JPH02502127A - 同期１／４サイクル復調器を有するコリオリレートセンサ - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 同期１／４サイクル復調器 を有するコリオリレートセンサ 改丘豆１ この発明は、慨してコリオリレートセンサからの出力信号を復調する装置及び方 法に関し、特に、複数のディザ加速度計により生成される信号を同期復調する装 置及び方法に関する。

ｌ匪圓１遣 成る座標軸の回りの回転角レート（回転角速度）を測定する適当な方法は加速度 計の振動をもたらし、これにより、加速度計は、加速度計の受感軸に垂直な軸に 沿って前後に動くと共に、測定されるべき回転の中心軸に対して垂直に動く１例 えば、もし、加速度計がＸ、Ｙ及びＺの直角座標の標準軸のＺ軸と一直線に配列 された受感軸と共に本体に載置されたとすると、周期的運動により加速度計が駆 動されてＹ軸に沿って前後に振動（即ち、ディザ）する間に、本体がＸ軸の回り を回転したとき、加速度計はコリオリレート加速度を検出するだろう、加速度計 の出力は、Ｚ軸に沿った本体の加速度を表わす成分と、Ｘ軸の回りの本体の回転 を表わす周期的成分とを含む。

加速度計出力は、線形加速度及び全３軸Ｘ、Ｙ及びＺの回りの角レートを生成す るために、Ｘ軸及びＹ軸と一直線に配列され且つＺ軸及びＸ軸に沿って動くそれ ぞれの受感軸を有する複数の加速度計の出力と共に処理され得る。このような信 号処理は、米国特許第４，４４５，３７６号及び第４，５９０，８０１号明細書 に記載されている。

米国特許第４，５ｉ０，８０２号明細書には、上記レート検出技術をを満たす回 転レートセンサが開示されている。この特許に記載されているように、２つの加 速度計は、各受感軸を平行又は非平行にした平行四辺形構造に載置されている。

２つの加速度計は、周期的変動電流で付勢される電磁コイルにより、各受感軸に 対して実質的に垂直な方向に前後に振動される。コイルの変動磁気吸引力は、固 定周波数（典型的には、約１００Ｈｚ）で振動（ディザ）する平行四辺形構造の 原因となる。一対の加速度計に接続された信号処理装置は、各出力信号を結合し 、レート信号及び線形加速度信号の両方を引き出す、そのような３対の加速度計 は、直角のＸ、Ｙ及びＺ軸のそれぞれに対するレート及び線形加速度を提供する ことができる。

アナログ加速度計は上記コリオリレートセンサに使用されてもよいが、出力信号 のデジタル処理を容易にするために、被検出加速度と共に変化する周波数を有す る振動ビーム加速度計などの出力信号生成手段を用いることが好ましい、′＠動 ビーム加速度計において、校正質量は、屈曲ヒンジ及び振動ビーム力検出要素に より支持される。

駆動回路は、力検出要素を共振周波数で振動させ、その周波数は、力検出要素に 作用する力（即ち、加速度）により変化する。加速度により力が変化するので、 共振周波数は上下に変調される。

レートセンサを備えた一対の振動ビーム加速度計からの出力信号を復調する同期 ＦＭデジタル検出器は、米国特許出願第７８９．６５７号明細書に開示されてい る。検出器は、加速度計の被変調共振周波数からレート及び線形加速度データを 引き出し、又、基準信号により画成される各出力信号、即ち第１及び第２の時間 間隔の間の出力信号の位相変化の差について測定する処理手段を含む、一対の加 速度計の周期的運動は、運動信号ｓｉｎωｔにより制御される。第１及び第２の 時間間隔は共に、加速度のコリオリ成分が反対極性を持つ間の、運動信号の１つ 又はそれ以上の全期間を測定する。複数の処理手段は、一対の加速度計が固定さ れる本体の回転角レートを、位相値から決定するために働く。

上記方法に従う回転角レートの計算において、いくつかの簡略化する想定がなさ れる０例えば、線形加速度及び角レートの両方は、運動信号の全期間にわたって 、即ち１つの全ディザサイクルにわたって一定であると想定される。加速度計の 出力信号の誤差成分からなる第３及び更に高いオーダの相互結合順は無視される 。この従来技術の同期復調器に用いられる想定は、もし厳しい動的環境即ち速度 、方向及び角回転の早い変化を受ける本体に適用されるなら、実質的且つ受は入 れられない「乱歩（ランダムウオ一り）」誤差に導入されるかもしれない。

従来技術の方法が全波復調技術を用いるので、それは角レート及び線形加速度デ ータが運動中の本体に対して生成し得るレートを厳しく限定する。データレート に対するこの限定は、ディザ周波数が速度及び角度位置の増分変化の時間分解能 を限定するために起こる。この理由のため、加速度計をより早いレートで前後に 振動させるために更に高い周波数の運動信号を用いることが明らかに好ましいだ ろう、しかし、平行四辺形楕遺の質量を１００Ｈｚより高い周波数で振動させる ことは現実的に不可能である。早く運動しているミサイル等の動的エナジェティ ック本体に対し、従来技術の方法により提供される０、０１秒のデータ分解能期 間は、受は入れられないほど長い。

これらの問題を考慮して、この発明の目的は、線形加速度及び回転データの角レ ートが計測されるときのレートを実質的に増大させることである。この発明の更 なる目的は、従来技術法において先に無視された誤差に対して、このように生成 されたデータを訂正することである。

これらの目的及び他の目的並びにこの発明の効果は、添付図面及び以下の好適な 実施例の説明から明らかになるだろう。

ｌ匪座ｌ甫 複数の直角レート軸の回りの本体の回転角レート及び線形加速度を計測するため の装置は、複数対の加速度計を含む、加速度計の多対は、比レート軸の回りの回 転角レートの測定と関連する。多対からなる２つの加速度計あ受感軸は、その対 が関連する互いに平行に且つレート軸に対して垂直に配列されている。各加速度 計は、その受感軸に沿った加速度計により検出された加速度と一致した周波数を 有する出力信号を生成する。

駆動手段は、加速度計対が関連している加速度計対の受感軸及びレート軸の両方 に対し慨して垂直な方向に、周期的運動信号の関数として、周期的に運動する加 速度計の多対に配設されている。その対の各加速度計からの出力信号は、加速度 計対が関連するレート軸の回りの本体の回転角レートに比例した周期的コリオリ 加速度成分を含む。

複数の信号処理手段は、各加速度計からの出力信号及び周期的運動信号を受信す るために接続され、各加速度計対の出力信号の和及び差の関数としての周期的運 動信号の全期間の分数部分の間に、各レート軸に対する本体の速度の増分変化及 び角度位置の増分変化を計測するために働く、各レート軸に対し、速度及び角度 位置の増分変化は、他のレート軸の各々からのクロス軸成分を含む。

信号処理手段は、これらのクロス軸成分を計測してそれらの貢献度を減算するた めに更に動作し、各レート軸に対する速度及び角度位置の訂正された増分変化を 生成する。

結局、処理手段は、速度及び角度位置の訂正された増分変化の関数、並びに１周 期的運動信号の分数部分の持続時間の関数として、線形加速度及び各レート軸に 対する角レートを計測する。

運動信号の分数部分は、好ましくは、周期的運動信号の全期間の１／４からなる 。従って、線形加速度及び角レートは、１００Ｈｚの運動信号に対して約４００ Ｈｚのレートで計測される。非同期レートセンサに関して、運動信号は各加速度 計対に対して異なる周波数である。

クロス軸誤差成分及びクロス結合誤差成分は、運動信号の上記分数部分の間に計 測される１つ又はそれ以上のレート軸に対する速度及び角度位置の増分変化の関 数として、各レート軸に対して評価されてもよい、更に、信号処理手段は、又、 運動信号の次々の分数部分に対して。

