JP3776795B2 - 慣性装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、ロケットその他の移動体に搭載され、ジャイロ及び加速度計でなる慣性センサにより移動体の角速度および加速度を検知し、該角速度および加速度に基づき該移動体の姿勢角、速度、位置などの慣性データを演算する慣性装置に関し、特にオートパイロット等の外部機器から供給される外部クロック信号を受け、外部クロック信号に同期して慣性データを該外部機器へ出力できる慣性装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に慣性装置は、航空機、ロケットその他の移動体に搭載され、慣性センサおよび演算処理部を備え、移動体の姿勢角、速度および位置を生成する。移動体の姿勢角、速度および位置は、移動体の慣性データと称される。慣性センサは、Ｘ，Ｙ及びＺの直交３軸に関する移動体の角速度を検知するジャイロと、その直交３軸に関する移動体の加速度を検知する加速度計とでなる。慣性センサで検知された角速度および加速度は、ここではセンサ出力と称することとする。演算処理部は、そのセンサ出力に基づき移動体の姿勢角、速度および位置、すなわち慣性データを演算する。センサ出力（角速度および加速度）に基づき移動体の慣性データ（姿勢角、速度および位置）を求める演算は、慣性演算と称される。慣性演算は、センサ出力に積分演算を施し、Ｘ，Ｙ及びＺの直交３軸に関する移動体の角度および速度を求めるとともに、該角度および速度のデータを処理し、移動体の姿勢、速度および位置を求める演算である。慣性データは、例えば移動体のオートパイロット装置（自動操縦装置）に提供され、移動体の操縦系制御データとして利用される。図４および図５は、従来から知られている慣性装置の構成をそれぞれ示す図である。前記オートパイロット装置は外部機器の一例である。
【０００３】
図４の慣性装置４１（第１の従来例）は、慣性センサ２と、アップダウン・カウンタ３と、演算処理部４４と、外部接続回路６とを備えてなり、外部機器１６に対し慣性データをデータバス１４経由で供給する。慣性センサ２は、角加速度を検出するジャイロ及び加速度を検出する加速度計でなり、Ｘ，Ｙ及びＺの直交３軸に関する角速度および加速度をセンサ出力１０１として出力する。そして、慣性センサ２は、センサ出力１０１におけるデータ（Ｘ，Ｙ及びＺの直交３軸に関する角速度または加速度）それぞれに対応してアップ端子およびダウン端子を有し、そのデータが正の値のときは、そのデータの大きさを表す数のパルスをアップ端子から出力し、データが負の値のときは、そのデータの大きさを表す数のパルスをダウン端子から出力する。
【０００４】
アップダウン・カウンタ３は、慣性センサ２のアップ端子およびダウン端子にそれぞれ対応してアップカウント入力端子およびダウンカウント入力端子を備える。慣性センサ２のアップ端子はアップカウント入力端子に接続され、慣性センサ２のダウン端子はダウンカウント入力端子に接続されている。アップダウン・カウンタ３は、演算処理部４４から供給されるクロック信号４０２のタイミングで、アップカウント入力端子へ入力されたパルス数だけ計数値を加算（カウントアップ）し、ダウンカウント入力端子へ入力されたパルス数だけ計数値を減算（カウントダウン）する。アップダウン・カウンタ３におけるこの計数処理をアップダウン・カウント処理と称する。アップダウン・カウント処理は、センサ出力１０１をクロック信号４０２の周期で計数するので、一種の積分処理である。クロック信号４０２の周期は、例えば1ｍ秒といった程度の時間である。アップダウン・カウンタ３のアップダウン・カウント処理出力１０３は、演算処理部４４に送られる。演算処理部４４は、アップダウン・カウント処理出力１０３につき慣性演算を行い、慣性データ１４４を生成する。演算処理部４４における慣性演算には、アップダウン・カウント処理出力１０３の積分演算が含まれる。慣性データ１４４は、外部接続回路６とデータバス１４とを介して外部機器１６へ供給される。
【０００５】
この図４の従来例においては、アップダウン・カウンタ３におけるアップダウン・カウント処理と演算処理部４４における慣性演算処理とが、外部機器１６のクロック信号とは関わりのない独自のタイミングで、すなわち外部機器１６内における処理動作とは非同期で行われる。そこで、慣性装置４１と外部機器１６との機器間における処理タイミングにずれが生じることは避けがたく、外部機器１６が慣性データ１４４を受けた時、該慣性データ１４４がどの時点で取得した移動体の物理的な運動状態であるかを外部機器１６では正確には知り得ない。したがって、図４の慣性装置では、慣性データ１４４と移動体の物理的な運動状態との間の誤差が避けられない。
【０００６】
図５の慣性装置５１（第２の従来例）は、この欠点を解消することを意図した従来例であり、各構成要素は図４の装置におけるものと同じである。図５の慣性装置５１が図４の慣性装置４１と異なるところは、外部機器１６から出力される外部クロック信号１０２が、慣性装置５１内に導入されている点である。外部クロック信号１０２の周波数は、例えば１ｋＨｚである。
【０００７】
図５において、慣性センサ２のセンサ出力１０１は、アップダウン・カウンタ３に入力され、外部クロック信号１０２に基づくタイミングでアップダウン・カウント処理を施される。アップダウン・カウンタ３のアップダウン・カウント処理出力１０３は、演算処理部４４に送られる。演算処理部４４は、外部クロック信号１０２のタイミングで、アップダウン・カウント処理出力１０３につき慣性演算処理を施し、慣性データ１４４を生成する。この慣性演算は、図４における演算と同様に積分演算を含む。この図５の慣性装置５１では、積分演算の積分期間の開始と終了は、外部クロック信号１０２のタイミングである。この慣性データ１４４は、図４の従来例の場合と同様に、外部接続回路６とデータバス１４とを介して外部機器１６へ供給される。
【０００８】
なお、図４の慣性装置４１におけるアップダウン・カウンタ３について述べたように、アップダウン・カウンタ３における計数処理は一種の積分処理であり、演算処理部４４でも積分処理が行われるが、アップダウン・カウンタ３における計数処理は１ｍ秒程度の短時間の計数であり、演算処理部４４における積分処理はより長い時間に関しアップダウン・カウント処理出力１０３を積分することにより行われる。演算処理部４４は、外部クロック信号１０２を受け、外部クロック信号１０２の周波数を分周した内部クロック信号を生成し、内部クロック信号のタイミングで積分処理をしている。
【０００９】
図５の従来例においては、アップダウン・カウンタ３および演算処理部４４の処理動作を、外部機器１６の外部クロック信号１０２に同期させるので、慣性データ１４４は上位の外部機器１６において待ち受けるタイミングで外部機器１６に対し供給される。したがって、図５の慣性装置５１（第２の従来例）では、図４の慣性装置４１（第１の従来例）における欠点は一応回避される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例において、第１の従来例の欠点を補うために提案されている第２の従来例の場合には、慣性装置５１内のアップダウン・カウンタ３及び演算処理部４４の処理動作は、外部機器１６の外部クロック信号１０２に同期して行われており、慣性装置５１の出力の慣性データ１４４と外部機器１６のデータ受信タイミングとの間の時間ズレの発生は一応回避され、慣性データ１４４がどの時点で取得した移動体の物理的な運動状態を表すかを外部機器１６で正確に知り得る。しかしながら、演算処理部４４における慣性演算処理は積分演算を含み、該積分演算の開始から終了までの時間区間は外部クロック信号１０２で規定されるので、外部クロック信号１０２の周期に変動があると、積分演算の積分時間区間の誤差となり、該積分時間区間の誤差が、演算処理部４４における慣性演算による慣性データ１４４（姿勢角、速度および位置）の精度劣化にそのままつながるという欠点がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記の欠点を排除し、外部クロック信号に同期した慣性データを、外部クロック信号の周期に変動があっても、高い精度で外部機器に供給できる慣性装置を提供することにある。
【００１２】
【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。
【００１３】
（１）移動体の角速度および加速度を検出する慣性センサと、該慣性センサの出力を受ける演算手段とを備え、外部機器から出力される外部クロック信号を該演算手段に受け、該外部クロック信号の繰り返し周期に基づく時間に関し該慣性センサ出力に積分演算処理を施すことにより、該移動体の慣性データを求め、該慣性データを該外部機器へ伝達する慣性装置において、
前記外部クロック信号の繰り返し周期を測定し、該繰り返し周期を表す外部クロック周期データを生成する外部クロック周期測定回路を備え、
前記演算手段は、前記外部クロック周期データを受け、該外部クロック周期データで表される前記繰り返し周期と基準値との差を外部クロック周期誤差として求め、該外部クロック周期誤差に基づき該外部クロックの周期を補正することにより、繰り返し周期の補正された補正外部クロックを生成し、該補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間に関し該慣性センサ出力に積分演算処理を施すことにより、該移動体の慣性データを求め、該慣性データを該外部機器へ伝達する
ことを特徴とする慣性装置。
【００１４】
（２）前記慣性センサは、前記角速度を検出するジャイロと前記加速度を検出する加速度計とを含み、
前記演算手段は、前記外部クロック信号のタイミングで前記慣性センサ出力にアップダウン・カウント処理を施し、アップダウン・カウント処理出力を生成するアップダウン・カウンタと、該アップダウン・カウント処理出力に積分演算処理を施すことにより前記慣性データを生成する演算処理部でなり、
前記演算処理部は、前記外部クロック周期測定回路の作動を制御する制御信号および基準クロック信号を前記外部クロック周期測定回路へ供給し、
前記基準クロック信号の繰り返し周波数は、前記外部クロック信号の繰り返し周波数より大きく、
前記外部クロック周期測定回路は、前記外部クロック信号の繰り返し周期のパルス幅のパルス信号を生成する外部クロック信号繰り返し周期検出手段と、該パルス幅の時間を前記基準クロック信号で計数する計数手段と、該計数手段から出力される計数値を取り出し、該計数値を前記外部クロック周期データとして前記前記演算処理部へ送出する手段とを有し、
前記外部クロック信号繰り返し周期検出手段は、前記外部クロック信号における連続する第１及び第２の繰り返し周期をそれぞれ表す第１及び第２のパルス信号を生成し、
前記計数手段は、前記第１及び第２のパルス信号における前記パルス幅を前記基準クロック信号でそれぞれ計数する第１及び第２のカウンタでなり、
前記送出手段は、前記第１及び第２のカウンタの計数値をそれぞれ取り出す第１及び第２のバッファと、該第１及び第２のバッファに取り出された該第１及び第２カウンタの計数値を前記外部クロック周期データとして前記演算処理部へ導くデータバスとでなり、
前記制御信号は、前記計数手段における計数期間並びに前記第１及び第２のバッファによる前記第１及び第２カウンタの計数値の取り出しタイミングを制御する
ことを特徴とする前記（１）に記載の慣性装置。
【００１５】
（３）前記外部クロック信号繰り返し周期検出手段は、前記外部クロック信号をラッチして、該外部クロック信号に同期し、且つ外部クロック信号の各周期ごとに交互にハイレベル及びロウレベルに切り替わるパルス信号を前記第１のパルス信号として生成するラッチと、該第１のパルス信号の極性を反転して、前記第２のパルス信号を生成するインバータとでなる
ことを特徴とする前記（２）に記載の慣性装置。
【００１６】
（４）前記補正外部クロックは、前記外部クロックを分周した内部クロックの繰り返し周期を前記外部クロック周期誤差に基づき補正したクロックであることを特徴とする前記（1）乃至（３）に記載の慣性装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を挙げ、本発明の慣性装置を一層具体的に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施例の慣性装置１は、慣性センサ２と、アップダウン・カウンタ３と、演算処理部４と、外部クロック周期測定回路５と、外部接続回路６とを備えて構成される。また、図２は、外部クロック周期測定回路５の一実施例の内部構成を示す図であり、図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ）及び（ｋ）は、外部クロック周期測定回路５における各部信号のタイミング図である。図２に示されるように、外部クロック周期測定回路５は、演算処理部４に対応して、ラッチ７と、インバータ８と、カウンタ９，１０と、バッファ１１，１２とを備えて構成される。
【００１９】
図１において、慣性センサ２において検出されたセンサ出力１０１（前述の慣性センサ出力に相当）は、アップダウン・カウンタ３に入力され、外部機器１６から供給される外部クロック信号１０２のタイミングでアップダウン・カウント処理される。慣性センサ２及びアップダウン・カウンタ３の作動は図５について述べたところと同様である。アップダウン・カウンタ３から出力されるアップダウン・カウント処理出力１０３は、演算処理部４に入力される。演算処理部４ではアップダウン・カウント処理出力１０３につき慣性演算処理が行われることは、図４及び図５の従来の慣性装置と同様である。本実施の形態の慣性装置１は、外部クロック周期測定回路５が外部クロック信号１０２の繰り返し周期を測定し、その外部クロック信号１０２の繰り返し周期を外部クロック周期データとしてデータバス１３経由で演算処理部４へ供給する点を特徴とする。
