JP2014202571A - 移動体情報算出装置、移動体情報取得装置、移動体、移動体情報算出方法、移動体情報取得方法、移動体情報算出プログラム、および移動体情報取得プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】揺動に影響されることなく、船体等の移動体の運航に有用な移動体情報を精確に取得する。
【解決手段】第１アンテナ１０１で受信した測位用信号Ｓ１_ｓａｔを用いて第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を算出し（Ｓ１０１）、第２アンテナ１０２で受信した測位用信号Ｓ２_ｓａｔを用いて第２速度Ｖ_ＡＮＴ２を算出する（Ｓ１０２）。第１アンテナ１０１で受信した測位用信号Ｓ１_ｓａｔを用いて補正速度Ｖ_ＥＲＲを算出する（Ｓ１０３）。第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と補正速度Ｖ_ＥＲＲから、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を第２アンテナ１０２の位置基準に変換した変換速度Ｖ_ｃｈを算出する（Ｓ１０４）。第２速度Ｖ_ＡＮＴ２と変換速度Ｖ_ｃｈの差分値を算出し、当該差分値を所定時間にわたり積算する（Ｓ１０５）。そして、積算差分値を閾値と比較して、たわみの発生の有無を検出する（Ｓ１０６）。
【選択図】 図５

Description

本発明は、移動体の運航に有用な移動体情報を算出する移動体情報算出方法に関する。

従来、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｔｅｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）衛星からの測位用信号を移動体に装着されたアンテナで受信し、受信した測位用信号に基づいて、自装置位置や速度を取得する方法や装置（ＧＮＳＳ受信装置）が各種考案されている。このようなＧＮＳＳ受信装置は、船舶等の移動体に搭載され、当該移動体の現在位置や移動速度、角速度等を取得するために利用されている。

移動体の中、水上を航行する船舶は、波や風の影響を受けて揺動する。このため、特許文献１に記載された装置では、この揺動による船舶の傾斜角を算出している。この装置では、当該傾斜角とともに移動速度を算出している。

特許４４１７８１２号公報

しかしながら、特許文献１の装置では、算出される傾斜角、移動速度ともにアンテナ位置のものである。

船体に装着されるアンテナは、安定して受信環境を確保するために、例えばマストの先端に装着されたり、ポール等を立てて当該ポールの先端に装着されている。そして、このような船体上の離間した位置は、船体よりも揺動する。したがって、特許文献１の装置で算出される移動速度は、アンテナ位置のものであり、船体の移動速度を精確に算出することはできない。

また、特許文献１の装置では、船体の運航に有用な他の船体情報を得ることができない。例えば、船体等の移動体のたわみの有無や精確な回頭角速度を算出することができない。

したがって、本発明の目的は、移動体の運航に有用な移動体情報を精確に算出することができる移動体情報算出方法を提供することにある。

この発明の移動体情報算出装置は、変換速度算出部、および情報処理部を備える。変換速度算出部は、第１の速度と第２の速度の少なくとも一方を、移動体上の所定位置の速度に変換する。第1の速度は、移動体上の第１の位置で受信した測位用信号から算出される第１の位置における移動体の速度である。第２の速度は、移動体上の第２の位置で受信した測位用信号から算出される第２の位置における移動体の速度である。情報処理部は、変換後の速度に基づいて移動体情報を算出する。

この構成では、それぞれに個別の外的影響を受ける移動体上の異なる位置で検出された速度を、外的影響を除去した状態の速度に変換でき、移動体情報の算出に利用することができる。

また、この発明の移動体情報算出装置の変換速度算出部は、所定位置を第２の位置に設定し、第１速度を第２の位置の速度に変換してなる変換速度を算出する。情報処理部は、第２速度と変換速度に基づいて移動体情報を算出する。

この構成では、それぞれに個別の外的影響を受ける移動体上の異なる位置で検出された速度を、外的影響を除去した状態で比較することができ、移動体情報の算出に利用することができる。

また、この発明の移動体情報算出装置では、情報処理部は、第２速度と変換速度との差分値から移動体のたわみを移動体情報として算出する。この構成では、外的影響を除去した状態で移動体のたわみを精確に算出することができる。

また、この発明の移動体情報算出装置では、情報処理部は、差分値を積分して、移動体のたわみのベクトル量を移動体情報として算出する。この構成では、たわみをより詳細に算出することができる。

また、この発明の移動体情報算出装置は、第１速度を基準にした第２速度の相対速度を算出する相対速度算出部を備える。変換速度算出部は、所定位置を第２の位置に設定し、相対速度を第２の位置の相対速度に変換する。情報処理部は、変換後の相対速度から移動体情報を算出する。

この構成では、それぞれに個別の外的影響を受ける移動体上の異なる位置で検出された速度から得られる相対速度を、外的影響を除去した状態で検証することができる。

また、この発明の移動体情報算出装置では、情報処理部は、変換後の相対速度と、第１の位置と第２の位置間の距離の移動体の前後方向成分とを用いて、回頭角速度を移動体情報として算出する。この構成では、外的影響を除去した状態で移動体の回頭角速度を精確に検出することができる。

