JP2004245779A - System for determining position of submerging vessel and sonobuoy - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中を移動しあるいは航行する物体(水中航走体)の位置をリアルタイムで計測し追尾できる位置決定システムと、そのような位置決定システムで使用されるソノブイとに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば海洋調査用の自力航行型の水中航走体などの水中における位置をリアルタイムで計測しあるいはその水中航走体を追尾するためには、従来、広い海域にわたって海底に多数の音響センサを敷設し、水中航走体に搭載されたピンガーからの音響信号をこれらの音響センサで受信し、到達時間差と音響センサの敷設位置とから水中航走体の位置を計測している。あるいは、海底には複数のトランスポンダを配置し、水中航走体にはレスポンダを設け、トランスポンダからの音響質問信号に応じてレスポンダが発する音響応答信号をトランスポンダで受信し、音響質問信号の送出から音響応答信号の受信までの時間と各トランスポンダの敷設位置とから水中航走体の位置を算出している。水中航走体側で現在の自位置を求めたい場合には、水中航走体にトランスポンダを設け、海底に複数のレスポンダを敷設し、水中航走体から発した音響質問信号に応答してレスポンダが発する音響応答信号を水中航走体で受信し、各レスポンダからの音響応答信号の時間差とレスポンダの位置とに基づいて、水中航走体の位置を算出している。
【0003】
いずれにせよ、従来の位置決定システムでは、それぞれの敷設位置が正確に分かるようにして試験水域(水中航走体の航走海域など)の水底に複数個のセンサやトランスポンダあるいはレスポンダなどを配置する必要があり、場合によっては、これらセンサやトランスポンダ類に対して電源や信号を送受するためのケーブルをも水底に敷設する必要がある。水底にセンサやトランスポンダなどを配置する位置決定システムについては、例えば、特許文献1〜5に記載されている。
【0004】
なお、本明細書においては、湖沼や河川などと海洋とを特に区別することなく、水中や水底、水域などの用語を用いることとする。したがって、水中、水底には、それぞれ、海中、海底、海域も含まれることになる。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−257921
【特許文献2】
特開平8−136650
【特許文献3】
特開平6−118172
【特許文献4】
特開平5−302975
【特許文献5】
特開平5−302974
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の位置決定システムでは、広大な試験水域の水底に多数のセンサやトランスポンダなどをそれらの正確な位置が明らかであるように敷設し、場合によってはさらにこれらを接続するケーブルも敷設する必要があるので、設置に時間とコストとがかかる、という問題点がある。さらに、水底地形によっては設置が困難であったり、漁業権などの既存の権利との調整が難しいなど、設置場所にも制約されるという問題点もある。
【0007】
そこで本発明の目的は、水底へのセンサやトランスポンダなどの敷設を必要とせずに、水中航走体の位置をリアルタイムで正確に計測できて追尾できる位置決定システムと、そのような位置決定システムで使用されるソノブイとを提供することになる。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の位置決定システムは、水中航走体の位置を決定する位置決定システムであって、水中航走体に装備され音響信号を水中に発する発音手段と、運用水域内に複数個配備され、発音体からの音響信号を受信するとともに、衛星測位システムによって自位置を測定するソノブイと、3個以上のソノブイでの音響信号の受信タイミングと当該ソノブイの位置とに基づいて水中航走体の位置を算出する位置演算手段と、を有する。
【0009】
本発明では、水中航走体に設けられる発音手段としては、例えば、送信時刻を示す情報を含む音響信号を水中に発するピンガーや、あるいは、音源ブイからの応答要求信号(第1の音響信号)に応答して応答信号(第2の音響信号)を水中に発するレスポンダなどを使用することができる。ピンガーを用いる場合には、水中航走体の水中航走に先立ってピンガーの時計合わせが行われるとともに、位置演算手段は、3個以上のソノブイのおのおのにおいて受信された音響信号のピンガーから当該ソノブイまでの伝搬時間(あるいは伝搬距離)と、当該ソノブイの位置とに基づいて、水中航走体の位置を算出する。レスポンダを用いる場合には、第1の音響信号を水中に発するとともに衛星測位システムによって自位置を測定する音源ブイが運用水域内にさらに設けられるとともに、位置演算手段は、3個以上のソノブイのおのおのにおいて受信された第2の音響信号の受信タイミングと当該ソノブイの位置と音響ブイの位置とに基づいて、水中航走体の位置を算出する。3次元位置局限を確実なものとするためには、ソノブイとして、異なる深度に対応する複数の受波器を有するものを使用することが好ましい。
【0010】
本発明では、衛星測位システムとして、例えば、汎地球測位システム(GPS;global positioning system)が使用される。ピンガーを用いる場合であれば、GPSによる時刻情報をピンガーの時刻合わせに用いるとよい。また、ソノブイと位置演算手段との間は、無線回線で接続することが好ましい。この場合、位置演算手段を一般的に構成するコンピュータシステムは運用水域内に配備された実験船などに設置するものとして、運用水域の上空にヘリコプターなどの航空機を飛行させ、ソノブイからの無線信号をこの航空機を介して実験船などに送信するようにすればよい。
