JPS60107517A - ストラツプダウン慣性装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はスト２ツブダウン慣性装置に係り、特に飛翔
体あるいは航走体に使用しその物体の姿勢角、方位角、
角速度、加速度、位置等の出力を得る装置に関するもの
のうち、特に角速度計、加速度計を応用したストシップ
ダウン慣性装置に関するものである。

一般的に飛翔体または航走体等の物体は、それ自身の姿
勢角、方位角、角速度、加速度、位置等の出力を得る手
段を有することは望ましく、このため従来その手段とし
てプラットホーム方式の慣性装置が広く用いられてきた
。

このようなプラットホーム方式の慣性装置ではＪジンバ
ルあるいはグジンバルで構成された安定台にレート積分
ジャイロ及び加速度針を各３個配して前記安定台は常圧
慣性空間あるいは地球座標面に対し水平を維持するよう
になっており、姿勢角、方位角はこの装置と各ジンバル
の相対角として得られ位置については各加速度計の出力
を一重積分して得られた。角速度、加速度は各レート積
分ジャイν、加速度計の出力として得ることができる。

しかしながらこのようなプラットホーム方式はジンバル
機構を有するため寸法、重量が大きくなると共に構造的
に複雑なため信頼性寿命の面で問題があり、また定期点
検修理の費用も高価なものとなる。

最近になり電子技術、特に集積回路の発達により小形、
高速、高精度のマイクロコンピュータが開発されたこと
により、物体のｘｙｚの３軸各方向にそれぞれレー）３
分ジャイロとサーボ加速度計を直接取付けてジンバ／Ｉ
／機構や安定台を除去し、前記プラットホーム方式の安
定台の役目をマイクロコンピュータに代替させる装置が
現われストラップダウン慣性装置と称される０このスト
ラップダウン慣性装置は前記各軸のレート積分ジャイロ
と加速度計が検出した各角速度及び加速度信号をストラ
ップダウンマイクロプロセサに入力し、このストラップ
ダウンマイクロプロセサは初期入力として与えられ、メ
モリーしている基準座標に対して、前記の各角速度及び
加速度信号を座標変換、積分、動的補正等の各種演算を
行い、姿勢角、方位角、角速度、位置等の出力を得るの
である。

第１図はこのようなストラップダウン慣性装置の従来用
いられている構成ブロック図である。

図においてストラップダウン慣性装置はセンサ部／とス
トラップダクンプｐセサ部コの一つに大きく分けること
ができる。

前記センサ部／にお（・て３個のレート積分ジャイロ３
と３個の加速度計グが配されており、各軸の角速度、加
速度をそれぞれ検出し、センサエレクトロニクス５に入
力される。センサエレクトロニクス！は前記レート積分
ジャイロ３、加速度計りとりバランスループを構成し各
センサへの励磁とその出力をデジタル変換しマイクロプ
ロセサ乙に送出される。

マイクロプロセサ６は前記レート積分ジャイロ３、加速
度計ダの出力信号のスケールファクタ、バイアス等の補
正処理を行なって入出力ユニットクを通して外部との出
力信号ｌ／の処理を行う。

次にストラップダウンプロセサ部コは、センサ部ｌから
の出力信号／／を入出力ユニツ）ｇにて入力し、マイク
ロプロセサ９．メモリ１０に選出して座標変換、積分、
動的補正等の各種演算処理を行い、入出カニニットｇを
通して姿勢角、方位角、位置、角速度、加速度等の出力
／コを得る。

また本ストラップダウン慣性装置の初期座標基準は外部
初期設定信号１３より設定される。

その他、ＤＩ’Ｉ’指令／４’、スタート指令／Ｓも外
部より指令できる機能を有している。なお必要に応じて
外部より速度、高度等の外部補正信号／６も入力可能と
なっている。

以上のとうりストラップダウン慣性装置は３個のレート
積分ジャイロ３と３個の加速度計ｑを飛翔体（及び航走
体等の物体の３軸方向にそれぞれの入力軸を固定して角
速度及び加速度を検出する方式のためジンバル機構、安
定台が不要となりプラットホーム慣性装置に較べて構造
の簡略化、小形軽量化が図れた。

