JPH0155356B2 - - Google Patents

Description

(イ) 発明の技術分野 本発明は、海中パイプまたはケーブル敷設用の
係留船の正確な誘導を行なう組合わせ無線推測航
法に関するものであり、特に無線送信がない場合
に、自船の位置判定を行ないうる船の位置判定方
法および装置に関するものである。

(ロ) 従来技術の背景 海中のパイプ敷設作業を過去の実績に基づいて
始める前に関係領域を探索する。測深機によつて
得た海底のプロフアイルに基づいてそのパイプ用
の適切なルートを決定し地図を記入する。パイプ
を敷設するにつれて実際のパイプの位置をパイプ
敷設船の上で作業員がその地図に記入する。この
パイプの位置は、船の位置の既知の値と船に対し
てパイプを降ろした位置とを組み合わせることに
よつて決定する。この後者はいくつかの方法で決
定することができるが、その１つはテレビジヨン
カメラを備えた水中船を使用することである。

いくつかのパイプを敷設したのち適当な無線位
置決め装置を使用して船の位置を判定する。実際
のおよび所望のパイプルートを調べ、その船を移
動させるべき方向を判定する。つぎにウインチ操
作員は、つぎのいくつかの引網によつてその船を
適当な方向へ動かすことによつて位置の誤差を訂
正することを求められる。つぎに操作員は船を所
望の方向に１区間分だけ引いたり動かしたりし
て、パイプの継目を溶接現場へ並べる。そこでつ
ぎのパイプの溶接が始まる。パイプが再び適当な
ルートに置かれるまでこれを続ける。

上に述べた位置の判定はすべてのパイプを敷設
してから、または海底の深さおよび状態に応じて
これよりは少な目に行う。操作員はウインチまた
はスラスタを使用して船を動かす。ウインチの
み、スラスタのみまたはウインチおよびスラスタ
をともに使用してもよい。

ウインチの制御は幾人かの操作員、たとえばつ
ぎの３人によつて行われる。

１ 前方ウインチ操作員。各ウインチごとに片手
制御器を使用して６個の前方ウインチを取り扱
う。

２ 後方ウインチ操作員。６個の後方ウインチに
対してやはり各ウインチごとに片手制御器があ
る。

３ ウインチデレクタ。すべてのウインチを制御
できる操作卓を有し、これも各ウインチごとに
片手制御器を使用する。

ウインチの制御は従来技術においては前方およ
び後方操作員が組になつて協調して、またはウイ
ンチデレクタ１人で行つてきた。

６個のウインチの制御は難しく、経験を必要と
する。一般に操作員（たとえば前方ウインチ操作
員）は、６個のアンカーすべてが設定されている
わけではないので４つのウインチだけを指揮すれ
ばよい。これら使用中のもののうち２つを一般に
多少なりともパイプのルートにそつて、すなわち
前方に配置し、他の２つ（または１つ）を片側に
配置する。したがつてパイプルートにそつて前進
するためには一般に操作員はこれらのウインチの
うちの２つを指揮する必要があるだけである。同
様に後方ウインチ操作員は自分のウインチを制御
する。側方の動きおよび船首方位の変更を必要と
する動きはさらに複雑である。スラスタ操作員は
３人のウインチ操作員とは別であるが、４つのス
ラスタ全部を制御する。組になつただけのスラス
タのスラスト（前進または後退）および方位角
（360゜）を指揮することができる。すなわち、前
方の２つのスラストは常に同じ方向にたがいにス
ラストし、後方のスラスタも同様にする。

手動制御には多くの問題がある。比較的水深が
浅いところでは、ケーブルが緊張しており、ウイ
ンチが比較的操作員の指揮に迅速に応答するので
操作は満足すべきものである。しかし深さが増す
につれ、関連するケーブル長が長くなり、ケーブ
ルの実効バネ定数が附随して減少するためにウイ
ンチの応答がだんだん緩慢になり、手動制御が困
難になる。深さが増したり海底の状態が悪くなる
と、しばしば位置の判定を行つたパイプルートを
正確に図に記入する必要がある。したがつて信頼
性のある位置判定方法が必要となる。

パイプの位置を正確に知るか否かは船の位置を
正確に知るか否かに依存している。十分な精度で
船自体の位置を決める無線位置決定システムのよ
く知られた２つの方式はラインオフサイト無線レ
ンジング方式および低周波ノンラインオフサイト
方式である。前者は、調査によつて位置が正確に
知られている２つの海岸基地に対するレンジを測
定することによつて位置を得るものであり、後者
は各海岸基地の組から受信した信号の位相差を測
定することによつて位置についての２本の双曲線
を発生するものである。後者の方法は周波数が高
く精度が良いという点を除いてはロランに非常に
よく似ている。

ラインオフサイト方式はこれら２つの方式のう
ちでは精度が高い方であり、一日に24時間動作す
ることができる。しかしレンジ測定能力が比較的
小さく、海岸基地のレンジの外で動作させること
はできない。また雨は動作に悪い影響を与える。

双曲線方式はこのレンジの問題が実質的に生じ
ないが、その精度はライオンオフサイト方式より
幾分劣る。しかし動作が不安定で、必要な無線信
号の伝送に影響を与える電離層の変化のために朝
夕および夜間は全く動作させることができない。
また船上の大型のクレーンが動くと中波双曲線方
式には悪い影響を与える。この不安定な動作は実
質的に連続して船の位置を確認しなければならな
い作業においては重大な問題を生ずる。深さが増
して海底の状態が悪くなる場合に必要と考えられ
るように、自動操作を使用する場合は、連続的な
位置データが必要となる。したがつて無線航法デ
ータのどんな停止も重大な問題である。

正確な固定の位置データを供給することができ
る無線航法システムを船の上で使用すること、お
よびこの方式の航法システムが通常動作を周期的
に停止することによつて、推測航法システムを附
加的に使用して速度推測航法方式または慣性推測
航法方式のいずれかについて無線位置データの各
周期間のギヤツプを埋めることが考えられる。速
度推測航法方式において、船に固定されたスピー
ドログによつて測定した船の速度を使用して最も
新しい良好な無線位置データを推定する。船の速
度を時間で積分して最も新しい無線位置からの位
置の変化を与え、したがつて船の位置の値がわか
る。具合の悪いことに速度に誤差があるとこれも
積分され、位置の誤差が累積する。この速度の誤
差はスピードログ検出器の誤差や海流の変化に起
因する場合がある。後者は水に対する船の速度を
スピードログで測定するため誤りが生ずる。また
海流を取り除いて船の対地速度を積分のために求
めなければならない。最も良好な状況でさえ、こ
の種類の推測航法方式は十分な大きさの誤りが累
積することによつて数分間のパイプ敷設操作に悪
影響を与え、また無線データの停止が一晩中続く
こともしばしば考えられる。

この推測航法方式は船の速度の時間積分を行つ
ているので誤差の累積が時間の関数となる。しか
しパイプ敷設船は非常にゆつくり移動する。すな
わち、敷設するパイプの径や、したがつて行わな
ければならない溶接の量にもよるがいずれにして
も１本のパイプ（12ないし24ｍ）が10分ないし１
時間かかる。したがつて推測航法の累積した位置
の誤差は、非常に多数のパイプを敷設することが
できないうちに作業に悪影響を与えるに十分な大
きさに達する。きわどい条件の場合にはこれによ
つて作業を中止しなければならなくさえなること
がある。

慣性システムは推測航法方式の改良であるが、
これはやはり、船の加速度データを積分すること
によつて船の速度が得られ、したがつてさらに積
分することによつて位置が得られる１つの推測航
法システムである。このシステムの欠点は、まず
そのイニシヤルコストが非常に大きいことであ
り、つぎに保守条件およびそのコストが非常に大
きいことである。またこの推測航法方式も第１の
方式と同じように時間積分を行つており、前者よ
り良好ではあるが誤差の蓄積が遅いにすぎない。
高品質の海上慣性ナビゲータは毎時約70ｍの誤差
が累積し、これはパイプ敷設作業の場合許容でき
ない。

(ハ) 発明の目的と概要 本発明による船の位置判定方法および装置は従
来技術の欠点を解消し、とくに位置データの無線
通信が機能していないときパイプ敷設船が作業を
継続することができることを目的とする。原理的
にはこれは推測航法システムであるが、従来技術
の問題点を解消する新規な方法として構成されて
いる。動作上、この船の位置判定装置は無線シス
テムを使用して決定した船の位置に周期的に初期
設定される。無線システムが機能しているときは
通常、前記判定装置による位置の測定を使用しな
いが、これは無線システムの方が正確であり、重
要なことは無線システムが推測航法誤差を生じな
い決定的な方式であるからである。

無線システムが障害を起したり船の位置データ
を与えることができないときは、本発明による船
の位置判定装置を使用して無線位置の最も新しい
良好な値に基づいた位置を得る。そしてパイプ敷
設作業を続けることができる。通常双曲線無線方
式を使用するときは、その時間の約半分すなわち
朝夕および夜に本発明による装置を利用し、残り
の半分は無線システムを利用する。

