JPH1038576A - 方位センサ - Google Patents
方位センサInfo
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- JPH1038576A JPH1038576A JP18775596A JP18775596A JPH1038576A JP H1038576 A JPH1038576 A JP H1038576A JP 18775596 A JP18775596 A JP 18775596A JP 18775596 A JP18775596 A JP 18775596A JP H1038576 A JPH1038576 A JP H1038576A
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- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 10
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 計測中の外乱の影響が分離できると共に、角
速度ドリフトの評価による自己診断も可能な方位センサ
を提供する。 【解決手段】 重力軸を中心に回転する回転テーブル１
に光ファイバからなるセンシングループ２を立て、回転
テーブル１をその基準角度を示す基準軸から所定角度θ
回転させ、そのとき計測される地球の自転に基づくセン
シングループ２の角速度計測値Ωから上記基準軸の方位
を検出する方位センサにおいて、回転テーブルの複数角
度θにおける上記角速度計測値Ω0 ，Ω1 ，…にフーリ
エ変換を施すことによりスペクトル分布Ｆｋを算出し、
そのスペクトルの基本周期成分Ｆ1 の持つ位相χ1 を基
準軸の方位ΦN とする。
速度ドリフトの評価による自己診断も可能な方位センサ
を提供する。 【解決手段】 重力軸を中心に回転する回転テーブル１
に光ファイバからなるセンシングループ２を立て、回転
テーブル１をその基準角度を示す基準軸から所定角度θ
回転させ、そのとき計測される地球の自転に基づくセン
シングループ２の角速度計測値Ωから上記基準軸の方位
を検出する方位センサにおいて、回転テーブルの複数角
度θにおける上記角速度計測値Ω0 ，Ω1 ，…にフーリ
エ変換を施すことによりスペクトル分布Ｆｋを算出し、
そのスペクトルの基本周期成分Ｆ1 の持つ位相χ1 を基
準軸の方位ΦN とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバジャイ
ロを用いた方位センサに係り、特に、計測中の外乱の影
響が分離できると共に、角速度ドリフトの評価による自
己診断も可能な方位センサに関するものである。
ロを用いた方位センサに係り、特に、計測中の外乱の影
響が分離できると共に、角速度ドリフトの評価による自
己診断も可能な方位センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバジャイロを用いた方位センサ
は、図１に示されるように、重力軸を中心に回転する回
転テーブル１に光ファイバからなるセンシングループ２
を立てたものであり、この回転テーブル１を方位センサ
の基準角度を示す基準軸（方位センサ基準軸）から所定
角度回転させてセンシングループ２の向きを変え、この
とき地球の自転に基づきセンシングループ２に加わる角
速度を計測し、この計測値（地球自転角速度計測値）か
ら方位センサ基準軸の方位を検出するようになってい
る。
は、図１に示されるように、重力軸を中心に回転する回
転テーブル１に光ファイバからなるセンシングループ２
を立てたものであり、この回転テーブル１を方位センサ
の基準角度を示す基準軸（方位センサ基準軸）から所定
角度回転させてセンシングループ２の向きを変え、この
とき地球の自転に基づきセンシングループ２に加わる角
速度を計測し、この計測値（地球自転角速度計測値）か
ら方位センサ基準軸の方位を検出するようになってい
る。
【０００３】ここで、真北に対する方位センサ基準軸の
方位をΦ、センシングループの１周回のうちに計測され
る地球自転角速度計測値の最大値をＡ、センシングルー
プの角速度バイアスをＢとすると、地球自転角速度計測
値Ωは、 Ω＝Ａ・ｓｉｎΦ＋Ｂ （１） で表される。
方位をΦ、センシングループの１周回のうちに計測され
る地球自転角速度計測値の最大値をＡ、センシングルー
プの角速度バイアスをＢとすると、地球自転角速度計測
値Ωは、 Ω＝Ａ・ｓｉｎΦ＋Ｂ （１） で表される。
【０００４】方位センサ立ち上げ後に、概略北になる方
位に方位センサ基準軸を定め、その後、概略北、東又は
