JP3910788B2 - 航法データ処理装置及び航法データ処理方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば航空機、船舶、自動車等の移動体に搭載される慣性航法装置(以下INSと称する)を利用して、移動体の位置を計測する航法データ処理装置及び航法データ処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、例えば航空機、船舶、自動車等の移動体には、基準三次元座標系における自己の位置を計測する航法システムが適用されている。この航法システムとしては、測位衛星を利用して位置計測を行なうGPS(Global Positioning System)や、移動体にINSを搭載し、このINSにより移動体の位置を計測するシステムがある。
【0003】
例えば航空機は、陸地の上空や近海などを航行する場合、陸地に設置された航空保安施設(VOR、DME等)を頼りに航行するが、洋上を航行する場合、航空保安施設の援助を受けることができないため、上記航法システムを使用して航行しなければならない。
【0004】
ところで、上記航空機では、洋上を航行する場合、一般的な航法システムとしてGPSの利用がまもなく本格的に開始されるが、航空機に搭載されるGPS受信機が故障した場合や保守時に、INSを使用して自律航法を行なうことが考えられている。また、運用者によっては、衛星や地上からの支援を必要としないINSのみによる自律航法への要求は依然として強い。さらに、自動車等に関しては、トンネル内や建造物内において、GPSが使用できないので、INSを使用した自律航法が強く望まれている。
【0005】
今後は、INSが小型化及び低価格化されることが考えられており、それに伴い航空機や自動車等においてはINSのみを使用した自律航法システムへ移行することも考えられる。この自律航法システムを実施する場合には、INSで計測される航法データに時間経過による多大な誤差が与えられることが十分に予想される。
【0006】
そこで、従来では、INSを使用した航法システムにおいて、高精度で信頼度の高い航法を行なえるような有効な対策が望まれていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、INSを使用した航法システムにおいては、高精度で信頼性の高い航法を行なえるような対策がまだ確立されていないという問題を有している。
【0008】
この発明の目的は、他のシステムからの援助を必要とせずに、慣性航法装置のみの自律航法によって航法精度の向上を図り得る航法データ処理装置及び航法データ処理方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る航法データ処理装置は、移動体に搭載され、複数の慣性航法装置により計測された航法データに基づいて、当該移動体の位置を求める航法データ処理装置であって、複数の慣性航法装置全てからの航法データを収集する航法データ収集手段と、この航法データ収集手段による収集データから複数の慣性航法装置で計測された航法データに与えられる航法誤差の推定確率に最大を与える誤差値を推定する誤差値推定手段と、この誤差値推定手段で推定された誤差値に基づいて、複数の慣性航法装置により計測された全ての航法データの中から必要な航法データを決定する航法データ決定手段とを備えるようにしたものである。
【0010】
この構成によれば、慣性航法装置全てからの航法データが収集され、この収集データを用いて、各航法データに与えられる誤差値の推定確率に最大を与える誤差値が推定され、この誤差値に基づいて、複数の慣性航法装置全ての航法データの中から必要な慣性航法装置からの航法データが決定される。すなわち、誤差値を推定し、この誤差値に基づいて最も正確だと推定される航法データと慣性航法装置全ての航法データとを比較照合することにより、航法データの品質を評価でき、この結果を基に所定値以下のずれの航法データを信頼性の高い航法データとして選択でき、所定値より大きいずれの航法データに対しては信頼性の低い観測データと判断し棄却できるようになる。
【0011】
このため、例えばGPSといった他のシステムからの援助を必要とせずに、慣性航法装置のみで信頼性の高い航法システムを構築できる。
【0012】
また、この発明に係る航法データ処理装置は、移動体に搭載され、複数の慣性航法装置により計測された航法データに基づいて、当該移動体の位置を求める航法データ処理装置であって、複数の慣性航法装置全てからの航法データを収集する航法データ収集手段と、この航法データ収集手段による収集データから重心データを求める重心データ演算手段と、この重心データ演算手段により求められた重心データと複数の慣性航法装置で計測された航法データとの航法誤差を各慣性航法装置毎に推定する航法誤差推定手段と、この航法誤差推定手段で推定された各慣性航法装置毎の航法誤差のうちの最大航法誤差に基づいて、複数の慣性航法装置により計測された全ての航法データの中から必要な航法データを決定する航法データ決定手段とを備えるようにしたものである。
