(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響を伝送媒体として海上局と水中局との間で通信を行う水中通信システムであって、前記海上局が、ＧＰＳ受信機を用いて前記海上局の位置情報を取得し、予め取得されている前記水中局の位置情報と共に前記水中局へ通知し、前記水中局が、前記海上局から通知された前記海上局の前記位置情報と前記水中局の前記位置情報とを基に、前記海上局との通信に使用するビームの方向と幅とを制御し、前記海上局が、前記水中局に対して、前記海上局及び前記水中局の位置情報の送信を要求する送信要求コマンド発行指示を行うことを特徴とするビームフォーミング機能付き水中通信システム。
【請求項２】
音響を伝送媒体として海上局と水中局との間で通信を行う水中通信システムであって、前記海上局が、前記水中局の緯度、経度、水深と前記海上局の緯度、経度とからなる位置情報を前記水中局へ通知し、前記水中局が、前記海上局から通知された前記位置情報を基に、前記海上局との通信に使用するビームのビーム方向を前記海上局に向くように制御し、さらに、前記ビームのビーム幅を狭くするように制御し、前記海上局が、前記水中局に対して、前記海上局及び前記水中局の位置情報の送信を要求する送信要求コマンド発行指示を行うことを特徴とするビームフォーミング機能付き水中通信システム。
【請求項３】
音響を伝送媒体として海上局と水中局との間で通信を行う水中通信システムであって、前記海上局が、変復調処理を行う水中通信部と、電気信号を音響信号に変換すると共に音響信号を電気信号に変換する送受波器と、ＧＰＳ信号を受信し前記海上局の位置情報を取得するＧＰＳ受信機と、を備え、前記水中局が、変復調処理を行う水中通信部と、電気信号を音響信号に変換すると共に音響信号を電気信号に変換する送受波器と、前記海上局及び前記水中局の位置情報を基に前記海上局との通信に使用するビームのビーム方向を前記海上局へ指向させ、前記ビームのビーム幅を変化させるように前記水中局の送受波器を制御する制御部と、を備えることを特徴とするビームフォーミング機能付き水中通信システム。
【請求項４】
前記海上局が、前記水中局に対して、前記海上局及び前記水中局の位置情報の送信を要求する送信要求コマンド発行指示を行うことを特徴とする請求項３に記載のビームフォーミング機能付き水中通信システム。
【請求項５】
前記制御部が、前記海上局から送出された前記海上局の緯度、経度及び前記水中局の緯度、経度、水深よりなる位置情報を記憶する位置情報記憶手段と、前記位置情報記憶手段に記憶された前記位置情報を基に前記海上局との通信に使用するビームを前記海上局の方向へ指向させるビーム方向制御手段と、前記ビームのビーム幅を変えるように前記送受波器を制御するビーム幅制御手段と、を備えることを特徴とする請求項３記載のビームフォーミング機能付き水中通信システム。
【請求項６】
音響を伝送媒体として海上局と水中局との間で通信を行うビームをフォーミングするビームフォーミング機能付き水中通信システムのビームフォーミング方法であって、前記海上局がＧＰＳ受信機を用いて前記海上局の緯度、経度よりなる位置情報を取得し、予め取得されている前記水中局の位置情報と前記海上局の前記位置情報とを、前記海上局から前記水中局へ通知し、前記海上局から通知された前記海上局及び前記水中局の前記位置情報を基に、前記水中局が、前記海上局との通信に使用するビームのビーム方向を前記海上局へ指向させ、さらに前記ビームのビーム幅を変化させることを特徴とするビームフォーミング機能付き水中通信システムのビームフォーミング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、本体部を水上に設置した水上局を含む海上局と海底に設置した水中局との間で音響信号を用いて水中通信を行うビームフォーミング機能付き水中通信システム及びそのビームフォーミング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中通信システムにおいては、水中移動体や水中部と称される水中局をバッテリ等にて動作させるために省電力化が重要な課題であり、省電力化できることにより、装置規模の小型化もしくは、連続運用期間をのばすことが可能になる。
【０００３】
