(57)【要約】【課題】水中航走体による水中情報の収集効率を低下させることなく、一定の精度で位置検出を行うことができるとともに、また、複数の水中航走体を管制することで、効率よく水中情報を収集すること。【解決手段】絶対位置取得部１０により水上移動体３の絶対位置を取得するとともに、相対位置計測部１１により水中航走体４の相対位置を計測し、これらの情報から水中航走体４の絶対位置を検出する。そして、この絶対位置情報を第１通信部１３から第２通信部２２へ送信することにより、水中航走体４に対して絶対位置情報を通知する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
現在位置を取得する絶対位置取得手段と、
水中の水中航走体に対して信号を送信するとともに、該信号に対する前記水中航走体からの応答信号を受信し、該応答信号に基づいて前記水中航走体の相対位置を計測する相対位置計測手段と、
前記相対位置計測手段によって計測された前記水中航走体の相対位置と前記絶対位置取得手段によって取得された現在位置とに基づいて、前記水中航走体の位置に関する情報を生成する位置情報生成手段と、
前記位置情報生成手段によって生成された前記水中航走体の位置に関する情報を前記水中航走体に送信する第１通信手段と
を具備する水中航走体管制装置。
【請求項２】
前記第１通信手段は、前記水中航走体の位置に関する情報と該位置に関する情報に対応する時間とを前記水中航走体に送信する請求項１に記載の水中航走体管制装置。
【請求項３】
前記第１通信手段は、前記水中航走体が収集した水中情報及び障害物回避に伴う経路変更の少なくともいずれか一方を含むステータス情報を受信する請求項１または請求項２に記載の水中航走体管制装置。
【請求項４】
前記水中航走体が複数台存在する場合に、各前記水中航走体に信号を送信する順番を設定する設定手段を備え、
該設定手段によって設定された順番に従って、前記第１通信手段が各水中航走体に対して前記位置に関する情報を送信する請求項１から請求項３のいずれかに記載の水中航走体管制装置。
【請求項５】
水上を移動可能な水上移動体に設けられている請求項１から請求項４のいずれかに記載の水中航走体管制装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の水中航走体管制装置を備える水上移動体。
【請求項７】
水中航走体に設けられ、該水中航走体の位置に関する情報を取得するための通信装置であって、
水中航走体管制装置から送信された信号を受信し、受信した該信号に対する応答信号を前記水中航走体管制装置に対して送信する信号送信手段と、
前記信号のやりとりによって得られた情報に基づいて生成された前記水中航走体の位置に関する情報及び水中航走体に対するコマンドの少なくともいずれか一方を前記水中航走体管制装置から受信する第２通信手段と
を具備する通信装置。
【請求項８】
前記第２通信手段は、前記水中航走体の位置に関する情報とともに該位置に関する情報に対応する時間を受信した場合に、前記水中航走体が備える水中情報収集装置によって取得された水中情報の中から前記受信した時間に収集された水中情報を取得し、取得した該水中情報を前記時間と対応付けて前記水中航走体管制装置に対して送信する請求項７に記載の通信装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載の通信装置を備える水中航走体。
【請求項１０】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の水中航走体管制装置と、
請求項７または請求項８に記載の通信装置と
を具備する水中航走体管制システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水中航走体管制システムを有し、水中航走体によって収集された水中情報を収集する管制型水中情報収集システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、１台又は複数の水中航走体を水上移動体において管制しながら、水中情報を収集する管制型水中情報収集システムに係り、特に、水中を移動する水中航走体の航走を管制する水中航走体管制システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、機体に取り付けられたセンサにより探査または観測を行う水中航走体が知られている（例えば、特許文献１等）。水中航走体は、例えば、水上において、ＧＰＳ衛星からの信号によって位置情報を取得した後に、潜水し、水中においては、慣性航法装置（ＩＮＳ：Inertial Navigation System）や対地速度計（ＤＶＬ：Doppler Velocity Log）によって自己位置を検出しながら海中を航行し、海中や海底のデータを収集する。