【0011】
本発明のソノブイは、水中を伝搬し送信時刻に関する情報を含む音響信号を受信する受波器と、衛星測位システムからの電波を受信して時刻情報と位置情報とを出力する測位部と、音響信号に含まれる送信時刻と測位部から出力される現在時刻との差から音響信号の伝搬した距離を算出する距離算出部と、距離と位置情報とを無線信号として送信する送信部と、を有する。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の一形態の位置決定システムの構成を示す図である。
【0013】
この位置決定システムの運用水域は、水中航走体1の試験などを行うための試験水域である。試験水域には、複数個のソノブイ2が浮標(ブイ)として配備されている。図示したものでは、水面上に略正方格子が形成されたとしてその格子点に対応してソノブイ2は配置している。ソノブイ2は、浮力を与えるとともにアンテナやその他の回路部を格納する本体部20と、本体部20から水中の所定深度の位置に吊り下げられた受波器21とからなっている。ここでは、1個のソノブイ2当たり、異なる深度の位置に対応して3個の受波器21が設けられている。なおこの実施の形態では、ソノブイ2は、水中航走体1の試験終了後に回収することを前提としていない。したがって、ソノブイ2の撤収作業を行う必要はない。
【0014】
試験水域には、水中航走体1の試験などの際の母船となる試験船3が航行(または停泊)しているとともに、試験水域の上空には、ソノブイ2から無線信号を試験船3に中継するために、ヘリコプター4が飛行している。ヘリコプター4の機上には、無線信号の中継のための機器が装備されている。試験船3には、各ソノブイ2からの無線信号に基づいて水中航走体1の位置をリアルタイムで算出するための演算装置(コンピュータ)が設置されている。もちろん、全てのソノブイ2が試験船3からの見通し範囲内に配置しているような場合には、ヘリコプターで中継することなく、ソノブイ2からの無線信号を試験船3が直接受信するようにしてもよい。試験船3を出動させる代わりに、陸上に演算装置などを配置してもよい。
【0015】
次に、位置決定の目標となるべき水中航走体1について説明する。水中航走体1には、音響信号を周期的に水中に向けて発するピンガー10が装備されている。このピンガー10が発する音響信号には、その音響信号の送信時刻を表わす情報と、そのピンガー10の識別(ID)番号(実質的には水中航走体1の識別番号)を表わす情報とが含まれており、これらの情報を送るために、音響信号は、PSK(位相偏移変調)あるいはFSK(周波数偏移変調)によって変調されている。さらに、ピンガー10に水圧センサなどの深度測定センサを設け、水中航走体1の現在の深度を示す情報も音響信号に含ませるようにすることが好ましい。
【0016】
図2は、そのようなピンガー10の構成を示すブロック図である。ピンガー10は、一般的には時計回路として構成される時刻発生部11と、ピンガー10の深度を検出する深度検出部12と、時刻発生部11から出力される時刻情報と深度検出部12から出力される深度情報とに基づいて、自ピンガーのID、送信時刻および深度に関する情報を含む信号を周期的に発生する信号発生部13と、信号発生部13で発生した信号に基づいてPSKあるいはFSKによる変調を行う変調部14と、変調部14の出力を増幅する電力増幅部15と、電力増幅部15の出力側に設けられた送波器16と、このピンガー10で必要となる電力を供給するバッテリー17と、を備えている。送波器16は、電気音響変換器であって、電力増幅器15によって駆動され、水中に音響信号であるピンガー送波信号を送出する。
【0017】
後述するように本実施形態の位置決定システムでは、ピンガー10が送出したピンガー送波信号に含まれる送信時刻情報と、各ソノブイ2でそのピンガー送波信号を受信したときの時刻との差に基づいて、ピンガー10とソノブイ2との距離を算出する。したがって、ピンガー10の時刻発生部11は、高精度の時刻情報を発生して出力する必要がある。そのため、時刻発生部11としては、少なくとも水中航走体1の試験期間中は十分な時刻精度を保持する時計が使用され、さらに水中航走体1の試験開始前に、時刻発生部11の時刻合わせすなわち時刻整合を行うようにしている。この時刻整合は、例えば、試験船3の甲板上で実施される。正確な時刻を得るために、例えば、複数のGPS衛星5からの電波を受信するGPS受信部19を用い、GPS信号に含まれる時刻情報に基づいて時刻発生部11の時刻整合を行えばよい。本実施形態では、ソノブイ2でのGPSを用いて時刻を取得しているので、GPSを用いてピンガー10の時刻整合を行うことにより、ピンガー10とソノブイ2との間では相対的にはマイクロ秒オーダーで時刻を一致させることができる。GPS受信部19は、時刻整合を行うときのみ時刻発生部11に接続される。
【0018】
次に、ソノブイ2の構成について、図3を用いて説明する。ソノブイ2は、ピンガー10からの音響信号(ピンガー送波信号)を受信するとともに、GPSによって自位置と現在時刻とを測定し、ピンガー送波信号の送信時刻と現在時刻との差に基づいてピンガー10までの距離を算出し、算出した距離と、目標であるピンガー10のIDと深度と、自位置とをヘリコプター4を介して試験船3に送信するものである。このようなソノブイ2は、ピンガー送波信号を受信する複数の受波器21と、受波器21で受信したピンガー送波信号を解析して、そのピンガー送波信号を発したピンガーのID、送信時刻および深度を検出する信号検出部22と、GPSによる測位および現在時刻の取得を行うGPS受信・測位部23と、ピンガー送波信号の送信時刻と現在時刻との差に基づいてピンガー10までの距離を算出する距離算出部24と、ピンガー10のID及び深度とピンガー10までの距離とGPS受信・測位部での測位結果(このソノブイ2の現在の位置(緯度および経度))とに基づいて変調された信号を発生する変調部25と、変調部25から出力された変調信号を増幅する電力増幅器26と、電力増幅器26によって駆動され無線信号を送信するアンテナ27と、このソノブイ2の全体で必要となる電力を供給するバッテリ28と、を備えている。
