JP4588335B2 - 所定面の測定方法、及び測定システム - Google Patents

Description

本発明は、船舶などの移動体上に、レーダ装置や通信装置等に用いられる狭ビーム用アンテナを設置する際の設置面等の所定面を測定する所定面測定方法及びシステムに関する。

船舶などの移動体において、狭ビームの指向性アンテナを使用して、通信衛星との間でデータの送受信を行う衛星通信装置や、特定方向の目標物を検出するレーダ装置等が多く利用されている。

これらの衛星通信装置やレーダ装置においては、アンテナビームを特定の方向に指向させておくことが必要であるが、移動体、例えば船舶が波浪などの影響で上下に移動したり、回転したりする結果、そのアンテナの指向方向が正しい方向からずれてしまう。

このようなアンテナの動揺を補正して常に所定の方向にビームを指向させるために、移動体上にジャイロ装置を設けて、その移動体の上下、回転などの動揺を補正するようにして、移動体の動揺に関わらず、そのアンテナのビームを正しい方向に指向させるようにしたものが、提案されている（特許文献１）。

船舶などの移動体に設けられるジャイロ装置は一般に、アンテナの指向方向の補正制御のみでなく、その船舶を運行するための基本的な航行データを提供するためにも用いられる。このジャイロ装置は、多くの場合には、衛星通信装置やレーダ装置のアンテナの設置場所とは別の場所、例えば、船舶の重心位置の近くに設置される。一方、アンテナ装置は、電波の送受信に支障の無いように、船舶の上部側に設けられることになる。したがって、このジャイロ装置の出力、即ちロール信号、ピッチ信号、コース信号でアンテナ装置の補正制御を正確に行うためには、ジャイロ装置が設けられている基準位置の面（以下、基準面）の座標に対して、アンテナ装置が設置されている設置位置の面（以下、設置面）の相対的な位置関係（位置及び傾き；座標）を、正確に測定しておく必要がある。
特開平１１−１５３６５７号公報

座標算出に関して一般的に用いられる測量技術では、基準位置から測量するから設置面への途中に構造物などが存在すると、複数の中間基準点を設けながら順次求めていくことになる。したがって、基準面と設置面との相対関係を正確に測量するには高精度な測量技術が要求されるし、特に設置面の相対的な傾斜は設置面面積が小さいこともあり精度良く傾きを測定することは非常に困難である。

また、設置面の傾斜を求める他の方法として、水準器を使用して直接傾斜を求める方法もあるが、船舶が係留状態であったとしても波や船舶内の重量バランス等の影響で船体が動いてしまうから、正確に測定することができない。この水準器の測量方法では、不確定要素を除去するためにドック入りして測定することになるが、測定のために相当な期間や費用を要してしまう。

そこで、本発明は、移動体上のアンテナを設置している設置面等の所定面を、移動体が動揺している状態でも、その移動体の基準面に対して、位置や傾きを含めて、精度良く、且つ速やかに測定する測定方法及び測定システムを提供することを目的とする。

請求項１の所定面測定方法は、移動体上の所定位置にあって前記移動体の基準位置の基準面Ｓに対して固定的な関係にある所定面Ｍを、前記基準面Ｓに対して測定する所定面測定方法において、
前記基準面Ｓに設けたロール軸角度検出器、ピッチ軸角度検出器及びコース軸角度検出器を有する主ジャイロ装置によって、前記基準面Ｓにおける基準面ロール軸データＲｇ、基準面ピッチ軸データＰｇ及び基準面コース軸データＣｇを取得し、
前記所定面Ｍに設けられ、ロール軸角度検出器、ピッチ軸角度検出器及びコース軸角度検出器を有する副ジャイロ装置含む傾斜面測定器によって、前記所定面Ｍにおける所定面ロール軸データＲａ、所定面ピッチ軸データＰａ及び所定面コース軸データＣａを取得し、
これら基準面ロール軸データＲｇ、基準面ピッチ軸データＰｇ及び基準面コース軸データＣｇと、所定面ロール軸データＲａ、所定面ピッチ軸データＰａ及び所定面コース軸データＣａとに基づいて演算処理を行い、前記基準面Ｓの座標で表した前記所定面Ｍの座標を求めることを特徴とする。

請求項２の所定面測定方法は、請求項１の所定面測定方法において、前記演算処理は、前記所定面ロール軸データＲａ、前記所定面ピッチ軸データＰａ及び前記所定面コース軸データＣａからなる第１マトリクス（Ａ）と、前記基準面ロール軸データＲｇ、前記基準面ピッチ軸データＰｇ及び前記基準面コース軸データＣｇからなる第２マトリクス（Ｇ）とを用いて、前記基準面Ｓの座標に対する前記所定面Ｍの座標を求めることを特徴とする。

