JP6984846B2 - True azimuth measurement method - Google Patents
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Description
本発明は真方位角計測方法に関し、特に、バイアスキャンセルを用いる真方位角計測方法に関する。 The present invention relates to a true azimuth measuring method, and more particularly to a true azimuth measuring method using bias cancellation.
従来の真方位角計測方法としては、例えば以下の特許文献1に記載された真方位角計測方法が知られている。すなわち、図3に示す従来の真方位角計測方法は、真方位角計測装置1の回転部材2に搭載された角速度センサ3により地球の自転角速度を計測し、その前記自転角速度を基に真方位角を計測する。前記角速度センサ3により1回目の自転角速度計測が終了した後に、前記角速度センサ3のバイアスに起因するバイアスを除去するために、制御テーブルにあらかじめ設定された回転量だけ前記回転部材2を回転させて2回目の自転角速度計測を行う。そして1回目の計測と2回目の計測とで得られた前記自転角速度から、1回目の計測と2回目の計測とにおける前記角速度センサ3のバイアスの変化率を取得し、その変化率により前記自転角速度の計測結果からバイアスを除去する。
As a conventional true azimuth measuring method, for example, the true azimuth measuring method described in Patent Document 1 below is known. That is, in the conventional true azimuth measurement method shown in FIG. 3, the rotation angle speed of the earth is measured by the
上記のような従来の真方位角計測方法において、前記角速度センサ3の計測した前記自転角速度と、真方位角に直交する方向の自転角速度とを計測して、その前記各自転角速度の計測結果から、真方位角を計測する方法が知られている。
In the conventional true azimuth measurement method as described above, the rotation angle velocity measured by the
しかしながら、従来の真方位角計測方法において、前記自転角速度と前記方位角に直交する方向の前記自転角速度の計測結果とから真方位角を計測しようとすると、前記自転角速度又は前記方位角に直交する方向の前記自転方位角速度のいずれかが0に近い場合には、計測した前記各自転角速度の計測結果の誤差が真方位角の計測結果の誤差として大きく影響し、真方位角の測定精度が悪化するという問題点があった。 However, in the conventional true azimuth measurement method, when an attempt is made to measure the true azimuth angle from the measurement result of the rotation angle speed and the rotation angle speed in a direction orthogonal to the azimuth angle, the rotation angle speed or the azimuth angle is orthogonal to the rotation angle speed or the azimuth angle. When any of the rotation azimuth angles in the direction is close to 0, the error in the measurement result of each rotation angle velocity measured greatly affects the error in the measurement result of the true azimuth, and the measurement accuracy of the true azimuth deteriorates. There was a problem of doing.
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、真方位角計測の精度を向上させる真方位角計測方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a true azimuth measurement method for improving the accuracy of true azimuth measurement.
上記の課題を解決するために、この発明に係る真方位角計測方法は、計測対象物の真方位角計測方法であって、地球の自転角速度である第1自転角速度と、第1自転角速度に直交する方向の地球の自転角速度である第2自転角速度とを計測することにより計測対象物の真方位角を計測し、第1自転角速度又は第2自転角速度が予め定めた閾値未満である場合には、次回の真方位角を計測するときに、真方位角に予め定めたオフセット値を加算した状態で第1自転角速度及び第2自転角速度を計測することによりオフセット値が加算された真方位角を計測し、オフセット値が加算された真方位角からオフセット値を減算することで真方位角を計測する方法である。 In order to solve the above problems, the true azimuth measuring method according to the present invention is a true azimuth measuring method for an object to be measured, and has a first rotation angle speed which is the rotation angle speed of the earth and a first rotation angle speed. When the true azimuth angle of the object to be measured is measured by measuring the second rotation angle speed, which is the rotation angle speed of the earth in the orthogonal direction, and the first rotation angle speed or the second rotation angle speed is less than a predetermined threshold value. Is the true azimuth to which the offset value is added by measuring the first rotation angle speed and the second rotation angle speed with the predetermined offset value added to the true azimuth when the next true azimuth is measured. Is a method of measuring the true azimuth by subtracting the offset value from the true azimuth to which the offset value is added.
