JP3502007B2 - 移動体方位検出装置 - Google Patents
移動体方位検出装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮ
ＡＳＳなどの衛星航法システムの衛星信号を受ける２つ
の衛星信号受信機を利用して、船舶の船首方位など、移
動体の向きを検出する移動体方位検出装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】移動体の位置や速度や進行方向を求める
手段として、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳなどの衛星航法シ
ステムがある。以下、衛星航法システムとしてＧＰＳ
を、移動体として船舶を、例に説明する。 【０００３】ＧＰＳにおける衛星信号受信機（以下、Ｇ
ＰＳ受信機）は、刻々と変化する船舶の位置や速度や進
行方向を求めることができる。しかし、図５のように船
首方向に進もうとする船舶１１が、潮流の影響を受ける
と、潮流方向と船首方向とのベクトルが合成された方向
に進む。ＧＰＳ受信機５１を用いて求まる方向は、進行
方向のみであるので船首方位は分からなかった。 【０００４】また、一般に、船首方位を求めるために
は、ジャイロコンバスやマグネットコンパスが用いられ
ている。ジャイロコンパスは高速で回転するコマを用い
るので、指北力が強く、船体の鉄類によって誤差を生じ
ることもないが、安定するまでに時間がかかりまた高価
である。マグネットコンパスは、構造が簡単で電源の必
要もなく故障の心配もほとんどないが、場所により必ず
しも真北を示すとは限らないという欠点がある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のコン
パスの問題点に鑑み、ＧＰＳ受信機などの２つの衛星信
号受信機を用いて、衛星信号の観測値のみによって安価
で高速に船首方位を求めることが出来る移動体方位検出
装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】請求項１の移動体方位検
出装置は、移動体上に所定の距離を離して配置された、
衛星信号を受ける第１及び第２のアンテナと、この第１
及び第２のアンテナからの衛星信号を受信して、その搬
送波（キャリア）位相を測定する第１及び第２の衛星信
号受信機と、その第１及び第２の衛星信号受信機で測定
したキャリア位相から複数衛星の測定２重位相差を得る
２重位相差測定手段と、前記第１のアンテナを中心と
し、第２のアンテナまでの距離を半径とする円周上の複
数位置のうちの任意位置と、前記第１のアンテナの位置
と、前記複数衛星の位置に基づいて複数衛星の計算２重
位相差を計算し、前記任意位置を変更して前記複数位置
における複数衛星の計算２重位相差をそれぞれ得る２重
位相差計算手段と、前記複数位置における複数衛星の前
記計算２重位相差と前記測定２重位相差とをそれぞれ比
較する比較手段とを備え、前記円周上の前記複数位置の
うちの任意位置を順次変えると共に、前記複数位置にお
ける複数衛星の前記計算２重位相差と前記測定２重位相
差との小数部の差が最も小さいときの前記円周上の前記
複数位置のうちの任意位置を、真の第２のアンテナ位置
とし、当該移動体の方位を求めることを特徴とする。 【０００７】本発明によれば、第１、第２のアンテナ、
及び第１、第２の衛星信号受信機を設け、複数衛星の測
定２重位相差と、第１のアンテナを中心とし、第２のア
ンテナまでの距離を半径とする円周上の複数の位置での
複数衛星の計算２重位相差との比較により、衛星信号の
観測値のみによって高速に精度良く且つ安価に、船舶、
車両、航空機など移動体の方位を求める。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について、衛星航法システムとしてＧＰＳ
を、移動体として船舶を、例として説明する。図１は本
発明の２つのＧＰＳアンテナの船舶上への設置状況を示
す図、図２は本発明の移動体方位検出装置のブロック
図、図３は基準ＧＰＳアンテナを中心とし比較ＧＰＳア
ンテナを円周に配置した配置図、図４は基準ＧＰＳアン
テナと比較ＧＰＳアンテナとの１重位相差を説明する図
