(57)【要約】【課題】水中ステーション位置の測位精度を向上させて自動ドッキングを可能とする。【解決手段】仮想の固定座標上における自己位置を慣性航法により検出可能な慣性航法装置３と、水中ステーション２０に設置されたトランスポンダ２３の自己位置からの相対距離および方位を音響測位により検出可能な音響測位装置４と、慣性航法装置３で把握される固定座標上の自己位置に対して、音響測位装置４で検出されるトランスポンダ２３の相対距離および方位を組み合わせることで、トランスポンダ２３の固定座標上における位置を算出する自律航行制御装置５とを備えている。【選択図】図５
2007210402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想の固定座標上における自己位置を運動履歴の算出により計算可能な推測航法装置と、
水中に配置されたトランスポンダの相対距離および方位を音響測位により検出可能な音響測位装置と、
前記推測航法装置で計算される固定座標上の自己位置に対して、前記音響測位装置で検出される前記トランスポンダの相対距離および方位を組み合わせることで、前記トランスポンダの固定座標上における位置を算出する自律航行制御装置と
を備えていることを特徴とする自律型無人潜水機。
【請求項２】
前記自律航行制御装置は、過去に算出されたトランスポンダ位置の履歴情報を用いて、固定座標上における前記トランスポンダの位置を補正する構成としている請求項１に記載の自律型無人潜水機。
【請求項３】
前記自律航行制御装置は、過去に算出された複数のトランスポンダ位置を空間平均して、固定座標上における前記トランスポンダの位置を補正する構成としている請求項２に記載の自律型無人潜水機。
【請求項４】
前記自律航行制御装置は、今回算出されたトランスポンダ位置にフィルタ係数α（０＜α＜１）を掛けたものと、前回補正されたトランスポンダ位置に１−αを掛けたものとを和算するフィルタ処理を行うことで、固定座標上における前記トランスポンダの位置を補正する構成としている請求項２に記載の自律型無人潜水機。
【請求項５】
前記フィルタ係数は、今回算出されたトランスポンダ位置と前回補正されたトランスポンダ位置との間の距離に反比例する変数としている請求項４に記載の自律型無人潜水機。
【請求項６】
前記自律航行制御装置は、前記算出されたトランスポンダの固定座標上における位置から所定の距離および方位にあるドッキング進入ポイントを算出し、該ドッキング進入ポイントを経由した航路を設定する構成としている請求項１乃至５のいずれかに記載の自律型無人潜水機。
【請求項７】
船体を移動あるいは姿勢変化させる推力装置と、
前記水中ステーション上に設置されたガイド部材に接触して所定位置に前記船体を導くガイドアームと、
前記ガイドアームが前記ガイド部材に接触したことを検出するセンサと、をさらに備え、
前記自律航行制御装置は、前記センサにより前記ガイドアームが前記ガイド部材に接触したことが検出されると、前記推力装置の動作状態を現状のままホールドさせる構成としている請求項１乃至６のいずれかに記載の自律型無人潜水機。
【請求項８】
水中底面からの距離である高度を検出可能な高度ソーナーと、
水表面からの距離である深度を検出可能な深度センサとを備え、
前記自律航行制御装置は、前記高度ソーナーで検出される高度と前記深度センサで検出される深度とを合わせて水中底面までの全深度を算出し、該全深度と予め設定された目標高度との差を目標深度として求め、該目標深度と前記深度センサで検出される深度との偏差が小さくなるように制御する構成としている請求項１乃至７のいずれか１項に記載の自律型無人潜水機。
【請求項９】
仮想の固定座標上における自己位置を推測航法により検出し、
水中に配置されたトランスポンダの相対距離および方位を音響測位により検出し、
推測航法で検出された固定座標上の自己位置に対して、前記音響測位で検出された前記トランスポンダの相対距離および方位を組み合わせることで、目標となる前記トランスポンダの固定座標上における位置を算出することを特徴とする自律型無人潜水機の水中航行方法。
【請求項１０】
仮想の固定座標上における自己位置を運動履歴の算出により計算可能な推測航法装置と、
水中に設置されたトランスポンダに対する自己の相対距離および方位を音響測位により検出可能な音響測位装置と、
前記推測航法装置で計算される固定座標上の自己位置と、固定座標上のトランスポンダ位置に前記音響測位装置で検出される前記相対距離および方位を合わせることで計算される固定座標上の自己位置とを用い、固定座標上における自己位置を補正する自律航行制御装置と
を備えていることを特徴とする自律型無人潜水機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中ステーションに自動運転で帰還してバッテリー充電や陸上とのデータ通信等を行う自律型無人潜水機およびその水中航行方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、海底調査等を行うために、有索無人潜水機（ROV：Remotely Operated Vehicle）や自律型無人潜水機（AUV：Autonomous Underwater Vehicle）が利用されているが、水中では母船からの支援を必要とせず、母船が荒天下であっても運用できると共に、複数の潜水機を用いて広域で同時観測が可能となる等の利点から、近年は自律型無人潜水機の開発が進められている。
【０００３】
このような自律型無人潜水機は内蔵バッテリー等を用いて航走するため、水中でバッテリー充電を行う手法が提案されている。例えば、特許文献１では、自律型無人潜水機に捕捉アームが設けられ、水中ステーションには捕捉アームのフックを引っ掛けて結合位置に案内する捕捉位置決め装置が設けられており、捕捉位置決め装置で位置決めされた潜水機が水中ステーションにドッキングしてバッテリー充電やデータ交換等が行われるようになっている。
【０００４】
ところで、自律型無人潜水機が水中ステーションまで自動運転で帰還するためには、航行中の潜水機が水中ステーションの位置を常に把握しておく必要があり、且つ、水中ステーションとの衝突等による機器の破損を避けるためには適切な潜水機の運動制御を行う必要があるが、そのためのものとして推測航法や音響測位が存在する。
【０００５】
推測航法は、船体の姿勢変化を検出する装置（ジャイロ、方位計、姿勢計等）と、船体の速度変化を検出する装置（加速度計、速度計）等を組み合わせて使用し、出発点からの速度や姿勢の変化を累積計算していくことにより自己位置を把握するものである。潜水機は、この推測航法を利用して自己位置を把握しながら航行し、所定位置に固定された水中ステーションに自動ドッキングを行うことが考えられる。また、推測航法では比較的短い周期で運動変化を把握できるため、潜水機の運動制御にも推測航法を用いることが多い。しかし、推測航法では、自己位置の算出に速度の１回積分や加速度の２回積分を用いるため、姿勢、速度、加速度の計測誤差が累積的に増大し、時間経過とともに位置ドリフトが発生して自己位置の検出精度が低下するという問題がある。そうすると、正確な水中ステーションの位置を得ることができず、潜水機の水中ステーションへの自動ドッキングを実現することが不可能となる。
