(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶用通信装置と通信相手先装置との間で伝送した通信信号の減衰度を取得する減衰度取得部と、
所定の座標系における、通信相手先装置の位置、自船の位置および方向に基づいて、該船舶用通信装置のアンテナが該通信相手先装置に正対するようその指向方向を制御するアンテナ指向方向決定部と、
アンテナの指向方向を該通信相手装置に正対させつつ船舶を種々の位置および姿勢に移動させて前記減衰度取得部により取得した減衰度が所定レベルより大きくなる前記アンテナ指向方向を船舶構造物により生じたシャドーイング発生方向として取得するシャドーイング発生方向取得部と、
を備えるシャドーイング発生方向検出装置。
【請求項２】
前記シャドーイング発生方向取得部は、前記船舶用通信装置のアンテナの指向方向に応じた誤差に基づいて補正された減衰度に基づいてシャドーイング発生方向を取得することを特徴とする請求項１に記載のシャドーイング発生方向検出装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシャドーイング発生方向検出装置によって取得されたシャドーイング発生方向を示すシャドーイング情報を格納するシャドーイング情報記憶部と、
所定の座標系における、通信相手先装置の位置、自船の位置および方向に基づいて、該船舶用通信装置のアンテナの該通信相手先装置に対する指向方向を決定するアンテナ指向方向決定部と、
前記シャドーイング情報と前記アンテナ指向方向とに基づいて、シャドーイング警報を出力するためのアラーム情報を生成するアラーム情報生成部と、
を備えることを特徴とするシャドーイング警報装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載のシャドーイング発生方向検出装置によって取得されたシャドーイング発生方向を示すシャドーイング情報を格納するシャドーイング情報記憶部と、
所定の座標系における、通信相手先装置の位置、自船の位置および方向に基づいて、該船舶用通信装置のアンテナの該通信相手先装置に対する指向方向を決定するアンテナ指向方向決定部と、
前記シャドーイング情報と前記アンテナ指向方向とに基づいて、シャドーイングの発生を回避させるための航行方向を示すための誘導情報を生成する誘導情報生成部と、
を備えることを特徴とする船舶用航行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶用通信装置において、船舶の構造物などによる陰影効果（以下、シャドーイングと記す）によって通信状態が悪化するのを抑制するための技術に関し、特に、シャドーイングの生じる通信相手先装置の方向（以下、シャドーイング発生方向と記す）を自動的に検出し、シャドーイングの警報あるいはシャドーイングの少ない方向への船舶の誘導を行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
船舶用通信装置のアンテナを、全方位について障害物の無い位置（すなわち見晴らしの利く位置）に取り付けることができれば、上記シャドーイングは生じない。しかしながら、アンテナの設置場所の制約から、例えば船舶構造物などによりシャドーイングが生じてしまうことが多い。例えば図６の場合、船舶４０に設置されたアンテナ４２の背後には船舶構造物としての煙突４４が存在している。このため、アンテナ４２から見て煙突４４の存在する方向（網掛けを施した方向；シャドーイング発生方向）に通信相手先装置（例えば静止衛星）が位置する場合、煙突４４が障害となり、その通信相手先装置との間で伝送される信号の強度は減衰し、最悪の場合、その方向に位置する通信相手先装置とは通信ができなくなってしまう。
【０００３】
上記のようなシャドーイングが生じた場合、シャドーイング発生方向が認識されていないと、それが船舶用通信装置の故障と誤認されてしまうことがある。また逆に、装置故障をシャドーイングであると誤認し、装置故障に気付くのが遅れる場合もある。
【０００４】
