JP3776795B2 - Inertial device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、ロケットその他の移動体に搭載され、ジャイロ及び加速度計でなる慣性センサにより移動体の角速度および加速度を検知し、該角速度および加速度に基づき該移動体の姿勢角、速度、位置などの慣性データを演算する慣性装置に関し、特にオートパイロット等の外部機器から供給される外部クロック信号を受け、外部クロック信号に同期して慣性データを該外部機器へ出力できる慣性装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に慣性装置は、航空機、ロケットその他の移動体に搭載され、慣性センサおよび演算処理部を備え、移動体の姿勢角、速度および位置を生成する。移動体の姿勢角、速度および位置は、移動体の慣性データと称される。慣性センサは、X,Y及びZの直交3軸に関する移動体の角速度を検知するジャイロと、その直交3軸に関する移動体の加速度を検知する加速度計とでなる。慣性センサで検知された角速度および加速度は、ここではセンサ出力と称することとする。演算処理部は、そのセンサ出力に基づき移動体の姿勢角、速度および位置、すなわち慣性データを演算する。センサ出力(角速度および加速度)に基づき移動体の慣性データ(姿勢角、速度および位置)を求める演算は、慣性演算と称される。慣性演算は、センサ出力に積分演算を施し、X,Y及びZの直交3軸に関する移動体の角度および速度を求めるとともに、該角度および速度のデータを処理し、移動体の姿勢、速度および位置を求める演算である。慣性データは、例えば移動体のオートパイロット装置(自動操縦装置)に提供され、移動体の操縦系制御データとして利用される。図4および図5は、従来から知られている慣性装置の構成をそれぞれ示す図である。前記オートパイロット装置は外部機器の一例である。
【0003】
図4の慣性装置41(第1の従来例)は、慣性センサ2と、アップダウン・カウンタ3と、演算処理部44と、外部接続回路6とを備えてなり、外部機器16に対し慣性データをデータバス14経由で供給する。慣性センサ2は、角加速度を検出するジャイロ及び加速度を検出する加速度計でなり、X,Y及びZの直交3軸に関する角速度および加速度をセンサ出力101として出力する。そして、慣性センサ2は、センサ出力101におけるデータ(X,Y及びZの直交3軸に関する角速度または加速度)それぞれに対応してアップ端子およびダウン端子を有し、そのデータが正の値のときは、そのデータの大きさを表す数のパルスをアップ端子から出力し、データが負の値のときは、そのデータの大きさを表す数のパルスをダウン端子から出力する。
【0004】
アップダウン・カウンタ3は、慣性センサ2のアップ端子およびダウン端子にそれぞれ対応してアップカウント入力端子およびダウンカウント入力端子を備える。慣性センサ2のアップ端子はアップカウント入力端子に接続され、慣性センサ2のダウン端子はダウンカウント入力端子に接続されている。アップダウン・カウンタ3は、演算処理部44から供給されるクロック信号402のタイミングで、アップカウント入力端子へ入力されたパルス数だけ計数値を加算(カウントアップ)し、ダウンカウント入力端子へ入力されたパルス数だけ計数値を減算(カウントダウン)する。アップダウン・カウンタ3におけるこの計数処理をアップダウン・カウント処理と称する。アップダウン・カウント処理は、センサ出力101をクロック信号402の周期で計数するので、一種の積分処理である。クロック信号402の周期は、例えば1m秒といった程度の時間である。アップダウン・カウンタ3のアップダウン・カウント処理出力103は、演算処理部44に送られる。演算処理部44は、アップダウン・カウント処理出力103につき慣性演算を行い、慣性データ144を生成する。演算処理部44における慣性演算には、アップダウン・カウント処理出力103の積分演算が含まれる。慣性データ144は、外部接続回路6とデータバス14とを介して外部機器16へ供給される。
【0005】
この図4の従来例においては、アップダウン・カウンタ3におけるアップダウン・カウント処理と演算処理部44における慣性演算処理とが、外部機器16のクロック信号とは関わりのない独自のタイミングで、すなわち外部機器16内における処理動作とは非同期で行われる。そこで、慣性装置41と外部機器16との機器間における処理タイミングにずれが生じることは避けがたく、外部機器16が慣性データ144を受けた時、該慣性データ144がどの時点で取得した移動体の物理的な運動状態であるかを外部機器16では正確には知り得ない。したがって、図4の慣性装置では、慣性データ144と移動体の物理的な運動状態との間の誤差が避けられない。
【0006】
図5の慣性装置51(第2の従来例)は、この欠点を解消することを意図した従来例であり、各構成要素は図4の装置におけるものと同じである。図5の慣性装置51が図4の慣性装置41と異なるところは、外部機器16から出力される外部クロック信号102が、慣性装置51内に導入されている点である。外部クロック信号102の周波数は、例えば1kHzである。
【0007】
