JPH0249444B2 - Jairokonpasunojairodorifutojidohoseihohooyobisochi - Google Patents

Jairokonpasunojairodorifutojidohoseihohooyobisochi

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JPH0249444B2
JPH0249444B2 JP23321582A JP23321582A JPH0249444B2 JP H0249444 B2 JPH0249444 B2 JP H0249444B2 JP 23321582 A JP23321582 A JP 23321582A JP 23321582 A JP23321582 A JP 23321582A JP H0249444 B2 JPH0249444 B2 JP H0249444B2
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JP
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gyro
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compass
signals
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Takayuki Honda
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Tokyo Keiki Inc
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Tokyo Keiki Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/18Stabilised platforms, e.g. by gyroscope
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/02Rotary gyroscopes
    • G01C19/34Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes
    • G01C19/38Rotary gyroscopes for indicating a direction in the horizontal plane, e.g. directional gyroscopes with north-seeking action by other than magnetic means, e.g. gyrocompasses using earth's rotation

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ジヤイロコンパスのジヤイロドリフ
ト自動補正方法及び装置に関する。
本発明の説明に先だち、本発明が適用され得る
従来のプラツトホームローテーシヨン方式のジヤ
イロコンパスの一例を、第1及び第2図を参照し
て説明する。
先づ、その主要部の構成を、第1図を参照して
説明しよう。同図に於て、1は方位プラツトホー
ムで、これは、上下方向、即ち垂直方向に伸びる
方位軸A−A′に固定されている。この方位軸A
−A′は、その上下に於てピツチジンバルBに回
転自在に支持されている。方位プラツトホーム1
上には、方位ジヤイロ、即ちZ−ジヤイロ2及び
ローテーシヨンモータ3が夫々載置されている。
方位軸A−A′には、方位プラツトホーム1の下
方に於て、レベルプラツトホーム4が、軸受BR
を介して回転自在に取り付けられている。このレ
ベルプラツトホーム4は、方位プラツトホーム1
に取り付けられたローテーシヨンモータ3によ
り、ギアトレインGT及び軸受BRを介して、方
位プラツトホーム1に対して、一定角速度ωr
回転せしめられる。このレベルプラツトホーム4
の下面には、水平面を制御するX−ジヤイロ7、
Y−ジヤイロ5、X−加速度計6及びY−加速度
計8の各センサーが夫々取付けられている。方位
プラツトホーム1及びレベルプラツトホーム4を
方位軸A−A′を介して支持しているピツチジン
バルBは、方位軸A−A′と直交する水平方向の
ピツチ軸C−C′を介して、ロールジンバルDによ
り回転自在に支えられている。同様にして、ロー
ルジンバルDは、方位軸A−A′及びピツチ軸C
−C′の両者に直交する水平方向のロール軸E−
