(57)【要約】【課題】水中航走体が巡航する高度を制御するときにその水中航走体本体の姿勢の変動を低減すること。【解決手段】水底２９のうちの第１点２４から水中航走体本体２までの第１距離２５と水底２９のうちの第１点２４と異なる第２点２７から水中航走体本体２までの第２距離２８とを測定する高度収集部１５と、第１距離２５と第２距離２８とに基づいて、水中航走体本体２が進行する進行方向３２の鉛直方向の成分を変更する舵５を制御する舵制御部１６とを備えている。このような水中航走体運動制御装置は、水中航走体１が巡航する高度を制御するときに、水底２９のうちの１点から距離を１つだけ測定して制御することに比較して、その水中航走体１の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底のうちの第１点から水中航走体本体までの第１距離を測定する高度収集部と、
前記第１距離に基づいて、前記水中航走体本体が航走する鉛直方向の深度成分を変更する目標高度を演算して舵を制御する舵制御部
とを具備する水中航走体運動制御装置。
【請求項２】
水底のうちの第１点から水中航走体本体までの第１距離と前記水底のうちの前記第１点と異なる第２点から前記水中航走体本体までの第２距離とを測定する高度収集部と、
前記第１距離と前記第２距離とに基づいて、前記水中航走体本体が航走する鉛直方向の深度成分を変更する目標高度を演算して舵を制御する舵制御部
とを具備する水中航走体運動制御装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記目標高度は、
前記第１点と前記第２点とを通る仮想線の方向と前記進行方向との位置関係が所定条件を満足するときに前記第１点に一致し、
前記所定条件を満足しないときに前記仮想線のうちの前記水中航走体本体から所定方向に配置される仮想点に一致する
水中航走体運動制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記所定方向の前記進行方向の成分は正とし、前記第１点は前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも前側、前記第２点は前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも後側、前記仮想点は前記水中航走体の鉛直直下方向を含めた、前記仮想線上の前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも前側である
水中航走体運動制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載される水中航走体運動制御装置と、
前記水中航走体本体
とを具備する水中航走体。
【請求項６】
請求項５において、
前記水中航走体本体の速度を測定するセンサを更に具備し、
前記センサは、前記第１距離と前記第２距離とを更に測定する
水中航走体。
【請求項７】
請求項５において、
前記第１距離と前記第２距離とを測定するセンサを鉛直方向に対して固定するジャイロと慣性航法装置と深度計
を更に具備する水中航走体。
【請求項８】
水底のうちの第１点から水中航走体本体までの第１距離を測定するステップと、
前記第１距離に基づいて、前記水中航走体本体が航走する鉛直方向の深度成分を変更する舵を制御するステップ
とを具備する水中航走体運動制御方法。
【請求項９】
請求項８において、
目標高度を収集するステップを更に具備し、
前記舵は、前記第１距離と前記水底のうちの前記第１点と異なる第２距離とに基づいて算出される水底点から前記水中航走体本体までの高度が前記目標高度になるように制御される
水中航走体運動制御方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記水底点は、
前記第１点と前記第２点とを通る仮想線の方向と前記進行方向との位置関係が所定条件を満足するときに前記第１点に一致し、
前記所定条件を満足しないときに前記仮想線のうちの前記水中航走体本体から所定方向に配置される仮想点に一致する
水中航走体運動制御方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記所定方向の前記進行方向の成分は正とし、前記第１点は前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも前側、前記第２点は前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも後側、前記仮想点は前記水中航走体の鉛直直下方向を含めた、前記仮想線上の前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも前側である