従来のこの種の水中データ伝送装置の一つが、特開昭６３−１５１１３３号公報（発明の名称：水中データ伝送装置）に開示されている。この水中データ伝送装置では、水上を航行する船舶と水中移動体との間で音響信号を用いてデータを伝送するデータ伝送において、船舶と水中移動体との距離を検出し、この距離に応じて水中移動体の送信するデータの伝送速度を変化させている。即ち、データの伝送距離が遠距離の場合には伝送速度を下げ、伝送距離が近距離の場合には伝送速度を上げている。従って、水中移動体の送信する音響信号の遠近にかかわらず最適品質および伝送速度のデータ伝送が行える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
開示された水中データ伝送装置は、送信データを一定電力の音響信号を用いて送信しているので、水中移動体の送信すべきデータが少なくてもほぼ一定の電力消費を常に生じ、送信データが少ないときでの電力消費を低減ができないという欠点があった。この欠点は、水中移動体の電源がバッテリである場合などにおいてあ特に大きな問題となる。
【０００５】
従って本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解消することにあり、水中局の電力消費を低減できる水中通信システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に係わるビームフォーミング機能付き水中通信システムの発明は、音響を伝送媒体として海上局と水中局との間で通信を行う水中通信システムであって、前記海上局が、ＧＰＳ受信機を用いて前記海上局の位置情報を取得し、予め取得されている前記水中局の位置情報と共に前記水中局へ通知し、前記水中局が、前記海上局から通知された前記海上局の前記位置情報と前記水中局の前記位置情報とを基に、前記海上局との通信に使用するビームの方向と幅とを制御し、前記海上局が、前記水中局に対して、前記海上局及び前記水中局の位置情報の送信を要求する送信要求コマンド発行指示を行うことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係わるビームフォーミング機能付き水中通信システムの発明は、音響を伝送媒体として海上局と水中局との間で通信を行う水中通信システムであって、前記海上局が、前記水中局の緯度、経度、水深と前記海上局の緯度、経度とからなる位置情報を前記水中局へ通知し、前記水中局が、前記海上局から通知された前記位置情報を基に、前記海上局との通信に使用するビームのビーム方向を前記海上局に向くように制御し、さらに、前記ビームのビーム幅を狭くするように制御し、前記海上局が、前記水中局に対して、前記海上局及び前記水中局の位置情報の送信を要求する送信要求コマンド発行指示を行うことを特徴とする。
【０００８】
さらに、請求項３に係わるビームフォーミング機能付き水中通信システムの発明は、音響を伝送媒体として海上局と水中局との間で通信を行う水中通信システムであって、前記海上局が、変復調処理を行う水中通信部と、電気信号を音響信号に変換すると共に音響信号を電気信号に変換する送受波器と、ＧＰＳ信号を受信し前記海上局の位置情報を取得するＧＰＳ受信機と、を備え、前記水中局が、変復調処理を行う水中通信部と、電気信号を音響信号に変換すると共に音響信号を電気信号に変換する送受波器と、前記海上局及び前記水中局の位置情報を基に前記海上局との通信に使用するビームのビーム方向を前記海上局へ指向させ、前記ビームのビーム幅を変化させるように前記水中局の送受波器を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
さらに、請求項４に係わるビームフォーミング機能付き水中通信システムの発明は、前記請求項３に記載の前記海上局が、前記水中局に対して、前記海上局及び前記水中局の位置情報の送信を要求する送信要求コマンド発行指示を行うことを特徴とする。
【００１０】
さらに、請求項５に係わるビームフォーミング機能付き水中通信システムの発明は、前記請求項３記載の前記制御部が、前記海上局から送出された前記海上局の緯度、経度及び前記水中局の緯度、経度、水深よりなる位置情報を記憶する位置情報記憶手段と、前記位置情報記憶手段に記憶された前記位置情報を基に前記海上局との通信に使用するビームを前記海上局の方向へ指向させるビーム方向制御手段と、前記ビームのビーム幅を変えるように前記送受波器を制御するビーム幅制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項６に係わるビームフォーミング機能付き水中通信システムのビームフォーミング方法の発明は、音響を伝送媒体として海上局と水中局との間で通信を行うビームをフォーミングするビームフォーミング機能付き水中通信システムのビームフォーミング方法であって、前記海上局がＧＰＳ受信機を用いて前記海上局の緯度、経度よりなる位置情報を取得し、予め取得されている前記水中局の位置情報と前記海上局の前記位置情報とを、前記海上局から前記水中局へ通知し、前記海上局から通知された前記海上局及び前記水中局の前記位置情報を基に、前記水中局が、前記海上局との通信に使用するビームのビーム方向を前記海上局へ指向させ、さらに前記ビームのビーム幅を変化させることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
