JPH0625671B2 - Inertial navigation system - Google Patents
Inertial navigation systemInfo
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- JPH0625671B2 JPH0625671B2 JP62213158A JP21315887A JPH0625671B2 JP H0625671 B2 JPH0625671 B2 JP H0625671B2 JP 62213158 A JP62213158 A JP 62213158A JP 21315887 A JP21315887 A JP 21315887A JP H0625671 B2 JPH0625671 B2 JP H0625671B2
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は慣性航法装置、より詳しく述べると、航空機
などの移動体の加速度を計測する加速度計と、加速度計
を正しい姿勢に保持するジャイロスコープとから成り、
加速度計の出力を積分して移動速度を求め、さらにこれ
を積分して移動距離を求めることから成る移動体の位置
確認のための航法装置に関する。The present invention relates to an inertial navigation device, more specifically, an accelerometer for measuring the acceleration of a moving body such as an aircraft, and a gyroscope for holding the accelerometer in a correct posture. Consists of and
The present invention relates to a navigation device for confirming the position of a moving body, which comprises integrating the output of an accelerometer to obtain a moving speed, and further integrating this to obtain a moving distance.
[発明の背景] 慣性航法装置の基本は、移動体の姿勢変化や移動にかか
わらず、常に局地に垂直に一致する軸と、常に北を指向
する軸と、これに直行する軸に加速度計とジャイロの入
力軸を一致させている。BACKGROUND OF THE INVENTION The basis of an inertial navigation system is that an accelerometer is provided for an axis that always coincides vertically with the local area, an axis that always points north, and an axis that is orthogonal to this axis, regardless of changes in the attitude and movement of the moving body. And the input axis of the gyro are matched.
一方、慣性航法装置においては、出発地の緯度と経度と
をコンピュータに記憶させ、それから以後は、緯度の変
化および経度の変化をこの装置で計算する。これら緯度
と経度を求める演算には、楕円体である地球の赤道半径
および極半径による地球座標系に基づいている。On the other hand, in the inertial navigation system, the latitude and longitude of the departure place are stored in a computer, and thereafter, the latitude change and the longitude change are calculated by this device. The calculation of these latitude and longitude is based on the earth coordinate system based on the equatorial radius and polar radius of the earth, which is an ellipsoid.
ところで、地球楕円体としては、これを観測して求めた
結果から、ベッセル、クラーク、あるいは国際地球物理
学会によって定められた国際楕円体その他がある。わが
国ではベッセル楕円体を採用しており、わが国で発行さ
れてる地図(国土地理院・発行)では、緯度および経度
にこれを適用している。他方、ヨーロッパその他では国
際楕円体を採用している。By the way, as the earth ellipsoid, there are Bessel, Clark, and the international ellipsoid defined by the International Geophysical Society and others based on the results obtained by observing the earth. In Japan, the Bessel ellipsoid is adopted, and in the map issued by Japan (GSI / issued), this is applied to the latitude and longitude. On the other hand, in Europe and other countries, the international ellipsoid is adopted.
したがって、従来の慣性航法装置によって、地球半径を
国際系で定義した地図によって飛行すると、たとえ他の
誤差をゼロとしても、ベッセル系をもって作成された地
図上では、誤差を生ずる。すなわち、たとえば北海道か
ら九州南部へ飛行した時には、ベッセル系の実際の地図
について約0.15NMの誤差として現われる。Therefore, when a conventional inertial navigation system is used to fly by a map whose earth radius is defined by the international system, an error occurs on a map created by the Bessel system even if other errors are set to zero. That is, for example, when flying from Hokkaido to southern Kyushu, it appears as an error of about 0.15 NM in the actual map of the Bessel system.
次に、地球の半径をベッセル系によって定義すると、航
空機が地球上を飛行する時の、地球の中心に対する角運
動、すなわちトランスポートレート(transport rete)
の補正誤差から、さきに述べた北海道からの飛行の場合
に約0.1 NMの誤差がある。Next, when the radius of the earth is defined by the Bessel system, the angular motion with respect to the center of the earth when the aircraft flies over the earth, that is, transport rete
From the above correction error, there is an error of about 0.1 NM when flying from Hokkaido as described above.
また、日本から国外に飛行する場合には、初期の日本地
図上の位置の緯度と経度がベッセル系によるものである
から、国際系の外地または洋上などでは、約0.25NMの
誤差を生ずる。When flying from Japan to another country, the latitude and longitude of the initial position on the map of Japan are based on the Bessel system, and thus an error of about 0.25 NM occurs in the international land or the ocean.
