JPH0341368A - 信号処理装置および方法 - 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】 本発明は、信号処理、特に積分された形で誤りの結果を
与える成分を含む入力信号を時間に関して積分する処理
に関するもので、入力信号でない積分された信号から、
前記成分の効果を取除く（入力信号内で検出できてもで
きなくても）のに有用である。

本発明は、特に、専用的ではないが、加速度計の感度が
よい軸に沿って加速度を測定するための固有の応動線型
性に関しても、作られた信号内に現われる名目上感知し
ない軸に沿うか、その周りの加速度計の運動の効果に関
しても、慣性的測定に使用される加速度計により与えら
れる信号を処理するために利用される。

慣性的測定に使用される加速度計は、航海用器具に最も
しばしば使用されるが、その場合には加速度信号は時間
に関して積分されて、乗物の速度の大きさを与え、さら
に通過した距離の大きを与えるために積分される。明ら
かに、不正確を取除くことは重要であり、若し処理の間
に不正確か行われ、また蓄積され＼ば航行のためには、
器具を不満足な精度にする。従って、誤差の原因および
その除去は、数学的に、実用的に研究され、本質的には
本発明の部分ではないが、そのような誤差の例について
、本発明の詳細な説明すために概説する。

加速度計および他の慣性的航海器具における誤差補正は
、例えばＮ、　Ｆｅｒｎａｎｄｅｚ　ａｎｄ　Ｇ、　Ｒ
。

Ｍａｃｏｍｂｅｒにより、”　Ｉｎｅｒｔｉａｌ　Ｇｕ
ｉｄａｎｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　”　ｐｕｂｌ
ｉｓｈｅｄ　　ｂｙ　Ｐｒｅｎｔｉｃ−Ｈ４ｌｌ　　Ｉ
ｎｃ、＋Ｅｎｇｌｅｗｏｏｄ　Ｃ１１ｆｆｓ、　Ｎ、　
Ｊ、　Ｕ、　Ｓ、　Ａ、において討議されている。

加速度計誤差の１つの形は、伝達関数線形誤差、しばし
ば５ｃａｌｅ　ｆａｃｔｏｒ　ｎｏｎ−１ｉｎｅａｒｉ
ｔｙと称せられるもので、電流の形をした、出力信号は
入力、加速度に比例しないばかりでなく、多項式の形で
あって、器具の関数である定数と、加速度に比例してこ
＼では、−次項とされるものと、こ＼では加速度の自乗
に比例する二次環とされるものである。

これを概括すると、出力信号− 八ＣＣ，＝Ｋ。十ＫＩ　Ｃ加速度）　十ＫＺ　［加速度
〕２・・・　（１）但し、Ｋｏ、に＋およびに２は、特
別な器具と運転条件とに対して定められる定数であり、
高次の項に無視されている。

運転環境においては、そのような加速度計は非常に低レ
ベルの慣性加速度を測定するために求められるもので、
舟の運動による舟の中の振動、または加速度計を運んで
いる器具間の予め考えられて誘起された震えに従ってい
る。そのような振動の効果は、加速度計の出力信号によ
り表わされる、合成した慣性および振動加速度を与える
。

若し振動運動が正弦波状であれば、すなわち関数ａ　ｓ
ｉｎ　ｎＬにより表わされＸば、出力信号は、ＡＣＣ，
＝Ｋｏ＋に＋　ａ　ｓｉｎ　ｗｔ　十に２ａ２ｓｉｎ２
ｉｙｔ　−（２）゛により表わされ、これは、 ＡＣＣ，＝Ｋｏ＋に、ｓｉｎｗｔ＋Ｖ２Ｋｚａ”　　！
４Ｋｚａ２ｃｏｓ２ｗｔ−・−（３１としてよい。

ある期間に亘る積分は、周期的振動における濾波効果を
持つようにしてもよいが、伝達関数の二次項は、方程式
（３）に定数項％に２ａ２を導くことが判るであろう。

係数に２は、通常に、より著しく小さく、項（％−に２
ａ　２）は振動加速度の大きいピーク値（ａ）に対する
加速信号においのみ著しくなるが、速度信号ＶＥＬを与
えるために信号ＡＣＣが時間に関して積分されると、そ
の効果は、長い積分時間にば可成り著しくなり、速度信
号に対して誤差を生じる時間依存成分を与えるようにな
る。

加速度計から速度測定を得るためには、測定された加速
度表示信号の積分を行うことは公知であり、このときに
は、電流−周波数変換器により電流の形で行われるが、
この変換器においては、キャパシタ上に発生された電圧
が限界値に達するまで、キャパシタが電流により充電さ
れ、その限界値に達した時点では、キャパシタは、電圧
を相殺して、さらに充電を可能にする予め定められた反
対の電荷を加えることにより復帰され、与えられた時間
におけるキャパシタの復帰の数は、その期間における平
均電流を示し、長い積分期間に亘っ０ て数えられた復帰の総数は、電流の積分値、名目では舟
の速度を示す。

積分のそのような方法は、本来正確であると考えられ、
また加速度電流の直接の測定を含んでいないが、二次伝
達関数項により与えられる前述の非線形のために、速度
を表わす信号、すなわち、積分された入力信号または積
分信号は、真の値を与えるように補正されねばならない
。

このことは、隣り合った一対のサンプル値の各々に対し
て平均電流サンプル値を与えるために高い割合の積分期
間に亘って速度値をサンプリングし、各有効な電流サン
プルに対して二次項を分離するアルゴリスム法を適用し
、特にサンプルを自乗し、二次項係数とサンプル継続時
間とを与える因数をそれに乗積し、処理されたサンプル
を積分期間の間累積して、積分された加速器信号におけ
る二次項の効果を定量的に推定し、この推定値を減算し
て、−次項だけに基く真の積分値を導出することにより
行われる。

