本發(fā)明涉及計算船舶、飛行體、汽車等移動體中的姿態(tài)角、速度、位置等航行狀態(tài)的狀態(tài)計算裝置、狀態(tài)計算方法及狀態(tài)計算程序。

背景技術(shù)：

在非專利文獻1中，記載了具備多個gps(全球定位系統(tǒng)：grobalpositioningsystem)天線、與多個gps天線分別相連的多個gps接收機、imu傳感器、以及綜合處理部的結(jié)構(gòu)。

多個gps天線接收gps衛(wèi)星發(fā)送的gps信號，并輸出至gps接收機。多個gps天線由主gps天線和多個從gps天線構(gòu)成。主gps天線和多個從gps天線以主gps天線與從gps天線的距離分別盡可能長的方式被配置于移動體。這是因為已知gps天線間的距離(基線長)越長，則越能夠高精度地檢測移動體的狀態(tài)計算值。在此，作為移動體的狀態(tài)計算值，例如是移動體的姿態(tài)角。

gps接收機計算所接收到的gps信號的偽距、δ范圍、以及載波相位并進行輸出。imu傳感器具備角速度傳感器以及加速度傳感器，對移動體的角速度以及加速度進行計測并進行輸出。綜合處理部基于來自imu傳感器的角速度以及加速度，計算移動體的速度、加速度、以及姿態(tài)角。此時，綜合處理部使用從多個gps接收機得到的偽距、δ范圍、以及載波相位，對所計算的位置、速度、以及姿態(tài)角的誤差進行校正。

此外，在非專利文獻2中，記載了使用4臺gnss天線計算二重相位差，使用二重相位差來計算位置、速度、以及姿態(tài)角。在該結(jié)構(gòu)中，將4臺gnss天線之中的1臺gnss天線設(shè)定為基準(zhǔn)天線，設(shè)定了基線矢量。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

非專利文獻

非專利文獻1：alowcostgps/inssensorforsmalluavsaugmentedwithmultiplegpsantennas；ruihirokawa,ryusukeohata,takujiebinuma,tarosuzuki；iongnss20thinternationaltechnicalmeetingofthesatellitedivision,25-28,september2007,fortworth,tx

非專利文獻2：low-costreal-timetightly-coupledgnss/insnavigationsystembasedoncarrier-phasedouble-differencesforuavapplications；lopezcasariego,e.,e.perez,g.falco,m.campo-cossiogutierrez,f.zacchello,ands.bories；iongnss+,september2014

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，在使用了上述的非專利文獻1中記載的結(jié)構(gòu)的情況下，需要加長gps天線間的距離，所以狀態(tài)計算裝置的整體形狀變大。因此，例如，在gps天線的設(shè)置位置受限的情況下，產(chǎn)生不能設(shè)置gps天線、或不能取得高精度的狀態(tài)計算值的問題。

此外，在上述的非專利文獻2中記載的結(jié)構(gòu)中，所配置的多個gnss天線的1臺被設(shè)定為基準(zhǔn)天線，因此根據(jù)gnss天線的個數(shù)，能夠形成的基線的數(shù)目受限。因此，若想要提高精度而使基線的根數(shù)增加，則天線的個數(shù)必須至少增加基線的根數(shù)個，阻礙小型化。

從而，本發(fā)明的目的在于，提供可得到高精度的狀態(tài)計算值的小型的狀態(tài)計算裝置。

用于解決課題的手段

本發(fā)明的狀態(tài)計算裝置具備接收gnss信號的第一、第二、第三gnss天線、第一、第二、第三gnss接收部、相位差計算部、以及運算部。第一gnss接收部計算由第一gnss天線接收到的gnss信號的載波相位。第二gnss接收部計算由第二gnss天線接收到的gnss信號的載波相位。第三gnss接收部計算由第三gnss天線接收到的gnss信號的載波相位。相位差計算部選擇第一gnss天線、第二gnss天線、以及第三gnss天線之中的兩個，決定主天線至少一個不同的由主天線與從天線構(gòu)成的三個以上的組合，使用組合中使用的gnss天線的載波相位，按每個組合計算天線間相位差。運算部使用按每個組合計算出的多個天線間相位差來計算姿態(tài)角。

在該結(jié)構(gòu)中，能夠增多在姿態(tài)角的推定運算中利用的天線間相位差的數(shù)目。由此，能夠提高姿態(tài)角的推定精度。

此外，本發(fā)明的狀態(tài)計算裝置的運算部具備誤差計算部和綜合處理部。誤差計算部使用根據(jù)天線間相位差而得到的幾何距離差和基于綜合處理部計算出的過去的姿態(tài)角的幾何距離差，推定姿態(tài)角的計算誤差。綜合處理部使用慣性傳感器所計測的角速度或加速度、以及姿態(tài)角的計算誤差，計算姿態(tài)角。

