JPS60244878A

JPS60244878A - Ｇｐｓジヤイロ

Info

Publication number: JPS60244878A
Application number: JP59102001A
Authority: JP
Inventors: Takashi Morimoto; 隆森本
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1984-05-21
Publication date: 1985-12-04

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】〈発明の属する技術分野〉本発明はＧ　Ｐ　Ｓ　（Ｇ　１ｏｂａｌ　ｐ　ｏｓｉｔ
ｉｏｎｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　、常時、最低３箇所の衛
星からのレンジデータを受信し自艦の位置及び速度等を
決定する電波航法装置）を利用して船舶のピッチ角、方
位角等を演算してめるＧＰＳジャイロに係り、特に船舶
の輸送の信頼性向上と省エネを達成することが可能なＧ
ＰＳジャイロに関する。

〈従来技術〉従来この種の公知の技術として、特公昭５９−２８７０
号ｒＧＰｓジャイロ」が知られている。以下、この従来
技術を図面を用いて説明する。

第４図は従来技術のＧＰＳジャイロのブロック図である
。

第４図において、１は船舶Ｓの首尾軸上の船首の位置Ａ
に設置された第１のＧ　Ｐ　Ｓ　、、２は船尾−の位置
Ｂに設置された第２のＧＰＳである。

Ｐは位置測定装置であり、この位置測定装置Ｐは、第１
のＧＰＳｌで受信された受信信号から第１のＧＰＳＩの
地表上の位置（緯度、経度）と地球座標に対する各衛星
の位置をめる。

Ｒは位相差計測器であり、この位相差計′、側型Ｒは、
第１のＧＰＳｌと第２のＧＰＳ２で受信された受信信号
の内周−の人工衛星同志の信号間の位相差（位相差はそ
のとき受信可能な２個以上の衛星信号について行う）を
める。

Ｆは方位計算器であり、この方位目算器Ｆは、位置測定
装置Ｐでめた第１のＧ　Ｐ　８１の位置及び地球座標に
対する各衛星の位置と、位相計算器Ｒでめた各衛星信号
の位相差とから船舶Ｓの方位角ψを算出・表示する。

〈解決すべき問題点〉船舶の運航は、方位角の伯に必要に応じてピッチ角やロ
ール角の各信号をオートパイロットに入力して船舶の輸
送の信頼性と省エネ運転を行なっている。

従来のＧＰＳジャイロは方位角のみを得る構成なので、
上述した輸送の信頼性と省エネ運転を行なうために別途
専用のピッチ角計測器やロール角計測器を設置する必要
がある。しかしながら、別途専用の計測器を設置したの
では装置全体の価格が非常に高価なものとなる。

〈発明の目的〉本発明は上述した従来技術の問題に鑑みて成されたもの
であって、船舶の輸送の信頼性と省エネ運転を行なうに
必要なピッチ角やロール角の測定値を０、別に専用の計
測器を用いることなく複数のＧＰＳから得ることができ
るＧＰＳジャイロを提供することを目的とする。

〈発明の構成〉上述の目的を達成するための本発明のＧＰＳジャイロは
、船舶の首尾軸上に所定の距離を置いて設置した第１及
び第２のＧＰＳと、該第１及び第２のＧＰＳに接続され
前記船舶のピッチ角と前記方位角を演算し出力するピッ
チ角・方位角演算部とを具備したこと、から成る構成と
した。

〈発明の実施例〉以下、本発明の具体的な実施例を図面を用いて詳細に説
明する。

本発明の具体的実施例を第１図乃至第３図に示す。尚、
第１図乃至第３図において第４図と重複する部分は同一
番号を付し説明は省略する。

第１図は本発明のＧＰＳジャイロのブロック図である。

第１図において、３は船舶Ｓの速度Ｖと位置Ｐを演算し
出力する速度・位置演算部であり、この速度・位置演算
部３は第１及び第２のＧＰＳｌ　。

２からの速度データ（Ｖ＋　、Ｖ２　）と位置データ（
Ｐ＋、Ｐ２）（７）平均（Ｖ＝（Ｖ＋　Ｖ２）／２゜百
＝　（ＰＩ　＋Ｐ２　）／２＞を演算処理して船舶の速
度■と位置Ｐをめる。４は第１及び第２のＧＰＳｌ　、
２に接続され船舶Ｓのピッチ角θと方位角ψを演算し出
力するピッチ角・方位角演算部である。

