JPH063149A - 方位計 - Google Patents

方位計

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JPH063149A
JPH063149A JP4166099A JP16609992A JPH063149A JP H063149 A JPH063149 A JP H063149A JP 4166099 A JP4166099 A JP 4166099A JP 16609992 A JP16609992 A JP 16609992A JP H063149 A JPH063149 A JP H063149A
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JP
Japan
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gyroscope
rotation
angle
azimuth
detected
Prior art date
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Pending
Application number
JP4166099A
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English (en)
Inventor
Hidetoshi Sakka
秀敏 属
Masaaki Watabe
正明 渡部
Noriyuki Miyakoshi
紀行 宮越
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Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Original Assignee
Japan Aviation Electronics Industry Ltd
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Publication date
Application filed by Japan Aviation Electronics Industry Ltd filed Critical Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority to JP4166099A priority Critical patent/JPH063149A/ja
Publication of JPH063149A publication Critical patent/JPH063149A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度、且つ廉価な方位計を得る。 【構成】 水平な土台6の上に垂直に回転軸10の一端
が取り付けられ、回転軸の他端に回転台2が水平に取り
付けられ、回転台2の上にはジャイロスコープ1がその
入力軸7が水平になるように取り付けられる。回転機構
制御部16の制御の下に回転機構部13によりジャイロ
スコープ1が一定の角速度ωで回転され、ジャイロスコ
ープで検出される地球自転による角速度成分D(t)、
回転軸10を囲み土台6に取り付けられた角度検出器5
の出力として得られる基準線9と入力軸7の成す回転角
ψ+ωtを用い、ジャイロスコープの整数回転に相当す
る時間積分∫D(t)cos(ψ+ωt)dtを計算す
る事で基準線9と真北8の成す角度、即ち方位角ψが求
められる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は例えば、地球の自転に
よる角速度成分をジャイロスコープにより検出し、真北
を基準とする方位角を計測するための方位計に関する。
【0002】
【従来の技術】図2を用いて、従来の方位計の一例を説
明する。水平に設置された土台6には、それと垂直にな
るように回転軸10の一端が回転自在に取り付けられ、
又その回転軸10を取り囲むように角度検出器5が土台
6に取り付けられる。角度検出器5の上には回転軸10
を回転させるためのサーボモータ4が、固定支柱11を
用いて土台6に取り付けられる。回転軸10の他端には
回転台2が水平に取り付けられ、その回転台2の上には
ジャイロスコープ1がその入力軸7が水平になるように
取り付けられ、このとき回転軸10の中心とそのジャイ
ロスコープ1の中心とが一致するように設定される。角
度検出器5からは基準線9の方向とジャイロスコープ1
の入力軸7の方向との成す回転角が出力され、それは回
転角表示器12に供給されて回転角が表示される。ジャ
イロスコープ1が検出する地球自転による角速度成分は
サーボモータ駆動回路3に入力され、そのサーボモータ
駆動回路3の出力はサーボモータ4に入力されている。
サーボモータ4は、例えば、正の電圧が入力されると回
転台2(及びジャイロスコープ1)を時計回りに回転
し、負の電圧が入力されると反時計回りに回転するよう
にされている。サーボモータ4に入力される電圧が0の
時は、回転台2は回転せず、静止状態が保たれる。
【0003】地球自転の角速度をΩ、この方位計が設置
された場所の緯度をλ、ジャイロスコープ1の入力軸7
の方向が真北8の方向と成す角度をθ、比例定数をcと
すると、ジャイロスコープ1が検出出力する地球自転の
角速度成分は D=cΩcosλcosθ となる。この角速度成分がサーボモータ駆動回路3で増
幅され、サーボモータ4に供給され、それによってサー
ボモータ4が駆動され、したがって回転台2が回転運動
