JP3192448B2

JP3192448B2 - 潮流計

Info

Publication number: JP3192448B2
Application number: JP23613591A
Authority: JP
Inventors: 繁青山; 昌彦虫明
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1991-02-25
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 2001-07-30
Anticipated expiration: 2016-07-30
Also published as: JPH04357463A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水中に発した超音波を
用いて対地速度と対水速度を求め、それらの速度差から
潮流を求める潮流計に関し、特に航法装置よりの対地速
度をも参照するようにしたハイブリッド方式の潮流計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、漁撈援助を目的として所望の
深度における潮流を測定するのに潮流計が用いられてい
る。この潮流計は、例えば水平指向方向が互いに１２０
度離れた方向で、かつ、航行方向に対し一定の俯角で超
音波の送受波を行う超音波送受波器を備えており、設定
深度から帰来する反射波に生じたドップラーシフト量か
らその深度の潮流に対する船の速度(対水速度)および、
海底反射波のドップラーシフト量から海底に対する船の
速度(対地速度)を求めると共に、これらの対水速度およ
び対地速度の方向を船に取り付けた方位センサによって
求め、これらの対地速度と対水速度とのベクトル差から
設定深度における潮流の速度を求めている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、方位センサ
で検出される方位は必ずしも正確ではなく、例えば磁気
コンパスであれば磁気偏差により誤差が生じる。方位セ
ンサで検出される方位に生じる誤差を方位誤差角とい
う。

【０００４】図９は、潮流を求めるベクトル図を示して
いる。ＡおよびＢは真の対地速度および対水速度とする
と、潮流速度Ｃは、Ｃ＝Ａ−Ｂのベクトル式で得られ
る。これに対して、方位センサの方位誤差をθとすれ
ば、潮流計で得た対地速度および対水速度の測定値は、
それぞれ同一方向にθだけ回転したＡ'およびＢ'で示さ
れる。従ってこのときの潮流速度Ｃ'はＣ'＝Ａ'−Ｂ'の
ベクトル式で与えられる。この場合、潮流速度Ｃ'に大
きさな誤差は生じないがその向きがずれるために方位誤
差と同程度の方位の誤差が生じた。

【０００５】又、この種の潮流計では、深度が深くなる
と、海底よりの反射波が得られなくなるため対地速度の
検出が行えず、それ故、潮流を求めることも出来なくな
る。そこで、超音波による対地速度を検出できないとき
に備えて航法装置で検出した対地速度をも取り込むよう
にしたハイブリッド方式の潮流計が用いられている。航
法装置とは、ＧＰＳ(グローバル・ポジショニング・シス
テム)やロランＣ等の航法機器からの情報により位置情
報や対地速度(移動速度)を求める装置である。この場合
のベクトル図を図１０に示している。Ｄは、航法装置で
得た対地速度であり、この対地速度Ｄにも測定誤差が含
まれるが常に絶対値として得られるので真値とみなせ
る。これに対し、潮流計で測定された対水速度は、真の
対水速度Ｂから方位誤差θだけずれたＢ'となるので、
潮流速度Ｃ"は、Ｃ"＝Ｄ−Ｂ'のベクトル式で得られ
る。このベクトル図でわかるように、Ｄ−Ｂで得られる
真の潮流速度Ｃに対し、このときの潮流速度Ｃ"は大き
さな誤差を持つことがわかる。又、図１０では、対水速
度と潮流との向きが直交していたために潮流の向きに対
しては大きな誤差は生じなかったが、そうでない場合に
は潮流の大きさおよび方向共に誤差が生じた。

【０００６】次に方位誤差角は無くても潮流計自身に誤
差がある場合について述べる。図１１において、Ｅおよ
びＦは、真の対地速度および対水速度であり、従ってＥ
−Ｆ＝Ｇが真の潮流速度となる。しかしながら、潮流計
にて検出された対地速度Ｅ'および対水速度Ｆ'は、真値
よりも共に１.３倍であったとすると、この潮流計で得
られる潮流速度Ｇ'は、Ｇ'＝Ｅ'−Ｆ'＝１.３Ｅ−１.３Ｆ＝１.３(Ｅ−Ｆ)＝１.３Ｇとなり、潮流速度にも同じ倍率の誤差を含むことにな
る。

【０００７】図１１の特性を有する潮流計にて、対地速
度を航法装置から取り込んだときのベクトル図を図１２
に示している。Ｈは航法装置よりの対地速度であり、Ｉ
は真の対水速度であれば、Ｈ−Ｉ＝Ｊが真の潮流速度と
なるが、潮流計による対水速度が真の１.３のＩ'であれ
ば、Ｈ−Ｉ'＝Ｊ'がこのときに検出される潮流速度であ
り誤差を含む。本発明は、上述した課題を解決するため
になされたものであり、方位センサの方位誤差角および
／又は対地速度の誤差を検出して、この誤差でもって補
正することにより、正確な潮流を検出できる潮流計を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本第１発明の潮流計は、
方位を補正するものであり、請求項１に記載したよう
に、船首の方位を検出する方位センサと、超音波エコー
信号から対地速度および対水速度を計測すると共に、前
記船首の方位のデータから前記対地速度および対水速度
の方位を演算する対地・対水速度計測手段と、前記対地
・対水速度計測手段により得られる対地速度または航法
装置より得た対地速度のいずれかと、前記対水速度との
ベクトル差から潮流速度を求める潮流計測手段と、前記
対地・対水速度計測手段で検出した対地速度の方位と、
航法装置より得た対地速度の方位との差を、位誤差角と
して演算する方位誤差角演算部とを備え、方位誤差角演
算部で演算した方位誤差角でもって前記方位センサで検
出した方位を補正することを特徴とする。

