JPH04142087A - レイトバイアス装置 - 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】 ａ、産業上の利用分野 本発明はリングレーザジャイロ装置におけるロックイン
現象を避けるためのレイトバイアス装置に関する。

ｂ、　従来の技術 リングレーザジャイロでは光路の中を右回りに回る光と
左回りに回る光のビートを求め、このビート周波数をカ
ウンタで計測することにより回転角速度を求める。

しかしながら回転が地球の自転角速度程度になると左右
両光間の発振周波数の差が小さくなり、その結果、いわ
ゆる引き込み現象により周波数差がなくなるロックイン
現象が発生する。すなわち低角速度領域において角速度
を検出することができなくなる。

これを防ぐ装置の一つとしてレイトバイアス装置がある
。

これは、慣性航法装置等において使用されるジャイロと
加速度計からなるセンサモジュールを各ジャイロに均等
に角速度が加わるような軸まわりに回転させることによ
り、ロックイン現象の生じない角速度領域でレーザジャ
イロを使用するようにしたものである。

第６図は従来技術によるレイトバイアス装置を備えるリ
ングレーザジャイロ装置の主要部の斜視図である。

入力軸１ａ、　２４．３ａをそれぞれ有するリングレー
ザジャイロ１．２．　３と直交３軸の入力軸を有する加
速度計４は回転ブロック５に固定され、回転ブロック５
の回転軸６は両端のベアリング７を介して枠体８に回転
可能に固定されている。回転ブロック５が回転軸６のま
わりで回転すると均等に角速度が加わるように各リング
レーザジャイロ１．２．　３は回転ブロック５に配置さ
れている。なお回転軸６は電路を通すために中空構造と
なっている。

回転ブロックの回転軸６のまわりの回転角度は角度検出
器９で検出され、回転角度命令発信器１０からの指令信
号との差が減算器１１において求められ、減算器１１の
出力信号はサーボ増幅器１２で増幅され、その出力信号
はトルクモータ１３に送られる。トルクモータ１３はそ
の入力電流に比例したトルクを回転ブロック５の回転軸
６に与える。この結果、回転ブロック５は回転角度命令
発信器１００指令信号に応じて回転する。

リングレーザジャイロ１．２．　３および、加速度計４
の出力信号は回転軸６の中空部およびスリ・ンブリング
を経由して外部に取出される。

第７図は第６図の装置のブロックダイヤグラムである。

第６図の回転ブロック５に取付けられた３個のリングレ
ーザジャイロＲＬＧ１．ＲＬＧ２．ＲＬＧ３からの角速
度信号は、回転ブロック５へのリングレーザジャイロの
固定取付角の影響が固定取付角補整変換部ＦＩＸＡで補
正され、さらに方向余弦演算部Ｃ０５Ｉに送られる。方
向余弦演算部Ｃ０３Ｉでは、回転ブロック５の座標軸と
地球の座標の間の方向余弦を計算する。なお、回転ブロ
ック５の座標軸の１軸は回転軸６に一致し、他の２軸は
この軸に直交しかつ互いに直交する。地球の座標軸とは
航行体の位置する地点における南北軸、東西軸および鉛
直軸である。

リングレーザジャイロは慣性空間に対する角速度を検出
する。しかし艦船等の航行体は地球の緯度、経度等の位
置情報が必要であるので、慣性空間に対する地球の運動
を補正項または修正項として入力する必要がある。

このため方向余弦演算部Ｃ０５Ｉにおいて求められた方
向余弦信号と、加速度計ＡＣＳからの加速度信号に基づ
いて、第１の座標変換部Ｃｏｏｌにおいて加速度信号を
地球座標に対する例えば南北方向、東西方向、鉛直方向
の加速度成分に変換する。

この地球座標に対する加速度成分は、速度演算部ＶＣＡ
Ｌにおいてコリオリ修正および積分演算されて速度信号
に変換され、速度信号■として出力されるとともに位置
演算部ＰＣＡＬに送られる。

位置演算部ＰＣＡＬにおいて、地球が回転楕円体である
ことの楕円修正および積分演算が行われ、緯度、経度が
求められ、位置信号Ｐとして出力される。これらの速度
信号と位置信号は自転修正およびダンピング演算部ＲＯ
ＴＤに送られる。