各レート軸に対する速度及び角度位置の増分変化の移動平均を計測してもよい。

１つの見地において、この発明は、単一のレート軸又は複数のレート軸の両方に 関して、レートセンサから出力される信号を処理するための装置を備えていても よい。

この発明は、更に、慨して上記ステップを遂行することにより、複数の直角レー ト軸に対する回転角レート及び線形加速度を計測するための方法に向けられてい る。

の　　　ｆＥ！ 第１図は３つの直角軸に関する本体の回転角レート及び本体の線形加速度を計測 するためのシステムを示す概略図である。

第２図は互いに非平行に配列された受感軸を有する２つの振動ビーム加速度計を 示す概略図である。

第３図は一対の加速度計を振動（ディザ）させるために印加される周期的運動信 号の１／４サイクル期間を示すグラフ図である。

第４０は一対の加速度計からの出力信号の復調、並びに、従来技術に従ってレー ト計算用に和信号及び差信号を生成するための復調された信号の結合を示す概念 図である。

第５図は加速度計の出力信号から角レートを計測するためのシステムを示すブロ ック図である。

第６図は一対の加速度計からの出力信号の関数として速度の増分変化を計算する ためのステップを示す説明図である。

第７図は速度の増分変化の間数及びクロス軸結合の関数として１つの軸に対する レートを計算に用いられるステップを示すブロック図である。

第８図は、全ディザ期間の１／４サイクルに対して、３つの直角軸の各々に対す る速度の増分変化、並びに、３つの軸に対する回転成分の平均角レートを計測す るためのこの発明の同期レートセンサの実施を示すブロック図である。

第９図は、３つの直角軸の各々に対する速度の増分変化、並びに、全ディザ期間 の先行する１／４サイクル部分から評価された誤差に基づいてそれらの軸に対す る平均回転角レートを計測するための、この発明の非同期レートセンサの実施を 示す概略口である。

ｔ　　　　　の　　ス 本体が受ける回転角レート及び線形加速度の成分を概略的に計測するためのシス テムは、例えば、第１図に示されている。座標軸Ｘ、Ｙ及びＺは、本体に任意に 固定され、線形加速度及び回転角レートの成分は、各軸に沿って測定される１本 体の回転角レートは、ベクトルｑにより定義され、線形加速度又は本体に働く特 定方向力はベクトル八により定義される。一般に、ｑ及びΔの両方は、時間と共 に変化してもよく、 Ω＝　Ｐ　＋　Ｑ　＋　Ｒ（１） Δ＝　Ｆｘ十Ｆｙ＋　Ｆｚ　　　　　　　　（２）として表現されてもよい、こ こで、Ｐ、Ｑ及びＲは、それぞれＸ、Ｙ及びＺ軸の回りの回転角レートのベクト ル成分であり、Ｆｘ、Ｆｙ及びＦｚは、それぞれＸ、Ｙ及びＺ軸に沿った方向に 向いた特定方向力の成分と等しい。

第１図に示したシステムは、３対の振動ビーム加速度計、１０及び１２．１４及 び１６、並びに、１８及び２０を含む、加速度計１０及び】２は、Ｙ軸に沿って 前後に振動（ディザ）し、χ軸の回りの角レートＰの測定に関連する。加速度計 １４及び１６はＺ軸に沿って前後に振動し、Ｙ軸の回りの角レートＱの測定に関 連する。加速度計１８及び２０はＸ軸に沿つ上前後に振動し、Ｚ軸の回りの角レ ートＲの測定に関連する。

各加速度計対は、受感軸を逆方向に向けて又は非平行にして、背中合わせに取り 付けられている６例えば、加速度計１０はＺ軸の正方向に向けられた受感軸を有 し、加速度計１２はＺ軸の負方向に向けられた受感軸２４を有する。

同様の形で、加速度計１４及び１６はＸ軸に配列されたそれぞれの受感軸を有し 、加速度計１８及び２０はＹ軸に配列されたそれぞれの受感軸を有する。

加速度計１０及び１２は、Ｙ軸と平行の支持要素２８及び３０を含み且つピボッ ト３５から３８を介して一対の結合要素３２及び３４にｔ＃続された、平行四辺 形の取付システム２６内に支持されている。結合要素３２及び４０は、中央ピボ ット３９及び４０において適切な支持構造に取り付けられている。

支持要素２８及び３０は、結合要素３２及び３４を中央ピボット３９及び４０の 回りで周期的に（例えば、正弦波的に）前後に振動させる適切な駆動８！楕に接 続され、これにより、支持要素及び加速度計をＹ軸に沿って振動させている。加 速度計１０の振動運動は、加速度計１２の振動運動に対して１８ｏ°の位相外れ であり、例えば、加速度計１０がＹ軸の正方向に運動しているとき、加速度計１ ２は同じ速さでＹ軸の負方向に運動している。第１図に示した平行四辺形構造を 実施するための適切な装置は、米国特許第４，５１０，８０２号明細書に記載さ れている。加速度計対１４及び１６、並びに、１８及び２０は、それぞれの受感 軸を背中合わせにして同様の平行四辺形構造に取り付けられており、同様の適切 な駆動機構により正弦波的に前後に振動するように駆動される。

この発明は、第１図に示した背中合わせの構造に限定されず、代わりに、１つ又 はそれ以上の加速度計が、受感軸と関連した成る角度で、受感軸に垂直な軸に沿 って振動される又は平面内で回転される全ての構造に対して適用可能であること が理解されるだろう、このような構造は、上記米国特許第４，４４５，３７６号 及び第４，５０９，８０１号明細書に記載されている。

加速度計１０及び１２のＹ軸に沿った周期的振動は、Ｘ軸の回りの本体の回転レ ートと交互作用して、Ｚ方向に沿って作用するコリオリカを生成する。従って、 各加速度計１０及び１２からの出力信号は、本体のＺ軸に沿った線形加速度に起 因する成分と、Ｚ軸の回りの回転レートに比例した第２の成分Ｐとを含む、同様 に、加速度計対１４及び１６は、Ｘ軸に沿った方向に向いた線形加速度と等しい 成分と、コリオリ加速度と一致したＹ軸の回りの回転レート成分Ｑと、による出 力信号を有する。同様に、加速度計対１８及び２０は、Ｙ軸に沿った方向に向い た線形成分と、コリオリ加速度の関数であるＺ軸の回りの角レート成分Ｒと、を 有する出力信号を生成する。線形加速度信号をコリオリ信号即ちレート信号から 隔離するために用いられる方法は、以下に詳細に記載されている。

ここで、第２図について説明すると、加速度計１０は、校正質量４２、力検出要 素４４、駆動回路４６及び支持部４８を含む従来の振動ビーム加速度計から構成 されてもよい。

力検出要素は、好ましくは、米国特許第４，２１５，５７０号明細書に図示され たように、両面同調フォーク構造を有する水晶からなっている。駆動回路４６は 、力検出要素を特殊共振周波数１１で振動させ、駆動回路４６の出力は、その周 波数の関数である信号Ｓ、である１校正質量４２は、屈曲ヒンジ５０により支持 部４８に取り付けられ、屈曲ヒンジは、屈曲ヒンジを通過する軸の回りの校正質 量の運動を可能にしており、その運動は第２図の図面平面に対して垂直である。

力検出要素４４は、Ｚ軸と平行に配列され、支持部４８に取り付けられた一端と 、校正質量４２に取り付けられた第２端とを有する。これにより、校正質量は、 屈曲ヒンジにより一端がつるされ、力検出要素によりその他端がつるされている 。