【０００９】本第２発明の潮流計は、対地速度を補正す
るものであり、請求項２に記載したように、船首の方位
を検出する方位センサと、超音波エコー信号から対地速
度および対水速度を計測すると共に、前記船首の方位の
データから前記対地速度および対水速度の方位を演算
し、対地速度および対水速度のベクトル差から潮流速度
を求める超音波式の潮流計測部と、潮流計測部で得た対
地速度を、航法装置より得た対地速度と比較することに
より、潮流計測部で検出した対地速度の誤差を演算する
対地誤差演算部とを備え、対地誤差演算部で演算した対
地誤差でもって前記潮流計測部で検出した対地速度を補
正することを特徴とする。

【００１０】本第３発明の潮流計は、方位および対地速
度の双方を補正するものであり、請求項３に記載したよ
うに、船首の方位を検出する方位センサと、超音波エコ
ー信号から対地速度および対水速度を計測すると共に、
前記船首の方位のデータから前記対地速度および対水速
度の方位を演算する対地・対水速度計測手段と、前記対
地・対水速度計測手段により得られる対地速度または航
法装置より得た対地速度のいずれかと、前記対水速度と
のベクトル差から潮流速度を求める潮流計測手段と、前
記対地・対水速度計測手段で検出した対地速度の方位
と、航法装置より得た対地速度の方位との差から、方位
誤差角として演算する方位誤差角演算部と、対地・対水
速度計測手段で検出した対地速度を、航法装置より得た
対地速度と比較することにより、潮流計測部で検出した
対地速度の誤差を演算する対地誤差演算部とを備え、前
記方位誤差角演算部で演算した方位誤差角でもって前記
方位センサで検出した方位を補正すると共に、対地誤差
演算部で演算した対地誤差でもって前記潮流計測手段で
検出した対地速度を補正することを特徴とする。

【００１１】

【作用】第１発明の潮流計は、一定時間航行する間に、
対地・対水速度計測手段で検出した対地速度もしくは対
水速度および航法装置より得た対地速度に基づき、方位
センサで検出した方位と航法装置と検出した方位とのず
れである方位誤差角を方位誤差角演算部にて演算し、演
算した方位誤差角により方位センサで検出した方位を補
正し、そして、この補正した方位でもって、対地・対水
速度計測手段にて正確な対地速度および対水速度を求
め、そして潮流計測手段によって正確な潮流速度を求め
ている。

【００１２】第２発明の潮流計は、一定時間航行する間
に、対地・対水速度計測手段で検出した対地速度と、航
法装置より得た対地速度とを対地誤差演算部により、比
較することにより、対地・対水速度計測手段で検出した
対地速度の誤差を演算して、この対地・対水速度計測手
段で検出した対地速度を補正している。

【００１３】第３発明の潮流計は、第１発明と第２発明
とを組み合わせたものであり、方位誤差角および対地速
度の誤差の双方を補正することにより、より正確な対地
速度が得られる。

【００１４】上記の方位誤差角演算部の実施例として
は、請求項４および請求項５の方法があり、以下の実施
例ではそれぞれ図１、図５の潮流計にて述べている。

【００１５】上記の対地誤差演算部の実施例としては、
請求項６および請求項７の方法があり、以下の実施例で
はそれぞれ図３、図７の潮流計にて述べている。

【００１６】又、請求項１もしくは２の潮流計におい
て、請求項８に記載したように、対地・対水速度計測手
段による対地速度が異常と判定されたとき、正常時の方
位誤差角を方位誤差角補正部に固定的に入力することに
より、補正された正確な方位が得られる。この方位に基
づき、前記の対地・対水速度計測手段により対水速度が
検出され、この対水速度と航法装置による対地速度とか
ら潮流速度が求められる。

【００１７】又、請求項２もしくは３の潮流計におい
て、請求項９に記載したように、対地・対水速度計測手
段による対地速度が異常と判定されたとき、正常時の対
地速度の誤差を、前記対地・対水速度計測手段に補正デ
ータとして固定的に入力することにより、その対地誤差
のデータでもって対水速度が補正され、この補正された
対水速度と航法装置による対地速度とから潮流速度が求
められる。

