JPH01127907A - 光学式方位測定装置による方位測定方法及びその方位測定方法に用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 充凱勿ｌ煎 （産業上の利用分野） 本発明は、　Ｓａｇｎａｃ効果を利用したリングレーザ
−ジャイロ、光フアイバジャイロ等の光学式ジャイロス
コープを使用した光学式方位測定装置により、緯度、方
角等の方位をａｌｌＪ定する方位測定方法及びこの方位
測定方法に用いる装置に関する。

（従来の技術） 近時、　Ｓａｇｎａｃ効果を利用したリングレーザ−ジ
ャイロ、光フアイバジャイロ等の光学式ジャイロスコー
プを使用した光学式方位測定装置が開発されつつある。

ここで、Ｓａｇｎａｃ効果とは、閉じた光ループが回転
を受けた場合に生じる光の位相変化量が下記の式に従っ
て求められるという効果である。

Δθ＝（８πＮ　Ｓ／　ｃλ）・Ω ここで、Ｎは光が閉じた光ループを回った回数。

Ｓはその閉じた光ループを囲む面積、Ｃは光速塵、・λ
は光の波長、Ωは回転角速度、Δθは閉じたループ光路
を右回りに回る光と左回りに回る光との位相差である。

この光学式ジャイロスコープは、センシング軸回りの回
転を検出するもので、センシング軸とは光学式ジャイロ
スコープの光ループが形成する平面（ジャイロ面という
）に直交する軸をいう。

第１図（ａ）に示すように、地球Ｅの自転軸Ｊとセンシ
ング軸にとが直角になるようにして光学式方位測定装置
のジャイロ部１をセットすると、ジャイロ部１は地球Ｅ
の自転の影響を全く受けないが、自転軸Ｊとセンシング
軸にとが直角にならないように光学式方位測定装置のジ
ャイロ部１がセットされているとき、例えば、第１図（
ｂ）に示すように、センシング軸にと自転軸Ｊとの為す
角度がαの状態で光学式方位測定装置のジャイロ部１が
セットされているとき、地球Ｅの自転の角速度をΩ、と
すると、光学式方位測定装置のジャイロ部１が感じる地
球Ｅの自転の角速度成分Ωは、Ω＝Ω、“ｃｏｓα である。

そこで、光学式方位測定装置のジャイロ部１を第１図（
ａ）、第１図（ｂ）に示すように等角速度で回転させる
と、光学式方位測定装置のジャイロ部１は、角速度Ω６
でのジャイロ出力をＶ（Ω６）とすると、ジャイロ部１
が１回転する度に１周期の正弦波形Ｖ＝Ｖ（Ω、　）・
ｃｏｇ　ａ・ｓｉｎ　ｔを出力する（第１図（ｃ）を参
照）。ここで、符号ｔは時間あるいはジャイロ部１の回
転角であり、ｔ＝０において、Ω＝０とする。従って、
光学式方位測定装置のジャイロ部ｌの姿勢により方位を
決定できる。なお。

ジャイロ部１の回転数を高くすると、これに伴ってジャ
イロ部１から出力されるジャイロ出力としての正弦波形
の周波数が高くなる。

そこで、従来の光学式方位測定装置では、そのジャイロ
部１を等速で連続回転させて得られる正弦波に基づいて
方位を決定するようにしている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、回転物体には、一般に軸ぶれがあり、ジャイロ
部１を回転させたときに生じる軸ぶれは、正弦波出力に
不要の誤差を与えることになる。このとき、ジャイロ部
１は、地球自転とは別のジャイロ部１そのものに与えら
れた回転角速度のセンシング軸にへのベクトル射影分と
しての回転成分を感じる。

ここで、ジャイロ部１の回転スピードが１秒間に１回転
であるとして、ジャイロ部１が１回転するうちに回転軸
が１′傾くものとすると、ジャイロ部１が１回転する際
に、ジャイロ部１がセンシング軸にの回りに感じる回転
角速度ΔΩは、ΔΩ＝　２　ｔｃ　Ｘ５ｉｎ　　１　’
　　＝３．０４６Ｘ１０−″（ｒａｄ　／　５ｅｃ）一
方、地球Ｅの自転の角速度Ω６は。

