JPS6131920A

JPS6131920A - 慣性航法装置

Info

Publication number: JPS6131920A
Application number: JP15421984A
Authority: JP
Inventors: Makoto Suzuki; 誠鈴木
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1984-07-25
Filing date: 1984-07-25
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】〈産業上の利用分野〉本発明は加速度計、ジャイロコンパス及びドツプラ速麿
削を用いて爪付物体（以下「機体」という）の速度１位
置及び姿勢角を演算する慣性航法装置に係り、特にドツ
プラ速度削の持つ誤差分の推定が、機体が等速直進した
場合の推定演算精度劣化に起因する速度１位置及び姿勢
角の精度劣化を防止Ｊる慣性航法装置の改良に関する。

〈従来の技術〉以下、従来の技術を図面を用いて説明する。

第４図は従来用いられているストラップダウン方式の慣
性航法装置の構成を示すブロック線図である。

第４図において、１は機体加速度（以下「加速度」とい
う）αを測定する加速度計、２は機体し−ト（以下「レ
ート」という）φを測定するジャイロコンパス（以下「
ジャイロ」という）、３は機体速度Ｖｏを測定するドツ
プラ速度泪、４は加速度計１とジャイロ２とドツプラ速
度計３とが接続され機体の速度と位置の状態を演算し演
算速度Ｖ１と演算位置Ｐ１を出力する状態演算部である
。

この状態演算部４は、レートφと以下に述べる推定演算
部からの出力である機体の速度誤差推定値とから姿勢角
θを計算する姿勢ｇ１算部５と、機体加速度αを姿勢角
θによって機体座標系から航法外標系に変換する座標変
換部６と、機体速度Ｖ。

と演算速度ｖ１から速度差υを求める減算回路γと、速
度差υ１に基づいて速度誤差推定値を演算するカルマン
フィルタ８１と制御ｍ計算部８２とから成る推定演算部
８と（カルマンフィルタ８１は加速度、姿勢角の誤差分
を分離推定し推定（ａを出力する。制御ｌＩ量計算部は
推定値から補正量を計算する）、航法座標系に変換され
た加速度と速度誤差推定値を入力し演算速度Ｖ＋と演算
部＠Ｐ１を演算する速度・位置演算部９とから構成され
ている。速度・位置演算部９は、座標変換された加速度
を補正するために速度誤差推定値と機体の位ばや速度に
よって影響を受【ノる重力加速度やコリオリ環に関する
補正演算値とを加減算する加減算器１０と、加減算器１
０で加減算され補正された加速度を積分し演算速度Ｖ＋
を出力する第１積分回路１１と、演算速度Ｖ１を積分し
演算位置Ｐ１を出力する第２積分回路１２と、演算速度
■１と演算位置Ｐ１とを入力し重力加速度、コリオリ環
に関する補正演算値を出力する補正部１３とから構成さ
れる。

〈発明が解決しようとする問題点〉以上述べた構成の慣性航法装置において通常誤差分の推
定は、姿勢１位置、速度等の各成分と、ジャイロ２やド
ツプラ速度計３等測定器の各々について行なわれる。

ところで、機体が等速直進した場合、以下のような問題
がある。即ち、推定演算部８では正確な分離推定演算が
できないので推定精度が極端に劣化する。その結果位置
、速度、姿勢の精度も劣化する。以下、この原因を簡単
に述べる。ドツプラ速度計３のＸ、Ｙ方向の誤郊δＶｘ
、δｖｙは、δＶｘ−δＢｘ＋δＳＦ　Ｖ　ｘ＋δＢｘ
ｙＶｙ→・ＷＴｘ・・・（１） δＶｙ−δＢｙ＋δ５ＦＶｙ＋δＢｙ　ｘ　Ｖｘ十ＷＴ
ｙ・・・（２）と表わすことができる。但し、δＢｘ、δＢｙはバイア
ス誤差、δＳＦは速度に対するスケールファクタ、Ｖｘ
、ＶｙはＸ、Ｙ方向の機体速度、δＢｘｙ、δＢｙｘは
取付４ｑ　、１、Ｗｒ　ｘ　＋　Ｗｒ　ｙはＸ、Ｙ方向
のランダム誤差である。等速直進中の機体速度はＶｘ−
α、Ｖｙ−φ（−〇）で一定であるので、（２）式から
δＢｙは推定可能だが、（１）式からδＢｘ、δＳＦは
極性が同じため分離できない。このためδＢｘ、δＳＦ
は推定精度が極端に劣化する場合がある。この例を第５
図に示す。

