JP2004061178A - Position measuring system and position measuring method - Google Patents

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wave signal
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Taro Aoki
青木 太郎
Satoru Tsukioka
月岡 哲
Kiyoshi Hirokawa
広川 潔
Hiroaki Noda
野田 博昭
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a broader-based position measuring system which measures a self position in a wide range. <P>SOLUTION: The broader-based position measuring system is characterized by transmitting a sound wave signal of very low frequency, in a broader-based position measuring system which measures a position of an underwater object by using acoustics. The broader-based position measuring system is equipped with sound producing devices (pingers or transponders) 1-3 for transmitting the sound wave signals of very low frequency, echo sounder receivers 11 with filters which are installed in an AUV 10 and receive the respective sound wave signals transmitted from the sound producing devices 1-3, and an arithmetic operation section 103 which measures a position of the AUV 10, on the basis of the sound wave signal received by the echo sounder receiver 11 with filter. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、音響を用いて水中の物体の位置を測定する広域位置計測システムに関し、より詳細には、低周波数の音波を用いて水中の物体を測位する広域位置計測システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、水中における位置計測システムにおいては、約10km程度の測位範囲で十分であり、その場合には、1つのトランスポンダ(送波器)から送信された音波信号を2つの受波器で受信し、その2つの受波の時間差を用いて、潜水船(水中移動体)の位置を計測していた。
【0003】
従来のシステムとしては、特開平05−319376号公報の音響標識装置や、特開平05−302974号公報の音響測位装置などに開示されており、いずれの公報においても3つのトランスポンダが用いられ、それぞれのトランスポンダから周波数の異なる音波(水中音波)が送信されている。このシステムで採用される周波数は、前者の音響標識装置では、500Hz〜2kHz程度の低周波数であり、後者の音響測位装置では、15kHz、16kHz、17kHzである。
【0004】
また、後者の音響測位装置は、深度計を用いて、3つのトランスポンダから同時に得られる2つの位置から一方を特定しており、前者の音響標識装置は、深度の計測について開示していない。
【0005】
水中の音速は1500m/s程度であり、水中では低周波数の音波を用いることによって音波が長距離に伝達されることが知られている。従来のシステムにおいては、例えば、周波数が5kHzの音波を送信した場合、その波長は約30cmであり、2つの受波器が10cm程度離れていることで、2つの受信波の位相差を検出することができ、それによってトランスポンダと潜水船の進行方向との角度を計算することができていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の音響測位装置などでは、周波数が高いか、あるいは低周波であっても500Hz程度であるので、水中において音波を長距離伝達することができず、このシステムを広域で用いることができないという問題があった。すなわち、水中においては送信する音波の周波数が高ければ高いほど伝搬中の減衰が大きくなり、ノイズの影響を受けやすくなるので、ある程度の距離以上に音波を送信し、それを潜水船で受信することが困難であるという問題があった。
【0007】
特に、深海を探査する自律型無人潜水機(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)は、深海において長距離移動する場合も考えられるので、広域で位置計測が可能なシステムの構築が切望される。例えば、AUVに北極海の氷海の下を横断させようとする場合、AUVは数千kmの距離を自律航走しなければならず、位置計測システムとしては少なくとも数千kmの距離を送信し、識別可能な音波を用いる必要がある。
【0008】
また、トランスポンダから送信する送信波として低周波数の音波を用いて広域で潜水船の位置計測を行うためには、個々のトランスポンダを相当の距離離隔して配置しなければならず、そのように配置された場合にあっては、潜水船は、2つのトランスポンダからしか音波を受信できないということも考えられる。このような場合にも、従来の慣性航法装置(INS)を用いて自己の位置を計測しなければならないということも考えられる。
【0009】
さらに、従来の装置よりも低い周波数を用いることにより、各周波数における波長が従来用いられた周波数の場合よりも長くなるため、潜水船に設置される複数の受波器の間隔を広くとらなければ、位相差を検出できないという問題もある。
【0010】
そこで、この発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、従来用いられていたよりも低い周波数の音波を用いることにより、広域で自己の位置を計測できる広域位置計測システムを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、水中における測位法により位置の計測を行う広域位置計測システムにおいて、水中に極低周波の音波信号を送信し、該音波信号を受信することで位置計測を行うことを特徴とする。送信信号に極低周波の音波信号を用いることにより、水中において音波信号が減衰し難くなるから、広域で対象物の位置を計測することができる。ここで、本発明において、極低周波の音波信号とは、20〜300Hzの周波数帯の音波信号である。水中音波はその周波数が低いほど長距離伝搬するという特性を有するため、本発明ではこの特性を位置計測に適用するものである。
【0012】
また、上記課題を解決するために、本発明の広域位置計測システムは、極低周波の音波信号を送信するピンガーまたはトランスポンダを含む発音装置と、水中移動体に設けられ、前記各発音装置から送信されるそれぞれの音波信号を受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された音波信号に基づいて、前記水中移動体の位置を計測する位置計測手段とを備えることを特徴とする。
【0013】
この発明によれば、発音装置が極低周波の音波信号を送信し、それを水中移動体の受信手段によって水中移動体で受信し、受信された音波信号に基づいて、水中移動体の位置計測手段により、該水中移動体の位置を計測する。したがって、本発明によって、水中移動体の位置を広域で計測することができる。
【0014】
ここで、前記音波信号は、少なくとも識別信号に基づいて、それ自体がコード化されてもよく、あるいは、前記音波信号が搬送波であり、該搬送波に少なくとも識別信号をのせるために変調されていてもよい。少なくとも識別信号とは、発音装置の識別信号、送信時間などが含まれる。このような識別信号などを用いることによって、どの発音装置から何時送信されたかを特定することができ、その発音装置の位置情報とともに、水中移動体の位置を計測することができる。
【0015】
また、送信時間がコード化されている場合には、発音装置から音波信号が送信される時間が予め決められていないとしても、受信音波信号により送信時間を特定することができ、その受信時間と送信時間の時間差によって該発音装置から水中移動体までの距離を計測することができる。そして、識別信号がコード化されている場合には、それぞれの発音装置から送信される音波の周波数が同一のものであったとしても、それらが重ならない限りにおいて、いずれの発音装置から送信された音波信号であるかを判断することができる。
【0016】