Ω、　＝７．２７２ｘｌＯ−”（ｒａｄ／５ｅｅ）であ
る。

よって、ジャイロ部１の回転スピードが１秒間に１回転
であるとして、ジャイロ部１が１回転するうちに回転軸
が１″ｌ傾くような軸ぶれが生じているものとすると、
地球Ｅの自転の約半分の回転角速度を軸ぶれによって受
けることになる。この軸ぶれは不規則に生じるので、ジ
ャイロ部１を回転させることによって得られるジャイロ
出力は、正弦波形から大きくはずれたものとなる。この
軸ぶれの影響を無視できる程度の軸精度を得るには。

相当に高度の製作技術が必要である。

また、ジャイロ部ｌの回転スピードの変動も正弦波形が
劣化する原因であり、ジャイロ部１を回転させることに
よって得られるジャイロ出力は、回転スピードの変動に
基づく誤差成分、軸ぶれの変動に基づく誤差成分が複雑
に絡み合って正弦波形から離れたものとなる。

加えて、ジャイロ部１を回転させることによって得られ
るジャイロ出力の誤差原因としては零点ドリフトという
ものがある。この零点ドリフトは、比較的低周波で生じ
るもので、従来は、この零点ドリフトを避けるため、ジ
ャイロ部１の回転速度に対応する周波数を中心とするバ
ンドパス特性を備えたバンドパスフィルタを設け、ジャ
イロ出力をこのバンドパスフィルタに通すようにしてい
るが、この零点ドリフトを避けるためには、このバンド
パスフィルタの帯域幅が狭くかつ中心周波数ができる限
り高い方が望ましい。よって、ジャイロ部１の回転スピ
ードはできる限り大きく設定することが好ましいのであ
るが、ところが、ジャイロ部１の回転スピードを上げる
と、軸ぶれに基づく影響が顕著になる。

更に、ジャイロ部１の回転を軸ぶれのない状態で理想的
に行なわせることができたとしても、回転軸２とジャイ
ロ部１の真のジャイロ面３との間に傾きがある場合には
、回転軸２が鉛直軸方向にあるものとして、赤道以外の
場所で方位を測定するときに、正弦波形の正負の振幅値
が異なり、得られたジャイロ出力は回転軸２とジャイロ
部１の真のジャイロ面３との間の傾きによる影響も受け
るという問題点がある。

これらの誤差要因を軽減するためには、高度な製作技術
を駆使しなければならないが、そのように高度な製作技
術を駆使したとしてもこれらの誤差要因を完全に取り除
くことは困難である。

加えて、光学式方位測定装置では、センシング軸にの自
転軸Ｊに対する角度αが大きくなると、すなわち、高緯
度で方位を測定するものとすると、ジャイロ出力の振幅
値が非常に小さくなり、方位測定がほとんど困難となる
。

（発明の目的） 本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので。

従来の光学式方位測定装置が有する上記各種の欠点を解
消することのできる光学式方位測定装置による方位測定
方法及びその方位測定方法に用いる装置を提供すること
にある。

λ吸夙復媛 （問題点を解決するための手段） 本発明に係る光学式方位測定装置による方位測定方法の
特徴は、光学式方位測定装置のジャイロ部が感じる地球
の自転の回転角速度が略ゼロとなるようにジャイロ面を
向けて静止させ、この静止位置でのジャイロ出力と基準
位置に対する静止位置との関係を求め、次に、前記ジャ
イロ部をその静止位置から１８００回転させて静止させ
、前記ジャイロ部の１８００回転停止位置とこの１８０
０回転停止位置でのジャイロ出力との関係を求め、この
操作を複数回繰り返し、このようにして得られた関係量
を複数個求めて、ジャイロ面が向いている方位を測定す
るところにある。

本発明に係る光学式方位測定装置による方位測定方法に
用いる装置の特徴は、 ジャイロ部を回転させる回転軸と、該回転軸を含めてジ
ャイロ部を前記回転軸と直交する面内で回転させる回転
支軸と、前記回転支軸の所定回動位置で前記ジャイロ部
の回転軸と同軸となる回転軸とを備え、緯度が高くなる
ことに伴うジャイロ出力の低下を補正するために前記ジ
ャイロ部が感じる地球の自転の回転角速度が大きくなる
ようにジャイロ面を前記回転支軸の回りに回動させて方
位を測定するところにある。

