限の時間内で行うことである。何故ならば、時間
がかかればかかるほど動揺を受ける機会が多くなるから
である。そこで、アースレートのサンプリング回数を少
なくするバイアス除去法を導入する。即ち、センシング
コイルを一方向に向けて角速度Ω0 を検知したとき、公
転の影響を無視し、ＯＦＧ−Ｃのバイアス成分をｂとす
ると、方位θに対するアースレートΩ0 は、 Ω0 ＝Ａｓｉｎθ＋ｂ である。なお、Ａは緯度に依存するスケール（定数）で
あり、赤道上で１５°／ｈとなる。次に、センシングコ
イルを１８０°反対に向けて角速度Ω180 を検知したと
き、 Ω180 ＝−Ａｓｉｎθ＋ｂ であるから、両者の検知した角速度よりバイアスを求め
ることができ、検知した角速度からバイアスを除去する
ことができる。
【００３０】に関しては、光ファイバに偏波面保存光
ファイバを使用すること、角速度の検知に位相変調方式
を採用すること、積分時間を最適化することがあげられ
る。そこで、ＯＦＧ−Ｃの全光ファイバ又は少なくとも
センシングコイルを構成する光ファイバに偏波面保存光
ファイバを使用し、かつＯＦＧ−Ｃに位相変調方式を採
用することで、精度は高くなる。また、積分時間の最適
化は、積分時間が短いときには分解能が低く、長くする
と分解能が高まり、さらに長くすると再び分解能が低く
なるという傾向を利用したもので、予め実測で求めた積
分時間対分解能特性から最適の分解能となる積分時間を
選ぶことで解決される。
ファイバを使用すること、角速度の検知に位相変調方式
を採用すること、積分時間を最適化することがあげられ
る。そこで、ＯＦＧ−Ｃの全光ファイバ又は少なくとも
センシングコイルを構成する光ファイバに偏波面保存光
ファイバを使用し、かつＯＦＧ−Ｃに位相変調方式を採
用することで、精度は高くなる。また、積分時間の最適
化は、積分時間が短いときには分解能が低く、長くする
と分解能が高まり、さらに長くすると再び分解能が低く
なるという傾向を利用したもので、予め実測で求めた積
分時間対分解能特性から最適の分解能となる積分時間を
選ぶことで解決される。
【００３１】
【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。
詳述する。
【００３２】図１に示されるように、方位計測装置は、
水平面１を維持することのできる整準装置２を有し、そ
の水平面１にセンシングコイル３とターンテーブル４と
が設けられ、ターンテーブル４上に垂直に起立させてセ
ンシングコイル５が設けられている。ターンテーブル４
は水平面１上で回転することにより、センシングコイル
５が鉛直軸の回りに回転するように構成されている。信
号処理回路６はセンシングコイル５の隣に設けられてい
る。
水平面１を維持することのできる整準装置２を有し、そ
の水平面１にセンシングコイル３とターンテーブル４と
が設けられ、ターンテーブル４上に垂直に起立させてセ
ンシングコイル５が設けられている。ターンテーブル４
は水平面１上で回転することにより、センシングコイル
５が鉛直軸の回りに回転するように構成されている。信
号処理回路６はセンシングコイル５の隣に設けられてい
る。
【００３３】この方位計測装置を地球上に置いたときセ
ンシングコイル５は図２に示すように置かれていること
になり、センシングコイル５は、地球の自転による角速
度を検知することができる。コンパス用光ファイバジャ
イロ（ＯＦＧ−Ｃ）はセンシングコイル５で検知される
地球の自転による角速度から較正基準となる絶対方位を
計測するものである。また、センシングコイル３はヨー
角方向の角速度を検知することができる。ヨーレート用
光ファイバジャイロ（ＯＦＧ−Ｙ）はセンシングコイル
３で検知されるヨー角方向の角速度から相対的な方位変
化を計測するものである。２１は地球の自転軸、２２は
方位計測装置における鉛直軸である。
ンシングコイル５は図２に示すように置かれていること
になり、センシングコイル５は、地球の自転による角速
度を検知することができる。コンパス用光ファイバジャ
イロ（ＯＦＧ−Ｃ）はセンシングコイル５で検知される
地球の自転による角速度から較正基準となる絶対方位を
計測するものである。また、センシングコイル３はヨー
