(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、動揺の影響を受けない角速度を算出する。【解決手段】アンテナでＧＮＳＳ信号を受信して、既知の方法から当該ＧＮＳＳ信号からアンテナ位置での姿勢角ΦＢを算出する（Ｓ１０１）。この姿勢角ΦＢの算出処理は、所定の時間間隔Δｔで順次行われる。また、この姿勢角ΦＢの算出処理は、異なる時刻で少なくとも４回行われる。算出された姿勢角ΦＢは、順次記憶される。このように算出して記憶した４回分の姿勢角ΦＢと時間間隔Δｔを用いて、動揺によるアンテナの相対位置変化を三次関数近似した推定演算式を用いて、姿勢角ΦＢの微分である角速度ωＣを推定算出する（Ｓ１０２）。【選択図】  図２
2014145613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナで受信したＧＮＳＳ信号に基づいて、該アンテナ位置での姿勢角を所定の時間間隔で算出する姿勢角算出部と、
動揺を周期関数で推定して得られる観測方程式に、前記アンテナ位置での姿勢角と該姿勢角の算出時間間隔とを、動揺による前記姿勢角の微分からなる角速度を推定算出する角速度推定部と、
を備える移動体角速度推定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体角速度推定装置であって、
前記角速度推定部は、
前記動揺を前記周期関数で推定して三次関数近似する、移動体角速度推定装置。
【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推定装置であって、
前記角速度推定部は、
前記周期関数として三角関数を用いる、移動体角速度推定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の移動体角速度推定装置の各部と、
前記アンテナ位置での速度を算出するＧＮＳＳ速度算出部と、
前記移動体角速度推定装置の前記角速度推定部から出力される前記角速度で、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５】
請求項４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６】
請求項４または請求項５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７】
アンテナで受信したＧＮＳＳ信号に基づいて、該アンテナ位置での姿勢角を所定の時間間隔で算出する姿勢角算出工程と、
動揺を周期関数で推定して得られる観測方程式に、前記アンテナ位置での姿勢角と該姿勢角の算出時間間隔とを代入することで、動揺による前記姿勢角の微分からなる角速度を推定算出する角速度推定工程と、
を有する移動体角速度推定方法。
【請求項８】
請求項７に記載の移動体角速度推定方法であって、
前記角速度推定工程は、
前記動揺を前記周期関数で推定して三次関数近似する、移動体角速度推定方法。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の移動体角速度推定方法であって、
前記角速度推定工程は、
前記周期関数として三角関数を用いる、移動体角速度推定方法。
【請求項１０】
請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の移動体角速度推定方法の各工程と、
前記アンテナ位置での速度を算出するＧＮＳＳ速度算出工程と、
前記移動体角速度推定装置の前記角速度推定部から出力される前記角速度で、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１１】
請求項１０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１２】
移動体の角速度を推定する処理をコンピュータに実行させる移動体角速度推定プログラムであって、
前記コンピュータは、
アンテナで受信したＧＮＳＳ信号に基づいて、該アンテナ位置での姿勢角を所定の時間間隔で算出する姿勢角算出処理と、
動揺を周期関数で推定して得られる観測方程式に、前記アンテナ位置での姿勢角と該姿勢角の算出時間間隔とを代入することで、動揺による前記姿勢角の微分からなる角速度を推定算出する角速度推定処理と、
を実行する、移動体角速度推定プログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の移動体角速度推定プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記角速度推定処理として、
前記動揺を前記周期関数で推定して三次関数近似する、移動体角速度推定プログラム。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の移動体角速度推定プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記角速度推定処理として、
前記周期関数として三角関数を用いる、移動体角速度推定プログラム。
【請求項１５】
移動体の速度を推定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１２乃至請求項１４のいずれかに記載の移動体角速度推定プログラムの各処理と、
前記アンテナ位置での速度を算出するＧＮＳＳ速度算出処理と、
前記移動体角速度推定装置の前記角速度推定部から出力される前記角速度で、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１６】
請求項１５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を推定する移動体角速度推定装置、および推定された角速度を用いて移動体速度を算出する装置に関する。
【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】
