JPS6239883B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は推測航法とオメガ航法とを有機的に組
み合わせたハイブリツド航法を構成する方式に関
する。

従来の船舶の航法は天測航法、ログとジヤイロ
コンパス等による推測航法、オメガ航法等があり
一般にこれらの単独航法が主であつた。単独航法
ではそれぞれ一長一短があり長時間にわたり連続
的に船舶の正確な位置を得ることは困難であつ
た。

本発明は単独航法による欠点をなくすため推測
航法とオメガ航法の利点を有機的に結びつけ正確
な船位決定を行ない、航法の信頼性の向上をはか
るものである。

推測航法はログ等からの船速情報とジヤイロコ
ンパス等からの方位情報により船位を決定するも
ので第１図に示すように行なう。図においてA₀
（X₀、Y₀）は出発点の緯度、経度であり、ここか
ら方位Ｌ、船速ＶでＴ時間航行した後の船位A₁
は（X₀＋△Ｘ、Y₀＋△Ｙ）となる。△Ｘ、△Ｙ
はそれぞれＴ時間後における緯度、経度の変化量
で方位が定まれば経過時間と船速により求められ
る。次にA₁を基準にしてさらにＴ時間後におけ
る位置A₂は前回と同様に求められる。この方法
を順次くり返えしA₃、A₄……、Ａ_Nの船の位置を
得るわけである。このようにして得られた船位を
推測航法による推測位置とする。

従つてこの推測航法では、短時間において船位
は非常に正確であるが、長時間になると誤差が累
積され、船位は大幅に不正確となる。なおこの様
子は第２図に示す船舶の移動時間と測定誤差との
関係より明らかである。

オメガ航法はロラン、デツカ等とともに双曲線
航法として広く用いられており、２つの送信局す
なわち１対の局から定まる位置の線（LINE OF
POSITIONすなわちLOPと称す。以下LOPとい
う。）と他の１対の送信局から定まる位置の線と
の交点から船位を決定するものである。この船位
をオメガ位置とする。

このオメガ航法においてはオメガ電波の瞬時バ
ラツキにより測定位置に瞬時誤差がみられる。し
かし時間によつて誤差は累積されることはない。
またこの様子は第３図に示す船舶の移動時間と測
定誤差との関係より明らかである。

従つてオメガ航法は長時間の航行には有効であ
るが前記瞬時誤差はまぬがれ得ない。

本発明は上記推測航法とオメガ航法による利点
を有機的に結びつけ、より正確な船位決定を行な
い、航法の信頼性の向上をはかるものである。

次に本発明について図面を参照しながら説明す
る。第４図は本発明の一実施例における構成を示
すブロツク図である。

１は初期設定部であり、キーボード・スイツチ
あるいはデイジタル・スイツチ等から構成され
る。その出力は図中の点線で示したように所要個
所におくる。詳細については後述する。２はオメ
ガ受信機で、その出力情報としては選択した局名
とそれらの局によつて測定された２つのLOPを
生ずる。３は時計装置で測定に関する年、月、
日、時、分、秒等の表示出力をデイジタル情報の
形で他の所要構成部に送給する。４は空間波補正
計算部、５はオメガ位置計算部、６は総合位置計
算部でオメガ位置と推測位置とを比較し総合位置
を計算する。７は速度検出器で、たとえばログ、
ドツプラーソナー等の船速測定器である。８は方
位検出器で、たとえばジヤイロコンパス等の方位
測定器である。９は推測位置計算部、１０は表示
装置で総合位置の緯度、経度を度、分、秒のデイ
ジタル情報の形で表示する。１１は位置計算部で
各計算部４，５，６，９からなる。また各計算部
４，５，６，９はそれぞれ独立の専用計算機とし
て実現できるが、それらの各部の機能を総合し汎
用計算機として実現できることは云うまでもな
い。

以上の構成に基いて本発明の動作について、初
期設定、オメガ位置計算、推測位置計算の３つの
場合に区分して説明する。

(1) 初期設定について 主に点線で示される。

(i) 設定入力情報 ａ 使用オメガ局および測定LOP1、LOP2 LOP1、LOP2はオメガ受信機を利用す
る際、船の出発位置に対して±1/2レーン
以内の精度で推定したレーン番号を知り、
レーン初期設定を行なうものである。

ｂ 出発位置の緯度、経度（X₀、Y₀） なお出発位置の緯度、経度（X₀、Y₀）は
点線で示すようにオメガ位置計算部５およ
び推測位置計算部９に送られ、ここからさ
らに総合位置計算部６に送給される。ここ
で所定の計算により総合位置となり、次回
からの位置計算のため空間波補正計算部４
および推測位置計算部９に送給される。