【0013】
なお、上記航法データ決定手段は、最大航法誤差に対応する慣性航法装置を除く他の複数の慣性航法装置で計測された航法データを決定することを特徴とする。
【0014】
この構成によれば、複数の慣性航法装置全てからの航法データが収集され、これら収集された航法データの平均をとることにより重心データが求められる。そして、この重心データと各慣性航法装置で計測された航法データとが比較されることにより、各慣性航法装置毎の航法誤差が推定され、これら航法誤差のうち最大航法誤差に対応する慣性航法装置の航法データに対しては信頼性の低い航法データと判断して棄却され、他の慣性航法装置の航法データを信頼性の高い航法データとして選択され、これら選択された航法データを用いて移動体の基準三次元座標系における現在位置が求められる。すなわち、重心データと慣性航法装置で計測された航法データとを比較照合することにより、各慣性航法装置で計測される航法データの品質評価が行なえるようになる。
【0015】
この結果、複数の慣性航法装置から得られる使用可能な航法データを最適利用しているので、例えばGPSといった他のシステムからの援助を必要とせずに、慣性航法装置のみの自律航法により航法精度の向上を図ることが可能となる。
【0016】
また、上記構成において、航法データ決定手段は、最大航法誤差に対応する慣性航法装置を除く他の慣性航法装置の個数を検出する慣性航法装置個数検出手段を備え、この慣性航法装置個数検出手段により検出される慣性航法装置の個数が所定個数以下になるまで、最大航法誤差に対応する慣性航法装置を除く他の複数の慣性航法装置で計測された航法データを重心データ演算手段にフィードバックさせて重心データ演算手段及び航法誤差推定手段による処理を繰り返し実行させることを特徴とする。
【0017】
この構成によれば、最大航法誤差に対応する慣性航法装置を除いた他の複数の慣性航法装置の航法データの中からさらに品質の高い航法データが選択されることになり、これにより、航法上必要とする最低個数の慣性航法装置の航法データを用いて、移動体の位置を求めることができ、航法精度及び航法における信頼性をさらに高めることができる。
【0018】
また、上記構成において、航法データ決定手段は、慣性航法装置個数検出手段により慣性航法装置の個数が所定個数以下となった場合に、残りの慣性航法装置の航法データから重心データを求め、この重心データと各慣性航法装置の航法データとの航法誤差を推定し、この航法誤差に基づいて各慣性航法装置毎に航法データの評価を行なう航法データ再決定手段を備えてなることを特徴とする。このようにすることで、比較的信頼度の高い航法データに対する品質を保証することができ、航法における信頼度をさらに高めることができる。
【0019】
さらに、上記構成において、さらに、航法誤差演算手段で求められた各慣性航法装置毎の航法誤差のうちの最大航法誤差を予め設定された基準値と比較し、この比較結果に基づき最大航法誤差が基準値より大きいとき複数の慣性航法装置の少なくとも1つに障害が発生したと判定し、外部に報知する慣性航法装置障害検出手段を備えることを特徴とする。このようにすることで、例えば移動体の操縦者は、慣性航法装置に障害が発生したことを即時知ることができ、これにより不適当な慣性航法装置を切り離すといった対応処置を迅速に講じることが可能となる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0021】
図1は、この発明に係わる航法システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。
【0022】
図1において、図中符号100は例えば航空機に搭載される航法データ統合装置であり、n個のINS1〜nを接続し、各INS1〜n(nは自然数)からの航法データを読み込み、統合処理を行ない、精度の高い航法データを得るものである。すなわち、各INS1〜nにより計測された航法データに基づいて、航空機の基準三次元座標系における位置を求めるものである。
【0023】
航法データ統合装置100は、航法データ収集手段101と、重心データ演算手段102と、航法誤差演算手段103と、航法データ決定手段104と、INS不具合情報出力手段105とを備えている。
【0024】
このうち、航法データ収集手段101は、INS1〜n全てからの航法データを収集する。重心データ演算手段102は、航法データ収集手段101による収集データから各航法データの平均値つまり重心座標データを求めるものである。航法誤差演算手段103は、重心データ演算手段102により求められた重心座標データとINS1〜nで計測された航法データとの航法誤差を各INS1〜n毎に推定する。
【0025】