水中航走体運動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中航走体運動制御装置および水中航走体に関し、特に、水中を自動で巡航するときに利用される水中航走体運動制御装置および水中航走体に関する。本発明を適用する水中航走体には、自律型の無索式無人潜水機、遠隔操縦型の有索式無人潜水機、有人潜水艇がある。
【背景技術】
【０００２】
海中を自動で巡航して海中探査する水中航走体が知られている。このような水中航走体には、精度良い観測データを得ることが望まれ、所望の軌道上をなるべく小さな誤差で航走させることが望まれている。水中航走体の巡航に際して鉛直方向の深度成分を変更する制御としては、深度制御と高度制御が知られている。その深度制御は、水圧に基づいて得た海水面からの距離である深度を一定に保持しながら航走させる制御である。その高度制御は、高度ソーナーなどのセンサーに基づいて得た海底面からの対地距離である高度を一定に保持しながら航走させる制御である。
【０００３】
高度制御では、一般に、水流や海中音響など周囲環境から外乱を受けるばかりでなく、深度圧の変動が安定した深度制御とは異なって、そもそも海底の凹凸や起伏のうねりといった多種多様に富む海底から反射してくる音響信号のばらつきに対応した制御としなければならない。高度制御でセンシングに用いられる高度ソーナーの音響ビームは、通常円錐形状を成す指向性の強い特性を有している。このため、このセンサーが測定する対地距離は、比較的限られたローカルな海底からの対地高度情報を計測したものとなり、水中航走体は自己の航走に際して、時々刻々と変化する海底地形の起伏変化にあわせて、深度変換を繰り返すことになる。このとき、水中航走体の高度を一定に保持しにくいとか、水中航走体の姿勢角が海底地形傾斜角を大幅に外れて上下に変動する不都合が生じていた。水中航走体を高度制御するときに、その水中航走体の姿勢角の変動を低減し、その水中航走体と目標高度との高度偏差の変動を低減することが望まれている。
【０００４】
特開平０１−２４０３９８号公報には、縦揺れや横揺れを起こさないで、海面からの深度や海底からの高度や設定コースを変えることが可能であり、安定した海中及び海底の探査が可能である水中航走体が開示されている。その水中航走体は、水中を航走する水中航走体において、左右同方向可動式の舵を有する水平翼を航走体の前部と後部に配置し、独立に作動する舵を有する上下一対の垂直尾翼を設けていることを特徴としている。
【０００５】
特開２００５−２３９０２７号公報には、ＡＵＶの音響ソナーによる撮像画像の精度を向上できる水中航走体が開示されている。その水中航走体は、水中航走体の進行方向前方および後方であり且つ潜水状態で水中航走体に対して上下方向又は左右方向にそれぞれ対となる舵を設けたことを特徴としている。
【０００６】
【特許文献１】特開平０１−２４０３９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２３９０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、水中航走体が巡航する高度を制御するときにその水中航走体の姿勢角の変動を低減する水中航走体運動制御装置および水中航走体を提供することにある。
本発明の他の課題は、水中航走体が巡航する高度を制御するときに、その水中航走体の姿勢角の変動を低減し、その水中航走体の目標高度との高度偏差の変動を低減する水中航走体運動制御装置および水中航走体を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、所定の高度を巡航する水中航走体の全体規模と製造コストを低減する水中航走体を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、水中航走体が巡航する高度を単純な制御アルゴリズムと機器システムによってより高精度により健全に制御する水中航走体運動制御装置および水中航走体を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、所定の高度を巡航する水中航走体に搭載する制御装置のチューニングに強いられる負担を低減する水中航走体運動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。これら符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００９】
