JPS60133316A - 航法装置 - Google Patents

航法装置

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JPS60133316A
JPS60133316A JP24272583A JP24272583A JPS60133316A JP S60133316 A JPS60133316 A JP S60133316A JP 24272583 A JP24272583 A JP 24272583A JP 24272583 A JP24272583 A JP 24272583A JP S60133316 A JPS60133316 A JP S60133316A
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JP24272583A
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Takashi Morimoto
隆 森本
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Yokogawa Electric Corp
Original Assignee
Yokogawa Hokushin Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/005Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 with correlation of navigation data from several sources, e.g. map or contour matching

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

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、船舶等においてジャイロコンパスよりの方位
出力と対水又は対地速度計よシの速度出力に基づき、初
期位置からの移動を推定し、自己位置を推定するための
航法装置における誤差修正に関する。
〈従来技術〉 従来の誤差修正の基本方式は、間欠的に受信される電波
航法(ロラン、オメガ、デツカ)位置出力及び衛星航法
(以下[NN5S jという)位置出力に基づき、計算
された推定位置出力を各受信位置出力にリセットさせる
ものである。
第1図はリセット方式の従来技術の基本構成図でアリ、
ジャイロコンパス1よシの方位出力ψと対水速度計を代
表する電磁ログノよりの速度出力vEMは推定位置計算
を行うD R(DEAD nEcKONXNG )部3
に導かれる。DR部では速度−を方位φにより南北、東
西に分解した後時間積分して、出航時にNN5S受信で
得られる位置出力を初期位置pとして設定し、この位置
から南北方向、東西方向の移動距離をめ、自己位置p。
。を連続的Km定する。
この推定位置出力′pDRはジャイロコンパス誤差及び
電磁ログ誤差の時間積分を含むので、その位置出力誤差
δpDRは時間と共に増大し発散する。
そこでこの誤差の発散傾向を修正するために、位置リセ
ット部4が設けられる。この位置リセット部は基準とな
る位置出力として電波航法装置を代表するロランc’s
の位置出力pIJO及びNN5Sの位置出力pNSを受
け、これら位置出力が間欠的に受信される毎にDR部の
位装置出力 を受信された位置出力まで引き戻すリセッ
トを行なう。
7はリセットされる位置出力pD□の表示装置、8は速
度出力vEMoi装置である。速度出力V はNN5S
受信の計算期間の船舶移動の補正を行う信号としてNN
5S 6にも供給されている。
第9図(4)はリセットによる誤差修正の様子を示す波
形図であって、横□軸に時間、縦軸にDR部位置出力誤
差δpDRt7示す。七〇’ t6’ t12.’ t
18 ’i約約1問 t7〜t□□,t□3〜t□7は約10分間隔で受信さ
れるロランC受信時刻を表わす。まずtにおいてNN5
S0 位置出力で初期位置p。を設定したときのδpDIL 
は鎖線で示すNN5S誤差(誤差半径3030−5Oδ
”N3である。δpDRは実線で示すようKその後時間
と共に増大し、ロランC受信時刻t□で点線で示すロラ
ンC位置出力誤差(誤差半径100〜150m)δp 
にリセットされる。以後同様にt2〜t5で口O 27誤差まてリセットされ、t6でNN5S位置出ヵ誤
差δpNS にりセットされる。以後は同じパターンの
繰返しとなる。ここでロランC位置出力誤差δpLOは
、送信局と受信局との時間同期誤差等により、図示のよ
うに時間と共に増大するので、NN5Sを受信する時刻
