航法装置、航法装置の姿勢角計算方法および姿勢角計算プログラム
【課題】移動体が変形し、ＧＰＳアンテナ間の相対位置に変化が生じた場合でも、ＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルに基づいて移動体の姿勢角を高精度に推定できるようにすることを目的とする。
【解決手段】移動体の機体には迎角センサ２７１，動圧センサ２７２および静圧センサ２７３が設置される。変形量推算部２３０は迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐを取得し、迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐに基づいて機体の変形量ｄＢを計算する。基線ベクトル変化量推算部２３１は機体の変形量ｄＢに基づいてＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルの変化量ｄｂｉを計算する。基線ベクトル補正部２３２は変化量ｄｂｉを加算して既知の基線ベクトルを補正する。そして、姿勢角計算部２２０は補正により得られた基線ベクトルに基づいて移動体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）を推定する。
【解決手段】移動体の機体には迎角センサ２７１，動圧センサ２７２および静圧センサ２７３が設置される。変形量推算部２３０は迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐを取得し、迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐに基づいて機体の変形量ｄＢを計算する。基線ベクトル変化量推算部２３１は機体の変形量ｄＢに基づいてＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルの変化量ｄｂｉを計算する。基線ベクトル補正部２３２は変化量ｄｂｉを加算して既知の基線ベクトルを補正する。そして、姿勢角計算部２２０は補正により得られた基線ベクトルに基づいて移動体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、航空機に搭載され、複数のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ間の基線ベクトルを高精度に推定することにより、航空機の姿勢角推定を行う航法装置、航法装置の姿勢角計算方法および姿勢角計算プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体に複数のＧＰＳアンテナを搭載し、個々のＧＰＳアンテナにより観測されたＧＰＳ搬送波位相情報を用いて干渉測位を行うことで、ＧＰＳアンテナ（の位相中心）間のベクトルとして定義される基線ベクトルを高い精度で決定することができる。
そして、移動体上のＧＰＳアンテナの既知の相対位置に基づいて求まる基線ベクトルと上記の干渉測位により求まる基線ベクトルとに基づいて、移動体の姿勢角を決定することができる。
移動体に二つのＧＰＳアンテナを搭載した場合には、一つの基線ベクトルが決定され、ＧＰＳ基準座標系（以下、航法系という）における移動体の方位角を決定することができる。また、移動体に三つ以上のＧＰＳアンテナを搭載した場合には、平行でない複数の基線ベクトルを決定することにより、ＧＰＳ基準座標系における移動体の姿勢角（回転角、仰角、方位角）を決定することができる。
【０００３】
この種の航法装置においては、高い姿勢角精度を得るために基線ベクトルをミリメートル精度で決定することが必要となる。このため、移動体の捩れ等の構造的要因によるＧＰＳアンテナの物理的な相対位置の変動は基線ベクトルおよび姿勢角の精度に影響を及ぼす。そこで、移動体には、通常、剛なアーム構造が採用されている。
但し、姿勢角精度は基線ベクトルの長さに比例して向上するため、ＧＰＳアンテナは、航空機（移動体の一例）の翼端など、基線ベクトル長は長くなるが構造的な変形が発生しやすい部位に設置されることがある。
【非特許文献１】サテライトコンパスＳＣ−１１０カタログ、古野電気株式会社
【非特許文献２】“Ｐ．Ｊ．Ｇ．Ｔｅｕｎｉｓｓｅｎ、Ｄｅｌｆｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＤＥＯＳ）、Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、「ＴＨＥ ＬＡＭＢＤＡ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＴＨＥ ＧＮＳＳ ＣＯＭＰＡＳＳ」、ＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬ ＳＡＴＥＬＬＩＴＥＳ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．３−２００６”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
航空機の翼端などの構造的な変形が発生する構造部位にＧＰＳアンテナが設置された場合、飛行時の空力的荷重の変化等の要因により、翼が構造的に変形し、ＧＰＳアンテナ間の物理的な相対位置に変化が生じ、姿勢角の推定精度が劣化するという課題があった。
【０００５】
本発明は、例えば、移動体が変形し、ＧＰＳアンテナ間の相対位置に変化が生じた場合でも、ＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルに基づいて移動体の姿勢角を高精度に推定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の航法装置は、衛星からＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の搬送波を受信する複数のＧＰＳ受信機と、動圧を計測する動圧センサと大気圧を計測する静圧センサと迎角を計測する迎角センサとの少なくともいずれかのセンサを備える移動体の姿勢角を計算する航法装置であり、前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかに基づいて前記移動体の変形量をＣＰＵを用いて推算する変形量推算部と、前記複数のＧＰＳ受信機間のベクトルを基線ベクトルとして基線ベクトルの変化量を前記変形量推算部により推算された前記移動体の変形量に基づいてＣＰＵを用いて推算する基線ベクトル変化量推算部と、前記基線ベクトル変化量推算部により推算された変化量に基づいて前記基線ベクトルをＣＰＵを用いて補正する基線ベクトル補正部と、前記基線ベクトル補正部により補正された基線ベクトルと前記複数のＧＰＳ受信機それぞれにより受信された搬送波から得られる情報とに基づいて前記移動体の姿勢角をＣＰＵを用いて計算する姿勢角計算部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば、移動体が変形し、ＧＰＳアンテナ間の相対位置に変化が生じた場合でも、ＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルに基づいて移動体の姿勢角を高精度に推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における航空機１００の構成図であり、機体を上方から示している。
実施の形態１における航空機１００の構成について、図１に基づいて以下に説明する。
実施の形態１で説明する航空機１００は、姿勢角の推定対象とする移動体の一例である。姿勢角の推定対象とする移動体は、航空機１００に限らず、車両や船などでも構わない。
【０００９】
航空機１００は、主翼１２０の左右の翼端と水平尾翼１３０との３か所にＧＰＳアンテナ（１４１、１４２、１４３）が固定して設置されている。
各ＧＰＳアンテナは、ＧＰＳ衛星から発信されるＲＦ信号（搬送波ともいう）を観測する。ＲＦ信号には、航法メッセージが含まれる。観測とは、ＧＰＳアンテナに到達したＲＦ信号を検出（入力、受信）することをいうものとする。ＧＰＳアンテナにより観測されたＲＦ信号は、ＧＰＳアンテナからＲＦケーブル１４４を介して航法装置２００に出力され、航法装置２００により受信される。ＧＰＳアンテナ１４１と航法装置２００（後述するＧＰＳ受信モジュール２１０）とはＧＰＳ受信機を構成する。
【００１０】
以下、水平尾翼１３０に設置されているＧＰＳアンテナ１４３から主翼１２０の（上方から見て）左端に設置されているＧＰＳアンテナ１４１へのベクトルを「基線ベクトルｂ１」とし、水平尾翼１３０に設置されているＧＰＳアンテナ１４３から主翼１２０の（上方から見て）右端に設置されているＧＰＳアンテナ１４２へのベクトルを「基線ベクトルｂ２」とする。
【００１１】
実施の形態１では、ＧＰＳアンテナ（１４１、１４２）を主翼１２０の翼端に設置することにより、長い基線ベクトル長を確保し、基線ベクトルに基づいて推定される機体の姿勢角の精度を高めている。
【００１２】
図２は、飛行時の航空機１００の主翼１２０の変形を示す図であり、機体を後方から示している。図２では、変形前の主翼１２０を点線で示し、変形後の主翼１２０を実線で示している。
航空機１００の主翼１２０は飛行時（例えば、機体旋回時）に受ける空気力の影響により図２に示すように変形が生じやすく、変形による翼端部の変動量は大きい。このため、ＧＰＳアンテナを主翼１２０の翼端に設置することにより基線ベクトルの変化量は大きくなり、基線ベクトルの変化量を考慮しない場合、航空機１００の姿勢角の精度が低下する。
【００１３】
図１において、航空機１００には、迎角、動圧、静圧を計測する各種のセンサ２７０が設置されている。
また、航空機１００は、機体の姿勢角を推定する航法装置２００を備える。航法装置２００により推定された機体の姿勢角は、各計器への出力や自動操舵制御に利用される。
【００１４】
航法装置２００は、センサ２７０の計測値に基づいて主翼１２０の変形量を推算し、推算した主翼１２０の変形量に基づいて基線ベクトルの変化量を推算し、推算した変化量で基線ベクトルを補正する。そして、航法装置２００は、ＧＰＳアンテナから受信したＲＦ信号の位相（以下、搬送波位相という）と補正により得られた基線ベクトルとに基づいて機体の姿勢角を推定する。
航法装置２００は、主翼１２０の変形量を推算して基線ベクトルを補正することにより、主翼１２０が変形した場合でも姿勢角を高精度に推定することができる。
【００１５】
ＧＰＳアンテナ（１４１〜１４３）、センサ２７０および航法装置２００は、航空機１００の姿勢角を推定する航法システム１９０を構成する。
【００１６】
図３は、実施の形態１における航法システム１９０の構成図である。
実施の形態１における航法システム１９０の構成について図３に基づいて、以下に説明する。
【００１７】
航法システム１９０は、ＧＰＳアンテナ（１４１〜１４３）、センサ２７０および航法装置２００を備える。
また、航法システム１９０は、センサ２７０として、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３を備える。
【００１８】
迎角センサ２７１は、機体の迎角αを計測するセンサであり、計測した迎角αを航法装置２００の変形量推算部２３０に出力する。迎角αは、機体のｘ軸（進行方向）に対して気流が流入する方向として定義される。
動圧センサ２７２は、ピトー管を備えて動圧ｑを計測するセンサであり、計測した動圧ｑを航法装置２００の変形量推算部２３０に出力する。動圧ｑは、気流の総圧として定義される。
静圧センサ２７３は、大気圧ｐを算出するセンサであり、算出した大気圧ｐを航法装置２００の変形量推算部２３０に出力する。
【００１９】
航法装置２００は、ＧＰＳ受信モジュール２１０、姿勢角計算部２２０、変形量推算部２３０、基線ベクトル変化量推算部２３１および基線ベクトル補正部２３２を備える。
【００２０】
ＧＰＳ受信モジュール２１０は、ＧＰＳアンテナ（１４１、１４２、１４３）毎に備わり、ＧＰＳアンテナからＲＦケーブル１４４を介してＲＦ信号２８１を受信する。
ＧＰＳ受信モジュール２１０は、受信したＲＦ信号２８１を復調し、ＲＦ信号２８１に含まれる航法メッセージ２８２を取得する。航法メッセージ２８２には、各ＧＰＳ衛星の軌道位置を示す軌道パラメータが含まれる。
また、ＧＰＳ受信モジュール２１０は、受信したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆを検出し、ＲＦ信号２８１を送信したＧＰＳ衛星との距離を疑似距離ｒとして算出する。
ＧＰＳ受信モジュール２１０は、疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を姿勢角計算部２２０に出力する。
疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２は、ＲＦ信号２８１から得られる情報の一例である。
【００２１】
変形量推算部２３０は、迎角センサ２７１から迎角α、動圧センサ２７２から動圧ｑおよび静圧センサ２７３から大気圧ｐを入力する。
そして、変形量推算部２３０は、入力した迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐに基づいて航空機１００の主翼１２０の変形量ｄＢをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて推算し、推算した主翼１２０の変形量ｄＢを基線ベクトル変化量推算部２３１に出力する。
【００２２】
基線ベクトル変化量推算部２３１は、変形量推算部２３０から主翼１２０の変形量ｄＢを入力し、入力した主翼１２０の変形量ｄＢに基づいて基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）の変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）をＣＰＵを用いて推算する。
基線ベクトル変化量推算部２３１は、推算した基線ベクトルの変化量ｄｂｉを基線ベクトル補正部２３２に出力する。
基線ベクトルの変化量ｄｂの推算方法の詳細については、後述する。
【００２３】
基線ベクトル補正部２３２は、変形量推算部２３０から基線ベクトルの変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）を入力し、入力した変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）に基づいて基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）をＣＰＵを用いて補正する。
基線ベクトル補正部２３２は、補正により得られた基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）を姿勢角計算部２２０に出力する。
基線ベクトル基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）の補正方法の詳細については、後述する。
【００２４】
姿勢角計算部２２０は、ＧＰＳ受信モジュール２１０から疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を入力し、基線ベクトル補正部２３２から基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）を入力する。
姿勢角計算部２２０は、入力した疑似距離ｒ、搬送波位相ｆ、航法メッセージ２８２および基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）に基づいて、機体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）をＣＰＵを用いて算出する。
機体の姿勢角の算出方法の詳細については、後述する。
【００２５】
図４は、実施の形態１における航法装置２００のハードウェア資源の一例を示す図である。
図４において、航法装置２００は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、通信ボード９１５、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。磁気ディスク装置９２０の代わりにその他の記憶装置（例えば、ＲＡＭやフラッシュメモリなどの半導体メモリ）を用いてもよい。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、磁気ディスク装置９２０の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶機器、記憶装置あるいは記憶部の一例である。また、入力データが記憶されている記憶機器は入力機器、入力装置あるいは入力部の一例であり、出力データが記憶される記憶機器は出力機器、出力装置あるいは出力部の一例である。
通信ボード９１５は、入出力機器、入出力装置あるいは入出力部の一例である。
【００２６】
通信ボード９１５は、有線または無線で、距離ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット、ＩＳＤＮ等のＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）、電話回線などの通信網に接続されている。
【００２７】
磁気ディスク装置９２０には、ＯＳ９２１（オペレーティングシステム）、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、ＯＳ９２１により実行される。
【００２８】
上記プログラム群９２３には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。
【００２９】
ファイル群９２４には、実施の形態において、「〜部」の機能を実行した際の「〜の判定結果」、「〜の計算結果」、「〜の処理結果」などの結果データ、「〜部」の機能を実行するプログラム間で受け渡しするデータ、その他の情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。機体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）、主翼１２０の変形量ｄＢ、基線ベクトルの変化量ｄｂｉなどはファイル群９２４に含まれるものの一例である。
「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
また、実施の形態において説明するフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭ９１４のメモリ、磁気ディスク装置９２０の磁気ディスク、その他の記録媒体に記録される。また、データや信号値は、バス９１２や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。
【００３０】
また、実施の形態において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスクやその他の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【００３１】
図５は、実施の形態１における姿勢角計算方法を示すフローチャートである。
実施の形態１において、航法装置２００が航空機１００の姿勢角を計算する姿勢角計算方法について、図５に基づいて以下に説明する。
航法装置２００の各部は、以下に説明する処理をＣＰＵを用いて実行する。
【００３２】
＜Ｓ１１０：搬送波情報取得処理＞
ＧＰＳアンテナ（１４１、１４２、１４３）は、ＧＰＳ衛星から発信されたＲＦ信号（搬送波）を観測し、観測したＲＦ信号をＲＦケーブル１４４を介して航法装置２００のＧＰＳ受信モジュール２１０に出力する。
ＧＰＳ受信モジュール２１０は、ＧＰＳアンテナ（１４１、１４２、１４３）からＲＦケーブル１４４を介してＲＦ信号２８１を受信する。
次に、ＧＰＳ受信モジュール２１０は、受信したＲＦ信号２８１を復調し、ＲＦ信号２８１に含まれる航法メッセージ２８２を取得する。航法メッセージ２８２には、各ＧＰＳ衛星の軌道位置を示す軌道パラメータが含まれる。
また、ＧＰＳ受信モジュール２１０は、受信したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆを検出すると共に、ＲＦ信号２８１を送信したＧＰＳ衛星との距離を疑似距離ｒとして算出する。
そして、ＧＰＳ受信モジュール２１０は疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を姿勢角計算部２２０に出力し、姿勢角計算部２２０はＧＰＳ受信モジュール２１０から疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を入力する。
【００３３】
＜Ｓ１２０：センサ値取得処理＞
迎角センサ２７１、動圧センサ２７２、静圧センサ２７３はそれぞれ、迎角α、動圧ｑ、大気圧ｐを計測し、計測値を航法装置２００の変形量推算部２３０に出力する。
変形量推算部２３０は、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐを入力する。
【００３４】
＜Ｓ１３０：変形量推算処理＞
変形量推算部２３０は、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から入力した迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐに基づいて、航空機１００の主翼１２０の変形量ｄＢを推算する。
変形量推算部２３０は、推算した主翼１２０の変形量ｄＢを基線ベクトル変化量推算部２３１に出力し、基線ベクトル変化量推算部２３１は変形量推算部２３０から主翼１２０の変形量ｄＢを入力する。
【００３５】
＜Ｓ１４０：基線ベクトル変化量推算処理＞
基線ベクトル変化量推算部２３１は、変形量推算部２３０から入力した変形量ｄＢに基づいて、基線ベクトルｂ１の変化量ｄｂ１および基線ベクトルｂ２の変化量ｄｂ２を推算する。
基線ベクトル変化量推算部２３１は推算した基線ベクトルの変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）を基線ベクトル補正部２３２に出力し、基線ベクトル補正部２３２は基線ベクトル変化量推算部２３１から基線ベクトルの変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）を入力する。
【００３６】
図６は、実施の形態１における航空機１００の主翼１２０にかかる力を示す図であり、航空機１００を後方から示している。
図６において、変形量推算部２３０は、ＧＰＳアンテナ１４１が設置されている主翼１２０の部位にかかる力ＦＬおよびモーメントＭＬを以下に示す式１〜式４により計算し、以下の式５に示すように力ＦＬおよびモーメントＭＬに基づいて主翼１２０の変形量ｄＢを計算する（Ｓ１２０）。
基線ベクトル変化量推算部２３１は、以下の式６に示すように主翼１２０の変形量ｄＢに基づいて基線ベクトルの変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）を計算する。
「距離Ｌ」は翼胴取付部１１１からＧＰＳアンテナ１４１が設置されている部位までの距離を示し、「距離ｃ」は翼胴取付部１１１から主翼１２０の端までの距離を示す。翼胴取付部１１１とは、航空機１００の胴体１１０と主翼１２０との接合部分のことである。
【００３７】
【数１】
【００３８】
上記式２において、「ＣＬ」は、翼胴取付部１１１からの距離ｘおよび迎角αを入力変数とし、揚力無次元空力微係数を出力値とする所定の関数を示す。
関数ＣＬは、主翼１２０の構造に基づいて定められる。関数ＣＬは、距離ｘ、迎角αおよび揚力無次元空力微係数が対応付けられた表形式のテーブルとして表わされ、記憶機器に予め記憶されていてもよい。
「Ｓ」は、ＣＬに対応して定まる所定値であり、例えば、主翼１２０の面積が用いられる。
【００３９】
上記式５において、「Ｇ」は、ＭＬおよびＦＬを入力変数とし、主翼１２０の変形量ｄＢを出力値とする所定の関数を示す。
関数Ｇは、主翼１２０の構造に基づいて定められる。関数Ｇは、ＭＬ、ＦＬおよび変形量ｄＢが対応付けられた表形式のテーブルとして表わされ、記憶機器に予め記憶されていてもよい。
【００４０】
上記式６において、「Ｂ」は、主翼１２０の変形量ｄＢを入力変数とし、基線ベクトルｂｉの変化量ｄｂｉを出力値とする所定の関数を示す。
関数Ｂは、ＧＰＳアンテナの設置位置に基づいて定められる。関数Ｂは、変形量ｄＢおよび基線ベクトルｂｉの変化量ｄｂｉが対応付けられた表形式のテーブルとして表わされ、記憶機器に予め記憶されていてもよい。
【００４１】
上記式２の関数ＣＬは、大気圧ｐおよび動圧ｑに基づいて算出される対気速度ｖを入力変数とする関数として表わされる場合もある。対気速度ｖは、以下の式７〜式９により算出される。
【００４２】
【数２】
【００４３】
図５に戻り、姿勢角計算方法の説明を続ける。
【００４４】
＜Ｓ１５０：基線ベクトル補正処理＞
基線ベクトル補正部２３２は、基線ベクトル変化量推算部２３１から入力した基線ベクトルｂｉの変化量ｄｂｉに基づいて、基線ベクトルｂｉを補正する。
基線ベクトル補正部２３２は補正により得られた基線ベクトルｂｉを姿勢角計算部２２０に出力し、姿勢角計算部２２０は基線ベクトル補正部２３２から基線ベクトルｂｉを入力する。