【００２０】
演算処理部４は、外部クロック周期データで示される積分時間区間が所定の外部クロック周期（前述の基準値に相当）からずれている量を誤差（前述の外部クロック周期誤差に相当）とし、外部クロック信号１０２を分周した内部クロックの周期を該誤差に基づき補正し、外部クロック信号１０２の周波数変動の影響を除いた正確な慣性データを得ることができる。
【００２１】
外部クロック周期測定回路５に対しては、外部クロック信号１０２が入力されており、また演算処理部４からは基準クロック信号１０４、カウンタ（９）クリア信号１０７、カウンタ（１０）クリア信号１０８、バッファ（１１）イネーブル信号１１１及びバッファ（１２）イネーブル信号１１２が入力されている。信号１０７，１０８，１１１及び１１２は前述の制御信号に相当する。外部クロック周期測定回路５からは、外部クロック信号１０２の繰り返し周期を表す外部クロック周期データ〔カウンタ（９）計数データ１０９およびカウンタ（１０）計数データ１１０を交互に選択して構成したデータ〕がデータバス１３を介して演算処理部４へ出力される。
【００２２】
演算処理部４においては、上述のように、該外部クロック周期データにより外部クロック信号１０２の繰り返し周期を知り、外部クロック信号１０２の基準繰り返し周期に対し実際の外部クロック信号１０２の繰り返し周期がずれている時間量を外部クロック信号（１０２）繰り返し周期誤差として求める。そして、演算処理部４は、外部クロック信号１０２を分周した内部クロックの繰り返し周期を外部クロック信号（１０２）繰り返し周期誤差に基づき補正することにより、補正外部クロックを生成し、補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間でアップダウン・カウント処理出力１０３の時間積分をし、慣性データを生成する。アップダウン・カウント処理出力１０３の時間積分で得られる慣性データは、その外部クロック信号１０２の繰り返し周期が基準値であるときにその基準値の繰り返し周期で積分して得らえる慣性データとほぼ同じ精度である。この慣性データは、データバス１４を介して外部接続回路６に入力され、更にデータバス１５を経由して外部機器１６へ伝送される。
【００２３】
このように、演算処理部４における慣性演算においては、外部クロック信号１０２の繰り返し周期の誤差を求め、慣性データの演算精度の向上を図ることができる。以下においては、図１、図２および図３を参照し、本実施の形態について、外部クロック周期測定回路５の一実施例の動作内容に主眼をおいて説明する。
【００２４】
図１に示されるように、外部機器１６より出力される外部クロック信号１０２（図３（ｂ）参照）は、前述のように、アップダウン・カウンタ３に入力されるとともに、演算処理部４および外部クロック周期測定回路５に対しても入力される。外部クロック周期測定回路５に対しては、基準クロック信号１０４（図３（ａ）参照）が演算処理部４から供給され、さらに制御信号として、カウンタ（９）クリア信号１０７（図３（ｇ）参照）、カウンタ（１０）クリア信号１０８（図３（ｈ）参照）、バッファ（１１）イネーブル信号１１１（図３（ｉ）参照）およびバッファ（１２）イネーブル信号１１２（図３（ｊ）参照）が演算処理部４から供給されている。外部クロック信号１０２の周波数は１ｋＨｚである。基準クロック信号１０４は、演算処理部４内の発信器により生成され、１０ＭＨｚの安定した周波数の信号であり、外部クロック信号１０２とは非同期である。
【００２５】
図２において、外部機器１６からの外部クロック信号１０２は、ラッチ７に入力され、ラッチ７からは、カウンタ・イネーブル信号１０５（前述の第１のパルス信号に相当。図３（ｃ）参照）が出力されて、カウンタ９に入力されるとともに、インバータ８により反転されて、反転カウンタ・イネーブル信号１０６（前述の第２のパルス信号に相当。図３（ｄ）参照）として、カウンタ１０に入力される。
【００２６】
カウンタ９（前述の第１のカウンタに相当）は、カウンタ・イネーブル信号１０５と、基準クロック信号１０４を受けて、図３（ｅ）に示されるように、タイミングＴ1 からＴ2 に至る間において、基準クロック信号１０４の計数を行う。カウンタ９における計数値は、カウンタ（９）計数データ１０９として、該タイミングＴ2 以降の時間帯において保持される。カウンタ（９）計数データ１０９は、外部クロック信号１０２の周期を表す。同様に、カウンタ１０（前述の第２のカウンタに相当）には、反転カウンタ・イネーブル信号１０６と、基準クロック信号１０４とを受けて、図３（ｆ）に示されるように、タイミングＴ2 からＴ5 に至る間において、基準クロック信号１０４の計数を行う。カウンタ１０における計数値は、カウンタ（１０）計数データ１１０として、該タイミングＴ5 以降の時間帯において保持される。カウンタ（１０）計数データ１１０は、カウンタ（９）計数データ１０９と同様に、外部クロック信号１０２の周期を表す。カウンタ（９）計数データ１０９及びカウンタ（１０）計数データ１１０は、外部クロック信号１０２における交互の繰り返し周期をそれぞれ表す。
【００２７】
バッファ１１（前述の第１のバッファに相当）は、図３（ｉ）に示されるように、タイミングＴ3 において、演算処理部４から出力されるバッファ（１１）イネーブル信号１１１を受けて、タイミングＴ2 以降、カウンタ９にデータ保持されていたカウンタ（９）計数データ１０９の取り込みを行う。カウンタ（９）計数データ１０９は、バッファ１１及びデータバス１３を介して演算処理部４に伝送される。カウンタ（９）計数データ１０９の転送後のタイミングＴ4 においては、演算処理部４から、カウンタ９に対してカウンタ（９）クリア信号１０７が入力され、カウンタ９に保持されていたカウンタ（９）計数データ１０９はクリアされる。
【００２８】
カウンタ９及びバッファ１１に関するこれらの一連の連係動作は、カウンタ１０及びバッファ１２（前述の第２のバッファに相当）についても全く同様である。バッファ１２においては、図３（ｊ）に示されるように、タイミングＴ6 において、演算処理部４から出力されるバッファ（１２）イネーブル信号１１２を受けて、タイミングＴ5 以降、カウンタ１０にデータ保持されていたカウンタ（１０）計数データ１１０の取り込みが行われ、カウンタ（１０）計数データ１１０は、バッファ１２及びデータバス１３を介して演算処理部４へ伝送される。カウンタ（１０）計数データ１１０の転送後のタイミングＴ7 において、演算処理部４から、カウンタ１０に対してカウンタ（１０）クリア信号１０８が入力され、カウンタ１０に保持されていたカウンタ（１０）計数データ１１０はクリアされる。
