(57)【要約】【課題】移動状態を高精度に算出することが可能な状態算出装置を小型に実現する。【解決手段】状態算出装置１０は、アンテナ装置１００、相関処理部１１１Ａ−１１１Ｄ、ＡＤＲ算出部１１２Ａ−１１２Ｄ、演算部１２を備える。アンテナ１００は、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを備える。相関処理部１１１Ａ−１１１ＤおよびＡＤＲ算出部１１２Ａ−１１２Ｄは、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの搬送波位相測定値を算出して、演算部１２へ出力する。演算部１２は、複数の搬送波位相測定値から複数の基線ベクトルを算出する。演算部１２は、複数の基線ベクトルを用いて姿勢角を算出する。この際、演算部１２は、基線ベクトルの組合せ毎に、姿勢角の各成分（ピッチ角、ロール角、ヨー角）をそれぞれ複数算出する。演算部１２は、複数の算出結果から各成分の代表値を算出し、これら代表値によって姿勢角を決定する。【選択図】  図１
2015025671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体上の異なる位置に配置され、測位信号をそれぞれ受信する３つ以上のアンテナと、
前記測位信号と該測位信号のレプリカ信号との相関処理に基づき搬送波位相差をそれぞれのアンテナ毎に算出する相関処理部と、
前記搬送波位相差の積算値である搬送波位相測定値を算出する搬送波位相測定値算出部と、
前記搬送波位相測定値に基づいて複数の基線ベクトルを算出する基線ベクトル算出部と、
前記基線ベクトル毎にヨー角を算出し、該算出した複数のヨー角に基づいて、代表ヨー角を算出する姿勢角算出部と、
を備えた、状態算出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の状態算出装置であって、
前記姿勢角算出部は、
前記基線ベクトル毎に代表ピッチ角および代表ロール角から前記ヨー角を算出する、
状態算出装置。
【請求項３】
請求項２に記載の状態算出装置であって、
前記姿勢角算出部は、
前記基線ベクトル毎に前記代表ピッチ角から前記ロール角を算出し、該算出した複数のロール角から代表ロール角を算出する、
状態算出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の状態算出装置であって、
前記姿勢角算出部は、
前記複数の基線ベクトルのうちの２つずつを組として、組毎にピッチ角を算出し、算出した複数のピッチ角から前記代表ピッチ角を算出する、
状態算出装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の状態算出装置であって、
前記３つ以上のアンテナは、
前記複数の基線ベクトルの少なくとも１つが前記移動体のヘディング方向に平行になるように配置されている、
状態算出装置。
【請求項６】
請求項５に記載の状態算出装置であって、
前記ヘディング方向に平行な基線ベクトルは、前記複数の基線ベクトルのうちの基線長が短い基線ベクトルである、
状態算出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の状態算出装置であって、
前記３つ以上のアンテナは、
該３つ以上のアンテナの配置位置の中心点から各アンテナまでの距離が同じとなるように、前記移動体上に配置されている、
状態算出装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の状態算出装置であって、
前記複数の基線ベクトルのうちの最短の基線ベクトルの基線長は、前記測位信号の半波長以下である、
状態算出装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の状態算出装置であって、
前記姿勢角とともに、前記複数の測位信号に対する前記相関処理の結果を用いて、前記移動体の特定位置の座標を算出する位置算出部を、さらに備え、
該位置算出部は、
前記特定位置の座標算出時に、前記姿勢角による補正を行う、
状態算出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の状態算出装置であって、
前記姿勢角とともに、前記複数の測位信号に対する前記相関処理の結果を用いて、前記移動体の特定位置の速度を算出する速度算出部を、さらに備え、
該速度算出部は、
前記特定位置の速度算出時に、前記姿勢角による補正を行う、
状態算出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の状態算出装置と、
前記状態算出装置が出力する前記姿勢角を用いて移動制御を行う制御部と、
を備える移動体。
【請求項１２】
移動体上の異なる位置で３つ以上の測位信号をそれぞれ受信する受信工程と、
前記測位信号と該測位信号のレプリカ信号との相関処理に基づき搬送波位相差をそれぞれの前記位置毎に算出し、該搬送波位相差の積算値である搬送波位相測定値を算出する搬送波位相測定値算出工程と、
前記搬送波位相測定値に基づいて複数の基線ベクトルを算出する基線ベクトル算出工程と、
前記基線ベクトル毎にヨー角を算出し、算出した複数のヨー角に基づいて、代表ヨー角を算出する姿勢角算出工程と、
を有する、状態算出方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の状態算出方法であって、
前記姿勢角算出工程は、
前記基線ベクトル毎に代表ピッチ角および代表ロール角から前記ヨー角を算出する、
状態算出方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の状態算出方法であって、
前記姿勢角算出工程は、
前記基線ベクトル毎に前記代表ピッチ角から前記ロール角を算出し、該算出した複数のロール角から代表ロール角を算出する、
状態算出方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の状態算出方法であって、
前記姿勢角算出工程は、
前記複数の基線ベクトルのうちの２つずつを組として、組毎にピッチ角を算出し、算出した複数のピッチ角から前記代表ピッチ角を算出する、
状態算出方法。
【請求項１６】
請求項１２乃至請求項１５のいずれかに記載の状態算出方法であって、
前記姿勢角とともに、前記複数の測位信号に対する前記相関処理の結果を用いて、前記移動体の特定位置の座標を算出する位置算出工程を、さらに有し、
該位置算出工程は、
前記特定位置の座標算出時に、前記姿勢角による補正を行う、
状態算出方法。
【請求項１７】
請求項１２乃至請求項１６のいずれかに記載の状態算出方法であって、
前記姿勢角とともに、前記複数の測位信号に対する前記相関処理の結果を用いて、前記移動体の特定位置の速度を算出する速度算出工程を、さらに有し、
該速度算出工程は、
前記特定位置の速度算出時に、前記姿勢角による補正を行う、
状態算出方法。
【請求項１８】
移動体の航行状態を算出する処理をコンピュータに実行させる状態算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
移動体上の異なる位置でそれぞれ受信した３つ以上の測位信号と該測位信号のレプリカ信号との相関処理に基づきそれぞれの前記位置毎に搬送波位相差を算出し、該搬送波位相差の積算値である搬送波位相測定値を算出する搬送波位相測定値算出処理と、
各位置に対する搬送波位相測定値から複数の基線ベクトルを算出する基線ベクトル算出処理と、