加速度計１２は、本質的に加速度計１０を鏡に写した形状であり、校正質量５２ 、力検出要素５４、駆動回路５６、支持部５８及び屈曲ヒンジ６０を含む、駆動 回路５６は、力検出要素５４を特殊共振周波数ｆ、で振動させ、その周波数の関 数である出力信号Ｓ２を生成する。Ｚ軸に沿った加速度は、各校正質量にそれぞ れの力検出要素上の張力又は圧力を作用させ、それは力検出要素の共振周波数を 増加又は減少させる。従って、各力検出要素は、周波数が加速度信号をキャリア 信号に変調するようにした、力から周波数への力周波数変化器として動作し、キ ャリア信号は力検出要素の零加速度共振周波数ｆ、又はｆ２、である、第２図に 示した構造において、各加速度計対の力検出軸は、非平行、即ち互いに反対方向 に向いており、Ｚ軸に沿った成る加速度は、１つの力検出要素に圧力をもたらし 、他の力検出要素に張力をもたらすだろう、従って、周波数ｆ１及びｆ、は、Ｚ 軸に沿った成る線形加速度に応答して反対方向に変化するだろう、他の２対の加 速度計１４及び１６、並びに、１８及び２０は、第２図に示すように、それぞれ 加速度計１０及び１２と同様の形状である。

次に、第３図について説明すると、周期的ディザ信号７０は、時刻ｔ０からｔ６ で、その１／４サイクル周期の期間においてグラフ的に示されており、その位相 は、加速度肝対ｌＯ及び１２などのレートセンサにより生成されるコリオリ信号 ７２と比較されている。上記米国特許出願明細書箱７８９，６５７号に記載され た、複数のレートセンサからの出力信号を処理するための従来技術方法において 、出力信号は、以下のように、２つの半サイクル間隔ｔ、からｔコ、及び１．か ら１Ｓにわたって積分される。

但し、全ディザ期間は、４つのクロスハツチングされた１／４サイクル、例えば 時刻ｔ、から１．まで、と一致する。

ｉＫＩ及びに２は、加速度計と関連するゲイン定数である。

方程式３が、ディザ期間の第１の半サイクル及び第２の半サイクルに対して、加 速度における第２次の方程式の時間積分間の差を決定することは明らかであろう 、更に、従来技術は、（加速度計１０及び１２に対する）平均加速度１が以下の 方程式により定義されることを示した。

但し、ρは最大ディザ振幅、ｔは時間、Ｐはレート、ＦはＺ軸に沿った特定方向 力（Ｆに関連した士は、出力信号を生成する一対のうちの２つの加速度計依存す る）である。

方程式（４）は、コリオリ加速度成分（２ρωＰ　ｃｏｓωｔ）及び特定方向力 成分Ｆの両方を受けるときに、加速度計１０及び１２から出力される２つの信号 Ｓ１及びＳ２を計測するため、方程式（３）により代用されてもよい、従来技術 の同期復調方法は、全ディザサイクルにわたって位相差を測定し、各ディザサイ クル毎にｘ、Ｙ及びＺ軸のそれぞれに対する速度の増分変化及び角度位置の増分 変化を決定する。

これらの計算を作成する場合、従来技術方法は、典型的に（１００Ｈｚと等しい ディザ周波数に対して）約０．０１秒の全ディザ期間にわたって特定方向力Ｆ及 びレートが実質的に一定であると仮定している。又、上記特許出願に開示された 従来技術は、一般に軸間のクロス結合を無視している。

特定方向力及び角レートの両方が一定でないクロス軸結合を受けるシステム内に おいて、加速度計により受感軸に沿って検出される加速度の実際の拡張量は、Ｙ 軸内で振動される加速度計に対する以下の方程式Ｉｋｌ又はａ３、により与えら れる。

＜、ｘは加速度計の衝撃中心のオフセットと等しく、ｚは（ｒ２ｙ２）ｌ／２と 等しく、「はディザ運動の半径であり、ωはディザ周波数である。同様の方程式 は、加速度計１４及び１Ｂ、並びに、１８及び２０が前後に振動する方向に沿っ た他の直角軸に対して展開されてもよい、方程式（５）の右辺の第１項はコリオ リ加速度成分と一致し、第２項は、加速度計の衝撃中心のオフセットにより受感 軸から加速度計が受ける求心加速度から生じ、第３項はコリオリ加速度と求積さ れる振動求心加速度と一致し、第４項は、平行四辺形の有限のオフセットによる 求心加速度、即ちＹ軸の上又は下の平行四辺形の高さであり、第３項は、振動さ れる平行四辺形構造の幾何のためにわずかに曲がった通路に沿って加速度計が前 後に振動することによって起こる。「二重浸せき」によるＺ軸に沿った加速度で あり、最後の項は、加速度計が受ける線形加速度（特定方向力）である、又、特 定方向力に印加される信号は、信号を生成している加速度計対に依存する。

従って、（５）式の右辺の全ての項のうち第１項及び最後の項を除く全ての項は 、コリオリ加速度による角レート及び特定方向力Ｆを正確に計測するために考慮 しなければならない誤差成分であることが明らかであろう、従来技術の信号処理 方法は、それらの誤差を考慮していたが、それらが重要となる高い動的環境にお いてそれらを扱う手段を提供しなかった。

方程式（３）は、以下の式を生じるために、方程式（５）で与えられる「ａ」の 値に対する間隔にわたって、Ｋ　ｌ＆の積分に対して代用することにより展開さ れてもよい。

−ｚ　５　Ｐ”ｄｔ　−ｚ　５　Ｑ２ｄｔ＋５　Ｆｄｔ　　　　　　（６）ディ ザ信号の１／４サイクルの最初及び最後と同期させながら積分の最初及び最後の 時刻点を選択することにより、ｃｏｓ２ｎωｔの項の積分が零となるように信号 は生成され得る。Ｐ、Ｑ及びＲレートに対して同時に解くことができ、又、方程 式（６）に対する解決を決定するために、先に解かれた値をこれらのレートに対 して交互に用いることができる。同様に、方程式（６）における線形振動項は、 速度の増分変化に対する観測センサ信号に関する２つの結合された一般方程式を 解くことにより補償されることができ、従って、その結果は角度位置の増分変化 に対して解くために用いられる。この解法の詳細は、以下の記述に示される。

ここで、第４図について説明すると、各加速度計対１０及び１２．１４及び１６ 、並びに、１８及び２０からレート計算のなめに出力される信号に必要な処理の 概念図が示されている１例えば、信号ＳＩは加速度計１０からの出力信号を表わ し、信号Ｓ、は加速度計１２からの出力信号を表わしてもよい、従来技術方法に おいて、加速度計から出力される信号は、全ディザサイクルにわたって同期的に 復調された。しかし、この発明において、これらの信号は、全ディザサイクルの 一部、好ましくは全ディザ周期の１／４にわたって復調される。前述したように 、各加速度計１０及び１２からの出力は、加速度計に用いられる水晶の共振周波 数を表わすキャリア周波数からなり、この周波数は、加速度計により検出された 加速度と一致した周波数で変調される。従って、加速度計１０及び１２の共振周 波数に関する水晶の応答は、以下の方程式により近似される。

Ｆ　ＩＩ＝Ｋ　１１１１（１＋　Ｋ　２１１１）　　　　　　　　　（７）Ｆ　 ｔ＊＝　Ｋ　＋ｚａ＋（１＋　Ｋ　２ｚａ＊）　　　　　　　　　（８）但し、 Ｋ、及びに、１は加速度計１０に関連するゲイン因子を表わし、Ｋ１２及びに２ ２は加速度計１２に関連するゲイン因子を表わす、値ａ、及びａ、は２つの加速 度計から検出された加速度を一致し、レート従属項ａ、を表わす２つの成分に隔 離されてもよい、又、特定方向力の項Ｆは、以下の通りである。

