(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の海底に係留される係留センサの海洋内での位置及び深度を計測する係留センサ測位システムであって、
航空機等から海面に投下可能であって、前記係留センサとの音波送受信をするとともに、自己の位置及び時刻情報を測位する第１乃至第３キャリブレーションセンサ部と、
前記第１乃至第３キャリブレーションセンサ部と通信可能な解析部と、を備え、
前記第１乃至第３キャリブレーションセンサ部の各々は、自己の位置情報と、前記係留センサとの音波送受信の往復伝搬時間と、前記往復伝搬時間を測定した時刻情報と、を前記解析部に送信し、
前記解析部は、前記第１乃至第３キャリブレーションセンサ部の各々から受信した前記位置情報と、前記往復伝搬時間と、前記時刻情報と、に基づいて前記係留センサの海洋内での位置及び深度を特定する、係留センサ測位システム。
【請求項２】
前記解析部は、前記係留センサの海洋内での位置及び深度を所定時間連続して解析することを特徴とする請求項１に記載の係留センサ測位システム。
【請求項３】
前記第１乃至第３キャリブレーションセンサ部は、自己の位置を特定するＧＰＳ（Global Positioning System）受信器を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の係留センサ測位システム。
【請求項４】
前記係留センサ及び前記第１乃至第３キャリブレーションセンサ部は、開閉可能なフロートを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の係留センサ測位システム。
【請求項５】
所望の海底に係留される係留センサの海洋内での位置及び深度を計測する係留センサの測位方法であって、
少なくとも３個の海面に投下可能なキャリブレーションセンサ部の各々が前記係留センサとの音波送受信をするとともに、自己の位置情報と、前記係留センサとの音波送受信の往復伝搬時間と、前記往復伝搬時間を測定した時刻情報と、を送信し、
前記キャリブレーションセンサ部の各々と通信可能な解析部が、前記キャリブレーションセンサ部の各々から受信した前記位置情報と、前記往復伝搬時間と、前記時刻情報と、に基づいて前記係留センサの海洋内での位置及び深度を特定する、係留センサ測位方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は係留センサ測位方法および装置に関し、特に所望の海底に係留される係留センサを使用してＬＢＬ方式（Long Base Line System）により海洋の深度および位置を正確に計測する係留センサ測位方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋内音波伝搬損失計測等で海中に係留した音源位置および深度を測位する際には、従来ＬＢＬ方式(Long Base Line System)が使用されている。このＬＢＬ方式の原理は、３個以上のトランスポンダを海底に設置する。各トランスポンダから音波を送信し、係留した音源に固定したセンサにて送信音を受信する。この受信に直ちに応答して音波を送信させ、この応答した音波をトランスポンダで受信した際の往復伝搬時間を計測する。そして、各トランスポンダからの音波の往復伝搬時間により係留した音源が存在する球を描き、交差する点が係留した音源の存在する位置および深度として測位する。
【０００３】
次に、従来のＬＢＬ方式による係留センサ測位方式の構成および動作を、添付図面を参照して簡単に説明する。図３は、従来のＬＢＬ方式による係留したセンサを使用する係留センサ測位方式であるＬＢＬ方式の説明図である。図３において、海底上に固定した錘１２とケーブル１４で結ばれたフロート１３の間にセンサ１１を設置することにより、海中にセンサ１１を係留させる。また、海底上に固定した複数の錘２２と各々のケーブル２４で結ばれたフロート２３の間にトランスポンダ２１を設置することにより、海中に複数のトランスポンダ２１を係留させる。尚、トランスポンダ２１は、３個以上設置する必要があり、図中には３個のトランスポンダ２１を示している。
【０００４】
