JPH01316607A - 航法装置 - 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】 Ｔａｌ産業上の利用分野 この発明は、電波航法と自立航法を組み合わせたいわゆ
るハイブリッド航法による航法装置に関する。

ｔｂ＋発明の概要 この発明に係る航法装置は、電波航法装置と自立航法装
置を用いて自立航法による測定値のドリフト補正を的確
に行い、また電波航法による測定値の短時間におけるオ
フセット誤差の変動を除去した航法装置に関する。

（Ｃ）従来の技術 航空機や船舶の航法装置として、従来より複数種の航法
手段を組み合わせて、それぞれの欠点を補うことによっ
て位置や速度などの測定精度を高めたいわゆるハイブリ
ッド航法が採用されている。また、測定された時系列デ
ータから現在の状態（位置、速度など）を推測するため
にカルマンフィルタなどを用いてフィルタリングが行わ
れている。

従来、ハイブリッド航法にカルマンフィルタを適用した
例として次のものが挙げられる。

（１）ＩＮＳ（慣性航法装置）とＧＰＳ（全世界測位シ
ステム） （２１Ｉ　Ｎ　Ｓとオメガ （３１）Ｎ　Ｓと航空衛星システム （４）オメガとＮＮ５Ｓ （５）ロランＣρ−ρ航法と衛星航法 （６）ロランＣとジャイロおよび電磁ログ（７１）Ｎ　
ＳとロランＣ （８）オメガとジャイロおよび電磁ログ・曳航ログ・ド
ツプラスピードログなと。

−ｉにジャイロとログまたはＩＮＳなどによる自立航法
の場合、位置誤差が時間の経過に伴い発散するが上記例
にもあるように、位置誤差が時間に無関係である電波航
法と組み合わせることによって精度を向上させている。

（ｄ）発明が解決しようとする課題 従来の電波航法と自立航法を組み合わせたハイブリッド
航法装置においては、自立航法を基準とし、自立航法に
よる累積誤差を必要な時点で電波航法の測定結果により
補正する方法が採られている。ところが一般に電波航法
の誤差は時間経過に関係なくほぼ測定であるが、次のよ
うな電波伝搬速度（時間）の測定誤差が生じる。

■地球を単純な回転楕円体と近似したため、電波伝搬路
長が実際と異なる。

■伝搬経路の媒体が仮定したものと異なる。例えば海上
伝搬を仮定していて、途中に陸地がある場合に理論電波
伝搬速度が実際と異なる。

■電波伝搬路上の大地の導電率の変化などによる伝搬速
度の標準値からの偏差がある。

■受信点の推定位置が正しくないため電波伝搬路長が実
際と異なる。

このようなオフセット誤差は直接的に予測することがで
きず、従来の航法装置においてはオフセット誤差の有効
な除去方法が採られていない。

この発明の目的は、電波航法と自立航法を組み合わせて
自立航法による測定値のドリフト補正を的確に行うとと
もに、電波航法による短時間におけるオフセット誤差の
変動を有効に除去して航法精度を高めた、航空機や船舶
あるいは車両等に搭載可能な航法装置を提供することに
ある。

（ｅ）課題を解決するための手段 この発明の請求項１に係る航法装置は、電波航法により
測定点の位置と速度を測定する電波航法装置と、 自立航法により測定点の位置と速度を測定する自立航法
装置と、 両肌法装置による測定値の差を検出するとともに、その
差が予め定められた値を超えるとき、自立航法装置によ
る測定結果をフィルタに与え、前記差が予め定めた値を
超えないとき、電波航法装置による測定結果をフィルタ
に与える測定値選択手段と、 電波航法装置による測定結果またはフィルタの出力結果
を自立航法装置の新たな推測値として補正するドリフト
補正手段と、から構成したことを特徴としている。

また、この発明の請求項２に係る航法装置は、電波航法
により測定点の位置と速度を測定する電波航法装置と、 自立航法により測定点の位置と速度を測定する自立航法
装置と、 両肌法装置による測定値の差を検出するとともに、その
差が予φ定められた値を超えるとき、自立航法装置によ
る測定結果をフィルタに与え、前記差が予め定めた値を
超えないとき、電波航法装置による測定結果をフィルタ
に与える測定値選択手段と、 自立航法装置による測定結果またはフィルタの出力結果
を電波航法装置の新たな推測値として補正するオフセッ
ト補正手段と、から構成したことを特徴としている。

