(57)【要約】【課題】センサが海底に傾いて設置されても検出の誤差が小さく、また、位置検出の不確定性をもたない船舶位置検出システム。【解決手段】直交３軸方向に設けた電界センサ出力と、方位計、傾斜計、深度計の出力を組み合わせて演算することによって、位置検出の誤差を小さくすることができる。また、複数台のセンサを複数箇所に設置し協調動作させることによって位置検出の不確定性を持たない船舶位置検出システムが構成できる。【選択図】　　　図１
2004050970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸上の２点間の電位差から水中の電界を検出する水中電界検知手段を直交する３軸に配設した電界センサが有する前記３軸のうち２軸の前記水中電界検知手段からの出力によって、船舶位置の前記電界センサの前記２軸に対する方位である相対方位を検出し、地磁極に対する方位を検出する方位計の出力によって、前記相対方位を補正して前記船舶位置方向の地磁極に対する絶対方位を検出することを特徴とする船舶の位置検出方法。
【請求項２】
前記２軸の水中電界検知手段からの出力に加え、前記２軸に直交する第３の軸に配設した水中電界検知手段からの出力とによって、船舶位置方向の前記電界センサの前記軸に対する仰角である相対仰角を検出し、前記電界センサの水平に対する傾きを検出する傾斜計の出力によって、前記相対仰角を補正して前記船舶位置方向の絶対仰角を検出することを特徴とする前記請求項１記載の船舶の位置検出方法。
【請求項３】
前記請求項１記載の絶対方位の情報と、前記請求項２記載の絶対仰角の情報と、前記電界センサの深度位置を検出する深度計の情報とから、前記船舶の前記電界センサに対する位置を検出することを特徴とする船舶の位置検出方法。
【請求項４】
複数の地点における各地点での前記請求項１記載の絶対方位の情報と、前記各地点での前記請求項２記載の絶対仰角の情報と、前記複数の地点の位置情報とから前記船舶の位置を検出することを特徴とする船舶の位置検出方法。
【請求項５】
緯度経度が異なる複数の地点の各地点において前記請求項１記載の絶対方位の方向に引いてできる複数の直線の交点と、前記各地点において前記請求項２記載の絶対仰角の方向に引いてできる複数の直線の交点とから前記船舶の位置を検出することを特徴とする船舶の位置検出方法。
【請求項６】
軸上の２点間の電位差から水中の電界を検出する水中電界検知手段を直交する３軸に配設した電界センサと、
地磁極に対する方位を検出する方位計と、
前記３軸のうち２軸の前記水中電界検知手段からの出力によって、船舶位置の前記電界センサの前記２軸に対する方位である相対方位を演算し、前記方位計の出力によって前記相対方位を補正して前記船舶位置方向の地磁極に対する絶対方位を演算する演算部、
を備えることを特徴とする船舶の位置検出装置。
【請求項７】
さらに、前記電界センサの水平に対する傾きを検出する傾斜計を備え、
前記演算部が、
演算部前記２軸の水中電界検知手段からの出力に加え、前記２軸に直交する第３の軸に配設した水中電界検知手段からの出力とによって、船舶位置方向の前記電界センサの前記軸に対する仰角である相対仰角を演算し、前記傾斜計の出力によって、前記相対仰角を補正して前記船舶位置方向の絶対仰角を演算する
ことを特徴とする前記請求項６記載の船舶の位置検出装置。
【請求項８】
さらに、前記電界センサの深度位置を検出する深度計を備え、前記演算部が、
前記請求項６記載の絶対方位の情報と、前記請求項７記載の絶対仰角の情報と、前記深度計の情報とから、前記船舶の前記電界センサに対する位置を検出することを特徴とする船舶の位置検出装置。
【請求項９】
軸上の２点間の電位差から水中の電界を検出する水中電界検知手段を直交する３軸に配設した電界センサと、
地磁極に対する方位を検出する方位計と、
前記電界センサの水平に対する傾きを検出する傾斜計と、
前記水中電界検知手段からの出力によって、船舶位置の前記電界センサの前記軸に対する方位である相対方位と前記船舶位置方向の前記電界センサの前記軸に対する仰角である相対仰角を演算し、前記方位計の出力によって前記相対方位を補正して前記船舶位置方向の地磁極に対する絶対方位と前記傾斜計の出力によって前記相対仰角を補正して前記船舶位置方向の絶対仰角を演算する演算部を備えた船舶の位置検出装置を複数の地点に有し、
前記複数の地点の前記絶対方位の情報と絶対仰角の情報と前記各装置の位置情報とから前記船舶の位置を演算する手段、
を備えたことを特徴とする船舶の位置検出システム。
【請求項１０】