特に、実際の地形について言えば、国際楕円体系の地図
の方がベッセル系のものよりも正確であるが、従来の慣
性航法装置においては、専ら国際系を考慮して構成して
あるので、これをもって、日本およびその海域を飛行す
る時には、ベッセル系によって作成された日本の地図に
ついて、移動体の精確な位置が認識されないという不利
益がある。In particular, regarding the actual topography, the map of the international ellipse system is more accurate than that of the Bessel system, but in the conventional inertial navigation system, it is constructed considering the international system exclusively. Therefore, when flying in Japan and its sea area, there is a disadvantage that the precise position of the moving body is not recognized in the map of Japan created by the Bessel system.
慣性航法装置においては、ジャイロのドリフトレートと
地球自転レート誤差を補うために、通常シューラ・ルー
プ(Schuler loop)を組みこんでいる。したがって、地
球の半径を正しい値に近づけて演算すれば、移動体の南
北方向の軸(x軸)と東西方向の時(y軸)についての
接線加速度の積分から、移動体の緯度と経度とが、それ
ぞれ高精度において求めらる。An inertial navigation system usually incorporates a Schuler loop to compensate for the gyro drift rate and the earth rotation rate error. Therefore, if the radius of the earth is calculated close to the correct value, the latitude and longitude of the moving body can be calculated from the integral of the tangential acceleration about the north-south direction of the moving body (x-axis) and the time in the east-west direction (y-axis). However, each is required with high accuracy.
しかし、前述したベッセル系に基づいて作成されている
地図においては、地球半径が真値と大きく異なるため
に、これらから生ずる誤差を無視することはできない。However, in the map created based on the above-mentioned Bessel system, since the earth radius is greatly different from the true value, the error caused by these cannot be ignored.
[発明の目的] 以上に述べた諸問題を考慮して、この発明の主目的は地
球楕円体について、ベッセル系と国際系との測地系の相
違に基づく移動体の誤差を回避することのできる慣性航
法装置を提供することにある。[Object of the Invention] In view of the problems described above, the main object of the present invention is to avoid an error of a moving body due to a difference in the geodetic system between the Bessel system and the international system for the earth ellipsoid. To provide an inertial navigation system.
この発明の目的はまた、移動体についてのベッセル楕円
体系と国際基準楕円体系との両座標系による緯度と経度
とを同時に測定する慣性航法装置を提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide an inertial navigation system for simultaneously measuring the latitude and longitude of a moving body using both the Bessel ellipse system and the international reference ellipse system.
この発明のさらに目的とするところは、初期に移動体の
位置をベッセル系の地球座標で入力しても、国際基準系
に変換することのできる慣性航法装置を提供することに
ある。A further object of the present invention is to provide an inertial navigation system capable of converting the position of a moving body into the international reference system even if the position of the moving body is initially input in the earth coordinates of the Bessel system.
この発明の目的は、地球座標の測地系が異なっても、地
図あるいはレーダなどによる地形データを利用する地形
照合を行うことのできる慣性航法装置を提供することに
ある。An object of the present invention is to provide an inertial navigation device capable of performing topographical matching using topographical data such as a map or a radar even if the geodetic system of earth coordinates is different.
[発明の構成] この発明の実施態様を図面について具体的に説明する。
慣性航法装置はジャイロスコープ10と加速度計12を具備
する。ジャイロスコープ10は移動体の局地垂直に一致す
るAz軸、常に北を指向するN軸およびこれに直行する
E軸あるいはさらにスキュー軸について、それぞれ入力
軸を一致させた3個もしくはそれ以上のジャイロで構成
してあり、これら機体座標系での慣性空間における運動
角速度ωを求めることができる。[Structure of the Invention] An embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
The inertial navigation system comprises a gyroscope 10 and an accelerometer 12. The gyroscope 10 has three or more gyroscopes in which the input axes of the Az axis, which coincides with the vertical direction of the moving body, the N axis which always points to the north, and the E axis which is orthogonal to this, or the skew axis, are made to coincide with each other. And the motion angular velocity ω in the inertial space in these body coordinate systems can be obtained.
加速度計12もまたジャイロ10と同様に移動体の機体座標
について入力軸を一致して配設した3個以上のものから
成り、加速度Aを出力する。Similarly to the gyro 10, the accelerometer 12 is also made up of three or more elements whose input axes are aligned with each other with respect to the body coordinates of the moving body, and outputs the acceleration A.
ジャイロ10からの角速度ωは座標変換行列演算部14に送
られる。この座標変換行列部14では、後述するトランス
ポートレート演算部16からのトランスポートレートωT
と地球自転角速度演算部18からの地球自転ωeとを入力
して、ジャイロ10からの角速度ωを補正し、座標変換行
列値Cを出力する。The angular velocity ω from the gyro 10 is sent to the coordinate conversion matrix calculation unit 14. In the coordinate conversion matrix unit 14, a transport rate ωT from a transport rate calculation unit 16 described later
And the earth rotation ωe from the earth rotation angular velocity calculation unit 18, the angular velocity ω from the gyro 10 is corrected, and the coordinate conversion matrix value C is output.