【０００６】
一方、音響測位は、水中ステーションに設置されたトランスポンダの方位および相対距離を測定することが可能であり、潜水機はこの音響測位を利用してトランスポンダの位置を検出しながら航行し、水中ステーションに自動ドッキングを行うことが考えられる。この音響測位によく用いられる測位方法には、ＬＢＬ（Long Base Line）方式、ＳＢＬ（Short Base Line）方式、ＳＳＢＬ（Super Short Base Line）方式の３種類がある。ＬＢＬ方式はトランスポンダを３つ以上使用し、各トランスポンダからの応答音を受信するまでの時間から、各トランスポンダまでの距離を測位して自身の位置を求めるものである。また、ＳＢＬ方式は、船体上に間隔をあけて配した３個の受波器で海底に設置した１つのトランスポンダからの応答を受信し、トランスポンダとの相対位置（距離、方位等）を求めるものである。また、ＳＳＢＬ方式は１つのトランスポンダを用い、応答音到達時間から直距離を計算し、また受波器アレイ内の各素子への到達音波の位相差をもとにトランスポンダの方位、伏角を計算して、これから相対位置を求めるものである。ＬＢＬ方式はＳＳＢＬ方式に比べ測位精度が高いが、トランスポンダが複数必要となると共に、それぞれのトランスポンダを離して配置する必要があるため水中ステーション側のシステム規模が大きくなってしまう。また、ＳＢＬ方式は受波器の間隔を大きくとることができない小型ヴィークルには不向きである。したがって、自律型無人潜水機を水中ステーションに自動ドッキングさせるためには、トランスポンダおよび受波器が１つで済み、システム規模をコンパクトにできるＳＳＢＬ方式を採用するのが現実的である。
【特許文献１】特開２０００−２７２５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、水中ステーションにドッキングするためには、そのドッキング位置に正しくアプローチする必要があるが、ＳＳＢＬ方式は、角度検出誤差と距離検出誤差を併せた位置誤差が生じ、且つ、サンプリング時間間隔に幅があり検出頻度も低いため、アプローチのための位置制御でドッキング可能な精度が得られないという問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、音響測位による測位精度を向上させ、潜水機の適切なアプローチによる水中ステーションへの自動ドッキングを可能とすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上述のような事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る自律型無人潜水機は、仮想の固定座標上における自己位置を運動履歴の算出により計算可能な推測航法装置と、水中に設置されたトランスポンダの相対距離および方位を音響測位により検出可能な音響測位装置と、前記推測航法装置で計算される固定座標上の自己位置に対して、前記音響測位装置で検出される前記トランスポンダの相対距離および方位を組み合わせることで、前記トランスポンダの固定座標上における位置を算出する自律航行制御装置とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
このようにすると、海底などに固定されたトランスポンダの位置測位において、推測航法で取得される潜水機の固定座標上の自己位置データに対して、音響測位で取得されるトランスポンダまでの方位・距離データを組み合わせることで、目標位置となるトランスポンダ位置を固定座標上で算出することができる。即ち、移動する潜水機を基準として音響測位のみによりトランスポンダの位置を把握するのではなく、推測航法における固定座標を基準としてトランスポンダの検出位置を把握するので、音響測位を利用しながらもトランスポンダ位置を固定座標上で取り扱うことが可能となる。また、音響測位装置がトランスポンダと交信可能なエリアに入ってから推測航法装置の位置データをもとに固定座標を仮想的に形成すればよいので、推測航法でのデータは出発点から累積して使用する必要がなくなり、推測航法の誤差の影響も大幅に低減することができる。
【００１１】
なお、本願では推測航法は慣性航法やデッド・レコニングなど運動履歴の算出により自己位置計算が可能な航法を意味している。また、推測航法装置、音響測位装置および自律航行制御装置は、それぞれ別体であっても一体であってもよい。
【００１２】
前記自律航行制御装置は、過去に算出されたトランスポンダ位置の履歴情報を用いて、固定座標上における前記トランスポンダの位置を補正する構成としていてもよい。
【００１３】
このようにすると、過去に算出された複数のトランスポンダ位置データを用いることで、音響測位装置の測位結果のバラツキを補正して、音響測位の誤差を低減することが可能となる。
【００１４】
前記自律航行制御装置は、過去に算出された複数のトランスポンダ位置を空間平均して、固定座標上における前記トランスポンダの位置を補正する構成としていてもよい。
【００１５】
このようにすると、推測航法装置の位置データを基準として固定座標を設定し、音響測位の測位毎の位置データを固定座標を基準に空間平均することで、より正確なトランスポンダの位置データを求めることができる。その際、測位誤差の影響を更に抑制するため、測位毎に算出された各トランスポンダ位置データのうち、その空間平均位置との距離が大きいものから順に所定数のトランスポンダ位置データを除外し、再度、空間平均処理を行ってもよい。あるいは、測位毎に算出された各トランスポンダ位置データのうち、その空間平均位置から所定距離以上離れたトランスポンダ位置データについては除外して、再度、空間平均処理を行ってもよい。
【００１６】
前記自律航行制御装置は、今回算出されたトランスポンダ位置にフィルタ係数α（０＜α＜１）を掛けたものと、前回補正されたトランスポンダ位置に１−αを掛けたものとを和算するフィルタ処理を行うことで、固定座標上における前記トランスポンダの位置を補正する構成としていてもよい。
【００１７】
このようにすると、推測航法装置の位置データを基準として設定された固定座標上で算出されたトランスポンダ位置データを前記フィルタ処理することで、より正確なトランスポンダの位置データを求めることができる。
【００１８】
前記フィルタ係数は、今回算出されたトランスポンダ位置と前回補正されたトランスポンダ位置との間の距離に反比例する変数としてもよい。
【００１９】
