JP2002090173A - 慣性航法システムとそのイニシャルアライメント方法 - Google Patents
慣性航法システムとそのイニシャルアライメント方法Info
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- JP2002090173A JP2002090173A JP2000281990A JP2000281990A JP2002090173A JP 2002090173 A JP2002090173 A JP 2002090173A JP 2000281990 A JP2000281990 A JP 2000281990A JP 2000281990 A JP2000281990 A JP 2000281990A JP 2002090173 A JP2002090173 A JP 2002090173A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】イニシャルアライメントにかかる処理時間の短
縮および精度の向上を図り、運用面での便宜の向上を図
る。 【解決手段】コースアライメントに際して、慣性航法装
置に、航空機の位置する基準位置座標（緯度および経
度）を入力する。次に、磁気コンパスを用いて磁方位角
情報を検出し、その値と、基準位置座標に対応した磁気
偏差との差から真北方位角情報（真北基準：ψ）を得
る。また、レーザジャイロなどのセンサデータの累積値
を平均化して姿勢基準（θ，φ）を求める。そして、フ
ァインアライメントを実施して、カルマンフィルタなど
の手法を用いてコースアライメントで求めた真北・姿勢
基準の誤差を推定し、真北・姿勢基準を決定する。
縮および精度の向上を図り、運用面での便宜の向上を図
る。 【解決手段】コースアライメントに際して、慣性航法装
置に、航空機の位置する基準位置座標（緯度および経
度）を入力する。次に、磁気コンパスを用いて磁方位角
情報を検出し、その値と、基準位置座標に対応した磁気
偏差との差から真北方位角情報（真北基準：ψ）を得
る。また、レーザジャイロなどのセンサデータの累積値
を平均化して姿勢基準（θ，φ）を求める。そして、フ
ァインアライメントを実施して、カルマンフィルタなど
の手法を用いてコースアライメントで求めた真北・姿勢
基準の誤差を推定し、真北・姿勢基準を決定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、航空機などに用い
られる慣性航法システムとそのイニシャルアライメント
方法に関する。
られる慣性航法システムとそのイニシャルアライメント
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば航空機などに搭載される慣性航法
装置では、飛行前の静止状態において航法計算座標を初
期化し、航法計算のための基準座標を決定する。この基
準座標は、真北基準（慣性航法装置の基準軸の真北方位
角；ψ）および水平基準（慣性航法装置の基準軸のピッ
チ角；θ、ロール軸；φ）によって定義され、このψ、
θ、φを求める航法計算座標の初期化処理が、イニシャ
ルアライメントである。
装置では、飛行前の静止状態において航法計算座標を初
期化し、航法計算のための基準座標を決定する。この基
準座標は、真北基準（慣性航法装置の基準軸の真北方位
角；ψ）および水平基準（慣性航法装置の基準軸のピッ
チ角；θ、ロール軸；φ）によって定義され、このψ、
θ、φを求める航法計算座標の初期化処理が、イニシャ
ルアライメントである。
【０００３】図３に示すように、イニシャルアライメン
トにはコースアライメントとそれに続くファインアライ
メントの２つのフェーズがある。コースアライメントで
は、ジャイロおよびアクセロメータの出力の累積値を平
均化し、大まかな真北・水平基準（ψ０，θ０，φ０）
を求める。ファインアライメントでは、コースアライメ
ントで求めた真北・水平基準の誤差（ψ’，θ’，
φ’）をカルマンフィルタなどの手法により推定し、こ
れを初期条件として精度の高い真北・水平基準（ψ，
θ，φ）を算出する。
トにはコースアライメントとそれに続くファインアライ
メントの２つのフェーズがある。コースアライメントで
は、ジャイロおよびアクセロメータの出力の累積値を平
均化し、大まかな真北・水平基準（ψ０，θ０，φ０）
を求める。ファインアライメントでは、コースアライメ
ントで求めた真北・水平基準の誤差（ψ’，θ’，
φ’）をカルマンフィルタなどの手法により推定し、こ
