JPH08285602A - 傾斜面方位測定装置 - Google Patents
傾斜面方位測定装置Info
- Publication number
- JPH08285602A JPH08285602A JP12872495A JP12872495A JPH08285602A JP H08285602 A JPH08285602 A JP H08285602A JP 12872495 A JP12872495 A JP 12872495A JP 12872495 A JP12872495 A JP 12872495A JP H08285602 A JPH08285602 A JP H08285602A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angle
- coordinate
- axis
- equation
- line
- 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
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 従来の固体３軸の方位角算出汎用の座標変換
式を傾斜面方位角算出専用の座標変換式に変更して、こ
の用途の拡張をはかる。 【構成】 実在ＸＹＺ座標体の最大傾斜Ｍにて、傾斜す
る底面（Ｘ０Ｙ面）と水平面との交切線と床面上の基準
方位線０Ｘとの挟角Ｓ並びに該交切線と水平面上の基準
指北方位線０Ｘ０との挟角ＦのＭ、Ｓ、Ｆ３角パラメー
タをもつ実在ＸＹＺ座標休を、コンピュータ基準指北水
平面鉛直線Ｘ０Ｙ０Ｚ０座標系に変換する手段により
Ｍ、Ｓ、Ｆを算出するオムニレンジ傾斜面方位測定装置
式を傾斜面方位角算出専用の座標変換式に変更して、こ
の用途の拡張をはかる。 【構成】 実在ＸＹＺ座標体の最大傾斜Ｍにて、傾斜す
る底面（Ｘ０Ｙ面）と水平面との交切線と床面上の基準
方位線０Ｘとの挟角Ｓ並びに該交切線と水平面上の基準
指北方位線０Ｘ０との挟角ＦのＭ、Ｓ、Ｆ３角パラメー
タをもつ実在ＸＹＺ座標休を、コンピュータ基準指北水
平面鉛直線Ｘ０Ｙ０Ｚ０座標系に変換する手段により
Ｍ、Ｓ、Ｆを算出するオムニレンジ傾斜面方位測定装置
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 測量機器、観測機器、ナビゲー
ション機器等に利用できる。
ション機器等に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】（１）３軸固体コンパス 特許番号
特許第１３８８７２４ （２）地形等高線地図データ測定装置 Ｍ９１００１５
３ （３）ジンパルレスコンパス Ｙ０５０２１５ （４）座標変換装置 ＹＮ９４０３０
０１
特許第１３８８７２４ （２）地形等高線地図データ測定装置 Ｍ９１００１５
３ （３）ジンパルレスコンパス Ｙ０５０２１５ （４）座標変換装置 ＹＮ９４０３０
０１
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 上記の技術はいずれ
も重力３軸ＸＹＺ座標を初めにＹ軸つづけてＸ軸、もし
くは初めにＸ軸つづけてＹ軸のまわりにＹ軸はピッチ
角、Ｘ軸はロール角関連値にて回転し、コンピュータ水
平鉛直座標ξηζを求める座標変換式を用いている。一
方３軸に磁束センサにより前記の水平面直交ξηζ線が
方位基準線水平磁束Ｈの正余弦値を表すものとしてコン
パス方位角を前述の座標変換式により算定している。こ
れは重力関係にては鉛直水平関係を求めるに対しては充
分なる条件であり又方位角関係にてはコンパス方位角算
定には充分な条件であるが、ここには傾斜画方位算出の
条件は含まれていない。従って傾斜面方位は従来の技術
にては変換式より算出されたコンパス方位角より傾斜面
方位角を別個の力学関連式より算出している。このため
に傾斜方位角は変換式により直接算出されたコンパス方
位角に対して精度及びレスポンスが低下する。特に傾斜
面方位角が地測、天測における固定事象の場合には計測
手段として自在に変化するコンパス方位角より上記の固
定データを導出する不利を免れない。また空間を自由に
走行する走行体にて反転、宙返り又は横転、スクリュー
運動時には傾斜面の方位角の設定制御が必要になるも、
従来の方式にてはこの傾斜面方位の設定が行えない。
も重力３軸ＸＹＺ座標を初めにＹ軸つづけてＸ軸、もし
くは初めにＸ軸つづけてＹ軸のまわりにＹ軸はピッチ
角、Ｘ軸はロール角関連値にて回転し、コンピュータ水
平鉛直座標ξηζを求める座標変換式を用いている。一
方３軸に磁束センサにより前記の水平面直交ξηζ線が
方位基準線水平磁束Ｈの正余弦値を表すものとしてコン
パス方位角を前述の座標変換式により算定している。こ
れは重力関係にては鉛直水平関係を求めるに対しては充
分なる条件であり又方位角関係にてはコンパス方位角算