本発明に係る真方位角計測方法によれば、地球の自転角速度である第1自転角速度と、第1自転角速度に直交する方向の地球の自転角速度である第2自転角速度とを計測することにより計測対象物の真方位角を計測し、第1自転角速度又は第2自転角速度が予め定めた閾値未満である場合には、次回の真方位角を計測するときに、真方位角に予め定めたオフセット値を加算した状態で第1自転角速度及び第2自転角速度を計測することによりオフセット値が加算された真方位角を計測し、オフセット値が加算された真方位角からオフセット値を減算することで真方位角を計測するので、真方位角計測の精度を向上させることができる。 According to the true azimuth measurement method according to the present invention, the first rotation angle speed, which is the rotation angle speed of the earth, and the second rotation angle speed, which is the rotation angle speed of the earth in the direction orthogonal to the first rotation angle speed, are measured. When the true azimuth angle of the object to be measured is measured and the first rotation angle speed or the second rotation angle speed is less than a predetermined threshold value, the true azimuth angle is predetermined when the next true azimuth angle is measured. The true azimuth to which the offset value is added is measured by measuring the first rotation angle speed and the second rotation angle speed with the offset value added, and the offset value is subtracted from the true azimuth to which the offset value is added. Since the true azimuth is measured with, the accuracy of the true azimuth measurement can be improved.
以下、この発明の実施の形態の真方位角計測方法を添付図面に基づいて説明する。
まず、図1に、この発明の実施の形態の真方位角計測方法で用いる真方位角計測装置の構成図を示す。ここで、真方位角とは、真北を基準にして表した方位の角度のことを言う。測定対象物に搭載された真方位角計測装置10は、X軸加速度計40と、Y軸加速度計41と、Z軸加速度計42と、ジャイロ50と、ジャイロ回転台51と、周知のMPU60とを有している。前記ジャイロ50は、その計測の基準となる軸である計測軸を有している。前記ジャイロ50は前記ジャイロ回転台51に前記計測軸を回転可能に設置されている。なお、前記ジャイロ50は例えば光ファイバジャイロ又は機械式ジャイロ等の中精度のジャイロである。また、前記ジャイロ50として、地球の自転角速度を検出できる分解能を有するならば、さらに低精度のジャイロを用いてもよい。
Hereinafter, the true azimuth measurement method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, FIG. 1 shows a configuration diagram of a true azimuth measuring device used in the true azimuth measuring method according to the embodiment of the present invention. Here, the true azimuth refers to the angle of the azimuth expressed with respect to true north. The true azimuth measuring device 10 mounted on the object to be measured includes an X-axis accelerometer 40, a Y-axis accelerometer 41, a Z-axis accelerometer 42, a
前記X軸加速度計40と、前記Y軸加速度計41と、前記Z軸加速度計42と、前記ジャイロ50と前記ジャイロ回転台51とは、前記MPU60に電気的に接続されている。前記MPU60には、前記X軸加速度計40、前記Y軸加速度計41、前記Z軸加速度計42、前記ジャイロ50からの各計測結果が入力される。また、前記MPU60からは、前記ジャイロ回転台51を制御するための制御信号が出力される。
The X-axis accelerometer 40, the Y-axis accelerometer 41, the Z-axis accelerometer 42, the
前記MPU60は、前記真方位角計測装置10の外部に設置されたパソコンである記録部70に周知のRS−232Cケーブルを介して接続されている。前記記録部70は前記MPU60と計測情報を双方向に通信する。なお、前記記録部70はパソコン以外の適当なコンピュータであってもよいし、前記MPU60と接続される手段は他の種類のケーブルや無線通信であってもよい。 The MPU 60 is connected to a recording unit 70, which is a personal computer installed outside the true azimuth measuring device 10, via a well-known RS-232C cable. The recording unit 70 communicates measurement information with the MPU 60 in both directions. The recording unit 70 may be an appropriate computer other than a personal computer, and the means for connecting to the MPU 60 may be another type of cable or wireless communication.