本発明による水中航走体運動制御装置（１０）は、速度検出器（６）を用いて水中航走体（１）の速度（進行方向と速度と）を測定する測定部（１４）と、水底（２２）のうちの第１点（２４）から水中航走体本体（２）までの第１距離（２５）と水底（２２）のうちの第１点（２４）と異なる第２点（２７）から水中航走体本体（２）までの第２距離（２８）とを測定する高度収集部（１５）と、第１距離（２５）に基づいて、水中航走体本体（２）が進行する進行方向（３２）の鉛直方向の深度成分を変更する舵（５）を制御する舵制御部（１６）とを備えている。このような水中航走体運動制御装置（１０）は、水中航走体本体（２）が巡航する高度を制御するときに、水底（２２）のうちの１点から距離を１つだけ測定して制御することに比較して、その水中航走体本体（２）の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。
【００１０】
本発明による水中航走体運動制御装置（１０）の舵制御部（１６）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とに基づいて算出される水底点（３６）から水中航走体本体（２）までの高度（３７）が目標高度になるように舵（５）を制御する。このような水中航走体運動制御装置（１０）は、水中航走体本体（２）が巡航する高度が一定になるように制御するときに、水底（２２）のうちの１点から距離を１つだけ測定して制御することに比較して、その水中航走体本体（２）の姿勢角の変動を低減し、その水中航走体本体（２）の高度偏差の変動を低減することができる。
【００１１】
目標高度は、第１点（２４）と第２点（２７）とを通る仮想線（２９）の方向と進行方向（３２）との位置関係が所定条件を満足するときに第１点（２４）に基づく高度（３４）に一致し、その所定条件を満足しないときに仮想線（２９）のうちの水中航走体本体（２）から所定方向に配置される仮想点（３６）に基づく高度（３７）に一致する。このような水中航走体運動制御装置（１０）は、水中航走体本体（２）が巡航する高度が一定になるように制御するときに、その水中航走体本体（２）の姿勢角の変動を低減し、その水中航走体本体（２）の高度偏差の変動を低減することができる。
【００１２】
その所定方向の進行方向（３２）の成分は、正である。水底点（２７）は、水中航走体本体（２）より進行方向（３２）の後側に配置されることが好ましい。水底点（２４）および仮想点（３６）は、水中航走体本体（２）より進行方向（３２）の前側に配置されることが好ましい。
【００１３】
本発明による水中航走体（１）は、本発明による水中航走体運動制御装置（１０）と、水中航走体本体（２）とを備えている。このような水中航走体（１）は、巡航する高度が制御するときに、その水中航走体本体（２）の姿勢角と高度偏差の変動がより低減される。
【００１４】
本発明による水中航走体（１）は、水中航走体本体（２）の速度を測定するセンサ（６）をさらに備えている。センサ（６）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とをさらに測定する。このような水中航走体（１）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とを専用に測定する測定装置を備える必要がなく、水中航走体（１）をよりコンパクトにより軽量により安価に製造することができ、好ましい。
【００１５】
本発明による水中航走体（１）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とを測定するセンサ（６）を鉛直方向に対して固定するジャイロと慣性航法装置をさらに備えている。このような水中航走体（１）は、高度をより正確に測定することができ、水中航走体本体（２）が巡航する高度をより精度よく制御することができる。
【００１６】
本発明による水中航走体運動制御方法は、水底（２２）のうちの第１点（２４）から水中航走体本体（２）までの第１距離（２５）と水底（２２）のうちの第１点（２４）と異なる第２点（２７）から水中航走体本体（２）までの第２距離（２８）とを測定するステップ（Ｓ１）と、第１距離（２５）と第２距離（２８）とに基づいて、水中航走体本体（２）が進行する進行方向（３２）の鉛直方向の成分を変更する舵（５）を制御するステップ（Ｓ２〜Ｓ８）とを備えている。このような水中航走体運動制御方法によれば、水中航走体本体（２）が巡航する高度を制御するときに、水底（２２）のうちの１点から距離を１つだけ測定して制御することに比較して、その水中航走体本体（２）の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。
