JP4059698B2 - Inertial device - Google Patents

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JP4059698B2
JP4059698B2 JP2002106193A JP2002106193A JP4059698B2 JP 4059698 B2 JP4059698 B2 JP 4059698B2 JP 2002106193 A JP2002106193 A JP 2002106193A JP 2002106193 A JP2002106193 A JP 2002106193A JP 4059698 B2 JP4059698 B2 JP 4059698B2
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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、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、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。オートパイロット装置は外部機器の一例である。オートパイロット装置などの外部機器は、慣性装置に外部クロック信号を供給し、慣性装置の作動タイミングを制御する場合があり、慣性装置に対し上位の関係にあるから、以下では上位外部機器と称する。
【0003】
図3の慣性装置11(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4と、外部接続回路5とを備えてなり、上位外部機器6に対し慣性データをデータバス7経由で供給する。慣性センサ2は、角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4から供給されるクロック信号104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104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104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102は、演算処理部4に送られる。演算処理部4は、アップダウンカウント処理出力102につき慣性演算を行い、慣性データ103を生成する。演算処理部4における慣性演算には、アップダウンカウント処理出力102の積分演算が含まれる。慣性データ103は、外部接続回路5とデータバス7とを介して上位外部機器6へ供給される。
【0005】
この図3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4における慣性演算処理とが、上位外部機器6のクロック信号とは関わりのない独自のタイミングで、すなわち上位外部機器6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11と上位外部機器6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、上位外部機器6が慣性データ103を受けた時、該慣性データ103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上位外部機器6では正確には知り得ない。したがって、図3の慣性装置では、慣性データ103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4の慣性装置12(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3の装置におけるものと同じである。図4の慣性装置12が図3の慣性装置11と異なるところは、上位外部機器6から出力される外部クロック信号105が、慣性装置12内に導入されている点である。外部クロック信号105は、慣性装置12の演算処理部4は入力され、演算処理部4で波形整形され、同じタイミングのクロック信号104となる。クロック信号104は、アップダウン・カウンタ3へ供給され、図3について述べたところと同様に、アップダウン・カウンタ3の動作タイミングを制御する。外部クロック信号105及びクロック信号104の周波数(パルス繰り返し周波数)は、例えば1kHzである。
【0007】
図4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、クロック信号104に基づく期間毎にアップダウン・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102は、演算処理部4に送られる。演算処理部4は、外部クロック信号105のタイミングで、アップダウンカウント処理出力102につき慣性演算処理を施し、慣性データ103を生成する。この慣性演算は、図3における演算と同様にアップダウンカウント出力の積分演算を含む。この図4の慣性装置12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105のタイミングである。この慣性データ103は、図3の従来例の場合と同様に、外部接続回路5とデータバス7とを介して上位外部機器6へ供給される。
【0008】
なお、図3の慣性装置11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4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4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102を積分することにより行われる。演算処理部4は、外部クロック信号105を受け、外部クロック信号105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行っている。
【0009】
