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JPH0455248B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0455248B2
JPH0455248B2 JP61277879A JP27787986A JPH0455248B2 JP H0455248 B2 JPH0455248 B2 JP H0455248B2 JP 61277879 A JP61277879 A JP 61277879A JP 27787986 A JP27787986 A JP 27787986A JP H0455248 B2 JPH0455248 B2 JP H0455248B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
ctm
azimuth
calculation unit
gyro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP61277879A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS63132111A (en
Inventor
Takeshi Hojo
Tsurashi Yamamoto
Mikio Morohoshi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokimec Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokimec Inc filed Critical Tokimec Inc
Priority to JP61277879A priority Critical patent/JPS63132111A/en
Priority to US07/121,873 priority patent/US4831544A/en
Publication of JPS63132111A publication Critical patent/JPS63132111A/en
Publication of JPH0455248B2 publication Critical patent/JPH0455248B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はジヤイロ、加速度計及び磁気方位セン
サーを用いた航空機、自動車等の航行体の姿勢検
出装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an attitude detection device for a navigation object such as an aircraft or a car using a gyro, an accelerometer, and a magnetic orientation sensor.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、航空機には、周知の如く、方位を指示す
るDG(デイレクシヨナルジヤイロ)と、磁気コ
ンパス(或はフラツクスバルブコンパス)と姿勢
角を指示するVG(水平儀)と、垂直軸まわりの
旋回角速度及びバンク角を指示する旋回計とが搭
載され、パイロツトの感覚を補い、如何なる条件
下においても、安全な飛行が可能となるようにな
されている。
Conventionally, aircraft have a DG (directional gyro) that indicates the direction, a magnetic compass (or flux valve compass), a VG (horizontal gyro) that indicates the attitude angle, and a directional gyro that indicates the direction around the vertical axis. It is equipped with a turn indicator that indicates the turning angular velocity and bank angle of the aircraft, supplementing the pilot's senses and enabling safe flight under any conditions.

次に、上記従来の装置を、第3乃至第6図を参
照して説明する。
Next, the above conventional device will be explained with reference to FIGS. 3 to 6.

第3図は現在航空機で使用されているデイレク
シヨナルジヤイロの一例の斜視図である。図示の
如く、このジヤイロでは、スピン軸100,10
0aが略々水平で高速回転しているジヤイロロー
タ101がそのスピン軸100,100aでジヤ
イロケースである水平環102によつて、回転自
在に支持されている。水平環102は、スピン軸
100,100aと直角な位置に、水平軸10
3,103aを有し、これ等水平軸103,10
3aが、垂直環104の対応する位置に固設され
た水平軸軸受105,105a(105aは図示
せず)に回動的に嵌合している。垂直環104
は、上記水平軸軸受105,105aと直交する
位置に、上下に突出する垂直軸106,106a
を有し、これ等垂直軸106,106aが、航空
機に固定される基台107Bの対応する位置に固
設された垂直軸軸受107,107a(107a
は図示せず)に回動的に嵌合する。上部の垂直軸
106aには、起立トルカ108と、コンパスカ
ード109とが取付けられる。下側の垂直軸10
6には、受信シンクロ110及び発信シンクロ1
11が取付けられる。
FIG. 3 is a perspective view of an example of a directional gyro currently used in aircraft. As shown in the figure, this gyro has spin shafts 100, 10
A gyro rotor 101 whose 0a is substantially horizontal and rotates at high speed is rotatably supported by its spin shafts 100, 100a by a horizontal ring 102 which is a gyro case. The horizontal ring 102 has a horizontal axis 10 at a position perpendicular to the spin axes 100, 100a.
3,103a, these horizontal axes 103,10
3a are rotatably fitted into horizontal shaft bearings 105, 105a (105a not shown) fixedly installed at corresponding positions on the vertical ring 104. vertical ring 104
are vertical shafts 106, 106a that protrude vertically at positions orthogonal to the horizontal shaft bearings 105, 105a.
These vertical shafts 106, 106a are fixed to vertical shaft bearings 107, 107a (107a) fixed at corresponding positions of a base 107B fixed to the aircraft.
(not shown). An upright torquer 108 and a compass card 109 are attached to the upper vertical shaft 106a. Lower vertical axis 10
6 includes a receiving synchronizer 110 and a transmitting synchronizer 1.
11 is installed.