【特許文献１】特開２００７−１６０９７２号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記方法による位置検出では、水中航走中の位置誤差が時間経過とともに累積されてしまい、位置検出の精度が徐々に低下するという問題があった。また、累積した誤差を解消するために、定期的に水上に浮上し、ＧＰＳ衛星等による位置検出を改めて行った後、再び潜水するということが必要とされるために、水中の情報収集の効率が低下するという問題があった。
また、特開２００４−１３８５６８号公報には、水中航走体に超音波を送出する送信機を設けるとともに、水中の所定の３以上の場所に水中航走体の送信機から送出される超音波を受けるための受波器を設置し、水中航走体の送信機から送出された電波を水中に設けられた受波器によって受信することで、水中航走体の位置を検出する技術が開示されている。しかしながら、この位置検出方法では、水中航走体の移動領域に所定の間隔で受波器を設置しなければならず、水中航走体の移動領域が制限されてしまうという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、水中航走体による水中情報の収集効率を低下させることなく、一定の精度で位置検出を行うことができるとともに、また、複数の水中航走体を管制することで、効率よく水中情報を収集することのできる管制型水中情報収集システム及び水中航走体管制システム、及びこれらに用いられる水中航走体管制装置並びに通信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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、現在位置を取得する絶対位置取得手段と、水中の水中航走体に対して信号を送信するとともに、該信号に対する前記水中航走体からの応答信号を受信し、該応答信号に基づいて前記水中航走体の相対位置を計測する相対位置計測手段と、前記相対位置計測手段によって計測された前記水中航走体の相対位置と前記絶対位置取得手段によって取得された現在位置とに基づいて、前記水中航走体の位置に関する情報を生成する位置情報生成手段と、前記位置情報生成手段によって生成された前記水中航走体の位置に関する情報を前記水中航走体に送信する第１通信手段とを具備する水中航走体管制装置を提供する。
【０００６】
このような構成によれば、絶対位置取得手段により取得された現在位置と、相対位置計測手段によって計測された水中航走体の相対位置とに基づいて、位置情報生成手段が水中航走体の位置に関する情報を生成し、この位置に関する情報が第１通信手段によって水中航走体に送信するので、水中航走体においては、水中にいながら正確な位置情報を取得することが可能となる。
【０００７】
上記水中航走体管制装置において、前記第１通信手段は、前記水中航走体の位置に関する情報と該位置に関する情報に対応する時間とを前記水中航走体に送信することとしてもよい。
【０００８】
第１通信手段により水中航走体に対して位置情報と対応付けて時間情報を送信することで、水中航走体において、収集された海底データ等の水中情報を時間および位置に対応付けることが可能となる。これにより、水中航走体によって収集される水中情報をより信頼性の高い情報とすることが可能となる。
【０００９】
また、上記水中航走体管制装置において、前記第１通信手段は、前記水中航走体が収集した水中情報及び障害物回避に伴う経路変更の少なくともいずれか一方を含むステータス情報を受信することとしてもよい。
【００１０】
上記水中航走体管制装置は、前記水中航走体が複数台存在する場合に、各前記水中航走体に信号を送信する順番を設定する設定手段を備え、該設定手段によって設定された順番に従って、前記第１通信手段が各水中航走体に対して前記位置に関する情報を送信することとしてもよい。
【００１１】
