(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加速度計出力の垂直方向加速度および基準高度を処理する演算処理手段および該基準高度として気圧高度を出力する気圧高度計とを備え、該垂直方向加速度を該基準高度にダンピングさせることにより慣性高度を生成するフィードバックループを該演算処理手段に含み、該気圧高度が有効なときにだけに該基準高度として該気圧高度を選択する慣性高度測定方式において、
ＧＰＳ受信機からＧＰＳ高度を受け、
前記気圧高度が有効な状態では、該気圧高度を前記基準高度として前記演算処理手段に供給して得た前記慣性高度を基準として前記ＧＰＳ高度のバイアス誤差を推定し、
前記気圧高度が無効な状態になったとき、該気圧高度が無効な状態になる直前の前記バイアス誤差により前記ＧＰＳ高度を補正したＧＰＳ補正高度を生成し、該ＧＰＳ補正高度を前記基準高度として選択する
ことを特徴とする慣性高度測定方式。
【請求項２】
加速度計から出力される垂直方向加速度と基準高度とを処理することにより慣性高度を測定するために、第１、第２及び第３の減算手段、第１及び第２の積分手段並びに第１及び第２の負帰還手段を備え、該第１の負帰還手段は該第３の減算手段の出力に基づき第１の帰還値を生成し、該第２の負帰還手段は該第３の減算手段の出力に基づき第２の帰還値を生成し、該第１の減算手段は該垂直方向加速度と該第１の帰還値との減算をし、該第１の積分手段は該第１の減算手段の出力に関する時間積分をし、該第２の減算手段は該第１の積分手段の出力と該第２の帰還値との減算をし、該第２の積分手段は該第２の減算手段の出力に関する時間積分値を該慣性高度として出力し、該第３の減算手段は該慣性高度と該基準高度との減算をする慣性高度測定方式において、
気圧高度を出力する気圧高度計と、ＧＰＳ高度を出力するＧＰＳ受信機と、ＧＰＳ高度バイアス推定手段と、基準高度選択手段とを備え、
前記ＧＰＳ高度バイアス推定手段は、前記慣性高度および前記ＧＰＳ高度を入力し、該慣性高度に対する該ＧＰＳ高度のバイアス誤差を推定し、該ＧＰＳ高度を該バイアス誤差分だけ補正したＧＰＳ補正高度を生成し、
前記基準高度選択手段は、前記気圧高度が有効であるときは前記基準高度として該気圧高度を選択し、該気圧高度が無効であるときは該基準高度として前記ＧＰＳ補正高度を選択する
ことを特徴とする慣性高度測定方式。
【請求項３】
前記ＧＰＳ高度バイアス推定手段は、第４の減算手段と、第２の切替手段と、第３の積分手段と、第５の減算手段とを有してなり、
前記第４の減算手段は前記慣性高度と前記ＧＰＳ補正高度との減算をし、
前記第２の切替手段は、前記基準高度選択手段が前記気圧高度を選択するときは前記第４の減算手段の出力をそのまま出力端に接続し、前記基準高度選択手段が前記ＧＰＳ補正高度を選択するときは出力端を開放端とし、
前記第３の積分手段は、前記第２の切替手段の出力端の信号に関する時間積分をし、積分値を前記ＧＰＳ高度のバイアス誤差として出力し、
前記第５の減算手段は、前記ＧＰＳ高度と該バイアス誤差との減算をし、減算値を前記ＧＰＳ補正高度として出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の慣性高度測定方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛直方向加速度の積分処理による高度を気圧高度で補正する高度測定方式に関し、特に気圧高度の取得ができなくなった時における測定値の階段的な変動を抑制し、連続的な高度測定を可能にする慣性高度測定方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機等の飛翔体の慣性高度を測定する手段、またはその測定高度を補正する従来の手段としては、例えば特開平１１ー２１１４７２号公報に開示された上下動変位測定装置がある。この上下動変位測定装置は、上下加速度測定手段、上下動変位演算手段および高度測定手段を備えており、上下動変位演算手段において、高度測定手段による測定高度を基準高度として、上下加速度測定手段の加速度出力を負帰還ループを介して積分し、その積分出力を上下動変位測定データとしている。
【０００３】
図２は、その上下動変位測定装置における上下動変位演算手段の構成を示すブロック図である。図２の上下動変位演算手段は、減算回路２３、２５及び３１と、積分回路２４、２６及び２９と、乗算回路２７および２８と、加算回路３０とで構成されている。鉛直方向加速度１１７は前記上下加速度測定手段の出力であり、気圧高度１２０は前記高度測定手段の出力である。
