JPH0611353A - Setting method of initial value of horizontal plane of coordinate system of inertia reference device - Google Patents

Setting method of initial value of horizontal plane of coordinate system of inertia reference device

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Publication number
JPH0611353A
JPH0611353A JP17076392A JP17076392A JPH0611353A JP H0611353 A JPH0611353 A JP H0611353A JP 17076392 A JP17076392 A JP 17076392A JP 17076392 A JP17076392 A JP 17076392A JP H0611353 A JPH0611353 A JP H0611353A
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JP
Japan
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platform
tilt angle
output
horizontal plane
gyro
Prior art date
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Pending
Application number
JP17076392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Hayakawa
義彰 早川
Hiroshi Takagi
博 高木
Shinsuke Matsumoto
信介 松本
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Mitsubishi Precision Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Precision Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Precision Co Ltd filed Critical Mitsubishi Precision Co Ltd
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Publication of JPH0611353A publication Critical patent/JPH0611353A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/52Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation

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Abstract

PURPOSE:To attain a horizontal state of a platform highly precisely in a short time by a method wherein an output of an accelerometer at the time when a power source is made is detected, a tilt angle of the platform is determined as a computed estimated value by integrating the output, the detection output is lowered by correcting the tilt angle, and the detection output is reduced gradually by repeating this operation. CONSTITUTION:An output thetar of an accelerometer 18 is inputted to integrators 30 and 32. By integrating twice the output thetar of the accelerometer 18 at this time point, a computed value of a tilt angle around a roll axis R of a platform 12 is obtained as an output of the integrator 32. When an estimated value of the tilt angle of the platform 12 is computed by a tilt angle estimating computation means 34, an operation of decreasing the estimated tilt angle is executed by a corrective gyro 14. By repeating this process in a plurality of times, the horizontal plane of the platform 12 can be set as an initial set value. A similar process for setting the initial value of the horizontal plane is repeated also for the tilt angle around a pitch axis and, after all, the platform 12 of an apparatus can be set initially in the state of the horizontal plane in a time shortened sharply.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、船舶や航空機等の移動
体が具備する慣性基準装置の座標系水平面の初期値設定
方法に関し、特に、移動体が停泊位置または発進位置か
ら移動を開始する初期に、慣性基準装置の電源投入から
短時間内に同慣性基準装置の座標系の水平面を初期設定
し終わるようにする座標系水平面の初期値設定方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for setting an initial value of a coordinate system horizontal plane of an inertial reference device provided in a moving body such as a ship or an aircraft. In particular, the moving body starts to move from an anchoring position or a starting position. The present invention relates to a method for setting an initial value of a horizontal plane of a coordinate system in which initial setting of a horizontal plane of a coordinate system of the inertial reference apparatus is completed within a short time after the inertial reference apparatus is powered on.

【0002】[0002]

【従来の技術】船舶や航空機等の移動体に具備される慣
性基準装置は、移動体の運用段階のいかなる段階でも、
一旦、電源投入されたならば、直ちに正しい慣性基準信
号を送出し得ることが必要とされる。即ち、慣性基準装
置は移動体の航法信号を送出するばかりでなく、例え
ば、水上艦船に搭載された航空機等の慣性基準装置に対
して慣性航法上の初期データを供給する基準装置として
の機能も有するために、迅速に航行開始地点における正
しい初期値設定を行って正しい慣性基準信号を送出する
必要がある。
2. Description of the Related Art An inertial reference device equipped on a moving body such as a ship or an aircraft is used at any stage of operation of the moving body.
Once powered up, it is necessary to be able to deliver the correct inertial reference signal immediately. That is, the inertial reference device not only sends the navigation signal of the moving body, but also functions as a reference device for supplying initial data for inertial navigation to the inertial reference device such as an aircraft mounted on a surface ship. In order to have, it is necessary to quickly set the correct initial value at the start point of navigation and send the correct inertial reference signal.

【0003】この場合に、慣性基準装置は、プラットホ
ーム上に加速度計とジャイロとを搭載し、該プラットホ
ームをロールジンバル、ピッチジンバルを介して、一般
に移動体の重心位置近くに搭載されるが移動体の航行開
始時期に先ず、慣性基準装置の初期値設定として船舶で
は港の係留位置における出航姿勢から見て、また、航空
機では飛行場の発進点における姿勢から見てプラットホ
ーム、つまり、アジマスジンバルを水平面状態に設定す
ることが必要とされる。
In this case, the inertial reference device has an accelerometer and a gyro mounted on a platform, and the platform is generally mounted near the center of gravity of the moving body via a roll gimbal and a pitch gimbal. At the beginning of the navigation, first, as the initial value setting of the inertial reference device, the platform, that is, the azimuth gimbal is viewed in the horizontal plane from the viewpoint of the departure attitude of the ship at the mooring position of the ship and the attitude of the aircraft at the starting point of the airfield. Is required to be set to.