このように、各水中航走体との通信を順番に行うので、同じ周波数帯域を用いて通信を行っている場合でも、それぞれの水中航走体との間で確実に通信を行うことができる。これにより、各水中航走体に対して位置に関する情報を確実に送信することが可能となる。
【００１２】
上記水中航走体管制装置は、例えば、水上を移動可能な水上移動体に設けられていることが好ましい。
【００１３】
水上を移動可能な水上移動体に水中航走体管制装置を設けることで、水中航走体の航走に応じて水中航走体管制装置を移動させることが可能となる。これにより、水中航走体の移動範囲を広げることが可能となる。
【００１４】
本発明は、上記いずれかの水中航走体管制装置を備える水上移動体を提供する。
【００１５】
本発明は、水中航走体に設けられ、該水中航走体の位置に関する情報を取得するための通信装置であって、水中航走体管制装置から送信された信号を受信し、受信した該信号に対する応答信号を前記水中航走体管制装置に対して送信する信号送信手段と、前記信号のやりとりによって得られた情報に基づいて生成された前記水中航走体の位置に関する情報及び水中航走体に対するコマンドの少なくともいずれか一方を前記水中航走体管制装置から受信する第２通信手段とを具備する通信装置を提供する。
【００１６】
このような構成によれば、信号送信手段が水中航走体管制装置から送信された信号に対する応答信号を水中航走体管制装置に送信することにより、この通信のやり取りに基づいて得られた情報に基づいて水中航走体管制装置において水中航走体の位置を検出することが可能となる。また、第２通信手段により水中航走体管制装置から送信されてきた位置に関する情報及び水中航走体に対するコマンドの少なくともいずれか一方が受信されるので、水中航走体の位置を水中にいながら把握することが可能となる。
【００１７】
上記通信装置において、前記第２通信手段は、前記水中航走体の位置に関する情報とともに該位置に関する情報に対応する時間を受信した場合に、前記水中航走体が備える水中情報収集装置によって取得された水中情報の中から前記受信した時間に収集された水中情報を取得し、取得した該水中情報を前記時間と対応付けて前記水中航走体管制装置に対して送信することとしてもよい。
【００１８】
水中航走体管制装置から水中航走体の位置に関する情報と対応付けて時間情報を受信することにより、水中航走体が備える水中情報収集装置によって取得された水中情報と位置、時間情報とを対応付けることが可能となる。これにより、時間、位置、および水中情報が高い精度で対応付けられた信頼性の高いデータを得ることができる。また、時間情報と対応付けられた海底データ等の水中情報を水中航走体管制装置に送信することで、外部に対して信頼性の高い水中情報を提供することが可能となる。
【００１９】
本発明は、上記いずれかの通信装置を備える水中航走体を提供する。
【００２０】
本発明は、上記いずれかの水中航走体管制装置と、上記いずれかの通信装置とを具備する水中航走体管制システムを提供する。
本発明は、上記水中航走体管制システムを有し、水中航走体によって収集された水中情報を収集する管制型水中情報収集システムを提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、水中航走体による水中情報の収集効率を低下させることなく、一定の精度で位置検出を行うことができるとともに、また、複数の水中航走体を管制することで、効率よく水中情報を収集することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る管制型水中情報収集システム及び水中航走体管制システム、及びこれらに用いられる水中航走体管制装置並びに通信装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る管制型水中情報収集システムの全体構成を示した図である。管制型水中情報収集システムは、例えば、水中を移動しながら海底等の水中情報を収集する水中航走体の航走を管制するとともに、該水中航走体によって収集された水中情報を取得し、これらの水中情報をその水中情報が取得された位置情報や時間情報と対応付けて管理するものである。
本実施形態に係る管制型水中情報収集システムは、水中航走体の航走を管制する水中航走体管制システムを備えている。水中航走体管制システムは、図１に示すように、水上移動体３に設けられた水中航走体管制装置１と水中航走体４に設けられた通信装置２とを備えている。
【００２３】