【０００４】
その鉛直方向加速度１１７は、減算回路２３に入力され、気圧高度１２０が減算回路３１に入力される。減算回路２３の出力は積分回路２４で積分される。積分回路２４の出力は、減算回路２５を経由して、鉛直方向速度１１８として積分回路２６に入力され、積分される。積分回路２６の積分出力は、上下動変位１１９として出力されるとともに、減算回路３１に入力される。減算回路３１は、上下動変位１１９と気圧高度１２０との差分１２１を生成する。差分１２１は、乗算回路２８、積分回路２９および加算回路３０を介して、帰還信号１２４として減算回路２３に対し負帰還されるとともに、乗算回路２７を介して、帰還信号１２５として減算回路２５に負帰還される。
【０００５】
乗算回路２８、積分回路２９および加算回路３０並びに乗算回路２７を含む帰還回路は、上下動変位１１９を気圧高度１２０に移行させるように作用している。この帰還回路では、負帰還ループが構成されており、発振を生じさせない値に帰還定数が設定してある。この負帰還ループの安定時においては、減算回路３１における差分１２１はゼロに移行する。差分１２１がゼロに移行することにより、上下動変位１１９では、鉛直方向加速度１１７における加速度計のバイアス誤差の影響が除かれる。かくして、図２の上下動変位演算手段において、気圧高度１２０を基準高度とする上下動変位１１９が高い精度で測定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１ー２１１４７２号公報の上下動変位測定装置においては、基準高度として気圧高度を用いる場合に、気圧高度計が無効になると、前述の負帰還ループを構成することが不可能となり、鉛直方向加速度１１７の積分演算の過程において、鉛直方向加速度計のバイアス誤差が時間の経過とともに累積され、上下動変位１１９の値が発散する状態となり、該上下動変位の測定を的確に行うことが不可能になる。また、気圧高度に代えて、基準高度としてＧＰＳ高度を用いる場合には、該ＧＰＳ高度の精度は気圧高度に比較して誤差が大きく、安定した精度の高い高度測定を行うことができないという欠点とともに、上記のように気圧高度を基準高度として用いる場合と同様に、ＧＰＳ受信機が無効となった場合には、測定高度が発散して測定不可能になるという欠点がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記の欠点を排除し、気圧高度の有効度とＧＰＳ高度の有効度とを比較照合して、基準高度として気圧高度を優先し、より有効な高度の方を選択して、常に安定に慣性高度を測定することを可能にするとともに、基準高度として気圧高度が選択されている動作時に、気圧高度の有効度が低下して基準高度をＧＰＳ高度に切替えるような事態においても、急激な基準高度の変動を抑制して緩やかにＧＰＳ高度に移行させることにより、高度測定を安定且つ円滑に行うことのできる慣性高度測定方式を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。
【０００９】
（１）加速度計出力の垂直方向加速度および基準高度を処理する演算処理手段および該基準高度として気圧高度を出力する気圧高度計とを備え、該垂直方向加速度を該基準高度にダンピングさせることにより慣性高度を生成するフィードバックループを該演算処理手段に含み、該気圧高度が有効なときにだけに該基準高度として該気圧高度を選択する慣性高度測定方式において、
ＧＰＳ受信機からＧＰＳ高度を受け、
前記気圧高度が有効な状態では、該気圧高度を前記基準高度として前記演算処理手段に供給して得た前記慣性高度を基準として前記ＧＰＳ高度のバイアス誤差を推定し、
前記気圧高度が無効な状態になったとき、該気圧高度が無効な状態になる直前の前記バイアス誤差により前記ＧＰＳ高度を補正したＧＰＳ補正高度を生成し、該ＧＰＳ補正高度を前記基準高度として選択する
ことを特徴とする慣性高度測定方式。
【００１０】
