JPS60238713A - ストラツプダウン慣性航法および慣性装置 - Google Patents
ストラツプダウン慣性航法および慣性装置Info
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- JPS60238713A JPS60238713A JP59094528A JP9452884A JPS60238713A JP S60238713 A JPS60238713 A JP S60238713A JP 59094528 A JP59094528 A JP 59094528A JP 9452884 A JP9452884 A JP 9452884A JP S60238713 A JPS60238713 A JP S60238713A
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- acceleration
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- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
１咽ｐ技術分り
この発明は、ストラップダウン慣性航法並びに慣性装置
に係り、特に角速度センサおよび加速度センサの情報を
サンプリングして計算機に入力する時刻を夫々異ならし
めるものである。
に係り、特に角速度センサおよび加速度センサの情報を
サンプリングして計算機に入力する時刻を夫々異ならし
めるものである。
従来技術
ストラップダウン慣性航法或は慣性装置は、主゛として
角速度センサ、加速−センサおよび計算機の三要素から
構成され、次のように動作する。
角速度センサ、加速−センサおよび計算機の三要素から
構成され、次のように動作する。
即ち、角速度センサ詔よび加速度センサの入力軸の方向
は、機体に固定される。ここで、機体に固定された直交
座標系（ＸＢＩＹＢ、ＺＢ）とすると、角速度センサは
ＹＢ軸、ＹＢ軸、ＺＢ軸まわりの角速度ω１．ω２．ω
５を計測し、加速度センサはＹＢ軸、ＹＢ軸、ｚＢ軸方
向の加速度αＢｌ 、αＢ２．αＢ３を計測する。
は、機体に固定される。ここで、機体に固定された直交
座標系（ＸＢＩＹＢ、ＺＢ）とすると、角速度センサは
ＹＢ軸、ＹＢ軸、ＺＢ軸まわりの角速度ω１．ω２．ω
５を計測し、加速度センサはＹＢ軸、ＹＢ軸、ｚＢ軸方
向の加速度αＢｌ 、αＢ２．αＢ３を計測する。
計算機では、これらの角速度および加速度情報から機体
の慣性空間、又は、地球に対する速度および位置をめる
。
の慣性空間、又は、地球に対する速度および位置をめる
。
そのために、まず、機体座標系の加速度ベク余弦行列信
号を計算する。
号を計算する。
方向余弦行列信号をめる方法は種々の方法があるが、−
例として、四元数を用いる方法を以下に示す。
例として、四元数を用いる方法を以下に示す。
機体の姿勢角をあられす四元数ｆｈ Ｔｔ２ ｒｔｓ
ＩＪＦ’Ｊは、上記の角速度ω１．ω２．ω３を用いて
、次の微分方程式を計算機で積分することにより、時間
の関数としてめられる。
ＩＪＦ’Ｊは、上記の角速度ω１．ω２．ω３を用いて
、次の微分方程式を計算機で積分することにより、時間
の関数としてめられる。
次に、この四元数から、次の関係式により、方向余弦行
列信号ＣＢ工が時間の関数として得られる。
列信号ＣＢ工が時間の関数として得られる。
・・・・（２）
この方向余弦行列信号を用いて、次式により慣性座標系
の加速度ベクトルが得られる。
の加速度ベクトルが得られる。
慣性座標系における速度ベクトルは、次の微分方程式を
積分することによって得られる。
積分することによって得られる。
（４）式の右辺第２項は、加速度センサが地球重力の影
響をうけるため、それを補正するための項で、位置ベク
トルの関数である。
響をうけるため、それを補正するための項で、位置ベク
トルの関数である。
さらに、慣性座標系における位置ベクトルは、次の微分
方程式を積分することによって得られる。
方程式を積分することによって得られる。
ここでは、慣性座標系を用いた場合を述べたが、地球座
標系を用いる場合は、上記の式に若干の補正項をつけく
わえることによって位置ベクトルがめられる。
標系を用いる場合は、上記の式に若干の補正項をつけく
