JPS62140015A - 磁気コンパス方位修正方法ならびに磁気コンパス装置 - Google Patents
磁気コンパス方位修正方法ならびに磁気コンパス装置Info
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- JPS62140015A JPS62140015A JP61295691A JP29569186A JPS62140015A JP S62140015 A JPS62140015 A JP S62140015A JP 61295691 A JP61295691 A JP 61295691A JP 29569186 A JP29569186 A JP 29569186A JP S62140015 A JPS62140015 A JP S62140015A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C17/00—Compasses; Devices for ascertaining true or magnetic north for navigation or surveying purposes
- G01C17/38—Testing, calibrating, or compensating of compasses
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- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
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- Measuring Magnetic Variables (AREA)
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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】
〔発明の分野〕
本発明はコンパスに関し、詳しくは互いに直角な磁界検
知素子とこれら素子に備えた誤差補正システムとを有す
る磁気コンパスに関する。
知素子とこれら素子に備えた誤差補正システムとを有す
る磁気コンパスに関する。
磁気コンパスは磁界内での方位を検知し測定するのに磁
気部材を用いる。地方磁気による違差がない場合、磁界
は地磁気による磁界である。コンミ４スの垂直方向を保
持して地磁気の垂直成分による影響をなくすために、振
り千秋の錘が通常用いられている。自由に回動する磁針
は磁界の方向に向く。コンパスの方位φは、空中に回転
するコンパスケースと地磁気の水平成分に向かう回動磁
針との間の角度を測定することによって決定される。
気部材を用いる。地方磁気による違差がない場合、磁界
は地磁気による磁界である。コンミ４スの垂直方向を保
持して地磁気の垂直成分による影響をなくすために、振
り千秋の錘が通常用いられている。自由に回動する磁針
は磁界の方向に向く。コンパスの方位φは、空中に回転
するコンパスケースと地磁気の水平成分に向かう回動磁
針との間の角度を測定することによって決定される。
モジコンパスのコードホイールが磁針と−ｉしていない
と、コンパス出力はバイアスされる。また、コードホイ
ールに取付けた磁性材料（−個の磁針は除く）はコンパ
ス出力をバイアスしてしまう。
と、コンパス出力はバイアスされる。また、コードホイ
ールに取付けた磁性材料（−個の磁針は除く）はコンパ
ス出力をバイアスしてしまう。
コンパスケースに取付けた磁性材料が磁針の回りを回転
するとコン・９ス出力に正弦波の誤差が生じる。コンパ
スの磁針は地磁気による磁界と磁性材料による磁界との
ベクトル和の方向に向かう。
するとコン・９ス出力に正弦波の誤差が生じる。コンパ
スの磁針は地磁気による磁界と磁性材料による磁界との
ベクトル和の方向に向かう。
多数の磁性材料片に対しては一般に次式で表わされる。
φ＝θ＋ａ −）−ｂ ｓｉｎθ＋ＣＣ０１ｉθここで
ａは上述のバイアス誤差、ｂおよびＣは磁針の直角方向
振幅成分、θはコンパスケースの実際の方位、そしてφ
はコン・やスの出力示度である。
ａは上述のバイアス誤差、ｂおよびＣは磁針の直角方向
振幅成分、θはコンパスケースの実際の方位、そしてφ
はコン・やスの出力示度である。
永久的に磁化された材料によって生じる誤差は、この材
料による磁界の振幅がθの関数として変化しないので、
−単一サイクル！誤差（ｓｉｎθおよびａｏｓθの関数
）である。
料による磁界の振幅がθの関数として変化しないので、
−単一サイクル！誤差（ｓｉｎθおよびａｏｓθの関数
）である。
磁性材は置かれた磁界に影響を与え、コンパスケースに
取付けられた磁性材が回転すると次式で表わされるに重
すイクルＩ誤差（ｓｉｎ ２θおよびＣｏＢ２θの関数
）′？：生じる。
取付けられた磁性材が回転すると次式で表わされるに重
すイクルＩ誤差（ｓｉｎ ２θおよびＣｏＢ２θの関数
）′？：生じる。
φ＝θ＋ｄｓｉｎ（２θ）−）−ａｃｏｓ（２θ）ここ
でｄとｅは磁針の直角方向の最大振幅である。
でｄとｅは磁針の直角方向の最大振幅である。
１単一サイクルｌ誤差およびに重すイクルＩ誤差のバイ
