(57)【要約】船舶（４０）の上下浮動及び上下浮動速度信号を決定する上下浮動及び上下浮動速度決定方法が記載される。船舶（４０）には慣性航法システム（ＩＮＳ）（１０）が備えられ、ＩＮＳ（１０）のセンサは船舶（４０）のポイントＡに配置され、船舶（４０）は上下浮動ゼロの基準点Ｂを有し、当該方法は船舶（４０）のポイントＣにおける上下浮動及び上下浮動速度を求める。当該方法は、船舶（４０）のポイントＡ、Ｂ、及びＣの基準座標を決定し、船舶（４０）のａポイントにおける速度を表す速度信号を発生し、この速度信号に基づいて上下浮動速度信号を発生し、この上下浮動速度信号に基づいて上下浮動を発生する。
2005528279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
慣性航法システム（ＩＮＳ）（１０）を備える船舶（４０）であって、ＩＮＳ（１０）のセンサが船舶（４０）のポイントＡに配置され、上下浮動ゼロの基準点Ｂを有する船舶（４０）について、当該船舶（４０）のポイントＣにおける上下浮動及び上下浮動速度を決定する上下浮動及び上下浮動速度決定方法において、
ポイントＡ、Ｂ、及びＣの基準座標を決定するステップと、
前記船舶のａポイントにおける速度を表す速度信号を発生するステップと、
前記速度信号に基づいて上下浮動速度信号を発生するステップと、
前記上下浮動速度信号に基づいて上下浮動信号を発生するステップと、
を有する上下浮動及び上下浮動速度決定方法。
【請求項２】
基準座標を決定するステップは、
前記船舶（４０）のポイントＡ、Ｂ、及びＣのボディーフレーム座標を決定するステップと、
前記船舶（４０）のポイントＡ、Ｂ、Ｃのローカルレベル座標を決定するステップと、
を含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記船舶（４０）のポイントＣに関して、前記船舶（４０）の速度を決定するステップは、
ボディーフレーム座標で表現されたベクトルをローカルレベル座標で表現されたベクトルに再定義する変換用方向余弦行列ＣＢＬを定義するステップと、
ポイントＡからポイントＣへのレバーアームＲＡＣを決定するステップと、
ポイントＡにおける既知の速度を使用し、
【数１】
2005528279.tif 000012
により（ここに、ＶＡＬはポイントＡにおけるローカルレベル速度、ＶＣＬはポイントＣにおけるローカルレベル速度、ωＢは前記船舶のボディーフレーム角速度である）、ポイントＣにおける速度を算出するステップと、
を含む、請求項２記載の上下浮動及び上下浮動速度決定方法。
【請求項４】
前記速度信号（６２）をフィルタ処理して上下浮動速度信号を得るフィルタ処理するステップは、ＶＣＬの第３の成分ＶＣＬ（３）をハイパスフィルタ（６０）でフィルタ処理して上下浮動速度
【数２】
2005528279.tif 000013
を決定する、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記上下浮動速度信号（６２）を積分して上下浮動を決定するステップは、
【数３】
2005528279.tif 000014
により上下浮動を算出するステップを含み、ここに
【数４】
2005528279.tif 000015
は上下浮動速度の積分を表し、
【数５】
2005528279.tif 000016
は前記積分の初期条件であり、前記初期条件は、積分開始時刻である時刻ｔ０で有効な、ポイントＢとＣ間のローカルレベル垂直距離である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
さらに、
ボディーフレーム座標で表現されたベクトルをローカルレベル座標で表現されたベクトルに再定義する変換用方向余弦行列ＣＢＬを定義するステップと、
ポイントＡからポイントＣへのレバーアームＲＡＣを決定するステップと、
を含む、請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記船舶の速度はポイントＡにおいて既知であり、前記速度信号（７２）をフィルタ処理して上下浮動速度信号（７４）を得るフィルタ処理ステップは、
【数６】
2005528279.tif 000017