積分値ではなく、加速度信号のサンプリングすす ることを含む同様の方法が、アルゴリスム処理に対して
直接に加速度サンプルを与えることは判るであろう。

何れの場合でも、別名の効果を回避して、振幅が振動す
る信号を処理する適当な情報を引出すために、Ｎｙｑｕ
ｉｓｔサンプリング理論により与えられる重要な最高振
動周波数の２倍において、またはそれ以上においてサン
プルを取ることが必要であると通常前えられ、実際に、
振動周波数の５または６倍、すなわち、約３×″Ｎｙｑ
ｕｉｓｔ率”においてサンプルを取る必要かあると了解
されている。

現代のシステムにおいては、そのような信号のアルゴリ
スム処理は、プログラム化されたコンピュータによりデ
ジタルの形で遠戚されるが、そのコンピュータはサンプ
リングの制御を含む数多くの機能も果すことができるも
のであり、また実用では２．５　Ｋ１１ｚのオーダの高
速度で行われるサンプルの処理は、信号の低周波数慣性
的変化において主として関心を持たれているシステムに
対しては負担であり、高周波振動による望ましくない二
次項出力の効果を無くすためのコンピュータ　オーバー
ヘッドが無駄であると思われる。

加速度計において生じる誤差の第２の形は、いわゆる振
動振子性誤差であって、この誤差は、感知軸の周り、お
よびこの軸に直角な振動運動に起因するもので、これら
の方向で検知された力Ｕ速度の積の関数である。

加速度計において生じる誤差の第３の形は、いわゆるス
カリング誤差であって、感知軸に対して相互に直交する
直線に沿う振動が、加速度計出力信号に誤差を与える感
知軸に沿って効果を与えるものである。加速度計が、相
互に直交する方向に沿って感知する同様の加速度計およ
びそれらの軸の周りの回転を測定するジャイロと共に、
吊皮で下げられた慣性プラットフォームに載せられてい
るとき、１つの加速度計の信号における補正アルゴリス
ムを行うために、サンプルに取られて使用される特別な
角度または直線方向において測定する適当な装置からの
信号を取ることは、通常のことである。

３ これらの場合において、誤差は加速度計信号自身から検
知できないが、積分された信号におけるそれらの効果は
、適当な方向において測定を行う装置の信号をサンプリ
ングし、信号サンプルを加速度計感知軸に対する効果を
定めるアルゴリスム関数に従わせ、それから積分された
加速度計信号を補正する前に、それらの信号を積分する
ことにより、定量的に表わされる。

補正処理は、サンプルを補正アルゴリスム処理に従わせ
て、それから処理されたサンプルを積分して、積分され
た加速度計信号に対する補正を与える、１つまたはそれ
以上の信号をサンプルとして取出すことを含む限り、第
１に述べられたケースへのパターンに一致することは判
るであろうが、また、全ての前記の記載は、振動してい
る信号を積分することにより作られる出力を補正するた
めに、振動している信号から比較的高い周波数において
情報を抽出することの実施を例示している。

本発明の目的は、入力または積分された信号のサンプル
を導出し、サンプルを処理することによ４ リ、入力信号中の誤差に対する積分された入力信号を補
正する方法および装置を提供することで、これは従来よ
りも前記サンプルの取出し、および処理を簡単にし、効
果を保留するものである。

本発明の第１の様相によれば、積分期間の間入力信号を
時間に関して積分し、入力信号における誤差による積分
された信号における誤差を補正することにより、入力信
号を補正する装置は、入力信号内の誤差の関数関係を持
つ信号サンプルを導出するために制御信号に応動し、サ
ンプルにより表わされる入力信号内の誤差を量で定める
ように前記関数関係を表わすアルゴリスム処理へのサン
プルを従わせ、処理されたサンプル結果を積分して、積
分された信号に対する効果を量で定める信号サンプリン
グおよび処理手段と、量で定められた効果に従って積分
された信号を変形するようにすることのできる別の処理
手段と、積分期間を定め、サンプリングおよび処理手段
に対する複数の制御信号を、発生された制御信号の数が
、重要な最高信号周波数に対してＮｙｑｕｉｓｔサンプ
リング理５ 論により要求されるよりも小さいように、無作為または
擬似無作為に作られる回数で作るように動作させられる
制御手段とを含んでいる。

本発明の第２の様相によれば、入力信号内の誤差による
誤差の、入力信号の予め定められた積分期間の間の積分
を表わす信号を補正する方法は、誤差と関数的な関係を
持つ１つまたはそれ以上のサンプルから、積分期間内の
サンプルの数がＮｙｑｕｉｓｔサンプリング率により要
求されるより小さいように、無作為または擬似無作為の
回数でサンプルを導出し、前記関数関係を表わすアルゴ
リスムにサンプルを従わせ、積分された信号に対する効
果を量で表わすために、処理されたサンプルを積分し、
量で表わされた効果に従って前記積分信号を変形するこ
とを含んでいる。

以下図面により本発明を実施例について説明する。

第１（ａ）図−第１（Ｃ）図によれば、積分されるべき
信号、入力信号の信号源１０は、公知の形の慣性加速度
計、すなわちＦｅｒｒａｎｔｉ　　Ｆ　Ａ　２が例示さ
れ６ ていて、これは、加速の方向に関係する方向において通
過させられた電流、および加速度の大きさに名目的に比
例する大きさの形の信号を作る。実用では、加速度計の
伝達関数、すなわち加速度への応動は線形でなく、すな
わち正比例するものでなく、上記方程式（１）により与
えられる、定数、加速度および加速度の自乗の項を持つ
多項式の形である。二次（加速度の自乗）応動は、−次
（加速度）応動に比して小さく、すなわち係数Ｋ　２＜
＜　Ｋ　。

