JPH0599681A - 船舶用ナビゲーシヨン装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 船舶用ナビゲーション装置において、潮流等
の外力のある状態でも、船首が目的地への方位を向くよ
うに補正計算及び表示させる機能を提供する。 【構成】 衛星信号受信部１からの入力を基に位置計算
を行うとともにウェイポイントへの方位及び到達時間等
を計算する位置計算手段２と、位置計算結果等を記憶す
るメモリ手段３と、表示装置４と、ウェイポイント緯度
及び経度等を使用者が入力するための入力手段５と、外
力補正通知手段５ａと、ナビゲーション補正計算手段２
ａとを備え、ナビゲーション補正計算手段２ａは外力補
正通知手段５ａによって使用者が外力補正指示を入力す
ると、船首が目的ウェイポイント方位を向いていると仮
定して外力の影響を推測し、目的ウェイポイントへ向け
るべき船首方位を補正計算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特にＧＰＳ衛星からの
電波を受信して船舶の現在位置を認識するＧＰＳ衛星利
用測位手段を備えた船舶用ナビゲーション装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して
現在位置および現在時刻を測定し、複数回これを繰り返
し移動速度および移動方位を計算及び表示するナビゲー
ション装置は知られている。また、使用者が目的位置や
通りたい地点を設定し、現在位置からこれら目的位置等
の方位及び距離を計算するナビゲーション装置も知られ
ている。

【０００３】以下、従来の船舶用ナビゲーション装置に
ついて説明する。図３は従来の船舶用ナビゲーション装
置のブロック図である。図３において、１は変調された
複数の衛星からの電波信号を復調し衛星位置情報と電波
伝搬時間を位置計算手段２へ出力する衛星信号受信部、
２は衛星信号受信部１からの複数の衛星位置情報と電波
伝搬時間より測位位置を計算し表示装置４へ出力表示す
ると共にメモリ手段３へ出力し、またメモリ手段３から
読みだし、現在の測位位置と所定時間前の測位位置とか
ら移動速度と移動方位より所定時間前の測位結果を計算
し表示装置４へ出力表示する位置計算手段である。

【０００４】３は位置計算手段２から複数個の測位結果
を入力され記憶すると共に、記憶している任意の時間前
の測位結果を位置計算手段２へ出力するメモリ手段、４
は位置計算手段２から入力される現在の測位位置及び移
動速度及び移動方位等をＣＲＴ等に表示する表示装置、
５は目的地等を使用者が入力できる入力手段であり、以
上のように構成された船舶用ナビゲーション装置につい
て、以下その動作を説明する。

【０００５】ＧＰＳによる測位の原理は次の通りであ
る。ＧＰＳ衛星はＧＰＳ時計といわれる標準時計を持っ
ており、これが常に標準時刻を刻み、電波を送信する際
にその時の送信時刻情報を送信信号に乗せている。ＧＰ
Ｓ受信器は衛星より送られてきた送信時刻と受信時の時
刻との差を測定することにより、送受信点間の電波の伝
搬時間を求めることができ、それに光速度を乗ずれば送
受信点間の距離を求めることができる。

【０００６】またＧＰＳ衛星は常時自らの位置を計算に
よって求めており、求めた位置情報を上記送信信号に乗
せている。そしてその電波の伝搬時間を受信点で測定す
れば、その時の測定点は衛星を中心としたある半径（伝
搬時間より求められた距離）の球面上に位置することに
なる。これを３つの衛星について行えば３つの各衛星を
中心とする３つの球面の交点として測定位置を求めるこ
とができる。

【０００７】しかし、受信点の時計を衛星の時計に同期
させることは技術的に問題があるうえ、受信機を安価に
するうえでも不利である。この問題を解決するために受
信する衛星の数を１個増加させる。