わえることによって位置ベクトルがめられる。
以上がストラップダウン慣性航法或は慣性装置の動作原
理であるが、これらは公知の事実である。
理であるが、これらは公知の事実である。
しかし、これらの計算を精度よく行うためには、ディジ
タル計算機を用いなければならず、ディジタル計算機で
は、連続的な情報をそのまま取扱うことができないため
、従来の技術における装置では次のように行なっている
。
タル計算機を用いなければならず、ディジタル計算機で
は、連続的な情報をそのまま取扱うことができないため
、従来の技術における装置では次のように行なっている
。
加速度センサおよび角速度センサの情報はセンサ自身ま
たは、インターフェイス回路で、−定時間積分され、速
度増分信号△’Ｂｉ ！Δ−Ｂ２．△’Ｂ５および角度
増分信号ムθ１．Δθ２．△θ３の形でサンプルされ、
計算機に入力される。
たは、インターフェイス回路で、−定時間積分され、速
度増分信号△’Ｂｉ ！Δ−Ｂ２．△’Ｂ５および角度
増分信号ムθ１．Δθ２．△θ３の形でサンプルされ、
計算機に入力される。
このサンプル周期をＴｓ１サンプル時刻をｔｏ。
ｔｌ・・・・ｔ４・・・・ であられすと次の関係式で
あられされる。
あられされる。
ｔＪ−ｔＪ、＝＝Ｔ日 （Ａ：／、コ ・ 目 ・ ）
・ １ ・（６）時刻ｔ４における機体の姿勢角をあ
られす四元数は次の差分方程式で計算される。
・ １ ・（６）時刻ｔ４における機体の姿勢角をあ
られす四元数は次の差分方程式で計算される。
θ。
０＝ｃｏｓ。
λ
θ、＝１／スー（−鵡２ ＋ ＜ムθ２）２＋△（θ３
）２時刻ｔＡＧこおける四元数から（２）式により、時
刻ｔ４における方向余弦行列信号ＣＢＩ（４）が計算さ
れる。
）２時刻ｔＡＧこおける四元数から（２）式により、時
刻ｔ４における方向余弦行列信号ＣＢＩ（４）が計算さ
れる。
この方向余弦行列信号を用いて、慣性座標系における速
度増分信号Δ町１．Δフェ２．ΔＶ工３は、次の近似式
から計算される。
度増分信号Δ町１．Δフェ２．ΔＶ工３は、次の近似式
から計算される。
慣性座標系における速度増分信号がめられると、（４）
式、および（５）式と等価な差分方程式により、速度お
よび位置がめられる。
式、および（５）式と等価な差分方程式により、速度お
よび位置がめられる。
これらの計算式の中で、精度に大きい影響を与えるのは
、四穴の近似式である。
、四穴の近似式である。
慣性座標系ｔＣおける正確な速度増分信号を与える式は
、（３）式の両辺を時刻ｔ４ 、からｔ４７での間、積
分すれば得られるが、方向余弦行列信号ＯＢＩの各時刻
での値がＯＢ ｘ （Ａ）に等しい場合のみ員式と一致
する。
、（３）式の両辺を時刻ｔ４ 、からｔ４７での間、積
分すれば得られるが、方向余弦行列信号ＯＢＩの各時刻
での値がＯＢ ｘ （Ａ）に等しい場合のみ員式と一致
する。
したがって、精度を上げるためにはサンプル周期Ｔ８を
サンプル時刻の間に、方向余弦行列信号の値がほとんど
変化しないようにサンプル周期Ｔ８を短かくしなければ
ならない。
サンプル時刻の間に、方向余弦行列信号の値がほとんど
変化しないようにサンプル周期Ｔ８を短かくしなければ
ならない。
しかし、各サンプル毎に上記の計算をしなければならな
いから、サンプル周期Ｔｓを短かくすると、単位時間の
計算景が増大し、高速の計算機を必要とする。
いから、サンプル周期Ｔｓを短かくすると、単位時間の
計算景が増大し、高速の計算機を必要とする。
発明の概要
この発明は、これ等の点を考慮して高速の計算機を必要
としないで高精度が得られるストラップダウン慣性航法
並びに慣性装置を提供することである。
としないで高精度が得られるストラップダウン慣性航法
並びに慣性装置を提供することである。
この発明のストラップダウン慣性航法ならびに慣性装置
では速度増分信号Δ’Ｂｊ、△？Ｂ２．ム’ＢＳのサン
プル時刻１ｏ、 １．・・・・、ｔＪ・・・・に対して
、角度増分信号△θ１．△θ２ρθ３のサンプル時刻ｔ
：。
では速度増分信号Δ’Ｂｊ、△？Ｂ２．ム’ＢＳのサン
プル時刻１ｏ、 １．・・・・、ｔＪ・・・・に対して
、角度増分信号△θ１．△θ２ρθ３のサンプル時刻ｔ
：。
ｔ；・・・・ｔ４・・・・を次の関係が成立するように
選ぶ。
選ぶ。
ｔＪ−ｔＪ’＝−−９・・・・α珍
