(57)【要約】  基準線と、基準線を基準としてアライメントされる機器との間で、平行および非平行の線を移動させるためのジャイロシステムが提供される。このシステムは、実質的に固定型に構成された第１の慣性センサを含み、第１の慣性センサは、出力信号を生成するように構成された第１の３軸ジャイロセンサと、反射器とを含む。第２の慣性センサは、第１の慣性センサに隣接して配置可能なように、携帯型に構成され、そして、２本の物理軸に制限されたジンバルと、ジンバル駆動システムと、電磁エネルギービーム発生器と、出力信号を生成するように構成された第２の３軸ジャイロセンサと、コリメータとを含む。コリメータは、ビーム発生器により投射されたビームと、反射器から反射されたビームとの間の角度を決定し、決定された角度を示す出力信号を生成するように動作可能である。制御回路は、コリメータと、第１および第２の３軸ジャイロセンサとによって生成された出力信号を処理し、第１および第２の慣性センサの互いに対する相対的な向きを決定するように動作可能である。
2007535659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準線と、該基準線を基準としてアライメントされる機器との間で、平行および非平行な線を移動させるためのジャイロシステムであって、
実質的に固定型に構成された第１の慣性センサであって、出力信号を発生するように構成された第１の３軸ジャイロセンサと、反射器とを含む当該第１の慣性センサと、
該第１の慣性センサに隣接して配置可能なように、携帯型に構成され、並びに、２本の物理的な軸に制限されたジンバル、ジンバル駆動システム、電磁エネルギービーム発生器、出力信号を生成するように構成された第２の３軸ジャイロセンサ、およびコリメータを含む第２の慣性センサであって、前記コリメータは、前記ビーム発生器により投射されたビームと、前記反射器から反射されたビームとの間の角度を決定し、該決定された角度を示す出力信号を生成するように動作可能である当該第２の慣性センサと、
前記コリメータ、並びに、前記第１および第２の３軸ジャイロセンサによって生成された出力信号を処理し、かつ、前記第１および第２の慣性センサの互いに対する相対的な向きを決定するように動作可能な制御回路と、を含むジャイロシステム。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第１の慣性センサを基準にして固定された向きに前記ジンバルを保持するための制御信号を前記ジンバルに出力する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
オペレータ入力を受信し、前記制御回路と通信を行う表示ユニットをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の慣性センサを乗物に取り付けるために、前記第１の慣性センサに結合され、前記第１の慣性センサを、前記基準線からの所定の角度オフセットにおいて保持するように構成されたアダプタをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記制御回路は、前記第１および第２の慣性センサの互いに対する相対的な向きを、前記所定の角度オフセットを考慮に入れて決定するように動作可能である、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
通知に従って、前記基準線からの所定の角度オフセットにおいて機器に取り付け可能な、第２の反射器をさらに含み、
前記第２の慣性センサは、前記所定の角度を示す出力信号を生成するように構成されているとともに、前記ビーム発生器によって投射されたビームと、前記第２の反射器から反射されたビームとの間の第２の角度を決定して、前記第２の角度を示す出力信号を生成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記制御回路は、前記ジャイロ出力信号および前記基準線に相対的な前記ジンバルの位置に関連するデータを使用して、前記基準線を基準にした前記機器の向きを決定するように動作可能である、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
平行および非平行の線を移動させることによって、基準線を基準にして機器をアライメントするための方法であって、
前記基準線を基準にして固定型慣性センサをアライメントするステップと、
携帯型慣性センサから、前記固定型慣性センサに結合されたミラーに、電磁ビームを投射して、反射されたビームの角度を検出するステップと、
前記検出された角度と、前記固定型慣性センサおよび前記携帯型慣性センサ内に提供された一組のジャイロセンサのそれぞれからの出力データとを使用して、前記固定型慣性センサを基準にした、前記携帯型慣性センサの相対位置を決定するステップと、
前記機器を基準にして、前記携帯型慣性センサをアライメントするステップと、
前記検出された角度と前記出力データとを使用して、前記基準線を基準にした前記機器の位置を計算するステップとを含む方法。
【請求項９】
基準座標系（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ）を決定するための方法であって、
ａ）第１および第２の反射面のそれぞれについて、ベースフレーム（ｂａｓｅ  ｆｒａｍｅ）内で単位ベクトルであって、前記反射面に垂直である当該単位ベクトルを決定するステップと、
ｂ）該単位ベクトルに基づいて基準フレーム（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒａｍｅ）を決定するステップと、
ｃ）前記ベースフレーム内でのステーション測定値を計算するために、前記基準フレームを変換するステップとを含む方法。
【請求項１０】
前記ステップｂ）は、
前記単位ベクトルを合成して、ミラーフレーム（ｍｉｒｒｏｒ  ｆｒａｍｅ）を取得するステップと、
前記単位ベクトルを回転させて、前記基準フレームを取得するステップとを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ステーション測定値を、選択されたフォーマットに変換するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記フォーマットは、オイラー（Ｅｕｌｅｒｉａｎ）、ＤＣＭ、または四元数（ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ）フォーマットのうちのいずれかである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基準フレームを方向余弦行列（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｏｓｉｎｅ  ｍａｔｒｉｘ）として表すステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記行列の第１行は、前記第１の反射面についての単位ベクトルであり、前記行列の第３行は、前記第１の反射面についての前記単位ベクトルから、前記第２の反射面についての前記単位ベクトルへの正規化された外積（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  ｃｒｏｓｓ−ｐｒｏｄｕｃｔ）であり、および、前記行列の第２行は、前記第３行から前記第２行への正規化された外積である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
基準サイティング（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｈｔｉｎｇ）のための方法であって、
ａ）各基準ミラーについて、ベースフレーム（ｂａｓｅ  ｆｒａｍｅ）内で名目上のミラーライン（ｎｏｍｉｎａｌ  ｍｉｒｒｏｒ  ｌｉｎｅ）を決定するステップと、
ｂ）第１の基準ミラーについての第１の測定ベクトルを測定するステップと、
ｃ）前記測定時に、第１のジャイロおよび第２のジャイロの向きを記録するステップと、
ｄ）前記測定ベクトルを四元数形式（ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ  ｆｏｒｍ）に変換するステップと、
ｅ）前記名目上のミラーラインを基準にして、実際のミラーライン（ａｃｔｕａｌ  ｍｉｒｒｏｒ  ｌｉｎｅ）を計算するステップと、
ｆ）前記第２のジャイロの向きを実質的にロール除去（ｄｅ−ｒｏｌｌｉｎｇ）するステップと、
ｇ）光学的基準線（ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｌｉｎｅ）を前記名目上のミラーライン上に集束させるステップとを含む方法。
【請求項１６】
各ミラーについて前記ステップｂ）〜ｆ）を繰り返すステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
測定された位置が、予想された位置と相関関連にあることを確認するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記測定された位置が、前記予想された位置と相関関連にない場合に、前記ミラー測定を繰り返すステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
機器をアライメントするための方法であって、
前記基準線を基準にして、固定型慣性センサをアライメントするステップと、
電磁ビームを携帯型慣性センサから、前記固定型慣性センサに結合されたミラーに投射して、反射されたビームの角度を検出するステップと、
前記検出された角度と、前記固定型慣性センサ内に設けられた第１のジャイロおよび前記携帯型慣性センサ内に設けられた第２のジャイロからの出力データとを使用して、前記固定型慣性センサを基準にした、前記携帯型慣性センサの相対位置を決定するステップと、
前記電磁ビームを生成するための回路を保持する、２軸ジンバルを備えたプラットフォームを制御して、前記プラットフォームの向きを定めるステップとを含む方法。
【請求項２０】
前記検出された角度と、前記出力データとを使用して、前記基準線を基準にした前記機器の位置を計算するステップをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記第１の慣性センサを、前記機器に、前記基準線から所定の角度オフセットさせて取り付けるステップと、
前記第１および第２の慣性センサの互いに対する相対的な向きを、前記所定の角度オフセットを考慮に入れて決定するステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
オペレータからのトリガ信号を受信するステップと、
前記第２の慣性センサの向きを、光学的探索（ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅａｒｃｈ）のための開始位置として使用するステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、おおむね、２本の構造線、２本の仮想線、または１本の構造線と１本の仮想線の、相対的な向きを使用して機器のアライメントを行うシステムに関する。本発明は、さらに、基準線を光学的に取得し、平行または非平行な線を移動させて、基準線を基準にした機器の向きを決定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機や宇宙船などの乗物に搭載された、センサ、銃、カメラ、アンテナなどの装置を制御するためには、装置の照準器又は視準器（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ：ボアサイト）を、乗物の基準軸を基準にしてアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）させることが重要である。兵器または航法ステーションを、さまざまな航空機上の武装基準線（Ａｒｍａｍｅｎｔ  Ｄａｔｕｍ  Ｌｉｎｅ（ＡＤＬ）：アーマメントデータムライン）とアライメントされた状態にするための、多数の方法が存在する。ＡＤＬは、航空機の中心線を定義するが、回転（ｒｏｌｌ：ロール）基準も提供するため、単なる線以上のものである。宇宙船および航空機を含むアライメントアプリケーションのためにＡＤＬを参照するが、本方法および装置は、構造または仮想基準線を基準にした任意の機器のアライメントを含む、特に、石油掘削、土木工学、建築、および医療アプリケーションにおいても有用である。
【０００３】
航空機のＡＤＬを使用した１つのアライメント方法は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、２つのブラケットまたはアダプタ２２０および２２２を、ＡＤＬ２２６に沿った、それぞれ２箇所において、航空機２２４に取り付ける作業に用いられる。さらに、航空機上の各ステーション（ｓｔａｔｉｏｎ）は、独自のアダプタ（図示せず）を使用して装着される。次に、望遠鏡２２８は、先頭または前部端２２２のブラケット内に取り付けられ、後尾または後部端のブラケットとアライメントするために使用される。図２を参照して説明すると、ターゲットボード（ｔａｒｇｅｔ  ｂｏａｒｄ）２３０が望遠鏡２２８から正確な距離のところに置かれる。ターゲットボードは、望遠鏡からのレティクル（ｒｅｔｉｃｌｅ：十字線）２３２が、ターゲットボード上のＡＤＬフィデューシャル（ｆｉｄｕｃｉａｌ：参照点）２３４に重なるようにアライメントされる。その後、望遠鏡はステーションアダプタからステーションアダプタに移され、その間に、各ステーションがターゲットボード上の専用のフィデューシャル２３６とボアサイティングすなわち照準又は視準される。望遠鏡とターゲットボードの使用は、平行線の移動によるステーションのアライメントに限定される。
【０００４】
第２のアライメント方法では、「クリスマスツリー」と称するアダプタ２４０が航空機に取り付けられ（図３を参照）、ＡＤＬにアライメントされる。各ステーションをアライメントさせるために、追加のアダプタ（図示せず）も各ステーション上に設けられ、かつ、望遠鏡２４２がツリーの周囲のさまざまな点２４４、２４６、および２４８に配置される。航空機上のすべてのステーションに対応するために、このツリーは必然的に大きくて厄介なものとなる。この方法のアライメントも、やはり、平行線の移動に限定される。
【０００５】
照準合わせにより一列に整列（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：ボアサイトアライメント）させるためのこれらの方法は、双方とも、最終的な精度が著しく制限されるという、手順上のおよび装置上の問題を有する。これらの制限の一部には、次の事項が含まれる。間違った読み取りを行う視覚系（視差）を持った人間の目による、適当なアライメントへの依存。ターゲットボードの、隔離位置だけでなく、縦揺れ（ｐｉｔｃｈ：ピッチ）、偏揺れ（ｙａｗ：ヨー）、および横揺れ（ｒｏｌｌ：ロール）状態における正確な位置決め。有限焦点距離のレティクルの、基準としての使用。駐機場でのアライメント中に、風およびその他の要因による、ターゲットボードの移動。クリスマスツリーの反りまたはたわみ。そして、その他の制限の中でも特に、航空機自体の移動。
【０００６】
精度以外にも、これらの方法を望ましくないものとさせるその他の２つの要因があり、それは、補助装置のサイズと重量、およびステーションのアライメントを完了するために必要な時間である。例えば、ターゲットボードの取り付け台２５０（図２）は、高さ１０フィート（３．０４８メートル）、重量は約５００ポンド（２２７キログラム）である。ターゲットボードを使用した航空機のアライメント手順では、前輪への重量を軽減するために、６００ポンド（２７２キログラム）ジャックを使用して航空機の前部を上昇させる必要がある。ステーションアダプタは、それ自体の重量が、通常、２５〜３５ポンド（１１．４〜１５．９キログラム）であり、使いづらいものである。アパッチヘリコプターのためのアライメント手順には、通常、ヘッドアップディスプレイ用の「クリスマスツリー」アライメントアダプタを取り付けるために、風防を取り外すことが含まれる。
【０００７】
上述の２通りのボアサイティング方法では、基準軸を取得する光学部品を使用している。ジャイロスコープを使用して、ある機器を、別の機器を基準にしてアライメントさせる、多数のボアサイティングシステムが存在する。例えば、米国特許第４，０１２，９８９号明細書（ハント（Ｈｕｎｔ）ら）には、航空機上に取り付けられた機器の軸を回転させるための、慣性サイティングシステム（ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｓｉｇｈｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）が開示されている。この開示されたシステムは、一対のジャイロスコープと、やはり一対のジャイロスコープを含むハンドヘルドサイティング機器とを含んでいる。双方のジャイロスコープの組は、最初は、航空機に取り付けられた機器上の各ジャイロスコープのスピン軸が、ハンドヘルド機器上のジャイロスコープのうち、対応するもののスピン軸とアライメントするように、自由に動かないようにされ（ｃａｇｅｄ：ケージされ）、２つの機器間の任意の基準システムを確立している。サイティング機器上でジャイロスコープが自由に動けるようにされる（ｕｎｃａｇｅｄ：アンケージされる）と、銃の向きのコマンド信号を生成するために、データがハンドヘルド機器から継続的に供給される。
【０００８】
米国特許第３，７３１，５４３号明細書（ゲイツ（Ｇａｔｅｓ））には、武装基準線（ａｒｍａｍｅｎｔ  ｄａｔａ  ｌｉｎｅ）を基準にして航空機上に取り付けられた、２つのジャイロスコープを有するマスタセンサユニットを含む、ジャイロを利用したボアサイトアライメントシステム（ｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）が開示されている。このシステムもまた、装置上に取り付けられた、１つのジャイロスコープを有するリモートセンサユニットを含んでいる。この装置のミスアライメントは、ＡＤＬとの平行関係を基準にした、航空機および装置の軸の角速度を比較することによって決定される。
【０００９】
米国特許第３，９３０，３１７号明細書（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ））には、乗物上に取り付けられたナビゲータを含む、電子アジマス伝達システム（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ａｚｉｍｕｔｈ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）が開示されている。ナビゲータに結合されたリモートセンサは、ナビゲータと同様に、北を基準にして自らをアライメントさせる。その後、リモートセンサは、銃またはその他の装置に移され、北を基準にした装置アライメントを指示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の参照した特許で説明したような、ジャイロを利用した従来のアライメントシステムには、いくつかの理由で不利な点を有している。それらは、基準線つまりＡＤＬを基準にした、平行線のみの移動に動作が限定されている。さらに、ジョンストンおよびゲイツ特許のいずれのシステムも、３軸検出を行うものではない。その結果、これらのシステムの精度は、マスタおよびスレーブ慣性センサ上のジャイロスコープが互に対してどのような向きに定められるかによって、制限される。特に、ハンドヘルドセンサが１つのジャイロのスピン軸の周囲で間違って回転させられた場合には、このジャイロは運動を感知しない。したがって、他の２本の軸は、ダブルジャイロユニットの軸とアライメントされなくなる。これは、機器によって生成される情報に「クロスカップリング」エラーを発生させる。
