JPH10160746A - 潮流計測装置 - Google Patents
潮流計測装置Info
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- JPH10160746A JPH10160746A JP8320008A JP32000896A JPH10160746A JP H10160746 A JPH10160746 A JP H10160746A JP 8320008 A JP8320008 A JP 8320008A JP 32000896 A JP32000896 A JP 32000896A JP H10160746 A JPH10160746 A JP H10160746A
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- bias
- error
- speed sensor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 対水速度センサに電磁ログを用いたとき、そ
の海域の導電率の変化によりバイアス誤差が発生する。
しかし、バイアス誤差は直流であるためにローパスフィ
ルタなどを用いて除去することができない。 【解決手段】 船舶が直進中であればバイアス誤差成分
と対水速度成分とを分離することは不可能であるが旋回
中にはこれを分離することができる。分離した後にカル
マンフィルタによりバイアス誤差の補正を行う。
の海域の導電率の変化によりバイアス誤差が発生する。
しかし、バイアス誤差は直流であるためにローパスフィ
ルタなどを用いて除去することができない。 【解決手段】 船舶が直進中であればバイアス誤差成分
と対水速度成分とを分離することは不可能であるが旋回
中にはこれを分離することができる。分離した後にカル
マンフィルタによりバイアス誤差の補正を行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は船舶の航法支援装置
に利用する。本発明は潮流の速度および方向を測定する
ために利用する。
に利用する。本発明は潮流の速度および方向を測定する
ために利用する。
【０００２】
【従来の技術】航行する船舶がその海域における潮流の
速度および方向を測定することが行われる。例えば、海
底の油田を調査する任務を帯びた船舶が目標地点の海上
に長時間留まっているためには、潮流の方向に対して船
首を向け、潮流の速度に等しい推進力を発生することに
より潮流に流されることなく、その地点に留まることが
できる。そのためには、正確な潮流のデータが必要にな
る。
速度および方向を測定することが行われる。例えば、海
底の油田を調査する任務を帯びた船舶が目標地点の海上
に長時間留まっているためには、潮流の方向に対して船
首を向け、潮流の速度に等しい推進力を発生することに
より潮流に流されることなく、その地点に留まることが
できる。そのためには、正確な潮流のデータが必要にな
る。
【０００３】船舶上でその船舶が現在航行している海域
の潮流に関するデータを求める方法として、対水速度セ
ンサおよび対地速度センサによりそれぞれ対水速度ベク
トルＶs および対地速度ベクトルＶg を求め、潮流速度
ベクトルＶocを Ｖoc＝Ｖg −Ｖs …（１） として計算する方法がある。なお、潮流ベクトルには、
風による影響も含まれるものとする。
の潮流に関するデータを求める方法として、対水速度セ
ンサおよび対地速度センサによりそれぞれ対水速度ベク
トルＶs および対地速度ベクトルＶg を求め、潮流速度
ベクトルＶocを Ｖoc＝Ｖg −Ｖs …（１） として計算する方法がある。なお、潮流ベクトルには、
風による影響も含まれるものとする。
【０００４】この従来例を図３および図４を参照して説
明する。図３は各種速度ベクトルの関係を示す図であ
る。図４は従来例の潮流計測装置のブロック構成図であ
る。潮流計測装置の目的は、潮流ベクトルＶocを推定す
ることにある。潮流速度ベクトルＶocを求めることによ
り、潮流速度｜Ｖoc｜、潮流速度の船首に対する方向
γ、または潮流の方位角（ψ＋γ）を推定することがで
きる。図３において、ＸN は南北座標軸、ＹE は東西座
標軸、Ｘは船体のロール座標軸、Ｙは船体のピッチ座標
軸である。
明する。図３は各種速度ベクトルの関係を示す図であ
る。図４は従来例の潮流計測装置のブロック構成図であ
る。潮流計測装置の目的は、潮流ベクトルＶocを推定す
ることにある。潮流速度ベクトルＶocを求めることによ
り、潮流速度｜Ｖoc｜、潮流速度の船首に対する方向
γ、または潮流の方位角（ψ＋γ）を推定することがで
きる。図３において、ＸN は南北座標軸、ＹE は東西座
標軸、Ｘは船体のロール座標軸、Ｙは船体のピッチ座標
軸である。
【０００５】対水センサとしては、２軸方向感度（Ｘ方
向、Ｙ方向）を有する２軸電磁ログが用いられる。対地
センサとしては、音波ログあるいはＧＰＳ(Global Posi
tioning System) が用いられる。
向、Ｙ方向）を有する２軸電磁ログが用いられる。対地
センサとしては、音波ログあるいはＧＰＳ(Global Posi
tioning System) が用いられる。
【０００６】電磁ログは、センサを海水が横切ると、電
磁ログが発生する磁界に変化が生じることを利用して対
水速度を測定するものである。音波ログは、船底から海
