(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中移動体に設けられる計測装置であって、
信号出力装置から第１周波数で水中へ出力される電磁波信号を、水中で受信する電磁波受信手段と、
前記信号出力装置から第２周波数で水中へ出力される音響信号を、水中で受信する音響受信手段と、
前記電磁波受信手段によって受信された電磁波信号の周波数と、前記音響受信手段によって受信された音響信号の周波数を算出する周波数算出手段と、
を有し、
前記信号出力装置は、それぞれ異なる第１周波数を持つ複数の前記電磁波信号と、それぞれ異なる第２周波数を持つ複数の前記音響信号とを出力し、
前記電磁波受信手段は、複数の前記電磁波信号それぞれを受信し、
前記音響受信手段は、複数の前記音響信号それぞれを受信し、
前記周波数算出手段は、前記電磁波受信手段によって受信された複数の電磁波信号それぞれの周波数と、前記音響受信手段によって受信された複数の音響信号それぞれの周波数とを算出し、
最も高い前記第１周波数と最も高い前記第２周波数との関係、前記周波数算出手段によって算出された前記電磁波信号の周波数のうちで最も高いもの、及び前記周波数算出手段によって算出された前記音響信号のうちで最も高いものに基づいて、前記信号出力装置に対する前記水中移動体の相対速度を算出する相対速度算出手段と、
を有する計測装置。
【請求項２】
前記第１周波数と前記第２周波数は同一である請求項１に記載の計測装置。
【請求項３】
前記信号出力装置は、前記電磁波信号を間欠波として第１タイミングで出力し、前記音響信号を間欠波として第２タイミングで出力し、
当該計測装置は、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの関係、及び前記電磁波受信手段によって前記電磁波信号が受信されたタイミングと前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングとの差異に基づいて、前記水中移動体と前記信号出力装置との間の距離を算出する距離算出手段を有する請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項４】
前記信号出力装置は、前記電磁波信号の第１波形を第３タイミングで出力し、前記音響信号の第２波形を第４タイミングで出力し、
当該計測装置は、前記第３タイミングと前記第４タイミングとの関係、及び前記電磁波受信手段によって前記電磁波信号の第１波形が受信されたタイミングと前記音響受信手段によって前記音響信号の第２波形が受信されたタイミングとの差異に基づいて、前記水中移動体と前記信号出力装置との間の距離を算出する距離算出手段を有する請求項１又は２に記載の計測装置。
【請求項５】
前記水中移動体の速度と、前記相対速度算出手段が算出した相対速度とに基づき、前記水中移動体に対する前記信号出力装置の方位を算出する方位算出手段を有する請求項１乃至４いずれか一項に記載の計測装置。
【請求項６】
第１の前記音響受信手段及び第２の前記音響受信手段を有し、
第１の前記音響受信手段と第２の前記音響受信手段とは、前記水中移動体の異なる位置に設けられており、
第１の前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングと第２の前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングとの差異に基づいて、前記水中移動体に対する前記信号出力装置の方位を算出する方位算出手段を有する請求項１乃至４いずれか一項に記載の計測装置。
【請求項７】
前記方位算出手段は、第１の前記音響受信手段によって受信された前記音響信号が受信されたタイミングと第２の前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングとの差異を、第１の前記音響受信手段が受信した前記音響信号の位相と第２の前記音響受信手段が受信した前記音響信号の位相との差異として算出する請求項６に記載の計測装置。
【請求項８】
前記相対速度算出手段によって算出された前記相対速度に基づいて、前記水中移動体の動作を制御する制御手段を有する請求項１乃至７いずれか一項に記載の計測装置。
【請求項９】
前記距離算出手段によって算出された前記水中移動体と前記信号出力装置との間の距離に基づいて、前記水中移動体の動作を制御する制御手段を有する請求項３又は４に記載の計測装置。
【請求項１０】
前記方位算出手段によって算出された前記水中移動体に対する前記信号出力装置の方位に基づいて、前記水中移動体の動作を制御する制御手段を有する請求項５乃至７いずれか一項に記載の計測装置。
【請求項１１】
信号出力装置と、請求項１乃至１０いずれか一項に記載の計測装置と、を有する計測システムであって、
前記信号出力装置は、
第１周波数で水中へ電磁波信号を出力する電磁波出力手段と、
第２周波数で水中へ音響信号を出力する音響出力手段と、を有する計測システム。
【請求項１２】
前記信号出力装置は、非接触給電に用いる第２電磁波信号を出力する給電手段を有し、
前記電磁波出力手段と前記給電手段は、コイル又はアンテナを共有する請求項１１に記載の計測システム。
【請求項１３】
コンピュータを、請求項１乃至１０いずれか一項に記載の計測装置として動作させるプログラム。
【請求項１４】
水中移動体に設けられる計測装置によって実行される制御方法であって、
前記計測装置は、電磁波信号を水中で受信する電磁波受信手段と、音響信号を水中で受信する音響受信手段と、を有し、
当該制御方法は、
前記電磁波受信手段が、信号出力装置から第１周波数で水中へ出力される電磁波信号を水中で受信する電磁波受信ステップと、
前記音響受信手段が、前記信号出力装置から第２周波数で水中へ出力される音響信号を水中で受信する音響受信ステップと、
前記電磁波受信ステップで受信された電磁波信号の周波数と、前記音響受信ステップで受信された音響信号の周波数を算出する周波数算出ステップと、
を有し、
前記信号出力装置は、それぞれ異なる第１周波数を持つ複数の前記電磁波信号と、それぞれ異なる第２周波数を持つ複数の前記音響信号とを出力し、
前記電磁波受信ステップにおいて、複数の前記電磁波信号それぞれを受信し、
前記音響受信ステップにおいて、複数の前記音響信号それぞれを受信し、
前記周波数算出ステップにおいて、前記電磁波受信手段によって受信された複数の電磁波信号それぞれの周波数と、前記音響受信手段によって受信された複数の音響信号それぞれの周波数とを算出し、
最も高い前記第１周波数と最も高い前記第２周波数との関係、前記周波数算出ステップにおいて算出された前記電磁波信号の周波数のうちで最も高いもの、及び前記周波数算出ステップにおいて算出された前記音響信号のうちで最も高いものに基づいて、前記信号出力装置に対する前記水中移動体の相対速度を算出する相対速度算出ステップと、
を有する制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置、計測システム、プログラム、及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中を移動する水中移動体 (UUV (Unmanned Underwater Vehicle) など) において、その移動体に関する測位が行われる。測位には、例えば目標物までの距離の測定（測距）などが含まれる。一般にこのような測位には、音響信号が用いられる。音響信号は、電磁波信号等の他の信号と比較し、水中における伝播損失が少ないためである。
【０００３】
音響信号を用いた測距は、伝播時間を計測することにより行われる（非特許文献１参照）。そのため、一般に、レスポンダと呼ばれる機器が移動体に設けられる。レスポンダは、目標物から送信された音響信号を受信し、目標物へ音響信号を返送する。そして、目標物が音響信号を送信してから返送された音響信号を受信するまでにかかった伝播時間を計測し、その伝播時間と音響信号の伝播速度を用いて、目標物と移動体との間の距離を算出する。
【０００４】
また、音響信号だけでなく電磁波信号を測距に利用する技術も開発され始めている。例えば特許文献１は、第１の地点と第２の地点との間における電磁波信号と音響信号との伝播時間差に基づいて、第１の地点と第２の地点との間の距離を算出する技術を開示している。
【０００５】
また、電磁波信号を用いる関連技術として、水中における情報伝送に電磁波信号を用いる技術が特許文献２−４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１９４７０７号公報
