(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体と、前記機体に設けられた第１方向舵及び第２方向舵とを含む水中航走体の航走制御方法であって、
前記水中航走体の現在方位及び前記水中航走体の現在深度を取得するステップと、
前記現在方位と目標方位との偏差に基づいて前記水中航走体全体としての舵角調整量を算出するステップと、
前記舵角調整量を前記第１方向舵又は前記第２方向舵の少なくとも一方に分配し、分配された前記舵角調整量に基づいて前記第１方向舵又は前記第２方向舵の少なくとも一方の舵角を調節するステップと、を備え、
前記舵角を調節するステップでは、
前記現在深度が第１規定深度Ｚ１よりも大きい場合、前記第１方向舵及び前記第２方向舵の両方に前記舵角調整量を分配し、
前記現在深度が第１規定深度Ｚ１以下の場合、前記第１方向舵及び前記第２方向舵のうち下方に位置する一方の方向舵のみに前記舵角調整量の全量を割り振る
ことを特徴とする水中航走体の航走制御方法。
【請求項２】
前記水中航走体のロール角を検出し、該ロール角に基づいて、前記第１方向舵又は前記第２方向舵の何れが下方に位置する前記一方の方向舵であるのかを判定するステップをさらに備え、
前記舵角を調節するステップでは、前記現在深度が第１規定深度Ｚ１以下の場合、前記第１方向舵又は前記第２方向舵のうち、前記判定するステップにおいて下方に位置すると判定された前記一方の方向舵のみに前記舵角調整量の全量を割り振る
ことを特徴とする請求項１に記載の水中航走体の航走制御方法。
【請求項３】
前記水中航走体のロール角を検出し、該ロール角と目標ロール角との偏差に基づいて、少なくとも前記水中航走体の一対の昇降舵の舵角調整量を調節するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の水中航走体の航走制御方法。
【請求項４】
前記現在深度に基づいて前記水中航走体の目標深度を更新するステップをさらに備え、
前記目標深度を更新するステップでは、前記現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度として設定する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の水中航走体の航走制御方法。
【請求項５】
前記目標深度補正量βは、前記機体の直径以上であることを特徴とする請求項４に記載の水中航走体の航走制御方法。
【請求項６】
前記水中航走体の第１時点Ｔ１における速度ベクトルに基づいて、規定時間経過後の第２時点Ｔ２における前記水中航走体の予想位置を算出するステップと、
前記第２時点Ｔ２における前記水中航走体の実際の位置と、前記予想位置とに基づいて、潮流ベクトルを算出するステップと、
前記潮流ベクトルに基づいて、前記水中航走体の方位を制御するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の水中航走体の航走制御方法。
【請求項７】
機体と、
前記機体に設けられた第１方向舵及び第２方向舵と、
前記水中航走体の現在方位を取得するための方位センサと、
前記水中航走体の現在深度を取得するための深度センサと、
前記方位センサによって取得した現在方位と目標方位との偏差に基づいて、前記水中航走体全体としての舵角調整量を算出するための舵角調整量算出部と、
前記舵角調整量を前記第１方向舵又は前記第２方向舵の少なくとも一方に分配し、分配された前記舵角調整量に基づいて前記第１方向舵又は前記第２方向舵の少なくとも一方の舵角を調節する方向舵調節部と、を備え、
前記方向舵調節部は、
前記深度センサによって取得した現在深度が第１規定深度Ｚ１よりも大きい場合、前記第１方向舵及び前記第２方向舵の両方に前記舵角調整量を分配し、
前記深度センサによって取得した現在深度が第１規定深度Ｚ１以下の場合、前記第１方向舵及び前記第２方向舵のうち下方に位置する一方の方向舵のみに前記舵角調整量の全量を割り振る
ように構成されたことを特徴とする水中航走体。
【請求項８】
前記水中航走体のロール角を検出するためのロール角センサと、
前記ロール角センサによって検出した前記ロール角に基づいて、前記第１方向舵又は前記第２方向舵の何れが下方に位置する前記一方の方向舵であるのかを判定するように構成された舵位置判定部と、
をさらに備え、
前記方向舵調節部は、前記現在深度が第１規定深度Ｚ１以下の場合、前記第１方向舵又は前記第２方向舵のうち、前記舵位置判定部によって下方に位置すると判定された前記一方の方向舵のみに前記舵角調整量の全量を割り振るように構成された
ことを特徴とする請求項７に記載の水中航走体。
【請求項９】
前記機体に設けられた一対の昇降舵と、
前記現在ロール角と目標ロール角との偏差に基づいて、少なくとも前記一対の昇降舵の舵角調節量を調節するように構成された昇降舵調節部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の水中航走体。
【請求項１０】
前記水中航走体の目標深度を更新するための目標深度更新部をさらに備え、
前記目標深度更新部は、前記深度センサによって取得した現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度として設定するように構成された
ことを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載の水中航走体。
【請求項１１】
前記目標深度補正量βは、前記機体の直径以上であることを特徴とする請求項１０に記載の水中航走体。
【請求項１２】
前記水中航走体の第１時点Ｔ１における速度ベクトルに基づいて、規定時間経過後の第２時点Ｔ２における前記水中航走体の予想位置を算出するように構成された予想位置算出部と、
前記第２時点Ｔ２における前記水中航走体の実際の位置と、前記予想位置算出部により算出された前記予想位置とに基づいて、潮流ベクトルを算出する潮流ベクトル算出部と、をさらに備え、
前記舵角調整量算出部は、前記潮流ベクトル算出部により算出された前記潮流ベクトルに基づいて、前記水中航走体全体としての舵角調整量を算出するように構成された
