(57)【要約】【課題】自船の位置を，潜水状態においても，行動範囲が限定されることなく且つ海潮流等の外力の影響による誤差を最小化し，高精度に計算すること。【解決手段】水深データ照合処理部と，データマップデータベースと，測深データベースと，測深データ管理部と，自船位置計算処理部から構成される航海支援装置であって，水深データ照合処理部は，自船位置計算処理部から得た自船基準位置と自船速力及び自船針路のデータと，予め記憶している海潮流の外力成分の初期値を用いて，慣性航法船位を算出し，この慣性航法船位と自船基準位置を用いて，慣性航法船位を緯度経度位置に変換し，測深データベースに記憶されている海面から海底深度までの距離と，データマップデータベースに記憶されているメッシュ水深データマップに登録されている前記緯度経度位置の水深データとの差分が最小化されるような外力成分を最適化手法により算出し，算出した外力成分を用いて，補正後の自船位置を算出して自船位置計算処理部にフィードバックする。【選択図】    図２
2004170204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水深データ照合処理部と，データマップデータベースと，測深データベースと，測深データ管理部と，自船位置計算処理部から構成される航海支援装置であって，
自船位置計算処理部は，浮上時は，ログ速力計から得られる自船速力Ｍｏ及びジャイロ針路計から得られる自船針路Ｃｏのデータに基づいて，自船位置を計算処理し，ＧＰＳロランオメガ受信機からの緯度と経度からなる測位データに基づき自船基準位置を補正し，潜水時は，自船基準位置（ｘｏ０，ｙｏ０）と自船速力Ｍｏ及び自船針路Ｃｏのデータを水深データ照合処理部に出力し，
測深データ管理部は，潜水時に逐次，深度計及び測深儀から得た自船深度Ｈｏ及び海底深度ｙと，その計測時の自船位置（Ｘｏ，Ｙｏ）＝（緯度，経度）を自船位置計算処理部から得て，海面から海底深度までの距離Ｈｏｎ＋ｙｎを測深データベースに格納し，
水深データ照合処理部は，自船位置計算処理部から得た自船基準位置（ｘｏ０，ｙｏ０）と自船速力Ｍｏ及び自船針路Ｃｏのデータと，予め記憶している海潮流の外力成分（ε，δ）の初期値を用いて，慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を算出し，この慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）と自船基準位置（ｘｏ０，ｙｏ０）を用いて，慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を緯度経度位置（ｌａｔｎ，ｌｏｎｇｎ）に変換し，測深データベースに記憶されている海面から海底深度までの距離Ｈｏｎ＋ｙｎと，データマップデータベースに記憶されているメッシュ水深データマップに登録されている前記緯度経度位置（ｌａｔｎ，ｌｏｎｇｎ）の水深データとの差分が最小化されるような外力成分（ε，δ）を最適化手法により算出し，算出した外力成分（ε，δ）を用いて，補正後の自船位置（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を算出して自船位置計算処理部にフィードバックする，
ことを特徴とする航海支援装置。
【請求項２】
請求項１に記載した航海支援装置において，
メッシュ水深データマップが，市販電子海図に登録されている等深線データに基づく水深データと固有計測機関にて計測された水深データとの２種類から作成したものと，それら２種類の水深データと２種類を併合補間して形成した水深データの３種類から作成したものの２タイプから構成され，
前記２タイプを選択して使用することを特徴とする航海支援装置。
【請求項３】
請求項２に記載した航海支援装置において，
メッシュ水深データマップとして３種類の水深データから作成したタイプを使用する場合，前記２種類の水深データの重みより併合補間水深データを重みを軽減して理することを特徴とする航海支援装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２又は請求項３に記載した航海支援装置において，
データマップデータベースにメッシュ潮流データマップを記憶しておき，
外力成分（ε，δ）の初期値として，メッシュ潮流データマップを使用することを特徴とする航海支援装置。
【請求項５】
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載した航海支援装置と，ＧＰＳロランオメガ受信機と，ログ速力計と，ジャイロ針路計と，深度計と，及び測深儀から構成されることを特徴とする航海支援システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，ＧＰＳ電波の受信できない海中探査船の対地船舶位置を計算する航海支援装置に関し，特に自船から計測した海底深度データとメッシュ水深データマップとを照合することにより高精度な対地船舶位置を計算する航海支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から，ＧＰＳやロランオメガといった海上船舶における測位データに基づいて，自船の対地位置を高精度に計算する航海支援装置が知られている（例えば，特許文献１参照）。又，海中探査船とその母船とをケーブルで接続し，母船に装備されたソナー装置で海中探査船の位置を特定し，その位置情報をケーブルを介して海中探査船に送信するシステムが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１４１９８６