西、南の３方向にセンシングループを向け、各方向にお
ける地球自転角速度計測値ΩN ，ΩE ，ΩS を計測す
る。
位に方位センサ基準軸を定め、その後、概略北、東又は
西、南の３方向にセンシングループを向け、各方向にお
ける地球自転角速度計測値ΩN ，ΩE ，ΩS を計測す
る。
【０００５】 ΩN ＝Ａ・ｓｉｎΦN ＋Ｂ （２） ΩE ＝Ａ・ｓｉｎ（ΦN ＋９０）＋Ｂ ＝Ａ・ｃｏｓΦN ＋Ｂ （３） ΩS ＝Ａ・ｓｉｎ（ΦN ＋１８０）＋Ｂ ＝−Ａ・ｓｉｎΦN ＋Ｂ （４） であることから、 Ｂ＝（ΩN ＋ΩS ）／２ （５） ΦN ＝ｔａｎ-1｛（ΩN −Ｂ）／（ΩE −Ｂ）｝ （６） により、真北に対する方位センサ基準軸の方位ΦN を求
める。
める。
【０００６】この他に、式（１）で地球自転角速度計測
値Ωを最小二乗近似して方位センサ基準軸の方位ΦN を
求める方法もある。
値Ωを最小二乗近似して方位センサ基準軸の方位ΦN を
求める方法もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の三角関数を
解く方法では、角速度計測時に方位センサに加わる外乱
によるノイズを分離することも、基本周期成分（後述）
のみを検出することもできない。
解く方法では、角速度計測時に方位センサに加わる外乱
によるノイズを分離することも、基本周期成分（後述）
のみを検出することもできない。
【０００８】最小二乗近似を用いる方法では、基本周期
成分の検出はできるものの、角速度計測時の外乱の大き
さは算出できず、従って、検出された方位の信頼度が評
価できない問題がある。
成分の検出はできるものの、角速度計測時の外乱の大き
さは算出できず、従って、検出された方位の信頼度が評
価できない問題がある。
【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、計測中の外乱の影響が分離できると共に、角速度ド
リフトの評価による自己診断も可能な方位センサを提供
することにある。
し、計測中の外乱の影響が分離できると共に、角速度ド
リフトの評価による自己診断も可能な方位センサを提供
することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、重力軸を中心に回転する回転テーブルに光
ファイバからなるセンシングループを立て、回転テーブ
ルをその基準角度を示す基準軸から所定角度回転させ、
そのとき計測される地球の自転に基づくセンシングルー
プの角速度計測値から上記基準軸の方位を検出する方位
センサにおいて、回転テーブルの複数角度における上記
角速度計測値にフーリエ変換を施すことによりスペクト
ル分布を算出し、そのスペクトルの基本周期成分の持つ
位相を基準軸の方位とするものである。
に本発明は、重力軸を中心に回転する回転テーブルに光
ファイバからなるセンシングループを立て、回転テーブ
ルをその基準角度を示す基準軸から所定角度回転させ、
そのとき計測される地球の自転に基づくセンシングルー
プの角速度計測値から上記基準軸の方位を検出する方位
センサにおいて、回転テーブルの複数角度における上記
角速度計測値にフーリエ変換を施すことによりスペクト
ル分布を算出し、そのスペクトルの基本周期成分の持つ
位相を基準軸の方位とするものである。
【００１１】上記回転テーブルを継続的に所定角度ずつ
回転させ、その都度、過去１周回の間に計測された角速
度計測値を上記フーリエ変換に供し、求まった方位を所
定回転回数分について移動平均してもよい。
回転させ、その都度、過去１周回の間に計測された角速
度計測値を上記フーリエ変換に供し、求まった方位を所
定回転回数分について移動平均してもよい。
【００１２】上記スペクトルの基本周期成分に対する２
倍周波数周期成分の比を求め、この比が所定値を超えた
ときには計測中に外乱があったものと判定し、そのとき
求めた方位は上記移動平均のサンプルから除外してもよ
い。
倍周波数周期成分の比を求め、この比が所定値を超えた
ときには計測中に外乱があったものと判定し、そのとき
求めた方位は上記移動平均のサンプルから除外してもよ
い。
【００１３】上記スペクトルの直流成分の変化から上記
センシングループの角速度ドリフトを求め、この角速度
ドリフトが所定値を超えたときにはそのとき求めた方位
を上記移動平均のサンプルから除外するか又は故障と判
定してもよい。
センシングループの角速度ドリフトを求め、この角速度
ドリフトが所定値を超えたときにはそのとき求めた方位
を上記移動平均のサンプルから除外するか又は故障と判
定してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
図面に基づいて詳述する。
【００１５】本発明の方位センサは、図１に示されるよ
うに、重力軸を中心に回転する回転テーブル１に光ファ
イバからなるセンシングループ２を立てたものであり、
この回転テーブル１を方位センサ基準軸から任意の角度
回転させてセンシングループ２の向きを変え、地球自転
角速度計測値を計測することができる。３は、信号処理
及び回転制御のための回路基板である。
うに、重力軸を中心に回転する回転テーブル１に光ファ
イバからなるセンシングループ２を立てたものであり、
この回転テーブル１を方位センサ基準軸から任意の角度
回転させてセンシングループ２の向きを変え、地球自転
角速度計測値を計測することができる。３は、信号処理
及び回転制御のための回路基板である。
【００１６】本発明の方位センサは信号処理に以下の特
徴を有する。
徴を有する。
【００１７】センシングループの複数方向おける地球
自転角速度計測値をフーリエ変換によって解析する。即
ち、スペクトルのうちの基本周期成分について位相を求
め、この位相を方位センサ基準軸の方位とする。これに
よって計測中の外乱による検出方位のノイズを除去す
る。
自転角速度計測値をフーリエ変換によって解析する。即
ち、スペクトルのうちの基本周期成分について位相を求
め、この位相を方位センサ基準軸の方位とする。これに
よって計測中の外乱による検出方位のノイズを除去す
る。
【００１８】回転テーブルを継続的に所定角度、例え
ば９０°ずつ回転させてセンシングループを９０°間隔
で４方向に向け、この１周回の間に計測された４つの角
速度計測値のみをフーリエ変換に供する。これによって
高速計測を図り、この高速化によって角速度ドリフトに
よる検出方位誤差を低減させる。
ば９０°ずつ回転させてセンシングループを９０°間隔
で４方向に向け、この１周回の間に計測された４つの角
速度計測値のみをフーリエ変換に供する。これによって
高速計測を図り、この高速化によって角速度ドリフトに
よる検出方位誤差を低減させる。
【００１９】回転テーブルの回転の都度に求まる方位
を移動平均する。これによって、方位センサの分解能の
向上を図る。
を移動平均する。これによって、方位センサの分解能の
向上を図る。
【００２０】スペクトルの基本周期成分に対する２倍
周波数周期成分の比を求め、この比によって外乱の大き
さを評価する。外乱が大きいときの検出方位は移動平均
のサンプルから除外し、信頼度の向上を図る。
周波数周期成分の比を求め、この比によって外乱の大き
さを評価する。外乱が大きいときの検出方位は移動平均
のサンプルから除外し、信頼度の向上を図る。
【００２１】同様にセンシングループの角速度ドリフ
トも評価する。角速度ドリフトは、スペクトルの直流成
分の変化から求める。角速度ドリフトが大きいときの検
出方位は移動平均のサンプルから除外する。角速度ドリ
フトにより方位センサの故障を判定する自己診断の機能
を持たせてもよい。
トも評価する。角速度ドリフトは、スペクトルの直流成
分の変化から求める。角速度ドリフトが大きいときの検
出方位は移動平均のサンプルから除外する。角速度ドリ
フトにより方位センサの故障を判定する自己診断の機能
を持たせてもよい。
【００２２】以下に、本実施形態による具体的な信号処
理を説明する。
理を説明する。
【００２３】まず、回転テーブル１を継続的に所定角
度、例えば９０°ずつ回転させてセンシングループ２を
９０°間隔で４方向に向け、地球自転角速度計測値
Ω0 ，Ω90，Ω180 ，Ω270 を計測する。この１周回の
間に計測された４つの角速度計測値をフーリエ変換に供
する。本発明では離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いる
が、演算時間を短縮するために高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）を用いてもよい。
度、例えば９０°ずつ回転させてセンシングループ２を
９０°間隔で４方向に向け、地球自転角速度計測値
Ω0 ，Ω90，Ω180 ，Ω270 を計測する。この１周回の
間に計測された４つの角速度計測値をフーリエ変換に供
する。本発明では離散フーリエ変換（ＤＦＴ）を用いる
が、演算時間を短縮するために高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）を用いてもよい。
【００２４】ここで離散フーリエ変換について簡単に説
明すると、離散フーリエ変換は、時間軸上の信号の離散
したサンプリング値を周波数軸上の離散強度スペクトル
に変換するものであり、高速フーリエ変換を用いて演算
時間を劇的に短縮することができる。離散フーリエ変換
