JPH04198787A - 航法システムの方位測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は全世界測位システムである測位用人工衛星（航
法衛星）の電波を用いて測位を行う受信機により、航行
する航法システムの方位測定方法に関するものであも 従来の技術 従来　航法において絶対方位を求めるには地磁気を利用
する方法がよく知られていも　また　航法衛星の電波を
使用して方位を測定する方法も知られていム　その他に
は天体観測やジャイロ等があるが　使いやすさの点で問
題があム　以下、第５図を参照して従来の方位検出方法
について説明すも 第５図４１　　従来の地磁気による方位検出方法を説明
する図であム　観測点である移動体に磁界のベクトル測
定器２０が登載されていム　地磁気の方位は地域的な偏
移を含んではいるがはぼ北を向いていム　この地磁気の
ベクトルを磁界のベクトル測定器２０によって観測し、
その磁気ベクトルの水平方向成分の向きにより方位を検
出すも次ＧＱ　　航法衛星を用いる従来の方法について
説明すも　航法衛星の電波を利用する測位受信機を２台
使用し、衛星の電波を受信する各々のアンテナを離れた
位置に設置し　それらの観測する位置の違いにより絶対
方位を求めム 発明が解決しようとする課題 第５図で説明する方法で１上　　観測点の近くに帯磁し
た物体や直流電流が流れていると、方位を誤ってしまう
。地磁気のベクトルをＨε、帯磁した物体による磁気の
ベクトルをＨＬとす、５　　）（を大きさがＨＥ大きさ
に大して無視できなくなると、観測される磁界ベクトル
Ｈは北の方角から大きく外れてしまう欠点があった 航法衛星を用いる従来の方法によると、十分な方位の精
度を得るには　測位精度に比べ各々のアンテナを十分離
れて位置に設置しなければならなかった　そのたぬ　小
形の移動体には適用できないという欠点があった 本発明は従来のこのような課題を解決するもので、　１
点だけの観測で精度良く絶対方位を観測することを目的
とするものであム 問題を解決するための手段 本発明４よ　複数の航法衛星電波の搬送波ドツプラーシ
フトを測定し、各々の航法衛星と観測位置の相対速度と
比較するものであム 作用 本発明は　移動体の速度ベクトルの方向を求めるととも
に　加速度センサ、速度センサによって移動体の前方に
対する移動方向と比較することによって、移動体が面し
ている方位を決定するようにして、上記目的を達成する
ものであ一実施例 以下、図面を参照しながら本発明の一実施例について説
明すも 第１図は本発明の実施例に使用する航法システムの構成
であム　第１図において、　ｌは航法衛星の電波をアン
テナ１ａを介して受信して位置を測定する測位受信ａ　
２は衛星の搬送波周波数を測定する基準発振器　３は移
動体の回転速度を測定するレートジャイロ、４は移動体
の移動速度を測定する速度計、５は以上の測定結果より
方位を求める航法装置であム 上記構成において、測位受信機１は４個の衛星の電波を
受信し、観測位置を求めム　さらに各衛星の搬送波の周
波数を、各衛星に対して共通の基準発振器２を基準とし
て測定するレートジャイロ３は移動体の回転速度を測定
して結果を時間積分して、相対的な方位を決定すム　こ
の方位Ｇｉ　　相対的にかなり正確ではある力（初期値
が不明であり、長時間でみると誤差が累積されていく。