しかしながら、従来ストラップダウン慣性装置のジャイ
ロとしてレート積分ジャイロが広く用いられてきた。こ
のレート積分ジャイロはそのＷ、埋並びに構造上から機
械的高速回転体、精密機械加工部品、ベアリング等を有
しているため耐振、耐衝撃、寿命の面で限界があり、特
にミサイル魚雷等の高振動、高衝撃を伴うものに対して
は使用上の問題を有していた。

従ってこの発明の主なる目的は上記の欠点を取除いたス
トラップダウン慣性装置を提供することである。ス、こ
の発明の目的は従来品よりさらに低消費、軽量、長寿命
且つ安価なストラップダウン慣性装置を提供することで
ある。

以下この発明について詳述する。

この発明では前記の発明の目的達成のため角速度センサ
として従来のレート積分ジャイロの有していた欠点を持
たないガスレートセンサをストラップダウン慣性装置に
使用するものである。一般にガスレートセンサと呼称さ
れている角速度センサは密閉したケーシング内で感温素
子に向けて、ノズルからガス流を噴出させたとき、外部
よりガスレートセンサに印加された角速度により、その
ガス流が偏向したことにより生ずる感温素子の出力値の
変化により角速度の大きさを検出するものである。第２
図はガスレートセンナの内容を説明するための側断面図
である。

図においてケーシング／７は円筒状でその開口両端は、
ポンプホルダｌ′ｇ、中継端子板コＪで閉塞され内部が
密封されている０ケーシング１７内はポンプホルダ７ｇ
により電歪振動ポンプ／デが保持されている。さらに電
極ホルダコ０はケーシング１７内に固定され、ノズル孔
、２コを内側に形成すると共に、その先端は電極（，２
Ｑａ、−〇ｂ、コＯｃ、コＯｄ）が突出していて／平面
上に対向して適宜間隔で取付けられており、電極（ＪＯ
ａ、　ＪＯｂ、　、２（１）Ｃ，コＯｄ）の対向対に対
し夫々の先端にｌ対の感温素子（コ／ａ、コ／ｂ）が溶
接されている。電歪振動ポンプ／デが作動するとケーシ
ング／７内に封入したガスが第一図矢印の如く層流とな
って／対の感温素子（２／ａ、コｚｂ）に向って流れ感
温素子（コ／ａ。

コｚｂ）を冷却する。この時第コロのケーシング１７の
外側に示した矢印の方向にガスレートセンサ（つまりケ
ーシング１１）に角速度が印加されるとガス流が偏向し
これにより感温素子、２／ａと一７ｂの受けるガスの放
熱量に微少な差を生ずる。

第３図はガスレートセンサの一例としての回路構成図で
第２図該当部分は同一符号で示すと／りは電歪振動ポン
プ−／ａ、Ｊｏｂは感熱素子である。又、コロはポンプ
駆動のための発振器、コクは定電流回路、コアａ、コア
ｂは定電流回路コアとブリッジ回路を結ぶリード線、：
２ｇａ。

コ８ｂは感温素子コ／ａ、　Ｊｏｂ　とブリッジ回路２
ｇのｔ辺を夫々構成するための基準抵抗、−ヂは増幅器
である。

次に第３図の動作について説明すると発振器コロにより
電歪振動ポンプ１９を励磁すると、先に第２図で説明し
たとおり動作し、ケーシング１７内の封入ガスが矢印の
如く層流となって流れ感温素子コ／ａ、コ／ｂ　を冷却
する。一方感温素子Ｊ／ａ、Ｊ／ｂ　は基準抵抗Ｊｆｆ
ａ、　Ｊｇｂ　とブリッジ回路コｇを構成し定電流回路
２７により励磁されている。そしてガスレートセンサに
第２図で前記したように角速度が印加されるとガス流が
偏向し、これにより感温素子コ／ａとＪｏｂとが受ける
放熱量に微少差を生ずる。つまりそれは感温素子Ｊ／ａ
、　Ｊｏｂ　の抵抗値変化となってあられれる。これは
ブリッジ回路Ｊｇ釦より電気信号に変換され、増幅器コ
９にて必要なスケール７アクタまで増幅されて適宜出力
が得られる。