【００４５】
ここで、水平尾翼１３０のＧＰＳアンテナ１４３から主翼１２０（左翼）のＧＰＳアンテナ１４１へのベクトルを示す「基線ベクトルｂ１」と、水平尾翼１３０のＧＰＳアンテナ１４３から主翼１２０（右翼）のＧＰＳアンテナ１４２へのベクトルを示す「基線ベクトルｂ２」とは、航空機１００の非飛行時に予め計測され、航法装置２００の記憶機器に記憶されているものとする。
例えば、基線ベクトルｂ１および基線ベクトルｂ２は、レーザレーダを用いたレーザ測量により予め計測され、記憶機器に記憶される。
【００４６】
以下、予め計測されている基線ベクトルｂ１を「基線ベクトルｂ１ｂ」と記し、予め計測されている基線ベクトルｂ２を「基線ベクトルｂ２ｂ」と記す。
【００４７】
基線ベクトルｂ１ｂおよび基線ベクトルｂ２ｂは、機体の特定の地点を原点とする座標系（以下、機体系という）で表わされるものとする。また、基線ベクトルの変化量ｄｂｉも機体系の値で計算されるものとする。
例えば、機体系は、機体の中心を原点とし、機体の前方方向（進行方向、胴体１１０の伸張方向）をＸ軸、前方に向かって機体の右方向（主翼１２０の伸張方向）をＹ軸、機体の下方向をＺ軸とする。
以下、基線ベクトルｂｉｂを「機体系の基線ベクトル」という。
【００４８】
基線ベクトル補正部２３２は、予め計測された基線ベクトルｂ１ｂに基線ベクトルの変化量ｄｂ１を加算して基線ベクトルｂ１ｂを補正し、飛行中（主翼１２０の変形後）の正確な基線ベクトルｂ１ｂを得る。同様に、姿勢角計算部２２０は、基線ベクトルの変化量ｄｂ２を加算して基線ベクトルｂ２ｂを補正し、飛行中の正確な基線ベクトルｂ２ｂを得る。
【００４９】
＜Ｓ１６０：姿勢角計算処理＞
姿勢角計算部２２０は、基線ベクトル補正部２３２から入力した機体系の基線ベクトル（ｂ１ｂ、ｂ２ｂ）とＧＰＳ受信モジュール２１０から入力した疑似距離ｒ，搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２に基づいて、機体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）を算出する。
具体的には、まず、姿勢角計算部２２０は、疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２に基づいて、つまり、ＲＦ信号２８１から得られる情報に基づいて、航法系で表わされる基線ベクトル（航法系の基線ベクトルｂｉｎ）を算出する。
そして、姿勢角計算部２２０は、機体系の基線ベクトルｂｉｂと航法系の基線ベクトルｂｉｎとに基づいて機体の姿勢角を算出する。
【００５０】
航法系とは、ＧＰＳ測位で用いられる座標系である。
例えば、航法系は、北（Ｎ）方向をＸ軸、東（Ｅ）方向をＹ軸、重力方向をＺ軸とする。航法系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は右手系をなす。
【００５１】
姿勢角計算部２２０は、補正により得られた機体系の基線ベクトルｂｉｂを用いることにより、機体の姿勢角を高い精度で推定することができる。
【００５２】
以下に、姿勢角計算処理（Ｓ１６０）の詳細について説明する。
【００５３】
２つのＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルｂｉｎは、ＧＰＳ受信モジュール２１０で受信された搬送波位相ｆを用いて干渉測位により求めることができる。良好な受信状態においては基線ベクトルを１ｃｍ以下の精度で求めることが可能である。
干渉測位においては、２つのＧＰＳアンテナで観測されるＲＦ信号２８１に共通する大気遅延などの誤差および各ＧＰＳ受信モジュール２１０のクロック誤差を除去するために、搬送波位相ｆを直接用いず、搬送波位相ｆの二重差ｙを用いる。
【００５４】
搬送波位相ｆの二重差ｙとは、第１のＧＰＳ衛星から到達したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆの一重差と第２のＧＰＳ衛星から到達したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆの一重差との差のことである。
また、搬送波位相ｆの一重差とは、ある一つのＧＰＳ衛星からＲＦ信号２８１が発信された場合において、第１のＧＰＳアンテナに到達したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆと第２のＧＰＳアンテナに到達したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆとの差のことである。
【００５５】
干渉測位においては、搬送波位相ｆから求められる搬送波位相の二重差ｙ（以下、搬送波位相の二重差ｙの観測値という）と、疑似距離ｒおよび航法メッセージ２８２を用いた計算により推定される搬送波位相の二重差ｙ（以下、搬送波位相の二重差ｙの推定値という）とに基づいて、航法系の基線ベクトルｂｉｎを決定することができる。
【００５６】
そして、機体系の基線ベクトルｂｉｂが航法系の基線ベクトルｂｉｎに対して成す相対角度が機体の姿勢角として算出される。
【００５７】
まず、姿勢角計算部２２０は、以下の式１０を用いて、ＧＰＳアンテナ１４１とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差について観測値ｙｉｊ，ｍと推定値ｙｉｊ，ｃを計算すると共に、ＧＰＳアンテナ１４２とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差について観測値ｙｉｊ，ｍと推定値ｙｉｊ，ｃを計算する。
【００５８】
例えば、姿勢角計算部２２０は、以下の式１０において、ＧＰＳアンテナ１４１に到達したＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１の位相を「搬送波位相ｆｎｉ」とし、ＧＰＳアンテナ１４３に到達したＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１の位相「搬送波位相ｆｎｊ」として、ＧＰＳアンテナ１４１とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差の観測値ｙｉｊ，ｍを計算する。
同様に、姿勢角計算部２２０は、以下の式１０において、ＧＰＳアンテナ１４２に到達したＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１の位相を「搬送波位相ｆｎｉ」とし、ＧＰＳアンテナ１４３に到達したＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１の位相「搬送波位相ｆｎｊ」として、ＧＰＳアンテナ１４２とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差の観測値ｙｉｊ，ｍを計算する。
【００５９】
さらに、姿勢角計算部２２０は、ＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１から得られた疑似距離ｒをＲＦ信号２８１の波長λで除算したときの余りに基づいて搬送波位相ｆを推定し、推定した搬送波位相ｆを用いて式１０により、ＧＰＳアンテナ１４１とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差の推定値ｙｉｊ，ｃおよびＧＰＳアンテナ１４２とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差の推定値ｙｉｊ，ｃを計算する。
【００６０】
【数３】
【００６１】
次に、姿勢角計算部２２０は、以下の式１１において、「ｙｉｊ，ｍ−ｙｉｊ，ｃ」が最小となるように観測方程式（Ｈｂ＋λＮ＋ｎ）の解（ｂ、Ｎ）を最小二乗法により求めて、航法系の基線ベクトルｂｉｎを決定する。
具体的な計算手法として、例えば、“Ｐ．Ｊ．Ｇ．Ｔｅｕｎｉｓｓｅｎ、Ｄｅｌｆｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＤＥＯＳ）、Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、「ＴＨＥ ＬＡＭＢＤＡ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＴＨＥ ＧＮＳＳ ＣＯＭＰＡＳＳ」、ＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬ ＳＡＴＥＬＬＩＴＥＳ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．３−２００６”（非特許文献２）に記載の手法が挙げられる。
以下の式１１において、ＧＰＳアンテナを基準としてＧＰＳ衛星方向を表す方向余弦行列「Ｈ」は、各ＧＰＳ衛星との疑似距離ｒに基づいて測位されるＧＰＳアンテナの座標と航法メッセージ２８２に示される各ＧＰＳ衛星の座標とに基づいて特定される。
また、「λ」は決められたＲＦ信号２８１の波長を示し、「ｎ」は予め定められた所定の値を示す。
【００６２】
【数４】
【００６３】
姿勢角計算部２２０は、機体系の基線ベクトルｂｉｂおよび航法系の基線ベクトルｂｉｎを以下の式１２および式１３に代入し、式１４〜式１７を用いて機体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）を算出する。
【００６４】
【数５】
【００６５】
実施の形態１では、以下のような航法装置について説明した。
航法装置は、航空機や車両等の移動体に搭載され、複数のＧＰＳアンテナにおいて計測されるＧＰＳ信号（ＲＦ信号）をＧＰＳ受信モジュールにより受信し、その出力である搬送波位相を用いて複数のＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルを高精度に推定することにより、移動体の姿勢角推定を行う。
航法装置は、迎角を計算する迎角センサと、動圧を計測する動圧センサと、高度を計測する静圧センサとを備える。
さらに、航法装置は、これらの計測値から空気力を推定し、機体構造モデルから当該外力および重力が印加した際に発生する機体変形量に基づいてアンテナ間の基線ベクトルの変化を推算する変形量推算部を備える。
そして、航法装置は、アンテナ間の基線ベクトルの変化を推算・補正することにより、姿勢角精度を向上させる。
【００６６】
実施の形態２．
実施の形態２では、ｘ／ｙ軸加速度センサを備えて、機体にかかる重力を精度良く求め、姿勢角の精度をさらに向上させる形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明し、説明を省略する事項については実施の形態１と同様であるものとする。
【００６７】
図７は、実施の形態２における航法システム１９０の構成図である。
実施の形態２における航法システム１９０の構成について、図７に基づいて以下に説明する。
【００６８】
航法システム１９０は、航空機１００に設置されたｘ／ｙ軸加速度センサ２７４を備える。
ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４（２軸加速度センサ）は、機体のＸ軸方向（機体系）の加速度とＹ軸方向（機体系）の加速度とを計測するセンサである。
【００６９】
航法装置２００は、重力計算部２３３を備える。
重力計算部２３３は、ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４からＸ軸方向の加速度とＹ軸方向の加速度とを入力し、入力したＸ軸方向の加速度とＹ軸方向の加速度とに基づいて機体にかかる重力ｆｇをＣＰＵを用いて算出する。
【００７０】
変形量推算部２３０は、重力計算部２３３から重力ｆｇを入力し、入力した重力ｆｇを上記式１に用いて基線ベクトルの変化量ｄｂｉを推算する。
その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００７１】
図８は、実施の形態２における姿勢角計算方法を示すフローチャートである。
実施の形態２において、航法装置２００が航空機１００の姿勢角を計算する姿勢角計算方法について、図８に基づいて以下に説明する。
【００７２】
まず、実施の形態１と同じく、ＧＰＳ受信モジュール２１０は各ＧＰＳアンテナから受信したＲＦ信号２８１から疑似距離ｒ，搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を取得する（Ｓ１１０）。
【００７３】
＜Ｓ１２０’：センサ値取得処理＞
変形量推算部２３０は、実施の形態１と同じく、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐを取得する。