在該結(jié)構(gòu)中，還能夠使用慣性傳感器的測定值，因此能夠穩(wěn)定輸出姿態(tài)角。進而，能夠根據(jù)使用了上述的gnss信號的高精度的姿態(tài)角，推定姿態(tài)角的計算誤差，所以能夠輸出更高精度的姿態(tài)角。

此外，本發(fā)明的狀態(tài)計算裝置的運算部具備誤差計算部和綜合處理部。誤差計算部使用幾何距離差和基于綜合處理部計算出的過去的姿態(tài)角的幾何距離差，推定姿態(tài)角的計算誤差。此時，誤差計算部不僅推定姿態(tài)角的計算誤差，而且還推定位置的計算誤差以及速度的計算誤差。綜合處理部使用慣性傳感器計測出的角速度或加速度、以及姿態(tài)角的計算誤差、位置的計算誤差及速度的計算誤差，計算姿態(tài)角、位置、以及速度。并且，狀態(tài)計算裝置還具備位置計算部、以及速度計算部。位置計算部使用由第一gnss接收部計算出的第一gnss天線的位置、由第二gnss接收部計算出的第二gnss天線的位置、以及由第三gnss接收部計算出的第三gnss天線的位置，計算特定點的位置。速度計算部使用由第一gnss接收部計算出的第一gnss天線的速度、由第二gnss接收部計算出的第二gnss天線的速度、以及由第三gnss接收部計算出的第三gnss天線的速度，計算特定點的速度。誤差推定部推定使用了特定點的位置和綜合處理部計算出的特定點的過去的位置時的位置的計算誤差、或使用了特定點的速度和綜合處理部計算出的特定點的過去的速度時的速度的計算誤差。

在該結(jié)構(gòu)中，通過將在與誤差推定處理不同的處理中計算出的特定位置以及特定速度用于誤差推定處理，能夠減輕誤差推定處理的處理負荷。

此外，在本發(fā)明的狀態(tài)計算裝置中，姿態(tài)角為偏航(yaw)角。在該結(jié)構(gòu)中，能夠高精度地計算移動體朝向的方位。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，不會被裝置的配置環(huán)境等影響，可高精度地得到姿態(tài)角等的狀態(tài)計算值。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

圖2是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置所使用的天線的位置關(guān)系的圖。

圖3是本發(fā)明的第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法的流程圖。

圖4是表示圖3的步驟s106的具體的處理的流程圖。

圖5是本發(fā)明的第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法的流程圖。

圖6是表示圖5的步驟s206的具體的處理的流程圖。

圖7是本發(fā)明的第二實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置的框圖。

圖8是本發(fā)明的第二實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法的流程圖。

圖9是本發(fā)明的第三實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置的框圖。

圖10是本發(fā)明的第三實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法的流程圖。

圖11是表示在天線為4臺的情況下的天線的位置關(guān)系的圖。

具體實施方式

參照附圖說明本發(fā)明的第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置、狀態(tài)計算方法、以及狀態(tài)計算程序。在本實施方式中，將移動體設(shè)為船舶而說明計算該船舶的航行狀態(tài)的裝置，但在計算其他海上移動體、海中移動體、汽車等陸上移動體、飛機等空中移動體的移動狀態(tài)的情況下，也能夠應(yīng)用以下的結(jié)構(gòu)。

圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示本發(fā)明的第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置所使用的天線的位置關(guān)系的圖。

如圖1所示，狀態(tài)計算裝置10具備天線部100、接收部11a、11b、11c、相位計算部12、以及運算部13。

天線部100具備第一天線100a、第二天線100b、以及第三天線100c。天線部100被配置于船體中的敞開了上空的位置。第一天線100a相當(dāng)于第一gnss天線，第二天線100b相當(dāng)于第二gnss天線，第三天線100c相當(dāng)于第三gnss天線。

如圖2所示，第一天線100a、第二天線100b、以及第三天線100c的配置模式(pattern)具有二維分布。作為具體的配置方式的一例，如圖2所示，第一天線100a和第三天線100c以連結(jié)這些天線的基線與連結(jié)船首和船尾的方向(船首-船尾方向)成為平行的方式配置。第二天線100b被配置在與連結(jié)第一天線100a和第三天線100c的基線上以及延長了該基線的直線上不同的位置。在圖2的例子中，第二天線100b在船首-船尾方向上被配置在第一天線100a和第三天線100c之間。第二天線100b在相對于連結(jié)第一天線100a和第三天線100c的基線正交的方向上，與該基線隔開距離而配置。在圖2的例子中，第二天線100b被配置相對于第一天線100a和第三天線100c等距離的位置。

