(57)【要約】【課題】水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させる。【解決手段】水中航走体１０の航走を制御する航走制御装置１００において、位置推定部１０２により、水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が推定され、姿勢制御部１０３により、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢が制御され、姿勢制御部１０３により、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信又は音響測位の指向範囲Ｒに含まれるように、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢が制御される。このため、水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させることができる。【選択図】図２
2020168881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中航走体の航走を制御する航走制御装置であって、
前記水中航走体に対する水上航走体の位置を推定する位置推定部と、
前記水中航走体の水中での姿勢を制御する姿勢制御部と、
を備え、
前記姿勢制御部は、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記水上航走体に対する前記水中航走体の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、前記水中航走体の水中での姿勢を制御する、航走制御装置。
【請求項２】
前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの状態を取得する状態取得部をさらに備え、
前記姿勢制御部は、前記状態取得部により前記音響通信及び前記音響測位のいずれかが不可能である状態が取得されたときに、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含まれるように、前記水中航走体の水中での姿勢を制御する、請求項１に記載の航走制御装置。
【請求項３】
前記姿勢制御部は、
前記水中航走体の水中でのロール角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含めることが可能なときは、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含まれるように、前記ロール角のみを制御する、請求項１又は２に記載の航走制御装置。
【請求項４】
前記姿勢制御部は、
前記ロール角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含めることが不可能であり、前記水中航走体の水中でのピッチ角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含めることが可能なときは、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含まれるように、前記ピッチ角のみを制御し、
前記ピッチ角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含めることが不可能であり、前記ロール角及び前記ピッチ角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含めることが可能なときは、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記音響通信及び前記音響測位の前記指向範囲に含まれるように、前記ロール角及び前記ピッチ角のみを制御する、請求項３に記載の航走制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の航走制御装置を備えた水中航走体。
【請求項６】
水中航走体の航走を制御する航走制御方法であって、
前記水中航走体に対する水上航走体の位置を推定する位置推定工程と、
前記水中航走体の水中での姿勢を制御する姿勢制御工程と、
を備え、
前記姿勢制御工程では、前記位置推定工程により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記水上航走体に対する前記水中航走体の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、前記水中航走体の水中での姿勢を制御する、航走制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航走制御装置、水中航走体及び航走制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水上に設置された水上局と、水底に設置された水中局との間で音響通信を行う技術が知られている。例えば、特許文献１には、海上局がＧＰＳ受信機を用いて取得した海上局の緯度、経度の位置情報と、予め取得されている水中局の緯度、経度、水深の位置情報とを水中局へ通知し、水中局が、海上局から通知された位置情報に基づいて海上局との音響通信に使用するビームの方向を海上局の方に向くように制御する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３‐６９５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水中（例えば、海中、湖の中、川の中等）又は水底（例えば、海底、湖底、川底等）の調査等を目的として、自律航走する無人の水中航走体が用いられることがある。水中航走体は、所定の経路に沿って水中を航走（潜行）する。このような水中航走体は、水上を移動する水上航走体により管理される。水上航走体は、音響測位を利用して、水中航走体の位置を把握する。また、水上航走体との間で音響通信を行うことで、水上航走体において水中航走体の位置等を把握することができる。
【０００５】
