JPS595847B2 - 双曲線航法を用いた航行体の移動速度測定方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は双曲線航法を用いて航行体の移動速度を測定
するこさに関する。

まず本発明の原理について説明すると、第１図において
、従局Ｓ１及びＳ２は主局Ｍに対して特定の時間関係を
保ちながら送信信号を送信する。

航行体はこれらの送信信号を受信して、各送信局からの
信号の到達時間差（位相差）を測定する。

航行体が任意の位置Ｑ１に位置するとき、位置Ｑ。

から従局Ｓ１までの距離と主局Ｍまでの距離の差は各送
信局の送信信号が位置Ｑ１ に到達する時間差（位相差
）に比例する。

従って、従局Ｓ１ と主局Ｍからの到達時間差及び従局
Ｓ２と主局Ｍからの到達時間差をそれぞれ測定すると、
一対の双曲線の交点として位置Ｑ１を知ることができる
。

さて、任意の位置Ｑ１における従局Ｓ１と主局Ｍとの距
離差をＤＱ、＋ Ｓｉ ｔそして、他の任意の位置Ｑ２
における従局Ｓ１と主局Ｍとの距離差をＤＱ２ Ｓ １
とすると、航行体がＱｌからＱ２まで移動したとき、距
離差の変化量（ＤＱ９１ｈ Ｄ Ｑ、８．） ＝ Ｖ
Ｓ 、はで表わされる。

但し、（１）１式において、Ｖｘは航行体がＱｌからＱ
２まで移動するときの緯度方向の移動速度を、Ｖｙは緯
度方向の移動速度を示す。

又、ＴはＱｌからＱ２まで移動する移動時間を示す。

そして、ａ （８１Ｍ ） ／ ａ ｘは、航行体がＱ
ｌからｑまで移動するとき、経度方向の移動に対する従
局Ｓ１と主局Ｍの距離差の変化率を、スａ（ＳｔＭ）／
δｙは経度方向の移動に対する変化率をそれぞれ示す。

今、ここで航行体がＱ。

から単位時間Ｔ毎にＱ□。Ｑ２・・・・・・Ｑｍと一定
速度で移動したとする。

この場合、単位時間当たりの距離差の変化量は ＤＱｉＳＩＤＱＯ８１＝ＤＱｍ＋ＩＳ１ ”Ｑｍ８１＝
ＶＳｔであるから、それぞれの地点での距離差の観測値
Ｍｏ ２Ｍｔ・・・・・・Ｍｍは観測時の雑音Ｎ。

、Ｎ１・・・・・・Ｎｍを考慮すれば、 の様に表現できる。

以上の方程式か９ ＸＮ ｉが最小となるＶを求めると
、ｍを奇数に選べば となる。

ここで？ｓ？’は■ｓ１の推定値を意味する。よって（
１）１式は で表わされる。

／′＼ さらに比例計算によって■Ｓ１から１時間当りの距離差
の変化量Ｖ、を計算しておけば上式はとなる。

同様にして、従局Ｓ２と主局Ｍとの観測値から１時間当
たりの距離差の変化量Ｖ２を求めると、で表わされる。

但し、δ（ｓ２−Ｍ）／δＸは、航行体の経度方向の移
動に対する従局Ｓ２と主局Ｍの距離差の変化率を、又、
ａ（８２Ｍ）／ａｙは緯度方向の移動に対する変化率を
それぞれ示す。

