JP4417812B2

JP4417812B2 - 船舶姿勢角測定装置

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Publication number: JP4417812B2
Application number: JP2004289469A
Authority: JP
Inventors: 幹男中村
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-10-01
Filing date: 2004-10-01
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: JP2006105635A

Description

本発明は、船舶に設けられた加速度センサによって船舶の姿勢角を測定する船舶姿勢角測定装置に関する。

船舶の姿勢角を測定する船舶姿勢角測定装置としては、船舶に固定して設けられた加速度センサを利用するものが広く用いられている。この加速度センサは、船舶の甲板に固定されたｘ−ｙ平面を仮定したときに、ｘ軸方向およびｙ軸方向に分解された重力加速度を測定し、測定値を電気信号として出力するものである。船舶姿勢角測定装置は、ｘ軸方向およびｙ軸方向に分解された重力加速度の測定値に基づいて、船首軸を回転軸とするロール角と、船首軸と直交する軸を回転軸とするピッチ角を算出する。なお、加速度センサに関する技術ついては、次の文献に開示されている。

トランジスタ技術２００２年５月号、ｐ２０１〜ｐ２１２、特設記事"マイクロマシン技術のすべて"

船舶が水上を移動している場合、船舶姿勢角測定装置が算出する姿勢角には船舶の地球上での移動加速度に起因する誤差が含まれている。

本発明は、このような課題に対してなされたものであり、測定される姿勢角に含まれる誤差を低減することが可能な船舶姿勢角測定装置を提供する。

本発明に係る船舶姿勢角装置は、船舶の姿勢角測定位置に作用する加速度に基づいて船舶の姿勢角を求める姿勢角取得手段と、船舶に固定された座標系上の基準方向の方位角を測定する方位角測定手段と、船舶の地球に対する移動加速度を測定する移動加速度測定手段と、船舶の地球に対する移動加速度に起因して、前記姿勢角取得手段による姿勢角取得値に含まれる誤差を、前記方位角測定手段および前記移動加速度測定手段による各測定値に基づいて低減する誤差低減手段と、を備え、前記移動加速度測定手段は、
衛星から送信された信号を受信する受信部を含み、当該受信部で受信された信号に基づいて船舶の移動加速度を測定することを特徴とする。

また、本発明に係る船舶姿勢角測定装置においては、前記方位角測定手段は、衛星から送信された信号に基づいて前記基準方向の方位角を測定する構成とすることが好適である。

また、本発明に係る船舶姿勢角測定装置においては、前記方位角測定手段は、衛星から送信された信号を受信する第１の受信部と、衛星から送信された信号を受信する第２の受信部と、を含み、前記第１の受信部で受信された信号の位相と、前記第２の受信部で受信された信号の位相と、に基づいて前記基準方向の方位角を測定する構成とすることが好適である。

また、本発明に係る船舶姿勢角測定装置においては、前記方位角測定手段は、衛星から送信された信号を受信して測位を行う第１の測位部と、衛星から送信された信号を受信して測位を行う第２の測位部と、を含み、前記第１の測位部による測位結果と、前記第２の測位部による測位結果と、に基づいて前記基準方向の方位角を測定する構成とすることが好適である。

また、本発明に係る船舶姿勢角測定装置においては、前記移動加速度測定手段は、前記受信部で受信された信号に観測されるドップラ周波数偏移量に基づいて船舶の移動加速度を測定する構成とすることが好適である。

また、本発明に係る船舶姿勢角測定装置においては、前記姿勢角取得手段は、前記姿勢角測定位置に作用する加速度を複数方向の各成分について測定する加速度測定手段を備え、前記誤差低減手段は、船舶の地球に対する移動加速度が前記複数方向の各加速度成分測定値に寄与する誤差寄与値を、前記方位角測定手段および前記移動加速度測定手段による各測定値に基づいて求め、前記複数方向の各加速度成分測定値から当該誤差寄与値を減算し、前記姿勢角取得手段は、誤差寄与値が減算された各加速度成分測定値に基づいて船舶の姿勢角を求める構成とすることが好適である。また、本発明に係る船舶姿勢角測定装置においては、前記誤差低減手段は、誤差寄与値の減算に基づいて求められた修正後の各加速度成分測定値に対し、前記方位角測定手段および前記移動加速度測定手段による各測定値に基づいて新たな誤差寄与値を求め、当該修正後の各加速度成分測定値から当該新たな誤差寄与値を減算し、前記姿勢角取得手段は、当該新たな誤差寄与値の減算に基づいて求められた修正後の各加速度成分測定値に基づいて船舶の姿勢角を求める構成とすることが好適である。