t6直前でのδpDRの値Fi誤差半径て1〜1.5 
km程度にまで増大してしまう欠点がある。このように
、従来装置は本質的にVセット方式であシ、to−t6
のパターンは周期的な繰返しとなるので、誤差の最大値
は常に変らない。
〈本発明の目的〉 本発明は従来装置の上記のような問題点Kmみて成され
たものであって、時間と共に推定位置出位置出力の精度
に近づけることが出来る航法装置を実現することを目的
とする。
く本発明の構成〉 本発明の構成上の特徴は、次のに)〜(C)に要約され
る。
に)電波航法及びNN8B受信時刻に、これら受信位置
出力と推定位置出力とを比較し、その比較出力に基づい
てジャイロコンパス誤差、対水速度計誤差、潮流速度、
推定位置出力誤差を統計的処理で分離推定し、この推定
値に基づきDR部の計算を修正、制御すると共に、電波
航法位置出力とNN8S位置出力とを比較して電波航法
位置出力誤差を推定し、この推定値に基づき電波航法位
置出力を修正するように構成する。
(B) 深々度モードでは、囚とはは同一構成となるが
、浅深度モードと同一船速の場合は浅深度モードで推定
されストアされた値によシ対水速度計誤差を修正する。
浅深度モードにおいては、対地速度計出力を用いて計算
した推定位置出力に基づいて(4)と同様な修正、制御
を行うと共に、対水速度計出力と対地速度計出力を比較
してその比較出力に基づいて対水速度計誤差を推定し、
この推定値をストアし、深々度モードにおいて使用する
輯) 深々度モードでは(4)とは#丁同−構成となる
が、浅深度モードと同一船速の場合は浅深度モードで推
定されストアされた値によシ対水速度計誤差を修正する
◎更に電波航法位置出力誤差の推定値についても浅深度
モードで推定ストアされた値を用いる。
浅深度モードでは、(B)と同様に対地速度引出力と対
水速度計出力の比較により対水速度計誤差を推定しスト
アすると共に、対地速度計を用いて計算した推定位置出
力とデツカH1Fix位置出力を比較し、その比較出力
に基づいてジャイロコンパス誤差、対地速度計誤差、潮
流速度、推定位置誤差を統計的処理で分離推定し、この
推定値に基づきDR部の計算を修正、制御する。更に電
波航法位置出力とデツカHIF Ix位置出力を比較し
て電波航法位置出力の誤差を推定、修正すると共にこの
推定値をストアし、深々度モードで使用する。
以上に)〜(C)の構成において、(4)は本発明装置
の基本構成であシ、浅深度、深々度に関係なく適用され
る。(B)は浅深度において使用が可能な音波ログ等の
対地速度計によシ潮流速度に影響されない速度出力を用
いて精度の向上を計る構成であシ、更に0は浅深度にお
いてNN5Sよシ精度の高いデ。
カH1Fixと対地速度計を用いて更に一層の精度向上
を計った構成である。
〈実施例〉 以下本発明装置の具体的構成、動作につき図面を用いて
説明する。
(ト)第1実施例(基本構成) 第2図に構成図を示す。第1図と同一要素には同一符号
を付し説明は省略し、相違部分につき説明する。q#i
第1位置比較部で、DR部位置出力pDRと補正された
ロランC位置出力’LOを比較し、比較出力y を誤差
推定計算部12に与える010は0 第2位置比較部で、DB部位置出力pDRとNN5S位
置出力pヤ、を比較し、比較出力yNsを12に与える
11は第5位置比較部で、ロランC位置出力pLOとN
N8S位置出力pN8を比較し、比較出力yNLを12
に与える。13は、誤差推定計算部12内で統計的手法
により推定された各種の推定誤差に基づいてDB部5へ
の修正量TJ1−制御量U2、ロランC誤差修正量U3
を計算する誤差修正量、制御量計算部である。
14は、ロランC5の位置出力pwを修正量υ3を受け
て修正する、ロランCwA差修正部である。
速度表示装置8及びNN586は、DR部5で補正され
九対水速度計出力V□1を受け、位置表示装置7は、第
1図のごとくリセット部を介することなく、直接DR部
位置出力pDRを表示する。
次に動作を説明する。第8図に)は第1実施例の動作モ
ード説明図であp、Kn度/浅深度モードはA−Dの4
モードに区分される。以下各モードについて説明する。
(1)Aモード このモードは、ロランC受信時刻においてDR部位置出
力pDRとロランC位置出力pIJ0を第1位置比較部
で比較し、その比較出力yI、)に基づき、各誤差を推
定し、修正する。
今、真の位置をP”DRの誤差をδpDRSpLOの誤
差をδpI、)、測定時に重畳するランダム誤差をδp
LORとすると、 pDR” P + δpDR(す pLo=p+δpLO+δpL0R(2)となる。従っ
て、第1位置比較部9の出カフLOは、’LO= (δ
pDR−δpxj3)−δpLOR−”となる。上式に
