JPH07167658A - レートジャイロ方位計 - Google Patents
レートジャイロ方位計Info
- Publication number
- JPH07167658A JPH07167658A JP34225993A JP34225993A JPH07167658A JP H07167658 A JPH07167658 A JP H07167658A JP 34225993 A JP34225993 A JP 34225993A JP 34225993 A JP34225993 A JP 34225993A JP H07167658 A JPH07167658 A JP H07167658A
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- JP
- Japan
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- azimuth
- angle
- rate gyro
- rotation
- axis
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 機械的な水平整準機構を設けずに、基準台の
傾斜角とその点の緯度より方位角を補正して方位を測定
するレートジャイロ方位計を提供する。 【構成】 基準台９上に２軸の傾斜計１０、１軸回転機
構１１、１軸レートジャイロ１２が設置されている。１
軸レートジャイロ１２は定角度ずつ回転され、各回転位
置で地球自転の角速度を検出し、方位演算部１４は、レ
ートジャイロの基準方位からの回転角及び検出された角
速度から仮想方位角と振幅を求め、これら仮想方位角及
び振幅と傾斜計によって得られた傾斜角及び検出地点の
緯度とから検出地点での方位角を検出する。 【効果】 水平整準機構を使用しないので、小型、軽
量、振動衝撃に強く、センサを使用できる傾斜角の範囲
も拡大する。
傾斜角とその点の緯度より方位角を補正して方位を測定
するレートジャイロ方位計を提供する。 【構成】 基準台９上に２軸の傾斜計１０、１軸回転機
構１１、１軸レートジャイロ１２が設置されている。１
軸レートジャイロ１２は定角度ずつ回転され、各回転位
置で地球自転の角速度を検出し、方位演算部１４は、レ
ートジャイロの基準方位からの回転角及び検出された角
速度から仮想方位角と振幅を求め、これら仮想方位角及
び振幅と傾斜計によって得られた傾斜角及び検出地点の
緯度とから検出地点での方位角を検出する。 【効果】 水平整準機構を使用しないので、小型、軽
量、振動衝撃に強く、センサを使用できる傾斜角の範囲
も拡大する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、１軸レートジャイロと
傾斜計を使用して方位を検出するレートジャイロ方位計
に関するものである。
傾斜計を使用して方位を検出するレートジャイロ方位計
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は従来のレートジャイロ方位計の構
成を示したものである。基準台１には、その水平整準を
とる水平整準機構２が取りつけられており、基準台１上
には傾斜計３、１軸回転機構４及びこれに取りつけられ
た１軸レートジャイロ５が設置されている。水平整準機
構２及び傾斜計３は水平整準機構制御部６に、また、１
軸回転機構４は１軸回転機構制御部７に、それぞれ接続
されており、各制御部６、７は方位演算部８に接続され
ている。先ず初めに基準台１は、傾斜計３からの出力に
より傾斜角が零となるように、すなわち基準台１が地球
局所接平面に平行、つまり水平になるように水平整準機
構制御部６を通じて水平整準機構２によって調整され
る。水平整準が完了した後、１軸回転機構制御部７を通
じて１軸回転機構によりジャイロを定角度ずつ回転さ
せ、それぞれの回転角で検出される地球自転角速度の値
を保存しておく。各回転角においてジャイロにより検出
された地球自転角速度より、回転角に対する検出された
地球自転角速度を正弦波によって最小自乗近似を行い、
正弦波の初期位相より方位角を算出する。水平整準を行