水平環102には、スピン軸100,100a
の水平面に対いする傾斜を検出する電解液レベル
112が取付けられる。電解液レベル112の出
力は、増幅器113を介して起立トルカ108に
フイードバツクされ、上記ジヤイロロータ101
のスピン軸100,100aを常に水平に保持す
る。このループを起立ループと称している。航空
機の機体の方位角を磁気的に検出するフラツクバ
ルブ114の磁気方位出力は、受信シンクス11
0に送られ、ここで、磁気方位出力と、スピン軸
100,100aの方位、即ちジヤイロ方位との
偏差信号を作り、この偏差信号を増幅器114A
を介して、水平軸103aに設けたスレーブトル
カ115にフイードバツクし、ジヤイロ方位を磁
気方位に一致させる。このループを方位拘束ルー
プと称する。機体の激しい運動下においては、ジ
ヤイロ方位を出力し、ジヤイロドリフトによる方
位角の誤差は、フラツクバルブ114からの磁気
方位に拘束させ、精度を保持する。機体方位は、
垂直軸106aに取付けたコンパスカード109
によつて読みとる。
The horizontal ring 102 has spin shafts 100, 100a.
An electrolyte level 112 is mounted which detects the inclination of the liquid relative to the horizontal plane. The output of the electrolyte level 112 is fed back to the upright torquer 108 via an amplifier 113 and the output of the gyro rotor 101 is
The spin axes 100, 100a of the spindles 100 and 100a are always held horizontally. This loop is called a stand-up loop. The magnetic azimuth output of the flux valve 114, which magnetically detects the azimuth angle of the aircraft body, is transmitted to the receiving sink 11.
Here, a deviation signal between the magnetic azimuth output and the azimuth of the spin axes 100, 100a, that is, the gyro azimuth, is generated, and this deviation signal is sent to the amplifier 114A.
Feedback is provided to the slave torquer 115 provided on the horizontal shaft 103a through the servo axis 103a, and the gyro orientation is made to match the magnetic orientation. This loop is called an orientation constraint loop. When the aircraft is moving violently, the azimuth direction is output, and errors in the azimuth angle due to gyro drift are restrained by the magnetic direction from the flux valve 114 to maintain accuracy. The aircraft direction is
Compass card 109 attached to vertical axis 106a
Read by.

第4図は、現在使用されている航空機の機体の
傾斜角(ロール角、ピツチ角)を検出する水平儀
の一例である。この例では、内部ジンバル132
は、その内部に、スピン軸131を略々垂直に保
持して高速で回転するジヤイロロータ130を内
蔵する。内部ジンバル132は、スピン軸131
と直交する水平の位置にピツチ軸133,133
aを有し、これ等ピツチ軸133,133aが外
部ジンバル135の対応位置に固設したピツチ軸
軸受134,134a(ピツチ軸134は見えな
い)に回動的に嵌合する。外部ジンバル135
は、上記ピツチ軸134,134aと直交する位
置に、ロール軸136,136aを有し、これ等
ロール軸136,136aが、機体の首尾線方向
に取付けたロール基台138,138aに設けた
ロール軸軸受137,137aに回動的に嵌合す
る。内部ジンバル132は、スピン軸131のロ
ール軸136,136aまわりの水平面に対する
傾斜を検出するロール電解液レベル139及びピ
ツチ軸133,133aまわりの傾斜を検出する
ピツチ電解液レベル142を有する。
FIG. 4 is an example of a horizontal instrument currently in use for detecting the inclination angle (roll angle, pitch angle) of an aircraft body. In this example, internal gimbal 132
has a built-in gyro rotor 130 that rotates at high speed while holding a spin shaft 131 substantially vertically. The internal gimbal 132 is connected to the spin axis 131
Pitch axes 133, 133 at horizontal positions orthogonal to
The pitch shafts 133, 133a are rotatably fitted into pitch shaft bearings 134, 134a (the pitch shaft 134 is not visible) fixedly installed at corresponding positions on the external gimbal 135. external gimbal 135
has roll shafts 136, 136a at positions orthogonal to the pitch shafts 134, 134a, and these roll shafts 136, 136a are attached to roll bases 138, 138a mounted in the tail direction of the aircraft. It is rotatably fitted into the shaft bearings 137, 137a. The internal gimbal 132 has a roll electrolyte level 139 that detects the tilt of the spin axis 131 relative to the horizontal plane about the roll axes 136, 136a, and a pitch electrolyte level 142 that detects the tilt about the pitch axes 133, 133a.

