(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航行体に所定距離をおいて設置した衛星受信アンテナで受信した衛星電波を用いて前記航行体の方位を演算するＧＰＳ方位演算手段と、
前記航行体に固定された角速度センサー手段と、
有限期間における前記ＧＰＳ方位演算手段の方位出力と前記角速度センサー手段による方位出力との差を周期的に更新する補正値演算手段と、
この補正演算手段により前記角速度センサー手段出力を補正した信号に基づく最終方位信号演算手段と、
前記ＧＰＳ方位演算手段が異常の場合に、異常期間中、前記補正値演算手段出力を異常発生の直前値に保持せしめる異常検出手段と、
を具備した方位測定装置。
【請求項２】
システムの初期化期間中、前記ＧＰＳ方位演算手段出力を一時的に最終方位信号とするタイミング手段を具備した請求項１記載の方位測定装置。
【請求項３】
航行体に所定距離をおいて設置した衛星受信アンテナで受信した衛星電波を用いて前記航行体の方位を演算するＧＰＳ方位演算手段と、
前記航行体に固定された角速度センサー手段と、
有限期間における前記ＧＰＳ方位演算手段の方位出力と前記角速度センサー手段による方位出力との差を周期的に更新する補正値演算手段と、
この補正演算手段により前記角速度センサー手段出力を補正した信号に基づく方位信号演算手段と、
前記ＧＰＳ方位演算手段が異常な場合、異常期間中、前記補正値演算手段出力を異常発生の直前値に保持せしめるの異常検出手段と、
この異常検出手段により制御され、前記ＧＰＳ方位演算手段が正常な場合にはこの方位信号を最終方位信号とし、異常の場合には、前記角速度センサー手段出力を補正した信号に基づく方位信号を最終方位信号として出力する切替手段と、
を具備した方位測定装置。
【請求項４】
前記異常検出手段は、ＧＰＳ方位演算手段出力、前記角速度センサー手段出力、前記最終方位信号を入力信号として異常判定を実行することを特徴とする請求項１あるいは２記載の方位測定装置。
【請求項５】
前記角速度センサー手段出力を第１入力とし、その出力を遅延手段を介して第２入力として方位信号を出力する加算手段を具備する請求項１〜４いずれかに記載の方位測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、角速度センサー手段とＧＰＳ方位演算手段とを組み合わせた方位測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５により、従来の方位測定装置の一例を説明する。１は入力軸が航行体のヨー軸方向に固定された振動ジャイロのごとき角速度センサーである。この角速度センサーの出力角速度Ｒｉは、Ａ／Ｄ変換器２でディジタル化され、加算器３を介して積分器４に入力される。
【０００３】
角速度を積分する積分器４の出力Ｄｉは、角度を表す。角速度センサー１の入力軸が航行体のヨー軸方向に固定されているので、この角度出力は航行体の方位角である。この方位角出力Ｄｉは、航行体の最終方位信号として表示装置５に入力されると共に加算器６に入力される。
【０００４】
７は、航行体に所定距離をおいて設置した衛星受信アンテナで受信した衛星電波を用いて前記航行体の位置出力Ｐを定周期で演算するＧＰＳ位置演算部、８は位置出力Ｐに基づいて方位出力Ｄｇを演算し、加算器６に供給するＧＰＳ方位演算部である。加算器６は、角速度センサー１に基づく方位出力ＤｉとＧＰＳ位置演算部による方位出力Ｄｇとの残差角ｅを演算し、補償演算部９に入力する。
【０００５】
補償演算部９は、例えば比例（ゲインＫ）＋積分機能で構成され、その補償演算出力を加算器３に反対符号でフィードバックする。このフィードバックループにより、角速度センサー１に基づく方位出力Ｄｉのオフセットやドリフト誤差を、本質的にオフセットやドリフト誤差を持たないＧＰＳ方位演算部の方位出力Ｄｇにより除去する補償が実行される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術では、衛星電波の受信異常等でＧＰＳ方位演算部の出力Ｄｇに異常が発生した場合は、補償演算部９の出力はゼロとなってしまうので、最終方位出力Ｄｉのオフセットやドリフト誤差を除去できなくなってしまう問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、衛星電波の受信異常等においても、最終方位出力のオフセットやドリフト誤差を除去することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題点を解決した方位測定装置を提供するものであり、その請求項１記載発明の構成上の特徴は、
