(57)【要約】      （修正有）【課題】長周期波を検出するためにｃｍ級の正確度と精密度を要する波高計測システムを提供する。【解決手段】単独精密位置推定方式であるＰＰＰ（Ｐｒｅｃｉｓｅ  Ｐｏｉｎｔ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）を用いて測定値に含まれた誤差を除去し、マグネチックコンパスを用いてブイの受信機（アンテナ）の回転数を推定して測定値を直接補償することで、ブイの位置を通じて正確な長周期波高を検出する。【選択図】図１
2017111112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の衛星１０を通じてＧＮＳＳ基盤の海上側ブイ３０に受信された搬送波形態であるＧＳＰ信号２０と、ブイ３０の内部に設置されたマグネチックコンパス４０を通じて測定されたブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報をネットワークで伝達されて、
ＰＰＰ基盤の管制モジュール５０で、ブイ３０の回転によって引き起こされる搬送波のサイクル数の誤差を計算して位相ワインドアップが補償してブイ３０の位置及び波高が計算されるようにし、
計測された波高情報分析を通じて、事前に設定した周期よりも周期が長く、事前に設定した高さよりも高さが低い長周期波高が検出されるようにすることを特徴とする長周期波高測定用ＧＮＳＳ基盤ブイにおける受信機の位相ワインドアップ補償のためのＰＰＰ及びマグネチックコンパス統合システム。
【請求項２】
多数の衛星１０を通じて円形偏波（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｗａｖｅ）の搬送波形態を有するＧＰＳ信号が、海上に設置されたＧＮＳＳ基盤のブイ３０に伝送される段階（Ｓ１００）；
前記ブイ３０に設置されたマグネチックコンパス４０を通じて、ブイ３０の回転数、回転角度、回転方向が測定される段階（Ｓ２００）；
前記ブイ３０からネットワークを通じてＧＰＳ信号、時計誤差補正情報、ブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報がＰＰＰ基盤の管制モジュール５０に伝送される段階（Ｓ３００）；
前記管制モジュール５０を通じて、ブイ３０の回転によって引き起こされる搬送波のサイクル数の誤差を計算して位相ワインドアップが補償されるようにしながら、ブイ３０の位置が把握されて波高が計算される段階（Ｓ４００）；
前記管制モジュール５０を通じて、計測された波高情報が分析されて、事前に設定した周期よりも周期が長く、事前に設定した高さよりも高さが低い長周期波高が検出される段階（Ｓ５００）；
検出された長周期波高情報がネットワークを通じて海船及び情報提供先に提供される段階（Ｓ６００）；
を含んでなることを特徴とする長周期波高測定用ＧＮＳＳ基盤ブイにおける受信機の位相ワインドアップ補償のためのＰＰＰ及びマグネチックコンパス統合システム。
【請求項３】
ブイ３０から伝達された衛星１０の搬送波のうち、信号が中間で途切れる搬送波の場合、
信号が途切れた後に再受信された搬送波のＧＰＳ信号及び当該搬送波の受信時のブイ３０の回転数、回転角度、回転方向の変化が用いられて、ブイ３０の位置が計算されることを特徴とする第１項または第２項に記載された長周期波高測定用ＧＮＳＳ基盤ブイにおける受信機の位相ワインドアップ補償のためのＰＰＰ及びマグネチックコンパス統合システム。
【請求項４】
前記Ｓ４００段階では
衛星１０のＧＰＳ信号がネットワークを通じて受信される段階（Ｓ４１０）；
ブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報がネットワークを通じて受信される段階（Ｓ４２０）；
前記回転数、回転角度、回転方向情報が管制モジュール５０に連続保存され、衛星１０の搬送波が中間で伝送が途切れて新たに入力された場合、新たに搬送波が入力された瞬間を基準点としてブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報が新たに保存される段階（Ｓ４３０）；
衛星１０のＧＰＳ信号及びブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報を用いて、ブイ３０の位置が補正計算される段階（Ｓ４４０）；