を持ち、運転条件は、その効果が実際の誤差を表わす処
に存在する。

慣性航行をしているとき、時間に関して加速度計信号を
積分することにより速度の測定を要求し、加速度計が、
可成り高い周波数振動にさらされている慣性運動による
、恐らくは、加速度計に付加的な加速度力を加える器具
群のゆっくりした震え、または舟の振動による非常に低
いレベルの加速度を受けることは、まれなことではない
。そのような振動においては、到達したピーク加速度力
は、二次応動が低いにも拘らず、加速度計信号には誤７ 差の項が導入され、所望の速度関数を与えるために積分
されると、−次慣性項に比してこの加速度信号が著しく
なるであろう。

第１（ｂ）図によれば、これは、定常慣性加速度Ａと、
正弦波振動加速度ａとの両方を受けたときの加速度計１
０の出力ＡＣＣ，の時間関数としての波形を示し、判り
易くするために二次項は無視されている。波形は次の方
程式 ％式％（４） により表わされる。

これに重畳されて、時間に関する積分、すなわち速度が
あり、 ＶＥＬ＝　Ａ’　ｔ−ａ　’ｃｏｓ　ｗｔ＋定数。

これは、位相が９０°ずらされた同様の正弦波形をとり
、時間に関して線形傾斜関数として増加する横座標の周
りに振動する。

二次関数項がないときは、積分された信号は、瞬時値を
与えるものと考えられ、または速度の平均値を与えるよ
うに高周波成分を濾波される。

正弦波関数である振動加速度については、積分８ されると、振動加速度の二次伝達関数は定数、すなわち
ｄ、ｃ、を持つようになり、これは瞬時的誤差を起こす
方程式（３）に示された作用をし、また高い周波数振動
の濾波を続けることは判るであろう。

方程式（１）によれば、加速度計１０の出力、方程式（
４）は、次のように表わされる。

ＡＣＣ，＝（ＫＯ＋ＫＩＡ＋に２Ａ２）　　＋（Ｋｏ＋
に＋ａ　ｓｉｎ　ｗｔ＋に２”ａ２ｓｉｎ２ｗｔ）　−
−（５）。

これを方程式（３）に従って配列し直すと、ＡＣＣ，＝
（Ｋｏ　＋　Ｋ＋Ａ＋Ｋｚ八２）　　へ（Ｋｏ＋に＋ａ
　ｓｉｎ　ｗｔ＋　’Ａ　◆Ｋｚａ”−％Ｋｚａ２ｃｏ
ｓ２ｗｔ）・・・・・・　（６）。

器具に対して一定であり、取除くことができる係数Ｋ。

を別にして、信号へ、Ｃ，Ｃ，は、積分されたときに時
間の関数として増加する非正弦波頂、すなわち、測定さ
れるべき慣性加速度ＫＩ　Ａ、慣性加速度中の非線形誤
差Ｋ　２　Ａ　２、および振動加速度内の非線形誤差％
・Ｋ２ａ２を含んでいる。

これらの第１のものは、所望の測定量であり、９ 後の２つは誤差成分である。

Ｋ２は通常に１より著しく小さいので、項（Ｋ２　Ａ２
）は通常に＋Ａに比して無視できる。

同様に、Ａはａと同しオーダまたはそれより大きい大き
さのものであるので、項（％・Ｋ２ａｚ）は項に、Ａの
値に比して無視してもよい。しかしながら、慣性が速度
Ａの低い値に対しては、（！４・Ｋ２ａ２）の値は、（
Ｋ、Ａ）の値に比して重要になる。

加速度計１０により伝えられる信号は、積分手段１１に
より直接に容易に積分されるが、この積分手段は、実用
では、キャパシタを充電して復帰させる電流−周波数変
換器１２の形を取り、特別の電流方向に対する復帰の数
が、速度の測定を与える積分期間に対するカウンタ１３
において計数される。

加速度計内の二次オーダの誤差の効果を、サンプリング
手段１４によって、第１（ｂ）図において１５に示され
るように、加速度信号の重要な最高周波数からのＮｙｑ
ｕｉｓｔサンプリング速度を超えた０ 速度、実用では最高周波数の２−６倍でサンプルを取出
すことにより取除くことは公知である。後に明らかにな
る理由により、このサンプリング速度と、サンプルが取
出される時間間隔１６とは、こ＼では便利上、それぞれ
サンプリングの高周波率およびサンプリングの高周波間
隔と称する。

間隔１６において取出されるサンプル１５は、アナログ
・デジタル変換手段１７によりデジタル形に変換され、
各サンプルはプロセッサ１８に通過させられ、そこでア
ルゴリスム処理を受けて、入力信号の二次オーダの量を
導出する。

方程式（１）から、加速度出力信号は Ａ　ＣＣ＝Ｋｏ　＋　ＫＩ　（加速度）　＋に２　Ｃ加
速度〕２゜積分を除いて大抵の目的に対しては、二次お
よび高次オーダの項は無視でき、また Ａ　ＣＣ＝　Ｋｎ　＋　Ｋ　＋　　（加速度〕を与える
ための器具の定数であるからＫ。は容易に削除される。

信号ＡＣＣ＝に、Ｃ加速度〕は、このようにして自乗さ
れ、 Ａ　ＣＣ２＝　ＫＩ”　（加速度〕２　・・・・・・　
　　　（７）１ または〔加速度）　２＝ＡＣＣ２／に＋”・・・・・・
　（８）となるので、方程式（３）における二次項の効
果は、近似的に Ｋｇ　　（加速度：ｌ　”　＝ＡＣＣ２に２　／Ｋｌ”
・・・・・・　（９）となる。