このようにすると、前回補正された固定座標上のトランスポンダ位置からの距離が大きく誤差が大きいと判断される測位値に関しては、フィルタ係数が小さくなって補正処理への反映度が小さくなる一方、前回補正された固定座標上のトランスポンダ位置からの距離が小さく誤差が小さいと判断される測位値に関しては、フィルタ係数が大きくなって補正処理への反映度は大きくなるので、トランスポンダ位置の検出精度が向上すると共に補正処理の収束性も向上する。なお、フィルタ係数は定数としてもよい。
【００２０】
前記自律航行制御装置は、前記算出されたトランスポンダの固定座標上における位置から所定の距離および方位にあるドッキング進入ポイントを算出し、該ドッキング進入ポイントを経由した航路を設定する構成となっていてもよい。
【００２１】
このようにすると、水中ステーションにドッキングすべく帰還する際に、水中ステーションに直接帰還するのではなく、一旦は水中ステーションの進入方向にある仮想のドッキング進入ポイントに到着してから、進入ラインに沿って水中ステーションに向かうことで、正しい方向および姿勢で水中ステーションに進入することができ、円滑にドッキング動作を行うことが可能となる。
【００２２】
船体を移動あるいは姿勢変化させる推力装置と、前記水中ステーション上に設置されたガイド部材に接触して所定位置に前記船体を導くガイドアームと、前記ガイドアームが前記ガイド部材に接触したことを検出するセンサと、をさらに備え、前記自律航行制御装置は、前記センサにより前記ガイドアームが前記ガイド部材に接触したことが検出されると、前記推力装置の動作状態を現状のままホールドさせる構成としてもよい。なお、ここでいう「移動」は上下・左右の平行移動と旋回移動を含む概念であり、「姿勢変化」はピッチ方向やヨウ方向に船首を動かす変化を表す概念である。
【００２３】
このようにすると、潜水機が水中ステーションへの進入ライン上を前進し、多少の上下・左右の位置ズレが発生しても、ガイド部材にガイドアームを案内させることで、自律型無人潜水機の上下・左右位置を機械的に自動修正させて水中ステーションへの自動ドッキングを実現することができる。その際、測位誤差等により目標とするトランスポンダの位置が現実の位置から例えば左右にずれた場合、左右位置制御の動作方向と、ガイド機構による位置ずれ修正の動作方向が反対となり干渉を起こすことが考えられる。
【００２４】
そこで、センサによりガイドアームがガイド部材に接触したことが検出されると、左右位置制御の指令値をその時点の値でホールドさせるようにすることで、潮流等の外乱による左右方向の外力をキャンセルして、ガイド機構による位置ずれ修正の動作をスムーズにすることが可能となる。また、ホールド処理は、潮流等の外乱の方向・方位に応じて上下位置制御や姿勢制御をホールドさせてもよい。
【００２５】
水中底面からの距離である高度を検出可能な高度ソーナーと、水表面からの距離である深度を検出可能な深度センサとを備え、前記自律航行制御装置は、前記高度ソーナーで検出される高度と前記深度センサで検出される深度とを合わせて水中底面までの全深度を算出し、該全深度と予め設定された目標高度との差を目標深度として求め、該目標深度と前記深度センサで検出される深度との偏差が小さくなるように制御する構成としてもよい。
【００２６】
このようにすると、高度ソーナーと深度センサの両者を利用しているため、潜水機を目標地点に到達させる際に高さ方向についても正しく位置制御することができる。その際、一般的に音波による検出でサンプリング時間間隔に幅があるが信頼性が高い高度ソーナーと、一般的に水圧による検出で水表面の昇降に影響されるが連続的にサンプリングできる深度センサとを組み合わせることで、連続性があり且つ信頼性の高い制御を行うことが可能となる。
【００２７】
また、本発明の自律型無人潜水機の水中航行方法は、仮想の固定座標上における自己位置を推測航法により検出し、水中ステーションに設置されたトランスポンダの相対距離および方位を音響測位により検出し、推測航法で検出された固定座標上の自己位置に対して、前記音響測位で検出された前記トランスポンダの相対距離および方位を組み合わせることで、目標となる前記トランスポンダの固定座標上における位置を算出することを特徴とする。
【００２８】
このようにすると、上述したように、移動する潜水機を基準としてトランスポンダの位置を把握するのではなく、推測航法による固定座標を基準として音響測位装置によりトランスポンダの検出位置を把握するので、測位誤差を低減することができる。
【００２９】
また本発明の自律型無人潜水機は、仮想の固定座標上における自己位置を運動履歴の算出により計算可能な推測航法装置と、水中に設置されたトランスポンダに対する自己の相対距離および方位を音響測位により検出可能な音響測位装置と、前記推測航法装置で計算される固定座標上の自己位置と、固定座標上のトランスポンダ位置に前記音響測位装置で検出される前記相対距離および方位を合わせることで計算される固定座標上の自己位置とを用い、固定座標上における自己位置を補正する自律航行制御装置とを備えていることを特徴とする。
【００３０】
このようにすると、音響測位で取得されるトランスポンダからの自己の相対距離・方位データだけでなく、推測航法で取得される潜水機の固定座標上の自己位置データも用いることで、固定座標上における自己位置を精度よく補正することができる。
【００３１】
前記自律航行制御装置は、前記推測航法装置で過去に算出された複数の自己位置と、前記音響測位装置で過去に算出された複数の自己位置との各偏差を求め、該各偏差の平均を現在の自己位置に合算して、固定座標上における自己位置を補正する構成としてもよい。なお、現在の自己位置は、推測航法装置あるいは音響測位装置のいずれで得られるものでもよい。
【００３２】
このようにすると、推測航法装置で時系列的に得られる複数の自己位置と、音響測位装置で時系列的に得られる複数の自己位置との間でそれぞれ偏差をとり、その各偏差を平均して得られる平均偏差を現在の自己位置に反映させて補正しているので、より正確な自己位置データを求めることができる。その際、測位誤差の影響を更に抑制するため、測位毎に算出された各自己位置データのうち、補正位置との距離が大きいものから順に所定数の自己位置データを除外し、再度、偏差平均処理を行ってもよい。あるいは、測位毎に算出された各自己位置データのうち、その補正位置から所定距離以上離れた自己位置データについては除外して、再度、偏差平均処理を行ってもよい。
【発明の効果】
