JP5022747B2 - 移動体の姿勢及び方位検出装置 - Google Patents
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Description
Cohen, C.E., Attitude determination using GPS: PhD thesis, StanfordUniversity, Department of Aeronautics and Astronautics, 1992. Gang Lu,Development of a GPS Multi-AntennaSystem for AttitudeDetermination,Gang Lu (Ph.D.thesis), December 1994, UCGE Report No.20073.
第二に、移動体座標系における複数のGPSアンテナ位置が既知であることが要求されるが、現場で計測することは現実的に難しい。第三に、複数のアンテナ構成は装置の小型化、軽量化、低価格化に対して障害となるために用途が限定される。
ここで、右肩添字bは移動体座標系換算値であることを示し、右下添字は各軸成分を示す。また、aは加速度観測量、ωは角速度観測量であり、vは移動体の速度、αは移動体の運動加速度(vの時間微分)、gは移動体の位置で決まるローカル重力である。
横滑り角の推定方法1は、横滑り角Θsは舵角μに比例し、舵角は船の旋回角速度Ωに比例するとの考えに基づいた方法であり、[数6]を用いて推定する。
尚、図2において、GPS速度、位置も利用するものとして説明したが、速度のみ使用することも可能である。
2 GPS受信機
3 慣性センサ
4 演算処理部
5 姿勢演算部
6 横滑り補正部
7 フィルタ部
8 PV比較部
9 姿勢比較部
10 誤差推定部
11 慣性航法演算部
51 観測モデル
52 最適フィルタモデル
53 システム同定部
54 比較部
Claims (6)
- 単一GPSアンテナを有するGPS受信機と慣性センサとで構成される移動体の姿勢及び方位検出装置において、
前記GPS受信機出力と前記慣性センサ観測量を用いて、移動体の姿勢及び方位を算定する姿勢演算部と、
前記姿勢演算部出力のロール及び/或いはピッチの雑音を低減するための、誤差最小規範に基づいてフィルタのパラメータ及びウェートを決定する構造のフィルタ部と、
移動体の旋回時の横滑り角を推定し、該横滑り角推定値で前記姿勢演算部出力の方位を補正する横滑り補正部と、
位置、速度、姿勢及び方位を算定する慣性航法演算処理部と、
前記フィルタ部出力の姿勢と慣性航法演算処理部出力の姿勢を比較し、前記横滑り補正部出力の方位と前記慣性航法演算処理部出力の方位を比較する姿勢比較部と、
前記GPS受信機出力の少なくとも速度と前記慣性航法演算処理部出力の少なくとも速度をそれぞれ比較するP V 比較部と、
前記姿勢比較部及び前記P V 比較部の出力に基づいて、前記慣性センサ出力誤差及び前記慣性航法演算処理部出力誤差を推定する誤差推定部を備え、
前記誤差推定部で推定された誤差量で前記慣性センサ出力及び慣性航法演算処理部出力を補正することを特徴とする移動体の姿勢及び方位検出装置。 - 請求項1 に記載の移動体の姿勢及び方位検出装置において、
前記姿勢演算部は、移動体の進行方向がヘディング軸と一致するとの仮定に基づいて前記GPS受信機出力の速度から算定した前記ヘディング軸速度と、該ヘディング軸に直交する成分の前記慣性センサ出力の加速度及び角速度とから移動体のロールを算定し、前記ヘディング軸成分速度の所定期間における変化から算定した前記ヘディング軸成分加速度と、該ヘディング軸成分の前記慣性センサ出力の加速度と、ローカル重力を計算するための前記GPS受信機出力の位置から移動体のピッチを算定することを特徴とする移動体の姿勢及び方位検出装置。 - 請求項1 に記載の移動体の姿勢及び方位検出装置において、
前記横滑り角の推定値は、ヘディング軸に直交する垂直軸回りの角速度の比例値で算出するか、または前記垂直軸回りの角速度が予め決められた閾値を超えたときの前記垂直軸回りの角速度を積分して得た方位と前記姿勢演算部出力の方位との差から算出するかのいずれか、若しくは併用で算出することを特徴とする移動体の姿勢及び方位検出装置。 - 請求項2 に記載の移動体の姿勢及び方位検出装置において、
前記姿勢演算部のピッチ算定は、前記ヘディング軸成分速度の所定期間における変化から算定した前記ヘディング軸成分加速度を無視して、前記移動体のピッチを算定することを特徴とする移動体の姿勢及び方位検出装置。 - 請求項2 に記載の移動体の姿勢及び方位検出装置において、
前記姿勢演算部のピッチ算定は、前記ローカル重力を計算するための位置を外部設定入力するか、または無視して、前記移動体のピッチを算定することを特徴とする移動体の姿勢及び方位検出装置。 - 請求項2 に記載の移動体の姿勢及び方位検出装置において、
前記GPS受信機出力が得られないときは、前記姿勢演算部出力のロール及び/或いはピッチは前記フィルタ部から得たロール及び/或いはピッチを使用することを特徴とする移動体の姿勢及び方位検出装置。
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