本発明によれば、船舶の姿勢角を正確に測定することができる。

本発明の第１の実施形態につき説明する。図１は本発明に係る船舶姿勢角測定装置が搭載される船舶１００の姿勢角の定義を示す図である。ここでは、船舶１００内のある点を原点とする船舶１００に固定された船舶座標系Ｏと、原点Ｏ_Hを船舶座標系Ｏと同じくし、ｚ_H軸の負方向を鉛直方向とする水平座標系Ｏ_Hを仮定する。船首方向をｘ軸としたｘ−ｙ平面は船舶１００の甲板と平行な平面であるものとし、水平座標系Ｏ_Hのｙ_H軸をピッチ軸、船舶座標系Ｏのｘ軸をロール軸とする。ピッチ角θはｘ軸が原点Ｏ_Hを中心としてｘ_H−ｚ_H平面内で反時計回りに回転する方向を正とし、ロール角φは、ｘ軸がピッチ角θで回転している状態から更に、ｘ軸を回転軸としてｙ軸をｘ軸の正方向を見て時計回りに回転させた方向を正とするものとする。

図２に水平座標系Ｏ_Hと方位座標系Ｏ_Eとの関係を示す。水平座標系Ｏ_Hは、ｘ_E軸の正方向を北方向、ｚ_E軸の負方向を鉛直方向とする方位座標系Ｏ_Eのｘ_E軸を、ｚ_E軸を回転軸として船首方位角ψだけ回転したものとして表される。船舶１００が地球上において移動加速度α’を有するものとすると、水平座標系Ｏ_Hの原点Ｏ_Hおよび方位座標系Ｏ_Eの原点Ｏ_Eは地球上において移動加速度α’を有することになる。

このように定義される船舶１００の姿勢角、すなわちロール角φおよびピッチ角θは、本発明に係る船舶姿勢角測定装置によって測定することができる。図３に船舶姿勢角測定装置１の構成を示す。加速度センサ６０は船舶１００の原点Ｏに固定されており、重力加速度のｘ軸方向成分ｇ_xとｙ軸方向成分ｇ_yを測定して処理部５０に入力する。従来は、ｇ_xとｇ_yとに基づいてロール角φおよびピッチ角θをそのまま算出していたのであるが、上述の船舶１００の移動加速度α’の影響によって、正確な値が得られなかった。処理部５０は、衛星コンパス１０から船首方位角ψと移動加速度α’のベクトル値α’（α_x’，α_y’，α_z’）を更に取得し、ロール角φおよびピッチ角θに含まれる移動加速度α’の影響を取り除く処理を行う。

次に衛星コンパス１０の構成および動作について説明する。衛星コンパス１０は、第１の受信部１２、第２の受信部１４、移動速度測定部１６、移動加速度測定部１８、測位部２０、および方位測定部２２を備える。また、第１の受信部１２はアンテナ７２から給電線７６を介して、第２の受信部１４はアンテナ７４から給電線７６を介して衛星から送信された信号を受信するが、以下の説明においては、第１の受信部１２が受信した信号の搬送波の位相は、アンテナ７２の給電端Ｆ₁の位相を基準とし、第２の受信部１４が受信した信号の搬送波の位相は、アンテナ７４の給電端Ｆ₂の位相を基準とするものとする。

第１の受信部１２は、ｎ個の衛星から送信された信号を受信し、ｎ個の衛星それぞれについて衛星に関する情報Ｉ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を抽出して測位部２０に入力する。ここに、ｎは４以上の整数であること、すなわち、４個以上の衛星から信号を受信することが好適である。また、信号を受信する衛星としては、ＧＰＳやＧＬＯＮＡＳＳなどの衛星測位システムを構成するものを利用することができ、以下の説明についても同様である。衛星に関する情報Ｉ_iには、軌道情報、信号送信時刻などが含まれており、これによって衛星の軌道上における現在位置などを算出することができる。