おいて発散要素はδpDIEてあ)、充分な時間経過後
の各誤差δpDR(t)、δpIJO(t) は、δp
DR(t)〉δpLo(t)(4)となるので、(3)
式よりpDRの誤差δpDRを抽出することができる。
δpDR”電磁ログ誤差δVEM %ジャイロ誤差δφ
、潮流速度V。に起因する。そこで(5)式の時間積分
値より、下記のように各誤差の△ △八 推定値δ1.δφ、vQC’ δpDRが誤差推定計算
部12で次のように計算される。
δ’EM =Kl fo yLOdt”)べ。=KDL
堀り。at (7) ここで゛、KEL l KφL ’ KOL”DI、F
i各推定誤差の統計量を最小にするように、ランダム誤
差δpLORとの8N比も含めて統計的手法で決定され
る推定ゲインである。
こむで推定ゲインの決定方法について簡単に説明する。
今推定したい誤差がX□、x2.、、、xnのようにn
個あるとして、このn個の誤差パラメータはある物理法
則に従って時間的に変動しているとする◎更にこの変動
は不規則外乱によシ、かく乱されているものとする。そ
してパラメータx1からxnはそれぞれお互いに関係し
合っている。この内X。
(4番目の誤差)が測定可能であるとする。当然このと
き測定器の雑音等によシx4は汚されて観測される。こ
の測定量をyとすると、 y = X4÷マ (8) と表わされる。マは測定器の誤差である。
この観測データyから、各誤差X工、x2”6.xnを
推定することを考える。推定誤差は一般にX1=、 K
t Jo ydt(9) で与えられる。
ここで、推定ゲインに1は、厳密には時間関数で表わさ
れる。更にσ214(t)及びσ2vは、夫々で表わさ
れる。9式のPX、、x4はxlとx4の結合確率密度
関数で、(2)式のPはVの確立密度関数である。モし
てσ2□4は、□とX4との間の統計的な相関性の結び
つきを示す相互分散で、a傘式のごとく時間tの関数で
あシ、不規則外乱の分散データから決定される。又σ7
はマの分散データであり、これらの分散データは一般に
測定器の試験等で既知の場合が多いが、未知の場合は大
きめに設定する。
このようにして計算された誤差の推定値は、誤差修正量
、制御量計算部13に導かれ各誤差の修正量、制御量が
計算される。
電磁ログの対地速度誤差の時間関数δvEM(t)は一
般に、 avEM(t) =lti(t )avEM 十a2(
t)δψ+as(t)VocQ場 て表わされ、DB部位置出力誤差の時間関数δpDR(
t)は初期位置p。の誤差をδpDn(0)とするとき
、 δpDR(t) = δpDR(o) + δvE、(
t)dt (1◆となる。ここてal(t) r as
+(t) l δ3(t)祉経験的忙決定される既知の
時間関数である。
そこで電磁ログ誤差の修正量をU□、DR部位置出力誤
差の制御量をU2とするとき、(4)〜(7)式の推定
値に基づき、 U2=1δψδpDn(Ill を計算する。ここでK J pは閉ループ状態での位置
出力誤差δpDRの制御ゲインであシ、δpDRの大き
′さを最小にするように、経験的に設定される。
ロランC受信毎に上記の修正、制御を実行することによ
り、位置出力誤差δpDRの発散勾配は第9図のンにお
ける時刻t1〜t5に示すように時間と共に徐々に小さ
くなシ、ロランC誤差のレベルに近づくので、第9図(
4)t1〜t5との対比で明らかなように、誤差の発散
傾向が改善される。
(2)Bモード このモードは1時間に1回程度受信されるNN5S位置
出力pNsに基づき、Aモードと同様な誤差の推定と修
正、制御が実行される。NN5S位置出力誤差をδl’
Ns *測定の際のランダム誤差をδpNS□とすると
、第2位置比較部1Oの比較出力yN8#i、’NS 
= (δpDR−δpN8)−JpNSR的となシ、δ
pDR(t)〉δ1)N8(t )が成立つことがら、
’N80時間積分値に基づき、各推定誤差が下記のよう
に誤差推定計算部12で計算される。
avEM = KENJ、、”NS ” ”’QC−K
ONfoLyNS dt” 鴫=KDN、f、tyN8dt(2工)部3に与えられ
、−を修正し、pDn を制御する。
この結果、第9図0+)tで示すごと< 、 NN5S
受信時刻でFiDR部位置出ヵ誤差δpDn はNN5
B誤差レベル近傍まで小さくなる。
(!I) Cモード このモード祉、ロランC受信時刻でがっNN8B受−信
時刻(第9図16.1□2.t□8)K実行され、ロラ
ンC位置出力p とNN8S位置出ヵpNsを第5位0 置比較部11で比較し、その比較用ヵyNLK基づきロ
ランC誤差を誤差推定計算部で推定し、この推定値に基
づき、誤差修正量、制御量計算部16で修正量U3を計
算し、ロランC誤差修正部14に与え、pLOを修正す
