(57)【要約】【課題】  音響通信の信号の干渉を防止する。【解決手段】  水中航走体１００と母船２００の通信装置１ａ，１ｂは、音響通信機２ａ，２ｂと通信制御装置３ａ，３ｂと時計４ａ，４ｂと記憶装置６ａ，６ｂを備えた構成とする。記憶装置６ａ，６ｂには、音響通信機２ｂの送信期間とマージンと音響通信機２ａの送信期間とマージンとが繰り返すスケジュールのタイムウインドウ７を記憶する。マージンは、水中航走体１００の最大潜航時間の間に時計４ａに生じる時間ずれに対応した値とする。通信制御装置３ａ，３ｂは、時計４ａ，４ｂからの時刻情報９ａ，９ｂと、記憶装置６ａ，６ｂから読み出すタイムウインドウ７とから、音響通信機２ａ，２ｂの送信タイミングを判断する。これにより、水中航走体１００の潜航時に時計４ａに時間ずれが生じて、音響通信機２ａの送信タイミングに時間ずれが生じても、音響通信機２ｂの送信タイミングと重ならないようにする。【選択図】図１
2018019135.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の通信装置を備え、
前記各通信装置のうちの少なくとも１つは水中航走体に装備され、
前記各通信装置は、
音響通信機と、
通信制御装置と、
時計と、
タイムウインドウを記憶する記憶装置とを備えた構成とされ、
前記タイムウインドウは、基準時刻を起点として、前記各音響通信機のうちの１つが送信する信号を他の音響通信機で受信可能とする期間を、前記水中航走体に装備された前記通信装置の前記時計に生じる時間ずれに対応する時間長さのマージンを介して、前記各音響通信機に設定された順序で並べたスケジュールとされ、
前記各通信装置の前記各通信制御装置は、対応する前記時計から得る時刻情報と、前記タイムウインドウとから対応する前記音響通信機の送信タイミングを判断して、該音響通信機に送信指令を送る機能を備えること
を特徴とする音響通信システム。
【請求項２】
前記タイムウインドウのマージンは、前記水中航走体の最大潜航時間の間に前記時計に想定される時間ずれの最大値に対応する値に設定された
請求項１記載の音響通信システム。
【請求項３】
前記タイムウインドウのマージンは、前記水中航走体の潜航開始時点からの経過時間に比例する値、または、該値に固定値を足した値に設定された
請求項１記載の音響通信システム。
【請求項４】
前記各通信装置には音響測位装置が備えられ、
前記タイムウインドウは、前記期間を前記マージンを介して前記各音響通信機に設定された順序で並べると共に、音響測位期間を更に並べて備えたスケジュールとされ、
前記各通信装置の前記通信制御装置は、対応する前記時計から得る時刻情報と、前記タイムウインドウとから対応する音響測位装置による音響測位の送信タイミングを判断して該音響測位装置に測位指令を送る機能を備える
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の音響通信システム。
【請求項５】
音響通信機と、通信制御装置と、時計と、タイムウインドウを記憶する記憶装置とを備えた複数の通信装置であって、少なくとも１つが水中航走体に装備された複数の通信装置を用いて音響通信を行うときに、
前記各記憶装置には、タイムウインドウを、基準時刻を起点として、前記各音響通信機のうちの１つが送信する信号を他の音響通信機で受信可能とする期間を、前記水中航走体に装備された前記通信装置の前記時計に生じる時間ずれに対応する時間長さのマージンを介して、前記各音響通信機に設定された順序で並べたスケジュールとして記憶しておき、
前記各通信装置の前記各通信制御装置が、対応する前記時計から得る時刻情報と、前記タイムウインドウとから対応する前記音響通信機の送信タイミングを判断して、該音響通信機に送信指令を送ること
を特徴とする音響通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中航走体の音響通信に用いる音響通信システムおよび音響通信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水中での通信や水中位置計測の媒体としては、超音波が一般に用いられている。なお、超音波は、周波数帯域により水中での距離減衰の程度に差が生じる。そのため、長距離の通信や水中位置計測の媒体としての使用に適した超音波の周波数帯域は、おおよそ決まっている。
【０００３】
ところで、水中で一対の音響通信機を用いて双方向通信を行う場合、双方の音響通信機で同じ周波数帯域の超音波による信号の送信が同時に行われると、各音響通信機から送信された信号同士が干渉して、音響通信を行うことができなくなる。
【０００４】
そこで、一対の音響通信機の間で双方向通信を行うための手法としては、音響通信機の間で最初にハンドシェーク通信を行い、それに引き続いてデータ通信を行う手法がある（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