底に向けて発射された音波が海底に反射して戻ってくる
ときに生じるドップラ周波数を検出することにより対地
速度を測定するものである。ＧＰＳは、２４個の人工衛
星を地球をとりまく６つの軌道上に周回させ、ここから
発射された電波を捉えることにより自分の位置を検出す
る装置であるが、この位置の変化にしたがって船舶の対
地速度を測定するものである。
磁ログが発生する磁界に変化が生じることを利用して対
水速度を測定するものである。音波ログは、船底から海
底に向けて発射された音波が海底に反射して戻ってくる
ときに生じるドップラ周波数を検出することにより対地
速度を測定するものである。ＧＰＳは、２４個の人工衛
星を地球をとりまく６つの軌道上に周回させ、ここから
発射された電波を捉えることにより自分の位置を検出す
る装置であるが、この位置の変化にしたがって船舶の対
地速度を測定するものである。
【０００７】電磁ログの出力はＶsmで表し、その成分は
（Ｖsmx 、Ｖsmy ）で表される。音波ログの出力はＶgm
で表し、その成分は（Ｖgmx 、Ｖgmy ）で表される。Ｇ
ＰＳの出力はＶgmで表し、その成分は（ＶgmN 、
ＶgmE ）で表される。
（Ｖsmx 、Ｖsmy ）で表される。音波ログの出力はＶgm
で表し、その成分は（Ｖgmx 、Ｖgmy ）で表される。Ｇ
ＰＳの出力はＶgmで表し、その成分は（ＶgmN 、
ＶgmE ）で表される。
【０００８】まず、対地速度センサとして音波ログを用
いた場合について説明する。対水速度センサの出力Ｖsm
と、対地速度センサの出力Ｖgmとの差をΔＶとし、その
Ｘ成分をΔＶｘ、そのＹ成分をΔＶｙとする。このと
き、
いた場合について説明する。対水速度センサの出力Ｖsm
と、対地速度センサの出力Ｖgmとの差をΔＶとし、その
Ｘ成分をΔＶｘ、そのＹ成分をΔＶｙとする。このと
き、
【０００９】
【数２】 と表される。ここで、 Ｖgmx ＝Ｖgx＋δＶbx＋δＶrx …（３） Ｖgmy ＝Ｖgy＋δＶby＋δＶry …（４） であり、 （δＶbx、δＶby）は音波ログのバイアス誤差 （δＶrx、δＶry）は音波ログの不規則誤差 である。また、 Ｖsmx ＝Ｖｓｘ＋δＶE x Mb＋δＶE x Mr …（５） Ｖsmy ＝Ｖsy＋δＶE y Mb＋δＶE y Mr …（６） であり、 （δＶE x Mb、δＶE y Mb）は電磁ログのバイアス誤差 （δＶE x Mr、δＶE y Mr）は電磁ログの不規則誤差 である。（５）式および（６）式より、 ΔＶｘ ＝Ｖgmx −Ｖsmx ＝（Ｖgx−Ｖsx）＋（δＶbx−δＶE x Mb）＋（δＶrx−δＶE x Mr） …（７） ΔＶｙ ＝Ｖgmy −Ｖsmy ＝（Ｖgy−Ｖsy）＋（δＶby−δＶE y Mb）＋（δＶry−δＶE y Mr） …（８） となる。（１）式より、
【００１０】
【数３】 となる。ここで、真の潮流速度は、 Ｖocx ＝Ｖgx−Ｖsx …（１２） Ｖocy ＝Ｖgy−Ｖsy …（１３） となり、（１０）式および（１１）式の第２項目、第３
項目はそれぞれバイアス誤差および不規則誤差となる。
（１２）式および（１３）式を（１１）式および（１
２）式に代入すると、
項目はそれぞれバイアス誤差および不規則誤差となる。
（１２）式および（１３）式を（１１）式および（１
２）式に代入すると、
【００１１】
【数４】 となる。ただし、 ΔＶocbx＝δＶbx−δＶE x Mb …（１６） ΔＶocrx＝δＶrx−δＶE x Mr …（１７） ΔＶocby＝δＶby−δＶE y Mb …（１８） ΔＶocry＝δＶry−δＶE y Mr …（１９） である。（１４）および（１５）式のノイズ（バイアス
誤差、不規則誤差）の影響を小さくするためにローパス
フィルタを通す。このローパスフィルタの出力は、
誤差、不規則誤差）の影響を小さくするためにローパス
フィルタを通す。このローパスフィルタの出力は、
【００１２】
【数５】 しかし、ΔＶocbxおよびΔＶocbyはバイアス（直流）で
あるため全くフィルタ効果はない。
あるため全くフィルタ効果はない。
【００１３】また、潮流速度Ｖocは、ある時間帯ある海
域では定常（向き、大きさ不変）と考えられるので、一
定である。Ｖocx 、Ｖocy はＶocN 、ＶocE より、 Ｖocx ＝ＶocN ｃｏｓψｃｏｓθ＋ＶocE ｓｉｎψｃｏｓθ ＝ＶocN Ｃ11 nb＋ＶocE Ｃ21 nb …（２２） Ｖocy ＝ＶocN （−ｓｉｎψｃｏｓφ＋ｃｏｓψｓｉｎθｓｉｎφ）＋ ＶocE （ｃｏｓψｃｏｓφ＋ｓｉｎψｓｉｎθｓｉｎφ） ＝ＶocN Ｃ12 nb＋ＶocE Ｃ22 nb …（２３） ここで、 Ｃ11 nb＝ｃｏｓψｃｏｓθ …（２４） Ｃ12 nb＝−ｓｉｎψｃｏｓθ＋ｃｏｓψｓｉｎθｓｉｎφ …（２５） Ｃ21 nb＝ｓｉｎψｃｏｓθ …（２６） Ｃ22 nb＝ｃｏｓψｃｏｓφ＋ｓｉｎψｓｉｎθｓｉｎφ …（２７） である。船が直進中はＶocx 、Ｖocy はほぼ一定で、
ψ、φ、θは各方位角、ロール角、ピッチ角である。
域では定常（向き、大きさ不変）と考えられるので、一