【００２９】
図３（ｋ）は、カウンタ（９）計数データ１０９およびカウンタ（１０）計数データ１１０が、それぞれデータバス１３を経由して外部機器１６に伝送される際の、該データバス１３の利用時間帯を概念的に示した図である。バッファ（１１）イネーブル信号１１１及びバッファ（１２）イネーブル信号１１２に対応する伝送時間帯１３ａにおいて、カウンタ計数データ１０９，１１０は、データバス１３を経由して演算処理部４に逐次に伝送される即ち、カウンタ（９）計数データ１０９及びカウンタ（１０）計数データ１１０は、外部クロック信号１０２に同期して、データバス１３を経由して、演算処理部４へ交互に出力される。カウンタ計数データ１０９及び１１０は、前述のとおり、データバス１３を経由して演算処理部４へ交互に供給されるとき、演算処理部４は外部クロック周期データなる一体のデータとしてデータ１０９及び１１０を認識する。また図３（ｋ）において符合１３ｂとして示される期間は、データバス１３がハイインピーダンス状態にある時間帯を示しており、カウンタ計数データ１０９，１１０以外の他のデータ信号の伝送に利用できる伝送時間帯を示している。
【００３０】
かくして、図２の外部クロック周期測定回路５は、カウンタ計数データ１０９及び１１０で構成される外部クロック周期データを演算処理部４へ供給し、演算処理部４は外部クロック周期データに基づき外部クロック信号１０２の繰り返し周期の誤差（外部クロック周期誤差）を演算し、その外部クロック周期誤差に基づき外部クロック信号１０２の繰り返し周期を補正し、補正外部クロックを生成し、該補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間でアップダウン・カウント処理出力１０３の時間積分をする。時間積分における時間データが正確であるから、演算処理部４は、外部クロック信号１０２の繰り返し周期の誤差の影響を除いた正確な慣性データを演算することができる。但し、基準クロック信号１０４は外部クロック信号１０２とは非同期であるから、外部クロック周期測定回路５で測定される外部クロック信号１０２の繰り返し周期には、最大で基準クロック信号１０４の２周期分の誤差はある。しかし、この実施例では、基準クロック信号１０４は１０ＭＨｚであるから、この２周期分の誤差は２００ナノ秒（ｎｓ）であり、外部クロック信号１０２の繰り返し周期に生じ得る数十マイクロ秒の変動に比べ、無視し得る大きさである。
【００３１】
また、外部クロック信号１０２の繰り返し周期の誤差が、外部クロック信号１０２の繰り返し周期のジッタによるものであり、そのジッタが比較的大きい値であっても、本実施の形態では、外部クロック信号１０２の繰り返し周期を１周期ごとに測定しているので、外部クロック信号１０２の繰り返し周期に応じて演算して得た慣性データにそのジッタに基づく誤差があっても、その誤差を補正した正確な慣性データを出力できる。外部クロック周期測定回路が、外部クロック信号１０２における複数の繰り返し周期の平均値を測定するのであれば、個別のジッタに基づく積分値の誤差は補正できないが、本実施の形態では、上述のとおり、外部クロック信号１０２の繰り返し周期を１周期ごとに測定しているので、繰り返し周期ごとのジッタに基づく誤差をも補正できるのである。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、外部クロック信号の周期に変動があっても、外部クロック信号に同期した慣性データを高い精度で外部機器に供給できる慣性装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の実施の形態における外部クロック周期測定回路の一実施例を示す構成図である。
【図３】図２の外部クロック周期測定回路における各部の信号を示すタイミング図である。
【図４】従来例を示すブロック図である。
【図５】他の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，４１，５１ 慣性装置
２ 慣性センサ
３ アップダウン・カウンタ
４，４４ 演算処理部
５ 外部クロック周期測定回路
６ 外部接続回路
７ ラッチ
８ インバータ
９，１０ カウンタ
１１，１２ バッファ
１３，１４，１５ データバス
１６ 外部機器
１０１ センサ出力
１０２ 外部クロック信号
１０３ アップダウン・カウンタ３のアップダウン・カウント処理出力
１０４ 基準クロック信号
１０５ カウンタ・イネーブル信号
１０６ 反転カウンタ・イネーブル信号
１０７ カウンタ（９）クリア信号
１０８ カウンタ（１０）クリア信号
１０９ カウンタ（９）計数データ
１１０ カウンタ（１０）計数データ
１１１ バッファ（１１）イネーブル信号
１１２ バッファ（１２）イネーブル信号
１４４ 慣性データ
４０２ クロック信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機、ロケットその他の移動体に搭載され、ジャイロ及び加速度計でなる慣性センサにより移動体の角速度および加速度を検知し、該角速度および加速度に基づき該移動体の姿勢角、速度、位置などの慣性データを演算する慣性装置に関し、特にオートパイロット等の外部機器から供給される外部クロック信号を受け、外部クロック信号に同期して慣性データを該外部機器へ出力できる慣性装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に慣性装置は、航空機、ロケットその他の移動体に搭載され、慣性センサおよび演算処理部を備え、移動体の姿勢角、速度および位置を生成する。移動体の姿勢角、速度および位置は、移動体の慣性データと称される。慣性センサは、Ｘ，Ｙ及びＺの直交３軸に関する移動体の角速度を検知するジャイロと、その直交３軸に関する移動体の加速度を検知する加速度計とでなる。慣性センサで検知された角速度および加速度は、ここではセンサ出力と称することとする。演算処理部は、そのセンサ出力に基づき移動体の姿勢角、速度および位置、すなわち慣性データを演算する。センサ出力（角速度および加速度）に基づき移動体の慣性データ（姿勢角、速度および位置）を求める演算は、慣性演算と称される。慣性演算は、センサ出力に積分演算を施し、Ｘ，Ｙ及びＺの直交３軸に関する移動体の角度および速度を求めるとともに、該角度および速度のデータを処理し、移動体の姿勢、速度および位置を求める演算である。慣性データは、例えば移動体のオートパイロット装置（自動操縦装置）に提供され、移動体の操縦系制御データとして利用される。図４および図５は、従来から知られている慣性装置の構成をそれぞれ示す図である。前記オートパイロット装置は外部機器の一例である。
【０００３】
