JPH0821740A - Inertial navigation apparatus for ship - Google Patents

Inertial navigation apparatus for ship

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JPH0821740A
JPH0821740A JP15616894A JP15616894A JPH0821740A JP H0821740 A JPH0821740 A JP H0821740A JP 15616894 A JP15616894 A JP 15616894A JP 15616894 A JP15616894 A JP 15616894A JP H0821740 A JPH0821740 A JP H0821740A
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JP
Japan
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error
average value
calculation
information
initial
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Application number
JP15616894A
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Japanese (ja)
Inventor
Takashi Morimoto
隆 森本
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Yokogawa Denshikiki Co Ltd
Original Assignee
Yokogawa Denshikiki Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0821740A publication Critical patent/JPH0821740A/en
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Abstract

PURPOSE:To shorten the operating time of correcting means by outputting an azimuth angle error from the calculating step at each repeated calculation of the means, and so adding a small correction value to an initial latitude as to gradually converge the error. CONSTITUTION:A speed position calculator 5 fetches the output signals of an accelerometer 11 and a gyro 12 fixed to a ship hull, and sequentially outputs position information and speed information with the input initial latitude and an initial latitude as references. A speed and position comparator 7 compares both the pieces of the information with position and speed information input from the outside, and outputs error information. An error designating unit 8 and a correction calculator 9 fetch the error information, and automatically correct calculating parameters by so repeatedly calculating as to minimize the generated error. Azimuth angle error is fetched from the calculating step at each repeated calculation, and a small correction value is so added to the initial latitude as to gradually converge the azimuth angle error. Thus, the time required for automatically correcting the parameters can be shortened.

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、航海中の船舶の位置
(および速度)を正確に測定するために利用する。本発
明は、慣性航法装置の起動時に実行される誤差修正に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention is used to accurately measure the position (and speed) of a ship during voyage. The present invention relates to error correction performed when an inertial navigation system is activated.

【0002】[0002]

【従来の技術】航海中の船舶の位置をきわめて正確に測
定するための装置として慣性航法装置が知られている。
この装置は、船体にハードウエアとして固定された3次
元の加速度計および3次元のジャイロの出力信号を取込
み、一方、初期緯度および初期経度を基準にして、航海
中の位置情報および速度情報を演算出力するソフトウエ
アを含む演算装置である。すなわち、緯度および経度が
すでに正確に測定されている停泊港の桟橋などで、この
装置を起動させるときの初期緯度および初期経度をこの
装置にテンキーの操作により、あるいはあらかじめ設定
された磁気カードを読み込ませるなどにより入力する
と、その船体から受ける加速度を時間積分して速度情報
を演算し、さらにその速度情報を時間積分して位置情報
を演算するものである。
2. Description of the Related Art An inertial navigation system is known as a device for extremely accurately measuring the position of a ship under voyage.
This device takes in the output signals of a three-dimensional accelerometer and a three-dimensional gyro, which are fixed to the hull as hardware, and calculates position information and speed information during navigation based on the initial latitude and initial longitude. It is an arithmetic unit including output software. That is, the initial latitude and the initial longitude when starting this device at the pier of a berth where the latitude and longitude have already been measured accurately, can be read on this device by operating the numeric keypad or by reading a preset magnetic card. When the input is made by, for example, the acceleration received from the hull is integrated over time to calculate speed information, and the speed information is further integrated over time to calculate position information.

【0003】このような慣性航法装置は、原理的に累積
演算により位置情報および速度情報を求めるものである
から、長時間にわたり装置を使用すると誤差が累積する
ことは避けられない。したがって、原則として慣性航法
装置を装備した船舶が目的地に到着したときには、すで
に入力されている初期緯度および初期経度をリセット
し、あらたにその停泊位置の正確な初期緯度および初期
経度を入力することが必要である。
Since such an inertial navigation system theoretically obtains position information and velocity information by cumulative calculation, it is inevitable that errors will accumulate if the device is used for a long time. Therefore, as a general rule, when a ship equipped with an inertial navigation system arrives at its destination, it is necessary to reset the already entered initial latitude and initial longitude and newly enter the accurate initial latitude and initial longitude of the berth. is necessary.

【0004】この原理による装置は航空機用の慣性航法
装置として広く知られるようになり、航空機の自動操縦
装置には不可欠の装置となった。この装置を船舶用とし
て利用できるように、多くの改良が加えられている。そ
の一つは本願出願人の先願(特願平5−52450号、
本願出願時に未公開)である。
A device based on this principle has become widely known as an inertial navigation device for an aircraft, and has become an indispensable device for an autopilot device of an aircraft. Many improvements have been made to make this device usable for ships. One of them is the applicant's prior application (Japanese Patent Application No. 5-52450,
It has not been published at the time of filing this application).

【0005】すなわち、航空機が空港の所定位置に停止
している状態では、その航空機は地球に対してほとんど
正確な静止状態にあるとしてよい。しかし船舶は基地と
なる港に停泊中であっても、船舶には常に小さいピッチ
ングおよびローリングがあり静止状態ではなく、船舶が
ロープで係留されていてもその船首方向はこまかく動揺
している。またその地球に対する位置も数メートルの範
囲といえども常に移動している。つまり船舶に装備され
た慣性航法装置は常に外乱を受けている。したがって、
船舶に装備されたこの種の装置では、位置が公にかつ正
確に測定されている港に停泊中に、その公の基準を初期
緯度および初期経度の情報として入力しても、実際には
外乱のある状態で入力されたものであってその値に小さ
い誤差が生じていることは免れられない。
That is, when the aircraft is stationary at a predetermined position at the airport, the aircraft may be in an almost accurate stationary state with respect to the earth. However, even when the ship is moored at the base harbor, the ship is always in a small state of pitching and rolling, and is not in a stationary state. Even if the ship is moored by ropes, its bow direction is slightly swayed. Also, its position relative to the earth is constantly moving, even within a few meters. In other words, the inertial navigation system installed on the ship is always disturbed. Therefore,
With this type of equipment on board a vessel, even if the official reference is entered as initial latitude and initial longitude information while moored in a port where the position is publicly and accurately measured, the disturbance is actually It is unavoidable that there was a small error in the value that was input in the state with.

【0006】このために、船舶用の慣性航法装置では演
算手段の中に修正手段が装備される。すなわちこの修正
手段は、慣性航法装置から出力される位置情報および速
度情報を外部から入力される位置情報および速度情報と
それぞれ比較して誤差情報を出力する比較手段を備え、
慣性航法装置の演算手段はこの誤差情報を取込み発生す
る誤差が最小になるように繰り返し演算により自動的に
演算パラメタの修正を実行する。ここで、外部から入力
される位置情報および速度情報とは、別の装置により得
られた情報である。例えば、GPSにより測定された緯
度経度の情報もその一つであり、地上目標を基準とする
測量情報もその一つであり、航海中の対地速度の情報も
その一つであり、投錨あるいは係留停泊中であるから速
度は零であるはずという情報もその重要な一つである。
For this reason, the inertial navigation system for a ship is equipped with a correction means in the calculation means. That is, the correction means includes a comparison means for comparing the position information and the speed information output from the inertial navigation device with the position information and the speed information input from the outside to output error information,
The calculation means of the inertial navigation device automatically corrects the calculation parameter by taking in this error information and repeating the calculation so that the generated error is minimized. Here, the position information and the velocity information input from the outside are information obtained by another device. For example, the latitude and longitude information measured by GPS is one of them, the survey information based on the ground target is one of them, and the ground speed information during voyage is one of them. One of the important information is that the speed should be zero because it is moored.

【0007】例えば停泊中の船舶の速度は零であるはず
のところ、慣性航法装置の出力速度情報がある限界を越
えた有限の値を示すということであれば、それは演算手
段の内部で演算パラメタが正しくないことを意味しその
修正を行わなければならない。原則として、この演算パ
ラメタの自動修正は、船舶の停泊中に通常の動作モード
とは別の修正モードを設定して実行される。
For example, if the speed of the ship at berth should be zero, but if the output speed information of the inertial navigation device shows a finite value exceeding a certain limit, it is a calculation parameter inside the calculation means. Means that is not correct and the correction must be made. As a general rule, this automatic correction of the calculation parameters is executed by setting a correction mode different from the normal operation mode while the ship is at berth.

【0008】図5は従来の慣性航法装置の一例を示すブ
ロック構成図である。この慣性航法装置は、センサ部1
と、加速度計誤差補正計算部21、ジャイロ誤差補正計
算部22、座標変換部3、座標変換行列計算部4、修正
計算部9、速度位置計算部5、姿勢方位計算部6、速度
位置比較部7およびカルマンフィルタを含む誤差推定部
8とを備える。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional inertial navigation system. This inertial navigation system includes a sensor unit 1
And an accelerometer error correction calculation unit 21, a gyro error correction calculation unit 22, a coordinate conversion unit 3, a coordinate conversion matrix calculation unit 4, a correction calculation unit 9, a speed position calculation unit 5, a posture direction calculation unit 6, and a speed position comparison unit. 7 and an error estimator 8 including a Kalman filter.

【0009】ここで、この従来例の動作を説明する前
に、この装置で用いる座標について図6を参照して説明
する。図6は慣性航法装置で用いられる座標を示す図で
ある。慣性航法装置で用いられる座標には、船体座標と
航法座標(または航法計算座標)とがある。船体座標
は、ロール、ピッチおよびヨーの各軸成分により、 (bx ,by ,bz ) と表される座標であり、船体中心を原点とする。これに
対して航法座標はn座標とも呼ばれ、北、東および高さ
方向の各成分により、 (xN ,yE ,zD ) と表される座標である。航法座標もまた船体中心を原点
とするが、その船上の点の座標は船の移動に伴って移動
する。ロール軸のまわりの回転角をロール角φ、ピッチ
軸まわりの回転角をピッチ角θ、船の向きを方位角ψと
いう。方位角ψは北向きのときψ=0、東向きのときψ
=90°である。
Before describing the operation of this conventional example, the coordinates used in this apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram showing coordinates used in the inertial navigation system. The coordinates used in the inertial navigation system include hull coordinates and navigation coordinates (or navigation calculation coordinates). Hull coordinates, roll, by each axial component of the pitch and yaw, the coordinate represented as (b x, b y, b z), the hull center as the origin. On the other hand, the navigation coordinates are also called n coordinates, and are coordinates represented by (x N , y E , z D ) by the respective components in the north, east and height directions. The navigation coordinates also have the center of the hull as the origin, but the coordinates of points on the ship move as the ship moves. The rotation angle around the roll axis is called the roll angle φ, the rotation angle around the pitch axis is called the pitch angle θ, and the direction of the ship is called the azimuth angle ψ. Azimuth ψ is ψ = 0 when facing north, ψ when facing east
= 90 °.

