JP6712037B2 - 慣性計測方法と慣性計測装置及び慣性計測プログラム - Google Patents
慣性計測方法と慣性計測装置及び慣性計測プログラム Download PDFInfo
- Publication number
- JP6712037B2 JP6712037B2 JP2018564675A JP2018564675A JP6712037B2 JP 6712037 B2 JP6712037 B2 JP 6712037B2 JP 2018564675 A JP2018564675 A JP 2018564675A JP 2018564675 A JP2018564675 A JP 2018564675A JP 6712037 B2 JP6712037 B2 JP 6712037B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- angular velocity
- acceleration
- signal
- moving body
- bias
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims description 46
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 title claims description 26
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 159
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 159
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 105
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 58
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 44
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 21
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 21
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 13
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 238000005295 random walk Methods 0.000 description 11
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
- G01B21/22—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P7/00—Measuring speed by integrating acceleration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
- G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
- G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
- G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
- G01C21/183—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects
- G01C21/185—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects for gravity
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Navigation (AREA)
Description
本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、様々な誤差要因を効果的にキャンセルすることができ、非GPS環境下でも高精度な検出結果が得られる移動体の慣性計測方法と慣性計測装置及び慣性計測プログラムを提供することを目的とする。
前記角速度信号に重畳しているノイズ成分を低減するフィルタリング処理と、前記加速度信号及び前記角速度信号から概略の初期姿勢角を算出した後、前記加速度信号から重力加速度を差し引いた加速度を積分して求まる速度の絶対値が一定以下になり、且つ前記角速度信号から地球角速度を差し引いた角速度を積分して求まる角度の絶対値が一定以下の値になるように、前記初期姿勢角を微調整するアライメント処理と、前記角速度信号から地球角速度を差し引いた角速度バイアスを算出するとともに、前記加速度信号から重力加速度を差し引いた加速度バイアスを算出する角速度・加速度バイアス算出処理と、前記角速度信号から地球角速度及び前記角速度バイアスを差し引いた角速度を算出し、これを積分して姿勢角を算出する姿勢角算出処理と、前記加速度信号から重力加速度及び前記加速度バイアスを差し引いた加速度を算出し、これを2階積分して位置移動量を算出する位置移動量算出処理とで構成され、
前記移動体が静止している時に、前記フィルタリング処理、前記アライメント処理及び前記角速度・加速度バイアス算出処理を順番に実行し、その後、前記フィルタリング処理、前記姿勢角算出処理及び前記位置移動量算出処理を順番に繰り返し実行し、
前記移動体が静止している時の前記フィルタリング処理、前記移動体が静止している時の前記アライメント処理、前記移動体が静止している時の前記姿勢角算出処理、及び前記移動体が静止している時の前記位置移動量算出処理は、信号に重畳しているノイズを低減し、且つノイズに起因する積分値のランダムウォークを抑制するとともに、バイアスに起因する積分値の誤差の増大を抑制する静止状態推定フィルタを使用した推定により行い、
前記移動体が運動している時の前記フィルタリング処理、前記移動体が運動している時の前記姿勢角算出処理、及び前記移動体が運動している時の前記位置移動量算出処理は、信号に重畳しているノイズを低減し、且つノイズに起因する積分値の誤差を抑制する運動状態推定フィルタを使用した推定により行う慣性計測方法である。