速度計４は測定した結果を時間積分して、相対的な移動
量を決定すム　しかし移動の量だけで方向に関する情報
は含まれていなし〜　航法装置５は各衛星の搬送波の周
波数と、各々の衛星が送信している周波数と比較し、周
波数の見かけの誤差、ｆｎを求め’Ｅｂｎは衛星に対す
る番号で１〜４であムそして、各衛星の軌道情報により
、測定点に対する距離変化速度を求め、　それから搬送
波ドツプラシフトｐｎを求めム　そして、このΔｆｎと
ｐｎの差より移動体の速度ベクトル■を求めこ　そして
。レートジャイロ３の相対的な方位と速度計の移動速度
を組み合わせた相対速度ベクトルの方位を、衛星の測定
で得られた速度ベクトルで校正すム　さらに　移動体が
直進している時に移動体の正面方向を校正すム 第２〜３図は航法システムにおいて方位を決定する方法
をさらに詳細に説明する図であム　第２図において、６
は航法衛星　７は本実施例による航法システム　８は地
表であム　時刻しにおける航法システム７から見たｎ番
の航法衛星６の距離をＲｎ　（ｔ）とすれば　△を後の
距離はＲｎ　（ｔ＋△ｔ）となム　そして、移動体が静
止している場合のドツプラシフトｐｎはＣを光速として
で求めム 第３図において、６は航法術Ｌ　７は本実施例による航
法システム　８は地表であム　航法システム７の移動速
度ベクトルを■、航法システム７から見たｎ番の航法衛
星６の単位方向ベクトルをｒｎとすると、航法システム
７の移動速度ベクトルＶのｎ番航法衛星方向成分はこの
ベクトルの内積 ｒｎ−■　　　　　　　　・・・　（２）（ただし・は
ベクトルの内積） となム　そしてこの相対速度によるドツプラシフトｑｎ
は し となム　そして基準発振器の誤差をｋとして（ただし 得られた絶対位置と移動体の速度ベクトル■の方向を、
レートジャイロ３と速度計４の累積によって求めた最新
の位置と速度ベクトルを補正することによって、相対方
位を絶対方位に校正すムレートジャイロ３と速度計４の
精度がよければこの校正は時々行えばよし〜　そして、
移動体が正面方向に移動していると判断できるときに　
移動体の正面方向とレートジャイロで求めた方位の関係
を求めも　正面方向の校正と、速度ベクトルの校正の順
序は入れ替わってもかまわなし〜以上の方法により、速
度ベクトルを航法衛星の搬送波周波数で測定するので、
位置測定により得られる位置の変化を利用するのに比べ
精度よく求めることが出来も　また　レートジャイロと
速度計の組合せで正面方向との関係を求めるので、−点
の測定で精度よく方位を決定できも 次に本発明の第２の実施例について説明すム方位を決定
する方法は第１の実施例とほぼ同様である力（航法衛星
またはレートジャイロ３と速度計得られた速度ベクトル
の大きさ力（両者の測定精度の悪い方を５倍した値より
大きいときに限って、絶対位置と移動体の速度ベクトル
Ｖの方位向を、レートジャイロ３と速度計４の累積によ
って求めた最新の位置と速度ベクトルを補正するように
すム 以上の方法により、移動体の速度が遅く、測定した速度
ベクトルの方位が正確でない場合は以前に校正した値を
使うので、精度の悪いデータを取り込むことによる方位
精度の劣化を防ぐことが出来へ 次に本発明の第３の実施例について説明すも第４図に示
すよう番、、、第１図の航法システムに加え　地磁気に
よる方位センサ９を設はム　そして、移動体として船舶
に適用し、速度計４は対水速度を求めム　そして、航法
衛星により得られた速度ベクトルＶから、対水速度と地
磁気による方位により求めた速度ベクトルを差し引くこ
とにより、海流の流速ベクトルを求めも 以上の方法により、超音波で対地速度を求められない場
合に転　精度よく海流を測定することが出来へ 以上　本実施例によれば　複数の航法衛星電波の搬送波
ドツプラーシフトと、各々の航法衛星の相対速度を比較
して、移動体の速度ベクトルの方向を求ハ　加速度セン
サ、速度センサの測定と組み合わせて、移動体が面して
いる方位を精度よく決定するものであム さらに　航法衛星による方位の補正を、精度が得られる
一定速度以上に限定することにより、高い方位精度を保
つようにするものであムさらには　船において他の方位
センサと組合せ、対水速度計を用いて、高精度で海流を
測定するものであム なお　実施例においては航法衛星の種類を規定しなかっ
たが　搬送波の周波数精度が十分で、軌道が明確であれ
ば　別の種類の衛星を組み合わせてもよし〜　まＬ　レ
ートジャイロと速度計を組み合わせた力へ　他の慣性セ
ンサ、車の車輪の回転計など、相対的な移動量が測定で
きるものであればよ（〜　航法衛星による方位の補正を
、一定速度以上に限定したが　判定基準を前回の補正か
らの経過時間により変更することもでき、レートジャイ
ロのドリフト等の性能で決定すればよし〜発明の効果 以上のように本発明１上　航法衛星電波のドツプラーシ
フトを比較して、移動体の速度ベクトルの方向を求め、
　加速度センサ、速度センサなど相対的な方位測定と組
み合せので、限られた場所でも容易に絶対方向が測定可
能であム　航法衛星の搬送波周波数は非常に高く、高精
度であり、精度よく移動速度が測定できも　また　単一
基準発振器でドツプラシフト周波数を測定するので、基
準発振器の周波数がそれほど高精度でなくても精度よく
測定できも　さらに　磁界の乱れに影響されずに方位の
測定が出来ム 航法衛星による方位の補正を、一定速度以上で走行して
いる場合に限定するので、常に高い方位精度を保つこと
が出来へ さらに　船において他の方位センサと対水速度計を併用
することで小形船舶でえも容易に海流を測定することが
出来も　そして、船の上では磁場の乱れが少ないように
磁気センサを設置出来るので、安価の磁気方位センサと
組み合わせることが出来へ

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の航法システムの方位測定方法における
第１と第２の実施例で使用する航法システムのブロック
結線阻　第２＠　第３図は　同各実施例の方位を決定す
る方法を説明する概念医第４図は本発明の航法システム
の方位測定における第３の実施例で使用する航法システ
ムのブロック結線医　第５図は従来の地磁気による方位
測定の概念図であａ １・・・測位受信Ｉ＆２・・・基準発振器　３・・・レ
ートジャイロ、４・・・速度計、　５・・・薊法装置　
６・・・航法衛星　７・・・航法システム　９・・・方
位センサ。 代理人の氏名　弁理士　小鍜治　明　ほか２名第１図 ａ 第２図 第６図 第４図 第５図 維

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）航法衛星の電波を利用する測位受信機と、移動体
   の相違的な移動方向を検出するセンサと航法装置を移動
   体が具備し、前記測位受信機によって複数の航法衛星電
   波の搬送波ドップラーシフトと、各々の航法衛星の相対
   速度を比較して、移動体の速度ベクトルの方向を求め、
   相対的な移動方向を検出るセンサの測定結果と組み合せ
   、移動体が面している方位を決定する航法システムの方
   位測定方法。
2. （２）複数の航法衛星について、ドップラーシフトの測
   定を、単一の基準発振器を基に測定し、速度ベクトルと
   基準発振器の誤差を未知数として、計算により速度ベク
   トルを決定する請求項１記載の航法システムの方位測定
   方法。
3. （３）一定速度以上で走行している場合のみ、航法衛星
   による方位により、相対的な移動方向を検出するセンサ
   補正をし、絶対方位を決定し、それ以外の時間は相対的
   な移動方向を検出するセンサのみで、それまでの補正値
   を使って方位を決定する請求項１記載の航法システムの
   方位測定方法。
4. （４）船において、測定衛星以外の方位センサと、水に
   対する相対速度を測定する速度計を併用して、船首方向
   と速度を求め、航法衛星による測位受信機で測定した速
   度ベクトルとの差を求めて海流を測定する請求項１記載
   の航法システムの方位測定方法。