E′を介し、固定支持台F,F′により回転自在に支
持されている。
上述したジンバル構成により、方位プラツトホ
ーム1及びレベルプラツトホーム4は、固定支持
台F,F′に対して、三軸の自由度をもつことにな
る。こうして支持された2個のプラツトホーム1
及び4は、第2図に示される制御ループにより、
真北、水平に保持されることによつて、支持部
F,F′の方位角及び姿勢(ロール、ピツチ)角
を、各ジンバル間に取付けられた方位発信機9、
ピツチ発信機11及びロール発信機10から受信
することにより、コンパス機能を果している。
次に、二つのプラツトホーム1及び4を真北、
水平となるように制御する第2図に示されたコン
パス制御ループ12の構成を説明する。
コンパス制御ループ12は、レベルプラツトホ
ーム4に取付けられたX−及びY−加速度計6,
8の出力信号δVx,δVyを入力とする。この2つ
の信号δVx,δVyは、方位プラツトホーム1に対
して回転しているレベルプラツトホーム4の水平
からの傾斜信号である。これ等信号δVx,δVyを、
方位プラツトホーム1とレベルプラツトホーム4
との相対角により入力用の座標変換器13を介し
て、南北傾斜成分δVNと東西傾斜成分δVEとに分
解合成する。
南北傾斜成分δVNは、2系統に分岐され、その
一方には、積分比例ゲインK1のアンプ14が乗
じられ、次に積分器15に供給され、これより信
号Vizがつくられる。また、南北傾斜成分δVN
他方には、比例ゲインK2のアンプ16が乗じら
れ、信号Z01がつくられる。両信号Viz,Z01が、
加算器17に供給され、これより方位補正信号Cz
がつくられ、これが、Z−ジヤイロ2にフイード
バツクされ、方位プラツトホーム1の真北方位が
保持される。更に、南北傾斜成分δVNには比例ゲ
インK3のアンプ18が乗ぜられ、これにより、
南北傾斜補正信号CNがつくり出される。
一方、東西傾斜成分δVEには、比例ゲインK5
アンプ19が乗ぜられ、これにより信号y01が作
られると同時に、積分比例ゲインK4のアンプ2
0が乗ぜられ、これが積分器21に投入され、こ
れより信号Viyが作られる。こうして、作られた
2つの信号y01,Viyは、加算器22に供給され、
これにより東西傾斜補正信号CEがつくり出され
る。
以上のように作られた南北及び東西傾斜補正信
号CN及びCEは、回転しているレベルプラツトホ
ーム4の座標に変換されるため、出力用の座標変
換器23を介して、X−ジヤイロ7用制御信号
Cx及びY−ジヤイロ5用制御信号Cyとなされ、
これ等が、レベルプラツトホーム4に取付けられ
たX−ジヤイロ7及びY−ジヤイロ5に夫々フイ
ードバツクされ、レベルプラツトホーム4の水平
が保持されるようになつている。
このような従来のコンパス制御ループ12によ
つては、Z−ジヤイロ2のジヤイロ・ドリフト
Uzは、コンパス制御ループ12の積分器15の
出力Vizにより補正できるようになつているが、
その他2つのジヤイロであるX−ジヤイロ7及び
Y−ジヤイロ5のジヤイロドリフトUx及びUy
ついて、正確な補正ができない。従つて、これら
経時的に変化し、補正ができないジヤイロドリフ
トUx及びUyにより、コンパスの方位及び水平
(ロール、ピツチ)に誤差が発生するという重大
な欠点があつた。
斯る欠点を防ぐために、従来は、コンパス機能
を犠性にして、これ等2つのジヤイロドリフト
Ux及びUyを算定し、補正するための特別な機能
を付加する方法がとられていた。然しながら、こ
の方法では、ジヤイロドリフトを算定するのに長
時間必要とするため、コンパスとして使用できな
い期間も長いと言う、重大な欠点が伴つていた。
従つて、本発明の主目的はこのような従来の欠
点を廻避したジヤイロコンパスのジヤイロドリフ
ト自動補正方法及び装置を提供せんとするにあ
る。
本発明によるジヤイロコンパスのジヤイロドリ
フト自動補正方法の要旨とするところは、レベル
プラツトホームに設けたX−及びY−加速度計か
らの上記レベルプラツトホームの水平からの傾斜
信号をコンパス制御ループに供給し、該コンパス
制御ループより方位補正信号、X−ジヤイロ制御
信号及びY−ジヤイロ制御信号を得、これ等信号
を方位プラツトホームに載置したZ−ジヤイロ及
び上記レベルプラツトホームに設けたX−ジヤイ
ロ及びY−ジヤイロに夫々フイードバツクして、
上記方位プラツトホームの真北位置を保持すると
共に、上記レベルプラツトホームの水平を保持す
るプラツトホームローテーシヨン方式のジヤイロ
コンパスに於て、上記傾斜信号のうち東西傾斜信
号成分より東西傾斜速度信号を得、該東西傾斜速