【００１７】
本発明による水中航走体運動制御方法として、舵（５）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とに基づいて算出される水底点（２４、３６）から水中航走体本体（２）までの高度が目標高度になるように制御される。このような水中航走体運動制御方法によれば、水中航走体本体（２）が巡航する高度が一定になるように制御するときに、水底（２２）のうちの１点から距離を１つだけ測定することに比較して、その水中航走体本体（２）の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。
【００１８】
目標高度は、第１点（２４）と第２点（２７）とを通る仮想線（２９）の方向と進行方向（３２）との位置関係が所定条件を満足するときに第１点（２４）に基づく高度（３４）に一致する。所定条件を満足しないときに仮想線（２９）のうちの水中航走体本体（２）から所定方向に配置される仮想点に基づく高度（３７）に一致する。このような水中航走体運動制御方法によれば、水中航走体本体（２）が巡航する高度が一定になるように制御するときに、その水中航走体本体（２）の姿勢の変動を低減し、その水中航走体本体（２）の高度の変動を低減することができる。
【００１９】
その所定方向の進行方向（３２）の成分は、正である。水底点（２７）は、水中航走体本体（２）より進行方向（３２）の後側に配置されることが好ましい。水底点（２４）および仮想点（３６）は、水中航走体本体（２）より進行方向（３２）の前側に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による水中航走体運動制御装置および水中航走体は、巡航する高度を制御するときに、水底のうちの１点から距離を１つだけ測定して制御することに比較して、その水中航走体本体の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図面を参照して、本発明による水中航走体の実施の形態を記載する。その水中航走体１は、図１に示されているように、水中航走体本体２と推進装置３と舵５と速度検出器６と観測装置７と図示されない深度計とジャイロと慣性航法装置を備えている。推進装置３は、水中航走体本体２の船尾に配置されるスクリューを備え、水中航走体本体２に対してそのスクリューを回転させることにより、水中航走体本体２を水中で推進させる推進力を生成する。舵５は、水中航走体本体２の船尾に配置され、水中航走体本体２が進行する進行方向を変更する。たとえば、舵５は、水平舵と垂直舵とから構成され、このとき、その垂直舵は、水中航走体１が航走する水平面上の方位成分を変更し、その水平舵は、水中航走体１が進行する鉛直縦断面上の深度成分を変更する。
【００２２】
速度検出器６は、センサー中心軸を有し、その中心軸が水中航走体１の高さ方向に平行になるように水中航走体本体２の底部に鉛直下向きに固定されている。速度検出器６は、ドップラーソナーから形成され、所定の方向に音波を発射し、その音波による反射波を受信する。その所定の方向は、水中航走体１の船首側方向と船尾側方向と左舷側方向と右舷側方向とを含んでいる。その船首側方向は、速度検出器６を中心に、その中心軸の船底向きの方向から水中航走体１の船首に向かって３０度回転した方向である。その船尾側方向は、速度検出器６を中心に、その中心軸の船底向きの方向から水中航走体１の船尾に向かって３０度回転した方向である。その左舷側方向は、速度検出器６を中心に、その中心軸の船底向きの方向から水中航走体１の左舷に向かって３０度回転した方向である。その右舷側方向は、速度検出器６を中心に、その中心軸の船底向きの方向から水中航走体１の右舷に向かって３０度回転した方向である。速度検出器６は、その音波とその反射波の周波数の差に基づいて水中航走体本体２の速度を測定し、その音波とその反射波との位相の差に基づいて水中航走体本体２から海底のうちのその音波が反射した点までの距離を測定する。
【００２３】
