JP2733598B2 - Underwater vehicle speed measurement device - Google Patents
Underwater vehicle speed measurement deviceInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は水中航走体用速度計測
装置に関し、特に計測誤差の低減、つまり精度の向上に
係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a speed measuring device for underwater vehicles, and more particularly to a method for reducing measurement errors, that is, improving accuracy.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のこの種の速度計測装置としては、
水中航走体の推進機の回転速度より航走体速度を計測す
るものと、慣性装置を設けて、推進方向の加速度を計測
し、これを積分して速度を求めるものとが存在する。 (a)推進機の回転速度より航走体速度を計測する装置 図4に示すように、水中航走体2は尾部に取付けられた
スクリューなどの推進機3をモータ4で回転駆動し、そ
して得られた推進機発生推力Tによって航走している。
従来の速度算定過程を図4,図5を参照して説明する。2. Description of the Related Art Conventional speed measuring devices of this type include:
There are a type that measures the speed of a marine vehicle based on the rotation speed of a propulsion unit of an underwater vehicle, and a type that measures the acceleration in the direction of propulsion by providing an inertial device and calculates the speed by integrating the acceleration. (A) Apparatus for measuring the speed of the running vehicle from the rotation speed of the propulsion unit As shown in FIG. 4, the underwater vehicle 2 drives a propulsion unit 3 such as a screw attached to its tail by a motor 4, and The ship is sailing with the obtained thrust T generated by the thruster.
A conventional speed calculation process will be described with reference to FIGS.
【0003】 はじめに、推進機3の回転速度NをN
* に設定して、回転始動すると、航走体2は初期推力T
=To で加速される。 航走体2の速度Vが上昇して行くと、速度Vに反比
例して推力Tが下がる。即ち、 T∝1/V …………… (1) 一方、航走抵抗Fは速度Vの自乗に比例して増加する。
即ち、 F∝V2 …………… (2) 航走体2の加速度A,質量をMとすれば A=(T−F)/M …………… (3) の関係式が成立する。First, the rotation speed N of the propulsion device 3 is set to N
* When the engine starts rotating, the hull 2 has an initial thrust T
= To. As the speed V of the vehicle 2 increases, the thrust T decreases in inverse proportion to the speed V. That is, T∝1 / V (1) On the other hand, the running resistance F increases in proportion to the square of the speed V.
That is, F∝V 2 ... (2) Assuming that the acceleration A and mass of the vehicle 2 are M, the relational expression of A = (T−F) / M (3) holds. I do.
【0004】 図5のPo 点において発生推力Tと航
走抵抗Fとが等しくなると、そのとき(3)式より加速
度A=0となり、航走体2の速度Vは一定となる。この
TとFとの平衡点Po におけるT,F,VをそれぞれT
* ,F* ,V* で表すと、 F* =T* …………… (4) F* =k1 * V*2(k1 * :比例定数) …………… (5) T* =k2 * N*2(k2 * :比例定数) …………… (6) の各式が成立する。(5),(6)式を(4)に代入し
て、 k1 * V*2 =k2 * N*2 ∴ V* =(k2 * /k1 * )1/2 N* …………… (7) となる。ここで、 (k2 * /k1 * )1/2 =K* …………… (8) と置けば V* =K* N* …………… (9) と表せる。(9)式のように推進機回転速度から求めた
航走体速度(機械的速度と言う)に添字(サフィック
ス)Pをつけることにすると、 VP * =K* N* …………… (9′) 定数K* は推力T* と抵抗F* とが平衡し、加速度A=
0のとき、つまり航走体速度Vが定速度VP * に等しい
ときの値であり、加減速の有る場合は速度Vに応じて変
化する。しかし、加減速の有る場合の機械速度VP を求
める際はノミナル値K(例えばK=K* と仮定)を用い
て、近似的に VP ≒KN …………… (10) より求めている。When the generated thrust T and the running resistance F are equal at the point Po in FIG. 5, the acceleration A = 0 at that time according to the equation (3), and the speed V of the running body 2 is constant. T, F, and V at the equilibrium point Po between T and F are represented by T
*, F *, is represented by V *, F * = T * ............... (4) F * = k 1 * V * 2 (k 1 *: proportional constant) ............... (5) T * = K 2 * N * 2 (k 2 * : proportionality constant) Each equation of (6) holds. (5), (6) by substituting equation in the (4), k 1 * V * 2 = k 2 * N * 2 ∴ V * = (k 2 * / k 1 *) 1/2 N * ...... ……… (7) Here, if (k 2 * / k 1 * ) 1/2 = K * ... (8), then V * = K * N * ... (9) can be expressed. If a subscript (suffix) P is added to the speed of the sailing body (referred to as mechanical speed) determined from the rotation speed of the propulsion unit as in equation (9), V P * = K * N * …………… (9 ') The constant K * is such that the thrust T * and the resistance F * are balanced and the acceleration A =
The value is 0 when the vehicle speed V is equal to the constant speed VP * , and changes according to the speed V when there is acceleration / deceleration. However, when obtaining the machine speed V P of when there is acceleration or deceleration by using the nominal value K (e.g. K = K * assuming), with approximately determined from V P ≒ KN ............... (10) I have.
