JP2020169884A - Wave measuring device, wave measuring method, and wave measuring program - Google Patents

Wave measuring device, wave measuring method, and wave measuring program Download PDF

Info

Publication number
JP2020169884A
JP2020169884A JP2019071203A JP2019071203A JP2020169884A JP 2020169884 A JP2020169884 A JP 2020169884A JP 2019071203 A JP2019071203 A JP 2019071203A JP 2019071203 A JP2019071203 A JP 2019071203A JP 2020169884 A JP2020169884 A JP 2020169884A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wave
hull
wave spectrum
response function
natural frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019071203A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
達也 園部
Tatsuya Sonobe
達也 園部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furuno Electric Co Ltd filed Critical Furuno Electric Co Ltd
Priority to JP2019071203A priority Critical patent/JP2020169884A/en
Publication of JP2020169884A publication Critical patent/JP2020169884A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

To measure wave data with high accuracy by a simple structure and process.SOLUTION: A wave measuring device 10 comprises a motion data calculation unit 20, a wave spectrum estimation unit 31, a unique frequency estimation unit 40, and a ship response function setting unit 50. The motion data calculation unit 20 calculates the motion data of the ship. The wave spectrum estimation unit 31 estimates a wave spectrum using the motion data and a ship response function. The unique frequency estimation unit 40 estimates the unique frequency of the ship from the wave spectrum or motion data. The ship response function setting unit 50 sets a ship response function using the unique frequency.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、波高、波向、波周期等の波浪データを計測する波浪計測技術に関する。 The present invention relates to a wave measurement technique for measuring wave data such as wave height, wave direction, and wave period.

従来、特許文献1に示すような、船舶に取り付けられた波浪計測装置が知られている。 Conventionally, a wave measuring device attached to a ship as shown in Patent Document 1 is known.

特開2017−181413号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-181413

しかしながら、従来の波浪計測装置は、複数の構成要素の検出結果や設定を用いて、波浪データを計測するため、システムが煩雑になり易い。 However, in the conventional wave measuring device, the wave data is measured by using the detection results and settings of a plurality of components, so that the system tends to be complicated.

したがって、本発明の目的は、簡素な構成および処理で、高精度に波浪データを計測する波浪計測技術を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a wave measurement technique for measuring wave data with high accuracy with a simple configuration and processing.

この発明の波浪計測装置は、動揺データ算出部、波浪スペクトル推定部、固有周波数推定部、および、船体応答関数設定部を備える。動揺データ算出部は、船体の動揺データを算出する。波浪スペクトル推定部は、動揺データと船体応答関数とを用いて波浪スペクトルを推定する。固有周波数推定部は、波浪スペクトルから船体の固有周波数を推定する。船体応答関数設定部は、固有周波数を用いて船体応答関数を設定する。 The wave measuring device of the present invention includes a sway data calculation unit, a wave spectrum estimation unit, a natural frequency estimation unit, and a hull response function setting unit. The sway data calculation unit calculates the sway data of the hull. The wave spectrum estimation unit estimates the wave spectrum using the sway data and the hull response function. The natural frequency estimation unit estimates the natural frequency of the hull from the wave spectrum. The hull response function setting unit sets the hull response function using the natural frequency.

この構成では、波浪による船体の動揺データから固有周波数が推定され、船体応答関数に適用される。したがって、船体応答関数は、船体に適した値に設定される。 In this configuration, the natural frequency is estimated from the hull sway data due to waves and applied to the hull response function. Therefore, the hull response function is set to a value suitable for the hull.

この発明によれば、簡素な構成および処理で、波浪データを高精度に計測できる。 According to the present invention, wave data can be measured with high accuracy with a simple configuration and processing.

本発明の実施形態に係る波浪計測装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the wave measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. (A)は、ロール用応答関数の方位特性を示す図であり、(B)は、ロール用応答関数の周波数特性を示す図であり、(C)は、ヒーブ用応答関数の方位特性を示す図であり、(D)は、ヒーブ用応答関数の周波数特性を示す図であり、(E)は、ピッチ用応答関数の方位特性を示す図であり、(F)は、ピッチ用応答関数の周波数特性を示す図である。(A) is a diagram showing the orientation characteristics of the roll response function, (B) is a diagram showing the frequency characteristics of the roll response function, and (C) shows the orientation characteristics of the heave response function. It is a figure, (D) is a figure which shows the frequency characteristic of the response function for a heave, (E) is a figure which shows the orientation characteristic of the response function for pitch, (F) is a figure which shows the response function for pitch. It is a figure which shows the frequency characteristic. (A)は、波浪成分の振幅比と位相差との関係を示す図であり、3(B)は、同調成分の振幅比と位相差との関係を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing the relationship between the amplitude ratio of the wave component and the phase difference, and FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the amplitude ratio of the tuning component and the phase difference. 固有周波数を推定するための概念を示す図である。It is a figure which shows the concept for estimating a natural frequency. 判定値αの周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of the determination value α. (A)は、本実施形態の処理を行った場合の波浪の検出画面の一例を示す図であり、(B)は、本実施形態の処理を行わなかった場合の波浪の検出画面の一例を示す図である。(A) is a diagram showing an example of a wave detection screen when the processing of the present embodiment is performed, and (B) is an example of a wave detection screen when the processing of the present embodiment is not performed. It is a figure which shows. 本発明の実施形態に係る波浪計測方法のメイン処理のフローチャートである。It is a flowchart of the main process of the wave measurement method which concerns on embodiment of this invention. 固有周波数の推定処理のフローチャートである。It is a flowchart of the estimation process of a natural frequency. 固有周波数の推定処理の一部のさらに詳細なフローチャートである。It is a more detailed flowchart of a part of the estimation process of a natural frequency. 固有周波数の推定の完了後の波浪データの算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the calculation process of the wave data after the estimation of the natural frequency is completed. 本発明の別の実施形態に係る波浪計測装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the wave measuring apparatus which concerns on another embodiment of this invention. (A)、(B)、(C)は、それぞれに動揺データ算出部の構成例を示す機能ブロック図である。(A), (B), and (C) are functional block diagrams showing a configuration example of the sway data calculation unit, respectively.

本発明の実施形態に係る波浪計測技術について、図を参照して説明する。図1は、本発明の実施形態に係る波浪計測装置の機能ブロック図である。 The wave measurement technique according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram of the wave measuring device according to the embodiment of the present invention.

図1に示すように、波浪計測装置10は、動揺データ算出部20、演算部30、固有周波数推定部40、および、船体応答関数設定部50を備える。演算部30は、波浪スペクトル推定部31と波浪データ算出部32を備える。動揺データ算出部20、演算部30、固有周波数推定部40、および、船体応答関数設定部50は、それぞれに各機能部の処理を実現するプログラムと、このプログラムを記憶する記憶媒体と、このプログラムを実行するCPU等の演算装置と、によって実現される。なお、固有周波数推定部40および船体応答関数設定部50は、演算部30に含まれていてもよい。 As shown in FIG. 1, the wave measuring device 10 includes a sway data calculation unit 20, a calculation unit 30, a natural frequency estimation unit 40, and a hull response function setting unit 50. The calculation unit 30 includes a wave spectrum estimation unit 31 and a wave data calculation unit 32. The sway data calculation unit 20, the arithmetic unit 30, the natural frequency estimation unit 40, and the hull response function setting unit 50 each have a program that realizes processing of each functional unit, a storage medium that stores this program, and this program. It is realized by an arithmetic unit such as a CPU that executes the above. The natural frequency estimation unit 40 and the hull response function setting unit 50 may be included in the calculation unit 30.

