JP3084533B2 - 方位角計測装置 - Google Patents
方位角計測装置Info
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- JP3084533B2 JP3084533B2 JP4842891A JP4842891A JP3084533B2 JP 3084533 B2 JP3084533 B2 JP 3084533B2 JP 4842891 A JP4842891 A JP 4842891A JP 4842891 A JP4842891 A JP 4842891A JP 3084533 B2 JP3084533 B2 JP 3084533B2
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- azimuth
- azimuth angle
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- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、船舶、自動車等の航行
体の方位角、位置及び速度等を検出する方位角計測装置
に関する。
体の方位角、位置及び速度等を検出する方位角計測装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、常時、船舶等の航行体の位置を検
出するシステムとして、衛星による電波を利用したＧＰ
Ｓ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔ
ｅｍ）航法が提案されている。これは、常時、３個以上
の衛星からのデータにより、三次元的に航行体の位置を
計測するものであり、衛星の打上げが終了する１９９０
年代には、民間用のコードであるＣ／Ａコードを用いて
運用されるものと期待されている。しかしながら、上述
の通常の計測によるＧＰＳの信号処理においては、航行
体の位置が計測できるだけであり、その位置計測誤差が
大きいために方位角を計測することはできなかった。こ
れに対し、ディファレンシャルＧＰＳと称される測量で
用いられてきた衛星電波の位相差を計測する２位置差高
精度同時計測法により、航行体の方位角を算出する手法
が発表されている。
出するシステムとして、衛星による電波を利用したＧＰ
Ｓ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔ
ｅｍ）航法が提案されている。これは、常時、３個以上
の衛星からのデータにより、三次元的に航行体の位置を
計測するものであり、衛星の打上げが終了する１９９０
年代には、民間用のコードであるＣ／Ａコードを用いて
運用されるものと期待されている。しかしながら、上述
の通常の計測によるＧＰＳの信号処理においては、航行
体の位置が計測できるだけであり、その位置計測誤差が
大きいために方位角を計測することはできなかった。こ
れに対し、ディファレンシャルＧＰＳと称される測量で
用いられてきた衛星電波の位相差を計測する２位置差高
精度同時計測法により、航行体の方位角を算出する手法
が発表されている。
【０００３】以下、図４をもとに、その計測原理を説明
する。図４に於て、１及び２は、例えば船舶等の航行体
（図示せず）に取り付けた受信アンテナであり、基線長
である両アンテナ１及び２間の距離Ｌは、既知であると
する。これらのアンテナ１，２からの電波は、ＧＰＳ方
位演算部３に供給されており、以下に述べる演算により
航行体の方位角成分ψを算出する。いま、図４に示す如
く、１つの衛星７からの電波を、アンテナ１及び２で同
時に受信した場合を考える。この時、衛星７の位置とア
ンテナ１，２間の距離Ｌにより、アンテナ１で受信した
電波とアンテナ２で受信した電波との間には、図４に於
て、Ｄで示す距離差がある。この距離差Ｄは、搬送波の
特定の電波に着目することにより、その位相差（時間
差）として計測することができるから、これに、その電
波の波長を乗ずることにより、距離差Ｄを求めることが
できる。Ｄが求まれば、Ｌが既知であるから、
する。図４に於て、１及び２は、例えば船舶等の航行体
（図示せず）に取り付けた受信アンテナであり、基線長
である両アンテナ１及び２間の距離Ｌは、既知であると
する。これらのアンテナ１，２からの電波は、ＧＰＳ方
位演算部３に供給されており、以下に述べる演算により
航行体の方位角成分ψを算出する。いま、図４に示す如
く、１つの衛星７からの電波を、アンテナ１及び２で同
時に受信した場合を考える。この時、衛星７の位置とア
ンテナ１，２間の距離Ｌにより、アンテナ１で受信した
電波とアンテナ２で受信した電波との間には、図４に於
て、Ｄで示す距離差がある。この距離差Ｄは、搬送波の
特定の電波に着目することにより、その位相差（時間
差）として計測することができるから、これに、その電
波の波長を乗ずることにより、距離差Ｄを求めることが
できる。Ｄが求まれば、Ｌが既知であるから、
【０００４】
【数１】ψ＝ｃｏｓ-1（Ｄ／Ｌ）
【０００５】として、観測衛星７に対する基線長Ｌ、従
って航行体の方位角成分ψを求めることができる。な
お、本計測においては、必ずしも、受信コードを復調す
る必要はない。
って航行体の方位角成分ψを求めることができる。な
お、本計測においては、必ずしも、受信コードを復調す
る必要はない。
【０００６】一方、衛星７と受信アンテナ１，２とを結
ぶ線と真北Ｎとのなす方位角θは、以下のようにして求