【００１８】

【実施例】図１は、方位補正に係わる第１発明(請求項
１記載)の第１実施例(請求項４記載)を示す制御ブロッ
ク図である。１は、船首方位を検出する方位センサであ
り、ジャイロコンパスや磁気コンパスが用いられる。２
は、方位指示補正部であり、方位センサ１で検出された
方位の指示を後述の方位誤差角で補正する。３は、潮流
計であり、超音波送受波器Ｙよりの受波信号と前記方位
信号とから対地速度および対水速度及びそれらの各方位
を演算する対地・対水速度演算部３１と、これらの対地
速度と対水速度とのベクトル差から潮流速度を演算する
潮流演算部３２とからなる。４は航法装置であり、前述
した航法機器よりの信号をアンテナＺにて受信して対地
速度およびその方位を検出する。５は、対地・対水速度
演算部３１で演算された対地速度が正常に検出されたか
否かを判定する信号判定部である。６は、信号判定部５
の判定結果に対応して切り替わる切替スイッチであり、
対地速度信号が正常であるか否かによって、対地・対水
速度演算部３１よりの対地速度もしくは航法装置４より
の対地速度を選択的に潮流演算部３２へ導く。

【００１９】７は、方位誤差角演算部であり、請求項４
で記したように、潮流計３よりの対地速度およびその方
位と、航法装置４による対地速度およびその方位からそ
れぞれの積算移動距離に対する移動方位を求め、これら
の移動方位の差から方位誤差角を検出するが、詳しくは
後で説明する。８は、方位誤差角演算部７より出力され
る方位誤差角をラッチするラッチ回路であり、９は、切
替スイッチであり、前記信号判定部５による対地速度信
号が正常であると判定されている間、方位誤差角演算部
７より出力されている方位誤差角を前記の方位指示補正
部２に供給するが、前記対地速度信号が異常であると判
定された時は、この時点でラッチ回路８にラッチされて
いた、正常時における方位誤差角を供給する。

【００２０】上記構成の装置の動作を以下に説明する。
当該装置を搭載する船がほぼ東北の方向に航走している
場合について考える。この航走の間に、潮流計３の対地
・対水速度演算部３１により対地および対水速度が検出
されると共に、方位センサ１で検出された船首方位に基
づき、前記対地および対水速度のそれぞれの方位が検出
される。その検出された対地速度が正常であったなら
ば、この対地速度は切替スイッチ６を介して潮流演算部
３２に入力されることにより潮流速度およびその方位が
演算される。この潮流計３による検出に並行して、航法
装置４においても、対地速度およびその方位が検出され
る。このようにして潮流計３および航法装置４によりそ
れぞれ検出された対地速度および方位に基づき、方位誤
差角演算部７において方位誤差角が以下のようにして求
められる。

【００２１】図２に示すように、航法装置４で刻々と検
出される対地速度の北方向および東方向の速度成分をそ
れぞれ、ＫＮ(ＫＮ₁、ＫＮ₂、ＫＮ₃、…)、およびＫＥ
(ＫＥ₁、ＫＥ₂、ＫＥ₃、…)とすると、北方向および東
方向への各積算移動距離ＫＮＤ、ＫＥＤは、

【００２２】

【数１】ＫＮＤ＝ｐ(ＫＮ₁＋ＫＮ₂＋ＫＮ₃＋…＋ＫＮn＋…) ＫＥＤ＝ｐ(ＫＥ₁＋ＫＥ₂＋ＫＥ₃＋…＋ＫＥn＋…) で表される。ここでｐは、速度を距離に直す定数であ
る。また、このときに船の進んだ航程の直線距離Ｌ
₁は、

【００２３】

【数２】Ｌ₁＝SQR(ＫＮＤ²＋ＫＥＤ²) SQRは平方根を求める記号である。

【００２４】一方、潮流計３により同時に検出される対
地速度の北方向および東方向の速度成分をそれぞれ、Ｇ
Ｎ₁、ＧＮ₂、ＧＮ₃、…、およびＧＥ₁、ＧＥ₂、ＧＥ₃、
…、とすると、北方向と東方向への積算移動距離ＧＮ
Ｄ、ＧＥＤは、

【００２５】

【数３】ＧＮＤ＝ｐ(ＧＮ₁＋ＧＮ₂＋ＧＮ₃＋…＋ＧＮn＋…) ＧＥＤ＝ｐ(ＧＥ₁＋ＧＥ₂＋ＧＥ₃＋…＋ＧＥn＋…) で表され、このときに船の進んだ航程の直線距離Ｌ
₂は、

【００２６】

【数４】Ｌ₂＝SQR(ＧＮＤ²＋ＧＥＤ²)である。

【００２７】これらの直線距離Ｌ₁、Ｌ₂が一定の距離Ｌ
を越えたとき、航法装置４および潮流計３で計測された
移動方向の方位θ₁、θ₂が次式により求められる。

【００２８】

【数５】θ₁＝ＡＴＮ(ＫＥＤ／ＫＮＤ) θ₂＝ＡＴＮ(ＧＥＤ／ＧＮＤ) ＡＴＮはアークタンジェント(逆正接)を求める記号であ
る。

【００２９】方位センサ１に方位誤差がなければ、つま
り、潮流計３と航法装置４で検出される絶対方位が等し
ければ、θ₁＝θ₂となるはずであるが、現実には、θ₁
−θ₂＝θの方位差が生じ、これが方位センサ１の方位
誤差角となる。