図5において、慣性センサ2のセンサ出力101は、アップダウン・カウンタ3に入力され、外部クロック信号102に基づくタイミングでアップダウン・カウント処理を施される。アップダウン・カウンタ3のアップダウン・カウント処理出力103は、演算処理部44に送られる。演算処理部44は、外部クロック信号102のタイミングで、アップダウン・カウント処理出力103につき慣性演算処理を施し、慣性データ144を生成する。この慣性演算は、図4における演算と同様に積分演算を含む。この図5の慣性装置51では、積分演算の積分期間の開始と終了は、外部クロック信号102のタイミングである。この慣性データ144は、図4の従来例の場合と同様に、外部接続回路6とデータバス14とを介して外部機器16へ供給される。
【0008】
なお、図4の慣性装置41におけるアップダウン・カウンタ3について述べたように、アップダウン・カウンタ3における計数処理は一種の積分処理であり、演算処理部44でも積分処理が行われるが、アップダウン・カウンタ3における計数処理は1m秒程度の短時間の計数であり、演算処理部44における積分処理はより長い時間に関しアップダウン・カウント処理出力103を積分することにより行われる。演算処理部44は、外部クロック信号102を受け、外部クロック信号102の周波数を分周した内部クロック信号を生成し、内部クロック信号のタイミングで積分処理をしている。
【0009】
図5の従来例においては、アップダウン・カウンタ3および演算処理部44の処理動作を、外部機器16の外部クロック信号102に同期させるので、慣性データ144は上位の外部機器16において待ち受けるタイミングで外部機器16に対し供給される。したがって、図5の慣性装置51(第2の従来例)では、図4の慣性装置41(第1の従来例)における欠点は一応回避される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例において、第1の従来例の欠点を補うために提案されている第2の従来例の場合には、慣性装置51内のアップダウン・カウンタ3及び演算処理部44の処理動作は、外部機器16の外部クロック信号102に同期して行われており、慣性装置51の出力の慣性データ144と外部機器16のデータ受信タイミングとの間の時間ズレの発生は一応回避され、慣性データ144がどの時点で取得した移動体の物理的な運動状態を表すかを外部機器16で正確に知り得る。しかしながら、演算処理部44における慣性演算処理は積分演算を含み、該積分演算の開始から終了までの時間区間は外部クロック信号102で規定されるので、外部クロック信号102の周期に変動があると、積分演算の積分時間区間の誤差となり、該積分時間区間の誤差が、演算処理部44における慣性演算による慣性データ144(姿勢角、速度および位置)の精度劣化にそのままつながるという欠点がある。
【0011】
そこで、本発明の目的は、上記の欠点を排除し、外部クロック信号に同期した慣性データを、外部クロック信号の周期に変動があっても、高い精度で外部機器に供給できる慣性装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【0013】
(1)移動体の角速度および加速度を検出する慣性センサと、該慣性センサの出力を受ける演算手段とを備え、外部機器から出力される外部クロック信号を該演算手段に受け、該外部クロック信号の繰り返し周期に基づく時間に関し該慣性センサ出力に積分演算処理を施すことにより、該移動体の慣性データを求め、該慣性データを該外部機器へ伝達する慣性装置において、
前記外部クロック信号の繰り返し周期を測定し、該繰り返し周期を表す外部クロック周期データを生成する外部クロック周期測定回路を備え、
前記演算手段は、前記外部クロック周期データを受け、該外部クロック周期データで表される前記繰り返し周期と基準値との差を外部クロック周期誤差として求め、該外部クロック周期誤差に基づき該外部クロックの周期を補正することにより、繰り返し周期の補正された補正外部クロックを生成し、該補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間に関し該慣性センサ出力に積分演算処理を施すことにより、該移動体の慣性データを求め、該慣性データを該外部機器へ伝達する
ことを特徴とする慣性装置。
【0014】
(2)前記慣性センサは、前記角速度を検出するジャイロと前記加速度を検出する加速度計とを含み、
前記演算手段は、前記外部クロック信号のタイミングで前記慣性センサ出力にアップダウン・カウント処理を施し、アップダウン・カウント処理出力を生成するアップダウン・カウンタと、該アップダウン・カウント処理出力に積分演算処理を施すことにより前記慣性データを生成する演算処理部でなり、
前記演算処理部は、前記外部クロック周期測定回路の作動を制御する制御信号および基準クロック信号を前記外部クロック周期測定回路へ供給し、
前記基準クロック信号の繰り返し周波数は、前記外部クロック信号の繰り返し周波数より大きく、
前記外部クロック周期測定回路は、前記外部クロック信号の繰り返し周期のパルス幅のパルス信号を生成する外部クロック信号繰り返し周期検出手段と、該パルス幅の時間を前記基準クロック信号で計数する計数手段と、該計数手段から出力される計数値を取り出し、該計数値を前記外部クロック周期データとして前記前記演算処理部へ送出する手段とを有し、
前記外部クロック信号繰り返し周期検出手段は、前記外部クロック信号における連続する第1及び第2の繰り返し周期をそれぞれ表す第1及び第2のパルス信号を生成し、