(ニ) 発明の構成 すなわち、本発明の新規な船の位置判定装置に
よつて解決されるパイプ敷設に関する問題は多数
のパラメータを扱うことによつて解かれ、これら
のパラメータは、通常のパイプ敷設船または他の
船の上に通常ある検出器から抽出されまたはいく
つかのアンカーラインに張力を加える作動ウイン
チと共に動作する単純で容易に得ることのできる
検出器を付加することによつて利用できるもので
ある。たとえば船のピツチ、ロール、および船首
方位の各角度は船上ですでにしばしば用いられて
いる従来の海上ジヤイロコンパスおよび垂直ジヤ
イロスコープなどの装置から容易に供給される。
甲板座標系に対するアンカーラインの仰角および
方位角は従来のフエアリーダに対応する角度ピツ
クオフによつて発生し、これはラインの軸方向張
力および繰り出されたアンカーラインの長さの場
合と同じである。初期条件は船の初期位置を含む
が、通常の方法で簡単に得られる。これらのパラ
メータのあるものから本発明はフエアリーダの動
きを計算するのに使用する中間のアンカーライン
パラメータを抽出する。初期値からの変化を計算
するコンピユータは、初期値を蓄積している別の
コンピユータの援助を受ける。これらの変化はウ
インチ検出器およびジヤイロコンパスデータを使
用して別な中間データを算出する。

次に、すべての中間データを使用してまずアン
カーライン張力の変化からフエアリーダの見かけ
上の動きを計算することによつてフエアリーダの
動きの補償データを算出する。このフエアリーダ
の動きは、アンカーライン長の変化に起因するみ
かけ上のフエアリーダの動きおよび船の姿勢の変
化に起因する実際のフエアリーダの動きによつて
発生する好ましくない項も含む。したがつて第２
および第３の計算を行い後者の影響の度合を測
る。これは次のようにして行う。すなわち、アン
カーライン長の変化に起因する見かけ上のフエア
リーダの動きおよび船の姿勢の変化に起因する実
際のフエアリーダの動きをアンカーライン張力変
化から計算した見かけ上のフエアリーダの動きの
測定値から差し引き、大きな擾乱成分のない所望
の補償されたフエアリーダの動きの値を発生す
る。つぎに船の位置の変化の評価値を、フエアリ
ーダの動きの３つの項を含む最小自乗評価法によ
つて得る。次にウインチおよびスラスタアツセン
ブリの協調動作によつて船の位置の訂正を行うよ
うに構成されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を用いた大型のパイプ敷設船の
立面図である。

第２図は第１図に示す甲板を見おろした平面図
である。

第３Ａ図および第３Ｂ図は本発明の動作の説明
に有用な図である。

第４図は第１図および第２図のフエアリーダ機
構の１つを対応する検出器とともに示す立面図で
ある。

第５ａ図および第５ｂ図は本発明の要素および
その相互接続を示し、その詳細を示す図の番号を
あわせて示したブロツク図を構成する。

第６図は第５ａ図の初期値凍結装置１０６の詳
細な回路図である。

第７図は初期値からの変化の第５ａ図のコンピ
ユータ１００の詳細な回路図である。

第８図および第９図はともにアンカーラインパ
ラメータの第５ａ図のコンピユータ９３の詳細な
回路図を与える。

第１０図はライン張力から計算したフエアリー
ダの動きの第５ａ図のコンピユータ１１０の詳細
な回路図である。

第１１図はライン長の変化から計算したフエア
リーダの動きの第５ａ図のコンピユータ１１２の
詳細な回路図である。

第１２図は船の姿勢の変化に起因するフエアリ
ーダの動きの第５ａ図のコンピユータ１１７の詳
細な回路図である。

第１３ａ図、第１３ｂ図、および第１４図はフ
エアリーダの動きの変化の最小自乗組合せの第５
ｂ図のコンピユータ１３０の詳細な回路図を与え
る。

第１５図は第５ｂ図の船の位置コンピユータ１
３３の詳細な回路図である。

第１６図および第１７図は本発明の動作の説明
に有用な主な式を示す。

第１８図ないし第２２図は汎用のデジタルコン
ピユータを使用して本発明の計算ステツプ全体を
または部分的に実行するのに使用されるプログラ
ムフローチヤートを示す。

(ホ) 好ましい実施例の説明 第１図および第２図は本発明の船の位置判定の
ための航法システムを採用することのできる状況
を示すが、このシステムは、アンカーケーブルの
本数が十分であり、張力、長さおよび角度を含む
ケーブルパラメータを容易に測定することができ
るならば、アンカーケーブルを使用するどんな船
とともにでも機能することがわかるであろう。図
示のパイプライン敷設船１は従来公知のいくつか
の形状のいずれをとつてもよいが、とりわけ本発
明の課題に対処できる近年開発された半潜水船が
含まれる。第１図および第２図に示すように船１
は上部甲板２を有し、これは円柱１５，１７など
の円柱によつ浮力があるが水中に沈みかけた船体
４の上に、したがつて海、湖または川の表面７よ
り上に支持されている。通常甲板２の表面には作
業船によつてこの船に供給されるパイプを順次組
み立てるための区域が設けられている。新しいパ
イプを１本に組み立ててパイプライン部分３を水
底に向つて降すにつれ、船１を徐々に前進させそ
の位置を決めることを複数のウインチの制御によ
つて行う。各ウインチは通常、船１の各隅にある
円柱１４，１５，１６および１７に配置され、そ
れぞれフエアリーダによつてライン１２などの各
スチールケーブルに結合されている。そのような
各ラインには対応するウインチから離れた端部に
おいてアンカーが取り付けられている。この船が
浮いたまま移動してパイプラインの所定のルート
に沿つて水中にあるパイプから離れるときは、組
立て済みのパイプライン部分３に張力をかけない
ようにしておく。組立て済みのパイプライン３の
繰出しはそれを水中に浸したまま張力をかけない
でケーブル張力装置によつて行う。いくつかのア
ンカーウインチの助けを借りる場合は別な張力装
置によつてすでに組み立て沈めたパイプラインの
部分３に張力をかけないようにしておき、別なパ
イプをそのパイプラインの自由端に溶接する。

船１はフエアリーダおよび対応する検出装置の
組を備えており、通常その四隅のそれぞれに１組
を配置してそれぞれのアンカーライン９，９ａ，
９ｂ；１０，１０ａ，１０ｂ；１１，１１ａ，１
１ｂ；および１２，１２ａ，１２ｂを制御する。
これらのフエアリーダの詳細は第４図に示されて
おり、のちに説明するようにこれはフエアリーダ
および各個々のアンカーラインに対応する検出機
構の代表的な構成を示している。このフエアリー
ダはプーリを備えておりこれは、船の所望の新し
い位置に動かす必要があるときに各アンカーライ
ンが船から出入りするための個々のガイドとし
て、また必要なときにはパイプ敷設作業中に船を
徐々に動かすように制御するための個々のガイド
として機能する。操作員は第１図の８および８ａ
におけるように水の中にある船体４の四隅のそれ
ぞれにおいてスラスタ装置を附加的にまたは選択
的に駆動させることができる。これらの通常の装
置はそれぞれその公称の垂直軸の回りに回転し、
したがつてそれぞれ所望のスラストベクトルを発
生してこの船を所望の新しい位置を協調して推進
させることができる。第２図に示す12個のフエア
リーダを各円柱において組に分けて円柱１７にお
けるライン１２，１２ａ、および１２ｂなどの３
本の放射状のアンカーラインとともに動作させる
が、アンカーラインの本数は少なくてよく、第１
図および第２図に示す組合せはその融通性の点か
から望ましい。すべてのケーブルおよびフエアリ
ーダ機構が必ずしもいつでも動作するとは限らな
い。また本発明の船の位置判定方式をさまざまな
方式の船にいずれのさまざまな構成でも取り付け
た３本以上のどんな数のラインとともにも使する
ことができる。

記号の定義 つぎの記号を本発明のラインレンクス航法シス
テムの説明に使用する。

α′i＝ｉ番目のアンカーラインから第１の平面２
ａまでの角度。この平面は第１の平面と垂直な
平面内で測定した船の甲板と平行でありｉ番目
のラインを通過する。第１図に示すように下方
の値が正である。

α_Hi＝ｉ番目のアンカーラインから垂直面内で測
定した水平面６までの角度。第１図に示すよう
に下方の値が正である。

β′i＝船の甲板に平行な第１図の平面２ａなどの
平面内で測定した前方・後方基準軸１３に対す
るｉ番目のアンカーラインからの角度。第２図
に示すようにこの角度は船の甲板２を時計方向
に見おろしたとき正とする。

β_Hi＝ｉ番目のアンカーラインから水平面内で測
定した水平面に対する船の前方・後方軸の延長
線までの角度、すなわちｉ番目のラインの方位
角。船の甲板２を時計方向に見おろしたときを
正とする。