この発明によれば、移動体のたわみや回頭角速度等の移動体の運航に有用な移動体情報を精確に算出することができる。

船体座標系（ＢＯＤＹ座標系）と地球座標系（ＮＥＤ座標系）の関係を示す斜視図、および第１アンテナおよび第２アンテナと船舶との関係を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る船体のたわみの有無判定概念を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る船体情報取得装置の主要構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る変換速度算出部の主要構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係るたわみの検出処理を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係るたわみの検出処理における補正速度算出処理を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る回頭角速度の算出概念を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る船体情報取得装置の主要構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る回頭角速度の検出処理を示すフローチャートである。 船舶の機能構成例を示す概略ブロック図である。

本発明の第１の実施形態に係る移動体情報検出方法、移動体情報検出プログラム、移動体情報検出装置および移動体について、図を参照して説明する。なお、以下の説明では、移動体として船舶を例に説明するが、移動体としては、船舶に限らず、移動中に動揺するものであれば、本願発明を適用することができる。そして、移動体の動揺として、本実施形態では船舶の揺動を例に説明する。

図１（Ａ）は、船体座標系（ＢＯＤＹ座標系）と地球座標系（ＮＥＤ座標系）の関係を示す斜視図である。図１（Ｂ）は第１アンテナおよび第２アンテナと船舶との関係を示す側面図である。図２は本発明の第１の実施形態に係る船体のたわみの有無判定概念を示す図であり、図２（Ａ）は船体のたわみが発生していない状態を示し、図２（Ｂ）は船体のたわみが発生している状態を示す。図３は本発明の第１の実施形態に係る船体情報取得装置の主要構成を示すブロック図である。図４は本発明の第１の実施形態に係る変換速度算出部の主要構成を示すブロック図である。

船舶９００は、船体９０１、第１アンテナ１０１、および第２アンテナ１０２を備える。なお、第１アンテナ１０１は、船体９０１の船尾付近に装着されており、第２アンテナ１０２は、船体９０１の船首付近に装着されている。第１アンテナ１０１および第２アンテナ１０２は、船体９０１上の見晴らしの良い場所に配置されている。例えば、第１アンテナ１０１および第２アンテナ１０２は、船体９０１の甲板等に立てたポールの先端等に装着されている。このような位置に装着することで、第１アンテナ１０１および第２アンテナ１０２は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）衛星等のＧＮＳＳ衛星からの測位用信号を、観測条件の良い環境で受信できる。すなわち、ＧＮＳＳ衛星が観測可能な仰角の範囲内にあれば、所定の受信レベル以上で定常的に測位用信号を受信することができる。

第１アンテナ１０１は、各ＧＮＳＳ衛星から放送される測位用信号Ｓ１_ｓａｔを受信して出力する。第２アンテナ１０２は、各測位用衛星から放送される測位用信号Ｓ２_ｓａｔを受信して出力する。測位用信号Ｓ１_ｓａｔと測位用信号Ｓ２_ｓａｔは、複数のＧＮＳＳ衛星からの測位用信号をまとめて示しており、構成される測位用信号の組合せは、同じであってもよく、異なっていてもよいが、少なくとも一部が同じであることが好ましい。

船体情報取得装置１０は、船体情報算出部１１、第１速度算出部２１、および第２速度算出部２２を備える。船体情報算出部１１は、変換速度算出部３０、情報処理部４０を備える。船体情報取得装置１０は本発明の「移動体情報取得装置」に相当し、船体情報算出部は「移動体情報算出装置」に相当する。

第１速度算出部２１は、第１アンテナ１０１に接続されている。第１速度算出部２１は、測位用信号Ｓ１_ｓａｔを捕捉して追尾する。第１速度算出部２１は、追尾している測位用信号Ｓ１_ｓａｔのコード位相やキャリア位相を用いて、既知の方法で第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を算出する。第１速度Ｖ_ＡＮＴ１は、第１アンテナ１０１の位置での速度であり、図１に示すＮＥＤ座標系（地球座標系）によって算出され、Ｎ座標成分ＶＮ_ＡＮＴ１、Ｅ座標成分ＶＥ_ＡＮＴ１、Ｄ座標成分ＶＤ_ＡＮＴ１の成分からなる。すなわち、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１＝（ＶＮ_ＡＮＴ１，ＶＥ_ＡＮＴ１，ＶＤ_ＡＮＴ１）で表される。第１速度算出部２１は、所定時間間隔で第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を算出して、変換速度算出部３０に出力する。