ロール電解液レベル139の出力は、ロール増
幅器140を介してピツチ軸133に取付けたロ
ールトルカ141に、上記ロール電解液レベル1
39の出力がゼロとなるようにフイードバツクす
る。このループは、ロール起立系と称される。一
方、ピツチ電解液レベル142の出力は、ピツチ
増幅器143を介してロール軸136に取付けた
ピツチトルカ144にフイードバツクされ、スピ
ン軸131のピツチ軸133,133aまわりの
傾斜をゼロに保持する。このループは、ピツチ起
立系と称される。機体のロール角は、ロール軸1
36aに取付けたロール角発信器145より、
又、ピツチ角は、ピツチ軸133aに取付けたピ
ツチ角発信器146よりそれぞれ出力される。
The output of the roll electrolyte level 139 is sent via a roll amplifier 140 to a roll torquer 141 attached to the pitch shaft 133.
Feedback is performed so that the output of 39 becomes zero. This loop is called the roll erector system. On the other hand, the output of the pitch electrolyte level 142 is fed back via a pitch amplifier 143 to a pitch torquer 144 attached to the roll shaft 136, so that the tilt of the spin shaft 131 around the pitch axes 133, 133a is maintained at zero. This loop is called the pitch orthostatic system. The roll angle of the aircraft is roll axis 1
From the roll angle transmitter 145 attached to 36a,
Further, the pitch angles are each output from a pitch angle transmitter 146 attached to the pitch shaft 133a.

第5図は、現在航空機で使用されている旋回計
の表示部を示す。基線151及び指針152によ
つて、第6図に示すジヤイロによつて、機体の旋
回角速度を表示する。表示部の下半分はバンク角
表示部154で、曲率を有する円環内に封入した
ボール155の位置により、バンク角を出力表示
する。
FIG. 5 shows the display section of a turn indicator currently used in aircraft. Using the base line 151 and the pointer 152, the turning angular velocity of the aircraft is displayed by the gyro shown in FIG. The lower half of the display section is a bank angle display section 154, which outputs and displays the bank angle based on the position of a ball 155 enclosed within a circular ring having curvature.

第6図は、上記旋回計の旋回角速度を検出する
レートジヤイロの部分を示す。ジヤイロロータ1
70を内蔵するジヤイロケース171が、ジヤイ
ロロータ170のスピン軸172の軸線XX′と直
交する位置に、出力軸173,173aを有し、
これ等出力軸173,173aが、機体に固定さ
れる基台174に固設した出力軸軸受175,1
75aに回動的に嵌合する。ジヤイロケース17
1と基台174との間には、復元バネ176、ダ
ンピングポツト177が設けられている。
FIG. 6 shows a portion of a rate gyro for detecting the turning angular velocity of the turning meter. Gyroscope rotor 1
A gyro case 171 containing the gyro rotor 170 has output shafts 173, 173a at positions orthogonal to the axis XX' of the spin shaft 172 of the gyro rotor 170,
These output shafts 173, 173a are fixed to output shaft bearings 175, 1 fixed to a base 174 fixed to the aircraft body.
It is rotatably fitted into 75a. Gyro case 17
1 and the base 174, a restoring spring 176 and a damping pot 177 are provided.

出力軸軸線YY′及びスピン軸172の軸線
XX′の双方に直交する入力軸ZZ′まわりに旋回角
度Ωが印加されると、ジヤイロ作用により、旋回
角速度Ωに比例したトルクが。出力軸軸線YY′ま
わりに発生する。このトルクは、ジヤイロケース
171以内を、出力軸軸線YY′まわりに回転さ
せ、その変角に応じて復元バネ176によるトル
クが発生し、釣り合い状態を作る。即ち、入力角
速度Ωが出力軸軸線YY′まわりの回転角に変換さ
れたことになり、この変角を出力軸173aに取
付けた指針178(これは第5図の指針152に
対応する)により表示出力する。
Output shaft axis YY′ and axis of spin shaft 172
When a turning angle Ω is applied around the input axis ZZ' which is perpendicular to both XX', a torque proportional to the turning angular velocity Ω is generated due to the gyro effect. It occurs around the output shaft axis YY'. This torque rotates the inside of the gyro case 171 around the output shaft axis YY', and a torque is generated by the restoring spring 176 in accordance with the angle change, creating a balanced state. In other words, the input angular velocity Ω has been converted into a rotation angle around the output shaft axis YY', and this angle of change is displayed by the pointer 178 (corresponding to the pointer 152 in FIG. 5) attached to the output shaft 173a. Output.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、上述した従来の装置は、機構的
に複雑で、且つ組立及び調整に熟練及び時間を必
要とし、コストが高いと同時に、ボールベアリン
グや、摺動電路等の摩耗部品がある為、定期的な
保守点検が必須であり、且つ振動、衝撃に弱い等
の問題点があつた。
However, the above-mentioned conventional devices are mechanically complex, require skill and time for assembly and adjustment, are expensive, and have wear parts such as ball bearings and sliding electrical circuits, so they require periodic It required regular maintenance and inspection, and it also had problems such as being susceptible to vibration and shock.