アス環は他の誤差から独立しているので、誤差補正ある
いは校正は別個に考慮することができることに注目され
たい。
アス環は他の誤差から独立しているので、誤差補正ある
いは校正は別個に考慮することができることに注目され
たい。
コンノ々スの自差を校正し除去する公知の方法は、％ｆ
ｆ１ｆｉコンパス調整ハンドブックＩ出版番号屋２２６
、ディフェンスマツピングエージエンシーオフィス、在
庫番号Ａ ＮＶＰＵＢ ２２６．１９８０に説明された
５個の補正係数Ａ、Ｂ、Ｏ，ＤおよびＥを用いテイル。
ｆ１ｆｉコンパス調整ハンドブックＩ出版番号屋２２６
、ディフェンスマツピングエージエンシーオフィス、在
庫番号Ａ ＮＶＰＵＢ ２２６．１９８０に説明された
５個の補正係数Ａ、Ｂ、Ｏ，ＤおよびＥを用いテイル。
Ａ係数は単純にコンパスのオフセットバイアスの補正用
である。ＢおよびＣ係数はコンパス内の永久磁石による
違差の補正用であり、ＤおよびＥ係数はコンパス内の誘
導磁界による違差の補正用である。実際の方位に対する
コンミ４スの自差補正値は次のように表わされる。
である。ＢおよびＣ係数はコンパス内の永久磁石による
違差の補正用であり、ＤおよびＥ係数はコンパス内の誘
導磁界による違差の補正用である。実際の方位に対する
コンミ４スの自差補正値は次のように表わされる。
自差補正値＝Ａ−）−Ｂｓｉｎφ＋０ｃｏｓφ＋Ｄ ｓ
ｉｎ ２φ＋ＥＣ０８２φここでφはコンノ臂スの方位
である自差係数を計算するためには、コンパスを精度の
高い自分解能と公知の基準方位を有した回転テーブル上
に置く必要がある。コンパスを定速で３６０°互いに逆
方向に回転させる間に、テーブル方位とコンノ臂ス方位
を一定増分毎にテーブルの既知の位置に関連して記録す
る。
ｉｎ ２φ＋ＥＣ０８２φここでφはコンノ臂スの方位
である自差係数を計算するためには、コンパスを精度の
高い自分解能と公知の基準方位を有した回転テーブル上
に置く必要がある。コンパスを定速で３６０°互いに逆
方向に回転させる間に、テーブル方位とコンノ臂ス方位
を一定増分毎にテーブルの既知の位置に関連して記録す
る。
データ収集の他の方法は各測定点でテーブル方位止させ
、各点でデータを取る前にコンミ４スのジンバルを揺動
させて位置決め可能としている。この方法は１回の回転
で足りるがその測定速度はおそい。
、各点でデータを取る前にコンミ４スのジンバルを揺動
させて位置決め可能としている。この方法は１回の回転
で足りるがその測定速度はおそい。
データをコン／４スの作動中にとる時、Ａ、Ｂ。
０、ＤおよびＥ係数を決定する方法は次の事実から可能
である。すなわち、コンパスの実際の方位θとコンパス
の示度φとの間の平均相違は平均遅れと平均自差との合
計である。従って、 θ−φ＝Ｌ−）−Ａ−１−Ｂｓｉｎφ＋Ｏｃｏ８φ＋Ｄ
Ｂｉｎ２φ＋Ｅｃｏｓ２φ上線はすべてのデータ点での
平均値を示している。
である。すなわち、コンパスの実際の方位θとコンパス
の示度φとの間の平均相違は平均遅れと平均自差との合
計である。従って、 θ−φ＝Ｌ−）−Ａ−１−Ｂｓｉｎφ＋Ｏｃｏ８φ＋Ｄ
Ｂｉｎ２φ＋Ｅｃｏｓ２φ上線はすべてのデータ点での
平均値を示している。
コンパスは同一速度で逆方向に３６０°回転するのでＬ
＝０である。従って、 θ−φ＝Ａ−１−Ｂｓｉｎφ十０Ｃｏ８φ＋Ｄ８ｉｎ２
φ＋Ｂ ５ｉｎ２φＡはθのすべての値に対して一定で
あるので、Ａ＝θ−φである。
＝０である。従って、 θ−φ＝Ａ−１−Ｂｓｉｎφ十０Ｃｏ８φ＋Ｄ８ｉｎ２
φ＋Ｂ ５ｉｎ２φＡはθのすべての値に対して一定で
あるので、Ａ＝θ−φである。
Ｂ係数を決めるために各データ点をｓｉｎφで乗算する
と、 （θ−φ）ｓｉｎ φ＝＝ＡＩ３１ｎφ＋Ｂｓ１ｎ２φ
＋０ｓｉｎφｃｏｓφ＋Ｄｓｉｎφ５ｉｎ２φ＋Ｅｓ１
ｎφＣ０８２φとなる。
と、 （θ−φ）ｓｉｎ φ＝＝ＡＩ３１ｎφ＋Ｂｓ１ｎ２φ
＋０ｓｉｎφｃｏｓφ＋Ｄｓｉｎφ５ｉｎ２φ＋Ｅｓ１
ｎφＣ０８２φとなる。
上式の５辺の項で３６０°の回転に対してＯとならない
唯一の項は、 Ｂｓ比（２φ）＝Ｂ／２ を各々ｃｏｓφ、 ５ｉｎ２φ、ｃｏｓ２φで乗算する
ことによってＯ，Ｄ、Ｅ係数を同様の方法で計算できる
。
唯一の項は、 Ｂｓ比（２φ）＝Ｂ／２ を各々ｃｏｓφ、 ５ｉｎ２φ、ｃｏｓ２φで乗算する
ことによってＯ，Ｄ、Ｅ係数を同様の方法で計算できる
。
すなわち、
Ｂ＝２（θ−φ）ｓｉｎφ
Ｃ＝２（θ−φ） ｃｏ８φ
Ｄ＝２（θ−φ） ５ｉｎ（２φ）
Ｅ＝２（θ−φ） ｃｏ日（２φ）
Ａ係数に関する誤差はコンパスがその１＆終的取付は位
置からずれたときに変動し、Ｂ、Ｏ，ＤおよびＥ係数に
関する誤差はコン・やスが校正時の磁界環境と異なった
場所に取付けられた時に変動し、最後にＢおよびＣ係数
に関する誤差は緯度によっても変動することに注意され
たい。
置からずれたときに変動し、Ｂ、Ｏ，ＤおよびＥ係数に
関する誤差はコン・やスが校正時の磁界環境と異なった
場所に取付けられた時に変動し、最後にＢおよびＣ係数
に関する誤差は緯度によっても変動することに注意され
たい。
絶対的な基準と精度の高い回転を要求されるので、殆ん
どのコンパスは現場での校正が不可能である。磁気コン
パスを１航行船舶！上で校正する時の基準として船舶の