第２速度算出部２２は、第２アンテナ１０２に接続されている。第２速度算出部２２は、測位用信号Ｓ２_ｓａｔを捕捉して追尾する。第２速度算出部２２は、追尾している測位用信号Ｓ２_ｓａｔのコード位相やキャリア位相を用いて、既知の方法で第２速度Ｖ_ＡＮＴ２を算出する。第２速度Ｖ_ＡＮＴ２は、第２アンテナ１０２の位置での速度であり、地球座標系（ＮＥＤ座標系）によって算出され、Ｎ座標成分ＶＮ_ＡＮＴ２、Ｅ座標成分ＶＥ_ＡＮＴ２、Ｄ座標成分ＶＤ_ＡＮＴ２の成分からなる。すなわち、第２速度Ｖ_ＡＮＴ２＝（ＶＮ_ＡＮＴ２，ＶＥ_ＡＮＴ２，ＶＤ_ＡＮＴ２）で表される。第２速度算出部２２は、所定時間間隔で第２速度Ｖ_ＡＮＴ２を算出して、情報処理部４０に出力する。

変換速度算出部３０は、第１アンテナ１０１および第１速度算出部２１に接続されており、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と測位用信号Ｓ１_ｓａｔが入力される。変換速度算出部３０は、図４に示すように、傾斜角算出部３１、角速度算出部３２、変換行列算出部３３、補正速度算出部３４、および速度合成部３５を備える。

傾斜角算出部３１には、測位用信号Ｓ１_ｓａｔが入力される。傾斜角算出部３１は、測位用信号Ｓ１_ｓａｔを用いて、既知の方法で傾斜角Φ_Ｂを算出する。傾斜角Φ_Ｂは、図１に示すＸＹＺ座標系（船体座標系（ＢＯＤＹ座標系））で算出される。ＢＯＤＹ座標系は、本発明の「移動体座標系」に相当する。ＢＯＤＹ座標系とＮＥＤ座標系は、中心点Ｏが同じであり、当該中心点Ｏは、例えば船体９０１の重心等に設定されている。傾斜角Φ_Ｂは、船首尾方向に平行で船首方向を正方向とするＸ軸周りのＲｏｌｌ角φ_Ｂ、右左舷方向に平行で右舷方向を正方向とするＹ軸周りのＰｉｔｃｈ角θ_Ｂ、および、ＢＯＤＹ座標系の船首方向と地球座標系のＮ方向（北方向）との成す角であるＨｅａｄｉｎｇ角ψ_Ｂの成分からなる。すなわち、傾斜角Φ_Ｂ＝（φ_Ｂ，θ_Ｂ，ψ_Ｂ）で表される。傾斜角算出部３１は、傾斜角Φ_Ｂを角速度算出部３２と変換行列算出部３３に出力する。

角速度算出部３２は、傾斜角Φ_Ｂを用いて、次の（式１）から角速度ω_Ｂを算出する。角速度ω_Ｂは、図１に示すＸＹＺ座標系（船体座標系（ＢＯＤＹ座標系））で算出される。角速度ω_Ｂは、Ｘ軸周りの角速度ω_ｘ、Ｙ軸周りの角速度ω_ｙ、Ｚ軸周りの角速度ω_ｚの成分からなる。すなわち、角速度ω_Ｂ＝（ω_ｘ，ω_ｙ，ω_ｚ）で表される。なお、（式１）において、（ｄφ_Ｂ／ｄｔ）は揺動によるＲｏｌｌ角φ_Ｂの時間変化量であり、（ｄθ_Ｂ／ｄｔ）は揺動によるＰｉｔｃｈ角θ_Ｂの時間変化量であり、（ｄψ_Ｂ／ｄｔ）は揺動によるＨｅａｄｉｎｇ角ψ_Ｂの時間変化量である。

この処理により、揺動の影響を抑圧した船体９０１の角速度ω_Ｂを算出することができる。なお、（式１）で算出される角速度ω_Ｂは、第１アンテナ１０１の位置での角速度であるが、船体９０１の角速度と第１アンテナ１０１の位置での角速度は同じとみなすことができるので、（式１）によって船体９０１の角速度ω_Ｂを算出することができる。

角速度算出部３２は、角速度ω_Ｂを補正速度算出部３４に出力する。

変換行列算出部３３は、傾斜角Φ_Ｂを用いて、次の（式２）から変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎを算出する。変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎは、ＢＯＤＹ座標をＮＥＤ座標へ座標変換する行列である。

この処理により、揺動していてもＢＯＤＹ座標をＮＥＤ座標へ座標変換する行列を精確に設定することができる。

変換行列算出部３３は、変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎを補正速度算出部３４に出力する。

補正速度算出部３４は、角速度ω_Ｂと変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎを用いて補正速度Ｖ_ＥＲＲを算出する。補正速度Ｖ_ＥＲＲは、ＮＥＤ座標系で算出され、Ｎ座標成分ＶＮ_ＥＲＲ、Ｅ座標成分ＶＥ_ＥＲＲ、Ｄ座標成分ＶＤ_ＥＲＲの成分からなる。すなわち、補正速度Ｖ_ＥＲＲ＝（ＶＮ_ＥＲＲ，ＶＥ_ＥＲＲ，ＶＤ_ＥＲＲ）で表される。

