JPS6131918A

JPS6131918A - コンパス

Info

Publication number: JPS6131918A
Application number: JP15051384A
Authority: JP
Inventors: ジエームス・バリー・オーウエン; ピーター・ロイド・ウイルキンソン
Original assignee: British Aerospace PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 1984-07-21
Filing date: 1984-07-21
Publication date: 1986-02-14

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】本発明は、コンパス、よシ詳しくは航空機上などの高度
な操縦全必要とする情況の中で用いられるコンパスに関
するものであるが、必ずしも航空機に限られるものでは
ない。

近代的な航空機には、ノぐイロットに飛行のコンパスの
方向すなわち航空機の向きを知らせるための手段を含む
複雑高度な航行システムが用いられている。しかし、ま
た、充分簡単なノ々ツクアッゾ用装置を用意することも
のぞまれ、従来この目的には通常「浮動ゾール（ｆｌｏ
ａｔｉｎｇ　ｂａｌｌ　）　Ｊ磁気コンパスが用いられ
ていた。この種の装置は単純で、信頼性があシ、また比
較的安価であるが、一定の情況下では重大な欠点をもっ
ている。、特に、空中５戦やアクロノ々ット、ショー用
の航空機などによる持続的な動的操縦時には、このコン
ノクス會使用することができず、また、その後でも再び
安定させるのに時間がか＼りすぎる、ホール効実装置や誘導素子などの磁場センサーを用いた
「ソリッドステート」のコンパスをつくることは、従来
から提案されていた。この種の従来の提案の例は、米国
特許明細第ａ、ｏ　３ｏ、ＪＱｕ号、「ワイヤレスｅワ
ール）”　（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｗｏｒｌｄ）ｊ誌の１
９ｇＪ年ＩＱ月号ｑワ被−ジにＮ・Ｐｏ１ｌ−ｏｃｋ氏
が書いている［フラックスゲート、センサーを用いた電
子コン／ミス（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　（！ｏｍｐａｓ
ｓｕｓｉｎｇ　ａ　ｆｌｕｘｇａｔｅ　５ｅｎｓｏｒ　
）　Ｊという記事、「エレクトロニクス（Ｆｉｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ　）ｊ誌７９Ａ’０年／Ｊ月ｌ１日号ｌｌ
ノページにＧ　ａ　Ｓｔｅｉｎｂｏｕｇｈ氏が書いた［
ホール・コンパスは進行方向全デジタル方式で示す（Ｈ
ａｌｌ　Ｃｏｍｐａｓｓ　ｐｏｉｎｔｓ　ｄｉｇｉｔａ
　−１１ｙ　ｔｏ　Ｈｅａｄｉｎｇｓ　）Ｊという記事
などに認められる。いずれの場合も、提案されているの
は、地上車輌あるいは船舶にも用いられるようなノ軸コ
ンパスである。この種のコンパスは、もちろん３次元に
動くことのできる航空機には適していない。

「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｊ誌の記事はとくに航空機
については述べていないが、実際には、そこに提案され
ているコンノｑスが水平状態にある場合に正しく作動す
ることを認めており、また可能な他の解決法もいくつか
提案されている。その１つは、「従来の一つのホール・
センサーに垂直に第３のセンサーを取りつけ、その出力
を任意の傾きに関する測定値を補正するために用いる」
というものである。

しかし、これはあくまで１つの案にしか過ぎず、これ以
外の情報はなにも一示されておらず、またとくに地上車
輌や船舶で認められる比較的小さい「傾き」とは異る航
空機の大きい姿勢の変化にどのように対処するかについ
てはなにも示されていない。航空機は、上下に動くばか
シでなく、進行方向に対しである程度のピッチやロール
も経験するのである。

従って、本発明は、きわめて大きい姿勢の変化および「
水平」に対するコンパスの大きい変化にか＼わらず作動
することのできる「ソリッドステート」のコ／ノクス全
提供することｉｌつの目的とするものである。補助的な
目的としては、航空機および類似の３次元の方向に移動
することのできる乗物の中で使用することができ、でき
れば比較的安価で単純な形態を有し、しかも航空機用の
「ノ々ツクアップ」・コンパスに代るものとして信頼性
が高く、そして航空機の動的操縦時に実質的に作動可能
であり続けるコン／ミスを提供することである、本発明に従えば、コンパスに対して固定された軸システ
ムの少くとも３本の軸に沿った地球の磁場の成分を示す
それぞれのディジタル信号全形成するためのセンサ手段
、および前記信号を受信しさらに水平面に対する軸シス
テムの姿勢を示す別の信号を受信するための計算手段を
含み、軸システムの２つの平面中の場の成分を計算し、
前記水平面上へのこれら一つの場の成分の投影の大きさ
を計算し、これら２つの大きさを用いてコンノξス位置
に対する北の方向を計算するために使用することのでき
るコンパスが提供される。

