(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測位衛星からの測位信号を受信する複数のアンテナと、
複数のアンテナを構成するアンテナ毎に設けられ、前記アンテナが受信した測位信号を用いて、算出用データを出力する複数の受信部と、
前記算出用データを用いて姿勢角の各成分を算出する姿勢角算出部と、
前記複数のアンテナの内の２つのアンテナを結ぶ基線と前記測位衛星との位置関係から、前記姿勢角の成分に応じた精度劣化指標を算出する精度劣化指標算出部と、
前記精度劣化指標を用いて前記姿勢角の算出に対する前記算出用データの寄与度を決定する寄与度決定部と、
を有する算出条件決定部と、
を備える、姿勢角算出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の姿勢角算出装置であって、
前記寄与度決定部は、
前記精度劣化指標が所定閾値よりも大きい場合に前記寄与度を０にする、
姿勢角算出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の姿勢角算出装置であって、
前記寄与度決定部は、
前記精度劣化指標が小さいほど前記寄与度を高く、前記精度劣化指標が大きいほど前記寄与度を低くする、
姿勢角算出装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の姿勢角算出装置であって、
前記基線に対応する位相差を算出する位相差算出部を備え、
前記姿勢角算出部は、
前記算出用データと位相差とを用いて、前記姿勢角の成分を算出する、
姿勢角算出装置。
【請求項５】
請求項４に記載の姿勢角算出装置であって、
前記位相差は、前記基線を構成するアンテナ間の一重位相差であり、
前記算出条件決定部は、
前記基線の中心と測位衛星とを結ぶ直線と、前記基線との成す角が略直角となる測位衛星の算出用データの寄与度を大きくする、
姿勢角算出装置。
【請求項６】
請求項４に記載の姿勢角算出装置であって、
前記位相差は、前記２つのアンテナを結ぶ基線のベクトルと、該２つのアンテナが受信した測位信号の送信元の２つの測位衛星を結ぶ衛星間ベクトルとの二重位相差であり、
前記算出条件決定部は、
前記基線のベクトルと前記衛星間ベクトルの成す角が略直角となる測位衛星の算出用データの寄与度を大きくする、
姿勢角算出装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の姿勢角算出装置であって、
前記姿勢角算出部は、
慣性センサの出力データも用いて前記姿勢角を算出する、
姿勢角算出装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の姿勢角算出装置であって、
前記基線を含む平面における前記測位衛星の投影位置と前記基線とを表示する表示部を、
さらに備える、姿勢角算出装置。
【請求項９】
請求項８に記載の姿勢角算出装置であって、
前記表示部は、
絶対方位をさらに表示する、
姿勢角算出装置。
【請求項１０】
測位衛星からの測位信号を受信する受信工程と、
複数のアンテナを構成するアンテナ毎に設けられ、前記アンテナが受信した測位信号を用いて、算出用データを出力する算出用データ出力工程と、
前記複数のアンテナの内の２つのアンテナを結ぶ基線と前記測位衛星との位置関係から、姿勢角の成分に応じた精度劣化指標を算出する精度劣化指標算出工程と、
前記精度劣化指標を用いて前記姿勢角の算出に対する前記算出用データの寄与度を決定する寄与度決定工程と、
を含む算出条件決定工程と、
前記算出用データと前記寄与度を用いて姿勢角の各成分を算出する姿勢角算出工程と、
を有する、姿勢角算出方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の姿勢角算出方法であって、
前記寄与度決定工程は、
前記精度劣化指標が所定閾値よりも大きい場合に前記寄与度を０にする、
姿勢角算出方法。
【請求項１２】
請求項１０または請求項１１に記載の姿勢角算出方法であって、
前記寄与度決定工程は、
前記精度劣化指標が小さいほど前記寄与度を高く、前記精度劣化指標が大きいほど前記寄与度を低くする、
姿勢角算出方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の姿勢角算出方法であって、
前記基線に対応する位相差を算出する位相差算出工程を、さらに有し、
前記姿勢角算出工程は、
前記算出用データと位相差とを用いて、前記姿勢角の成分を算出する、
姿勢角算出方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の姿勢角算出方法であって、
前記位相差は、前記基線を構成するアンテナ間の一重位相差であり、
前記算出条件決定工程は、
前記基線の中心と測位衛星とを結ぶ直線と、前記基線との成す角が略直角となる測位衛星の算出用データの寄与度を大きくする、
姿勢角算出方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の姿勢角算出方法であって、
前記位相差は、前記２つのアンテナを結ぶ基線のベクトルと、該２つのアンテナが受信した測位信号の送信元の２つの測位衛星を結ぶ衛星間ベクトルとの二重位相差であり、
前記算出条件決定工程は、
前記基線のベクトルと前記衛星間ベクトルの成す角が略直角となる測位衛星の算出用データの寄与度を大きくする、
姿勢角算出方法。
【請求項１６】
請求項１０乃至請求項１５のいずれかに記載の姿勢角算出方法であって、
前記姿勢角算出工程は、
慣性センサの出力データも用いて前記姿勢角を算出する、
姿勢角算出方法。
【請求項１７】
測位衛星からの測位信号を用いて姿勢角を算出する処理を情報処理装置に実行させる姿勢角算出プログラムであって、
前記情報処理装置は、
複数のアンテナが受信した前記測位信号を用いて、算出用データを出力する算出用データ出力処理と、
前記複数のアンテナの内の２つのアンテナを結ぶ基線と前記測位衛星との位置関係から、前記姿勢角の成分に応じた精度劣化指標を算出する精度劣化指標算出処理と、
前記精度劣化指標を用いて前記姿勢角の算出に対する前記算出用データの寄与度を決定する寄与度決定処理と、
前記算出用データと前記寄与度を用いて姿勢角の各成分を算出する姿勢角算出処理と、
を実行する、姿勢角算出プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶、飛行体、自動車等の移動体の姿勢角を算出する姿勢角算出装置、姿勢角算出方法、および姿勢角算出プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＧＰＳ信号を利用して移動体の航行状態を算出する装置が各種実用化されている。例えば、特許文献１に記載の姿勢算出装置では、４台のＧＰＳアンテナを備える。４台のアンテナをそれぞれ結ぶ基線の長さ（基線長）は、異なっている。【０００３】
特許文献１に記載の姿勢算出装置は、測位可能な受信状態にある最も基線長の長い２台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、この２台のＧＰＳアンテナが受信したＧＰＳ信号を利用して、姿勢を算出する。
