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DGPSジャイロシステム

ADMA ご案内

2010年6月 Rev.2.01(株)デイシーインスツルメンツ

お断りここに記載された内容は、お断りなく訂正・変更の可能性がございます。最新の情報については当社までお問い合わせ下さい。本記載内容の一部は、ADMAの製造メーカーであるドイツGeneSys社の資料からの抜粋です。ここに記載された会社名・製品名は各社の登録商標です。

2010年6月 ADMAご案内_Rev.2.01.ppt

–はじめに DGPSジャイロシステムADMA

DGPSシステムADMAは、車両挙動の計測目的のために開発された、DGPSレシーバと３軸角速度センサと３軸加速度センサから構成される慣性計測ユニットを複合したセンサフュージョンシステムです。

本ご案内では、ADMAに関する次の内容をご紹介申し上げます。 GeneSys社ご紹介

ジャイロおよび加速度センサ

GPSシステムと慣性計測システム

ADMA概要

当社データレコーダによる使用


GeneSys社とは?

ADMAはドイツGeneSys社により開発されたDGPSジャイロシステムです。 1989年 STZ Physikalische Sensorik, Institute at FH Offenburg

1996年 GeneSys Elektronik GmbH　センサシステムのカスタマイズ

1997年 Omni Control (子会社)　FA用イメージプロセッシング

2000年 ADMA - Automotive Dynamic Motion Analyzer

大学との密接な関係


GeneSys社とは?

会社方針-GeneSys: Generation Of Systems

Soft-ware

エレクトロニクス

機工技術光学技術

センサ統合

アプ

リケ

ーシ

ョン

指向

学際


GeneSys社とは?

製品群

計測と制御

自動検査システム

ジャイロ・ナビゲーション

-自動車部品サプライヤ-ラジエータ-鉄鋼

-医療診断-車両実験-ジャイロコンパス-鉄道

-トンネルマシン制御システム


慣性システムの構成

3次元の挙動解析のためには、３つのジャイロ軸(角速度/角度変化)と３つの加速度軸(加速度/水平面チルト(静的状態)/速度/位置)が必要。ジンバルシステムとストラップダウンシステム。

稼動部のないストラップダウンシステムはメンテナンス面で有利。

ジンバルシステムストラップダウンシステム


ジャイロ

モデルにより振動ジャイロ、またはFOGを使用。

FOG (Fiber Optic Gyro) サーニャック効果を利用

堅牢性

起動時間

加速度に対する感度

周波数帯域

コスト

サイズ

消費電力

振動ジャイロ: コリオリ効果を利用

小型、軽量化

MEMS技術

コスト

消費電力

振動に対する感度

加速度に対する感度


サーボ型加速度センサ

基本原理位置センサでマスの変化の動きを検知。

クローズドループコントロール、高精度(1mG)の実現


センサエラー

入力と出力の誤差-バイアスとスケールファクタ


慣性システムにおけるエラーの影響

加速度センサ： 1mGのバイアスが発生すると、

水平面チルトエラー： 0.05°

速度エラー：～ t 100秒後に1m/s

位置エラー：～ t^2 100秒後に50m

ジャイロ： 1 °/時間のバイアスが発生すると、

方位エラー：～ t 100秒後に0.03 °

水平面チルトエラー：～ t 100秒後に0.03 °

加速度エラー：～ t 100秒後に0.5mG

位置エラー：～ t^3 100秒後に8m


各種補完手段によるシステム改善

外部からの速度入力スリップ/ピッチ/ロール

位置(DGPS信号不在時)

DGPS 位置、対地コース、速度、方位角、ピッチ/ロール

標準 –GPS 30m 3m –DGPS MSAS 3m 0.5m DGPS RTK 0.5m -


GPSシステムと慣性システムの融合

GPS

低データレート (10 .. 100 Hz)

信号ドリフトは基本的になし

方位角なし

GPS衛星が補足できる場所が必要

絶対位置

フェイルセーフでない

GPS & INS

カルマンフィルタ：慣性とGPSデータによる適合化

オンラインセンサ校正によるシステム信頼性の向上

GPS不在時でも有効

広帯域位置データ

短時間のセットアップ時間にもかかわらず高精度挙動データが得られる。

ボディ座標、水平面座標、North East座標

CANまたはRS-232Cによる３次元の挙動データ出力

INS 高帯域 (100 ... 1000 Hz)