カルマンフィルターを通じて、ブイ３０の位置が推定される段階（Ｓ４５０）；
を含んでなることを特徴とする第２項に記載された長周期波高測定用ＧＮＳＳ基盤ブイにおける受信機の位相ワインドアップ補償のためのＰＰＰ及びマグネチックコンパス統合システム。
【請求項５】
前記Ｓ４３０段階は
下記の数式１によって計算されることを特徴とする第４項に記載された長周期波高測定用ＧＮＳＳ基盤ブイにおける受信機の位相ワインドアップ補償のためのＰＰＰ及びマグネチックコンパス統合システム。
【数１】
2017111112.tif 000008
（ここで、τ＝受信機の回転角と測定値変化量の比率、  ψ＝ｙａｗ  ａｎｇｌｅ、ＭＣ＝マグネチックコンパス、ｔ＝現在の時間、ＰＲＮ＝衛星測定値  ｎｕｍｂｅｒ、ｓａｖｅｙａｗ＝マグネチックコンパスで保存したｙａｗ  ａｎｇｌｅをそれぞれ意味する。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はブイ（ｂｕｏｙ）で受信した衛星ＧＰＳを用いてＰＰＰ（Ｐｒｅｃｉｓｅ  Ｐｏｉｎｔ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）アルゴリズムで波高を計算し、マグネチックコンパス（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｍｐａｓｓ）を使用してブイの位相ワインドアップ（ｗｉｎｄ−ｕｐ）を補償しながら、このように計測した波高から長周期波濤を検出して漁船と情報提供先に提供するようにしたシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大きな被害をもたらす地震津波のような長周期波を波高計測ブイを用いて検出するためには波高の正確かつ精緻な決定と、長時間にわたるシステムの安定性を必要とする。
【０００３】
ＧＰＳを用いた波高計測システムはかかる要求事項を満足させるにあたり、長周期波濤を検出するために日本の気象庁で運用する津波予測用波高観測装備であるＮＯＷＰＨＡＳ（ｔｈｅ  Ｎａｔｉｏｎｗｉｄｅ  Ｏｃｅａｎ  Ｗａｖｅ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｎｅｔｗｏｒｋ  ｆｏｒ  Ｐｏｒｔｓ  ａｎｄ  ＨＡｒｂｏｕｒＳ）はＲＴＫ基盤の波高計を使用する代表的なシステムである。
【０００４】
しかし、精密度を維持するために海岸から１〜２０ｋｍ以内の地域にのみ設置して運用されている。
【０００５】
既に開発された多様な統合航法を通じて長周期波を検出することができるが、気象と海の状態によってブイは位置を移動しながら回転が生じ、これは搬送波を用いた精密航法に影響を及ぼす。
【０００６】
搬送波は円形偏波（ｃｉｒｃｕｌａｒ  ｐｏｌａｒｉｚｅｄ  ｗａｖｅ）の形態でブイが回転する度に受信機アンテナ（ａｎｔｅｎｎａ）も回転しながら搬送波測定値のサイクル数が増加あるいは減少するようになる。長周期波を検出するためにｃｍ級の正確度と精密度を要する波高計測システムに累積されたワインドアップ（位相ワインドアップ）の誤差が問題となる。
【０００７】
受信機（ブイ）の回転によるワインドアップ現象と測定値間の関係は、既にＳｉｍｏｎ  ｂａｎｖｉｌｌｅとＨｕｉ  ｔａｎｇの論文で実験を通じて互いに関係があると検証されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的はＰＰＰを用いた波高計測アルゴリズムでＲＴＫの基準局との距離による誤差増加の問題を解決し、ブイにマグネチックコンパス（ＭＣ、Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｃｏｍｐａｓｓ）を設置して、これを通じてブイの正確な回転数を推定して測定値に補償することで、ダイナミク環境でもｃｍ級の正確度を有する長周期波高を検出する波高計測ブイに適用される、長周期波高測定用ＧＮＳＳ基盤ブイにおける受信機の位相ワインドアップ補償のためのＰＰＰ及びマグネチックコンパス統合システムを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的及び長所は下記で説明され、本発明の実施例によって理解されるだろう。