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公開番号2025167944
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-07
出願番号2024072975
出願日2024-04-26
発明の名称移動体姿勢計測装置及び移動体姿勢計測プログラム
出願人日本無線株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01C 19/00 20130101AFI20251030BHJP(測定;試験)
要約【課題】本開示は、ジャイロセンサのバイアス誤差重畳の影響及び想定外の外乱の影響を低減し、ジャイロセンサのSF誤差をリアルタイム・ロバスト・高精度に推定し、移動体の姿勢情報をリアルタイム・ロバスト・高精度に計算することを目的とする。
【解決手段】SF誤差推定部4は、ジャイロセンサGの角速度情報ω_gyrоを用いた移動体の「回転速度」の計算値r_gyrо(真値ω_trueからずれる)から、GNSS受信機R1～R3の観測情報も用いた移動体の「回転速度」の計算値r_a(真値ω_trueに近い)を減算し、ジャイロセンサGのSF誤差rω_trueを推定する。プロセス雑音調整部5は、推定したジャイロセンサGのSF誤差rω_trueの2乗値が大きい又は小さいほど、移動体の姿勢情報aに関する状態空間モデルの状態方程式の「プロセス雑音」をそれぞれ大きく又は小さく調整する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
ジャイロセンサの角速度情報と、移動体の姿勢情報に関する状態空間モデルの状態方程式と、に基づいて、前記移動体の姿勢情報の予測値を計算し、ＧＮＳＳ受信機の観測情報と、前記移動体の姿勢情報に関する状態空間モデルの観測方程式と、に基づいて、前記移動体の姿勢情報の姿勢値を計算する姿勢計算部と、
前記移動体の姿勢情報の姿勢値に基づいて、前記ジャイロセンサの角速度情報を航法座標系の角速度情報に変換し、前記移動体の回転速度を計算する第１回転速度計算部と、
前記移動体の姿勢情報の直近の姿勢値と、前記移動体の姿勢情報のさらに以前の姿勢値と、に基づいて、前記移動体の回転速度を計算する第２回転速度計算部と、
前記第１回転速度計算部が計算した前記移動体の回転速度から、前記第２回転速度計算部が計算した前記移動体の回転速度を減算し、前記ジャイロセンサのスケールファクタ誤差（角速度の計測値と真値との間の差分）を推定するスケールファクタ誤差推定部と、
を備えることを特徴とする移動体姿勢計測装置。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
前記第１回転速度計算部及び前記第２回転速度計算部は、前記移動体の回転速度に対して、ローパスフィルタ処理を実行し、突発的な高周波雑音を抑圧し、及び／又は、前記スケールファクタ誤差推定部は、前記ジャイロセンサのスケールファクタ誤差に対して、ローパスフィルタ処理を実行し、突発的な高周波雑音を抑圧する
ことを特徴とする、請求項１に記載の移動体姿勢計測装置。
【請求項３】
前記ジャイロセンサのスケールファクタ誤差の２乗値が大きい又は小さいほど、前記移動体の姿勢情報に関する状態空間モデルの状態方程式について、前記姿勢計算部が計算したプロセス雑音をそれぞれ大きく又は小さく調整するプロセス雑音調整部、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の移動体姿勢計測装置。
【請求項４】
前記プロセス雑音調整部は、前記第２回転速度計算部が計算した前記移動体の回転速度の絶対値が大きい又は小さいほど、前記移動体の姿勢情報に関する状態空間モデルの状態方程式について、前記姿勢計算部が計算したプロセス雑音をそれぞれ大きく又は小さく調整する
ことを特徴とする、請求項３に記載の移動体姿勢計測装置。
【請求項５】
前記第２回転速度計算部は、前記移動体の回転速度に対して、ローパスフィルタ処理を実行せず、突発的な高周波雑音を抑圧せず、前記プロセス雑音調整部に入力する
ことを特徴とする、請求項４に記載の移動体姿勢計測装置。
【請求項６】
請求項１に記載の移動体姿勢計測装置が備える、各処理部が行なう各処理ステップを、コンピュータに実行させるための移動体姿勢計測プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、移動体の姿勢情報を計測する技術に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