定には充分な条件であるが、ここには傾斜画方位算出の
条件は含まれていない。従って傾斜面方位は従来の技術
にては変換式より算出されたコンパス方位角より傾斜面
方位角を別個の力学関連式より算出している。このため
に傾斜方位角は変換式により直接算出されたコンパス方
位角に対して精度及びレスポンスが低下する。特に傾斜
面方位角が地測、天測における固定事象の場合には計測
手段として自在に変化するコンパス方位角より上記の固
定データを導出する不利を免れない。また空間を自由に
走行する走行体にて反転、宙返り又は横転、スクリュー
運動時には傾斜面の方位角の設定制御が必要になるも、
従来の方式にてはこの傾斜面方位の設定が行えない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】 本発明においては傾斜
面方位角を座標変換式により直接算出するために実在Ｘ
ＹＺ座標の３軸重力センサと３軸磁束センサ入力をコン
ピュータ基準水平指北Ｘ０Ｙ０Ｚ０座標に座標変換す
る。この水平指北Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０座標の内容は、重力
系は重力をＧとしてＸ０（０）、 Ｙ０（０）、Ｚ
０（Ｇ）となり、磁束系にては水平磁束をＨ、鉛直磁束
をＵとしてＸ０（Ｈ）、Ｙ０（０）、Ｚ０（Ｕ）とな
る。即ち、実在ＸＹＺ座標を初めにＺ軸を中心にＸ０Ｙ
面（Ｄ面）上の０Ｘ線を最大傾斜方向に直交する位置ま
でのＳ角だけ回転し、該位置を０−Ｘ’線とし、該０
Ｘ’を中心としてＭ角だけＤ面を回転してＤ面と水平面
と一致させる。回転中心の０Ｘ線はＤ面と水平面との交
切線となり双方に共通しているが、これを水平面上では
０Ｘ”とし、つづいて水平面に直交する鉛直０Ｚ０線を
中心に０Ｘ”線を水平面上にてＦ角だけ回転して、０
Ｘ”を指北０Ｘ０線と一致させる。この座標変換手段に
より入力Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３及びＮ１、Ｎ２、Ｎ３座標値
を基準指北水平座標値に変換することにより、変換パラ
メータ３角Ｍ、Ｓ、Ｆを演算決定する。即ち、重力系変
換式によりＳ角及びＭ角を算出し、これを磁束系変換式
に導入してＦ角を求める。
面方位角を座標変換式により直接算出するために実在Ｘ
ＹＺ座標の３軸重力センサと３軸磁束センサ入力をコン
ピュータ基準水平指北Ｘ０Ｙ０Ｚ０座標に座標変換す
る。この水平指北Ｘ０、Ｙ０、Ｚ０座標の内容は、重力
系は重力をＧとしてＸ０（０）、 Ｙ０（０）、Ｚ
０（Ｇ）となり、磁束系にては水平磁束をＨ、鉛直磁束
をＵとしてＸ０（Ｈ）、Ｙ０（０）、Ｚ０（Ｕ）とな
る。即ち、実在ＸＹＺ座標を初めにＺ軸を中心にＸ０Ｙ
面（Ｄ面）上の０Ｘ線を最大傾斜方向に直交する位置ま
でのＳ角だけ回転し、該位置を０−Ｘ’線とし、該０
Ｘ’を中心としてＭ角だけＤ面を回転してＤ面と水平面
と一致させる。回転中心の０Ｘ線はＤ面と水平面との交
切線となり双方に共通しているが、これを水平面上では
０Ｘ”とし、つづいて水平面に直交する鉛直０Ｚ０線を
中心に０Ｘ”線を水平面上にてＦ角だけ回転して、０
Ｘ”を指北０Ｘ０線と一致させる。この座標変換手段に
より入力Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３及びＮ１、Ｎ２、Ｎ３座標値
を基準指北水平座標値に変換することにより、変換パラ
メータ３角Ｍ、Ｓ、Ｆを演算決定する。即ち、重力系変
換式によりＳ角及びＭ角を算出し、これを磁束系変換式
に導入してＦ角を求める。
【０００５】
【作用】 上記変換手段により、傾斜方位角Ｆ角は変換
式により直接求めることになり在来型に比して算出の速
度及び精度を向上させることができ、また走行体の姿勢
制御のための傾斜方位の設定動作も可能になる。またこ
の方式にては変換式よりはコンパス方位は算出できない
が解析的手法により変換式より算出されたＦ角を用いて
Ｓ角と合算してコンパス方位を容易に算出することが可
能である。
式により直接求めることになり在来型に比して算出の速
度及び精度を向上させることができ、また走行体の姿勢
制御のための傾斜方位の設定動作も可能になる。またこ
の方式にては変換式よりはコンパス方位は算出できない
が解析的手法により変換式より算出されたＦ角を用いて
Ｓ角と合算してコンパス方位を容易に算出することが可
能である。
【０００６】
【実施例】 図１は本発明の一実施例による計測部に用
いる重力検出センサの例を示す−部断面図である。図に
おいて、ＯＳＣは高周波電源、Ｃ１及びＣ２はコンデン
サ、Ｄ１及びＤ２はダイオード、Ｌ１及びＬ２はそれぞ
れダストコアを芯に持つコイル、Ｓは円形ダイアフラ
ム、ｍは例えば真鍮製の重り、１はケース、２及び３は
出力端子である。重りｍはダイアフラムＳの中心に設け