第５図は縦軸に姿勢誤差（ＤＥＧ）を取り横軸に時間（
分）を取り、機体速度を５０１１１／Ｓで直進させた時
の、このシステムに関するシミュレーション結果である
各姿勢誤差特性曲線を表わした図である。第５図にＪ５
いて、εＮは北軸回りの姿勢誤差、εＥは東軸回りの姿
勢誤差、εＤは下向き軸回りの姿勢誤差である。これ等
誤差は各々１５分以上においてドップラ３１ｆ度泪３の
誤差の推定精度劣化の影響で急激に劣化してしまうこと
が判る。

〈発明の目的〉本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みて成された
もので、機体の状態による推定Ｍ度の劣化に起因する位
置、３１度、姿勢角の精度劣化を防止する慣性航法装置
を提供することを目的どする。

〈問題を解決する手段〉上述の目的を達成するために本発明の慣性航法装置を、
加速度計とジャイロコンパスとドツプラとが接続され機
体の速度と位置の状態を演算し出力する状態演算部を■
レートと機体の速度誤差推定値から姿勢角を８１算する
姿勢計算部と、■加速度を姿勢角を用いて機体座標系か
ら航法座標系に変換する座標変換部と、■「機体速度ど
演算速度の速度差、１を「加速度」及び「機体レートＪ
から速度誤差推定値を演算する推定演算部と、■航法座
標系に変換された加速度と速度誤差推定値とから演算速
度と演算位置を演算する速度・位置演算部とで構成し、
特に推定演算部に分離推定を行なうカルマンフィルタの
フィルタモデルを、機体が等速で直進中の場合とそれ以
外の場合とに対応する２種類用意し、この２種類の使用
判別を加速度とレートに基づいて行なうようにすること
で、機体の状態にかかわらず誤差推定ｆｉ’ｉ度の劣化
を防止するようにしたことである。

〈実施例〉以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

尚、以下の図面にＪ５いて、第４図及び第５図と重複す
る部分は同一番号を付けその説明は省略する。第１図は
、本発明の慣性航法装置の構成を示ずブ〔ｌツク線図で
ある。

７第１図において、推定演算部１４は、加速度αとレー
トφと速度差Ｖを入力し、機体が等速かどうかを加速度
αで判断し、機体が直進中であるかどうかをレートφで
判断し等迷電進中であるならば速度差Ｖを第２カルマン
フイルタ１７に出力しそれ以外ならば速度差Ｖを第１カ
ルマンフイルタ１６に出力するフィルタ判断部１５と、
第１カルマンフイルタ１６に第１制御量割算部１８が接
続され、第２カルマンフイルタ１７に第２制御量計算部
１９が接続ぎれ、第１制御間計算部１８と第２制ｍｍ計
算部１９から制御ｍ出力が姿勢計算部５と速度・位置演
紳部９に出力する構成となっている。ここで第１及び第
２カルマンフイルタの違いを述べる。

第１カルンンフイルタ１６は位Ｍ誤差、速度誤差。

ジャイロ誤差、ドツプラ誤差を分離推定する機能を有し
、第２カルマンフィルタ１７は第１カルマンフイルタ１
６の機能の内ドツプラ誤差を除いた機能を有°する。こ
れ箸箱１及び第２カルマンフイルタのシミュレーシミン
試験結果を第２図に示寸。

即ち、第２図は横軸に時間（分）をとり縦軸に緯度誤差
（Ｉｌｌ）をとった時のフィルタ別緯度誤差の特性図で
あり、（Ａ）は旋回パターン、（Ｂ）は直進パターンを
夫々表わしたものである。又、第２図において、（イ）
は第１カルンンフイルタ１６の特性、（ロ）は第２カル
マンフイルタ１１の特性を示す。第２図（Ａ＞において
は第１カルマンフイルタ１６（イ）の方が第２カルマン
フイルタ１７（ロ）より勝れた特性を示し、第２ＥｉＪ
（Ｂ）においては第２カルマンフイルタ１７（ロ）の方
が第１カルマンフイルタ１Ｇ（イ）より勝れた特性を示
′ｇ′。

