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JP2001349733A - Orientation sensor - Google Patents

Orientation sensor

Info

Publication number
JP2001349733A
JP2001349733A JP2000174221A JP2000174221A JP2001349733A JP 2001349733 A JP2001349733 A JP 2001349733A JP 2000174221 A JP2000174221 A JP 2000174221A JP 2000174221 A JP2000174221 A JP 2000174221A JP 2001349733 A JP2001349733 A JP 2001349733A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
azimuth
axis
optical fiber
angular velocity
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.)
Pending
Application number
JP2000174221A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Saito
聡 斎藤
Tatsuya Kumagai
達也 熊谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP2000174221A priority Critical patent/JP2001349733A/en
Publication of JP2001349733A publication Critical patent/JP2001349733A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 才差運動の影響を排除して正確な方位測定を
可能にする方位センサを提供する。 【解決手段】 地球の自転による角速度を検出する光フ
ァイバジャイロと、水平方向の回転角速度を検出する光
ファイバジャイロとを組み合わせ、定期的に地球の自転
による角速度から方位を演算し、その演算が行われる間
は水平方向の回転角速度を積分して回転角度を求め、こ
の回転角度で方位を補間することによって時間的に連続
してセンサ主軸の方位を出力する。真の水平に対するセ
ンサ上の水平直交2軸の傾斜を計測する傾斜計5,6
と、これら計測された2軸の傾斜に基づきセンサ上の重
力軸の才差運動の発生を検出し、才差運動が発生したと
きには前記センサ主軸の方位を補正する。
(57) [Problem] To provide an azimuth sensor which enables accurate azimuth measurement by eliminating the influence of precession movement. SOLUTION: An optical fiber gyro for detecting an angular velocity due to the rotation of the earth and an optical fiber gyro for detecting a rotational angular velocity in the horizontal direction are combined, and a direction is periodically calculated from the angular velocity due to the rotation of the earth. During this period, the rotational angle is obtained by integrating the horizontal rotational angular velocity, and the azimuth is interpolated with this rotational angle to continuously output the azimuth of the sensor main axis. Inclinometers 5 and 6 for measuring the inclination of two horizontal orthogonal axes on the sensor with respect to the true horizontal
Then, the occurrence of precession of the gravity axis on the sensor is detected based on the measured inclinations of the two axes, and when the precession occurs, the direction of the sensor main axis is corrected.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバジャイ
ロを用いた方位センサに係り、特に、才差運動の影響を
排除して正確な方位測定を可能にする方位センサに関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an azimuth sensor using an optical fiber gyro, and more particularly, to an azimuth sensor capable of accurately measuring an azimuth by eliminating the influence of precession movement.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、方位測定には、地磁気センサや
機械式ジャイロが用いられる。地磁気センサは、地球の
磁場を利用して方位を検出するものであり、機械式ジャ
イロは、地球の自転運動を利用して方位を検出するもの
である。精密な方位測定が必要な場合、北極星や太陽な
どの天体を観測する方法が用いられる。しかし、地磁気
センサは、磁北を示すので真北を得るには緯度で補正す
る必要がある。また、機械式ジャイロは、ジャイロ回転
を維持させる必要がある。天体を観測する方法は、測量
に天候や時刻の制約が発生するため、実用性の面で問題
がある。
2. Description of the Related Art Generally, a geomagnetic sensor or a mechanical gyro is used for azimuth measurement. The geomagnetic sensor detects the direction using the magnetic field of the earth, and the mechanical gyro detects the direction using the rotation of the earth. When precise azimuth measurement is required, a method of observing celestial bodies such as the polar star and the sun is used. However, since the geomagnetic sensor indicates magnetic north, it is necessary to correct the latitude in order to obtain true north. Also, the mechanical gyro needs to maintain gyro rotation. The method of observing astronomical objects is problematic in terms of practicality because the weather and time are restricted in surveying.