定である。Ｖocx 、Ｖocy はＶocN 、ＶocE より、 Ｖocx ＝ＶocN ｃｏｓψｃｏｓθ＋ＶocE ｓｉｎψｃｏｓθ ＝ＶocN Ｃ11 nb＋ＶocE Ｃ21 nb …（２２） Ｖocy ＝ＶocN （−ｓｉｎψｃｏｓφ＋ｃｏｓψｓｉｎθｓｉｎφ）＋ ＶocE （ｃｏｓψｃｏｓφ＋ｓｉｎψｓｉｎθｓｉｎφ） ＝ＶocN Ｃ12 nb＋ＶocE Ｃ22 nb …（２３） ここで、 Ｃ11 nb＝ｃｏｓψｃｏｓθ …（２４） Ｃ12 nb＝−ｓｉｎψｃｏｓθ＋ｃｏｓψｓｉｎθｓｉｎφ …（２５） Ｃ21 nb＝ｓｉｎψｃｏｓθ …（２６） Ｃ22 nb＝ｃｏｓψｃｏｓφ＋ｓｉｎψｓｉｎθｓｉｎφ …（２７） である。船が直進中はＶocx 、Ｖocy はほぼ一定で、
ψ、φ、θは各方位角、ロール角、ピッチ角である。
【００１４】ここで、バイアス誤差および不規則誤差に
ついて説明する。電磁ログは前述したように、センサを
海水が横切ると、電磁ログが発生する磁界に変化が生じ
ことを利用して対水速度を測定するものである。この変
化は海水の導電率に依存する。
ついて説明する。電磁ログは前述したように、センサを
海水が横切ると、電磁ログが発生する磁界に変化が生じ
ことを利用して対水速度を測定するものである。この変
化は海水の導電率に依存する。
【００１５】電磁ログのバイアス値は標準的な導電率を
有する海水中において、その船舶の対水速度情報を正確
に出力するように調節されている。しかし、実際には、
海水の導電率は海域によってばらつきを有する。したが
って、電磁ログが出力する対水速度情報は海域によって
異なる導電率による誤差を生じる。これをバイアス誤差
という。このバイアス誤差は直流であるため、前述した
ようにローパスフィルタによって平滑化することはでき
ない。また、不規則誤差は、海域によって異なる海水温
度その他のさまざまな要因により電磁ログに生じる誤差
である。この不規則誤差は短い周期で変化するため、ロ
ーパスフィルタにより平滑化することができる。
有する海水中において、その船舶の対水速度情報を正確
に出力するように調節されている。しかし、実際には、
海水の導電率は海域によってばらつきを有する。したが
って、電磁ログが出力する対水速度情報は海域によって
異なる導電率による誤差を生じる。これをバイアス誤差
という。このバイアス誤差は直流であるため、前述した
ようにローパスフィルタによって平滑化することはでき
ない。また、不規則誤差は、海域によって異なる海水温
度その他のさまざまな要因により電磁ログに生じる誤差
である。この不規則誤差は短い周期で変化するため、ロ
ーパスフィルタにより平滑化することができる。
【００１６】次に、対地速度センサとしてＧＰＳを用い
た場合について説明する。対水速度センサの出力Ｖ
smと、対地速度センサの出力Ｖgmとの差をΔＶとし、そ
のＸN 成分をΔＶN 、そのＹＥ成分をΔＶE とする。こ
のとき、
た場合について説明する。対水速度センサの出力Ｖ
smと、対地速度センサの出力Ｖgmとの差をΔＶとし、そ
のＸN 成分をΔＶN 、そのＹＥ成分をΔＶE とする。こ
のとき、
【００１７】
【数６】 となる。ここで、 ＶgmN ＝ＶgN＋δＶgr N …（２９） ＶgmE ＝ＶgE＋δＶgr E …（３０） である。（δＶgr N 、δＶgr E ）はＧＰＳ速度出力の不
規則誤差である。また、 ＶsmN ＝Ｃ11 nb・Ｖsmx ＋Ｃ12 nb・Ｖsmy …（３１） ＶsmE ＝Ｃ21 nb・Ｖsmx ＋Ｃ22 nb・Ｖsmy …（３２） であり、（Ｖsmx 、Ｖsmy ）は、（５）式および（６）
式で与えられる。よって、 ΔＶN ＝ＶgmN −ＶsmN ＝（ＶgN＋δＶgr N ）−〔Ｃ11 nb（Ｖsx＋δＶE X Mb＋δＶE X Mr）＋ Ｃ12 nb（Ｖsy＋δＶE y Mb＋δＶE y Mr）〕 ＝〔ＶgN−（Ｃ11 nbＶsx＋Ｃ12 nbＶsy）〕− （Ｃ11 nbδＶE X Mb＋Ｃ12 nbδＶE y Mb）＋ 〔δＶgr N −（Ｃ11 nbδＶE X Mr＋Ｃ12 nbδＶE y Mr）〕…（３３） ΔＶE ＝ＶgmE −ＶsmE ＝（ＶgE＋δＶgr E ）−〔Ｃ21 nb（Ｖsx＋δＶE X Mb＋δＶE X Mr）＋ Ｃ22 nb（Ｖsy＋δＶE y Mb＋δＶE y Mr）〕 ＝〔ＶgE−（Ｃ21 nbＶsx＋Ｃ22 nbＶsy）〕− （Ｃ21 nbδＶE X Mb＋Ｃ22 nbδＶE y Mb）＋ 〔δＶgr E −（Ｃ21 nbδＶE X Mr＋Ｃ22 nbδＶE y Mr）〕…（３４） ここで、真の潮流速度（ＶocN 、ＶocE ）は、 ＶocN ＝ＶgN−（Ｃ11 nbＶsx＋Ｃ12 nbＶsy） …（３５） ＶocE ＝ＶgE−（Ｃ21 nbＶsx＋Ｃ22 nbＶsy） …（３６） である。ある時間帯ある海域では（ＶocN 、ＶocE ）は
定常（向き、大きさ一定）である。
規則誤差である。また、 ＶsmN ＝Ｃ11 nb・Ｖsmx ＋Ｃ12 nb・Ｖsmy …（３１） ＶsmE ＝Ｃ21 nb・Ｖsmx ＋Ｃ22 nb・Ｖsmy …（３２） であり、（Ｖsmx 、Ｖsmy ）は、（５）式および（６）