請求項３の所定面測定方法は、移動体上にあって前記移動体の基準位置の基準面Ｓに対して固定的な関係にある所定面Ｍの傾きを測定する所定面測定方法において、
前記基準面Ｓに設けたロール軸角度検出器、ピッチ軸角度検出器及びコース軸角度検出器を有する主ジャイロ装置によって、前記基準面Ｓにおける基準面ロール軸データＲｇ、基準面ピッチ軸データＰｇ及び基準面コース軸データＣｇを取得し、
前記所定面Ｍに設けられ、ロール軸角度検出器及びピッチ軸角度検出器を有する副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器によって、前記所定面Ｍにおける所定面ロール軸データＲａ及び所定面ピッチ軸データＰａを取得し、
前記移動体の前部と後部を結ぶ中心線Ｌ１もしくはこの中心線に平行な平行線Ｌ１ａと、前記傾斜面測定器に基づく測定線Ｌ２とがなすコース角度データＣｄを取得し、
これら基準面ロール軸データＲｇ、基準面ピッチ軸データＰｇ及び基準面コース軸データＣｇと、所定面ロール軸データＲａ及びピッチ軸データＰａと、コース角度データＣｄとに基づいて演算処理を行い、前記基準面Ｓの座標で表した前記所定面Ｍの座標を求めることを特徴とする。

請求項４の所定面測定方法は、請求項３の所定面測定方法において、前記演算処理は、前記所定面ロール軸データＲａ、前記所定面ピッチ軸データＰａ及び所定面コース軸データＣａからなる第１マトリクス（Ａ）の内の前記所定面ロール軸データＲａ及び前記所定面ピッチ軸データＰａと、前記基準面ロール軸データＲｇ、前記基準面ピッチ軸データＰｇ及び前記基準面コース軸データＣｇからなる第２マトリクス（Ｇ）と、前記コース角度データＣｄを用いて、前記基準面Ｓの座標に対する前記所定面Ｍの座標を求めることを特徴とする。

請求項５の所定面測定方法は、請求項３の所定面測定方法において、前記コース角度データＣｄは、前記所定面Ｍに設けた角度測定器により求めることを特徴とする。

請求項６の所定面測定方法は、請求項３の所定面測定方法において、前記コース角度データＣｄは、前記傾斜面測定器に付した目盛りから得た読み取りデータと前記傾斜面測定器の前記測定線の方向の寸法とに基づいて求めることを特徴とする。

請求項７の傾斜面測定システムは、移動体上の所定場所に設けられ前記移動体の基準位置の基準面Ｓに対して固定的な関係にある所定面Ｍを、前記基準面Ｓに対して測定する所定面測定システムにおいて、
前記基準面Ｓに設けられ、前記基準面Ｓにおける基準面ロール軸データＲｇを出力するロール軸角度検出器、基準面ピッチ軸データＰｇを出力するピッチ軸角度検出器及び基準面コース軸データＣｇを出力するコース軸角度検出器を有する主ジャイロ装置と、
前記所定面Ｍに設けられ、前記所定面Ｍにおける所定面ロール軸データＲａを出力するロール軸角度検出器、所定面ピッチ軸データＰａを出力するピッチ軸角度検出器及び所定面コース軸データＣａを出力するコース軸角度検出器を有する副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器と、
これら基準面ロール軸データＲｇ、基準面ピッチ軸データＰｇ及び基準面コース軸データＣｇと、所定面ロール軸データＲａ、所定面ピッチ軸データＰａ及び所定面コース軸データＣａとを収集し、収集した各データに基づいて前記基準面Ｓの座標で表した前記所定面Ｍの座標を求める演算処理を行うデータ収集演算部とを備えることを特徴とする。

請求項８の所定面測定システムは、請求項７の所定面測定システムにおいて、前記傾斜面測定器は、前記演算処理の終了後に、撤去されることを特徴とする。

請求項９の所定面測定システムは、請求項７の所定面測定システムにおいて、前記データ収集演算部は、前記所定面ロール軸データＲａ、前記所定面ピッチ軸データＰａ及び前記所定面コース軸データＣａからなる第１マトリクス（Ａ）と、前記基準面ロール軸データＲｇ、前記基準面ピッチ軸データＰｇ及び前記基準面コース軸データＣｇからなる第２マトリクス（Ｇ）とを用いて、前記基準面Ｓの座標に対する前記所定面Ｍの座標を求めることを特徴とする。