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
海中探査船は，海上を航行する場合は，ＧＰＳロランオメガ受信機で測位された自船の位置を基準として航行しており，自船の位置に誤差はほととんど無い。しかし，海中の単独潜水状態となった場合，ＧＰＳやロランオメガ等の測位データを取得することができず，潜水直前の自船の位置データを基準とし，ログ速力計やジャイロ針路計から得られたデータを慣性航法によって計算して自船位置を求めることになる。その場合，海潮流等の外力の影響を自船センサでは計測できないため，ジャイロ針路計及びログ速力計を一定に保持しながら一定速力で直進航行した場合でも潮流により流されることがあり得るため，慣性航法により計算された自船の位置はＧＰＳロランオメガ受信機で測位された自船位置に対して誤差を生じることとなる。又，この誤差は自船の潜水時間が長時間になるほど増大することとなり，特定の緯度経度毎のポイントにおける海中探査船の作業に支障をきたす問題があった。
【０００５】
又，前記誤差を解決する手段として，海中探査船とその母船とをケーブルで接続し，母船に装備されたソナー装置で海中探査船の位置を特定し，その位置情報をケーブルを介して海中探査船に送信することも考えられたが，母船とケーブルで接続しなければならず，ケーブルの長さに限界があり，且つソナー装置の反射波受信可能範囲にも限界があり，海中探査船の行動範囲が母船の周辺の狭い範囲に限定される問題があった。
【０００６】
本発明は，以上述べた従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり，自船の位置を潜水状態においても，行動範囲が限定されることなく且つ海潮流等の外力の影響による誤差を最小化して高精度に計算することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の記載に係る発明は，
水深データ照合処理部と，データマップデータベースと，測深データベースと，測深データ管理部と，自船位置計算処理部から構成される航海支援装置であって，
自船位置計算処理部は，浮上時は，ログ速力計から得られる自船速力Ｍｏ及びジャイロ針路計から得られる自船針路Ｃｏのデータに基づいて，自船位置を計算処理し，ＧＰＳロランオメガ受信機からの緯度と経度からなる測位データに基づき自船基準位置を補正し，潜水時は，自船基準位置（ｘｏ０，ｙｏ０）と自船速力Ｍｏ及び自船針路Ｃｏのデータを水深データ照合処理部に出力し，
測深データ管理部は，潜水時に逐次，深度計及び測深儀から得た自船深度Ｈｏ及び海底深度ｙと，その計測時の自船位置（Ｘｏ，Ｙｏ）＝（緯度，経度）を自船位置計算処理部から得て，海面から海底深度までの距離Ｈｏｎ＋ｙｎを測深データベースに格納し，
水深データ照合処理部は，自船位置計算処理部から得た自船基準位置（ｘｏ０，ｙｏ０）と自船速力Ｍｏ及び自船針路Ｃｏのデータと，予め記憶している海潮流の外力成分（ε，δ）の初期値を用いて，慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を算出し，この慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）と自船基準位置（ｘｏ０，ｙｏ０）を用いて，慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を緯度経度位置（ｌａｔｎ，ｌｏｎｇｎ）に変換し，測深データベースに記憶されている海面から海底深度までの距離Ｈｏｎ＋ｙｎと，データマップデータベースに記憶されているメッシュ水深データマップに登録されている前記緯度経度位置（ｌａｔｎ，ｌｏｎｇｎ）の水深データとの差分が最小化されるような外力成分（ε，δ）を最適化手法により算出し，算出した外力成分（ε，δ）を用いて，補正後の自船位置（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を算出して自船位置計算処理部にフィードバックする，
ことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の記載に係る発明は，
請求項１に記載した航海支援装置において，
メッシュ水深データマップが，市販電子海図に登録されている等深線データに基づく水深データと固有計測機関にて計測された水深データとの２種類から作成したものと，それら２種類の水深データと２種類を併合補間して形成した水深データの３種類から作成したものの２タイプから構成され，
前記２タイプを選択して使用することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の記載に係る発明は，