る。比較出力yNLは、 11N8Bのランダム誤差を
JpNSRとするとき、 yNLpLOpNS)−δ”NSR(22)=(δ −
6 で表わされ、δpIJo(t)〉δpN8(t)が成立
することがらyNLの時間積分値に基づいてロランC位
置出力誤差を次のように推定する。
A f、’ δpLO= KLOyMLdt’ (23)ここでKL
Oはランダム誤差δpN8R及び統計的処理で決定され
る推定ゲインを表わす。この推定値に一つき、修正量U
3は、 =−δ△ Ua 1)LO(24) となる。
第9図0)の時刻t6においてこのCモードが実行され
た以後は、ロランC位置出力誤差δpLOはNN5S位
置出力誤差apNS のレベルに近づき、発散の勾配も
従来装置に比較してゆるやかとなる。
(4)Cモード このモードは、ロランC受信もNN5S受信も行々われ
ない期間の各誤差を前回までの計算値に基づいて予測推
定し、修正量、制御蓋を計算する。このモードは付加的
であシ、本発明装置の構成に必須のものではない。ロラ
ンC及びNN5S受信間の誤差の推定値は前回のものを
そのまま変えずに用いることも可能であるが、Cモード
の予測推定計算を実行すればより良い修正結果が得られ
る。
以上説明したA−Cモードを実行することによシ、DR
部位置出力誤差δpDn は第9図(II) ic示す
ように、時間と共にNN5Sの位置出力誤差δpNs 
に徐々に近づくので、出航後数時間程度で自己位置の連
続測定の精度は従来装置に比較して格段に改善されるこ
とがわかる。
第5図は以上説明した第1実施例の各モードを、コンビ
ーータでソフト的に処理する場合の手順の流れを示すフ
ローチャートであシ、初期位置入力。
推定位置計算後、口2ンC及びNN5Sの受信時刻の判
断結果に基づいてA−Cモードが実行され、推定位置計
算に戻るルーチンを繰返す。
CB) 第2実施例 第4図にその構成を示す。第2図の構成と同一要素には
同一符号を付して説明を省略する。第2図との相違点は
、速度計として対地速度計を代表する音波ログ15が追
加され、その出力VDと電磁ログ2の出力V とが浅深
度モード時に速度比較部M 16で比較され、その比較出力yEDが、誤差推定計算
部12の入力として追加される。17は深度計であな誤
差推定計算部12に指令する。121は浅深度モードに
おいて計算される電磁ログ誤差推定値をストアするメモ
リである。
次に動作を説明する。第8図中)は第2実施例の動作モ
ード説明図であり、深々度モード(、)ではA〜Dモー
ド、浅深度モード(b)では、E、 A’、 B’、 
C,Cモードに区分される。以1各モードについて説明
する。
(1) 深々度Aモード このモードは第1実施例人モードと同一であり、ロラン
C受信時刻にロラン位置出力pLOとDR部位置出力p
DRとを第1位置比較部?で比較し、その比較出力yL
OK基づき、(4)〜(7)式に従い、各誤△ △ △ 差δv+ 峠+ VOCr δpDRが推定され、(1
!1.+111M 式のごとく、修正量U工、制御量U2が計算される。
ただし船速が後述の浅深度モードと同一の場合よシ高精
度の修正が実行される。
(2)深々度Bモード 伺 このモードは第1実施例Bモードと同一てあシ、NN5
S受信時刻に゛NN5s位置出力pNsとDR部位置出
力pDRとを第2位置比較部10で比較し、その比較の
どとく修正量U□、制御量U2が引算される。
ただし船速が浅深度モードと同一の場合には、精度の修
正が実行される点は上記深々度Aモードと同様である。
(5)深々度Cモード このモードは、第1実施例のCモードと全く同一であり
、 NN5S位置出力pNSとロランC位置出力筋とを
第5位置比較部11で比較し、その比較8A力yNLに
基づき、(23)式に従いロランC位置出力誤差δpL
Oを推定し、(24)式のごとき修正fkU3を計算す
る。
(4)深々度Dモード このモードは第1実施例のCモードと全く同一であり、
ロランC及びNN5S受信が行なわれない期間に実行さ
れる。
以上深々度における゛A−Dモート°は、第1実施例の
A−Cモードとほとんど同一であり、浅深度の場合と同
一船速の場合に電磁ログ誤差の推定値として、浅深度モ
ード時の計算結果を用いる点のみが異なる。
次に陸地に近づき、深度計の出フjにより浅深度モード
に切換わった場合には、音波ログによる対地速度出力の
使用が可能になシ、よシ精度の高い推定位置計算が可能
となる。同時KW電磁ログ誤差の推定を正確に行なうこ
とができ、この推定値をストアしておき、深々度モード
時に使用するととができる。
(5) 浅深度Eモード このモードでは音波ログ出力Vと電磁ログ出力り 一を速度比較部16で比較し、その比較出力’EDV、
音波ログの出力をVD、音波ログの誤差をδvDとする