次に、設置した各トランスポンダ２１の位置および深度を予め計測しておく必要があり、これをキャリブレーションと呼ぶ。これは、直線交差法と呼ばれる方法で、図４に示す如く、ＧＰＳ（Global Positioning System：全地球測位システム）等で自らの位置が既知である船を一定の速度でトランスポンダ２１の直上を通るように走らせながらトランスポンダとの距離を連続的に測定する。そして、この船とトランスポンダとの距離が最も近づく点からトランスポンダ２１の水深を求める。次に、図５に示す如く、水深が分かった複数のトランスポンダ２１間を交差するように船を直進させ、トランスポンダ２１からの距離の和が最小になる点を求め、トランスポンダ２１の位置を特定する。
【０００５】
次に、センサ１１の位置特定は、各トランスポンダ２１から音波を送信し、係留したセンサ１１でその音波を受信すると共に応答としてセンサ１１から音波を送信する。その応答された音波を送信したトランスポンダ２１で受信した時間から、音波の往復伝搬時間を算出する。これを複数のトランスポンダ２１の全てについて行い、各々の往復伝搬時間からセンサ１１が存在する範囲として球を描く。そして、これらの球の交点から係留されたセンサ１１の位置および深度を測位する。
【０００６】
斯かる技術分野に関連する従来技術は、幾つかの文献に開示されている。航空機等から海面に投下された係留器および垂直受信機アレイを有するソノブイ（聴音浮標）により海中を航行する潜水船や水上船からの音波を受け、静止衛星を介して基地局へ受信データを送信する水中音データ収集装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、海底に係留された３本以上のトランスポンダおよび海面の複数のフロートブイで収集した海中航走体の３次元データを計測船でＬＢＬ方式により音響計測する水中航走体の位置検出装置およびその位置検出方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平４−１２０４８９号公報（第４頁、第２図）
【特許文献２】特開平５-２９７１３８号公報（第７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の如き従来のＬＢＬ方式による係留センサ測位方式は、次の如き課題を有する。先ず、海底に設置した３個以上のトランスポンダの位置および深度を予め計測しておくこと（即ち、キャリブレーション）が必要である。そのために、上述の如く、直線交差法と呼ばれる船を一定の速度でトランスポンダの直上を通るように走らせながらトランスポンダとの距離を連続的に測定し、トランスポンダとの距離が最も近づく点からトランスポンダの水深を求め、次に水深が分かったトランスポンダ間を交差するように船を直進させ、トランスポンダからの距離の和が最小になる点を求め、トランスポンダの位置を特定する。しかし、この作業には相当の時間を要する。
【０００９】
また、海中に係留させるセンサおよびトランスポンダの設置および撤収作業に相当の時間を要する。更に、係留されたトランスポンダが潮流等により振れ回り、キャリブレーションで求めた位置に誤差を生じる。また、この誤差に起因して、係留されたセンサの位置および深度に誤差が生じ、高い測定精度を得ることが困難である。
【００１０】
本発明は、従来技術の上述の如き課題に鑑みなされたものであり、海洋内音波伝搬損失計測等で海中に係留するセンサを使用する場合において、海中に係留するセンサの設置のみならず、係留センサの位置および深度を測位するためのトランスポンダの設置作業が容易であり、係留センサおよびトランスポンダの撤収作業が不要であり、更にトランスポンダが潮流等により振れ回ることに起因する係留されたセンサの位置および深度の誤差を解消又は軽減する係留センサ即位方法および装置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】
【００１１】
前述の課題を解決するため、本発明による係留センサ測位方法および装置は、次のような特徴的な構成を採用している。
【００１２】
（１）ＬＢＬ（Long
Base Line）方式により海底に係留した係留センサを使用して、該係留センサが係留された海洋の深度および位置を計測する係留センサ測位方法において、
航空機等から前記係留センサおよび複数（３個以上）のキャリブレーションセンサを投下する工程と、前記係留センサおよび前記キャリブレーションセンサ間で音波を送受信する工程と、前記キャリブレーションセンサからのデータを受信して解析部で前記深度および位置を解析する工程とを備える係留センサ測位方法。
【００１３】