音響通信及び音響測位には一般に指向性があり、ある一定の指向範囲内での通信を可能としている。ある一定の指向範囲とは、音響通信器及び音響測位器の発音部を中心とした球状において、指向角度により定義され、機器によってその指向角度は異なる。指向範囲内であれば，長距離の音響通信及び音響測位の成功の確率が上昇するが、指向範囲外になると音響通信及び音響測位の成功の確率は極端に下がる。
【０００６】
上記のような水中航走体は海底を探査するために広範囲を移動するので、水上航走体が水中航走体の音響通信及び音響測位の指向範囲外となることが多い。そのため、水上航走体は水中航走体の移動に合わせて移動し、できるだけ水中航走体との音響通信及び音響測位ができる指向範囲に移動する必要がある。しかし、水上航走体が水中航走体に追従移動することにより、水上航走体の操作者が必要となり、水中航走体よりも大きな推力の推進器を搭載する必要がある。また、水上航走体の移動により発生する音は、音響通信及び音響測位を妨げる原因である。また、浅海域の場合は、水上航走体の移動により発生する音は、水中航走体の海底音響探査に悪影響を与える。さらに、１つの水上航走体が複数の水中航走体を管理する場合には、水上航走体が水中航走体のそれぞれの移動に合わせて移動することが難しい。
【０００７】
そこで本発明は、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させることができる航走制御装置、水中航走体及び航走制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面は、水中航走体の航走を制御する航走制御装置であって、水中航走体に対する水上航走体の位置を推定する位置推定部と、水中航走体の水中での姿勢を制御する姿勢制御部とを備え、姿勢制御部は、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が水上航走体に対する水中航走体の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢を制御する航走制御装置である。
【０００９】
この構成によれば、水中航走体の航走を制御する航走制御装置において、位置推定部により、水中航走体に対する水上航走体の位置が推定され、姿勢制御部により、水中航走体の水中での姿勢が制御され、姿勢制御部により、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位の指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢が制御される。このため、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させることができる。
【００１０】
この場合、音響通信及び音響測位のいずれかの状態を取得する状態取得部をさらに備え、姿勢制御部は、状態取得部により音響通信及び音響測位のいずれかが不可能である状態が取得されたときに、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢を制御することができる。
【００１１】
この構成によれば、状態取得部により音響通信又は音響測位の状態が取得され、状態取得部により音響通信又は音響測位が不可能である状態が取得されたときに、姿勢制御部により、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信又は音響測位の指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢が制御されるため、音響通信又は音響測位が不可能になったとしても、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位を再度成功させる確率を向上させることができる。
【００１２】
また、姿勢制御部は、水中航走体の水中でのロール角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが可能なときは、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、ロール角のみを制御することができる。
【００１３】
この構成によれば、ロール角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが可能なときは、姿勢制御部によりロール角のみが制御されるため、水中航走体の方位及び深度を変更せずに、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。
【００１４】
また、姿勢制御部は、ロール角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが不可能であり、水中航走体の水中でのピッチ角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが可能なときは、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、ピッチ角のみを制御し、ピッチ角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが不可能であり、ロール角及びピッチ角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが可能なときは、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信及び音響測位の指向範囲に含まれるように、ロール角及びピッチ角のみを制御することができる。
【００１５】
この構成によれば、ロール角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが不可能であり、ピッチ角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが可能なときは、姿勢制御部によりピッチ角のみが制御されるため、水中航走体の方位を変更せずに、水中航走体の深度を変更するだけで、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。また、ピッチ角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが不可能であり、ロール角及びピッチ角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが可能なときは、姿勢制御部によりロール角及びピッチ角のみが制御されるため、水中航走体の方位を変更せずに、水中航走体の深度を変更するだけで、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の他側面は、上記本発明の一側面の航走制御装置を備えた水中航走体である。