従つて、本発明は、従来の装置の問題点を解決
した新規な姿勢検出装置を提供するものである。
Therefore, the present invention provides a novel attitude detection device that solves the problems of conventional devices.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明による姿勢検出装置は、航行体の主要3
軸にそれ等の入力軸が夫々一致するように航行体
に取り付けた3個のジヤイロ1,2,3及び3個
の加速変針4,5,6、1個の磁気センサー7、
上述3個のジヤイロ、3個の加速度計及び1個の
磁気センサーの出力を入力とする信号変換部8、
この信号変換部の出力を入力とする演算部9、こ
の演算部の出力を入力とし、外部へ姿勢信号を出
力する信号出力部10より成る。
The attitude detection device according to the present invention has three main
three gyroscopes 1, 2, 3 and three acceleration deflectors 4, 5, 6, one magnetic sensor 7, which are attached to the navigation vehicle so that their input axes coincide with the respective axes;
a signal conversion unit 8 that receives the outputs of the three gyroscopes, three accelerometers, and one magnetic sensor;
It consists of a calculation section 9 which receives the output of this signal conversion section as input, and a signal output section 10 which receives the output of this calculation section and outputs an attitude signal to the outside.

〔作用〕[Effect]

航行体の主要3軸方向にそれぞれの入力軸を一
致させて取付けた3個のジヤイロ1,2,3の出
力を、バイアス修正器50,51,52を介して
座標変換マトリクスCTM演算部53に入力し、
CTMを演算させる。上記ジヤイロ1,2,3の
入力軸とそれ等の入手軸が平衡となるように機体
に取付けた3個の加速度4,5,6の出力と、上
述CTM信号とから水平成分演算部54において、
重力加速度の水平成分α,βを演算する。CTM
が正しければ、水平成分α,βはゼロであるが、
CTMに誤差があると、水平成分α,βは有限の
値となるため、起立トルク演算部56において
CTMが正しい値になるようなトルクキング信号
に変換して、CTM演算部53に送る。
The outputs of three gyroscopes 1, 2, and 3 installed with their input axes aligned with the three main axes of the navigation object are sent to a coordinate transformation matrix CTM calculation unit 53 via bias correctors 50, 51, and 52. Input,
Calculate CTM. The horizontal component calculation unit 54 uses the outputs of the three accelerations 4, 5, 6 attached to the aircraft body so that the input axes of the gyros 1, 2, 3 and their acquisition axes are in equilibrium, and the CTM signal. ,
Calculate horizontal components α and β of gravitational acceleration. CTM
If is correct, horizontal components α and β are zero, but
If there is an error in the CTM, the horizontal components α and β will be finite values, so the upright torque calculation unit 56
It is converted into a torque king signal that makes the CTM a correct value and sent to the CTM calculation unit 53.

一方、CTM演算部53内の方位角信号と、磁
気方位センサー7からの磁気方位信号とを、方位
拘束トルク演算部57において、比較演算等を行
い、方位軸まわりのトルキング信号を作り、これ
を両者の差がなくなるようにCTM演算部53に
フイードバツクする。
On the other hand, the azimuth angle signal in the CTM calculation unit 53 and the magnetic azimuth signal from the magnetic azimuth sensor 7 are compared and calculated in the azimuth constraint torque calculation unit 57 to create a torque signal around the azimuth axis. Feedback is provided to the CTM calculation unit 53 so that there is no difference between the two.

一方、ジヤイロにドリフトがあると、起立トル
ク演算部56及び方位拘束トルク演算部57の出
力は、ゼロとはならず、ジヤイロドリフトに対応
した有限な値をもつ。これ等の出力信号を、ジヤ
イロバイアス演算部58にCTM信号と共に入力
し、演算したバイアス修正信号を各ジヤイロのバ
イアス修正器50,51,52に入力し、ジヤイ
ロドリフトがゼロになるように修正する。
On the other hand, if there is a drift in the gyro, the outputs of the upright torque calculation section 56 and the azimuth restraint torque calculation section 57 will not be zero, but will have finite values corresponding to the gyro drift. These output signals are inputted together with the CTM signal to the gyro bias calculating section 58, and the calculated bias correction signals are inputted to the bias correctors 50, 51, 52 of each gyro so that the gyro drift becomes zero. Fix it.