によれば、ある周期Ｔを持つ周期的信号ｆ（ｔ）の時間
軸上で整数Ｎ点のサンプリングを行い、その値をｆｎ
（ｎ＝０，１，…，Ｎ−１）とし、定数Ｗｎ＝ｅｘｐ
（−ｊ２π／Ｎ）を定義すると、離散フーリエ変換は、
明すると、離散フーリエ変換は、時間軸上の信号の離散
したサンプリング値を周波数軸上の離散強度スペクトル
に変換するものであり、高速フーリエ変換を用いて演算
時間を劇的に短縮することができる。離散フーリエ変換
によれば、ある周期Ｔを持つ周期的信号ｆ（ｔ）の時間
軸上で整数Ｎ点のサンプリングを行い、その値をｆｎ
（ｎ＝０，１，…，Ｎ−１）とし、定数Ｗｎ＝ｅｘｐ
（−ｊ２π／Ｎ）を定義すると、離散フーリエ変換は、
【００２５】
【数１】
【００２６】となる。
【００２７】ｆｎはＮ個の複素数の組として定義される
ものであるため、式（７）は式（８）のように示され
る。
ものであるため、式（７）は式（８）のように示され
る。
【００２８】
【数２】
【００２９】なお、Ｒｅ，Ｉｍは、その記号の後に続く
変数の実数部，虚数部をそれぞれ表す。このようにＦ
（ｋ）は複素数になるが、その強度（振幅）は実数部及
び虚数部の二乗平均より求まる。高速フーリエ変換は、
信号ｆ（ｔ）の周期性に着目してその演算処理を効率よ
く改良したものである。
変数の実数部，虚数部をそれぞれ表す。このようにＦ
（ｋ）は複素数になるが、その強度（振幅）は実数部及
び虚数部の二乗平均より求まる。高速フーリエ変換は、
信号ｆ（ｔ）の周期性に着目してその演算処理を効率よ
く改良したものである。
【００３０】一例として、時間軸上の信号の離散した電
圧サンプルを周波数軸上の離散強度スペクトルに変換す
る例を図２に示す。図２（ａ）に示された電圧信号は基
本周期Ｔを持つ周期的信号ｆ（ｔ）である。丸印はサン
プリング点である。離散フーリエ変換により図２（ｂ）
のスペクトル分布が得られる。このスペクトル分布を見
ると、スペクトルは、離散的に直流成分Ｆ0 、基本周期
に対応する周波数を持つ基本周期成分Ｆ1 、その２倍の
周波数を持つ２倍周波数周期成分Ｆ2 …を有している。
圧サンプルを周波数軸上の離散強度スペクトルに変換す
る例を図２に示す。図２（ａ）に示された電圧信号は基
本周期Ｔを持つ周期的信号ｆ（ｔ）である。丸印はサン
プリング点である。離散フーリエ変換により図２（ｂ）
のスペクトル分布が得られる。このスペクトル分布を見
ると、スペクトルは、離散的に直流成分Ｆ0 、基本周期
に対応する周波数を持つ基本周期成分Ｆ1 、その２倍の
周波数を持つ２倍周波数周期成分Ｆ2 …を有している。
【００３１】次に、本発明の方位センサにおいて、方位
センサ基準軸を基準角度とする回転テーブルの回転角θ
に対する地球自転角速度計測値Ωの変化は回転角θを横
軸にとって示すと図３（ａ）のようになる。丸印はサン
プリング点である。この変化波形に着目すると、回転テ
ーブルの回転角の３６０°（２π）ごとに繰り返す周期
的信号であることが判る。この周期性ゆえ、上記の離散
フーリエ変換が適用できることが判る。この場合、図２
における電圧Ｖ，時間ｔがそれぞれ地球自転角速度計測
値Ω，回転角θに対応し、変換後には図３（ｂ）に示さ
れるように周波数軸上に離散強度スペクトルの分布が得
られ、その周波数周期は１／（２π）である。
センサ基準軸を基準角度とする回転テーブルの回転角θ
に対する地球自転角速度計測値Ωの変化は回転角θを横
軸にとって示すと図３（ａ）のようになる。丸印はサン
プリング点である。この変化波形に着目すると、回転テ
ーブルの回転角の３６０°（２π）ごとに繰り返す周期
的信号であることが判る。この周期性ゆえ、上記の離散
フーリエ変換が適用できることが判る。この場合、図２
における電圧Ｖ，時間ｔがそれぞれ地球自転角速度計測
値Ω，回転角θに対応し、変換後には図３（ｂ）に示さ
れるように周波数軸上に離散強度スペクトルの分布が得
られ、その周波数周期は１／（２π）である。
【００３２】本実施形態では、図３のサンプリング点を
９０°間隔で４点とした。各点の計測値をΩ0 ，Ω1 ，
Ω2 ，Ω3 とする。これらの計測値は式（７）における
Ｎ＝４の場合のｆｎ （ｎ＝０，１，２，３）に相当す
る。そして、高速フーリエ変換によりＦｋ （ｋ＝０，
１，２，３）が得られる。即ち、
９０°間隔で４点とした。各点の計測値をΩ0 ，Ω1 ，
Ω2 ，Ω3 とする。これらの計測値は式（７）における
Ｎ＝４の場合のｆｎ （ｎ＝０，１，２，３）に相当す
る。そして、高速フーリエ変換によりＦｋ （ｋ＝０，
１，２，３）が得られる。即ち、
【００３３】
【数３】
【００３４】となる。上式の行列表現は、
【００３５】
【数４】
【００３６】となる。