【0010】次に、従来例の各部の動作について、表
1、表2に示す記号を用いて説明する。
Next, the operation of each part of the conventional example will be described using the symbols shown in Tables 1 and 2.

【0011】[0011]

【表1】 [Table 1]

【0012】[0012]

【表2】 センサ部1は加速度計11とジャイロ12とにより構成
され、加速度計11は船の運動加速度を計測して加速度
ベクトルを出力し、ジャイロ12は船の運動角速度を計
測して回転角速度ベクトルを出力する。ストラップダウ
ン方式では、このセンサ部1が直接に船体基準軸に取り
つけられる。取り付け位置は可能な限り船体重心の近く
に設定される。
[Table 2] The sensor unit 1 includes an accelerometer 11 and a gyro 12, the accelerometer 11 measures the motion acceleration of the ship and outputs an acceleration vector, and the gyro 12 measures the motion angular velocity of the ship and outputs a rotation angular velocity vector. . In the strapdown system, the sensor unit 1 is directly attached to the hull reference shaft. The mounting position is set as close to the center of gravity of the ship as possible.

【0013】加速度計11の出力する加速度ベクトル
は、ロール軸、ピッチ軸およびヨー軸の各方向の加速度
bx、AbxおよびAbzを要素とする船体座標で表現さ
れ、船の推進加速度ベクトル、加速度誤差ベクトルおよ
び動揺加速度ベクトルに対して次の関係がある。
The acceleration vector output from the accelerometer 11 is represented by ship hull coordinates having the accelerations A bx , A bx and A bz in each direction of the roll axis, pitch axis and yaw axis as elements, and the propulsion acceleration vector of the ship, There is the following relationship with the acceleration error vector and the shaking acceleration vector.

【0014】[0014]

【数1】 右辺第3項の動揺加速度ベクトルは初期アライメント中
に外乱加速度となり、姿勢決定時間および決定精度に大
きな影響を及ぼす。初期アライメントとは、加速度計出
力の水平成分を用いて初期の姿勢および方位角をできる
だけ正確に決定することをいう。この初期アライメント
のときに、ジャイロおよび加速度計のそれぞれの誤差の
一部についても補正する。これをキャリブレーションと
いう。
[Equation 1] The shaking acceleration vector of the third term on the right side becomes a disturbance acceleration during the initial alignment, and has a great influence on the posture determination time and the determination accuracy. Initial alignment refers to determining the initial attitude and azimuth as accurately as possible using the horizontal component of the accelerometer output. At the time of this initial alignment, some of the errors of the gyro and the accelerometer are also corrected. This is called calibration.

【0015】ジャイロの出力する回転角速度ベクトルも
また船体座標で表現され、船体軸ロール角速度Wbx、船
体軸ピッチ角速度Wby、船体軸ヨー角速度Wbzを要素と
する。回転角速度ベクトルは旋回角速度ベクトル、ジャ
イロ誤差ベクトルおよび動揺角速度ベクトルに対して次
の関係がある。
The rotational angular velocity vector output from the gyro is also expressed in ship coordinates, and has hull shaft roll angular speed W bx , hull shaft pitch angular speed W by , and hull shaft yaw angular speed W bz as elements. The rotational angular velocity vector has the following relationship with the turning angular velocity vector, the gyro error vector, and the fluctuation angular velocity vector.

【0016】[0016]

【数2】 加速度計11およびジャイロ12の出力は、それぞれ加
速度計誤差補正計算部21およびジャイロ誤差補正計算
部22に入力される。これらの計算部21、22は、各
誤差の一部を次の補正式により補正する。
[Equation 2] The outputs of the accelerometer 11 and the gyro 12 are input to the accelerometer error correction calculation unit 21 and the gyro error correction calculation unit 22, respectively. These calculation units 21 and 22 correct a part of each error by the following correction formula.

【0017】[0017]

【数3】 この二つの数式において、右辺第1項は船の推進加速度
ベクトルおよび旋回角度ベクトルであり、次の式で表さ
れる。
(Equation 3) In these two mathematical expressions, the first term on the right side is the propulsion acceleration vector and the turning angle vector of the ship, and is represented by the following expressions.

【0018】[0018]

【数4】 また、右辺第2項は船の動揺加速度ベクトルおよび角速
度ベクトルであり、次の式で表される。
[Equation 4] The second term on the right-hand side is the motion acceleration vector and angular velocity vector of the ship, and is expressed by the following equation.

【0019】[0019]

【数5】 そして、右辺第3項は加速度計誤差ベクトルおよびジャ
イロ誤差ベクトルであり、次の式で表される。
(Equation 5) Then, the third term on the right side is the accelerometer error vector and the gyro error vector, and is represented by the following equation.

【0020】[0020]

【数6】 右辺最終項は誤差推定部8から出力された加速度計誤差
推定出力およびジャイロ誤差推定出力であり、次の式で
表されるベクトルである。
(Equation 6) The last term on the right side is the accelerometer error estimation output and the gyro error estimation output output from the error estimation unit 8, and is a vector represented by the following equation.

【0021】[0021]

【数7】 座標変換部3は、加速度計誤差補正計算部21の出力を
船体座標から航法座標であるn座標へ次式により変換す
る。
(Equation 7) The coordinate conversion unit 3 converts the output of the accelerometer error correction calculation unit 21 from the hull coordinates to the n coordinates which are the navigation coordinates according to the following equation.

【0022】[0022]

【数8】 座標変換行列計算部4は、座標変換部3での座標変換に
使用する座標変換行列を次式により計算する。
(Equation 8) The coordinate conversion matrix calculation unit 4 calculates the coordinate conversion matrix used for coordinate conversion in the coordinate conversion unit 3 by the following formula.

【0023】[0023]

【数9】 座標変換行列は次のように表される。[Equation 9] The coordinate transformation matrix is expressed as follows.

【0024】[0024]

【数10】 また、〔数9〕の式において、d/dtは微分を表し、
右辺のオーバーラインで示した記号は船体座標のn座標
に対する相対回転角速度ベクトルの歪対称行列表現であ
る。相対回転角速度ベクトルは次の式により求められ
る。
[Equation 10] Also, in the formula of [Equation 9], d / dt represents a differential,
The symbol shown by the overline on the right side is a distortion symmetric matrix representation of the relative rotational angular velocity vector with respect to the h-coordinate n coordinate. The relative rotation angular velocity vector is obtained by the following formula.

【0025】[0025]

【数11】 したがって、その歪対称行列表現は次のようになる。[Equation 11] Therefore, its distortion symmetric matrix expression is as follows.

【0026】[0026]

【数12】 〔数11〕の第1式において、右辺の最初の4つの記号
で表される項はジャイロの出力である。よく知られてい
るように、ジャイロは船の運動角速度(旋回角速度+動
揺角速度)のみならず、絶対静止座標に対するすべての
角速度を計測する。具体的には、地球の自転角速度、船
が丸い地球の周辺を移動する移動角速度すなわち緯度お
よび経度の変化率、などについても計測する。しかし、
航法計算や船の姿勢および方位は地球に対する運動と姿
勢角および方位角とから表現されるので、ジャイロ出力
から地球の自転角速度と移動角速度とを差し引いて補正
する必要がある。この補正が行われたものが〔数11〕
の第1式である。この式において、最終項はジャイロ誤
差や加速度計誤差による姿勢角度誤差および方位角誤差
の修正量であり、次の式で表される。
(Equation 12) In the first expression of [Equation 11], the terms represented by the first four symbols on the right side are the output of the gyro. As is well known, the gyro measures not only the angular velocity of the ship (turning angular velocity + swaying angular velocity) but also all angular velocities with respect to absolute stationary coordinates. Specifically, the rotational angular velocity of the earth, the angular velocity of movement of the ship around the round earth, that is, the rate of change in latitude and longitude are also measured. But,
Since the navigation calculation and the attitude and azimuth of the ship are expressed by the motion with respect to the earth and the attitude angle and azimuth, it is necessary to correct the gyro output by subtracting the rotation angular velocity and the moving angular velocity of the earth. What has been corrected is [Equation 11]
Is the first expression of. In this equation, the final term is the correction amount of the attitude angle error and the azimuth angle error due to the gyro error and the accelerometer error, and is represented by the following equation.

【0027】[0027]

【数13】 右辺は修正計算部9により計算される。また、減算項は
地球の自転角速度と船の移動角速度とに関する量であ
り、速度位置計算部5により、次のように計算される。
(Equation 13) The right side is calculated by the correction calculator 9. The subtraction term is a quantity related to the rotation angular velocity of the earth and the movement angular velocity of the ship, and is calculated by the speed position calculation unit 5 as follows.

【0028】[0028]

【数14】 速度位置計算部5はまた、〔数14〕に示した式におけ
る速度および緯度経度について、座標変換部3の出力に
基づいて以下の計算により求める。
[Equation 14] The velocity position calculation unit 5 also obtains the velocity and latitude / longitude in the equation shown in [Equation 14] by the following calculation based on the output of the coordinate conversion unit 3.

【0029】[0029]

【数15】 船の場合には高度方向は関係ないが、水平方向と相関が
あるため、計算だけは次のように実行する。
(Equation 15) In the case of a ship, the altitude direction is irrelevant, but since there is a correlation with the horizontal direction, only the calculation is performed as follows.

