JP2003127983A

JP2003127983A - 自律型水中航走体の航走制御装置

Info

Publication number: JP2003127983A
Application number: JP2001332809A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nagahashi; 賢司永橋; Takashi Obara; 敬史小原; Tamaki Ura; 環浦
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-30
Also published as: JP3949932B2

Abstract

(57)【要約】【課題】目標物を接地することなく潮流などの外乱に
よる影響をなくして目標点間を直線的に航走できるよう
する。【解決手段】航走体制御装置２０は、ドップラー式超
音波速度計４０が水中航走体の対地速度、対水速度を求
め、制御演算装置６０の潮流速度演算部６２に入力す
る。制御演算装置６０の速度補正部６６は、目標点方位
演算部７６が慣性航法装置５０の求めた水中航走体の現
在位置と、目標点記憶部７２に格納してある到達目標点
の座標とから、現在位置に対する到達目標点の方位を求
め、目標対地速度演算部７８が到達目標点に向かう外乱
がないときの目標対地速度を演算し、進行方向速度成分
演算部８０が目標対地速度に対して潮流速度を相殺でき
る進行方向の速度成分を演算する。船首方向演算部６８
の船首方位算出回路９６は、進行方向の速度成分のベク
トルから船首の方位を求めて操舵制御部７０に与える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無索で水中を航行
する自律型水中航走体の航走制御装置に係り、特に、外
乱要素である水の流れによる影響の大きさを時々刻々求
め、その求めた大きさに基づいて「あて舵」制御するす
ることにより、水中航走体を目標に向かって航走させる
ようにした自律型水中航走体の航走制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の自律型水中走行体の航走制御は、
予め設定した目標点（到達目標点）に自律型水中走行体
を航走させる場合、常に自律型水中走行体の先端（船
首）を到達目標点に向けて航行させるようにしていた。
このため、図８に示したように、水中走行体１０を、例
えば目標点Ａから目標点Ｂまで、予め定めた基準航路１
２に沿って直線的に航走させようとすると、潮流１４な
どの外乱の影響を受けて実際の航路１６が一点鎖線で示
したように基準航路１２から大きく外れ、基準航路１２
上に設定した重要観測点１８における観測を行なうこと
ができない場合を生ずる。このため、潮流などの外乱の
影響を排除できる航走装置の開発が望まれている。

【０００３】従来、外乱の影響を排除して針路を保持す
るいわゆる「あて舵制御システム」は、人間が操縦する
船舶等の操縦支援装置として提供されているものがほと
んどであった。このような「あて舵制御システム」は、
あくまで人間が操縦する船舶等の航走体の操縦支援装置
あるいは補助装置であって、人間が操縦装置（操舵装
置）を操作して保持すべき船舶の舳先を向ける方位を指
示するようになっていて、人間が搭乗しない無人の航走
体に適用することができない。

【０００４】そして、特開２０００−１１９９号公報に
は、船舶のジョイステック操船装置において、船舶に対
する風、波、潮流等の外乱の影響を検出し、その影響が
大きい場合、または船舶の実方位と目標方位との偏差が
大きい場合に大きな推力を発生させ、外乱の影響が小さ
く、船舶の実方位と目標方位値の偏差が小さい場合に小
さな推力を発生させ、船舶の方位をより正確に維持でき
るようにした操船装置が開示されている。

【０００５】一方、自律的に水中を航走する航走体の従
来の航走装置として、目標点に構造物を用意し、当該構
造物内にソナーを設置し、水中航走体側に当該ソナーと
交信して構造物との位置関係を求め、この求めた位置関
係に基づいて今後の水中航走体の位置および速度を推定
し、水中航走体の速度ベクトルの方向が目標点に向くよ
うに制御し、潮流やかさ比重の影響があっても水中航走
体を目標点に向かわせることができるものが提案されて
いる（特開平９−３１８６４５号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開２０００
−１１９９号公報に記載の従来技術は、風や波、潮流等
の外乱の影響を考慮して針路を保持するようにしている
が、ジョイスチック操船装置を操縦する人に対する操舵
指令を出力するものであり、人が搭乗しない自律型水中
航走体には適用することができない。