【００１７】
また、本発明の他側面は、水中航走体の航走を制御する航走制御方法であって、水中航走体に対する水上航走体の位置を推定する位置推定工程と、水中航走体の水中での姿勢を制御する姿勢制御工程とを備え、姿勢制御工程では、位置推定工程により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が水上航走体に対する水中航走体の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢を制御する航走制御方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一側面の航走制御装置、本発明の他側面の水中航走体及び本発明の他側面の航走制御方法によれば、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態に係る水中航走体及び水上航走体を示す概略図である。
【図２】実施形態に係る航走制御装置を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は水中航走体の前後方向の指向範囲を示す図であり、（Ｂ）は水中航走体の左右方向の指向範囲を示す図である。
【図４】実施形態に係る航走制御方法の工程を示すフローチャートである。
【図５】図４の姿勢制御工程の詳細な工程を示すフローチャートである。
【図６】（Ａ）はロール角のみを制御することにより、水中航走体に対する水上航走体の位置を指向範囲に含めることが可能な状況を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の状況において水中航走体に対する水上航走体の位置が指向範囲に含まれるようにロール角のみが制御された状態を示す図である。
【図７】（Ａ）はピッチ角のみを制御することにより、水中航走体に対する水上航走体の位置を指向範囲に含めることが可能な状況を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）の状況において水中航走体に対する水上航走体の位置が指向範囲に含まれるようにピッチ角のみが制御された状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の航走制御装置、水中航走体及び航走制御方法は、図１に示されるように、少なくとも１つの自律型無人水中航走体（ＡＵＶ：Autonomous Underwater Vehicle）等の水中航走体１０と、水中航走体１０を管理する自律型無人水上航走体（ＡＳＶ：Autonomous Surface Vehicle）及び作業船等の水上航走体２０とにより、水中Ｗの調査が行われる状況で適用される。本実施形態では、一例として、３機の水中航走体１０と１機の水上航走体２０により水中Ｗの調査が行われる場合について説明する。
【００２１】
図１及び図２に示されるように、水中航走体１０は、無人で水中を自律航走する航走体であり、予め定められた経路に沿って航走しながら水中又は水底において何らかの動作を行う機能を有する。水中航走体１０は、音響通信器１１及び音響測位器１２を備える。音響通信器１１は、水上航走体２０の音響通信器２１との間で音響通信による情報の送受信が可能に構成されている。音響通信器１１は、音響通信器１１は、例えば、水中に音波を送信する送信器と、音波（反射波）を受信する受信器とを含む送受信機（トランシーバ）であってもよい。音響通信器１１による通信可能な範囲は、例えば、２００ｍ〜１０００ｍ程度とすることができる。
【００２２】
音響測位器１２は、水上航走体２０の音響測位器２２から送信されるパルス音を瞬時に返信可能に構成されている。音響測位器１２は、例えば、トランスポンダである。なお、水上航走体２０に設けられる音響測位器２２の測位方式に応じて、水中航走体１０のそれぞれに設けられる音響測位器１２の形式は変更される。また、音響測位器１２が不要であれば省略されてもよい。
【００２３】
音響通信器１１による音響通信及び音響測位器１２による音響測位が行われるタイミングは、音波を利用する性質上、一般に常時通信及び同時通信は混線するため避ける傾向にある。そのため、本実施形態では、例えば、１分間の内で、０秒、１０秒、２０秒、３０秒、４０秒及び５０秒は音響通信が行われ、５秒、１５秒、２５秒、３５秒、４５秒及び５５秒は音響測位が行われる。つまり、音響通信及び音響測位のそれぞれは、タイミングをずらし、時間を空けて行われる。なお、周波数帯域が大きく異なる装置が用いられる場合には、音響通信及び音響測位において、常時通信及び同時通信が行われてもよい。
【００２４】
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、音響通信器１１及び音響測位器１２は、ある一定の指向範囲Ｒ内での通信を可能としている。ある一定の指向範囲Ｒとは、音響通信器１１及び音響測位器１２の発音部を中心とした球状において、指向角度により定義され、機器によってその指向角度は異なる。指向範囲Ｒ内であれば，長距離の音響通信及び音響測位の成功の確率は高いが、指向範囲Ｒ外になると音響通信及び音響測位の成功の確率は極端に低下する。
【００２５】
図１及び図２に示されるように、水中航走体１０は、水中航走体１０の航走を制御する航走制御装置１００を備える。航走制御装置１００のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成される。ハードウェアとしては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random AccessMemory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、他の機器との通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。そして、これらの構成要素が動作することにより、後述の航走制御装置１００としての機能が発揮される。
