JPH05133762A - 慣性航法装置 - Google Patents
慣性航法装置Info
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- JPH05133762A JPH05133762A JP32144891A JP32144891A JPH05133762A JP H05133762 A JPH05133762 A JP H05133762A JP 32144891 A JP32144891 A JP 32144891A JP 32144891 A JP32144891 A JP 32144891A JP H05133762 A JPH05133762 A JP H05133762A
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- JP
- Japan
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- angular velocity
- acceleration
- coordinates system
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小形、軽量の慣性航法装置を得る。
【構成】 慣性センサを用いる慣性航法装置において、
慣性センサとして、２軸方向の加速度と当該２軸まわり
の角速度を同時に計測できる複合センサを２個備え、平
行でない任意の角度で配置することにより、移動体の航
法座標上の位置及び姿勢角、速度が算出できる。
慣性センサとして、２軸方向の加速度と当該２軸まわり
の角速度を同時に計測できる複合センサを２個備え、平
行でない任意の角度で配置することにより、移動体の航
法座標上の位置及び姿勢角、速度が算出できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、各種の移動体の位置並
びに姿勢を計測するための慣性航法装置に関するもので
ある。
びに姿勢を計測するための慣性航法装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来の慣性航法装置を示す構成図
であり、３個の加速度計２１，２２，２３及びジャイロ
スコープ３１，３２，３３により構成されるセンサ部１
と、このセンサ部１の出力に対しスケールファクタ補
正、バイアス補正、Ａ／Ｄ変換などを行なうセンサエレ
クトロニクス４、並びにコンピュータ５を備える。この
他に、センサの駆動電源、コンピュータ等の電源などを
含むが、ここでは図示していない。
であり、３個の加速度計２１，２２，２３及びジャイロ
スコープ３１，３２，３３により構成されるセンサ部１
と、このセンサ部１の出力に対しスケールファクタ補
正、バイアス補正、Ａ／Ｄ変換などを行なうセンサエレ
クトロニクス４、並びにコンピュータ５を備える。この
他に、センサの駆動電源、コンピュータ等の電源などを
含むが、ここでは図示していない。
【０００３】センサ部１を構成する加速度計２１，２
２，２３及びジャイロスコープ３１，３２，３３はそれ
ぞれ、慣性航法装置が搭載される移動体（図示せず）に
固定の座標系の直交３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の計測がで
きるように配置されている。
２，２３及びジャイロスコープ３１，３２，３３はそれ
ぞれ、慣性航法装置が搭載される移動体（図示せず）に
固定の座標系の直交３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向の計測がで
きるように配置されている。
【０００４】センサ部１の６種の出力、即ちＸ軸方向の
加速度αX、角速度ωX、Ｙ軸方向の加速度αY、角速度
ωY、並びＺ軸方向の加速度αZ、角速度ωZは、センサ
エレクトロニクス４により、それぞれスケールファクタ
補正、バイアス補正を受けて各計測軸の計測値が求めら
れ、さらにこれがＡ／Ｄ変換された後、コンピュータ５
に渡される。
加速度αX、角速度ωX、Ｙ軸方向の加速度αY、角速度
ωY、並びＺ軸方向の加速度αZ、角速度ωZは、センサ
エレクトロニクス４により、それぞれスケールファクタ
補正、バイアス補正を受けて各計測軸の計測値が求めら
れ、さらにこれがＡ／Ｄ変換された後、コンピュータ５
に渡される。
【０００５】コンピュータ５は、慣性航法装置を搭載す
る移動体に固定の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から、公知の方
法により、航法座標系への座標変換等を行ない、移動体
の航法座標上の位置並びに姿勢角（ピッチ、ヨー、ロー
ル）、速度を算出する。
る移動体に固定の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から、公知の方
