JPH0714820Y2

JPH0714820Y2 - 慣性航法装置

Info

Publication number: JPH0714820Y2
Application number: JP9150788U
Authority: JP
Inventors: 恒明村上; 万大山岸; 美登板谷; 秀敏属
Original assignee: 防衛庁技術研究本部長
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1995-04-10
Anticipated expiration: 2003-07-12
Also published as: JPH0214014U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）本考案は航空機等の移動物体に搭載し、高精度でその位
置等を演算出力できるようにした慣性航法装置に関す
る。

（従来の技術）航空機等の移動物体に搭載され、その位置等を演算する
ようにした慣性航法装置又は姿勢方位基準装置は、従来
より知られていた。しかし、従来の慣性航法装置又は姿
勢方位基準装置は、艦船のように地磁気を乱す場所より
移動物体が発進する場合の対策が施されておらず、その
ような地磁気を乱す場所より発進した場合でも高精度で
位置等を演算可能とした慣性航法装置は従来提案されて
いなかった。

（考案が解決しようとする課題）慣性航法装置又は航法演算の可能な姿勢方位基準装置を
正しく動作させ、高精度な演算出力（位置、速度等）を
得るためには、航法演算を開始する前に演算の基準とな
る航法座標を垂直軸は重力方向に、水平軸（２軸）は真
北基準に合わせる初期整定を出来るだけ高精度に行う必
要がある。

ところが、磁気方位センサからの地球磁気方位信号を利
用して方位の初期整定を行う時、次のような場合は磁気
方位信号の誤差が大きくなり、高精度な演算出力（位
置、速度等）がその後得られなくなる。

（１）地磁気が乱さえた場所（例えば艦船上又はその近
傍）で方位の初期整定を行う場合。

（２）移動物体に加速度又は方位の変動を生じるような
運動中に方位の初期整定を行う場合。

本考案の課題は、上記問題点を解消することができ、高
精度の位置、速度等の航法演算出力を得ることが可能な
慣性航法装置を提供することである。

（課題を解決するための手段）本考案による慣性航法装置は、移動物体に搭載され、そ
の移動物体の角速度を測定するジャイロスコープと、前
記角速度により前記移動物体の座標系から航法座標系に
変換する座標変換演算部と、前記移動物体に搭載され、
その移動物体の加速度を測定する加速度計と、前記加速
度と前記座標変換演算部の座標変換行列出力とに基づい
て前記移動物体の速度、位置を演算する航法演算部と、
前記座標変換行列出力から前記移動物体の姿勢角、方位
角を演算する姿勢方位演算部と、前記航法座標系の垂直
軸を重力方向に、水平軸を真北基準に合わせる初期整定
部と、前記移動物体に搭載された磁気方位センサから入
力される磁気方位信号を処理する磁気方位処理部とを具
備し、前記磁気方位処理部は前記移動物体の発進後の時
間をカウントするタイマを備え、該タイマによるカウン
ト時間が所定値以上の場合に、当該磁気方位処理部が前
記磁気方位信号を前記初期整定部に出力することを特徴
とする。

（作用）本考案の慣性航法装置によれば、地磁気も乱れた場所か
ら発進する場合、移動物体が移動開始後、移動開始点か
ら所要の距離だけ離れた所で方位の初期整定を行うこ
と、即ち、移動物体の実運用時の移動パターン（速度、
軌跡）から時間に換算して、所定の時間経過後に方位の
初期整定を行うことにより、地磁気の乱れた場所から離
れることができ、これにより磁気方位誤差を少なくする
ことができる。

さらにまた、内蔵するジャイロスコープ及び加速度計か
らの角速度及び加速度出力が所定の値以下の時に、方位
の初期整定を行うことにより、移動物体の定常運動（加
速度及び方位変動がない状態）時の磁気方位角を使用し
た方位の初期整定が可能となる。

以上の働きにより、誤差の小さい方位の初期整定がで
き、その結果として航法演算出力が良好となる。

（実施例）以下図面を参照して、本考案の実施例として艦載航空機
の慣性航法装置（姿勢方位基準装置）について説明す
る。

第１図は本考案の一実施例の概略機能ブロック図であ
る。

第１図において、１はジャイロスコープ、２は加速度
計、３は座標変換演算部、４は加速度変換演算部、５は
姿勢方位演算部、６は初期整定部、７は磁気方位処理
部、８は積分器、９は積分器を示す。そして、加速度変
換演算部４と積分器8,9が機体の速度、位置を演算する
航法演算部を構成している。

第１図において、ジャイロスコープ１は機体に搭載され
ていて、機体の重力方向に一致するA_z軸、常に北を指向
するＮ軸、及びこれに直交するＥ軸、あるいはさらにス
キュー軸（直交３軸の原点を通る任意の軸）について、
それぞれ入力軸を一致させた３個もしくはそれ以上のジ
ャイロスコープで構成してあり、これ等から機体座標系
での運動角速度ωを求めることができる。

加速度計２も機体に搭載されていて、ジャイロスコープ
１と同様に機体座標について入力軸を一致して配設した
３個以上のものから成り加速度Ａを出力する。

ジャイロスコープ１からの角速度ωは座標変換演算部３
に送られ、座標変換行列値Ｃを出力する。

加速度計２からの加速度Ａと座標変換行列値Ｃは加速度
変換演算部４に供給され、航法座標軸についての速度増
分ΔV^Nが求められて出力として積分器８に送られる。積
分器８の出力である速度は第２の積分器９に送られ機体
の位置が得られる。

