JPH0424497A - 飛翔体誘導装置の初期化方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は慣性誘導方式の飛翔体誘導装置の初期化方法に
関し、さらに詳しくは飛翔体に搭載された慣性装置の出
力誤差（特に方位角誤差）を検出してこれを補正する方
法に関する。

従来の技術 飛翔体、例えばミサイル、航空機、無人機、魚雷等の慣
性誘導は、飛翔体自体に搭載された慣性装置からの現在
位置情報をもとに予めプログラムされた基準軌道に沿う
ように飛翔体を誘導するものであるが、この慣性誘導に
おいて問題となる誘導誤差は慣性装置の出力誤差すなわ
ち慣性センサそのものの誤差および慣性装置の基準角度
誤差（姿勢および方位角誤差と称する）によるものであ
る。

そこで、飛翔体の発射前に慣性装置の主要誤差要因を補
正して初期化する方法（初期アライメント）としてトラ
ンスファアライメントと称される方法がある。

トランスファアライメントは、飛翔体自体カモつ慣性装
置とは別に、飛翔体が搭載される発射プラットホーム側
の発射台に、より高精度な慣性装置を取り付けておき、
例えば飛翔体に射角を付与するべ（発射台を傾動変位さ
せたときの加速度を飛ｍ体側および発射プラットホーム
側の慣性装置で個別に検出し、双方の慣性装置で検出し
た加速度の差をもとにベロシティマツチング法により姿
勢方位角誤差や慣性センサ誤差を算出して補正を加える
ようにしたものである。

発明が解決しようとする課題 従来のトランスファアライメントでは、例えば航空機の
ように高加速度で旋回動作できる場合にはかなり高精度
が期待できるものの、地上車両や水上艦船および潜水艦
等のように動きの遅いものを発射プラットホームとする
場合には補正精度の向上に限界がある。特に方位角（地
球水平面内の角度；ヨウ）誤差についてはほとんど期待
できない。

一方、トランスファアライメントとは別のセルフアライ
メント法においては、方位角誤差の補正にジャイロコン
パス法が用いられることもあるが、ジャイロコンパス法
は地球の自転を検出して補正する方式であることから慣
性装置として極端に高精度のものが必要となり、コスト
アップおよび重量、容積の増大を招く結果となって好ま
しくない。

また、セルフアライメント法に地球の重力加速度を検出
して補正をするレベリング法があるが、これは姿勢角（
地球水平面となす角度；ピッチ／ロール）に対しては有
効であるが方位角の補正については使用できない。

本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、地上車両や水上艦船のように
静止しているものまたは動きの遅いものを発射プラット
ホームとする場合でもジャイロコンパス法によらずに高
精度な慣性装置の誤差補正（特に方位角誤差補正）を行
えるようにした方法を提供することにある。

課題を解決するための手段およびその作用本発明は、慣
性誘導方式の飛翔体に搭載された慣性装置の出力誤差を
検出してこれを補正する飛翔体誘導装置の初期化方法に
おいて、発射ブラットボームに搭載された飛翔体を発射
プラットホームごと揺動運動させ、この揺動運動に伴う
発射プラットホームおよび飛翔体の角速度を、発射プラ
ットホームと飛翔体に各別に設けた慣性装置により個別
に検出し、双方の慣性装置により検出された角速度の差
に基づいて慣性装置の出力誤差を算出して補正すること
を特徴としている。

実施例 第１図および第２図は本発明の一実施例を示す図で、地
上車両を発射プラットホームとする場合の例を示してい
る。

発射プラットホームとしての地上車両１には発射プラッ
トホームの一部となるランチブーム２が軸３を回転中心
として傾動変位可能に設けられており、このランチブー
ム２の上に飛翔体４が搭載される。そして、ランチブー
ム２の裏側にはマスター側の慣性装置５が、また飛翔体
４にはスレーブ側の慣性装置６がそれぞれに装備されて
おり、ランチブーム２を所定の傾斜角位置まで傾動変位
させることで飛翔体４に射角が与えられる。