【０００７】また、上述した特開平９−３１８６４５号
公報に記載の従来技術は、ソナーを内蔵した構造物をい
ちいち目標点に設置する必要がある。このため、長距離
を航走したり、水中航走体を多くの点において屈曲させ
て航走させる場合、多くの到達目標点を設けてソナーを
備えた構造物を設置しなければならず、構造物の設置、
回収に多くの時間と手間と費用とを必要とするばかりで
なく、ソナーによる測位が可能になる位置に航走体が近
づかないと、測位が行えないという問題があった。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解消し、目標
物を設置することなく潮流などの外乱による影響をなく
して目標点間を直線的に航走できるようにすることを目
的としている。また、本発明は、航走体が予め定めた基
準の航路から外れた場合に、速やかに基準の航路に復帰
できるようにすることを目的としている。さらに、本発
明は、海溝などの航走体の対地速度が得られないときに
も、到達目標点に向けて航走できるようにすることを目
的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る自律型水中航走体の航走制御装置は、
水中を航走する航走体の水底に対する速度を検出する対
地速度検出手段と、前記航走体の水に対する速度を検出
する対水速度検出手段と、この対水速度検出手段が検出
した前記航走体の対水速度と、前記対地速度検出手段が
検出した航走対地速度とに基づいて、前記水底に対する
水の流れの速度を求める水流速度演算部と、前記航走体
を到達させる到達目標点に向かう対地速度である目標対
地速度を、前記水流速度演算部が求めた水流速度によっ
て補正する速度補正部と、この速度補正部が求めた補正
後の対地速度に基づいて、前記航走体の向きを求める船
首方位演算部と、この船首方位演算部が求めた船首方位
に基づいて操舵機構を制御し、前記航走体の先端を前記
船首方位に向ける操舵制御部と、を有することを特徴と
している。

【００１０】速度補正部は、前記航走体の地球座標にお
ける位置を検出する位置検出手段の出力信号と到達目標
点とから、航走体に対する到達目標点の方位を求める目
標点方位演算部と、この目標点方位演算部が求めた目標
点方位と、前記航走体の推進器の駆動情報とに基づい
て、前記目標対地速度を求める目標対地速度演算部と、
この目標対地速度演算部が求めた前記目標対地速度に対
して前記水流速度を相殺する速度成分を求める進行方向
速度成分演算部と、を有するように構成することができ
る。

【００１１】そして、船首方位演算部は、前記進行方向
速度成分演算部が求めた前記航走体の進行方向の速度成
分に基づいて、前記船首方位を算出する船首方位算出回
路と、前記目標点記憶部に記憶されている複数の前記到
達目標点のうち、前記航走体が通過した第１到達目標点
に対する航走体が向かう第２到達目標点の方位を基準方
位として求める基準方位演算部と、この基準方位演算部
が求めた基準方位と、前記目標点方位演算部が求めた目
標点方位との偏差を求める方位偏差演算部と、この方位
偏差演算部が求めた方位の偏差の大きさに応じて前記航
走体の船首方位の補正量を求めて前記船首方位算出回路
に与える方位補正量演算部と、を有するように構成する
とよい。また、速度補正部は、対地速度検出手段が航走
対地速度を検出できないときに、予め与えられた基準水
流速度を用いて補正後の対地速度を求めることを特徴と
する。

【００１２】

【作用】このようになっている本発明は、水底に対する
水の流れの速度を求め、航走体の水底に対する速度を水
の流れの速度によって補正し、航走の外乱である潮流な
どの水の流れを相殺して航走体を航走させるようになっ
ているため、予め定めた航路に沿って航走体を航走させ
ることが可能で、重要観測点などを確実に通過させるこ
とができる。

【００１３】また、本発明は、航走体が到達目標点にお
いて旋回するときなどにおいて、航走体の船首の方位が
基準の航路の方位から外れた場合に、外れた量に応じた
大きさの船首方位の補正を行なうため、航走体を速やか
に基準の航路に復帰させることができる。さらに、海溝
などの海底が深く、航走体の対地速度を検出できない場
合に、予め与えた基準の水流速度を用いて速度補正を行
なうようにしているため、航走対地速度を得られない場
所であっても、確実に到達目標点に向けて航走させるこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係る自律型水中航走体の
航走制御装置の好ましい実施の形態を、添付図面に従っ
て説明する。図２は、本発明の実施の形態に係る自律型
航走体の航走制御装置の概略ブロック図である。図２に
おいて、自律型の水中航走体１０は、図示しない推進器
と航走制御装置２０とを搭載しており、この航走制御装
置２０によって、予め設定された到達目標点の経度、緯
度に向かって水中を自動航走することができるようにな
っている。