補正速度算出部３４は、第２アンテナ１０２の位置を基準とした第１アンテナ１０１の位置をＢＯＤＹ座標系で表したレバーアームＡ_Ｂを予め記憶している。レバーアームＡ_Ｂは、ＢＯＤＹ座標系であるので、何らかの既知の測量によって、容易に計測することができる。

補正速度算出部３４は、角速度ω_Ｂ、変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎ、およびレバーアームＡ_Ｂを用いて、次の（式３）から補正速度Ｖ_ＥＲＲを算出する。なお、（式３）における「×」の演算子はベクトルの外積を示す。

この処理により、第１アンテナ１０１の位置での第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を、第２アンテナ１０２の位置での速度に変換するための補正速度を算出することができる。補正速度算出部３４は、補正速度Ｖ_ＥＲＲを速度合成部３５に出力する。

速度合成部３５には、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と補正速度Ｖ_ＥＲＲが入力される。速度合成部３５は、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と補正速度Ｖ_ＥＲＲを用いて、次の（式４）から変換速度Ｖ_ｃｈを算出する。変換速度Ｖ_ｃｈは、ＮＥＤ座標系で算出され、Ｎ座標成分ＶＮ_ｃｈ、Ｅ座標成分ＶＥ_ｃｈ、Ｄ座標成分ＶＤ_ｃｈの成分からなる。すなわち、変換速度Ｖ_ｃｈ＝（ＶＮ_ｃｈ，ＶＥ_ｃｈ，ＶＤ_ｃｈ）で表される。

Ｖ_ｃｈ＝Ｖ_ＡＮＴ１−Ｖ_ＥＲＲ −（式４）
この処理により、第１アンテナ１０１の位置での第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を、第２アンテナ１０２の位置での速度に変換した変換速度Ｖ_ｃｈを算出することができる。

速度合成部３５は、変換速度Ｖ_ｃｈを情報処理部４０に出力する。

情報処理部４０には、変換速度Ｖ_ｃｈと第２速度Ｖ_ＡＮＴ２が入力される。情報処理部４０は、変換速度Ｖ_ｃｈと第２速度Ｖ_ＡＮＴ２との差分値からたわみの発生の有無を検出する。

ここで、たわみが発生していない場合（図２（Ａ）の場合）、理論的には、変換速度Ｖ_ｃｈと第２速度Ｖ_ＡＮＴ２は一致する（Ｖ_ｃｈ＝Ｖ_ＡＮＴ２）。一方、たわみが発生している場合（図２（Ｂ）の場合）、理論的には、変換速度Ｖ_ｃｈと第２速度Ｖ_ＡＮＴ２は一致しない（Ｖ_ｃｈ≠Ｖ_ＡＮＴ２）。

したがって、情報処理部４０は、変換速度Ｖ_ｃｈと第２速度Ｖ_ＡＮＴ２が一致することを検出すれば、たわみが発生していないと判断できる。また、変換速度Ｖ_ｃｈと第２速度Ｖ_ＡＮＴ２が一致していないことを検出すれば、たわみが発生していると判断できる。

ただし、たわみは常に一定ではなく変化するものであり、上述の各観測量も誤差も含む。したがって、情報処理部４０は、変換速度Ｖ_ｃｈと第２速度Ｖ_ＡＮＴ２との差分値を算出する。例えば、図２に示すように、変換速度Ｖ_ｃｈから第２速度Ｖ_ＡＮＴ２を差分した差分値を算出する。そして、当該差分値を所定時間に亘り継続的に取得して積算する。すなわち、情報処理部４０は、たわみの判定指標となる差分積算値Σ（Ｖ_ｃｈ−Ｖ_ＡＮＴ２）を算出する。

情報処理部４０は、差分積算値Σ（Ｖ_ｃｈ−Ｖ_ＡＮＴ２）が閾値Ｔｈｆ以下であれば、たわみが発生していないと判断する。一方、情報処理部４０は、差分積算値Σ（Ｖ_ｃｈ−Ｖ_ＡＮＴ２）が閾値Ｔｈｆよりも大きければ、たわみが発生していると判断する。

また、情報処理部４０は、差分積算値Σ（Ｖ_ｃｈ−Ｖ_ＡＮＴ２）を取得することで、時々刻々得られる各時刻のたわみの方向と大きさが加算されるので、マクロ的なたわみの方向とたわみの大きさ、すなわち、たわみのベクトル量を検出することもできる。

以上のように、本実施形態の構成を用いることで、揺動の影響を抑圧した状態で、船体９０１の二点位置間での速度差を精確に算出することができ、これを用いてたわみの発生の有無を精確に検出することができる。すなわち、船舶の運用に有用な船体情報であるたわみを取得することができる。

