JPS6348023B2

JPS6348023B2 -

Info

Publication number: JPS6348023B2
Application number: JP19953482A
Authority: JP
Inventors: Chogo Sekine
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1982-11-13
Filing date: 1982-11-13
Publication date: 1988-09-27
Also published as: JPS5988666A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、船首方位を測定する装置に関し、一
層詳細には、GPS電波（Global Positioning
Systemから送信される電波、以下同様）を利用
して航行する船舶等の船首方位を測定する装置に
関する。

船舶等が海上を安全に航行するためには、船の
正しい位置を確認し、それに基き針路を決定しな
ければならない。この目的を達成するため、種々
の航海計器が船に装備されているのが一般的であ
る。マグネツトコンパス（磁気コンパス）やジ
ヤイロコンパスは、この中、特に推測航行を行
うための推測航法計器に属するものであつて、最
も広汎に用いられている航海計器といえよう。

通常のマグネツトコンパスは、磁針を自由に
なるよう懸吊すれば地球の磁極の方向を示すこと
を原理としたものであるが、地球磁極の方向は、
場所により地球の真の南北に対して相当偏する場
合があり、従つてマグネツトコンパスの指針が
必ずしも真の南北を指示することにはならない。
また、船体が鉄材等磁力の影響を受けやすい材質
で出来ていたり、あるいは、積荷自体が磁力の影
響を受けやすい鉄材等である場合、磁針の示度
が、偏位することがある。従つて、このような偏
差又は自差は経験等に依拠した針路決定のための
補正を必要とすることになり、結局、精度におい
て劣ることになる。

一方、ジヤイロコンパスは、地球の自転作用
を高速回転する独楽（こま）に及ぼして地球の軸
の方向を指示させる原理に基づいたものである
が、装置に電動機による高速回転する独楽を内在
するため、その定期的な保守を必要とすると共に
耐用年数も些程に長くはならないという欠点があ
つた。

更に、極地方を航行する船舶は、その地域的特
質からマグネツトコンパス並びにジヤイロコン
パスのいずれも使用が不可能であり、これに代替
する慣性航法装置は、極めて高価である等種々の
問題点が存在していた。

そこで、本発明者は、鋭意考究した結果、
GPS／NAVISTAR システム（Global
Positioning system／Navigation System with
Time and Ranges 全世界測位システム）に着
目し、このシステムに組みこまれて宇宙を所定の
軌道に沿つて回転する18個の移動衛星のいずれか
１つから発信される信号を円周に沿つて回転し又
は円周上に配列され一定周期で順次切替えられる
複数個の無指向性空中線によつて受信し、この受
信電波のドツプラー変化又は位相変化の周期と空
中線を回転又は順次切換える周期との位相差を検
出することによつて船首方位に対する衛星の方位
を予め検出し、この衛星の方位と前記衛星信号に
よつて求められる衛星の方位とから船首方位を求
めるよう構成すれば、前記の不都合が一挙に解消
できる船首方位測定装置が得られることが判つ
た。

従つて、本発明の目的は、自船の船首方位を決
定するに際し、精度が極めて良好で、耐用年数に
優れ且つ極地方でも使用可能でありしかも取扱い
の簡便な船首方位測定装置を提供するにある。

次に、本発明に係る船首方位測定装置について
好適な実施例を挙げ、添付図面を参照しながら以
下詳細に説明する。

第１図において、参照符号１０は、半径が
GPS電波の1/4波長以内の円周上に配列した８本
のダイポール空中線を示し、この空中線１０は、
空中線切替器１２と電気的に接続されている。ダ
イポール空中線１０の出力側は、空中線切換器１
２に接続され且つこの空中線切換器１２の出力端
子は、周波数変換器１４の一方の入力端子に接続
され、しかもこの周波数変換器１４の他方の入力
端子は、第１周波数合成器１６の出力端子と接続
する。なお、第１周波数合成器１６の入力端子
は、高安定発振器１８の出力端子と接続してお
く。周波数変換器１４の出力端子は、中間周波増
幅器２０の入力端子と接続し、また、この増幅器
２０の出力側は、乗算器２２の一方の入力端子と
接続する。次ぎに、前記乗算器２２の他方の入力
端子は、変調器２４の出力端子と接続され、さら
に変調器２４が有する二つの入力端子のうちの一
方は、PNコード発生器（擬似雑音コード発生
器）２６の出力端子と、また、他方は、電圧制御
発振器２８の出力端子と接続される。乗算器２２
の出力端子は、第１バンドパスフイルタ３０の入
力側と接続し、この第１バンドパスフイルタ３０
の出力端子は、逓倍器３２の入力側に接続する。
位相検波器３４は、一方において逓倍器３２の出
力を受け、他方において第２周波数合成器３６の
出力を受けるものであつて、従つて、その一方の
入力端子は、前記逓倍器３２の出力端子に接続さ
れると共にその他方の入力端子は、周波数合成器
３６の出力端子に接続される。この場合、周波数
合成器３６の入力側は、高安定発振器１８の分岐
した出力側と接続しておく。なお、位相検波器３
４の出力側は、ループフイルタ３８を介して電圧
制御発振器２８の入力側と接続される。従つて、
電圧制御発信器２８―変調器２４―乗算器２２―
第１バンドパスフイルタ３０―逓倍器３２―位相
検波器３４―ループフイルタ３８は、互いに
PLL（Phase Locked Loop）を構成することが
諒解されよう。