上記（ＩＸ２）式において、従局Ｓ１ と主局Ｍ及び従
局Ｓ２ と主局Ｍの各対局間の距離差と距離差の変化率
は各送信局の送信信号を受信することにより得られる。

従って、（ＩＸ２）式を連立方程式として演算すること
により航行体の経度方向の移動速度Ｖｘ及び緯度方向の
移動速度Ｖｙを算出することができる。

第２図は上記の原理に基すいて自船の移動速度を測定す
ると同時に、潮流速度を測定する実施例を示し、以下こ
れについて説明する。

第２図において、受信器１は上記主局Ｍ１従局Ｓ１及び
Ｓ２から到来する信号を受信する。

受信器１の受信信号は時間差測定回路２及び３へ送出さ
れる。

時間差測定回路２は従局Ｓ１ と主局Ｍの到達時間差を
測定する。

又、他の時間差測定回路３は従局Ｓ２ と主局Ｍの到達
時間差を測定する。

従って、各時間差測定回路２，３において測定された各
主従局間の時間差は、上記の各主従局間の距離差に比例
する。

時間差測定回路２の測定結果は遅延記憶回路４へ送出さ
れる。

遅延記憶回路４は時計装置６に基ずいて各時刻の測定結
果を記憶する。

すなわち、遅延記憶回路４はＱ。

ｅ Ｑｔ ｊ Ｑ２・・・Ｑｍにおける到達時間差を記
憶する。

又、他方の時間差測定回路３の測定結果も遅延記憶回路
７へ送出されて記憶される。

遅延記憶回路７も上記の記憶回路４゜５と同様に時計装
置６に基すいて時間差の測定結果を記憶する。

すなわち、記憶回路７はＱ。、Ｑｌ。Ｑ２・・・軸位置
における従局Ｓ２と主局Ｍの到達時間差を記憶する。

それぞれの遅延記憶回路４，７で保持されている到達時
間差は演算回路５及び８に送出され、（５）及び８では
（３）式に基すいて１時間当りの到達時間差の変化量■
１．■２が計算される。

第３図は、上記遅延記憶回路４，７及び演算回路５，８
の具体例を示す。

同図において遅延記憶回路３１は偶数組の記憶回路（０
，１，２，・・・・・・ｍ）が直列接続されて構成され
、時間差測定結果が各記憶回路を順次シフトされる。

なお、このシフト動作は時計装置６から送出されるクロ
ックパルスに基ずいて行なわれる。

又、演算回路３２は減算回路３３、乗算回路３４、加算
回路３５、演算回路３６等で構成されている。

減算回路３３は（ｍ＋ 恥）組用いられ、直列接続され
た上記偶数組の遅延記憶回路を対称点で分割したとき互
いに対称位置にある遅延記憶回路がそれぞれ減算回路へ
導かれる。

各減算回路３３、３３・・・・・・の出力は各々の乗算
回路３４、３４・・・・・・で所定の定数が乗算された
後加算回路８５へ送出される。

この場合、各乗算回路の乗数は前記（３）式によって決
定される。

そして、各乗算回路３４，３４・・・・・・の乗算結果
は加算回路３５で加算された後変換回路３６によって１
時間当たりの変化量に変換される。

その結果、変換回路３６の出力は上記（１）式に時間差
測定回路２及び３の各測定結果は上記のごとく各遅延記
憶回路に記憶される一方、変化率演算回路９へも送出さ
れる。

変化率演算回路９は、各時間測定回路２，３及び時計装
置６に基ずいて、自船の移動に対する各主従局間の到達
時間差の変化率ａ（Ｓｌ−Ｍ）／δＸ、（９（Ｓｔ
Ｍ）／ａｙ、ａ（８１Ｍ’）／ａｘ、ａ（８２Ｍ）／δ
ｙを演算する。