水中航走体管制装置１は、絶対位置取得部（絶対位置取得手段）１０、相対位置計測部（相対位置計測手段）１１、位置情報生成部（位置情報生成手段）１２、および第１通信部（第１通信手段）１３を備えている。
絶対位置取得部１０は、例えば、ＧＰＳ受信機等であり、ＧＰＳ衛星からの信号を受信し、受信した信号に公知の演算処理を施すことにより現在の絶対位置を検出し、検出した絶対位置情報を位置情報生成部１２に出力する。
【００２４】
相対位置計測部１１は、水中を航走している水中航走体４に対して信号を送信するとともに、該信号に対する前記水中航走体４からの応答信号を受信し、該応答信号に基づいて水上移動体３に対する水中航走体４の相対位置を計測する。このため、相対位置計測部１１は、水上移動体３の船底等に設けられ、水中に対して信号を送出できるとともに、水中を伝搬してきた信号を受信できるような構成とされている。相対位置計測部１１は、例えば、ＳＳＢＬ（Super Short Base Line）測位システム等であり、水中航走体４に向かって定期的にパルス音を発信し、この音の返信エコーを受信するまでの時間を計測することで、水中航走体までの距離を求めるとともに、このエコーを最低３個の音響センサで受信することで、三角測量により水中航走体の相対位置を計測するものである。
【００２５】
位置情報生成部１２は、相対位置計測部１１によって計測された水中航走体４の相対位置と絶対位置取得部１０によって取得された現在の絶対位置とに基づいて、水中航走体４の位置に関する情報、例えば、水中航走体の絶対位置情報を生成する。位置情報生成部１２は、このようにして得た水中航走体４の絶対位置情報を第１通信部１３に出力する。
第１通信部１３は、例えば、音響通信装置等のような通信レートの低い通信モデムであり、位置情報生成部１２によって生成された水中航走体４の絶対位置情報を水中航走体４に送信する。
【００２６】
水中航走体４に設けられている通信装置２は、信号送信部２１および第１通信部２２を備えている。また、水中航走体４には、海底等の水中情報を収集する水中情報収集装置５が設けられている。
信号送信部２１は、水中航走体管制装置１の相対位置計測部１１から送信された信号を受信し、受信した該信号に対する応答信号を相対位置測定部１１に送信する。例えば、信号送信部２１は、相対位置計測部１１から送信されてくるパルス音を瞬時に返信させる音響機器である。一例としては、トランスポンダが挙げられる。
【００２７】
第２通信部２２は、水中航走体管制装置１が備える第１通信部１３と通信を行う通信装置であり、例えば、第１通信部１３と同様に、音響通信装置等のような通信レートの低い通信モデムである。第２通信部２２は、第１通信部１３から送信されてきた水中航走体４の絶対位置情報を受信するとともに、受信した旨を通知するための応答信号を第１通信部１３に対して送信する。また、この応答信号に対応付けて、前回の位置情報受信から今回の位置情報受信までに水中情報収集装置５によって収集された海底情報等の水中情報を第１通信部１３に対して送信することとしてもよい。更には、第２通信部２２は、水中航走体４の運動を管制するために、第１通信部１３からのコマンドを受信したり、水中航走体４が異常状態になったときのステータス情報を送信してもよい。
【００２８】
水中情報収集装置５は、水中の情報を収集する装置であり、例えば、サイドスキャンソーナ、サブボトムプロファイラ、マルチビームエコーサウンダー、磁気センサ、温度センサ、汚染物質検出装置等を備えている。水中情報収集装置５は、これらのセンサ等によって収集された水中情報を蓄積し、管理する。
【００２９】
上述した水中航走体管制システムにおいて、水上移動体３に設けられた相対位置計測部１１と、水中航走体４に設けられた信号送信部２１とは、対をなすものであり、信号のやり取りによって水上移動体３に対する水中航走体４の相対位置が計測される。相対位置計測部１１と信号送信部２１の一例としては、音響信号のやり取りによって相対位置を検出するソーナ・トランスポンダ等が挙げられる。
また、第１通信部１３と第２通信部２２とは一対をなすものであり、双方向通信を行うことにより、水上移動体３と水中航走体４との間で、水中航走体４の航走の管制を行うのに必要となる種々の情報のやり取りを行うとともに、水中航走体４によって収集された水中情報を受信する。
【００３０】
次に、上記構成を備える水中航走体管制システムの動作について説明する。
