JPH04500268A - 指北探知方法 - 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】 指北探知ジャイロないし指北（測定）ジャイロ（ＮＳＫ　）は運動体（車両、指 向性アンテナ、トンネル掘さく機、測地宇土の計器等）の方向測定のために用い られ、指北探知中軍両停止状態の際でも多かれ少なかれ大きな障害運動を受ける １例えば別のセンサを用いて回転体−障害運動に対する感度を低減する方法が公 知である。（例えばＤＥ−ｏｓ３３４６４５６）実際のシステム適用例において 障害運動は著しく幅広い領域円にて起こり、それの振＠は有効信号全溝々何オー ダも超過する。而も同時に短込測定持続時間（例えばたんに１〜２分）のもとて の高い測定精度が要求される。

従来公知のフィルタ手法は必ずしも常に十分精確な処堵結果全送出するとは限ら ない。殊に、増大されたからである。

当該指北ジャイロの出力側には障害運動に応じてよシ多く又はより少なくノイズ のある指北探知結果が得られる。ノイズ振幅は緯度の増大と共に上昇する。

イズプロセスは概して非定常的であり、即ち、ノイズ振＠は時間的に変化する不 安定な位相は比較的安定した部分と交番する。低周波成分は高周波成分と交番す る。

発明の効果 上記信号は請求項１の構成要件によりデジタルフィルタリングの操作を受ける。

上記の”窓アルゴリズム“と称されるフィルタは殊に比較的に安定した位相を選 別し、フィルタ基準に従って精確な測定結果をフィルタリングする。

請求項１のフィルタリング手法、プロセスは請求項２及び乙のブリフィルタリン グ手法、プロセスにより更に改善され得る。ほかの変化形は別のサブクレームか ら明らかである。その際一連の利点が得られる、即ち、 −障害作用、影響の著しく有効なる波除去−異なった幅及び高さを有する時間窓 の順次配列により、著しく広い障害スペクトルへの適合が可能である −　フィルタ基準（Ｎ　ｔΔγ）の設定により特定化精度への簡単な適合が簡単 である −　達成される精度は指北測定持続時間と異なって、障害スペクトル及び緯度に 無関係である−　指北探知のための最大時間の設定が可能である−　許容持続時 間Ｔｍａｘの経過後フィルタ基準が充足されていない場合指北測定中断 −わずかな計算コスト −コンピュータにおけるわずかな所要メモリロケ−／ヨン（容量） −フィルタ方法（プロセス）は中断の際、比較的にわずかな精度を有する結果の 測定のためにも用いられ得る −　七の場合精度に関して情報力のあるマーキングを定め、出力し得Ｓ 次に図を甲いて本発明の詳細な説明する。

第１図は指北探知ジャイロの構成図、 第２図はフィルタ装置構成のブロック接続図、第５図はダイヤグラム、 第４図は部速度計信号による誤差補償の説明のためのダイヤグラム、 第５図は時間窓にする主フイルタリングの説明用ダイヤグラムである。

第１図はジャイロの＊成を示す。気体（がス）支承された転回（転換）ジャイロ １は加速度計２と共に、垂直軸を中心として回転可能なフレーム３内に組込まれ ている。上記垂直フレーム３はサーボモータ４、例えばステップモータを用いて 角度αだけ回転され得、当該装置構成はドイツ特許出願公開公報ＤＥ−０３３３ ４６４５０に詳しく記載されている。

第２図はフィルタのブロックダイヤグラムを示す。

１１は指北測定ジャイロ（複数の位置で回転不能なジャイロ）を評ｇ５回路と共 に示す。上記ブロック１１は所定の時間間隔Ｔｉおいて測定信号（角速度）を出 力するものである。１２は同様に時間間隔Ｔｉおいて測定信号全送出する刀速度 計を示す。両信号はフィルタ１３．１４に供給され、これらフィルタは比較的高 周波の障害成分全ろ波除去する。ブロック１５では期間ＴＫに亘って、ブリフィ ルタリングされたジャイロ測定値の平均値が形成され、この平均１はメモリ１６ 中に記憶される。周期ＴＫの始めと終りにて、ブロック１γ中で期間ＴＢにて、 加速度計出力信号の平均値Ａａないし八〇が形成され、メモＩＪ　１　Ｂ及び差 形成回路１９を用いて差（Ａｅ−Ａａ）が形成される。

ブロック２０での重力加速度ｇ及び測定インター／？ル雌による除算の後、時間 Ｔｘ中加速度計１２により検出された勾配変化速度 が得られる。

上記結果はメモリ２１中にファイルされる。差形成回路２２にて、メモリ２１中 に記憶された勾配変化速度Δνと、メモリ１６中に記憶されたジャイロ信号の平 均値Δνとの差が形成される。Δνにより補正された信号が、ブロック２３にお いて、地球回転ベクトルの水平方向成分 ΩＨ”ωＥＣＯ８φ により除算される。結果として、時点１にて指北測定結果１が得られ、この測定 結果はメモリ２４中に入力される。次いでごの当該の結果及び隣接せる結果が、 主フィルタ２５において時間窓により再度ろ波される。