さらに、前記受信手段は、前記各発音装置から送信される音波信号を複数回受信するとともに、前記位置計測手段は、それぞれの音波信号から計測された位置情報データを平均化処理して、現在の位置を計測することとしてもよい。これにより、ノイズの影響を小さくすることができ、より精度の高い位置計測を行うことができる。
【0017】
また、本発明の広域位置計測方法は、発音装置から極低周波の音波信号を送信する段階と、前記発音装置から送信された音波信号を受信する段階と、前記音波信号の伝搬時間に基づいて、前記各発音装置から水中移動体までの距離を演算する段階と、演算された前記それぞれの距離データに基づいて、又は前記それぞれの距離及び前記水中移動体の深度センサから得られる深度データに基づいて、該水中移動体の位置を計測する段階とを有することを特徴とする。
【0018】
さらに、上記広域位置計測方法は、前記それぞれの段階を複数回繰り返し、それぞれの位置計測段階で得られた位置データを平均化処理する段階を更に有してもよい。これらの広域位置計測方法も、上記広域位置計測システムと同様の効果を奏する。
【0019】
また、上記課題を解決するために、本発明の発音装置は、極低周波の音波信号を送信することを特徴とする。そして、前記音波信号は、少なくとも識別信号に基づいて、それ自体がコード化されていてもよく、前記音波信号が搬送波であり、該搬送波に少なくとも識別信号をのせるために変調されてもよい。
【0020】
次に、上記課題を解決するために、本発明の水中移動体の角度計測装置は、極低周波の音波信号を送信する少なくとも1つの発音装置からの音波信号を受信する水中移動体に装備される角度計測装置であって、受信された1番目の音波信号に基づいて、前記発音装置と前記水中移動体との距離を算出する第1の演算手段と、受信された2番目の音波信号に基づいて、前記発音装置と前記水中移動体との距離を算出する第2の演算手段と、前記1番目と2番目の音波信号の受信時刻に基づいて、前記水中移動体の移動距離を計測する移動距離計測手段と、前記第1及び第2の演算手段、並びに移動距離計測手段により得られた3つの距離に基づいて、前記水中移動体の進行方向に対する前記発音装置の位置する角度を算出する角度算出手段とを備えることを特徴とする。
【0021】
この発明によれば、1番目及び2番目の音波信号に基づいてそれぞれ音波信号を受信した位置における発音装置と水中移動体との距離を算出するとともに、この2回の音波信号の受信時刻に基づいて、その間に水中移動体が移動した距離を計測し、これら3つの距離を用いて水中移動体の進行方向に対する発音装置の位置する角度を算出する。
【0022】
したがって、水中移動体と発音装置の作り出す三角形の3辺の距離を用いることによって、水中移動体の進行方向に対する発音装置の位置する角度を算出することができ、水中移動体に備えられた深度センサの出力とこの角度に基づいて水中移動体の位置を計測することができる。また、水中移動体自体の移動距離を用いることにより、音波信号を受信し、位相差から角度を検出するための複数の受波器を必要とすることなく、水中移動体の位置を特定することができる。
【0023】
ここで、前記角度算出手段は、三角形の3辺が既知の場合における余弦定理を用いて前記角度を算出してもよい。
【0024】
また、本発明の水中移動体の角度計測方法は、極低周波の音波信号を送信する少なくとも1つの発音装置からの音波信号を受信する水中移動体と該発音装置との角度を計測する水中移動体の角度計測方法であって、受信された1番目の音波信号に基づいて、前記発音装置と前記水中移動体との距離を算出する段階と、受信された2番目の音波信号に基づいて、前記発音装置と前記水中移動体との距離を算出する段階と、前記1番目と2番目の音波信号の受信時刻に基づいて、前記水中移動体の移動距離を計測する段階と、前記それぞれの段階により得られた3つの距離に基づいて、前記水中移動体の進行方向に対する前記発音装置の位置する角度を算出する段階とを有することを特徴とする。
【0025】
ここで、前記角度算出段階において、三角形の3辺が既知の場合における余弦定理を用いて前記角度が算出されてもよい。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、図1〜図7を参照して本発明に係る広域位置計測システムの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態は例示として挙げるものであり、これにより本発明を限定的に解釈すべきではない。
【0027】
(実施の形態1)
図1〜図4を参照して、本発明の第1の実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態1における広域位置計測システムの概略的な配置図である。この図1において、広域位置計測システムは、AUV10、3つの発音装置(ピンガーまたはトランスポンダ。以下同様)1、2、及び3から構成され、AUV10は、各発音装置からの信号を受信する1つのフィルタ付受波器11を備える。
【0028】
発音装置1〜3は、海底からおよそ100mの深さに沈めて、あるいは海面からアンカーを降ろして、又は、母線の船底に固定されて配置され、それぞれ異なる周波数を持つ音波(水中音波)を発生して送信するものである。この発音装置1〜3は、設置時に同期をとり、例えば原子時計を用いて、すべてが同時刻に、あるいは必要に応じて所定時間ずらして音波信号を発生するようにされている。
同期方法は、周知の海洋音響トモグラフィー技術(海洋音響トモグラフィーは、音波を使って日本の陸地の総面積の約3倍の広さの海の様子を、一瞬のうちに知ることができるCT(断層写真撮影装置)である。)を利用することにより可能である。なお、発音装置1〜3及び後述するAUV10のタイマ部104は、予め同期がとられている。
【0029】
例えば、AUVが北極海を横断する場合を考えると、発音装置は、北極海の周りでそれぞれを適当に離隔して配置される。
【0030】
これらの発音装置から送信される水中音波の周波数は、通常の、あるいは従来用いられていたよりも低いものであり、実際には、50Hz〜200Hz程度の周波数を持つ音波が用いられる。上記海洋音響トモグラフィー技術を用いることにより、水中において、音波の周波数が200Hzでは500km程度、100Hzでは1000km以上の距離を伝達することができる。そして、音波の周波数が50Hzでは、音波は、数千km程度の距離を伝搬可能である。
【0031】
次いで、図2を用いて、AUVにおける位置計測の方法を説明する。図2は、本発明の第1の実施の形態におけるAUV10で受波された音波の処理を示すブロック図である。この図2において、信号処理部100は、受波部101、増幅部102、演算処理部103、及びタイマ部104から構成される。なお、図示していないが、この信号処理部100は、バッテリに接続され、更に表示部などを備えてもよい。そして、タイマ部104は原子時計を含む。
【0032】
また、演算処理部103は、各種処理を実行するためのコンピュータで用いられるアプリケーションプログラムを記憶した記憶部を備え、この記憶部は、各発音装置の座標データ(経度、緯度、及び深度)を予め記憶するとともに、後述の演算処理によって得られた位置情報を随時記憶するためにも用いられる。更に、演算処理部103は、AUV10の深度を計測する深度センサ(図示せず)からの深度情報を受け取り、この情報と演算処理された経度・緯度情報をもとに現在の位置を算出する。
【0033】
図3は、本発明の第1の実施の形態における演算処理部103の機能ブロックを示す図である。この図3において、演算処理部103は、発音装置−水中移動体間距離算出手段1031、3点測位手段1032、深度検出手段1033、及び位置計測手段1034から構成される。本実施の形態において、発音装置−水中移動体間距離算出手段1031が、3つの発音装置1〜3とAUV10との距離を算出し、その算出結果に基づいて、3点測位手段1032が、AUV10の位置を特定し、深度検出手段1033が、AUV10の深度を検出して、特定された位置データを補正する(AUV10が3点を含む平面のいずれの側にあるのかを決定する)。
【0034】
次に、図4を用いて、本発明の動作を説明する。図4は、本発明の第1の実施の形態におけるAUV10の位置計測処理のフローチャートである。3つの発音装置1〜3から音波信号が送信されると(ステップS1)、AUV10は、フィルタ付受波器11で、発音装置1〜3から送信された音波信号を受信する(ステップS2)。このとき、受波器11〜13で受信された音波信号は、受波部101に出力され、増幅部102で増幅されて、演算処理部103に入力される。
【0035】
演算処理部103では、入力された音波信号の搬送波にコード化してのせられ、あるいはコード化された音波自体からコード化情報が抽出される。このコード化された情報は、少なくとも識別信号、送信時刻が含まれる。識別信号情報は、この音波信号がいずれの発音装置から送信されたものかを示し、伝搬中に減衰しあるいはノイズの影響を受けることなどにより受波された音波信号の周波数を誤認しないために用いられ、送信時刻情報が含まれることにより、決まった時間に発音装置から音波信号を発生しなくても、その音波信号の伝搬時間を演算することができる。
【0036】