図４の慣性装置４１（第１の従来例）は、慣性センサ２と、アップダウン・カウンタ３と、演算処理部４４と、外部接続回路６とを備えてなり、外部機器１６に対し慣性データをデータバス１４経由で供給する。慣性センサ２は、角加速度を検出するジャイロ及び加速度を検出する加速度計でなり、Ｘ，Ｙ及びＺの直交３軸に関する角速度および加速度をセンサ出力１０１として出力する。そして、慣性センサ２は、センサ出力１０１におけるデータ（Ｘ，Ｙ及びＺの直交３軸に関する角速度または加速度）それぞれに対応してアップ端子およびダウン端子を有し、そのデータが正の値のときは、そのデータの大きさを表す数のパルスをアップ端子から出力し、データが負の値のときは、そのデータの大きさを表す数のパルスをダウン端子から出力する。
【０００４】
アップダウン・カウンタ３は、慣性センサ２のアップ端子およびダウン端子にそれぞれ対応してアップカウント入力端子およびダウンカウント入力端子を備える。慣性センサ２のアップ端子はアップカウント入力端子に接続され、慣性センサ２のダウン端子はダウンカウント入力端子に接続されている。アップダウン・カウンタ３は、演算処理部４４から供給されるクロック信号４０２のタイミングで、アップカウント入力端子へ入力されたパルス数だけ計数値を加算（カウントアップ）し、ダウンカウント入力端子へ入力されたパルス数だけ計数値を減算（カウントダウン）する。アップダウン・カウンタ３におけるこの計数処理をアップダウン・カウント処理と称する。アップダウン・カウント処理は、センサ出力１０１をクロック信号４０２の周期で計数するので、一種の積分処理である。クロック信号４０２の周期は、例えば1ｍ秒といった程度の時間である。アップダウン・カウンタ３のアップダウン・カウント処理出力１０３は、演算処理部４４に送られる。演算処理部４４は、アップダウン・カウント処理出力１０３につき慣性演算を行い、慣性データ１４４を生成する。演算処理部４４における慣性演算には、アップダウン・カウント処理出力１０３の積分演算が含まれる。慣性データ１４４は、外部接続回路６とデータバス１４とを介して外部機器１６へ供給される。
【０００５】
この図４の従来例においては、アップダウン・カウンタ３におけるアップダウン・カウント処理と演算処理部４４における慣性演算処理とが、外部機器１６のクロック信号とは関わりのない独自のタイミングで、すなわち外部機器１６内における処理動作とは非同期で行われる。そこで、慣性装置４１と外部機器１６との機器間における処理タイミングにずれが生じることは避けがたく、外部機器１６が慣性データ１４４を受けた時、該慣性データ１４４がどの時点で取得した移動体の物理的な運動状態であるかを外部機器１６では正確には知り得ない。したがって、図４の慣性装置では、慣性データ１４４と移動体の物理的な運動状態との間の誤差が避けられない。
【０００６】
図５の慣性装置５１（第２の従来例）は、この欠点を解消することを意図した従来例であり、各構成要素は図４の装置におけるものと同じである。図５の慣性装置５１が図４の慣性装置４１と異なるところは、外部機器１６から出力される外部クロック信号１０２が、慣性装置５１内に導入されている点である。外部クロック信号１０２の周波数は、例えば１ｋＨｚである。
【０００７】
図５において、慣性センサ２のセンサ出力１０１は、アップダウン・カウンタ３に入力され、外部クロック信号１０２に基づくタイミングでアップダウン・カウント処理を施される。アップダウン・カウンタ３のアップダウン・カウント処理出力１０３は、演算処理部４４に送られる。演算処理部４４は、外部クロック信号１０２のタイミングで、アップダウン・カウント処理出力１０３につき慣性演算処理を施し、慣性データ１４４を生成する。この慣性演算は、図４における演算と同様に積分演算を含む。この図５の慣性装置５１では、積分演算の積分期間の開始と終了は、外部クロック信号１０２のタイミングである。この慣性データ１４４は、図４の従来例の場合と同様に、外部接続回路６とデータバス１４とを介して外部機器１６へ供給される。
【０００８】
なお、図４の慣性装置４１におけるアップダウン・カウンタ３について述べたように、アップダウン・カウンタ３における計数処理は一種の積分処理であり、演算処理部４４でも積分処理が行われるが、アップダウン・カウンタ３における計数処理は１ｍ秒程度の短時間の計数であり、演算処理部４４における積分処理はより長い時間に関しアップダウン・カウント処理出力１０３を積分することにより行われる。演算処理部４４は、外部クロック信号１０２を受け、外部クロック信号１０２の周波数を分周した内部クロック信号を生成し、内部クロック信号のタイミングで積分処理をしている。
【０００９】
図５の従来例においては、アップダウン・カウンタ３および演算処理部４４の処理動作を、外部機器１６の外部クロック信号１０２に同期させるので、慣性データ１４４は上位の外部機器１６において待ち受けるタイミングで外部機器１６に対し供給される。したがって、図５の慣性装置５１（第２の従来例）では、図４の慣性装置４１（第１の従来例）における欠点は一応回避される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来例において、第１の従来例の欠点を補うために提案されている第２の従来例の場合には、慣性装置５１内のアップダウン・カウンタ３及び演算処理部４４の処理動作は、外部機器１６の外部クロック信号１０２に同期して行われており、慣性装置５１の出力の慣性データ１４４と外部機器１６のデータ受信タイミングとの間の時間ズレの発生は一応回避され、慣性データ１４４がどの時点で取得した移動体の物理的な運動状態を表すかを外部機器１６で正確に知り得る。しかしながら、演算処理部４４における慣性演算処理は積分演算を含み、該積分演算の開始から終了までの時間区間は外部クロック信号１０２で規定されるので、外部クロック信号１０２の周期に変動があると、積分演算の積分時間区間の誤差となり、該積分時間区間の誤差が、演算処理部４４における慣性演算による慣性データ１４４（姿勢角、速度および位置）の精度劣化にそのままつながるという欠点がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記の欠点を排除し、外部クロック信号に同期した慣性データを、外部クロック信号の周期に変動があっても、高い精度で外部機器に供給できる慣性装置を提供することにある。
【００１２】
【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。
【００１３】
（１）移動体の角速度および加速度を検出する慣性センサと、該慣性センサの出力を受ける演算手段とを備え、外部機器から出力される外部クロック信号を該演算手段に受け、該外部クロック信号の繰り返し周期に基づく時間に関し該慣性センサ出力に積分演算処理を施すことにより、該移動体の慣性データを求め、該慣性データを該外部機器へ伝達する慣性装置において、