本発明はこの２組のカルマンフィルタを組み合せて使用
することで互いの欠点を補い推定精度の劣化を防ぐよう
にしたものである。

第３図は第１図の推定演算部１４のフローチャートであ
る。

第１図及び第３図から、機体が等迷電進中であるならば
第２カルマンフイルタ１１において姿勢。

位置、速度及びジャイロ誤差を分離推定し、この結果を
制御徂計９部１９で計算する。この時の制御間にはドツ
プラ速度計３によるドツプラ誤差分δ■・Ｘ、δＶｙは
含まれないので補正は行なわれない。一方、等迷電進以
外の時は、第１カルマンフイルタ１６において姿勢１位
置、速度、ジャイロ誤差及びドツプラ速度誤差が分離推
定され、この結果が制御量計算部１８で３１算きれる。

尚、以上はストラップダウン方式の慣性航法装置の図を
基に説明してきたが、本発明はこれに限定するものでは
なくプラットフォーム方式の慣性航法装置にも同様に用
いることが可能である。

〈発明の効果〉以上、具体的実施例と共に本発明の慣性航法装置を述べ
たように、推定演算部に分離推定を行なうカルマンフィ
ルタのフィルタモデルを、機体が等迷電進中の場合とそ
れ以外の場合とに対応する２種類用意し、この２種類の
使用判別を加速度とレートに基づいて行なうようし、機
体の状態にかかわらず誤差推定精度の劣化を防止するよ
うにした本発明の慣性航法装置は、等迷電進時に推定値
が劣化するカルマンフィルタの欠点を第１及び第２カル
マンフイルタを用いることＣ防止し、いかなる飛行状態
でも機体の安定化（姿勢／方位誤差や速度誤差等の発散
を押えることを意味する）と高精度な姿勢、方位及び位
置の決定をすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の慣性航法装置のブロック線図、第２図
はフィルタ別緯度誤差の特性図、第３図は推定演算部の
タイムチャート、第４図は従来のブロック線図、第５図
は各姿勢誤差特性曲線を表わした図である。１・・・加速度計、２・・・ジャイロコンパス、３・・
・ドツプラ速度８１．４・・・状態演算部、５・・・姿
勢引算部、６・・・座標変換部、１・・・減算回路、８
１・・・カルマンフィルタ、８２・・・制御量計算部、
８・・・推定演算部、９・・・速度・位置演算部９速度
・位置演算部、１０・・・加減算器、１１・・・第１の
積分回路、１２・・・第２の積分回路、１３・・・補正
部、１４・・・推定波ｎ部、１５・・・フィルタ判断部
、１６・・・第１カルマンフイルタ、１７・・・第２カ
ルマンフイルタ、１８・・・第１制御量４算部、１９・
・・第２制御凹計算部。第２図ＦＲＭ（８）時間（分）

Claims

【特許請求の範囲】機体加速度を測定する加速度計と、機体レートを測定す
るジャイロコンパスと、機体速度を測定するドップラ速
度計と、前記加速度計と前記ジャイロコンパスと前記ド
ップラ速度計とが接続され機体の速度と位置の状態を演
算し出力する状態演算部とを具備する慣性航法装置にお
いて、前記状態演算部をＡ：前記機体レートと前記機体の速度誤差推定値とから
姿勢角を計算する姿勢計算部と、Ｂ：前記機体加速度と
前記姿勢角とを入力し前記機体加速度を機体座標系から
航法座標系に変換する座標変換部と、Ｃ：前記機体速度と前記状態演算部から出力された演算
速度との速度差を前記機体加速度及び前記機体レートに
基づいて演算し前記速度誤差推定値を出力する推定演算
部と、Ｄ：前記航法座標系に変換された加速度と前記速度誤差
推定値とを入力し前記演算速度と前記演算位置とを演算
する速度・位置演算部と、で構成したことを特徴とする慣性航法装置。