θ＝船のピツチ角。船首を上にしたときを正とす
る。

φ＝船のロール角。船の右舷を下にしたときを正
とする。

S′_i＝ｉ番目のアンカーラインの軸方向張力。

L′_i＝ｉ番目のアンカーラインの繰り出された全
長。

Ψ_H＝時計方向に測定した船の真の船首方位角。

L_LLpi＝ｉ番目のアンカーラインの繰り出された長
さの初期値。

S_LLpi＝ｉ番目のアンカーラインの軸方向張力の初
期値。

Ψ_LLp＝船首方位の初期値。_LLp 、_LLp＝船の位置の初期値。

X_Li、Y_Li、Z_Li＝以下の計の便宜のため図示のよう
に、また第３Ａ図に示すように設定した座標
系。X_Li、Z_Li平面がｉ番目のアンカーラインの
垂直面内になるように配置する。X_Li軸は水平
線６に対して角度α_piをとるように決める。α_pi
の値は便宜上つぎのようにとる。

δS′_i／δZ_Li＝０ N_Li＝ｉ番目のアンカーライン長の感度。すなわ
ちフエアリーダの位置が附随して変化すること
なしにライン長が僅かに変化した場合のこれに
比例する軸方向張力の変化。すなわち δS′_i／δ_Li N_Xi＝X_Li方向のｉ番目のアンカーラインの位置の
感度。すなわち、他のいずれの方向にも如何な
る附随的な変化に伴うことなく、またライン長
も変化することなくX_Li方向においてフエアリ
ーダが僅かに動いた場合のこれに比例する軸方
向張力の変化。すなわち δS′_i／δX_Li ΔS_i＝ｉ番目のアンカーラインについての張力の
初期値からの変化。

ΔL_i＝ｉ番目のアンカーラインについてのライン
長の初期値からの変化。

ΔΨ_LL＝船首方位の初期値からの変化。

β_HXi＝初期の船首方向に対するｉ番目のアンカー
ラインの方位角。

α_pi＝水平線６に対するｉ番目のアンカーライン
の座標系の垂直角。下方を正とする。

ΔX_LfSi＝ライン張力の変化から計算したｉ番目の
フエアリーダの動きの変化のL_Li方向の成分。

ΔX_LfLi＝ライン長の変化から計算したｉ番目のフ
エアリーダの動きの変化のX_Li方向の成分。

ΔX_Lfai＝船の姿勢の変化に起因するｉ番目のフエ
アリーダの動きの変化のX_Li方向の成分。

ΔX_Lfti＝ｉ番目のフエアリーダの実際の移動の動
きのX_Li方向の成分。

ΔX^_b、ΔY^_b＝すべての利用できるアンカーライン
に対するΔX_Lftiの値から抽出した最小自乗法の
最良の評価値。

２つの定義を以下のように理解する。

Γ測定値＝ある量の値のある手段による１つの
決定。この決定はある誤差を含み、その大き
さは測定方法などの多くの要因に依存する。

Γ評価値＝ある統計的手段で問題とする量のい
くつかの測定値から計算したその量の値。こ
れはいずれの１つの測定値より少ない誤差を
有すると考えられる。よく知られた方法はい
くつかの測定値を平均することである。

この状況では選択によつて船の位置の変化の評
価値（ΔX^_b、ΔY^_b）を測定値ΔX_Lftiから算出する
のに最小自乗法を使用する。上に述べたΔX^_b、
ΔY^_bの意味において最良の評価値は最小自乗法で
水平面内における船の位置の変化の値である。こ
れはすべての利用できるアンカーラインについて
判定したΔX_Lftiなる値から抽出する。すなわち
ΔX^_b、ΔY^_bを選んで、値ΔX_Lfti、すなわちフエア
リーダのX_Liに沿つた動きとΔX^_b、ΔY^_b（第３Ｂ図
参照）から抽出したこれに対応する値との間の誤
差ε_iの平方の和を最小にするようにする。_LINE 、_LINE＝この新規な船の位置判定方法によ
つて抽出した船の実際の位置。

R_FXi、R_FYi、R_FZi＝ｉ番目のフエアリーダの船の
位置判定方法における基準点２０に対する位
置。後者は船に完全に固定した航行目標に対す
る基準点である。点２０は第２図における要素
１４，１５，１６，１７の中心をフエアリーダ
の中心を含む平面内で結ぶ仮想線の交点に位置
することがわかる（第１図）。

sinα_Hi＝sinα_Hiなる量の波した値。

cosα_Hi＝cosα_Hiなる量の波した値。

ｗ＝この船を浮かべる水の中における単位長のア
ンカーラインの重さ。

なお添字ｉは利用できるアンカーラインと同じ
数だけ添字をつけたパラメータが存在することを
示すものである。

検出器 本発明のシステムの動作は第５ａ図に示すある
検出器からのデータを受信することに依存してお
り、これは、船のピツチ角θおよびロール角φ線
８１および８２のセルシン電圧として通常の方法
で取り出す通常の垂直ジヤイロスコープ８０を有
する。また通常のジヤイロスコープまたは他のコ
ンパス８８を使用して線９１に通常の方法で船の
船首方位角Ψ_Hを表わすセルシン電圧を発生する。

12個のフエアリーダのそれぞれに対応した検出
器によつて他の信号を供給し、これらの検出器の
１つが第４図に詳細に示されている。この装置に
おいて、可逆モータ５２の線４９に結合された電
気信号によつて制御されるウインチドラム５３を
この船のフレーム部分５５に取り付ける。モータ
５２はプーリ５１に巻き付けられたアンカーライ
ンの一部５４の張力を決定する。プーリ５１はヨ
ーク５７に結合され、これは船の枠体５５から通
常の負荷セルまたはピツクオフ５０を介して垂直
に移動するように懸架されており、このピツクオ
フは端子５０ａにアンカーライン１２の軸方向の
張力S′_iの測定値を供給する。プーリ５１からラ
イン１２が下方にのびてフエアリーダプーリ５８
と接触し、つぎに船１から離れてそれに対応する
アンカーの方へ伸びる。プーリ５８を支えている
ヨーク５７は船１のフレーム５５の中に装着され
た適当な摩擦のないベアリング５７ａの内部にお
いて公称の垂直軸の回りに回転するように軸受け
で支持されている。プレーム５５に取り付けられ
た通常の角度ピツクオフ５６はプーリ５８の面、
したがつてラインの１２の面と第２図の対応する
基準方向１３との間の角度β′_iの電気的測定値を
出力する。ヨーク５７の延長上に通常の角度検出
器６０を装着して電気端子６０ａには角度α′_iの
測定値を発生する。ロツド６２の端部６３はバネ
６１によつてアンカーライン１２に当接し、ロツ
ド６２でピツクオフ６０の回転子の角度位置を通
常の方法で決定する。このようにしてプーリ５１
および５８はアンカーライン１２が船１に対して
繰り出された巻き取られたりするにつれアンカー
ライン１２のガイドとして機能し、またプーリ５
８はその軸の回りに回転することができるのでア
ンカーライン１２が各方向に動くことができる。
カウンタまたは長さ測定装置４４はラインの一部
５４と接触するプーリ４３を有し、これまで繰り
出されたライン１２の量L′_iの電気的測定値を端
子４４ａに供給する。第１図および第２図につい
てすでに述べたように、第４図に示すような12個
のフエアリーダ装置がそれぞれのアンカーライン
に対応しており、典型的には３つがこの船の４つ
の隅にある円柱１４，１５，１６，１７のそれぞ
れに取り付けられている。角度β′_iおよびα′_iなど
の角度、いくつかのアンカーラインの軸方向の張
力、および繰り出したラインの量を電気的に測定
するためにはさまざまな検出器が利用できること
が当業者には明らかである。

第５ａ図および第５ｂ図は本発明による船の位
置判定を行なう手動装置および自動装置のブロツ
ク図であり、これはこの装置のおもな構成要素と
その電気的接続を示し、またいくつかの入力デー
タ源を含むものである。たとえば垂直ジヤイロス
コープ８０は図示のシステムでデユアルに使用す
るためにそれぞれ角度θおよびφの値を表わす電
気的信号を電気線８１および８２に出力する。第
５ａ図に８３で示すいくつかのウインチおよびフ
エアリーダ系に対応した一組の検出器は角度α′_i
およびβ′_iの電気的測定値をそれぞれの電気線８
４および８５に出力するとともに、各アンカーラ
インの全長L′_iの値および張力S′_iの値の電気的測
定値を発生する。これらの測定値は線８６および
８７に現われる。コンパス８８は通常の方法で船
首方位角を表わす電気的信号を線９１に供給す
る。

第１の組の計算はコンピユータ９３および１０
０によつて行われ、その場合装置１０６の助けを
借りて適当な通常のコマンドが端子１０６ａに与
えられるとある初期の電気的値を凍結する。装置
１０６には線８９，９０および９２を介して各電
流値L′_i、S′_i、およびΨ_Hが供給される。さらに詳
細については第６図とともにのちに説明する。動
作開始時点で、これらの各電流値は初期値として
装置１０６によつて凍結され、初期値として通常
の方法で各線１０５ａ，１０５ｂおよび１０５ｃ
を介してS_LLpi、L_LLpi、およびΨ_LLpを表わす電気信
号としてコンピユータ１００にコマンドの形で与
えられる。のちに述べるように後者の値は本シス
テム内で他にも使用する。

