JP3652775B2 - GPS navigation system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、GPS(GLOBAL POSITIONING SYSTEM) 衛星から送信される信号を受信して、搭載する船舶等の移動体の位置や速度を測定するGPS航法装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
船舶等の移動体に搭載されるGPS航法装置は良く知られているが、GPSは地球周回軌道上に所定個数打ち上げられたGPS衛星から無線信号を送信し、この信号を船舶等に搭載されるGPS航法装置で受信し、衛星との擬似距離およびドップラ周波数を測定し、且つ送信される航法データを復調して信号を送信した衛星の位置および速度を情報として得、この擬似距離およびドップラ周波数と、衛星の位置および速度の情報とにより、移動体の位置および速度を未知数とした航法方程式を立て、この方程式を解法することにより移動体(正確にはGPSアンテナ)の位置および速度(以下、これを測位情報と略記する)を求めている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにGPS航法装置では、求められる測位情報は正確にはGPSアンテナの位置を基準とする測位情報であり、通常GPSアンテナは移動体の所定位置に取り付けられ移動体と平行運動しているので、その誤差が問題となることはない。
然しながら移動体が例えば船舶等のような場合には、時化などによりローリングやピッチングあるいはヨーイング等が生じ、これによりアンテナが移動体の動きとは別に大きく揺動して誤った位置および速度が計測され記録されてしまう。
【0004】
すなわち船舶の測位情報は、通常当該船舶の中心位置をもって計測記録され、この中心位置にGPSアンテナが設置されていれば船舶がローリングやピッチングあるいはヨーイングしても測位情報に大きな誤差が生じることはないが、通常GPSアンテナは衛星からの電波を受信する等の必要性からこの中心位置から高く(遠く)離れた位置に設置されており、このためローリングやピッチングあるいはヨーイング等が生じた場合、この動きがGPSアンテナに乗加されて加わりアンテナが移動体の動きとは別に大きく揺動し、誤った位置および速度が計測記録されてしまう。
そして航行記録においては、逐次一つ前のデータを基に測位情報が計測記録されて行くため、一度誤った計測が記録されてしまうと、その誤差を容易に除去できない。
特にSA(SELECTIVE AVAILABILITY)の誤差が除去されるDIFFERENTIAL−GPSでは、この問題が顕著になる。
【0005】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、移動体の不自然な運動によりアンテナに大きな揺動が加わるような情況下においても正確な測位情報を計測できるGPS航法装置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明に係わるGPS航法装置は、移動体としての船舶に定めた測定点から、該船舶の高さ方向の同一直線上にそれぞれ距離を異にする第1のGPSアンテナと第2のGPSアンテナとを備え、この2個のGPSアンテナでそれぞれ衛星からの信号を受信してそれぞれのアンテナ位置における測位情報を演算し、測定点からそれぞれ第1、第2のアンテナまでの既知の距離を基にした比例配分法により、上記測定点の測位データを得る手段を備えたことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。本発明のGPS航法装置は、移動体が例えば船舶であり、ローリングやピッチングあるいはヨーイングを行っても、それにできるだけ影響されない位置を測定点と定め、この測定点から同一直線上にそれぞれ距離を異にする第1のGPSアンテナと第2のGPSアンテナとを備え、この2個のGPSアンテナでそれぞれ衛星からの信号を受信してそれぞれのGPSアンテナの測位情報を算出し、測定点からそれぞれ第1,第2のアンテナまでの既知の距離を基にした比例配分法により、測定点の測位データを得ることとしたものである。
【0008】
すなわち、図1に示すように船舶1の中心10を測定点と定め、この測定点から同一直線上の距離Aに第1のGPSアンテナ20を設け、この第1のGPSアンテナ20から距離B{測定点10から距離(A+B)}に第2のGPSアンテナ30を設ける。
第1のGPSアンテナ20および第2のGPSアンテナ30は、図2に示すようにそれぞれGPS受信機21,31および測位情報演算部22,32に接続され、各アンテナの位置における測位情報を測定点測位情報演算部100へ出力する。
【0009】
ここで、測定点の位置をP0 ,速度をV0 とし、第1のアンテナ20の位置をP1 ,速度をV1 、第2のアンテナ30の位置をP2 ,速度をV2 とすると、既知の距離A,Bを基にした比例配分法により、各点における位置と速度との関係は、以下の式が成立する。
(A+B)P1 =B×P0 +A×P2 ・・・式(1)
(A+B)V1 =B×V0 +A×V2 ・・・式(2)
この式(1),(2)は、
P0 ={(A+B)P1 −A×P2 }/B・・・式(3)
V0 ={(A+B)V1 −A×V2 }/B・・・式(4)に変形でき、
すなわち測定点10の位置P0 ,速度V0 は、式(3)および式(4)により、第1のアンテナ20の位置P1 ,速度V1 と、第2のアンテナ30の位置P2 ,速度V2 とにより求めることができ、測定点測位情報演算部100はこの演算を行い、測定点10における測位情報を出力する。
【0010】
そしてこの測定点10は、上述のように船舶1がローリングやピッチングあるいはヨーイングしても、それにできるだけ影響されない位置を定めているので、結果として移動体の不自然な運動によりGPSアンテナに大きな揺動等が加わっても、それによる誤計測を生ぜず、正確な移動体1の測位情報を出力する装置とできる。
【0011】
なお上述の実施形態では、移動体の不自然な動きの例として船舶のローリング等で説明しているが、これは一例であり、移動体とアンテナとの相対位置が一時的に相違してしまうような移動体の不自然な動き全てが含まれることは言うまでもない。
また図2の説明では、GPS受信機と測位情報演算部とを2系統の装置として説明しているが、2つのアンテナの測位情報を並行して演算処理できるものであれば、これらは1系統の構成とすることができる。
【0012】