により前記船舶の上下浮動速度を決定するステップを含み、ここに
【数７】
2005528279.tif 000018
はポイントＡにおけるローカルレベル速度の第３の成分をフィルタ処理したものであり、ＶＣＬ（３）はポイントＣにおけるローカルレベル速度の第３の成分であり、ωＢは前記船舶のボディーフレーム角速度であり、下付の添え字ｔｋは当該項が反復の度に更新されることを表している、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記上下浮動速度信号（７４）を積分して上下浮動を決定する積分ステップは、
【数８】
2005528279.tif 000019
により上下浮動を決定し、ここに下付の添え字ｔｋは当該項が反復の度に更新されることを示す、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記速度信号（１０４）をフィルタ処理して上下浮動速度信号（１０６）を得るフィルタ処理するステップは、伝達関数[(1+Z-1) (1+Z-2)/4]×[4/(33-48Z-1+19Z-2)]× [1-((1+Z-4) (1+Z-8) (1+Z-16)/(15,500-30,750Z-16+15,254Z-32)(125-123Z-16))]により、前記速度信号をフィルタ処理する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記上下浮動速度信号（１０６）を積分して上下浮動（１２０）を得るステップは前記上下浮動速度信号（１０６）を伝達関数(1/200)/ (1-Z-1)により、フィルタ処理するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
さらに、前記上下浮動（１２０）を伝達関数  1-[(1+Z-4)(1+Z-8)(1+Z-16)/(15,500-30,750Z-16+15,254Z- 32)(125-123Z-16)]により、フィルタ処理するステップを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
船舶（４０）の上下浮動及び上下浮動速度を決定する慣性航法（ＩＮＳ）システム（１０）において、
主ユニット（１２）と、
ユーザインタフェースユニット（１６）と、
衛星航法システム（ＧＰＳ）受信機（１８）と、
慣性センサアセンブリ（ＩＳＡ）（２２）を有するセンサアセンブリ（２０）を備え、前記ＩＳＡ（２２）は前記船舶（４０）のポイントＡに配置され、前記船舶（４０）は上下浮動ゼロの基準点Ｂを有し、前記主ユニット（１２）は慣性航法情報を前記船舶（４０）の他のシステムに伝えるインタフェースを備え、前記ユーザインタフェースユニット（１６）はディスプレイ及びキーパッドを備え、当該ＩＮＳシステム（１０）は、ポイントＡ、Ｂ、及びＣの基準座標で構成され、ポイントＣは上下浮動及び上下浮動速度のデータを得ることが望まれる場所であり、当該ＩＮＳシステム（１０）は、速度信号で表現される、船舶（４０）のａポイントにおける速度船舶（４０）の速度を決定し、前記速度信号をフィルタ処理して上下浮動速度信号を求め、前記上下浮動速度信号を積分して上下浮動を決定するように構成される、
ＩＮＳシステム（１０）。
【請求項１３】
前記船舶（４０）のポイントＡ、Ｂ、及びＣの基準座標は、
前記船舶（４０）のポイントＡ、Ｂ、及びＣのボディーフレーム座標と、
前記船舶（４０）のポイントＡ、Ｂ、Ｃのローカルレベル座標と、
を有する、請求項１３記載のＩＮＳシステム（１０）。
【請求項１４】
前記船舶（４０）のポイントＣにおける速度を決定するために、当該ＩＮＳシステム（１０）は、
ボディーフレーム座標で表現されたベクトルをローカルレベル座標で表現されたベクトルに再定義する座標変換用方向余弦行列ＣＢＬを定義し、
ポイントＡからポイントＣへのレバーアームＲＡＣを決定し、
ポイントＡにおける既知の速度から、
【数９】
2005528279.tif 000020
によりポイントＣにおける速度信号（６２）を算出し、ここに、ＶＡＬはポイントＡにおけるローカルレベル速度、ＶＣＬはポイントＣにおけるローカルレベル速度、ωＢは前記船舶（４０）のボディーフレーム角速度である、ように構成される、請求項１３記載のＩＮＳシステム（１０）。
