JPH0260989B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 産業上の利用分野 本発明はロラン受信機等の航法機器の出力とし
て得られる二つの位置線の交点を緯度、経度情報
に変換して航行位置を求めるようにした航法装置
に関するのものである。

(b) 従来の技術 航法機器の典型例であるロラン受信機の出力
は、測定地点である現在船位の位置線情報である
ため、二つの位置線情報を入力内容とした緯度、
経度変換装置を用いる必要がある。ロラン受信機
を用いた航法装置はその様な緯度、経度変換装置
を内蔵したもので、ロラン受信機を用いた双曲線
航法の自動化をより促進したものとして、今日広
く実用に供されつつある。

(c) 発明が解決しようとする問題点 ところで、双曲線航法で現在船位を求めるに
は、二つの位置線の交点を求めるわけだが、幾何
学的な理由から双曲線、即ち位置線の発散が大き
い場所ほど隣接する位置線間隔が大きくなるため
に位置線のあいまいが大きくなつて、求める船位
の誤差が大きくなる。また、二つの位置線の交角
θが、小さくなれば同様に船位の誤差が大きくな
つてくる。このことを第１図を参照して説明す
る。同図イは二つの位置線L₁，L₂が交点Ｐで直
交している場合、同図ロは二つの位置線L₁，L₂
が交点Ｐで交角θで交わつている場合を示し、
ΔL₁、ΔL₂は位置線のあいまいさ、すなわち電波
伝搬上の変動等から生じる誤差範囲を示してい
る。この誤差範囲は発散が大きいほど大きい。し
たがつてこの図より斜線で示す領域Ａ，Ｂは電波
伝搬上の原因と幾何学上の原因をを含めた船位の
総合誤差範囲を示すことになり、それゆえに発散
が大きくなるか二つの位置線の交角が小さくなれ
ばそれだけ斜線で示す領域の面積が大きくなり、
求める船位の誤差が大きくなつてくることがわか
る。

本発明は上述のように、位置線の発散が大きい
場合、あるいは二つの位置線の交角が小さい場合
に、求めた緯度、経度の精度が充分でないことを
オペレータが容易に判断できるようにした航法装
置を提供するものである。

(d) 問題点を解決するための手段 本発明は、ロラン受信機等の航法機器から受け
た二つの位置線情報とロラン局等の局位置情報と
から、各々の位置線の単位時間ずれあたりの緯
度、経度の変化を表す座標変換係数を求める手段
と、 この座標変換係数を表示する手段と、を備えた
ことを特徴とする。

また、座標変換係数の大きさが一定以上である
ときに、そのときに受けている航法機器からの位
置線情報を他の航法機器からの位置線情報に切り
替える手段を設けたことを特徴とする。

(e) 作用 まず本発明に係る航法装置の精度判定の原理に
つき第２図を参照して説明する。

同図において、L₁，L₂は現在使用している位
置線を示す。

今、二つの位置線L₁，L₂につき、一方の位置
線を固定して他の位置線を単位時間ずらすと、前
の交点P₀から単位時間ずらした後の交点P₁（若し
くはP₂）までの移動ベクトルは、ずらした位置
線の発散度とずらす前の二つの位置線の交角の度
合いを表すことになる。位置線の発散が大きれ
ば、元の位置線とずらした位置線間の長さが長く
なるため移動ベクトルの大きさが大きくなる。ま
た、交角をθとした場合、移ベクトルの大きさ
は、元の位置線とずらした位置線間の長さに１／
sinθを掛けた大きさとなるため、その大きさは交
角θが小さいほど大きくなる。

従つて、上記移動ベクトルの大きさが大きいほ
ど発散が大きいか、または交角が小さいと判定で
きるから、そのベクトルの大きさを二つの位置線
L₁，L₂についてそれぞれ演算によつて求められ
ば、その交点の位置における求めた緯度、経度の
精度の良悪を判定することができる。すなわち、
演算によつて求めた上記移動ベクトルの大きさが
大きくなるに従つて、そのときの交点の位置の誤
差範囲が大きくなるから緯度、経度の精度が悪く
なると判定でき、反対に移動ベクトルの大きさが
小さくなるに従つて、緯度経度の精度が良くなる
と判定できる。

上記移動ベクトルは、ロラン局位置が分かつて
いれば幾何学的に簡単に求められる。一般に、こ
の移動ベクトルの値は、位置線の単位時間ずれあ
たりの緯度、経度の変化を表す座標変換係数とし
て示され、従来から、緯度、経度を求めるのに用
いられている。