さらに、この発明の請求項３に係る航法装置は、電波航
法により測定点の位置と速度を測定する電波航法装置と
、 自立航法により測定点の位置と速度を測定する自立航法
装置と、 両肌法装置による測定値の差を検出するとともに、その
差が予め定められた値を超えると）、自立航法装置によ
る測定結果をフィルタに与え、前記差が予め定めた値を
超えないとき、電波航法装置による測定結果をフィルタ
に与える測定値選択手段と、 前記両肌法装置による測定値の差を検出するとともに、
その差が予め定められた値を超えるとき、自立航法装置
の測定結果またはフィルタの出力結果によって電波航法
装置による測定値のオフセットを補正し、前記差が予め
定めた値を超えないとき、電波航法装置による測定結果
または前記フィルタの出力結果によって自立航法装置の
測定値のドリフトを補正する測定値補正手段と、から構
成したことを特徴としている。

（ｆ１作用 この発明に係る航法装置においては、電波航法装置は電
波航法により測定点の位置と速度を測定（推測）し、自
立航法装置は自立航法により測定点の位置と速度を測定
（推測）する、そして測定値選択手段は、両肌法装置に
よる測定値の差を検出するとともに、その差が予め定め
た値を超えるとき、自立航法装置による測定結果をフィ
ルタに与え、測定値の差が予め定めた値を超えないとき
、電波航法装置による測定結果をフィルタに与える。

したがって、電波航法装置と自立航法装置の測定値の差
が小さい通常状態では、誤差の発散しない電波航法の測
定値が測定結果として用いられ、両肌法装置による測定
値の差が大きい場合は自立航法による測定値が測定結果
として用いられる。

そしてこの発明の請求項１に係る航法装置では、自立航
法によるドリフトが電波航法による測定結果またはフィ
ルタの出力結果によって除去される。

また、この発明の請求項２に係る航法装置では、電波航
法の短時間におけるオフセット誤差の変動が、自立航法
による測定結果またはフィルタの出力結果によって除去
される。

さらに、この発明の請求項３に係る航法装置では、測定
値補正手段が、前記両肌法装置による測定値の差を検出
するとともに、その差が予め定められた値を超えるとき
、自立航法装置の測定結果またはフィルタの出力結果に
よって電波航法装置による測定値のオフセットを補正し
、前記差が予め定めた値を超えないとき、電波航法装置
による測定結果または前記フィルタの出力結果によって
自立航法装置の測定値のドリフトを補正する。したがっ
て、自立航法装置のドリフト補正および電渡航法装置の
短時間におけるオフセット誤差の変動が共に自動的に補
正される。

（ａ実施例 第２図はこの発明の実施例である航法装置の機能ブロッ
ク図である。図において２はＧＰＳ、ＮＮ５Ｓ、オメガ
、ロラン、または航空衛星システムなどを利用して測定
点の位置と速度を測定する電波航法装置である。また、
３は対地速度を測定するドツプラソナーまたは対水速度
を測定するドツプラログを備え、その測定値とジャイロ
コンパス１の方位データに基づいて測定点の位置と速度
を推測する自立航法装置である。この自立航法装置３は
測定値切換手段５によって選択された電波航法装置によ
る測定結果またはカルマンフィルタフの出力結果を新た
な推測値とすることによってドリフト補正を行う。４は
、電波航法装置２の測定値と自立航法装置３の測定値と
の差を計算する測定値差計算手段であり、５はこの測定
値差の大小に応じて電波航法装置２の測定値または自立
航法装置３の測定値の何れか一方を選択的にフィルタ７
へ与える測定値切換手段である。６はフィルタフに与え
られる測定値の誤差分散を求める手段である。さらに７
は測定値や測定誤差分散などによって測定値の位置およ
び速度の最確値を求めるカルマンフィルタである。

第１図は上記航法装置の測定値と航跡との関係を示して
いる。図において○印は電波航法による測定値、Δ印は
自立航法による測定値であり、２点鎖線は推定された最
確値による航跡を示している。また（Ｓ）はスタートポ
イントであり、初回の測定値は電波航法による測定値Ａ
Ｏを採用している。−回目の電波航法による測定値はＡ
Ｉ、自立航法による測定値はＢ１であるが、このときの
両測定値の差が小さいため、電波航法による測定値Ａ１
を測定値として採用している。自立航法装置はこのＡ　
ｌ　−Ｂ　１間のドリフトを補正し、この例ではＡ１か
ら再び推測を行う。第２回目の電波航法による測定値は
Ａ２、自立航法による測定値はＢ２であるが、この場合
、両測定値の差が大きいため、自立航法による測定値Ｂ
２をフィルタに与える測定値として採用している。以降
同様にして電波航法による測定値と自立航法による測定
値のいずれか一方を、両測定値の差の大小によってその
都度選択していく。