度信号をフーリエ変換し、上記レベルプラツトホ
ームのローテーシヨン角速度に関するsin及びcos
成分を得て、上記X−及びY−ジヤイロのドリフ
トと夫々等価な信号を得、該ドリフトと等価な信
号を上記X−及びY−ジヤイロの制御信号に加え
て上記X−及びY−ジヤイロにフイードバツクし
て該X−及びY−ジヤイロのドリフトを夫々自動
的且つ常時補正するようになしたことに在る。
本発明によるジヤイロコンパスのジヤイロドリ
フト自動補正装置の要旨は、レベルプラツトホー
ムに設けたX−及びY−加速度計からの上記レベ
ルプラツトホームの水平からの傾斜信号をコンパ
ス制御ループに供給し、該コンパス制御ループよ
り方位補正信号、X−ジヤイロ制御信号及びY−
ジヤイロ制御信号を得、これ等信号を方位プラツ
トホームに載置したZ−ジヤイロ及び上記レベル
プラツトホームに設けたX−ジヤイロ及びY−ジ
ヤイロに夫々フイードバツクして、上記方位プラ
ツトホームの真北位置を保持すると共に、上記レ
ベルプラツトホームの水平を保持するプラツトホ
ームローテーシヨン方式のジヤイロコンパスに於
て、上記傾斜信号のうち東西傾斜信号成分を積分
器に供給してこれより東西傾斜速度信号を得、該
東西傾斜速度信号をフーリエ変換器に供給し、上
記レベルプラツトホームのローテーシヨンに関す
るsin及びcos成分を得て、これより上記X−及び
Y−ジヤイロのドリフトと夫々等価な信号を得、
該ドリフトと等価な信号を夫々加算器に於て上記
X−及びY−ジヤイロの制御信号に加えて、これ
等制御信号を上記X−及びY−ジヤイロにフイー
ドバツクして該X−及びY−ジヤイロのドリフト
を夫々補正するようになしたことに在る。
以下、上述した特徴を有する本発明によるジヤ
イロコンパスのジヤイロドリフト自動補正方法及
び装置の一例を、共に、第3図を参照して説明す
る。尚、第3図に於て、第2図と対応する符号
は、互に同一素子を示すので、それ等の説明は、
簡単のため省略する。
第3図に示す如く、本発明に於ては、従来のコ
ンパス制御ループ12に関連して、ジヤイロドリ
フト自動補正ループ24を設ける。このジヤイロ
ドリフト自動補正ループ24は、積分器25及び
フーリエ変換器26を有する。更に、本発明に於
ては、X−ジヤイロドリフト補正用加算器27及
びY−ジヤイロドリフト補正用加算器28を、出
力用の座標変換器23の出力側に夫々設ける。
扨て、本発明に於ては、コンパス制御ループ1
2内の入力用の座標変換器13の出力として得ら
れた東西傾斜成分信号δVEを、ジヤイロドリフト
自動補正ループ24へ入力信号として供給する。
即ちこの東西傾斜成分信号δVEを、積分器25に
供給し、これを、ここで積分して東西傾斜速度信
号VEを得る。この東西傾斜速度信号VEにはX−
ジヤイロ7のドリフトUx及びY−ジヤイロ5の
ドリフトUyが、以下の様な形で含まれている。
VE=Uxcosωrt−Uysinωrt (ここで、ωr:レベルプラツトホーム4の回転
角速度) したがつて、この信号VEを、次段のフーリエ
変換器26に供給し、これより角速度ωrについ
ての信号VEのcos成分U′x及びsin成分U′yが取り出
される。上式より、この取り出された信号U′x
びU′yは、X−及びY−ジヤイロ7及び5のドリ
フトUx及びUyと等価であることが理解される。
したがつて、この信号U′xを、コンパス制御ルー
プ12にフイードバツクし、即ちその座標変換器
23の一方の出力側に設けた加算器27を介し
て、制御信号C′xとしてX−ジヤイロ7にフイー
ドバツクし、そのドリフトUxの補正を行う。同
様にして他方の信号U′yは加算器28を介して制
御信号C′yとしてY−ジヤイロ5にフイードバツ
クし、そのドリフトUyの補正を行う。
以上説明したように、本発明によれば、以下に
列挙する効果が得られる。
(1) コンパス機能を生じたまま、ジヤイロドリフ
トの補正が自動的に行える。
(2) ジヤイロドリフトを算定する時間が、フーリ
エ変換に要する時間のみで、短時間に達成でき
る。
(3) ジヤイロドリフトを正確に補正することがで
き、コンパスの精度が飛躍的に向上すると共に
ジヤイロに課せられる精度(機能)を緩和でき
る。
(4) ジヤイロドリフトの自動補正を常時行うこと
ができ、ジヤイロ・ドリフトの経時的な変化に
も対応でき、コンパスの精度を長期間にわたつ
て保証できる。
尚、上述は、本発明の方法及び装置の夫々の一
例に就いてであるが、本発明の精神を逸脱せず
に、多くの変化、変更が、当該業者により成され