である。 【０００９】図１は、本発明の移動体方位検出装置を設
置した船舶を上から見た図であり、２つのＧＰＳアンテ
ナを船尾から船首方向へ直線上に設置している。船尾側
のＧＰＳアンテナ１２を基準アンテナとし、船首側のＧ
ＰＳアンテナ１３を比較アンテナとし、両者の間の距離
ＬはＧＰＳ搬送波（キャリア）の１波長λ程度とする。
因みに、ＧＰＳのＬ１キャリアの場合にはλ≒１９ｃ
ｍ、同じくＬ２キャリアの場合にはλ≒２４ｃｍであ
る。 【００１０】図２の本発明の移動体方位検出装置のブロ
ック図において、基準アンテナ１２が接続されている基
準ＧＰＳ受信機２１では、位置計算部２２で単独のＧＰ
Ｓ測位または差動のＤＧＰＳ測位を用いて基準アンテナ
１２の位置を計算する。衛星の方位角、仰角計算部２３
で基準アンテナ１２の位置における衛星の方位角と仰角
を、受信した衛星信号に基づいて計算する。また、キャ
リア位相測定部２４で基準アンテナ１２で得られたＧＰ
Ｓ信号のキャリア位相を測定する。 【００１１】比較アンテナ１３が接続された比較ＧＰＳ
受信機３１においては、得られたＧＰＳ信号のキャリア
位相をキャリア位相測定部３２で測定する。 【００１２】方位計算処理器４１では、まず、円周上位
置計算部４２で、位置計算部２２で得られた基準アンテ
ナ１２の位置に基づいて、比較アンテナ１３の各円周上
の位置を計算する。則ち、図３を参照して、円周上位置
計算部４２において、北を０度とした座標系で基準アン
テナ１２を中心とし、他方の比較アンテナ１３までの距
離Ｌを半径とした円周上の位置を計算する。例えば、１
度ステップで円周上の位置を計算したとすると、３６０
ポイントの位置を計算することになる。この円周上の各
位置を比較アンテナ１３の仮の位置とする。 【００１３】２重位相差計算部４３において、位置計算
部２２で得られた基準アンテナ１２の位置と円周上位置
計算部４２で得られた比較アンテナ１３の仮の位置と衛
星の方位角、仰角計算部２３で得られた各衛星の方位
角、仰角を用いて、比較アンテナ１３の円周上の仮の位
置での２重位相差を計算する。 【００１４】この２重位相差の計算は次のように行われ
る。２重位相差を計算するために、まず１重位相差を考
える。図３のように基準アンテナ１２は座標系の原点に
配置され、複数の可視衛星（以下の例では、可視衛星は
５つとし、衛星番号は１，２，３，４，５とする）があ
るとする。基準アンテナ１２は原点に位置しているの
で、 （ｘ、ｙ、ｚ）＝（０，０，０） となる。 【００１５】既知のアンテナ間距離Ｌを半径とした円周
上の位置は、ｘ軸からの角度をＩ度とすると、 （ｘ、ｙ、ｚ）＝（ｓｉｎＩ、ｃｏｓＩ、０） となる。これが比較アンテナ１３の位置となる。 【００１６】したがって、基準アンテナ位置１２と比較
アンテナ１３の位置関係から、図４を参照して、両アン
テナ１２，１３間の位置ベクトルＰは、 Ｐ＝（ｘ、ｙ、０）＝（ｓｉｎＩ、ｃｏｓＩ、０） となる。 【００１７】また、基準アンテナ１２の位置での衛星の
方位角をＡ度、仰角をＥ度とすると方向余弦ベクトルＣ
は、 Ｃ＝（ｃｏｓＥｓｉｎＡ、ｃｏｓＥｃｏｓＡ、ｓｉｎ
Ｅ） と表されるので、位置ベクトルＰと方向余弦ベクトルＣ
の内積をとることにより２個のアンテナ１２，１３と１
個の衛星との行路差Ｄが求まる。 Ｄ＝（ｘ、ｙ、０）(ｃｏｓＥｓｉｎＡ、ｃｏｓＥｃｏ
ｓＡ、ｓｉｎＥ) ｔ ＝ｘｃｏｓＥｓｉｎＡ＋ｙｃｏｓＥｃｏｓＡ ＝（ｘｓｉｎＡ＋ｙｃｏｓＡ）ｃｏｓＥ ｔ：転置 【００１８】この行路差Ｄをサイクルの単位で表すこと
によりアンテナ１２，１３間の１重位相差が求まる。ｘ
軸からの角度Ｉ毎に、各衛星毎に１個で計５個の１重位
相差をが求まるので、この１重位相差をＣＰ１(Ｉ)、Ｃ
Ｐ２(Ｉ)、ＣＰ３(Ｉ)、ＣＰ４(Ｉ)、ＣＰ５(Ｉ)とす
る。 【００１９】次に、１重位相差を計算した衛星の中の１
個を基準衛星とする。基準衛星の決定法としては仰角が
最も高い衛星を基準衛星にすることが望ましい。ここで
は衛星番号１の衛星を基準衛星と仮定する。 【００２０】このようにして決定した基準衛星の１重位
相差と他の衛星の１重位相差との差を、２重位相差計算
部４３で計算することにより、衛星数より１個少ない、