加速度計12からの加速度Aと座標変換行列値Cとは加速
度の座標変換演算部20に供給され、航法座標軸について
の速度増分ΔVNが求められて、出力として積分器22に
送られる。The acceleration A and the coordinate transformation matrix C of the accelerometer 12 is supplied to the coordinate transformation operation part 20 of the acceleration and velocity increment [Delta] V N is determined for navigation axes, and sent to the integrator 22 as an output.
加速度計22の出力中の地球の自転による移動体の見かけ
の速度成分、すなわちコリオリを補正するためのコリオ
リ加速度演算部24からのコリオリ補正値ΔAcと重力加
速演算部26からの重力加速度補正値ΔGとは、それぞれ
積分器22に送られ、ここで計算されて航法座標軸につい
ての速度VNが求められる。The output of the accelerometer 22 is an apparent velocity component of the moving body due to the rotation of the earth, that is, the Coriolis correction value ΔAc from the Coriolis acceleration calculation unit 24 for correcting the Coriolis and the gravity acceleration correction value ΔG from the gravity acceleration calculation unit 26. Are respectively sent to the integrator 22, and are calculated here to obtain the velocity V N about the navigation coordinate axis.
積分器22の出力である速度VNは第二の積分器28に送ら
れ、国際基準楕円体系による位置PIを出力する。The velocity V N, which is the output of the integrator 22, is sent to the second integrator 28 and outputs the position P I according to the international standard ellipse system.
前述した地球自転角速度演算部18は第二の積分器28の出
力である位置PIを基にして計算して、その補正値ωe
を出力する。また移動体の飛行による地球中心に対する
角運動、すなわちトランスポートレートはトランスポー
トレート演算部16において第一の積分器22の出力である
速度VNをもって計算されて、その補正値ωTが求めら
れる。なお、このトランスポートレート演算部16におい
ては、地球楕円体を国際楕円体(赤道半径:6378388
m,極半径6356912 m)とし計算するように設定してあ
る。The above-described earth rotation angular velocity calculation unit 18 performs calculation based on the position P I which is the output of the second integrator 28, and the correction value ωe
Is output. Further, the angular motion of the moving body with respect to the center of the earth, that is, the transport rate, is calculated by the transport rate calculation unit 16 with the speed V N which is the output of the first integrator 22, and the correction value ωT is obtained. In this transport rate calculation unit 16, the earth ellipsoid is converted into the international ellipsoid (equator radius: 6378388).
m, polar radius 6356912 m).
トランスポートレート補正値ωTは地球自転角速度演算
部18の出力ωeと共に座標交換行列演算部14に供給され
る。The transport rate correction value ωT is supplied to the coordinate exchange matrix calculation unit 14 together with the output ωe of the earth rotation angular velocity calculation unit 18.
第二の積分器28につづいて、測地系変換部30が設けてあ
る。測地系変換部30はベッセル−国際変換演算部32と国
際−ベッセル変換部34とから構成してある。A geodetic system converter 30 is provided following the second integrator 28. The geodetic system conversion unit 30 includes a Bessel-international conversion calculation unit 32 and an international-Bessel conversion unit 34.
なお、ベッセル−国際変換演算のための変換式は、ベッ
セル式の緯度をλB、経度をμBとし、国際系の緯度を
λI、経度をλIとすると、 λI=λB+1/60*{a4(λB−λBI)2+a3(μB−μBI)2+a2(λB
−λBI)+a1(μB−μBI)+a0} μI=μB+1/60*{b4(λB−λBI)2+b3(μB−μBI)2+b2(λB
−λBI)+b1(μB−μBI)+a0} (式中:λBI、μBI:定数 a0〜a4:定数 b0〜b4:定数) の2次式で近似することができる。The conversion formula for the Bessel-international conversion calculation is λ I = λ B + 1 / where the latitude of the Bessel formula is λ B , the longitude is μ B , the latitude of the international system is λ I , and the longitude is λ I. 60 * {a 4 (λ B −λ BI ) 2 + a 3 (μ B −μ BI ) 2 + a 2 (λ B
−λ BI ) + a 1 (μ B −μ BI ) + a 0 } μ I = μ B + 1/60 * {b 4 (λ B −λ BI ) 2 + b 3 (μ B −μ BI ) 2 + b 2 (λ B
-Λ BI) + b 1 (μ B -μ BI) + a 0} ( where: λ BI, μ BI: constants a 0 ~a 4: constants b 0 ~b 4: be approximated by a quadratic equation constants) You can
[発明の効果] この発明の慣性航法装置の構成は以上に詳述した通りで
あるから、この発明の装置によれば前述の目的を的確に
達成するとともに、その出力が国際基準系であるから、
衛星航法システムとしてのGPSや、少くとも3局の送
信局からの信号到達時間差を測定することによって移動
体の位置を定める長距離双曲線無線航法、すなわちロラ
ンCと組み合わせて、ハイブリッド航法を実施すること
ができる。[Advantages of the Invention] Since the structure of the inertial navigation device of the present invention is as described above in detail, the device of the present invention accurately achieves the above-mentioned object and its output is an international standard system. ,
Carry out hybrid navigation in combination with GPS as a satellite navigation system or long-range hyperbolic radio navigation that determines the position of a moving body by measuring the signal arrival time difference from at least three transmitting stations, that is, Loran C. You can
添付図面はこの発明による慣性航法装置を説明する略ブ
ロック図である。The accompanying drawings are schematic block diagrams illustrating an inertial navigation system according to the present invention.