【００３７】このようにして、直流成分Ｆ0 、基本周期
成分Ｆ1 、２倍周波数周期成分Ｆ2 、３倍周波数周期成
分Ｆ3 が求まる。各成分の実数項Ｒｎ及び虚数項Ｉｎを
求め、さらに、各成分の振幅｜Ｆｎ｜、位相χｎを求め
る。
成分Ｆ1 、２倍周波数周期成分Ｆ2 、３倍周波数周期成
分Ｆ3 が求まる。各成分の実数項Ｒｎ及び虚数項Ｉｎを
求め、さらに、各成分の振幅｜Ｆｎ｜、位相χｎを求め
る。
【００３８】
【数５】
【００３９】このうち基本周期成分Ｆ1 の位相χ1 が方
位センサ基準軸の方位ΦN である。
位センサ基準軸の方位ΦN である。
【００４０】次に移動平均について説明する。
【００４１】回転テーブル１は９０°ずつ回転させてい
るので、１回の回転の度に順次、図４に示されるような
サンプリング点＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６，
…が得られる。その都度、過去１周回の間の４つのサン
プリング点を用いて方位を求める。そうすると、１回目
は＃１〜＃４、２回目は＃２〜＃５、３回目は＃３〜＃
６、…を用いて毎回、方位が求まる。このように、４点
の位置が順次移動しても毎回、方位センサ基準軸の方位
ΦN が求まる。これは、この間にセンシングループ２が
回転するだけで、方位センサ基準軸は大きく回転しない
からである。このようにして順次求まる方位ΦN のサン
プルを順繰りに所定の個数ずつ平均する。移動平均によ
る出力方位ΦN は、
るので、１回の回転の度に順次、図４に示されるような
サンプリング点＃１，＃２，＃３，＃４，＃５，＃６，
…が得られる。その都度、過去１周回の間の４つのサン
プリング点を用いて方位を求める。そうすると、１回目
は＃１〜＃４、２回目は＃２〜＃５、３回目は＃３〜＃
６、…を用いて毎回、方位が求まる。このように、４点
の位置が順次移動しても毎回、方位センサ基準軸の方位
ΦN が求まる。これは、この間にセンシングループ２が
回転するだけで、方位センサ基準軸は大きく回転しない
からである。このようにして順次求まる方位ΦN のサン
プルを順繰りに所定の個数ずつ平均する。移動平均によ
る出力方位ΦN は、
【００４２】
【数６】
【００４３】ここでｍは、移動平均に使用するサンプル
個数であり、方位センサの応答周波数に影響するので、
この方位センサを利用する上位システムからの要求に応
じて決めるとよい。ｐは移動平均するサンプルの先頭の
サンプル番号、Φｋは順次求めた方位のサンプルであ
る。一般に、ランダムな出力を平均するとそのサンプル
個数ｍに対し、１／（平方根ｍ）でセンサの分解能が向
上する性質があり、毎回の方位Φｋを過去ｍ個づつ移動
平均することにより、分解能の向上を図りつつリアルタ
イムの出力方位ΦN を得ることができる。
個数であり、方位センサの応答周波数に影響するので、
この方位センサを利用する上位システムからの要求に応
じて決めるとよい。ｐは移動平均するサンプルの先頭の
サンプル番号、Φｋは順次求めた方位のサンプルであ
る。一般に、ランダムな出力を平均するとそのサンプル
個数ｍに対し、１／（平方根ｍ）でセンサの分解能が向
上する性質があり、毎回の方位Φｋを過去ｍ個づつ移動
平均することにより、分解能の向上を図りつつリアルタ
イムの出力方位ΦN を得ることができる。
【００４４】次に、外乱の評価、角速度ドリフトの評価
について説明する。
について説明する。
【００４５】式（９）のフーリエ変換によるスペクトル
分布において、地球自転角速度計測値Ωが回転角θの純
粋な正弦関数又は余弦関数であれば、直流成分Ｆ0 の振
幅及び２倍周波数周期成分Ｆ2 の振幅は零になる。即
ち、センシングループの角速度計測にバイアスがなく、
外乱もない理想的状態であれば、直流成分Ｆ0 の振幅及
び２倍周波数周期成分Ｆ2 の振幅は零になる。
分布において、地球自転角速度計測値Ωが回転角θの純
粋な正弦関数又は余弦関数であれば、直流成分Ｆ0 の振
幅及び２倍周波数周期成分Ｆ2 の振幅は零になる。即
ち、センシングループの角速度計測にバイアスがなく、
外乱もない理想的状態であれば、直流成分Ｆ0 の振幅及
び２倍周波数周期成分Ｆ2 の振幅は零になる。
【００４６】理想的状態からずれた場合、直流成分Ｆ0
の振幅及び２倍周波数周期成分Ｆ2 の振幅は増加する。
直流成分Ｆ0 の振幅はバイアスに相当し、その時間的変
化を計算すれば角速度ドリフトが求まる。角速度ドリフ
トが大きい場合には前記の方位の演算に誤差が発生する
ため移動平均の処理から除くことにする。また、角速度
ドリフトの大きさから方位センサの故障と判断できる場
合には診断データを出力する。
の振幅及び２倍周波数周期成分Ｆ2 の振幅は増加する。
