JPH1082656A - 宇宙航行体の姿勢推定装置 - Google Patents
宇宙航行体の姿勢推定装置Info
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- JPH1082656A JPH1082656A JP8236447A JP23644796A JPH1082656A JP H1082656 A JPH1082656 A JP H1082656A JP 8236447 A JP8236447 A JP 8236447A JP 23644796 A JP23644796 A JP 23644796A JP H1082656 A JPH1082656 A JP H1082656A
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Abstract
で、高精度な姿勢の推定を実現し得るようにすることに
ある。 【解決手段】太陽センサ31の視野範囲X内で、太陽セ
ンサ31のセンサ出力とGPS受信機29で取得したG
PS情報とに基づいて姿勢角情報を算出して、この位置
情報と姿勢角情報とに基づいて角速度補正、ドリフト補
正及び姿勢角補正を実行して姿勢角を推定すると共に、
太陽センサ31のセンサ出力とGPS情報とに基づいて
算出した姿勢角情報により地球センサ35のセンサ出力
の誤差補正量を求め、太陽センサ31の視野範囲外Yに
至ると、上記姿勢角情報に基づいた誤差補正量で地球セ
ンサ35のセンサ出力を補正して、その補正後のセンサ
出力と姿勢角情報とに基づいて角速度補正、ドリフト補
正及び姿勢角補正を実行して姿勢角を推定するように構
成したものである。
Description
軌道上において地球を指向する人工衛星等の宇宙航行体
の姿勢を推定するのに用いられる宇宙航行体の姿勢推定
装置に関する。
図4及び図5に示す方式のものが知らしれている。但
し、図4及び図5においては、例えば三軸(ロール軸、
ピッチ軸、ヨー軸)回りのうちピッチ軸回りの姿勢推定
系を示す。
センサとして、ジャイロを備えた慣性基準装置1と地球
センサ2を設ける。そして、慣性基準装置1は、ピッチ
軸回りの角速度(レート)を計測する。
される軌道要素が入力されると、この軌道要素に基づい
て軌道伝搬計算を実行して補正レート算出部4に出力す
る。補正レート算出部4は、入力した軌道伝搬情報に基
づいて補正レートを算出して、第1の加算器5の一方の
入力端に出力する。第1の加算器5には、その他方の入
力端に慣性基準装置1で計測したレートが入力され、こ
のレート情報を補正レートに基づいて補正して第2の加
算器6を介して積分器7に出力する。積分器7は、第2
の加算器6を介して入力したレート情報を積分して地球
中心に対する姿勢角を算出する。
一方の入力端が接続され、この第3の加算器8の出力端
には、比較部9の一方の入力端が接続される。この比較
部9の他方の入力端には、上記地球センサ2の出力端が
接続される。比較部9は、地球センサ2のセンサ出力と
第3の加算器8から出力される姿勢角情報を比較してド
リフト補正量及び姿勢補正量を求めて、フィルタ10を
介してドリフト補正量を上記第2の加算器6に出力し、
姿勢補正量を第3の加算器8に出力する。第2の加算器
6は、ドリフト補正量に基づいて慣性基準装置1のジャ
イロのドリフトを補正する。第3の加算器8は、姿勢補
正量に基づいて積分器7で求めた姿勢角を補正する。
(レート)の補正レートを決定するのに、地上から送信
される軌道要素に基づいて算出して実行しているため
に、高精度な推定を実現するのに、複雑な計算処理を必
要とする地上からの軌道決定指令を頻繁に行なわなけれ
ばならないという問題を有する。
が地球センサ2自体の性能に大きく左右されるものであ
るが、地球センサ2の測定誤差が比較的大きいために、
高精度な姿勢角推定を実現のに非常に複雑なセンサ補正
処理を必要とするという問題を有する。
は、センサとして、ジャイロを備えた慣性基準装置1と
恒星センサ11を設ける。そして、慣性基準装置1は、
ピッチ軸回りの角速度(レート)を計測する。
信される軌道要素が入力されると、この軌道要素に基づ
いて軌道伝搬計算を実行して補正レート算出部4に出力
する。補正レート算出部4は、入力した軌道伝搬情報に
基づいて補正レートを算出して、第1の加算器5の一方
の入力端に出力する。第1の加算器5には、その他方の
入力端に慣性基準装置1で計測したレートが入力され、
このレート情報を補正レートに基づいて補正して第2の
加算器6を介して積分器7に出力する。積分器7は、第
2の加算器6を介して入力したレート情報を積分して地
球中心に対する姿勢角を算出する。
入力端が接続され、この比較部9の他方の入力端には、