動揺データ算出部20は、船舶の船体に取り付けられており、例えば、ロール、ピッチ、および、ヒーブを含む船体の姿勢の変化を検出する。動揺データ算出部20は、船体の姿勢の変化から、ロール成分、ピッチ成分、および、ヒーブ成分を含む動揺データを生成する。動揺データ算出部20は、所定周期で動揺データを生成する。動揺データ算出部20の具体的な構成は、後述する。動揺データ算出部20は、動揺データを、演算部30に出力する。 The sway data calculation unit 20 is attached to the hull of the ship and detects, for example, changes in the posture of the hull including roll, pitch, and heave. The sway data calculation unit 20 generates sway data including a roll component, a pitch component, and a heave component from a change in the attitude of the hull. The sway data calculation unit 20 generates sway data at a predetermined cycle. The specific configuration of the sway data calculation unit 20 will be described later. The sway data calculation unit 20 outputs the sway data to the calculation unit 30.

船体応答関数設定部50は、船体応答関数を設定して、演算部30の波浪スペクトル推定部31に出力する。船体応答関数は、概略的には、船体の到達する波浪と、該波浪による船体の動揺との関係を示す関数である。船体応答関数は、ロール用応答関数、ピッチ用応答関数、および、ヒーブ用応答関数によって構成される。 The hull response function setting unit 50 sets the hull response function and outputs it to the wave spectrum estimation unit 31 of the calculation unit 30. The hull response function is generally a function showing the relationship between the waves reaching the hull and the sway of the hull due to the waves. The hull response function is composed of a roll response function, a pitch response function, and a heave response function.

船体応答関数設定部50は、固有周波数推定部40による固有周波数の推定が完了するまでは、初期の船体応答関数を、波浪スペクトル推定部31に出力する。 The hull response function setting unit 50 outputs the initial hull response function to the wave spectrum estimation unit 31 until the estimation of the eigenfrequency by the eigenfrequency estimation unit 40 is completed.

船体応答関数設定部50は、固有周波数推定部40による固有周波数の推定が完了していれば、推定した固有周波数を適用して、船体応答関数を設定する。そして、船体応答関数設定部50は、固有周波数に基づいて設定した船体応答関数を、波浪スペクトル推定部31に出力する。 If the hull response function setting unit 50 has completed the estimation of the eigenfrequency by the eigenfrequency estimation unit 40, the hull response function setting unit 50 applies the estimated eigenfrequency to set the hull response function. Then, the hull response function setting unit 50 outputs the hull response function set based on the natural frequency to the wave spectrum estimation unit 31.

具体的には、船体応答関数設定部50は、例えば、次に示すように、船体応答関数を設定する。 Specifically, the hull response function setting unit 50 sets the hull response function, for example, as shown below.

図2(A)は、ロール用応答関数の方位特性を示す図であり、図2(B)は、ロール用応答関数の周波数特性を示す図である。図2(C)は、ヒーブ用応答関数の方位特性を示す図であり、図2(D)は、ヒーブ用応答関数の周波数特性を示す図である。図2(E)は、ピッチ用応答関数の方位特性を示す図であり、図2(F)は、ピッチ用応答関数の周波数特性を示す図である。 FIG. 2A is a diagram showing the orientation characteristics of the roll response function, and FIG. 2B is a diagram showing the frequency characteristics of the roll response function. FIG. 2C is a diagram showing the orientation characteristics of the heave response function, and FIG. 2D is a diagram showing the frequency characteristics of the heave response function. FIG. 2 (E) is a diagram showing the orientation characteristics of the pitch response function, and FIG. 2 (F) is a diagram showing the frequency characteristics of the pitch response function.

図2(A)に示すように、ロール用応答関数は、方位特性として、右舷(90°)方向および左舷(270°)方向に高く(1.0)、船尾(0°)方向および船首(180°)方向に低い(0.0)。方位に応じて、図2(B)に示すように、ロール用応答関数は、周波数特性として、固有周波数ω0に極大を有する。このように、船体応答関数設定部50は、ロール用応答関数に固有周波数を適用する。これは、船舶は一般的に、縦長の形状であり、横からの波による動揺の影響を受け易い。そして、この動揺は、船舶の形状に依存し、この形状によって固有周波数を有しているからである。 As shown in FIG. 2A, the roll response function has higher azimuth characteristics in the starboard (90 °) and port (270 °) directions (1.0), stern (0 °) and bow (0 °). Lower in the 180 °) direction (0.0). Depending on the orientation, as shown in FIG. 2B, the roll response function has a maximum at the natural frequency ω0 as a frequency characteristic. In this way, the hull response function setting unit 50 applies the natural frequency to the roll response function. This is because ships generally have a vertically elongated shape and are susceptible to shaking due to lateral waves. And this sway depends on the shape of the ship, and this shape has a natural frequency.

船体応答関数設定部50は、固有周波数の推定の完了後に、固有周波数を用いた船体動揺関数を設定する。具体的には、図2(B)に示すように、なお、船体応答関数設定部50は、固有周波数の推定の完了前には、後述するヒーブ用応答関数、ピッチ用応答関数と同様に、全ての周波数成分で同じ値である一定値(例えば、1.0)からなるロール用応答関数を用いる。すなわち、固有周波数の推定の完了前は、ロール用応答関数の全ての周波数成分は、同じになるように設定される。 The hull response function setting unit 50 sets the hull sway function using the natural frequency after the estimation of the natural frequency is completed. Specifically, as shown in FIG. 2B, the hull response function setting unit 50 may perform the same as the heave response function and the pitch response function, which will be described later, before the completion of the estimation of the natural frequency. A roll response function consisting of a constant value (for example, 1.0) that is the same value for all frequency components is used. That is, before the completion of the estimation of the natural frequency, all the frequency components of the roll response function are set to be the same.

なお、全ての周波数成分が同じであることが好ましいが、略全ての周波数成分で略同じ値であってもよい。例えば、ほぼ全ての周波数成分が1.0であるときに、一部の周波数成分が約1.1や約0.9であってもよい。この場合、周波数成分の値のバラツキ範囲は、固有周波数の推定精度等に応じて適宜設定することが可能である。また、一定値は、1.0に限るものではなく、他の値であってもよい。 It is preferable that all frequency components are the same, but substantially all frequency components may have substantially the same value. For example, when almost all frequency components are 1.0, some frequency components may be about 1.1 or about 0.9. In this case, the variation range of the value of the frequency component can be appropriately set according to the estimation accuracy of the natural frequency and the like. Further, the constant value is not limited to 1.0, and may be another value.

これらの周波数成分の設定は、固有周波数の推定の完了前のロール用応答関数への適用に限るものではなく、次に示すヒーブ用応答関数やピッチ用応答関数にも適用できる。 The setting of these frequency components is not limited to the application to the roll response function before the completion of the estimation of the natural frequency, and can also be applied to the heave response function and the pitch response function shown below.

図2(C)に示すように、ヒーブ用応答関数は、方位特性として、全方位で同じ(例えば、1.0)である。図2(D)に示すように、ヒーブ用応答関数は、周波数特性として、全周波数で同じ(例えば、1.0)である。船体応答関数設定部50は、固有周波数の推定の完了の前後に係わらす、このヒーブ用応答関数を用いる。すなわち、ヒーブ用応答関数は、方位特性および周波数特性として、動揺データの振幅と波浪スペクトルの振幅とが同じになるように設定される。 As shown in FIG. 2C, the heave response function has the same azimuth characteristic in all directions (for example, 1.0). As shown in FIG. 2D, the heave response function has the same frequency characteristics at all frequencies (for example, 1.0). The hull response function setting unit 50 uses this heave response function, which is involved before and after the completion of estimation of the natural frequency. That is, the response function for heave is set so that the amplitude of the sway data and the amplitude of the wave spectrum are the same as the azimuth characteristic and the frequency characteristic.