【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】
しかしながら、特許文献１に記載の姿勢算出装置の方法では、ＧＰＳアンテナの位置関係は考慮されているが、アンテナの位置関係だけでは姿勢の算出精度を向上することができない場合がある。【０００６】
したがって、本発明の目的は、姿勢角を高精度に算出可能な姿勢角算出装置、姿勢角算出方法、および姿勢角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】
【０００７】
この発明の姿勢角算出装置は、複数のアンテナ、複数の受信部、姿勢角算出部、および、算出条件決定部を備える。【０００８】
複数のアンテナは、測位衛星からの測位信号をそれぞれに受信する。複数の受信部は、複数のアンテナを構成するアンテナ毎に設けられている。複数の受信部は、アンテナが受信した測位信号を用いて算出用データを出力する。姿勢角算出部は、算出用データを用いて姿勢角の各成分を算出する。算出条件決定部は、複数のアンテナの内の２つのアンテナを結ぶ基線と測位衛星との位置関係から、姿勢角の算出に対する算出用データの寄与度を、姿勢角の成分毎に決定する。【０００９】
この構成では、所望とする姿勢角の成分の算出に適切な算出用データの重みの設定、または算出用データの選択が可能になる。これにより、所望とする姿勢角の成分を高精度に算出することができる。【００１０】
また、この発明の姿勢角算出装置では、算出条件決定部は、基線と測位衛星との位置関係から、姿勢角の成分毎に精度劣化指標を算出する精度劣化指標算出部と、精度劣化指標を用いて寄与度を決定する寄与度決定部と、を備える。【００１１】
この構成では、精度劣化指標（ＤＯＰ）を用いて、測位衛星毎（測位信号から得られる算出用データ毎）の寄与度が決定される。これにより、所望とする姿勢角の成分をより精確に算出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、姿勢角を高精度に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る航行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の実施形態に係る算出条件決定部の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１の実施形態に係るアンテナの位置関係を示す図
【図４】ヘディング方向の精度劣化指数（Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰ）の方位角依存性を示すグラフ
【図５】ピッチ方向の精度劣化指数（Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰ）の方位角依存性を示すグラフ
【図６】アンテナと測位衛星との位置関係を示す斜視図
【図７】アンテナと測位衛星の投影位置との関係を示す平面図
【図８】本発明の第１の実施形態に係る航行状態算出方法の処理フローを示すフローチャート
【図９】本発明の第１の実施形態に係る航行状態算出方法における重み付け係数の決定処理を示すフローチャート
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る航行状態算出方法の別の処理フローを示すフローチャート
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る航行状態算出装置の構成を示すブロック図
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る航行状態算出方法のフローチャート
【図１３】本発明の実施形態に係る航行状態算出装置に利用するアンテナのパターンを示す平面図
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る航行状態算出装置の構成を示すブロック図
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る航行状態算出装置が出力する画像例を示す図
【図１６】本発明の第３の実施形態に係る航行状態算出装置の表示態様を示す図
【図１７】本発明の第３の実施形態に係る航行状態算出装置の表示態様を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の第１の実施形態に係る航行状態算出装置、航行状態算出方法、および航行状態算出プログラムについて、図を参照して説明する。本実施形態で示す移動体としては、船舶を例に説明するが、その他の海上移動体、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いずれであってもよい。なお、本実施形態で示す測位信号としては、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）の測位信号、具体的には、ＧＰＳ（Ｇｒｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）、Ｇａｌｉｌｅｏの測位信号である。なお、単独のシステムの測位信号だけでなく、複数のシステムの測位信号を用いてもよい。
【００１５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る航行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の実施形態に係る算出条件決定部の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係るアンテナの位置関係を示す図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る姿勢角算出装置を含む航行状態算出装置１０は、アンテナ部１００、受信部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ、位相差算出部１２、および、演算部１３を備える。アンテナ部１００は、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを備える。演算部１３は、姿勢角算出部１３１、算出条件決定部１３２を備える。算出条件決定部１３２は、図２に示すように、精度劣化指標算出部１３３、寄与度決定部１３４を備える。
【００１７】
アンテナ部１００は、船舶における上空が開放された位置に配置されている。図３に示すように、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの配置パターンは、二次元の広がりを有する。
【００１８】
図３に示す具体的な配置態様の一例としては、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄは、平面視して正方形の４つの角にそれぞれ配置されている。アンテナ１００Ａとアンテナ１００Ｄとは、これらのアンテナ１００Ａ，１００Ｄを結ぶ基線がＢＯＤＹ座標系のＢｙ方向（船首と船尾を結ぶ方向（船首−船尾方向））に平行になるように配置されている。アンテナ１００Ｂとアンテナ１００Ｃとは、これらのアンテナを結ぶ基線がボディー座標系のＢｙ方向に平行になるように配置されている。