基線ベクトル毎にヨー角を算出し、算出した複数のヨー角に基づいて、代表ヨー角を算出する姿勢角算出処理と、
を実行する、状態算出プログラム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の状態算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記姿勢角算出処理として、
前記基線ベクトル毎に代表ピッチ角および代表ロール角から前記ヨー角を算出する、
状態算出プログラム。
【請求項２０】
請求項１９に記載の状態算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記姿勢角算出処理として、
前記基線ベクトル毎に前記代表ピッチ角から前記ロール角を算出し、該算出した複数のロール角から代表ロール角を算出する、
状態算出プログラム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の状態算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記姿勢角算出処理として、
前記複数の基線ベクトルのうちの２つずつを組として、組毎にピッチ角を算出し、算出した複数のピッチ角から前記代表ピッチ角を算出する、
状態算出プログラム。
【請求項２２】
請求項１８乃至請求項２１のいずれかに記載の状態算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記姿勢角とともに、前記複数の測位信号に対する前記相関処理の結果を用いて、前記移動体の特定位置の座標を算出する位置算出処理を、さらに実行し、
該位置算出処理による前記特定位置の座標算出時に、前記姿勢角による補正を行う、
状態算出プログラム。
【請求項２３】
請求項１８乃至請求項２２のいずれかに記載の状態算出プログラムであって、
前記コンピュータは、
前記姿勢角とともに、前記複数の測位信号に対する前記相関処理の結果を用いて、前記移動体の特定位置の速度を算出する速度算出処理を、さらに実行し、
該速度算出処理による前記特定位置の速度算出時に、前記姿勢角による補正を行う、
状態算出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶等の移動体における姿勢角、速度、位置等の移動状態を算出する状態算出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動体の航行状態（移動状態）を算出する装置が各種考案されている。例えば、特許文献１に記載の姿勢算出装置は、船舶に装着されている。姿勢算出装置は、船舶上の異なる位置に配置された複数のアンテナの位置情報を用いて、船舶の姿勢角を算出している。
【０００３】
特許文献１に記載の姿勢算出装置では、アンテナ間を結ぶ基線ベクトルの大きさおよび方向が異なるように、複数のアンテナが配置されている。特許文献１に記載の姿勢算出装置は、測位信号を受信している複数のアンテナ、すなわち測位を行うことができる複数のアンテナにおいて、最も基線長が長い二つのアンテナを選択する。特許文献１に記載の姿勢算出装置は、選択した二つのアンテナの測位位置から姿勢角を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１４７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように、従来の姿勢算出装置は、できる限り基線長が長い二つのアンテナを用いて姿勢角を算出するため、移動体に対する姿勢算出装置の配置規模が大きくなってしまう。これは、姿勢角の算出精度を向上させるためであり、一般的に、基線長が短くなると、姿勢角の算出精度が低下することが分かっている。
【０００６】
しかしながら、移動体に対する姿勢算出装置の配置規模に制限がある場合もあり、この場合は、姿勢角の算出精度を犠牲にしなければならない。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、姿勢角を含む移動状態を高精度に算出することが可能な小型の状態算出装置を提供することにある。また、このような特徴を有する状態算出装置を実現可能な状態算出方法および状態算出プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の状態算出装置は、複数のアンテナ、相関処理部、搬送波位相測定値算出部、基線ベクトル算出部、および姿勢角算出部を備える。複数のアンテナは、３つ以上であり、移動体上の異なる位置に配置されており、それぞれに測位信号を受信する。相関処理部は、測位信号と該測位信号のレプリカ信号との相関処理に基づき搬送波位相差をそれぞれのアンテナ毎に算出する。搬送波位相測定値算出部は、搬送波位相差の積算値である搬送波位相測定値を算出する。基線ベクトル算出部は、搬送波位相測定値に基づいて複数の基線ベクトルを算出する。姿勢角算出部は、基線ベクトル毎にヨー角を算出し、算出した複数のヨー角に基づいて代表ヨー角を決定する。
【０００９】
この構成では、複数の基線ベクトルによって代表ヨー角が算出されるので、当該代表ヨー角を高精度に算出することができる。したがって、当該代表ヨー角を含む姿勢角を高精度に算出することができる。
【００１０】
また、この発明の状態算出装置の姿勢角算出部は、基線ベクトル毎に代表ピッチ角および代表ロール角からヨー角を算出する。
【００１１】
この構成では、基線ベクトルを用いたヨー角の具体的な算出方法を示している。
【００１２】
また、この発明の状態算出装置の姿勢角算出部は、基線ベクトル毎に代表ピッチ角からロール角を算出し、算出した複数のロール角から代表ロール角を算出する。
【００１３】
この構成では、ヨー角の算出に利用する代表ロール角の具体的な算出方法を示している。
【００１４】
また、この発明の状態算出装置の姿勢角算出部は、複数の基線ベクトルのうちの２つずつを組として、組毎にピッチ角を算出し、算出した複数のピッチ角から代表ピッチ角を算出する。
【００１５】
この構成では、ヨー角およびロール角の算出に利用する代表ピッチ角の具体的な算出方法を示している。また、これらの具体的な算出方法を組み合わせることにより、測位信号の搬送波位相測定値に基づいて姿勢角を高精度に算出することができる。
【００１６】
また、この発明の状態算出装置では、複数の基線ベクトルの少なくとも１つが移動体のヘディング方向に平行になるように３つ以上のアンテナが配置されている。
【００１７】
この構成では、ヨー角を簡素且つ高速に算出することができる。
【００１８】
また、この発明の状態算出装置は、姿勢角とともに、複数の測位信号に対する相関処理の結果を用いて、移動体の特定位置の座標を算出する位置算出部をさらに備える。この際、位置算出部は、特定位置の座標算出時に姿勢角による補正を行う。
【００１９】
また、この発明の状態算出装置は、複数の測位信号に対する相関処理の結果を用いて、移動体の特定位置の速度を算出する速度算出部をさらに備える。この際、速度算出部は、特定位置の速度算出時に、姿勢角による補正を行う。
【００２０】
これらの構成では、上述のように高精度に算出された姿勢角を用いているので、位置座標および速度を高精度に算出することができる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、航行状態を高精度に算出することが可能な状態算出装置を小型に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る状態算出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る航行状態の算出原理を説明するための図である。