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、真の移動体の速度や角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、傾斜角は時々刻々変化するため、速度を検出するタイミング毎に傾斜角を参照しなければならず、速度算出処理が煩雑になってしまう。
【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、簡素な構成で且つ煩雑な処理を行うことなく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】
この発明の移動体角速度推定装置は、姿勢角算出部と角速度推定部を備える。姿勢角算出部は、アンテナで受信したＧＮＳＳ信号の捕捉追尾結果から、アンテナ位置での姿勢角を算出する。角速度推定部は、アンテナ位置の姿勢角と該姿勢角の観測時刻間隔とを、動揺を周期関数で推定してテーラー展開して得られる観測方程式に代入することで、動揺による姿勢角の微分からなる角速度を推定算出する。
【００１４】
この構成では、姿勢角の微分値からなる角速度を、観測した姿勢角から推定算出するので、推定算出される角速度は動揺の影響を受けない。
【００１５】
また、この発明の移動体角速度推定装置では、角速度推定部は、動揺を周期関数で推定して三次関数近似する。
【００１６】
この構成では、観測方程式のより具体的な設定方法を示している。三次関数近似までしておけば、十分に実用的な精度で角速度を推定算出することができる。また、三次関数近似に留めることで、更なる高次項を用いるよりも、演算負荷を軽減することができる。
【００１７】
また、この発明の移動体角速度推定装置では、角速度推定部は、周期関数として三角関数を用いる。
【００１８】
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を正確に表す観測方程式を設定することができるので、当該観測方程式から導かれる角速度も高精度に推定算出される。
【００１９】
また、この発明の移動体速度算出装置は、上述のいずれかに記載の移動体角速度推定装置の各部と、ＧＮＳＳ速度算出部と、速度補正部とを備える。ＧＮＳＳ角速度算出部は、アンテナ位置での速度を算出する。速度補正部は、移動体角速度推定装置の角速度推定部から出力される角速度で、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。
【００２０】
この構成では、上述のように推定された角速度を用いてアンテナ位置での速度が補正される。これにより、移動体速度を高精度に算出することができる。
【００２１】
また、この発明の移動体速度算出装置では、速度補正部は、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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】
【００２５】
この発明によれば、簡素な構成および処理で、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】
【００２６】
【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】アンテナ位置の角速度ωＢの算出フローを示すフローチャートである。
【図３】船体速度の算出フローを示すフローチャートである。
【図４】推定した角速度ωＢを用いて算出される船体速度（船速）ＶＮの誤差と、従来の姿勢角の時間差分による角速度を用いて算出される船速ＶＮ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５】角速度推定部１０の機能ブロック図である。
【図６】船速算出部３０の機能ブロック図である。
【図７】本発明の実施形態に係る船速算出部３０を備える船舶１００のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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、角速度および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。
【００２８】
本実施形態の移動体角速度算出方法の原理について説明する。
【００２９】
上述のように、アンテナ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。
【００３０】
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，ｃ，ｄは適宜設定した振動値の定数である。なお、ここでは、一軸方向（例えばロール方向）の姿勢角を例に説明するが、他の軸方向の姿勢角についても同様に推定算出が可能である。
【００３１】
【数１】
2014145613.tif 000003
【００３２】
この（式１）を、時刻ｔｎでテーラー展開すると、次式が得られる。
【００３３】
【数２】
2014145613.tif 000004
【００３４】
（式２）を３次の項までで近似すると、次式が得られる。
【００３５】
【数３】
2014145613.tif 000005
【００３６】
ここで、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは次のように定義されている。
【００３７】
【数４】
2014145613.tif 000006
【００３８】
角速度ωｎは、姿勢角θｎの微分であるので、角速度ωｎは、（式３）の微分で実現でき、次式で表すことができる。
【００３９】
【数５】
2014145613.tif 000007
【００４０】
したがって、時刻ｔ０における角速度ω０は、Ｃとなる。
【００４１】
【数６】
2014145613.tif 000008
【００４２】
複数の時刻ｔでの姿勢角θを観測し、それぞれ上述の（式３）に代入すると次式が得られる。ここでは、４回の観測時刻を、ｔｎ，ｔｎ＋１，ｔｎ＋２，ｔｎ＋３とし、各観測時刻に観測された姿勢角を、θｎ，θｎ＋１，θｎ＋２，θｎ＋３とする。
【００４３】
【数７】
2014145613.tif 000009
【００４４】
観測時間の間隔とΔｔとし、ｔ０＝（ｔｎ＋１＋ｔｎ＋２）／２＝ｔｎ＋（３／２）Δｔとすると、（式７）は次式に変換することができる。