この手法によれば、一対の音響通信機の間で、データ通信の信号の同時送信による干渉は防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２０１０−５３８５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、水中航走体を実際に使用する環境は、音響雑音の大きい環境など、音響通信が安定しない環境となる場合がある。
【０００８】
このような音響通信が安定しない環境では、特許文献１に示されたものは、音響通信機同士の間でのハンドシェーク通信が成立しにくくなる。その場合、特許文献１に示されたものでは、ハンドシェーク通信の成立が確実にならないとデータ通信が開始されないため、ハンドシェーク通信の成立のために多くの時間が費やされてしまい、データ通信により伝送可能な情報の量が低下してしまう。
【０００９】
なお、無線通信の分野では、一対の通信機の間で双方向通信を行うときに、各通信機から送信する信号の相互の干渉を防ぐために用いられる手法として、送信と受信を時間ごとに切り替える時分割複信の手法が知られている。この時分割複信を行う場合は、双方の通信機で送信と受信の切り替えタイミングを一致させる必要がある。したがって、この時分割複信に用いられる一対の通信機は、各通信機に備えた時計が同期している必要がある。
【００１０】
水中航走体は、潜航を開始する前の陸上、船上や水面に配置されている状態のときには、ＧＰＳのような全地球航法衛星システムの衛星電波や、標準電波のような時刻情報を含んだ信号を受信して、制御装置に備えた時計などの水中航走体の内部時計について時刻合わせを行うことは可能である。
【００１１】
しかし、潜航中の水中航走体は、前記のような時刻情報を含んだ信号を受信することはできない。そのため、潜航中の水中航走体では、内部時計に固有の進みや遅れの度合いに起因して、内部時計に、世界標準時や日本標準時などの真の時刻からの先行や遅れの時間ずれが生じてしまい、その時間ずれが、潜航開始からの時間経過に伴って増大するというのが実状である。
【００１２】
よって、潜航中の水中航走体の内部時計については、外部の時計との同期を図ることは困難である。
【００１３】
そのため、水中航走体の音響通信機を通信対象とする双方向の音響通信では、信号の相互干渉を防ぐための手段として、前記無線通信で行われているような時分割複信の手法をそのまま適用することはできない。
【００１４】
そこで、本発明は、水中航走体に備えた音響通信機を通信対象とする双方向通信を、信号の干渉を生じさせることなく実施することができる音響通信システムおよび音響通信方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、前記課題を解決するために、複数の通信装置を備え、前記各通信装置のうちの少なくとも１つは水中航走体に装備され、前記各通信装置は、音響通信機と、通信制御装置と、時計と、タイムウインドウを記憶する記憶装置とを備えた構成とされ、前記タイムウインドウは、基準時刻を起点として、前記各音響通信機のうちの１つが送信する信号を他の音響通信機で受信可能とする期間を、前記水中航走体に装備された前記通信装置の前記時計に生じる時間ずれに対応する時間長さのマージンを介して、前記各音響通信機に設定された順序で並べたスケジュールとされ、前記各通信装置の前記各通信制御装置は、対応する前記時計から得る時刻情報と、前記タイムウインドウとから対応する前記音響通信機の送信タイミングを判断して、該音響通信機に送信指令を送る機能を備えた構成を有する音響通信システムとする。
【００１６】
前記タイムウインドウのマージンは、前記水中航走体の最大潜航時間の間に前記時計に想定される時間ずれの最大値に対応する値に設定された構成としてもよい。
【００１７】
前記タイムウインドウのマージンは、前記水中航走体の潜航開始時点からの経過時間に比例する値、または、該値に固定値を足した値に設定された構成としてもよい。
【００１８】
前記各通信装置には音響測位装置が備えられ、前記タイムウインドウは、前記期間を前記マージンを介して前記各音響通信機に設定された順序で並べると共に、音響測位期間を更に並べて備えたスケジュールとされ、前記各通信装置の前記通信制御装置は、対応する前記時計から得る時刻情報と、前記タイムウインドウとから対応する音響測位装置による音響測位の送信タイミングを判断して該音響測位装置に測位指令を送る機能を備える構成としてもよい。
【００１９】