前記位置情報が、緯度経度であることを特徴とする前記請求項４記載の船舶の位置検出システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海底に敷設し海上及び海中を航行する船舶を検出する電界センサを用いて船舶の航行位置を検出する方法、装置並びにシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶は、各種電気機器を搭載しているため、船体部位により不平衡な電位を帯びており、この電位差による電流によって電界が発生する。また、この電流により電食（錆）が発生するため、船体の電位を平衡に保つように、積極的に電流を流しているものも多くあり、その電流によって電界が発生する。この船舶が発する電界を検出して、位置を特定する船舶位置検出方式は、これまでの音響検出方式や磁気検出方式に比べて確度の高い受動型の位置検出方式である。
【０００３】
従来、電界センサを用いて、船舶が放射している電界を検出し、船舶の位置を検知するシステムとしては、特開２０００−３０４５３３に開示されている船体位置偏倚検出量装置の例がある。図８は、この装置の検出方法を示す図であり、図８（Ａ）は、全体回路構成、図８（Ｂ）は３軸構成の電界センサ１１０の外観、図８（Ｃ）は、船体の位置偏倚検出時の検知する船体１１１と設置するセンサ１２０との位置関係を示している。相互に直交する空間軸に電極棒１０１−１〜１０１−３を設け、電極棒両端の電極間の差動出力を３軸方向に関して検出し、この数値と深度計１０４の深度データとから船体１１１の位置を演算するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の船舶位置検出方法には課題がある。第１に、用いる電界センサが海底の地形等によって傾いて置かれた場合や、センサの軸が地球の方位とずれて設置された場合には、正しい位置検出ができなくなる。
第２に、船舶より放射される電界の極性が反転している場合、又は船舶が後進している場合は、検出方位が１８０度反転する。また、船舶が放射している電界の極性及び前進／後進を知り得る手段がないため、船舶の位置の検出結果は、常に２地点となり、位置検出が不確定である。
本発明はこのような課題に鑑みて成されたものであって、上記のような検出誤差要因や位置検出の不確定性を除去した船舶の位置検出方法並びに検出装置及びシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する方法として、本発明の船舶の位置検出方法は、軸上の２点間の電位差から水中の電界を検出する水中電界検知手段を直交する３軸に配設した電界センサが有する前記３軸のうち２軸の前記水中電界検知手段からの出力によって、船舶位置の前記電界センサの前記２軸に対する方位である相対方位を検出し、地磁極に対する方位を検出する方位計の出力によって、前記相対方位を補正して前記船舶位置方向の地磁極に対する絶対方位を検出することを特徴とする。
また、本発明の船舶の位置検出方法は、前記２軸の水中電界検知手段からの出力に加え、前記２軸に直交する第３の軸に配設した水中電界検知手段からの出力とによって、船舶位置方向の前記電界センサの前記軸に対する仰角である相対仰角を検出し、前記電界センサの水平に対する傾きを検出する傾斜計の出力によって、前記相対仰角を補正して前記船舶位置方向の絶対仰角を検出することを特徴とする。
また、本発明の船舶の位置検出方法は、上記の絶対方位の情報と、上記の絶対仰角の情報と、前記電界センサの深度位置を検出する深度計の情報とから、前記船舶の前記電界センサに対する位置を検出することを特徴とする。
また、複数の地点における各地点での上記の絶対方位の情報と、前記各地点での上記の絶対仰角の情報と、前記複数の地点の位置情報とから前記船舶の位置を検出することを特徴とする。
また、本発明の船舶の位置検出方法は、緯度経度が異なる複数の地点の各地点において上記の絶対方位の方向に引いてできる複数の直線の交点と、前記各地点において上記の絶対仰角の方向に引いてできる複数の直線の交点とから前記船舶の位置を検出することを特徴とする。
【０００６】
また、上記の課題を解決するために、本発明の船舶の位置検出方法は、軸上の２点間の電位差から水中の電界を検出する水中電界検知手段を直交する３軸に配設した電界センサと、地磁極に対する方位を検出する方位計と、前記３軸のうち２軸の前記水中電界検知手段からの出力によって、船舶位置の前記電界センサの前記２軸に対する方位である相対方位を演算し、前記方位計の出力によって前記相対方位を補正して前記船舶位置方向の地磁極に対する絶対方位を演算する演算部、を備えることを特徴とする。
また、本発明の船舶の位置検出方法は、さらに、前記電界センサの水平に対する傾きを検出する傾斜計を備え、前記演算部が、演算部前記２軸の水中電界検知手段からの出力に加え、前記２軸に直交する第３の軸に配設した水中電界検知手段からの出力とによって、船舶位置方向の前記電界センサの前記軸に対する仰角である相対仰角を演算し、前記傾斜計の出力によって、前記相対仰角を補正して前記船舶位置方向の絶対仰角を演算することを特徴とする。