角方向の角速度を検知することができる。ヨーレート用
光ファイバジャイロ（ＯＦＧ−Ｙ）はセンシングコイル
３で検知されるヨー角方向の角速度から相対的な方位変
化を計測するものである。２１は地球の自転軸、２２は
方位計測装置における鉛直軸である。
【００３４】絶対方位の計測の原理は、図２において、
センシングコイル５を鉛直軸２２の回りに回転させたと
き、地球の自転の方向に対するセンシングコイル５の角
度が変化するため、検出される角速度が図３に示すよう
に正弦波状に変化する。この変化から方位を計算して求
める。
センシングコイル５を鉛直軸２２の回りに回転させたと
き、地球の自転の方向に対するセンシングコイル５の角
度が変化するため、検出される角速度が図３に示すよう
に正弦波状に変化する。この変化から方位を計算して求
める。
【００３５】図４は、太陽の回りを公転する地球を示し
たものであり、４つの特定日に図２のとおりセンシング
コイル５を置いた状態を示している。方位計測装置は、
ＯＦＧ−Ｃが検知した角速度から日時に応じた地球と太
陽との相対運動による角速度バイアス分ΔΩを除去する
手段を備えている。この角速度バイアス分除去手段は、
日付及び時刻を計測するカレンダ時計を備えている。
たものであり、４つの特定日に図２のとおりセンシング
コイル５を置いた状態を示している。方位計測装置は、
ＯＦＧ−Ｃが検知した角速度から日時に応じた地球と太
陽との相対運動による角速度バイアス分ΔΩを除去する
手段を備えている。この角速度バイアス分除去手段は、
日付及び時刻を計測するカレンダ時計を備えている。
【００３６】図１の方位計測装置は、センシングコイル
５を一方向に向けて角速度を検知した後、センシングコ
イル５を１８０°反対に向けて角速度を検知し、両者の
検知した角速度よりセンシングコイル５に生じているバ
イアスを求め、検知した角速度からバイアスを除去する
ことができる。また、方位計測装置は、センシングコイ
ル５の方向を変えて角速度を検知し、検知される角速度
がゼロになる方向で絶対方位を計測することができる。
図５（ｂ）に示されるサンプリング点５１，５２は、１
８０°回転した方向でのサンプリングによるものであ
り、検知される角速度からバイアスを除去したものがほ
ぼゼロとなっている。
５を一方向に向けて角速度を検知した後、センシングコ
イル５を１８０°反対に向けて角速度を検知し、両者の
検知した角速度よりセンシングコイル５に生じているバ
イアスを求め、検知した角速度からバイアスを除去する
ことができる。また、方位計測装置は、センシングコイ
ル５の方向を変えて角速度を検知し、検知される角速度
がゼロになる方向で絶対方位を計測することができる。
図５（ｂ）に示されるサンプリング点５１，５２は、１
８０°回転した方向でのサンプリングによるものであ
り、検知される角速度からバイアスを除去したものがほ
ぼゼロとなっている。
【００３７】ＯＦＧ−Ｃ及びＯＦＧ−Ｙの構成は、図６
に示されるように、レーザ光光源６１と、受光器６２
と、２つの方向性結合器６３，６４と、偏光子６５と、
位相変調器６６と、センシングコイル３（５）とから構
成される。この構成はいわゆるオープンループ方式のＯ
ＦＧの構成であり、測定光を位相変調する位相変調方式
により角速度を検知するものである。
に示されるように、レーザ光光源６１と、受光器６２
と、２つの方向性結合器６３，６４と、偏光子６５と、
位相変調器６６と、センシングコイル３（５）とから構
成される。この構成はいわゆるオープンループ方式のＯ
ＦＧの構成であり、測定光を位相変調する位相変調方式
により角速度を検知するものである。
【００３８】センシングコイル３、５には、図７（ａ）
に示す楕円ジャケット型の偏波面保存光ファイバが用い
られ、方向性結合器６３，６４には図７（ｂ）に示す楕
円コア型偏波面保存光ファイバが用いられている。セン
シングコイル３、５は上記偏波面保存光ファイバをそれ
ぞれ１．２ｋｍ使用している。
に示す楕円ジャケット型の偏波面保存光ファイバが用い
られ、方向性結合器６３，６４には図７（ｂ）に示す楕
円コア型偏波面保存光ファイバが用いられている。セン
シングコイル３、５は上記偏波面保存光ファイバをそれ