得ることは、明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明が適用されるジヤイロコンパス
のジンバル構造を示す一部を除いた斜視図、第2
図は第1図に示すジヤイロコンパスのコンパス制
御ループのブロツク図、第3図は本発明の一例示
を示すブロツク図である。 図に於て、1は方位プラツトホーム、2はZ−
ジヤイロ、3はローテーシヨンモータ、4はレベ
ルプラツトホーム、5はY−ジヤイロ、6はX−
加速度計、7はX−ジヤイロ、8はY−加速度
計、9は方位発信機、10はロール発信機、11
はピツチ発信機、A−A′は方位軸、Bはピツチ
ジンバル、C−C′はピツチ軸、Dはロールジンバ
ル、E−E′はロール軸、F,F′は固定支持台、1
2はコンパス制御ループ、13は入力用座標変換
器、14,16,18,19,20は比例積分ゲ
インのアンプ、15,21,25は積分器、1
7,22,27,28は加算器、23は出力用座
標変換器、24はジヤイロドリフト自動補正ルー
プ、26はフーリエ変換器を夫々示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 レベルプラツトホームに設けたX−及びY−
    加速度計からの上記レベルプラツトホームの水平
    からの傾斜信号をコンパス制御ループに供給し、
    該コンパス制御ループより方位補正信号、X−ジ
    ヤイロ制御信号及びY−ジヤイロ制御信号を得、
    これ等信号を方位プラツトホームに載置したZ−
    ジヤイロ及び上記レベルプラツトホームに設けた
    X−ジヤイロ及びY−ジヤイロに夫々フイードバ
    ツクして、上記方位プラツトホームの真北位置を
    保持すると共に、上記レベルプラツトホームの水
    平を保持するプラツトホームローテーシヨン方式
    のジヤイロコンパスに於て、上記傾斜信号のうち
    東西傾斜信号成分より東西傾斜速度信号を得、該
    東西傾斜速度信号をフーリエ変換し、上記レベル
    プラツトホームのローテーシヨン角速度に関する
    sin及びcos成分を得て、上記X−及びY−ジヤイ
    ロのドリフトと夫々等価な信号を得、該ドリフト
    と等価な信号を上記X−及びY−ジヤイロの制御
    信号に加えて上記X−及びY−ジヤイロにフイー
    ドバツクして、該X−及びY−ジヤイロのドリフ
    トを夫夫自動的且つ常時補正するようになしたこ
    とを特徴とするジヤイロコンパスのジヤイロドリ
    フト自動補正方法。 2 レベルプラツトホームに設けたX−及びY−
    加速度計からの上記レベルプラツトホームの水平
    からの傾斜信号をコンパス制御ループに供給し、
    該コンパス制御ループより方位補正信号、X−ジ
    ヤイロ制御信号及びY−ジヤイロ制御信号を得、
    これ等信号を方位プラツトホームに載置したZ−
    ジヤイロ及び上記レベルプラツトホームに設けた
    X−ジヤイロ及びY−ジヤイロに夫夫フイードバ
    ツクして、上記方位プラツトホームの真北位置を
    保持すると共に、上記レベルプラツトホームの水
    平を保持するプラツトホームローテーシヨン方式
    のジヤイロコンパスに於て、上記傾斜信号のうち
    東西傾斜信号成分を積分器に供給してこれより東
    西傾斜速度信号を得、該東西傾斜速度信号をフー
    リエ変換器に供給し、上記レベルプラツトホーム
    のローテーシヨン角速度に関するsin及びcos成分
    を得て、これより上記X−及びY−ジヤイロのド
    リフトと夫々等価な信号を得、該ドリフトと等価
    な信号を夫々加算器に於て上記X−及びY−ジヤ
    イロの制御信号に加えて、これ等制御信号を上記
    X−及びY−ジヤイロにフイードバツクして、該
    X−及びY−ジヤイロのドリフトを夫々自動的且
    つ常時補正するようになしたことを特徴とするジ
    ヤイロコンパスのジヤイロドリフト自動補正装
    置。
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US7116100B1 (en) * 2005-03-21 2006-10-03 Hr Textron, Inc. Position sensing for moveable mechanical systems and associated methods and apparatus

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