【００４５】
【数８】
2014145613.tif 000010
【００４６】
ここで、姿勢角θｎ，θｎ＋１，θｎ＋２，θｎ＋３、観測時刻間隔Δｔは既知数であるので、これらの既知数を式７に代入することにより、未知数Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを算出することができる。そして、Ｃを算出することにより、式６から角速度ωｎを算出することができる。このようにして算出される角速度ωｎは、式６に示すように、姿勢角θｎの微分であるため、動揺の影響を受けない。すなわち、アンテナ位置での姿勢角θｎから移動体角速度を直接推定算出することができる。
【００４７】
より詳しく説明すると、従来の複数の時刻の姿勢角θｎの時間差分値から角速度を算出する場合には、複数の時刻の間に動揺により船体重心に対するアンテナの相対位置が変化するので、動揺による誤差が角速度に含まれてしまう。一方、本実施形態の方法を用いれば、姿勢角θｎの微分値であるので、動揺による相対位置の変化に影響されない。したがって、本実施形態の方法で角速度を算出することにより、動揺の影響を受けずに、移動体角速度を推定算出することができる。
【００４８】
そして、このように推定算出された角速度ωｎを用いて、後述するように、アンテナ位置での速度を補正することで、高精度に船速を算出することができる。
【００４９】
次に、本実施形態の移動体角速度の算出フローについて、図を参照して説明する。図２は、移動体角速度の算出フローを示すフローチャートである。
【００５０】
アンテナでＧＮＳＳ信号を受信して、既知の方法から当該ＧＮＳＳ信号からアンテナ位置での姿勢角ΦＢ（φＢ，θＢ，ψＢ）を算出する（Ｓ１０１）。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。また、この姿勢角ΦＢの算出処理は、異なる時刻で少なくとも４回行われる。算出された姿勢角ΦＢは、順次記憶される。
【００５１】
このように算出して記憶した４回分の姿勢角ΦＢと時間間隔Δｔを用いて、上述の（式６）、（式８）から角速度ωＣ（ｄφＣ，ｄθＣ，ｄψＣ）を推定算出する（Ｓ１０２）。
【００５２】
このような処理を行うことで、ＧＮＳＳ信号を受信して算出される姿勢角のみから、動揺の影響を抑圧した移動体角速度を推定算出することができる。したがって、従来構成のように、角速度の算出とは別に、船体の傾斜を測定する装置等の構成を必要としない。
【００５３】
また、従来構成では、算出した角速度から動揺補正を行うが、本実施形態の構成では、動揺の影響を受けない角速度を算出することができる。したがって、補正のための演算を行う必要が無く、演算負荷を軽減することができる。
【００５４】
次に、推定算出した角速度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３は、船体速度の算出フローを示すフローチャートである。
【００５５】
上述の方法でアンテナ位置での姿勢角ΦＢを算出するとともに、アンテナで受信したＧＮＳＳ信号を用いて既知の方法からアンテナ位置での速度ＶＡＮを算出する（Ｓ３０１）。この際、姿勢角ΦＢは船体座標系であり、速度ＶＡＮは地球座標系で算出される。
【００５６】
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。上述のように推定算出した角速度ωＣと位置差補正値ＡＢとから、速度補正値ＡＮを算出する（Ｓ２０２）。
【００５７】
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。
【００５８】
ＡＮ＝［Ｒ（ωＣ×ＡＢ）］        −（式９）
なお、式１２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。
【００５９】
このように算出される速度補正値ＡＮは、アンテナ位置での速度ＶＡＮと船速ＶＮとの位置差による速度の差を補正する値となる。
【００６０】
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、地球座標系による船速ＶＮを算出する（Ｓ２０３）。
【００６１】
このような処理を行うことで、上述のように推定した動揺の影響を受けない角速度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は動揺の影響を受けない。これにより、アンテナ位置での速度ＶＡＮを当該速度補正値ＡＮで補正して、船速ＶＮを算出することにより、動揺の影響を受けずに船速ＶＮを高精度に算出することができる。
【００６２】
図４は、上述の推定した角速度ωＣを用いて補正した最終的に出力される船体速度（船速）ＶＮの誤差と、従来構成の時間差分による角速度を用いて補正した最終的に出力される船速ＶＮ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。
【００６３】
図４において、横軸は時刻、縦軸は出力される船速ＶＮの速度誤差である。図４において、点線は従来構成の場合である。太実線は本実施形態に示した推定方法で算出した角速度ωＣを用いた場合である。
【００６４】
図４に示すように、時間差分による角速度を用いた従来の構成では、動揺周期に準じて出力角速度に誤差が生じる。一方、本実施形態のような動揺の影響を受けない角速度を用いた場合には、出力角速度の誤差が抑圧される。
【００６５】
次に、上述の角速度ωＣを推定算出する角速度推定部１０の構成について、図を参照して説明する。図５は、角速度推定部１０の機能ブロック図である。角速度推定部１０は、姿勢角算出部１１、角速度算出部１２を備える。角速度推定部１０が本発明の「移動体角速度推定装置」に相当する。
【００６６】
姿勢角算出部１１は、アンテナ１０１に接続されている。アンテナ１０１は、各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。この姿勢角算出部１１で算出される姿勢角ΦＢはアンテナ位置での姿勢角である。姿勢角算出部１１は、姿勢角ΦＢを角速度算出部１２へ出力する。
【００６７】
