JPH05142326A

JPH05142326A - 測位装置

Info

Publication number: JPH05142326A
Application number: JP30185291A
Authority: JP
Inventors: Toyoki Sasakura; 豊喜笹倉; Toshio Miura; 俊雄三浦
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1991-11-18
Filing date: 1991-11-18
Publication date: 1993-06-08

Abstract

(57)【要約】【目的】船舶等に搭載する主局と陸地等に固定する複数
の従局とを用いて応答方式により主局位置を測位する装
置であって、現在位置をリアルタイムで求める。【構成】（Ｘ₀，Ｙ₀）、（Ｘ₁，Ｙ₁）、（Ｘ₂，Ｙ
₂）の各点で測位を開始、一定時間後に測位開始位置の
データを求めるが、今回以前の複数回分の位置データの
変化から主局の移動量データを求め、この移動量データ
から主局の現在位置を測位時間間隔より短周期で逐次求
める。【効果】リアルタイムで主局位置を求めることができる
ため、位置データと突き合わせて深度データ等測定する
際、測位データの時間遅れの補正が不要となる。また、
測位時間間隔より短周期で現在位置データを求めること
が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主局と複数の従局か
らなり、主局と各従局との距離を測定して主局の位置を
測位する測位装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、海上での船舶の測位方式として方
向探知機、ロランＡ／Ｃ、デッカ、オメガまたはＧＰＳ
等のシステムが用いられている。これらの各種システム
は測位方式に応じた特徴を備えているが、いずれのシス
テムもサービスエリアが比較的広範囲であり、測位精度
は高くない。

【０００３】ところで、たとえば海洋土木工事や海洋調
査においては、比較的狭い範囲内で、常時、高い精度で
測位することが要求される。従来、このような目的で用
いられる測位方式として、船舶に主局としての送受信器
を搭載し、陸上等の複数の既知の地点に従局としての送
受信器を設置し、従局が主局からの呼び出しに応答する
ことによって主局と従局間の見通し距離を測定し、これ
によって主局の位置を求めるようにした、いわゆる応答
方式が採られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の応答方式による測位システムでは、主局が各従局
に対しパルス電波を送信し、主局が各従局からの応答パ
ルス電波を受信し、パルス電波の送信から応答パルス電
波の受信までの時間遅れを測定することによって、主局
と各従局との間の距離を求めるものであるため、主局の
位置測定は、主局のパルス電波の送信間隔毎にしか求め
ることができない。たとえば１秒周期でパルス電波を送
信するのであれば、主局の位置データは毎秒１回の割合
で更新されることになる。また、全ての従局からの応答
パルス電波を受信してからでなければ測位のための演算
を開始することができないので、主局がパルス電波を送
信した時のその位置は、一定時間の後に求められること
になる。

【０００５】図１２にパルス電波の送信タイミングと主
局位置が求まるタイミングの関係を示す。図１２におい
てＴＳは測位を行う間隔であり、時刻ｔ₀₀において自船
がＳｏの位置にある時、測位を開始して従局に対しパル
ス電波を送信したとすれば、ＴＬを経過した時刻ｔ₀₁で
Ｓｏの位置が求められる。その後、時刻ｔ₁₀において自
船がＳ１で示す位置にある時、再び測位を開始すれば、
ＴＬ後の時刻ｔ₁₁でＳ１の位置が求められる。

【０００６】自船が停船していれば前記時間遅れは問題
とはならないが、測量船等のように移動しつつ測深等の
測量を行う場合には、前記時間遅れは位置誤差となって
表れる。そこで、従来は、図１２に示したようにＴＳの
間隔で測位を行う場合、たとえばＳ１の位置データを時
刻ｔ₀₁で求めたＳ０の位置データとし、またＳ２の位置
データを時刻ｔ₁₁で求めたＳ１の位置データとして求
め、海底深度等の測量データをこれらの位置データとと
もに一旦メモリに記憶し、後でオフライン処理によって
測量データの位置データのズレを補正していた。そのた
め、測量データの後処理が煩雑であった。また別の方法
としてメモリ上に一旦測量データを書き込んでおき、時
間遅れの位置データを内部処理によって補正する方法も
あるが、大容量のメモリを必要とする。

