JP2004191125A - 水中位置測定方法、及び水中位置測定装置 - Google Patents
水中位置測定方法、及び水中位置測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004191125A JP2004191125A JP2002358001A JP2002358001A JP2004191125A JP 2004191125 A JP2004191125 A JP 2004191125A JP 2002358001 A JP2002358001 A JP 2002358001A JP 2002358001 A JP2002358001 A JP 2002358001A JP 2004191125 A JP2004191125 A JP 2004191125A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- underwater
- transmitter
- receivers
- ultrasonic wave
- position measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
【課題】補正が不要で容易に測定が可能な水中位置測定方法及び水中位置測定装置を提供する。
【解決手段】水中施工機械１上の送波器Ｔ１等から超音波Ｗ１等を送信し、測定船２上の位置がＧＰＳ測位される受波器Ｒ１等により受信し、送信超音波と受信超音波との相互相関をとることにより到達時間をそれぞれ求め、水中施工機械１上の送波器の三次元座標と水中音速に関する４元２次方程式を解くことにより、水中施工機械１上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と超音波の水中伝搬速度Ｃを得る。
【選択図】 図１
【解決手段】水中施工機械１上の送波器Ｔ１等から超音波Ｗ１等を送信し、測定船２上の位置がＧＰＳ測位される受波器Ｒ１等により受信し、送信超音波と受信超音波との相互相関をとることにより到達時間をそれぞれ求め、水中施工機械１上の送波器の三次元座標と水中音速に関する４元２次方程式を解くことにより、水中施工機械１上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と超音波の水中伝搬速度Ｃを得る。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて水中移動体の位置を測定する水中位置測定方法及び水中位置測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水中を移動する物体等の位置を測定するためのシステムとしては、超音波を送波器から送信し受波器に到達するまでの到達時間を測定し、この到達時間に音速を乗じて送波器から受波器までの距離を算出するものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１２７２３８号公報（第１−６頁、図１−４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水中での超音波の伝搬速度（水中音速）は、通常は、１５００ｍ／秒として一定値としているが、水温、塩分濃度、圧力等によって変化する。このため、水温センサ等の補助的な検出手段を併用し、超音波の水中伝搬速度の値を補正する必要があった。また、水中施工機械の方向を知りたい場合があるが、その場合には、水中施工機械にジャイロを設ける必要があった。また、水中施工機械の傾斜度については、傾斜計を搭載する必要があった。さらに、上記したジャイロ、傾斜計は、長時間使用すると、測定値にズレ（ドリフト）が生じるため、その都度キャリブレーション（補正）を行う必要があり、作業が繁雑になるとともに、工事費用が高くなる、という問題があった。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、補正が不要で容易に測定が可能な水中位置測定方法及び水中位置測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の特許請求の範囲の請求項１に記載した水中位置測定方法は、
水中を移動する水中移動体に取り付けられた送波器から超音波を送信し、測定船に取り付けられ前記測定船上の位置が既知であるとともにＧＰＳ測位により三次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）が計測される４個の受波器により前記超音波を受信し、前記各受波器により受信された超音波と前記送信された超音波との相互相関をとることにより送波器から前記各受波器までの到達時間ｔｉをそれぞれ求め、前記水中移動体上の送波器の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし前記超音波の水中伝搬速度をＣとした場合に、下式