Claims (3)
力信号を発生すジヤイロと、 前記移動体に搭載され前記移動体の加速度の出力信号を
発生する加速度計と、 地球自転信号を出力する地球自転演算部と、 トランスポートレート信号を出力するトランスポートレ
ート演算部と、 前記角速度信号と、前記地球自転信号と前記トランスポ
ートレート信号とを受信して前記角速度を補正して前記
移動体の機体座標を航法座標に変換して座標変換行列値
信号を出力する座標変換行列演算部と、 前記加速度信号と前記座標行列値信号とを受信して前記
移動体の機体軸加速度から航法加速度に変換する加速度
変換演算部と、 前記加速度変換演算部の出力信号を積分する第一の積分
器と、 前記第一の積分器の出力信号を受信して前記移動体の国
際基準楕円体系による位置信号を出力する第二の積分器
と、 前記第二の積分器の出力信号を受信してベッセル系の地
球座標で入力された前記移動体の位置信号を国際基準楕
円体系に、また国際基準楕円体系で入力された前記移動
体の位置信号をベッセル系に変換するようにした測地系
変換部とから成る慣性航法装置。1. A gyro that is mounted on a moving body to generate an output signal of an angular velocity of the moving body, an accelerometer mounted on the moving body to generate an output signal of an acceleration of the moving body, and an earth rotation signal. An earth rotation calculating section for outputting a transport rate signal; a transport rate calculating section for outputting a transport rate signal; the angular velocity signal; the earth rotation signal and the transport rate signal; A coordinate transformation matrix calculation unit that transforms the body coordinates of the vehicle into navigation coordinates and outputs a coordinate transformation matrix value signal, and receives the acceleration signal and the coordinate matrix value signal to change the body axis acceleration of the moving body to the navigation acceleration. An acceleration conversion calculation unit for converting, a first integrator that integrates an output signal of the acceleration conversion calculation unit, and an international standard of the mobile unit that receives an output signal of the first integrator. A second integrator that outputs a position signal according to an ellipse system, the position signal of the moving body input in the earth coordinates of the Bessel system by receiving the output signal of the second integrator into the international standard ellipse system, An inertial navigation system comprising a geodetic system conversion unit adapted to convert the position signal of the moving body input in the international standard ellipse system into a Bessel system.
力加速度補正値とコリオリ加速度演算部からコリオリ補
正値信号とを入力するようにした特許請求の範囲第1項
に記載の慣性航法装置。2. The inertial navigation system according to claim 1, wherein a gravity acceleration correction value and a Coriolis correction value signal are input from the gravity acceleration calculation unit and the Coriolis acceleration calculation unit to the first integrator. apparatus.
算部と、国際−ベッセル変換演算部とから構成した特許
請求の範囲第1項に記載の慣性航法装置。3. The inertial navigation system according to claim 1, wherein the geodetic system conversion unit comprises a Bessel-international conversion calculation unit and an international-Bessel conversion calculation unit.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62213158A JPH0625671B2 (en) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | Inertial navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62213158A JPH0625671B2 (en) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | Inertial navigation system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6457118A JPS6457118A (en) | 1989-03-03 |
| JPH0625671B2 true JPH0625671B2 (en) | 1994-04-06 |
Family
ID=16634526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62213158A Expired - Fee Related JPH0625671B2 (en) | 1987-08-28 | 1987-08-28 | Inertial navigation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0625671B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170105619A (en) * | 2015-10-13 | 2017-09-19 | 샹하이 화처 네비게이션 테크놀로지 엘티디. | Precise calibration method of attitude measurement system |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5761909A (en) * | 1980-09-25 | 1982-04-14 | Furuno Electric Co Ltd | Navigation device |
-
1987
- 1987-08-28 JP JP62213158A patent/JPH0625671B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20170105619A (en) * | 2015-10-13 | 2017-09-19 | 샹하이 화처 네비게이션 테크놀로지 엘티디. | Precise calibration method of attitude measurement system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6457118A (en) | 1989-03-03 |
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