【0004】従来、慣性基準装置のプラットホームの水
平面状態の初期設定に当たって、特に、移動体が船舶の
場合には、移動体の停泊位置においても波浪の影響等に
よる船体動揺が有るため、慣性基準装置のプラットホー
ム上の加速度計出力中のノイズ成分から直流成分だけを
抽出し、プラットホームの傾き角成分とするため、同加
速度計の出力を長時間かけて算術平均し、その平均値を
プラットホームの実際の傾斜角度成分として用いる方法
がとられていた。
Conventionally, in the initial setting of the horizontal plane state of the platform of the inertial reference device, especially when the moving body is a ship, the inertial reference device is swayed due to the influence of waves even at the anchoring position of the moving body. In order to extract only the DC component from the noise component in the output of the accelerometer on this platform and use it as the tilt angle component of the platform, the output of the accelerometer is arithmetically averaged over a long period of time, and the average value is the actual value of the platform. The method used as the tilt angle component has been adopted.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述の算
術平均方法によると、例えば、典型例として岸壁係留時
に船舶に作用する波は、10(SEC)/周期を主成分とし
た標準偏差2ミリG(G:重力加速度)の加速度ノイズ
があり、これから、一般に高精度の慣性基準装置に要求
される水平面精度1/10,000 rad 、つまり、加速度計
の検出値としてG×1/10,000=0.1ミリG台の精度の
検出値を取り出すための算術平均化処理に要する時間が
プラットホームの水平面を初期設定するための所要時間
となる。このとき、周知のごとく、ランダム値の平均値
定理から平均値の分散σM は測定回数を n、データの空
間的分散をσ0 とすると、 σM =σ0 /√n ・・・・ (1) この(1)式を用いてσM ≦0.033〔ミリG〕、つま
り、標準偏差1σとなるnを求めると、 n =( σ0M 2 ・・・・ (2) 故に、この(2)式に、σ0 =2、σM =0.033 を代入
すると、n =3,600 回となる。
However, according to the arithmetic averaging method described above, for example, as a typical example, a wave acting on a ship at the time of mooring a quay has a standard deviation of 2 mmG with a main component of 10 (SEC) / cycle. There is acceleration noise (G: gravitational acceleration), and from this, the horizontal plane accuracy that is generally required for a highly accurate inertial reference device is 1 / 10,000 rad, that is, G × 1 / 10,000 = 0.1 mm as the detection value of the accelerometer. The time required for the arithmetic averaging process for extracting the detection values of the G accuracy is the time required for initializing the horizontal plane of the platform. At this time, as is well known, if the number of measurements is n and the spatial variance of the data is σ 0 , the variance σ M of the average value from the average value theorem of random values is σ M = σ 0 / √n ... 1) Using this equation (1), when σ M ≦ 0.033 [millimeter G], that is, n with a standard deviation of 1σ is calculated, n = (σ 0 / σ M ) 2 ··· (2) Therefore, substituting σ 0 = 2 and σ M = 0.033 into this equation (2) gives n = 3,600.

【0006】今、ノイズの主成分は10SEC(=0.1
Hz)付近に集中しているので、10SEC×3,600 =36,00
0秒、即ち、10時間の所要時間を要することになる。
即ち、出航の10時間前から電源を投入して待機しなけ
ればならないことを意味する。このような長時間を初期
値設定のために要することは、緊急に出航しなければな
らない事態に役立たないという問題がある。
Now, the main component of noise is 10 SEC (= 0.1
Hz), so 10SEC x 3,600 = 36,00
It takes 0 seconds, that is, 10 hours.
That is, it means that the power must be turned on and stand by from 10 hours before the departure. The need for such a long time for setting the initial value has a problem that it is not useful in a situation where the user has to depart urgently.

【0007】依って、本発明の目的は、特に、停泊地点
でも水面上で波浪の影響によるロール軸、ピッチ軸、ヨ
ウ軸回りに揺動をする船舶のような航行開始時期に揺動
をする移動体に搭載された慣性基準装置の座標系の初期
値設定に当たり、プラットホームの高精度の水平面状態
を短時間で得る方法を提供せんとするものである。
Therefore, the object of the present invention is to rock especially at the anchoring point at the navigation start time such as a ship which rocks around the roll axis, pitch axis and yaw axis due to the influence of waves on the water surface. It is intended to provide a method of obtaining a highly accurate horizontal plane state of a platform in a short time when setting an initial value of a coordinate system of an inertial reference device mounted on a moving body.