図2(E)に示すように、ピッチ用応答関数は、方位特性として、右舷(90°)方向および左舷(270°)方向に低く(例えば、0.0)、船尾(0°)方向および船首(180°)方向に高い(例えば、1.0)。図2(F)に示すように、ピッチ用応答関数は、周波数特性として、全周波数で同じ(例えば、1.0)である。船体応答関数設定部50は、固有周波数の推定の完了の前後に係わらす、このピッチ用応答関数を用いる。すなわち、ピッチ用応答関数は、周波数特性として、動揺データの振幅と波浪スペクトルの振幅とが同じになるように設定される。 As shown in FIG. 2 (E), the pitch response function is low in the starboard (90 °) and port (270 °) directions (for example, 0.0), and in the stern (0 °) direction and as azimuth characteristics. High in the bow (180 °) direction (eg 1.0). As shown in FIG. 2F, the pitch response function has the same frequency characteristics at all frequencies (for example, 1.0). The hull response function setting unit 50 uses this pitch response function, which is involved before and after the completion of the estimation of the natural frequency. That is, the pitch response function is set so that the amplitude of the sway data and the amplitude of the wave spectrum are the same as the frequency characteristics.

波浪スペクトル推定部31は、動揺データと船体応答関数とを用いて、船体を基準とした各方位の波浪スペクトルを推定する。例えば、波浪スペクトル推定部31は、時系列に並ぶ複数の動揺データを入力として、カルマンフィルタやベイス推定等の状態推定演算を実行することで、波浪スペクトルを推定する。波浪スペクトルは、振幅成分、位相成分、および、周波数成分を有する。この際、波浪スペクトル推定部31は、状態推定演算に、船体応答関数設定部50からの船体応答関数を適用する。 The wave spectrum estimation unit 31 estimates the wave spectrum in each direction with respect to the hull by using the sway data and the hull response function. For example, the wave spectrum estimation unit 31 estimates the wave spectrum by inputting a plurality of sway data arranged in a time series and executing a state estimation operation such as a Kalman filter or Bayesian estimation. The wave spectrum has an amplitude component, a phase component, and a frequency component. At this time, the wave spectrum estimation unit 31 applies the hull response function from the hull response function setting unit 50 to the state estimation calculation.

そして、船体応答関数は、上述のように、固有周波数の推定の完了後は、船体の形状に応じて適切に設定されている。したがって、波浪スペクトル推定部31は、固有周波数の推定の完了後に更新(設定)された船体応答関数を用いることによって、波浪スペクトルを高精度に推定できる。 Then, as described above, the hull response function is appropriately set according to the shape of the hull after the estimation of the natural frequency is completed. Therefore, the wave spectrum estimation unit 31 can estimate the wave spectrum with high accuracy by using the hull response function updated (set) after the estimation of the natural frequency is completed.

波浪スペクトル推定部31は、波浪スペクトルを、波浪データ算出部32および固有周波数推定部40に出力する。なお、固有周波数の推定の完了後は、波浪スペクトル推定部31は、固有周波数推定部40に、波浪スペクトルを出力しなくてもよい。一方、固有周波数の推定前には、波浪スペクトル推定部31は、波浪データ算出部32に、波浪スペクトルを出力しなくてもよい。 The wave spectrum estimation unit 31 outputs the wave spectrum to the wave data calculation unit 32 and the natural frequency estimation unit 40. After the estimation of the natural frequency is completed, the wave spectrum estimation unit 31 does not have to output the wave spectrum to the natural frequency estimation unit 40. On the other hand, before estimating the natural frequency, the wave spectrum estimation unit 31 does not have to output the wave spectrum to the wave data calculation unit 32.

波浪データ算出部32は、固有周波数の推定の完了後の波浪スペクトルから、既知の方法を用いて、ピーク波向き、波高、周波数を含む波浪データを算出する。この際、固有周波数に基づいた船体応答関数が用いられていることによって、船体の形状に応じた同調成分は、抑圧されている。したがって、波浪データ算出部32は、波浪データを高精度に算出できる。 The wave data calculation unit 32 calculates wave data including the peak wave direction, wave height, and frequency from the wave spectrum after the estimation of the natural frequency is completed by using a known method. At this time, by using the hull response function based on the natural frequency, the tuning component according to the shape of the hull is suppressed. Therefore, the wave data calculation unit 32 can calculate the wave data with high accuracy.

固有周波数推定部40は、波浪スペクトルから固有周波数を推定する。より具体的には、固有周波数推定部40は、初期の船体応答関数を用いて推定された波浪スペクトルから固有周波数を推定する。固有周波数推定部40は、推定した固有周波数を、船体応答関数設定部50に出力する。 The eigenfrequency estimation unit 40 estimates the eigenfrequency from the wave spectrum. More specifically, the eigenfrequency estimation unit 40 estimates the eigenfrequency from the wave spectrum estimated using the initial hull response function. The eigenfrequency estimation unit 40 outputs the estimated eigenfrequency to the hull response function setting unit 50.

(固有周波数の推定方法)
次に、固有周波数推定部40による固有周波数の具体的な推定方法について説明する。図3(A)は、波浪成分の振幅比と位相差との関係を示す図であり、図3(B)は、同調成分の振幅比と位相差との関係を示す図である。図3(A)、図3(B)に示す各点は、各動揺データに対応する。
(Estimation method of natural frequency)
Next, a specific method for estimating the natural frequency by the natural frequency estimation unit 40 will be described. FIG. 3A is a diagram showing the relationship between the amplitude ratio of the wave component and the phase difference, and FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the amplitude ratio of the tuning component and the phase difference. Each point shown in FIGS. 3A and 3B corresponds to each shaking data.

波浪成分は、波浪そのものによって現れる成分であり、同調成分は、波浪を受けたときに船体の形状によって現れる成分である。振幅比は、左舷の波浪スペクトルの振幅と右舷の波浪スペクトルの振幅との比である。位相差は、左舷の波浪スペクトルの位相と右舷の波浪スペクトルの位相との差である。 The wave component is a component that appears by the wave itself, and the tuning component is a component that appears by the shape of the hull when it receives waves. The amplitude ratio is the ratio of the amplitude of the port side wave spectrum to the amplitude of the starboard wave spectrum. The phase difference is the difference between the phase of the port side wave spectrum and the phase of the starboard wave spectrum.

図3(A)、図3(B)に示すように、波浪成分では、振幅比および位相差は、分散する。一方、同調成分では、振幅比は1.0付近に集中し、位相差はπ付近に集中する。 As shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B), in the wave component, the amplitude ratio and the phase difference are dispersed. On the other hand, in the tuning component, the amplitude ratio is concentrated near 1.0 and the phase difference is concentrated near π.

このように、波浪成分では、左舷の波浪スペクトルの振幅と右舷の波浪スペクトルの振幅とに相関性は無い。また、波浪成分では、左舷の波浪スペクトルの位相と右舷の波浪スペクトルの位相とに相関性は無い。 Thus, in the wave component, there is no correlation between the amplitude of the port-side wave spectrum and the amplitude of the starboard-side wave spectrum. In the wave component, there is no correlation between the phase of the port side wave spectrum and the phase of the starboard wave spectrum.

一方、同調成分では、左舷の波浪スペクトルの振幅と右舷の波浪スペクトルの振幅とは、略同じ大きさになる。また、同調成分では、左舷の波浪スペクトルの位相と右舷の波浪スペクトルの位相とは、略逆位相になる。 On the other hand, in the tuning component, the amplitude of the port-side wave spectrum and the amplitude of the starboard-side wave spectrum have substantially the same magnitude. Further, in the tuning component, the phase of the port side wave spectrum and the phase of the starboard wave spectrum are substantially opposite phases.

図4は、固有周波数を推定するための概念を示す図である。図4は一例を示す。図4において、左舷波ベクトルvLは、左舷の波浪スペクトルの振幅と位相とによって表される。右舷波ベクトルvRは、右舷の波浪スペクトルの振幅と位相とによって表される。ベクトル和vSは、左舷波ベクトルvLと右舷波ベクトルvRとのベクトルの和である。 FIG. 4 is a diagram showing a concept for estimating a natural frequency. FIG. 4 shows an example. In FIG. 4, the port wave vector vL is represented by the amplitude and phase of the port wave spectrum. The starboard wave vector vR is represented by the amplitude and phase of the starboard wave spectrum. The vector sum vsS is the sum of the vectors of the port wave vector vL and the starboard wave vector vR.