【0005】(b−1) プラットフォーム型の慣性装
置 図6Aに示すように水平安定台(プラットフォーム)5
上に3軸方向の加速度計6とジャイロスコープ(以下ジ
ャイロと言う)7が設置されている。ジャイロ7で航走
体2の回転動揺及び地球レート(自転角速度)を検出
し、それらの検出信号に対応した信号でサーボアンプ8
を介してサーボモータ9を制御して安定水平台5を水平
に保つ。加速度計6で検出された航走体の加速度A(A
X ,AY ,AZ )を演算部10で積分して速度VI (V
IX,VIY,VIZ)を得る。即ち、 VI (VIX,VIY,VIZ)=∫A(AX ,AY ,AZ )dt …………… (11) 図6Aではピッチ方向の動揺のみを示しているが、実際
には3軸方向の動揺が存在する。(B-1) Platform type inertial device As shown in FIG. 6A, a horizontal stabilizer (platform) 5
A three-axis accelerometer 6 and a gyroscope (hereinafter referred to as a gyroscope) 7 are provided on the top. The gyro 7 detects the rotation fluctuation and the earth rate (rotational angular velocity) of the marine vessel 2 and uses a signal corresponding to the detected signal to generate a servo amplifier 8.
To control the servo motor 9 to keep the stable horizontal base 5 horizontal. The acceleration A of the hull body detected by the accelerometer 6 (A
X , A Y , A Z ) are integrated by the calculation unit 10 and the speed V I (V
IX , V IY , V IZ ). That, V I (V IX, V IY, V IZ) = ∫A (A X, A Y, A Z) dt ............... (11) shows only Figure 6A the upset in the pitch direction, Actually, there is a three-axis sway.
【0006】 (b−2) ストラップダウン型の慣性装置 プラットフォーム型では、水平安定台を機械的に水平に
保持して、その上の加速度を検出するのに対して、スト
ラップダウン型の場合は、水平安定台を用いないで、機
体に直接取付けられたジャイロ7で得られた3軸方向の
角速度ω(ωx,ωy ,ωz )を用いて、演算部10で機
体座標系(x,y,z)を局地水平座標系(X,Y,
Z)に変換するための座標変換行列〔C〕を求め、更に
この行列〔C〕を加速度計6の検出した機体座標系での
加速度A(AX ,Ay ,AZ )に乗算して、局地水平座
標系での加速度に変換し、その変換した加速度を積分し
て局地水平座標での速度VI (VIX,VIY,VIZ)を得
ている。即ち、 VI (VIX,VIY,VIZ)=∫〔C〕A(AX ,Ay ,AZ )dt …………… (12) 慣性装置で求めた速度VI を慣性速度と呼び、前記機械
的速度VP と区別する。(B-2) Strap-down type inertial device In the platform type, the horizontal stabilizer is mechanically held horizontally to detect the acceleration thereon, whereas in the case of the strap-down type, The arithmetic unit 10 uses the angular velocities ω (ω x, ω y , ω z ) in the three axial directions obtained by the gyro 7 directly attached to the body without using the horizontal stabilizer, and the body coordinate system (x, y, z) in the local horizontal coordinate system (X, Y,
Z), a coordinate conversion matrix [C] is obtained, and this matrix [C] is further multiplied by the acceleration A (A X , A y , A Z ) in the body coordinate system detected by the accelerometer 6. Then, the velocity V I (V IX , V IY , V IZ ) in the local horizontal coordinate system is obtained by converting the acceleration into the local horizontal coordinate system and integrating the converted acceleration. That, V I (V IX, V IY, V IZ) = ∫ [C] A (A X, A y, A Z) dt ............... (12) inertial velocity the velocity V I obtained in inertial device and it called to distinguish it from the mechanical velocity V P.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来の推進機3の回転
速度Nから機械的速度VP を求める方式では、 発進時などの速度が変化している場合では、図7に
示すよう、航速体2には質量Mがあるため推進機回転数
Nの立ち上がりより遅れて真の速度Vが上がることによ
り、V≠VP =KN(Kはノミサル値で、例えばK=K
* )となり、大きな算定誤差となる。In a manner to obtain the mechanical speed V P from the rotational speed N of a conventional propulsion apparatus 3 THE INVENTION An object will to solve the above-In the case where the rate of such at the start has changed, as shown in FIG. 7, Kosokutai 2 has a mass M, and the true speed V rises later than the rise of the propulsion unit rotation speed N, so that V ≠ V P = KN (K is a nominal value, for example, K = K
* ), Resulting in a large calculation error.
【0008】 推進力Tと抗力Fが釣り合い、終速度
に安定した期間では、V≒VP * =KN* となるが、K
はもともと縮小模型での試験等で求められたもので実機
のものと一致しない場合があり、また、製品個々のばら
つきがある。そのため、速度算定誤差が発生する。ま
た、慣性装置により速度を求める方式では、 加速度計信号に含まれる誤差が積分され時間と共に
速度誤差が大きくなる。In a period in which the propulsive force T and the drag F are balanced and stable at the final speed, V ≒ V P * = KN *.