【特許文献２】特開２００６−２１３２６５号公報
【特許文献３】特開２００９−２００７７２号公報
【特許文献４】実公平０７−０３８０６７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「海洋音響の基礎と応用」、海洋音響学会、２００４年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
水中移動体の動きを制御するためには、水中移動体の動きを観測する必要がある。そこで本発明者は、水中移動体の移動方向を把握する新たな手法を検討した。
【０００９】
本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、水中移動体の移動方向を把握する新たな技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明が提供する計測装置は、水中移動体に設けられる計測装置である。当該計測装置は、
信号出力装置から第１周波数で水中へ出力される電磁波信号を、水中で受信する電磁波受信手段と、
前記信号出力装置から第２周波数で水中へ出力される音響信号を、水中で受信する音響受信手段と、
前記電磁波受信手段によって受信された電磁波信号の周波数と、前記音響受信手段によって受信された音響信号の周波数を算出する周波数算出手段と、を有する。
前記信号出力装置は、それぞれ異なる第１周波数を持つ複数の前記電磁波信号と、それぞれ異なる第２周波数を持つ複数の前記音響信号とを出力する。前記電磁波受信手段は、複数の前記電磁波信号それぞれを受信する。前記音響受信手段は、複数の前記音響信号それぞれを受信する。前記周波数算出手段は、前記電磁波受信手段によって受信された複数の前記電磁波信号それぞれの周波数と、前記音響受信手段によって受信された複数の前記音響信号それぞれの周波数とを算出する。
当該計測装置は、さらに、最も高い前記第１周波数と最も高い前記第２周波数との関係、前記周波数算出手段によって算出された電磁波信号の周波数のうちで最も高いもの、及び前記周波数算出手段によって算出された音響信号のうちで最も高いものに基づいて、前記信号出力装置に対する前記水中移動体の相対速度を算出する相対速度算出手段を有する。
【００１１】
本発明が提供する計測システムは、信号出力装置と、本発明が提供する計測装置とを有する。前記信号出力装置は、
第１周波数で水中へ電磁波信号を出力する電磁波出力手段と、
第２周波数で水中へ音響信号を出力する音響出力手段と、を有する。
【００１２】
本発明が提供するプログラムは、コンピュータを、本発明が提供する計測装置として動作させるプログラムである。
【００１３】
本発明が提供する制御方法は、水中移動体に設けられる計測装置によって実行される。前記計測装置は、電磁波信号を水中で受信する電磁波受信手段と、音響信号を水中で受信する音響受信手段と、を有する。
当該制御方法は、
前記電磁波受信手段が、信号出力装置から第１周波数で水中へ出力される電磁波信号を水中で受信する電磁波受信ステップと、
前記音響受信手段が、前記信号出力装置から第２周波数で水中へ出力される音響信号を水中で受信する音響受信ステップと、
前記電磁波受信ステップで受信された電磁波信号の周波数と、前記音響受信ステップで受信された音響信号の周波数を算出する周波数算出ステップと、を有する。
前記信号出力装置は、それぞれ異なる第１周波数を持つ複数の前記電磁波信号と、それぞれ異なる第２周波数を持つ複数の前記音響信号とを出力する。前記電磁波受信ステップにおいて、複数の前記電磁波信号それぞれを受信する。前記音響受信ステップにおいて、複数の前記音響信号それぞれを受信する。前記周波数算出ステップにおいて、前記電磁波受信ステップにおいて受信された複数の電磁波信号それぞれの周波数と、前記音響受信ステップにおいて受信された複数の音響信号それぞれの周波数とを算出する。
当該制御方法は、さらに、最も高い前記第１周波数と最も高い前記第２周波数との関係、前記周波数算出ステップにおいて算出された前記電磁波信号の周波数のうちで最も高いもの、及び前記周波数算出ステップにおいて算出された前記音響信号のうちで最も高いものに基づいて、前記信号出力装置に対する前記水中移動体の相対速度を算出する相対速度算出ステップを有する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、水中移動体の移動方向を把握する新たな技術を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係る計測装置を例示するブロック図である。
【図２】信号出力装置に対する水中移動体の相対速度を概念的に示す図である。
【図３】実施形態１の計測装置によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】各周波数の関係をグラフで表す図である。
【図５】実施形態１に係る計測装置のハードウエア構成を概念的に例示する図である。
【図６】実施形態１に係る信号出力装置のハードウエア構成を概念的に例示する図である。
【図７】実施形態２に係る計測装置を例示するブロック図である。
【図８】音響信号と電磁波信号が進んだ距離と時間との関係を表すグラフである。
【図９】電磁波受信部が電磁波信号を受信したタイミングを特定する方法を概念的に示す図である。
【図１０】区切りを認識できる第１波形で構成される電磁波信号を示す図である。
【図１１】実施形態４に係る計測装置を例示するブロック図である。
【図１２】２つの音響受信部が音響信号を受信するタイミングの差と、計測装置に対する信号出力装置の方位の関係を例示する図である。
【図１３】水中移動体の速度、算出した相対速度、及び信号出力装置の方位との関係を示す図である。
【図１４】実施形態５に係る計測システムを例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１７】
［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る計測装置２０００を例示するブロック図である。図１において、実線の矢印の流れは情報の流れを示し、点線の矢印は信号の流れを表している。さらに、図１において、各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位の構成を表している。
【００１８】
計測装置２０００は、水中を移動する水中移動体４０００に設置される。なお、ここでいう「水中」とは、湖等の淡水中であってもよいし、海などの鹹水中であってもよい。計測装置２０００は、信号出力装置３０００が水中へ出力する電磁波信号及び音響信号を受信する。そして、計測装置２０００は、受信した電磁波信号及び音響信号に基づいて、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度を算出する。
【００１９】
ここで、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度とは、信号出力装置３０００を観測点としたときの水中移動体４０００の速度のうち、信号出力装置３０００に向かう方向の成分を意味する。図２は、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度を概念的に示す図である。図２（ａ）は、信号出力装置３０００が静止している場合を表している。図２（ａ）において、水中移動体４０００の速度のうち、信号出力装置３０００に向かう方向の成分はベクトル v1 で表されている。信号出力装置３０００が静止しているため、図２（ａ）における相対速度は v1 となる。
【００２０】
図２（ｂ）は、信号出力装置３０００が移動している場合を表している。ここで、信号出力装置３０００の速度のうち、水中移動体４０００へ向かう成分はベクトル v2 で表されている。したがって図２（ｂ）の場合、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度は、(v1 - v2) で表される。ここで、例えばベクトル v1 の方向を正の方向とすれば、ベクトル v2 は負のベクトルとなる。結果、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度の大きさは、ベクトル v1 の大きさとベクトル v2 の大きさの和となる。
【００２１】