そして、その演算結果は演算部１０へ送出される。

この演算部１０には演算回路５及び８の演算結果も導か
れており、演算部１０はこれらの各出力に基すいて前記
（ＩＸ２）式を連立方程式として演算する。

従って、その演算結果として、自船の経度方向の移動速
度Ｖｘ １緯度方向の移動速度Ｕｙが得られる。

これらの得られた速度Ｖｘ及びＶｙが速度表示器１１へ
送出されて表示される。

自船の移動速度は上記のようにして表示される一方、減
算回路１２．１３へも送出される。

そして、この減算回路１２及び１３によって次のように
して演算される。

送信器１４は、船首の斜下方に指向して設置された超音
波送受波器１５から水中に超音波信号を送波する。

水中の気泡等によって反射された反射波は送受波器１５
に帰来した後、増巾器１６に導かれて増巾される。

送信器１４は、同様にして、超音波送受波器１７からも
超音波信号を水中に送波される。

超音波送受波器１７は船首の横斜下向に指向して設置さ
れている。

そして、送受波器１７に帰来する水中反射波は増巾器１
８に導かれて増巾される。

増巾器１６の出力は送信器１４の送信周波信号と共に比
較回路１９に導かれる。

比較回路１９は画周波信号を比較して、水中反射周波信
号に含まれるドプラ成分を検出する。

従って、このドプラ成分から自船の船首方向の海水に対
する相対速度を知ることができる。

他方、増巾器１８の出力は比較器２０において上記送信
周波信号と比較され、送受波器１７に帰来した水中反射
波に含まれるドプラ成分が検出される。

従って、このドプラ成分によって自船の船首方向の海水
に対する相対速度を知ることができる。

比較回路１９及び２０によって得られた船首方向及び横
方向の相対速度は演算回路２１と送出される。

この演算回路２１にはジャイロコンパス２２から方位信
号も導かれている。

そして、演算回路２１はその方位信号を用いて、送受波
器１５及び１７によって得られた船首方向及び横方向の
相対速度成分も経度方向並びに緯度方向の速度成分Ｖｘ
’、Ｖｙ’にそれぞれ変換する。

演算回路２１によって変換された速度成分Ｖ ｘ ’。

ｙｙ／は各々の減算回路１２，１３へ送出されて演算部
１０から送出される上記速度Ｖｘ、Ｖｙとそれぞれ別個
に減算される。

演算部１０から送出される速度Ｖｘ、Ｖｙは、上記から
明きらかなように自船の絶対速度が送出される。

従って、減算回路１２は経度方向の海水に対する相対速
度から自船の絶対速度を減算する結果、経度方向の潮流
速度を算出する。

同様にして、減算回路１３は緯度方向の潮流速度を算出
する。

そして、算出された各方向の潮流速度は表示器２３−へ
送出されて表示される。

以上説明のように本発明においては、双曲線航法を用い
て航行体の任意の位置における速度を測定できると同時
に潮流をも測定できるから、航海計器として用いて実用
的な装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図、第２図は本
発明の実施例、第３図はその遅延記憶回路及び演算回路
の具体例を示す。 第２図において、１は受信器、２及び３は時間差測定回
路、４及び５は記憶回路、６は時計装置、７及び８は記
憶回路、９は変化率測定回路、１０は演算部、１１は表
示器、１２及び１３は減算回路、１４は送信機、１５は
送受波器、１６は増巾器、１７は送受波器、１８は増巾
器、１９及び２０は比較回路、２１は演算回路、２２は
ジャイロコンパス、２３は表示器を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の対局及び第２の対局からの各到来信号を受信
   する受信器と、 該受信器の受信信号に基すいて第１対局の各送信局から
   の到来信号の到達時間差（位相差）φ１を測定する第１
   の測定回路と、 上記受信器の受信信号に基ずいて第２対局の各送信局か
   らの到来信号の到達時間差（位相差）φ２を測定する第
   ２の測定回路と、 航行体の経度方向の移動Ｘ及び緯度方向の移動ｙに対す
   る上記第１対局間の位相差φ１の変化率色及び引（を演
   算する第１の演算回路と、ａｘ ｃ９ｙ 該第１の演算回路と同様にして上記第２対局間θφ２
   ａφ２ の位相差φ２の変化率−及び−を演算する第ａｘ
   ａｙ ２の演算回路とを具備し、 航行体の経度方向の移動速度をＶ ｘ 、経度方向の移
   動速度をＶｙとするとき、上記第１演算回路ａφ１ θ
   φ１ の演算結果−・−に基ずいて航行体が任意のａｘ ａ
   ｙ 第１地点からｍＴ時間後に任意の第２地点まで移動する
   ときの第１対局間の位相差φ１の単位時間当たりの変化
   量（φ、１−φ１□）を で表わし、同様にして第２対局間の位相差φ２の単位時
   間当たりの変化量（φ２．−φ２２）をで表わし、上記
   ２式を連立方程式として演算して航行体の経度方向の移
   動速度Ｖｘ及び緯度方向の移動速度Ｖｙをそれぞれ算出
   することを特徴とする双曲線航法を用いた航行体の移動
   速度測定方式。