演算処理部103は、このように搬送波にコード化された情報から得られた送信時刻とタイマ部104内の原子時計の受信時刻との差を伝搬時間とし、水中における音速(約1500m/s)と掛け合わせて、AUV10からそれぞれの発音装置1〜3までの距離(伝搬距離)を算出する(ステップS3)。
【0037】
3つの発音装置1〜3からAUV10までの距離と、図示しない深度センサから得られる深度データに基づいて、演算処理部103は、広域におけるAUV10の現在位置を計測する(ステップS4)。しかしながら、ノイズの影響なども考えられるので、その影響を小さくするために、本発明における広域位置計測システムでは、複数回の演算を基にした平均化処理を行ってもよい。この場合、各回の演算結果は、演算処理部103内の記憶部に一時格納され、すべての位置計測が行われた後、演算処理部103は、演算結果(位置情報)の経度、緯度、及び深度を平均して、現在位置を特定する(ステップS5)。それから、演算処理部103は、特定された現在位置データを記憶部に格納する(ステップS6)。
【0038】
以上のように、本発明の実施の形態1における広域位置計測システムでは、複数の発音装置1〜3から送信する音波信号の周波数として、従来のものより低い、50〜200Hz程度のものを使用し、その音波信号の搬送波に識別信号、及び送信時間の情報をコード化してのせることとした。
【0039】
したがって、送信される音波信号は、数千kmの長距離を伝搬することができるので、AUV10は、従来よりも広域(広範囲)でその音波信号を受信することができ、広域で自己の位置を計測することが可能である。
【0040】
また、本発明の広域位置計測システムでは、搬送波に識別信号などをコード化するので、予め決められた所定の時刻に音波信号を発生しなくても、AUV10の現在位置を計測することができる。
【0041】
なお、本実施の形態では、3つの発音装置1〜3を用いているが、当然ではあるが、4つ以上の発音装置を用いてもよい。
【0042】
(実施の形態2)
図5〜図7を用いて本発明の第2の実施の形態を説明する。図5は、本発明の実施の形態2におけるAUV10の発音装置に対する角度計測装置の概略的な説明図である。この図5において、AUV10が3つ示されているが、破線のものは虚位置を示し、それ以外は、所定時間の経過の前後におけるAUV10の位置を示す。図から分かるように、AUV10は、図の左から右の方向に進行している。
【0043】
発音装置1〜3から送信される音波信号の周波数が50〜200Hzと極めて低いので、複数の受波器で1つの発音装置からの音波信号を適当な位相差をもって受信できない。そのため、本実施の形態では、AUV10が自走することによって1つの受波器を複数の受波器と見立てることにより、AUV10の進行方向に対する発音装置の位置する角度を計測するものである。
【0044】
なお、AUV10の受波された音波信号の処理を示すブロック図は、実施の形態1と同様であるため、この実施の形態においては図示を省略し、必要ならば図2の符号を用いて説明する。図6は、本発明の実施の形態2における演算処理部103の機能ブロックを示す図である。この図6において、演算処理部103は、発音装置1−水中移動体間距離算出手段1035と、水中移動体移動距離検出手段1036と、発音装置2−水中移動体間距離算出手段1037と、発音装置角度計測手段1038とを備える。
【0045】
図5に戻って、AUV10と発音装置1の配置を説明する。発音装置1(及び2)は、一定間隔で音波信号を送信している。そして、AUV10は、最初のAUV10の位置(図において左側の実線)において発音装置1から送信された音波信号をフィルタ付受波器11を介して最初に受信する。このときの伝搬距離は、図においてl+lで示される。次に、AUV10は、一定時間経過後、この図の右側の位置において再度発音装置1から音波信号を受信する。このときの伝搬距離は、lで示される。ここで、AUV10は、上述のINSを備えるので、音波信号を最初に受信してから次に受信するまでの自己の移動距離を計測することができる。この図では、その間のAUV10の移動距離は、lで示される。また、最初の位置におけるAUV10の進行方向と発音装置1及び2のなす角度は、それぞれα11及びα12であり、次の位置では、それぞれα21及びα22である。
【0046】
第1の実施の形態と同様に、すべての発音装置1,2(図5では2つのみ示す)とAUV10は、同期がとられ(同期クロックが内蔵され)、AUV10の図示しない記憶部には発音装置1,2の地球上における位置情報(経度及び緯度)と深度情報が予め記憶されている。
【0047】
また、音波信号には識別信号、送信周波数、送信時刻などの情報がコード化されている。そのため、AUV10で音波信号が受信された時刻とコード化された送信時刻から発音装置とAUV10との間の距離(図5では、l+lとl)が計算される。AUV10は、音波信号を最初に受信してから次に受信するまでの間に距離lだけ移動する。この距離とAUV10の移動方向は、AUV10に備えられるINSで計測される。更に、AUV10の深度は、図示しない深度センサによって計測される。
【0048】
本実施の形態における一つの角度計測方法は、図5における2つのAUV10と発音装置1を結ぶ三角形において余弦定理を適用して角度α11を求めることである。すなわち、この方法は、3辺の長さがl、l+l、lの三角形において、cosα11={l +(l+l−l }/2*l*(l+l)に既知の3つの距離を代入して、角度α11を算出するものである。但し、角度α11には虚位置が発生するので発音装置2から算出される角度α12を参照し、実位置を特定できる。また、AUV10を変針させることにより実位置を算出することも可能である。
【0049】
次に、図7を用いて、本発明の動作を説明する。図7は、本発明の第2の実施の形態におけるAUV10の進行方向に対する発音装置の位置の角度計測処理のフローチャートである。演算処理部103は、発音装置から送信された1番目の音波信号をフィルタ付受波器11を介して受信すると(ステップS11)、受信した音波信号にコード化された送信時刻を抽出し、受信時刻と比較することにより伝搬時間を算出し、この伝搬時間に基づいて第1の伝搬距離を算出する(ステップS12)。
【0050】
続いて、AUV10が所定時間移動した後、2番目の音波信号を受信し(ステップS13)、同様に第2の伝搬距離を算出する(ステップS14)。このとき、1番目と2番目の音波信号を受信する間の時間をタイマ14によって計測し(ステップS15)、INSを用いて、その間にAUV10が移動した自走距離を算出する(ステップS16)。
【0051】
このようにして求められた3つの距離に基づいて、前述の方法のいずれかを用いることにより、AUV10の進行方向に対する発音装置の角度を算出し(ステップS17)、算出された角度データを図示しない記憶部に格納する(ステップS18)。
【0052】
なお、このようにしてAUV10の進行方向に対する発音装置の角度が算出されると、演算処理部103内の図示しない記憶部に格納された各発音装置の位置情報(経度、緯度及び深度)とこの角度から、AUV10の現在位置を算出することができ、本発明にこのステップを更に追加することとしてもよい。
【0053】
以上のように、本発明の実施の形態2における角度計測装置では、発音装置1,2から送信される音波信号の周波数として、従来のものより低い50〜200Hz程度のものを使用し、その音波信号の搬送波に識別信号、送信周波数、及び送信時間の情報をコード化してのせ、AUV10は、その音波信号を2度受信し、受信した地点における発音装置との距離とその間のAUV10の移動距離を算出することにより、AUV10の進行方向に対する発音装置の角度を計測することとした。
【0054】
したがって、音波信号が低周波の場合でも、AUV10に2つ以上の受波器を設けて送信された音波信号の位相差を計測することなく、AUV10の進行方向に対する発音装置の角度を計測することができる。そして、各発音装置の位置がAUV10の記憶部に予め記憶されている場合には、それらの座標と計測された角度、深度センサによって得られる深度によりAUV10の位置を特定することができる。
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発音装置の送信周波数として極めて低い周波数を用いるので、水中移動体は、長距離離れた場所においても送信信号を受信できるので、広域で位置を計測できる。また、送信信号に識別信号などをコード化するので、送信周波数が同じであってもそれぞれの発音装置を識別することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における広域位置計測システムの概略的な配置図である。
【図2】本発明の実施の形態1におけるAUVで受波された音波信号の処理を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態1における演算処理部の機能ブロックを示す図である。
【図4】本発明の実施の形態1におけるAUVの位置計測処理のフローチャートである。
【図5】本発明の実施の形態2におけるAUVの発音装置に対する角度計測装置の概略的な説明図である。
【図6】本発明の実施の形態2における演算処理部の機能ブロックを示す図である。
【図7】本発明の実施の形態2におけるAUVの進行方向に対する発音装置の位置の角度計測処理のフローチャートである。