（ｘ−ｘｉ）２＋（ｙ−ｙｉ）２＋（ｚ−ｚｉ）２＝（Ｃ・ｔｉ）２
により表される方程式を前記各受波器ごとに４個作成し、これらの４元２次方程式を解くことにより、前記水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と前記超音波の水中伝搬速度Ｃを得ることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の特許請求の範囲の請求項２に記載した水中位置測定方法は、
請求項１記載の水中位置測定方法において、
前記送波器から送信される超音波は、Ｍ系列信号によって変調されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の特許請求の範囲の請求項３に記載した水中位置測定方法は、
請求項１記載の水中位置測定方法において、
前記送波器を前記水中移動体に３個取り付けるとともに、前記３個の送波器の前記水中移動体上の位置を予め計測しておき、前記水中移動体上の各送波器の三次元座標を求めることにより、前記水中移動体の方向及び傾斜を得ることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の特許請求の範囲の請求項４に記載した水中位置測定装置は、
水中を移動する水中移動体に取り付けられ超音波を送信する送波器と、
測定船に取り付けられ前記測定船上の位置が既知である４個の受波器と、
前記４個の各受波器の三次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を計測するＧＰＳ測位手段と、
前記各受波器により受信された超音波と前記送信された超音波との相互相関をとることにより送波器から前記各受波器までの到達時間ｔｉをそれぞれ求め、前記水中移動体上の送波器の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし前記超音波の水中伝搬速度をＣとした場合に、下式
（ｘ−ｘｉ）２＋（ｙ−ｙｉ）２＋（ｚ−ｚｉ）２＝（Ｃ・ｔｉ）２
により表される方程式を前記各受波器ごとに４個作成し、これらの４元２次方程式を解くことにより、前記水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と前記超音波の水中伝搬速度Ｃを得る演算処理手段を
備えることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明を行う。図１は、本発明の一実施形態である水中位置測定装置の構成を示す図である。また、図２は、図１に示す水中位置測定装置のさらに詳細な構成を示す図である。
【００１１】
図１に示すように、一実施形態の水中位置測定装置１００は、水中を移動しながら浚渫工事等の施工を行う水中施工機械１に取り付けられた３個の送波器Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３と、海面Ｓ上の測定船２に取り付けられた４個の受波器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４と、測定船２に設けられた演算処理部３と、接続ケーブル４と、測定船２に設けられたＧＰＳアンテナＡ１〜Ａ３を備えて構成されている。
【００１２】
図２（Ａ）に示すように、送波器Ｔ１は、海中に降ろされて測定船２と水中施工機械１を接続する接続ケーブル４により、演算処理部３に接続されている。また、受波器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、それぞれ演算処理部３に接続されている。また、ＧＰＳアンテナＡ１、Ａ２、及びＡ３は、それぞれ演算処理部３に接続されている。
【００１３】
４個の受波器Ｒ１〜Ｒ４は、測定船２における位置が予め計測されており既知となっている。また、図１に示すように、ＧＰＳアンテナＡ１、Ａ２、及びＡ３は、それぞれ受波器Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３に対応する位置に設置されており、例えばＧＰＳアンテナＡ１と受波機Ｒ１との相互位置関係は予め計測されており既知となっている。ＧＰＳアンテナＡ２と受波機Ｒ２、ＧＰＳアンテナＡ３と受波機Ｒ３についても同様である。
【００１４】
演算処理部３は、図２（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ１０と、ＲＯＭ１１と、ＲＡＭ１２を有している。