４個の２重位相差を計算することができる。すなわち、
計算上の２重位相差は ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ２(Ｉ)、 ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ３(Ｉ)、 ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ４(Ｉ)、 ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ５(Ｉ)となる。 【００２１】このようにすれば円周上のある点での計算
上の２重位相差が求まるため、これを円周上の全ポイン
ト、例えば１度ステップで計算したらＩ＝１，２．．．
３５９の３６０ポイント、で行い、全ポイントの計算上
の２重位相差を得ることができる。 【００２２】一方、基準ＧＰＳ受信機２１のキャリア位
相測定部２４と比較ＧＰＳ受信機３１のキャリア位相測
定部３２で測定したそれぞれのキャリア位相積算値を用
いて測定２重位相差計算部４４で測定値の２重位相差を
求めることにより、測定値の２重位相差も、衛星数より
１個少ない、４個の２重位相差を求めることが出来る。 【００２３】すなわち、各衛星のキャリア信号により基
準アンテナ１２と比較アンテナ１３の間の１重位相差を
それぞれ求めて、これらの１重位相差をＯＰ１、ＯＰ
２、０Ｐ３、０Ｐ４、０Ｐ５とする。計算上の２重位相
差の場合の基準衛星と同じ衛星を基準衛星（番号１の衛
星を基準と仮定する）とすると、測定２重位相差は、 ＯＰ１−ＯＰ２ ＯＰ１−ＯＰ３ ＯＰ１−ＯＰ４ ＯＰ１−ＯＰ５ となる。 【００２４】基準アンテナ１２と比較アンテナ１３での
測定値を用いて、測定２重位相差計算部４４で得られた
測定上の２重位相差が実際のアンテナ位置での値である
のに対し、２重位相差計算部４３で得られた計算上の２
重位相差は円周上の各ポイントにおける仮のアンテナ位
置での値である。 【００２５】実際のアンテナの位置での測定上の２重位
相差の値と、仮のアンテナ位置での計算上での２重位相
差の値との差が最も小さい時、実際のアンテナの位置と
仮のアンテナの位置が一致していると言える。 【００２６】そのため、全衛星における２重位相差の差
を２重位相差の差の計算部４５で計算する。すなわち、
２重位相差の差は、（ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ２(Ｉ)）−（ＯＰ１−ＯＰ２） （ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ３(Ｉ)）−（ＯＰ１−ＯＰ３） （ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ４(Ｉ)）−（ＯＰ１−ＯＰ４） （ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ５(Ｉ)）−（ＯＰ１−ＯＰ５） となる。 【００２７】これらの２重位相差の差を、円周上位置計
算部４２，２重位相差計算部４３での角度Ｉを変化させ
ながら順次求め、この小数部のみ取り出し、標準偏差計
算部４６で標準偏差を計算する。 【００２８】方位決定部４７に、この標準偏差が供給さ
れ、順次変化される角度Ｉに応じて、標準偏差が最小に
なる前記円周上の位置を求めれば、それが円周上の真の
比較アンテナ１３の位置となる。これにより、北（座標
系の０度）からの角度Ｉが求まり、それが船首方位とな
る。 【００２９】これら一連の処理を一定時間毎、例えば毎
秒毎に行うことにより連続して船首方位を求めることが
出来る。なお、このように連続して船首方位を求める場
合には、角度Ｉの変化させる範囲は、前回に求められて
いる船首方位を中心にして狭い範囲に限定することが出
来る。 【００３０】なお、以上の説明では、実際のアンテナの
位置での測定上の２重位相差の値と、仮のアンテナ位置
での計算上での２重位相差の値との差が一番小さい角度
Ｉが北（座標系の０度）からの船首方位としている。こ
のように、２重位相差を取ることにより、１重位相差の
比較だけでは取り除くことが出来なかった誤差成分を、
取り除くことが出来るから測定値に誤差成分が無くな