ったときのレートジャイロの出力は、以下の式で表され
る。 ΩG ＝Ωe ｃｏｓλ（ｃｏｓφ3 ｃｏｓθ−ｓｉｎφ3 ｓｉｎθ）…（１） ここで、ΩG ；ジャイロ出力 Ωe ；地球自転角速度の絶対値 λ ；検出地点の緯度 φ3 ；求めるべき方位角 θ ；レートジャイロのセンジング基準軸からの回転角 一方、最小自乗近似より、 ΩG ＝ａｃｏｓθ＋ｂｓｉｎθ …（２） ａ＝Ωe ｃｏｓλｃｏｓφ3 …（３） ｂ＝−Ωe ｃｏｓλｓｉｎφ3 …（４） が、ａｂの値として求められるため、求めるべき方位角
は次式で求められる。 φ3 ＝ｔａｎ-1（−ｂ／ａ） …（５）
成を示したものである。基準台１には、その水平整準を
とる水平整準機構２が取りつけられており、基準台１上
には傾斜計３、１軸回転機構４及びこれに取りつけられ
た１軸レートジャイロ５が設置されている。水平整準機
構２及び傾斜計３は水平整準機構制御部６に、また、１
軸回転機構４は１軸回転機構制御部７に、それぞれ接続
されており、各制御部６、７は方位演算部８に接続され
ている。先ず初めに基準台１は、傾斜計３からの出力に
より傾斜角が零となるように、すなわち基準台１が地球
局所接平面に平行、つまり水平になるように水平整準機
構制御部６を通じて水平整準機構２によって調整され
る。水平整準が完了した後、１軸回転機構制御部７を通
じて１軸回転機構によりジャイロを定角度ずつ回転さ
せ、それぞれの回転角で検出される地球自転角速度の値
を保存しておく。各回転角においてジャイロにより検出
された地球自転角速度より、回転角に対する検出された
地球自転角速度を正弦波によって最小自乗近似を行い、
正弦波の初期位相より方位角を算出する。水平整準を行
ったときのレートジャイロの出力は、以下の式で表され
る。 ΩG ＝Ωe ｃｏｓλ（ｃｏｓφ3 ｃｏｓθ−ｓｉｎφ3 ｓｉｎθ）…（１） ここで、ΩG ；ジャイロ出力 Ωe ；地球自転角速度の絶対値 λ ；検出地点の緯度 φ3 ；求めるべき方位角 θ ；レートジャイロのセンジング基準軸からの回転角 一方、最小自乗近似より、 ΩG ＝ａｃｏｓθ＋ｂｓｉｎθ …（２） ａ＝Ωe ｃｏｓλｃｏｓφ3 …（３） ｂ＝−Ωe ｃｏｓλｓｉｎφ3 …（４） が、ａｂの値として求められるため、求めるべき方位角
は次式で求められる。 φ3 ＝ｔａｎ-1（−ｂ／ａ） …（５）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来のレートジャイロ
方位計では、基準台を水平にしなければならないという
前提条件があり、（１）整準機構が複雑なため、機能が
複雑となる、（２）整準可能範囲に限界があるため、一
定以上の傾きが発生している場所では使用できない、
（３）整準操作に時間がかかる、（４）整準機構のため
寸法重量が大きくなる、（５）水平整準機構が振動、衝
撃等に対して極めて敏感であり、故障の原因となりやす
いという問題があった。本発明は、水平整準機構の使用
によって発生する前記の欠点を解消し、寸法、重量、測
定所要時間を改善し、信頼性を向上させたレートジャイ
ロ方位計を提供することを目的とする。
方位計では、基準台を水平にしなければならないという
前提条件があり、（１）整準機構が複雑なため、機能が
複雑となる、（２）整準可能範囲に限界があるため、一
定以上の傾きが発生している場所では使用できない、
（３）整準操作に時間がかかる、（４）整準機構のため
寸法重量が大きくなる、（５）水平整準機構が振動、衝
撃等に対して極めて敏感であり、故障の原因となりやす
いという問題があった。本発明は、水平整準機構の使用
によって発生する前記の欠点を解消し、寸法、重量、測
定所要時間を改善し、信頼性を向上させたレートジャイ
ロ方位計を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明のレートジャイロ
方位計は、基準台の傾き角とその点の緯度より方位角を
補正することにより、機械的な水平整準機構を設けるこ
となく方位を測定するものである。傾斜計は２軸のもの
を使用し、基準台のロール角、ピッチ角を測定する。以