めることができる。即ち、アンテナ１で衛星７からの電
波を受信した後、少くとも他の２つ以上の衛星（図示せ
ず）の電波を受信する。そして、これらの受信電波のＣ
／Ａコードを復調し、衛星から発信された電波の発信時
刻と受信時刻とを知ることにより、衛星からの電波の伝
搬時間を求め、それに電波の波長を乗ずることにより、
衛星からアンテナ１、従って航行体までの距離を求め
る。一つの衛星から等距離にある位置は、その距離を半
径とする球面上であるから、上述、３個の衛星からの３
個の球面を求め、その交点を求めることにより、受信ア
ンテナ１の位置を決定することができる。アンテナ１の
位置が求まれば、衛星７の位置は既知であるから、アン
テナ１〜衛星７間位置ベクトルの方向余弦より、方位角
θを求めることができる。
ぶ線と真北Ｎとのなす方位角θは、以下のようにして求
めることができる。即ち、アンテナ１で衛星７からの電
波を受信した後、少くとも他の２つ以上の衛星（図示せ
ず）の電波を受信する。そして、これらの受信電波のＣ
／Ａコードを復調し、衛星から発信された電波の発信時
刻と受信時刻とを知ることにより、衛星からの電波の伝
搬時間を求め、それに電波の波長を乗ずることにより、
衛星からアンテナ１、従って航行体までの距離を求め
る。一つの衛星から等距離にある位置は、その距離を半
径とする球面上であるから、上述、３個の衛星からの３
個の球面を求め、その交点を求めることにより、受信ア
ンテナ１の位置を決定することができる。アンテナ１の
位置が求まれば、衛星７の位置は既知であるから、アン
テナ１〜衛星７間位置ベクトルの方向余弦より、方位角
θを求めることができる。
【０００７】このアンテナ１の位置を求めるための、電
波受信から位置演算のプロセスを実行する要素が、アン
テナ１よりの電波を受けるＧＰＳ位置演算部４であり、
これよりの位置データ及びアンテナ１，２よりの受信デ
ータを基に、前述のψの演算及び（ψ＋θ）の演算を行
う要素が、ＧＰＳ方位演算部３である。このようにし
て、ＧＰＳ方位演算部３で演算された基線長Ｌ、従って
航行体の方位角は（θ＋ψ）となり、これがディジタル
信号として出力される。
波受信から位置演算のプロセスを実行する要素が、アン
テナ１よりの電波を受けるＧＰＳ位置演算部４であり、
これよりの位置データ及びアンテナ１，２よりの受信デ
ータを基に、前述のψの演算及び（ψ＋θ）の演算を行
う要素が、ＧＰＳ方位演算部３である。このようにし
て、ＧＰＳ方位演算部３で演算された基線長Ｌ、従って
航行体の方位角は（θ＋ψ）となり、これがディジタル
信号として出力される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たＧＰＳの位相差を利用した方位角計測装置において
は、方位角計測のための位相のアンビギュイティを解く
ために演算時間がかかりすぎ、連続的に方位角を計測す
ることができないという問題点があった。このため、高
速で方位角データを必要とする機器への連接が不可能で
あった。本発明は斯る点に鑑み高速で方位角データを要
する機器への接続が出来るようにすることを目的とす
る。
たＧＰＳの位相差を利用した方位角計測装置において
は、方位角計測のための位相のアンビギュイティを解く
ために演算時間がかかりすぎ、連続的に方位角を計測す
ることができないという問題点があった。このため、高
速で方位角データを必要とする機器への連接が不可能で
あった。本発明は斯る点に鑑み高速で方位角データを要
する機器への接続が出来るようにすることを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明方位角計測装置は
例えば図１に示す如く航行体に所定の距離をおいて設置
されるべき、２個以上の衛星受信アンテナ１，２と、こ
の受信アンテナ１，２で受信した衛星電波の位相差によ
り方位角を演算する演算手段３と、この演算手段３の出
力を入力とし、過去の演算出力の値を用いて、方位角の
推定演算を行う推定演算部５を設け、この推定演算部５
の出力を方位角出力となるようにしたものである。
例えば図１に示す如く航行体に所定の距離をおいて設置
されるべき、２個以上の衛星受信アンテナ１，２と、こ
の受信アンテナ１，２で受信した衛星電波の位相差によ
り方位角を演算する演算手段３と、この演算手段３の出
力を入力とし、過去の演算出力の値を用いて、方位角の
推定演算を行う推定演算部５を設け、この推定演算部５
の出力を方位角出力となるようにしたものである。
【００１０】
【作用】本発明、方位角計測装置によれば、方位角出力
間隔は、衛星受信電波の受信間隔に関係なく出力するこ
とができるため、連続的に方位角を計測することがで
き、高速で方位角データを必要とする他機器へ連接する
ことができる。
間隔は、衛星受信電波の受信間隔に関係なく出力するこ
とができるため、連続的に方位角を計測することがで
き、高速で方位角データを必要とする他機器へ連接する
ことができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明による方位角計測装置の一実施
例を図１〜図３を参照して、詳細に説明する。なお、図
１において、図４と対応する部分には同一符号を付与し
てその詳細な説明は省略する。図２は、ＧＰＳ衛星から
の電波を受信してから、方位角が出力されるまでのタイ
ムチャートを示している。図２ａは、ＧＰＳ衛星の電波
の位相を受信した信号を表わしており、ハイレベル（以