航行体に所定距離をおいて設置した衛星受信アンテナで受信  した衛星電波を用いて前記航行体の方位を演算するＧＰＳ方位演算手段と、
前記航行体に固定された角速度センサー手段と、
有限期間における前記ＧＰＳ方位演算手段の方位出力と前記角速度センサー手段による方位出力との差を周期的に更新する補正値演算手段と、
この補正演算手段により前記角速度センサー手段出力を補正した信号に基づく最終方位信号演算手段と、
前記ＧＰＳ方位演算手段が異常の場合に、異常期間中、前記補正値演算手段出力を異常発生の直前値に保持せしめる異常検出手段と、
を具備する点にある。
【０００９】
請求項２記載発明の構成上の特徴は、
請求項１において、システムの初期化期間中前記ＧＰＳ方位演算手段出力を一時的に最終方位信号とするタイミング手段を具備する点にある。
【００１０】
請求項３記載発明の構成上の特徴は、
航行体に所定距離をおいて設置した衛星受信アンテナで受信  した衛星電波を用いて前記航行体の方位を演算するＧＰＳ方位演算手段と、
前記航行体に固定された角速度センサー手段と、
有限期間における前記ＧＰＳ方位演算手段の方位出力と前記角速度センサー手段による方位出力との差を周期的に更新する補正値演算手段と、
この補正演算手段により前記角速度センサー手段出力を補正した信号に基づく方位信号演算手段と、
前記ＧＰＳ方位演算手段が異常な場合、異常期間中、前記補正値演算手段出力を異常発生の直前値に保持せしめるの異常検出手段と、
この異常検出手段により制御され、前記ＧＰＳ方位演算手段が正常な場合にはこの方位信号を最終方位信号とし、異常の場合には、前記角速度センサー手段出力を補正した信号に基づく方位信号を最終方位信号として出力する切替手段と、を具備する点にある。
【００１１】
請求項４記載発明の構成上の特徴は、
前記異常検出手段は、ＧＰＳ方位演算手段出力、前記角速度センサー手段出力、前記最終方位信号を入力信号として異常判定を実行する点にある。
【００１２】
請求項５記載発明の構成上の特徴は、
前記角速度センサー手段出力を第１入力とし、その出力を遅延手段を介して第２入力として方位信号を出力する加算手段を具備する点にある。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下図面により本発明の実施態様を説明する。図１は本発明を適用した方位測定装置の一実施例を示すものであり、符号１の角速度センサー及びその出力Ｒｉ、ＧＰＳ方位演算手段８及びその出力Ｄｇ、最終方位信号Ｄｉは図５と同一である。
【００１４】
ＧＰＳ方位演算手段８の絶対方位出力Ｄｇは、時間微分回路１０、異常検出回路１１、セレクタ１２に入力される。時間微分回路１０では、絶対方位出力Ｄｇの演算周期で方位の変化量を演算する。例えば１Ｈｚ周期で演算している場合、最も新しい演算結果から、１周期前の演算結果を減算することにより、単位時間の変化量が求まる。もちろん、演算周期が１Ｈｚより早くても遅くても単位時間当たりの変化量の演算は可能である。
【００１５】
時間微分回路１０の演算出力は、積分器１３に入力される。一方、角速度センサーの出力Ｒｉは、サンプリング周期単位での方位変化量である。この出力は、積分器１４と異常検出回路１１に入力される。
【００１６】
異常検出回路１１は、ＧＰＳ方位演算手段８の絶対方位出力Ｄｇ及び角速度センサーの出力Ｒｉを入力する他、最終方位信号Ｄｉを出力する加算器１５の出力が与えられて総合的な判断により異常検出が実行され、異常発生の場合には、信号Ｈを補正値演算部１６に伝達する。
【００１７】
積分器１３及び１４では、夫々入力された信号（方位変化量）を有限期間積分し、有限期間の方位変化量の総和を算出する。これら積分器１３，１４の構成は、例えば図２に示すような複数の直列接続された遅延回路ＤＬ１，ＤＬ２，…ＤＬｎとこれらの出力を加算する加算器Ｓで実現可能である。
【００１８】
図３の特性図は、ＧＰＳ方位演算手段８の絶対方位出力Ｄｇの変化に対する時間微分回路１０の出力並びにこの出力を有限期間積分する積分器１３の出力を示している。この図では簡単のため、積分器の積分サンプル数を５とした場合を示している。
【００１９】
一方、角速度センサー１の出力Ｒｉは、もともと単位時間当たりの方位変化量であるから、単位としては時間微分回路１０の出力の単位に等しいので、積分器１４の出力も、図４と同様に有限期間の方位変化量の総和となる。