各慣性装置５，６は周知のように例えばストラップダウ
ン型の慣性センサ１０を中心として構成される。

トランスファアライメントの初期動作として飛翔体４に
射角を付与するべく第２図に示すようにランチブーム２
を所定角度だけ傾動変位させる。

ランチブーム２を傾動変位させると、ランチブーム２お
よび飛翔体４をダイナミクスとしたときのランチブーム
２の受ける加速度ａおよび角速度Ωがマスター側の慣性
装置５で検出され、同時に飛翔体４が受ける加速度ａお
よび角速度ωがスレーブ側の慣性装置６で検出される。

すなわち、スレーブ側の慣性装置６では、慣性センサ１
０を取り付けた座標軸方向（３軸方向）の加速度ａをジ
ャイロで検出するとともに角速度ωを検出し、その検出
値ａ、ωを第１図のセンサバイアス補正部７においてセ
ンサバイアス補正を行った上、センサバイアス補正部７
からの加速度出力ａを座揺変換部８において基準座村（
飛翔体４が慣性誘導に使用する座標系）に座標変換して
△　　　　　　　　　　　　　　　　　△て加速度ａを
得る。さらに加速度ａを積分回路９で積分することで飛
翔体の誘導に必要な速度■および位置を得る。

またセンサバイアス補正部７で得られた角速度ベクトル
ωを積分して後述するように座標変換マトリクスを更新
する。

上記の処理はランチブーム２の加速度ａおよび角速度Ω
を感知したマスター側の慣性装置５においても同様に行
い、慣性装置５の出力として速度△ ベクトルとしてＶを得るとともに角速度ベクトル△ Ωを得る。

センサバイアス補正部７におけるセンサバイアス補正は
、慣性センサｌＯの出力からセンサ固有の誤差を差し引
いて真の入力値を求めるもので、（１）式および（２）
式で表される。

し加速度］ Ｅ角速度〕 座標変換部８における座標変換は慣性センサ１０の座標
系から基準座標系の値に変換するもので（３）式によっ
て表される。ただし、基準座標はＮ０ＲＴＨ，ＷＥＳＴ
、ｔＪＰの３軸方向とする。

積分回路９では（４）式の演算を行って速度ベクトルＶ
を求める。

［速度ベクトル （基準座標系） ］ また同時に、角速度乙により座標変換マトリクスＢが変
化するためにこれを変更しなければならず、座標変換マ
トリクス・アップデート部】１ではその座標変換マトリ
クスＢの変化分ｉを（５）式によって求める。

※１ ※２ ※３ ※１：座標変換マトリクス変化分（３°Ｘ３）※２：座
標変換マトリクス（３Ｘ　３）※３：角速度の５ＫＥＷ
マトリクス 積分回路１２では座標変換マトリクスの変化分Ｂをもと
に（６）式に基づいて座標変換マトリクスＢを更新し、
さらにオイラー角変換部１３ではオイラー角と座標変換
マトリクスＢとの関係をもとに（７）式に基づいて姿勢
方位角（オイラー角）φ、θ、φを算出する。

「座標変換マトリクスコ Ｂ、、、＋−Ｂ、、＋Ｍｎ−Δｔ　・・・−−−（６）
一方、マスター側の慣性装置５においても上記と同様の
処理を行い、（８）式および（９）式に△ 基づいて速度ベクトルＶおよび姿勢方位角の出力ベロシ
ティマツチングのためのカルマンフィルター１４では、
スレーブ側の慣性装置６とマスター側の慣性装置５の基
準座標における速度ペクト△ ルｖ、■同士の差ΔＶをもとに、ベロシティマツチング
法により姿勢方位角誤差Δφ、Δθ、Δφおよびセンサ
誤差す、ｄを推定する。カルマンフィルター１４におけ
る誤差推定式は（１０−１）式によって表され、また上
記の速度ベクトルの差Δ■は（１０−２）式によって表
される。

