JPH1038576A - Azimuth sensor - Google Patents

Azimuth sensor

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Publication number
JPH1038576A
JPH1038576A JP18775596A JP18775596A JPH1038576A JP H1038576 A JPH1038576 A JP H1038576A JP 18775596 A JP18775596 A JP 18775596A JP 18775596 A JP18775596 A JP 18775596A JP H1038576 A JPH1038576 A JP H1038576A
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JP
Japan
Prior art keywords
azimuth
angular velocity
reference axis
measured
azimuth sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP18775596A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Kumagai
達也 熊谷
Munehiro Akiyama
宗広 秋山
Hiroshi Kajioka
博 梶岡
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Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP18775596A priority Critical patent/JPH1038576A/en
Publication of JPH1038576A publication Critical patent/JPH1038576A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an azimuth sensor wherein the effect of disturbance in measurement can be separated and self-examination based on angular drift evaluation is possible. SOLUTION: A sensing group 2 comprising an optical fiber is stood on a rotative table 1 which rotates with a gravity axis as the center, and the rotative table 1 is rotated by a specified angle θ from a reference axis representing its reference angle, and from an angular speed measurement value of the sensing group 2 based on globe's rotation measured then, the azimuth of the reference axis is detected. To the angular speed measurement value at multiple angles of the rotative table, Fouurier transformation is applied, so that a spectral distribution is calculated, and the phase of basic cycle component of the spectrum is taken as azimuth of the reference axis.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバジャイ
ロを用いた方位センサに係り、特に、計測中の外乱の影
響が分離できると共に、角速度ドリフトの評価による自
己診断も可能な方位センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an azimuth sensor using an optical fiber gyro, and more particularly to an azimuth sensor capable of separating the influence of disturbance during measurement and performing self-diagnosis by evaluating angular velocity drift. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】光ファイバジャイロを用いた方位センサ
は、図1に示されるように、重力軸を中心に回転する回
転テーブル1に光ファイバからなるセンシングループ2
を立てたものであり、この回転テーブル1を方位センサ
の基準角度を示す基準軸(方位センサ基準軸)から所定
角度回転させてセンシングループ2の向きを変え、この
とき地球の自転に基づきセンシングループ2に加わる角
速度を計測し、この計測値(地球自転角速度計測値)か
ら方位センサ基準軸の方位を検出するようになってい
る。
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 1, a azimuth sensor using an optical fiber gyro has a sensing loop 2 made of an optical fiber on a turntable 1 which rotates around a gravity axis.
The direction of the sensing loop 2 is changed by rotating the turntable 1 by a predetermined angle from a reference axis (azimuth sensor reference axis) indicating the reference angle of the azimuth sensor. At this time, the sensing loop is set based on the rotation of the earth. 2 is measured, and the azimuth of the azimuth sensor reference axis is detected from the measured value (earth rotation angular velocity measured value).

【0003】ここで、真北に対する方位センサ基準軸の
方位をΦ、センシングループの1周回のうちに計測され
る地球自転角速度計測値の最大値をA、センシングルー
プの角速度バイアスをBとすると、地球自転角速度計測
値Ωは、 Ω=A・sinΦ+B (1) で表される。
Here, if the azimuth of the reference axis of the azimuth sensor with respect to true north is Φ, the maximum value of the measured earth rotation angular velocity measured in one round of the sensing loop is A, and the angular velocity bias of the sensing loop is B, The measured value of earth rotation angular velocity Ω is expressed as follows: Ω = A · sin Φ + B (1)

【0004】方位センサ立ち上げ後に、概略北になる方
位に方位センサ基準軸を定め、その後、概略北、東又は
西、南の3方向にセンシングループを向け、各方向にお
ける地球自転角速度計測値ΩN ,ΩE ,ΩS を計測す
る。
After the start of the azimuth sensor, the azimuth sensor reference axis is set to the azimuth that is approximately north, and then the sensing loop is directed roughly to three directions of north, east or west, and south, and the measured value of the earth rotation angular velocity Ω in each direction. N, Ω E, to measure the Ω S.

【0005】 ΩN =A・sinΦN +B (2) ΩE =A・sin(ΦN +90)+B =A・cosΦN +B (3) ΩS =A・sin(ΦN +180)+B =−A・sinΦN +B (4) であることから、 B=(ΩN +ΩS )/2 (5) ΦN =tan-1{(ΩN −B)/(ΩE −B)} (6) により、真北に対する方位センサ基準軸の方位ΦN を求
める。
Ω N = A · sin Φ N + B (2) Ω E = A · sin (Φ N +90) + B = A · cos Φ N + B (3) Ω S = A · sin (Φ N +180) + B = −A Since sin Φ N + B (4), B = (Ω N + Ω S ) / 2 (5) Φ N = tan −1 {(Ω N −B) / (Ω E −B)} (6) , The azimuth φ N of the azimuth sensor reference axis with respect to true north is determined.