と、 =V+δ vo vD(25) 又電磁ログ出力V は、潮流速度V とするとき、EM
 QC vEM =v”−vQC+δVEM(26>と表わせる
から、yEDは、 yED =vEM〜VD =(δVEM ”’ Voc vD (27))−δ となる。音波ログは電磁ログに比較して精度が良く、十
分な時間経過後はδVEM(t ) >δv (t) 
が成り 立するので、(22)式より vEM ””QCが抽出
できる。
そして潮流速度の推定値V。0と電磁ログ誤差の推定値
δvEMは、次のように計算される。
vOC=KoD上゛yEMdt(28)へ δζ=KEDf:yEMdt(29) ことでK。D ’ KEDは推定ゲインであり、各誤差
の統計量が最小となるよう、統計的手法で決定される。
(28)式の潮流速度推定値は以後の浅深度モードにお
ける修正量の計算のデータとして用いられ、(29)式
の電磁ログ誤差の推定値はメモリ121にストアされ、
前述のように深々度モード時に船速か浅深度モード時と
同一の場合に使用される。
(6) 浅深度A’モード このモードは深々度人モードとほぼ同様、ロランC受信
時に第1位置比較部の比較用ブ”LOによシ各誤差を推
定するが、DR部の位置出力pDRは音波ログの出力V
Dに基づいて計算される点及び潮流速度V。、 a (
2B)式で示したEモードにおける計算値が用いられる
点の2点が相違する。ここでは(7) 浅深度B1モー
ド このモードは深々度Bモードとt1ホ同様、 NN5S
受信時に第2位置比較部の比較出力yNsKよシ各誤差
を推定するが、DR部の位置出力”Dlk ’よ音波ロ
グの出力vDK基づいて計算される点及び潮流速度V。
0は(23)式で示したEモードにおける計算値が用い
られる点の2点が相違する。ここでは音波これか、に)
式の電磁ログ誤差の推定値δV工に置(8) 浅深度C
モード 仁のモードは深々度Cモードと全く同一であシ、第5位
置比較部の比較出力yNLに基つきロランC誤差の推定
と修正を実行する。
(9)浅深度Dモード このモードは深々度Dモードと全く同一であり、ロラン
C及びNN5S受信が行なわれていない期間に各誤差の
予測推定と修正、制御を実行する。
以上説明したように、第2実施例では、音波ログが使用
可能な浅深度モードにおいては電磁ログよシも高精度な
音波ログ出力でDR部の位置出力を計算し、この位置出
力とロランC位置出力。
NN5S位置出力との比較で誤差の推定と修正、制御を
実行すると共に電磁ログ推定誤差をメモリにストアする
機能を有するのて、深り度モードにおいて電磁ログを使
用する場合の修正精度が@1実施例の場合よシも向上す
る。
第9図幀)のt1〜t5は深々度モードにおいてNN5
S受信がせなわれるまでの誤差の発散状況を示したもの
で、第9図0)に示す第1実施例の場合よシも発散勾配
は小さくなる。t6のNN5S受信以後はロランC誤差
も修正されるので、誤差のレベルは更に第5図は、以上
説明した第2実施例の各モードをコン“ピ二−タでソフ
ト的に処理する場合の手順の流れを示す70−チャート
であシ、初期位置入力後深度針出力によシ深々度モード
と浅深度モー)’ #f 選択fれ、深々度モードでは
ジャイロコンパスと電磁pグ出ヵにょシ推定位置計算の
後、ロランC受信時刻とNN5S受信時刻の判断に基づ
いてA〜Dモードが実行される。浅深度モードではジャ
イロコンパスと音波四グ出ヵにょシ推定位置が計算され
た稜、Eモードが実行され、その後ロランC受信時刻と
NN8B受信時刻の判断に基づいてA’+Bl−Iニー
ド、C,Dモードが実行される。各モードのdt値に基
づく修正量、制御量計算を実行し、位置データを出力し
た後深度判断の入力に戻るルーチンを繰返す。
() 第3実施例 第6図にその構成を示す。134図の構成と同−要lA
Kは同一符号を付してその説明を省略する。
る手段としてロランC、NN5Sの他にNN5Sよシも
高精度を有するデツカ)IiFiXが追加され、更にそ
の位置出力pDCとDR部位置出力pDRとを比較する
第4位置比較部20が設けられ、その比較出力yDcが
誤差推定計算部12の入力として追加される。更にこの
誤差推定計算部12内には、浅深度モードにおける電磁
ログ誤差の推定値をストアするメモリ121の他K、ロ
ランC誤差の推定値をストアするメモリ122が追加さ
れて設けられる。
デ、カH1Fix位置出力pDCを比較出力”DCを誤
差推定計算部12に与える構成とされている。
次に動作を説明する。第8図0は第3実施例の動作モー
ド説明図であシ、深々度モード(、)で#ih*B、D
モード、浅深度モード(b)ではE、 F、 G、 D
モードに区分される。以下各モードについて説明する。