【００３０】この方位誤差角は、ラッチ回路８にラッチ
されると共に、切換スイッチ９を介してラッチ回路に入
力され、そのラッチ出力が方位指示補正部２に入力され
ることにより、方位センサ１で検出された方位が方位誤
差角により補正される。この補正された正確な方位(補
正方位)に基づき、潮流計３において正確な対地速度お
よび対水速度、それ故、正確な潮流速度が検出される。

【００３１】この方位誤差角の検出は、直線距離Ｌを進
む毎に行われるが、その際、新しいＬの区間に対して検
出してもよく、あるいは、始点からの総積算距離(つま
り、Ｌ、２Ｌ、３Ｌ…)に対して検出してもよい。この
ようにして次々に求められる方位誤差角は、逐一、ラッ
チ回路８にラッチされると共に、切替スイッチ９を介し
て方位指示補正部２に入力されるので、方位センサ１よ
りの方位が最新の方位誤差角によって繰り返して補正さ
れ、従って最終的には、方位センサ１の方位誤差が完全
にキャンセルされ、正確な対地速度、対水速度、潮流速
度が得られる。また、ラッチ回路８にも最終的には方位
センサ１の正確な方位誤差角がラッチされる。

【００３２】一方、上記潮流計３にて対地速度の検出中
に、深度が急変したときや水中に気泡が発生したりして
対地速度を正常に検出できなくなったとき、その場合、
信号判定部５により、その異常が判定され、その結果、
切替スイッチ６および９が切り替えられ、航法装置４で
検出した対地速度がこの切替スイッチ６を介して潮流演
算部３２に入力される。また、切替スイッチ９の切り換
えにより、前述したように、ラッチ回路８にラッチされ
ていた、正常時における方位誤差角が方位指示補正部２
に供給されるため、対地速度が正常に検出できなくなっ
た以降も、正確な方位信号に基づき、対地・対水速度演
算部３１からは正確な対水速度が出力される。従って、
切替スイッチ６の切り替えにより、潮流演算部３２への
対地速度の信号が潮流計３から航法装置４に切り替わっ
ても潮流演算部３２からは継続して正確な潮流速度が出
力される。尚、航法装置１６は、専用に備える必要はな
く、船舶に備えつけられている航法装置よりの検出信号
を用いればよい。

【００３３】図３は、対地速度の補正に係わる第２発明
(請求項２記載)の第１実施例(請求項６記載)を示す制御
ブロック図であり、図１と異なるのは、方位誤差角演算
部７の代わりに対地誤差演算部７'を備え、方位指示補
正部２は省略されている。対地誤差演算部７'で演算さ
れた対地速度の誤差(対地誤差)が補正データとして潮流
計３の対地・対水演算部３１に送出されることにより、
潮流計３で検出された対地速度並びに対水速度が補正さ
れるようになっている。

【００３４】以下に対地誤差演算部７'における機能を
述べる。前実施例と同様に、この対地誤差演算部７'に
おいて、数式１ないし数式５の演算がなされ、数式２お
よび数式４で求められた、航法装置４および潮流計３に
よる計測移動距離Ｌ₁、Ｌ₂から、数式６により、航法装
置４に対する潮流計３の対地速度の倍率Ｑが求められ
る。

【００３５】

【数６】Ｑ＝Ｌ₂／Ｌ₁

【００３６】この倍率Ｑが対地誤差のデータとしてラッ
チ回路８に送出されると共に、対地・対水演算部３１に
送出され、この対地・対水演算部３１において検出され
た対地速度および対水速度にＱ値が乗じられることによ
り、補正された正確な対地速度および対水速度、それ
故、正確な潮流速度が得られる。

【００３７】この装置においても、前実施例と同様、潮
流計３で対地速度が検出されなくなり、対地誤差演算部
７'から対地誤差の補正データが出力されなくなった
時、正常時における対地誤差の補正データがラッチ回路
８から読み出され、この補正データでもって対水速度が
補正される。この補正された対水速度と、航法装置４か
らの対地速度とから正確な潮流速度が求められる。

【００３８】図４は、方位補正および対地速度の補正に
係わる第３発明(請求項３記載)の第１実施例(請求項４
および請求項６記載)を示す制御ブロック図である。方
位誤差角・対地誤差演算部７”は、方位誤差角演算部７
(図１)および対地誤差演算部７'(図３)の両機能を兼ね
備えたものであり、この方位誤差角・対地誤差演算部
７”で演算された方位誤差角および対地誤差のデータ
は、ラッチ回路８にラッチされると共に、切替スイッチ
９を介して、方位指示補正部２および対地・対水演算部
３１にそれぞれ送出されることにより、方位センサ１の
方位誤差と、潮流計３の対地速度および対水速度とが補
正されるのでより正確な潮流速度が得られる。