同図は、単位時間ずれを10μsとした場合に交点
P₀の移動量が、距離ΔDと方位θで表されること
を示している。距離ΔDは移動ベクトルの大きさ
である。ΔD₁とθ₁は位置線L₂を固定して位置線L₁
を10μsずらした場合の移動量を表し、ΔD₂とθ₂は
位置線L₁を固定して位置線L₂を10μsずらした場
合の移動量を表している。

上記のようにして、各々の位置線の単位時間ず
れあたりの緯度、経度の変化を表す座標変換係数
を求め、その係数を表示すれば、オペレータはそ
の表示内容から緯度、経度の精度の良悪を判定で
きる。また、求めた座標変換係数の大きさが一定
の大きさ以上であると、アラーム報知を行うこと
もでき、さらにその場合に、使用する位置線情報
を他の航法機器のものに切り替えることも可能で
ある。

なお、例えば、使用する位置線情報をロランＡ
とＣのものにした場合、ロランＣだけの位置線情
報を使用する場合に比較して、緯度、経度の精度
が良くなる場合がある。この場合につき第６図を
参照して説明すると次のようになる。

同図において、時間差線L₁とL₂の交点P₁を自
船位置とする。時間差線L₂に誤差Δt₂が含まれて
いる場合、時間差線L₁とL₂の交点はP₂からP₃の
範囲で変動する。

つまり、時間差線L₂の誤差Δt₂に対して、時間
差線L₁上をΔt₁だけ変動する。

時間差線L₁上の変動量t₁は Δt₁＝Δt₂／sinθ で求められる。

今、時間差線L₂にロランＡを採用する場合、
ロランＡの公称精度は1μsecである。

従つて、時間差線L₁方向の変動量Δt₁Aは Δt₁A＝１／１＝１（μsec） になる。

つまり、ロランＡとＣを組み合わせて測定する
場合の誤差で、各時間差線がほぼ直交している場
合は、測定誤差が1μsecになる。

次に、時間差線L₁とL₂が共にロランＣの場合、
ロランＣの公称精度は0.1μsecであるから、時間
差線L₁方向の誤差Δt_1cは Δt_1c＝0.1／sinθ になる。

この誤差Δt_1cが、上記ロランＡとＣの組み合わ
せ時の誤差1μsecに等しくなるときの時間差線L₁
とL₂の交角θについて求めると、 sinθ＝0.1／１ ＝0.1 よりθ＝5.7゜となる。

これから明らかなように、時間差線L₁とL₂に
ロランＣを採用して位置測定を行う場合、時間差
線の交角が5.7゜になると、時間差線L₂にロランＡ
を用いて、時間差線L₁とL₂を直交状態で測位を
行うときの誤差に等しくなる。

つまり、時間差線L₁とL₂の交角が5.7゜以下にな
るときは、ロランＣの組み合わせで測位するより
も、時間差線が互いに直交するロランＣとＡの組
み合わせで測位する方が精度がよい、ということ
がいえる。

以下の実施例では、航法機器として異なる測地
系の位置線情報を出力するロランＡおよびＣ受信
機を用い、二つの位置線情報がロランＡとＣから
のものであつてもその交点の緯度、経度が求めら
れるようにし、また、演算して求めた上記移動量
が、予め定めた許容範囲を超える場合にはアラー
ム報知を行うようにした航法装置を例示する。こ
のような装置により、ロランＡおよびＣチエーン
でカバーされるどの地点においても、高い精度を
得られる位置線を容易に選択できることになる。

(f) 実施例 第３図は本発明の実施例であるロラン受信機を
用いた航法装置のブロツク図である。

同図において、ロランＡ受信機１とロランＣ受
信機２は各々単独に構成されるとともに、それら
は各々複数の位置線情報を出力できるようになつ
ている。ロランＡ，Ｃ受信機１，２にはそれらの
出力の位置線情報のうち選択スイツチ３の設定位
置に基づいて所定の二つの位置線情報を選択する
位置線選択回路４が接続され、該選回路４には選
択された位置線情報に基づいてその交点の緯度、
経度を演算により求める緯度、経度変換回路５が
接続される。この緯度、経度変換回路５では選択
スイツチ３と位置線選択回路４によつて選択され
た位置線の一方がロランＣの位置線情報である場
合に、、当該位置線の基準となる局データをまず
ベツセル系座標データに換算し、その換算値から
緯度、経度を求める作業が行われる。このため、
上記換算するための補正値がROMで構成される
測地系換算テーブル６に予め記憶され、緯度、経
度変換回路５は適宜テーブル６の記憶内容を参照
するようになされている。また、詳細については
後述するが、この緯度、経度変換回路５では、さ
らに位置線の単位時間ずれあたりの緯度、経度の
変化を表す座標変換係数Ｃを求め、この係数Ｃに
基づいて、求めた緯度、経度の精度判定を行うよ
うになされている。アラーム回路８はこの精度判
定の結果が不良である場合に駆動される報知回路
で、LED表示器等とその付属回路で構成される。