船舶姿勢角測定装置１は時計（図示せず）を備えており、測位部２０はその時計によって各衛星からの信号を受信した時刻を測定する。そして、各衛星の信号送信時刻と、各衛星からの信号を受信した時刻と、電磁波の伝搬速度とから、各衛星までの距離を算出し、これらと各衛星の軌道情報とに基づいて船舶１００の地球上における位置を算出する。これは、原点Ｏ_Eまたは原点Ｏ_Hの地球上における位置に他ならない。測位部２０は、このようにして算出された船舶１００の地球上における位置を表すデータと、衛星に関する情報Ｉ_i（ｉ＝２，３，・・・，ｎ）を移動速度測定部１６および方位測定部２２に入力する。

第１の受信部１２は、衛星に関する情報Ｉ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を抽出する他、ｎ個の衛星から送信された信号それぞれについて搬送波周波数を測定し、衛星に関する情報Ｉ_iと測定された搬送波周波数のデータとを移動速度測定部１６に入力する。移動速度測定部１６は、衛星から送信される信号の搬送波周波数を予め記憶しており、測定された搬送波周波数との差を算出することでｎ個の衛星それぞれについてドップラ周波数偏移量を算出する。このドップラ周波数偏移量はｎ個の衛星それぞれについて測定されることから、ｎ次元のベクトル量で表される。

また、このドップラ周波数偏移量には、船舶の移動速度による周波数偏移量と、衛星が軌道上を移動する際の速度による周波数偏移量とが含まれているため、船舶１００の移動速度を純粋に算出するためには、衛星が軌道上を移動する際の速度による周波数偏移量を減算する補正計算を行わなければならない。この補正計算は次に示す処理によって行う。
（１）先述のように、衛星に関する情報Ｉ_iには、軌道情報、信号送信時刻などが含まれており、これを用いてｎ個の衛星それぞれについて軌道上を移動する際の速度を算出する。一方、移動速度測定部１６は、船舶１００の移動速度算出の際の初期値（推定値）、あるいは先に算出した船舶１００の移動速度の値を記憶している。
（２）移動速度測定部１６は、記憶されていた船舶１００の移動速度から、衛星に関する情報Ｉ_iに基づいて算出された衛星が軌道上を移動する際の速度を減算し、それを衛星の位置と船舶１００の位置とを結ぶ直線上に投影した補正速度を算出する。なお、この補正速度の算出は、ｎ個の衛星それぞれについて行う。
（３）衛星の位置と船舶１００の位置とを結ぶ直線上への投影計算は、測位部２０から入力された船舶１００の位置を表すデータと、衛星に関する情報Ｉ_iから算出された衛星の軌道上における位置に基づいて算出される、投影比率を行列の成分とする方向余弦行列を用いて行う。すなわち、移動速度測定部１６に記憶されていた船舶１００の移動速度から、衛星が軌道上を移動する際の速度を減算した速度ベクトルに、方向余弦行列を乗ずる計算を行う。なお、ここでの方向余弦行列は、ｎ個の衛星に対する投影計算を４次元のベクトル量に対して作用させるものであるため、ｎ行４列の行列となる。ただし、４次元のベクトルのうち３成分は空間座標における速度、変位などの３次元ベクトルであり、残りの１成分は衛星測位システムにおける時間補正に関する成分である。
（４）移動速度測定部１６は、ｎ個の衛星それぞれについて算出された、衛星が軌道上を移動する際の速度の影響を取り除いた補正速度に基づいて、船舶の移動速度のみによるドップラ周波数偏移量（以下、補正ドップラ周波数偏移量とする。）を算出する。