【0030】[0030]

【数16】 〔数16〕の二つの式におけるそれぞれ最終項は高度方
向の誤差の水平方向への影響をできるだけ小さくするた
めの高度方向誤差修正量であり、修正計算部9により次
のように計算される。
[Equation 16] The final term in each of the two equations of [Equation 16] is a height direction error correction amount for minimizing the influence of the height direction error on the horizontal direction, and is calculated by the correction calculation unit 9 as follows.

【0031】[0031]

【数17】 修正計算部9はまた、水平方向速度誤差の修正量、すな
わち〔数15〕の第1式における最終項についても計算
する。
[Equation 17] The correction calculator 9 also calculates the correction amount of the horizontal velocity error, that is, the final term in the first expression of [Equation 15].

【0032】このような計算により、速度位置計算部5
の出力には、〔数15〕の第2式で表される速度ベクト
ルと、同じく第3式および第4式で表される位置ベクト
ルとが得られる。位置ベクトルは次のように表される。
By such calculation, the velocity position calculation unit 5
In the output of, the velocity vector represented by the second equation of [Equation 15] and the position vector represented by the third and fourth equations are obtained. The position vector is represented as follows.

【0033】[0033]

【数18】 得られた速度ベクトルおよび位置ベクトルは出力され
る。
(Equation 18) The obtained velocity vector and position vector are output.

【0034】なお、〔数15〕では、次の式で表される
重力加速度ベクトルのn座標表現を用いた。
In [Equation 15], the n-coordinate expression of the gravity acceleration vector represented by the following equation is used.

【0035】[0035]

【数19】 また、〔数14〕で用いた緯度方向および経度方向の地
球半径は、赤道面での地球半径aを用いて次のように表
される。
[Formula 19] Further, the earth radius in the latitude direction and the longitude direction used in [Equation 14] is expressed as follows using the earth radius a at the equatorial plane.

【0036】[0036]

【数20】 さらに、〔数15〕では次の式で行列表現される値を用
いた。
(Equation 20) Further, in [Equation 15], values expressed in a matrix by the following equation are used.

【0037】[0037]

【数21】 一方、姿勢方位計算部6は、座標変換行列計算部4の出
力した座標変換行列から姿勢角(φ,θ)と方位角ψと
を計算し、入出力回路を介して入出力データ表示装置に
出力する。姿勢角および方位角は、座標変換行列の要素
を用いて、次のように計算される。
[Equation 21] On the other hand, the posture azimuth calculation unit 6 calculates the posture angle (φ, θ) and the azimuth angle ψ from the coordinate conversion matrix output from the coordinate conversion matrix calculation unit 4, and outputs the input / output data display device via the input / output circuit. Output. The attitude angle and the azimuth angle are calculated as follows using the elements of the coordinate conversion matrix.

【0038】[0038]

【数22】 速度位置計算部5により得られた速度ベクトルおよび位
置ベクトルは出力されるだけでなく、速度位置比較部7
に入力される。速度位置比較部7にはさらに、それぞれ
外部基準速度および外部基準位置が入力される。速度位
置比較部7は、これらを比較し、その差を誤差推定部8
に入力する。
[Equation 22] The velocity position and position vector obtained by the velocity position calculation unit 5 are not only output, but also the velocity position comparison unit 7
Is input to Further, the external reference speed and the external reference position are input to the speed position comparison unit 7, respectively. The velocity / position comparison unit 7 compares these and the difference is the error estimation unit 8
To enter.

【0039】初期アライメント中は、次式で表される外
部基準速度および外部基準位置が入力される。
During the initial alignment, the external reference speed and the external reference position represented by the following expressions are input.

【0040】[0040]

【数23】 また、初期アライメント中は、〔数15〕の第1式が次
式となる。
(Equation 23) Further, during the initial alignment, the first equation of [Equation 15] is the following equation.

【0041】[0041]

【数24】 〔数24〕における水平方向速度誤差の修正量は、修正
計算部9において、次の式により計算される。
[Equation 24] The correction amount of the horizontal velocity error in [Equation 24] is calculated by the correction calculation unit 9 according to the following equation.

【0042】[0042]

【数25】 すなわち、〔数25〕の第2式の右辺により修正量ベク
トルの二つの要素を求め、〔数17〕により求めたもう
一つの要素を組み合わせて水平方向速度誤差の修正量を
得る。
(Equation 25) That is, two elements of the correction amount vector are obtained by the right side of the second equation of [Equation 25], and another element obtained by [Equation 17] is combined to obtain the correction amount of the horizontal velocity error.

【0043】〔数14〕のUの式および〔数25〕の第
2式において、
In the U expression of [Equation 14] and the second expression of [Equation 25],

【0044】[0044]

【数26】 であり、(Equation 26) And

【0045】[0045]

【数27】 である。[Equation 27] Is.

【0046】また、〔数25〕第2式の係数は2行14
列の行列で表される最適制御ゲインであり、次の評価関
数を最小にするように決められる。
[Equation 25] The coefficient of the second equation is 2 rows 14
It is an optimal control gain represented by a matrix of columns and is determined so as to minimize the following evaluation function.

【0047】[0047]

【数28】 このJを最小にするということは、区間〔0≦t≦T〕
で使われる修正量と、そのときの誤差の累積とを最小に
することを意味する。すなわち、エネルギ最小化制御で
ある。
[Equation 28] Minimizing this J means the interval [0 ≦ t ≦ T].
This means minimizing the correction amount used in and the cumulative error at that time. That is, it is energy minimization control.

【0048】〔数27〕に示した二つの行列は、速度誤
差、姿勢角誤差、方位角誤差およびそれらの累積値の推
定値であり、誤差推定部8から修正計算部9に供給され
る。これらの二つの行列には次の関係がある。
The two matrices shown in [Equation 27] are the estimated values of the velocity error, the attitude angle error, the azimuth angle error and their accumulated values, and are supplied from the error estimation unit 8 to the correction calculation unit 9. These two matrices have the following relationship.

【0049】[0049]

【数29】 修正計算部9はまた、次式により姿勢角誤差および方位
角誤差の修正量を求める。
[Equation 29] The correction calculation unit 9 also obtains the correction amount of the attitude angle error and the azimuth angle error by the following formula.

【0050】[0050]

【数30】 右辺3番目の記号は〔数26〕に示したものと同一であ
り、2番目の記号は〔数28〕の評価関数を最小にする
ように決められた最適制御ゲインを表す。この場合の最
適制御ゲインは3行14列の行列で表される。
[Equation 30] The third symbol on the right side is the same as that shown in [Equation 26], and the second symbol represents the optimum control gain determined so as to minimize the evaluation function of [Equation 28]. The optimum control gain in this case is represented by a matrix of 3 rows and 14 columns.

【0051】誤差推定部8は、速度誤差、位置誤差、姿
勢角誤差、方位角誤差を推定し、ジャイロ誤差、加速度
誤差を推定する。この推定のためのモデルは次式で与え
られる。
The error estimating section 8 estimates the velocity error, the position error, the attitude angle error, and the azimuth angle error, and estimates the gyro error and the acceleration error. The model for this estimation is given by

【0052】[0052]

【数31】 誤差推定部8はさらに、外部基準速度誤差および潮流の
速度について次のようにモデル化して推定する。
[Equation 31] The error estimation unit 8 further models and estimates the external reference speed error and the tidal current speed as follows.

【0053】[0053]

【数32】 誤差推定部8の動作は次式で与えられる。[Equation 32] The operation of the error estimator 8 is given by the following equation.

【0054】[0054]

【数33】 誤差推定部8に入力される観測データは、初期アライメ
ントと航行中のアライメント時とで異なる。また、航行
中のアライメント時でも、外部基準速度観測時、外部基
準位置観測時、あるいは外部基準速度観測と外部基準位
置観測との併用時で異なってくる。
[Expression 33] The observation data input to the error estimation unit 8 differs between the initial alignment and the alignment during navigation. In addition, even during alignment during navigation, it will be different when observing the external reference speed, observing the external reference position, or using both the external reference speed observation and the external reference position observation.

【0055】外部基準速度観測時の入力観測データは次
のようなる。
The input observation data at the time of external reference velocity observation is as follows.

【0056】[0056]

【数34】 したがって、次式となる。(Equation 34) Therefore, the following equation is obtained.

【0057】[0057]

【数35】 外部基準位置観測時には次のようになる。[Equation 35] When observing the external reference position, it becomes as follows.

【0058】[0058]

【数36】 したがって、次式となる。[Equation 36] Therefore, the following equation is obtained.

【0059】[0059]

【数37】 初期アライメント時には観測データが速度データのみと
なるので、外部基準位置観測は行わない。
(37) Since the observation data is only velocity data during the initial alignment, external reference position observation is not performed.

【0060】外部基準速度観測と外部基準位置観測との
併用時の入力観測データは次のようになる。
Input observation data when the external reference velocity observation and the external reference position observation are used together is as follows.

【0061】[0061]

【数38】 初期アライメント時には、この併用観測は行わない。す
なわち、初期アライメント時は速度観測のみとなる。
(38) This combined observation is not performed during the initial alignment. That is, only velocity observation is performed at the time of initial alignment.

【0062】[0062]

【発明が解決しようとする課題】船舶用の慣性航法装置
では、このように慣性航法装置の演算手段に設けた自動
修正手段を備え、修正モードを実行することにより設定
された演算パラメタを逐次修正し、停泊中にその速度情
報が常に所定範囲の零を示すなど矛盾のないように修正
することができる。ところが、このような従来の自動修
正手段では修正モードを実行させると、演算手段の出力
をある許容できる値に収斂させ修正動作を完了するため
に数時間を要する。実用的な装置では例えば4時間を要
する。この修正モードの実行中はその船舶を速度零に維
持しなければならない。これは、演算手段の演算実行速
度の問題ではなく、船舶が数秒ないし数十秒の周期で動
揺していることに起因するもので、演算手段のハードウ
エアを高速なものに置き換えてもこの修正モードの実行
時間は短縮されない。
An inertial navigation system for a ship is provided with automatic correction means provided in the calculation means of the inertial navigation system as described above, and the calculation parameters set by executing the correction mode are sequentially corrected. However, it is possible to correct the speed information so that there is no contradiction such that the speed information always indicates zero in a predetermined range while the ship is at berth. However, in such a conventional automatic correction means, when the correction mode is executed, it takes several hours to converge the output of the calculation means to a certain allowable value and complete the correction operation. A practical device requires, for example, 4 hours. The vessel must be maintained at zero speed during this correction mode. This is not the problem of the calculation execution speed of the calculation means, but the fact that the ship sways in a cycle of several seconds to several tens of seconds. Even if the hardware of the calculation means is replaced with a high-speed one, this correction Mode execution time is not reduced.