下、実施例により、詳細に説明する。
方位計は、基準台の傾き角とその点の緯度より方位角を
補正することにより、機械的な水平整準機構を設けるこ
となく方位を測定するものである。傾斜計は２軸のもの
を使用し、基準台のロール角、ピッチ角を測定する。以
下、実施例により、詳細に説明する。
【０００５】
【実施例】図１は本発明の実施例を示したものである。
方位計は基準台９と、その上に設置された２軸の傾斜計
１０、１軸回転機構１１及びこれに取りつけられた１軸
レートジャイロ１２と、１軸回転機構を制御する１軸回
転機構制御部１３と、傾斜計による検出値、検出地点の
緯度及びレートジャイロの基準方位からの回転角並びに
検出された地球自転角速度より方位を演算する方位演算
部１４とより構成されている。ここで、基準方位軸から
の回転角θでジャイロにより検出される地球自転角速度
ΩG は以下の式で表される。 ΩG ＝Ωe ［（ｃｏｓλｃｏｓφ3 ｃｏｓφ2 ＋ｓｉｎλｓｉｎφ2 ）ｃｏｓ θ＋｛ｃｏｓλ（ｃｏｓφ3 ｓｉｎφ2 ｓｉｎφ1 −ｓｉｎφ3 ｃｏｓφ1 ）− ｓｉｎλｃｏｓφ2 ｓｉｎφ1 ｝ｓｉｎθ］ｓｉｎθ …（６） 但し、ΩG ；ジャイロにより検出される地球自転角速度 Ωe ；地球自転角速度の絶対値 λ ；検出地点の緯度（北緯） θ ；レートジャイロのセンシング基準方位軸からの回
転角 φ1 ；レートジャイロのロール角 φ2 ；レートジャイロのピッチ角 φ3 ；求めるべき方位角 上式より、ΩG はθに対して正弦波を取ることが保証さ
れている。そこで、地球自転角速度の観測を行うθを０
〜３６０度間でｎ等分した点、 θi ＝２π×ｉ／ｎ （ｉ＝０、１、２、…、ｎ） で観測された地球自転角速度を次式で仮定する。 ΩGi＋ｖi ＝ａ0 ＋ａ1 ｃｏｓθi ＋ｂ1 ｓｉｎθi …（７） 但し、ｖi ；残差 そして、次式（８）、（９）、（１０）を求める。
方位計は基準台９と、その上に設置された２軸の傾斜計
１０、１軸回転機構１１及びこれに取りつけられた１軸
レートジャイロ１２と、１軸回転機構を制御する１軸回
転機構制御部１３と、傾斜計による検出値、検出地点の
緯度及びレートジャイロの基準方位からの回転角並びに
検出された地球自転角速度より方位を演算する方位演算
部１４とより構成されている。ここで、基準方位軸から
の回転角θでジャイロにより検出される地球自転角速度
ΩG は以下の式で表される。 ΩG ＝Ωe ［（ｃｏｓλｃｏｓφ3 ｃｏｓφ2 ＋ｓｉｎλｓｉｎφ2 ）ｃｏｓ θ＋｛ｃｏｓλ（ｃｏｓφ3 ｓｉｎφ2 ｓｉｎφ1 −ｓｉｎφ3 ｃｏｓφ1 ）− ｓｉｎλｃｏｓφ2 ｓｉｎφ1 ｝ｓｉｎθ］ｓｉｎθ …（６） 但し、ΩG ；ジャイロにより検出される地球自転角速度 Ωe ；地球自転角速度の絶対値 λ ；検出地点の緯度（北緯） θ ；レートジャイロのセンシング基準方位軸からの回
転角 φ1 ；レートジャイロのロール角 φ2 ；レートジャイロのピッチ角 φ3 ；求めるべき方位角 上式より、ΩG はθに対して正弦波を取ることが保証さ
れている。そこで、地球自転角速度の観測を行うθを０
〜３６０度間でｎ等分した点、 θi ＝２π×ｉ／ｎ （ｉ＝０、１、２、…、ｎ） で観測された地球自転角速度を次式で仮定する。 ΩGi＋ｖi ＝ａ0 ＋ａ1 ｃｏｓθi ＋ｂ1 ｓｉｎθi …（７） 但し、ｖi ；残差 そして、次式（８）、（９）、（１０）を求める。
【０００６】
【数１】 これより、最小自乗近似式として次式（１１）を得る。
【０００７】
【数２】 このとき、従来の方法（整準有と仮定する）によって求
められる方位をφ3 ′、緯度をλ′とすると、次式（１
２）、（１３）となる。
められる方位をφ3 ′、緯度をλ′とすると、次式（１
２）、（１３）となる。
【０００８】
【数３】 式（１４）、（１５）より、ｃｏｓφ3 及びｓｉｎφ3
が求められ、 φ3 ＝ｔａｎ-1（ｓｉｎφ3 ／ｃｏｓφ3 ） …（１６） より、φ3 を求めることができる。方位角を得る具体的
な手順、動作を図２により説明する。先ずデータ取得点
数ｎを定め、１軸回転機構制御部に回転角θi ＝２π×
ｉ／ｎ（ｉ＝０〜ｎ）を設定する。次いで１軸回転機構