【0006】この他に、式(1)で地球自転角速度計測
値Ωを最小二乗近似して方位センサ基準軸の方位ΦN
求める方法もある。
In addition, there is a method of obtaining the azimuth φ N of the reference axis of the azimuth sensor by least-squares approximation of the measured value of the earth rotation angular velocity Ω according to the equation (1).

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来技術の三角関数を
解く方法では、角速度計測時に方位センサに加わる外乱
によるノイズを分離することも、基本周期成分(後述)
のみを検出することもできない。
In the prior art method for solving a trigonometric function, noise caused by disturbance applied to an azimuth sensor at the time of measuring angular velocity can be separated from a fundamental period component (described later).
It cannot be detected only.

【0008】最小二乗近似を用いる方法では、基本周期
成分の検出はできるものの、角速度計測時の外乱の大き
さは算出できず、従って、検出された方位の信頼度が評
価できない問題がある。
In the method using the least square approximation, although the fundamental period component can be detected, the magnitude of the disturbance at the time of measuring the angular velocity cannot be calculated, so that the reliability of the detected azimuth cannot be evaluated.

【0009】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、計測中の外乱の影響が分離できると共に、角速度ド
リフトの評価による自己診断も可能な方位センサを提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems and to provide an azimuth sensor capable of separating the influence of disturbance during measurement and performing self-diagnosis by evaluating angular velocity drift.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、重力軸を中心に回転する回転テーブルに光
ファイバからなるセンシングループを立て、回転テーブ
ルをその基準角度を示す基準軸から所定角度回転させ、
そのとき計測される地球の自転に基づくセンシングルー
プの角速度計測値から上記基準軸の方位を検出する方位
センサにおいて、回転テーブルの複数角度における上記
角速度計測値にフーリエ変換を施すことによりスペクト
ル分布を算出し、そのスペクトルの基本周期成分の持つ
位相を基準軸の方位とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention sets up a sensing loop made of an optical fiber on a rotary table rotating about a gravity axis, and moves the rotary table from a reference axis indicating its reference angle. Rotate a predetermined angle,
A directional sensor that detects the azimuth of the reference axis from the measured angular velocity of the sensing loop based on the rotation of the earth measured at that time, calculates the spectral distribution by performing a Fourier transform on the measured angular velocity at a plurality of angles of the turntable. Then, the phase of the fundamental period component of the spectrum is used as the azimuth of the reference axis.

【0011】上記回転テーブルを継続的に所定角度ずつ
回転させ、その都度、過去1周回の間に計測された角速
度計測値を上記フーリエ変換に供し、求まった方位を所
定回転回数分について移動平均してもよい。
[0011] The rotary table is continuously rotated by a predetermined angle, and each time, the angular velocity measurement value measured during the past one revolution is subjected to the Fourier transform, and the obtained azimuth is moving averaged for a predetermined number of rotations. You may.

【0012】上記スペクトルの基本周期成分に対する2
倍周波数周期成分の比を求め、この比が所定値を超えた
ときには計測中に外乱があったものと判定し、そのとき
求めた方位は上記移動平均のサンプルから除外してもよ
い。
2 for the fundamental period component of the above spectrum
The ratio of the double frequency period component is obtained, and when this ratio exceeds a predetermined value, it is determined that disturbance has occurred during the measurement, and the azimuth obtained at that time may be excluded from the moving average sample.

【0013】上記スペクトルの直流成分の変化から上記
センシングループの角速度ドリフトを求め、この角速度
ドリフトが所定値を超えたときにはそのとき求めた方位
を上記移動平均のサンプルから除外するか又は故障と判
定してもよい。
An angular velocity drift of the sensing loop is obtained from a change in the DC component of the spectrum. When the angular velocity drift exceeds a predetermined value, the azimuth obtained at that time is excluded from the moving average sample or it is determined that a failure has occurred. You may.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0015】本発明の方位センサは、図1に示されるよ
うに、重力軸を中心に回転する回転テーブル1に光ファ
イバからなるセンシングループ2を立てたものであり、
この回転テーブル1を方位センサ基準軸から任意の角度
回転させてセンシングループ2の向きを変え、地球自転
角速度計測値を計測することができる。3は、信号処理
及び回転制御のための回路基板である。
As shown in FIG. 1, the azimuth sensor according to the present invention has a sensing table 2 made of an optical fiber on a rotary table 1 which rotates about a gravity axis.
The direction of the sensing loop 2 can be changed by rotating the turntable 1 by an arbitrary angle from the reference axis of the direction sensor, and the measured value of the earth rotation angular velocity can be measured. Reference numeral 3 denotes a circuit board for signal processing and rotation control.

