(57)【要約】【課題】ＰＬＣリセットにより発生する角度増分出力における誤差を除くリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力補正方法を実現する。【解決手段】演算タイミングＴｎ  における角度増分出力△θｎ  と、演算タイミングＴｎ  の２演算周期後の演算タイミングＴｎ＋２  における角度増分出力△θｎ＋２  とを用いて、演算タイミングＴｎ＋１  における角度増分出力の推定正常値を求めるステップＳ１１と、その推定正常値と、演算タイミングＴｎ＋１  において出力された角度増分出力△θｎ＋１  との差を求め、該差を角度増分出力における補正量△Ｃとして求めるステップＳ１２と、演算タイミングＴｎ  の３演算周期後の演算タイミングＴｎ＋３  における角度増分出力△θｎ＋３  に対して、前記補正量△Ｃを加算して補正を行い、該△θｎ＋３  に対する加算補正値を演算タイミングＴｎ＋３  における角度増分として求めるステップＳ１３とを有している。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性航法装置に角度増分を供給するリング・レーザー・ジャイロの光路長補正に伴い発生する角度増分出力の誤差を補正する方法において、慣性航法装置が前記リング・レーザー・ジャイロから前記角度増分を取得することにより慣性演算を行う周期を△ｔ、該慣性演算のタイミングをＴｎ，Ｔｎ＋１，Ｔｎ＋２・・・・・・（ｎ：正の整数）、タイミングＴｎに該リング・レーザー・ジャイロの光路長制御のリセットを行い、該タイミングＴｎ  に該リング・レーザー・ジャイロから出力される角度増分が△θｎであり、演算タイミングＴｎ＋２  （Ｔｎ＋２△ｔ）に該リング・レーザー・ジャイロから出力される角度増分が△θｎ＋２であるとするとき、
タイミングＴｎ＋１  （Ｔｎ  ＋△ｔ）における前記角度増分の推定正常値を演算により求める第１のステップと、
第１のステップにおいて得られたタイミングＴｎ＋１  における角度増分の推定正常値と、該演算タイミングＴｎ＋１  において前記リング・レーザー・ジャイロより出力された角度増分△θｎ＋１  との差を演算し、該差を該リング・レーザー・ジャイロの一連の角度増分出力に対する補正量△Ｃとする第２のステップと、
タイミングＴｎ＋３  （Ｔｎ  ＋３△ｔ）における前記リング・レーザー・ジャイロの角度増分△θｎ＋３  に前記補正量△Ｃを加算することにより、該角度増分△θｎ＋３  に対する補正を行い、該加算補正値（△θｎ＋３  ＋△Ｃ）を演算タイミングＴｎ＋３  における角度増分として求める第３のステップと
を有することを特徴とするリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リング・レーザー・ジャイロの角度増分出力補正方法に関し、特にストラップダウン型慣性航法装置に内蔵されるリング・レーザー・ジャイロのＰＬＣリセット実施に伴い発生する角度増分出力の誤差を補正する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ストラップダウン型慣性航法装置については、例えば特開２００１−２８０９７０に説明がある。ストラップダウン型慣性航法装置に内蔵されるリング・レーザー・ジャイロは、ヘリウム・ネオンの混合ガスを封入するガラスブロックにより形成されるレーザー光の共振器として形成されている。このリング・レーザー・ジャイロでは、ガラスブロックでなるレーザー光共振器における光路長が周囲温度により変動すると、レーザー光の強度が低下するので、レーザー光共振器の光路長の変動を抑制する必要がある。レーザー光の強度が所定値以下に低下すると、リング・レーザー・ジャイロは機能しないからである。
【０００３】
レーザー光共振器の光路長の変動によるレーザー光の強度の低下を防止するために、ストラップダウン型慣性航法装置における慣性演算タイミングに即応して、レーザー光共振器をなすガラスブロックの各頂点に配置されるミラーを調節し、光路長を修正するＰＬＣ（Ｐａｔｈ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）リセットが実施される。一般に、リング・レーザー・ジャイロにおいてＰＬＣリセットが実施されると、該リング・レーザー・ジャイロの角度増分出力は、その次の演算タイミングにおいて不定となり、通常は、正常値より少ない値の角度増分が出力される。
【０００４】