【0008】本発明の他の目的は、慣性基準装置の初期
値の設定に当たり、移動体の現在の座標位置、つまり、
現在の緯度に対して慣性基準装置の座標系における緯度
修正を行って、地球自転による慣性基準装置の補正誤差
量を可及的に速やかに低減させ、慣性基準装置の角速度
を減少させ、水平面設定過程における傾き角の推定精度
を向上させて高精度の水平面状態を得られるようにする
移動体の慣性装置における座標系水平面の初期値設定方
法を提供することにある。
Another object of the present invention is to set the initial value of the inertial reference device, that is, the current coordinate position of the moving body, that is,
By correcting the latitude in the coordinate system of the inertial reference device for the current latitude, the correction error amount of the inertial reference device due to the rotation of the earth is reduced as quickly as possible, the angular velocity of the inertial reference device is reduced, and the horizontal plane is set. An object of the present invention is to provide a method for setting an initial value of a horizontal plane of a coordinate system in an inertial device of a moving body, which improves the estimation accuracy of a tilt angle in a process to obtain a highly accurate horizontal plane state.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、従来の平均演
算を排し、慣性基準装置の電源投入時にプラットホーム
に搭載され、かつ瞬時に作動開始可能な加速度計からの
出力を検出し、検出値を2回、積分演算してその時点に
おけるプラットホーム傾斜角を演算推定値として求め、
その推定傾き角を修正すべく、ジャイロを作動させてジ
ンバル機構を介してプラットホームの水平面状態を傾き
角が減少する方向へ向けて修正動作させ、加速度計の検
出出力を低減させる。次いで再度、その低減した加速度
計の出力に基づき、上記のようなステップを繰り返し、
このようにして漸次に加速度計の出力を低減させて慣性
基準装置の座標系の水平面の初期設定を得るようにする
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention eliminates the conventional averaging operation, detects the output from an accelerometer mounted on the platform when the power of the inertial reference device is turned on, and is capable of instantly starting operation. The value is integrated twice, and the platform tilt angle at that point is calculated as an estimated value.
In order to correct the estimated tilt angle, the gyro is operated to correct the horizontal plane state of the platform through the gimbal mechanism in the direction of decreasing the tilt angle, and the detection output of the accelerometer is reduced. Then again, repeat the steps above based on the reduced accelerometer output,
In this way, the output of the accelerometer is gradually reduced to obtain the initial setting of the horizontal plane of the coordinate system of the inertial reference device.

【0010】即ち、本発明によれば、ジャイロと加速度
計とを搭載したプラットホームを有する移動体の慣性基
準装置の座標系を移動体の移動開始初期に水平状態に初
期設定する方法において、前記移動体の移動開始初期の
電源投入時に前記加速度計からの検出々力を取出し、前
記加速度計の検出々力を2回、積分演算することによ
り、前記プラットホームの傾き角の推定値を得、前記プ
ラットホームの傾き角の推定値を補正して水平指向側に
向けてプラットホームを修正動作させるため修正入力を
前記ジャイロに印加して該ジャイロから所定のジャイロ
作動時間に渡り修正出力を発出させ、前記ジャイロの修
正出力に応じて前記プラットホームを前記傾き角の修正
方向へ補正動作させるようにし、前記検出々力の取出
し、傾き角の推定、プラットホーム修正用のジャイロの
作動、プラットホームの補正動作を1ステップとして所
定ステップ回繰り返し、以て、前記慣性基準装置の座標
系の水平面を回帰させるようにした慣性基準装置の座標
系水平面の初期値設定方法が提供される。以下、本発明
を添付図面に示す実施例に基づいて、更に詳細に説明す
る。
That is, according to the present invention, in the method of initializing the coordinate system of the inertial reference device for a moving body having a platform equipped with a gyro and an accelerometer to a horizontal state at the beginning of the movement of the moving body, When the power is turned on at the initial stage of the movement of the body, the detected forces from the accelerometer are taken out, and the detected forces of the accelerometer are integrated twice to obtain an estimated value of the inclination angle of the platform, and the platform is obtained. A correction input is applied to the gyro to correct the estimated value of the tilt angle of the gyro to correct the platform toward the horizontal orientation side, and the gyro outputs a correction output over a predetermined gyro operation time, According to the correction output, the platform is corrected in the correction direction of the tilt angle to extract the detected force, estimate the tilt angle, The initial value of the coordinate system horizontal plane of the inertia reference device is set so that the operation of the gyro for platform correction and the platform correction operation are repeated a predetermined number of times as a step, thereby regressing the horizontal plane of the coordinate system of the inertia reference device. A method is provided. Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings.

【0011】[0011]

【実施例】図1は、本発明による慣性基準装置の座標系
水平面の初期値設定方法が実施し得るように構成された
慣性基準装置の構成を示すブロック図、図2は、同慣性
基準装置のジンバル構成を示す略示機構図、図3は、座
標系水平面の初期値設定過程を示すフローチャートであ
る。
1 is a block diagram showing the construction of an inertial reference device constructed so that an initial value setting method of a coordinate system horizontal plane of the inertial reference device according to the present invention can be implemented. FIG. 2 is a block diagram showing the inertial reference device. FIG. 3 is a schematic mechanism diagram showing the gimbal configuration of FIG. 3, and FIG. 3 is a flowchart showing a process of setting an initial value of the horizontal plane of the coordinate system.