（実施例） 以下に、本発明に係る光学式方位測定装置による方位ｄ
Ｉり定力法及びこの方位測定方法に用いる装置の実施例
を図面を参照しつつ説明する。

第２図は本発明に係る光学式方位測定装置による方位測
定方法及びこれに用いる装置の第１実施例を示すもので
、１０は定盤部、１１はジャイロ部である。定盤部１０
にはモータ１２が固定されている。

モータ１２は回転軸１３を有する。ジャイロ部１１は回
転軸Ｉ３に取付けられ、その回転軸１３を中心に回転さ
れる。モータ１２の上部には回転軸１３と同心にエンコ
ーダ板１４が固定されている。ジャイロ部１１の下部に
はエンコーダー読み取り部１５が設けられている。エン
コーダー読み取り部１５はたとえばジャイロ部１１の外
形から判断したジャイロ面１７の回転位置を読むものと
する。ジャイロ部１１にはセンシング軸Ｋが回転軸１３
と直交するようにして光ループが形成されている。なお
、この実施例では、エンコーダ板１４を固定し、エンコ
ーダー読み取り部１５を回転させる構成となっているが
、エンコーダー読み取り部１５を定盤部１０に固定し、
エンコーダ板１４をジャイロ部１１に取付けて回転させ
る構成とすることもできる。

モータ１２の回転軸１３が鉛直軸方向となるようにセッ
トしてモータ１２を回転させると、ジャイロ面１７の向
きの変化によってジャイロ出力としての正弦波形が得ら
れる。そこで、まず、ジャイロ部１１をゆっくり連続的
に一回転させる。このときのジャイロ部１１のジャイロ
出力とエンコーダー読み取り部１５の出力とを信号処理
回路（図示を略す）に送る。ジャイロ部１１を連続的に
一回転させると、正弦波形に基づき大まかに東西南北の
方位を決定することができる。また、ジャイロ部１１を
連続的に一回転させなくとも、９０１ずつ４箇所でジャ
イロ部１１の回転を止めて測定を行なうと、その９０“
毎の各回転静止位置におけるジャイロ出力が得られ、こ
の方位測定方法によっても大まかに東西南北の方位を決
定することができる。光学式ジャイロスコープには、そ
の分解能が０．０１＠／ｈの高精度のものがあるが、た
とえば、分解能０．１″’／ｈのものを使用しても、赤
道上では約２３′の精度で方位を大まかに決めることが
できる。なお、ここで、記号りは時間を示している。

次に、ジャイロ部１１のセンシング軸Ｋが大まかに求め
た東西方向にくるようにしてジャイロ部１１を固定する
。ここで、ジャイロ面１７を東西方向に向かせるように
したのは、正弦波曲線の変化率が最も大きい箇所がゼロ
点近傍であり、角度のずれに対するジャイロ出力の変化
が大きいからである。

その東西方向にセンシング軸Ｋを向けると、ジャイロ部
１１が感じる地球Ｅの自転の回転角速度Ω。

はほぼゼロである。このとき、ジャイロ部１１は第１図
（ａ）に近い状態で静止されている。この状態で、エン
コーダ板１４の目盛とジャイロ部１１からのジャイロ出
力とを読む、ジャイロ部１１のジャイロ出力の値として
は、所定の時間で平均したものを用いる。

次に、ジャイロ部１１をモータ１２によりその静止位置
から回転角度にして１８００だけす早く回転させる。な
お、その回転角度の精度は後述する精度内であれば１８
０”でなくとも良い。このジャイロ部１１の回転中、ジ
ャイロ部１１からのジャイロ出力による測定を中断する
。そして、そのジャイロ部１１の１８０度回転静止位置
でエンコーダ板１４の目盛とジャイロ部１１からのジャ
イロ出力とを読む。ジャイロ部１１のジャイロ出力の値
としては、１８０゜前の回転静止位置での時間と同じ時
間で平均したものを用いる。