【００１９】
アンテナ１００Ａとアンテナ１００Ｂは、これらのアンテナ１００Ａ，１００Ｂを結ぶ基線がＢＯＤＹ座標系のＢｘ方向（右舷と左舷を結ぶ方向（右左舷方向））に平行になるように配置されている。
【００２０】
アンテナ１００Ａ，１００Ｂ間の距離、アンテナ１００Ｂ，１００Ｃ間の距離、アンテナ１００Ｃ，１００Ｄ間の距離、アンテナ１００Ｄ，１００Ａ間の距離は、測位信号の波長よりも短い。より具体的には、これらのアンテナ間の距離は、例えば、測位信号の波長λの１／２（λ／２）程度であることが好ましい。アンテナ間の距離をλ／２程度とすることで、整数値バイアスの決定が容易になる。
【００２１】
なお、この配置は一例であり、２台以上のアンテナが配置されていればよい。すなわち、少なくとも１つの基線が設定できればよい。
【００２２】
アンテナ１００Ａは受信部１１Ａに接続されている。アンテナ１００Ａは測位信号が送信する測位信号を受信して、受信部１１Ａに出力する。アンテナ１００Ｂは受信部１１Ｂに接続されている。アンテナ１００Ｂは測位信号が送信する測位信号を受信して、受信部１１Ｂに出力する。アンテナ１００Ｃは受信部１１Ｃに接続されている。アンテナ１００Ｃは測位信号が送信する測位信号を受信して、受信部１１Ｃに出力する。アンテナ１００Ｄは受信部１１Ｄに接続されている。アンテナ１００Ｄは測位信号が送信する測位信号を受信して、受信部１１Ｄに出力する。
【００２３】
受信部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは同期されている。例えば、受信部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄには、共通のクロック信号が入力されており、受信部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄは、このクロック信号に同期して、測位信号の捕捉・追尾を行う。
【００２４】
受信部１１Ａは、測位信号を捕捉、追尾し、測位信号毎（測位衛星毎）に擬似距離ρＡを算出する。受信部１１Ａは、擬似距離ρＡを演算部１３に出力する。受信部１１Ａは、測位信号毎（測位衛星毎）に搬送波位相測定値ＰＹＡを算出する。受信部１１Ａは、搬送波位相測定値ＰＹＡを、位相差算出部１２に出力する。
【００２５】
受信部１１Ｂは、測位信号を捕捉、追尾し、測位信号毎（測位衛星毎）に擬似距離ρＢを算出する。受信部１１Ｂは、擬似距離ρＢを演算部１３に出力する。受信部１１Ｂは、測位信号毎（測位衛星毎）に搬送波位相測定値ＰＹＢを算出する。受信部１１Ｂは、搬送波位相測定値ＰＹＢを、位相差算出部１２に出力する。
【００２６】
受信部１１Ｃは、測位信号を捕捉、追尾し、測位信号毎（測位衛星毎）に擬似距離ρＣを算出する。受信部１１Ｃは、擬似距離ρＣを演算部１３に出力する。受信部１１Ｃは、測位信号毎（測位衛星毎）に搬送波位相測定値ＰＹＣを算出する。受信部１１Ｃは、搬送波位相測定値ＰＹＣを、位相差算出部１２に出力する。
【００２７】
受信部１１Ｄは、測位信号を捕捉、追尾し、測位信号毎（測位衛星毎）に擬似距離ρＤを算出する。受信部１１Ｄは、擬似距離ρＤを演算部１３に出力する。受信部１１Ｄは、測位信号毎（測位衛星毎）に搬送波位相測定値ＰＹＤを算出する。受信部１１Ｄは、搬送波位相測定値ＰＹＤを、位相差算出部１２に出力する。
【００２８】
これらの擬似距離ρＡ，ρＢ，ρＣ，ρＤ、搬送波位相測定値ＰＹＡ，ＰＹＢ，ＰＹＣ，ＰＹＤが本発明の算出用データに対応する。
【００２９】
位相差算出部１２は、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの内の２台を組み合わせて基線を設定する。位相差算出部１２は、基線毎に一重位相差を算出する。例えば、具体的には、位相差算出部１２は、次の処理を実行する。
【００３０】
位相差算出部１２は、アンテナ１００Ａを基準アンテナとして基線に設定する。位相差算出部１２は、アンテナ１００Ａとアンテナ１００Ｂによる基線に対して、搬送波位相測定値ＰＹＡと搬送波位相測定値ＰＹＢとの差分値を算出して、アンテナ間の一重位相差ΔζＡＢ（＝ＰＹＢ−ＰＹＡ）を算出する。位相差算出部１２は、搬送波位相測定値の差分演算から基線毎に一重位相差を算出する。位相差算出部１２は、算出した一重位相差を演算部１３に出力する。
【００３１】
演算部１３は、測位信号に重畳された航法メッセージを解析して、衛星位置を取得する。演算部１３は、受信部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄで受信している測位信号の送信元である測位衛星の位置を、少なくとも取得していればよい。なお、航法メッセージの解析および測位衛星の位置の取得は、各受信部１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄで行ってもよい。
【００３２】
また、演算部１３は、擬似距離ρＡ，ρＢ，ρＣ，ρＤを用いて、各アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの位置ＰＯＡ，ＰＯＢ，ＰＯＣ，ＰＯＤを算出する。各アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの位置ＰＯＡ，ＰＯＢ，ＰＯＣ，ＰＯＤは、既知の単独測位の手法を用いればよい。
【００３３】
姿勢角算出部１３１は、衛星位置とアンテナ位置ＰＯＡ，ＰＯＢ，ＰＯＣ，ＰＯＤとを用いて、アンテナ間の一重位相差毎の方向余弦を算出する。具体的には、例えば、姿勢角算出部１３１は、アンテナ位置ＰＯＡ，ＰＯＢと、アンテナ１００Ａ，１００Ｂの両方で受信した測位信号の送信元である測位衛星の衛星位置と用いて、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ間の一重位相差に対応する方向余弦を算出する。姿勢角算出部１３１は、他のアンテナ間の一重位相差に対応する方向余弦も同様の方法で算出する。
【００３４】
姿勢角算出部１３１は、アンテナ間の一重位相差と方向余弦行列とを用いて、姿勢角ＡＴを算出する。方向余弦行列は、ＢＯＤＹ座標系を、地球座標系等の絶対座標系に変換する行列である。姿勢角ＡＴは、ロール角φ、ピッチ角θ、およびヨー角ψから構成される。なお、姿勢角ＡＴとしては、少なくともヨー角ψが推定されていればよい。
【００３５】
より具体的には、姿勢角算出部１３１は、ＬＡＭＤＡ法等の既知の方法を用いて、アンテナ間の一重位相差毎に整数値バイアスを推定して決定する。姿勢角算出部１３１は、アンテナ間の一重位相差と整数値バイアスとを用いて、各アンテナ間の一重位相差に対応する幾何距離差を算出する。姿勢角算出部１３１は、幾何距離差と方向余弦行列を用い、最小二乗法等を適用することによって、姿勢角ＡＴを算出する。
【００３６】