前記外部クロック信号の繰り返し周期を測定し、該繰り返し周期を表す外部クロック周期データを生成する外部クロック周期測定回路を備え、
前記演算手段は、前記外部クロック周期データを受け、該外部クロック周期データで表される前記繰り返し周期と基準値との差を外部クロック周期誤差として求め、該外部クロック周期誤差に基づき該外部クロックの周期を補正することにより、繰り返し周期の補正された補正外部クロックを生成し、該補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間に関し該慣性センサ出力に積分演算処理を施すことにより、該移動体の慣性データを求め、該慣性データを該外部機器へ伝達する
ことを特徴とする慣性装置。
【００１４】
（２）前記慣性センサは、前記角速度を検出するジャイロと前記加速度を検出する加速度計とを含み、
前記演算手段は、前記外部クロック信号のタイミングで前記慣性センサ出力にアップダウン・カウント処理を施し、アップダウン・カウント処理出力を生成するアップダウン・カウンタと、該アップダウン・カウント処理出力に積分演算処理を施すことにより前記慣性データを生成する演算処理部でなり、
前記演算処理部は、前記外部クロック周期測定回路の作動を制御する制御信号および基準クロック信号を前記外部クロック周期測定回路へ供給し、
前記基準クロック信号の繰り返し周波数は、前記外部クロック信号の繰り返し周波数より大きく、
前記外部クロック周期測定回路は、前記外部クロック信号の繰り返し周期のパルス幅のパルス信号を生成する外部クロック信号繰り返し周期検出手段と、該パルス幅の時間を前記基準クロック信号で計数する計数手段と、該計数手段から出力される計数値を取り出し、該計数値を前記外部クロック周期データとして前記前記演算処理部へ送出する手段とを有し、
前記外部クロック信号繰り返し周期検出手段は、前記外部クロック信号における連続する第１及び第２の繰り返し周期をそれぞれ表す第１及び第２のパルス信号を生成し、
前記計数手段は、前記第１及び第２のパルス信号における前記パルス幅を前記基準クロック信号でそれぞれ計数する第１及び第２のカウンタでなり、
前記送出手段は、前記第１及び第２のカウンタの計数値をそれぞれ取り出す第１及び第２のバッファと、該第１及び第２のバッファに取り出された該第１及び第２カウンタの計数値を前記外部クロック周期データとして前記演算処理部へ導くデータバスとでなり、
前記制御信号は、前記計数手段における計数期間並びに前記第１及び第２のバッファによる前記第１及び第２カウンタの計数値の取り出しタイミングを制御する
ことを特徴とする前記（１）に記載の慣性装置。
【００１５】
（３）前記外部クロック信号繰り返し周期検出手段は、前記外部クロック信号をラッチして、該外部クロック信号に同期し、且つ外部クロック信号の各周期ごとに交互にハイレベル及びロウレベルに切り替わるパルス信号を前記第１のパルス信号として生成するラッチと、該第１のパルス信号の極性を反転して、前記第２のパルス信号を生成するインバータとでなる
ことを特徴とする前記（２）に記載の慣性装置。
【００１６】
（４）前記補正外部クロックは、前記外部クロックを分周した内部クロックの繰り返し周期を前記外部クロック周期誤差に基づき補正したクロックであることを特徴とする前記（1）乃至（３）に記載の慣性装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を挙げ、本発明の慣性装置を一層具体的に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施例の慣性装置１は、慣性センサ２と、アップダウン・カウンタ３と、演算処理部４と、外部クロック周期測定回路５と、外部接続回路６とを備えて構成される。また、図２は、外部クロック周期測定回路５の一実施例の内部構成を示す図であり、図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ），（ｆ），（ｇ），（ｈ），（ｉ），（ｊ）及び（ｋ）は、外部クロック周期測定回路５における各部信号のタイミング図である。図２に示されるように、外部クロック周期測定回路５は、演算処理部４に対応して、ラッチ７と、インバータ８と、カウンタ９，１０と、バッファ１１，１２とを備えて構成される。
【００１９】
図１において、慣性センサ２において検出されたセンサ出力１０１（前述の慣性センサ出力に相当）は、アップダウン・カウンタ３に入力され、外部機器１６から供給される外部クロック信号１０２のタイミングでアップダウン・カウント処理される。慣性センサ２及びアップダウン・カウンタ３の作動は図５について述べたところと同様である。アップダウン・カウンタ３から出力されるアップダウン・カウント処理出力１０３は、演算処理部４に入力される。演算処理部４ではアップダウン・カウント処理出力１０３につき慣性演算処理が行われることは、図４及び図５の従来の慣性装置と同様である。本実施の形態の慣性装置１は、外部クロック周期測定回路５が外部クロック信号１０２の繰り返し周期を測定し、その外部クロック信号１０２の繰り返し周期を外部クロック周期データとしてデータバス１３経由で演算処理部４へ供給する点を特徴とする。
【００２０】
演算処理部４は、外部クロック周期データで示される積分時間区間が所定の外部クロック周期（前述の基準値に相当）からずれている量を誤差（前述の外部クロック周期誤差に相当）とし、外部クロック信号１０２を分周した内部クロックの周期を該誤差に基づき補正し、外部クロック信号１０２の周波数変動の影響を除いた正確な慣性データを得ることができる。
【００２１】
外部クロック周期測定回路５に対しては、外部クロック信号１０２が入力されており、また演算処理部４からは基準クロック信号１０４、カウンタ（９）クリア信号１０７、カウンタ（１０）クリア信号１０８、バッファ（１１）イネーブル信号１１１及びバッファ（１２）イネーブル信号１１２が入力されている。信号１０７，１０８，１１１及び１１２は前述の制御信号に相当する。外部クロック周期測定回路５からは、外部クロック信号１０２の繰り返し周期を表す外部クロック周期データ〔カウンタ（９）計数データ１０９およびカウンタ（１０）計数データ１１０を交互に選択して構成したデータ〕がデータバス１３を介して演算処理部４へ出力される。
【００２２】