【００３９】図５は、方位補正に係わる第１発明(請求
項１記載)の第２実施例(請求項５記載)を示す制御ブロ
ック図である。１１は、船首方位を検出する方位センサ
であり、１２は、方位指示補正部であり、方位センサ１
１で検出された方位を後述の方位誤差角で補正する。１
３は、超音波を用いて測定した対地速度と対水速度との
差から潮流を求める潮流計である。１４は、潮流計１３
の出力から対水速度を出力する対水速度出力部である。
１５は、メモリであり、対水速度出力部１４から前回に
出力された対水速度を記憶する。１６は、航法機器より
の信号から対地速度およびその方位を検出する航法装置
である。１７は、航法装置１６の出力から対地速度を出
力する対地速度出力部である。１８は、メモリであり、
対地速度出力部１７から前回に出力された対地速度を記
憶する。１９は、方位誤差角演算部であり、対水速度出
力部１４から今回出力された対水速度Ｗ２'およびメモ
リ１５に記憶された前回の対水速度Ｗ１'と、対地速度
出力部１７から今回出力された対地速度Ｋ２およびメモ
リ１８に記憶された前回の対地速度Ｋ１とから方位セン
サ１１の方位誤差を演算する。

【００４０】以下に、方位誤差角演算部１９における機
能を図６を用いて詳しく説明する。最初に例えば東北の
方向に航走し、このときに方位センサ１１および潮流計
１３により検出された対水速度をＷ１、また、航法装置
１６で検出された対地速度をＫ１とすると、潮流速度Ｃ
１は、Ｋ１とＷ１とのベクトル差となる。次に東南の方
向に航走し、このときに方位センサ１１および潮流計１
３により検出された対水速度をＷ２、航法装置１６で検
出された対地速度をＫ２とすると、潮流速度Ｃ２は、Ｋ
２とＷ２とのベクトル差となる。このように検出した対
水速度Ｗ１とＷ２とが真値(即ち、方位センサ１１に方
位誤差がないとき)の場合にでかつ、測定した海域で潮
流が一定ならば、潮流速度のＣ１とＣ２とは大きさおよ
びその向きが同じ値となる。

【００４１】しかしながら、方位センサ１１にθの方位
誤差があった場合には、船が東北の方向に正確に航走し
ていても、潮流計１３で検出された対水速度はＷ１'で
示すように真の対水速度Ｗ１よりθだけ向きがずれてい
る。同様に東南の方向に航行したときの対水速度Ｗ２'
となる。この場合に得られる潮流速度は、Ｃ１'および
Ｃ２'となる。このように、方位センサ１１に方位誤差
があると、潮流Ｃ１'とＣ２'とでは向きと大きさが異な
ってしまう。

【００４２】そこで、図６において、対水速度Ｗ１'お
よび対水速度Ｗ２'をそれぞれθxだけ向きを変えたと
き、このときの潮流速度はそれぞれＸ１、Ｘ２となる
が、両者の潮流速度が等しくなるように前記の角度θx
を変えるようにすれば、そのときの対水速度の向きが真
の対水速度の向きとなる。図４ではθx＝θとしたとき
であり、従って方位センサ１１の方位誤差角はθで得ら
れることがわかる。

【００４３】以上の原理に基づき、方位誤差角を得るた
めの実際の演算式を以下に示す。ＫＮ、ＫＥを航法装置
による対地速度の北方向および東方向の成分、ＷＮ、Ｗ
Ｅを潮流計で得た対水速度の北方向および東方向の成
分、ＣＮ、ＣＥをこのときの潮流速度の北方向および東
方向の成分とすると、対地速度、対水速度および潮流速
度は、数式７の関係がある。

【００４４】

【数７】

【００４５】数式７を変形すると数式８となり、ここで
方位センサ１１に方位誤差がある場合には、数式８に対
応して数式９が得られる。

【００４６】

【数８】

【００４７】

【数９】ここで、ＷＮ'、ＷＥ'は方位誤差を含む対水速度の北方
向および東方向の成分、ＣＮ'、ＣＥ'はこのときの潮流
速度の北方向および東方向の成分である。方位誤差角を
θとすると、数式１０の関係がある。

【００４８】

【数１０】

【００４９】数式９を数式１０に代入すると、数式１１
が得られる。

【００５０】

【数１１】

【００５１】図６に示したように、東北の方向に航行し
たときに航法装置１６による対地速度Ｋ１(ＫＮ１、Ｋ
Ｅ１)、潮流計１３による対水速度Ｗ１'(ＷＮ１'、ＷＥ
１')が検出され、東南の方向に航行したときに航法装置
１６による対地速度Ｋ２(ＫＮ２、ＫＥ２)、潮流計１３
による対水速度Ｗ２'(ＷＮ２'、ＷＥ２')が検出された
とする。これにより、数式９に対応して数式１２、数式
１３が得られる。

【００５２】

【数１２】

【００５３】

【数１３】

【００５４】一方、測定された対水速度Ｗ１'(ＷＮ
１'、ＷＥ１')と、真の対水速度Ｗ１(ＷＮ１、ＷＥ１)
とは、数式１０に対応して数式１４の関係があり、同様
に、対水速度Ｗ２'(ＷＮ２'、ＷＥ２')と、真の対水速
度Ｗ２(ＷＮ２、ＷＥ２)とは、数式１５の関係がある。