また、ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４は、機体のｘ軸方向（機体系）の加速度ａｘと機体のｙ軸方向（機体系）の加速度ａｙを計測し、計測した加速度ａｘとａｙを重力計算部２３３に出力する。
重力計算部２３３は、ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４から機体の加速度（ａｘ、ａｙ）を入力する。
【００７４】
＜Ｓ１２１：重力計算処理＞
重力計算部２３３は、ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４から入力した機体の加速度（ａｘ、ａｙ）を用いて、以下の式１８により、機体にかかる重力ｆｇを計算する。
重力計算部２３３は計算した重力ｆｇを変形量推算部２３０に出力し、変形量推算部２３０は重力計算部２３３から重力ｆｇを入力する。
【００７５】
【数６】
【００７６】
＜Ｓ１３０’：変形量推算処理＞
変形量推算部２３０は、実施の形態１と同様に、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から入力した迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐに基づいて、航空機１００の主翼１２０の変形量ｄＢを推算する。
但し、変形量推算部２３０は、上記式１において、「ｆｇ」に重力計算部２３３から入力した値を用いる。
【００７７】
以下、基線ベクトル変化量推算処理（Ｓ１４０）〜姿勢角計算処理（Ｓ１６０）は、実施の形態１と同じである。
【００７８】
実施の形態２では、以下のような航法装置２００について説明した。
航法装置２００は、ｘ／ｙ軸加速度計により重力方向を推算し、機体の大きな姿勢変化があった場合でも重力を高精度に見積もることで、より精度良く機体の変形量を推算し、姿勢角の推定精度を向上させる。
【００７９】
実施の形態３．
実施の形態３では、迎角センサの代わりにｚ軸加速度センサ（下方加速度センサ）を備えて、機体の迎角を計算し、機体の姿勢角を推定する形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明し、説明を省略する事項については実施の形態１と同様であるものとする。
【００８０】
図９は、実施の形態３における航法システム１９０の構成図である。
実施の形態３における航法システム１９０の構成について、図９に基づいて以下に説明する。
【００８１】
航法システムは、迎角センサ２７１の代わりに航空機１００に設置されたｚ軸加速度センサ２７５を備える。
ｚ軸加速度センサ２７５は、機体のＺ軸方向（機体系）の加速度（以下、ｚ軸加速度ａｚという）を計測するセンサである。
【００８２】
航法装置２００は、迎角計算部２３４を備える。
迎角計算部２３４は、ｚ軸加速度センサ２７５により計測されたｚ軸加速度ａｚを入力し、入力したｚ軸加速度ａｚに基づいて迎角αをＣＰＵを用いて計算する。
【００８３】
変形量推算部２３０は、迎角計算部２３４により計算された迎角αを用いて、基線ベクトルの変化量ｄｂｉを推算する。
その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００８４】
図１０は、実施の形態３における姿勢角計算方法を示すフローチャートである。
実施の形態３において、航法装置２００が航空機１００の姿勢角を計算する姿勢角計算方法について、図１０に基づいて以下に説明する。
【００８５】
まず、実施の形態１と同じく、ＧＰＳ受信モジュール２１０は各ＧＰＳアンテナから受信したＲＦ信号２８１から疑似距離ｒ，搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を取得する（Ｓ１１０）。
【００８６】
＜Ｓ１２０’’：センサ値取得処理＞
変形量推算部２３０は、実施の形態１と同じく、動圧センサ２７２、静圧センサ２７３から動圧ｑ、大気圧ｐを入力する。
また、ｚ軸加速度センサ２７５は機体のＺ軸加速度ａｚを計測し、計測したｚ軸加速度ａｚを航法装置２００の迎角計算部２３４に出力する。
迎角計算部２３４は、ｚ軸加速度センサ２７５からｚ軸加速度ａｚを入力する。
【００８７】
＜Ｓ１２２：迎角計算処理＞
迎角計算部２３４は、ｚ軸加速度センサ２７５から入力したｚ軸加速度ａｚを用いて、以下の式１９により、機体の迎角αを計算する。
迎角計算部２３４は計算した機体の迎角αを変形量推算部２３０に出力し、変形量推算部２３０は迎角計算部２３４から機体の迎角αを入力する。
【００８８】
以下の式１９において、「ＣＬα」は、主翼１２０の構造に基づいて定められる値である。
【００８９】
【数７】
【００９０】
以下、変形量推算処理（Ｓ１３０）〜姿勢角計算処理（Ｓ１６０）は、実施の形態１と同じである。
【００９１】
実施の形態３では、以下のような航法装置２００について説明した。
航法装置２００は、迎角センサの代わりに航空機１００に備わるｚ軸加速度センサの計測値に基づいて迎角αを計算し、計算した迎角αに基づいて機体の姿勢角を推定する。
加速度センサは迎角センサに比べて安価であるため、迎角センサの代わりにｚ軸加速度センサを用いることにより、システムを安価に構成することができる。
【００９２】
実施の形態３において、実施の形態２と同様に、航空機１００にｘ／ｙ軸加速度センサ２７４を設置し、機体にかかる重力ｆｇを計算し、姿勢角の推定精度を向上させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施の形態１における航空機１００の構成図。
【図２】飛行時の航空機１００の主翼１２０の変形を示す図。
【図３】実施の形態１における航法システム１９０の構成図。
【図４】実施の形態１における航法装置２００のハードウェア資源の一例を示す図。
【図５】実施の形態１における姿勢角計算方法を示すフローチャート。
【図６】実施の形態１における航空機１００の主翼１２０にかかる力を示す図。
【図７】実施の形態２における航法システム１９０の構成図。
【図８】実施の形態２における姿勢角計算方法を示すフローチャート。
【図９】実施の形態３における航法システム１９０の構成図。
【図１０】実施の形態３における姿勢角計算方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００９４】
１００ 航空機、１１０ 胴体、１１１ 翼胴取付部、１２０ 主翼、１３０ 水平尾翼、１４１，１４２，１４３ ＧＰＳアンテナ、１４４ ＲＦケーブル、１９０ 航法システム、２００ 航法装置、２１０ ＧＰＳ受信モジュール、２２０ 姿勢角計算部、２３０ 変形量推算部、２３１ 基線ベクトル変化量推算部、２３２ 基線ベクトル補正部、２３３ 重力計算部、２３４ 迎角計算部、２７０ センサ、２７１ 迎角センサ、２７２ 動圧センサ、２７３ 静圧センサ、２７４ ｘ／ｙ軸加速度センサ、２７５ ｚ軸加速度センサ、２８１ ＲＦ信号、２８２ 航法メッセージ、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９１５ 通信ボード、９２０ 磁気ディスク装置、９２１ ＯＳ、９２３ プログラム群、９２４ ファイル群、ｂ 基線ベクトル、ｒ 疑似距離、ｆ 搬送波位相、α 迎角、ｑ 動圧、ｐ 大気圧、ｄｂ 変化量、ｄＢ 変形量、ａｚ ｚ軸加速度、ｘ，Ｌ，ｃ 距離、ＭＬ モーメント、ＦＬ 力、ｆｇ 重力、φ ロール角、θ ピッチ角、ψ ヨー角。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、航空機に搭載され、複数のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）アンテナ間の基線ベクトルを高精度に推定することにより、航空機の姿勢角推定を行う航法装置、航法装置の姿勢角計算方法および姿勢角計算プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動体に複数のＧＰＳアンテナを搭載し、個々のＧＰＳアンテナにより観測されたＧＰＳ搬送波位相情報を用いて干渉測位を行うことで、ＧＰＳアンテナ（の位相中心）間のベクトルとして定義される基線ベクトルを高い精度で決定することができる。
そして、移動体上のＧＰＳアンテナの既知の相対位置に基づいて求まる基線ベクトルと上記の干渉測位により求まる基線ベクトルとに基づいて、移動体の姿勢角を決定することができる。
移動体に二つのＧＰＳアンテナを搭載した場合には、一つの基線ベクトルが決定され、ＧＰＳ基準座標系（以下、航法系という）における移動体の方位角を決定することができる。また、移動体に三つ以上のＧＰＳアンテナを搭載した場合には、平行でない複数の基線ベクトルを決定することにより、ＧＰＳ基準座標系における移動体の姿勢角（回転角、仰角、方位角）を決定することができる。
【０００３】
この種の航法装置においては、高い姿勢角精度を得るために基線ベクトルをミリメートル精度で決定することが必要となる。このため、移動体の捩れ等の構造的要因によるＧＰＳアンテナの物理的な相対位置の変動は基線ベクトルおよび姿勢角の精度に影響を及ぼす。そこで、移動体には、通常、剛なアーム構造が採用されている。
但し、姿勢角精度は基線ベクトルの長さに比例して向上するため、ＧＰＳアンテナは、航空機（移動体の一例）の翼端など、基線ベクトル長は長くなるが構造的な変形が発生しやすい部位に設置されることがある。
【非特許文献１】サテライトコンパスＳＣ−１１０カタログ、古野電気株式会社
【非特許文献２】“Ｐ．Ｊ．Ｇ．Ｔｅｕｎｉｓｓｅｎ、Ｄｅｌｆｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＤＥＯＳ）、Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、「ＴＨＥ ＬＡＭＢＤＡ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＴＨＥ ＧＮＳＳ ＣＯＭＰＡＳＳ」、ＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬ ＳＡＴＥＬＬＩＴＥＳ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．３−２００６”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
航空機の翼端などの構造的な変形が発生する構造部位にＧＰＳアンテナが設置された場合、飛行時の空力的荷重の変化等の要因により、翼が構造的に変形し、ＧＰＳアンテナ間の物理的な相対位置に変化が生じ、姿勢角の推定精度が劣化するという課題があった。
【０００５】
本発明は、例えば、移動体が変形し、ＧＰＳアンテナ間の相対位置に変化が生じた場合でも、ＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルに基づいて移動体の姿勢角を高精度に推定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の航法装置は、衛星からＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の搬送波を受信する複数のＧＰＳ受信機と、動圧を計測する動圧センサと大気圧を計測する静圧センサと迎角を計測する迎角センサとの少なくともいずれかのセンサを備える移動体の姿勢角を計算する航法装置であり、前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかに基づいて前記移動体の変形量をＣＰＵを用いて推算する変形量推算部と、前記複数のＧＰＳ受信機間のベクトルを基線ベクトルとして基線ベクトルの変化量を前記変形量推算部により推算された前記移動体の変形量に基づいてＣＰＵを用いて推算する基線ベクトル変化量推算部と、前記基線ベクトル変化量推算部により推算された変化量に基づいて前記基線ベクトルをＣＰＵを用いて補正する基線ベクトル補正部と、前記基線ベクトル補正部により補正された基線ベクトルと前記複数のＧＰＳ受信機それぞれにより受信された搬送波から得られる情報とに基づいて前記移動体の姿勢角をＣＰＵを用いて計算する姿勢角計算部とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、例えば、移動体が変形し、ＧＰＳアンテナ間の相対位置に変化が生じた場合でも、ＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルに基づいて移動体の姿勢角を高精度に推定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における航空機１００の構成図であり、機体を上方から示している。
実施の形態１における航空機１００の構成について、図１に基づいて以下に説明する。