演算処理部４においては、上述のように、該外部クロック周期データにより外部クロック信号１０２の繰り返し周期を知り、外部クロック信号１０２の基準繰り返し周期に対し実際の外部クロック信号１０２の繰り返し周期がずれている時間量を外部クロック信号（１０２）繰り返し周期誤差として求める。そして、演算処理部４は、外部クロック信号１０２を分周した内部クロックの繰り返し周期を外部クロック信号（１０２）繰り返し周期誤差に基づき補正することにより、補正外部クロックを生成し、補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間でアップダウン・カウント処理出力１０３の時間積分をし、慣性データを生成する。アップダウン・カウント処理出力１０３の時間積分で得られる慣性データは、その外部クロック信号１０２の繰り返し周期が基準値であるときにその基準値の繰り返し周期で積分して得らえる慣性データとほぼ同じ精度である。この慣性データは、データバス１４を介して外部接続回路６に入力され、更にデータバス１５を経由して外部機器１６へ伝送される。
【００２３】
このように、演算処理部４における慣性演算においては、外部クロック信号１０２の繰り返し周期の誤差を求め、慣性データの演算精度の向上を図ることができる。以下においては、図１、図２および図３を参照し、本実施の形態について、外部クロック周期測定回路５の一実施例の動作内容に主眼をおいて説明する。
【００２４】
図１に示されるように、外部機器１６より出力される外部クロック信号１０２（図３（ｂ）参照）は、前述のように、アップダウン・カウンタ３に入力されるとともに、演算処理部４および外部クロック周期測定回路５に対しても入力される。外部クロック周期測定回路５に対しては、基準クロック信号１０４（図３（ａ）参照）が演算処理部４から供給され、さらに制御信号として、カウンタ（９）クリア信号１０７（図３（ｇ）参照）、カウンタ（１０）クリア信号１０８（図３（ｈ）参照）、バッファ（１１）イネーブル信号１１１（図３（ｉ）参照）およびバッファ（１２）イネーブル信号１１２（図３（ｊ）参照）が演算処理部４から供給されている。外部クロック信号１０２の周波数は１ｋＨｚである。基準クロック信号１０４は、演算処理部４内の発信器により生成され、１０ＭＨｚの安定した周波数の信号であり、外部クロック信号１０２とは非同期である。
【００２５】
図２において、外部機器１６からの外部クロック信号１０２は、ラッチ７に入力され、ラッチ７からは、カウンタ・イネーブル信号１０５（前述の第１のパルス信号に相当。図３（ｃ）参照）が出力されて、カウンタ９に入力されるとともに、インバータ８により反転されて、反転カウンタ・イネーブル信号１０６（前述の第２のパルス信号に相当。図３（ｄ）参照）として、カウンタ１０に入力される。
【００２６】
カウンタ９（前述の第１のカウンタに相当）は、カウンタ・イネーブル信号１０５と、基準クロック信号１０４を受けて、図３（ｅ）に示されるように、タイミングＴ1 からＴ2 に至る間において、基準クロック信号１０４の計数を行う。カウンタ９における計数値は、カウンタ（９）計数データ１０９として、該タイミングＴ2 以降の時間帯において保持される。カウンタ（９）計数データ１０９は、外部クロック信号１０２の周期を表す。同様に、カウンタ１０（前述の第２のカウンタに相当）には、反転カウンタ・イネーブル信号１０６と、基準クロック信号１０４とを受けて、図３（ｆ）に示されるように、タイミングＴ2 からＴ5 に至る間において、基準クロック信号１０４の計数を行う。カウンタ１０における計数値は、カウンタ（１０）計数データ１１０として、該タイミングＴ5 以降の時間帯において保持される。カウンタ（１０）計数データ１１０は、カウンタ（９）計数データ１０９と同様に、外部クロック信号１０２の周期を表す。カウンタ（９）計数データ１０９及びカウンタ（１０）計数データ１１０は、外部クロック信号１０２における交互の繰り返し周期をそれぞれ表す。
【００２７】
バッファ１１（前述の第１のバッファに相当）は、図３（ｉ）に示されるように、タイミングＴ3 において、演算処理部４から出力されるバッファ（１１）イネーブル信号１１１を受けて、タイミングＴ2 以降、カウンタ９にデータ保持されていたカウンタ（９）計数データ１０９の取り込みを行う。カウンタ（９）計数データ１０９は、バッファ１１及びデータバス１３を介して演算処理部４に伝送される。カウンタ（９）計数データ１０９の転送後のタイミングＴ4 においては、演算処理部４から、カウンタ９に対してカウンタ（９）クリア信号１０７が入力され、カウンタ９に保持されていたカウンタ（９）計数データ１０９はクリアされる。
【００２８】
カウンタ９及びバッファ１１に関するこれらの一連の連係動作は、カウンタ１０及びバッファ１２（前述の第２のバッファに相当）についても全く同様である。バッファ１２においては、図３（ｊ）に示されるように、タイミングＴ6 において、演算処理部４から出力されるバッファ（１２）イネーブル信号１１２を受けて、タイミングＴ5 以降、カウンタ１０にデータ保持されていたカウンタ（１０）計数データ１１０の取り込みが行われ、カウンタ（１０）計数データ１１０は、バッファ１２及びデータバス１３を介して演算処理部４へ伝送される。カウンタ（１０）計数データ１１０の転送後のタイミングＴ7 において、演算処理部４から、カウンタ１０に対してカウンタ（１０）クリア信号１０８が入力され、カウンタ１０に保持されていたカウンタ（１０）計数データ１１０はクリアされる。
【００２９】
図３（ｋ）は、カウンタ（９）計数データ１０９およびカウンタ（１０）計数データ１１０が、それぞれデータバス１３を経由して外部機器１６に伝送される際の、該データバス１３の利用時間帯を概念的に示した図である。バッファ（１１）イネーブル信号１１１及びバッファ（１２）イネーブル信号１１２に対応する伝送時間帯１３ａにおいて、カウンタ計数データ１０９，１１０は、データバス１３を経由して演算処理部４に逐次に伝送される即ち、カウンタ（９）計数データ１０９及びカウンタ（１０）計数データ１１０は、外部クロック信号１０２に同期して、データバス１３を経由して、演算処理部４へ交互に出力される。カウンタ計数データ１０９及び１１０は、前述のとおり、データバス１３を経由して演算処理部４へ交互に供給されるとき、演算処理部４は外部クロック周期データなる一体のデータとしてデータ１０９及び１１０を認識する。また図３（ｋ）において符合１３ｂとして示される期間は、データバス１３がハイインピーダンス状態にある時間帯を示しており、カウンタ計数データ１０９，１１０以外の他のデータ信号の伝送に利用できる伝送時間帯を示している。
【００３０】