また、音響通信機と、通信制御装置と、時計と、タイムウインドウを記憶する記憶装置とを備えた複数の通信装置であって、少なくとも１つが水中航走体に装備された複数の通信装置を用いて音響通信を行うときに、前記各記憶装置には、タイムウインドウを、基準時刻を起点として、前記各音響通信機のうちの１つが送信する信号を他の音響通信機で受信可能とする期間を、前記水中航走体に装備された前記通信装置の前記時計に生じる時間ずれに対応する時間長さのマージンを介して、前記各音響通信機に設定された順序で並べたスケジュールとして記憶しておき、前記各通信装置の前記各通信制御装置が、対応する前記時計から得る時刻情報と、前記タイムウインドウとから対応する前記音響通信機の送信タイミングを判断して、該音響通信機に送信指令を送るようにする音響通信方法とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の音響通信システムおよび音響通信方法によれば、水中航走体に備えた音響通信機を通信対象とする双方向通信を、信号の干渉を生じさせることなく実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】音響通信システムの第１実施形態を示す図である。
【図２】音響通信システムで使用されるタイムウインドウの一例を示す図である。
【図３】一対の通信装置の送信タイミングを示す概要図である。
【図４】音響通信システムの第２実施形態を示す図である。
【図５】音響通信システムで使用されるタイムウインドウの他の例を示す図である。
【図６】音響通信システムの第３実施形態を示す図である。
【図７】音響通信システムで使用されるタイムウインドウの更に他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
［第１実施形態］
図１は、音響通信システムの第１実施形態を示す概略図である。図２は音響通信システムで使用するタイムウインドウの一例を示す図である。図３は、各通信装置の送信タイミングを説明するための図で、図３（ａ）は、母船に備えた通信装置の送信タイミングを示す概要図、図３（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、水中航走体に備えた通信装置の時計に時間ずれが生じたときの通信装置の送信タイミングを示す概要図である。
【００２４】
本実施形態の音響通信システムは、図１に示すように、音響通信機２ａを備えた第１の通信装置１ａと、音響通信機２ｂを備えた第２の通信装置１ｂとが一対で使用されて音響通信機２ａ，２ｂ同士の間で相互通信を行うものである。
【００２５】
本実施形態は、一例として、第１の通信装置１ａが水中航走体１００に装備され、第２の通信装置１ｂが母船２００に装備された構成例を示している。
【００２６】
各通信装置１ａ，１ｂは、音響通信機２ａ，２ｂと、通信制御装置３ａ，３ｂと、時計４ａ，４ｂと、通信機５ａ，５ｂと、タイムウインドウ７を記憶した記憶装置６ａ，６ｂとを備えた構成とされている。
【００２７】
各通信機５ａ，５ｂは、外部との無線通信または有線通信により時刻情報を含む参照信号８を受信する機能と、受信した参照信号８を対応する時計４ａ，４ｂに与える機能を備えている。この参照信号８は、無線通信で受信する場合は、たとえば、ＧＰＳなどの全地球航法衛星システムの衛星電波や、標準電波を用いるようにすればよい。また、参照信号８を有線通信で受信する場合は、参照信号８は、たとえば、ネットワーク上のＮＴＰサーバとのＮＴＰ通信を用いるようにすればよい。
【００２８】
以下の説明では、参照信号８に含まれる時刻情報の時刻を、真の時刻という。
【００２９】
なお、各通信機５ａ，５ｂは、無線通信で参照信号８を受信する機能と、有線通信で参照信号８を受信する機能の双方を備えて、各機能を適宜切り替えて使用するものであってもよい。また、各通信機５ａ，５ｂで受信する参照信号８は、時刻情報を含み、且つ各通信装置１ａ，１ｂにて各時計４ａ，４ｂの時刻合わせに使用可能であれば、前記した以外の形式の参照信号８であってもよいことは勿論である。
【００３０】
各時計４ａ，４ｂは、対応する通信機５ａ，５ｂから参照信号８を受けると、参照信号８に含まれる時刻情報に従う時刻合わせを行って、自己の時刻を補正する機能を備えている。
【００３１】
したがって、本実施形態では、時計４ａは、水中航走体１００が潜航を開始する前の陸上、船上や水面に配置されている状態のときに前記時刻合わせの処理を行うことができる。一方、時計４ｂは、母船２００側の第２の通信装置１ｂに備えたものであるため、水中航走体１００の潜航前は勿論、水中航走体１００が潜航を開始した後も、任意のタイミングで前記時刻合わせの処理を行うことが可能となる。
【００３２】
各時計４ａ，４ｂは、前記した時刻合わせの処理を行うと、その時点で各時計４ａ，４ｂの時刻を真の時刻にほぼ一致させることができる。
【００３３】
更に、各時計４ａ，４ｂは、自己の有する時刻情報９ａ，９ｂを、通信制御装置３ａ，３ｂへ送る機能を備えている。
【００３４】
各記憶装置６ａ，６ｂは、図２に示す如き共通のタイムウインドウ７を記憶している。なお、図２では、タイムウインドウ７は、繰り返し単位を１つのみ示している。
【００３５】
このタイムウインドウ７の繰り返し単位は、音響通信機２ｂが送信する信号を音響通信機２ａで受信可能とする期間Ｔ１と、マージンＭと、音響通信機２ａが送信する信号を音響通信機２ｂで受信可能とする期間Ｔ２と、期間Ｔ２の終了後、次の期間Ｔ１の開始までのマージンＭとを順に備えた構成とされている。
【００３６】
なお、各音響通信機２ａ，２ｂの間の距離を水中の音速で割ると、各音響通信機２ａ，２ｂ同士の間で超音波による信号が到達するために要する時間が算出される。
【００３７】
この信号到達に要する時間をｓとすると、期間Ｔ１は、音響通信機２ｂが送信可能な期間ｐの後にｓを足した時間長さに設定されている。同様に、期間Ｔ２は、音響通信機２ａが送信可能な期間ｑの後にｓを足した時間長さに設定されている。
【００３８】
マージンＭは、本実施形態では、水中航走体１００の最大潜航時間を基に、その最大潜航時間の間に時計４ａに蓄積されると想定される時間ずれの最大値に対応する固定値として設定されている。マージンＭの期間中は、各音響通信機２ａ，２ｂは共に受信可能な状態とされる。
【００３９】
タイムウインドウ７は、全体では、基準時刻を起点として、前記繰り返し単位が順次繰り返されたものとなる。これにより、タイムウインドウ７では、基準時刻を起点とする期間Ｔ２と期間Ｔ１とマージンＭについてのスケジュールが決定される。
【００４０】
具体的には、タイムウインドウ７では、たとえば、日本標準時のｘ時ｙ分００秒が基準時刻に設定されると、その基準時刻を起点として、ｘ時ｙ分００秒から期間Ｔ２が開始し、ｘ時ｙ分０８秒からマージンＭが開始し、ｘ時ｙ分１０秒から期間Ｔ１が開始し、ｘ時ｙ分１８秒からマージンＭが開始し、ｘ時ｙ分２０秒以降は、２０秒ごとに前記期間Ｔ１とマージンＭと期間Ｔ２とマージンＭによる繰り返し単位が繰り返される、というようなスケジュールとなる。
【００４１】
なお、図２に示した期間Ｔ１、期間Ｔ２、マージンＭ、更には、期間ｐ、期間ｑ、ｓのそれぞれの時間長さは図示するための便宜上のものであり、それぞれの実際の時間長さは自在に変更してよいことは勿論である。
【００４２】
各通信制御装置３ａ，３ｂは、対応する記憶装置６ａ，６ｂからタイムウインドウ７を読み出し、時計４ａ，４ｂからの時刻情報９ａ，９ｂと、タイムウインドウ７とから送信タイミングを判断する機能を備えている。
【００４３】
水中航走体１００に装備された第１の通信装置１ａでは、通信制御装置３ａは、水中航走体１００の制御装置１０１に接続されている。母船２００に装備された第２の通信装置１ｂでは、通信制御装置３ｂは、母船２００側で水中航走体１００の操作を行う水中航走体操作端末２０１に接続されている。
【００４４】
この場合、第１の通信装置１ａから第２の通信装置１ｂへ送信する第１の通信データ１０は、水中航走体１００の位置、速度、方位、姿勢、電池残量やその他の内部状態に関するステータス情報、および、水中航走体１００に搭載されたペイロードセンサで収集した情報となる。
【００４５】
一方、第２の通信装置１ｂから第１の通信装置１ａへ送信する第２の通信データ１１は、水中航走体１００に対する航走コマンド、停止コマンドなどのコマンドの情報となる。
【００４６】
通信制御装置３ａは、制御装置１０１から第１の通信データ１０を受信すると、第１の通信データ１０を音響通信に適したサイズの通信パケット１０ｘに分割する機能を備えている。更に、通信制御装置３ａは、時計４ａから得た時刻情報９ａと、タイムウインドウ７に設定されている期間Ｔ２のスケジュールとから判断した送信タイミングに合わせて、通信パケット１０ｘと送信指令１２とを音響通信機２ａに送る機能を備えている。
【００４７】
音響通信機２ａは、通信制御装置３ａから通信パケット１０ｘと送信指令１２を受けると、通信パケット１０ｘを音響通信により、第２の通信装置１ｂの音響通信機２ｂに向けて送信する機能を備えている。
【００４８】
音響通信機２ｂは、音響通信機２ａから送信された通信パケット１０ｘを受信した場合は、それを通信制御装置３ｂへ送る。通信制御装置３ｂは、受け取った通信パケット１０ｘから第１の通信データ１０を復元して、水中航走体操作端末２０１へ送る機能を備えている。
【００４９】
これにより、水中航走体操作端末２０１では、第１の通信データ１０を基に、水中航走体１００のステータス情報、および、ペイロードセンサで収集した情報を得ることができる。
【００５０】
通信制御装置３ｂは、水中航走体操作端末２０１から第２の通信データ１１を受信すると、第２の通信データ１１を音響通信に適したサイズの通信パケット１１ｘに分割する機能を備えている。更に、通信制御装置３ｂは、時計４ｂから得た時刻情報９ｂと、タイムウインドウ７に設定されている期間Ｔ１のスケジュールとから判断した送信タイミングに合わせて、通信パケット１１ｘと送信指令１３とを音響通信機２ｂに送る機能を備えている。
【００５１】
音響通信機２ｂは、通信制御装置３ｂから通信パケット１１ｘと送信指令１３を受けると、通信パケット１１ｘを音響通信により、第１の通信装置１ａの音響通信機２ａに向けて送信する機能を備えている。
【００５２】
