(57)【要約】【課題】通信におけるマルチパスの影響を軽減可能な指向性を具備し、かつ小型のロボットにも搭載可能な通信システムを実現する。【解決手段】運用指令所３は水中ロボットの移動に関する制御指令、受信指向性を決定するパラメータを算出する。受信方向決定部３５は水中ロボットの現在位置にて最もマルチパス等の影響少なく信号音波が受信できる受信方向を判定し、水中ロボットにおける希望受信方向φを算出する。水中基地局４の周波数算出部４１では運用指令所３から受信した希望受信方向φ、補正後音速Ｖａｄｊ、水中ロボットの移動速度ｖ、周波数ｆ０から移調量Δｆを算出し、送信周波数ｆ０＋Δｆを算出する。変調部４２は周波数算出部４１で算出した送信周波数ｆ０＋Δｆにより、制御指令生成部３２から伝送された電文Ｍを変調し、電力増幅器４３で増幅されて送信器４４に入力され水中に放射される。【選択図】図６
2017076877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の基本送信周波数に、調整可能な付加周波数を付加した送信周波数により変調した動作指令信号を送信する送信部と、
上記送信部から送信された動作指令信号を受信する受信器と、この受信器により受信した動作指令信号のうちの上記基本送信周波数により変調した動作指令信号を抽出する基本周波数抽出部と、この基本周波数抽出部により抽出された動作指令信号を復調する復調部と、推進器と、上記復調部により復調された動作指令信号に従って上記推進器を制御する推進器制御部とを有し、上記推進器により移動する移動体である受信部と、
を備えることを特徴とする通信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の通信システムにおいて、
上記付加周波数は、上記移動体である受信部の移動速度及び移動方向と、上記送信部から送信された動作指令信号の伝搬速度と、上記受信部が移動する方向を基準線として、この基準線となす角度であって上記送信部により決定される受信方向角度とから決定されることを特徴とする通信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の通信システムにおいて、
上記受信部の位置を観測する観測装置をさらに備え、上記受信方向角度は、上記観測装置により観測された上記受信部の現在の位置と、上記動作指令信号の伝搬環境情報とに基づいて決定されることを特徴とする通信システム。
【請求項４】
請求項３に記載の通信システムにおいて、
上記送信部は、上記受信方向角度を決定する受信方向角度決定部と、上記受信部の移動方向を決定する移動経路制御部と、上記伝搬環境情報から上記伝搬速度を補正する伝搬速度補正部と、上記所定の基本通信周波数に調整可能な付加周波数を付加した送信周波数を算出する周波数算出部と、この周波数算出部により算出された周波数により動作指令信号を変調する変調部と、この変調部により変調された動作指令信号を送信する送信器とを有することを特徴とする通信システム。
【請求項５】
請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載の通信システムにおいて、
上記受信部は、構造物が密集した設備内部の検査作業を行うロボットであり、このロボットを遠隔操作するロボット遠隔操作システムであることを特徴とする通信システム。
【請求項６】
請求項１に記載の通信システムにおいて、
上記付加周波数は、互いに異なる複数種類の付加周波数であり、上記送信周波数は、上記複数種類の付加周波数のそれぞれが付加された複数種類の送信周波数であり、上記送信部は、上記複数種類の送信周波数を同時又は順次に上記受信部に送信することを特徴とする通信システム。
【請求項７】
移動体である受信装置に動作指令信号を送信する送信装置において、
上記受信装置が移動する方向を基準線として、この基準線となす角度である受信方向角度を決定する受信方向角度決定部と、
上記受信装置の移動方向を決定する移動経路制御部と、
上記動作指令信号の伝搬環境情報から上記動作信号の伝搬速度を補正する伝搬速度補正部と、