(リ 深々度Aモード このモードはロランC受信時刻に実行され、内容は第2
実施例深々度Aモードとは埋同−である。
ただし、ロランC位置出力pLOは、後述の浅深度Gモ
ードでデツカH1Fixで誤差が修正された出力を用い
るので、DB部位置出ヵpDnの修正効果は#i2実施
実施例−モードも高い。
(2) 深々度Bモード このモードB yss受信時刻に実行され、内容祉第2
実施例深々度Bモードと同一である。このモードは、上
記Aモードよシは精度が悪くなるので、第3実施例の場
合では四ランCの受信精度の信頼性が低下したとき(p
−p航法で長時間使用した場合)や伝播異常でロランC
が使用できない場合の補間的役割となる。
(5) 深々度Dモード このモードは第2実施例深角度Dモードと同一内容であ
る。
(4) 浅深度Eモード このモードは第211!施例浅深度Eモードと同一でラ
シ、電磁ログ誤差と潮流速度を推定計算し、電磁ログ誤
差をストアし、同一速度の場合は深々度A、Bそ−ドで
使用される。
(5) 浅深度Fモード このモードは第3実施例特有のモードであシ、第4位置
比較部11の出力yDcK基づいて、各誤差を推定し、
修正量、制御量を算出する。デツカH1Fix位置出力
誤差をδpDCとすると、デツカ出力pDCは、真の位
置をp、測定の際のランダム誤差をδpDCRとすると
き、 pDc=p+JpDc+δpDCR(32)となる。従
って、第4位置比較部の比較出力yDCは、 ’DC:′:pDR””DC =(すDR−δpDc)−δpDoR(33)となる。
δpDRは時間的に発散する傾向を有し、”DCは有し
ないので、充分な時間経過後には、δpDR(t)〉δ
pDo(t )が成立するので、(33)式よシδpD
Rを抽出することが可能である。誤差推定計DR推定位
置誤差δ”ARを次のように計算する。
△ δ’D = KVR心り。dt (34)△ δφ;にφHfotyDCdt(35)△ δpDR= ’DHJL”DCdt(36)ここでKv
Hlにφ□’ KD)Iは推定ゲインであシ、各誤差の
統計量が最小となるよう、統計的手法で決定される。尚
潮流速度の推定値V。Cは、浅深度Eモードで計算され
た値((2B)式参照)が用いられる。誤差修正量、制
御l計算部ではこれら推定値このモードは、 NN5S
よシも精度の高いデツカHfFixを用いると共に速度
計としても電磁ログよシも精度の高い波ログが用いられ
るので、本発明の全モード中でも最も精度の高い修正、
制御が実行される。
(6) 浅深度Gモード このモードで蝶、高精度のデツカll1Fixる。第2
図,第4図で示した第1,第2実施例では、第3位置比
較部11はロランC位置出力pLOとHN35位置出力
pNSとを比較したが、この実施例ではNN8S K代
ってデ,ヵH1Pix位置出ヵpDCが第5比較部11
に与えられ、その比較出力yDLがI差推定計算部12
に導かれ、ロランC位置出力誤差が推定計算される。
デツカH1Fixの位置出力pDCは(27)式で与え
られるので、比較出力’DLは、 =(δ −δ )−JpDoR(37)yDLpLlO
pDC となる。ここでロランC誤差はデ,カ■1Fix誤差よ
シも大きく、発散傾向を有するから、充分な時間経過後
にはδpLO(t)>δI)Do(t)が成立し、(3
7)式よシδpLoを抽出することが可能である。誤差
推定計算部12では、’DLの時間積分に基づき、ロラ
ンC位置出力の推定誤差δpLO を次のように計算す
る。
δ1 ー ’LO ’LHfD嬬dt (3B) ここでKLHは推定ゲインであシ、δpLO の統計量
が最小と々るよう、統計的手法で決定される。誤差修正
量U3は(24)式に従って言1算され、ロランC誤差
修正部14に与えられる。更K(38)式の推定誤差a
pw祉、メモリ122内にストアされ、計算毎に更新さ
れ、このメモリの内容が、深々度Aモードにおいてロラ
ンC位置出力誤差の推定値として用いられる。
従って深々度AモードにおけるロランC位置出力はデツ
カH1Fixの精度に近いものとなυ、その修正,制御
効果は,第1,第2実施例の人モードよりも顕著である
。第9図輯)は深々度モードにおけるDR部位置出力誤
差の発散傾向を示したもの’t’46,t□〜t7の期
間に急速にデツカll1Fixのレベルに収束し、以後
は誤差発散が#1とんど無い、理想的な連続出力となる
ことがわかる。
(7)浅深度Dモード このモードは深々度Dモードと同一であシ、デ、カH1
Fixが受信されない期間に前回°までの計算値に基づ
き各種の誤差の推定値を予測計算!1し、修正,制御を
実行する。
以上説明した第3実施例では、浅深度モードにおいて音
波ログに加えてデツカH1Fixを用いて高精度の修正
,制御を行ない、深々度モードでは浅深度モード時の電