り、高精度に船首方位を検出することが出来る。 【００３１】また、船首方位の検出精度が、多少低下し
ても許容される場合には、２重位相差に代えて１重位相
差を用いることが出来る。前述の例を引用すると、計算
上での１重位相差ＣＰ１(Ｉ)、ＣＰ２(Ｉ)、ＣＰ３
(Ｉ)、ＣＰ４(Ｉ)、ＣＰ５(Ｉ)と、測定上の１重位相差
ＯＰ１、ＯＰ２、０Ｐ３、０Ｐ４、０Ｐ５を用い、これ
らの差を計算し、差が最も小さくなる角度Ｉを、北（０
度）からの船首方位とする。 【００３２】この１重位相差にて方位検出をする場合に
は、２重検出に比べてその精度が低下するが、その分本
発明の移動体方位検出装置の演算量が少なくて済むか
ら、その方位検出の目的に応じて、利用することが出来
る。 【００３３】また、上記実施の形態では、船舶の船首方
位を求めることとして説明しているが、本発明は車両、
航空機などの移動体の方位検出に適用することが出来
る。 【００３４】 【発明の効果】本発明によれば、第１、第２のアンテ
ナ、及び第１、第２の衛星信号受信機を設け、複数衛星
の測定２重位相差と、第１のアンテナを中心とし、第２
のアンテナまでの距離を半径とする円周上の複数の位置
での複数衛星の計算２重位相差との比較により、衛星信
号の観測値のみによって高速に精度良く且つ安価に、船
舶、車両、航空機など移動体の方位を求めることが出来
る効果がある。
ＡＳＳなどの衛星航法システムの衛星信号を受ける２つ
の衛星信号受信機を利用して、船舶の船首方位など、移
動体の向きを検出する移動体方位検出装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】移動体の位置や速度や進行方向を求める
手段として、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳなどの衛星航法シ
ステムがある。以下、衛星航法システムとしてＧＰＳ
を、移動体として船舶を、例に説明する。 【０００３】ＧＰＳにおける衛星信号受信機（以下、Ｇ
ＰＳ受信機）は、刻々と変化する船舶の位置や速度や進
行方向を求めることができる。しかし、図５のように船
首方向に進もうとする船舶１１が、潮流の影響を受ける
と、潮流方向と船首方向とのベクトルが合成された方向
に進む。ＧＰＳ受信機５１を用いて求まる方向は、進行
方向のみであるので船首方位は分からなかった。 【０００４】また、一般に、船首方位を求めるために
は、ジャイロコンバスやマグネットコンパスが用いられ
ている。ジャイロコンパスは高速で回転するコマを用い
るので、指北力が強く、船体の鉄類によって誤差を生じ
ることもないが、安定するまでに時間がかかりまた高価
である。マグネットコンパスは、構造が簡単で電源の必
要もなく故障の心配もほとんどないが、場所により必ず
しも真北を示すとは限らないという欠点がある。 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のコン
パスの問題点に鑑み、ＧＰＳ受信機などの２つの衛星信
号受信機を用いて、衛星信号の観測値のみによって安価
で高速に船首方位を求めることが出来る移動体方位検出
装置を提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】請求項１の移動体方位検
出装置は、移動体上に所定の距離を離して配置された、
衛星信号を受ける第１及び第２のアンテナと、この第１
及び第２のアンテナからの衛星信号を受信して、その搬
送波（キャリア）位相を測定する第１及び第２の衛星信
号受信機と、その第１及び第２の衛星信号受信機で測定
したキャリア位相から複数衛星の測定２重位相差を得る
２重位相差測定手段と、前記第１のアンテナを中心と
し、第２のアンテナまでの距離を半径とする円周上の複
数位置のうちの任意位置と、前記第１のアンテナの位置
と、前記複数衛星の位置に基づいて複数衛星の計算２重
位相差を計算し、前記任意位置を変更して前記複数位置
における複数衛星の計算２重位相差をそれぞれ得る２重
位相差計算手段と、前記複数位置における複数衛星の前
記計算２重位相差と前記測定２重位相差とをそれぞれ比
較する比較手段とを備え、前記円周上の前記複数位置の