姿勢角算出部１３１は、算出条件決定部１３２によって決定された一重位相差毎の寄与度を用いて、姿勢角を算出する。寄与度としては、例えば重み付け係数である。したがって、姿勢角算出部１３１は、算出条件決定部１３２において決定された重み付け係数を一重位相差に掛けた状態で最小二乗法等に適用し、姿勢角を算出する。
【００３７】
算出条件決定部１３２は、所望とする姿勢角の成分に応じて、各一重位相差の基線と測位衛星との位置関係から寄与度（例えば重み付け係数）を決定する。すなわち、算出条件決定部１３２は、ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψのいずれを高精度に算出するのかを基準にして、一重位相差毎の寄与度を決定する。寄与度とは、姿勢角成分の算出精度に寄与する指標である。より具体的には、寄与度は、寄与度が高いほど姿勢角成分の算出精度が高くなるように設定される指標である。ここでは、寄与度は、重み付け係数に対応する。重み付け係数が大きいほど寄与度が高く、重み付け係数が小さいほど寄与度が低い。
【００３８】
より具体的には、算出条件決定部１３２は、次に示す概念を用いて、一重位相差毎の寄与度（重み付け係数）を決定する。図４は、ヘディング方向の精度劣化指数（Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰ）の方位角依存性を示すグラフである。図５は、ピッチ方向の精度劣化指数（Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰ）の方位角依存性を示すグラフである。図４、図５における横軸は、絶対座標系での基線の基準位置を基準とした測位衛星の方位角であり、各グラフの基線方位ψ０，ψ１，ψ２，ψ３は一重位相差を算出する基線の絶対座標系での方位を示す。
【００３９】
（ヨー角ψの算出）
図４に示すように、基線の方位に対して９０°（直角）に近づくにしたがって、ヘディング方向の精度劣化指数（以下、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰと称する。）は小さくなる。基線の方位に対して０°（平行）に近づくにしたがって、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰは、急激に大きくなる。このＨｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰの方位角依存性は、測位衛星の仰角に依存しない。また、測位衛星の仰角が低くなるほど、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰは小さくなる。
【００４０】
算出条件決定部１３２は、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰを用いて、ヨー角ψ、または当該ヨー角ψを姿勢角成分に含む姿勢角の算出に設定する重み付け係数を決定する。算出条件決定部１３２は、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰが小さいほど重み付け係数を大きく設定し、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰが大きいほど重み付け係数を小さく設定する。算出条件決定部１３２は、基線と測位衛星との組み合わせ毎に重み付け係数を設定する。これにより、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰが小さい基線と測位衛星との組み合わせほど、姿勢角の算出における一重位相差の寄与が大きくなり、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰが大きい基線と測位衛星との組み合わせほど、姿勢角の算出における一重位相差の寄与が小さくなる。算出条件決定部１３２は、設定した重み付け係数を、姿勢角算出部１３１に出力する。姿勢角算出部１３１は、算出条件決定部１３２から与えられた重み付け係数を用いて、姿勢角を算出することによって、ヨー角ψを高精度に算出することができる。
【００４１】
（ピッチ角θの算出）
図５に示すように、基線の方位に対して０°（平行）に近づくにしたがって、ピッチ方向の精度劣化指数（以下、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰと称する。）は小さくなる。基線の方位に対して９０°（直角）に近づくにしたがって、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰは、急激に大きくなる。Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰの方位角依存性は、測位衛星の仰角に依存しない。また、測位衛星の仰角が低くなるほど、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰは小さくなる。
【００４２】
算出条件決定部１３２は、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰを用いて、ピッチ角θ、または当該ピッチ角θを姿勢角成分に含む姿勢角の算出に設定する重み付け係数を決定する。算出条件決定部１３２は、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰが小さいほど重み付け係数を大きく設定し、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰが大きいほど重み付け係数を小さく設定する。算出条件決定部１３２は、基線と測位衛星との組み合わせ毎に重み付け係数を設定する。これにより、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰが小さい基線と測位衛星との組み合わせほど、姿勢角の算出における一重位相差の寄与が大きくなり、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰが大きい基線と測位衛星との組み合わせほど、姿勢角の算出における一重位相差の寄与が小さくなる。算出条件決定部１３２は、設定した重み付け係数を、姿勢角算出部１３１に出力する。姿勢角算出部１３１は、算出条件決定部１３２から与えられた重み付け係数を用いて、姿勢角を算出することによって、ピッチ角θを高精度に算出することができる。
【００４３】
このように本実施形態の構成を用いることによって、所望の姿勢角成分を高精度に算出することができる。
【００４４】
なお、上述の構成では、精度劣化指数を用いて、基線と測位衛星との組み合わせ毎の重み付け係数を設定する例を示した。しかしながら、次に示すように、基線ベクトルと基線からの測位衛星の視線方向ベクトルとを用いて、重み付け係数を設定してもよい。
【００４５】