上記受信装置の移動速度及び移動方向と、動作指令信号の伝搬速度と、上記受信方向角度決定部により決定された上記受信方向角度とに基づいて、所定の基本周波数に付加する付加周波数を算出し、算出した付加周波数を上記基本周波数に付加する周波数算出部と、
上記周波数算出部により算出された周波数により動作指令信号を変調する変調部と、
上記変調部により変調された動作指令信号を送信する送信器と、
と備えることを特徴とする送信装置。
【請求項８】
所定の基本通信周波数に調整可能な付加周波数を付加した送信周波数により変調した動作指令信号を送信部から送信し、
上記送信された動作指令信号を移動体である受信部にて受信し、
受信した動作指令信号のうちの上記基本周波数により変調した動作指令信号を抽出し、
抽出した動作指令信号を復調し、
復調した動作指令信号に従って上記受信器を移動させる推進器を制御することを特徴とする通信方法。
【請求項９】
請求項８に記載の通信方法において、
上記付加周波数は、上記移動体である受信部の移動速度及び移動方向と、上記送信部から送信された動作指令信号の伝搬速度と、上記受信部が移動する方向を基準線として、この基準線となす角度であって上記送信部により決定される受信方向角度とから決定されることを特徴とする通信方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の通信方法において、
上記受信方向角度は、観測装置により観測された上記受信部の現在の位置と、上記動作指令信号の伝搬環境情報とに基づいて決定されることを特徴とする通信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を対象とする通信システム、通信方法、及びロボット遠隔操作システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉のような狭隘部や構造物の密集した設備内でロボットを遠隔操作により運用する場合、ロボットの移動自由度を確保するために、電波や音波を用いる無線通信により指令の伝達やデータの収集を行う通信システムが望まれる。
【０００３】
前述したような設備環境で通信を行う場合、構造物等で反射された電波や音波の信号が複数の経路を通じてロボットに到達するマルチパスと呼ばれる現象が発生し、信号間の干渉による受信品質の劣化を生じやすい。
【０００４】
このため、マルチパスへの対策として、信号の受信側装置に指向性を持たせ、信号を受信する方向を限定し、他の方向からの信号を抑圧する指向性を持たせる技術が用いられる。
【０００５】
例えば、特許文献１に記載された技術は「複数の励振素子を２次元上に配置した２次元励振素子アレーと、各励振素子の受信信号に対して、設定された複素重みを乗じるとともにそれらの結果を加算して１つの受信信号を求める受信信号処理手段を備え、該受信信号処理により２次元励振素子アレーの指向性パターンを制御するようにしたアダプティブアレーにおいて、各励振素子の受信信号の強度を１次元の列ベクトルとしてデータ化する手段と、該データの相関行列データと、設定された所望波および／または不要波の到来方向を拘束条件としてＤＣＭＰ法により最適複素重みを求める解析手段と、該最適複素重みを前記受信信号処理手段に設定する手段とを備える。」というものであり、他の方向からの信号を抑圧し、指向性を持たせている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３３６３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１などで開示されている従来技術では、所望の指向性を得るためにロボットに複数の受信素子を搭載する必要があるほか、各受信素子の出力に対して複雑な合成演算が必要になり、装置が複雑で大型化する可能性があり、狭隘環境で運用可能な小型のロボットを設計することが困難になる。
【０００８】
また、ロボットの移動に伴い、ロボットに到達する音波の方向や遅延時間なども刻々と変化するため、それらに対して合成演算のパラメータを追従させる処理も必要となり、ロボット側により大きな演算能力を付加する必要が生じ、さらに大型化する可能性がある。
【０００９】