まず始めに、本発明のビームフォーミング機能を有する水中通信システムの概要について説明する。図１は、本発明の一実施例のブロック図を示す。なお、ここで説明するビームフォーミングとは、ビーム方向を海上局１へ指向させること及び送信利得を変えるためにビーム幅を変えること、を意味するものとする。
【００１３】
図１において、海上局１は水中局２に対して、海上局１と水中局２の位置情報を送信し、水中局２は受信した位置情報を基に海上局１の方向にビームを指向させ、ビーム幅の狭いビームを用いて、観測データを送信する。ビーム幅の狭いビームを用いることにより、送信利得が増加し、増加した送信利得の分だけ送信電力を低減することができる。従って、水中局２の省電力化を図ることが可能になる。
【００１４】
《構成》図１を参照して、本発明の構成を説明する。本発明のビームフォーミング機能付き水中通信システムは、海上や水上に設置される海上局１と海底に設置される水中局２を少なくとも各１つ有する構成である。
【００１５】
海上局１は、水中通信部１１、送受波器１２、ＧＰＳ受信機１３、操作・表示部１４を含んで構成される。
【００１６】
水中局２は、水中通信部２１、送受波器２２、制御部２３、水中測器２４、トランスポンダ２５、図示しないバッテリ等を含んで構成される。
【００１７】
水中通信部１１は主に変復調処理を行うもので、送受波器１２は、電気信号を音響信号にあるいは音響信号を電気信号に変換するものである。
【００１８】
ＧＰＳ受信機１３は、図示しないＧＰＳ信号を受信し、海上局１の緯度、経度の位置情報を得る。
【００１９】
操作・表示部１４は、水中局２に対するコマンドの送信指示及び水中局２から収集した観測データの表示等を行う。また、水中局２が設置された場所の緯度、経度、水深の位置情報を格納する。
【００２０】
水中局２の位置情報は、水中局２を海底に設置する図示しない船舶が場所を変え、この船舶に搭載した図示しないトランスポンダと水中局２のトランスポンダ２５とを用いた三点測距により取得される。
【００２１】
以上説明した海上局１は、取得した水中局２の緯度、経度、水深の位置情報に加え、ＧＰＳ受信機１３にて取得した海上局１の緯度、経度の位置情報を合わせた位置情報を、水中局２へ通知する。
【００２２】
水中局２の水中通信部２１は、主に変復調処理を行うものであり、送受波器２２は、電気信号を音響信号にあるいは音響信号を電気信号に変換するものである。
【００２３】
送受波器２２は、例えば、１６個の送受波器の集合体で、これら１６個の送受波器は縦、横それぞれ４個ずつの４行４列の平面配列で送受波面を形成し、水中局２が海上局１を望む面に装着されている。この行方向と列方向の制御を独立に行うことによってビーム方向とビーム幅とを変化させるものである。行方向と列方向の制御は、送受波器２２へ供給される信号の位相と振幅とを変化させることによって行われる。あるいは、送受波器２２を例えば、次のように構成することも可能である。送受波器２２を構成する個々の送受波器が配設される送受波面が、可動することによってビーム方向を変化させ、さらに、これら個々の送受波器がそれぞれ異なるビーム幅を備え、これら個々の送受波器をスイッチングして、ビーム幅を変化させる。
【００２４】
制御部２３は、ビーム方向制御部２３１、ビーム幅制御部２３２、位置情報記憶部２３３等を備えている。
【００２５】
ビーム方向制御部２３１は、ビーム３が海上局１の方向を指向するように送受波器２２を制御し、ビーム３ａとする。つまり、ビーム方向制御部２３１は、位置情報記憶部２３３に記憶されている位置情報（海上局１の緯度、経度及び水中局２の緯度、経度、水深）を基に、ビーム３を海上局１の方向へビーム方向制御して、ビーム３ａとする。
【００２６】
ビーム幅制御部２３２は、ビーム幅４が狭くなったビーム幅４ａになるように送受波器２２を制御する。ビーム幅４、４ａに示すビーム幅は予め定められており、ここではビーム幅４、４ａの２種類を示したが、３種類以上であってもよい。送信利得をさらに増加させるために狭いビーム幅を予め定めたり、反対にビーム方向が海上局１の方向に一致しない場合に備えて、通信回線を維持するために広いビーム幅を予め定めておくことが可能である。
【００２７】