【0012】先ず、図2を参照すると、移動体、特に、
船舶の船体部分8(以下、参照番号8は移動体とする)
として示された位置、それも船舶の重心位置の近くに搭
載される慣性基準装置10のジンバル構成が示されてお
り、又、移動体8のロール軸、ピッチ軸、ヨウ軸ないし
方位軸は夫々、R、P、Uで示されている。慣性基準装
置10は、方位ジンバルを形成するプラットフォーム
(安定台)12を中心部に具備し、このプラットフォー
ム12上には2つのジャイロ14、16と3つの加速度
計18、20、22とが搭載されている。プラットフォ
ーム12は同搭載面に垂直で、かつ方位軸Uと同軸配置
の上下軸12a、12bを介してロールジンバル24に
枢着され、方位軸U回りに回動可能に保持されている。
又、同ロールジンバル24はロール軸Rと同軸配置のト
ラニオン軸24a、24bを介してピッチジンバル26
に枢着され、同ピッチジンバル26に対してロール軸R
回りに回動可能に保持されている。更に、ピッチジンバ
ル26は支軸26a、26bを介してピッチ軸Pの回り
に回動可能に保持されている。そして、プラットフォー
ム12の上下軸12a、12bの端部にはプラットフォ
ーム12を方位軸U回りに回動させ得る回転駆動モータ
U と回転角検出器DU とから成る方位軸系サーボ機構
が設けられている。
First, referring to FIG. 2, a moving body, in particular,
Ship hull part 8 (hereinafter, reference numeral 8 is a moving body)
, The gimbal configuration of the inertial reference device 10 mounted near the center of gravity of the ship is shown, and the roll axis, pitch axis, yaw axis and azimuth axis of the moving body 8 are respectively shown. , R, P, U. The inertial reference device 10 includes a platform (stabilization platform) 12 forming an azimuth gimbal in the center thereof, and two gyros 14, 16 and three accelerometers 18, 20, 22 are mounted on the platform 12. ing. The platform 12 is pivotally attached to the roll gimbal 24 through vertical shafts 12a and 12b that are perpendicular to the mounting surface and coaxial with the azimuth axis U, and are rotatably held around the azimuth axis U.
Further, the roll gimbal 24 has a pitch gimbal 26 through trunnion shafts 24a and 24b coaxially arranged with the roll shaft R.
And the roll axis R with respect to the pitch gimbal 26
It is held so as to be rotatable around. Further, the pitch gimbal 26 is rotatably held around the pitch axis P via support shafts 26a and 26b. An azimuth axis system servo mechanism including a rotation drive motor M U and a rotation angle detector D U capable of rotating the platform 12 around the azimuth axis U is provided at the ends of the vertical shafts 12a and 12b of the platform 12. ing.

【0013】同様にロールジンバル24のトラニオン軸
24a、24bの端部にはロールジンバル24をロール
軸Rの回りに動作させ得る回転駆動モータMR と回転角
検出器DR とから成るロール軸サーボ機構が設けられて
いる。更に、ピッチジンバル26の支軸26a、26b
の端部にはピッチジンバル26をピッチ軸Pの回りに動
作させ得る回転駆動モータMP と回転角検出器DP とか
ら成るピッチ軸サーボ機構が設けられいる。
Similarly, at the ends of the trunnion shafts 24a and 24b of the roll gimbal 24, a roll shaft servo composed of a rotation drive motor M R and a rotation angle detector D R capable of operating the roll gimbal 24 around the roll shaft R. A mechanism is provided. Further, the support shafts 26a, 26b of the pitch gimbal 26
A pitch axis servomechanism including a rotation drive motor M P and a rotation angle detector D P that can move the pitch gimbal 26 around the pitch axis P is provided at the end of the.

【0014】さて、プラットフォーム12上に搭載され
た2つのジャイロ14、16の前者は、プラットフォー
ム12が移動体8に対して相対的にロール軸回り動作と
ピッチ軸回り動作したときに、その回動角に応じて出力
信号を発する2軸ジャイロとして配設され、後者は、プ
ラットフォーム12が移動体8に対して相対的に方位軸
回りとピッチ軸回りに動作したときに、その回動角に応
じた出力信号を送出する2軸ジャイロとして配設されて
いる。従って、3つの1軸ジャイロを設け、これら3つ
のジャイロが、ロール軸R、ピッチ軸P、方位軸Uにお
ける夫々の回動角に応じて対応的に出力信号を出力する
ように配設した構成にすることも可能であることは言う
までもない。
The former of the two gyros 14 and 16 mounted on the platform 12 rotates when the platform 12 moves relative to the moving body 8 around the roll axis and the pitch axis. The latter is arranged as a two-axis gyro that outputs an output signal according to the angle, and the latter responds to the rotation angle when the platform 12 moves relative to the moving body 8 around the azimuth axis and the pitch axis. It is arranged as a two-axis gyro that outputs the output signal. Therefore, three uniaxial gyros are provided, and these three gyros are arranged so as to output output signals corresponding to the respective rotation angles of the roll axis R, the pitch axis P, and the azimuth axis U. It goes without saying that it is also possible to

【0015】また、3つの加速度計18、20、22は
夫々、ロール軸方向の加速度、ピッチ軸方向の加速度、
方位軸方向の加速度に感応してそれら加速度の絶対値に
対応した出力信号を送出するように配設されている。本
発明は上述の構成から成る慣性基準装置10のプラット
フォーム12の水平面を短時間で迅速に初期値設定する
方法として適用できるものである。
Further, the three accelerometers 18, 20, 22 respectively have an acceleration in the roll axis direction, an acceleration in the pitch axis direction,
It is arranged so as to respond to the acceleration in the azimuth axis direction and output an output signal corresponding to the absolute value of the acceleration. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied as a method of quickly and quickly setting an initial value on the horizontal plane of the platform 12 of the inertial reference device 10 having the above-described configuration.