【００２６】
図２に示されるように、航走制御装置１００は、状態取得部１０１、位置推定部１０２及び姿勢制御部１０３を備える。状態取得部１０１は、音響通信器１１による音響通信及び音響測位器１２による音響測位のいずれかの状態を取得する。音響通信及び音響測位のいずれかの状態とは、上記のように１０秒ごとに行われる音響通信及び音響測位が可能であったか、不可能であったかの結果を意味する。
【００２７】
位置推定部１０２は、水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を推定する。位置推定部１０２は、直近の可能であった音響通信器１１による音響通信及び音響測位器１２による音響測位による情報に基づいて、水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を推定する。
【００２８】
また、位置推定部１０２は、音響通信及び音響測位が可能な場合及び音響通信及び音響測位が不可能となった場合において、水中航走体１０に搭載された慣性航法装置１３により水中航走体１０の慣性航法位置を取得することによって、水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を推定する。慣性航法装置１３は、水中航走体１０の加速度を積算することにより、水中航走体１０の慣性航法位置を推定する。また、水中航走体１０は、音響通信及び音響測位が可能な場合及び音響通信及び音響測位が不可能となった場合において、水中航走体１０の予め定められた経路と、時刻と、航走の履歴とに基づいて、水中航走体１０の位置を取得することにより、水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を推定する。
【００２９】
姿勢制御部１０３は、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢を制御する。水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢とは、例えば、水中航走体１０の水中Ｗでのロール角、ピッチ角及びヨー角を意味する。姿勢制御部１０３は、指令信号により水中航走体１０に搭載されたスラスター、舵及びバラストタンク等の姿勢制御器１４を動作させることによって、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢を制御する。
【００３０】
姿勢制御部１０３は、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含まれるように、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢を制御する。本実施形態では、姿勢制御部１０３は、状態取得部１０１により音響通信及び音響測位のいずれかが不可能である状態が取得されたときに、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含まれるように、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢を制御する。本実施形態では、姿勢制御部１０３による姿勢制御は、音響通信及び音響測位がある任意の時間できなかった場合のみ行われ、水中航走体１０の亡失防止のために行われる。
【００３１】
図１に示されるように、水上航走体２０は、水上を自律航走する航走体であり、水中航走体１０を管理する機能を有する。水上航走体２０は、音響通信器２１及び音響測位器２２を備える。音響通信器２１は、水中航走体１０の音響通信器１１との間で音響通信による情報の送受信が可能に構成されている。音響通信器２１の構成は、水中航走体１０の音響通信器１１と同様であってもよい。
【００３２】
音響測位器２２は、例えば、水上航走体２０に対する水中航走体１０の相対位置を取得可能に構成されていてもよい。音響測位器２２は、例えば、ＳＳＢＬ（Super Short Base Line）測位システムとすることができる。ＳＳＢＬ測位システムは、水中に向けて定期的にパルス音を発信し、当該パルス音の返信エコーを少なくとも３つの音響センサで受信することで、水中航走体１０の相対位置を計測することが可能である。音響測位器２２による測位可能な範囲は、例えば、音響通信器２１による通信可能な範囲の１．５倍〜２０倍程度であってもよく、３００ｍ〜６０００ｍ程度であってもよい。なお、音響測位器２２は、監視対象となる水中航走体１０の位置を検出することができれば、いかなる形式、測位方式の音響測位器２２が用いられてもよい。
【００３３】
以下、本実施形態の航走制御装置１００及び水中航走体１０の動作及び本実施形態の水中航走体１０の航走を制御する航走制御方法について説明する。図４に示されるように、水中航走体１０の音響通信器１１及び音響測位器１２と、水上航走体２０の音響通信器２１及び音響測位器２２とにより音響通信及び音響測位が開始される（Ｓ１）。航走制御装置１００の位置推定部１０２により、水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を推定する位置推定工程が行われる（Ｓ２）。航走制御装置１００の状態取得部１０１により、上記のように１０秒ごとに行われる音響通信及び音響測位のそれぞれについて、音響通信及び音響測位のいずれかの状態を取得する状態取得工程が行われる（Ｓ３）。
【００３４】
状態取得工程は、以下のようにして行われる。音響通信及び音響測位のいずれかが不可能でないときは（Ｓ４）、音響通信及び音響測位のいずれかが不可能となった後の音響通信又は音響測位の試行回数ｎ＝０と設定され（Ｓ５）、上記Ｓ１〜Ｓ４の工程が繰り返される。音響通信及び音響測位のいずれかが不可能であるときであって、音響通信及び音響測位のいずれかが不可能となった後の音響通信又は音響測位の試行回数ｎが任意の閾値Ｎを超えていないときは（Ｓ６）、音響通信及び音響測位のいずれかが不可能となった後の音響通信又は音響測位の試行回数ｎに１が加算され（Ｓ７）、上記Ｓ１〜Ｓ４の工程が繰り返される。
【００３５】
音響通信及び音響測位のいずれかが不可能であるときであって、音響通信及び音響測位のいずれかが不可能となった後の音響通信又は音響測位の試行回数ｎが任意の閾値Ｎを超えたときは（Ｓ６）、航走制御装置１００の姿勢制御部１０３により、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含まれているか否かについて判定される（Ｓ８）。
