JP3137438B2 - 移動体の慣性検出手段の初期座標値設定方法 - Google Patents

移動体の慣性検出手段の初期座標値設定方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、航法座標系内を移動す
る移動体に搭載された慣性検出手段(通常はジャイロス
コープや加速度計を具備した慣性航法装置からなり、慣
性航法に必要な位置、速度、加速度、角度、角速度等の
物理量を検出する検出手段である)の初期座標値を設定
する方法に関し、特に、ミサイルや魚雷のような空中又
は水中或いはこれら両者の空間中を航行する飛翔体から
成る移動物体が船舶や、航空機等の母体(これも航法座
標系内を移動するので移動母体と言う)から飛翔する場
合における当該移動体に搭載された慣性検出手段の座標
軸(x軸、y軸、z軸の3軸系)の初期値、具体的には
ノーススレーブ局地水平座標系(X:北、Y:東、Z:
鉛直方向下側)を基準の航法座標系としたとき、同基準
航法座標に対する当該移動物体側の座標軸であるx軸、
y軸、z軸の初期の角度関係を検知し、初期値として設
定すれば、移動体は基準航法座標系内で移動し、航行す
ることができることに鑑みて、発射時を含めた所望の時
刻における移動体側の座標系の初期値設定を短時間内に
行う方法に関するのもである。
【0002】
【従来の技術】例えば、ミサイルを移動体の例にして考
察すると、ミサイルは電源投入後から発射までの時間が
可及的に短く、緊急的に発射可能であることが要望され
る。このためにミサイルに搭載されている慣性検出手段
は、航法のため、ジャイロや加速度計等のセンサ要素の
駆動用モータの回転数の初期増速(ランアップ)と座標
系の初期値の設定を素早く行う必要がある。
【0003】従来より艦船や航空機等の移動母体から飛
翔する移動体に搭載された慣性検出手段において、地球
自転に対する方向をジャイロにより検出する所謂、ジャ
イロコンパシング法を使って方位(北に対する水平面内
の角度)を検出し、また地球重力に対する方向を加速度
計により検出する所謂、レベリング法を使って水平面内
における2軸の角度を検出し、夫々の検出データを得て
いたが、移動体の動きが全くない静止状態の場合でも、
この検出には数分から数十分を要し、更に、移動体自体
に外乱的な運動が発生している状態(例えば、波動や風
による影響等による運動)の場合には、上記の時間の数
倍もの時間を必要とするため、緊急性を要する移動体の
移動開始時期には間に合わない不利があり、また、検出
の精度も移動体を所望の目的位置へ正確に移動させるた
めの初期設定値としては必ずしも十分な精度でなく、特
に、方位検出で精度が低いために問題となっていた。
【0004】又、移動体に目的とする慣性検出手段とは
別に基準用の慣性検出手段をも設けている場合には、こ
れにより、基準座標系に対する移動母体側の座標系の関
係は得られるが、目的とする移動体の慣性検出手段の座
標系と移動母体の座標系との関係を定めることが、セン
サの入力軸と移動体を移動母体側に取付ける取付部との
角度が決め難い等に原因して構造的に難しいという問題
点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】依って、本発明の目的
は、上述のような従来の問題点を解消して迅速に移動体
の慣性検出手段の初期座標値の設定方法を提供せんとす
るものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述の発明目
的に鑑み、慣性航法データ検出用の第1の慣性検出手段
を有した移動母体に搭載され、その移動母体から分離移
動する移動体が有する慣性航法データ検出用の第2の慣
性検出手段の基準航法座標における初期座標値を設定す
る方法において、前記移動母体に具備されている移動体
の初動用案内手段を介して加速、初動する前記移動体の
初動方向を前記第1の慣性検出手段により計測して基準
航法座標系における既知データとして記憶し、該初動案
内手段を介して前記記憶された初動方向に加速、初動さ
れた前記移動体の加速度を該移動体の前記第2の慣性検
出手段により計測し、前記第2の慣性検出手段により計
測した前記移動体の加速度から該移動体の初動加速度の
方向を求め、前記第2の慣性検出手段により計測した前
記移動体の初動加速度の方向と前記記憶された初動方向
とを対比することにより、第2の慣性検出手段の座標系
の前記基準航法座標系からの角度ズレを演算し、演算結
果の角度ズレを修正することを特徴とする移動体の慣性
検出手段の初期座標値設定方法が提供せんとするもので
ある。
【0007】
【実施例】図1は、本発明の適用実施例としてミサイル
を移動体とし、ミサイル発射艦を移動母体とする場合の
同ミサイルの慣性検出手段(MINS)の初期座標値設定を
ミサイル発射艦の慣性検出手段(SINS) を利用して実施
する場合の略示機構図であり、図2は、同ミサイル発射
艦のミサイル発射塔部分を拡大図示した2ー2矢視図、