座標変換部12の出力端が接続される。座標変換部12
には、その一方の入力端に上記軌道伝搬部3aの出力端
が接続され、その他方の入力端に恒星同定部13の出力
端がスイッチ14を介して接続される。恒星同定部13
には、恒星センサ11が接続され、恒星センサ11で計
測した恒星の方位情報が入力されると、恒星を同定して
座標変換部12に出力する。座標変換部12は、軌道伝
搬情報と恒星同定部13からの恒星位置情報に基づいて
姿勢角情報に生成してスイッチ14を介して比較部9に
出力する。
情報と積分器7からの姿勢角情報を比較してドリフト補
正量及び姿勢補正量を求めて、フィルタ10を介してド
リフト補正量を上記第2の加算器6に出力し、姿勢補正
量を第3の加算器8に出力する。第2の加算器6は、ド
リフト補正量に基づいて慣性基準装置1のジャイロのド
リフトを補正する。第3の加算器8は、姿勢補正量に基
づいて積分器7で求めた姿勢角を補正する。
ンサ11で恒星の方位を計測して、その恒星を同定しな
ければならないために、恒星を同定するための計算処理
が複雑となるという問題を有する。
に地上から送信される軌道要素に基づいて軌道伝搬計算
が必要となるために、この点からも計算処理が複雑とな
るという問題を有する。
来の姿勢推定装置では、地上からの軌道要素に基づいて
位置情報を算出しているために、非常に複雑な計算処理
が必要となるという問題を有する。
ので、簡易な計算処理を実現したうえで、高精度な姿勢
の推定を実現し得るようにした宇宙航行体の姿勢推定装
置を提供することを目的とする。
を検出する地球センサと、角速度情報を取得する慣性基
準装置と、太陽の方位を検出する太陽センサと、GPS
信号を受信してGPS情報を取得するGPS信号受信手
段と、前記慣性基準装置で検出した角速度情報に基づい
て姿勢角を算出する姿勢角算出手段と、前記慣性基準装
置で検出した角速度情報を前記GPS信号受信手段で取
得したGPS情報に基づいて補正する角速度補正手段
と、前記太陽センサのセンサ出力と前記GPS信号受信
手段で取得したGPS情報とに基づいて地球に対する姿
勢角を算出する座標変換手段と、前記地球センサのセン
サ出力と前記姿勢角算出手段で算出した姿勢角とを比較
して前記地球センサの誤差補正量を求めて該誤差を補正
する補正手段と、前記座標変換手段で算出した姿勢角と
前記姿勢角算出手段で算出した地球に対する姿勢角とを
比較して姿勢補正量を求めて補正する姿勢角補正手段
と、前記太陽センサの視野範囲内において前記座標変換
手段で算出した姿勢角と前記姿勢角算出手段で算出した
姿勢角とに基づいて前記慣性基準装置のドリフト補正量
を求めてドリフト補正を実行し、前記太陽センサの視野
範囲外において前記補正手段で補正した前記地球センサ
のセンサ出力と前記姿勢角算出手段で算出した姿勢角と
に基づいて前記慣性基準装置のドリフト補正量を求めて
ドリフト補正を実行するドリフト補正手段とを備えて宇
宙航行体の姿勢推定装置を構成したものである。
内においては、該太陽センサのセンサ出力とGPS受信
手段で取得したGPS情報とに基づいて地球に対する姿
勢角を算出して、この姿勢角情報と姿勢角算出手段で算
出した姿勢角情報とに基づいて角速度補正、ドリフト補
正及び姿勢角補正を実行して姿勢角を推定すると共に、
太陽センサのセンサ出力とGPS受信手段で取得したG
PS情報とに基づいて算出した姿勢角情報により地球セ
ンサのセンサ出力のセンサ誤差補正量を求める。そし
て、太陽センサの視野範囲外においては、上記センサ誤
差補正量で地球センサのセンサ出力を補正して、その補
正後のセンサ出力と姿勢角情報とに基づいて角速度補
正、ドリフト補正及び姿勢角補正を実行して姿勢角を推
定する。従って、地球センサの精度の向上が図れ、しか
も、従来のような地上からの軌道要素の送信を行うこと
がなくなることで、計算処理の簡略化が図れると共に、
高精度な姿勢角の推定が可能となる。
いて、図面を参照して詳細に説明する。図1は、この発
明の一実施の形態に係る宇宙航行体の姿勢推定装置を示
すもので、三軸(ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸)のうち
ピッチ軸回りの姿勢推定系を示す。
に対応して宇宙航行体21(図2三章)に搭載され、そ
の出力端には第1の加算器22の一方の入力端に接続さ
れる。第1の加算器22は、その他方の入力端に補正レ
ート算出部23の出力端が接続され、その出力端が第2
の加算器24の一方の入力端に接続される。第2の加算
器24は、その他方の入力端に第1の比較部25がフィ
ルタ26を介して接続され、その出力端が積分器27に
接続される。積分器27は、入力した角速度(レート)
を積分して地球中心に対する姿勢角を算出して、第3の