Is originally obtained by a test with a reduced model and may not match the actual model, and there are variations among products. Therefore, a speed calculation error occurs. Further, in the method of obtaining the speed by the inertial device, the error included in the accelerometer signal is integrated, and the speed error increases with time.
【0009】 ジャイロ信号ωが誤差を持つ場合は、
安定水平台または演算部内での仮想的な水平面が真の水
平に保持されないこと、また座標変換行列に誤差をも
ち、重力カップリング分を積分してしまうことにより時
間と共に速度誤差が大きくなる。といった欠点がある。
この発明の目的はこれらの欠点を除去し、従来より誤差
の小さい、つまり精度の高い速度データを得る速度計を
提供することにある。When the gyro signal ω has an error,
The fact that the virtual horizontal plane in the stable horizontal platform or the operation unit is not held true true, and that the coordinate transformation matrix has an error and integrates the gravitational coupling component causes the speed error to increase with time. There are drawbacks.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a speedometer which eliminates these drawbacks and obtains speed data with a smaller error, that is, with higher accuracy than in the prior art.
【0010】[0010]
(1)請求項1の発明は、ジャイロスコープ、加速度計
及び慣性データ演算部より成る慣性装置と、第1,第2
速度補正部及び走行状態判定部より成る速度計測部とか
ら構成される水中航走体用速度計測装置である。前記ジ
ャイロスコープは、3軸方向の回転角速度ωを検出する
ものである。前記加速度計は、前記3軸方向の加速度A
を検出するものである。前記慣性データ演算部は、前記
加速度A及び角速度ωとから水中航走体の速度(慣性速
度と言う)VI を演算して、前記第1速度補正部に入力
すると共に、各定常走行期間において、前記第1速度補
正部より入力される補正された慣性速度VI ′をリファ
レンス値として更に補正した慣性速度VI を演算するも
のである。(1) The invention according to claim 1 is an inertial device comprising a gyroscope, an accelerometer, and an inertial data operation unit, and first and second inertial devices.
This is a speed measuring device for an underwater vehicle, comprising a speed correcting unit and a speed measuring unit including a running state determining unit. The gyroscope detects a rotational angular velocity ω in three axial directions. The accelerometer calculates the acceleration A in the three axial directions.
Is to be detected. The inertial data operation unit, said (referred to as inertial velocity) from the acceleration A and the angular velocity ω speed of underwater vehicle by calculating the V I, and inputs to the first speed correcting section in each steady running period is for calculating the inertial velocity V I in which the first speed correcting unit inertial velocity is corrected is input from the V I 'is further corrected as a reference value.
【0011】前記走行状態判定部は、前記加速度A及び
角速度ωまたは水中航走体の推進機関部で得られる増減
速信号(dN/dt;Nは推進機の回転速度)より水中
航走体の増減速期間と定常走行期間とを判別して、その
判別信号を前記第1,第2速度補正部に入力するもので
ある。前記第1速度補正部は、各加減速期間において前
記慣性データ演算部より入力される前記慣性速度VI を
装置外部に出力し、各定常走行期間において、前記第2
速度補正部で得られる補正した機械的速度VP ′(前記
回転速度Nより求めた速度を機械的速度と言い、VP で
表す)をリファレンス値として更に補正した慣性速度V
I ′を演算して、前記慣性データ演算部に入力するもの
である。[0011] The running state determination unit determines the acceleration A and the angular velocity ω or the acceleration / deceleration signal (dN / dt; N is the rotation speed of the propulsion unit) obtained by the propulsion engine unit of the underwater vehicle. The acceleration / deceleration period and the steady running period are determined, and the determination signal is input to the first and second speed correction units. It said first speed correcting unit outputs the inertial velocity V I of each deceleration period is input from the inertial data arithmetic unit to the outside of the apparatus, in each normal running period, the second
The inertia speed V further corrected using the corrected mechanical speed V P ′ obtained by the speed correction unit (the speed obtained from the rotation speed N is referred to as mechanical speed and expressed as V P ) as a reference value.
I ′ is calculated and input to the inertial data calculation unit.
【0012】前記第2速度補正部は、各定常走行期間に
おいて、前記機械的速度VP =KN(Kは係数)を、前
記慣性速度VI を用いて補正した機械的速度VP ′を演
算して、装置外部に出力するものである。 (2)請求項2の発明では、前記(1)項記載の水中航
走体用速度計測装置において、前記第2速度補正部がi
番目(i=1,2,3…)の定常走行期間の最初の時点
ti * において、前記慣性速度VI (ti * )と前記回
転速度N(ti * )から、補正した係数Ki ′=V
I (ti * )/N(ti * )を求め、その係数Ki ′を
用いて各定常走行期間における前記補正した機械的速度
VP ′=Ki′Nを演算する。[0012] The second speed correction unit is provided for each steady running period.
The mechanical speed VP= KN (K is a coefficient)
Inertia velocity VIMechanical velocity V corrected usingP′
And outputs it to the outside of the device. (2) According to the second aspect of the invention, the underwater navigation according to the above (1) is provided.