表示器７は上記変換回路５で求められた緯度、
経度および座標変換係数から求められた移動量
（方位および距離）を数値で直接表示するデイジ
タル表示器で構成されている。

なお、緯度、経度変換回路５と測地系換算テー
ブル６はマイクロコンピユータで構成されてい
る。

次にこの装置の動作を説明する。

選択スイツチ３によりロランＡチエーンが選択
されている場合、位置線選択回路４はロランＡ受
信機１からの二つの位置線情報を有効にしてロラ
ンＣ受信機２からの位置線情報を無効にする。す
なわちロランＡ受信機１からの二つの位置線情報
によつてロランＡ受信機１からの二つの位置線情
報によつて緯度、経度が求められる。この場合測
地系換算テーブル６の内容は参照されず、したが
つて緯度、経度変換回路５は上記ロランＡ受信機
１からの二つの位置線情報をベツセル系座標を基
準にして演算を実行する。

選択スイツチ３によりロランＣチエーンが選択
されている場合は上記とは逆に、位置線選択回路
４はロランＣ受信器２からの二つの位置線情報を
有効にしてロランＡ受信機１からの位置線情報を
無効にする。すなわちロランＣ受信機２からの二
つの位置線情報によつて緯度、経度が求められ
る。この場合、ロランＣチエーンはWGS系座標
を基準にして構成されているので、緯度、経度演
算の際、測地系換算テーブル６が参照されて、局
データがベツセル系に対応するデータに変換され
てから上記緯度、経度の演算が実行される。

選択スイツチ３がロランＡ、もしくはロランＣ
チエーンを選択している場合は、以上のような動
作で緯度、経度の演算が行われる。

次に選択スイツチ３がロランＡとＣチエーンを
選択している場合の動作を述べる。

この場合は位置線選択回路４はロランＡ受信機
１から一つの位置線情報を、ロランＣ受信機２か
らもう一つの位置線情報を選択し、それぞれの受
信機の他の位置線情報を無効にする。同時に緯
度、経度変換回路５はロランＣ受信機２からの位
置線情報に対してのみ局データの測地系変換
（WGS系→ベツセル系）補正値を用いて緯度、経
度の演算を行う。このように座標系の異なる位置
線情報であつても、一方の位置線情報すなわちロ
ランＣ受信機２からの位置線情報に係る局データ
を、他の位置線情報の基準となる座標系すなわち
ベツセル系座標を基準としたデータに換算するだ
けで両位置線の交点の緯度、経度が求められる。
この理由は、位置線情報が時間差情報つまり距離
情報であり、その基準地点（送信局）のWGS系
座標位置をベツセル系座標位置に換算すれば、ロ
ランＣチエーンの位置線もロランＡチエーンの位
置線と同時に取り扱うことができ得るからであ
る。

なお、後述するように、緯度、経度変換の演算
は、位置線の単位時間ずれあたりの緯度、経度の
変化、を表す座標換算係数Ｃを求めてから行うよ
うにしているが、この係数Ｃより第２図に示す移
動量である方位θと距離ΔDを直ちに求めること
ができる。上述の精度判定は距離ΔDの大きさ
が、予めに設定した許容範囲内に入るかあるい
は、越えるかで行われ、もし、越える大きさであ
ればアラーム回路８を駆動する。

したがつて、ロランＡおよびＣチエーン内の位
置線のうち、アラームのないものを選択すれば、
その位置線は予めに設定した許容範囲にある精度
を出すものとして知ることができる。

続いて、上記維度、経度変換回路５における演
算内容につき第４図を参照して説明する。同図は
上記マイクロコンピユータによつて緯度、経度を
求めまた求めた緯度、経度の精度判定を行うため
の演算手順を示す。