法により、航法座標系への座標変換等を行ない、移動体
の航法座標上の位置並びに姿勢角（ピッチ、ヨー、ロー
ル）、速度を算出する。
【０００６】図４は、従来の慣性航法装置の他の構成図
であり、センサ部１が、直交２軸方向の加速度を検出で
きる２個の２軸加速度計２４，２５と、直交２軸まわり
の角速度を検出できる２個の２軸ジャイロスコープ３
４，３５とで構成されている。その他は、図３に記載し
たものと同様の構成であり、省略してある。
であり、センサ部１が、直交２軸方向の加速度を検出で
きる２個の２軸加速度計２４，２５と、直交２軸まわり
の角速度を検出できる２個の２軸ジャイロスコープ３
４，３５とで構成されている。その他は、図３に記載し
たものと同様の構成であり、省略してある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】このように構成される
慣性航法装置にあって、近年のエレクトロニクスの急激
な進歩により、センサエレクトロニクス４及びコンピュ
ータ５はＬＳＩ化、チップ化が進み、超小型ＩＣ数個で
構成することが可能になっているのに対し、相対的にセ
ンサ部１が大きくなっており、慣性航法装置の小形化、
軽量化のネックになっている。
慣性航法装置にあって、近年のエレクトロニクスの急激
な進歩により、センサエレクトロニクス４及びコンピュ
ータ５はＬＳＩ化、チップ化が進み、超小型ＩＣ数個で
構成することが可能になっているのに対し、相対的にセ
ンサ部１が大きくなっており、慣性航法装置の小形化、
軽量化のネックになっている。
【０００８】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、センサ部を小形化、軽量化す
ることにより、小形、軽量の慣性航法装置を得ることを
目的としている。
るためになされたもので、センサ部を小形化、軽量化す
ることにより、小形、軽量の慣性航法装置を得ることを
目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る慣性航法
装置は、慣性センサを用いる慣性航法装置において、慣
性センサとして、２軸方向の加速度と当該２軸まわりの
角速度を同時に計測できる複合センサを２個備え、平行
でない任意の角度で配置することにより、移動体の航法
座標上の位置及び姿勢角、速度が算出できるものであ
る。
装置は、慣性センサを用いる慣性航法装置において、慣
性センサとして、２軸方向の加速度と当該２軸まわりの
角速度を同時に計測できる複合センサを２個備え、平行
でない任意の角度で配置することにより、移動体の航法
座標上の位置及び姿勢角、速度が算出できるものであ
る。
【００１０】
【作用】この発明におけるセンサ部は２個の複合センサ
で構成できるので、従来、最低４個の慣性センサが必要
であったものに比べ、慣性航法装置が大幅に小形化、軽
量化できることになる。
で構成できるので、従来、最低４個の慣性センサが必要
であったものに比べ、慣性航法装置が大幅に小形化、軽
量化できることになる。
【００１１】
【実施例】本発明の一実施例を図１に基づいて説明す
る。本実施例は、公知の２個の複合センサ６１，６２で
構成されるセンサ部１、センサ部１の出力に対しスケー
ルファクタ補正、バイアス補正、Ａ／Ｄ変換などを行な
うセンサエレクトロニクス４、及びコンピュータ５で構
成される。各複合センサ６１，６２は直交する２軸の加
速度と角速度を検出することができるので、２個の複合
センサを直交して配置し、移動体に固定の座標系（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）に対し、図のように複合センサ６１がＸ，Ｙ方
向、複合センサ６２がＸ，Ｚ方向の加速度と角速度を検
出できるように配置している。これにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ
の３軸の加速度αX，αY，αZ及び角速度ωX，ωY，ωZ
が検出できる。この図で、複合センサ６２は１軸分の加
速度αZと角速度ωZが検出できればよく、１軸分の出力
回路を用意すれば良いことはもちろんである。
る。本実施例は、公知の２個の複合センサ６１，６２で
構成されるセンサ部１、センサ部１の出力に対しスケー
ルファクタ補正、バイアス補正、Ａ／Ｄ変換などを行な
うセンサエレクトロニクス４、及びコンピュータ５で構
成される。各複合センサ６１，６２は直交する２軸の加
速度と角速度を検出することができるので、２個の複合
センサを直交して配置し、移動体に固定の座標系（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）に対し、図のように複合センサ６１がＸ，Ｙ方
向、複合センサ６２がＸ，Ｚ方向の加速度と角速度を検
出できるように配置している。これにより、Ｘ，Ｙ，Ｚ
の３軸の加速度αX，αY，αZ及び角速度ωX，ωY，ωZ
が検出できる。この図で、複合センサ６２は１軸分の加