直流成分Ｆ0 の振幅はバイアスに相当し、その時間的変
化を計算すれば角速度ドリフトが求まる。角速度ドリフ
トが大きい場合には前記の方位の演算に誤差が発生する
ため移動平均の処理から除くことにする。また、角速度
ドリフトの大きさから方位センサの故障と判断できる場
合には診断データを出力する。
【００４７】角速度ドリフトの求め方を説明する。基本
周期成分Ｆ1 の振幅｜Ｆ1 ｜は、地球自転角速度計測値
Ωの最大値ΩMAX ＝１５（°／ｈ）×ｃｏｓψ （ψは
緯度）に等しい。そこで、 （Ｆ0 ／Ｆ1 ）×ΩMAX でオフセット角速度が換算できる。このオフセット角速
度を毎回の回転ごとに計算し、毎回の時間間隔に対する
オフセット角速度の変化量から角速度ドリフトが求ま
る。
周期成分Ｆ1 の振幅｜Ｆ1 ｜は、地球自転角速度計測値
Ωの最大値ΩMAX ＝１５（°／ｈ）×ｃｏｓψ （ψは
緯度）に等しい。そこで、 （Ｆ0 ／Ｆ1 ）×ΩMAX でオフセット角速度が換算できる。このオフセット角速
度を毎回の回転ごとに計算し、毎回の時間間隔に対する
オフセット角速度の変化量から角速度ドリフトが求ま
る。
【００４８】一方、２倍周波数周期成分Ｆ2 の振幅は、
上記正弦関数又は余弦関数が歪んだ場合に発生するた
め、これより計測中に方位センサに加わった外乱の大き
さが評価できる。ここでは基本周期成分Ｆ1 に対する２
倍周波数周期成分Ｆ2 の振幅比の値で移動平均の処理か
ら除くかどうかを判定する。即ち、比が所定値より大き
いときの検出方位は移動平均のサンプルから除外し、次
のサンプルを得るまで移動平均を保留する。これにより
ノイズを含んだ検出方位は廃棄される。
上記正弦関数又は余弦関数が歪んだ場合に発生するた
め、これより計測中に方位センサに加わった外乱の大き
さが評価できる。ここでは基本周期成分Ｆ1 に対する２
倍周波数周期成分Ｆ2 の振幅比の値で移動平均の処理か
ら除くかどうかを判定する。即ち、比が所定値より大き
いときの検出方位は移動平均のサンプルから除外し、次
のサンプルを得るまで移動平均を保留する。これにより
ノイズを含んだ検出方位は廃棄される。
【００４９】次に、本発明による信号処理手順の一例を
フローチャートに従って説明する。図５に示されるよう
に、まず、回転テーブルの回転角θを基準角度である方
位センサ基準軸に合わせ（ステップ１）、地球自転角速
度計測値Ωθ を計測する（ステップ２）。次いで、回
転テーブルを９０°回転させてセンシングループの向き
を変える（ステップ３）。回転が停止した後、地球自転
角速度計測値Ωθ を計測する（ステップ４）。４点の
計測値を取得したかを確認し、未了であればさらに回転
テーブルを９０°回転させる（ステップ５）。これは１
回目の方位検出に＃１〜＃４の４点の計測値が必要なた
めに行う。２回目からは既に４点の計測値が取得完了し
ていることになる。４点の計測値が取得済みであれば、
その４点の計測値にＦＦＴを施し、前記実施形態で説明
した方位検出の演算を行う（ステップ６）。その後、直
流成分Ｆ0 が所定値Ｋ1 より大きければさらに回転テー
ブルを９０°回転させる（ステップ７）。ここでは前記
実施形態のように角速度ドリフトを求めて評価するので
はなく、直流成分Ｆ0 即ちバイアスを即時評価すること
により検出方位を廃棄していることになる。なお、ここ
でエラーを出力することもできる。続いて、２倍周波数
周期成分Ｆ2 ／基本周期成分Ｆ1 が所定値Ｋ2 より大き
ければ、やはり回転テーブルを９０°回転させる（ステ
ップ８）。これは外乱の評価である。ここでもエラーを
出力することができる。このようにして信頼性のある検
出方位のみを移動平均のサンプルとすることができる。
必要なサンプル個数が揃えば移動平均により出力方位Φ
N を得る（ステップ９）。出力方位ΦN は表示又は上位
システムにデータ転送される（ステップ１０）。その
後、数値変更により方位センサ基準軸を真北に補正する
（ステップ１１）。これは、方位センサ基準軸を正確に
真北に向けることにより、正確な北、東、南、西の４点
での計測を行うようにしたものであり、これによって方
位精度は向上する。
フローチャートに従って説明する。図５に示されるよう
に、まず、回転テーブルの回転角θを基準角度である方
位センサ基準軸に合わせ（ステップ１）、地球自転角速
度計測値Ωθ を計測する（ステップ２）。次いで、回
転テーブルを９０°回転させてセンシングループの向き
を変える（ステップ３）。回転が停止した後、地球自転
角速度計測値Ωθ を計測する（ステップ４）。４点の
計測値を取得したかを確認し、未了であればさらに回転
テーブルを９０°回転させる（ステップ５）。これは１