又、図3の(a)は、移動体(ミサイル)の慣性検出手
段における座標系の初期ズレを計測と演算で求める原理
を説明する図、同(b)は、(a)の図の部分拡大図、
図4は本発明の方法を適用する第2の実施例を示す平面
部、図5は、第2実施例における移動体(魚雷)の慣性
検出手段の座標系における初期値設定方法の原理説明図
である。
【0008】先ず、本発明を、移動母体を形成するミサ
イル発射艦に搭載され、そこから発射されるミサイルを
移動体とする実施例に適用する場合に就いて図面を参照
して説明する。
【0009】さて、図1、図2において、移動母体を形
成するミサイル発射艦10は艦内の例えば、中央位置に
慣性検出手段(SINS)12を有し、ノーススレーブ局地
水平座標系(X;北方向、Y;東方向、Z;局地鉛直方
向)を基準航法座標系として同航法座標内をSINS12で
航法データを検出しながら航行する。
【0010】上記SINS12は、図示のx,y,z軸を直
交3座標軸として有し、ミサイル発射艦10内の定位置
に搭載、保持されている。また、ミサイル発射艦10の
ミサイル発射塔14には移動体を形成するミサイル16
がミサイル発射艦10から分離移動、つまり、目的地点
へ向けて飛翔可能に搭載され、同ミサイル16にはその
飛翔基準となる慣性検出手段(MINS)18が格納、搭載
されている。このMINS18も図2に明示のxm,ym,
zmの直交3座標軸を有し、ミサイル発射塔14に搭
載、固定されているときは、MINS18の上記直交座標軸
の原点とSINS12の直交座標軸の原点との艦上における
相対的位置差のデータは航法座標内の既知データとして
ミサイル発射艦10の設計、製作時点から把握されてい
る。
【0011】さて、上記のミサイル発射塔14によるミ
サイル16の発射方向は、ミサイル艦10の海上におけ
る動作に応じて変動するが、その発射方向は、常時、SI
NS12により計測されている。つまり、発射塔14内の
ミサイル発射ガイド20の中心軸線方向は、ミサイル艦
10のピッチ、ロール、ヘッディングの夫々の運動と艦
10に対するミサイル発射塔14の取付け角度、艦の構
造変形がある場合には他の手段による変形角度で決定さ
れるが、取付け角度は設計上の既知量であり、また、艦
の構造量を他の手段から逐次、入力される既知量である
と見做すことができる。従って、艦10の運動が常時、
変動する角度出力としてSINS12により計測され、図示
されていない記憶手段に記憶される。
【0012】さて、上述したミサイル発射塔14の発射
ガイド20の中心軸線方向は、ミサイル16が加速、初
動力を受けて発射する場合の発射方向に一致しているこ
とは言うまでもない。この点を本発明は巧みに利用して
ミサイル14が具備するMINS18の本来の座標系(x
m,ym,zm)が例えば、x’m,y’m,z’mの
座標系に何らかの原因でズレている場合のズレ量を検出
し、初期設定値として、そのズレ量を補正データとし
て、目的飛翔位置への入力データを補正するようにする
ものである。
【0013】本発明によれば、発射時、つまり、移動体
の加速、初動時にミサイル16に付与される加速度値
が、先ず、ミサイル16のMINS18により計測される。
勿論、この場合の加速度方向は、本来的にミサイル発射
塔14のガイド20の中心軸線と一致した方向であり、
その方向データがSINS12による計測に基づいて既知量
に成っていることは上述の通りである。
【0014】次に、移動体であるミサイル16自体が具
備するMINS18によって計測された加速度値はMINS18
の座標系の3軸方向の加速度計要素により計測されるか
ら、3つの値が出力される。従って、この計測された3
つの加速度値を合成した最大加速度値が初動加速度値と
成る。MINS18の座標系にズレがなければ、座標軸x
m、ym、zmの3軸の方向において、初動方向に対し
て垂直な面内にある2軸方向には、加速度成分が計測さ
れないはずである。然るに、MINS18による計測値が、
その座標系の本来の(xm,ym,zm)軸方向から
(x’m,y’m,z’m)軸方向へズレが発生してい
る状態においては、MINS18による計測値には後者のズ
レた座標系に関する加速度成分が計測されることにな
る。即ち、3直交軸の各軸における加速度の方向に対し
て上記の初動加速度値に対して座標系のズレに原因した
加速度成分を有することになる。
【0015】従って、その成分加速度を初動加速度値と
対比、演算することにより、ミサイル16のSINS18の
座標系のズレを演算で求めることができる。このズレ量
をSINS18の初期ズレとして発射時に補正データとして
入力すれば、座標系の初期設定が可能となる。
【0016】図3(a)は初動加速度αと、MINS18の
本来の座標軸(xm,ym,zm)とはずれた座標軸
(x’m,y’m,z’m)との関係を図示したもの
で、その座標ズレにより、図3(b)に拡大して明示す
るように、例えば、2軸、y’m軸とz’m軸とに加速
