(57)【要約】【課題】探索対象物体に位置的に対応する電波源から発射されるレーダ電波の伝播を広域化すること。【解決手段】空中浮遊体１と、空中浮遊体１に搭載されるレーダー８と、空中浮遊体１を基準位置に対して相対的に位置づける位置づけ器３又は９とから構成されている。レーダー８は基準点と探索物体１２との間の相対的位置関係を検出する。空中浮遊体１は基準点から鉛直方向に上方に浮き、基準点に対し重力的に空中浮遊体を支持する手段が必要ではない。基準点より十分に高い位置に位置づけられるレーダー８は、基準点の周囲の領域で基準点から遠い位置を探索することができる。レーザーは、大きい入射角度で有効に海水中に侵入する。【選択図】　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中浮遊体と、
前記空中浮遊体に搭載されるレーダーと、
前記空中浮遊体を基準位置に対して相対的に位置づける位置づけ器とを具え、
前記レーダーは前記基準点と探索物体との間の相対的位置関係を検出する
船舶周域監視システム。
【請求項２】
前記基準点は地球座標系に固定されている
請求項１の船舶周域監視システム。
【請求項３】
前記基準点は地球座標系に対して移動する
請求項１の船舶周域監視システム。
【請求項４】
前記基準点は、船体又は陸上自走車に固定されている
請求項３の船舶周域監視システム。
【請求項５】
前記位置づけ器は、前記空中浮遊体に支持され前記空中浮遊体に推力を与える推進器である
請求項１〜４から選択される１請求項の船舶周域監視システム。
【請求項６】
前記位置づけ器は、前記基準点と前記空中浮遊体を結合する連結線である
請求項１〜４から選択される１請求項の船舶周域監視システム。
【請求項７】
前記位置づけ器は、
前記空中浮遊体に支持され前記空中浮遊体に推力を与える推進器と、
前記基準点と前記空中浮遊体を結合する連結線とを備える
請求項１〜４から選択される１請求項の船舶周域監視システム。
【請求項８】
前記レーダーはレーザーレーダである
請求項１〜７から選択される１請求項の船舶周域監視システム。
【請求項９】
前記レーザーレーダのレーザーは、水中物体に照射される
請求項８の船舶周域監視システム。
【請求項１０】
前記基準点は船体に固定され、
前記位置づけ器は、
前記空中浮遊体に支持され前記空中浮遊体に推力を与える推進器と、
前記基準点と前記空中浮遊体を結合する連結線とを備え、
前記レーダーはレーザーレーダであり、
前記レーザーレーダのレーザーは水中物体に照射される
請求項１の船舶周域監視システム。
【請求項１１】
前記水中物体は、岩、潜水艇、水中航走体、機雷から選択される１又は２以上の物体である
請求項１０の船舶周域監視システム。
【請求項１２】
船体を更に具え、
前記基準点は前記船体に固定され、
前記船体と前記空中浮遊体との間の相対位置を計測するセンサ
とを更に具える請求項１の船舶周域監視システム。
【請求項１３】
前記センサは、
前記空中浮遊体に搭載される第１ＧＰＳ測位電波受信器と、
前記船体に搭載される第２ＧＰＳ測位電波受信器と、
前記第１ＧＰＳ測位電波受信器と前記第２ＧＰＳ測位電波受信器とにより前記船体と前記空中浮遊体の位置関係を計算する計算器と備える
請求項１２の船舶周域監視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶周域監視システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
船舶の航行を安全化するために、船舶に監視機器が搭載されている。船舶の危険回避対象物体は、海面上に浮く他の船舶のような海面浮遊構造物体に限られず、海面直下の表層中にあり沈んでいるが船体に当たる深さ位置で浮遊している障害物体（例示：爆発物体）が知られている。図４は、そのような海中浮遊物体１０１を示している。船体１０２の鑑上構造１０３に、レーザレーダ１０４が配置されて搭載されている。レーザレーダ１０４は、特に航行前進方向の船舶周域を２次元的にレーザービーム１０５で走査して、海中浮遊物体１０１から反射して戻る戻り光を検出することにより海中浮遊物体１０１の存在を検出する検出器である。電波は、海水に吸収されやすく検出媒体としては不適正であり、電波に代替されてレーザーの使用が考えられる。レーザー光と海面との間の角度である入射角が小さい場合には、図４に示されるように、波長が短いレーザー光は海面で全反射して海中に侵入しない。