このため、従来より、船舶の構造図からシャドーイング発生方向を取得することが試みられていた。具体的には、船体の平面図、側面図および正面図上で、アンテナ設置位置から直線を引くことによりシャドーイング発生方向が算出されていた。しかしながら、この方法では、シャドーイング発生方向を範囲として精度良く捉えるのが非常に難しく、こうして取得したシャドーイング発生方向は、手間がかかる割に高精度なものとは言えなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかるシャドーイング発生方向検出装置は、船舶用通信装置と通信相手先装置との間で伝送した通信信号の減衰度を取得する減衰度取得部と、所定の座標系における、通信相手先装置の位置、自船の位置および方向に基づいて、該船舶用通信装置のアンテナが該通信相手先装置に正対するようその指向方向を制御するアンテナ指向方向決定部と、アンテナの指向方向を該通信相手装置に正対させつつ船舶を種々の位置および姿勢に移動させて前記減衰度取得部により取得した減衰度が所定レベルより大きくなる前記アンテナ指向方向を船舶構造物により生じたシャドーイング発生方向として取得するシャドーイング発生方向取得部と、を備える。
【０００６】
すなわち、本発明によれば、実際に受信した通信信号の強度（振幅）からシャドーイング発生方向を取得することができる。これにより、図面から取得する場合に比べ、より容易にかつより精度よくシャドーイング方向を取得することができる。ここで、陰影効果による減衰度は、例えば、陰影効果が生じていない状態（すなわち陰影効果の生じない指向方向）での受信強度（以下、非陰影時受信強度と記す）と、当該方向（検出対象方向）での受信強度と、に基づいて取得することができる。例えば、非陰影時受信強度をＡ０、ある存在方向における受信強度をＡｒとしたとき、減衰度Ｒｒは、
【数１】
Ｒｒ ＝ １ − Ａｒ／Ａ０    ・・・  （１）
となる。こうして取得した減衰度Ｒｒが所定値より小さくなる方向をシャドーイング発生方向とすることができる。なお、船舶を種々の位置および姿勢に移動させることにより、種々の船首方向あるいは種々の緯度における通信相手先装置との通信信号から、より広い範囲においてシャドーイング発生方向を検出することができる。
【０００７】
また本発明にかかるシャドーイング発生方向検出装置では、上記シャドーイング発生方向取得部は、上記船舶用通信装置のアンテナの指向方向に応じた誤差に基づいて補正された減衰度に基づいてシャドーイング発生方向を取得するのが好適である。
【０００８】
船舶用通信装置のアンテナによる通信信号の強度は、アンテナの指向方向に応じた誤差を有する。したがって、上記構成によりシャドーイング発生方向の検出精度を向上することができる。
【０００９】
また本発明にかかるシャドーイング警報装置は、上記シャドーイング発生方向検出装置によって取得されたシャドーイング発生方向を示すシャドーイング情報を格納するシャドーイング情報記憶部と、所定の座標系における、通信相手先装置の位置、自船の位置および方向に基づいて、該船舶用通信装置のアンテナの該通信相手先装置に対する指向方向を決定するアンテナ指向方向決定部と、上記シャドーイング情報と上記アンテナ指向方向とに基づいて、シャドーイング警報を出力するためのアラーム情報を生成するアラーム情報生成部と、を備える。
【００１０】
この装置によれば、例えば、アンテナ指向方向が、上記シャドーイング発生方向検出装置で予め取得しておいたシャドーイング発生方向にあるときには、シャドーイングが発生している可能性が高いとして、警報を発することができる。
【００１１】
また本発明にかかる船舶用航行支援装置は、上記シャドーイング発生方向検出装置によって取得されたシャドーイング発生方向を示すシャドーイング情報を格納するシャドーイング情報記憶部と、所定の座標系における、通信相手先装置の位置、自船の位置および方向に基づいて、該船舶用通信装置のアンテナの該通信相手先装置に対する指向方向を決定するアンテナ指向方向決定部と、上記シャドーイング情報と上記アンテナ指向方向とに基づいて、シャドーイングの発生を回避させるための航行方向を示すための誘導情報を生成する誘導情報生成部と、を備える。
【００１２】
この装置によれば、アンテナ指向方向がシャドーイング発生方向から遠ざかるように船舶の航行方向を示すことにより、シャドーイングの発生を抑制することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかる船舶用通信装置１０の構成および周辺機器との接続を示すブロック図、また図２は、船固定座標系の一例を示す図である。
【００１４】
本実施形態にかかる船舶用通信装置１０は、通信処理のために送受信部１２を有する。送受信部１２では、変復調処理や増幅処理、フィルタリングなどが行われる。そして送受信部１２には、入力部１４（例えばキーボード１４ａ、マイク１４ｂ等）や出力部１６（例えばディスプレイ１６ａ、スピーカ１６ｂ等）が接続され、これらより通信信号の入出力が行われる。
【００１５】
また、本実施形態にかかる船舶用通信装置１０は、通信中にアンテナ１８が常に通信相手先装置（例えば静止衛星）３０との通信に適した方向（例えば受信強度が最大となる方向；通信相手先装置３０に対する正対方向）を指向するよう、その指向方向を制御する機能を有する。アンテナ指向方向の制御は、アンテナ制御部２０によって行われる。具体的には、アンテナ制御部２０は、航行情報処理部２２から取得した所定の座標系（地球座標系）における自船（または船舶用通信装置１０）の位置および方向（船に固定された方向；例えば船首方向）と、同座標系における静止衛星の位置と、に基づいて、船固定座標系における静止衛星の存在方向（例えば方位角θ、仰角α）を取得する。そしてアンテナ制御部２０は、その存在方向にアンテナ１８を指向させるよう（すなわちアンテナ１８が静止衛星に正対するよう）、アンテナ駆動機構（例えばモータ等；図示せず）を制御する。すなわち、本実施形態では、アンテナ制御部２０がアンテナ指向方向決定部に相当する。なお、航行情報処理部２２は、ＧＰＳ（Grobal Positioning System）やコンパス等に基づいて自船の位置および方向を取得する。
【００１６】
船固定座標系としては、例えば、図２に示すように、船首側の水平方向を基準方向とし、該基準方向に対する水平面内の方位角θと仰角αとして任意の方向を定義可能な座標系を採用することができる。なお、この船固定座標系において、シャドーイング発生方向は、例えば網掛けで示した領域となる。
【００１７】
また図１に示すように、シャドーイング処理部２４は、アンテナ制御部２０や、航行情報処理部２２などから得た情報に基づいてシャドーイング発生方向を検出し、シャドーイングの警報出力を行うためのアラーム情報を生成したり、シャドーイングを回避させる船舶の航行方向を示す誘導情報を生成したりする。本実施形態では、このシャドーイング処理部２４が、減衰度取得部、シャドーイング発生方向取得部、およびアラーム情報生成部に相当する。アラーム情報や誘導情報に基づき、出力部１６から、シャドーイング警報や、航行支援のための音声出力または表示出力が行われる。なお、シャドーイング発生方向を示す情報（以下、シャドーイング情報と記す）など、シャドーイング検出処理にかかる情報は、記憶部（例えばＲＡＭ、ハードディスク等）２６に格納される。
【００１８】
次に、シャドーイング処理部２４の動作について図面を参照して説明する。図３は、シャドーイング処理部２４の動作を示すフローチャート、図４は、シャドーイング発生方向の領域を示す図、また図５は、アンテナ指向方向の立体誤差角に対する補正係数の設定例を示す図である。
【００１９】
まずシャドーイング処理部２４は、所定のアンテナ指向方向Ｐ（θ，α）で受信された信号の強度（振幅）Ａｒ（θ，α）を取得し、その受信強度Ａｒ（θ，α）と非陰影時の受信強度Ａ０とに基づき、例えば以下の式
【数２】
Ｒｒ（θ，α） ＝ １ − Ａｒ（θ，α） ／ Ａ０  ・・・  （２）
にしたがって、受信信号の減衰度Ｒｒ（θ，α）を取得する（ステップＳ１０）。このステップＳ１０では、受信信号の強度Ａｒ（θ，α）は、例えば送受信部１２から取得される。また、非陰影時受信強度Ａ０は、例えば記憶部２６から取得される。なお、非陰影時受信強度Ａ０は、全てのアンテナ指向方向について共通の値として設定してもよいし、通信相手先装置毎に設定したり、あるいはアンテナ指向方向に応じた関数Ａ０（θ，α）として設定してもよい。アンテナ指向方向に応じた関数Ａ０（θ，α）としては、例えば、仰角の所定範囲（例えば１０°）毎に設定した値であって、当該仰角範囲で受信された全ての信号（または陰影時の受信信号を除く）の受信強度の平均値（Ａ（α）；すなわち仰角αの関数）を用いることができる。その場合、シャドーイング処理部２４は、記憶部２６からそのアンテナ指向方向に対応する非陰影時受信強度Ａ０（α）を取得する。さらにその場合、受信信号の強度が取得される度に、例えばシャドーイング処理部２４によって、その平均値Ａ０（α）を更新するようにしてもよい。