実施の形態１で説明する航空機１００は、姿勢角の推定対象とする移動体の一例である。姿勢角の推定対象とする移動体は、航空機１００に限らず、車両や船などでも構わない。
【０００９】
航空機１００は、主翼１２０の左右の翼端と水平尾翼１３０との３か所にＧＰＳアンテナ（１４１、１４２、１４３）が固定して設置されている。
各ＧＰＳアンテナは、ＧＰＳ衛星から発信されるＲＦ信号（搬送波ともいう）を観測する。ＲＦ信号には、航法メッセージが含まれる。観測とは、ＧＰＳアンテナに到達したＲＦ信号を検出（入力、受信）することをいうものとする。ＧＰＳアンテナにより観測されたＲＦ信号は、ＧＰＳアンテナからＲＦケーブル１４４を介して航法装置２００に出力され、航法装置２００により受信される。ＧＰＳアンテナ１４１と航法装置２００（後述するＧＰＳ受信モジュール２１０）とはＧＰＳ受信機を構成する。
【００１０】
以下、水平尾翼１３０に設置されているＧＰＳアンテナ１４３から主翼１２０の（上方から見て）左端に設置されているＧＰＳアンテナ１４１へのベクトルを「基線ベクトルｂ１」とし、水平尾翼１３０に設置されているＧＰＳアンテナ１４３から主翼１２０の（上方から見て）右端に設置されているＧＰＳアンテナ１４２へのベクトルを「基線ベクトルｂ２」とする。
【００１１】
実施の形態１では、ＧＰＳアンテナ（１４１、１４２）を主翼１２０の翼端に設置することにより、長い基線ベクトル長を確保し、基線ベクトルに基づいて推定される機体の姿勢角の精度を高めている。
【００１２】
図２は、飛行時の航空機１００の主翼１２０の変形を示す図であり、機体を後方から示している。図２では、変形前の主翼１２０を点線で示し、変形後の主翼１２０を実線で示している。
航空機１００の主翼１２０は飛行時（例えば、機体旋回時）に受ける空気力の影響により図２に示すように変形が生じやすく、変形による翼端部の変動量は大きい。このため、ＧＰＳアンテナを主翼１２０の翼端に設置することにより基線ベクトルの変化量は大きくなり、基線ベクトルの変化量を考慮しない場合、航空機１００の姿勢角の精度が低下する。
【００１３】
図１において、航空機１００には、迎角、動圧、静圧を計測する各種のセンサ２７０が設置されている。
また、航空機１００は、機体の姿勢角を推定する航法装置２００を備える。航法装置２００により推定された機体の姿勢角は、各計器への出力や自動操舵制御に利用される。
【００１４】
航法装置２００は、センサ２７０の計測値に基づいて主翼１２０の変形量を推算し、推算した主翼１２０の変形量に基づいて基線ベクトルの変化量を推算し、推算した変化量で基線ベクトルを補正する。そして、航法装置２００は、ＧＰＳアンテナから受信したＲＦ信号の位相（以下、搬送波位相という）と補正により得られた基線ベクトルとに基づいて機体の姿勢角を推定する。
航法装置２００は、主翼１２０の変形量を推算して基線ベクトルを補正することにより、主翼１２０が変形した場合でも姿勢角を高精度に推定することができる。
【００１５】
ＧＰＳアンテナ（１４１〜１４３）、センサ２７０および航法装置２００は、航空機１００の姿勢角を推定する航法システム１９０を構成する。
【００１６】
図３は、実施の形態１における航法システム１９０の構成図である。
実施の形態１における航法システム１９０の構成について図３に基づいて、以下に説明する。
【００１７】
航法システム１９０は、ＧＰＳアンテナ（１４１〜１４３）、センサ２７０および航法装置２００を備える。
また、航法システム１９０は、センサ２７０として、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３を備える。
【００１８】
迎角センサ２７１は、機体の迎角αを計測するセンサであり、計測した迎角αを航法装置２００の変形量推算部２３０に出力する。迎角αは、機体のｘ軸（進行方向）に対して気流が流入する方向として定義される。
動圧センサ２７２は、ピトー管を備えて動圧ｑを計測するセンサであり、計測した動圧ｑを航法装置２００の変形量推算部２３０に出力する。動圧ｑは、気流の総圧として定義される。
静圧センサ２７３は、大気圧ｐを算出するセンサであり、算出した大気圧ｐを航法装置２００の変形量推算部２３０に出力する。
【００１９】
航法装置２００は、ＧＰＳ受信モジュール２１０、姿勢角計算部２２０、変形量推算部２３０、基線ベクトル変化量推算部２３１および基線ベクトル補正部２３２を備える。
【００２０】
ＧＰＳ受信モジュール２１０は、ＧＰＳアンテナ（１４１、１４２、１４３）毎に備わり、ＧＰＳアンテナからＲＦケーブル１４４を介してＲＦ信号２８１を受信する。
ＧＰＳ受信モジュール２１０は、受信したＲＦ信号２８１を復調し、ＲＦ信号２８１に含まれる航法メッセージ２８２を取得する。航法メッセージ２８２には、各ＧＰＳ衛星の軌道位置を示す軌道パラメータが含まれる。
また、ＧＰＳ受信モジュール２１０は、受信したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆを検出し、ＲＦ信号２８１を送信したＧＰＳ衛星との距離を疑似距離ｒとして算出する。
ＧＰＳ受信モジュール２１０は、疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を姿勢角計算部２２０に出力する。
疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２は、ＲＦ信号２８１から得られる情報の一例である。
【００２１】
変形量推算部２３０は、迎角センサ２７１から迎角α、動圧センサ２７２から動圧ｑおよび静圧センサ２７３から大気圧ｐを入力する。
そして、変形量推算部２３０は、入力した迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐに基づいて航空機１００の主翼１２０の変形量ｄＢをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いて推算し、推算した主翼１２０の変形量ｄＢを基線ベクトル変化量推算部２３１に出力する。
【００２２】
基線ベクトル変化量推算部２３１は、変形量推算部２３０から主翼１２０の変形量ｄＢを入力し、入力した主翼１２０の変形量ｄＢに基づいて基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）の変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）をＣＰＵを用いて推算する。
基線ベクトル変化量推算部２３１は、推算した基線ベクトルの変化量ｄｂｉを基線ベクトル補正部２３２に出力する。
基線ベクトルの変化量ｄｂの推算方法の詳細については、後述する。
【００２３】
基線ベクトル補正部２３２は、変形量推算部２３０から基線ベクトルの変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）を入力し、入力した変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）に基づいて基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）をＣＰＵを用いて補正する。
基線ベクトル補正部２３２は、補正により得られた基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）を姿勢角計算部２２０に出力する。
基線ベクトル基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）の補正方法の詳細については、後述する。
【００２４】
姿勢角計算部２２０は、ＧＰＳ受信モジュール２１０から疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を入力し、基線ベクトル補正部２３２から基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）を入力する。
姿勢角計算部２２０は、入力した疑似距離ｒ、搬送波位相ｆ、航法メッセージ２８２および基線ベクトル（ｂ１、ｂ２）に基づいて、機体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）をＣＰＵを用いて算出する。
機体の姿勢角の算出方法の詳細については、後述する。
【００２５】
図４は、実施の形態１における航法装置２００のハードウェア資源の一例を示す図である。
図４において、航法装置２００は、プログラムを実行するＣＰＵ９１１（Ｃｅｎｔｒａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ・Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサともいう）を備えている。ＣＰＵ９１１は、バス９１２を介してＲＯＭ９１３、ＲＡＭ９１４、通信ボード９１５、磁気ディスク装置９２０と接続され、これらのハードウェアデバイスを制御する。磁気ディスク装置９２０の代わりにその他の記憶装置（例えば、ＲＡＭやフラッシュメモリなどの半導体メモリ）を用いてもよい。
ＲＡＭ９１４は、揮発性メモリの一例である。ＲＯＭ９１３、磁気ディスク装置９２０の記憶媒体は、不揮発性メモリの一例である。これらは、記憶機器、記憶装置あるいは記憶部の一例である。また、入力データが記憶されている記憶機器は入力機器、入力装置あるいは入力部の一例であり、出力データが記憶される記憶機器は出力機器、出力装置あるいは出力部の一例である。
通信ボード９１５は、入出力機器、入出力装置あるいは入出力部の一例である。
【００２６】
通信ボード９１５は、有線または無線で、距離ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、インターネット、ＩＳＤＮ等のＷＡＮ（ワイドエリアネットワーク）、電話回線などの通信網に接続されている。
【００２７】
磁気ディスク装置９２０には、ＯＳ９２１（オペレーティングシステム）、プログラム群９２３、ファイル群９２４が記憶されている。プログラム群９２３のプログラムは、ＣＰＵ９１１、ＯＳ９２１により実行される。
【００２８】
上記プログラム群９２３には、実施の形態において「〜部」として説明する機能を実行するプログラムが記憶されている。プログラムは、ＣＰＵ９１１により読み出され実行される。
【００２９】
ファイル群９２４には、実施の形態において、「〜部」の機能を実行した際の「〜の判定結果」、「〜の計算結果」、「〜の処理結果」などの結果データ、「〜部」の機能を実行するプログラム間で受け渡しするデータ、その他の情報やデータや信号値や変数値やパラメータが、「〜ファイル」や「〜データベース」の各項目として記憶されている。機体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）、主翼１２０の変形量ｄＢ、基線ベクトルの変化量ｄｂｉなどはファイル群９２４に含まれるものの一例である。
「〜ファイル」や「〜データベース」は、ディスクやメモリなどの記録媒体に記憶される。ディスクやメモリなどの記憶媒体に記憶された情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、読み書き回路を介してＣＰＵ９１１によりメインメモリやキャッシュメモリに読み出され、抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示などのＣＰＵの動作に用いられる。抽出・検索・参照・比較・演算・計算・処理・出力・印刷・表示のＣＰＵの動作の間、情報やデータや信号値や変数値やパラメータは、メインメモリやキャッシュメモリやバッファメモリに一時的に記憶される。
また、実施の形態において説明するフローチャートの矢印の部分は主としてデータや信号の入出力を示し、データや信号値は、ＲＡＭ９１４のメモリ、磁気ディスク装置９２０の磁気ディスク、その他の記録媒体に記録される。また、データや信号値は、バス９１２や信号線やケーブルその他の伝送媒体によりオンライン伝送される。
【００３０】
また、実施の形態において「〜部」として説明するものは、「〜回路」、「〜装置」、「〜機器」であってもよく、また、「〜ステップ」、「〜手順」、「〜処理」であってもよい。すなわち、「〜部」として説明するものは、ＲＯＭ９１３に記憶されたファームウェアで実現されていても構わない。或いは、ソフトウェアのみ、或いは、素子・デバイス・基板・配線などのハードウェアのみ、或いは、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせ、さらには、ファームウェアとの組み合わせで実施されても構わない。ファームウェアとソフトウェアは、プログラムとして、磁気ディスクやその他の記録媒体に記憶される。プログラムはＣＰＵ９１１により読み出され、ＣＰＵ９１１により実行される。すなわち、プログラムは、「〜部」としてコンピュータを機能させるものである。あるいは、「〜部」の手順や方法をコンピュータに実行させるものである。