このため、受信信号の指向性を有し、狭隘環境で運用可能な小型のロボットの設計が困難であった。
【００１０】
上記課題に鑑み、本発明の目的は、通信におけるマルチパスの影響を軽減可能な指向性を具備し、かつ小型のロボットにも搭載可能な通信システム、通信方法、及びロボット遠隔操作システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下のように構成される。
【００１２】
送信部と受信部とを有する通信システムにおいて、所定の基本送信周波数に、調整可能な付加周波数を付加した送信周波数により変調した動作指令信号を送信する送信部を備えるとともに、上記送信部から送信された動作指令信号を受信する受信器と、この受信器により受信した動作指令信号のうちの上記基本送信周波数により変調した動作指令信号を抽出する基本周波数抽出部と、この基本周波数抽出部により抽出された動作指令信号を復調する復調部と、推進器と、上記復調部により復調された動作指令信号に従って上記推進器を制御する推進器制御部とを有し、上記推進器により移動する移動体である受信部とを備える。
【００１３】
また、送信部と受信部とで通信を行う通信システムにおいて、所定の基本通信周波数に調整可能な付加周波数を付加した送信周波数により変調した動作指令信号を送信部から送信し、上記送信された動作指令信号を移動体である受信部にて受信し、受信した動作指令信号のうちの上記基本周波数により変調した動作指令信号を抽出し、抽出した動作指令信号を復調し、復調した動作指令信号に従って上記受信器を移動させる推進器を制御する。
【００１４】
また、上記通信システムにおいて、上記受信部は、構造物が密集した設備内部の検査作業を行うロボットであり、このロボットを遠隔操作するロボット遠隔操作システムである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、通信におけるマルチパスの影響を軽減可能な指向性を具備し、かつ小型のロボットにも搭載可能な通信システム、通信方法、及びロボット遠隔操作システムを実現することである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例１の通信システムの全体構成図である。
【図２】水中基地局と水中ロボットにおける音波の伝搬態様を示す図である。
【図３】ドップラー効果による受信角度と受信周波数の関係を示す図である。
【図４】本発明の第一の実施例における指向性制御の原理であり、水中基地局から放射する音波の周波数をΔｆだけずらした場合における音波の伝搬態様を示す図である。
【図５】周波数をΔｆだけずらした場合におけるドップラー効果による受信角度と受信周波数の関係を示す図である。
【図６】本発明の実施例１における運用指令所及び水中基地局の構成である。
【図７】移動経路ＤＢの構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施例１における水中ロボットの構成を示す図である。
【図９】本発明の実施例１の変形例である通信システムの全体構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明の実施例１として、水中を航行するロボットに対してデータを伝送するための通信システムを挙げて本発明を説明する。
【００１９】
＜全体構成＞
図１は本実施例１の通信システムの全体構成図である。この図１を参照して本実施例１の通信システムの全体構成を説明する。
【００２０】
図１において、設備１は、例えば原子炉の圧力容器であり、内部は水で満たされている。また、設備１の内部には構造物９による狭隘部や密集部が存在する。
【００２１】
水中ロボット２は水中用の推進器を具備しており、水中基地局４を介して運用指令所（運用指令部）３からの動作指令信号を受信し、推進器を制御することで水中を航行することができる。また、水中ロボット２は、設備１内の水中を航行しながら、設備１内部の検査作業などを実行し、水中基地局４を介して運用指令所３へ作業結果データを送信する。運用指令所３と水中基地局４とにより送信部（送信装置）が構成される。
【００２２】