【０００３】
レーザー光が海中に侵入することが求められる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、探索対象物体に位置的に対応する電波源から発射されるレーダ電波の伝播を広域化することができる船舶周域監視システムを提供することにある。
本発明の他の課題は、海中物体から反射して戻るレーザー光が船体に位置的に対応するレーザー受光器に広域的に戻ることができる船舶周域監視システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００６】
本発明による船舶周域監視システムは、空中浮遊体（１）と、空中浮遊体（１）に搭載されるレーダー（８）と、空中浮遊体（１）を基準位置に対して相対的に位置づける位置づけ器（３又は９）とから構成されている。レーダー（８）は基準点と探索物体（１２）との間の相対的位置関係を検出する。空中浮遊体（１）は基準点から鉛直方向に上方に浮き、基準点に対し重力的に空中浮遊体を支持する手段が必要ではない。基準点より十分に高い位置に位置づけられるレーダー（８）は、基準点の周囲の領域で基準点から遠い位置を探索することができる。空中浮遊体（１）は、所謂、飛行船、気球であり、大気の比重よりも小さい比重を持つ物体である。
【０００７】
基準点は、地球座標系に固定され、又は、地球座標系に対して移動する。地球座標系に固定される基準点としては、消防署が好適に例示される。地球座標系に対して移動する基準点は、船体又は陸上自走車に固定されている。陸上自走車としては、戦車、煙探知を行う消防自動車が好適に例示される。
【０００８】
基準点に対して空中浮遊体（１）を位置づけることが重要である。位置づけ器としては、自発的位置づけ器と、物理的拘束器とがある。自発的な位置づけ器としては、空中浮遊体（１）に支持され空中浮遊体（１）に推力を与える推進器（９）が好適に例示される。推進器（９）としては、プロペラが好適に例示される。位置づけは、重心位置の位置づけと、重心のまわりの回転的位置づけがある。回転的位置づけのためには、プロペラは複数個が空中浮遊体（１）に配置されることが望ましい。物理的に拘束する位置づけ器としては、基準点と空中浮遊体を結合する連結線（３）が好適である。位置づけ器は、空中浮遊体に支持され空中浮遊体に推力を与える推進器（９）と、基準点と空中浮遊体（１）を結合する連結線（３）との複合であることが更に好ましい。
【０００９】
レーダーは、レーザーレーダが特に好適である。レーザーレーダのレーザーは、水中物体に照射される。レーダ電波としてレーザー光が用いられる場合に、空中浮遊物体（１）の存在は、レーザー光の水面に対する入射角度をより大きくすることができる。
【００１０】
基準点が船体（２）に固定される場合、位置づけ器（３，９）は、空中浮遊体（１）に支持され空中浮遊体（１）に推力を与える推進器と、基準点と空中浮遊体（１）を結合する連結線（３）とから構成され、レーダーはレーザーレーダであり、レーザーレーダのレーザーは水中物体に照射される。本発明は、このような実施の形態に特に有効である。水中物体としては、座礁の原因になる岩、潜水艇、魚雷のような水中航走体又は浮遊機雷が好適に例示される。
【００１１】
空中浮遊体（１）は船体（２）との組合せとしてシステム化されることによりその有用性が各段に増大する。この場合には、基準点は船体（２）に固定される。船体（２）と空中浮遊体（１）との間の相対位置はセンサにより計測され、特に計算的に計測される。センサとしては、多様な測距儀の他に、ＧＰＳが効果的に利用され得る。この場合には、センサは、空中浮遊体（１）に搭載される第１ＧＰＳ測位電波受信器（７）と、船体（２）に搭載される第２ＧＰＳ測位電波受信器（６）と、第１ＧＰＳ測位電波受信器（７）と第２ＧＰＳ測位電波受信器（６）とにより船体（２）と空中浮遊体（１）の位置関係を計算する計算器とから構成される。光学的測距儀とＧＰＳの併用利用により、位置測定精度を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による船舶周域監視システムは、海面に浮く船体に浮体が付属して結合されている。その浮体１は、所謂飛行船又は気球であり、大気の比重より小さい比重を持つ構造物体である。浮体１は、船体２に対して３次元的に自在に歳差運動する連結具３を介して浮遊的に連結されている。連結具３は、浮体１に対しても歳差運動自在である。連結具３として、ロープ、ワイヤ、チェーンのような連結線、金属棒のような連結棒が好適に例示される。連結具３は、船体２と浮体１とに対して、自在に撓み、又は、浮体１と船体２とに対して自在継ぎ手を介して結合し連結している。
