JPH0213324B2 - - Google Patents

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JPH0213324B2
JPH0213324B2 JP55155563A JP15556380A JPH0213324B2 JP H0213324 B2 JPH0213324 B2 JP H0213324B2 JP 55155563 A JP55155563 A JP 55155563A JP 15556380 A JP15556380 A JP 15556380A JP H0213324 B2 JPH0213324 B2 JP H0213324B2
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JP
Japan
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loran
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corrected
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JP55155563A
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English (en)
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JPS5779408A (en
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Yasuke Onari
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Keiki Inc
Original Assignee
Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Tokyo Keiki Co Ltd filed Critical Tokyo Keiki Co Ltd
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Publication of JPS5779408A publication Critical patent/JPS5779408A/ja
Publication of JPH0213324B2 publication Critical patent/JPH0213324B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/10Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は船舶が各種外乱によつてコースずれを
発生したとき、自動的にこのコースずれによつて
修正針路を算出し、この修正針路を設定針路に加
え、この船舶の針路を修正するようにした安価な
オートパイロツトに関する。
従来のオートパイロツトは船舶が予め設定した
航路に従つて最も経済的な針路をとつて航行する
機能を持つているが、船舶が各種の外乱によつて
往々にして大巾に航路をはずれいわゆるコースず
れを発生した場合には操船者が修正舵をとるかま
たは高価なミニコンピユータを駆使して自動的に
修正舵をとる必要があつた。この事実を少し説明
すると、第1図は船舶のコースずれを示すもので
出発地位置Oと目的地位置Wとを結ぶ直線OWは
コースを示し、このコースから船舶の現在位置S
までの距離Lw′をコースずれLw′と称する。船舶
は各種の外乱FによつてコースずれLw′を発生す
る。船舶では自船の位置測定装置例えば双曲線航
法によるロランA、ロランCおよびオメガ等ある
いは衛星航法によるNNSSによつて自船の現在位
置が測定されると操船者は往々にして大巾なコー
スずれを発見する。このような場合に操船者はこ
のコースずれを減少するように操舵するが、どの
程度の修正舵を取つたら良いかの判断はすべて操
船者の慣に頼つていた。従つて無駄な修正舵をと
ることが多く、燃費や時間の浪費をまねくことが
度々であつた。このような問題に対して近年はオ
ートパイロツトと位置測定測置をミニコンピユー
タ等に接続し、出発地位置、自船の現在位置およ
び目的地位置についてそれぞれの緯度と経度を算
出し、コースずれLw′を計算し、これによつて修
正針路を得て、コースずれを解消する自動航行装
置が出現している。しかしながらこの場合には船
位の緯度、経度を計算するにはかなり高価なミニ
コンピユータや入出力機器等新設備が必要で、前
者の燃費や時間の浪費は解消するが新設備が高額
であるという欠点が残る。
このような事情にもとづいて本発明は船位の緯
度、経度を算出せずにロラン受信器の出力である
ロラン時間差信号そのものを直接使用することに
よつて計算を簡易化し、従つて高価なミニコンピ
ユータや入出力機器を使用せずコースずれに対し
て修正針路をうる演算部を小規模とすることを特
徴とする低価格の自動航行装置を提供することを
目的とするものである。
本発明になる自動航行装置においては比較的安
価で広く普及しているロラン受信機を利用するも
ので、双曲線をなすロラン位置線はロランチヤー
ト上では直線に近似され、1組の主従局のロラン
位置線がそれぞれほぼ等間隔の斜交軸を形成する
ものがロランの利用範囲のほとんどを占めてい
る。また船位はこの斜交軸の座標で示されるので
ロラン受信機の出力であるロラン時間差信号その
ものが直接船位の座標値を示すことになり、船位
の緯度、経度への換算は不必要となる。コースず
れLw′もまた近似値のコースずれLw(後出)を利
用することによつてコースずれLwの計算も簡易
化される。このようにして演算部は小規模で充分
なものとなるので、コースずれによつて修正針路
を算出し、この修正針路を設定針路に加え、自動
的に船舶の針路を修正してコースずれを解消する
ために設置される新設備費は大巾に低減されるこ
とになる。
以下に図面にもとづき実施例につき詳細に説明
する。先ず演算の概要を説明する。第3図は船舶
の近似的なコースずれの説明図である。第3図に
おいて位置線X1よりX4までは位置線群Xを形成
しこの方向を斜交軸のx軸、位置線Y1よりY5
では位置線群Yを形成しこの方向を斜交軸のy軸
とする。船舶の出発地位置O、現在位置Sおよび
目的地位置Wとし各位置の位置線座標を(x0
y0)、(xs,ys)および(xw,yw)とする。同図に
おいてはたまたまx0=X1,y0=Y1,xw=X4,yw
=Y5,でこれらはロラン受信機の出力であるロ
ラン時間差信号、例えば64500μs等で示される。
直交軸に関する座標を利用する公式は角に関係の
ない公式は斜交軸の場合にも成立するので点Oと
Wを通る直線OWの式は y−yp=yw−yp/xw−xp(x−xp) …(1) となる。
また点Sからx軸に平行線を引き直線OWとの
交点を点Qとし、点Sから直線OWに垂線を下
し、その交点を点Pとする。ここにコースずれ
Lw′は線分で表わされるが線分の代りに近
似的線分をとり、これをコースずれLwとす
る。点Qの位置線座標は(xs,yQ)で示される。
ただし yQ=yw−yp/xw−xp(xs−xp)+yp …(2) 故にコースずれLwは次式で示すことができる。
Lw=(yQ−ys)・yr …(3) ただし式(3)に示すyrは位置線Xに沿つて位置線
Yを単位ロラン時間差だけ移動した時の移動距離
で例えば1μsに30mというようにロランチヤート
等から求められる。式(2)と(3)から次式をうる。
Lw={yw−yp/xw−xp(xs−xp)+yp−ys}・yr …(4) ここでyr=Kaで一定と考えうるのでコースず
れLwは位置線座標(xp,yp)、(xs,ys)、および
(xw,yw)のみの関数となり簡単に求めることが
できる。
次にコースずれLwにもとづいて修正針路θxを
求める演算について説明する。第4図は外乱に対
する船舶の運動を示す説明図である。第4図にお
いて点O,SおよびWは第1図に示すものと同一
とする。ベクトルSHは直線OW方向の船舶の速
度ベクトルを示し、ベクトルSNは外乱Fによる
船舶の速度ベクトルを示す。このような外乱Fの
存在する状態では船舶は針路を修正しないときは
ベクトルSHとSNの合ベクトルSMの方向に運動
してしまうのでこの外乱FによるベクトルSNを
相殺するような針路修正が必要となる。すなわち
直線SWの方向へ修正角をとるだけでは不十分で
この見掛の修正角以上に実際の修正角θxをとる
必要がある。実側によればこの修正角θxは外乱
Fに比例し、またコースずれLwも外乱に比例す
るので次式をうる θx=Lw・Kb …(5) 今式(5)において、ある外乱のあるとき、あるコ
ースずれLwの時、第4図にてベクトルSHの方向
を直線OWに平行な直線STで示すとき、直線ST
の方向に運動するような定数KbをKb′とすると、
角TSMで示される領域はKb<Kb′の時で、角
TSWで示される領域、また角SWOで示される
領域はKb>Kb′の時の船舶の運動方向を示す。
これら領域,,の区別はdLw/dtを基準に
して区別することができる。
即ち、dLw/dt=0のようになつたときは船舶
は直線STの方向に運動し、dLw/dt>0のよう
になつたときは船舶は領域の方向に運動し、
dLw/dt<0のようになつたときは船舶は領域
の方向に運動することになる。
従つて、外乱があつたとき、単位時間に対する
コースずれLwの変化dLw/dt=0となるように
すればある大きさの外乱Fがあつたとしても船舶
は常に直線STの方向に運動し続け、かつ適切な
Kdの値をとれば、船舶は一定のコースずれを保
持しながらも目的位置Wに近ずくことになる。更
にこの一定のコースずれを小さくするためには第
5図に示すようにKdをコースずれが微小のとき
は一定値でよいが、この一定のコースずれが大き
くてこれを減少させる必要のあるときはKdの値
を増加させねばならない。
次に本発明になる自動航行装置の構成と作用に
ついて説明する。
第2図は本発明になる自動航行装置の一実施例
を示すブロツクダイアグラムである。第2図にお
いて9は自船の現在位置を測定するロラン受信器
で出発地位置(xp,yp)と現在位置(xs,ys)を
ロラン時間差信号としてコースずれ演算部7に出
力する。8は目的地位置(xw,yw)のロラン時
間差信号を設定する目的地設定器でこのロラン時
間差信号をコースずれ演算部7に出力する。コー
スずれ演算部7は定数Kaを設定できるとともに
式(4)によつてコースずれLwを計算し、この値を
修正針路演算部6に出力する。修正針路演算部6
はコースずれLwを入力して式(5)と(6)に従つて演
算を行ない修正針路の修正角θxを得、これをオ
ートパイロツトの針路の加算部S1に出力して設定
針路と加算して針路を修正する。オートパイロツ
トは公知のものであるので簡単に説明する。針路
設定器1から加算部S1に設定針路θiが入力し、修
正針路演算部6から加算部S1に修正針路θxが入
力して両者が加算されて修正された針路θcを次の
加算部S2に出力する。加算部S2では修正された針
路θcとジヤイロコンパス等の方位測定器5から負