【符号の説明】
1,2,3  発音装置
10  AUV
11  フィルタ付受波器
101  受波部
102  増幅部
103  演算処理部
104  タイマ部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wide-area position measurement system that measures the position of an underwater object using sound, and more particularly to a wide-area position measurement system that measures an underwater object using low-frequency sound waves.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an underwater position measurement system, a positioning range of about 10 km is sufficient, in which case, a sound wave signal transmitted from one transponder (transmitter) is received by two receivers, The position of a submarine (underwater vehicle) was measured using the time difference between the two waves.
[0003]
Conventional systems are disclosed in an acoustic marker device of Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-319376, an acoustic positioning device of Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-302974, and in each of the three systems, three transponders are used. Sound waves (underwater sound waves) having different frequencies are transmitted from the transponder. The frequency employed in this system is a low frequency of about 500 Hz to 2 kHz in the former acoustic marking device, and 15 kHz, 16 kHz, and 17 kHz in the latter acoustic positioning device.
[0004]
Further, the latter acoustic positioning device specifies one of two positions simultaneously obtained from three transponders using a depth gauge, and the former acoustic marker device does not disclose measurement of depth.
[0005]
Underwater sound speed is about 1500 m / s, and it is known that sound waves are transmitted over long distances by using low-frequency sound waves in water. In a conventional system, for example, when a sound wave having a frequency of 5 kHz is transmitted, the wavelength is about 30 cm, and the phase difference between the two received waves is detected when the two receivers are separated by about 10 cm. And could calculate the angle between the transponder and the direction of travel of the submarine.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional acoustic positioning device or the like, since the frequency is high or about 500 Hz even at a low frequency, sound waves cannot be transmitted over a long distance in water. There was a problem that it could not be used. In other words, underwater, the higher the frequency of the transmitted sound wave, the greater the attenuation during propagation, and the more likely it is to be affected by noise.Therefore, transmit the sound wave over a certain distance and receive it on the submarine. There was a problem that was difficult.
[0007]
In particular, an autonomous underwater vehicle (AUV: Autonomous Underwater Vehicle) for exploring the deep sea may travel a long distance in the deep sea, and there is a strong need for the construction of a system capable of position measurement over a wide area. For example, if the AUV attempts to cross the Arctic Ocean under the ice, the AUV must travel autonomously for a distance of several thousand kilometers, and as a position measurement system, transmit a distance of at least several thousand kilometers, It is necessary to use identifiable sound waves.
[0008]
In addition, in order to measure the position of a submarine over a wide area using low-frequency sound waves as the transmission waves transmitted from the transponders, the individual transponders must be arranged at a considerable distance from each other. In such a case, it is conceivable that the submarine can receive sound waves from only two transponders. In such a case, it is conceivable that the user's own position must be measured using a conventional inertial navigation system (INS).
[0009]
Furthermore, by using lower frequencies than the conventional device, the wavelength at each frequency becomes longer than in the case of the conventionally used frequency, so it is necessary to increase the interval between the plurality of receivers installed on the submarine. Also, there is a problem that the phase difference cannot be detected.