自転修正およびダンピング演算部ＲＯＴＤには速度計Ｖ
Ｓからの信号に基づいて速度成分を求める速度成分演算
部ＶＣＯＭからの速度成分信号も送られ、速度と位置に
ついて自転修正等が行われる。

自転修正およびダンピング演算部ＲＯＴＤの出力は補正
信号演算部ＣＯＯ２に送られ慣性空間に対する地球の座
標軸（航行体の位置する地点における南北軸、東西軸、
鉛直軸）が求められ、このデータは方向余弦演算部Ｃ０
５Ｉに送られる。

方向余弦演算部ＣＯ５Ｉで求められた方向余弦信号は第
１の座標変換演算部Ｃｏｏｌに送られるとともに、ジン
バル角修正演算部ＧＩＭＢに送られる。

ジンバル角修正演算部ＧＩＭＢには、第６図の角度検出
器９の出力が送られ、枠体８の座標軸と地球の座標軸と
の間の方向余弦が求められる。さらにこれに基づいて航
行体の方位角Ａ２、ロール角Ｒ０、ピッチ角Ｐｉが姿勢
角制御部ＰＯＳＴで求められる。方位角Ａ！は速度成分
演算部ＶＣＯＭに送られ速度成分の計算に用いられる。

Ｃ０発明が解決しようとする課題 従来技術によるレイトバイアス装置においては、回転角
度発信器１０からの指令信号として、トルクモータ１３
を常に一定方向に回転させておく方式と、ある時間間隔
で回転方向を逆転させる方式がある。

前者の方式においては、各リングレーザジャイロ１、２
．　３は常に一方向に回転しているので、ジャイロにス
ケールファクタ誤差が存在する場合には誤差が累積する
という欠点がある。例えば毎秒５０″で回転している場
合に、回転軸まわりの等測的ジャイロスケールファクタ
誤差が１　ｐｐｍあるとすると、１時間について、５０
°Ｘ　Ｉ　Ｘｌ０−６Ｘ３６００のドリフトレイト誤差
に相等する誤差を生じる。

後者の方式においては、各リングレーザジャイロ１、２
．　３の回転方向が逆転するのでスケールファクタ誤差
の累積は防ぐことができるが、回転方向が反転する時に
必ずロックイン現象の生じる低角速度領域を通過しなけ
ればならない。それによる悪影響を最小にとどめるには
、短時間に反転動作を終了させなければならない。この
ためには、反転時に大きいトルクを加える必要がある。

したがってモータによって反転動作を行わせる場合には
、大きなモータと大電流を必要とする。

本発明はロックイン現象の生じる低角速度領域外で常に
動作させ、しかもスケールファクタ誤差の累積が生じな
いレイトバイアス装置を提案することを課題とする。

６０課題を解決するための手段 上記課題は、従来技術によるレイトバイアス装置の枠体
８自体を回転ブロック５の回転軸６である第１の回転軸
と直交する第２の回転軸で支え、回転軸６のまわりでは
一定方向に回転させ、第２の回転軸のまわりでは周期的
に回転方向を反転させ、第２の回転軸のまわりの反転周
期を回転軸６のまわりの回転周期の整数倍とすることに
より解決された。

さらに具体的に述べると、リングレーザジャイロが固定
された回転ブロックと、回転ブロックを回転可能に支え
る回転枠体と、回転枠体を回転ブロックの回転軸と垂直
でかつ回転ブロックの回転軸に交わる第２の回転軸のま
わりで回転可能に支える固定枠体とからなり、固定枠体
を航行体に固定し、固定枠体に対して回転枠体を周期的
に反転させながら回転させ、回転枠体に対して回転ブロ
ックを一定角速度で回転させ、かつ第２の回転軸の反転
周期を回転ブロックの回転軸の回転周期の整数倍とした
ことを特徴とするレイトバイアス装置によって解決され
た。