【図３】アンテナ装置の各アンテナの配置および基線ベクトルの関係を示す図である。
【図４】本実施形態の状態算出装置で実行する姿勢角算出の概略フローを示すフローチャートである。
【図５】演算部で実行する姿勢角算出の具体的なフローを示すフローチャートである。
【図６】ピッチ角θの算出フローを示すフローチャートである。
【図７】ロール角φの算出フローを示すフローチャートである。
【図８】ヨー角ψの算出フローを示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る状態算出装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る速度算出フローを示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る別の速度算出フローを示すフローチャートである。
【図１２】幾何学的平均値の算出位置と所望位置のズレの様子および補正の概念を表す図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る位置算出フローを示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る別の位置算出フローを示すフローチャートである。
【図１５】本実施形態に係る状態算出装置を装着した船舶の概略構成図である。
【図１６】複数のアンテナの派生配置パターンを示す図である。
【図１７】複数のアンテナの派生配置パターンを示す図である。
【図１８】複数のアンテナの派生配置パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の第１の実施形態に係る状態算出装置について、図を参照して説明する。本実施形態では、移動体を船舶として当該船舶の航行状態を算出する装置を説明するが、その他の海上海中移動体、自動車等の陸上移動体、飛行機等の空中移動体の移動状態を算出する場合についても、以下の構成を適用することができる。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る状態算出装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る航行状態の算出原理を説明するための図である。図２には、船舶９００に対するアンテナ装置１００の設置態様、およびＢＯＤＹ座標系（船体座標系）とＮＥＤ座標系（地球座標系）との関係を記載している。図３は、アンテナ装置の各アンテナの配置および基線ベクトルの関係を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、状態算出装置１０は、アンテナ装置１００、相関処理部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄ、ＡＤＲ算出部１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄ、演算部１２を備える。
【００２６】
アンテナ装置１００は、図２に示すように、船舶９００上の見通しの良いところ、すなわち、測位衛星からの測位信号に対する受信環境が良いところに設置されている。例えば、図２に示すように、アンテナ装置１００は、船舶９００の甲板に設置されたポールの先端に設置されている。
【００２７】
アンテナ装置１００は、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを備える。アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、図３に示すように、アンテナ装置１００の筐体内において、同一平面上に配置されている。この際、アンテナ１００Ａの中心位置Ａ、アンテナ１００Ｂの中心位置Ｂ、アンテナ１００Ｃの中心位置Ｃ、および、アンテナ１００Ｄの中心位置Ｄが四つの角となる正方形が形成されるように、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは配置されている。なお、以下では、このアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの配置位置で形成される正方形の中心位置を、配置中心位置Ｏとする。なお、アンテナ装置１００は、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが配置される平面と船舶９００の水平面とが平行になるように、船舶９００に配置されている。
【００２８】
アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、複数の測位衛星からの測位信号を受信して、それぞれ相関処理部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄに出力する。ここで、例えば、測位衛星はＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）衛星であり、測位信号はＧＰＳ信号である。なお、ＧＰＳに限らず、ＧＮＳＳ（Ｇｒｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）の測位衛星および測位信号を用いてもよい。
【００２９】
相関処理部１１１Ａは、アンテナ１００Ａからの各測位信号とレプリカ信号とのキャリア相関処理結果から測位信号毎に搬送波位相差を出力する。ＡＤＲ算出部１１２Ａは、搬送波位相差を積算して、搬送波位相測定値ＡＤＲＡを算出し、演算部１２へ出力する。なお、相関処理部１１１Ａは、アンテナ１００Ａからの各測位信号とレプリカ信号とのコード相関処理結果から擬似距離ＰＲＡを算出し、演算部１２へ出力する。
【００３０】
相関処理部１１１Ｂは、アンテナ１００Ｂからの各測位信号とレプリカ信号とのキャリア相関処理結果から測位信号毎に搬送波位相差を出力する。ＡＤＲ算出部１１２Ｂは、搬送波位相差を積算して、搬送波位相測定値ＡＤＲＢを算出し、演算部１２へ出力する。なお、相関処理部１１１Ｂは、アンテナ１００Ｂからの各測位信号とレプリカ信号とのコード相関処理結果から擬似距離ＰＲＢを算出し、演算部１２へ出力する。
【００３１】
相関処理部１１１Ｃは、アンテナ１００Ｃからの各測位信号とレプリカ信号とのキャリア相関処理結果から測位信号毎に搬送波位相差を出力する。ＡＤＲ算出部１１２Ｃは、搬送波位相差を積算して、搬送波位相測定値ＡＤＲＣを算出し、演算部１２へ出力する。なお、相関処理部１１１Ｃは、アンテナ１００Ｃからの各測位信号とレプリカ信号とのコード相関処理結果から擬似距離ＰＲＣを算出し、演算部１２へ出力する。
【００３２】
相関処理部１１１Ｄは、アンテナ１００Ｄからの各測位信号とレプリカ信号とのキャリア相関処理結果から測位信号毎に搬送波位相差を出力する。ＡＤＲ算出部１１２Ｄは、搬送波位相差を積算して、搬送波位相測定値ＡＤＲＤを算出し、演算部１２へ出力する。なお、相関処理部１１１Ｄは、アンテナ１００Ｄからの各測位信号とレプリカ信号とのコード相関処理結果から擬似距離ＰＲＤを算出し、演算部１２へ出力する。
【００３３】
本実施形態の演算部１２は、次に示すように、姿勢角を算出し、位置座標および速度の算出を省略しているので、相関処理部１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄ、ＡＤＲ算出部１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄは、少なくとも搬送波位相測定値ＡＤＲＡ，ＡＤＲＢ，ＡＤＲＣ，ＡＤＲＤを算出すればよい。