音響通信機２ａは、音響通信機２ｂから送信された通信パケット１１ｘを受信した場合は、それを通信制御装置３ａへ送る。通信制御装置３ａは、受け取った通信パケット１１ｘから第２の通信データ１１を復元して、水中航走体１００の制御装置１０１へ送る機能を備えている。
【００５３】
これにより、制御装置１０１では、第２の通信データ１１を基に、水中航走体１００に対するコマンドの情報を得ることができる。
【００５４】
なお、図２では、期間Ｔ１と期間Ｔ２は同様の時間長さとして示した。しかし、第２の通信データ１１の量と、第１の通信データ１０の量とに差がある場合は、その差に応じて期間Ｔ１と期間Ｔ２の時間長さが相違してもよいことは勿論である。
【００５５】
以上の構成としてある本実施形態の音響通信システムを用いて実施する音響通信方法では、先ず、水中航走体１００が潜航を開始する前に陸上、船上や水面に配置されている状態のときに、各通信装置１ａ，１ｂの各時計４ａ，４ｂについて、各通信機５ａ，５ｂで受信する参照信号８の時刻情報に従って時刻合わせを行う。これにより、時計４ａの時刻と時計４ｂの時刻が共に真の時刻にほぼ一致した状態となり、各時計４ａ，４ｂ同士は時刻同期される。
【００５６】
この各時計４ａ，４ｂの時刻合わせの処理は、オペレータによる図示しない指令装置を介した指令で行うようにしてもよいし、通信機５ａ，５ｂで参照信号８が受信可能な場合に、予め設定された時間間隔で自動的に行わせるようにしてもよい。
【００５７】
なお、時計４ａの時刻合わせの処理を自動的に行わせる場合、水中航走体１００が潜航を開始した後は、時計４ａの時刻合わせの処理は不要となる。よって、第１の通信装置１ａでは、通信機５ａで参照信号８の受信ができなくなった場合や、水中航走体１００の制御装置１０１にて潜航開始の処理を実施した場合や、水中航走体１００に備えられている図示しない水深計で潜航状態が確認された場合は、時計４ａの自動的な時刻合わせの処理は実施しないようにすればよい。また、第１の通信装置１ａでは、オペレータの指令により、時計４ａの自動的な時刻合わせの処理を停止するようにしてもよい。
【００５８】
次に、各通信装置１ａ，１ｂでは、各時計４ａ，４ｂの時刻同期が行われた状態で、タイムウインドウ７の起点となる共通の基準時刻の設定を行う。
【００５９】
このタイムウインドウ７の基準時刻の設定は、オペレータによる図示しない指令装置を介した指令で行うようにすればよい。
【００６０】
この状態で、水中航走体１００の潜航を開始すると、第１の通信装置１ａでは、時計４ａに固有の進みや遅れの度合いに起因して、時計４ａに、真の時刻からの先行や遅れの時間ずれが生じ、その時間ずれが潜航開始からの時間経過に伴って蓄積する。
【００６１】
このため、時計４ａが通信制御装置３ａへ送る時刻情報９ａには、前記時間ずれが含まれる。
【００６２】
通信制御装置３ａでは、時計４ａから得た時刻情報９ａと、タイムウインドウ７に設定されている期間Ｔ２のスケジュールとから送信タイミングを判断するが、この判断によって得られる送信タイミングは、期間Ｔ２の真の時刻に従ったスケジュールに対して、前記時計４ａで生じた時間ずれの分、先行するかまたは遅れたタイミングとなる。
【００６３】
一方、母船２００に備えた第２の通信装置１ｂでは、時計４ｂは、通信機５ｂから参照信号８を受けるたびに時刻合わせの処理を行うことが可能である。このため、時計４ｂの時刻は、真の時刻にほぼ一致した状態に保持される。
【００６４】
したがって、通信制御装置３ｂでは、時計４ｂから得た時刻情報９ｂと、タイムウインドウ７に設定されている期間Ｔ１のスケジュールとから送信タイミングが判断されるが、その送信タイミングは、期間Ｔ１の真の時刻に従ったスケジュールになる。
【００６５】
この状態を図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。
【００６６】
図３（ａ）は、通信制御装置３ｂで使用する時計４ｂからの時刻情報９ｂとタイムウインドウ７に基づく期間Ｔ１、マージンＭ、期間Ｔ２、マージンＭのスケジュールである。したがって、この期間Ｔ１、マージンＭ、期間Ｔ２、マージンＭのスケジュールは、真の時刻に従ったタイミングとなっている。
【００６７】
図３（ｂ）（ｃ）は、通信制御装置３ａで使用する時計４ａからの時刻情報９ａとタイムウインドウ７に基づく期間Ｔ１、マージンＭ、期間Ｔ２、マージンＭのスケジュールである。
【００６８】
図３（ｂ）は、時計４ａに真の時刻から先行する時間ずれが生じている状態である。この場合の期間Ｔ１、マージンＭ、期間Ｔ２、マージンＭのスケジュールは、図３（ａ）に示した通信制御装置３ｂで使用する期間Ｔ１、マージンＭ、期間Ｔ２、マージンＭのスケジュールに対して、それぞれ時計４ａに生じた時間ずれの分、先行したものとなる。
【００６９】
一方、図３（ｃ）は、時計４ａに真の時刻から遅れる時間ずれが生じている状態である。この場合の期間Ｔ１、マージンＭ、期間Ｔ２、マージンＭのスケジュールは、図３（ａ）に示した通信制御装置３ｂで使用する期間Ｔ１、マージンＭ、期間Ｔ２、マージンＭのスケジュールに対して、それぞれ時計４ａに生じた時間ずれの分、遅れたものとなる。