磁ログ誤差,ロランC位置出力誤差の推定値を利用する
ため、全体としてDR位置出力誤差δpDR の発散傾
向を従来装置に比較して極めて小さくすることができる
第7図は以上説明した第5実施例の各モードをコンピュ
ータでソフト的に処理する場合の手順の流れを示すフロ
ーチャートであシ、初期位置入力後深度計出力によシ深
々度モードと浅深度モードが選択され、深々度モードで
はジャイロコンパスと電磁ログ誤差により推定位置計算
の後、ロランC受信時刻とNN5S受信時刻の判断に基
づいてA,JDモードが実行される。この場合A4−ド
ではロランC位置出力誤差の修正に浅深度モード時にス
トアされた推定誤差が利用され、A,Bモードでは浅深
度モードと同一速度の場合は浅深度モード時にストアさ
れた電磁ログ誤差の推定値が用いられる。浅深度モード
ではジャイロコンバスト音波口グ出力により推定位置が
計算された後、Eモードが実行され、その後デツカH1
Fixの受信時刻の判断結果に基づいてF、G、 Dモ
ードが実行される。各モードの推定値に基づく修正量、
制御量計算を実行し、位置データを出力した後深度判断
の入力に戻るルーチンを繰返す。
以上説明した第1.第2.第3夾施ては対水速度計とし
て電磁ログを示したが、これは他の形式の対水速度計を
用いることがてき、又対地速度計として示した音波ログ
も他の形式のものを用いることができる。電波航法装置
としては最も一般的なロランCを例示したがオメガ、デ
ツカ等を用いることができる。又第3実施例において浅
深度Gモードでメモリ122にストアされるロランC位
置出力の誤差の推定値は、修正量U3をストアするよう
にしても効果は同じである。更にNN5Sは将来GPS
 (Groval Positioning 5yst
err9を利用することもできる。
〈効果〉 本発明装置の効果をまとめると次のようになる。
(1) 本発明装置は従来装置のごときリセット形では
なく、第1実施例のごとく、基本的に誤差の推定と修正
を行なうフィードバック形であシ、時間と共にその学習
機能により、誤差の発散傾向は小さくなシ、基準となる
位置出力の精度に近づけるととができる。
(2) 陸地に近く、対地速度計が利用できる浅深度モ
ードでは対地速度針を用いて推定位置出力の精度を向上
させることができ、同時に対水速度計の推定誤差を計算
し記憶させ、深々度モードでの対水速度計の誤差の推定
値として用いることができるので、深々度モードでの誤
差の発散傾向を更に小さくすることができる。
(5) 浅深度モードで更にデツカI(iFix が受
信できる海域では、NN5Sよシも高精度のデツカH1
Fix Kより各誤差の推定計算と修正、制御が行なわ
れるので、DR部位置出力の精度を更に向上させること
ができ、同時にロランC位置出力誤差を計算し記憶させ
、深々度モードでのロランCの位置出力誤差の推定値と
して用いることができるので、深々度モードでのDB部
位置出力の誤差の発散傾向を短時間の内にデツカHIF
Ixのレベルにまで収束させることができ、理想に近い
航法装置を実現することができる0 (4) 本発明装置では、従来装置でL不可能であった
潮流速度の推定と修正を実行しているので、本発明装置
の出力を用いたオートノ(イロットシステムの操縦性能
を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来航法装置の基本構成図、第2図は本発明の
第一実施例を示す構成図、第5図はその処理の手順を示
すフローチャート、第4図は本発明の第2実施例を示す
構成図、第5因はその処理の手順を示すフローチャート
、第6図は本発明の第6実施例を示す構成図、第7図は
その処理の手順を示すフローチャート、第8図は第1〜
第5実施例における動作モードの説明図、第9図は従来
装置及び本発明各実施例におけるDR部位置出力誤差の
発散状況を比較説明するための波形図であるO 1…ジヤイロコンパス、2・・・電磁ログ、3・・−推
定位置計算部、5・・・ロランC,6・・・迩、9・・
・第1位置比較部、10・・・第2位置比較部、11・
・・第3位置比較部、n・・・誤差推定計算部、13・
・・誤差修正量。 制御量計算部、14・・・ロランC誤差修正部、15・
・・音波ログ、W・・・速度比較部、17・・・深度針
、19・・・デツカ囮歌、加・・・第4位置比較部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (リ ジャイロコンパス出力と対水速度計出力に基づき
    推定位置を計算するD R(DEAD nEcKONI
    NG )部と、このDB部位置出力と電波航法(デツカ
    H1Fixを除く。以下同じ)位置出力とを比較する第