式で与えられる。よって、 ΔＶN ＝ＶgmN −ＶsmN ＝（ＶgN＋δＶgr N ）−〔Ｃ11 nb（Ｖsx＋δＶE X Mb＋δＶE X Mr）＋ Ｃ12 nb（Ｖsy＋δＶE y Mb＋δＶE y Mr）〕 ＝〔ＶgN−（Ｃ11 nbＶsx＋Ｃ12 nbＶsy）〕− （Ｃ11 nbδＶE X Mb＋Ｃ12 nbδＶE y Mb）＋ 〔δＶgr N −（Ｃ11 nbδＶE X Mr＋Ｃ12 nbδＶE y Mr）〕…（３３） ΔＶE ＝ＶgmE −ＶsmE ＝（ＶgE＋δＶgr E ）−〔Ｃ21 nb（Ｖsx＋δＶE X Mb＋δＶE X Mr）＋ Ｃ22 nb（Ｖsy＋δＶE y Mb＋δＶE y Mr）〕 ＝〔ＶgE−（Ｃ21 nbＶsx＋Ｃ22 nbＶsy）〕− （Ｃ21 nbδＶE X Mb＋Ｃ22 nbδＶE y Mb）＋ 〔δＶgr E −（Ｃ21 nbδＶE X Mr＋Ｃ22 nbδＶE y Mr）〕…（３４） ここで、真の潮流速度（ＶocN 、ＶocE ）は、 ＶocN ＝ＶgN−（Ｃ11 nbＶsx＋Ｃ12 nbＶsy） …（３５） ＶocE ＝ＶgE−（Ｃ21 nbＶsx＋Ｃ22 nbＶsy） …（３６） である。ある時間帯ある海域では（ＶocN 、ＶocE ）は
定常（向き、大きさ一定）である。
【００１８】対地速度センサに音波ログを用いたものと
同様に、（３３）式および（３４）式の第２項目は電磁
ログバイアス誤差の影響項で、第３項目はＧＰＳと電磁
ログの不規則誤差の影響項である。つまり、このままで
は、第２項目、第３項目により真の潮流速度（ＶocN 、
ＶocE ）から大きくずれてしまう。
同様に、（３３）式および（３４）式の第２項目は電磁
ログバイアス誤差の影響項で、第３項目はＧＰＳと電磁
ログの不規則誤差の影響項である。つまり、このままで
は、第２項目、第３項目により真の潮流速度（ＶocN 、
ＶocE ）から大きくずれてしまう。
【００１９】したがって、ローパスフィルタ処理を行う
ことが要求される。ところが、第２項目は船が直進中は
ほぼ一定でありまったくフィルタリングできない。
ことが要求される。ところが、第２項目は船が直進中は
ほぼ一定でありまったくフィルタリングできない。
【００２０】ローパスフィルタ処理後の〔外２〕と〔外
３〕は、
３〕は、
【００２１】
【数７】 となる。バーを付した項は平滑処理を表す。（３７）式
および（３８）式の第３項目は不規則誤差のローパスフ
ィルタ処理で平滑されている。
および（３８）式の第３項目は不規則誤差のローパスフ
ィルタ処理で平滑されている。
【００２２】
【外２】
【００２３】
【外３】
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
対水速度センサの実測値には、その海域の導電率に依存
して発生するバイアス誤差と、その海域の海水温度その
他のさまざまな要因に依存して発生する不規則誤差が含
まれている。このうちの不規則誤差については、ローパ
スフィルタを用いることにより平滑化することができ
る。しかし、ローパスフィルタを用いてもバイアス誤差
を補正することができないため潮流測定精度は大きく劣
化する。
対水速度センサの実測値には、その海域の導電率に依存
して発生するバイアス誤差と、その海域の海水温度その
他のさまざまな要因に依存して発生する不規則誤差が含
まれている。このうちの不規則誤差については、ローパ
スフィルタを用いることにより平滑化することができ
る。しかし、ローパスフィルタを用いてもバイアス誤差
を補正することができないため潮流測定精度は大きく劣
化する。
【００２５】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、バイアス誤差を補正することができる潮流計
測装置を提供することを目的とする。本発明は、海水の
導電率によらず正確な潮流データを得ることができる潮
流計測装置を提供することを目的とする。本発明は、対
水速度センサに電磁ログを用いて正確な潮流データを得
ることができる潮流計測装置を提供することを目的とす
る。
であって、バイアス誤差を補正することができる潮流計
測装置を提供することを目的とする。本発明は、海水の
導電率によらず正確な潮流データを得ることができる潮
流計測装置を提供することを目的とする。本発明は、対
水速度センサに電磁ログを用いて正確な潮流データを得
ることができる潮流計測装置を提供することを目的とす
る。
【００２６】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は演
算方法であって、センサ出力によりそれぞれ得られる対
水速度ベクトルをＶs 、対地速度ベクトルをＶg とする
とき、潮流速度ベクトルＶoc＝Ｖg −Ｖs をリアルタイ
ムで演算する方法であって、この演算結果 Ｖoc＝Ｖg −Ｖs ＋ΔＶocb ＋ΔＶocr に生じるセンサのバイアス誤差（ΔＶocb ）、センサの
不規則誤差（ΔＶocr ）を除く演算方法である。
算方法であって、センサ出力によりそれぞれ得られる対
水速度ベクトルをＶs 、対地速度ベクトルをＶg とする
とき、潮流速度ベクトルＶoc＝Ｖg −Ｖs をリアルタイ
ムで演算する方法であって、この演算結果 Ｖoc＝Ｖg −Ｖs ＋ΔＶocb ＋ΔＶocr に生じるセンサのバイアス誤差（ΔＶocb ）、センサの
不規則誤差（ΔＶocr ）を除く演算方法である。
【００２７】ここで、本発明の特徴とするところは、前
記演算結果をローパスフィルタに通過させて前記センサ
の不規則誤差（ΔＶocr ）を除き、カルマンフィルタを
通過させて前記バイアス誤差（ΔＶocb ）を除くところ
にある。
記演算結果をローパスフィルタに通過させて前記センサ
の不規則誤差（ΔＶocr ）を除き、カルマンフィルタを
通過させて前記バイアス誤差（ΔＶocb ）を除くところ
にある。