【００３６】
例えば、直近の音響通信又は音響測位が可能であった水中航走体１０及び水上航走体２０の位置と、音響通信又は音響測位が不可能となった時刻と、現在時刻とから、水中航走体１０及び水上航走体２０が移動可能な距離及び範囲が推定されることにより、現在時刻において水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が指向範囲Ｒに含まれているか否かの判定が行われる。
【００３７】
水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が指向範囲Ｒに含まれているときは（Ｓ８）、上記Ｓ１〜Ｓ８の工程が繰り返される。水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が指向範囲Ｒに含まれていないときは（Ｓ８）、航走制御装置１００の姿勢制御部１０３により、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢を制御する姿勢制御工程が行われる（Ｓ９）。姿勢制御工程では、位置推定工程により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含まれるように、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢が制御される。
【００３８】
以下、姿勢制御工程の詳細について説明する。図５、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、水中航走体１０の水中Ｗでのロール角のみを制御することにより、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含めることが可能なときは（Ｓ９１）、姿勢制御部１０３は、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含まれるように、ロール角のみを制御する（Ｓ９２）。
【００３９】
図５、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示されるように、ロール角のみを制御することにより、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含めることが不可能であり（Ｓ９１）、水中航走体１０の水中Ｗでのピッチ角のみを制御することにより、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含めることが可能なときは（Ｓ９３）、姿勢制御部１０３は、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含まれるように、ピッチ角のみを制御する（Ｓ９４）。
【００４０】
ピッチ角のみを制御することにより、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含めることが不可能であり（Ｓ９３）、ロール角及びピッチ角のみを制御することにより、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含めることが可能なときは（Ｓ９５）、姿勢制御部１０３は、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が音響通信及び音響測位の指向範囲Ｒに含まれるように、ロール角及びピッチ角のみを制御する（Ｓ９６）。
【００４１】
ロール角及びピッチ角のみを制御することにより、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Ｒに含めることが不可能なときは（Ｓ９５）、姿勢制御部１０３は、水中航走体１０の水中Ｗでのヨー角、水中航走体の航走の進路及び水中航走体の深度を制御する（Ｓ９７）。
【００４２】
図４に示されるように、状態取得部１０１により音響通信及び音響測位が可能となったと判定されたときは（Ｓ１０）、姿勢制御部１０３は処理を終了する。状態取得部１０１により音響通信及び音響測位が可能となっていないと判定されたときであって（Ｓ１０）、姿勢制御部１０３による水中航走体１０の姿勢の制御の回数ｃが任意の閾値Ｃを超えていないときは（Ｓ１１）、回数ｃに１が加算され（Ｓ１２）、状態取得部１０１、位置推定部１０２及び姿勢制御部１０３はＳ９〜Ｓ１２の処理を繰り返す。姿勢制御部１０３による水中航走体１０の姿勢の制御の回数ｃが任意の閾値Ｃを超えたときは（Ｓ１１）、姿勢制御部１０３は、水中航走体１０の亡失を防ぐために、水中航走体１０を浮上させる。
【００４３】
本実施形態によれば、水中航走体１０の航走を制御する航走制御装置１００において、位置推定部１０２により、水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が推定され、姿勢制御部１０３により、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢が制御され、姿勢制御部１０３により、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信又は音響測位の指向範囲Ｒに含まれるように、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢が制御される。このため、水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させることができる。
【００４４】
また、本実施形態によれば、状態取得部１０１により音響通信又は音響測位の状態が取得され、状態取得部１０１により音響通信又は音響測位が不可能である状態が取得されたときに、姿勢制御部１０３により、位置推定部１０２により推定された水中航走体１０に対する水上航走体２０の位置が音響通信又は音響測位の指向範囲Ｒに含まれるように、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢が制御されるため、音響通信又は音響測位が不可能になったとしても、水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信又は音響測位を再度成功させる確率を向上させることができる。