[0010]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and provides a wide-area position measurement system capable of measuring its own position in a wide area by using sound waves having a lower frequency than conventionally used. With the goal.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a wide-area position measurement system that measures a position by an underwater positioning method, transmitting an extremely low frequency sound wave signal into water and receiving the sound wave signal to perform position measurement. Is performed. By using an extremely low frequency sound wave signal as the transmission signal, the sound wave signal is less likely to be attenuated in water, so that the position of the object can be measured in a wide area. Here, in the present invention, the extremely low frequency sound wave signal is a sound wave signal in a frequency band of 20 to 300 Hz. Since the underwater sound wave has a characteristic that it propagates over a longer distance as its frequency is lower, this characteristic is applied to position measurement in the present invention.
[0012]
Further, in order to solve the above problems, a wide-area position measurement system according to the present invention is provided with a sounding device including a pinger or a transponder for transmitting a sound wave signal of an extremely low frequency, and provided on an underwater vehicle, and transmitted from each sounding device. Receiving means for receiving the respective sound wave signals to be transmitted, and position measuring means for measuring the position of the underwater vehicle based on the sound wave signals received by the receiving means.
[0013]
According to the present invention, the sounding device transmits an extremely low frequency sound wave signal, which is received by the underwater moving body by the receiving means of the underwater moving body, and the position of the underwater moving body is measured based on the received sound wave signal. The position of the underwater vehicle is measured by the means. Therefore, according to the present invention, the position of the underwater vehicle can be measured in a wide area.
[0014]
Here, the sound wave signal may be coded itself based on at least the identification signal, or the sound wave signal may be a carrier wave, and may be modulated to put at least the identification signal on the carrier wave. Is also good. At least the identification signal includes an identification signal of the sounding device, a transmission time, and the like. By using such an identification signal or the like, it is possible to specify which sounding device transmitted the message and when, and it is possible to measure the position of the underwater moving body together with the position information of the sounding device.
[0015]
Further, when the transmission time is coded, the transmission time can be specified by the received sound signal even if the time at which the sound signal is transmitted from the sound generator is not predetermined, and the reception time and the reception time can be specified. The distance from the sounding device to the underwater vehicle can be measured based on the time difference between the transmission times. If the identification signal is coded, even if the frequencies of the sound waves transmitted from the respective sound generating devices are the same, as long as they do not overlap, the sound signals are transmitted from any sound generating device. It can be determined whether the signal is a sound wave signal.
[0016]
Furthermore, the receiving means receives the sound wave signal transmitted from each sounding device a plurality of times, and the position measuring means averages position information data measured from each sound wave signal, The position may be measured. As a result, the influence of noise can be reduced, and more accurate position measurement can be performed.
[0017]
Further, the wide area position measuring method of the present invention is based on a step of transmitting an extremely low frequency sound wave signal from the sounding device, a step of receiving the sound wave signal transmitted from the sounding device, and a propagation time of the sound wave signal. Calculating the distance from each sounding device to the underwater vehicle, and based on the calculated respective distance data, or based on the respective distances and depth data obtained from a depth sensor of the underwater vehicle. And measuring the position of the underwater vehicle.
[0018]
Further, the wide area position measurement method may further include a step of repeating each of the steps a plurality of times and averaging the position data obtained in each of the position measurement steps. These wide-area position measurement methods have the same effects as the above-described wide-area position measurement system.
[0019]
Further, in order to solve the above-mentioned problem, a sound generating device according to the present invention transmits an extremely low frequency sound wave signal. The sound wave signal may be coded at least on the basis of the identification signal, and the sound wave signal may be a carrier wave, and may be modulated so that the carrier wave carries at least the identification signal.
[0020]
Next, in order to solve the above-described problem, the underwater vehicle angle measuring device of the present invention is provided in an underwater vehicle that receives a sound wave signal from at least one sound emitting device that transmits a very low frequency sound wave signal. An angle measuring device, based on a received first sound wave signal, first calculating means for calculating a distance between the sounding device and the underwater vehicle, and Second calculating means for calculating a distance between the sounding device and the underwater moving object based on the reception time of the first and second sound wave signals, and measuring a moving distance of the underwater moving object based on reception times of the first and second sound wave signals. Based on three distances obtained by the moving distance measuring means, the first and second calculating means, and the moving distance measuring means, an angle at which the sounding device is positioned with respect to the traveling direction of the underwater vehicle is calculated. Angle calculation means Characterized in that it obtain.
[0021]
According to the present invention, the distance between the sound generating device and the underwater vehicle at the position where the sound wave signal is received is calculated based on the first and second sound wave signals, and based on the reception times of the two sound wave signals. Then, the distance that the underwater vehicle has moved during that time is measured, and the angle at which the sound generating device is positioned with respect to the traveling direction of the underwater vehicle is calculated using these three distances.
[0022]
Therefore, by using the distance between the underwater vehicle and the three sides of the triangle created by the sound generator, the angle at which the sound generator is located with respect to the traveling direction of the underwater vehicle can be calculated, and the depth sensor provided in the underwater vehicle. The position of the underwater vehicle can be measured based on the output and the angle. Also, by using the moving distance of the underwater vehicle itself, the position of the underwater vehicle can be specified without receiving a plurality of receivers for receiving the sound wave signal and detecting the angle from the phase difference. Can be.
[0023]
Here, the angle calculating means may calculate the angle using the cosine theorem when three sides of the triangle are known.
[0024]
Further, the angle measurement method for an underwater vehicle according to the present invention includes an underwater vehicle that measures an angle between the underwater vehicle that receives a sound wave signal from at least one sounding device that transmits an extremely low frequency sound wave signal and the sounding device. A body angle measurement method, based on a received first sound wave signal, calculating a distance between the sounding device and the underwater vehicle, and based on a received second sound wave signal, Calculating a distance between the sounding device and the underwater vehicle; measuring a movement distance of the underwater vehicle based on reception times of the first and second sound signals; Calculating the angle at which the sounding device is located with respect to the traveling direction of the underwater vehicle based on the three distances obtained in (1).
[0025]
Here, in the angle calculation step, the angle may be calculated using a cosine theorem in a case where three sides of the triangle are known.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a wide-area position measurement system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. This embodiment is given as an example, and the present invention should not be construed as being limited thereto.
[0027]
(Embodiment 1)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic layout diagram of the wide area position measurement system according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the wide-area position measuring system includes an AUV 10, three sounding devices (pingers or transponders; the same applies hereinafter) 1, 2, and 3, and the AUV 10 has one filter for receiving a signal from each sounding device. A wave receiver 11 is provided.