に対して、設定された回転角にセットする命令を送り出
しジャイロと共に指定回転角に移動させる。移動が完了
したら、レートジャイロより出力される地球自転角速度
の投影成分Ωi を読み取り保存する。同時に、このとき
のロール角φ1i，ピッチ角φ2iを傾斜計より読み込んで
保存しておく。各回転角におけるΩi 、φ1i、φ2iの取
得が完了したら、傾斜角φ1i、φ2i（i ＝０、１、…、
ｎ）のデータに大きく外れたものがないかを検査し、外
れたものがあればデータ取得中にセンサの姿勢が変化し
たことが考えられるので、データ取得を最初からやり直
す。傾斜角に異常がなければ、データ（θi 、Ωi ）が
フイットイングする正弦曲線を最小自乗近似法によって
求め、初期位相（仮方位）、振幅を求める。この２つの
値と傾斜角（ピッチ角、ロール角）の平均値さらに外部
より検出地点の緯度の値を入力し、仮方位を補正して方
位角を得る。緯度は別のセンサを使用し、あるいは地図
から求めればよい。
が求められ、 φ3 ＝ｔａｎ-1（ｓｉｎφ3 ／ｃｏｓφ3 ） …（１６） より、φ3 を求めることができる。方位角を得る具体的
な手順、動作を図２により説明する。先ずデータ取得点
数ｎを定め、１軸回転機構制御部に回転角θi ＝２π×
ｉ／ｎ（ｉ＝０〜ｎ）を設定する。次いで１軸回転機構
に対して、設定された回転角にセットする命令を送り出
しジャイロと共に指定回転角に移動させる。移動が完了
したら、レートジャイロより出力される地球自転角速度
の投影成分Ωi を読み取り保存する。同時に、このとき
のロール角φ1i，ピッチ角φ2iを傾斜計より読み込んで
保存しておく。各回転角におけるΩi 、φ1i、φ2iの取
得が完了したら、傾斜角φ1i、φ2i（i ＝０、１、…、
ｎ）のデータに大きく外れたものがないかを検査し、外
れたものがあればデータ取得中にセンサの姿勢が変化し
たことが考えられるので、データ取得を最初からやり直
す。傾斜角に異常がなければ、データ（θi 、Ωi ）が
フイットイングする正弦曲線を最小自乗近似法によって
求め、初期位相（仮方位）、振幅を求める。この２つの
値と傾斜角（ピッチ角、ロール角）の平均値さらに外部
より検出地点の緯度の値を入力し、仮方位を補正して方
位角を得る。緯度は別のセンサを使用し、あるいは地図
から求めればよい。
【０００９】
【発明の効果】本発明の方位計は、水平整準機構が不要
なため、小型、軽量化が可能となり、部品点数が軽減さ
れ、センサの使用できる傾斜角の範囲を広げることがで
きる。また、振動衝撃に弱い水平整準機構がなくなるた
めシステムとしての振動衝撃耐久性が向上する。更に、
水平整準という操作が不要なため測定に要する時間が短
縮される。
なため、小型、軽量化が可能となり、部品点数が軽減さ
れ、センサの使用できる傾斜角の範囲を広げることがで
きる。また、振動衝撃に弱い水平整準機構がなくなるた
めシステムとしての振動衝撃耐久性が向上する。更に、
水平整準という操作が不要なため測定に要する時間が短
縮される。
【図１】本発明のレートジャイロ方位計の構成図。
【図２】本発明のレートジャイロ方位計による処理手
順、動作を示すフローチャート。
順、動作を示すフローチャート。
【図３】従来のレートジャイロ方位計の構成図。
１ 基準台 ８ 方位演算部 ２ 水平整準機構 ９ 基準台 ３ 傾斜計 １０ 傾斜計 ４ １軸回転機構 １１ １軸回転機
構 ５ １軸レートジャイロ １２ １軸レート
ジャイロ ６ 水平整準機構制御部 １３ １軸回転機
構制御部 ７ １軸回転機構制御部 １４ 方位演算部
構 ５ １軸レートジャイロ １２ １軸レート
ジャイロ ６ 水平整準機構制御部 １３ １軸回転機
構制御部 ７ １軸回転機構制御部 １４ 方位演算部
Claims (1)
- 【請求項１】 基準台上に設置された、直交する２軸の
傾斜計と１軸回転機構と、１軸回転機構に取りつけられ
た１軸レートジャイロを具備すると共に、１軸回転機構
制御部と、１軸レートジャイロの基準方位からの回転角
及び各回転位置で得られた地球自転の角速度より仮想方
位角と振幅を求め、これら仮想方位角及び振幅と２軸傾