（２）前記キャリブレーションセンサは、ＧＰＳ（Global Positioning System）等からの位置情報および時刻情報を受信し前記データと共に前記解析部へ送信する上記（１）の係留センサ測位方法。
【００１４】
（３）前記解析部は、前記海洋の深度および位置を所定時間連続して解析する上記（１）又は（２）の係留センサ測位方法。
【００１５】
（４）前記係留センサおよび前記キャリブレーションセンサは、前記解析部の解析終了後に海底に自沈する上記（１）、（２）又は（３）の係留センサ測位方法。
【００１６】
（５）所望の海底に係留される係留センサおよびフロートを有する係留センサ部および該係留センサ部の近傍に配置され、それぞれ海面に位置するフロートおよび該フロートの近傍のキャリブレーションセンサを有する複数（３個以上）のキャリブレーションセンサ部を備え、ＬＢＬ方式で海洋の深度および位置を計測する係留センサ測位装置において、
前記キャリブレーションセンサ部の前記フロートは、ＧＰＳ受信器を備え、前記係留センサ部との音波の送受信で得たデータと共に前記ＧＰＳ受信器から得た位置および時刻情報を解析部へ送信して前記深度および位置を解析する係留センサ測位装置。
【００１７】
（６）前記係留センサ部および前記キャリブレーションセンサ部は、航空機等から所望の海面に投下して設置される上記（５）の係留センサ測位装置。
【００１８】
（７）前記解析部による前記海洋の深度および位置の計測終了後に、前記係留センサ部および前記キャリブレーションセンサ部のフロートはしぼんで海底に自沈する上記（５）又は（６）の係留センサ測位装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の係留センサ測位方法および装置によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、係留センサ測位を簡単、迅速且つ高精度で実施可能である。その理由は、係留センサ部および複数（３個以上）のキャリブレーションセンサ部を航空機等から選択された海面に投下することにより設置されるからである。また、解析部からキャリブレーションセンサ部へ一連の指示を送ることにより測位が行われるからである。更に、解析部は、キャリブレーションセンサ部のフロートから送信されるデータおよびＧＰＳ情報により一定時間連続して深度および位置を計測するからである。また、計測終了後に係留センサ部およびキャリブレーションセンサ部は海底に自沈するから、後処理が不要であるからである。
【実施例１】
【００２０】
以下、本発明による係留センサ測位方法および装置の好適実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
先ず、図１は、本発明による係留センサ測位装置の好適実施例の構成を示す説明図である。この係留センサ測位装置は、航空機等から海中に投下される係留センサ部１０およびキャリブレーションセンサ部４０と、キャリブレーションセンサ部４０から送信されるデータの解析部５０により構成される。
【００２２】
詳細に後述する如く、本発明の係留センサ測位装置は、海洋内における音波伝搬損失計測等に際して、航空機等から係留センサ部１０および３式以上のキャリブレーションセンサ部４０を海面３１に投下するのみで自然に設置される。そして、測位終了後には、係留センサ部１０のフロート１３およびキャリブレーションセンサ部４０のフロート４３が自然自沈することにより撤収が不要となり、運用を容易にするものである。
【００２３】
次に、本発明による係留センサ測位装置の好適実施例の詳細構成を説明する。係留センサ部１０は、海底上に固定される錘１２、この錘１２に一端が結ばれたケーブル１４、このケーブル１４の他端で結ばれたフロート１３および錘１２とフロート１３の間に設けられたセンサ１１を含んでいる。一方、キャリブレーションセンサ部４０を構成する各キャリブレーションセンサ部は、海底上に固定される錘４２、この錘４２に一端が結ばれたケーブル４４、このケーブル４４の他端に結ばれたフロート４３および錘４２とフロート４３の間に設けられたキャリブレーションセンサ４１を含んでいる。
【００２４】
ここで、係留センサ部１０のセンサ１１は、錘１２が海底３２に沈むことにより、海底３２近傍の海中に係留される。また、このセンサ１１は、キャリブレーションセンサ部４０の各キャリブレーションセンサ４１から送信された音波を受信した場合には、直ちに応答として音波を送信するトランスポンダ機能を有する。
【００２５】