CTM演算部53からの航行体のロール角、ピ
ツチ角、方位角、バイアス修正器50,51,5
2からの航行体の角速度及びY加速度計5からの
横すべり信号を、それぞれ出力する。航行体が旋
回、増減速度等の加速度運動を行つている時は、
起立トルク演算部56への入力をカツトオフし、
加速度の影響を削除する。他のセンサーから速度
信号が得られるときにはこれと、CTM信号とを
加速度修正演算部55へ供給し、加速度の影響を
とり除く。
Roll angle, pitch angle, azimuth angle, and bias corrector 50, 51, 5 of the navigation object from the CTM calculation unit 53
The angular velocity of the navigation object from 2 and the sideslip signal from the Y accelerometer 5 are output, respectively. When the navigation object is making acceleration movements such as turning or increasing/decreasing speed,
Cut off the input to the standing torque calculation unit 56,
Remove acceleration effects. When a speed signal is obtained from another sensor, this signal and the CTM signal are supplied to the acceleration correction calculation unit 55 to remove the influence of acceleration.

〔実施例〕〔Example〕

以下、第1及び第2図を参照して、本発明の一
実施例を説明する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

第1図は本発明の姿勢検出装置の1例の全体を
示すブロツク図である。同図の例では、例えば振
動ジヤイロ、ガスレートジヤイロ等の非回転型の
ジヤイロより成るXジヤイロ1、Yジヤイロ2、
Zジヤイロ3と、X加速度計4、Y加速度計5、
Z加速度計6と、磁気方位センサー7とを、航行
体(図示せず)の主要直交3軸、即ち、X,Y,
Z軸に、それぞれの入力軸が一致するように取付
け(矢印参照)。これ等よりの出力信号を、信号
変換部8を介して演算部9に入力する。演算部9
において、座標変換マトリクスCTMの演算、ジ
ヤイロドリフト修正演算、加速度修正演算等を実
施した後、航行体の制御、運航に必要なロール
角、ピツチ角、方位角、X,Y,Z角速度、バン
ク角、スベリ角等の信号を、信号出力部10を介
して送出する。
FIG. 1 is a block diagram showing the entirety of an example of the attitude detection device of the present invention. In the example shown in the figure, an X gyro 1, a Y gyro 2, which are non-rotating gyros such as a vibrating gyro or a gas rate gyro,
Z gyroscope 3, X accelerometer 4, Y accelerometer 5,
The Z accelerometer 6 and the magnetic orientation sensor 7 are connected to three main orthogonal axes of a navigation object (not shown), namely, X, Y,
Install each input shaft so that it matches the Z-axis (see arrow). Output signals from these are input to the calculation section 9 via the signal conversion section 8. Arithmetic unit 9
After calculating the coordinate transformation matrix CTM, gyro drift correction calculation, acceleration correction calculation, etc., the roll angle, pitch angle, azimuth angle, X, Y, Z angular velocity, bank necessary for control and operation of the navigation object are Signals such as angle, slip angle, etc. are sent out via the signal output section 10.

第2図は第1図の演算部9の一例の構成を示す
ブロツク図である。第1図に示す信号変換部8か
らのX,Y及びZジヤイロ1,2及び3よりのジ
ヤイロ信号XG,YG及びZGを、夫々バイアス修
正器50,51,52を介してXレート、Yレー
ト及びZレートとして第1図に示す信号出力部1
0に供給すると共に、CTM(座標変換マトリク
ス)演算部53に入力し、CTMを演算する。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the calculation section 9 of FIG. 1. The gyro signals XG, YG, and ZG from the X, Y, and Z gyros 1, 2, and 3 from the signal converter 8 shown in FIG. and the signal output section 1 shown in FIG. 1 as the Z rate.
0, and is also input to a CTM (coordinate transformation matrix) calculation unit 53 to calculate CTM.