上述のように、同調成分であれば、左舷波ベクトルvLの振幅と右舷波ベクトルvRの振幅とは略同じであり、左舷波ベクトルvLの位相と右舷波ベクトルvRの位相とは略逆位相である。したがって、図4に示すように、ベクトル和vSの大きさは、左舷波ベクトルvLの大きさおよび右舷波ベクトルvRの大きさと比較して小さくなる。 As described above, if it is a tuning component, the amplitude of the port side wave vector vL and the amplitude of the starboard wave vector vR are substantially the same, and the phase of the port side wave vector vL and the phase of the starboard wave vector vR are substantially opposite in phase. is there. Therefore, as shown in FIG. 4, the magnitude of the vector sum vs. is smaller than the magnitude of the port wave vector vL and the magnitude of the starboard wave vector vR.

これを利用して、固有周波数推定部40は、同調成分の周波数である固有周波数を推定する。 Utilizing this, the eigenfrequency estimation unit 40 estimates the eigenfrequency, which is the frequency of the tuning component.

固有周波数推定部40は、左舷波ベクトルvLの大きさDvL、右舷波ベクトルvRの大きさDvR、および、ベクトル和vSの大きさDvSを算出する。固有周波数推定部40は、左舷波ベクトルvLの大きさと右舷波ベクトルvRの大きさとを加算して正規化用の基準値SVN(=DvL+DvR)を算出する。固有周波数推定部40は、ベクトル和vSの大きさDvSを、正規化用の基準値SVNで除算して、正規化された判定値α(=DvS/SVN)を算出する。固有周波数推定部40は、判定値αを、周波数毎に算出する。 The eigenfrequency estimation unit 40 calculates the magnitude DvL of the port side wave vector vL, the magnitude DvR of the starboard wave vector vR, and the magnitude DvS of the vector sum vs. The eigenfrequency estimation unit 40 adds the magnitude of the port wave vector vL and the magnitude of the starboard wave vector vR to calculate a reference value SVN (= DvL + DvR) for normalization. The natural frequency estimation unit 40 divides the magnitude DvS of the vector sum vs. the reference value SVN for normalization to calculate the normalized determination value α (= DvS / SVN). The intrinsic frequency estimation unit 40 calculates the determination value α for each frequency.

図5は、判定値αの周波数特性を示す図である。図5に示すように、判定値αは、角周波数ωにおいて極小値を有する。なお、本願での極小値とは、実データの極小値であっても、実データに対して所定のフィッティングを行った関数の極小値であってもよい。上述のように、同調成分では、ベクトル和vSの大きさDvSは小さくなるので、この判定値αが極小値となる角周波数ωが同調成分の周波数、すなわち、固有周波数ω0である。 FIG. 5 is a diagram showing the frequency characteristics of the determination value α. As shown in FIG. 5, the determination value α has a minimum value at the angular frequency ω. The minimum value in the present application may be the minimum value of the actual data or the minimum value of the function obtained by performing a predetermined fitting on the actual data. As described above, since the magnitude DvS of the vector sum vs. is small in the tuning component, the angular frequency ω at which the determination value α is the minimum value is the frequency of the tuning component, that is, the natural frequency ω0.

これを利用し、固有周波数推定部40は、判定値αの周波数関数から極小値を検出する。固有周波数推定部40は、判定値αが極小値となる周波数を検出して、固有周波数ω0とする。これにより、固有周波数推定部40は、固有周波数ω0を推定できる。 Utilizing this, the intrinsic frequency estimation unit 40 detects the minimum value from the frequency function of the determination value α. The eigenfrequency estimation unit 40 detects a frequency at which the determination value α is the minimum value, and sets the eigen frequency ω0. As a result, the eigenfrequency estimation unit 40 can estimate the eigenfrequency ω0.

なお、波浪スペクトルは誤差成分を多く含んでいるので、固有周波数推定部40は、重み付け平均演算を用いて、固有周波数ω0を推定することが好ましい。重み付け平均演算は、例えば、各角周波数ωの判定値αωを1.0から減算した値を、各角周波数ωで重み付けして、平均値を算出する演算(重み付け平均値の算出)である。このような重み付け平均演算を用いることによって、固有周波数推定部40は、誤差成分の影響を軽減して、固有周波数ω0を、より高精度に推定できる。 Since the wave spectrum contains many error components, it is preferable that the eigenfrequency estimation unit 40 estimates the eigenfrequency ω0 by using a weighted averaging calculation. The weighted average calculation is, for example, an operation (calculation of a weighted average value) in which a value obtained by subtracting a determination value αω of each angular frequency ω from 1.0 is weighted by each angular frequency ω to calculate an average value. By using such a weighted averaging calculation, the eigenfrequency estimation unit 40 can reduce the influence of the error component and estimate the eigenfrequency ω0 with higher accuracy.

そして、このように、固有周波数推定部40において船体に応じた固有周波数ω0が推定されることで、船体応答関数設定部50は、この固有周波数ω0を用いて、船体に適した船体応答関数を設定できる。そして、この船体応答関数を用いることによって、波浪スペクトル推定部31は、波浪スペクトルを高精度に推定でき、波浪データ算出部32は、波浪データを高精度に算出できる。 Then, in this way, the eigenfrequency estimation unit 40 estimates the eigenfrequency ω0 according to the hull, and the hull response function setting unit 50 uses the eigenfrequency ω0 to obtain a hull response function suitable for the hull. Can be set. Then, by using this hull response function, the wave spectrum estimation unit 31 can estimate the wave spectrum with high accuracy, and the wave data calculation unit 32 can calculate the wave data with high accuracy.

図6(A)は、本実施形態の処理を行った場合の波浪の検出画面の一例を示す図である。図6(B)は、本実施形態の処理を行わなかった場合の波浪の検出画面の一例を示す図である。 FIG. 6A is a diagram showing an example of a wave detection screen when the processing of the present embodiment is performed. FIG. 6B is a diagram showing an example of a wave detection screen when the processing of the present embodiment is not performed.

船体の左舷方向に波浪成分が存在する場合、本実施形態の処理を行わなければ、図6(B)に示すように、波浪成分とともに同調成分が現れてしまう。一方、本実施形態の処理を用いることによって、図6(A)に示すように、同調成分は現れず、波浪成分だけが現れる。 When the wave component is present in the port side direction of the hull, the tuning component appears together with the wave component as shown in FIG. 6 (B) unless the processing of the present embodiment is performed. On the other hand, by using the process of the present embodiment, as shown in FIG. 6 (A), the tuning component does not appear, and only the wave component appears.

このように、波浪計測装置10は、同調成分を抑圧、除去して、波浪成分だけを出力できる。 In this way, the wave measuring device 10 can suppress and remove the tuning component and output only the wave component.

(波浪計測方法および波浪計測プログラムの説明)
なお、上述の説明では、各処理をそれぞれに異なる機能部で実現する態様を示したが、上述の処理をプログラム化して記憶しており、CPU等の演算処理装置で実行してもよい。この場合、演算処理装置は、次に示す処理を実行すればよい。なお、各処理の具体的な説明は、上述しており、以下では、必要な箇所のみを追記して説明する。
(Explanation of wave measurement method and wave measurement program)
In the above description, an embodiment in which each process is realized by a different functional unit is shown, but the above process may be programmed and stored, and may be executed by an arithmetic processing unit such as a CPU. In this case, the arithmetic processing unit may execute the following processing. The specific description of each process has been described above, and below, only necessary parts will be added and described.