【００３３】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、水中配置されたトランスポンダの位置測位において、移動する潜水機を基準としてトランスポンダの位置を把握するのではなく、推測航法装置で把握される固定座標上の自己位置データを基準とし、音響測位装置で取得されるトランスポンダまでの方位・距離データを組み合わせて、目標となるトランスポンダの位置を測位しているので、測位精度を向上させることが可能となる。また、過去に算出された複数のトランスポンダ位置に空間平均処理あるいはフィルタ処理を行えば、固定座標上におけるトランスポンダの位置が補正されて、正確なトランスポンダの位置データを求めることが可能となる。また、推測航法で計算される固定座標上の自己位置と、音響測位で検出される固定座標上のトランスポンダ位置に対する自己相対距離および方位を合わせることで計算される固定座標上の自己位置とを用れば、固定座標上における自己位置を補正することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る自律型無人潜水機１および水中ステーション２０を示す側面図、（ｂ）は平面図である。自律型無人潜水機１はバッテリー（図示せず）を動力源として航行し、オペレータの操作、信号線、動力線を必要とせず、自律的に海洋観測や海底探索を行うものである。そして、バッテリー電力が低下すれば、自律型無人潜水機１は水中ステーション２０にドッキングしてバッテリー充電を行い、同時に水中での取得データを水中ステーション２０を介して陸上に送信したり、陸上からの指令を水中ステーション２０を介して受信するものとしている。
【００３５】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、水中ステーション２０は、進入ラインＥＬに沿って長尺で海底に固定される板状部材であり、進入ラインＥＬ上の奥側（進入側と反対側）にトランスポンダ２３が立設されている。このトランスポンダ２３より進入側の進入ラインＥＬ上には自律型無人潜水機１の船体２を位置決めする嵌合部材２４が立設されている。この嵌合部材２４の進入側の進入ラインＥＬ上には自律型無人潜水機１に内蔵されたバッテリー（図示せず）に非接触給電（誘導給電）により充電やデータ通信等を行うコネクタ２５が立設されている。
【００３６】
このコネクタ２５の進入側の進入ラインＥＬ上には、自律型無人潜水機１を所定位置に案内するフレーム状のガイド部材２１が立設されている。ガイド部材２１は、平面視で略Ｖ字状に形成されたテーパ部２１ｃ、２１ｄと、このテーパ部２１ｃ、２１ｄの奥端（進入側と反対側の端部）に連続して進入ラインＥＬと平行である直線部２１ｅ、２１ｆと、この直線部２１ｅ、２１ｆの奥端で左右に突出した捕捉部２２Ａ、２２Ｂとを備えている。テーパ部２１ｃとテーパ部２１ｄとの連結箇所と、テーパ部２１ｃ、２１ｄと直線部２１ｅ、２１ｆとの連結箇所からは支持脚部２１ａ、２１ｂが垂設されて水中ステーション２０に固定されている。
【００３７】
自律型無人潜水機１は、船体２の前側先端に前方の障害物との距離を測定する前部ソーナー８を備えていると共に、船体２の底面後側に下方の障害物（海底や水中ステーション等）との距離を音波測定する高度ソーナー９を備えている。
【００３８】
船体２の最後部には前進する推力を発生させる主推進器１１が設けられている。船体２の前部には、上下方向の推力を発生させる前部垂直スラスタ６Ａと、左右方向の推力を発生させる前部水平スラスタ７Ａとが設けられている。また、船体２の後部にも、上下方向の推力を発生させる後部垂直スラスタ６Ｂと、左右方向の推力を発生させる前部水平スラスタ７Ｂとが設けられている。すなわち、この自律型無人潜水機１は主推進器１１による前後方向、垂直スラスタ６Ａ、６Ｂによる上下方向・ピッチ方向、水平スラスタ７Ａ、７Ｂによる回頭・並進の５自由度について制御可能となっている。
【００３９】
船体２の底面前側には、水中ステーション２０の嵌合部材２４と嵌合して船体２を位置決め固定する被嵌合部材１２が設けられている。船体２の底面中央には、水中ステーション２０のコネクタ２５と嵌合して非接触給電（誘導給電）により船体２に内蔵されたバッテリー（図示せず）への充電やデータ通信等を行うコネクタ１３が設けられている。また、船体２の内部には海水面からの深さを水圧により検出する深度センサ１０が設けられている。
【００４０】
船体２内には、仮想の固定座標上における自己位置を運動履歴により算出可能な推測航法装置として慣性航法装置(INS)３が設けられている。慣性航法装置３は、三次元の加速度を検出する加速度計と、姿勢変化を検出するジャイロとを備えたものであり、出発点からの速度や姿勢変化を累積的に計算する慣性航法により固定座標上における自己位置を把握できる構成となっている。
【００４１】
船体２の前部下方側には、水中ステーション２０に設置されたトランスポンダ２３の相対距離および方位を音響測位により検出可能なＳＳＢＬ（Super Short Base Line）方式の音響測位装置４が設けられている。音響測位装置４は、送波器から質問信号を発信し、トランスポンダ２３から返ってくる応答信号を受波器アレイで受信するものであって、質問信号を発信してから応答信号を受信するまでの時間によりトランスポンダ２３までの距離が算出されると共に、受波器アレイの各素子で受信される応答信号の位相差によりトランスポンダ２３の方位が算出される構成となっている。
【００４２】
船体２の左右両側には、回転自在な回転軸１４に支持された捕捉アーム（ガイドアーム）１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ斜め後方に向けて揺動可能に設けられている。右捕捉アーム１５Ａおよび左捕捉アーム１５Ｂの先端にはそれぞれフック部１６Ａ、１６Ｂが形成されており、各フック部１６Ａ、１６Ｂの各受け面には、水中ステーション２０のガイド部材２１が接触することを検出可能な右捕捉センサ１７Ａおよび左捕捉センサ１７Ｂがそれぞれ取り付けられている。
【００４３】
船体２内には、慣性航法装置３で把握される固定座標上の自己位置に対して、音響測位装置４で検出されるトランスポンダ２３の相対距離および方位を組み合わせることで、トランスポンダ２３の固定座標上における位置を算出可能な自律航行制御装置５が設けられている。
【００４４】
図２は自律型無人潜水機１に搭載された自律航行制御装置５を説明するブロック図である。図２に示すように、自律航行制御装置５は、行動計画データ保存部３０、前進速度制御部３１、方位制御部３２、水平・垂直スラスタ推力配分部３３、目標位置計算部３４、左右位置偏差計算部３５、左右位置制御部３６、捕捉判定部３７、ホールド処理部３８および切替スイッチ３９を備えている。
【００４５】
行動計画データ保存部３０は、自律型無人潜水機１の水中ステーション２０への進入速度や水中ステーション２０に対する進入ラインＥＬの方位等の設定情報を保存する機能を有する。前進速度制御部３１は、行動計画データ保存部３０に保存された進入速度データと慣性航法装置３から得られる速度データとの偏差を低減するように主推進器１１の駆動力をフィードバック制御する機能を有する。方位制御部３２は、行動計画データ保存部３０に保存された進入ラインＥＬの方位と慣性航法装置３から得られる船首方位との偏差を低減するように回頭指令を出力する機能を有する。水平・垂直スラスタ推力配分部３３は、方位制御部３２からの回頭指令に基づき水平スラスタ７Ａ、７Ｂや垂直スラスタ６Ａ、６Ｂの推力バランスを調節する機能を有する。