一方、第1図に示す信号変換部8からのX,Y
及びZ加速度計4,5及び6よりの加速度信号
XA,YA及びZAは、CTM演算部53からの
CTM信号CSと共に、水平成分演算部54に入力
され、そこで、東西、南北両方向の加速度の水平
成分α,βを算出する。水平成分α,βは、機体
の加速度計よりの速度信号SSと共に、加速度修
正演算部55に入力され、そこで、航行体の運動
加速度の成分を除いた後、起立トルク演算部56
に入力し、起立トルク演算を行つた後、CTM演
算部53に入力して、水平成分α,βがゼロとな
るようにCTMをトルキングする。
On the other hand, X, Y from the signal converter 8 shown in FIG.
and acceleration signals from Z accelerometers 4, 5 and 6
XA, YA and ZA are the signals from the CTM calculation unit 53.
Together with the CTM signal CS, it is input to the horizontal component calculation unit 54, where horizontal components α and β of acceleration in both east-west and north-south directions are calculated. The horizontal components α and β are input to the acceleration correction calculation unit 55 together with the speed signal SS from the accelerometer of the aircraft, and there, after removing the component of the motion acceleration of the navigation object, they are input to the upright torque calculation unit 56.
After performing the standing torque calculation, the CTM is inputted to the CTM calculation unit 53, and the CTM is torqued so that the horizontal components α and β become zero.

CTM演算部53からの方位角信号ASと、信号
変換部8からの磁気方位信号MASとは、方位拘
束トルク演算部57に供給され、そこにおいて、
比較演算拘束トルク演算を行い、その出力トルキ
ング信号TSを上記CTM演算部53にフイードバ
ツクし、CTMを主として方位軸まわりにトルキ
ングすることにより、CTM方位を磁気方位ひ拘
束させる。
The azimuth signal AS from the CTM calculation unit 53 and the magnetic azimuth signal MAS from the signal conversion unit 8 are supplied to the azimuth constraint torque calculation unit 57, where
Comparison calculation A restraint torque calculation is performed, and the output torque signal TS is fed back to the CTM calculation section 53, and the CTM is mainly torqued around the azimuth axis, whereby the CTM orientation is restrained by the magnetic orientation.

方位拘束トルク演算部57及び起立トルク演算
部56の出力は、CTM演算部53のCTM信号
CSと共に、ジヤイロバイアス演算部58に入力
され、そこで、X,Y,Zジヤイロ1,2,3の
各バイアス修正信号を演算し、その出力即ち、バ
イアス修正信号BCを、バイアス修正器50,5
1,52に送出する。
The outputs of the orientation restraint torque calculation section 57 and the standing torque calculation section 56 are the CTM signal of the CTM calculation section 53.
Together with CS, it is input to the gyro bias calculating section 58, where each bias correction signal of 5
1,52.

尚、所望の精度の速度信号SSが得られないと
きには、磁気方位信号MAS或いは、X,Y,Z
加速度信号XA,YA,ZA等から作つたカツトオ
フ信号COSを加速度修正演算部55に供給し、
加速度作用時に、起立トルク演算部58への入力
をカツトオフするようになしても良い。
In addition, when the speed signal SS with the desired accuracy cannot be obtained, the magnetic direction signal MAS or X, Y, Z
A cut-off signal COS generated from acceleration signals XA, YA, ZA, etc. is supplied to the acceleration correction calculation section 55,
The input to the upright torque calculating section 58 may be cut off when acceleration is applied.

航行体の主要3軸方向に入力軸を一致させて取
付けた3個のX,Y,Zジヤイロ1,2,3の出
力信号XG,YG,ZGをバイアス修正器50,5
1,52を介して座標変換マトリクスCTMを演
算するCTM演算部53に入力し、CTMを演算さ
せる。上記ジヤイロの入力軸とその入手軸が平行
となるように機体に取付けた3個のX,Y,Z加
速度計4,5,6の出力と、上記CTM信号CSと
から水平成分演算部54において、重力加速度の
水平成分α,βを演算する。CTMが正しければ、
水平成分α,βはゼロであるが、CTMに誤差が
あると、水平成分α,βは、有限の値となるた
め、起立トルク演算部56において、CTMが正
しい値になるようなトルキング信号に変換して、
CTM演算部53に送り、これを正しい方向を向
くように回転させる。
The output signals XG, YG, and ZG of the three X, Y, and Z gyroscopes 1, 2, and 3, which are installed with their input axes aligned with the three main axes of the navigation object, are sent to bias correctors 50 and 5.
1 and 52 to a CTM calculation unit 53 which calculates the coordinate transformation matrix CTM, and causes the CTM to be calculated. A horizontal component calculation unit 54 uses the outputs of three X, Y, Z accelerometers 4, 5, 6 installed on the aircraft body so that the input axis of the gyroscope and the acquisition axis thereof are parallel, and the CTM signal CS. , calculate the horizontal components α and β of the gravitational acceleration. If CTM is correct,
The horizontal components α and β are zero, but if there is an error in the CTM, the horizontal components α and β become finite values, so the upright torque calculation unit 56 calculates the torque signal so that the CTM becomes the correct value. Convert and
It is sent to the CTM calculation unit 53 and rotated so that it faces in the correct direction.