られ、ダイアフラムＳの周辺はケース１の円壁に支持固
定される。コイルＬ１及びＬ２は、高周波電源ＯＳＣを
持つブリッジ回路の隣接する−対のインダクタンス・ア
ームを構成する。これら２つのインダクタンスに対向す
るブリツジ・アームに、高周波電源ＯＳＣからみて単方
向性をもつ、２つの整流器Ｄ１及びＤ２が接続される。
いる重力検出センサの例を示す−部断面図である。図に
おいて、ＯＳＣは高周波電源、Ｃ１及びＣ２はコンデン
サ、Ｄ１及びＤ２はダイオード、Ｌ１及びＬ２はそれぞ
れダストコアを芯に持つコイル、Ｓは円形ダイアフラ
ム、ｍは例えば真鍮製の重り、１はケース、２及び３は
出力端子である。重りｍはダイアフラムＳの中心に設け
られ、ダイアフラムＳの周辺はケース１の円壁に支持固
定される。コイルＬ１及びＬ２は、高周波電源ＯＳＣを
持つブリッジ回路の隣接する−対のインダクタンス・ア
ームを構成する。これら２つのインダクタンスに対向す
るブリツジ・アームに、高周波電源ＯＳＣからみて単方
向性をもつ、２つの整流器Ｄ１及びＤ２が接続される。
【０００７】このような構成において、ダイアフラムＳ
の重りｍが中心線Ｚ方向の力Ｐを受けて変位すると各コ
イルＬ１及びＬ２と重りｍの真鍮金属面との間の間隙に
差を生じ、コイルＬ１及びＬ２のインダクタンスに差を
生じて、出力端子２、３間に出力電流を発生する。すな
わち、本例は変位計型のセンサである。この場合、図２
に示すようにセンサの中心線Ｚが重力Ｇの方向と角度φ
をなすときは、Ｇｃｏｓφが荷重Ｐとして重りｍに加わ
るので、出力電流は荷重Ｇｃｏｓφによる間隙変化に対
応するものとなる。
の重りｍが中心線Ｚ方向の力Ｐを受けて変位すると各コ
イルＬ１及びＬ２と重りｍの真鍮金属面との間の間隙に
差を生じ、コイルＬ１及びＬ２のインダクタンスに差を
生じて、出力端子２、３間に出力電流を発生する。すな
わち、本例は変位計型のセンサである。この場合、図２
に示すようにセンサの中心線Ｚが重力Ｇの方向と角度φ
をなすときは、Ｇｃｏｓφが荷重Ｐとして重りｍに加わ
るので、出力電流は荷重Ｇｃｏｓφによる間隙変化に対
応するものとなる。
【０００８】図３は、本例の計測部に用いる地磁気検出
センサの例を示す斜視図である。本例は既知のホール素
子型のセンサである。図において、５は半導体型ホール
素子、６−１、６−２、７は電極を示す。一対の電極６
−１、６−２に沿って定電流Ｉを流しておき、主面と直
角の方向に磁束Ｂを加えると、電流Ｉ及び磁束Ｂの両方
に直角な軸方向に電圧ＶＨを発生する。この電圧ＶＨを
電極７より取り出す。この場合ＫＨをホール常数として
次の［数１］の関係が成り立つ。
センサの例を示す斜視図である。本例は既知のホール素
子型のセンサである。図において、５は半導体型ホール
素子、６−１、６−２、７は電極を示す。一対の電極６
−１、６−２に沿って定電流Ｉを流しておき、主面と直
角の方向に磁束Ｂを加えると、電流Ｉ及び磁束Ｂの両方
に直角な軸方向に電圧ＶＨを発生する。この電圧ＶＨを
電極７より取り出す。この場合ＫＨをホール常数として
次の［数１］の関係が成り立つ。
【０００９】
【数１】
【００１０】よって図４に示すようにホール素子５の直
角軸線Ｚが局所の地球磁場の磁束Ｆの方向となす角度を
φとすると、Ｆｃｏｓφの磁束（上記磁束Ｂに相当す
る）に比例する電圧が得られる。
角軸線Ｚが局所の地球磁場の磁束Ｆの方向となす角度を
φとすると、Ｆｃｏｓφの磁束（上記磁束Ｂに相当す
る）に比例する電圧が得られる。
【００１１】なお、上述においては、重力検出センサと
して高周波変位検出方式の中央に重錘をもつダイアフラ
ム型重力計を、地磁気検出センサとして、ホール素子型
のものを説明したが、必要とする精度と出力が得られる
ものであれば、他の型の重力計、磁束計を使用すること
が出来る。
して高周波変位検出方式の中央に重錘をもつダイアフラ
ム型重力計を、地磁気検出センサとして、ホール素子型
のものを説明したが、必要とする精度と出力が得られる
ものであれば、他の型の重力計、磁束計を使用すること
が出来る。
【００１２】図５は本例の計測部の斜視図である。本例
においては、上述の如き重力センサＰ１、Ｐ２、Ｐ３、
磁束センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３を直交３軸走行体Ｘ、Ｙ、
Ｚに、それぞれ１個づつ、各中心線を３軸の軸線に一致
させて取り付ける。この場合、各重力センサよりの出力
はＷ１、Ｗ２、Ｗ３であり、各磁束センサよりの出力は
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３である。
においては、上述の如き重力センサＰ１、Ｐ２、Ｐ３、
磁束センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３を直交３軸走行体Ｘ、Ｙ、
Ｚに、それぞれ１個づつ、各中心線を３軸の軸線に一致