運用指令所３は、操作員の操作に基づき、水中ロボット（受信部（受信装置））２へ動作指令を送信するとともに、水中ロボット２から作業結果データを受信し、操作員に提示するためのユーザインタフェース機能を具備する。
【００２３】
水中基地局４は、水中ロボット２と運用指令所３との間で上述した操作指令や作業結果データの中継通信を行う装置であり、設備１の内部に適切な機構で固定ないし係留される。水中基地局４と水中ロボット２との間の通信は、電波や光に比べて水中での減衰が少ない音波を用いる。一方、水中基地局４と運用指令所３との間の通信は、水中基地局が移動しないため、電線や光ファイバなど、無線も含む任意の通信媒体を選択してよい。
【００２４】
なお、上記の構成は、設備内が水に満たされている場合を例としたものであり、本発明は、設備内の環境にあわせて上記環境を適切に変形しても成立しうる。例えば、設備内が満水でなく、ロボットが水上を航行できる場合や、床上を走行できる場合、あるいは設備内が水以外の媒質で満たされている場合にも適用可能である。以下の説明に関しても同様である。
【００２５】
＜動作原理＞
次に、図２から図５を参照して、本発明の原理を説明する。
【００２６】
図２は、図１で示した水中基地局４と水中ロボット２における音波の伝搬態様を示す図である。水中ロボット２は、水中を速度ｖで航行しているものとする。また、水中の音速をＶとする。
【００２７】
図２において、水中基地局４から周波数ｆ０で音波を放射すると、水中ロボット２の進行方向に正対して到達する音波成分１００と、構造物９に反射し、水中ロボット２の進行する方向を基準線として、その基準線となす角度θをもって到達する音波成分１０１とが発生する。水中ロボット２と構造物９との位置関係によっては、音波成分１００は構造物９に遮蔽されて水中ロボット２に到達しない場合もある。また、構造物９は、複数存在することにより、音波成分１０１はそれぞれ異なる角度θをなすものが複数存在する場合もある。
【００２８】
音波成分１００および１０１は、水中ロボット２に到達する際、ドップラー効果によりそれぞれ異なる周波数で観測される。すなわち、音波成分１００については、ドップラー効果の公式に、放射周波数ｆ０、音速Ｖ、水中ロボット２の移動速度ｖを代入すると、基地局４の速度は０であるので、水中ロボット２において観測される周波数はｆ０・Ｖ／（Ｖ−ｖ）となる。
【００２９】
一方、音波成分１０１については、水中ロボット２の速度ベクトルを音波成分１０１の到来方向に射影したものがドップラー効果に寄与する速度成分１０２となり、その大きさはｖ・ｃｏｓθであるから、水中ロボット２において観測される周波数はｆ０・Ｖ／（Ｖ−ｖ・ｃｏｓθ）で求められる。
【００３０】
このように、音波が複数の経路で水中ロボット２に到達する場合には、水中ロボット２において観測される周波数は到来角度によって図３のように変化する。図３の縦軸は受信周波数を示し、横軸は受信方向（角度）を示す。図３に示すように、受信角度が０の場合は、観測される周波数はｆ０・Ｖ／（Ｖ−ｖ）となり、受信角度が０からプラス又はマイナス方向に変化するに従って、徐々に変化していく。
【００３１】
なお、水中ロボット２の進行方向に対して直角に到来した音波については、つまり、受信角度が９０度及び−９０度の場合の音波は、ドップラー効果に寄与する速度成分が０であり、ｃｏｓ（９０）、ｃｏｓ（−９０）は０であるため、水中基地局４における放射周波数ｆ０のままで観測される。
【００３２】
ここで、水中基地局４から放射する音波の周波数をΔｆ（移調量又は付加周波数）だけずらす（移調）ことを考える。図４は、水中基地局４から放射する音波の周波数をΔｆだけずらした場合における音波の伝搬態様を示す図である。
【００３３】
図４に示すように、水中基地局４から周波数ｆ０＋Δｆの音波を放射すると、上述と同様に、ドップラー効果により水中ロボット２における観測周波数が変化する。この場合に水中ロボット２において観測される音波の周波数は、到来角度により図５のように変化する。
【００３４】