【0016】本発明の方位センサは信号処理に以下の特
徴を有する。
The direction sensor of the present invention has the following features in signal processing.

【0017】センシングループの複数方向おける地球
自転角速度計測値をフーリエ変換によって解析する。即
ち、スペクトルのうちの基本周期成分について位相を求
め、この位相を方位センサ基準軸の方位とする。これに
よって計測中の外乱による検出方位のノイズを除去す
る。
The measured values of the earth rotation angular velocity in a plurality of directions of the sensing loop are analyzed by Fourier transform. That is, the phase is obtained for the fundamental period component of the spectrum, and this phase is used as the azimuth of the azimuth sensor reference axis. This removes noise in the detection direction due to disturbance during measurement.

【0018】回転テーブルを継続的に所定角度、例え
ば90°ずつ回転させてセンシングループを90°間隔
で4方向に向け、この1周回の間に計測された4つの角
速度計測値のみをフーリエ変換に供する。これによって
高速計測を図り、この高速化によって角速度ドリフトに
よる検出方位誤差を低減させる。
The rotary table is continuously rotated by a predetermined angle, for example, 90 °, and the sensing loop is directed in four directions at 90 ° intervals. Only the four angular velocity measurement values measured during this one round are converted to a Fourier transform. Offer. Thus, high-speed measurement is achieved, and the speeding-up reduces the detected azimuth error due to angular velocity drift.

【0019】回転テーブルの回転の都度に求まる方位
を移動平均する。これによって、方位センサの分解能の
向上を図る。
The azimuth obtained each time the rotary table is rotated is moving averaged. Thereby, the resolution of the direction sensor is improved.

【0020】スペクトルの基本周期成分に対する2倍
周波数周期成分の比を求め、この比によって外乱の大き
さを評価する。外乱が大きいときの検出方位は移動平均
のサンプルから除外し、信頼度の向上を図る。
The ratio of the double frequency period component to the fundamental period component of the spectrum is obtained, and the magnitude of the disturbance is evaluated based on the ratio. The detection orientation when the disturbance is large is excluded from the moving average sample to improve the reliability.

【0021】同様にセンシングループの角速度ドリフ
トも評価する。角速度ドリフトは、スペクトルの直流成
分の変化から求める。角速度ドリフトが大きいときの検
出方位は移動平均のサンプルから除外する。角速度ドリ
フトにより方位センサの故障を判定する自己診断の機能
を持たせてもよい。
Similarly, the angular velocity drift of the sensing loop is evaluated. The angular velocity drift is obtained from a change in the DC component of the spectrum. The detection direction when the angular velocity drift is large is excluded from the moving average sample. A self-diagnosis function for determining a failure of the direction sensor based on the angular velocity drift may be provided.

【0022】以下に、本実施形態による具体的な信号処
理を説明する。
Hereinafter, specific signal processing according to the present embodiment will be described.

【0023】まず、回転テーブル1を継続的に所定角
度、例えば90°ずつ回転させてセンシングループ2を
90°間隔で4方向に向け、地球自転角速度計測値
Ω0 ,Ω90,Ω180 ,Ω270 を計測する。この1周回の
間に計測された4つの角速度計測値をフーリエ変換に供
する。本発明では離散フーリエ変換(DFT)を用いる
が、演算時間を短縮するために高速フーリエ変換(FF
T)を用いてもよい。
First, the rotary table 1 is continuously rotated by a predetermined angle, for example, 90 °, and the sensing loop 2 is turned in four directions at 90 ° intervals, and the earth rotation angular velocity measured values Ω 0 , Ω 90 , Ω 180 , Ω Measure 270 . The four measured angular velocities measured during this one round are subjected to Fourier transform. In the present invention, a discrete Fourier transform (DFT) is used, but in order to reduce the operation time, a fast Fourier transform (FF) is used.
T) may be used.

【0024】ここで離散フーリエ変換について簡単に説
明すると、離散フーリエ変換は、時間軸上の信号の離散
したサンプリング値を周波数軸上の離散強度スペクトル
に変換するものであり、高速フーリエ変換を用いて演算
時間を劇的に短縮することができる。離散フーリエ変換
によれば、ある周期Tを持つ周期的信号f(t)の時間
軸上で整数N点のサンプリングを行い、その値をfn
(n=0,1,…,N−1)とし、定数Wn=exp
(−j2π/N)を定義すると、離散フーリエ変換は、
Here, the discrete Fourier transform will be briefly described. The discrete Fourier transform is for converting a discrete sampling value of a signal on a time axis into a discrete intensity spectrum on a frequency axis, and uses a fast Fourier transform. The calculation time can be dramatically reduced. According to the discrete Fourier transform, an integer N points are sampled on a time axis of a periodic signal f (t) having a certain period T, and the value is represented by fn
(N = 0, 1,..., N−1), and a constant Wn = exp
Defining (-j2π / N), the discrete Fourier transform is

【0025】[0025]

【数1】 (Equation 1)

【0026】となる。## EQU1 ##

【0027】fnはN個の複素数の組として定義される
ものであるため、式(7)は式(8)のように示され
る。
Since fn is defined as a set of N complex numbers, equation (7) is represented as equation (8).

