JP2001264406A - 移動体方位検出装置 - Google Patents
移動体方位検出装置Info
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Abstract
用いて、安価で高速に船首方位を求めることが出来る移
動体方位検出装置を提供すること。 【解決手段】 第1及び第2の衛星信号受信機で測定し
たキャリア位相から複数衛星の測定2重位相差を得,ま
た第1のアンテナを中心とし、第2のアンテナまでの距
離を半径とする円周上の位置と、第1のアンテナの位置
と、前記複数衛星の位置に基づいて、複数衛星の計算2
重位相差を得る。円周上の位置を順次変えると共に、計
算2重位相差と測定2重位相差との差が最も小さいとき
の円周上の位置を、真の第2のアンテナ位置とし、当該
移動体の方位を求める。
Description
ASSなどの衛星航法システムの衛星信号を受ける2つ
の衛星信号受信機を利用して、船舶の船首方位など、移
動体の向きを検出する移動体方位検出装置に関する。
手段として、GPS、GLONASSなどの衛星航法シ
ステムがある。以下、衛星航法システムとしてGPS
を、移動体として船舶を、例に説明する。
PS受信機)は、刻々と変化する船舶の位置や速度や進
行方向を求めることができる。しかし、図5のように船
首方向に進もうとする船舶11が、潮流の影響を受ける
と、潮流方向と船首方向とのベクトルが合成された方向
に進む。GPS受信機51を用いて求まる方向は、進行
方向のみであるので船首方位は分からなかった。
は、ジャイロコンバスやマグネットコンパスが用いられ
ている。ジャイロコンパスは高速で回転するコマを用い
るので、指北力が強く、船体の鉄類によって誤差を生じ
ることもないが、安定するまでに時間がかかりまた高価
である。マグネットコンパスは、構造が簡単で電源の必
要もなく故障の心配もほとんどないが、場所により必ず
しも真北を示すとは限らないという欠点がある。
パスの問題点に鑑み、GPS受信機などの2つの衛星信
号受信機を用いて、安価で高速に船首方位を求めること
が出来る移動体方位検出装置を提供することを目的とす
る。
出装置は、移動体上に所定の距離を離して配置された、
衛星信号を受ける第1及び第2のアンテナと、この第1
及び第2のアンテナからの衛星信号を受信して、その搬
送波(キャリア)位相を測定する第1及び第2の衛星信
号受信機と、その第1及び第2の衛星信号受信機で測定
したキャリア位相から複数衛星の測定2重位相差を得る
2重位相差測定手段と、前記第1のアンテナを中心と
し、第2のアンテナまでの距離を半径とする円周上の位
置と、前記第1のアンテナの位置と、前記複数衛星の位
置に基づいて、複数衛星の計算2重位相差を得る2重位
相差計算手段と、前記計算2重位相差と前記測定2重位
相差とを比較する比較手段とを備え、前記円周上の位置
を順次変えると共に、前記計算2重位相差と前記測定2
重位相差との小数部の差が最も小さいときの前記円周上
の位置を、真の第2のアンテナ位置とし、当該移動体の
方位を求めることを特徴とする。
及び第1、第2の衛星信号受信機を設け、複数衛星の測
定2重位相差と、円周上の各位置での複数衛星の計算2
重位相差との比較により、高速に精度良く且つ安価に、
船舶、車両、航空機など移動体の方位を求める。
実施の形態について、衛星航法システムとしてGPS
を、移動体として船舶を、例として説明する。図1は本
発明の2つのGPSアンテナの船舶上への設置状況を示
す図、図2は本発明の移動体方位検出装置のブロック
図、図3は基準GPSアンテナを中心とし比較GPSア
ンテナを円周に配置した配置図、図4は基準GPSアン
テナと比較GPSアンテナとの1重位相差を説明する図
である。