In the speed measurement device for a running body, the second speed correction unit may include i
First time point of the (i = 1,2,3 ...) steady running period
ti *In the above, the inertial velocity VI(Ti *) And said times
Rolling speed N (ti *) From the corrected coefficient Ki'= V
I(Ti *) / N (ti *) And its coefficient Ki′
Using the corrected mechanical speed during each steady driving period
VP'= Ki'N.
【0013】(3)請求項3の発明では、前記(1)項
記載の水中航走体用速度計測装置において、前記第2速
度補正部が、1番目の定常走行期間の最初の時点t1 *
において、慣性速度VI (t1 * )と回転速度N(t1
* )から、補正した係数K1′=VI (t1 * )/N
(t1 * )を求め、その係数K1 ′を共通に用いて、各
定常走行期間における前記補正した機械的速度VP ′=
K1 ′Nを演算する。(3) In the invention according to claim 3, in the underwater vehicle speed measuring device according to the above (1), the second speed correction unit is configured to determine the first time point t 1 of the first steady running period. *
, The inertial speed V I (t 1 * ) and the rotation speed N (t 1
* ), The corrected coefficient K 1 ′ = V I (t 1 * ) / N
(T 1 * ), and using the coefficient K 1 ′ in common, the corrected mechanical speed VP ′ =
Calculate K 1 'N.
【0014】(4)請求項4の発明では、前記(1)乃
至(3)項のいずれかに記載の水中航走体用速度計測装
置において、前記慣性データ演算部が、航走体の姿勢
角、方位角または位置を演算して外部に出力できる。(4) In the invention according to claim 4, in the underwater vehicle speed measurement apparatus according to any one of the above (1) to (3), the inertial data calculation unit includes a posture of the vehicle. The angle, azimuth or position can be calculated and output to the outside.
【0015】[0015]
【実施例】本発明の一実施例を水中航走体の自動操縦装
置に応用した図1の場合について説明する。慣性装置1
1は、直行3軸のジャイロ7,加速度計6を持ち、これ
らから得られる角速度ω,加速度Aを演算部10で計算
することにより姿勢角(ピッチ角θ,ロール角φ)、方
位角ψ,速度VI ,位置P等を計算する。推進機関部1
2は、推進機軸の回転速度Nを検出し、またこれを調節
する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 in which an embodiment of the present invention is applied to an underwater vehicle autopilot. Inertial device 1
1 has a gyro 7 and an accelerometer 6 of three orthogonal axes, and an angular velocity ω and an acceleration A obtained from these are calculated by an arithmetic unit 10 so that an attitude angle (pitch angle θ, roll angle φ), an azimuth angle ψ, The speed V I , the position P, etc. are calculated. Promotion Agency 1
2 detects and adjusts the rotational speed N of the thruster shaft.
【0016】速度計測部13は、以下の14,15,1
6により構成され、精度の高い速度データVT を出力す
ることができる。第1速度補正部14は慣性装置11よ
り得た慣性速度VI を、推進機回転数Nより得た機械的
速度VP =KN(Kはノミサル値)を補正した速度
VP ′を基準に更に補正してVI ′を得る。また慣性速
度VI をスイッチSW2 ,SW3 に出力する。第2速度
補正部15は機械的速度V P を、慣性速度VI を基準に
補正して、VP ′=K′Nを得る。走行状態判定部16
は慣性装置11より得られる加速度A及び角速度ωまた
は機関部12からの回転の増減の変化dN/dtより増
減速期間と定常走行期間とを判定して判定信号Saを出
力する。The speed measuring unit 13 has the following 14, 15, 1
6 and high-accuracy speed data VTOutput
Can be The first speed correction unit 14 is connected to the inertial device 11
Inertia velocity V obtainedIIs obtained from the mechanical
Speed VP= KN (K is the nominal value) corrected speed
VP'Is further corrected based onI'. Also inertial speed
Degree VISwitch SWTwo, SWThreeOutput to 2nd speed
The correction unit 15 calculates the mechanical speed V PIs the inertial velocity VIBased on
Correct, VP'= K'N. Running state determination unit 16
Is the acceleration A and angular velocity ω obtained from the inertial device 11
Is greater than the change dN / dt in the increase / decrease of rotation from the engine unit 12.
A determination signal Sa is output after determining the deceleration period and the steady driving period.
Power.
【0017】誘導計算部17はあらかじめセットされた
航走コースもしくは外部よりコントロールされる信号と
自己が得ている姿勢角(ピッチ角θ,ロール角φ)、方
位角ψ,位置P,速度VT により操舵信号Sbを発生す
る。走行状態判定信号Sa(図2A)により制御され
て、スイッチSW1 乃至SW 3 はそれぞれ図2のB,
C,Dに示すようにオン/オフ制御される。定常走行期
間にはスイッチSW1 がオンとされ、第2速度補正部1
5から補正された機械的速度VP ′が第1速度補正部1
4に入力される。第1速度補正部14ではVP ′をリフ
ァレンス値として慣性装置より入力される慣性速度VI
を補正し、その補正した速度VI ′を慣性データ演算部
10に入力する。慣性データ演算部10では、補正され
た慣性速度VI ′をリファレンス値として、更に補正し
た慣性速度VI を演算し、これによりVI の積分誤差が
時間と共に増加しないようにしている。The guidance calculation unit 17 is set in advance.