補正ドップラ周波数偏移量はｎ次元のベクトル量である。船舶１００の地球上における移動速度は、補正ドップラ周波数偏移量を、ｎ個の衛星それぞれの位置と船舶１００の位置とを結ぶ直線上に投影した量に基づいて算出することができる。そこで、移動速度測定部１６は、補正ドップラ周波数偏移量に上述の方向余弦行列の逆行列を乗じた量に基づいて、船舶１００の地球上における移動速度をベクトル量で算出し、移動速度ベクトルとして移動加速度測定部１８に入力する。

更に、移動速度測定部１６は、上述の処理に従い、定められた時間間隔Δｔで移動速度ベクトルを順次算出する。移動加速度測定部１８は、時間間隔Δｔ毎に移動速度ベクトルの変化量を算出し、これをΔｔで除すことによって移動加速度を移動加速度ベクトルα’（α_x’，α_y’，α_z’）として算出して処理部５０に入力する。

第１の受信部１２は、搬送波周波数の測定、衛星に関する情報Ｉ_iの抽出を行う他、搬送波の位相を測定して方位測定部２２に入力する。また、第２の受信部１４もまた、衛星から送信された信号の搬送波の位相を測定して方位測定部２２に入力する。第１の受信部１２のアンテナ７２は原点Ｏの位置に設置され、第２の受信部１４のアンテナ７４は第１の受信部１２のアンテナ７２から見て船首軸方向、すなわちｘ軸方向に、第１の受信部１２のアンテナ７２からＬの距離を隔てて船舶１００上の点Ｏ₂に設置されている。このような構成によって、第１の受信部１２によって測定された搬送波の位相と、第２の受信部１４によって測定された搬送波の位相とからは、アンテナ７２から衛星までの距離とアンテナ７４から衛星までの距離の行路差ｄが算出される。行路差ｄは原点Ｏから見た衛星の方位角および仰角と、アンテナ間距離Ｌと、ｘ_H軸のｘ_E軸に対する角度、すなわち船首方位角ψとによって定まる。したがって、算出された行路差ｄと原点Ｏから見た衛星の方位角および仰角とを与えれば、逆に船首方位角ψを算出することができる。原点Ｏから見た衛星の方位角および仰角は、測位部２０で算出された船舶１００の地球上における位置と、衛星に関する情報Ｉ_iから算出することができる。すなわち、方位測定部２２は、衛星に関する情報Ｉ_iに含まれる軌道情報および信号受信時刻に基づいて、衛星の軌道上の現在位置を算出し、これと船舶１００の地球上における位置とから衛星の方位角および仰角を算出するわけである。

方位測定部２２は、行路差ｄと原点Ｏから見た複数の衛星の方位角および仰角を用いて船首方位角ψを算出する。また、船首方位角ψを算出する際の精度を高めるためには、特開平２００１−２６４４０６号公報に記載されている発明のように、次の（１）から（６）の処理に従って船首方位角ψを算出することが好適である。
（１）船首方位角ψの値をｍ個仮定し、これを仮定船首方位角ψ_i（ｉ＝１，２・・・，ｍ）とする。
（２）第１の受信部１２が信号を受信している衛星の、原点Ｏから見た方位角および仰角とアンテナ間距離Ｌとから、仮定船首方位角ψ_iに対する行路差ｄ_iを計算により算出する。このようにして算出された行路差ｄ_iを計算行路差ｄ_iとする。ここに、ｄ_iはラジアンなど受信信号の波長で規格化されたもので表すことが好適である。
（３）ｎ個の衛星から送信された信号それぞれに基づいて計算行路差ｄ_iを算出し、ｎ個算出された計算行路差ｄ_iに基づいて計算行路差ｄ_iの評価値δ_iを定義して算出する。この評価値δ_iは、例えば仰角の最も大きい衛星に対する計算行路差ｄ_iを基準値とした、各衛星に対して算出された計算行路差ｄ_iの当該基準値との差として定義することが好適である。ここで、評価値δ_iは複数の衛星に対する評価値を要素とするベクトル値としてもよい。
（４）第１の受信部１２によって測定された搬送波の位相と、第２の受信部１４によって測定された搬送波の位相とから、測定によって算出された行路差である測定行路差ｄを算出する。
（５）ｎ個の衛星から送信された信号それぞれに基づいて測定行路差ｄを算出し、ｎ個算出された測定行路差ｄに基づいて、先の評価値δ_iを算出したものと同一の定義によって測定行路差ｄの評価値δを算出する。
（６）評価値δと評価値δ_iとの差異を表すパラメータσ_i（ｉ＝１，２・・・，ｍ）を算出し、σ_iが最も小さくなるｉの値である、ｊを検索し、仮定船首方位角ψ_jを真の船首方位角ψとする。

