温度制御された水晶振動子を用いた小型で高精度な位置・姿勢・絶対方位センサの開発

使用温控晶体振荡器开发紧凑且高精度的位置/姿态/绝对方向传感器

基本信息

批准号：
21K18786
负责人：
盛川仁
金额：
$ 3.91万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18786/
关键词：
水晶振動子センサージャイロ加速度計絶対方位計温度制御

项目摘要

既に実用化，製品化されている水晶振動子を用いたジャイロを恒温槽に入れて温度管理を可能とする装置を開発するために，温度が年間を通じてほぼ一定であるトンネル内にセンサーを設置し，温度変化に対するセンサー出力の感度特性について第一年度に引き続いて検討した。恒温槽を作成する前段階としてトンネル内でジャイロ本体を一定速度で回転させ，温度ドリフトの影響があるかどうかについて種々の回転速度で回転させた結果，一回転に要する時間はセンサーの温度ドリフトに対して十分に短く，恒温槽を製作することなく精度よく真北を同定できる可能性が極めて高いことを確認した。第一年度は半導体部品等の入手性の悪化にともない手持ちの機材を用いたバラックで実験を行ったが第二年度ではある程度完成形を想定した構成で試作を行った。またトンネル内では別途高精度ジャイロを用いて真北の方向を同定し試作機の精度検証を実施可能な環境を構築した。また記録の解析アルゴリズムについても検討を進め，角速度及び並進加速度をそれぞれ１成分ずつ用いた場合に真北を同定する手法及びその際の問題点を明らかにした。すなわち，真北の同定には逐次最小自乗法のような比較的簡易な解析アルゴリズムを用いてジャイロセンサーの回転時の出力信号を逐次処理することで可能であることが明らかとなった。また，センサーの回転前の初期位置への依存性は小さいものの初期位置と基準方向のなす角を精確に測定しておくことが必要であり，そのための仕組みをジャイロセンサーとは独立してターンテーブルに実装することが必要であることがわかった。さらに，角速度および並進加速度をそれぞれ2成分または3成分使ったアルゴリズムの構築にあたっては絶対座標系に対するジャイロのローカル座標系の回転の順番に適切な配慮が必要となる可能性が示唆される結果が得られ，アルゴリズムのさらなる精査が必要であることも明らかになった。

为了开发一种设备，可以通过使用已经将已经用于实际使用的石英晶体共振器放置陀螺仪，并将其商业化为恒温浴中，将传感器安装在一年中温度几乎恒定的隧道中，并在第一年中检查了传感器输出的灵敏度特征。作为创建恒温水箱的阶段，陀螺体在隧道中以恒定的速度旋转，并以各种旋转速度旋转结果，以确定温度漂移是否对温度漂移有影响。我们确认，一次旋转所需的时间足以使传感器的温度漂移足够短，并且很可能在不形成恒温罐的情况下准确地识别出真实的北方。在第一年，由于半导体零件的可用性恶化，我们使用设备使用军营进行了实验，但是在第二年，我们进行了原型，其结构旨在在某种程度上是一个完整的模型。此外，分别使用了高精度陀螺仪来确定向北方的方向，从而创建了一个可以验证原型准确性的环境。我们还研究了记录分析算法，并揭示了当使用角速度和翻译加速度的一个组成部分以及所涉及的问题时，可以识别真正的北方。换句话说，已经发现，当使用相对简单的分析算法（例如顺序最小二乘法）旋转陀螺仪传感器时，可以依次处理TRUE NORNT的识别。此外，尽管传感器旋转前的初始位置的依赖性很小，但有必要准确测量初始位置和参考方向之间的角度，并且已经发现必须独立于陀螺仪传感器在转盘上实现该机制。此外，结果表明，当使用角速度和转换加速度的两个或三个成分构建算法时，可能需要适当考虑陀螺仪局部坐标系相对于绝对坐标系统旋转的顺序，并且需要对算法进行进一步审查。