位置情報記憶部２３３は、海上局１から送出された海上局１の緯度、経度及び水中局２の緯度、経度、水深よりなる位置情報を記憶する。
【００２８】
水中測器２４は、例えば、海底状況あるいは海底環境を観測する海底地震計などを含む観測機器であって、観測データを収集し、記録する。
【００２９】
トランスポンダ２５は、水中局２を設置する図示しない船舶に搭載されたトランスポンダから送られてきた信号に対する応答信号を送出する。この応答信号を基にこの船舶のトランスポンダは、水中局２の位置情報（緯度、経度、水深）を取得する。
【００３０】
図示しないバッテリは、水中通信部２１、送受波器２２、制御部２３、水中測器２４等の水中局２の構成品へ電力を供給する。
【００３１】
以上説明したように水中局２は、海上局１より通知される海上局１及び水中局２の位置情報を基にビームをフォーミングして、水中測器２４で計測した観測データを海上局１に伝送する。
【００３２】
《動作》図１の動作について以下に説明する。まず、図示しない船舶によって水中局２を海底に設置する。次いで、この船舶が場所を変え、この船舶に搭載した図示しないトランスポンダと水中局２のトランスポンダ２５とを用いた三点測距により水中局２の設置位置を測位する。この測位より、水中局２が設置された場所の緯度、経度、水深の位置情報を取得し、海上局１に格納する。
【００３３】
海底に設置された水中局２は、例えば図示しないタイマーによって起動し、水中測器２４にて計測した観測データの収集、記録を行う。
【００３４】
海上局１は、ＧＰＳ受信機１３にて図示しないＧＰＳ信号を受信して海上局１の緯度、経度の位置情報を取得する。水中局２より観測データを収集する際に、海上局１では操作・表示部１４から水中局２に対して海上局１への送信要求コマンド発行指示を行う。この送信要求コマンドは、海上局１の緯度、経度及び水中局２の緯度、経度、水深よりなる位置情報を、海上局１から水中局２へ送信することを要求するコマンドである。海上局１は、水中局２からの送信要求コマンドに合わせるかもしくは定期的に海上局１の緯度、経度及び水中局２の緯度、経度、水深よりなる位置情報を水中局２へ通知する。
【００３５】
海上局１より通知された位置情報を、水中局２は位置情報記憶部２３３に記憶する。
【００３６】
ビーム方向制御部２３１は、位置情報記憶部２３３に記憶された位置情報（海上局１の緯度、経度及び水中局２の緯度、経度、水深）を基にビーム幅４を有すビーム３を海上局１の方向へ指向するように制御し、ビーム幅４を有すビーム３ａとする。
【００３７】
次いで、ビーム幅制御部２３２は、ビーム３ａのビーム幅が、ビーム幅４からビーム幅４ａになるように送受波器２２を制御する。例えば、この制御は、ビーム幅４ａのビーム３ｂへスイッチングすることでもよい。尚、ビーム幅制御部２３２は、ビーム方向が海上局１の方向と一致している場合には、送信利得をさらに増加させるためにビーム幅４ａをさらに狭めたビーム幅を実現するように送受波器２２を制御することも可能である。
【００３８】
海上局１の方向へビームをフォーミングすると、水中測器２４にて計測した観測データを、水中局２から海上局１へ伝送する。伝送された観測データは、操作・表示部１４にて表示される。
【００３９】
【発明の効果】
第１の効果は、水中局において、海上局の方向に狭いビーム幅のビームをフォーミングすることにより送信利得を増加できることである。その理由は、海上局の緯度、経度及び水中局の緯度、経度、水深よりなる位置情報を海上局から水中局へ通知するからである。
【００４０】
第２の効果は、増加した送信利得の分、水中局から海上局へ送出する送信電力を低減することができるので、水中局の省電力化が図れることである。その理由は、第１の効果で記載したように、送信利得を増加できるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のビームフォーミング機能付き水中通信システムのブロック図である。
【図２】本発明のビームフォーミング機能付き水中通信システムの制御部のブロック図である。
【符号の説明】
１    海上局
１１    水中通信部
１２    送受波器
１３    ＧＰＳ受信機
１４    操作・表示部
２    水中局
２１    水中通信部
２２    送受波器
２３    制御部
２３１    ビーム方向制御部
２３２    ビーム幅制御部
２３３    位置情報記憶部
２４    水中測器
２５    トランスポンダ
３、３ａ、３ｂ    ビーム
４、４ａ    ビーム幅
【図１】
0003733885.tif 000002
【図２】
0003733885.tif 000003