第一天線100a與第二天線100b的距離、第二天線100b與第三天線100c的距離、以及第三天線100c與第一天線100a的距離短。由此，能夠提高天線部100的配置的自由度。此外，能夠使得整數(shù)值偏差(bias)的決定變得容易。進而，優(yōu)選這些天線間的距離小于gps信號的波長λ的長度，更優(yōu)選為λ的1/2(即λ/2)左右。通過將天線間的距離設(shè)為λ/2左右，從而能夠使得整數(shù)值偏差的決定變得更容易。

另外，該配置為一例，3臺以上的天線被配置為具有二維分布即可。

第一、第二、第三天線100a、100b、100c接收gps(全球定位系統(tǒng)：grobalpositioningsystem)衛(wèi)星發(fā)送的gps信號并進行輸出。另外，在本實施方式中例示gps，但對gnss(全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)：globalnavigationsatellitesystem)的其他系統(tǒng)，也能夠應(yīng)用本實施方式的結(jié)構(gòu)。

接收部11a相當(dāng)于第一gnss接收部，與第一天線100a連接。接收部11a捕捉、追蹤gps信號，按每個gps信號(每個gps衛(wèi)星)計算偽距。接收部11a根據(jù)偽距，使用單獨定位法，計算第一天線100a的位置(圖1所示的a點的位置)poa。接收部11a將第一天線100a的位置poa輸出至運算部13。接收部11a按每個gps信號(每個gps衛(wèi)星)計算載波相位測定值pya。接收部11a將載波相位測定值pya輸出至相位差計算部12。

接收部11b相當(dāng)于第二gnss接收部，與第二天線100b連接。接收部11b捕捉、追蹤gps信號，按每個gps信號(每個gps衛(wèi)星)計算偽距。接收部11b根據(jù)偽距，使用單獨定位法，計算第二天線100b的位置(圖1所示的b點的位置)pob。接收部11b將第二天線100b的位置pob輸出至運算部13。接收部11b按每個gps信號(每個gps衛(wèi)星)計算載波相位測定值pyb。接收部11b將載波相位測定值pyb輸出至相位差計算部12。

接收部11c相當(dāng)于第三gnss接收部，與第三天線100c連接。接收部11c捕捉、追蹤gps信號，按每個gps信號(每個gps衛(wèi)星)計算偽距。接收部11c根據(jù)偽距，使用單獨定位法，計算第三天線100c的位置(圖1所示的c點的位置)poc。接收部11c將第三天線100c的位置poc輸出至運算部13。接收部11c按每個gps信號(每個gps衛(wèi)星)計算載波相位測定值pyc。接收部11c將載波相位測定值pyc輸出至相位差計算部12。

接收部11a、11b、11c被同步。例如，向接收部11a、11b、11c輸入公共的時鐘信號，接收部11a、11b、11c與該時鐘信號同步，進行g(shù)ps信號的捕捉/追蹤。

相位差計算部12將第一、第二、第三天線100a、100b、100c之中的2臺組合，按每個組合計算天線間相位差。此時，相位差計算部12根據(jù)組合，將1臺天線設(shè)定為主天線或從天線中的某一個，計算天線間相位差。另外，組合既可以以排列(p：permitation)來決定，也可以以組合(c：combination)來決定。具體而言，相位差計算部12執(zhí)行如下處理。

相位差計算部12將第一天線100a設(shè)定為主天線，將第二天線100b設(shè)定為從天線，來作為第一組合。相位差計算部12計算載波相位測定值pya與載波相位測定值pyb的差分值，計算天線間相位差δζab(＝pyb-pya)。

相位差計算部12將第二天線100b設(shè)定為主天線，將第三天線100c設(shè)定為從天線，來作為第二組合。相位差計算部12計算載波相位測定值pyb與載波相位測定值pyc的差分值，計算天線間相位差δζbc(＝pyc-pyb)。

相位差計算部12將第三天線100c設(shè)定為主天線，將第一天線100a設(shè)定為從天線，來作為第三組合。相位差計算部12計算載波相位測定值pyc與載波相位測定值pya的差分值，計算天線間相位差δζca(＝pya-pyc)。

通過進行這樣的處理，與以往的固定主天線的方式相比，能夠在預(yù)先決定的天線數(shù)中，計算更多的天線間相位差。相反，為了得到預(yù)先決定的天線間相位差，能夠設(shè)為更少的天線數(shù)。

相位差計算部12將天線間相位差δζab、δζbc、δζca輸出至運算部13。

運算部13對在gps信號上重疊的導(dǎo)航電文進行分析，取得衛(wèi)星位置。運算部13至少取得作為由接收部11a、11b、11c接收的gps信號的發(fā)送源的gps衛(wèi)星的位置即可。