【０００８】受信点では４つの衛星の信号を受信して３
方向の座標と衛星及び受信期間の時計誤差の４つを未知
数とする連立方程式を解くことにより受信点の位置を求
めることができる。また測定点の高さが既知の場合は３
個の衛星からの信号受信で位置を求めることができる。
しかし、移動衛星であるＧＰＳ衛星が視野から消える時
やビル等の障害物によって電波が遮断される時の受信衛
星の切り替えをスムーズに行うために、通常は受信機は
予備の衛星信号受信回路を持ち５個以上同時に衛星電波
を受信できる構成にする。

【０００９】衛星信号受信部１は複数個の衛星から受け
た衛星位置情報を位置計算手段２へ出力するとともに衛
星から受けた電波発信時刻の情報からその電波の伝搬時
間を計測し位置計算手段２へ出力する。位置計算手段２
は衛星信号受信部１からの４つまたは３つの衛星位置情
報とその電波の伝搬時間により測位位置の計算を行な
う。また、計算により求めた現在位置の測位結果を表示
装置４へ出力し表示すると共に、場合によりメモリ手段
３に測位結果とその時刻を出力し記憶する。

【００１０】ここで、多くのナビゲーション装置は受信
機の移動速度とその方位を計算し出力及び表示する機能
を有し、位置計算手段２は計算のために蓄積した以前の
測位結果とその時刻をメモリ手段３から読みだし、現在
位置との比較により移動速度とその方位を計算し表示装
置４へ出力する。図４はＧＰＳのみで移動速度とその方
位の求め方を示した図である。簡単化のため同一高さと
している。

【００１１】図４において所定時間前の時刻ｔ０におけ
る測位位置の緯度及び経度をそれぞれｘ０，ｙ０とし、
現在時刻ｔ１における測位位置の緯度及び経度をそれぞ
れｘ１，ｙ１とし、地球の平均半径をＲとすれば、移動
速度ｖはまず時刻ｔ０から時刻ｔ１の移動距離１を求
め、移動距離を移動時間で微分すれば求まり、移動方位
θ１は時刻ｔ０の測位位置からみた時刻ｔ１の測位位置
の角度であり、１及びｖ及びθ１は近似的にそれぞれ次
式のようになる。

【００１２】

【数１】

【００１３】また、多くのナビゲーション装置は、使用
者が目的地点に着くまでに通過したいポイント（以下ウ
エイポイントと呼ぶ）の座標を入力すれば、この座標情
報からそのウェイポイントまでの距離とその方位および
到達時間を計算し、出力及び表示する機能も有してい
る。使用者は入力手段５により通過したい一つまたは複
数のウェイポイントの座標を地図上の緯度及び経度で入
力する。

【００１４】入力手段５は入力されたウェイポイントの
緯度及び経度を位置計算手段２へ送る。位置計算手段２
は入力された緯度及び経度をメモリ手段３へ出力し記憶
すると共に、現在位置からの距離及び方位の計算を行い
表示装置４へ出力し表示する。この現在位置からウェイ
ポイントまでの距離及び方位も前記したように図４にお
ける２点間の距離及び方位の計算式で求まり、到達時間
も移動方位がウェイポイントへの方位と同一であれば距
離を速度で除すれば求まる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、船舶は
一般に潮流や風の外力の影響により、船首をウェイポイ
ントの方位へ向けても異なる方位へ進む。ウェイポイン
トの方位を確認しようと測位及び演算を行なっても、そ
の結果は実際の値とは異なった値を示し、また到達時間
も異なるという問題点を有していた。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するため、外力補正開始指令および外力補正終了指令
に従ってそれぞれの測位位置データを記憶させ、これら
外力補正開始時点の測位位置データと外力補正終了時点
の測位位置データとから船舶の移動距離及び移動方向を
計算し、その計算結果とその間の船舶の実際の移動距離
と船舶が実際に向いていた方向のデータより船舶が受け
た外力の大きさと方向を推測するナビゲーション補正計
算手段を設けた。