【００１５】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）１０は、演算処理部３の各部を統括し、各種演算やプログラム実行等の処理を行う部分である。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出し専用メモリ）１１は、ＣＰＵ１０を制御するための制御プログラムや各種データ等を格納している部分である。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）１２は、ＣＰＵ１０により演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。
【００１６】
また、演算処理部３は、ＧＰＳ受信処理部（図示せず）を有している。このＧＰＳ受信処理部（図示せず）とアンテナＡ１〜Ａ３は、ＧＰＳシステムを構成している。このＧＰＳシステムは、地球の上空で地球を取り巻く軌道上を周回する人工衛星（ＧＰＳ衛星）から電波により送信されるＧＰＳ信号によりＧＰＳアンテナＡ１等の位置を測定する測位システムである。ＧＰＳシステムでは、地球上のどの地点においても、４個以上のＧＰＳ衛星が視界に入るようになっている。
【００１７】
それぞれのＧＰＳ衛星からは、測位用の電波信号が発信されている。この電波信号は、ディジタル信号であり、このディジタル信号の中には、所定周期（例えば１ミリ秒）ごとに繰り返される測位用コード、発信されたＧＰＳ衛星の軌道情報などが含まれている。この測位用コードは、演算処理部３内のＧＰＳ受信処理部（図示せず）の内部でも生成されている。このため、ＧＰＳ衛星が搭載している時計の時刻と、受信するＧＰＳ受信処理部の時計の時刻が誤差なく一致していれば、測位用コードの時間のずれ（以下、「時間差」という。）を検出することにより、受信したＧＰＳ衛星と、受信した装置の位置の間の距離（以下、「疑似距離」という。）を算出することができる。
【００１８】
すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波受信位置から、あるＧＰＳ衛星までの疑似距離は、上記の時間差に電波の速度（光速度）を乗算することにより得ることができる。各時刻におけるＧＰＳ衛星の三次元位置座標は、上記したディジタル信号中の軌道情報から算出することができる。ある時刻におけるあるＧＰＳ衛星の三次元位置座標を（α，β，γ）とし、ＧＰＳ電波受信位置（ＧＰＳアンテナ位置）の三次元位置座標を（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）とし、その時刻における疑似距離をＲとすれば、下式（１）が成立する。
（ｘｋ−α）２＋（ｙｋ−β）２＋（ｚｋ−γ）２＝Ｒ２………（１）
【００１９】
ＧＰＳ電波受信位置の三次元位置座標（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）の変数の個数は３個であるから、同時に異なる３個のＧＰＳ衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式（１）と同様の関係式を３個求め、これらを解くことにより、ｘｋ，ｙｋ，ｚｋの値を得ることができることになる。しかし、ＧＰＳ衛星の時計と、受信装置の時計との間には時間の誤差があるため、算出された疑似距離Ｒには、誤差ΔＲが含まれる。このため、ＧＰＳシステムにおいては、同時に異なる少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式（１）と同様の関係式を少なくとも４個求めることにより、ΔＲを考慮しつつ、ｘｋ，ｙｋ，ｚｋの値を一義的に決定している。本発明においては、測量に用いられる「ＲＴＫ−ＧＰＳ」という、さらに高精度のＧＰＳを使用することができる。
【００２０】
ＧＰＳアンテナＡ１等と受波機Ｒ１等との相互位置関係は予め計測されており既知であるから、上記したＧＰＳシステムによる測位により、受波機Ｒ１〜Ｒ３の三次元位置座標は、演算処理部３内のＧＰＳ受信処理部（図示せず）からリアルタイムで出力される。
【００２１】
ここで、受波器Ｒ１の三次元位置座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、受波器Ｒ２の三次元位置座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とし、受波器Ｒ３の三次元位置座標を（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とする。また、受波器Ｒ１〜Ｒ４の相互位置関係は予め計測されており既知であるから、上記した受波器Ｒ１〜Ｒ３の三次元位置座標から、受波器Ｒ４の三次元位置座標（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を演算処理部３内のＣＰＵ１０が演算しリアルタイムで出力する。