また、本発明の目的及び長所は特許請求の範囲に示した手段及び組み合わせによって実現することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は前記のような問題点を解決するための手段であって、多数の衛星を通じてＧＮＳＳ基盤の海上側ブイに受信された搬送波形態であるＧＳＰ信号と、ブイの内部に設置されたマグネチックコンパスを通じて測定されたブイの回転数、回転角度、回転方向情報をネットワークで伝達されて、ＰＰＰ基盤の管制モジュールで、ブイの回転によって引き起こされる搬送波のサイクル数の誤差を計算して位相ワインドアップが補償してブイの位置及び波高が計算されるようにし、計測された波高情報分析を通じて、事前に設定した周期よりも周期が長く、事前に設定した高さよりも高さが低い長周期波高が検出されるようにすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上で考察したとおり、本発明はＰＰＰとマグネチックコンパスを用いて、ＲＴＫの基準局との距離による誤差増加を防ぎながら、海上に設置されたブイの正確な回転数及び回転角度を推定して測定値を補償することで、ブイの位置を通じて正確な長周期波高を検出することができるようにして、このような海船及び情報提供先に重要な情報として提供されることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ブイの受信機の位相ワインドアップ形態と位相ワインドアップによって距離誤差が発生した様子を示した図面。
【図２ａ】本発明による長周期波高測定アルゴリズムを示した図面。
【図２ｂ】本発明によるマグネチックコンパスを用いた位相ワインドアップ補償アルゴリズムを示した図面。
【図３】定常状態とワインドアップ現象を追加した位置誤差結果を示した一実施例のグラフ。
【図４】定常状態とワインドアップ現象を追加した位置誤差結果を示した一実施例のグラフ。
【図５】定常状態とワインドアップ現象を追加した位置誤差結果を示した一実施例のグラフ。
【図６】ブイの３点におけるＲＭＳ値を示したグラフ。
【図７】ワインドアップ現象がない場合のブイの位置結果と衛星個数を示した図面。
【図８】ワインドアップ現象がない場合のブイの位置結果と衛星個数を示した図面。
【図９】ワインドアップ現象がない場合のブイの位置結果と衛星個数を示した図面。
【図１０】ワインドアップ現象がない場合のブイの位置結果と衛星個数を示した図面。
【図１１】ワインドアップ現象がない場合のブイの位置結果と衛星個数を示した図面。
【図１２】ワインドアップ現象がない場合のブイの位置結果と衛星個数を示した図面。
【図１３】ワインドアップ現象がない場合のブイの位置結果と衛星個数を示した図面。
【図１４】ワインドアップ現象がない場合のブイの位置結果と衛星個数を示した図面。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明のいくつかの実施例を詳細に説明する前に、次の詳細な説明に記載あるいは図面に示された構成要素の構成及び配列の詳細によってその応用が制限されるものではないことが分かる。本発明は他の実施例によって具現されて実施されることができ、多様な方法によって遂行されることができる。また、装置または要素の方向（例えば“前（ｆｒｏｎｔ）”、“後（ｂａｃｋ）”、“上（ｕｐ）”、“下（ｄｏｗｎ）”、“上（ｔｏｐ）”、“下（ｂｏｔｔｏｍ）”、“左（ｌｅｆｔ）”、“右（ｒｉｇｈｔ）”、“横（ｌａｔｅｒａｌ）”）などのような用語に関して本願に使用された表現及び述語は単に本発明の説明を単純化するために使用され、関連する装置または要素が単に特定の方向を有するべきであることを示したり意味したりするものではないことが分かる。また、“第１（ｆｉｒｓｔ）”、“第２（ｓｅｃｏｎｄ）”のような用語は説明のために本願及び添付の請求項に使用され、相対的な重要性または趣旨を表現あるいは意味するものとして意図されない。
【００１４】
本発明は前記の目的を達成するために下記の特徴を有する。
【００１５】
以下添付した図面を参照にして、本発明の好ましい実施例を詳細に説明することにする。これに先立ち、本明細書及び請求の範囲に使用された用語や単語は通常的あるいは辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者はその自己の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則して本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されなければならない。
【００１６】
したがって、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は本発明の最も好ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変形例があり得ることを理解しなければならない。
【００１７】
このため本発明の一実施例を考察すると、多数の衛星１０を通じてＧＮＳＳ基盤の海上側ブイ３０に受信された搬送波形態であるＧＳＰ信号２０と、ブイ３０の内部に設置されたマグネチックコンパス４０を通じて測定されたブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報をネットワークで伝達されて、ＰＰＰ基盤の管制モジュール５０で、ブイ３０の回転によって引き起こされる搬送波２０のサイクル数の誤差を計算して位相ワインドアップが補償してブイ３０の位置及び波高が計算されるようにし、計測された波高情報分析を通じて、事前に設定した周期よりも周期が長く、事前に設定した高さよりも高さが低い長周期波高が検出されることを特徴とする。
【００１８】
また、多数の衛星１０を通じて円形偏波の搬送波形態を有するＧＰＳ信号が、海上に設置されたＧＮＳＳ基盤のブイ３０に伝送される段階（Ｓ１００）；前記ブイ３０に設置されたマグネチックコンパス４０を通じて、ブイ３０の回転数、回転角度、回転方向が測定される段階（Ｓ２００）；前記ブイ３０でネットワークを通じてＧＰＳ信号、時計誤差補正情報、ブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報がＰＰＰ基盤の管制モジュール５０に伝送される段階（Ｓ３００）；前記管制モジュール５０を通じて、ブイ３０の回転によって引き起こされる搬送波のサイクル数の誤差を計算して位相ワインドアップが補償されるようにしながら、ブイ３０の位置が把握されて波高が計算される段階（Ｓ４００）；前記管制モジュール５０を通じて、計測された波高情報が分析されて、事前に設定した周期よりも周期が長く、事前に設定した高さよりも高さが低い長周期波高が検出される段階（Ｓ５００）；検出された長周期波高情報がネットワークを通じて海船及び情報提供先に提供される段階（Ｓ６００）；を含んでなることを特徴とする。
【００１９】
また、ブイ３０から伝達された衛星１０の搬送波のうち、信号が中間で途切れる搬送波の場合、信号が途切れた後に再受信された搬送波のＧＰＳ信号及び当該搬送波受信時のブイ３０の回転数、回転角度、回転方向の変化が用いられて、ブイ３０の位置が計算されることを特徴とする。
【００２０】
また、前記Ｓ４００段階では衛星１０のＧＰＳ信号がネットワークを通じて受信される段階（Ｓ４１０）；ブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報がネットワークを通じて受信される段階（Ｓ４２０）；前記回転数、回転角度、回転方向情報が管制モジュール５０に連続保存され、衛星１０の搬送波が中間で伝送が途切れて新たに入力された場合、新たに搬送波が入力された瞬間を基準点としてブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報が新たに保存される段階（Ｓ４３０）；衛星１０のＧＰＳ信号及びブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報を用いて、ブイ３０の位置が補正計算される段階（Ｓ４４０）；カルマンフィルターを通じて、ブイ３０の位置が推定される段階（Ｓ４５０）；を含んでなることを特徴とする。
【００２１】
また、前記Ｓ４３０段階は下記の数式１によって計算されることを特徴とする。
【００２２】
【数１】
2017111112.tif 000003
【００２３】
（ここで、τ＝受信機の回転角と測定値の変化量の比率、ψ＝ｙａｗ  ａｎｇｌｅ、ＭＣ＝マグネチックコンパス、ｔ＝現在の時間、ＰＲＮ＝衛星測定値ｎｕｍｂｅｒ、ｓａｖｅｙａｗ＝マグネチックコンパスで保存していたｙａｗ  ａｎｇｌｅをそれぞれ意味する。）
【００２４】
以下、図１ないし図１４を参照にして本発明の好ましい実施例による長周期波高測定用ＧＮＳＳ基盤ブイにおける受信機３１の位相ワインドアップ補償のためのＰＰＰ及びマグネチックコンパス統合システムを詳細に説明することにする。
【００２５】
単独精密位置測定方式であるＰＰＰ技法は衛星信号が受信機３１に到達する過程で発生する多様な誤差を正確にモデリングして除去して、単独で受信機３１の位置を高水準の正確度で算出する方式である。
【００２６】
衛星信号から観測した搬送波位相とコード観測式は下記の数式２と数式３のとおりである。
【００２７】
【数２】
2017111112.tif 000004
【００２８】
【数３】
2017111112.tif 000005
【００２９】
（ここで、φＬｉ、ｎ  ｉｓ  ｎ  ＰＲＮ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｐｈａｓｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｌｉ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ｍ）、ＰＬｉ、ｎ  ｉｓ  ｎ  ＰＲＮ  ｃｏｄｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｌｉ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ｍ）、ρ  ｉｓ  ｔｈｅ  ｒａｎｇｅ  ｂｅｔｗｅｅｎ  ｔｈｅ  ｐｈａｓｅ  ｃｅｎｔｅｒ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ａｎｄ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ａｎｔｅｎｎａｓ（ｍ）、ｃ  ｉｓ  ｔｈｅ  ｓｐｅｅｄ  ｏｆ  ｌｉｇｈｔ（ｍ／ｓ）、ｄｔ  ｉｓ  ｔｈｅ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｃｌｏｃｋ  ｏｆｆｓｅｔ（ｓ）、  ｄＴ  ｉｓ  ｔｈｅ  ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  ｃｌｏｃｋ  ｏｆｆｓｅｔ（ｓ）、  Ｔｎ  ｉｓ  ｎ  ＰＲＮ  ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｄｅｌａｙ（ｍ）、  Ｉｎ  ｉｓ  ｎ  ＰＲＮ  ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ  ｄｅｌａｙ（ｍ）、Ｅ  ｉｓ  ｅｒｒｏｒｓ  ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ｔｈｅ  ｅａｒｔｈ  ｔｉｄｅｓ  ａｎｄ  ｏｃｅａｎ  ｌｏａｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｒｅｌａｔｉｖｉｓｔｉｃ  ｅｆｆｅｃｔｓ（ｍ）、  Ｕ  ｉｓ  ｔｈｅ  ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｗｉｎｄ−ｕｐ  ｅｆｆｅｃｔｓ（ｍ）、ε  ｉｓ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｎｏｉｓｅ  ａｎｄ  ｍｕｌｔｉｐａｔｈ（ｍ））
【００３０】
前記数式２の搬送波（ｃａｒｒｉｅｒ  ｐｈａｓｅ）は円形偏波の形態でブイが回転する度に受信機３１のアンテナも回転して搬送波測定値のサイクル数が増加あるいは減少するようになる。これは疑似距離誤差として発生するようになり、一度発生した誤差は信号を逃すまで除去されずに存在するようになる。
【００３１】
搬送波の一波長の長さはＬ１周波数は１９ｃｍ、Ｌ２周波数は２４．４ｃｍでｃｍの正確度と精密度を要する波高計測システムに累積されたｗｉｎｄ−ｕｐ（位相ワインドアップ）誤差が問題になる。海の表面上で繋留するブイの場合、海流と天気によって動きながら回転する場合が頻繁に発生するため、ブイを用いて長周期波を検出するためには、かかる受信機３１のアンテナの回転による誤差を必ず除去しなければならない。
【００３２】
これに、本発明では長周期波高を検出するＰＰＰ／マグネチックコンパス統合システムを提案することで、測定値に含まれた誤差を除去し、マグネチックコンパスを用いてブイ３０（受信機３１のアンテナ）の回転数を推定して、下記の数式４のように測定値に直接補償を行うようにしたものである。この時、アンテナの回転と測定値間との関係はｓｉｍｏｎ  ｂａｎｖｉｌｌｅの論文を通じて既に検証されたものである。
【００３３】
さらに、衛星１０から信号が途切れた後に再びブイ３０に入ってくる場合、ワインドアップ効果は除去されるため、累積した誤差は補償しない。
【００３４】
【数４】
2017111112.tif 000006
【００３５】
（ここで、τは方向角と測定値間の係数、ψＭＣはマグネチックコンパスで推定した回転角を示す。）
【００３６】
下記では本発明で波高計測値を処理する方法を説明することにする。
【００３７】
風波（ｗｉｎｄ  ｗａｖｅ）計測を通じた方法は波濤の傾斜を探知する方法と、振幅を探知する方法に区分され、かかる探知のために計測データのノイズを除去する方法に再び区分される。
【００３８】
傾斜探知移動平均（ｍｏｖｉｎｇ  ａｖｅｒａｇｅ）フィルターを用いて傾斜を探知する方法は、波濤の傾斜が予め設定した傾斜よりも大きい場合は長周期波高であることを探知する方式である。移動平均フィルターを用いて振幅を探知する方式は、波濤の振幅が予め設定した振幅よりも大きい場合は災難海波を探知する方式である。ＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルターを用いて振幅を探知する方式は、振幅による災難海波探知方式であり、ＦＩＲフィルターの特性によって探知性能が異なる。また、ＩＩＲ（Ｉｎｆｉｎｉｔｅ  Ｉｍｐｕｌｓｅ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）フィルターを用いた振幅探知方式がある。
【００３９】
本発明では９〜３０秒間の波高計測のために風による小さな波長の波濤信号を除去しない。しかし、潮流による信号は災難海波よりも長い波長を有しているため、潮流による効果を除去するために潮流予測モデルを用いる。風による小さな波長の波高と潮流による波高を除去して獲得された波高は長周期波高探知に用いることができる。
【００４０】
本発明での管制モジュール５０で使用されるＰＰＰは下記のとおりである。
【００４１】
本発明では  Ｆｉｘｅｄ  ａｍｂｉｇｕｉｔｙ  ｍｏｄｅ  ＰＰＰ  アルゴリズムではないｆｌｏａｔ  ａｍｂｉｇｕｉｔｙ  ｍｏｄｅ  ＰＰＰ  アルゴリズムでブイ３０の受信機３１のワインドアップが位置結果にどのような影響を及ぼすかを確認するためにｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｔｅｓｔを行った。
【００４２】
１秒サンプリング間隔で総２０時間のデータを用いて実験を行い、受信機３１のアンテナは３０秒に１回転をするシナリオである。
【００４３】
図３ないし図５は定常状態とワインドアップ現象を追加した位置誤差結果を示したものであり、Ｅａｓｔ方向軸の誤差が最も大きく示されたことを確認することができる。
【００４４】
図６は３軸のＲＭＳ値を示したものである。定常状態におけるＲＭＳは０．５ｃｍで、ワインドアップ現象を追加した位置誤差ＲＭＳは４．９ｃｍでｆｌｏａｔ  ａｍｂｉｇｕｉｔｙ  ｍｏｄｅ  ＰＰＰの場合にも位置誤差が大きいことを確認することができる。（Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｗｉｎｄ−ｕｐ  ｅｆｆｅｃｔ  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｔｅｓｔ）
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎを通じて  ｆｌｏａｔ  ａｍｂｉｇｕｉｔｙ  ｍｏｄｅでも  ワインドアップ現象による位置誤差が発生することを確認した。
【００４５】
理想的な信号ではない実際のｒｅａｌ  ＧＰＳ  ｓｉｇｎａｌを用いて提案したアルゴリズムを検証するためにｓｔａｔｉｃ  ｔｅｓｔを行った。実験はＫＲＩＳＯに設置されたアンテナから１２時間データを収集して回転速度による位置誤差を確認してみた。実験構成は下記の表１のとおりである。
【００４６】
Ｓｔａｔｉｃ  ｔｅｓｔ  ｓｃｅｎａｒｉｏ  ｕｓｉｎｇ  ｒｅａｌ  ＧＰＳ  ｓｉｇｎａｌ
【００４７】
【表１】
2017111112.tif 000007
【００４８】
一方向のみに回転した場合と、両方向ともに回転した場合のシナリオに対して実験を行った。
【００４９】