ぞれ１．２ｋｍ使用している。
【００３９】図８は、予め実測で求めた積分時間対分解
能特性のグラフである。これを見ると、ＯＦＧ−Ｃの積
分時間と分解能との関係は、積分時間を短いほうから長
くしていくと、分解能は改善されるが、長くし過ぎると
分解能は低下することがわかる。本実施例では、このグ
ラフを基に、０．０１°／ｈの分解能を確実にするため
に、積分時間Ｔｃ＝２分とした。
能特性のグラフである。これを見ると、ＯＦＧ−Ｃの積
分時間と分解能との関係は、積分時間を短いほうから長
くしていくと、分解能は改善されるが、長くし過ぎると
分解能は低下することがわかる。本実施例では、このグ
ラフを基に、０．０１°／ｈの分解能を確実にするため
に、積分時間Ｔｃ＝２分とした。
【００４０】次に実施例の作用を述べる。
【００４１】方位計測装置の計測手順を説明する。
【００４２】ステップ１；整準装置２を動作させ０．０
１°の精度で水平面１を水平にする。 ステップ２；センシングコイル５をある方向に向け、そ
の方向でＴｃ＝２分間、アースレートを平均（積分）す
る。その平均値をΩ0 とする。
１°の精度で水平面１を水平にする。 ステップ２；センシングコイル５をある方向に向け、そ
の方向でＴｃ＝２分間、アースレートを平均（積分）す
る。その平均値をΩ0 とする。
【００４３】ステップ３；ターンテーブル４を１８０°
回転させることによりセンシングコイル５を１８０°反
対に向け、その方向で同様にＴｃ＝２分間、アースレー
トを平均する。その平均値をΩ180 とする。
回転させることによりセンシングコイル５を１８０°反
対に向け、その方向で同様にＴｃ＝２分間、アースレー
トを平均する。その平均値をΩ180 とする。
【００４４】ステップ４；バイアスｂを、ｂ＝（１／
２）×（Ω0 ＋Ω180 ）で求める。以後、検知される角
速度は、このバイアスｂを除去して地球の自転による角
速度として扱う。
２）×（Ω0 ＋Ω180 ）で求める。以後、検知される角
速度は、このバイアスｂを除去して地球の自転による角
速度として扱う。
【００４５】ステップ５；センシングコイル５の方向を
変えて角速度を検知し、地球の自転による角速度がゼロ
になる方向を探す。その方向で２分間、アースレートを
平均する。その平均値をΩとする。
変えて角速度を検知し、地球の自転による角速度がゼロ
になる方向を探す。その方向で２分間、アースレートを
平均する。その平均値をΩとする。
【００４６】ステップ６；方位θを、θ＝ｓｉｎ
-1［（Ω−ΔΩ）／Ａ］で算出する。ΔΩは、地球と太
陽との相対運動による角速度バイアス分であり、次式で
求める。
-1［（Ω−ΔΩ）／Ａ］で算出する。ΔΩは、地球と太
陽との相対運動による角速度バイアス分であり、次式で
求める。
【００４７】ΔΩ＝kcos[90 °−23.4cos{(360°/24)Ｔ
＋(360°/365) Ｄ} ] ここに、単位は（°／Ｈ）であり、Ｔは時刻、即ち午前
０時からの時間であり、Ｄは春分の日より数えた日数で
ある。この式中、２３．４という数値は地球の自転軸の
公転面に対する傾斜角である。この式はＯＦＧ−Ｃのセ
ンシングコイル５を概ね南北に向けたときに成立する近
似式である。本実験は実験室内で行われ、k ＝０．０５
°／ｈであった。
＋(360°/365) Ｄ} ] ここに、単位は（°／Ｈ）であり、Ｔは時刻、即ち午前
０時からの時間であり、Ｄは春分の日より数えた日数で
ある。この式中、２３．４という数値は地球の自転軸の
公転面に対する傾斜角である。この式はＯＦＧ−Ｃのセ
ンシングコイル５を概ね南北に向けたときに成立する近
似式である。本実験は実験室内で行われ、k ＝０．０５
°／ｈであった。
【００４８】ステップ７；ステップ２以降を繰り返し、
１８０°回転させてはバイアスを除去し、上式で方位θ
を算出していく。
１８０°回転させてはバイアスを除去し、上式で方位θ
を算出していく。
【００４９】ステップ８；ステップ７までのようにして
求めた方位θの１０分間の変化分とＯＦＧ−Ｙの１０分
間の変化分とを比較する。両者が±０．０５°以内の誤
差で一致したとき、ＯＦＧ−Ｙの方位をＯＦＧ−Ｃで計
測した方位で較正する。これは動揺判定法の場合であ
