(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の船が中心点の周りに点対称な配置で船団を形成し、各船が上記配置を維持して互いに平行な直線航路をその直線航路の一端まで航行した後、該航行した直線航路の一端から各船がそれぞれ同じ旋回半径で１８０度旋回し、該旋回終了時から各船がその配置を維持して上記直線航路とそれぞれ平行な新しい直線航路を航行することを特徴とする船団のＵターン方法。
【請求項２】
船団の中心点に１つの船が配置されていることを特徴とする請求項１記載の船団のＵターン方法。
【請求項３】
船団中の配置位置に応じて各船に役割を与え、旋回前に船団の中心点の片側に配置されていた船に与えていた役割とその反対側に配置されていた船に与えていた役割とを旋回後に入れ替えて与えることを特徴とする請求項１又は２記載の船団のＵターン方法。
【請求項４】
推進装置と操舵装置と動力源を備えて自律航行可能な複数の船からなる船団であって、これら複数の船が中心点の周りに点対称に配置され、各船には、各船が上記配置を維持して互いに平行な直線航路をその直線航路の一端までした後、該航行した直線航路の一端から各船が一斉にそれぞれ同じ旋回半径で１８０度旋回し、該旋回終了時から各船がその配置を維持して上記直線航路とそれぞれ平行な新しい直線航路を航行するための航路制御手段を備えたことを特徴とする船団。
【請求項５】
上記複数の船のうち１つは他の船（子機）の航路制手段に指令を出す親機であり、該親機が各子機の航路制手段に対して少なくとも旋回の開始時期と旋回半径を指令することを特徴とする請求項４記載の船団。
【請求項６】
上記複数の船はあらかじめ旋回の開始時期と旋回半径を記憶した航路記憶手段と、各船共通の時間軸で動作して各船の旋回の開始時期を一致させる時刻同定手段とを備えることを特徴とする請求項４記載の船団。
【請求項７】
上記複数の船とは別に母船を有し、該母船から各船の航路制手段に対して少なくとも旋回の開始時期と旋回半径を指令することを特徴とする請求項４記載の船団。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の船が船団を組んで航行する際のＵターン方法に係り、迅速で、しかも船団配置が乱れない船団のＵターン方法とその船団に関する。
【背景技術】
【０００２】
水洋、湖沼、貯水池、河川、運河などの水中や水底にある特定形状の資源を音波により探査する装置として、特許文献１のものが知られている。すなわち、自律航行できる複数の水中航行体（ＡＵＶ）に送波器と受波器を搭載し、これらの水中航行体を所定の位置関係に配置する。送波器から音波を送り出すと、その音波が対象物で散乱するので、その散乱波を受波器で受け取る。複数の箇所で同時に受け取った散乱波の強度分布パターンを既知の散乱パターンのデータベースで参照すると、水中資源の位置のみならず形状や姿勢を推定することができる。
【０００３】
各水中航行体は、上記の位置関係となる編隊（船団）を組んで直線航路を航行し、音波の送受波を行うことで、その直線航路に沿ったベルト状の領域を連続的に探査することができる。図３のように、各水中航行体が直線航路ａ１１の一端まで航行し、これに沿ったベルト状の領域ｐ１１を探査した後は、折り返して上記直線航路ａ１１と平行な新しい直線航路ａ１２で再びベルト状の領域ｐ１２を探査し、これを次々繰り返すことで、対象水域Ｐの全域をまんべんなく探査することができる。
【０００４】
上記の資源探索においては、散乱波の測定という目的のため、複数の水中航行体が所定の位置関係となる編隊を組む必要があったが、これに限らず、複数の移動体が所定の配置で船団を形成する必要を生じる場合がある。移動体は、水中航行体に限らず、水上航行体でもよい。本明細書では、この種の移動体を総称して船と呼ぶ。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１８４２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
直線航路においては複数の水中航行体が相互の距離を一定に維持して互いに平行に航行することで所定の編隊形状を維持できる。しかし、直線航路から新たな直線航路へ折り返す際には、各水中航行体が旋回を行うことになる。
【０００７】