【００４５】
従来は、水中航走体１０の姿勢制御は姿勢安定及び深度変更のために行われてきたが、本実施形態の利点は、姿勢制御により音響通信及び音響測位の性能を向上させるという付加価値を得られることにある。つまり、従来は、指向範囲Ｒ外の水中航走体１０及び水上航走体２０において、どちらかが指向範囲Ｒ内まで移動する必要があったが、本実施形態では、水中航走体１０の姿勢の変更のみで通信が可能になる。上記特許文献１のようなビームフォーミング機能のある音響通信器であっても、機器固有の指向範囲外に対して音響通信はできないが、本実施形態では指向範囲Ｒ内に通信対象を確保することにより実質的にビームフォーミングが可能となる。
【００４６】
本実施形態によれば、水中航走体１０が水上航走体２０から遠く離れた場所において、水中航走体１０の姿勢を制御することにより音響通信及び音響測位の成功の確率が向上し、水上側との情報の交換により水中航走体１０の自己位置推定精度が向上する。仮に水中航走体１０の自己位置推定精度が悪くなり、水中航走体１０の予期しない動作が発生した場合においても、定期的な音響通信の成功確率が向上することにより、水中航走体１０を亡失する可能性が低下する。
【００４７】
また、水上航走体２０の移動の必要が無いため、水上航走体２０の推進器等の雑音が発生せず、音響通信及び音響測位の成功の確率が向上する。また、複数の水中航走体１０を運用する際に、それぞれの水中航走体１０を監視する水上航走体２０及び作業は必要なくなる。そのため、１つの水上航走体２０により複数の水中航走体１０を運用できるようになる。また、水上航走体２０だけではなく、情報拠点として複数の固定の基地局を設けた場合において、探査可能範囲を拡大でき、情報拠点の数を削減できる。
【００４８】
また、本実施形態によれば、ロール角のみの制御により水上航走体２０の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Ｒに含めることが可能なときは、姿勢制御部１０３によりロール角のみが制御されるため、水中航走体１０の方位及び深度を変更せずに、水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、ロール角のみの制御により水上航走体２０の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Ｒに含めることが不可能であり、ピッチ角のみの制御により水上航走体２０の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Ｒに含めることが可能なときは、姿勢制御部１０３によりピッチ角のみが制御されるため、水中航走体１０の方位を変更せずに、水中航走体１０の深度を変更するだけで、水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。また、ピッチ角のみの制御により水上航走体２０の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Ｒに含めることが不可能であり、ロール角及びピッチ角のみの制御により水上航走体２０の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Ｒに含めることが可能なときは、姿勢制御部１０３によりロール角及びピッチ角のみが制御されるため、水中航走体１０の方位を変更せずに、水中航走体１０の深度を変更するだけで、水上航走体２０に対する水中航走体１０の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。
【００５０】
なお、音響通信及び音響測位のための姿勢変更は、水中航走体１０の航走に対して理想的なものではないものの、水中航走体１０が予め定められた経路に沿って航走することに対して大きく影響するものではない。つまり、音響通信及び音響測位のための姿勢変更が行われても、水中航走体１０が予め定められた経路に沿って航走することは可能である。
【００５１】
水中航走体１０の航走の目的は、例えば、海底探査とされているため、水中航走体１０の姿勢が変わることで、その目的が一時的に未達となる可能性はある。しかし、このような目的の未達は、水中航走体１０が通常の旋回を行う場合及び一時的な水中Ｗの流れの変化による姿勢の変化でも同様に発生するため、想定内のものである。姿勢の変更による探査用センサへの影響を軽減するためのハードウェアによる対策は、例えば、水中航走体１０の姿勢に対応して探査用センサの方向を変更することが考えられる。また、姿勢の変更による探査用センサへの影響を軽減するためのソフトウェアによる対策は、本実施形態のように、姿勢制御が音響通信及び音響測位がある任意の時間できなかった場合のみ行われることによっても達成できる。
【００５２】
以上、本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、姿勢制御部１０３による姿勢制御は、音響通信及び音響測位の状態に関わらず、音響通信及び音響測位が必要な任意のタイミングで行われてもよい。また、例えば、センサ等の機器の不具合により、水中航走体１０が完全に自己の位置を喪失した場合は、姿勢制御部１０３は、水中航走体１０の水中Ｗでの姿勢をランダムに変更し、自己の位置を補足し、水中航走体１０の航走を継続させることが考えられる。
【符号の説明】
【００５３】
１０  水中航走体
１１  音響通信器
１２  音響測位器
１３  慣性航法装置
１４  姿勢制御器
２０  水上航走体
２１  音響通信器
２２  音響測位器
１００  航走制御装置
１０１  状態取得部
１０２  位置推定部
１０３  姿勢制御部
Ｗ  水中
Ｒ  指向範囲
Ｓ２  位置推定工程
Ｓ９  姿勢制御工程
【図１】
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【図２】
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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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