慣性航法装置

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【発明の名称】	慣性航法装置
【発明者】	【氏名】熊谷仁
【要約】	【課題】ＧＰＳが機能しない場合にも位置系情報を提供する。【解決手段】慣性測定ユニット２ｆの測定結果に基づいて航走体の方位系情報を算出する慣性航法装置において、ＧＰＳ受信機１から位置系情報を入力するための入力端子２ａと、該入力端子２ａに入力された位置系情報に基づいてＧＰＳの有効／無効を判断して切換信号ｋを生成する判定部２ｂと、慣性測定ユニット２ｆの測定結果に基づいて航走体の位置系情報を算出する位置系情報演算部２ｄと、切換信号ｋに基づいてＧＰＳが有効な場合は入力端子２ａに入力された位置系情報を選択し、ＧＰＳが無効な場合には位置系情報演算部２ｄによって算出された位置系情報を選択して外部機器に出力する切換部２ｅとを具備する。

【特許請求の範囲】
【請求項１】慣性測定ユニットの測定結果に基づいて航走体の方位系情報を算出する慣性航法装置であって、ＧＰＳ受信機（１）から位置系情報を入力するための入力端子（２ａ）と、該入力端子に入力された位置系情報に基づいてＧＰＳの有効／無効を判断して切換信号を生成する判定部（２ｂ）と、慣性測定ユニットの測定結果に基づいて航走体の位置系情報を算出する位置系情報演算部（２ｄ）と、前記切換信号に基づいて、ＧＰＳが有効な場合は入力端子（２ａ）に入力された位置系情報を選択し、ＧＰＳが無効な場合には位置系情報演算部によって算出された位置系情報を選択して外部に出力する切換部（２ｅ）と、を具備することを特徴とする慣性航法装置。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、慣性測定ユニットの測定結果に基づいて航走体の航行に必要な各種航行情報を算出する慣性航法装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】航走体の一種である船舶（例えば艦艇）では、ＧＰＳ（Global Positioning System）を用いて航行位置（緯度及び経度）、対地速度等の位置系情報（ＧＰＳデータ）を取得する一方、慣性測定ユニット（ＩＭＵ：Inertial Measuring Unit）に基づく慣性航法装置（ＩＮＳ：Inertial Navigation System）を用いて航行方位等の方位系情報を算出している。すなわち、従来の艦艇では、位置系情報と方位系情報とが各々独立した装置からこれら情報を利用する各種機器に提供されるようにシステム構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＧＰＳはＧＰＳ衛星から受信される電波によって上記位置系情報を取得するものであるため、当該電波を受信できないためにＧＰＳが機能しない事態に至った場合に、艦艇は位置系情報を取得することができない。このような受信不能状態は、実際には長くても３０分程度の短い期間であるが、この期間に位置系情報を取得することができないことは、常に正確な位置系情報と方位系情報を必要とする艦艇においては改善されなければならない問題である。
【０００４】本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、ＧＰＳが機能しない場合にも位置系情報を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明では、慣性測定ユニットの測定結果に基づいて航走体の方位系情報を算出する慣性航法装置において、ＧＰＳ受信機から位置系情報を入力するための入力端子と、該入力端子に入力された位置系情報に基づいてＧＰＳの有効／無効を判断し切換信号を生成する判定部と、慣性測定ユニットの測定結果に基づいて航走体の位置系情報を算出する位置系情報演算部と、上記切換信号に基づいて、ＧＰＳが有効な場合は入力端子に入力された位置系情報を選択し、ＧＰＳが無効な場合には位置系情報演算部によって算出された位置系情報を選択して外部に出力する切換部とを具備する手段を採用する。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に係わる慣性航法装置の一実施形態について説明する。