誤差推定値 誤差推定値 そして、先にカルマンフィルター１４の前段で得られた
速度の差ΔＶを積分回路９の出力にフィードバックする
一方、カルマンフィル９−１４Ｃ推定した姿勢方位角誤
差（オイラー角）Δφ、６θ、Δφをオイラー角変換部
１３の出力に加えて（１１）式のように座標変換マトリ
クスを変更し、その変更した座標変換マトリクスＢを座
標変換部８および座標変換マトリクス・アップデート部
１１にフィードバックする。同時に、カルマンフィルタ
ー１４で推定されたセンサ誤差す、ｄをセンサバイアス
補正部７にフィードバックする。

ここで、上記のセンサ誤差す、　　ｄは（１２）式のよ
うに表され、また速度の差ΔＶによって補正が加えられ
た速度ベクトル■は（１３）式によって表される。

（１）姿勢方位角（オイラー角） ・・・・・・（１２） 一方、もう一方のアチチュードマノチングのためのカル
マンフィルター１５では、スレーブ側の慣性装置６とマ
スター側の慣性装置５の基準座標の誤差Δωからアチチ
ュードマソチング法により姿勢方位角誤差Δφ、Δθ、
Δφおよびセンサ誤差す、ｄを推定する。この時の誤差
推定式は（１４）式によって表される。

※４ ※５ ※４：ｎ＋１回目の誤差推定値 ※５：ｎ回目の誤差推定値 ※６：カルマンフイルター（９Ｘ　３）※７：双方の慣
性装置の角速度出力差 すなわち、センサバイアス補正部７の角速度出力ωを座
標変換部１６で座標変換して角速度ベクΔ 側の慣性装置５の出力である角速度ベクトルΩとの差Δ
ωを求めた上、その誤差Δωをもとにカルマンフィルタ
ー１５で姿勢方位角誤差Δφ、Δθ。

Δφおよびセンサ誤差す、ｄを推定する。

△ ここで、上記の角速度ベクトルωは（１５）式により、
またマスター側の慣性装置５の角速度べ△ クトルΩは（１６）式でそれぞれ表され、それらの角速
度ベクトルの差Δωは（１７）式で表される。

［飛翔体側角速度］ 角速度 角速度 ［発射ブラフ トホーム側角速度］ そして、アチチュードマッチングのためのカルマンフィ
ルター１５で推定された姿勢方位角誤差Δφ、Δθ、Δ
φをカルマンフィルター１４の出力とともにオイラー角
変換部１３の出力に加えて（１８）式のように座標変換
マトリクスを変更する一方、カルマンフィルター１５で
推定されたセンサ誤差す、ｄをカルマンフィルター１４
の出力とともにセンサバイアス補正部７にフィードバッ
クする。この時、カルマンフィルター１５の出力である
センサ誤差す。

ｄは（１９） 式のように表 される。

（１）姿勢方位角 （オイラー角） センサ誤差 ここで、 第２図に示したようｌこ地上車両ｌにおいてベロシティ
マツチングによるマスター側の慣性装置５とスレーブ側
の慣性装置６との速度出力誤差は（２０ １）。

式で表される。

姿勢方位 カは選び変り十 ＊８ ※９ ・・・・・・（２０ ※９ニスレープ側慣性装置の誤差主要項そして、地上車
両ｌの場合、 ａｍ、　ａｖ　ＡＯ（０，ＯＩ　Ｇ） αＵ＾０（ＩＧ） である。

したがって、θ１１＋ＯＭ＋　　θ。の各値をカルマン
フィルター１４により最小二乗法的に推定するとした場
合、θ、およびθ１の値は加速度計バイアス（ｂｘ、　
　ｂｙ、　　ｂｚ）レベルでは推定できるが、θ０につ
いてはＯＮ、　　θ、の１００倍程反末オーダでしか見
積もれず、精度の向上に限界がある（ただし、航空機の
ように動きの速いものについてはα９゜α０．α０が数
Ｇ程度であるため精度良（見積もれる）。