このような航法装置は１．具体的には電波航法装置と自
立航法装置および両肌法装置のデータを読み込み、フィ
ルタリングを行うマイクロプロセッサから構成すること
ができる。その場合のマイクロプロセッサの行う処理に
ついて次に説明する。

まず自立航法として、ジャイロコンパスとドツプラソナ
ーまたはドツプラログを用いたこの発明の実施例の場合
、航法装置の物理的内容を的確に表現する数学モデルは
つぎの（１）〜（５）式となる。

Ｘ＝　（Ｋ　Ｉ　Ｋ−１） ＝Φ・Ｘ　（Ｋ−１）に−１）・−−一−−−・−・−
−−−一一−−−−・（１）Ｐ（ＫＩＫ−１＞ ＝Φ・Ｐ　（Ｋ−１）に−１）ΦＴ４Ｑ・・・・・（２
）Ｇ　（Ｋ） ＝Ｐ　（Ｋ　Ｉ　Ｋ−１）　　・Ｐ（ＫＩＫ−１）＋Ｒ
）−１・・・・−・・・・−−−−−−・−・−・−・
・・・・・・・・・−・−・・・−・−（３）Ｘ（ＫＩ
Ｋ） ＝　　＜Ｉ−Ｇ　　（Ｋ））　　・　Ｘ（ＫＩＫ−１）
＋Ｇ　　（Ｋ）　　・　Ｚ（Ｋｉ−・−−−−・−・−
・−一−−−−−・−・−・（４）Ｐ（ＫＩＫ） ＝　　（１−Ｇ　　（Ｋ））　　・　Ｐ（ＫＩＫ−１）
　　・−（５）ここで に単位行列 Ｑ；外乱の共分散行列雑音 Ｒ：観測値の共分散行列雑音すなわち測定誤差分散 Ｇ（Ｋｌフィルタゲインすなわち重み Ｘ：状態ベクトル Ｘ（ＫＩＫ−１）　　　二　Ｚ（１），Ｚ（２１，・　
・　Ｚ（Ｋ−１）を用いたＸ（ＫＩＫ−１）の推定値Ｘ
　（Ｋ　Ｉ　Ｋ）　：　Ｚ（１）、　Ｚ（２＋、・・・
Ｚ　（Ｋ）を用いたＸ　（Ｋ　＋　Ｋ）の推定値 Ｐ　（ＫＩＫ−１）：Ｘ　（ＫＩＫ−１）の推定誤差分
散 Ｐ　（ＫＩＫ）：Ｘ　（ＫＩＫ）の推定誤差分散Ｚ　（
Ｋ）　　：観測値 Φ：遷移マトリクス χＨ：選択された測定値の緯度 χ、：選択された測定値の経度 υＨ：選択された測定値の北方向の速度υ、：選択され
た測定値の東方向の速度ＸＮ　；電波航法による緯度 ＸＥ　：電波航法による経度 ｖＮ　：電波航法による北方向の速度 ■、：電波航法による東方向の速度 たとえば、時刻に−１の状態ベクトルの推定値Ｘ　（Ｋ
−１）に−１）から、時刻にの状態ベクトルの推定値Ｘ
（ＫＩＫ−１）を求めるには（１）式から 第３図は上記マイクロプロセッサの処理手順を示すフロ
ーチャートである。まず外乱の大きさにより定まる共分
散行列雑音Ｑに測定の値として予め定めた推測値を設定
する（ｎｌ）、つづいて行列演算を行うための遷移マト
リクスΦを計算する（ｎ２）、さらに電波航法装置より
緯度ＸＮ＋経度ＸＥ＋北方向の速度ｖＮｏおよび東方向
の速度■ｏを読み込み、これを状態ベクトルの初期値と
する（ｎ３−ｎ４）。つづいて推定誤差分散の初期値を
推定値として設定する（ｎ５−ｎ６）。

その後測定タイミングを待ち、測定タイミングとなれば
、まず電波航法装置と自立航法装置からそれぞれ測定値
を読み込み、両側定値の差を計算する（ｎ７〜ｎ１ｏ）
。測定値の差が予め定めた値未満であるとき、電波航法
による測定値を観測値として採用する（ｎｉｌ−ｎ１２
）。もし測定値の差が予め定めた値であるなら自立航法
による測定値を観測値とする（ｎ１３）、その後上記（
１）〜（５）式に示したフィルタ計算を行う。すなわち
、まずｎ４で求めた初期値から（１）式の演算を行うこ
とによりＸ（ＫＩＫ−１）を求める（ｎ１４）。