航法データ決定手段104は、航法誤差演算手段103で推定された各INS1〜n毎の航法誤差のうちの最大航法誤差に基づいて、各INS1〜nにより計測された全ての航法データの中から必要な航法データを決定し、これら航法データを外部に出力するものである。つまり、例えば最大航法誤差に対応するINS1を除く他のINS2〜nで計測された航法データを決定するものである。
【0026】
また、航法データ決定手段104は、最大航法誤差に対応するINSを除く他のINSの個数を検出するINS個数検出機能を備え、このINS個数検出機能により検出されるINS1〜nの個数が所定個数つまり3個以下になるまで、最大航法誤差に対応するINSを除く他のINSで計測された航法データを重心データ演算手段102にフィードバックさせて重心データ演算手段102及び航法誤差演算手段103による処理を繰り返し実行させる。そして、INS個数検出機能によりINSの個数が3以下となった場合に、残りのINSの航法データから重心座標データを求め、この重心座標データと各INSの航法データとの航法誤差を推定し、この航法誤差に基づいて各INS毎に航法データの評価を行なう航法データ再決定機能も備えている。
【0027】
INS不具合情報出力手段105は、航法誤差演算手段103で求められた各INS1〜n毎の航法誤差のうちの最大航法誤差を予め設定された基準値(許容誤差)と比較し、この比較結果に基づき最大航法誤差が基準値より大きい場合に、INS1〜nの少なくとも1つに不具合が発生したと判定し、そのINS不具合情報を外部のシステムに出力するものである。
【0028】
次に、上記構成における航法データ統合装置100の動作について図2〜図5を参照して説明する。
図2は、航法データ統合装置100の制御手順及び制御内容を示すフローチャートである。
まず、航法データ統合装置100は、航法データとしてINS位置データを取り込むべきINS1〜nの個数を決める初期設定を行ない(ステップS11)、n個のINS1〜nからINS位置データ(位置座標)P1〜Pnを読み込み(ステップS12)、この読み込んだINS位置データP1〜Pnから重心座標Gを求める(ステップS13)。
【0029】
続いて、航法データ統合装置100は、重心座標Gと各INS位置データP1〜Pnとの間の距離GPi(GP1〜GPn)を計算し(ステップS14)、その最大値をGPi(max)とし、このGPi(max)に対応する位置座標をPxとする(ステップS15)。このPxは重心座標Gから最も離れている位置座標、つまり最も誤差が大きいと推察される位置座標である。
【0030】
そして、航法データ統合装置100は、距離GPxと予め設定された基準値との比較を行ない(ステップS16)、距離GPxが基準値より大きい場合には(yes)、精度不良と判断し、INSの不具合情報として、航空機のパイロットにINSの不具合を通知する(ステップS17)。
【0031】
続いて、航法データ統合装置100は、位置座標Pxに対応するINSを取り除き(ステップS18)、その個数が3より大きいか否かを判断し(ステップS19)、「n=3」になるまでステップS13乃至ステップS19の処理を繰り返し実行する。そして、航法データ統合装置100は、「n=3」になった時点で、残りのINS位置データの再評価を行ない(ステップS20)、処理を終了する。
【0032】
図3は、上記ステップS20の処理の詳細フローを示している。
すなわち、航法データ統合装置100は、残り3個のINS位置データから重心座標Gを求め(ステップS201)、この重心座標Gと各INS位置データP1〜P3との間の距離GPi(GP1〜GP3)を計算し(ステップS202)、これら距離GP1〜GP3を予め設定された基準値と比較して基準値より大きいか否かを判定し(ステップ203)、基準値よりも大きい場合には(yes)、INSの不具合情報として外部に出力する(ステップS204)。
【0033】
続いて、航法データ統合装置100は、不具合と判定されたINS位置データを取り除き(ステップS205)、その個数が0より大きいか否かを判断し(ステップS206)、「n=0」になるまでステップS201乃至ステップS206の処理を繰り返し実行する。そして、航法データ統合装置100は、「n=0」になった時点で、そのときの重心座標Gを最適データとして出力し(ステップS207)、処理を終了する。
【0034】
なお、上記処理フローでは、航法データとして位置に限定して説明しているが、速度、姿勢・方位角についても、同様のフローで処理することができる。この場合、速度については位置と同様に重心座標Gを速度ベクトルの重心とし、姿勢・方位角についてはGをスカラーの平均値とする。
【0035】