【００１１】
上述の従来技術の欠点は、「Ｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔｉｎｇ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｂｙ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ａｃｑｕｉｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  ａｎｄ  Ｎｏｎｐａｒａｌｌｅｌ  Ｌｉｎｅｓ」と題した米国特許第５，４３８，４０４号明細書（この参照により本明細書の開示に含まれる）に記載されたシステムによって解決されている。’４０４特許に記載されたシステムは、より高度な技術のボアサイティングシステムであり、一般に、他のボアサイティング技術よりも優れている。しかし、’４０４特許に記載されたシステムには、いくつかの制限がある。それらの制限は、’４０４特許のシステムが３軸慣性安定化に依存するという事実に関連している。その結果、’４０４特許のボアサイト慣性ユニットは、物理的に大きくて重く、そのため使用を困難にしている。大きな重量と物理的サイズは、ユニットのハウジングが、３自由度（ヨー、ピッチ、およびロール）を有するジンバルを完全に囲むだけの十分な物理的な大きさを有する必要があるということに、直接的に起因している。もう１つの制限は、高精度なジンバル構成要素が非常に高価であるという点にある。３自由度を有する必要があることによって、ジンバルは、システムのコストを大幅に増加させている。
【００１２】
したがって、ジャイロを利用したボアサイティングシステムの、以下、測定ユニットと称するボアサイト慣性ユニットのコストと物理的サイズを減少させることが可能な、より進歩したボアサイティングシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一つの例示的実施形態では、機器をアライメントするための方法が提供される。この方法は、固定型慣性センサを、基準線を基準にして、アライメントすることを含む。電磁ビームを、携帯型慣性センサから、固定型慣性センサに結合されたミラーに投射して、反射されたビームの角度を検出する。検出された角度と、固定型慣性センサ内に設けられた第１の３軸ジャイロセンサおよび携帯型慣性センサ内に設けられた第２の３軸ジャイロセンサからの出力データとを使用して、固定型慣性センサを基準にした、携帯型慣性センサの相対位置を決定する。電磁ビームを生成する回路を保持している、２軸ジンバルを備えたプラットフォームを、このプラットフォームの向きを定めるために制御する。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、基準の照準合わせすなわち基準サイティング（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｈｔｉｎｇ）のための方法が提供される。この方法は、それぞれの基準ミラーについて、基本となる視野範囲すなわちベースフレーム（ｂａｓｅ  ｆｒａｍｅ）内で名目上すなわち仮りの、ラーライン（ｎｏｍｉｎａｌ  ｍｉｒｒｏｒ  ｌｉｎｅ）を決定することを含む。第１の測定ベクトルを、第１の基準ミラーについて測定する。この測定時に、第１のジャイロセンサおよび第２のジャイロセンサの向きを決定する。測定ベクトルは、四元数形式（ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ  ｆｏｒｍ：クォータニオンフォーム）に変換する。実際のミラーライン（ａｃｔｕａｌ  ｍｉｒｒｏｒ  ｌｉｎｅ）を、名目上のミラーラインを基準にして計算する。第２のジャイロセンサの向きは、実質的にローリングが除去（ｄｅ−ｒｏｌｌｅｄ）される。光学的基準線（ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｌｉｎｅ）を、名目上のミラーライン上に集束（ｃｏｎｖｅｒｇｅ：コンバージ）させる。
【００１５】
本発明のさらに他の実施形態では、基準座標系（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ）を決定するための方法が提供される。この方法は、第１および第２の反射面のそれぞれについて、ベースフレーム内で単位ベクトルを決定することを含み、ここで、単位ベクトルは反射面に垂直である。基準となる視野範囲すなわち基準フレーム（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒａｍｅ）を、単位ベクトルに基づいて決定する。この基準フレームを変換して、ベースフレーム内でのステーション測定のための計算を行う。
【００１６】
本発明のさらに他の実施形態では、平行および非平行な線を移動させることによって、基準線を基準にして機器をアライメントするための方法が提供される。この方法は、固定型慣性センサを、基準線を基準にしてアライメントすることを含む。電磁ビームを、携帯型慣性センサから、固定型慣性センサに結合されたミラーに投射して、反射されたビームの角度を検出する。検出された角度と、固定型慣性センサおよび携帯型慣性センサ内に設けられたジャイロスコープの対のそれぞれからの出力データとを使用して、固定型慣性センサを基準にした、携帯型慣性センサの相対位置を決定する。携帯型慣性センサを、機器を基準にしてアライメントする。基準線を基準にした機器の位置は、検出された角度と出力データとを使用して計算する。
【００１７】
本発明のさらに他の実施形態では、基準線と、基準線を基準にしてアライメントされる機器との間で、平行および非平行な線を移動させるためのジャイロシステムが提供される。このシステムは、実質的に固定されているように構成された第１の慣性センサを含み、第１の慣性センサは、出力信号を生成するように構成された第１の３軸ジャイロセンサと、反射器とを含む。第２の慣性センサは、第１の慣性センサに隣接して配置可能となるように、携帯型に構成され、そして、２本の物理軸に制限されたジンバルと、ジンバル駆動システムと、電磁エネルギービーム発生器と、出力信号を生成するように構成された第２の３軸ジャイロセンサと、コリメータとを含む。このコリメータは、ビーム発生器により投射されたビームと、反射器から反射されたビームとの間の角度を決定し、決定された角度を表す出力信号を生成するように動作可能である。制御回路は、コリメータと、第１および第２の３軸ジャイロセンサとによって生成されたそれぞれの出力信号を処理し、かつ、１および第２の慣性センサの互いに対する相対的な向きを決定するように動作可能である。
【００１８】
好ましい実施形態の、さらなる目的と利点、および構造と機能は、以下の説明、図面、および実施例を考慮することにより明らかとなるであろう。
【００１９】
本発明の、上述した、およびその他の特徴および利点は、添付図面に例示された本発明の好ましい実施形態の、以下のより詳細な説明から明らかとなるであろう。図面において、同様の参照番号は、一般に、同様の要素、機能的に類似した要素、および／または構造的に類似した要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態につき詳細に説明する。実施形態の説明においては、説明を明確にするために特定の用語を用いる。ただし、本発明は、そのように選択された特定の用語に限定されることを意図するものではない。特定の例示的実施形態について述べるが、これは単なる説明として行われることを理解されたい。関連技術の熟練者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の構成要素および構成を使用することが可能であることを理解するであろう。本明細書に記載されるすべての参考文献は、それぞれ個別に組み入れられた場合と同じように、本明細書の開示に含まれる。
【００２１】
本発明の実施形態は、２本の構造線の、２本の仮想線の、または、１本の構造線および１本の仮想線の、相対的な向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ：オリエンテーション）に関する情報を必要とする任意の機器上でのアライメントに使用されるように設計されているが、本発明の例示的実施形態を、説明の目的のために、航空機兵器とセンサステーションとのアライメントに関連して説明する。航空機上のステーションの、ボアサイトの向きの誤差を、航空機中心線または武装基準線（ａｒｍａｍｅｎｔ  ｄａｔｕｍ  ｌｉｎｅ（ＡＤＬ））を基準にした、ステーションの向きを試験して検出することにより、測定する。ＡＤＬは、各航空機の機体に製造時に取り付けられる物理的構造物としての、すなわち堅固な（ｈａｒｄ）基準点の組（ｓｅｔ：セット）である。ＡＤＬとさまざまなステーションとの間のミスアライメントは、対象の航空機のＡＤＬを光学的に取得しすなわち捕捉（ａｃｑｕｉｒｅ）し、次に、この捕らえた線を兵器またはセンサステーションにまで移動させることによって確認される。個々のステーションの向きを光学的に取得し、望ましい向きからのオフセットを決定し、このオフセットを、オペレータ画面上で対処する。次に、ステーションを、より進化させたボアサイト電子技術（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ：アドバンスト・ボアサイト・エレクトロニクス）（ＡＢＥ）を使用して、アライメントの状態にするとともに、再検査することが可能である。ＡＢＥについてはより詳細に以下に説明する。ステーションの正しいアライメントは、ＡＤＬと平行である必要はない。
【００２２】
図４に本発明の例示的実施形態によるシステムを構成しているさまざまな構成要素を示す。基準ユニット（ＲＵ）３は、３つのリングレーザージャイロ（ＲＬＧｓ）および関連するマイクロコントローラ電子回路等を収容する。ＲＵは、インタフェースプレート（１１３）を具える。インタフェースプレート１１３は、航空機マスタデータ基準にインタフェースするための、一般にＡＤＬと呼ばれる高精度なハード−ポイントマウント（ｈａｒｄ−ｐｏｉｎｔ  ｍｏｕｎｔ）である。ＲＵは、ＲＵの向きを取得するためのパーマネントミラーを内蔵している。このミラーは、本明細書において０度ミラーおよび９０度ミラーとそれぞれ称せられる、２つの垂直な反射面１１４、１１５を有する。ミラー（１１４および１１５）はＡＤＬ取得のための高精度な光学的基準として供し、ＡＤＬ取得のプロセスによって、システムは測定ユニット（ＭＵ）（１）とＲＵ（３）との間の高精度なアライメントを確立する。このＡＤＬ取得については、以下さらに詳細に説明する。ＲＵ３は、その電力とインタフェース制御データ（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を、インタフェースケーブルを通してシステムコントローラから受け取る。ＲＵ３は、航空機ＡＤＬに取り付けられ、ＡＤＬの向きを決定する。
【００２３】
ＭＵ（１）は、携帯型のハンドヘルド測定機器である。これは、ビデオオートコリメータ（ＶＡＣ）１４と、ジンバル駆動システムと、一体型の３軸ジャイロセンサ１３と、関連するジャイロおよびマイクロコントローラ電子回路等とからなるペイロードを有する、二軸安定化ジンバル１２を含む。ＶＡＣ１４は、測定用光学部品と、レティクル投射／レティクル結像サブシステムとして機能する。ＭＵ１は、その電力とインタフェース制御データを、システムコントローラインタフェースケーブルから受け取る。ジンバル構造、コリメータ、およびセルフテストの局所的な制御は、一体型のＭＵコントローラによって提供される。ＭＵ１はアライメント技師６４によって手持ちされ、アライメント技師は、ＭＵ１をＡＤＬからさまざまなステーションまで運ぶ。
【００２４】
ハンドヘルドデータユニット（ＨＨＤＵ）４は、アライメント技師にオペレータ情報を提供し、ＡＢＥシステムへのオペレータ入力を行うことを可能にする。システムコマンドは、ＨＨＤＵキーパッドを経由して入力される。ＨＨＤＵ４ディスプレイは、現在の動作モード、測定結果、および一般的なシステムステータス（ｓｔａｔｕｓ：状態）を表示する。
【００２５】
システムコントローラ２は、ＡＢＥシステムのための、コマンドおよび制御の主要ポイントである。システムコントローラ２は、システム制御プロセッサと、ＭＵ１、ＲＵ３，およびＨＨＤＵ４へのインタフェースとに加えて、電源装置、および配電システムも含む。システムコントローラは、パーソナリティモジュールを収容することも可能である。
【００２６】
ボアサイト基準ミラー（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｍｉｒｒｏｒ（ＢＲＭ））８は、さまざまなステーション上でボアサイト測定を実行するために必要とされる反射面を提供する。多数のバージョンによって、所望の精度のさまざまなセット（組）内で、ピッチ、ヨー、およびロールの状況の取得が可能になる。ＢＲＭについては、図８を参照して後述する。
【００２７】
図５は、概略的に示した航空機にインタフェースされたＡＢＥシステムを示す概略図である。航空機は、構造的機体（５）、およびさまざまなタイプの兵器／センサステーション（７、９、１０）を含む。機体（５）は、剛体であると仮定されており、風圧荷重、船体運動、または航空機上に登る人によって引き起こされる運動などの、外部運動による擾乱（６）を受ける可能性がある。
【００２８】
照準合わせを行なう（すなわちボアサイトアプリケーション）際に、ＲＵ（３）を、高精度ＡＤＬアダプタ（１１）によって機体（５）にインタフェースする。ＡＤＬアダプタ（１１）は、ＲＵ（３）を、機体（５）の座標系を基準にして固定された向きに、保持する。この固定された向きは、この座標系からオフセットしてもよい。ＲＵ（３）は、機体（５）が慣性空間を移動する間、機体（５）を追跡する機能を実行する。ＲＵ（３）は、航空機の動きを表すジャイロデータ（６７）を、システムコントローラ（２）に継続的に報告する。
【００２９】
すべての測定は、基準サイティング（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｈｔｉｎｇ）（２１）、つまり「ＡＤＬ取得（ＡＤＬ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）」測定から開始する。このプロセスは、システム自体のゼロ基準をシステムに測定させることによって、累積したジャイロドリフトを効果的にゼロにする。ＡＤＬ取得方法のより詳細な例については、図１５を参照して後述する。ゼロ基準は、ＲＵ（３）に一体化された分割面ミラー（７０）によって示される。スプリット・プレーンミラー（ｓｐｌｉｔ−ｐｌａｎｅ  ｍｉｒｒｏｒ）（７０）（図５に概略的に示す）は、ＡＤＬ基準ミラー１（１１５）およびＡＤＬ基準ミラー２（１１４）として図２に示す２枚のミラーによって、物理的に実装される。
【００３０】
アライメント技師は、ＭＵ１を、ＲＵ３の付近に配置する。ＨＨＤＵ４を介したオペレータ要求があり次第、ＭＵコントローラは、ジンバルに、らせん状探索パターンを実行するよう指令する。これによって、ＲＵ３上のボアサイティングミラー７０から反射されたビームが捕捉されるまで、ＭＵのＶＡＣ１４からの平行光線を、らせん走査させる。このらせん走査を、また、ＭＵ１を保持しているアライメント技師がＭＵ１上のトリガをキー入力することによって開始させるようにしてもよい。トリガ手段は、ＨＨＤＵ４上の、例えば「Ｅｎｔｅｒ」キーなどの、開始キーと並列にある。これによって、ＭＵ１のオペレータは、第２のオペレータによるＨＨＤＵ４からのデータ入力を要求することなしに、測定機能をより直接的に制御することが可能となる。
【００３１】
らせん状のスキャン中に、ＶＡＣ１４からのレティクルが識別されると、つまり、平行光線がミラー７０から反射され、ＶＡＣ１４内のＣＣＤアレイまたはその他のセンサ上に導かれると、反射されたレティクルの、このアレイ内の中央ピクセルまでのオフセット量から、オリエンテーション（向きの）オフセットが、計算される。この中央ピクセルは、ＶＡＣの組み立て中に決定され、システムコントローラにパラメータとして提供される。
【００３２】
ＡＤＬ取得プロセスが完了すると、システムは、ステーション測定の待機状態となる。さまざまなタイプのアダプタおよびセンサを、測定を行うためにステーション上に取り付けることもできる。非光学的兵器／センサステーション７、ＩＲ／可視センサステーション９、およびアクティブセンサステーション１０という、３つの異なるタイプのセンサを機体５上に搭載出来る。非光学的兵器／センサステーション（７）の測定は、ステーション７にＢＲＭを取り付け、ミラーのアライメントを測定することによって、行うことが出来る。ＩＲまたは可視光学部品を含むセンサ（ＩＲ／可視センサステーション）（９）のアライメントの測定は、基準レティクルビーム（１５）をセンサ光学部品へ直接投射し、かつ、センサのゼロ基準と投射されたレティクルとの間にミスアライメントがあれば、センサ（９）を使用して報告することによって、行うことが出来る。アクティブ基準（１０）を生成する、つまり言い換えれば、基準レティクルを生成するステーションの測定は、ステーションから投射される基準レティクルを、ＶＡＣ光学部品（１４）を使用して構造１０に直接結像し、反射されたレティクルの測定時に使用されたのと同様の方法で測定値を計算することによって、行うことが出来る。
【００３３】
一例として、非光学的兵器ステーション７をアライメントするとする。ボアサイトミラー８を、アライメントされるべき第１のステーション７に結合されたアダプタ内に搭載する。ＡＤＬを基準としたこのステーションの向きに、所望のオフセットがある場合には、ピッチ、ヨー、およびロールのオフセットがＨＨＤＵ４内に入力される。例えば、兵器ステーションを航空機上に搭載して、照準又は視準の線（ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ）をＡＤＬに対して、高いレベルに、または垂直にすることが出来る。このオフセットによって、ＭＵ１ジンバルをその新しい向きに回転させ、その後、この新しい向きを維持する。第３の軸を基準にしたオフセットについては、以下、詳細に説明するように、数学的に補償する。このようにして、非平行な名目上のボアサイトライン（ｎｏｍｉｎａｌ  ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ｌｉｎｅ（ＮＢＬ））を、取得されたＡＤＬから移すことが出来る。望ましいステーションの向きが一旦設定されると、ジンバル１２は、ボアサイトミラー８を取得すなわち照準するように指令される。ジンバル１２の新しい向きを、らせん探索（ｓｅａｒｃｈ  ｓｐｉｒａｌ）の中心として使用する。再び、この捕捉を、軸上のミラーと軸上でないミラーとの両方で、ピッチおよびヨーだけでなく、ロールの向きについても実行することが出来る。ただし、その他のミラーすなわち、ロールの向きが無関係な、銃などの、ステーション上に１つのミラー面のみを有するミラーを使用することも出来る。照準が合わされたら、ステーションの実際の向きが、ＡＤＬを基準にして、または場合によっては、望ましい向きを基準にして与えられる。その結果は、ＨＨＤＵ４のオペレータ画面上に、ピッチ、ロール、およびヨーのオフセット角度によって表示される。
【００３４】