詳細には、まず、第３図に示すように、ジャイロ部１１
のジャイロ出力が略ゼロになる回転静止位置でのエンコ
ーダー板１４の出力を工、ジャイロ部１１のジャイロ出
力の平均値をｙとする。ただし、出カニは基準線Ａから
のカウント値とする。次に、ジャイロ部１１を矢印Ｍ方
向に１８０’回転させて停止させた回転静止位置でのエ
ンコーダー板１４の出力を工′、ジャイロ部１１のジャ
イロ出力の平均値をｙ′とする。このジャイロ部１１の
ジャイロ出力ｙ、ｙ’の差Ｙ＝ｙ　’−ｙ、エンコーダ
ー板１４の出カニ、工′の平均Ｘ＝（工＋工′）／２を
信号処理回路により計算する。

この平均値Ｘ、差Ｙの意味を第４図、第５図を参照しつ
つ説明する。その第４図は理想正弦波を示しており、横
軸はエンコーダー板１４の読み取り値、縦軸はジャイロ
部１１のジャイロ出力と考えることができ、またＯはジ
ャイロ部１１の出力がゼロになるエンコーダー板１４の
読み取り値を示している。Ｘの値が０＋９０°のとき、
Ｙの値はゼロである（第４図の黒丸印参照）。Ｘの値が
Ｏ＋９０°でないとき、たとえば、Ｘ＞　０　＋９０＠
のとき、ＹくＯ（第４図の白丸印参照）、Ｘくθ＋９０
°のとき、Ｙ〉０である（第４図の白玉角印参照）。実
測したＸ、Ｙの値を第５図に示すようにグラフとしてプ
ロットする。この測定を繰り返し行なうと、数多くのデ
ータＸＬ、Ｙ、が得られる。これらのデータｘ、、ｙ、
は略直線上にプロットされるはずである。したがって、
これらのデータｘＬ、　ｙ、に基づき最小自乗法を用い
て直線近似し、その最小自乗法により得られた直線Ｔと
Ｘ座標との交点Ｚを求めれば、真の０＋９０’の位置、
つまり、この例では、基準線Ａを基準にした正確な東又
は西の方位を決定できる。この東又は西の方位の何れで
あるかは、大まかに得られた方位により、あるいは、そ
の得られた直線の傾きにより判断することができる。

ところで、正弦波形のゼロ点における接線を引いたとき
、ゼロ点から１°ずれた場所での正弦波形からの誤差は
、０．００５％にすぎない。ゼロ点から２°ずれたとし
ても０．０２％程度である。よって、大まかに測定した
方位の測定精度を考慮して、この回転精度は、１８０’
士ピの範囲で行なえば十分である。

この回転は、エンコーダ板１４の目盛を基準にして行な
えば、容易にその範囲内にジャイロ部１１を停止させる
ことができる。大まかな方位の目盛を中心にたとえば１
８０”±１″の範囲内にジャイロ部１１が静止するよう
にエンコーダ板１４の目盛を読みながら素早く回転させ
れば良い。従って、エンコーダ板１４の目盛を基準に回
転させ、ある範囲内の場所にジャイロ部１１を静止させ
ることにより、正弦波の直線付近から大きくはずれた部
分のデータを使用しないですむ。もしも、１８００の回
転が理想的に行われるとすれば、常に同じエンコーダ板
１４の出力箇所での測定となり、最終的な方位測定を行
なうことが不可能となるが、この場合は１８０度の値を
強制的に変化させることにより行なう。

この方位測定方法並びに信号処理方法によれば、ジャイ
ロ部１１のジャイロ出力のゼロ点ドリフトの影響をほと
んど受けない。というのは、ゼロ点ドリフトは正弦波形
を上下方向にドリフトさせるものであるが、第１回目の
測定から第ｎ回目の測定までジャイロ部１１のジャイロ
出力が一定方向にドリフトしてその量が大きくなったと
しても、Ｙの値は差を求めているので、基本的にドリフ
トの影響はない。但し、１回の測定中におこるドリフト
は誤差としてあられれる。しかし、これは、１回の測定
時間、つまり、ジャイロ部１１の静止から静止までのジ
ャイロ部１１の回転に必要とする時間とジャイロ出力を
平均するのに要する時間とをできる限り短かくすること
により、この１回の測定によって生ずるドリフト誤差を
回避できる。