【００３１】
図５は、実施の形態１における姿勢角計算方法を示すフローチャートである。
実施の形態１において、航法装置２００が航空機１００の姿勢角を計算する姿勢角計算方法について、図５に基づいて以下に説明する。
航法装置２００の各部は、以下に説明する処理をＣＰＵを用いて実行する。
【００３２】
＜Ｓ１１０：搬送波情報取得処理＞
ＧＰＳアンテナ（１４１、１４２、１４３）は、ＧＰＳ衛星から発信されたＲＦ信号（搬送波）を観測し、観測したＲＦ信号をＲＦケーブル１４４を介して航法装置２００のＧＰＳ受信モジュール２１０に出力する。
ＧＰＳ受信モジュール２１０は、ＧＰＳアンテナ（１４１、１４２、１４３）からＲＦケーブル１４４を介してＲＦ信号２８１を受信する。
次に、ＧＰＳ受信モジュール２１０は、受信したＲＦ信号２８１を復調し、ＲＦ信号２８１に含まれる航法メッセージ２８２を取得する。航法メッセージ２８２には、各ＧＰＳ衛星の軌道位置を示す軌道パラメータが含まれる。
また、ＧＰＳ受信モジュール２１０は、受信したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆを検出すると共に、ＲＦ信号２８１を送信したＧＰＳ衛星との距離を疑似距離ｒとして算出する。
そして、ＧＰＳ受信モジュール２１０は疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を姿勢角計算部２２０に出力し、姿勢角計算部２２０はＧＰＳ受信モジュール２１０から疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を入力する。
【００３３】
＜Ｓ１２０：センサ値取得処理＞
迎角センサ２７１、動圧センサ２７２、静圧センサ２７３はそれぞれ、迎角α、動圧ｑ、大気圧ｐを計測し、計測値を航法装置２００の変形量推算部２３０に出力する。
変形量推算部２３０は、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐを入力する。
【００３４】
＜Ｓ１３０：変形量推算処理＞
変形量推算部２３０は、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から入力した迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐに基づいて、航空機１００の主翼１２０の変形量ｄＢを推算する。
変形量推算部２３０は、推算した主翼１２０の変形量ｄＢを基線ベクトル変化量推算部２３１に出力し、基線ベクトル変化量推算部２３１は変形量推算部２３０から主翼１２０の変形量ｄＢを入力する。
【００３５】
＜Ｓ１４０：基線ベクトル変化量推算処理＞
基線ベクトル変化量推算部２３１は、変形量推算部２３０から入力した変形量ｄＢに基づいて、基線ベクトルｂ１の変化量ｄｂ１および基線ベクトルｂ２の変化量ｄｂ２を推算する。
基線ベクトル変化量推算部２３１は推算した基線ベクトルの変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）を基線ベクトル補正部２３２に出力し、基線ベクトル補正部２３２は基線ベクトル変化量推算部２３１から基線ベクトルの変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）を入力する。
【００３６】
図６は、実施の形態１における航空機１００の主翼１２０にかかる力を示す図であり、航空機１００を後方から示している。
図６において、変形量推算部２３０は、ＧＰＳアンテナ１４１が設置されている主翼１２０の部位にかかる力ＦＬおよびモーメントＭＬを以下に示す式１〜式４により計算し、以下の式５に示すように力ＦＬおよびモーメントＭＬに基づいて主翼１２０の変形量ｄＢを計算する（Ｓ１２０）。
基線ベクトル変化量推算部２３１は、以下の式６に示すように主翼１２０の変形量ｄＢに基づいて基線ベクトルの変化量（ｄｂ１、ｄｂ２）を計算する。
「距離Ｌ」は翼胴取付部１１１からＧＰＳアンテナ１４１が設置されている部位までの距離を示し、「距離ｃ」は翼胴取付部１１１から主翼１２０の端までの距離を示す。翼胴取付部１１１とは、航空機１００の胴体１１０と主翼１２０との接合部分のことである。
【００３７】
【数１】
【００３８】
上記式２において、「ＣＬ」は、翼胴取付部１１１からの距離ｘおよび迎角αを入力変数とし、揚力無次元空力微係数を出力値とする所定の関数を示す。
関数ＣＬは、主翼１２０の構造に基づいて定められる。関数ＣＬは、距離ｘ、迎角αおよび揚力無次元空力微係数が対応付けられた表形式のテーブルとして表わされ、記憶機器に予め記憶されていてもよい。
「Ｓ」は、ＣＬに対応して定まる所定値であり、例えば、主翼１２０の面積が用いられる。
【００３９】
上記式５において、「Ｇ」は、ＭＬおよびＦＬを入力変数とし、主翼１２０の変形量ｄＢを出力値とする所定の関数を示す。
関数Ｇは、主翼１２０の構造に基づいて定められる。関数Ｇは、ＭＬ、ＦＬおよび変形量ｄＢが対応付けられた表形式のテーブルとして表わされ、記憶機器に予め記憶されていてもよい。
【００４０】
上記式６において、「Ｂ」は、主翼１２０の変形量ｄＢを入力変数とし、基線ベクトルｂｉの変化量ｄｂｉを出力値とする所定の関数を示す。
関数Ｂは、ＧＰＳアンテナの設置位置に基づいて定められる。関数Ｂは、変形量ｄＢおよび基線ベクトルｂｉの変化量ｄｂｉが対応付けられた表形式のテーブルとして表わされ、記憶機器に予め記憶されていてもよい。
【００４１】
上記式２の関数ＣＬは、大気圧ｐおよび動圧ｑに基づいて算出される対気速度ｖを入力変数とする関数として表わされる場合もある。対気速度ｖは、以下の式７〜式９により算出される。
【００４２】
【数２】
【００４３】
図５に戻り、姿勢角計算方法の説明を続ける。
【００４４】
＜Ｓ１５０：基線ベクトル補正処理＞
基線ベクトル補正部２３２は、基線ベクトル変化量推算部２３１から入力した基線ベクトルｂｉの変化量ｄｂｉに基づいて、基線ベクトルｂｉを補正する。
基線ベクトル補正部２３２は補正により得られた基線ベクトルｂｉを姿勢角計算部２２０に出力し、姿勢角計算部２２０は基線ベクトル補正部２３２から基線ベクトルｂｉを入力する。
【００４５】
ここで、水平尾翼１３０のＧＰＳアンテナ１４３から主翼１２０（左翼）のＧＰＳアンテナ１４１へのベクトルを示す「基線ベクトルｂ１」と、水平尾翼１３０のＧＰＳアンテナ１４３から主翼１２０（右翼）のＧＰＳアンテナ１４２へのベクトルを示す「基線ベクトルｂ２」とは、航空機１００の非飛行時に予め計測され、航法装置２００の記憶機器に記憶されているものとする。
例えば、基線ベクトルｂ１および基線ベクトルｂ２は、レーザレーダを用いたレーザ測量により予め計測され、記憶機器に記憶される。
【００４６】
以下、予め計測されている基線ベクトルｂ１を「基線ベクトルｂ１ｂ」と記し、予め計測されている基線ベクトルｂ２を「基線ベクトルｂ２ｂ」と記す。
【００４７】
基線ベクトルｂ１ｂおよび基線ベクトルｂ２ｂは、機体の特定の地点を原点とする座標系（以下、機体系という）で表わされるものとする。また、基線ベクトルの変化量ｄｂｉも機体系の値で計算されるものとする。
例えば、機体系は、機体の中心を原点とし、機体の前方方向（進行方向、胴体１１０の伸張方向）をＸ軸、前方に向かって機体の右方向（主翼１２０の伸張方向）をＹ軸、機体の下方向をＺ軸とする。
以下、基線ベクトルｂｉｂを「機体系の基線ベクトル」という。
【００４８】
基線ベクトル補正部２３２は、予め計測された基線ベクトルｂ１ｂに基線ベクトルの変化量ｄｂ１を加算して基線ベクトルｂ１ｂを補正し、飛行中（主翼１２０の変形後）の正確な基線ベクトルｂ１ｂを得る。同様に、姿勢角計算部２２０は、基線ベクトルの変化量ｄｂ２を加算して基線ベクトルｂ２ｂを補正し、飛行中の正確な基線ベクトルｂ２ｂを得る。
【００４９】
＜Ｓ１６０：姿勢角計算処理＞
姿勢角計算部２２０は、基線ベクトル補正部２３２から入力した機体系の基線ベクトル（ｂ１ｂ、ｂ２ｂ）とＧＰＳ受信モジュール２１０から入力した疑似距離ｒ，搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２に基づいて、機体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）を算出する。
具体的には、まず、姿勢角計算部２２０は、疑似距離ｒ、搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２に基づいて、つまり、ＲＦ信号２８１から得られる情報に基づいて、航法系で表わされる基線ベクトル（航法系の基線ベクトルｂｉｎ）を算出する。
そして、姿勢角計算部２２０は、機体系の基線ベクトルｂｉｂと航法系の基線ベクトルｂｉｎとに基づいて機体の姿勢角を算出する。
【００５０】
航法系とは、ＧＰＳ測位で用いられる座標系である。
例えば、航法系は、北（Ｎ）方向をＸ軸、東（Ｅ）方向をＹ軸、重力方向をＺ軸とする。航法系のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸は右手系をなす。
【００５１】
姿勢角計算部２２０は、補正により得られた機体系の基線ベクトルｂｉｂを用いることにより、機体の姿勢角を高い精度で推定することができる。
【００５２】
以下に、姿勢角計算処理（Ｓ１６０）の詳細について説明する。
【００５３】
２つのＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルｂｉｎは、ＧＰＳ受信モジュール２１０で受信された搬送波位相ｆを用いて干渉測位により求めることができる。良好な受信状態においては基線ベクトルを１ｃｍ以下の精度で求めることが可能である。
干渉測位においては、２つのＧＰＳアンテナで観測されるＲＦ信号２８１に共通する大気遅延などの誤差および各ＧＰＳ受信モジュール２１０のクロック誤差を除去するために、搬送波位相ｆを直接用いず、搬送波位相ｆの二重差ｙを用いる。
【００５４】
搬送波位相ｆの二重差ｙとは、第１のＧＰＳ衛星から到達したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆの一重差と第２のＧＰＳ衛星から到達したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆの一重差との差のことである。
また、搬送波位相ｆの一重差とは、ある一つのＧＰＳ衛星からＲＦ信号２８１が発信された場合において、第１のＧＰＳアンテナに到達したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆと第２のＧＰＳアンテナに到達したＲＦ信号２８１の搬送波位相ｆとの差のことである。
【００５５】
干渉測位においては、搬送波位相ｆから求められる搬送波位相の二重差ｙ（以下、搬送波位相の二重差ｙの観測値という）と、疑似距離ｒおよび航法メッセージ２８２を用いた計算により推定される搬送波位相の二重差ｙ（以下、搬送波位相の二重差ｙの推定値という）とに基づいて、航法系の基線ベクトルｂｉｎを決定することができる。
【００５６】
そして、機体系の基線ベクトルｂｉｂが航法系の基線ベクトルｂｉｎに対して成す相対角度が機体の姿勢角として算出される。
【００５７】
まず、姿勢角計算部２２０は、以下の式１０を用いて、ＧＰＳアンテナ１４１とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差について観測値ｙｉｊ，ｍと推定値ｙｉｊ，ｃを計算すると共に、ＧＰＳアンテナ１４２とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差について観測値ｙｉｊ，ｍと推定値ｙｉｊ，ｃを計算する。
【００５８】
例えば、姿勢角計算部２２０は、以下の式１０において、ＧＰＳアンテナ１４１に到達したＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１の位相を「搬送波位相ｆｎｉ」とし、ＧＰＳアンテナ１４３に到達したＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１の位相「搬送波位相ｆｎｊ」として、ＧＰＳアンテナ１４１とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差の観測値ｙｉｊ，ｍを計算する。