【００２２】
演算処理部３内、又は送波器Ｔ１〜Ｔ３内には、図３（Ａ）に示すようなＭ系列信号生成部５が設けられている。このＭ系列信号生成部５は、シフトレジスタ２０と、加算器２１を有しており、加算器２１の出力がシフトレジスタ２０にフィードバックされるように構成されている。シフトレジスタ２０の中間部分から取り出されるタップ出力が加算器２１に出力され、Ｍ系列信号が生成される。ただし、シフトレジスタ２０の中間部分から取り打されるタップは、レジスタのどの位置から取り出してもよいわけではなく、特定の組み合わせを用いた場合にのみ取り出されるデータ列（１と０の数列）をＭ系列信号という。Ｍ系列信号は、Ｍａｘｉｍｕｍ ｌｅｎｇｔｈ ｓｅｑｕｅｎｃｅ の和訳であり、最大長系列または最大周期列といわれる疑似不規則信号の一つである。図３（Ａ）に示すＭ系列信号生成部５は、４段のＭ系列信号発生器と呼ばれる。
【００２３】
図３（Ａ）で示されるＭ系列信号生成部５から得られるＭ系列信号は、初期値を「０００１」とすると、図３（Ｂ）のような数列となり、その周期は、２４−１より、１５となる。演算処理部３は、生成されたＭ系列信号のうち、「０」を「−１」に置き換え、図４（Ａ）に示すような波形の信号として送波器Ｔ１に送る。
【００２４】
送波器Ｔ１等の内部には、図示はしていないが、図４（Ｂ）に示すような一定周波数の超音波（搬送波）を生成する搬送波生成部が設けられている。また、送波器Ｔ１等の内部には、図示はしていないが、超音波の搬送波を変調する超音波変調部が設けられている。この超音波変調部（図示せず）は、例えば、ＰＳＫ（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）方式により変調を行う。ＰＳＫ方式では、搬送波の位相を、ディジタル信号に応じて変化させる。図４（Ｂ）の搬送波を、図４（Ａ）のＭ系列信号（ディジタル信号）で変調した波形を示したものが図４（Ｃ）である。
【００２５】
すなわち、Ｍ系列信号が「１」のときは搬送波の位相は元のままであり、Ｍ系列信号が「−１」のときには、搬送波の位相は元の波形から１８０゜変化し反転する。
【００２６】
水中施工機械１の水中位置測定を行う場合には、時刻τＡにおける演算処理部３からの指令により、図５（Ａ）に示すように、送波器（例えばＴ１）から波形３１の超音波が送信される。この超音波（例えば図１におけるＷ１）は、海中を伝搬して受波器（例えばＲ１）により受信される。このときの受信波形が図５（Ｂ）に示す３２であったとする。この受信波形３２は、受波器（例えばＲ１）から演算処理部３へ送られる。
【００２７】
演算処理部３内のＣＰＵ１０は、送波器Ｔ１等から送信された送信波形３１と、受波器Ｒ１等により受信された受信波形３２との相互相関をとる。この結果、相互相関係数３３が鋭いピーク３３Ｐを示す時刻τＢが検出される。時刻τＡ及び時刻τＢの検出は、演算処理部３内に設けられるタイマー（図示せず）により行われる。このタイマーは、ハードウェアで構成されてもよいし、ソフトウェアで構成されてもよい。送波器から受波器への超音波の到達時間ｔは、（τＢ−τＡ）の演算によって算出される。
【００２８】
ここで、送波器Ｔ１から受波器Ｒ１の超音波の到達時間をｔ１とし、送波器Ｔ１から受波器Ｒ２の超音波の到達時間をｔ２とし、送波器Ｔ１から受波器Ｒ３の超音波の到達時間をｔ３とし、送波器Ｔ４から受波器Ｒ１の超音波の到達時間をｔ４とし、超音波の水中伝搬速度をＣとし、送波器Ｔ１の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、受波器Ｒ１の三次元位置座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、受波器Ｒ２の三次元位置座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とし、受波器Ｒ３の三次元位置座標を（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とし、受波器Ｒ４の三次元位置座標を（ｘ４，ｙ４，ｚ４）とすると、下式（２）〜（５）が成立する。
【００２９】
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋（ｚ−ｚ１）２＝（Ｃ・ｔ１）２ …（２）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（Ｃ・ｔ２）２ …（３）
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋（ｚ−ｚ３）２＝（Ｃ・ｔ３）２ …（４）