ことを特徴とする請求項７乃至１１の何れか一項に記載の水中航走体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は水中航走体の航走制御方法及び水中航走体に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中を航走する水中航走体の航走制御においては、その機体に設けられた舵を操作することによって航走方位の制御を行うことがある。
例えば、特許文献１には、機体の後方において機体の上下及び左右に、それぞれ一対の垂直舵（方向舵）及び水平舵（昇降舵）が設けられた水中航走体が開示されている。この水中航走体では、各垂直舵及び各水平舵を適宜作動させることによって航走制御可能に構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２１０５５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水中航走体は、主に水中を航走するため、通常、機体全体が水没していることを前提として航走制御が行われる。
一方、深度の小さい水面付近を水中航走体が航走する場合には、機体の一部のみが水没し、機体の上部に設けられた舵が水面よりも上方に位置する状態となる場合がある。このような状態では、機体の上部に設けられた舵は水中に存在しないため、該舵を作動させても航走制御には寄与し得ない。よって、この場合に、機体全体が水没していることを前提とした制御を適用したのでは、水中航走体の航走制御を適切に行うことができない場合がある。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、機体の水没状態によらずに航走制御を適切に行うことができる水中航走体の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】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法は、
機体と、前記機体に設けられた第１方向舵及び第２方向舵とを含む水中航走体の航走制御方法であって、
前記水中航走体の現在方位及び前記水中航走体の現在深度を取得するステップと、
前記現在方位と目標方位との偏差に基づいて前記水中航走体全体としての舵角調整量を算出するステップと、
前記舵角調整量を前記第１方向舵又は前記第２方向舵の少なくとも一方に分配し、分配された前記舵角調整量に基づいて前記第１方向舵又は前記第２方向舵の少なくとも一方の舵角を調節するステップと、を備え、
前記舵角を調節するステップでは、
前記現在深度が第１規定深度Ｚ１よりも大きい場合、前記第１方向舵及び前記第２方向舵の両方に前記舵角調整量を分配し、
前記現在深度が第１規定深度Ｚ１以下の場合、前記第１方向舵及び前記第２方向舵のうち下方に位置する一方の方向舵のみに前記舵角調整量の全量を割り振る。
【０００７】
上記（１）の方法では、水中航走体の現在深度が第１規定深度Ｚ１よりも大きい場合、すなわち機体全体が水没していると判定された場合、第１方向舵及び第２方向舵の両方に水中航走体全体としての舵角調整量を分配するとともに、水中航走体の現在深度が第１規定深度Ｚ１以下である場合、すなわち機体の一部のみが水没していると判定された場合、第１方向舵及び第２方向舵のうち下方に位置する一方の方向舵のみに水中航走体全体としての舵角調整量の全量を割り振る。すなわち、機体の一部のみが水没しており、第１方向舵又は第２方向舵のうちの一方が水面より上方に位置する場合であっても、水中に存在するもう一方の方向舵のみに舵角調整量を割り振るため、水中航走体の航走方位を適切に制御することができる。よって、上記（１）の方法によれば、機体の水没状態によらずに水中航走体の航走制御を適切に行うことができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法は、
前記水中航走体のロール角を検出し、該ロール角に基づいて、前記第１方向舵又は前記第２方向舵の何れが下方に位置する前記一方の方向舵であるのかを判定するステップをさらに備え、
前記舵角を調節するステップでは、前記現在深度が第１規定深度Ｚ１以下の場合、前記第１方向舵又は前記第２方向舵のうち、前記判定するステップにおいて下方に位置すると判定された前記一方の方向舵のみに前記舵角調整量の全量を割り振る。
上記（２）の方法によれば、水中航走体のロール角に基づいて、第１方向舵又は第２方向舵の何れが下方に位置する方向舵であるのかを確実に判定できるので、機体の水没状態によらずに水中航走体の航走制御を適切に行うことができる。
【０００９】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の方法は、前記水中航走体のロール角を検出し、該ロール角と目標ロール角との偏差に基づいて、少なくとも前記水中航走体の一対の昇降舵の舵角調整量を調節するステップをさらに備える。
上述の（１）の方法に基づいて分配した舵角調整量に基づいて第１方向舵及び／又は第２方向舵の舵角を調整することに起因して、水中航走体の機体がロール方向に回転する可能性がある。
この点、上記（３）の方法によれば、現在ロール角と目標ロール角との偏差に基づいて、少なくとも水中航走体の一対の昇降舵の舵角調整量を調節するので、上述の方向舵の舵角の調整に起因する機体のロール方向における回転を抑制することができる。
【００１０】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れかの方法は、
前記現在深度に基づいて前記水中航走体の目標深度を更新するステップをさらに備え、
前記目標深度を更新するステップでは、前記現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度として設定する。
上記（４）の方法によれば、現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度として設定する。よって、水中航走体の深度が小さい場合に、水中航走体をより大きな深度で航走させることができる。例えば、操作ミスや機体の状態に起因して、運転者の意図に反して水中航走体が水面付近を航走する場合等に、水中航走体をより深いところで航走させることにより、水中航走体を水上にいる他者から認知され難くすることができる。