【0063】これは、慣性航法装置の運用中にその累積
誤差が大きくなったので装置をいったんリセットし、新
しく初期緯度および初期経度を設定入力したときには、
約4時間後でないと出港することができないことを意味
する。従来装置を装備した船舶では、現実にはそのよう
な体制をとって運用されている。つまり、出港予定時刻
の4時間以上前に慣性航法装置を起動して、その停泊港
の緯度および経度の情報を初期緯度および初期経度とし
てその慣性航法装置に入力し、修正モードを出港直前ま
で実行するようにして運用されている。
This is because when the inertial navigation system is in operation, its accumulated error has become large, so when the system was reset once and a new initial latitude and initial longitude were set and input,
It means that you can leave the port only after about 4 hours. Ships equipped with conventional devices are actually operated under such a system. In other words, start the inertial navigation device 4 hours or more before the scheduled departure time, input the latitude and longitude information of the anchored port to the inertial navigation device as the initial latitude and initial longitude, and execute the correction mode until immediately before departure. It is operated as follows.

【0064】もし何らかの原因で修正動作が中断された
ときには、この数時間の修正動作をはじめから実行しな
おさなければならない。例えば、時間が経過してから最
初に入力された初期緯度あるいは初期経度に誤りがある
など、操作誤りが発見されたときには、予定時刻に出港
することができない、出港時刻を数時間にわたり大幅に
送らせなければならない、あるいはその航海には慣性航
法装置を使用できないというような事態も発生する。
If the correction operation is interrupted for some reason, the correction operation for several hours must be restarted from the beginning. For example, if an operation error is found, such as an error in the initial latitude or initial longitude that was initially input after the passage of time, it will not be possible to leave the port at the scheduled time, and the departure time will be sent over several hours. There may be situations in which the navigation system must be used or inertial navigation equipment cannot be used for the voyage.

【0065】逆に、船舶がある停泊地に一時的に停泊す
る場合に、その停泊地で得られる正確な緯度および経度
の情報によりその船舶に装備した慣性航法装置の累積誤
差をリセットしようとしても、その停泊地での修正モー
ド実行のための十分な時間がとれない場合には、累積誤
差をリセットすることなく慣性航法装置をそのまま継続
的に利用することになり、その慣性航法装置が本来もっ
ている性能を十分に利用することができない場合もあ
る。
On the contrary, when a ship temporarily berths at a berth, even if an attempt is made to reset the accumulated error of the inertial navigation system equipped on the ship, based on accurate latitude and longitude information obtained at the berth. , If the sufficient time for executing the correction mode at the berth cannot be taken, the inertial navigation device will be continuously used without resetting the accumulated error, and the inertial navigation device is originally In some cases, it is not possible to fully utilize the existing performance.

【0066】すなわち、初期アライメントまたはキャリ
ブレーションにおいて重要な機能は、初期姿勢角および
方位角の決定を短時間に高い精度で行うことにある。そ
のためには、外部からの初期入力情報の中でも緯度に関
しての正確な情報が不可欠である。従来はこの目的を満
足するために、例えばGPS(Global Psitioning Syste
m)や着岸地点の既知である緯度情報に頼っている。しか
し、本来軍事目的であるGPSには故意に特別な手段を
用いなければ修正不可能な誤差を設けてあったり、着岸
地点の正確な位置が不明であったり、現実にはこれらの
情報が利用できない場合が多い。もし、正確な緯度情報
が得られなければ、 初期姿勢角および方位角決定時間が長くなる、 方位角の整定誤差が増大する、 などの問題が発生する。これは、初期姿勢角決定および
初期方位角決定時の系の特性方程式P(s)がその地点
での緯度情報に依存するためである。
That is, an important function in the initial alignment or calibration is to determine the initial attitude angle and the azimuth angle with high accuracy in a short time. For that purpose, accurate information about latitude is indispensable among the initial input information from the outside. Conventionally, in order to satisfy this purpose, for example, GPS (Global Psitioning Syste
m) and known latitude information of the docking point. However, GPS, which is originally a military purpose, has an error that cannot be corrected unless a special means is intentionally used, the exact position of the berth is unknown, and in reality these information are used. Often not. If accurate latitude information cannot be obtained, problems such as a long initial attitude angle and azimuth angle determination time and an increase in azimuth angle settling error occur. This is because the characteristic equation P (s) of the system at the time of determining the initial attitude angle and the initial azimuth angle depends on the latitude information at that point.

【0067】以下、簡単に緯度情報に初期姿勢角および
方位角の決定が依存していることを説明する。初期姿勢
角および方位角決定の多項式を簡単化すると、
Hereinafter, it will be briefly described that the determination of the initial attitude angle and the azimuth angle depends on the latitude information. Simplifying the polynomial for determining the initial attitude angle and azimuth,

【0068】[0068]

【数39】 [Formula 39]

【0069】[0069]

【数40】 となる。ここでδθはピッチ角誤差、δψは方位角誤
差、δλは緯度誤差であり、〔数39〕および〔数4
0〕の近似解は、
(Equation 40) Becomes Here, δθ is a pitch angle error, δψ is an azimuth angle error, and δλ is a latitude error.
0] is an approximate solution

【0070】[0070]

【数41】 となる。ここで、sはラプラス演算子である。〔外
1〕、〔外2〕は初期姿勢角および方位角決定の利得で
あり、Ωは地球自転レートである。〔外3〕、〔外4〕
はジャイロドリフト誤差である。定常誤差δψssは
〔数41〕より、
[Formula 41] Becomes Here, s is a Laplace operator. [Outer 1] and [Outer 2] are gains for determining the initial attitude angle and azimuth, and Ω is the earth rotation rate. [Outside 3], [Outside 4]
Is the gyro drift error. The steady-state error δψss is calculated from [Formula 41],

【0071】[0071]

【数42】 となる。ここで、Ω>0,cosλ0 ≧0,(−90°
≦λ0 ≦90°)である。つまり、初期緯度入力の不正
確さδλ0 の大きさに整定誤差δψssは大きく左右さ
れる。
(Equation 42) Becomes Here, Ω> 0, cos λ 0 ≧ 0, (−90 °
≦ λ 0 ≦ 90 °). That is, the settling error δψss largely depends on the inaccuracy δλ 0 of the initial latitude input.

【0072】[0072]

【外1】 [Outside 1]

【0073】[0073]

【外2】 [Outside 2]

【0074】[0074]

【外3】 [Outside 3]

【0075】[0075]

【外4】 また、〔数41〕の時間解は一般的に、[Outside 4] Also, the time solution of [Equation 41] is generally

【0076】[0076]

【数43】 となる。C、A、ψは〔数41〕の係数パラメータによ
り決まる定数である。
[Equation 43] Becomes C, A, and ψ are constants determined by the coefficient parameter of [Formula 41].

【0077】〔数43〕の中のτωn により解の整定時
間(収束の速さ)が決まる。〔数41〕より特性方程式
P(s)は、
The settling time (convergence speed) of the solution is determined by τω n in [Equation 43]. From equation 41, the characteristic equation P (s) is

【0078】[0078]

【数44】 となる。この〔数44〕のcosλ0 あるいは、〔数4
1〕のcosλ0 にも初期緯度情報の不正確さが入り込
む。〔数44〕は〔数43〕のτ、ωn を用いて表現す
ると、
[Equation 44] Becomes The cos λ 0 of [Equation 44] or [Equation 4]
The inaccuracy of the initial latitude information also enters cos λ 0 of 1]. When [Expression 44] is expressed using τ and ω n of [Expression 43],

【0079】[0079]

【数45】 となる。よって[Equation 45] Becomes Therefore

【0080】[0080]

【数46】 が得られる。よって、δλ0 による影響は、[Equation 46] Is obtained. Therefore, the effect of δλ 0 is

【0081】[0081]

【数47】 となり、過渡応答(収束の速さ)もδλ0 に左右され
る。故に、実際のωn は、
[Equation 47] Therefore, the transient response (convergence speed) also depends on δλ 0 . Therefore, the actual ω n is

【0082】[0082]

【数48】 となる。〔外5〕は真のλ0 である。〔数42〕と〔数
48〕の関係によりδλ0 による方位誤差の整定カーブ
を図7に示す。図7は従来例の整定カーブを示す図であ
る。横軸に時間をとり、縦軸に方位角誤差をとる。図7
(a)は緯度誤差がまったくない状態、すなわち、 δλ0 =0 の状態を示している。この場合には、制限時間Tlim
でに方位角誤差δψは許容範囲〔δψ〕lim 内に収束す
る。
[Equation 48] Becomes [Outer 5] is true λ 0 . FIG. 7 shows a settling curve of the azimuth error due to δλ 0 according to the relationship between [Equation 42] and [Equation 48]. FIG. 7 is a diagram showing a settling curve of a conventional example. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents azimuth error. Figure 7
(A) shows a state in which there is no latitude error, that is, a state of δλ 0 = 0. In this case, the azimuth angle error δψ converges within the allowable range [δψ] lim by the time limit T lim .

【0083】[0083]

【外5】 図7(b)は緯度誤差の修正方向がマイナス方向に向か
っている状態、すなわち、 δλ0 =−δλ1 <0 の状態を示している。制限時間Tlim までに方位角誤差
δψは整定はしているが許容範囲に到達していない。
[Outside 5] FIG. 7B shows a state where the correction direction of the latitude error is in the negative direction, that is, a state of δλ 0 = −δλ 1 <0. The azimuth error δψ has settled by the time limit T lim but has not reached the allowable range.