のぞましいことに、この計算手段は、磁界の北と真の北
の間の差異金示す情報を受信し、コン／ぐスの位置に対
するいずれかの方向を選択的に計算することができる。

本発明をより良く理解するために１例として添付図面全
参照して説明することとする。

図中、第１図は、航空機の中で用いる「ソリッドステート」・
コンパスの単純化した回路図である。

第２図は、第１図のコン７ぐスの中で用いられる計算シ
ステムの作動を示すプログラム・フロー線図である。

第３図は、中に第１図のコン７ぞスが設置されている航
空機に関連した３軸座標システムの線図である。

図に示したコンパスは、３つのホール効果装置ｌ、ノ、
３を有しておシ、これらは互いに直角に配置されていて
、エアフレーム軸の中の地球の磁場の成分を測定できる
ようになっている。これらのホ、−ル効実装置は、ドラ
イブ入力端末６を経由して供給されるドライブ電圧から
レギュレータによって引き出される基準信号が供給され
るレギュレータＳのｔｌｌ、ｔの出力ｑと３つの微分増
巾器７゜ざ、ワの中の対応する１つの端末の間に接続さ
れる。各増巾器の残りの出力には、レギュレーターＳの
第Ｊの出力から基準信号が送られてくる。各増巾器の出
力は％　３つの電流増巾用トランジスタｔｏ、ｔ／、／
２の対応する１つを経由して、３つのアナログ−ディジ
タル変換器ｔ３．ｔａ、ｉｓの対応する１つに送られる
。これにより、これらの変換器は、ホール効実装置が測
定した取分を示すそれぞれのディジタル信号を生成する
ことになる。これらのディジタル信号は、マイクロプロ
セッサをペース忙した計算システム１６へ送られる。

システムノロは、また、航空機航行用コンピューターか
ら回線ｔ’ｙｙ＜経て、例えば航空機の瞬間ピッチおよ
びロール角度（図には示されていない）に関する情報本
受信する。

第２，３図を参照して、この計算システム１６は、変換
器！３〜ｌ−ｔが供給するディジタル値を読みとるよう
にプログラムされているが、これらの値は地球の磁場β
の成分βＸ、βａ、βｖｆあられすものである。なお、
βＸはロールすなわち縦軸Ｘに沿った成分、Ｉａはピッ
チすなわち横軸Ａに沿った成分、βＶはヨー（偏り）す
なわち垂直軸Ｖに沿った成分である。これらの値から、
場のベクトルβの面Ａ−Ｖすなわち軸ＡおよびＶｆ含む
面への投影の大きさβ、ｖｆｄ、Ｉａｖ　＝　ｍ　トし
て計算され、投影と軸Ａの間の角度はε＝　ｔａｎ−１
１／ｖ／／ｊａとして計算される。航空機の瞬間のピッ
チ角θ金６に加えれば、Ｉａｖと水平の間の角εｔｒｕ
ｅが得られる。

同様に面Ｘ−Ｖ（軸ＸおよびＶｆ含む）中の楊βの成分
１／ｘｖは、ｐ−とじて計算され、また水平に対する角
Ｘｔｒｕｅは、βＸＶと軸Ｘの間の角ＸＫ航空機のロー
ル角φを加えて求めることができる。なおＸはｔａｎ　
　βＶ／βＸから求められる。

次に、場βの水平成分βａｈおよびβｘｈはβａｈ＝７
４／ａｙ　、　ｃｏｓεｔｒｕｅ　、　１ｌｘｈ　＝β
ｘｙ　、　ｃｏｓＸｔｒｕｅ　　から求め、ることかで
き、最後に航空機の方向ψはとして求めることができる
。

システム１６によって計算された方向は、ンリツＰステ
ート表示装置ｔｔＫよって表示される。

この装置は、逸常の「浮動♂−ル」磁気ノ々ツクアップ
・コン７ぐスと同様な外観を有するものがのぞましい。

すなわち、図に示されているように１方向は、固定式ポ
インタあるいはカーソル／Ｐの下に数字で表示され、ま
たカーソルの両わきには別の数字が表示されるので、移
動式ぎ−ル上の目盛りの１部が四角の窓全通して見える
ようになる。