る。
求めた方位θの１０分間の変化分とＯＦＧ−Ｙの１０分
間の変化分とを比較する。両者が±０．０５°以内の誤
差で一致したとき、ＯＦＧ−Ｙの方位をＯＦＧ−Ｃで計
測した方位で較正する。これは動揺判定法の場合であ
る。
【００５０】ステップ８′；ステップ７までのようにし
て求めた方位θと、ＯＦＧ−Ｙの方位とを周波数領域で
合成して方位を求める。即ち、速い変化（高周波成分）
はＯＦＧ−Ｙの方位データに、遅い変化（低周波成分）
はＯＦＧ−Ｃのデータに重みをおいて計測することにな
る。これはクロスオーバー法による場合である。
て求めた方位θと、ＯＦＧ−Ｙの方位とを周波数領域で
合成して方位を求める。即ち、速い変化（高周波成分）
はＯＦＧ−Ｙの方位データに、遅い変化（低周波成分）
はＯＦＧ−Ｃのデータに重みをおいて計測することにな
る。これはクロスオーバー法による場合である。
【００５１】地球と太陽との相対運動による角速度バイ
アス補正の効果を説明する。
アス補正の効果を説明する。
【００５２】上記補正の効果を調べるため、実験室にお
いて静止した方位計測装置で方位計測を行った。図９
（ａ）に従来の方位計測装置による上記補正のない方位
計測結果を示し、図９（ｂ）に本発明の方位計測装置に
よる上記補正を行った方位計測結果を示す。これらを比
較すると、図９（ｂ）のほうが変動が小さいことがわか
り、補正が有効であることがわかる。
いて静止した方位計測装置で方位計測を行った。図９
（ａ）に従来の方位計測装置による上記補正のない方位
計測結果を示し、図９（ｂ）に本発明の方位計測装置に
よる上記補正を行った方位計測結果を示す。これらを比
較すると、図９（ｂ）のほうが変動が小さいことがわか
り、補正が有効であることがわかる。
【００５３】次に、従来の正弦波状のサンプリング方式
によるバイアス除去と本発明の１８０°反転した２点サ
ンプリング方式によるバイアス除去とを比較する。図５
（ａ）に示されるように、従来の正弦波状のサンプリン
グ方式では、４点若しくは８点のサンプリングを行わな
いと正弦波が求まらない。このためサンプリング回数が
多くなり時間が長くなるので、動揺の影響を受ける機会
が多くなる。また、従来の方式では、予め方位が不明で
あるため地球と太陽との相対運動による角速度バイアス
の補正が正しく行えない。両者の比較を表１に示す。
によるバイアス除去と本発明の１８０°反転した２点サ
ンプリング方式によるバイアス除去とを比較する。図５
（ａ）に示されるように、従来の正弦波状のサンプリン
グ方式では、４点若しくは８点のサンプリングを行わな
いと正弦波が求まらない。このためサンプリング回数が
多くなり時間が長くなるので、動揺の影響を受ける機会
が多くなる。また、従来の方式では、予め方位が不明で
あるため地球と太陽との相対運動による角速度バイアス
の補正が正しく行えない。両者の比較を表１に示す。
【００５４】
【表１】
【００５５】次に、方位計測装置がどのような動揺を受
けるかを説明する。方位計測装置をシールドマシンに装
備したものとする。図１０に示されるように、シールド
マシンの掘進時には掘進のために動揺が生じ、動揺によ
る角速度が検出される。しかし、停止時にも大きな動揺
が生じていることがわかる。これは掘進を停止してセグ
メントを組立てているときに、シールドマシンが動揺し
たもので、ジャッキの操作が原因である。このように、
掘進していなくてもセグメント組みのとき動揺が発生し
ている。この場合、ＯＦＧ−Ｃで計測した方位には誤差
が含まれる。公知例に記載された非掘進時にのみＯＦＧ
−Ｃで方位を検出する方法ではこの誤差が避けられな
い。本発明にあっては、ＯＦＧ−Ｙで計測した方位の変
化分とＯＦＧ−Ｃで計測した方位の変化分とが所定の精
度で一致した場合のみ較正を行うので誤差を生じること
がない。また、動揺判定法では、サンプリング回数が少
ないので動揺を受ける機会が少なく、従って、較正の頻
度が増えるので方位が正確に計測できる。
けるかを説明する。方位計測装置をシールドマシンに装
備したものとする。図１０に示されるように、シールド
マシンの掘進時には掘進のために動揺が生じ、動揺によ
る角速度が検出される。しかし、停止時にも大きな動揺