うちの任意位置を順次変えると共に、前記複数位置にお
ける複数衛星の前記計算２重位相差と前記測定２重位相
差との小数部の差が最も小さいときの前記円周上の前記
複数位置のうちの任意位置を、真の第２のアンテナ位置
とし、当該移動体の方位を求めることを特徴とする。 【０００７】本発明によれば、第１、第２のアンテナ、
及び第１、第２の衛星信号受信機を設け、複数衛星の測
定２重位相差と、第１のアンテナを中心とし、第２のア
ンテナまでの距離を半径とする円周上の複数の位置での
複数衛星の計算２重位相差との比較により、衛星信号の
観測値のみによって高速に精度良く且つ安価に、船舶、
車両、航空機など移動体の方位を求める。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について、衛星航法システムとしてＧＰＳ
を、移動体として船舶を、例として説明する。図１は本
発明の２つのＧＰＳアンテナの船舶上への設置状況を示
す図、図２は本発明の移動体方位検出装置のブロック
図、図３は基準ＧＰＳアンテナを中心とし比較ＧＰＳア
ンテナを円周に配置した配置図、図４は基準ＧＰＳアン
テナと比較ＧＰＳアンテナとの１重位相差を説明する図
である。 【０００９】図１は、本発明の移動体方位検出装置を設
置した船舶を上から見た図であり、２つのＧＰＳアンテ
ナを船尾から船首方向へ直線上に設置している。船尾側
のＧＰＳアンテナ１２を基準アンテナとし、船首側のＧ
ＰＳアンテナ１３を比較アンテナとし、両者の間の距離
ＬはＧＰＳ搬送波（キャリア）の１波長λ程度とする。
因みに、ＧＰＳのＬ１キャリアの場合にはλ≒１９ｃ
ｍ、同じくＬ２キャリアの場合にはλ≒２４ｃｍであ
る。 【００１０】図２の本発明の移動体方位検出装置のブロ
ック図において、基準アンテナ１２が接続されている基
準ＧＰＳ受信機２１では、位置計算部２２で単独のＧＰ
Ｓ測位または差動のＤＧＰＳ測位を用いて基準アンテナ
１２の位置を計算する。衛星の方位角、仰角計算部２３
で基準アンテナ１２の位置における衛星の方位角と仰角
を、受信した衛星信号に基づいて計算する。また、キャ
リア位相測定部２４で基準アンテナ１２で得られたＧＰ
Ｓ信号のキャリア位相を測定する。 【００１１】比較アンテナ１３が接続された比較ＧＰＳ
受信機３１においては、得られたＧＰＳ信号のキャリア
位相をキャリア位相測定部３２で測定する。 【００１２】方位計算処理器４１では、まず、円周上位
置計算部４２で、位置計算部２２で得られた基準アンテ
ナ１２の位置に基づいて、比較アンテナ１３の各円周上
の位置を計算する。則ち、図３を参照して、円周上位置
計算部４２において、北を０度とした座標系で基準アン
テナ１２を中心とし、他方の比較アンテナ１３までの距
離Ｌを半径とした円周上の位置を計算する。例えば、１
度ステップで円周上の位置を計算したとすると、３６０
ポイントの位置を計算することになる。この円周上の各
位置を比較アンテナ１３の仮の位置とする。 【００１３】２重位相差計算部４３において、位置計算
部２２で得られた基準アンテナ１２の位置と円周上位置
計算部４２で得られた比較アンテナ１３の仮の位置と衛
星の方位角、仰角計算部２３で得られた各衛星の方位
角、仰角を用いて、比較アンテナ１３の円周上の仮の位
置での２重位相差を計算する。 【００１４】この２重位相差の計算は次のように行われ
る。２重位相差を計算するために、まず１重位相差を考
える。図３のように基準アンテナ１２は座標系の原点に
配置され、複数の可視衛星（以下の例では、可視衛星は
５つとし、衛星番号は１，２，３，４，５とする）があ
るとする。基準アンテナ１２は原点に位置しているの
で、 （ｘ、ｙ、ｚ）＝（０，０，０） となる。 【００１５】既知のアンテナ間距離Ｌを半径とした円周
上の位置は、ｘ軸からの角度をＩ度とすると、 （ｘ、ｙ、ｚ）＝（ｓｉｎＩ、ｃｏｓＩ、０） となる。これが比較アンテナ１３の位置となる。 【００１６】したがって、基準アンテナ位置１２と比較
アンテナ１３の位置関係から、図４を参照して、両アン
テナ１２，１３間の位置ベクトルＰは、 Ｐ＝（ｘ、ｙ、０）＝（ｓｉｎＩ、ｃｏｓＩ、０） となる。 【００１７】また、基準アンテナ１２の位置での衛星の
方位角をＡ度、仰角をＥ度とすると方向余弦ベクトルＣ