計測装置２０００は、電磁波受信部２０２０、音響受信部２０４０、周波数算出部２０５０、及び相対速度算出部２０６０を有する。電磁波受信部２０２０は、信号出力装置３０００から第１周波数で出力される電磁波信号を、水中で受信する。音響受信部２０４０は、信号出力装置３０００から第２周波数で出力される音響信号を、水中で受信する。周波数算出部２０５０は、電磁波受信部２０２０が受信した電磁波信号と、音響受信部２０４０が受信した音響信号の周波数を算出する。相対速度算出部２０６０は、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度を算出する。具体的には、相対速度算出部２０６０は、第１周波数と第２周波数との関係、周波数算出部２０５０によって算出された電磁波信号と音響信号に基づいて、上記相対速度を算出する。
【００２２】
＜処理の流れ＞
図３は、実施形態１の計測装置２０００によって実行される処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１０２において、電磁波受信部２０２０は、電磁波信号を受信する。ステップＳ１０４において、音響受信部２０４０は、音響信号を受信する。ステップＳ１０６において、周波数算出部２０５０は、電磁波受信部２０２０が受信した電磁波信号と、音響受信部２０４０が受信した音響信号の周波数を算出する。ステップＳ１０８において、相対速度算出部２０６０は、相対速度を算出する。
【００２３】
なお、計測装置２０００が実行する処理の流れは、図３に示した流れに限定されない。例えば、ステップＳ１０２とＳ１０４の順番は逆になる場合もある。また、周波数算出部２０５０は、ステップＳ１０４を実行する前に電磁波信号の周波数を算出してもよい。
【００２４】
＜作用・効果＞
本実施形態によれば、電磁波信号及び音響信号を用いて、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度を算出することができる。そして、計測装置２０００は、水中移動体４０００の相対速度に基づいて、水中移動体４０００が信号出力装置３０００に対してどのように移動しているか分かる。例えば信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度が正の値であれば、水中移動体４０００は信号出力装置３０００へ近づくように移動している。逆に、相対速度が負の値であれば、水中移動体４０００は信号出力装置３０００から遠ざかるように移動している。
【００２５】
また、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度は、水中移動体４０００の進行方向と、水中移動体４０００から見た信号出力装置３０００の方位とのなす角に応じて異なる。水中移動体４０００が一定の速度で進んでいるならば、水中移動体４０００の進行方向と信号出力装置３０００の方位とのなす角が小さい方が、水中移動体４０００の速度と算出した相対速度との差が小さくなる。このように、本実施形態の計測装置２０００によれば、水中移動体４０００が信号出力装置３０００に対して近づいているのか又は遠ざかっているのかが分かる。さらに、水中移動体４０００の速度と算出した相対速度を比較することにより、水中移動体４０００が信号出力装置３０００に対して近づいている度合いや遠ざかっている度合いも分かる。よって、計測装置２０００を用いることで、水中移動体４０００の移動をより正確に制御できるようになる。なお、計測装置２０００は、水中移動体４０００に設置されるため、水中移動体４０００の速度計などから水中移動体４０００の速度を取得することができる。
【００２６】
例えば信号出力装置３０００は、水中移動体４０００のプラットホーム（母船など）に設置される。水中移動体４０００は、バッテリの充電等のためにプラットホームへ帰還する。従来の水中移動体４０００では、プラットホームに対して接近しているか否かを確認するためには、水中通信などの方法でプラットホームとの間でデータ伝送を行い、絶対位置情報等を共有する必要があった。
【００２７】
本実施形態の計測装置２０００を用いることにより、水中移動体４０００は、プラットホームとの間でデータ伝送を行うことなく、プラットホームに対して接近しているのか否かが分かる。ここで、計測装置２０００が行う信号の周波数の解析は、データ伝送と比べて消費電力が小さいと言える。また、計測装置２０００は、信号を送信する機能を持つ必要がない。そのため、計測装置２０００の消費電力を削減することができ、水中移動体４０００の活動時間を長くすることができる。その結果、水中移動体４０００のバッテリを充電する頻度を減らすことができる。さらに、バッテリの寿命が長くなる。また、信号を送信する機能を持つ必要がないため、計測装置２０００の製造コストを削減したり、計測装置２０００のサイズを小さくすることができる。
【００２８】
以下、本実施形態についてさらに詳細に説明する。
【００２９】
＜電磁波信号と音響信号の性質について＞
電磁波信号と音響信号の性質の違いについて説明する。水中における電磁波信号の伝播速度は、誘電率及び導電率により決まる。一方で、水中における音響信号の伝播速度は、密度と体積弾性率で決まる。このように、異なった物理量により伝播速度が決定されることから、海洋環境による影響度合いが異なる。一般的には、電磁波信号は水中ではその導電率の影響で減衰が激しいものの、極く低周波数の電磁波は海水中でもある程度の距離を伝播することが知られている。
【００３０】
また一般に、海水中における電磁波信号の伝播速度は、真空中あるいは空中における伝播速度である 3x108[m/sec] の 1/9 程度となる。一方で、水中における音響信号の伝播速度は、空中における伝播速度である 340[m/sec] の 4.5 倍程度となる。したがって、水中において、電磁波信号の伝播速度は、音響信号の伝播速度の 2×104 倍程度になる。
【００３１】
通常、水中移動体の速度は最大で概ね 5 ノット (2.5[m/sec]) 程度であり、水上移動体の速度は最大で概ね 50 ノット (25[ｍ/Sec]) 程度である。これらの移動体が水中を伝播する音響信号を受信する場合、水中における音響信号の伝播速度の 1.7 パーセント程度のドップラが発生する。
【００３２】
一方、これらの移動体が水中を伝播する電磁波信号を受信する場合、発生するドップラは 1×10−4% 程度と小さい。そのため、電磁波信号が受けるドップラ効果の影響は無視できると考えてよい。
【００３３】
＜相対速度算出部２０６０の詳細＞
相対速度算出部２０６０が信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度を算出する具体的な方法を説明する。前述の通り、移動中の水中移動体４０００が受信する音響信号の周波数は、ドップラ効果の影響を受ける。そのため、信号出力装置３０００が出力した際の音響信号の周波数と異なる。ドップラ効果の影響は、音響信号を出力した信号出力装置３０００に対する、音響信号を受信する水中移動体４０００の相対速度によって定まる。そのため、相対速度算出部２０６０は、信号出力装置３０００が出力した音響信号の周波数と水中移動体４０００が受信した音響信号の周波数の差異に基づいて、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度を算出できる。
【００３４】
ここで前述したように、移動中の水中移動体４０００が受信する電磁波信号についてはドップラ効果の影響が小さく、その影響を無視することができる。そのため、相対速度算出部２０６０は、電磁波受信部２０２０が受信した電磁波信号の周波数と、信号出力装置３０００が出力した電磁波信号の周波数が同一であるとみなすことができる。よって、相対速度算出部２０６０は、電磁波受信部２０２０が受信した電磁波信号の周波数を算出することで、信号出力装置３０００が出力した電磁波信号の周波数を算出することができる。
【００３５】
さらに相対速度算出部２０６０は、信号出力装置３０００が出力する音響信号の周波数と電磁波信号の周波数との関係を予め把握しておくことにより、算出した電磁波信号の周波数を用いて、信号出力装置３０００が出力した音響信号の周波数を算出することができる。そして、相対速度算出部２０６０は、算出した各周波数を用いて、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度を算出することができる。
【００３６】
＜＜具体例＞＞
相対速度算出部２０６０が相対速度を算出する流れの具体例を説明する。ここで、信号出力装置３０００が出力する音響信号の周波数を fs1、電磁波信号の周波数を fe1 とおく。また、計測装置２０００が受信する音響信号の周波数を fs2、電磁波信号の周波数を fe2とおく。ここで、fs2 と fe2 は、計測装置２０００が受信した各信号から算出できる値である。