帰還された針路θとが加算されて舵角制御部2へ
入力し舵角信号δ*を舵取機3に入力して船舶4の
舵角δを動かす。船舶4は外乱によつて針路を動
かされ方位測定器5は針路θを示す。この制御ル
ープに従つて種々の外乱によつて生じたコースず
れLwは解消の方向に自動的に制御されるととも
に真のコースずれLw′も最終的には解消される。
なお、コースずれ演算部7は重要な機能として
次のような演算機能をもつている。第3図におい
てコースずれLw′は線分で表わされ、この線
分の代りに近似的線分をとりコースずれ
Lwとしたが、この近似する条件が成立しない場
合が生ずる。すなわち直線OWと位置線OY1との
交角をC、位置線X4と位置線Y1との交角をaと
するとき角Cが角aに近づきあるいは等しくなる
場合には線分は著るしく延びて線分との差
は大きなものとなる。このような場合には点Sか
らy軸に平行線を引き直線OWとの交点をQ′とす
ればよい、点Q′の位置線座標は(xQ,ys)となり
式(1)から xQ=xw−xp/yw−yp(ys−yp)+xp …(2)′ が成立する。
従つてコースずれLwは次式で示すことができ
る。
Lw=(xQ−xs)・xr …(3)′ ただし式(3)′に示すxrは位置線Yに沿つて位置
線Xを単位ロラン時間差だけ移動した時の移動距
離でロランチヤート等から求められる。式(2)′と
(3)′から次式をうる。
Lw={xw−xp/yw−yp(ys−yp)+xp−xs}・xr…(4)
′ ここでxr=Ka′で一定と考えられるので簡単に
コースずれLwを求めることができる。式(4)を選
ぶか式(4)′を選ぶかの境界条件は次式で示される。
yw−yp/xw−xp>1 …(7) 式(7)が成立するときは式(4)を選択することにな
る。すなわちコースずれ演算部7には式(7)の条件
を判別する比較器を設け、この条件に従つて式(4)
か式(4)′を選択する信号を送りコースずれLwを計
算するようにする。
また修正針路演算部6においては外部に式(5)と
(6)における定数Kcおよび定数Kdを制御可能な調
整器を設けコースずれLwに対して種々の値をと
り得るようにする。すなわち式(5)と(6)から次式が
得られる。
θx=(dLw/dt)Kc+LwKd …(8) 第6図は定数KcとKdのコースずれLwに対す
る各値を示す。式(8)は一般的には θx=f(Lw) …(9) となり、函数f(Lw)は更に次式のように高次の
微分値ならびに積分値を含む場合が考えられる。
f(Lw)=(d2Lw/dt2)a1+(dLw/dt)a2 +a3∫Lwdt+a4Lw …(10) 式(10)から定数a1,a2,a3およびa4を選択するよ
うにすることが効果的である。
以上のように本発明は従来のように船位の緯
度、経度を算出せずにロラン受信器の出力である
ロラン時間差信号そのものを直接使用することに
よつて計算を簡易化して、コースずれに対し、修
正針路をうる演算部を小規模とすることを特徴と
する低価格の自動航行装置を提供するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は船舶のコースずれの説明図、第2図は
本発明になる自動航行装置の一実施例を示すブロ
ツクダイアグラム、第3図は船舶の近似的なコー
スずれの説明図、第4図は外乱に対する船舶の運
動を示す説明図、第5図と第6図は定数Kcなら
びに定数KdがコースずれLwに対してとる各値の
説明図である。 1…針路設定器、2…舵角制御部、3…舵取
機、4…船舶、5…方位測定器、6…修正針路演
算部、7…コースずれ演算部、8…目的地設定
器、9…ロラン受信器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 各種の主従一組のロラン送信局から電波を受
    信して致達時間差を各種測定して自船の現在位置
    (Xs,ys)を測定するロラン受信器と、 目的位置(xw,yw)のロラン時間差信号を設
    定する目的地設定器と、 上記ロラン受信器からの出発地位置(xp,yp
    と上記現在位置(xs,ys)とのロラン時間差信号
    ならびに上記目的地設定器からの上記目的地位置
    (xw,yw)のロラン時間差信号を入力信号として
    外乱によりコースからの自船のずれに近似した距
    離Lwの値を{(xs−xp)・(yw−yp)/(xw−sp
    +yp−ys}・Ka(但しKaは定数)によつて演算し
    て出力するコースずれ演算部と、 この演算部から出力される上記距離Lwの信号
    を入力して単位時間に対するこの距離Lwの変化
    dLw/dt=0となるようにして該距離Lwに比例
    した修正針路θxを計算する修正針路演算部と、 この修正針路により針路を修正して自動航行す
    るオートパイロツトとよりなる自動航行装置。
JP55155563A 1980-11-05 1980-11-05 Automatic navigating device Granted JPS5779408A (en)

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JPS5779408A JPS5779408A (en) 1982-05-18
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04105722U (ja) * 1991-02-20 1992-09-11 三洋電機株式会社 プリセツト式選局装置

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