加算器28の一方の入力端に出力する。
PS受信機29の出力端が接続される。補正レート算出
部23は、GPS受信機29からのGPS情報(時刻、
位置、速度)を受信すると、宇宙航行体21の位置p
(x,y,z)、宇宙航行体21の速度v(vx,v
y,vz)に基づいて補正レートΔωを算出して、第1
の加算器22に出力する。即ち、補正レート算出部23
は、GPS受信機29の位置情報をp、速度情報をv、
微小量の補正項をfとして、補正レートΔωを Δω={(vx2 +vy2 +vz2 ) /(x2 +y2 +z
2 )}+f( p,v) の式に基づいて演算処理して、GPS受信機29の出力
を地球固定座標系から慣性基準装置20の出力に対応す
る慣性座標系に変換して、第1の加算器22に出力す
る。
3からの補正レートΔωを慣性基準装置20の出力に加
算して、該慣性基準装置20の出力を地球を指向した座
標系に変換して第2の加算器24に出力する。
は、座標変換部30の一方の入力端が接続され、この座
標変換部30の他方の入力端には、太陽センサ31の出
力端が接続される。太陽センサ31は、図2に示すよう
に、宇宙航行体21のピッチ軸に対応して配置され、太
陽の方位を計測して座標変換部30に出力する。座標変
換部30は、GPS情報と太陽方位情報に基づいて姿勢
角情報を算出して姿勢角情報をスイッチ32の固定接点
Aに出力する。
サ出力を慣性座標系から地球中心を基準とする姿勢角に
変換する。即、太陽の方位は、太陽センサ31のセンサ
出力に基づいてモデル式に算出し、地球中心に対する宇
宙航行体21の方位は、GPS受信機29からのGPS
情報に基づいて求められる。
比較部33の一方の入力端が接続される。第2の比較部
33は、その他方の入力端に第4の加算器34の出力端
が接続され、この第4の加算器34の一方の入力端に
は、地球センサ35の出力端が接続される。
加算器34の他方の入力端が接続され、座標変換部30
からの位置情報及び地球センサ35のセンサ出力に基づ
いて該地球センサ35のセンサ誤差補正量を算出して、
この誤差補正量をより小さいゲインを掛けることによっ
て実現されるローパスフィルタ36を介して第4の加算
器34の他方の入力端に出力する。
イッチ32の固定接点Bが接続され、このスイッチ32
の固定接点Cには、上記第1の比較部25の一方の入力
端が接続される。スイッチ32は、可動接点Cが、例え
ば太陽センサ31の視野範囲Xで固定接点Aに接続さ
れ、太陽センサ31の視野範囲外Yで固定接点Bに接続
される。
第3の加算器28の出力端が接続され、地球の方位情報
あるいは座標変換部30からの姿勢角情報のいずれか
と、姿勢角情報とを比較して慣性基準装置20のドリフ
ト補正量及び姿勢補正量を算出してフィルタ26に出力
する。フィルタ26は、入力したドリフト補正量のノイ
ズを除去して上記第2の加算器24に出力する。第2の
加算器24は、補正レートを加算した角速度にドリフト
補正量を加算して慣性基準装置20のジャイロのドリフ
トを補正する。
補正量のノイズを除去して第3の加算器28に出力す
る。第3の加算器28は、姿勢角に姿勢補正量を加算し
て地球に対する宇宙航行体21の姿勢角を算出する。
ピッチ軸回りの角速度(レート)を計測して、第1及び
第2の加算器22,24を介して積分器27に出力す
る。積分器27は、角速度を積分して地球の中心に対す
る宇宙航行体21の姿勢角を算出し、第3の加算器28
に出力する。
S受信機からのGPS情報が入力される。すると、補正
レート算出部は、GPS情報29の位置・速度情報に基
づいて上述したように補正レートを算出して、第1の加
算器22に出力する。第1の加算器22は、入力した補
正レートを慣性基準装置20の出力に加算して角速度を
生成し、第2の加算器24に出力する。
ートを座標変換部30に出力する。座標変換部30に
は、太陽センサ31の視野範囲X内において、該太陽セ
ンサ31のセンサ出力及びGPS受信機29のGPS情
報が入力され、上述したようにこれらセンサ出力及びG
PS情報に基づいて地球中心に対する姿勢角を求めてス
イッチ32の固定接点A及び第2の比較部33に出力す
る。
1の視野範囲X内において、図示しない制御部を介して
可動接点Cが固定接点A側に切換え設定され、入力した
姿勢角情報を第1の比較部25に出力する。第1の比較
部25には、第3の加算器28の出力端を介して地球中
心に対する宇宙航行体21の姿勢角情報が入力され、こ
れらを比較してドリフト補正量及び姿勢補正量を求めて
フィルタ26に出力する。
のノイズを除去して上記第2の加算器24に出力する。
第2の加算器24は、第1の加算器22を介して入力さ
れる角速度にドリフト補正量を加算して慣性基準装置2
0のジャイロのドリフトを補正する。