図4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4の処理動作を、上位外部機器6の外部クロック信号105に同期させるので、慣性データ103は上位の上位外部機器6において待ち受けるタイミングで上位外部機器6に対し供給される。したがって、図4の慣性装置12(第2の従来例)では、図3の慣性装置11(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12内のアップダウン・カウンタ3及び演算処理部4の処理動作は、上位外部機器6の外部クロック信号105に同期して行われており、慣性装置12の出力の慣性データ103と上位外部機器6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103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上位外部機器6で正確に知り得る。しかしながら、演算処理部4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105で規定されるので、外部クロック信号105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4における慣性演算による慣性データ103(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機器に供給でき、しかも外部クロック信号の周期に変動があっても高精度の慣性データを出力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に基づく慣性演算により該移動体の姿勢角、速度および位置を含む慣性データを生成する演算手段と、データバスで外部機器に接続され、該慣性データを該データバス経由で該外部機器へ送る外部接続回路とを備える慣性装置であって、
前記演算手段は、前記外部機器から出力される外部クロック信号を受け、該外部クロック信号に同期して前記慣性演算を行い、該慣性演算により生成した前記慣性データを該クロック信号に同期して前記外部接続回路およびデータバス経由で該外部機器へ伝達し、
前記慣性演算は該慣性センサの出力の積分演算を含む慣性装置において、
前記演算手段は、前記外部クロック信号の繰り返し周期を表す外部クロック信号繰り返し周期データを、前記外部機器から前記データバス及び前記外部接続回路経由で受け、該外部クロック信号繰り返し周期データで表される該外部クロック信号の繰り返し周期に基づき前記積分演算をする
ことを特徴とする慣性装置。
【0014】
【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。
【0015】
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、外部接続回路5とを備えて構成される。また、図2(a),(b),(c),(d),(e)及び(f)は、演算処理部4における各部信号並びに演算及びデータ出力のタイミング図である。
【0016】
図1において、慣性センサ2で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、演算処理部4から供給されるクロック信号104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4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102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102につき慣性演算処理が行われることは、図3及び図4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の特徴は、外部クロック信号105の周期を表す外部クロック周期データ106が、上位外部機器6からデータバス7及び外部接続回路5経由で演算処理部4へ供給される点にある。外部クロック周期データ106は、上位外部機器6において外部クロック信号105の繰り返し周期を高い精度で測定することにより得られる。
【0017】
演算処理部4は、慣性演算における積分演算の積分時間として外部クロック周期データ106を用いることにより、外部クロック信号105の周波数変動の影響を除いた正確な慣性データ103を得ることができる。演算処理部4においては、外部クロック周期データ106により外部クロック信号105の繰り返し周期を知り、外部クロック周期データ106に基づく時間でアップダウンカウント処理出力102の時間積分をし、慣性データ103を生成する。アップダウンカウント処理出力102の時間積分で得られる慣性データ103の精度は、その外部クロック信号105の繰り返し周期のデータ、即ち外部クロック周期データ106の精度とほぼ同じ精度である。この慣性データ103は、外部接続回路5及びデータバス7を介して上位外部機器6へ伝送される。
【0018】
図2を参照し、演算処理部4における演算処理を更に具体的に説明する。図2(a)は、外部クロック信号105のタイミングを示す。P1,P2・・・・・Pnは、外部クロック信号105における各クロックパルスをそれぞれ表す。外部クロック信号105の繰り返し周期Δtは、それぞれΔt0,Δt1・・・・・Δtnである。同図(b)は、外部クロック周期データ106が演算処理部4へ供給されるタイミングを示す。外部クロック周期データ106では、繰り返し周期Δt0,Δt1・・・・・ΔtnのデータがT10,T11・・・・・T1nの時間帯に演算処理部4に入力される。本図に示してあるように、外部クロック信号105の繰返し周期を表すデータΔt0,Δt1・・・・・Δtn-1は、次周期の外部クロック周期データ106の初頭の時間帯T10,T11・・・・・T1n-1に、演算処理部4へ供給される。
【0019】
図2(c)は、アップダウン・カウンタ3から供給されるアップダウンカウント処理出力102を演算処理部4へ取り入れ、精度の高い加速度および角速度のデータを演算するタイミングを示す。演算処理部4は、T20,T21・・・・・T2n-1の時間帯に加速度および角速度のデータを演算する。図2(c)のタイミングT20,T21・・・・・T2n-1の各時間帯に行われる演算は、外部クロック周期データ106で表される外部クロック信号105の繰り返し周期Δtで、アップダウンカウント処理出力102を除算する演算を含む。この除算演算により、外部クロック信号105における繰り返し周期Δtの変動分の影響を除いた加速度および角速度が得られる。図2(d)は、演算処理部4の内部において加速度および角速度のデータが次の慣性演算の処理ステップへ渡されるタイミングを示す。すなわち、演算処理部4において、T20,T21・・・・・T2n-1の時間帯に得られた高精度の加速度および角速度のデータは、T30,T31・・・・・T2n-1の時間帯に慣性演算の処理ステップへそれぞれ渡される。
【0020】