(メイン処理のフロー)
図7は、本発明の実施形態に係る波浪計測方法のメイン処理のフローチャートである。図7に示すように、演算処理装置は、船体の動揺データを用いて、固有周波数ω0を推定する(S11)。演算処理装置は、固有周波数ω0を用いた船体応答関数を用いて、波浪スペクトルを推定し、波浪データを算出する(S12)。
(Main processing flow)
FIG. 7 is a flowchart of the main process of the wave measurement method according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the arithmetic processing unit estimates the natural frequency ω0 using the sway data of the hull (S11). The arithmetic processing unit estimates the wave spectrum and calculates the wave data by using the hull response function using the natural frequency ω0 (S12).

(固有周波数の推定処理のフロー)
図8は、固有周波数の推定処理のフローチャートである。図8に示すように、演算処理装置は、初期の船体応答関数を設定する(S101)。初期の船体応答関数は、固有周波数ω0に依存するものではなく、周波数特性は一定値である。
(Flow of estimation processing of natural frequency)
FIG. 8 is a flowchart of the natural frequency estimation process. As shown in FIG. 8, the arithmetic processing unit sets an initial hull response function (S101). The initial hull response function does not depend on the natural frequency ω0, and the frequency characteristic is a constant value.

演算処理装置は、動揺データを取得する(S102)。演算処理装置は、初期の船体応答関数を用いて、波浪スペクトルを推定する(S103)。演算処理装置は、波浪スペクトルを用いて、固有周波数ω0を推定する(S104)。 The arithmetic processing unit acquires the sway data (S102). The arithmetic processing unit estimates the wave spectrum using the initial hull response function (S103). The arithmetic processing unit estimates the natural frequency ω0 using the wave spectrum (S104).

演算処理装置は、固有周波数ω0の推定が完了していれば(S105:YES)、固有周波数ω0の推定を終了する。なお、演算処理装置は、固有周波数ω0の推定が終わっていなければ(S105:NO)、動揺データを取得して、固有周波数ω0の推定を継続する。固有周波数ω0の推定の完了は、例えば、所定個数の動揺データを得られること、すなわち、固有周波数ω0の推定開始から所定時間が経過したことによって検出される。また、固有周波数ω0の推定の完了は、固有周波数ω0を所定の時間間隔で推定していき、推定値の分散や標準偏差等の統計値が終了閾値以下にあったことによって検出される。 If the estimation of the eigenfrequency ω0 is completed (S105: YES), the arithmetic processing unit ends the estimation of the eigenfrequency ω0. If the estimation of the eigenfrequency ω0 is not completed (S105: NO), the arithmetic processing unit acquires the sway data and continues the estimation of the eigenfrequency ω0. The completion of the estimation of the eigenfrequency ω0 is detected, for example, by obtaining a predetermined number of sway data, that is, a predetermined time has elapsed from the start of the estimation of the eigenfrequency ω0. Further, the completion of the estimation of the natural frequency ω0 is detected when the natural frequency ω0 is estimated at predetermined time intervals and the statistical values such as the variance of the estimated values and the standard deviation are equal to or less than the end threshold value.

(固有周波数の推定処理の一部のさらに詳細なフロー)
図9は、固有周波数の推定処理の一部のさらに詳細なフローチャートである。図9に示すように、演算処理装置は、波浪スペクトルから、船体の左舷の波浪スペクトルである左舷波ベクトルvLと、船体の右舷の波浪スペクトルである右舷波ベクトルvRとを取得する(S401)。演算処理装置は、左舷波ベクトルvLと右舷波ベクトルvRとのベクトル和vSを算出する(S402)。
(More detailed flow of part of the natural frequency estimation process)
FIG. 9 is a more detailed flowchart of a part of the natural frequency estimation process. As shown in FIG. 9, the arithmetic processing apparatus acquires the port side wave vector vL, which is the port side wave spectrum of the hull, and the starboard wave vector vR, which is the starboard side wave spectrum of the hull, from the wave spectrum (S401). The arithmetic processing unit calculates the vector sum vs of the port wave vector vL and the starboard wave vector vR (S402).

演算処理装置は、左舷波ベクトルvLの大きさ、右舷波ベクトルvRの大きさ、および、ベクトル和vSの大きさから、判定値αを算出する(S403)。演算処理装置は、判定値αの周波数特性を算出する(S404)。演算処理装置は、判定値αの周波数特性から、固有周波数ω0を推定する(S405)。 The arithmetic processing unit calculates the determination value α from the magnitude of the port wave vector vL, the magnitude of the starboard wave vector vR, and the magnitude of the vector sum vs. (S403). The arithmetic processing unit calculates the frequency characteristic of the determination value α (S404). The arithmetic processing unit estimates the natural frequency ω0 from the frequency characteristic of the determination value α (S405).

(固有周波数の推定の完了後の波浪データの算出処理)
図10は、固有周波数の推定の完了後の波浪データの算出処理のフローチャートである。図10に示すように、図9、図10の処理で推定した固有周波数ω0を用いて、船体応答関数を設定する(S201)。演算処理装置は、動揺データを取得する(S202)。
(Calculation processing of wave data after completion of estimation of natural frequency)
FIG. 10 is a flowchart of the wave data calculation process after the estimation of the natural frequency is completed. As shown in FIG. 10, the hull response function is set using the natural frequency ω0 estimated by the processes of FIGS. 9 and 10 (S201). The arithmetic processing unit acquires the sway data (S202).

演算処理装置は、固有周波数を用いた船体応答関数と動揺データとを用いて、波浪スペクトルを推定する(S203)。演算処理装置は、波浪スペクトルから、波向き、周波数、および、波高を含む波浪データを算出する(S204)。 The arithmetic processing unit estimates the wave spectrum using the hull response function using the natural frequency and the sway data (S203). The arithmetic processing unit calculates wave data including wave direction, frequency, and wave height from the wave spectrum (S204).

(波浪計測装置の別の実施態様)
図11は、本発明の別の実施形態に係る波浪計測装置の機能ブロック図である。図11に示すように、波浪計測装置10Aは、固有周波数推定部40Aにおいて、波浪計測装置10と異なる。波浪計測装置10Aの他の構成は、波浪計測装置10と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。
(Another embodiment of the wave measuring device)
FIG. 11 is a functional block diagram of the wave measuring device according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 11, the wave measuring device 10A is different from the wave measuring device 10 in the natural frequency estimation unit 40A. The other configuration of the wave measuring device 10A is the same as that of the wave measuring device 10, and the description of the same parts will be omitted.

固有周波数推定部40Aには、動揺データが入力される。固有周波数推定部40Aは、動揺データから同調成分を検出する。例えば、固有周波数推定部40Aは、動揺データの周波数スペクトルを抽出し、周波数スペクトルから同調成分を検出する。 The sway data is input to the intrinsic frequency estimation unit 40A. The intrinsic frequency estimation unit 40A detects the tuning component from the shaking data. For example, the natural frequency estimation unit 40A extracts the frequency spectrum of the sway data and detects the tuning component from the frequency spectrum.

固有周波数推定部40Aは、同調成分から固有周波数を推定する。固有周波数推定部40Aは、固有周波数を、船体応答関数設定部50に出力する。 The intrinsic frequency estimation unit 40A estimates the intrinsic frequency from the tuning component. The eigenfrequency estimation unit 40A outputs the eigenfrequency to the hull response function setting unit 50.

このように、固有周波数は、動揺データから直接検出することも可能である。 In this way, the natural frequency can also be detected directly from the sway data.

(動揺データ算出部の構成例)
上述の説明では、動揺データ算出部20の具体的な構成例を示していなかったが、例えば、次に示すような各種の構成を適用できる。図12(A)、図12(B)、および、図12(C)は、それぞれに動揺データ算出部の構成例を示す機能ブロック図である。
(Structure example of the sway data calculation unit)
In the above description, a specific configuration example of the sway data calculation unit 20 has not been shown, but for example, various configurations as shown below can be applied. 12 (A), 12 (B), and 12 (C) are functional block diagrams showing a configuration example of the sway data calculation unit, respectively.