下Ｈ−レベルという）の立上りで、その時刻であるとす
る。この時刻を基準にすると、図２ｂは、ＧＰＳ方位演
算部３での位相アンビギュイティを解き、また位置演算
部４との出力とにより方位角を演算する時間Ｔ1 をＨ−
レベルで表わしている。また、図２ｃは、上述方位角出
力を出力するタイムチャートであり、受信基準時刻から
時間Ｔ2 だけ遅れている。また、衛星電波の受信間隔は
τであるとする。この時、方位角の出力値は、Ｔ2 だけ
遅れた値として計測されている。衛星電波の受信間隔τ
が極めて小さければ、上述出力遅れは問題とならない
が、実際の方位角演算には、例えば５００ｍｓｅｃの演
算時間を要している。このため、例えば、航行体が１０
°／ｓの角速度で旋回した場合、５°の方位角誤差が発
生する。
例を図１〜図３を参照して、詳細に説明する。なお、図
１において、図４と対応する部分には同一符号を付与し
てその詳細な説明は省略する。図２は、ＧＰＳ衛星から
の電波を受信してから、方位角が出力されるまでのタイ
ムチャートを示している。図２ａは、ＧＰＳ衛星の電波
の位相を受信した信号を表わしており、ハイレベル（以
下Ｈ−レベルという）の立上りで、その時刻であるとす
る。この時刻を基準にすると、図２ｂは、ＧＰＳ方位演
算部３での位相アンビギュイティを解き、また位置演算
部４との出力とにより方位角を演算する時間Ｔ1 をＨ−
レベルで表わしている。また、図２ｃは、上述方位角出
力を出力するタイムチャートであり、受信基準時刻から
時間Ｔ2 だけ遅れている。また、衛星電波の受信間隔は
τであるとする。この時、方位角の出力値は、Ｔ2 だけ
遅れた値として計測されている。衛星電波の受信間隔τ
が極めて小さければ、上述出力遅れは問題とならない
が、実際の方位角演算には、例えば５００ｍｓｅｃの演
算時間を要している。このため、例えば、航行体が１０
°／ｓの角速度で旋回した場合、５°の方位角誤差が発
生する。
【００１２】本例は、図１に示すように、ＧＰＳ方位演
算部３の出力を用いて、次のように方位角出力時間間隔
内を推定する推定方位演算部５を設けたものである。こ
の推定方位演算部５を図３をもとに説明する。ＧＰＳ方
位演算部の出力方位角φは、受信間隔τで出力されてお
り、現時点の時刻をｔx 、方位角をφx とし、この時刻
の前の受信時刻ｔn での方位角をφn 、その１つ前の受
信間隔での受信時刻及び方位角をｔn-1 ，φn-1 とす
る。この時、ｔX での方位角φx は、φn-1 ，φ n を用
いて
算部３の出力を用いて、次のように方位角出力時間間隔
内を推定する推定方位演算部５を設けたものである。こ
の推定方位演算部５を図３をもとに説明する。ＧＰＳ方
位演算部の出力方位角φは、受信間隔τで出力されてお
り、現時点の時刻をｔx 、方位角をφx とし、この時刻
の前の受信時刻ｔn での方位角をφn 、その１つ前の受
信間隔での受信時刻及び方位角をｔn-1 ，φn-1 とす
る。この時、ｔX での方位角φx は、φn-1 ，φ n を用
いて
【００１３】
【数２】
【００１４】と推定する。この演算を行う要素が図１に
示す推定方位演算部５である。そして、この出力は位置
演算部の出力である位置とともに表示器６により表示さ
れる。なお、数２において、
示す推定方位演算部５である。そして、この出力は位置
演算部の出力である位置とともに表示器６により表示さ
れる。なお、数２において、
【００１５】
【数３】
【００１６】と置き、衛星の受信状態を表すＧＤＯＰ
（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒ
ｅｃｉｓｉｏｎ）の関数として係数α，βを定義し、Ｇ
ＤＯＰが大きくなり、位相誤差が大きいと考えられる場
合には、α，βの値を小さくし、ＧＤＯＰが小さい場合
には、α≒１，β≒１となるよう関数を設定しても良
い。
（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｌｕｔｉｏｎ Ｏｆ Ｐｒ
ｅｃｉｓｉｏｎ）の関数として係数α，βを定義し、Ｇ
ＤＯＰが大きくなり、位相誤差が大きいと考えられる場
合には、α，βの値を小さくし、ＧＤＯＰが小さい場合
には、α≒１，β≒１となるよう関数を設定しても良
い。
【００１７】また、本実施例は、アンテナが２本の場合
であるが、基線長が２本のアンテナに対し直角となるよ
うにさらに１本を追加することにより、方位角の他に、
ロール角及びピッチ角を計測することができる。このよ
うなシステムに対しても、方位角と同様、ロール角及び
ピッチ角の推定演算部を設けることにより、連続したロ
ール角及びピッチ角の出力が得られる。尚、本発明は上
述実施例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することな
くその他種々の構成が採り得ることは勿論である。
であるが、基線長が２本のアンテナに対し直角となるよ
うにさらに１本を追加することにより、方位角の他に、
ロール角及びピッチ角を計測することができる。このよ
うなシステムに対しても、方位角と同様、ロール角及び
ピッチ角の推定演算部を設けることにより、連続したロ
ール角及びピッチ角の出力が得られる。尚、本発明は上
述実施例に限ることなく本発明の要旨を逸脱することな
くその他種々の構成が採り得ることは勿論である。
【００１８】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、船舶等の航行体の方位角を連続して計測することが