【0003】一方、光ファイバジャイロ(Fiber Optic
Gyroscope ;FOG)を用いた方位センサが知られてい
る。光ファイバジャイロは、光ファイバループに左右両
回り光を伝搬させ、伝搬した左右両回り光を合波して両
者間の位相差を検出し、その位相差からループ面内の角
速度を検出するものである。例えば、特願平9−975
05号に示される方位センサは、地球の自転による角速
度を検出する光ファイバジャイロと、水平方向の回転角
速度を検出する光ファイバジャイロとを組み合わせ、定
期的に地球の自転による角速度から方位を演算し、その
演算が行われる間は水平方向の回転角速度を積分して回
転角度を求め、この回転角度で方位を補間することによ
って時間的に連続して方位を出力することができる。
On the other hand, an optical fiber gyro (Fiber Optic)
A direction sensor using Gyroscope (FOG) is known. An optical fiber gyro is a device that propagates right and left bidirectional light through an optical fiber loop, multiplexes the propagated right and left bidirectional light, detects the phase difference between the two, and detects the angular velocity in the loop plane from the phase difference. It is. For example, Japanese Patent Application No. 9-975
The azimuth sensor shown in No. 05 combines an optical fiber gyro that detects the angular velocity due to the rotation of the earth and an optical fiber gyro that detects the rotational angular velocity in the horizontal direction, and periodically calculates the azimuth from the angular velocity due to the rotation of the earth. During the calculation, the rotation angle is obtained by integrating the horizontal rotation angular velocity, and the azimuth can be continuously output by interpolating the azimuth with the rotation angle.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記2
軸の光ファイバジャイロを用いた方位センサは、水平回
転検出用の光ファイバジャイロの入力軸(センサ上の重
力軸)に対して、入力軸に直交し互いに直交する2軸
(水平直交2軸)の回りに同一周波数で異なる位相を有
する角振動(これを才差運動と呼ぶ)が作用すると、入
力軸が円錐軌跡を描きながら変位し、入力軸回りに角速
度が生じ、その結果、出力方位に誤差が生じてしまう
(このときの角速度誤差をコーニング誤差と呼ぶ)。
However, the above-mentioned 2
The azimuth sensor using the optical fiber gyro of the axis has two axes orthogonal to the input axis (horizontal orthogonal two axes) with respect to the input axis (gravity axis on the sensor) of the optical fiber gyro for detecting the horizontal rotation. When an angular vibration with the same frequency and a different phase acts on the input shaft (this is called precession), the input shaft is displaced while drawing a conical trajectory, and an angular velocity is generated around the input shaft. An error occurs (the angular velocity error at this time is called a coning error).

【0005】才差運動、コーニング誤差について詳しく
説明すると、図3に示されるように、ジャイロの入力軸
xに直交する2軸y,z回りに同一周波数で異なる位相
を有する角振動が作用すると、入力軸xが円錐軌跡を描
きながら変位し、入力軸x回りに角速度が生じる。図で
は、θx 及びθy の振動入力が入った時の状態を示す。
この時のコーニング誤差ωx は、以下の式で表される。
The precession motion and the coning error will be described in detail. As shown in FIG. 3, when angular vibrations having the same frequency and different phases act on two axes y and z orthogonal to the input axis x of the gyro, The input axis x is displaced while drawing a conical trajectory, and an angular velocity occurs around the input axis x. Figure in illustrates the state when it entered the input of vibration theta x and theta y.
The Corning error omega x of the time is expressed by the following equation.

【0006】[0006]

【数1】 (Equation 1)

【0007】式に示されるように、コーニング誤差ω
x は、入力角振動数(角周波数)及び振幅の関数とな
る。具体的な計算例を以下に示す。
As shown in the equation, the coning error ω
x is a function of the input angular frequency (angular frequency) and amplitude. A specific calculation example is shown below.