ａ、＋　−ａｐ　十Ｆ　　　　　　　　　　　　　　　　　　（９）ａｚ＝ａｐ 　−Ｆ　　　　　　　　　　　　　　　　（１０）加速度計１０及び１２からの 出力は、復調器７４及び７６を用いる関数Ｓ　Ｇ　Ｎ　ｅｏｓωｔによって、従 来技術のレートチャネル計算に対して適切に復調された周期的信号である。シン ボルＳＧＮは、十又は−「の符号」を意味する。復調器７４及び７６は、ディザ サイクルの分数部分、例えば第３図に示したような１．からｔ２の間に、上記方 程式（７）及び（８）のそれぞれ積分された周波数Ｆ　Ｉ＋及びＦ、２と一致し た計数を蓄積する。Ｗ積計数からの結果としての周波数Ｆ−１及びＦ、２の積分 は、方程式（９）及び（１０）の右辺を方程式（７）及び（８）のａｌ及びａ２ の値に対して代用することにより展開されてもよい、総和接合７８は、積分され た周波数、即ち復調器７４及び７６からの計数出力を加算するために用いられ、 総和接合８０はそれらの計数を減算し、和信号ΣＳ及び差信号ΔＳを提供する。

この発明において、ΣＳ及びΔＳの値は、信号ｓｉｎωｔｎ−ｓｉｎωｔｎ−Ｉ により決定される時間だけ積分された蓄積計数を用いるソフトウェアで計測され 、各１／４ディザ周期毎に±１まで変化する。

角レート及び線形加速度の計算を簡略化するため、この発明におけるΣＳ及びΔ Ｓの値は、以下の方程式に示すように結合され得る。

Σｓ−ｂΔ５＝２ｉ（ａｐ＋ｄａｐ”）ｄｔ−２（（ｂＦ−ｄＦ’）ｄｔ　　（ １１）Δｓ−ｂΣＳ＝　２　Ｓ　Ｆ（１＋ｄａｐ）ｄｔ　　２　Ｓ　ａｐｄｔ　 　　　　　　　（１２）但し、ｂ及びｄはゲイン定数に２＋及びに２２の比率（ 第６図参照）である、以下の記述において、方程式（１１）の左辺はＳ　ｒａｔ ｅと称し、又、方程式（１２）の左辺は５ｖｅｌと称する。

方程式（１１）及び（１２）に示すように、総和接合フ８及び８０からの和信号 及び差信号の結合は、コリオリ加速度と加速度計１０及び１２により検出された 特定方向力との間のクロス結合からの結果となる項を除去する。ディザ周期の、 分数の１／４サイクルにわたって、方程式（１２）は速度の増分変化に対して解 くことができ、又、方程式（１１）はＸ軸の回りの角度位置の増分変化に対して 解いてもよい。

角レート及び線形加速度に対する従来技術の解法において、方程式（１１）及び （１２）は、ディザ駆動信号の全余弦周期にわたって総和することにより、全波 復調で結合され、方程式（１１）は他の半分の間の計数からディザサイクルの半 分の間に蓄積された計数を減することにより解かれる。もし、加速度計が取り付 けられる本体が、ディザ周波数よりずっと低い周波数で運動を経験した場合、従 来技術の解決による誤差は一般に±０．０１％より小さい。

しかし、もし、本体が、１００Ｈｚデイザ駆動信号より実質的に高い周波数で高 い周波数の動的加速度を受け、直角のＸ、Ｙ及びＺ軸の回りの回転レートが変化 した場合、角回転及び線形加速度を解くための従来技術方法は、重要な誤差を生 じる。

この発明は、方程式（１１）及び（１２）を減結合させて、角度増分変化及び速 度の増分変化に対する解決における非線形性の影響を減じるための装置及び方法 を提供する。

又、全ディザ周期の１／４サイクルの間にこれらの値を計測することは、従来技 術の全サイクルの復調にわたって４の因子によるデータレートを増大させる。

角レートＰの計測は、加速度計１０及び１２に関連し、それらの受感軸に沿った 方向に向いた特定方向力Ｆは２ステツプの手順を含む、最初に、速度の増分変化 に対する値ΔＶが得られ、その後、この値は、更に複雑な方程式を解いて角度位 置Δθの増分変化を計測するために用いられる。データを生成する加速度計対に よって測定される回転角レート及び特定方向力を生じる、速度及び角度位置の増 分変化が、それらの変化が起きる間の時間間隔により分割されてもよいことは明 らかであろう。

方程式（１２）を用いて、速度の増分変化に対して解くために、以下の式が引き 出されてもよい。

Δｖ＝１ΔＳ−ｂ［ΣＳ＋４　ｐΔθｐ（ｓｉｎωｔｐ＞／　Ｔｐ”２ＸΔＱ］ ＋但し、ＴｐはＹ軸に沿って前後に振動する間の加速度計１０及び１２の全ディ ザ周期の１／４と等しい時間間隔を表わし、ｔｐ及びｔｐ−１は１／４ディザ周 期離れた時間の点を表わす、ｔ、及びＬｐ−１がｓｉｎω波形の零クロスに落ち るので、ｓｉｎωｔｐ　　Ｓｊｎωｔｐ−１の値は、＋１及び−１のどちらかに なるだろう、方程式（１３）においてΔθ、を含む項は、どれも無視することが でき、又は、先行分数部分からのＸ軸の回りの角度位置の増分変化に対する値は 、ΔＶの計算における評価として用いられることができる。角度位置の増分変化 Δθ、が、角速度の増分変化ΔＶに非常に弱く結合しているので、Δθ、が現れ るそれらの項を無視することは、一般に、受は入れられ得る。無視できない１つ の項は、ΔＱｘである。この項は、Ｙ軸の回りの角レートの結合を含み、１／４ サイクルの分数時開間隔にわたるｘＱｄｔの積分に等しい、もし、この間隔がテ ィラー展開を用いて展開された場合、以下の方程式が得られる。

ΔＱに＝５ｘＱｔ ＝ｘｉ（（Δθｑ−Δθｑ−１）（Ｔ−／ＴＱ）＋　（ＱＱ−２ＱＱ−１）＜Ｔ ｐ／ＴＯ）［１／２（ｉｐ＋ｔｐ−＋　）−ｔ□、コ））但し、Ｔｐ及びＴＱは 、加速度計対１０及び１２．１４及び１６、並びに、１８及び２０にそれぞれ関 連するＸレート軸及びＹレート軸に対する１／４デイザ周期であり、ｔｐ及びｔ ｑは、それらの加速度肝対に対する測定の電流時間を表わす。

Δθｑ及びΔθＱ−＋は−ｔｑ及びｔＱ−＋及びＱｑの間の振動周期の電流分数 部分の間のＹ軸の回りの角度位置の増分変化の差からなり、Ｑｑ−＋及びＱＱ− ２は、２つの次々の１／４サイクル部分ｔＱ−ｔからｔｑまでの時間からＴＱま での間に、Ｙ軸に対して計測された角レートを表わす、又、もちろん、１つ又は それ以上先行する１／４周期にわたる平均ｄの項において、ΔＱに対する値を評 価することは可能である。もし、ΔＶ及びΔθに対する値が３つの直角軸Ｘ、Ｙ 及びＺのそれぞれについて同時に解かれた場合。

方程式（１３）の同様の各直角軸に沿ったΔＶに対する３つの方程式は、同時に 解かれ、ΔＱの値を計測することができる。

加速度計対からの出力信号と処理して上記方程式に対する解答を生成するために 用いられる装置は、第５図に示されている。信号処理システムの最も重要な要素 は、マイクロプロセッサ８２である。特に図示しないが、マイクロプロセッサは 、ランダムアクセスメモリ（ＲＡ　Ｍ　）及びリードオンリーメモリ（ＲＯＭ　 ）を含み、後者は、各加速度肝対からの出力信号を処理するステップを実施する ためのデジタルプログラムを格納するのに役立つ、マイクロプロセッサ８２は、 リード８６によりタイミング及び制御ブロック８４に接続され、これを介して制 御信号は、各加速度計対をＮｆ＆に振動させるのに用いられる周期的周波数を、 所定の時間間係で確立するために提供される。