[0028]
The sounding devices 1 to 3 are disposed at a depth of about 100 m from the sea floor, or with anchors lowered from the sea surface, or fixed to the bottom of the bus bar, and generate sound waves (underwater sound waves) having different frequencies. And send it. All of the sound generating devices 1 to 3 are synchronized at the time of installation, and all generate sound wave signals at the same time or with a predetermined time shift as needed, for example, using an atomic clock.
The synchronization method is a well-known ocean acoustic tomography technology (ocean acoustic tomography uses a sound wave to instantaneously know the state of the sea about three times the total area of the land in Japan. This is possible by using a photographing device. Note that the sound generation devices 1 to 3 and the timer unit 104 of the AUV 10 described later are synchronized in advance.
[0029]
For example, considering the case where an AUV crosses the Arctic Ocean, sounding devices are appropriately spaced around the Arctic Ocean.
[0030]
The frequency of the underwater sound wave transmitted from these sounding devices is lower than usual or conventionally used, and actually, a sound wave having a frequency of about 50 Hz to 200 Hz is used. By using the marine acoustic tomography technique, it is possible to transmit a distance of about 500 km at a frequency of 200 Hz and 1000 km or more at 100 Hz in water. When the frequency of the sound wave is 50 Hz, the sound wave can propagate over a distance of about several thousand km.
[0031]
Next, a method of position measurement in AUV will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram illustrating processing of a sound wave received by the AUV 10 according to the first embodiment of the present invention. 2, the signal processing unit 100 includes a wave receiving unit 101, an amplifying unit 102, an arithmetic processing unit 103, and a timer unit 104. Although not shown, the signal processing unit 100 may be connected to a battery and further include a display unit and the like. The timer unit 104 includes an atomic clock.
[0032]
Further, the arithmetic processing unit 103 includes a storage unit that stores an application program used by a computer for executing various processes. This storage unit stores coordinate data (longitude, latitude, and depth) of each sounding device in advance. It is used to store the position information obtained by the arithmetic processing described later as needed. Further, the arithmetic processing unit 103 receives depth information from a depth sensor (not shown) that measures the depth of the AUV 10, and calculates a current position based on the information and the arithmetically processed longitude and latitude information.
[0033]
FIG. 3 is a diagram illustrating functional blocks of the arithmetic processing unit 103 according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, the arithmetic processing unit 103 includes a sounding device-underwater moving body distance calculating unit 1031, a three-point positioning unit 1032, a depth detecting unit 1033, and a position measuring unit 1034. In the present embodiment, the sounding device-underwater moving body distance calculating means 1031 calculates the distance between the three sounding devices 1 to 3 and the AUV 10, and based on the calculation result, the three-point positioning means 1032 generates the AUV 10 And the depth detecting means 1033 detects the depth of the AUV 10 and corrects the specified position data (determines on which side of the plane including the three points the AUV 10 is located).
[0034]
Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a flowchart of the position measurement processing of the AUV 10 according to the first embodiment of the present invention. When the sound wave signals are transmitted from the three sounding devices 1 to 3 (step S1), the AUV 10 receives the sound wave signals transmitted from the sound generating devices 1 to 3 by the filter-equipped receiver 11 (step S2). At this time, the sound wave signals received by the receivers 11 to 13 are output to the receiver 101, amplified by the amplifier 102, and input to the arithmetic processor 103.
[0035]
In the arithmetic processing unit 103, the coded information is extracted from the coded sound wave itself or coded on the carrier wave of the input sound wave signal. This coded information includes at least the identification signal and the transmission time. The identification signal information indicates from which sound generator the sound wave signal is transmitted, and is used to prevent the frequency of the received sound wave signal from being erroneously recognized due to attenuation or influence of noise during propagation. By including the transmission time information, it is possible to calculate the propagation time of the sound wave signal without generating a sound wave signal from the sound generating device at a fixed time.
[0036]
The arithmetic processing unit 103 uses the difference between the transmission time obtained from the information encoded on the carrier wave and the reception time of the atomic clock in the timer unit 104 as the propagation time, and sets the sound speed in water (about 1500 m / s). Then, the distance (propagation distance) from the AUV 10 to each of the sound generating devices 1 to 3 is calculated (step S3).
[0037]
The arithmetic processing unit 103 measures the current position of the AUV 10 in a wide area based on the distance from the three sounding devices 1 to 3 to the AUV 10 and depth data obtained from a depth sensor (not shown) (step S4). However, since the influence of noise and the like can be considered, in order to reduce the influence, the wide-area position measurement system according to the present invention may perform averaging processing based on a plurality of calculations. In this case, the calculation result of each time is temporarily stored in a storage unit in the calculation processing unit 103, and after all position measurements are performed, the calculation processing unit 103 determines the longitude, latitude, and longitude of the calculation result (position information). The current position is specified by averaging the depths (step S5). Then, the arithmetic processing unit 103 stores the specified current position data in the storage unit (Step S6).
[0038]
As described above, in the wide-area position measurement system according to Embodiment 1 of the present invention, the frequency of the sound wave signal transmitted from the plurality of sounding devices 1 to 3 is lower than that of the related art, that is, approximately 50 to 200 Hz. The identification signal and the transmission time information are coded on the carrier of the sound wave signal.
[0039]
Therefore, the transmitted acoustic wave signal can propagate over a long distance of several thousand km, so that the AUV 10 can receive the acoustic wave signal in a wider area (wider area) than in the past, and can determine its position in a wider area. It is possible to measure.
[0040]
Further, in the wide-area position measurement system of the present invention, since the identification signal and the like are encoded on the carrier wave, the current position of the AUV 10 can be measured without generating a sound wave signal at a predetermined time.
[0041]
In this embodiment, three sounding devices 1 to 3 are used, but it goes without saying that four or more sounding devices may be used.
[0042]
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of an angle measurement device for the AUV 10 sound generation device according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 5, three AUVs 10 are shown, but those indicated by broken lines indicate imaginary positions, and the others indicate the positions of the AUVs 10 before and after the lapse of a predetermined time. As can be seen, the AUV 10 travels from left to right in the figure.
[0043]
Since the frequency of the sound wave signals transmitted from the sound emitting devices 1 to 3 is extremely low, 50 to 200 Hz, the sound wave signals from one sound emitting device cannot be received by a plurality of receivers with an appropriate phase difference. Therefore, in the present embodiment, the angle at which the sound generating device is positioned with respect to the traveling direction of the AUV 10 is measured by treating one receiver as a plurality of receivers by the AUV 10 traveling by itself.