また、本発明の船舶の位置検出方法は、さらに、前記電界センサの深度位置を検出する深度計を備え、前記演算部が、前記請求項６記載の絶対方位の情報と、前記請求項７記載の絶対仰角の情報と、前記深度計の情報とから、前記船舶の前記電界センサに対する位置を検出することを特徴とする。
【０００７】
また、上記の課題を解決するために、本発明の船舶の位置検出システムは、軸上の２点間の電位差から水中の電界を検出する水中電界検知手段を直交する３軸に配設した電界センサと、地磁極に対する方位を検出する方位計と、前記電界センサの水平に対する傾きを検出する傾斜計と、前記水中電界検知手段からの出力によって、船舶位置の前記電界センサの前記軸に対する方位である相対方位と前記船舶位置方向の前記電界センサの前記軸に対する仰角である相対仰角を演算し、前記方位計の出力によって前記相対方位を補正して前記船舶位置方向の地磁極に対する絶対方位と前記傾斜計の出力によって前記相対仰角を補正して前記船舶位置方向の絶対仰角を演算する演算部を備えた船舶の位置検出装置を複数の地点に有し、前記複数の地点の前記絶対方位の情報と絶対仰角の情報と前記各装置の位置情報とから前記船舶の位置を演算する手段、を備えたことを特徴とする。
また、本発明の船舶の位置検出システムは、前記位置情報が、緯度経度であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態を示す電界センサを含んだの系統図である。
このシステムは、海底に敷設され、航行する船舶が放射する電界を検出する３軸の電界センサ１０を用いて船舶の相対方位を検出し、演算部８において、方位計５、傾斜計６、深度計７の情報で相対方位を補正することにより、船舶の位置を検出する。
電界センサシステムは、電界センサ１０と、電界センサの出力信号を信号処理する処理器９とから構成される。電界センサ１０は、直交した３軸方向にそれぞれ電極対を備え、電極対間の電位差から電界Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚを検出する。船舶が放射している電界を電界センサ１０の電極１−１、１−２で検出した電界信号を差動アンプ４−１で受け、電界信号Ｅｘを演算部８に入力する。同様に、電界信号Ｅｙ、Ｅｚを演算部８に入力する。
図２は水面上に位置する船舶１１−１と、海底に位置する電界センサ１０との水平面内の角度関係を示す。電界センサ１０のＥｘ検出用電極１−１と１−２を結ぶＸ軸とＥｙ検出用電極２−１と１−２を結ぶＹ軸とがつくるＸＹ面は必ずしも水平面とは一致せず、一般的には電界センサは海底に傾いて設置される。また、東西南北の方位と電界センサ１０のＸＹ軸とは必ずしも一致しない。いま、船舶１１−１は、電界センサ１０のつくるＹＺ面を左から右へ横切ろうとする位置にある。
また、図３は、電界センサに立てた鉛直線と水面上での船舶と鉛直線を結ぶ線とが作る断面における電界センサ１０と船舶１１−１との位置関係を示す図である。電界センサは海底に傾いて設置されているので、電界センサ１０のＥｚ検出用電極３−１と３−２を結ぶＺ軸と鉛直線とは一致しない。
【０００９】
船舶の移動に伴った時間経過と３つの差動アンプの電界信号の出力例を図４に示す。グラフの中心時間で船舶は電界センサシステムに一番近づいている。
図５に、船舶が電界センサの直上付近を通過した場合と直上を離れて通過した場合の垂直成分の信号Ｅｚの大きさの変化を示す。船舶が電界センサの直上にある場合は、２つの電極３−１と３−２とで検出した電界の差分出力が最大となり、直上より離れるに従って、図５（Ａ）に示す２つの電極の船舶に対する距離Ｌ１とＬ２の差がなくなるため信号出力が低下する。
【００１０】
演算部８は、以下に示す演算を行う。ＸＹ面内の電界信号Ｅｘ、Ｅｙの信号より、式（１）にて、図２に示す相対角θｈ１を得る。
Ｅｙ≧０の場合、
θｈ１＝ｃｏｓ−１（Ｅｘ／（Ｅｘ２＋Ｅｙ２）１／２）　　　　　　　（１−１）
Ｅｙ＜０の場合、
θｈ１＝−ｃｏｓ−１（Ｅｘ／（Ｅｘ２＋Ｅｙ２）１／２）　　　　　　（１−２）
演算部８は、方位計５が計測する電界センサの水平面内での方位θｈ２信号を受けて、式（２）により絶対方位θｈを得ることができる。
θｈ＝θｈ１＋θｈ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
但し、ここで検出された絶対方位θｈは、１８０度反転している場合があり、図２に示すように、船舶１１−１の実像に対して、船舶の虚像を指し示している場合がある。
次に、Ｚ方向の電界信号Ｅｚから、式（３）にて図３に示す相対仰角θｖ１を得る。
θｖ１＝ｔａｎ−１（│Ｅｚ│／（Ｅｘ２＋Ｅｙ２）１／２）　　　　　　　（３）