図５においては、図３と同様に、縦軸は受信周波数を示し、横軸は受信方向（角度）を示す。図５において、水中ロボット２の進行方向に対して直角に到来した音波については、つまり、受信角度が９０度及び−９０度の場合の音波は、ドップラー効果に寄与する速度成分が０であり、ｃｏｓ（９０）、ｃｏｓ（−９０）は０であるため、水中基地局４における放射周波数ｆ０＋Δｆのままで観測される。
【００３５】
図３と図５とを比較すると、水中ロボット２において観測される周波数がｆ０となる音波の到来角度が変化している。つまり、図４においては、水中ロボット２が観測する周波数がｆ０となる音波の到来角度は９０度及び−９０度であるのに対して図５においては、水中ロボット２が観測する周波数がｆ０となる音波の到来角度は９０度から−９０度の間の角度φである。
【００３６】
このことは、音波による通信を行う際に、送信側でΔｆを制御するとともに、受信側で周波数ｆ０の成分を抽出することで、所望の角度から到来する音波成分を選択できることを示す。
【００３７】
水中ロボット２において希望する音波の受信方向（送信部が決定した受信方向）と水中ロボット２の進行する方向を基準線として、その基準線となす角度（受信方向角度）をφとした場合、下記の数式（１）により放射する音波の移調量Δｆを求めることができる。
【００３８】
【数１】
2017076877.tif 000003
【００３９】
上記数式（１）において、水中ロボット２の航行速度ｖ、水中の音速をＶ、水中基地局４から周波数ｆ０は既知であるから、角度φを数式（１）に代入すれば、音波の移調量Δｆを算出することができる。
【００４０】
なお、上記の原理は音波以外の媒質においても成立するため、以下説明する本発明の実施例においても、適切な変形により電波や光による通信にも適用可能である。
【００４１】
＜各部の構成及び動作＞
上述の原理を踏まえ、図６及び図７を参照して、各部の構成及び動作を説明する。
【００４２】
図６は、運用指令所３及び水中基地局４の内部概略構成図である。図６において、運用指令所３では、水中ロボット２の移動に関する制御指令（移動方向、移動速度）を生成するとともに、水中ロボット２における受信指向性を決定するために必要な各種パラメータを算出する。
【００４３】
運用指令所３の移動経路ＤＢ（データベース）３８は、設備１内で水中ロボット２が航行すべき経路データを予め格納したデータベースである。ＤＢ３８に格納される経路データは、例えば図７に示すように、経路の各部分ごとの目標座標及び目標座標への目標到達時刻を格納するものとする。図７の例では、インデックス毎に、目標座標（ｘ（ｍｍ）、ｙ（ｍｍ）、ｚ（ｍｍ））、目標時刻（ｓ）が設定され、初期値としてインデックス０に、目標座標（０、０、５００）、目標時刻０が設定されている。水中ロボット２が航行すべき経路データは、後述するユーザインタフェース３７から入力されるほか、予め他の記録媒体（図示せず）から転送されてもよい。
【００４４】
移動経路制御部３１は、移動経路ＤＢ３８に格納された経路データを参照しながら、水中ロボット２の移動速度ベクトルｖを逐次算出する。例えば、移動経路ＤＢ３８の各レコードに格納されている目標座標と現在座標の差を目標時刻と現在時刻の差で割り、各座標軸方向の移動速度を算出することができる。
【００４５】
制御指令生成部３２は、移動経路制御部３１が算出した速度ベクトルｖを入力として、水中ロボット２に対する具体的な制御指令を生成する。すなわち、速度ベクトルｖの各成分値を、水中ロボット２に搭載された推進器２６（後述する）のそれぞれに対する具体的な出力指令値に変換し、それらを所定の書式で記述した電文Ｍを生成する。
【００４６】
現在状態推定部３３は、水中ロボット２に対する制御指令の履歴や、別途設ける観測装置により、ロボットの現在位置ｘを推定する。具体的には、移動経路制御部３１が算出した速度ベクトルｖを累算することで現在位置ｘを算出し、座標ベクトルの形で出力する。
【００４７】
実際には、速度ベクトルの累算のみで算出した現在位置には誤差が発生する場合があるため、設備１内に観測装置５１（例えばテレビカメラ）を設置して水中ロボット２の現在位置や姿勢を別途観測し、現在状態推定手段３３においてｘやｖを補正してもよい。
【００４８】