【０００７】図１は、本実施形態の機能構成を示すブロック図である。この図において、符号１はＧＰＳ受信機、２は慣性航法装置である。これらＧＰＳ受信機１と慣性航法装置２とは、艦艇等の航走体に備えられるものである。また、慣性航法装置２において、２ａは入力端子、２ｂは判定部、２ｃは第１スイッチ、２ｄは位置系情報演算部、２ｅは第２スイッチ（切換部）、２ｆは慣性測定ユニット、２ｇは方位系情報演算部である。
【０００８】ＧＰＳ受信機１は、ＧＰＳ衛星から発信された電波に基づいて各種ＧＰＳデータを受信するものである。このＧＰＳデータには、当該航走体の航行位置（緯度及び経度）や対地速度等の位置系情報及びユリウス日やＧＭＴ（グリニッジ標準時刻）等が含まれる。ＧＰＳ受信機１は、例えば１秒周期でＧＰＳ衛星からＧＰＳデータを受信するように構成されており、当該受信の度にＧＰＳデータを入力端子２ａに出力する。
【０００９】入力端子２ａは、上記ＧＰＳデータを慣性航法装置２に取り込むために設けられたものである。当該入力端子２ａに入力されたＧＰＳデータは、判定部２ｂ、第１スイッチ２ｃの一方の接点及び第２スイッチ２ｅの一方の選択接点ａ1に供給されている。判定部２ｂは、ＧＰＳデータの受信状況及び内容に基づいてＧＰＳ受信機１がＧＰＳ衛星から正常に電波を受信しているか否か、つまりＧＰＳが有効状態にあるかあるいは無効状態にあるかを判定するものである。
【００１０】この判定部２ｂは、■上記ＧＰＳデータの受信周期（１秒周期）の３倍つまり３秒間に１度もＧＰＳデータが入力されない場合（第１判定条件）、あるいは■ＧＰＳデータのうち、上記航行位置、対地速度及びＧＭＴの何れか１つが異常な内容のデータ（無効データ）である場合（第２判定条件）に、ＧＰＳが無効状態にあると判断し、切換信号ｋを第１スイッチ２ｃ及び第２スイッチ２ｅに出力する。そして、これ以外の場合には、ＧＰＳが有効状態にあると判断して切換信号ｋの出力を停止する。
【００１１】第１スイッチ２ｃは、上記入力端子２ａと位置系情報演算部２ｄとの間に介挿され、判定部２ｂから切換信号ｋが入力されない場合は、入力端子２ａに入力されたＧＰＳデータを位置系情報演算部２ｄに供給し、切換信号ｋが入力された場合にはＧＰＳデータの位置系情報演算部２ｄへの供給を停止する。位置系情報演算部２ｄは、慣性測定ユニット２ｆの測定結果に基づいて当該航走体の位置系情報を算出するものである。慣性測定ユニット２ｆは、周知のジャイロスコープ及び加速度計からなるのもであり、当該航走体の方位変化率及び加速度を測定して位置系情報演算部２ｄ及び方位系情報演算部２ｇに出力するものである。
【００１２】方位系情報演算部２ｇは、上記慣性測定ユニット２ｆの測定結果に基づいて当該航走体の航行方位等の方位系情報を算出し、外部機器に出力するものである。また、第２スイッチ２ｅは、他方の選択接点ａ2に位置系情報演算部２ｄによって算出された位置系情報が供給されると共に、上述したように一方の選択接点ａ1に入力端子２ａに入力されたＧＰＳデータが供給されるようになっている。この第２スイッチ２ｅは、判定部２ｂから切換信号ｋが入力されると、選択接点ａ2に供給された位置系情報（位置系情報演算部２ｄによって算出されたもの）を外部機器に出力し、切換信号ｋの入力が停止すると、一方の選択接点ａ1に入力端子２ａに入力されたＧＰＳデータを外部機器に出力する。
【００１３】このように、本実施形態の慣性航法装置２は、本来の機能つまり方位系情報演算部２ｇによる方位系情報の算出機能に加え、位置系情報演算部２ｄによる位置系情報の算出機能、及び切換信号ｋに基づいて当該位置系情報をＧＰＳ受信機１から提供されるＧＰＳデータに代えて出力する機能を有するものである。