ステツプn₁（以下ステツプn_xを単にn_xと称する）
ではロラン受信機で指定した局コードの入力が行
われる。n₂では現在の船位の推測位置が読み込ま
れる。この推測位置は図示しないキーから入力す
る様にしてもよく、また直前の船位であつてもよ
い。次にn₃では、n₁で入力した局コードから当該
局の位置が求められる。上記マイクロコンピユー
タは、予め各局コードに対応して当該各局の位置
を記憶させたテーブルメモリを有しており、n₁で
入力した局コードに対応する局の位置データを上
記メモリから取り込むようにしている。この場
合、もし局コードがロランＣチエーンのものであ
れば、緯度経度変換回路５は測地系換算テーブル
６からWGS系からベツセル系へ換算する補正値
を取り込み、ロランＣチエーンの局コードをベツ
セル系に換算した局データにする。上述したロラ
ンＣ受信機からの位置線情報に係る局データをベ
ツセル系座標を基準にした局データに換算する作
業は、このn₃によつて実行される。

続いて、n₄ではロラン受信機から位置線情報の
入力有無が判別され、もし入力がなければn₅へと
進む。n₅では位置線（μs：時間次元）の単位時間
ずれあたりの緯度、経度（rad：角度次元）の変
化、を表す座標変換係数Ｃが求められる。この係
数Ｃは、公知のように、n₂で得られた推測位置と
n₃で得られた局位置のデータに基づいて、幾何学
的に求められる。そして求められた係数Ｃはn₆で
表示されるとともに次にこのステツプで再び求め
られるまで一時記憶され、後述のn₁₂で使用し得
る状態に置かれる。

上記座標換算係数Ｃは位置線の単位時間ずれあ
たりの緯度、経度の変化、を表す値であり、既述
した位置線の発散度と交角の度合い要素を含むも
のである。したがつて、この係数Ｃがn₆で表示さ
れることによつて、その位置線を使用する場合の
概ねの精度を知ることができる。

n₇では上述したように、上記係数Ｃから求め得
た距離ΔDの大きさが、予めに設定した許容範囲
内に入るかあるいは、越えるかの判定、したがつ
て現在使用している位置線による精度判定が行わ
れる。前記許容範囲は任意に設定することがで
き、予めマイクロコンピユータのROMあるいは
RAMに記載させておけばよい。もし、係数Ｃか
ら求め得た距離ΔDの大きさが上記許容範囲内に
なければ精度不良としてn₈へ進みアラーム報知が
行われる。反対に許容範囲内にあればアラーム報
知せずにn₄へ戻りロラン受信機からの位置線情報
の入力を持つ。

n₄で位置線情報の入力があつた場合はn₉へと進
み、ここで該位置線情報が取り込まれる。続いて
n₁₀ではn₂で得た推測位置における位置線が求め
られる。これはまず推測位置とn₃で得た局位置と
の距離を求め、次いでこの距離と電波伝搬速度を
基にして計算することができる。

次に、n₁₁ではn₉で得た現在船位の位置線とn₁₀
で得た推測位置の位置線の差を求め、n₁₂でこの
差にn₅で得た係数Ｃを乗することで、角度次元の
現在船位と推測位置の差が求められる。したがつ
てn₁₃でこの差n₂で得た推測位置を加えることに
より、現在位置が求められることになる。n₁₃で
求められた結果は簡単な演算を経た後、直ちに緯
度、経度データに変えられてn₁₄で表示される。
次いでn₁₅でn₁₃で求めた現在位置を推測位置にし
てn₁へ戻る。この場合、n₂の推測位置が真の現在
位置と離れすぎていれば、n₁₃で求めた現在位置
に誤差が生じる。したがつて通常第４図に示す演
算手順が数回繰り返されてから演算を終了するよ
うにされる。

以上の動作内容により二つの位置線情報と局デ
ータがロランＡ，Ｃのいずれの受信機からのもの
であつても、現在の船位の緯度、経度が求めら
れ、また求められた緯度、経度の精度が所定の範
囲内になければ自動的にアラーム報知が行われる
ことになる。

したがつて航行中にアラーム報知があれば、選
択スイツチによりアラーム報知のない位置線の選
択を行えば簡単な操作で常時高い精度の緯度、経
度情報を知ることが可能となる。