【００５５】

【数１４】

【００５６】

【数１５】

【００５７】真の対水速度より求めた潮流速度Ｃ１(Ｃ
Ｎ１、ＣＥ１)とＣ２(ＣＮ２、ＣＥ２)とが同じと仮定
すると、数式９から数式１６が成り立つ。

【００５８】

【数１６】

【００５９】数式１６を変形すると数式１７が得られ、
ここで便宜上、数式１７を数式１８のごとく置く。

【００６０】

【数１７】

【００６１】

【数１８】

【００６２】数式１８において、ａ＝ｂｘ＋ｃｙｄ＝−ｂｙ＋ｃｘの関係があり、従って数式１９が得られる。

【００６３】

【数１９】ｘ＝(ａｂ＋ｃｄ)／(ｂ²＋ｃ²) ｙ＝(ａｃ−ｂｄ)／(ｂ²＋ｃ²)

【００６４】つまり、ＣＯＳθ(＝ｘ)、ＳＩＮθ(＝ｙ)
は、数式２０および数式２１で示され、よって方位誤差
角θは、数式２２で与えられる。

【００６５】

【数２０】

【００６６】

【数２１】

【００６７】

【数２２】

【００６８】このようにして求められた方位誤差角は、
方位指示補正部１２に供給されることにより、方位セン
サ１１よりの方位が正確に補正されるので、これ以降に
おいては潮流計１３にて正確な対地速度、対水速度、そ
れ故、正確な潮流速度が検出される。

【００６９】尚、方位誤差角を得るためには、航走方向
としては異なる２方向に航走すればよく、図６に示した
ような方向の航走に限定されない。又、図５において
も、図１と同様に、潮流計１３で対地速度の検出が不能
になったとき、正常に対地速度を検出していたときの方
位誤差角を固定的に方位指示補正部１２に入力し、か
つ、航法装置１６よりの対地速度を潮流計１３に入力す
ることにより、正確な潮流速度を得ることができる。

【００７０】図７は、対地速度の補正に係わる第２発明
(請求項２記載)の第２実施例(請求項７記載)を示す制御
ブロック図である。図５と異なるのは、方位誤差角演算
部１４の代わりに対地誤差演算部１９'を備え、方位指
示補正部１２は省略されている。対地誤差演算部１９'
で演算された対地誤差のデータは潮流計１３に送出され
ることにより、この潮流計１３で検出される対地速度が
補正されるようになっている。

【００７１】以下に対地誤差演算部１７'でなされる制
御について述べる。前実施例(図５の装置)と同様に、こ
の対地誤差演算部１７'において、前述した数式７ない
し数式２２に従って演算がなされるが、この装置におい
て、潮流計１３で検出される対地速度が誤差を含み、航
法装置１６で検出された対地速度のＫ倍であったとする
と、数式１０に対応して数式２３が得られる。

【００７２】

【数２３】

【００７３】これより、数式１１に対応して数式２４が
得られる。

【００７４】

【数２４】

【００７５】そして、数式１４および数式１５に対応し
て数式２５および数式２６が得られる。

【００７６】

【数２５】

【００７７】

【数２６】

【００７８】又、数式１６に対応して数式２７が得られ
る。

【００７９】

【数２７】

【００８０】そして数式１７に対応して数式２８が得ら
れ、

【００８１】

【数２８】

【００８２】数式１８に対応して数式２９が得られる。

【００８３】

【数２９】

【００８４】数式２９において、Ｋａ＝ｂｘ＋ｃｙＫｄ＝−ｂｙ＋ｃｘの関係があり、従って、数式１９に対応しては数式３０
が得られる。

【００８５】

【数３０】ｘ＝Ｋ(ａｂ＋ｃｄ)／(ｂ²＋ｃ²) ｙ＝Ｋ(ａｃ−ｂｄ)／(ｂ²＋ｃ²)

【００８６】そして数式２０および数式２１に対応して
数式３１および数式３２が得られる。

【００８７】

【数３１】

【００８８】

【数３２】

【００８９】一方、ｘとｙとには次式の関係がある。ｘ²＋ｙ²＝１（∵ sinθ²＋cosθ²＝１）故に、

【００９０】

【数３３】｛Ｋ(ａｂ＋ｃｄ)／(ｂ²＋ｃ²)｝²＋｛Ｋ(ａｃ−ｂｄ)／(ｂ²＋ｃ²)｝²＝１

【００９１】

【数３４】Ｋ²｛(ａｂ＋ｃｄ)²＋(ａｃ−ｂｄ)²｝＝(ｂ²＋ｃ²)²

【００９２】

【数３５】Ｋ²＝(ｂ²＋ｃ²)²／｛(ａｂ＋ｃｄ)²＋(ａｃ−ｂｄ)²｝＝(ｂ²＋ｃ²)／(ａ²＋ｄ²)