観測装置７は、水中航走体本体２の周囲または底部に固定され、水中航走体１が航走する海洋空間と海底に関する物理量を測定する。観測装置７としては、ＴＶカメラ、スナップショットカメラ、サイドスキャンソナー、マルチビームエコーサウンダー、サブボトムプロファイラ、ＣＴＤＯ計が例示される。そのＴＶカメラは、水中航走体１が航走しているときに、海底面や観測対象物の動画を撮像する。そのスナップショットカメラは、水中航走体１が航走しているときに、海底面や観測対象物の静止画を撮像する。そのサイドスキャンソナー、マルチビームエコーサウンダー、サブボトムプロファイラは、水中航走体１が航走しているときに、海底面に向かって扇形に広がる音波を発信し、その音波の反射波を受信し、その反射波に基づいて海底面や観測対象物の微細地形、海底地質構造など水中音響データを測定する。そのＣＴＤＯ計は、水中航走体１が航走する海水の塩分、水温、溶存酸素を測定する。
【００２４】
水中航走体１は、さらに、水中航走体本体２の内部に水中航走体運動制御装置を備えている。その水中航走体運動制御装置１０は、コンピュータであり、図２に示されているように、複数のコンピュータプログラムがインストールされている。すなわち、水中航走体運動制御装置１０は、図示されていないＣＰＵと記憶装置と入力装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、水中航走体運動制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置とインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を一時的に記録する。その入力装置は、オペレータにより操作されて生成される情報をＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボード、リムーバルメモリドライブ、通信ケーブル、音波や電波によるデータ伝送装置が例示される。そのインターフェースは、水中航走体運動制御装置１０に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、推進装置３と舵５と速度検出器６とを含んでいる。
【００２５】
水中航走体運動制御装置１０は、コンピュータプログラムである設定部１１と巡航制御部１２と高度制御部１３とがインストールされている。設定部１１は、入力装置を介して入力された情報に基づいて航路と目標高度と許容角幅とセンシング方向角度３８とを設定する。巡航制御部１２は、設定部１１により設定された航路を水中航走体１が自動で巡航するように、速度検出器６により測定される水中航走体本体２の速度に基づいて推進装置３と舵５とを制御する。高度制御部１３は、設定部１１により設定された目標高度を水中航走体１が巡航するように、舵５を制御する。
【００２６】
図３は、高度制御部１３を示している。高度制御部１３は、測定部１４と高度収集部１５と舵制御部１６とを備えている。測定部１４は、速度検出器６を用いて、水中航走体１の速度（進行方向と速さと）を測定する。高度収集部１５は、設定部１１により設定された水中航走体１から海底の複数の点までの距離を収集する。舵制御部１６は、測定部１４により測定された測定結果に基づいて、高度収集部１５により収集された距離を使用して水中航走体１が航走するように、舵５を制御する。
【００２７】
水中航走体１は、図４に示されているように、海面２１と海底面２２との間の海中を航走する。図４にて、水中航走体１は全長方向が方向３２に向かって平行に航走するが、海面２１に平行な水中航走体本体２を通る直線３０との成す角３３を、図示しないジャイロと慣性航法装置を用いて角度補正した図であり、航走する水中航走体１のある瞬間の状態を例示する。速度検出器６は、方向２３に音波を発射し、その音波が海底面２２のうちの点２４に反射した反射波を観測し、その音波とその反射波との位相差に基づいて水中航走体１から点２４までの距離２５を測定する。方向２３は、水中航走体１に対して固定され、速度検出器６を中心に、水中航走体１の鉛直下向きの方向から水中航走体１の船首に向かって３０度回転した方向に平行である。速度検出器６は、さらに、方向２６に音波を発射し、その音波が海底面２２のうちの点２７に反射した反射波を観測し、その音波とその反射波との位相差に基づいて水中航走体１から点２７までの距離２８を測定する。方向２６は、水中航走体１に対して固定され、速度検出器６を中心に、水中航走体１の鉛直下向きの方向から水中航走体１の船尾に向かって３０度回転した方向に平行である。
【００２８】
このとき、舵制御部１６は、方向２３と距離２５と方向２６と距離２８および図示しない深度計とジャイロと慣性航法装置とに基づいて、点２４と点２７とを通る直線である仮想線２９の位置を算出する。舵制御部１６は、さらに、測定部１５により測定された水中航走体１の進行方向３２と仮想線２９の方向との位置関係を算出する。すなわち、舵制御部１６は、その全長方向と仮想線２９の方向とのなす角３１を算出し、水中航走体１の全長方向と進行方向３２とのなす角３３を算出する。なす角３１となす角３３との差の絶対値を算出する。