しかし、加速度計１４及び１６．並びに１８及び２０は、マイクロプロセッサ８ ２とタイミング及び制御ブロック８４とにより同様に接続され且つ制御されるこ とが理解されるだろ制御信号は、各加速度計対に対して周期的に生成される周波 数及びその位相関係を確立するために、タイミング及び制御ブロックにより提供 され、駆動信号発生器９０に入力される。駆動信号発生器９０は、加速度計１０ 及び１２に電磁的に結合され、それらに周期間数ｓｉｎωｔによる周波数ωの前 後のディザ即ち振動を引き起こす、ωの値は、同期レートセンサ内で動作してい る全ての加速度計対に対して同一であってもよく、又は、非同期レートセンサ内 の多対に対して異なっていてもよい、それらに関連するレート軸の回りの角度回 転に基づく線形加速度及びコリオリ加速度の両方に応答して、１つの加速度計対 は、それぞれライン９２及び９４を通してカウンタ９６及び９８に入力される出 力信号Ｓ１及びＳ２を生成する。

信号Ｓ、及びＳ、は、タイミング及び制御ブロック８４からリード１００を介し て提供される上記信号５ＧＮｅｏｓωｔにより復調される。カウンタ９６及び９ ８からの復調された出力は、データライン１０２を介してマイクロプロセッサ８ ２に入力されるカウントＣ１及びＣ２である。サーミスタは、加速度計１０及び １２がさらされる環境内の温度を検出するために用いられ、これにより、適切な 温度のゲイン因子は、線形加速度及び角レートを解くために取り入れられてもよ い、温度センサ（図示せず）の出力は、リード１０４を通してマイクロプロセッ サ８２に入力される。

マイクロプロセッサ８２は、一連のプログラムステップを実施し、慨してＺ軸に 関して第６図に示したように、各軸に沿った速度の増分変化である八Ｖに対する 値を計算する。プロセッサ上のメモリ内に格納されるものは、温度の関数として 計測される各加速度計に関連した一組の特性ゲイン定数である。上述したように 、これらのゲイン定数は、Ｋｌｌ、Ｋｉ２、Ｋ２１及びに、２である。マイクロ プロセッサ８２は、第６図に示すように、ゲイン定数の関数として２つの定数「 ｂ」及びｒｄ、を決定し、これらの定数す及びｄを、カウンタ９６及び９８によ り出力されるカラン）　Ｃ＋及びＣ２の関数としてのＳ　ｒｅｔｅ及び５ｖｅｌ を計算するために用いる。上記のように、値Ｓ　ｒａｔｅは、方程式（１１）の 左辺（Δｓ−ｂΣＳ）と等しい。

第６図に示したΔ■に対する式は、方程式（１３）の簡略化された形である。そ の式の分母は、加速度計対に対するΔＶのゲインと一致し、既に説明したように 、Δθ２．５ｖｅｌ及びΔＱの関数として決定されなければならない。

一旦、ΔＶゲインが決定されると、Δ■の方程式はたやすく解かれる。

方程式（１３）は、全ディザ期間の次々の分数増分に対して解かれることができ 、速度の早い変化を反映するデータ、即ち、Ｘ、Ｙ及びＺ軸のそれぞれに沿った 加速度を提供する。従って、これらの軸の各々に対するΔＶの値は、以下に説明 するように、各軸に対するΔθを解くために用いられてもよい、又は、ディザサ イクルの次々の分数増分部分を越えた速度の平均増分変化は、速度の短期間変化 をろ過して取り出すと共に方程式（１３）の解決を簡略化するために計測されて もよい、もし、ΔＶが各１／４デイザサイクルに対して決定されれば、そのよう なΔ■の値の４つの次々の合計は、以下の方程式を生成する。

÷（２［１−（ｄ／Ｔ　）　ＸΔＱ１００］＞　　（１５）但し、ディザ周波数 は１００Ｈｚと等しい、方程式（１５）において、 ΔＱ１゜。”　Ｑ　（ｔｐ）　−Ｑ　（ｔｐ　−４Ｔ　ｐ）（１６）Ｔ＝４７． ＝２π／ω　　　　　　　　　　　　（１７）である、但し、Ｑ（ｔｐ）は電流 １／４デイザサイクルに対するレートＱであり、Ｑ　（ｔｐ−４７Ｐ）は時間的 に早い１つのディザ期間で現れる１／４サイクルで計測されるレートＱである。

従って、値Δ■１゜。は、加速度計１０及び１２に対する速度の増分変化の移動 平均からなり、その値において、ΔＱ、。。の値は、時刻ｔｐにおける電流角レ ートを評価することにより、又は、同時にそれを計算することにより決定される 。

角度位置の増分変化Δθは、各１／４デイザサイクルに対して、方程式（１１） を解くことにより決定される。方程式（１１）の右辺は、信号カウントＣＩ及び Ｃ２の和及び差と、コリオリ加速度内への特定方向力の結合に基づく誤差項とか らなる。この結合は、加速度計の非線形性に基づく、従来技術において、結合成 分は、全ディザ期間にわたって一定線形加速度と仮定することにより無視された 。従って、余弦復調は、ディザサイクルの第２の半期間に起こる線形加速度結合 に反して、第１の半期間の間に起こる線形加速度結合を相殺する０本体が角加速 度の早い変化を受ける動的環境において、線形加速度は、全ディザ期間にわたっ て一定ではない、従って、線形加速度の角レートとの結合は相殺せず、もし、正 確な解決が必要であっても無視できない。

この発明においては、ディザサイクルの先行分数部分における増分速度の経歴か ら、その効果の評価により線形加速度（特定方向力）結合に対して補償が提供さ れる。

方程式（１１）の第２の積分から、１／４ディザ期間にわたる特定方向力結合は 、以下の方程式により与えられる。

方程式（１８）内の積分は、値が求めることができ、Ｘ　（１３ΔＶｐ　　２Ａ 　ＶｐＶｐ−ｌ　＋Ａ　ｖｐ−１’）を生成する。但し、我々は、積分期間にわ たる平均特定方向力Ｆが、Ｔ、で除算されたΔＶと等しいと仮定する。

方程式（１９）の右辺は、たやすく値が求められるだろう。

なぜなら、我々は、ΔＶ、及びΔＶｐ−１に対する方程式（１３）％式％ 方程式（１１）の右辺の項の第１グループ、即ち第１８［分の被積分関数は、以 下のように、所望の角レートの残りの項を隔離するために展開されてもよい。

（ｉｐ＋ｄｉｒ”）＝　ｄｚ’Ｐ’＋　ｄ（４ｐ　Ｚ（ａ）　ｅｏｓωｔ　−２ ｘｚＲ）Ｐ’＋（−ｚ＋ｄ２ρ２ω２）Ｐ： ＋（−２ｐ　（＆）　ｅＯ８ωｔ＋　ｘＲ）Ｐ＋ｄ（４ｐ　ｘｆＪ＋４ｐ　ｚＱ ”＋２ｐ　”ｔ　、φ（＆ｌ　”）（＆ｌ　ｃｏｓωｔｐ＋ｄ２ｐ”φ（Ｌ）　 ”（＃：　、　−１／４ｔ　、φ”）　（１）　ｃｏｓ３ωｔｐ＋　ｘＱ　−ｐ 　ＱＲｓｉｎωｔ　−ｘＱ２−ｐ　Ｆ’ｓｉｎωｔ＋　ｄｉ／２ρ２φ２ω４ε 、　２　　　　　　　　（２０）但し、ε＋　＝　（１＋１／４φ２÷１５／１ ２８φ４）、ε、　＝　１４３／６４φ２であり、φ＝ρ／ｒである。方程式（ ２０）は、明らかに、コリオリ加速度の他の多くの項を含む、これらの他の項は 誤差を表わし、従って、減算されて、角レートに関係する所望の正確な情報を生 成しなければならない、ｄｚ’Ｐ’の項は、前後に振動するときの加速度計のデ ィザ運動に起因する求心加速度の非線形結合に対応する。ｄ４ρｚＰ’ωｅＯ８ ωｔの項は、コリオリ加速度及び求心加速度の非線形クロス結合を表わす、　− ２ｄｘｚＲＰ’の項は、求心項であるＲ角レートとＰ角レートとの間の非線形ク ロス結合である。　−ｚＰ”の項は求心加速度である角レートＰに対応する。ｄ ２ρ２ω２Ｐ２の項は、２乗されたコリオリ加速度の直流成分である。