かくして、図２の外部クロック周期測定回路５は、カウンタ計数データ１０９及び１１０で構成される外部クロック周期データを演算処理部４へ供給し、演算処理部４は外部クロック周期データに基づき外部クロック信号１０２の繰り返し周期の誤差（外部クロック周期誤差）を演算し、その外部クロック周期誤差に基づき外部クロック信号１０２の繰り返し周期を補正し、補正外部クロックを生成し、該補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間でアップダウン・カウント処理出力１０３の時間積分をする。時間積分における時間データが正確であるから、演算処理部４は、外部クロック信号１０２の繰り返し周期の誤差の影響を除いた正確な慣性データを演算することができる。但し、基準クロック信号１０４は外部クロック信号１０２とは非同期であるから、外部クロック周期測定回路５で測定される外部クロック信号１０２の繰り返し周期には、最大で基準クロック信号１０４の２周期分の誤差はある。しかし、この実施例では、基準クロック信号１０４は１０ＭＨｚであるから、この２周期分の誤差は２００ナノ秒（ｎｓ）であり、外部クロック信号１０２の繰り返し周期に生じ得る数十マイクロ秒の変動に比べ、無視し得る大きさである。
【００３１】
また、外部クロック信号１０２の繰り返し周期の誤差が、外部クロック信号１０２の繰り返し周期のジッタによるものであり、そのジッタが比較的大きい値であっても、本実施の形態では、外部クロック信号１０２の繰り返し周期を１周期ごとに測定しているので、外部クロック信号１０２の繰り返し周期に応じて演算して得た慣性データにそのジッタに基づく誤差があっても、その誤差を補正した正確な慣性データを出力できる。外部クロック周期測定回路が、外部クロック信号１０２における複数の繰り返し周期の平均値を測定するのであれば、個別のジッタに基づく積分値の誤差は補正できないが、本実施の形態では、上述のとおり、外部クロック信号１０２の繰り返し周期を１周期ごとに測定しているので、繰り返し周期ごとのジッタに基づく誤差をも補正できるのである。
【００３２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、外部クロック信号の周期に変動があっても、外部クロック信号に同期した慣性データを高い精度で外部機器に供給できる慣性装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の実施の形態における外部クロック周期測定回路の一実施例を示す構成図である。
【図３】図２の外部クロック周期測定回路における各部の信号を示すタイミング図である。
【図４】従来例を示すブロック図である。
【図５】他の従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，４１，５１ 慣性装置
２ 慣性センサ
３ アップダウン・カウンタ
４，４４ 演算処理部
５ 外部クロック周期測定回路
６ 外部接続回路
７ ラッチ
８ インバータ
９，１０ カウンタ
１１，１２ バッファ
１３，１４，１５ データバス
１６ 外部機器
１０１ センサ出力
１０２ 外部クロック信号
１０３ アップダウン・カウンタ３のアップダウン・カウント処理出力
１０４ 基準クロック信号
１０５ カウンタ・イネーブル信号
１０６ 反転カウンタ・イネーブル信号
１０７ カウンタ（９）クリア信号
１０８ カウンタ（１０）クリア信号
１０９ カウンタ（９）計数データ
１１０ カウンタ（１０）計数データ
１１１ バッファ（１１）イネーブル信号
１１２ バッファ（１２）イネーブル信号
１４４ 慣性データ
４０２ クロック信号
Claims (4)
- 移動体の角速度および加速度を検出する慣性センサと、該慣性センサの出力を受ける演算手段とを備え、外部機器から出力される外部クロック信号を該演算手段に受け、該外部クロック信号の繰り返し周期に基づく時間に関し該慣性センサ出力に積分演算処理を施すことにより、該移動体の慣性データを求め、該慣性データを該外部機器へ伝達する慣性装置において、
前記外部クロック信号の繰り返し周期を測定し、該繰り返し周期を表す外部クロック周期データを生成する外部クロック周期測定回路を備え、
前記演算手段は、前記外部クロック周期データを受け、該外部クロック周期データで表される前記繰り返し周期と基準値との差を外部クロック周期誤差として求め、該外部クロック周期誤差に基づき該外部クロックの周期を補正することにより、繰り返し周期の補正された補正外部クロックを生成し、該補正外部クロックの繰り返し周期に基づく時間に関し該慣性センサ出力に積分演算処理を施すことにより、該移動体の慣性データを求め、該慣性データを該外部機器へ伝達する
ことを特徴とする慣性装置。 - 前記慣性センサは、前記角速度を検出するジャイロと前記加速度を検出する加速度計とを含み、
前記演算手段は、前記外部クロック信号のタイミングで前記慣性センサ出力にアップダウン・カウント処理を施し、アップダウン・カウント処理出力を生成するアップダウン・カウンタと、該アップダウン・カウント処理出力に積分演算処理を施すことにより前記慣性データを生成する演算処理部でなり、
前記演算処理部は、前記外部クロック周期測定回路の作動を制御する制御信号および基準クロック信号を前記外部クロック周期測定回路へ供給し、
前記基準クロック信号の繰り返し周波数は、前記外部クロック信号の繰り返し周波数より大きく、
前記外部クロック周期測定回路は、前記外部クロック信号の繰り返し周期のパルス幅のパルス信号を生成する外部クロック信号繰り返し周期検出手段と、該パルス幅の時間を前記基準クロック信号で計数する計数手段と、該計数手段から出力される計数値を取り出し、該計数値を前記外部クロック周期データとして前記演算処理部へ送出する手段とを有し、
前記外部クロック信号繰り返し周期検出手段は、前記外部クロック信号における連続する第１及び第２の繰り返し周期をそれぞれ表す第１及び第２のパルス信号を生成し、
前記計数手段は、前記第１及び第２のパルス信号における前記パルス幅を前記基準クロック信号でそれぞれ計数する第１及び第２のカウンタでなり、
前記送出手段は、前記第１及び第２のカウンタの計数値をそれぞれ取り出す第１及び第２のバッファと、該第１及び第２のバッファに取り出された該第１及び第２カウンタの計数値を前記外部クロック周期データとして前記演算処理部へ導くデータバスとでなり、
前記制御信号は、前記計数手段における計数期間並びに前記第１及び第２のバッファによる前記第１及び第２カウンタの計数値の取り出しタイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の慣性装置。 - 前記外部クロック信号繰り返し周期検出手段は、前記外部クロック信号をラッチして、該外部クロック信号に同期し、且つ外部クロック信号の各周期ごとに交互にハイレベル及びロウレベルに切り替わるパルス信号を前記第１のパルス信号として生成するラッチと、該第１のパルス信号の極性を反転して、前記第２のパルス信号を生成するインバータとでなる
ことを特徴とする請求項２に記載の慣性装置。 - 前記補正外部クロックは、前記外部クロックを分周した内部クロックの繰り返し周期を前記外部クロック周期誤差に基づき補正したクロックであることを特徴とする請求項1乃至３に記載の慣性装置。
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