【００２８】これにより、バイアス誤差を補正すること
ができる。したがって、海水の導電率によらず正確な潮
流データを得ることができる。
ができる。したがって、海水の導電率によらず正確な潮
流データを得ることができる。
【００２９】本発明の第二の観点は潮流測定装置であっ
て、その特徴とするところは、対水速度ベクトルＶs を
計測する対水速度センサと、対地速度ベクトルＶg を計
測する対地速度センサと、この二つのセンサで計測され
た値Ｖg 、Ｖs から潮流速度ベクトルＶoc＝Ｖg −Ｖs
をリアルタイムで演算する演算回路とを備え、この演算
回路の出力が通過し、不規則誤差を除去するローパスフ
ィルタおよびバイアス誤差を除去するカルマンフィルタ
が縦続に接続された回路を備えたところにある。
て、その特徴とするところは、対水速度ベクトルＶs を
計測する対水速度センサと、対地速度ベクトルＶg を計
測する対地速度センサと、この二つのセンサで計測され
た値Ｖg 、Ｖs から潮流速度ベクトルＶoc＝Ｖg −Ｖs
をリアルタイムで演算する演算回路とを備え、この演算
回路の出力が通過し、不規則誤差を除去するローパスフ
ィルタおよびバイアス誤差を除去するカルマンフィルタ
が縦続に接続された回路を備えたところにある。
【００３０】前記カルマンフィルタは、バイアス誤差補
正信号を〔外４〕とし、そのカルマン定数をｋとすると
き、
正信号を〔外４〕とし、そのカルマン定数をｋとすると
き、
【００３１】
【数８】 であることが望ましい。
【００３２】
【外４】 前記対地速度センサは音波ログであることもできるし、
ＧＰＳであることもできる。
ＧＰＳであることもできる。
【００３３】前記対地速度ベクトルＶg を対地測量によ
り求めて上記式に代入し、前記バイアス誤差を含む対水
速度ベクトル（Ｖs ＋ΔＶocb ）を前記対水速度センサ
の実測値として求め上記式に代入し、前記バイアス誤差
（ΔＶocb ）を演算することができる。このバイアス誤
差から得られる情報をカルマンフィルタの利得に換算し
て前記カルマンフィルタを設定することができる。
り求めて上記式に代入し、前記バイアス誤差を含む対水
速度ベクトル（Ｖs ＋ΔＶocb ）を前記対水速度センサ
の実測値として求め上記式に代入し、前記バイアス誤差
（ΔＶocb ）を演算することができる。このバイアス誤
差から得られる情報をカルマンフィルタの利得に換算し
て前記カルマンフィルタを設定することができる。
【００３４】
【００３５】
（第一実施例）本発明第一実施例の構成を図１参照して
説明する。図１は本発明第一実施例の要部構成図であ
る。
説明する。図１は本発明第一実施例の要部構成図であ
る。
【００３６】本発明は潮流計測装置であって、本発明の
特徴とするところは、対水速度ベクトルＶsmを計測する
対水速度センサ１と、対地速度ベクトルＶgm を計測す
る対地速度センサ２と、この二つのセンサで計測された
値Ｖgm、Ｖsmから潮流速度ベクトルＶoc＝Ｖgm−Ｖsmを
リアルタイムで演算する演算回路としての潮流推定部４
とを備え、この潮流推定部４の出力が通過し、不規則誤
差を除去するローパスフィルタ３およびバイアス誤差を
除去するカルマンフィルタを含む潮流推定部４が縦続に
接続された回路を備えたところにある。このカルマンフ
ィルタから出力される対水速度センサバイアス補正信号
および対地速度センサバイアス補正信号は、センサバイ
アス誤差補正部５に入力されて各センサのバイアス誤差
が補正される。
特徴とするところは、対水速度ベクトルＶsmを計測する
対水速度センサ１と、対地速度ベクトルＶgm を計測す
る対地速度センサ２と、この二つのセンサで計測された
値Ｖgm、Ｖsmから潮流速度ベクトルＶoc＝Ｖgm−Ｖsmを
リアルタイムで演算する演算回路としての潮流推定部４
とを備え、この潮流推定部４の出力が通過し、不規則誤
差を除去するローパスフィルタ３およびバイアス誤差を
除去するカルマンフィルタを含む潮流推定部４が縦続に
接続された回路を備えたところにある。このカルマンフ
ィルタから出力される対水速度センサバイアス補正信号
および対地速度センサバイアス補正信号は、センサバイ
アス誤差補正部５に入力されて各センサのバイアス誤差
が補正される。
【００３７】次に、本発明第一実施例の動作を図２を参
照して説明する。図２は本発明第一実施例の動作を示す
フローチャートである。対水速度センサ１から対水速度
データが入力される（Ｓ１）。対地速度センサ２から対
地速度データが入力される（Ｓ２）。対水速度センサ１
および対地速度センサ２の実測値の速度差を計算する
（Ｓ３）。続いてローパスフィルタ３により不規則誤差
補正を行う（Ｓ４）。さらにセンサバイアス誤差補正部
５によりバイアス誤差補正を行う（Ｓ５）。バイアス誤
差補正については、旋回中であるとき（Ｓ６）、潮流速
度ベクトルとバイアス誤差補正が行われる（Ｓ７）。直
進中であれば、潮流速度ベクトル補正を行う（Ｓ８）。
潮流状態に変化があるごとにこのフローは繰り返される
（Ｓ９）。
照して説明する。図２は本発明第一実施例の動作を示す
フローチャートである。対水速度センサ１から対水速度
データが入力される（Ｓ１）。対地速度センサ２から対
地速度データが入力される（Ｓ２）。対水速度センサ１
および対地速度センサ２の実測値の速度差を計算する
（Ｓ３）。続いてローパスフィルタ３により不規則誤差
補正を行う（Ｓ４）。さらにセンサバイアス誤差補正部