【００１５】この水中航走体１０の航走制御装置２０
は、大別すると、水中内で推進力の方向を可変させるこ
とができる操舵機構３０と、水中航走体１０の速度を検
出するドップラー式超音波速度計４０と、水中航走体の
地球座標における位置を検出する慣性航法装置５０と、
詳細を後述する制御演算装置６０とを有している。

【００１６】上述した操舵機構３０は、制御演算装置６
０からの操舵制御指令に応じた方向に、先端(船首)を向
けるように方向舵または水平首振り式推進器を操作する
機構である。上述したドップラー式超音波速度計４０
は、超音波４１を水中に発しその反射波を基に、水に対
する水中航走体１０の速度および地面に対する速度に関
する情報を得ることができる測定器であり、その測定結
果を制御演算装置６０に時々刻々と与えられるようにな
っている。すなわち、ドップラー式超音波速度計４０
は、図１に示したように、超音波４１の送信・受信部４
２と、図示しない位置検出器と、対地速度検出手段であ
る対地速度検出部４４と、対水速度検出手段である対水
速度検出部４６とを備えている。

【００１７】送信・受信部４２は、所定の周波数の超音
波４１を送信信号として海中などの水中に放射し、海底
（水底）などからの反射波を受信信号として受信する。
そして、対地速度検出部４４は、送信・受信部４２にお
ける超音波４１の送信時刻と、その超音波４１の海底か
らの反射波を受信した受信時刻、および図示しない位置
検出器からの位置検出信号とに基づいて、水中航走体１
０の海底に対する速度の大きさ（速さ）と、地球座標に
おける水中航走体１０の移動方向、すなわち対地速度を
ベクトルとして出力する。また、対水速度検出部４６
は、同様にして、送信・受信部４２における送信時刻
と、プランクトンなどの水中浮遊物からの反射波の受信
時刻、および水中航走体１０の先端を向けた方向の移動
量から水に対する速度（対水速度）をベクトルとして出
力する。

【００１８】上述した位置検出手段である慣性航法装置
５０は、水中航走体１０の現在の速度と移動開始点から
の航走距離、地球座標における水中航走体１０の位置の
情報を得ることができる測定器であり、その測定結果を
制御演算装置６０に時々刻々と与えるようになってい
る。すなわち、慣性航法装置５０は、図１に示したよう
に、初期位置設定部５２と、加速度センサ５４と、航走
速度演算部５６と、位置演算部５８となどを有してい
る。

【００１９】慣性航法装置５０の初期位置設定部５２
は、水中航走体１０を航走させる際に、水中航走体１０
の地球座標における初期位置（経度および緯度）を設定
できるようになっている。加速度センサ５４は、図示し
ない慣性航法装置５０を構成しているジャイロに設けて
あって、水中航走体１０の航走に伴う三次元の加速度を
検出できるようになっている。そして、航走速度演算部
５６は、加速度センサ５４の出力信号を積分して水中航
走体１０の航走（航行）速度を求めるようになってい
る。また、位置演算部５８は、航走速度演算部５６が求
めた航走速度を積分して航走距離を算出するとともに、
初期位置設定部５２に設定してある初期位置を読み出
し、算出した航走距離と初期位置とから水中航走体１０
の地球座標における現在位置（経度、緯度）を求めて出
力する。

【００２０】制御演算装置６０は、図１に示したよう
に、水流速度演算部である潮流速度演算部６２と、メモ
リ６４、速度補正部６６、船首方位演算部６８と、操舵
制御部７０とを有している。潮流速度演算部６２は、ド
ップラー式超音波速度計４０の対地速度検出部４４と対
水速度検出部４６とから速度検出信号が入力するように
なっていて、後述するように、海底（水底）する水の流
れの速度である潮流速度ベクトルを求めるようになって
いる。なお、潮流とは、この発明の場合、潮汐力による
海水の水平方向の流ればかりでなく、海流や潜流など、
すべての水の流れを意味している。

【００２１】制御演算装置６０のメモリ６４は、少なく
とも目標点記憶部７２と基準潮流記憶部７４とを有して
いる。目標点記憶部７２には、水中航走体１０を航走さ
せるべき予め設定した航路上の複数の到達目標点が経
度、緯度の値として記憶させてある。また、基準潮流記
憶部７４には、例えば気象庁などから発表されている各
海域の潮流速度（速さ、方向）が基準潮流速度として記
憶させてある。この基準潮流速度は、後述するように、
ドップラー式超音波速度計４０により水中航走体１０の
対地速度を検出することができないときに使用される。