なお、座標変換係数Ｃを求めるには比較的長時
間要するため、ロラン受信機からの位置線情報の
入力を待つてからその係数Ｃを求めるようにすれ
ば、緯度、経度演算を行うのに長時間を必要とす
る。本実施例では第４図のn₄，n₅の所で明らかな
ように、上記係数を求めるタイミングを位置線情
報の入力のない時間としている。したがつて、位
置線情報の入力があつて緯度、経度が表示される
までの時間をごく短時間にし得るという利点があ
る。この場合、係数Ｃを求めるに必要なデータで
ある推測位置、すなわち現在の直前の船位（n₁₅
参照）が多少移動しても該係数Ｃの変化は無視し
得るほど小さく、最終的に求める緯度、経度には
影響を及ぼさない。

以上の実施例においては、測地系換算テーブル
の記憶内容を、局データをWGS系からベツセル
系へ換算するための補正値とし、緯度、経度の求
める演算をベツセル系の座標を基準にして行うよ
うにしたが、WGS系の座標を基準にして上記演
算を行う場合は、測地系換算テーブルの記憶内容
を、局データをベツセル系からWGS系へ換算す
るための補正値とすればよい。また、これらの補
正値を共に記憶させ、ベツセル系、WGS系のど
ちらの測地系の座標を基準にしても上記演算を行
えるようにすることも可能である。さらに他の測
地系の座標を基準として上記演算を実行させたい
場合は、当該座標に換算するための測地系換算テ
ーブルへ記憶する補正値を変えればよい。

なお、測地系変換のための補正値は固定的であ
るため、予めこの補正値を基に測地系を変換した
ときの局データを作成し、これを記憶させておく
ことにより実質的に測地系変換補正値の記憶した
測地系換算テーブルを構成し、これによつてn₃で
の局データ換算作業を略することができる。

このように、使用する位置線の測地系を制約し
ないように構成すれば、チエーンでカバーされる
海域のどの地点においても高い精度で緯度、経度
を求めることができるが、そのことは現在使用し
ている位置線による緯度、経度の精度判定が自動
化されるということでさらに具体的な有効性を持
つようになる。操作者はアラーム報知の有無だけ
で、精度を悪くする位置線を容易に除去できるか
らである。また、多数の位置線が交差している場
合は、座標変換係数を見ることにより最も高い精
度の得れる位置線を選択することもできる。

さらに精度判定が不良の場合は、使用する位置
線を自動的に変更することもできる。そのような
自動変更を行うようにするには、例えば、精度判
定が不良であるときに位置線の選択スイツチを１
ステツプ切り換えるようにすればよい。さらにそ
の切換え動作を精度判定がよくなるまで継続させ
る。

(g) 発明の効果 本発明によれば、使用している位置線の単位時
間ずれあたりの緯度、経度の変化を表す座標変換
係数が表示されるのでオペレータはその表示内容
から現在の緯度、経度値が精度のよいものか悪い
ものかを容易に判断することができる。また、精
度判定が不良の場合、使用する位置線を自動的に
変更することで、常に最良の精度で運用できる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，ロは２つの位置線の交わり方により
求める船位の誤差範囲が異なることを示し、第２
図は本発明に係る航法装置の精度判定の原理を説
明する図である。また第３図は本発明の実施例で
あるロラン受信機を用いた航法装置のブロツク図
を示し、第４図は前記航法装置における緯度、経
度を求めるための手順と、求めた緯度、経度の精
度判定を行う手順を表すフローチヤートである。
また、第５図はこの発明の他の実施例の一部ブロ
ツク図である。さらに、第６図はロランＡ，Ｃの
位置線を使用するときに精度が上がる場合につい
て説明する図である。 １……ロランＡ受信機、２……ロランＣ受信
機、３……選択スイツチ、４……位置線選択回
路、５……緯度、経度変換回路、６……測地系換
算テーブル、７……アラーム回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロラン受信機等の航法機器から受けた二つの
   位置線情報とロラン局等の局位置情報とから、
   各々の位置線の単位時間ずれあたりの緯度、経度
   の変化を表す座標変換係数を求める手段と、 この座標変換係数を表示する手段と、を備えた
   ことを特徴とする航法装置。 ２ 前記座標変換係数の大きさが一定の大きさ以
   上であるときにアラーム報知を行う手段を備えた
   特許請求の範囲第１項記載の航法装置。 ３ ロラン受信機等の複数の航法機器から受けた
   位置線情報中２つの位置線情報とロラン局等の局
   位置情報とから、各々の位置線の単位時間ずれあ
   たりの緯度、経度の変化を表す座標変換係数を求
   める手段と、 前記座標変換係数の大きさが一定の大きさ以上
   である時に航法機器から受けている位置線情報を
   他の航法機器からの位置線情報に切り替える手段
   と、 を備えたことを特徴とする航法装置。