は、 Ｃ＝（ｃｏｓＥｓｉｎＡ、ｃｏｓＥｃｏｓＡ、ｓｉｎ
Ｅ） と表されるので、位置ベクトルＰと方向余弦ベクトルＣ
の内積をとることにより２個のアンテナ１２，１３と１
個の衛星との行路差Ｄが求まる。 Ｄ＝（ｘ、ｙ、０）(ｃｏｓＥｓｉｎＡ、ｃｏｓＥｃｏ
ｓＡ、ｓｉｎＥ) ｔ ＝ｘｃｏｓＥｓｉｎＡ＋ｙｃｏｓＥｃｏｓＡ ＝（ｘｓｉｎＡ＋ｙｃｏｓＡ）ｃｏｓＥ ｔ：転置 【００１８】この行路差Ｄをサイクルの単位で表すこと
によりアンテナ１２，１３間の１重位相差が求まる。ｘ
軸からの角度Ｉ毎に、各衛星毎に１個で計５個の１重位
相差をが求まるので、この１重位相差をＣＰ１(Ｉ)、Ｃ
Ｐ２(Ｉ)、ＣＰ３(Ｉ)、ＣＰ４(Ｉ)、ＣＰ５(Ｉ)とす
る。 【００１９】次に、１重位相差を計算した衛星の中の１
個を基準衛星とする。基準衛星の決定法としては仰角が
最も高い衛星を基準衛星にすることが望ましい。ここで
は衛星番号１の衛星を基準衛星と仮定する。 【００２０】このようにして決定した基準衛星の１重位
相差と他の衛星の１重位相差との差を、２重位相差計算
部４３で計算することにより、衛星数より１個少ない、
４個の２重位相差を計算することができる。すなわち、
計算上の２重位相差は ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ２(Ｉ)、 ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ３(Ｉ)、 ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ４(Ｉ)、 ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ５(Ｉ)となる。 【００２１】このようにすれば円周上のある点での計算
上の２重位相差が求まるため、これを円周上の全ポイン
ト、例えば１度ステップで計算したらＩ＝１，２．．．
３５９の３６０ポイント、で行い、全ポイントの計算上
の２重位相差を得ることができる。 【００２２】一方、基準ＧＰＳ受信機２１のキャリア位
相測定部２４と比較ＧＰＳ受信機３１のキャリア位相測
定部３２で測定したそれぞれのキャリア位相積算値を用
いて測定２重位相差計算部４４で測定値の２重位相差を
求めることにより、測定値の２重位相差も、衛星数より
１個少ない、４個の２重位相差を求めることが出来る。 【００２３】すなわち、各衛星のキャリア信号により基
準アンテナ１２と比較アンテナ１３の間の１重位相差を
それぞれ求めて、これらの１重位相差をＯＰ１、ＯＰ
２、０Ｐ３、０Ｐ４、０Ｐ５とする。計算上の２重位相
差の場合の基準衛星と同じ衛星を基準衛星（番号１の衛
星を基準と仮定する）とすると、測定２重位相差は、 ＯＰ１−ＯＰ２ ＯＰ１−ＯＰ３ ＯＰ１−ＯＰ４ ＯＰ１−ＯＰ５ となる。 【００２４】基準アンテナ１２と比較アンテナ１３での
測定値を用いて、測定２重位相差計算部４４で得られた
測定上の２重位相差が実際のアンテナ位置での値である
のに対し、２重位相差計算部４３で得られた計算上の２
重位相差は円周上の各ポイントにおける仮のアンテナ位
置での値である。 【００２５】実際のアンテナの位置での測定上の２重位
相差の値と、仮のアンテナ位置での計算上での２重位相
差の値との差が最も小さい時、実際のアンテナの位置と
仮のアンテナの位置が一致していると言える。 【００２６】そのため、全衛星における２重位相差の差
を２重位相差の差の計算部４５で計算する。すなわち、
２重位相差の差は、（ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ２(Ｉ)）−（ＯＰ１−ＯＰ２） （ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ３(Ｉ)）−（ＯＰ１−ＯＰ３） （ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ４(Ｉ)）−（ＯＰ１−ＯＰ４） （ＣＰ１(Ｉ)−ＣＰ５(Ｉ)）−（ＯＰ１−ＯＰ５） となる。 【００２７】これらの２重位相差の差を、円周上位置計
算部４２，２重位相差計算部４３での角度Ｉを変化させ
ながら順次求め、この小数部のみ取り出し、標準偏差計