図３は、演算タイミングに対応する角度増分の出力を示したグラフである。図３において、縦軸はリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力を示し、横軸は時間軸である。横軸のＴｎー１  ，Ｔｎ  ，Ｔｎ＋１  ，Ｔｎ＋２  ，Ｔｎ＋３  ，Ｔｎ＋４  ・・・・・・は、ストラップダウン型慣性航法装置における演算タイミングを示す。また、点線は、各演算タイミングにおける角度増分出力の正常値を連結した正常値プロット線１０１である。各演算タイミングの間の時間間隔は慣性演算周期△ｔである。慣性演算周期△ｔは、例えば２０ｍｓ（ミリセカンド）である。
【０００５】
図３は、演算タイミングＴｎ  において、リング・レーザー・ジャイロにおいてＰＬＣリセットが実施された場合を示す。このＰＬＣリセットの実施により、演算タイミングＴｎ＋１  においては、リング・レーザー・ジャイロの角度増分出力が不定となり、正常値より下方に変移した角度増分△θｎ＋１  として出力される。そして次の演算タイミングＴｎ＋２  以降においては、ＰＬＣリセット実施による影響を受けることなく、それぞれの演算タイミングにおいて、リング・レーザー・ジャイロからは、角度増分出力△θｎ＋２  ，△θｎ＋３  ，△θｎ＋４  ・・・・・・が逐次出力される。これらの一連の角度増分出力は、角度増分データとして、ストラップダウン型慣性航法装置の慣性演算処理部に取り込まれる。その慣性演算処理部積算処理は、角度増分出力△θｎ＋２  ，△θｎ＋３  ，△θｎ＋４  ・・・・・・に基づき慣性演算を行い、ストラップダウン型慣性航法装置が搭載された航空機などの機体に関する姿勢角等の慣性データを出力する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のリング・レーザー・ジャイロを内蔵するストラップダウン型慣性航法装置においては、リング・レーザー・ジャイロにおけるＰＬＣリセットの実施により、該リング・レーザー・ジャイロの角度増分出力に不定値が発生するという事態は配慮されず、リング・レーザー・ジャイロより出力される角度増分出力を、そのまま角度増分データとして慣性演算処理部に取り込み、その積算演算により姿勢角を算出している。この慣性演算における積分演算の演算周期が前述の慣性演算周期△ｔであり、前述の如く、例えば２０ｍｓである。このような短期間にストラップダウン型慣性航法装置に入力される角度増分出力に不定要素が存在しても、その演算処理結果に対しては影響がないであろうという考え方に基づいている。しかしながら、この従来の慣性演算方法は、角度増分出力が変化していない状況においては有効であるが、航空機が或る角速度にて飛行しているような場合には、角度増分出力の誤差入力により、演算処理結果の姿勢角に誤差を生ずることになる。
【０００７】
例えば、ストラップダウン型慣性航法装置では、リング・レーザー・ジャイロに対してＰＬＣリセット信号が出力される時は、航空機の各速度が約１．６°／ｓ以下の時とするように制御されている。しかしながら、この条件下でＰＬＣリセットが実施され、仮に０°／ｓの角度増分がリング・レーザー・ジャイロから出力されたとすると、ストラップダウン型慣性航法装置に入力された場合には、約０．０３°（１．６°／ｓにおける２０ｍｓ間における角度増分の誤差）の誤差が発生することになる。高精度のストラップダウン型慣性航法装置の許容される姿勢角誤差は０．０５°（１σ）以下であるので、この０．０３°の誤差は非常に大きいものということになる。
【０００８】
即ち、従来の慣性演算では、ＰＬＣリセットによるリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力の誤差が、ストラップダウン型慣性航法装置に入力される角度増分データ内に包含されたまま積算処理に取り込まれるので、算出される姿勢角に重大な誤差が避けられないという欠点がある。更に、従来の慣性演算では、その姿勢角が、その姿勢角に基づき演算される他の慣性データにも、派生的に重大な誤差をもたらすという欠点がある。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来方法における課題を解決し、リング・レーザー・ジャイロにおけるＰＬＣリセットに際して、リング・レーザー・ジャイロの角度増分出力に生じる不定値を推定値で補正することにより、角度増分出力における誤差を除き、ストラップダウン型慣性航法装置の慣性演算処理による姿勢角および姿勢角関連慣性データにおける誤差を最小限度に抑制することにある。
【００１０】
【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。
【００１１】
（１）慣性航法装置に角度増分を供給するリング・レーザー・ジャイロの光路長補正に伴い発生する角度増分出力の誤差を補正する方法において、