前記計数手段は、前記第1及び第2のパルス信号における前記パルス幅を前記基準クロック信号でそれぞれ計数する第1及び第2のカウンタでなり、
前記送出手段は、前記第1及び第2のカウンタの計数値をそれぞれ取り出す第1及び第2のバッファと、該第1及び第2のバッファに取り出された該第1及び第2カウンタの計数値を前記外部クロック周期データとして前記演算処理部へ導くデータバスとでなり、
前記制御信号は、前記計数手段における計数期間並びに前記第1及び第2のバッファによる前記第1及び第2カウンタの計数値の取り出しタイミングを制御する
ことを特徴とする前記(1)に記載の慣性装置。
【0015】
(3)前記外部クロック信号繰り返し周期検出手段は、前記外部クロック信号をラッチして、該外部クロック信号に同期し、且つ外部クロック信号の各周期ごとに交互にハイレベル及びロウレベルに切り替わるパルス信号を前記第1のパルス信号として生成するラッチと、該第1のパルス信号の極性を反転して、前記第2のパルス信号を生成するインバータとでなる
ことを特徴とする前記(2)に記載の慣性装置。
【0016】
(4)前記補正外部クロックは、前記外部クロックを分周した内部クロックの繰り返し周期を前記外部クロック周期誤差に基づき補正したクロックであることを特徴とする前記(1)乃至(3)に記載の慣性装置。
【0017】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を挙げ、本発明の慣性装置を一層具体的に説明する。
【0018】
図1は、本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。図1に示されるように、本実施例の慣性装置1は、慣性センサ2と、アップダウン・カウンタ3と、演算処理部4と、外部クロック周期測定回路5と、外部接続回路6とを備えて構成される。また、図2は、外部クロック周期測定回路5の一実施例の内部構成を示す図であり、図3(a),(b),(c),(d),(e),(f),(g),(h),(i),(j)及び(k)は、外部クロック周期測定回路5における各部信号のタイミング図である。図2に示されるように、外部クロック周期測定回路5は、演算処理部4に対応して、ラッチ7と、インバータ8と、カウンタ9,10と、バッファ11,12とを備えて構成される。
【0019】
図1において、慣性センサ2において検出されたセンサ出力101(前述の慣性センサ出力に相当)は、アップダウン・カウンタ3に入力され、外部機器16から供給される外部クロック信号102のタイミングでアップダウン・カウント処理される。慣性センサ2及びアップダウン・カウンタ3の作動は図5について述べたところと同様である。アップダウン・カウンタ3から出力されるアップダウン・カウント処理出力103は、演算処理部4に入力される。演算処理部4ではアップダウン・カウント処理出力103につき慣性演算処理が行われることは、図4及び図5の従来の慣性装置と同様である。本実施の形態の慣性装置1は、外部クロック周期測定回路5が外部クロック信号102の繰り返し周期を測定し、その外部クロック信号102の繰り返し周期を外部クロック周期データとしてデータバス13経由で演算処理部4へ供給する点を特徴とする。
【0020】
演算処理部4は、外部クロック周期データで示される積分時間区間が所定の外部クロック周期(前述の基準値に相当)からずれている量を誤差(前述の外部クロック周期誤差に相当)とし、外部クロック信号102を分周した内部クロックの周期を該誤差に基づき補正し、外部クロック信号102の周波数変動の影響を除いた正確な慣性データを得ることができる。
【0021】
外部クロック周期測定回路5に対しては、外部クロック信号102が入力されており、また演算処理部4からは基準クロック信号104、カウンタ(9)クリア信号107、カウンタ(10)クリア信号108、バッファ(11)イネーブル信号111及びバッファ(12)イネーブル信号112が入力されている。信号107,108,111及び112は前述の制御信号に相当する。外部クロック周期測定回路5からは、外部クロック信号102の繰り返し周期を表す外部クロック周期データ〔カウンタ(9)計数データ109およびカウンタ(10)計数データ110を交互に選択して構成したデータ〕がデータバス13を介して演算処理部4へ出力される。
【0022】
演算処理部4においては、上述のように、該外部クロック周期データにより外部クロック信号102の繰り返し周期を知り、外部クロック信号102の基準繰り返し周期に対し実際の外部クロック信号102の繰り返し周期がずれている時間量を外部クロック信号(102)繰り返し周期誤差として求める。そして、演算処理部4は、外部クロック信号102を分周した内部クロックの繰り返し周期を外部クロック信号(102)繰り返し周期誤差に基づき補正することにより、補正外部クロックを生成し、補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間でアップダウン・カウント処理出力103の時間積分をし、慣性データを生成する。アップダウン・カウント処理出力103の時間積分で得られる慣性データは、その外部クロック信号102の繰り返し周期が基準値であるときにその基準値の繰り返し周期で積分して得らえる慣性データとほぼ同じ精度である。この慣性データは、データバス14を介して外部接続回路6に入力され、更にデータバス15を経由して外部機器16へ伝送される。