【発明の効果】
以上説明したように本発明のGPS航法装置は、移動体の不自然な運動によりアンテナに大きな揺動等が加わるような情況下においても正確な測位情報を計測でき、高精度で信頼性の高い測位情報が得られるという効果がある。
特にSAの誤差が除去され船舶の揺動運動の誤差が顕著になるDIFFERENTIAL−GPSではその効果が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における比例配分法を説明するための配置図である。
【図2】本発明の一実施形態における装置構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 移動体(船舶)
10 測定点
20 第1のGPSアンテナ
21 GPS受信機
22 測位情報演算部
30 第2のGPSアンテナ
31 GPS受信機
32 測位情報演算部
100 測定点測位情報演算部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a GPS navigation device that receives a signal transmitted from a GPS (GLOBAL POSITIONING SYSTEM) satellite and measures the position and speed of a moving body such as a ship to be mounted.
[0002]
[Prior art]
GPS navigation devices mounted on mobile bodies such as ships are well known, but GPS transmits radio signals from GPS satellites launched in a predetermined number of orbits around the earth and these signals are mounted on ships. The GPS navigation device receives and measures the pseudorange and Doppler frequency with the satellite, and demodulates the transmitted navigation data to obtain the position and velocity of the satellite that transmitted the signal as information, and the pseudorange and Doppler frequency Based on the satellite position and velocity information, a navigation equation is established with the position and velocity of the moving body as unknowns, and by solving this equation, the position and velocity of the moving body (more precisely, the GPS antenna) (hereinafter referred to as this) Is abbreviated as positioning information).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the GPS navigation apparatus, the required positioning information is positioning information based on the position of the GPS antenna, and normally the GPS antenna is attached to a predetermined position of the moving body and moves in parallel with the moving body. Therefore, the error does not become a problem.
However, when the moving body is a ship, for example, rolling, pitching, yawing, etc. occur due to aging, etc., and this causes the antenna to swing greatly apart from the movement of the moving body to measure the wrong position and speed. And recorded.
[0004]
That is, ship positioning information is usually measured and recorded at the center position of the ship, and if a GPS antenna is installed at this center position, no significant error will occur in the positioning information even if the ship is rolling, pitching or yawing. However, the GPS antenna is usually installed at a position that is high (far) away from this center position because of the necessity of receiving radio waves from satellites, etc., so if rolling, pitching, yawing, etc. occur, this movement Is added to the GPS antenna, and the antenna is greatly swung apart from the movement of the moving body, and an incorrect position and velocity are measured and recorded.