【００９３】

【数３６】Ｋ＝SQR｛(ｂ²＋ｃ²)／(ａ²＋ｄ²)｝

【００９４】従って数式３７よりＫ値が求まる。

【００９５】

【数３７】

【００９６】潮流計１３で検出された対地速度は、航法
装置１６で検出された対地速度のＫ倍となっているの
で、潮流計１３において、検出された対地速度および対
水速度をそれぞれ１／Ｋ倍することにより、正確な対地
速度および対水速度、それ故、正確な潮流速度が得られ
る。

【００９７】図８は、方位補正および対地速度の補正に
係わる第３発明(請求項３記載)の第２実施例(請求項５
および請求項７記載)を示す制御ブロック図である。方
位誤差角・対地誤差演算部１９”は、方位誤差角演算部
１９(図５)および対地誤差演算部１９'(図７)の両機能
を兼ね備えたものであり、この方位誤差角・対地誤差演
算部１９”で演算された方位誤差角および対地誤差のデ
ータは、方位指示補正部１２および潮流計１３にそれぞ
れ送出されることにより、方位センサ１１の方位誤差
と、潮流計１３による対地速度誤差とが補正されるので
より正確な対地速度、それ故に潮流速度が得られる。

【００９８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、潮流計
で検出した対地・対水速度以外に航法装置で検出した対
地速度をも参照することにより、方位センサの方位誤差
および／又は対地速度の誤差を検出し、これに基づき方
位および／又は対地速度を補正するようにしたので、潮
流計から正確な対地速度および対水速度、それ故、正確
な潮流速度が得られる。又、本発明の潮流計のごとく、
方位センサの方位誤差および／又は潮流計による対地速
度を補正して、方位センサと航法装置とにおける絶対方
位を合わせることにより、および／又は、潮流計による
対地速度と航法装置による対地速度との間の誤差を無く
すことにより、潮流計で対地速度の検出が不能となって
も、これに代えて航法装置よりの対地速度を用いること
により、継続して正確な潮流速度を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本第１発明の潮流計の第１実施例を示すブロ
ック図