位置エラーの蓄積

自立型

相対位置 (ボディ基準、水平基準)

フェイルセーフ


ADMA DGPSジャイロシステムラインアップ

３モデルを用意。 ADMA-EL: エントリーレベル、ジャイロ、加速度センサともMEMS技術

ADMA-G-SSA: ミッドレンジ、ジャイロZ軸FOG、その他MEMS、加速度センサはサーボ型

ADMA-G: ハイエンド、ジャイロ３軸ともFOG、加速度センサはサーボ型

いずれもDGPSレシーバ内蔵。

その他、RTK(リアルタイムキネティック)オプションなど。


ADMA ３モデルの比較

ADMA仕様比較表

本仕様は2008年12月現在のものです。 2008年12月作成仕様についてはお断りなしに変更の可能性があります。最新の内容については当社までお問い合わせ下さい。

項目 ADMA-EL ADMA-G-SSA ADMA-Gクラスエントリーレベルミッドレンジハイエンド

ジャイロ構成加速度センサ： MEMS X/Y/Z軸レートジャイロ： MEMS X/Y/Z軸

加速度センサ：サーボ型 X/Y/Z軸レートジャイロ： FOG Z軸 MEMS X/Y軸

加速度センサ：サーボ型 X/Y/Z軸レートジャイロ： FOG X/Y/Z軸

計測レンジ姿勢角(ロール/ピッチ)： ±60°方位角： 0 ～ 360°

← ←

最大回転角速度(ロール/ピッチ)： 100°/秒最大回転角速度(ヨー)： 100°/秒



加速度： ±２G 加速度： ±2.5G (内部±5G) 加速度： ±2.5G (内部±5G)

位置(相対、DGPS)： ±50km位置(絶対)：全世界対応(10進数表記により、緯度・経度)

← ←

分解能角度：　0.015° 角度： 0.005° 角度：　0.005°

回転角速度(ロール/ピッチ)： 0.004°/秒回転角速度(ヨー)： 0.004°/秒



加速度： 0.00025G 加速度： 0.0001G 加速度： 0.0001G位置(相対、(D)GPS)： 0.01m ← ←

精度静的ロール/ピッチ(Typical)： 0.25° 静的ロール/ピッチ(Typical)： 0.05° 静的ロール/ピッチ(Typical)： 0.05°動的ロール/ピッチ(Typical)： 0.5° 動的ロール/ピッチ(Typical)： 0.25° 動的ロール/ピッチ(Typical)： 0.1°

位置（シングルポイントL1 GPSモード)： 1.8m (1σ)位置（シングルポイントL1～ DGPS RTK2　モード)： 1.8～0.02m(1σ) 注： RTK2モードはオプションです。

位置（シングルポイントL1～ DGPS RTK2　モード)： 1.8～0.02m(1σ)

インタフェースCAN 2.0b 最大1MBaudRS-232C

← ←

電源12 (12 ～ 16) V DC、24 V /42 V DC系は外部レギュレータ対応

← ←

消費電力約10W 約12W 約20W

クロック周波数50, 100 Hz　(選択された周波数に応じて出力できるデータ数に制限があります。)

50, 100, 200, 250, 400 Hz (選択された周波数に応じて出力できるデータ数に制限があります。)

50, 100, 200, 250, 400 Hz (選択された周波数に応じて出力できるデータ数に制限があります。)

外形寸法・質量約170 x 110 x 191 mm約2.7kg

約170 x 110 x 191 mm約2.9 kg

約170 x 110 x 180 mm約3.0kg

動作温度範囲 -20℃ ～ +60℃ ← ←保存温度範囲 -30℃ ～ +70℃ ← ←

上記は、ADMA本体の仕様です。実際に収録されるデータの仕様は収録側の仕様に依存します。お問い合わせは (株)デイシーインスツルメンツ

電話： 042-570-7085メール： [email protected]


ADMA特長

３軸の車両挙動計測

車両の姿勢角と方位角、3軸加速度、3軸速度など多様な計測

カルマンフィルタによる自立ジャイロとGPSデータの高精度補正演算

GPSとビーコンレシーバーによる補間

堅牢なストラップダウン構造

CANバスインタフェース


ADMA構成技術

ストラップダウン方式直接筐体に取り付けられた(ストラップダウン)３軸ジャイロと３軸加速度計のデータか

ら人工水平面を演算で求めます。駆動部を持つジンバル方式に比べて、ハードウェア構成がシンプルで堅牢化が可能です。また、定期的なメンテナンスやオーバーオールが必須のシンバル方式に比べて、ランニングコストが低減できます。