運算部13使用衛(wèi)星位置和第一、第二、第三天線位置poa、pob、poc，計算每個天線間相位差δζab、δζbc、δζca的方向余弦。具體而言，運算部13使用第一、第二天線位置poa、pob、及作為由第一天線100a和第二天線100b這雙方接收到的gps信號的發(fā)送源的gps衛(wèi)星的衛(wèi)星位置，計算與天線間相位差δζab對應(yīng)的方向余弦。運算部13使用第二、第三天線位置pob、poc、及作為由第二天線100b和第三天線100c這雙方接收到的gps信號的發(fā)送源的gps衛(wèi)星的衛(wèi)星位置，計算與天線間相位差δζbc對應(yīng)的方向余弦。運算部13使用第三、第一天線位置poc、poa、及作為由第三天線100c和第一天線100a這雙方接收到的gps信號的發(fā)送源的gps衛(wèi)星的衛(wèi)星位置，計算與天線間相位差δζca對應(yīng)的方向余弦。運算部13使用各方向余弦來設(shè)定方向余弦矩陣。

運算部13使用天線間相位差δζab、δζbc、δζca和方向余弦矩陣，計算姿態(tài)角at。姿態(tài)角at由橫滾角俯仰角θ、以及偏航角ψ構(gòu)成。另外，作為姿態(tài)角at，至少計算偏航角ψ即可。

更具體而言，運算部13使用lamda法等已知的方法，按每個天線間相位差δζab、δζbc、δζca推定并決定整數(shù)值偏差。運算部13使用天線間相位差δζab、δζbc、δζca和整數(shù)值偏差，計算與各天線間相位差δζab、δζbc、δζca對應(yīng)的幾何距離差。

運算部13使用幾何距離差和方向余弦矩陣，應(yīng)用最小二乘法等，從而計算姿態(tài)角at。

通過使用這樣的結(jié)構(gòu)以及處理，即使天線的臺數(shù)少，也能夠大量計算天線間相位差，能夠高精度地計算姿態(tài)角。并且，能夠多計算天線間相位差，從而即使第一、第二、第三天線100a、100b、100c間的距離短，也能夠高精度地計算姿態(tài)角。此外，即使在第一、第二、第三天線100a、100b、100c之中的任一臺沒有接收到gps信號，也能夠繼續(xù)姿態(tài)角的計算，因此能夠提高魯棒性。

進而，通過縮短第一、第二、第三天線100a、100b、100c間的距離，能夠?qū)⑻炀€部100小型化。由此，不容易被設(shè)置空間限制。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)省空間且能夠高精度地計算姿態(tài)角的狀態(tài)計算裝置10。

另外，在圖1中，示出了將相位差計算部12和運算部13設(shè)為不同的功能部的方式。但是，也可以將相位差計算部12和運算部13形成于一個信息處理裝置。進而，也可以將接收部11a、11b、11c、相位差計算部12、以及運算部13形成于一個信息處理裝置。在該情況下，預(yù)先存儲實現(xiàn)如下示出的狀態(tài)計算方法的程序，信息處理裝置讀出該程序并執(zhí)行即可。

圖3是本發(fā)明的第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法的流程圖。圖4是表示圖3的步驟s106的具體的處理的流程圖。圖3、圖4表示使用1重相位差的情況。

信息處理裝置捕捉、追蹤由第一、第二、第三天線100a、100b、100c接收到的gps信號。信息處理裝置計算第一、第二、第三天線100a、100b、100c的位置poa、pob、poc和載波相位測定值pya、pyb、pyc(s101)。

信息處理裝置對第一、第二、第三天線100a、100b、100c設(shè)定主天線和從天線從而組合，設(shè)定天線的多種組合(s102)。此時，信息處理裝置將各天線既設(shè)為主天線，也設(shè)為從天線。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)1臺天線被設(shè)定為主天線的組合和被設(shè)定為從天線的組合。

信息處理裝置在各天線的組合中，使用載波相位測定值pya、pyb、pyc，計算作為天線間的1重相位差的天線間相位差δζab、δζbc、δζca(s103)。天線間的1重相位差是在2臺天線接收到來自公共的gps衛(wèi)星的gps信號時各天線接收到的gps信號的相位差。

信息處理裝置對在所追蹤的gps信號上重疊的導(dǎo)航電文進行分析，取得衛(wèi)星位置(s104)。

信息處理裝置按天線的每個組合，根據(jù)第一、第二、第三天線100a、100b、100c的位置poa、pob、poc和衛(wèi)星位置計算方向余弦，設(shè)定方向余弦矩陣(s105)。

信息處理裝置使用天線間相位差δζab、δζbc、δζca和方向余弦矩陣，應(yīng)用最小二乘法等從而計算姿態(tài)角at(s106)。

更具體而言，如圖4所示，信息處理裝置計算與天線間相位差δζab、δζbc、δζca的各個對應(yīng)的整數(shù)值偏差(s161)。此時，如上述那樣，通過縮短第一、第二、第三天線100a、100b、100c之間的距離，能夠高速且可靠地計算整數(shù)值偏差。特別是，通過將第一、第二、第三天線100a、100b、100c之間的距離設(shè)為gps信號的波長的1/2左右，從而能夠更高速且準(zhǔn)確地計算整數(shù)值偏差。

信息處理裝置根據(jù)天線間相位差δζab、δζbc、δζca和整數(shù)值偏差，計算幾何距離差(s162)。幾何距離差是，接收公共的gps信號的2臺天線中，一方的天線和gps衛(wèi)星的幾何距離與另一方的天線和gps衛(wèi)星的幾何距離之差。

信息處理裝置使用幾何距離差和方向余弦矩陣，應(yīng)用最小二乘法等，從而計算姿態(tài)角(s163)。

另外，示出了在上述的處理中，使用天線間的1重相位差的例子，但也可以使用2重相位差。圖5是本發(fā)明的第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法的流程圖。圖6是表示圖5的步驟s206的具體的處理的流程圖。圖5、圖6表示使用2重相位差的情況。

信息處理裝置捕捉/追蹤由第一、第二、第三天線100a、100b、100c接收到的gps信號。信息處理裝置計算第一、第二、第三天線100a、100b、100c的位置poa、pob、poc和載波相位測定值pya、pyb、pyc(s201)。

信息處理裝置對第一、第二、第三天線100a、100b、100c設(shè)定主天線和從天線從而組合，設(shè)定天線的多種組合(s202)。此時，信息處理裝置將各天線既設(shè)定為主天線，也設(shè)定為從天線。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)1臺天線被設(shè)定為主天線的組合和被設(shè)定為從天線的組合。

信息處理裝置在各天線的組合中，使用載波相位測定值pya、pyb、pyc，計算2重相位差(s103)。2重相位差是2臺天線接收到來自公共的2臺gps衛(wèi)星的gps信號時的相位差。具體而言，是對應(yīng)于一方的gps衛(wèi)星的2臺天線的相位差與對應(yīng)于另一方的gps衛(wèi)星的2臺天線的相位差之差。

信息處理裝置對在所追蹤的gps信號上重疊的導(dǎo)航電文進行分析，取得衛(wèi)星位置(s204)。

信息處理裝置按天線的每個組合，根據(jù)第一、第二、第三天線100a、100b、100c的位置poa、pob、poc和衛(wèi)星位置計算方向余弦，設(shè)定方向余弦矩陣(s205)。

信息處理裝置使用2重相位差和方向余弦矩陣設(shè)定卡爾曼濾波器，推定姿態(tài)角at(s206)。

更具體而言，如圖6所示，信息處理裝置計算與2重相位差的各個對應(yīng)的整數(shù)值偏差(s261)。此時，如上述那樣，通過縮短第一、第二、第三天線100a、100b、100c之間的距離，能夠高速且可靠地計算整數(shù)值偏差。特別是，通過將第一、第二、第三天線100a、100b、100c之間的距離設(shè)為gps信號的波長的1/2左右，從而能夠進一步高速且準(zhǔn)確地計算整數(shù)值偏差。

信息處理裝置根據(jù)2重相位差和整數(shù)值偏差，計算幾何距離的2重差(幾何距離差之差)(s262)。

信息處理裝置使用幾何距離的2重差和方向余弦矩陣，應(yīng)用最小二乘法等，從而計算姿態(tài)角(s263)。

接著，參照附圖說明第二實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置、狀態(tài)計算方法、以及狀態(tài)計算程序。圖7是本發(fā)明的第二實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置的框圖。

第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10是僅通過gps信號推定姿態(tài)角的方式，但本實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10a還具備慣性傳感器20，還使用慣性傳感器20輸出的角速度ωimu和加速度aimu來計算姿態(tài)角。進而，本實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10a使用基于gps信號的觀測值、角速度ωimu、加速度aimu，計算姿態(tài)角、位置以及速度。

本實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10a相對于第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10，運算部13a的結(jié)構(gòu)不同，其他部分的基本的結(jié)構(gòu)與第一實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10相同。

狀態(tài)計算裝置10a與慣性傳感器20連接。另外，也可以將慣性傳感器20包含于狀態(tài)計算裝置10a。慣性傳感器20具備加速度傳感器21以及角速度傳感器22。加速度傳感器21計測移動體的加速度aimu。角速度傳感器22計測移動體的角速度ωimu。

運算部13a具備誤差推定部131a、綜合處理部132a、gnss速度計算部133a、以及gnss位置計算部134a。

接收部11a計算第一天線100a的位置poa、速度pva以及載波相位pya。接收部11a將第一天線100a的位置poa輸出至gnss位置計算部134a。接收部11a將第一天線100a的速度pva輸出至gnss速度計算部133a。接收部11a將第一天線100a中的載波相位測定值pya輸出至相位差計算部12。

接收部11b計算第二天線100b的位置pob、速度pvb以及載波相位pyb。接收部11b將第二天線100b的位置pob輸出至gnss位置計算部134a。接收部11b將第二天線100b的速度pvb輸出至gnss速度計算部133a。接收部11b將第二天線100b中的載波相位測定值pyb輸出至相位差計算部12。

接收部11c計算第三天線100c的位置poc、速度pvc以及載波相位pyc。接收部11c將第三天線100c的位置poc輸出至gnss位置計算部134a。接收部11c將第三天線100c的速度pvc輸出至gnss速度計算部133a。接收部11c將第三天線100c中的載波相位測定值pyc輸出至相位差計算部12。

相位差運算部12將使用載波相位測定值pya、pyb、pyc計算出的天線間相位差δζab、δζbc、δζca輸出至誤差推定部131a。

gnss速度計算部133a使用速度pva、pvb、pvc，計算安裝有第一、第二、第三天線100a、100b、100c的移動體的特定位置的速度pvo。特定位置例如圖1所示，是俯視天線部100時第一、第二、第三天線100a、100b、100c的中心位置o。特定位置的速度pvo例如使用特定位置與第一、第二、第三天線100a、100b、100c之間的距離，對第一、第二、第三天線100a、100b、100c的速度pva、pvb、pvc進行加權(quán)平均處理來計算。gnss速度計算部133a將特定位置的速度pvo輸出至誤差推定部131a。

gnss位置計算部134a使用位置poa、pob、poc，計算安裝有第一、第二、第三天線100a、100b、100c的移動體的特定位置的位置(坐標(biāo))poo。特定位置的位置poo例如使用特定位置與第一、第二、第三天線100a、100b、100c之間的距離，對第一、第二、第三天線100a、100b、100c的位置poa、pob、poc進行加權(quán)平均處理來計算。gnss位置計算部134a將特定位置的位置poo和第一、第二、第三天線100a、100b、100c的位置poa、pob、poc輸出至誤差推定部131a。

誤差推定部131a使用特定位置的位置poo、速度pvo、以及天線間相位差δζab、δζbc、δζca、綜合處理部132a計算出的上次的綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun，推定位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat。

具體而言，誤差推定部131a對在gps信號上重疊的導(dǎo)航電文進行分析，取得衛(wèi)星位置。

誤差推定部131a使用衛(wèi)星位置和第一、第二、第三天線位置poa、pob、poc，計算每個天線間相位差δζab、δζbc、δζca的方向余弦。誤差推定部131a使用各方向余弦設(shè)定方向余弦矩陣。

誤差推定部131a計算特定位置的位置poo和在上次的運算中得到的綜合位置pun之差δpo。誤差推定部131a計算特定位置的速度pvo和在上次的運算中得到的綜合速度vun之差δvo。

誤差推定部131a使用在上次的運算中得到的綜合姿態(tài)角atun，計算基于綜合運算結(jié)果的天線間相位差。誤差推定部131a對基于gps信號的天線間相位差δζab、δζbc、δζca、和基于綜合運算結(jié)果的天線間相位差進行差分運算，計算天線間相位差的差δδζab、δδζbc、δδζca。

誤差推定部131a將位置的差δpo、速度的差δvo、以及天線間相位差的差δδζab、δδζbc、δδζca設(shè)定為觀測值(觀測矢量)。誤差推定部131a將位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat設(shè)定為推定值(狀態(tài)矢量)。誤差推定部131a使用這些觀測值、推定值、方向余弦矩陣，設(shè)定卡爾曼濾波器。誤差推定部131a使用該卡爾曼濾波器，推定位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat。

誤差推定部131a將位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat輸出至綜合處理部132a。

綜合處理部132a使用從慣性傳感器20輸出的加速度aimu以及角速度ωimu，計算綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun。此時，綜合處理部132a基于位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat進行校正。

通過使用這樣的結(jié)構(gòu)以及處理，能夠高精度地計算移動體的位置、速度、以及姿態(tài)角。此外，在該結(jié)構(gòu)中，如上述那樣使用小型的天線部100，因此能夠?qū)崿F(xiàn)省空間且能夠高精度地計算位置、速度以及姿態(tài)角的狀態(tài)計算裝置10a。此外，通過使用慣性傳感器20的計測值，能夠穩(wěn)定計算位置、速度以及姿態(tài)角。

另外，在上述的誤差推定部131a中，還能夠推定加速度傳感器21的傳感器誤差εa以及角速度傳感器22的傳感器誤差εω。在該情況下，在誤差推定部131a的觀測值中追加加速度aimu以及角速度ωimu。

綜合處理部132a還使用傳感器誤差εa、εω，計算綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun。由此，能夠更高精度地計算綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun。

此外，本實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10a對誤差推定部131a的卡爾曼濾波器的觀測值，使用在與卡爾曼濾波器不同的處理中計算出的位置poo以及速度pvo。由此，與后述的第三實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10b(使用偽距、載波相位變化量以及衛(wèi)星位置變化量的方式)相比，能夠減輕卡爾曼濾波器的處理負荷，高精度地計算姿態(tài)角。

另外，在圖7中，示出了將相位差計算部12、誤差推定部131a、綜合處理部132a、gnss速度計算部133a、以及gnss位置計算部134a分別設(shè)為不同的功能部的方式。但是，也可以將這些功能部形成于一個信息處理裝置。進而，接收部11a、11b、11c也可以包含于該一個信息處理裝置而形成。在該情況下，預(yù)先存儲實現(xiàn)如下示出的狀態(tài)計算方法的程序，信息處理裝置讀出并執(zhí)行該程序即可。

圖8是本發(fā)明的第二實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法的流程圖。另外，在本實施方式中，說明使用1重相位差的情況，但與第一實施方式同樣，還能夠使用2重相位差。

信息處理裝置捕捉/追蹤由第一、第二、第三天線100a、100b、100c接收到的gps信號。信息處理裝置計算第一、第二、第三天線100a、100b、100c的位置poa、pob、poc、速度pva、pvb、pvc和載波相位測定值pya、pyb、pyc(s401)。

信息處理裝置使用第一、第二、第三天線100a、100b、100c的位置poa、pob、poc計算特定位置的位置poo，使用第一、第二、第三天線100a、100b、100c的速度pva、pvb、pvc計算特定位置的速度pvo(s402)。

信息處理裝置從慣性傳感器20取得加速度aimu以及角速度ωimu(s403)。

信息處理裝置對第一、第二、第三天線100a、100b、100c設(shè)定主天線和從天線從而組合，設(shè)定天線的多種組合。此時，信息處理裝置將各天線既設(shè)定為主天線，也設(shè)定為從天線。信息處理裝置在各天線的組合中，使用載波相位測定值pya、pyb、pyc，計算天線間的1重相位差即天線間相位差δζab、δζbc、δζca(s404)。

信息處理裝置使用特定位置的位置poo、速度pvo、天線間相位差δζab、δζbc、δζca、和在上次的運算中得到的綜合位置pun、綜合速度vun、綜合姿態(tài)角atun，推定位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat(s405)。此時，信息處理裝置使用卡爾曼濾波器等。另外，預(yù)先適當(dāng)設(shè)定綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun即可，通過繼續(xù)基于卡爾曼濾波器進行綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun的誤差推定，并進行以該誤差來校正的運算，從而綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun接近真值。

信息處理裝置使用加速度aimu、角速度ωimu、位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat，計算綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun(s406)。

接著，參照附圖說明第三實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置、狀態(tài)計算方法、以及狀態(tài)計算程序。圖9是本發(fā)明的第三實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置的框圖。

本實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10b中，運算部13b的結(jié)構(gòu)與第二實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10a不同。此外，接收部11a、11b、11c的處理與第二實施方式所涉及的狀態(tài)計算裝置10a不同。

接收部11a在gps信號的追蹤處理中取得偽距ρa、載波相位變化量δpya、以及衛(wèi)星位置變化量δpsata。載波相位變化量是規(guī)定的時間間隔中的載波相位的變化量。衛(wèi)星位置變化量是規(guī)定的時間間隔中的衛(wèi)星位置的變化量。衛(wèi)星位置的變化量通過對導(dǎo)航電文進行分析來得到。

接收部11b在gps信號的追蹤處理中取得偽距ρb、載波相位變化量δpyb、以及衛(wèi)星位置變化量δpsatb。

接收部11c在gps信號的追蹤處理中取得偽距ρc、載波相位變化量δpyc、以及衛(wèi)星位置變化量δpsatc。

運算部13b具備誤差推定部131b、以及綜合處理部132b。

向誤差推定部131b輸入偽距ρa、ρb、ρc、載波相位變化量δpya、δpyb、δpyc、衛(wèi)星位置變化量δpsata、δpsatb、δpsatc、天線間相位差δζab、δζbc、δζca。此外，向誤差推定部131b輸入上次的綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun。

誤差推定部131b根據(jù)這些輸入值設(shè)定觀測值，設(shè)定將位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat設(shè)為推定值的卡爾曼濾波器。誤差推定部131b對該卡爾曼濾波器進行運算處理，從而推定位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat，輸出至綜合處理部132b。

綜合處理部132b使用加速度aimu以及角速度ωimu，計算綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun。此時，綜合處理部132b基于位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat進行校正。

使用這樣的結(jié)構(gòu)，與第二實施方式同樣，也能夠高精度地計算姿態(tài)角。進而，在本實施方式的結(jié)構(gòu)中，還能夠高精度地計算位置以及速度。

另外，在圖9中，示出了將相位差計算部12、誤差推定部131b、以及綜合處理部132b分別設(shè)為不同的功能部的方式。但是，也可以將這些功能部作為一個信息處理裝置。進而，也可以將接收部11a、11b、11c也包含于該一個信息處理裝置而形成。在該情況下，預(yù)先存儲實現(xiàn)如下示出的狀態(tài)計算方法的程序，信息處理裝置讀出并執(zhí)行該程序即可。

圖10是本發(fā)明的第三實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法的流程圖。本實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法中，卡爾曼濾波器的觀測值不同，根據(jù)該觀測值的變化而卡爾曼濾波器的設(shè)定不同，但基本的處理與第二實施方式所涉及的狀態(tài)計算方法相同。另外，在本實施方式中，說明使用1重相位差的情況，但與第一、第二實施方式同樣，還能夠使用2重相位差。

信息處理裝置捕捉/追蹤由第一、第二、第三天線100a、100b、100c接收到的gps信號。信息處理裝置計算偽距ρa、ρb、ρc、載波相位測定值pya、pyb、pyc、載波相位變化量δpya、δpyb、δpyc、以及衛(wèi)星位置變化量δpsata、δpsatb、δpsatc(s501)。

信息處理裝置從慣性傳感器20取得加速度aimu以及角速度ωimu(s502)。

信息處理裝置對第一、第二、第三天線100a、100b、100c設(shè)定主天線和從天線從而組合，設(shè)定天線的多種組合。此時，信息處理裝置將各天線既設(shè)為主天線，也設(shè)為從天線。信息處理裝置在各天線的組合中，使用載波相位測定值pya、pyb、pyc，計算天線間的1重相位差即天線間相位差δζab、δζbc、δζca(s503)。

信息處理裝置使用偽距ρa、ρb、ρc、載波相位變化量δpya、δpyb、δpyc、以及衛(wèi)星位置變化量δpsata、δpsatb、δpsatc、和在上次的運算中得到的綜合位置pun、綜合速度vun、綜合姿態(tài)角atun，推定位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat(s504)。此時，信息處理裝置使用卡爾曼濾波器等。

信息處理裝置使用加速度aimu、角速度ωimu、位置的計算誤差εp、速度的計算誤差εv、以及姿態(tài)角的計算誤差εat，計算綜合位置pun、綜合速度vun、以及綜合姿態(tài)角atun(s505)。

另外，在上述的說明中，示出了使用3臺天線的方式，但也可以為4臺以上。圖11是表示天線為4臺的情況下的天線的位置關(guān)系的圖。

天線部10具備第一天線100a、第二天線100b、第三天線100c、以及第四天線100d。

如圖11所示，第一天線100a和第二天線100b以連結(jié)這些天線的基線與連結(jié)船首和船尾的方向(船首-船尾方向)成為平行的方式被配置。第三天線100c和第四天線100d以連結(jié)這些天線的基線與船首-船尾方向成為平行的方式被配置。

第一天線100a和第四天線100d以連結(jié)這些天線的基線與連結(jié)右舷和左舷的方向(與船首-船尾方向正交的方向)成為平行的方式被配置。第二天線100b和第三天線100c以連結(jié)這些天線的基線與和船首-船尾方向正交的方向成為平行的方式被配置。

在該結(jié)構(gòu)中，第一天線100a、第二天線100b、第三天線100c、以及第四天線100d中的任1臺對應(yīng)于本發(fā)明的第一gnss天線，其他天線之中的2臺對應(yīng)于本發(fā)明的第二gnss天線。

并且，使用該結(jié)構(gòu)，也能夠得到上述的各實施方式所示的作用效果。

另外，優(yōu)選以連結(jié)3臺以上的天線之中的2臺天線的基線與船首-船尾方向成為平行的方式配置天線。通過使用這樣的配置，能夠更易于計算偏航角ψ。

標(biāo)記說明：

10、10a、10b：狀態(tài)計算裝置

11a、11b、11c：接收部

12：相位差計算部

13：運算部

20：慣性傳感器

21：加速度傳感器

22：角速度傳感器

100：天線部

100a、100b、100c、100d：天線

131a、131b：誤差推定部

132a、132b：綜合處理部

133a：gnss速度計算部

134a：gnss位置計算部