【0023】
このように、演算処理部4における慣性演算においては、外部クロック信号102の繰り返し周期の誤差を求め、慣性データの演算精度の向上を図ることができる。以下においては、図1、図2および図3を参照し、本実施の形態について、外部クロック周期測定回路5の一実施例の動作内容に主眼をおいて説明する。
【0024】
図1に示されるように、外部機器16より出力される外部クロック信号102(図3(b)参照)は、前述のように、アップダウン・カウンタ3に入力されるとともに、演算処理部4および外部クロック周期測定回路5に対しても入力される。外部クロック周期測定回路5に対しては、基準クロック信号104(図3(a)参照)が演算処理部4から供給され、さらに制御信号として、カウンタ(9)クリア信号107(図3(g)参照)、カウンタ(10)クリア信号108(図3(h)参照)、バッファ(11)イネーブル信号111(図3(i)参照)およびバッファ(12)イネーブル信号112(図3(j)参照)が演算処理部4から供給されている。外部クロック信号102の周波数は1kHzである。基準クロック信号104は、演算処理部4内の発信器により生成され、10MHzの安定した周波数の信号であり、外部クロック信号102とは非同期である。
【0025】
図2において、外部機器16からの外部クロック信号102は、ラッチ7に入力され、ラッチ7からは、カウンタ・イネーブル信号105(前述の第1のパルス信号に相当。図3(c)参照)が出力されて、カウンタ9に入力されるとともに、インバータ8により反転されて、反転カウンタ・イネーブル信号106(前述の第2のパルス信号に相当。図3(d)参照)として、カウンタ10に入力される。
【0026】
カウンタ9(前述の第1のカウンタに相当)は、カウンタ・イネーブル信号105と、基準クロック信号104を受けて、図3(e)に示されるように、タイミングT1 からT2 に至る間において、基準クロック信号104の計数を行う。カウンタ9における計数値は、カウンタ(9)計数データ109として、該タイミングT2 以降の時間帯において保持される。カウンタ(9)計数データ109は、外部クロック信号102の周期を表す。同様に、カウンタ10(前述の第2のカウンタに相当)には、反転カウンタ・イネーブル信号106と、基準クロック信号104とを受けて、図3(f)に示されるように、タイミングT2 からT5 に至る間において、基準クロック信号104の計数を行う。カウンタ10における計数値は、カウンタ(10)計数データ110として、該タイミングT5 以降の時間帯において保持される。カウンタ(10)計数データ110は、カウンタ(9)計数データ109と同様に、外部クロック信号102の周期を表す。カウンタ(9)計数データ109及びカウンタ(10)計数データ110は、外部クロック信号102における交互の繰り返し周期をそれぞれ表す。
【0027】
バッファ11(前述の第1のバッファに相当)は、図3(i)に示されるように、タイミングT3 において、演算処理部4から出力されるバッファ(11)イネーブル信号111を受けて、タイミングT2 以降、カウンタ9にデータ保持されていたカウンタ(9)計数データ109の取り込みを行う。カウンタ(9)計数データ109は、バッファ11及びデータバス13を介して演算処理部4に伝送される。カウンタ(9)計数データ109の転送後のタイミングT4 においては、演算処理部4から、カウンタ9に対してカウンタ(9)クリア信号107が入力され、カウンタ9に保持されていたカウンタ(9)計数データ109はクリアされる。
【0028】
カウンタ9及びバッファ11に関するこれらの一連の連係動作は、カウンタ10及びバッファ12(前述の第2のバッファに相当)についても全く同様である。バッファ12においては、図3(j)に示されるように、タイミングT6 において、演算処理部4から出力されるバッファ(12)イネーブル信号112を受けて、タイミングT5 以降、カウンタ10にデータ保持されていたカウンタ(10)計数データ110の取り込みが行われ、カウンタ(10)計数データ110は、バッファ12及びデータバス13を介して演算処理部4へ伝送される。カウンタ(10)計数データ110の転送後のタイミングT7 において、演算処理部4から、カウンタ10に対してカウンタ(10)クリア信号108が入力され、カウンタ10に保持されていたカウンタ(10)計数データ110はクリアされる。
【0029】
図3(k)は、カウンタ(9)計数データ109およびカウンタ(10)計数データ110が、それぞれデータバス13を経由して外部機器16に伝送される際の、該データバス13の利用時間帯を概念的に示した図である。バッファ(11)イネーブル信号111及びバッファ(12)イネーブル信号112に対応する伝送時間帯13aにおいて、カウンタ計数データ109,110は、データバス13を経由して演算処理部4に逐次に伝送される即ち、カウンタ(9)計数データ109及びカウンタ(10)計数データ110は、外部クロック信号102に同期して、データバス13を経由して、演算処理部4へ交互に出力される。カウンタ計数データ109及び110は、前述のとおり、データバス13を経由して演算処理部4へ交互に供給されるとき、演算処理部4は外部クロック周期データなる一体のデータとしてデータ109及び110を認識する。また図3(k)において符合13bとして示される期間は、データバス13がハイインピーダンス状態にある時間帯を示しており、カウンタ計数データ109,110以外の他のデータ信号の伝送に利用できる伝送時間帯を示している。