【請求項１５】
前記速度信号（６２）をフィルタ処理して上下浮動速度信号を得るために、当該ＩＮＳシステム（１０）は、ＶＣＬの第３の成分ＶＣＬ（３）をハイパスフィルタ（６０）でフィルタ処理し、上下浮動速度信号
【数１０】
2005528279.tif 000021
を決定するように構成される、請求項１４記載のＩＮＳシステム（１０）。
【請求項１６】
前記上下浮動速度信号（６２）を積分して上下浮動を決定するために、当該ＩＮＳシステム（１０）は、
【数１１】
2005528279.tif 000022
により上下浮動を算出し、ここに
【数１２】
2005528279.tif 000023
は上下浮動速度の積分を表し、
【数１３】
2005528279.tif 000024
は前記積分の初期条件であり、前記初期条件は、積分開始時刻である時刻ｔ０で有効な、ポイントＢとＣ間のローカルレベル垂直距離である、ように構成される、請求項１５記載のＩＮＳシステム（１０）。
【請求項１７】
前記ＩＮＳシステム（１０）は、
ボディーフレーム座標で表現されたベクトルをローカルレベル座標で表現されたベクトルに再定義する座標変換用方向余弦行列ＣＢＬを定義し、
ポイントＡからポイントＣへのレバーアームＲＡＣを決定する、
ように構成される、請求項１３記載のＩＮＳシステム（１０）。
【請求項１８】
前記ＩＮＳシステム（１０）には前記船舶のポイントＡにおける速度信号（７２）が与えられ、前記速度信号（７２）をフィルタ処理して上下浮動速度信号（７４）を得るために、当該ＩＮＳシステム（１０）は、
【数１４】
2005528279.tif 000025
により前記船舶の上下浮動速度を決定し、ここに
【数１５】
2005528279.tif 000026
はポイントＡにおけるローカルレベル速度の第３の成分をフィルタ処理したものであり、ＶＣＬ（３）はポイントＣにおけるローカルレベル速度の第３の成分であり、ωＢは前記船舶のボディーフレーム角速度であり、下付の添え字ｔｋは当該項が反復の度に更新されることを示す、ように構成される、請求項１７記載のＩＮＳシステム（１０）。
【請求項１９】
前記上下浮動速度信号（７４）を積分して上下浮動を決定するために、当該ＩＮＳシステム（１０）は、
【数１６】
2005528279.tif 000027
により上下浮動を決定し、ここに、下付の添え字ｔ０は当該項が初期条件であり、積分の開始時に一度だけ算出されることを示す、ように構成される、請求項１８記載のＩＮＳシステム（１０）。
【請求項２０】
速度信号入力（１０４）に基づいて、上下浮動速度信号（１０６）を発生するように構成される第１の段（１００）と、
前記第１の段（１００）から出力された前記上下浮動速度信号（１０６）をフィルタ処理することにより上下浮動信号（１２８）を発生するように構成される第２の段（１０２）と、
を備えることを特徴とするフィルタ。
【請求項２１】
前記第１の段（１００）は、伝達関数[(1+Z-1)(1+Z-2)/4]×[4/(33-48Z-1+19Z-2)]×[1-((1+Z-4) (1+Z-8)(1+Z-16)/(15,500-30,750Z-16+15,254Z-32)(125-123Z-16))]により、前記速度信号（１０４）入力をフィルタ処理するように構成され、前記第２の段（１０２）は、伝達関数(1/200)/(1-Z-1)により、前記上下浮動速度信号（１０６）をフィルタ処理するように構成される、請求項２０記載のフィルタ。
【請求項２２】
前記第２の段（１０２）は、前記上下浮動信号（１２０）を伝達関数1-[(1+Z-4)(1+Z-8)(1+Z-16)/(15,500-30,750Z-16+15,254Z- 32)(125-123Z-16)]により、フィルタ処理することで、フィルタ処理された上下浮動距離信号（１２８）を発生するように構成される、請求項２１記載のフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して船舶の航行に関し、詳細には船舶の上下浮動及び上下浮動速度の決定及び補償に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上下浮動は海面に対する動きの垂直距離であり、海の波を受ける船舶に生じる、海面に対する垂直運動は一般に上下浮動速度と呼ばれる。