が生じていることがわかる。これは掘進を停止してセグ
メントを組立てているときに、シールドマシンが動揺し
たもので、ジャッキの操作が原因である。このように、
掘進していなくてもセグメント組みのとき動揺が発生し
ている。この場合、ＯＦＧ−Ｃで計測した方位には誤差
が含まれる。公知例に記載された非掘進時にのみＯＦＧ
−Ｃで方位を検出する方法ではこの誤差が避けられな
い。本発明にあっては、ＯＦＧ−Ｙで計測した方位の変
化分とＯＦＧ−Ｃで計測した方位の変化分とが所定の精
度で一致した場合のみ較正を行うので誤差を生じること
がない。また、動揺判定法では、サンプリング回数が少
ないので動揺を受ける機会が少なく、従って、較正の頻
度が増えるので方位が正確に計測できる。
【００５６】図１１にはシールドマシン掘進中にＯＦＧ
−Ｙで計測した方位とＯＦＧ−Ｃで計測した方位の角度
が経過時間を横軸にして示されている。１１１はコンパ
スの計測による方位の角度、１１２は本発明の合成方位
の角度、１１３はＯＦＧ−Ｃの計測による方位の角度、
１１４はＯＦＧ−Ｙの計測による方位の角度を示してい
る。本発明の他の例にあっては、ＯＦＧ−Ｙで計測した
方位とＯＦＧ−Ｃで計測した方位を周波数領域で合成し
ている。すなわち、速い変化（高周波成分）はＯＦＧ−
Ｙで計測した方位に、遅い変化（低周波成分）はＯＦＧ
−Ｃで計測した方位に重み付けして方位を求めている
（クロスオーバー法）ため、ＯＦＧ−Ｃが動揺の影響を
受けても方位が正確に計測できる。図１１ではＯＦＧ−
Ｙで計測した方位にドリフトがみられるが、合成後の方
位にはその影響が現れてこないというメリットも確認す
ることができる。つまり、ＯＦＧ−Ｙの低周波領域のバ
イアスの影響を除去することができる。
−Ｙで計測した方位とＯＦＧ−Ｃで計測した方位の角度
が経過時間を横軸にして示されている。１１１はコンパ
スの計測による方位の角度、１１２は本発明の合成方位
の角度、１１３はＯＦＧ−Ｃの計測による方位の角度、
１１４はＯＦＧ−Ｙの計測による方位の角度を示してい
る。本発明の他の例にあっては、ＯＦＧ−Ｙで計測した
方位とＯＦＧ−Ｃで計測した方位を周波数領域で合成し
ている。すなわち、速い変化（高周波成分）はＯＦＧ−
Ｙで計測した方位に、遅い変化（低周波成分）はＯＦＧ
−Ｃで計測した方位に重み付けして方位を求めている
（クロスオーバー法）ため、ＯＦＧ−Ｃが動揺の影響を
受けても方位が正確に計測できる。図１１ではＯＦＧ−
Ｙで計測した方位にドリフトがみられるが、合成後の方
位にはその影響が現れてこないというメリットも確認す
ることができる。つまり、ＯＦＧ−Ｙの低周波領域のバ
イアスの影響を除去することができる。
【００５７】なお、図１１の計測にあたっては、図１２
に示すフローチャートに従い処理を行った。まず、ＯＦ
Ｇ−Ｃで初期方位を検出した後ターンテーブルを１８０
°回転させる。ターンテーブルの回転中、ＯＦＧ−Ｙに
より角度データを検出し方位を出力する。ターンテーブ
ルが回転し終わったところでＯＦＧ−Ｃにより方位デー
タを検出する。そしてＯＦＧ−Ｃの方位データとＯＦＧ
−Ｙの方位データに基づき以下の演算を行い合成方位出
力を得た。
に示すフローチャートに従い処理を行った。まず、ＯＦ
Ｇ−Ｃで初期方位を検出した後ターンテーブルを１８０
°回転させる。ターンテーブルの回転中、ＯＦＧ−Ｙに
より角度データを検出し方位を出力する。ターンテーブ
ルが回転し終わったところでＯＦＧ−Ｃにより方位デー
タを検出する。そしてＯＦＧ−Ｃの方位データとＯＦＧ
−Ｙの方位データに基づき以下の演算を行い合成方位出
力を得た。
【００５８】まず、以下のようなパラメータを規定す
る。
る。
【００５９】 ＯＦＧ−Ｃ基本データサンプリング周期 Ｔｓ[sec] ＯＦＧ−Ｙサンプリング周期 ｔｓ[sec] 但し、Ｔｓ＝
ｋ・ｔｓ クロスオーバー周波数 ｆｃ[Hz] また、次のデータ系列を定義する。
ｋ・ｔｓ クロスオーバー周波数 ｆｃ[Hz] また、次のデータ系列を定義する。
【００６０】 ＯＦＧ−Ｃデータ（Ｔｓサンプリング） θｉ ＯＦＧ−Ｙデータ（Ｔｓサンプリング） φｉ ＯＦＧ−Ｙデータ（ｔｓサンプリング） ψｉ 合成方位出力 （Ｔｓサンプリング） ζｉ ＯＦＧ−Ｃに周波数の低い領域を、ＯＦＧ−Ｙに周波数