なお、上述の処理は、各機能部を分割して実現する例を示したが、これら各機能部が実行する処理をプログラム化して記憶しておき、コンピュータ等の演算素子で読み出して、実行するようにしてもよい。この場合、次のフローに示す処理を実行すればよい。図５は本発明の第１の実施形態に係るたわみの検出処理を示すフローチャートである。図６は本発明の第１の実施形態に係るたわみの検出処理における補正速度算出処理を示すフローチャートである。

図５に示すように、第１アンテナ１０１で受信した測位用信号Ｓ１_ｓａｔを用いて、第１アンテナ１０１の位置での第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を算出し（Ｓ１０１）、第２アンテナ１０２で受信した測位用信号Ｓ２_ｓａｔを用いて、第２アンテナ１０２の位置での第２速度Ｖ_ＡＮＴ２を算出する（Ｓ１０２）。第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と第２速度Ｖ_ＡＮＴ１の算出は、同じ時刻の測位用信号に基づいて行う。

第１アンテナ１０１で受信した測位用信号Ｓ１_ｓａｔを用いて、補正速度Ｖ_ＥＲＲを算出する（Ｓ１０３）。補正速度Ｖ_ＥＲＲの算出も第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と第２速度Ｖ_ＡＮＴ２と同じ時刻の測位用信号に基づいて行う。具体的には、図６に示すように、第１アンテナ１０１で受信した測位用信号Ｓ１_ｓａｔを用いて、第１アンテナ１０１の位置での傾斜角Φ_Ｂを算出する（Ｓ１３１）。次に、（式１）、（式２）を用いて、傾斜角Φ_Ｂから第１アンテナ１０１の位置での角速度ω_Ｂと変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎを算出する（Ｓ１３２）。次に、（式３）を用いて、角速度ω_Ｂ、変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎ、および第２アンテナ１０２を基準とした第１アンテナ１０１の相対位置に基づくレバーアームＡ_Ｂから、補正速度Ｖ_ＥＲＲを算出する（Ｓ１３３）。

次に、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と補正速度Ｖ_ＥＲＲから、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を第２アンテナ１０２の位置基準に変換した変換速度Ｖ_ｃｈを算出する（Ｓ１０４）。

次に、第２速度Ｖ_ＡＮＴ２と変換速度Ｖ_ｃｈの差分値を算出し、当該差分値を所定時間にわたり積算する（Ｓ１０５）。そして、積算差分値を閾値と比較して、たわみの発生の有無を検出する（Ｓ１０６）。具体的には、積算差分値が閾値以下であればたわみの発生はないとし、積算差分値が閾値よりも大きければたわみの発生があるとする。

なお、上述の構成および方法では、船体情報の取得例としてたわみの発生の有無を検出する例を示したが、単に船体９０１の所定位置の移動速度を検出することにも、上述の変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎおよび補正速度Ｖ_ＥＲＲを用いた構成および方法を適用することができる。これにより、船体９０１の所望とする位置（例えば右舷の中央や左舷の中央等）の移動速度を、精確に検出することができる。すなわち、船舶の運用に有用な船体情報である特定位置の移動速度を取得することができる。

次に、第２の実施形態に係る船体情報取得方法、船体情報取得プログラム、船体情報取得装置および船舶について、図を参照して説明する。本実施形態では、船体情報として回頭角速度を取得する場合を示している。図７は、本発明の第２の実施形態に係る回頭角速度の算出概念を示す図である。図８は本発明の第２の実施形態に係る船体情報取得装置の主要構成を示すブロック図である。

船体情報取得装置１０Ａは、船体情報算出部１１Ａ、第１速度算出部２１、および第２速度算出部を備える。船体情報算出部１１Ａは、傾斜角算出部３１、変換行列算出部３３Ａ、相対速度算出部３６、および情報処理部４０Ａを備える。第１速度算出部２１、第２速度算出部２２、傾斜角算出部３１は、第１の実施形態と同じであり、説明は省略する。

変換行列算出部３３Ａは、ＮＥＤ座標をＢＯＤＹ座標へ座標変換する行列である変換行列Ｒ_Ｎ ^Ｂを算出する。変換行列Ｒ_Ｎ ^Ｂは、ＢＯＤＹ座標系をＮＥＤ座標系へ座標変換する変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎの逆行列である。したがって、変換行列Ｒ_Ｂ ^Ｎと同様の方法で算出することができる。変換行列算出部３３Ａは、変換行列Ｒ_Ｎ ^Ｂを情報処理部４０Ａに出力する。

相対速度算出部３６は、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を基準とした第２速度Ｖ_ＡＮＴ２の相対速度Ｖ_Ｒを算出する。すなわち、相対速度算出部３６は、Ｖ_Ｒ＝Ｖ_ＡＮＴ１−Ｖ_ＡＮＴ２を演算する。相対速度Ｖ_Ｒは、ＮＥＤ座標系で算出され、Ｎ座標成分ＶＮ_Ｒ、Ｅ座標成分ＶＥ_Ｒ、Ｄ座標成分ＶＤ_Ｒの成分からなる。すなわち、相対速度Ｖ_Ｒ＝（ＶＮ_Ｒ，ＶＥ_Ｒ，ＶＤ_Ｒ）で表される。このような演算を行うことで、相対速度Ｖ_Ｒは、ＮＥＤ座標系における船尾を基準点とした船首付近の速度となる（図８参照）。