コンピユータ１００の動作を助けるために、コ
ンピユータ９３である動作を実行する。これは第
８図および第９図についてのちに詳しく説明す
る。コンピユータ９３は各入力線８１，８２，８
４、および８５に現われるいくつかの角度の値
θ、Ψ、α′_i、およびβ′_iを表わす電気信号を入力
として受信し、これはいくつかのアンカーライン
パラメータのコンピユータとして機能する。たと
えばこれは線９４にsinα_piおよびcosα_piを表わす
電気信号を発生し、また同様に線９８にsinβ_Hiお
よびcosβ_Hiを表わす信号を発生する。後者の２つ
の値は線９８によつてコンピユータ１００に与え
られる。またコンピユータ９３は他の電気的値と
して感度値N_LiおよびN_Xiを発生する。

したがつて、選択した初期値からの変化を表わ
す電気信号を取り出すコンピユータ１００は線１
０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃに設定された初期条
件信号、線９１の角度値Ψ_H、各線８６および８
７のL′_iおよびS′_i信号、ならびに線９８の各値を
表わすsinβ_Hiおよびcosβ_Hi信号に応動する。第７
図について説明するように、コンピユータ１００
による応答は４つの出力の発生を含む。これらの
出力は、アンカーラインの軸方向張力の変化分で
あるΔS_iを表わす線１０１の信号と、アンカーラ
インの長さの変化分であるΔL_iを表わす線１０２
の信号と、船の船首方位の変化分であるΔΨ_LLを
表わす線１０３の信号と、sinβ_HXi、cosβ_HXiの各値
を表わす線１０４の電気信号である。

つぎにコンピユータ９３および１００から出力
されるいくつかの計算後の値を３つの別々の方法
でフエアリーダの動きをのちに計算するのに使用
する。アンカーライン張力変化の値ΔS_i、アンカ
ーライン長の変化の値ΔL_iおよびsinβ_HXi、cosβ_HXi
に対応する船の姿勢の変化の値ΔΨ_LL、θおよび
φからフエアリーダの動きを別々に計算する。た
とえばフエアリーダの動きとしてアンカーライン
張力変化から計算を行うコンピユータ１１０は線
１０１の信号ΔS_iの値ならびに線９７および９９
の位置N_Xiを線１１１の値ΔX_LfSiの信号の変換す
る。後者はX_Li方向に沿つたフエアリーダの動き
の変化成分を表わす。コンピユータ１１０は第１
０図についてのちに詳細に説明する。

ほぼ同様にして、線１０２のアンカーライン長
の変化ΔL_iからフエアリーダの動きを判定するコ
ンピユータ１１２は、この動作においてコンピユ
ータ９３の各出力９６および９７両値N_Liおよび
N_Xiを表わす電気信号によつて駆動される。これ
は第１１図についてのちに説明する。したがつて
第２の所望の電気的測定値がつぎにフエアリーダ
の動きの線１１３に項ΔX_LfLiに相当する電圧の形
で現われる。

船の姿勢の変化に起因するフエアリーダの動き
を計算するコンピユータ１１７は、のちに第１２
図について述べるように、ΔΨ_LLおよびsinβ_HXi、
cosβ_HXiの各項を表わす各線１０３および１０４
の電気信号を使用する。そこでこの方法で第３の
電気的測定値がフエアリーダの動きの線１１６に
現われる。最後に線１１１，１１３、および１１
６の動きの変化分を表わす電気的値を第５ａ図に
示す極性のままで通常の加算装置１１４によつて
結合し、線１１５に差の電気的信号ΔX_Lftiを出力
として発生する。

つぎに第５ｂ図を参照すると、８個の電気信号
の形をとる８つの項が第５ａ図のサブシステムで
発生し、入力として使用される。すなわち、
sinα_piおよびcosα_piを表わす信号が線９４に、
ΔX_Lftiが線１１５に、sinβ_HXi、cosβ_HXiが線１１８
に、Ψ_LLpが線１１９にそれぞれ現われる。また第
５ｂ図の計算機システムでは、各線１２０および
１２１に_LLpおよび_LLpを表わす信号が用いら
れている。これは、船の基準位置２０の初期値を
表わし、双曲線航法受信機信号または他の無線も
しくは航法データもしくは位置決めソースから通
常の方法で取り出される。コンピユータ１３０の
目的は第１３ａ図、第１３ｂ図、および第１４図
について詳細にのちに説明するように、フエアリ
ーダの動きの変化の最小自乗組合せを計算するこ
とである。これらはコンピユータ１３０の出力線
１３１，１３２に電気的信号として現われ、ΔX^_b
およびΔY^_bによつて表わされる。最小自乗法にお
ける最良の評価は具体的にはすべての利用できる
アンカーラインに対するΔX_Lftiの電気的値から取
り出される。＾の記号はその値の最小自乗法にお
ける最良の評価値を意味する。

各線１３１，１３２の電気的信号ΔX^_bおよび
ΔY^_bは線１１９，１２０，１２１の前述の信号の
他に、船の位置コンピユータ１３３の入力として
機能する。コンピユータ１３３の動作の詳細はの
ちに第１５図について説明するが、その線１３
６，１３７の信号出力がデイスプレイ１３４，１
３５または通常の自動制御システムに与えられる
が、これは本発明の必須部分を構成するものでは
ない。ウインチおよびスラスタコマンドを各線１
３９および１４０を介してウインチ１４５および
スラスタ１４６に供給する自動制御装置１３８の
機能は、線１４３，１４４に電気制御信号を発生
する手動の操作装置１４１，１４２によつて置き
換える、すなわち無効にすることができる。

初期値装置１０６ 電気的入力Ψ_H、S′_i、およびL′_iから各線９２，
９０および８９に初期値を供給する装置１０６が
第６図に詳細に示されており、これは３個の同様
な通常のサンプル・ホールド回路１７０，１７
１，１７２を有し、それぞれは上記入力のうちの
１本を受信する。このサンプル・ホールド回路は
それぞれ端子１０６ａを介して第２の入力を受信
し、これはそれぞれの場合ホールドコマンド信号
として各回路１７０，１７１，１７２に通常の方
法で供給される初期設定コマンドである。このよ
うにして３個の入力変数のうちのそれぞれの電気
的初期値が蓄積されのちに使用するために備え
る。これらはΨ_LLp、S_LLpi、およびL_LLpiを表わす項
であり、各線１０５ｃ，１０５ａ，１０５ｂによ
つて具体的にはコンピユータ１００へ送られる。
コンピユータ１００はこれらの初期値の変化を計
算して、つぎにコンピユータ１１０，１１２，１
１７および１３０へ転送する。

なお第６図の構成は利用できるアンカーライン
についてそれぞれ設けられている。本発明による
航法装置は、はじめの船の位置からの位置変化を
測定しなければならないので、装置１０６は初期
時点における船首方位の値ならびに各利用できる
アンカーラインについてのアンカーライン張力お
よび繰り出した長さの値を測定し、これらの値を
蓄積する。

初期値からの変化を計算するコンピユータ１００ 初期値からの変化を計算するコンピユータ１０
０が詳細に第７図に示されている。この装置にお
いてコンパス８８からの電気信号によつて線９１
に供給される船首方位の値Ψ_Hおよび線１０５ｂ
の電気的初期値Ψ_LLpを図に示す極性のまま通常の
加算装置１８２に結合して、船の船首方位の最初
のコースからの変化である電気的出力Δ_LLを出力
リード１０３に発生する。同様の方法でウインチ
検出器４４の線８６の電気的値L′_iおよび線１０
５ｂの初期値L_LLpiを図示の極性で第２の通常の加
算装置１８３に結合し、線１０２にΔL_iを発生す
る。これはアンカーライン長の初期値からの変化
を示す。線８７の電気信号であるアンカーライン
張力値S′_iおよびリード１０５ａの電気信号であ
る対応する初期値S_LLpiを図示の極性で加算装置１
８４の入力に接続し、線１０１の電気信号として
変化分の値ΔS_iを発生する。線９５の電気的値で
あるsinβ_Hiおよびcosβ_Hiを供給して通常に逆正接
関数発生器１８５で三角法変換を行い、その線１
８７に値β_Hiを表わす電気信号を発生する。これ
は通常の加算装置１８８の１つの入力に図示の極
性で結合される。それぞれ線９１，１０５ｂから
分岐した線１８０，１８１は加算装置１８８の図
示の相対的極性で他の２つの入力に電気的値Ψ_H、
およびΨ_LLpを供給する。したがつて線１０４に
β_HXiを表わす電気的測定値を発生し、これは初期
の船首方位に対するアンカーラインの方位角であ
る。つぎに信号β_HXiを正弦および余弦発生器１８
９，１９０においてそれぞれsinβ_HXiおよびcosβ_HXi
の信号に変換し、これはそれぞれ線１０４ａ，１
０４ｂに現われる。前に述べたように、コンピユ
ータ１００の４本の電気的出力を別なコンピユー
タ１１０，１１２および１１７の動作に利用す
る。

このようにコンピユータ１００は蓄積した電気
的値を装置１０６から取つてこれらの値から船首
方位ならびにアンカーラインの張力および長さの
変化を計算する。各利用できるアンカーラインご
とに張力およびアンカーライン長を抽出する。ま
た、初期設定時点において蓄積した船の船首方位
に対する各利用できるアンカーラインごとの方位
角β_HXiの正弦および余弦を表わす信号を算出す
る。したがつてコンピユータ１００で行う計算は
第１６図における式１ないし４で表わすことがで
きる。