【０００７】この発明の目的は、時間遅れの位置データ
を補正するための大容量のメモリを不要とし、またオフ
ラインによる後処理も不要とし、現在の自船位置をリア
ルタイムで求めることのできる測位装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の測位装置は、
それぞれ異なった位置に設置する複数の従局に、主局か
ら送信された主局パルス電波を受信する手段と、この主
局パルス電波の受信に応答して従局パルス電波を送信す
る手段を設け、主局に、複数の従局へ一定の測位時間間
隔で主局パルス電波を送信する手段と、各従局からの従
局パルス電波を受信する手段と、主局パルス電波の送信
から従局パルス電波の受信までの時間によって、各従局
までの距離を測定する手段と、前記各従局までの距離に
よって主局の二次元位置データを求める手段と、今回以
前の複数回分の各位置データの変化から主局の移動量デ
ータを求める手段と、前記測位時間間隔より短周期で、
前記主局の移動量データから主局の現在位置を逐次推測
する手段を設けてなる。

【０００９】

【作用】この発明の測位装置では、それぞれ異なった位
置に設置される複数の従局と船舶等の移動体に搭載され
る主局からなる。各従局においては、主局から送信され
る主局パルス電波が受信され、その主局パルス電波に応
答して従局パルス電波が送信される。主局側において
は、複数の従局に対し一定の測位時間間隔で主局パルス
電波が送信され、各従局からの従局パルス電波が受信さ
れる。そして、主局パルス電波の送信から従局パルス電
波の受信までの時間によって、各従局までの距離が測定
される。このようにして求められた各従局までの距離に
よって主局の二次元位置データが求められる。また、今
回以前の複数回分の各位置データの変化から主局の移動
量（たとえば移動方向および移動速度等の）データが求
められ、測位時間間隔より短周期で、主局の移動量デー
タをもとにして、主局の現在位置が逐次推測される。

【００１０】このように今回以前の複数回分の各地点に
おける主局の位置データの変化から主局の移動量データ
を求めるとともに測位時間間隔より短周期で主局の現在
位置を推測により逐次求めるようにしたため、主局の現
在位置をリアルタイムで求めることができる。このよう
に推測による測位であるため、一定時間間隔の測位の途
中で予想外の進路変更を行った場合に、測位誤差が問題
となるが、本願発明が適用される測量船等のように、一
定の測量区域内を直線上の測線に沿って進み、測量区域
外でターンを行う場合には測量区域内での測位誤差はほ
とんどなく、測位精度を低下させることなく現在位置を
リアルタイムで求めることができる。そのため、求めら
れた現在位置データをたとえば深度データとともに順次
記憶していくだけで、従来のような時間遅れの補正処理
を行うことなく測量データを求めることができる。

【００１１】

【実施例】まず、この発明の実施例である測位装置を用
いた測位システムの構成を図１に示す。図１において主
局は船舶等の移動体に搭載して用い、第１従局、第２従
局、第３従局等の各従局は陸上等の既知の地点に設置し
て用いる。

【００１２】次に、測量装置全体の構成をブロック図と
して図２に示す。図２において主局装置１は図１に示し
た複数の従局とともに測位装置を構成する。測深装置２
は音響測深器または連続音波探査装置等からなり、海底
深度を測定する。測量装置３は主局装置１により求めら
れる自船（主局）の位置データと測深装置２により求め
られる海底深度データとに基づいて、各地点における深
度データを順次記憶し、これによって海底地形データを
作成する。主局装置１はたとえば毎秒１回の割合で測位
を行うが、自船の現在位置は毎秒１回より短周期（後述
する例では毎秒１６回の周期）で順次更新する。一方、
測深装置２はたとえば毎秒７回の割合で深度データを求
める。測量装置３は測深装置２により求められる深度デ
ータを順次読み取るとともに、その時点における位置デ
ータを主局装置１から読み取る。