させて取り付ける。この場合、各重力センサよりの出力
はＷ１、Ｗ２、Ｗ３であり、各磁束センサよりの出力は
Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３である。
【００１３】
【座標変換式】 空間基準指北空間座標系をＸ０Ｙ０Ｚ
０とし、実在座標系をＸＹＺとする。０−Ｘ０Ｙ０Ｚ０
をＺ軸のまわりにＦ角だけ回転した位置にある直交軸を
０−Ｘ’Ｙ’Ｚ’とする。０−Ｘ’Ｙ’Ｚ’をＸ’軸の
まわりにＭだけ回転した位置にある直交軸を０−Ｘ”
Ｙ”Ｚ”とする。また０−Ｘ”Ｙ”Ｚ”をＺ”軸のまわ
りにＳ角だけ回転した位置にある実在座標軸を０−ＸＹ
Ｚとする。空間、実在両座標（Ｘ０Ｙ０Ｚ０）、（ＸＹ
Ｚ）間の関係を変換式［数２］にて示す。
０とし、実在座標系をＸＹＺとする。０−Ｘ０Ｙ０Ｚ０
をＺ軸のまわりにＦ角だけ回転した位置にある直交軸を
０−Ｘ’Ｙ’Ｚ’とする。０−Ｘ’Ｙ’Ｚ’をＸ’軸の
まわりにＭだけ回転した位置にある直交軸を０−Ｘ”
Ｙ”Ｚ”とする。また０−Ｘ”Ｙ”Ｚ”をＺ”軸のまわ
りにＳ角だけ回転した位置にある実在座標軸を０−ＸＹ
Ｚとする。空間、実在両座標（Ｘ０Ｙ０Ｚ０）、（ＸＹ
Ｚ）間の関係を変換式［数２］にて示す。
【００１４】
【数２】
【００１５】［数３］に［数２］の展開式を示す。
【００１６】
【数３】
【００１７】［数３］の展開式の逆配列を［数４］に示
す。
す。
【００１８】
【数４】
【００１９】［数５］に［数４］のマトリクスをΔにて
示す。
示す。
【００２０】
【数５】
【００２１】［数５］により［数４］を［数６］に置換
する。
する。
【００２２】
【数６】
【００２３】［数６］における、ＸＹＺ座標系には各軸
に重力センサＷ１、Ｗ２、Ｗ３及び磁束センサＮ１、Ｎ
２、Ｎ３をもつ。［数７］及び［数８］にＸＹＺ軸を重
力系、磁束系それぞれ各軸の内容をセンサにより示して
いる。
に重力センサＷ１、Ｗ２、Ｗ３及び磁束センサＮ１、Ｎ
２、Ｎ３をもつ。［数７］及び［数８］にＸＹＺ軸を重
力系、磁束系それぞれ各軸の内容をセンサにより示して
いる。
【００２４】
【数７】
【００２５】
【数８】
【００２６】又この場合には重力系、磁束系それぞれ空
間座標Ｘ０Ｙ０Ｚ０の内容を重力系は重力を１としてＸ
０（０）、Ｙ０（０）、Ｚ０（１）にて、又磁束系はＨ
を水平磁束Ｕを垂直磁束としてＸ０（Ｈ）、Ｙ０（０）
Ｚ０（Ｕ）にて示している。このＧ（１）及びＴ、Ｕ、
Ｈの値は［数９］［数１０］［数１１］［数１２］によ
りてＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３により算出さ
れる。［数１０］のＴは総磁束を示している。
間座標Ｘ０Ｙ０Ｚ０の内容を重力系は重力を１としてＸ
０（０）、Ｙ０（０）、Ｚ０（１）にて、又磁束系はＨ
を水平磁束Ｕを垂直磁束としてＸ０（Ｈ）、Ｙ０（０）
Ｚ０（Ｕ）にて示している。このＧ（１）及びＴ、Ｕ、
Ｈの値は［数９］［数１０］［数１１］［数１２］によ
りてＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３により算出さ
れる。［数１０］のＴは総磁束を示している。
【００２７】
【数９】
【００２８】
【数１０】
【００２９】
【数１１】
【００３０】
【数１２】
【００３１】［数７］の重力系変換式を分解して［数１
３］［数１４］［数１５］にてＸＹＺ各軸重力センサＷ
１、Ｗ２、Ｗ３の内容を、変換パラメータＳ、Ｍの正余
弦値にて示している。
３］［数１４］［数１５］にてＸＹＺ各軸重力センサＷ
１、Ｗ２、Ｗ３の内容を、変換パラメータＳ、Ｍの正余
弦値にて示している。
【００３２】
【数１３】
【００３３】
【数１４】
【００３４】
【数１５】
【００３５】又、［数８］の磁束系変換式を分解して
［数１６］［数１７］［数１８］に各軸Ｎ１、Ｎ２、Ｎ
３の内容をＨ、Ｕ及び変換パラメータＳ、Ｍ、Ｆの正余
弦値を用いて表すことができる。
［数１６］［数１７］［数１８］に各軸Ｎ１、Ｎ２、Ｎ
３の内容をＨ、Ｕ及び変換パラメータＳ、Ｍ、Ｆの正余
弦値を用いて表すことができる。
【００３６】
【数１６】
【００３７】
【数１７】
【００３８】
【数１８】
【００３９】重力系各センサの内容より［数１９］［数
２０］によりてパラメータＳ、Ｍが求められる。
２０］によりてパラメータＳ、Ｍが求められる。
【００４０】
【数１９】
【００４１】［数２０］［数２１］により、Ｓ１及びＳ
２が決定される。
２が決定される。
【００４２】
【数２０】
【００４３】
【数２１】
【００４４】
【数２２】
【００４５】［数２３］［数２４］によりＭ１、Ｍ２が
決定される。
決定される。
【００４６】
【数２３】
【００４７】
【数２４】
【００４８】重力センサよりのＳ１、Ｓ２、Ｍ１、Ｍ２
を磁束センサＮ１、Ｎ２、Ｎ３の内容に加減乗除の算法