【００１３】
連結具３は、より具体的には、任意の部分で撓み自在であるロープであり、そのロープは一端部分が旋回可能な巻取りドラム４に巻き付けられ、その一端が固着されている。巻取りドラム４を回転駆動することにより、浮体１の海面に対する高さを調整することができる。巻取りドラム４の回転位置は、コントローラ５により制御される。
【００１４】
船体２の艦橋又は鑑塔に、ＧＰＳ発射電波を受信する第１ＧＰＳアンテナ６が固定されて搭載されている。浮体１には、共通のＧＰＳ発射電波を受信する第２ＧＰＳアンテナ７が固定されて搭載されている。レーザレーダ送受信器８は、浮体１に配置されて搭載されている。浮体１には、複数の推進器９が配置されて搭載されている。複数の推進器９は、船体２に対する浮体１の３次元的向きと３次元的位置を制御し、浮体１と船体２との間の位置関係の固定化を局限的に制御する。
【００１５】
図２に示されるように、浮体１に搭載されるレーザレーダ送受信器８は、船体２に設定される基準点に位置する第１ＧＰＳアンテナ６に対して位置づけられ、レーザレーダ送受信器８と船体２の相対的位置関係が確定されて知られる。第２ＧＰＳアンテナ７は、自己の３次元座標位置（地球座標系上で確定的に表現される３次元座標）を計算により割り出すことができる。第１ＧＰＳアンテナ６は、自己の３次元座標位置を計算により割り出すことができる。
【００１６】
レーザレーダ送受信器８は、海面に対して走査的に拡散型のレーザービーム又は集光型のレーザービーム１１を発射する。浮体１が海面に対してより高い位置にあれば、レーザービーム１１と海面との間の角度である入射角はより大きい。その入射角θが一定角度以上になっているレーザービーム１１は、海面で屈折して有効に海水中に入射する。海水中に入射したレーザービーム１１は、海中浮遊物体１２で散乱的に反射して、海面で再び屈折し大気中を透過して、レーザレーダ送受信器８に付属している受光器（図示されず）に戻りその受光器で受信される。
【００１７】
受光器は、ＣＣＤカメラであり、海中浮遊物体１２とレーザレーダ送受信器８との間の相対的３次元位置又はその相対的存在方向を計算して求めることができる。受光器が測距儀の性能を合わせ持つことは、有効である。浮体１に含まれる第２ＧＰＳアンテナ７又はレーザレーダ送受信器８と船体２に含まれる第１ＧＰＳアンテナ６の相対的位置は知られているので、船体２と海中浮遊物体１２との間の相対的３次元位置関係が計算により知られる。
【００１８】
推進器９は、浮体１の位置を船体２に対して安定化することができる。浮体１の位置安定化は、船体２と海中浮遊物体１２の間の相対的位置関係の計測の精度を向上させることができる。
【００１９】
図３は、レーザーレーダ１３を示している。レーザーレーダ１３は、浮体１に搭載される既述のレーザレーダ送受信器８と、船体２に搭載されるレーザレーダ制御器１４とから構成されている。レーザレーダ制御器１４は、レーダ制御ユニット１５とレーザレーダ送受信器８を制御する送受信器制御ユニット１６とから構成されている。
【００２０】
レーダ制御ユニット１５は、レーダ制御本体１７と入力器１８とから構成されている。レーダ制御本体１７は、記憶器１９を含んでいる。レーダ制御ユニット１５には、モニタ３９が付属している。送受信器制御ユニット１６は、レーザ電源２２と、カメラコントローラ２３と、レーザー発振器２４と、フィルタ２５と、第１電気的・光学的インタフェース２６とから構成されている。
【００２１】
レーザー発振器２４とカメラコントローラ２３の間には、同期回路２７が介設されている。レーザレーダ送受信器８と送受信器制御ユニット１６との間は、電気的・光学的接続線２８が介設されている。電気的・光学的接続線２８は、電線と光ファイバとで形成される二重線である。
