JPH11190633A - 方位計 - Google Patents
方位計Info
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- JPH11190633A JPH11190633A JP35956097A JP35956097A JPH11190633A JP H11190633 A JPH11190633 A JP H11190633A JP 35956097 A JP35956097 A JP 35956097A JP 35956097 A JP35956097 A JP 35956097A JP H11190633 A JPH11190633 A JP H11190633A
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- JP
- Japan
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- turntable
- gyro
- angle
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- accelerometer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機構が簡単で高い精度の測定を可能とする。
【解決手段】 回転台１２上に加速度計１４、ジャイロ
１５を取付け、これらの入力軸１６，１７を、これが搭
載される移動機の機首方向とし、回転台１２を３つの角
度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 に設定し、その時の、加速度計
１４の各測定値ａｘ（Ψ1 ），ａｘ（Ψ2 ），ａｘ（Ψ
3 ）、ジャイロ１５の各測定値ωｘ１，ωｘ２，ωｘ３
を得、加速度計１４の３つの測定値と、Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ
3 と地球重力とから回転台１２の水平座標に対する姿勢
角θ，φを演算し（１９ｂ）、そのθ，φとΨ1 ，
Ψ2 ，Ψ3 と、ジャイロ１５のその測定値とその回転台
の位置の緯度と、地球回転速度とから真方位を演算する
（１９ｃ）。
１５を取付け、これらの入力軸１６，１７を、これが搭
載される移動機の機首方向とし、回転台１２を３つの角
度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 に設定し、その時の、加速度計
１４の各測定値ａｘ（Ψ1 ），ａｘ（Ψ2 ），ａｘ（Ψ
3 ）、ジャイロ１５の各測定値ωｘ１，ωｘ２，ωｘ３
を得、加速度計１４の３つの測定値と、Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ
3 と地球重力とから回転台１２の水平座標に対する姿勢
角θ，φを演算し（１９ｂ）、そのθ，φとΨ1 ，
Ψ2 ，Ψ3 と、ジャイロ１５のその測定値とその回転台
の位置の緯度と、地球回転速度とから真方位を演算する
（１９ｃ）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は例えば自動車など
の移動体に取付けられ、地球自転の角速度を検出するジ
ャイロと傾斜計（加速度計）を用いて真方位を測定する
方位計に関する。
の移動体に取付けられ、地球自転の角速度を検出するジ
ャイロと傾斜計（加速度計）を用いて真方位を測定する
方位計に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の従来の方位計は特開平５−１６
４５６３号「方位センサ」に示されている。この方位セ
ンサは回転台上に光ファイバジャイロと、傾斜計とを取
付け、傾斜計の出力により回転台のジャイロ取付け面が
常に水平面と平行するように、回転台を制御し、光ファ
イバジャイロの光ファイバループ面の重力方向と平行と
させた状態でそのループを重力方向と平行なループ径を
軸として回転させ、ループの回転により地球自転方向に
対するループ面の向きが変化し、ジャイロの出力が周期
的に変動し、ループ面が地球自転方向と一致すると、ジ
ャイロ出力は最大となる。従って、このジャイロ出力の
位相から真方位を求めることができる。
４５６３号「方位センサ」に示されている。この方位セ
ンサは回転台上に光ファイバジャイロと、傾斜計とを取
付け、傾斜計の出力により回転台のジャイロ取付け面が
常に水平面と平行するように、回転台を制御し、光ファ
イバジャイロの光ファイバループ面の重力方向と平行と
させた状態でそのループを重力方向と平行なループ径を
軸として回転させ、ループの回転により地球自転方向に
対するループ面の向きが変化し、ジャイロの出力が周期
的に変動し、ループ面が地球自転方向と一致すると、ジ
ャイロ出力は最大となる。従って、このジャイロ出力の
位相から真方位を求めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の方位計は、回転