図2(e)は、演算処理部4における慣性演算処理のタイミングを示す。慣性演算処理では、外部クロック信号105の繰り返し周期Δtの5つの期間における加速度および角速度のデータを基に、移動体の姿勢、速度および位置を含む慣性データを演算する。演算処理部4は、時間帯T 1には、T30,T31,T32,T33,及びT34において渡された加速度および角速度のデータを基に姿勢、速度および位置を演算する。上述のとおり、加速度および角速度の演算ステップからT30,T31,T32,T33,及びT34に渡された加速度および角速度は、繰り返し周期Δt0,Δt1,Δt2,Δt3及びΔt4という実際の繰り返し周期データに基づき演算された値であるから、外部クロック信号105の繰り返し周期における時間変動による誤差は除かれている。更に、時間帯T 1における慣性演算でも、これらの加速度および角速度を時間積分する積分演算を含むが、外部クロック周期データ106で示される繰り返し時間のデータ(Δt0,Δt1,Δt2,Δt3及びΔt4)を用いるから、慣性演算により得られる移動体の姿勢、速度および位置では、外部クロック信号105の繰り返し周期における時間変動による誤差は除かれている。したがって、時間帯T 1に演算された慣性データ(姿勢、速度および位置)は、外部クロック信号105における繰り返し周期Δtの変動分の影響を除いた高精度のデータである。図2(f)は、時間帯T 0,T 1・・・・・に慣性演算処理により得た慣性データを外部接続回路5へ出力するタイミングを示す。TOUT 0及びTOUT 1は、時間帯T 0及びT 1に演算された慣性データを出力する時間帯をそれぞれ表している。外部接続回路5は、演算処理部4から受けた慣性データ103を、そのままデータバス7経由で上部外部機器6へ転送する。
【0021】
図2を参照して説明したように、演算処理部4は、外部クロック周期データ106(図2の(b))で示される時間でアップダウンカウント処理出力102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105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。
【0022】
また、外部クロック信号105の繰り返し周期の変動が、外部クロック信号105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105の繰り返し周期のデータを1周期ごとに受けているので、慣性データ103にはそのジッタの影響は現れない。
【0023】
図2のタイミング図から明らかなように、本実施の形態の慣性装置1から出力される慣性データ103は、図2(a)の外部クロック105のタイミングに関連付けられた図2(f)のタイミングで上位外部機器6へ供給される。このように、アップダウン・カウンタ3および演算処理部4の処理動作は、上位外部機器6の外部クロック信号105に同期させるので、慣性データ103は上位外部機器6において待ち受けるタイミングで上位外部機器6に対し供給される。したがって、慣性装置1と上位外部機器6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なく、上位外部機器6が慣性データ103を受けた時、該慣性データ103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上位外部機器6では正確には知り得る。そこで、図1の慣性装置の採用により、慣性データ103は移動体の物理的な運動状態をリアルタイムに正確に表し、オートパイロット等の上位外部機器6は適切に移動体を制御できる。
【0024】
【発明の効果】
以上に実施の形態を挙げ具体的に説明したように、本発明によれば、外部クロック信号に同期した慣性データを外部機器に供給でき、しかも外部クロック信号の周期に変動があっても高精度の慣性データを出力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の演算処理部4における各部信号並びに演算及びデータ出力のタイミング図である。
【図3】第1の従来例を示すブロック図である。
【図4】第2の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,11,12 慣性装置
2 慣性センサ
3 アップダウン・カウンタ
4 演算処理部
5 外部接続回路
6 上位外部機器
7 データバス
101 センサ出力
102 アップダウン・カウント処理出力
103 慣性データ
104 クロック信号
105 外部クロック信号
106 外部クロック周期データ
P1,P2・・・・・Pn,Pn+1 外部クロック信号105における各クロックパルス
Δt0,Δt1・・・・・Δtn 外部クロック信号105における繰り返し周期
10,T11・・・・・T1n-1 外部クロック周期データ106におけるデータタイミング
20,T21・・・・・T2n-1 演算処理部4において加速度および角速度のデータを演算する時間帯
30,T31・・・・・T2n-1 演算処理部4において、T20,T21・・・・・T2n-1の時間帯に得られた高精度の加速度および角速度のデータを慣性演算の処理ステップへ渡す時間帯
0,T 1 演算処理部4において移動体の姿勢、速度および位置を含む慣性データを演算する時間帯
OUT 0,TOUT 1 時間帯T 0,T 1に演算された慣性データを出力する時間帯
[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 three orthogonal axes of X, Y, and Z, and an accelerometer that detects acceleration. 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. The inertia calculation is an operation for calculating the posture, speed, and position of the moving body by performing an integration calculation on the sensor output. 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. An external device such as an autopilot device may supply an external clock signal to the inertial device to control the operation timing of the inertial device, and has an upper relationship with the inertial device.