相対速度算出部３６は、相対速度Ｖ_Ｒを情報処理部４０Ａに出力する。

情報処理部４０Ａは、変換速度算出部の機能も兼ねており、相対速度Ｖ_Ｒを変換行列Ｒ_Ｎ ^ＢでＢＯＤＹ座標系に変換し、右舷方向速度Ｖ_ｙを算出する（図８参照）。情報処理部４０Ａは、右舷方向速度Ｖ_ｙ、および、第１アンテナ１０１と第２アンテナ１０２の距離の船首尾方向成分ｒ_ｘを用いて、次の（式５）から回頭角速度Ｖ_ｃを算出する（図８参照）。

Ｖ_ｃ＝ｓｉｎ^−１（Ｖ_ｙ／ｒ_ｘ） −（式５）
このように、本実施形態の構成を用いることで、船体情報として、回頭角速度Ｖ_ｃを算出することができる。そして、本実施形態の構成を用いれば、角速度センサ等を別途設置することなく、二本のアンテナ（第１、第２アンテナ１０１，１０２）で受信した測位用信号のみから、回頭角速度Ｖ_ｃを算出することができる。

特に、第１アンテナ１０１と第２アンテナ１０２の距離ｒが長くすることで、誤差を軽減できるので、本実施形態に示すように、第１アンテナ１０１を船尾付近に装着し、第２アンテナ１０２を船首付近に装着することで、高精度に回頭角速度Ｖ_ｃを算出することができる。すなわち、高精度な角速度センサを用いなくても、船舶の運用に有用な船体情報である回頭角速度Ｖ_ｃを精確に検出することができる。

なお、上述の処理は、各機能部を分割して実現する例を示したが、これら各機能部が実行する処理をプログラム化して記憶しておき、コンピュータ等の演算素子で読み出して、実行するようにしてもよい。この場合、次のフローに示す処理を実行すればよい。図９は本発明の第２の実施形態に係る回頭角速度の検出処理を示すフローチャートである。

図９に示すように、第１アンテナ１０１で受信した測位用信号Ｓ１_ｓａｔを用いて、第１アンテナ１０１の位置での第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を算出し（Ｓ２０１）、第２アンテナ１０２で受信した測位用信号Ｓ２_ｓａｔを用いて、第２アンテナ１０２の位置での第２速度Ｖ_ＡＮＴ２を算出する（Ｓ２０２）。第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と第２速度Ｖ_ＡＮＴ１の算出は、同じ時刻の測位用信号に基づいて行う。第１速度Ｖ_ＡＮＴ１を基準とした第２速度Ｖ_ＡＮＴ１の相対速度Ｖ_Ｒを算出する（Ｓ２０３）。

第１アンテナ１０１で受信した測位用信号Ｓ１_ｓａｔを用いて、第１アンテナ１０１の位置での傾斜角Φ_Ｂを算出する（Ｓ２０４）。傾斜角Φ_Ｂから第１アンテナ１０１の位置での変換行列Ｒ_Ｎ ^Ｂを算出する（Ｓ２０５）。

次に、変換行列Ｒ_Ｎ ^Ｂと相対速度Ｖ_Ｒから右舷方向速度Ｖ_ｙを算出する（Ｓ２０６）。そして、右舷方向速度Ｖ_ｙと船首方向距離ｒ_ｘから回頭角速度Ｖ_ｃを算出する（Ｓ２０７）。

次に、上述の各実施形態に示した船体情報取得装置が搭載された船舶の構成例を示す。図１０は、船舶の機能構成例を示す概略ブロック図である。船舶９００は、第１アンテナ１０１、第２アンテナ１０２、船体情報取得装置１０Ｂ、支援情報生成部５０、および表示器６０を備える。第１アンテナ１０１および第２アンテナ１０２は、上述の構成と同じであり、船体情報取得装置１０Ｂは、上述の船体情報取得装置１０，１０Ａの少なくとも一方の構成を備える。もちろん、船体情報取得装置１０Ｂは、上述の船体情報取得装置１０，１０Ａの両方の構成を備えていてもよい。

支援情報生成部５０は、船体情報取得装置１０Ｂから出力されるたわみや速度、回頭角速度等の船体情報から、航行支援情報を生成する。航行支援情報とは、例えば、たわみの検出に基づく警告画像データや、速度や回頭角速度をグラフィック表示する画像データである。支援情報生成部５０は、航行支援情報を表示器６０に出力する。表示器６０は、例えば液晶ディスプレイ等からなり、航行支援情報である警告画像データや画像データを表示する。これにより、ユーザは、船舶の運用に有用な船体情報に基づく航行支援情報を容易に確認することができる。