On the course or signals controlled from the outside
Attitude angle (pitch angle θ, roll angle φ), direction
Angle ψ, position P, speed VTGenerates a steering signal Sb
You. It is controlled by the traveling state determination signal Sa (FIG. 2A).
And switch SW1Or SW ThreeAre B in FIG. 2, respectively.
On / off control is performed as shown in C and D. Steady running period
Switch SW between1Is turned on, and the second speed correction unit 1
Mechanical speed V corrected from 5P'Is the first speed correction unit 1
4 is input. In the first speed correction unit 14, VP′ Riff
Inertial velocity V input from inertial device as reference valueI
Is corrected, and the corrected speed VI′ Is the inertia data operation unit
Enter 10 In the inertia data calculation unit 10, the corrected
Inertia velocity VI'As a reference value,
Inertia velocity VITo calculate VIThe integration error of
It does not increase over time.
【0018】加減速期間には、スイッチSW2 がオンと
され、第1速度補正部14から慣性速度VI (t)が第
2速度補正部15に入力される。第2速度補正部15で
は速度VI (t)を回転速度検出部12aより入力され
る回転速度N(t)で割算し、走行状態判定信号Saが
オンからオフに立下った時点t=t* の商VI (t*)
/N(t* )を補正された定数K′として得、定常走行
期間でこの定数K′を用いて速度補正した速度VP ′
(t)=K′N(t)を求めて、速度補正部14及びス
イッチSW3 の接点b−cを通じて誘導計算部17に入
力する。During the acceleration / deceleration period, the switch SW 2 is turned on, and the inertia speed V I (t) is input from the first speed correction unit 14 to the second speed correction unit 15. The second speed correction unit 15 divides the speed V I (t) by the rotation speed N (t) input from the rotation speed detection unit 12a, and the time t = when the traveling state determination signal Sa falls from on to off. t * of the quotient V I (t *)
/ N (t * ) is obtained as a corrected constant K ′, and the speed V P ′ whose speed is corrected using this constant K ′ during the steady running period.
(T) = seeking K'N (t), and inputs to the induction calculation unit 17 through the contact b-c of the speed correcting section 14 and the switch SW 3.
【0019】スイッチSW3 は増減速期間には接点a側
に切替えられて、計測装置の出力速度VT として慣性速
度VI が誘導計算部17へ入力される。なお、慣性デー
タ演算部10と第1速度補正部14とを1つに合体する
こともできる。その場合、合体した部にカルマンフィル
タ等の状態推定フィルタを用いて速度データのみなら
ず、姿勢角、方位角、位置等のデータを補正することも
できる。The switch SW 3 is the acceleration and deceleration time is switched to the contact a side, inertial velocity V I is input to the induction calculating section 17 as the output speed V T of the measuring device. In addition, the inertia data calculation unit 10 and the first speed correction unit 14 can be combined into one. In this case, not only velocity data but also data such as an attitude angle, an azimuth angle, and a position can be corrected by using a state estimation filter such as a Kalman filter in the united portion.
【0020】第1速度補正部14が判定信号Saに同期
して、加減速期間に慣性速度VI を外部に出力し、また
第2速度補正部15が判定信号Saに同期して、定常走
行期間に、補正された機械的速度VP ′を外部に出力す
ることができるので、スイッチSW3 を省略してもよ
い。また第1,第2速度補正部14,15は判定信号S
aに基づいて、互いに相手側が必要とする期間に速度V
I またはVP ′を供給するようにしたり、或いは常時速
度データを供給し、そのデータを使用する側が必要な期
間に適宜取り込むことができるので、スイッチSW1 ,
SW2 を省略してもよい。[0020] The first speed correcting section 14 in synchronization with the judgment signal Sa, and outputs the inertial velocity V I outside the acceleration or deceleration period, and the second speed correcting section 15 in synchronization with the judgment signal Sa, steady running the period, the corrected mechanical velocity V P 'can be output to the outside, it may be omitted switch SW 3. The first and second speed correction units 14 and 15 output the determination signal S
a during the period required by the other party based on the
Or so as to supply the I or V P ', or constantly supplies the speed data, so that data can be fetched appropriate period required side to use, the switch SW 1,
The SW 2 may be omitted.
【0021】次に図1の動作を図3に示す航走体速度の
時間的な変化特性を例にして更に詳細に説明しよう。 発進時は慣性装置11による推進軸方向の慣性速度
VI を正しいとし、V T =VI を外部に出力する。 スタートしてからの経過時間または加速度の変動ま
たは推進機関部12より得られる増減速信号dN/dt
によって一定の速度となったと判断した時点t 1 * で、 VP (t1 * )=KN(t1 * ) …………… (13) より求めるVP (t1 * )よりも精度の良い慣性速度V
I (t1 * )を正しいとし、 VI (t1 * )=K1 ′N(t1 * )≡VP ′(t1 * ) … (14) と置いて、補正したノミナル値K1 ′ K1 ′=VI (t1 * )/N(t1 * ) …………… (15) を求める。Next, the operation of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
This will be described in more detail with reference to a temporal change characteristic. At the time of start, the inertial speed in the direction of the propulsion axis by the inertial device 11
VIIs correct and V T= VIIs output to the outside. Time elapsed since start or fluctuation of acceleration
Or the acceleration / deceleration signal dN / dt obtained from the propulsion engine unit 12.
