JPH0640007B2 - 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

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

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JPH0640007B2
JPH0640007B2 JP50131189A JP50131189A JPH0640007B2 JP H0640007 B2 JPH0640007 B2 JP H0640007B2 JP 50131189 A JP50131189 A JP 50131189A JP 50131189 A JP50131189 A JP 50131189A JP H0640007 B2 JPH0640007 B2 JP H0640007B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 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。
発明の背景 或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。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4,510,802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。振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計加
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。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項は無視される。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、実質的且つ受け入れられない「乱歩
（ランダムウォーク）」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、平行四辺形構造の質量を
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、受け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。
発明の要約 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。加速度計の各対は、比レート軸の回りの回転角レ
ートの測定と関連する。各対からなる２つの加速度計の
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
の各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、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400Ｈｚ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
線計加速度を計測するための方法に向けられている。
図面の簡単な説明 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４図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関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図である。
好適な実施例の開示 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。本体の回転角レートは、ベクトルΩ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Ａにより定義される。一般に、Ω及びＡの両方
は、時間と共に変化してもよく、Ω ＝Ｐ＋Ｑ＋Ｒ (1)Ａ ＝Ｆｘ＋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12は、Ｙ軸に沿って前後に振動（ディザ）
し、Ｘ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
に沿って前後に振動し、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。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に接続された、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機構に接続され、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
180゜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12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
軸と関連した或る角度で、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力を生成する。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、により出力信号を有する。同様に、加速度
形対18及び20は、Ｙ軸に沿った方向に向いた線形成分
と、コリオリ加速度に関数である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ｆ1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Ｓ1である。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ｆ2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ｆ1又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
沿った或る加速度は、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ｆ2は、Ｚ軸に沿った或る線形加速度に応
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
計対10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
第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ｔ1から
ｔ3、及びｔ3からｔ5にわたって積分される。
但し、前ディザ期間は、４つのクロスハッチングされた
１／４サイクル、例えば時刻ｔ1からｔ5まで、と一致す
る。値Ｋ1及びＫ2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±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（２ρωＰcos
ωt）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、前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ａ1又はａ2、
により与えられる。
但し、ｙは−ρsinωtと等しく、は−ρCaωtと等し
く、ｘは加速度計の衝撃中心のオフセットと等しく、ｚ
は（ｒ2−ｙ2）1/2と等しく、ｒ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16、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、Ｋ1aの積
分に対して代用することにより展開されてもよい。
信号＝−２ρ∫Pωcosωtdt＋ｘ∫PRdt−ｘ∫dt −ρ∫QRsinωtdt−ρ∫sinωtdt −ｚ∫P2dt−ｚ∫Q2dt＋∫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)に対する解法を決定するために、
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からレート計算のた
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。例えば、信号Ｓ1は加速度計10からの出力信号を表
わし、信号Ｓ2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。
Ｆ11＝Ｋ11a1（１＋Ｋ21a1） (7) Ｆ12=Ｋ12a1（１＋Ｋ22a2） (8) 但し、Ｋ11及びＫ21は加速度計10に関連するゲイン因子
を表わし、Ｋ12及びＫ22は加速度計12に関連するゲイン
因子を表わす。値ａ1及びａ2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ａp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。
ａ1＝ａp＋Ｆ (9) ａ2＝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ＳＧＮcosωt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、＋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ｔ1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Ｆ11及びＦ12と一致
した計数を蓄積する。蓄積計数からの結果としての周波
数Ｆ11及びＦ12の積分は、方程式(9)及び(10)の右辺を
方程式(7)及び(8)のａ1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-1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ΔＳの値は、以下の方程式に示す
ように結合され得る。
ΣS−ｂΔS＝２∫(ap＋dap 2)dt−２∫ｂＳ(-dF2)dt (1
1) ΔＳ−ｂΣＳ＝２∫Ｆ（１＋dap）dt−２∫apdt
(12) 但し、ｂ及びｄはゲイン定数Ｋ21及びＫ22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Ｓrateと称し又、方程式(12)の左辺はＳvelと称す
る。方程式(11)及び(12)に示すように、総和接合78及び
80からの和信号及び左信号の結合は、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ずることにより解か
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
来技術の解法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ディザ駆動信号より実
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法における非線
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
ップの手順を含む。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。
但し、ＴpはＹ軸に沿って前後に増動する間の加速度計1
0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点の点
を表わす。ｔp及びｔp-1がsinω波形の零クロスに落ち
るので、sinωtp−sinωtp-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Δθp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Δθpが、角速度の増分変化Δ
Ｖに非常に弱く結合しているので、Δθpが現れるそれ
らの項を無視することは、一般に、受け入れられ得る。