置した船舶を上から見た図であり、2つのGPSアンテ
ナを船尾から船首方向へ直線上に設置している。船尾側
のGPSアンテナ12を基準アンテナとし、船首側のG
PSアンテナ13を比較アンテナとし、両者の間の距離
LはGPS搬送波(キャリア)の1波長λ程度とする。
因みに、GPSのL1キャリアの場合にはλ≒19c
m、同じくL2キャリアの場合にはλ≒24cmであ
る。
ック図において、基準アンテナ12が接続されている基
準GPS受信機21では、位置計算部22で単独のGP
S測位または差動のDGPS測位を用いて基準アンテナ
12の位置を計算する。衛星の方位角、仰角計算部23
で基準アンテナ12の位置における衛星の方位角と仰角
を、受信した衛星信号に基づいて計算する。また、キャ
リア位相測定部24で基準アンテナ12で得られたGP
S信号のキャリア位相を測定する。
受信機31においては、得られたGPS信号のキャリア
位相をキャリア位相測定部32で測定する。
置計算部42で、位置計算部22で得られた基準アンテ
ナ12の位置に基づいて、比較アンテナ13の各円周上
の位置を計算する。則ち、図3を参照して、円周上位置
計算部42において、北を0度とした座標系で基準アン
テナ12を中心とし、他方の比較アンテナ13までの距
離Lを半径とした円周上の位置を計算する。例えば、1
度ステップで円周上の位置を計算したとすると、360
ポイントの位置を計算することになる。この円周上の各
位置を比較アンテナ13の仮の位置とする。
部22で得られた基準アンテナ12の位置と円周上位置
計算部42で得られた比較アンテナ13の仮の位置と衛
星の方位角、仰角計算部23で得られた各衛星の方位
角、仰角を用いて、比較アンテナ13の円周上の仮の位
置での2重位相差を計算する。
る。2重位相差を計算するために、まず1重位相差を考
える。図3のように基準アンテナ12は座標系の原点に
配置され、複数の可視衛星(以下の例では、可視衛星は
5つとし、衛星番号は1,2,3,4,5とする)があ
るとする。基準アンテナ12は原点に位置しているの
で、 (x、y、z)=(0,0,0) となる。
上の位置は、x軸からの角度をI度とすると、 (x、y、z)=(sinI、cosI、0) となる。これが比較アンテナ13の位置となる。
アンテナ13の位置関係から、図4を参照して、両アン
テナ12,13間の位置ベクトルPは、 P=(x、y、0)=(sinI、cosI、0) となる。
方位角をA度、仰角をE度とすると方向余弦ベクトルC
は、 C=(cosEsinA、cosEcosA、sin
E) と表されるので、位置ベクトルPと方向余弦ベクトルC
の内積をとることにより2個のアンテナ12,13と1
個の衛星との行路差Dが求まる。 D=(x、y、0)(cosEsinA、cosEcosA、sinE)t =xcosEsinA+ycosEcosA =(xsinA+ycosA)cosE t:転置
によりアンテナ12,13間の1重位相差が求まる。x
軸からの角度I毎に、各衛星毎に1個で計5個の1重位
相差をが求まるので、この1重位相差をCP1(I)、C
P2(I)、CP3(I)、CP4(I)、CP5(I)とす
る。
個を基準衛星とする。基準衛星の決定法としては仰角が
最も高い衛星を基準衛星にすることが望ましい。ここで
は衛星番号1の衛星を基準衛星と仮定する。
相差と他の衛星の1重位相差との差を、2重位相差計算
部43で計算することにより、衛星数より1個少ない、
4個の2重位相差を計算することができる。すなわち、
計算上の2重位相差は CP1(I)−CP2(I)、 CP1(I)−CP3(I)、 CP1(I)−CP4(I)、 CP1(I)−CP5(I)となる。
上の2重位相差が求まるため、これを円周上の全ポイン
ト、例えば1度ステップで計算したらI=1,2...