【００１１】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の方法において、前記目標深度補正量βは、前記機体の直径以上である。
上記（５）の方法によれば、目標深度補正量βを機体の直径以上としたので、該目標深度補正量βに基づいて水中航走体の目標深度を更新することにより、目標深度を十分に深くして、機体全体を水没させた状態としやすくなる。
【００１２】
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法は、
水中航走体の現在深度を取得するステップと、
前記現在深度に基づいて前記水中航走体の目標深度を更新するステップと、を備え、
前記目標深度を更新するステップでは、
前記現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度として設定する
ことを特徴とする水中航走体の航走制御方法。
【００１３】
上記（６）の方法によれば、現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度として設定する。よって、水中航走体の深度が小さい場合に、水中航走体をより大きな深度で航走させることができる。例えば、操作ミスや機体の状態に起因して、運転者の意図に反して水中航走体が水面付近を航走する場合等に、水中航走体をより深いところで航走させることにより、水中航走体を水上にいる他者から認知され難くすることができる。
【００１４】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（６）の何れかの方法は、
前記水中航走体の第１時点Ｔ１における速度ベクトルに基づいて、規定時間経過後の第２時点Ｔ２における前記水中航走体の予想位置を算出するステップと、
前記第２時点Ｔ２における前記水中航走体の実際の位置と、前記予想位置とに基づいて、潮流ベクトルを算出するステップと、
前記潮流ベクトルに基づいて、前記水中航走体の方位を制御するステップと、
をさらに備える。
上記（７）の方法では、基準時点（第１時点Ｔ１）から所定時間経過後の時点（第２時点Ｔ２）における水中航走体の実際の位置と予想位置とから算出される潮流ベクトルに基づいて水中航走体の方位を制御する。よって、水中航走時における潮流の影響を考慮して水中航走体の方位を適切に制御することができる。
【００１５】
（８）本発明の少なくとも一実施形態に係る水中航走体は、
機体と、
前記機体に設けられた第１方向舵及び第２方向舵と、
前記水中航走体の現在方位を取得するための方位センサと、
前記水中航走体の現在深度を取得するための深度センサと、
前記方位センサによって取得した現在方位と目標方位との偏差に基づいて、前記水中航走体全体としての舵角調整量を算出するための舵角調整量算出部と、
前記舵角調整量を前記第１方向舵又は前記第２方向舵の少なくとも一方に分配し、分配された前記舵角調整量に基づいて前記第１方向舵又は前記第２方向舵の少なくとも一方の舵角を調節する方向舵調節部と、を備え、
前記方向舵調節部は、
前記深度センサによって取得した現在深度が第１規定深度Ｚ１よりも大きい場合、前記第１方向舵及び前記第２方向舵の両方に前記舵角調整量を分配し、
前記深度センサによって取得した現在深度が第１規定深度Ｚ１以下の場合、前記第１方向舵及び前記第２方向舵のうち下方に位置する一方の方向舵のみに前記舵角調整量の全量を割り振る
ように構成される。
【００１６】
上記（８）の構成では、水中航走体の現在深度が第１規定深度Ｚ１よりも大きい場合、すなわち機体全体が水没していると判定された場合、第１方向舵及び第２方向舵の両方に水中航走体全体としての舵角調整量を分配するとともに、水中航走体の現在深度が第１規定深度Ｚ１以下である場合、すなわち機体の一部のみが水没していると判定された場合、第１方向舵及び第２方向舵のうち下方に位置する一方の方向舵のみに水中航走体全体としての舵角調整量の全量を割り振る。すなわち、機体の一部のみが水没しており、第１方向舵又は第２方向舵のうちの一方が水面より上方に位置する場合であっても、水中に存在するもう一方の方向舵のみに舵角調整量を割り振るため、水中航走体の航走方位を適切に制御することができる。よって、上記（８）の方法によれば、機体の水没状態によらずに水中航走体の航走制御を適切に行うことができる。
【００１７】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）の構成において、前記水中航走体は、
前記水中航走体のロール角を検出するためのロール角センサと、
前記ロール角センサによって検出した前記ロール角に基づいて、前記第１方向舵又は前記第２方向舵の何れが下方に位置する前記一方の方向舵であるのかを判定するように構成された舵位置判定部と、
をさらに備え、
前記方向舵調節部は、前記現在深度が第１規定深度Ｚ１以下の場合、前記第１方向舵又は前記第２方向舵のうち、前記舵位置判定部によって下方に位置すると判定された前記一方の方向舵のみに前記舵角調整量の全量を割り振るように構成される。
上記（９）の構成によれば、水中航走体のロール角に基づいて、第１方向舵又は第２方向舵の何れが下方に位置する方向舵であるのかを確実に判定できるので、機体の水没状態によらずに水中航走体の航走制御を適切に行うことができる。
【００１８】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）の構成において、前記水中航走体は、
前記機体に設けられた一対の昇降舵と、
前記現在ロール角と目標ロール角との偏差に基づいて、少なくとも前記一対の昇降舵の舵角調節量を調節するように構成された昇降舵調節部と、をさらに備える。
上述の（８）の構成に基づいて分配された舵角調整量に基づいて第１方向舵及び／又は第２方向舵の舵角を調整することに起因して、水中航走体の機体がロール方向に回転する可能性がある。