【００３７】
図４は、各周波数の関係をグラフで表す図である。Ｘ軸は周波数、Ｙ軸は振幅を表す。ここで、図４では各信号の振幅が等しくなっているが、各信号の振幅が等しい必要はない。
【００３８】
相対速度算出部２０６０は、fs1 と fe1 の関係を予め把握している。例えば相対速度算出部２０６０が把握している fs1 と fe1 との関係が下記の式（１）で表されるとする。ここで、αは任意の実数である。ただし、相対速度算出部２０６０は fs1 に基づいて fe1 を算出できればよく、fs1 と fe1 との関係を表す方法は式（１）のように差で表す方法に限定されない。
【数１】
0006417749.tif 000002
【００３９】
前述したように、電磁波信号が受けるドップラ効果の影響は小さいため、その影響は無視できる。そのため、下記の式（２）が成り立つ。
【数２】
0006417749.tif 000003
【００４０】
相対速度算出部２０６０は、式（１）及び式（２）を用いて、下記の式（３）のように fs1 を算出できる。
【数３】
0006417749.tif 000004
【００４１】
そして、相対速度算出部２０６０は、fs1、fs2、水中移動体４０００の移動速度における信号出力装置３０００へ向かう方向の成分の大きさ Vo、音響信号の速度（音速） Vs を下記の式（４）に適用することで、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対速度 Vr を算出する。
【数４】
0006417749.tif 000005
【００４２】
なお、信号出力装置３０００が出力する音響信号の周波数と電磁波信号の周波数は、同一の周波数であってもよいし、異なっていてもよい。ただし、音響信号と電磁波信号の周波数が同一である方が好ましい。前述したように、相対速度算出部２０６０は、電磁波受信部２０２０によって受信された電磁波信号の周波数を算出することで、信号出力装置３０００によって出力された電磁波信号の周波数を算出することができる。ここで、信号出力装置３０００が電磁波信号と音響信号を同じ周波数で出力すると、相対速度算出部２０６０は、電磁波受信部２０２０が受信した電磁波信号の周波数を算出することにより、信号出力装置３０００が出力した電磁波信号及び音響信号の双方の周波数を算出できたこととなる。よって、相対速度算出部２０６０が音響信号の周波数を別途計算する必要がなくなるため、相対速度算出部２０６０の実装の容易化や、相対速度算出部２０６０の処理時間の短縮といった効果が得られる。
【００４３】
さらに、信号出力装置３０００は、それぞれ異なる周波数を持つ複数の音響信号を出力するようにしてもよい。信号出力装置３０００は、これら複数の音響信号を同時に出力してもよいし、異なるタイミングで出力してもよい。この場合、信号出力装置３０００は、電磁波信号についても同様に、それぞれ異なる周波数を持つ複数の電磁波信号を出力する。ただし、信号出力装置３０００は、音響信号と電磁波信号とで、同じ周波数の組み合わせができるようにする。例えば信号出力装置３０００が３つの音響信号を出力し、それぞれの周波数が f1、f2、f3 であるとする。この場合、信号出力装置３０００が出力する複数の電磁波信号の周波数はそれぞれ f1、f2、f3 である。
【００４４】
電磁波信号あるいは音響信号が水中を伝播する距離は、信号の周波数が低いほど長くなる。一方で、計測装置２０００が行う処理の精度は、信号の周波数が高いほど高くなる。したがって、伝播距離と処理の精度のバランスが重要となる。そこで、信号出力装置３０００は、それぞれ異なる周波数を持つ複数の音響信号と電磁信号を出力するようにする。そして、計測装置２０００は、受信した音響信号と電磁波信号の組み合わせのうち、最も周波数が高い組み合わせについて相対速度を算出する。こうすることで、水中の環境に応じて伝播距離と処理の精度のバランスを取りながら、高い精度で相対速度を算出することができる。
【００４５】
なお、計測装置２０００が受信する音響信号はドップラ効果の影響を受けるため、計測装置２０００が受信する音響信号の周波数と電磁波信号の周波数は異なる。そこで、例えば上述の例において、周波数 f1 と f2 の差や f2 と f3 の差を、ドップラ効果の影響を受けて音響信号の周波数が変化する大きさよりも十分大きくなるようにしておく。このようにすることで、計測装置２０００は、電磁波信号の周波数に近い大きさの周波数を持つ音響信号を、その電磁波信号と組み合わせるべき音響信号として判別できる。
【００４６】
＜ハードウエア構成＞
計測装置２０００の各機能構成部は、各機能構成部を実現するハードウエア構成要素（例：ハードワイヤードされた電子回路など）で実現されてもよいし、ハードウエア構成要素とソフトウエア構成要素との組み合わせ（例：電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど）で実現されてもよい。
【００４７】
＜＜計測装置２０００のハードウエア構成例＞＞
図５は、実施形態１に係る計測装置２０００のハードウエア構成を概念的に例示する図である。受波器１１００は、音響信号を受信する機構であり、音響受信部２０４０を実現するための機構である。受信アンテナ１１２０は、電磁波信号を受信する機構であり、電磁波受信部２０２０を実現するための機構である。受波器１１００によって受信された音響信号は音響復調器１１４０によって復調され、周波数算出器１１８０に入力される。また、受信アンテナ１１２０によって受信された電磁波信号は電磁波復調器１１６０によって復調され、周波数算出器１１８０に入力される。周波数算出器１１８０は、入力された信号の周波数を算出する機構であり、周波数算出部２０５０を実現するための機構である。ここで、受波器１１００、受信アンテナ１１２０、音響復調器１１４０、電磁波復調器１１６０、及び周波数算出器１１８０を実現するハードウエアは既知である。そのためこれらを実現する具体的なハードウエアについては省略する。
【００４８】
ストレージ１０８０は、ROM (Read Only Memory) やハードディスク等のストレージであり、相対速度算出モジュール１２００及び周波数情報１２２０を記憶している。相対速度算出モジュール１２００は、相対速度算出部２０６０を実現するためのプログラムである。周波数情報１２２０は、第１周波数と第２周波数の関係を示す情報である。
【００４９】
バス１０２０は、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０、ストレージ１０８０、周波数算出器１１８０が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ１０４０などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ１０４０は、例えば CPU (Central Processing Unit) や GPU (Graphics Processing Unit) などの演算処理装置である。メモリ１０６０は、例えば RAM (Random Access Memory) や ROM (Read Only Memory) などのメモリである。
【００５０】
プロセッサ１０４０は、相対速度算出モジュール１２００を実行することで、相対速度算出部２０６０の機能を実現する。相対速度算出モジュール１２００は、周波数算出器１１８０によって算出された各周波数及び周波数情報１２２０を用いて相対速度を算出する。
【００５１】
なお、計測装置２０００のハードウエア構成は図５に示した構成には限定されない。例えば相対速度算出部２０６０は、プロセッサ等の組み合わせではなく、ワイヤードロジックとして実現されてもよい。この場合、計測装置２０００は、バス１０２０、プロセッサ１０４０、メモリ１０６０及びストレージ１０８０を有さなくてもよい。また、周波数情報１２２０は、相対速度算出モジュール１２００の一部として組み込まれていてもよい。また、周波数算出器１１８０において、周波数を算出する機能は、ワイヤードロジックとして実現されていてもよいし、プロセッサ等とプログラムの組み合わせとして実現されてもよい。
【００５２】
＜＜信号出力装置３０００のハードウエア構成例＞＞