(動揺データ算出部の構成例1)
図12(A)に示すように、動揺データ算出部20は、アンテナ211、アンテナ212、GNSS受信部221、GNSS受信部222、IMU23、および、演算部24を備える。GNSS受信部221、GNSS受信部222、および、演算部24は、電子回路や、これらの機能部で実行する処理をプログラム化して記憶する記憶媒体と、当該プログラムを実行する演算処理装置とによって実現される。
(Structure example 1 of the sway data calculation unit)
As shown in FIG. 12A, the sway data calculation unit 20 includes an antenna 211, an antenna 212, a GNSS receiving unit 221 and a GNSS receiving unit 222, an IMU 23, and a calculation unit 24. The GNSS receiving unit 221 and the GNSS receiving unit 222, and the arithmetic unit 24 are realized by an electronic circuit, a storage medium for programming and storing the processing executed by these functional units, and an arithmetic processing unit that executes the program. Will be done.

アンテナ211およびアンテナ212は、船体に設置されている。アンテナ211は、GNSS衛星からの測位信号を受信して、GNSS受信部221に出力する。アンテナ212は、GNSS衛星からの測位信号を受信して、GNSS受信部222に出力する。 The antenna 211 and the antenna 212 are installed on the hull. The antenna 211 receives the positioning signal from the GNSS satellite and outputs it to the GNSS receiving unit 221. The antenna 212 receives the positioning signal from the GNSS satellite and outputs it to the GNSS receiving unit 222.

GNSS受信部221は、アンテナ211で受信したGNSS信号を捕捉、追尾して、追尾結果に基づく、測位データを出力する。測位データは、例えば、搬送波位相積算値、疑似距離等を含んでいる。なお、測位データは、疑似距離を用いた単独測位結果を含んでいていてもよい。GNSS受信部221は、測位データを、演算部24に出力する。 The GNSS receiving unit 221 captures and tracks the GNSS signal received by the antenna 211, and outputs positioning data based on the tracking result. The positioning data includes, for example, a carrier phase integrated value, a pseudo distance, and the like. The positioning data may include a single positioning result using a pseudo distance. The GNSS receiving unit 221 outputs the positioning data to the calculation unit 24.

GNSS受信部222は、アンテナ212で受信したGNSS信号を捕捉、追尾して、追尾結果に基づく、測位データを出力する。測位データは、例えば、搬送波位相積算値、疑似距離等を含んでいる。なお、測位データは、疑似距離を用いた単独測位結果を含んでいていてもよい。GNSS受信部222は、測位データを、演算部24に出力する。 The GNSS receiving unit 222 captures and tracks the GNSS signal received by the antenna 212, and outputs positioning data based on the tracking result. The positioning data includes, for example, a carrier phase integrated value, a pseudo distance, and the like. The positioning data may include a single positioning result using a pseudo distance. The GNSS receiving unit 222 outputs the positioning data to the calculation unit 24.

IMU23は、所謂、慣性センサであり、加速度センサ、角速度センサを備える。IMU23は、船体に対して所定の姿勢で固定されている。IMU23は、加速度や角速度等の慣性データを計測する。IMU23は、慣性データを、演算部24に出力する。 The IMU 23 is a so-called inertial sensor, and includes an acceleration sensor and an angular velocity sensor. The IMU 23 is fixed to the hull in a predetermined posture. The IMU 23 measures inertial data such as acceleration and angular velocity. The IMU 23 outputs inertial data to the calculation unit 24.

演算部24は、既知の方法を用いて、測位データと慣性データとから船体の姿勢角を算出し、動揺データとして出力する。 The calculation unit 24 calculates the attitude angle of the hull from the positioning data and the inertial data using a known method, and outputs it as sway data.

この構成では、測位信号に基づく測位データと、慣性力に基づく慣性データとを用いることで、動揺データ算出部20は、動揺データを、高精度に算出できる。また、動揺データ算出部20は、高いロバスト性を有する。 In this configuration, by using the positioning data based on the positioning signal and the inertial data based on the inertial force, the shaking data calculation unit 20 can calculate the shaking data with high accuracy. In addition, the agitation data calculation unit 20 has high robustness.

(動揺データ算出部の構成例2)
図12(B)に示すように、動揺データ算出部20Aは、アンテナ211、アンテナ212、アンテナ213、GNSS受信部221、GNSS受信部222、GNSS受信部223、および、演算部24を備える。GNSS受信部221、GNSS受信部222、GNSS受信部223、および、演算部24は、電子回路や、これらの機能部で実行する処理をプログラム化して記憶する記憶媒体と、当該プログラムを実行する演算処理装置とによって実現される。
(Structure example 2 of the sway data calculation unit)
As shown in FIG. 12B, the sway data calculation unit 20A includes an antenna 211, an antenna 212, an antenna 213, a GNSS receiving unit 221, a GNSS receiving unit 222, a GNSS receiving unit 223, and a calculation unit 24. The GNSS receiving unit 221 and the GNSS receiving unit 222, the GNSS receiving unit 223, and the arithmetic unit 24 are a storage medium for programming and storing an electronic circuit and processing executed by these functional units, and an operation for executing the program. It is realized by the processing device.

アンテナ211、アンテナ212、および、アンテナ213は、船体に設置されている。アンテナ211は、GNSS衛星からの測位信号を受信して、GNSS受信部221に出力する。アンテナ212は、GNSS衛星からの測位信号を受信して、GNSS受信部222に出力する。アンテナ213は、GNSS衛星からの測位信号を受信して、GNSS受信部223に出力する。 The antenna 211, the antenna 212, and the antenna 213 are installed on the hull. The antenna 211 receives the positioning signal from the GNSS satellite and outputs it to the GNSS receiving unit 221. The antenna 212 receives the positioning signal from the GNSS satellite and outputs it to the GNSS receiving unit 222. The antenna 213 receives the positioning signal from the GNSS satellite and outputs it to the GNSS receiving unit 223.

GNSS受信部221は、アンテナ211で受信したGNSS信号を捕捉、追尾して、追尾結果に基づく、測位データを出力する。測位データは、例えば、搬送波位相積算値、疑似距離等を含んでいる。なお、測位データは、疑似距離を用いた単独測位結果を含んでいていてもよい。GNSS受信部221は、測位データを、演算部24に出力する。 The GNSS receiving unit 221 captures and tracks the GNSS signal received by the antenna 211, and outputs positioning data based on the tracking result. The positioning data includes, for example, a carrier phase integrated value, a pseudo distance, and the like. The positioning data may include a single positioning result using a pseudo distance. The GNSS receiving unit 221 outputs the positioning data to the calculation unit 24.

GNSS受信部222は、アンテナ212で受信したGNSS信号を捕捉、追尾して、追尾結果に基づく、測位データを出力する。測位データは、例えば、搬送波位相積算値、疑似距離等を含んでいる。なお、測位データは、疑似距離を用いた単独測位結果を含んでいていてもよい。GNSS受信部222は、測位データを、演算部24に出力する。 The GNSS receiving unit 222 captures and tracks the GNSS signal received by the antenna 212, and outputs positioning data based on the tracking result. The positioning data includes, for example, a carrier phase integrated value, a pseudo distance, and the like. The positioning data may include a single positioning result using a pseudo distance. The GNSS receiving unit 222 outputs the positioning data to the calculation unit 24.