同様に、姿勢角計算部２２０は、以下の式１０において、ＧＰＳアンテナ１４２に到達したＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１の位相を「搬送波位相ｆｎｉ」とし、ＧＰＳアンテナ１４３に到達したＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１の位相「搬送波位相ｆｎｊ」として、ＧＰＳアンテナ１４２とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差の観測値ｙｉｊ，ｍを計算する。
【００５９】
さらに、姿勢角計算部２２０は、ＧＰＳ衛星ｎからのＲＦ信号２８１から得られた疑似距離ｒをＲＦ信号２８１の波長λで除算したときの余りに基づいて搬送波位相ｆを推定し、推定した搬送波位相ｆを用いて式１０により、ＧＰＳアンテナ１４１とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差の推定値ｙｉｊ，ｃおよびＧＰＳアンテナ１４２とＧＰＳアンテナ１４３との搬送波位相ｆの二重差の推定値ｙｉｊ，ｃを計算する。
【００６０】
【数３】
【００６１】
次に、姿勢角計算部２２０は、以下の式１１において、「ｙｉｊ，ｍ−ｙｉｊ，ｃ」が最小となるように観測方程式（Ｈｂ＋λＮ＋ｎ）の解（ｂ、Ｎ）を最小二乗法により求めて、航法系の基線ベクトルｂｉｎを決定する。
具体的な計算手法として、例えば、“Ｐ．Ｊ．Ｇ．Ｔｅｕｎｉｓｓｅｎ、Ｄｅｌｆｔ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｆｏｒ Ｅａｒｔｈ Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｐａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＤＥＯＳ）、Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、「ＴＨＥ ＬＡＭＢＤＡ ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＴＨＥ ＧＮＳＳ ＣＯＭＰＡＳＳ」、ＡＲＴＩＦＩＣＩＡＬ ＳＡＴＥＬＬＩＴＥＳ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．３−２００６”（非特許文献２）に記載の手法が挙げられる。
以下の式１１において、ＧＰＳアンテナを基準としてＧＰＳ衛星方向を表す方向余弦行列「Ｈ」は、各ＧＰＳ衛星との疑似距離ｒに基づいて測位されるＧＰＳアンテナの座標と航法メッセージ２８２に示される各ＧＰＳ衛星の座標とに基づいて特定される。
また、「λ」は決められたＲＦ信号２８１の波長を示し、「ｎ」は予め定められた所定の値を示す。
【００６２】
【数４】
【００６３】
姿勢角計算部２２０は、機体系の基線ベクトルｂｉｂおよび航法系の基線ベクトルｂｉｎを以下の式１２および式１３に代入し、式１４〜式１７を用いて機体の姿勢角（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）を算出する。
【００６４】
【数５】
【００６５】
実施の形態１では、以下のような航法装置について説明した。
航法装置は、航空機や車両等の移動体に搭載され、複数のＧＰＳアンテナにおいて計測されるＧＰＳ信号（ＲＦ信号）をＧＰＳ受信モジュールにより受信し、その出力である搬送波位相を用いて複数のＧＰＳアンテナ間の基線ベクトルを高精度に推定することにより、移動体の姿勢角推定を行う。
航法装置は、迎角を計算する迎角センサと、動圧を計測する動圧センサと、高度を計測する静圧センサとを備える。
さらに、航法装置は、これらの計測値から空気力を推定し、機体構造モデルから当該外力および重力が印加した際に発生する機体変形量に基づいてアンテナ間の基線ベクトルの変化を推算する変形量推算部を備える。
そして、航法装置は、アンテナ間の基線ベクトルの変化を推算・補正することにより、姿勢角精度を向上させる。
【００６６】
実施の形態２．
実施の形態２では、ｘ／ｙ軸加速度センサを備えて、機体にかかる重力を精度良く求め、姿勢角の精度をさらに向上させる形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明し、説明を省略する事項については実施の形態１と同様であるものとする。
【００６７】
図７は、実施の形態２における航法システム１９０の構成図である。
実施の形態２における航法システム１９０の構成について、図７に基づいて以下に説明する。
【００６８】
航法システム１９０は、航空機１００に設置されたｘ／ｙ軸加速度センサ２７４を備える。
ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４（２軸加速度センサ）は、機体のＸ軸方向（機体系）の加速度とＹ軸方向（機体系）の加速度とを計測するセンサである。
【００６９】
航法装置２００は、重力計算部２３３を備える。
重力計算部２３３は、ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４からＸ軸方向の加速度とＹ軸方向の加速度とを入力し、入力したＸ軸方向の加速度とＹ軸方向の加速度とに基づいて機体にかかる重力ｆｇをＣＰＵを用いて算出する。
【００７０】
変形量推算部２３０は、重力計算部２３３から重力ｆｇを入力し、入力した重力ｆｇを上記式１に用いて基線ベクトルの変化量ｄｂｉを推算する。
その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００７１】
図８は、実施の形態２における姿勢角計算方法を示すフローチャートである。
実施の形態２において、航法装置２００が航空機１００の姿勢角を計算する姿勢角計算方法について、図８に基づいて以下に説明する。
【００７２】
まず、実施の形態１と同じく、ＧＰＳ受信モジュール２１０は各ＧＰＳアンテナから受信したＲＦ信号２８１から疑似距離ｒ，搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を取得する（Ｓ１１０）。
【００７３】
＜Ｓ１２０’：センサ値取得処理＞
変形量推算部２３０は、実施の形態１と同じく、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐを取得する。
また、ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４は、機体のｘ軸方向（機体系）の加速度ａｘと機体のｙ軸方向（機体系）の加速度ａｙを計測し、計測した加速度ａｘとａｙを重力計算部２３３に出力する。
重力計算部２３３は、ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４から機体の加速度（ａｘ、ａｙ）を入力する。
【００７４】
＜Ｓ１２１：重力計算処理＞
重力計算部２３３は、ｘ／ｙ軸加速度センサ２７４から入力した機体の加速度（ａｘ、ａｙ）を用いて、以下の式１８により、機体にかかる重力ｆｇを計算する。
重力計算部２３３は計算した重力ｆｇを変形量推算部２３０に出力し、変形量推算部２３０は重力計算部２３３から重力ｆｇを入力する。
【００７５】
【数６】
【００７６】
＜Ｓ１３０’：変形量推算処理＞
変形量推算部２３０は、実施の形態１と同様に、迎角センサ２７１、動圧センサ２７２および静圧センサ２７３から入力した迎角α、動圧ｑおよび大気圧ｐに基づいて、航空機１００の主翼１２０の変形量ｄＢを推算する。
但し、変形量推算部２３０は、上記式１において、「ｆｇ」に重力計算部２３３から入力した値を用いる。
【００７７】
以下、基線ベクトル変化量推算処理（Ｓ１４０）〜姿勢角計算処理（Ｓ１６０）は、実施の形態１と同じである。
【００７８】
実施の形態２では、以下のような航法装置２００について説明した。
航法装置２００は、ｘ／ｙ軸加速度計により重力方向を推算し、機体の大きな姿勢変化があった場合でも重力を高精度に見積もることで、より精度良く機体の変形量を推算し、姿勢角の推定精度を向上させる。
【００７９】
実施の形態３．
実施の形態３では、迎角センサの代わりにｚ軸加速度センサ（下方加速度センサ）を備えて、機体の迎角を計算し、機体の姿勢角を推定する形態について説明する。
以下、実施の形態１と異なる事項について主に説明し、説明を省略する事項については実施の形態１と同様であるものとする。
【００８０】
図９は、実施の形態３における航法システム１９０の構成図である。
実施の形態３における航法システム１９０の構成について、図９に基づいて以下に説明する。
【００８１】
航法システムは、迎角センサ２７１の代わりに航空機１００に設置されたｚ軸加速度センサ２７５を備える。
ｚ軸加速度センサ２７５は、機体のＺ軸方向（機体系）の加速度（以下、ｚ軸加速度ａｚという）を計測するセンサである。
【００８２】
航法装置２００は、迎角計算部２３４を備える。
迎角計算部２３４は、ｚ軸加速度センサ２７５により計測されたｚ軸加速度ａｚを入力し、入力したｚ軸加速度ａｚに基づいて迎角αをＣＰＵを用いて計算する。
【００８３】
変形量推算部２３０は、迎角計算部２３４により計算された迎角αを用いて、基線ベクトルの変化量ｄｂｉを推算する。
その他の構成については、実施の形態１と同じである。
【００８４】
図１０は、実施の形態３における姿勢角計算方法を示すフローチャートである。
実施の形態３において、航法装置２００が航空機１００の姿勢角を計算する姿勢角計算方法について、図１０に基づいて以下に説明する。
【００８５】
まず、実施の形態１と同じく、ＧＰＳ受信モジュール２１０は各ＧＰＳアンテナから受信したＲＦ信号２８１から疑似距離ｒ，搬送波位相ｆおよび航法メッセージ２８２を取得する（Ｓ１１０）。
【００８６】
＜Ｓ１２０’’：センサ値取得処理＞
変形量推算部２３０は、実施の形態１と同じく、動圧センサ２７２、静圧センサ２７３から動圧ｑ、大気圧ｐを入力する。
また、ｚ軸加速度センサ２７５は機体のＺ軸加速度ａｚを計測し、計測したｚ軸加速度ａｚを航法装置２００の迎角計算部２３４に出力する。
迎角計算部２３４は、ｚ軸加速度センサ２７５からｚ軸加速度ａｚを入力する。
【００８７】
＜Ｓ１２２：迎角計算処理＞
迎角計算部２３４は、ｚ軸加速度センサ２７５から入力したｚ軸加速度ａｚを用いて、以下の式１９により、機体の迎角αを計算する。
迎角計算部２３４は計算した機体の迎角αを変形量推算部２３０に出力し、変形量推算部２３０は迎角計算部２３４から機体の迎角αを入力する。
【００８８】
以下の式１９において、「ＣＬα」は、主翼１２０の構造に基づいて定められる値である。
【００８９】
【数７】
【００９０】
以下、変形量推算処理（Ｓ１３０）〜姿勢角計算処理（Ｓ１６０）は、実施の形態１と同じである。
【００９１】
実施の形態３では、以下のような航法装置２００について説明した。
航法装置２００は、迎角センサの代わりに航空機１００に備わるｚ軸加速度センサの計測値に基づいて迎角αを計算し、計算した迎角αに基づいて機体の姿勢角を推定する。
加速度センサは迎角センサに比べて安価であるため、迎角センサの代わりにｚ軸加速度センサを用いることにより、システムを安価に構成することができる。
【００９２】
実施の形態３において、実施の形態２と同様に、航空機１００にｘ／ｙ軸加速度センサ２７４を設置し、機体にかかる重力ｆｇを計算し、姿勢角の推定精度を向上させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】実施の形態１における航空機１００の構成図。
【図２】飛行時の航空機１００の主翼１２０の変形を示す図。
【図３】実施の形態１における航法システム１９０の構成図。
【図４】実施の形態１における航法装置２００のハードウェア資源の一例を示す図。
【図５】実施の形態１における姿勢角計算方法を示すフローチャート。
【図６】実施の形態１における航空機１００の主翼１２０にかかる力を示す図。
【図７】実施の形態２における航法システム１９０の構成図。
【図８】実施の形態２における姿勢角計算方法を示すフローチャート。
【図９】実施の形態３における航法システム１９０の構成図。
【図１０】実施の形態３における姿勢角計算方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００９４】
１００ 航空機、１１０ 胴体、１１１ 翼胴取付部、１２０ 主翼、１３０ 水平尾翼、１４１，１４２，１４３ ＧＰＳアンテナ、１４４ ＲＦケーブル、１９０ 航法システム、２００ 航法装置、２１０ ＧＰＳ受信モジュール、２２０ 姿勢角計算部、２３０ 変形量推算部、２３１ 基線ベクトル変化量推算部、２３２ 基線ベクトル補正部、２３３ 重力計算部、２３４ 迎角計算部、２７０ センサ、２７１ 迎角センサ、２７２ 動圧センサ、２７３ 静圧センサ、２７４ ｘ／ｙ軸加速度センサ、２７５ ｚ軸加速度センサ、２８１ ＲＦ信号、２８２ 航法メッセージ、９１１ ＣＰＵ、９１２ バス、９１３ ＲＯＭ、９１４ ＲＡＭ、９１５ 通信ボード、９２０ 磁気ディスク装置、９２１ ＯＳ、９２３ プログラム群、９２４ ファイル群、ｂ 基線ベクトル、ｒ 疑似距離、ｆ 搬送波位相、α 迎角、ｑ 動圧、ｐ 大気圧、ｄｂ 変化量、ｄＢ 変形量、ａｚ ｚ軸加速度、ｘ，Ｌ，ｃ 距離、ＭＬ モーメント、ＦＬ 力、ｆｇ 重力、φ ロール角、θ ピッチ角、ψ ヨー角。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