設備内マップ３４は、設備１内部の形状や寸法、構造物の配置などを記述したモデルデータであり、各種ＣＡＤデータの書式などで記述することができる。設備内マップ３４は、後述するユーザインタフェース３７から入力されるほか、予め他の記録媒体（図示せず）から転送されてもよい。
【００４９】
受信方向決定部３５は、水中ロボット２の現在位置において、最もマルチパス等の影響少なく信号音波が受信できると期待される受信方向を判定し、水中ロボット２における希望受信方向φを算出する。
【００５０】
具体的には、受信方向決定部３５は、現在状態推定部３３が出力した水中ロボット２の現在位置ｘを入力として、設備内マップ３４において現在位置ｘに対応する地点周囲の構造物配置を参照し、構造物が存在しないか、または構造物が水中ロボット２から最も遠くなる方向を求める。
【００５１】
受信方向決定部３５は、求めた水中ロボット２から最も遠くなる方向と、水中ロボット２の進行方向とがなす角φを水中ロボット２における希望受信方向として出力する。これは、近接した構造物からの反射波がマルチパスの発生源としてより大きく影響するため、なるべく見通し距離を大きくとることを目的とするものである。
【００５２】
音速補正部（伝搬速度補正部）３６は、水中ロボット２の周辺における水流や水温の影響（動作指令信号の伝搬環境情報）を加味して水中の音速Ｖを補正する。例えば、原子炉内は停止中でも、核燃料の崩壊熱による水の対流が常に起きており、水中ロボット２付近における音波の速度は、静止時の音速に水の流速ベクトルを上乗せしたものとする必要がある。
【００５３】
具体的には、設備１内に水温センサ５２を設置し、得られた水温に基づいて音速を補正する。水温から音速への変換については既知の研究データを用いることができる。また、同じく設備１内に設置した流速センサ５３から流速ベクトルｃを得て、希望受信方向φに射影した速度成分を音速Ｖに加算したものを補正後音速Ｖａｄｊとする。
【００５４】
上述の電文Ｍ、希望受信方向φ、補正後音速Ｖａｄｊ、水中ロボット２の移動速度ｖは、それぞれ通信路６を介して水中基地局４へ送信される。
【００５５】
ユーザインタフェース３７は、水中ロボット２の運用に必要な操作機能を操作員に提供したり、水中ロボット２の運用状況に関する情報を操作員に提示したりする手段である。具体的には、ユーザインタフェース３７は、移動経路ＤＢ３８及び設備内マップ３４の内容を画像等に再構成して操作員に提示するとともに、操作員からの操作入力に基づいて移動経路ＤＢ３８及び設備内マップ３４の内容を編集・更新する機能を具備する。
【００５６】
なお、ジョイスティック等の操作装置を介した操作員の入力を水中ロボット２の移動速度ベクトルに変換して制御指令生成部３２へ出力し、操作員が直接水中ロボット２を操作できるようにしてもよい。
【００５７】
次に、水中基地局４の内部構成について説明する。
【００５８】
水中基地局４では、運用指令所３で算出されたパラメータ（基本送信周波数ｆ０等）を用いて、実際の受信指向性を制御し、水中ロボット２に対する制御指令信号を送出する。
【００５９】
周波数算出部４１では、動作原理の項で求めた数式（１）の計算式に、運用指令所３から受信した希望受信方向φ、補正後音速Ｖａｄｊ、水中ロボット２の移動速度ｖ、周波数ｆ０を代入して移調量Δｆを算出する。そして、実際の送信周波数ｆ０＋Δｆを算出する。具体的な送信周波数は数式（２）のようになる。
【００６０】
【数２】
2017076877.tif 000004
【００６１】
変調部４２は、周波数算出部４１にて算出した送信周波数ｆ０＋Δｆにより、制御指令生成部３２から伝送された電文Ｍを変調し、送信波形に変換する。変調方式として、４値位相変調（ＱＰＳＫ）などの一般的な通信に用いられる技術を任意に適用してよい（変調方式には、直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ）などの多重化方式も含む）。
【００６２】
変調部４２で生成された送信波形は、電力増幅器４３で増幅され、送信器４４に入力される。送信器４４は電気信号を機械的な振動に変換する素子であり、変調部４２で生成された送信波形は音波として送信器４４から水中に放射される。
【００６３】
次に、図８を参照し、水中ロボット２の構成と、受信指向性とについて説明する。