速度αZと角速度ωZが検出できればよく、１軸分の出力
回路を用意すれば良いことはもちろんである。
【００１２】複合センサ６１の加速度出力αX，αY及び
角速度出力ωX，ωY並びに複合センサ６２の加速度出力
αZ及び角速度出力ωZは、センサエレクトロニクス４に
より、それぞれスケールファクタ補正、バイアス補正を
受けて各計測軸の計測値が求められ、さらにこれがＡ／
Ｄ変換されたのち、コンピュータ５に渡される。
角速度出力ωX，ωY並びに複合センサ６２の加速度出力
αZ及び角速度出力ωZは、センサエレクトロニクス４に
より、それぞれスケールファクタ補正、バイアス補正を
受けて各計測軸の計測値が求められ、さらにこれがＡ／
Ｄ変換されたのち、コンピュータ５に渡される。
【００１３】コンピュータ５は、慣性航法装置を搭載す
る移動体に固定の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から、公知の方
法により、航法座標系への座標変換等を行ない、移動体
の航法座標系上の位置並びに姿勢角、速度を算出する。
る移動体に固定の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）から、公知の方
法により、航法座標系への座標変換等を行ない、移動体
の航法座標系上の位置並びに姿勢角、速度を算出する。
【００１４】現在の技術水準では、加速度計、ジャイロ
スコープ並びに複合センサの大きさは、直径２０〜２５
ｍｍ，長さ４０〜５０ｍｍ程度が小形化の限度であり、
本発明により複合センサ２個でセンサ部を構成できるこ
とは、従来例にあっては最低でも慣性センサ４個を必要
とすることに比べて、センサ部が小形、軽量化できる点
で有利であり、更に、慣性センサ駆動回路や駆動電源も
少なくてよく、慣性航法装置の小形化、軽量化に多大の
寄与となる。
スコープ並びに複合センサの大きさは、直径２０〜２５
ｍｍ，長さ４０〜５０ｍｍ程度が小形化の限度であり、
本発明により複合センサ２個でセンサ部を構成できるこ
とは、従来例にあっては最低でも慣性センサ４個を必要
とすることに比べて、センサ部が小形、軽量化できる点
で有利であり、更に、慣性センサ駆動回路や駆動電源も
少なくてよく、慣性航法装置の小形化、軽量化に多大の
寄与となる。
【００１５】図２は、本発明の他の実施例を示す図であ
り、センサ部１を構成する２個の複合センサ６１，６２
が傾き角θで配置されている点を除いて、他は図１に示
す実施例と同様である。
り、センサ部１を構成する２個の複合センサ６１，６２
が傾き角θで配置されている点を除いて、他は図１に示
す実施例と同様である。
【００１６】ここで、一般には、複合センサの検出軸を
移動体に固定の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致させないで
配置することも可能であるが、説明を簡単にするため
に、各複合センサ６１，６２の一方の検出軸ξ1，ξ2を
Ｘ方向に一致させる場合について図示している。
移動体に固定の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）と一致させないで
配置することも可能であるが、説明を簡単にするため
に、各複合センサ６１，６２の一方の検出軸ξ1，ξ2を
Ｘ方向に一致させる場合について図示している。
【００１７】図中、Ｘ軸は２個の複合センサ６１，６２
を含む面に垂直な方向に、Ｚ軸はこの面内で双方の複合
センサと角度θ／２をなす方向に、Ｙ軸は、Ｘ，Ｚ軸に
直角な方向にある。
を含む面に垂直な方向に、Ｚ軸はこの面内で双方の複合
センサと角度θ／２をなす方向に、Ｙ軸は、Ｘ，Ｚ軸に
直角な方向にある。
【００１８】この構成の場合、複合センサ６１の検出軸
ξ1，η1の出力α<ξ1>，α<η1>，ω<ξ1>，ω<η1>及
び複合センサ６２の検出軸ξ2，η2の出力α<ξ2>，α<
η2>，ω<ξ2>，ω<η2>から、次式によりαX，αY，α
Z，ωX，ωY，ωZが算出できる。ここでα、ωの次の<>
はそれらに付く下添字を示し、以下同様である。
ξ1，η1の出力α<ξ1>，α<η1>，ω<ξ1>，ω<η1>及
び複合センサ６２の検出軸ξ2，η2の出力α<ξ2>，α<
η2>，ω<ξ2>，ω<η2>から、次式によりαX，αY，α
Z，ωX，ωY，ωZが算出できる。ここでα、ωの次の<>
はそれらに付く下添字を示し、以下同様である。
【００１９】αX＝α<ξ1>，又はαX＝α<ξ2>
【００２０】 αY＝α<η1>cos(θ／２)＋α<η2>cos(θ／２)
【００２１】 αZ＝−α<η1>cos((π／２)−(θ／２))＋α<η2>cos((π／２)−(θ／２))
【００２２】 ＝−α<η1>sin(θ／２)＋α<η2>sin(θ／２)
【００２３】ωX＝ω<ξ1>，又はωX＝ω<ξ2>
【００２４】 ωY＝ω<η1>cos(θ／２)＋ω<ζ2>cos(θ／２)