【００４６】
目標位置計算部３４は、慣性航法装置３から得られる船体位置・姿勢の情報と音響測位装置４から得られるトランスポンダ２３の相対距離および方位の情報より、目標となるトランスポンダ２３の位置（目標位置）を算出すると共に、トランスポンダ２３を通り且つ予め決められた進入方向（この進入方向は水中ステーション設置時に決定される）にある進入ラインＥＬを求める機能を有する。左右位置偏差計算部３５は、目標位置計算部３４で求められた進入ラインＥＬと船体２の軸線との左右位置偏差を出力する機能を有する。左右位置制御部３６は、左右位置偏差計算部３５から出力された左右位置偏差を低減するように水平・垂直スラスタ推力配分部３３に指令を出力する機能を有する。
【００４７】
捕捉判定部３７は、右捕捉センサ１７Ａと左捕捉センサ１７Ｂの片方あるいは両方が水中ステーション２０のガイド部材２１に接触したことを判定する機能を有する。ホールド処理部３８は、水平・垂直スラスタ推力配分部３３に対して水平スラスタ７Ａ、７Ｂおよび垂直スラスタ６Ａ、６Ｂの動作状態を現状のままホールドさせる機能を有する。切替スイッチ３９は、捕捉判定部３７により右捕捉センサ１７Ａあるいは左捕捉センサ１７Ｂの片方のみがガイド部材２１に接触したと判定されたときに、左右位置制御部３６からの出力を遮断すると共に、ホールド処理部３８からの出力を水平・垂直スラスタ推力配分部３３に伝達させるようにスイッチングする機能を有する。
【００４８】
次に、自律型無人潜水機１による水中ステーション２０への自動ドッキングの手順について説明する。図３は自律型無人潜水機１の水中航行を説明する平面図である。図３に示すように、海底を航行する自律型無人潜水機１が水中ステーション２０に帰還して自動ドッキングを行う際には、潜水機１は水中ステーション２０に直接向かうのではなく、進入ラインＥＬ上においてガイド部材２１から進入方向の所定距離に仮想的に設定されたドッキング進入ポイントＰを経由した後に水中ステーション２０に向かうよう二段階誘導される。
【００４９】
まず、自律航行制御装置５は、音響測位装置４がトランスポンダ２３と交信可能なエリアに入ってから慣性航法装置３の位置データをもとに固定座標を仮想的に形成する。そして、慣性航法装置３および音響測位装置４により水中ステーション２０に設置されたトランスポンダ２３の固定座標上の位置を測位し、その位置から所定の方位（固定座標における角度θD）かつ所定距離にあるドッキング進入ポイントＰの位置を自律航行制御装置５の目標位置計算部３４で計算する。そして、自律航行制御装置５は、そのドッキング進入ポイントＰを目標位置として自動誘導制御（前進速度、方位、高度の３自由度制御）を行う。自律航行制御装置５により自律型無人潜水機１がドッキング進入ポイントＰに到達したと判断された時に、水平スラスタ７Ａ，７Ｂにより船首を進入ラインＥＬに沿うように向ける。そして、自律航行制御装置５により、トランスポンダ２３の船体２との相対位置および方位を求めながら進入ラインＥＬ上を前進するドッキング制御（前進速度、左右位置、方位、高度、ピッチの５自由度制御）を行う。
【００５０】
図４は自律型無人潜水機１によるトランスポンダ位置の算出処理を説明するフローチャートである。図５は自律型無人潜水機１によるトランスポンダ位置の算出を説明する平面図である。図４に示すように、まず、音響測位装置４で目標となる水中ステーション２０のトランスポンダ２３の位置（船体２との相対位置）を測位する（ステップＳ１）。また、慣性航法装置３により水中に仮想的に設けた固定座標上における船体２の位置を測位する（ステップＳ２）。そして、自律航行制御装置５において、慣性航法装置３で観測される固定座標上の自己位置に対して、音響測位装置４で検出されるトランスポンダ２３までの相対距離および方位を組み合わせた演算を行うことで、目標となるトランスポンダ２３の固定座標上における位置を計算する（ステップＳ３）。
【００５１】
具体的には、図５に示すように、慣性航法装置３で観測される船体２の固定座標上における位置をｘＡ、ｙＡ、音響測位装置４で測位されるトランスポンダ２３との相対距離をＬＳ、慣性航法装置３で観測される船体軸線ＤのＹ軸に対する角度をθＡ、音響測位装置４で測位されるトランスポンダ２３の方位の船体軸線Ｄに対する誤差角度をθＳとすると、トランスポンダ２３の固定座標上における位置（ｘＴ、ｙＴ）は以下の数式１で算出することができる。
【００５２】
【数１】
2007210402.tif 000003
次いで、所定時間間隔でステップＳ３の目標位置（トランスポンダ位置）を計算し、算出された目標位置の直近の過去６点分を自律航行制御装置５の記憶装置（図示せず）に保存する（ステップＳ４）。そして、該記憶領域に履歴情報として過去６点の目標位置が保持されているか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、まだ目標位置のデータ数が６点未満しか保持されていない場合には、過去の保存されている全ての目標位置の重心Ｂを計算する空間平均処理を行う（ステップＳ６）。
【００５３】
図６は自律型無人潜水機１によるトランスポンダ位置の空間平均を説明する平面図である。図６に示すように、自律型無人潜水機１は、自律航行制御装置５で測位された固定座標上の目標位置（トランスポンダ位置）２３１〜２３３を数式２により空間平均を行い、それにより求められた重心Ｂを目標位置ＸＴ（ベクトル表記）として補正する。ここで、ベクトルＸｉは測位データ、ｎはサンプリング点数を表している。
【００５４】
【数２】
2007210402.tif 000004
そして、図４に示すように、自律航行制御装置５の目標位置計算部３４（図２）は、重心Ｂを目標位置（トランスポンダ位置）に設定して出力する（ステップＳ７）。
【００５５】
また、ステップＳ５において、目標位置のデータ数が過去６点保持されている場合には、以下のステップＳ８〜Ｓ１０により空間平均に加えて測位誤差除去処理を行う。
【００５６】
図７は自律型無人潜水機１によるトランスポンダ位置の空間平均および測位誤差除去処理を説明する平面図である。図４および図７に示すように、自律航行制御装置５の目標位置計算部３４（図２）で過去６点の目標位置２３１〜２３６の重心Ａを計算して空間平均を行う（ステップＳ８）。次いで、目標位置計算部３４は、重心Ａと目標位置の過去６点の距離を計算し、重心Ａに近い順に４点の目標位置２３１、２３２、２３３、２３５を抽出して測位誤差を除去する（ステップＳ９）。そして、目標位置計算部３４は、その抽出した４点だけで重心Ｂを計算する空間平均を行い（ステップＳ１０）、その重心Ｂを目標位置（トランスポンダ位置）に設定して出力する（ステップＳ７）。
【００５７】