この点、上記（１０）の構成によれば、現在ロール角と目標ロール角との偏差に基づいて、少なくとも水中航走体の一対の昇降舵の舵角調整量を調節するので、上述の方向舵の舵角の調整に起因する機体のロール方向における回転を抑制することができる。
【００１９】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１０）の何れかの構成において、前記水中航走体は、
前記水中航走体の目標深度を更新するための目標深度更新部をさらに備え、
前記目標深度更新部は、前記深度センサによって取得した現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度として設定するように構成される。
上記（１１）の構成によれば、現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値が新たな目標深度として設定される。よって、水中航走体の深度が小さい場合に、水中航走体をより大きな深度で航走させることができる。例えば、操作ミスや機体の状態に起因して、運転者の意図に反して水中航走体が水面付近を航走する場合等に、水中航走体をより深いところで航走させることにより、水中航走体を水上にいる他者から認知され難くすることができる。
【００２０】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）の構成において、前記目標深度補正量βは、前記機体の直径以上である。
上記（１２）の構成によれば、目標深度補正量βを機体の直径以上としたので、該目標深度補正量βに基づいて水中航走体の目標深度を更新することにより、目標深度を十分に深くして、機体全体を水没させた状態としやすくなる。
【００２１】
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係る水中航走体は、
水中航走体の現在深度を取得するための深度センサと、
前記水中航走体の目標深度を更新する目標深度更新部と、を備え、
前記目標深度更新部は、前記深度センサによって取得した現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度として設定するように構成される。
【００２２】
上記（１３）の構成によれば、現在深度が第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度に目標深度補正量β（＞０）を加算した値が新たな目標深度として設定される。よって、水中航走体の深度が小さい場合に、水中航走体をより大きな深度で航走させることができる。例えば、操作ミスや機体の状態に起因して、運転者の意図に反して水中航走体が水面付近を航走する場合等に、水中航走体をより深いところで航走させることにより、水中航走体を水上にいる他者から認知され難くすることができる。
【００２３】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１３）の何れかの構成において、前記水中航走体は、
前記水中航走体の第１時点Ｔ１における速度ベクトルに基づいて、規定時間経過後の第２時点Ｔ２における前記水中航走体の予想位置を算出するように構成された予想位置算出部と、
前記第２時点Ｔ２における前記水中航走体の実際の位置と、前記予想位置算出部により算出された前記予想位置とに基づいて、潮流ベクトルを算出する潮流ベクトル算出部と、をさらに備え、
前記舵角調整量算出部は、前記潮流ベクトル算出部により算出された前記潮流ベクトルに基づいて、前記水中航走体全体としての舵角調整量を算出するように構成される。
上記（１４）の構成では、基準時点（第１時点Ｔ１）から所定時間経過後の時点（第２時点Ｔ２）における水中航走体の実際の位置と予想位置とから算出される潮流ベクトルに基づいて水中航走体の方位が制御される。よって、水中航走時における潮流の影響を考慮して水中航走体の方位を適切に制御することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、機体の水没状態によらずに航走制御を適切に行うことができる水中航走体の航走制御方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施形態に係る水中航走体の構成を示す概略図である。
【図２】一実施形態に係る水中航走体の航走制御部の構成を示す図である。
【図３】一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法のフローチャートである。
【図４Ａ】一実施形態に係る水中航走体の現在深度と第１規定深度の比較について説明するための図である。
【図４Ｂ】一実施形態に係る水中航走体の現在深度と第１規定深度の比較について説明するための図である。
【図５Ａ】一実施形態に係る方向舵の舵角調整量を説明するための図である。
【図５Ｂ】一実施形態に係る方向舵の舵角調整量を説明するための図である。
【図６】一実施形態に係る水中航走体のロール角を説明するための図である。
【図７】一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法のフローチャートである。
【図８Ａ】一実施形態に係る水中航走体の目標深度の更新について説明するための図である。
【図８Ｂ】一実施形態に係る水中航走体の目標深度の更新について説明するための図である。
【図９】一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法のフローチャートである。
【図１０】一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２７】
まず、一実施形態に係る水中航走体の構成について説明する。図１は、一実施形態に係る水中航走体の構成を示す概略図である。同図に示すように、水中航走体１は、機体２と、スラスタ３と、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂを含む一対の方向舵（ラダー）４と、第１昇降舵５Ａ及び第２昇降舵５Ｂを含む一対の昇降舵（エレベータ）５と、を含む。なお、第１昇降舵５Ａは、機体２を挟んで第２昇降舵５Ｂとは反対側に位置するため、図１において第１昇降舵５Ａは機体２に隠れて見えていない状態である。