を行う。即ち［数２５］によりＮ１の内容にＳ１を乗算
し、該乗算値にＮ２の内容とＳ２の乗算値を加算して、
これをＮ４とする。
を磁束センサＮ１、Ｎ２、Ｎ３の内容に加減乗除の算法
を行う。即ち［数２５］によりＮ１の内容にＳ１を乗算
し、該乗算値にＮ２の内容とＳ２の乗算値を加算して、
これをＮ４とする。
【００４９】
【数２５】
【００５０】続いて［数２６］によりＮ３の内容にＭ１
を乗算し該乗算値よりＮ４の内容とＭ２の乗算値を減算
し該減算値をＫ１値とする。
を乗算し該乗算値よりＮ４の内容とＭ２の乗算値を減算
し該減算値をＫ１値とする。
【００５１】
【数２６】 Ｋ１の内容は［数２７］に示す如く、水平磁束ＨとＦの
正弦値の乗算値となっている。
正弦値の乗算値となっている。
【００５２】
【数２７】
【００５３】一方［数２８］によりＮ１の内容にＳ２値
を乗算し、該値より、Ｎ２の内容にＳ１を乗じた乗算値
を減算して、この出力値をＫ２とする。
を乗算し、該値より、Ｎ２の内容にＳ１を乗じた乗算値
を減算して、この出力値をＫ２とする。
【００５４】
【数２８】
【００５５】このＫ２の内容は［数２９］に示す如く、
水平磁束ＨとＦの余弦値との乗算値となる。
水平磁束ＨとＦの余弦値との乗算値となる。
【００５６】
【数２９】
【００５７】従って［数３０］によりＫ１値を分子、Ｋ
２値を分母とする除算値の逆正接函数がパラメータＦ値
となる。
２値を分母とする除算値の逆正接函数がパラメータＦ値
となる。
【００５８】
【数３０】
【００５９】これより［数３１］［数３２］によりＦの
正余弦値Ｆ１及びＦ２が決定される。
正余弦値Ｆ１及びＦ２が決定される。
【００６０】
【数３１】
【００６１】
【数３２】
【００６２】上述の如く本発明の座標変換装置にては、
入力重力系Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、磁束系Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３
の６入力にてパラメータ３角Ｓ、Ｍ、Ｆが測定され、続
いて傾斜面の方位（ヘッディング）Ｖは［数３３］によ
り、またコンパス方位θは［数３４］により関連力学解
析考察より容易に算出することができる。
入力重力系Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、磁束系Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３
の６入力にてパラメータ３角Ｓ、Ｍ、Ｆが測定され、続
いて傾斜面の方位（ヘッディング）Ｖは［数３３］によ
り、またコンパス方位θは［数３４］により関連力学解
析考察より容易に算出することができる。
【００６３】
【数３３】
【００６４】
【数３４】
【００６５】上述の算出は、実体ＸＹＺ座標体の三次元
空間におけるいかなる姿勢、態様に拘らず、該本体座標
体がコンピュータ標準指北水平座標Ｘ０Ｙ０Ｚ０に変換
されることを示している。この場合重力系変換部は入力
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３により空間水平面は重力１としてＸ０
（０）、Ｙ０（０）、Ｚ０（１）に変換され、磁束系変
換部は入力Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３より水平磁束Ｈ、鉛直磁束
Ｕとして、Ｘ０（Ｈ）、Ｙ０（０）、Ｚ０（Ｕ）に変換
される。［図６］に変換装置及び関連解析式による演算
フローチャートに示している。
空間におけるいかなる姿勢、態様に拘らず、該本体座標
体がコンピュータ標準指北水平座標Ｘ０Ｙ０Ｚ０に変換
されることを示している。この場合重力系変換部は入力
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３により空間水平面は重力１としてＸ０
（０）、Ｙ０（０）、Ｚ０（１）に変換され、磁束系変
換部は入力Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３より水平磁束Ｈ、鉛直磁束
Ｕとして、Ｘ０（Ｈ）、Ｙ０（０）、Ｚ０（Ｕ）に変換
される。［図６］に変換装置及び関連解析式による演算
フローチャートに示している。
【００６６】［図７］はＭ、Ｓ、Ｆ座標変換手段に関連
する座標系説明図にして、実在座標系ＸＹＺのＸ０Ｙ面
をＤ面とし、コンピュータ基準指北水平面座標系Ｘ０Ｙ
０Ｚ０のＸ００Ｙ０面をＨ０面とした両座標軸が示され
ている。Ｄ面、Ｈ０面両面の交切線はＡＢ線にてこれと
直交する最大傾斜方向線Ｈ０面上にてＣ０Ｃ０’線、Ｄ
面上にてＣＣ’線の両線が最大傾斜角Ｍをはさんで相対
応している。又、Ｄ面上のＸＹＺ座標の直交ＸＹ線は、
Ｈ面上の最大傾斜方向に対して対象の位置に直交ξη線