なお、上述の説明では、船体のたわみ、船体の所定位置の速度、船体の回頭角速度を算出する例を示したが、その他の船体情報として、船体の回動中心を検出することができる。船体の回動中心を検出する方法では、上述の速度変換の概念を用いて、全ての方向の速度が「０」になる点を検出すればよい。また、さらには、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と第２速度Ｖ_ＡＮＴ２の速度精度を検出することもできる。上述のたわみが発生していない状態では、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１に基づく船体９０１の特定位置の速度と、第２速度Ｖ_ＡＮＴ２に基づく船体９０１の特定位置の速度とは同じになる。したがって、当該特定位置での第１速度Ｖ_ＡＮＴ１と第２速度Ｖ_ＡＮＴ２の差を検出して一定時間記憶しておき、差が所定値以上でばらつくようであれば、第１速度Ｖ_ＡＮＴ１または第２速度Ｖ_ＡＮＴ２の速度精度が劣化したと判断することができる。この速度精度を船体情報に用いてもよい。

また、上述の説明では、船体情報取得装置に表示器を備えていないが、表示器を備えていてもよい。これにより、船体情報を表示することができ、ユーザは船体情報を容易に確認することができる。

また、上述の説明では、船舶を例に説明したが、揺動を受ける移動体であれば、上述の構成を適用し、同様の作用効果を得ることができる。

また、たわみを検出する場合には、第１アンテナと第２アンテナは、船体座標系を構成する各座標軸上に配置するのではなく、少なくともいずれかの座標軸に対してずれるように配置するとよい。これにより、位置をずらした方向とは別の方向へのたわみを、より顕著に検出することができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ：船体情報取得装置、
１１：船体情報算出部、
２１：第１速度算出部、
２２：第２速度算出部、
３０，３０Ａ：変換速度算出部、
４０：情報処理部、
１０１：第１アンテナ、
１０２：第２アンテナ、
９００：船舶、
９０１：船体

Claims (23)