（２）加速度計から出力される垂直方向加速度と基準高度とを処理することにより慣性高度を測定するために、第１、第２及び第３の減算手段、第１及び第２の積分手段並びに第１及び第２の負帰還手段を備え、該第１の負帰還手段は該第３の減算手段の出力に基づき第１の帰還値を生成し、該第２の負帰還手段は該第３の減算手段の出力に基づき第２の帰還値を生成し、該第１の減算手段は該垂直方向加速度と該第１の帰還値との減算をし、該第１の積分手段は該第１の減算手段の出力に関する時間積分をし、該第２の減算手段は該第１の積分手段の出力と該第２の帰還値との減算をし、該第２の積分手段は該第２の減算手段の出力に関する時間積分値を該慣性高度として出力し、該第３の減算手段は該慣性高度と該基準高度との減算をする慣性高度測定方式において、
気圧高度を出力する気圧高度計と、ＧＰＳ高度を出力するＧＰＳ受信機と、ＧＰＳ高度バイアス推定手段と、基準高度選択手段とを備え、
前記ＧＰＳ高度バイアス推定手段は、前記慣性高度および前記ＧＰＳ高度を入力し、該慣性高度に対する該ＧＰＳ高度のバイアス誤差を推定し、該ＧＰＳ高度を該バイアス誤差分だけ補正したＧＰＳ補正高度を生成し、
前記基準高度選択手段は、前記気圧高度が有効であるときは前記基準高度として該気圧高度を選択し、該気圧高度が無効であるときは該基準高度として前記ＧＰＳ補正高度を選択する
ことを特徴とする慣性高度測定方式。
【００１１】
（３）前記ＧＰＳ高度バイアス推定手段は、第４の減算手段と、第２の切替手段と、第３の積分手段と、第５の減算手段とを有してなり、
前記第４の減算手段は前記慣性高度と前記ＧＰＳ補正高度との減算をし、
前記第２の切替手段は、前記基準高度選択手段が前記気圧高度を選択するときは前記第４の減算手段の出力をそのまま出力端に接続し、前記基準高度選択手段が前記ＧＰＳ補正高度を選択するときは出力端を開放端とし、
前記第３の積分手段は、前記第２の切替手段の出力端の信号に関する時間積分をし、積分値を前記ＧＰＳ高度のバイアス誤差として出力し、
前記第５の減算手段は、前記ＧＰＳ高度と該バイアス誤差との減算をし、減算値を前記ＧＰＳ補正高度として出力する
ことを特徴とする前記（２）に記載の慣性高度測定方式。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の慣性高度測定方式について実施の形態を挙げ、一層具体的に説明する。本実施形態は、基準高度として、気圧高度とＧＰＳ高度の有効度を比較照合して、有効度の高い方の測定高度を選択し、負帰還ループを含む２重積分機構による鉛直方向加速度の積分処理を介して、基準高度の値に追随する状態で慣性高度を測定することを特徴としており、基準高度としての気圧高度とＧＰＳ高度との相互補完作用により、高度の測定が安定に行われる。また基準高度を気圧高度からＧＰＳ高度に切替える際においては、基準高度の急激な変動が回避されて円滑に高度測定が行われる。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施の形態は、主要構成要素として、慣性高度補正部１と、ＧＰＳ高度バイアス推定部２と、基準高度選択部３と、慣性加速度計４と、気圧高度計５と、ＧＰＳ受信機６とを備えて構成される。慣性高度補正部１は、減算回路８，１０，１２と、積分回路９，１１と、乗算回路１３，１４と、切替回路１５と、積分回路１６と加算回路１７とを備えてなる。積分回路９及び１１は２重積分機構をなしている。乗算回路１４、切替回路１５、積分回路１６および加算回路１７は第１の帰還回路をなし、乗算回路１３は第２の帰還回路をなし、第１の帰還回路および第２の帰還回路でもって負帰還ループを形成している。
【００１４】
ＧＰＳ高度バイアス推定部２は、減算回路１８，２１と、切替回路１９と、積分回路２０とで構成される。このＧＰＳ高度バイアス推定部２は、負帰還ループとして形成されており、基準高度１１４として気圧高度１０４が選択されている間にＧＰＳ高度誤差を推定し、積分回路２０に保持し、ＧＰＳ高度誤差１１１として積分回路２０から出力する。基準高度選択部３は、気圧高度計５とＧＰＳ受信機６による各測定高度の有効度を判定する高度計判定回路７と、基準高度を選択して出力する切替回路２２とを備えて構成される。
【００１５】
次に、基準高度１１４として気圧高度１０４が選択されているときに、基準高度を気圧高度１０４からＧＰＳ高度１１２へ切替える際の動作について説明する。
【００１６】