したがって、ヘディング方向の姿勢角（ヨー角）を算出する場合には、測位衛星の配置位置関係に基づくと、基線の方位に対して９０°（直角）に近い位置の測位衛星に対する重みを重くするとよい。または、ヘディング方向の姿勢角（移動体の方位角、ヨー角）を算出する場合には、基線の方位に対して９０°（直角）に近い位置の測位衛星を選択し、基線の方位に対して０°（平行）に近い位置の測位衛星を除外するとよい。このような設定を行うことによって、ヨー角の算出精度を向上させることができる。
【００４６】
具体的には、算出条件決定部１３２は、次に示す概念を用いて、一重位相差毎の寄与度を決定する。図６は、アンテナと測位衛星との位置関係を示す斜視図である。図７は、アンテナと測位衛星の投影位置との関係を示す平面図である。なお、図６、図７では、Ｂｏｄｙ座標系のＢｘ軸方向と絶対座標系のｘ軸方向が一致し、Ｂｏｄｙ座標系のＢｙ軸方向と絶対座標系のｙ軸方向とが一致する場合を示している。
【００４７】
算出条件決定部１３２は、基線と測位衛星との位置関係を算出する。算出条件決定部１３２は、基線を含む平面（図６、図７であればｘ−ｙ平面）への測位衛星の投影位置と基線の基準位置（図６、図７であれば基線の始点）とを結ぶ線と基線との成す角を算出する。
【００４８】
例えば、図７に図示した例であれば、算出条件決定部１３２は、アンテナ１００Ａ，１００Ｄを結ぶ基線ベクトルＶｃｔＡＤを設定する。基線ベクトルＶｃｔＡＤは、アンテナ１００Ａ，１００Ｄの位置によって決定される。アンテナ１００Ａ，１００Ｄの位置は、擬似距離ρＡ，ρＤから単独測位によって算出される。
【００４９】
算出条件決定部１３２は、アンテナ１００Ａと測位衛星ＳＶ１とを結ぶ視線方向ベクトルＶｃｔＡ１を設定する。視線方向ベクトルＶｃｔＡ１は、アンテナ１００Ａおよび測位衛星ＳＶ１の位置によって決定される。測位衛星ＳＶ１の位置は、航法メッセージを解析することによって取得される。
【００５０】
算出条件決定部１３２は、アンテナ１００Ａと測位衛星ＳＶ２とを結ぶ視線方向ベクトルＶｃｔＡ２を設定する。視線方向ベクトルＶｃｔＡ２は、アンテナ１００Ａおよび測位衛星ＳＶ２の位置によって決定される。測位衛星ＳＶ２の位置は、航法メッセージを解析することによって取得される。
【００５１】
算出条件決定部１３２は、基線ベクトルＶｃｔＡＤと視線方向ベクトルＶｃｔＡ１との内積演算等を用いて、アンテナ１００Ａ，１００Ｄを結ぶ基線と、測位衛星ＳＶ１の投影位置と基線の基準位置（図４、図５であればアンテナ１００Ａの位置）とを結ぶ線との成す角を算出する。同様に、算出条件決定部１３２は、基線ベクトルＶｃｔＡＤと視線方向ベクトルＶｃｔＡ２との内積演算等を用いて、アンテナ１００Ａ，１００Ｄを結ぶ基線と、測位衛星ＳＶ２の投影位置と基線の基準位置とを結ぶ線との成す角を算出する。この際、成す角は、９０°以下で算出される。
【００５２】
（ヨー角ψの算出）
上述の図４に示すように、ヨー角ψの場合、基線に対して成す角が９０°（直角）に近くなるほどＨｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰは小さくなり、基線に対する成す角が０°（平行）に近くなるほどＨｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰは大きくなる。
【００５３】
この原理を利用し、算出条件決定部１３２は、基線に対して成す角が９０°（直角）に近くなるほど測位衛星に対する重み付け係数を大きくし、基線に対する成す角が０°（平行）に近くなるほど測位衛星に対する重み付け係数を小さく設定する。
【００５４】
これにより、上述のＨｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰを用いた重み付け係数の設定と同様に、ヨー角ψを高精度に算出することができる。
【００５５】
（ピッチ角θの算出）
上述の図５に示すように、ピッチ角θの場合、基線に対して成す角が０°（平行）に近くなるほどＰｉｔｃｈ−ＤＯＰは小さくなり、基線に対する成す角が９０°（直角）に近くなるほどＰｉｔｃｈ−ＤＯＰは大きくなる。
【００５６】
この原理を利用し、算出条件決定部１３２は、基線に対して成す角が０°（平行）に近くなるほど測位衛星に対する重み付け係数を大きくし、基線に対する成す角が９０°（直角）に近くなるほど測位衛星に対する重み付け係数を小さく設定する。
【００５７】
これにより、上述のＰｉｔｃｈ−ＤＯＰを用いた重み付け係数の設定と同様に、ヨー角ψを高精度に算出することができる。
【００５８】
なお、上述の説明では、基線に対する成す角を基準に重み付け係数を設定したが、さらに仰角を利用してもよい。図４、図５に示すように、仰角が低いほどＨｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰおよびＰｉｔｃｈ−ＤＯＰは改善される。したがって、仰角が低いほど重み付け係数を大きくする補正を行い、仰角が高いほど重み付け係数を小さくする補正を行ってもよい。
【００５９】
上述の説明では、各処理を個別の機能部で実行する態様を示したが、上述の処理をプログラム化して記憶媒体に記憶しておき、コンピュータ等の情報処理装置でこのプログラムを読み出して実行するようにしてもよい。この場合、次に示す処理フローを実行すればよい。図８は、本発明の第１の実施形態に係る航行状態算出方法の処理フローを示すフローチャートである。
【００６０】
情報処理装置は、複数のアンテナ１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄで受信した測位信号から擬似距離および搬送波位相測定値を算出する（Ｓ１０１）。
【００６１】
情報処理装置は、受信した測位信号を復調して航法メッセージを解析する。情報処理装置は、航法メッセージから衛星位置を取得する（Ｓ１０２）。
【００６２】
情報処理装置は、基線と測位衛星の位置関係から、基線と測位衛星の組み合わせ毎の重み付け係数を決定する（Ｓ１０３）。具体的には、情報処理装置は、図９に示す処理を用いて重み付け係数を決定する。図９は、本発明の第１の実施形態に係る航行状態算出方法における重み付け係数の決定処理を示すフローチャートである。情報処理装置は、基線と測位衛星の組み合わせ毎にＨｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰを算出する（Ｓ１３１）。情報処理装置は、基線と測位衛星の組み合わせ毎にＰｉｔｃｈ−ＤＯＰを算出する（Ｓ１３２）。情報処理装置は、所望とする姿勢角成分に応じて、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰまたはＰｉｔｃｈ−ＤＯＰを用いて、基線と測位衛星の組み合わせ毎の重み付け係数を決定する（Ｓ１３３）。具体的な重み付け係数の決定方法は、上述の構成の説明と同じである。なお、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰとＰｉｔｃｈ−ＤＯＰは、所望とする姿勢角成分に応じて、いずれか一方を算出すればよい。具体的には、高精度な算出が必要とされる姿勢角成分がヨー角ψであれば、Ｈａｅｄｉｎｇ−ＤＯＰのみを算出して、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰから重み付け係数を決定すればよい。また、高精度な算出が必要とされる姿勢角成分がピッチ角θであれば、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰのみを算出して、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰから重み付け係数を決定すればよい。