さて、位相検波器３４の出力側は、分岐されて
第２バンドパスフイルタ４０の入力側と接続す
る。位相検出器４２は、前記第２バンドパスフイ
ルタ４０の出力と、切換波発生器４４の一方の出
力を受け、従つてその一方の入力端子は、第２バ
ンドパスフイルタ４０の出力端子と、また、他方
の入力端子は、切換波発生器４４の一方の出力端
子と接続される。なお、ここで、切換波発生器４
４の他方の出力端子は、空中線切換器１２の入力
側に接続される。

船首方位演算器４６は、その一方の入力端子が
前記位相検出器４２の出力端子と接続するもので
あつて、また、その他方の入力端子は、GPS受
信機４８の一方の出力端子と接続する。さらに、
GPS受信機４８の他方の出力端子は、PNコード
発生器２６の入力端子と接続し、且つ船首方位演
算器４６の出力側は表示器５０の入力側と接続さ
れてなるものである。

本発明装置は、基本的には以上のように構成さ
れるものであつて、次に本発明装置の作用並びに
効果について説明する。

空中線１０を構成する各要素の出力は空中線切
換器１２に送給され、一方、切換波発生器４４の
一方の出力端から送給された信号によつて空中線
切換器１２は、ダイポール空中線１０のうちいず
れか１つの要素を選択する。その選択された要素
はGPS衛星（図示せず）から送信されるGPS電
波を受信するので前記空中線１０のGPS信号は、
周波数変換器１４の一方の入力端子に導入される
と共にその他方の入力端子には、高安定発振器１
８の出力を受けて生成される局部発振周波数信号
が第１周波数合成器１６から供給される。従つ
て、周波数変換器１４からは、前記GPS信号と
局部発振周波数信号との差の周波数信号が出力と
して中間周波増幅器２０に送出されることにな
る。中間周波増幅器２０では、前記周波数変換器
１４の出力信号が増幅されて乗算器２２の一方の
入力信号となり、また、乗算器２２には、変調器
２４からの信号がもう一方の入力信号として送給
されることになる。この場合、変調器２４の出力
信号は、電圧制御発振器２８の出力を、PNコー
ド発生器２６において生成されるPN信号
（Psuedo Noise信号、擬似雑音信号）により変調
したものであり、さらにまた、前記PN信号、す
なわち、PNコード発生器２６の出力は、GPS受
信機４８により選択されたGPS衛星の可視内に
ある適当な１個の衛星のコードと受信タイミング
を持つように規制されている。従つて、乗算器２
２の出力を、中間周波増幅器２０の中間周波数と
電圧制御発振器２８の周波数との差の周波数を中
心周波数とする第１バンドパスフイルタ３０に送
給すれば、この第１バンドパスフイルタ３０で
は、空中線１０において受信されたGPS信号の
スペクトル拡散を復調した信号が得られることに
なる。次いで、このように復調された第１バンド
パスフイルタ３０の出力信号は、それを２逓倍す
る逓倍器３２に導かれ、復調したGPS信号の中
に含まれる軌道データその他の変調成分が取り除
かれ位相検波器３４の一方の入力端子に導入され
ることになる。

次ぎに、高安定発振器１８から送給される信号
は、一方において前述のように第１周波数合成器
１６に導入されるが、他方において分岐して第２
周波数合成器３６に導入される。この第２周波数
合成器３６では、前記高安定発振器１８の出力周
波数は、逓倍器３２の出力周波数と同一の周波数
に変換され、位相検波器３４の他方の入力端子に
導入される。ここで、位相検波器３４の出力は、
ループフイルタ３８を介して前記のように電圧制
御発振器２８、変調器２４、乗算器２２、バンド
パスフイルタ３０、逓倍器３２を含むPLLに導
入されるので、逓倍器３２の出力信号周波数は、
第２周波数合成器３６の出力周波数と正確に一致
するようになる。