【００２０】
積分器１３及び１４の出力は、加算器１７に入力され、両者の差分（有限期間における方位変化量の総和の差）ｅが補正値演算部１６に入力される。
【００２１】
さて、図５の従来例で記述したように、一般に振動ジャイロのような角速度センサーにはオフセットやドリフトが存在する。この補正演算部１６では、加算器１７の出力ｅからオフセット量やドリフト量を算出する。算出の方法としては、積分器１３及び１４で積分した期間のサンプル数で除算する方法がある。
【００２２】
また、オフセットやドリフトは短時間に大きな変化を持つことは少ないので、ＦＩＲフィルタ、ＩＩＲフィルタ、または状態予測フィルタ等で処理し、ノイズなどに起因する成分を除去してもよい。
【００２３】
この補正演算部１６では、決められた一定の周期で補正量を演算し、出力Ｍを更新する。しかし、異常検出回路１１がＧＰＳ方位演算部８の異常を検出した場合は、異常発生信号Ｈが補正演算部１６に伝達され、異常発生直前の正常動作時の補正量Ｍが保持される。この保持は異常期間が終了（信号Ｈがゼロレベルに変化）するまで継続する。
【００２４】
前述のように、オフセットやドリフトは短時間に大きな変化を持つことは少ないので、これにより、ＧＰＳ方位演算結果が不良な期間でも、正しくオフセットやドリフトを補正することが可能である。
【００２５】
補正演算部１６の出力Ｍは、加算器１８に入力される。加算器１８では角速度センサー１の出力Ｒｉと補正値Ｍを演算することにより、補正した方位変化量を得、加算器１５に伝達する。加算器１５は、加算器１８の出力と最終方位信号Ｄｉを遅延回路２０及びセレクタ１２を介した信号を加算し、出力端子１９に最終方位信号Ｄｉを発生する。
【００２６】
タイミング発生回路２１は、セレクタ１２を制御する信号Ｓを発生する。システムの初期化期間中は、セレクタ１２のの出力がＧＰＳ方位演算部８の出力Ｄｇを選択するように制御し、初期化終了後には、遅延回路２０の出力を選択するように制御する。
【００２７】
次に、図４により本発明の他の実施例を説明する。図１の実施例では、定常状態での最終方位信号は、角速度センサー出力に基づく方位であり、ＧＰＳ方位演算部の出力は角速度センサーのオフセットやドリフトを補正するための信号として利用されている。これに対して図４の実施例では、定常状態ではＧＰＳ方位演算部の出力を最終方位信号とし、ＧＰＳ異常時に角速度センサー出力に基づく方位をバックアップとして利用する。
【００２８】
セレクタ１２は、定常状態ではＧＰＳ方位演算部８の出力Ｄｇを選択して出力端子１９に最終方位信号として供給する。異常発生時の信号Ｈにより、異常発生期間中、加算器１５の出力Ｄｉを選択して出力端子１９に最終方位信号として供給する。
【００２９】
以上説明した実施例では、角速度センサー１の出力Ｒｉをディジタル出力と規定してるが、アナログ出力形式であった場合は図５のようにＡ／Ｄ変換することにより同等の結果を得ることができる。また角速度ではなく、方位を直接出力するセンサーであった場合には、時間微分回路１０と同等な回路を積分器１４の前段に挿入することで同等の結果を得ることが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＧＰＳ衛星からの信号受信不良等に起因して、ＧＰＳ方位演算ができなくなった場合でも、角速度センサーのオフセットやドリフトの影響を受けることなく、移動体の方位を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した方位測定装置の一実施例を示すブロック線図である。
【図２】本発明における積分器の構成例を示す回路図である。
【図３】本発明におけるＧＰＳ方位演算手段８の絶対方位出力Ｄｇの変化に対する時間微分回路１０の出力並びにその出力を有限期間積分する積分器１３の出力特性図である。
【図４】本発明を適用した方位測定装置の他の実施例を示すブロック線図である。
【図５】従来の方位測定装置の一例示すブロック線図である。
【符号の説明】
１    角速度センサー
８    ＧＰＳ方位演算部
１０  時間微分回路
１１  異常検出回路
１２  セレクタ
１３，１４  積分器
１５，１７，１８  加算器
１６  補正値演算部
１９  出力端子
２０  遅延回路
２１  タイミング発生回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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