ジャイロコンパスがここ数年用いられていた。しかし航
行中のジャイロコンパスは大概の場合精度のある校正を
妨げていた。
どのコンパスは現場での校正が不可能である。磁気コン
パスを１航行船舶！上で校正する時の基準として船舶の
ジャイロコンパスがここ数年用いられていた。しかし航
行中のジャイロコンパスは大概の場合精度のある校正を
妨げていた。
従って、簡単で正確でかつ迅速に現場で磁気コンパスを
校正できる装置ならびに技術が必要であるが現在のとこ
ろそのようなものはまだない。
校正できる装置ならびに技術が必要であるが現在のとこ
ろそのようなものはまだない。
本発明のコンパスは、水平面上に互いに直角かつ同軸的
に取付けられ、地磁気の強度を測定可能な２個のコイル
を有しており、各コイルの中心はジンバルシステムの回
転と一致している。本発明のシステムは磁界検出コイル
からのオフセットあるいはバイアスである平均信号を計
算する。磁界検出コイルは地磁気の固定磁界内で最小３
６０°回転させられ正弦波信号をサンプルし、未補正コ
ンパス出力を基準にしてほぼ等間隔でサンプルされる。
に取付けられ、地磁気の強度を測定可能な２個のコイル
を有しており、各コイルの中心はジンバルシステムの回
転と一致している。本発明のシステムは磁界検出コイル
からのオフセットあるいはバイアスである平均信号を計
算する。磁界検出コイルは地磁気の固定磁界内で最小３
６０°回転させられ正弦波信号をサンプルし、未補正コ
ンパス出力を基準にしてほぼ等間隔でサンプルされる。
その後、位相誤差を評価し調整する。その結果、５個の
個別の誤差信号を得、これらは、頻繁なテストや複雑で
高価な装置を使うことなく、補正した方位角度を得るの
に用いられる。各コイルの振幅はさらに・補正され、補
正した方位角度を決定できる正規化尖頭値信号を与えて
いる。
個別の誤差信号を得、これらは、頻繁なテストや複雑で
高価な装置を使うことなく、補正した方位角度を得るの
に用いられる。各コイルの振幅はさらに・補正され、補
正した方位角度を決定できる正規化尖頭値信号を与えて
いる。
本発明の上記ならびに他の特徴は図面を参照した以下の
詳細な説明からよりよ（理解できるであろう。
詳細な説明からよりよ（理解できるであろう。
２個のコイル５２ 、５４の構成間が第１図に示されて
いる。Ｘコイル５２はコンパスケース５６に平行である
ので、コンパスが北を指している時、Ｘコイル５２は水
平磁界（Ｈ）の大きさを読み、ｙコイルは零を読む。従
って、 ｙコイル＝Ｈｓｉｎθ Ｘコイル＝Ｈｃｏθθ コンパスの方位θはθ＝ ｔａｎ−” （Ｙ／Ｘ ）よ
り計算される。十字状コイルは対象的でありコンパスケ
ースに固定されており可動部分を有していない。
いる。Ｘコイル５２はコンパスケース５６に平行である
ので、コンパスが北を指している時、Ｘコイル５２は水
平磁界（Ｈ）の大きさを読み、ｙコイルは零を読む。従
って、 ｙコイル＝Ｈｓｉｎθ Ｘコイル＝Ｈｃｏθθ コンパスの方位θはθ＝ ｔａｎ−” （Ｙ／Ｘ ）よ
り計算される。十字状コイルは対象的でありコンパスケ
ースに固定されており可動部分を有していない。
水平基準はギンパルを用いるかあるいはストラップダウ
ンを用いることによって得られる。コイル５２ 、５４
の出力信号は各々の信号サンプラ６２ 、 ｅｉ４によ
ってサンプリングされ、プロセッサωに信号を与えるこ
とによって方位角度の計算と誤差の補正を行う。校正ス
イッチ関がイネーブルとされると後述する校正プロセス
によって誤差が補正される。
ンを用いることによって得られる。コイル５２ 、５４
の出力信号は各々の信号サンプラ６２ 、 ｅｉ４によ
ってサンプリングされ、プロセッサωに信号を与えるこ
とによって方位角度の計算と誤差の補正を行う。校正ス
イッチ関がイネーブルとされると後述する校正プロセス
によって誤差が補正される。
信号サンプラ６２ 、６４およびプロセッサは、アナロ
グ、ディジタルあるいはその両方で構成できる。
グ、ディジタルあるいはその両方で構成できる。
Ｘコイル５２の長手方向の軸とコンパスケース団のルー
パライン簡になんらかのずれがあると光学的コンパスの
バイアス誤差と同一の誤差が磁気コンパスに生じる。こ
のためコンパス出力方位はφ＝ａ十〇 となる。ここでａは位置合せ誤差であり、θは実際のコ
ンパス方位である。
パライン簡になんらかのずれがあると光学的コンパスの
バイアス誤差と同一の誤差が磁気コンパスに生じる。こ
のためコンパス出力方位はφ＝ａ十〇 となる。ここでａは位置合せ誤差であり、θは実際のコ
ンパス方位である。
コンパスケースに取付けた永久磁性材料は各コイル出力
中のバイアス環とし表わせる。磁界強度がＨｐであって
、Ｘコイル軸と永久磁石の軸との角度がγである永久磁
石を考えると、コイル出力は、 Ｘ ｃｏｉ：Ｌ ：＝ Ｈｃｏｏθ＋ＨｐＣＯＢ７Ｙ
ｃｏｉｌ ＝＝ Ｈｓｉｎθ＋Ｈｐａｉｎ７となる。
中のバイアス環とし表わせる。磁界強度がＨｐであって
、Ｘコイル軸と永久磁石の軸との角度がγである永久磁
石を考えると、コイル出力は、 Ｘ ｃｏｉ：Ｌ ：＝ Ｈｃｏｏθ＋ＨｐＣＯＢ７Ｙ
ｃｏｉｌ ＝＝ Ｈｓｉｎθ＋Ｈｐａｉｎ７となる。
永久磁石は工およびｙコイルに対して固定されており、
コンパスケースと共に回転するのでＨｐ ｃｏ日γとＨ