波を受ける船舶にとって、この垂直運動は要するに海面まわりの振動であり、地球に対する相対変位及び速度の長期平均値はゼロになる。上下浮動及び上下浮動速度値は、水中のダイバーや潜水艇やその他の水中作業の命綱制御を行ったり、ソナー送信機の動きを定めたり、ヘリコプターの着陸地点における甲板の動きを定めるなど、様々な作業で利用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のある種の慣性システムは上下浮動及び上下浮動速度を測定するのに使用されている。しかしながら、純粋な慣性システムの垂直チャンネルには典型的に発散的な誤差がある。この種の発散は衛星航行法（ＧＰＳ）システムを利用することで補償可能であるが、ＧＰＳシステム自体が上下浮動及び上下浮動速度の決定に誤差を導入する可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一形態において、船舶の上下浮動及び上下浮動速度を決定する方法が提供される。例示的実施形態において、船舶には慣性航法システム（ＩＮＳ）が装備され、ＩＮＳのセンサは船舶の選択地点、例えばポイントＡに配置される。さらに、船舶には上下浮動がゼロの基準点Ｂがある。この上下浮動及び上下浮動速度決定方法により、船舶のポイントＣにおける上下浮動及び上下浮動速度を決定する。ここに、ポイントＣはポイントＡ、Ｂとは異なるポイントである。詳細には、上下浮動及び上下浮動速度決定方法は、船舶のポイントＡ、Ｂ、及びＣの基準座標を決定し、船舶のａポイントにおける速度を表す信号（速度信号）を発生し、この速度信号に基づいて上下浮動速度信号を発生し、この上下浮動速度信号に基づいて上下浮動信号を発生する。
【０００５】
別の形態において、船舶の上下浮動及び上下浮動速度を決定する慣性航法（ＩＮＳ）システムが提供される。ＩＮＳシステムは、例示的実施形態において、主ユニットと、ユーザインタフェースユニットと、衛星航法システム（ＧＰＳ）受信機と、センサアセンブリを備える。センサアセンブリは船舶のポイントＡに配置される慣性センサアセンブリを備える。主ユニットは船舶の他の制御システムに慣性情報を伝えるインタフェースを備える。ＩＮＳシステムは船舶のポイントＡ、Ｂ、及びＣの基準座標、及び船舶の上下浮動及び上下浮動速度を決定するように構成される。
【０００６】
さらに別の形態において、第１の段と第２の段を備えるフィルタが提供される。第１の段は少なくとも部分的に速度信号入力に基づいて上下浮動速度信号を表す出力信号を発生するように構成される。第２の段は第１の段から出力された上下浮動速度信号をフィルタ処理することにより上下浮動を表す出力信号を発生するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の特徴及び原理は例示的実施形態に関連して説明される。当業者には明らかなように、趣旨及び範囲から逸脱することなく、例示的実施形態に対して様々な変更、変形がなし得る。システム及び方法はここに記載される特定の実施形態に限定されない。各システム及び方法の構成要素は他の構成要素及び方法から別個独立して実施可能である。また、各システム及び方法は他の構成要素、システム及び方法と組み合わせて使用可能である。
【０００８】
吊下式慣性航法システム（ＩＮＳ）で測定されるものとして、船舶の上下浮動及び上下浮動速度の高精度表現を得るシステムについて以下、詳細に説明する。概して、ＩＮＳシステムはローカル重力の力測定及びモデリングに起因する長期バイアス誤差を除去するためにデジタルバンドパスフィルタ処理を行う。さらに、システムはＩＮＳセンサが配置される場所以外の、船舶内の地点における速度を定義するのに、船舶の角速度測定値に基づいたレバーアーム補正を行う。本書で使用されるように、船舶という用語は上下浮動及び上下浮動速度を決定するシステムが組み込まれた任意の構造を意味し、船、ボート、潜水艦、潜水艇、艦船、無人探査船、軍艦、水陸両用航空機、魚雷、その他、海洋環境で使用される船舶に限定されない。
【０００９】