[0003]
The inertial device 11 (first conventional example) in FIG. 3 includes an inertial sensor 2, an up / down counter 3, an arithmetic processing unit 4, and an external connection circuit 5. Data is supplied via the data bus 7. The inertial sensor 2 is composed of a gyro for detecting angular velocity and an accelerometer for detecting acceleration, and outputs the angular velocity and acceleration about three orthogonal axes of X, Y, and Z as sensor output 101. The inertial sensor 2 has an up terminal and a down terminal corresponding to each data (angular velocity or acceleration regarding three orthogonal axes of X, Y, and Z) in the sensor output 101, and when the data is a positive value The number of pulses representing the magnitude of the data is outputted from the up terminal, and when the data is a negative value, the number of pulses representing the magnitude of the data is outputted from the down terminal.
[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 clock signal 104 supplied from the arithmetic processing unit 4, and is input to the down-count input terminal. The count value is subtracted (counted down) by the number of pulses counted. This counting process in the up / down counter 3 is referred to as an up / down counting process. The up / down counting process is a kind of integration process because the sensor output 101 is counted in the cycle of the clock signal 104. The period of the clock signal 104 is, for example, about 1 msec. The up / down counter processing output 102 of the up / down counter 3 is sent to the arithmetic processing unit 4. The arithmetic processing unit 4 performs inertia calculation for the up / down count processing output 102 and generates inertia data 103. The inertia calculation in the calculation processing unit 4 includes integration calculation of the up / down count process output 102. The inertia data 103 is supplied to the higher-level external device 6 via the external connection circuit 5 and the data bus 7.
[0005]
In the conventional example of FIG. 3, the up / down counting process in the up / down counter 3 and the inertial calculation process in the arithmetic processing unit 4 are performed at an independent timing that is not related to the clock signal of the host external device 6, that is, The processing operation in the host external device 6 is performed asynchronously. Therefore, it is unavoidable that the processing timing between the inertial device 11 and the high-order external device 6 is shifted. When the high-order external device 6 receives the inertial data 103, the inertial data 103 is acquired at any time. The host external device 6 cannot accurately know whether the moving body is physically moving. Therefore, in the inertial apparatus of FIG. 3, an error between the inertial data 103 and the physical motion state of the moving body is unavoidable.
[0006]
The inertial device 12 (second conventional example) in FIG. 4 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 12 in FIG. 4 differs from the inertial device 11 in FIG. 3 in that an external clock signal 105 output from the host external device 6 is introduced into the inertial device 12. The external clock signal 105 is input to the arithmetic processing unit 4 of the inertial device 12, is waveform-shaped by the arithmetic processing unit 4, and becomes a clock signal 104 having the same timing. The clock signal 104 is supplied to the up / down counter 3 and controls the operation timing of the up / down counter 3 in the same manner as described with reference to FIG. The frequency (pulse repetition frequency) of the external clock signal 105 and the clock signal 104 is, for example, 1 kHz.
[0007]
In FIG. 4, the sensor output 101 of the inertial sensor 2 is input to the up / down counter 3 and subjected to an up / down count process for each period based on the clock signal 104. The up / down counter processing output 102 of the up / down counter 3 is sent to the arithmetic processing unit 4. The arithmetic processing unit 4 performs inertia calculation processing on the up / down count processing output 102 at the timing of the external clock signal 105 to generate inertia data 103. This inertia calculation includes an integration calculation of an up / down count output, similar to the calculation in FIG. In the inertial device 12 of FIG. 4, the start and end of the integration period of the integration calculation is the timing of the external clock signal 105. The inertial data 103 is supplied to the higher-level external device 6 via the external connection circuit 5 and the data bus 7 as in the case of the conventional example of FIG.
[0008]
As described for the up / down counter 3 in the inertial device 11 in FIG. 3, the counting process in the up / down counter 3 is a kind of integration process, and the arithmetic processing unit 4 also performs the integration process. The counting process in the counter 3 is a short time count of about 1 msec, and the integration process in the arithmetic processing unit 4 is performed by integrating the up / down count process output 102 for a longer time. The arithmetic processing unit 4 receives the external clock signal 105, generates an internal clock signal obtained by dividing the frequency of the external clock signal 105, and performs integration processing at the timing of the internal clock signal.