回目の方位検出に＃１〜＃４の４点の計測値が必要なた
めに行う。２回目からは既に４点の計測値が取得完了し
ていることになる。４点の計測値が取得済みであれば、
その４点の計測値にＦＦＴを施し、前記実施形態で説明
した方位検出の演算を行う（ステップ６）。その後、直
流成分Ｆ0 が所定値Ｋ1 より大きければさらに回転テー
ブルを９０°回転させる（ステップ７）。ここでは前記
実施形態のように角速度ドリフトを求めて評価するので
はなく、直流成分Ｆ0 即ちバイアスを即時評価すること
により検出方位を廃棄していることになる。なお、ここ
でエラーを出力することもできる。続いて、２倍周波数
周期成分Ｆ2 ／基本周期成分Ｆ1 が所定値Ｋ2 より大き
ければ、やはり回転テーブルを９０°回転させる（ステ
ップ８）。これは外乱の評価である。ここでもエラーを
出力することができる。このようにして信頼性のある検
出方位のみを移動平均のサンプルとすることができる。
必要なサンプル個数が揃えば移動平均により出力方位Φ
N を得る（ステップ９）。出力方位ΦN は表示又は上位
システムにデータ転送される（ステップ１０）。その
後、数値変更により方位センサ基準軸を真北に補正する
（ステップ１１）。これは、方位センサ基準軸を正確に
真北に向けることにより、正確な北、東、南、西の４点
での計測を行うようにしたものであり、これによって方
位精度は向上する。
【００５０】本発明の他の実施形態及び応用について説
明する。
明する。
【００５１】本実施形態では、４つのサンプリング点を
用いて１回の方位を求めたが、４点に限るものではな
い。角速度ドリフトを考慮すると４点が好適である。４
点以上のサンプリング点を用いる場合、高次のスペクト
ル成分が得られ、その振幅と基本周期成分Ｆ1 との比較
を誤差判定に用いることができる。ただし、高速フーリ
エ変換を用いる場合には２n （ｎは自然数）個のサンプ
リング点を必要とする。
用いて１回の方位を求めたが、４点に限るものではな
い。角速度ドリフトを考慮すると４点が好適である。４
点以上のサンプリング点を用いる場合、高次のスペクト
ル成分が得られ、その振幅と基本周期成分Ｆ1 との比較
を誤差判定に用いることができる。ただし、高速フーリ
エ変換を用いる場合には２n （ｎは自然数）個のサンプ
リング点を必要とする。
【００５２】方位センサを立ち上げたときの直流成分Ｆ
0 と基本周期成分Ｆ1 との振幅比でバイアスレベルを評
価し、方位センサの自己診断に用いることができる。
0 と基本周期成分Ｆ1 との振幅比でバイアスレベルを評
価し、方位センサの自己診断に用いることができる。
【００５３】方位センサの自己診断結果及び外乱の評価
情報を、この方位センサを使用している上位システムに
供給する。これにより上位システムでは方位センサの出
力方位を採用するか否かを判断することができる。ま
た、上位システムでは方位センサに外乱が加わらないよ
うな対策を施すときに、その目安として上記の評価情報
を使用する。これにより上位システムでは方位センサの
安定した運用が容易に実現できる。
情報を、この方位センサを使用している上位システムに
供給する。これにより上位システムでは方位センサの出
力方位を採用するか否かを判断することができる。ま
た、上位システムでは方位センサに外乱が加わらないよ
うな対策を施すときに、その目安として上記の評価情報
を使用する。これにより上位システムでは方位センサの
安定した運用が容易に実現できる。
【００５４】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
る。
【００５５】（１）フーリエ変換を行うことで、外乱に
よるノイズを検出方位から大幅に分離でき、精度が向上
する。
よるノイズを検出方位から大幅に分離でき、精度が向上
する。
【００５６】（２）外乱の大きさが評価できるので、検
出方位の信頼度が向上する。
出方位の信頼度が向上する。
【００５７】（３）角速度ドリフトが評価できるので、
検出方位の信頼度が向上する。
検出方位の信頼度が向上する。
【００５８】（４）外乱の大きさの評価、角速度ドリフ
トの評価に基づく自己診断が可能になり、方位センサ自
体の信頼度が向上する。
トの評価に基づく自己診断が可能になり、方位センサ自
体の信頼度が向上する。
【図１】本発明の一実施形態を示す方位センサの斜視図
である。
である。
【図２】離散フーリエ変換の一般例を示す時間軸特性図
及び周波数軸特性図である。
及び周波数軸特性図である。
【図３】本発明の方位センサにおける回転角軸特性図及
び周波数軸特性図である。
び周波数軸特性図である。
【図４】本発明の方位センサで計測する地球自転角速度