ｐ ｓｉｎγとの値は一定であることに注目されたい。
コンパスケースと共に回転するのでＨｐ ｃｏ日γとＨ
ｐ ｓｉｎγとの値は一定であることに注目されたい。
もしケースにｎ個の永久磁石があるとＸｃｏｉｌ ：
Ｈｃｏｓθ＋Ｈ１）ｔ ｃｏｉｌ、＋Ｈｐ２ａｏａ７．
＋−１ｉｐｎＱＯＢ７ＱＹｃｏｉｌ ＝ Ｈａｉｎθ＋
ｕｐ１ｓｉｎｇ１＋ Ｈｐ、 Ｂｉｎｒｚ ＋−Ｈｐｎ
ｓｉｎγｎとなる。
Ｈｃｏｓθ＋Ｈ１）ｔ ｃｏｉｌ、＋Ｈｐ２ａｏａ７．
＋−１ｉｐｎＱＯＢ７ＱＹｃｏｉｌ ＝ Ｈａｉｎθ＋
ｕｐ１ｓｉｎｇ１＋ Ｈｐ、 Ｂｉｎｒｚ ＋−Ｈｐｎ
ｓｉｎγｎとなる。
Ｈｐｉ ｓｉｎ ７１とＨｐｉｃｏｓ７１は１＝１から
ｎの一連の定数であるから、コイル出力は一般に以下の
ように表わせる。
ｎの一連の定数であるから、コイル出力は一般に以下の
ように表わせる。
Ｘ ｃｏｉｌ ＝＝ Ｈｃｏ８θ＋ＰｘＹ ｃｏｉ：ｌ
＝ Ｈｓｉｎθ＋Ｉ’７ここでＰｘとＰｙは各々Ｘコ
イルとｙコイルに対するすべての永久磁石の影響を示し
ている。従って、コン・せスあるいはコンパスが取付ゆ
られる船舶等の永久磁性材（図示せず）は、各コイル出
力に一定のＤＣレベルシフト（バイアス）？：生じさせ
る。小さなＸコイルバイアス（ＩＰＸ＋＜＜Ｈ）はＢタ
イプ自差Ｂ ＝ −ｐｘ ／ Ｈを生じる。また小さな
ｙコイルバイアス（ｌＰｙｌ（Ｈ） ハａ ：ｐ イブ
自差０ ’！ Ｉ’７／Ｈを生じる。従って、永久磁石
による１５°以下の誤差に対しては磁気コンパス出力は
光学的コンパスの出力と似ている。コン・イス出力方位
φを計算する前にＩおよびｙコイルバイアスを取り除く
ことによって誤差を補正することができる。バイアス補
正は緯度に無関係であるから、バイアスを取り除くこと
は好ましい校正方法である。
＝ Ｈｓｉｎθ＋Ｉ’７ここでＰｘとＰｙは各々Ｘコ
イルとｙコイルに対するすべての永久磁石の影響を示し
ている。従って、コン・せスあるいはコンパスが取付ゆ
られる船舶等の永久磁性材（図示せず）は、各コイル出
力に一定のＤＣレベルシフト（バイアス）？：生じさせ
る。小さなＸコイルバイアス（ＩＰＸ＋＜＜Ｈ）はＢタ
イプ自差Ｂ ＝ −ｐｘ ／ Ｈを生じる。また小さな
ｙコイルバイアス（ｌＰｙｌ（Ｈ） ハａ ：ｐ イブ
自差０ ’！ Ｉ’７／Ｈを生じる。従って、永久磁石
による１５°以下の誤差に対しては磁気コンパス出力は
光学的コンパスの出力と似ている。コン・イス出力方位
φを計算する前にＩおよびｙコイルバイアスを取り除く
ことによって誤差を補正することができる。バイアス補
正は緯度に無関係であるから、バイアスを取り除くこと
は好ましい校正方法である。
どのような軟鉄あるいは磁性材料でも地磁気によってそ
の内部に誘導磁界強度っている。この軟鉄による影響は
、Ｘコイル軸と磁性材の棒（図示せず）の軸との角度を
γにして配置した磁性材の棒によってモデル化できる。
の内部に誘導磁界強度っている。この軟鉄による影響は
、Ｘコイル軸と磁性材の棒（図示せず）の軸との角度を
γにして配置した磁性材の棒によってモデル化できる。
地磁気による誘導磁界の大きさは地磁気の磁界の強さく
Ｈ）とコンパス方位（θ）との関数である。すなわち、 Ｈａ＝αｃｏａ （θ＋γ） ここでＨａは誘導磁界強度、ｔは棒が地磁気の磁界方向
に向けられた時の誘導磁界強度と地磁気の磁界強度との
比、θは実際のコンパス方位、セしてγはＸコイルの長
手方向軸と棒の長手方向軸との角度である。
Ｈ）とコンパス方位（θ）との関数である。すなわち、 Ｈａ＝αｃｏａ （θ＋γ） ここでＨａは誘導磁界強度、ｔは棒が地磁気の磁界方向
に向けられた時の誘導磁界強度と地磁気の磁界強度との
比、θは実際のコンパス方位、セしてγはＸコイルの長
手方向軸と棒の長手方向軸との角度である。
Ｉおよびｙコイルの地磁気の磁界と誘導磁界とをベクト
ル加算すると、 Ｘｃｏｉｌ ＝ Ｈｃｏｓθ＋）Ｉ８００８γ＝）ｉｃ
ｏ日θ＋αＣＯθγｃｏｓ （θ＋γ）Ｙｃｏｉｌ ＝
Ｈｓｉｎθ＋ｋｌａ ｓｉｎ７ ＝ Ｈｓｉｎθ＋ｔ
Ｈｓｉｎγｃｏｓ （θ＋γ）となる。ＣＯθ（θ＋１
） ＝ ｃｏｓ ７ ｃｏｉｌ−５ｉｎ７ｓｉｎθで
あるからこれを上式に代入すると Ｘｃｏｉｌ ＝ Ｈ（１−１−１３０ＯＢ ７ ）（！
０８θ−ｔＨｓｉｎ７ ｓｉｎθＹｃｏｉｌ ＝ Ｈ（
１−ＩＪ３θ１ｎｋ）ｓｉｎθ＋ｔＨｃｏａγＣＯ８θ
となる。水平なバイアスモデルの場合、Ｎｌ１ｖ５の軟
鉄に対して１（ａ ｃｏｉｌ とＨｅ ｓｉｎγ の値
は各々以下の式に置換できる。
ル加算すると、 Ｘｃｏｉｌ ＝ Ｈｃｏｓθ＋）Ｉ８００８γ＝）ｉｃ
ｏ日θ＋αＣＯθγｃｏｓ （θ＋γ）Ｙｃｏｉｌ ＝
Ｈｓｉｎθ＋ｋｌａ ｓｉｎ７ ＝ Ｈｓｉｎθ＋ｔ
Ｈｓｉｎγｃｏｓ （θ＋γ）となる。ＣＯθ（θ＋１
） ＝ ｃｏｓ ７ ｃｏｉｌ−５ｉｎ７ｓｉｎθで
あるからこれを上式に代入すると Ｘｃｏｉｌ ＝ Ｈ（１−１−１３０ＯＢ ７ ）（！
０８θ−ｔＨｓｉｎ７ ｓｉｎθＹｃｏｉｌ ＝ Ｈ（
１−ＩＪ３θ１ｎｋ）ｓｉｎθ＋ｔＨｃｏａγＣＯ８θ
となる。水平なバイアスモデルの場合、Ｎｌ１ｖ５の軟
鉄に対して１（ａ ｃｏｉｌ とＨｅ ｓｉｎγ の値
は各々以下の式に置換できる。
Ｈ日工＝Ｈｓ１ｃｏｓ７１ ＋Ｈ１ｉ２（！０８７２