【００７０】
しかし、本実施形態では、タイムウインドウ７にて、期間Ｔ１と期間Ｔ２との間、および、期間Ｔ２と期間Ｔ１との間には、それぞれマージンＭを備えるようにし、更に、このマージンＭは、最大潜航時間で時計４ａに生じる時間ずれに対応する時間長さで設定されている。
【００７１】
そのため、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、第１の通信装置１ａの通信制御装置３ａで使用する期間Ｔ２のスケジュールが、図３（ｂ）に示すように真の時刻よりも先行する時間ずれを生じたり、図３（ｃ）に示すように真の時刻よりも遅れる時間ずれを生じたりしても、期間Ｔ２のスケジュールを基に通信制御装置３ａで設定される送信タイミングは、図３（ａ）に示す第２の通信装置１ｂ側のマージンＭのスケジュールに重なるのみで、期間Ｔ１のスケジュールと重なることはない。
【００７２】
したがって、第１の通信装置１ａの音響通信機２ａから送信する信号と、第２の通信装置１ｂの音響通信機２ｂから送信する信号との干渉は、防止することができる。
【００７３】
このように、本実施形態の音響通信システムおよび音響通信方法によれば、水中航走体１００に備えた第１の通信装置１ａの音響通信機２ａと、母船２００に備えた第２の通信装置１ｂの音響通信機２ｂとの間での双方向通信は、各音響通信機２ａ，２ｂで送信する信号同士の干渉を生じさせることなく実施することができる。
【００７４】
したがって、各音響通信機２ａ，２ｂでは、同じ周波数帯域の超音波を信号として用いた双方向通信を実施することができる。よって、各音響通信機２ａ，２ｂは、いずれも長距離の通信の媒体としての使用に適した周波数帯域の超音波を信号として用いることができる。
【００７５】
また、本実施形態では、タイムウインドウ７が、期間Ｔ１と期間Ｔ２との間、および、期間Ｔ２と期間Ｔ１との間に、時間長さが固定されたマージンＭを備えるという構成としてある。このため、各通信制御装置３ａ，３ｂでは、タイムウインドウ７で決定されている基準時刻を起点とする期間Ｔ１や期間Ｔ２のスケジュールと、各時計４ａ，４ｂからの時刻情報９ａ，９ｂとを用いて、特別な計算や処理を要することなく、現時点が送信タイミングか否かを簡単に判断することができる。
【００７６】
更に、本実施形態では、第１の通信装置１ａと第２の通信装置１ｂは、ハンドシェーク通信を行う必要がなく、各通信装置１ａ，１ｂに備えた時計４ａ，４ｂを参照して、音響通信機２ａ，２ｂの送信と受信を切り替えるため、音響雑音の大きい環境下であっても通信を行いやすくすることができる。
【００７７】
［第２実施形態］
図４は音響通信システムの第２実施形態を示す概略図である。図５は音響通信システムで使用するタイムウインドウの別の例を示す図である。
【００７８】
なお、図４、図５において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。
【００７９】
本実施形態の音響通信システムは、第１実施形態と同様の構成において、タイムウインドウ７を、図２に示したような期間Ｔ１と期間Ｔ２との間、および、期間Ｔ２と期間Ｔ１との間に、時間長さが固定されたマージンＭを備える構成に代えて、図５（ａ）（ｂ）に示すように、期間Ｔ１と期間Ｔ２との間、および、期間Ｔ２と期間Ｔ１との間に、時間長さが可変のマージンＭ１を備える構成としたものである。
【００８０】
水中航走体１００に備える第１の通信装置１ａの時計４ａでは、水中航走体１００の潜航開始時点からの時間経過に伴って時間ずれが蓄積される。そのため、時計４ａの時間ずれの大きさは、水中航走体１００の潜航開始時点からの経過時間に相関を有する。
【００８１】
この場合、ある時点で時計４ａに生じている時間ずれの大きさは、時計４ａに固有の単位時間当たりの進みや遅れの度合いと、水中航走体１００の潜航開始時点からの経過時間とを掛けることで算出することができる。
【００８２】
この点に鑑みて、マージンＭ１は、時計４ａに生じる時間ずれに対応する時間長さとなるように、水中航走体１００の潜航開始時点からの経過時間に比例する値に設定されている。なお、母船２００側の第２の通信装置１ｂでは、水中航走体１００の潜航開始時点を正確に把握できないことが考えられる。この場合、マージンＭ１は、たとえば、各時計４ａ，４ｂの時刻同期が最後に行われた時点からの経過時間に比例する値に設定してもよい。なお、これらの場合の比例係数は、時計４ａの単位時間当たりの進みや遅れの度合いに対応する値とすればよい。
【００８３】
あるいは、マージンＭ１は、時計４ａに生じる時間ずれよりも常に大となるように、前記所定の時点からの経過時間に比例する値に、固定値を足した値に設定してもよい。
【００８４】
本実施形態では、前記した時間長さ可変のマージンＭ１を備えたタイムウインドウを得るために、各記憶装置６ａ，６ｂに、タイムウインドウ計算装置１４ａ，１４ｂが接続された構成とされている。
【００８５】
各記憶装置６ａ，６ｂは、タイムウインドウ設定情報１５として、期間Ｔ１と期間Ｔ２の時間長さの情報、マージンＭ１を算出するための計算式などを記憶している。
【００８６】
各タイムウインドウ計算装置１４ａ，１４ｂは、各記憶装置６ａ，６ｂからのタイムウインドウ設定情報１５を読み出し、時計４ａ，４ｂからの時刻情報９ａ，９ｂを基に、時間長さが変化するマージンＭ１を算出する機能と、算出されたマージンＭ１と期間Ｔ１および期間Ｔ２を組み合わせて、期間Ｔ１、マージンＭ１、期間Ｔ２、マージンＭ１についてスケジュールされたタイムウインドウ７を求める機能を備えている。
【００８７】
各タイムウインドウ計算装置１４ａ，１４ｂで求められるタイムウインドウ７は、水中航走体１００が潜航を開始した直後のときには、図５（ａ）に示すように、マージンＭ１がゼロかまたはごく小さい時間長さに設定されたものとなる。その後、時間が経過するにしたがって、マージンＭ１の時間長さが増加する。したがって、ある時点でのタイムウインドウ７は、図５（ｂ）に示すようなものとなる。
【００８８】
本実施形態では、各通信制御装置３ａ，３ｂは、各タイムウインドウ計算装置１４ａ，１４ｂから得るタイムウインドウ７と、時計４ａ，４ｂからの時刻情報９ａ，９ｂとから送信タイミングを判断する機能を備えている。
【００８９】
各通信制御装置３ａ，３ｂのその他の機能は、第１実施形態と同様である。
【００９０】
したがって、本実施形態の音響通信システムは、第１実施形態と同様に使用して同様の効果を得ることができる。
【００９１】
更に、本実施形態では、時計４ａの時間ずれが水中航走体１００の潜航開始時点からの経過時間に応じて変化することに対応させて、タイムウインドウ７におけるマージンＭ１の時間長さを変化させることができるため、水中航走体１００の潜航開始直後の時計４ａの時間ずれが小さいときと、潜航開始時点から時間が経過して時計４ａの時間ずれが増加したときに、それぞれ最適な周期で第１の通信装置１ａと第２の通信装置１ｂとの間での双方向通信を行うことができる。
【００９２】
「第３実施形態」
図６は、音響通信システムの第３実施形態を示す概略図である。図７は音響通信システムで使用するタイムウインドウの更に別の例を示す図である。
【００９３】
なお、図６、図７において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。
【００９４】
本実施形態の音響通信システムは、第１実施形態と同様の構成において、第１の通信装置１ａと第２の通信装置１ｂとの間で双方向通信に加えて音響測位を行うための構成を付加したものである。
【００９５】
各通信装置１ａ，１ｂは、第１実施形態と同様の構成に加えて、それぞれ音響測位装置１６ａ，１６ｂを備えた構成とされている。
【００９６】
なお、本実施形態では、たとえば、母船２００側の第２の通信装置１ｂに備えた音響測位装置１６ｂが、水中航走体１００側の第１の通信装置１ａに備えた音響測位装置１６ａを測位対象として測位する場合の構成について示す。
【００９７】
たとえば、音響測位装置１６ｂは、問い合わせ信号のような測位信号１７を能動的に発射する機能を備えている。一方、測位対象となる音響測位装置１６ａは、測位信号１７を受信すると直ちに応答信号１８を返信する機能を備えるものとしてある。
【００９８】
更に、音響測位装置１６ｂは、音響測位装置１６ａからの応答信号１８を受信すると、測位信号１７を発射してから応答信号１８が受信されるまでの経過時間と、応答信号１８が到来する方向とを基に、音響測位装置１６ｂの位置を基準とする音響測位装置１６ａの相対的な位置を検出する機能を備えている。
【００９９】
音響測位装置１６ａ，１６ｂで測位信号１７や応答信号１８として用いる超音波の周波数帯域は、各音響通信機２ａ，２ｂで音響通信を行うときに使用する超音波と干渉を生じるような周波数帯域とされている。
【０１００】
そのため、本実施形態では、各記憶装置６ａ，６ｂには、図７に示す如きタイムウインドウ７を記憶させるようにしてある。なお、図７では、タイムウインドウ７は、繰り返し単位を１つのみ示している。
【０１０１】
このタイムウインドウ７の繰り返し単位は、各音響測位装置１６ａ，１６ｂにより音響測位を行う音響測位期間Ｔｓを備え、この音響測位期間Ｔｓの後に、第１実施形態と同様の期間Ｔ１、マージンＭ、期間Ｔ２、マージンＭが順に備えられている。
【０１０２】
なお、母船２００から水中航走体１００までの距離が分からない状態では、音響測位期間Ｔｓに必要とされる時間長さは不明である。なお、母船２００から水中航走体１００までの距離が長くなるにしたがって、音響測位にかかる時間は増加する。
【０１０３】
そこで、音響測位期間Ｔｓは、水中航走体１００の航走計画を基に、母船２００から水中航走体１００までの距離が最大となるときに音響測位に必要とされる時間長さに対応して設定するようにすればよい。