慣性航法装置が前記リング・レーザー・ジャイロから前記角度増分を取得することにより慣性演算を行う周期を△ｔ、該慣性演算のタイミングをＴｎ，Ｔｎ＋１，Ｔｎ＋２・・・・・・（ｎ：正の整数）、タイミングＴｎに該リング・レーザー・ジャイロの光路長制御のリセットを行い、該タイミングＴｎ  に該リング・レーザー・ジャイロから出力される角度増分が△θｎであり、演算タイミングＴｎ＋２  （Ｔｎ＋２△ｔ）に該リング・レーザー・ジャイロから出力される角度増分が△θｎ＋２であるとするとき、
タイミングＴｎ＋１  （Ｔｎ  ＋△ｔ）における前記角度増分の推定正常値を演算により求める第１のステップと、
第１のステップにおいて得られたタイミングＴｎ＋１  における角度増分の推定正常値と、該演算タイミングＴｎ＋１  において前記リング・レーザー・ジャイロより出力された角度増分△θｎ＋１  との差を演算し、該差を該リング・レーザー・ジャイロの一連の角度増分出力に対する補正量△Ｃとする第２のステップと、
タイミングＴｎ＋３  （Ｔｎ  ＋３△ｔ）における前記リング・レーザー・ジャイロの角度増分△θｎ＋３  に前記補正量△Ｃを加算することにより、該角度増分△θｎ＋３  に対する補正を行い、該加算補正値（△θｎ＋３  ＋△Ｃ）を演算タイミングＴｎ＋３  における角度増分として求める第３のステップと
を有することを特徴とするリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力補正方法。
【００１２】
【作用】
上記の補正方法によれば、演算タイミングＴｎ  においてリング・レーザー・ジャイロのＰＬＣリセットが実施された場合に、演算タイミングＴｎ＋１  における不定角度増分出力に対応する補正量△Ｃを、その前後の演算タイミングにおける角度増分出力△θｎ  と△θｎ＋２  とに基づいて求め、演算タイミングＴｎ＋３  における角度増分出力△θｎ＋３  に該補正量△Ｃを加算することにより、一連の角度増分出力に対する誤差補正が実現される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。本発明の実施形態は、リング・レーザー・ジャイロを内蔵するストラップダウン型慣性航法装置において、慣性航法装置が前記リング・レーザー・ジャイロから前記角度増分を取得することにより慣性演算を行う周期を△ｔとするとき、演算タイミングＴｎ  におけるリング・レーザー・ジャイロのＰＬＣリセット実施に対応して、該演算タイミングＴｎ  における角度増分出力△θｎ  と、該演算タイミングＴｎ  より２演算周期（２△ｔ）後の演算タイミングＴｎ＋２  における角度増分出力△θｎ＋２  とに基づき、演算タイミングＴｎ＋１  における角度増分出力の推定正常値を演算するステップと、演算タイミングＴｎ＋１  における角度増分出力の推定正常値と、該演算タイミングＴｎ＋１  において、実際に出力された角度増分出力△θｎ＋１  との差を演算し、該差を、角度増分出力における補正量△Ｃとして求めるステップと、演算タイミングＴｎ  より３演算周期（３△ｔ）後の演算タイミングＴｎ＋３  におけるリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力△θｎ＋３  に補正量△Ｃを加算して該角度増分出力△θｎ＋３  に対する補正を行い、該加算補正値を演算タイミングＴｎ＋３  における角度増分とするステップとを有している。
【００１４】
図１は、本発明の一実施の形態における処理の手順を示すフローチャートである。図１において、まず、演算タイミングＴｎ  におけるリング・レーザー・ジャイロのＰＬＣリセットの実施に対応して、演算タイミングＴｎ  におけるリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力△θｎ  と、該演算タイミングＴｎ  より２演算周期（２△ｔ）後の演算タイミングＴｎ＋２  におけるリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力△θｎ＋２  とに基づき、演算タイミングＴｎ＋１  における角度増分出力の推定正常値（△θｎ＋１  ）を次式により求める（ステップＳ１１）。
2004150826.tif 000003
【００１５】
次いで、演算タイミングＴｎ＋１  における前記角度増分出力の推定正常値（△θｎ＋１  ）から、演算タイミングＴｎ＋１  におけるリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力△θｎ＋１  を減じる演算を次式により行い、該角度増分出力△θｎ＋１  に対応して、角度増分出力の誤差を補正するための補正量△Ｃを求める（ステップＳ１１）。
2004150826.tif 000004