される。この回転運動はジャイロスコープ1が検出出力
する角速度成分Dが0になったとき(サーボモータ4を
駆動するサーボモータ駆動回路3の出力電圧が0になっ
たとき)、即ちθ=90°になったときに停止し、ジャ
イロスコープ1は静止する。
【0004】角度検出器5には、基準線9の方向と入力
軸7の方向との成す回転角が検出表示されるので、ジャ
イロスコープ1が静止したときにこの角度βを測定すれ
ば、基準線9の方向と真北8の方向の成す角度、即ち基
準線の方位角はβ−90°として求められる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたような従来
の方位計ではジャイロスコープ1にジャイロドリフトと
呼ばれる精度上の誤差を有するため、このジャイロドリ
フトをdとすると、実際にジャイロスコープ1が検出出
力する角速度成分Dは D=cΩcosλcosθ+d となり、ジャイロスコープ1が静止したとき、即ちD=
0となったときのジャイロスコープ1の入力軸7の方向
と真北8の方向とが成す角θ(=90°)の誤差をΔθ
とすると D=cΩcosλcos(90°+Δθ)+d=0 となる。従って、Δθは Δθ≒sin(Δθ)=d/(cΩcosλ) となる。この角度誤差Δθは、基準線9の方向と入力軸
7の方向との成す角度βにそのまま影響するので、基準
線の方位角β−90°の測定誤差となる。
【0006】従って、従来技術では、方位角の測定誤差
が小さい高精度な方位計を構成するには、ジャイロドリ
フトの小さいジャイロスコープを使用する必要がある。
しかし、この様なジャイロドリフトの小さいジャイロス
コープは極めて高価なものであり、従って、方位計も高
価になるという欠点があった。この発明の目的は、ジャ
イロドリフトの比較的大きなジャイロスコープを使用し
ても、高精度が得られ、かつ廉価な方位計を提供する事
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明では、地球自転
の角速度成分を検出するジャイロスコープと、そのジャ
イロスコープの入力軸を水平面内で一定の角速度にて回
転させる回転機構部と、その回転の回転角を検出する角
度検出器と、ジャイロスコープが検出した地球自転によ
る角速度成分及び角度検出器が検出した回転角とから予
め決められた基準方向の方位角を計算する計算器部と、
ジャイロスコープの入力軸が基準方向と一致したときに
計算を開始させ、ジャイロスコープの回転が整数回で計
算を終了させる手段とが設けられて、基準方向の方位角
が計算される。
【0008】
【作用】以上述べたように、この発明の方位計では地球
自転の角速度成分を検出するジャイロスコープはその入
力軸が水平面内に保たれて一定の角速度ωで回転される
ので、その回転の回転角を検出する角度検出器により、
基準方向と入力軸の成す角度αとして α=ωt ・・・・・・・・・(1) が検出出力される。ここで、tはジャイロスコープの入
力軸が基準方向と一致した計算開始の時間から計った時
間(秒)である。
【0009】ジャイロスコープからは、そのジャイロド
リフトをdとして、地球自転の角速度成分として D=cΩcosλcosθ+d ・・・・・・・・・(2) が検出出力される。ここで、θは真北と入力軸との成す
角度であり、真北と基準方向との成す角度(方位角)を
ψとすると、 真北と入力軸の成す角度=真北と基準方向との成す角度
+基準方向と入力軸の成す角度 の関係があるから、式(1)を用いて θ=ψ+α=ψ+ωt が言える。このθを式(2)に代入すると D(t)=cΩcosλcos(ψ+ωt)+d ・・・・・(3) が得られる。ここで、Dが時間の関数である事を示すた
めにD(t)が用いられている。
【0010】計算器部では、角度検出器で得られる式
(1)の回転角α=ωtとジャイロスコープで得られる
式(3)の角速度成分D(t)を用いて次の時間積分が
行われる。 S=∫D(t)cos(ωt)dt ・・・・・・・・・(4) 時間積分の区間は、t=0からt=2πNであり、ここ
でNは1、2、3、・・・・・・の整数である。この時
間積分区間の設定は「ジャイロスコープの入力軸が基準
方向と一致したときに計算を開始させ、ジャイロスコー
プの回転が整数回で計算を終了させる手段」によって行
われる。式(3)を式(4)に代入して計算を行うと S=(cΩcosλcosψ×Nπ)/ω が得られる。従って、求める方位角ψは ψ=arccos{Sω/(cΩcosλ×Nπ)}・・・・・(5) と計算される。
【0011】ここで大事なのは、式(5)にジャイロド
リフトdが含まれない事である。その理由は、時間積分
区間t=0からt=2πNにおける次の時間積分が0と
なるからである。即ち、 ∫d×cos(ωt)dt=0 この様に、ジャイロスコープを水平面内で整数回回転さ
せて式(4)の計算を行い、その結果に基づいて、式
(5)を用いて方位角を計算すれば、ジャイロドリフト
による誤差を取り除く事が出来る。
【0012】
【実施例】次に、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。この発明の方位計を図1に示し、図2の対応
する部分には同一符号を付けてある。重複を避けるた
め、図2に示した従来の方位計と異なる部分だけを説明
する。回転機構部13は固定支柱11を用いて土台6に
取り付けられ、この回転機構部13は回転軸10を取り
囲むように配置され、回転軸10、回転軸10に取り付
けられた回転台2及びその回転台2上に設置されたジャ
イロスコープ1の水平面内での回転を駆動する。実際の
回転のモード、即ち回転の角速度及び停止信号は回転機