一方、キャリブレーションセンサ部４０の各キャリブレーションセンサ４１は、錘４２、フロート４３およびケーブル４４により海中に係留される。また、キャリブレーションセンサ４１は、自ら送信すると共に係留センサ部１０のセンサ１１から到来する音波を受信する機能を有する。更に、フロート４３は、ＧＰＳ受信器を備え、正確な自己の位置およびＧＰＳ時刻を計測する機能を有する。従って、キャリブレーションセンサ４１は、フロート４３の近傍に設けられ、ＧＰＳ位置を測位した位置情報と差異が極力生じないようにするものとする。
【００２６】
このキャリブレーションセンサ４１およびＧＰＳ受信器が設置されたフロート４３により、キャリブレーションセンサ４１から送信され、係留センサ部１０のセンサ１１からの応答音をキャリブレーションセンサ４１で受信した際の往復伝搬時間、その時のＧＰＳ位置情報および時刻情報を航空機又は静止衛星に搭載された解析部５０へデータ伝送する機能を有する。
【００２７】
ここで、解析部５０は、キャリブレーションセンサ４１で取得された往復伝搬時間およびＧＰＳ位置情報から、係留センサ部１０のセンサ１１およびキャリブレーションセンサ部４０のキャリブレーションセンサ４１間の距離を算出し、係留センサ部１０のセンサ１１の存在位置となる球を描く。これを各キャリブレーションセンサ４１により取得された情報毎に行い、描かれた球が交差する交点を導き、係留センサ部１０のセンサ１１の位置および深度を特定する。
【００２８】
次に、図２のフローチャートを参照して、図１に示す係留センサ測位装置の動作を説明する。図２は、本発明による係留センサ測位装置の動作手順、即ち測位動作手順の１例を示すフローチャートである。
【００２９】
先ず、係留センサ部１０およびキャリブレーションセンサ部４０を航空機等から測位を希望する海面３１へ投下する（ステップＳ１）。次に、解析部５０からキャリブレーションセンサ部４０の１つに送信指示を出す（ステップＳ２）。係留センサ部１０は、キャリブレーションセンサ部４０からの送信音を受信後、直ちに応答として送信する（ステップＳ３）。
【００３０】
次に、キャリブレーションセンサ部４０は、係留センサ部１０から応答された送信音を受信する（ステップＳ４）。そして、キャリブレーションセンサ部４０の位置情報、往復伝搬時間および時刻情報を解析部５０へデータ伝送する（ステップＳ５）。尚、このデータ伝送をキャリブレーションセンサ部４０の、例えば３個のキャリブレーションセンサ４１毎に行う。
【００３１】
次に、解析部５０は、キャリブレーションセンサ部４０の各キャリブレーションセンサ４１で取得された情報に基づき係留センサ部１０の係留センサ１１の位置および深度を算出する（ステップＳ６）。ここで、上述したステップＳ２からステップＳ６を連続的に希望する複数回行うことにより、係留センサ１１の位置および深度を連続的に算出可能となる。
【００３２】
最後に、計測の終了後である予め設定された時刻になると、係留センサ部１０およびキャリブレーションセンサ部４０が、それぞれのフロート１３および４３を閉じて自然に自沈する（ステップＳ７）。
【００３３】
以上の動作により、係留センサ測位方式は、キャリブレーションセンサの振れ回りに対応したセンサ１１の位置及び深度を容易に算出することができる。
【００３４】
以上、本発明による係留センサ測位方法および装置の好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による係留センサ測位装置の好適実施例の構成を示す説明図である。
【図２】図１に示す係留センサ測位装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】従来の係留センサ測位方式であるＬＢＬ方式の説明図である。
【図４】直交交差法におけるトランスポンダの水深決定方法の説明図である。
【図５】直交交差法におけるトランスポンダの位置決定方法の説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  係留センサ部
１１  係留センサ
１２、２２、４２  錘
１３、２３、４３  フロート
１４、２４、４４  ケーブル
２１  トランスポンダ
３１  海面
３２  海底
４１  キャリブレーションセンサ
５０  解析部
【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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