図６は、実施形態１に係る信号出力装置３０００のハードウエア構成を概念的に例示する図である。波形生成器１４００は、波形を生成する機構である。波形生成器１４００が生成する波形は、例えば正弦波や余弦波などである。音響増幅器１４２０は、波形生成器１４００によって出力された波形を増幅して音響信号を生成する機構である。電磁波増幅器１４４０は、波形生成器１４００によって出力された波形を増幅して電磁波信号を生成する機構である。送波器１４６０は、音響増幅器１４２０によって生成された音響信号を信号出力装置３０００の外部に出力する機構である。送信アンテナ１４８０は、電磁波増幅器１４４０によって生成された電磁波信号を出力する機構である。電磁波受信部２０２０は、送信アンテナ１４８０によって出力された電磁波信号を受信する。ここで、波形生成器１４００、音響増幅器１４２０、電磁波増幅器１４４０、送波器１４６０、及び送信アンテナ１４８０を実現するハードウエアは既知である。そのためこれらを実現する具体的なハードウエアについては省略する。
【００５３】
ここで、送波器１４６０によって出力される音響信号は、音響受信部２０４０によって受信される音響信号である。また、送信アンテナ１４８０によって出力される電磁波信号は、電磁波受信部２０２０よって受信される電磁波信号である。
【００５４】
なお、信号出力装置３０００のハードウエア構成は図６に示した構成に限定されない。例えば波形生成器１４００は、音響増幅器１４２０と電磁波増幅器１４４０とで別々に設けられてもよい。
【００５５】
［実施形態２］
図７は、実施形態２に係る計測装置２０００を例示するブロック図である。図７において、実線の矢印の流れは情報の流れを示し、点線の矢印は信号の流れを表している。さらに、図７において、各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位の構成を表している。
【００５６】
実施形態２において、信号出力装置３０００は、電磁波信号と音響信号をそれぞれ間欠波として出力する。ここで、信号出力装置３０００が電磁波信号を出力するタイミングを第１タイミングと表記し、音響信号を出力するタイミングを第２タイミングと表記する。第１タイミングと第２タイミングは同一であってもよいし、異なってもよい。
【００５７】
実施形態２の計測装置２０００は、距離算出部２０８０を有する。距離算出部２０８０は、水中移動体４０００と信号出力装置３０００との間の距離を算出する。具体的には、距離算出部２０８０は、第１タイミングと第２タイミングとの関係、及び電磁波受信部２０２０によって電磁波信号が受信されたタイミングと及び音響受信部２０４０によって音響信号が受信されたタイミングとの差異に基づいて、上記距離を算出する。
【００５８】
前述したように、音響信号と電磁波信号の速度は異なる。そのため、信号出力装置３０００によって出力されてから計測装置２０００によって受信されるまでの時間（伝播時間）は、音響信号の場合と電磁波信号の場合とで異なる。そして、伝播時間の差は、信号出力装置３０００と水中移動体４０００との間の距離に依存する。そこで、距離算出部２０８０は、伝播時間の差に基づいて、信号出力装置３０００と水中移動体４０００との間の距離を算出する。
【００５９】
＜＜具体例＞＞
図８は、音響信号と電磁波信号が進んだ距離と時間との関係を表すグラフである。ts1 は、信号出力装置３０００が音響信号を出力した時点を表す。ts2 は、計測装置２０００が音響信号を受信した時点を表す。te1 は、信号出力装置３０００が電磁波信号を出力した時点を表す。te2 は、計測装置２０００が電磁波信号を受信した時点を表す。
【００６０】
距離算出部２０８０は、ts1 と te1 との関係を予め把握している。例えば ts1 と te1 との間の関係が以下の式（５）で表されるとする。ここで、例えば距離算出部２０８０は、下記式（５）を表す情報を、計測装置２０００が有する記憶部に記憶している。なお、ts1 と te1 との関係は、差以外の方法で表されていてもよい。
【数５】
0006417749.tif 000006
【００６１】
距離算出部２０８０は、音響信号の伝播時間 (ts2 - ts1) と、電磁波信号の伝播時間 (te2 - te1) との差 pを、以下の式（６）に基づいて算出できる。
【数６】
0006417749.tif 000007
【００６２】
また、信号出力装置３０００と水中移動体４０００との間の距離 d、音響信号の速度 Vs、電磁波信号の速度 Ve、及び時間差 p は、次の関係で表される。
【数７】
0006417749.tif 000008
【００６３】
式（６）及び式（７）より、距離算出部２０８０は、距離 d を式（８）に基づいて算出できる。
【数８】
0006417749.tif 000009
【００６４】
なお信号出力装置３０００は、音響信号と電磁波信号を同時に出力してもよいし、異なるタイミングで出力してもよい。
【００６５】
＜間欠波の利用＞
実施形態２では、電磁波信号と音響信号が間欠波として出力される。これは、電磁波受信部２０２０と音響受信部２０４０とが、信号を区切りを認識することで、信号を受信したタイミングを特定できるようにするためである。
【００６６】
図９は、電磁波受信部２０２０が電磁波信号を受信したタイミングを特定する方法を概念的に示す図である。図９（ａ）の場合、電磁波信号が正弦波として出力し続けられる場合を表す図である。この場合、電磁波受信部２０２０はどのタイミングをもって電磁波信号を受信したとすればよいか分からない。
【００６７】
これに対し、図９（ｂ）の場合、電磁波信号が間欠波として出力される場合を表す図である。この場合、電磁波受信部２０２０は、信号を受信していない状態から信号を受信している状態に変化した時点（点線の時点）を、電磁波信号が受信されたタイミングとして特定できる。なお、図９（ａ）と図９（ｂ）で説明したことは、音響受信部２０４０についても同様に当てはまる。
【００６８】
このように、信号出力装置３０００が信号を間欠波として出力することにより、電磁波受信部２０２０と音響受信部２０４０は、それぞれ信号を受信したタイミングを特定することができる。
【００６９】
ただし、間欠波を出力する間隔が短すぎると、電磁波受信部２０２０で受信された間欠波と音響受信部２０４０で受信された間欠波との対応付けができなくなる。例えば電磁波受信部２０２０で１つ目に受信された間欠波は、音響受信部２０４０で受信された１つ目の間欠波と対応するかもしれないし、２つ目の間欠波と対応するかもしれない。そのため、信号出力装置３０００は、適切な時間間隔を設けて間欠波を出力することが好ましい。
【００７０】
なお、間欠波の継続時間は任意である。電磁波信号の間欠波の継続時間と、音響信号の間欠波の継続時間とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００７１】
＜作用・効果＞
本実施形態によれば、電磁波信号と音響信号という２つの信号を用いることで、信号出力装置３０００と水中移動体４０００との間の距離を算出することができる。ここで、本実施形態の場合、信号の往復時間に基づいて測距を行う従来の方法と異なり、計測装置２０００から信号を出力する必要がない。よって、計測装置２０００の構成をシンプルにすることができ、計測装置２０００の消費電力や製造コストを削減したり、計測装置２０００のサイズを小さくしたりすることができる。水中移動体４０００の消費電力を削減することにより、水中移動体４０００のバッテリを充電する頻度を減らすことができる。また、バッテリの寿命が長くなるため、バッテリを交換する頻度を少なくすることができる。
【００７２】
ここで、従来手法の一つとして、ピンガという信号送信装置を三点以上に配置することで、水中移動体４０００の三次元位置を把握する方法がある。しかしこの方法では、予めピンガを配置し、さらにピンガの位置を把握しておく必要がある。そのため、ピンガの設置コストや維持コストなどが発生する。本実施形態によれば、プラットホームに信号出力装置３０００を配置し、水中移動体４０００に計測装置２０００を配置することで、信号出力装置３０００と水中移動体４０００との間の距離を把握することができる。よって、ピンガを複数点に配置する従来手法と比較し、水中移動体４０００の位置を把握する仕組みを提供するためのコストが小さくなる。
【００７３】
［実施形態３］
実施形態３の計測装置２０００は、実施形態２の計測装置２０００と同様に、図７で表される。
【００７４】
実施形態３において、信号出力装置３０００が出力する電磁波信号は第１波形を含む。また、信号出力装置３０００が出力する音響信号は第２波形を含む。そして、信号出力装置３０００は、電磁波信号の第１波形を第３タイミングで出力し、音響信号の第２波形を第４タイミングで出力する。
【００７５】