特開平２００１−２６４４０６号公報においては、計算行路差ｄ_iの評価値δ_iとして、ある１つの衛星から送信された信号に基づいて算出された計算行路差ｄ_iを基準値とした場合の、他の衛星から送信された信号に基づいて算出された計算行路差ｄ_iの当該基準値との差として定義される「２重位相差」を用いている。

衛星コンパス１０は、このようにして算出された船舶１００の移動加速度ベクトルα’（α_x’，α_y’，α_z’）および船首方位角ψを処理部５０に入力する。

処理部５０は、次式に基づいて加速度センサ６０から入力された加速度ｇ（ｇ_x0，ｇ_y0）と、船舶座標系Ｏにおけるロール角の初期値φ₀およびピッチ角の初期値θ₀を算出する。

このようにして算出されたロール角φ₀およびピッチ角θ₀は、移動加速度α’（α_x’，α_y’，α_z’）に起因する誤差を含んでいる。そこで、処理部は次に示す計算処理によって誤差を含むロール角φ₀およびピッチ角θ₀の修正を行う。

（１）式で算出された、ロール角φ₀、ピッチ角θ₀、および衛星コンパス１０から入力された船首方位角ψを用いて、地球上における移動加速度ベクトルα’（α_x’，α_y’，α_z’）を、船舶座標系Ｏにおける移動加速度ベクトルα（α_x，α_y，α_z）に変換する。変換には、次に示すオイラーの変換式を用いる。

次に、加速度センサ６０から入力された加速度ｇ（ｇ_x0，ｇ_y0）のｘ軸方向成分から船舶座標系Ｏにおける移動加速度ベクトルα（α_x，α_y，α_z）のｘ軸方向成分を、加速度センサ６０から入力された加速度ｇ（ｇ_x0，ｇ_y0）のｙ軸方向成分から船舶座標系Ｏにおける移動加速度ベクトルα（α_x，α_y，α_z）のｙ軸方向成分を減算する。すなわち、

ここで、ベクトルｕ_xはｘ軸方向単位ベクトルを、ベクトルｕ_yはｙ軸方向単位ベクトルを意味する。このようにして算出された加速度ｇ（ｇ_x1，ｇ_y1）を次式に代入することによって、新たにロール角φ₁およびピッチ角θ₁を算出する。

（１）式から（４）式は、加速度センサ６０から入力された加速度の初期値ｇ（ｇ_x0，ｇ_y0）に対し、移動加速度ベクトルα’（α_x’，α_y’，α_z’）に基づいて１回の修正を行って加速度ｇ（ｇ_x1，ｇ_y1）を算出し、これから、１回の修正が行われたロール角φ₁およびピッチ角θ₁を算出するものである。１回の修正が行われたロール角φ₁およびピッチ角θ₁に対しては（２）式から（４）式と同様の処理によって、更に２回、３回、・・・、ｋ回、ｋ＋１回、・・・・と修正を行うことができ、（２）式から（４）式を一般的に表したものを以下の（５）式から（７）式に示す。

（５）式から（７）式に基づいて繰り返し計算を行い、ロール角φ_pおよびピッチ角θ_pに対して次の関係が成立した場合に、ロール角φおよびピッチ角θの真値が得られたものと判断し、繰り返し計算を終了してロール角φ_pおよびピッチ角θ_pを出力する。

ここに、ε₁、ε₂は収束を判定するための任意の正数である。

なお、図３では船首方位角ψを衛星コンパス１０によって算出する構成となっているが、船首方位角ψを測定する手段としてはこの他にも様々なものが適用可能であり、例えばジャイロコンパスや、マグネットコンパスなどが考えられる。