一方、CTM演算部53よりの方位角信号AS
と、磁気方位センサー7からの磁気方位信号
MASとを、方位拘束トルク演算部57において、
比較演算等を行い、方位軸まわりのトルキング信
号を作り、これを両者の差がなくなるように
CTM演算部53にフイードバツクする。
On the other hand, the azimuth signal AS from the CTM calculation unit 53
and the magnetic direction signal from the magnetic direction sensor 7.
MAS in the azimuth constraint torque calculation unit 57,
Perform comparison calculations, etc., create a torque signal around the azimuth axis, and use this to eliminate the difference between the two.
Feedback is provided to the CTM calculation unit 53.

一方、ジヤイロドリフトがあると、起立トルク
演算部56及び方位拘束トルク演算部57の出力
はゼロとならず、ジヤイロドリフトに対応した有
限な値をもつ。これ等の信号をジヤイロバイアス
演算部58にCTM信号CSと共に入力し、演算し
たバイアス修正信号BCを、各ジヤイロ1,2,
3のバイアス修正器50,51,52に入力し、
ジヤイロドリフトがゼロとなるように修正する。
On the other hand, if there is a gyro drift, the outputs of the upright torque calculation section 56 and the azimuth restraint torque calculation section 57 will not be zero, but will have finite values corresponding to the gyro drift. These signals are input to the gyro bias calculation section 58 together with the CTM signal CS, and the calculated bias correction signal BC is applied to each gyro 1, 2,
3 bias correctors 50, 51, 52,
Correct so that gyroscope drift is zero.

CTM演算部53からの航行体のロール角、ピ
ツチ角、方位角、バイアス修正器50,51,5
2からの航行体の角速度、Xレート、Yレート、
Zレート及びY加速度計5からの横すべり信号
LSを、それぞれ出力する。
Roll angle, pitch angle, azimuth angle, and bias corrector 50, 51, 5 of the navigation object from the CTM calculation unit 53
Angular velocity of the navigation object from 2, X rate, Y rate,
Side slip signal from Z rate and Y accelerometer 5
Output each LS.

航行体が旋回、増減速等の加速度運動を行つて
いるときは、起立トルク演算部56への入力をカ
ツトオフし、加速度の影響を削除する。図示せず
も、他のセンサーから速度信号SS等が得られる
ときには、これと、CTM信号CSとを加速度修正
演算部55へ供給し、加速度の影響をとり除く。
When the navigation object is making an acceleration motion such as turning, increasing or decelerating, the input to the upright torque calculating section 56 is cut off to eliminate the influence of acceleration. Although not shown, when a speed signal SS or the like is obtained from another sensor, this and the CTM signal CS are supplied to the acceleration correction calculation unit 55 to remove the influence of acceleration.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明では、従来のレートジヤイロ、水平儀及
びデイレクシヨナルジヤイロを、3個のジヤイロ
及び3個の加速度計で置きかえた為、従来装置の
ジンバル、発信器、トルカ及び起立装置等の複雑
な素子が不要となり、簡単且つ低価格な姿勢検出
装置が得られる。
In the present invention, the conventional rate gyroscope, horizontal gyroscope, and directional gyroscope are replaced with three gyroscopes and three accelerometers, so complex elements such as gimbals, transmitters, torquers, and erecting devices of conventional devices are replaced. is unnecessary, and a simple and low-cost attitude detection device can be obtained.

又、ジヤイロに振動ジヤイロ、ガスレートジヤ
イロ等の非回転型のものを用いることにより、軸
受やスリツプリング等の保守を必要とする部品が
なくなるため、本発明の姿勢検出装置は、長寿命
且つ殆ど保守不要の装置となる。
Furthermore, by using a non-rotating type gyroscope such as a vibrating gyroscope or a gas rate gyroscope, there are no parts that require maintenance such as bearings or slip rings, so the attitude detection device of the present invention has a long life and The device requires almost no maintenance.

更に、軸受、シンクロ発信器、トルカ等の部品
がないため、装置の組立てに熟練を必要としな
い。
Furthermore, since there are no parts such as bearings, synchro transmitters, torquers, etc., no skill is required to assemble the device.