但し加速度は前記の振動ａ　ｓｉｎ　ｗｔであり、これ
は方程式（９）に代入されて、 Ｋ２ａ２ｓｉｎ２ｗｔ　＝ＡＣＣ２に２　／　Ｋｌまた
は、％に２ａ２−　％Ｋｚａ　２ｃｏｓ２ｗｔ＝ＡＣＣ
２に２／　ＫＨ”００） となる。

積分期間に亘る積分により、項’ＡＫｚａ２　（および
振動サイクルの完全な数でないもの対する項ＩＡＫ２　
ａ２ｃｏｓ　２ｗｔ）が評価される。

加速度信号ＡＣＣから取ったサンプルは、自乗されて、
係数の比（Ｋｚ　／に＋”）を乗算すれば、サンプルに
おける二次非線形項の効果を表わす。

これに間隔１６を乗算して得られた積分は、サンプルの
数に対する積算期間の比と、積分期間の間の同様に処理
されたサンプルの累積とを表わして２ もいて、加速度計の二次応動項に起因している加速度計
信号の成分の積分された別形を与える。

自乗された各サンプルに、比（Ｋｌ　／に２　）と間隔
１６とを乗算することは、蓄積器１９において自乗され
たサンプルを累積した後に、さらに容易に行われる。素
子、１４．１７．１８および１９は、−緒に、サンプリ
ングおよび処理手段を含んでいる。

推定値は、デジタル・アナログ変換器（Ｄ　Ａ　Ｃ＞２
０により、カウンタのような積分手段の形に相当する形
に変換され、積分手段１１およびＤＡＣ２０の出力の両
方とも、減算回路の形の別の処理手段に供給され、そこ
で積分された信号は二次項の定量的推定２０と、２２に
おいて与えられる速度の補正された値との減算によって
補正される。

上記に概説した方法および装置は公知であり、非線形伝
達関数により起される原信号の二次成分による補正を行
うために、加速度計信号の簡単な、本来正確な積分にも
拘らず可成の処理が望まれ、この処理は、デジタルで行
われるのが最も実用的３ であるが、デジタル処理の部分として受入れられるサン
プリングにより指令されるサンプルの数のために、可成
りの処理および蓄積オーバヘッドを使用することを示す
役目をしている。

第１（Ｃ）図は、分離して第Ｌ　（ｂ）図の積分された
信号ＶＥＬを示し、また如何にしてこの信号自身がサン
プルにされ、便利のために高周波間隔１６である短時間
間隔により分離された、２３および２４のような隣接す
るサンプルの対が速度の変化率、すなわち第１（ａ）図
の少し変形されたアルゴリスム処理において使用される
高周波間隔１６の間の加速度の平均値を誘導するために
使用されるか、また実用において、他の計算における積
算された信号の使用が、これを特に適当な補正信号の源
とするかを示している。

本発明によれば、積算された加速度計信号への加速度計
信号の二次の項の効果が量として作られる処理方法が、
第２図および第３図の波形により示される。

信号ＡＣＣ１を示す第２図によれば、本発明に４ よる処理方法は、加速度計振動の特別な周波数に対して
波形の既知の数を含む前記積分期間をＴＩとして定める
こと、および信号を無作為または疑似無作為の回数にサ
ンプリングして、信号が第１ｆＣ１図に示されているＮ
ｙｑｕｉｓｔ率に、またはそれ以上においてサンプルと
して取出されるよりも、数においては少ない複数のサン
プル１５′を積分期間中に取出すようにサンプリングす
ることを含んでいる。

サンプルは、信号ＡＣＣの各有効サンプルを自乗し、そ
れを積分期間ＴＩに取出された他のサンプルと共に累積
し、二次項係数の等価を与える因子と、積分期間に取出
されたサンプルの数に対する積分期間の比とを乗算する
ことにより、上記に概説した通常のアルゴリスムにより
処理される（信号の二次成分の関数を誘導するために）
。この比は、各サンプルが次のサンプルに延びる平均時
間間隔の近似である。入力信号ＡＣＣ１は連続していて
、累積される出力は、先行する期間Ｔ。

において取出されそれらのサンプルから形成され５ て、連続して新しくされる。各サンプルは、アルゴリス
ムにより処理されると、慣性加速度信号への二次オーダ
加速度−自乗効果を与えるが、時間による高周波数変化
と、サンプルの積分、すなわち累積器の内容、とのため
に明らかに正確でない信号は、“ノイズ”を受けるもの
と考えられる。

幾つかのサンプルを、波形サイクルのサンプリング点の
間に関係がない全く無作為なやり方で取ることにより、
それから幾つかの期間に亘って、サンプルの処理された
結果は、できるだけ少ないサイクルの間、高いＮｙｑｕ
ｉｓｔ率またはそれ以上におけるサンプリングと充分に
密接に一致して累積する。しかしながら、重要な特徴は
、入力信号が多くのサイクルに亘って積分を受けること
であるので、Ｎｙｑｕｉｓｔ率またはそれ以上における
サンプリングの精度に近付くために必要な付加的な時間
は、ザンプル処理の節約が有利であるので、不利ではな
い。

若しも、慣性加速度のいわゆる低周波数が充分に低く、
例えば零周波数であれば、積分期間は所６ 望されるだけ長くされ、実用的目的で結果として無作為
サンプリングによりＮｙｑｕｉｓｔ率以上のサンプリン
グに等しくなる。