＋ −＋ＨｅｎＣ０８７゜）１ｓｙ＝）ｉｓ１８１ｎγ
ｔ ＋ｌ１ｓｚａｉｎｌｚ −１−−−−Ｈｓｎ ｓｉ
ｎγｎしかし、ここでその物理的プロセスを示すために
、１個の軟鉄なモア′ルとしたものについて更に議論を
進める。
＋ −＋ＨｅｎＣ０８７゜）１ｓｙ＝）ｉｓ１８１ｎγ
ｔ ＋ｌ１ｓｚａｉｎｌｚ −１−−−−Ｈｓｎ ｓｉ
ｎγｎしかし、ここでその物理的プロセスを示すために
、１個の軟鉄なモア′ルとしたものについて更に議論を
進める。
各コイルに加わる正弦波信号の誤差項は各々のコイル出
力に振幅と位相のシフトを生じさせる。
力に振幅と位相のシフトを生じさせる。
出力は次式で表わせる。
Ｘ ｃｏｉｌ ＝ ＤｘＨＱＯＢ （θ＋γ工）Ｙ Ｃ
Ｏｌ：Ｌ ： Ｄ、Ｈｓｉｎ （θ＋ｒｙ）ここで ７、 ＝ −ｃｏｔａｎ″″” （（１＋ｔＨｃｏｓγ
）／１ｓｉｎｙ）ｒ、＝ｔｍ−” （Ｃ−ｔｃｏａｒ〕
／ＣＬ−ＬＨａｉｎｒ〕）ＤＸ＝ （１＋ｔＥｃｏｓ７
）ｃｏｓ（ｙ、）−ｔｓｉｎγ５ｉｎ（ｙ工）Ｄｙ＝
（１−Ｄｌｅｉｎ７’）８１ｎ（ｒ、＋ｌＯ）＋ｔｃｏ
ｓγｃｏｇ（γ？制）である。
Ｏｌ：Ｌ ： Ｄ、Ｈｓｉｎ （θ＋ｒｙ）ここで ７、 ＝ −ｃｏｔａｎ″″” （（１＋ｔＨｃｏｓγ
）／１ｓｉｎｙ）ｒ、＝ｔｍ−” （Ｃ−ｔｃｏａｒ〕
／ＣＬ−ＬＨａｉｎｒ〕）ＤＸ＝ （１＋ｔＥｃｏｓ７
）ｃｏｓ（ｙ、）−ｔｓｉｎγ５ｉｎ（ｙ工）Ｄｙ＝
（１−Ｄｌｅｉｎ７’）８１ｎ（ｒ、＋ｌＯ）＋ｔｃｏ
ｓγｃｏｇ（γ？制）である。
磁気１，７１ノパスにとってＨ磁界の正確な値は重要で
ないので、−膜化の性質を失なうことなく、Ｄｘ＝ｌで
かつＸコイルが基準コイルと仮定すると５ｉｎ（φ−θ
）＝（（Ｄｙ−１）ｓｉｎ（２θ）、Ｉ／（Ｂｕｔ（ｚ
）ｓｑｕ（（１＋Ｄｙ２）＋（１−Ｄ、Ｆ）Ｑ（Ｍ１２
θ〕）モあり、 Ｄ＜１０では φ−θ＝ （（Ｄｙ−１） （ａｉｎ２θ））／（ｓｃ
＋Ｒ（ｚ）（ｓＱ、ｕ（ｔ＋Ｄ”ｙ）：））すなわち、 φχθ＋（Ｄｙ−１）／（８Ｑ、Ｒ（２）ＲＱＲ（１＋
Ｄｙり）８ｉ”（２θ）である。
ないので、−膜化の性質を失なうことなく、Ｄｘ＝ｌで
かつＸコイルが基準コイルと仮定すると５ｉｎ（φ−θ
）＝（（Ｄｙ−１）ｓｉｎ（２θ）、Ｉ／（Ｂｕｔ（ｚ
）ｓｑｕ（（１＋Ｄｙ２）＋（１−Ｄ、Ｆ）Ｑ（Ｍ１２
θ〕）モあり、 Ｄ＜１０では φ−θ＝ （（Ｄｙ−１） （ａｉｎ２θ））／（ｓｃ
＋Ｒ（ｚ）（ｓＱ、ｕ（ｔ＋Ｄ”ｙ）：））すなわち、 φχθ＋（Ｄｙ−１）／（８Ｑ、Ｒ（２）ＲＱＲ（１＋
Ｄｙり）８ｉ”（２θ）である。
もしＸおよびｙコイルの位相シフトの大きさが等しく符
号が反対（γ＝１２＝−γＸ）であると、５ｉｎ（φ−
〇）＝ （ｓｉｎ １ ｃｏｓ ２θ）／（ＳＱ、Ｒ［
： （！Ｏ８”（θ−γ）＋８釦２（θ＋γ）〕） となる。
号が反対（γ＝１２＝−γＸ）であると、５ｉｎ（φ−
〇）＝ （ｓｉｎ １ ｃｏｓ ２θ）／（ＳＱ、Ｒ［
： （！Ｏ８”（θ−γ）＋８釦２（θ＋γ）〕） となる。
小さなγの１直では、
φ−０２γ００８２θ
すなわち、
φ＝θ＋γＣ０８２θ
となる。
もしＸおよびｙコイルの位相シフトの大きさが等しくな
く、符号が反対であると、コイルの位相シフトの大きさ
が等しく符号が反対となるまで位相シフトφと等価であ
る。換言すれば、位相シフト誤差はＡタイプおよびＥタ
イプの誤差としてモデル化できる。
く、符号が反対であると、コイルの位相シフトの大きさ
が等しく符号が反対となるまで位相シフトφと等価であ
る。換言すれば、位相シフト誤差はＡタイプおよびＥタ
イプの誤差としてモデル化できる。
軟鉄による誤差はコイル間の利得不一致と位相誤差とを
取り除くことによって補正できる。これら利得不一致と
位相誤差は緯度に関係しない補正であるのでその除去は
好ましい校正方法である。
取り除くことによって補正できる。これら利得不一致と
位相誤差は緯度に関係しない補正であるのでその除去は
好ましい校正方法である。
十字状コンパスが水平でない場合、磁界の水平成分強度
のいくぶんかが失なわれ、ある垂直成分が加わる。すな
わち Ｘｃｏｉｌ＝Ｈ（ｃｏｏθｃｏａＰ−）−ａｉｎＰ ｃ
ｏｓＲ）−１−ｚ（ａｉｎＰ ｃｏｓＲ］Ｙｃｏｉｌミ
肛ｃｏｓθａｏｓＲ＋５ｉｎＲｃｏｓＰ］−）−ｉ（ｃ
ｏａＦ ａｉｎＲ〕となる。ここでＰはピッチ角度、Ｒ
はロール角度、２は垂直磁界強度である。
のいくぶんかが失なわれ、ある垂直成分が加わる。すな
わち Ｘｃｏｉｌ＝Ｈ（ｃｏｏθｃｏａＰ−）−ａｉｎＰ ｃ
ｏｓＲ）−１−ｚ（ａｉｎＰ ｃｏｓＲ］Ｙｃｏｉｌミ
肛ｃｏｓθａｏｓＲ＋５ｉｎＲｃｏｓＰ］−）−ｉ（ｃ
ｏａＦ ａｉｎＲ〕となる。ここでＰはピッチ角度、Ｒ
はロール角度、２は垂直磁界強度である。
磁気コン・々スの校正には以下のことが必要である。
１、各コイルからバイアス誤差を除去すること、２、各
コイルから垂直磁界成分を除去すること、３、両コイル
間の利得不一致を除去すること、４、 両コイル間の位
相誤差を除去すること、そして ５、ｘコイル軸とコンパぐスのルーパラインの位置ずれ
を補正することである。
コイルから垂直磁界成分を除去すること、３、両コイル
間の利得不一致を除去すること、４、 両コイル間の位
相誤差を除去すること、そして ５、ｘコイル軸とコンパぐスのルーパラインの位置ずれ