請求項２に記載した航海支援装置において，
メッシュ水深データマップとして３種類の水深データから作成したタイプを使用する場合，前記２種類の水深データの重みより併合補間水深データを重みを軽減して理することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の記載に係る発明は，
請求項１又は請求項２又は請求項３に記載した航海支援装置において，
データマップデータベースにメッシュ潮流データマップを記憶しておき，
外力成分（ε，δ）の初期値として，メッシュ潮流データマップを使用することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の記載に係る発明は，航海支援システムが，
請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４に記載した航海支援装置と，ＧＰＳロランオメガ受信機と，ログ速力計と，ジャイロ針路計と，深度計と，及び測深儀から構成されることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
始めに，図１を用いて，本発明の原理を説明する。図１は，メッシュ水深データマップ１０１による慣性航法船位の補正の考え方を示す図である。
【００１３】
図１に示すように，自船の測深儀及び自船深度計を使用して，時系列的に，海面からの自船深度Ｈｏｎ及び自船深度Ｈｏｎと海底深度との差ｙｎを計測することにより，海面から海底深度までの距離Ｈｏｎ＋ｙｎ（Ｈｏｎ，ｙｎは，時刻ｎにおける深度データ）を計算し，この計算結果と緯度経度のメッシュで区切られた区画における水深データが登録されているメッシュ水深データマップ１０１とを照合することにより，メッシュ水深データマップ１０１上の測深航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）＝（ｌａｔｎ，ｌｏｎｇｎ）を特定することができ，潜水中における慣性航法船位を補正することを可能とする。
【００１４】
具体的には，海潮流の外力成分を一定の未知数（ε，δ）とし，自船のログ速力計による自船速力Ｍｏとジャイロ針路計による自船針路Ｃｏの入力データを用い式（１）により慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を算出する。
【００１５】
【数式１】
2004170204.tif 000003
次に，ＧＰＳロランオメガ受信機で最後に測位された基準となる自船位置（ｘｏ０，ｙｏ０）＝（ｌａｔ０，ｌｏｎｇ０）に基づき，式（２）を用いて慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を緯度経度位置（ｌａｔｎ，ｌｏｎｇｎ）に変換する。
【００１６】
【数式２】
2004170204.tif 000004
最後に，式（３）を用いて，時系列的に計測された海面から海底深度までの距離Ｈｏｎ＋ｙｎとメッシュ水深データマップ１０１に登録されている水深データｈ｛（ｌａｔｎ，ｌｏｎｇｎ）｝との差分が最小化されるような外力成分（ε，δ）を最適化手法により算出する。
【００１７】
【数式３】
2004170204.tif 000005
即ち，式（１）〜（３）を用いて補正することにより，海潮流等の外力の影響を考慮した自船の位置の特定を可能にする。
【００１８】
図２，図３は，本発明の航海支援システム及び航海支援装置の各構成を示したものである。
【００１９】
本発明の航海支援システムは，図２に示すように，海中探査船に設置されるものであり，航海支援装置と，ＧＰＳロランオメガ受信機２０６と，ログ速力計２０７と，ジャイロ針路計２０８と，深度計２０９と，測深儀２１０から構成される。ＧＰＳロランオメガ受信機２０６からは緯度と経度からなる測位データが，又，ログ速力計２０７及びジャイロ針路計２０８からは自船速力Ｍｏ及び自船針路Ｃｏが計測されて，航海支援装置の自船位置計算処理部２０５に入力される。深度計２０９及び測深儀２１０からは，自船深度Ｈｏ及び海底深度ｙが計測されて，航海支援装置の測深データ管理部２０４に入力される。
【００２０】
本発明の航海支援装置は，図３に示すように，水深データ照合処理部２０１と，データマップデータベース２０２と，測深データベース２０３と，測深データ管理部２０４と，自船位置計算処理部２０５から構成される。データマップデータベース２０２には，緯度経度のメッシュ区画に水深データが格納されたメッシュ水深データマップ１０１，及び緯度経度のメッシュ区画に海表面潮流データが格納されたメッシュ潮流データマップ３０１が蓄積されている。
【００２１】
自船位置計算処理部２０５は，浮上時は，ログ速力計２０７から得られる自船速力Ｍｏ及びジャイロ針路計２０８から得られる自船針路Ｃｏのデータに基づいて，自船位置を計算処理しており，ＧＰＳロランオメガ受信機２０６からの緯度と経度からなる測位データに基づき自船基準位置を補正している。潜水時は，自船基準位置（ｘｏ０，ｙｏ０）と自船速力Ｍｏ及び自船針路Ｃｏのデータを水深データ照合処理部２０１に出力する。なお，潜水時には，ＧＰＳロランオメガ受信機２０６からの測位データは得られない。
【００２２】
測深データ管理部２０４は，潜水時に逐次，自船深度Ｈｏ及び海底深度ｙを深度計２０９及び測深儀２１０で計測して得，又，その計測時の自船位置（Ｘｏ，Ｙｏ）＝（緯度，経度）を自船位置計算処理部２０５から得て，海面から海底深度までの距離Ｈｏｎ＋ｙｎを測深データベース２０３に格納する。
【００２３】
水深データ照合処理部２０１は，自船位置計算処理部２０５から得た自船基準位置（ｘｏ０，ｙｏ０）と自船速力Ｍｏ及び自船針路Ｃｏのデータと，予め記憶している海潮流の外力成分（ε，δ）の初期値を用い，式（１）により慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を算出し，この慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）と自船基準位置（ｘｏ０，ｙｏ０）を用い，式（２）により慣性航法船位（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を緯度経度位置（ｌａｔｎ，ｌｏｎｇｎ）に変換し，式（３）を用いて，測深データベース２０３に記憶されている海面から海底深度までの距離Ｈｏｎ＋ｙｎと，データマップデータベース２０２に記憶されているメッシュ水深データマップ１０１に登録されている前記緯度経度位置（ｌａｔｎ，ｌｏｎｇｎ）の水深データとの差分が最小化されるような外力成分（ε，δ）を，最適化手法により算出する処理を行う。このようにして算出した外力成分（ε，δ）を用い，式（１）により補正後の自船位置（ｘｏｎ，ｙｏｎ）を算出して自船位置計算処理部２０５にフィードバックして，以後の潜行の自船基準位置とする。このようにすることにより，高精度な自船位置算出を可能にする。
【００２４】
図４は，データマップデータベース２０２に蓄積されるメッシュ水深データマップ１０１の例を示す図である。図４に示すメッシュ水深データマップ１０１は，緯度経度のメッシュで区切られた区画に，市販されている電子海図に登録されている等深線データに基づく水深データ，固有計測機関で計測された緯度経度ポイント毎の水深データ，前記２種類の水深データを併合し補間することで生成された併合補間水深データ，の３種類の水深データが格納されており，３種類の水深データで１つのメッシュ水深データマップ１０１を形成している。
【００２５】
図１で説明した慣性航法船位の補正手法において，補正精度より補正処理のスピードを優先する場合，前記２種類の水深データのみで１つのメッシュ水深データマップ１０１を形成し，前記併合補間水深データを使用しないことが考えられる。又，前記併合補間水深データを使用する場合でも，この水深データは前記２種類の実測に基づく水深データに比べて，データの信頼性が低いので，式（３）を用いて計算処理を行う際，前記２種類の水深データより併合補間水深データの重みを軽減することも考えられる。
【００２６】
図５は，データマップデータベース２０２に蓄積されるメッシュ潮流データマップ３０１の例を示す図である。メッシュ潮流データマップ３０１には，メッシュ水深データマップ１０１と同じ緯度経度メッシュで区切られた区画に，市販電子海図に登録されている海表面の潮流データが格納されている。図１で説明した慣性航法船位の補正手法において，水深データ照合処理部２０１に予め記憶しておく海潮流の外力成分（ε，δ）の初期値の代わりに，データマップデータベース２０２に蓄積されるメッシュ潮流データマップ３０１使用することが考えられる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように，本発明は，自船の位置を潜水状態においても，行動範囲が限定されることなく且つ海潮流等の外力の影響による誤差を最小化し高精度に計算することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】慣性航法船位を補正する考え方を示している。
【図２】本発明の航海支援システムの構成を示す図である。
【図３】本発明の航海支援装置の構成を示す図である。
【図４】本発明に用いられるメッシュ水深データマップの例を示す図である。
【図５】本発明に用いられるメッシュ潮流データマップの例を示す図である。
【符号の説明】
１０１  メッシュ水深データマップ
１０２  海面
１０３  海中探査船
１０４  海底
２０１  水深データ照合処理部
２０２  データマップデータベース
２０３  測深データベース
２０４  測深データ管理部
２０５  自船位置計算処理部
２０６  ＧＰＳロランオメガ受信機
２０７  ログ速力計
２０８  ジャイロ針路計
２０９  深度計
２１０  測深儀
３０１  メッシュ潮流データマップ
【図１】
2004170204.tif 000006
【図２】
2004170204.tif 000007
【図３】
2004170204.tif 000008
【図４】
2004170204.tif 000009
【図５】
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