フィルタ基ｌ（時間窓中に組込、関与された指北測定結果γ１の数及び最大偏差 Δγが入力部２６全介して変化され得る。

第３ａ図〜第５ｃ図はジャイロ及び加速度計の出力信号？示す。第３ａ図にはほ とんど障害（ノイズ）を受けてないジャイロ信号を示しである。期間叛における 平均・ＩばΩＲ（安定状態−平均Ｎ）である。第６ｂ図には平均的部分（セクシ ョン）にて比較的に大きな障害運動の生じＳジャイロ信号ダイヤグラムが示しで ある。それにより平均値Ω６ないし平均値オフセット（ずれ）ΔΩが生じる。こ のオフセット（ずれ）により、指北（測定）誤差δγが惹起される。

ろγ−Δ■′ΩＨ 加速度計においてはジャイロ測定値のまわりの勾配（−いし傾斜）Ｋ化運（ Δシ＝シｅ−シａ が検出される。但し、 ν１弓ａ／ｇ及びシ８寓Ａ、／ｇ （ＫＳ　ｃ図参照） 障ＩＦ（ノイズ）角速度は ΔΩ　−Δν／ＴＫ の勾配変化から算出される。

但し、 Ω、−期間ＴＫに亘っての非障害（非ノイズ）状態−ジャイロ信号の時間平均値 Ω８＝期間ＴＫに亘っての障Ｗ（ノイズ）状態−ジャイロ信号の時間的平均値 ω８−地球回転の角速度 φ　−緯度 シニー測定間隔ＴＫの始めにおける勾配角度シ８−測定間隔雌の終りにおける勾 配角度Ａａ−測定間隔ＴＫＯ始めにおける期間ＴＢに亘っての１速度計信号の平 均値 Ａ８−測定間隔ＴＫＯ縛りにおける期間Ｔ８に亘っての加速度計信号の平均値 ｇ　〜重力加速度 第４図（ま加速度計信号全利用するフィルタ（１５−２２）の特性概念図である 。：当該測定は１０−０において期間ＴＢ（１７）に亘っての加速度計信号の平 均化金以て始まる。当該結果Ａａ０は記憶される（１８）。時点ＴＢ／’２にて 期間叛に亘ってのジャイロ−信号の平均化が始まる（１５）。当該結果Ω、。が 記憶される。時点ｔ　−Ｔ、にて再び、同様に期間ＴＢに亘っての、加速度信号 の平均化が始まる（１７）。当該結果Ａｅｏは同様に記憶される。上記の記憶さ れた平均値からは上記式に従って、回転体−障害（ノイで）運動に関して補正さ れ念指北（測定）結果ｒ０が計算される（１９−２３）。

上述のシーケンス、経過は離散的時間間隔Δｔ（例えば１５）をおいて反復され る。而して、例えは、時点ｔ１にてスタートされた、部ちｔ工だけ時間ずれのあ るシーケンス、経過によって、指北結果γ工が与えられる。すべての中間結果γ １は記憶される。その際、さらにノイでのある中間−指北測定結果７に対する、 第４図の下方部分に示す経過が得られる。それの平均値（長め期間に亘っての平 均化による）は所期の指北（測定）結果γｍである。

第５図は時間窓を用いての中間−指北測定結果の主フイルタリング特性図を示す 。その場合、時点　Ｔｏ　；ｔｏ　十ＴＢ　”　ＴＫＺからはそのつど個数Ｎの 中間結果を介して、最小値γｍｉｎ及び最大値γｍａｘがめられる。次いで、差 　γｍａｘ−γｍｉｎ　＜Δγ の関係が存するか否かがチェックされる。その場合、Δγは許容最大値偏差（” 窓高さ”）、Ｎは考慮される測定の数（°窓幅”）であり、２つのフィルタ基準 である。上記条件が維持されていない場合には当該過程プロセスはΔｔだけ時間 ずれ（オフセット）シて、即ち、時点Ｔ。千Δｔを以て開始して次の状態生起ま で繰返される、即ち、 ａ）上記フィルタ基準が充足状塵におかれるまで、又は ｂ）最大許容測定持Ｑ時聞Ｔｍａｘが経過してしまうまで、繰返される。

上記ａ）の場合においては指北測定結果が、当該基準の充足されているＮの中間 結果から平均１形成により得られる。

上記ｂ）の場合においては上記指北探知過程が中断される。

測定値が記憶されている場合、Ｔｍａｘの経過後、圧縮されたないし減少された フィルタ基準金以て新たな一貫動作過程をスタートさせ、これを、新たな結果の 見出されるまで繰返される。その場合、有利には（圧縮された）精度を得るには 利用されるフィルタ基準に関しての結果が表示される。

図を用いては時間窓の用いられる場合に就すて説明にある。但し、壇々のフィル タ基準を有する複数の時間窓を同時に使用し、上記指北測定結果を、先ず第一の フィルタ基準の充足される窓の平均値から、指北測定結果を形成することも可能 である。指北測定結果のｍＮ及び最大偏差を次のように選定するとよめ、即ち、 種々異なった基準にも拘らず同じ精度が得られるように選定するとよい。