ステーションが仮想アライメントを含む場合には、ＶＡＣ平行光線１５の捕捉は必要とされない。ＶＡＣからの平行光線１５を基準として使用して、ステーションへ投射するか、または、上述のアクティブ基準ステーション１０の場合のように、試験中のステーションがそれ自体のレティクルをＶＡＣへ投射することが可能である。ヘッドアップディスプレイのアライメントの場合には、技師がコックピット内に座り、もう１人の技師がＭＵを、風防を通してコックピット内の技師に向ける。コックピット内の技師は、目の焦点合わせの働きによって、平行光線のレティクル画像を実際に見ることができる。次いで、コックピット内の技師は、ＶＡＣレティクルビーム１５を、ＨＵＤの基準レティクルとアライメントさせる。赤外線（ＩＲ）センサの場合には、ＭＵ１は、平行光線１５と平行なＩＲビームを生成する。このビームをセンサ光学部品に向けて、センサを平行光線１５とアライメントさせる。
【００３５】
図６は、ミラー（８）の向きを測定するための、ＶＡＣ（１４）の使用に関する、追加の詳細な説明をするための図である。図６（ａ）では、ミラー（８）は、ＶＡＣ（１４）の光軸と直接アライメントされている。ＶＡＣ（１４）の内部では、可視光源（１０８）が、光軸に沿って投射される可視レティクル（１５）を生成する。投射されたレティクル（１５）は、ミラー（８）に当たって直接反射され、光軸と直接アライメントされるＶＡＣ（１４）に入射する。フォーカルプレーン式ＣＣＤビデオカメラ（１０７）上に形成されるレティクル画像は、図６（ａ）の右側に示すように、中心に形成されている。これは、ミラー８が、ＶＡＣ１４の光軸とアライメントされていることを示す。
【００３６】
図６（ｂ）では、ミラー（８）はＶＡＣ（１４）の光軸とミスアライメントされている。投射されたレティクル（１５）は、ミラー（８）に入射し、ミラーのミスアライメントの２倍に等しい角度で反射され、光軸とミスアライメントされてＶＡＣ（１４）に入射する。フォーカルプレーン式ＣＣＤビデオカメラ（１０７）上に形成されるレティクル画像は、図６（ｂ）の右側に示すように、ＶＡＣ光軸を基準にしたミラー（８）の角度ミスアライメントに比例した量だけオフセットしている。画像フレーム内のレティクルミスアライメントの量を検出することによって、ＶＡＣ光軸からの、ヨーおよびピッチでの、ミラー（８）の角度アライメントを計算することが可能である。このプロセスは、上述のＡＤＬ取得プロセスの間に、オフセットを決定するためにも使用されてもよい。
【００３７】
上述のように、ＶＡＣ（１４）は、測定用光学部品を具えていて、レティクル投射／レティクル結像サブシステムとして機能する。ＶＡＣ（１４）は、ＩＲまたは可視レティクル（１５）を、ＩＲまたは可視センサステーション（７、９）の光学部品に投射することが可能である。また、ＶＡＣ（１４）光軸と、外部で生成されたレティクルの軸との間の角度差を、フォーカルプレーン式ビデオカメラを用いて外部レティクルを撮像することによって、光学的に測定することも可能である。また、ＶＡＣ（１４）光軸と、前面ミラー（ｆｒｏｎｔ−ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｉｒｒｏｒ）８の垂直軸との間の角度差を、ＶＡＣで生成されたレティクル（１５）を鏡（８）で反射させ、かつ、反射されたレティクルをフォーカルプレーン式ビデオカメラを用いて撮像することによって、光学的に測定することも可能である。
【００３８】
再び図５を参照すると、ＭＵの３軸ジャイロセンサ（１３）は、ＶＡＣ（１４）を慣性的に安定化する機能と、ＶＡＣ光軸の角度方向（ａｎｇｕｌａｒ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を測定する機能という、二重の機能を実行する。ＭＵの３軸ジャイロセンサ（１３）は、ＶＡＣの向きを表すジャイロデータ（６５）を、システムコントローラ（２）に継続的に報告する。ＶＡＣ光軸を、任意の航空機座標軸に沿った二つの軸において、電子的に操って安定化してもよい。
【００３９】
図５に示すように、ＶＡＣ（１４）内部のフォーカルプレーン式ビデオカメラ１０７からのビデオデータ（６４）は、システムコントローラ（２）内のビデオプロセッサ（１６）に伝送される。ビデオプロセッサ（１６）は、ビデオデータ内のレティクル画像を検出し、画像フレーム内のレティクル位置を使用して、受像されたレティクル（反射されたＭＵレティクルまたは外部生成レティクル）の、ＶＡＣ光軸を基準にした角度方向を決定する。このデータは、システムコントローラ２内のプロセッサ１９に、レティクル位置（６６）として供給される。
【００４０】
システムコントローラ（２）は、また、ジャイロデータを、ＲＵ（３）およびＭＵ（１）の両方から受信する。このデータは、航空機（５）およびＶＡＣ（１４）光軸の両方の位置を決定するために取り込まれる又は統合される（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）。ＲＵ（３）からの機体ジャイロデータ（６７）は、ＲＵジャイロセンサ（３）の、元の位置を基準にした向きを表わす３次元角変換（ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）Ｑｒｕ（４０）を得るために、ＲＵ位置カルキュレータ（１８）によって統合される。同様の方法で、ＭＵジャイロデータ（６５）は、ＭＵジャイロセンサ（１３）の、元の位置を基準にした向きを表わす３次元角変換Ｑｍｕ（３８）を得るために、システムコントローラ２内のＭＵジャイロ位置カルキュレータ（１７）によって統合される。
【００４１】
Ｑｒｕ（４０）およびＱｍｕ（３８）に使用されている記号「Ｑ」は、これらの変換が、３−Ｄ角運動を表すための既知の数学的構成概念である、四元数（Ｑｕａｔｅｎｉｏｎ）として計算されることを示す。その他に、３−Ｄ角運動（変換）を表すための、２つの既知の数学的構成概念として、方向余弦行列（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｃｏｓｉｎｅ  ｍａｔｒｉｘ（ＤＣＭ））および順序付きオイラー角（ｏｒｄｅｒｅｄ  ｅｕｌｅｒｉａｎ  ａｎｇｌｅｓ）｛ヨー、ピッチ、ロール｝がある。３−Ｄ角変換を表現するための３つの既知の方法は、それぞれが計算上の利点と欠点とを有するが、一般に、互換性をもって使用することが可能である。
【００４２】
図５に示すように、ＳＣ（２）内のメインプロセッサ（１９）は、ＨＨＤＵからの入力信号６８、Ｑｍｕ、Ｑｒｕ、およびレティクル位置を制御する。メインプロセッサ１９は、一連の変換計算を使用して、ＭＵ１内のジンバル（１２）に安定化および軸制御信号（２０）を供給し、かつ、ＨＨＤＵ４を経てオペレータに提供される測定結果６９を計算する。Ｑｒｕ（４０）とＱｍｕ（３８）との間の相対的な３−Ｄの向きが、望ましい（指令された）向きと継続的に比較され、かつ、操縦又は方向のかじ取り（ｓｔｅｅｒｉｎｇ：ステアリング）コマンド（２０）が閉ループサーボ機構の中のジンバル（１２）に出力される。（詳細は図１０で示す。）操縦コマンド（２０）は、ジンバル安定化軸を継続的に更新して、ジンバル１２を、航空機（５）を基準にして固定された向きに保持する。航空機（５）が移動する間に、ジンバル（１２）がその移動を追跡するので、航空機５とＶＡＣ（１４）光軸との間の相対的向きが固定される。航空機５とＭＵ１内の光学部品との間の仮想リンクが作成される。ジンバルを安定化させるためのプロセスにつき、以下、詳細に説明する。
【００４３】
上述の差動安定化技術は、ボアサイトシステムによって航空機の動きを抑制することが可能となる。これによって、地球の自転、振動、風圧荷重、機体上に登る人によって引き起こされる運動、海における船上でのデッキの動きなどの、広範な運動擾乱があっても、正確な測定が可能となる。従来の技術では、差動安定化を、ＭＵ１内の３軸ジンバルを使用することによって行って、ＶＡＣ光学部品を安定化させるため、および、光学部品の角度方向（メインプロセッサ（１９）により制御される）をＭＵ１の角度方向（オペレータにより制御される）に依存しないように（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ:デカップリング）するために必要な３自由度を提供していた。本明細書で開示されている改良された手法では、ＭＵ（１）のコストを削減し、かつ、サイズと重量を減らすために、ジンバルの自由度を２軸（ヨーおよびピッチ）のみに制限している。それ故に、投射されたレティクル（１５）は、ＭＵのケースすなわちハウジング（ｃａｓｅ）から分離され、かつ、ヨーおよびピッチについて安定化されるのみであり、そして、オペレータによって、ＭＵ１ケースのケースに与えられる、どのような、制御されていないロール姿勢（ｒｏｌｌ  ａｔｔｉｔｕｄｅ）にも制約される。レティクルは、ＶＡＣ光軸の周囲でロール運動させられるが、この制御されていないロール運動の影響は数学的に補償される。
【００４４】
ＡＢＥシステムは、ビデオプロセッサからのレティクル位置データ（６６）と、Ｑｒｕ（４０）およびＱｍｕ（３８）変換と、システム全体を通しての既知の角度関係に関連する追加の変換とを組み合わせることによって測定値を計算する。これらの測定結果（６９）は、オペレータへ表示して示すためにＨＨＤＵに出力される。ＨＨＤＵ（４）のキーパッドによって、オペレータは、また、システムの設定および操作のための制御入力（６８）を供給することが可能である。以下、図７−１５を参照して、二軸ジンバルを補償し、かつ、測定値を決定するためのプロセスにつき、詳細に説明する。
【００４５】
図７は、ＡＢＥ座標系を示し、また、３Ｄ空間内での単位の大きさのベクトルの直角座標｛Ｘ、Ｙ、Ｚ｝およびオイラー角｛ヨー、ピッチ｝を示している。この情報は、参照の目的で与えたものである。すべての測定は３−Ｄ単位ベクトルとして行われ、複数のベクトル対が組み合わされて３−Ｄ基準フレームを定義する。
【００４６】
図８は、典型的なボアサイト基準ミラー（ＢＲＭ）８を示す。この特定の例は、３０°バーチカル（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）ＢＲＭであり、これは、ミラー２がミラー１から垂直面内で３０°ずれていることを意味している。その他の標準的なタイプのＢＲＭとしては、３０°インバーテッドバーチカル（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ）、３０°ホリゾンタルレフト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｌｅｆｔ）、３０°ホリゾンタルライト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｒｉｇｈｔ）、７．５°バーチカル（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）、７．５°インバーテッドバーチカル（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ）、７．５°ホリゾンタルレフト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｌｅｆｔ）、７．５°ホリゾンタルライト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｒｉｇｈｔ）、９０°ホリゾンタルレフト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｌｅｆｔ）、９０°ホリゾンタルライト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｒｉｇｈｔ）、およびフラット（Ｆｌａｔ）がある。図４Ａに示すＲＵ基準ミラー（１１４および１１５）は、事実上、ＲＵ３に取り付けられた９０°ホリゾンタルレフトＢＲＭであることに注意されたい。図８に示すように、各ＢＲＭミラーは、ミラー表面に垂直なベクトルＭ１、Ｍ２を定義する。フラットＢＲＭは、１枚のミラーを含み、１つのベクトルのみを定義する。その他のすべてのＢＲＭタイプは、２枚のミラーを有し、２つのミラーベクトルが３−Ｄ座標フレームを定義する。慣例上、フラットミラーはミラー１、対応するミラーベクトルはＭ１と呼ばれ、オフセットミラーはミラー２、対応するミラーベクトルはＭ２と呼ばれる。
【００４７】
図９は、ＢＲＭの２つのベクトルからローカル３−Ｄ基準フレーム（ＢＲＭフレーム）が計算されるプロセスを示す。ＢＲＭフレームは、３×３方向余弦行列（ＤＣＭ）によって表される。ＤＣＭは、ベクトルＭ１およびＭ２が測定されるベースフレームの｛Ｘ、Ｙ、Ｚ｝座標によって、ＢＲＭフレームの｛Ｘ’、Ｙ’、およびＺ’｝軸を表すものである。ＤＣＭの行１は、ベースフレームの｛Ｘ、Ｙ、Ｚ｝座標内でＸ’軸を表す。同様に、ＤＣＭの行２はＹ’座標を表し、及びＤＣＭの行３はＺ’座標を表す。
【００４８】
図９（ａ）に示すように、Ｘ’軸をＭ１ベクトル（１０９）とする。Ｍ２ベクトル（１１０）を、名目上はＹ’軸方向に向けてあるが、回転の量は未知であり、かつ任意の角度とすることが可能である。図９（ｂ）で、Ｚ’軸（１１１）は、Ｍ１（１０９）からＭ２（１１０）への正規化ベクトル外積（ｃｒｏｓｓ−ｐｒｏｄｕｃｔ）（相互直交（Ｍｕｔｕａｌ  Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ））として計算される。図９（ｃ）で、Ｚ’軸（１１１）からＸ’軸（１０９）への正規化されたベクトル外積（相互直交）としてＹ’軸を計算することによって、プロセスは完了する。Ｘ’、Ｙ’、およびＺ’軸がわかると、それらが、ベースフレームの座標によってＢＲＭフレームを記述するＤＣＭを形成し得る。ＤＣＭを、既知の数学的方法を使用して、必要に応じて、四元数表現またはオイラー表現のいずれかに変換してもよい。
【００４９】
ジンバルの操縦および安定化処理
図１０は、ジンバル安定化軸の操縦すなわち方向のかじ取りに関連する処理の詳細を示す図である。上述したように、システムコントローラ２は、ジンバル１２のための安定化および軸制御信号２０を生成するプロセッサ１９を含む。図１０において、垂直な各線は、局所的基準フレーム（３次元方位（３Ｄ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ））を表し、矢印は、基準フレーム間の変換を表す。矢印の方向は重要である。ＲＵインタフェースプレート１１３（図２）は、ＲＵ（３）とＡＤＬアダプタ（１１）との間の物理的インタフェースである。このインタフェースは基準フレーム３１である。ＡＤＬ（３２）は、機体（５）の座標系を表し、これは、すべての測定値が最終的に参照されるフレームである。例えばＲＵ（３）が機体（５）を基準にして回転された場合には、ＡＤＬ（３２）とＲＵ取り付けプレート（３１）との間には角度オフセットが生じ得る。この起こりうる回転は、ＱＡｄａｐｔｅｒ（Ｑアダプタ）（４２）によって表している。ＱＭｏｕｎｔ（Ｑマウント）（４１）は、ＲＵ取り付けプレート（３１）を基準にしたＲＵジャイロ（３０）の向きを表している。ＱＡＤＬ（４６）は、ＡＤＬ（３２）座標でのＲＵジャイロフレーム（３０）を表し、式（９２）に記載されているように、ＱＭｏｕｎｔ（４１）とＱａｄａｐｔｅｒ（４２）との組み合わせ（又は結合ともいう）（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ：コンビネーション）として計算される。
【００５０】
ＱＭＵ（３８）およびＱＲＵ（４０）は、ＭＵジャイロ（２７）およびＲＵジャイロ（３０）の、開始位置に対する位置を、それぞれ、表す四元数変換（ｑｕａｎｔｅｒｎｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ）である。開始位置を、統合慣性座標系（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｆｒａｍｅ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＩＦＲ））と称する。ＲＵジャイロのＩＩＦＲ（２９）とＭＵジャイロのＩＩＦＲ（２８）は異なっており、変換ＱＱ（３９）によって分離されている。ＱＱは、システムの起動中に初期推定値に設定され、図１５に関連して説明するＡＤＬ取得プロセスによって定期的に微調整されて、ＲＵジャイロ（３０）とＭＵジャイロ（２７）との間の高精度のアライメントに影響を及ぼす。
【００５１】
光学的基準線（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｌｉｎｅ）、つまりＯＲＬ（２６）は、ＶＡＣ（１４）の光軸である。ＱＯＲＬ変換（３７）は、ＯＲＬ（２６）とＭＵジャイロ（２７）との間の３−Ｄ関係を表す。
【００５２】
名目上のミラーライン（Ｎｏｍｉｎａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｌｉｎｅ（ＮＭＬ））（３３）は、ターゲットミラーの予想位置を表すフレームである。ＱＮＭＬ変換（４３）は、ＡＤＬ（３２）を基準にしたＮＭＬ（３３）の３次元方位を与える。ミラーの位置は、技術的には１つのベクトルのみを定義するが、対象となる他のフレームの後工程での変換処理を可能にするために、ＮＭＬ（３３）は３Ｄフレームでなければならない。そのために、ＱＮＭＬ変換（４３）は、ＮＭＬフレーム（３３）のＸ’軸がミラーベクトルの予想位置にあり、そして、ＮＭＬフレームがＡＤＬ（３２）を基準にしてゼロのロール姿勢にあるように、計算される。
【００５３】
プラットフォーム安定化計算の出力は、Ｑｄｅｌｔａ（Ｑデルタ）変換（４８）である。Ｑｄｅｌｔａは、ＯＲＬ（２６）を基準にしたＮＭＬ（３３）の位置を表わす。言い換えると、この変換を恒等すなわち全く同一（ｉｄｅｎｔｉｔｙ：アイデンティティー（すなわち論理値の“１”））となるまで駆動すると、ＶＡＣ光軸（ＯＲＬ２６）を、対象としているミラー（ＮＭＬ３３）の予想位置に強制的に集束させる。安定化および制御信号（２０）の軸操縦（図５）は、Ｑｄｅｌｔａ（４８）の四元数変換を（ヨー、ピッチ、ロール）オイラー角表現に変換し、次に、ヨーとピッチの項を使用してジンバル（１２）サーボモーターを駆動し、それにより、ＶＡＣ（１４）光軸を予想されるミラー座標に物理的に駆動することによって、実行される。ロールの項は除去できない。その理由は、ＭＵ（１）のサイズと重量を減らすために、ジンバル（１２）は２自由度のみに制限されているからである。したがって、望ましくないロールは、エラー項であり、正確な測定を可能にするためには、いくつかの重要なシステムプロセスでは、以下に説明するように数学的に補償されなければならない。
【００５４】
また、光学探索スキャンや光学的追跡などの機能を実行するためには、ヨーおよびピッチのジンバル駆動信号を、他のオフセット項と組み合わせて、ＶＡＣ（１４）光軸を安定化軸から徐々にそらせる。これらのオフセットを、安定化軸からの過渡的なずれ（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ）として実行するため、上記の基本変換処理には影響を及ぼさない。
【００５５】
縦続きすなわちカスケード状（ｃａｓｃａｄｅｄ）のコンポーネント変換からＱｄｅｌｔａ（４８）を計算するための式（９４）には、項ＱＫ（４７）が含まれている。ＱＫは、ＲＵジャイロ位置（３０）からの、望ましいＭＵジャイロ位置（３５）のオフセットに関する部分積変換である。ＱＫ（４７）は、式（９３）から計算され、この式は項ＱＣＩＬＯＳ（４５）を含む。ＣＩＬＯＳは、ケース・インディケイテッド・ライン・オブ・サイト（Ｃａｓｅ  Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ  Ｌｉｎｅ  Ｏｆ  Ｓｉｇｈｔ）の頭文字を取った頭字語であり、ＱＣＩＬＯＳ（４６）は、ＭＵジャイロの名目上の望ましい位置（３４）を基準にした、ＭＵジャイロの望ましい位置のオフセット（３５）を記述する変換である。このオフセットが発生する可能性がある理由は、以下に説明するステーションファインダ（ｓｔａｔｉｏｎ  ｆｉｎｄｅｒ）やソフトケージ（ｓｏｆｔ  ｃａｇｅ）などの特定のジンバル制御モードでは、ジンバル（１２）が、ＭＵ（１）ケースすなわちハウジングに追従させられ、名目上の望ましい向きから逸らされるからである。ＭＵジャイロ（３４）の望ましい位置は、ＮＭＬ（３３）から、ＱＯＲＬ（４４）だけオフセットされている。ジンバル（１２）がフロートすなわち自由に動き得る（ｆｌｏａｔ）状態にされている場合（通常の測定モード）、ＱＣＩＬＯＳ（４５）は恒等（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）の状態に設定される（式（９７））。