【0030】
かくして、図2の外部クロック周期測定回路5は、カウンタ計数データ109及び110で構成される外部クロック周期データを演算処理部4へ供給し、演算処理部4は外部クロック周期データに基づき外部クロック信号102の繰り返し周期の誤差(外部クロック周期誤差)を演算し、その外部クロック周期誤差に基づき外部クロック信号102の繰り返し周期を補正し、補正外部クロックを生成し、該補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間でアップダウン・カウント処理出力103の時間積分をする。時間積分における時間データが正確であるから、演算処理部4は、外部クロック信号102の繰り返し周期の誤差の影響を除いた正確な慣性データを演算することができる。但し、基準クロック信号104は外部クロック信号102とは非同期であるから、外部クロック周期測定回路5で測定される外部クロック信号102の繰り返し周期には、最大で基準クロック信号104の2周期分の誤差はある。しかし、この実施例では、基準クロック信号104は10MHzであるから、この2周期分の誤差は200ナノ秒(ns)であり、外部クロック信号102の繰り返し周期に生じ得る数十マイクロ秒の変動に比べ、無視し得る大きさである。
【0031】
また、外部クロック信号102の繰り返し周期の誤差が、外部クロック信号102の繰り返し周期のジッタによるものであり、そのジッタが比較的大きい値であっても、本実施の形態では、外部クロック信号102の繰り返し周期を1周期ごとに測定しているので、外部クロック信号102の繰り返し周期に応じて演算して得た慣性データにそのジッタに基づく誤差があっても、その誤差を補正した正確な慣性データを出力できる。外部クロック周期測定回路が、外部クロック信号102における複数の繰り返し周期の平均値を測定するのであれば、個別のジッタに基づく積分値の誤差は補正できないが、本実施の形態では、上述のとおり、外部クロック信号102の繰り返し周期を1周期ごとに測定しているので、繰り返し周期ごとのジッタに基づく誤差をも補正できるのである。
【0032】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、外部クロック信号の周期に変動があっても、外部クロック信号に同期した慣性データを高い精度で外部機器に供給できる慣性装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示すブロック図である。
【図2】図1の実施の形態における外部クロック周期測定回路の一実施例を示す構成図である。
【図3】図2の外部クロック周期測定回路における各部の信号を示すタイミング図である。
【図4】従来例を示すブロック図である。
【図5】他の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,41,51 慣性装置
2 慣性センサ
3 アップダウン・カウンタ
4,44 演算処理部
5 外部クロック周期測定回路
6 外部接続回路
7 ラッチ
8 インバータ
9,10 カウンタ
11,12 バッファ
13,14,15 データバス
16 外部機器
101 センサ出力
102 外部クロック信号
103 アップダウン・カウンタ3のアップダウン・カウント処理出力
104 基準クロック信号
105 カウンタ・イネーブル信号
106 反転カウンタ・イネーブル信号
107 カウンタ(9)クリア信号
108 カウンタ(10)クリア信号
109 カウンタ(9)計数データ
110 カウンタ(10)計数データ
111 バッファ(11)イネーブル信号
112 バッファ(12)イネーブル信号
144 慣性データ
402 クロック信号[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is mounted on an aircraft, rocket, or other moving body, and detects the angular velocity and acceleration of the moving body by an inertial sensor composed of a gyro and an accelerometer, and the posture angle, speed, and position of the moving body based on the angular velocity and acceleration. In particular, the present invention relates to an inertial device capable of receiving an external clock signal supplied from an external device such as an autopilot and outputting the inertial data to the external device in synchronization with the external clock signal.