[0044]
Note that a block diagram showing the processing of the sound wave signal received by the AUV 10 is the same as that of the first embodiment, and is not shown in this embodiment, and will be described using the reference numerals in FIG. 2 if necessary. I do. FIG. 6 is a diagram showing functional blocks of the arithmetic processing unit 103 according to Embodiment 2 of the present invention. 6, the arithmetic processing unit 103 includes a sounding device 1-underwater moving body distance calculating unit 1035, an underwater moving body moving distance detecting unit 1036, a sounding device 2-underwater moving body distance calculating unit 1037, Device angle measuring means 1038.
[0045]
Returning to FIG. 5, the arrangement of the AUV 10 and the sound generating device 1 will be described. The sounding device 1 (and 2) transmits sound wave signals at regular intervals. Then, the AUV 10 first receives, via the filter-equipped receiver 11, the sound wave signal transmitted from the sound generator 1 at the first position of the AUV 10 (solid line on the left side in the figure). The propagation distance at this time is l2+ L4Indicated by Next, the AUV 10 receives a sound wave signal from the sound generating device 1 again at a position on the right side of the figure after a predetermined time has elapsed. The propagation distance at this time is l3Indicated by Here, since the AUV 10 includes the above-described INS, the AUV 10 can measure its own moving distance from the first reception of a sound wave signal to the next reception thereof. In this figure, the moving distance of the AUV 10 in the meantime is l1Indicated by Also, the angle between the traveling direction of the AUV 10 and the sound generating devices 1 and 2 at the initial position is α11And α12And at the next position,21And α22It is.
[0046]
As in the first embodiment, all of the sound generators 1 and 2 (only two are shown in FIG. 5) and the AUV 10 are synchronized (with a built-in synchronization clock), and the storage unit (not shown) of the AUV 10 Position information (longitude and latitude) and depth information of the sounding devices 1 and 2 on the earth are stored in advance.
[0047]
Information such as an identification signal, a transmission frequency, and a transmission time is coded in the sound wave signal. For this reason, the distance between the sound generator and the AUV 10 (in FIG. 5, l is shown in FIG. 5) based on the time at which the sound signal was received by the AUV 10 and the coded transmission time.2+ L4And l3) Is calculated. The AUV 10 has a distance l between the first reception of a sound wave signal and the next reception thereof.1Just move. This distance and the moving direction of the AUV 10 are measured by INS provided in the AUV 10. Further, the depth of the AUV 10 is measured by a depth sensor (not shown).
[0048]
One angle measuring method according to the present embodiment applies the cosine theorem to a triangle connecting the two AUVs 10 and the sound generating device 1 in FIG.11Is to seek. That is, in this method, the length of three sides is l1, L2+ L4, L3In the triangle of cosα11= {L1 2+ (L2+ L4)2−l3 2} / 2 * l1* (L2+ L4) Is substituted for three known distances, and the angle α11Is calculated. Where angle α11Has an imaginary position, the angle α calculated from the sound generator 212, The actual position can be specified. It is also possible to calculate the actual position by changing the needle of the AUV 10.
[0049]
Next, the operation of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart of the angle measurement processing of the position of the sound generation device with respect to the traveling direction of the AUV 10 according to the second embodiment of the present invention. When receiving the first sound wave signal transmitted from the sound generating device via the receiver with filter 11 (step S11), the arithmetic processing unit 103 extracts the transmission time encoded in the received sound wave signal, and The propagation time is calculated by comparing with the time, and the first propagation distance is calculated based on the propagation time (step S12).
[0050]
Subsequently, after the AUV 10 has moved for a predetermined time, a second sound wave signal is received (step S13), and a second propagation distance is similarly calculated (step S14). At this time, the time between receiving the first and second sound wave signals is measured by the timer 14 (step S15), and the self-propelled distance traveled by the AUV 10 during that time is calculated using INS (step S16).
[0051]
Based on the three distances thus obtained, the angle of the sound generator with respect to the traveling direction of the AUV 10 is calculated by using any of the above-described methods (step S17), and the calculated angle data is not shown. It is stored in the storage unit (step S18).
[0052]
When the angle of the sounding device with respect to the traveling direction of the AUV 10 is calculated in this way, the position information (longitude, latitude, and depth) of each sounding device stored in a storage unit (not shown) in the arithmetic processing unit 103 and this The current position of the AUV 10 can be calculated from the angle, and this step may be added to the present invention.
[0053]
As described above, in the angle measuring device according to the second embodiment of the present invention, the frequency of the sound wave signal transmitted from the sound generating devices 1 and 2 is lower than that of the related art by about 50 to 200 Hz. The identification signal, the transmission frequency, and the information of the transmission time are coded on the carrier of the signal, and the AUV 10 receives the sound wave signal twice, and calculates the distance between the sound source and the moving distance of the AUV 10 between the received points. By calculating, the angle of the sound generating device with respect to the traveling direction of the AUV 10 is measured.
[0054]
Therefore, even when the sound wave signal has a low frequency, the angle of the sound generating device with respect to the traveling direction of the AUV 10 is measured without providing two or more receivers in the AUV 10 and measuring the phase difference of the sound wave signal transmitted. Can be. When the position of each sounding device is stored in the storage unit of the AUV 10 in advance, the position of the AUV 10 can be specified by the coordinates, the measured angle, and the depth obtained by the depth sensor.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since an extremely low frequency is used as the transmission frequency of the sound generating device, the underwater vehicle can receive a transmission signal even at a long distance, so that the position can be measured in a wide area. . Further, since the identification signal or the like is encoded in the transmission signal, each sound generation device can be identified even if the transmission frequency is the same.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic layout diagram of a wide-area position measurement system according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating processing of a sound wave signal received by AUV according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing functional blocks of an arithmetic processing unit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart of an AUV position measurement process according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic explanatory diagram of an angle measuring device for an AUV sound generating device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing functional blocks of an arithmetic processing unit according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a flowchart of an angle measurement process of the position of the sound generation device with respect to the AUV traveling direction according to the second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,2,3 sound generator
10 AUV
11 Receiver with filter
101 receiving part
102 amplifier
103 arithmetic processing unit
104 Timer section

Claims (14)

水中における測位法により位置の計測を行う広域位置計測システムにおいて、
水中に極低周波の音波信号を送信し、該音波信号を受信することで位置計測を行うことを特徴とする位置計測システム。
In a wide-area position measurement system that measures position by underwater positioning method,
A position measurement system that transmits an extremely low frequency sound wave signal into water and receives the sound wave signal to perform position measurement.