れを初期条件として精度の高い真北・水平基準（ψ，
θ，φ）を算出する。
【０００４】ところで、従来の装置では真北基準ψ０を
算出するのにリングレーザジャイロなどを使用し、地球
の自転レートの検出値からψ０を求めるようにしてい
た。しかしながらこの方法は地球の自転を直接検出する
ものであるため、長い処理時間を必要とし、結果として
イニシャルアライメントにかかる時間が長くなるという
不具合を生じていた。当然ながら処理の最中には機体を
動かすことができないために、イニシャルアライメント
にかかる時間が長くなると航空機の運行に大きな制約が
課せられることになる。
算出するのにリングレーザジャイロなどを使用し、地球
の自転レートの検出値からψ０を求めるようにしてい
た。しかしながらこの方法は地球の自転を直接検出する
ものであるため、長い処理時間を必要とし、結果として
イニシャルアライメントにかかる時間が長くなるという
不具合を生じていた。当然ながら処理の最中には機体を
動かすことができないために、イニシャルアライメント
にかかる時間が長くなると航空機の運行に大きな制約が
課せられることになる。
【０００５】また上記方法はノイズに弱く、風や機内を
歩く人の影響により機体に動揺が生じると必要な検知量
がノイズに簡単に埋没してしまうために、計測値の精度
が低い。このため方位基準誤差の見積が難しくなってフ
ァインアライメントに時間がかかり、ひいてはイニシャ
ルアライメントにかかる時間がますます長くなってしま
う。
歩く人の影響により機体に動揺が生じると必要な検知量
がノイズに簡単に埋没してしまうために、計測値の精度
が低い。このため方位基準誤差の見積が難しくなってフ
ァインアライメントに時間がかかり、ひいてはイニシャ
ルアライメントにかかる時間がますます長くなってしま
う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の慣性航法装置には、イニシャルアライメントにかかる
時間が長く航空機の運用に大きな制約をもたらしていた
ほか、その精度にばらつきが大きいという不具合を有し
ていた。
の慣性航法装置には、イニシャルアライメントにかかる
時間が長く航空機の運用に大きな制約をもたらしていた
ほか、その精度にばらつきが大きいという不具合を有し
ていた。
【０００７】本発明は上記事情によりなされたもので、
その目的は、イニシャルアライメントにかかる処理時間
の短縮および精度の向上を図り、運用面での便宜の向上
を図った慣性航法システムとそのイニシャルアライメン
ト方法を提供することにある。
その目的は、イニシャルアライメントにかかる処理時間
の短縮および精度の向上を図り、運用面での便宜の向上
を図った慣性航法システムとそのイニシャルアライメン
ト方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、イニシャルアライメントにより基準方位情
報を算出したのち自律航法を行う慣性航法装置と、磁方
位情報を取得する磁気コンパスとを備え、前記慣性航法
装置において、前記磁気コンパスから取得した磁方位情
報を初期値として前記イニシャルアライメントを実施す
るようにした。
に本発明は、イニシャルアライメントにより基準方位情
報を算出したのち自律航法を行う慣性航法装置と、磁方
位情報を取得する磁気コンパスとを備え、前記慣性航法
装置において、前記磁気コンパスから取得した磁方位情
報を初期値として前記イニシャルアライメントを実施す
るようにした。
【０００９】このような手段を講じたことにより、磁気
コンパスから得た磁方位情報を用いて慣性航法装置のイ
ニシャルアライメントが実施される。磁気コンパスによ
り計測した磁方位は、機体の振動などの外的条件によら
ず高い精度を得ることができるので、イニシャルアライ
メントの精度を向上させることができる。またこのよう
な高精度のデータを初期条件として与えることでイニシ
ャルアライメントにおけるデータ収束にかかる時間を短
縮することができるので、イニシャルアライメントにか
かる処理時間を短縮することが可能となる。
コンパスから得た磁方位情報を用いて慣性航法装置のイ
ニシャルアライメントが実施される。磁気コンパスによ
り計測した磁方位は、機体の振動などの外的条件によら
ず高い精度を得ることができるので、イニシャルアライ
メントの精度を向上させることができる。またこのよう
な高精度のデータを初期条件として与えることでイニシ
ャルアライメントにおけるデータ収束にかかる時間を短
縮することができるので、イニシャルアライメントにか