【００２２】速度補正部６６は、目標点方位演算部７６
と目標対地速度演算部７８と進行方向速度成分演算部８
０とを有する。そして、目標点方位演算部７６は、後述
するように、慣性航法装置５０の位置演算部５８の出力
する位置情報と、目標点記憶部７２に格納してある到達
目標点の座標とから、水中航走体１０に対する目標到達
点の方位を求める。

【００２３】目標対地速度演算部７８は、水中航走体１
０の図示しない推進器の駆動を制御する推進器駆動部８
２の出力する駆動制御信号、すなわち推進器の駆動情報
と、目標点方位演算部７６が求めた目標点方位とによ
り、外乱である潮流がないときの到達目標点に向かう対
地速度（ベクトル）を求めて出力する。また、進行方向
速度成分演算部８０は、目標対地速度演算部７０が求め
た目標対地速度を潮流速度演算部６２が求めた潮流速度
によって補正した対地速度、すなわち潮流速度を相殺す
るような対地速度を求めるようになっていて、この補正
後の対地速度は船首方位演算部６８の船首方位算出回路
９６に出力される。さらに、進行方向速度成分演算部８
０は、メモリ６４の基準潮流記憶部７４に格納してある
基準潮流を読み出すことができるようになっており、潮
流速度演算部６２が潮流速度を算出することができない
ときに、基準潮流を用いて進行方向速度成分を算出す
る。

【００２４】船首方位演算部６８は、基準方位演算部９
０、方位偏差演算部９２、方位補正量演算部９４および
船首方位算出回路９６を有する。基準方位演算部９０
は、後述するように、目標点記憶部７２に記憶させてあ
る複数の到達目標点から読み出した２つの到達目標点に
基づいて、水中航走体１０を航走させるべき基準の航路
（水中航走体１０が進むべき方位）を求める。また、方
位偏差演算部９２は、速度補正部６６の目標点方位演算
部７６が求めた目標点の方位と、基準方位演算部９０が
求めた基準航路の方位との偏差を求める。方位補正量演
算部９４は、方位偏差演算部９２の求めた偏差の大きさ
に応じた水中航走体１０の向きの補正量を演算し、船首
方位算出回路９６に与える。この船首方位算出回路９６
は、速度補正部６６の進行方向速度成分演算部８０が求
めた潮流を補正したのちの水中航走体１０の対地速度
（ベクトル）に基づいて、水中航走体１０の先端の向
き、すなわち船首の方位を算出し、この船首方位を方位
補正量演算部９４の求めた補正量によって補正する。そ
して、操舵制御部７０は、船首方位算出回路９６が求め
た船首方位に基づいて操舵機構３０を制御し、水中航走
体３０の先端をその方位に向ける。

【００２５】このようになっている実施形態の航走制御
装置２０の作用は、次の通りである。まず、水中航走体
１０は、図示しない母船に搭載されて調査海域に搬送さ
れる。そして、調査を開始するに際して、水中航走体１
０を海中に投入する初期位置を地球座標（経度、緯度）
によって慣性航法装置５０の初期位置設定部５２に設定
する。水中航走体１０の位置は、水中航走体１０の中心
位置を表す。また、メモリ６４の目標点記憶部７２に
は、水中航走体１０を航走させる航路上の到達目標点を
記憶させる。この到達目標点は、図８に示したように、
水中航走体１０が重要観測点１８を通過するように、重
要観測点１８を挟んだ水中航走体１０を旋回(方向転換)
させたい位置を地球座標で記憶させる。さらに、メモリ
６４の基準潮流記憶部７４には、水中航走体１０を航走
させる海域の、気象庁などが公表している潮流速度を記
憶させる。