【0008】[0008]

【表1】 [Table 1]

【0009】[0009]

【数2】 (Equation 2)

【0010】このように、センサ上の重力軸に才差運動
が発生すると、コーニング誤差のために水平方向の回転
角速度・回転角度が正確に検出できなくなり、出力方位
に誤差が生じてしまう。このため、従来の方位センサ
は、センサ上の重力軸が静止することが難しい環境では
使用が困難となる。
As described above, when the precession movement occurs on the gravity axis on the sensor, the rotational angular velocity and the rotational angle in the horizontal direction cannot be accurately detected due to the coning error, and an error occurs in the output direction. For this reason, it is difficult to use the conventional direction sensor in an environment where the gravity axis on the sensor is difficult to stop.

【0011】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、才差運動の影響を排除して正確な方位測定を可能に
する方位センサを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an azimuth sensor that solves the above-mentioned problems and eliminates the influence of precession movement to enable accurate azimuth measurement.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ループ面がセンサ上の重力軸に沿うよう配
置した第一の光ファイバループと、前記光ファイバルー
プを前記重力軸の回りに回転させる回転手段と、ループ
面がセンサ上の水平となるよう配置した第二の光ファイ
バループと、前記回転手段による複数の回転角にて前記
第一の光ファイバループを用いて検出した地球の自転に
よる角速度からセンサ主軸の方位を演算する演算手段
と、前記第二の光ファイバループを用いて検出した角速
度に基づくセンサ主軸の回転角度により前記センサ主軸
の方位を補間する補間手段とを備えた方位センサにおい
て、真の水平に対するセンサ上の水平直交2軸の傾斜を
計測する傾斜計と、これら計測された2軸の傾斜に基づ
き前記重力軸の才差運動の発生を検出し、才差運動が発
生したときには前記センサ主軸の方位を補正する才差補
正手段とを設けたものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a first optical fiber loop having a loop surface arranged along a gravity axis on a sensor; Rotating means for rotating around, a second optical fiber loop arranged so that the loop surface is horizontal on the sensor, and detection was performed using the first optical fiber loop at a plurality of rotation angles by the rotating means. Calculating means for calculating the azimuth of the sensor main axis from the angular velocity due to the rotation of the earth; andinterpolating means for interpolating the azimuth of the sensor main axis based on the rotation angle of the sensor main axis based on the angular velocity detected using the second optical fiber loop. An inclinometer for measuring the inclination of two axes perpendicular to the horizontal with respect to the true horizontal in the direction sensor provided, and a difference of the gravity axis based on the measured inclinations of the two axes. Detecting the occurrence of dynamic, when the nutation occurs is provided with a and precession correction means for correcting the orientation of the sensor main shaft.

【0013】前記才差補正手段は、前記2軸の傾斜の振
動周波数及び振幅から才差運動による角速度成分または
回転角度成分を演算し、前記第二の光ファイバループを
用いて検出した角速度または前記センサ主軸の回転角度
から前記成分を除去してもよい。
The precession correcting means calculates an angular velocity component or a rotation angle component due to precession motion from the vibration frequency and amplitude of the tilt of the two axes, and calculates the angular velocity or the angular velocity detected using the second optical fiber loop. The component may be removed from the rotation angle of the sensor main shaft.