コ
但し、４＝０．／、２・・・・
Ｓ
したがって、時刻ｔ４“すなわち（” ｔ、４−−、−
）にλ おける角度増分信号Δθ：、Δθ；、Δθ；は次の式で
あられされる。
）にλ おける角度増分信号Δθ：、Δθ；、Δθ；は次の式で
あられされる。
但し ｉ ＝ ／、、２．３
いて、慣性座標系ｔこおける速度増分信号ム？工１゜Δ
’Ｉ２．Δ町３を次の近似式で計算する。
’Ｉ２．Δ町３を次の近似式で計算する。
（Ｉ３式で計算した速度増分信号は、顛式で計算した速
度増分信号にくらべて、非常に精度が高い。
度増分信号にくらべて、非常に精度が高い。
なぜなら、第１図ａの時間ｔと機体の姿勢角θ１の特性
曲線で示すように従来では、時刻ｔｏ。
曲線で示すように従来では、時刻ｔｏ。
１、．１２・・・・ｔＡ・・・・における正しい機体の
姿勢角θ１がわかりその関数としてその時刻での正しい
方向余弦行列信号Ｃ！ＢＩ（Ａ）が第１図すでめられる
。尚、この場合角度増分信号は３個の要素を示し方向余
弦行列信号はデ個の要素から成るが第１図では各１個の
要素のみ示す。
姿勢角θ１がわかりその関数としてその時刻での正しい
方向余弦行列信号Ｃ！ＢＩ（Ａ）が第１図すでめられる
。尚、この場合角度増分信号は３個の要素を示し方向余
弦行列信号はデ個の要素から成るが第１図では各１個の
要素のみ示す。
顛式およびａ１式は、ともに（３）式の両辺をｔ、４−
１からｔＡまでの間、積分して得られる式の近似である
が、顛式では方向余弦行列信号ＯＢＩを１番端の時刻ｔ
４での値で近似しているのに対して峙式では、積分区間
の中央の時刻での値で近似している。一般的に区間の中
央の値で近似する方が誤差を小さくする。
１からｔＡまでの間、積分して得られる式の近似である
が、顛式では方向余弦行列信号ＯＢＩを１番端の時刻ｔ
４での値で近似しているのに対して峙式では、積分区間
の中央の時刻での値で近似している。一般的に区間の中
央の値で近似する方が誤差を小さくする。
特に加速度の極性が一定で、ＣＢｌの各要素がで、その
積分値は誤差が打ち消しあい、１式の誤差は非常に小さ
くなる。
積分値は誤差が打ち消しあい、１式の誤差は非常に小さ
くなる。
実際の慣性航法或は慣性装置では、機体の運動の時定数
にくらべて、十分短かい周期でサンプルされるから、は
とんどすべての区間において、上記のことが成りたつ。
にくらべて、十分短かい周期でサンプルされるから、は
とんどすべての区間において、上記のことが成りたつ。
したがって、この発明においては計算誤差は非常に小さ
くなり、しかも、必要な計算量は、従来のものと同じで
ある。
くなり、しかも、必要な計算量は、従来のものと同じで
ある。
発明の実施例
この発明の実施例のプロ゛ンク図を第一図に示す。
図でｌは角速度センサ、コは加速度センサでいずれも機
体に固定されており、夫々機体の３軸まわりの角速度お
よびＪ軸方向の加速度を計測する。３．りは第１１第コ
のインターフェイス回路、Ｓは一定間隔’ｒｓ毎の時刻
１ｏ１．・・・・ｔＪコＴｓずれた時刻にサンプル時刻
信号をとりだすインターフェース制御回路であって、角
速度センサｌではＪ軸まわりの角速度ω１ω２ω３を検
出して第１のインターフェース回路３にインターフェー
ス制御回路３の一定間隔Ｔｓ毎のサンプル時刻信号とと
もに与えてこのサンプル時刻１ｏ１．・・・・ｔＡの間
、角速度信号を積分し、角度増分信号Δθ：△θ；Δθ
；をとりだして計算機６の方向余弦計算部７に与える。
体に固定されており、夫々機体の３軸まわりの角速度お
よびＪ軸方向の加速度を計測する。３．りは第１１第コ
のインターフェイス回路、Ｓは一定間隔’ｒｓ毎の時刻
１ｏ１．・・・・ｔＪコＴｓずれた時刻にサンプル時刻
信号をとりだすインターフェース制御回路であって、角
速度センサｌではＪ軸まわりの角速度ω１ω２ω３を検
出して第１のインターフェース回路３にインターフェー
ス制御回路３の一定間隔Ｔｓ毎のサンプル時刻信号とと
もに与えてこのサンプル時刻１ｏ１．・・・・ｔＡの間
、角速度信号を積分し、角度増分信号Δθ：△θ；Δθ
；をとりだして計算機６の方向余弦計算部７に与える。
又、加速度センサコでは３軸方向の加速度αＢ１αＢ２
αＢｓを検出して第コのインターフェース回路ダにイン
ターフェース・・ｔｉ＋ −−Ｔｓ、 ｔＡ −−Ｔｓ