加えて、ジヤイロバイアス演算部を設け、ジヤ
イロバイアスをシステム内で補正するようにした
ことにより、安価な振動ジヤイロやガレートジヤ
イロを使用しても、良好なシステム性能を確保で
きる。
In addition, by providing a gyro bias calculating section and correcting the gyro bias within the system, good system performance can be ensured even if an inexpensive vibrating gyro or gallate gyro is used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の姿勢検出装置のシステム構成
図、第2図は第1図における演算部9のブロツク
図、第3図は従来のデイレクシヨナルジヤイロの
斜視図、第4図は従来の水平儀の斜視図、第5図
は従来の旋回計の表示部の正面図、第6図はその
旋回計を構成するレートジヤイロの斜視図であ
る。 図において1,2,3はジヤイロ、4,5,6
は加速度計、7は磁気方位センサー、8は信号変
換部、9は演算部、10は信号出力部、50,5
1,52はバイアス修正器、53はCTM演算部、
54は水平成分演算部、56は起立トルク演算
部、57は方位拘束トルク演算部、58はジヤイ
ロバイアス演算部をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a system configuration diagram of the attitude detection device of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of the calculation unit 9 in FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view of a conventional directional dial, and FIG. FIG. 5 is a front view of a display section of a conventional turning indicator, and FIG. 6 is a perspective view of a rate gyro constituting the turning indicator. In the figure, 1, 2, 3 are gyro, 4, 5, 6
is an accelerometer, 7 is a magnetic direction sensor, 8 is a signal conversion section, 9 is a calculation section, 10 is a signal output section, 50,5
1 and 52 are bias correctors, 53 is a CTM calculation unit,
Reference numeral 54 denotes a horizontal component calculation section, 56 a standing torque calculation section, 57 a direction restraint torque calculation section, and 58 a gyro bias calculation section.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 航行体の主要3軸方向にそれ等の入力軸が
夫々一致するように3個のジヤイロ及び3個の加
速度計を上記航行体にとりつけると共に1個の磁
気方位センサーを上記航行体にとりつけ、上記3
個のジヤイロ、3個の加速度計及び1個の磁気方
位センサーの出力を入力とする信号変換部と、該
信号変換部の出力を入力とする演算部と、該演算
部の出力を入力とし外部へ姿勢信号を出力する信
号出力部とからなる姿勢検出装置において、 上記演算部は上記3個のジヤイロよりのジヤイ
ロ信号を入力とするCTM(座標変換マトリツク
ス)演算部と、該CTM演算部のCTM信号と上記
3個の加速度計からの加速度信号とから重力の水
平成分を演算する水平成分演算部と、該水平成分
演算部の出力を入力とし、CTMの起立トルク信
号を演算する起立トルク演算部と、上記CTM演
算部からの方位信号と上記磁気方位センサーから
の磁気方位信号とを比較し、上記CTMを方位軸
まわりに磁気方位信号に拘束させるための方位拘
束トルク信号を演算する方位拘束トルク演算部と
より構成され、上記起立トルク信号と上記方位拘
束トルク信号とを上記CTM演算部にフイードバ
ツクするようにしたことを特徴とする姿勢検出装
置。
[Claims] 1. Three gyroscopes and three accelerometers are attached to the vehicle so that their input axes coincide with the three main axes of the vehicle, and one magnetic orientation sensor is installed. Attach it to the above navigation vehicle, and
a signal converter that receives the outputs of three gyroscopes, three accelerometers, and one magnetic orientation sensor; a calculation section that receives the output of the signal conversion section; and an external In the attitude detection device, the arithmetic unit includes a CTM (coordinate transformation matrix) arithmetic unit that inputs the gyroscope signals from the three gyroscopes, and a CTM of the CTM arithmetic unit. a horizontal component calculation unit that calculates the horizontal component of gravity from the signal and the acceleration signals from the three accelerometers; and a standing torque calculation unit that receives the output of the horizontal component calculation unit and calculates the standing torque signal of the CTM. and an azimuth constraint torque that compares the azimuth signal from the CTM calculation unit with the magnetic azimuth signal from the magnetic azimuth sensor and calculates a azimuth constraint torque signal for constraining the CTM to the magnetic azimuth signal around the azimuth axis. What is claimed is: 1. A posture detection device comprising: a calculation unit, and configured to feed back the standing torque signal and the azimuth restraint torque signal to the CTM calculation unit.
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