請求項１０の所定面測定システムは、移動体上の所定場所に設けられ前記移動体の基準位置の基準面Ｓに対して固定的な関係にある所定面を、前記基準面Ｍに対して測定する所定面測定システムにおいて、
前記基準面Ｓに設けられ、前記基準面Ｓにおける基準面ロール軸データＲｇを出力するロール軸角度検出器、基準面ピッチ軸データＰｇを出力するピッチ軸角度検出器及び基準面コース軸データＣｇを出力するコース軸角度検出器を有する主ジャイロ装置と、
前記所定面Ｍに設けられ、前記所定面Ｍにおける所定面ロール軸データＲａを出力するロール軸角度検出器及び所定面ピッチ軸データＰａを出力するピッチ軸角度検出器を有する副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器と、
前記移動体の前部と後部を結ぶ中心線Ｌ１もしくはこの中心線に平行な平行線Ｌ１ａと、前記傾斜面測定器に基づく測定線Ｌ２とがなすコース角度データＣｄを設定する角度設定手段と、
これら基準面ロール軸データＲｇ、基準面ピッチ軸データＰｇ及び基準面コース軸データＣｇと、所定面ロール軸データＲａ及び所定面ピッチ軸データＰａと、及びコース角度データＣｄとに基づいて演算処理を行い、前記基準面Ｓの座標で表した前記所定面Ｍの座標を求めることを特徴とする。

請求項１１の所定面測定システムは、請求項１０の所定面測定システムにおいて、前記傾斜面測定器は、前記演算処理の終了後に、撤去されることを特徴とする。

請求項１２の所定面測定システムは、請求項１０の所定面測定システムにおいて、前記データ収集演算部は、
前記所定面ロール軸データＲａ、前記所定面ピッチ軸データＰａ及び所定面コース軸データＣａからなる第１マトリクス（Ａ）の内の前記所定面ロール軸データＲａ及び前記所定面ピッチ軸データＰａと、前記基準面ロール軸データＲｇ、前記基準面ピッチ軸データＰｇ及び前記基準面コース軸データＣｇからなる第２マトリクス（Ｇ）と、前記コース角度データＣｄを用いて、前記基準面Ｓの座標に対する前記所定面Ｍの座標を求めることを特徴とする。

本発明の所定面の測定方法及び測定システムによれば、移動体の基準面Ｓに主ジャイロ装置を設け、所定面Ｍに副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器を設けて、それらから得られる各軸データに基づいて演算処理を行って、基準面の座標で表した所定面Ｍの座標を求めるから、移動体上のアンテナを設置している設置面等の所定面Ｍを、移動体が動揺している状態でも、その移動体の基準面Ｓに対して、精度良く測定できる。

また、移動体の基準面Ｓにロール軸角度検出器、ピッチ軸角度検出器及びコース軸角度検出器を有する主ジャイロ装置と、所定面Ｍにロール軸角度検出器及びピッチ軸角度検出器を有する副ジャイロ装置含む傾斜面測定器と、さらに移動体の前部と後部を結ぶ中心線等と傾斜面測定器に基づく測定線とがなすコース角度データＣｄを測定して設定する角度設定手段とを設ける。それらから得られる各軸データ及びコース角度データＣｄに基づいて演算処理を行って、基準面Ｓの座標で表した所定面Ｍの座標を求めるから、移動体上のアンテナを設置している設置面等の所定面Ｍを、移動体が動揺している状態でも、その移動体の基準面Ｓに対して、精度良く、且つ速やかに測定できる。

また、副ジャイロ装置はロール軸及びピッチ軸の２軸の角度検出器を有するものでよく、コース軸角度を得るためのコースジャイロが不要である。このコースジャイロは、ロール軸角度及びピッチ軸角度を得るための垂直ジャイロに比して非常に高価であるから、測定装置を安価に構成することができる。

また、コースジャイロはその方位が安定するまでの時間が長い（例えば、６時間）から、角度測定手段に代替することによって、測定に要する時間を短縮することができる。

角度設定手段により設定されるコース角度データＣｄは、所定面Ｍに設けた角度測定器を用いること、或いは傾斜面測定器に付した目盛りから得た読み取りデータと傾斜面測定器自体の寸法とを用いることによって容易に得られるから、極めて安価に構成することができる。

以下、本発明による実施例について、移動体として船舶を例に挙げて、図を参照して説明する。本発明において、移動体としては、船舶に限ることなく、航空機などの飛行体や、自動車などの車両にも、適用することができる。

図１は、本発明に係る船舶上の所定面の測定方法及び測定システムを適用した船舶の全体図を示している。図２は、本発明の第１実施例に係る所定面の測定方法及び測定システムの構成図を示している。

図１、図２において、船舶１には、通信衛星との間でデータの送受信を行う衛星通信装置や特定方向の目標物を検出するレーダ装置のための狭ビームの指向性アンテナ２が設けられている。この指向性アンテナ２は、電波の送受信に支障の無いように、船舶の上部側に設けられる。船舶１には、アンテナの指向方向の補正制御や、その船舶を運行するための基本的な航行データを提供するために、その重心位置に近い場所に主ジャイロ装置２０が設けられている。主ジャイロ装置２０は、船舶１の基準位置の面（以下、基準面）Ｓに設けられている。