サンプル時刻信号ととも２ コ に与えて、このサンプル時刻の間加速度信号を積分して
速度増分信号Δ’ＩＮΔｔＢ２△”Ｂｇをとりだして、
計算機６の座標変換計算部ざに方向余弦計算したその時
刻の方向余弦行列信号ＯＢｘ＜’−−）コ とともに与える。かくて座標変換計算部ｇではこの方向
余弦行列信号ＣＤＩ（Ａ−−）を用いて時刻ｔＡコ での機体座標探知速度増分信号を慣性座標系の速度増分
信号に変換して、速度、位置計算部デに与える。速度位
置計算部９ではこの速度増分信号と重力補正項計算部１
０からの重力補正項を用いて機体の慣性空間又は地球に
対する速度？および位置ｒを計算してとりだすことがで
きる。
αＢｓを検出して第コのインターフェース回路ダにイン
ターフェース・・ｔｉ＋ −−Ｔｓ、 ｔＡ −−Ｔｓ
サンプル時刻信号ととも２ コ に与えて、このサンプル時刻の間加速度信号を積分して
速度増分信号Δ’ＩＮΔｔＢ２△”Ｂｇをとりだして、
計算機６の座標変換計算部ざに方向余弦計算したその時
刻の方向余弦行列信号ＯＢｘ＜’−−）コ とともに与える。かくて座標変換計算部ｇではこの方向
余弦行列信号ＣＤＩ（Ａ−−）を用いて時刻ｔＡコ での機体座標探知速度増分信号を慣性座標系の速度増分
信号に変換して、速度、位置計算部デに与える。速度位
置計算部９ではこの速度増分信号と重力補正項計算部１
０からの重力補正項を用いて機体の慣性空間又は地球に
対する速度？および位置ｒを計算してとりだすことがで
きる。
尚、ここで方向余弦計算部り、座標変換計算部「、速度
、位置計算部９ならびに重力補正項計算部ｌＯは計算機
のソフトウェア６として用いられている。
、位置計算部９ならびに重力補正項計算部ｌＯは計算機
のソフトウェア６として用いられている。
発明の効果
以上のように、この発明では角速度センサと加速度セン
サとの情報をサンプリングして計算機に入力する時刻が
ほぼｌ／コ周期異なるようにすることにより計算誤差は
非常に小さくなり、必要な計算量は従来と全く同じで可
である。
サとの情報をサンプリングして計算機に入力する時刻が
ほぼｌ／コ周期異なるようにすることにより計算誤差は
非常に小さくなり、必要な計算量は従来と全く同じで可
である。
第１図ａ、ｂは時間に対する゛機体の姿勢角、サンプル
時間に対する方向余弦行列信号の関係を夫々示す特性線
図、第一図はこの発明の一実施例を示すブロック図であ
る。 ／は角速度センサ、コは加速度センサ、３．／Ｉは第１
、第コのインターフェイス回路、ｊはインターフェイス
制御回路、乙は計算機のソフトウェア、７は方向余弦計
算部、ｇは座標変換計算部、りは速度・位置計算部、１
０は重力補正項計算部。 ′１１１ 図 ろ向余５レテ列
時間に対する方向余弦行列信号の関係を夫々示す特性線
図、第一図はこの発明の一実施例を示すブロック図であ
る。 ／は角速度センサ、コは加速度センサ、３．／Ｉは第１
、第コのインターフェイス回路、ｊはインターフェイス
制御回路、乙は計算機のソフトウェア、７は方向余弦計
算部、ｇは座標変換計算部、りは速度・位置計算部、１
０は重力補正項計算部。 ′１１１ 図 ろ向余５レテ列
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ｌ 機体に固定される角速度センサおよび加速度センサ
により、夫々機体の角速度および加速度を計測し、夫々
の情報から、ディジタ／ｌ／においで、角速度センサお
よび加速度センナの情報をサンプリングして、計算機に
入力する時刻を、角速度センサと加速度センサで、はぼ
ｔ／２周期異ならしめることを特徴とするストラップダ
ウン慣性航法。 ２ 機体に固定される３軸まわりの角速度およびＪ軸方
向の加速度を計測するための角速度センサ並びに加速度
センサと、一定間隔ＴＢ毎の時刻ｔｏ −Ｔｓ、ｔ＋
ＴＢ、ｚｅ＊、ｊ；Ｊ−＋’ｒ９＠ｓｅｅ並、２ ２
２ びに１０１．・・・・ｔル・・・・とに夫々サンプル時
刻信号を送るためのインタフェース制御回路と、前記一
定間隔ＴＢ毎のサンプル時刻ｔ。−−Ｔｓ。 コ ｔ、 −−’ｒｓ・・・・、ｔ−−ＴＳ・・・・の間、
角速度２ コ 信号を積分し角度増分信号を送出するための第１のイン
ターフェイス回路と、前記一定間隔’ｒｓ毎のサンプル
時刻１．．１．・・・・ｔＪ・・・・の間、加速度信号
を積分し速度増分信号を送出するための第２のインター