５によりバイアス誤差補正を行う（Ｓ５）。バイアス誤
差補正については、旋回中であるとき（Ｓ６）、潮流速
度ベクトルとバイアス誤差補正が行われる（Ｓ７）。直
進中であれば、潮流速度ベクトル補正を行う（Ｓ８）。
潮流状態に変化があるごとにこのフローは繰り返される
（Ｓ９）。
【００３８】潮流推定の基本原理については従来例で述
べたとおりである。ここでは、本発明の特徴であるバイ
アス誤差の除去（推定、補正）について説明する。図１
のセンサバイアス誤差補正部５の対水速度センサバイア
ス誤差補正信号〔外５〕と、対地速度センサバイアス誤
差補正信号〔外６〕は潮流推定部４のカルマンフィルタ
出力であり、
べたとおりである。ここでは、本発明の特徴であるバイ
アス誤差の除去（推定、補正）について説明する。図１
のセンサバイアス誤差補正部５の対水速度センサバイア
ス誤差補正信号〔外５〕と、対地速度センサバイアス誤
差補正信号〔外６〕は潮流推定部４のカルマンフィルタ
出力であり、
【００３９】
【数９】 である。〔外５〕、〔外６〕および潮流推定部４につい
て説明する。対水速度センサ１として電磁ログを用い、
本発明第一実施例では、対地速度センサ３として音波ロ
グを用いた場合について説明する。
て説明する。対水速度センサ１として電磁ログを用い、
本発明第一実施例では、対地速度センサ３として音波ロ
グを用いた場合について説明する。
【００４０】
【外５】
【００４１】
【外６】 ΔＶｘ＝Ｖgmx −Ｖsmx ＝（ＶocN ・Ｃ11 nb＋ＶocE ・Ｃ21 nb）＋ΔＶocbx＋ΔＶocrx …（４３） ΔＶｙ＝Ｖgmy −Ｖsmy ＝（ＶocN ・Ｃ12 nb＋ＶocE ・Ｃ22 nb）＋ΔＶocby＋ΔＶocry …（４４） であり、（ＶocN 、ＶocE ）および（ΔＶocbx、ΔＶ
ocby）の推定は、カルマンフィルタにより行い、
ocby）の推定は、カルマンフィルタにより行い、
【００４２】
【数１０】 となる。ここで、
【００４３】
【数１１】 であり（ｋ11〜ｋ42）はカルマンフィルタゲインであ
る。（４３）式および（４４）式では、直進中は第１項
目と第２項目の分離ができず、このとき、カルマンフィ
ルタによる（ＶocN 、ＶocE ）および（ΔＶocbx、ΔＶ
ocby）の推定は無理であるが、実際の運用上では必ず旋
回を行うので、このとき推定を行う。旋回を行うまでは
前回の推定値を保持する。
る。（４３）式および（４４）式では、直進中は第１項
目と第２項目の分離ができず、このとき、カルマンフィ
ルタによる（ＶocN 、ＶocE ）および（ΔＶocbx、ΔＶ
ocby）の推定は無理であるが、実際の運用上では必ず旋
回を行うので、このとき推定を行う。旋回を行うまでは
前回の推定値を保持する。
【００４４】これは、直進中は（ＶocN 、ＶocE ）と
（ΔＶocbx、ΔＶocby）とが一体化し、いずれが潮流速
度成分であり、いずれがバイアス誤差成分であるかの識
別が不可能である。ちなみに、不規則誤差成分（ΔＶ
ocrx、ΔＶocry）は比較的短い周期で変動するため直進
中でも識別可能である。
（ΔＶocbx、ΔＶocby）とが一体化し、いずれが潮流速
度成分であり、いずれがバイアス誤差成分であるかの識
別が不可能である。ちなみに、不規則誤差成分（ΔＶ
ocrx、ΔＶocry）は比較的短い周期で変動するため直進
中でも識別可能である。
【００４５】船舶が旋回を始めると、潮流の方法と船首
方向とが時々刻々変化するため（ＶocN 、ＶocE ）の値
も時々刻々変化する。ところがバイアス誤差である（Δ
Ｖocbx、ΔＶocby）は、その海域の導電率に依存して発
生する出力であるから旋回によって変化することはな
い。したがって、旋回中には（ＶocN 、ＶocE ）と（Δ
Ｖocbx、ΔＶocby）とをそれぞれ識別し分離することが
できる。
方向とが時々刻々変化するため（ＶocN 、ＶocE ）の値
も時々刻々変化する。ところがバイアス誤差である（Δ
Ｖocbx、ΔＶocby）は、その海域の導電率に依存して発
生する出力であるから旋回によって変化することはな
い。したがって、旋回中には（ＶocN 、ＶocE ）と（Δ
Ｖocbx、ΔＶocby）とをそれぞれ識別し分離することが
できる。
【００４６】〔外７〕および〔外８〕は電磁ログのバイ
アス誤差と音波ログのバイアス誤差の差の推定値であり
このまま用いる。このとき（４２）式は、
アス誤差と音波ログのバイアス誤差の差の推定値であり
このまま用いる。このとき（４２）式は、
【００４７】
【数１２】 となる。
【００４８】
【外７】
【００４９】
【外８】 （第二実施例）本発明第二実施例では、対水速度センサ
１として電磁ログを用い、対地速度センサとしてＧＰＳ
を用いた場合について説明する。 ΔＶN ＝ＶocN −（Ｃ11 nb・δＶE X Mb＋Ｃ12 nb・δＶE y Mb）＋ 〔δＶN gr−（Ｃ11 nb・δＶE x Mr＋Ｃ12 nb・δＶE y Mr）〕 …（５３） ΔＶE ＝ＶocE −（Ｃ21 nb・δＶE X Mb＋Ｃ22 nb・δＶE y Mb）＋ 〔δＶE gr−（Ｃ21 nb・δＶE x Mr＋Ｃ22 nb・δＶE y Mr）〕 …（５４） であり、（ＶocN 、ＶocE ）および（δＶE X Mb、δＶ
E y Mb）の推定は、
１として電磁ログを用い、対地速度センサとしてＧＰＳ