【００６３】
情報処理装置は、基線毎にアンテナ間の一重位相差を算出する（Ｓ１０４）。情報処理装置は、擬似距離、一重位相差、一重位相差毎に設定した重み付け係数を用いて、姿勢角を算出する（Ｓ１０５）。
【００６４】
なお、上述の説明では、精度劣化指数、または、基線ベクトルと視線方向ベクトルとの位置関係から、姿勢角の算出用の重み付け係数を決定する態様を示した。しかしながら、精度劣化指数、または、基線ベクトルと視線方向ベクトルとの位置関係から、姿勢角の算出に利用する基線と測位衛星との組み合わせを選択してもよい。
【００６５】
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る航行状態算出方法の別の処理フローを示すフローチャートである。図１０では、精度劣化指標を用いる場合を図示している。
【００６６】
情報処理装置は、複数のアンテナ１００Ａ、１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄで受信した測位信号から擬似距離および搬送波位相測定値を算出する（Ｓ２０１）。
【００６７】
情報処理装置は、受信した測位信号を復調して航法メッセージを解析する。情報処理装置は、航法メッセージから衛星位置を取得する（Ｓ２０２）。
【００６８】
情報処理装置は、基線と測位衛星の位置関係から、基線と測位衛星の組み合わせ毎の精度劣化指標を算出する（Ｓ２０３）。
【００６９】
情報処理装置は、精度劣化指標を用いて、姿勢角の算出に利用する基線と測位衛星との組合せを選択する（Ｓ２０４）。具体的には、情報処理装置は、精度劣化指標に対して予め閾値を設定する。情報処理装置は、精度劣化指標が閾値以下であれば、当該精度劣化指標となる基線と測位衛星との組合せを、姿勢角の算出処理に利用するように選択する。情報処理装置は、精度劣化指標が閾値よりも大きければ、当該精度劣化指標となる基線と測位衛星との組合せを、姿勢角の算出処理から除外するように選択する。この選択処理は、所望とする姿勢角成分によって異なり、ヨー角ψを算出する場合には、Ｈｅａｄｉｎｇ−ＤＯＰを用い、ピッチ角θを算出する場合には、Ｐｉｔｃｈ−ＤＯＰを用いる。
【００７０】
なお、基線ベクトルと視線方向ベクトルとの位置関係を用いる場合には、情報処理装置は、基線ベクトルと視線方向ベクトルとの成す角に対して閾値を設定する。
【００７１】
情報処理装置は、成す角が閾値よりも大きければ、当該成す角を構成する基線と測位衛星との組合せを、ヨー角ψの算出処理に利用するように選択する。情報処理装置は、成す角が閾値以下であれば、当該成す角を構成する基線と測位衛星との組合せを、ヨー角ψの算出処理から除外するように選択する。すなわち、ヨー角ψの算出処理に対する寄与度を０にする。一方、情報処理装置は、成す角が閾値以下であれば、当該成す角を構成する基線と測位衛星との組合せを、ピッチ角θの算出処理に利用するように選択する。情報処理装置は、成す角が閾値よりも大きければ、当該成す角を構成する基線と測位衛星との組合せを、ピッチ角θの算出処理から除外するように選択する。すなわち、ヨー角ψの算出処理に対する寄与度を０にする。
【００７２】
情報処理装置は、選択した基線と測位衛星との組合せで得られる擬似距離、一重位相差を用いて、姿勢角を算出する。
【００７３】
なお、このような基線と測位衛星との組み合わせの選択は、上述の各処理を機能部毎に実行する態様では、算出条件決定部１３２で実行する。
【００７４】
このような処理および構成を用いることによって、所望とする姿勢角成分、すなわち高精度な算出が要求される姿勢角成分を、高精度に算出することができる。
【００７５】
なお、重み付け係数を用いた姿勢角の算出と、選択を用いた姿勢角の算出は、状況に応じて適宜採用すればよい。例えば、測位信号が受信可能な測位衛星数が少ない場合、重み付け係数を用いればよい。これにより、測位信号が受信可能な測位衛星数が少なくても、姿勢角を高精度に算出できる。一方、測位信号が受信可能な測位衛星数が多い場合、選択を用いればよい。これにより、多くの測位衛星のうち姿勢角の算出精度が向上する測位衛星のみを用いて、姿勢角を高精度に算出できる。
【００７６】
次に、第２の実施形態に係る航行状態算出装置、航行状態算出方法、および、航行状態算出プログラムについて、図を参照して説明する。図１１は、本発明の第２の実施形態に係る航行状態算出装置の構成を示すブロック図である。
【００７７】
本実施形態に係る航行状態算出装置１０Ａは、第１の実施形態に係る航行状態算出装置１０に対して、慣性センサ２０を追加している。さらに、航行状態算出装置１０Ａは、航行状態算出装置１０に対して、演算部１３Ａの構成が異なる。
【００７８】
慣性センサ２０は、加速度センサ２１および角速度センサ２２を備える。加速度センサ２１は、加速度ａＩＭＵを検出して、統合処理部１３５に出力する。角速度センサ２２は、角速度ωＩＭＵを検出して、統合処理部１３５に出力する。
【００７９】
演算部１３Ａは、誤差推定部１３１Ａ、算出条件決定部１３２、および、統合処理部１３５を備える。算出条件決定部１３２は、第１の実施形態と同じ構成および処理を行い、基線と測位衛星との組み合わせ毎に、一重位相差に対する重み付け係数を決定する。
【００８０】
誤差推定部１３１Ａには、擬似距離ρＡ，ρＢ，ρＣ，ρＤ、搬送波位相測定値ＰＹＡ，ＰＹＢ，ＰＹＣ，ＰＹＤ、衛星位置変化量ΔＰｓａｔＡ，ΔＰｓａｔＢ，ΔＰｓａｔＣ，ΔＰｓａｔＣ、アンテナ間の一重位相差位相差が入力される。アンテナ間の一重位相差は、位相差算出部１２によって算出される。また、誤差推定部１３１Ａには、前回の統合位置ＰＵＮ、統合速度ＶＵＮ、および統合姿勢角ＡＴＵＮが入力される。
【００８１】
誤差推定部１３１Ａは、これらの入力値から観測値を設定し、位置の算出誤差εＰ、速度の算出誤差εＶ、および姿勢角の算出誤差εＡＴを推定値とするカルマンフィルタを設定する。この際、誤差推定部１３１Ａは、一重位相差毎に設定された重み付け係数を用いてカルマンフィルタを設定する。
【００８２】
誤差推定部１３１Ａは、このカルマンフィルタを演算処理することによって、位置の算出誤差εＰ、速度の算出誤差εＶ、および姿勢角の算出誤差εＡＴを推定し、統合処理部１３５に出力する。そして、一重位相差に対して重み付けを行っていることによって、姿勢角の算出誤差εＡＴを高精度に推定することができる。
【００８３】
統合処理部１３５は、加速度ａＩＭＵおよび角速度ωＩＭＵを用いて、統合位置ＰＵＮ、統合速度ＶＵＮ、および統合姿勢角ＡＴＵＮを算出する。この際、統合処理部１３５は、位置の算出誤差εＰ、速度の算出誤差εＶ、および姿勢角の算出誤差εＡＴによる補正を行う。
【００８４】
このような構成を用いても、第１の実施形態と同様に姿勢角を高精度に算出することができる。さらに、本実施形態の構成では、姿勢角の算出精度に応じて、位置および速度も高精度に算出することができる。