アンカーラインパラメータ用コンピユータ９３ アンカーラインパラメータ用コンピユータ９３
は第８図および第９図に示す比較的複雑な装置で
ある。その入力は各端子２００，２０１，２０
２，２０３に現われるα′_i、β′_i、φおよびθの電
気的表示である。その機能は、第５ａ図にも示す
ようにsinα_pi、cosα_pi、sinβ_Hi、cosβ_Hi、N_Li、お
よ
びN_Xiの各関数の電気的表示を供給することであ
る。とくにこれは、甲板座標で測定したアンカー
ライン角α′_iおよびβ′_iを水平の安定角α_Hiおよびβ
_Hi
に変換することである。

具体的に第８図を参照すると、β′_iを表わす信
号を入力として正弦発生器２０４および余弦発生
器２０５に結合する。β′_iを表わす信号を正弦発
生器２０６および余弦発生器２０７に結合する。
同様にして角度信号φを正弦発生器２０８および
余弦発生器２０９に供給する。さらに角度信号θ
を正弦発生器２１０および余弦発生器２１１に供
給する。

いくつかの正弦および余弦発生器２０４ないし
２１１の出力をコネクタマトリツクス２１５を通
して一群２１９の通常の一次乗算器２２０ないし
２２９の所定の入力および通常の二次乗算器２４
０ないし２４６の所定の入力に供給する。たとえ
ばsinα′_i発生器２０４の出力を乗算器２４２およ
び２２５に結合する。cosα′_i発生器２０５の出力
は乗算器２２０，２２２，２２４，２２６および
２２８に接続されている。sinβ′_i発生器２０６の
出力は乗算器２２２，２２４および２２８に供給
される。cosβ′_i発生器２０７の出力は乗算器２２
０および２２６にゆく。sinφ発生器２０８からの
信号は乗算器２２１，２２５および２２７に供給
される。cosφ発生器２０９からの信号は乗算器
２２３，２４３および２２９に供給される。最後
にsinθ発生器２１０の出力は乗算器２４０，２２
７および２２９にゆき、cosθ発生器２１１の出力
は乗算器２２１，２２３および２４４へ流れる。

乗算器マトリツクス２１９の動作を完成させる
ためには、このマトリツクス内の所定の乗算器の
間をさらに接続しなければならない。乗算器２４
０の第２の入力は乗算器２２０によつて供給され
る。乗算器２２１および２２２は乗算器２４１の
両方に入力を与える。乗算器２４２の１つの入力
は乗算器２２３によつて与えられ、乗算器２４３
の１つの入力は乗算器２２４によつて与えられ
る。乗算器２２６は乗算器２４４の第２の入力を
与える。乗算器２４５の両方の入力は乗算器２２
７，２２８からくる。最後に乗算器２４６の１つ
の入力は乗算器２２９からくる。信号の最後の操
作は第８図の部分２５３において行われる。すな
わち乗算器２４０，２４１，２４２の出力を通常
の加算装置２５０によつて図に示す極性で結合
し、sinα_Hiを表わす信号を端子２５３に発生する。
cosα_Hiを表わす信号は、本発明の船の位置判定方
法におけるコンピユータの中で別な計算を行うた
めに必要であり、これらの信号はsinα_Hiの項を平
方することによつて発生する。この後者の項は乗
算器２５４の２つの入力として機能し、この乗算
器は平方回路として働く。この自乗した項を加算
装置２５５に印加して、その第２の入力には端子
２５７に結合された電源（図示せず）によつて通
常の方法で発生した単位電圧が供給される。加算
装置２５５の入力の極性は図示の通りである。加
算装置２５５の出力は平方根抽出器２５６の動作
にかけられ、これはcosα_Hiを表わす所望の信号を
通常の割算器２５８および２６０の分母入力に与
える。

乗算器２４３および２２５の出力は図示の極性
で加算装置２５１に結合され、装置２５１の出力
は割算器２５８の分子入力に接続されているが、
端子２５９にsinβ_Hiを発生する。幾分似たような
方法で、乗算器２４４，２４５，２４６の３本の
出力を図示の極性で加算装置２５２の個々の入力
に結合する。加算装置２５２の出力は割算器２６
０の分子入力に接続されているが、その出力端子
２６１にcosβ_Hiを発生する。なお割算器２６０は
割算器２５８と同様であつてよい。したがつて、
第８図に示すコンピユータ９３の部分によつて実
行される計算は第１６図の式５ないし８によつて
表わされることがわかる。また第８図および第９
図に示す装置はさらに説明するが、利用できる各
アンカーラインごとに設けられる。

つぎに第９図を参照すると、これはいくつかの
アンカーラインパラメータを抽出するコンピユー
タ９３の第２の部分を示しているが、第８図の端
子２５３にみられるようにsinα_Hiの値を表わす入
力を受けて、そのそれぞれの出力端子３００，３
０５，３０７および３１４にN_Li、N_Xi、sinα_pi、
およびcosα_piを表わす信号を発生する。すでに述
べたように、これらの三角関数量の値α_piはｉ番
目のアンカーラインの水平に対するアンカーライ
ン座標系の角度であり、N_Xiはｉ番目のアンカー
ラインの位置感度であり、N_Liはその長さ感度で
ある。

端子２５３の入力はまず通常のフイルタ２７６
によつて波され、このフイルタはたとえば約３
分の時定数を有し、入力加算装置２７５の他に図
示の極性で通常の方法で波器伝達関数を決定す
る装置２７７と、フイルタ２７６の出力から加算
装置２７５の１つの入力への帰還路２７８とを有
する。本発明による位置判定方法においては、
α_pi、N_Xi、N_Liなる量を使用し、これらはα_Hi、ま
たはより正確にはsinα_Hiおよびcosα_Hiから取り出
される。しかしこれらの量を直接使用しないで、
これらを整形して波動、船の周期的動き、検出器
および計算の繰返し誤りその他に起因する摂動を
除去するようにして、定常状態の値をより良く表
わす。α_Hi、α_pi、N_Xi、およびN_Liの各値を得るよ
うにすることが望ましい。上述の量の各式に基づ
いてα_Hiの代りに代りのsinα_Hiを波してsinα_Hiを
発生してこれからcosα_Hiを取り出すことが都合が
よい。sinα_Hiとして示すこの出力の波した値を
加算装置２８０の１つの入力に結合し、その他の
入力には端子２７９に適当な通常の電源（図示せ
ず）によつて供給される正の単位基準信号を結合
する。極性は図面に示すごとくなる。sinα_Hiなる
値からその仲間の値cosα_Hiを取り出すが、これは
その正弦項を通常の剰算器２８１によつて平方
し、そしてその平方した項を端子２８２の正の単
位基準信号から加算装置２８３について示した極
性に従つて引算することによりこの正弦項を演算
して取り出す。つぎにその差の平方根を関数発生
器２８４によつて抽出してcosα_Hiを発生する。後
者の信号は図示の極性で加算装置２８６に印加さ
れ、これには端子２８５にみられるように正の単
位基準信号も印加される。

つぎに加算装置２８０の出力を分子として、関
数発生器２８４からの線２８８の信号cosα_Hiを分
母として通常の振幅割算器２８９に結合する。そ
こで関数発生器２９０はその商のｅを底とする対
数を発生し、これは都合上C_iと称する関数を表わ
す項である。ほぼ同様の方法で、加算装置２８６
の出力およびsinα_Hiなる項を図示の極性でそれぞ
れ割算器２９６の分子入力および分母入力に供給
することによつてA_iなる量を発生し、割算器２９
６はつぎにA_iを表わす電気的出力値を発生する。
加算装置２９１の内部でこの値A_iをC_iから２回引
算し、その極性は図面に示すごとくしておく。C_i
−2A_iなる値を割算器２９９の分母入力に結合し、
−ｗを表わす信号を端子２９８を介してその分子
入力に結合する。なお、この船を浮かべた水中に
おけるアンカーラインの単位長さの重さｗは既知
の値であり、これは端子２９８に結合された通常
の分圧器（図示せず）から固定電圧として設定し
てもよい。割算器２９９の出力は端子３００に表
われるが、N_Liを表わす所望の電気信号である。

A_iを発生させるために、線２８７の信号および
加算装置２８６の出力をそれぞれ割算器２９６の
分母入力および分子入力に結合する。A_iを表わす
値および対数発生器２９０のC_i出力を図示の極性
で加算装置３０３の入力に供給し、C_i−A_iに相当
する電気信号を発生する。この信号を平方して、
すなわち掛算器３０８においてそれ自身を掛ける
ことによつて、つぎに加算装置３１０をおいて端
子３０９に表わされる単位基準電圧からこれを差
し引く。極性は図面に示すようにする。装置３１
０の差の出力は平方根回路３１１の動作にかけ、
後者の出力を割算器３１３の分母入力に結合す
る。割算器３１３の第２の入力端子３１２へ正の
単位基準信号を結合し、割算器３１３の端子３１
４における出力とcosα_piを表わす所望の項になる
ようにする。C_i−A_iを表わす項を乗算器３０４に
おいてcosα_piで掛算し、端子３０７にsinα_piを表
わす所望の信号を発生する。第９図に示すコンピ
ユータ９０３の部分によつて実行される計算は第
１６図の式９ないし15によつて表わされることが
容易にわかる。