【００３４】
演算部１２は、基線ベクトル算出部１２０と姿勢角算出部１２１を備える。
【００３５】
基線ベクトル算出部１２０は、搬送波位相測定値ＡＤＲＡ，ＡＤＲＢ，ＡＤＲＣ，ＡＤＲＤを用いて、複数の基線ベクトルを算出する。基線ベクトルは、設置した複数のアンテナのうち、２つのアンテナを組み合わせて決定する。具体的には、本実施形態では、基線ベクトルＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＤＡ，ＢＤ，ＣＡの六つの基線ベクトルを算出する。基線ベクトルの算出方法は、既知の方法であり、代表的な算出方法の一つとして、二つのアンテナと二つの測位衛星に対する二重位相差を算出して、整数値バイアスを決定し、当該整数値バイアスを用いて基線ベクトルを決定する方法がある。
【００３６】
基線ベクトルＡＢは、アンテナ１００Ａの中心位置Ａを起点としアンテナ１００Ｂの中心位置Ｂを終点とする。基線ベクトルＢＣは、アンテナ１００Ｂの中心位置Ｂを起点としアンテナ１００Ｃの中心位置Ｃを終点とする。基線ベクトルＣＤは、アンテナ１００Ｃの中心位置Ｃを起点としアンテナ１００Ｄの中心位置Ｄを終点とする。基線ベクトルＤＡは、アンテナ１００Ｄの中心位置Ｄを起点としアンテナ１００Ａの中心位置Ａを終点とする。基線ベクトルＢＤは、アンテナ１００Ｂの中心位置Ｂを起点としアンテナ１００Ｄの中心位置Ｄを終点とする。基線ベクトルＣＡは、アンテナ１００Ｃの中心位置Ｃを起点としアンテナ１００Ａの中心位置Ａを終点とする。
【００３７】
姿勢角算出部１２１は、複数の基線ベクトルを選択して、当該複数の基線ベクトルから姿勢角を算出する。演算部１２で実行する詳細な姿勢角の算出方法は後述する。姿勢角は、ピッチ角θ（θｈ）、ロール角φ（φｈ）、およびヨー角ψ（ψｈ）の成分からなる。ピッチ角θ（θｈ）、ロール角φ（φｈ）、およびヨー角ψ（ψｈ）は、ＢＯＤＹ座標系で表現される。ＢＯＤＹ座標系は、図２に示すように、船舶９００の船首方向に平行なｂ１軸、船舶９００の右左舷方向に平行なｂ２軸、ｂ１軸およびｂ２軸に垂直なｂ３軸から構成される。すなわち、ｂ３軸は、船舶９００が揺動していない状態において、鉛直方向に平行な軸である。このＢＯＤＹ座標系の中心Ｐａは、船舶９００の重心位置に設定されている。
【００３８】
ピッチ角θ（θｈ）は、ｂ１軸およびｂ３軸で決定される平面の角度であり、鉛直方向への船首尾の移動を表す。ロール角φ（φｈ）は、ｂ２軸およびｂ３軸で決定される平面の角度であり、右左舷の鉛直方向の移動を表す。ヨー角ψ（ψｈ）は、ｂ１軸およびｂ２軸で決定される平面の角度であり、水平面上の船首方位の移動を表す。
【００３９】
姿勢角算出部１２１は、概略的には、これらピッチ角θ、ロール角φ、およびヨー角ψをそれぞれ複数個算出して、それぞれの代表値である代表ピッチ角θｈ、代表ロール角φｈ、および代表ヨー角ψｈを、姿勢角［θｈ，φｈ，ψｈ］として出力する。
【００４０】
なお、この一連の処理は、図１に示すように機能ブロック毎に実行してもよいが、プログラム化しておき、コンピュータ等の情報処理装置で実行するようにしてもよい。
【００４１】
図４は、本実施形態の状態算出装置で実行する姿勢角算出の概略フローを示すフローチャートである。
【００４２】
上述のように、複数のアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄで測位信号を受信し、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ毎に、搬送波位相測定値ＡＤＲＡ，ＡＤＲＢ，ＡＤＲＣ，ＡＤＲＤを算出する（Ｓ１０１）。  演算部１２は、搬送波位相測定値ＡＤＲＡ，ＡＤＲＢ，ＡＤＲＣ，ＡＤＲＤを用いて、複数の基線ベクトルＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＤＡ，ＢＤ，ＣＡを算出する（Ｓ１０２）。
【００４３】
演算部１２は、複数の基線ベクトルを用いて複数のピッチ角θ、ロール角φ、およびヨー角ψを算出する。演算部１２は、複数のピッチ角θ、ロール角φ、およびヨー角ψから各成分の代表値を決定して、姿勢角［θｈ，φｈ，ψｈ］として出力する（Ｓ１０３）。
【００４４】
次に、姿勢角［θｈ，φｈ，ψｈ］の具体的な算出方法について説明する。
【００４５】
（原理）
図２に示すＢＯＤＹ座標系からＮＥＤ座標系への回転を、回転順にロール、ピッチ、ヨーと設定し、それぞれの角度を［φ，θ，ψ］とする。すなわち、ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψとする。
【００４６】
ここで、アンテナ配置が上述のように、船舶９００に対して水平である、すなわち、図２に示すｂ３軸に直交する平面上にあるとする。この時、ＢＯＤＹ座標系での距離ｒ、船首方向に対する角Δとして、一般化したアンテナ配置のベクトルｘｂを表すと、次式になる。
【００４７】
【数１】
2015025671.tif 000003
また、ＮＥＤ座標系での基線ベクトルｘｎを次式とする。
【００４８】
【数２】
2015025671.tif 000004
ＢＯＤＹ座標系からＮＥＤ座標系への変換式は、回転行列をＣｂｎとすると、次式である。
【００４９】
【数３】
2015025671.tif 000005
式３を各成分で表し、右辺を演算すると、次式となる。
【００５０】
【数４】
2015025671.tif 000006
２つのアンテナ配置をＢＯＤＹ座標系で表すと、（式１）より、次式で表すことができる。
【００５１】
【数５】
2015025671.tif 000007
また、２つの基線ベクトルをＮＥＤ座標系で表すと、（式２）より、次式で表すことができる。
【００５２】
【数６】
2015025671.tif 000008
（式４）、（式５）、（式６）のｘＤに関する部分を用いて、ロール角φに対するｓｉｎφについて解くと、次式が得られる。
【００５３】
【数７】
2015025671.tif 000009
さらに、（式７）をピッチ角θについて解くと、次式が得られる。
【００５４】
【数８】
2015025671.tif 000010
（式８）から分かるように、２つの基線ベクトル、および、当該２つの基線ベクトルが船首方向と成す角が分かれば、ピッチ角θを算出することができる。
【００５５】
そして、（式７）から分かるように、ピッチ角θと１つの基線ベクトルが分かれば、ロール角φを算出することができる。
【００５６】
さらに、（式４）のｘＮ，ｘＥに関する部分を用いると、次式が得られる。
【００５７】
【数９】
2015025671.tif 000011
（式９）から分かるように、ピッチ角θとロール角φと１つの基線ベクトルが分かれば、ヨー角ψを算出することができる。
【００５８】
以上のような原理を用いて、本実施形態の演算部１２は、具体的に次のフローで姿勢角［θｈ，φｈ，ψｈ］を算出する。
【００５９】
図５は、演算部で実行する姿勢角算出の具体的なフローを示すフローチャートである。
【００６０】
演算部１２は、上述の（式８）に示す演算方法を用いて、２つの基線ベクトルを用いてピッチ角θを算出する。より具体的には、算出できている２つの基線ベクトル、および、該２つの基線ベクトルが船首方向と成す角を、（式８）に代入することで、ピッチ角θが算出される。この際、演算部１２は、選択する２つの基線ベクトルの組合せを異ならせて、基線ベクトルの組毎にピッチ角θを算出する（Ｓ１３１）。