かる処理時間を短縮することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【００１１】図１に、本実施形態に係わる慣性航法シス
テムの構成を示す。このシステムは航空機などに搭載さ
れるもので、イニシャルアライメント処理を行う慣性航
法装置１と、慣性航法装置１に磁方位情報を提供するた
めのコンパス（地磁気検出器）２と、航法に係わる種々
の情報を視覚的に表示するＣＤＵ（Control DisplayUni
t）３とを備える。
テムの構成を示す。このシステムは航空機などに搭載さ
れるもので、イニシャルアライメント処理を行う慣性航
法装置１と、慣性航法装置１に磁方位情報を提供するた
めのコンパス（地磁気検出器）２と、航法に係わる種々
の情報を視覚的に表示するＣＤＵ（Control DisplayUni
t）３とを備える。
【００１２】図２のフローチャートに、上記構成におけ
る処理手順を示す。図２のステップＳ１では、オペレー
タの手入力または連接される機器（図示しない）からの
信号入力により、航空機の位置する基準位置座標（緯度
および経度）を慣性航法装置１に入力する。次のステッ
プＳ２では、基準位置座標に対応した磁気偏差を、慣性
航法装置１に組み込まれたソフトウェアなどにより計算
する。
る処理手順を示す。図２のステップＳ１では、オペレー
タの手入力または連接される機器（図示しない）からの
信号入力により、航空機の位置する基準位置座標（緯度
および経度）を慣性航法装置１に入力する。次のステッ
プＳ２では、基準位置座標に対応した磁気偏差を、慣性
航法装置１に組み込まれたソフトウェアなどにより計算
する。
【００１３】次のステップＳ３では、オペレータによる
手入力またはコンパス２からの自動入力により、慣性航
法装置１がコンパス２から磁方位角情報を得る。次のス
テップＳ４では、慣性航法装置１はステップＳ３で得た
磁方位角情報からステップＳ２で計算した磁気偏差を引
き算して、真北方位角情報（真北基準：ψ）を得る。
手入力またはコンパス２からの自動入力により、慣性航
法装置１がコンパス２から磁方位角情報を得る。次のス
テップＳ４では、慣性航法装置１はステップＳ３で得た
磁方位角情報からステップＳ２で計算した磁気偏差を引
き算して、真北方位角情報（真北基準：ψ）を得る。
【００１４】次のステップＳ５では、従来のコースアラ
イメントと同一の手法によりセンサデータの累積値を平
均化して姿勢基準（θ，φ）のみを求める。最後のステ
ップＳ６ではファインアライメントを実施して、コース
アライメント（ステップＳ２）で求めた真北・姿勢基準
の誤差を推定し、真北・姿勢基準を決定する。
イメントと同一の手法によりセンサデータの累積値を平
均化して姿勢基準（θ，φ）のみを求める。最後のステ
ップＳ６ではファインアライメントを実施して、コース
アライメント（ステップＳ２）で求めた真北・姿勢基準
の誤差を推定し、真北・姿勢基準を決定する。
【００１５】従来のイニシャルアライメントの手順と比
較して、本発明の特徴を説明する。すなわち従来では、
姿勢基準（θ，φ）と真北基準（ψ）とを、共にセンサ
データの累積値から算出してこれをファインアライメン
トの初期値として使用していた。
較して、本発明の特徴を説明する。すなわち従来では、
姿勢基準（θ，φ）と真北基準（ψ）とを、共にセンサ
データの累積値から算出してこれをファインアライメン
トの初期値として使用していた。
【００１６】一方、本実施形態では、姿勢基準（θ，
φ）についてはセンサデータの累積値から算出する（ス
テップＳ５）が、真北基準（ψ）はコンパス２の磁方位
角を読み取る（ステップＳ３）ことで求めるようにして
いる。
φ）についてはセンサデータの累積値から算出する（ス
テップＳ５）が、真北基準（ψ）はコンパス２の磁方位
角を読み取る（ステップＳ３）ことで求めるようにして
いる。
【００１７】従来でも、ＣＤＵ３への表示などのため慣
性航法装置１にコンパス２の磁方位情報を与えていた
が、これをイニシャルアライメントに用いることはなか
った。これに対して本実施形態ではコンパス２から与え
られた磁方位情報を使用して、慣性航法装置１がイニシ
ャルアライメントを実施しており、この点が本発明の特
徴とするところである。
性航法装置１にコンパス２の磁方位情報を与えていた
が、これをイニシャルアライメントに用いることはなか
った。これに対して本実施形態ではコンパス２から与え
られた磁方位情報を使用して、慣性航法装置１がイニシ