【００１７】

【作用】本発明は前記した構成により、最初に入力され
たウェイポイントの座標データに従ってそのウェイポイ
ントの方位へ船首を向け一定時間航行し、その間にナビ
ゲーション補正計算手段によって外力の大きさと方向が
推測される事となる。そしてこの補正終了後は外力の大
きさおよび方向により補正されたウェイポイントへの方
位及び距離を計算する事が出来るので、たとえ潮流等の
外力がある状態でもウェイポイントへの船首方向及び到
達時刻を明示できる。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施例における船舶用ナビ
ゲーション装置のブロック図であり、図２は同実施例に
おける方位及び到達時刻の補正方法を説明した図であ
る。

【００１９】図１において、１は変調された複数の衛星
からの電波信号を復調し衛星位置情報と電波伝搬時間を
位置計算手段２へ出力する衛星信号受信部、２は衛星信
号受信部１からの複数の衛星位置情報と電波伝搬時間よ
り測位位置を計算し表示装置４へ出力表示すると共にメ
モリ手段３へ出力し、また所定時間前の測位結果をメモ
リ手段３から読みだし、現在の測位位置と所定時間前の
測位位置とから移動速度と移動方位を計算し表示装置４
へ出力表示する位置計算手段である。３は位置計算手段
２から複数個の測位結果を入力され記憶すると共に、記
憶している任意の時間前の測位結果を位置計算手段２へ
出力するメモリ手段、４は位置計算手段２から入力され
る現在の測位位置及び移動速度及び移動方位等をＣＲＴ
等に表示する表示装置、５はウェイポイント等を使用者
が入力できる入力手段であり、これらは図３に示した従
来例の構成と同じものであるので同一番号を付し詳細な
説明を省略する。

【００２０】５ａは使用者によりウェイポイントへの補
正のための走行中であることを入力する外力補正通知手
段である。２ａはナビゲーション補正計算手段である。
このナビゲーション補正計算手段２ａは、外力補正通知
手段５ａから外力補正開始を入力されるとその地点の位
置を測位し、その測位結果をメモリ手段３に記憶し、外
力補正通知手段５ａから外力補正終了を通知されると位
置を測位し測位結果をメモリ手段３に記憶し、外力補正
開始時点の測位位置と外力補正終了時点の測位位置とか
ら移動方位及び速度を計算する。さらにナビゲーション
補正計算手段２ａは、このとき船首が目的ウェイポイン
トを向いていると仮定して外力の影響を推測し、目的ウ
ェイポイントへ向けるべき船首の方位を補正計算し表示
装置４へ出力する。

【００２１】以上のように構成された船舶用ナビゲーシ
ョン装置について、以下にその動作を説明する。

【００２２】衛星信号受信部１は複数個の衛星が放送す
る位置測位の為の衛星位置情報及び電波発信時刻と共に
その電波の伝搬時間を計測し位置計算手段２へ出力す
る。位置計算手段２は衛星信号受信部１からの４つまた
は３つの衛星位置情報とその電波の伝搬時間により測位
位置の計算を行なう。また、計算により求めた現在位置
の測位結果を表示装置４へ出力し表示すると共に、場合
によりメモリ手段３に測位結果とその時刻を出力し記憶
する。位置計算手段２は計算のために蓄積した以前の測
位結果とその時刻をメモリ手段３から読みだし、現在位
置との比較により移動速度とその方位を計算し表示装置
４へ出力する。

【００２３】移動速度とその方位の求め方は従来例で記
述した通りである。また、通常のウェイポイントまでの
距離とその方位の計算も前記の通りで、使用者が入力手
段５により目的ウェイポイントの座標を地図上の緯度及
び経度で入力する。

【００２４】入力手段５は入力された目的ウェイポイン
トの緯度及び経度を位置計算手段２へ出力する。位置計
算手段２は入力された緯度及び経度をメモリ手段３へ出
力し記憶すると共に、現在位置からの距離及び方位の計
算を行い表示装置４へ出力し表示する。このように最初
は使用者により入力されたウェイポイントの方位を表示
する。

【００２５】このときの方位は潮流等の外力がない状態
で進むべき方位であり、外力がある実際の航行では向け
るべき船首の方向は現在位置からウェイポイントへの方
位とは異なる。