−２ρｅ０８ωｔの項は、実際のコリオリ加速度である。　ｘＲＰの項は、Ｐ角 レートＰ及びＲカレート間の求心加速度結合である　ｄ４ρｘＱωｅＯ８ωｔｐ の項は、Ｑ軸振動、即ち求心加速度とコリオリ加速度との間の非線形クロス結合 を表わす、　ｄ’ｐｚＱ”ωｃｏｓωｔＰの項は、Ｑｒａｔｅ、即ち求心及びコ リオリ加速度の間の非線形クロス結合を表わす。

ｄ２ρ２ε、φω３ｅＯ８ωｔＰの項は、本体加速度２とコリオリ加速度との間 の非線形クロス結合である。最後の項は、ディザ周波数の第３調波における本体 の加速度−°とコリオリ加速度との間の非線形クロス結合である。方程式（２０ ）において、いくつかの比較的微少な項は無視された。

方程式（１１）からコリオリ加速度を計測するためには、全ての３軸Ｐ、Ｑ及び Ｒに対する角度位置の増分変化の過去の値を用いた貢献度を評価することにより 、方程式（２０）内の上記各誤差項の数値を求めることが必要である。

方程式（２０）内の各誤差項を評価するなめに用いられてもよい、いくつかの技 術があり、これらは当業者にとって一般的に周知である。この発明を適切に開示 するためにこれらの技術を説明する必要がないため、ここでは各項の詳細な値は 示さない。

方程式（１１）は、各レート軸Ｘ、Ｙ及びＺに対する全ディザ期間の各１／４サ イクルに対して解くことができる。

又は、これらの軸の各々の回りの位置の増分変化の移動平均Δθは、以下の２つ の二次方程式即ち４階多項式の実根内で決定され得る。

Ｃ＜Ｐ’＋Ｃ３Ｐ３＋ＣｚＰ２＋Ｃ＋）”＋ＣｏＰ’＝Ｃ１（２１）総和期間に わたる角度位置の増分変化に対して決定される平均レート（好ましくは、ディザ 期間の４・つの次々の１／４サイクル部分と考えられる移動平均）は、方程式（ ２１）の２つの実根のうちの１つである。実現可能などのようなシステムに対し ても、最小絶対値の実根は実際に望まれる解である。方程式（２工）は、周知の 技術を用いることにより、その単一の所望解を解くことができる。方程式（２１ ）の係数は、方程式（１１）で遂行される積分がら引き出される。方程式（１９ ）は方程式（１１）の特定方向力結合部分（第２の積分）の数値を求め、一方、 方程式（２０）は、方程式（１１）の第１の積分の被積分間数を表わす。

一般に、係数Ｃ０からＣ１は、ディザ期間の先行する１／４サイクル部分から引 き出される慣性レートの評価を用いることにより、決定することができる。

Ｃ，＝（−ｚ＋ｄ２．ｏ”ω’）Ｔｐ　　　　　　　　　　　　　（２４）Ｃｅ ＝　ｘＱＴｐ−ｚＱ　２Ｔｐ−ρ［ＣＱ　Ｒ十Ｐ）／　ω］Ｘ　［ｅｏｓ（ωｔ ｏ）−ｃｏｓ（ωｔｎ−＋）］十ｄｌ／２ρ２φ２ω４ε＋ｚ’ｒｐ −ｄΔＶ（ｔｎ）　＋（ｄ／　ＴＰ１２）Ｘ［１３ΔＶ（ｔｎ）４ΔＶ（ｔｎ） ΔＶ（ｔｎ−＋）＋Δν’（ｔｎ−＋）］＝（Σｓ−ｂΔ５） 上記方程式（２２）から（２６）において、係数は、Ｒ及びＱに対する値を提供 する角レートの先行経歴から決定され、角速度ΔＶの増分変化のこれらの値は、 を流の１／４ディザ期間即ちｔｎと、先行する１／４期ｆｉｔｎ−，とに対して 決定される。

第７図は角レートＰを計測する処理を図式的に示す。

マイクロプロセッサ８２は、前述のように、ゲイン定数に依存した温度の間数と して決定されるｂ及びｄに対する値を参照し、これらの値及び前に計算したΔＶ を用いて特定方向力成分Ｆを決定する。同様に、Ｑレート及びＲレートの結合誤 差貢献度の評価は、それぞれｄ及びΔθｑ、並びにｄ及びΔθ「を用いてなされ る。誤差が結合されたディザ運動は、ｄに基づいて評価される。結局、Δθ、か ら結合された誤差は、過去の経歴、即ち先行する１／４期間の結果に基づいて評 価される。これらの項の各々は、その後、方程式（２１）の係数を計算するため に、Ｓ　ｒｈＬｅと共に用いられる。マイクロプロセッサ８２は、Δθ、を得る ためにその方程式の所望の実根を解き、ディザ１／４サイクルの分数期間Ｔ、で 除算してＰを得る。このＰの値は、Δθｐの経歴を更新するために用いられる。

他のレートＱ及びＲは、同様の方法で計測される。

同一の周波数ｓｉｎωｔで振動する３対の加速度計を含む同期システムにおいて 、３つの直交軸に対応した３つのΔＶ及びΔθの値のために６つの連立非線形方 程式が得られる。前述したように、ΔＶに対する方程式は、各加速度計からの出 力を記述した方程式から減結合されることができ、最初に解かれる。Δθに対す る３つの方程式は、その後、ΔＶの結果を用いて解かれる。上記１つの方法の概 略を述べてきたが、摂動を通した線形化などにより、又は、許容限界誤差内の解 に到達するための反復を用いることにより、他の方法を用いた解法も得ることが できる。

第８図は、同期レートセンサにおいて、Ｘ、Ｙ及びＺ軸に対する速度の増分変化 がいかにして得られるかを概念的に示す、マイクロプロセッサ８２は、ディザ期 間の前の１／４サイクル部分ｉｎ−＋を用いた、慣性レー）Ｐ、Ｑ及びＲの過去 の経歴から引き出された誤差補償評価を用いる。誤差補償評価は、直交レート軸 の電流１／４デイザサイクルに対する平均慣性角レートＰ、Ｑ及びＲを計算する ために、各Ｘ、Ｙ及びＺ軸に対するＳ　ｒａｔｅ及びΔＶと結合される。同期レ ートセンサの加速度計から出力されるデータを処理するために、この発明を使用 することは、非同期レートセンサからのデータを処理するために用いられたとき よりも、もっと正確な解を提供する。

異なる周波数で複数対の加速度計が駆動される非同期レートセンサシステムに対 する線形加速度及び角レートを解くために用いられる方法は、第９図に概念的に 示される。再び、第１のステップは、各軸に対する速度の増分変化を計測するた めのものである。その後、クロス結合により評価された誤差は、他の各レート軸 に対する時間的に最新の解を用いて計算される。最後に、各レート軸に対する平 均レートは、方程式（２１）を解くことにより得られる。

