特許 5941710 方位測定システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5941710

(24)【登録日】2016年5月27日

(45)【発行日】2016年6月29日

(54)【発明の名称】方位測定システム

(51)【国際特許分類】

   G01C 19/38 20060101AFI20160616BHJP

【ＦＩ】

   G01C19/38 C

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-52242(P2012-52242)

(22)【出願日】2012年3月8日

(65)【公開番号】特開2013-186006(P2013-186006A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2014年6月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000232357

【氏名又は名称】横河電子機器株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100094400

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 三義

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(72)【発明者】

【氏名】細川 喜輝

【審査官】 梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−１７８８１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２２７９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０３−０１９４８７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特公昭５４−０４１２１４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平０５−２１５５４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｃ １９／００ − ２１／３６

Ｇ０１Ｃ ２３／００ − ２５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つのジャイロコンパスを備え、当該各ジャイロコンパスの方位の何れか１つを選択して外部に出力する方位測定システムであって、
前記各ジャイロコンパスから入力される方位を切替える方位切替部と、
前記各ジャイロコンパスから取得した方位に基づいて前記方位切替部を制御する方位切替制御部と、を備え、
前記方位切替制御部は、第１のジャイロコンパスから取得した方位を他のジャイロコンパスに提供することにより前記第１のジャイロコンパスの方位と前記他のジャイロコンパスの方位との方位差と前記他のジャイロコンパスの方位とを加算した補正方位とを演算させ、前記他のジャイロコンパスから取得した前記補正方位と前記第１のジャイロコンパスの方位とが等しいと判断すると、方位切替信号を前記方位切替部に出力することにより前記第１のジャイロコンパスの方位に代えて前記他のジャイロコンパスの前記補正方位を切替時の初期方位として外部に出力させ、
前記他のジャイロコンパスは、前記方位切替部によって前記補正方位が前記初期方位として外部に出力されると、前記方位差を時系列的に順次減少させた前記補正方位を順次演算して前記方位切替部に出力することを特徴とする方位測定システム。

【請求項2】

前記方位切替制御部は、前記第１のジャイロコンパスからある時刻で固定化された方位を取得して前記他のジャイロコンパスに提供することにより前記方位差と前記補正方位とを演算させることを特徴とする請求項１記載の方位測定システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、方位測定システムに関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、船舶等の進行方位を計測するジャイロコンパスの一例が開示されているが、方位測定システムの冗長性確保するために、２台のジャイロコンパスを設け、何れかのジャイロコンパスの出力を選択して外部に出力する場合がある。すなわち、このような方位測定システムでは、出力対象として既に選択されている一方のジャイロコンパスが異常を来した場合に、当該一方のジャイロコンパスの出力に代えて他方のジャイロコンパスの出力を外部に供給する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３８７４７５８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上述した２台のジャイロコンパスを備える方位測定システムでは、各々のジャイロコンパスは、各々に個別に備えられた転輪球の動き（回転）に応じた方位を出力する。すなわち、各々のジャイロコンパスは、方位計測に関して相互の関連性がなく、独立して方位を計測する。したがって、従来の方位測定システムでは、２台のジャイロコンパスを切り替えたときに、外部に供給される方位が切替前と切替後において極端に変化することがある。

【0005】

本発明は、ジャイロコンパスの切替時における方位の極端な変化を抑制することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、少なくとも２つのジャイロコンパスを備え、当該各ジャイロコンパスの方位の何れか１つを選択して外部に出力する方位測定システムであって、方位を外部に出力している第１のジャイロコンパスから方位を外部に出力していない他のジャイロコンパスに切り替える際に、第１のジャイロコンパスの方位と他のジャイロコンパスの方位との方位差と他のジャイロコンパスの方位とを加算した補正方位を切替時の初期方位として外部に出力し、その後に方位差を時系列的に順次減少させた補正方位を外部に出力する、という手段を採用する。

【0007】

本発明では、第２の解決手段として、上記第１の手段において、各ジャイロコンパスに加え、当該各ジャイロコンパスから入力される方位を切替える方位切替部と、各ジャイロコンパスから取得した方位に基づいて方位切替部を制御する方位切替制御部とを備え、方位切替制御部は、第１のジャイロコンパスから取得した方位を他のジャイロコンパスに提供することにより方位差と補正方位とを演算させ、他のジャイロコンパスから取得した補正方位と第１のジャイロコンパスの方位とが等しいと判断すると、方位切替信号を方位切替部に出力することにより第１のジャイロコンパスの方位に代えて他のジャイロコンパスの補正方位を切替時の初期方位として外部に出力させ、他のジャイロコンパスは、方位切替部によって補正方位が初期方位として外部に出力されると、方位差を時系列的に順次減少させた補正方位を順次演算して方位切替部に出力する