前記真方位角計測装置10は、外部に設置された装置電源80から電力を供給されている。 The true azimuth measuring device 10 is supplied with electric power from a device power source 80 installed outside.
次に、この実施の形態の真方位角計測方法の原理を説明する。
前記ジャイロ50の計測軸が、ある真方位角Headで示される真方位を向いているとき、前記ジャイロ50が検出する地球の自転角速度である第1自転角速度ωxは式(1)で表される。
また、Headに直交する方向の地球の自転角速度である第2自転角速度ωyは式(2)で表される。
When the measurement axis of the
Further, the second rotation angular velocity ωy, which is the rotation angular velocity of the earth in the direction orthogonal to the head, is expressed by the equation (2).
式(1)〜(3)に示した通り、前記ジャイロ50の計測軸に直交する前記第2自転角速度ωyを計測することにより、真方位角Headを求めることができる。しかし、式(3)から理解できるように、この方法では、前記第1自転角速度ωx又は前記第2自転角速度ωyの値のいずれかが0に近い場合は、前記第1自転角速度ωx及び前記第2自転角速度ωyの誤差が、真方位角Headの計測結果の誤差として大きく影響する。
As shown in the formulas (1) to (3), the true azimuth angle Head can be obtained by measuring the second rotation angular velocity ωy orthogonal to the measurement axis of the
また、この実施の形態で用いる中精度又は低精度の前記ジャイロ50は、地球の前記第1自転角速度ωx及び前記第2自転角速度ωyを大きく上回るバイアスを有する。したがって、計測結果からバイアスを除去するために、前記ジャイロ回転台51により前記ジャイロ50を回転させて計測軸を回転させた後に、再度前記第1自転角速度ωx及び第2自転角速度ωyを計測する、バイアスキャンセルを行う。
Further, the medium-precision or low-
次に、この実施の形態真方位角計測方法の具体的な方法を説明する。
前記MPU60は、図2に示すように、前記ジャイロ回転台51を回転させ、前記ジャイロ50の計測軸を任意の方向の角度αに向ける。ここで、前記真方位角計測装置10の制御上のゼロ点を角度α=0°とする。前記ジャイロ50は角速度の計測値b0を計測し、前記MPU60を介して前記記録部70へ計測値b0を送信する。前記記録部70は、計測値b0を記録する。
Next, a specific method of this embodiment true azimuth measurement method will be described.
As shown in FIG. 2, the MPU 60 rotates the gyro rotary table 51 and directs the measurement axis of the
次に、前記MPU60は、バイアスキャンセルをして計測値を得るため、前記ジャイロ回転台51を回転させ、前記ジャイロ50の計測軸をα+90°に向ける。前記ジャイロ50は角速度の計測値b1を計測し、前記MPU60を介して前記記録部70へ計測値b1を送信する。前記記録部70は、計測値b1を記録する。
Next, in order to cancel the bias and obtain the measured value, the MPU 60 rotates the gyro rotary table 51 and directs the measuring axis of the
次に、前記MPU60は、バイアスキャンセルをして計測値を得るため、前記ジャイロ回転台51を回転させ、前記ジャイロ50の計測軸をα+180°に向ける。前記ジャイロ50は角速度の計測値b2を計測し、前記MPU60を介して前記記録部70へ計測値b2を送信する。前記記録部70は、計測値b2を記録する。
Next, in order to cancel the bias and obtain the measured value, the MPU 60 rotates the gyro rotary table 51 and directs the measuring axis of the
次に、前記MPU60は、バイアスキャンセルをして計測値を得るため、前記ジャイロ回転台51を回転させ、前記ジャイロ50の計測軸をα+270°に向ける。前記ジャイロ50は角速度の計測値b3を計測し、前記MPU60を介して前記記録部70へ計測値b3を送信する。前記記録部70は、計測値b3を記録する。
Next, in order to cancel the bias and obtain the measured value, the MPU 60 rotates the gyro rotary table 51 and directs the measuring axis of the
次に、前記MPU60は、前記記録部70から計測値b1〜b4を受信する。そして、
ωx=b0−b2
ωy=b1−b3
の計算を行い、前記第1自転角速度ωx及び前記第2自転角速度ωyを求める。
Next, the MPU 60 receives the measured values b1 to b4 from the recording unit 70. and,
ωx = b0-b2
ωy = b1-b3
Is calculated to obtain the first rotation angular velocity ωx and the second rotation angular velocity ωy.