でき、オートパイロット、衝突予防装置等の高速で方位
角のデータを要する機器への接続が出来る利益がある。
ば、船舶等の航行体の方位角を連続して計測することが
でき、オートパイロット、衝突予防装置等の高速で方位
角のデータを要する機器への接続が出来る利益がある。
【図１】本発明方位角計測装置の一実施例を示す構成図
である。
である。
【図２】本発明の説明に供する線図である。
【図３】本発明の説明に供する線図である。
【図４】方位角の計測原理説明に供する構成図である。
１，２ 受信アンテナ ３ 方位演算部 ４ 位置演算部 ５ 推定方位演算部 ６ 表示器
フロントページの続き (72)発明者 赤羽 紀之 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (72)発明者 川上 温 東京都大田区南蒲田２丁目16番46号 株 式会社トキメック内 (56)参考文献 特開 昭60−244878（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−29279（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−117977（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−88666（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−188810（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 21/00 - 21/24 G01S 5/14 B60R 11/02
Claims (2)
- 【請求項１】 航行体に所定の距離をおいて設置される
べき２個以上の衛星受信アンテナと、該アンテナで受信
した衛星電波の位相差により方位角を演算する演算手段
とを有する方位角計測装置において、上記演算手段の出
力を入力とし過去の演算出力の値を用いて出力の時間遅
れを補正し任意時間出力とするための推定演算部を設
け、該推定演算部の出力を方位角出力となるように構成
したことを特徴とする方位角計測装置。 - 【請求項２】 上記アンテナを３個以上とし、方位角以
外にロール角又はピッチ角を出力する演算手段を設け、
該演算手段の出力を入力とし過去の演算出力の値を用い
て出力の時間遅れを補正し任意時間出力とするための推
定演算部を設け、該推定演算部の出力をロール角又はピ
ッチ角出力となるように構成したことを特徴とする請求
項１記載の方位角計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4842891A JP3084533B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 方位角計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4842891A JP3084533B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 方位角計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04283617A JPH04283617A (ja) | 1992-10-08 |
| JP3084533B2 true JP3084533B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=12803073
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4842891A Expired - Fee Related JP3084533B2 (ja) | 1991-03-13 | 1991-03-13 | 方位角計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3084533B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006126181A (ja) * | 2004-10-01 | 2006-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | 移動体姿勢検出装置 |
| KR101004789B1 (ko) * | 2008-07-16 | 2011-01-04 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 지피에스를 이용한 방위각 산출 방법 및 장치 |
| JP5787475B2 (ja) * | 2009-11-11 | 2015-09-30 | 日本無線株式会社 | 衛星捕捉装置 |
| JP2021081203A (ja) * | 2019-11-14 | 2021-05-27 | 日本電気株式会社 | 航法計算装置、航法計算方法、及び、航法計算プログラム |
-
1991
- 1991-03-13 JP JP4842891A patent/JP3084533B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04283617A (ja) | 1992-10-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |