(57)【要約】【課題】船体が大きく傾いた状態でも利用できるＧＰＳコンパスを提供する。【解決手段】ＧＰＳコンパス１は、ＧＰＳアンテナ２と、水平保持機構７と、慣性センサ４と、演算部６と、を備えている。水平保持機構７は、ＧＰＳアンテナ２の鉛直方向に対する姿勢を維持する。慣性センサ４は、船体の座標系に固定され、船体の姿勢変動を検出する。演算部６は、ＧＰＳアンテナ２で得た情報と、慣性センサ４が検出した情報と、に基づいて、船首方位を算出する。【選択図】図１
2013253928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体の姿勢情報を算出する姿勢情報算出装置であって、
ＧＮＳＳアンテナと、
前記ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持する保持機構と、
前記移動体の座標系に固定され、前記移動体の姿勢変動を検出する慣性センサと、
前記ＧＮＳＳアンテナで得た情報と、前記慣性センサが検出した情報と、に基づいて、前記移動体の姿勢情報を算出する演算部と、
を備えることを特徴とする姿勢情報算出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の姿勢情報算出装置であって、
前記ＧＮＳＳアンテナを複数備え、
前記保持機構は、前記ＧＮＳＳアンテナ間の距離を一定に保ちつつ、各ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持することを特徴とする姿勢情報算出装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の姿勢情報算出装置であって、
前記ＧＮＳＳアンテナに対する下方からの電波を遮断する接地導体を備えることを特徴とする姿勢情報算出装置。
【請求項４】
請求項３に記載の姿勢情報算出装置であって、
前記保持機構は、前記ＧＮＳＳアンテナ及び前記接地導体の鉛直方向に対する姿勢を維持することを特徴とする姿勢情報算出装置。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の姿勢情報算出装置であって、
前記保持機構は、前記ＧＮＳＳアンテナに浮力を作用させることを特徴とする姿勢情報算出装置。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載の姿勢情報算出装置であって、
前記移動体は船体であり、
前記保持機構は、前記船体がロール方向で揺動したときに前記ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持することを特徴とする姿勢情報算出装置。
【請求項７】
請求項１から５までの何れか一項に記載の姿勢情報算出装置であって、
前記移動体は車又は飛行機の機体であり、
前記保持機構は、前記機体がピッチ方向で揺動したときに前記ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持することを特徴とする姿勢情報算出装置。
【請求項８】
移動体の姿勢情報を算出する姿勢情報算出方法であって、
ＧＮＳＳ衛星からの信号をＧＮＳＳアンテナで受信するＧＮＳＳ受信工程と、
前記ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持する保持工程と、
前記移動体の座標系に固定された慣性センサによって当該移動体の姿勢変動を検出する姿勢変動検出工程と、
前記ＧＮＳＳアンテナで得た情報と、前記慣性センサが検出した情報と、に基づいて、前記移動体の姿勢情報を算出する演算工程と、
を含むことを特徴とする姿勢情報算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてＧＰＳコンパスに関する。詳細には、ＧＰＳコンパスが備えるＧＰＳアンテナの受信状態を維持するための構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶等において方位を検出するためのセンサとしては、ジャイロコンパス等が利用されていた。しかし近年、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ：全地球測位システム）に代表されるＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ：全地球航法衛星システム）を利用した方位センサ（いわゆるＧＰＳコンパス）が普及しつつある。このＧＰＳコンパスは、複数のＧＰＳアンテナによってＧＰＳ衛星からの信号を受信し、これに基づいて方位を高精度に測定するものである。このようなＧＰＳコンパスは、例えば特許文献１に記載されているように、複数のアンテナで受信された信号のキャリア位相差に基づいて、基準アンテナに対するほかのアンテナの相対位置を測定することにより実現できる。ＧＰＳコンパスは、ジャイロコンパスに比べて静定時間が早く、また必要衛星数からのＧＰＳ信号を受信できればアンテナ動揺時であっても方位精度が変わらないという特徴を持つ。
【０００３】
ＧＰＳ信号のキャリア位相の情報を利用するためには、ＧＰＳ衛星からの直接波を受信する必要がある。このため、ＧＰＳコンパスにおいては、各ＧＰＳアンテナに反射波（マルチパス）が受信されることを防止するための構成が必要となる。そこで、ＧＰＳアンテナは、低仰角で入射する電波や水平面より下方から入射する電波をカットするための構成を備えている。例えば特許文献２及び特許文献３には、金属板からなるグランドプレーン（接地導体）を誘電体の背面側に備えたアンテナが記載されている。
【０００４】
ところで、ＧＰＳ衛星からの信号に基づく方位測定結果は、数十ミリ秒〜数秒の間隔で間欠的に出力される。このため、ＧＰＳ衛星からの信号のみに基づいて方位を取得するＧＰＳコンパスは、従来のジャイロコンパスのような連続的な方位測定結果を得ることはできない。この欠点を補うため、船舶用のＧＰＳコンパスは、ＧＰＳアンテナに加えて、船体の姿勢の変動を検出する角速度センサや加速度センサ等の慣性センサを備えた構成とされる。ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて取得される間欠的な情報を、慣性センサの検出値に基づいて補間することにより、ほぼ連続的に方位測定結果を得ることができる。一般に、ＧＰＳアンテナと慣性センサは、同じフレーム（支持部材）に固定される。これにより、ＧＰＳアンテナと慣性センサが相対移動しないので、ＩＮＳ／ＧＰＳ演算を行うことができる。これはストラップダウン方式のＩＮＳ／ＧＰＳシステムと呼ばれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４４６５６９号公報
【特許文献２】特許第３８９２１５４号公報
【特許文献３】特許第４７６９６２９号公報
【特許文献４】特許第３８５６７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、ＧＰＳアンテナにはグランドプレーン等が設けられており、アンテナの背面からの電波をカットするように構成されている。ところで、このＧＰＳアンテナはフレームに固定されており、このフレームは船体に固定される。従って、船体が傾くと、ＧＰＳアンテナも傾くことになる。船体の傾きが小さければ、アンテナは水平に近い状態であるから、上空のＧＰＳ衛星からの電波を良好に受信できる。しかし、船体の傾斜角度が２０°を超えた状態を維持するセイルヨットなどでは、ＧＰＳアンテナが大きく傾いた状態となるので、ＧＰＳ衛星からの電波がグランドプレーンによって遮られてしまう場合がある。このため、セイルヨットなどにはＧＰＳコンパスを利用できない。
【０００７】
この点、特許文献４は、ＧＰＳアンテナを水平に保つための水平保持装置を備えた構成を開示している。しかし、特許文献４はＧＰＳコンパスに関するものではないため、当該特許文献４の構成をそのままＧＰＳコンパスに採用することはできない。
【０００８】
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、船体が大きく傾いた状態でも利用できるＧＰＳコンパスを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００９】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【００１０】
本発明の観点によれば、以下の構成の姿勢情報算出装置が提供される。即ち、この姿勢情報算出装置は、ＧＮＳＳアンテナと、保持機構と、慣性センサと、演算部と、を備えている。前記保持機構は、前記ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持する。前記慣性センサは、前記移動体の座標系に固定され、前記移動体の姿勢変動を検出する。前記演算部は、前記ＧＮＳＳアンテナで得た情報と、前記慣性センサが検出した情報と、に基づいて、前記移動体の姿勢情報を算出する。
【００１１】
このように、保持機構によってＧＮＳＳアンテナの姿勢を維持することで、移動体が傾斜している場合であっても上空のＧＮＳＳ衛星からの電波を常に適切に受信できる。一方、慣性センサは移動体に対して固定されているので、当該移動体の姿勢変動を適切に検出できる。従って、ＧＮＳＳアンテナで取得した情報と、慣性センサが検出した情報と、に基づいて、移動体の姿勢を精度良く算出できる。
【００１２】
上記の姿勢情報算出装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、この姿勢情報算出装置は、前記ＧＮＳＳアンテナを複数備える。前記保持機構は、前記ＧＮＳＳアンテナ間の距離を一定に保ちつつ、各ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持する。
【００１３】
このようにＧＮＳＳアンテナ同士の位置関係を一定に保つことで、基準アンテナに対する他のアンテナの相対位置を精度よく求めることができる。
【００１４】
上記の姿勢情報算出装置は、前記ＧＮＳＳアンテナに対する下方からの電波を遮断する接地導体を備えることが好ましい。
【００１５】
これにより、下方からの反射波（マルチパス）がＧＮＳＳアンテナに受信されることを防止できる。
【００１６】
上記の姿勢情報算出装置において、前記保持機構は、前記ＧＮＳＳアンテナ及び前記接地導体の鉛直方向に対する姿勢を維持することが好ましい。
【００１７】
これにより、移動体が大きく傾いたとしても、ＧＮＳＳアンテナと接地導体の姿勢は保たれるので、ＧＮＳＳ衛星からの電波が接地導体（グランドプレーン等）によって遮られることを防止できる。
【００１８】
上記の姿勢情報算出装置において、前記保持機構は、前記ＧＮＳＳアンテナに浮力を作用させることが好ましい。
【００１９】
このようにＧＮＳＳアンテナに浮力を作用させることにより、複雑な機械的構成を利用することなく、ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持できる。
【００２０】
上記の姿勢情報算出装置において、前記移動体は船体であり、前記保持機構は、前記船体がロール方向で揺動したときに前記ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持することが好ましい。
【００２１】
即ち、船体はロール方向に大きく揺動し易いので、ロール方向に揺動したときにＧＮＳＳアンテナが傾かないようにすることが特に有効である。
【００２２】
上記の姿勢情報算出装置において、前記移動体は車又は飛行機の機体であり、前記保持機構は、前記機体がピッチ方向で揺動したときに前記ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持することが好ましい。
【００２３】
即ち、車体や飛行機の機体はピッチ方向に大きく揺動し易いので、ピッチ方向に揺動したときにＧＮＳＳアンテナが傾かないようにすることが特に有効である。
【００２４】
本発明の別の観点によれば、移動体の姿勢情報を算出する以下の姿勢情報算出方法が提供される。即ち、この姿勢情報算出方法は、ＧＮＳＳ受信工程と、保持工程と、姿勢変動検出工程と、演算工程と、を含む。前記ＧＮＳＳ受信工程では、ＧＮＳＳ衛星からの信号をＧＮＳＳアンテナで受信する。前記保持工程では、前記ＧＮＳＳアンテナの鉛直方向に対する姿勢を維持する。前記姿勢変動検出工程では、前記移動体の座標系に固定された慣性センサによって当該移動体の姿勢変動を検出する。前記演算工程では、前記ＧＮＳＳアンテナで得た情報と、前記慣性センサが検出した情報と、に基づいて、前記移動体の姿勢情報を算出する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るＧＰＳコンパスの概略的な構成を示すブロック図。
【図２】第１実施形態に係る水平保持機構を示す正面断面図。
【図３】第２実施形態に係る水平保持機構を示す正面断面図。
【図４】変形例に係る水平保持機構を示す正面断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。図１は本実施形態に係るＧＰＳコンパス（姿勢情報算出装置）１の概略的な構成を示すブロック図である。