を補正することである。
実験室での制御された環境下では、コイルのバイアス値
の測定は、１）コンノ々スの周囲の一定間隔でサンプリ
ングされたデータの平均化を行うか、２）各コイルの最
小最大値を同定し中間値を計算するか、あるいは３）コ
ンパスをミューメタルの容器内に置き磁界のないところ
で出力を測定するかによって行なわれる。現場の校正で
は、コンパδを３６０°回転させ、最小最大値点を同定
し、そしてバイアスを計算する第２の方法が最つとも簡
単である。
の測定は、１）コンノ々スの周囲の一定間隔でサンプリ
ングされたデータの平均化を行うか、２）各コイルの最
小最大値を同定し中間値を計算するか、あるいは３）コ
ンパスをミューメタルの容器内に置き磁界のないところ
で出力を測定するかによって行なわれる。現場の校正で
は、コンパδを３６０°回転させ、最小最大値点を同定
し、そしてバイアスを計算する第２の方法が最つとも簡
単である。
実験室での制御された環境下では、コイルの利得不一致
の測定は、ｌ）コンパスの周囲の一定間隔でサンプリン
グされたデータの二乗平均をとるか、２）各コイルの最
小最大値を同定しその比ンとるか、あるいは３）各コイ
ルに既知の磁界を誘導し、その値を測定しその比をとる
かによって行なわれる。
の測定は、ｌ）コンパスの周囲の一定間隔でサンプリン
グされたデータの二乗平均をとるか、２）各コイルの最
小最大値を同定しその比ンとるか、あるいは３）各コイ
ルに既知の磁界を誘導し、その値を測定しその比をとる
かによって行なわれる。
現場の校正では、この場合にも第２の方法を使用する。
コイル間の位相誤差はＸコイルとｙコイル出力のどの位
置の対からでも計算できるので、ステップｌとステップ
２で収集したデータはステツｆ３でも使用できる。好ま
しい方法は、コイル出力対間の直角誤差を最小二乗法の
意味で最小とする位相誤差音選択することである。
置の対からでも計算できるので、ステップｌとステップ
２で収集したデータはステツｆ３でも使用できる。好ま
しい方法は、コイル出力対間の直角誤差を最小二乗法の
意味で最小とする位相誤差音選択することである。
前述の校正係数は１回あるいはそれ以上のコンパスの回
転中に得られたデータを用いて計算できる。エコイルの
絶対基準は、Ｘコイルが地磁気ニよる磁束線に対して直
角に置かれた時にエコイルの読みが零であることを確認
することによって見出される。コイルが垂直磁界のどの
成分も検知しないようにギンパルの平衡をとる必要があ
る。あるいは、垂直磁界を第３のコイルで測定してその
出力を各コイルの出力信号に対する垂直磁界バイアスの
影響を除去するのに使用することもできる。
転中に得られたデータを用いて計算できる。エコイルの
絶対基準は、Ｘコイルが地磁気ニよる磁束線に対して直
角に置かれた時にエコイルの読みが零であることを確認
することによって見出される。コイルが垂直磁界のどの
成分も検知しないようにギンパルの平衡をとる必要があ
る。あるいは、垂直磁界を第３のコイルで測定してその
出力を各コイルの出力信号に対する垂直磁界バイアスの
影響を除去するのに使用することもできる。
もしギンパルの適切な平衡（Ｘ、７コイルの水平面に対
して）がとれず、コイル出力信号が垂直磁界ｆＪ４４１
のために補正されなかった場合、その時の校正プロセス
は校正を行った緯度でのコンパスに対してのみ有効であ
る。
して）がとれず、コイル出力信号が垂直磁界ｆＪ４４１
のために補正されなかった場合、その時の校正プロセス
は校正を行った緯度でのコンパスに対してのみ有効であ
る。
校正手順のある部分は実験室においても行なうことがで
き、以下の式が計算される。すなわち、ｘ＝ｘコイル−
Ｘバイアス Ｙ＝（（Ｙコイル−ＹバイアスＸＹスケール） −ＣＸ
） （８位相）〕／Ｃ位相（小さな誤差角度Ｃｔａ ”
１の場合）φ＝ ｔＩｍ−１（Ｙ／Ｘ） （補正出力
）上記の値を決定した後補正コ／／４′ス出力を用いる
。次のステップは既知の方位とコン／４’スの出力方位
との差を測定することによって完了する。どの方位での
結果も一定の人となり、最終補正ステップとしてＡを方
位出力から減算する。すなわち、φ＝ ａｒｃｔａｎ
（Ｙ／Ｘ） −Ａすなわち、 φ＝ Ａ −）−ａｒｃｔａｎ （Ｙ／Ｘ）となる。
き、以下の式が計算される。すなわち、ｘ＝ｘコイル−
Ｘバイアス Ｙ＝（（Ｙコイル−ＹバイアスＸＹスケール） −ＣＸ
） （８位相）〕／Ｃ位相（小さな誤差角度Ｃｔａ ”
１の場合）φ＝ ｔＩｍ−１（Ｙ／Ｘ） （補正出力
）上記の値を決定した後補正コ／／４′ス出力を用いる
。次のステップは既知の方位とコン／４’スの出力方位
との差を測定することによって完了する。どの方位での
結果も一定の人となり、最終補正ステップとしてＡを方
位出力から減算する。すなわち、φ＝ ａｒｃｔａｎ
（Ｙ／Ｘ） −Ａすなわち、 φ＝ Ａ −）−ａｒｃｔａｎ （Ｙ／Ｘ）となる。
センサの最終的な取付は後にその磁気的影響を校成する
ために現場での最初のステップを繰り返す。
ために現場での最初のステップを繰り返す。
小さな角度誤差（１５度以下）では、光学的ゴンノ母ス
の補正値と磁気コンパスの補正値の関係は次のようにな
る。
の補正値と磁気コンパスの補正値の関係は次のようにな