張力の変化から計算されるフエアリーダの動きの
コンピユータ１１０ アンカーライン張力変化から計算される第１の
フエアリーダの動きを抽出するコンピユータ１１
０を第１０図に示し、これは第５ａ図に示すよう
なフエアリーダの動きの最終的な値を算出する３
個の協調動作する装置１１０，１１２、および１
１７の１つである。第１０図に示すように、コン
ピユータ１１０は各利用できるアンカーラインご
とに二重化されており、単純に通常の割算器３２
５からなる。第６図のリード１０１において、
ΔS_iを表わす電気信号を割算器３２５の分子入力
に供給し、第９図の端子３０５におけるN_Xiを表
わす信号を割算器３２５の分母入力に供給する。
端子３２６におけるこの回路の出力はΔX_LfSiを表
わす項である。この計算においてアンカーライン
の軸方向張力（ΔS_i）の変化を距離の変化に対す
る張力の変化の感度によつて割算し、フエアリー
ダの位置の見かけ上の変化ΔX_LfSiを発生する。こ
の変化を見かけ上の変化と呼ぶのは通常いくつか
の現象に起因するためである。すなわち、 (a) 船の移動する動き（ΔX_Lfti）、 (b) アンカーラインの取込みまたは操出し
（ΔX_LfLi）、および (c) 船の姿勢の動きΔX_Lfai（ピツチ、ロール、お
よび船首方位）。

これらの項目ｂおよびｃの影響は第１１図およ
び第１２図に示すそれぞれのコンピユータ１１１
および１１７で計算した修正値によつてΔX_LfSiの
値から除去する。なおΔX_LfSiの値は実際にはアン
カーラインのX_Li方向への見かけ上の動きの投影
である（第８図）。

ライン長の変化から計算したフエアリーダの動き
のコンピユータ１１２ アンカーライン長の変化から計算したフエアリ
ーダの動きを抽出するコンピユータ１１２が第１
１図に詳細に示されている。この装置は入力とし
て、第６図の線１０２からのΔL_i、第９図の端子
３００からのN_Li、および第９図の端子３０５か
らのN_Xiを表わす電気信号を利用する。この装置
は各アンカーラインごとに設けられ、端子３２９
にΔX_LfLiを発生する。このΔL_iおよびN_Liの項は乗
算器３２７で操作して、その積を振幅割算器３２
８の分子入力へ結合する。割算器３２８の他方の
すなわち分母入力に対してはN_Xiに比例した電圧
を結合し、割算器３２８の端子３２９の出力がア
ンカーラインの取込みまたは繰出しに起因する
ΔX_LfLiの所望の値となるようにする。

船の姿勢の変化から計算したフエアリーダの動き
のコンピユータ１１７ これも各アンカーラインごとに設けられている
が、第１２図のコンピユータ１１７は船の姿勢の
変化（ピツチ、ロール、およびヨー）からフエア
リーダの動きを算出する。コンピユータ１１７に
対する入力はこれまでの各図面で発生した各項を
表わす電圧である。たとえばcosα_piの項は第９図
の端子３１４から、sinα_piの項は第９図の端子３
０７から、cosβ_Xiの項は第８図の端子２６１か
ら、およびsinβ_HXiの項は第８図の端子２５９から
抽出する。さらにΔΨ_LLを表わす項を第７図の線
１０３から抽出し、θを表わす項を第５ａ図の線
８１から抽出し、Ψ_Hを表わす項を第５ａ図の線
９１から抽出する。のちに述べるようにある固定
の基準電圧も供給される。船の姿勢の動きに起因
するフエアリーダの動きΔX_LfaiのX_Li方向への投
影を計算してこれは端子３７８の出力として現わ
れる。コンピユータ１１７において線１０３の
ΔΨ_LLを表わす信号は、端子３５１に適当な電源
（図示せず）によつて供給される基準電圧R_FYiと
ともに乗算器３５０へ供給される。この値R_FYi、
ならびに関連する値R_FXiおよびR_FZiはのちに述べ
るがこの船における所定の航法基準点２０に対す
るｉ個のフエアリーダのそれぞれを位置決めす
る。ここでこの船のピツチ、ロール、およびヨー
の動きが比較的小さいとする。ΔΨ_LL信号も乗算
器３５２へ結合され、基準信号R_FXiがこれに端子
３５３を返して結合される。線８１の角度θを表
わす信号および端子３５５からの基準電圧R_FZiを
乗算器３５４に結合する。角度値θおよび端子３
５７の基準電圧R_FXiを乗算器３５６に結合する。
線９１の信号Ψ_Hを乗算器３５８およよび３６０
の第１の入力に結合し、これらの乗算器は対応す
る端子３５９，３６１のそれぞれの基準信号R_FZi
およびR_FYiを使用する。このR_FYi、R_FXi、および
R_FZi信号は通常の方法で発生してもよいが、これ
らは分圧器からまたは他の通常の方法で取り出し
てもよい一定の値であるためのある。

次の各計算ステツプにおいて、乗算器３５０，
３５４の各出力を図示の極性において加算装置３
７１に結合し、乗算器３５２，３５８の各出力を
図示の極性において加算装置３７０に結合し、乗
算器３５６，３６０の各出力を図示の極性におい
て加算装置３７８に結合する。cosβ_HXiを表わす
端子２６１からの信号を乗算器３７２において加
算装置３７１の出力と掛算する。同様に端子２５
９のsinβ_HXiを表わす信号と加算装置３７０の出力
とを乗算器３７３で掛け合わせる。端子３１４か
らのcosα_piを表わす信号を乗算器３７５において
加算装置３７４の出力と掛ける。端子３０７にお
けるsinα_piを表わす信号を乗算器３７７において
加算装置３７８の出力と掛け合わせる。乗算器３
７５および３７７の各出力を図示の極性で加算装
置３７６によつて組み合わせ、端子３７８に
ΔX_Lfaiの所望の第３の値を発生する。もちろんこ
の計算は各アンカーラインごとに行う。

第５ａ図についてすでに述べたように、第５ａ
図の各３本の線１１１，１１３，１１６における
ΔXの３つの値を加算装置１１４において代数的
に結合する。この結合ステツプは次のようにな
る。すなわち、コンピユータ１１２および１１７
の各出力を両方ともコンピユータ１１０の出力か
ら差し引いてΔX_Lftiの真に補償された値を出力線
１１５に発生し、これは第５ｂ図のコンピユータ
１３０に使用されるアンカーライン長の変化およ
び船の姿勢の変化による影響がない。前に述べた
ように、ΔX_Lftiはこの船の実際の移動の動きの
X_Li方向に沿つた成分である。

フエアリーダの動きの変化の最小自乗値組合せの
コンピユータ１３０ 第１３ａ図、第１３ｂ図および第１４図は第５
ｂ図のコンピユータ１３０の詳細を示すものであ
り、その目的はフエアリーダの動きの変化の最小
自乗値を評価することにある。加算装置１１４は
第１０図、第１１図、および第１２図のコンピユ
ータの出力を第１７図の式17に従つて組み合わ
せ、各利用できるアンカーラインごとにX_Li方向
に沿つたフエアリーダの移動の動きの成分を出力
する。しかしこのフエアリーダの移動の動きの変
化は初期座標系に対する船の移動の動きの変化に
起因する。垂直項ΔＺ＾_bは本発明においては明ら
かに問題外であるから、これを算出する必要はな
い。

ΔX_Lftiなる量は船の移動の動きの変化のＸ成
分、Ｙ成分、およびＺ成分について表わすことが
できるが、これらの後者の値の最初の２つはわず
か３本のアンカーラインを使用して見つけること
ができる。しかし４本以上のアンカーラインがた
やすく利用できると、４以上のラインからのデー
タを結合して３本のアンカーラインだけからのデ
ータを特徴づけるであろう測定誤差を減らすよう
にすることができる。第１３ａ図、第１３ｂ図お
よび第１４図の装置によつて実施される所定の方
法は誤差の平方を最小にすることである（最小自
乗法）。水平面における船の移動の動きの変化の
最良の評価はΔX^_b、ΔY^_bと呼ばれる。

第１３ａ図の装置は入力として、第９図の端子
３０７からのsinα_pi、第９図の端子３１４からの
cosα_pi、第８図の端子２５９からのsinβ_HXi、およ
び第８図の端子２６１からのcosβ_HXiを表わす電
気信号を使用する。また第５ｂ図の線１１５にお
ける補償されたΔX_Lftiの値を使用する。これらの
５つの信号をアンカーラインが存在する本数と同
じ数だけ（４８９ｎまで）設けられた計算要素４
８９に加えられる。