（ｘ−ｘ４）２＋（ｙ−ｙ４）２＋（ｚ−ｚ４）２＝（Ｃ・ｔ４）２ …（５）
【００３０】
上記した４式を方程式として、これらの４元２次方程式（２）〜（５）を解くことにより、水中施工機械１上の送波器Ｔ１の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と超音波の水中伝搬速度Ｃを求めることができる。
【００３１】
一般に、海中での超音波の伝搬速度（水中音速）Ｃは、水温、塩分濃度、圧力等によって変化するが、上記の方法では、方程式の変数として解を求めるため、補正等の必要がなく、水中施工機械１上の送波器Ｔ１の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を正確に算出することができる。また、Ｍ系列信号で超音波を変調した波形を送信するので、ノイズが混入しても高い精度で測定を行うことができる。また、送波器をＴ１のみでなく、Ｔ１〜Ｔ３の３個用いることにより、水中施工機械の方向（向き）、傾斜度の値もリアルタイムで得ることができる。
【００３２】
図６に示す例は、波がなく測定船が水平状で４個の受波器を、三角形の各頂点と重心位置に配置した場合を示しており、測定船上の座標において、例えば、送波器Ｔ１の位置Ｑの三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、受波器Ｒ１の配置位置Ｐ１の三次元位置座標を（０，２ａ，０）とし、受波器Ｒ２の配置位置Ｐ２の三次元位置座標を（−ｂ，−ａ，０）とし、受波器Ｒ３の配置位置Ｐ３の三次元位置座標を（ｂ，−ａ，０）とし、受波器Ｒ４の配置位置Ｐ４の三次元位置座標を（０，０，０）とすると、上式（２）〜（５）は、下式（６）〜（９）のようになる。
【００３３】
ｘ２＋（ｙ−２ａ）２＋ｚ２＝（Ｃ・ｔ１）２ …（６）
（ｘ＋ｂ）２＋（ｙ＋ａ）２＋ｚ２＝（Ｃ・ｔ２）２ …（７）
（ｘ−ｂ）２＋（ｙ＋ａ）２＋ｚ２＝（Ｃ・ｔ３）２ …（８）
ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝（Ｃ・ｔ４）２ …（９）
【００３４】
上記した４式を方程式として、これらの４元２次方程式（６）〜（９）を解くと、以下のような解を得ることができる。また、ｚの値は、上式（９）にｘとｙを代入することにより求められる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
【数２】
【００３７】
【数３】
【００３８】
また、上記の点Ｐ１とＰ２とＰ３がなす三角形が正三角形の場合には、ｂのかわりに√３・ａを代入して、以下のような解を得ることができる。また、ｚの値は、上式（９）にｘとｙを代入することにより求められる。
【００３９】
【数４】
【００４０】
【数５】
【００４１】
【数６】
【００４２】
上記した実施形態において、水中施工機械１は特許請求の範囲における水中移動体に相当している。また、演算処理部３は特許請求の範囲における演算処理手段に相当している。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４４】
例えば、上記実施形態においては、水中位置測定装置（例えば１００）が用いられる箇所が海洋や海浜付近である例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の箇所、例えば、例えば、湖、池、沼等の内水部において使用してもよい。
【００４５】
また、送波器はＴ１のみ１個を使用してもよい。また、送波器を３個用いる場合、送波器Ｔ２、Ｔ３からの超音波を変調するＭ系列信号は、各送波器Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ごとに異ならせる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４に記載された発明によれば、水中を移動する水中移動体に取り付けられた送波器から超音波を送信し、測定船に取り付けられ前記測定船上の位置が既知であるとともにＧＰＳ測位により三次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）が計測される４個の受波器により前記超音波を受信し、前記各受波器により受信された超音波と前記送信された超音波との相互相関をとることにより送波器から前記各受波器までの到達時間ｔｉをそれぞれ求め、前記水中移動体上の送波器の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし前記超音波の水中伝搬速度をＣとした場合に、下式
（ｘ−ｘｉ）２＋（ｙ−ｙｉ）２＋（ｚ−ｚｉ）２＝（Ｃ・ｔｉ）２