【００８５】
また、本実施形態の構成を用いることによって、測位信号を受信できない期間でも、姿勢角を算出することができる。また、測位信号を受信できている期間では、測位信号を用いて慣性センサ２０の誤差を補正できるので、姿勢角を高精度に算出することができる。
【００８６】
なお、図１１では、各処理をそれぞれ別の機能部で実行する態様を示した。しかしながら、これらの機能部を一つの情報処理装置で形成してもよい。この場合、次に示す航行状態算出方法を実現するプログラムを予め記憶しておき、情報処理装置は、このプログラムを読み出して実行すればよい。
【００８７】
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る航行状態算出方法のフローチャートである。
【００８８】
情報処理装置は、擬似距離ρＡ，ρＢ，ρＣ，ρＤ、搬送波位相測定値ＰＹＡ，ＰＹＢ，ＰＹＣ，ＰＹＤ、および衛星位置変化量ΔＰｓａｔＡ，ΔＰｓａｔＢ，ΔＰｓａｔＣ，ΔＰｓａｔＤを算出する（Ｓ２０１）。情報処理装置は、慣性センサ２０から加速度ａＩＭＵおよび角速度ωＩＭＵを取得する。
【００８９】
情報処理装置は、受信した測位信号を復調して航法メッセージを解析する。情報処理装置は、航法メッセージから衛星位置を取得する（Ｓ２０２）。
【００９０】
情報処理装置は、基線と測位衛星の位置関係から、基線と測位衛星の組み合わせ毎の重み付け係数を決定する（Ｓ２０３）。
【００９１】
情報処理装置は、
情報処理装置は、基線毎にアンテナ間の一重位相差を算出する（Ｓ２０４）。
【００９２】
情報処理装置は、擬似距離、一重位相差、前回の演算で得られた統合位置ＰＵＮ、統合速度ＶＵＮ、統合姿勢角ＡＴＵＮ、および、一重位相差毎に設定した重み付け係数を用いて、位置の算出誤差εＰ、速度の算出誤差εＶ、および姿勢角の算出誤差εＡＴを推定する（Ｓ２０５）。この際、情報処理装置は、カルマンフィルタ等を用い、誤差分散等に重みを設定する。
【００９３】
情報処理装置は、加速度ａＩＭＵ、角速度ωＩＭＵ、位置の算出誤差εＰ、速度の算出誤差εＶ、および姿勢角の算出誤差εＡＴを用いて、統合位置ＰＵＮ、統合速度ＶＵＮ、および統合姿勢角ＡＴＵＮを算出する（Ｓ２０６）。
【００９４】
上述の航行状態算出装置１０，１０Ａでは、アンテナが４台の場合を示したが、複数台のアンテナ、すなわち、１つ以上の基線を構成できるようにアンテナを配置できればよい。図１３は、本発明の実施形態に係る航行状態算出装置に利用するアンテナのパターンを示す平面図である。
【００９５】
アンテナ部１００'は、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃを備える。アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃの配置パターンは、二次元の広がりを有する。すなわち、アンテナ１００Ａとアンテナ１００Ｂを通る直線上にアンテナ１００Ｃが配置されないように、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃは配置されている。アンテナ間の距離は、第１の実施形態と同じである。
【００９６】
このような構成であっても、上述の各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９７】
次に、本発明の第３の実施形態に係る航行状態算出装置について、図を参照して説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係る航行状態算出装置の構成を示すブロック図である。
【００９８】
本実施形態の航行状態算出装置１０Ｂは、第１の実施形態に係る航行状態算出装置１０に対して、表示部３０が追加されている。航行状態算出装置１０Ｂの他の構成は、第１の実施形態に係る航行状態算出装置と同じである。
【００９９】
表示部３０は、表示制御部３１、および表示器３２を備える。表示制御部３１には、姿勢角算出部１３１で算出された姿勢角が入力される。表示制御部３１には、航法メッセージの復調によって取得された測位衛星の位置、アンテナ部１００の位置（すなわち自船の位置）が入力される。姿勢角、測位衛星の位置、および、自船の位置は同じ座標系で設定されている。
【０１００】
表示制御部３１は、姿勢角ＡＴ、測位衛星の位置、および、自船の位置から、アンテナ部１００と測位衛星との位置を表す画像データを生成する。表示制御部３１は、画像データを表示器３２に出力する。
【０１０１】
図１５は、本発明の第３の実施形態に係る航行状態算出装置が出力する画像例を示す図である。図１５に示すように、画像は、方位表示部３２０、および、衛星位置表示部３３０を備える。方位表示部３２０および衛星位置表示部３３０は、同心円の円形である。衛星位置表示３３０は、方位表示部３２０の円の内側に配置されている。
【０１０２】
方位表示部３２０は、地球座標系での方位を示す記号（Ｎ（北方向），Ｓ（南方向），Ｅ（東方向），Ｗ（西方向），４５，１３５，２２５，３１５）を備える。各記号は方位表示部３２０の外周円に沿って、４５°間隔で備えられている。４５，１３５，２２５，３１５の記号は、Ｎ（北方向）を基準として、Ｅ（東方向）周りの角度を表す。方位表示部３２０は、画像の上方が基準基線の方位角である。
【０１０３】
衛星位置表示部３３０には、それぞれに半径が異なる円形からなる複数の仰角補助線３３１が備えられている。複数の仰角補助線３３１は、同心円であり、半径が小さい円形ほど高い仰角を表す。衛星位置表示部３３０には、測位衛星を表す記号（測位衛星記号）３３２が表示されている。測位衛星記号３３２は、アンテナ部１００に対する測位衛星の位置を表す。測位衛星の位置は、視野方向ベクトルから得られるアンテナ部１００から視た各測位衛星の方位角と仰角によって表されている。測位衛星記号３３２の表示位置は、仰角に応じて円の中心からの距離が決定し、方位角によって円周方向に沿った位置が決定する。測位衛星記号３３２には、衛星番号を示す数値が備えられている。測位衛星記号３３２は、測位システム毎に異なる色で表示されている。なお、測位衛星記号３３２は、測位信号を受信中の測位衛星に対応するものだけ表示色を変更する、または、点滅させる等の表示態様を採用してもよい。また、測位信号を受信しているアンテナによって、測位衛星記号３３２の表示態様を変化させてもよい。
【０１０４】
表示画像の中心、すなわち、方位表示部３２０および衛星位置表示部３３０の中心には、アンテナ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを示す記号（アンテナ記号）３４１、および、基線を示す記号（基線記号）３４２が表示されている。アンテナ記号３４１および基線記号３４２は、アンテナ部１００と同じ配置パターンに表示されている。アンテナ記号３４１および基線記号３４２は、基準基線が画像の上下方向に延びるように表示されている。アンテナ記号３４１は、基準アンテナ（ここでは、アンテナ１００Ａに対応）の記号のみ、他のアンテナの記号と異なる表示態様（色等）によって表示されている。基線記号３４２は、線状であり、測位に利用している基線は実線、測位に利用していない基線は点線で表示されている。なお、基準となるアンテナおよび基線は選択可能であり、選択されたアンテナおよび基線を他のアンテナおよび基線と異なる表示態様で表示してもよい。