ャルアライメントを実施しており、この点が本発明の特
徴とするところである。
【００１８】すなわち、航法計算座標を短時間で精度良
く決定するためには、ファインアライメントにおけるカ
ルマンフィルタなどの推定手法の最適化が重要である。
一般にカルマンフィルタでは、推定するパラメータの大
きさを事前に見積もり、これを初期条件として与えるこ
とで効率的な推定計算を行う。
く決定するためには、ファインアライメントにおけるカ
ルマンフィルタなどの推定手法の最適化が重要である。
一般にカルマンフィルタでは、推定するパラメータの大
きさを事前に見積もり、これを初期条件として与えるこ
とで効率的な推定計算を行う。
【００１９】したがってイニシャルアライメントでカル
マンフィルタを効率的に実行するためには、カルマンフ
ィルタの推定値（コースアライメントの誤差）の見積が
重要となる。しかしながら、従来では特に真北基準を見
積もるに際してノイズに弱い手法を採っていたため、推
定すべきパラメータに大小のばらつきが大きく、このこ
とがイニシャルアライメントにかかる時間を長くし、精
度を低下させる要因となっていた。つまり推定すべきパ
ラメータを小さく見積もり過ぎた場合には、フィルタの
ゲインは過大となって収束曲線は大きくオーバーシュー
トし、収束に長い時間を要する。また推定すべきパラメ
ータを大きく見積もり過ぎた場合には、フィルタのゲイ
ンは過小となって、この場合も収束に長い時間を要す
る。
マンフィルタを効率的に実行するためには、カルマンフ
ィルタの推定値（コースアライメントの誤差）の見積が
重要となる。しかしながら、従来では特に真北基準を見
積もるに際してノイズに弱い手法を採っていたため、推
定すべきパラメータに大小のばらつきが大きく、このこ
とがイニシャルアライメントにかかる時間を長くし、精
度を低下させる要因となっていた。つまり推定すべきパ
ラメータを小さく見積もり過ぎた場合には、フィルタの
ゲインは過大となって収束曲線は大きくオーバーシュー
トし、収束に長い時間を要する。また推定すべきパラメ
ータを大きく見積もり過ぎた場合には、フィルタのゲイ
ンは過小となって、この場合も収束に長い時間を要す
る。
【００２０】これに対して本実施形態では、カルマンフ
ィルタに与えるべきパラメータとしてコンパス２から得
た磁方位情報を使用している。一般に磁気コンパスによ
り得た磁方位情報は０．１°[ｄｅｇ]の精度を持ち、イ
ニシャルアライメントに使用するデータとしては十分な
精度を有する。またノイズの影響を受けることも少な
く、如何なる状況においても高精度なパラメータを得る
ことができる。
ィルタに与えるべきパラメータとしてコンパス２から得
た磁方位情報を使用している。一般に磁気コンパスによ
り得た磁方位情報は０．１°[ｄｅｇ]の精度を持ち、イ
ニシャルアライメントに使用するデータとしては十分な
精度を有する。またノイズの影響を受けることも少な
く、如何なる状況においても高精度なパラメータを得る
ことができる。
【００２１】従って本実施形態によれば、例えば風や機
体の振動などの動揺環境下においてもコースアライメン
トにおける方位基準の計算結果のばらつきを抑えること
が可能になるとともに、センサ出力の累積に要していた
コースアライメントの時間の短縮も可能となる。よっ
て、イニシャルアライメントの精度を維持しつつも処理
の高速化を図り、航空機の運用上の制約を小さくするこ
とが可能となる。
体の振動などの動揺環境下においてもコースアライメン
トにおける方位基準の計算結果のばらつきを抑えること
が可能になるとともに、センサ出力の累積に要していた
コースアライメントの時間の短縮も可能となる。よっ
て、イニシャルアライメントの精度を維持しつつも処理
の高速化を図り、航空機の運用上の制約を小さくするこ
とが可能となる。
【００２２】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではない。例えば慣性航法装置１を、主として座
標計算のみを行う慣性基準装置に置きかえることも可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の変形実施を行うことができる。
るものではない。例えば慣性航法装置１を、主として座
標計算のみを行う慣性基準装置に置きかえることも可能
である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の変形実施を行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、イ