主ジャイロ装置２０で得られる船舶座標系「ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ」は、絶対座標系（地球座標系）「ｘ、ｙ、ｚ」に対する座標系である。一方、アンテナ２は、船舶１上の所定位置にある面（即ち、所定面、以下、設置面、という）Ｍに設置される。したがって、設置面Ｍの設置面座標系「ｘａ、ｙａ、ｚａ」は、やはり絶対座標系（地球座標系）「ｘ、ｙ、ｚ」に対する座標系である。設置面Ｍは、基準面Ｓと距離的に離れており、且つその面の傾斜も通常は異なっている。なお、図１で、ｘｎ軸はロール軸を、ｙｎ軸はコース軸を、ｚｎ軸はピッチ軸を表している。ｎは、ｓ，ａ、ｄである。

したがって、設置面Ｍに設置されるアンテナ２を、基準面Ｓに設けた主ジャイロ装置２０の各データで姿勢制御するためには、設置面座標系「ｘａ、ｙａ、ｚａ」を、船舶座標系「ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ」を基準とし且つこれを補正して得た、船舶基準設置面座標（図１において、「ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ」で示している）を得ることが必要である。しかし、この船舶基準設置面座標「ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ」は、未知である。

図２において、主ジャイロ装置２０は、基準面Ｓにおける基準面ロール軸データＲｇを出力するロール軸角度検出器２２、基準面ピッチ軸データＰｇを出力するピッチ軸角度検出器２３及び基準面コース軸データＣｇを出力するコース軸角度検出器２１を有している。

傾斜面測定器３０は、設置面Ｍに設けられ、設置面ロール軸データＲａを出力するロール軸角度検出器３２、設置面ピッチ軸データＰａを出力するピッチ軸角度検出器３３及び設置面コース軸データＣａを出力するコース軸角度検出器３１を有する副ジャイロ装置を含んで構成されている。

航法データ収集器１２は、これら基準面ロール軸データＲｇ、基準面ピッチ軸データＰｇ及び基準面コース軸データＣｇと、設置面ロール軸データＲａ、設置面ピッチ軸データＰａ及び設置面コース軸データＣａとを収集し、計算機１１に供給する。これらの各データは、同時点のデータを取得することが最も好ましい。ただ、船舶１の動揺を発生する源である波は、その周期が数秒程度であるから、データを取得する際に計算精度に影響を与えない程度の取得時間の差は許容される。したがって、ほぼ同時刻に取得できればよいから、各データをシリアルに取得することでよい。

計算機１１は、ほぼ同時刻に取得された、基準面Ｓの各軸データＲｇ、Ｐｇ、Ｃｇと設置面Ｍの各軸データＲａ、Ｐａ、Ｃａとに基づいて、演算を行い、船舶基準設置面座標「ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ」を得る。

さて、未知である船舶基準設置面座標「ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ」は、船舶座標系「ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ」と設置面座標系「ｘａ、ｙａ、ｚａ」との相対的な関係を示す、座標変換マトリクスが求められれば、船舶基準設置面座標「ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ」を、船舶座標系「ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ」と設置面座標系「ｘａ、ｙａ、ｚａ」とを用いて、式（１）のように表すことができる。即ち、式（１）のように、船舶座標系「ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ」との関係で表現される設置面座標系「ｘａ、ｙａ、ｚａ」は、船舶基準設置面座標「ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ」である。

ここで、設置面座標系「ｘａ、ｙａ、ｚａ」は、絶対座標形「ｘ、ｙ、ｚ」との関係で、式（２）のように表される。

また、基準面座標系「ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ」は、絶対座標形「ｘ、ｙ、ｚ」との関係で、式（３）のように表される。

但し、マトリクス（Ｄ）は未知であり、式（４）で示される。
（Ｄ）＝（Ｃｄ）（Ｐｄ）（Ｒｄ） （４）

第１マトリクス（Ａ）は、式（５）で示される。

第２マトリクス（Ｇ）は、式（６）で示される。

なお、（Ｄ）（Ａ）（Ｇ）の（Ｐｎ）（Ｒｎ）（Ｃｎ）は、各座標の各軸の回転マトリクスを示す。ｎは、ｓ，ａ、ｄである。

式（１）に式（３）を代入して、地球座標「ｘ、ｙ、ｚ」で示し、（Ｐｎ）（Ｒｎ）（Ｃｎ）は同一時刻のデータであるので、式（１）と式（２）は等しいとおける。そして、第１マトリクス（Ａ）と第２マトリクス（Ｇ）は、測定されたデータを用いて計算されるから、設置面Ｍの傾斜などで示される未知マトリクス（Ｄ）は次の式（７）で示される。
（Ｄ）＝（Ａ）（Ｇ）^−１ （７）