    1位置比較部と、上記DB部位置出力と衛星航法(以下
    NN8i9という)位置出力とを比較する第2位置比較
    部と、上記NN5S位置出力と電波航法位置出力とを比
    較する第3位置比較部と、上記第1又は第2位置比較部
    出力に基づき上記ジャイロコンパス誤差、対1水速度針
    誤差、潮流速度、DR部位置出力誤差を分離推定すると
    共に上記第5位置比較部出力に基づき上記電波航法位置
    出力誤差を推定する誤差推定計算部と、この計算部の推
    定値に基づき上記DR部及び上記電波航法位置出力に対
    する修正量、制御量を計算する誤差修正量、制御番軒雪
    Wシ昏倉÷1齢辻1L (2) 下記モード(a) l (b)よりなる航法装
    置。 (a) ジャイロコンパス出力と対水速度計出力に基づ
    き推定位置を計算するDR部と、このDB部位置出力と
    電波航法位置出力とを比較する第1位置比較部と、上記
    DR部位置出力とNN88位置出力とを比較する第2位
    置比較部と、上記NN58位置出力と電波航法位置出力
    とを比較する第3位置比較部と、上記第1又は第2位置
    比較部出力に基づき上記ジャイルコンパス誤差、対水速
    度計誤差、潮流速度、DB部位置出力誤差を分離推定す
    ると共に上記第3位置比較出力に基づき上記電波航法位
    置出力誤差を推定する誤差推定計算部と、この計算部の
    推定値に基づき上記DR部及び上記電波航法位置出力に
    対する修正量、制御量を計算する誤差修正量、制御量計
    算部とよりなる深々度モード。 (b) 対水速度計出力と対地速度計出力とを比較する
    速度比較部と、ジャイロコンパスと対地速度計出力に基
    づき推定位置を計算するDR部と、とのnTL郁位優出
    f1シ雷妨針烙位偕出カシをψる第3位置比較出力と、
    上記速度比較部及び上記第1又は第2位置比較部出力に
    基づき上記ジャイロコンパス誤差、対水速度計脇差、対
    地速度計誤差、潮流速度、DR部位置出力誤差を分離推
    定すると共に上記第3位置比較部出力に基づき上記電波
    航法位置出力誤差を分離推定する誤差推定計算部と、こ
    の計算部の推定値に基づき上記DR部及び電波航法位置
    出力に対する修正量、制御量を計算する誤差修正量、制
    御量計算部とよりなる浅深度モード。 (3) 下記モード(a) l (b)よシなる航法装
    置〇(、) ジャイロコンパス出力と対水速度計出力に
    基づき推定位置を計算するDR部と、このDR部位置出
    力と電波航法位置出力とを比較する第1位置比較部と、
    上記DR部位置出力とNN5S位置出力とを比較する第
    2位置比較部と、上記第1又は第2位置比較部出力に基
    づき上記ジャイロコンパス誤差、対水速度計誤差、潮流
    速度。 DB部位置出力誤差を分離推定する誤差推定計算部と、
    この計算部の推定値に基づき上記DR部に対する修正量
    、制御量を計算する誤差修正量、制御量計算部とよりな
    る深々度モード。 (b) 対水速度針出力七対地速度針出力とを比較する
    速度比較部と、ジャイロコンパスと対地速度計出力に基
    づき推定位置を計算するDR部と、このDR部位置出力
    とデ、カH1Flx位置出力とを比較する第4位置比較
    部と、電波航法位置出力とデツカHiFIx位置出力と
    を比較する第3位置比較部と、上記速度比較部及び上記
    第4位置比較部出力に基づき上記ジャイロコンパス誤差
    。 算部と、この計算部の推定値に基づき上記DR部及び電
    波航法位置出力に対する修正量、制御lを計算する誤差
    修正量、制御量計算部よりなる浅深度モード。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62113080A (ja) * 1985-11-12 1987-05-23 Nippon Kokan Kk <Nkk> 船位認識装置
JPH04122816A (ja) * 1990-09-14 1992-04-23 Tokimec Inc ジャイロ装置
US6081230A (en) * 1994-11-29 2000-06-27 Xanavi Informatics Corporation Navigation system furnished with means for estimating error of mounted sensor

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