【0028】[0028]

【数2】 (Equation 2)

【0029】なお、Re,Imは、その記号の後に続く
変数の実数部,虚数部をそれぞれ表す。このようにF
(k)は複素数になるが、その強度(振幅)は実数部及
び虚数部の二乗平均より求まる。高速フーリエ変換は、
信号f(t)の周期性に着目してその演算処理を効率よ
く改良したものである。
Re and Im represent a real part and an imaginary part of a variable following the symbol, respectively. Thus F
(K) is a complex number, and its intensity (amplitude) is obtained from the mean square of the real part and the imaginary part. The fast Fourier transform is
Focusing on the periodicity of the signal f (t), the arithmetic processing is efficiently improved.

【0030】一例として、時間軸上の信号の離散した電
圧サンプルを周波数軸上の離散強度スペクトルに変換す
る例を図2に示す。図2(a)に示された電圧信号は基
本周期Tを持つ周期的信号f(t)である。丸印はサン
プリング点である。離散フーリエ変換により図2(b)
のスペクトル分布が得られる。このスペクトル分布を見
ると、スペクトルは、離散的に直流成分F0 、基本周期
に対応する周波数を持つ基本周期成分F1 、その2倍の
周波数を持つ2倍周波数周期成分F2 …を有している。
As an example, FIG. 2 shows an example in which a discrete voltage sample of a signal on the time axis is converted into a discrete intensity spectrum on the frequency axis. The voltage signal shown in FIG. 2A is a periodic signal f (t) having a basic period T. Circles are sampling points. Fig. 2 (b) by discrete Fourier transform
Is obtained. Looking at this spectrum distribution, the spectrum discretely has a DC component F 0 , a fundamental period component F 1 having a frequency corresponding to the fundamental period, a double frequency period component F 2 having twice the frequency thereof, and so on. ing.

【0031】次に、本発明の方位センサにおいて、方位
センサ基準軸を基準角度とする回転テーブルの回転角θ
に対する地球自転角速度計測値Ωの変化は回転角θを横
軸にとって示すと図3(a)のようになる。丸印はサン
プリング点である。この変化波形に着目すると、回転テ
ーブルの回転角の360°(2π)ごとに繰り返す周期
的信号であることが判る。この周期性ゆえ、上記の離散
フーリエ変換が適用できることが判る。この場合、図2
における電圧V,時間tがそれぞれ地球自転角速度計測
値Ω,回転角θに対応し、変換後には図3(b)に示さ
れるように周波数軸上に離散強度スペクトルの分布が得
られ、その周波数周期は1/(2π)である。
Next, in the azimuth sensor of the present invention, the rotation angle θ of the turntable with the azimuth sensor reference axis as the reference angle.
FIG. 3A shows the change of the measured value of the earth rotation angular velocity Ω with respect to the rotation axis θ when the horizontal axis represents the rotation angle θ. Circles are sampling points. Paying attention to this change waveform, it can be seen that the signal is a periodic signal that repeats every 360 ° (2π) of the rotation angle of the turntable. Because of this periodicity, it can be seen that the above discrete Fourier transform can be applied. In this case, FIG.
And the time t correspond to the measured value of the earth rotation angular velocity Ω and the rotation angle θ, respectively. After the conversion, a distribution of the discrete intensity spectrum is obtained on the frequency axis as shown in FIG. The period is 1 / (2π).

【0032】本実施形態では、図3のサンプリング点を
90°間隔で4点とした。各点の計測値をΩ0 ,Ω1
Ω2 ,Ω3 とする。これらの計測値は式(7)における
N=4の場合のfn (n=0,1,2,3)に相当す
る。そして、高速フーリエ変換によりFk (k=0,
1,2,3)が得られる。即ち、
In the present embodiment, the sampling points in FIG. 3 are four at 90 ° intervals. The measured value of each point is Ω 0 , Ω 1 ,
Ω 2 and Ω 3 . These measured values correspond to fn (n = 0, 1, 2, 3) when N = 4 in equation (7). Then, by fast Fourier transform, Fk (k = 0,
1, 2, 3) are obtained. That is,