これに反して、高周波間隔の繰返し率は、受は入れられ
る慣習に従って、Ｎｙｑｔｌｉｓｔ率を遥かに越えるも
のとして定められ、定間隔の繰返し率は、重要な最高の
周波数に対するＮｙＱｕｉｓｔサンプリング率より少な
くなければならない。

重要な相違は、サンプリングが実際の時間内に少ない率
において行われ、どの期間においても少ないサンプルが
処理され、これによりデジタルコンピュータにおける処
理の要求を緩和している。

一般に積分期間は、慣性加速度における変化、または短
かい期間に処理されるサンプルの数を制限するという要
求等により、それに加えられる幾つかの限度を持ってい
ることは判るであろうが、Ｓ　ＸＮｙｑｕｉｓｔ率によ
り要求されるサンプルの５％より少ないサンプルを取る
４、００Ｈｚのオーダの高周波信号により、数秒の積分
期間を有する規範は、積分された信号における入力信号
誤差効果の充分７ に量とされた推定値を与えることが見出されている。

サンプルを無作為に取上げることは、デジタル回路の“
クロック”された動作に関して作用されるが、このデジ
タル回路には、積分期間Ｔ１を、第１（ｂ）図における
サンプル１５に対するようなＮｙｑｕｉｓｔサンプリン
グ率またはそれ以上において生じる、こ＼では便利上高
周波間隔１６と称されている複数の期間として定め、ま
た取出されているサンプルがアルゴリスム処理を受けて
いる間隔を、無作為または擬似無作為選択処理により選
択することにより、サンプルが入力される。選択は、サ
ンプルが取出されなかったであろうような間隔において
サンプルを実際に取出すようになるか、各間隔において
取出される選択されたサンプルを処理のために通過させ
るような結果になる。

本発明の方法は、計算時間についての要求を減らすが、
有効な量的推定値を作るために充分な数のサンプルを受
けることを意図して行われる。コンピュータ処理を助け
るためには、第２図に示さ８ れたような積分期間に亘って、取出されるサンプルが良
く広がっていることは、重要ではないとしても、役に立
つと考えられる。しかしながら、サンプルが本当に無作
為に取出されるならば、積分期間に取出されたサンプル
の数と、それらの分離との両方を制御することは困難で
あり、適当な数のサンプルを処理することにより適切な
情報を受けることは、密接して一緒に取出されて、コン
ピュータ装置の瞬時的要求を救済しないサンプルを処理
することに依存することが判るであろう。

さらに上記の方法について、第３図の波形ＡＣＣにより
示されるように、積分期間Ｔ、は、上記のように、継続
時間Ｉの複数の高周波間隔１６に分割されるが、この継
続時間は、少なくとも入力信号の重要な最高周波数のＮ
ｙｑｕｉｓｔサンプリングにおいて生じる高い周波数ク
ロックのｎクロックパルスに等しく、さらにＮ個の続い
ている間隔Ｉの各グループを継続時間Ｗ＝ＮＩのサンプ
リング窓間隔２５として定めるものであり、続いている
サンプリング窓間隔は慣性加速度における変化に９ 対するＮｙｑｕｉｓｔサンプリング率より大きい繰返し
率を持ち、零または零近くの周波数成分で経験する条件
であるので、Ｍ定間隔は積分期間Ｔ、を定める。

サンプリングは制御されているので、入力信号のサンプ
ル、１５”は、各定間隔における少なくとも１つの高周
波間隔において取出されるが、サンプルが取出されてい
る高周波間隔は、各定間隔内の間隔の数または継続時間
の拘束内で無作為または擬似無作為処理により選択され
ている。このことは、続いて起こるデジタル処理に同期
して取られ、積分期間に亘って広がっているサンプルの
効果を持っている。

１つ以上のサンプルが各定間隔において取出されるが、
処理のために取出されるサンプルの数という意味で本発
明の観念から離れる程多くないものであることは判るで
あろう。

同様に、１つまたはそれ以上のサンプルが各定間隔にお
いて真に無作為に取出されてもよいことは判るであろう
。

０ 上記の本発明の方法は、適当な、通常のハードウェアと
ソフトウェアとの組合せにより実施され得るもので、第
４図は、第３図に関連して説明され、第１（ａ）図を参
照して説明されたことに基く操作を行うのに適した装置
を、ブロック図の形で示したもので、共通の素子は共通
の参照番号を持っている。

サンプリングおよび処理手段１４　’、１７．１８およ
び１９′は、２６において示された制御手段により制御
されるサンプリング手段１４を持っており、この制御手
段はサンプリング手段１４′の入力端２７の無作為また
は擬似無作為間隔で制御信号を与えている。

第３図に関連して述べられた方法を実施するために、制
御手段２６は、マスタークロック２８（これはプロセッ
サ１８により、または関連して設けられてもよいが）、
クロック率により高周波間隔１６をＩクロック　パルス
として定めるようにセントできる計数限度を持つ第１の
カウンタ２９、高周波間隔１６の割合によりＷ＝Ｎ・■
と１ してサンプリング窓間隔２５を定めるよう（こセットで
きる計数限度を持つ第２のカウンタ３０、およびサンプ
リング窓間隔Ｗの積分数Ｍとして積分時間Ｔ、を定める
ようにセントできる計数限度を持つ任意の第３のカウン
タ３１を含んでいる。