【0019】
次に、この位置決定システムによる水中航走体1の位置の決定及び追尾の動作について説明する。図4は、本実施形態の位置決定ステムの運用方法を示すフローチャートである。
【0020】
まず、ステップ91に示すように、水中航走体1の試験を行うべき水域(海域)の調査を行う。ここでは、海洋環境調査として、水温分布、潮流、周囲雑音、海況、ソノブイ調定深度の決定を行う。次に、ステップ92において、ソノブイ2の投下位置を決定する。試験船3を出動させ、ステップ93において、試験船3の船上でピンガー10の時刻整合を行う。それとほぼ平行して、ステップ94において、航空機を用いてソノブイ2を所定位置に投下する。その後、ステップ95において、ヘリコプター4の機上設備や試験船3の演算装置などのシステムを立ち上げ、システムチェックや、ソノブイ2からヘリコプター4を介して試験船3までの無線データリンクを確立する。そして、ステップ96において、水中航走体1の水中航走試験を開始し、各種の試験を実施し、水中航走体1の位置表示や位置計測データを記録する。
【0021】
水中航走体1が水中を航走している際、ピンガー10からは、周期的に、送信時刻とピンガーのIDと深度との情報を含むピンガー送波信号(音響信号)が水中に送出されており、3個以上のソノブイ2がこのピンガー送波信号を受波する。ピンガー送波信号を受波したソノブイ2では、受信したピンガー送波信号の送信時刻とGPS受信・測位部23で取得した現在時刻(すなわちピンガー送波信号の受波時刻)との差に水中での音速を乗ずることにより、ピンガー10までの距離が算出される。この距離を示す情報とソノブイ2の現在の位置に関する情報を含む信号は、変調されてアンテナ27から無線信号として送出され、ヘリコプター4を介して試験船3にまで伝送される。図1に示したものでは、水中航走体1のピンガー10から3個のソノブイ2までの距離が、それぞれ、R1、R2及びR3で示されている。試験船3では、各ソノブイ2の現在の位置と距離R1〜R3とに基づいて、ピンガー10の位置、すなわち水中航走体1の位置が算出される。
【0022】
水中航走体1の試験を行っているうちに、潮流等によって、ソノブイ2が流されて試験水域から離脱してしまうことがある。その場合には、ステップ97において、航空機により、試験水域にソノブイ2を補充投下する。
【0023】
水中航走体1の試験が終了したら、ステップ98において、ヘリコプター4の機上の装置や試験船3の演算装置などのシステムの終了処理を行い、一連の運用を終了する。
【0024】
以上説明した実施形態において、位置決定対象である水中航走体の個数は1個に限定されるものではない。ピンガー送波信号にIDを含めているので、このIDによって水中航走体の識別を行うことができ、したがって、試験水域に2個以上の水中航走体が存在する場合であっても、それぞれの水中航走体の位置を独立に求めることが可能である。本実施形態では、ピンガー送波信号としてPSKあるいはFSKによって変調された音響信号を用いているので、海中の雑音の影響やマルチパスの影響を受けにくくなっている。また、水中航走体1の位置決定周期は、ソノブイの配置間隔などによらずにピンガー送波信号の送信周期に依存するので、事実上、位置決定周期に制限が生じないことになり、位置決定周期を適宜に定めることができる。ピンガー送波信号の音響周波数も、水中航走体1の試験の目的などに応じて、適宜に定めればよい。なお、上記の実施形態では、ソノブイ2からピンガー10までの距離をソノブイ2で計算するものとしたが、水中の音速は温度や潮流などで変化しうるものであり、これらの正確な補正を行うために、ソノブイ2ではピンガー送波信号の送信時刻と受波時刻の差のみを求めて試験船3に送信し、試験船3において音速に関する詳細な補正を行いつつソノブイ2からピンガー10までの距離を求め、水中航走体1の位置を求めるようにしてもよい。
【0025】
本実施の形態では、少なくとも3つのソノブイ2においてピンガー送波信号を受波することにより、水中における水中航走体1の3次元位置を求めることが可能である。しかしながら、深度方向についての位置決定精度は、水平面内方向への位置決定精度よりも悪いことが多いので、ピンガー10の深度検出部12で得られた深度情報を用いたり、あるいは、ソノブイ2において異なる深度に設けられている複数の受波器21のうちのどの受波器で最も強くピンガー送波信号を受信したかに基づいて、水中航走体1の深度を決定するようにしてもよい。
【0026】
さらに本実施の形態では、GPS衛星5からのGPS電波を各ソノブイ2で受信することによってソノブイ2が自位置を測位できるようにしている。水中航走体の位置の決定精度の向上のためには、ソノブイ2の位置の決定精度を向上させる必要があり、ソノブイ2では、GPSの単独測位によって自位置を決定するのではなく、DGPS(ディファレンシャルGPS)の手法によって位置を決定するようにすることが好ましい。
【0027】
次に本発明の別の実施の形態について、図5を用いて説明する。図1に示した位置決定システムでは、水中航走体1にピンガーを装備するとともに、水中航走体の位置決定に先立って例えば船上においてピンガーの時刻発生部11の時刻整合を行っている。しかしながら、水中航走体の種類や用途によっては、船上での時刻整合作業を行うことが困難な場合もある。そこでこの実施形態では、水中航走体側での時刻整合作業を必要としない位置決定システムを説明する。
【0028】
図5に示した位置決定システムが図1に示したものと異なる点は、試験水域において1あるいは複数の音源ブイ6が配備される点と、水中航走体1にピンガーの代わりにレスポンダ7が装備される点にある。