図７及び図８はワインドアップ効果がない場合の位置結果と、衛星１０個数で平均位置誤差は  ＲＭＳ９．８４ｃｍである。
【００５０】
Ｓｃｅｎａｒｉｏ  Ｂは累積されたワインドアップ誤差はａｍｂｉｇｕｉｔｙに影響を及ぼして２０６１３秒以後は航法が不可能だった。Ｓｃｅｎａｒｉｏ  Ｂは平均位置誤差が１１．２６ｃｍであり、同一の時間帯のＳｃｅｎａｒｉｏ  Ａの平均位置誤差である１０．４９ｃｍと比べて誤差が増加することが分かる。Ｆｉｘｅｄ  ａｍｂｉｇｕｉｔｙ  ｍｏｄｅではないｆｌｏａｔ  ａｍｂｉｇｕｉｔｙ  ｍｏｄｅでもｒｅｃｅｉｖｅｒ  ｗｉｎｄ−ｕｐ  ｅｆｆｅｃｔによって位置誤差に影響を受けることが確認できた。
【００５１】
図１０はｓｃｅｎａｒｉｏ  Ｃの結果であり、累積されたワインドアップ誤差によって２４１６１秒以後は航法が不可能だった。Ｓｃｅｎａｒｉｏ  Ｃの平均位置誤差は１１．４１ｃｍであり、同一の時間帯のｓｃｅｎａｒｉｏ  Ａの平均位置誤差である１０．９３ｃｍと比べて誤差が増加することが分かる。図１１と図１２はｓｃｅｎａｒｉｏ  ＤとＥの結果であり、ＢとＣと異なり中間で止まらず連続的につながったが、Ｓｃｅｎａｒｉｏ  Ａと比べて誤差がそれぞれ１０．３５ｃｍ、１０．０７ｃｍと増加した。回転する速度が遅くなりながら誤差の増加率も少なくなることが確認できた。
【００５２】
海洋環境でのブイは一方向に回転するものではないので、ｓｃｅｎａｒｉｏ  ＦとＧを通じて両方向に回転する実験により、それぞれ左に１サイクル回転した後、右側に１サイクル回転する。
【００５３】
図１３はｓｃｅｎａｒｉｏ  Ｆの結果であり、１分に１サイクルずつ両方への回転時に位置誤差が１４．３９ｃｍと大きく増加したことを確認できた。図１４はＧの結果であり、位置結果は良好に見えるが、揺れが多く波高決定に困難がある。
【００５４】
実際気象庁で運営している東海ＧＰＳブイは２４ｈｒ作動するものではなく、１時間に２０分程度のデータを収集して波高を計測するため、うねり性波高と津波警報に遅延が生じることがある。そこで、毎秒毎に波高を計測して長周期波高計測と警報を可能にする本発明のシステムが必要となる。
【００５５】
本発明で提案するシステムは、１ＨｚでＧＰＳ受信機の測定値データを通信媒体を経て陸上の管制モジュール５０に伝送し、管制モジュール５０では伝送されたデータと精密衛星情報と単独精密測位（ＰＰＰ）を用いてブイ（浮標、３０）の位置を推定する。そして、時間の経過によって、浮標の位置情報を累積して波高情報を計算して、このように計算された波高情報のうち事前に設定した周期よりも周期が長く、事前に設定した高さよりも高さが低い長周期波高を検出して、これを海船や情報提供先に通信媒体を通じて伝達するようにしたものである。
【００５６】
言い換えれば、本発明の長周期波高測定用ＧＮＳＳ基盤ブイにおける受信機３１の位相ワインドアップ補償のためのＰＰＰ及びマグネチックコンパス統合システムは下記のようなＳ１００〜Ｓ５００の段階を有する。
【００５７】
１．多数の衛星１０を通じて円形偏波の搬送波形態を有するＧＰＳ信号が、海上に設置されたＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）基盤のブイ３０に伝送される段階（Ｓ１００）：海上に設置されるブイ３０の場合、ＧＰＳ受信機３１とマグネチックコンパス４０が設置されているようにする。これに、多数の衛星１０毎に伝送される搬送波形態であるＧＰＳ信号が伝達される。（もちろんこのような、ＧＰＳ信号が伝達されるブイ３０は海上の波濤によって回転する形態を有する。）
２．前記ブイ３０に設置されたマグネチックコンパス４０を通じて、ブイ３０の回転数、回転角度、回転方向が測定される段階（Ｓ２００）：ブイ３０にて衛星１０から伝送されるＧＰＳ信号を受信する際、マグネチックコンパス４０はブイ３０の回転数、回転角度、回転方向を測定するようにする。
【００５８】
３．前記ブイ３０でネットワークを通じてＧＰＳ信号、時計誤差補正情報、ブイの回転数、回転角度、回転方向情報がＰＰＰ基盤の管制モジュール５０に伝送される段階（Ｓ３００）：Ｓ２００段階を通じてブイ３０で測定及び受信された情報はネットワークを通じて、前述のＰＰＰ基盤の管制モジュール５０に伝送される。
【００５９】
４．前記管制モジュール５０を通じて、ブイ３０の回転によって引き起こされる搬送波のサイクル数の誤差を計算して位相ワインドアップが補償されるようにしながら、ブイ３０の位置が把握されて波高（波濤の周期と高さを意味）が計算される段階（Ｓ４００）：Ｓ３００段階を通じて管制モジュール５０に伝送された測定及び受信された情報は管制モジュール５０内で下記と計算されて波高が計算されることによってブイ３０の位置が把握されるようにしたものである。
【００６０】
この時、ブイ３０の回転によって引き起こされる搬送波のサイクル数の誤差を計算して位相ワインドアップが補償されるようにするが、衛星１０のワインドアップの補償のための手順を図２ｂを通じて詳細に考察すると、
ネットワークを通じて衛星１０のＧＰＳ信号と、ブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報が受信されて（Ｓ４１０、Ｓ４２０段階）、前記回転数、回転角度、回転方向情報が管制モジュール５０に連続保存され、衛星１０の搬送波が中間で伝送が途切れて新たに入力された場合、新たに搬送波が入力された瞬間を基準点としてブイ３０の回転数、回転角度、回転方向情報が新たに保存されるようにし、このようなブイ３０の回転数、回転角度、回転方向とともに衛星１０のＧＰＳ信号を通じて、ブイ３０の位置が補正計算される段階（Ｓ４３０、Ｓ４４０）を経た後、カルマンフィルターを通じてブイ３０の位置が推定される段階（Ｓ４５０）からなるようにしたものである。
【００６１】
図２ｂのＳ４４０段階にあるＥｒｒｏｒ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎの場合、衛星軌道誤差、衛星時計誤差、対流圏遅延誤差、イオン層遅延誤差、地球潮汐誤差、相対性誤差など多様な誤差補正のうち一つが適用されることができ、Ｓ４５０段階のＫａｌｍａｎ  ｆｉｌｔｅｒの場合、対象システムの確率モデルと測定値を用いてシステムの状態変数を見つけ出す最適な推定技法で、図２では衛星１０信号からブイ３０（受信機）の位置を推定する。
【００６２】
この時、多数の衛星１０から伝送される搬送波（ＧＰＳ信号）の場合、中間で信号が途切れるようになる（ブイ３０の受信機３１で受信ができない場合）搬送波の場合、途切れる前から受けていた最初の信号を基準にするのではなく、途切れた後に新たに受信された信号の瞬間を基準として、この時のＧＰＳ信号及び新たな搬送波が受信された時のブイ３０の回転数、回転角度、回転方向の変化を用いて波高の情報を分析し、これを通じてブイ３０の位置が計算されるようにしたものである。（ブイ３０が一回り回転すると衛星１０の搬送波信号の波長も一回り分誤差が発生する方式で比例して誤差が発生するようになり、結局ブイ３０の回転が多くなるほど誤差も甚大になるため、かかるブイ３０の回転によって引き起こされる衛星ワインドアップの補償が必ず必要になる。）
前記Ｓ４３０段階は前記の数式１によって計算される。
【００６３】
すなわち、現在の時間でＰＲＮ（ｉ）衛星の回転角と初期基準ｙａｗ角の差×測定値変化量の比率＝ブイ３０（受信機３１）測定値の変化量を意味するようになる。
【００６４】
５．前記管制モジュール５０を通じて、計測された波高情報が分析されて、事前に設定した周期よりも周期が長く、事前に設定した高さよりも高さが低い長周期波高が検出される段階（Ｓ５００）：前述の管制モジュール５０では前述のＳ４００段階を通じて計測された波高情報で、事前に設定した周期（ｅｘ：１３００秒）よりも長く、事前に設定した高さ（ｅｘ：１０〜２０ｃｍ）よりも低い波高（長周期波高、津波）を検出する。
【００６５】
６．検出された長周期波高情報がネットワークを通じて海船及び情報提供先に提供される段階（Ｓ６００）を含む。
【００６６】
以上のように、本発明は限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と下記に記載する特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変更が可能なことは勿論である。
【符号の説明】
【００６７】
１０：  衛星
２０：  ＧＰＳ  信号
３０：  ブイ
３１：  受信機
４０：  マグネチックコンパス
５０：  管制モジュール
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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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