【００１３】これにより毎秒７回の割合で自船の現在位
置と深度データとを対にして順次記憶することになる。

【００１４】次に、従局装置の構成をブロック図として
図３に示す。図３において３０は送受信用アンテナ、３
１は送信信号と受信信号の向きを切り換えるサーキュレ
ータ、３８は送信パルス発生回路３７の出力信号を増幅
する増幅器である。混合器３２は受信信号に局部発振器
３３の信号を混合して中間周波信号に変換する。中間周
波増幅回路３４はその信号を増幅し、検波回路３５は増
幅された中間周波信号をＦＭ検波して、主局パルス電波
に重畳されている従局選択信号を抽出する。選択信号検
出回路３６は自局に対する選択信号であるか否かを検出
する。たとえば主局パルス電波に重畳されている従局選
択信号が、従局毎に予め定めた周波数信号であれば、自
局に相当する周波数信号であるか否かを検出する。した
がってこの選択信号検出回路３６の検出する信号は従局
毎に異なる。自局に対する選択信号を検出したなら、送
信パルス発生回路３７に対しトリガ信号を与える。送信
パルス発生回路３７はこのトリガ信号に同期して一定周
波数の信号が一定時間持続するバースト波を発生する。
増幅回路３８はこれを増幅してアンテナ３０から送信す
る。このことによって従局パルス電波が送信される。

【００１５】次に、主局装置の構成をブロック図として
図４に示す。図４において４は送受信用アンテナ、５は
送信信号と受信信号の向きを切り換えるサーキュレー
タ、１１は送信パルス発生回路１０の出力信号を増幅す
る増幅器である。混合器６は受信信号に局部発振器７の
信号を混合して中間周波信号に変換する。中間周波増幅
回路８はこれを増幅し、検波回路９は増幅された中間周
波信号を検波する。送信パルス発生回路１０は一定周波
数の信号をバースト波として発生する。増幅器１１はそ
の信号を増幅してアンテナ４から送信する。クロックジ
ェネレータ１２は距離カウンタ１３に対して高周波（た
とえば数１０ＭＨｚ）のクロック信号を距離カウンタ１
３に与える。距離カウンタ１３はそのクロック信号をカ
ウントする。ゲート回路１４は検波回路９の出力信号に
より開き、距離カウンタ１３の内容を距離レジスタ１５
にラッチさせる。距離カウンタ１３は主局パルス電波の
送信とともにリセットされ、従局からの従局パルス電波
を受信したタイミングで距離カウンタ１３の内容が距離
レジスタ１５へラッチされるため、距離レジスタ１５に
は主局から目的の従局までの距離に相当する（従局での
応答遅れ時間を除けば距離に比例する）データが求ま
る。ＣＰＵ１６はＲＯＭ１７に予め書き込んだプログラ
ムを実行して後述するように測位制御を行う。ＲＡＭ１
８はその際の各種ワーキングエリアとして用いられる。
クロックジェネレータ２１はカウンタ２２に対し低周波
（たとえば１６Ｈｚ）のクロック信号を与える。カウン
タ２２はそのクロック信号をカウントする。ＣＰＵ１６
は、後述するように、Ｉ／Ｏポート１９を介して送信パ
ルス発生回路１０に対し従局選択信号とともにトリガ信
号を与え、また距離カウンタ１３をリセットする。その
後、目的の従局からの従局パルス電波を受信したことを
Ｉ／Ｏポート２０を介して検出する。ＣＰＵ２４はＲＯ
Ｍ２５に予め書き込んだプログラムを実行することによ
って主局の現在位置を逐次推測して求める。ＲＡＭ２６
はその際の各種ワーキングエリアとして用いられる。２
３はバスアービタであり、ＣＰＵ１６のバスＬＢ１とＣ
ＰＵ２４のバスＬＢ２間の調停を行う。ＣＰＵ２４は必
要な時点でＲＡＭ１８内のデータおよびカウンタ２２の
値を読み込み、後述する処理によって現在の主局位置を
逐次推測する。