第２図は船舶Ｓ上のＧＰＳの設置図である。

第２図において、横軸をＥ（束）、Ｎ＠をＮ（北）、交
点をＤ〈鉛直下）、船舶Ｓの首尾軸を×１首尾軸Ｘに直
交する軸をＹ、ＸとＹの交点における垂直軸を７とする
。ここで、第１のＧＰＳｌの位置出力Ｐ１を（ＸＮ、Ｙ
Ｅ　、Ｚｏ　＞、第１のＧＰＳＩと距離！をもって設置
された第２のＧＰＳ２０）位置出力Ｐ２　ヲ（Ｘ２Ｎ　
、　Ｙ％　、　Ｚ”ｏ　）　トする。但し、ＸＮはＡ点
の北方向距離、ＹＥはＡ点の東方向距離、ＺｏはＡ点の
鉛直方向距離、ＸｔはＢ点の北方向距離、ＹＥはＢ点の
東方向距離、Ｚ”ｏはＢ点の鉛直方向距離とする。尚、
船体軸座標、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）でΔ点、Ｂ点を表わすと、
（Ｘ＋　、Ｙ＋　、Ｚ＋　）、（Ｘ２’、Ｙ２．Ｚ２　
）となる。

第３図は本発明のＧＰＳジャイロのフローシートである
。

第１図乃至第３図を塾にピッチ角・方位角演算部４の機
能を以下に説明する。

第１．第２のＧＰＳＩ　、２の受信出力に基づいてピッ
チ角・方位角演算部４で演算される距離ベクトルＭは、１１！＝ｌｘｌｅｘ＋１ｙｌｅｙ　＋ｉ’ｚ／ｅｚ＝（
Ｘ＋　Ｘｔ）／ｅｘ＝ｌ／ｅｘ−（１）となる。但し、
／　ｅｘ　、Ｉｅ　ｙ　＋　／　ｅ　ｚは船体軸座標（
Ｘ、Ｙ、Ｚ）の単位ベクトルである。ここで距離ベクト
ル１１を極地水平座標（Ｎ、Ｅ、Ｄ＞で表すと、（１）
式は、１１＝ｌＮｌｅｘＮ＋Ｉ！Ｅｌｅｙｔ＝　＋ｌｏ／ｅｚ
。

＝　（１＃ｃｏｓ　ｔｐ　−ｃｏｓθＨｅ　Ｘ　Ｎ　＋
（ｉ！−ｓｉｎψ−ＣＯＳθ’）ｌｅｙＥ＋（−／−５
ｉｎθ）ｌｅｚＤ＝　（７Ｃｎ　ｂ　）１ｅｘ　Ｎ　＋　＜ｌｃ幇ｂ　）
Ｉｅｙｔ−十（ｌｃｎ　ｂ　＞ｆｅｚ　。

＝　（Ｘ’Ｎ　Ｘ’Ｎ　）ｔｅｘ　Ｎ　＋　（Ｙ’ｒ−
−Ｙ”Ｅ　）ｌｅｙＥ十（Ｚ’ｏ−バ）ｌＣ’ｚ　ｏ　
・＝　（２＞となる。但し、ｃｏｓψ−ｃｏｓθ−Ｃ？
１’　ｂ　、　ｓｉｎψ・ｃｏｓθ−ｃ　２．′ｂ、−
３＋　ｎθ＝ＣＲ’ｂ　、　ｊ’Ｃｎ’ｂ　＝ｘＷ−Ｘ
ａ、　ｌｃ慴ｂ　＝ｙ４−貧、ｌＣ％’ｂ　＝ＺＬ−Ｚ
’Ｄとする。尚、！は既知である。（２）式を基にピッ
チ角θと方位角ψは、 θ＝　−５ｉｎθ−’　Ｃｎ’ｂ　・・・（３）ψ＝ｔ
ａｎ　−＋　（Ｃｎ　ｂ　／Ｃｎ　ｂ　）　−（４）と
してめられる。ところで、この時のピッチ角誤差Δθと
方位角誤差Δψは、以下の様になる。