【００２８】
スラスタ３は、例えばスクリューを含み、図示されない動力装置で駆動されることにより水中航走体１の推力を発生する。
第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂは、機体２を挟んで機体２の上下方向に対となって配置されている。これらの方向舵４を適宜作動させることにより、機体２の方位（方位角）が制御されて、これにより水平面における水中航走体１の位置（即ち緯度及び経度）が制御される。
第１昇降舵５Ａ及び第２昇降舵５Ｂは、機体２を挟んで機体２の左右方向に対となって配置されている。これらの昇降舵５を適宜作動させることにより、機体２のピッチ角が制御されて、これにより垂直面における水中航走体１の位置（即ち深度又は高度）が制御される。
【００２９】
図２は、一実施形態に係る水中航走体１の航走制御部１０の構成を示す図である。
水中航走体１は、水中航走体１の現在の方位、深度、ロール角及び位置をそれぞれ取得するための方位センサ６、深度センサ７、ロール角センサ８及び位置センサ９を備える（図２参照）。また、水中航走体１は、これらのセンサの検出結果等に基づいて水中航走体１の航走制御を行うための航走制御部１０を備える。方位センサ６及びロール角センサ８としては、例えば、ジャイロセンサを用いることができる。深度センサ７としては、例えば圧力計を用いることができる。位置センサ９としては、例えば、ＧＰＳ又はコンパスを用いることができる。なお、水中航走体１の方位、ロール角又は位置等を取得するために、慣性航法装置（Inertial Navigation System）を用いてもよい。
【００３０】
図２に示すように、水中航走体１の航走制御部１０は、舵角調整量算出部１２と、舵位置判定部１４と、目標深度更新部１６と、予想位置算出部１８と、潮流ベクトル算出部１９と、方向舵調節部２０と、昇降舵調節部２２と、を含む。航走制御部１０は、これらの各部により、方向舵４及び／又は昇降舵５の舵角調整量を決定し、また、決定された舵角調整量に基づいて方向舵４及び昇降舵５をそれぞれ調節するように構成されている。
【００３１】
以下、本発明の実施形態に係る航走制御方法について、上述の構成を有する水中航走体１に適用される航走制御方法を例として説明する。
【００３２】
図３は、一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法のフローチャートである。
図３のフローチャートに示す水中航走体の航走制御方法では、まず、方位センサ６及び深度センサ７を用いて、水中航走体１の現在方位ψａ及び水中航走体１の現在深度Ｚａをそれぞれ取得する（Ｓ１０２）。
【００３３】
次に、舵角調整量算出部１２により、ステップＳ１０２で取得した現在方位ψａと目標方位ψｒとの偏差に基づいて、水中航走体１全体としての舵角調整量δＡを算出する（Ｓ１０４）。ステップＳ１０４では、水中航走体１の方位ψを目標方位ψｒに近づけるように、現在方位ψａと目標方位ψｒとの偏差に基づいて舵角調整量δＡを算出するようにしてもよい。
【００３４】
そして、方向舵調節部２０により、ステップＳ１０４で算出した舵角調整量δＡを第１方向舵４Ａ又は第２方向舵４Ｂの少なくとも一方に分配し（Ｓ１０６〜Ｓ１１４）、分配された舵角調整量に基づいて第１方向舵４Ａ又は第２方向舵４Ｂの少なくとも一方の舵角を調節する（Ｓ１１６）。
【００３５】
ステップＳ１０６では、水中航走体１の現在深度Ｚａが第１規定深度Ｚ１よりも大きいか否かを判定する。第１規定深度Ｚ１は、一対の方向舵４のうち上方に位置する一方に対して、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１４において、舵角調整量δＡを分配するか否かを判定するための閾値である。
【００３６】
ここで、図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、水中航走体１の現在深度Ｚａと第１規定深度Ｚ１との比較について説明するための図であり、図４Ａは、現在深度Ｚａが第１規定深度Ｚ１よりも小さい場合を示し、図４Ｂは、現在深度Ｚａが第１規定深度Ｚ１よりも大きい場合を示す。なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいては、一対の方向舵４のうち第１方向舵４Ａが上方に位置し、第２方向舵４Ｂが下方に位置している。
機体２の一部が水没しておらず、一対の方向舵４のうち上方に位置する一方の方向舵４の全部又は一部が水没していない場合（図４Ａ参照）、その方向舵４は水中航走体１の方位制御に寄与しないか、又は寄与する程度が小さくなる。よって、この場合には、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１４において、該一方の方向舵４に舵角調整量δＡを分配しないようにする。
一方、機体２の全体が水没し、一対の方向舵４のうち上方に位置する一方の方向舵４の全部が水没している場合（すなわち、一対の方向舵４の両方の全部が水没している場合；図４Ｂ参照）、両方の方向舵４（第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂ）が水中航走体１の方位制御に寄与する。よって、この場合には、ステップＳ１０８〜ステップＳ１１４において、一対の方向舵４の両方に舵角調整量δＡを分配するようにする。
ステップＳ１０６では、このような舵角調整量δＡの分配を可能とするため、第１規定深度Ｚ１に基づいた条件判定を行う。
【００３７】
したがって、機体２の全体が水没しているときの水中航走体１の深度を第１規定深度Ｚ１として設定してもよい。あるいは、上方に位置する一方の方向舵４が完全に水没しているときの深度（即ち一対の方向舵４の両方が完全に水没しているときの深度）を第１規定深度Ｚ１として設定してもよい。
【００３８】
ステップＳ１０６において、水中航走体１の現在深度Ｚａが第１規定深度Ｚ１よりも大きいと判定された場合（ステップＳ１０６の判定結果が“Ｙｅｓ”の場合）、ステップＳ１０８において、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂの両方に舵角調整量δＡを分配する。