【0016】次に図1を参照すると、上述した構成を具
備した慣性基準装置10のプラットフォーム12の水平
面をロール軸R及びピッチ軸Pに関して初期設定するた
めの構成を両軸の中、代表的に一方の軸系に就いて初期
設定のための機構を図示したものである。従って、以下
においては、代表的にロール軸Rに関してプラットホー
ム12の水平面の初期値設定を短時間で遂行する過程を
説明するが、ピッチ軸Pに関しても同時進行で同様な過
程が遂行されると理解すれば良い。
Referring now to FIG. 1, a configuration for initializing the horizontal plane of the platform 12 of the inertial reference device 10 having the above-described configuration with respect to the roll axis R and the pitch axis P is representative of both axes. 1 illustrates a mechanism for initializing one shaft system. Therefore, in the following, a process of setting the initial value of the horizontal plane of the platform 12 with respect to the roll axis R will be described as a typical example in a short time. Just do it.

【0017】さて、移動体8の慣性基準装置10の座標
系の水平面の初期値設定過程は、ロール軸R方向の加速
度を検出する加速度計18による加速度検出によって開
始される。この場合に、加速度計18の質量体18aに
作用する力Fはプラットホーム12のロール軸R回りの
傾き角が一般的には船舶の港停泊時等では小さな傾き角
δθであるから、その加速度計18の出力θrはF≒G
・δθに比例した値を有する。加速度計18の出力θr
は2つの積分器30、32に順次に入力される。つまり
2回の積分処理を受ける。従って、後段の積分器32の
出力は加速度計18のその時点における出力θrを2度
積分することにより、プラットホーム12のロール軸R
回りの傾き角の演算値が得られる。然しながら、実際に
は、加速度計18にはロール軸R方向の加速度成分ばか
りでなく、種々のノイズ要因や移動体8が波浪の影響を
受けた成分等も包含されている。故に、プラットホーム
12に関する傾斜角度の演算値Drが、そのときのプラ
ットホーム12の傾斜角度であると推定可能であるか
を、次に検討する。
Now, the initial value setting process of the horizontal plane of the coordinate system of the inertial reference device 10 of the moving body 8 is started by the acceleration detection by the accelerometer 18 which detects the acceleration in the roll axis R direction. In this case, the force F acting on the mass body 18a of the accelerometer 18 is such that the inclination angle of the platform 12 around the roll axis R is generally a small inclination angle δθ when the ship is at the port or the like. The output θr of 18 is F≈G
-Has a value proportional to δθ. Output θr of accelerometer 18
Are sequentially input to the two integrators 30 and 32. That is, the integration process is performed twice. Therefore, the output of the integrator 32 at the subsequent stage is integrated by the output θr of the accelerometer 18 at that time point twice, so that the roll axis R of the platform 12 is
The calculated value of the inclination angle of the circumference is obtained. However, in reality, the accelerometer 18 includes not only the acceleration component in the direction of the roll axis R but also various noise factors and components in which the moving body 8 is affected by waves . Therefore, it is next examined whether the calculated value Dr of the tilt angle regarding the platform 12 can be estimated as the tilt angle of the platform 12 at that time.

【0018】先ず、加速度計18の出力を2度積分演算
する処理は次の(3)式で定義できる。 Dr=∬(θr)dt dt ・・・(3) 但し、θr=θtilt×G+nACC (t) +n(t) +nGYRO
(t)×G・・・(4) ここで、n(t) :移動体8の加速度、 θtilt :プラットホーム12の水平面からのずれ角、 G :既述のように重力加速度、 nACC (t) :加速度計18のノイズ、 nGYRO (t):ジャイロドリフトによるティルトノイズ、
First, the process of integrating the output of the accelerometer 18 twice can be defined by the following equation (3). Dr = ∬ (θr) dt dt (3) where θr = θ tilt × G + n ACC (t) + n (t) + n GYRO
(t) × G (4) where n (t): acceleration of the moving body 8, θ tilt : deviation angle of the platform 12 from the horizontal plane, G: gravitational acceleration as described above, n ACC ( t): noise of the accelerometer 18, n GYRO (t): tilt noise due to gyro drift,

【0019】ところが、現在の技術水準では、上記の
(4)式の各項において、nACC (t)、つまり加速度計
ノイズは、例えば、30マイクロG以下に抑制できるの
で、2回積分結果としては、略無視することができる。
又、nGYRO (t)も1arc 秒以下に抑制できるから、これ
も無視し得る。更に、n(t) も船舶の停泊時等では、波
浪周期が既述のように略10秒と大きいので、瞬時的な
加速度値自体としては無視不可能な量であるにしても、
2回積分の過程を経た揺動角量としては無視可能な値で
ある。故に、上記の(3)式は、 Dr≒∬(θtilt×G)dt dt ・・・(5)とおくこと
ができる。
However, in the current state of the art, in each term of the above equation (4), n ACC (t), that is, accelerometer noise can be suppressed to, for example, 30 μG or less, and therefore, as a result of twice integration. Can be almost ignored.
Also, n GYRO (t) can be suppressed to 1 arc seconds or less, and this can be ignored. Furthermore, n (t) also has a large wave cycle of about 10 seconds when the ship is at a berth, etc. as described above, so even if the instantaneous acceleration value itself cannot be ignored,
It is a negligible value as the amount of swing angle after the process of two times integration. Therefore, the above equation (3) can be expressed as Dr≈∬ (θ tilt × G) dt dt (5).