図１において、気圧高度計５から出力される気圧高度１０４と、ＧＰＳ受信機６から出力されるＧＰＳ高度１１２は、高度計判定回路７に入力される。高度計判定回路７は、気圧高度１０４とＧＰＳ高度１１２とのうちのどちらを基準高度１１４として選択するべきかを指定する基準高度選択信号１１６を生成する。基準高度選択信号１１６は切替回路１５、１９及び２２に入力される。基準高度選択信号１１６が論理値“１”とき、切替回路１５、１９及び２２の各可動切片は接点aに接続され、基準高度選択信号１１６が論理値“０”とき、切替回路１５、１９及び２２の各可動切片は接点ｂに接続される。
【００１７】
本実施の形態に電源が投入された当初（起動時）においては、高度計判定回路７は、気圧高度１０４の精度がＧＰＳ高度１１２の精度より高いものと想定し、気圧高度１０４の有効度の方がＧＰＳ高度１１２の有効度より高く、気圧高度１０４を基準高度１１４として選択されるべきであると判定する。そこで、起動時には、高度計判定回路７は、気圧高度１０４を基準高度１１４として選択させる論理値“１”に基準高度選択信号１１６を設定する。起動時の基準高度選択信号１１６を受けた切替回路１５、１９及び２２においては、図１に示されるように、可動切片が全て接点ａの側に接続される。このとき、基準高度選択部３においては切替回路２２が基準高度１１４として気圧高度１０４を選択し、ＧＰＳ高度バイアス推定部２においては、ＧＰＳ高度１１２の高度誤差を推定して保持する負帰還ループが形成される。また慣性高度補正部１においては、切替回路１５が減算回路１２の出力の差分１０５を積分回路１６へ導く。このとき、前記第１の帰還回路は、乗算回路１４、積分回路１６および加算回路１７により構成される。
【００１８】
慣性加速度計４により検出された鉛直方向加速度１０１は、慣性高度補正部１の減算回路８に入力される。慣性高度補正部１は、鉛直方向加速度１０１に対応する積分手段として積分回路９及び１１を含む。終段の積分回路１１から出力される慣性高度１０３は、減算回路１２に入力されるとともに、ＧＰＳ高度バイアス推定部２の減算回路１８に入力される。減算回路１２は、慣性高度１０３と基準高度１０４との間の差分出力１０５を生成する。差分出力１０５は、第１および第２の帰還回路でなる前記負帰還ループに入力される。乗算回路１４、積分回路１６および加算回路１７でなる第１の帰還回路による帰還信号１０８は減算回路８に負帰還される。乗算回路１３でなる第２の帰還回路による帰還信号１０９は減算回路１０に負帰還入力される。これらの第１および第２の帰還回路では、当該負帰還ループが発振しないように帰還利得が設定してある。この負帰還ループにおける減算回路１０からは慣性速度１０２が出力される。また、その負帰還ループにおける積分回路１１からは、本実施の形態の測定対象である慣性高度１０３が、基準高度の気圧高度１０４に追随する状態で常時安定に出力される。
【００１９】
ＧＰＳ高度バイアス推定部２においては、慣性高度１０３が減算回路１８に入力されるとともに、ＧＰＳ高度１１２が減算回路２１に入力される。このとき、減算回路１８、切替回路１９、積分回路２０および減算回路２１が負帰還ループを構成しているので、積分回路２０からは、慣性高度１０３に対するＧＰＳ高度１１２の推定誤差としてＧＰＳ高度誤差１１１が出力されるとともに、減算回路２１からは、慣性高度１０３に対して推定されるＧＰＳ補正高度１１３が出力される。ＧＰＳ高度誤差１１１は、慣性高度１０３を基準にして推定したＧＰＳ高度１１２のバイアス誤差であり、時間の経過やＧＰＳ受信機６の緯度経度の変動があってもさして変動しない。ＧＰＳ補正高度１１３は、ＧＰＳ高度１１２をＧＰＳ高度誤差１１１で補正した高度である。
【００２０】
ＧＰＳ高度バイアス推定部２において負帰還ループが構成され、ＧＰＳ高度誤差１１１が安定に生成されている状態で、もし基準高度選択信号１１６が論理値“１”から論理値“０”に変化し、切替回路１９の可動切片が接点ａから接点ｂへ切り換わったならば、積分回路２０の入力１１０は開放となるので、積分回路２０はその時のデータ（ＧＰＳ高度誤差１１１）を保持する。
【００２１】
このように、基準高度として気圧高度１０４が選択されている状態においては、慣性高度補正部１からは、慣性高度１０３が、気圧高度１０４に追随する状態で安定に出力され、またＧＰＳ高度バイアス推定部２においては、推定誤差としてのＧＰＳ高度誤差１１１と、推定されるＧＰＳ補正高度１１３が生成される。
【００２２】