【００２０】
次に、シャドーイング処理部２４は、アンテナ指向方向に応じた誤差に基づいて減衰度Ｒｒを補正する（ステップＳ１２）。上述したように、アンテナ１８は通信相手先装置に正対するように制御されるが、アンテナ駆動機構（例えばモータ等、図示せず）のがた等により、完全に正対できない場合もある。アンテナ指向方向が正対状態からずれると、その分、受信強度が弱まることになる。本実施形態にかかる船舶用通信装置１０では、このステップＳ１２において、上記のような陰影以外の要因によって生じる受信強度の減衰分Ｒｒを補正する。具体的には、例えば、記憶部２６には、アンテナ指向方向に応じた補正係数ａ（θ，α）（すなわちθとαの関数）が格納されており、減衰度Ｒｒ（θ，α）を、以下の式
【数３】
Ｒｒ１（θ，α） ＝ ａ（θ，α） × Ｒｒ（θ，α）  ・・・  （３）
によって補正する。
【００２１】
減衰度Ｒｒ（θ，α）の補正は、上記式（３）によらず、シャドーイング処理部２４によって決定されたアンテナ指向方向Ｐ（θ，α）と図示しないアンテナ角度センサ等から取得した実際のアンテナ指向方向Ｐｒ（θｒ，αｒ）との立体誤差角δに応じた補正係数ａ１（δ）に基づき、減衰度Ｒｒ（θ，α）を、以下の式
【数４】
Ｒｒ２（θ，α） ＝  Ｒｒ（θ，α） ／ ａ１（δ）  ・・・  （４）
によって補正してもよい。この場合の補正係数ａ１（δ）は、例えば図５のように設定することができる。
【００２２】
次に、シャドーイング処理部２４は、ステップＳ１２において補正済みの減衰度Ｒｒ１（θ，α）（またはＲｒ２（θ，α））に基づいて、シャドーイング判定を行う（ステップＳ１４）。具体的には、このステップＳ１４では、補正済みの減衰度Ｒｒ１（θ，α）（またはＲｒ２（θ，α））が予め設定された閾値Ｔｈより大きい場合に、アンテナ指向方向Ｐ（θ，α）をシャドーイング発生方向と判別する。閾値Ｔｈは、例えば、誤り訂正後に通信内容の識別が可能な受信強度の最小値に対応する減衰度として設定すればよい。
【００２３】
シャドーイング発生と判別された場合（すなわちアンテナ指向方向Ｐ（θ，α）がシャドーイング発生方向であると判別された場合）、シャドーイング処理部２４は、出力部１６から警報出力を行うためのアラーム情報を生成する（ステップＳ１８）。
【００２４】
シャドーイング処理部２４は、こうして取得したシャドーイング発生方向を、記憶部２６に格納する（ステップＳ２０）。図４は、シャドーイング発生方向を示すシャドーイング情報の一例（一部のみ）を示す図である。この図４では、シャドーイング発生領域（方向）は「２」、非陰影領域は「０」、シャドーイング発生領域と非陰影領域との境界は「１」として示している。これら領域は減衰度に応じて決定することができる。
【００２５】
ところで、上記シャドーイング情報が既に記憶部２６に格納されている場合、シャドーイング処理部２４は、アンテナ指向方向Ｐ（θ，α）がシャドーイング発生領域内にあるか否かによって、シャドーイング判別を行うことができる。例えば、ステップＳ１４においてアンテナ指向方向Ｐ（θ，α）がシャドーイング発生方向であると判別されたとき、シャドーイング処理部２４は、さらに、記憶部２６に格納されたシャドーイング情報を参照し、アンテナ指向方向Ｐ（θ，α）がシャドーイング発生領域またはその近傍（例えば上記シャドーイング情報において「２」または「１」となっている領域）にある場合に、シャドーイング発生と判別するようにしてもよい（ステップＳ１６）。また、上記ステップＳ１０〜Ｓ１４を行わず、このステップＳ１６のみによってシャドーイング判別を行うようにしてもよい。
【００２６】
また、シャドーイング情報が既に記憶部２６に格納されている場合、該シャドーイング情報とアンテナ指向方向の時間変化とから、シャドーイングを予測することも可能となる（ステップＳ２２）。例えば、図４に示すようなシャドーイング情報に対し、現時点でのアンテナ指向方向がＰ１であったとする。アンテナ指向方向Ｐ１は船舶の方向の変化（進行方向；旋回方向）に応じて移動するから、アンテナ指向方向Ｐ１がシャドーイング領域に進入しそうであるか否かは、船舶の方向の変化から判別することができる。すなわち、図４の例では、船舶の進行（例えば旋回）によりアンテナ指向方向Ｐ１が矢印ａ１の方向に移動する場合には、警報出力を行うためのアラーム情報の生成、あるいはそれと逆方向への進行（旋回）を促す出力（例えばディスプレイでの表示、スピーカからの音声出力等）を行うための誘導情報を生成する。具体的には、例えば、アンテナ指向方向がシャドーイング発生領域の近傍の領域（例えば図４の例では「１」で示される境界領域）にあって、アンテナ指向方向Ｐ１とシャドーイング発生領域（例えば図４の例では「２」で示される領域）の端点との距離が時間とともに減少し、かつその距離変化度（距離の時間微分）が所定値より大きい場合に、シャドーイング処理部２４により、上記アラーム情報あるいは誘導情報が生成される。その場合、誘導情報によって示される船舶の進行方向（旋回方向）は、アンテナ指向方向Ｐ１を矢印ａ２の方向へ移動させるよう船舶を移動させる方向である。なお、以上の説明からわかるように、本実施形態では、シャドーイング処理部２４が、アラーム情報生成部および誘導情報生成部に相当する。
【００２７】
上記ステップＳ１４またはＳ１６の後に、装置故障の有無を確認し、何らかの装置故障により受信強度の減衰が生じている可能性が高い場合には、警報出力等を行わないようにしてもよいし、逆に、装置故障発生を示すための警報出力を行うようにしてもよい（ステップＳ２４）。
【００２８】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は等価な範囲内において種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では減衰度は式（１）または（２）によって取得される値を用いたが、本発明で言う減衰度とは、非陰影時の受信強度に対するある存在方向での受信強度の減衰の程度を示す数値であればよく、これには限定されない。すなわち、減衰度を直接算出することなく、減衰した状態での受信強度と非減衰状態での受信強度との比に基づいて、シャドーイング発生の有無を判別することも可能である。この場合にも、受信強度の減衰の程度（すなわち減衰度）に応じてシャドーイング判定を行っていることになる。また、非陰影時受信強度としては、実測値を用いても予測値を用いても構わない。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、より容易にかつより精度良くシャドーイング発生方向を検出することができる。また本発明によれば、シャドーイング発生時に速やかに警報出力を行ったり、シャドーイングの生じない方向に船舶を誘導することもできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態にかかる船舶用通信装置（シャドーイング発生方向検出装置、シャドーイング警報装置、および船舶用航行支援装置）のブロック図である。
【図２】  本発明の実施形態にかかる船舶用通信装置で用いられる船固定座標系の一例を示す図である。
【図３】  本発明の実施形態にかかる船舶用通信装置におけるシャドーイング処理部の動作を示すフローチャートである。
【図４】  本発明の実施形態にかかる船舶用通信装置におけるシャドーイング情報の一例を示す図である。
【図５】  本発明の実施形態にかかる船舶用通信装置におけるアンテナ指向方向の立体誤差角に対する補正係数の設定例を示す図である。
【図６】  シャドーイングの説明図である。
【符号の説明】
１０  船舶用通信装置、１２  送受信部、１４  入力部、１６  出力部、１８アンテナ、２０  アンテナ制御部、２２  航行情報処理部、２４  シャドーイング処理部、２６  記憶部、α  仰角、θ  方位角。
【図１】
0003730589.tif 000002
【図２】
0003730589.tif 000003
【図３】
0003730589.tif 000004
【図４】
0003730589.tif 000005
【図５】
0003730589.tif 000006
【図６】
0003730589.tif 000007