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
数時間間隔にわたるｘdtの積分に等しい。もし、この
間隔がテイ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。
ΔQx＝∫ｘｔ ＝ｘ∫｛（Δθｑ-Δθq-1）（Tp/TQ） ＋(Qq-2Qq-1)(Tp/TQ)［1/2(tp+tp-1)-tp-1］）｝(14) 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ディザ周期であり、ｔp及びtq
は、それらの加速度計対に対する測定の電流時間を表わ
す。ΔＱｑ及びΔθｑ-1は、tq及びtq-1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-1及びＱｑ-2は、２つの次
々の１／４サイクル部分tq-2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Ｑ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Δ
Ｖ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を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（ＲＡＭ）及
びリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）を含み、後者は、各
加速度計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、
各加速度計対を前後に振動させるのに用いられる周期的
周波数を、所定の時間関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82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
だろう。
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、それらに周期関数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
内の各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Ｓ1及びＳ2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ＳＧＮ cosωtに
より復調される。カウンタ96及び98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82
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ΔＶ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、Ｋ11、Ｋ12、Ｋ21及びＫ22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「ｄ」を決定し、これら
の定数ｂ及びｄを、カウンタ96及び98により出力される
カウントＣ1及びＣ2の関数としてのＳrete及びＳvelを
計算するために用いる。上記のように、値Ｓrateは、方
程式(11)の左辺（ΔＳ−ｂΣＳ）と等しい。
第６図に示したΔＶ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、Δθp、
Ｓvel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、ΔＶ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)の解法を
簡略化するために計測されてもよい。もし、ΔＶが各１
／４ディザサイクルに対して決定されれば、そのような
ΔＶの値の４つの次々の合計は、以下の方程式を生成す
る。
但し、ディザ周波数は100Ｈｚと等しい。方程式(15)に
おいて、 ΔＱ100＝Ｑ（tp）−Ｑ（tp−４Ｔｐ） (16) Ｔ＝４Ｔｐ＝２π／ω (17) である。但し、Ｑ(tp)は電流１／４ディザサイクルに対
するレートＱであり、Ｑ(tp-4Tp)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ΔＶ100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、ΔＱ100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ディザサイクルに
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Ｃ1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。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、正確な解法が必
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、 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、Ｔp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、ΔＶp及びΔＶp-1に対する方程
式(13)を既に解いてしまっているからである。
方程式(11)の右辺の項の第１グループ、即ち第１積分の
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。
(ap＋dap 2)＝dz2P4＋d(4ρzωcosωt−2xzＲ)P3５ ＋（−ｚ＋d2ρ2ω2）P2 ＋（−２ρωcosωt＋ｘＲ）P ＋d(4ρｘ＋４ρzQ2+2ρ２ε１φω２)ωcosωtp ＋d2ρ２φω２（ε１−1/4ε２φ２）ωcos3ωtp ＋ｘ−ρQRsinωｔ−zQ2−ρsinωt ＋d1/2ρ２φ２ω４ε1 2 (20) 但し、ε1＝(1+1/4φ2+15/128φ4)、ε2＝1+3/64φ2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。dz2P4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。d4ρzP3ωc
osωt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。−2dxzRP2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。-zP2の項は求心加速度である角レートＰに対応す
る。d2ρ2ω2P2の項は、２乗されたコリオリ加速度の直
流成分である。−２ρcosωt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角レート
間の求心加速度結合である。d4ρｘωcosωtＰ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。d4ρｚＱ2ωcosωtＰ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。d2ρ2ε1φω3cosωtPの項は、
本体加速度ｚ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(2
0)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ために用いられても
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。この発明を適切な開示するために
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。
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(21)は、周知の技術を用いる
ことにより、その単一の所望解くことができる。方程式
(21)の係数は、方程式(11)で遂行される積分から引き出
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の積分の被積分関数を表わす。
一般に、係数Ｃ0からＣ4は、ディザ期間の先行する1/4
サイ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。
上記方程式(22)から(26)において、係数は、 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、電流の１／
４ディザ期間即ちtnと、先行する１／４期間tn-1とに対
して決定される。
第７図は角レート 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関数と
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
ｒ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、Δθp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、Ｓrateと共に用いら
れる。マイクロプロセッサ82は、Δθp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Tpで除算して を得る。この 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 及び 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Δ
Ｖ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
に対する速度の振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tn-1を用いた、慣性レート 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ディザサイ
クルに対する平均慣性角レート を計算するために、各Ｘ、Ｙ及びＺ軸に対するＳrate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関するも
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 に基づく方程式13、19及び20の全ての項は、角加速度Ｑ
に関する項と同様に、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、テイラー連続展開）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。

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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
    軸に直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度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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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
    対する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周期の分数部分の間に、
    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
    角度位置の増分変化を計測するステップと、 (g) 角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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。
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