をもつ空間座標ξηζが示されている。尚図面にはパラ
メータ３角の前述のＭ角の外のＳ角、Ｆ角２角及び、コ
ンパス方位θ角、ヘッディングＶ角、Ｄ面上の０Ｘ線と
最大傾斜方向線ＣＣ’との挟角φ及びこれと対象位置に
あるＨ０面上の０ξ線と最大傾斜方向線Ｃ０Ｃ０’線と
の挟角φ’は［数３５］［数３６］に示す如くともに同
一に値を示している。
する座標系説明図にして、実在座標系ＸＹＺのＸ０Ｙ面
をＤ面とし、コンピュータ基準指北水平面座標系Ｘ０Ｙ
０Ｚ０のＸ００Ｙ０面をＨ０面とした両座標軸が示され
ている。Ｄ面、Ｈ０面両面の交切線はＡＢ線にてこれと
直交する最大傾斜方向線Ｈ０面上にてＣ０Ｃ０’線、Ｄ
面上にてＣＣ’線の両線が最大傾斜角Ｍをはさんで相対
応している。又、Ｄ面上のＸＹＺ座標の直交ＸＹ線は、
Ｈ面上の最大傾斜方向に対して対象の位置に直交ξη線
をもつ空間座標ξηζが示されている。尚図面にはパラ
メータ３角の前述のＭ角の外のＳ角、Ｆ角２角及び、コ
ンパス方位θ角、ヘッディングＶ角、Ｄ面上の０Ｘ線と
最大傾斜方向線ＣＣ’との挟角φ及びこれと対象位置に
あるＨ０面上の０ξ線と最大傾斜方向線Ｃ０Ｃ０’線と
の挟角φ’は［数３５］［数３６］に示す如くともに同
一に値を示している。
【００６７】
【数３５】
【００６８】
【数３６】
【００６９】（座標変換手段の応用） ［図８］は測量
機器、観測機器への応用に関する説明図にして傾角Ｍの
斜面Ｄの側面図を示す。水平面はＨ０にして斜面Ｄの直
交軸０Ｚ線は空間固定線となる。０Ｚ線の坂下傾角Ｎは
傾角Ｍと補角関係をもつ。
機器、観測機器への応用に関する説明図にして傾角Ｍの
斜面Ｄの側面図を示す。水平面はＨ０にして斜面Ｄの直
交軸０Ｚ線は空間固定線となる。０Ｚ線の坂下傾角Ｎは
傾角Ｍと補角関係をもつ。
【００７０】（測量機器への応用） 上方０Ｚ軸底面Ｘ
０Ｙ面のＸＹＺ座標体の底面を傾斜面上に任意姿勢で置
くだけで、該傾斜面の地図等高線方位及び段差を測定で
きる測定器
０Ｙ面のＸＹＺ座標体の底面を傾斜面上に任意姿勢で置
くだけで、該傾斜面の地図等高線方位及び段差を測定で
きる測定器
【００７１】（天測機器への応用） 正面盤Ｘ０Ｙ面、
深さ０Ｚ軸のＸＹＺ座標体の０Ｚ軸（光軸又は視線）を
目標点に合致させるだけで計器の姿勢に拘らず目標点の
緯度（高さ）及び経度を測定できる観測機器。
深さ０Ｚ軸のＸＹＺ座標体の０Ｚ軸（光軸又は視線）を
目標点に合致させるだけで計器の姿勢に拘らず目標点の
緯度（高さ）及び経度を測定できる観測機器。
【００７２】（走行体の傾斜方位の設定、制御への応
用） 空中を反転、横転運動を行う走行体には、走行方
位の設定、制御を行うことが可能となる。又荒天時に漁
船等の波浪による傾斜方位とコンパス方位の双方の自動
設定制御が安全操船上必要となる。
用） 空中を反転、横転運動を行う走行体には、走行方
位の設定、制御を行うことが可能となる。又荒天時に漁
船等の波浪による傾斜方位とコンパス方位の双方の自動
設定制御が安全操船上必要となる。
【００７３】
【発明の効果】 この新たに開発された座標変換手段に
より直接傾斜方位が求められるため、従来のコンパス方
位より算出された場合に比して精度、レスポンスが増大
し、又漁船等の荒天時の安全操船のための傾斜方位の設
定、制御に応用することが可能になり、実用上の効果が
大きい。
より直接傾斜方位が求められるため、従来のコンパス方
位より算出された場合に比して精度、レスポンスが増大
し、又漁船等の荒天時の安全操船のための傾斜方位の設
定、制御に応用することが可能になり、実用上の効果が
大きい。
【図１】 本発明の実施例に適用される、重力センサを
一部断面で示す構成図である。
一部断面で示す構成図である。
【図２】 ［図１］の重力センサの動作説明図である。
【図３】 本発明の一実施例に適用される、地磁気セン
サを示す斜視図である。
サを示す斜視図である。
【図４】 ［図３］の地磁気センサの動作説明図であ
る。
る。
【図５】 一実施例における計測部の構成を示す説明図
である。
である。
【図６】 本発明の座標変換手段に関する演算のフロー
チャートである。
チャートである。
【図７】 本発明の座標変換手段の座標系を示す説明図
であり、最大傾斜角Ｍを挟む最大傾斜方位線のＨ０面上
のＣ０−Ｃ０’線、Ｄ面上のＣ−Ｃ’線及び両面の交切
線Ａ−Ｂ線を示している。
であり、最大傾斜角Ｍを挟む最大傾斜方位線のＨ０面上
のＣ０−Ｃ０’線、Ｄ面上のＣ−Ｃ’線及び両面の交切
線Ａ−Ｂ線を示している。
【図８】 最大傾斜角Ｍを持つ斜面Ｄ面の側画図であ
る。Ｄ面に直交するＺ線は空間固定線となる。
る。Ｄ面に直交するＺ線は空間固定線となる。
Ｘ、Ｙ、Ｚ 実在直交３軸座標体 Ｄ面、
Ｘ０Ｙ面 Ｘ０Ｙ０Ｚ０ コンピュータ基準指北水平面直
交３軸座標体 Ｈ０面、Ｘ００Ｙ０ ξ、η、ζ、 ＸＹＺに対応する鉛直水平座標