高周波間隔におけるカウンタ２９の出力３２は、ゲータ
３３によりサンプリング手段１４に供給され、これによ
り、ゲートが開かれると、サンプルは適当な間隔１６に
おいて、アナログ・デジタル変換器およびプロセッサに
取出され、また（または）加えられる。ゲート３３は常
時閉ざされていて、信号発生器３４からの他の入力端に
おける制御信号により開かれるが、この信号発生器は、
擬似無作為数発生器３５のような無作為または擬似無作
為発生器と、無作為または擬似無作為間隔において生じ
る信号に適当な数を変えるためのデコード手段３７とを
含んでいる。信号発生器３４は、各サンプリング窓の継
続時間内のある時に、できれば窓カウントを定めるのと
同じセツティングで供給されることにより出力を作り、
カウンタ３０２ からの出力による各サンプリング窓の初めに復帰させら
れるように組織されている。

このようにして、少なくとも各サンプリング窓において
、高周波サンプリング間隔１６の無作為の１つで開かれ
ると、信号がサンプルとして取出される。

カウンタ３１の出力は、若し使用されると、３８におい
て示されるような累積器１９′に供給され、窓Ｍの数を
定め、また若し窓間陽当りに１つのサンプルが取出され
ると、積分期間を表わすと考えられるサンプルの数をも
定める。

累積器はこの処理されたサンプルの数を受けて格納する
が、それぞれ新しい処理されたサンプルは最も古く格納
されたサンプルの上に書いて、デジタル・アナログ変換
器２０に対する格納されて処理されたサンプルの常に新
しくされた総和を与える。

若し１つだけのサンプルが処理されて、サンプリング窓
間陽当りに与えられた結果であれば、累積器は、何時サ
ンプリングが取出されるかに依存３ して窓内の中間時間にこの出力が新らしくされても、サ
ンプル窓間隔の同様の数に基く出力を与える。

若し要求されるなら、累積器１９は、各サンプリング窓
の始点における線３９にある第２のカウンタ３０の出力
によって復帰されて、線３８により定められるサンプル
窓の予め定められた数の最も古いものから処理されたサ
ンプルを無くするようにしてもよいが、これによって積
分期間をサンプルの数でなく、サンプリング窓の数によ
り定める。このことは、サンプル取出しが、サンプリン
グ窓間陽当りに１つのサンプルに、またはサンプリング
窓間陽当りに少なくとも定められた数のサンプルに限定
されないときに使用される。

後者の状態は、信号発生器３５が上記のような各サンプ
リング窓に対する復帰制御を受けず、また（または）ゲ
ート手段３３により高周波間隔１６の積分数でないとこ
ろでサンプルおよび保持手段に対する制御信号を作るよ
うな真の無作為信号発生器と含む制御手段３４の変形（
図示されな４ い）に属する。そのような無作為信号発生器は、白色ノ
イズ発生器または放射性源を使用してもよいが、その減
衰率は積分期間を越えて、制御信号を与えるためにデコ
ーダ３７により使用される“計数値”の許容できる数の
高い確度を与えるように選ばれる、第４図の回路装置は
、制御手段２６の構造において詳細にした別の変形、累
積器とプロセッサ１８のような他の成分との関係、およ
び積分期間や、累積器の出力が与えられる用途の定義に
も通しることは明らかである。

数発生器３５は、能動的にシード数またはコンピュータ
　オーバヘッドを使用するノイズ信号から連続して新し
い数を計算し、あるいはｒｅａｄｏｎｌｙメモリを有し
ているが、このメモリには、運転中のコンピュータ回路
に対する低い要求で順次にアドレスされている、多数の
計算される前の無作為数が格納されている。

１つの特別な変形は、入力信号の有効なサンプルを誘導
するために、積分器１１の出力から積分された信号をサ
ンプリングすることである。第１５ （Ｃ）図により示されているように、信号は、変化の割
合を定めるために、隣接するサンプリング間隔の対にお
いてサンプリングすることを要求し、この目的で、信号
発生器３４の出力にはフリップ・フロップ３６が含まれ
ているが、この信号発生器は、その出力によりトリガさ
れると、２つの高周波間隔Ｉの間ゲート３３を開に保持
し、処理のために２つのサンプルが取出され、また（ま
たは）通過させられる。

サンプルにおいてアルゴリスム処理を行うためのプロセ
ッサ１８と、累積器１９とは、実用的に、プログラム化
されたコンピュータにより与えられるが、このコンピュ
ータはソフトウェア制御により他の目的で取出されるサ
ンプルをデジタル形に処理するものであってもよいこと
は、判るであろつ０ 前に示されたように、そのような配置は、しばしば１１
からの積分された信号をサンプルとし、積分された信号
のこれらのサンプルにおいて補正、および他の処理を行
うために使用される。

６ 上記の処理は、実際に補正アルゴリスム処理を行うため
に使用される演算の数を少なくするように、コンピュー
タ計画内のソフトウェア段階により行われることは判る
であろう。

処理は、第４図に関して述べられたことに基いていて、
無作為または擬似無作為に定められた間隔において加速
度計信号のサンプルを取ることにより、隣接する高周波
間隔１６の対で、その対の一方は上述のように無作為ま
たは擬似無作為に定められているものにおいて積分信号
を取出すことにより、また高周波間隔１６の間に平均加
速度サンプル値を導出することによるか、または他の目
的で各高周波間隔においてサンプルが取出されることを
許すことによるか、または従来の制御によるが、上記無
作為または擬似無作為の指定に従って定められたそれら
の間隔を処理することだけによっている。

第５（ａ）図は、コンピュータのプログラム化された演
算に組込むのに適した上記の補正演算の段階のフローチ
ャートを示している。

７ 順序は、プロセッサのクロック周波数に関係して、高周
波間隔１６を、Ｉ＝ｎクロック　パルス、窓間隔２５を
、Ｗ＝Ｎ、Ｉ、または積分期間Ｔ。

をＭ−Ｗとして定めることにより出発する。

クロック４０からのクロック　パルスは、４１において
計数され、４２において数ｎと比較されて、４３におい
て計数されている高周波間隔Ｉを導出する。高周波間隔
Ｉの計数値は、４４における数Ｎと比較される。若しそ
れがＮより小さければ、それは４５において数Ｒと比較
されるが、この数Ｒは１とＮとの間に含まれている数Ｒ
を与える擬似無作為発生アルゴリスム４６により発生さ
れる。