【0084】図7(c)は緯度誤差の修正方向がプラス
方向に向かっている状態、すなわち、 δλ0 =δλ2 >0 の状態を示している。制限時間Tlim までに方位角誤差
δψは許容範囲に到達していない。
FIG. 7C shows a state in which the correction direction of the latitude error is toward the plus direction, that is, the state of δλ 0 = δλ 2 > 0. The azimuth error δψ has not reached the allowable range by the time limit T lim .

【0085】すなわち、δλ0 の影響は動的特性を良く
しても静的特性を悪くし、逆に静的特性を良くしても動
的特性が非常に悪くなる。これは収束性の劣化を示して
いる。
That is, the influence of δλ 0 deteriorates the static characteristics even if the dynamic characteristics are improved, and conversely, the dynamic characteristics become extremely deteriorated even if the static characteristics are improved. This indicates deterioration of convergence.

【0086】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、慣性航法装置をリセットし新しく初期緯度およ
び初期経度を入力したときに、演算パラメタを自動的に
修正するに要する修正手段の動作時間を短縮することを
目的とする。本発明は、停泊中の船舶に比較的大きい周
期であって複雑な振幅の動揺があっても、慣性航法装置
をリセットし再度起動した後に、その慣性航法装置を使
用することができるまでに要する時間を短縮することを
目的とする。本発明は、慣性航法装置を装備した船舶の
出港に要する準備時間を短縮することを目的とする。本
発明は、慣性航法装置の実用的な精度を向上することを
目的とする。本発明は、累積誤差をひんぱんにリセット
し、累積誤差の小さい状態で運用することができる慣性
航法装置を提供することを目的とする。本発明は、累積
誤差の発生を従来装置より大きい範囲で許容することが
できる慣性航法装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made against such a background, and when the inertial navigation system is reset and new initial latitude and initial longitude are input, the correction means necessary for automatically correcting the calculation parameters is provided. The purpose is to reduce the operation time. The present invention is required until the inertial navigation device can be used after the inertial navigation device is reset and restarted, even if the ship at berth has a relatively large cycle and a wobbling with a complicated amplitude. The purpose is to reduce the time. It is an object of the present invention to reduce the preparation time required for a ship equipped with an inertial navigation system to leave a port. The present invention aims to improve the practical accuracy of an inertial navigation system. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an inertial navigation system which can reset accumulated errors frequently and can be operated in a state where accumulated errors are small. An object of the present invention is to provide an inertial navigation system that can allow the generation of cumulative error in a range larger than that of conventional devices.

【0087】[0087]

【課題を解決するための手段】本発明は、入力された初
期緯度に誤差があると修正動作に大きい時間を要するこ
とになることを発見したことに基づく。すなわち慣性航
法装置を起動するときには、その停泊地の緯度および経
度を初期緯度および初期経度として入力するが、修正動
作に要する時間は初期緯度の誤差が大きく影響する。こ
れは、慣性航法装置の演算手段が、船体に固定された3
方向の加速度計および3方向のジャイロの出力信号を取
込み、水平基準の演算(レベリング)および船首方位の
演算(ジャイロ・コンパシング)を実行するときに、ジ
ャイロ入力である地球自転角速度が緯度の関数であるこ
とに帰因するからである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is based on the discovery that if there is an error in the input initial latitude, the correction operation will take a long time. That is, when the inertial navigation device is activated, the latitude and longitude of the anchorage are input as the initial latitude and the initial longitude, but the time required for the correction operation is greatly affected by the error of the initial latitude. This is because the calculation means of the inertial navigation system is fixed to the hull.
When the output signals of the accelerometer in the three directions and the gyro in the three directions are taken and the horizontal reference calculation (leveling) and the heading calculation (gyro compassing) are executed, the gyro input is the angular velocity of the earth as a function of latitude. This is due to the fact that

【0088】本発明は、修正モードにおいて修正手段が
時刻tiから順に実行する繰り返し演算毎にその演算過
程から方位角誤差(δψ(ti)、δψ(ti+1)、
δψ(ti+2)……)を逐次取出し、その方位角誤差
がしだいに収斂するように前記初期緯度(δ(t0 ))
に小さい修正値(δλ・δ、正または負の符号を含む)
を加算する初期緯度入力推定計算手段を備えたことを特
徴とする。
According to the present invention, the azimuth angle error (δψ (ti), δψ (ti + 1), from the calculation process for each iterative calculation sequentially executed from the time ti by the correction means in the correction mode.
δψ (ti + 2) ...) are sequentially taken out, and the initial latitude (δ (t 0 )) is gradually adjusted so that the azimuth error converges.
Small correction value (δλ · δ, including positive or negative sign)
It is characterized by including an initial latitude input estimation calculation means for adding.

【0089】すなわち本発明は、船体に固定された加速
度計およびジャイロの出力信号を取込み操作入力された
初期緯度(λ(t0 ))および初期経度を基準にして逐
次位置情報および速度情報を出力する演算手段と、この
演算手段が出力する位置情報および速度情報を外部から
入力される位置情報および速度情報とそれぞれ比較して
誤差情報を出力する比較手段とを備え、前記演算手段は
この誤差情報を取込み発生する誤差が最小になるように
繰り返し演算により自動的に演算パラメタの修正を実行
する修正手段を含む船舶用慣性航法装置である。
That is, according to the present invention, the output signals of the accelerometer and the gyro fixed to the hull are taken in, and the position information and the velocity information are sequentially output with reference to the initial latitude (λ (t 0 )) and the initial longitude input by the operation. And a comparing means for comparing the position information and the speed information output from the calculating means with the position information and the speed information input from the outside to output error information, respectively. An inertial navigation system for a ship, which includes correction means for automatically correcting calculation parameters by repetitive calculations so as to minimize an error that occurs when taking in.

【0090】ここで、本発明の特徴とするところは、前
記修正手段の(時刻tiから順に実行される)繰り返し
演算毎にその演算過程から方位角誤差(δψ(ti)、
δψ(ti+1)、δψ(ti+2)……)を取出し、
その方位角誤差がしだいに収斂するように前記初期緯度
(λ(t0 ))に小さい修正値(δλ・δ、正または負
の符号を含む)を加算する初期緯度入力推定計算手段を
備えるところにある。
Here, the feature of the present invention is that, for each iterative calculation (executed sequentially from time ti) of the correction means, the azimuth error (δψ (ti),
δψ (ti + 1), δψ (ti + 2) ...) are taken out,
Where the initial latitude input estimation calculation means for adding a small correction value (δλ · δ, including a positive or negative sign) to the initial latitude (λ (t 0 )) so that the azimuth angle error gradually converges It is in.

【0091】前記初期緯度入力推定計算手段は、前記修
正手段の繰り返し演算の連続するn回の演算について前
記方位角誤差情報の平均値を計算して第一次平均値と
し、その第一次平均値についてさらにm回の平均値を計
算して第二次平均値とし、その第二次平均値に基づき前
記方位角誤差情報が収斂することを識別する手段を含む
ことが望ましい。これにより、船舶のユレによる影響を
除くことができる。
The initial latitude input estimation calculation means calculates an average value of the azimuth angle error information for n consecutive operations of the iterative calculation of the correction means to obtain a primary average value, and the primary average value thereof. It is preferable to include means for calculating an average value of the values m times to obtain a secondary average value, and identifying a convergence of the azimuth angle error information based on the secondary average value. As a result, it is possible to eliminate the influence of ship sway.

【0092】前記初期緯度入力推定計算手段は、前記演
算手段の1回の演算実行完了毎に前記第二次平均値を演
算し、その第二次平均値とその前の第二次平均値との絶
対値の差分があらかじめ設定された誤差範囲(ε)に入
ったときに前記方位角誤差情報が収斂したものとしてそ
の演算を停止させることが望ましい。これにより、所望
の仕様を満足したと判断することができるので演算を停
止させることができる。
The initial latitude input estimation calculation means calculates the secondary average value each time the calculation means completes the calculation, and the secondary average value and the preceding secondary average value are calculated. It is desirable to stop the calculation assuming that the azimuth angle error information has converged when the difference in absolute value of is within a preset error range (ε). As a result, it is possible to determine that the desired specifications are satisfied, so that the calculation can be stopped.

【0093】前記初期緯度入力推定計算手段は、前記演
算手段の1回の演算実行完了毎に前記第二次平均値を演
算し、所定Q回の前記初期緯度の修正にもかかわらずそ
の第二次平均値とその前の第二次平均値との絶対値の差
分があらかじめ設定された誤差範囲(ε)に入らないき
ときにはその演算を停止させることが望ましい。これに
より、所望の仕様を満足することはもはや不可能である
と判断し演算を停止させることができる。
The initial latitude input estimation calculation means calculates the second average value every time the calculation means completes the calculation, and the second average value is corrected in spite of the predetermined Q corrections of the initial latitude. When the difference between the absolute values of the secondary average value and the preceding secondary average value does not fall within the preset error range (ε), it is desirable to stop the calculation. This makes it possible to determine that it is no longer possible to satisfy the desired specifications and stop the operation.

【0094】前記修正値(δλ・δ)は、あらかじめ数
千分の1度程度の値に設定された固定値δλ(度)と、
その回に実行された第二次平均値とその前の回に実行さ
れた第二次平均値との差分を前記誤差範囲(ε)で除し
た値に収斂する方向に設定された正負の符号を付したパ
ラメタδ(無名数)との積であることが望ましい。
The correction value (δλ · δ) is a fixed value δλ (degrees) set in advance to a value of about several thousandths of a degree,
A positive / negative sign set in a direction to converge to a value obtained by dividing the difference between the secondary average value executed at that time and the secondary average value executed at the previous time by the error range (ε). It is desirable to be the product of the parameter δ (anonymous number) with.