つづいてｎ６で定めた値を初期値として（２）式を演算
することによってＰ（ＫＩＫ−１）を求める（ｎ１５）
。さらに測定誤差分ｔｌｋＲを求め、（３）式の演算に
よってフィルタゲインＧ　（Ｋ）を求める（ｎ１６→ｎ
１７）、さらに（５）式によってＰ（ＫＩＫ）を求める
（ｎ１８）、その後、ｎ１２またはｎ１３にて定められ
た観測値をＺ　（Ｋ）として（４）式の演算を行うこと
によって最確推定値Ｘ（ＫＩＫ）を求めこれを出力する
（ｎ　１９→ｎ２０）。

その後つぎの測定タイミングまで待ち、測定タイミング
となれば同様の処理を繰り返す（ｎ２０−ｎ７）。

第４図はこの発明の他の実施例である航法装置の機能ブ
ロック図である。第２図に示した航法装置と異なる点は
、電波航法による測定結果のオフセットを補正する場合
、自立航法による測定結果またはフィルタリングの結果
すなわち推定された最確位置を基準にしてオフセットを
補正するようにした点である。

第５図は更に他の実施例に係る航法装置の機能ブロック
図である。同図において、８は電波航法装置２の測定値
と自立航法装置３の測定値との差の大小に応じて電波航
法装置の測定値または自立航法装置の測定値を選択的に
補正する切換手段である、具体的には両肌法装置による
測定値の差が予め定められた値を超えるとき、前記切換
手段８は自立航法装置の測定結果またはフィルタの出力
結果を電波航法装置へ与、える。これにより電波航法装
置は測定値のオフセットを補正する。前記差が予め定め
た値を超えないとき、前記切換手段８は電波航法装置の
測定結果またはフィルタの出力結果を自立航法装置へ与
える。これにより自立航法装置は測定値のドリフトを補
正する。

上述の実施例によればシュミレーションの結果、自立航
法の誤差発散が抑えられるとともに、電波航法によるオ
フセット誤差が除去されることにより航法精度は約１０
％向上した。

（ｈ１発明の効果 以上のようにこの発明の航法装置によれば、自立航法単
独の場合に生じる誤差発散（累＃２誤差）がなく、しか
も電波航法による短時間におけるオフセット誤差の変動
が、ドリフト補正された自立航法の測定結果により抑制
される。このた′めたとえば単なる低域フィルタを用い
た場合に生じる応答の遅れ等もなく、高い航法精度が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である航法装置の動作を説明
するための図、第２図は同装置の機能ブロック図、第３
図は同装置の処理手順を表すフローチャートである。第
４図と第５図は他の実施例に係る航法装置の機能ブロッ
ク図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電波航法により測定点の位置と速度を測定する電
   波航法装置と、 自立航法により測定点の位置と速度を測定する自立航法
   装置と、 両航法装置による測定値の差を検出するとともに、その
   差が予め定められた値を超えるとき、自立航法装置によ
   る測定結果をフィルタに与え、前記差が予め定めた値を
   超えないとき、電波航法装置による測定結果をフィルタ
   に与える測定値選択手段と、 電波航法装置による測定結果またはフィルタの出力結果
   を自立航法装置の新たな推測値として補正するドリフト
   補正手段と、 からなる航法装置。
2. （２）電波航法により測定点の位置と速度を測定する電
   波航法装置と、 自立航法により測定点の位置と速度を測定する自立航法
   装置と、 両航法装置による測定値の差を検出するとともに、その
   差が予め定められた値を超えるとき、自立航法装置によ
   る測定結果をフィルタに与え、前記差が予め定めた値を
   超えないとき、電波航法装置による測定結果をフィルタ
   に与える測定値選択手段と、 自立航法装置による測定結果またはフィルタの出力結果
   を電波航法装置の新たな推測値として補正するオフセッ
   ト補正手段と、 からなる航法装置。
3. （３）電波航法により測定点の位置と速度を測定する電
   波航法装置と、 自立航法により測定点の位置と速度を測定する自立航法
   装置と、 両航法装置による測定値の差を検出するとともに、その
   差が予め定められた値を超えるとき、自立航法装置によ
   る測定結果をフィルタに与え、前記差が予め定めた値を
   超えないとき、電波航法装置による測定結果をフィルタ
   に与える測定値選択　手段と、 前記両航法装置による測定値の差を検出するとともに、
   その差が予め定められた値を超えるとき、自立航法装置
   の測定結果またはフィルタの出力結果によって電波航法
   装置による測定値のオフセットを補正し、前記差が予め
   定めた値を超えないとき、電波航法装置による測定結果
   または前記フィルタの出力結果によって自立航法装置の
   測定値のドリフトを補正する測定値補正手段と、 からなる航法装置。