【0014】前記才差補正手段は、才差運動が発生する
以前に求めたセンサ主軸の方位にセンサ主軸の回転角度
を加えて現在のセンサ主軸の方位としてもよい。
The precession correcting means may add the rotation angle of the sensor main shaft to the azimuth of the sensor main shaft obtained before the occurrence of the precession movement to obtain the current azimuth of the sensor main shaft.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を添付
図面に基づいて詳述する。
An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0016】図1に示されるように、本発明に係る方位
センサは、自転検出用光ファイバジャイロを構成する光
ファイバループ(第一の光ファイバループ)1と、この
光ファイバループ1を回転テーブル2に載せて回転させ
る回転機構(回転手段)3と、水平回転検出用光ファイ
バジャイロを構成する光ファイバループ(第二の光ファ
イバループ)4と、センサ上の重力軸をX軸とし、この
X軸に直交し互いに直交するセンサ上の水平直交2軸を
Y軸、Z軸としたとき、Y軸回りの傾斜角度を計測する
Y軸傾斜計5と、Z軸回りの傾斜角度を計測するZ軸傾
斜計6と、後述する動作手順を実行し各種の演算を行う
計算機(演算手段、補間手段、才差補正手段)7と、上
記各部を支持するセンサ基台8とから構成されている。
なお、Y軸、Z軸は、X軸に直交する適宜な1軸をY軸
とし、そのY軸に直交する水平な軸をZ軸とすればよ
く、方位の南北方向、東西方向とは無関係である。
As shown in FIG. 1, an azimuth sensor according to the present invention includes an optical fiber loop (first optical fiber loop) 1 constituting an optical fiber gyro for detecting rotation, and the optical fiber loop 1 is connected to a rotary table. 2, a rotation mechanism (rotation means) 3 for rotating the optical fiber gyro, an optical fiber loop (second optical fiber loop) 4 constituting an optical fiber gyro for horizontal rotation detection, and a gravity axis on the sensor as an X axis. Assuming that two horizontal orthogonal axes on the sensor that are orthogonal to the X axis and orthogonal to each other are the Y axis and the Z axis, a Y axis inclinometer 5 that measures the tilt angle around the Y axis and a tilt angle around the Z axis are measured. It comprises a Z-axis inclinometer 6, a computer (calculating means, interpolating means, precession correcting means) 7 for executing various operations to be described later and a sensor base 8 for supporting the above-mentioned components. .
The Y-axis and the Z-axis may be any one axis orthogonal to the X-axis, the Y-axis, and the horizontal axis orthogonal to the Y-axis may be the Z-axis, regardless of the north-south direction and the east-west direction. It is.

【0017】光ファイバループ1は、ループ面がセンサ
上の重力軸に沿うよう、センサ基台8に平行な回転テー
ブル2上に起立されて配置されており、光ファイバルー
プ4は、ループ面がセンサ上の水平となるよう、センサ
基台8に平行に配置されている。好ましくは、センサ基
台8が水平姿勢にあるとき、センサ上の重力軸は真の重
力軸に等しく、センサ上の水平は真の水平になる。セン
サ基台8の任意の方向をセンサ主軸とする。
The optical fiber loop 1 is erected on a rotary table 2 parallel to the sensor base 8 so that the loop surface is along the axis of gravity on the sensor. The optical fiber loop 4 has a loop surface. It is arranged parallel to the sensor base 8 so as to be horizontal on the sensor. Preferably, when the sensor base 8 is in the horizontal position, the gravity axis on the sensor is equal to the true gravity axis, and the horizontal on the sensor is the true horizontal. An arbitrary direction of the sensor base 8 is defined as a sensor main axis.

【0018】本発明に係る方位センサの動作手順を図2
により説明する。
FIG. 2 shows the operation procedure of the direction sensor according to the present invention.
This will be described below.

【0019】図2の手順は、ループはじめからループお
わりまでの処理ループを繰り返し実行することにより、
継続的に方位測定を行うためのものである。
The procedure of FIG. 2 is performed by repeatedly executing a processing loop from the beginning to the end of the loop.
This is for continuously measuring the direction.

【0020】ステップ1:自転検出用光ファイバジャイ
ロによって、地球の自転による光ファイバループ1のル
ープ面内の角速度を検出する。
Step 1: An angular velocity in the loop plane of the optical fiber loop 1 due to the rotation of the earth is detected by the rotation detecting optical fiber gyro.

【0021】ステップ2:回転機構3により光ファイバ
ループ1を重力軸の回りに90°回転させ、再び地球の
自転による角速度を検出する。
Step 2: The optical fiber loop 1 is rotated by 90 ° around the axis of gravity by the rotation mechanism 3, and the angular velocity due to the rotation of the earth is detected again.

【0022】ステップ3:ステップ1の後にステップ2
を3回繰り返すことによって、合計4回の角速度検出処
理が実行されることになる。4回の角速度検出処理を実
行したときは、得られた4つの角速度をω0〜ω3と
し、これらの値から最小自乗近似によってセンサ主軸の
方位θaを演算する。4回の実行が未了のときは、方位
θaは演算しない。
Step 3: Step 2 after Step 1
Is repeated three times, a total of four angular velocity detection processes are executed. When the four angular velocity detection processes are performed, the obtained four angular velocities are ω0 to ω3, and the azimuth θa of the sensor main axis is calculated from these values by least square approximation. When the four executions have not been completed, the azimuth θa is not calculated.

【0023】なお、ステップ1〜3の方位検出は、ま
ず、光ファイバループ1を重力軸の回りに回転させつつ
左右両回り光間の位相差に基づいて地球の自転によるル
ープ面内の角速度を検出することにより、この角速度が
ほぼ零になる南北方位を検出し、次に、光ファイバルー
プ1を南北方位から90°回転させて東西方位に向け、
この東西方位における地球の自転によるループ面内の角
速度(=地球の自転角速度)を検出し、南北方位にて検
出された角速度及び東西方位にて検出された角速度に基
づいてセンサ主軸の方位θaを演算するようにしてもよ
い。
In the azimuth detection in steps 1 to 3, first, while rotating the optical fiber loop 1 about the axis of gravity, the angular velocity in the plane of the loop due to the rotation of the earth is determined based on the phase difference between the left and right surrounding lights. By detecting, the north-south direction at which this angular velocity becomes almost zero is detected, and then the optical fiber loop 1 is rotated 90 ° from the north-south direction to the east-west direction,
Angular velocity in the loop plane due to the rotation of the earth in the east-west orientation (= rotational angular velocity of the earth) is detected, and the azimuth θa of the sensor main axis is determined based on the angular velocity detected in the north-south azimuth and the angular velocity detected in the east-west azimuth. The calculation may be performed.

【0024】ステップ4:ステップ1〜3の方位検出に
は回転テーブル2の回転する時間がかかるため、ステッ
プ1〜3による方位は、ある程度の時間間隔、例えば、
数分の間隔をおいて出力されることになる。そこで、ス
テップ1〜3の動作に並行して、上記時間間隔より短い
一定時間間隔Δtで、水平回転検出用光ファイバジャイ
ロによって、水平方向の角速度(センサ主軸の角速度)
ωxを測定すると共に、Y軸傾斜計5、Z軸傾斜計6に
よってセンサ基台の傾斜θy及びθzを測定する。時間
Δt×0,1,2,…,nにおける傾斜角度の瞬時値
は、θy0,θy1,θy2,…,θyn及びθz0,
θz1,θz2,…,θznとなる。測定回数nは、最
低でも3回である。従って、測定回数nが規定数(≦
3)に達していなければ、ステップ1に戻る。ただし、
ステップ1〜3とステップ4とは同時並行処理であり、
ステップ1〜3の途中でもステップ4による一定時間間
隔Δtでの測定が実行される。測定回数nが規定数に達
したらステップ5が実行される。
Step 4: Since it takes time to rotate the turntable 2 for the azimuth detection in steps 1 to 3, the azimuth in steps 1 to 3 is determined at a certain time interval, for example,
It will be output at intervals of several minutes. Therefore, in parallel with the operations in steps 1 to 3, the horizontal rotation detecting optical fiber gyro is used at a fixed time interval Δt shorter than the above-mentioned time interval, and the angular velocity in the horizontal direction (angular velocity of the sensor main shaft).
While measuring ωx, the inclination θy and θz of the sensor base are measured by the Y-axis inclinometer 5 and the Z-axis inclinometer 6. The instantaneous value of the inclination angle at time Δt × 0, 1, 2,..., N is θy0, θy1, θy2,.
θz1, θz2,..., θzn. The number of measurements n is at least three. Therefore, the number of measurements n is a specified number (≦
If 3) has not been reached, return to step 1. However,
Steps 1-3 and 4 are simultaneous and parallel processing,
Even during steps 1 to 3, the measurement at the fixed time interval Δt in step 4 is executed. Step 5 is executed when the number of measurements n reaches the specified number.

【0025】ステップ5:測定した傾斜θy及びθzの
時間間隔Δtごとの瞬時値θy0,θy1,θy2,
…,θyn及びθz0,θz1,θz2,…,θznを
用い、最小自乗近似あるいはフーリエ解析により、振動
周波数fy,fz及び振幅Ay,Azを演算する。
Step 5: Instantaneous values θy0, θy1, θy2 at time intervals Δt of the measured inclinations θy and θz.
, Θyn and θz0, θz1, θz2,..., Θzn, the vibration frequencies fy, fz and the amplitudes Ay, Az are calculated by least squares approximation or Fourier analysis.

【0026】ステップ6:振動周波数fyと振動周波数
fzとを比較する。両者の周波数差が予め設定したしき
い値の範囲内である場合、即ち、振動周波数fyと振動
周波数fzとがほぼ等しい場合、才差運動が発生してい
ると判断し、才差運動による角速度ωcを、例えば、次
式から求める。
Step 6: The vibration frequency fy is compared with the vibration frequency fz. If the frequency difference between the two is within a preset threshold range, that is, if the vibration frequency fy is substantially equal to the vibration frequency fz, it is determined that precession movement has occurred, and the angular velocity due to precession movement is determined. ωc is obtained, for example, from the following equation.

【0027】ωc=(1/2)・Ay・Az・2πfz なお、図2のように、ωcを最小自乗法で求めることも
できる。
Ωc = (1 /) · Ay · Az · 2πfz As shown in FIG. 2, ωc can also be obtained by the least square method.

【0028】ステップ7:ステップ6にて求めた角速度
ωcをステップ4にて求めた水平方向の角速度ωxから
除く(才差運動による角速度成分を除去する)ことによ
り補正する。この角速度ωx−角速度ωcを、時間間隔
Δt×測定回数n、例えば、3Δtの時間範囲で積分
(総和)して角度θYAW を求める。この角度θYAW がセ
ンサ基台8が実際に水平方向に回転した角度となる。
Step 7: Correction is made by removing the angular velocity ωc determined in Step 6 from the horizontal angular velocity ωx determined in Step 4 (removing the angular velocity component due to precession movement). This angular velocity ωx−angular velocity ωc is integrated (summed) over a time interval Δt × the number of measurements n, for example, 3Δt, to obtain an angle θ YAW . This angle θ YAW is the angle at which the sensor base 8 is actually rotated in the horizontal direction.

【0029】なお、才差運動による角度成分を演算し、
水平回転検出用光ファイバジャイロの測定に基づく水平
方向の回転角度から才差運動による角度成分を除去する
手順でも補正は可能である。
The angle component due to the precession movement is calculated,
Correction is also possible by the procedure of removing the angular component due to precession from the horizontal rotation angle based on the measurement of the horizontal rotation detecting optical fiber gyro.

【0030】ステップ8:才差運動が発生した場合は、
自転検出用光ファイバジャイロでは地球の自転による角
速度を正確に検出できないため、ステップ3で求めたセ
ンサ主軸の方位θaは信頼できない。そこで、才差運動
が発生する以前に求めたセンサ主軸の方位θout´に
角度θYAW を加えて最新のセンサ主軸の方位θoutと
する。
Step 8: If precession occurs,
Since the rotation detecting optical fiber gyro cannot accurately detect the angular velocity due to the rotation of the earth, the azimuth θa of the sensor main axis obtained in step 3 is not reliable. Therefore, the orientation θout latest sensor spindle by adding angle theta YAW the azimuth θout' sensor main shaft obtained before the precession occurs.