により表される方程式を前記各受波器ごとに４個作成し、これらの４元２次方程式を解くことにより、前記水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と前記超音波の水中伝搬速度Ｃを得るように構成したので、水中において水温、塩分濃度、圧力等によって超音波の水中伝搬速度が変化しても、方程式の変数として解を求めるため、補正等の必要がなく、水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を正確に算出することができる。また、Ｍ系列信号で超音波を変調した波形を送信する場合には、ノイズが混入しても高い精度で測定を行うことができる。また、送波器を３個用いることにより、水中移動体の方向（向き）、傾斜度の値もリアルタイムで得ることができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である水中位置測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す水中位置測定装置のさらに詳細な構成を示す図である。
【図３】図１に示す水中位置測定装置に用いるＭ系列信号を説明する図である。
【図４】図１に示す水中位置測定装置における超音波波形の変調方法を説明する図である。
【図５】図１に示す水中位置測定装置における超音波到達時間の検出方法を説明する図である。
【図６】図１に示す水中位置測定装置における受波器の配置状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 水中施工機械
２ 測定船
３ 演算処理部
４ 接続ケーブル
５ Ｍ系列信号生成部
１０ ＣＰＵ
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
２０ シフトレジスタ
２１ 加算器
３１ 送信波形
３２ 受信波形
３３ 相互相関関数
３３Ｐ ピーク
１００ 水中位置測定装置
Ａ１〜Ａ３ ＧＰＳアンテナ
Ｐ１〜Ｐ４ 受波器位置
Ｑ 送波器位置
Ｒ１〜Ｒ４ 受波器
Ｓ 海面
Ｔ１〜Ｔ３ 送波器
ｔ 到達時間
Ｗ１〜Ｗ４ 超音波
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いて水中移動体の位置を測定する水中位置測定方法及び水中位置測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水中を移動する物体等の位置を測定するためのシステムとしては、超音波を送波器から送信し受波器に到達するまでの到達時間を測定し、この到達時間に音速を乗じて送波器から受波器までの距離を算出するものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−１２７２３８号公報（第１−６頁、図１−４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水中での超音波の伝搬速度（水中音速）は、通常は、１５００ｍ／秒として一定値としているが、水温、塩分濃度、圧力等によって変化する。このため、水温センサ等の補助的な検出手段を併用し、超音波の水中伝搬速度の値を補正する必要があった。また、水中施工機械の方向を知りたい場合があるが、その場合には、水中施工機械にジャイロを設ける必要があった。また、水中施工機械の傾斜度については、傾斜計を搭載する必要があった。さらに、上記したジャイロ、傾斜計は、長時間使用すると、測定値にズレ（ドリフト）が生じるため、その都度キャリブレーション（補正）を行う必要があり、作業が繁雑になるとともに、工事費用が高くなる、という問題があった。
【０００５】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、補正が不要で容易に測定が可能な水中位置測定方法及び水中位置測定装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の特許請求の範囲の請求項１に記載した水中位置測定方法は、
水中を移動する水中移動体に取り付けられた送波器から超音波を送信し、測定船に取り付けられ前記測定船上の位置が既知であるとともにＧＰＳ測位により三次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）が計測される４個の受波器により前記超音波を受信し、前記各受波器により受信された超音波と前記送信された超音波との相互相関をとることにより送波器から前記各受波器までの到達時間ｔｉをそれぞれ求め、前記水中移動体上の送波器の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし前記超音波の水中伝搬速度をＣとした場合に、下式