速度の増分変化及び角度位置の増分変化に対する上記各解は、３対の加速度計が 用いられたシステムに間するものであったが、一対の加速度計に関連した線形加 速度及び回転角レートを解くためにアナログ技術が用いられてもよい、Ｚ軸と一 直線に配列された受感軸と共にＹ軸に沿って振動される一対の加速度計１０及び １２に対して、２つの垂直平均慣性レートＲ及びＱに基づく方程式１３．１９及 び２０の全ての項は、角加速度Ｑに間する項と同様に、観測できないだろう、し かし、角レートに対する特定方向力の結合に起因する誤差成分、及び、加速度計 に用いられる水晶の非線形性に起因する本体の振動は、観測可能のままであろう 、又、検出されるレートの慣性角加速度も、観測可能であろう、従って、これら の誤差成分は、一対の加速度計に対する線形加速度及び角レートの計測において 改善されたデータレート及び結合に基づく残余誤差が除去されるように、ディザ サイクルの先行分数部分の間に前の解に基づいて解かれてもよく、又は、評価さ れてもよい、上述した角レート及び線形加速度を解くために用いられる方法は、 だいたい本質（例えば、ティラ一連続展開）であり、よく作用する。なぜなら、 それらは、従来技術によって完全にアドレスされない比較的小さい残余誤差を、 少なくとも小さい誤差が各完全サイクルにわたって主に相殺しない範囲まで計測 するからである。

この発明の好ましい実施例は、全期間の１／４に等しいディザサイクルの分数部 分を用いる。角加速度及び線形加速度の変化の同等で更に高い解を達成するため に、更に小さい増分部分、例えば全ディザ期間の１／８又は１／１６を用いるこ ともできるだろう、しかし、このデータの実時間計算は、現在手に入るマイクロ プロセッサの処理速度により制限される。従って、より速いマイクロプロセッサ が開発されて商業的に手に入るようになるので、ディザサイクルの更に短い増分 部分を用いて増加された解が達成できることが研究されている。

この発明は、好ましい実施例に関して開示されてきたが、当業者は、以下に続く 請求の範囲の視野内で、ここで開示した装置及び方法に対して修正がなされても よいことを認めるだろう、従って、この発明の適用範囲が開示により制限される ことを意図せず、その代わりに、請求の範囲に対する言及により単独に決定され るべきである。