【0029】
音源ブイ6は、水中に音響信号として応答要求信号を送出するものであり、ソノブイ2と同様に、GPSにより現在位置と現在時刻とを取得できるようになっている。そして音源ブイ6は、応答要求信号を送出する際にその送出時刻と現在位置とを無線信号によりヘリコプター4を介して試験船3に送信するように構成されている。このような音源ブイ6は、浮力を与えるとともにアンテナやGPS受信回路などを格納する本体部60と、本体部60から水中に吊り下げられ応答要求信号を水中に発する送波器61とからなっている。
【0030】
一方、水中航走体1に装備されるレスポンダ7は、音源ブイ6からの応答要求信号に応じて応答信号を音響信号として水中に発するものである。この応答信号は、試験水域内に配備されている複数個のソノブイ2のうちの3個以上のソノブイ2で受信される。応答信号を受信したソノブイ2は、その受波時刻を表わす情報とともにそのソノブイ2の現在位置を表わす情報を、ヘリコプター4を介して試験船3に無線送信する。試験船3内の演算装置は、各ソノブイ2での応答信号の受波時刻と、各ソノブイ2の現在位置と、音源ブイ6が応答要求信号を送出したときの時刻と、そのときの音源ブイ6の位置とに基づいて、水中航走体1の位置を算出する。図5では、音源ブイ6から水中航走体1までの距離がR1で示されており、水中航走体1から各ソノブイ2までの距離がR2〜R4で示されている。したがって、レスポンダ7での応答遅延時間を無視すれば、音源ブイ1において応答要求信号が発せられてから各ソノブイ2で応答信号を受波するまでの時間は、それぞれ、R1+R2、R1+R3、R1+R4に対応する時間である。
【0031】
この実施の形態においては、応答要求信号及び応答信号として、トーンバースト信号を用いることもできるし、PSKあるいはFSKによって変調された信号を用いることもできる。応答要求信号及び応答信号にトーンバースト信号を用いる場合であれば、複数個の音源ブイ6を運用している際に音源ブイ6の識別を可能にするために、音源ブイ6ごとに応答要求信号の周波数を変えることが好ましい。また、レスポンダ7としても、水中航走体1の識別を可能にするために、水中航走体ごとに応答信号の周波数を変えるとともに、音源ブイ6からの応答要求信号の周波数に対しても応答信号の周波数を変えるようにすることが好ましい。応答要求信号及び応答信号にトーンバースト信号を用いる場合には、音源ブイ6やレスポンダ7の構成は簡単になるものの、海中雑音やマルチパスの影響を受けやすくなる。
【0032】
一方、応答要求信号及び応答信号にPSKまたはFSK変調された信号を用いる場合には、音源ブイ6及びレスポンダ7にそれぞれIDを付与し、音源ブイ6及び水中航走体1の識別を行うようにする。具体的には、応答要求信号にはそれを発した音源ブイ6のIDが含まれるようにし、そのような応答要求信号を受信したレスポンダ7は、応答信号に、自IDとともに、応答要求信号中のID(音源ブイ6のID)を含ませるようにする。応答要求信号及び応答信号にPSKまたはFSK変調された信号を用いることによって、海中雑音やマルチパスの影響を受けにくくなる。
【0033】
以上、音源ブイ6を用いるとともに、水中航走体1にレスポンダを装備する構成について説明したが、この構成においては、応答要求信号や応答信号には時刻情報が含まれないため、応答要求信号の送出の繰り返し頻度が高い場合に、ソノブイ2において受波した応答信号が今回の応答要求信号に対応するものか前回の応答要求信号に対応するかの識別を行うことができなくなり、水中航走体1の正しい位置を決定することができなくなる。そのため、水中航走体1の位置決定の周期は、ソノブイ2の配置間隔によって制限を受けることになり、高頻度での位置決定には適さないこととなる。なお、図5に示した構成においても、深度方向の位置精度を向上させるために、各ソノブイ2において異なる深度の複数の受波器21を設けることが有効である。
【0034】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、衛星測位システムによって自位置を測定できるソノブイを運用海域に配備することにより、水底へのセンサやトランスポンダなどの敷設を必要とせずに、水中航走体の位置をリアルタイムで正確に計測できるようになる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態の位置決定システムの構成を示す図である。
【図2】ピンガーの構成を示すブロック図である。
【図3】ソノブイの構成を示すブロック図である。
【図4】運用方法を示すフローチャートである。
【図5】本発明の別の実施形態の位置決定システムの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 水中航走体
2 ソノブイ
3 試験船
4 ヘリコプター
5 GPS衛星
6 音源ブイ
7 レスポンダ
10 ピンガー
11 時刻発生部
12 深度検出部
13 信号発生部
14,25 変調部
15,26 電力増幅部
16,61 送波器
17,28 バッテリー
19 GPS受信部
20,60 本体部
21 受波器
22 信号検出部
23 GPS受信・測位部
24 距離算出部
27 アンテナ
91〜98 ステップ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a position determination system capable of measuring and tracking the position of an object (underwater vehicle) moving or navigating underwater in real time, and a sonobuoy used in such a position determination system.