また、ステップＳ１０６において、水中航走体１の現在深度Ｚａが第１規定深度Ｚ１以下であると判定された場合（即ちステップＳ１０６の判定結果が“Ｎｏ”の場合）、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂのうち何れの一方が下方に位置するかを判定する（Ｓ１１０）。そして、下方に位置すると判定された一方の方向舵４のみに舵角調整量δＡの全量を割り振る（Ｓ１１２及びＳ１１４）。
【００３９】
ここで、ステップＳ１０８〜Ｓ１１４において第１方向舵４Ａに分配される舵角調整量δＡ１、及び、第２方向舵４Ｂに分配される舵角調整量δＡ２の一例について、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、一実施形態に係る方向舵４の舵角調整量を説明するための図であり、図５Ａは、一実施形態に係る水中航走体１の平面概略図であり、図５Ｂは、同実施形態に係る水中航走体１の底面概略図である。図５Ａ及び図５Ｂにおいては、方向舵４及び昇降舵５の図示を省略している。
なお、以下の説明においては、方向舵４（第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂ）の舵角は、水中航走体１を平面視した場合の、方向舵４の回転中心Ｒを中心とした右回りの方向を正とする。また、以下の説明において、方向舵４の舵角は、水平面上における、機体２の左右方向の中心を通る直線Ｌを基準とした角度とする。
【００４０】
舵角調整量は、基準となる舵角（現在の舵角）に対する舵角の変更量である。
図５Ａ及び図５Ｂに示す例において、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂの現在の舵角はそれぞれＡ１及びＡ２で示されている。ステップＳ１０８〜Ｓ１１４において、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂに配分される舵角調整量がそれぞれδＡ１及びδＡ２に決定された場合、ステップＳ１１６では、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、現在の舵角Ａ１及びＡ２から、それぞれ、δＡ１及びδＡ２だけ舵角が変更されるように、第１方向舵４Ａ又は第２方向舵４Ｂの少なくとも一方の舵角を調節する。
すなわち、ステップＳ１１６における舵角調節後の第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂの舵角は、それぞれ、Ａ１＋δＡ１、及び、Ａ２＋δＡ２である。
【００４１】
ステップＳ１０６の判定結果が“Ｙｅｓ”の場合、ステップＳ１０８では、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂのそれぞれに分配される舵角調整量δＡ１及びδＡ２は、δＡ１＋δＡ２＝δＡが成立するような値である。言い換えれば、舵角調整量δＡ１及びδＡ２は、δＡ１＝α・δＡかつδＡ２＝（１−α）・δＡ（ただし、係数αは、０＜α＜１の範囲内の値である。）によって決まる値である。典型的には、δＡ１＝δＡ２＝δＡ／２（即ち、α＝１／２）である。
【００４２】
ステップＳ１０６の判定結果が“Ｎｏ”の場合であって、ステップＳ１１０において、第２方向舵４Ｂのほうが下方に位置すると判定された場合には（即ち、機体２が反転していないと判定された場合；ステップＳ１１０の判定結果が“Ｎｏ”の場合）、ステップＳ１１２において、第２方向舵４Ｂのみに舵角調整量δＡの全量を割り振る。この場合、第２方向舵４Ｂの舵角調整量δＡ２はδＡに等しく、第１方向舵４Ａの舵角調整量δＡ１はゼロである。
また、ステップＳ１０６の判定結果が“Ｎｏ”の場合であって、ステップＳ１１０において、第１方向舵４Ａのほうが下方に位置すると判定された場合には（即ち、機体２が反転していると判定された場合；ステップＳ１１０の判定結果が“Ｙｅｓ”の場合）、ステップＳ１１４において、第１方向舵４Ａのみに舵角調整量δＡの全量を割り振る。この場合、第１方向舵４Ａの舵角調整量δＡ１は−δＡに等しく、第２方向舵４Ｂの舵角調整量δＡ２はゼロである。
【００４３】
なお、機体２が反転した場合、水中航走体１の右手半分と左手半分の水平面における位置が入れ替わる。すなわち、機体２が反転した場合、機体２が反転していない正姿勢のときに右手側に位置していた右側半分が左手側に、正姿勢のときに左手側に位置していた左側半分が右手側に位置することとなる。よって、機体２が反転している場合に舵角を割り振る際には、機体２が反転しないことを前提として算出された舵角調整量δＡ、δＡ１及びδＡ２を、方向舵４の回転中心Ｒを中心として逆回り（左回り）の方向に与える必要がある。
したがって、ステップＳ１１０において機体２が反転していると判定された場合には、ステップＳ１１４において、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂに割り振る舵角調整量の符号を逆にする。
【００４４】
上述した実施形態に係る方法では、水中航走体１の現在深度Ｚａが第１規定深度Ｚ１よりも大きい場合、すなわち機体２全体が水没していると判定された場合、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂの両方に水中航走体１全体としての舵角調整量δＡを分配するとともに、水中航走体１の現在深度Ｚａが第１規定深度Ｚ１以下である場合、すなわち機体２の一部のみが水没していると判定された場合、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂのうち下方に位置する一方の方向舵４のみに水中航走体１全体としての舵角調整量δＡの全量を割り振る。すなわち、機体２の一部のみが水没しており、第１方向舵４Ａ又は第２方向舵４Ｂのうちの一方が水面より上方に位置する場合であっても、水中に存在するもう一方の方向舵４のみに舵角調整量δＡを割り振るため、水中航走体１の航走方位を適切に制御することができる。よって、上述した実施形態に係る方法によれば、機体２の水没状態によらずに水中航走体１の航走制御を適切に行うことができる。