【0033】[0033]

【数3】 (Equation 3)

【0034】となる。上式の行列表現は、## EQU1 ## The matrix representation of the above equation is

【0035】[0035]

【数4】 (Equation 4)

【0036】となる。## EQU1 ##

【0037】このようにして、直流成分F0 、基本周期
成分F1 、2倍周波数周期成分F2 、3倍周波数周期成
分F3 が求まる。各成分の実数項Rn及び虚数項Inを
求め、さらに、各成分の振幅|Fn|、位相χnを求め
る。
In this manner, the DC component F 0 , the fundamental cycle component F 1 , the double frequency cycle component F 2 , and the triple frequency cycle component F 3 are obtained. The real term Rn and the imaginary term In of each component are obtained, and the amplitude | Fn | and the phase χn of each component are also obtained.

【0038】[0038]

【数5】 (Equation 5)

【0039】このうち基本周期成分F1 の位相χ1 が方
位センサ基準軸の方位ΦN である。
The phase χ 1 of the fundamental period component F 1 is the azimuth Φ N of the azimuth sensor reference axis.

【0040】次に移動平均について説明する。Next, the moving average will be described.

【0041】回転テーブル1は90°ずつ回転させてい
るので、1回の回転の度に順次、図4に示されるような
サンプリング点#1,#2,#3,#4,#5,#6,
…が得られる。その都度、過去1周回の間の4つのサン
プリング点を用いて方位を求める。そうすると、1回目
は#1〜#4、2回目は#2〜#5、3回目は#3〜#
6、…を用いて毎回、方位が求まる。このように、4点
の位置が順次移動しても毎回、方位センサ基準軸の方位
ΦN が求まる。これは、この間にセンシングループ2が
回転するだけで、方位センサ基準軸は大きく回転しない
からである。このようにして順次求まる方位ΦN のサン
プルを順繰りに所定の個数ずつ平均する。移動平均によ
る出力方位ΦN は、
Since the rotary table 1 is rotated by 90 °, the sampling points # 1, # 2, # 3, # 4, # 5, # 5 as shown in FIG. 6,
... is obtained. In each case, the azimuth is obtained using four sampling points during the past one round. Then, the first time is # 1 to # 4, the second time is # 2 to # 5, and the third time is # 3 to ##
The orientation is obtained every time by using 6,. In this way, even when the positions of the four points move sequentially, the azimuth Φ N of the azimuth sensor reference axis is obtained every time. This is because only the sensing loop 2 rotates during this time, and the azimuth sensor reference axis does not significantly rotate. The samples of the azimuth Φ N sequentially obtained in this manner are averaged by a predetermined number in order. The output direction Φ N by the moving average is

【0042】[0042]

【数6】 (Equation 6)

【0043】ここでmは、移動平均に使用するサンプル
個数であり、方位センサの応答周波数に影響するので、
この方位センサを利用する上位システムからの要求に応
じて決めるとよい。pは移動平均するサンプルの先頭の
サンプル番号、Φkは順次求めた方位のサンプルであ
る。一般に、ランダムな出力を平均するとそのサンプル
個数mに対し、1/(平方根m)でセンサの分解能が向
上する性質があり、毎回の方位Φkを過去m個づつ移動
平均することにより、分解能の向上を図りつつリアルタ
イムの出力方位ΦN を得ることができる。
Here, m is the number of samples used for the moving average and affects the response frequency of the direction sensor.
The determination may be made according to a request from a host system using the direction sensor. p is the first sample number of the sample to be averaged, and Φk is the sample of the azimuth sequentially obtained. In general, when the random output is averaged, the resolution of the sensor is improved by 1 / (square root m) with respect to the sample number m, and the resolution is improved by moving-averaging the past Φk every m past. And a real-time output direction Φ N can be obtained.

【0044】次に、外乱の評価、角速度ドリフトの評価
について説明する。
Next, evaluation of disturbance and evaluation of angular velocity drift will be described.

【0045】式(9)のフーリエ変換によるスペクトル
分布において、地球自転角速度計測値Ωが回転角θの純
粋な正弦関数又は余弦関数であれば、直流成分F0 の振
幅及び2倍周波数周期成分F2 の振幅は零になる。即
ち、センシングループの角速度計測にバイアスがなく、
外乱もない理想的状態であれば、直流成分F0 の振幅及
び2倍周波数周期成分F2 の振幅は零になる。
In the spectrum distribution by the Fourier transform of the equation (9), if the measured earth rotation angular velocity Ω is a pure sine function or cosine function of the rotation angle θ, the amplitude of the DC component F 0 and the double frequency period component F The amplitude of 2 goes to zero. That is, there is no bias in the angular velocity measurement of the sensing loop,
In an ideal state with no disturbance, the amplitude of the DC component F 0 and the amplitude of the double frequency cycle component F 2 become zero.

【0046】理想的状態からずれた場合、直流成分F0
の振幅及び2倍周波数周期成分F2 の振幅は増加する。
直流成分F0 の振幅はバイアスに相当し、その時間的変
化を計算すれば角速度ドリフトが求まる。角速度ドリフ
トが大きい場合には前記の方位の演算に誤差が発生する
ため移動平均の処理から除くことにする。また、角速度
ドリフトの大きさから方位センサの故障と判断できる場
合には診断データを出力する。
When deviated from the ideal state, the DC component F 0
The amplitude of the amplitude and double frequency period component F 2 increases.
The amplitude of the DC component F 0 corresponds to a bias, and the angular velocity drift can be obtained by calculating the change over time. If the angular velocity drift is large, an error occurs in the calculation of the azimuth, so that it is excluded from the moving average processing. If it is determined from the magnitude of the angular velocity drift that the azimuth sensor has failed, the diagnostic data is output.

【0047】角速度ドリフトの求め方を説明する。基本
周期成分F1 の振幅|F1 |は、地球自転角速度計測値
Ωの最大値ΩMAX =15(°/h)×cosψ (ψは
緯度)に等しい。そこで、 (F0 /F1 )×ΩMAX でオフセット角速度が換算できる。このオフセット角速
度を毎回の回転ごとに計算し、毎回の時間間隔に対する
オフセット角速度の変化量から角速度ドリフトが求ま
る。
A method for obtaining the angular velocity drift will be described. The amplitude | F 1 | of the fundamental period component F 1 is equal to the maximum value Ω MAX = 15 (° / h) × cos の (ψ is the latitude) of the measured earth rotation angular velocity Ω. Therefore, the offset angular velocity can be converted by (F 0 / F 1 ) × Ω MAX . This offset angular velocity is calculated for each rotation, and the angular velocity drift is obtained from the amount of change in the offset angular velocity with respect to each time interval.

【0048】一方、2倍周波数周期成分F2 の振幅は、
上記正弦関数又は余弦関数が歪んだ場合に発生するた
め、これより計測中に方位センサに加わった外乱の大き
さが評価できる。ここでは基本周期成分F1 に対する2
倍周波数周期成分F2 の振幅比の値で移動平均の処理か
ら除くかどうかを判定する。即ち、比が所定値より大き
いときの検出方位は移動平均のサンプルから除外し、次
のサンプルを得るまで移動平均を保留する。これにより
ノイズを含んだ検出方位は廃棄される。
On the other hand, the amplitude of the double frequency period component F 2 is
Since this occurs when the sine function or the cosine function is distorted, the magnitude of the disturbance applied to the direction sensor during measurement can be evaluated. Here, 2 for the fundamental period component F 1
Determining whether removed from the moving average processing with the value of the amplitude ratio of the double frequency periodic component F 2. That is, the detection direction when the ratio is larger than the predetermined value is excluded from the samples of the moving average, and the moving average is suspended until the next sample is obtained. As a result, the detection direction including noise is discarded.

【0049】次に、本発明による信号処理手順の一例を
フローチャートに従って説明する。図5に示されるよう
に、まず、回転テーブルの回転角θを基準角度である方
位センサ基準軸に合わせ(ステップ1)、地球自転角速
度計測値Ωθ を計測する(ステップ2)。次いで、回
転テーブルを90°回転させてセンシングループの向き
を変える(ステップ3)。回転が停止した後、地球自転
角速度計測値Ωθ を計測する(ステップ4)。4点の
計測値を取得したかを確認し、未了であればさらに回転
テーブルを90°回転させる(ステップ5)。これは1
回目の方位検出に#1〜#4の4点の計測値が必要なた
めに行う。2回目からは既に4点の計測値が取得完了し
ていることになる。4点の計測値が取得済みであれば、
その4点の計測値にFFTを施し、前記実施形態で説明
した方位検出の演算を行う(ステップ6)。その後、直
流成分F0 が所定値K1 より大きければさらに回転テー
ブルを90°回転させる(ステップ7)。ここでは前記
実施形態のように角速度ドリフトを求めて評価するので
はなく、直流成分F0 即ちバイアスを即時評価すること
により検出方位を廃棄していることになる。なお、ここ
でエラーを出力することもできる。続いて、2倍周波数
周期成分F2 /基本周期成分F1 が所定値K2 より大き
ければ、やはり回転テーブルを90°回転させる(ステ
ップ8)。これは外乱の評価である。ここでもエラーを
出力することができる。このようにして信頼性のある検
出方位のみを移動平均のサンプルとすることができる。
必要なサンプル個数が揃えば移動平均により出力方位Φ
N を得る(ステップ9)。出力方位ΦN は表示又は上位
システムにデータ転送される(ステップ10)。その
後、数値変更により方位センサ基準軸を真北に補正する
(ステップ11)。これは、方位センサ基準軸を正確に
真北に向けることにより、正確な北、東、南、西の4点
での計測を行うようにしたものであり、これによって方
位精度は向上する。
Next, an example of a signal processing procedure according to the present invention will be described with reference to a flowchart. As shown in FIG. 5, first, align the theta rotation angle of the rotary table in the direction sensor reference axis which is the reference angle (Step 1), to measure the Earth's rotation angular velocity measurements Omega theta (Step 2). Next, the direction of the sensing loop is changed by rotating the turntable by 90 ° (step 3). After the rotation has stopped, the measured value of the earth rotation angular velocity Ω θ is measured (step 4). It is checked whether the measured values of four points have been acquired, and if not, the turn table is further rotated by 90 ° (step 5). This is 1
This is performed because the measurement values of four points # 1 to # 4 are required for the second direction detection. From the second time, acquisition of four measurement values has already been completed. If four measurement values have been obtained,
An FFT is performed on the measured values of the four points, and the azimuth detection calculation described in the above embodiment is performed (step 6). Thereafter, if the DC component F 0 is larger than the predetermined value K 1 , the rotary table is further rotated by 90 ° (step 7). Here, the detected azimuth is discarded by immediately evaluating the DC component F 0, that is, the bias, instead of obtaining and evaluating the angular velocity drift as in the above-described embodiment. Note that an error can be output here. Subsequently, if the double frequency period component F 2 / basic period component F 1 is larger than the predetermined value K 2 , the rotary table is also rotated by 90 ° (step 8). This is a disturbance evaluation. Again, an error can be output. In this way, only a reliable detection direction can be used as a moving average sample.
Output orientation Φ by moving average if required number of samples
N is obtained (step 9). The output direction Φ N is displayed or transferred to the host system (step 10). Then, the direction sensor reference axis is corrected to true north by changing the numerical value (step 11). In this method, accurate measurement at four points of north, east, south, and west is performed by accurately pointing the azimuth sensor reference axis to true north, thereby improving azimuth accuracy.

【0050】本発明の他の実施形態及び応用について説
明する。
Another embodiment and application of the present invention will be described.

【0051】本実施形態では、4つのサンプリング点を
用いて1回の方位を求めたが、4点に限るものではな
い。角速度ドリフトを考慮すると4点が好適である。4
点以上のサンプリング点を用いる場合、高次のスペクト
ル成分が得られ、その振幅と基本周期成分F1 との比較
を誤差判定に用いることができる。ただし、高速フーリ
エ変換を用いる場合には2n (nは自然数)個のサンプ
リング点を必要とする。
In the present embodiment, one azimuth is obtained by using four sampling points, but is not limited to four points. Considering the angular velocity drift, four points are preferable. 4
When using the more sampling points points, higher order spectral components obtained can be a comparison of the amplitude and the fundamental period components F 1 to the error determination. However, when fast Fourier transform is used, 2 n (n is a natural number) sampling points are required.

【0052】方位センサを立ち上げたときの直流成分F
0 と基本周期成分F1 との振幅比でバイアスレベルを評
価し、方位センサの自己診断に用いることができる。
DC component F when the direction sensor is started
Evaluate the bias level at 0 and the amplitude ratio of the fundamental period components F 1, it can be used for self-diagnosis of the azimuth sensor.

【0053】方位センサの自己診断結果及び外乱の評価
情報を、この方位センサを使用している上位システムに
供給する。これにより上位システムでは方位センサの出
力方位を採用するか否かを判断することができる。ま
た、上位システムでは方位センサに外乱が加わらないよ
うな対策を施すときに、その目安として上記の評価情報
を使用する。これにより上位システムでは方位センサの
安定した運用が容易に実現できる。
The self-diagnosis result of the azimuth sensor and the evaluation information of the disturbance are supplied to a host system using the azimuth sensor. Thus, the host system can determine whether to use the output direction of the direction sensor. The upper system uses the above evaluation information as a guide when taking measures to prevent disturbance from being applied to the direction sensor. Thus, stable operation of the direction sensor can be easily realized in the host system.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
The present invention exhibits the following excellent effects.

【0055】(1)フーリエ変換を行うことで、外乱に
よるノイズを検出方位から大幅に分離でき、精度が向上
する。
(1) By performing the Fourier transform, noise due to disturbance can be largely separated from the detected direction, and the accuracy is improved.

【0056】(2)外乱の大きさが評価できるので、検
出方位の信頼度が向上する。
(2) Since the magnitude of the disturbance can be evaluated, the reliability of the detected azimuth is improved.

【0057】(3)角速度ドリフトが評価できるので、
検出方位の信頼度が向上する。
(3) Since the angular velocity drift can be evaluated,
The reliability of the detection direction is improved.

【0058】(4)外乱の大きさの評価、角速度ドリフ
トの評価に基づく自己診断が可能になり、方位センサ自
体の信頼度が向上する。
(4) The self-diagnosis based on the evaluation of the magnitude of the disturbance and the evaluation of the angular velocity drift becomes possible, and the reliability of the azimuth sensor itself is improved.

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

【図1】本発明の一実施形態を示す方位センサの斜視図
である。
FIG. 1 is a perspective view of an orientation sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】離散フーリエ変換の一般例を示す時間軸特性図
及び周波数軸特性図である。
FIG. 2 is a time axis characteristic diagram and a frequency axis characteristic diagram showing a general example of a discrete Fourier transform.

【図3】本発明の方位センサにおける回転角軸特性図及
び周波数軸特性図である。
3A and 3B are a rotation angle axis characteristic diagram and a frequency axis characteristic diagram in the direction sensor of the present invention.

【図4】本発明の方位センサで計測する地球自転角速度
の波形及びサンプリング点を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a waveform of the earth rotation angular velocity measured by the direction sensor of the present invention and sampling points.

【図5】本発明による信号処理手順の一例を示す流れ図
である。
FIG. 5 is a flowchart showing an example of a signal processing procedure according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 回転テーブル 2 センシングループ 3 回路基板 1 Rotary table 2 Sensing loop 3 Circuit board

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重力軸を中心に回転する回転テーブルに
光ファイバからなるセンシングループを立て、回転テー
ブルをその基準角度を示す基準軸から所定角度回転さ
せ、そのとき計測される地球の自転に基づくセンシング
ループの角速度計測値から上記基準軸の方位を検出する
方位センサにおいて、回転テーブルの複数角度における
上記角速度計測値にフーリエ変換を施すことによりスペ
クトル分布を算出し、そのスペクトルの基本周期成分の
持つ位相を基準軸の方位とすることを特徴とする方位セ
ンサ。
1. A sensing loop made of an optical fiber is set up on a rotary table rotating about a gravity axis, and the rotary table is rotated by a predetermined angle from a reference axis indicating its reference angle, based on the rotation of the earth measured at that time. In a direction sensor that detects the direction of the reference axis from the measured angular velocity of the sensing loop, a spectrum distribution is calculated by performing a Fourier transform on the measured angular velocity at a plurality of angles of the turntable, and the spectrum has a fundamental period component. An azimuth sensor wherein the phase is the azimuth of a reference axis.
【請求項2】 上記回転テーブルを継続的に所定角度ず
つ回転させ、その都度、過去1周回の間に計測された角
速度計測値を上記フーリエ変換に供し、求まった方位を
所定回転回数分について移動平均することを特徴とする
請求項1記載の方位センサ。
2. The rotary table is continuously rotated by a predetermined angle, and each time, the angular velocity measurement value measured during the past one revolution is subjected to the Fourier transform, and the obtained azimuth is moved by the predetermined number of rotations. The azimuth sensor according to claim 1, wherein averaging is performed.
【請求項3】 上記スペクトルの基本周期成分に対する
2倍周波数周期成分の比を求め、この比が所定値を超え
たときには計測中に外乱があったものと判定し、そのと
き求めた方位は上記移動平均のサンプルから除外するこ
とを特徴とする請求項2記載の方位センサ。
3. A ratio of a double frequency period component to a fundamental period component of the spectrum is obtained. When the ratio exceeds a predetermined value, it is determined that disturbance has occurred during measurement, and the obtained direction is 3. The azimuth sensor according to claim 2, wherein the azimuth sensor is excluded from a moving average sample.
【請求項4】 上記スペクトルの直流成分の変化から上
記センシングループの角速度ドリフトを求め、この角速
度ドリフトが所定値を超えたときにはそのとき求めた方
位を上記移動平均のサンプルから除外するか又は故障と
判定することを特徴とする請求項2又は3記載の方位セ
ンサ。
4. An angular velocity drift of the sensing loop is obtained from a change in a DC component of the spectrum, and when the angular velocity drift exceeds a predetermined value, the azimuth obtained at that time is excluded from a sample of the moving average or a fault is detected. The azimuth sensor according to claim 2, wherein the determination is made.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007263689A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Railway Technical Res Inst Azimuth measuring method for apparatus in environment where external information can not be acquired
US20100088063A1 (en) * 2008-10-01 2010-04-08 A-Tech Corporation Method and Apparatus for Precision Azimuth Measurement

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