この式（７）を解くことにより、未知マトリクス（Ｄ）の各要素が式（８ａ）〜（８ｂ）のように得られる。
sinPd=((G10G22-G12G20)(G21A10-G20A11)-(G10G21-G11G20)(G22A10-G20A12))/(-G00G21+G01G20)(G10G22-G12G20)-(G02G20-G00G22)(G10G21-G11G20) （８ａ）
cosRd=(G22A10-G20A12-sinPd(G02G20-G00G22))/((G10G22-G12G20)cosPd) （８ｂ）
sinCd=((cosPdG01+sinPdcosRdG11-sinRdsinPdG21)A00
-(cosPdG00+sinPdcosRdG10-sinRdsinPdG20))/
((sinRdG11+sinRdG21)(cosPdG00+sinPdcosRdG10-sinRdsinPdG20)-(sinRdG10+cosRdG20)(cosPdG01+sinPdcosRdG11-sinRdsinPdG21)) （８ｃ）
ここで、Gnm、Anmは、マトリクス（Ｇ）、（Ａ）の要素（00〜22）である。

以上の式により設置面Ｍでの各軸成分のパラメータＰｄ、Ｒｄ、Ｃｄが確定したことになる。この設置面Ｍでの各パラメータを、式（４）に代入して補正マトリクスＤｏを作成し、これを式（１）のマトリクスＤに代入計算することで、設置面Ｍの座標が正しく示される。

このように、本発明の第１実施例では、移動体である船舶１の基準面Ｓに主ジャイロ装置２０を設け、設置面であるアンテナ設置面Ｍに副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器３０を設けて、それらから得られる各軸データ（Ｃａ）（Ｐａ）（Ｒａ）、（Ｃｇ）（Ｐｇ）（Ｒｇ）に基づいて演算処理を行って、基準面Ｓの座標で表した設置面Ｍの座標を求めるから、船舶１上のアンテナ２を設置している設置面Ｍを、船舶１が動揺している状態でも、その基準面Ｓに対して、精度良く測定できる。

また、副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器３０は、設置面Ｍの座標を求めるための演算処理が行われた後に撤去されるから、設置面の一部を専有することはない。また、他の船舶などの測定用に転用することができる。

図３は、本発明の第２実施例に係る設置面の測定方法及び測定システムの構成図を示している。この第２実施例では、設置面Ｍにおかれる傾斜面測定器３０Ａの副ジャイロ装置は、ロールジャイロ及びピッチジャイロの２つを有しており、コースジャイロは持たない構成のものが用いられる。この第２実施例においても、船舶１やそれに設置されるアンテナ２、各座標系や、基準面Ｓ、設置面Ｍ等は、第１実施例と同じく、図１で説明した通りである。

図３において、主ジャイロ装置２０は、図２で説明したと同様に、基準面Ｓにおける基準面ロール軸データＲｇを出力するロール軸角度検出器２２、基準面ピッチ軸データＰｇを出力するピッチ軸角度検出器２３及び基準面コース軸データＣｇを出力するコース軸角度検出器２１を有している。

傾斜面測定器３０Ａは、設置面Ｍに設けられ、設置面ロール軸データＲａを出力するロール軸角度検出器３２及び設置面ピッチ軸データＰａを出力するピッチ軸角度検出器３３を有する副ジャイロ装置を含んで構成されている。第２実施例の副ジャイロ装置には、設置面コース軸データＣａを出力するコース軸角度検出器は設けられていない。

航法データ収集器１２は、これら基準面ロール軸データＲｇ、基準面ピッチ軸データＰｇ及び基準面コース軸データＣｇと、設置面ロール軸データＲａ及び設置面ピッチ軸データＰａとを収集し、計算機１１に供給する。これらの各データは、第１実施例におけると同様であって、ほぼ同時点において取得されたデータを用いている。

また、船舶１の前部と後部を結ぶ中心線Ｌ１もしくはこの中心線に平行な平行線Ｌ１ａと、傾斜面測定器３０Ａに基づく測定線Ｌ２とがなすコース角度データＣｄを取得し、このコース角度データＣｄを角度設定手段１３から計算機１１に入力する。

計算機１１は、ほぼ同時刻に取得された、基準面Ｓの各軸データＲｇ、Ｐｇ、Ｃｇと、設置面Ｍの各軸データＲａ、Ｐａと、さらに角度設定手段１３から入力されたコース角度データＣｄに基づいて、演算を行い、船舶基準設置面座標「ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ」を得る。