発生された高周波の数がＲに相当すれば、発生器４６は
、４５へ出力を与えることを止めさせられるか、または
再出発させられるならば新しく発生するように復帰させ
られる。数Ｒは、アルゴリスム処理、すなわち４８にお
いてこの瞬間の加速度計信号の二次成分を導出するため
にサンプルが取出される高周波サンプリング間隔４７を
定める。

８ サンプリング窓の終りにおいては、すなわちＮ個の高周
波間隔Ｉの後には、４４における比較が正であり、この
ことは、次の窓に対するカウンタ４３をリセットさせる
ことと、次の窓に対するＲの新しい値を供給するために
発生器４６を再出発させることと、両方のことをする。

４８において処理された各サンプルは、累積器４９に加
えられるが、この累積器は、積分期ｌ？ｌＴ１における
窓、従ってサンプルの数Ｍに従って最新のＭの処理され
たサンプルを累積して、５０において速度補正値を与え
る 第５（ｂ）図から判ることは、若し適当なサンプルが他
の目的で高周波数割合において取出されるなら、４７に
おける作用は、相当する間隔において取出されるサンプ
ルの簡単な選択４７′を含んでもよい。

代わりとして、第５（Ｃ）図で４７“において示されて
いるように、４７″における作用は、次の間隔１　ｉ＋
Ｉ　におけるサンプルが続く間隔Ｒ＝１．における積分
された信号の取出されたサンプルを取９ 出すか、または選択することと、それらのサンプルの差
と、高周波間隔（Ｉｉ−Ｉｆ。、）の継続時間とから、
その区間の対する加速度の平均値を導出することとを含
んでいる。

上に考えられた加速度計信号、その中に存って積分され
た信号に影響を及ぼす誤差、およびそれを補正する段階
は、信号の形について制限しないだけの例として、また
如何にして積分された信号への補正適用に対するアルゴ
リスム処理のより補正が行われるかについて考えられて
いるものである。

上記に概説されているように、信号は、相互に直交する
３つの感知軸に配置された各慣性加速度計の出力に由来
している。さらに、１つまたはそれ以上のこれらの加速
度計は、上記のような非線形応動にも拘らず、その正規
の感知軸に直交する方向における振動を受け、その結果
として、いわゆる振動振子およびスカリング効果が、積
分された信号の誤差成分となる。

それらの直交方向に敏感な加速度計、および１０ つの軸の周りの回転が含まれているならジャイロスコー
プの信号をサンプリングすることによりこれらの効果を
補正し、また積分期間の間処理結果を累積し、それから
積分された信号を補正する前に、これらの信号サンプル
の相互の積を導出することを含むアルゴリスム処理を行
うことは公知である。

本発明は、そのような補正にも利用でき、サンプルに異
なったアルゴリスム処理を行うこととの相違は、他のも
のと組合せて使用されるべき加速度計またはジャイロ信
号または積分された信号から同時にサンプルを取ること
だけであることは判るであろう。

最後に、上記の説明は速度を得ることに関して積分され
る加速度計信号に集中されているが、本発明は、積分さ
れる如何なる信号表示に対しても使用でき、その積分さ
れた信号に対して、積分期間の開信号をサンプリングす
ることにより補正が行われ、サンプルに対して純粋に演
算を行い、サンプルはそのとき積分された信号を補正す
るため１ に積分されもすることを、再書する。