図１は海洋で使用される慣性航法システム（ＩＮＳ）１０のブロック図である。システム１０は主ユニット１２を備え、主ユニット１２には電源１４が接続される。さらに主ユニット１２には、ユーザインタフェースユニット１６、衛星航法システム（ＧＰＳ）受信機１８、及び慣性センサアセンブリ（ＩＳＡ）２２を有するセンサユニット２０が接続される。主ユニット１２は、インタフェース２４により、慣性航法情報を、例えば船舶の主航法システムまたは航法情報を利用する船舶内の他のシステムに伝える。センサユニット２０内のＩＳＡ２２はジャイロ、加速度計（図示せず）を備え、センサユニット２０にはジャイロの電子回路が設けられる。一実施形態において、ジャイロはレーザジャイロである。ユーザインタフェースユニット１６はユーザインタフェースを提供するもので、慣性情報を表示したり、表示モード及び動作パラメータを変更するためにディスプレイ及びキーパッド（ともに図示せず）を備える。
【００１０】
図２は船舶４０のブロック図であり、ＩＳＡ２２の設置場所がポイントＡで示されている。ポイントＢは上下浮動ゼロの基準点と呼ばれる。一実施形態において、ポイントＢは平均水線にあり、かつ船舶４０の平均回転中心にある。ポイントＢを指定する目的は船舶４０の静的傾斜を補償することである。ポイントＢを指定するもう１つの目的は水４２に乗った船舶４０の、浮力に応じた高低を補償することである。ポイントＣは船舶４０の上下浮動及び上下浮動速度が求められるべきポイントであり、例えば、潜水艇（図示せず）に接続される巻き揚げ装置の設置場所である。
【００１１】
船舶４０の上下浮動及び上下浮動速度を決定するために、基準座標が定義される。具体的には、船舶４０の船首、右舷、及び腹によりボディーフレーム座標が定義される。また、北、東、及び下によりローカルレベル座標が定義される。ＣＢＬ（ＣＢＬのＬの位置はＢの位置の真上にある状態を表す）はボディーフレーム座標で表現されたベクトルをローカルレベル座標に再定義するための座標変換用方向余弦行列（座標変換行列）である。座標変換行列について、下付の添え字はベクトルを取り出した元のフレームを示し、上付の添え字はベクトルが変換される行き先のフレームを示す。したがって、座標変換用方向余弦行列に関して、「Ｂ」はボディーフレーム座標ベクトルであり、「Ｌ］はローカルレベル座標ベクトルである。
【００１２】
ポイントＡからポイントＣへのレバーアームはＲＡＣで記され、ポイントＡからポイントＢへのレバーアームはＲＡＢで記される。よく知られているように、レバーアームは距離と方向を表すベクトルである。ここに、レバーアームはボディーフレーム座標で定義される。図２において、ポイントＢからポイントＣへのレバーアームは次式で書き表される。
【００１３】
【数１】
2005528279.tif 000003
【００１４】
船舶４０の速度はＩＮＳ１０からのデータに基づいて、ポイントＡにおける既知の速度として与えられる。したがって、ポイントＣの速度は次式で算出される。
【００１５】
【数２】
2005528279.tif 000004
【００１６】
前記変数に係る上付の添え字は、変数がボディーフレーム座標、またはローカルレベル座標のどちらのフレーム（座標系）で定義されているかを示す。したがって、ＶＡＬ（ＶＡＬのＬの位置はＡの位置の真上にある状態を表す）はポイントＰのローカルレベル速度であり、ＶＣＬ（ＶＣＬのＬの位置はＣの位置の真上にある状態を表す）はポイントＣのローカルレベル速度であり、ωＢは船舶４０のボディーフレーム角速度である。
【００１７】
一実施形態において、慣性航法システム（ＩＮＳ）１０は、ＩＮＳ１０の高度チャンネルをフィルタ処理して上下浮動及び上下浮動速度を発生するフィルタモジュールを備える。少なくとも従来のある種のアプリケーションにおいて、ＩＮＳ１０の高度チャンネルは、例えば衛星航法システム（ＧＰＳ）からの外部測定値により補強される。他のアプリケーションではＩＮＳ１０の高度チャンネルを１以上のＧＰＳ、気圧高度により補強し、あるいはＩＮＳ１０の高度チャンネルをゼロ（すなわち海面高度）に簡単に緩く従属する。
【００１８】
高度及び高度速度のバイアスエラーなどのバイアス誤差を除去するために、ハイパスフィルタ処理により上下浮動及び上下浮動速度を表す信号を導出して、ＧＰＳや気圧高度計や他の測定系に関係する誤差を除去する。