【００２６】水中航走体１０は、航走制御装置２０が起
動されて海中に投入されると、予め設定された深度また
は高度（海底からの高さ）まで下降したのち、設定され
た（目標点記憶部７２に記憶させた）最初の到達目標点
に向けて水平方向に航走を開始する。そして、航走制御
装置２０を構成している慣性航法装置５０の加速度セン
サ５４は、水中航走体１０の航走開始に伴って水中航走
体１０の三次元方向の加速度を検出する。航走速度演算
部５６は、加速度センサ５４が検出した加速度を所定の
時間ごと（例えば、１０ｍｓｅｃごと）に読み出し、こ
れを積分して水中航走体１０の現在の航走速度を求め
る。また、慣性航法装置５０の位置演算部５８は、航走
速度演算部５６が出力する航走速度を所定の時間（例え
ば、１０ｍｓｅｃ）にわたって積分し、この間の水中航
走体１０の航走方向と航走距離とを求めるとともに、求
めた航走距離を順次積算し、さらに初期位置設定部５２
に設定された初期位置情報を読み出し、現在の水中航走
体１０の地球座標における位置を求める。この水中航走
体１０の現在位置は、図３に示したように、航走制御装
置２０を構成している制御演算装置６０に入力される。
また、この慣性航法装置５０によって求められた加速度
や速度、航走距離、時々刻々の位置などのデータは、メ
モリ６４の図示しないデータ記憶領域に順次書き込まれ
る。

【００２７】一方、ドップラー式超音波速度計４０は、
送信・受信部４２ににおいて水中に超音波４１を放射
し、海底または水中浮遊物からの反射波を受信し、水中
走行体１０の対地速度Ｖｅと対水速度Ｖｗを検出し、図
３に示したように制御演算装置６０に入力する。すなわ
ち、ドップラー式超音波速度計４０の対地速度検出部４
４は、送信・受信部４２における超音波４１の放射（送
信）時刻と海底からの反射波の受信時刻、および図示し
ない位置検出器の出力する位置情報とにより、海底に対
する水中航走体１０の速度（対地速度）Ｖｅを求め、制
御演算装置６０に出力する。また、ドップラー式超音波
速度計４０の対水速度検出部４６は、超音波４８の送信
時刻と海中浮遊物からの反射波の受信時刻などから、水
中航走体１０の水（海水）に対する速度（対水速度）Ｖ
ｗを検出して制御演算装置６０に送出する。

【００２８】制御演算装置６０は、図３に示したよう
に、ドップラー式超音波速度計の検出信号に基づいて潮
流速度Ｖｔを算出したのち、潮流を考慮した進行方向速
度成分Ｖ₀’の算出、潮流を考慮した進行方向（船首方
位）φ₀’を算出する。さらに、制御演算装置６０は、
詳細を後述するように、進行方位のずれ量を補正した船
首方位Φ₀を求め、この補正した船首方位Φ₀に基づい
て、操舵機構３０を制御するための操舵制御量を求め
る。この操舵制御量を求める具体的手順は、次のように
して行なう。

【００２９】制御演算装置６０の潮流速度演算部６２
は、対地速度検出部４４が出力した水中航走体１０の対
地速度Ｖｅと、対水速度検出部４６が検出した水中航走
体１０の対水速度Ｖｗとを読み込み、図４に示したよう
に両者の差を求め、海底に対する水の流れの速度（潮流
速度）Ｖｔを演算する。すなわち、潮流速度演算部６２
は、

【数１】の演算を行ない、潮流速度Ｖｔを求めて速度補正部６６
に送出する。

【００３０】次の進行方向速度成分Ｖ₀’算出は、次の
ようにして行なわれる。まず、制御演算装置６０を構成
している速度補正部６６の目標点方位演算部７６は、慣
性航法装置５０の位置演算部５８が出力する水中航走体
１０の現在位置を読み込むとともに、メモリ６４の目標
点記憶部７２から、水中航走体１０が現在向かっている
次の到達目標点の位置を読み出し、水中航走体１０の現
在位置に対する到達目標点の方位を演算する。

【００３１】例えば、図５に示したように、水中航走体
１０が到達目標点Ａを通過して次の到達目標点Ｂに向か
っているとした場合、目標点方位演算部７６は、位置演
算部５８が出力する水中航走体１０の中心の地球座標に
おける現在位置Ｃと、目標点記憶部７２に記憶させてあ
る次の到達目標点Ｂの経度、緯度とを読み出し、現在位
置Ｃに対する到達目標点Ｂの方位（現在位置Ｃと到達目
標点Ｂとを結ぶ線の経度方向Ｌａに対する角度）φ₀を
算出する。この目標点方位φ₀は、速度補正部６６の目
標対地速度演算部７８に与えられる。