水中に極低周波の音波信号を送信するピンガーまたはトランスポンダを含む発音装置と、
水中移動体に設けられ、前記各発音装置から送信されるそれぞれの音波信号を受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された音波信号に基づいて、前記水中移動体の位置を計測する位置計測手段と、
を備えたことを特徴とする位置計測システム。
A sounding device including a pinger or transponder for transmitting an extremely low frequency sound wave signal in water,
Receiving means provided on the underwater vehicle, for receiving each sound wave signal transmitted from each sounding device,
Position measuring means for measuring the position of the underwater vehicle based on the sound wave signal received by the receiving means,
A position measuring system comprising:
前記音波信号は、少なくとも識別信号に基づいて、それ自体がコード化されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の位置計測システム。The position measurement system according to claim 1, wherein the sound wave signal is coded based on at least an identification signal. 前記音波信号は、搬送波であり、該搬送波は少なくとも識別信号をのせるために変調されることを特徴とする請求項1又は2に記載の位置計測システム。The position measurement system according to claim 1, wherein the sound wave signal is a carrier wave, and the carrier wave is modulated at least to carry an identification signal. 前記受信手段は、前記各発音装置から送信される音波信号を複数回受信するとともに、前記位置計測手段は、それぞれの音波信号から計測された位置情報データを平均化処理して、現在の位置を計測することを特徴とする請求項1〜4に記載の位置計測システム。The receiving means receives the sound wave signal transmitted from each sounding device a plurality of times, and the position measuring means averages position information data measured from each sound wave signal to determine a current position. The position measurement system according to claim 1, wherein measurement is performed. 発音装置から水中に極低周波の音波信号を送信する段階と、
前記発音装置から送信された音波信号を受信する段階と、
前記音波信号の伝搬時間に基づいて、前記各発音装置から水中移動体までの距離を演算する段階と、
演算されたそれぞれの前記距離データに基づいて、又は前記それぞれの距離及び前記水中移動体の深度センサから得られる深度データに基づいて、該水中移動体の位置を計測する段階と、
を含むことを特徴とする位置計測方法。
Transmitting an extremely low frequency sound wave signal from the sounding device into the water;
Receiving a sound wave signal transmitted from the sounding device;
Based on the propagation time of the sound wave signal, calculating the distance from each sounding device to the underwater vehicle,
Measuring the position of the underwater vehicle based on the calculated respective distance data or based on the respective distances and depth data obtained from a depth sensor of the underwater vehicle,
A position measuring method comprising:
それぞれの前記段階を複数回繰り返し、それぞれの位置計測段階で得られた位置データを平均化処理する段階を更に含むことを特徴とする請求項6に記載の位置計測方法。The position measuring method according to claim 6, further comprising the step of repeating each of the steps a plurality of times and averaging the position data obtained in each of the position measuring steps. 水中に極低周波の音波信号を送信することを特徴とする発音装置。A sound producing device for transmitting an extremely low frequency sound wave signal into water. 前記音波信号は、少なくとも識別信号に基づいて、それ自体がコード化されていることを特徴とする請求項8に記載の発音装置。The sound generating device according to claim 8, wherein the sound wave signal is coded at least based on at least an identification signal. 前記音波信号は、搬送波であり、該搬送波は少なくとも識別信号をのせるために変調されることを特徴とする請求項8に記載の発音装置。9. The sound generating device according to claim 8, wherein the sound wave signal is a carrier wave, and the carrier wave is modulated to carry at least an identification signal. 水中にて極低周波の音波信号を送信する少なくとも1つの発音装置からの音波信号を受信する水中移動体に装備される角度計測装置であって、
受信された1番目の音波信号に基づいて、前記発音装置と前記水中移動体との距離を算出する第1の演算手段と、
受信された2番目の音波信号に基づいて、前記発音装置と前記水中移動体との距離を算出する第2の演算手段と、
前記1番目と2番目の音波信号の受信時刻に基づいて、前記水中移動体の移動距離を計測する移動距離計測手段と、
前記第1及び第2の演算手段、並びに移動距離計測手段により得られた3つの距離に基づいて、前記水中移動体の進行方向に対する前記発音装置の位置する角度を算出する角度算出手段と、
を備えたことを特徴とする水中移動体の角度計測装置。
An angle measurement device provided in an underwater vehicle that receives a sound wave signal from at least one sound generating device that transmits an extremely low frequency sound wave signal in water,
First calculating means for calculating a distance between the sounding device and the underwater vehicle based on the received first sound wave signal;
Second calculating means for calculating a distance between the sounding device and the underwater vehicle based on the received second sound wave signal;
Moving distance measuring means for measuring a moving distance of the underwater vehicle based on reception times of the first and second sound wave signals;
An angle calculation unit that calculates an angle at which the sounding device is positioned with respect to a traveling direction of the underwater vehicle based on the three distances obtained by the first and second calculation units and a movement distance measurement unit;
An angle measuring device for an underwater vehicle, comprising:
前記角度算出手段は、三角形の3辺が既知の場合における余弦定理を用いて前記角度を算出することを特徴とする請求項11に記載の水中移動体の角度計測装置。The angle measuring device of the underwater vehicle according to claim 11, wherein the angle calculating means calculates the angle using a cosine theorem when three sides of the triangle are known. 極低周波の音波信号を送信する少なくとも1つの発音装置からの音波信号を受信する水中移動体と該発音装置との角度を計測する水中移動体の角度計測方法であって、
受信された1番目の音波信号に基づいて、前記発音装置と前記水中移動体との距離を算出する段階と、
受信された2番目の音波信号に基づいて、前記発音装置と前記水中移動体との距離を算出する段階と、
前記1番目と2番目の音波信号の受信時刻に基づいて、前記水中移動体の移動距離を計測する段階と、
前記それぞれの段階により得られた3つの距離に基づいて、前記水中移動体の進行方向に対する前記発音装置の位置する角度を算出する段階と、
を有することを特徴とする水中移動体の角度計測方法。
An angle measurement method for an underwater vehicle that measures an angle between an underwater vehicle and an acoustic device that receives an acoustic signal from at least one sounding device that transmits an extremely low-frequency acoustic signal,
Calculating a distance between the sounding device and the underwater vehicle based on the received first sound wave signal;
Calculating a distance between the sounding device and the underwater vehicle based on the received second sound wave signal;
Measuring the moving distance of the underwater vehicle based on the reception times of the first and second sound wave signals;
Calculating an angle at which the sounding device is positioned with respect to a traveling direction of the underwater vehicle based on the three distances obtained in each of the steps;
An angle measurement method for an underwater vehicle, comprising:
前記角度算出段階において、三角形の3辺が既知の場合における余弦定理を用いて前記角度が算出されることを特徴とする請求項13に記載の水中移動体の角度計測方法。14. The angle measuring method for an underwater vehicle according to claim 13, wherein in the angle calculating step, the angle is calculated using a cosine theorem when three sides of the triangle are known.
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