【００６１】
演算部１２は、複数のピッチ角θに対する代表ピッチ角θｈを算出する（Ｓ１３２）。具体的には、例えば、演算部１２は、複数のピッチ角θの平均値を算出して、代表ピッチ角θｈとする。
【００６２】
演算部１２は、上述の（式７）に示す演算方法を用いて、代表ピッチ角θｈと１つの基線ベクトルを用いて、ロール角φを算出する。より具体的には、上述の処理で算出した代表ピッチ角θｈ、算出できている１つの基線ベクトル、および、当該基線ベクトルの成す角を（式７）に代入して、ロール角φを算出する。この際、演算部１２は、代表ピッチ角θｈに組み合わせる基線ベクトルを異ならせて、組合せ毎にロール角φを算出する（Ｓ１３３）。
【００６３】
演算部１２は、複数のロール角φに対する代表ロール角φｈを算出する（Ｓ１３４）。具体的には、例えば、演算部１２は、複数のロール角φの平均値を算出して、代表ロール角φｈとする。
【００６４】
演算部１２は、上述の（式９）に示す演算方法を用いて、代表ピッチ角θｈと代表ロール角φｈと１つの基線ベクトルを用いて、ヨー角ψを算出する。より具体的には、上述の処理で算出した代表ピッチ角θｈと代表ロール角φｈ、算出できている１つの基線ベクトル、および、当該基線ベクトルの成す角を、（式９）に代入して、ヨー角ψを算出する。この際、演算部１２は、代表ピッチ角θｈおよび代表ロール角φｈに組み合わせる基線ベクトルを異ならせて、組合せ毎にヨー角ψを算出する（Ｓ１３５）。
【００６５】
演算部１２は、複数のヨー角ψに対する代表ヨー角ψｈを算出する（Ｓ１３６）。具体的には、例えば、演算部１２は、複数のヨー角ψの平均値を算出して、代表ヨー角ψｈとする。
【００６６】
演算部１２は、代表ピッチ角θｈ，代表ロール角φｈ，代表ヨー角ψｈを、姿勢角［θｈ，φｈ，ψｈ］に決定する（Ｓ１３７）。
【００６７】
このような方法を用いることで、姿勢角の各成分（ピッチ角、ロール角、ヨー角）を、算出できた基線ベクトルの個数に応じて、それぞれ複数個ずつ算出することができる。そして、このように複数個算出された各姿勢角成分の平均値等の代表値を用いることにより、各姿勢角成分に含まれる観測誤差が抑圧される。したがって、姿勢角を高精度に算出することができる。
【００６８】
また、同程度の精度が要求される場合には、従来の構成よりもアンテナ間隔を狭くすることができる。これにより、アンテナの配置領域を小さくでき、さらにはアンテナ装置を小型化できる。
【００６９】
また、上述の説明では、代表値を単に平均値と記載したが、重み付けを行わない平均値であっても、重み付けを行った平均値であってもよい。重み付けを行う場合には、姿勢角を算出するのに利用する各基線ベクトルの方向と各姿勢角の方向との関係等によって、重みを決定すればよい。また、各アンテナ位置での測位精度に基づいて重み付けを行ってもよい。例えば、測位精度が高いアンテナを利用した基線ベクトルほど重みが重くなるように設定すればよい。また、上述の説明では、代表値として平均値を算出する例を示したが、中央値等の他の統計値を用いてもよい。
【００７０】
また、図３に示すように複数のアンテナを配置することで、姿勢角を全体として高精度に算出することができる。具体的には、図３に示すように、本実施形態の構成では、複数のアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、ＢＯＤＹ座標のｂ３軸に直交する平面上に配置されており、配置中心位置Ｏから同距離に配置されている。また、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、配置中心位置Ｏを基準点とし、それぞれに９０°を成す回転対称位置にある。これにより、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、ｂ１方向、ｂ２方向にも均等な配置パターンとなっている。すなわち、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、等方性を有する配置となっている。
【００７１】
このような配置パターンであることにより、船舶９００が傾斜した場合生じる基線ベクトルの変化が、ピッチ角θおよびロール角φに対して同程度になる。したがって、ピッチ角θ、ロール角φを略同じ精度で算出することができる。これにより、ピッチ角θとロール角φについて等方性を持った精度で算出でき、これらを用いて算出されるヨー角は船体が動揺する方向に依らず同程度の精度で算出できる。この結果、方向によるバラツキが無く全体として高精度に、姿勢角を算出することができる。
【００７２】
また、このようなアンテナ配置を用いることで、アンテナ装置の各アンテナと船首方向との角度がいずれの角度であっても、ピッチ角θおよびロール角φについて等方性を持った精度で算出することができる。これにより、アンテナ装置の船舶への設置方向を気にする必要が無いため、アンテナ装置の船舶への設置が容易になる。
【００７３】
なお、ここでは、等方性を有する配置になっているが、略等方性であってもよい。すなわち、複数のアンテナの配置パターンが若干ずれていてもよい。この場合でも、等方性を有する場合と略同等の精度で姿勢角を算出することができる。
【００７４】
また、アンテナ装置１００は、アンテナ１００Ａの中心位置Ａとアンテナ１００Ｂの中心位置Ｂとを結ぶ基線ベクトル、および、アンテナ１００Ｃの中心位置Ｃとアンテナ１００Ｄの中心位置Ｄとを結ぶ基線ベクトルが、船舶９００の船首方向（ＢＯＤＹ座標系のｂ１軸方向（ヘディング方向））に平行になるように、船舶９００に配置するとよい。このような配置とすることで、後述するように、姿勢角算出処理が容易になる。
【００７５】
また、この配置を用いることで、船首方向に平行な基線ベクトルの長さが短くなる。したがって、船首方向に平行な基線ベクトルを、高速且つ高精度に算出することができる。これにより、状況によって姿勢角をさらに高速に算出することができる。
【００７６】
次に、上述のアンテナ配置で船首方向に平行な、ピッチ角θ、ロール角φ、ヨー角ψの算出は、複数のアンテナの配置、すなわち基線ベクトルの設定方法に応じて、より具体的に、次の各方法を用いてもよい。
【００７７】
（ピッチ角θの算出方法）
図６は、ピッチ角θの算出フローを示すフローチャートである。
【００７８】
まず、基線ベクトルが１個以上確定しているかどうかを検出する。基線ベクトルが１つも確定していなければ（Ｓ３１１：ＮＯ）、ピッチ角θの算出は不能と判断する（Ｓ３１７）。
【００７９】
基線ベクトルが１個以上確定している場合は（Ｓ３１１：ＹＥＳ）、確定している基線ベクトルの個数Ｎを取得する。
【００８０】
基線ベクトルが１個の場合（Ｓ３１２：Ｎ＝１）、当該基線ベクトルが船首方向すなわちｂ１軸方向と平行であるかを検出する。基線ベクトルが船首方向と平行でなければ（Ｓ３１３：ＮＯ）、ピッチ角θの算出は不能と判断する（Ｓ３１７）。一方、基線ベクトルが船首方向と平行であれば（Ｓ３１３：ＹＥＳ）、すなわち、図３のアンテナ配置の場合、確定している基線ベクトルが基線ベクトルＡＢ，ＣＤのいずれかであれば、この基線ベクトルを用いて、ピッチ角θを算出する（Ｓ３１４）。この場合は、Δ１またはΔ２が０°，１８０°として、上述の（式８）からピッチ角θを算出することができる。
【００８１】
基線ベクトルが２個の場合（Ｓ３１２：Ｎ＝２）、当該２個の基線ベクトルが船首方向に直交するかどうかを検出する。２個の基線ベクトルが船首方向に直交していると（Ｓ３１５：ＹＥＳ）、すなわち、図３のアンテナ配置の場合、確定している基線ベクトルが基線ベクトルＢＣ，ＤＡのいずれかであれば、ピッチ角θの算出は不能と判断する（Ｓ３１７）。一方、２個の基線ベクトルが船首方向に直交していなければ（Ｓ３１５：ＮＯ）、当該２個の基線ベクトルを組にして、上述の（式８）を用いてピッチ角θを算出する（Ｓ３１６）。