ところで、切換波発生器４４の切換周期Ｔを適
当に選択し、空中線１０の８本ある要素の付勢を
順次船首側から時計回りに回転するように切換波
発生器４４を介して空中線切換器１２を制御する
と、その結果、GPS衛星と空中線１０の各要素
との相対距離が順次変化することになる（第２図
参照）。従つてこれに応じてGPS電波の受信々号
の位相偏位ΔΦは、GPS衛星の方位の地平面への
投影方位が船首方位と一致するとき、第３図にお
いて○点を結んだ階段状に変化し、一方、GPS
衛星が第２図に示すように船首方位からΘsの方
位にあるときは第３図においてＸ点を結んだ階段
状に変化する。そこで、切換波発生器４４の切換
周期Ｔをループフイルタ３８の時定数より小さく
選択すれば、空中線１０の各要素を順次切換える
ことにより発生する位相偏位は、位相検波器３４
の出力の変化として現れることになる。従つて、
このような位相検波器３４の出力を切換周期Ｔの
逆数を中心周波数とする第２バンドパスフイルタ
４０に通すことにより、この第２バンドパスフイ
ルタ４０の出力は、第３図に示すように、実線又
は点線の正弦波で表わすことができることにな
る。この結果、切換波発生器４４の切換の位相と
第２バンドパスフイルタ４０の出力の位相との差
＋（90゜−360゜／16）が船首方位からGPS衛星の方
位の地平面への投影方位迄の方位を示すことにな
る。

従つて、位相検出器４２では、切換波発生器４
４の出力と第２バンドパスフイルタ４０の出力と
の位相差が取り出され、その信号は、次いで、船
首方位演算器４６の一方の入力端子に導入され
る。一方、前記船首方位演算器４６の他方の入力
端子には、GPS受信機４８のPNコードを含む
GPS衛星の方位信号が送給される。この結果、
演算器４６では位相検出器４２の出力＋（90゜−
360゜／16）が減算されるよう演算され、従つて、
船首方位が求められて、これは表示器５０により
表示されることになる。

なお、本発明に係る別の実施例では、空中線１
０と空中線切換器１２に代えて１本のダイポール
空中線を利用できる。このダイポール空中線を周
期Ｔにおいて円周上で回転させると空中線１０に
はトツプラ偏移Δfが現われ、その結果、第２バ
ンドパスフイルタ４０には、このドツプラ偏移
Δfに対応する正弦波状の出力が得られることに
なる（第４図参照）。ここで、図中、実線は、
GPS衛星の方位の地平面への投影が船首方位と
一致する場合に得られる出力を示し、一方、点線
は、GPS衛星の方位の地平面への投影が船首方
位からΘs偏位した結果得られる出力を示す。こ
の場合には、船首方位演算器４６では、GPS受
信機４８から送給されるGPS衛星の方位から位
相検出器４２の出力＋180゜を減算することにより
船首方位が求められ、同様に表示器５０により表
示される。

従つて、１本のダイポール空中線によつても、
演算要素を変えることにより８本のダイポール空
中線を用いた場合と同様の効果が得られる。

以上、本発明につき、好適な実施例を挙げて説
明したが、本発明はこの実施例に限定されるもの
ではなく、本発明の精神を逸脱しない範囲におい
て種々の改変が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る船首方位測定装置の構
造を示すブロツク図、第２図は、船首と衛星との
相関々係を示す説明図、第３図は、GPS電波の
受信信号の位相偏位と時間との相関々係を示す説
明図、第４図は、１本のダイポール空中線を用い
た場合に現われるドツプラー偏位と時間との相
関々係を示す説明図である。１０…空中線、１２…空中線切換器、１４…周
波数変換器、１６…第１周波数合成器、１８…発
振器、２０…中間周波増幅器、２２…乗算器、２
４…変調器、２６…PNコード発生器、２８…電
圧制御発振器、３０…第１バンドパスフイルタ、
３２…逓倍器、３４…位相検波器、３６…第２周
波数合成器、３８…ループフイルタ、４０…第２
バンドパスフイルタ、４２…位相検出器、４４…
切換波発生器、４６…船首方位演算器、４８…
GPS受信機、５０…表示器。

Claims

【特許請求の範囲】

１円周に沿つて回転し若しくは円周上に配列さ
れ一定周期で順次切換えられる複数個の無指向性
空中線と、前記無指向性空中線を回転し若しくは
順次切換える手段と、GPS電波を受信して自船
の位置及びGPS衛星の方位を求めるGPS受信機
と、前記GPS受信機から伝えられるGPS衛星に
付与されたPNコードとこのPNコードの受信タ
イミングと前記空中線より得られるGPS信号と
から所定のGPS衛星の受信電波のドツプラー変
化又は位相変化を抽出する手段と、前記ドツプラ
ー変化又は位相変化の周期と前記空中線を回転又
は順次切換える周期との位相差を検出し船首方位
に対するGPS衛星の方位を検出する手段と、前
記船首方位に対するGPS衛星の方位と前記GPS
受信機から得られるGPS衛星の方位とから船首
方位を求める手段と、前記船首方位を表示する表
示器とからなることを特徴とする船首方位測定装
置。