の高い領域を担当させるために、次のクロスオーバー処
理を行い合成方位を出力する。
の高い領域を担当させるために、次のクロスオーバー処
理を行い合成方位を出力する。
【００６１】ＯＦＧ−Ｃ 低域出力 θｉ(L) ＝ρθｉ
＋（１−ρ）θi-1 (L) ＯＦＧ−Ｙ 低域出力 φｉ(L) ＝ρφｉ＋（１−ρ）
φi-1 (L) ＯＦＧ−Ｙ 高域出力 φｉ(H) ＝φｉ−φｉ(L) 合成方位出力 ζｉ ＝θｉ(L) ＋φｉ(H) 但し、ρ＝２πｆｃＴｓ／（１＋πｆｃＴｓ） なお、サンプリング周期ｔｓでの合成方位はψｉを用い
て出力する。
＋（１−ρ）θi-1 (L) ＯＦＧ−Ｙ 低域出力 φｉ(L) ＝ρφｉ＋（１−ρ）
φi-1 (L) ＯＦＧ−Ｙ 高域出力 φｉ(H) ＝φｉ−φｉ(L) 合成方位出力 ζｉ ＝θｉ(L) ＋φｉ(H) 但し、ρ＝２πｆｃＴｓ／（１＋πｆｃＴｓ） なお、サンプリング周期ｔｓでの合成方位はψｉを用い
て出力する。
【００６２】また、クロスオーバー周波数ｆｃの決定手
法は次によった。
法は次によった。
【００６３】；静止状態にて、ＯＦＧ−Ｃの出力結果
に基づき検出された方位とＯＦＧ−Ｙの出力を同時サン
プリングする。
に基づき検出された方位とＯＦＧ−Ｙの出力を同時サン
プリングする。
【００６４】；２種のデータに関し、クロスオーバー
周波数を任意に設定し、合成した方位データを求める。
周波数を任意に設定し、合成した方位データを求める。
【００６５】；で求めた方位データの全てに対し、
標準偏差を求める。
標準偏差を求める。
【００６６】；，の操作を繰り返し、標準偏差が
最低になるクロスオーバー周波数を求める。
最低になるクロスオーバー周波数を求める。
【００６７】本実施例では、ｆｃ＝０．００５５[1/mi
n] であった。
n] であった。
【００６８】本発明の方位計測装置は、主にシールド工
法や推進工法によるトンネル工事の方位計測に使用され
る。例えば、管径が８００ｍｍ以下の下水道工事では安
全上、人が測量のために管内に入れないので、カーブ掘
進工事における測量が困難であったが、本発明により測
量が可能となりカーブ掘進工事が容易となる。また、推
進工事の場合、工法上、電源のオンオフが頻繁に起き
る。機械式コンパスでは起動時間が２〜３時間かかるた
め実質的に使用が困難であった。本発明の方位計測装置
は光ファイバ式であるから、起動時間を必要としない
（数分）。従って、推進工事にも効率良く利用できる。
また、機械式コンパスの寿命或いはメンテナンス間隔が
２０００時間であるのに比べて、５００００時間以上と
なる。また、取扱い性がよく、据付調整費用が削除でき
る。さらに、量産が可能であるため、コストを下げるこ
とができる。そして、０．０５°の指北精度が実現でき
る。
法や推進工法によるトンネル工事の方位計測に使用され
る。例えば、管径が８００ｍｍ以下の下水道工事では安
全上、人が測量のために管内に入れないので、カーブ掘
進工事における測量が困難であったが、本発明により測
量が可能となりカーブ掘進工事が容易となる。また、推
進工事の場合、工法上、電源のオンオフが頻繁に起き
る。機械式コンパスでは起動時間が２〜３時間かかるた
め実質的に使用が困難であった。本発明の方位計測装置
は光ファイバ式であるから、起動時間を必要としない
（数分）。従って、推進工事にも効率良く利用できる。
また、機械式コンパスの寿命或いはメンテナンス間隔が
２０００時間であるのに比べて、５００００時間以上と
なる。また、取扱い性がよく、据付調整費用が削除でき
る。さらに、量産が可能であるため、コストを下げるこ
とができる。そして、０．０５°の指北精度が実現でき
る。
【００６９】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
る。
【００７０】（１）リアルタイムで精度の高い計測がで
きるので、トンネル工事等の効率が向上する。
きるので、トンネル工事等の効率が向上する。
【００７１】（２）ＯＦＧ−Ｃに対する動揺の影響がな
いので計測の信頼性が高い。
いので計測の信頼性が高い。