度成分αy’mとαz’mとが生じていると、 αy’m=α×sinΔθ,Δθはym軸とy’m軸と
のズレ角度−−−(1) αz’m=α×sinΔθ’,Δθ’はzm軸とz’m
軸とのズレ角度−−−(2) の関係が有ることから、上記の両軸ズレ角度ΔθとΔ
θ’とが演算手段で求められるられることを説明してい
る。
【0017】図4は、第2の実施例として、移動母体が
潜水艦30により形成され、同潜水艦30が有する魚雷
発射管34から移動体を形成する魚雷36が水中へ発射
される場合を示し、この場合にも、上述した本発明の方
法がそのまま適用可能であることを示している。
【0018】即ち、潜水艦30は、その航法用に慣性検
出手段(SINS)32を備え、他方、魚雷36も図示略の
慣性検出手段(MINS)を具備している。従って、潜水艦
30のSINS32の基準座標系(x,y,z)に対して魚
36のMINSの座標系(xt,yt,zt)を備え、そ
の座標系が(x’t,y’t,z’t)へズレている場
合に、魚雷36が発射される初動時における加速度αを
MINSが有する3軸方向の加速度計要素の出力として計測
し、魚雷が発射された初動方向の加速度値、つまり、初
動加速度を求める。次いで、MINSの座標系のy’t軸、
z’t軸方向の加速度成分αy’t及びαz’tから上
記2軸(y’t軸、z’t軸)の(yt軸、zt軸)に
対するズレ角度を上述した(1)式、(2)式と同様に
して演算で求めることができるのである。従って、この
ズレ角度を初期設定において、補正すれば移動体である
魚雷のMINSの座標系は初動時に移動母体の基準座標との
関係を正確に把握、設定できるのである。
【0019】
【発明の効果】以上の実施例の説明を介して理解できる
ように、本発明によれば、移動母体から分離、移動する
移動体が有した慣性検出手段の座標系の初期ズレを、同
移動体の初動時の大きな加速度を移動母体及び移動体の
両者の第1、第2の慣性検出手段による計測値から所定
の演算式で求めることが可能であり、測定、演算を短時
間で遂行することが可能であるから、移動体の慣性検出
手段の座標系における初期値設定を短時間で遂行でき、
延いては、移動体の移動目的値に対する到達精度を向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適用実施例としてミサイルの慣性検出
手段(MINS)の初期座標値設定をミサイル発射艦の慣性
航法装置(SINS) を利用して実施する場合の略示機構図
である。
【図2】同ミサイル発射艦のミサイル発射塔部分を拡大
図示した2ー2矢視図である。
【図3】(a)は、移動体(ミサイル)の慣性検出手段
における座標系の初期ずれを計測と演算で求めるを原理
を説明する図である。(b)は、(a)の図の部分拡大
図である。
【図4】本発明の方法を適用する第2の実施例を示す平
面部である。
【図5】第2実施例における移動体(魚雷)の慣性検出
手段の座標系における初期値設定方法の原理説明図であ
る。
【符号の説明】
10…ミサイル発射艦 12…SINS 14…ミサイル発射塔 16…ミサイル 18…MINS 20…発射ガイド 30…潜水艦 32…MINS 34…発射管 36…魚雷

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 慣性航法データ検出用の第1の慣性検出
    手段を有した移動母体に搭載され、その移動母体から分
    離移動する移動体が有する慣性航法データ検出用の第2
    の慣性検出手段の基準航法座標における初期座標値を設
    定する方法において、 前記移動母体に具備されている移動体の初動用案内手段
    を介して加速、初動する前記移動体の初動方向を前記第
    1の慣性検出手段により計測して基準航法座標系におけ
    る既知データとして記憶し、 該初動案内手段を介して前記記憶された初動方向に
    速、初動された前記移動体の加速度を該移動体の前記第
    2の慣性検出手段により計測し、 前記第2の慣性検出手段により計測した前記移動体の加
    速度から該移動体の初動加速度の方向を求め、 前記第2の慣性検出手段により計測した前記移動体の
    動加速度の方向と前記記憶された初動方向とを対比する
    ことにより、第2の慣性検出手段の座標系の前記基準航
    法座標系からの角度ズレを演算し、 演算結果の角度ズレを修正することを特徴とする移動体
    の慣性検出手段の初期座標値設定方法。
  2. 【請求項2】 前記第1の慣性検出手段により計測した
    初動方向と一致した方向の移動体の初動加速度が、前記
    第2の慣性検出手段で直ちに計測されるときは、前記初
    動方向に対して垂直な平面内の2軸方向のズレを修正す
    る請求項1に記載の移動体の慣性検出手段の初期座標値
    設定方法。
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