【００２６】そこで、使用者は外力補正通知手段５ａに
より外力補正開始をナビゲーション補正計算手段２ａに
通知し、船首をウェイポイントの方位にあわせ航行す
る。すなわち船舶は、使用者により入力されたウェイポ
イントの方位に船首を向けて一定時間航行する事とな
る。

【００２７】ナビゲーション補正計算手段２ａは衛星信
号受信部１と位置計算手段２により外力補正開始時点の
位置と時刻を測位し、メモリ手段３に記憶する。使用者
は船首をウェイポイントへの方位にあわせたまま任意の
時間航行した後、外力補正終了を外力補正通知手段５ａ
によりナビゲーション補正計算手段２ａに通知する。

【００２８】ナビゲーション補正計算手段２ａは外力補
正終了が入力されると、その時点の位置と時刻を測位し
メモリ手段３に記憶する。

【００２９】次に、外力補正開始時点の位置及び時刻と
外力補正終了時点での位置及び時刻とより船体の移動方
向及び移動速度を計算する。この計算は、外力補正開始
地点から外力補正終了地点を見た方位と移動速度であり
従来例で記述した通りである。

【００３０】ここで、外力補正について図２を用いて説
明する。ここでは簡単化のためウェイポイントへの方位
を０°としている。外力補正開始から終了時点での平均
移動速度ベクトルを８ａとし移動方位をθ１とすれば、
外力はウェイポイント方向と垂直方向の７のみを考えれ
ばよく、このとき相対的な外力なしの移動速度は６ａと
考えることができ、それぞれ次式のようになる。

【００３１】

【数２】

【００３２】

【数３】

【００３３】ここで、ウェイポイントへまっすぐ航行す
るために船首を向ける方位をθ２とすれば、次式のよう
になる。

【００３４】

【数４】

【００３５】到達時間は移動速度を６ａｃｏｓθ２と
し、従来例で記述した方法で計算できる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように本発明は、外力補正開始指
令および外力補正終了指令に従ってそれぞれの測位位置
データを記憶させ、これらの測位位置データから船舶の
移動距離及び移動方向を計算するとともにその計算結果
とその間の船舶の実際の移動距離および船舶が実際に向
いていた方向のデータよの船舶が受けた外力の大きさと
方向を推測するナビゲーション補正計算手段を設けたこ
とにより、補正したウェイポイントへの方位及び距離を
計算する事が出来、たとえ潮流等の外力がある状態でも
ウェイポイントへの船首方向及び到達時刻を明示する事
ができ、船首をこの表示方位に設定して航行できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における船舶用ナビゲーショ
ン装置のブロック図

【図２】本発明の一実施例の方位補正方法を示した説明
図

【図３】従来のナビゲーション装置のブロック図

【図４】従来のナビゲーション装置における２点間の距
離及び方位計算を示す説明図

【符号の説明】

１ 衛星信号受信部 ２ 位置計算手段 ２ａ ナビゲーション補正計算手段 ３ メモリ手段 ４ 表示装置 ５ 入力手段 ５ａ 外力補正通知手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ＧＰＳ衛星からの電波信号を復調して現在
   位置と現在時刻とを測定するＧＰＳ衛星利用測位手段
   と、目的地や通りたい地点を設定するウェイポイント設
   定手段と、該ＧＰＳ衛星利用測位手段により測位した位
   置と時刻および設定されたウェイポイントとを複数個記
   憶するメモリ手段と、前記メモリ手段に蓄えられた任意
   の複数個の測定位置及び時刻データより移動速度及び移
   動方位を計算すると共に、前記メモリ手段に蓄えられた
   ウェイポイントへの距離及び方位及び到達時間とを計算
   するナビゲーション計算手段と、移動速度及び移動方位
   より船首方位及び到達時間を補正計算するナビゲーショ
   ン補正計算手段とを備えたことを特徴とする船舶用ナビ
   ゲーション装置。