台の回転面を水平面に維持する機構が必要であり、この
機構が複雑な上、その水平面制御を精度よく行うことが
比較的困難で、傾斜誤差が生じ、この傾斜誤差にもとづ
くとき、求めた真方位に誤差が生じる。
台の回転面を水平面に維持する機構が必要であり、この
機構が複雑な上、その水平面制御を精度よく行うことが
比較的困難で、傾斜誤差が生じ、この傾斜誤差にもとづ
くとき、求めた真方位に誤差が生じる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、回転
台にジャイロが取付けられ、ジャイロの入力軸は、回転
台の回転面（ジャイロ取付け面）と平行とされ、また回
転台に加速度計（傾斜計）が取付けられ、この加速度計
の入力軸も回転面と平行とされる。回転台の３つの回転
角度位置で、ジャイロの測定出力と加速度計の測定出力
とがそれぞれ取出され、これら３つの加速度測定値と、
前記測定回転角度とから、回転台の水平座標に対するピ
ッチ角度θとロール角度φとが姿勢角演算手段で演算さ
れ、また上記３つのジャイロ測定角速度と、測定回転角
度と、演算したピッチ角度θとロール角度φとからジャ
イロの入力軸の真方位が真方位演算手段で演算される。
台にジャイロが取付けられ、ジャイロの入力軸は、回転
台の回転面（ジャイロ取付け面）と平行とされ、また回
転台に加速度計（傾斜計）が取付けられ、この加速度計
の入力軸も回転面と平行とされる。回転台の３つの回転
角度位置で、ジャイロの測定出力と加速度計の測定出力
とがそれぞれ取出され、これら３つの加速度測定値と、
前記測定回転角度とから、回転台の水平座標に対するピ
ッチ角度θとロール角度φとが姿勢角演算手段で演算さ
れ、また上記３つのジャイロ測定角速度と、測定回転角
度と、演算したピッチ角度θとロール角度φとからジャ
イロの入力軸の真方位が真方位演算手段で演算される。
【０００５】
【発明の実施の形態】図１にこの発明の実施の形態を示
す。図１Ａに示すように、基台１１上に回転台１２がモ
ータのような回転台駆動部１３により、任意の回転角度
位置をとることができるように、取付けられている。回
転台１２上に加速度計（傾斜計）１４、角速度計（ジャ
イロ）としての光ファイバジャイロ１５が取付けられて
いる。加速度計１４、光ファイバジャイロ１５の各入力
軸１６，１７はそれぞれ、回転台１２の加速度計、ジャ
イロ取付け面１８と平行とされている。基台１１上には
制御・演算部１９が取付けられている。
す。図１Ａに示すように、基台１１上に回転台１２がモ
ータのような回転台駆動部１３により、任意の回転角度
位置をとることができるように、取付けられている。回
転台１２上に加速度計（傾斜計）１４、角速度計（ジャ
イロ）としての光ファイバジャイロ１５が取付けられて
いる。加速度計１４、光ファイバジャイロ１５の各入力
軸１６，１７はそれぞれ、回転台１２の加速度計、ジャ
イロ取付け面１８と平行とされている。基台１１上には
制御・演算部１９が取付けられている。
【０００６】図１Ｂに示すように制御・演算部１９中の
制御部１９ａにより、回転台駆動部１３が制御され、回
転台１１が、３つの回転角度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 に順
次設定される。その回転角度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 で加
速度計１４からそれぞれ測定値ａｘ（Ψ1 ），ａｘ（Ψ
2 ），ａｘ（Ψ3 ）を得、またジャイロ１５からそれぞ
れ測定値ωｘ1 ，ωｘ2 ，ωｘ3 を得る。
制御部１９ａにより、回転台駆動部１３が制御され、回
転台１１が、３つの回転角度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 に順
次設定される。その回転角度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 で加
速度計１４からそれぞれ測定値ａｘ（Ψ1 ），ａｘ（Ψ
2 ），ａｘ（Ψ3 ）を得、またジャイロ１５からそれぞ
れ測定値ωｘ1 ，ωｘ2 ，ωｘ3 を得る。
【０００７】加速度計１４の前記３つの測定値と、回転
角度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 と重力の加速度Ｇとから、回
転台１４の取付け面１８の水平座標に対するピッチ角度
θ、ロール角度φ、加速度計１４のバイアス誤差ＡＢＸ
が、制御・演算部１９中の姿勢角演算部１９ｂで計算さ
れる。更にジャイロ１５の前記３つの測定値と、回転角
度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 と、演算したθ，φと回転台１
２の現在位置の緯度λと、地球自転角速度と用いて、制
御・演算部１９中の真方位演算部１９ｃで真方位Ψ
T と、ジャイロ１５のバイアス誤差ｋｘｂを演算し、そ