る。
Ａ ユ Ａ
Ｂ＝８釦、−１（ｚバイアｊ”）
０ニーｓｉｎ″″ｌ（Ｙバイアス係数）Ｄ ’：’：
ｔａ！ｌ−’ （Ｙｘタケ−、ｌ／） ４５゜Ｅｚ日
止−１（Ｂ位相）／２ 簡単な手順で現場の磁気コンノＪ？スを校正する方法を
開発した。この校正技術はコンパスを少なくとも３６０
°低速で回転させることとパラメータ計算用のデジタル
コンピュータを用意するのみでよい。
ｔａ！ｌ−’ （Ｙｘタケ−、ｌ／） ４５゜Ｅｚ日
止−１（Ｂ位相）／２ 簡単な手順で現場の磁気コンノＪ？スを校正する方法を
開発した。この校正技術はコンパスを少なくとも３６０
°低速で回転させることとパラメータ計算用のデジタル
コンピュータを用意するのみでよい。
本発明によるプロセッサωにプログラムされたプロセス
１００は第２図から第４図に示すフローチャートの各ス
テップを有している。第２図において、ステップ１０２
ではデータ点インデックス■と他のパラメータが初期化
され、コイルの値はステップ１０４でサンプラで読みと
られる。読まれた信号は処理されてそのｔａｎ−１値よ
り角度を得る。このｊ［はステップ１０６で記憶され、
次に校正がステップ１０８で始まることを示！指示を出
す。互いに直角なコイルからの信号はステップ１１０で
読まれ、平均化された角度の評価をステップ１１２で得
る。ステラｆ １１４で最小／最大ルーティンを与え、
その後ステップ１１６で評価値のｔＩＬｎ“値から新し
い角度を計算する。
１００は第２図から第４図に示すフローチャートの各ス
テップを有している。第２図において、ステップ１０２
ではデータ点インデックス■と他のパラメータが初期化
され、コイルの値はステップ１０４でサンプラで読みと
られる。読まれた信号は処理されてそのｔａｎ−１値よ
り角度を得る。このｊ［はステップ１０６で記憶され、
次に校正がステップ１０８で始まることを示！指示を出
す。互いに直角なコイルからの信号はステップ１１０で
読まれ、平均化された角度の評価をステップ１１２で得
る。ステラｆ １１４で最小／最大ルーティンを与え、
その後ステップ１１６で評価値のｔＩＬｎ“値から新し
い角度を計算する。
プロセス１００は第３図に続き、ステップ１１８で角度
θとθ８の相対的な大きさが、最初は１０をとる増分値
ごとに決定される。もし角度が基準角度θＲと増分値の
相よりも小さいと、基準角度と測定角度の差がステップ
１２０で３７０度と比較される。
θとθ８の相対的な大きさが、最初は１０をとる増分値
ごとに決定される。もし角度が基準角度θＲと増分値の
相よりも小さいと、基準角度と測定角度の差がステップ
１２０で３７０度と比較される。
もし３７０度よりも大きいと、値Ｋ（最大サンプルイン
デックス蒼号ンがインデックス１の値として設定され、
インデックス■は校正データがステップ１２２で完了し
たことを示すべく零にリセットされる。その後、ＸとＹ
のバイアス係数がステップ１２４で決定されると共にＹ
スケール係数がステップ１２６で決定される。ステツｆ
１１８でもし角度が、基準角度と増分値の和よりも小
さくない場合、プロセスはステップ１２８に移ってθＫ
を計算し、ステップ１３０で値を記憶し、その値インデ
ックスＩをステップ１３２で１増加させることによって
前述したステップ１２０から始まるプロセスに戻る。ス
テップ１２０で測定された角度差が３７０度より大きく
ないときは、プロセスはステラ７’ １１０にジャンプ
した後前述のステップ手順を繰り返す。
デックス蒼号ンがインデックス１の値として設定され、
インデックス■は校正データがステップ１２２で完了し
たことを示すべく零にリセットされる。その後、ＸとＹ
のバイアス係数がステップ１２４で決定されると共にＹ
スケール係数がステップ１２６で決定される。ステツｆ
１１８でもし角度が、基準角度と増分値の和よりも小
さくない場合、プロセスはステップ１２８に移ってθＫ
を計算し、ステップ１３０で値を記憶し、その値インデ
ックスＩをステップ１３２で１増加させることによって
前述したステップ１２０から始まるプロセスに戻る。ス
テップ１２０で測定された角度差が３７０度より大きく
ないときは、プロセスはステラ７’ １１０にジャンプ
した後前述のステップ手順を繰り返す。
ステラｆ１２６でＹスケール係数を計算した後、プロセ
ス１００は第４図に移り、ステップ１３４で補正信号を
計算する。その後、ステラ７’ １３６でＩノぐラメー
タを１増加させる。ステップ１３８で正弦値を計算した
後、計算した信号の合計をステップ１４０で得る。ステ
ラｆ１４２でインデックス■は最大データ点インデック
スにと比較される。もし等しければ、プロセスはステッ
プ１４４に進みここでＳ位相 ・ぐラメータが計算され
る。その後位相誤差をステップ１４６で計算した後、最
終的にＯｆｌ 値をステップ１４８で計算する。その後
初期化ならびに校正プログラムに戻り、コンパスは本発
明の方法による正確な角度の読みとりを与えることがで
きる。
ス１００は第４図に移り、ステップ１３４で補正信号を
計算する。その後、ステラ７’ １３６でＩノぐラメー
タを１増加させる。ステップ１３８で正弦値を計算した
後、計算した信号の合計をステップ１４０で得る。ステ
ラｆ１４２でインデックス■は最大データ点インデック