【００２２】
レーザレーダ送受信器８は、３次元的首振り機構に力学的に支持される筐体を有している。レーザレーダ送受信器８は、筐体内に、受光光学系２９と、送光光学系３１と、受光光学系２９に接続するカメラヘッド３２と、第２電気的・光学的インタフェース３３とから構成されている。送光光学系３１と第２電気的・光学的インタフェース３３の間には、光学的カプラ３４が介設されている。
【００２３】
レーダ制御本体１７は、入力器１８から入力される操作信号に基づいて起動信号３５を出力する。起動信号３５は、レーザ電源２２を起動する。レーダ制御本体１７は、入力器１８から入力される操作信号に基づいてカメラ操作信号３６を出力する。カメラ操作信号３６は、カメラコントローラに入力されるプログラムである。レーザー発振器２４には、レーザー冷却器３７が付属している。レーザー発振器２４は、波長安定化のためにレーザー冷却器３７により冷却される。
【００２４】
レーザー発振器２４から出力されるレーザー光は、フィルタを通されて、第２電気的・光学的インタフェース３３で分岐し光学的カプラ３４を介して送光光学系３１に通される。送光光学系３１は、コリメータの機能を有し、レーザー光を適正な拡がり角度又は適正な焦点深度で出射する。
【００２５】
レーザレーダ送受信器８の送光光学系３１から出射されるレーザービーム１１は、十分に大きい入射角度で海面から海水中に入射する。カメラコントローラ２３は、カメラ操作信号３６に基づいて、レーザレーダ送受信器８の筐体の立体的振り角度信号３８を出力する。立体的振り角度信号３８は、第１電気的・光学的インタフェース２６と電気的・光学的接続線２８を介してレーザレーダ送受信器８に送信される。レーザレーダ送受信器８の筐体の立体的角度は、立体的振り角度信号３８に基づいて制御される。その制御に基づいて、レーザービーム１１の出射角度は立体的に制御される。その立体的制御角度は、時系列的角度として記憶器１９に記録される。
【００２６】
レーザービーム１１は、ある立体的角度範囲にある間で、海中浮遊物体１２により反射され、瞬時的に受光光学系２９に戻って受信される。受光光学系２９により海中浮遊物体１２の立体形状が映像としてカメラヘッド３２のＣＣＤ画像生成画面に結像する。その探索対象像は、第２電気的・光学的インタフェース３３と電気的・光学的接続線２８とカメラコントローラ２３とを介して、記憶器１９で記録される。
【００２７】
レーザパルス又は信号化されたレーザパルスは、その発射時刻と帰還時刻とがカメラコントローラ２３で知られており、且つ、同期回路２７によりレーザパルスの発射時刻又は帰還時刻に同期して姿勢制御されているレーザレーダ送受信器８の筐体の姿勢（レーザービーム１１の立体的出射角度）がカメラコントローラ２３で知られていてる。発射時刻と帰還時刻の差と姿勢とは、同じ時系列上で記憶器１９に記録されていて、実質的にリアルタイムに海中浮遊物体１２の船体２に対する相対的３次元位置がレーダ制御ユニット１５で計算される。その位置は、船体２に固定されているモニタ３９の２次元座標系画面に映し出され、船体２の相対的離隔距離は数字でその画面に表示される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明による船舶周域監視システムは、レーダ探索を広域化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による船舶周域監視システムの実施の形態を示すシステム図である。
【図２】図２は、本発明による船舶周域監視システムの実施の運用形態を示すシステム図である。
【図３】図３は、本発明による船舶周域監視システムの実施のレーザー探索の電子機器配置を示す回路ブロック図である。
【図４】図４は、公知のレーザー探索を示すシステム図である。
【符号の説明】
１…空中浮遊体
２…船体
３，９…位置づけ器
３…連結線
６…第２ＧＰＳ測位電波受信器
７…第１ＧＰＳ測位電波受信器
８…レーダー
９…推進器
１２…探索物体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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