[0002]
[Prior art]
For example, in order to measure the position of a self-propelled underwater vehicle in water, such as a self-propelled underwater vehicle for ocean research, in real time, or to track the underwater vehicle, many acoustic sensors have conventionally been installed on the sea floor over a wide sea area. The acoustic signals from the pinger mounted on the underwater vehicle are received by these acoustic sensors, and the position of the underwater vehicle is measured from the arrival time difference and the installation position of the acoustic sensor. Alternatively, a plurality of transponders are arranged on the sea floor, a responder is provided on the underwater vehicle, an acoustic response signal emitted by the responder is received by the transponder in response to the acoustic interrogation signal from the transponder, and the acoustic interrogation signal is transmitted. The position of the underwater vehicle is calculated from the time until the response signal is received and the laying position of each transponder. To obtain the current position on the underwater vehicle, a transponder is installed on the underwater vehicle, multiple responders are laid on the sea floor, and the responder responds to the acoustic interrogation signal emitted from the underwater vehicle. The emitted acoustic response signal is received by the underwater vehicle, and the position of the underwater vehicle is calculated based on the time difference between the acoustic response signals from each responder and the position of the responder.
[0003]
In any case, in the conventional position determination system, a plurality of sensors, transponders, responders, and the like are arranged on the water bottom of a test water area (such as an underwater vehicle) in such a manner that the respective laying positions can be accurately determined. In some cases, it is necessary to lay cables for transmitting and receiving power and signals to and from these sensors and transponders on the bottom of the water. For example, Patent Literatures 1 to 5 describe a position determination system in which a sensor, a transponder, and the like are arranged on a water bottom.
[0004]
In the present specification, terms such as underwater, water bottom, and water area are used without distinction between lakes, marshes, rivers, and the like and the ocean. Therefore, the underwater and the water bottom include the underwater, the seabed, and the sea area, respectively.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-257921
[Patent Document 2]
JP-A-8-136650
[Patent Document 3]
JP-A-6-118172
[Patent Document 4]
JP-A-5-302975
[Patent Document 5]
JP-A-5-302974
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional position determination system, a large number of sensors, transponders, and the like are laid on the bottom of the vast test water so that their exact positions are clear, and in some cases, cables for connecting these are also laid. Therefore, there is a problem that it takes time and cost for installation. In addition, there are also problems that the installation location is restricted, such as difficulty in installation depending on the water bottom topography, and difficulty in coordinating with existing rights such as fishing rights.
[0007]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a position determination system that can accurately measure and track the position of an underwater vehicle in real time without the need to lay a sensor or a transponder on the bottom of the water, and a position determination system such as this. Sonobuoy will be used.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The position determination system of the present invention is a position determination system that determines the position of the underwater vehicle, a sound emitting means that is mounted on the underwater vehicle and emits an acoustic signal into the water, and a plurality of sound generators are provided in the operating water area, A sonobuoy that receives an acoustic signal from the sounding body and measures its own position by a satellite positioning system, and a position of the underwater vehicle based on the reception timing of the acoustic signals at three or more sonobuoys and the position of the sonobuoy. And position calculation means for calculating
[0009]
In the present invention, the sounding means provided on the underwater vehicle includes, for example, a pinger that emits an acoustic signal including information indicating a transmission time underwater, or a response request signal (first acoustic signal) from a sound source buoy. A responder or the like that emits a response signal (second acoustic signal) into the water in response to the above may be used. In the case of using a pinger, the clock of the pinger is adjusted prior to the underwater traveling of the underwater vehicle, and the position calculation means receives the sound signal received from each of the three or more sonobuoys from the sonobuoy. The position of the underwater vehicle is calculated based on the propagation time (or propagation distance) up to and the position of the sonobuoy. When a responder is used, a sound source buoy that emits the first acoustic signal into the water and measures its own position by the satellite positioning system is further provided in the operating water area, and the position calculation means includes three or more sonobuoys. The position of the underwater vehicle is calculated based on the reception timing of the second acoustic signal received in the above, the position of the sonobuoy, and the position of the acoustic buoy. In order to secure the three-dimensional position limitation, it is preferable to use a sonobuoy having a plurality of receivers corresponding to different depths.
[0010]
In the present invention, for example, a global positioning system (GPS) is used as a satellite positioning system. If a pinger is used, the time information from the GPS may be used to set the time of the pinger. Preferably, the sonobuoy and the position calculating means are connected by a wireless line. In this case, the computer system that generally configures the position calculation means is to be installed on an experimental ship or the like deployed in the operating water area, and an aircraft such as a helicopter is flown over the operating water area, and a radio signal from the sonobuoy is transmitted. What is necessary is just to transmit to an experimental ship etc. via this aircraft.
[0011]
The sonobuoy of the present invention is a receiver that receives an acoustic signal that propagates in water and includes information about a transmission time, a positioning unit that receives radio waves from a satellite positioning system and outputs time information and position information, A distance calculation unit that calculates the distance over which the acoustic signal has propagated from a difference between the transmission time included in the signal and the current time output from the positioning unit; and a transmission unit that transmits the distance and the position information as a wireless signal. .
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a position determination system according to an embodiment of the present invention.
[0013]
The operating water area of this position determination system is a test water area for performing a test of the underwater vehicle 1 and the like. In the test water area, a plurality of sonobuoys 2 are provided as buoys. In the illustrated example, it is assumed that a substantially square lattice is formed on the water surface, and the sonobuoys 2 are arranged corresponding to the lattice points. The sonobuoy 2 includes a
[0014]
A test boat 3 serving as a mother ship for testing the underwater vehicle 1 is navigating (or anchored) in the test water area, and a radio signal is transmitted from the sonobuoy 2 to the test boat 3 above the test water area. Helicopter 4 is flying to relay. On the aircraft of the helicopter 4, equipment for relaying wireless signals is provided. The test boat 3 is provided with an arithmetic unit (computer) for calculating the position of the underwater vehicle 1 in real time based on a radio signal from each sonobuoy 2. Of course, when all the sonobuoys 2 are located within the line of sight from the test ship 3, the test ship 3 receives the radio signals from the sonobuoy 2 directly without relaying by a helicopter. Is also good. Instead of dispatching the test boat 3, a computing device or the like may be arranged on land.
[0015]
Next, the underwater vehicle 1 to be a target of position determination will be described. The underwater vehicle 1 is equipped with a
[0016]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of such a
[0017]
As will be described later, in the position determination system of the present embodiment, the transmission time information included in the Pinger transmission signal transmitted by the
[0018]
Next, the configuration of the sonobuoy 2 will be described with reference to FIG. The sonobuoy 2 receives the acoustic signal (pinger transmission signal) from the
[0019]
Next, the operation of determining and tracking the position of the underwater vehicle 1 by this position determination system will be described. FIG. 4 is a flowchart illustrating an operation method of the position determination system of the present embodiment.
[0020]
First, as shown in
[0021]
When the underwater vehicle 1 is traveling in the water, the
[0022]
During the test of the underwater vehicle 1, the sonic flow may cause the sonobuoy 2 to flow away from the test water area due to tides or the like. In such a case, in
[0023]
After the test of the underwater vehicle 1 is completed, in
[0024]
In the embodiment described above, the number of underwater vehicles to be position-determined is not limited to one. Since the ID is included in the Pinger transmission signal, the underwater vehicle can be identified by this ID. Therefore, even if two or more underwater vehicles exist in the test water area, It is possible to obtain the position of the underwater vehicle independently. In the present embodiment, since an acoustic signal modulated by PSK or FSK is used as the Pinger transmission signal, it is hardly affected by undersea noise or multipath. Further, since the position determination cycle of the underwater vehicle 1 depends on the transmission cycle of the Pinger transmitted signal irrespective of the arrangement interval of the sonobuoys, the position determination cycle is practically not limited, and The determination cycle can be determined appropriately. The acoustic frequency of the Pinger transmission signal may be appropriately determined according to the purpose of the test of the underwater vehicle 1 and the like. In the above-described embodiment, the distance from the sonobuoy 2 to the
[0025]
In the present embodiment, it is possible to obtain the three-dimensional position of the underwater vehicle 1 in water by receiving the Pinger transmission signal in at least three sonobuoys 2. However, since the position determination accuracy in the depth direction is often worse than the position determination accuracy in the in-horizontal direction, the depth information obtained by the
[0026]
Further, in the present embodiment, each sonobuoy 2 receives a GPS radio wave from the GPS satellite 5 so that the sonobuoy 2 can measure its own position. In order to improve the accuracy of determining the position of the underwater vehicle, it is necessary to improve the accuracy of determining the position of the sonobuoy 2. In the sonobuoy 2, instead of determining its own position by a single GPS positioning, DGPS ( It is preferable that the position is determined by a differential GPS) method.
[0027]
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the position determination system shown in FIG. 1, the underwater vehicle 1 is equipped with a pinger, and the time of the time generator 11 of the pinger is adjusted, for example, on a ship, before the position of the underwater vehicle is determined. However, depending on the type and use of the underwater vehicle, it may be difficult to perform time alignment on the ship. Therefore, in this embodiment, a position determination system that does not require time alignment work on the underwater vehicle will be described.