このとき、図４に示されるように、旋回の中心に近い編隊の片端側に位置する水中航行体１３では航行距離が短いのに対し、旋回の中心から遠い編隊の反対端側に位置する水中航行体１４では航行距離が長い。これでは、各水中航行体１１〜１５が同じ速度で航行すると、旋回を終了して直線航路に入る時期が各水中航行体１１〜１５で異なってしまい、編隊形状が乱れることになる。
【０００８】
一方、航行距離が長い水中航行体１４の速度を速め、航行距離が短い水中航行体１３の速度を遅らせようとすると、舵取りが不安定になる。すなわち、操舵を行っているときに、速度を制御するために推進力を調節すると、舵の利きが違ってくるため目論んだ旋回経路の通りに旋回することは大変に困難となる。しかも、操舵と推進力調節によって水中航行体に上下の動きが生じることがあり、そうなると深度にまで変化が及んでしまう。よって、図４のように、各水中航行体１１〜１５が直線航路のときと同じ編隊形状を維持したまま最小半径の半円周の旋回航路を航行して近くの直線航路に到達することは不可能である。
【０００９】
このため、従来は、直線航路から新たな直線航路へ折り返す際には、各水中航行体が図４に示した旋回航路よりもかなり半径の大きい旋回を行うことで、水中航行体間の航行距離差を短くするしかなかった。しかし、航行距離差が十分に短くなるほど半径の大きい旋回を行うと航行距離が大変長くなり、時間がかかる。資源探査は、対象水域Ｐの全域をまんべんなく探査するために、直線航路において行うので、旋回に時間が浪費されるのは効率が悪い。
【００１０】
水上を航行する船の場合でも、図４の配置で船団を形成しているときに、同じ船団の配置を維持したままＵターンするのは不可能である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、迅速で、しかも船団配置が乱れない船団のＵターン方法とその船団を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の船団のＵターン方法は、複数の船が中心点の周りに点対称な配置で船団を形成し、各船が上記配置を維持して互いに平行な直線航路をその直線航路の一端まで航行した後、該航行した直線航路の一端から各船がそれぞれ同じ旋回半径で１８０度旋回し、該旋回終了時から各船がその配置を維持して上記直線航路とそれぞれ平行な新しい直線航路を航行するものである。
【００１３】
船団の中心点に１つの船が配置されていてもよい。
【００１４】
船団中の配置位置に応じて各船に役割を与え、旋回前に船団の中心点の片側に配置されていた船に与えていた役割とその反対側に配置されていた船に与えていた役割とを旋回後に入れ替えて与えてもよい。
【００１５】
また、本発明の船団は、推進装置と操舵装置と動力源を備えて自律航行可能な複数の船からなる船団であって、これら複数の船が中心点の周りに点対称に配置され、各船には、各船が上記配置を維持して互いに平行な直線航路をその直線航路の一端までした後、該航行した直線航路の一端から各船が一斉にそれぞれ同じ旋回半径で１８０度旋回し、該旋回終了時から各船がその配置を維持して上記直線航路とそれぞれ平行な新しい直線航路を航行するための航路制御手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
上記複数の船のうち１つは他の船（子機）の航路制手段に指令を出す親機であり、該親機が各子機の航路制手段に対して少なくとも旋回の開始時期と旋回半径を指令してもよい。
【００１７】
上記複数の船はあらかじめ旋回の開始時期と旋回半径を記憶した航路記憶手段と、各船共通の時間軸で動作して各船の旋回の開始時期を一致させる時刻同定手段とを備えてもよい。
【００１８】
上記複数の船とは別に母船を有し、該母船から各船の航路制手段に対して少なくとも旋回の開始時期と旋回半径を指令してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、迅速で、しかも船団配置が乱れない。
【００２０】
また、必要な旋回の距離と半径がどの船も等しく、それぞれが別の速度で運行する必要がないために協調制御が容易になる。
【００２１】
船同士の相対位置は俯瞰的に見れば変わらないため、旋回中に船同士が衝突する危険がない。
【００２２】