典型的な要素４８９ａをみると、これは乗算器
４９０を有し、入力としてcosα_piおよびcosβ_HXiを
表わす信号を受信する。同様の乗算器４９１は入
力としてcosα_piおよびsinβ_HXiの信号を受信する。
乗算器４９０の出力を乗算器４９２で平方する。
乗算器４９３は１つの入力として乗算器４９０の
出力を、他方の入力としてsinα_piを表わす信号を
受信する。乗算器４９４は乗算器４９０および４
９１の出力を受信する。乗算器４９６は乗算器４
９１の出力を平方する役目をする。乗算器４９７
は乗算器４９１の出力をsinα_piを表わす信号と掛
け合わせる。乗算器４９８はsinα_piを表わす項を
平方する。各出力信号は線５０２ないし５０７を
介して第１３ｂ図の装置に結合される。第１３ａ
図において、ΔX_Lftiを表わす信号を乗算器４９
９，５００、および５０１のそれぞれに供給す
る。乗算器４９９の第２の入力は乗算器４９０の
出力であり、乗算器５００の第２の入力は割算器
４９１の出力であり、乗算器５０１の第２の入力
はsinα_piを表わす信号である。乗算器４９９，５
００，５０１の対応する出力はそれぞれ第１３ａ
図の装置に使用される各出力線５１０，５０９お
よび５０８に現われる。

このようにしてコンピユータ要素４８９ａの線
５０２ないし５１０の９本の出力はそれぞれ一連
のマルチ入力加算装置５１１ないし５１９（第１
３ｂ図）に結合される。コンピユータ要素４８９
ｎのそれぞれの別の９本の出力線の対応する９つ
の出力は同様にそれぞれマルチリード５３０ｎで
示されるようにマルチ入力装置５１１ないし５１
９に結合される。このようにして９つの複合和信
号T₁ないしT₉を第１４図の装置で使用できるよ
うにある。この項T₁ないしT₉は最小自乗評価プ
ロセスで使用される一時変数であり、第２２図に
示されるマトリツクスならびに第１７図の式
（18）、（19）および（20）の和の項に相当し、こ
れらの実際の値は第１７図をみれば得ることがで
きる。

コンピユータ１３０の第３の部分は第１４図に
示され、これはサンプリングマトリツクス、乗算
マトリツクス、および加算マトリツクスの３つの
協調する複合マトリツクス５８０，５８１，５８
２からなる。マトリツクス５８０は割算器５５７
に分子入力を与えるように機能し、マトリツクス
５８１は同様に割算器５６７に分子入力を与え
る。第３のマトリツクス５８２は割算器５５７，
５６７の両方に分母入力を供給するそれぞれの機
能を有する。後者はそれぞれの端子５７８，５７
９に所望の出力ΔY^_bおよびΔX^_bを発生する。

マトリツクス５８０については第１３ｂ図の装
置からのT₉、T₃、およびT₁信号がたがいに乗算
器５５０によつて乗算される。信号T₄，T₂およ
びT₇は乗算器５５１の３本の入力であり、同様
にたがいに掛け合わされる（T₄・T₂・T₇）。乗
算器５５２はT₅・T₂・T₈なる積を形成する。乗
算器５５３はT₅・T₃・T₇なる積を形成する。乗
算器５５４はT₂を平方してT² ₂・T₉なる積を形成
する。乗算器５５５はT₁・T₈・T₄を形成する。
これら６つのそれぞれの積は図面に示す極性でマ
ルチ入力加算回路５５６に結合され、加算ののち
割算器５５７の分子入力に結合される。

ほぼ同様にして、マトリツクス５８１の動作は
乗算器５６０による三成分の積T₆・T₈・T₁の形
成からなる。乗算器５６１は積T₉・T₂・T₅を発
生し、乗算器５６２はT₅・T₄・T₇を形成し、乗
算器５６３はT² ₅・T₈を形成し、乗算器５６４は
T₂・T₇・T₆を形成し、乗算器５６５はT₁・T₄・
T₉を形成する。これらの６個の各積は図面に示
す極性でマルチ入力加算装置５６６の入力とな
り、加算後は割算器５６７の分子入力に結合され
る。

マトリツクス５８２において、乗算器５７０は
積T₆・T₃・T₁を形成する。同様に、乗算器５７
１は積T₄・T₂・T₅を形成し、乗算器５７２はま
た積T₄・T₂・T₅を形成し、乗算器５７３は積
T² ₅・T₃を形成する。乗算器５７４はT² ₂・T₆を形
成し、乗算器５７５はT₁・T² ₄を形成する。この
各乗算器の６つの各出力は図示の極性で加算装置
５７６に結合され、両割算器５５７，５６７の双
方の分母入力に供給される信号を形成する。した
がつてそれぞれ所望の出力信号ΔY^_bおよびΔX^_bが
端子５７８，５７９に供給される。

３から利用できる最大値（第２図では12）まで
のどんな本数のアンカーラインを使用することも
できる。使用する数が多いほど予想される誤りは
小さくなる。少なくとも４本のアンカーラインが
実際上必要であると考えられるが、これは一般に
船の各隅ごとに少なくとも１本のアンカーライン
を使用するからである。第１３ａ図、第１３ｂ
図、第１４ｃ図のコンピユータ１３０によつて解
く式は第１７図の式18、19および20として示され
ている。これらの式におけるすべての和はすべて
の利用できるアンカーラインに対する各項を含
む。

船の位置コンピユータ１３３ 各線１３１，１３２に現われる信号ΔX^_bおよび
ΔY^_bは、線１１９のΨ_LLp、線１２０の_LLp、およ
び線１２１の_LLpを表わす信号のほかに船の位
置コンピユータ１３３の入力である。これらは第
５ａ図および第１５図に示される。図示のように
Ψ_LLpを表わす項は第６図の初期値装置１０６によ
つて発生する。_LLpおよび_LLpなる値は船の位
置の初期値を表わし、通常従来の双曲線無線また
は衛星航法および位置決定無線援助装置によつて
従来の方法で得られる。

装置１３３の内部では、船の位置の変化ΔX^_bお
よびΔY^_bの最良評価値を初期値座標系Ψ_LLpの船首
方位に対してリゾルバ５９５によつて解いて、航
法座標系で測定されるような船の位置変化を得
る。次に初期値_LLpおよび_LLpをそれぞれ加算
装置１３６，１３７において訂正後の位置変化に
加え、それぞれライン長抽出船の位置_LINEを出
力線１３６，１３７に得る。この計算は第１７図
の式21を行つている。

線１３６，１３７の値_LINEおよび_LINEはＸお
よびＹ位置読出しメータに比例直流電流として結
合してもよい。これらの出力は、第５ｂ図に示す
ようにそれぞれの線１４３，１４４を経由して手
動ウインチ制御器１４５の数字１４１で示され、
また手動スラスタモータ制御器１４６の数字１４
２で示される既存の制御システムを公知の方法で
操作するように訓練された操作員によつて読み取
られる。各アンカーラインごとに１個のウインチ
１４５および制御器１４１と、この船の四隅のそ
れぞれに１個のスラスタがある。この船に対する
スラスタ水平角および実際のスラストを制御す
る。１３８で示されるような自動制御器も存在
し、これは線１３６，１３７の信号をそれぞれの
線１３９，１４０のウインチおよびスラスタコマ
ンドに変換して各ウインチ１４５およびスラスタ
１４６を直接制御する役目をする。

以上本発明による実施例について述べてきた
が、第１図ないし第１５図および式１ないし21か
ら次のことが明らかとなる。

すなわち、式１ないし21などの各式を解くこと
はいくつかの公知の方法のいずれによつても行う
ことができ、公知のアナログもしくはデジタルデ
ータ処理もしくは計算回路またはそのハイブリツ
ト計算機を協調して組み合わせることを含む。た
とえばいくつかの式は加減乗除、平方、開平、お
よび様々な三角関数の発生などの単純な代数演算
を含む。

アナログ、デジタル、およびハイブリツト計算
要素の多数の例がこのような計算処理を行う従来
技術において利用することができ、これらはたが
いに協調関係をもたせてたやすく結合し所望の結
果を得ることがよく知られている。またこの目的
に従来の汎用のデジタルまたはアナログコンピユ
ータを利用してもよいことは明らかである。上述
の各式を処理し、フローチヤートを作成し、これ
をコンピユータルーチンおよびサブルーチンに変
換してそのような式を解くことは、入力データや
命令を処理してたとえば標準のデイスプレイや制
御器に加えるのに直接使用することのできる出力
を発生することともに、コンピユータのプログラ
マの間ではよく知られている。また当然、これら
を通常の方法でアナログ・デジタルおよびデジタ
ル・アナログ変換器に必要な入出力インターフエ
ース要素として供給することも理解できる。

本発明の他の１つの実施例を与える汎用デジタ
ルコンピユータに使用することのできるプログラ
ムフローチヤートの一例が第１８図ないし第２２
図に示されている。たとえば第１８図の機能ブロ
ツク５９９でオペレータが操作を開始すると、汎
用コンピユータは第５ａ図および第５ｂ図の要素
９３ないし１３７で第１６図および第１７図の式
１ないし21の演算を行い、次にこの汎用コンピユ
ータの中で通常の方法でｉ組のフエアリーダ検出
器のそれぞれについて図示の７つの型の検出器デ
ータを訂正して蓄積する。判定ブロツク６０１を
通るプログラムの流れは、初期値を記憶しなけれ
ばならないか否かに依存する。必要がなければこ
のプログラムは直接ブロツク６０３へ流れ、この
場合ｉは１に設定される。次にこれらのおよび図
示の初期設定した値をブロツク１におけるように
蓄積して、プログラムは点６０４を通過する。