系 Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ 重力検出センサ Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３ 地球磁束検出センサ Ｆ角 水平面Ｈ０面内における指北０
Ｘ０線よりＨ０面Ｄ面との交切線Ａ−Ｂ線までの角度 Ｓ角 Ｄ面上におけるＨ０面とＤ面の
交切線Ａ−Ｂ線と０Ｘ線との間に挟む角度 Ｍ角 最大傾斜角 Ｃ角 コンパス方位角 Ｖ角 ヘッディング角 Ａ−Ｂ線 Ｈ０面、Ｄ面の交切線 Ｃ０−Ｃ０’ Ｈ０面上の傾斜方位線 Ｃ−Ｃ’ Ｄ面上の傾斜方位線
Ｘ０Ｙ面 Ｘ０Ｙ０Ｚ０ コンピュータ基準指北水平面直
交３軸座標体 Ｈ０面、Ｘ００Ｙ０ ξ、η、ζ、 ＸＹＺに対応する鉛直水平座標
系 Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ 重力検出センサ Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３ 地球磁束検出センサ Ｆ角 水平面Ｈ０面内における指北０
Ｘ０線よりＨ０面Ｄ面との交切線Ａ−Ｂ線までの角度 Ｓ角 Ｄ面上におけるＨ０面とＤ面の
交切線Ａ−Ｂ線と０Ｘ線との間に挟む角度 Ｍ角 最大傾斜角 Ｃ角 コンパス方位角 Ｖ角 ヘッディング角 Ａ−Ｂ線 Ｈ０面、Ｄ面の交切線 Ｃ０−Ｃ０’ Ｈ０面上の傾斜方位線 Ｃ−Ｃ’ Ｄ面上の傾斜方位線
Claims (4)
- 【請求項１】 本体直交３軸に、重力分力Ｗ１、Ｗ２、
Ｗ３、並びに磁束分力Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３をもつ上方軸０
Ｚ床面Ｘ０Ｙ（Ｄ面）の０−ＸＹＺ座標軸をＺ軸まわり
に０Ｘ線をＤ面上にて最大傾斜方向に直交する位置まで
の角度Ｓにて回転した位置にある直交座標を０−Ｘ’
Ｙ’Ｚ’座標とし、０−Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標軸を、０Ｘ’
のまわりに最大傾斜角Ｍにて回転し、Ｄ面を水平面に一
致させた位置の直交座標軸を０−Ｘ”Ｙ”Ｚ”とする。
続いて該０−Ｘ”Ｙ”Ｚ”座標軸を０Ｚ”（鉛直０Ｚ０
線）を中心にＸ”０ Ｙ”面を水平面上にて、水平面の
方位基準線にいたる角Ｆだけ回転して空間指北基準線０
Ｘ０、水平面Ｘ００Ｙ０、鉛直線０Ｚ０のコンピュータ
基準空間座標０−Ｘ０Ｙ０Ｚ０が求められる。該座標変
換手段により該重力系３ケ、磁束系３ケの入力値を用い
てパラメータ３角Ｆ、Ｍ、Ｓを求めることを特長とする
座標変換手段。 - 【請求項２】 上方０Ｚ軸底面Ｘ０ＹのＸＹＺ座標体の
底面を傾斜面上に任意姿勢にて置くだけで該傾斜面の地
図等高線方位及び段差が渕定できる請求項１の座標変換
手段を応用した測定器。 - 【請求項３】 正面館Ｘ０Ｙ面の深さ０ＺのＸＹＺ座標
体の０Ｚ軸（光軸又は視軸）を目標点に合致させるだけ
で計器の姿勢に拘らず目標点の緯度（高さ）及び経度を
測定できる請求項１の座標変換手段を応用した測定器。 - 【請求項４】 空間を反転、横転等の自在運行する運動
体の傾斜方位設定、制御に請求項１の座標変換乎段を適
用した制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12872495A JPH08285602A (ja) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | 傾斜面方位測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12872495A JPH08285602A (ja) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | 傾斜面方位測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08285602A true JPH08285602A (ja) | 1996-11-01 |
Family
ID=14991882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12872495A Pending JPH08285602A (ja) | 1995-04-19 | 1995-04-19 | 傾斜面方位測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08285602A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104613947A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-05-13 | 同济大学 | 一种节理组结构面产状综合测量仪 |