【０１０５】
船首方位指示記号３５０は、方位表示部３２０の外周に表示されている。船首方位指示記号３５０は、船首方位に応じた位置に表示されている。
【０１０６】
このような表示を用いることによって、オペレータは、航行状態算出装置１０Ｂの周囲の測位衛星の配置を容易に視認することができる。オペレータは、基線と測位衛星との位置関係を容易に視認することができる。また、オペレータは、姿勢角の算出に利用している測位衛星、基準となる基線を容易に視認することができる。
【０１０７】
なお、複数の測位衛星の位置が表示上重なることが考えられる。この場合、次に示す表示態様を用いることによって、全ての測位衛星の視認性を向上することができる。図１６、図１７は、本発明の第３の実施形態に係る航行状態算出装置の表示態様を示す図である。
【０１０８】
図１６に示す表示態様では、測位衛星記号による表示では表示上位置が重なっていると、衛星位置表示部３３０には、仮記号３３３が配置される。仮記号３３３は、測位衛星記号３３２よりも小さい。したがって、測位衛星の位置が近くても、記号が重なり難い、または、重なる大きさが小さい。各仮記号３３３には、注釈記号３３４が添付されている。注釈記号３３４は、測位衛星記号を同じ表示態様であり、方位表示部３２０の外側に表示される。注釈記号３３４は、重ならないように表示されている。方位表示部３２０の外側には表示に十分な領域が存在するので、注釈記号３３４を容易に重ならないように表示することができる。注釈記号３３４と仮記号３３３は引き出し矢印記号によって接続されている。これにより、全ての測位衛星の視認性を向上することができる。
【０１０９】
図１７に示す表示態様では、測位衛星記号による表示では表示上位置が重なっていると、衛星位置表示部３３０には、仮記号３３３が配置される。仮記号３３３は、測位衛星記号３３２よりも小さい。仮記号３３３のグループには、詳細表示記号３３５が添付されている。詳細表示記号３３５は、仮記号３３３のグループと引き出し矢印記号によって接続されている。詳細表示記号３３５には、仮記号のグループを構成する測位衛星の衛星番号群が表示されている。この衛星番号群は、衛星番号の配置順が順次変化するように表示される。これにより、全ての測位衛星の視認性を向上することができる。
【０１１０】
なお、上述の説明では、姿勢算出に利用する基線と測位衛星の組合せについて、精度劣化指標、または視線方向ベクトルに基づく角度をもとに設定する例を示したが、さらに次に示す検定を行うことによって、さらに姿勢角の高精度な算出に有効な基線と測位衛星の組合せを選択することができる。なお、以下では、基線と測位衛星の組合せの選択の例を示すが、重み付け係数の調整についても、同様に設定することができる。すなわち、選択と重み付け係数を大きくすることは類似の処理であり、除外と重み付け係数を小さくすることが類似の処理である。
【０１１１】
（Ａ）基線ベクトルの検定
測位信号を用いて算出した基線ベクトルの長さと、予め設置時点に既知の物理的な基線長とを比較する。算出した基線ベクトルの長さと物理的な基線長との差が閾値未満である場合に、当該基線ベクトルに対応する一重位相差を、姿勢角の算出に利用する。算出した基線ベクトルの長さと物理的な基線長との差が閾値以上である場合に、当該基線ベクトルに対応する一重位相差を、姿勢角の算出から除外する。
【０１１２】
（Ｂ）基線ベクトルの残差閾値検定
測位信号を用いて算出した基線ベクトルの残差について、χ２乗検定を実施する。基線ベクトルの残差のχ２乗値が閾値未満である場合に、当該基線ベクトルに対応する一重位相差を、姿勢角の算出に利用する。基線ベクトルの残差のχ２乗値が閾値以上である場合に、当該基線ベクトルに対応する一重位相差を、姿勢角の算出から除外する。
【０１１３】
（Ｃ）基線ベクトルのヘディング方位（ヨー角ψ）の微分値検定
算出されたヨー角ψを連続的に取得し、ヨー角ψの時間変化量を算出する。ヨー角ψの時間変化量δψが閾値未満である場合に、算出したヨー角ψを採用する。ヨー角ψの時間変化量δψが閾値以上である場合に、算出したヨー角ψを採用しない。
【０１１４】
（Ｄ）基線ベクトルの内積・外積検定
測位信号を用いて算出した２本の基線ベクトルの内積または外積を算出する。予め設置されたアンテナの物理的位置関係から２本の基線ベクトルの内積または外積を算出する。測位信号による内積と物理的位置による内積との差、または、測位信号による外積と物理的位置による外積との差が閾値未満である場合に、当該基線ベクトルに対応する一重位相差を、姿勢角の算出に利用する。測位信号による内積と物理的位置による内積との差、または、測位信号による外積と物理的位置による外積との差が閾値以上である場合に、当該基線ベクトルに対応する一重位相差を、姿勢角の算出から除外する。
【０１１５】
（Ｅ）姿勢角の微分値検定
算出された姿勢角の各成分（ロール角φ、ピッチ角θ、ヨー角ψ）を連続的に取得し、それぞれの時間変化量を算出する。姿勢角の各成分の時間変化量が閾値未満である場合に、算出した姿勢角を採用する。姿勢角の各成分の時間変化量が閾値以上である場合に、算出した姿勢角を採用しない。
【０１１６】
なお、上述の各実施形態では、位相差として、アンテナ間の一重位相差を用いる態様を示した。しかしながら、２つのアンテナを結ぶベクトル（基線）と、２つの測位衛星を結ぶベクトルとの二重位相差を用いてもよい。この際、基準の測位衛星を設定する。
【０１１７】
二重位相差を用いる場合、２つのアンテナを結ぶベクトルと２つの測位衛星を結ぶベクトルと外積の絶対値によって、姿勢角の算出に利用する寄与度（重み付け、または、選択／非選択）を決定すればよい。より具体的には、重み付け係数を用いる場合、外積の絶対値が大きいほど重み付けを大きく、外積の絶対値が小さいほど重みを小さくする。また、選択／非選択を用いる場合、外積の絶対値に対する閾値を設定し、外積の絶対値が閾値以上であればその外積の算出に利用する測位衛星を選択し、外積の絶対値が閾値未満であればその外積の算出に利用する測位衛星を選択しない。
【符号の説明】
【０１１８】
１０，１０Ａ，１０Ｂ：航行状態算出装置
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ：受信部
１２：位相差算出部
１３，１３Ａ：演算部
２０：慣性センサ
２１：加速度センサ
２２：角速度センサ
３０：表示部
３１：表示制御部
３２：表示器
１００：アンテナ部
１００Ａ：アンテナ
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ：アンテナ
１３１：姿勢角算出部
１３１Ａ：誤差推定部
１３２：算出条件決定部
１３３：精度劣化指標算出部
１３４：寄与度決定部
１３５：統合処理部
【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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