衛星からＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の搬送波を受信する複数のＧＰＳ受信機と、動圧を計測する動圧センサと大気圧を計測する静圧センサと迎角を計測する迎角センサとの少なくともいずれかのセンサを備える移動体の姿勢角を計算する航法装置であり、
前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかに基づいて前記移動体の変形量をＣＰＵを用いて推算する変形量推算部と、
前記複数のＧＰＳ受信機間のベクトルを基線ベクトルとして基線ベクトルの変化量を前記変形量推算部により推算された前記移動体の変形量に基づいてＣＰＵを用いて推算する基線ベクトル変化量推算部と、
前記基線ベクトル変化量推算部により推算された変化量に基づいて前記基線ベクトルをＣＰＵを用いて補正する基線ベクトル補正部と、
前記基線ベクトル補正部により補正された基線ベクトルと前記複数のＧＰＳ受信機それぞれにより受信された搬送波から得られる情報とに基づいて前記移動体の姿勢角をＣＰＵを用いて計算する姿勢角計算部と
を備えたことを特徴とする航法装置。
【請求項２】
前記変形量推算部は、
前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかに基づいて移動体にかかる空気力を計算し、計算した空気力に基づいて前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項１記載の航法装置。
【請求項３】
前記姿勢角計算部は、
前記搬送波の位相に基づいて搬送波位相の二重差を計算し、計算した搬送波位相の二重差に基づいて前記複数のＧＰＳ受信機間のベクトルを航法系の基線ベクトルとして計算し、前記補正により得られた基線ベクトルと前記航法系の基線ベクトルとに基づいて前記移動体の姿勢角を計算する
ことを特徴とする請求項１〜請求項２いずれかに記載の航法装置。
【請求項４】
前記移動体は、さらに、前記移動体の前後方向の加速度と前記移動体の横方向の加速度とを計測する２軸加速度センサを備え、
前記航法装置は、さらに、
前記２軸加速度センサにより計測された各加速度に基づいて移動体にかかる重力をＣＰＵを用いて計算する重力計算部を備え、
前記変形量推算部は、
前記重力計算部により計算された重力と、前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかとに基づいて、前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかに記載の航法装置。
【請求項５】
前記移動体は、前記移動体の下方向の加速度を計測する下方加速度センサを前記迎角センサの代わりに備え、
前記航法装置は、さらに、
前記下方加速度センサにより計測された加速度に基づいて前記迎角をＣＰＵを用いて計算する迎角計算部を備え、
前記変形量推算部は、
前記迎角計算部により計算された迎角に基づいて前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の航法装置。
【請求項６】
衛星からＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の搬送波を受信する複数のＧＰＳ受信機と、動圧を計測する動圧センサと大気圧を計測する静圧センサと迎角を計測する迎角センサとの少なくともいずれかのセンサを備える移動体の姿勢角を計算する航法装置の姿勢角計算方法であり、
変形量推算部が、前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかに基づいて前記移動体の変形量をＣＰＵを用いて推算する変形量推算処理を行い、
基線ベクトル変化量推算部が、前記複数のＧＰＳ受信機間のベクトルを基線ベクトルとして基線ベクトルの変化量を前記変形量推算部により推算された前記移動体の変形量に基づいてＣＰＵを用いて推算する基線ベクトル変化量推算処理を行い、
基線ベクトル補正部が、前記基線ベクトル変化量推算部により推算された変化量に基づいて前記基線ベクトルをＣＰＵを用いて補正する基線ベクトル補正処理を行い、
姿勢角計算部が、前記基線ベクトル補正部により補正された基線ベクトルと前記複数のＧＰＳ受信機それぞれにより受信された搬送波から得られる情報とに基づいて前記移動体の姿勢角をＣＰＵを用いて計算する姿勢角計算処理を行う
ことを特徴とする航法装置の姿勢角計算方法。
【請求項７】
前記移動体は、さらに、前記移動体の前後方向の加速度と前記移動体の横方向の加速度とを計測する２軸加速度センサを備え、
前記航法装置は、さらに、
重力計算部が、前記２軸加速度センサにより計測された各加速度に基づいて移動体にかかる重力をＣＰＵを用いて計算する重力計算処理を行い、
前記変形量推算部は、
前記重力計算部により計算された重力と、前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかとに基づいて、前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項６記載の航法装置の姿勢角計算方法。
【請求項８】
前記移動体は、前記移動体の下方向の加速度を計測する下方加速度センサを前記迎角センサの代わりに備え、
前記航法装置は、さらに、
迎角計算部が、前記下方加速度センサにより計測された加速度に基づいて前記迎角をＣＰＵを用いて計算する迎角計算処理を行い、
前記変形量推算部は、
前記迎角計算部により計算された迎角に基づいて前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項６〜請求項７いずれかに記載の航法装置の姿勢角計算方法。
【請求項９】
請求項６〜請求項８いずれかに記載の姿勢角計算方法をコンピュータに実行させる姿勢角計算プログラム。
【請求項１】
衛星からＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の搬送波を受信する複数のＧＰＳ受信機と、動圧を計測する動圧センサと大気圧を計測する静圧センサと迎角を計測する迎角センサとの少なくともいずれかのセンサを備える移動体の姿勢角を計算する航法装置であり、
前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかに基づいて前記移動体の変形量をＣＰＵを用いて推算する変形量推算部と、
前記複数のＧＰＳ受信機間のベクトルを基線ベクトルとして基線ベクトルの変化量を前記変形量推算部により推算された前記移動体の変形量に基づいてＣＰＵを用いて推算する基線ベクトル変化量推算部と、
前記基線ベクトル変化量推算部により推算された変化量に基づいて前記基線ベクトルをＣＰＵを用いて補正する基線ベクトル補正部と、
前記基線ベクトル補正部により補正された基線ベクトルと前記複数のＧＰＳ受信機それぞれにより受信された搬送波から得られる情報とに基づいて前記移動体の姿勢角をＣＰＵを用いて計算する姿勢角計算部と
を備えたことを特徴とする航法装置。
【請求項２】
前記変形量推算部は、
前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかに基づいて移動体にかかる空気力を計算し、計算した空気力に基づいて前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項１記載の航法装置。
【請求項３】
前記姿勢角計算部は、
前記搬送波の位相に基づいて搬送波位相の二重差を計算し、計算した搬送波位相の二重差に基づいて前記複数のＧＰＳ受信機間のベクトルを航法系の基線ベクトルとして計算し、前記補正により得られた基線ベクトルと前記航法系の基線ベクトルとに基づいて前記移動体の姿勢角を計算する
ことを特徴とする請求項１〜請求項２いずれかに記載の航法装置。
【請求項４】
前記移動体は、さらに、前記移動体の前後方向の加速度と前記移動体の横方向の加速度とを計測する２軸加速度センサを備え、
前記航法装置は、さらに、
前記２軸加速度センサにより計測された各加速度に基づいて移動体にかかる重力をＣＰＵを用いて計算する重力計算部を備え、
前記変形量推算部は、
前記重力計算部により計算された重力と、前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかとに基づいて、前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかに記載の航法装置。
【請求項５】
前記移動体は、前記移動体の下方向の加速度を計測する下方加速度センサを前記迎角センサの代わりに備え、
前記航法装置は、さらに、
前記下方加速度センサにより計測された加速度に基づいて前記迎角をＣＰＵを用いて計算する迎角計算部を備え、
前記変形量推算部は、
前記迎角計算部により計算された迎角に基づいて前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかに記載の航法装置。
【請求項６】
衛星からＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の搬送波を受信する複数のＧＰＳ受信機と、動圧を計測する動圧センサと大気圧を計測する静圧センサと迎角を計測する迎角センサとの少なくともいずれかのセンサを備える移動体の姿勢角を計算する航法装置の姿勢角計算方法であり、
変形量推算部が、前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかに基づいて前記移動体の変形量をＣＰＵを用いて推算する変形量推算処理を行い、
基線ベクトル変化量推算部が、前記複数のＧＰＳ受信機間のベクトルを基線ベクトルとして基線ベクトルの変化量を前記変形量推算部により推算された前記移動体の変形量に基づいてＣＰＵを用いて推算する基線ベクトル変化量推算処理を行い、
基線ベクトル補正部が、前記基線ベクトル変化量推算部により推算された変化量に基づいて前記基線ベクトルをＣＰＵを用いて補正する基線ベクトル補正処理を行い、
姿勢角計算部が、前記基線ベクトル補正部により補正された基線ベクトルと前記複数のＧＰＳ受信機それぞれにより受信された搬送波から得られる情報とに基づいて前記移動体の姿勢角をＣＰＵを用いて計算する姿勢角計算処理を行う
ことを特徴とする航法装置の姿勢角計算方法。
【請求項７】
前記移動体は、さらに、前記移動体の前後方向の加速度と前記移動体の横方向の加速度とを計測する２軸加速度センサを備え、
前記航法装置は、さらに、
重力計算部が、前記２軸加速度センサにより計測された各加速度に基づいて移動体にかかる重力をＣＰＵを用いて計算する重力計算処理を行い、
前記変形量推算部は、
前記重力計算部により計算された重力と、前記動圧センサにより計測された動圧と前記静圧センサにより計測された大気圧と前記迎角センサにより計測された迎角との少なくともいずれかとに基づいて、前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項６記載の航法装置の姿勢角計算方法。
【請求項８】
前記移動体は、前記移動体の下方向の加速度を計測する下方加速度センサを前記迎角センサの代わりに備え、
前記航法装置は、さらに、
迎角計算部が、前記下方加速度センサにより計測された加速度に基づいて前記迎角をＣＰＵを用いて計算する迎角計算処理を行い、
前記変形量推算部は、
前記迎角計算部により計算された迎角に基づいて前記移動体の変形量を推算する
ことを特徴とする請求項６〜請求項７いずれかに記載の航法装置の姿勢角計算方法。
【請求項９】
請求項６〜請求項８いずれかに記載の姿勢角計算方法をコンピュータに実行させる姿勢角計算プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２９４００９（Ｐ２００９−２９４００９Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４６４６４（Ｐ２００８−１４６４６４）
【出願日】平成２０年６月４日（２００８．６．４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月４日（２００８．６．４）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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