【００２９】
舵制御部１６は、その絶対値が設定部１１により設定された許容角幅より小さいときに、点２４からの水中航走体１の高度３４を算出する。高度３４は、水中航走体１を通り、かつ、水中航走体１の全長方向に平行である直線３０と点２４との鉛直方向距離を示している。舵制御部１６は、さらに、高度３４が設定部１１により設定された目標高度になるように、舵５を制御する。たとえば、舵制御部１６は、高度３４がその目標高度より大きいときに、進行方向３２が下方に変更されるように舵５を制御し、高度３４がその目標高度より小さいときに、進行方向３２が上方に変更されるように舵５を制御する。
【００３０】
舵制御部１６は、その絶対値が設定部１１により設定された許容角幅より大きいときに、仮想線２９のうちから所定の仮想点３６の位置を算出する。その仮想点３６は、水中航走体１から設定部１１により設定されたセンシング方向角３８の方向に配置されている。舵制御部１６は、さらに、仮想点３６からの水中航走体１の高度３７を算出する。高度３７は、直線３０と仮想点３６との鉛直方向距離を示している。舵制御部１６は、さらに、高度３７が設定部１１により設定された目標高度になるように、舵５を制御する。たとえば、舵制御部１６は、高度３７がその目標高度より大きいときに、進行方向３２が下方に変更されるように舵５を制御し、高度３７がその目標高度より小さいときに、進行方向３２が上方に変更されるように舵５を制御する。
【００３１】
本発明による水中航走体運動制御方法の実施の形態は、水中航走体運動制御装置１０により実行され、設定値を設定する動作と、巡航する動作と高度制御する動作とを備えている。
【００３２】
設定値を設定する動作では、オペレータは、まず水中航走体１が巡航する海域の起伏情報があらかじめ予想されるとき、水中航走体１に所望の目標高度で巡航させることをシミュレーションし、水中航走体１の姿勢角の変動が小さく、水中航走体の高度偏差の変動が小さくなる許容角幅とセンシング方向角度３８とを算出する。オペレータは、水中航走体１に巡航させたい航路と目標高度とを水中航走体運動制御装置１０に入力し、その算出された許容角幅とセンシング方向角度３８とを水中航走体運動制御装置１０に入力する。さらに、許容角幅とセンシング方向角度３８は現場巡航海域での入力設定を変更可能とさせる。
【００３３】
巡航する動作では、水中航走体運動制御装置１０は、速度検出器６により測定される水中航走体本体２の速度に基づいて推進装置３と舵５とを制御して、設定値を設定する動作で入力された航路に沿って水中航走体１を自動で巡航させる。このような自律的巡航は、公知であり、特開平０１−２４０３９８号公報、特開２００５−２３９０２７号公報に開示されている。
【００３４】
高度制御する動作は、巡航する動作と並行して実行される。水中航走体運動制御装置１０は、図５に示されているように、まず、速度検出器６を用いて、距離２５と距離２８とを測定する（ステップＳ１）。水中航走体運動制御装置１０は、方向２３と距離２５と方向２６と距離２８とに基づいて、点２４と点２７とを通る直線である仮想線２９の位置を算出する（ステップＳ２）。
【００３５】
水中航走体運動制御装置１０は、さらに、速度検出器６と図示しない深度計とジャイロと慣性航法装置を用いて、水中航走体１の進行方向３２を測定し、進行方向３２と仮想線２９の方向との位置関係を算出する（ステップＳ３）。すなわち、水中航走体運動制御装置１０は、海面２１に平行な直線３９と仮想線２９の方向とのなす角３１を算出し、水中航走体１の全長方向と進行方向３２とのなす角３３を算出する。なす角３１となす角３３との差の絶対値を算出する。
【００３６】
水中航走体運動制御装置１０は、その絶対値が許容角幅より大きいときに（ステップＳ３、ＮＯ）、仮想線２９のうちから所定の仮想点３６の位置を算出する（ステップＳ４）。水中航走体運動制御装置１０は、さらに、仮想点３６からの水中航走体１の高度３７を算出する（ステップＳ５）。水中航走体運動制御装置１０は、高度３７がその目標高度より大きいときに、進行方向３２が下方に変更されるように舵５を制御し、高度３７がその目標高度より小さいときに、進行方向３２が上方に変更されるように舵５を制御する（ステップＳ６）。このような制御としては、フィードバック制御やＰＩＤ制御やファジイ制御などが知られており、本発明によれば単純な制御アルゴリズムで高度制御を実現し、これらの設定諸係数を減少することができる。
【００３７】