【0031】ステップ9:才差運動が発生しない場合
は、ステップ3で求めたセンサ主軸の方位θaに、ステ
ップ4にて求めた水平方向の角速度ωxを時間間隔Δt
×測定回数nの時間範囲で積分(総和)した角度θYAW
を加えて最新のセンサ主軸の方位θoutとする。
Step 9: When precession does not occur, the horizontal angular velocity ωx obtained in Step 4 is added to the azimuth θa of the sensor main axis obtained in Step 3 at the time interval Δt.
× Angle θ YAW integrated (summed) in the time range of the number of measurements n
Is added to the latest azimuth θout of the sensor main axis.

【0032】ステップ10:最新のセンサ主軸の方位θ
outを出力し、処理ループの最初であるステップ1に
戻る。
Step 10: Latest orientation of sensor main axis θ
out is output, and the process returns to step 1 which is the beginning of the processing loop.

【0033】以上のような動作により、Y軸傾斜計5及
びZ軸傾斜計6で計測された2軸の傾斜に基づきX軸の
才差運動の発生を検出することができる。そして、才差
運動が発生したときにはセンサ主軸の方位を補正するこ
とになる。その補正は、計測したセンサ主軸の回転角度
(角速度)から才差運動による成分を除去すると共に、
才差運動が発生する以前に求めたセンサ主軸の方位にセ
ンサ主軸の回転角度を加えることで実現される。これに
より、才差運動の影響を排除して正確な方位測定を行う
ことができる。
With the above operation, it is possible to detect the occurrence of the X-axis precession based on the two-axis inclination measured by the Y-axis inclinometer 5 and the Z-axis inclinometer 6. When the precession movement occurs, the direction of the sensor main axis is corrected. The correction removes the component due to the precession movement from the measured rotation angle (angular velocity) of the sensor spindle,
This is realized by adding the rotation angle of the sensor main shaft to the azimuth of the sensor main shaft obtained before the occurrence of the precession movement. Thereby, accurate azimuth measurement can be performed without the influence of the precession movement.

【0034】なお、自転検出用光ファイバジャイロで求
めた角速度からセンサ主軸の方位を求める過程におい
て、角速度の計測時に、角速度計測値のばらつきの度合
いを測定し、そのばらつきの度合いを示す数値に対して
しきい値を設け、ばらつきの度合いがしきい値を超える
か否かによって、演算した方位の採用・不採用を判定す
るようにすると、方位の測定精度を向上させることがで
きる。
In the process of obtaining the azimuth of the sensor main axis from the angular velocity obtained by the rotation-detecting optical fiber gyro, the degree of variation of the measured angular velocity is measured when measuring the angular velocity. By setting a threshold value and determining whether or not to use the calculated azimuth based on whether or not the degree of variation exceeds the threshold value, the azimuth measurement accuracy can be improved.

【0035】本発明の方位センサは、例えば、連続壁掘
削装置に搭載するとよい。これにより、連続壁掘削装置
のねじれ角(ヨー角)の変位を才差運動の影響を受けず
に計測することが可能となり、予定掘削ルートからのず
れを低減させることができるようになる。
The azimuth sensor of the present invention is preferably mounted on, for example, a continuous wall excavator. This makes it possible to measure the displacement of the torsion angle (yaw angle) of the continuous wall excavator without being affected by the precession movement, and to reduce the deviation from the planned excavation route.

【0036】[0036]

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
The present invention exhibits the following excellent effects.