（ｘ−ｘｉ）２＋（ｙ−ｙｉ）２＋（ｚ−ｚｉ）２＝（Ｃ・ｔｉ）２
により表される方程式を前記各受波器ごとに４個作成し、これらの４元２次方程式を解くことにより、前記水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と前記超音波の水中伝搬速度Ｃを得ることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の特許請求の範囲の請求項２に記載した水中位置測定方法は、
請求項１記載の水中位置測定方法において、
前記送波器から送信される超音波は、Ｍ系列信号によって変調されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の特許請求の範囲の請求項３に記載した水中位置測定方法は、
請求項１記載の水中位置測定方法において、
前記送波器を前記水中移動体に３個取り付けるとともに、前記３個の送波器の前記水中移動体上の位置を予め計測しておき、前記水中移動体上の各送波器の三次元座標を求めることにより、前記水中移動体の方向及び傾斜を得ることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の特許請求の範囲の請求項４に記載した水中位置測定装置は、
水中を移動する水中移動体に取り付けられ超音波を送信する送波器と、
測定船に取り付けられ前記測定船上の位置が既知である４個の受波器と、
前記４個の各受波器の三次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を計測するＧＰＳ測位手段と、
前記各受波器により受信された超音波と前記送信された超音波との相互相関をとることにより送波器から前記各受波器までの到達時間ｔｉをそれぞれ求め、前記水中移動体上の送波器の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし前記超音波の水中伝搬速度をＣとした場合に、下式
（ｘ−ｘｉ）２＋（ｙ−ｙｉ）２＋（ｚ−ｚｉ）２＝（Ｃ・ｔｉ）２
により表される方程式を前記各受波器ごとに４個作成し、これらの４元２次方程式を解くことにより、前記水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と前記超音波の水中伝搬速度Ｃを得る演算処理手段を
備えることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明を行う。図１は、本発明の一実施形態である水中位置測定装置の構成を示す図である。また、図２は、図１に示す水中位置測定装置のさらに詳細な構成を示す図である。
【００１１】
図１に示すように、一実施形態の水中位置測定装置１００は、水中を移動しながら浚渫工事等の施工を行う水中施工機械１に取り付けられた３個の送波器Ｔ１、Ｔ２、及びＴ３と、海面Ｓ上の測定船２に取り付けられた４個の受波器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４と、測定船２に設けられた演算処理部３と、接続ケーブル４と、測定船２に設けられたＧＰＳアンテナＡ１〜Ａ３を備えて構成されている。
【００１２】
図２（Ａ）に示すように、送波器Ｔ１は、海中に降ろされて測定船２と水中施工機械１を接続する接続ケーブル４により、演算処理部３に接続されている。また、受波器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ４は、それぞれ演算処理部３に接続されている。また、ＧＰＳアンテナＡ１、Ａ２、及びＡ３は、それぞれ演算処理部３に接続されている。
【００１３】
４個の受波器Ｒ１〜Ｒ４は、測定船２における位置が予め計測されており既知となっている。また、図１に示すように、ＧＰＳアンテナＡ１、Ａ２、及びＡ３は、それぞれ受波器Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３に対応する位置に設置されており、例えばＧＰＳアンテナＡ１と受波機Ｒ１との相互位置関係は予め計測されており既知となっている。ＧＰＳアンテナＡ２と受波機Ｒ２、ＧＰＳアンテナＡ３と受波機Ｒ３についても同様である。
【００１４】
演算処理部３は、図２（Ｂ）に示すように、ＣＰＵ１０と、ＲＯＭ１１と、ＲＡＭ１２を有している。
【００１５】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）１０は、演算処理部３の各部を統括し、各種演算やプログラム実行等の処理を行う部分である。ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ：読出し専用メモリ）１１は、ＣＰＵ１０を制御するための制御プログラムや各種データ等を格納している部分である。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）１２は、ＣＰＵ１０により演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。