次に本発明の第２の実施形態につき図４を参照して説明する。図３の第１の実施形態の船舶姿勢角測定装置１と同一の構成部分については同一の記号を付し、説明を省略する。

第１の実施形態においては、衛星コンパス１０が備える第１の受信部１２が受信した信号の搬送波位相と、第２の受信部１４が受信した信号の搬送波位相とに基づいて方位角を測定している。本実施形態は、衛星コンパス３０が備える第１の受信部３２が受信した信号による測位結果と、第２の受信部３４が受信した信号による測位結果とに基づいて船首方位角ψを測定するものである。図４の衛星コンパス３０は、第１の受信部３２、第２の受信部３４、移動速度測定部１６、移動加速度測定部１８、第１の測位部３６、第２の測位部３８および方位測定部４０を備える。第１の受信部３２のアンテナ７２は原点Ｏの位置に設置され、第２の受信部３４のアンテナ７４は、ｘ軸上に第１の受信部３２のアンテナ７２からＬの距離を隔てて船舶１００上の点Ｏ₂に設置されている。

第１の受信部３２は、ｎ個の衛星から送信される信号を受信し、これらｎ個の衛星に関する情報Ｉ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を取得し第１の測位部３６に入力する。ここに、ｎは４以上の整数であること、すなわち、４個以上の衛星から信号を受信することが好適である。船舶姿勢角測定装置３は時計（図示せず）を備えており、第１の測位部３６はその時計によって各衛星からの信号を受信した時刻を測定する。そして、各衛星の信号送信時刻と、各衛星からの信号を受信した時刻と、電磁波の伝搬速度とから、各衛星までの距離を算出し、これらと各衛星の軌道情報とに基づいて船舶１００の地球上における位置を算出する。これは、原点Ｏ_Eまたは原点Ｏ_Hの地球上における位置に他ならない。

次に、第２の受信部３４も第１の受信部３２と同様、ｎ個の衛星に関する情報Ｉ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）を取得し第２の測位部３８に入力する。そして、ｎ個の衛星に関する情報Ｉ_i（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）に基づいて第２のアンテナ７４の地球上における位置を算出する。

第１の測位部３６による測位結果と第２の測位部３８による測位結果は、方位測定部４０に入力され、方位測定部４０は、原点Ｏの地球上における位置と、第２の受信部３４のアンテナ７４の地球上における位置とから、船首方位角ψを算出して処理部５０に入力する。

移動速度測定部１６および移動加速度測定部１８、は第１の実施形態と同様の処理によって移動加速度ベクトルα’（α_x’，α_y’，α_z’）を算出して処理部５０に入力する。

処理部５０は衛星コンパス３０から入力された船首方位角ψ、移動加速度ベクトルα’（α_x’，α_y’，α_z’）、加速度センサ６０から入力された加速度ｇ（ｇ_x0，ｇ_y0）によって（５）式から（８）式で表される処理を実行し、ロール角φおよびピッチ角θを算出して出力する。

船舶が水上を移動している場合、船舶姿勢角測定装置が算出する姿勢角、すなわちロール角およびピッチ角には船舶の地球上での移動加速度に起因する誤差が含まれている。そこで、船舶の移動加速度を船舶の駆動装置の駆動状態に基づいて算出し、当該移動加速度を算出値から減算することで誤差を取り除くことが考えられる。しかしながら、海上あるいは河川上の船舶は水流や風の影響を受けるため、船舶の移動加速度の方向は船首方向とは異なっている。すなわち、船舶は駆動装置によって与えられる加速度と、水流や風によって与えられる加速度とのベクトル合成によって定まる方向に移動加速度を有し、必ずしも船首方向と移動加速度の方向とは一致しない。したがって、船舶の駆動装置の駆動状態によって船舶の移動加速度を算出し、ロール角およびピッチ角に含まれる誤差を取り除くことは困難である。また、仮に移動加速度が算出されたとしても、ロール角およびピッチ角は地球上での方位を表す方位座標系および鉛直方向を基準とする水平座標系に基づいて算出されなければならないため、方位座標系を基準にした船首方向を何らかの手段で算出しなければならない。上記第１および第２の実施形態は、このような諸課題に対して考え出されたものである。以上、第１の実施形態と第２の実形態について説明した。本発明は、これらの実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に属する限りにおいて様々な実施形態が可能であることはいうまでもない。