図４は、第２実施例における、コース角度の計測を行う第１の角度計測例を示す図である。

船舶１の船首部と船尾部を結ぶ中心線（即ち、船首尾線）Ｌ１もしくはこの船首尾線Ｌ１に平行な平行線Ｌ１ａと、傾斜面測定器３０Ａのロール軸（ｘａ軸）またはピッチ軸（ｚａ軸）に基づく測定線Ｌ２とがなすコース角度データＣｄを、傾斜面測定器３０Ａに取り付けた角度測定器３５によって測定する。

船首尾線Ｌ１は通常船舶１の船首と船尾に設けられているポールなどのマーカーを利用して得られるし、それに平行な平行線Ｌ１ａもそのマーカー、遠方の目標物等を利用するなどして容易に得られる。また、測定線Ｌ２は、傾斜面測定器３０Ａに表示された指示線などで明示されている。

この角度計測器３５により得られたコース角度データＣｄは、第１実施例では未知データであったが、第２実施例では測定により得られる。このコース角度データＣｄは例えば、設置面コース軸データＣａから基準面コース軸データＣｇを差し引いたものに相当する。

図５は、第２実施例における、コース角度の計測を行う第２の角度計測例を示す図である。

船舶１の船首尾線Ｌ１に平行な平行線Ｌ１ａ（船首尾線Ｌ１でも良い）と、傾斜面測定器３０Ａのロール軸（ｘａ軸）またはピッチ軸（ｚａ軸）に基づく測定線Ｌ２とがなすコース角度データＣｄを、傾斜面測定器３０Ａに付した目盛りから得た読み取りデータと傾斜面測定器３０Ａの測定線Ｌ２の方向の寸法Ｌとに基づいて求める。

具体的に例示すると、設置面Ｍに設けられた傾斜面測定器３０Ａの側面のうち、平行線Ｌ１ａ及び測定線Ｌ２が交差する２つの側面に、目盛りを付している。平行線Ｌ１ａと測定線Ｌ２との両側面における距離を、図に示すようにそれぞれ「ずれ長さａ」、「ずれ長さｂ」とし、それらの長さを計測する。一方、傾斜面測定器３０Ａのロール軸（ｘａ軸）またはピッチ軸（ｚａ軸）に平行な長さＬ（図５では傾斜面測定器３０Ａの１辺の長さで表している）を予め計測しておく。そして、ｔａｎ（Ｃｄ）＝（ａ＋ｂ）／Ｌ、の計算を行うことにより、船首方位に対する設置面Ｍのコース角度Ｃｄを直接求める。

さて、未知である船舶基準設置面座標「ｘｄ、ｙｄ、ｚｄ」を、基準面Ｓの各軸データＲｇ、Ｐｇ、Ｃｇと、設置面Ｍの各軸データＲａ、Ｐａと、さらに角度設定手段１３から入力されたコース角度データＣｄに基づいて、演算を行って求める。各座標系や、それらの間の関係式は、第１実施例で示したものと同じである。

第２実施例では、設置面ロール軸データＲａ、設置面ピッチ軸データＰａが得られるが、設置面コース軸データＣａは得られないこと、及び第１実施例では未知であったコース角度データＣｄが角度設定手段１３から入力されること、において第１実施例と異なっている。

この条件の下で、各マトリクス（Ａ）（Ｄ）（Ｇ）間の関係を、式（７）と同じように示すと、式（９）のようになる。
（Ｃｄ）^-1（Ａ）＝（Ｐｄ）（Ｒｄ）（Ｇ） （９）

したがって、式（９）から未知係数Ｃａ、Ｐｄ、及びＲｄが以下のように求められる。
sin(Rd)=(G11A12±((G11A12)²-(G11G11+G21G21)(A12A12-G21G21))^1/2/
(G11G11+A21A21) （１０ａ）
tan(Pd)=（（G00C11-C01(cosRdG11-sinRdG21))/
(-A01G01-A11(cosRdG11-sinRdG21)) （１０ｂ）
Ca=Cd+Cg （１０ｃ）

以上の式により、別に測定されたコース角度データＣｄに加えて、設置面Ｍでの各軸成分のパラメータＰｄ、Ｒｄが確定したことになる。この設置面Ｍでの各パラメータＰｄ、Ｒｄ、Ｃｄを、式（４）に代入して補正マトリクスＤｏを作成し、これを式（１）のマトリクスＤに代入計算することで、設置面Ｍの座標が正しく示される。