【0095】修正方向の向きが逆であると判断された場
合には、このδの符号を転換することにより、向きを修
正することができる。
When it is judged that the direction of the correction direction is opposite, the direction can be corrected by changing the sign of δ.

【0096】[0096]

【作用】船体に固定された加速度計およびジャイロの出
力信号を取込み操作入力された初期緯度(λ(t0 ))
および初期経度を基準にして逐次位置情報および速度情
報を出力し、この位置情報および速度情報を外部から入
力される位置情報および速度情報とそれぞれ比較して誤
差情報を出力する。この誤差情報を取込み発生する誤差
が最小になるように繰り返し演算により自動的に演算パ
ラメタの修正を実行する。
The initial latitude (λ (t 0 )) input by taking in the output signals of the accelerometer and gyro fixed to the hull
And the position information and the speed information are sequentially output based on the initial longitude, and the position information and the speed information are compared with the position information and the speed information input from the outside, respectively, and the error information is output. The calculation parameters are automatically corrected by iterative calculation so that the error generated by taking in this error information is minimized.

【0097】このとき、繰り返し演算毎にその演算過程
から方位角誤差(δψ(ti)、δψ(ti+1)、δ
ψ(ti+2)……)を取出し、その方位角誤差がしだ
いに収斂するように前記初期緯度(λ(t0 ))に小さ
い修正値(δλ・δ、正または負の符号を含む)を加算
する。
At this time, azimuth angle errors (δψ (ti), δψ (ti + 1), δ
ψ (ti + 2) ...), and adds a small correction value (δλ · δ, including positive or negative sign) to the initial latitude (λ (t 0 )) so that the azimuth angle error gradually converges. To do.

【0098】これにより、初期緯度は実際の緯度に所望
の仕様を満足する範囲で近づくことができる。
As a result, the initial latitude can approach the actual latitude within the range satisfying the desired specifications.

【0099】繰り返し演算の連続するn回の演算につい
て方位角誤差情報の平均値を計算して第一次平均値と
し、その第一次平均値についてさらにm回の平均値を計
算して第二次平均値とし、その第二次平均値に基づき前
記方位角誤差情報が収斂することを識別することがよ
い。これにより、第一次平均値のみにより演算するより
も船体のユレによる影響を除去することができる。
The average value of the azimuth angle error information is calculated as the primary average value for n consecutive operations of repetitive calculations, and the average value of the primary average values is calculated m times and the second average is calculated. A secondary average value may be used, and it may be identified that the azimuth angle error information converges based on the secondary average value. As a result, it is possible to remove the influence of the fleet of the hull as compared to the case where the calculation is performed using only the first average value.

【0100】1回の演算実行完了毎に第二次平均値を演
算し、その第二次平均値とその前の第二次平均値との絶
対値の差分があらかじめ設定された誤差範囲(ε)に入
ったときに前記方位角誤差情報が収斂したものとしてそ
の演算を停止させることがよい。これにより、初期緯度
は実際の緯度に所望の仕様を満足する範囲で近づいたと
判断することができる。
The secondary average value is calculated each time one arithmetic operation is completed, and the difference in absolute value between the secondary average value and the preceding secondary average value is set to a preset error range (ε ), It is preferable to stop the calculation assuming that the azimuth angle error information has converged. As a result, it can be determined that the initial latitude has approached the actual latitude within a range satisfying the desired specifications.

【0101】また、1回の演算実行完了毎に第二次平均
値を演算し、所定Q回の初期緯度の修正にもかかわらず
その第二次平均値とその前の第二次平均値との差分があ
らかじめ設定された誤差範囲(ε)に入らないきときに
はその演算を停止させることがよい。これにより、無駄
な演算時間を費やすことを回避することができる。その
原因としては、修正方向が逆であることが考えられる。
The secondary average value is calculated each time the calculation is completed, and the secondary average value and the previous secondary average value are calculated despite the correction of the initial latitude by a predetermined Q times. When the difference of does not fall within the preset error range (ε), it is preferable to stop the calculation. As a result, it is possible to avoid wasting calculation time. The cause may be that the correction direction is opposite.

【0102】修正値(δλ・δ)は、あらかじめ数千分
の1度程度の値に設定された固定値δλ(度)と、その
回に実行された第二次平均値とその前の回に実行された
第二次平均値との絶対値の差分を前記誤差範囲(ε)で
除した値に収斂する方向に設定された正負の符号を付し
たパラメタδ(無名数)との積であることがよい。前述
したように、修正方向が逆のため、所定時間内に初期緯
度の修正が困難と判断された場合にはパラメタδの符号
を転換することにより再度修正を行うことができる。
The correction value (δλ · δ) is a fixed value δλ (degree) preset to a value of about several thousandths, a secondary average value executed at that time, and the previous time. The product of the difference between the absolute value and the second-order average value, which is executed in the above, and the parameter δ (anonymous number) with positive and negative signs set in the direction of convergence to the value obtained by dividing by the error range (ε). Good to have. As described above, since the correction direction is opposite, if the initial latitude is determined to be difficult to correct within a predetermined time, the correction can be performed again by changing the sign of the parameter δ.

【0103】[0103]

【実施例】本発明実施例の構成を図1を参照して説明す
る。図1は本発明実施例装置のブロック構成図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram of an apparatus according to the present invention.

【0104】本発明は、船体に固定された加速度計11
およびジャイロ12の出力信号を取込み操作入力された
初期緯度(λ(t0 ))および初期経度を基準にして逐
次位置情報および速度情報を出力する演算手段としての
速度位置計算部5と、この速度位置計算部5が出力する
位置情報および速度情報を外部から入力される位置情報
および速度情報とそれぞれ比較して誤差情報を出力する
比較手段としての速度位置比較部7とを備え、速度位置
計算部5はこの誤差情報を取込み発生する誤差が最小に
なるように繰り返し演算により自動的に演算パラメタの
修正を実行する修正手段としての誤差推定部8および修
正計算部9を含む船舶用慣性航法装置である。
The present invention is based on the accelerometer 11 fixed to the hull.
Also, the speed position calculation unit 5 as a calculation means for sequentially outputting position information and speed information with reference to the initial latitude (λ (t 0 )) and the initial longitude that are input by taking in the output signal of the gyro 12 and this speed, The speed position calculation unit 5 includes a speed position comparison unit 7 as a comparison unit that compares the position information and the speed information output from the position calculation unit 5 with the position information and the speed information input from the outside and outputs error information. Reference numeral 5 denotes a ship inertial navigation system including an error estimation unit 8 and a correction calculation unit 9 as correction means for automatically correcting calculation parameters by repetitive calculation so as to minimize the error generated by taking in this error information. is there.

【0105】ここで、本発明の特徴とするところは、誤
差推定部8および修正計算部9の(時刻tiから順に実
行される)繰り返し演算毎にその演算過程から方位角誤
差(δψ(ti)、δψ(ti+1)、δψ(ti+
2)……)を取出し、その方位角誤差がしだいに収斂す
るように前記初期緯度(λ(t0 ))に小さい修正値
(δλ・δ、正または負の符号を含む)を加算する初期
緯度入力推定計算手段としての初期緯度入力推定計算部
10を備えるところにある。
Here, the feature of the present invention is that the azimuth angle error (δψ (ti)) is calculated from the calculation process for each iterative calculation (executed sequentially from time ti) of the error estimation unit 8 and the correction calculation unit 9. , Δψ (ti + 1), δψ (ti +
2) ......) is taken out, and a small correction value (δλ · δ, including a positive or negative sign) is added to the initial latitude (λ (t 0 )) so that the azimuth error gradually converges. There is provided an initial latitude input estimation calculation unit 10 as a latitude input estimation calculation means.

【0106】初期緯度入力推定計算部10は、誤差推定
部8および修正計算部9の繰り返し演算の連続するn回
の演算について前記方位角誤差情報の平均値を計算して
第一次平均値とし、その第一次平均値についてさらにm
回の平均値を計算して第二次平均値とし、その第二次平
均値に基づき前記方位角誤差情報が収斂することを識別
する手段を含んでいる。
The initial latitude input estimation / calculation section 10 calculates the average value of the azimuth angle error information for n consecutive operations of the iterative calculation of the error estimation section 8 and the correction calculation section 9 to obtain a primary average value. , Further about the primary average value m
Means for identifying the convergence of the azimuth angle error information based on the secondary average value by calculating the average value of the times to obtain the secondary average value.

【0107】また、初期緯度入力推定計算部10は、速
度位置計算部5の1回の演算実行完了毎に前記第二次平
均値を演算し、その第二次平均値とその前の第二次平均
値との絶対値の差分があらかじめ設定された誤差範囲
(ε)に入ったときに前記方位角誤差情報が収斂したも
のとしてその演算を停止させる。
The initial latitude input estimation / calculation section 10 calculates the second average value each time the velocity position calculation section 5 completes the calculation operation, and the second average value and the previous second average value are calculated. When the difference between the absolute value and the next average value falls within a preset error range (ε), the calculation is stopped assuming that the azimuth angle error information has converged.

【0108】さらに、初期緯度入力推定計算部10は、
速度位置計算部5の1回の演算実行完了毎に前記第二次
平均値を演算し、所定Q回の前記初期緯度の修正にもか
かわらずその第二次平均値とその前の第二次平均値との
絶対値の差分があらかじめ設定された誤差範囲(ε)に
入らないきときにはその演算を停止させる。
Furthermore, the initial latitude input estimation calculation unit 10
The second average value is calculated each time the speed position calculation unit 5 completes the calculation, and the second average value and the previous second average value are calculated despite the correction of the initial latitude by a predetermined Q times. When the difference between the absolute value and the average value does not fall within the preset error range (ε), the calculation is stopped.

【0109】前記修正値(δλ・δ)は、あらかじめ数
千分の1度程度の値に設定された固定値δλ(度)と、
その回に実行された第二次平均値とその前の回に実行さ
れた第二次平均値との絶対値の差分を前記誤差範囲
(ε)で除した値に収斂する方向に設定された正負の符
号を付したパラメタδ(無名数)との積である。
The correction value (δλ · δ) is a fixed value δλ (degrees) set in advance to a value of several thousandths of a degree,
The difference between the absolute values of the secondary average value executed that time and the secondary average value executed the previous time was divided by the error range (ε), and the difference was set to converge. It is the product of the parameter δ (anonymous number) with positive and negative signs.