ｄ、　作用 リングレーザジャイロは回転ブロックの回転軸のまわり
では常に一定方向で回転しているので、ロックイン現象
の生じる低角速度領域で動作することがない。

回転ブロックの回転軸と第２の回転軸は互いに垂直でか
つ交わるので、両回転軸のまわりの角速度はベクトルと
して合成される。この結果、第２の回転軸のまわりの回
転によって、慣性系に対する回転ブロックの回転軸の方
向が連続的に変化し、周期的に反転する。したがってス
ケールファクタの誤差の累積による誤差は生じない。

ｆ、実施例 第１図は本発明に係るレイトバイアス装置を備えるリン
グレーザジャイロ装置の主要部の斜視図、第２図は第１
図の装置のブロックダイヤグラムである。

この装置のリングレーザジャイロ１．２．　３、加速度
計４、回転ブロック５、回転ブロックの回転軸６、ベア
リング７、第１の角度検出器９、第１の回転角度命令発
信器１０、第１の減算器１１、第１のサーボ増幅器１２
の配置および機能はそれぞれ第６図のリングレーザジャ
イロ１．２．　３、加速度計４、回転ブロック５、回転
ブロックの回転軸６、ベアリング７、角度検出器９、回
転角度命令発信器１０、減算器１１、サーボ増幅器１２
の配置および機能に対応するので、同一の参照番号を付
して説明を省略する。また第２図の姿勢角信号出力を求
める部分についても、第７図の対応する部分と同一であ
るので説明を省略する。

回転枠体８ａは第６図の装置における枠体８に対応する
が、第１図の回転枠体８ａは第２の回転軸１４を介して
ベース部材１５に固定され、ベース部材１５が航行体に
固定されている。

回転枠体８ａの第２の回転軸１４のまわりの回転角度は
枠体回転角度検出器１６で検出され、枠体回転角度命令
発信器１７からの指令信号との差が第２の減算器１８に
おいて求められ、第２の減算器１８の出力信号は第２の
サーボ増幅器１９で増幅され、その出力信号は枠体回転
用トルクモータ２０に送られる。枠体回転用トルクモー
タ２０はその入力電流に比例したトルクを第２の回転軸
１４に与える。この結果、枠体８ａは枠体回転角度命令
発信器１７０指令信号に応じて回転する。

第３図は第１図の装置を概念的に示す斜視図である。

各リングレーザジャイロ１．２．　３の入力軸１ａ＋　
２ａ＋３８は互いに直交し、かつ回転ブロックの回転軸
６に対して５４．７３５６°の角度に設定されている。

加速度計４の入力軸４ａ、　４ｂ＋　４ｃは互いに直交
し、かつその中の一つの軸４ａは回転ブロックの回転軸
６と同一の方向である。

第４図は回転ブロックの回転角θ、と回転枠体の回転角
θ２の関係についての実施例を示すグラフ、第５図は回
転角θ１とθ２の関係の他の実施例を示すグラフである
。

この装置では回転ブロックは回転軸６のまわりで常に一
定の角速度で一定方向に回転している。この時、回転軸
６のまわりの回転角θ、は、第４図と第５図のそれぞれ
の上段のように変化する。

他方、回転枠体８ａはベースに対して第２の回転軸のま
わりで周期的反転しながら回転している。第２の回転軸
１４のまわりの回転角θ２は第１の実施例においては第
４図に図示するように一定角速度で１回転するとただち
に反転し再び一定角速度で１回転し、ただちに反転する
動作を繰り返す。なお、第２の回転軸１４のまわりの回
転角θ２の周期は回転軸６のまわりの回転角θ、の周期
の整数倍Ｎとする。

第２の実施例においては第５図に図示するように、一定
角速度で半回転すると一定期間停止し、再び同一方向に
同一角速度でさらに半回転し、一定期間停止した後、回
転方向を反転する。そしてこれを繰り返す。

この実施例でも、第２の回転軸Ｉ４のまわりの回転角θ
２の周期は回転軸６のまわりの回転角θ１の周期の整数
倍である。

この実施例では回転軸１４のまわりの回転角θ２は１８
０”位置と３６０’位置で一時停止するので、第４図の
実施例の半分のトルクで反転させることができる。

回転ブロックの回転軸６のまわりの角速度ω１と、第２
の回転軸１４のまわりの角速度ω２の間には、リングレ
ーザジャイロのロックイン現象を防ぐために、次の関係
が成立している必要がある。