図８は自律型無人潜水機１のドッキング進入ポイントＰへの誘導を説明するフローチャートである。図２および図８に示すように、自律航行制御装置５の目標位置計算部３４は、上述したような目標位置の空間平均と測位誤差除去処理を行い（ステップＳ１１）、それにより算出された目標位置から予め決められた方位および距離に設定されるドッキング進入ポイントＰの固定座標上の位置を計算する（ステップＳ１２）。
【００５８】
そして、ドッキング進入ポイントＰへ向けて自動航行するように左右位置偏差計算部３５でドッキング進入ポイントＰの方位と船体軸線との方位のズレを算出し、該ズレを修正するように左右位置制御部３６により水平・垂直スラスタ推力配分部３３に指令し、水平スラスタ７Ａ、７Ｂおよび垂直スラスタ６Ａ、６Ｂを駆動させる（ステップＳ１３）。
【００５９】
慣性航法装置３からの情報により船体２がドッキング進入ポイントＰに到達したと判定されると（ステップＳ１４）、目標計算部３４は船体２の向かう方位を目標位置（トランスポンダ位置）に変換する（ステップＳ１５）。これで、ドッキング進入ポイントＰへの誘導制御を完了し（ステップＳ１６）、ドッキング制御（精密制御）モードに移行する（ステップＳ１７）。
【００６０】
図９は自律型無人潜水機１のドッキング制御を説明するフローチャートである。図１０は自律型無人潜水機１のドッキング制御を説明する平面図である。図１１（ａ）〜（ｄ）は自律型無人潜水機１の水中ステーション２０へのドッキングを説明する平面図である。図２、図９および図１０に示すように、自律航行制御装置５の目標位置計算部３４が上述したような目標位置の空間平均および測位誤差除去処理を行って重心Ｂを求め（ステップＳ２０）、その目標位置である重心Ｂを通過し且つ所定角度θＤの方向に設定される進入ラインＥＬを固定座標上で計算する（ステップＳ２１）。そして、左右位置偏差計算部３５で進入ラインＥＬとの左右位置偏差Ｌと、進入ラインＥＬとの方位偏差θＢとが計算される（ステップＳ２２）。
【００６１】
そして、図９および図１１（ａ）に示すように、右捕捉アーム１５Ａのフック部１６Ａの右捕捉センサ１７Ａあるいは左捕捉アーム１５Ｂのフック部１６Ｂの左捕捉センサ１７Ｂのいずれかがガイド部材２１に接触するまでは（ステップＳ２３）、左右位置制御、方位制御、高度制御、ピッチ制御および速度制御が実行され、船体２が進入ラインＥＬ上を真っ直ぐに進むように制御される（ステップＳ２４）。なお、高さ方向については音響測位装置４、深度センサ１０、高度ソーナー９の情報が使えるが、水中ステーション２０上に到達してからは相対位置の情報として最も信頼できる高度ソーナー９の情報を使用する。（深度は海面の潮位により異なるためである。）
図１１（ｂ）に示すように、右捕捉アーム１５Ａのフック部１６Ａが水中ステーション２０のガイド部材２１の右側のテーパ部２１ｃを捕捉したことが右捕捉センサ１７Ａで検出されたと捕捉判定部３７で判定されると（ステップＳ２３）、切替スイッチ３９はホールド処理部３８（図２）がＯＮとなるように切り替えられ、左右位置制御が現状のままホールドされる（ステップＳ２５）。
【００６２】
詳しくは、図１１では自律型無人潜水機１の水中ステーション２０への進入時に、進入ラインＥＬに対する左方向のズレが捕捉機構により修正されている。しかし、自律型無人潜水機１が進入ラインＥＬに沿って前進している時は、船体２は進入ラインＥＬに対する左右位置についてフィードバック制御されている。図１１のように船体２が左方向にずれて進入しているケースは、突発的な外乱により左方向に流された場合と、自律航行制御装置５により算出された進入ラインが誤差により左方向にずれている場合とが考えられる。後者の場合、右捕捉アーム１５Ａのフック部１６Ａがガイド部材２１に接触して船体２を中央に向けて修正する力が働いても、左右位置制御により左にずれた進入ラインに向けて船体２を移動させようとするため、ガイド部材２１による修正力に抗するように水平スラスタ７Ａ、７Ｂが作動することとなる。
【００６３】
さらに、左右位置制御は潮流外乱に抗するために積分制御が組み込まれることが通常であり、その場合、右捕捉アーム１５Ａのフック部１６Ａがガイド部材２１に接触することで左右方向の動きが拘束されると、積分制御により左右方向への操作量は増加していく。このように捕捉機構と左右位置制御は干渉するため、この干渉を回避する制御が必要である。
【００６４】
そこで、右捕捉アーム１５Ａのフック部１６Ａがガイド部材２１の右側のテーパ部２１ｃを捕捉したことが右捕捉センサ１７Ａで検出されると、左右位置制御がＯＦＦされ、フック部１６Ａがガイド部材２１の接触する直前の状態で左右位置制御指令値はホールド（固定値出力）される。ここで、指令値がゼロとなるの
ではなく指令値がホールドされるのは、左右方向の潮流が起きている状態で船体２が左右方向に流されずに前進するために、潮流に抗する左右スラスタ力を保持させるためである。すなわち、右捕捉アーム１５Ａがガイド部材２１と接触した時に左右位置制御指令値をゼロにすると潮流による左右方向の力を打ち消す推力がなくなり、捕捉機構による位置修正が正常に機能しない事態が起こりえるからである。なお、本実施形態では左右位置制御のみをホールドしているが、上下位置制御もホールドしてもよい。
【００６５】
以上のようにして、図１１（ｃ）に示すように、右捕捉アーム１５Ａがガイド部材２１のテーパ部２１ｃに案内されながら船体２の位置が中央に修正され、図１１（ｄ）に示すように、右捕捉アーム１５Ａのフック部１６Ａおよび左捕捉アーム１５Ｂのフック部１６Ｂの両方が、ガイド部材２１の終端に設けられた左右の捕捉部２２Ａ、２２Ｂに係止されることとなる。このように、捕捉機構の結合が右捕捉センサ１７Ａと左捕捉センサ１７Ｂの両方から検出されると（ステップＳ２６）、自律航行制御装置５の捕捉判定部３７（図２）で捕捉完了であると判定し（ステップＳ２７）、捕捉判定部３７から図示しない嵌合動作制御部に指令して、水中ステーション２０への嵌合動作（ドッキング）が実行される（ステップＳ２８）。
【００６６】
図１２（ａ）（ｂ）は自律型無人潜水機１の水中ステーション２０へのドッキングを説明する側面図である。図１２（ａ）（ｂ）に示すように、右捕捉アーム１５Ａおよび左捕捉アーム１５Ｂの両方のフック部１６Ａ、１６Ｂがガイド部材２１の捕捉部２２Ａ、２２Ｂに係止された状態から、垂直スラスタ６Ａ、６Ｂの推力により船体２を下降させる。その際、それまで船体２が前進していた慣性により、フック部１６Ａ、１６Ｂが捕捉部２２Ａ、２２Ｂに係止された状態が維持されることとなる。そして、水中ステーション２０の嵌合部材２４が船体２の被嵌合部材１２に嵌合して自律型無人潜水機１が位置決めされると共に、水中ステーション２０のコネクタ２５が船体２のコネクタ１３に嵌合される。
【００６７】
以上に説明した構成とすると、移動する潜水機１を基準としてトランスポンダ２３の位置を把握するのではなく、慣性航法装置３および音響測位装置４により仮想的に設けた固定座標を基準としてトランスポンダ２３の位置を把握するので、測位誤差を低減できる。また、音響測位装置４がトランスポンダ２３と交信可能なエリアに入ってから慣性航法装置３の位置データをもとに固定座標を仮想的に形成すればよいので、慣性航法装置３のデータは出発点から累積して使用する必要がなくなり、慣性航法装置３の誤差の影響も大幅に低減される。