実施形態３の距離算出部２０８０は、第３タイミングと第４タイミングとの関係、及び電磁波受信部２０２０によって電磁波信号の第１波形が受信されたタイミングと音響受信部２０４０によって音響信号の第２波形が受信されたタイミングとの差異に基づいて、水中移動体４０００と信号出力装置３０００との間の距離を算出する。
【００７６】
実施形態３の計測装置２０００の動作原理は、実施形態２の計測装置２０００の動作原理と同様である。ただし、実施形態２と実施形態３では、信号を受信したタイミングを特定する方法が異なる。前述した通り、実施形態２の場合、信号が間欠波であるため、計測装置２０００は、信号を受信していない状態から信号を受信している状態に変化した時を、信号の区切りとすることができる。
【００７７】
これに対し、信号出力装置３０００は、第１波形を、電磁波信号の区切りを認識できる形状とする。また信号出力装置３０００は、第２波形を、音響信号の区切りを認識できる形状とする。図１０は、区切りを認識できる第１波形で構成される電磁波信号を示す図である。図１０の場合、計測装置２０００は、点線で示した箇所が波形の区切りであることを認識できる。
【００７８】
なお、第１波形と第２波形は同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００７９】
＜作用・効果＞
本実施形態によれば、実施形態２と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
［実施形態４］
図１１は、実施形態４に係る計測装置２０００を例示するブロック図である。図１１において、実線の矢印の流れは情報の流れを示し、点線の矢印は信号の流れを表している。さらに、図１１において、各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位の構成を表している。
【００８１】
実施形態４の計測装置２０００は、音響受信部２０４０を少なくとも２つ有する。図９において、計測装置２０００は、音響受信部２０４０−１及び音響受信部２０４０−２を有している。ここで、音響受信部２０４０−１と音響受信部２０４０−２は、水中移動体４０００において異なる位置に設置されている。
【００８２】
実施形態４の計測装置２０００は、方位算出部２１００を有する。方位算出部２１００は、音響受信部２０４０−１によって音響信号が受信されたタイミングと音響受信部２０４０−２によって音響信号が受信されたタイミングとの差異に基づいて、水中移動体４０００に対する信号出力装置３０００の方位を算出する。
【００８３】
図１２は、２つの音響受信部２０４０が音響信号を受信するタイミングの差と、計測装置２０００に対する信号出力装置３０００の方位の関係を例示する図である。図１２（ａ）は、信号出力装置３０００が、水中移動体４０００の移動方向に対してθ１の方位に位置する場合の図である。ここで、図１２（ａ）における点線は、音響信号の平面波を表している。
【００８４】
図１２（ａ）において、音響信号の進行方向を表す軸に音響受信部２０４０−１を投影した位置と、その軸に音響受信部２０４０−２を投影した位置とは、距離 d1 離れている。そのため、音響受信部２０４０−２が音響信号を受信する時点は、音響受信部２０４０−１が音響信号を受信する時点よりも d1/Vs だけ遅くなる。
【００８５】
図１２（ｂ）は、信号出力装置３０００が、水中移動体４０００の移動方向に対してθ２の方位に位置する場合の図である。点線は、音響信号の平面波を表している。図１２（ｂ）において、音響信号の進行方向を表す軸に音響受信部２０４０−１を投影した位置と、その軸に音響受信部２０４０−２を投影した位置とは、距離 d2 離れている。つまり、音響受信部２０４０−２が音響信号を受信する時点は、音響受信部２０４０−１が音響信号を受信する時点よりも d2/Vs だけ遅くなる。
【００８６】
ここで、d1 は d2 よりも長い。そのため、音響受信部２０４０−１と音響受信部２０４０−２が音響信号を受信する時点の時間差は、図１２（ａ）の場合の方が大きい。
【００８７】
ここで、図１２（ａ）と図１２（ｂ）において距離 d1 と距離 d2 が異なるのは、水中移動体４０００から見た信号出力装置３０００の方位が異なるためである。そのため、音響受信部２０４０−１と音響受信部２０４０−２が音響信号を受信する時点の時間差は、水中移動体４０００から見た信号出力装置３０００の方位に依存する。
【００８８】
そこで、計測装置２０００は、水中移動体４０００から見た信号出力装置３０００の方位を、音響受信部２０４０−２が音響信号を受信したタイミングと、音響受信部２０４０−１が音響信号を受信したタイミングとの差に基づいて算出する。
【００８９】
例えば図１２（ａ）の場合、水中移動体４０００から見た信号出力装置３０００の方位θ１と距離 d1 とが、以下の式（９）の関係で表される。ここで、s は音響受信部２０４０−１と音響受信部２０４０−２との間の距離を表す。
【数９】
0006417749.tif 000010
【００９０】
そこで、方位算出部２１００は、d1 と s を用いてθ１の値を算出する。ここで、d1 の算出方法を以下で説明する。
【００９１】
音響受信部２０４０が音響信号を受信したタイミングは、受信時点として測定することもできるし、音響信号の位相として測定することもできる。そして、受信時点を用いる場合と位相を用いる方法とでは、d1 の算出方法が異なる。
【００９２】
受信時点を用いる場合、d1 は以下の式（１０）で表される。Δt は、音響受信部２０４０−１が音響信号を受信した時点と音響受信部２０４０−２が音響信号を受信した時点の差を表す。また、Vs は音響信号の速度を表す。
【数１０】
0006417749.tif 000011
【００９３】
一方、位相を用いる場合、d1 は以下の式（１１）で表される。Δθは、音響受信部２０４０−１が受信した音響信号と音響受信部２０４０−２が受信した音響信号の位相差を表す。また、λは音響信号の波長である。
【数１１】
0006417749.tif 000012
【００９４】
ここで、音響受信部２０４０−１と音響受信部２０４０−２との間の距離は任意である。ただし、音響受信部２０４０−１と音響受信部２０４０−２との間の距離を長くすることにより、音響受信部２０４０−２が音響信号を受信するタイミングと、音響受信部２０４０−１が音響信号を受信するタイミングとの差が大きくなる。そして、この差が大きいほど測定誤差の影響を受けにくくなり、信号出力装置３０００の方位を精度良く算出ことができる。ただし、音響信号の位相を利用する場合、以下で説明する点に注意する必要がある。
【００９５】
＜位相を利用する場合について＞
音響信号の進行方向を表す軸に音響受信部２０４０−１を投影した位置と音響受信部２０４０を投影した位置との差（図１２（ａ）における d1）が音響信号の一波長より長くなると、位相差が３６０°より大きくなる。その結果、方位算出部２１００は、音響受信部２０４０−１と音響受信部２０４０−２が音響信号を受信したタイミングの差を特定できなくなる。
【００９６】
そこで、計測装置２０００に電磁波受信部２０２０を２つ設け、これら２つの電磁波受信部２０２０で電磁波信号が受信されたタイミングの差に基づいて信号出力装置３０００の方位を算出するようにしてもよい。方位の算出方法は音響信号を用いる場合と同様である。電磁波信号の波長は音響信号の波長より長いため、２つの電磁波受信部２０２０の間の距離は、２つの音響受信部２０４０の間の距離よりも長くすることができる。
【００９７】
ここで、伝播損失が少ない音響信号は電磁波信号より高い周波数が利用できる。そして、伝播距離の差（伝播時間の差）が同じであっても、信号の周波数が高い方が波長が短いため、位相差が大きく観察される。そのため、算出される方位の精度は、このように位相差が大きく観察される音響信号を用いた方が高くなる。そのため計測装置２０００は、できる限り音響信号を用いて方位を算出することが好ましい。そこで、例えば計測装置２０００は、音響受信部２０４０で受信した音響信号の波長を計算し、その音響信号を上述の方位の算出に利用できるか否かを判定する。そして、音響信号の波長が長いために方位の算出に利用できない場合、計測装置２０００は、電磁波信号を用いて方位の算出を行う。
【００９８】
なお、電磁波受信部２０２０や音響受信部２０４０は、３つ以上設置されていてもよい。
【００９９】
＜作用・効果＞