かくして初期設定の緯度、経度は の各構成部に送給される。

以上で初期設定が終わり、次に各位置計算
にはいる。

(2) オメガ位置計算について オメガ位置計算部５で計算され主に細線で示
すループをくり返えす。

なおオメガ位置計算部５の入・出力情報は次
のとおりである。

(i) 入力情報 ａ 使用オメガ局およびLOP1、LOP2 オメガ受信機出力から受ける。

ｂ 総合位置情報 通常は空間波補正計算部を通して送給さ
れる前回の総合位置計算部６の位置を今回
における位置として用いる。ただし初期設
定時は初期設定位置情報（X₀、Y₀）をうけ
る。

ｃ 空間波補正値 空間波補正値△LOP1、△LOP2は時計
装置３からの時刻情報と総合位置計算部６
からの前回の総合位置をもとに計算する。

なお第４図から明らかなように前回の総
合位置と空間波補正値は空間波補正計算部
４からまとめて出力される。

(ii) 出力情報 オメガ位置（緯度、経度）を総合位置計算
部６に出力する。

従つてオメガ位置計算部はオメガ受信機から
のLOP1、LOP2、前回の総合位置、空間波補
正値によつてオメガ位置計算部５で計算され総
合位置計算部６に送られる。さらにこのオメガ
位置は総合位置計算部６において所定の計算が
なされ総合位置となる。なお総合位置計算につ
いては後述する。また総合位置の緯度、経度は
表示装置１０に送られ度、分、秒等のデイジタ
ル情報の形で表示されると同時に次回の計算の
ため空間波補正計算部４にフイードバツクされ
る。ここからさらに上記計算をくり返えし順次
新しい船位を求める。

かくしてオメガ位置計算の過程は次に示すル
ープとなる。

(3) 推測位置計算について 推測位置計算部９で計算され主に太線で示す
ループをくり返えす。

なお推測位置計算部９の入・出力情報は次の
とおりである。

(i) 入力情報 ａ 総合位置情報 通常は前回の総合位置計算部６の位置を
今回における位置として用いる。ただし初
期設定時は初期設定部１より初期設定位置
情報（X₀、Y₀）をうける。

ｂ 時刻情報 年、月、日、時、分、秒の情報を時計装
置３から受ける。この情報は速度情報を移
動距離に変換するための経過時間を算出す
るためのものである。

ｃ 速力、方位情報 速度検出器７からの船速情報および方位
検出器８からの方位情報を受ける。

(ii) 出力情報 推測位置（緯度、経度）を総合位置計算部
６に出力する。

従つて推測位置計算は船速、方位情報、前回
の総合位置、経過時間情報によつて推測位置計
算部９で計算され、総合位置計算部６に送られ
る。さらにこの推測位置は総合位置計算部６に
おいて所定の計算がなされ総合位置となる。な
お総合位置計算については後述する。また総合
位置の緯度、経度は表示装置１０で表示される
と同時に次回の計算のため推測位置計算部９に
フイードバツクされる。ここからさらに上記計
算をくり返えし、順次新しい船位を求める。

かくして推測位置計算の過程は次に示すルー
プとなる。

以上の説明のように２つのループ系によつてオ
メガ位置、推測位置は求められる。

また総合位置は次のようにして総合位置計算部
６で求められる。すなわち前述のようにオメガ位
置はオメガ電波の瞬時バラツキにより瞬時誤差を
もつ。一方推測位置は短時間では相対精度が良好
である。従つて推測位置の短時間における相対精
度の良好であるのを利用して、この推測位置に一
定の重みをつけオメガ位置と平均をとるという方
法をとる。なおこの詳細について第５図の航跡図
を用いて説明する。

第５図は本発明のハイブリツド航法方式による
位置決定の過程を示す航跡図である。

D₀、D₁、D₂、……、Ｄ_iは出発位置から Ｔ時間毎における推測位置、 O₀、O₁、O₂、……、Ｏ_iは出発位置から Ｔ時間毎におけるオメガ位置、 P₀、P₁、P₂、……、Ｐ_iは出発位置から Ｔ時間毎における総合位置である。

（X₀、Y₀）はある出発位置の推測緯度、経度で
初めは初期設定によつて上記推測位置、オメガ位
置、総合位置が一致した地点である。これをP₀＝
D₀＝O₀であらわす。