以上により、効率よく探査が行えるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２４】
図１に示されるように、本発明に係る船団のＵターン方法では、複数の船１〜５が中心点の周りに点対称な配置で船団を形成し、各船１〜５が上記配置を維持して互いに平行な直線航路ａ１〜ｃ１をその直線航路ａ１〜ｃ１の一端まで航行した後、該航行した直線航路ａ１〜ｃ１の一端から各船１〜５がそれぞれ同じ旋回半径で１８０度旋回し、該旋回終了時から各船１〜５がその配置を維持して上記直線航路ａ１〜ｃ１とそれぞれ平行な新しい直線航路ａ２〜ｃ２を航行するものである。
【００２５】
詳しく述べると、直線航路ａ１〜ｃ１において、船団の配置は、船１が船団の中心点に位置し、船２が船１から所定の距離前方に位置し、船５が船１から船２と同じ距離後方に位置し、船３が船１から所定の距離右方に位置し、船４が船１から船３と同じ距離左方に位置する。
【００２６】
船１は、直線航路ａ１を航行した後、旋回中心ｐ１の周りを９０度旋回し、そのまま少し直航した後、旋回中心ｐ２の周りを９０度旋回し、直線航路ａ２に入る。船２は、直線航路ａ１を航行した後、旋回中心ｐ３の周りを９０度旋回し、そのまま少し直航した後、旋回中心ｐ４の周りを９０度旋回し、直線航路ａ２に入る。船４は、直線航路ｃ１を航行した後、旋回中心ｐ５の周りを９０度旋回し、そのまま少し直航した後、旋回中心ｐ６の周りを９０度旋回し、直線航路ｃ２に入る。船３，５については説明を省くが、旋回半径が同じであり、旋回中心が異なる。
【００２７】
ここで、船１〜５がマルチスタティック計測を行う水中資源探査装置の水中航行体である場合を例に、水中航行体１〜５（親機１と子機２〜５）の構成を簡単に説明しておく。
【００２８】
水中航行体１〜５は、それぞれ推進装置と操舵装置と動力源を備え、測位装置と速度計（加速度計）を有し、これらの測定結果を推進力と舵角の制御に用いることにより、水中において所望の航路を所望の速度で航行できる、いわゆる自律航行可能な水中航行体である。また、水中航行体１〜５は、他の水中航行体と通信するための水中通信機、他の水中航行体の時刻同定手段と同じ時間軸で動作する時刻同定手段、航路や速度の制御など本発明に必要な制御を行う制御部を有する。
【００２９】
測位装置は、水中航行体１〜５が母船（図示せず）から水中に発進するときに初期設定した地球座標系での位置座標を基準として、航行速度及び航行角速度を積分して移動中の現在位置を三次元で測位することができる。
【００３０】
水中通信機には、指向性を有する水中通信機と無指向性の水中通信機とがある。
【００３１】
制御部は、水中航行体１〜５が図１のような配置を維持して互いに平行な直線航路をその直線航路の一端までした後、該航行した直線航路の一端から水中航行体１〜５が一斉にそれぞれ同じ旋回半径で１８０度旋回し、該旋回終了時から水中航行体１〜５がその配置を維持して上記直線航路とそれぞれ平行な新しい直線航路を航行するための航路制御手段を構成する。
【００３２】
水中航行体１〜５が一斉に同じ旋回半径で旋回するための手段は、以下の３種類ある。
【００３３】
第１は、水中航行体１〜５のうち１つは親機とし、他は子機とし、親機が各子機の航路制手段に対して旋回の開始時期と旋回半径を含む各種の指令を出すようにする。船団の中心点に位置する船１を親機１とすると、親機１は水中通信を介して各子機２〜５に、航行するべき直線航路の位置、直線航路の航行開始・終了時期、旋回中心位置・旋回半径等を指令する。各子機２〜５は、これらの指令を受けたとき、自らの測位位置・速度・航行方向と指令内容に基づいて推進力と舵角を制御して航行を行う。
【００３４】
第２は、水中航行体１〜５が、あらかじめ旋回の開始時期と旋回半径等の旋回に必要な各種情報を記憶した航路記憶手段を備え、上記時刻同定手段により、水中航行体１〜５が共通の時間軸で動作することで、水中航行体１〜５の旋回の開始時期を一致させる。航路記憶手段は、プログラムの形式で上記の情報を記憶しており、各水中航行体１〜５において同じ時間にこのプログラムを読み出して実行する。
【００３５】