【００３２】目標対地速度演算部７８は、目標点方位演
算部７６から目標点方位φ₀が入力すると、推進器駆動
部８２の出力する推進力情報とにより、潮流などの外乱
がない場合の、現在位置Ｃから到達目標点Ｂに向かう目
標対地速度Ｖ₀を求め、速度補正部６６を構成している
進行方向速度成分演算部８０に送出する。進行方向速度
成分演算部８０は、目標対地速度演算部７８が求めた目
標対地速度Ｖ₀を潮流速度Ｖｔによって補正し、水中航
走体１０を進める方向の速度成分を演算する。

【００３３】すなわち、進行方向速度成分演算部８０
は、図５に示したように、目標対地速度Ｖ₀に対して潮
流速度演算部６２が求めた潮流速度Ｖｔを相殺できる進
行方向速度成分Ｖ₀’を、

【数２】のように演算して求める。これにより、水中航走体１０
を進行方向速度成分Ｖ₀’の速度をもってこの速度成分
の方向に進めることにより、水中航走体１０は、潮流速
度Ｖｔが相殺されて目標対地速度Ｖ₀でもって直線ＣＢ
上を航走することになる。従って、図８の実線に示した
ように、水中航走体１０の航路１９を予め設定した基準
の航路１２に沿った直線状にすることがでる。このた
め、水中航走体１０を確実に重要観測点１８を通過させ
ることが可能となる。しかも、ドップラー式超音波速度
計４０によって水中航走体１０の対地速度、対水速度を
求めるようにしているため、正確な船首方位の制御を行
なうことができる。また、実施形態においては、到達目
標点を地球座標の経度、緯度によって設定しているた
め、目標物を接地する必要がなく、目標物の係留や回収
の手間が省けるばかりでなく、任意の海域を自由に航走
させることができる。

【００３４】この進行方向速度成分演算部８０が求めた
進行方向速度成分Ｖ₀’は、船首方位演算部６８の船首
方位算出回路９６に入力される。船首方位算出回路９６
は、進行方向速度成分Ｖ₀’の方位φ₀’、すなわち水中
航走体１０の先端（船首）を向けて進めるべき方向を算
出する。

【００３５】ここに、数式２に示したように、Ｖ₀’＝
Ｖ₀−Ｖｔである。そして、目標対地速度Ｖ₀の速度ベ
クトルの大きさ（速さ）をＵとすると、経度方向の成分
と緯度方向の成分との和であるから、

【数３】と表すことができる。また、速さＵは、水中航走体１０
の推進力に依存する値であり、水中航走体１０に搭載し
た推進器の駆動情報（例えば、推進器の駆動電流値、推
進器の回転速度など）から容易に求めることができる。

【００３６】船首方位のずれ量の補正は、次のようにし
て行なう。例えば、図６に示したように、水中航走体１
０が到達目標点Ａを通過して到達目標点Ｂに向けて航走
しているとする。このとき、船首方位演算部６８の基準
方位演算部９０は、目標点記憶部７２に記憶させてある
複数の到達目標点から第１到達目標点Ａの座標（経度、
緯度）と第２到達目標点Ｂの座標とを読み出し、基準航
路となる目標点Ａから目標点Ｂに向かうベクトルＶ_ABを
求め、さらにこのベクトルＶ_ABの経度方向Ｌａに対する
傾き（基準航路方位）φ_ABを算出し、方位偏差演算部９
２に送出する。

【００３７】方位偏差演算部９２は、基準方位演算部９
０が求めた基準航路方位φ_ABと、目標点方位演算部７６
が求めた目標点方位φ₀とが入力するようになってい
る。すなわち、目標点方位演算部７６は、図６に示した
水中航走体１０の現在位置Ｃから到達目標点Ｂに向かう
ベクトルＶ_CBの方位を求めて方位偏差演算部９２に入力
する。そして、方位偏差演算部９２は、これらの方位の
方位偏差φ_dを次式により算出する。

【数４】

【００３８】この方位偏差演算部９２が求めた方位偏差
φ_dは、方位補正量演算部９４に送出される。そして、
方位補正量演算部９４は、図７に示したような方位偏差
φ_dの大きさに応じた船首方位の補正量を演算し、船首
方位計算回路９６に入力する。すなわち、方位補正量演
算部９４は、まず、