以上のように上記実施形態によれば、航法データ統合装置100において、航法データ収集手段101によりn個のINS1〜n全てからのINS位置データP1〜Pnが収集され、重心データ演算手段102によりこれら収集されたINS位置データP1〜Pnの平均をとることにより重心座標Gが求められる。そして、航法誤差演算手段103でこの重心座標Gと各INS1〜nで計測されたINS位置データP1〜Pnとが比較されることにより、各INS1〜n毎の位置誤差つまり距離GP1〜GPnが求められ、航法データ決定手段104でこれら距離GP1〜GPnのうちの最大距離GPxに対応するINS位置データPxに対しては信頼性の低いデータと判断して棄却され、他のINS位置データを信頼性の高いデータとして選択される。以後、これら選択されたINS位置データを用いて航空機の基準三次元座標系における現在位置が求められる。すなわち、重心座標データとINS位置データとを比較照合することにより、各INS1〜nで計測されるINS位置データの品質評価が行なえるようになる。
【0036】
このため、n個のINS1〜nから得られる使用可能なINS位置データを最適利用しているので、例えばGPSといった他のシステムからの援助を必要とせずに、INS1〜nのみの自律航法により航法精度の向上を図ることが可能となる。
【0037】
また、上記実施形態では、航法データ統合装置100の航法データ決定手段104に、最大距離GPxに対応するINSを除く他のINSの個数を検出するINS個数検出機能を設けており、このINS個数検出機能により検出されるINS1〜nの個数が3個以下になるまで、最大距離GPxに対応するINSを除く他のINSで計測されたINS位置データを重心データ演算手段102にフィードバックさせて重心データ演算手段102及び航法誤差演算手段103による処理を繰り返し実行させるようにしているので、最大距離GPxに対応するINS位置データを除いた他の複数のINS位置データの中からさらに品質の高いINS位置データが選択されることになり、これにより、航法上必要とする最低個数つまり3個のINSのINS位置データを用いて、航空機の位置を求めることができ、航法精度及び航法における信頼性をさらに高めることができる。
【0038】
さらに、上記実施形態では、航法データ統合装置100の航法データ決定手段104に、INS個数検出機能によりINSの個数が3以下となった場合に、残りのINSの計測位置データから重心座標データを求め、この重心座標データと各INSの計測位置データとの位置誤差つまり距離GPを求め、この距離GPに基づいて各INS毎にINS位置データの評価を行なう航法データ再決定機能を設けているので、比較的信頼度の高いINS位置データに対する品質を保証することができ、航法における信頼度をさらに高めることができる。
【0039】
また、上記航法データ統合装置100において、航法誤差演算手段103で求められた各距離GP1〜GPnのうちの最大距離GPxを予め設定された基準値と比較し、この比較結果に基づき最大距離GPxが基準値より大きいときn個のINS1〜nの少なくとも1つに不具合が発生したと判定し、外部に報知するINS不具合情報出力手段105を設けるようにしている。このため、例えば航空機のパイロットにINS1〜nで発生した不具合を知らせることができ、これにより不適当なINSを切り離すといった迅速かつ確実な対応を行なうことが可能となる。
【0040】
なお、この発明は上記実施形態の構成や処理動作に限定されるものではない。例えば最初に求めた最大距離GPxが信頼のあるものならば、図4に示すようにINS位置データに対する再評価を行なわなくてもよい。なお、図4において、ステップS21〜ステップS30の処理は、図2のステップS11〜ステップS20の処理と同一であるので詳しい説明を省略する。
【0041】
すなわち、航法データ統合装置100は、ステップS26において、n個のINS1〜nで計測されたINS位置データP1〜Pnと重心座標Gとの関係により求められた最大距離GPxが予め設定された基準値以下と判定された場合に(no)、その重心座標Gを最適データとして出力し(ステップS31)、処理を終了する。また、ステップS26において、最大距離GPxが予め設定された基準値より大きいと判定された場合には(yes)、上記図2に示すような処理が実行される。
【0042】
また、上記実施形態では、各INS位置データから重心座標を求めて、この重心座標からのずれに基づいてINS位置データの品質を評価する例について説明したが、INS1〜n全てからのINS位置データを収集し、この収集データを用いて、各INS位置データに与えられる誤差値の推定確率に最大を与える誤差推定値を算出し、この誤差推定値に基づいて、INS1〜n全てのINS位置データの中から必要なデータを決定するようにしてもよい。この場合、誤差推定値に基づいて正しいと推定される航法データとINS1〜n全ての航法データとを比較照合することにより、航法データの品質を評価でき、この結果を基に所定値以下のずれの航法データを信頼性の高い航法データとして選択でき、所定値より大きいずれの航法データに対しては信頼性の低い観測データと判断し棄却できるようになり、これによりINS1〜nのみで信頼性の高い航法システムを構築できる。
【0043】