構制御部16で発生され、この情報に基づいて回転機構
部13が回転軸10の駆動を行う。回転のモードには一
定角速度ωの回転及び停止が含まれる。
【0013】ジャイロスコープ8で検出された地球自転
による角速度成分D(t)及び回転数設定部14で設定
された回転数Nは計算器部17に入力される。角度検出
器5には、検出された基準線9の方向と入力軸7の方向
との成す回転角αを出力する機能が設けられ、この回転
角出力αが計算器部17に入力される。この計算器部1
7では、回転角αを用いて、ジャイロスコープ1の入力
軸7の方向と基準線9の方向とが一致するタイミング
(α=0)が検出され、このタイミングからのジャイロ
スコープ1の回転数(α=2πn、n=1、2、3、・
・・)が計算され、且つ回転角αと角速度成分D(t)
を用いて基準線9の方向と真北8の方向との成す角度、
即ち方位角ψが計算される。この方位角ψは回転角表示
器12に供給され表示される。
【0014】以上がこの発明の方位計の基本的な構成と
各構成部分の機能であるが、次に、全体の動作に付いて
説明する。回転機構制御部16の指令の下にジャイロス
コープ1は静止しているものとする。先ず、回転機構制
御部16から回転機構部13に対して、一定各速度ωの
情報と回転指令が与えられる。回転機構部13により、
この情報と回転指令に基づいて、回転軸10及びそれに
取り付けられた回転台2とジャイロスコープ1とが回転
される。回転が安定して一定の角速度ωを得るには多少
時間がかかるので、この時間だけ待って、演算開始制御
部15からの演算開始信号が計算器部17に送られる。
計算器部17には、設定回転数N、角速度成分D
(t)、及び回転角αが入力されており、演算開始信号
がきてからα=2πnを満足する最初の整数nを検出し
たときに、α=0として回転角αをリセットし、計算を
開始する。この計算の終了のタイミングは計算器部17
に入力される回転角αをモニタする事で行われ、α=2
πNで終了とされる。これにより、基準線9の方向と真
北8の方向の成す角度、即ち方位角ψが計算器部17で
計算され出力される。計算終了後、回転機構制御部16
の指令の下にジャイロスコープ1の回転が止められる。
【0015】又、ジャイロスコープ1は停止する事なく
常に一定の角速度ωで回転させたままでも、方位角ψが
計算できる事は明かである。繰り返しにはなるが、この
計算器部17で行われる方位角ψの計算手順は、初めに
回転角α=ωtと角速度成分D(t)を用いて S=∫D(t)cos(ωt)dt を計算し、その結果、 S=(cΩcosλcosψ×Nπ)/ω が得られる。最後に、この式を用いて方位角ψを計算す
ると ψ=arccos{Sω/(cΩcosλ×Nπ)} となる。
【0016】なお、演算開始制御部15の演算開始信号
の生成の機能は計算器部17の内部で行う事もできる。
それには、回転台2が安定な回転を得るまでの回転数を
計算器部17内に設定しておき、計算器部17が回転角
αから検出する回転数がその設定値に等しくなった時を
演算開始のタイミングとすれば良い。
【0017】
【発明の効果】この発明の方位計によれば、地球自転の
角速度成分を検出するジャイロスコープと、そのジャイ
ロスコープの入力軸を水平面内で一定の角速度にて回転
させる回転機構部と、その回転の回転角を検出する角度
検出器と、ジャイロスコープが検出した地球自転による
角速度成分及び角度検出器が検出した回転角とから予め
決められた基準方向の方位角を計算する計算器部と、ジ
ャイロスコープの入力軸が基準方向と一致したときに計
算を開始させ、ジャイロスコープの回転が整数回で計算
を終了させる手段とが設けられて、基準方向の方位角が
計算される。従って、ジャイロスコープを整数回回転さ
せる事で方位角を計算すると、ジャイロスコープに固有
のジャイロドリフトによる誤差を相殺でき、ジャイロド
リフトの比較的大きなジャイロスコープを使用しても高
精度、かつ廉価な方位計が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による方位計の斜視図。
【図2】従来の方位計の斜視図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 地球自転の角速度成分を検出するジャイ
    ロスコープと、 前記ジャイロスコープの入力軸を水平面内で一定の角速
    度にて回転させる回転機構部と、 前記回転の回転角を検出する角度検出器と、 前記ジャイロスコープが検出した地球自転による角速度
    成分及び前記角度検出器が検出した回転角とから予め決
    められた基準方向の方位角を計算する計算器部と、 前記入力軸が前記基準方向と一致したときに計算を開始
    させ、前記回転が整数回で計算を終了させる手段、 とを具備する事を特徴とする方位計。
JP4166099A 1992-06-24 1992-06-24 方位計 Pending JPH063149A (ja)

Priority Applications (1)

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JP4166099A JPH063149A (ja) 1992-06-24 1992-06-24 方位計

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JP4166099A Pending JPH063149A (ja) 1992-06-24 1992-06-24 方位計

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19960625