ここで、回転軸１３が鉛直軸方向にあり、ジャイロ部１
１の真のジャイロ面１７が回転軸１３に対して第６図に
示すように傾いているとする。この場合には、ジャイロ
部１１を回転させることによって得られるジャイロ出力
は、単純な正弦波形であるとみなすことができない。赤
道上での測定であれば、ゼロ点を中心に正負の対称な波
形となり、問題は生じない。しかし、赤道上での測定で
ないときには、ジャイロ部１１のジャイロ出力の振幅が
正の場合と負の場合とで異なり、赤道から離れるに従っ
て、すなわち、緯度が高くなるに伴ってその割合が大き
くなる。また、第６図に示す状態からジャイロ部１１を
９０°回転させたときは、真のジャイロ面１７と地球Ｅ
の自転軸Ｊとが垂直になり、ジャイロ部１１の感じる回
転はゼロである。この状態でジャイロ部１１を連続回転
させた時のジャイロ部１１が感じる回転のうち地球Ｅの
自転成分のみの回転角速度成分は、以下の式によって与
えられる。

Ω＝Ω、・（ｓｉｎ　β）・ｃｏｓ（α＋δ・ｓｉｎ　
β）ここで、βは回転角であり、β＝０において、ジャ
イロ部１１が感じる自転成分はゼロとなるものとする。

この波形は、そのゼロ付近では、δ＝Ｏのときからのジ
ャイロ出力変化の割合は、ごく微小であり、その振幅の
最も大きくなるところで、その変化の割合が最大になる
という変則的な波形になる。

よって、従来のジャイロ部１１を連続回転させて方位測
定を行なう方法では、真のジャイロ面１７と回転軸１３
との間に傾きδがあってはならないことになる。

ところが、本発明に係る方位測定方法では、ジャイロ部
１１が感じる回転がゼロ付近の部分しか。

使用しないのでこの問題がほとんど回避される。

従って、ジャイロ部１１の取付けに特別の精度を必要と
せず、かつ、傾きを補正する機構も必要としないゆ 以上説明したように、ジャイロ部１１をまず１回転させ
るか、１回転のうち数箇所でジャイロ部１１を静止させ
てジャイロ部１１のジャイロ出力とエンコーダー板１４
の出力とを測定することにより大まかな方位を決定し１
次に、ジャイロ部１１のセンシング軸Ｋが大まかに東西
方向に向くように静止させ、この静止位置とこの静止位
置から１８００回転させた回転静止位置とでのジャイロ
部１１のジャイロ出力とエンコーダ板１４の出力とを測
定し、この測定を繰り返し行なうことによって、従来の
光学式方位測定装置が内包する回転系に基づく問題点を
回避できる。

また、前述した信号処理方法によればゼロ点ドリフトの
影響もほとんどない。さらに、ジャイロ部１１の取付け
においても特別の精度を必要としない。

例えば、分解能０．１°／ｈの光学式ジャイロスコープ
を使用して赤道上で１０分間のデータ測定を行なうと、
約±３０′の精度で方位を決定でき、得られる精度は測
定時間とジャイロ部１１の分解能に係ってくる。

なお、この実施例では、エンコーダ板１４の出力はジャ
イロ部１１の外形から判断したジャイロ面１７の位置を
読んでいる。したがって、真のジャイロ面１７の位置を
読んでいるとはいえない。そこで。

この誤差を除去するために、光学式方位測定装置をその
定盤部ｌＯが下にある正規の状態で方位を測定した測定
値と光学式方位測定装置をその定盤部１０が上にありジ
ャイロ部１１が下にある逆様の状態で方位を測定した測
定値との平均をとることによりこの誤差を除去する。こ
の真のジャイロ部１７どの差に基づく誤差は、方向、大
きさ共に一定であるので、信号処理回路にその誤差分を
記憶させておけば、補正でき、以後の方位測定では考慮
しなくともよい。

以上の方位測定方法は、赤道上、すなわち、α＝Ｏの地
点で、地球自転の成分が最も大きくなるため感度が最も
良好である。そして、赤道から離れるに伴ってジャイロ
部１１が感じる地球の回転角速度成分はΩＥｃｏＢαと
なり、高緯度では感度が悪くなる。たとえば、α＝４５
°では赤道上と同じ精度を得るには２倍の測定時間が必
要である。

次に１本発明に係る光学式方位測定装置による方位測定
方法及びこれに用いる装置の第２実施例を説明する。

第７図に示すように、緯度αに等しい角度だけジャイロ
部１１のジャイロ面１７を傾ける。すると、地球Ｅの自
転の成分を感じる割合が最大となる。

よって、常に赤道上での測定と同様になり、ジャイロ部
１１の取付は精度を更に軽減することができることにな
る。

そこで、第８図に示すように、光学式方位測定装置を構
成するものとする。その第８図において、１８は筐体で
ある。この筐体１８には回転支軸１９．１９が設けられ
ている。この回転支軸１９の軸心はエンコーダＦｉ１４
の回転面内にあり、その軸心は回転軸１３の軸心と直交
している。その回転支軸１９．１９は筐体２０に回転可
能に取付けられている。筺体２０にはその側壁にモータ
２１が固定されている。モータ２１の回転軸２２には図
示を略すギヤが設けられ、そのギヤは回転軸１９に取付
けられたギヤ２３に噛合されている。

筺体１８はそのモータ２１．ギヤ２３により回転支軸１
９．１９を中心に回転される。ギヤ２３が取付けられて
いない側の回転支軸１９にはエンコーダ２４が取付けら
れる。筐体２０は回転テーブル３０上に設置されている
。その回転テーブル３０は回転軸３１を有し、回転軸３
１は鉛直軸方向を向いている。回転軸３１と回転軸Ｉ３
とは、モータ２１により筐体１８をある角度回転させる
と一致するように設計されている。

回転テーブル３０はモータ３２により回転されるものマ
、３３はそのモータ３２と回転テーブル３０との回転伝
達機構としてのギヤ列を示している。回転テーブル３０
の・回転軸３１にはエンコーダ板３４が取付けられ、エ
ンコーダ板３４の中心は回転軸３１に一致する。回転テ
ーブル３０の上部にはそのエンコーダ板３４と同心にエ
ンコーダ読み取り部３５が設けられている。これらの回
転テーブル３０．モータ３２．ギヤ列３３は定盤３６に
配置されている。この定盤３６は、たとえば、トランシ
ットに据付られる。

次に、この実施例に係る方位測定方法を説明する。

まず、最初に、エンコーダ板１４の目盛とエンコーダ板
３４の目盛との相関をとる。説明の便宜上。

測定初期の状態では、エンコーダ板１４の目盛とエンコ
ーダ板３４の目盛とが同じ方向を向くように設定されて
いるとする。また、回転軸１３と回転軸３１とは鉛直軸
方向を向いているものとする。なお、エンコーダ読み取
り部３５は回転軸３１の回転位置、すなわち、回転支１
１ｉｄｌ１９．１９の回転軸３１回りの回転位置を読む
ものとする。

そして、第１実施例に示す方位測定手順により大まかな
方位を測定し、ジャイロ面１７が大まかに東西方向にく
るようにセットする（第７図（ａ）の状態を参照）。こ
のセットは、モータ３３を用いて行なうこともできるが
、ここでは、モータ１２を使用してセットするものとす
る。このときのエンコーダ板１４の目盛を読み、回転支
軸１９．１９が東西方向にくるようにモータ３３を駆動
して回転テーブル３０を回転させる。すると、ジャイロ
面１７は回転テーブル３０を回転させた分だけ最初に大
まかにセットされた東西方向からずれる。そこで、回転
テーブル３０を回転させた分だけ逆方向にモータ１２を
回転させるとジャイロ面１７が大まかに東西方向にくる
ことになる。