、という手段を採用する。

【0008】

本発明では、第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、方位切替制御部は、第１のジャイロコンパスからある時刻で固定化された方位を取得して他のジャイロコンパスに提供することにより方位差と補正方位とを演算させる、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0009】

第１のジャイロコンパスの方位と他のジャイロコンパスの方位との方位差と他のジャイロコンパスの方位とを加算した補正方位は、第１のジャイロコンパスの方位と同じ方位である。本発明によれば、このような補正方位を切替時の初期方位として外部に出力し、その後に方位差を時系列的に順次減少させた補正方位を外部に出力するので、補正方位は時間の経過とともに徐々に第１のジャイロコンパスの方位から他のジャイロコンパスの方位に切り替わる。したがって、本発明によれば、ジャイロコンパスの切替時における方位の極端な変化を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る方位測定システムＡのシステム構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る方位測定システムＡにおける方位切替制御部４の動作を示すフローチャートである。

【図3】本発明の一実施形態に係る方位測定システムＡにおける第１、第２のジャイロコンパス１，２の動作を示すフローチャートである。

【図4】本発明の一実施形態に係る方位測定システムＡにおける切替時の方位変化及びターンレート変化を示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る方位測定システムＡは、第１のジャイロコンパス１、第２のジャイロコンパス２、方位切替部３及び方位切替制御部４から構成されている。

【0012】

方位測定システムＡは、船舶等の航走体に搭載され、当該航走体の進行方位を計測して外部の方位受信機器に出力する。第１のジャイロコンパス１は、例えば転輪球の回転を示す偏差信号に基づいて上記進行方位を演算する装置である。この第１のジャイロコンパス１は、上記転輪球の他に、所定の方位演算プログラムに基づいて演算処理を追行う演算装置、方位切替制御部４と通信を行う通信装置、上記演算装置の演算結果を記憶する記憶装置、等々から構成されている。このような第１のジャイロコンパス１は、方位切替制御部４と所定の通信を行うと共に自らが計測（演算）した航走体の進行方位を第１の方位として方位切替部３に出力する。

【0013】

第２のジャイロコンパス２は、上述した第１のジャイロコンパス１と同様に例えば転輪球の回転を示す偏差信号に基づいて上記進行方位を演算する装置である。この第２のジャイロコンパス２は、第１のジャイロコンパス１と全く同様の構成を備えており、転輪球の他に、所定の方位演算プログラムに基づいて演算処理を追行う演算装置、方位切替制御部４と通信を行う通信装置、上記演算装置の演算結果を記憶する記憶装置、等々から構成されている。このような第２のジャイロコンパス１は、方位切替制御部４と所定の通信を行うと共に自らが計測（演算）した航走体の進行方位を第２の方位として方位切替部３に出力する。

【0014】

なお、上記転輪球は、周知のように内部に慣性センサが搭載されると共に所定の電解液中に浸漬されることにより航走体に回転自在に支持されている。上記偏差信号は、このような転輪球が航走体の旋回動作に応じて回転することによるブリッジ回路（ホイートストンブリッジ）の偏差電圧である。

【0015】

方位切替部３は、方位切替制御部４から入力される方位切替信号に基づいて上記第１の方位あるいは第２の方位の何れかを択一的に選択して外部の方位受信機器に出力する。方位切替制御部４は、所定の制御プログラムに基づいて方位切替信号を生成することにより方位切替部３を制御すると共に、上記制御プログラムに基づく第１、第２のジャイロコンパス１，２との通信によって当該第１、第２のジャイロコンパス１，２をも制御する。

【0016】

次に、このように構成された方位測定システムＡの特徴的動作、つまり第１の方位と第２の方位との切替動作について、図２及び図３に示すフローチャートに沿って説明する。

【0017】

なお、以下の動作説明では、方位切替部３によって第１の方位が選択されて外部の方位受信機に出力されており、この状態から出力対象を第２の方位に切り替える場合について説明する。すなわち、方位を外部に出力している第１のジャイロコンパス１から方位を外部に出力していない第２のジャイロコンパス２に切り替える場合について説明する。

【0018】

図２に示すように、方位切替制御部４は、第１、第２のジャイロコンパス１，２との通信によって当該第１、第２のジャイロコンパス１，２の動作状態を常時監視しており、現在選択されている第１のジャイロコンパス１の動作に何らかの異常が発生していると判断すると（ステップＳ1）、第１、第２のジャイロコンパス１，２に方位取得指令を送信する（ステップＳ2）。

【0019】

一方、第１、第２のジャイロコンパス１，２は、上記方位取得指令を受信すると（ステップＳ11，Ｓ21）、第１、第２の方位を方位切替制御部４に出力する（ステップＳ12，Ｓ22）。方位切替制御部４は、このようにして第１、第２の方位をそれぞれ取得すると（ステップＳ3）、現在選択されている第１のジャイロコンパス１に方位保持指令を出力する（ステップＳ4）。

【0020】

第１のジャイロコンパス１は、上記方位保持指令を受信すると（ステップＳ13）、第１の方位の時系列的な更新を一旦停止して、その時点の方位値に固定化し、この固定化した方位を保持方位として方位切替制御部４に出力する（ステップＳ14）。そして、方位切替制御部４は、上記保持方位を第１のジャイロコンパス１から取得すると（ステップＳ5）、第２のジャイロコンパス２に補正方位出力指令を出力する（ステップＳ6）。なお、この補正方位出力指令には、第１のジャイロコンパス１から取得した保持方位が含まれている。

【0021】

第２のジャイロコンパス２は、上記補正方位出力指令を方位切替制御部４から受信すると（ステップＳ23）、上記保持方位と第２の方位との方位差を演算し、また当該方位差に第２の方位を加算することにより初期補正方位を演算する（ステップＳ24）。そして、第２のジャイロコンパス２は、このようにして演算した初期補正方位を方位切替部３に出力し（ステップＳ25）、さらに当該初期補正方位の出力が完了したことを方位切替制御部４に報告する（ステップＳ26）。なお、この初期方位の出力報告には、上記初期補正方位が含まれている。

【0022】

方位切替制御部４は、上記初期補正方位の出力報告を第２のジャイロコンパス２から受信すると（ステップＳ7）、当該出力報告に含まれている初期補正方位が第１のジャイロコンパス１から既に受信している上記保持方位と等しいか否かを判断する（ステップＳ8）。そして、方位切替制御部４は、両者が等しい場合は方位切替信号を方位切替部３及び第１、第２のジャイロコンパス１，２に出力する（ステップＳ9）。

【0023】

なお、方位切替制御部４は、初期補正方位が保持方位と等しくない場合には、初期補正方位と保持方位とが等しくなるまで上述したステップＳ4〜Ｓ7の処理を繰り返す。ここで、初期補正方位は、上述したように保持方位と第２の方位との方位差に第２の方位を加算したものなので、基本的には保持方位（第１の方位）と同等のものであるが、方位切替制御部４は、ステップＳ8によって初期補正方位が保持方位と等しいか否かを念のために確認してから方位切替信号を出力する。

【0024】

方位切替部３は、このようにして方位切替制御部４から方位切替信号が入力されると、第１の方位（保持方位）に代えて初期補正方位を新たに選択して外部の方位受信機に出力する。すなわち、本方位測定システムＡでは、出力対象を第１の方位（保持方位）から第２の方位に切り替える場合に、第１の方位（保持方位）と第２の方位との方位差に第２の方位を加算した初期補正方位が外部に出力される。

【0025】

一方、方位切替部３に初期補正方位を出力している第２のジャイロコンパス２は、上記方位切替信号を方位切替制御部４から受信すると（ステップＳ27）、上記方位差を調整した調整方位差を演算すると共に当該調整方位差に第２の方位を加算した次期補正方位を演算する（ステップＳ28）。上記調整方位差は、上述した方位差（保持方位と第２の方位との差分）から微小な調整値Δｈを減算したものである。この調整値Δｈは、予め決められた固定値あるいは方位差を所定値で除算した値である。

【0026】

そして、第２のジャイロコンパス２は、このような次期補正方位を方位切替部３に出力する（ステップＳ29）。すなわち、本方位測定システムＡでは、出力対象を第１の方位（保持方位）から第２の方位に切り替える場合に、初期補正方位が最初に外部に出力され、その後に次期補正方位が外部に出力される。