必要な場合には、コンパスにスイッチを組み込んで表示
装置の下のフロント・Ａネル上に置き、スイッチを操作
することでシステム／Ａ’ｃ制御して、必要に応じて真
の北または磁界の北のいずれかに対する航空機の方向全
表示することができる。

真の北と磁界の北の差は、やはりコンノξスのフロント
ーノＺ４ル上に取シ付けられている「セットアツプ」・
スイッチＪ／およびオフセット生成装置、例えばポテン
ショメータコノを用いて手動でシステム１６に入力され
る。スイッチノＯがｒ　Ｔｒｕｅ　ｊの位置にセットさ
れた場合は、システム１６は、前に入力された磁界の差
を用いて、すでに説明した方法で得た方向の値ψにバイ
アスをかけるだけとなる。

以上によシ理解されるように、本発明の主題を形成する
コンノクスは、単に航空機の中で使用できるばかシでな
く、他の状況においても使用に適しておシ、通常は、コ
ンパスまたはその支持装置に高度の操縦性が求められる
状況の中で最もその利点全発揮する。

さらに、第１図の回路には、そこに現在個別に用いられ
ている部品の一部または全部の代シにｌまたは複数の特
別製の集積回路を用いることができることも理解できよ
う。

【図面の簡単な説明】

第７図は、航空機の中で用いる「ソリッドステート、」
・コンノクスの単純化した回路図である。第２図は、第１図のコンパスの中で用いられる計算シス
テムの作動を示すプログラム・フロー線図である。第３図は、中に第１図のコンパスが設置されている航空
機に関連した３軸座標システムの線図である。／、Ｊ、、？・・・ホール効実装置、ｊ・・・レギュレ
ータ、６・・・ドライブ入力端末、７．ざ、９・・・微
分増幅器、１０．／／、ツノ・・・電流増幅用トランジ
スタ、／Ｊ、／ＩＩ、／３・・・アナログ−ディジタル
変換器、／６・・・マイクロプロセッサ、ｌざ・・・ソ
リッドステート表示装置、ｌ？・・・ポインタ又はカー
ノｋ、ＭｔＯ，Ｊ／・・・スイッチ、ツノ・・・ポテン
ショメータ。手続補正書（方式）昭和５９年　９月２６日

Claims

【特許請求の範囲】１、コンパスに対して固定された軸システムの少くとも
３つの軸に沿つた地球の磁場の成分を示すそれぞれのデ
ィジタル信号を形成するためのセンサ手段、および前記
信号を受信し、また水平面に対する軸システムの姿勢を
示す他の信号を受信し、軸システムの一つの面の中の場
の成分を計算し、これらの一つの場の成分の前記水平面
上への投影の大きさを計算し、また前記大きさを用いて
コンパスの位置に対する北の方向を計算するために作動
する計算手段を有するコンパス。２、前記計算手段が磁界の北と真の北の間の差を示す情
報を利用できるようにするための手段、および計算機手
段がコンパスの位置に対する真の北または磁界の北の方
向を計算するようにするセレクタ手段を含む特許請求の
範囲第１項に記載のコンパス。３、前記センサ手段が３つのホール効果磁場感知装置、
前記装置を互いに直角の位置に支える取りつけ手段、前
記装置および共通の基準信号源に接続されて共通の基準
信号と前記装置からくるそれぞれの信号の差をそれぞれ
あらわす３つの出力信号を形成するように作動させるこ
とのできる差増巾器手段、および、前記差増巾器手段の
出力信号をあらわすそれぞれのディジタル信号を形成す
るためのアナログ−ディジタル変換手段を含む特許請求
の範囲第１項に記載のコンパス。４、前記計算手段が、前記センサー手段からの信号βａ
、βｖ、βｘおよび軸システムの前記姿勢をあらわす信
号θおよびφを受信して、前記信号から値 βａｈ＝√（βａ＾２＋βｖ＾２）・Ｃｏｓ〔ｔａｎ＾
−＾１（βｖ／βａ）＋θ〕およびβｘｈ＝√（βｘ＾
２＋βｖ＾２）・Ｃｏｓ〔ｔａｎ＾−＾１（βｖ／βｘ
）＋φ〕を計算し、次に前記値βａｈとβｘｈからｓｉｎ＾−＾１（βｘｈ√（βｘｈ＾２＋βａｈ＾２）
・βｘｈ／√（βｘｈ＾２）に等しい進行角を計算する
ようにプログラムされている特許請求の範囲第１項に記
載のコンパス。