【００６８】
また、慣性航法装置３の位置データを基準として固定座標を設定し、音響測位装置４による測位毎の位置データを空間平均し、更に測位誤差除去処理も行っているので、算出される目標位置（トランスポンダ位置）の観測精度が向上する。
【００６９】
さらに、自律型無人潜水機１が水中ステーション２０に帰還する際には、一旦はドッキング進入ポイントＰに到着してから、進入ラインＥＬに沿って水中ステーション２０に向かう二段階誘導を実施しているので、船体２は正しい方向および姿勢で水中ステーション２０に進入することができ、ドッキング動作が円滑かつ正確に行われる。
【００７０】
また、右捕捉アーム１５Ａのフック部１６Ａのみがガイド部材２１に接触したことが検出されると、水平スラスタ７Ａ、７Ｂおよび垂直スラスタ６Ａ、６Ｂの動作状態を現状のままホールドさせているので、捕捉機構と左右位置制御との干渉も回避することができる。
【００７１】
図１３は自律型無人潜水機１の水中ステーション２０への自動ドッキングの試験データのプロット図である。図１３では自律型無人潜水機１がドッキング進入ポイントＰを経由して水中ステーション２０に自動ドッキングする様子が示されている。図１３に示すように、トランスポンダ２３の計測位置（生データ）はばらつきが大きく、この位置を基準に進入ラインＥＬを設定すると進入ラインＥＬが左右に変動することになるが、トランスポンダ計測位置を空間平均することで測位位置のばらつきが小さくなって進入ラインＥＬの変動が低減されるため、自律型無人潜水機１は自動ドッキングに成功している。また、図１３では水中ステーション２０上で自律型無人潜水機１に左右方向の位置ずれが発生しているが、捕捉機構および左右位置制御ホールドにより、水中ステーション２０の中央へ位置修正されていることも確認できる。
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態との相違点は、計測された目標位置（トランスポンダ位置）を補正する方法として、空間平均の代わりにフィルタ処理を用いている点である。
【００７２】
補正後の目標位置をベクトルＸＴ、フィルタ係数をα（０＜α＜１；定数）、今回測位された目標位置をベクトルＸＰ、前回補正後の目標位置をベクトルＸＴ−１とすると、フィルタ処理は以下の数式３を用いて行われる。
【００７３】
【数３】
2007210402.tif 000005
なお、初回に計測されたトランスポンダ位置は、数式３を用いずにそのままベクトルＸ１として採用するとよい。以上によれば、空間平均処理と同様にトランスポンダ位置の計測精度を向上することができる。
【００７４】
また、上記ではフィルタ係数αは定数としているが、変数としてもよい。具体的には、以下の数式４を用いて、フィルタ係数αを今回算出されたトランスポンダ位置と前回補正されたトランスポンダ位置との距離（｜ＸＰ−ＸＴ−１｜）に反比例する変数としてもよい。なお、βは重み係数（定数）である。
【００７５】
【数４】
2007210402.tif 000006
このようにすると、今回測位された目標位置ＸＰが前回補正された固定座標上の目標位置ＸＴ−１から離れている場合には、フィルタ係数αが小さくなって補正処理への反映度が小さくなる一方、今回測位された目標位置ＸＰが前回補正された固定座標上の目標位置ＸＴ−１と近い場合には、フィルタ係数αが大きくなって補正処理への反映度は大きくなる。したがって、トランスポンダ位置の検出精度が向上すると共に、補正処理の収束性も向上する。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。第１実施形態では高さ方向の位置情報として主に高度ソーナー９の情報を使用していたが、本実施形態では高度ソーナー９と深度センサ１０の両方を利用している。
【００７６】
図１４は第３実施形態の高さ制御を説明する図面である。図１４に示すように、自律航行制御装置５は、深度センサ１０により水表面からの距離である深度ｄを検出すると共に、高度ソーナー９により水底面（潜水機１が水中ステーション２０上にいない時は海底を意味し、水中ステーション２０上にあるときは水中ステーションの表面を意味する）からの距離である高度ｈを検出する。そして、高度ソーナー９で最近得られた複数の高度データを平均して平均高度ｈａｖｅを求める。そして、以下の数式５により水表面から水底面までの全深度ｄＴを算出する。
【００７７】
【数５】
2007210402.tif 000007
次いで、自律航行制御装置５は、以下の数式６により全深度ＤＴから予め設定された目標高度ｈｃｏｎｓとの差を目標深度Ｄとして求める。
【００７８】
【数６】
2007210402.tif 000008
そして、自律航行制御装置５は、この目標深度Ｄと深度センサ１０で検出される現在の深度ｄとの偏差が小さくなるようにフィードバック制御しながら、潜水機１の高さ制御を行う。
【００７９】
以上のようにすれば、高度ソーナー９と深度センサ１０を組み合わせて利用しているため、互いの欠点を補い合いながら精度良い高さ制御を行うことができる。即ち、水表面の昇降に影響されない利点を有する高度ソーナー９のサンプリング時間間隔に幅がある欠点を、水圧により連続的にサンプリングできる深度センサ１０で補うことで、連続性があり信頼性の高い制御を行うことが可能となる。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。第１実施形態との相違点は、トランスポンダ２３の位置を補正する代わりに、音響測位で固定座標上のトランスポンダ位置から潜水機１の位置を逆算し、慣性航法で得られた潜水機１の位置を補正する点である。
【００８０】
図１５は第４実施形態の自律型無人潜水機の位置補正を説明する平面図である。図１５中の破線で表された潜水機１の夫々は、慣性航法装置３により時系列的に算出された固定座標上における潜水機１の過去の自己位置を示している。また、図１５中の一転鎖線で表された潜水機１の夫々は、音響測位装置４により時系列的に算出されたトランスポンダ２３に対する潜水機１の相対距離および方位を求め、予め設定された固定座標上でのトランスポンダ２３の位置から該相対距離および方位の差をとることで求められる潜水機１の自己位置を示している。
【００８１】
自律航行制御装置５は、上記のように慣性航法装置３により潜水機１の自己位置を求めると共に、音響側位装置４でも潜水機１の自己位置を求める。この際、慣性航法装置３では、図１５に示すように固定座標上でトランスポンダ２３に向かって正しく航行していると認識しているが、実際には累積誤差により自己位置にズレが生じている。一方、音響測位装置４では、測位誤差によりサンプリング毎にバラツキが生じている。
【００８２】