前記角速度信号に重畳しているノイズ成分を低減する処理を行うフィルタリング部と、前記加速度信号及び前記角速度信号から概略の初期姿勢角を算出した後、前記加速度信号から重力加速度を差し引いた加速度を積分して求まる速度の絶対値が一定以下になり、且つ前記角速度信号から地球角速度を差し引いた角速度を積分して求まる角度の絶対値が一定以下の値になるように、前記初期姿勢角を微調整する処理を行うアライメント部と、前記角速度信号から地球角速度を差し引いた角速度バイアスを算出するとともに、前記加速度信号から重力加速度を差し引いた加速度バイアスを算出する処理を行う角速度・加速度バイアス算出部と、前記角速度信号から地球角速度及び前記角速度バイアスを差し引いた角速度を算出し、これを積分して姿勢角を算出する処理を行う姿勢角算出部と、前記加速度信号から重力加速度及び前記加速度バイアスを差し引いた加速度を算出し、これを2階積分して位置移動量を算出する処理を行う位置移動量算出部とで構成され、
前記移動体が静止している時に前記フィルタリング部、前記アライメント部及び前記角速度・加速度バイアス算出部が前記の各処理を順番に実行し、その後、前記フィルタリング部、前記姿勢角算出部及び前記位置移動量算出部が前記の各処理を順番に繰り返し実行し、
前記移動体が静止している時に前記フィルタリング部が行う処理、前記移動体が静止している時に前記アライメント部が行う処理、前記移動体が静止している時に前記姿勢角算出部が行う処理、及び前記移動体が静止している時に前記位置移動量算出部が行う処理は、信号に重畳しているノイズを低減し、且つノイズに起因する積分値のランダムウォークを抑制するとともに、バイアスに起因する積分値の誤差の増大を抑制する静止状態推定フィルタを使用した推定により行われ、
前記移動体が運動している時に前記フィルタリング部が行う処理、前記移動体が運動している時に前記姿勢角算出部が行う処理、及び前記移動体が運動している時に前記位置移動量算出部が行う処理は、信号に重畳しているノイズを低減し、且つノイズに起因する積分値の誤差を抑制する運動状態推定フィルタを使用した推定により行われる慣性計測装置である。
12 移動体
12a 機体
14 角速度センサ
16 加速度センサ
18 フィルタリング部
20 アライメント部
22 角速度・加速度バイアス算出部
24 姿勢角算出部
26 位置移動量算出部
28 積分器
As1,As2 静止状態推定フィルタ
Au1,Au2 運動状態推定フィルタ
S1s,S1u フィルタリング処理
S2 アライメント処理
S3 角速度・加速度バイアス算出処理
S4s,S4u 姿勢角算出処理
S5s,S5u 位置移動量算出処理
Claims (5)
- 移動体の機体に取り付けた角速度センサが出力する角速度信号及び加速度センサが出力する加速度信号に基づいて、前記移動体の姿勢角及び位置移動量を導出する慣性計測方法であって、
前記角速度信号に重畳しているノイズ成分を低減するフィルタリング処理と、
前記加速度信号及び前記角速度信号から概略の初期姿勢角を算出した後、前記加速度信号から重力加速度を差し引いた加速度を積分して求まる速度の絶対値が一定以下になり、且つ前記角速度信号から地球角速度を差し引いた角速度を積分して求まる角度の絶対値が一定以下の値になるように、前記初期姿勢角を微調整するアライメント処理と、
前記角速度信号から地球角速度を差し引いた角速度バイアスを算出するとともに、前記加速度信号から重力加速度を差し引いた加速度バイアスを算出する角速度・加速度バイアス算出処理と、
前記角速度信号から地球角速度及び前記角速度バイアスを差し引いた角速度を算出し、これを積分して姿勢角を算出する姿勢角算出処理と、
前記加速度信号から重力加速度及び前記加速度バイアスを差し引いた加速度を算出し、これを2階積分して位置移動量を算出する位置移動量算出処理とで構成され、
前記移動体が静止している時に、前記フィルタリング処理、前記アライメント処理及び前記角速度・加速度バイアス算出処理を順番に実行し、その後、前記フィルタリング処理、前記姿勢角算出処理及び前記位置移動量算出処理を順番に繰り返し実行し、
前記移動体が静止している時の前記フィルタリング処理、前記移動体が静止している時の前記アライメント処理、前記移動体が静止している時の前記姿勢角算出処理、及び前記移動体が静止している時の前記位置移動量算出処理は、信号に重畳しているノイズを低減するとともに、前記各バイアスに起因する積分値の誤差の増大を抑制する処理により行い、
前記移動体が運動している時の前記フィルタリング処理、前記移動体が運動している時の前記姿勢角算出処理、及び前記移動体が運動している時の前記位置移動量算出処理は、信号に重畳しているノイズを低減する処理により行うことを特徴とする慣性計測方法。 - 前記移動体の機体に取り付けた電子コンパスが出力する方位信号を取得し、前記アライメント処理では、前記加速度信号、前記角速度信号及び前記方位信号から概略の初期姿勢角を算出し、前記角速度・加速度バイアス算出処理では、地球角速度をゼロと仮定して前記角速度バイアスを算出し、前記姿勢角算出処理では、地球角速度をゼロと仮定して前記角速度を算出し、これを積分して姿勢角を算出する請求項1記載の慣性計測方法。
- 移動体の機体に取り付けた角速度センサが出力する角速度信号及び加速度センサが出力する加速度信号に基づいて、前記移動体の姿勢角及び位置移動量を導出する慣性計測装置であって、
前記角速度信号に重畳しているノイズ成分を低減する処理を行うフィルタリング部と、
前記加速度信号及び前記角速度信号から概略の初期姿勢角を算出した後、前記加速度信号から重力加速度を差し引いた加速度を積分して求まる速度の絶対値が一定以下になり、且つ前記角速度信号から地球角速度を差し引いた角速度を積分して求まる角度の絶対値が一定以下の値になるように、前記初期姿勢角を微調整する処理を行うアライメント部と、
前記角速度信号から地球角速度を差し引いた角速度バイアスを算出するとともに、前記加速度信号から重力加速度を差し引いた加速度バイアスを算出する処理を行う角速度・加速度バイアス算出部と、
前記角速度信号から地球角速度及び前記角速度バイアスを差し引いた角速度を算出し、これを積分して姿勢角を算出する処理を行う姿勢角算出部と、
前記加速度信号から重力加速度及び前記加速度バイアスを差し引いた加速度を算出し、これを2階積分して位置移動量を算出する処理を行う位置移動量算出部とで構成され、