【００５６】
通常の測定モードに加えて、ソフトケージおよびステーションファインダという、２つのその他のジンバル制御モードがある。ソフトケージは、ＭＵ（１）ケースの向きに従うようにジンバル（１２）を駆動するモードであり、それによってＭＵオペレータは、不注意でジンバル（１２）をその停止位置まで駆動することなく、航空機５の周囲でＭＵ１を運び、必要に応じて向きを変えることが可能になる。ソフトケージは、式（９５）に従ったＱＣＩＬＯＳ（４５）を統合（ｉｎｔｅｇｒａｔｅ：インテグレイト）させることにより実行される。ＱＣＩＬＯＳの既存の値は、既存のＱＣＩＬＯＳ変換を増分量だけ回転させることによって更新される。式（９５）内のＱＣＵ項は、ロールがゼロであると仮定して、ヨーおよびピッチリゾルバの読み取り値を四元数形式に変換することによって、ジンバルリゾルバ（角度位置センサ）から導き出される、ＣＩＬＯＳ更新変換である。これは、ＱＣＩＬＯＳ（４５）の既存の値を、ジンバルリゾルバ上の非ゼロの角度によって示されている増分量だけ回転させ、それによって、ジンバルを、ＭＵケース内でのその中央位置（ゼロのリゾルバ位置）に向けて駆動する。式（９５）内のＱｄｅｌｔａ＊項は、ジンバルの望ましくないロールの向きに対する数学的補償であり（＊は四元数の数学的共役を示す）、この項によって、ＱＣＵ更新変換をロールされたフレーム（ｒｏｌｌｅｄ  ｆｒａｍｅ）内で効果的に適用することが可能となる。
【００５７】
図１１は、ＡＢＥシステムで使用されるさまざまなミラータイプのそれぞれについてのＱＮＭＬ（４３）を計算するための関係を示す図である。図１１の左側は、測定ステーションに取り付けられたミラーのための関係を示す。図１０を参照して述べたように、ＡＤＬ（３２）は、航空機座標の基準フレームを表す。ＱＲＳ（１００）は、指定された基準ステーション（ＲＳ）（７３）の、ＡＤＬ（３２）を基準にした向きを記述する四元数変換である。この実行によって、任意のステーションがＡＤＬ（３２）座標内で測定され、次に、他のすべてのステーション測定のための基準（７３）として指定されることが可能となる。ＲＳが指定されていない場合には、ＱＲＳ（１００）は恒等すなわち全く同一（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）であると設定され、ＲＳ（７３）はＡＤＬ（３２）となる。
【００５８】
ＱＮＢＬ（７６）は、名目上のボアサイトライン（Ｎｏｍｉｎａｌ  Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  Ｌｉｎｅ（ＮＢＬ））（７１）座標をＲＳ（７３）によって記述する変換である。ＮＢＬ（７１）は、測定されるステーションの名目上の、または予想される位置であり、各ステーションのセットアップパラメータとして指定される。ＱＷＳＡ（７５）は、最初はＮＢＬ（７１）であると仮定されている、兵器ステーション座標フレームを基準にした、ＢＲＭフレーム（７２）の向きを指定する変換である。ＱＷＳＡ（７５）は、兵器ステーションアダプタ（Ｗｅａｐｏｎ  Ｓｔａｔｉｏｎ  Ａｄａｐｔｅｒ）を意味し、アダプタＢＲＭを、兵器座標を基準にして、回転させるようにする項である。ＱＭｉｒ＿Ｘ（７４）は、ＢＲＭフレーム（７２）を基準にして、ＢＲＭ８ミラー１およびミラー２（図８）のそれぞれの向きを指定する変換である。ＱＮＭＬ（４３）変換は、各ミラーについて、式（１０１）を使用して計算される。
【００５９】
図１１のＱＭｉｒｒ＿Ｘ（７４）項は、図１２に示す方向余弦行列（ＤＣＭ）データ（Ｅｍｉｒ＿Ｘ）の四元数表現である。図１２は、次の標準ＢＲＭの各タイプについて２枚のＢＲＭミラーの向きを定義するＤＣＭデータを示す。フラットミラー（７７）、３０°バーチカルＢＲＭ（７８）、７．５°バーチカルＢＲＭ（７９）、９０°ホリゾンタルレフトＢＲＭ（８０）、７．５°インバーテッドＢＲＭ（８１）、３０°インバーテッドＢＲＭ（８２）、９０°ホリゾンタルライトＢＲＭ（８３）、３０°ホリゾンタルレフトＢＲＭ（８４）、３０°ホリゾンタルライトＢＲＭ（８５）、７．５°ホリゾンタルレフトＢＲＭ（８６）、７．５°ホリゾンタルライトＢＲＭ（８７）。
【００６０】
図１１の右側は、ＲＵ３上の基準ミラー（図２、１１４および１１５）についてのＱＮＭＬ（４３）関係を示す。Ｅｍｉｒｒｏｒ＿Ｓｕｒｖｅｙ＿Ｘ（９９）として示された項は、ＲＵ（３）内にデジタルアライメントデータとして保存されるＤＣＭである。この項は、基準ミラー（図２、１１４および１１５を参照）のそれぞれの向きを、ＲＵインタフェースプレート１１３の基準フレーム（３１）を基準にして指定する。既に説明したように、ＲＵインタフェースプレート１１３は、ＲＵ（３）とＡＤＬアダプタ（１１）との間の物理的インタフェースである。ＡＤＬ（３２）は機体（５）座標系を表し、これは、すべての測定が最終的に参照されるフレームである。ＲＵ（３）が機体（５）を基準にして回転される場合、ＡＤＬ（３２）とＲＵインタフェースプレートとの間には角度オフセットが生じ得る。この起こりうる回転を、ＱＡｄａｐｔｅｒ（４２）によって表している。ＱＮＭＬ（４３）は、ＡＤＬフレーム（３２）内での名目上のミラーライン（ＮＭＬ）（３３）の向きを表す変換である。この項は、式（１０２）を使用して計算される。
【００６１】
ミラーベクトルの計算
図１３は、ミラーベクトルの計算に関連する変換処理を示す図である。これは、最低レベルの測定処理であり、すべてのシステムモードでの、すべてのミラー測定に共通である。ＡＢＥ内での測定処理の階層は、以下のようにまとめられる。
【００６２】
ａ．ミラー測定：ミラーは、ＡＤＬフレーム内の｛Ｘ、Ｙ、Ｚ｝単位ベクトルとして測定され、ここで、ベクトルはミラー面と直角を成し（ミラー面に垂直で）、ベクトルがミラー面から離れるように方向付けられる（図１３に準拠）。
【００６３】
ｂ．ＢＲＭフレームの計算：２つのミラーベクトルを組み合わせて、ミラーフレームを計算し（図９に準拠）、次に（ＢＲＭタイプに従って）回転して、ＢＲＭフレーム（７２）を計算する（フラットミラーモードには適用されない）。
【００６４】
ｃ．兵器ステーションフレームの計算：計算されたＢＲＭフレーム（７２）を、指定されたＱＷＳＡ変換（７５）に従って変換し、続いて、ＡＤＬフレーム内での兵器ステーション測定値を計算する（フラットミラーモードには適用されない）。
【００６５】
結果のフォーマット：測定プロセスの最終段階として、測定値を望ましい表示フォーマットに変換する。このフォーマットは通常、｛ヨー、ピッチ、ロール｝の順序付きオイラー角での表現である。その他のフォーマットを、パーソナリティモジュールによって指定できる。
【００６６】
図１３に示すように、ＡＤＬ（３２）からＯＲＬ（２６）までのカスケード状の（ｃａｓｃａｄｅｄ）一連の変換は、図１０を参照して既に説明したものと同じである。この一連のカスケード（Ｃａｓｃａｄｅｄ）状の変換を、単一の変換ＱＯｐｔ＿Ｂｅａｍ（５７）として表すことが出来、この変換は、ＡＤＬ座標内でのＶＡＣ光学的基準線（ＯＲＬ）の向きを記述している。合成変換ＱＯｐｔ＿Ｂｅａｍ（５７）は、式（１０３）に従って計算される。
【００６７】
ＯＲＬ（２６）を基準にしたステーションミラー（４９）のアライメントを、光学的に測定し、式（１０５）を使用してビデオ測定ベクトル（Ｖｉｄ＿Ｍｅａｓ＿Ｖｅｃ）（５６）として計算する。式（１０５）で、Ｚｖａｃは、ビデオプロセッサ（１６）によって測定されるヨー偏差すなわちヨーによるずれ（Ｙａｗ  ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）であり、Ｙｖａｃは、ピッチ偏差すなわちピッチによるずれ（Ｐｉｔｃｈ  ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）である。これらのオイラー角は、ＤＣＭ形式に変換され、ＤＣＭの最上行（Ｘ軸）はビデオ測定ベクトル（５６）と解釈される。ＡＤＬ（３２）座標内でのステーションミラー（４９）の測定ベクトルであるＶ  Ｍｅａｓ（５８）は、式（１０４）に示すように、光ビーム位置のＤＣＭ表現に、ビデオ測定ベクトルを乗算することによって計算される。
【００６８】
ステーションファインダの動作
図１４は、ステーションファインダモードの実行に使用される変換構造および処理を示す図である。ステーションファインダは、アライメントからはるかに（２．５°を超えて）離れているため通常の光学探索スキャンによっては捕捉されないミラーを、オペレータが検出できるようにするユーティリティである。ステーションファインダは、ジンバル（１２）をソフトケージングすることによって、つまり、ＭＵケースの向きに従うように、動作する。次に、ＭＵオペレータは、ミスアライメントされたミラーにＭＵ１にねらいをつけ、トリガを引いて、その向きを光学探索スキャンの開始位置として指定する。
【００６９】
トリガイベントの前に、ステーションファインダモードは、図１４の上側の線上に示す変換を使用して動作する。ＱＮＭＬを恒等（Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）（８８）に設定することによって、ＮＭＬ（３３ａ）はＡＤＬ（３２）に設定される。図１０を参照して既に説明したように、ＱＯＲＬ（４４）は、ＶＡＣ光学基準線（２６）からのＭＵジャイロ（２７）の固定されたミスアライメントである。したがって、望ましいＭＵジャイロの名目上の位置（３４ａ）は、ＡＤＬ（３２）からわずかにオフセットされたところに固定される。ソフトケージモードの動作、およびオフセット変換ＱＣＩＬＯＳ（４５）の統合については、図１０を参照して既に説明した。ＱＣＩＬＯＳ（４５）は、ＭＵジャイロの、それらがＭＵケース（３５）の動きに追従した位置と、それらの名目上の位置（３４ａ）との間のオフセットを捕捉する。
【００７０】
ステーションファインダのトリガイベントが発生すると、ＱＣＩＬＯＳ（４５）の現在値が探索オフセット（ＱＳｅａｒｃｈＯｆｆｓｅｔ（８９））として記録される。ＱＳｅａｒｃｈＯｆｆｓｅｔ（８９）が記録されると、ＱＮＭＬ（４３）が、式（９１）を使用して計算される。ＱＣＩＬＯＳを恒等（Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）（９０）に設定し、かつ、ＱＮＭＬ（４３）の計算された値を使用することによって、動作は継続される（図１４の下の線）。これは、ステーションファインダトリガによって指定された向きで、ＭＵジャイロ（３５）を使用して測定探索スキャンを開始する効果を有する。
【００７１】
ＡＤＬ取得
図１５は、ＡＤＬ取得に使用される変換構造および処理を示す図である。これらの変換の多くは、図１０および図１３においてすでに説明したものである。ＡＤＬ取得プロセスは、ＲＵ３のＡＤＬ基準ミラー１（１１５）およびミラー２（１１４）を測定し、ＭＵおよびＲＵジャイロ（２７、３０）の間のミスアライメントを計算し、次に補正を適用してジャイロフレームを再アライメントし、それによってジャイロドリフトの影響をゼロにすることを含む。補正は、ＱＱ四元数（３９）を更新することによって適用される。ＱＲＵ（４０）およびＱＭＵ（３８）ジャイロの統合は調整されず、これらの項に累積したいかなるエラーも、新しいＱＱ（３９）の中にそのエラーを反映させることによって補償される。
【００７２】
２つのＡＤＬ取得シーケンスを使用する。標準（ｎｏｒｍａｌ）（フロント（ｆｒｏｎｔ））ＡＤＬ取得では、ＲＵミラーを１−２−１シーケンスで測定する。これに代わるサイド（ａｌｔｅｒｎａｔｅ  ｓｉｄｅ）ＡＤＬ取得では、２−１−２シーケンスを使用する。
【００７３】
両方のシーケンスの処理は同一であり、以下のようにまとめられる。
【００７４】
ａ．ＱＮＭＬ（４３）を、各ＲＵミラー（１１４、１１５）についてＡＤＬ座標（３２）で、計算する。
【００７５】
ｂ．第１のＲＵミラー（１１５）を測定し、測定されたミラーベクトル（ＡＤＬ座標内のＶＭｅａｓ）（５８）を記録する。ＱＲＵ（４０）およびＱＭＵ（３８）のを、各測定時に記録しなければならない。
【００７６】
ｃ．ロールがゼロであると仮定して、測定ベクトル（５８）を、四元数形式［ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ］（６３）に変換する。
【００７７】
ｄ．ＱＡＭＬ四元数（６０）（実際のミラーライン（Ａｃｔｕａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｌｉｎｅ））を、以下に示すように計算される。注：ＱＡＭＬは、名目上のミラー位置を基準にした、測定されたミラー位置であり、測定ベクトル（５８）内の累積したドリフトエラーに等しい。ＱＡＭＬ＝ＱＮＭＬ＊．ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ
ｅ．記録されたＱＭＵ（３８）は、実質的にロール除去され（ｄｅ−ｒｏｌｌｅｄ）、ＱＭＵ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ（６２）を形成する（以下に示す処理の詳細を参照）。
【００７８】
ｆ．ＱＲＵ（４０）の記録された値と、ＱＭＵ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ（６２）の計算された値と、ＱＱｎ＋１（３９）の新しい値とを使用して計算されたミラー測定値が、ＮＭＬ（３３）に等しくなるという制約を設定することによって、ＱＱ（３９）の新しい値（ＱＱｎ＋１）を計算する（式１０７）。言い換えると、ＭＵが実質的にロール除去される場合（６２）、ＱＱ（３９）を調整して、ＯＲＬ（２６）をＮＭＬ（３３）上に集中（ｃｏｎｖｅｒｇｅ：コンバージ）（１０６）させる。
【００７９】
ｇ．ステップｂからｇまでを、各ミラーについて、３ショットシーケンス内で繰り返す。
【００８０】
ｈ．最後の測定に対して精度検査を実行して、測定されたミラー位置が、予想される位置と相互に関連があるか確認する。このテストに失敗する場合には、最後の２つのミラー測定を繰り返す。
【００８１】
ＡＤＬ取得処理の詳細
ＮＭＬ計算
２枚のＲＵミラーについての名目上のミラーライン（３３）を、図１１の右側に示す関係を使用して計算する。ここで、ＥＭｉｒｒｏｒ＿Ｓｕｒｖｅｙ＿Ｘ（１０２）は、ＲＵミラー１（１１５）およびＲＵミラー２（１１４）のそれぞれのミラーサーベイデータを示す。
【００８２】
ＱＮＭＬ＝ＱＡｄａｐｔｅｒ．Ｑ［ＥＭｉｒｒｏｒ＿Ｓｕｒｖｅｙ＿Ｘ］
ＱＭＵＡｙｅの実質的ロール除去：
｛Ｙ，Ｐ，Ｒ｝＝Ｅｕｌｅｒｉａｎ［ＶＭｅａｓ］
ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ＝Ｑｕａｔ［｛Ｙ，Ｐ，０｝］
ＱＭＵ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ＝ＱＱｎ．ＱＲＵ．ＱＡＤＬ＊．ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ．ＱＯＲＬ。
ＱＱｎ＋１の計算
ＱＱｎ＋１の新しい値を、式（１０７）に従って計算する：
ＱＱｎ＋１＝ＱＭＵ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ．ＱＯＲＬ＊．ＱＡＭＬ．ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ＊．ＱＡＤＬ．ＱＲＵ＊
【００８３】
精度検査
精度検査は、さらなる反復が必要かどうかを判定するために使用される。これは、シーケンス内の最後のミラーについて、両方のオイラー角｛ＡＭＬＹａｗ、ＡＭＬＰｉｔｃｈ｝が許容値以内であることを確認することである。この検査に失敗した場合、前の２つのミラーショットが繰り返され（標準ＡＤＬについては２，１；サイドＡＤＬについては１，２）、精度検査が再度適用される。
【００８４】
本明細書で例示および議論した実施形態は、本発明を実施および利用するための、発明者に知られている最良の方法を当業者に教示することのみを意図したものである。本明細書内のいかなる記載も、本発明の範囲を限定するものと見なされてはならない。提示されたすべての実施例は、代表例となるものであり、限定的なものではない。上述の本発明の実施形態は、上記教示内容を考慮することにより当業者に理解されるように、本発明から逸脱することなく変更または変形されることが可能である。したがって、本発明は、特許請求項およびそれらの範囲内で、具体的に行った説明とは異なるように実施されてもよいということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１Ａ】ターゲットボードを採用した、従来の航空機装置アライメントシステムを示す。
【図１Ｂ】ターゲットボードを採用した、従来の航空機装置アライメントシステムを示す。
【図２】ターゲットボードを使用した、従来の航空機装置アライメントシステムを示す。
【図３】望遠鏡をさまざまな位置に取り付けるための、従来の航空機機器アライメント装置を示す。
【図４】本出願の実施形態によるシステムの主要な構成要素のブロック図である。
【図４Ａ】本出願の実施形態によるシステムの主要な構成要素のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態によるシステムの概略図である。
【図６Ａ】オートコリメータを使用してミラーをアライメントする方法を示す。
【図６Ｂ】オートコリメータを使用してミラーをアライメントする方法を示す。
【図７】ＡＢＥ座標系の一例を示す。
【図８】本発明の例示的実施形態によるボアサイト基準ミラーを示す。
【図９Ａ】ミラー座標フレームの一例を示す。
【図９Ｂ】ミラー座標フレームの一例を示す。
【図９Ｃ】ミラー座標フレームの一例を示す。
【図１０】本発明の例示的実施形態によるプラットフォーム安定化変換を示す。
【図１１】本発明の例示的実施形態による、仮りのミラーライン計算のための変換を示す。
【図１２】さまざまなタイプのボアサイト基準ミラーのための例示的な方向余弦行列を示す。
【図１３】本発明の例示的実施形態による例示的なミラー測定ベクトル変換を示す。
【図１４】本発明の例示的実施形態による例示的なステーションファインダ計算を示す。
【図１５】本発明の例示的実施形態による、武装基準線の光学像の取得を実行するための変換を示す。
【図１Ａ】
2007535659.tif 000003
【図１Ｂ】
2007535659.tif 000004
【図２】
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【図３】
2007535659.tif 000006
【図４】
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【図４Ａ】
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【図５】
2007535659.tif 000009
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2007535659.tif 000011
【図７】
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【図８】
2007535659.tif 000013
【図９Ａ】
2007535659.tif 000014
【図９Ｂ】
2007535659.tif 000015
【図９Ｃ】
2007535659.tif 000016
【図１０】