水中航走体運動制御装置１０は、その絶対値が許容幅より小さいときに（ステップＳ３、ＹＥＳ）、点２４からの水中航走体１の高度３４を算出する（ステップＳ７）。水中航走体運動制御装置１０は、高度３４がその目標高度より大きいときに、進行方向３２が下方に変更されるように舵５を制御し、高度３４がその目標高度より小さいときに、進行方向３２が上方に変更されるように舵５を制御する（ステップＳ８）。このような制御としては、フィードバック制御やＰＩＤ制御やファジイ制御などが知られており、本発明によれば単純な制御アルゴリズムで高度制御を実現し、これらの設定諸係数を減少することができる。ステップＳ１〜ステップＳ８の動作は、巡航に際して周期的に繰り返して実行される。
【００３８】
本発明に示すステップＳ４で算出される仮想点３６の位置変動は、海底面２２の小さな凸凹に影響され難く、速度検出器６によって直接に測定される点２４、２７に比較して位置の変動が小さい。このため、水中航走体１の巡航において高度３７は変動が緩やかであり、ステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御によれば、水中航走体１の高度偏差の変動を低減することができ、水中航走体１の姿勢角の変動を低減することができる。
【００３９】
水中航走体は、一般に、舵やスラスターや姿勢調整装置や浮量調整装置などのアクチュエータを多数装備することにより、水中航走体１の高度を変更するときの水中航走体１の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。図５の動作によれば、水中航走体１の高度偏差の変動を低減することができ、このため、水中航走体１の姿勢角の変動を低減することができる。このとき、水中航走体１は、水中航走体１の姿勢角の変動を低減するために、舵やスラスターや姿勢調整装置や浮量調整装置などアクチュエータを多数装備する必要がなく好ましい。なお、本発明に示す水中航走体１は、このような舵やスラスターや姿勢調整装置や浮量調整装置などアクチュエータをより多く備えることにより、水中航走体１の姿勢角と高度偏差の変動をより低減することができ、好ましい。
【００４０】
海底面２２からの高度の実測値の信号をフィルタリング処理して海底面２２の小さな凸凹によるばらつきを低減することが知られている。所定の高度保持性能を確保し且つ航走体としてのリアルタイムに演算処理しなければならない必要性において、ステップＳ４〜ステップＳ６のような高度制御は、上記フィルタリング処理を用いた高度制御に比較して、処理量が小さくより低コストでより速く処理することができ、好ましい。なお、この水中航走体１が高い処理能力を持つコンピュータを搭載するのであれば、上記フィルタリング処理機能を備えることにより、水中航走体１の姿勢角と高度偏差の変動をより低減することができ、好ましい。
【００４１】
ステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御は、なす角３１となす角３３との差の絶対値が設定部１１により設定された許容角幅より小さいとき、すなわち、水中航走体１が海底地形の起伏との差異が小さく巡航したと判断されるときに実行される。ステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御は、ステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御に比較して、実測値を用いて高度制御している分だけ水中航走体１をより高精度に高度制御することができる。ステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御とステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御とを許容角幅によって適切に選定することで水中航走体１を海底地形に対応してより追従性の高い高度制御することができる。
【００４２】
なお、センシング方向角度３８は、シミュレーションにより算出される変数にしないで定数にすることもできる。センシング方向角度３８は、シミュレーションによれば、水中航走体１の進行方向に向かって前側とすることが高度偏差を小さくでき、好ましい。定数であるセンシング方向角度３８としては、直線２９上の点２４と点２７との間において、水中航走体１の鉛直直下の方向、すなわち、なす角３８が３０度のときから、なす角３８が６０度との範囲にすることが好ましい。
【００４３】