ここまで、気圧高度１０４がＧＰＳ高度１１２より有効であると高度計判定回路７が判定した状態の動作について説明した。この状態において、例えば、気圧高度１０４がステップ的に変動し、気圧高度１０４の信頼性が疑われる等の事情が発生したり、或いは気圧高度測定限界にまで高度が上昇し、気圧高度１０４よりＧＰＳ高度１１２の方が有効であると高度計判定回路7が判定したとする。このとき、基準高度選択信号１１６の論理値は“０”となり、切替回路１５、１９及び２２における可動切片は全て接点ｂの側に切り換わる。この切り換わりにより、ＧＰＳ高度バイアス推定部２においては前記負帰還ループが解消され、切り換わりの時点におけるＧＰＳ高度誤差１１１は保持される。減算回路２１は、ＧＰＳ高度１１２をＧＰＳ高度誤差１１１で補正したＧＰＳ補正高度１１３を生成し続ける。
【００２３】
このときのＧＰＳ高度誤差１１１は、気圧高度１０４を基準高度１１４として選択したときにおける慣性高度１０３に基づき生成したＧＰＳ高度１１２のバイアス誤差であるから、そのＧＰＳ高度誤差１１１によりＧＰＳ高度１１２を補正して得たＧＰＳ補正高度１１３は切替時の気圧高度１０４に連続しており、切替後のＧＰＳ補正高度１１３はＧＰＳ高度１１２に追随する。したがって、基準高度１１４の値は、気圧高度１０４からＧＰＳ補正高度１１３に切り換わるとき、連続し、階段的に変動することはない。以後、慣性高度補正部１は、ＧＰＳ補正高度１１３を基準高度１０４として補正した慣性高度１０３を出力する。勿論、切替において基準高度１０４が連続するから、慣性高度１０３も切替において連続し、階段状に不連続に変動することはない。
ＧＰＳ補正高度１１３は、切替回路２２を経由して、基準高度１１４として慣性高度補正部１の減算回路１２に入力される。慣性高度補正部１においては、切替回路１５の可動切片が接点ｂに切り換わるので、積分回路１６が第１の帰還回路から除去される。そこで、積分回路１１の出力とＧＰＳ補正高度１１３の差分１０５は、第１の帰還回路では、乗算回路１４で所定の利得を乗じられ、乗算値１０７となる。乗算値１０７は、加算回路１７を経由して、そのまま帰還信号１０８として減算回路８に対し負帰還入力される。乗算回路１３の帰還信号１０９は、基準高度１１４の切替前と同じく、減算回路１０に負帰還入力される。積分回路１１からは、ＧＰＳ補正高度１１３を基準高度１１４とし、積分回路１６を除いた新たな負帰還ループにより生成した慣性高度１０３が出力される。
【００２４】
【発明の効果】
以上に実施の形態を挙げ具体的に説明したように、本発明によれば、気圧高度又はＧＰＳ補正高度の一方を基準高度として選択できるようにし、基準高度として気圧高度を選択して慣性高度を測定している間に、その慣性高度に対して推定されるＧＰＳ高度のバイアス誤差（ＧＰＳ高度誤差１１１）を継続的に生成し、保持し、かつＧＰＳ高度を該バイアス誤差により補正したＧＰＳ補正高度（１１３）を常時生成することにより、基準高度を気圧高度からＧＰＳ補正高度に切替える事態においても、該基準高度の値が連続し、階段的に急激な変動することなく、ひいては慣性高度の測定を安定且つ円滑に行うことができる慣性高度測定方式を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    慣性高度補正部
２    ＧＰＳ高度バイアス推定部  ３    基準高度選択部
４    慣性加速度計
５    気圧高度計
６    ＧＰＳ受信機
７    高度計判定回路
８，１０，１２，１８，２１，２３，２５，３１    減算回路
９，１１，１６，２０，２４，２６，２９    積分回路
１３，１４，２７，２８    乗算回路
１５，１９，２２    切替回路
１７，３０    加算回路
１０１，１１７    鉛直方向加速度
１０２，１１８    慣性速度
１０３，１１９    慣性高度
１０４    気圧高度
１０５    慣性高度１０３と基準高度１０４との間の差分出力
１０６    積分回路１６出力
１０７    乗算回路１４の乗算値
１０８    帰還信号（加算回路１７の加算値）
１０９    乗算回路１３の乗算値
１１０    切替回路１９出力
１１１    ＧＰＳ高度誤差
１１２    ＧＰＳ高度
１１３    ＧＰＳ補正高度
１１４    基準高度
１１３    ＧＰＳ補正高度
１１６    基準高度選択信号
１１９    上下動変位
１２０    基準高度
１２１    慣性高度１１９と基準高度１２０との間の差分出力
１２４    帰還信号
１２５    帰還信号（乗算回路２７出力）
【図１】
0003711538.tif 000002
【図２】
0003711538.tif 000003