【数５】を判断する。ここに、φ_thは、予め設定してある方位偏
差φ_dの閾値である。

【００３９】方位補正量演算部９４は、方位偏差φ_dの
絶対値が閾値φ_thより小さく、数式５を満足している場
合、

【数６】を算出して船首方位算出回路９６に与える。なお、数式
６のＫ_trは、水中航走体１０を基準方位(基準航路)に復
帰させる場合のゲインである。

【００４０】船首方位算出回路９６は、進行方向速度成
分演算部８０の求めた速度成分のベクトルから算出した
船首方位φ₀’と、方位補正量演算部９４が求めた方位
補正量δとに基づいて、補正後の船首方位Φ₀を次式に
より算出する。

【数７】

【００４１】この補正後の船首方位Φ₀は、操舵制御部
７０に与えられる。そして、操舵制御部７０は、船首方
位算出回路９６が求めた補正後の船首方位Φ₀に基づい
て、図３に示したように、方向舵または水平首振り式推
進器などの操舵機構３０を制御し、水中航走体１０の船
首を船首方位Φ₀に向ける。

【００４２】一方、方位補正量演算部９４は、方位偏差
演算部９２の求めた方位偏差φ_dが数式５を満足せず、

【数８】である場合、次式により船首方位の補正量δ’を求め、
船首方位算出回路９６に送出する。

【数９】

【００４３】ただし、

【数１０】である。すなわち、方位偏差量演算部９４は、方位偏差
φ_dの絶対値が閾値φ_th以上となった場合、図７に示し
てあるように、一定の大きさの補正量Ｋ_trφ_thを出力す
る。なお、図７は、横軸が方位偏差を示し、縦軸が船首
方位の補正量を示している。

【００４４】このようにして、実施形態においては、水
中航走体１０の現在位置に対する目標点方位φ₀が基準
航路の方位に対してずれたときに、ずれ量に応じた補正
量を加味して水中航走体１０の船首方位を求めているた
め、例えば図８に示したように到達目標点Ａにおいて水
中航走体１０が方向転換のために旋回した場合など、水
中航走体１０を迅速に基準方位に復帰させることができ
る。

【００４５】なお、水中航走体１０が一定の深度を航走
している場合に海底の深い領域を通過するときや、海溝
部を航走するときなど、ドップラー式超音波速度計４０
によって水中航走体１０の対地速度を検出することがで
きない場合、速度補正部６６の進行方向速度成分演算部
８０は、潮流速度演算部６２が求める潮流速度の代わり
に、メモリ６４の基準潮流記憶部７４に記憶させてある
気象庁などが公表している潮流速度を用いて進行方向速
度成分を算出する。これにより、上記の海底の深い領域
であっても、水中航走体１０を容易に基準航路に沿って
航走させることができる。

【００４６】上記に説明した実施の形態は、本発明の一
態様の説明であって、これに限定されない。例えば、ド
ップラー式超音波速度計４０によって水中航走体１０の
対地速度と対水速度とを求める場合について説明した
が、慣性航法装置５０が求めた速度を用いてもよい。そ
して、前記実施形態においては、海中を航走させる場合
について説明したが、湖沼の調査などにも適用すること
ができる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
水底に対する水の流れの速度を求め、航走体の水底に対
する速度を水の流れの速度によって補正し、航走の外乱
である潮流などの水の流れを相殺して航走体を航走させ
るようになっているため、予め定めた航路に沿って航走
体を航走させることが可能で、重要観測点などを確実に
通過させることができる。

【００４８】また、本発明は、航走体が到達目標点にお
いて旋回するときなどにおいて、航走体の船首の方位が
基準の航路の方位から外れた場合に、外れた量に応じた
大きさの船首方位の補正を行なうため、航走体を速やか
に基準の航路に復帰させることができる。さらに、海溝
などの海底が深く、航走体の対地速度を検出できない場
合に、予め与えた基準の水流速度を用いて速度補正を行
なうようにしているため、航走対地速度を得られない場
所であっても、確実に到達目標点に向けて航走させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る自律型水中航走体の
航走制御装置のブロック図である。

【図２】本発明の実施形態に係る自律型水中航走体の
航走制御装置の概略ブロック図である。

【図３】本発明の実施形態に係る自律型水中航走体の
航走制御装置の動作を説明するフローチャートである。

【図４】本発明に実施形態に係る自律型水中航走体の
航走制御装置における潮流速度の計算処理を説明するた
めの図である。

【図５】本発明の実施の形態に係る自律型水中航走体
の航走制御装置における進行方向速度成分の求め方を説
明する図である。

【図６】本発明の実施形態に係る自律型水中航走体の
航走制御装置における方位偏差の求め方を説明する図で
ある。

【図７】本発明の実施形態に係る自律型水中航走体の
航走制御装置における船首方位の補正上の求め方を説明
する図である。

【図８】本発明の実施形態に係る自律型水中航走体の
航走制御装置による航走制御したときの水中航走体の航
路と、従来の航走制御とによる水中航走体の航路軌跡と
を比較する図である。