の真方位ΨT を表示部２０などへ出力する。
角度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 と重力の加速度Ｇとから、回
転台１４の取付け面１８の水平座標に対するピッチ角度
θ、ロール角度φ、加速度計１４のバイアス誤差ＡＢＸ
が、制御・演算部１９中の姿勢角演算部１９ｂで計算さ
れる。更にジャイロ１５の前記３つの測定値と、回転角
度位置Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 と、演算したθ，φと回転台１
２の現在位置の緯度λと、地球自転角速度と用いて、制
御・演算部１９中の真方位演算部１９ｃで真方位Ψ
T と、ジャイロ１５のバイアス誤差ｋｘｂを演算し、そ
の真方位ΨT を表示部２０などへ出力する。
【０００８】以下、演算部１９ｂ，１９ｃにおける演算
について説明する。ＮＥＤ座標系（極地水平座標系）は
図２Ａに示すように軸Ｎは真北方向であり、軸Ｅは真東
方向であり、軸Ｄは鉛直下向きである。水平座標系は図
２Ｂに示すようにＮＥＤ座標系からＤ軸まわりに角度Ψ
T 回転した状態である。従ってこの発明方位系のジャイ
ロ１５の入力軸１７を、これが取付けられた移動体の機
首方向と一致させると、ＸL 方向がその機首方位とな
る。
について説明する。ＮＥＤ座標系（極地水平座標系）は
図２Ａに示すように軸Ｎは真北方向であり、軸Ｅは真東
方向であり、軸Ｄは鉛直下向きである。水平座標系は図
２Ｂに示すようにＮＥＤ座標系からＤ軸まわりに角度Ψ
T 回転した状態である。従ってこの発明方位系のジャイ
ロ１５の入力軸１７を、これが取付けられた移動体の機
首方向と一致させると、ＸL 方向がその機首方位とな
る。
【０００９】回転台１２の座標系は水平座標系から、最
初にＹL 軸回りにピッチ角度θだけ回転させ、次にＸL
軸回りにロール角度φだけ回転させたものであり、この
時の軸をＸ，Ｙ，Ｚとする。回転台１４はこのＺ軸の回
りに角度Ψ回転させる。つまり水平座標系をθ→φ→Ψ
回転した状態が回転台座標系となる。いま説明を簡単に
するため、回転台１４の回転角度Ψ＝０の時、ジャイロ
１４の入力軸１７をＸ軸方向とする。よって回転台１４
の回転により入力軸１７がＸＹ平面を回転する。同様に
説明を簡単にするため、加速度計１４の入力軸１６も、
回転台１２の回転角度Ψ＝０でＸ軸方向を指すようにす
る。よって回転台１２の回転により入力軸１６がＸＹ平
面を回転する。
初にＹL 軸回りにピッチ角度θだけ回転させ、次にＸL
軸回りにロール角度φだけ回転させたものであり、この
時の軸をＸ，Ｙ，Ｚとする。回転台１４はこのＺ軸の回
りに角度Ψ回転させる。つまり水平座標系をθ→φ→Ψ
回転した状態が回転台座標系となる。いま説明を簡単に
するため、回転台１４の回転角度Ψ＝０の時、ジャイロ
１４の入力軸１７をＸ軸方向とする。よって回転台１４
の回転により入力軸１７がＸＹ平面を回転する。同様に
説明を簡単にするため、加速度計１４の入力軸１６も、
回転台１２の回転角度Ψ＝０でＸ軸方向を指すようにす
る。よって回転台１２の回転により入力軸１６がＸＹ平
面を回転する。
【００１０】回転台座標系から水平座標系に変換する回
転行列は次式に与えられる。 従って回転台軸から水平軸に変換する時の回転行列ＣTL
は、次式となる。
転行列は次式に与えられる。 従って回転台軸から水平軸に変換する時の回転行列ＣTL
は、次式となる。
【００１１】ＣTL＝θ・φ・Ψ また、逆に水平軸から回転台軸に変換する時の回転行列
ＣLTは、ＣTLの転置行列である。ＣLTの各要素を次のよ
うに表わす。 （１）姿勢角の算出回転台１２上で検出する地球重力ａ
は次で表わせる。
ＣLTは、ＣTLの転置行列である。ＣLTの各要素を次のよ
うに表わす。 （１）姿勢角の算出回転台１２上で検出する地球重力ａ
は次で表わせる。
【００１２】 使用する加速度計はこの方位計では前述したように１軸
（Ｘ軸）のみであるから ここで、３点の既知の回転台１２の角度位置Ψ1 ，
Ψ2 ，Ψ3 について加速度計１４の計測値ａｘ
（Ψ1 ），ａｘ（Ψ2 ），ａｘ（Ψ3 ）を式（１）に代
入して次の連立方程式を作る。 この式を行列ａ，Ｈ，ｘで表わすと次式となる。
（Ｘ軸）のみであるから ここで、３点の既知の回転台１２の角度位置Ψ1 ，
Ψ2 ，Ψ3 について加速度計１４の計測値ａｘ
（Ψ1 ），ａｘ（Ψ2 ），ａｘ（Ψ3 ）を式（１）に代
入して次の連立方程式を作る。 この式を行列ａ，Ｈ，ｘで表わすと次式となる。
【００１３】 ａ＝ Ｈ ・ ｘ この両辺の左よりＨの逆行列Ｈ-1をかけると次式となる θ，φ，ＡＢＸは次で求まる。
【００１４】 θ＝ sin-1（Ｘ１／Ｇ） φ＝ sin-1（Ｘ１／cos θ），ＡＢＸ＝Ｘ３ (2) （２）真方位の算出 回転台１２上で検出される地球自転角速度は次式で表わ
せる。 ωＥ：地球自転角速度＝１５°／Hour、λ：回転台１２