斜計によって得られたロール角、ピッチ角及び外部より
入力された検出地点の緯度とにより検出地点での方位角
を検出する方位演算部とを備えたレートジャイロ方位
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34225993A JPH07167658A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | レートジャイロ方位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34225993A JPH07167658A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | レートジャイロ方位計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07167658A true JPH07167658A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18352335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34225993A Pending JPH07167658A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | レートジャイロ方位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07167658A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263689A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Railway Technical Res Inst | 外部情報を得られない環境における装置の方位計測方法 |
| JP2009098092A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd | 相対高さ検出装置 |
| US8135562B2 (en) | 2007-04-04 | 2012-03-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | System, method and medium calibrating gyrosensors of mobile robots |
| CN103512570A (zh) * | 2013-10-12 | 2014-01-15 | 北京信息科技大学 | 一种预置45°带解算失效判定的寻北方法 |
-
1993
- 1993-12-15 JP JP34225993A patent/JPH07167658A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263689A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Railway Technical Res Inst | 外部情報を得られない環境における装置の方位計測方法 |
| US8135562B2 (en) | 2007-04-04 | 2012-03-13 | Samsung Electronics Co., Ltd. | System, method and medium calibrating gyrosensors of mobile robots |
| JP2009098092A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Harmonic Drive Syst Ind Co Ltd | 相対高さ検出装置 |
| CN103512570A (zh) * | 2013-10-12 | 2014-01-15 | 北京信息科技大学 | 一种预置45°带解算失效判定的寻北方法 |
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