GNSS受信部223は、アンテナ213で受信したGNSS信号を捕捉、追尾して、追尾結果に基づく、測位データを出力する。測位データは、例えば、搬送波位相積算値、疑似距離等を含んでいる。なお、測位データは、疑似距離を用いた単独測位結果を含んでいていてもよい。GNSS受信部223は、測位データを、演算部24に出力する。 The GNSS receiving unit 223 captures and tracks the GNSS signal received by the antenna 213, and outputs positioning data based on the tracking result. The positioning data includes, for example, a carrier phase integrated value, a pseudo distance, and the like. The positioning data may include a single positioning result using a pseudo distance. The GNSS receiving unit 223 outputs the positioning data to the calculation unit 24.

演算部24は、既知の方法を用いて、複数の測位データから船体の姿勢角を算出し、動揺データとして出力する。 The calculation unit 24 calculates the attitude angle of the hull from a plurality of positioning data using a known method, and outputs it as sway data.

この構成では、IMUを用いることなく、動揺データ算出部20Aは、動揺データを、高精度に算出できる。 In this configuration, the sway data calculation unit 20A can calculate the sway data with high accuracy without using the IMU.

なお、上述の動揺データ算出部20および動揺データ算出部20AのアンテナおよびGNSS受信部の個数は、最低限の個数を示すものであり、この個数よりも多くてもよい。 The number of antennas and GNSS receiving units of the above-mentioned shaking data calculation unit 20 and the shaking data calculation unit 20A indicates the minimum number, and may be larger than this number.

(動揺データ算出部の構成例3)
図12(C)に示すように、動揺データ算出部20Bは、IMU23、および、演算部24を備える。演算部24は、電子回路や、これらの機能部で実行する処理をプログラム化して記憶する記憶媒体と、当該プログラムを実行する演算処理装置とによって実現される。
(Structure example 3 of the sway data calculation unit)
As shown in FIG. 12C, the sway data calculation unit 20B includes an IMU 23 and a calculation unit 24. The arithmetic unit 24 is realized by an electronic circuit, a storage medium for programming and storing processes executed by these functional units, and an arithmetic processing unit that executes the program.

IMU23は、所謂、慣性センサであり、加速度センサ、角速度センサを備える。IMU23は、船体に対して所定の姿勢で固定されている。IMU23は、加速度や角速度等の慣性データを計測する。IMU23は、慣性データを、演算部24に出力する。 The IMU 23 is a so-called inertial sensor, and includes an acceleration sensor and an angular velocity sensor. The IMU 23 is fixed to the hull in a predetermined posture. The IMU 23 measures inertial data such as acceleration and angular velocity. The IMU 23 outputs inertial data to the calculation unit 24.

演算部24は、既知の方法を用いて、慣性データから船体の姿勢角を算出し、動揺データとして出力する。 The calculation unit 24 calculates the attitude angle of the hull from the inertial data using a known method, and outputs it as sway data.

この構成では、測位信号を受信できない環境であっても、動揺データを出力できる。 With this configuration, sway data can be output even in an environment where positioning signals cannot be received.

なお、上述の説明では、判定値αは、正規化された値を用いているが、正規化を行わない値を利用することも可能である。ただし、正規化された値を用いることで、波浪計測装置は、波浪スペクトルの大きさに影響されない周波数特性を得えられる。したがって、正規化された判定値αを用いることで、波浪計測装置は、固有周波数を、より高精度に推定できる。 In the above description, the determination value α uses a normalized value, but it is also possible to use a value that is not normalized. However, by using the normalized value, the wave measuring device can obtain a frequency characteristic that is not affected by the magnitude of the wave spectrum. Therefore, by using the normalized determination value α, the wave measuring device can estimate the natural frequency with higher accuracy.

10、10A:波浪計測装置
20、20A、20B:動揺データ算出部
23:IMU
24:動揺データ算出部の演算部
30:演算部
31:波浪スペクトル推定部
32:波浪データ算出部
40、40A:固有周波数推定部
50:船体応答関数設定部
211、212、213:アンテナ
221、222、223:GNSS受信部
10, 10A: Wave measuring device 20, 20A, 20B: Sway data calculation unit 23: IMU
24: Calculation unit 30 of the sway data calculation unit 30: Calculation unit 31: Wave spectrum estimation unit 32: Wave data calculation unit 40, 40A: Natural frequency estimation unit 50: Hull response function setting unit 211, 212, 213: Antennas 221 and 222: Antennas 221, 222 , 223: GNSS receiver

Claims (14)