【００２７】
本実施形態のＧＰＳコンパス１は、船体（移動体）に備え付けられる船舶用のコンパス（方位センサ）であり、船体の船首が向く方向（船首方位）を検出するように構成されている。ＧＰＳコンパス１は、複数のＧＰＳアンテナ（ＧＮＳＳアンテナ）２と、グランドプレーン（接地導体）３と、慣性センサ４と、ボディーフレーム（支持部材）５と、水平保持機構（保持機構）７と、演算部６と、を備えている。
【００２８】
ＧＰＳアンテナ２は例えばマイクロストリップアンテナなどの平面アンテナとして構成されており、ＧＰＳ衛星から送信される１．５ＧＨｚ帯の電波を受信できるように構成されている。ＧＰＳアンテナ２は、その受信面が略水平となるように配置されており、上方から到来するＧＰＳ衛星からの電波を受信できるようになっている。
【００２９】
複数のＧＰＳアンテナ２は、互いに適宜の間隔を空けて配置されている。本実施形態のＧＰＳコンパス１は２つのＧＰＳアンテナ２を備えているが、３つ以上のＧＰＳアンテナ２を備えていても良い。
【００３０】
グランドプレーン３は金属板であり、各ＧＰＳアンテナ２の下方に配置されている。グランドプレーン３は、ＧＰＳアンテナ２の底面積より広く、かつＧＰＳアンテナ２に平行になるように配置されている。このグランドプレーン３は、ＧＰＳアンテナ２に対して下方から入射する電波を遮断するためのものである。これにより、下方から到来する反射波（マルチパス）がＧＰＳアンテナ２に受信されることを防止し、ＧＰＳ衛星からの直接波のみをＧＰＳアンテナ２で受信することができる。
【００３１】
ボディーフレーム５は、ＧＰＳコンパス１の各構成を保持するための部材であり、船体に固定的に設置される。このように、ＧＰＳコンパス１の各構成をボディーフレーム５に保持させることで、ＧＰＳアンテナ２と慣性センサ４の位置関係を一定に保つことができる。また、これによりＧＰＳコンパス１の各構成を一体的に取り扱うことができるので、船体に対するＧＰＳコンパス１の取り付けを容易に行うことができる。
【００３２】
慣性センサ４は、例えば角速度センサ、加速度センサなどであり、ＧＰＳ衛星からの電波に依存することなく姿勢の変動を検出できるものである。慣性センサ４は、前述のようにボディーフレーム５に固定的に設けられているので、船体の座標系（ローカル座標系）に固定されているといえる。以上により、慣性センサ４によって船体の姿勢の変動を検出できる。
【００３３】
水平保持機構７は、ボディーフレーム５とＧＰＳアンテナ２の間に配置されており、ＧＰＳアンテナ２を支持している。この水平保持機構７は、ＧＰＳアンテナ２の鉛直方向に対する姿勢を維持するためのものである。具体的には、水平保持機構７は、ＧＰＳアンテナ２が常に水平となる（ＧＰＳアンテナの受信面が常に天頂方向を指向する）ように、当該ＧＰＳアンテナ２を保持するように構成されている。これにより、船体の姿勢にかかわらず、ＧＰＳアンテナ２によってＧＰＳ衛星からの電波を良好に受信できる。また本実施形態の水平保持機構７は、グランドプレーン３の鉛直方向に対する姿勢も維持するように構成されている。これにより、船体が大きく傾いた場合であっても、グランドプレーン３は常に水平となるので、ＧＰＳ衛星からの直接波が当該グランドプレーン３によって遮られてしまうことを防止できる。これにより、本実施形態のＧＰＳコンパス１は、船体を大きく傾けて走行するセイルヨットなどにも利用できる。
【００３４】
水平保持機構の具体的な構成は特に限定されず、ＧＰＳアンテナ２（及びグランドプレーン３）を水平に保つことができればどのようなものであっても良い。例えば、ＧＰＳアンテナ２が防水構造であれば、水平保持機構７は、図２に示すように構成できる。即ち、図２に示した水平保持機構７は、容器９内に液体１０を密封し、ＧＰＳアンテナ２が形成されている誘電体基板８を液面に浮かせた構成である。このように、ＧＰＳアンテナ２（の誘電体基板８）に浮力を作用させることにより、ＧＰＳアンテナ２の水平を維持できる。また、図２の例では、誘電体基板８の背面側（ＧＰＳアンテナ２の反対側）にグランドプレーン３が設けられた構成となっており、当該グランドプレーン３は誘電体基板８と一体となって液面に浮いている。従って、図２の構成によれば、ＧＰＳアンテナ２に加えて、グランドプレーン３の水平を維持することができる。
【００３５】
図２に示すように、本実施形態のＧＰＳコンパス１が備える２つのＧＰＳアンテナ２は、同一の誘電体基板８上に形成されているので、２つのＧＰＳアンテナ２間の距離は固定されており、変動することがない。従って、図２の水平保持機構７は、２つのＧＰＳアンテナ２間の距離を保ちつつ、各ＧＰＳアンテナ２の水平を維持できる。なお、ここでいう「ＧＰＳアンテナ２間の距離」とは、各ＧＰＳアンテナ２の物理的な中心同士の距離と、各ＧＰＳアンテナ２の特性的な中心同士の距離の両方を意味している。
【００３６】
演算部６は、各種演算を行うプロセッサと、電源部とを備えている。各ＧＰＳアンテナ２が受信した信号と、慣性センサ４の出力は、この演算部６に入力される。演算部６は、各ＧＰＳアンテナ２が受信した信号のキャリア位相差にもとづいて、一方のＧＰＳアンテナ２（基準アンテナ）に対する他方のＧＰＳアンテナ２の相対位置をＧＰＳ座標系で算出する。続いて演算部６は、ＧＰＳ座標系で得られたＧＰＳアンテナ２の相対位置を船体のローカル座標系に変換し、これにもとづいて船首方位を算出する。
【００３７】
なお、演算部６において、ＧＰＳ衛星からの信号に基づく船首方位は、所定の測位周期（例えば数十ミリ秒〜数秒間隔）で間欠的に算出される。このため、ＧＰＳ衛星からの信号のみに基づいて船首方位を算出した場合は、測位周期よりも短い周期で船首方位の情報を得ることができない。一方、慣性センサ４は、前記測位周期よりも短い周期（例えば数ミリ秒間隔）で検出結果を得ることができるように構成されている。
【００３８】
そこで演算部６は、ＧＰＳ衛星からの信号に基づいて算出した船首方位を、慣性センサ４の出力に基づいて補間するように構成されている。これにより、前記測位周期よりも短い間隔で船首方位の情報を取得できるので、ほぼリアルタイムに船首方位の情報を取得できる。なお、ＧＰＳで得られた姿勢情報（本実施形態では船首方位の情報）と、慣性センサで検出された姿勢変動に関する情報と、に基づいて移動体の姿勢を算出する手法は、ＩＮＳ／ＧＰＳ演算として知られているので、詳細な説明は省略する。本実施形態のＧＰＳコンパス１では、慣性センサ４は船体に対して固定されているので、いわゆるストラップダウン方式のＩＮＳ／ＧＰＳ演算を行うことになる。これにより、精度の良い補正が可能である。
【００３９】
ところで、仮にＧＰＳアンテナ２が図２の容器９内で完全に自由に動いてしまうと、ＧＰＳアンテナ２と慣性センサ４との位置関係が不明になるので、演算部６においてＩＮＳ／ＧＰＳ演算を行うことができなくなってしまう。そこで本実施形態の水平保持機構７は、以下のように構成されている。即ち、液体１０を封入した容器９は、中空状の略球形に形成されている。一方、誘電体基板８は円形に形成されている。そして、円形の誘電体基板８の直径と、球形の容器９の内径と、が略一致している。更に、２つのＧＰＳアンテナ２間の中間位置と、球形の容器９の中心と、が略一致するように構成されている。これによれば、誘電体基板８上のＧＰＳアンテナ２は、球形の容器９の内部において、当該容器９の中心を揺動中心として揺動することになる。そして、前記容器９は、ボディーフレーム５に対して固定されているので、ＧＰＳアンテナ２の揺動中心と、慣性センサ４と、の位置関係は固定される。以上のように、ＧＰＳアンテナ２の揺動中心と、慣性センサ４と、の位置関係が固定されているので、演算部６において上記のＩＮＳ／ＧＰＳ演算を行うことが可能となる。
【００４０】
以上で説明したように、本実施形態のＧＰＳコンパス１は、ＧＰＳアンテナ２と、水平保持機構７と、慣性センサ４と、演算部６と、を備えている。水平保持機構７は、ＧＰＳアンテナ２の鉛直方向に対する姿勢を維持する。慣性センサ４は、船体の座標系に固定され、船体の姿勢変動を検出する。演算部６は、ＧＰＳアンテナ２で得た情報と、慣性センサ４が検出した情報と、に基づいて、船首方位を算出する。
【００４１】
従って、本実施形態のＧＰＳコンパス１による船首方位算出方法（姿勢情報算出方法）は、以下のようにして行うことになる。
【００４２】
この船首方位算出方法は、ＧＰＳ受信工程と、保持工程と、姿勢変動検出工程と、演算工程と、を含んでいる。ＧＰＳ受信工程では、ＧＰＳ衛星からの信号をＧＰＳアンテナ２で受信する。保持工程では、ＧＰＳアンテナ２の鉛直方向に対する姿勢を維持する。姿勢変動検出工程では、船体の座標系に固定された慣性センサ４によって当該船体の姿勢変動を検出する。演算工程では、ＧＰＳアンテナで得た情報と、慣性センサ４が検出した情報と、に基づいて、船首方位を算出する。
【００４３】
このように、水平保持機構７によってＧＰＳアンテナ２の姿勢を維持することで、船体が傾斜している場合であっても上空のＧＰＳ衛星からの電波を常に適切に受信できる。一方、慣性センサ４は船体に対して固定されているので、当該船体の姿勢変動を適切に検出できる。従って、ＧＰＳアンテナ２で取得した情報と、慣性センサ４が検出した情報と、に基づいて、船体の姿勢を精度良く算出できる。
【００４４】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明においては、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００４５】
上記第１実施形態の水平保持機構７は、ＧＰＳアンテナ２（の誘電体基板８）に対して、液体１０によって浮力を作用させることにより、ＧＰＳアンテナ２の水平を維持する構成とした。しかし、ＧＰＳアンテナ２が防水でない場合、上記の構成を採用することは難しくなる。
【００４６】
そこで図３に示す第２実施形態の水平保持機構１７は、ＧＰＳアンテナ２が防水ではない場合でも適用できるように、誘電体基板８を揺動軸１１で揺動自在に支持する構成としたものである。誘電体基板８の下方には、当該誘電体基板８と一体的に揺動する適宜のウェイト（重り）１２が設けられている。これによれば、重力の作用によって、ＧＰＳアンテナ２、誘電体基板８、及びグランドプレーン３の水平を維持することができる。またこの構成によれば、第１実施形態のような液体を封入した容器９が不要となるので、水平保持機構１７を軽量に構成することができる。
【００４７】
揺動軸１１の軸中心は、２つのＧＰＳアンテナ２間の中間位置に配置すれば好適である。また、揺動軸１１は、ボディーフレーム５（図３では図示を省略）に対して固定的に設ける。慣性センサ４（図３には図示を省略）は、第１実施形態と同じくボディーフレーム５に対して固定的に設けられる。これにより、ＧＰＳアンテナ２の揺動中心（揺動軸１１）と、慣性センサ４と、の位置関係が固定されるので、演算部６において上記のＩＮＳ／ＧＰＳ演算を行うことが可能となる。
【００４８】
第２実施形態の水平保持機構１７は、誘電体基板８を１軸で支持する構成であるから、誘電体基板８（及びＧＰＳアンテナ２とグランドプレーン３）が揺動する方向は平面内に限られる。例えば本第２実施形態では、揺動軸１１は船体の前後方向に沿って設けられている。揺動軸１１をこのように配置した場合、ＧＰＳアンテナ２及びグランドプレーン３は、船体の左右方向を含む平面内で揺動する。この構成の水平保持機構１７は、船体のロール方向での揺動（左右の揺れ）に対して、ＧＰＳアンテナ２及びグランドプレーン３の水平を維持するように働く。従って、第２実施形態の水平保持機構１７によれば、船体が左右に大きく傾いても、ＧＰＳ衛星からの電波をＧＰＳアンテナ２で良好に受信できる。
【００４９】
なお、この第２実施形態の構成の場合、船体のピッチ方向の揺動（前後の揺れ）に対してはＧＰＳアンテナ２の水平を維持することができない。しかし、船体の場合はピッチ方向に比べてロール方向での揺れが格段に大きく、ピッチ方向での搖れはＧＰＳアンテナ２の受信感度には大きな影響がない。従って、ピッチ方向での搖れに対応できない上記の構成であっても、ＧＰＳ衛星からの電波を適切に受信できるようにＧＰＳアンテナ２の姿勢を維持する、という水平保持機構１７の目的を十分に果たすことができる。
【００５０】
以上の第２実施形態のように、ＧＰＳアンテナ２を１軸で揺動可能に支持して、当該ＧＰＳアンテナの水平を維持する構成とすれば、船体のように傾斜の軸が明確にわかっている移動体において、ＧＰＳ衛星からの電波の受信中断を改善し、精度と信頼性を改善できる。
【００５１】
以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。
【００５２】
ＧＰＳアンテナの数は、２つに限らず、３つ以上あっても良い。また、ＧＰＳアンテナは１つであっても良い。ＧＰＳアンテナが１つの場合であっても、ＧＰＳアンテナの水平を維持することによりＧＰＳアンテナの受信状態を改善するという本願発明の効果を得ることができる。
【００５３】
上記実施形態では、２つのＧＰＳアンテナ２を１つの誘電体基板８上に形成し、この誘電体基板８の水平を水平保持機構７によって保つ構成とした。つまり、上記実施形態は、複数のＧＰＳアンテナ２の水平を、共通の水平保持機構７で維持する構成である。しかし、これに限らず、複数のＧＰＳアンテナ２それぞれに水平保持機構を設け、各ＧＰＳアンテナの水平をそれぞれの水平保持機構によって個別に保つように構成しても良い。例えば図４に示すように、複数のＧＰＳアンテナ２，２をそれぞれ別の誘電体基板８，８上に形成する。そして、各誘電体基板８，８を、別々の揺動軸１１，１１によって揺動自在に支持する。これによれば、各ＧＰＳアンテナ２，２の鉛直方向に対する姿勢を、個別に維持することができる。
【００５４】
上記第２実施形態では、ＧＰＳアンテナ２の水平を維持するためにウェイト１２を設ける構成とした。しかし、ＧＰＳアンテナ２、誘電体基板８、及びグランドプレーン３をあわせた重心が揺動軸１１の軸線よりも下方に位置しており、これらの自重によってＧＰＳアンテナ２の水平を良好に維持できるのであれば、例えば図４に示すようにウェイト１２を省略しても良い。特に、誘電体基板８の下方にグランドプレーン３が一体的に設けられている場合、当該グランドプレーン３がウェイトとしての役割を果たすことができる。
【００５５】
上記実施形態では、誘電体基板８の背面側にグランドプレーン３を一体的に設けた構成としているが、これに限らず、例えば図４に示すように、グランドプレーン３を誘電体基板８から離間して設けても良い。
【００５６】
上記実施形態の水平保持機構は、グランドプレーン３を誘電体基板８と一体的に揺動させることで、当該グランドプレーン３の鉛直方向に対する姿勢を維持するように構成されている。しかしこれに限らず、水平保持機構は、必ずしもグランドプレーン３の水平を維持しなくても良い。例えば、グランドプレーン３を誘電体基板８から離間して設け、当該グランドプレーン３をボディーフレーム５側に固定的に配置しても良い。この場合であっても、水平保持機構によってＧＰＳアンテナ２の水平を維持することはできるので、当該ＧＰＳアンテナ２の受信状態を良好に保つことができる。
【００５７】
上記第１実施形態では、ＧＰＳアンテナ２を液体１０の浮力で浮かせる構成としたが、浮力を作用させる構成としてはこれに限らない。例えば、磁力によってＧＰＳアンテナ２を浮かせるように構成しても良い。この他にも、例えば気体によってＧＰＳアンテナ２を浮かせるように構成しても良い。
【００５８】
上記第２実施形態において、水平保持機構１７は、船体のロール（左右の揺れ）方向での揺動に対して、ＧＰＳアンテナ２の水平を維持するように働くものとした。しかし、飛行機や車などの他の種類の移動体の場合は、ロール方向よりもピッチ方向の揺れが大きくなりがちである。そこで、飛行機や車等の移動体に上記第２実施形態の水平保持機構１７を適用する場合は、揺動軸１１を、移動体の左右方向に沿って設ければ好適である。この場合、水平保持機構１７は、移動体のピッチ方向での揺動に対して、ＧＰＳアンテナ２の水平を維持するように働く。
【００５９】
なお、上記第２実施形態の水平保持機構１７では、ＧＰＳアンテナ２等を１軸で支持する構成としているが、２軸以上で支持する構成としても良い。この構成によれば、ピッチ方向とロール方向の両方の揺れに対応できる。
【００６０】
上記実施形態では、姿勢情報算出装置をＧＰＳコンパス１として構成し、移動体の姿勢情報として船首方位を算出している。しかしこれに限らず、地球に対する移動体の姿勢に関する情報であれば、本発明の姿勢情報算出装置によって算出可能である。例えば第２実施形態（図３）の姿勢情報算出装置は、船体のピッチ方向の揺動（前後の揺れ）に対してはＧＰＳアンテナ２の水平を維持することができない構成であるが、これは逆に言うと、ＧＰＳアンテナ２が船体とともにピッチ方向で揺動する構成であるから、ＧＰＳアンテナ２が受信した信号に基づいて、移動体（上記実施形態の場合は船体）のピッチ角を算出することが可能である。これ以外にも、本発明の姿勢情報算出装置によって、例えば移動体のロール角を検出するように構成することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１  ＧＰＳコンパス（姿勢情報算出装置）
２  ＧＰＳアンテナ（ＧＮＳＳアンテナ）
３  グランドプレーン（設置導体）
４  慣性センサ
６  演算部
７  水平保持機構（保持機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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