このように、本発明の第２実施例では、移動体である船舶１の基準面Ｓにロール軸角度検出器２２、ピッチ軸角度検出器２３及びコース軸角度検出器２１を有する主ジャイロ装置２０と、設置面Ｍにロール軸角度検出器３２及びピッチ軸角度検出器３３を有する副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器３０と、さらに船舶１の船首尾線Ｌ１等と傾斜面測定器に基づく測定線Ｌ２とがなすコース角度データＣｄを測定して設定する角度設定手段とを設ける。それらから得られる各軸データＣｇ、Ｒｇ、Ｐｇ、Ｒａ、Ｐａ及びコース角度データＣｄに基づいて演算処理を行って、基準面Ｓの座標で表した所定面Ｍの座標を求めるから、船舶１上のアンテナ２を設置している設置面Ｍを、船舶１が動揺している状態でも、その基準面Ｓに対して、精度良く、且つ速やかに測定できる。また、副ジャイロ装置はロール軸及びピッチ軸の２軸の角度検出器３２、３３を有するものでよく、コース軸角度Ｃａを得るためのコースジャイロが不要である。このコースジャイロは、ロール軸角度及びピッチ軸角度を得るための垂直ジャイロに比して非常に高価であるから、測定装置を安価に構成することができる。

また、コースジャイロはその方位が安定するまでの時間が長い（例えば、６時間）から、角度測定手段に代替することによって、測定に要する時間を短縮することができる。

角度設定手段１３により設定されるコース角度データＣｄは、設置面Ｍに設けた角度測定器３５を用いること、或いは傾斜面測定器３０Ａに付した目盛りから得た読み取りデータと傾斜面測定器自体の寸法Ｌとを用いることによって容易に得られるから、極めて安価に構成することができる。

また、副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器３０Ａは、設置面Ｍの座標を求めるための演算処理が行われた後に撤去されるから、設置面の一部を専有することはない。また、他の船舶などの測定用に転用することができる。

本発明に係る所定面の測定方法及び測定システムを適用した船舶の全体図 本発明の第１実施例に係る所定面の測定方法及び測定システムの構成図 本発明の第２実施例に係る所定面の測定方法及び測定システムの構成図 第２実施例における、コース角度の計測を行う第１の角度計測例を示す図 第２実施例における、コース角度の計測を行う第２の角度計測例を示す図

符号の説明

１ 船舶
２ アンテナ
１１ 計算機
１２ 航法データ収集器
１３ 角度設定手段
２０ 主ジャイロ装置
２１ 基準面コース軸角度検出器
２２ 基準面ロール軸角度検出器
２３ 基準面ピッチ軸角度検出器
３０、３０Ａ 傾斜面測定器
３１ 設置面コース軸角度検出器
３２ 設置面ロール軸角度検出器
３３ 設置面ピッチ軸角度検出器
３５ 角度測定器
Ｍ 設置面
Ｌ１ 船首尾線
Ｌ１ａ 船首尾線に平行な線
Ｌ２ 測定線

Claims (12)