点６０４からこのプログラムフローはつぎに第
１９図の判定ブロツク６０５を通過する。ブロツ
ク６０５における問いに対する答えは通常の方法
で得られ、特定のラインからのデータを使用する
かスキツプするかに対してオペレータが得ること
のできるデータに依存している。実際に使用され
るラインの全数からのデータをつぎに第２２図の
ブロツク６２３においてなされる判定の基礎とす
る。つぎにこのプログラムフローはブロツク６０
５から６０７に移り、そこでｉ番目のラインに対
する角度α′_iおよびβ′_iを船の甲板座標系から水平
の安定角α_Hiおよびβ_Hiに変換するつぎの演算は論
理ブロツク６０８で示されるが、α_Hiの正弦およ
び余弦の波したを発生することである。これに
よつてプログラムは点６０９へ移る。ブロツク６
０７および６０８の演算を行うが、これは、ｉ番
目のアンカーラインを扱うときだけはいずれの１
つの計算においても必ずしもすべてのアンカーラ
インを使用するとは限らず、そうでないときはプ
ログラムが点６０６を通つて直接第２２図の点６
０６に移るからである。

第２０図における点６０９からこのプログラム
は判定ブロツク６１０へ流れ、そこでｉ番目のラ
インについて感度計算を行うときを判定する。こ
の判定が否定であれば、プログラムは直接論理ブ
ロツク６１２へ流れ、この判定が是定であれば
C_i、A_i、cosα_pi、sinα_Li、N_LiおよびN_Xiの計算をつ
ぎにｉ番目のアンカーラインについてブロツク６
１１によつて行う。論理ブロツク６１２において
つぎに、ｉ番目のラインに対する検出器出力の初
期測定値からの変化を計算してΔΨ_LL、ΔS_i、およ
びΔL_iを抽出する。このプログラムは点６１３に
移り第２１図へゆく。

第２１図において点６１３からのプログラムフ
ローはブロツク６１４に入り、これによつてｉ番
目のフエアリーダ座標の初期座標系に対する方位
角β_Xiを計算し、これによつていまやブロツク６
１５において船の姿勢の変化に対するα_pi方向の
フエアリーダの位置の変化を計算することができ
る。つづいてつぎにブロツク６１６および６１７
でアンカーライン張力変化およびライン長変化か
ら計算したフエアリーダの動きの測定を行う。最
終ブロツク６１９はブロツク６１５，６１６およ
び６１７において発生した各項の代数和を表わ
し、点６２２０でみられる真のΔX_Lftiを発生す
る。

第２２図において判定ブロツク６２２は所定の
数のフエアリーダ検出器の組を調べたか否かを判
定する。否であれば命令をブロツク６１２から点
６０４に戻してつぎのすなわち（ｉ＋１）番目の
検出器の組を調べさせる。すべてのフエアリーダ
の組を調べ終わると、判定ブロツク６２３を実行
して、利用可能な答えを発生するのに十分な数の
フエアリーダの組を調べたか否かを判定する。否
定であればこのプログラム動作を点６２４で終了
し、是定であれば論理ブロツク６２５を実行して
船の位置変化の最小自乗評価値を計算し、すべて
の作動アンカーラインについて和をとる。つぎに
ブロツク６２７において、このデータを船の位
置、すなわち海岸線に基準をおいた標識に対する
点２０の位置に変換してから、プログラムは点６
２８に移る。

(ヘ) 発明の効果 以上述べたように、本発明による船の位置判定
方法および装置においては、船の姿勢パラメー
タ、および各アンカーラインの張力、アンカーラ
インの長さを含むアンカーライン状態のパラメー
タなどを測定して、誤差を排除しながら該各パラ
メータから自船の位置をかなり正確に判定するこ
とを可能としている。

したがつて、本発明においては無線システムが
利用できる場合には該システムを利用し、該無線
システムが利用できない場合には、前記各パラメ
ータを利用して、独自に自船の位置を判定できる
構成にしている。

したがつて、本発明による船の位置判定装置は
完全な夜間に動作することができるが、従来の推
測航法システムはできない。また、本発明による
船の位置判定装置は確かに推測航法システムでは
あるが船の速度の時間積分に依存していない。そ
のかわり、関連するラインパラメータの測定値を
とり、前記判定装置の初期設定で測定したこれら
の値と比較し、初期の位置に加えたとき真の船の
位置の値を生ずる位置の変化を判定する。船の速
度の時間積分は必要としないので、他の推測航法
方式のように累積誤差が初期設定からの時間の直
接の関数とはならず、走行距離の関数となる。一
例として、初期設定の時間中ほとんど動かず同じ
基準位置の回りを周期的に動く船の場合を考え
る。この全時間中ライン長関数から計算した位置
は誤差があるが、各位置決定（これは基本的には
連続して行われる）ごとの考えられる誤差はどの
位期間経過したかにかかわらず同一である。また
これは船の速度の時間積分がなされないことに起
因する。しかし速度推測航法システムおよび慣性
航法システムも船が余り動かないことには関係な
く誤差が連続的に累積される。船が徐々に動くの
で、夜間累積される誤差は作業を継続できるほど
十分に小さい。したがつて通常の位置判定装置は
船の作業時間を非常に増加させる。また本発明の
位置判定装置は応答性が早く、非常な深い場所で
も制御が可能である。

本発明をその好ましい実施例について説明した
が、ここで使用した用語は説明のための用語であ
つて限定を意味するものではなく、本発明の広い
観点における真の範囲および精神を逸脱すること
なく変更できることは明らかである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーブル敷設用などの船の位置を判定する方
   法であつて、 (a) 船の姿勢パラメータ、および各アンカーライ
   ンの張力、各アンカーラインの長さを含むアン
   カーライン状態のパラメータを測定し、 (b) 測定した前記船の姿勢パラメータおよび前記
   アンカーラインの張力、長さを含むアンカーラ
   イン状態のパラメータから、所定の計算式にし
   たがつて各アンカーラインの張力の変化に対応
   する各フエアリーダの見かけ上の第１の動き、
   各アンカーラインの長さの変化に対応する各フ
   エアリーダの見かけ上の第２の動き、および船
   の姿勢の変化に対応する各フエアリーダの見か
   け上の第３の動き、をそれぞれ決定し、 (c) 前記各フエアリーダの第１の動きに関するデ
   ータから、前記各フエアリーダの第２の動きお
   よび第３の動きに関するデータを差し引いて撹
   乱成分のない補償された各フエアリーダの動き
   に関するデータを生成し、かつ (d) 前記補償された各フエアリーダの動きに関す
   るデータから最小自乗法を利用して船の位置の
   変化を算出し、よつて通常の無線システムが利
   用できない時に船の位置を前記船の姿勢パラメ
   ータおよび前記アンカーラインのパラメータか
   ら判定することを特徴とする船の位置判定方
   法。 ２ ケーブル敷設用などの船の位置を判定する装
   置であつて、 (a) 船の姿勢パラメータおよび各アンカーライン
   の張力および各アンカーラインの長さを含むア
   ンカーライン状態のパラメータを検出する複数
   の検出手段５０，５１，４４，４９，６０…
   と、 (b) 前記船の上で実質的に長方形の隅に配置され
   た所定数のフエアリーダ手段１４，１５，１
   ６，１７と、 (c) 前記フエアリーダ手段によつて取込まれ、ま
   たは操出される所定数のアンカーおよびアンカ
   ーライン９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ，…１２
   ａ，１２ｂと、 (d) 所定の計算式にしたがつて、各アンカーライ
   ンの張り変化に対応する各フエアリーダ手段の
   見かけ上の第１の動きを決定するデータを算出
   する第１のコンピユータ手段１１０、各アンカ
   ーラインの長さの変化に対応する各フエアリー
   ダ手段の見かけ上の第２の動きを決定するデー
   タを算出する第２のコンピユータ手段１１２、
   船の姿勢パラメータおよび前記アンカーライン
   の張りおよび前記アンカーラインの長さを含む
   アンカーライン状態のパラメータから船の姿勢
   変化に対応する各フエアリーダの見かけ上の第
   ３の動きを決定するデータを算出する第３のコ
   ンピユータ手段１１７と、 (e) 前記各フエアリーダ手段の第１の動きを決定
   するデータから前記各フエアリーダ手段の第２
   および第３の動きを決定するデータを差し引い
   て撹乱成分のない補償された各フエアリーダ手
   段の動きを決定するデータを生成する減算手段
   １１４と、 (f) 前記各フエアリーダ手段の補償された動きを
   決定するデータから船の位置変化を算出する第
   ４のコンピユータ手段１３３とからなり、よつ
   て通常の無線システムが利用できない時に、船
   の位置を前記船の姿勢パラメータおよび前記ア
   ンカーライン状態のパラメータから判定するこ
   とを特徴とする船の位置判定装置。 ３ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、
   各フエアリーダ手段には少なくとも３本のアンカ
   ーラインが設けられていることを特徴とする船の
   位置判定装置。 ４ 特許請求の範囲第２項記載の装置において、
   前記船の上には少なくとも４つのフエアリーダ手
   段が設けられていることを特徴とする船の位置判
   定装置。