初め出発位置P₀（X₀、Y₀）からＴ時間までは相
対精度の高い推測航法で航行し、この間は推測位
置が総合位置となつて表示される。Ｔ時間後には
推測位置はD₁となり、この時オメガ位置が計算
されO₁となる。しかしオメガ電波のバラツキ等
によりオメガ位置O₁と推測位置D₁との間には
_{1 1}で示される測定差ができる。この場合、推
測位置は短時間において相対精度が高いのを利用
して推測位置の方に重みをつけて_{1 1}を適当な
比にとり、この点をＴ時間後における総合位置P₁
とする。この計算は総合位置計算部６において行
なわれる。このようにしてＴ時間後の総合位置P₁
が求められる。

次に総合位置P₁が次回の計算のための新しい出
発位置となり、ここからさらにＴ時間経過するま
では前回と同様に推測航法によつて航行し、Ｔ時
間後には推測位置D₂とオメガ位置O₂の間_{2 2}を
適当な比にとり総合位置P₂を求める。以下上記動
作を順次くり返えし航行する。

このとき推測位置およびオメガ位置につける重
みは具体的に次のように決定される。

推測航法における誤差は、一般に経過時間の平
方根に比例し σ_D1＝Ｋ_D√（海里） ………(1) 但し σ_D1：標準偏差 Ｋ_D：海域、時刻により決まる定数０〜１（海
里） Ｔ：経過時間、単位HOUR で表わされる。一方、オメガ航法の誤差は σ_O1＝Ｋ_O（海里） ………(2) 但し σ_O1：標準偏差 Ｋ_O：海域、時刻、伝搬補正精度、伝搬状態によ
り決まる定数、約１〜３（海里） 本発明におけるサンプリング間隔Ｔの単位を実
用的な単位で分とすると(1)式は、次式の通りであ
る。

しかるに標準偏差が各々σ_D1、σ_O1である２つ
の推定値DX₁、OX₁が互いに相関がない場合、最
小分散をもつという意味での最良推定値をPX₁と
すると、DX₁、OX₁の加重平均は一般に次式で表
される。

PX₁＝（１−ω）DX₁＋ωOX₁ ………(4) ここで最適重みωは、次式で表わされる。

ω＝σ〓〓／σ〓〓＋σ〓〓 ………(5) ここでDX₁、OX₁を各々本発明における推測位
置およびオメガ位置、σ_D1、σ_O1を(3)、(2)式で表
わされる推測位置誤差およびオメガ位置誤差とす
るとPXがハイブリツド位置である。

従つて上記ハイブリツド航法ではオメガ航法に
おけるオメガ電波のバラツキ等による航跡のふら
つきが短時間における相対精度の高い推測航法に
よつて平滑化され、安定した船位が得られる。な
おこの様子は第６図に示す船舶の移動時間と測定
誤差｜e₃｜との関係より明らかである。

以上の説明のように本発明のハイブリツド航法
方式を用いれば短時間および長時間の航行におい
て常に安定した船位が得られ航法の信頼性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は推測航法における位置決定の過程を示
す航跡図、第２図は推測航法における真の位置と
推測位置との測定誤差｜e₁｜を示す関係図、第３
図はオメガ航法における真の位置とオメガ位置と
の測定誤差｜e₂｜を示す関係図、第４図は本発明
の一実施例における構成を示すブロツク図、第５
図は本発明のハイブリツド航法方式による位置決
定の過程を示す航跡図、第６図は本発明のハイブ
リツド航法方式による真の位置と総合位置との測
定誤差｜e₃｜を示す関係図である。 １……初期設定部、２……オメガ受信機、３…
…時計装置、４……空間波補正計算部、５……オ
メガ位置計算部、６……総合位置計算部、７……
速度検出器、８……方位検出器、９……推測位置
計算部、１０……表示装置、１１……位置計算
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ オメガ受信機、速度検出器、方位検出器、位
   置計算部、表示装置を含み、前記位置計算部によ
   り前記速度検出器と方位検出器からの情報により
   推測位置DX₁を計算し、さらにオメガ受信機から
   の情報によりオメガ位置OX₁を計算し、推測航法
   により航行した経過時間をＴとし、航行海域、時
   刻により決まる定数をＫ_D、航行海域、時刻、伝
   搬補正精度、伝搬状態により決まる定数をK₀と
   し、推測位置およびオメガ位置における誤差の標
   準偏差値をそれぞれσ_D1（＝Ｋ_D√）、σ₀₁（＝
   K₀）としたとき、前記推測位置DX₁に（１−ω）、
   オメガ位置OX₁にωなる重みをつけてその平均
   PX₁＝（１−ω）DX₁＋ωOX₁を求め（但しω＝σ
   ^２ _D1／（σ^２ _D1＋σ² ₀₁））、この位置を補正された
   総合位置PX₁とし、この総合位置を表示装置に表
   示せしめるように構成したことを特徴とするハイ
   ブリツド航法方式。