以上説明してきたように、本発明によるガスレートセン
サは、従来のレート積分ジャイロに比して構造上で機械
的高速回転体や摩耗する機械部品を有しないため、特に
耐振、耐衝撃性に強くまた寿命も飛躍的に長いためミサ
イル、魚雷等の高振動、高衝撃性を必要とするものに対
して非常に適したセンサであるといえる。

しかしながら、前述したように一対の感温素子が受ける
ガスの放熱量の微少差によってガスレートセンサに加わ
る角速度を検出するものであるから必然的に温度に対し
て敏感であり外気温度の変化によりその特性に大きく影
響する。

その対策として従来はヒータによりガスレートセンサの
温度を成る温度に一定に保持し出力の安定化を図ってい
たが、ヒータを使用した場合ウオームアツプタイプに時
間を要するためミサイル、魚雷等においてはその面での
仕様上の問題があった。

本発明では、ガスレートセンサ内に配され基準抵抗２ｉ
ａ、２１ｂ　とブリッジ回路−ｇを形成せしめる前記感
温素子コ／ａ、　：ｌｌｂ　の両端つまりリード線、２
７ａ、　、２りｂ　よりの電圧を温度制御信号としてブ
リッジ回路コＳより出力信号として外部に取出し、第７
図に示したセンサ部／に補正回路／６を挿入し、マイク
ロプロセサタによりスケールファクタ、オフセットを直
接補正するようにしたものである。−個の感温素子コ／
ａ、−／ｂ　の入力側はリード線コアａ、コアｂをへて
定電流回路２７より接続され、常に一定の電流が流れる
ように制御されているので、外気温度変化により感温素
子の両端電圧はその変化に比例した出力を第４図に示し
た特性例の如く得られる。第４図はガスレートセンサの
温度変化に対する感温素子２／ａ、２１ｂ　の両端電圧
Ｖの関係を示す線図である。又、第Ｓ図はガスレートセ
ンサの温度変化に対するスケールファクタ、オフセット
の代表的な特性を示した線図であり、本発明ではストラ
ップダウン慣性装置に使用するガスレートセンサ個々に
ついて、第Ｓ図に示したようなスケールファクタ、オフ
セットデータを取得し、その実測結果より外気温度に対
する補正係数を決めて前記感温素子両端電圧を温度制御
信号としてスケールファクタ、オフセット信号を補正し
ようとするものである。

本発明はガスレートセンサの性能上量も温度の変化を敏
感に感じる感温素子の両端電圧を温度制御信号とし、且
つ外部ヒータを使用せず、直接そのスケールファクタ、
オフセットを補正するためウオームアツプタイムを必要
とせず正確で高い応答性をもった補正が可能となりその
結果、外気温度変化に対して高精度で安定した角速度を
検出できるようになった。又このようなガスレートセン
サは従来周知のレート積分ジャイロに比して電量は約−
１電力消費約−１直、２　１０ 流電源を印加して出力は直流信号で得られるので、従来
のように駆動用発振器、デモシュレータ、リパ２ンス回
路等が不要となり、システム的に簡単にできる。またガ
スレートセンサも構造が簡単で部品点数も極端に少ない
ため、コスト低減が可能である。