【0027】

そして、第２のジャイロコンパス２は、上記次期補正方位を方位切替部３に出力すると、上述した調整方位差が「０」か否かを判断する（ステップＳ30）。第２のジャイロコンパス２は、このステップＳ30において調整方位差が「０」でないと判断した場合は上記ステップＳ28の処理（次期補正方位の演算）を繰り返し、一方、調整方位差が「０」であると判断した場合には切替時の処理を全て終了する。

【0028】

ここで、上述したように初期補正方位は第１の方位（保持方位）と同等のものなので、本方位測定システムＡは、出力対象を第１の方位（保持方位）から第２の方位に切り替えた場合に、第１の方位（保持方位）と同一な初期補正方位が外部に出力される。そして、当該初期補正方位の出力以降に、第２のジャイロコンパス２がステップＳ28〜Ｓ30を繰り返すことにより、調整方位差は徐々に小さな値となり、最終的に「０」となる。

【0029】

すなわち、ステップＳ28〜Ｓ30の１回目の処理では、上述したように調整方位差は、方位差（保持方位と第２の方位との差分）から微小な調整値Δｈを減算したものになるが、２回の処理では１回目の処理で演算された調整方位差から微小な調整値Δｈがさらに減算される。このような調整値Δｈの減算は、ステップＳ28〜Ｓ30を繰り返すことにより調整方位差が「０」になるまで行われるので、調整方位差は時系列的に順次減少し、これによって次期補正方位は最終的に第２の方位と同等となる。

【0030】

図４は、このような方位測定システムＡにおける切替時の方位変化及びターンレート変化を示している。すなわち、第１方位出力期間Ｔ1では第１のジャイロコンパス１が出力する第１の方位が外部に出力され、方位切替制御部４が方位切替信号を出力した直後の時刻ｔaから時刻ｔbまでの補正方位出力期間Ｔａでは、第２のジャイロコンパス２が出力する補正方位、つまり第１の方位（保持方位）から第２の方位に緩やかに変化する方位が外部に出力され、さらに上記調整方位差が「０」になった以降の第２方位出力期間Ｔ2では、第２のジャイロコンパス２が出力する第２の方位が外部に出力される。

【0031】

すなわち、本方位測定システムＡは、第１の方位から第２の方位に単純に切り替えるのではなく、両者の方位差を時系列的に徐々に小さくすることにより緩やかに第１の方位から第２の方位に切り替える。このような本方位測定システムＡによれば、外部に出力する方位を第１のジャイロコンパス１から第２のジャイロコンパス２に切替える際における方位の極端な変化を抑制することが可能である。

【0032】

また、このような本方位測定システムＡによれば、切替時における方位変化が小さいので、図４の下段に示すように切替時におけるターンレート（方位変化率）の変化も大幅に抑制することができる。例えば、時刻ｔａにおいて第１の方位から第２の方位に単純に切り替えた場合には、方位がステップ状に変化するので、時刻ｔａにおけるターンレートはパルス状に大きく変化する。

【0033】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、第１の方位から第２の方位に切り替える場合について説明したが、第２の方位から第１の方位に切替える場合は第１のジャイロコンパス１と第２のジャイロコンパス２の役割が入れ替わるだけであり、基本的な処理内容は第１の方位から第２の方位に切り替える場合と同一である。

【0034】

（２）上記実施形態では、方位切替部３と方位切替制御部４とを別の機構構成要素としたが、本発明はこれに限定されない。方位切替部３と方位切替制御部４とを一体の機能構成要素としてもよい。

【0035】

（３）上記実施形態では、補正方位を第２のジャイロコンパス２で演算したが、本発明はこれに限定されない。例えば、方位切替部３と方位切替制御部４とを合体させた機能構成要素に第１、第２のジャイロコンパス１，２が時系列的に順次出力する第１、第２の方位を順次取り込み、第１、第２の方位を用いた演算処理を上記機能構成要素に一括して行わせ、当該機能構成要素から第１、第２の方位及び補正方位を外部に順次出力してもよい。

【符号の説明】

【0036】

Ａ…方位測定システム、１…第１のジャイロコンパス、２…第２のジャイロコンパス、３…方位切替部、４…方位切替制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】