この他、航空機以外の船舶、自動車といった移動体に適用される場合や、航法データ統合装置の機能、航法データの評価手順等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【0044】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、他のシステムからの援助を必要とせずに、慣性航法装置のみの自律航法によって航法精度の向上を図り得る航法データ処理装置及び航法データ処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係わる航法システムの一実施形態の構成を示すブロック図。
【図2】上記図1に示した航法データ統合装置の処理動作手順及び処理動作内容を示すフローチャート。
【図3】上記図2に示したステップS20の具体的な処理手順及び内容を示すフローチャート。
【図4】この発明の他の実施形態に係る航法データ統合装置の処理動作手順及び処理動作内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
1〜n…慣性航法装置(INS)、
100…航法データ統合装置、
101…航法データ収集手段、
102…重心データ演算手段、
103…航法誤差演算手段、
104…航法データ決定手段、
105…INS不具合情報出力手段。
Claims (6)
- 移動体に搭載され、複数の慣性航法装置により計測された航法データに基づいて、当該移動体の位置を求める航法データ処理装置であって、
前記複数の慣性航法装置全てからの航法データを収集する航法データ収集手段と、
この航法データ収集手段による収集データから重心データを求める重心データ演算手段と、
この重心データ演算手段により求められた重心データと前記複数の慣性航法装置で計測された航法データとの航法誤差を各慣性航法装置毎に推定する航法誤差推定手段と、
この航法誤差推定手段で推定された各慣性航法装置毎の航法誤差のうちの最大航法誤差に対応する慣性航法装置を除く他の慣性航法装置の個数を検出する慣性航法装置個数検出手段と、
この慣性航法装置個数検出手段により検出される慣性航法装置の個数が所定個数以下になるまで、最大航法誤差に対応する慣性航法装置を除く他の複数の慣性航法装置で計測された航法データを前記重心データ演算手段にフィードバックさせて前記重心データ演算手段及び前記航法誤差推定手段による処理を繰り返し実行させる処理手段と、
前記慣性航法装置個数検出手段により慣性航法装置の個数が所定個数以下となった場合に、残りの慣性航法装置の航法データから重心データを求め、この重心データと各慣性航法装置の航法データとの航法誤差を推定し、この航法誤差に基づいて各慣性航法装置毎に航法データの評価を行なう航法データ評価手段とを具備してなることを特徴とする航法データ処理装置。 - さらに、前記航法誤差推定手段で推定された各慣性航法装置毎の航法誤差のうちの最大航法誤差を予め設定された基準値と比較し、この比較結果に基づき前記最大航法誤差が基準値より大きいとき前記複数の慣性航法装置の少なくとも1つに障害が発生したと判定し、外部に報知する慣性航法装置障害検出手段を備えることを特徴とする請求項1記載の航法データ処理装置。
- 前記航法データは、前記移動体の計測位置データ、前記移動体の速度データ及び前記移動体の姿勢・方位角データのうちのいずれか1つであることを特徴とする請求項1記載の航法データ処理装置。
- 移動体に搭載され、複数の慣性航法装置により計測された航法データに基づいて、当該移動体の位置を求める航法データ処理方法であって、
前記複数の慣性航法装置全てからの航法データを収集し、
この収集データから重心データを求め、
この重心データと前記複数の慣性航法装置で計測された航法データとの航法誤差を各慣性航法装置毎に推定し、
各慣性航法装置毎の航法誤差のうちの最大航法誤差に対応する慣性航法装置を除く他の慣性航法装置の個数を検出し、
この検出される慣性航法装置の個数が所定個数以下になるまで、最大航法誤差に対応する慣性航法装置を除く他の複数の慣性航法装置で計測された航法データを前記重心データ演算処理にフィードバックさせて前記重心データ演算処理及び前記航法誤差推定処理を繰り返し実行させ、
前記慣性航法装置の個数が所定個数以下となった場合に、残りの慣性航法装置の航法データから重心データを求め、この重心データと各慣性航法装置の航法データとの航法誤差を推定し、この航法誤差に基づいて各慣性航法装置毎に航法データの評価を行なうことを特徴とする航法データ処理方法。 - さらに、前記各慣性航法装置毎の航法誤差のうちの最大航法誤差を予め設定された基準値と比較し、この比較結果に基づき前記最大航法誤差が基準値より大きいとき前記複数の慣性航法装置の少なくとも1つに障害が発生したと判定し、外部に報知することを特徴とする請求項4記載の航法データ処理方法。
- 前記航法データは、前記移動体の計測位置データ、前記移動体の速度データ及び前記移動体の姿勢・方位角データのうちのいずれか1つであることを特徴とする請求項4記載の航法データ処理方法。
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