ニシャルアライメントにかかる処理時間の短縮および精
度の向上を図れるようになり、運用面での便宜の向上を
図った慣性航法システムとそのイニシャルアライメント
方法を提供することが可能となる。
ニシャルアライメントにかかる処理時間の短縮および精
度の向上を図れるようになり、運用面での便宜の向上を
図った慣性航法システムとそのイニシャルアライメント
方法を提供することが可能となる。
【図１】 本発明の実施形態に係わる慣性航法システム
の構成を示すシステム図。
の構成を示すシステム図。
【図２】 図１の構成における処理手順を示すフローチ
ャート。
ャート。
【図３】 一般的なイニシャルアライメントの処理手順
を示すフローチャート。
を示すフローチャート。
１…慣性航法装置 ２…コンパス ３…ＣＤＵ（Control Display Unit）
Claims (4)
- 【請求項１】 イニシャルアライメントにより基準方位
情報を算出したのち自律航法を行う慣性航法装置と、 磁方位情報を取得する磁気コンパスとを備え、 前記慣性航法装置は、前記磁気コンパスから取得した磁
方位情報を初期値として前記イニシャルアライメントを
実施することを特徴とする慣性航法システム。 - 【請求項２】 前記イニシャルアライメントは、コース
アライメントとファインアライメントとを含み、 前記慣性航法装置は、 前記コースアライメントにおいて、自己が位置するエリ
アの磁気偏差を算出し、前記磁気コンパスから磁方位情
報を取得し、この磁方位情報と前記磁気偏差との差から
真北方位角を算出し、 前記ファインアライメントにおいて、前記コースアライ
メントで算出した真北方位角をカルマンフィルタの初期
値として与えて前記基準方位情報を算出することを特徴
とする請求項１に記載の慣性航法システム。 - 【請求項３】 慣性航法装置のイニシャルアライメント
方法において、 磁気コンパスを用いて取得した磁方位情報を初期条件と
して使用することを特徴とするイニシャルアライメント
方法。 - 【請求項４】 前記イニシャルアライメントは、コース
アライメントとファインアライメントとを含み、 前記コースアライメントにおいて、前記慣性航法装置が
位置するエリアの磁気偏差を算出し、前記磁気コンパス
から磁方位情報を取得し、この磁方位情報と前記磁気偏
差との差から真北方位角を算出し、 前記ファインアライメントにおいて、前記コースアライ
メントで算出した真北方位角をカルマンフィルタの初期
値として与えて前記基準方位情報を算出することを特徴
とする請求項３に記載のイニシャルアライメント方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000281990A JP2002090173A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 慣性航法システムとそのイニシャルアライメント方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000281990A JP2002090173A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 慣性航法システムとそのイニシャルアライメント方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002090173A true JP2002090173A (ja) | 2002-03-27 |
Family
ID=18766569
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000281990A Pending JP2002090173A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 慣性航法システムとそのイニシャルアライメント方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002090173A (ja) |
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-
2000
- 2000-09-18 JP JP2000281990A patent/JP2002090173A/ja active Pending
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