前記第1自転角速度ωx又は前記第2自転角速度ωyが、予め設定した0に近い値の閾値未満である場合には、上記のように前記第1自転角速度ωx及び前記第2自転角速度ωyの誤差が、真方位角Headの計測結果の誤差として大きく影響する。そのため、2回目以降の計測においては、αに一定のオフセット値であるβを加えた状態で上記計測を行うように前記ジャイロ回転台51を回転させる。すなわち、計測軸がα+βの計測値b0’、計測軸がα+β+90°の計測値b1’、計測軸がα+β+180°の計測値b2’、計測軸がα+β+270°の計測値b3’をそれぞれ前記ジャイロ50が計測し、前記記録部70が記録する。
When the first rotation angular velocity ωx or the second rotation angle ωy is less than the threshold value close to 0 set in advance, the error between the first rotation angular velocity ωx and the second rotation angle ωy as described above. However, it greatly affects the error of the measurement result of the true azimuth angle Head. Therefore, in the second and subsequent measurements, the gyro rotary table 51 is rotated so as to perform the above measurement in a state where β, which is a constant offset value, is added to α. That is, the
前記MPU60は、前記記録部70から計測値b1’〜b4’を受信する。そして、
ωx’=b0’−b2’
ωy’=b1’−b3’
の計算を行い、前記第1自転角速度ωx’及び前記第2自転角速度ωy’を求める。
The MPU 60 receives measured values b1'to b4' from the recording unit 70. and,
ωx'= b0'-b2'
ωy'= b1'-b3'
Is calculated to obtain the first rotation angular velocity ωx'and the second rotation angular velocity ωy'.
2回目以降の計測では、前記オフセット値βを加えた状態で、前記第1自転角速度ωx’及び前記第2自転角速度ωy’の値を計測しているので、前記第1自転角速度ωx’及び前記第2自転角速度ωy’が閾値未満にならない。そのため、前記第1自転角速度ωx’及び前記第2自転角速度ωy’の誤差が、真方位角Headの計測結果の誤差として影響しにくい。 In the second and subsequent measurements, since the values of the first rotation angular velocity ωx'and the second rotation angular velocity ωy' are measured with the offset value β added, the first rotation angular velocity ωx'and the said The second rotation angular velocity ωy'does not fall below the threshold value. Therefore, the error between the first rotation angular velocity ωx'and the second rotation angular velocity ωy'is less likely to affect as an error in the measurement result of the true azimuth angle Head.
次に、前記MPU60は前記第1自転角速度ωx’及び前記第2自転角速度ωy’と式(3)とから真方位角Headを算出し、真方位角Headの値から前記オフセット値βを減算する。次に、前記MPU60は、前記ジャイロ回転台51を制御する上での角度αのゼロ点と、前記真方位角計測装置10としてのゼロ点との差を真方位角Headに加算し、真方位角の計測値として出力する。 Next, the MPU 60 calculates the true azimuth angle Head from the first rotation angular velocity ωx'and the second rotation angle velocity ωy'and the equation (3), and subtracts the offset value β from the value of the true azimuth angle Head. .. Next, the MPU 60 adds the difference between the zero point of the angle α for controlling the gyro turntable 51 and the zero point of the true azimuth measuring device 10 to the true azimuth head, and the true azimuth. Output as a measured value of the angle.