第３は、水中航行体１〜５に指令を出す母船を使用し、母船から水中航行体１〜５の航路制手段に対して旋回の開始時期と旋回半径を含む各種の指令を出すようにする。この場合、母船が水中通信を介して親機１と各子機２〜５に、航行するべき直線航路の位置、直線航路の航行開始・終了時期、旋回中心位置・旋回半径等を指令する。親機１と各子機２〜５は、これらの指令を受けたとき、自らの測位位置・速度・航行方向と指令内容に基づいて推進力と舵角を制御して航行を行う。
【００３６】
水中航行体（親機）１は、水中資源探査用の音波を送出する送波器を有し、水中航行体（子機）２〜５は、上記音波の水中資源による散乱波を受波する受波器を有する。
【００３７】
以上の水中資源探査装置において、親機１と子機２〜５は、親機１を中心点に置きその前後左右に子機２〜５が正方形の頂点を占めるような配置の船団を形成する。これら、親機１と子機２〜５は、点対称な配置を維持して直線航路ａ１〜ｃ１を航行する。この間、音波の送出と散乱波の受波が継続されることにより、直線航路ａ１に沿ったベルト状の領域が連続的に探査されることになる。
【００３８】
親機１と子機２〜５は、直線航路ａ１〜ｃ１を一端（親機１、子機２〜５によって位置は各々異なる）まで航行したとき、親機１からの指令により、音波の送受を停止し、旋回の行動に移る。すなわち、親機１は、直線航路ａ１の一端から、旋回中心ｐ１の周りを所定の旋回半径で９０度旋回する。子機２は、直線航路ａ１の一端から、旋回中心ｐ３の周りを親機１と同じ旋回半径で９０度旋回する。子機４は、直線航路ｃ１の一端から、旋回中心ｐ５の周りを親機１と同じ旋回半径で９０度旋回する。子機３，５も図示のようにそれぞれ９０度旋回する。
【００３９】
その後、親機１と子機２〜５は、いったん直航してからそれぞれの旋回中心の周りを所定の旋回半径で９０度旋回し、直線航路ａ２〜ｃ２に至る。
【００４０】
親機１が直線航路ａ２の一端まで航行したとき、親機１からの指令により、親機１と子機２〜５は、音波の送受を再開し、相互距離を維持して新しい直線航路を航行する。これにより、直線航路ａ２に沿ったベルト状の領域が連続的に探査されることになる。
【００４１】
ところで、親機１と子機２〜５は、中心点の周りに点対称な配置で船団を形成している。配置が点対称であるから、１８０度回転させると、元の配置に重なる配置が得られる。しかし、本発明のＵターン方法においては、子機の番号（個体）を識別すると、旋回の前後で配置が異なる。これは、各機が図４のように相互の位置関係を維持したまま旋回するのではなく、図１のようにそれぞれが合同形の軌跡（平行移動させると重なる軌跡）を描いて航行するからである。
【００４２】
旋回の期間中、船団配置は、図２のように遷移する。
【００４３】
図２の右下に示した初期配置♯１では、丸数字１で示した親機１の進行方向前方に丸数字２で示した子機２、親機１の進行方向後方に丸数字５で示した子機５、親機１の進行方向９０度右に丸数字３で示した子機３、親機１の進行方向９０度左に丸数字４で示した子機４が位置しており、各機の進行方向は紙面左向きである。
【００４４】
旋回３０度位置♯２では、各機の進行方向が初期配置♯１より３０度ずつ右に変化している。親機１の進行方向前後には子機はなく、親機１の進行方向９０度左右にも子機はない。子機２は、親機１から見て左前方３０度に位置する。子機３は、親機１から見て右前方６０度に位置する。よって、船団内の位置関係は維持されていないことがわかる。
【００４５】
しかし、各機の位置を絶対軸（紙面の縦横を基準）で見ると、旋回３０度位置♯２においても初期配置♯１と同様に、各機が縦横交差する線上に等間隔で整列している。船団内の位置関係が変化したのは、各機の向きが変化したことにより、各機の進行方向を基準とした相対位置が変化したためである。
【００４６】
旋回６０度位置♯３〜旋回１５０度位置♯６においても、絶対軸で見て各機が縦横交差する線上に等間隔で整列している状態は一貫して維持されており、各機の進行方向を基準とした相対位置は次々と変化している。
【００４７】
旋回１８０度位置♯７では、親機１の進行方向前方に子機５、親機１の進行方向後方に子機２、親機１の進行方向９０度右に子機４、親機１の進行方向９０度左に子機３が位置しており、各機の進行方向は紙面右向きである。この船団配置を初期配置♯１と比較すると、親機１の前後の子機２，５が入れ替わり、親機１の左右の子機３，４が入れ替わった船団配置となっていることが分かる。
【００４８】