【００４５】
幾つかの実施形態では、ステップＳ１０６〜Ｓ１１４において舵角調整量δＡを振り分ける前に、ロール角センサ８で水中航走体１のロール角φを取得するようにしてもよい。
ここで、図６は、一実施形態に係る水中航走体１のロール角φを説明するための図であり、水中航走体１を後方から前方に向かって視た図である。水中航走体１のロール角φは、図６に示すように、機体２の中心軸Ｏ周りにおける回転角度である。
【００４６】
このように水中航走体１のロール角φを取得する場合、ステップＳ１０８では、取得したロール角φに基づいて、第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂのそれぞれに分配される舵角調整量δＡ１及びδＡ２を決定するようにしてもよい。例えば、ステップＳ１０８において、取得したロール角φに基づいて、上述した係数αを決定してもよい。
【００４７】
また、上述のように水中航走体１のロール角φを取得する場合、ステップＳ１１０では、取得したロール角φに基づいて、第１方向舵４Ａ又は第２方向舵４Ｂの何れが下方に位置する一方の方向舵４であるのかを判定するようにしてもよい。
典型的な水中航走体１において、ロール角φは、一時的な変動があったとしても、該変動は減衰し、最終的に０°付近又は１８０°付近に落ち着く。ここで、ロール角φが０°付近である時には機体２は反転しておらず、第１方向舵４Ａが上方に位置する状態である。また、ロール角φが１８０°付近である時には機体２は反転しており、第２方向舵４Ｂが上方に位置する状態である。
よって、一実施形態では、ステップＳ１１０において、取得したロール角φが０°付近である場合に機体２は反転していないと判断するとともに、取得したロール角φが１８０°付近である場合に機体２が反転していると判断するようにしてもよい。例えば、取得したロール角φが−４５°以上４５°以下である場合に機体２は反転していないと判断するとともに、取得したロール角φが１３５°以上２２５°以下である場合に機体２が反転していると判断するようにしてもよい。
【００４８】
このように、水中航走体１のロール角φに基づいて、第１方向舵４Ａ又は第２方向舵４Ｂの何れが下方に位置する方向舵４であるのかを確実に判定することにより、機体２の水没状態によらずに水中航走体１の航走制御を適切に行うことができる。
【００４９】
ところで、上述のステップＳ１０２〜Ｓ１１６を含む方法に基づいて分配した舵角調整量δＡ１及びδＡ２に基づいて第１方向舵４Ａ及び／又は第２方向舵４Ｂの舵角を調整することに起因して、水中航走体１の機体２がロール方向に回転する可能性がある。
そこで、幾つかの実施形態では、上述したステップＳ１０２〜Ｓ１１６に加えて、ロール角センサ８を用いて水中航走体１のロール角φを検出し、昇降舵調節部２２により、該ロール角φと目標ロール角φｒとの偏差に基づいて、少なくとも前記水中航走体１の一対の昇降舵５（第１昇降舵５Ａ及び第２昇降舵５Ｂ）の舵角調整量を調節するようにしてもよい。
このように、水中航走体１のロール角φと目標ロール角φｒとの偏差に基づいて、少なくとも水中航走体１の一対の昇降舵５の舵角調整量を調節することにより、上述の方向舵４の舵角の調整に起因する機体２のロール方向における回転を抑制することができる。
【００５０】
例えば、ステップＳ１０６で水中航走体１の現在深度Ｚａが第１規定深度Ｚ１よりも大きいと判定された場合（ステップＳ１０６の判定結果が“Ｙｅｓ”）には、上述した機体２のロール方向における回転を抑制するため、上述のロール角φと目標ロール角φｒとの偏差を考慮しながら第１方向舵４Ａ及び第２方向舵４Ｂに分配する舵角調整量δＡ１及びδＡ２を決定するとともに、ロール角φと目標ロール角φｒとの偏差に基づいて、一対の昇降舵５の舵角調整量を調節するようにしてもよい。
また、ステップＳ１０６で水中航走体１の現在深度Ｚａが第１規定深度Ｚ１以下であると判定された場合（ステップＳ１０６の判定結果が“Ｎｏ”）には、ステップＳ１１０〜Ｓ１１４において一対の方向舵４のうち一方にのみ舵角調整量δＡの全量を割り当てることとなる。よって、この場合には、ロール角φと目標ロール角φｒとの偏差に基づいて、一対の昇降舵５（第１昇降舵５Ａ及び第２昇降舵５Ｂ）の舵角調整量を調節するようにしてもよい。
【００５１】
図７は、一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法のフローチャートである。図８Ａ及び図８Ｂは、それぞれ、一実施形態に係る水中航走体の目標深度の更新について説明するための図である。
【００５２】
図７のフローチャートに示す水中航走体の航走制御方法では、水中航走体１が目標深度Ｚｒで航走しているという条件のもと（Ｓ２０２）、例えば深度センサ７を用いて水中航走体１の現在深度Ｚａを取得する（Ｓ２０４）。
【００５３】
そして、ステップＳ２０４で取得した現在深度Ｚａと第２規定深度Ｚ２とを比較して（Ｓ２０６）、現在深度Ｚａが第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には（Ｓ２０６の判定結果が“Ｙｅｓ”；図８Ａ参照）、目標深度更新部１６は、現在の目標深度Ｚｒに目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度として設定する（すなわち、目標深度Ｚｒを更新する）（Ｓ２０８；図８Ｂ参照）。この後、新たな目標深度Ｚｒ（＝Ｚｒ＋β）で航走することにより、図８Ｂに示すように、目標深度更新前の深度Ｚａよりも、目標深度補正量βの分だけ大きい深度（Ｚａ＋β）の付近で航走することが期待できる。
【００５４】
なお、ステップＳ２０６において現在深度Ｚａが第２規定深度Ｚ２以上であると判定された場合には（Ｓ２０６の判定結果が“Ｎｏ”）、目標深度Ｚｒは更新されず、現在の目標深度Ｚｒが維持される。
【００５５】
ステップＳ２０８にて目標深度Ｚｒが更新された場合には、昇降舵調節部２２により、水中航走体１の深度が更新された目標深度Ｚｒとなるように、一対の昇降舵５の舵角調整量を調節するようにしてもよい。
【００５６】