を用いた場合について説明する。 ΔＶN ＝ＶocN −（Ｃ11 nb・δＶE X Mb＋Ｃ12 nb・δＶE y Mb）＋ 〔δＶN gr−（Ｃ11 nb・δＶE x Mr＋Ｃ12 nb・δＶE y Mr）〕 …（５３） ΔＶE ＝ＶocE −（Ｃ21 nb・δＶE X Mb＋Ｃ22 nb・δＶE y Mb）＋ 〔δＶE gr−（Ｃ21 nb・δＶE x Mr＋Ｃ22 nb・δＶE y Mr）〕 …（５４） であり、（ＶocN 、ＶocE ）および（δＶE X Mb、δＶ
E y Mb）の推定は、
【００５０】
【数１３】 により行う。ここで、
【００５１】
【数１４】 であり、（ｋ11〜ｋ41）はカルマンフィルタゲインであ
る。（５３）式および（５４）式の観測データ（Δ
ＶN 、ΔＶE ）は、本発明第一実施例で説明したよう
に、直進中は第１項目と第２項目のバイアス誤差成分が
分離不可能である。船舶が旋回中には、本発明第一実施
例で説明したように分離可能であり、バイアス誤差を推
定し補正することができる。
る。（５３）式および（５４）式の観測データ（Δ
ＶN 、ΔＶE ）は、本発明第一実施例で説明したよう
に、直進中は第１項目と第２項目のバイアス誤差成分が
分離不可能である。船舶が旋回中には、本発明第一実施
例で説明したように分離可能であり、バイアス誤差を推
定し補正することができる。
【００５２】（実施例まとめ）（ＶocN 、ＶocE ）、
（ΔＶocbx、ΔＶocby）、（δＶE X Mb、δＶE y Mb）
などは平均値０で分散が（σ2 ΔＶocbx、Δσ2 ΔＶ
ocby）、（σ2 Ｖgbx 、σ2 Ｖgby ）、（σ2 δＶE X
Mb、σ2 δＶE y Mb）などの正規性ガウシアンノイズで
ある。また、
（ΔＶocbx、ΔＶocby）、（δＶE X Mb、δＶE y Mb）
などは平均値０で分散が（σ2 ΔＶocbx、Δσ2 ΔＶ
ocby）、（σ2 Ｖgbx 、σ2 Ｖgby ）、（σ2 δＶE X
Mb、σ2 δＶE y Mb）などの正規性ガウシアンノイズで
ある。また、
【００５３】
【数１５】 である。本発明第一および第二実施例では、潮流の状態
が変われば、
が変われば、
【００５４】
【数１６】 をモニタし、
【００５５】
【数１７】 を満足したとき、自動的に再推定を開始する。なお、本
発明第一実施例では、〔外９〕は、
発明第一実施例では、〔外９〕は、
【００５６】
【数１８】 により求まる。ただし、
【００５７】
【数１９】 である。
【００５８】
【外９】 本発明第二実施例では、〔外９〕は、
【００５９】
【数２０】 により求まる。ここで、
【００６０】
【数２１】 であり、
【００６１】
【数２２】 である。構成としてＧＰＳを用いた方が潮流推定精度は
向上する。
向上する。
【００６２】本発明第一実施例および本発明第二実施例
の構成において、もし船がその海域で旋回を行わないよ
うな場合には、本発明第一および第二のカルマンフィル
タを以下のようにすれば直進中でも潮流推定は実行でき
る。
の構成において、もし船がその海域で旋回を行わないよ
うな場合には、本発明第一および第二のカルマンフィル
タを以下のようにすれば直進中でも潮流推定は実行でき
る。
【００６３】本発明第一実施例の場合では、
【００６４】
【数２３】 となり、ΔＶｘ、ΔＶｙは（４３）式および（４４）式
に同じであり、
に同じであり、
【００６５】
【数２４】 である。本発明第二実施例の場合では、
【００６６】
【数２５】 となり、ΔＶN 、ΔＶE は（５３）式および（５４）式
に同じであり、
に同じであり、
【００６７】
【数２６】 である。このようなときの推定はバイアス誤差の補正が
出来ないために行い、従来の潮流推定精度に近づく。
出来ないために行い、従来の潮流推定精度に近づく。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
対水速度センサに電磁ログを用いたときのバイアス誤差
を補正することができる。これにより、海水の導電率に
よらず正確な潮流データを得ることができる。すなわ
ち、本発明は、対水速度センサに電磁ログを用いて正確
な潮流データを得ることができる潮流計測装置を実現す
ることができる。
対水速度センサに電磁ログを用いたときのバイアス誤差
を補正することができる。これにより、海水の導電率に
よらず正確な潮流データを得ることができる。すなわ
ち、本発明は、対水速度センサに電磁ログを用いて正確
な潮流データを得ることができる潮流計測装置を実現す
ることができる。
【図１】本発明第一実施例の要部構成図。
【図２】本発明第一実施例の動作を示すフローチャー
ト。
ト。
【図３】各種速度ベクトルの関係を示す図。
【図４】従来例の潮流計測装置のブロック構成図。
１ 対水速度センサ ２ 対地速度センサ ３ ローパスフィルタ ４ 潮流推定部 ５ センサバイアス誤差補正部
Claims (5)
- 【請求項１】 センサ出力によりそれぞれ得られる対水
速度ベクトルをＶs 、対地速度ベクトルをＶg とすると
き、潮流速度ベクトルＶoc＝Ｖg −Ｖs をリアルタイム
で演算する方法であって、この演算結果 Ｖoc＝Ｖg −Ｖs ＋ΔＶocb ＋ΔＶocr に生じるセンサのバイアス誤差（ΔＶocb ）、センサの
不規則誤差（ΔＶocr ）を除く演算方法において、 前記演算結果をローパスフィルタに通過させて前記セン