船体の動揺データを算出する動揺データ算出部と、
前記動揺データと船体応答関数とを用いて波浪スペクトルを推定する波浪スペクトル推定部と、
前記波浪スペクトルから波浪データを算出する波浪データ算出部と、
前記波浪スペクトルまたは前記動揺データから前記船体の固有周波数を推定する固有周波数推定部と、
前記固有周波数を用いて前記船体応答関数を設定する船体応答関数設定部と、
を備える波浪計測装置。
The sway data calculation unit that calculates the sway data of the hull,
A wave spectrum estimation unit that estimates the wave spectrum using the sway data and the hull response function,
A wave data calculation unit that calculates wave data from the wave spectrum,
An intrinsic frequency estimation unit that estimates the intrinsic frequency of the hull from the wave spectrum or the shaking data,
A hull response function setting unit that sets the hull response function using the natural frequency,
Wave measuring device equipped with.
請求項1に記載の波浪計測装置であって、
前記波浪スペクトルは、周波数成分とともに振幅成分および位相成分を有し、
前記固有周波数推定部は、
前記船体の左舷の波浪スペクトルの振幅成分と、
前記船体の右舷の波浪スペクトルの振幅成分と、
前記振幅成分と前記位相成分とから構成される前記左舷の波浪スペクトルと前記右舷の波浪スペクトルとのベクトル和と、
を用いて、前記固有周波数を推定する、
波浪計測装置。
The wave measuring device according to claim 1.
The wave spectrum has an amplitude component and a phase component as well as a frequency component.
The natural frequency estimation unit
The amplitude component of the wave spectrum on the port side of the hull and
The amplitude component of the starboard side wave spectrum of the hull and
The vector sum of the port-side wave spectrum and the starboard-side wave spectrum composed of the amplitude component and the phase component,
To estimate the intrinsic frequency,
Wave measuring device.
請求項2に記載の波浪計測装置であって、
前記固有周波数推定部は、
前記ベクトル和の大きさを、前記左舷の波浪スペクトルの大きさと前記右舷の波浪スペクトルの大きさとの和で除算した判定値を用いて、前記固有周波数を推定する、
波浪計測装置。
The wave measuring device according to claim 2.
The natural frequency estimation unit
The intrinsic frequency is estimated using a determination value obtained by dividing the magnitude of the vector sum by the magnitude of the port-side wave spectrum and the magnitude of the starboard wave spectrum.
Wave measuring device.
請求項3に記載の波浪計測装置であって、
前記固有周波数推定部は、
前記判定値が極小値の周波数を、前記固有周波数とする、
波浪計測装置。
The wave measuring device according to claim 3.
The natural frequency estimation unit
The frequency at which the determination value is the minimum value is defined as the natural frequency.
Wave measuring device.
請求項3または請求項4に記載の波浪計測装置であって、
前記固有周波数推定部は、
前記判定値の重み付け平均値を用いて、前記固有周波数を推定する、
波浪計測装置。
The wave measuring device according to claim 3 or 4.
The natural frequency estimation unit
The intrinsic frequency is estimated using the weighted average value of the determination value.
Wave measuring device.
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の波浪計測装置であって、
前記船体応答関数設定部は、
前記船体応答関数を、少なくともロール用応答関数で構成し、
前記ロール用応答関数に、前記固有周波数を適用する、
波浪計測装置。
The wave measuring device according to any one of claims 1 to 5.
The hull response function setting unit
The hull response function is composed of at least a roll response function.
Applying the natural frequency to the roll response function,
Wave measuring device.
請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の波浪計測装置であって、
前記固有周波数推定部は、
前記推定した固有周波数を適用する前の初期の前記船体応答関数を用いた前記波浪スペクトルから、前記固有周波数を推定する、
波浪計測装置。
The wave measuring device according to any one of claims 1 to 6.
The natural frequency estimation unit
The natural frequency is estimated from the wave spectrum using the initial hull response function before applying the estimated natural frequency.
Wave measuring device.
請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の波浪計測装置であって、
前記固有周波数の推定完了前の前記船体応答関数は、前記動揺データの振幅と前記波浪スペクトルの振幅とを同じに設定する、
波浪計測装置。
The wave measuring device according to any one of claims 1 to 7.
The hull response function before the completion of the estimation of the natural frequency sets the amplitude of the sway data and the amplitude of the wave spectrum to be the same.
Wave measuring device.
船体の動揺データを算出する動揺データ算出部と、
略全ての周波数成分が略同じ値に設定された船体応答関数と、前記動揺データと、を用いて、前記波浪スペクトルを推定する波浪スペクトル推定部と、
前記波浪スペクトルから波浪データを算出する波浪データ算出部と、
を備える波浪計測装置。
The sway data calculation unit that calculates the sway data of the hull,
A wave spectrum estimation unit that estimates the wave spectrum using a hull response function in which substantially all frequency components are set to substantially the same value and the sway data.
A wave data calculation unit that calculates wave data from the wave spectrum,
Wave measuring device equipped with.
請求項9に記載の波浪計測装置であって、
前記波浪スペクトル推定部は、前記動揺データの振幅と前記波浪スペクトルの振幅とを略同じに設定する、
波浪計測装置。
The wave measuring device according to claim 9.
The wave spectrum estimation unit sets the amplitude of the sway data and the amplitude of the wave spectrum to be substantially the same.
Wave measuring device.
船体の動揺データを算出し、
前記動揺データと船体応答関数とを用いて波浪スペクトルを推定し、
前記波浪スペクトルから波浪データを算出し、
前記波浪スペクトルまたは前記動揺データから前記船体の固有周波数を推定し、
前記固有周波数を用いて前記船体応答関数を設定する、
波浪計測方法。
Calculate the hull sway data and
The wave spectrum is estimated using the sway data and the hull response function.
Wave data is calculated from the wave spectrum,
The natural frequency of the hull is estimated from the wave spectrum or the sway data, and
The hull response function is set using the natural frequency.
Wave measurement method.
請求項11に記載の波浪計測方法であって、
前記波浪スペクトルは、周波数成分とともに振幅成分および位相成分を有し、
前記船体の左舷の波浪スペクトルの振幅成分と、前記船体の右舷の波浪スペクトルの振幅成分と、前記振幅成分と前記位相成分とから構成される前記左舷の波浪スペクトルと前記右舷の波浪スペクトルとのベクトル和と、を用いて、前記固有周波数を推定する、
波浪計測方法。
The wave measurement method according to claim 11.
The wave spectrum has an amplitude component and a phase component as well as a frequency component.
Vector of the amplitude component of the port side wave spectrum of the hull, the amplitude component of the starboard side wave spectrum of the hull, the port side wave spectrum composed of the amplitude component and the phase component, and the starboard side wave spectrum. Estimate the natural frequency using the sum and
Wave measurement method.
船体の動揺データを算出し、
前記動揺データと船体応答関数とを用いて波浪スペクトルを推定し、
前記波浪スペクトルから波浪データを算出し、
前記波浪スペクトルまたは前記動揺データから前記船体の固有周波数を推定し、
前記固有周波数を用いて前記船体応答関数を設定する、
処理を演算処理装置に実行させる、波浪計測プログラム。
Calculate the hull sway data and
The wave spectrum is estimated using the sway data and the hull response function.
Wave data is calculated from the wave spectrum,
The natural frequency of the hull is estimated from the wave spectrum or the sway data, and
The hull response function is set using the natural frequency.
A wave measurement program that causes an arithmetic processing unit to execute processing.
請求項13に記載の波浪計測プログラムであって、
前記波浪スペクトルは、周波数成分とともに振幅成分および位相成分を有し、
前記船体の左舷の波浪スペクトルの振幅成分と、前記船体の右舷の波浪スペクトルの振幅成分と、前記振幅成分と前記位相成分とから構成される前記左舷の波浪スペクトルと前記右舷の波浪スペクトルとのベクトル和と、を用いて、前記固有周波数を推定する、
処理を演算処理装置に実行させる、波浪計測プログラム。
The wave measurement program according to claim 13.
The wave spectrum has an amplitude component and a phase component as well as a frequency component.
Vector of the amplitude component of the port side wave spectrum of the hull, the amplitude component of the starboard side wave spectrum of the hull, the port side wave spectrum composed of the amplitude component and the phase component, and the starboard side wave spectrum. Estimate the natural frequency using the sum and
A wave measurement program that causes an arithmetic processing unit to execute processing.
JP2019071203A 2019-04-03 2019-04-03 Wave measuring device, wave measuring method, and wave measuring program Pending JP2020169884A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019071203A JP2020169884A (en) 2019-04-03 2019-04-03 Wave measuring device, wave measuring method, and wave measuring program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019071203A JP2020169884A (en) 2019-04-03 2019-04-03 Wave measuring device, wave measuring method, and wave measuring program

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020169884A true JP2020169884A (en) 2020-10-15

Family

ID=72745817

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019071203A Pending JP2020169884A (en) 2019-04-03 2019-04-03 Wave measuring device, wave measuring method, and wave measuring program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020169884A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116224393A (en) * 2023-05-10 2023-06-06 自然资源部第一海洋研究所 Wave spectrum calculation method based on GNSS wave measurement buoy

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116224393A (en) * 2023-05-10 2023-06-06 自然资源部第一海洋研究所 Wave spectrum calculation method based on GNSS wave measurement buoy
CN116224393B (en) * 2023-05-10 2023-09-22 自然资源部第一海洋研究所 Wave spectrum calculation method based on GNSS wave measurement buoy

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gao et al. Adaptive Kalman filtering with recursive noise estimator for integrated SINS/DVL systems
US10746551B2 (en) Positioning apparatus and positioning method
JP5270184B2 (en) Satellite navigation / dead reckoning integrated positioning system
Morgado et al. Tightly coupled ultrashort baseline and inertial navigation system for underwater vehicles: An experimental validation
JP4199553B2 (en) Hybrid navigation device
JP6008124B2 (en) Vehicle orientation detection method and vehicle orientation detection device
JP2014228495A (en) Self-position estimation device and method
JP2010112854A (en) Navigation device for pedestrian, and moving direction detection method in the navigation device for pedestrian
CN110926464A (en) Inertial navigation method and system based on dual modes
JP2020056701A (en) Navigation device, flight assisting information generation method, and flight assisting information generation program
JP5022747B2 (en) Mobile body posture and orientation detection device
JP4563157B2 (en) Object orientation and orientation detection device
JP2020169884A (en) Wave measuring device, wave measuring method, and wave measuring program
US11804916B2 (en) System and method for determining a direction of arrival of a radio signal being emitted by a radio emitter and a geolocation of the radio emitter using a single antenna
JP5180447B2 (en) Carrier phase relative positioning apparatus and method
JP2008175721A (en) Sensor error estimating device, and observation device, method, and program
US20180259653A1 (en) Method and device for calculating attitude angle
US9086482B2 (en) Method for determining the navigation speed of a carrier and hybridization device
Pelevin Identification of vehicle model parameters under external disturbances
JP6531768B2 (en) Sensor error correction apparatus and method
US11268812B1 (en) Bias corrected inertial navigation system
RU2754396C1 (en) Adaptive method for correcting orientation angles of strapdown ins
Monaco et al. Doppler velocity log placement effects on autonomous underwater vehicle navigation accuracy
JP7113701B2 (en) MAGNETIC COMPENSATION DEVICE AND MAGNETIC COMPENSATION METHOD
CN111123323B (en) Method for improving positioning precision of portable equipment