一方、アチチュードマッチングによるマスター側の慣性
装置５とスレーブ側の慣性装置６との角速度出力誤差は
（２１−１）、　　（２１−２）式で表される。

※１０ ※１１ ・・・・・・（２１ ※１０：双方の慣性装置の角速度出力差※１１ニスレー
プ側慣性装置の誤差主要項そして、地上車両１の場合、 ωに、ωＶ、ωＵＡ（１°／Ｓ） である。

したがって、θＵをカルマンフィルター１５により推定
すると、θ８またはθ１のオーダと同程度のレベルまで
推定できる。

つまり、本実施例によるとベロシティマツチングにより
θ８．θ、の精度を出した上でアチチュードマッチング
を行うことによってθＩＩの精度を飛躍的に向上させる
ことができ、例えば地球の自転速度を利用したジャイロ
フンバス法の精度と比較すると、上記実施例における射
角付与時の角速度は地球の自転角速度よりもはるかに大
きいために、（１°／Ｓ）／（１０°／ｈ）−，３００
となっておよそ３００倍程反末で姿勢方位角誤差の捕ｉ
Ｆ精度が向上する− なお、上記実施例では地上車両ｌを発射プラットホーム
とする場合を例にとって説明したが、水上艦船や潜水艦
を発射プラットホームとする場合でも同様に適用できる
。

すなわち、第３図および第４図に示すようにマスター側
の慣性装置５を艦船３１に搭載する一方、スレーブ側の
慣性装置６を飛翔体４に搭載し、ヨウ方向の軸を中心と
して艦船３１をジグザグに走行させることによってロー
ル方向の角速度を発生させる。そして、このロール角速
度を双方の慣性装置５，６で同時に検出して比較するこ
とによって飛翔体４の姿勢方位角誤差を補正する。

発明の効果 以上のように本発明によれば、発射プラットホームに搭
載された飛翔体を発射プラットボームごと揺動運動させ
、この揺動運動に伴う発射プラットホームおよび飛翔体
の角速度を、発射プラットホームと飛翔体に各別に設け
た慣性装置により個別に検出し、双方の慣性装置により
検出された角速度の差に基づいて慣性装置の出力誤差（
特に方位角誤差）を算出して補正するようにしたことに
より、速度で比較する従来の方式と比べて例えば地上車
両や水上艦船、潜水艦のように動きの遅いものでも飛翔
体慣性装置の出力誤差の補正精度が著しく向上する。そ
の結果、初期化に要する時間を最短で抑えることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック回路図、第２
図は飛翔体を搭載した地上車両タイプの発射プラットホ
ームの概略説明図、第３図は本発明の他の実施例を示す
図で水上艦船タイプの発射プラットホームの概略説明図
、第４図は第３図の発射プラットホームのヨウおよびロ
ール方向の動きを示す概略説明図である。 １・・・発射プラットホームとしての地上車両、２・・
・ランチブーム、４・・・飛翔体、５・・・マスター側
の慣性装置、６・・・スレーブ側の慣性装置、Ｉ４・・
・ベロシティマツチング用カルマンフィルター　１５・
・・アチチュードマッチング用カルマンフィルター第 図 第 図 第 図 ハ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）慣性誘導方式の飛翔体に搭載された慣性装置の出
   力誤差を検出してこれを補正する飛翔体誘導装置の初期
   化方法において、 発射プラットホームに搭載された飛翔体を発射プラット
   ホームごと揺動運動させ、 この揺動運動に伴う発射プラットホームおよび飛翔体の
   角速度を、発射プラットホームと飛翔体に各別に設けた
   慣性装置により個別に検出し、双方の慣性装置により検
   出された角速度の差に基づいて慣性装置の出力誤差を算
   出して補正することを特徴とする飛翔体誘導装置の初期
   化方法。