サの不規則誤差（ΔＶocr ）を除き、カルマンフィルタ
を通過させて前記バイアス誤差（ΔＶocb ）を除くこと
を特徴とする潮流計測方法。 - 【請求項２】 対水速度ベクトルＶs を計測する対水速
度センサと、対地速度ベクトルＶg を計測する対地速度
センサと、この二つのセンサで計測された値Ｖg 、Ｖs
から潮流速度ベクトルＶoc＝Ｖg −Ｖs をリアルタイ
ムで演算する演算回路とを備え、 この演算回路の出力が通過し、不規則誤差を除去するロ
ーパスフィルタおよびバイアス誤差を除去するカルマン
フィルタが縦続に接続された回路を備えたことを特徴と
する潮流計測装置。 - 【請求項３】 前記カルマンフィルタは、バイアス誤差
補正信号を〔外１〕とし、そのカルマン定数をｋとする
とき、 【数１】 である請求項２記載の潮流計測装置。 【外１】 - 【請求項４】 前記対地速度センサは音波ログである請
求項１記載の潮流計測装置。 - 【請求項５】 前記対地速度センサはＧＰＳである請求
項１記載の潮流計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8320008A JPH10160746A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 潮流計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8320008A JPH10160746A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 潮流計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10160746A true JPH10160746A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18116727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8320008A Pending JPH10160746A (ja) | 1996-11-29 | 1996-11-29 | 潮流計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10160746A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006284242A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Furuno Electric Co Ltd | 潮流測定装置及び潮流測定方法 |
| JP2009092577A (ja) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Japan Radio Co Ltd | 潮流測定装置 |
| JP2009092578A (ja) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Japan Radio Co Ltd | 潮流測定装置 |
| CN106646121A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-10 | 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 | 一种配电网故障行波波头的辨识方法 |
| CN116124181A (zh) * | 2023-04-14 | 2023-05-16 | 国家海洋技术中心 | 一种潮汐观测设备的现场校准方法及系统 |
-
1996
- 1996-11-29 JP JP8320008A patent/JPH10160746A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006284242A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Furuno Electric Co Ltd | 潮流測定装置及び潮流測定方法 |
| JP2009092577A (ja) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Japan Radio Co Ltd | 潮流測定装置 |
| JP2009092578A (ja) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Japan Radio Co Ltd | 潮流測定装置 |
| CN106646121A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-10 | 国网辽宁省电力有限公司沈阳供电公司 | 一种配电网故障行波波头的辨识方法 |
| CN116124181A (zh) * | 2023-04-14 | 2023-05-16 | 国家海洋技术中心 | 一种潮汐观测设备的现场校准方法及系统 |
| CN116124181B (zh) * | 2023-04-14 | 2023-07-14 | 国家海洋技术中心 | 一种潮汐观测设备的现场校准方法及系统 |
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