本実施形態によれば、計測装置２０００は、水中移動体４０００の進行方向に対する信号出力装置３０００の方位を算出することができる。算出した方位は、例えば水中移動体４０００の移動方向の制御に用いることができる。ここで、水中移動体４０００が、信号出力装置３０００が設置されているプラットホームに帰還するとする。この場合、計測装置２０００がプラットホームの方位を定期的又は不定期に確認し、その方位へ移動するように水中移動体４０００を制御することで、水中移動体４０００が無駄な動きをすることなく正確にプラットホームへ向かって移動するようになる。その結果、水中移動体４０００は無駄なエネルギーを使わずに効率よくプラットホームに帰還できる。よって、水中移動体４０００のバッテリ消費量を削減することができる。また、水中移動体４０００がプラットホームへ帰還するために要する時間を短くすることができる。
【０１００】
＜変形例＞
方位算出部２１００は、水中移動体４０００の速度及び相対速度算出部２０６０が算出した相対速度を利用して水中移動体４０００の進行方向に対する信号出力装置３０００の方位を算出してもよい。図１３は、水中移動体４０００の速度、算出した相対速度、及び信号出力装置３０００の方位との関係を示す図である。ここで、方位算出部２１００は、信号出力装置３０００が移動していないものとみなす。そのため、相対速度算出部２０６０によって算出される相対速度は、水中移動体４０００の速度のうちの信号出力装置３０００に向かう方向の成分 v1 で表される。また、水中移動体４０００の速度は v、水中移動体４０００の進行方向に対する信号出力装置３０００の方位はθであるとする。この場合、以下の式（１２）が成り立つ。
【数１２】
0006417749.tif 000013
【０１０１】
そこで、方位算出部２１００は、上述の関係式に基づいて、方位θを算出する。なお、相対速度が負である場合（水中移動体４０００が信号出力装置３０００から遠ざかっている場合）、信号出力装置３０００の方位は（θ＋９０°）で表される。
【０１０２】
なお、この方法の場合、方位を一度算出するだけでは、信号出力装置３０００が水中移動体４０００の進行方向から見て右斜めの方向に位置するのか左斜めの方向に位置するのかを判別できない。この判別を行いたい場合、例えば計測装置２０００は、方位θを算出した後、水中移動体４０００の移動方向を変更して再度方位θを算出する。そして、移動方向を変更した前後の方位θの変化に基づいて、信号出力装置３０００が水中移動体４０００の進行方向から見て右斜めの方向に位置するのか左斜めの方向に位置するのかを判別する。例えば、一度目に算出した方位が４０°であり、左方向に旋回して再度算出した方位が６０°であったとする。この場合、信号出力装置３０００は、水中移動体４０００の進行方向から見て右斜め方向に位置していることが分かる。
【０１０３】
［実施形態５］
図１４は、実施形態５に係る計測システム５０００を例示するブロック図である。図１４において、実線の矢印の流れは情報の流れを示し、点線の矢印は信号の流れを表している。さらに、図１４において、各ブロックは、ハードウエア単位の構成ではなく、機能単位の構成を表している。
【０１０４】
実施形態５に係る計測装置２０００は、実施形態１から４のいずれかに係る計測装置２０００と同様である。図１４では、実施形態１に係る計測装置２０００を示している。
【０１０５】
実施形態５に係る信号出力装置３０００は、電磁波出力部３０２０、音響出力部３０４０、及び給電部３０６０を有する。電磁波出力部３０２０は、電磁波受信部２０２０によって受信される電磁波信号を出力する。音響出力部３０４０は、音響受信部２０４０によって受信される音響信号を出力する。給電部３０６０は、非接触給電に利用する電磁波信号を送信する。
【０１０６】
ここで、電磁波出力部３０２０と給電部３０６０は、構成の一部を共有するように構成されている。例えば電磁波出力部３０２０と給電部３０６０は、電磁波信号を発生させるためのコイル、又は電磁波信号の送信に用いるアンテナを共有する。
【０１０７】
＜作用・効果＞
本実施形態において、信号出力装置３０００は、計測装置２０００による計測に用いる電磁波信号及び音響信号を送信すると共に、非接触給電に用いる電磁波信号を送信する。そのため、信号出力装置３０００を、計測装置２０００による計測と任意の装置の非接触給電の双方に用いることができる。また、電磁波出力部３０２０と給電部３０６０はコイル又はアンテナを共有するように構成される。そのため、信号出力装置３０００の製造コスト、サイズ、及び消費電力を削減することができる。
【０１０８】
ここで前述したように、一般に水中移動体はバッテリで動作する。そして、水中移動体のバッテリを充電する方法は、接触給電よりも非接触給電の方が好ましい。接触給電を用いると、例えば充電ケーブルをつなぐ箇所等から漏水する可能性が考えられるためである。そこで、例えば給電部３０６０は、水中移動体４０００のバッテリの充電に利用することができる。このように、信号出力装置３０００を用いて、計測装置２０００による各種計測動作を実現しつつ、計測装置２０００を搭載する水中移動体４０００のバッテリを安全に充電することができる。
【０１０９】
例えば信号出力装置３０００は、水中移動体４０００のプラットホームに設置される。水中移動体４０００がプラットホームに帰還する際、計測装置２０００は、実施形態１から４で説明した各種計測処理を行う。そして、計測装置２０００は、信号出力装置３０００に対する水中移動体４０００の相対距離、信号出力装置３０００と水中移動体４０００との間の距離、及び水中移動体４０００に対する信号出力装置３０００の方位のうち、いずれか１つ以上を用いて、信号出力装置３０００との位置関係を適切に把握しながら水中移動体４０００の動作を制御し、プラットホームへ帰還することができる。なお、水中移動体４０００の動作を制御する機能（制御部）は、計測装置２０００とは別体に設けられてもよい。この場合、計測装置２０００は各種計測結果を出力し、制御部はこの出力された結果を利用して水中移動体４０００を制御する。このように、水中移動体４０００と信号出力装置３０００との位置関係を適切に把握しながら水中移動体４０００を移動させることができるため、水中移動体４０００のバッテリのエネルギーを無駄なく利用でき、一度の充電で活動できる時間が長くなる。そして、プラットホームに帰還した水中移動体４０００のバッテリは、給電部３０６０によって充電することができる。
【０１１０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【０１１１】
以下、参考形態の例を付記する。
１．  水中移動体に設けられる計測装置であって、
信号出力装置から第１周波数で水中へ出力される電磁波信号を、水中で受信する電磁波受信手段と、
前記信号出力装置から第２周波数で水中へ出力される音響信号を、水中で受信する音響受信手段と、
前記電磁波受信手段によって受信された電磁波信号の周波数と、前記音響受信手段によって受信された音響信号の周波数を算出する周波数算出手段と、
前記第１周波数と前記第２周波数との関係、及び前記周波数算出手段によって算出された電磁波信号と音響信号の周波数に基づいて、前記信号出力装置に対する前記水中移動体の相対速度を算出する相対速度算出手段と、
を有する計測装置。
２．  前記第１周波数と前記第２周波数は同一である１．に記載の計測装置。
３．  前記信号出力装置は、前記電磁波信号を間欠波として第１タイミングで出力し、前記音響信号を間欠波として第２タイミングで出力し、
当該計測装置は、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの関係、及び前記電磁波受信手段によって前記電磁波信号が受信されたタイミングと前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングとの差異に基づいて、前記水中移動体と前記信号出力装置との間の距離を算出する距離算出手段を有する１．又は２．に記載の計測装置。
４．  前記信号出力装置は、前記電磁波信号の第１波形を第１タイミングで出力し、前記音響信号の第２波形を第２タイミングで出力し、
当該計測装置は、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの関係、及び前記電磁波受信手段によって前記電磁波信号の第１波形が受信されたタイミングと前記音響受信手段によって前記音響信号の第２波形が受信されたタイミングとの差異に基づいて、前記水中移動体と前記信号出力装置との間の距離を算出する距離算出手段を有する１．又は２．に記載の計測装置。
５．  前記水中移動体の速度と、前記相対速度算出手段が算出した相対速度とに基づき、前記水中移動体に対する前記信号出力装置の方位を算出する方位算出手段を有する１．乃至４．いずれか一つに記載の計測装置。