まず、水中航走体管制装置１の絶対位置取得部１０によって現在の絶対位置が取得され、取得された絶対位置情報が位置情報生成部１２に送られる。また、水中航走体管制装置１の相対位置計測部１１から信号が水中に送出され、この信号が水中航走体４に設けられた信号送信部２１により受信され、この応答信号が相対位置計測部１１に送信される。相対位置計測部１１では、信号の送信から応答信号の受信までに要した時間等を計時しており、この計時時間等に基づいて水中航走体４の水上移動体３に対する相対位置を計測し、この相対位置を位置情報生成部１２に出力する。また、相対位置計測部１１は、信号の伝搬遅れや処理時間の遅れ等を補正することとしてもよい。これにより、移動中の水中航走体４の相対位置の計測精度を更に高めることが可能となる。
【００３１】
位置情報生成部１２は、相対位置計測部１１によって計測された相対位置と絶対位置取得部１０によって取得された現在位置とを用いて水中航走体４の絶対位置を求め、第１通信部１３に出力する。第１通信部１３は、水中航走体４の絶対位置情報を水中航走体４の第２通信部２２に送信する。第２通信部２２は、第１通信部１３から受信した水中航走体４の位置情報を、水中航走体４の航走を制御する駆動制御装置や水中情報の収集を行う水中情報収集装置５に出力することにより、現在の位置情報を航走制御や水中情報の収集に反映させる。
【００３２】
また、第２通信部２２は、位置情報を受信した旨を示す応答信号および水中情報収集装置５によって収集された水中情報を第１通信部１３に対して送信する。この応答信号および水中情報を第１通信部１３が受信することにより、位置情報が確実に水中航走体４に通知されたことが確認されるとともに、前回の位置情報通知から今回の位置情報通知までの期間に水中情報収集装置５によって収集されたデータが取得される。
【００３３】
以上説明してきたように、本実施形態に係る管制型水中情報収集システム及び水中航走体管制システムによれば、例えば、船舶等の水上移動体３に設けられた水中航走体管制装置１において水中航走体４の絶対位置が算出されるので、水中の水中航走体４に対して所望のタイミングで絶対位置を通知することが可能となる。
これにより、水中航走体４が自己位置を確認するために海面に浮上してＧＰＳ等で絶対座標を取得するなど、エネルギー、時間の損失を生じさせることなく、水中情報を収集することが可能となる。これにより、水中情報の収集効率を高めることができるとともに、一定の精度で水中航走体４の位置検出を行うことが可能となる。
換言すれば、水中航走体管制装置１と通信装置２とが協調的な作動を行うことで、水上移動体３から水中航走体４の動きを管制することができるとともに、水中航走体４は情報収集作業終了まで浮上することなく、広域の水中情報を効率的に収集することが可能となる。
【００３４】
更に、水中航走体管制装置１を水上移動体３に設けることにより、水中航走体４の移動に伴って水中航走体管制装置１を移動させることが可能となる。これにより、水中航走体４の移動範囲を制限することなく、広い範囲にわたって位置検出を行うことが可能となる。
【００３５】
なお、本実施形態では、第２通信部２２が、応答信号とともに海底等の水中情報を送信することとしたが、水中情報については、毎回送信する必要はなく、任意のタイミングで送信することとすればよい。
【００３６】
〔変形例１〕
上述した実施形態においては、水中航走体管制装置１に位置情報生成部１２を設け、水中航走体管制装置１にて水中航走体４の絶対位置を算出する場合について述べたが、これに代えて、位置情報生成部１２の機能を水中航走体４に設けることとしてもよい。この場合、絶対位置取得部１０によって取得された現在の絶対位置および相対位置計測部１１によって計測された水中航走体４の相対位置を水中航走体管制装置１の第１通信部１３から水中航走体４の第２通信部２２へ送信する。水中航走体４では、これらの情報から上記位置情報生成部１２と同様の手法を用いて水中航走体４の絶対位置を算出する。
【００３７】
〔変形例２〕
また、上述した実施形態においては、水中航走体４の絶対位置情報を第１通信部１３から第２通信部２２に対して送信することとしたが、これに代えて、水中航走体４の位置情報とその位置が取得されたときの時間情報とを対応付けた情報を第２通信部２２に送信することとしてもよい。このように、位置情報と時間情報とを水中航走体４に通知することで、どの時間にどの位置にいたかが確認することが可能となる。これにより、例えば、水中情報収集装置５において、時間と、その時間に収集された水中情報と、その絶対位置情報とを互いに対応付けることが可能となり、より信頼性の高いデータを蓄積することが可能となる。