[0028]
The difference between the position determination system shown in FIG. 5 and that shown in FIG. 1 is that one or more sound source buoys 6 are provided in the test water area, and that the underwater vehicle 1 has a
[0029]
The
[0030]
On the other hand, the
[0031]
In this embodiment, a tone burst signal or a signal modulated by PSK or FSK can be used as the response request signal and response signal. If a tone burst signal is used for the response request signal and the response signal, a response request signal is provided for each of the sound source buoys 6 so that the sound source buoys 6 can be identified when a plurality of sound source buoys 6 are operated. Is preferably changed. The
[0032]
On the other hand, in the case of using PSK or FSK-modulated signals for the response request signal and the response signal, IDs are assigned to the
[0033]
The configuration in which the
[0034]
【The invention's effect】
As described above, the present invention deploys a sonobuoy that can measure its own position by a satellite positioning system in the operating sea area, thereby eliminating the need to lay sensors or transponders on the bottom of the water, thereby enabling the position of the underwater vehicle to be adjusted. This has the effect of enabling accurate measurement in real time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a position determination system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a pinger.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a sonobuoy.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation method.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a position determination system according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 underwater vehicle 2 sonobuoy 3 test ship 4 helicopter 5
Claims (11)
前記水中航走体に設けられ音響信号を水中に発する発音手段と、
運用水域内に複数個配備され、前記発音体からの前記音響信号を受信するとともに、衛星測位システムによって自位置を測定するソノブイと、
3個以上の前記ソノブイでの前記音響信号の受信タイミングと当該ソノブイの位置とに基づいて前記水中航走体の位置を算出する位置演算手段と、
を有する、位置決定システム。A position determination system for determining a position of an underwater vehicle,
Sound generating means provided on the underwater vehicle to emit an acoustic signal into the water,
Sonobui which is provided in a plurality of operational waters, receives the acoustic signal from the sounding body, and measures its own position by a satellite positioning system,
Position calculation means for calculating the position of the underwater vehicle based on the reception timing of the acoustic signal at three or more of the sonobuoys and the position of the sonobuoy;
A positioning system comprising:
前記水中航走体に装備され、該水中航走体の水中航走に先立って時計合わせが行われ、送信時刻を表わす情報を含む音響信号を水中に発するピンガーと、
運用水域内に複数個配備され、前記ピンガーからの前記音響信号を受信するとともに、衛星測位システムによって自位置と現在時刻とを測定するソノブイと、
3個以上の前記ソノブイのおのおのにおいて受信された前記音響信号の前記ピンガーから当該ソノブイまでの伝搬時間と、当該ソノブイの位置とに基づいて、前記水中航走体の位置を算出する位置演算手段と、
を有する、位置決定システム。A position determination system for determining a position of an underwater vehicle,
A pinger that is mounted on the underwater vehicle, performs clock adjustment prior to underwater navigation of the underwater vehicle, and emits an acoustic signal containing information indicating a transmission time into water.
A plurality of sonobuoys arranged in the operational water area, receiving the acoustic signal from the pinger, and measuring the current position and the current position by a satellite positioning system,
Position calculation means for calculating the position of the underwater vehicle based on the propagation time of the sound signal received from each of the three or more sonobuoys from the pinger to the sonobuoy and the position of the sonobuoy. ,
A positioning system comprising:
運用水域内に配置され、第1の音響信号を水中に発するとともに、衛星測位システムによって自位置を測定する音源ブイと、
前記水中航走体に装備され、前記第1の音響信号に応答して第2の音響信号を水中に発するレスポンダと、
前記運用水域内に複数個配備され、前記レスポンダからの前記第2の音響信号を受信するとともに、衛星測位システムによって自位置を測定するソノブイと、
3個以上の前記ソノブイのおのおのにおいて受信された前記第2の音響信号の受信タイミングと当該ソノブイの位置と前記音響ブイの位置とに基づいて、前記水中航走体の位置を算出する位置演算手段と、
を有する、位置決定システム。A position determination system for determining a position of an underwater vehicle,
A sound source buoy that is located in the operational waters, emits a first acoustic signal into water, and measures its own position by a satellite positioning system;
A responder mounted on the underwater vehicle and emitting a second acoustic signal underwater in response to the first acoustic signal;
A plurality of sonobuoys arranged in the operation water area, receiving the second acoustic signal from the responder, and measuring the own position by a satellite positioning system,
Position calculation means for calculating the position of the underwater vehicle based on the reception timing of the second sound signal received at each of the three or more sonobuoys, the position of the sonobuoy, and the position of the sound buoy When,
A positioning system comprising:
衛星測位システムからの電波を受信して時刻情報と位置情報とを出力する測位部と、
前記音響信号に含まれる前記送信時刻と前記測位部から出力される現在時刻との差から前記音響信号の伝搬した距離を算出する距離算出部と、
前記距離と前記位置情報とを無線信号として送信する送信部と、
を有する、ソノブイ。A receiver that receives an acoustic signal that propagates in the water and includes information about a transmission time,
A positioning unit that receives radio waves from the satellite positioning system and outputs time information and position information,
A distance calculation unit that calculates the distance that the audio signal has propagated from the difference between the transmission time included in the audio signal and the current time output from the positioning unit,
A transmitting unit that transmits the distance and the position information as a wireless signal,
, Sonobuoy.