【００２５】 ωZ＝−ω<η1>cos((π／２)−(θ／２))＋ω<η2>cos((π／２)−(θ／２))
【００２６】 ＝−ω<η1>sin(θ／２)＋ω<η2>sin(θ／２)
【００２７】従って、複合センサ６１，６２の出力α<
ξ1>，α<η1>，α<η2>及びω<ξ1>，ω<η1>，ω<η2
>をセンサエレクトロニクス４で処理して、各計測軸の
計測値を求めたのち、コンピュータ５において上記の式
による演算を追加することにより、航法座標系における
移動体の位置及び姿勢角、速度を算出することができ
る。
ξ1>，α<η1>，α<η2>及びω<ξ1>，ω<η1>，ω<η2
>をセンサエレクトロニクス４で処理して、各計測軸の
計測値を求めたのち、コンピュータ５において上記の式
による演算を追加することにより、航法座標系における
移動体の位置及び姿勢角、速度を算出することができ
る。
【００２８】複合センサの大きさは前述した通りである
が、図２の実施例で、複合センサの直径Ｄ，長さＬとす
ると、複合センサ２個は、内径Ｓ2＝Ｌsin(θ／２)＋Ｄ
cos(θ／２)の円筒に入ることになる。一方、図１の実
施例では、複合センサ２個は、内径Ｓ1＝（Ｌ2＋Ｄ2）
1/2の円筒に入ることになる。例えば、Ｌ＝２Ｄ，θ＝
６０°とすると、
が、図２の実施例で、複合センサの直径Ｄ，長さＬとす
ると、複合センサ２個は、内径Ｓ2＝Ｌsin(θ／２)＋Ｄ
cos(θ／２)の円筒に入ることになる。一方、図１の実
施例では、複合センサ２個は、内径Ｓ1＝（Ｌ2＋Ｄ2）
1/2の円筒に入ることになる。例えば、Ｌ＝２Ｄ，θ＝
６０°とすると、
【００２９】Ｓ2＝(１＋(３)1/2)Ｄ／２≒１．３７Ｄ
【００３０】Ｓ1＝(５)1/2Ｄ≒２．２４Ｄ
【００３１】となり、図２の構成は細い円筒状のセンサ
部とするのに有効であることが示される。
部とするのに有効であることが示される。
【００３２】本発明は、慣性センサを４個から２個にで
きることから、超小形化、軽量化がはかれると共に、慣
性航法装置としてのコストを下げることができ、ミサイ
ル用慣性航法装置として絶大な効果を発揮する。更に本
発明による慣性航法装置は、土木工事における地中の小
口径の穴曲り計測用センサとしても有用なものである。
きることから、超小形化、軽量化がはかれると共に、慣
性航法装置としてのコストを下げることができ、ミサイ
ル用慣性航法装置として絶大な効果を発揮する。更に本
発明による慣性航法装置は、土木工事における地中の小
口径の穴曲り計測用センサとしても有用なものである。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
センサ部を小形化、軽量化することにより、小形、軽量
の慣性航法装置を得ることができる。
センサ部を小形化、軽量化することにより、小形、軽量
の慣性航法装置を得ることができる。
【図１】本発明の一実施例の構成図である。
【図２】本発明の他の実施例の構成図である。
【図３】従来の慣性航法装置を示す構成図である。
【図４】従来の慣性航法装置の他の構成図である。
１ センサ部 ４ センサエレクトロニクス ５ コンピュータ ６１，６２ 複合センサ
Claims (2)
- 【請求項１】 慣性センサを用いる慣性航法装置におい
て、慣性センサとして、２軸方向の加速度と当該２軸ま
わりの角速度を同時に計測できる複合センサを２個備
え、平行でない任意の角度で配置することを特徴とする
慣性航法装置。 - 【請求項２】 請求項１において、複合センサ２個を直
交して配置することを特徴とする慣性航法装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32144891A JPH05133762A (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 慣性航法装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32144891A JPH05133762A (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 慣性航法装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05133762A true JPH05133762A (ja) | 1993-05-28 |
Family
ID=18132677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32144891A Pending JPH05133762A (ja) | 1991-11-11 | 1991-11-11 | 慣性航法装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05133762A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0674182A2 (en) * | 1994-03-24 | 1995-09-27 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Hybrid sensor |