モータ１２により大まかにジャイロ部１１のジャイロ部
１７を東西方向にセットするに際し、ジャイロ部１１の
回転角速度に対するジャイロ出力の大きさは既に知られ
ているので、正弦波形の振幅により測定地点の緯度αを
大まかに決めることができる。

信号処理回路には、この緯度αを大まかに求める機能が
付加されている。

この緯度αは、以下のようにして求めることができる。

地球Ｅの自転の角速度Ω、に対するジャイロ出力Ｖ（Ω
Ｉ、）と、実際に得られた正弦波形の振幅をＶとすれば
。

Ｖ＝Ｖ（Ω６）ＩＣＯ５α よって、α＝ｃｏｓ−１（Ｖ　／　Ｖ　（ΩＦ））次に
、このようにして求められた緯度αに基づき、モータ２
１を駆動してジャイロ部１１を第７図（ａ）に示す状態
から回転支軸１９．１９を中心に緯度αに相当する角度
だけ回動させ、そのジャイロ部１１のジャイロ面１７を
第７図（ｂ）に示す状態にセットする。なお、そのジャ
イロ部１１を回転支軸１９．１９を中心に回動させる方
向は、大まかな方位を決めた際にすでに知られている。

あるいは、ジャイロ出力の増減をみればわかる。その方
向は南半球と北半球とで異なる。

ここで、緯度αのセツティング誤差について考える。モ
ータ２１によりジャイロ部１１を回転支軸１９．１９を
中心に回動させた角度が、真の緯度αからΔαだけずれ
ていたすると、ジャイロ出力としての仮想正弦波の振幅
値が若干小さくなる。しかし、真の緯度αから５″ずれ
ていたとしても、ジャイロ部１１が地球Ｅの自転の成分
を感じる割合は、０．４％程小さくなるにすぎない。し
たがって、エンコーダ２４の精度を格別考慮する必要は
ない。たとえば、モータ２１にパルスモータを用いる場
合には、エンコーダ２４そのものが不要となる。

ところで、測定地点が高緯度になるに伴って。

前述したように正弦波形の振幅が小さくなる。従って、
大まかな方位を決定する精度も劣化する。

モータ３２はこの大まかな方位に基づき駆動されるもの
であるから、この大まかな方位の決定精度が劣化すると
、その後の正確な方位測定の際に支障が生じ、正弦波形
の直線近似からはずれたデータを用いて測定することに
なる。そこで、正弦波形の振幅値が一定以下の場合、す
なわち、ｉ！Ｉ！ｌ定地点が高緯度であり、回転軸１３
と回転軸３１とは鉛直軸方向を向いている状態で、第１
実施例に示す方位ｄ１す定手順により大まかな方位を測
定し、ジャイロ部１７を大まかに東西方向に向くように
セットするのが困難である場合には、モータ２１により
ジャイロ部１１を回転支軸１９．１９を中心に回動させ
てジャイロ部１１をあおり、地球Ｅの自転の成分を感じ
る割合を大きくしてから、同様にモータ１２．３２を駆
動して大まかな東西方向を決めるようにする。

あるいは、大まかな方位の決定精度がある程度悪くなっ
た時、すなわち、正弦波形の振幅がある値より小さくな
ったときは、−度前述した方法でセツティングした後、
再び同じ方法を用いて再セットすればよい。つまり、大
まかな方位の測定を２回行なえばこの問題は生じない。

なお、測定地点の緯度αがおおよそわかっている場合に
は、外部入力装置を用いて緯度αのデータを入力し、こ
れによって、ジャイロ部１１をあおらせることもできる
。この場合には、エンコーダ２４により回転支軸１９．
１９の回動位置を検出する。

以上の測定手順により、第７図（ｂ）に示す状態にジャ
イロ面１７をセットし、次に、第１実施例の方位測定手
順と同一の手順により正確な方位を求める。

なお、エンコーダ板１４とエンコーダ板３４との間に相
関がとれている場合には、エンコーダ板３４の目盛を用
いて方位を表示できる。

この第２実施例に係る光学式方位測定装置によれば、以
下に説明するように、緯度αを測定することもできる。

エンコーダ２４の精度としてエンコーダ板１４．３４と
同等の精度のものを用い、ジャイロ部１１を第７図（ｂ
）に示す状態に前述の方法でセットして、モータ２１に
よりジャイロ部１１を回転軸１９を中心）に回転させる
と、ジャイロ出力が正弦波形となる。そこで、この正弦
波形と回転軸１９の回転量との関係に基づき前述と同じ
測定方法で緯度を測定できる。