【0020】つまり、加速度計18の出力θrの2度積
分演算の結果の値は、プラットホーム12の水平面から
の傾斜角度であると推定することができるのである。と
ころで、慣性基準装置10においては、搭載している2
つのジャイロ14、16により常に移動体8の現在位置
における地球自転に起因したプラットホーム12の誤差
補正を遂行している。故に、本発明の初期値設定過程で
も、常に、この地球自転による誤差補正を加算しなが
ら、プラットホーム12の水平面初期値設定を遂行する
ことが肝要となる。つまり、ジャイロ14により慣性基
準装置10のプラットホーム12の方位のずれを検出し、
この方位ずれ分を方位軸に感応するジャイロ16に加え
てプラットホーム12の方位ずれを補正するのである。
That is, the value of the result of the two-degree integration calculation of the output θr of the accelerometer 18 can be estimated to be the inclination angle of the platform 12 from the horizontal plane. By the way, the inertial reference device 10 is equipped with 2
The two gyros 14 and 16 always perform error correction of the platform 12 due to the rotation of the earth at the current position of the mobile unit 8. Therefore, even in the initial value setting process of the present invention, it is important to always perform the horizontal plane initial value setting of the platform 12 while adding the error correction due to the rotation of the earth. That is, the gyro 14 detects the deviation of the orientation of the platform 12 of the inertial reference device 10,
This azimuth deviation is added to the gyro 16 sensitive to the azimuth axis to correct the azimuth deviation of the platform 12.

【0021】ジャイロ16の方位ずれによる同ジャイロ
16への地球自転補正の誤差は、ジャイロ14、16が
市販されている高精度のジャイロを使用するので、方位
誤差εφは例えば、 但し、 Ω:地球自転角速度=15(°/h)、 λ:緯度、 θGYRO :ジャイロのドリフトレート、 いま、緯度35°の東京付近を例にとると、ジャイロド
リフトレートは現在のジャイロでは、0.0005( °/h) で
あるから、(5)式から、 となり、これによるジャイロ14の地球自転補正誤差
[θC は、 [θC =Ω sinλ ×εφ =6.11 ×10-6(deg/h ) =0.02 ( sec/h ) となる。従って、プラットホーム12の傾き角速度は水
平面初期値の設定過程では目標とする精度6秒(sec )よ
り充分に小さく、補正により、傾き角θTILTは一定と見
做すことができる。
The error in correcting the rotation of the earth to the gyro 16 due to the misalignment of the gyro 16 uses a high-precision gyro that is commercially available for the gyros 14 and 16. Therefore, the azimuth error εφ is, for example, However, Ω: Earth's rotation angular velocity = 15 (° / h), λ: Latitude, θ GYRO : Drift rate of gyro. Now, for example, in the vicinity of Tokyo with a latitude of 35 °, the gyro drift rate is Since it is 0.0005 (° / h), from equation (5), Therefore, the earth rotation correction error [θ C of the gyro 14 is [θ C = Ω sin λ × εφ = 6.11 × 10 -6 (deg / h) = 0.02 (sec / h). Accordingly, the inclination angular velocity of the platform 12 is sufficiently smaller than the target accuracy of 6 seconds (sec) in the process of setting the initial value of the horizontal plane, and the inclination angle θ TILT can be regarded as constant by the correction.

【0022】よって、この状態でプラットホーム12の
水平面の推定を行う。推定時間が10分間では、Dr=
1/2(θTILT×G)t2 +n”( t ) ・・・(6) ここで、船舶の係留条件から、 n”( t ) MAX ≦15(cm) これから、θTILTの推定誤差εθTILT(max)は となり、必要な精度10-4/3(rad) 以下となる。
Therefore, in this state, the horizontal plane of the platform 12 is estimated. If the estimated time is 10 minutes, Dr =
1/2 (θ TILT × G) t 2 + n ″ (t) ... (6) Here, from the mooring conditions of the ship, n ″ (t) MAX ≦ 15 (cm) From this, the estimated error ε θ of θ TILT TILT (max) is And the required accuracy is 10 −4 / 3 (rad) or less.

【0023】上述のごとく、加速度計18の出力の2度
積分演算の結果をプラットホーム12の傾き角の推定値
とすることが可能であることが分かる。上記推定演算は
傾き角の推定演算手段34により、遂行されて、その推
定結果により、プラットホーム12の傾き角が推定され
ると、その推定傾き角を低減させる補正をジャイロ14
により実行する。
As described above, it is understood that the result of the two-degree integration calculation of the output of the accelerometer 18 can be used as the estimated value of the tilt angle of the platform 12. The estimation calculation is performed by the inclination angle estimation calculation means 34. When the inclination angle of the platform 12 is estimated from the estimation result, a correction for reducing the estimated inclination angle is performed by the gyro 14.
Run by.