の位置の緯度 ωN ： ωＥ×cos λ ωD ：−ωＥ×sin λ この実施例ではジャイロ１５の入力軸はＸ軸のみである
から、ジャイロ１５が測定するωｘは次式である。
せる。 ωＥ：地球自転角速度＝１５°／Hour、λ：回転台１２
の位置の緯度 ωN ： ωＥ×cos λ ωD ：−ωＥ×sin λ この実施例ではジャイロ１５の入力軸はＸ軸のみである
から、ジャイロ１５が測定するωｘは次式である。
【００１５】 ωD 項を左辺に移動する。
【００１６】 上式について、３点の既知の回転台１２の角度位置
Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 についてのジャイロ１５のｘを計測値
ωｘ1 ，ωｘ2 ，ωｘ3 をそれぞれ式（２）に代入して
下記の連立方程式を作る。つまり、 この式を行列ω，Ｈ，ｘでω＝Ｈ・ｘと表わす。
Ψ1 ，Ψ2 ，Ψ3 についてのジャイロ１５のｘを計測値
ωｘ1 ，ωｘ2 ，ωｘ3 をそれぞれ式（２）に代入して
下記の連立方程式を作る。つまり、 この式を行列ω，Ｈ，ｘでω＝Ｈ・ｘと表わす。
【００１７】∴ ｘ＝Ｈ-1・ω ωD が既知（＝緯度が既知）である場合は、上式を１回
解くことにより、真北方位ΨT とｋｘｂをそれぞれ次式
で算出する。 真方位：ΨT ＝tan -1（ｘ２／ｘ１） バイアス：ｋｘｂ＝ｘ３ （４）
解くことにより、真北方位ΨT とｋｘｂをそれぞれ次式
で算出する。 真方位：ΨT ＝tan -1（ｘ２／ｘ１） バイアス：ｋｘｂ＝ｘ３ （４）
【００１８】 以上から理解されるように図１Ｂ中の姿勢角演算部１９
ｂでは式（２）を演算して、θ，φ，ＡＢＸを求め、真
方位演算部１９ｃで式（４）を演算して真方位ΨT とバ
イアス値ｋｘｂを得る。
ｂでは式（２）を演算して、θ，φ，ＡＢＸを求め、真
方位演算部１９ｃで式（４）を演算して真方位ΨT とバ
イアス値ｋｘｂを得る。
【００１９】ωD が未知、つまり回転台１２の現在位置
の緯度λが不明の場合は、λの初期値：例えば３５°と
適当に与えて式（４）を演算し、 Ｘ１＝ωN cos ΨT ＝ωE cos λ・cos ΨT の関係から緯度λ′を次式で求める。 λ′＝cos -1（Ｘ１／１５・cos ΨT ）， cos ΨT ≠０ 又はλ′＝cos -1（Ｘ２／１５・sin ΨT ）， sin ΨT ≠０ このλ′を用いて、真方位（式（４））の計算を行い、
その結果から再びλ′を求め、真方位計算することを繰
返し、λ′が収斂した状態で得られた真方位Ψ T を測定
出力とする。
の緯度λが不明の場合は、λの初期値：例えば３５°と
適当に与えて式（４）を演算し、 Ｘ１＝ωN cos ΨT ＝ωE cos λ・cos ΨT の関係から緯度λ′を次式で求める。 λ′＝cos -1（Ｘ１／１５・cos ΨT ）， cos ΨT ≠０ 又はλ′＝cos -1（Ｘ２／１５・sin ΨT ）， sin ΨT ≠０ このλ′を用いて、真方位（式（４））の計算を行い、
その結果から再びλ′を求め、真方位計算することを繰
返し、λ′が収斂した状態で得られた真方位Ψ T を測定
出力とする。
【００２０】上述においては計算の簡便さから、加速度
計１４の入力軸１６とジャイロ１５の入力軸１７とを同
一方向としたが、これらは互いにずれていてもよい。ま
た光ファイバジャイロ１５の代りに他の角速度を検出す
るジャイロとしてもよい。なお加速度計１４のバイアス
ＡＢＸ、ジャイロ１５のバイアスｋｘはそれぞれ未知数
であるが、これらバイアスを知らなくても、上述のよう
に姿勢角θ，φ，真方位ΨT を求めることができる。
計１４の入力軸１６とジャイロ１５の入力軸１７とを同
一方向としたが、これらは互いにずれていてもよい。ま
た光ファイバジャイロ１５の代りに他の角速度を検出す
るジャイロとしてもよい。なお加速度計１４のバイアス
ＡＢＸ、ジャイロ１５のバイアスｋｘはそれぞれ未知数
であるが、これらバイアスを知らなくても、上述のよう
に姿勢角θ，φ，真方位ΨT を求めることができる。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、回
転台１２を水平面に保持する必要がなく、つまり水平面
保持のための複雑な機構が不用で、機構的構成が頗る簡
単であり、しかも、水平面保持機構の水平面保持誤差に
もとづく真方位測定誤差が生じるおそれがなく、高い精
度で真方位を測定することができる。
転台１２を水平面に保持する必要がなく、つまり水平面
保持のための複雑な機構が不用で、機構的構成が頗る簡
単であり、しかも、水平面保持機構の水平面保持誤差に
もとづく真方位測定誤差が生じるおそれがなく、高い精
度で真方位を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａはこの発明の実施例の外観を簡略に示す図、
Ｂはその機能構成を示すブロック図である。
Ｂはその機能構成を示すブロック図である。
【図２】Ａは極地水平座標系（ＮＥＤ座標系）を、Ｂは
水平座標系をそれぞれ示す図である。