T when it is determined that the speed is constant 1 *And VP(T1 *) = KN (t1 *) ……………………………………… (13)P(T1 *Inertia velocity V with higher accuracy than
I(T1 *) Is correct and VI(T1 *) = K1'N (t1 *) ≡VP'(T1 *) ... (14) and corrected nominal value K1'K1'= VI(T1 *) / N (t1 *) …………… (15)
【0022】 以後、回転数変動の少ない定常走行時
では補正されたK1 ′と推進機回転数Nから得られる、 VP ′=K1 ′N …………… (16) を正しいとして、これを出力する(VT =VP ′)。ま
た慣性装置より得られる速度VI はそのまゝでは誤差が
増大するので、VP ′をリファレンス値として補正した
VI ′を慣性データ演算部10に入力する。Hereafter, it is assumed that V P ′ = K 1 ′ N obtained from the corrected K 1 ′ and the propulsion unit rotation speed N during steady running with small fluctuations in the rotation speed. This is output ( VT = VP '). Further, since the error of the speed V I obtained from the inertial device increases before that, V I ′ corrected with V P ′ as a reference value is input to the inertia data calculation unit 10.
【0023】 増減速があった場合はVI を正しいと
しVT =VI を出力する。 2番目に定常走行になったと判断した時点t2 * で
は、と同様に VP (t2 * )=KN(t2 * ) …………… (17) より求めるVP (t2 * )よりも精度のよいVI (t2
* )を正しいものとし、 VI (t2 * )=K2 ′N(t2 * )=VP ′(t2 * ) …………… (18) と置いて、補正したノミナル値K2 ′ K2 ′=VI (t2 * )/N(t2 * ) …………… (19) を求める。If acceleration or deceleration occurs, V I is determined to be correct, and V T = V I is output. At time t 2 * is determined that the steady driving Second, similarly to V P (t 2 *) = KN (t 2 *) obtained from ............... (17) V P (t 2 *) V I (t 2
*) As a correct, V I (t 2 *) = K 2 'N (t 2 *) = V P' (t 2 *) at the ............... (18), corrected nominal value K 2 'K 2' = V I (t 2 *) / N (t 2 *) Request ............... (19).
【0024】しかし、係数K′は航走体2と推進機3の
寸法、形状が変化しないので、時間的に一定と考えられ
るので、で(15)式より求めた補正したノミナル値
K1′をこれからも使用することにしての処理を省略
し、演算を簡単化することもできる。 (イ)第2速度補正部15は、回転数変動の少ない
2番目の定常走行時では、(イ)補正されたK2 ′と推
進機回転数Nから得られる VP ′=K2 ′N …………… (20) を正しいとして、これを出力する(VT =VP ′)。However, the coefficient K 'is considered to be constant over time since the size and shape of the hull 2 and the propulsion unit 3 do not change, so the corrected nominal value K 1 ' obtained by the equation (15) is used. Can be omitted, and the processing can be simplified to simplify the operation. (A) The second speed correction unit 15 is configured to provide, during the second steady running with little rotation speed fluctuation, (A) V P ′ = K 2 ′ N obtained from the corrected K 2 ′ and the propulsion unit rotation speed N. ... (20) is assumed to be correct and is output (V T = V P ′).
【0025】(ロ)或いは、で求めた補正したノミナ
ル値K1 ′を毎回使用することにして、 VP ′=K1 ′N …………… (21) を求めて出力する。また、慣性装置より得られる速度V
I は定常走行期間に誤差が増大するので、第1速度補正
部14はVP ′をリファレンス値として補正したVI ′
を求めて慣性データ演算部10に入力する。(B) Alternatively, by using the corrected nominal value K 1 'obtained every time, V P ' = K 1 'N (21) is obtained and output. Also, the velocity V obtained from the inertial device
Since the error of I increases during the steady running period, the first speed correction unit 14 corrects V I ′ using V P ′ as a reference value.
Is input to the inertial data calculation unit 10.
【0026】[0026]
【発明の効果】 従来は速度出力VT として、推進機の回転速度Nよ
り算定した機械的速度VP =KNを用いていたので増減
速時には、航走体2の真の速度Vが自身の質量の存在に
よって推進機回転数Nの変化よりかなり遅れるために大
きな演算誤差が発生したが、この発明では増減速時には
慣性装置11の検出速度VI を速度出力VT としている
ので、算定誤差が大幅に軽減される。As conventionally velocity output V T, according to the present invention, at the time of acceleration and deceleration so have used mechanical speed V P = KN which was calculated from the rotational speed N of the propulsion unit, the true velocity V of Kohashikarada 2 is itself a large calculation error to significantly lag the changes in the propulsion speed N by the presence of the mass occurs, so this during acceleration and deceleration is invention has a detection speed V I a velocity output V T of the inertial device 11, is computed error Significantly reduced.