359の360ポイント、で行い、全ポイントの計算上
の2重位相差を得ることができる。
相測定部24と比較GPS受信機31のキャリア位相測
定部32で測定したそれぞれのキャリア位相積算値を用
いて測定2重位相差計算部44で測定値の2重位相差を
求めることにより、測定値の2重位相差も、衛星数より
1個少ない、4個の2重位相差を求めることが出来る。
準アンテナ12と比較アンテナ13の間の1重位相差を
それぞれ求めて、これらの1重位相差をOP1、OP
2、0P3、0P4、0P5とする。計算上の2重位相
差の場合の基準衛星と同じ衛星を基準衛星(番号1の衛
星を基準と仮定する)とすると、測定2重位相差は、 OP1−OP2 OP1−OP3 OP1−OP4 OP1−OP5 となる。
測定値を用いて、測定2重位相差計算部44で得られた
測定上の2重位相差が実際のアンテナ位置での値である
のに対し、2重位相差計算部43で得られた計算上の2
重位相差は円周上の各ポイントにおける仮のアンテナ位
置での値である。
相差の値と、仮のアンテナ位置での計算上での2重位相
差の値との差が最も小さい時、実際のアンテナの位置と
仮のアンテナの位置が一致していると言える。
を2重位相差の差の計算部45で計算する。すなわち、
2重位相差の差は、 (CP1(I)−CP3(I))−(OP1−OP3) (CP1(I)−CP4(I))−(OP1−OP4) (CP1(I)−CP5(I))−(OP1−OP5) となる。
算部42,2重位相差計算部43での角度Iを変化させ
ながら順次求め、この小数部のみ取り出し、標準偏差計
算部46で標準偏差を計算する。
れ、順次変化される角度Iに応じて、標準偏差が最小に
なる前記円周上の位置を求めれば、それが円周上の真の
比較アンテナ13の位置となる。これにより、北(座標
系の0度)からの角度Iが求まり、それが船首方位とな
る。
秒毎に行うことにより連続して船首方位を求めることが
出来る。なお、このように連続して船首方位を求める場
合には、角度Iの変化させる範囲は、前回に求められて
いる船首方位を中心にして狭い範囲に限定することが出
来る。
位置での測定上の2重位相差の値と、仮のアンテナ位置
での計算上での2重位相差の値との差が一番小さい角度
Iが北(座標系の0度)からの船首方位としている。こ
のように、2重位相差を取ることにより、1重位相差の
比較だけでは取り除くことが出来なかった誤差成分を、
取り除くことが出来るから測定値に誤差成分が無くな
り、高精度に船首方位を検出することが出来る。
ても許容される場合には、2重位相差に代えて1重位相
差を用いることが出来る。前述の例を引用すると、計算
上での1重位相差CP1(I)、CP2(I)、CP3
(I)、CP4(I)、CP5(I)と、測定上の1重位相差
OP1、OP2、0P3、0P4、0P5を用い、これ
らの差を計算し、差が最も小さくなる角度Iを、北(0
度)からの船首方位とする。
は、2重検出に比べてその精度が低下するが、その分本
発明の移動体方位検出装置の演算量が少なくて済むか
ら、その方位検出の目的に応じて、利用することが出来
る。
位を求めることとして説明しているが、本発明は車両、
航空機などの移動体の方位検出に適用することが出来
る。
ナ、及び第1、第2の衛星信号受信機を設け、複数衛星
の測定2重位相差と、円周上の各位置での複数衛星の計
算2重位相差との比較により、高速に精度良く且つ安価
に、船舶、車両、航空機など移動体の方位を求めること
が出来る効果がある。
置状況を示す図。
に配置した図。
説明する図。
Claims (1)
- 【請求項1】 移動体上に所定の距離を離して配置され
た、衛星信号を受ける第1及び第2のアンテナと、 この第1及び第2のアンテナからの衛星信号を受信し
て、その搬送波(キャリア)位相を測定する第1及び第
2の衛星信号受信機と、 その第1及び第2の衛星信号受信機で測定したキャリア
位相から複数衛星の測定2重位相差を得る2重位相差測
定手段と、 前記第1のアンテナを中心とし、第2のアンテナまでの
距離を半径とする円周上の位置と、前記第1のアンテナ
の位置と、前記複数衛星の位置に基づいて、複数衛星の
計算2重位相差を得る2重位相差計算手段と、 前記計算2重位相差と前記測定2重位相差とを比較する
比較手段とを備え、 前記円周上の位置を順次変えると共に、前記計算2重位
相差と前記測定2重位相差との差が最も小さいときの前
記円周上の位置を、真の第2のアンテナ位置とし、当該
移動体の方位を求めることを特徴とする移動体方位検出
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000078599A JP3502007B2 (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 移動体方位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000078599A JP3502007B2 (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 移動体方位検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001264406A true JP2001264406A (ja) | 2001-09-26 |
JP3502007B2 JP3502007B2 (ja) | 2004-03-02 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006267042A (ja) * | 2005-03-25 | 2006-10-05 | Furuno Electric Co Ltd | 移動体速度検出装置 |
JP2008216062A (ja) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Japan Radio Co Ltd | 移動体姿勢計測装置 |
KR101004789B1 (ko) | 2008-07-16 | 2011-01-04 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 지피에스를 이용한 방위각 산출 방법 및 장치 |
JP2011080928A (ja) * | 2009-10-09 | 2011-04-21 | Toyota Motor Corp | 測位システム |
JP2012202749A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | 方位測定装置 |
JP2014145614A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Furuno Electric Co Ltd | 回頭角速度検出装置、移動体、回頭角速度検出方法、および、回頭角速度検出プログラム |
-
2000
- 2000-03-21 JP JP2000078599A patent/JP3502007B2/ja not_active Expired - Fee Related
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