当該基準を個別に選定することをユーザに行なわせてもよいが、夫々同じ送出精 度を可能にする基準Ｎ１Δｒをメモリ中にファイルし、所望の精度の群を選定す ることをユーザに行なわせてもよいか但し、測定持続時間の増大と共に一層より 大きな誤差を受容する（許容する）窓を設定することも可能である。種々異ナル ｇｔ−１ＮｆｉＺｉ：　２ニー、−：２”−１）ｏ比ｔと：Ｅ：、ようにすると 好適である。

Ｔｌ１ Ｔ。

Ｆｉｇ、３　ｃ 国際調査報告 国際調査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．指北探知ジヤイロを用いて検出された改良された指北測定結果を得る方法で あつて、所定の時間間隔をおいて、検出された指北測定結果γｉが出力され複数 の順次連続する、１つの時間窓内に存在する指北測定結果から１つの平均値が形 成されるようにした方法において、先立つて、当該時間窓内で指北測定結果最大 値γｍａｘ及び最小値γｍｉｎを検出し、当該平均値γｍを、差γｍａｘ−γｍ ｉｎ＜Δγの際のみ使用さるべき指北測定結果として出力する（但しΔγは所定 の最大値偏差を表わす）（フイルタ基準）ようにしたことを特徴とする指北探知 方法。
2. ２．指北ジヤイロから出力された指北測定結果から、比較的に高い周波の障害（ ノイズ）成分をろ波除去する請求項１記載の方法。
3. ３．上記指北ジヤイロの支承されている、垂直軸を中心として回転可能なフレー ム中に、加速度計も収容されている装置構成を用い且、低周波障害成分のろ波除 去のために下記の方法ステツプを用いる、−出力されたジヤイロ測定値を所定の 周期ＴＫに亘つて平均化し、 −上記周期ＴＫにおける勾配角度の変化Δνを検出し、−上記勾配の変化速度Δ νを、上記周期ＴＫによる除算により求め −当該ジヤイロ−平均値及び勾配変化速度の差を形成し、 −得られた差を、地球回転の水平方向成分ΩＨで除算しそのつど出力された指北 測定結果として後続処理するようにした請求項１又は２記載の方法。
4. ４．上記時間窓内に存在する指北測定結果の数（Ｎ）を可調整にする請求項１か ら３までのいずれか１項記載の方法。
5. ５．最大値偏差Δγは可調整であるようにした請求項１から４までのいずれか１ 項記載の方法。
6. ６．同時に、異なつた数の指北測定結果（Ｎ）及び異なつた最小偏差Δγを有す る複数の時間窓を使用し、更に、当該指北測定結果を、先ず最初に当該フイルタ 基準の充足されている窓の平均値から形成する請求項１から５までのいずれか１ 項記載の方法。
7. ７．上記指北測定結果の数Ｎ及び最大値偏差Δγを、これによりほぼ同じ精度が 与えられるように選定してある請求項６記載の方法。
8. ８．上記フイルタ基準はユーザにより個別に設定可能である請求項６記載の方法 。
9. ９．上記フイルタ基準はユーザによりメモリからグルーブことに呼出可能であり 、その際各個々のグルーブは所望の精度に対する尺度であるようにした請求項６ 記載の方法。
10. １０．指北測定結果の数（Ｎ）の上昇と共に上記最大値偏差Δγを測定持続時間 の上昇と共により大きな測定誤差が許容されるような値に選定する請求項６記載 の方法。
11. １１．指北測定結果の数（Ｎ）は１：２：．．．：２（ｎ−１）の比を有する請 求項６から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. １２．γｍａｘ−γｍｉｎ＞Δγの関係の存することが検出されると、指北測定 結果の新たな検出が開始される請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法 。
13. １３．最大時間Ｔｍａｘ後使用可能な指北測定結果のない際指北探知過程を中断 する請求項１２記載の方法。
14. １４．すべての検出された指北測定結果γｉの記憶の際当該指北探知の中断後上 記結果γｉを改めて、また、場合により多重に、歩進的に増大された最大偏差Δ γを以てろ波し、検出された指北探知結果γｍを出力し、該指北探知結果の個別 結果は先ず、存在するフイルタ条件を充足するものである請求項１３記載の方法 。
15. １５．上記の出力された結果を、該結果が上記フイルタ条件を充足しているステ ツプに関してマーキングしてある請求項１４記載の方法。
16. １６．勾配角度Δνの変化速度Δνを、同期ＴＫの始めと終りにおける加速信号 の差及び１／ｇ・ＴＫとの乗算から得るようにした請求項３から１５までのいず れか１項記載の方法。
17. １７．周期ＴＫの始めと終りの領域において、比較的に短い時間ＴＢの間加速度 計信号を平均化する請求項１６記載の方法。
18. １８．フイルタパラメータＮ，Δγ，Ｔｍａｘを装置定数として固定的に記憶し てある請求項３から１７までのいずれか１項記載の方法。