補正量のノイズを除去して第3の加算器28に出力す
る。第3の加算器28は、姿勢角に姿勢補正量を加算し
て地球中心に対する宇宙航行体21の姿勢角を算出す
る。
心に対する姿勢角は、第2の比較部33に入力される。
第2の比較部33は、地球センサ35のセンサ出力が入
力され、このセンサ出力と地球中心に対する姿勢角を比
較してセンサ誤差補正量を算出し、スイッチ32の固定
接点Bに出力する。
2参照)に到達すると、例えばGPS受信機29の位置
情報に基づいて上記制御部(図示せず)が視野範囲外Y
であることを検出し、スイッチ32の可動接点Cを固定
接点B側に切換え設定する。
31の視野範囲Xにおいて該太陽センサ31のセンサ出
力に基づいて求めた誤差補正量を第4の加算器34に出
力する。すると、第4の加算器34には、この誤差補正
量を地球センサ35のセンサ出力に加算して補正し、ス
イッチ32の固定接点Bに出力する。
センサ出力を第1の比較部25に出力する。第1の比較
部25は、入力したセンサ出力と第3の加算器28の出
力と比較してドリフト補正量及び姿勢補正量を求め、フ
ィルタ26に出力する。
のノイズを除去して上記第2の加算器22に出力する。
第2の加算器22は、補正レートを加算した角速度にド
リフト補正量を加算して慣性基準装置20のジャイロの
ドリフトを補正する。
補正量のノイズを除去して第3の加算器28に出力す
る。第3の加算器28は、姿勢角に姿勢補正量を加算し
て地球中心に対する宇宙航行体21の姿勢角を算出す
る。
置は、太陽センサ31の視野範囲X内で、太陽センサ3
1のセンサ出力とGPS受信機29で取得したGPS情
報とに基づいて姿勢角情報を算出して、この位置情報と
姿勢角情報とに基づいて角速度補正、ドリフト補正及び
姿勢角補正を実行して姿勢角を推定すると共に、太陽セ
ンサ31のセンサ出力とGPS情報とに基づいて算出し
た姿勢角情報により地球センサ35のセンサ出力の誤差
補正量を求め、太陽センサ31の視野範囲外Yに至る
と、上記姿勢角情報に基づいた誤差補正量で地球センサ
35のセンサ出力を補正して、その補正後のセンサ出力
と姿勢角情報とに基づいて角速度補正、ドリフト補正及
び姿勢角補正を実行して姿勢角を推定するように構成し
た。
上が図れ、しかも、地上からの軌道要素の送信を行うこ
とがなくなり、計算処理の簡略化が図れると共に、高精
度な姿勢角情報の推定が実現される。
機29から出力されるGPS信号の出力誤差が大きくな
ったような場合、すなわち、太陽センサ31から求めた
姿勢角の誤差が大きくなった太陽センサ31の使用を中
止するような場合においても、地球センサ35の誤差が
補正されていることにより、高精度な地球指向が実現さ
れるため、信頼性の高い高精度な姿勢角推定が実現され
る。
ピッチ軸に対応して構成した場合で説明したが、これに
限ることなく、ロール軸及びヨー軸を含む三軸に対応し
てそれぞれ姿勢推定系を構成してもよいし、あるいは三
軸のうち一軸に対応してのみ姿勢推定系を構成するよう
にしてもよい。
対して太陽センサを一個配設するように構成した場合で
説明したが、これに限ることなく、例えば図3に示すよ
うに太陽センサ40a,40bを宇宙航行体21に2個
配設したり、あるいはそれ以上複数個の太陽センサを配
設するように構成してもよい。これによると、太陽セン
サの視野範囲の拡大が図れることにより、さらに地球セ
ンサのセンサ誤差補正量の性能の高精度化が図れる。よ
って、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、そ
の他、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を
実施し得ることは勿論のことである。
ば、簡易な計算処理を実現したうえで、高精度な姿勢の
推定を実現し得るようにした宇宙航行体の姿勢推定装置
を提供することができる。
勢推定装置を示した図。
示した図。
Claims (2)
- 【請求項1】 地球の方位を検出する地球センサと、 角速度情報を取得する慣性基準装置と、 太陽の方位を検出する太陽センサと、 GPS信号を受信してGPS情報を取得するGPS信号
受信手段と、 前記慣性基準装置で検出した角速度情報に基づいて姿勢
角を算出する姿勢角算出手段と、 前記慣性基準装置で検出した角速度情報を前記GPS信
号受信手段で取得したGPS情報に基づいて補正する角
速度補正手段と、 前記太陽センサのセンサ出力と前記GPS信号受信手段
で取得したGPS情報とに基づいて地球に対する姿勢角
を算出する座標変換手段と、 前記地球センサのセンサ出力と前記姿勢角算出手段で算
出した姿勢角とを比較して前記地球センサの誤差補正量
を求めて該誤差を補正する補正手段と、 前記座標変換手段で算出した姿勢角と前記姿勢角算出手
段で算出した地球に対する姿勢角とを比較して姿勢補正
量を求めて補正する姿勢角補正手段と、 前記太陽センサの視野範囲内において前記座標変換手段
で算出した姿勢角と前記姿勢角算出手段で算出した姿勢
角とに基づいて前記慣性基準装置のドリフト補正量を求
めてドリフト補正を実行し、前記太陽センサの視野範囲
外において前記補正手段で補正した前記地球センサのセ
ンサ出力と前記姿勢角算出手段で算出した姿勢角とに基
づいて前記慣性基準装置のドリフト補正量を求めてドリ
フト補正を実行するドリフト補正手段とを具備した宇宙
航行体の姿勢推定装置。 - 【請求項2】 前記太陽センサは、複数個を配設して、
選択的に太陽の方位を計測してなることを特徴とする請
求項1記載の宇宙航行体の姿勢推定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23644796A JP3746851B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 宇宙航行体の姿勢推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23644796A JP3746851B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 宇宙航行体の姿勢推定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1082656A true JPH1082656A (ja) | 1998-03-31 |
JP3746851B2 JP3746851B2 (ja) | 2006-02-15 |
Family
ID=17000891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23644796A Expired - Lifetime JP3746851B2 (ja) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | 宇宙航行体の姿勢推定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3746851B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2777365A1 (fr) * | 1998-04-17 | 1999-10-15 | Daimler Chrysler Ag | Procede d'identification d'un capteur effectuant des mesures erronees dans un engin spatial |
KR100761011B1 (ko) | 2006-05-30 | 2007-09-21 | 학교법인 인하학원 | 카메라형 태양센서를 이용한 관성항법시스템의자세보정장치 및 방법 |
JP2007538231A (ja) * | 2004-05-13 | 2007-12-27 | ノースロップ・グラマン・コーポレーション | インターフェロメトリック・センシングシステム |
-
1996
- 1996-09-06 JP JP23644796A patent/JP3746851B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
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JP4818260B2 (ja) * | 2004-05-13 | 2011-11-16 | ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション | インターフェロメトリック・センシングシステム |
KR100761011B1 (ko) | 2006-05-30 | 2007-09-21 | 학교법인 인하학원 | 카메라형 태양센서를 이용한 관성항법시스템의자세보정장치 및 방법 |
US7805244B2 (en) | 2006-05-30 | 2010-09-28 | Inha University | Attitude correction apparatus and method for inertial navigation system using camera-type solar sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3746851B2 (ja) | 2006-02-15 |
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