【図面の簡単な説明】

第１　ｆａ１図は、慣性加速度計の積分された信号内の
伝達関数非直線性を補正するための公知の装置のブロッ
ク回路図、 第１（ｂ）図は、一定の慣性加速度と正弦波振動が速度
とを受けたときの時間の関数としての加速度計信号、お
よびこれに重畳された加速度計信号の時間に関する積分
、およびＮｙｑｕｉｓｔサンプリング理論に従って定め
られた間隔におけるサンプリング点を示す曲線図、 第１　（Ｃ１図は、第１（ｂ）図から分離して積分され
た加速度信号の波形と、サンプリング間隔と、平均加速
度サンプルの誘導とを示す曲線図、第２図は、定められ
た積分期間の間の第１（ｂ）図の加速度信号、および本
発明の１つの実施形態に従って僅かのサンプルを無作為
に取出すことを示す曲線図、 第３図は、第２図に似てはいるが、定められた積分期間
の定められた窓内の一定の間隔の無作為２ の間隔についてサンプルを取出したことを示す波形図、 第４図は、本発明に従って積分された加速度計信号を補
正する第１（ａ）図の回路に基く、信号処理手段の回路
ブロック図、 第５（ａ）図は、プログラム化されたコンピュータ内の
ソフトウェア指導により本発明を行う段階のフロー　チ
ャート図、および 第５（ｂ）図および第５（Ｃ）図は、本発明に従って第
５（ａ）図の計画で処理するためのサンプルを誘導する
代りの方法のブロック図である。 １０・・・・・・加速度計、　　１８・・・・・・プロ
セッサ、１９・・・・・・累積器、　　　　１１・・・
・・・積分器、１２・・・・・・電流−周波数変換器、
１３・・・・・・カウンタ、　　　　２１・・・・・・
減　算、２０・・・・・・デジタル・アナログ変換器。 ３ 〜 ぐっ 手 続 補 正 書 （方式） ｔ、事件の表示 平成２年特許願第７３１７４号 ２、発明の名称 信号処理装置および方法 ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 ４、代 理 人 ５、補正命令の日付 平或２年６月２６日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力信号内の誤差と関数関係を持つ信号サンプルを
   導出するために制御信号に応動し、 サンプルにより表わされる入力信号内の誤差を量で表わ
   すために前記関数関係を表わすアルゴリスム処理へのサ
   ンプルに従わせ、積分された入力信号に対する誤差の効
   果を量で表わすように処理されたサンプル結果を積分す
   る信号サンプリングおよび処理手段と、量で表わされた
   効果に従って積分された入力信号を変形するように動作
   させられる別の処理手段とを有する、積分期間の間入力
   信号を時間に関して積分し、入力信号内の誤差による積
   分された信号内の誤差を補正することにより、入力信号
   を処理する装置において、積分期間を定め、重要な最高
   信号周波数に対してＮｙｑｕｉｓｔサンプリング理論に
   より要求されるよりも、発生される制御信号の数が小さ
   いように、無作為または擬似無作為に発生される回数で
   、サンプリングおよび処理手段に対して複数の制御信号
   を作るように動作させられる制御手段を有することを特
   徴とする、入力信号を処理する装置。 ２、前記制御手段は、サンプルされた信号のための最低
   周波数成分に対するＮｙｑｕｉｓｔサンプリング率より
   大きい繰返し率に対する連続する窓間隔として積分期間
   を定めるように動作させられ、前記制御信号は各窓間隔
   に発生されることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
   記載の装置。 ３、前記制御手段は、サンプルされる信号のための最高
   周波数成分に対して、少なくともＮｙｑｕｉｓｔサンプ
   リング率において生じる複数の高周波間隔（こゝに定め
   られたような）を定めるように動作させられ、前記制御
   信号を作る前記高周波間隔を無作為または擬似無作為に
   選択することを特徴とする、特許請求の範囲第１項また
   は第２項記載の装置。４、前記制御手段は、前記高周波
   間隔の予め定められた数を定め、また積分期間を定める
   ように動作させられることを特徴とする、特許請求の範
   囲第３項記載の装置。 ５、前記制御手段は、サンプリング手段が高周波率で前
   記サンプルを作り、制御信号に一致する処理に対すサン
   プルだけを適用するように動作させられることを特徴と
   する、特許請求の範囲第３項または第４項記載の装置。 ６、前記制御手段は、無作為または擬似無作為信号発生
   器と、制御信号が作られる前記高周波間隔を選択するよ
   うに発生器を制御する手段とを含むことを特徴とする、
   特許請求の範囲第３項から第５項の１項記載の装置。 ７、前記アルゴリスム処理のため入力信号をサンプルし
   、処理するように配置され、前記サンプリングおよび処
   理手段が、短時間間隔により分離された対として積分さ
   れた信号のサンプルを取り、前記短時間間隔内の入力信
   号のサンプルを表わすものとして対の各サンプルの間の
   サンプル値の変化率を誘導するために制御手段に応動す
   ることを特徴とする、特許請求の範囲前項いずれか１項
   に記載の装置。 ８、各対の積分された信号サンプルの間の短時間間隔は
   、前記高周波間隔の１つを含むことを特徴とする、特許
   請求の範囲第３項から第６項の１項に依存した第７項記
   載の装置。９、前記アルゴリスム処理に対して１つ以上
   の信号をサンプルし、処理するように配置されて、制御
   手段は各信号から同時に取られる信号を処理するように
   配置されていることを特徴とする、特許請求の範囲前項
   いずれか１項に記載の装置。 １０、入力信号内の誤差による誤差の、入力信号の予め
   定められた積分期間の間の積分を表わす信号を補正する
   方法において、誤差と関数関係を持つ１つまたはそれ以
   上の信号からサンプルを誘導し、前記関数関係を表わす
   アルゴリスム処理にサンプルを従わせ、積分された信号
   に対する効果を量で表わすために処理されたサンプル結
   果を積分し、量で表わされた効果に従って前記積分され
   た信号を変形することを含み、信号の前記サンプルを、
   無作為または擬無作為の回数で、積分期間におけるサン
   プルの数がＮｙｑｕｉ−ｓｔサンプリング率により要求
   されるより小さいように導出することを特徴とする、信
   号を補正する方法。 １１、サンプルされた各信号の重要な最高周波数に対す
   る少なくともＮｙｑｕｉｓｔサンプリング率として、高
   周波間隔（こゝに定められたような）の連続を定め、無
   作為または擬似無作為に選択された高周波間隔の１つに
   おいてアルゴリスム処理に対する前記サンプルを導出す
   ることを含む、特許請求の範囲第１０項記載の方法。 １２、積分の予め定められた期間を、サンプルされた信
   号のための最低周波数成分に対するＮｙｑｕｉ−ｓｔサ
   ンプリング率より大きい繰返し率を持つ窓間隔の連続と
   して定め、無作為または擬似無作為の回数で各窓間隔内
   で前記サンプルの少なくとも１つを導出することを特徴
   とする、特許請求の範囲第１０項または第１１項記載の
   方法。 １３、各定間隔を高周波間隔の予め定められた数として
   定めることを特徴とする、特許請求の範囲第１１項に依
   存した第１２項に記載の方法。 １４、アルゴリスム処理のための信号サンプルを、短時
   間間隔で配置されたサンプルの対として、前記無作為ま
   たは擬似無作為の回数で前記サンプルを取ることにより
   積分信号から誘導し、それらのサンプルからサンプル値
   の変化率を、前記短時間間隔内の入力信号のサンプルを
   表わすものとして定めることを特徴とする、特許請求の
   範囲第１０項から第１３項の１項に記載の方法。