| JP2003043063A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-13 | Nagano Fujitsu Component Kk | 加速度検出装置 |
| JP2005271914A (ja) * | 2004-03-23 | 2005-10-06 | Continental Teves Inc | 車両の車体状態推定 |
| KR100520465B1 (ko) * | 2002-11-20 | 2005-10-11 | (주)마이크로인피니티 | 차량용 통합 센서 시스템 |
| JP2009528547A (ja) * | 2006-03-15 | 2009-08-06 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | センサベースのオリエンテーションシステム |
| JP2015094630A (ja) * | 2013-11-11 | 2015-05-18 | セイコーエプソン株式会社 | センサー用ｉｃ、センサーデバイス、電子機器及び移動体 |
-
1991
- 1991-11-11 JP JP32144891A patent/JPH05133762A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0674182A2 (en) * | 1994-03-24 | 1995-09-27 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Hybrid sensor |
| EP0674182A3 (en) * | 1994-03-24 | 1997-05-21 | Honda Motor Co Ltd | Hybrid sensor. |
| US5786744A (en) * | 1994-03-24 | 1998-07-28 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Hybrid sensor |
| EP1211515A1 (en) * | 1994-03-24 | 2002-06-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Hybrid sensor with correcting means |
| JP2003043063A (ja) * | 2001-08-01 | 2003-02-13 | Nagano Fujitsu Component Kk | 加速度検出装置 |
| KR100520465B1 (ko) * | 2002-11-20 | 2005-10-11 | (주)마이크로인피니티 | 차량용 통합 센서 시스템 |
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| JP2009528547A (ja) * | 2006-03-15 | 2009-08-06 | クゥアルコム・インコーポレイテッド | センサベースのオリエンテーションシステム |
| JP2011141284A (ja) * | 2006-03-15 | 2011-07-21 | Qualcomm Inc | センサベースのオリエンテーションシステム |
| US8910522B2 (en) | 2006-03-15 | 2014-12-16 | Qualcomm Incorporated | Sensor-based orientation system |
| JP2015094630A (ja) * | 2013-11-11 | 2015-05-18 | セイコーエプソン株式会社 | センサー用ｉｃ、センサーデバイス、電子機器及び移動体 |
| CN104635739A (zh) * | 2013-11-11 | 2015-05-20 | 精工爱普生株式会社 | 传感器用集成电路、传感器装置、电子设备及移动体 |
| US10022070B2 (en) | 2013-11-11 | 2018-07-17 | Seiko Epson Corporation | Integrated circuit including a detection unit for detecting an angular velocity signal of a moving object based on a signal from a sensor |
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