【0027】 従来は、定常走行時における速度出力
VT もVP =KNより求めていたが、もともと定数Kは
縮小模型を試験して求めたものであり、実機との間に誤
差があり、更に各航走体ごとにばらつきが存在する。こ
れらの理由によって定常走行時にもかなりの速度算定誤
算が存在した。しかし、この発明では、慣性装置の検出
した加速度信号Aまた及び角速度ωは推進機関部12よ
り得られる増減速信号dN/dtとから増減速時と定常
走行時とを判別し、前者より後者に切り替わった時点t
* の慣性速度VI (t* )と回転速度N(t* )から補
正された係数K′=VI (t* )/N(t* )を各航走
体ごとに求め、このK′を用いて定常走行時の速度出力
VT =VP ′=K′Nを求めている。従って従来の定数
K自身のもつ誤差に起因する算定誤差をなくすことがで
きる。Conventionally, the speed output V T at the time of steady running was also obtained from V P = KN. However, the constant K was originally obtained by testing a reduced model, and there was an error with the actual machine. Further, there is a variation for each vehicle. For these reasons, there was considerable speed calculation error even during steady driving. However, according to the present invention, the acceleration signal A and the angular velocity ω detected by the inertial device determine whether the vehicle is accelerating or decelerating and when the vehicle is in a steady running state based on the acceleration / deceleration signal dN / dt obtained from the propulsion engine unit 12. Switching time t
The coefficient K ′ = V I (t * ) / N (t * ) corrected from the inertia speed V I (t * ) and the rotation speed N (t * ) of * is obtained for each cruising vehicle. Is used to determine the speed output V T = V P '= K'N during steady running. Therefore, it is possible to eliminate the calculation error caused by the error of the conventional constant K itself.
【0028】慣性装置により速度を求める従来の方式
では、加速度計出力やジャイロ出力に含まれる誤差も一
緒に積分されるため、積分誤差が時間と共に増大する欠
点があったが、この発明では、比較的短時間の増減速時
にのみ慣性速度VI を用いるようにしたので、積分誤差
はかなり軽減される。しかも慣性速度VI は、比較的長
時間の定常走行時において、補正された速度出力VT =
VP ′=K′Nをリファレンス値として補正された慣性
速度VI ′に一致するように慣性装置が補正演算を実行
しているので、従来のような時間と共に増大する積分誤
差が除去された状態にある。従って、増減速時になれば
いつでも慣性速度VI を速度出力VT に用いることがで
き、しかもそれ以前の積分誤差の影響のない精度の高い
データが得られる。In the conventional method for obtaining the speed by the inertial device, the errors included in the accelerometer output and the gyro output are integrated together, so that there is a disadvantage that the integration error increases with time. Since the inertial velocity V I is used only during the acceleration / deceleration in a very short time, the integration error is considerably reduced. In addition, the inertial speed V I is the corrected speed output V T = during a relatively long period of steady running.
Since the inertial device performs the correction operation so as to coincide with the corrected inertial velocity V I ′ using V P ′ = K′N as a reference value, the conventional integration error that increases with time has been removed. In state. Therefore, it is possible to use the inertial velocity V I at any time if during acceleration and deceleration to the velocity output V T, yet is highly affected without the precision of previous integration error data obtained.
【図1】この発明の実施例を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
【図2】図1の要部の動作波形図。FIG. 2 is an operation waveform diagram of a main part of FIG.
【図3】図1における要部の検出速度の時間的変化を示
す図。FIG. 3 is a diagram showing a temporal change in a detection speed of a main part in FIG. 1;
【図4】水中航走体に作用する推力Tと抵抗Fの原理的
な説明図。FIG. 4 is a principle explanatory diagram of a thrust T and a resistance F acting on an underwater vehicle.
【図5】図4の推力T及び抵抗Fの走行速度Vに対する
変化特性を示す図。FIG. 5 is a diagram showing a change characteristic of a thrust T and a resistance F in FIG. 4 with respect to a traveling speed V;
【図6】慣性装置を水中航走体に搭載して速度を検出す
る従来例の原理的な説明図。FIG. 6 is a principle explanatory diagram of a conventional example in which an inertial device is mounted on an underwater vehicle to detect a speed.
【図7】推進機回転数N及び航走体の真の速度Vの時間
tに対する変化の一例を示す図。FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a change in the rotation speed N of the propulsion device and the true speed V of the traveling vehicle with respect to time t.