【００１９】
図３に、ＩＮＳ１０内のフィルタモジュールが示される。ＶＣＬの第３の成分であるＶＣＬ（３）がハイパスフィルタ６０に入力されてＤＣ成分や非常に低い周波成分が除去される。ＶＣＬ（３）の入力（６２）をフィルタ６０に入力すると次の出力６４が得られる。
【００２０】
【数３】
2005528279.tif 000005
【００２１】
フィルタ６０に通して得られた信号である出力６４は船舶４０の上下浮動速度である。したがって、上下浮動速度は数学的に次式で表される。
【００２２】
【数４】
2005528279.tif 000006
【００２３】
システム１０の一実施形態（図１に示されるもの）において、式（２）に関して２００Ｈｚの高度速度が使用され、これには6.0e-6(ラジアン)2／(秒)2の固有白色雑音分散が含まれる。
【００２４】
次に、上下浮動速度信号を積分することにより船舶４０の垂直位置の変化、すなわち、上下浮動、ないし上下浮動距離が算出される。上下浮動速度信号に基づいた上下浮動の具体的な計算は次のようになる。
【００２５】
【数５】
2005528279.tif 000007
【００２６】
式（４）において、第１項
【００２７】
【数６】
2005528279.tif 000008
【００２８】
は上下浮動速度の積分を表し、第２項
【００２９】
【数７】
2005528279.tif 000009
【００３０】
は積分の初期条件（初期状態）である。初期条件は、積分開始時刻である時刻ｔ０で有効な、ポイントＢとＣ間のローカルレベル垂直距離である。
ＩＮＳ１０により決定される高度速度には白色雑音が内在するので、ハイパスフィルタ６０の出力６４から入力６２にこの種の白色雑音が含まれるときを予測することは不可能である。このため、上下浮動及び上下浮動速度を決定する上で、フィルタに入力するデータは可及的に高精度であることが望ましい。本実施形態において、最も高精度なデータはポイントＡに関するデータである。したがって、ＩＮＳ１０のフィルタモジュール内に実装される上下浮動アルゴリズムの代替形態は、上下浮動及び上下浮動速度を算出して上述したのと同様な結果をもたらす。この代替形態は図４に示されていて、これから発生する雑音は低減される。
【００３１】
具体的には図４において、ハイパスフィルタ７０の入力７２にはローカルレベル垂直速度信号が入力される。この垂直速度信号はポイントＡにあるＩＮＳ１０から供給されるもので、図中に入力変数として示される通りである。具体的実施形態において、ローカルレベル垂直速度は２００Ｈｚで与えられる信号である。この種の実施形態において、上下浮動速度信号は次式で計算される。
【００３２】
【数８】
2005528279.tif 000010
【００３３】
式（５）の第２項の下付添え字ｔｋはこの項が反復の度に更新されることを示している。次に、式（４）を適用することにより、式（５）の積分として上下浮動が次にようにして算出される。
【００３４】
【数９】
2005528279.tif 000011
【００３５】
第２項及び第３項の下付添え字ｔｋはこれらの項が反復の度に更新されることを示している。式（５）及び（６）はフィルタ６０（図３に示されるもの）が出力するのと同様な上下浮動及び上下浮動速度を定めるものであるが、フィルタ処理における雑音及び予測不能な動作の可能性が少なくなる。
【００３６】
図５はＩＮＳ１０内に実装されるフィルタの具体的な実施形態である。フィルタ１００は垂直速度に基づいて上下浮動速度を決定し、フィルタ１０２は上下浮動速度に基づいてフィルタ処理された上下浮動距離を決定する。具体的には、フィルタ１００において、垂直速度は入力１０４に入力され、出力１０６から上下浮動速度が出力される。具体的にフィルタ１００内部の素子を見ていくと、最初のフィルタ素子１０８は伝達関数が(1+Z-1)(1+Z-2)/4であって、ここに入力の垂直速度が入力される。最初のフィルタ素子１０８の出力は減算素子１１０の正入力と第２の遅延素子１１２の入力に入力される。第２の遅延素子１１２の伝達関数は(1+Z-4)(1+Z-8)/(15, 500-30,750Z-16+15,254Z-32）である。素子１１２の出力は第３の遅延素子１１４に入力される。第３の遅延素子１１４の伝達関数は(1+Z-16)/(125-123Z-16)である。第３の遅延素子１１４の出力は減算素子１１０の負入力に入力される。減算素子１１０の出力は、伝達関数が4/(33-48Z-1+19Z-2)である第４の遅延素子１１６に入力される。第４の遅延素子１１６の出力は出力１０６であり、したがって船舶４０の上下浮動速度である。