【００１４】次に、このように構成された慣性航法装置２の動作について説明する。まず、ＧＰＳ受信機１がＧＰＳ衛星から正常に電波を受信して有効なＧＰＳデータを慣性航法装置２に出力している状態（正常状態）すなわち判定部２ｂにおいて切換信号ｋが生成されない状態では、第１スイッチ２ｃは閉状態となると共に第２スイッチ２ｅは選択接点ａ1を選択する。したがって、この正常状態では、慣性航法装置２からＧＰＳデータが外部機器に出力される。
【００１５】これに対して、上記第１判定条件あるいは第２判定条件が成立する状態（異常状態）では、判定部２ｂから切換信号ｋが第１スイッチ２ｃ及び第２スイッチ２ｅに出力され、第１スイッチ２ｃは開状態となると共に第２スイッチ２ｅは選択接点ａ2を選択する。したがって、この異常状態では、ＧＰＳデータの位置系情報演算部２ｄへの入力が停止するので、位置系情報演算部２ｄは、慣性測定ユニット２ｆの測定結果に基づく位置系情報の算出を開始する。
【００１６】慣性測定ユニット２ｆは、測定結果として当該航走体の方位変化率及び加速度を位置系情報演算部２ｄに出力するので、位置系情報演算部２ｄは、これら方位変化率及び加速度を積分演算することにより、当該航走体の航行位置（緯度及び経度）や対地速度等の位置系情報を算出して第２スイッチ２ｅに出力する。そして、このように位置系情報演算部２ｄによって算出された位置系情報は、第２スイッチ２ｅから外部機器に出力される。
【００１７】位置系情報演算部２ｄによって算出された位置系情報は、慣性測定ユニット２ｆの計測結果のドリフトに起因して所定の誤差が生じる。例えば、慣性測定ユニット２ｆを構成するジャイロスコープとして比較的高精度なリングレーザ・ジャイロを用いた場合であっても、リングレーザ・ジャイロによって検出される方位角変化率には０．００５（度／時間）程度の誤差が生じる。したがって、当該誤差に起因して位置系情報演算部２ｄの位置系情報は、ＧＰＳデータの位置系情報に比較して精度が落ちる。しかし、ＧＰＳ衛星からの電波がＧＰＳ受信機１に受信されない期間は長くても３０分程度なので、位置系情報を利用する外部機器を動作不能状態に陥らせることなく機能させることができる。
【００１８】なお、上記実施形態では、判定部２ｂがＧＰＳ受信機１から提供されるＧＰＳデータに代えて位置系情報演算部２ｄによって算出された位置系情報を外部機器に出力する判定条件を、第１判定条件あるいは第２判定条件を満足する場合としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、位置系情報演算部２ｄによって算出される位置系情報の精度を考慮し、航行位置が無効データの場合にのみ、あるいは当該航行位置または対地速度の何れかが無効データの場合にのみ、位置系情報演算部２ｄの位置系情報を外部機器に出力するようにしても良い。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる慣性航法装置によれば、ＧＰＳが無効な場合には、ＧＰＳ受信機によって受信された位置系情報に代えて、位置系情報演算部によって算出された位置系情報が外部に出力される。したがって、ＧＰＳが無効な場合であっても、位置系情報演算部によって算出された位置系情報を外部に供給することができる。位置系情報演算部は、慣性測定ユニットの測定結果に基づいて位置系情報を算出するので、当該位置情報はＧＰＳ受信機によって受信された位置系情報に比較して精度が落ちる。しかし、ＧＰＳが無効な期間は比較的短いので、当該期間に位置系情報演算部の位置系情報を外部に供給することによって、位置系情報を利用する外部機器を動作不能状態とすることなく、機能させることが可能である。

【出願人】	【識別番号】０００２３２３５７【氏名又は名称】横河電子機器株式会社
【出願日】	平成１１年９月２１日（１９９９．９．２１）
【代理人】	【識別番号】１０００６４９０８【弁理士】【氏名又は名称】志賀正武（外７名）
【公開番号】	特開２００１－９１２９４（Ｐ２００１－９１２９４Ａ）
【公開日】	平成１３年４月６日（２００１．４．６）
【出願番号】	特願平１１－２６７８０６