ピッチ角誤差Δθ＝（−（ΔパーΔ２名）〜Δｌ　ｓｉｎ　”１）　／Ｉ！
ｃｏｓθ　・・・（５）方位角誤差Δψ＝［（（ΔＹＥ　−ΔＹＥ　）　／　（ＸＮ−ＸＮ　）　
）−（（Ｙ’ε−Ｙ’Ｅ　）　／　（Ｘ’Ｎ　−Ｘ％　
）　）・（（ΔＸ　’Ｎ−ΔＸ２Ｎ）　／　（Ｘ’Ｎ−
Ｘ２Ｎ＞　）　］・ｃｏｓ　２　ψ・・・　（６）となる。但し、〈ΔＸ！１．ΔＹＬ、ΔＺみ）、（ΔＸ
Ｎ、ΔＹＥ、ΔＺｏ）は第１．第２のＧＰＳ１　、２　
、の位置誤差、θは真のピッチ角、ψは真の方位角、Δ
！は距離！の読み取り誤差或いは設置誤差である。尚、
船舶なので真のピッチ角θは９０°以下である。

ここで、船舶Ｓの進路を北に向っているものとし、この
時の各条件をψ＝Ｏ，ＸＮ−ＸＮ＝１＝５０ｍ　、ＹＥ
　−ＹＥ　＝Ｏ，θの平均値１ｏ°、Δ１＝０．１ｍ、
ΔＺｏ　＝ｏ、ｉｍ　、ΔＺｏ＝０゜１ＦＲ１ΔＹＥ＝
０．１Ｎ、Δｙ％＝−ｏ、１１１１とすると、ピッチ角
・方位角演算部４で得られるピッチ角誤差Δθと方位角
誤差Δφは、（５）。

〈６）式からそれぞれ、Δθ〜０，２５°、Δψ〜０．
２２８°となる。従って、簡単な構成でピッチ角、方位
角が高精度に測定可能できる。

ところで、上述の実施例は、ピッチ角θ、方位角を得る
場合の構成であるが、本発明はこれに゛限定されるもの
ではない。例えば、ロール角φを必要とする場合は、第
１図乃至第３図において、破線で示す様な各機能をイ」
加すればよい。以下にこの破線部分を説明する。

第１図乃至第３図破線部分において、５は第２のＧＰＳ
２に直角に距離ｒをもって位置Ｃに設置された第３のＧ
ＰＳ、６はピッチ角・方位角演算部４と第３のＧＰＳに
接続されロール角φを演算し出力するロール角演算部で
ある。ここで第３のＧＰＳ５　（７）位置出力Ｐ３　を
（ＸＮ、ＹＥ　、Ｚｏ　）とし、ＸＮは０点の北方向距
離、ＹＥは０点の東方向距離、Ｚｏは０点の鉛直方向距
離とする。又、船体軸座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で０点を表わ
すと、（Ｘ３　、　Ｙ３　、　Ｚ３　）となる。この様
な関係にあるロール角演算部６の機能を以下に説明する
。

ピッチ角・方位角演算部４からのピッチ角θと第３のＧ
ＰＳ５の受信出力に基づいて、ロール角演算部６で演算
される距離ベクトルｒは、ｒ　＝ｒ　ｘｌｅｘ＋ｒ　ｙ
ｌｅｙ　＋ｒ　ｚｌｅｚ＝（Ｙ３　Ｙ２）／ｅｙ＝ｒ７
ｅｙ−（７）となる。ここで距離ベクトルｒを極地水平
座標（Ｎ、Ｅ、Ｄ）で表現すると、（７）式は、ｒ°＝
ｒ　Ｎ／ｅｘＮ＋ｒｉ／ｅｙＥ＋ｒｏ／ｅｚ。

＝ｒ　（−ｓｉｎφ−ｃｏｓφ＋ｃｏｓψ−ｓｉｎθ０
ｓｉｎφ）７ｅｘＨ＋ｒ　（ｃｏｓψ−ｃｏｓφ＋　ｓ
ｉｎψ−ｓｉｎθ−ｓｉｎφ）ＩｅｙＥ＋ｒ（ｃｏｓθ
−ｓｉｎφ＞Ｉｅ　ｚ　。

＝ｒ　（Ｃｒｌ”ｂ　）ｔｅｘ　Ｎ　＋ｒ　（ＯｎＦ２
ｂ　’）１ｅｙｒＥ十ｒ　（Ｃｎ　ｂ　Ｎｅｚ　。

＝　（Ｘ３Ｎ−、Ｘ２Ｎ＞ｔｅｘ　Ｎ　＋　（Ｙ”Ｅ　
−Ｙ”Ｅ　）ＩｅｙＥ十（Ｚ３ｏ−Ｚ”ｏ　）ｔｅｘ　
ｏ　＝　（８）となる。但し、−ｓｉｎψ−ＣＯ８φ＋
ＣＯ８ψ−ｓｉｎθ−ｓｉｎφ＝Ｃｎｂ、ｃｏｓψ−Ｃ
ＯＳφ十ｓｉｎφ・ｓｉｎθ−ｓｉｎφ＝　ＣＦｂ　、
　ｃｏｓθ−ｓｉｎφ＝Ｃｒ１３２ｂ、ｒｃｎｂ＝ＸＮ
−ＸＮ、ｒＣｎｂ　−ＹＥ　−ＹＥＮ’Ｃ評ｂ＝Ｚ♂り
Ｚざ、ｒは既知とする。

（３）と（８）式を基にロール角φは、φ＝ｓｉｎ　−
＋　（Ｃｎ　ｂ　／ｃｏｓθ）　−（９）としてめられ
、ロール角演算部６から出力される。ところでこの時の
ロール角誤差Δφは、Δφｊ　（１／ｃｏｓθ・ＣＯＳ
φ）・　［（（ΔＺ亀−ΔＺ％）／／ｒ）（（Ｚ３Ｄ　２毛＞／１・（△ｒ／ｒ　）　十（ｓｉｎθ俸Ｓｌｎφ）・　Δθ
］　・・・　（１０）となる。但し、（ΔＸ惰、ΔＹＮ、△Ｚ”ｏ）は第３の
ＧＰＳ５の位置誤差、φは真のロール角、Δｒはｒの読
み取り誤差或いは設置誤差である。尚、船舶なので真の
ロール角φは９０°以下である。

ここで、先に示した各条件にｒ＝７ｍ１φの平均値１０
°、Δｒ＝０．１ｍ、△Ｚ”ｏ＝０．１ｍ、Ｚ見　Ｚｏ
＝１ｍを加えると、ロール角誤差Δφは、（１０）式か
ら、Δφ’に１．ｏｏとなる。即ち、簡単な構成でピッ
チ角、方位角に加えロール角が高精度に測定可能である
。ところで、この第３のＧＰＳ５の設置位置は船首尾軸
に直角であればどこでもよい。

尚、ピッチ角・方位角演算部４及びロール角演樟部６を
例えばマイクロコンピュータで構成してもよい。

く本発明の効果〉以上、本発明を具体的な実施例と共に詳細に説明した様
に、船舶の首尾軸上に電波航法装置である第１．第２の
ＧＰＳ及び（必要の場合は）第３のＧＰＳを用いてピッ
チ角と方位角（ロール角）を演綽し出力する様したこと
を特徴とする本発明のＧＰＳジャイロは、高精度で高信
頼性を有するピッチ角、方位角（ロール角）を短時間に
めることができる。又、個々にロール角（及びピッチ角
）を測定する測定器を設ける必要がないので装置全体で
みると極めて安価な製品が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＧＰＳジャイロのブロック図、第２図
は船舶Ｓ上に設置されたＧＰＳの配置図、第３図は本発
明のＧＰＳジャイロのフローシート、第４図は従来技術
のＧＰＳジャイロのブロック図である。１・・・第１のＧＰＳ、２・・・第２のＧＰＳ、３・・
・速度・位置演算部、４・・・ピッチ角・方位角演算部
、第３図第４図忍

Claims

【特許請求の範囲】

（１）船舶の首尾軸上に所定の距離を置いて設置した第
１及び第２のＧＰＳと、該第１及び第２のＧＰＳに接続
され前記船舶のピッチ角と前記方位角を演算し出力する
ピッチ角・方位角演算部とを具備したことを特徴とする
ＧＰＳジ゛ヤイ口。〈２）前記船舶の首尾軸上に直角に所定の距離を置いて
設置した第３のＧＰＳと、前記ピッチ角・方位角演算部
に接続されロール角を演算し出力するロール角演算部を
具備したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
ＧＰＳジャイロ。