【００１６】
次ぎに、演算タイミングＴｎ  より３演算周期（３△ｔ）後の演算タイミングＴｎ＋３  におけるリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力△θｎ＋３  に対し、次式によって前記補正量△Ｃを加算することにより、該角度増分出力△θｎ＋３  に対する加算補正を行い、加算補正値（△θｎ＋３  ）を演算タイミングＴｎ＋３  における角度増分として求める（ステップＳ１３）。
2004150826.tif 000005
【００１７】
図２は、本実施の形態における演算タイミングに対応する角度増分の出力を示したグラフである。図３の従来例の場合と同様に、縦軸はリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力であり、横軸は時間軸である。横軸は、各演算タイミングＴｎー１  ，Ｔｎ  ，Ｔｎ＋１  ，Ｔｎ＋２  ，Ｔｎ＋３  ，Ｔｎ＋４  ・・・・・・が示されている。また、各演算タイミングにおける角度増分出力の正常値を連結する正常値プロット線１０１も同様に示されている。また図３の場合と同様に、演算タイミングＴｎ  において、リング・レーザー・ジャイロのＰＬＣリセットが実施されたものとする。演算タイミングＴｎ＋１  においては、リング・レーザー・ジャイロの角度増分出力が不定となる。図３では、正常値より下方に変移した値の角度増分出力△θｎ＋１  が出力されている状態が示されている。本実施の形態において、図３に示される従来の場合と大きく異なる点は、角度増分出力が不定となる演算タイミングＴｎ＋１  の前後における演算タイミングＴｎ  およびＴｎ＋２  の各角度増分出力より補正量△Ｃを求めていることと、この補正量△Ｃを演算タイミングＴｎ＋３  における角度増分出力△θｎ＋３  に加算することにより、一連の角度増分出力に対応する補正を行っていることである。
【００１８】
図２においては、演算タイミングＴｎ＋１  における角度増分出力の推定正常値は［△θｎ＋１］として示され、演算タイミングＴｎ＋３  における角度増分出力の加算補正値は《△θｎ＋３》として示されている。
【００１９】
本発明によれば、リング・レーザー・ジャイロにおけるＰＬＣリセットに対応して、角度増分出力が不定となる演算タイミングの前後の演算タイミングにおける角度増分出力より補正量△Ｃを求め、該ＰＬＣリセットの演算タイミングの３演算周期後の演算タイミングにおいて、該リング・レーザー・ジャイロより出力される角度増分出力に対して前記補正量△Ｃによる加算補正を行うことにより、リング・レーザー・ジャイロの光路長補正に伴い発生する角度増分出力の誤差を有効に抑制することができる。また、該角度増分出力における誤差を抑制することにより、ストラップダウン型慣性航法装置において演算出力される姿勢角および姿勢角関連慣性データの誤差も最小限に抑制されて、ストラップダウン型慣性航法装置の機能が正常に維持される。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明では、ストラップダウン型慣性航法装置に内蔵されるリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力に対する誤差補正方法であり、リング・レーザー・ジャイロにおけるＰＬＣリセット実施に対応して、角度増分出力が不定となる演算タイミングにおける角度増分出力の低減量を、２演算周期後に加算補正することにより、リング・レーザー・ジャイロのＰＬＣリセットに伴う角度増分出力の誤差を有効に抑制することができる。
【００２１】
また、この角度増分出力における誤差を除くことにより、リング・レーザー・ジャイロを内蔵するストラップダウン型慣性航法装置における姿勢角および姿勢角関連慣性データにおける派生的な誤差も有効に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における処理の手順を示すフローチャートである。
【図２】図１の実施の形態における演算タイミングとリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力との関係を示すグラフである。
【図３】従来の慣性演算における演算タイミングとリング・レーザー・ジャイロの角度増分出力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０１    正常値プロット線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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