図３に示すように、電界センサは海底において、一般に水平から傾いて位置するので、電界センサの水平方向の直交する２軸ＸＹと同じ軸上に設けた２軸の傾斜計からθｈ１方向に対してベクトル合成された傾き（電界センサの傾き）θｖ２を得て、演算部８は、式（４）により絶対仰角θｖを得る。
θｖ＝θｖ１＋θｖ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
（１）〜（４）によって得られる絶対方位θｈ及び絶対仰角θｖの出力例を船舶の移動に伴った時間経過を横軸にとって図６に示す。
そして、絶対仰角θｖと深度計の深度情報ｄｐより、水平直距離ｒｇを（５）式から得ることができる。
ｒｇ＝ｄｐ／ｔａｎθｖ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５）
（１）〜（５）による演算部８の出力によって、絶対方位θｈと合わせ船舶の位置を特定することができる。
【００１１】
以上の説明における、方位計５、傾斜計６及び深度計７は、以下のものを使用することができる。方位計は、磁気センサを使用して、地磁気の方向と磁気センサの方向とのずれを検出して電界センサの方位角を求めることができる。
また、傾斜計は、気密容器中の液体の傾斜による水位の差を検出することによって傾斜角を求めることができる。
また、深度計は、圧力センサによって水圧を計測することによって深度を計測する。
また、方位や傾斜は、ジャイロセンサによってもよい。
【００１２】
但し、船舶が水中を航行している場合、航行深度を知り得ることができないため、その場合は位置の特定はできないが、図３にしめすように、電界センサ１０と（１）〜（５）により求められた位置を結ぶ直線ｄｔ＝ｒｇ／ｃｏｓθｖ上に存在することがわかる。
【００１３】
次に示す本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態を応用し、電界センサを異なる場所に複数敷設し、各センサの情報を統合処理することで船舶の位置を特定することを特徴とする。
【００１４】
（第２の実施の形態）次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図７は、水面上または水中に位置する船舶１１−１と、海底に位置する２つの電界センサとの水平面（図７（Ａ））と垂直面（図７（Ｂ））の角度関係を示す図である。
位置（緯度、経度）がわかるように電界センサＡ１０−１と電界センサＢ１０−２を敷設する。各電界センサにおいて、第１の実施の形態における（１）〜（４）の処理を行い、電界センサＡ１０−１と電界センサＢ１０−２からの絶対方位θｈａ、θｈｂ及び絶対仰角θｖａ、θｖｂを求める。それぞれの交点が、水平面、垂直面における船舶の位置である。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の電界センサを用いた船舶の位置検出システムは、電界センサの出力に深度計の出力のみならず、さらに方位計と傾斜計の出力を組み合わせているため、電界センサが傾いて設置されても誤差の小さい船舶位置検出が可能となる。
さらに、複数の電界センサを複数箇所に設置することによって、検出方向の不確定性をもたない、高精度の船舶位置検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電界センサによる第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明の絶対方位を検出する処理を説明するための図である。
【図３】本発明の絶対仰角及び位置を検出する処理を説明するための図である。
【図４】相互に直交する３軸の電界センサより得られる出力信号の例。
【図５】図６の信号より、第１の実施形態により得られる絶対方位と絶対仰角の算出例。
【図６】鉛直方向の検出電界信号と距離の関係を示した図である。
【図７】本発明の電界センサを用いた船舶の位置検出による第２の実施形態を示すブロック図である。
【図８】従来の電界センサを用いた船舶の位置検出システムのブロック図である。
【符号の説明】
１　　電極
２　　電極
３　　電極
４　　差動アンプ
５　　方位計
６　　傾斜計
７　　深度計
８　　演算部
９　　処理器
１０　　電界センサ
１１−１　　船舶
１０１　　電極棒
１０４　　深度計
１１０　　電界センサ
１１１　　船体
【図１】
2004050970.tif 000003
【図２】
2004050970.tif 000004
【図３】
2004050970.tif 000005
【図４】
2004050970.tif 000006
【図５】
2004050970.tif 000007
【図６】
2004050970.tif 000008
【図７】
2004050970.tif 000009
【図８】
2004050970.tif 000010