動揺周期算出部１２は、少なくとも４回分の姿勢角ΦＢと観測時間間隔Δｔとを用いて、上述の（式６）、（式８）の演算処理を実行することで、船体座標系の各方向に対する角速度ωＣを推定算出する。
【００６８】
このような構成とすることで、船体の角速度ωＣ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、動揺の影響を受けない角速度を、アンテナで受信したＧＮＳＳ信号から直接推定算出することができる。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、船体の角速度を高精度に推定算出することができる。
【００６９】
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、角速度を推定算出することもできる。
【００７０】
次に、上述の船速を算出する船速算出部３０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３０の機能ブロック図である。
【００７１】
船速算出部３０は、測位演算部２０、角速度推定部１０、および速度補正部３１を備える。船速算出部３０が本発明の「移動体速度算出装置」に相当する。
【００７２】
測位演算部２０は、姿勢角算出部１１およびアンテナ速度算出部２１を備える。姿勢角算出部１１は、角速度推定部１０と共用されている。姿勢角算出部１１とアンテナ速度算出部２１は、図示していないがアンテナ１０１に接続されている。姿勢角算出部１１は、アンテナ１０１で受信したＧＮＳＳ信号を用いて、姿勢角ΦＢを算出する。アンテナ速度算出部２１は、アンテナ１０１で受信したＧＮＳＳ信号を用いて、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船体座標系で算出されている。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り、地球座標系で算出されている。測位演算部２０の姿勢角算出部１１は、アンテナ位置での姿勢角ΦＢを角速度算出部１２へ出力する。測位演算部２０のアンテナ速度算出部２１は、アンテナ位置での速度ＶＡＮを速度補正部３１へ出力する。
【００７３】
角速度推定部１０の角速度算出部１２は、アンテナ位置での姿勢角ΦＢから、上述のように角速度ωＣを推定算出する。ここで、推定算出される角速度ωＣは、上述のように動揺の影響を受けていない。角速度算出部１２は、推定算出した角速度ωＣを速度補正部３１へ出力する。
【００７４】
速度補正部３１は、上述のように、角速度ωＣから得られる速度補正値ＡＮ（地球座標系）を用いてアンテナ位置での速度ＶＡＮ（地球座標系）を補正し、船体重心での船体速度である船速ＶＮ（地球座標系）を算出する。
【００７５】
このような構成とすることで、船速の補正用に利用する角速度ωＣが動揺の影響を受けない。これにより、動揺の影響を受けずに、船速を算出することができる。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、動揺の影響を受けない船速を高精度に算出することができる。
【００７６】
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。
【００７７】
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船速算出部３０を備える船舶１００のブロック図である。
【００７８】
船舶１００は、アンテナ１０１と、船速算出部３０と、航行支援情報生成部４０と、を備える。
【００７９】
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５０に接続されており、受信したＧＮＳＳ信号を船速算出部５０へ出力する。
【００８０】
船速算出部３０は、上述の図６に示す構成からなり、ＧＮＳＳ信号に基づいて、動揺の影響を受けない角速度ωＣを推定算出し、推定算出した角速度ωＣを用いて船速ＶＮを算出する。船速算出部３０は、船速ＶＮを航行支援情報生成部４０へ出力する。
【００８１】
航行支援情報生成部４０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４０は、オペレータが監視する表示画面に船速ＶＮを表示する。
【００８２】
このような構成を適用することで、動揺の影響を受けない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。
【００８３】
なお、この際、航行支援情報生成部４０に、船速算出部３０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。
【００８４】
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。
【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、動揺を関数で推定して三次関数近似した観測方程式を用いる例を示したが、動揺を関数で推定してテーラー展開して得られる別の観測方程式を用いることも可能である。
【００８７】
また、上述の実施形態では、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、より高精度な角速度の算出が可能になる。
【００８８】
また、上述の実施形態では、三次関数近似して設定した観測方程式を用いる例を示したが、三次以上の項を用いるようにしてもよい。ただし、三次関数近似にしておけば、非線形要素を含む動揺周期を、実用上十分満足できる程度の精度で推定することができる。また、更なる高次の項を用いる場合よりも、演算負荷を軽減することができる。
【符号の説明】
【００８９】
１０：角速度推定部、
１１：姿勢角算出部、
１２：角速度算出部、
２０：測位演算部、
２１：アンテナ速度算出部、
３０：船速算出部、
３１：速度補正部、
４０：航行支援情報生成部、
１００：船舶、
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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