【図１】本発明の一実施例を示す方位計測装置の斜視図
である。
である。
【図２】本発明の方位計測装置の測定原理を説明する図
である。
である。
【図３】方位と角速度との関係を示す図である。
【図４】地球と太陽との相対運動による角速度バイアス
補正の原理を説明する図である。
補正の原理を説明する図である。
【図５】方位と角速度との関係を示す図である。
【図６】光ファイバジャイロの構成図である。
【図７】光ファイバの断面構造図である。
【図８】積分時間対分解能特性を示す図である。
【図９】方位計測実験の結果を示す図である。
【図１０】シールドマシンに装備した方位計測装置によ
る角速度の変化を示す図である。
る角速度の変化を示す図である。
【図１１】シールドマシンに装備した方位計測装置によ
る方位、合成方位の実測値を示す図である。
る方位、合成方位の実測値を示す図である。
【図１２】図１１の計測データを得るのに用いたクロス
オーバー法の一例を示すフローチャートである。
オーバー法の一例を示すフローチャートである。
１ 水平面 ３ ヨーレート用光ファイバジャイロのセンシングコイ
ル ４ ターンテーブル ５ コンパス用光ファイバジャイロのセンシングコイル ６ 信号処理回路
ル ４ ターンテーブル ５ コンパス用光ファイバジャイロのセンシングコイル ６ 信号処理回路
フロントページの続き (72)発明者 芦塚 紀尋 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 道正 卓基 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 宮崎 淳平 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社日高工場内 (72)発明者 中村 康次 大阪府大阪市中央区北浜３丁目５番29号 日立電線株式会社 関西支店内 (72)発明者 田中 浩 大阪府大阪市中央区北久宝寺町３丁目６ 番１号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 古川 和義 大阪府大阪市中央区北久宝寺町３丁目６ 番１号 株式会社鴻池組内 (56)参考文献 特開 平１−127907（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−164563（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−85815（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−16910（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−172575（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−25313（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 19/00 - 19/72 G01C 17/00 - 17/38 G01C 21/00
Claims (8)
- 【請求項１】 鉛直に立てたセンシングコイルを鉛直軸
の回りに回転させ、このセンシングコイルで検知される
地球の自転による角速度から較正基準となる絶対方位を
計測するコンパス用光ファイバジャイロと、水平に置い
たセンシングコイルで検知されるヨー角方向の角速度か
ら相対的な方位変化を計測するヨーレート用光ファイバ
ジャイロとを組み合わせてリアルタイムに絶対方位を計
測する装置において、ヨーレート用光ファイバジャイロ
で計測した方位の変化分とコンパス用光ファイバジャイ
ロで計測した方位の変化分とが所定の精度で一致した場
合のみヨーレート用光ファイバジャイロの方位をコンパ
ス用光ファイバジャイロで計測した方位で較正するアル
ゴリズムを備えたことを特徴とする方位計測装置。 - 【請求項２】 鉛直に立てたセンシングコイルを鉛直軸
の回りに回転させ、このセンシングコイルで検知される
地球の自転による角速度から較正基準となる絶対方位を