[0009]
In the conventional example of FIG. 4, the processing operations of the up / down counter 3 and the arithmetic processing unit 4 are synchronized with the external clock signal 105 of the upper external device 6, so that the inertial data 103 waits at the upper upper external device 6. Is supplied to the host external device 6. Therefore, in the inertial device 12 (second conventional example) shown in FIG. 4, the disadvantages of the inertial device 11 (first conventional example) shown in FIG. 3 are avoided.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional example described above, 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 arithmetic processing unit 4 in the inertial device 12 are as follows. The time difference between the inertial data 103 output from the inertial device 12 and the data reception timing of the high-order external device 6 is avoided for the time being, in synchronization with the external clock signal 105 of the high-order external device 6. The host external device 6 can accurately know at which point the inertial data 103 represents the physical motion state of the mobile object acquired. However, the inertia calculation process in the calculation processing unit 4 includes an integral calculation, and the time interval from the start to the end of the integral calculation is defined by the external clock signal 105. Therefore, if the cycle of the external clock signal 105 varies, There is a drawback that an error occurs in the integration time interval of the integration operation, and the error in the integration time interval directly leads to deterioration in accuracy of the inertial data 103 (attitude angle, speed, and position) due to the inertia calculation in the arithmetic processing unit 4.
[0011]
Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks, to supply inertial data synchronized with an external clock signal to an external device, and to output high-precision inertial data even if the cycle of the external clock signal varies. It is to provide an inertial device.
[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 for detecting the angular velocity and acceleration of the moving body, an arithmetic means for generating inertial data including the posture angle, speed and position of the moving body by inertial calculation based on the output of the inertial sensor, and a data bus An inertial device comprising an external connection circuit connected to an external device and sending the inertial data to the external device via the data bus ,
It said calculation means receives an external clock signal output from said external device, performs the inertial operation in synchronization with the external clock signal, the said inertial data generated by inertial operation in synchronism with the clock signal Transmit to the external device via the external connection circuit and data bus ,
In the inertial apparatus including the integral calculation of the output of the inertial sensor, the inertial calculation includes:
The arithmetic means receives external clock signal repetition period data representing a repetition period of the external clock signal from the external device via the data bus and the external connection circuit, and is represented by the external clock signal repetition period data. An inertial device that performs the integration operation based on a repetition period of an external clock signal.
[0014]
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.
[0015]
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 this embodiment includes an inertial sensor 2, an up / down counter 3, an arithmetic processing unit 4, and an external connection circuit 5. 2 (a), (b), (c), (d), (e), and (f) are timing charts of the respective signals, operations, and data output in the operation processing unit 4.
[0016]
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 clock signal 104 supplied from the arithmetic processing unit 4.・ Count processing is performed. The operation of the inertial sensor 2 and the up / down counter 3 is the same as described with reference to FIG. The up / down count processing output 102 output from the up / down counter 3 is input to the arithmetic processing unit 4. In the arithmetic processing unit 4, the inertia calculation processing is performed for the up / down count processing output 102 as in the conventional inertial device of FIGS. 3 and 4. The inertial device 1 of the present embodiment is characterized in that external clock cycle data 106 representing the cycle of the external clock signal 105 is supplied from the higher-level external device 6 to the arithmetic processing unit 4 via the data bus 7 and the external connection circuit 5. In the point. The external clock cycle data 106 is obtained by measuring the repetition cycle of the external clock signal 105 with high accuracy in the host external device 6.
[0017]
The arithmetic processing unit 4 can obtain the accurate inertia data 103 excluding the influence of the frequency variation of the external clock signal 105 by using the external clock cycle data 106 as the integration time of the integral calculation in the inertia calculation. In the arithmetic processing unit 4, the repetition cycle of the external clock signal 105 is known from the external clock cycle data 106, and the time-integration of the up / down count processing output 102 is performed based on the time based on the external clock cycle data 106 to generate the inertia data 103. . The accuracy of the inertial data 103 obtained by time integration of the up / down count processing output 102 is substantially the same as the accuracy of the repetition cycle of the external clock signal 105, that is, the external clock cycle data 106. The inertia data 103 is transmitted to the higher-level external device 6 through the external connection circuit 5 and the data bus 7.