前記移動体が静止している時に前記フィルタリング部、前記アライメント部及び前記角速度・加速度バイアス算出部が前記の各処理を順番に実行し、その後、前記フィルタリング部、前記姿勢角算出部及び前記位置移動量算出部が前記の各処理を順番に繰り返し実行し、
前記移動体が静止している時に前記フィルタリング部が行う処理、前記移動体が静止している時に前記アライメント部が行う処理、前記移動体が静止している時に前記姿勢角算出部が行う処理、及び前記移動体が静止している時に前記位置移動量算出部が行う処理は、信号に重畳しているノイズを低減するとともに、前記各バイアスに起因する積分値の誤差の増大を抑制する処理により行われ、
前記移動体が運動している時に前記フィルタリング部が行う処理、前記移動体が運動している時に前記姿勢角算出部が行う処理、及び前記移動体が運動している時に前記位置移動量算出部が行う処理は、信号に重畳しているノイズを低減する処理により行われることを特徴とする慣性計測装置。 - 前記アライメント部は、前記移動体の機体に取り付けた電子コンパスが出力する方位信号を取得し、前記加速度信号、前記角速度信号及び前記方位信号から概略の初期姿勢角を算出する処理を行い、前記角速度・加速度バイアス算出部は、地球角速度をゼロと仮定して前記角速度バイアスを算出する処理を行い、前記姿勢角算出部は、地球角速度をゼロと仮定して前記角速度を算出し、これを積分して姿勢角を算出する処理を行う請求項3記載の慣性計測装置。
- 請求項1又は2記載の慣性計測方法を実行させるための前記各処理の実行用プログラムにより構成された慣性計測プログラム。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017012961 | 2017-01-27 | ||
JP2017012961 | 2017-01-27 | ||
PCT/JP2018/002599 WO2018139621A1 (ja) | 2017-01-27 | 2018-01-27 | 慣性計測方法と慣性計測装置及び慣性計測プログラム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2018139621A1 JPWO2018139621A1 (ja) | 2019-11-14 |
JP6712037B2 true JP6712037B2 (ja) | 2020-06-17 |
Family
ID=62979562
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018564675A Active JP6712037B2 (ja) | 2017-01-27 | 2018-01-27 | 慣性計測方法と慣性計測装置及び慣性計測プログラム |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US10816337B2 (ja) |
JP (1) | JP6712037B2 (ja) |
WO (1) | WO2018139621A1 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SG11201908974XA (en) * | 2017-03-29 | 2019-10-30 | Agency Science Tech & Res | Real time robust localization via visual inertial odometry |
CN110710193B (zh) * | 2017-06-12 | 2021-02-09 | 富士胶片株式会社 | 抖动检测装置和方法、摄像装置、透镜装置及摄像装置主体 |
IL253770B2 (en) * | 2017-07-31 | 2023-02-01 | Israel Aerospace Ind Ltd | Determination of azimuth during flight |
US11835544B2 (en) * | 2018-08-27 | 2023-12-05 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Wind speed measuring device and wind speed measuring method |
CN114964230B (zh) * | 2022-05-12 | 2023-11-03 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种车载组合导航陀螺漂移修正方法 |
CN114889843B (zh) * | 2022-05-17 | 2024-06-07 | 中国工程物理研究院总体工程研究所 | 一种离心机轴向与切向过载输出高精度测算方法 |
CN115451950A (zh) * | 2022-08-27 | 2022-12-09 | 湖北航天技术研究院总体设计所 | 一种车载双惯组相对姿态确定方法及装置 |
CN116945195B (zh) * | 2023-09-19 | 2024-01-12 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | 全向测量设备***装置、配准方法、电子设备和存储介质 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
ZA957639B (en) * | 1994-10-24 | 1996-05-24 | Caterpillar Inc | System and method for precisely determining an operating point for an autonomous vehicle |
JP3367461B2 (ja) * | 1999-04-13 | 2003-01-14 | 日本電気株式会社 | 移動体姿勢角検出装置 |
US6473713B1 (en) * | 1999-09-20 | 2002-10-29 | American Gnc Corporation | Processing method for motion measurement |
JP3425689B2 (ja) * | 1999-11-26 | 2003-07-14 | 日本航空電子工業株式会社 | 慣性装置 |