2007535659.tif 000017
【図１１】
2007535659.tif 000018
【図１２】
2007535659.tif 000019
【図１３】
2007535659.tif 000020
【図１４】
2007535659.tif 000021
【図１５】
2007535659.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月12日(2007.9.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準線と、該基準線を基準としてアライメントされる機器との間で、平行および非平行な線を移動させるためのジャイロシステムであって、
実質的に固定型に構成された第１の慣性センサであって、出力信号を発生するように構成された第１の３軸ジャイロセンサと、反射器とを含む当該第１の慣性センサと、
該第１の慣性センサに隣接して配置可能なように、携帯型に構成され、並びに、２本の物理的な軸に制限されたジンバル、ジンバル駆動システム、電磁エネルギービーム発生器、出力信号を生成するように構成された第２の３軸ジャイロセンサ、およびコリメータを含む第２の慣性センサであって、前記コリメータは、前記ビーム発生器により投射されたビームと、前記反射器から反射されたビームとの間の角度を決定し、該決定された角度を示す出力信号を生成するように動作可能である当該第２の慣性センサと、
前記コリメータ、並びに、前記第１および第２の３軸ジャイロセンサによって生成された出力信号を処理し、前記反射器およびビームが、第３の物理的な軸についての補償の計算を行うための固定した向きをとるように、前記ジンバル駆動システムに操縦指令を与えて前記ジンバルを、該ジンバルの２本の物理的な軸に関して動かし、および前記第１および第２の慣性センサの互いに対する相対的な向きを決定するように動作可能な制御回路と、を含むジャイロシステム。
【請求項２】
オペレータ入力を受信し、前記制御回路と通信を行う表示ユニットをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の慣性センサを乗物に取り付けるために、前記第１の慣性センサに結合され、前記第１の慣性センサを、前記基準線からの所定の角度オフセットにおいて保持するように構成されたアダプタをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記制御回路は、前記第１および第２の慣性センサの互いに対する相対的な向きを、前記所定の角度オフセットを考慮に入れて決定するように動作可能である、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記基準線からの所定の角度オフセットにおいて機器に取り付け可能な、第２の反射器をさらに含み、
前記第２の慣性センサは、前記所定の角度を示す出力信号を生成するように構成されているとともに、前記ビーム発生器によって投射されたビームと、前記第２の反射器から反射されたビームとの間の第２の角度を決定して、前記第２の角度を示す出力信号を生成するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御回路は、前記ジャイロ出力信号および前記基準線に相対的な前記ジンバルの位置に関連するデータを使用して、前記基準線を基準にした前記機器の向きを決定するように動作可能である、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
平行および非平行の線を移動させることによって、機器のための基準線を基準にして該機器をアライメントするための方法であって、
前記機器のための基準線を決定するステップと、
前記基準線に関してオフセットして前記機器上の固定型慣性センサをアライメントするステップと、
携帯型慣性センサから、前記固定型慣性センサに結合されたミラーに、電磁ビームを投射して、反射されたビームの角度を検出するステップと、
前記検出された角度と、前記固定型慣性センサおよび前記携帯型慣性センサ内に提供された一組のジャイロセンサのそれぞれからの出力データとを使用して、前記固定型慣性センサを基準にした、前記携帯型慣性センサの相対位置を決定するステップと、
前記検出された角度と前記出力データとを使用して、前記基準線を基準にした前記機器の位置を計算するステップと、
前記機器の位置を基準線座標系（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ）以外の基準座標に変換するステップとを含む方法。
【請求項８】
基準座標系を決定するための方法であって、
ａ）第１の反射面および第２の反射面のそれぞれについて、ベースフレーム（ｂａｓｅ  ｆｒａｍｅ）内で単位ベクトルであって、前記反射面に垂直である当該単位ベクトルを決定するステップと、
ｂ）該単位ベクトルに基づいて基準フレーム（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒａｍｅ）を決定するステップと、
ｃ）前記ベースフレーム内でのステーション測定値を計算するために、前記基準フレームを変換するステップとを含む方法。
【請求項９】
前記ステップｂ）は、
前記単位ベクトルを合成して、ミラーフレーム（ｍｉｒｒｏｒ  ｆｒａｍｅ）を取得するステップと、
前記単位ベクトルを回転させて、前記基準フレームを取得するステップとを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステーション測定値を、選択されたフォーマットに変換するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記フォーマットは、オイラー（Ｅｕｌｅｒｉａｎ）、ＤＣＭ、または四元数（ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ）フォーマットのうちのいずれかである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記基準フレームを方向余弦行列（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｏｓｉｎｅ  ｍａｔｒｉｘ）として表すステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記行列の第１行は、前記第１の反射面についての単位ベクトルであり、前記行列の第３行は、前記第１の反射面についての前記単位ベクトルから、前記第２の反射面についての前記単位ベクトルへの正規化された外積（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  ｃｒｏｓｓ−ｐｒｏｄｕｃｔ）であり、および、前記行列の第２行は、前記第３行から前記第２行への正規化された外積である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
基準サイティング（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｈｔｉｎｇ）のための方法であって、
ａ）基準ミラーについて、ベースフレーム（ｂａｓｅ  ｆｒａｍｅ）内で名目上のミラーライン（ｎｏｍｉｎａｌ  ｍｉｒｒｏｒ  ｌｉｎｅ）を決定するステップと、
ｂ）前記基準ミラーについての第１の測定ベクトルを測定するステップと、
ｃ）前記測定時に、第１のジャイロおよび第２のジャイロの向きを記録するステップと、
ｄ）前記測定ベクトルを四元数形式（ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ  ｆｏｒｍ）に変換するステップと、
ｅ）前記名目上のミラーラインを基準にして、実際のミラーライン（ａｃｔｕａｌ  ｍｉｒｒｏｒ  ｌｉｎｅ）を計算するステップと、
ｆ）前記第２のジャイロの向きを実質的にロール除去（ｄｅ−ｒｏｌｌｉｎｇ）するステップと、
ｇ）光学的基準線（ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｌｉｎｅ）を前記名目上のミラーライン上に集束させるステップとを含む方法。
【請求項１５】
各ミラーについて前記ステップｂ）〜ｆ）を繰り返すステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
測定された位置が、予想された位置と相関関連にあることを確認するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記測定された位置が、前記予想された位置と相関関連にない場合に、前記ミラー測定を繰り返すステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
機器をアライメントするための方法であって、
基準線を基準にして、固定型慣性センサをアライメントするステップと、
電磁ビームを携帯型慣性センサから、前記固定型慣性センサに結合されたミラーに投射して、反射されたビームの角度を検出するステップと、
前記検出された角度と、前記固定型慣性センサ内に設けられた第１のジャイロおよび前記携帯型慣性センサ内に設けられた第２のジャイロからの出力データとを使用して、前記固定型慣性センサを基準にした、前記携帯型慣性センサの相対位置を決定するステップと、
前記電磁ビームを生成するための回路を保持する、２軸ジンバルを備えたプラットフォームを制御して、前記プラットフォームの向きを２軸に関して定めるステップと、
第３の軸に関しての前記プラットフォームの動きの補償を決定するステップと、
前記検出された角度と、前記出力データとを使用して、前記基準線を基準にした前記機器の位置を計算するステップとを含む方法。
【請求項１９】
固定型慣性センサを、前記機器に、前記基準線から所定の角度オフセットさせて取り付けるステップと、
前記固定型および携帯型の慣性センサの互いに対する相対的な向きを、前記所定の角度オフセットを考慮に入れて決定するステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
オペレータからのトリガ信号を受信するステップと、
前記携帯型慣性センサの向きを、光学的探索（ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｅａｒｃｈ）のための開始位置として使用するステップとをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】ボアサイティング装置用ジャイロシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、おおむね、２本の構造線、２本の仮想線、または１本の構造線と１本の仮想線の、相対的な向きを使用して機器のアライメントを行うシステムに関する。本発明は、さらに、基準線を光学的に取得し、平行または非平行な線を移動させて、基準線を基準にした機器の向きを決定するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機や宇宙船などの乗物に搭載された、センサ、銃、カメラ、アンテナなどの装置を制御するためには、装置の照準器又は視準器（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ：ボアサイト）を、乗物の基準軸を基準にしてアライメント（ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）させることが重要である。兵器または航法ステーションを、さまざまな航空機上の武装基準線（Ａｒｍａｍｅｎｔ  Ｄａｔｕｍ  Ｌｉｎｅ（ＡＤＬ）：アーマメントデータムライン）とアライメントされた状態にするための、多数の方法が存在する。ＡＤＬは、航空機の中心線を定義するが、回転（ｒｏｌｌ：ロール）基準も提供するため、単なる線以上のものである。宇宙船および航空機を含むアライメントアプリケーションのためにＡＤＬを参照するが、本方法および装置は、構造または仮想基準線を基準にした任意の機器のアライメントを含む、特に、石油掘削、土木工学、建築、および医療アプリケーションにおいても有用である。
【０００３】
航空機のＡＤＬを使用した１つのアライメント方法は、図１Ａおよび図１Ｂに示すように、２つのブラケットまたはアダプタ（２２０および２２２）を、ＡＤＬ（２２６）に沿った、それぞれ２箇所において、航空機（２２４）に取り付ける作業に用いられる。さらに、航空機上の各ステーション（ｓｔａｔｉｏｎ）は、独自のアダプタ（図示せず）を使用して装着される。次に、望遠鏡（２２８）は、先頭または前部端（２２２）のブラケット内に取り付けられ、後尾または後部端のブラケットとアライメントするために使用される。図２を参照して説明すると、ターゲットボード（ｔａｒｇｅｔ  ｂｏａｒｄ）（２３０）が望遠鏡（２２８）から正確な距離のところに置かれる。ターゲットボードは、望遠鏡からのレティクル（ｒｅｔｉｃｌｅ：十字線）２３２が、ターゲットボード上のＡＤＬフィデューシャル（ｆｉｄｕｃｉａｌ：参照点）（２３６）に重なるようにアライメントされる。その後、望遠鏡はステーションアダプタからステーションアダプタに移され、その間に、各ステーションがターゲットボード上の専用のフィデューシャル（２３６）とボアサイティングすなわち照準又は視準される。望遠鏡とターゲットボードの使用は、平行線の移動によるステーションのアライメントに限定される。
【０００４】
第２のアライメント方法では、「クリスマスツリー」と称するアダプタ（２４０）が航空機に取り付けられ（図３を参照）、ＡＤＬにアライメントされる。各ステーションをアライメントさせるために、追加のアダプタ（図示せず）も各ステーション上に設けられ、かつ、望遠鏡（２４４）がツリーの周囲のさまざまな点（２４２、２４６、および２４８）に配置される。航空機上のすべてのステーションに対応するために、このツリーは必然的に大きくて厄介なものとなる。この方法のアライメントも、やはり、平行線の移動に限定される。
【０００５】
照準合わせにより一列に整列（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ：ボアサイトアライメント）させるためのこれらの方法は、双方とも、最終的な精度が著しく制限されるという、手順上のおよび装置上の問題を有する。これらの制限の一部には、次の事項が含まれる。間違った読み取りを行う視覚系（視差）を持った人間の目による、適当なアライメントへの依存。ターゲットボードの、隔離位置だけでなく、縦揺れ（ｐｉｔｃｈ：ピッチ）、偏揺れ（ｙａｗ：ヨー）、および横揺れ（ｒｏｌｌ：ロール）状態における正確な位置決め。有限焦点距離のレティクルの、基準としての使用。駐機場でのアライメント中に、風およびその他の要因による、ターゲットボードの移動。クリスマスツリーの反りまたはたわみ。そして、その他の制限の中でも特に、航空機自体の移動。
【０００６】
精度以外にも、これらの方法を望ましくないものとさせるその他の２つの要因があり、それは、補助装置のサイズと重量、およびステーションのアライメントを完了するために必要な時間である。例えば、ターゲットボードの取り付け台（２５２）（図２）は、高さ１０フィート（３．０４８メートル）、重量は約５００ポンド（２２７キログラム）である。ターゲットボードを使用した航空機のアライメント手順では、前輪への重量を軽減するために、６００ポンド（２７２キログラム）ジャッキを使用して航空機の前部を上昇させる必要がある。ステーションアダプタは、それ自体の重量が、通常、２５〜３５ポンド（１１．４〜１５．９キログラム）であり、使いづらいものである。アパッチヘリコプターのためのアライメント手順には、通常、ヘッドアップディスプレイ用の「クリスマスツリー」アライメントアダプタを取り付けるために、風防を取り外すことが含まれる。
【０００７】
上述の２通りのボアサイティング方法では、基準軸を取得する光学部品を使用している。ジャイロスコープを使用して、ある機器を、別の機器を基準にしてアライメントさせる、多数のボアサイティングシステムが存在する（特許文献１〜４参照）。例えば、特許文献１（ハント（Ｈｕｎｔ）ら）には、航空機上に取り付けられた機器の軸を回転させるための、慣性サイティングシステム（ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｓｉｇｈｔｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ）が開示されている。この開示されたシステムは、一対のジャイロスコープと、やはり一対のジャイロスコープを含むハンドヘルドサイティング機器とを含んでいる。双方のジャイロスコープの組は、最初は、航空機に取り付けられた機器上の各ジャイロスコープのスピン軸が、ハンドヘルド機器上のジャイロスコープのうち、対応するもののスピン軸とアライメントするように、自由に動かないようにされ（ｃａｇｅｄ：ケージされ）、２つの機器間の任意の基準システムを確立している。サイティング機器上でジャイロスコープが自由に動けるようにされる（ｕｎｃａｇｅｄ：アンケージされる）と、銃の向きのコマンド信号を生成するために、データがハンドヘルド機器から継続的に供給される。
【０００８】
特許文献２（ゲイツ（Ｇａｔｅｓ））には、武装基準線（ａｒｍａｍｅｎｔ  ｄａｔａ  ｌｉｎｅ）を基準にして航空機上に取り付けられた、２つのジャイロスコープを有するマスタセンサユニットを含む、ジャイロを利用したボアサイトアライメントシステム（ｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃ  ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）が開示されている。このシステムもまた、装置上に取り付けられた、１つのジャイロスコープを有するリモートセンサユニットを含んでいる。この装置のミスアライメントは、ＡＤＬとの平行関係を基準にした、航空機および装置の軸の角速度を比較することによって決定される。
【０００９】
特許文献３（ジョンストン（Ｊｏｈｎｓｔｏｎ））には、乗物上に取り付けられたナビゲータを含む、電子アジマス伝達システム（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ａｚｉｍｕｔｈ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ）が開示されている。ナビゲータに結合されたリモートセンサは、ナビゲータと同様に、北を基準にして自らをアライメントさせる。その後、リモートセンサは、銃またはその他の装置に移され、北を基準にした装置アライメントを指示する。
【００１０】
上述の参照した特許で説明したような、ジャイロを利用した従来のアライメントシステムには、いくつかの理由で不利な点を有している。それらは、基準線つまりＡＤＬを基準にした、平行線のみの移動に動作が限定されている。さらに、ジョンストンおよびゲイツ特許のいずれのシステムも、３軸検出を行うものではない。その結果、これらのシステムの精度は、マスタおよびスレーブ慣性センサ上のジャイロスコープが互に対してどのような向きに定められるかによって、制限される。特に、ハンドヘルドセンサが１つのジャイロのスピン軸の周囲で間違って回転させられた場合には、このジャイロは運動を感知しない。したがって、他の２本の軸は、ダブルジャイロユニットの軸とアライメントされなくなる。これは、機器によって生成される情報に「クロスカップリング」エラーを発生させる。
【００１１】