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---|---|
JP (1) | JP2004245779A (en) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008049942A (en) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Universal Shipbuilding Corp | Underwater monitoring system |
WO2008118617A2 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Raytheon Company | Methods and apparatus for surveillance sonar systems |
KR101197860B1 (en) | 2010-12-22 | 2012-11-05 | 한국해양연구원 | Method for Underwater Acoustic Positioning |
KR101370962B1 (en) * | 2012-08-01 | 2014-03-12 | 한국해양과학기술원 | Unmanned Observation Apparatus for Position Seeking of Underwater Object |
KR101379510B1 (en) | 2012-07-27 | 2014-03-27 | 삼성중공업 주식회사 | Monitoring system for equipment of underwater |
KR101408211B1 (en) * | 2013-03-26 | 2014-06-16 | 박원철 | Apparatus for measuring position of rov |
KR101413446B1 (en) | 2012-11-27 | 2014-07-01 | 한국해양과학기술원 | Underwater positioning system and method for an underwater tracked vehicle on the quay wall |
JP2015169596A (en) * | 2014-03-10 | 2015-09-28 | 日本電気株式会社 | Detection system, monitoring device, and control method |
EP2598918A4 (en) * | 2010-07-26 | 2016-03-30 | Geco Technology Bv | Using a distributed optical acoustic sensor to position an object |
KR101704604B1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-02-08 | 국방과학연구소 | Sonar system device for estimating a position using geometrically coordinate and direction of sound detection |
KR101704603B1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-02-08 | 국방과학연구소 | Method for estimating a position using geometrically coordinate and direction of sound detection |
CN112540340A (en) * | 2020-11-26 | 2021-03-23 | 博雅工道(北京)机器人科技有限公司 | Precision error compensation method and self-calibration acoustic beacon positioning equipment based on same |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06201819A (en) * | 1993-01-07 | 1994-07-22 | Mitsubishi Precision Co Ltd | Method and device for evaluating track of underwater sailing body |
JPH07198844A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Mitsubishi Precision Co Ltd | Underwater object position measuring apparatus, target position measuring apparatus and remotely dropping apparatus |
JPH0861952A (en) * | 1994-08-23 | 1996-03-08 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | Underwater navigation body, measuring buoy station, measuring device, and position measuring method and device for the body |
JP2000193736A (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Nec Corp | Acoustic signal display system and its acoustic signal display method |
-
2003
- 2003-02-17 JP JP2003038194A patent/JP2004245779A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06201819A (en) * | 1993-01-07 | 1994-07-22 | Mitsubishi Precision Co Ltd | Method and device for evaluating track of underwater sailing body |
JPH07198844A (en) * | 1993-12-28 | 1995-08-01 | Mitsubishi Precision Co Ltd | Underwater object position measuring apparatus, target position measuring apparatus and remotely dropping apparatus |
JPH0861952A (en) * | 1994-08-23 | 1996-03-08 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | Underwater navigation body, measuring buoy station, measuring device, and position measuring method and device for the body |
JP2000193736A (en) * | 1998-12-25 | 2000-07-14 | Nec Corp | Acoustic signal display system and its acoustic signal display method |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008049942A (en) * | 2006-08-28 | 2008-03-06 | Universal Shipbuilding Corp | Underwater monitoring system |
WO2008118617A2 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Raytheon Company | Methods and apparatus for surveillance sonar systems |
WO2008118617A3 (en) * | 2007-03-26 | 2008-12-11 | Raytheon Co | Methods and apparatus for surveillance sonar systems |
EP2598918A4 (en) * | 2010-07-26 | 2016-03-30 | Geco Technology Bv | Using a distributed optical acoustic sensor to position an object |
KR101197860B1 (en) | 2010-12-22 | 2012-11-05 | 한국해양연구원 | Method for Underwater Acoustic Positioning |
KR101379510B1 (en) | 2012-07-27 | 2014-03-27 | 삼성중공업 주식회사 | Monitoring system for equipment of underwater |
KR101370962B1 (en) * | 2012-08-01 | 2014-03-12 | 한국해양과학기술원 | Unmanned Observation Apparatus for Position Seeking of Underwater Object |
KR101413446B1 (en) | 2012-11-27 | 2014-07-01 | 한국해양과학기술원 | Underwater positioning system and method for an underwater tracked vehicle on the quay wall |
KR101408211B1 (en) * | 2013-03-26 | 2014-06-16 | 박원철 | Apparatus for measuring position of rov |
JP2015169596A (en) * | 2014-03-10 | 2015-09-28 | 日本電気株式会社 | Detection system, monitoring device, and control method |
KR101704604B1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-02-08 | 국방과학연구소 | Sonar system device for estimating a position using geometrically coordinate and direction of sound detection |
KR101704603B1 (en) * | 2016-07-05 | 2017-02-08 | 국방과학연구소 | Method for estimating a position using geometrically coordinate and direction of sound detection |
CN112540340A (en) * | 2020-11-26 | 2021-03-23 | 博雅工道(北京)机器人科技有限公司 | Precision error compensation method and self-calibration acoustic beacon positioning equipment based on same |
CN112540340B (en) * | 2020-11-26 | 2024-04-30 | 博雅工道(北京)机器人科技有限公司 | Precision error compensation method and self-calibration acoustic beacon positioning device based on same |
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