なお、許容角量は、シミュレーションにより算出される変数にしないで定数にすることもできる。許容角量は、シミュレーションによれば、小さければ小さいほどステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御が実行される頻度が大きく高度偏差を低減できるが、起伏変化の大きな海底地形に対しては姿勢角の変動が大きくなって、海底への追従性が悪化する場合もある。定数である許容角量としては、使用する観測装置の精度に悪影響を及ぼさない点で５度以内が好ましく、２〜３度以内がさらに好ましい。
【００４４】
さらに、ステップＳ３は、許容角幅を用いない他の条件で判別することもできる。このような条件としては、なす角３１となす角３３との差が所定の範囲に含まれるかどうかが例示される。このような条件では、その範囲の上限と下限とを独立に設定することができ、ステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御とステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御とをより適切に切り換えることができ、好ましい。
【００４５】
なお、なす角３１となす角３３との差の絶対値が設定部１１により設定された許容角幅より小さいとき、すなわち、水中航走体１が海底地形の起伏との差異があらかじめ小さく巡航できると担保されるときに、高度制御する動作は、ステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御を実行しないで、ステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御のみを実行することもできる。このような動作によれば、水中航走体１は、常時に、水中航走体１の高度の変動と姿勢の変動とを低減され、好ましい。
【００４６】
本発明による水中航走体の実施の他の形態は、既述の実施の形態における水中航走体１がジャイロと慣性航法装置と深度計をさらに備えている。その慣性航法装置と深度計は水中航走体１の巡航において海底との位置関係を固定する。そのジャイロは、複数軸に回転可能に速度検出器６を水中航走体本体２に支持し、速度検出器６の中心軸が鉛直方向に平行になるように駆動する。既述の実施の形態における直線３０は、速度検出器６に対して固定され、常時に水平方向に平行である。このとき、点２４または点２７から直線３０に下ろした垂線は、鉛直方向に平行であり、高度３４、３７は、より水中航走体１の高度をより正確に示している。このような水中航走体は、その分だけ水中航走体を姿勢角の動揺を低減して海底により追従性高く高度制御することができる。
【００４７】
本発明による水中航走体の実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態における水中航走体１が水中航走体１と海底面２２の点２４、２７との距離を測定する専用のソーナーを備えている。このような水中航走体1は、その専用のソーナーを可動で所望の角度を向くように水中航走体本体に固定することができ、点２４、２７とをより高い自由度で設定することができ、水中航走体１の運動能力と観測装置の性能に配慮してより自在に高度制御することができ、好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明による水中航走体の実施の形態を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明による水中航走体運動制御装置の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】図３は、高度制御部を示すブロック図である。
【図４】図４は、水中航走体の高度方向を示す縦断面図である。
【図５】図５は、高度制御する動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１  ：水中航走体
２  ：水中航走体本体
３  ：推進装置
５  ：舵
６  ：速度検出器
７  ：観測装置
１０：水中航走体運動制御装置
１１：設定部
１２：巡航制御部
１３：高度制御部
１４：測定部
１５：高度収集部
１６：舵制御部
２１：海面
２２：海底面
２３：方向
２４：点
２５：距離
２６：方向
２７：点
２８：距離
２９：仮想線
３０：直線
３１：なす角
３２：進行方向
３３：なす角
３４：高度
３６：仮想点
３７：高度
３８：なす角
３９：直線
【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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