【0110】この初期緯度入力推定計算部10は、前記
緯度の情報λ(t0 )について少なくともQ回修正を行
い、 λq (t0 )=λq-1 (t0 )+Δλ・δq (ただ
し、q=1,2,…Q)δq =〔−Jq-1 (ti )〕/
ε1 lim とするとき、このJq について
The initial latitude input estimation / calculation unit 10 corrects the latitude information λ (t 0 ) at least Q times to obtain λ q (t 0 ) = λ q-1 (t 0 ) + Δλ · δ q ( However, q = 1, 2, ... Q) δ q = [-J q-1 (t i )] /
Let ε 1 lim be about this J q

【0111】[0111]

【数49】 (ただし、〔外6〕は前回の平均値〔外7〕より求め、
〔外8〕は今回の平均値〔外9〕より、
[Equation 49] (However, [outer 6] is calculated from the previous average value [outer 7],
[Outside 8] is based on this average value [Outside 9]

【0112】[0112]

【数50】 により求めた値)となり、修正の終了判定は、 Jq (ti )<0 かつ |Jq (ti )|<ε1 lim により行われる。[Equation 50] The value is determined by Jq (t i ) <0 and | J q (t i ) | <ε 1 lim.

【0113】[0113]

【外6】 [Outside 6]

【0114】[0114]

【外7】 [Outside 7]

【0115】[0115]

【外8】 [Outside 8]

【0116】[0116]

【外9】 次に、本発明実施例の動作を図2および図3を参照して
説明する。図2は本発明実施例の動作を示すフローチャ
ートである。図3は本発明実施例の動作原理を説明する
ための図である。初期緯度入力 λ(t0 )=λ0 の不正確さ δλ(t0 )=δλ0 が初期姿勢角および方位角の決定に大きく影響を及ぼす
ことは既に知られている。以下、この初期緯度入力の不
正確さを方位誤差の指定値〔外10〕に着目して、以下
の方法でより正確な値に修正し、即応性および整定誤差
〔外11〕の改善について説明する。
[Outside 9] Next, the operation of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flow chart showing the operation of the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation principle of the embodiment of the present invention. It is already known that the inaccuracy of the initial latitude input λ (t 0 ) = λ 0 δλ (t 0 ) = δλ 0 has a great influence on the determination of the initial attitude angle and the azimuth angle. Hereinafter, focusing on the specified value [outside 10] of the bearing error for the inaccuracy of the initial latitude input, it is corrected to a more accurate value by the following method to explain the improvement of the responsiveness and the settling error [outside 11]. To do.

【0117】最初の初期緯度入力をλ(t0 )=λ0
する。このλ0 に基づき初期姿勢角および方位角の決定
するレベリング、ジャイロコンパシングを実行し(S
1)、スタート後数十秒間に以下の動作を実行する。
〔外10〕情報を用いて次式を計算する(S2)。δψ
そのものはノイズや動揺の影響が大きいので〔外12〕
を用いる。〔外12〕のN個のデータの平均を計算する
と、
Let the initial initial latitude input be λ (t 0 ) = λ 0 . Based on this λ 0 , leveling and gyrocompassing for determining the initial attitude angle and azimuth angle are executed (S
1) The following operations are executed within tens of seconds after the start.
[Outer 10] The following equation is calculated using the information (S2). δψ
Because it is greatly affected by noise and upset [outside 12]
To use. When the average of N data of [outer 12] is calculated,

【0118】[0118]

【数51】 となり、時刻ti で〔数51〕より〔外13〕を計算す
ると、
(Equation 51) Then, when [outer 13] is calculated from [Equation 51] at time t i ,

【0119】[0119]

【数52】 となる(S3)。図3を参照してこの計算過程と船体の
動揺の状態とを説明する。図3(a)では、 λ(t0 )=λ0 であり、これを適当な量δλ・δ1 だけ修正すると、
[Equation 52] (S3). The calculation process and the motion of the hull will be described with reference to FIG. In FIG. 3A, λ (t 0 ) = λ 0 , and if this is corrected by an appropriate amount δλ · δ 1 ,

【0120】[0120]

【数53】 このλ1 (t0 )を用いてt0 から時刻ti まで再度初
期姿勢角および方位角の決定を実行する(S4)。ただ
し、δ1 =1とする。
[Equation 53] Using this λ 1 (t 0 ), the initial attitude angle and azimuth angle are determined again from t 0 to time t i (S4). However, δ 1 = 1.

【0121】同様の計算を〔外10〕を用いて実行する
と(S5)、図3(b)に示すように、〔数51〕
When the same calculation is executed using [outer 10] (S5), as shown in FIG.

【0122】[0122]

【数54】 となる(S6)。この〔外14〕と前回の〔外13〕に
よりδλ修正規範式を計算すると、
[Equation 54] (S6). When the δλ correction reference formula is calculated from this [outer 14] and the previous [outer 13],

【0123】[0123]

【数55】 となる(S7)。このJ1 (ti )がもし J1 (ti )<0かつ|J1 (ti )|<ε1 lim を満足すれば、δλの修正は仕様合格として終了する
(S8)。このε1 limはあらかじめ定められている
仕様値である。もし、 J1 (ti )<0かつ|J1 (ti )|>ε1 lim のときは(S12)、δλの修正は未だ不充分であると
して、q≧Qでなければ(S11)、S4から再度繰り
返す。このとき、 J1 (ti )>0 であれば(S12)、修正方向が逆であるということな
ので、δの符号を変換し(S13)、q≧Qでなければ
修正を
[Equation 55] (S7). If this J 1 (t i ) satisfies J 1 (t i ) <0 and | J 1 (t i ) | <ε 1 lim, the correction of δλ ends as a specification pass (S8). This ε 1 lim is a predetermined specification value. If J 1 (t i ) <0 and | J 1 (t i ) |> ε 1 lim (S12), the correction of δλ is still insufficient, and if q ≧ Q (S11). , S4 and so on again. At this time, if J 1 (t i )> 0 (S12), it means that the correction direction is opposite, so the sign of δ is converted (S13), and if q ≧ Q, correction is made.

【0124】[0124]

【数56】 としてやり直す(S4)。このλ2 (t0 )を用いてt
0 からti まで初期姿勢角および方位角の決定を実行す
る(S10)。そして、前回と同様に、〔数51〕
[Equation 56] And redo (S4). Using this λ 2 (t 0 ), t
Performing a determination of the initial attitude angle and azimuth angle from 0 to t i (S10). And, like the last time, [Formula 51]

【0125】[0125]

【数57】 [Equation 57]

【0126】[0126]

【数58】 を計算し(S5〜S7)、ここで、 J2 (ti )<0かつ|J2 (ti )|<ε1 lim を満足すれば緯度誤差δλは修正完了となる(S9)。[Equation 58] Is calculated (S5 to S7), and if J 2 (t i ) <0 and | J 2 (t i ) | <ε 1 lim are satisfied, the latitude error δλ is corrected (S9).

【0127】[0127]

【外10】 [Outside 10]

【0128】[0128]

【外11】 [Outside 11]

【0129】[0129]

【外12】 [Outside 12]

【0130】[0130]

【外13】 [Outside 13]

【0131】[0131]

【外14】 [Outside 14]

【0132】[0132]

【外15】 [Outside 15]

【0133】[0133]

【外16】 [Outside 16]

【0134】[0134]

【外17】 もし、条件を満足しなければ(S8)、Q回の範囲に限
って満足するまで行う(S11)。また、前述の条件が
厳しすぎるときは、つまり Jq (q=1、2、…、Q)<0 は満足するが |Jq (ti )|≦ε1 lim を満足しないような可能性が考えられるときは、 ε1 lim →ε2 lim,(ε1 lim <ε2 li
m) として修正を行う。以上の修正計算にかかる時間は制限
時間Tlim 内で処理できるようにサンプリング数N、4
データ平均をそれ以下あるいは、それ以上そしてεli
m値を決める。
[Outside 17] If the condition is not satisfied (S8), the process is repeated until it is satisfied within the range of Q times (S11). Further, when the above-mentioned conditions are too strict, that is, J q (q = 1, 2, ..., Q) <0 is satisfied, but | J q (t i ) | ≦ ε 1 lim may not be satisfied. When ε 1 lim → ε 2 lim, (ε 1 lim <ε 2 li
m) is corrected. The time required for the above correction calculation is the sampling number N, 4 so that it can be processed within the time limit T lim .
Data mean below or above and εli
Determine the m value.

【0135】本発明実施例の演算結果を図4を参照して
説明する。図4は本発明実施例装置の整定カーブを示す
図である。横軸に時間をとり、縦軸に方位角誤差をと
る。以上説明したように緯度誤差δλの修正を行うと図
4に示すように δλ0 =0 の結果に近づく。すなわち、図4(a)は緯度誤差がま
ったくない状態、すなわち、 δλ0 =0 の状態を示している。この場合には、制限時間Tlim
でに方位角誤差δψは許容範囲〔δψ〕lim 内に収束す
る。
The calculation result of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing a settling curve of the apparatus according to the embodiment of the present invention. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents azimuth error. When the latitude error δλ is corrected as described above, the result approaches δλ 0 = 0 as shown in FIG. That is, FIG. 4A shows a state where there is no latitude error, that is, a state where δλ 0 = 0. In this case, the azimuth angle error δψ converges within the allowable range [δψ] lim by the time limit T lim .

【0136】図4(b)は緯度誤差の修正方向がマイナ
ス方向に向かっている状態、すなわち、 δλ0 =−δλ1 <0 の状態を示している。このような場合にも本発明実施例
装置によれば、制限時間Tlim までに方位角誤差δψは
許容範囲に到達する。
FIG. 4B shows a state in which the correction direction of the latitude error is in the negative direction, that is, the state of δλ 0 = −δλ 1 <0. Even in such a case, according to the apparatus of the present invention, the azimuth angle error δψ reaches the allowable range by the time limit T lim .