【００３７】
第４の遅延素子１１６の出力、すなわち上下浮動速度はフィルタ１０２の最初の遅延素子１１８に入力される。最初の遅延素子１１８の伝達関数は(1/200)/ (1-Z-1)である。最初の遅延素子１１８の出力は上下浮動１２０である。上下浮動１２０は減算素子１２２の正入力と第２の遅延素子１２４の入力に入力される。第２の遅延素子１２４の伝達関数は(1+Z-4) (1+Z-8)/(15,500-30,750Z-16+15,254Z-32)である。第２の遅延素子１２４の出力は第３の遅延素子１２６に入力される。第３の遅延素子１２６の伝達関数は(1+Z-16)/(125-123Z-16)である。第３の遅延素子１２６の出力は減算素子１２２の負入力に入力される。減算素子１２２の出力はフィルタ処理された、船舶４０の上下浮動距離である。
【００３８】
一実施形態において、ＩＮＳ１０内のフィルタ１００及び１０２から、精度が少なくとも上下浮動について０．１メートル、上下浮動速度について０．１メートル／秒の高精度信号が得られる。さらに、フィルタ１００及び１０２は０．１〜２ヘルツの通過域を有し、群遅延は２５ミリ秒以下である。前記実施形態において、上下浮動の範囲はプラスマイナス４メートルである。
【００３９】
フィルタ１００と１０２には特別な技法が施されている。フィルタの上縁は２ヘルツからそれ以上であり、０．０１５ｄＢ以内で利得が１になり、５０、あるいは２００サンプル／秒の出力に対してアンチエイリアシングの零点を持つように構成される。従来の双線形変換２次複素極フィルタで典型的に用いられる１００ヘルツにおける２個の零点に代え、一方の零点が５０ヘルツに移される。したがって、フィルタ１００及び１０２は、５０サンプル／秒でフィルタ出力が利用される場合に、５０及び１００ヘルツ近傍のコンテンツによるエイリアシング誤差を発生しない。
【００４０】
フィルタ１００及び１０２の低周波端はハイパスフィルタとして構成され、０．１ヘルツにおいて約０．２０ｄＢ以内で１の利得を有する。フィルタ遮断周波数の対サンプリング周波数比には、フィルタ極の個数に等しいベキが乗じられ、フィルタ係数間の差異が小さくなって、これによりフィルタ極の位置が定められる。フィルタ１００及び１０２の出力データは高サンプリングレートでも利用可能であるが、極は低速で反復される計算で実現される。フィルタ１００及び１０２の低周波端の目的は信号の平均値を抽出することである。
【００４１】
したがって、周波数の減少が発生する前に、ゼロに近い周波数へエイリアシングされる信号コンテンツを減衰する態様で処理速度が低減される。このような処理の解析結果によれば、ゼロに近い周波数へのエイリアシングがサンプリングレートの低下に伴って発生するより前に、ゼロ近くのコンテンツが除去された。大きな係数間の小さな差異の影響をさらに低減するには、全体の伝達関数を、高次のセクションで実現するのではなく、１次及び２次のセクションのカスケードで実現する。
【００４２】
以上、各種実施形態について本発明を説明してきたが、当業者には明らかなように、特許請求項の趣旨及び範囲内で本発明を変更して実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】慣性航法システムのブロック図である。
【図２】上下浮動及び上下浮動速度を決定する際に使用される要素を説明する図である。
【図３】フィルタのブロック図である。
【図４】図３のフィルタとは異なる入力を使用するフィルタのブロック図である。
【図５】各フィルタの伝達関数を図示した、２つのフィルタの詳細なブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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