呈皿豊象米 本発明に係る光学式方位測定装置による方位測定方法に
よれば、ジャイロ部を連続回転させなくとも方位を測定
できるので、ジャイロ部を連続回転させることに基づく
誤差、すなわち、ジャイロ部の回転軸の軸ぶれ、回転ス
ピードの変動に基づく誤差を除去できる。また、ジャイ
ロ出力のゼロ点ドリフトによる誤差の除去、ジャイロ部
の回転軸と真のジャイロ面との傾きに基づく誤差も除去
できる。

よって、本発明に係る光学式方位測定装置による方位測
定方法によれば、光学式方位測定装置に要求される高度
な製作技術を緩和できる効果がある。

また、本発明に係る光学式方位測定装置による方位測定
方法に用いる装置によれば、測定地点の緯度にかかわら
ず正確に方位を測定できる。更に、緯度測定機能を付加
することもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、第１図（ｂ）は本発明の第１実施例に係
る光学式方位測定装置の測定原理を説明するための模式
図、第１図（Ｃ）はそのジャイロ出力の説明図、第２図
は本発明に係る光学式方位測定装置の概略構成を示す図
、第３図は本発明に係る光学式方位測定装置による方位
測定方法を説明するための模式図、第４図は第３図に示
すジャイロ部１１を回転させることによって得られるジ
ャイロ出力とエンコーダ出力との関係を示す正弦曲線図
、第５図は信号処理回路により処理されたジャイロ出力
とエンコーダ出力との関係を示すグラフ、第６図は真の
ジャイロ面とジャイロ部の回転軸との傾きがジャイロ出
力に与える影響を説明するための模式図、第７図（ａ）
、第７図（ｂ）は本発明の第２実施例に係る光学式方位
測定装置の測定原理を説明するための模式図、第８図は
その第２実施例に係る光学式方位測定装置の概略構成を
示す図である。 １１・・・ジャイロ部、Ｉ２・・・モータ、１３・・・
回転軸１４・・・エンコーダ板、１５・・・エンコーダ
読み取り部１７・・・ジャイロ面、１９・・・回転支軸
２１・・・モータ、２４・・・エンコーダ、３０・・・
回転テーブル３２・・・モータ、３１・・・回転軸、３
４エンコーダ板３５・・・エンコーダ読み取り部 Ｋ・・・センシング軸 α・・・緯度

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学式方位測定装置のジャイロ部が感じる地球の
   自転の回転角速度が略ゼロとなるようにジャイロ面を向
   けて静止させ、この静止位置でのジャイロ出力と基準位
   置に対する静止位置との関係を求め、次に、前記ジャイ
   ロ部をその静止位置から１８００回転させて静止させ、
   前記ジャイロ部の１８００回転静止位置とこの１８００
   回転静止位置でのジャイロ出力との関係を求め、この操
   作を複数回繰り返し、このようにして得られた関係量を
   複数個求めて、ジャイロ面が向いている方位を測定する
   ことを特徴とする光学式方位測定装置による方位測定方
   法。
2. （２）ジャイロ部を回転させる回転軸と、該回転軸を含
   めてジャイロ部を前記回転軸と直交する面内で回転させ
   る回転支軸と、前記回転支軸の所定回動位置で前記ジャ
   イロ部の回転軸と同軸となる回転軸とを備え、緯度が高
   くなることに伴うジャイロ出力の低下を補正するために
   前記ジャイロ部が感じる地球の自転の回転角速度が大き
   くなるようにジャイロ面を前記回転支軸の回りに回動さ
   せて方位を測定することを特徴とする光学式方位測定装
   置による方位測定方法に用いる装置。
3. （３）前記回転支軸の回動量を検出して、緯度を測定す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の光学
   式方位測定装置による方位測定方法に用いる装置。