【００８２】
基線ベクトルが３個以上の場合（Ｓ３１２：Ｎ≧３）、確定している複数の基線ベクトルから２個の基線ベクトルを選択し、当該２個の基線ベクトルから上述の（式８）を用いてピッチ角θを算出する（Ｓ３１６）。
【００８３】
（ロール角φの算出方法）
図７は、ロール角φの算出フローを示すフローチャートである。
【００８４】
まず、代表ピッチ角θｈが使用可能か判断し、代表ピッチ角θｈが使用可能でなければ（Ｓ３２１：ＮＯ）、船首方向に直交する基線ベクトルがあるか検出する。船首方向に直交する基線ベクトルが無ければ（Ｓ３２２：ＮＯ）、ロール角φの算出は不能と判断する（Ｓ３２８）。船首方向に直交する基線ベクトルが有れば（Ｓ３２２：ＹＥＳ）、当該基線ベクトルを用いてロール角φを算出する（Ｓ３２３）。なお、この場合のロール角φの算出方法は、基線ベクトルのｂ３方向の動きがロール角φに対応するので、これを利用してロール角φを算出すればよい。
【００８５】
代表ピッチ角θｈが使用可能であれば（Ｓ３２１：ＹＥＳ）、基線ベクトルの個数Ｎを取得する。
【００８６】
基線ベクトルが１個の場合（Ｓ３２４：Ｎ＝１）、当該基線ベクトルが船首方向すなわちｂ１軸方向と平行であるかを検出する。基線ベクトルが船首方向と平行であれば（Ｓ３２６：ＹＥＳ）、すなわち、図３のアンテナ配置の場合、確定している基線ベクトルが基線ベクトルＡＢ，ＣＤのいずれかであれば、ロール角φの算出は不能と判断する（Ｓ３２８）。当該基線ベクトルが船首方向と平行でなければ（Ｓ３２６：ＮＯ）、当該基線ベクトルと代表ピッチ角θｈとを組にして、上述の（式７）を用いてロール角φを算出する（Ｓ３２７）。
【００８７】
基線ベクトルが２個の場合（Ｓ３２４：Ｎ＝２）、当該２個の基線ベクトルが船首方向に平行であるかを検出する。２個の基線ベクトルが船首方向に平行であれば（Ｓ３２５：ＹＥＳ）、すなわち、図３のアンテナ配置の場合、確定している基線ベクトルが基線ベクトルＢＣ，ＤＡであれば、ロール角φの算出は不能と判断する（Ｓ３２８）。一方、２個の基線ベクトルが船首方向に直交していなければ（Ｓ３２５：ＮＯ）、当該２個の基線ベクトルのいずれかを選択し、選択した基線ベクトルと代表ピッチ角θｈとを組にして、上述の（式７）を用いてロール角φを算出する（Ｓ３２７）。
【００８８】
基線ベクトルが３個以上の場合（Ｓ３２４：Ｎ≧３）、確定している複数の基線ベクトルから１個の基線ベクトルを選択し、当該基線ベクトルと代表ピッチ角θｈとを組にして、上述の（式７）を用いてロール角φを算出する（Ｓ３２７）。
【００８９】
（ヨー角ψの算出方法）
図８は、ヨー角ψの算出フローを示すフローチャートである。
【００９０】
まず、代表ピッチ角θｈが使用可能か判断し、代表ピッチ角θｈが使用可能でなければ（Ｓ３３１：ＮＯ）、ヨー角ψの算出は不能と判断する（Ｓ３３６）。
【００９１】
代表ピッチ角θｈが使用可能であれば（Ｓ３２１：ＹＥＳ）、代表ロール角φｈが使用可能か判断する。代表ロール角φｈが使用可能でなければ（Ｓ３３２：ＮＯ）、船首方向に平行な基線ベクトルがあるか検出する。船首方向に平行な基線ベクトルが無ければ（Ｓ３３４：ＮＯ）、ヨー角ψの算出は不能と判断する（Ｓ３３６）。船首方向に平行な基線ベクトルがあれば（Ｓ３３４：ＹＥＳ）、当該基線ベクトルと代表ピッチ角θｈとを用いて、ヨー角ψを算出する（Ｓ３３５）。なお、この場合のヨー角ψの算出方法は、基線ベクトルのｂ２方向の動きがヨー角ψに対応するので、これを利用してヨー角ψを算出すればよい。
【００９２】
代表ロール角φｈが使用可能であれば（Ｓ３３２）、代表ピッチ角θｈおよび代表ロール角φｈと基線ベクトルとを組にして、上述の（式９）を用いてヨー角ψを算出する（Ｓ３３３）。
【００９３】
このような構成および処理を採用することで、アンテナ配置によっては、より少ない基線ベクトルで、姿勢角を算出することができる。
【００９４】
次に、本発明の第２の実施形態に係る状態算出装置について、図を参照して説明する。図９は、本発明の第２の実施形態に係る状態算出装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の状態算出装置１０Ａは、概略的には、姿勢角だけでなく、位置（位置座標）および速度も算出する点で、第１の実施形態の状態算出装置１０と異なる。
【００９５】
演算部１２Ａは、姿勢角演算部１２１、速度演算部１２２、および位置演算部１２３を備える。姿勢角演算部１２１は、第１の実施形態に係る演算部１２と同じ構成で同じ処理を行っている。
【００９６】
速度演算部１２２は、搬送波位相測定値ＡＤＲＡからアンテナ１００Ａの位置での速度を算出する。速度演算部１２２は、搬送波位相測定値ＡＤＲＢからアンテナ１００Ｂの位置での速度を算出する。速度演算部１２２は、搬送波位相測定値ＡＤＲＣからアンテナ１００Ｃの位置での速度を算出する。速度演算部１２２は、搬送波位相測定値ＡＤＲＤからアンテナ１００Ｄの位置での速度を算出する。
【００９７】
速度演算部１２２は、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの速度から、船舶９００の速度を算出する。速度演算部１２２では、各アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの位置に限らず、例えば、船舶９００の船首位置等、船舶９００の特定位置の速度を算出することができる。
【００９８】
速度演算部１２２は、次に、フローを用いて速度を算出する。図１０は、本発明の第２の実施形態に係る速度算出フローを示すフローチャートである。
【００９９】
まず、速度演算部１２２は、搬送波位相測定値が算出されている各アンテナ位置での速度を算出する（Ｓ４０１）。速度演算部１２２は、搬送波位相測定値の時間変化量から速度を算出する。
【０１００】
速度演算部１２２は、姿勢角［θｈ，φｈ，ψｈ］の時間変化量から、各アンテナ位置での角速度を算出する（Ｓ４０２）。
【０１０１】
速度算出部１２２は、算出した角速度を用いて、各アンテナ位置での速度算出用補正値（レバーアーム補正値）を算出する（Ｓ４０３）。速度算出用補正値（レバーアーム補正値）とは、レバーアーム効果による角速度が速度に与える影響を抑圧する補正値である。レバーアーム効果とは、船舶９００に角速度が加わると、重心Ｐａ以外の位置では、観測される速度に角速度の影響が含まれることである。
【０１０２】
速度演算部１２２は、速度算出用補正値を用いて各アンテナ位置の速度を補正する（Ｓ４０４）。
【０１０３】
速度演算部１２２は、各アンテナ位置の補正後の速度を用いて、所望位置の速度を算出する。この際、速度演算部１２２は、各アンテナ位置と所望位置との距離に基づく幾何学的平均値によって、所望位置（例えば、船舶９００の重心Ｐａ位置や船首位置等）の速度を算出する（Ｓ４０５）。
【０１０４】
そして、上述の姿勢角を用いて角速度を算出しているので、速度算出用補正値を高精度に算出することができる。これにより、レバーアーム効果を高精度に抑圧し、速度を高精度に算出することができる。
【０１０５】
速度演算部１２２は、次の方法で速度を算出してもよい。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る別の速度算出フローを示すフローチャートである。
【０１０６】