フェイス回路と、前記第１と第コのインターフェイス回
路出力を受け入れて機体の速度および位置を計算するた
めの計算機とを備えることを特徴とするストラップダウ
ン慣性装置。 ３ 前記計算機には時刻ｔＡ −−Ｔｓでの角度増分λ 信号からその時刻の方向余弦行列信号Ｏｎｒ （Ａｍ−
）を計算する方向余弦計算部を含むことコ を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のストラップダ
ウン慣性装置。 刹 前記計算機ｌこは方向余弦行列信号０ＢＩ（Ａ−−
）コ を用いて時刻ｔＪでの機体座標系速度増分信号を慣性座
標系の速度増分信号に変換するための座標変換計算部を
含むことを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３
項記載のストラップダウン慣性装置。 ぷ 前記計算機には前記速度増分信号と重力補正項を用
いて機体の速度および位置を計算するための速度位置計
算部を含むことを特徴とする特許請＊の範囲第２項また
は第７項記載のストラップダウン慣性装置。 ム 前記計算機には、重力補正項を用いて機体の慣性空
間又は地球に対する速度および位置を前記速度増分信号
から計算するための重力！ 補正項計算部を含むことを特徴とする特許請求の範囲第
２項または第３項記載のストラップダウン慣性装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094528A JPS60238713A (ja) | 1984-05-14 | 1984-05-14 | ストラツプダウン慣性航法および慣性装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094528A JPS60238713A (ja) | 1984-05-14 | 1984-05-14 | ストラツプダウン慣性航法および慣性装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60238713A true JPS60238713A (ja) | 1985-11-27 |
| JPH055044B2 JPH055044B2 (ja) | 1993-01-21 |
Family
ID=14112828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59094528A Granted JPS60238713A (ja) | 1984-05-14 | 1984-05-14 | ストラツプダウン慣性航法および慣性装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60238713A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009061235A3 (fr) * | 2007-11-09 | 2009-07-23 | Oleg Stepanovich Salychev | Procédé de détermination des paramètres de navigation par un système de navigation inertielle sans plate-forme |
-
1984
- 1984-05-14 JP JP59094528A patent/JPS60238713A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009061235A3 (fr) * | 2007-11-09 | 2009-07-23 | Oleg Stepanovich Salychev | Procédé de détermination des paramètres de navigation par un système de navigation inertielle sans plate-forme |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH055044B2 (ja) | 1993-01-21 |
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