【００３８】
また、水中航走体４のステータス情報（例えば、障害物回避に伴う経路変更、故障等による不具合事象の発生、水中目標物の探知情報等）を水中航走体４に設けられている第２通信部２２から水上移動体３に設けられている第１通信部２１に送信することとしてもよい。これにより、故障等の異常が発生した場合に水上移動体３に対して対応を仰いだり、航路計画の修正等の管制情報を水中航走体管制装置１に伝達することが可能となり、水上移動体３から水中航走体４の航走を高い精度で管制することが可能となる。
【００３９】
〔変形例３〕
また、上記実施形態においては、１台の水中航走体４の位置情報を測定する場合について説明したが、図２に示すように、位置検出の対象となる水中航走体４が複数台存在していてもよい。この場合には、各水中航走体４が通信装置２をそれぞれ備えていればよい。
【００４０】
複数の水中航走体４の位置検出を行う場合、各水中航走体４が備える信号送信部１１に対する周波数または変調方式を互いに異ならせることとしてもよい。このように、周波数や変調方式を異ならせることで、混信を回避することができ、同時に複数の水中航走体４の相対位置を測定することが可能となる。なお、このように周波数または変調方式を異ならせる代わりに、後述のように、タイムシェアリングを行い、順番に相対位置を計測することとしてもよい。
【００４１】
水中航走体管制装置１の第１通信部１３と各水中航走体４に設けられたそれぞれの第２通信部２２との双方向通信については、同時に行ってしまうと混信等の問題が生ずる。従って、予め通信を行う順番を決めておき、この順番に従って通信を行うこととする。通信を行う順番については、例えば、水上移動体３に作業員等が操作可能な入力装置（設定手段）を設けておき、この入力装置から通信を行う順番を設定可能とすればよい。
【００４２】
このように、複数の水中航走体４に通信装置２を設けることで、複数の水中航走体４に対して絶対位置情報を通知することが可能となる。これにより、各水中航走体４は、自己の絶対位置を確認するために海面に浮上してＧＰＳ等で絶対座標を取得するなど、エネルギー、時間の損失を生じさせることなく、水中情報を収集することが可能となる。これにより、各水中航走体４の水中情報の収集効率を高めることができ、水中情報の収集量を大幅に増加させることが可能となる。この結果、一回の出動でも台数倍の情報収集効率の向上が期待でき、海底等の様子を抜け間なく、且つ、広い範囲でスキャンニングすることが可能となる。
【００４３】
なお、上述した実施形態並びに各変形例に係る水中航走体管制システムを用いた水中航走体４の絶対位置計測は、連続的に行う必要はない。例えば、短いインターバルでは、各水中航走体４が慣性航法装置や対地速度計等の公知の位置計測機器によって位置計測を行い、これらの位置計測機器の累計誤差が大きくなり、十分な精度が確保できなくなると判断される時間間隔以内で本実施形態に係る水中航走体管制システムによる水中航走体４の絶対位置計測を行えばよい。
このように、慣性航法装置や対地速度計等の公知の位置計測機器を併用することにより、相対位置計測部１１と信号送信部２１との通信、並びに、第１通信部１３と第２通信部２２との通信を頻繁に行う必要がなくなるので、複数の水中航走体４の位置管制を行う場合には、タイムシェアリングを行うことで、音響的な相互干渉を伴わずに、位置情報を水中航走体に伝達することが可能となる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態に係る水中航走体の位置測定システムの全体構成を示した図である。
【図２】本発明の変形例３に係る水中航走体の位置測定システムの全体構成を示した図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  水中航走体管制装置
２  通信装置
３  水上移動体
４  水中航走体
５  水中情報収集装置
１０  絶対位置取得部
１１  相対位置計測部
１２  位置情報生成部
１３  第１通信部
２１  信号送信部
２２  第２通信部
【図１】
2009227086.tif 000003
【図２】
2009227086.tif 000004