【００６４】
図８において、受信器２１は、機械的な振動を電気信号に変換する素子である。水中を伝搬し、受信器２１に入射した音波は電気信号に変換される。受信器２１が出力した電気信号を増幅器２２で増幅し、基本周波数抽出部２３に入力する。
【００６５】
基本周波数抽出部２３は、増幅器２２より、様々な周波数成分を含んで入力される電気信号から、周波数ｆ０の成分を抽出する。例えば、角度０である音波成分１００は周波数が（ｆ０＋Δｆ）・（Ｖ／（Ｖ−ｖ））であるから抽出せず、角度φからの音波成分１０１は、周波数ｆ０であるから、音波成分１００を抽出する。
【００６６】
周波数抽出部４３は、アナログ及びディジタルフィルタ回路などの電気的・電子的なフィルタ回路により、直接目的の周波数成分のみを抽出する回路のほか、例えば、Ａ／Ｄコンバータ等を用いて入力された電気信号から時間領域の波形データへ変換した後、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて周波数分布データへさらに変換し、目的の周波数成分を抽出するような回路で構成してもよい。
【００６７】
上述したように、様々な経路から受信器２１に入射する音波のうち運用指令所３の受信方向決定部３５にて決定された希望受信方向φから入射した音波成分１０１のみが、動作原理の項で示したように周波数ｆ０で観測され、他の方向から入射した音波成分１００はｆ０から外れた周波数となる。このため、基本周波数抽出部２３により希望受信方向φ以外から入射した音波成分の波形を抑圧することができ、マルチパスの影響を軽減することができる。
【００６８】
希望受信方向φから入射した音波成分の波形は、基本周波数抽出部２３から復調部２４に入力される。復調部２４は、水中基地局４の変調部４２で用いられる変調方式に対応して構成され、音波成分の波形から電文Ｍを復元して推進器制御部２５へ出力する。
【００６９】
推進器制御部２５は、入力された電文Ｍから複数の推進器２６の各々に対する出力指令値を抽出し、推進器２６へ出力指令値を伝達する。推進器２６は、出力指令値に応じた力でスクリュー等を駆動することにより推力を発生し、水中ロボット２全体を推進させる。
【００７０】
以上説明したように構成された本発明の実施例１により、水中ロボット２は、水中基地局４から放射された音波のうち、運用指令所３が指定した希望受信方向φから到来した成分を選択して受信することができる。
【００７１】
水中ロボット２自体は、予め設定された基本周波数ｆ０の成分を選択受信する構成のみで指向性を得ることができ、機器の複雑化及び大型化を伴うことなく、マルチパスの影響を軽減でき、小型のロボットにも搭載可能な通信システム、通信方法、ロボット遠隔操作システムを実現することができる。
（実施例１の変形例）
次に、本発明の実施例１の変形例を説明する。
【００７２】
実施例１の変形例は、複数の希望受信方向から音波信号を受信可能とする構成である。
【００７３】
図９は、実施例１の変形例における運用指令所（運用指令部）３ａと水中基地局４ａの内部概略構成図である。図９に示した運用指令所３ａと、図６に示した運用指令所３との相違点は、受信方向決定部３５ａ（図９）の機能と受信方向決定部３５（図６）の機能であり、その他の構成は同等となっている。このため、図９においては、その他の構成は図示を省略する。ただし、音速補正部３６及び制御指令生成部３２は説明の都合上、図９に示している。
【００７４】
また、図９に示した水中基地局４ａと、図６に示した水中基地局４との相違点は、周波数算出部４１ａと、変調部４２ａであり、その他の構成は同等となっている。
【００７５】
図９において、受信方向決定部３５ａは、現在状態推定部３３からのロボットの現在位置ｘと、設備内マップ３４の構造物配置とから、複数の受信方向候補φ１〜φｎを決定する。これら複数の受信方向候補φ１〜φｎは、マルチパス等の影響少なく信号音波が受信できると期待される受信方向が複数の場合や、最もマルチパス等の影響が少ないと期待される受信方向から順に少ないとされる受信方向を所定の数ｎだけ選択する等により決定される。
【００７６】