【符号の説明】

１０………水中航走体、２０………航走制御装置、３０
………操舵機構、４０………ドップラー式聴音波速度
計、４２………対地速と検出手段(対地速度検出部)、４
４………対水速度検出手段(対水速度検出部)、５０……
…位置検出手段(慣性航法装置)、５４………加速度セン
サ、５６………航行速度演算部、５８………位置演算
部、６０………制御演算装置、６２………潮流速度演算
部、６４………メモリ、６６………速度補正部、６８…
……船首方位演算部、７０………操舵制御部、７２……
…目標点記憶部、７４………基準潮流記憶部、７６……
…目標点方位演算部、７８………目標対地速度演算部、
８０………進行方向速度成分演算部、８２………推進器
駆動部、９０………基準方位演算部、９２………方位偏
差演算部、９４………方位補正量演算部、９６………船
首方位算出回路。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０５Ｄ 1/00 Ｇ０１Ｓ 7/52 Ｖ (72)発明者小原敬史岡山県玉野市玉３丁目１番１号三井造船株式会社玉野事業所内 (72)発明者浦環東京都杉並区西荻北３−28−６Ｆターム(参考） 5H301 AA05 CC04 CC07 CC08 DD01 GG14 GG17 HH02 HH05 5J083 AA02 AC28 AD11 AE06 AF18 DA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水中を航走する航走体の水底に対する速
度を検出する対地速度検出手段と、前記航走体の水に対する速度を検出する対水速度検出手
段と、この対水速度検出手段が検出した前記航走体の対水速度
と、前記対地速度検出手段が検出した航走対地速度とに
基づいて、前記水底に対する水の流れの速度を求める水
流速度演算部と、前記航走体を到達させる到達目標点に向かう対地速度で
ある目標対地速度を、前記水流速度演算部が求めた水流
速度によって補正する速度補正部と、この速度補正部が求めた補正後の対地速度に基づいて、
前記航走体の向きを求める船首方位演算部と、この船首方位演算部が求めた船首方位に基づいて操舵機
構を制御し、前記航走体の先端を前記船首方位に向ける
操舵制御部と、を有することを特徴とする自律型水中航走体の航走制御
装置。
【請求項２】請求項１に記載の自律型水中航走体の航
走制御装置において、前記速度補正部は、前記航走体の地球座標における位置を検出する位置検出
手段の出力信号と前記到達目標点とから、前記航走体に
対する前記到達目標点の方位を求める目標点方位演算部
と、この目標点方位演算部が求めた目標点方位と、前記航走
体の推進器の駆動情報とに基づいて、前記目標対地速度
を求める目標対地速度演算部と、この目標対地速度演算部が求めた前記目標対地速度に対
して前記水流速度を相殺する速度成分を求める進行方向
速度成分演算部と、を有することを特徴とする自律型水中航走体の航走制御
装置。
【請求項３】請求項２に記載の自律型水中航走体の航
走制御装置において、前記船首方位演算部は、前記進行方向速度成分演算部が求めた前記航走体の進行
方向の速度成分に基づいて、前記船首方位を算出する船
首方位算出回路と、前記航走体が通過した第１到達目標点に対する航走体が
向かう第２到達目標点の方位を基準方位として求める基
準方位演算部と、この基準方位演算部が求めた基準方位と、前記目標点方
位演算部が求めた目標点方位との偏差を求める方位偏差
演算部と、この方位偏差演算部が求めた方位の偏差の大きさに応じ
て前記航走体の船首方位の補正量を求めて前記船首方位
算出回路に与える方位補正量演算部と、を有することを特徴とする自律型水中航走体の航走制御
装置。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれか１に記載の
自律型水中航走体の航走制御装置において、前記速度補正部は、前記対地速度検出手段が前記航走対
地速度を検出できないときに、予め与えられた基準水流
速度を用いて前記補正後の対地速度を求めることを特徴
とする自律型水中航走体の航走制御装置。