スにと比較される。もし等しければ、プロセスはステッ
プ１４４に進みここでＳ位相 ・ぐラメータが計算され
る。その後位相誤差をステップ１４６で計算した後、最
終的にＯｆｌ 値をステップ１４８で計算する。その後
初期化ならびに校正プログラムに戻り、コンパスは本発
明の方法による正確な角度の読みとりを与えることがで
きる。
本発明に従って当業者が行う改変ならびに構成の置換は
本発明の範囲に入り、本発明は特許請求の範囲以外によ
って限定されるものではない。
本発明の範囲に入り、本発明は特許請求の範囲以外によ
って限定されるものではない。
第１図は２個の磁界検知コイルの方向を示す概略図、そ
して、第２図から第４図は本発明の方法を詳細に示すフ
ローチャートである。 ５２・・・・・・Ｘコイル、 ヌ・・・・・・ｙコ
イル、５６・・・・・・コンノ讐スケース、ω・・・・
・・プロセッサ、６２．６４・・・・・・サンプラ、
関・・・・・・校正スイッチ。 ほか１名 出カ
して、第２図から第４図は本発明の方法を詳細に示すフ
ローチャートである。 ５２・・・・・・Ｘコイル、 ヌ・・・・・・ｙコ
イル、５６・・・・・・コンノ讐スケース、ω・・・・
・・プロセッサ、６２．６４・・・・・・サンプラ、
関・・・・・・校正スイッチ。 ほか１名 出カ
Claims (6)
- （１）少なくともＸおよびＹ磁界センサを含む互いに直
角の関係にある複数の磁界センサを備え、 前記ＸおよびＹ磁界センサから平均信号を計算し、 各磁界センサ出力信号からＡバイアスを減算し、 前記ＸおよびＹ磁界センサ出力信号から原角度を計算し
、 前記原角度と参照テーブルとを比較し、 個々のＸ、Ｙ、ＢおよびＣのバイアス信号成分を除去し
、 各ＸおよびＹ磁界センサのＤ項振幅範囲を正規化し、 各磁界センサのセンサコイルを固定磁場内で回転させて
磁界センサのピーク振幅のすべてを検出し、そして前記
磁界センサ信号のＥ項位相成分を評価して調整するステ
ツプより成る補正コンパス方位を与える磁気コンパス校
正方法。 - （２）磁界の垂直成分を補正するステツプをさらに含む
特許請求の範囲第１項記載の磁気コンパス校正方法。 - （３）前記磁界の垂直成分を補正するステップは、少な
くとも、 前記磁界センサを水平面に配置し、そして前記垂直の磁
界に対して前記磁気センサ出力信号を補正するステツプ
のひとつを含む特許請求の範囲第２項記載の磁気コンパ
ス校正方法。 - （４）少なくともｘ磁界検知手段とｙ磁界検知手段とを
含む複数の磁界検知手段と、 平均オフセット誤差、単一サイクル誤差および二重サイ
クル誤差を含む未補正コンパス角度を各磁界検知手段の
出力から与える角度検出手段とより成り、この角度検出
手段は、前記未補正コンパス角度の平均オフセット誤差
を補正する手段と、 永久磁石違差に対して前記未補正コンパス角度を調整す
る単一サイクル誤差補正手段と、そして誘導磁界違差に
対して前記未補正コンパス角度を調整する二重サイクル
誤差補正手段とより成る磁気コンパス。 - （５）前記平均オフセット誤差補正手段、単一サイクル
誤差補正手段および二重サイクル誤差補正手段の少なく
ともひとつは、 テーブルデータを与える参照データテーブルと、 前記未補正コンパス角度と前記テーブルデータとによつ
て補正角度を出力する計算手段とを含む、特許請求の範
囲第４項記載の磁気コンパス。 - （６）前記ｘおよびｙ磁界検出手段の各々の出力信号を
サンプルし、このサンプル信号を前記角度検出手段に与
えるサンプル手段をさらに有する、特許請求の範囲第４
項記載の磁気コンパス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US807523 | 1985-12-11 | ||
| US06/807,523 US4698912A (en) | 1985-12-11 | 1985-12-11 | Magnetic compass calibration |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62140015A true JPS62140015A (ja) | 1987-06-23 |
| JP2549283B2 JP2549283B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=25196576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61295691A Expired - Fee Related JP2549283B2 (ja) | 1985-12-11 | 1986-12-11 | 磁気コンパス方位修正方法ならびに磁気コンパス装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4698912A (ja) |
| EP (1) | EP0225493B1 (ja) |
| JP (1) | JP2549283B2 (ja) |
| CA (1) | CA1270635A (ja) |
| DE (1) | DE3686138T2 (ja) |
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