本発明に係る船舶姿勢角測定装置が搭載される船舶の姿勢角の定義を示す図である。方位座標系Ｏ_Eと水平座標系Ｏ_Hとの関係を示す図である。第１の実施形態の船舶姿勢角測定装置の構成を示す図である。第２の実施形態の船舶姿勢角測定装置の構成を示す図である。

符号の説明

１，３船舶姿勢角測定装置、１０，３０衛星コンパス、１２，１４，３２，３４受信部、１６移動速度測定部、１８移動加速度測定部、２０，３６，３８測位部、２２，４０方位測定部、５０処理部、６０加速度センサ、７２，７４アンテナ、７６給電線、１００船舶。

Claims

船舶の姿勢角測定位置に作用する加速度に基づいて船舶の姿勢角を求める姿勢角取得手段と、
船舶に固定された座標系上の基準方向の方位角を測定する方位角測定手段と、
船舶の地球に対する移動加速度を測定する移動加速度測定手段と、
船舶の地球に対する移動加速度に起因して、前記姿勢角取得手段による姿勢角取得値に含まれる誤差を、前記方位角測定手段および前記移動加速度測定手段による各測定値に基づいて低減する誤差低減手段と、
を備え、
前記移動加速度測定手段は、
衛星から送信された信号を受信する受信部を含み、
当該受信部で受信された信号に基づいて船舶の移動加速度を測定することを特徴とする船舶姿勢角測定装置。
請求項１に記載の船舶姿勢角測定装置であって、
前記方位角測定手段は、
衛星から送信された信号に基づいて前記基準方向の方位角を測定することを特徴とする船舶姿勢角測定装置。
請求項２に記載の船舶姿勢角測定装置であって、
前記方位角測定手段は、
衛星から送信された信号を受信する第１の受信部と、
衛星から送信された信号を受信する第２の受信部と、
を含み、
前記第１の受信部で受信された信号の位相と、前記第２の受信部で受信された信号の位相と、に基づいて前記基準方向の方位角を測定することを特徴とする船舶姿勢角測定装置。
請求項２に記載の船舶姿勢角測定装置であって、
前記方位角測定手段は、
衛星から送信された信号を受信して測位を行う第１の測位部と、
衛星から送信された信号を受信して測位を行う第２の測位部と、
を含み、
前記第１の測位部による測位結果と、前記第２の測位部による測位結果と、に基づいて前記基準方向の方位角を測定することを特徴とする船舶姿勢角測定装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の船舶姿勢角測定装置であって、
前記移動加速度測定手段は、
前記受信部で受信された信号に観測されるドップラ周波数偏移量に基づいて船舶の移動加速度を測定することを特徴とする船舶姿勢角測定装置。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の船舶姿勢角測定装置であって、
前記姿勢角取得手段は、
前記姿勢角測定位置に作用する加速度を複数方向の各成分について測定する加速度測定手段を備え、
前記誤差低減手段は、
船舶の地球に対する移動加速度が前記複数方向の各加速度成分測定値に寄与する誤差寄与値を、前記方位角測定手段および前記移動加速度測定手段による各測定値に基づいて求め、前記複数方向の各加速度成分測定値から当該誤差寄与値を減算し、
前記姿勢角取得手段は、
誤差寄与値が減算された各加速度成分測定値に基づいて船舶の姿勢角を求めることを特徴とする船舶姿勢角測定装置。
請求項６に記載の船舶姿勢角測定装置であって、
前記誤差低減手段は、
誤差寄与値の減算に基づいて求められた修正後の各加速度成分測定値に対し、前記方位角測定手段および前記移動加速度測定手段による各測定値に基づいて新たな誤差寄与値を求め、当該修正後の各加速度成分測定値から当該新たな誤差寄与値を減算し、
前記姿勢角取得手段は、
当該新たな誤差寄与値の減算に基づいて求められた修正後の各加速度成分測定値に基づいて船舶の姿勢角を求めることを特徴とする船舶姿勢角測定装置。