【０１０４】
本実施形態の各通信制御装置３ａ，３ｂは、対応する記憶装置６ａ，６ｂからタイムウインドウ７を読み出し、時計４ａ，４ｂからの時刻情報９ａ，９ｂと、タイムウインドウ７に設定されている音響測位期間Ｔｓのスケジュールとから音響測位のタイミングを判断する機能と、その音響測位のタイミングに合わせて、対応する音響測位装置１６ａ，１６ｂに測位指令１９，２０を送る機能を備えている。
【０１０５】
これにより、各音響測位装置１６ａ，１６ｂでは、タイムウインドウ７に設定されている音響測位期間Ｔｓのスケジュールに従ったタイミングで音響測位が実行される。
【０１０６】
なお、各通信制御装置３ａ，３ｂによる対応する音響通信機２ａ，２ｂの制御は第１実施形態と同様である。
【０１０７】
以上の構成としてある本実施形態の音響通信システムによれば、第１実施形態と同様の効果に加えて、各音響測位装置１６ａ，１６ｂによる音響測位を実施することができる。
【０１０８】
この音響測位は、タイムウインドウ７に期間Ｔ１および期間Ｔ２とは分けて設定されている音響測位期間Ｔｓのスケジュールに合わせて行うことができるため、期間Ｔ１や期間Ｔ２のスケジュールに合わせて行われる音響通信とは、時間を分けることができる。
【０１０９】
よって、本実施形態によれば、音響通信の信号と音響測位の信号に同じ周波数帯域の超音波を使用しても、音響通信の信号と音響測位の信号に互いに干渉が生じることを防止することができて、音響通信と音響測位をそれぞれ実施することができる。
【０１１０】
なお、本発明は、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、第１の通信装置１ａは、通信制御装置３ａと時計４ａと記憶装置６ａのうちのいずれか２つ、または、３つの装置の役割が、１つのコンピュータのような計算装置に備えられていてもよい。同様に、第２の通信装置１ｂは、通信制御装置３ｂと時計４ｂと記憶装置６ｂのうちのいずれか２つ、または、３つの装置の役割が、１つの計算装置に備えられていてもよい。この場合、第１の通信装置１ａと第２の通信装置１ｂの装置構成は同一でなくてもよい。
【０１１１】
第３実施形態における音響測位装置１６ａ，１６ｂと音響測位の手法は、第２実施形態のようにタイムウインドウ７に時間長さが可変のマージンＭ１を備える場合に適用してもよい。
【０１１２】
第３実施形態では、音響通信機２ａ，２ｂと音響測位装置１６ａ，１６ｂが超音波の発信部および受信部を共用する構成としてもよい。
【０１１３】
各実施形態は、一対で音響通信を行う各通信装置１ａ，１ｂが水中航走体１００と母船２００に備えられている場合の例について説明したが、本発明は、一対の通信装置１ａ，１ｂが別々の水中航走体に備えられている場合に適用してもよい。
【０１１４】
この場合は、各水中航走体が潜航すると、各通信装置１ａ，１ｂの双方の時計４ａ，４ｂが、参照信号８の時刻情報に従う時刻合わせを行うことができなくなって時間ずれを生じるようになる。したがって、この場合のマージンＭ，Ｍ１の設定は、各時計４ａ，４ｂ同士での時間ずれを考慮して設定すればよい。あるいは、各時計４ａ，４ｂに生じる時間ずれを足した時間長さに設定するようにしてもよい。
【０１１５】
各通信装置１ａ，１ｂ同士の間で音響通信を行う各通信データ１０，１１は、水中航走体１００に対するコマンドや、水中航走体１００のステータス情報やペイロードセンサで収集した情報以外の任意のデータであってもよいことは勿論である。
【０１１６】
更に、本発明は、３つ以上の通信装置の間で相互通信を行う場合に応用してもよい。この場合は、１つの通信装置の音響通信機が送信する信号を他の通信装置の音響通信機で受信可能とする期間を、各通信装置について設定し、各期間を、マージンを介在させた状態で順に並べたタイムウインドウを設定するようにすればよい。この場合のマージンは、各通信装置の各時計に生じる時間ずれの最大値を考慮して、固定値または時間長さを可変として設定するようにすればよい。
【０１１７】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１１８】
１ａ  第１の通信装置（通信装置）、１ｂ  第２の通信装置（通信装置）、２ａ，２ｂ  音響通信機、３ａ，３ｂ  通信制御装置、４ａ，４ｂ  時計、５ａ，５ｂ  通信機、６ａ，６ｂ  記憶装置、７  タイムウインドウ、９ａ，９ｂ  時刻情報、１２  送信指令、１３  送信指令、１６ａ，１６ｂ  音響測位装置、１９  測位指令、２０  測位指令、１００  水中航走体、Ｍ，Ｍ１  マージン、Ｔ１，Ｔ２  期間、Ｔｓ  音響測位期間
【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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