受信方向決定手段３５ａから出力された複数の受信方向候補φ１〜φｎは、周波数算出部４１ａにて、音速補正部３６から出力された補正後音速Ｖａｄｊ等に基づいて、互いに異なる複数種類の付加周波数Δｆ１〜Δｆｎを算出し、受信方向候補φ１〜φｎのそれぞれに対応する複数種類の送信周波数ｆ０＋Δｆ１〜ｆ０＋Δｆｎを算出する。そして、周波数算出部４１ａは、算出した送信周波数ｆ０＋Δｆ１〜ｆ０＋Δｆｎを変調部４２ａに出力する。
【００７７】
変調部４２ａは、周波数算出部４１ａからのそれぞれの送信周波数を用いて、制御指令生成部３２から出力された電文Ｍの送信波形を生成、電力増幅器４３と送信器４４を介して水中に放射する。このとき，それぞれの送信周波数で生成した複数の送信波形は、同時に放射してもよく、また順次放射してもよい。
【００７８】
水中ロボット２は、このようにして同じ電文Ｍを異なる方向から受信することができる。
【００７９】
従来技術では，複数の角度に指向性を持たせる場合には複雑な合成演算が必要であるが、本発明の実施例１の変形例によれば、送信周波数の変更のみで自由に指向性を設定可能である。
【００８０】
つまり、本発明の実施例１の変形例によれば、実施例１と同等の効果を得ることができる他、水中ロボット２が、同じ電文Ｍを複数の異なる方向から受信することができるという効果を得ることができる。
【００８１】
本発明によれば、上記通信システム、通信方法、通信装置を実現でき、単一の受信素子のみを搭載したロボットにおいて、希望する方向以外から入射する信号を抑制することができ、マルチパスに起因する受信妨害の影響を軽減することができる。また、ロボットにおける希望受信方向は基地局の側で制御することができ、ロボットの装置構成を簡素化することができる。
【００８２】
なお、以上の説明において、構成に関して特段の断りがない機能や部分は、電気回路、電子回路、論理回路、およびそれらを内蔵した集積回路のほか、マイコン、プロセッサ、及びこれらに類する演算装置と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＳＳＤ、メモリカード、光ディスク及びこれらに類する記憶装置と、バス、ネットワーク及びこれらに類する通信装置、及び周辺の諸装置の組み合わせによって実行されるプログラムによって実現してもよく、いずれの実現態様でも本発明は成立し得る。
【００８３】
また、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００８４】
また、ある実施例の構成の一部を他の例の構成に置き換えたり、ある実施例の構成に他の例の構成を加えたりすることも可能である。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換・包含・分割をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１・・・設備、２・・・水中ロボット、３、３ａ・・・運用指令所（運用指令部）、４、４ａ・・・水中基地局、６・・・通信路、９・・・構造物、２１・・・受信器、２２・・・増幅器、２３・・・基本周波数抽出部、２４・・・復調部、２５・・・推進器制御部、２６・・・推進器、３１・・・移動経路制御部、３２・・・制御指令生成部、３３・・・現在状態推定部、３４・・・設備内マップ、３５、３５ａ・・・受信方向決定部、３６・・・音速補正部、３７・・・ユーザインタフェース、３８・・・移動経路データベース、４１、４１ａ・・・周波数算出部、４２、４２ａ・・・変調部、４３・・・電力増幅器、４４・・・送信器、５１・・・観察装置、５２・・・水温センサ、５３・・・流速センサ
【図１】
2017076877.tif 000005
【図２】
2017076877.tif 000006
【図３】
2017076877.tif 000007
【図４】
2017076877.tif 000008
【図５】
2017076877.tif 000009
【図６】
2017076877.tif 000010
【図７】
2017076877.tif 000011
【図８】
2017076877.tif 000012
【図９】
2017076877.tif 000013