の波形及びサンプリング点を示す図である。
の波形及びサンプリング点を示す図である。
【図５】本発明による信号処理手順の一例を示す流れ図
である。
である。
１ 回転テーブル ２ センシングループ ３ 回路基板
Claims (4)
- 【請求項１】 重力軸を中心に回転する回転テーブルに
光ファイバからなるセンシングループを立て、回転テー
ブルをその基準角度を示す基準軸から所定角度回転さ
せ、そのとき計測される地球の自転に基づくセンシング
ループの角速度計測値から上記基準軸の方位を検出する
方位センサにおいて、回転テーブルの複数角度における
上記角速度計測値にフーリエ変換を施すことによりスペ
クトル分布を算出し、そのスペクトルの基本周期成分の
持つ位相を基準軸の方位とすることを特徴とする方位セ
ンサ。 - 【請求項２】 上記回転テーブルを継続的に所定角度ず
つ回転させ、その都度、過去１周回の間に計測された角
速度計測値を上記フーリエ変換に供し、求まった方位を
所定回転回数分について移動平均することを特徴とする
請求項１記載の方位センサ。 - 【請求項３】 上記スペクトルの基本周期成分に対する
２倍周波数周期成分の比を求め、この比が所定値を超え
たときには計測中に外乱があったものと判定し、そのと
き求めた方位は上記移動平均のサンプルから除外するこ
とを特徴とする請求項２記載の方位センサ。 - 【請求項４】 上記スペクトルの直流成分の変化から上
記センシングループの角速度ドリフトを求め、この角速
度ドリフトが所定値を超えたときにはそのとき求めた方
位を上記移動平均のサンプルから除外するか又は故障と
判定することを特徴とする請求項２又は３記載の方位セ
ンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18775596A JPH1038576A (ja) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | 方位センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18775596A JPH1038576A (ja) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | 方位センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1038576A true JPH1038576A (ja) | 1998-02-13 |
Family
ID=16211641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18775596A Pending JPH1038576A (ja) | 1996-07-17 | 1996-07-17 | 方位センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1038576A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263689A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Railway Technical Res Inst | 外部情報を得られない環境における装置の方位計測方法 |
| US20100088063A1 (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-08 | A-Tech Corporation | Method and Apparatus for Precision Azimuth Measurement |
-
1996
- 1996-07-17 JP JP18775596A patent/JPH1038576A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007263689A (ja) * | 2006-03-28 | 2007-10-11 | Railway Technical Res Inst | 外部情報を得られない環境における装置の方位計測方法 |
| US20100088063A1 (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-08 | A-Tech Corporation | Method and Apparatus for Precision Azimuth Measurement |
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