【0024】つまり、図1において、推定したプラット
ホーム12のロール軸R回りの傾き角を水平状態に復帰
させるために、ジャイロ14のトルカー回路14aに切
換手段36を介して入力が供給される。この結果、ジャ
イロ14はプリセッション動作を行い、その出力がピッ
クオフ回路14bから出力される。故に、この出力θ G
をアンプ38、安定化ネットワーク40、サーボアンプ
42を介してロールジンバル24のモータMR にフィー
ドバックすると、プラットホーム12は、その傾き角を
低減させる方向に修正動作を行う。
That is, in FIG. 1, the estimated platform
Return the tilt angle of the home 12 around the roll axis R to the horizontal state
In order to allow the gyro 14, the torquer circuit 14a of the gyro 14 is disconnected.
The input is supplied via the conversion means 36. As a result,
Iro 14 performs pre-session operation, and its output is beeping.
It is output from the cut-off circuit 14b. Therefore, this output θ G
Amplifier 38, stabilization network 40, servo amplifier
The motor M of the roll gimbal 24 via 42RFee
When you do a duck back, the platform 12
Corrective action is performed in the direction of reduction.

【0025】プラットホーム12が傾き角の修正動作を
行った後に切換手段36を一端切断し、傾き角の修正後
の状態に関し、再び加速度計18の出力検出を行い、前
述の2度積分演算過程を再度繰り返す。そして、再び、
プラットホーム12の傾き角の推定を行い、その推定し
たプラットホーム傾き角に関し、ジャイロ14による補
正動作を遂行してプラットホーム12を水平面状態へ補
正する。このような過程を複数回、繰り返すことによ
り、プラットホーム12に水平面を初期設定値として設
定することができるのである。
After the platform 12 performs the tilt angle correction operation, the switching means 36 is once cut off, and the output of the accelerometer 18 is detected again for the state after the tilt angle correction, and the above-described two-degree integration calculation process is performed. Repeat again. And again,
The tilt angle of the platform 12 is estimated, and the estimated tilt angle of the platform 12 is corrected by the gyro 14 to correct the platform 12 to a horizontal plane. By repeating such a process a plurality of times, the horizontal plane can be set as the initial setting value on the platform 12.

【0026】既述のように、ピッチ軸回りにも同様な水
平面の初期値設定過程が繰り返されて、究極的に慣性基
準装置10のプラットホーム12を水平面状態に初期設
定できるのである。初期値設定の終了後は航法モードに
切換えて移動体8の移動開始体制に入る。
As described above, the same initial value setting process for the horizontal plane is repeated around the pitch axis so that the platform 12 of the inertial reference device 10 can be finally initialized in the horizontal plane state. After the initial value setting is completed, the mode is switched to the navigation mode and the moving body 8 starts moving.

【0027】図3は、上述した慣性基準装置10のプラ
ットホーム12の水平面を初期値設定する過程のフロー
チャートである。なお、上述した実施例の説明は、移動
体が停泊中の船舶で、波浪により揺動をする場合に、慣
性基準装置の初期設定を迅速に行う例に就いて説明した
が、船舶の替えて飛行場に駐機中の航空機が風の影響を
受けて揺動している場合に、その航空機に搭載された慣
性基準装置の初期値設定に関しても、同様に適用するこ
とが可能である。
FIG. 3 is a flow chart of the process of initializing the horizontal plane of the platform 12 of the inertial reference device 10 described above. In addition, the description of the above-described embodiment has been described with respect to an example in which the initial setting of the inertial reference device is quickly performed when the moving body is a ship that is moored and rocks due to waves. When the aircraft parked at the airfield is swinging under the influence of the wind, the same can be applied to the initial value setting of the inertial reference device mounted on the aircraft.

【0028】[0028]

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
は、従来の平均演算を排し、慣性基準装置の電源投入時
にプラットホームに搭載され、かつ瞬時に作動開始可能
な加速度計からの出力を検出し、検出値を2回、積分演
算してその時点におけるプラットホーム傾き角を演算推
定値として求め、その推定傾き角を修正すべく、ジャイ
ロを作動させてジンバル機構を介してプラットホームの
水平面状態を傾き角が減少する方向へ向けて修正動作さ
せ、加速度計の検出出力を低減させる。次いでプラット
ホームの方位ずれを補正して地球自転による誤差分を低
減させた後に再度、プラットホーム上の加速度計の出力
に基づき、上記のような2度積分ステップによる傾き角
の補正を繰り返し、このようにして漸次に加速度計の出
力を低減させながら、慣性基準装置の座標系の水平面の
初期設定を得るようにするものであるから、演算過程に
従来のように、長時間を要する要因が無く、従って、慣
性基準装置の座標系の水平面の初期設定の所要時間を従
来に比べて大幅に短縮することができるのである。
As is apparent from the above description, the present invention eliminates the conventional averaging operation, outputs from the accelerometer that is mounted on the platform when the inertial reference device is powered on, and can be instantly started. Is detected, the detected value is integrated twice, and the platform tilt angle at that time is obtained as a calculated estimated value. To correct the estimated tilt angle, the gyro is operated and the horizontal plane state of the platform is adjusted via the gimbal mechanism. Is corrected so that the tilt angle decreases, and the detection output of the accelerometer is reduced. Next, after correcting the azimuth deviation of the platform to reduce the error due to the rotation of the earth, the inclination angle is corrected again by the 2 degree integration step as described above based on the output of the accelerometer on the platform. Since the initial setting of the horizontal plane of the coordinate system of the inertia reference device is obtained while gradually reducing the output of the accelerometer, there is no factor that requires a long time in the calculation process as in the conventional case, and The time required for the initial setting of the horizontal plane of the coordinate system of the inertial reference device can be greatly shortened compared to the conventional time.