[0002]
[Prior art]
In general, an inertial device is mounted on an aircraft, a rocket, or other moving body, and includes an inertial sensor and an arithmetic processing unit, and generates an attitude angle, a speed, and a position of the moving body. The posture angle, speed, and position of the moving body are referred to as inertial data of the moving body. The inertial sensor includes a gyro that detects the angular velocity of the moving body with respect to the three orthogonal axes of X, Y, and Z, and an accelerometer that detects the acceleration of the moving object with respect to the three orthogonal axes. Here, the angular velocity and acceleration detected by the inertial sensor are referred to as sensor output. The arithmetic processing unit calculates the attitude angle, speed, and position of the moving body, that is, inertia data based on the sensor output. The calculation for obtaining inertial data (attitude angle, speed and position) of the moving body based on the sensor output (angular velocity and acceleration) is called inertia calculation. Inertial calculation performs integral calculation on the sensor output to determine the angle and speed of the moving body with respect to three orthogonal axes of X, Y, and Z, and processes the data of the angle and speed to determine the attitude, speed, and position of the moving body. Is an operation for obtaining. Inertia data is provided to, for example, an autopilot device (automatic piloting device) of a mobile object and used as control system control data of the mobile object. FIG. 4 and FIG. 5 are diagrams respectively showing configurations of conventionally known inertia devices. The autopilot device is an example of an external device.
[0003]
4 includes an inertial sensor 2, an up / down counter 3, an
[0004]
The up / down counter 3 includes an up count input terminal and a down count input terminal corresponding to the up terminal and the down terminal of the inertial sensor 2, respectively. The up terminal of the inertial sensor 2 is connected to the upcount input terminal, and the down terminal of the inertial sensor 2 is connected to the downcount input terminal. The up / down counter 3 adds (counts up) the count value by the number of pulses input to the up-count input terminal at the timing of the
[0005]
In the conventional example of FIG. 4, the up / down counting process in the up / down counter 3 and the inertia calculation process in the
[0006]
An inertial device 51 (second conventional example) in FIG. 5 is a conventional example intended to eliminate this drawback, and each component is the same as that in the device in FIG. The inertial device 51 in FIG. 5 differs from the inertial device 41 in FIG. 4 in that an
[0007]
In FIG. 5, the
[0008]
As described for the up / down counter 3 in the inertial device 41 of FIG. 4, the counting process in the up / down counter 3 is a kind of integration process, and the
[0009]
In the conventional example of FIG. 5, the processing operations of the up / down counter 3 and the
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional example, in the case of the second conventional example proposed to compensate for the disadvantages of the first conventional example, the processing operations of the up / down counter 3 and the
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an inertial apparatus that eliminates the above-mentioned drawbacks and can supply inertial data synchronized with an external clock signal to an external device with high accuracy even if the period of the external clock signal varies. There is.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides the following means.
[0013]
(1) An inertial sensor that detects the angular velocity and acceleration of a moving body, and a calculation unit that receives the output of the inertial sensor. The calculation unit receives an external clock signal output from an external device. In an inertial apparatus that obtains inertial data of the moving body by performing integral calculation processing on the output of the inertial sensor with respect to time based on a repetition period, and transmits the inertial data to the external device.
An external clock period measuring circuit for measuring a repetition period of the external clock signal and generating external clock period data representing the repetition period;
The arithmetic means receives the external clock cycle data, obtains a difference between the repetition cycle represented by the external clock cycle data and a reference value as an external clock cycle error, and based on the external clock cycle error, By correcting the cycle, a corrected external clock having a corrected repetition cycle is generated, and the inertial sensor output is subjected to an integral calculation process with respect to the time based on the repetition cycle of the corrected external clock, whereby the inertial data of the moving body is obtained. And inertia data is transmitted to the external device.