Claims (4)
ータ演算部より成る慣性装置と、第1,第2速度補正部
及び走行状態判定部より成る速度計測部とから構成され
る水中航走体用速度計測装置であって、 前記ジャイロスコープは、3軸方向の回転角速度ωを検
出するものであり、 前記加速度計は、前記3軸方向の加速度Aを検出するも
のであり、 前記慣性データ演算部は、前記加速度A及び角速度ωと
から水中航走体の速度(慣性速度と言う)VI を演算し
て、前記第1速度補正部に入力すると共に、各定常走行
期間において、前記第1速度補正部より入力される補正
された慣性速度VI ′をリファレンス値として更に補正
した慣性速度VI を演算するものであり、 前記走行状態判定部は、前記加速度A及び角速度ωまた
は水中航走体の推進機関部で得られる増減速信号(dN
/dt;Nは推進機の回転速度)より水中航走体の増減
速期間と定常走行期間とを判別して、その判別信号を前
記第1,第2速度補正部に入力するものであり、 前記第1速度補正部は、各加減速期間において前記慣性
データ演算部より入力される前記慣性速度VI を装置外
部に出力し、各定常走行期間において、前記第2速度補
正部で得られる補正した機械的速度VP ′(前記回転速
度Nより求めた速度を機械的速度と言い、VP で表す)
をリファレンス値として更に補正した慣性速度VI ′を
演算して、前記慣性データ演算部に入力するものであ
り、 前記第2速度補正部は、各定常走行期間において、前記
機械的速度VP =KN(Kは係数)を、前記慣性速度V
I を用いて補正した機械的速度VP ′を演算して、装置
外部に出力するものであることを特徴とする、 水中航走体用速度計測装置。1. An underwater vehicle speed comprising an inertial device including a gyroscope, an accelerometer, and an inertial data calculation unit, and a speed measurement unit including first and second speed correction units and a traveling state determination unit. A measuring device, wherein the gyroscope detects a rotational angular velocity ω in three axial directions; the accelerometer detects the acceleration A in the three axial directions; the (referred to as inertial velocity) from the acceleration a and the angular velocity ω speed of underwater vehicle by calculating the V I, and inputs to the first speed correcting section in each normal running period, the first speed correction The corrected inertia speed V I ′ input from the section is used as a reference value to calculate a further corrected inertia speed V I , wherein the traveling state determination unit is configured to calculate the acceleration A and the angular velocity ω or the underwater vehicle. Push Acceleration and deceleration signal obtained by the engine unit (dN
/ Dt; N is the rotation speed of the propulsion unit) and determines the acceleration / deceleration period and the steady traveling period of the underwater vehicle, and inputs the determination signal to the first and second speed correction units. said first speed correction unit said inertial velocity V I input from the inertial data arithmetic unit outputs to the outside of the apparatus at each deceleration period, each normal running period, obtained by the second speed correcting section corrects Mechanical speed V P ′ (the speed obtained from the rotation speed N is referred to as mechanical speed and is represented by V P )
Is used as a reference value to calculate the inertia speed V I ′, which is input to the inertia data calculation unit. The second speed correction unit calculates the mechanical speed V P = KN (K is a coefficient) is calculated by
A speed measuring device for underwater vehicles, wherein the device calculates a mechanical speed V P ′ corrected using I and outputs it to the outside of the device.
置において、前記第2速度補正部がi番目(i=1,
2,3…)の定常走行期間の最初の時点ti *におい
て、前記慣性速度VI (ti * )と前記回転速度N(t
i * )から、補正した係数Ki ′=VI (ti * )/N
(ti * )を求め、その係数Ki ′を用いて各定常走行
期間における前記補正した機械的速度VP ′=Ki ′N
を演算することを特徴とする。2. The underwater vehicle speed measurement device according to claim 1, wherein the second speed correction unit is an ith (i = 1,
2,3 ...) at the first time point t i * of steady running period, the inertial velocity V I (t i *) and the rotation speed N (t
i * ), the corrected coefficient K i ′ = V I (t i * ) / N
(T i * ) is obtained, and the corrected mechanical speed V P ′ = K i ′ N in each steady running period is calculated using the coefficient K i ′.
Is calculated.
置において、前記第2速度補正部が、1番目の定常走行
期間の最初の時点t1 * において、慣性速度VI (t1
* )と回転速度N(t1 * )から補正した係数K1 ′=
VI (t1 *)/N(t1 * )を求め、その係数K1 ′
を共通に用いて、各定常走行期間における前記補正した
機械的速度VP ′=K1 ′Nを演算することを特徴とす
る。3. The underwater vehicle speed measurement device according to claim 1, wherein the second speed correction unit is configured to control the inertial speed V I (t 1) at a first time point t 1 * of a first steady running period.
* ) And the coefficient K 1 ′ = corrected from the rotation speed N (t 1 * )
V I (t 1 * ) / N (t 1 * ) is obtained and its coefficient K 1 ′
Using in common, characterized by calculating the corrected mechanical velocity V P '= K 1' N in each steady running period.
航走体用速度計測装置において、前記慣性データ演算部
が、航走体の姿勢角、方位角または位置を演算して外部
に出力できることを特徴とする。4. The underwater vehicle speed measurement device according to claim 1, wherein the inertial data calculation unit calculates an attitude angle, an azimuth angle, or a position of the vehicle and externally calculates the attitude angle, the azimuth angle, or the position of the vehicle. It can be output.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JPH07234235A JPH07234235A (en) | 1995-09-05 |
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KR101068837B1 (en) * | 2010-07-19 | 2011-09-30 | 국방과학연구소 | Apparatus and method for correcting output signal error in accelerometer |
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1994
- 1994-02-23 JP JP6025538A patent/JP2733598B2/en not_active Expired - Fee Related
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