【0137】図4(c)は緯度誤差の修正方向がプラス
方向に向かっている状態、すなわち、 δλ0 =δλ2 >0 の状態を示している。本発明実施例装置によれば、制限
時間Tlim までに方位角誤差δψは許容範囲に到達す
る。
FIG. 4C shows a state where the latitude error is corrected in the positive direction, that is, δλ 0 = δλ 2 > 0. According to the device of the present invention, the azimuth angle error δψ reaches the allowable range by the time limit T lim .

【0138】[0138]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
慣性航法装置をリセットし新しく初期緯度および初期経
度を入力したときに、演算パラメタを自動的に修正する
に要する修正手段の動作時間を短縮することができる。
本発明は、停泊中の船舶に比較的大きい周期であって複
雑な振幅の動揺があっても、慣性航法装置をリセットし
再度起動した後に、その慣性航法装置を使用することが
できるまでに要する時間を短縮することができる。本発
明は、慣性航法装置を装備した船舶の出港に要する準備
時間を短縮することができる。本発明は、慣性航法装置
の実用的な精度を向上することができる。本発明は、累
積誤差をひんぱんにリセットし、累積誤差の小さい状態
で運用することができる慣性航法装置を実現することが
できる。本発明は、累積誤差の発生を従来装置より大き
い範囲で許容することができる慣性航法装置を実現する
ことができる。
As described above, according to the present invention,
When the inertial navigation device is reset and a new initial latitude and initial longitude are input, it is possible to shorten the operation time of the correction means required to automatically correct the calculation parameter.
The present invention is required until the inertial navigation device can be used after the inertial navigation device is reset and restarted, even if the ship at berth has a relatively large cycle and a wobbling with a complicated amplitude. The time can be shortened. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can shorten the preparation time required for the departure of a ship equipped with an inertial navigation system. The present invention can improve the practical accuracy of an inertial navigation system. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can realize an inertial navigation device which can reset accumulated errors frequently and can be operated in a state where accumulated errors are small. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can realize an inertial navigation system capable of allowing the occurrence of accumulated error in a range larger than that of conventional devices.

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

【図1】本発明実施例装置のブロック構成図。FIG. 1 is a block configuration diagram of an apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明実施例の動作を示すフローチャート。FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the embodiment of the present invention.

【図3】本発明実施例の動作原理を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation principle of the embodiment of the present invention.

【図4】本発明実施例装置の整定カーブを示す図。FIG. 4 is a diagram showing a settling curve of an apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図5】従来の慣性航法装置の一例を示すブロック構成
図。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a conventional inertial navigation system.

【図6】慣性航法装置で用いられる座標を示す図。FIG. 6 is a diagram showing coordinates used in an inertial navigation system.

【図7】従来例の整定カーブを示す図。FIG. 7 is a diagram showing a settling curve of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 センサ部 2 センサ誤差補正部 3 座標変換部 4 座標変換行列計算部 5 速度位置計算部 6 姿勢方位計算部 7 速度位置比較部 8 誤差推定部 9 修正計算部 10 初期緯度入力推定計算部 11 加速度計 12 ジャイロ 21 加速度計誤差補正計算部 22 ジャイロ誤差補正計算部 1 sensor part 2 sensor error correction part 3 coordinate conversion part 4 coordinate conversion matrix calculation part 5 speed position calculation part 6 attitude azimuth calculation part 7 speed position comparison part 8 error estimation part 9 correction calculation part 10 initial latitude input estimation calculation part 11 acceleration Total 12 Gyro 21 Accelerometer error correction calculator 22 Gyro error correction calculator

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年8月5日[Submission date] August 5, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】0088[Correction target item name] 0088

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【0088】本発明は、修正モードにおいて修正手段が
時刻tiから順に実行する繰り返し演算毎にその演算過
程から方位角誤差(δψ(ti)、δψ(ti+1)、
δψ(ti+2)……)を逐次取出し、その方位角誤差
がしだいに収斂するように前記初期緯度(λ(t0 ))
に小さい修正値(δλ・δ、正または負の符号を含む)
を加算する初期緯度入力推定計算手段を備えたことを特
徴とする。
According to the present invention, the azimuth angle error (δψ (ti), δψ (ti + 1), from the calculation process for each iterative calculation sequentially executed from the time ti by the correction means in the correction mode.
δψ (ti + 2) ...) are sequentially taken out, and the initial latitude ( λ (t 0 )) is gradually adjusted so that the azimuth error gradually converges.
Small correction value (δλ · δ, including positive or negative sign)
It is characterized by including an initial latitude input estimation calculation means for adding.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 船体に固定された加速度計およびジャイ
ロの出力信号を取込み操作入力された初期緯度(λ(t
0 ))および初期経度を基準にして逐次位置情報および
速度情報を出力する演算手段と、この演算手段が出力す
る位置情報および速度情報を外部から入力される位置情
報および速度情報とそれぞれ比較して誤差情報を出力す
る比較手段とを備え、前記演算手段はこの誤差情報を取
込み発生する誤差が最小になるように繰り返し演算によ
り自動的に演算パラメタの修正を実行する修正手段を含
む船舶用慣性航法装置において、 前記修正手段の繰り返し演算毎にその演算過程から方位
角誤差(δψ(ti)、δψ(ti+1)、δψ(ti
+2)……)を取出し、その方位角誤差がしだいに収斂
するように前記初期緯度(λ(t0 ))に小さい修正値
(δλ・δ、正または負の符号を含む)を加算する初期
緯度入力推定計算手段を備えたことを特徴とする船舶用
慣性航法装置。
1. An initial latitude (λ (t) input by taking in output signals of an accelerometer fixed to a hull and a gyro.
0 )) and the initial longitude to calculate the position information and the speed information that are sequentially output, and the position information and the speed information output by the calculation means are compared with the position information and the speed information input from the outside, respectively. An inertial navigation system for a ship, which comprises a comparing means for outputting error information, and the calculating means includes a correcting means for automatically correcting a calculation parameter by repetitive calculation so as to minimize an error generated by taking in the error information. In the device, the azimuth angle error (δψ (ti), δψ (ti + 1), δψ (ti
+2) ...) and add a small correction value (δλ · δ, including a positive or negative sign) to the initial latitude (λ (t 0 )) so that the azimuth error converges gradually. An inertial navigation system for ships, characterized by comprising latitude input estimation calculation means.
【請求項2】 前記初期緯度入力推定計算手段は、前記
修正手段の繰り返し演算の連続するn回の演算について
前記方位角誤差情報の平均値を計算して第一次平均値と
し、その第一次平均値についてさらにm回の平均値を計
算して第二次平均値とし、その第二次平均値に基づき前
記方位角誤差情報が収斂することを識別する手段を含む
請求項1記載の船舶用慣性航法装置。
2. The initial latitude input estimation calculation means calculates an average value of the azimuth angle error information for n consecutive operations of the iterative calculation of the correction means to obtain a primary average value, and first The ship according to claim 1, further comprising means for calculating an average value of m times of the secondary average value to obtain a secondary average value, and identifying that the azimuth angle error information converges based on the secondary average value. Inertial navigation system.
【請求項3】 前記初期緯度入力推定計算手段は、前記
演算手段の1回の演算実行完了毎に前記第二次平均値を
演算し、その第二次平均値とその前の第二次平均値との
差分があらかじめ設定された誤差範囲(ε)に入ったと
きに前記方位角誤差情報が収斂したものとしてその演算
を停止させる請求項1または2記載の船舶用慣性航法装
置。
3. The initial latitude input estimation calculation means calculates the second average value each time one calculation execution of the calculation means is completed, and the second average value and the previous second average value. The inertial navigation system for a ship according to claim 1, wherein when the difference from the value falls within a preset error range (ε), the calculation is stopped assuming that the azimuth angle error information has converged.
【請求項4】 前記初期緯度入力推定計算手段は、前記
演算手段の1回の演算実行完了毎に前記第二次平均値を
演算し、所定Q回の前記初期緯度の修正にもかかわらず
その第二次平均値とその前の第二次平均値との差分があ
らかじめ設定された誤差範囲(ε)に入らないきときに
はその演算を停止させる請求項1または2記載の船舶用
慣性航法装置。
4. The initial latitude input estimation calculation means calculates the second average value every time one calculation execution of the calculation means is completed, and the second average value is calculated despite the correction of the initial latitude a predetermined Q times. The inertial navigation device for a ship according to claim 1 or 2, wherein when the difference between the second average value and the previous second average value does not fall within a preset error range (ε), the calculation is stopped.
【請求項5】 前記修正値(δλ・δ)は、あらかじめ
数万分の1度程度の値に設定された固定値δλ(度)
と、その回に実行された第二次平均値とその前の回に実
行された第二次平均値との差分を前記誤差範囲(ε)で
除した値に収斂する方向に設定された正負の符号を付し
たパラメタδ(無名数)との積である請求項2記載の船
舶用慣性航法装置。
5. The fixed value (δλ · δ) is a fixed value δλ (degree) set in advance to a value of about tens of thousands.
And a positive / negative value set in a direction to converge to a value obtained by dividing the difference between the secondary average value executed at that time and the secondary average value executed at the previous time by the error range (ε). The inertial navigation device for a ship according to claim 2, which is a product of a parameter δ (unnamed number) with a sign of.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007183138A (en) * 2006-01-05 2007-07-19 Kenzo Nonami Compact attitude sensor
JP2018510424A (en) * 2015-03-12 2018-04-12 トランスオーシャン セドコ フォレックス ベンチャーズ リミテッド Dynamic positioning (DP) drive-off (DO) mitigation using inertial navigation system
CN112649023A (en) * 2021-01-08 2021-04-13 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 Method suitable for installation calibration of small and medium-sized ship strapdown inertial navigation system

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CN112649023B (en) * 2021-01-08 2022-12-09 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 Method suitable for installation calibration of small and medium-sized ship strapdown inertial navigation system

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