そこで、水中資源探査装置においては、旋回後に子機の役割を入れ替える。すなわち、親機１は、子機２〜５に、前子機、後子機、右子機、左子機という役割を割り当てて管理している。この役割は、マルチスタティック計測において複数の箇所の受波器で同時に受け取った散乱波の強度を用い、散乱パターンを作成するときに、その散乱パターンの位置座標を特定する。
【００４９】
親機１が直線航路ａ１を航行して水中資源探査装置が直線航路ａ１に沿ったベルト状の領域を探査中、子機２が受波して親機１に伝送した散乱波のデータは親機１において前子機散乱波データとして管理される。同様に、子機５のデータは後子機散乱波データ、子機３のデータは右子機散乱波データ、子機４のデータは左子機散乱波データとして管理される。これらは、散乱パターンを作成するときに、例えば、前０度、後１８０度、右９０度、左２７０度の座標に散乱波強度を書き込むことに使用される。
【００５０】
旋回後、親機１が直線航路ａ２を航行して水中資源探査装置が直線航路ａ２に沿ったベルト状の領域を探査するときは、親機１は、子機の役割を入れ替え、子機５のデータを前子機散乱波データ、子機２のデータを後子機散乱波データ、子機４のデータを右子機散乱波データ、子機３のデータを左子機散乱波データとして管理する。
【００５１】
子機２〜５は、ハードウェアが全く同じであるから、親機１は、旋回の前後で子機の役割を入れ替え、データを管理するだけで、船団配置を全く変えていないのと等価な状態を得ることができる。
【００５２】
以上説明したように、本発明によれば、親機１及び子機２〜５の航路が合同形になり、相互の航行距離差がなく、全体が一定速度で航行しても、旋回後の船団配置が乱れることがない。すなわち、必要な旋回の距離と半径がどの船も等しく、それぞれが別の速度で運行する必要がないために協調制御が容易になる。
【００５３】
また、本発明によれば、図１では旋回時の各機の航路が交差して見えるが、図２のように時間ごとの位置を見ると絶対軸での位置関係は一定に維持している。したがって、各機同士が接近したり衝突することは全く起きない。すなわち、船同士の相対位置は俯瞰的に見れば変わらないため、旋回中に船同士が衝突する危険がなく、本発明は安全なＵターン方法である。
【００５４】
また、本発明によれば、親機１と子機２〜５は、いずれも航行可能な最小半径を旋回半径とすることができる。これにより、旋回が迅速となり、旋回に要する無駄な時間（資源探査が中断されている時間）を短縮させることができる。すなわち、効率よく探査が行えるという利点がある。
【００５５】
また、本発明によれば、旋回の開始前と終了後とで、親機１から見た各子機２〜５の役割（マルチスタティック計測における受波位置）がハードウェア的に変わってしまうが、データ管理上で役割を入れ替えるだけで、各子機２〜５の受波器で得たデータをマルチスタティック計測の演算に正しく供することができる。
【００５６】
なお、以上の実施形態において、船１〜５を５隻としたが、船数はこれに限定されない。船が奇数のときは１隻を点対称の中心点に配置し、偶数隻のときは中心点に配置しない。また、船１を中心に船２〜５を前後左右に同じ距離に配置したが、配置はこれに限定されず、点対称でありさえすれば同じ効果が得られる。
【００５７】
本発明の船団のＵターン方法とその船団は、実施形態で適用したマルチスタティック計測による水中資源探査装置だけでなく、複数の船が船団を形成して行う各種の資源探査に適用することができる。また、資源探査に限らず、複数の船が船団を形成して航行する際には、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施形態を示す船団の船の配置とその航路の上面視図である。
【図２】本発明によるＵターン中の船団内での船の配置の遷移図である。
【図３】広い対象水域をベルト状の探査の繰り返しで探査する手順を示す上面視図である。
【図４】従来における船団の船の配置とその航路の上面視図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  船（水中航行体；親機）
２〜５  船（水中航行体；子機）
【図１】
0004983555.tif 000002
【図２】
0004983555.tif 000003
【図３】
0004983555.tif 000004
【図４】
0004983555.tif 000005