６．  第１の前記音響受信手段及び第２の前記音響受信手段を有し、
第１の前記音響受信手段と第２の前記音響受信手段とは、前記水中移動体の異なる位置に設けられており、
第１の前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングと第２の前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングとの差異に基づいて、前記水中移動体に対する前記信号出力装置の方位を算出する方位算出手段を有する１．乃至４．いずれか一つに記載の計測装置。
７．  前記方位算出手段は、第１の前記音響受信手段によって受信された前記音響信号が受信されたタイミングと第２の前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングとの差異を、第１の前記音響受信手段が受信した前記音響信号の位相と第２の前記音響受信手段が受信した前記音響信号の位相との差異として算出する６．に記載の計測装置。
８．  前記相対速度算出手段によって算出された前記相対速度に基づいて、前記水中移動体の動作を制御する制御手段を有する１．乃至７．いずれか一つに記載の計測装置。
９．  前記距離算出手段によって算出された前記水中移動体と前記信号出力装置との間の距離に基づいて、前記水中移動体の動作を制御する制御手段を有する３．又は４．に記載の計測装置。
１０．  前記方位算出手段によって算出された前記水中移動体に対する前記信号出力装置の方位に基づいて、前記水中移動体の動作を制御する制御手段を有する５．乃至７．いずれか一つに記載の計測装置。
１１．  前記信号出力装置は、それぞれ異なる周波数を持つ複数の前記電磁波信号と、それぞれ異なる周波数を持つ複数の前記音響信号とを出力し、
前記電磁波受信手段は、複数の前記電磁波信号をそれぞれ受信し、
前記音響受信手段は、複数の前記音響信号をそれぞれ受信する請求項１．乃至１０．いずれか一つに記載の計測装置。
１２．  信号出力装置と、１．乃至１１．いずれか一つに記載の計測装置と、を有する計測システムであって、
前記信号出力装置は、
第１周波数で水中へ電磁波信号を出力する電磁波出力手段と、
第２周波数で水中へ音響信号を出力する音響出力手段と、を有する計測システム。
１３．  前記信号出力装置は、非接触給電に用いる第２電磁波信号を出力する給電手段を有し、
前記電磁波出力手段と前記給電手段は、コイル又はアンテナを共有する１２．に記載の計測システム。
１４．  コンピュータを、１．乃至１１．いずれか一つに記載の計測装置として動作させるプログラム。
１５．  水中移動体に設けられる計測装置によって実行される制御方法であって、
前記計測装置は、電磁波信号を水中で受信する電磁波受信手段と、音響信号を水中で受信する音響受信手段と、を有し、
当該制御方法は、
前記電磁波受信手段が、信号出力装置から第１周波数で水中へ出力される電磁波信号を水中で受信する電磁波受信ステップと、
前記音響受信手段が、前記信号出力装置から第２周波数で水中へ出力される音響信号を水中で受信する音響受信ステップと、
前記電磁波受信ステップで受信された電磁波信号の周波数と、前記音響受信ステップで受信された音響信号の周波数を算出する周波数算出ステップと、
前記第１周波数と前記第２周波数との関係、及び前記周波数算出ステップで算出された電磁波信号と音響信号の周波数に基づいて、前記信号出力装置に対する前記水中移動体の相対速度を算出する相対速度算出ステップと、
を有する制御方法。
１６．  前記第１周波数と前記第２周波数は同一である１５．に記載の制御方法。
１７．  前記信号出力装置は、前記電磁波信号を間欠波として第１タイミングで出力し、前記音響信号を間欠波として第２タイミングで出力し、
当該制御方法は、前記第１タイミングと前記第２タイミングとの関係、及び前記電磁波受信ステップで前記電磁波信号が受信されたタイミングと前記音響受信ステップで前記音響信号が受信されたタイミングとの差異に基づいて、前記水中移動体と前記信号出力装置との間の距離を算出する距離算出ステップを有する１５．又は１６．に記載の制御方法。
１８．  前記信号出力装置は、前記電磁波信号の第１波形を第３タイミングで出力し、前記音響信号の第２波形を第４タイミングで出力し、
当該制御方法は、前記第３タイミングと前記第４タイミングとの関係、前記電磁波受信ステップで前記電磁波信号の第１波形が受信されたタイミングと前記音響受信ステップで前記音響信号の第２波形が受信されたタイミングとの差異に基づいて、前記水中移動体と前記信号出力装置との間の距離を算出する距離算出ステップを有する１５．又は１６．に記載の制御方法。
１９．  前記水中移動体の速度と、前記相対速度算出ステップで算出した相対速度とに基づき、前記水中移動体に対する前記信号出力装置の方位を算出する方位算出ステップを有する１５．乃至１８．いずれか一つに記載の制御方法。
２０．  前記計測装置は、第１の前記音響受信手段及び第２の前記音響受信手段を有し、
第１の前記音響受信手段と第２の前記音響手段とは、前記水中移動体の異なる位置に設けられており、
第１の前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングと第２の前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングとの差異に基づいて、前記水中移動体に対する前記信号出力装置の方位を算出する方位算出ステップを有する１５．乃至１８．いずれか一つに記載の制御方法。
２１．  前記方位算出ステップは、第１の前記音響受信手段によって受信された前記音響信号が受信されたタイミングと第２の前記音響受信手段によって前記音響信号が受信されたタイミングとの差異を、第１の前記音響受信手段が受信した前記音響信号の位相と第２の前記音響受信手段が受信した前記音響信号の位相との差異として算出する２０．に記載の制御方法。
２２．  前記相対速度算出ステップによって算出された前記相対速度に基づいて、前記水中移動体の動作を制御する制御ステップを有する１５．乃至２１．いずれか一つに記載の制御方法。
２３．  前記距離算出ステップによって算出された前記水中移動体と前記信号出力装置との間の距離に基づいて、前記水中移動体の動作を制御する制御ステップを有する１７．又は１８に記載の制御方法。
２４．  前記方位算出ステップによって算出された前記水中移動体に対する前記信号出力装置の方位に基づいて、前記水中移動体の動作を制御する制御ステップを有する１９．乃至２１．いずれか一つに記載の計測装置。
２５．  前記信号出力装置は、それぞれ異なる周波数を持つ複数の前記電磁波信号と、それぞれ異なる周波数を持つ複数の前記音響信号とを出力し、
前記電磁波受信ステップは、複数の前記電磁波信号をそれぞれ受信し、
前記音響受信ステップは、複数の前記音響信号をそれぞれ受信する１５．乃至２４．いずれか一つに記載の制御方法。
【符号の説明】
【０１１２】
１０２０  バス
１０４０  プロセッサ
１０６０  メモリ
１０８０  ストレージ
１１００  受波器
１１２０  受信アンテナ
１１４０  音響復調器
１１６０  電磁波復調器
１１８０  周波数算出器
１２００  相対速度算出モジュール
１２２０  周波数情報
１４００  波形生成器
１４２０  音響増幅器
１４４０  電磁波増幅器
１４６０  送波器
１４８０  送信アンテナ
２０００  計測装置
２０２０  電磁波受信部
２０４０  音響受信部
２０５０  周波数算出部
２０６０  相対速度算出部
２０８０  距離算出部
２１００  方位算出部
３０００  信号出力装置
３０２０  電磁波出力部
３０４０  音響出力部
３０６０  給電部
４０００  水中移動体
５０００  計測システム
【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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【図８】
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【図９】
0006417749.tif 000022
【図１０】
0006417749.tif 000023
【図１１】
0006417749.tif 000024
【図１２】
0006417749.tif 000025
【図１３】
0006417749.tif 000026
【図１４】
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