【0037】(1)方位測定中に才差運動が加わって
も、才差運動の影響を排除して正確な方位測定を行うこ
とができる。
(1) Even if a precession movement is applied during the direction measurement, an accurate direction measurement can be performed by eliminating the influence of the precession movement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態を示す方位センサの構成図
である。
FIG. 1 is a configuration diagram of an orientation sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の方位センサの動作手順図である。FIG. 2 is an operation procedure diagram of the direction sensor of FIG. 1;

【図3】才差運動を説明するための立体図である。FIG. 3 is a three-dimensional view for explaining precession movement.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光ファイバループ(第一の光ファイバループ) 2 回転テーブル 3 回転機構(回転手段) 4 光ファイバループ(第二の光ファイバループ) 5 Y軸傾斜計 6 Z軸傾斜計 7 計算機(演算手段、補間手段、才差補正手段) 8 センサ基台 Reference Signs List 1 optical fiber loop (first optical fiber loop) 2 rotary table 3 rotating mechanism (rotating means) 4 optical fiber loop (second optical fiber loop) 5 Y-axis inclinometer 6 Z-axis inclinometer 7 computer (calculation means, Interpolation means, talent correction means) 8 Sensor base

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ループ面がセンサ上の重力軸に沿うよう
配置した第一の光ファイバループと、前記光ファイバル
ープを前記重力軸の回りに回転させる回転手段と、ルー
プ面がセンサ上の水平となるよう配置した第二の光ファ
イバループと、前記回転手段による複数の回転角にて前
記第一の光ファイバループを用いて検出した地球の自転
による角速度からセンサ主軸の方位を演算する演算手段
と、前記第二の光ファイバループを用いて検出した角速
度に基づくセンサ主軸の回転角度により前記センサ主軸
の方位を補間する補間手段とを備えた方位センサにおい
て、真の水平に対するセンサ上の水平直交2軸の傾斜を
計測する傾斜計と、これら計測された2軸の傾斜に基づ
き前記重力軸の才差運動の発生を検出し、才差運動が発
生したときには前記センサ主軸の方位を補正する才差補
正手段とを設けたことを特徴とする方位センサ。
1. A first optical fiber loop having a loop surface arranged along a gravity axis on a sensor, a rotating means for rotating the optical fiber loop around the gravity axis, and a loop surface being horizontal on the sensor. A second optical fiber loop disposed so as to provide: and a calculating means for calculating the azimuth of the sensor main axis from the angular velocity due to the rotation of the earth detected using the first optical fiber loop at a plurality of rotation angles by the rotating means. And an interpolating means for interpolating the azimuth of the sensor main axis based on the rotation angle of the sensor main axis based on the angular velocity detected using the second optical fiber loop. An inclinometer for measuring the inclination of the two axes, and detecting the occurrence of the precession movement of the gravity axis based on the measured inclinations of the two axes; An azimuth sensor provided with a precession correcting means for correcting the azimuth of the sensor main axis.
【請求項2】 前記才差補正手段は、前記2軸の傾斜の
振動周波数及び振幅から才差運動による角速度成分また
は回転角度成分を演算し、前記第二の光ファイバループ
を用いて検出した角速度または前記センサ主軸の回転角
度から前記成分を除去することを特徴とする請求項1記
載の方位センサ。
2. The precession correction means calculates an angular velocity component or a rotation angle component due to precession movement from the vibration frequency and amplitude of the tilt of the two axes, and detects the angular velocity detected using the second optical fiber loop. The azimuth sensor according to claim 1, wherein the component is removed from a rotation angle of the sensor main shaft.
【請求項3】 前記才差補正手段は、才差運動が発生す
る以前に求めたセンサ主軸の方位にセンサ主軸の回転角
度を加えて現在のセンサ主軸の方位とすることを特徴と
する請求項1又は2記載の方位センサ。
3. The precession correction means adds the rotation angle of the main sensor axis to the azimuth of the main sensor axis obtained before the precession movement occurs to obtain the current azimuth of the main sensor axis. The azimuth sensor according to 1 or 2.
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