US6928874B2 (en) * | 2002-11-15 | 2005-08-16 | The Regents Of The University Of California | Dynamically amplified micromachined vibratory angle measuring gyroscopes, micromachined inertial sensors and method of operation for the same |
US7860651B2 (en) * | 2005-08-30 | 2010-12-28 | Honeywell International Inc. | Enhanced inertial system performance |
JP5742450B2 (ja) * | 2011-05-10 | 2015-07-01 | セイコーエプソン株式会社 | 位置算出方法及び位置算出装置 |
JP6215527B2 (ja) | 2012-02-02 | 2017-10-18 | 旭化成エレクトロニクス株式会社 | 物理量計測装置及び物理量計測方法 |
-
2018
- 2018-01-27 US US16/481,452 patent/US10816337B2/en active Active
- 2018-01-27 JP JP2018564675A patent/JP6712037B2/ja active Active
- 2018-01-27 WO PCT/JP2018/002599 patent/WO2018139621A1/ja active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20190360802A1 (en) | 2019-11-28 |
US10816337B2 (en) | 2020-10-27 |
JPWO2018139621A1 (ja) | 2019-11-14 |
WO2018139621A1 (ja) | 2018-08-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6712037B2 (ja) | 慣性計測方法と慣性計測装置及び慣性計測プログラム | |
Ahmed et al. | Accurate attitude estimation of a moving land vehicle using low-cost MEMS IMU sensors | |
JP5328252B2 (ja) | ナビゲーションシステムの位置検出装置および位置検出方法 | |
EP2951529B1 (en) | Inertial device, method, and program | |
JP5068531B2 (ja) | 測定及び記憶された重力傾度を用いて慣性航法測定値の精度を改善する方法及びシステム | |
CN106225784B (zh) | 基于低成本多传感器融合行人航位推算方法 | |
CN104316055B (zh) | 一种基于改进的扩展卡尔曼滤波算法的两轮自平衡机器人姿态解算方法 | |
CN106679649A (zh) | 一种手部运动追踪***及追踪方法 | |
JP6409346B2 (ja) | 移動距離推定装置 | |
CN104880189B (zh) | 一种动中通天线低成本跟踪抗干扰方法 | |
CN104501838B (zh) | 捷联惯导***初始对准方法 | |
JPH06288771A (ja) | 飛行機の慣性航行計器の校正方法 | |
CN106153069B (zh) | 自主导航***中的姿态修正装置和方法 | |
JP6201762B2 (ja) | 速度推定装置 | |
CN103245359A (zh) | 一种惯性导航***中惯性传感器固定误差实时标定方法 | |
CN106403952A (zh) | 一种动中通低成本组合姿态测量方法 | |
CN104697526A (zh) | 用于农业机械的捷联惯导***以及控制方法 | |
JP6413946B2 (ja) | 測位装置 | |
JP2019074378A (ja) | 角速度導出装置および角速度導出方法 | |
CN103674064B (zh) | 捷联惯性导航***的初始标定方法 | |
JP5164645B2 (ja) | カルマンフィルタ処理における繰り返し演算制御方法及び装置 | |
JP2014240266A (ja) | センサドリフト量推定装置及びプログラム | |
Gao et al. | An integrated land vehicle navigation system based on context awareness | |
US10852159B2 (en) | Method for controlling the precession of a vibrating structure gyroscope | |
Singh et al. | Attitude estimation for dynamic legged locomotion using range and inertial sensors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191217 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20191219 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191220 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20191223 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200107 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200309 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200324 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200508 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6712037 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |