(57)【要約】【課題】動揺によって相対位置変化が生じるような移動体上の位置にアンテナが設置されていても、移動体の角速度や速度を高精度に算出する。【解決手段】アンテナでＧＮＳＳ信号を受信して、当該ＧＮＳＳ信号からアンテナ位置での姿勢角ΦＢを算出する。複数時刻の姿勢角ΦＢを算出すると、アンテナ位置での角速度ωＢを算出する（Ｓ１０１）。設定した周期Ｔと、アンテナ位置での角速度ωＢを算出するための時間間隔Δｔとを用いて、動揺の周期に同期して値が変化する動揺補正値ＳＦを算出する（Ｓ１０２）。アンテナ位置での角速度ωＢを動揺補正値ＳＦで補正することにより、補正角速度ωＣを算出する（Ｓ１０３）。【選択図】  図３
2014145611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に設置されたアンテナで受信したＧＮＳＳ信号から、該移動体の角速度を算出する移動体角速度算出装置であって、
前記アンテナの位置での姿勢角から、当該アンテナの位置での角速度を算出するＧＮＳＳ角速度算出部と、
前記移動体の動揺を周期関数で設定し、該周期関数と周期とから動揺補正値を算出する動揺補正値算出部と、
前記ＧＮＳＳ角速度と前記動揺補正値とから補正角速度を算出する角速度補正部と、
を備える移動体角速度算出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体角速度算出装置であって、
前記動揺補正値算出部は、前記周期関数として三角関数を用いる、移動体角速度算出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の移動体角速度算出装置であって、
前記動揺補正値算出部は、
前記ＧＮＳＳ角速度の誤差の絶対値を前記ＧＮＳＳ角速度の絶対値で除算した値で、前記動揺補正値を設定する、移動体角速度算出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の移動体角速度算出装置であって、
前記角速度補正部は、
前記ＧＮＳＳ角速度に前記動揺補正値を乗算し、該乗算値で前記ＧＮＳＳ角速度を補正することで、前記補正角速度を算出する、移動体角速度算出装置。
【請求項５】
移動体に設置されたアンテナで受信したＧＮＳＳ信号から、該移動体の速度を算出する移動体速度算出装置であって、
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の移動体角速度算出装置と、
前記アンテナの位置での速度を算出するＧＮＳＳ速度算出部と、
前記移動体角速度算出装置の前記角速度補正部から出力される補正角速度で、前記アンテナ位置での速度を補正して、移動体速度を算出する速度補正部と、
を備えた移動体速度算出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の移動体速度算出装置であって、
前記速度補正部は、前記補正角速度と、前記アンテナ位置と移動体の重心との位置関係に基づく値とから速度補正値を算出し、当該速度補正値によって前記アンテナ位置での速度を補正することで前記移動体速度を算出する、移動体速度算出装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の移動体速度算出装置と、
前記移動体速度から航行支援情報を生成する航行支援情報生成部と、を備えた移動体。
【請求項８】
アンテナで受信したＧＮＳＳ信号から、移動体の角速度を算出する移動体角速度算出方法であって、
前記アンテナの位置での姿勢角から、当該アンテナの位置での角速度を算出するＧＮＳＳ角速度算出工程と、
前記移動体の動揺を周期関数で設定し、該周期関数と周期とから動揺補正値を算出する動揺補正値算出工程と、
前記ＧＮＳＳ角速度と前記動揺補正値とから補正角速度を算出する角速度補正部と、
を有する移動体角速度算出方法。
【請求項９】
請求項８に記載の移動体角速度算出方法であって、
前記動揺補正値算出工程は、前記周期関数として三角関数を用いる、移動体角速度算出方法。
【請求項１０】
請求項８または請求項９に記載の移動体角速度算出方法であって、
前記動揺補正値算出工程は、
前記ＧＮＳＳ角速度の誤差の絶対値を前記ＧＮＳＳ角速度の絶対値で除算した値で、前記動揺補正値を設定する、移動体角速度算出方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の移動体角速度算出方法であって、
前記角速度補正工程は、
前記ＧＮＳＳ角速度に前記動揺補正値を乗算し、該乗算値で前記ＧＮＳＳ角速度を補正することで、前記補正角速度を算出する、移動体角速度算出方法。
【請求項１２】
アンテナで受信したＧＮＳＳ信号から、移動体の速度を算出する移動体速度算出方法であって、
請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の移動体角速度算出方法の各工程と、
前記アンテナの位置での速度を算出するＧＮＳＳ速度算出工程と、
前記移動体角速度算出方法の前記角速度補正工程から出力される補正角速度で、前記アンテナ位置での速度を補正して、移動体速度を算出する速度補正工程と、
を有する移動体速度算出方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の移動体速度算出方法であって、
前記速度補正工程は、前記補正角速度と、前記アンテナ位置と移動体の重心との位置関係に基づく値とから速度補正値を算出し、当該速度補正値によって前記アンテナ位置での速度を補正することで前記移動体速度を算出する、移動体速度算出方法。
【請求項１４】
アンテナで受信したＧＮＳＳ信号から、移動体の角速度を算出する処理を、コンピュータに実行させる移動体角速度算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記アンテナの位置での姿勢角から、当該アンテナの位置での角速度を算出するＧＮＳＳ角速度算出処理と、
前記移動体の動揺を周期関数で設定し、該周期関数と周期とから動揺補正値を算出する動揺補正値算出処理と、
前記ＧＮＳＳ角速度と前記動揺補正値とから補正角速度を算出する角速度補正処理と、を実行する、移動体角速度算出プログラム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の移動体角速度算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記動揺補正値算出処理として、前記周期関数として三角関数を用いる、移動体角速度算出プログラム。
【請求項１６】
請求項１４または請求項１５に記載の移動体角速度算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記動揺補正値算出処理として、
前記ＧＮＳＳ角速度の誤差の絶対値を前記ＧＮＳＳ角速度の絶対値で除算した値で、前記動揺補正値を設定する、移動体角速度算出プログラム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の移動体角速度算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記角速度補正処理として、
前記ＧＮＳＳ角速度に前記動揺補正値を乗算し、該乗算値で前記ＧＮＳＳ角速度を補正することで、前記補正角速度を算出する、移動体角速度算出プログラム。
【請求項１８】
アンテナで受信したＧＮＳＳ信号から、移動体の速度を算出する処理をコンピュータに実行させる移動体速度算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
請求項８乃至請求項１１のいずれかに記載の移動体角速度算出プログラムを構成する各処理と、
前記アンテナの位置での速度を算出するＧＮＳＳ速度算出処理と、
前記移動体角速度算出方法の前記角速度補正工程から出力される補正角速度で、前記アンテナ位置での速度を補正して、移動体速度を算出する速度補正処理と、を実行する移動体速度算出プログラム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の移動体速度算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記速度補正処理として、
前記補正角速度と、前記アンテナ位置と移動体の重心との位置関係に基づく値とから速度補正値を算出し、当該速度補正値によって前記アンテナ位置での速度を補正することで前記移動体速度を算出する、移動体速度算出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶等の水上を移動する移動体の角速度や速度を算出する移動体角速度算出装置、移動体速度算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶等の水上を移動する移動体の角速度や速度を算出する構成が各種考案されている。例えば、特許文献１では、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）信号を受信して位置や姿勢を算出し、これらの算出結果から角速度や速度を算出している。
【０００３】
このように、ＧＰＳ信号等のＧＮＳＳ（Ｇｒｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）衛星から放送されるＧＮＳＳ信号を用いて、角速度や速度を算出する場合、ＧＮＳＳ信号を受信できなければ位置や姿勢を算出することができない。したがって、ＧＮＳＳ信号を受信するアンテナは、移動体においてＧＮＳＳ信号の受信を妨げるものが極力無い場所に設置することが望ましい。このため、アンテナは、水上を移動する船舶等の場合であれば、例えば船体から上方に伸びるマストの先端等に設置されることが多い。
【０００４】
このようにマストの先端にアンテナを設置した場合、アンテナ位置と移動体の重心（例えば、船体重心）の位置とが離れる。
【０００５】
図１は、船体重心とアンテナ位置とが離間した場合における船体の動揺状態を示す図である。図１は船首尾方向を中心軸として船体が揺動する場合を示している。
【０００６】
図１に示すように、船体９００の船体重心９０１に対してアンテナ１０１の位置が離間していると、船体９００が波や風等の外乱により動揺した場合に、船体重心９０１に対するアンテナ１０１の相対位置が変化する。
【０００７】
したがって、アンテナ位置で観測される速度や角速度は移動体（船体）の動揺の影響を受け、真の移動体の速度とは異なる値となってしまう。これを解決する方法として、特許文献２には、動揺による移動体速度への影響を抑圧する方法が記載されている。
【０００８】
特許文献２の方法では、移動体（船体）の傾斜角を何らかの方法で検出し、当該傾斜角を用いて、移動体の重心位置に対するアンテナ位置の相対速度を算出する。そして、このアンテナ位置の相対速度により、アンテナ位置で検出した速度を補正することにより、移動体速度を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２３３１８５号公報
【特許文献２】特許第３８０７８４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献２に示す方法では、移動体速度を算出するために、移動体速度を算出する構成とは別に、傾斜角を検出する構成を備えなければならない。したがって、移動体速度の算出構成が大がかりなものになってしまう。
【００１１】
また、傾斜角を高精度に検出できなければ、移動体速度を高精度に補正することができず、比較的簡単に高精度な移動体速度を算出することができない。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、動揺による相対位置変化が生じるような移動体上の位置にアンテナが設置されていても、簡素な構成や比較的に簡素化された処理で、移動体の角速度や速度を高精度に算出することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明は、移動体に設置されたアンテナで受信したＧＮＳＳ信号から、該移動体の角速度を算出する移動体角速度算出装置に関するものである。移動体角速度算出装置は、ＧＮＳＳ角速度算出部、動揺補正値算出部、および角速度補正部を備える。ＧＮＳＳ角速度算出部は、アンテナの位置での姿勢角から、当該アンテナの位置での角速度を算出する。動揺補正値算出部は、移動体の動揺を周期関数で設定し、該周期関数と周期とから動揺補正値を算出する。角速度補正部は、ＧＮＳＳ角速度と動揺補正値とから補正角速度を算出する。
【００１４】
この構成では、動揺に応じた周期性を有する動揺補正値を設定することができる。この動揺補正値を用いて、アンテナ位置の角速度であるＧＮＳＳ角速度を補正することで、当該ＧＮＳＳ角速度に含まれる動揺に影響される成分が抑圧される。
【００１５】
また、この発明の移動体角速度算出装置では、動揺補正値算出部は、周期関数として三角関数を用いる。
【００１６】
この構成では、水上の移動体が受ける動揺が、主に波による動揺であるとして、周期関数に三角関数を用いる。これにより、主として波による動揺が生じる水上の移動体の動揺補正値を高精度に設定でき、移動体の角速度を高精度に算出することができる。
【００１７】
また、この発明の移動体角速度算出装置では、動揺補正値算出部は、ＧＮＳＳ角速度の誤差の絶対値をＧＮＳＳ角速度の絶対値で除算した値で、動揺補正値を設定する。
【００１８】
この構成では、具体的な動揺補正値の設定内容を示している。このように設定する動揺補正値は、ＧＮＳＳ角速度の大きさに応じて適宜値が変化する。すなわち、スケールファクタによる動揺補正値が設定される。したがって、動揺補正値を状況に応じた適切に設定することができる。
【００１９】
また、この発明の移動体角速度算出装置では、角速度補正部は、ＧＮＳＳ角速度に動揺補正値を乗算し、この乗算値でＧＮＳＳ角速度を補正することで補正角速度を算出する。
【００２０】
この構成では、上述のスケールファクタによる動揺補正値を用いた場合の補正角速度の具体的な算出方法を示している。
【００２１】
また、この発明は、移動体に設置されたアンテナで受信したＧＮＳＳ信号から、該移動体の速度を算出する移動体速度算出装置に関するものである。この移動体速度算出装置は、上述のいずれかの構成を有する移動体角速度算出装置と、ＧＮＳＳ速度算出部と、速度補正部と、を備える。ＧＮＳＳ速度算出部は、アンテナの位置での速度を算出する。速度補正部は、移動体角速度算出装置の角速度補正部から出力される補正角速度で、アンテナ位置での速度を補正して、移動体速度を算出する。
【００２２】
この構成では、上述のように高精度に算出されたアンテナの位置での角速度を用いることで、移動体の速度を高精度に算出することができる。
【００２３】
また、この発明の移動体速度算出装置では、速度補正部は、補正角速度と、アンテナ位置と移動体の重心との位置関係に基づく値とから速度補正値を算出し、当該速度補正値によってアンテナ位置での速度を補正することで移動体速度を算出する。
【００２４】
この構成では、移動体速度のより具体的な算出方法を示している。アンテナ位置と移動体の重心との位置関係に基づく値を用いることで、所謂レバーアーム効果を考慮して、移動体の速度を高精度に算出することができる。
【００２５】
また、この発明の移動体は、上述の移動体速度算出装置と、移動体速度から航行支援情報を生成する航行支援情報生成部と、を備える。
【００２６】
この構成では、上述の移動体角速度および移動体速度の算出構成を備えていることにより、高精度な航行支援情報を生成することができる。
【発明の効果】
【００２７】
この発明によれば、簡素な構成や比較的に簡素化された処理で、移動体の動揺の影響を抑圧し、移動体の角速度や速度を高精度に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】船体重心とアンテナ位置とが離間した場合における船体の動揺状態を示す図である。
【図２】上述の動揺補正値ＳＦｎを用いて角速度ωｎを補正した場合の最終的に出力される角速度の誤差と、補正しない従来構成の場合の最終的に出力される角速度の誤差の時間変化をシミュレーションしたグラフである。
【図３】船体の角速度の算出フローを示すフローチャートである。
【図４】角速度算出部３０の機能ブロック図である。
【図５】船体速度の算出フローを示すフローチャートである。
【図６】船速算出部１０の機能ブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に係る移動体速度検出装置を備える移動体のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の実施形態に係る移動体角速度算出方法、移動体速度算出方法について説明する。なお、本実施形態では、船舶の角速度や速度を算出する方法について説明する。船舶の角速度および速度とは、船体の所定位置（船体重心）の角速度や速度である。そして、本実施形態では、船体のマストの先端等のように、所定位置から所定距離離れた位置に配置されたアンテナで受信したＧＮＳＳ信号により、船体の所定位置の角速度や速度を算出する場合を示す。また、以下の実施形態では、船体の所定位置を船体重心とする例を示す。
【００３０】
まず、本実施形態の移動体角速度算出方法および移動体速度算出方法の原理について説明する。
【００３１】
上述のように、アンテナの位置が船体重心から離間している場合、船体が波や風によって動揺すると、地球座標系で見た船体重心に対するアンテナ位置が変化する。具体的には、上述の図１に示すように、アンテナ位置は、船体重心等の振動位置を中心として円弧の軌跡上を往復するように変化する。すなわち、船体が動揺した場合、アンテナ位置は、振動中心に対して所定の角速度（周期）からなる振り子運動（単振動）のように変化する。
【００３２】
したがって、アンテナ位置の姿勢角は、正弦波として仮定することができる。ある観測時刻ｔｎで観測したアンテナ位置の姿勢角をθｎとし、動揺によるアンテナ位置の動揺周期（振動周期）をＴとすると、姿勢角θｎは、次式で表すことができる。なお、Ａは適宜設定した振動値の定数である。
【００３３】
【数１】
2014145611.tif 000003
【００３４】
したがって、アンテナ位置の角速度ωｎは、姿勢角θｎの微分であるので、次式で表すことができる。
【００３５】
【数２】
2014145611.tif 000004
【００３６】
なお、現実的な角速度ωｎｄとしては、姿勢角θｎの取得時間差をΔｔとして、各時刻の姿勢角θｎの差分を時間差Δｔで除算する値となる。
【００３７】
【数３】
2014145611.tif 000005
【００３８】
したがって、時刻ｔｎでの角速度誤差Ｅｒｒｎは、次式で表すことができる。
【００３９】
【数４】
2014145611.tif 000006
【００４０】
このように、角速度誤差Ｅｒｒｎと角速度ωｎの周期は一致する。
【００４１】
このことを利用し、角速度誤差Ｅｒｒｎを用いて角速度ωｎを補正することで、動揺による誤差を抑圧することが可能になる。
【００４２】
具体的には、角速度誤差Ｅｒｒｎの絶対値ＡＢＳ（Ｅｒｒｎ）を角速度ωｎの絶対値ＡＢＳ（ωｎ）で除算した値を動揺補正値ＳＦｎとすると、動揺補正値ＳＦｎは次式で表すことができる。なお、以下の式で、ＡＢＳ（ｆ（ｘ））は関数ｆ（ｘ）の絶対値を表す記号である。
【００４３】
【数５】
2014145611.tif 000007
【００４４】
そして、この動揺補正値ＳＦｎで、角速度ωｎを補正することで、動揺による誤差を抑圧した補正角速度ωｃを算出することができる。
【００４５】
ここで、動揺補正値ＳＦｎは、（式５）にも示すように、設定した動揺周期Ｔによって決まる。すなわち、本実施形態では、動揺周期Ｔを適宜設定し、当該動揺周期Ｔから動揺補正値ＳＦｎを算出する。そして、当該動揺補正値ＳＦｎで角速度ωｎを補正することで、動揺による誤差を抑圧することができる。
【００４６】
図２は、上述の動揺補正値ＳＦｎを用いて角速度ωｎを補正した場合の最終的に出力される角速度の誤差と、補正しない従来構成の場合の最終的に出力される角速度の誤差の時間変化をシミュレーションしたグラフである。図２は、動揺周期ＴＡが１０ｓｅｃ．の場合である。
【００４７】
図２において、横軸は時刻、縦軸は出力される角速度の角速度誤差である。図２において、点線は従来の場合である。太実線は周期Ｔ＝１０ｓｅｃ．で設定した動揺補正値ＳＦｎを用いた場合である。細実線は周期Ｔ＝１２ｓｅｃ．で設定した動揺補正値ＳＦｎを用いた場合である。破線は周期Ｔ＝９ｓｅｃ．で設定した動揺補正値ＳＦｎを用いた場合である。
【００４８】
図２に示すように、本実施形態に示すような動揺補正を行わない従来の構成では、動揺周期に準じて出力角速度に誤差が生じる。一方、本実施形態の構成を用いることで、出力角速度の誤差が抑圧される。
【００４９】
さらに、図２に示すように、実際に設定された動揺周期ＴＡ＝１０ｓｅｃ．に、動揺補正値ＳＦｎの算出用の周期が一致すれば、最終的に出力される角速度の誤差は、殆ど全て抑圧される。しかしながら、動揺補正値ＳＦｎの算出用の周期が実際に設定された動揺周期と一致しなくても、或程度近い値であれば、図２に示すように、出力角速度の誤差を抑圧することができる。すなわち、或程度の許容範囲をもった周期の設定で、動揺による誤差を抑圧することができる。
【００５０】
次に、本実施形態の船体の角速度の算出フローについて、図を参照して説明する。図３は、船体の角速度の算出フローを示すフローチャートである。
【００５１】
アンテナでＧＮＳＳ信号を受信して、当該ＧＮＳＳ信号を捕捉追尾する。この捕捉追尾したＧＮＳＳ信号の捕捉追尾結果、例えばコード擬似距離やドップラ周波数を用いてアンテナ位置での測位（地球座標系）を行う。複数回の測位結果から姿勢角ΦＢ（φＢ，θＢ，ψＢ）を算出する。この際、姿勢角ΦＢは、地球座標系の測位結果を元にして船体座標系で算出される。この姿勢角ΦＢの算出処理は、上述のように設定された時間間隔Δｔで順次行われる。複数時刻の姿勢角ΦＢを算出すると、上述の（式３）を用いて、アンテナ位置での角速度ωＢ（ｄφＢ，ｄθＢ，ｄψＢ）を算出する（Ｓ１０１）。角速度ωＢは、ωｎｄに相当する。
【００５２】
設定した周期Ｔと、アンテナ位置での角速度ωＢを算出するための時間間隔Δｔとを、上述の式（５）に代入することで、動揺補正値ＳＦ（ＳＦｎ）を算出する（Ｓ１０２）。
【００５３】
アンテナ位置での角速度ωＢを動揺補正値ＳＦ（ＳＦｎ）で補正することにより、補正角速度ωＣ（ｄφＣ，ｄθＣ，ｄψＣ）を算出する（Ｓ１０３）。
【００５４】
このように、本実施形態の処理を用いることで、船体の角速度に与える動揺の影響を抑圧して、船体の角速度を高精度に算出することができる。
【００５５】
次に、上述の船体の角速度を算出する角速度算出部３０の構成について、図を参照して説明する。図４は、角速度算出部３０の機能ブロック図である。角速度算出部３０は、ＧＮＳＳ角速度算出部３１、動揺補正値算出部３２、角速度補正部３３を備える。角速度算出部３０が本発明の「移動体角速度算出装置」に相当する。
【００５６】
ＧＮＳＳ角速度算出部３１には、アンテナで受信したＧＮＳＳ信号に基づく姿勢角ΦＢが、所定の時間間隔Δｔで順次入力される。ＧＮＳＳ角速度算出部３１は、順次入力される姿勢角ΦＢと時間間隔Δｔとを、（式３）に代入する演算を行うことで、アンテナ位置での角速度ωＢを算出する。ＧＮＳＳ角速度算出部３１は、アンテナ位置での角速度ωＢを角速度補正部３３へ出力する。
【００５７】
動揺補正値算出部３２には、周期Ｔが入力され、設定されている。動揺補正値算出部３２は、周期Ｔと時間間隔Δｔとを、（式５）に代入する演算を行うことで、動揺補正値ＳＦを算出する。動揺補正値算出部３２は、動揺補正値ＳＦを角速度補正部３３へ出力する。
【００５８】
角速度補正部３３は、アンテナ位置での角速度ωＢを動揺補正値ＳＦで補正することにより、補正角速度ωＣを算出する。なお、補正の方法としては、例えば、アンテナ位置での角速度ωＢに動揺補正値ＳＦを乗算し、アンテナ位置での角速度ωＢの絶対値が小さくなるようにこの乗算値を加算もしくは減算すればよい。
【００５９】
このような構成とすることで、動揺補正された角速度を算出することができる。この際、本実施形態の構成を用いれば、アンテナで受信したＧＮＳＳ信号と、適宜設定した周期のみで動揺補正を行うことができる。したがって、簡素な構成および比較的に簡素化された処理で、動揺補正を行うことができ、角速度を高精度に算出することができる。
【００６０】
なお、ここでは、各機能部に分けた場合を例に説明しているが、これらを一つのＩＣに集約してもよい。また、各機能部の機能を角速度算出プログラムとして、プログラム化して記憶しておき、当該角速度算出プログラムをコンピュータで実行することによって、動揺補正された角速度を算出することもできる。
【００６１】
次に、上述の方法で算出した角速度ωＣを用いて、船体の速度（船速）ＶＮを算出する方法（移動体速度算出方法）について説明する。図５は、船体速度の算出フローを示すフローチャートである。
【００６２】
上述の方法で船体座標系によるアンテナ位置での姿勢角ΦＢを算出する。また、アンテナで受信したＧＮＳＳ信号を用いて既知の方法から、地球座標系によるアンテナ位置での速度ＶＡＮを算出する（Ｓ２０１）。次に、上述の方法を用いて、アンテナ位置での姿勢角ΦＢから、船体座標系による補正角速度ωＣを算出する（Ｓ２０２）。
【００６３】
速度を算出したい位置、具体的には船体重心とアンテナ位置との位置関係に基づいて、所謂レバーアームと呼ばれる位置差補正値ＡＢを設定する。補正角速度ωＣと位置差補正値ＡＢとから、速度補正値ＡＮを算出する（Ｓ２０３）。
【００６４】
具体的には、次の演算式を用いて速度補正値ＡＮを算出する。
【００６５】
ＡＮ＝［Ｒ（ωＣ×ＡＢ）］        −（式６）
なお、（式６）において、「Ｒ」は船体座標系を地球座標系に変換する座標変換行列であり、「×」はベクトルの内積演算を示す。
【００６６】
このように算出される速度補正値ＡＮは、地球座標系におけるアンテナ位置と船体重心との位置差によって生じるアンテナ位置での速度ＶＡＮと船速ＶＮとの速度差を補正する値となる。
【００６７】
ＧＮＳＳ信号によるアンテナ位置での速度ＶＡＮを、速度補正値ＡＮで補正することにより、船速ＶＮを算出する（Ｓ２０４）。
【００６８】
このような処理を行うことで、上述のように動揺の影響が抑圧された角速度ωＣを用いて、速度補正値ＡＮが設定される。したがって、当該速度補正値ＡＮは動揺の影響が抑圧されている。これにより、当該速度補正値ＡＮでアンテナ位置での速度ＶＡＮを補正して、船速ＶＮを算出することにより、動揺の影響を抑圧して、船速ＶＮを高精度に算出することができる。
【００６９】
次に、上述の船速を算出する船速算出部１０の構成について、図を参照して説明する。図６は、船速算出部１０の機能ブロック図である。
【００７０】
船速算出部１０は、測位演算部２０、角速度算出部３０、および速度補正部４０を備える。船速算出部１０が本発明の「移動体速度算出装置」に相当する。
【００７１】
測位演算部２０は、アンテナ１０１に接続されている。測位演算部２０は、ＧＮＳＳ衛星Ｓａｔ１，Ｓａｔ２，Ｓａｔ３，Ｓａｔ４で放送され、アンテナ１０１で受信したＧＮＳＳ信号を用いて、船体座標系による姿勢角ΦＢと、地球座標系による速度ＶＡＮを算出する。なお、捕捉、追尾するＧＮＳＳ衛星数は、これに限るものではない。この測位演算部２０で算出される姿勢角ΦＢはアンテナ位置での姿勢角であり、測位演算部２０で算出される速度ＶＡＮはアンテナ位置での速度である。測位演算部２０は、アンテナ位置での姿勢角ΦＢを角速度算出部３０へ出力する。測位演算部２０は、アンテナ位置での速度ＶＡＮを速度補正部４０へ出力する。
【００７２】
角速度算出部３０は、上述の図４に示すような構成からなり、アンテナ位置での姿勢角ΦＢから補正角速度ωＣを算出する。
【００７３】
速度補正部４０は、上述のように、補正角速度ωＣを用いて、地球座標系による速度補正値ＡＮを算出する。速度補正部４０は、当該速度補正値ＡＮを用いて、アンテナ位置での速度ＶＡＮを補正し、船体重心での船体速度である船速ＶＮを地球座標系で算出する。
【００７４】
このような構成とすることで、図示していないが、上述の角速度の動揺補正と同様に、算出される船速に含まれる同様による誤差成分が抑圧される。これにより、動揺補正された船速を算出することができる。
【００７５】
なお、ここでは、各機能部に分けた場合を例に説明しているが、これらを一つのＩＣに集約してもよい。また、各機能部の機能を速度算出プログラムとして、プログラム化して記憶しておき、当該速度算出プログラムをコンピュータで実行することによって、動揺補正された船速を算出することもできる。
【００７６】
このように算出された船速は、例えば次に示す船舶の航行支援に利用することができる。図７は、本発明の実施形態に係る移動体速度検出装置を備える移動体のブロック図である。
【００７７】
船舶１００は、アンテナ１０１と、船速算出部１０と、航行支援情報生成部５０と、を備える。
【００７８】
アンテナ１０１は、例えば、船舶１００の船体に立てられたマストの先端等、船体重心から離間し、且つ、ＧＮＳＳ信号の受信が妨害されにくい位置に設置されている。アンテナ１０１は、船速算出部１０に接続されており、受信したＧＮＳＳ信号を船速算出部１０へ出力する。
【００７９】
船速算出部１０は、上述の図６に示す構成からなり、ＧＮＳＳ信号に基づいて、船速ＶＮを算出する。船速算出部１０は、船速ＶＮを航行支援情報生成部５０へ出力する。
【００８０】
航行支援情報生成部５０は、船速ＶＮを用いて、各種の航行支援情報を生成する。例えば、航行支援情報生成部５０は、オペレータが監視する表示画面に船速ＶＮを表示する。
【００８１】
このような構成を適用することで、動揺補正された船速から航行支援情報を生成することができ、より適切な航行支援情報をオペレータへ提供することができる。
【００８２】
なお、この際、航行支援情報生成部５０に、船速算出部１０の測位演算部から位置や姿勢角が入力されれば、これらの入力情報を用いて、さらに詳細な船舶１００の航行状態を示す情報を表示画面に表示させることができる。
【００８３】
なお、上述の説明では、アンテナの具体的な構成を説明していないが、例えば、所定の基線長をもって離間された二本のアンテナであればよい。すなわち、ＧＮＳＳ信号を捕捉、追尾して、その追尾結果（例えば、擬似距離やドップラ周波数等）から、姿勢角や速度を算出可能な本数のアンテナがあればよい。さらには、一本のアンテナと慣性センサとの組合せであっても、上述のアンテナの範疇として利用することができる。
【００８４】
また、予め或程度の周期をオペレータやデフォルトとして設定する例を示したが、上述のように設定した周期と実際の動揺周期と間に差があっても、或程度の差であれば動揺補正の効果が得られるため、有効である。しかしながら、設定する周期を所定の期間毎に順次切り替えていき、各期間に算出される角速度の誤差分散等から最適な周期を算出するようにして、当該最適な周期を最終的に動揺補正値算出用の周期に用いてもよい。なお、ＧＮＳＳ信号に基づいて別途周期を検出する適切な方法で周期を検出し、当該周期検出方法で得られた周期を用いてもよい。
【００８５】
また、上述の実施形態に示す方法や構成は、船舶に限るものではなく、水上を移動する移動体等のように、外乱要素によって動揺する移動体であれば、適用することができる。
【００８６】
また、上述の実施形態では、動揺補正値を算出するための周期関数として三角関数を例に示したが、周期性を有する他の関数、例えば、時間軸に沿って最大値と最小値とを交互に取るように線形で値が変化するノコギリ波のようなものを適用することができる。ただし、三角関数を用いることで、船舶の動揺の元となる外乱要素の主要因である波と同様の値の変化を設定できるため、より高精度な動揺補正が可能になる。
【符号の説明】
【００８７】
１０：船速算出部、
２０：測位演算部、
３０：角速度算出部、
３１：ＧＮＳＳ角速度算出部、
３２：動揺補正値算出部、
３３：角速度補正部、
４０：速度補正部、
５０：航行支援情報生成部、
１０１：アンテナ、
９００：船体、
９０１：船体重心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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