【００１６】次に、主局パルス電波と従局パルス電波の
タイミング関係の例を図６に示す。

【００１７】図６においてＭ１，Ｍ２，Ｍ３は主局パル
ス電波であり、ｔ₀，ｔ₁，ｔ₂のタイミングでそれぞ
れ送信する。Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は主局パルス電波に応答
して各従局から送信された従局パルス電波である。ここ
ではＭ１で示す主局パルス電波には第１従局を選択する
従局選択信号が重畳されていて、第１従局はこれに応答
して従局パルス電波Ｓ１を送信する。主局パルス電波Ｍ
２には第２従局を選択する従局選択信号が重畳されてい
て、第２従局はこれに応答して従局パルス電波Ｓ２を送
信する。また、主局パルス電波Ｍ３には第３従局を選択
する従局選択信号が重畳されていて、第３従局はこれに
応答して従局パルス電波Ｓ３を送信する。

【００１８】したがって主局パルス電波Ｍ１の送信から
第１従局の従局パルス電波Ｓ１の受信までの時間差Ｔ１
によって第１従局までの距離を求めることができる。同
様に、主局パルス電波Ｍ２の送信から第２従局の従局パ
ルスの電波Ｓ２の受信までの時間差Ｔ２によって、主局
から第２従局までの距離が求められ、主局パルス電波Ｍ
３の送信から第３従局の従局パルス電波Ｓ３の受信まで
の時間差Ｔ３によって、主局から第３従局までの距離が
求められる。

【００１９】図７は測位タイミングおよび測位データに
基づく推測の方法を示す図である。

【００２０】図７においてＣは図４に示したカウンタ２
２の値である。このカウンタ２２の値Ｃが０になるごと
に、主局パルス電波の送信を行い測位を開始する。同図
に示す例では（Ｘ₀，Ｙ₀）、（Ｘ₁，Ｙ₁）、
（Ｘ₂，Ｙ₂）の各時点で測位を開始する。また、同図
においてＦ１は測位を開始してから完了するまでの間セ
ット状態でその他のタイミングでリセット状態となるフ
ラグである。更にＭは図４に示したカウンタ２２の１周
期分のカウント数を示し、この例ではＭ＝１６である。

【００２１】たとえば時刻ｔｂではフラグＦ１がリセッ
ト状態であるため、（Ｘ₀，Ｙ₀）の位置データが既に
求められており、船の単位時間当たりの移動量とカウン
タの値Ｃによって時刻ｔｂにおける位置が推測される。
また、たとえば時刻ｔｃではフラグＦ１がセット状態で
あり、（Ｘ₁，Ｙ₁）の位置データがまだ求められてい
ないため、（Ｘ₀，Ｙ₀）を基準にして、その後の時間
経過に伴い推測する。すなわち時刻ｔｃにおけるカウン
タの値ＣにＭを加算した値を経過時間として推測する。

【００２２】図５は図４に示したＲＡＭ１８内の一部構
成図である。図５においてＦ１は、図７に示したように
カウンタ２２の値Ｃが０になってから測位が完了するま
でセット状態、測位が完了してから次にカウンタの値Ｃ
が０になるまでリセット状態となるフラグ、Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３は主局から第１従局，第２従局，第３従局まで
の各距離データ、Ｘ，Ｙは測位により求めた主局の座標
データ、ΔＸ，ΔＹは前回求めた座標データに対する差
分データである。また、ＸＢ，ＹＢは前回に求め、今回
更新を行う座標データ、ΔＸＢ，ΔＹＢは前回求め、今
回更新する差分データである。更にＣＣは主局の現在位
置を逐次推測する際に用いる変数である。

【００２３】次に、図４に示した主局装置におけるＣＰ
Ｕ１６の処理手順をフローチャートとして図８および図
９に示す。

【００２４】図８および図９は図４に示したカウンタ２
２の値Ｃが０になる毎に実行される処理である。カウン
タ２２の値Ｃが０になれば、まずフラグＦ１をセットす
る（ｎ１→ｎ２）。続いて第１従局へ主局パルス電波を
送信する（ｎ３）。具体的には図４に示したように送信
パルス発生回路１０に対し第１従局を選択するための選
択信号を与え、トリガ信号を与える。またこれと同時に
距離カウンタ１３をリセットする。その後、第１従局の
応答を待つ（ｎ４→ｎ５→ｎ４・・・）。第１従局から
の従局パルス電波を受信したなら、図４に示した距離レ
ジスタ１５の内容を主局と第１従局間の距離データＬ１
として読み取る（ｎ６）。続いて、または一定時間経過
しても第１従局から応答がなければ、その後、第２従局
に対し主局パルス電波を送信する（ｎ６→ｎ７，ｎ５→
ｎ７）。具体的には図４に示したように送信パルス発生
回路１０に対し第２従局を選択するための選択信号を与
え、トリガ信号を与える。またこれと同時に距離カウン
タ１３をリセットする。その後、第２従局の応答を待つ
（ｎ８→ｎ９→ｎ８・・・）。第２従局からの従局パル
ス電波を受信したなら、図４に示した距離レジスタ１５
の内容を主局と第２従局間の距離データＬ２として読み
取る（ｎ１０）。続いて、または一定時間経過しても第
２従局から応答がなければ、その後、第３従局に対し主
局パルス電波を送信する（ｎ１０→ｎ１１，ｎ９→ｎ１
１）。具体的には図４に示したように送信パルス発生回
路１０に対し第３従局を選択するための選択信号を与
え、トリガ信号を与える。またこれと同時に距離カウン
タ１３をリセットする。その後、第３従局の応答を待つ
（ｎ１２→ｎ１３→ｎ１２・・・）。第３従局からの従
局パルス電波を受信したなら、図４に示した距離レジス
タ１５の内容を主局と第３従局間の距離データＬ３とし
て読み取る（ｎ１４）。

【００２５】以上のようにして主局から第１，第２，第
３の各従局までの距離をＬ１，Ｌ２，Ｌ３にそれぞれ求
める。

【００２６】続いて図９に示す処理を実行する。まず、
既に求めた主局から各従局までの距離データＬ１，Ｌ
２，Ｌ３と各従局の位置データに基づいて主局の位置を
算出する（ｎ２０）。たとえば各従局の位置を経度，緯
度データとして予め設定しておき、主局の位置データを
経度データＸ，緯度データＹとして算出する。続いて、
前回の測位により求めた主局の位置データＸＢ，ＹＢと
今回求めた位置データＸ，Ｙとの差分をΔＸ，ΔＹとし
てそれぞれ求める（ｎ２１）。その後、経度方向の移動
量ΔＸが距離換算で１０ｍ未満であるか否か、また緯度
方向の移動量ΔＹが距離換算で１０ｍ未満であるか否か
を判定する（ｎ２２，ｎ２３）測位時間間隔がたとえば
１秒であれば、ΔＸまたはΔＹが１０ｍ以上となること
は測量船においてはありえない。したがってその場合に
は測位エラーとみなす。もしΔＸ，ΔＹの距離換算値が
ともに１０ｍ未満であれば、位置変化量ΔＸＢ，ΔＹＢ
の値を今回の位置変化量ΔＸ，ΔＹでそれぞれ更新する
（ｎ２４）。また、主局の位置データＸＢ，ＹＢを今回
の測位データＸ，Ｙに更新する（ｎ２５）。もし、ステ
ップｎ２２またはｎ２３の判定で経度方向または緯度方
向の移動量が１０ｍ以上となれば、前回のＸＢ，ＹＢに
前回の移動量ΔＸＢ，ΔＹＢを加算した値を今回の位置
データＸＢ，ＹＢとして推測し更新する（ｎ２６）。そ
の後、フラグＦ１をリセットし、図８のステップｎ１に
戻ってカウンタ２２の値Ｃが０になるのを待つ（ｎ２７
→ｎ１）。