【0029】こうして移動体の慣性基準装置の座標系の
水平面の初期設定が短時間で遂行可能になれば、同慣性
基準装置の出力データを基準データとして移動体から発
振される航空機等の他の移動体の慣性基準装置に対して
も短時間で基準データを供給できることになり、緊急事
態にも迅速に対処可能になる。
In this way, if the initial setting of the horizontal plane of the coordinate system of the inertial reference device of the moving body can be performed in a short time, the output data of the inertial reference device can be used as the reference data for other aircraft such as an aircraft oscillated from the moving body. Since the reference data can be supplied to the inertial reference device of the moving body in a short time, an emergency can be dealt with quickly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による慣性基準装置の座標系水平面の初
期値設定方法が実施し得るように構成された慣性基準装
置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an inertial reference device configured so that an initial value setting method of a coordinate system horizontal plane of the inertial reference device according to the present invention can be implemented.

【図2】同慣性基準装置のジンバル構成を示す略示機構
図である。
FIG. 2 is a schematic mechanism diagram showing a gimbal configuration of the inertial reference device.

【図3】座標系水平面の初期値設定過程を示すフローチ
ャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing an initial value setting process of a horizontal plane of a coordinate system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

8…移動体 10…慣性基準装置 12…プラットホーム 14…ジャイロ 16…ジャイロ 18…加速度計 20…加速度計 22…加速度計 30…積分器 32…積分器 34…傾斜角の推定演算手段 36…切換手段 8 ... Moving body 10 ... Inertia reference device 12 ... Platform 14 ... Gyro 16 ... Gyro 18 ... Accelerometer 20 ... Accelerometer 22 ... Accelerometer 30 ... Integrator 32 ... Integrator 34 ... Inclination angle estimation calculation means 36 ... Switching means

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ジャイロと加速度計とを搭載したプラッ
トホームを有する移動体の慣性基準装置の座標系を移動
体の移動開始初期に水平状態に初期設定する方法におい
て、 前記移動体の移動開始初期の電源投入時に前記加速度計
からの検出々力を取出し、 前記加速度計の検出々力を2回、積分演算することによ
り、前記プラットホームの傾き角の推定値を得、 前記プラットホームの傾き角の推定値を補正して水平指
向側に向けてプラットホームを修正動作させるため修正
入力を前記ジャイロに印加して該ジャイロから所定のジ
ャイロ作動時間に渡り修正出力を発出させ、 前記ジャイロの修正出力に応じて前記プラットホームを
前記傾き角の修正方向へ補正動作させるようにし、 前記検出々力の取出し、傾き角の推定、プラットホーム
修正用のジャイロの作動、プラットホームの補正動作を
1ステップとして所定ステップ回繰り返し、 以て、前記慣性基準装置の座標系の水平面を回帰させる
ことを特徴とした慣性基準装置の座標系水平面の初期値
設定方法。
1. A method for initializing a coordinate system of an inertial reference device for a moving body having a platform equipped with a gyro and an accelerometer to a horizontal state at the beginning of the moving start of the moving body. When the power is turned on, the detected force from the accelerometer is taken out, and the detected force of the accelerometer is integrated twice to obtain an estimated value of the tilt angle of the platform, and an estimated value of the tilt angle of the platform. Is applied to apply correction input to the gyro in order to correct the platform toward the horizontal orientation side to output a correction output for a predetermined gyro operation time from the gyro, and in accordance with the correction output of the gyro, the correction output is output. For correcting the tilt angle in the correction direction of the platform, the detection force is extracted, the tilt angle is estimated, and the platform is corrected. Gyro operation, repeated a predetermined number of steps times the correction operation of the platform as a single step, or more Te, the coordinate system horizontal initial value setting method of the coordinate system inertial reference unit which is characterized in that to return the horizontal plane of the inertial reference unit.
【請求項2】 前記ステップの各終期に、前記ジャイロ
により前記移動体の現在位置に対する前記プラットホー
ムの方位ずれを検出し、該方位ずれ補正をおこなう請求
項1に記載の慣性基準装置の座標系水平面の初期値設定
方法。
2. The coordinate system horizontal plane of the inertial reference device according to claim 1, wherein the azimuth deviation of the platform with respect to the current position of the moving body is detected by the gyro at each end of the step, and the azimuth deviation is corrected. Initial value setting method.
【請求項3】 前記傾き角は、前記プラットホームのロ
ール軸回りの傾き角とピッチ軸回りの傾き角とである請
求項1に記載の慣性基準装置の座標系水平面の初期値設
定方法。
3. The initial value setting method for a coordinate system horizontal plane of an inertial reference device according to claim 1, wherein the tilt angle is a tilt angle about a roll axis of the platform and a tilt angle about a pitch axis.
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