[0018]
With reference to FIG. 2, the arithmetic processing in the arithmetic processing unit 4 will be described more specifically. FIG. 2A shows the timing of the external clock signal 105. P1, P2,... Pn represent clock pulses in the external clock signal 105, respectively. The repetition period Δt of the external clock signal 105 is Δt 0, Δt 1... Δtn, respectively. FIG. 4B shows the timing at which the external clock cycle data 106 is supplied to the arithmetic processing unit 4. External clock period data 106, the repetition period [Delta] t0, .DELTA.t1 data · · · · · .DELTA.tn is input to the T 10, T 11 ····· T arithmetic processing unit 4 in the time zone 1n. As shown in this figure, data Δt 0, Δt 1... Δtn−1 representing the repetition period of the external clock signal 105 are the initial time zones T 10 and T 11 of the external clock period data 106 of the next period. ... Is supplied to the arithmetic processing unit 4 at T 1n-1 .
[0019]
FIG. 2C shows the timing at which the up / down count processing output 102 supplied from the up / down counter 3 is taken into the arithmetic processing unit 4 to calculate highly accurate acceleration and angular velocity data. The arithmetic processing unit 4 calculates acceleration and angular velocity data in a time zone of T 20 , T 21 ... T 2n−1 . The calculation performed in each time zone of timing T 20 , T 21 ... T 2n−1 in FIG. 2C is a repetition cycle Δt of the external clock signal 105 represented by the external clock cycle data 106. It includes an operation for dividing the up / down count processing output 102. By this division operation, acceleration and angular velocity excluding the influence of the fluctuation of the repetition period Δt in the external clock signal 105 can be obtained. FIG. 2D shows the timing at which acceleration and angular velocity data are passed to the next inertial calculation processing step inside the calculation processing unit 4. That is, in the arithmetic processing unit 4, highly accurate acceleration and angular velocity data obtained in the time zone of T 20 , T 21 ... T 2n−1 are T 30 , T 31. It is passed to the processing step of inertia calculation in the time zone of 2n-1 .
[0020]
FIG. 2E shows the timing of inertia calculation processing in the calculation processing unit 4. In the inertia calculation process, inertia data including the posture, speed, and position of the moving body is calculated based on the acceleration and angular velocity data in the five periods of the repetition period Δt of the external clock signal 105. The arithmetic processing unit 4 calculates the posture, speed, and position in the time zone T C 1 based on the acceleration and angular velocity data passed in T 30 , T 31 , T 32 , T 33 , and T 34 . As described above, the acceleration and angular velocity passed from the acceleration and angular velocity calculation steps to T 30 , T 31 , T 32 , T 33 , and T 34 are the actual repetitions of repetition periods Δt 0, Δt 1, Δt 2, Δt 3, and Δt 4. Since the value is calculated based on the period data, an error due to time fluctuation in the repetition period of the external clock signal 105 is excluded. Further, the inertia calculation in the time zone T C 1 includes an integration calculation for time integration of these accelerations and angular velocities, but data of repetition times (Δt 0, Δt 1, Δt 2, Δt 3 and Δt 4) indicated by the external clock cycle data 106. Therefore, in the posture, speed, and position of the moving body obtained by inertia calculation, errors due to time fluctuations in the repetition cycle of the external clock signal 105 are excluded. Therefore, the inertial data (attitude, speed, and position) calculated in the time zone T C 1 is highly accurate data excluding the influence of the fluctuation of the repetition period Δt in the external clock signal 105. FIG. 2 (f) shows the timing for outputting the inertia data obtained by the inertia calculation process to the external connection circuit 5 in the time zones T C 0 , T C 1 . T OUT 0 and T OUT 1 represent time zones in which the inertial data calculated in the time zones T C 0 and T C 1 are output, respectively. The external connection circuit 5 transfers the inertial data 103 received from the arithmetic processing unit 4 to the upper external device 6 via the data bus 7 as it is.
[0021]
As described with reference to FIG. 2, the arithmetic processing unit 4 performs time integration of the up / down count processing output 102 with the time indicated by the external clock cycle data 106 (FIG. 2B). Since the time data in the time integration is accurate, the arithmetic processing unit 4 can calculate accurate inertia data excluding the influence of the error of the repetition period of the external clock signal 105.
[0022]
In addition, even if the fluctuation of the repetition period of the external clock signal 105 is caused by jitter of the repetition period of the external clock signal 105 and the jitter is a relatively large value, in this embodiment, the external clock signal 105 Since the data of the repetitive cycle is received every cycle, the inertia data 103 does not have the influence of the jitter.