And in navigation recording, since positioning information is measured and recorded sequentially based on the previous data, once an erroneous measurement is recorded, the error cannot be easily removed.
This problem is particularly noticeable in DIFFERENTIAL-GPS in which the error of SA (SELECTIVE AVAILABILITY) is removed.
[0005]
The present invention has been made to solve such a problem, and provides a GPS navigation apparatus capable of measuring accurate positioning information even in a situation where a large swing is applied to an antenna due to an unnatural movement of a moving body. The purpose is to do.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The GPS navigation apparatus according to the present invention includes a first GPS antenna and a second GPS antenna that are different in distance from each other on a same straight line in a height direction of the ship from a measurement point determined on the ship as a moving body. The two GPS antennas receive signals from the satellites, calculate positioning information at the respective antenna positions, and are based on known distances from the measurement points to the first and second antennas, respectively. A means for obtaining positioning data of the measurement points by a proportional distribution method is provided.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the GPS navigation apparatus of the present invention, the moving body is, for example, a ship, and even if rolling, pitching, or yawing is performed, a position that is not affected as much as possible is determined as a measurement point. The first GPS antenna and the second GPS antenna that receive the signals from the satellites with the two GPS antennas to calculate the positioning information of the respective GPS antennas. The positioning data of the measurement point is obtained by the proportional distribution method based on the known distance to the second antenna.
[0008]
That is, as shown in FIG. 1, the
As shown in FIG. 2, the
[0009]
Here, the position of the measurement point is P 0 , the speed is V 0 , the position of the
(A + B) P 1 = B × P 0 + A × P 2 (1)
(A + B) V 1 = B × V 0 + A × V 2 Formula (2)
These equations (1) and (2) are
P 0 = {(A + B) P 1 −A × P 2 } / B (3)
V 0 = {(A + B) V 1 −A × V 2 } / B...
That is, the position P 0 and the velocity V 0 of the
[0010]
Since the
[0011]
In the above-described embodiment, an example of an unnatural movement of a moving body is described by rolling a ship, but this is an example, and the relative position between the moving body and the antenna is temporarily different. It goes without saying that all such unnatural movements of mobile objects are included.
In the description of FIG. 2, the GPS receiver and the positioning information calculation unit are described as two systems. However, if the positioning information of the two antennas can be calculated and processed in parallel, these are one system. It can be set as this structure.
[0012]
【The invention's effect】
As described above, the GPS navigation device of the present invention can measure accurate positioning information even under a situation in which a large fluctuation or the like is applied to the antenna due to an unnatural movement of a moving body, and is highly accurate and highly reliable. There is an effect that positioning information can be obtained.
The effect is particularly high in DIFFERENTIAL-GPS in which the error of SA is eliminated and the error of the rocking motion of the ship becomes remarkable.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a layout diagram for explaining a proportional distribution method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a device configuration example according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Mobile body (ship)
10
Claims (1)
移動体としての船舶に定めた測定点から、該船舶の高さ方向の同一直線上にそれぞれ距離を異にする第1のGPSアンテナと第2のGPSアンテナとを備え、この2個のGPSアンテナでそれぞれ衛星からの信号を受信してそれぞれのアンテナ位置における測位情報を演算し、測定点からそれぞれ第1、第2のアンテナまでの既知の距離を基にした比例配分法により、上記測定点の測位データを得る手段、
を備えたことを特徴とするGPS航法装置。In a GPS navigation apparatus that is provided on a moving body and outputs information on the moving position and speed of the moving body (hereinafter, abbreviated as positioning information) by GPS,
A first GPS antenna and a second GPS antenna having different distances on the same straight line in the height direction of the ship from a measurement point determined on the ship as a moving body , the two GPS antennas And receiving the signals from the satellites, calculating the positioning information at the respective antenna positions, and using the proportional distribution method based on the known distances from the measurement points to the first and second antennas, respectively, Means for obtaining positioning data;
A GPS navigation apparatus comprising:
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