1. 移動体上の所定位置にあって前記移動体の基準位置の基準面に対して固定的な関係にある所定面を、前記基準面に対して測定する所定面測定方法において、
   前記基準面に設けたロール軸角度検出器、ピッチ軸角度検出器及びコース軸角度検出器を有する主ジャイロ装置によって、前記基準面における基準面ロール軸データ、基準面ピッチ軸データ及び基準面コース軸データを取得し、
   前記所定面に設けられ、ロール軸角度検出器、ピッチ軸角度検出器及びコース軸角度検出器を有する副ジャイロ装置含む傾斜面測定器によって、前記所定面における所定面ロール軸データ、所定面ピッチ軸データ及び所定面コース軸データを取得し、
   これら基準面ロール軸データ、基準面ピッチ軸データ及び基準面コース軸データと、所定面ロール軸データ、所定面ピッチ軸データ及び所定面コース軸データとに基づいて演算処理を行い、前記基準面の座標で表した前記所定面の座標を求めることを特徴とする、所定面測定方法。
2. 前記演算処理は、前記所定面ロール軸データ、前記所定面ピッチ軸データ及び前記所定面コース軸データからなる第１マトリクスと、前記基準面ロール軸データ、前記基準面ピッチ軸データ及び前記基準面コース軸データからなる第２マトリクスとを用いて、前記基準面の座標に対する前記所定面の座標を求めることを特徴とする、請求項１記載の所定面測定方法。
3. 移動体上にあって前記移動体の基準位置の基準面に対して固定的な関係にある所定面の傾きを測定する所定面測定方法において、
   前記基準面に設けたロール軸角度検出器、ピッチ軸角度検出器及びコース軸角度検出器を有する主ジャイロ装置によって、前記基準面における基準面ロール軸データ、基準面ピッチ軸データ及び基準面コース軸データを取得し、
   前記所定面に設けられ、ロール軸角度検出器及びピッチ軸角度検出器を有する副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器によって、前記所定面における所定面ロール軸データ及び所定面ピッチ軸データを取得し、
   前記移動体の前部と後部を結ぶ中心線もしくはこの中心線に平行な平行線と、前記傾斜面測定器に基づく測定線とがなすコース角度データを取得し、
   これら基準面ロール軸データ、基準面ピッチ軸データ及び基準面コース軸データと、所定面ロール軸データ及びピッチ軸データと、コース角度データとに基づいて演算処理を行い、前記基準面の座標で表した前記所定面の座標を求めることを特徴とする、所定面測定方法。
4. 前記演算処理は、前記所定面ロール軸データ、前記所定面ピッチ軸データ及び所定面コース軸データからなる第１マトリクスの内の前記所定面ロール軸データ及び前記所定面ピッチ軸データと、前記基準面ロール軸データ、前記基準面ピッチ軸データ及び前記基準面コース軸データからなる第２マトリクスと、前記コース角度データを用いて、前記基準面の座標に対する前記所定面の座標を求めることを特徴とする、請求項３記載の所定面測定方法。
5. 前記コース角度データは、前記所定面に設けた角度測定器により求めることを特徴とする、請求項３記載の所定面測定方法。
6. 前記コース角度データは、前記傾斜面測定器に付した目盛りから得た読み取りデータと前記傾斜面測定器の前記測定線の方向の寸法とに基づいて求めることを特徴とする、請求項３記載の所定面測定方法。
7. 移動体上の所定場所に設けられ前記移動体の基準位置の基準面に対して固定的な関係にある所定面を、前記基準面に対して測定する所定面測定システムにおいて、
   前記基準面に設けられ、前記基準面における基準面ロール軸データを出力するロール軸角度検出器、基準面ピッチ軸データを出力するピッチ軸角度検出器及び基準面コース軸データを出力するコース軸角度検出器を有する主ジャイロ装置と、
   前記所定面に設けられ、前記所定面における所定面ロール軸データを出力するロール軸角度検出器、所定面ピッチ軸データを出力するピッチ軸角度検出器及び所定面コース軸データを出力するコース軸角度検出器を有する副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器と、
   これら基準面ロール軸データ、基準面ピッチ軸データ及び基準面コース軸データと、所定面ロール軸データ、所定面ピッチ軸データ及び所定面コース軸データとを収集し、収集した各データに基づいて前記基準面の座標で表した前記所定面の座標を求める演算処理を行うデータ収集演算部とを備えることを特徴とする、傾斜面測定システム。
8. 前記傾斜面測定器は、前記演算処理の終了後に、撤去されることを特徴とする、請求項７記載の所定面測定システム。
9. 前記データ収集演算部は、前記所定面ロール軸データ、前記所定面ピッチ軸データ及び前記所定面コース軸データからなる第１マトリクスと、前記基準面ロール軸データ、前記基準面ピッチ軸データ及び前記基準面コース軸データからなる第２マトリクスとを用いて、前記基準面の座標に対する前記所定面の座標を求めることを特徴とする、請求項７記載の所定面測定システム。
10. 移動体上の所定場所に設けられ前記移動体の基準位置の基準面に対して固定的な関係にある所定面を、前記基準面に対して測定する所定面測定システムにおいて、
    前記基準面に設けられ、前記基準面における基準面ロール軸データを出力するロール軸角度検出器、基準面ピッチ軸データを出力するピッチ軸角度検出器及び基準面コース軸データを出力するコース軸角度検出器を有する主ジャイロ装置と、
    前記所定面に設けられ、前記所定面における所定面ロール軸データを出力するロール軸角度検出器及び所定面ピッチ軸データを出力するピッチ軸角度検出器を有する副ジャイロ装置を含む傾斜面測定器と、
    前記移動体の前部と後部を結ぶ中心線もしくはこの中心線に平行な平行線と、前記傾斜面測定器に基づく測定線とがなすコース角度データを設定する角度設定手段と、
    これら基準面ロール軸データ、基準面ピッチ軸データ及び基準面コース軸データと、所定面ロール軸データ及び所定面ピッチ軸データと、及びコース角度データとに基づいて演算処理を行い、前記基準面の座標で表した前記所定面の座標を求めることを特徴とする、所定面測定システム。
11. 前記傾斜面測定器は、前記演算処理の終了後に、撤去されることを特徴とする、請求項１０記載の所定面測定システム。
12. 前記データ収集演算部は、前記所定面ロール軸データ、前記所定面ピッチ軸データ及び所定面コース軸データからなる第１マトリクスの内の前記所定面ロール軸データＲａ及び前記所定面ピッチ軸データと、前記基準面ロール軸データ、前記基準面ピッチ軸データ及び前記基準面コース軸データからなる第２マトリクスと、前記コース角度データを用いて、前記基準面の座標に対する前記所定面の座標を求めることを特徴とする、請求項１０記載の所定面測定システム。
    

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