速度演算部１２２は、搬送波位相測定値が算出されている各アンテナ位置での速度を算出する（Ｓ４１１）。速度演算部１２２は、搬送波位相測定値の時間変化量から速度を算出する。
【０１０７】
速度演算部１２２は、各アンテナ位置の速度を用いて、所望位置の速度を算出する。この際、速度演算部１２２は、各アンテナ位置と所望位置との距離に基づく幾何学的平均値によって、所望位置の速度を算出する（Ｓ４１２）。
【０１０８】
速度演算部１２２は、姿勢角［θｈ，φｈ，ψｈ］の時間変化量から、各アンテナ位置での角速度を算出する（Ｓ４１３）。速度算出部１２２は、算出した角速度を用いて、所望位置での速度算出用補正値（レバーアーム補正値）を算出する（Ｓ４１４）。なお、これらの処理は、上述の速度算出処理と平行に行ってもよく、速度算出処理よりも前に行ってもよい。
【０１０９】
速度演算部１２２は、所望位置に対する速度算出用補正値を用いて、所望位置の速度を補正する（Ｓ４１５）。
【０１１０】
このような方法であっても、上述の姿勢角を用いて角速度を算出しているので、速度算出用補正値を高精度に算出することができる。これにより、レバーアーム効果を高精度に抑圧し、速度を高精度に算出することができる。
【０１１１】
なお、上述の説明では、搬送波位相測定値を算出しているアンテナが変化しない場合を示したが、測位信号の受信状態によっては、搬送波位相測定値を算出できないアンテナが存在する場合もある。
【０１１２】
この場合、幾何学的平均値が算出される位置が、所望位置と異なる場合が生じる。図１２は、幾何学的平均値の算出位置と所望位置のズレの様子および補正の概念を表す図である。図１２では、複数のアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの配置中心位置Ｏを所望位置とする場合を示している。
【０１１３】
図１２（Ａ）に示すように、全てのアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの位置での搬送波位相測定値が算出できている状況では、全てのアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの位置での速度の幾何学的平均値が、配置中心位置Ｏ（所望位置）の速度となる。
【０１１４】
図１２（Ｂ）に示すように、アンテナ１００Ｄの位置での搬送波位相測定値が算出できない状態では、当該アンテナ１００Ｄの位置での搬送波位相測定値を、所望位置の速度算出に利用することはできない。したがって、幾何学的平均値は、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの幾何学的平均位置Ｏ’の値となり、配置中心位置Ｏとは異なる位置の値となる。
【０１１５】
この場合、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの位置関係は既知であるので、全てのアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの幾何学的平均位置（配置中心位置Ｏ）と、それぞれ少なくとも２つのアンテナの組合せの幾何学的平均位置との位置誤差を予め記憶しておく。そして、この位置誤差を補正する補正値を設定しておく。この際、速度算出用補正値（レバーアーム補正値）の変化分も考慮した補正値を設定する。
【０１１６】
所望位置である配置中心位置Ｏの速度を算出する場合には、搬送波位相測定値を算出しているアンテナを検出し、アンテナの組合せに応じて速度の幾何学的平均値を補正すればよい。
【０１１７】
なお、ここでは、全てのアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの配置中心位置Ｏを、基準となる所望位置に設定する例を示したが、他の位置であっても、同様の概念を用いて補正すれば、所望位置の速度を正確に補正することができる。
【０１１８】
位置演算部１２３は、擬似距離ＰＲＡもしくは搬送波位相測定値ＡＤＲＡからアンテナ１００Ａの位置座標を算出する。位置演算部１２３は、擬似距離ＰＲＢもしくは搬送波位相測定値ＡＤＲＢからアンテナ１００Ｂの位置座標を算出する。位置演算部１２３は、擬似距離ＰＲＣもしくは搬送波位相測定値ＡＤＲＣからアンテナ１００Ｃの位置座標を算出する。位置演算部１２３は、擬似距離ＰＲＤもしくは搬送波位相測定値ＡＤＲＤからアンテナ１００Ｄの位置座標を算出する。
【０１１９】
位置演算部１２３は、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの位置座標から、所望位置の位置座標を算出する。所望位置とは、例えば、配置中心位置Ｏや、船舶９００の船首位置等である。
【０１２０】
位置演算部１２３は、次に、フローを用いて速度を算出する。図１３は、本発明の第２の実施形態に係る位置算出フローを示すフローチャートである。
【０１２１】
まず、位置演算部１２３は、擬似距離もしくは搬送波位相測定値が算出されている各アンテナ位置の位置座標を算出する（Ｓ５０１）。位置座標の算出方法は既知であり、具体的な方法は省略するが、擬似距離を用いる場合には搬送波位相測定値を用いる場合よりも位置座標の算出初期から速く位置座標を算出でき、搬送波位相測定値を用いる場合には擬似距離を用いる場合よりも位置座標を高精度に算出することができる。
【０１２２】
位置演算部１２３は、上述のように複数の基線ベクトルから算出した姿勢角［θｈ，φｈ，ψｈ］を用いて、各アンテナ位置の位置算出用補正値を算出する（Ｓ５０２）。
【０１２３】
位置演算部１２３は、位置算出用補正値を用いて各アンテナ位置の位置座標を補正する（Ｓ５０３）。
【０１２４】
位置演算部１２３は、各アンテナ位置の補正後の位置座標を用いて、所望位置の位置座標を算出する。この際、位置演算部１２３は、各アンテナ位置と所望位置との距離に基づく幾何学的平均値によって、所望位置の位置座標を算出する（Ｓ５０４）。
【０１２５】
そして、上述の姿勢角を用いていることで、位置算出用補正値を高精度に算出することができる。これにより、揺動による位置算出誤差を高精度に抑圧し、所望位置の位置座標を高精度に算出することができる。
【０１２６】
位置演算部１２３は、次の方法で速度を算出してもよい。図１４は、本発明の第２の実施形態に係る別の位置算出フローを示すフローチャートである。
【０１２７】
まず、位置演算部１２３は、擬似距離もしくは搬送波位相測定値が算出されている各アンテナ位置の位置座標を算出する（Ｓ５１１）。
【０１２８】
位置演算部１２３は、各アンテナ位置と所望位置との距離に基づく幾何学的平均値によって、所望位置の位置座標を算出する（Ｓ５１２）。
【０１２９】
位置演算部１２３は、上述のように複数の基線ベクトルから算出した姿勢角［θｈ，φｈ，ψｈ］を用いて、所望位置の位置算出用補正値を算出する（Ｓ５１３）。
【０１３０】
位置演算部１２３は、所望位置用の位置算出用補正値を用いて所望位置の位置座標を補正する（Ｓ５１４）。
【０１３１】
このような方法であっても、上述の姿勢角を用いているので、位置算出用補正値を高精度に算出することができる。これにより、揺動による位置算出誤差を高精度に抑圧し、所望位置の位置座標を高精度に算出することができる。
【０１３２】
なお、位置算出の場合も、上述の速度算出と同様に、図１２に示す補正、すなわち、搬送波位相測定値を算出できているアンテナの組合せによる補正を、適用することができる。
【０１３３】