なお、前記オフセット値βの値は10°以下であると計測結果をオフセットさせる効果が小さいため、10°を超えることが望ましい。しかし、前記オフセット値βが45°を超えると、例えば前記第1自転角速度ωxを0に近い閾値未満にしないために前記オフセット値を加えても、逆に前記第2自転角速度ωyが0に近くなるために、前記オフセット値βを加える意味がなくなる。したがって、予め設定する前記オフセット値βの望ましい値は、10°を超え且つ45°以下であり、さらに経験的には30°以上45°以下であることが望ましい。 If the offset value β is 10 ° or less, the effect of offsetting the measurement result is small, so it is desirable that the offset value β exceeds 10 °. However, when the offset value β exceeds 45 °, for example, even if the offset value is added so as not to make the first rotation angular velocity ωx less than the threshold value close to 0, the second rotation angular velocity ωy is conversely close to 0. Therefore, there is no point in adding the offset value β. Therefore, the desirable value of the offset value β set in advance is more than 10 ° and 45 ° or less, and empirically, it is desirable that it is 30 ° or more and 45 ° or less.
このように、測定対象物の真方位角計測方法であって、地球の自転角速度である前記第1自転角速度ωxと、前記第1自転角速度ωxに直交する方向の地球の自転角速度である前記第2自転角速度ωyとを計測することにより測定対象物の前記真方位角Headを計測し、前記第1自転角速度ωx又は前記第2自転角速度ωyが予め定めた閾値未満である場合には、次回の前記真方位角Headを計測するときに、前記真方位角Headに予め定めたオフセット値βを加算した状態で前記第1自転角速度ωx’及び前記第2自転角速度ωy’を計測することにより前記オフセット値βが加算された前記真方位角Headを計測し、前記オフセット値βが加算された前記真方位角Headから前記オフセット値βを減算することで前記真方位角を計測するので、真方位角計測の精度を向上させることができる。 As described above, in the method for measuring the true azimuth angle of the object to be measured, the first rotation angle velocity ωx which is the rotation angle velocity of the earth and the rotation angle velocity of the earth in the direction orthogonal to the first rotation angle velocity ωx. 2 The true azimuth angle Head of the object to be measured is measured by measuring the rotation angle velocity ωy, and if the first rotation angle velocity ωx or the second rotation angle velocity ωy is less than a predetermined threshold value, the next time. When measuring the true azimuth head, the offset is obtained by measuring the first rotation angle velocity ωx'and the second rotation angle velocity ωy'in a state where a predetermined offset value β is added to the true azimuth head. Since the true azimuth angle is measured by measuring the true azimuth head to which the value β is added and subtracting the offset value β from the true azimuth angle head to which the offset value β is added, the true azimuth angle is measured. The accuracy of measurement can be improved.
なお、この実施の形態ではバイアスキャンセルのために前記ジャイロ50の計測軸をα+90°,α+180°,α+270°にそれぞれ向けた状態で計測を行ったが、αに加える角度は360°未満の範囲内で任意の角度であってもよい。
In this embodiment, the measurement was performed with the measurement axes of the
なお、本発明による真方位角計測方法の要旨としては、以下の通りである。すなわち、測定対象物の真方位角計測方法であって、地球の自転角速度である前記第1自転角速度ωxと、前記第1自転角速度ωxに直交する方向の地球の自転角速度である前記第2自転角速度ωyとを計測することにより測定対象物の前記真方位角Headを計測し、前記第1自転角速度ωx又は前記第2自転角速度ωyが予め定めた閾値未満である場合には、次回の前記真方位角Headを計測するときに、前記真方位角Headに予め定めたオフセット値βを加算した状態で前記第1自転角速度ωx’及び前記第2自転角速度ωy’を計測することにより前記オフセット値βが加算された前記真方位角Headを計測し、前記オフセット値βが加算された前記真方位角Headから前記オフセット値βを減算することで前記真方位角を計測する方法である。 The gist of the true azimuth measurement method according to the present invention is as follows. That is, it is a method for measuring the true azimuth of the object to be measured, and is the first rotation angular velocity ωx which is the rotation angular velocity of the earth and the second rotation angle velocity of the earth which is the direction orthogonal to the first rotation angular velocity ωx. The true azimuth angle Head of the object to be measured is measured by measuring the angular velocity ωy, and when the first rotation angle velocity ωx or the second rotation angle velocity ωy is less than a predetermined threshold value, the next true azimuth angle ωy is measured. When measuring the azimuth head, the offset value β is measured by measuring the first rotation angular velocity ωx'and the second rotation angular velocity ωy'in a state where a predetermined offset value β is added to the true azimuth head. This is a method of measuring the true azimuth angle by measuring the true azimuth angle Head to which the above is added and subtracting the offset value β from the true azimuth angle Head to which the offset value β is added.