[0014]
(2) The inertial sensor includes a gyro that detects the angular velocity and an accelerometer that detects the acceleration,
The arithmetic means performs an up / down count process on the inertial sensor output at the timing of the external clock signal, and generates an up / down count process output; and an integral operation on the up / down count process output An arithmetic processing unit that generates the inertial data by performing processing,
The arithmetic processing unit supplies a control signal and a reference clock signal for controlling the operation of the external clock cycle measuring circuit to the external clock cycle measuring circuit,
The repetition frequency of the reference clock signal is greater than the repetition frequency of the external clock signal,
The external clock period measuring circuit includes an external clock signal repetition period detecting means for generating a pulse signal having a pulse width of a repetition period of the external clock signal, a counting means for counting the time of the pulse width with the reference clock signal, Taking out the count value output from the counting means, and sending the count value as the external clock cycle data to the arithmetic processing unit,
The external clock signal repetition period detecting means generates first and second pulse signals respectively representing first and second repetition periods that are continuous in the external clock signal;
The counting means includes first and second counters for counting the pulse widths in the first and second pulse signals with the reference clock signal, respectively.
The sending means includes first and second buffers that respectively extract count values of the first and second counters, and count values of the first and second counters that are extracted to the first and second buffers. A data bus that leads to the arithmetic processing unit as the external clock cycle data,
The inertia according to (1), wherein the control signal controls a counting period in the counting means and a timing of taking out the count values of the first and second counters by the first and second buffers. apparatus.
[0015]
(3) The external clock signal repetition period detecting means latches the external clock signal and generates a pulse signal that is synchronized with the external clock signal and alternately switches between a high level and a low level for each period of the external clock signal. The latch described as the first pulse signal and an inverter that generates the second pulse signal by inverting the polarity of the first pulse signal according to (2), Inertial device.
[0016]
(4) The correction external clock is a clock obtained by correcting a repetition period of an internal clock obtained by dividing the external clock based on the external clock period error, according to (1) to (3), Inertial device.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the inertial device of the present invention will be described more specifically with reference to an embodiment of the present invention.
[0018]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the inertial device 1 of the present embodiment includes an inertial sensor 2, an up / down counter 3, an arithmetic processing unit 4, an external clock
[0019]
In FIG. 1, a sensor output 101 (corresponding to the aforementioned inertial sensor output) detected by the inertial sensor 2 is input to the up / down counter 3 and up / down at the timing of the
[0020]
The arithmetic processing unit 4 uses the amount of deviation of the integration time interval indicated by the external clock cycle data from a predetermined external clock cycle (corresponding to the aforementioned reference value) as an error (corresponding to the aforementioned external clock cycle error), and The period of the internal clock obtained by dividing the
[0021]
An
[0022]
In the arithmetic processing unit 4, as described above, the repetition cycle of the
[0023]
As described above, in the inertia calculation in the calculation processing unit 4, it is possible to obtain the error of the repetition period of the
[0024]
As shown in FIG. 1, the external clock signal 102 (see FIG. 3B) output from the
[0025]
In FIG. 2, an
[0026]
The counter 9 (corresponding to the above-mentioned first counter) receives the counter enable
[0027]
As shown in FIG. 3 (i), the buffer 11 (corresponding to the first buffer described above) receives the buffer (11) enable
[0028]
The series of linkage operations relating to the
[0029]
FIG. 3 (k) shows a usage time zone of the
[0030]
Thus, the external clock
[0031]
In addition, even if the error of the repetition period of the
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide an inertial device that can supply inertial data synchronized with an external clock signal to an external device with high accuracy even if the cycle of the external clock signal varies.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram showing an example of an external clock period measurement circuit in the embodiment of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a timing diagram showing signals at various parts in the external clock period measurement circuit of FIG. 2;
FIG. 4 is a block diagram showing a conventional example.
FIG. 5 is a block diagram showing another conventional example.
[Explanation of symbols]
1, 41, 51 Inertial device 2 Inertial sensor 3 Up / down
Claims (4)
前記外部クロック信号の繰り返し周期を測定し、該繰り返し周期を表す外部クロック周期データを生成する外部クロック周期測定回路を備え、
前記演算手段は、前記外部クロック周期データを受け、該外部クロック周期データで表される前記繰り返し周期と基準値との差を外部クロック周期誤差として求め、該外部クロック周期誤差に基づき該外部クロックの周期を補正することにより、繰り返し周期の補正された補正外部クロックを生成し、該補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間に関し該慣性センサ出力に積分演算処理を施すことにより、該移動体の慣性データを求め、該慣性データを該外部機器へ伝達する
ことを特徴とする慣性装置。An inertial sensor for detecting the angular velocity and acceleration of the moving body; and an arithmetic means for receiving an output of the inertial sensor; the arithmetic means receives an external clock signal output from an external device; In an inertial apparatus that obtains inertial data of the moving body by performing integral calculation processing on the output of the inertial sensor with respect to time based on the time, and transmits the inertial data to the external device.