[0023]
As apparent from the timing chart of FIG. 2, the inertia data 103 output from the inertial device 1 of the present embodiment is the timing of FIG. 2 (f) associated with the timing of the external clock 105 of FIG. 2 (a). Is supplied to the host external device 6. As described above, the processing operations of the up / down counter 3 and the arithmetic processing unit 4 are synchronized with the external clock signal 105 of the higher-order external device 6, so that the inertial data 103 is sent to the higher-order external device 6 at a timing waiting in the higher-order external device 6. Supplied against. Therefore, there is no deviation in the processing timing between the devices of the inertial device 1 and the higher-order external device 6, and when the higher-order external device 6 receives the inertial data 103, the mobile object acquired by the inertial data 103 at any point in time The higher-order external device 6 can accurately know whether the physical motion state is. Therefore, by employing the inertial device of FIG. 1, the inertial data 103 accurately represents the physical motion state of the moving body in real time, and the host external device 6 such as an autopilot can appropriately control the moving body.
[0024]
【The invention's effect】
As specifically described above with reference to the embodiments, according to the present invention, inertia data synchronized with an external clock signal can be supplied to an external device, and even if the period of the external clock signal varies, high accuracy is achieved. It is possible to provide an inertial device capable of outputting the inertial data.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a timing diagram of each unit signal, calculation, and data output in the calculation processing unit 4 of FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a first conventional example.
FIG. 4 is a block diagram showing a second conventional example.
[Explanation of symbols]
1, 11, 12 Inertial device 2 Inertial sensor 3 Up / down counter 4 Arithmetic processing unit 5 External connection circuit 6 Host external device 7 Data bus 101 Sensor output 102 Up / down count processing output 103 Inertial data 104 Clock signal 105 External clock signal 106 external clock period data P1, P2 ····· Pn, Pn + 1 external clock signal 105 each clock pulse Δt0 in, .DELTA.t1 · · · · · .DELTA.tn repetition period T 10 in the external clock signal 105, T 11 · · · .. Data timings T 20 , T 21 in the T 1n-1 external clock cycle data 106... Time zones T 30 , T 31 for calculating acceleration and angular velocity data in the T 2n-1 calculation processing unit 4 in ··· T 2n-1 processing section 4, T 20, T 21 ····· T 2n-1 of the high-precision acceleration obtained in the time period Time zone and passes data of the angular velocity to the processing step of the inertial operation T C 0, T C 1 processing unit posture of the moving body at 4, the time period T OUT for calculating the inertial data including the speed and position 0, T OUT 1 Time zone for outputting inertial data calculated in time zones T C 0 and T C 1

Claims (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に基づく慣性演算により該移動体の姿勢角、速度および位置を含む慣性データを生成する演算手段と、データバスで外部機器に接続され、該慣性データを該データバス経由で該外部機器へ送る外部接続回路とを備える慣性装置であって、
前記演算手段は、前記外部機器から出力される外部クロック信号を受け、該外部クロック信号に同期して前記慣性演算を行い、該慣性演算により生成した前記慣性データを該クロック信号に同期して前記外部接続回路およびデータバス経由で該外部機器へ伝達し、
前記慣性演算は該慣性センサの出力の積分演算を含む慣性装置において、
前記演算手段は、前記外部クロック信号の繰り返し周期を表す外部クロック信号繰り返し周期データを、前記外部機器から前記データバス及び前記外部接続回路経由で受け、該外部クロック信号繰り返し周期データで表される該外部クロック信号の繰り返し周期に基づき前記積分演算をする
ことを特徴とする慣性装置。
An inertial sensor that detects the angular velocity and acceleration of the moving body, an arithmetic means that generates inertial data including the attitude angle, speed, and position of the moving body by inertial calculation based on the output of the inertial sensor, and an external device via a data bus An inertial device comprising: an external connection circuit connected to send the inertial data to the external device via the data bus ;
It said calculation means receives an external clock signal output from said external device, performs the inertial operation in synchronization with the external clock signal, the said inertial data generated by inertial operation in synchronism with the clock signal Transmit to the external device via the external connection circuit and data bus ,
In the inertial apparatus including the integral calculation of the output of the inertial sensor, the inertial calculation includes:
The arithmetic means receives external clock signal repetition period data representing a repetition period of the external clock signal from the external device via the data bus and the external connection circuit, and is represented by the external clock signal repetition period data. An inertial device that performs the integration operation based on a repetition period of an external clock signal.
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