算部４６で標準偏差を計算する。 【００２８】方位決定部４７に、この標準偏差が供給さ
れ、順次変化される角度Ｉに応じて、標準偏差が最小に
なる前記円周上の位置を求めれば、それが円周上の真の
比較アンテナ１３の位置となる。これにより、北（座標
系の０度）からの角度Ｉが求まり、それが船首方位とな
る。 【００２９】これら一連の処理を一定時間毎、例えば毎
秒毎に行うことにより連続して船首方位を求めることが
出来る。なお、このように連続して船首方位を求める場
合には、角度Ｉの変化させる範囲は、前回に求められて
いる船首方位を中心にして狭い範囲に限定することが出
来る。 【００３０】なお、以上の説明では、実際のアンテナの
位置での測定上の２重位相差の値と、仮のアンテナ位置
での計算上での２重位相差の値との差が一番小さい角度
Ｉが北（座標系の０度）からの船首方位としている。こ
のように、２重位相差を取ることにより、１重位相差の
比較だけでは取り除くことが出来なかった誤差成分を、
取り除くことが出来るから測定値に誤差成分が無くな
り、高精度に船首方位を検出することが出来る。 【００３１】また、船首方位の検出精度が、多少低下し
ても許容される場合には、２重位相差に代えて１重位相
差を用いることが出来る。前述の例を引用すると、計算
上での１重位相差ＣＰ１(Ｉ)、ＣＰ２(Ｉ)、ＣＰ３
(Ｉ)、ＣＰ４(Ｉ)、ＣＰ５(Ｉ)と、測定上の１重位相差
ＯＰ１、ＯＰ２、０Ｐ３、０Ｐ４、０Ｐ５を用い、これ
らの差を計算し、差が最も小さくなる角度Ｉを、北（０
度）からの船首方位とする。 【００３２】この１重位相差にて方位検出をする場合に
は、２重検出に比べてその精度が低下するが、その分本
発明の移動体方位検出装置の演算量が少なくて済むか
ら、その方位検出の目的に応じて、利用することが出来
る。 【００３３】また、上記実施の形態では、船舶の船首方
位を求めることとして説明しているが、本発明は車両、
航空機などの移動体の方位検出に適用することが出来
る。 【００３４】 【発明の効果】本発明によれば、第１、第２のアンテ
ナ、及び第１、第２の衛星信号受信機を設け、複数衛星
の測定２重位相差と、第１のアンテナを中心とし、第２
のアンテナまでの距離を半径とする円周上の複数の位置
での複数衛星の計算２重位相差との比較により、衛星信
号の観測値のみによって高速に精度良く且つ安価に、船
舶、車両、航空機など移動体の方位を求めることが出来
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２つのＧＰＳアンテナの船舶上への設
置状況を示す図。 【図２】本発明の移動体方位検出装置のブロック図。 【図３】基準アンテナを中心とし比較アンテナを円周上
に配置した図。 【図４】基準アンテナと比較アンテナとの１重位相差を
説明する図。 【図５】潮流方向、船首方向と、進行方向との関係図。 【符号の説明】 １１ 船舶 １２ 基準ＧＰＳアンテナ １３ 比較ＧＰＳアンテナ ２１ 基準ＧＰＳ受信機 ２２ 位置計算部 ２３ 衛星の方位角、仰角計算部 ２４ キャリア位相測定部 ３１ 比較ＧＰＳ受信機 ３２ キャリア位相測定部 ４１ 方位計算処理器 ４２ 円周上位置計算部 ４３ ２重位相差計算部 ４４ 測定２重位相差計算部 ４５ ２重位相差の差の計算部 ４６ 標準偏差計算部 ４７ 方位決定部
置状況を示す図。 【図２】本発明の移動体方位検出装置のブロック図。 【図３】基準アンテナを中心とし比較アンテナを円周上
に配置した図。 【図４】基準アンテナと比較アンテナとの１重位相差を
説明する図。 【図５】潮流方向、船首方向と、進行方向との関係図。 【符号の説明】 １１ 船舶 １２ 基準ＧＰＳアンテナ １３ 比較ＧＰＳアンテナ ２１ 基準ＧＰＳ受信機 ２２ 位置計算部 ２３ 衛星の方位角、仰角計算部 ２４ キャリア位相測定部 ３１ 比較ＧＰＳ受信機 ３２ キャリア位相測定部 ４１ 方位計算処理器 ４２ 円周上位置計算部 ４３ ２重位相差計算部 ４４ 測定２重位相差計算部 ４５ ２重位相差の差の計算部 ４６ 標準偏差計算部 ４７ 方位決定部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平11−344338（ＪＰ，Ａ)