1. 移動体上の第１の位置で受信した測位用信号から算出される前記第１の位置における第１の速度と、前記移動体上の前記第１の位置と異なる第２の位置で受信した測位用信号から算出される前記第２の位置における第２の速度の少なくとも一方を、前記移動体上の所定位置の速度に変換する変換速度算出部と、
   前記変換後の速度に基づいて移動体情報を算出する情報処理部と、
   を備える、移動体情報算出装置。
2. 請求項１に記載の移動体情報算出装置であって、
   前記変換速度算出部は、前記所定位置を前記第２の位置に設定し、前記第１速度を前記第２の位置の速度に変換してなる変換速度を算出し、
   前記情報処理部は、前記第２速度と前記変換速度に基づいて前記移動体情報を算出する、
   移動体情報算出装置。
3. 請求項２に記載の移動体情報算出装置であって、
   前記情報処理部は、前記第２速度と前記変換速度との差分値から移動体のたわみを前記移動体情報として算出する、移動体情報算出装置。
4. 請求項３に記載の移動体情報算出装置であって、
   前記情報処理部は、前記差分値を積分して、前記移動体のたわみのベクトル量を前記移動体情報として算出する、移動体情報算出装置。
5. 前記請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の移動体情報算出装置であって、
   前記変換速度算出部は、
   前記第１の位置で受信した測位用信号から姿勢角を算出する姿勢角算出部と、
   前記姿勢角を用いて移動体座標と地球座標との座標変換行列を算出する変換行列算出部と、
   前記姿勢角を用いて角速度を算出する角速度算出部と、
   前記座標変換行列、前記角速度、および前記第２の位置を基準とした第１の位置から得られる補正係数を用いて、補正速度を算出する補正速度算出部と、
   前記第１速度と前記補正速度を合成することで前記変換速度を算出する速度合成部と、
   を備える、移動体情報算出装置。
6. 請求項１に記載の移動体情報算出装置であって、
   前記第１速度を基準にした前記第２速度の相対速度を算出する相対速度算出部を備え、
   前記変換速度算出部は、前記所定位置を前記第２の位置に設定し、前記相対速度を前記第２の位置の相対速度に変換し、
   前記情報処理部は、変換後の相対速度から前記移動体情報を算出する、
   移動体情報算出装置。
7. 請求項６に記載の移動体情報算出装置であって、
   前記情報処理部は、前記変換後の相対速度と、前記第１の位置と前記第２の位置間の距離の移動体の前後方向成分とを用いて、回頭角速度を前記移動体情報として算出する、移動体情報算出装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の移動体情報算出装置であって、
   前記変換速度算出部は、
   前記第１の位置で受信した測位用信号から姿勢角を算出する姿勢角算出部と、
   前記姿勢角から移動体座標と地球座標との座標変換行列を算出する変換行列算出部と、を備え、
   前記座標変換行列を用いて、前記相対速度の座標変換を実行する、移動体情報算出装置。
9. 請求項１に記載の移動体情報算出装置であって、
   前記変換速度算出部は、前記第１速度と前記第２速度を前記所定位置の速度に変換し、
   前記情報処理部は、変換後の第１速度と変換後の第２速度に基づいて前記移動体情報を算出する、
   移動体情報算出装置。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の移動体情報算出装置の各部と、
    前記第１の位置で受信した測位用信号から前記第１の位置における前記第１速度を算出する第１速度算出部と、
    前記第２の位置で受信した測位用信号から前記第２の位置における前記第２速度を算出する第２速度算出部と、
    を備えた、移動体情報取得装置。
11. 請求項１０に記載の移動体情報取得装置であって、
    前記第１の位置に装着され前記測位用信号を受信する第１アンテナと、
    前記第２の位置に装着され前記測位用信号を受信する第２アンテナと、を備えた移動体情報取得装置。
12. 請求項１０または請求項１１に記載の移動体情報取得装置であって、
    前記移動体情報を表示する表示部をさらに備える、移動体情報取得装置。
13. 請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の移動体情報取得装置と、
    前記移動体情報から航行支援情報を生成する航行支援情報生成部と、を備える移動体。
14. 移動体上の第１の位置で受信した測位用信号から算出される前記第１の位置における第１の速度と、前記移動体上の前記第１の位置と異なる第２の位置で受信した測位用信号から算出される前記第２の位置における前記第２の速度の少なくとも一方を、前記移動体上の所定位置の速度に変換する変換速度算出工程と、
    前記変換後の速度に基づいて移動体情報を算出する情報処理工程と、
    を有する、移動体情報算出方法。
15. 請求項１４に記載の移動体情報算出方法であって、
    前記変換速度算出工程は、前記所定位置を前記第２の位置に設定し、前記第１速度を前記第２の位置の速度に変換してなる変換速度を算出し、
    前記情報処理工程は、前記第２速度と前記変換速度に基づいて前記移動体情報を算出する、
    移動体情報算出方法。
16. 請求項１４に記載の移動体情報算出方法であって、
    前記第１速度を基準にした前記第２速度の相対速度を算出する相対速度算出工程を有し、
    前記変換速度算出工程は、前記所定位置を前記第２の位置に設定し、前記相対速度を前記第２の位置の相対速度に変換し、
    前記情報処理工程は、変換後の相対速度から前記移動体情報を算出する、
    移動体情報算出方法。
17. 請求項１４に記載の移動体情報算出方法であって、
    前記変換速度算出工程は、前記第１速度と前記第２速度を前記所定位置の速度に変換し、
    前記情報処理工程は、変換後の第１速度と変換後の第２速度に基づいて前記移動体情報を算出する、
    移動体情報算出方法。
18. 請求項１４乃至請求項１７のいずれかに記載の移動体情報取得方法の各工程と、
    前記第１の位置で受信した測位用信号から前記第１の位置における前記第１速度を算出し、前記第２の位置で受信した測位用信号から前記第２の位置における前記第２速度を算出する速度算出工程と、
    を有する移動体情報取得方法。
19. 移動体情報の検出処理をコンピュータに実行させる移動体情報算出プログラムであって、
    前記コンピュータは、
    前記第１の速度と前記第２の速度の少なくとも一方を、前記移動体上の所定位置の速度に変換する変換速度算出処理と、
    前記変換後の速度に基づいて移動体情報を算出する処理と、
    を実行する、移動体情報算出プログラム。
20. 請求項１９に記載の移動体情報算出プログラムであって、
    前記コンピュータは、
    前記変換速度算出処理で、前記所定位置を前記第２の位置に設定し、前記第１速度を前記第２の位置の速度に変換してなる変換速度を算出し、
    前記移動体情報を算出する処理で、前記第２速度と前記変換速度に基づいて前記移動体情報を算出する、
    移動体情報算出プログラム。
21. 請求項１９に記載の移動体情報算出プログラムであって、
    前記コンピュータは、
    前記第１速度を基準にした前記第２速度の相対速度を算出する相対速度算出処理をさらに実行し、
    前記変換速度算出処理で、前記所定位置を前記第２の位置に設定し、前記相対速度を前記第２の位置の相対速度に変換し、
    前記移動体情報を算出する処理で、変換後の相対速度から前記移動体情報を算出する、
    移動体情報算出プログラム。
22. 請求項１９に記載の移動体情報算出プログラムであって、
    前記コンピュータは、
    前記変換速度算出処理で、前記第１速度と前記第２速度を前記所定位置の速度に変換し、
    前記移動体情報を算出する処理で、変換後の第１速度と変換後の第２速度に基づいて前記移動体情報を算出する、
    移動体情報算出プログラム。
23. 請求項１９乃至請求項２２のいずれかに記載の移動体情報算出プログラムの各処理と、
    前記第１の位置で受信した測位用信号から前記第１の位置における前記第１速度を算出し、前記第２の位置で受信した測位用信号から前記第２の位置における前記第２速度を算出する速度算出処理と、を、
    コンピュータに実行させる、移動体情報取得プログラム。

Images