【００２７】以上の処理を繰り返すことによって、毎秒
１回の割合で主局位置を測位する。

【００２８】図１０は図４に示したＣＰＵ２４の処理手
順を示す。まずフラグＦ１の状態を判定し、リセット状
態であればＣＣにカウンタ２２の値Ｃを代入する（ｎ３
０→ｎ３１）。またフラグＦ１がセット状態であればカ
ウンタの値Ｃにカウンタ２２の１周期分のカウント数Ｍ
（＝１６）を加算した値をＣＣに代入する（ｎ３０→ｎ
３２）。その後、ΔＸＢ，ΔＹＢに対しそれぞれＣＣ／
Ｍの係数を乗じた値をＸＢ，ＹＢにそれぞれ加算して、
現在の主局位置ｘ，ｙを推測する（ｎ３３）。

【００２９】このようにして、測位周期より短周期であ
る毎秒１６回の周期で主局位置をリアルタイムで求め
る。

【００３０】なお、上述した実施例では、主局パルス電
波に従局選択信号を重畳させたが、たとえば図１１に示
すように、主局パルス電波の繰り返し間隔によって従局
を選択するように構成することもできる。図１１におい
て間隔ＴＡで送信した主局パルス電波は第１従局の選択
に相当し、第１従局はこれに応答して従局パルス電波を
送信する。同図に示す例ではＴ１の経過後その従局パル
ス電波を受信している。また、間隔ＴＢで送信した２回
の主局パルス電波は第２従局の選択に相当し、第２従局
はこれに応答して従局パルス電波を送信する。同図の例
ではＴ２の経過後に従局パルス電波を受信している。

【００３１】

【発明の効果】この発明の測位装置によれば、主局の移
動中に測位を行っても、現在位置をリアルタイムで求め
ることができるため、位置データとたとえば深度データ
を突き合わせて測量データを求める場合に、位置データ
の時間遅れを補正するための後処理が不要となり大容量
のメモリも不要となる。また、測位間隔より短周期で位
置データを更新することができるため、主局の移動に伴
う位置データの変化を逐次求めることができる。そのた
め、位置分解能を高めた測量を容易に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である測位システムにおける
各局の配置を示す図である。

【図２】測量装置全体の構成を示すブロック図である。

【図３】従局の構成を示すブロック図である。

【図４】主局装置の構成を示すブロック図である。

【図５】図４におけるＲＡＭ１８の一部構成図である。

【図６】主局パルス電波と従局パルス電波のタイミング
例を示す図である。

【図７】測位タイミングおよび測位データに基づく推測
の方法を示す図である。

【図８】図４に示すＣＰＵ１６の処理手順を示すフロー
チャートである。

【図９】図４に示すＣＰＵ１６の処理手順を示すフロー
チャートである。

【図１０】図４に示すＣＰＵ２４の処理手順を示すフロ
ーチャートである。

【図１１】主局パルス電波による従局選択の他の例を示
す図である。

【図１２】従来の測位装置における測位タイミングの例
を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ異なった位置に設置する複数の従
局に、主局から送信された主局パルス電波を受信する手
段と、この主局パルス電波の受信に応答して従局パルス
電波を送信する手段を設け、主局に、複数の従局へ一定の測位時間間隔で主局パルス
電波を送信する手段と、各従局からの従局パルス電波を
受信する手段と、主局パルス電波の送信から従局パルス
電波の受信までの時間によって、各従局までの距離を測
定する手段と、前記各従局までの距離によって主局の二
次元位置データを求める手段と、今回以前の複数回分の
各位置データの変化から主局の移動量データを求める手
段と、前記測位時間間隔より短周期で、前記主局の移動
量データから主局の現在位置を逐次推測する手段を設け
てなる測位装置。