以上に示した状態算出装置、状態算出方法、状態算出プログラムは、船舶９００等の移動体に装着して利用することができる。図１５は、本実施形態に係る状態算出装置を装着した船舶の概略構成図である。なお、ここでは、移動体として船舶９００を例に説明するが、他の水上移動体、水中移動体、飛行機等の空中移動体、自動車等の陸上移動体にも、本実施形態の構成を適用することができる。
【０１３４】
船舶９００は、状態算出装置１０Ａ、制御部９０１、動力９０２、舵９０３を備える。状態算出装置１０Ａは、上述の方法を用いて、位置［ＰＮ，ＰＥ，ＰＤ］、速度［ＶＮ，ＶＥ，ＶＤ］、姿勢角［φｈ，θｈ，ψｈ］を算出して出力する。
【０１３５】
制御部９０１は、位置［ＰＮ，ＰＥ，ＰＤ］、速度［ＶＮ，ＶＥ，ＶＤ］、姿勢角［φｈ，θｈ，ψｈ］を用いて、航行制御処理を実行する。例えば、制御部９０１は、現在の自船位置と目的位置とから最も効率的な航行ルートを推定する自動航行制御を行ったり、自船位置の変化から定点位置に止まるための定点保持制御を行ったりする。
【０１３６】
制御部９０１は、設定した制御内容に基づいて、動力９０２および舵９０３に制御信号を発生する。動力９０２および舵９０３は、制御信号に基づいて動作する。
【０１３７】
このような構成では、上述のように、姿勢角、位置、速度が高精度に算出されるので、各種制御を高精度に実現することができる。例えば、自動航行制御であれば、最適な航行ルートで船舶９００を自動航行させることができる。また、定点保持制御であれば、高精度に定点保持を行うことができる。
【０１３８】
なお、上述の説明では、複数のアンテナを、等方性を持って配置する例を示したが、次に示す配置パターンを用いてもよい。図１６、図１７、図１８は、複数のアンテナの派生配置パターンを示す図である。
【０１３９】
図１６に示すアンテナ装置１０１は、３つのアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを備える。アンテナ１００Ａは、アンテナ１００Ｂ，１００Ｃよりも船首方向に離間して配置されている。アンテナ１００Ｂ，１００Ｃは、船首方向に直交する方向に沿って配置されている。アンテナ１００Ｂの位置とアンテナ１００Ｃの位置を結ぶ垂直二等分線上に、アンテナ１００Ａが配置されている。アンテナ１００Ｂの位置とアンテナ１００Ｃの位置との距離は、アンテナ１００Ｂの位置とアンテナ１００Ｃの位置との中点とアンテナ１００Ａの位置との距離と比較して短い。
【０１４０】
このようなアンテナ配置を用いることで、アンテナ１００Ａ，１００Ｂからなる基線ベクトルおよびアンテナ１００Ｃ，１００Ａからなる基線ベクトルは、船首方向に長い基線ベクトルとなる。したがって、船首方向の成分が長い基線ベクトルを複数確保できるので、ピッチ角θおよびヨー角ψを高精度に算出することができる。
【０１４１】
図１７に示すアンテナ装置１０２は、４つのアンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを備える。アンテナ１００Ａとアンテナ１００Ｃは、船首方向に沿って配置されている。アンテナ１００Ｂとアンテナ１００Ｄは、船首方向に直交する方向に沿って配置されている。アンテナ１００Ａの位置とアンテナ１００Ｃの位置との距離は、アンテナ１００Ｂの位置とアンテナ１００Ｄの位置との距離と比較して大幅に長い。アンテナ１００Ａの位置とアンテナ１００Ｃの位置との中点と、アンテナ１００Ｂの位置とアンテナ１００Ｂの位置との中点は、一致している。このように、アンテナ装置１０２は、船首方向に平行な対角線が長く、船首方向に直交する対角線が短い菱形形状で、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄが配置されている。
【０１４２】
このようなアンテナ配置を用いることで、船首方向の成分が長い基線ベクトル数をさらに多くできる。これにより、ピッチ角θおよびヨー角ψをさらに高精度に算出することができる。
【０１４３】
図１８に示すアンテナ装置１０３は、図１６に示したアンテナ装置１０１に対して、さらにアンテナ１００Ｄ，１００Ｅを追加したものである。アンテナ１００Ｄ，１００Ｅは、アンテナ１００Ｂの位置とアンテナ１００Ｃの位置を結ぶ垂直二等分線上に配置されている。アンテナ１００Ｄ，１００Ｅは、アンテナ１００Ａの位置とアンテナ１００Ｃの位置との中点と、アンテナ１００Ａの位置との間に配置されている。すなわち、アンテナ１００Ａ，１００Ｄ，１００Ｅは、船首方向に沿って間隔を空けて配置されている。
【０１４４】
このようなアンテナ配置を用いることで、船首方向の成分が長い基線ベクトル数をさらに多くできる。これにより、ピッチ角θおよびヨー角ψをさらに高精度に算出することができる。
【０１４５】
なお、図１６、図１８に示すアンテナ配置は、ヘディング方向に直交する面を基準面として面対称の配置であってもよい。
【０１４６】
また、アンテナの配置パターンはこれらの例に限るものではなく、特定の姿勢角成分を高精度で算出したい場合には、当該特定の姿勢角成分を含む二平面に共有する軸方向に沿って長いベクトル成分を有する基線ベクトルを構成するように、複数のアンテナを配置すればよい。
【０１４７】
また、上述の説明では、姿勢角の各成分であるピッチ角θ、ロール角φ、およびヨー角ψを基線ベクトルから算出する例を示した。しかしながら、測位信号を用いた姿勢角算出部（もしくは測位部）とＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ（慣性計測装置））とを統合した統合システムの場合、次の方法でヨー角を算出してもよい。ピッチ角θとロール角φは、慣性センサで計測する。演算部は、慣性センサで計測したピッチ角θおよびロール角φと、測位信号に基づく基線ベクトルを用いて、ヨー角を算出する。また、ピッチ角θのみを慣性センサで計測し、ロール角φとヨー角ψを、慣性センサで計測したピッチ角θと基線ベクトルから、順次算出してもよい。
【０１４８】
また、上述の説明では、各アンテナ間の距離すなわち基線長と測位信号の波長との関係を具体的に示していないが、最短の基線長が測位信号の半波長以下であると、本発明の構成がより有効に作用する。
【０１４９】
具体的には、基線長が半波長以下のときは、整数値バイアスの決定が容易になるものの、基線長が短いため、基線ベクトルの算出精度は低い。これにより、算出する姿勢角の精度が低くなるため、姿勢角検出センサとしての精度が不足してしまう。
【０１５０】
しかしながら、本発明の構成および処理を用いた場合、複数の基線ベクトルを用いて姿勢角を算出するので、どのような基線長であっても姿勢角の精度を向上させることができる。したがって、基線長が半波長以下となるアンテナ配置でも高精度に姿勢角を算出することができる。このように基線長が測位信号の半波長以下に収まることで、整数値バイアスの決定が容易になり、高精度な姿勢角が高速に得られるようになる。また、アンテナの間隔を短くでき、アンテナ装置を小型に構成することができる。
【符号の説明】
【０１５１】
１０，１０Ａ：状態算出装置
１１１Ａ，１１１Ｂ，１１１Ｃ，１１１Ｄ：相関処理部
１１２Ａ，１１２Ｂ，１１２Ｃ，１１２Ｄ：ＡＤＲ算出部
１２，１２Ａ：演算部
１２０：基線ベクトル算出部
１２１：姿勢角演算部
１２２：速度演算部
１２３：位置演算部
１００，１０１，１０２，１０３：アンテナ装置
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ：アンテナ
９００：船舶
９０１：制御部
９０２：動力
９０３：舵
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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