上述の従来技術の欠点は、「Ｇｙｒｏｓｃｏｐｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔｉｎｇ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｂｙ  Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ａｃｑｕｉｒｉｎｇ  ａｎｄ  Ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ  Ｐａｒａｌｌｅｌ  ａｎｄ  Ｎｏｎｐａｒａｌｌｅｌ  Ｌｉｎｅｓ」と題した特許文献４（この参照により本明細書の開示に含まれる）に記載されたシステムによって解決されている。’特許文献４に記載されたシステムは、より高度な技術のボアサイティングシステムであり、一般に、他のボアサイティング技術よりも優れている。
【特許文献１】米国特許第４，０１２，９８９号明細書
【特許文献２】米国特許第３，７３１，５４３号明細書
【特許文献３】米国特許第３，９３０，３１７号明細書
【特許文献４】米国特許第５，４３８，４０４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献４に記載されたシステムには、いくつかの制限がある。それらの制限は、特許文献４のシステムが３軸慣性安定化に依存するという事実に関連している。その結果、特許文献４のボアサイト慣性ユニットは、物理的に大きくて重く、そのため使用を困難にしている。大きな重量と物理的サイズは、ユニットのハウジングが、３自由度（ヨー、ピッチ、およびロール）を有するジンバルを完全に囲むだけの十分な物理的な大きさを有する必要があるということに、直接的に起因している。もう１つの制限は、高精度なジンバル構成要素が非常に高価であるという点にある。３自由度を有する必要があることによって、ジンバルは、システムのコストを大幅に増加させている。
【００１２】
したがって、ジャイロを利用したボアサイティングシステムの、以下、測定ユニットと称するボアサイト慣性ユニットのコストと物理的サイズを減少させることが可能な、より進歩したボアサイティングシステムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一つの例示的実施形態では、機器をアライメントするための方法が提供される。この方法は、固定型慣性センサを、基準線を基準にして、アライメントすることを含む。電磁ビームを、携帯型慣性センサから、固定型慣性センサに結合されたミラーに投射して、反射されたビームの角度を検出する。検出された角度と、固定型慣性センサ内に設けられた第１の３軸ジャイロセンサおよび携帯型慣性センサ内に設けられた第２の３軸ジャイロセンサからの出力データとを使用して、固定型慣性センサを基準にした、携帯型慣性センサの相対位置を決定する。電磁ビームを生成する回路を保持している、２軸ジンバルを備えたプラットフォームを、このプラットフォームの向きを２軸に関して定めるために制御する。第３の軸に関してのプラットフォームの動きの補償を決定する。検出された角度と、出力データとを使用して、基準線を基準にした機器の位置を計算する。
【００１４】
本発明の他の実施形態では、基準の照準合わせすなわち基準サイティング（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｈｔｉｎｇ）のための方法が提供される。この方法は、それぞれの基準ミラーについて、基本となる視野範囲すなわちベースフレーム（ｂａｓｅ  ｆｒａｍｅ）内で名目上すなわち仮りの、ミラーライン（ｎｏｍｉｎａｌ  ｍｉｒｒｏｒ  ｌｉｎｅ）を決定することを含む。第１の測定ベクトルを、第１の基準ミラーについて測定する。この測定時に、第１のジャイロセンサおよび第２のジャイロセンサの向きを決定する。測定ベクトルは、四元数形式（ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ  ｆｏｒｍ：クォータニオンフォーム）に変換する。実際のミラーライン（ａｃｔｕａｌ  ｍｉｒｒｏｒ  ｌｉｎｅ）を、名目上のミラーラインを基準にして計算する。第２のジャイロセンサの向きは、実質的にローリングが除去（ｄｅ−ｒｏｌｌｅｄ）される。光学的基準線（ｏｐｔｉｃａｌ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｌｉｎｅ）を、名目上のミラーライン上に集束（ｃｏｎｖｅｒｇｅ：コンバージ）させる。
【００１５】
本発明のさらに他の実施形態では、基準座標系（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ）を決定するための方法が提供される。この方法は、第１および第２の反射面のそれぞれについて、ベースフレーム内で単位ベクトルを決定することを含み、ここで、単位ベクトルは反射面に垂直である。基準となる視野範囲すなわち基準フレーム（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｆｒａｍｅ）を、単位ベクトルに基づいて決定する。この基準フレームを変換して、ベースフレーム内でのステーション測定のための計算を行う。
【００１６】
本発明のさらに他の実施形態では、平行および非平行な線を移動させることによって、機器のための基準線を基準にして機器をアライメントするための方法が提供される。この方法は、機器のための基準線を決定することを含む。基準線に関してオフセットして機器上の固定型慣性センサをアライメントする。電磁ビームを、携帯型慣性センサから、固定型慣性センサに結合されたミラーに投射して、反射されたビームの角度を検出する。検出された角度と、固定型慣性センサおよび携帯型慣性センサ内に設けられたジャイロスコープの対のそれぞれからの出力データとを使用して、固定型慣性センサを基準にした、携帯型慣性センサの相対位置を決定する。携帯型慣性センサを、機器を基準にしてアライメントする。基準線を基準にした機器の位置を、検出された角度と出力データとを使用して計算する。機器の位置を基準線座標系以外の基準座標に変換する。
【００１７】
本発明のさらに他の実施形態では、基準線と、基準線を基準にしてアライメントされる機器との間で、平行および非平行な線を移動させるためのジャイロシステムが提供される。このシステムは、実質的に固定されているように構成された第１の慣性センサを含み、第１の慣性センサは、出力信号を生成するように構成された第１の３軸ジャイロセンサと、反射器とを含む。第２の慣性センサは、第１の慣性センサに隣接して配置可能となるように、携帯型に構成され、そして、２本の物理軸に制限されたジンバルと、ジンバル駆動システムと、電磁エネルギービーム発生器と、出力信号を生成するように構成された第２の３軸ジャイロセンサと、コリメータとを含む。このコリメータは、ビーム発生器により投射されたビームと、反射器から反射されたビームとの間の角度を決定し、決定された角度を表す出力信号を生成するように動作可能である。制御回路は、コリメータと、第１および第２の３軸ジャイロセンサとによって生成されたそれぞれの出力信号を処理し、反射器およびビームが、第３の物理的な軸についての補償の計算を行うための固定した向きをとるように、ジンバル駆動システムに操縦指令を与えてジンバルを、ジンバルの２本の物理的な軸に関して動かし、および第１および第２の慣性センサの互いに対する相対的な向きを決定するように動作可能である。
【００１８】
好ましい実施形態の、さらなる目的と利点、および構造と機能は、以下の説明、図面、および実施例を考慮することにより明らかとなるであろう。
【００１９】
本発明の、上述した、およびその他の特徴および利点は、添付図面に例示された本発明の好ましい実施形態の、以下のより詳細な説明から明らかとなるであろう。図面において、同様の参照番号は、一般に、同様の要素、機能的に類似した要素、および／または構造的に類似した要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態につき詳細に説明する。実施形態の説明においては、説明を明確にするために特定の用語を用いる。ただし、本発明は、そのように選択された特定の用語に限定されることを意図するものではない。特定の例示的実施形態について述べるが、これは単なる説明として行われることを理解されたい。関連技術の熟練者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、他の構成要素および構成を使用することが可能であることを理解するであろう。本明細書に記載されるすべての参考文献は、それぞれ個別に組み入れられた場合と同じように、本明細書の開示に含まれる。
【００２１】
本発明の実施形態は、２本の構造線の、２本の仮想線の、または、１本の構造線および１本の仮想線の、相対的な向き（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ：オリエンテーション）に関する情報を必要とする任意の機器上でのアライメントに使用されるように設計されているが、本発明の例示的実施形態を、説明の目的のために、航空機兵器とセンサステーションとのアライメントに関連して説明する。航空機上のステーションの、ボアサイトの向きの誤差を、航空機中心線または武装基準線（ａｒｍａｍｅｎｔ  ｄａｔｕｍ  ｌｉｎｅ（ＡＤＬ））を基準にした、ステーションの向きを試験して検出することにより、測定する。ＡＤＬは、各航空機の機体に製造時に取り付けられる物理的構造物としての、すなわち堅固な（ｈａｒｄ）基準点の組（ｓｅｔ：セット）である。ＡＤＬとさまざまなステーションとの間のミスアライメントは、対象の航空機のＡＤＬを光学的に取得しすなわち捕捉（ａｃｑｕｉｒｅ）し、次に、この捕らえた線を兵器またはセンサステーションにまで移動させることによって確認される。個々のステーションの向きを光学的に取得し、望ましい向きからのオフセットを決定し、このオフセットを、オペレータ画面上で対処する。次に、ステーションを、より進化させたボアサイト電子技術（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ：アドバンスト・ボアサイト・エレクトロニクス）（ＡＢＥ）を使用して、アライメントの状態にするとともに、再検査することが可能である。ＡＢＥについてはより詳細に以下に説明する。ステーションの正しいアライメントは、ＡＤＬと平行である必要はない。
【００２２】
図４及び４Ａに本発明の例示的実施形態によるシステムを構成しているさまざまな構成要素を示す。第１の慣性センサとしての基準ユニット（ＲＵ）（３）は、３つのリングレーザージャイロ（ＲＬＧｓ）および関連するマイクロコントローラ電子回路等を収容する。ＲＵは、インタフェースプレート（１１３）を具える。インタフェースプレート（１１３）は、航空機マスタデータ基準にインタフェースするための、一般にＡＤＬと呼ばれる高精度なハード−ポイントマウント（ｈａｒｄ−ｐｏｉｎｔ  ｍｏｕｎｔ）である。ＲＵは、ＲＵの向きを取得するためのパーマネントミラーを内蔵している。このミラー（反射器とも称する。）は、本明細書において０度ミラーおよび９０度ミラーとそれぞれ称せられる、２つの垂直な反射面（１１４、１１５）を有する。ミラー（１１４および１１５）はＡＤＬ取得のための高精度な光学的基準として供し、ＡＤＬ取得のプロセスによって、システムは測定ユニット（ＭＵ）（１）とＲＵ（３）との間の高精度なアライメントを確立する。このＡＤＬ取得については、以下さらに詳細に説明する。ＲＵ（３）は、その電力とインタフェース制御データ（ｃｏｎｔｒｏｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を、インタフェースケーブルを通してシステムコントローラ（ＳＣ）から受け取る。ＲＵ（３）は、航空機ＡＤＬに取り付けられ、ＡＤＬの向きを決定する。
【００２３】
第２の慣性センサとしてのＭＵ（１）は、携帯型のハンドヘルド測定機器である。これは、ビデオオートコリメータ（ＶＡＣ）（１４）と、ジンバル駆動システムと、一体型の３軸ジャイロセンサ（１３）と、関連するジャイロおよびマイクロコントローラ電子回路等とからなるペイロードを有する、二軸安定化ジンバル（１２）を含む。ＶＡＣ（１４）は、測定用光学部品と、電磁エネルギービーム発生器としても用いられるレティクル投射／レティクル結像サブシステムとして機能する。ＭＵ（１）は、その電力とインタフェース制御データを、システムコントローラインタフェースケーブルから受け取る。ジンバル構造、コリメータ、およびセルフテストの局所的な制御は、一体型のＭＵコントローラによって提供される。ＭＵ（１）はアライメント技師によって手持ちされ、アライメント技師は、ＭＵ（１）をＡＤＬからさまざまなステーションまで運ぶ。
【００２４】
ハンドヘルドデータユニット（ＨＨＤＵ）（４）は、アライメント技師にオペレータ情報を提供し、ＡＢＥシステムへのオペレータ入力を行うことを可能にする。システムコマンドは、ＨＨＤＵキーパッドを経由して入力される。ＨＨＤＵディスプレイは、現在の動作モード、測定結果、および一般的なシステムステータス（ｓｔａｔｕｓ：状態）を表示する。
【００２５】
システムコントローラ（２）は、ＡＢＥシステムのための、コマンドおよび制御の主要ポイントである。システムコントローラ（２）は、システム制御プロセッサと、ＭＵ（１）、ＲＵ（３），およびＨＨＤＵ（４）へのインタフェースとに加えて、電源装置、および配電システムも含む。システムコントローラは、パーソナリティモジュールを収容することも可能である。
【００２６】
ボアサイト基準ミラー（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｍｉｒｒｏｒ（ＢＲＭ））（８）は、さまざまなステーション上でボアサイト測定を実行するために必要とされる反射面を提供する。多数のバージョンによって、所望の精度のさまざまなセット（組）内で、ピッチ、ヨー、およびロールの状況の取得が可能になる。ＢＲＭについては、図８を参照して後述する。
【００２７】
図５は、概略的に示した航空機にインタフェースされたＡＢＥシステムを示す概略図である。航空機は、構造的機体（５）、およびさまざまなタイプの兵器／センサステーション（７、９、１０）を含む。機体（５）は、剛体であると仮定されており、風圧荷重、船体運動、または航空機上に登る人によって引き起こされる運動などの、外部運動による擾乱（６）を受ける可能性がある。
【００２８】
照準合わせを行なう（すなわちボアサイトアプリケーション）際に、ＲＵ（３）を、高精度ＡＤＬアダプタ（１１）によって機体（５）にインタフェースする。ＡＤＬアダプタ（１１）は、ＲＵ（３）を、機体（５）の座標系を基準にして固定された向きに、保持する。この固定された向きは、この座標系からオフセットしてもよい。ＲＵ（３）は、機体（５）が慣性空間を移動する間、機体（５）を追跡する機能を実行する。ＲＵ（３）は、航空機の動きを表すジャイロデータ（６７）を、システムコントローラ（２）に継続的に報告する。
【００２９】
すべての測定は、基準サイティング（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  ｓｉｇｈｔｉｎｇ）（２１）、つまり「ＡＤＬ取得（ＡＤＬ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）」測定から開始する。このプロセスは、システム自体のゼロ基準をシステムに測定させることによって、累積したジャイロドリフトを効果的にゼロにする。ＡＤＬ取得方法のより詳細な例については、図５を参照して後述する。ゼロ基準は、ＲＵ（３）に一体化された分割面ミラー（７０）によって示される。分割面（ｓｐｌｉｔ−ｐｌａｎｅ  ｍｉｒｒｏｒ：スプリット・プレーンミラー）（７０）（図５に概略的に示す）は、ＡＤＬ基準ミラー１（１１５）およびＡＤＬ基準ミラー２（１１４）として図４Ａ又は図８に示す２枚のミラーによって、物理的に実装される。
【００３０】
アライメント技師は、ＭＵ（１）を、ＲＵ（３）の付近に配置する。ＨＨＤＵ（４）を介したオペレータ要求があり次第、ＭＵコントローラは、ジンバルに、らせん状探索パターンを実行するよう指令する。これによって、ＲＵ（３）上のボアサイティングミラー(分割面ミラーとも称する。)（７０）から反射されたビームが捕捉されるまで、ＭＵのＶＡＣ（１４）からの平行光線を、らせん走査させる。このらせん走査を、また、ＭＵ（１）を保持しているアライメント技師がＭＵ（１）上のトリガをキー入力することによって開始させるようにしてもよい。トリガ手段は、ＨＨＤＵ（４）上の、例えば「Ｅｎｔｅｒ」キーなどの、開始キーと並列にある。これによって、ＭＵ（１）のオペレータは、第２のオペレータによるＨＨＤＵ（４）からのデータ入力を要求することなしに、測定機能をより直接的に制御することが可能となる。
【００３１】
らせん状のスキャン中に、ＶＡＣ（１４）からのレティクルが識別されると、つまり、平行光線がミラー（７０）から反射され、ＶＡＣ（１４）内のＣＣＤアレイまたはその他のセンサ上に導かれると、反射されたレティクルの、このアレイ内の中央ピクセルまでのオフセット量から、オリエンテーション（向きの）オフセットが、計算される。この中央ピクセルは、ＶＡＣの組み立て中に決定され、システムコントローラにパラメータとして提供される。
【００３２】
ＡＤＬ取得プロセスが完了すると、システムは、ステーション測定の待機状態となる。さまざまなタイプのアダプタおよびセンサを、測定を行うためにステーション上に取り付けることもできる。非光学的兵器／センサステーション（７）、ＩＲ／可視センサステーション（９）、およびアクティブセンサステーション（１０）という、３つの異なるタイプのセンサを機体（５）上に搭載出来る。非光学的兵器／センサステーション（７）の測定は、ステーション（７）にＢＲＭを取り付け、ミラーのアライメントを測定することによって、行うことが出来る。ＩＲまたは可視光学部品を含むセンサ（ＩＲ／可視センサステーション）（９）のアライメントの測定は、基準レティクルビーム（１５）をセンサ光学部品へ直接投射し、かつ、センサのゼロ基準と投射されたレティクルとの間にミスアライメントがあれば、センサ（９）を使用して報告することによって、行うことが出来る。アクティブ基準（１０）を生成する、つまり言い換えれば、基準レティクルを生成するステーションの測定は、ステーションから投射される基準レティクルを、ＶＡＣ光学部品（１４）を使用して構造（１０）に直接結像し、反射されたレティクルの測定時に使用されたのと同様の方法で測定値を計算することによって、行うことが出来る。
【００３３】
一例として、非光学的兵器ステーション（７）をアライメントするとする。ボアサイトミラー（８）を、アライメントされるべき第１のステーション（７）に結合されたアダプタ内に搭載する。ＡＤＬを基準としたこのステーションの向きに、所望のオフセットがある場合には、ピッチ、ヨー、およびロールのオフセットがＨＨＤＵ（４）内に入力される。例えば、兵器ステーションを航空機上に搭載して、照準又は視準の線（ｌｉｎｅ  ｏｆ  ｓｉｇｈｔ）をＡＤＬに対して、高いレベルに、または垂直にすることが出来る。このオフセットによって、ＭＵ（１）のジンバルをその新しい向きに回転させ、その後、この新しい向きを維持する。第３の軸を基準にしたオフセットについては、以下、詳細に説明するように、数学的に補償する。このようにして、非平行な名目上のボアサイトライン（ｎｏｍｉｎａｌ  ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  ｌｉｎｅ（ＮＢＬ））を、取得されたＡＤＬから移すことが出来る。望ましいステーションの向きが一旦設定されると、ジンバル（１２）は、ボアサイトミラー（８）を取得すなわち照準するように指令される。ジンバル（１２）の新しい向きを、らせん探索（ｓｅａｒｃｈ  ｓｐｉｒａｌ）の中心として使用する。再び、この捕捉を、軸上のミラーと軸上でないミラーとの両方で、ピッチおよびヨーだけでなく、ロールの向きについても実行することが出来る。ただし、その他のミラーすなわち、ロールの向きが無関係な、銃などの、ステーション上に１つのミラー面のみを有するミラーを使用することも出来る。照準が合わされたら、ステーションの実際の向きが、ＡＤＬを基準にして、または場合によっては、望ましい向きを基準にして与えられる。その結果は、ＨＨＤＵ（４）のオペレータ画面上に、ピッチ、ロール、およびヨーのオフセット角度によって表示される。
【００３４】
ステーションが仮想アライメントを含む場合には、ＶＡＣ平行光線（１５）の捕捉は必要とされない。ＶＡＣからの平行光線（１５）を基準として使用して、ステーションへ投射するか、または、上述のアクティブ基準ステーション（１０）の場合のように、試験中のステーションがそれ自体のレティクルをＶＡＣへ投射することが可能である。ヘッドアップディスプレイのアライメントの場合には、技師がコックピット内に座り、もう１人の技師がＭＵを、風防を通してコックピット内の技師に向ける。コックピット内の技師は、目の焦点合わせの働きによって、平行光線のレティクル画像を実際に見ることができる。次いで、コックピット内の技師は、ＶＡＣレティクルビーム（１５）を、ＨＵＤの基準レティクルとアライメントさせる。赤外線（ＩＲ）センサの場合には、ＭＵ（１）は、平行光線（１５）と平行なＩＲビームを生成する。このビームをセンサ光学部品に向けて、センサを平行光線（１５）とアライメントさせる。
【００３５】
図６は、ミラー（８）の向きを測定するための、ＶＡＣ（１４）の使用に関する、追加の詳細な説明をするための図である。図６Ａでは、ミラー（８）は、ＶＡＣ（１４）の光軸と直接アライメントされている。ＶＡＣ（１４）の内部では、可視光源（１０８）が、光軸に沿って投射される可視レティクル（１５）を生成する。投射されたレティクル（１５）は、ミラー（８）に当たって直接反射され、光軸と直接アライメントされるＶＡＣ（１４）に入射する。フォーカルプレーン式ＣＣＤビデオカメラ（１０７）上に形成されるレティクル画像は、図６Ａの右側に示すように、中心に形成されている。これは、ミラー（８）が、ＶＡＣ（１４）の光軸とアライメントされていることを示す。
【００３６】
図６Ｂでは、ミラー（８）はＶＡＣ（１４）の光軸とミスアライメントされている。投射されたレティクル（１５）は、ミラー（８）に入射し、ミラーのミスアライメントの２倍に等しい角度で反射され、光軸とミスアライメントされてＶＡＣ（１４）に入射する。フォーカルプレーン式ＣＣＤビデオカメラ（１０７）上に形成されるレティクル画像は、図６Ｂの右側に示すように、ＶＡＣ光軸を基準にしたミラー（８）の角度ミスアライメントに比例した量だけオフセットしている。画像フレーム内のレティクルミスアライメントの量を検出することによって、ＶＡＣ光軸からの、ヨーおよびピッチでの、ミラー（８）の角度アライメントを計算することが可能である。このプロセスは、上述のＡＤＬ取得プロセスの間に、オフセットを決定するためにも使用されてもよい。
【００３７】
上述のように、ＶＡＣ（１４）は、測定用光学部品を具えていて、レティクル投射／レティクル結像サブシステムとして機能する。ＶＡＣ（１４）は、ＩＲまたは可視レティクル（１５）を、ＩＲまたは可視センサステーション（７、９）の光学部品に投射することが可能である。また、ＶＡＣ（１４）光軸と、外部で生成されたレティクルの軸との間の角度差を、フォーカルプレーン式ビデオカメラを用いて外部レティクルを撮像することによって、光学的に測定することも可能である。また、ＶＡＣ（１４）光軸と、前面ミラー（ｆｒｏｎｔ−ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｉｒｒｏｒ）（８）の垂直軸との間の角度差を、ＶＡＣで生成されたレティクル（１５）を鏡（８）で反射させ、かつ、反射されたレティクルをフォーカルプレーン式ビデオカメラを用いて撮像することによって、光学的に測定することも可能である。
【００３８】
再び図５を参照すると、ＭＵの３軸ジャイロセンサ（１３）は、ＶＡＣ（１４）を慣性的に安定化する機能と、ＶＡＣ光軸の角度方向（ａｎｇｕｌａｒ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を測定する機能という、二重の機能を実行する。ＭＵの３軸ジャイロセンサ（１３）は、ＶＡＣの向きを表すジャイロデータ（６５）を、システムコントローラ（２）に継続的に報告する。ＶＡＣ光軸を、任意の航空機座標軸に沿った二つの軸において、電子的に操って安定化してもよい。
【００３９】
図５に示すように、ＶＡＣ（１４）内部のフォーカルプレーン式ビデオカメラ（１０７）からのビデオデータ（６４）は、システムコントローラ（２）内のビデオプロセッサ（１６）に伝送される。ビデオプロセッサ（１６）は、ビデオデータ内のレティクル画像を検出し、画像フレーム内のレティクル位置を使用して、受像されたレティクル（反射されたＭＵレティクルまたは外部生成レティクル）の、ＶＡＣ光軸を基準にした角度方向を決定する。このデータは、システムコントローラ（２）内のプロセッサ（１９）に、レティクル位置（６６）として供給される。
【００４０】
システムコントローラ（２）は、また、ジャイロデータを、ＲＵ（３）およびＭＵ（１）の両方から受信する。このデータは、航空機（５）およびＶＡＣ（１４）光軸の両方の位置を決定するために取り込まれる又は統合される（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ）。ＲＵ（３）からの機体ジャイロデータ（６７）は、ＲＵジャイロセンサ（３）の、元の位置を基準にした向きを表わす３次元角変換（ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）ＱＲＵ（４０）を得るために、ＲＵ位置カルキュレータ（１８）によって統合される。同様の方法で、ＭＵジャイロデータ（６５）は、ＭＵジャイロセンサ（１３）の、元の位置を基準にした向きを表わす３次元角変換ＱＭＵ（３８）を得るために、システムコントローラ（２）内のＭＵジャイロ位置カルキュレータ（１７）によって統合される。
【００４１】
ＱＲＵ（４０）およびＱＭＵ（３８）に使用されている記号「Ｑ」は、これらの変換が、３Ｄ角運動を表すための既知の数学的構成概念である、四元数（Ｑｕａｔｅｎｉｏｎ）として計算されることを示す。その他に、３Ｄ角運動（変換）を表すための、２つの既知の数学的構成概念として、方向余弦行列（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｃｏｓｉｎｅ  ｍａｔｒｉｘ（ＤＣＭ））および順序付きオイラー角（ｏｒｄｅｒｅｄ  ｅｕｌｅｒｉａｎ  ａｎｇｌｅｓ）｛ヨー、ピッチ、ロール｝がある。３Ｄ角変換を表現するための３つの既知の方法は、それぞれが計算上の利点と欠点とを有するが、一般に、互換性をもって使用することが可能である。
【００４２】
図５に示すように、ＳＣ（２）内のメインプロセッサ（１９）は、ＨＨＤＵからの入力信号（６８）、ＱＭＵ（３８）、ＱＲＵ（４０）、およびレティクル位置を制御する。メインプロセッサ（１９）は、一連の変換計算を使用して、ＭＵ（１）内のジンバル（１２）に安定化および軸制御信号（２０）を供給し、かつ、ＨＨＤＵ（４）を経てオペレータに提供される測定結果（６９）を計算する。ＱＲＵ（４０）とＱＭＵ（３８）との間の相対的な３Ｄの向きが、望ましい（指令された）向きと継続的に比較され、かつ、操縦又は方向のかじ取り（ｓｔｅｅｒｉｎｇ：ステアリング）コマンド（２０）が閉ループサーボ機構の中のジンバル（１２）に出力される。（詳細は図１０で示す。）操縦コマンド（２０）は、ジンバル安定化軸を継続的に更新して、ジンバル（１２）を、航空機（５）を基準にして固定された向きに保持する。航空機（５）が移動する間に、ジンバル（１２）がその移動を追跡するので、航空機（５）とＶＡＣ（１４）光軸との間の相対的向きが固定される。航空機（５）とＭＵ（１）内の光学部品との間の仮想リンクが作成される。ジンバルを安定化させるためのプロセスにつき、以下、詳細に説明する。
【００４３】
上述の差動安定化技術は、ボアサイトシステムによって航空機の動きを抑制することが可能となる。これによって、地球の自転、振動、風圧荷重、機体上に登る人によって引き起こされる運動、海における船上でのデッキの動きなどの、広範な運動擾乱があっても、正確な測定が可能となる。従来の技術では、差動安定化を、ＭＵ（１）内の３軸ジンバルを使用することによって行って、ＶＡＣ光学部品を安定化させるため、および、光学部品の角度方向（メインプロセッサ（１９）により制御される）をＭＵ（１）の角度方向（オペレータにより制御される）に依存しないように（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ:デカップリング）するために必要な３自由度を提供していた。本明細書で開示されている改良された手法では、ＭＵ（１）のコストを削減し、かつ、サイズと重量を減らすために、ジンバルの自由度を２軸（ヨーおよびピッチ）のみに制限している。それ故に、投射されたレティクル（１５）は、ＭＵのケースすなわちハウジング（ｃａｓｅ）から分離され、かつ、ヨーおよびピッチについて安定化されるのみであり、そして、オペレータによって、ＭＵ（１）のケースに与えられる、どのような、制御されていないロール姿勢（ｒｏｌｌ  ａｔｔｉｔｕｄｅ）にも制約される。レティクルは、ＶＡＣ光軸の周囲でロール運動させられるが、この制御されていないロール運動の影響は数学的に補償される。
【００４４】
ＡＢＥシステムは、ビデオプロセッサからのレティクル位置データ（６６）と、ＱＲＵ（４０）およびＱＭＵ（３８）変換と、システム全体を通しての既知の角度関係に関連する追加の変換とを組み合わせることによって測定値を計算する。これらの測定結果（６９）は、オペレータへ表示して示すためにＨＨＤＵに出力される。ＨＨＤＵ（４）のキーパッドによって、オペレータは、また、システムの設定および操作のための制御入力（６８）を供給することが可能である。以下、図７−１５を参照して、二軸ジンバルを補償し、かつ、測定値を決定するためのプロセスにつき、詳細に説明する。
【００４５】
図７は、ＡＢＥ座標系を示し、また、３Ｄ空間内での単位の大きさのベクトルの直角座標｛Ｘ、Ｙ、Ｚ｝およびオイラー角｛ヨー、ピッチ｝を示している。この情報は、参照の目的で与えたものである。すべての測定は３Ｄ単位ベクトルとして行われ、複数のベクトル対が組み合わされて３Ｄ基準フレームを定義する。
【００４６】
図８は、典型的なボアサイト基準ミラー（ＢＲＭ）（８）を示す。この特定の例は、３０°バーチカル（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）ＢＲＭであり、これは、ミラー２がミラー１から垂直面内で３０°ずれていることを意味している。その他の標準的なタイプのＢＲＭとしては、３０°インバーテッドバーチカル（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ）、３０°ホリゾンタルレフト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｌｅｆｔ）、３０°ホリゾンタルライト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｒｉｇｈｔ）、７．５°バーチカル（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）、７．５°インバーテッドバーチカル（Ｉｎｖｅｒｔｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ）、７．５°ホリゾンタルレフト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｌｅｆｔ）、７．５°ホリゾンタルライト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｒｉｇｈｔ）、９０°ホリゾンタルレフト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｌｅｆｔ）、９０°ホリゾンタルライト（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  Ｒｉｇｈｔ）、およびフラット（Ｆｌａｔ）がある。図４Ａに示すＲＵ基準ミラー（１１４および１１５）は、事実上、ＲＵ（３）に取り付けられた９０°ホリゾンタルレフトＢＲＭであることに注意されたい。図８に示すように、各ＢＲＭミラーは、ミラー表面に垂直なベクトルＭ１、Ｍ２を定義する。フラットＢＲＭは、１枚のミラーを含み、１つのベクトルのみを定義する。その他のすべてのＢＲＭタイプは、２枚のミラーを有し、２つのミラーベクトルが３Ｄ座標フレームを定義する。慣例上、フラットミラーはミラー１、対応するミラーベクトルはＭ１と呼ばれ、オフセットミラーはミラー２、対応するミラーベクトルはＭ２と呼ばれる。
【００４７】
図９は、ＢＲＭの２つのベクトルからローカル３Ｄ基準フレーム（ＢＲＭフレーム）が計算されるプロセスを示す。ＢＲＭフレームは、３×３方向余弦行列（ＤＣＭ）によって表される。ＤＣＭは、ベクトルＭ１およびＭ２が測定されるベースフレームの｛Ｘ、Ｙ、Ｚ｝座標によって、ＢＲＭフレームの｛Ｘ’、Ｙ’、Ｚ’｝軸を表すものである。ＤＣＭの行１は、ベースフレームの｛Ｘ、Ｙ、Ｚ｝座標内でＸ’軸を表す。同様に、ＤＣＭの行２はＹ’座標を表し、及びＤＣＭの行３はＺ’座標を表す。
【００４８】
図９Ａに示すように、Ｘ’軸をＭ１ベクトル（１０９）とする。Ｍ２ベクトル（１１０）を、名目上はＹ’軸方向に向けてあるが、回転の量は未知であり、かつ任意の角度とすることが可能である。図９Ｂで、Ｚ’軸（１１１）は、Ｍ１（１０９）からＭ２（１１０）への正規化ベクトル外積（ｃｒｏｓｓ−ｐｒｏｄｕｃｔ）（相互直交（Ｍｕｔｕａｌ  Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ））として計算される。図９Ｃで、Ｚ’軸（１１１）からＸ’軸（１０９）への正規化されたベクトル外積（相互直交）としてＹ’軸を計算することによって、プロセスは完了する。Ｘ’、Ｙ’、およびＺ’軸がわかると、それらが、ベースフレームの座標によってＢＲＭフレームを記述するＤＣＭを形成し得る。ＤＣＭを、既知の数学的方法を使用して、必要に応じて、四元数表現またはオイラー表現のいずれかに変換してもよい。
【００４９】
ジンバルの操縦および安定化処理
図１０は、ジンバル安定化軸の操縦すなわち方向のかじ取りに関連する処理の詳細を示す図である。上述したように、システムコントローラ（２）は、ジンバル（１２）のための安定化および軸制御信号（２０）を生成するプロセッサ（１９）を含む。図１０において、垂直な各線は、局所的基準フレーム（３次元方位（３Ｄ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ））を表し、矢印は、基準フレーム間の変換を表す。矢印の方向は重要である。ＲＵインタフェースプレート（１１３）（図４Ａ）は、ＲＵ（３）とＡＤＬアダプタ（１１）との間の物理的インタフェースである。このインタフェースは基準フレーム（３１）である。ＡＤＬ（３２）は、機体（５）の座標系を表し、これは、すべての測定値が最終的に参照されるフレームである。例えばＲＵ（３）が機体（５）を基準にして回転された場合には、ＡＤＬ（３２）とＲＵ取り付けプレート（３１）との間には角度オフセットが生じ得る。この起こりうる回転は、ＱＡｄａｐｔｅｒ（Ｑアダプタ）（４２）によって表している。ＱＭｏｕｎｔ（Ｑマウント）（４１）は、ＲＵ取り付けプレート（３１）を基準にしたＲＵジャイロ（３０）の向きを表している。ＱＡＤＬ（４６）は、ＡＤＬ（３２）座標でのＲＵジャイロフレーム（３０）を表し、式（９２）に記載されているように、ＱＭｏｕｎｔ（４１）とＱａｄａｐｔｅｒ（４２）との組み合わせ（又は結合ともいう）（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｓ：コンビネーション）として計算される。
【００５０】
ＱＭＵ（３８）およびＱＲＵ（４０）は、ＭＵジャイロ（２７）およびＲＵジャイロ（３０）の、開始位置に対する位置を、それぞれ、表す四元数変換（ｑｕａｎｔｅｒｎｉｏｎ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍｓ）である。開始位置を、統合慣性座標系（Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ  Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｆｒａｍｅ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ（ＩＩＦＲ））と称する。ＲＵジャイロのＩＩＦＲ（２９）とＭＵジャイロのＩＩＦＲ（２８）は異なっており、変換ＱＱ（３９）によって分離されている。ＱＱは、システムの起動中に初期推定値に設定され、図１５に関連して説明するＡＤＬ取得プロセスによって定期的に微調整されて、ＲＵジャイロ（３０）とＭＵジャイロ（２７）との間の高精度のアライメントに影響を及ぼす。
【００５１】
光学的基準線（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ  Ｌｉｎｅ）、つまりＯＲＬ（２６）は、ＶＡＣ（１４）の光軸である。ＱＯＲＬ変換（３７）は、ＯＲＬ（２６）とＭＵジャイロ（２７）との間の３Ｄ関係を表す。
【００５２】
名目上のミラーライン（Ｎｏｍｉｎａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｌｉｎｅ（ＮＭＬ））（３３）は、ターゲットミラーの予想位置を表すフレームである。ＱＮＭＬ変換（４３）は、ＡＤＬ（３２）を基準にしたＮＭＬ（３３）の３次元方位を与える。ミラーの位置は、技術的には１つのベクトルのみを定義するが、対象となる他のフレームの後工程での変換処理を可能にするために、ＮＭＬ（３３）は３Ｄフレームでなければならない。そのために、ＱＮＭＬ変換（４３）は、ＮＭＬフレーム（３３）のＸ’軸がミラーベクトルの予想位置にあり、そして、ＮＭＬフレームがＡＤＬ（３２）を基準にしてゼロのロール姿勢にあるように、計算される。
【００５３】
プラットフォーム安定化計算の出力は、Ｑｄｅｌｔａ（Ｑデルタ）変換（４８）である。Ｑｄｅｌｔａは、ＯＲＬ（２６）を基準にしたＮＭＬ（３３）の位置を表わす。言い換えると、この変換を恒等すなわち全く同一（ｉｄｅｎｔｉｔｙ：アイデンティティー（すなわち論理値の“１”））となるまで駆動すると、ＶＡＣ光軸（ＯＲＬ２６）を、対象としているミラー（ＮＭＬ）（３３）の予想位置に強制的に集束させる。安定化および制御信号（２０）の軸操縦（図５）は、Ｑｄｅｌｔａ（４８）の四元数変換を（ヨー、ピッチ、ロール）オイラー角表現に変換し、次に、ヨーとピッチの項を使用してジンバル（１２）のサーボモーターを駆動し、それにより、ＶＡＣ（１４）光軸を予想されるミラー座標に物理的に駆動することによって、実行される。ロールの項は除去できない。その理由は、ＭＵ（１）のサイズと重量を減らすために、ジンバル（１２）は２自由度のみに制限されているからである。したがって、望ましくないロールは、エラー項であり、正確な測定を可能にするためには、いくつかの重要なシステムプロセスでは、以下に説明するように数学的に補償されなければならない。
【００５４】
また、光学探索スキャンや光学的追跡などの機能を実行するためには、ヨーおよびピッチのジンバル駆動信号を、他のオフセット項と組み合わせて、ＶＡＣ（１４）光軸を安定化軸から徐々にそらせる。これらのオフセットを、安定化軸からの過渡的なずれ（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  ｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ）として実行するため、上記の基本変換処理には影響を及ぼさない。
【００５５】
縦続きすなわちカスケード状（ｃａｓｃａｄｅｄ）のコンポーネント変換からＱｄｅｌｔａ（４８）を計算するための式（９４）には、項ＱＫ（４７）が含まれている。ＱＫは、ＲＵジャイロ位置（３０）からの、望ましいＭＵジャイロ位置（３５）のオフセットに関する部分積変換である。ＱＫ（４７）は、式（９３）から計算され、この式は項ＱＣＩＬＯＳ（４５）を含む。ＱＣＩＬＯＳ（４６）は、ＭＵジャイロの名目上の望ましい位置（３４）を基準にした、ＭＵジャイロの望ましい位置のオフセット（３５）を記述する変換である。このオフセットが発生する可能性がある理由は、以下に説明するステーションファインダ（ｓｔａｔｉｏｎ  ｆｉｎｄｅｒ）やソフトケージ（ｓｏｆｔ  ｃａｇｅ）などの特定のジンバル制御モードでは、ジンバル（１２）が、ＭＵ（１）ケースすなわちハウジングに追従させられ、名目上の望ましい向きから逸らされるからである。ＭＵジャイロ（３４）の望ましい位置は、ＮＭＬ（３３）から、ＱＯＲＬ（４４）だけオフセットされている。ジンバル（１２）がフロートすなわち自由に動き得る（ｆｌｏａｔ）状態にされている場合（通常の測定モード）、ＱＣＩＬＯＳ（４５）は恒等（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）の状態に設定される（式（９７））。
【００５６】
通常の測定モードに加えて、ソフトケージおよびステーションファインダという、２つのその他のジンバル制御モードがある。ソフトケージは、ＭＵ（１）ケースの向きに従うようにジンバル（１２）を駆動するモードであり、それによってＭＵオペレータは、不注意でジンバル（１２）をその停止位置まで駆動することなく、航空機（５）の周囲でＭＵ（１）を運び、必要に応じて向きを変えることが可能になる。ソフトケージは、式（９５）に従ったＱＣＩＬＯＳ（４５）を統合（ｉｎｔｅｇｒａｔｅ：インテグレイト）させることにより実行される。ＱＣＩＬＯＳの既存の値は、既存のＱＣＩＬＯＳ変換を増分量だけ回転させることによって更新される。式（９５）内のＱｃｕ項は、ロールがゼロであると仮定して、ヨーおよびピッチリゾルバの読み取り値を四元数形式に変換することによって、ジンバルリゾルバ（角度位置センサ）から導き出される、ＣＩＬＯＳ更新変換である。これは、ＱＣＩＬＯＳ（４５）の既存の値を、ジンバルリゾルバ上の非ゼロの角度によって示されている増分量だけ回転させ、それによって、ジンバルを、ＭＵケース内でのその中央位置（ゼロのリゾルバ位置）に向けて駆動する。式（９５）内のＱｄｅｌｔａ＊項は、ジンバルの望ましくないロールの向きに対する数学的補償であり（＊は四元数の数学的共役を示す）、この項によって、Ｑｃｕ更新変換をロールされたフレーム（ｒｏｌｌｅｄ  ｆｒａｍｅ）内で効果的に適用することが可能となる。
【００５７】
図１１は、ＡＢＥシステムで使用されるさまざまなミラータイプのそれぞれについてのＱＮＭＬ（４３）を計算するための関係を示す図である。図１１の左側は、測定ステーションに取り付けられたミラーのための関係を示す。図１０を参照して述べたように、ＡＤＬ（３２）は、航空機座標の基準フレームを表す。ＱＲＳ（１００）は、指定された基準ステーション（ＲＳ）（７３）の、ＡＤＬ（３２）を基準にした向きを記述する四元数変換である。この実行によって、任意のステーションがＡＤＬ（３２）座標内で測定され、次に、他のすべてのステーション測定のための基準（７３）として指定されることが可能となる。ＲＳが指定されていない場合には、ＱＲＳ（１００）は恒等すなわち全く同一（ｉｄｅｎｔｉｔｙ）であると設定され、ＲＳ（７３）はＡＤＬ（３２）となる。
【００５８】
ＱＮＢＬ（７６）は、名目上のボアサイトライン（Ｎｏｍｉｎａｌ  Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ  Ｌｉｎｅ（ＮＢＬ））（７１）座標をＲＳ（７３）によって記述する変換である。ＮＢＬ（７１）は、測定されるステーションの名目上の、または予想される位置であり、各ステーションのセットアップパラメータとして指定される。ＱＷＳＡ（７５）は、最初はＮＢＬ（７１）であると仮定されている、兵器ステーション座標フレームを基準にした、ＢＲＭフレーム（７２）の向きを指定する変換である。ＱＷＳＡ（７５）は、兵器ステーションアダプタ（Ｗｅａｐｏｎ  Ｓｔａｔｉｏｎ  Ａｄａｐｔｅｒ）を意味し、アダプタＢＲＭを、兵器座標を基準にして、回転させるようにする項である。ＱＭｉｒ＿Ｘ（７４）は、ＢＲＭフレーム（７２）を基準にして、ＢＲＭ８ミラー１およびミラー２（図８）のそれぞれの向きを指定する変換である。ＱＮＭＬ（４３）変換は、各ミラーについて、式（１０１）を使用して計算される。
【００５９】
図１１のＱＭｉｒｒ＿Ｘ（７４）項は、図１２に示す方向余弦行列（ＤＣＭ）データ（Ｅｍｉｒ＿Ｘ）の四元数表現である。図１２は、次の標準ＢＲＭの各タイプについて２枚のＢＲＭミラーの向きを定義するＤＣＭデータを示す。フラットミラー（７７）、３０°バーチカルＢＲＭ（７８）、７．５°バーチカルＢＲＭ（７９）、９０°ホリゾンタルレフトＢＲＭ（８０）、７．５°インバーテッドＢＲＭ、３０°インバーテッドＢＲＭ、９０°ホリゾンタルライトＢＲＭ、３０°ホリゾンタルレフトＢＲＭ、３０°ホリゾンタルライトＢＲＭ、７．５°ホリゾンタルレフトＢＲＭ、７．５°ホリゾンタルライトＢＲＭ。
【００６０】
図１１の右側は、ＲＵ（３）上の基準ミラー（図４Ａ、１１４および１１５）についてのＱＮＭＬ（４３）関係を示す。Ｅｍｉｒｒｏｒ＿Ｓｕｒｖｅｙ＿Ｘ（９９）として示された項は、ＲＵ（３）内にデジタルアライメントデータとして保存されるＤＣＭである。この項は、基準ミラー（図４Ａ、１１４および１１５を参照）のそれぞれの向きを、ＲＵインタフェースプレート（１１３）の基準フレーム（３１）を基準にして指定する。既に説明したように、ＲＵインタフェースプレート（１１３）は、ＲＵ（３）とＡＤＬアダプタ（１１）との間の物理的インタフェースである。ＡＤＬ（３２）は機体（５）座標系を表し、これは、すべての測定が最終的に参照されるフレームである。ＲＵ（３）が機体（５）を基準にして回転される場合、ＡＤＬ（３２）とＲＵインタフェースプレートとの間には角度オフセットが生じ得る。この起こりうる回転を、ＱＡｄａｐｔｅｒ（４２）によって表している。ＱＮＭＬ（４３）は、ＡＤＬフレーム（３２）内での名目上のミラーライン（ＮＭＬ）（３３）の向きを表す変換である。この項は、式（１０２）を使用して計算される。
【００６１】
ミラーベクトルの計算
図１３は、ミラーベクトルの計算に関連する変換処理を示す図である。これは、最低レベルの測定処理であり、すべてのシステムモードでの、すべてのミラー測定に共通である。ＡＢＥ内での測定処理の階層は、以下のようにまとめられる。
【００６２】
ａ．ミラー測定：ミラーは、ＡＤＬフレーム内の｛Ｘ、Ｙ、Ｚ｝単位ベクトルとして測定され、ここで、ベクトルはミラー面と直角を成し（ミラー面に垂直で）、ベクトルがミラー面から離れるように方向付けられる（図１３に準拠）。
【００６３】
ｂ．ＢＲＭフレームの計算：２つのミラーベクトルを組み合わせて、ミラーフレームを計算し（図９に準拠）、次に（ＢＲＭタイプに従って）回転して、ＢＲＭフレーム（７２）を計算する（フラットミラーモードには適用されない）。
【００６４】
ｃ．兵器ステーションフレームの計算：計算されたＢＲＭフレーム（７２）を、指定されたＱＷＳＡ変換（７５）に従って変換し、続いて、ＡＤＬフレーム内での兵器ステーション測定値を計算する（フラットミラーモードには適用されない）。
【００６５】
結果のフォーマット：測定プロセスの最終段階として、測定値を望ましい表示フォーマットに変換する。このフォーマットは通常、｛ヨー、ピッチ、ロール｝の順序付きオイラー角での表現である。その他のフォーマットを、パーソナリティモジュールによって指定できる。
【００６６】
図１３に示すように、ＡＤＬ（３２）からＯＲＬ（２６）までのカスケード状の（ｃａｓｃａｄｅｄ）一連の変換は、図１０を参照して既に説明したものと同じである。この一連のカスケード（Ｃａｓｃａｄｅｄ）状の変換を、単一の変換ＱＯｐｔ＿Ｂｅａｍ（５７）として表すことが出来、この変換は、ＡＤＬ座標内でのＶＡＣ光学的基準線（ＯＲＬ）の向きを記述している。合成変換ＱＯｐｔ＿Ｂｅａｍ（５７）は、式（１０３）に従って計算される。
【００６７】
ＯＲＬ（２６）を基準にしたステーションミラー（４９）のアライメントを、光学的に測定し、式（１０５）を使用してビデオ測定ベクトル（Ｖｉｄ＿Ｍｅａｓ＿Ｖｅｃ）（５６）として計算する。式（１０５）で、Ｚｖａｃは、ビデオプロセッサ（１６）によって測定されるヨー偏差すなわちヨーによるずれ（Ｙａｗ  ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）であり、Ｙｖａｃは、ピッチ偏差すなわちピッチによるずれ（Ｐｉｔｃｈ  ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）である。これらのオイラー角は、ＤＣＭ形式に変換され、ＤＣＭの最上行（Ｘ軸）はビデオ測定ベクトル（５６）と解釈される。ＡＤＬ（３２）座標内でのステーションミラー（４９）の測定ベクトルであるＶ  Ｍｅａｓ（５８）は、式（１０４）に示すように、光ビーム位置のＤＣＭ表現に、ビデオ測定ベクトルを乗算することによって計算される。
【００６８】
ステーションファインダの動作
図１４は、ステーションファインダモードの実行に使用される変換構造および処理を示す図である。ステーションファインダは、アライメントからはるかに（２．５°を超えて）離れているため通常の光学探索スキャンによっては捕捉されないミラーを、オペレータが検出できるようにするユーティリティである。ステーションファインダは、ジンバル（１２）をソフトケージングすることによって、つまり、ＭＵケースの向きに従うように、動作する。次に、ＭＵオペレータは、ミスアライメントされたミラーにＭＵ（１）のねらいをつけ、トリガを引いて、その向きを光学探索スキャンの開始位置として指定する。
【００６９】
トリガイベントの前に、ステーションファインダモードは、図１４の上側の線上に示す変換を使用して動作する。ＱＮＭＬを恒等（Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）（８８）に設定することによって、ＮＭＬ（３３ａ）はＡＤＬ（３２）に設定される。図１０を参照して既に説明したように、ＱＯＲＬ（４４）は、ＶＡＣ光学基準線（２６）からのＭＵジャイロ（２７）の固定されたミスアライメントである。したがって、望ましいＭＵジャイロの名目上の位置（３４ａ）は、ＡＤＬ（３２）からわずかにオフセットされたところに固定される。ソフトケージモードの動作、およびオフセット変換ＱＣＩＬＯＳ（４５）の統合については、図１０を参照して既に説明した。ＱＣＩＬＯＳ（４５）は、ＭＵジャイロの、それらがＭＵケース（３５）の動きに追従した位置と、それらの名目上の位置（３４ａ）との間のオフセットを捕捉する。
【００７０】
ステーションファインダのトリガイベントが発生すると、ＱＣＩＬＯＳ（４５）の現在値が探索オフセット（ＱＳｅａｒｃｈＯｆｆｓｅｔ（８９））として記録される。ＱＳｅａｒｃｈＯｆｆｓｅｔ（８９）が記録されると、ＱＮＭＬ（４３）が、式（９１）を使用して計算される。ＱＣＩＬＯＳを恒等（Ｉｄｅｎｔｉｔｙ）（９０）に設定し、かつ、ＱＮＭＬ（４３）の計算された値を使用することによって、動作は継続される（図１４の下の線）。これは、ステーションファインダトリガによって指定された向きで、ＭＵジャイロ（３５）を使用して測定探索スキャンを開始する効果を有する。
【００７１】
ＡＤＬ取得
図１５は、ＡＤＬ取得に使用される変換構造および処理を示す図である。これらの変換の多くは、図１０および図１３においてすでに説明したものである。ＡＤＬ取得プロセスは、ＲＵ（３）のＡＤＬ基準ミラー１（１１５）およびミラー２（１１４）を測定し、ＭＵおよびＲＵジャイロ（２７、３０）の間のミスアライメントを計算し、次に補正を適用してジャイロフレームを再アライメントし、それによってジャイロドリフトの影響をゼロにすることを含む。補正は、ＱＱ四元数（３９）を更新することによって適用される。ＱＲＵ（４０）およびＱＭＵ（３８）ジャイロの統合は調整されず、これらの項に累積したいかなるエラーも、新しいＱＱ（３９）の中にそのエラーを反映させることによって補償される。
【００７２】
２つのＡＤＬ取得シーケンスを使用する。標準（ｎｏｒｍａｌ）（フロント（ｆｒｏｎｔ））ＡＤＬ取得では、ＲＵミラーを１−２−１シーケンスで測定する。これに代わるサイド（ａｌｔｅｒｎａｔｅ  ｓｉｄｅ）ＡＤＬ取得では、２−１−２シーケンスを使用する。
【００７３】
両方のシーケンスの処理は同一であり、以下のようにまとめられる。
【００７４】
ａ．ＱＮＭＬ（４３）を、各ＲＵミラー（１１４、１１５）についてＡＤＬ座標（３２）で、計算する。
【００７５】
ｂ．第１のＲＵミラー（１１５）を測定し、測定されたミラーベクトル（ＡＤＬ座標内のＶＭｅａｓ）（５８）を記録する。ＱＲＵ（４０）およびＱＭＵ（３８）の値を、各測定時に記録しなければならない。
【００７６】
ｃ．ロールがゼロであると仮定して、測定ベクトル（５８）を、四元数形式［ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ］（６３）に変換する。
【００７７】
ｄ．ＱＡＭＬ四元数（６０）（実際のミラーライン（Ａｃｔｕａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｌｉｎｅ））は、以下に示すように計算される。注：ＱＡＭＬは、名目上のミラー位置を基準にした、測定されたミラー位置であり、測定ベクトル（５８）内の累積したドリフトエラーに等しい。ＱＡＭＬ＝ＱＮＭＬ＊．ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ
ｅ．記録されたＱＭＵ（３８）は、実質的にロール除去され（ｄｅ−ｒｏｌｌｅｄ）、ＱＭＵ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ（６２）を形成する（以下に示す処理の詳細を参照）。
【００７８】
ｆ．ＱＲＵ（４０）の記録された値と、ＱＭＵ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ（６２）の計算された値と、ＱＱｎ＋１（３９）の新しい値とを使用して計算されたミラー測定値が、ＮＭＬ（３３）に等しくなるという制約を設定することによって、ＱＱ（３９）の新しい値（ＱＱｎ＋１）を計算する（式１０７）。言い換えると、ＭＵが実質的にロール除去される場合（６２）、ＱＱ（３９）を調整して、ＯＲＬ（２６）をＮＭＬ（３３）上に集中（ｃｏｎｖｅｒｇｅ：コンバージ）（１０６）させる。
【００７９】
ｇ．ステップｂからｆまでを、各ミラーについて、３ショットシーケンス内で繰り返す。
【００８０】
ｈ．最後の測定に対して精度検査を実行して、測定されたミラー位置が、予想される位置と相互に関連があるか確認する。このテストに失敗する場合には、最後の２つのミラー測定を繰り返す。
【００８１】
ＡＤＬ取得処理の詳細
ＮＭＬ計算
２枚のＲＵミラーについての名目上のミラーライン（３３）を、図１１の右側に示す関係を使用して計算する。ここで、ＥＭｉｒｒｏｒ＿Ｓｕｒｖｅｙ＿Ｘ（１０２）は、ＲＵミラー１（１１５）およびＲＵミラー２（１１４）のそれぞれのミラーサーベイデータを示す。
【００８２】
ＱＮＭＬ＝ＱＡｄａｐｔｅｒ．Ｑ［ＥＭｉｒｒｏｒ＿Ｓｕｒｖｅｙ＿Ｘ］
ＱＭＵＡｖｅの実質的ロール除去：
｛Ｙ，Ｐ，Ｒ｝＝Ｅｕｌｅｒｉａｎ［ＶＭｅａｓ］
ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ＝Ｑｕａｔ［｛Ｙ，Ｐ，０｝］
ＱＭＵ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ＝ＱＱｎ．ＱＲＵ．ＱＡＤＬ＊．ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ．ＱＯＲＬ
ＱＱｎ＋１の計算
ＱＱｎ＋１の新しい値を、式（１０７）に従って計算する：
ＱＱｎ＋１＝ＱＭＵ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ．ＱＯＲＬ＊．ＱＡＭＬ．ＱＭｅａｓ＿Ｚｅｒｏ＿Ｒｏｌｌ＊．ＱＡＤＬ．ＱＲＵ＊
【００８３】
精度検査
精度検査は、さらなる反復が必要かどうかを判定するために使用される。これは、シーケンス内の最後のミラーについて、両方のオイラー角｛ＡＭＬＹａｗ、ＡＭＬＰｉｔｃｈ｝が許容値以内であることを確認することである。この検査に失敗した場合、前の２つのミラーショットが繰り返され（標準ＡＤＬについては２，１；サイドＡＤＬについては１，２）、精度検査が再度適用される。
【００８４】
本明細書で例示および議論した実施形態は、本発明を実施および利用するための、発明者に知られている最良の方法を当業者に教示することのみを意図したものである。本明細書内のいかなる記載も、本発明の範囲を限定するものと見なされてはならない。提示されたすべての実施例は、代表例となるものであり、限定的なものではない。上述の本発明の実施形態は、上記教示内容を考慮することにより当業者に理解されるように、本発明から逸脱することなく変更または変形されることが可能である。したがって、本発明は、特許請求項およびそれらの範囲内で、具体的に行った説明とは異なるように実施されてもよいということが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１Ａ】ターゲットボードを採用した、従来の航空機装置アライメントシステムを示す。
【図１Ｂ】ターゲットボードを採用した、従来の航空機装置アライメントシステムを示す。
【図２】ターゲットボードを使用した、従来の航空機装置アライメントシステムを示す。
【図３】望遠鏡をさまざまな位置に取り付けるための、従来の航空機機器アライメント装置を示す。
【図４】本出願の実施形態によるシステムの主要な構成要素のブロック図である。
【図４Ａ】本出願の実施形態によるシステムの主要な構成要素のブロック図である。
【図５】本発明の実施形態によるシステムの概略図である。
【図６Ａ】オートコリメータを使用してミラーをアライメントする方法を示す。
【図６Ｂ】オートコリメータを使用してミラーをアライメントする方法を示す。
【図７】ＡＢＥ座標系の一例を示す。
【図８】本発明の例示的実施形態によるボアサイト基準ミラーを示す。
【図９Ａ】ミラー座標フレームの一例を示す。
【図９Ｂ】ミラー座標フレームの一例を示す。
【図９Ｃ】ミラー座標フレームの一例を示す。
【図１０】本発明の例示的実施形態によるプラットフォーム安定化変換を示す。
【図１１】本発明の例示的実施形態による、仮りのミラーライン計算のための変換を示す。
【図１２】さまざまなタイプのボアサイト基準ミラーのための例示的な方向余弦行列を示す。
【図１３】本発明の例示的実施形態による例示的なミラー測定ベクトル変換を示す。
【図１４】本発明の例示的実施形態による例示的なステーションファインダ計算を示す。
【図１５】本発明の例示的実施形態による、武装基準線の光学像の取得を実行するための変換を示す。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2007535659.tif 000023
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2007535659.tif 000024
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
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【国際調査報告】
2007535659.tif 000026
2007535659.tif 000027
2007535659.tif 000028
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