国際海事機関（ＩＭＯ）が要求する船首方位伝達装置（ＴＨＤ）の性能要件等に準拠したＧＮＳＳコンパスにおいて、ジャイロセンサの角速度情報及びＧＮＳＳ受信機の観測情報に基づいて、移動体の姿勢情報を計算する技術が、特許文献１等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２３－１３６０９５号公報
特許第３６３５１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のＳＦ（ＳｃａｌｅＦａｃｔоｒ）誤差較正処理の課題を図１に示す。ジャイロセンサの角速度情報の計測値ω
ｇｙｒо
は、ジャイロセンサの角速度情報の真値ω
ｔｒｕｅ
と、等しいことが望ましいが、ジャイロセンサのジャイロ感度ｒの分だけずれ得る。
【０００５】
そこで、ＧＮＳＳコンパスの製造時において、ＧＮＳＳコンパスを回転台に設置し、ＧＮＳＳコンパスを指定速度で回転させ、ω
ｇｙｒо
＝（１＋ｒ）ω
ｔｒｕｅ
を計測し、ジャイロセンサのＳＦ誤差ｒω
ｔｒｕｅ
を較正する。しかし、ＧＮＳＳコンパスの運用時において、ＧＮＳＳコンパスの温度変化又は経年変化等の使用環境変化により、ジャイロセンサのジャイロ感度がｒからｒ’へと変化し、ω
ｇｙｒо
＝（１＋ｒ’）ω
ｔｒｕｅ
に変化し、ジャイロセンサのＳＦ誤差ｒω
ｔｒｕｅ
を較正しても、ジャイロセンサの較正誤差（ｒ’－ｒ）ω
ｔｒｕｅ
が発生する。そこで、ＧＮＳＳコンパスの運用時において、ジャイロセンサのジャイロ感度ｒをリアルタイムに推定し補正する技術が、特許文献２等に開示されている。
【０００６】
従来技術のジャイロ感度補正処理の課題を図２に示す。まず、ジャイロセンサの角速度情報の計測値ω
ｇｙｒо
を所定期間ｔ
１
～ｔ
２
で積算し、移動体の姿勢情報の時間変化Δａ
ｇｙｒо
を計算する。一方で、ＧＰＳも用いた移動体の姿勢情報の計算値ａ
１
、ａ
２
を所定時刻ｔ
１
、ｔ
２
で計算し、移動体の姿勢情報の時間変化Δａ
ＧＰＳ
を計算する。次に、移動体の姿勢情報の時間変化Δａ
ｇｙｒо
（真値からずれる）から、移動体の姿勢情報の時間変化Δａ
ＧＰＳ
（真値に近い）を減算し、ジャイロセンサのジャイロ感度ｒを推定し補正する。
【０００７】
しかし、移動体の姿勢情報の時間変化Δａ
ｇｙｒо
は、ジャイロセンサのバイアス誤差を重畳するため、ジャイロセンサのジャイロ感度ｒも、ジャイロセンサのバイアス誤差を重畳している。そして、ジャイロセンサのバイアス誤差及び想定外の外乱の影響があれば、推定するジャイロセンサのジャイロ感度ｒにダイレクトに誤差が蓄積されるため、推定値を用いたジャイロセンサのＳＦ誤差が連動して悪化するという負の伝達が生じる。
【０００８】
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、国際海事機関（ＩＭＯ）が要求する船首方位伝達装置（ＴＨＤ）の性能要件等に準拠したＧＮＳＳコンパスにおいて、ジャイロセンサのバイアス誤差重畳の影響及び想定外の外乱の影響を低減し、ジャイロセンサのＳＦ（ＳｃａｌｅＦａｃｔоｒ）誤差をリアルタイム・ロバスト・高精度に推定し、移動体の姿勢情報をリアルタイム・ロバスト・高精度に計算することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、ジャイロセンサの角速度情報を用いた移動体の「回転速度」の計算値（真値からずれる）から、ＧＮＳＳ受信機の観測情報も用いた移動体の「回転速度」の計算値（真値に近い）を減算し、ジャイロセンサのＳＦ誤差を推定する。
【００１０】
具体的には、本開示は、ジャイロセンサの角速度情報と、移動体の姿勢情報に関する状態空間モデルの状態方程式と、に基づいて、前記移動体の姿勢情報の予測値を計算し、ＧＮＳＳ受信機の観測情報と、前記移動体の姿勢情報に関する状態空間モデルの観測方程式と、に基づいて、前記移動体の姿勢情報の姿勢値を計算する姿勢計算部と、前記移動体の姿勢情報の姿勢値に基づいて、前記ジャイロセンサの角速度情報を航法座標系の角速度情報に変換し、前記移動体の回転速度を計算する第１回転速度計算部と、前記移動体の姿勢情報の直近の姿勢値と、前記移動体の姿勢情報のさらに以前の姿勢値と、に基づいて、前記移動体の回転速度を計算する第２回転速度計算部と、前記第１回転速度計算部が計算した前記移動体の回転速度から、前記第２回転速度計算部が計算した前記移動体の回転速度を減算し、前記ジャイロセンサのスケールファクタ誤差（角速度の計測値と真値との間の差分）を推定するスケールファクタ誤差推定部と、を備えることを特徴とする移動体姿勢計測装置である。
（【００１１】以降は省略されています）

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