以上述べてきたように本発明ではガスレートセンサをス
トラップダウン慣性装置に使用することにより目的を達
成することができた。

第６図は本発明による実施例の回路ブロック図で、ｘＹ
ｚの３個のガスレートセンサ３′と直流励磁で直流出力
のサーボ加速度計弘′により３軸の角速度と加速度を検
出し、に変換器３３でデジタル信号に変換し入カニニッ
トＳに出力する。まだガスレートセンサ３′は各温度制
御信号を補正回路ユニットＪ弘に送出する。補正回路ユ
ニットは各ガスレートセンサの温度に対するスケールフ
ァクタ、オフセットの補正データがメモリされており、
マイクロプロセサ乙によす、各ガスレートセンサのスケ
ール７アクタ、オフセットが補正処理されて入出カニニ
ット７を経て正確な角速度、加速度、信号が送出される
ものである。その他ストラップダウンプロセサは第１図
と全く同じて省略しである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来周知のストラップダウン慣性装置の構成ブ
ロック図、第２図は本発明によるガスレートセンサの一
実施例側断面図、第３図はガスレートセンサの回路構成
図、第≠図はガスレートセンサの温度変化に対する感温
素子両端電圧の関係を示す特性線図、第Ｓ図はガスレー
トセンサの温度変化に対するスケール７アクタ、オフセ
ットの代表例特線図、第６図は本発明によるガスレート
センサを使用したストラップダウン慣性装置の実施例構
成ブロック図である。 図においてｌはセンサ部、コはストラップダウンプロセ
サ部、３はガスレートセンサ、ｑ′はサーボ加速度計、
Ｓはセンサエレクトロニクス、６はマイクロプロセサと
メモリ、りはセンサ部の入出カニニット、ｇはストラッ
プダウンプロセサ部の入出カニニット、９はマイクロプ
ロセサ、／７はケーシング、／Ｓはポンプホルダ、１９
はポンプ１．２（ｌｅａ、コθｂ、　、２０ｃ、コＯｄ
　は電極、コ／＆、コ／ｂは感熱素子、ココはノズル、
コ３は中継端子板、コグはセンサホルダ１．２６は発振
器、コアは定電流回路、３３は’／Ｄ変換器、ｊ４’は
補正回路。 第１図 第２図 第３図 ８ 第４図 手続補正書 昭和５８年２３４　日 特許庁長官殿 １、　事件の表示 昭和Ｓｔ年特許願第コｔｙｉ、ｙｑ　号２、　発明の名
称 ストラップダウン慣性装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ４補正の内容 １、本願特許請求の範囲を別紙の通り補正する。 −本願明細書第５頁１９行「ＤＩＴ指令」を１ＢＩＴ指
令」と補正する。 ２、特許請求の範囲 （１）　航空機、ミサイル等の飛翔体あるいは魚雷等の
航走体に搭載され、ＸＹＺのＪ軸方向に取り付けられた
３個の角速度計と３個の加速度計により前記飛翔体また
は航走体のＪ軸方向の角速度および加速度を検出し、マ
イクロプロセサを含むストラップダウンプロセサにより
、積分、座標変換及び各柚補正演算を行々い、姿勢角、
方位角、加速度、位置等の出力を得るストランプダウン
慣性装置において前記の角速度計のためにガスレートセ
ンサを使用し、該ガスレートセ／すとしては密閉したケ
ーシング内に設けた感湿素子に向けてノズルから噴出せ
るガス流を印加され、該ガスレートセンサが与えられる
角速度に応じて偏向をもたらして生ずる前記感温素子の
出力値の変化により角速度の大きさを検出しつるように
したことを特徴とするストランプダウン慣性装置。 ＋２１　感温素子は二個ブリッジ回路を構成するコ辺に
備え、その出力を温度補正信号として出力側よりとりだ
すよってしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のストランプダウン慣性装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　航空機、ミサイル等の、飛翔体あるいは魚雷等
   の航走体に塔載され、ＸＹＺの３軸方向に取り付けられ
   た３個の角速度計と３個の加速度計により前記飛翔体ま
   たは航走体の３軸方向の角速度および加速度を検出し、
   マイクロプロセサを含むストラップダウンプロセサによ
   り、積分、座標°変換及び各種補正演算を行ない、姿勢
   角、方位角、加速度１位置等の出力を得るストラップダ
   ウン慣性装置において前記の角速度計のためにガスレー
   トセンサを使用し、該ガスレートセッサとしては密閉し
   たケーシング内に設けた感温素子に向けてノズルから噴
   出せるガス流を印加され、該ガスレートセンサが与えら
   れる角速度に応じて偏向をもたらして生ずる前記感温素
   子の出力値の変化により角速度の大きさを検出し５るよ
   うにしたことを特徴とするストラップダウン慣性装置。
2. （２）　感温素子は２個ブリッジ回路を構成する一辺に
   備え、その出力を温度補正信号として出力側よりとりだ
   すようＫしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のストラップダウン慣性装置。