θ呵ｑ２゜ 特表千２−５０２１２７（１３） ？（ 国際調査報告 ｍ−１−Ａｅｅｌ’ｗｂｅ＊１１ｖ　ＰＣＴ／ＩＪＳ８８１０４０７１

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. １．角レート及び線形加速度センサと共に用いるための装置であって、前記セン サは、互いに平行に且つレート軸に直角に配列された受感軸を有する一対の加速 度計を含み、前記一対の加速度計を、その両方の受感軸に面角且つ前記レート軸 に直角な方向に周期的な運動信号の関数として、周期的に運動させることにより 、前記レート軸の回りの本体の回転角レートが検出され、前記レート軸の回りの 前記回転角レートに比例し且つ受感軸の方向に配列されたコリオリ加速度が結果 として生じ、前記加速度計は、それらの受感軸に沿って受ける結合された線形及 びコリオリ加速度に比例した出力信号をそれぞれ生成し、前記出力信号を処理し て前記回転角レート及び前記線形加速度を計測するための装置において、 （ａ）前記運動信号の全期間の分数部分の間に、前記一対の加速度計により生成 された前記出力信号の和及び差を計測するための総和手段と、 （ｂ）前記和及び差の関数として、 （ｉ）前記受感軸に沿った前記本体の速度の増分変化と、 （ｉｉ）前記レート軸の回りの前記本体の角度位置の増分変化と、 を計測するための処理手段と、 を備え、 （ｃ）前記処理手段は、前記速度の増分変化の誤差成分のクロス結合に対する前 記角皮位置の増分変化を訂正するために更に働き、又、 （ｉ）訂正された角度位置の増分変化と、（ｉｉ）前記速度の増分変化と、 （ｉｉｉ）前記運動信号の期間の前記分数部分の持続時間と、 の関数として、前記レート軸の回りの前記本体の前記回転角レート及び前記受感 軸に沿った前記本体の前記線形加速度を計測するために働く装置。
2. ２．運動信号の分数部分は、前記運動信号の全期間の１／４からなる請求の範囲 第１項記載の装置。
3. ３．前記処理手段は、運動信号の次々の分数部分に対する速度及び角度位置の増 分変化の移動平均を計算するために更に働く請求の範囲第１項記載の装置。
4. ４．前記処理手段は、運動信号の先行分数部分の間に計測された速度の増分変化 に基づいて、速度の増分変化の誤差成分を評価する請求の範囲第２項記載の装置 。
5. ５．角レート及び線形加速度センサと共に用いるための装置であって、前記セン サは複数対の加速度計を含み、一対の加速度計の各々は、他方の加速度計の受感 軸に平行に配列され且つ前記加速度計対が関連するレート軸に直角に配列された 受感軸を有し、前記加速度計対を、その両方の受感軸に直角且つ関連された前記 レート軸に直角な方向に、周期的な運動信号の関数として周期的に運動させるこ とにより、前記レート軸の回りの本体の回転角レートが検出され、前記レート軸 の回りの前記回転角レートに比例し且つ前記受感軸の方向に配列されたコリオリ 加速度が結果として生じ、前記加速度計対は、それらの受感軸に沿って受ける結 合された線形及びコリオリ加速度に比例した出力信号をそれぞれ生成し、前記出 力信号を処理して、前記各レート軸の回りの及び前記各レート軸に沿った前記本 体の前記回転角レート及び前記線形加速度を計測するための装置において、 （ａ）前記運動信号の全期間の分数部分の間に、前記各加速度計対からの前記出 力信号の和及び差を計測するための手段と、 （ｂ）前記各加速度計対に対する前記和及び差の関数として、 （ｉ）前記各加速度計対の受感軸に沿った前記本体の速度の増分変化と、 （ｉｉ）前記各加速度計対に関連するレート軸の回りの前記本体の角度位置の増 分変化と、を計測するための処理手段と、 を備え、 （ｃ）前記処理手段は、クロス軸及びクロス結合の誤差成分を計測して、各加速 度計対に対する角度位置及び角速度の前記増分変化から前記クロス軸及びクロス 結合の誤差成分を減算することにより、前記増分変化を訂正するために更に働き 、又、 （ｉ）訂正された角度位置の増分変化と、（ｉｉ）訂正された速度の増分変化と 、（ｉｉｉ）前記運動信号の期間の前記分数部分の持続時間と、 の関数として、各レート軸の回りの前記本体の前記回転角レート及び各受感軸に 沿った前記本体の前記線形加速度を計測するために働く装置。
6. ６．運動信号の分数部分は、全期間の１／４からなる請求の範囲第５項記載の装 置。
7. ７．前記処理手段は、運動信号の次々の分数部分に対して、各レート軸のための 前記角度位置の増分変化及び前記速度の増分変化の移動平均を計測するために更 に働く請求の範囲第５項記載の装置。
8. ８．前記処理手段は、運動信号の先行分数部分から計測されたレート軸に対する 角度位置及び速度の増分変化に基づいて、各レート軸の角度位置及び速度の増分 変化に対するクロス軸及びクロス結合の誤差成分を評価するために、更に働く請 求の範囲第５項記載の装置。
9. ９．クロス軸及びクロス結合の誤差成分は、加速度計対のクロス軸振動及び非線 形運動からなる請求の範囲第５項記載の装置。
10. １０．複数の直交レート軸の回りの本体の回転角レートの成分及び前記レート軸 に沿った前記本体の線形加速度の成分を計測するための装置であって、（ａ）各 加速度計対が１つのレート軸の回りの回転角レートと関連されると共に、加速度 計の受感軸が、互いに平行に配列され且つその対が関連する前記１つのレート軸 に直角に配列された各対からなり、各加速度計がその受感軸に沿って前記加速度 計により検出された加速度に対応した周波数を有する出力信号を生成する複数対 の加速度計と、 （ｂ）前記加速度計対の前記各加速度計からの前記出力信号が、前記加速度計対 の関連するレート軸の回りの本体の回転角レートに比例した周期的コリオリ加速 度成分を含むようにするために、周期的な運動信号を生成する手段を含み、各加 速度計対を概して加速度計対の受感軸に直角且つ前記加速度計対が関連するレー ト軸に直角な方向に周期的な運動信号の関数として周期的に運動させる駆動手段 と、 （ｃ）各加速度計からの前記出力信号及び前記周期的な運動信号を受信するため に接続され、各加速度計対の前記出力信号の和及び差の関数として、前記周期的 な運動信号の全期間の分数部分に対して各レート軸に沿った本体の速度の増分変 化及び角度位置の増分変化を計測するための信号処理手段と、 を備え、 各レート軸に対する前記速度及び角度位置の増分変化が、他の各レート軸からの クロス軸成分を含み、前記信号処理手段が、クロス軸成分を計測し且つそれらの 貢献度を減算して、各レート軸に対する訂正された速度の増分変化及び角度位置 の増分変化を生成するために更に働き、前記訂正された速度及び角度位置の増分 変化の関数として、且つ前記周期的な運動信号の分数部分の持続時間の間、各レ ート軸に対する線形加速度及び回転角レートを計測するために更に働く装置。
11. １１．運動信号の分数部分は、前記運動信号の全期間の１／４からなる請求の範 囲第１０項記載の装置。
12. １２．周期的運動信号を生成する手段は、各加速度計対に対して異なる周波数を 有する運動信号を生成する請求の範囲第１０項記載の装置。
13. １３．各レート軸に対する速度及び角度位置の増分変化は、他のレート軸に沿っ た速度の増分変化の誤差成分を含み、信号処理手段は、前記誤差成分を計測し且 つ前記誤差成分に対して各レート軸に対する速度及び角度位置の増分変化を訂正 するために、更に働く請求の範囲第１０項記載の装置。
14. １４．信号処理手段は、運動信号の次々の分数部分に対して、各レート軸に対す る速度及び角度位置の増分変化の移動平均を計測するために、更に働く請求の範 囲第１３項記載の装置。
15. １５．信号処理手段は、運動信号の先行分数部分の間に計測された速度及び角度 位置の増分変化に基づいて、各レート軸に対する前記速度の増分変化のクロス軸 成分及びクロス結合誤差成分を評価するために更に働く請求の範囲第１４項記載 の装置。
16. １６．レート軸の回りの本体の回転角レートを計測し、且つ前記レート軸に直角 な軸に沿った前記本体の線形加速度を計測するための方法であって、 （ａ）線形加速度が計測されるべき方向に沿った軸に平行に且つ前記レート軸に 直角に配列された受感軸を有する一対の加速度計を提供するステップと、（ｂ） 周期的な運動信号の関数として、前記加速度計の両方の受感軸及び前記レート軸 に直角な方向に前記加速度計を周期的に運動させ、前記加速度計が、結合された 線形加速度の関数である出力信号と、レート軸の回りの回転のレートとを生成す るステップと、（ｃ）２つの加速度計の出力信号を減算して差信号を生成するス テップと、 （ｄ）２つの加速度計の出力信号を加算して和信号を生成するステップと、 （ｅ）前記周期的な運動信号の全期間の分数部分の間に、前記和及び差信号の関 数として前記受感軸に沿った本体の速度の増分変化を計測するステップと、（ｆ ）前記和及び差信号の関数として前記レート軸の回りの前記本体の角度位置の増 分変化を計測するステップと、 （ｇ）前記角度位置の増分変化にクロス結合する前記速度の増分変化の誤差成分 を計測するステップと、（ｈ）前記速度の増分変化の誤差成分に対して前記角度 位置の増分変化を訂正するステップと、（ｉ）（ｉ）訂正された角度位置の増分 変化と、（ｉｉ）前記速度の増分変化と、 （ｉｉｉ）前記運動信号の期間の分数部分の持続時間と、の関数として、レート 軸及び受感軸に対する本体の回転角レート及び線形加速度をそれぞれ計測するス テップと、 を含む方法。
17. １７．回転角レート及び線形加速度は、運動信号の少なくとも４倍の周波数の測 定レートで計測される請求の範囲第１６項記載の方法。
18. １８．更に、運動信号の次々の分数部分の間に、速度の増分変化及び角度位置の 増分変化の移動平均を計測するステップを含む請求の範囲第１６項記載の方法。
19. １９．誤差成分を計測するステップは、運動信号の先行分数部分からの速度の増 分変化及び角度位置の増分変化に基づいて、誤差成分を評価するステップからな る請求の範囲第１８項記載の方法。
20. ２０．複数の直交レート軸の回りの本体の回転角レートを計測し、且つ前記各レ ート軸に沿った前記本体の線形加速度を計測するための方法であって、（ａ）各 加速度計対が関連する１つのレート軸に平行に且つ他のレート軸に直角に配列さ れた受感軸を有する複数の加速度計対を提供するステップと、（ｂ）周期的な運 動信号の関数として、各加速度計対の両方の受感軸及び各加速度計対が関連する レート軸に直角な方向に各加速度計対を周期的に運動させ、前記各加速度計対が 、それらの受感軸に沿って結合された線形加速度の関数である出力信号と、前記 加速度計対が関連するレート軸の回りの回転のレートと、を生成するステップと 、 （ｃ）各加速度計対に対して、１つの加速度計の出力信号を減算して、その加速 度計対に対する差信号を生成するステップと、 （ｄ）各加速度計対に対して、１つの加速度計の出力信号を他の加速度計の出力 信号に加算して、その加速度計対に対すろ和信号を生成するステップと、（ｅ） 前記周期的な運動信号の全期間の分数部分の間に、各加速度計対に対する前記和 及び差信号の関数として、その加速度計対の受感軸に沿った本体の速度の増分変 化を計測するステップと、 （ｆ）各レート軸に関連した加速度計対に対する前記和及び差信号の関数として 、各レート軸の回りの前記本体の角皮位置の増分変化を計測するステップと、（ ｇ）各レート軸に対する前記角度位置の増分変化にクロス結合する前記速度の増 分変化の各々の誤差成分を計測するステップと、 （ｈ）他のレート軸からのクロス軸誤差による各レート軸の前記角度位置の増分 変化に対して誤差成分を計測するステップと、 （ｉ）前記速度の増分変化の誤差成分に対して各レート軸の前記角度位置の増分 変化を訂正するステップと、（ｊ）クロス軸誤差による前記誤差成分に対して各 レート軸の前記角度位置の増分変化を訂正するステップと、 （ｋ）（ｉ）そのレート軸に対する訂正された角度位置の増分変化と、 （ｉｉ）そのレート軸に対する訂正された速度の増分変化と、 （ｉｉｉ）前記運動信号の期間の分数部分の持続時間と、 の関数として、各レート軸に関する前記本体の回転角レート及び線形加速度をそ れぞれ計測するステップと、を含む方法。
21. ２１．運動信号の分数部分は、全期間の１／４からなる請求の範囲第２０項記載 の方法。
22. ２２．本体の回転角レート及び線形加速度は、運動信号の少なくとも４倍の周波 数の測定レートで計測される請求の範囲第２０項記載の方法。
23. ２３．運動信号は、異なる周波数で各加速度計対の運動を制御する請求の範囲第 ２０項記載の方法。
24. ２４．運動信号の先行分数部分で計測された速度及び角度位置の増分変化は、前 記運動信号の後続分数部分の速度及び角度位置の増分変化の誤差成分を評価する ために用いられる請求の範囲第２０項記載の方法。
25. ２５．更に、運動信号の次々の分数部分の間に各加速度計対に対する速度及び角 度位置の増分変化の移動平均を計測し、且つこれらの移動平均の関数として各レ ート軸に対する線形加速度及び回転角レートをそれぞれ計測するステップを含む 請求の範囲第２０項記載の方法。