特開 昭55−117977（ＪＰ，Ａ)
特開2001−59863（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−283619（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01S 5/00 - 5/14
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 移動体上に所定の距離を離して配置され
た、衛星信号を受ける第１及び第２のアンテナと、 この第１及び第２のアンテナからの衛星信号を受信し
て、その搬送波（キャリア）位相を測定する第１及び第
２の衛星信号受信機と、 その第１及び第２の衛星信号受信機で測定したキャリア
位相から複数衛星の測定２重位相差を得る２重位相差測
定手段と、 前記第１のアンテナを中心とし、第２のアンテナまでの
距離を半径とする円周上の複数位置のうちの任意位置
と、前記第１のアンテナの位置と、前記複数衛星の位置
に基づいて複数衛星の計算２重位相差を計算し、前記任
意位置を変更して前記複数位置における複数衛星の計算
２重位相差をそれぞれ得る２重位相差計算手段と、 前記複数位置における複数衛星の前記計算２重位相差と
前記測定２重位相差とをそれぞれ比較する比較手段とを
備え、 前記円周上の前記複数位置のうちの任意位置を順次変え
ると共に、前記複数位置における複数衛星の前記計算２
重位相差と前記測定２重位相差との小数部の差が最も小
さいときの前記円周上の前記複数位置のうちの任意位置
を、真の第２のアンテナ位置とし、当該移動体の方位を
求めることを特徴とする移動体方位検出装置。
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000078599A JP3502007B2 (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 移動体方位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001264406A JP2001264406A (ja) | 2001-09-26 |
| JP3502007B2 true JP3502007B2 (ja) | 2004-03-02 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000078599A Expired - Fee Related JP3502007B2 (ja) | 2000-03-21 | 2000-03-21 | 移動体方位検出装置 |
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| JP (1) | JP3502007B2 (ja) |
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| JP5084303B2 (ja) * | 2007-03-05 | 2012-11-28 | 日本無線株式会社 | 移動体姿勢計測装置 |
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| JP2012202749A (ja) * | 2011-03-24 | 2012-10-22 | Yokogawa Denshikiki Co Ltd | 方位測定装置 |
| JP2014145614A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Furuno Electric Co Ltd | 回頭角速度検出装置、移動体、回頭角速度検出方法、および、回頭角速度検出プログラム |
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2000
- 2000-03-21 JP JP2000078599A patent/JP3502007B2/ja not_active Expired - Fee Related
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