また、座標変換行列値Ｃは姿勢方位演算部５に加えら
れ、姿勢方位演算部５は機体の姿勢角（ピッチ角、ロー
ル角）、方位角を演算する。

磁気方位処理部７は機体に搭載された磁気方位センサ
（フラックスバルブ）からの地球の磁気方位を受け、ジ
ャイロスコープ１からの角速度ωと加速度計２からの加
速度Ａをモニタし、これらが所定の値以下になった時の
磁気方位を初期整定部６に送る。これにより機体の運動
によって引き起こされる磁気方位センサ（フラックスバ
ルブ）の磁気方位誤差が含まれていない時に初期整定を
行うことができる。

また、磁気方位処理部７では機体の発艦後の時間を内蔵
するタイマでカウントし、艦船による地磁気の乱れを受
けない位置に到達した時点（タイマのカウント値が所定
値以上）で磁気方位を初期整定部６に送る。

これにより、艦船上又はその近傍での地磁気の乱れによ
って引き起こされる磁気方位センサ（フラックスバル
ブ）の磁気方位誤差が含まれていない時に初期整定を行
うことができる。

初期整定部６はジャイロスコープ１からの角速度ω、加
速度計２からの加速度Ａ及び磁気方位処理部７からの誤
差の小さい磁気方位信号を入力し、航法座標系の垂直軸
を重力方向に、水平軸を指北基準に合わせる如く、座標
変換行列の初期値C₀を座標変換演算部３に出力する。

この初期値C₀を基に、以降座標変換行列値Ｃが連続的に
座標変換演算部３で演算される。この座標変換行列値Ｃ
を基に姿勢方位演算部５により姿勢方位、加速度変換演
算部４、積分器８、積分器９により速度及び位置が高精
度で演算出力される。

第２図は第１図の磁気方位処理部７の処理内容の機能ブ
ロック図の１例である。

第２図において、10は角速度比較判定部、11は加速度比
較判定部、12は機体の発艦後の時間判定部、13はAND回
路、14は否定回路、15はタイマ、16はｔ≧τフラグ出力
のための時間判定部、17はタイマ、18は磁気方位信号入
力スイッチを示す。ここで、角速度比較判定部10は角速
度ωが±ω₀以下のとき論理「１」を出力し、加速度比
較判定部11は加速度Ａが±A₀以下のとき論理「１」を出
力し、時間判定部12は発艦後の時間を示すタイマ17のカ
ウント値ｔがt₀以上で論理「１」を出力する。タイマ15
はAND回路13の論理積出力が「１」となっている持続時
間をカウントするものであり、その論理積出力が「０」
となるとカウント値は零にリセットされるようになって
いる。

第２図において、入力された角速度ω、加速度Ａ及び機
体の発艦時点をスタート時点とした内部タイマ17の出力
ｔを各比較判定部10,11,12で｜ω｜≦ω₀,|A|≦A₀ｔ≧t
₀かどうかを判定し、いずれも満足した場合はそのAND回
路13の出力でタイマ15をスタートさせる。この状態がτ
秒間連続して続いた場合、時間判定部16により、安定し
た精度のよい磁気方位信号が得られと判断しｔ≧τフラ
グを「１」にセットする。このフラグにより磁気方位セ
ンサからの磁気方位信号入力スイッチ18がONの状態とな
り初期整定部６へ精度の良い磁気方位信号ψ₀が送られ
る。

なおω₀，A₀，τは磁気方位センサの機体運動に伴う出
力精度から定める。t₀は航空機の発艦直後の実運用飛行
パターンから定める。

（考案の効果）艦船等の動揺する場所から移動を開始する移動物体（航
空機等）において、これに搭載した慣性航法装置は移動
開始時方位の初期整定の手段として磁気方位センサ（フ
ラックスバルブ等）を使用することが一般に必要とな
る。上記移動物体に本考案に係る慣性航法装置を搭載す
れば、高精度の方位の初期整定ができ、その結果として
航法演算出力（速度、位置等）が高精度で得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る慣性航法装置の一実施例の概略機
能ブロック図、第２図は第１図の磁気方位処理部の処理
内容の機能ブロック図である。１…ジャイロスコープ、２…加速度計、３…座標変換演
算部、４…加速度変換演算部、５…姿勢方位演算部、６
…初期整定部、７…磁気方位処理部、８…積分器、９…
積分器。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】移動物体に搭載され、その移動物体の角速
度を測定するジャイロスコープと、前記角速度により前
記移動物体の座標系から航法座標系に変換する座標変換
演算部と、前記移動物体に搭載され、その移動物体の加
速度を測定する加速度計と、前記加速度と前記座標変換
演算部の座標変換行列出力とに基づいて前記移動物体の
速度、位置を演算する航法演算部と、前記座標変換行列
出力から前記移動物体の姿勢角、方位角を演算する姿勢
方位演算部と、前記航法座標系の垂直軸を重力方向に、
水平軸を真北基準に合わせる初期整定部と、前記移動物
体に搭載された磁気方位センサから入力される磁気方位
信号を処理する磁気方位処理部とを具備し、前記磁気方位処理部は前記移動物体の発進後の時間をカ
ウントするタイマを備え、該タイマによるカウント時間
が所定値以上の場合に、当該磁気方位処理部が前記磁気
方位信号を前記初期整定部に出力することを特徴とする
慣性航法装置。
【請求項２】前記磁気方位処理部は、前記カウント時間
が所定値以上であることを判別する時間判定部と、前記
ジャイロスコープからの角速度出力が所定値以下である
ことを判別する角速度比較判定部と、前記加速度計の加
速度出力が所定値以下であることを判別する加速度比較
判定部と、前記時間判定部、前記角速度比較判定部及び
前記加速度比較判定部の出力を受けて前記カウント時間
が所定値以上でかつ前記角速度出力及び前記加速度出力
が所定値以下の場合に、前記磁気方位信号を前記初期整
定部に出力する回路とを備えるものである請求項１記載
の慣性航法装置。