An external clock period measuring circuit for measuring a repetition period of the external clock signal and generating external clock period data representing the repetition period;
The arithmetic means receives the external clock cycle data, obtains a difference between the repetition cycle represented by the external clock cycle data and a reference value as an external clock cycle error, and based on the external clock cycle error, By correcting the cycle, a corrected external clock having a corrected repetition cycle is generated, and the inertial sensor output is subjected to an integral calculation process with respect to the time based on the repetition cycle of the corrected external clock, whereby the inertial data of the moving body is obtained. And inertia data is transmitted to the external device.
前記演算手段は、前記外部クロック信号のタイミングで前記慣性センサ出力にアップダウン・カウント処理を施し、アップダウン・カウント処理出力を生成するアップダウン・カウンタと、該アップダウン・カウント処理出力に積分演算処理を施すことにより前記慣性データを生成する演算処理部でなり、
前記演算処理部は、前記外部クロック周期測定回路の作動を制御する制御信号および基準クロック信号を前記外部クロック周期測定回路へ供給し、
前記基準クロック信号の繰り返し周波数は、前記外部クロック信号の繰り返し周波数より大きく、
前記外部クロック周期測定回路は、前記外部クロック信号の繰り返し周期のパルス幅のパルス信号を生成する外部クロック信号繰り返し周期検出手段と、該パルス幅の時間を前記基準クロック信号で計数する計数手段と、該計数手段から出力される計数値を取り出し、該計数値を前記外部クロック周期データとして前記演算処理部へ送出する手段とを有し、
前記外部クロック信号繰り返し周期検出手段は、前記外部クロック信号における連続する第1及び第2の繰り返し周期をそれぞれ表す第1及び第2のパルス信号を生成し、
前記計数手段は、前記第1及び第2のパルス信号における前記パルス幅を前記基準クロック信号でそれぞれ計数する第1及び第2のカウンタでなり、
前記送出手段は、前記第1及び第2のカウンタの計数値をそれぞれ取り出す第1及び第2のバッファと、該第1及び第2のバッファに取り出された該第1及び第2カウンタの計数値を前記外部クロック周期データとして前記演算処理部へ導くデータバスとでなり、
前記制御信号は、前記計数手段における計数期間並びに前記第1及び第2のバッファによる前記第1及び第2カウンタの計数値の取り出しタイミングを制御することを特徴とする請求項1に記載の慣性装置。The inertial sensor includes a gyro that detects the angular velocity and an accelerometer that detects the acceleration,
The arithmetic means performs an up / down count process on the inertial sensor output at the timing of the external clock signal, and generates an up / down count process output; and an integral operation on the up / down count process output An arithmetic processing unit that generates the inertial data by performing processing,
The arithmetic processing unit supplies a control signal and a reference clock signal for controlling the operation of the external clock cycle measuring circuit to the external clock cycle measuring circuit,
The repetition frequency of the reference clock signal is greater than the repetition frequency of the external clock signal,
The external clock period measuring circuit includes an external clock signal repetition period detecting means for generating a pulse signal having a pulse width of a repetition period of the external clock signal, a counting means for counting the time of the pulse width with the reference clock signal, Taking out the count value output from the counting means, and sending the count value as the external clock cycle data to the arithmetic processing unit,
The external clock signal repetition period detecting means generates first and second pulse signals respectively representing first and second repetition periods that are continuous in the external clock signal;
The counting means includes first and second counters for counting the pulse widths in the first and second pulse signals with the reference clock signal, respectively.
The sending means includes first and second buffers that respectively extract count values of the first and second counters, and count values of the first and second counters that are extracted to the first and second buffers. A data bus that leads to the arithmetic processing unit as the external clock cycle data,
2. The inertial device according to claim 1, wherein the control signal controls a counting period in the counting unit and a timing of taking out count values of the first and second counters by the first and second buffers. 3. .
ことを特徴とする請求項2に記載の慣性装置。The external clock signal repetition period detecting means latches the external clock signal, synchronizes with the external clock signal, and generates a pulse signal that alternately switches between a high level and a low level for each period of the external clock signal. The inertial device according to claim 2, comprising: a latch that generates the first pulse signal, and an inverter that generates the second pulse signal by inverting the polarity of the first pulse signal.
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