そこで、自律航行制御装置５は、音響測位装置で時系列的に得られる複数の自己位置と、この自己位置の夫々の時刻に対応して慣性航法装置３で得られる複数の自己位置との間でそれぞれ偏差Ａｉ（ｉは自然数）をとり、以下の数式７により各偏差Ａｉを平均して得られる平均偏差Ａａｖｅを求める。
【００８３】
【数７】
2007210402.tif 000009
次いで、以下の数式８により、慣性航法装置３あるいは音響側位装置４で得られる現在の自己位置Ｙｐ（ベクトル表記）に対してその平均偏差Ａａｖｅを加算することで、固定座標上における潜水機１の補正後の自己位置ＹＴ（ベクトル表記）が求められる。
【００８４】
【数８】
2007210402.tif 000010
以上のようにすれば、音響測位で取得されるトランスポンダ２３からの潜水機１の相対距離・方位データだけでなく、慣性航法で取得される潜水機１の固定座標上の自己位置データも併せて用いることで、固定座標上における自己位置を精度よく補正することができる。なお、測位誤差の影響を更に抑制するため、測位毎に算出された各自己位置データのうち、補正位置との距離が大きいものから順に所定数の自己位置データを除外し、再度、平均処理を行ってもよい。また、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。第４実施形態との相違点は、計測された潜水機１の自己位置を補正する方法として、空間平均の代わりにフィルタ処理を用いている点である。
【００８５】
補正後の自己位置をベクトルＹＴ、フィルタ係数をα（０＜α＜１；定数）、慣性航法装置３で今回測位された自己位置をベクトルΔＹＰ１、音響測位装置４で今回測位された自己位置をベクトルＹＰ２、前回補正後の自己位置をベクトルＹＴ−１とすると、フィルタ処理は以下の数式９を用いて行われる。
【００８６】
【数９】
2007210402.tif 000011
なお、初回に計測された潜水機１の自己位置は、数式９を用いずに、（Ｙｐ１＋Ｙｐ２）／２をベクトルＹ１として採用するとよい。以上によれば、平均処理と同様に潜水機１の位置の計測精度を向上することができる。
【００８７】
また、上記ではフィルタ係数αは定数としているが、変数としてもよい。具体的には、以下の数式１０を用いて、フィルタ係数αを今回音響測位データより算出された潜水機１の位置と前回補正された潜水機１の位置に慣性航法装置で得られた移動量を加えて求めた潜水機１の現在の推定位置との間の距離（｜ＹＰ２−（ＹＴ−１＋ΔＹｐ１｜）に反比例する変数としてもよい。なお、βは重み係数（定数）である。
【００８８】
【数１０】
2007210402.tif 000012
このようにすると、今回算出された固定座標上の位置ＹＰが前回補正された位置ＸＴ−１から離れている場合には、フィルタ係数αが小さくなって補正処理への反映度が小さくなる一方、今回算出された位置ＹＰが前回補正された位置ＹＴ−１と近い場合には、フィルタ係数αが大きくなって補正処理への反映度は大きくなる。したがって、潜水機１の自己位置の検出精度が向上すると共に、補正処理の収束性も向上する。なお、他の構成は第４実施形態と同様であるため説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明に係る自律型無人潜水機及びその水中航行方法は、水中ステーションに固定されたトランスポンダの位置測位の精度を向上させることが可能となる優れた効果を有し、このような自律型無人潜水機等に適用するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係る自律型無人潜水機および水中ステーションを示す側面図、（ｂ）は平面図である。
【図２】図１に示す自律型無人潜水機の自律航行制御装置を説明するブロック図である。
【図３】図１に示す自律型無人潜水機の水中航行を説明する平面図である。
【図４】図１に示す自律型無人潜水機によるトランスポンダ位置の算出処理を説明するフローチャートである
【図５】図１に示す自律型無人潜水機によるトランスポンダ位置の算出を説明する平面図である。
【図６】図１に示す自律型無人潜水機によるトランスポンダ位置の空間平均を説明する平面図である。
【図７】図１に示す自律型無人潜水機によるトランスポンダ位置の空間平均および測位誤差除去処理を説明する平面図である。
【図８】図１に示す自律型無人潜水機のドッキング進入ポイントへの誘導を説明するフローチャートである。
【図９】図１に示す自律型無人潜水機のドッキング制御を説明するフローチャートである。
【図１０】図１に示す自律型無人潜水機のドッキング制御を説明する平面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は図１に示す自律型無人潜水機の水中ステーションへのドッキングを説明する平面図である。
【図１２】（ａ）（ｂ）は図１に示す自律型無人潜水機の水中ステーションへのドッキングを説明する側面図である。
【図１３】図１に示す自律型無人潜水機の水中ステーションへの自動ドッキングの試験データのプロット図である。
【図１４】第３実施形態の高さ制御を説明する図面である。
【図１５】第４実施形態の自律型無人潜水機の位置補正を説明する平面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１      自律型無人潜水機
２      船体
３      慣性航法装置（推測航法装置）
４      音響測位装置
５      自律航行制御装置
６Ａ    前部垂直スラスタ（推力装置）
６Ｂ    後部垂直スラスタ（推力装置）
７Ａ    前部水平スラスタ（推力装置）
７Ｂ    後部水平スラスタ（推力装置）
９      高度ソーナー
１０    深度センサー
１５Ａ、１５Ｂ    ガイドアーム
１６Ａ、１６Ｂ    フック部
１７Ａ、１７Ｂ    捕捉センサ（センサ）
２０    水中ステーション
２１    ガイド部材
２３    トランスポンダ
Ｐ      ドッキング進入ポイント
【図１】
2007210402.tif 000013
【図２】
2007210402.tif 000014
【図３】
2007210402.tif 000015
【図４】
2007210402.tif 000016
【図５】
2007210402.tif 000017
【図６】
2007210402.tif 000018
【図７】
2007210402.tif 000019
【図８】
2007210402.tif 000020
【図９】
2007210402.tif 000021
【図１０】
2007210402.tif 000022
【図１１】
2007210402.tif 000023
【図１２】
2007210402.tif 000024
【図１３】
2007210402.tif 000025
【図１４】
2007210402.tif 000026
【図１５】
2007210402.tif 000027