ω１ｃａｓ（５４，７３５６＠）　　　Ｉ　ωｚｓｉｎ
（５４，７３５６’　）−１外乱周速度１〉１０ツクイ
ン角速度ω２１は１ω１１に比較して充分小さくするこ
とができるので、第２の回転軸１４のまわりの回転を反
転させるために必要なトルクを小さくすることができる
。

また回転ブロックは回転軸６のまわりに一定の方向に一
定の角速度で回転しているので、ベアリングの摩擦およ
び外乱角速度による慣性力に打勝つ程度のトルクで充分
である。

次に誤差の累積の問題については、ベース１５に固定し
た座標系でみたとき、リングレーザジャイロの誤差であ
るスケールファクタ誤差、取付誤差、バイアスドリフト
による角度誤差の累積が防止される。

ｇ１発明の効果 ｉ）急激な反転動作を必要としないため、大トルク・大
電流のトルクモータを必要としない。

ｉｉ）電源を小型化できるため、システム全体としての
小型化につながる。

ｉｉ）センサーに回転開始、停止に伴う過大な慣性力が
作用しないため、誤差の発生を防ぐことができる。

ｉｖ）付加された第２の回転軸による反転により、ジャ
イロの誤差による角度の累積を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るレイトバイアス装置を備えるリン
グレーザジャイロ装置の主要部の斜視図、第２図は第１
図の装置のブロックダイヤグラム、第３図は第１図の装
置を概念的に示す斜視図、第４図は回転ブロックの回転
角θ１と回転枠体の回転角θ２の関係についての実施を
示すグラフ、第５図は回転角θ１と０２の関係の他の実
施例を示すグラフ、第６図は従来技術によるレイトバイ
アス装置を備えるリングレーザジャイロ装置の主要部の
斜視図、第７図は第６図の装置のブロックダイヤグラム
である。 Ｌ２，３・・・リングレーザジャイロ、ｌａ、２ａ、３
ａ・・・入力軸、　　　４・・・加速度計、５・・・回
転ブロック、　　　　６・・・回転軸、８ａ・・・回転
枠体、　　　　　　９・・・角度検出器、１０・・・回
転角度命令発信器、１１・・・減算器、１２・・・サー
ボ増幅器、　　　１３・・・トルクモータ、１４・・・
第２の回転軸、　　　１５・・・ベース部材、１６・・
・枠体回転角度検出器、 １７・・・枠体回転角度命令発信器、 １８・・・第２の減算器、 １９・・・第２のサーボ増幅器、 ２０・・・枠体回転用トルクモータ。 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）リングレーザジャイロが回転ブロックに固定され、
   回転ブロックを回転させることによりロックイン現象を
   避けるレイトバイアス装置において、リングレーザジャ
   イロが固定された回転ブロックと、回転ブロックを回転
   可能に支える回転枠体と、回転枠体を回転ブロックの回
   転軸と垂直でかつ回転ブロックの回転軸に交わる第２の
   回転軸のまわりで回転可能に支える固定枠体とからなり
   、固定枠体を航行体に固定し、固定枠体に対して回転枠
   体を周期的に反転させながら回転させ、回転枠体に対し
   て回転ブロックを一定角速度で回転させ、かつ第２の回
   転軸の反転周期を回転ブロックの回転軸の回転周期の整
   数倍としたことを特徴とするレイトバイアス装置。 ２）第２の回転軸のまわりの回転角θ＿２が、一方向に
   一定角速度で３６０゜回転するとただちに反転し再び一
   定速度で３６０゜回転する動作を繰り返すことを特徴と
   する請求項１記載のレイトバイアス装置。 ３）第２の回転軸のまわりの回転角θ＿２が、一方向に
   一定角速度で１８０゜回転すると一定期間停止し、再び
   同一方向に同一角速度でさらに１８０゜回転し、一定期
   間停止した後、回転方向を反転する動作を繰り返すこと
   を特徴とする請求項１記載のレイトバイアス装置。