カルマンフィルタによる演算 ADMAはいわゆるセンサフュージョンシステムです。３軸ジャイロと３軸加速度計から

構成される慣性航法システムは、自立動作が可能で応答性のよいシステムですが、一般にドリフト発生の問題が言われています。一方、GPSから得られる情報は、ドリフト問題はありませんが、応答性が遅い、トンネルなどにより衛星からの信号が遮断される自立できないなどの問題点があります。ADMAでは、このようにお互いの欠点を補うことができる異なるセンサ系の信号をカルマンフィルタを用いて補間することで、より精度を高めたシステムを提供しています。

DGPS/RTK GPSレシーバ内蔵で、標準GPS対応の他、オプションでDGPS (Differential

GPS)、RTK (Real Time Kinematic)にも対応しています。


ADMA-Gハイエンドモデル

ADMA-Gモデルは、ADMAシリーズのハイエンドモデルです。ジャイロセンサにはFOG (Fibre Optic Gyroscope)、加速度センサはサーボ型センサを採用し、「本質的に安

定した方式」のセンサを慣性航法システム部に採用しています。 FOGを採用することで、100Hzを超える高速のデータ出力レートを可能としています。

FOGジャイロセンサ自体の測定帯域 8kHz (エントリモデルELのMEMSでは100Hz) サーボ型加速度センサ自体の測定帯域 600Hz (エントリモデルELのMEMSでは200Hz) これより得られるデータ出力レート最大 400 Hz (エントリモデルELでは100Hz)

インタフェースとして、シリアルインタフェース(COM)の他、高速の出力レートに対応したCAN (Controller Area Network) を備えています。 1パケットは6バイト, z.B. RXB,RYB,RZB (各2バイト)データで、その他必ず12バイトのStatus/Error/Check

sum が転送されます。 COMの場合: 250Hz: 6バイト 200Hz: 18バイト 100Hz: 68バイト 50Hz: 168バイト

CANの場合： 400Hz:18バイト 250Hz: 80バイト 200Hz: 126バイト 100Hz: 176バイト (すべてのデータパッケージを出力)

GPS補正をさらに強化する、DGPS(サテライトベースDGPSの場合、日本ではMSAS選択)およびDGPS-RTK2(RTK機能の実現のためには、別途ベースステーションもしくはVRSシステムが必要です)をサポートしたGPSレシーバを内蔵しています。

上記の方式のセンサの採用およびカルマンフィルタ演算の適合化により、比較的短時間(数分程度)で実用精度で使用できます。


FOGの特長

MEMSジャイロと比較して、FOGは高価なセンサですが、以下のような特長があります。

これらの特長により、特に、GPSの受信状態がよくないときに、次ページに示すようなメリットを得ることができます。

FOGの特長高帯域 – MEMS 100Hzに比べて8kHzの内部測定帯域加速度や振動による影響を受けにくい(データノイズ) 高信頼性高精度

主要なメーカーのハイエンドモデルでは、FOGが広く採用されています。


FOGがもたらすメリット

赤のラインは、GPS受信をONにした場合の軌跡です。

青のラインは、1分間GPS受信をOFFにしたFOG ADMA-Gの軌跡です。

マゼンタのラインは、 1分間GPS受信をOFFにしたMEMS ADMA-ELの軌跡です。


GPS/DGPS/RTK補正

標準 –GPS 30m 3m –DGPS MSAS 3m 0.5m DGPS RTK 0.5m -

ADMA-Gには、RTK2に対応したGPS受信機を内蔵しています。

DGPS MSASの情報は、「国土交通省大阪航空局神戸航空衛星センタ」のHPで知ることができます。http://www.kasc.go.jp/mission/msas.htm

RTK2の実現には、別途、ベースステーション、またはVRS (Virtual Reference Station – トリンブルナビゲーション社の商標です)を利用したネットワーク型RTKサービスの利用が必要です。


RTKについて

RTK – Real Time Kinematic とは、座標既知点である固定観測局からその地点の補正情報を、無線モデムなどで移動観測局に送信するものです。

ADMA-Gでは、移動観測局から出力されるRTCM (Radio Technical Committee Marine)フォーマットをはじめとする補正情報をリアルタイムに受信し、受信したGPS情報の補正を行うことができます。

RTK補正は、GPS受信機の性能により、ADMA-Gでは、RTK2という位置決め精度2cm対応のGPS受信機を搭載しています。

ベースステーション(国産メーカーのベースステーションと受信機にて使用例あり)を利用した構成の概要を示します。基地局-移動局 (=ADMA側) 間は無線モデムを使用しています。


ADMA-PPオプション　後処理によるより精密な高度の把握

車両開発実験における位置情報、特に高さ方向地形プロファイルの把握の重要性 GPSと慣性センサの組み合わせ、慣性センサの発散をGPS情報で補正、さらに、DGPSによるリアルタ

イム補正により高精度の地点補正 DGPSジャイロシステムADMAの用途：　1) 車両の挙動・運動性能の計測　2) パワートレインの適合

化、Eカーのパワーマネージメント ⇒ ロードテスト時、実走行高度プロファイルの必要性正確な地点情報把握のためのリアルタイム処理： 1) GPSデータと慣性センサのデータをカルマンフィル

タにより補正　2) RTKなどDGPSの利用実験シーンによっては、cmレベルの精度を実現するためのRTK　DGPS補正が使用できない場合があ

る。⇒ ADMA-PPポスト補正処理プログラムの決定的なメリット：

インターネットによるGPS補正データの入手

外部データの利用、気圧高度計のデータにより、高度の時間軸データを補正 GPS受信の困難な状態下の測定結果においても、正確な地点情報に補正

ADMA-PPは、ADMAのデータを利用するポスト処理プログラムです。


DEICYデータレコーダによる挙動データ収録

ADMAで計測された車両の姿勢角、方位角、3軸加速度、3軸角速度、3軸速度などのデータは、ADMAのCANインタフェースを経由で、当社PCカードレコーダDR-600に内蔵されたAR-60ADMAインタフェースモジュール経由でDR-600の計測データとして取り込まれます。DR-600に、ひずみアンプや温度アンプなどのアナログ信号入力モジュールを内蔵することで、車両挙動データと、その他のセンサデータを多チャネル同期収録することができます。


ADMAによる車両挙動データとセンサ信号の同時収録

数ステップの操作で、挙動データを多チャネルセンサ信号の同期収録を実現することができます。 DR-600にADMAが接続されたAR-60ADMAインタフェースモジュールを接続すると、56ch分のADMAからの車両挙

動データおよびADMAシステム情報入力モジュールとして認識され、その中から任意の40chを収録対象信号として選択し、収録することができます。

Step 1： ADMAの設定を行います。 ADMA専用の設定プログラムでPCからRS-232C経由で、ADAMA計測パラメータ(計測対象の信号種別の選択、

出力レート、GPSアンテナ位置補正など)の設定を行います。

Step 2： ADMAにケーブルを接続します。各ケーブルは、括弧の中に示されたコネクタ色でケーブルとADMA本体コネクタ側に示されており接続ミスを防止し

ます。 ●CANケーブルを接続します。(緑)　片側はDR-600のADMAインタフェースモジュールAR-60ADMAに接続します。 ●GPSアンテナケーブルを接続します。(茶) ●RC-ADMA(ADMA計測起動用専用リモコン)を接続します。(青) ●電源ケーブルを接続します。(赤)

Step 3： DR-600設定モニター収録プログラムDR600CTLでADMAの計測チャネルのうち収録対象チャネルを選択します(最大40)。

Step 4： DR600CTLで収録スタートします。 Step 5： RC-ADMAのダイヤルスイッチに初期方位をセットし、STARTボタンを押します。

以上の操作でADMAの計測データが、他のDR-600入力アンプモジュールのデータと同期して、収録データとして保存できます。


DEICYデータレコーダによる挙動データ収録

ADMAのCAN出力を、SR-200(CANインタフェース標準搭載)やDR-600のAR-60CAN-G CANインタフェースモジュールで、ひずみや温度、加速度、回転信号などのアナログ信号入力ユニット/モジュールで収録された信号と同期したタイミングで多チャネル同時収録することもできます。

ADMAには、CANの出力フォーマットを記述したデータベースファイル(CANdb)が用意されており、上記SR-200やDR-600に付属の標準コントロールプログラムでは、このファイルを読み込み、収録対象の信号として簡単に選択ができます。


Q&A

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ありがとうございました。

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