計測するコンパス用光ファイバジャイロと、水平に置い
たセンシングコイルで検知されるヨー角方向の角速度か
ら相対的な方位変化を計測するヨーレート用光ファイバ
ジャイロとを組み合わせてリアルタイムに絶対方位を計
測する装置において、ヨーレート用光ファイバジャイロ
で計測した方位とコンパス用光ファイバジャイロの方位
を周波数領域で合成し方位を求めるアルゴリズムを備え
たことを特徴とする方位計測装置。 - 【請求項３】 上記コンパス用光ファイバジャイロが検
知した角速度から日時に応じた地球と太陽との相対運動
による角速度バイアス分を除去する手段を備えたことを
特徴とする請求項１又は２記載の方位計測装置。 - 【請求項４】 上記コンパス用光ファイバジャイロのセ
ンシングコイルを一方向に向けて角速度を検知した後、
センシングコイルを１８０°反対に向けて角速度を検知
し、両者の検知した角速度よりセンシングコイルに生じ
ているバイアスを求め、検知した角速度からバイアスを
除去することを特徴とする請求項１〜３記載の方位計測
装置。 - 【請求項５】 上記コンパス用光ファイバジャイロのセ
ンシングコイルの方向を変えて角速度を検知し、地球の
自転による角速度がゼロになる方向を探し、その方向で
絶対方位を計測することを特徴とする請求項１〜４記載
の方位計測装置。 - 【請求項６】 上記光ファイバジャイロが、少なくとも
センシングコイルに偏波面保存光ファイバを使用し、か
つ測定光を位相変調する位相変調方式により角速度を検
知することを特徴とする請求項１〜５記載の方位計測装
置。 - 【請求項７】 上記コンパス用光ファイバジャイロのセ
ンシングコイルを所定時間一方向に向け、そのとき検知
される角速度を積分し、その積分時間を予め実測で求め
た積分時間対分解能特性から最適の分解能となる積分時
間に設定することを特徴とする請求項１〜６記載の方位
計測装置。 - 【請求項８】 上記地球と太陽との相対運動による角速
度バイアス分ΔΩを除去する手段が日付及び時刻を計測
するカレンダ時計を備え、時刻Ｔ及び春分の日より数え
た日数Ｄを用いて ΔΩ＝kcos[90 °−23.4cos{(360°/24)Ｔ−(360°/36
5) Ｄ} ] （ kは使用環境によって実験的に定まる定数） として求め、この角速度ΔΩと検知した角速度Ωとから
方位θを θ＝ｓｉｎ-1［（Ω−ΔΩ）／Ａ］ （Ａは緯度に
依存する定数） として求めることを特徴とする請求項１〜７記載の方位
計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7154645A JP3029188B2 (ja) | 1994-06-22 | 1995-06-21 | 方位計測装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-140124 | 1994-06-22 | ||
| JP14012494 | 1994-06-22 | ||
| JP7154645A JP3029188B2 (ja) | 1994-06-22 | 1995-06-21 | 方位計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0868641A JPH0868641A (ja) | 1996-03-12 |
| JP3029188B2 true JP3029188B2 (ja) | 2000-04-04 |
Family
ID=26472738
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7154645A Expired - Fee Related JP3029188B2 (ja) | 1994-06-22 | 1995-06-21 | 方位計測装置 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3029188B2 (ja) |
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1995
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