本発明による真方位角計測方法は、測定対象物の真方位角計測方法であって、地球の自転角速度である第1自転角速度と、第1自転角速度に直交する方向の地球の自転角速度である第2自転角速度とを計測することにより測定対象物の真方位角を計測し、第1自転角速度又は第2自転角速度が予め定めた閾値未満である場合には、次回の真方位角を計測するときに、真方位角に予め定めたオフセット値を加算した状態で第1自転角速度及び第2自転角速度を計測することによりオフセット値が加算された真方位角を計測し、オフセット値が加算された真方位角からオフセット値を減算することで真方位角を計測するので、真方位角計測の精度を向上させることができる。 The true azimuth measurement method according to the present invention is a true azimuth measurement method for an object to be measured, and is a first rotation angle speed which is the rotation angle speed of the earth and a rotation angle speed of the earth in a direction orthogonal to the first rotation angle speed. The true azimuth of the object to be measured is measured by measuring the second rotation angle speed, and when the first rotation angle speed or the second rotation angle speed is less than a predetermined threshold, the next true azimuth is measured. Occasionally, the true azimuth to which the offset value was added was measured by measuring the first rotation angle speed and the second rotation angle speed in a state where a predetermined offset value was added to the true azimuth, and the offset value was added. Since the true azimuth is measured by subtracting the offset value from the true azimuth, the accuracy of the true azimuth measurement can be improved.
β オフセット値
ωx 第1自転角速度
ωy 第2自転角速度
Head 真方位角
β Offset value ωx 1st rotation angular velocity ωy 2nd rotation angular velocity Head True azimuth
Claims (1)
地球の自転角速度である第1自転角速度と、
前記第1自転角速度に直交する方向の地球の自転角速度である第2自転角速度と
を計測することにより前記計測対象物の真方位角を計測し、
前記第1自転角速度又は前記第2自転角速度が予め定めた閾値未満である場合には、次回の前記真方位角を計測するときに、前記真方位角に予め定めたオフセット値を加算した状態で前記第1自転角速度及び前記第2自転角速度を計測することにより前記オフセット値が加算された前記真方位角を計測し、
前記オフセット値が加算された前記真方位角から前記オフセット値を減算することで前記真方位角を計測する、真方位角計測方法。 It is a method of measuring the true azimuth of the object to be measured.
The first rotation angular velocity, which is the rotation angular velocity of the earth,
The true azimuth angle of the object to be measured is measured by measuring the second rotation angular velocity, which is the rotation angular velocity of the earth in the direction orthogonal to the first rotation angular velocity.
When the first rotation angular velocity or the second rotation angular velocity is less than a predetermined threshold value, the predetermined offset value is added to the true azimuth when the next true azimuth is measured. By measuring the first rotation angular velocity and the second rotation angular velocity, the true azimuth to which the offset value is added is measured.
A true azimuth measuring method for measuring the true azimuth by subtracting the offset value from the true azimuth to which the offset value is added.
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