| CN106546229A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-29 | 中国葛洲坝集团第工程有限公司 | 一种便于现场指挥的测量放样方法 |
-
1995
- 1995-04-19 JP JP12872495A patent/JPH08285602A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104613947A (zh) * | 2015-01-16 | 2015-05-13 | 同济大学 | 一种节理组结构面产状综合测量仪 |
| CN106546229A (zh) * | 2016-10-27 | 2017-03-29 | 中国葛洲坝集团第工程有限公司 | 一种便于现场指挥的测量放样方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Caruso | Applications of magnetic sensors for low cost compass systems | |
| Groves | Navigation using inertial sensors [Tutorial] | |
| Včelák et al. | AMR navigation systems and methods of their calibration | |
| JP4252555B2 (ja) | 傾斜センサおよびこれを用いた方位計測装置 | |
| JP4691581B2 (ja) | 水中移動体の位置検知装置 | |
| JPWO2006035505A1 (ja) | 磁気センサの制御方法、制御装置、および携帯端末装置 | |
| KR20060060666A (ko) | 3축 나침반 문제해결을 위한 2축 자기센서를 이용한 장치 | |
| CN108548542A (zh) | 一种基于大气阻力加速度测量的近地轨道确定方法 | |
| JPH0518750A (ja) | 全範囲傾斜方位測定装置 | |
| Vikas et al. | Joint angle measurement using strategically placed accelerometers and gyroscope | |
| JP2005061969A (ja) | 方位角計測装置及び方位角計測方法 | |
| Hoang et al. | Measurement optimization for orientation tracking based on no motion no integration technique | |
| JPH11211474A (ja) | 姿勢角検出装置 | |
| Chao et al. | Minimum settings calibration method for low-cost tri-axial IMU and magnetometer | |
| Wei et al. | Novel rotation scheme for dual-axis rotational inertial navigation system based on body diagonal rotation of inertial measurement unit | |
| JP4026937B2 (ja) | 電子磁気コンパス | |
| JP2013185898A (ja) | 状態推定装置 | |
| JP2013061309A (ja) | カルマンフィルタ、状態推定装置、カルマンフィルタの制御方法、及びカルマンフィルタの制御プログラム | |
| Pang et al. | A new misalignment calibration method of portable geomagnetic field vector measurement system | |
| EP0608496A1 (en) | Electronic inclinometer and compass | |
| JPS6345043B2 (ja) | ||
| Shmatko et al. | Estimation of rotation measurement error of objects using computer simulation | |
| JPH08285602A (ja) | 傾斜面方位測定装置 | |
| Klingbeil et al. | Magnetic field sensor calibration for attitude determination | |
| Rong et al. | Algorithm research of magnetometer assisted inertial navigation system for mobile robots |