水平座標系をそれぞれ示す図である。
Claims (2)
- 【請求項１】 回転台と、 その回転台上に取付けられ、その回転台上の取付け面と
平行な入力軸の加速度計と、 上記回転台上に取付けられ、その取付け面と平行な入力
軸のジャイロと、 上記回転台を回転して、その３つの回転角度位置で上記
加速度計の各加速度出力、上記ジャイロの各角速度出力
をそれぞれ測定する手段と、 上記３つの加速度測定値とその測定回転角度とから、上
記回転台の水平座標に対するピッチ角度θ、ロール角度
φを演算する姿勢角演算手段と、 上記ジャイロの測定角速度と、上記測定回転角度と、上
記演算したピッチ角度θ、ロール角度φとから上記ジャ
イロの入力軸の真方位を計算する真方位演算手段と、 を具備する方位計。 - 【請求項２】 上記真方位演算手段に用いる緯度とし
て、適当に緯度データを与えて、上記地球レート行列の
１成分を求め、その求めた成分から上記回転台位置の緯
度を求め、その求めた緯度を用いて同様の計算を繰返
し、収斂した値をその回転台位置の緯度とする手段を含
むことを特徴とする請求項１記載の方位計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35956097A JPH11190633A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 方位計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35956097A JPH11190633A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 方位計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11190633A true JPH11190633A (ja) | 1999-07-13 |
Family
ID=18465135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35956097A Pending JPH11190633A (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 方位計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11190633A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010047078A1 (ja) | 2008-10-20 | 2010-04-29 | 住友精密工業株式会社 | ６方向指向装置 |
| US9015952B2 (en) | 2010-11-19 | 2015-04-28 | Sumitomo Precision Products Co., Ltd. | Six-direction directing device |
| WO2019230198A1 (ja) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 位置調整装置およびそれを備えた投影システム |
-
1997
- 1997-12-26 JP JP35956097A patent/JPH11190633A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010047078A1 (ja) | 2008-10-20 | 2010-04-29 | 住友精密工業株式会社 | ６方向指向装置 |
| US8528220B2 (en) | 2008-10-20 | 2013-09-10 | Sumitomo Precision Products Co., Ltd. | Six-direction indicator |
| US9015952B2 (en) | 2010-11-19 | 2015-04-28 | Sumitomo Precision Products Co., Ltd. | Six-direction directing device |
| WO2019230198A1 (ja) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 位置調整装置およびそれを備えた投影システム |
| CN111886481A (zh) * | 2018-05-30 | 2020-11-03 | 松下知识产权经营株式会社 | 位置调整装置以及具备其的投影系统 |
| JPWO2019230198A1 (ja) * | 2018-05-30 | 2021-07-01 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 位置調整装置およびそれを備えた投影システム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20020604 |