【図２】図１の装置での方位誤差角の演算を説明する
ために用いた図

【図３】本第２発明の潮流計の第１の実施例を示すブ
ロック図

【図４】本第３発明の潮流計の第１の実施例を示すブ
ロック図

【図５】本第１発明の潮流計の第２実施例を示すブロ
ック図

【図６】図１の装置での方位誤差角の演算を説明する
ために用いた図

【図７】本第２発明の潮流計の第２の実施例を示すブ
ロック図

【図８】本第３発明の潮流計の第２の実施例を示すブ
ロック図

【図９】対地および対水速度に方位誤差があった場合
の潮流速度の誤差を示す図

【図１０】対水速度にのみ方位誤差があった場合の潮
流速度の誤差を示す図

【図１１】潮流計で測定される対地速度および対水速
度に誤差があった場合の潮流速度の誤差を示す図

【図１２】対水速度にのみ誤差があった場合の潮流速
度の誤差を示す図

【符号の説明】

１方位センサ２方位指示補正部３潮流計４航法装置５信号判定部６切替スイッチ７方位誤差角演算部７' 対地誤差演算部７” 方位誤差角・対地誤差演算部８ラッチ回路９切替スイッチ１１方位センサ１２方位指示補正部１３潮流計１４対水速度出力部１５メモリ１６航法装置１７対地速度出力部１８メモリ１９方位誤差角演算部１９' 対地誤差演算部１９” 方位誤差角・対地誤差演算部３１対地・対水速度演算部３２潮流演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 5/00 G01S 15/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】船首の方位を検出する方位センサと、超音波エコー信号から対地速度および対水速度を計測す
ると共に、前記船首の方位のデータから前記対地速度お
よび対水速度の方位を演算する対地・対水速度計測手段
と、前記対地・対水速度計測手段により得られる対地速度ま
たは航法装置より得た対地速度のいずれかと、前記対水
速度とのベクトル差から潮流速度を求める潮流計測手段
と、前記対地・対水速度計測手段で検出した対地速度の方位
と、航法装置より得た対地速度の方位との差を、位誤差
角として演算する方位誤差角演算部とを備え、方位誤差角演算部で演算した方位誤差角でもって前記方
位センサで検出した方位を補正することを特徴とする潮
流計。
【請求項２】船首の方位を検出する方位センサと、超音波エコー信号から対地速度および対水速度を計測す
ると共に、前記船首の方位のデータから前記対地速度お
よび対水速度の方位を演算し、対地速度および対水速度
のベクトル差から潮流速度を求める超音波式の潮流計測
部と、潮流計測部で得た対地速度を、航法装置より得た対地速
度と比較することにより、潮流計測部で検出した対地速
度の誤差を演算する対地誤差演算部とを備え、対地誤差演算部で演算した対地誤差でもって前記潮流計
測部で検出した対地速度を補正することを特徴とする潮
流計。
【請求項３】船首の方位を検出する方位センサと、超音波エコー信号から対地速度および対水速度を計測す
ると共に、前記船首の方位のデータから前記対地速度お
よび対水速度の方位を演算する対地・対水速度計測手段
と、前記対地・対水速度計測手段により得られる対地速度ま
たは航法装置より得た対地速度のいずれかと、前記対水
速度とのベクトル差から潮流速度を求める潮流計測手段
と、前記対地・対水速度計測手段で検出した対地速度の方位
と、航法装置より得た対地速度の方位との差から、方位
誤差角として演算する方位誤差角演算部と、対地・対水速度計測手段で検出した対地速度を、航法装
置より得た対地速度と比較することにより、潮流計測部
で検出した対地速度の誤差を演算する対地誤差演算部と
を備え、前記方位誤差角演算部で演算した方位誤差角でもって前
記方位センサで検出した方位を補正すると共に、対地誤
差演算部で演算した対地誤差でもって前記潮流計測手段
で検出した対地速度を補正することを特徴とする潮流
計。
【請求項４】方位誤差角演算部は、対地・対水速度計
測手段で検出される対地速度およびその方位と、航法装
置で検出される対地速度およびその方位から、それぞれ
の積算移動距離Ｌ_１、Ｌ_２を求め、Ｌ_１およびＬ_２が一
定の距離を超えたとき、前記両積算移動距離に対する移
動方位を求め、これらの移動方位の差を方位センサの方
位誤差角として出力する請求項１もしくは３記載の潮流
計。
【請求項５】方位誤差角演算部は、ある方向に向けて
航走し、そのときに航法装置で検出した対地速度(Ｋ１)
と、潮流計測部で検出した対水速度(Ｗ１')とから(Ｋ
１)−(Ｗ１')のベクトル式(Ｍ)により潮流速度(Ｃ１')
を求め、次に別の方向に向けて航走し、そのときに航法
装置で検出した対地速度(Ｋ２)と、潮流計測部で検出し
た対水速度(Ｗ２')とから(Ｋ２)−(Ｗ２')のベクトル式
(Ｎ)により潮流速度(Ｃ２')を求め、両潮流速度(Ｃ１')
および(Ｃ２')が合致するように、前記二つのベクトル
式(Ｍ)および(Ｎ)における対水速度(Ｗ１')および(Ｗ
２')の方位を同一方向に同一角度θだけずらし、このと
きにずらした角度θを方位誤差角として出力する請求項
１もしくは３記載の潮流計。
【請求項６】対地誤差演算部は、航法装置で検出した対
地速度と、潮流計測部で検出した対地速度とからそれぞ
れの積算移動距離Ｌ₁、Ｌ₂を求め、Ｌ₂／Ｌ₁＝Ｑ値を、
潮流計測部で検出した対地速度に乗じて補正する請求項
２もしくは３記載の潮流計。
【請求項７】対地誤差演算部は、航法装置と比較して
潮流計測部で検出される対地速度がＫ倍であると仮定
し、ある方向に向けて航走し、そのときに航法装置で検
出した対地速度(Ｋ１)と、潮流計測部で検出した対水速
度(Ｗ１')とから(Ｋ１)−(Ｗ１')のベクトル式(Ｍ)によ
り潮流速度(Ｃ１')を求め、次に別の方向に向けて航走
し、そのときに航法装置で検出した対地速度(Ｋ２)と、
潮流計測部で検出した対水速度(Ｗ２')とから(Ｋ２)−
(Ｗ２')のベクトル式(Ｎ)により潮流速度(Ｃ２')を求
め、両潮流速度(Ｃ１')および(Ｃ２')が合致するよう
に、前記二つのベクトル式(Ｍ)および(Ｎ)における対水
速度(Ｗ１')および(Ｗ２')の方位を同一方向に同一角度
θだけずらし、この角度θを方位センサの方位誤差角と
して求める過程において、Ｋ値を含むＳＩＮθ関数およ
びＣＯＳθ関数から、ＳＩＮ²θ＋ＣＯＳ²θ＝１の関係
式を用いてＫ値を求め、潮流計測部で検出した対地速度
に１／Ｋを乗じて補正する請求項２もしくは３記載の潮
流計。
【請求項８】対地・対水速度計測手段で計測された対
地速度が正常か否かを検出する信号判定部を備え、該信
号判定部で対地速度が異常と判定されたとき、対地速度
が異常と判定される前に方位誤差角演算部より出力され
ていた方位誤差角を前記方位誤差角補正部に固定的に入
力するとともに、航法装置で検出した対地速度と対地・
対水速度計測手段で検出した対水速度とに基づき潮流速
度を求める請求項１もしくは３に記載の潮流計。
【請求項９】対地・対水速度計測手段で計測された対
地速度が正常か否かを検出する信号判定部を備え、該信
号判定部で対地速度が異常と判定されたとき、対地速度
が異常と判定される前に対地誤差演算部より出力されて
いた対地誤差のデータを前記の超音波式対地速度および
対水速度計測手段に固定的に入力して補正するととも
に、航法装置で検出した対地速度と対地・対水速度計測
手段で検出した対水速度とに基づき潮流速度を求める請
求項２もしくは３に記載の潮流計。