このように、現在深度Ｚａが第２規定深度Ｚ２よりも小さい場合には、現在の目標深度Ｚｒに目標深度補正量β（＞０）を加算した値を新たな目標深度Ｚｒとして設定することで、水中航走体１の深度が小さい場合に、水中航走体１をより大きな深度で航走させることができる。
【００５７】
幾つかの実施形態では、上述のステップＳ２０６において現在深度Ｚａと比較される第２規定深度Ｚ２は、水中航走体１の深度が、水上にいる他者から発見され得る程度の浅さであるか否かを判定するための閾値である。
水中航走体１は、運転者の意図に反して深度の小さい水面付近を航走する場合がある。例えば、運転者の操作ミスや機体２の状態に起因して、運転者の意図に反して水中航走体１が水面付近を航走する場合がある。このような場合に、第２規定深度Ｚ２及び目標深度補正量βを適切に設定したうえで、上述のように目標深度Ｚｒを更新することで、水中航走体１をより深い適切な深度で航走させることができ、水中航走体１を水上にいる他者から認知され難くすることができる。
【００５８】
幾つかの実施形態では、目標深度補正量βは、機体２の直径以上である。
幾つかの実施形態では、目標深度補正量βは、機体２の直径Ｄのｋ倍（ただしｋ＞１．０））である。ここで、機体２の直径Ｄは、機体２の直径の最大値あってもよく、機体２の平均直径であってもよい。
このように、目標深度補正量βを機体２の直径以上とすることで、目標深度補正量βに基づいて水中航走体１の目標深度Ｚｒを更新することにより、目標深度Ｚｒを十分に深くして、機体２全体を水没させた状態としやすくなる。
【００５９】
幾つかの実施形態では、図７のフローチャートに示す水中航走体の航走制御方法は、図３のフローチャートに示す水中航走体の航走制御方法と組み合わせて実行されてもよい。
【００６０】
図９は、一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法のフローチャートである。図１０は、一実施形態に係る水中航走体の航走制御方法について説明するための図である。図９に示すフローチャートは、図３で示したフローチャートにおける、水中航走体１全体としての舵角調整量δＡを算出するステップＳ１０４のフローの一例を示すものである。
【００６１】
図９及び図１０を参照して説明すると、一実施形態に係る舵角調整量δＡを算出するステップＳ１０４（図３参照）では、予想位置算出部１８により、目標方位ψｒ及び速力Ｖｒにて航走する水中航走体１について（Ｓ３０２）、水中航走体１の第１時点Ｔ１における速度ベクトルＶＵ（すなわち、目標方位ψｒ及び速力Ｖｒ）に基づいて、規定時間経過後の第２時点Ｔ２における水中航走体１の予想位置Ｐ１（ｘ１，ｙ１）を算出する（Ｓ３０４）。水中航走体１の予想位置Ｐ１（ｘ１，ｙ１）は、第１時点Ｔ１における水中航走体１の位置Ｐ０の座標（ｘ０，ｙ０）を用いれば、ｘ１＝ｘ０＋Ｖｒ（Ｔ２−Ｔ１）×ｃｏｓ（ψｒ）、ｙ１＝ｙ０＋Ｖｒ（Ｔ２−Ｔ１）×ｓｉｎ（ψｒ）の式により計算することができる。
また、第１時点Ｔ１から規定時間経過後の第２時点Ｔ２における水中航走体１の実際の位置Ｐ２（ｘ２，ｙ２）を位置センサ９で取得する（Ｓ３０６）。
【００６２】
次に、潮流ベクトル算出部１９により、第２時点Ｔ２における水中航走体１の実際の位置Ｐ２（ｘ２，ｙ２）と、予想位置Ｐ１（ｘ１，ｙ１）とに基づいて、潮流ベクトルＶｃ（Ｖｃｘ，Ｖｃｙ）を算出する（Ｓ３０８）。ここで、Ｖｃｘ＝ｘ２−ｘ１であり、Ｖｃｙ＝ｙ２−ｙ１である。
そして、ステップＳ３０８で算出した潮流ベクトルＶｃに基づいて、水中航走体１の方位を制御する（Ｓ３１０）。一実施形態では、ステップＳ３１０では、舵角調整量算出部１２により、ステップＳ３０８で算出した潮流ベクトルＶｃから潮流方位ψｃを算出し、該潮流方位ψｃに基づいて水中航走体１全体としての舵角調整量σＡを算出してもよい。そして、このように算出された舵角調整量δＡにより、第１方向舵４Ａ又は第２方向舵４Ｂの少なくとも一方の舵角を調節するようにしてもよい。
なお、ステップＳ３１０で水中航走体１全体としての舵角調整量σＡを算出した後は、上述したステップＳ１０６〜Ｓ１１６を含む方法により、水中航走体１の方位を制御するようにしてもよい。
【００６３】
このように、基準時点（第１時点Ｔ１）から所定時間経過後の時点（第２時点Ｔ２）における水中航走体１の実際の位置Ｐ２（ｘ２，ｙ２）と予想位置Ｐ１（ｘ１，ｙ１）とから算出される潮流ベクトルＶｃに基づいて水中航走体１の方位を制御することにより、水中航走時における潮流の影響を考慮して水中航走体１の方位を適切に制御することができる。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００６５】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００６６】
１        水中航走体
２        機体
３        スラスタ
４        方向舵
４Ａ      第１方向舵
４Ｂ      第２方向舵
５        昇降舵
５Ａ      第１昇降舵
５Ｂ      第２昇降舵
６        方位センサ
７        深度センサ
８        ロール角センサ
９        位置センサ
１０      航走制御部
１２      舵角調整量算出部
１４      舵位置判定部
１６      目標深度更新部
１８      予想位置算出部
１９      潮流ベクトル算出部
２０      方向舵調節部
２２      昇降舵調節部
Ｏ        中心軸
Ｒ        回転中心
【図１】
0006629584.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
0006629584.tif 000006
【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
0006629584.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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