【００１６】
また、演算処理部３は、ＧＰＳ受信処理部（図示せず）を有している。このＧＰＳ受信処理部（図示せず）とアンテナＡ１〜Ａ３は、ＧＰＳシステムを構成している。このＧＰＳシステムは、地球の上空で地球を取り巻く軌道上を周回する人工衛星（ＧＰＳ衛星）から電波により送信されるＧＰＳ信号によりＧＰＳアンテナＡ１等の位置を測定する測位システムである。ＧＰＳシステムでは、地球上のどの地点においても、４個以上のＧＰＳ衛星が視界に入るようになっている。
【００１７】
それぞれのＧＰＳ衛星からは、測位用の電波信号が発信されている。この電波信号は、ディジタル信号であり、このディジタル信号の中には、所定周期（例えば１ミリ秒）ごとに繰り返される測位用コード、発信されたＧＰＳ衛星の軌道情報などが含まれている。この測位用コードは、演算処理部３内のＧＰＳ受信処理部（図示せず）の内部でも生成されている。このため、ＧＰＳ衛星が搭載している時計の時刻と、受信するＧＰＳ受信処理部の時計の時刻が誤差なく一致していれば、測位用コードの時間のずれ（以下、「時間差」という。）を検出することにより、受信したＧＰＳ衛星と、受信した装置の位置の間の距離（以下、「疑似距離」という。）を算出することができる。
【００１８】
すなわち、ＧＰＳ衛星からの電波受信位置から、あるＧＰＳ衛星までの疑似距離は、上記の時間差に電波の速度（光速度）を乗算することにより得ることができる。各時刻におけるＧＰＳ衛星の三次元位置座標は、上記したディジタル信号中の軌道情報から算出することができる。ある時刻におけるあるＧＰＳ衛星の三次元位置座標を（α，β，γ）とし、ＧＰＳ電波受信位置（ＧＰＳアンテナ位置）の三次元位置座標を（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）とし、その時刻における疑似距離をＲとすれば、下式（１）が成立する。
（ｘｋ−α）２＋（ｙｋ−β）２＋（ｚｋ−γ）２＝Ｒ２………（１）
【００１９】
ＧＰＳ電波受信位置の三次元位置座標（ｘｋ，ｙｋ，ｚｋ）の変数の個数は３個であるから、同時に異なる３個のＧＰＳ衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式（１）と同様の関係式を３個求め、これらを解くことにより、ｘｋ，ｙｋ，ｚｋの値を得ることができることになる。しかし、ＧＰＳ衛星の時計と、受信装置の時計との間には時間の誤差があるため、算出された疑似距離Ｒには、誤差ΔＲが含まれる。このため、ＧＰＳシステムにおいては、同時に異なる少なくとも４個のＧＰＳ衛星からの電波を受信して疑似距離を算出し、上式（１）と同様の関係式を少なくとも４個求めることにより、ΔＲを考慮しつつ、ｘｋ，ｙｋ，ｚｋの値を一義的に決定している。本発明においては、測量に用いられる「ＲＴＫ−ＧＰＳ」という、さらに高精度のＧＰＳを使用することができる。
【００２０】
ＧＰＳアンテナＡ１等と受波機Ｒ１等との相互位置関係は予め計測されており既知であるから、上記したＧＰＳシステムによる測位により、受波機Ｒ１〜Ｒ３の三次元位置座標は、演算処理部３内のＧＰＳ受信処理部（図示せず）からリアルタイムで出力される。
【００２１】
ここで、受波器Ｒ１の三次元位置座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、受波器Ｒ２の三次元位置座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とし、受波器Ｒ３の三次元位置座標を（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とする。また、受波器Ｒ１〜Ｒ４の相互位置関係は予め計測されており既知であるから、上記した受波器Ｒ１〜Ｒ３の三次元位置座標から、受波器Ｒ４の三次元位置座標（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を演算処理部３内のＣＰＵ１０が演算しリアルタイムで出力する。
【００２２】
演算処理部３内、又は送波器Ｔ１〜Ｔ３内には、図３（Ａ）に示すようなＭ系列信号生成部５が設けられている。このＭ系列信号生成部５は、シフトレジスタ２０と、加算器２１を有しており、加算器２１の出力がシフトレジスタ２０にフィードバックされるように構成されている。シフトレジスタ２０の中間部分から取り出されるタップ出力が加算器２１に出力され、Ｍ系列信号が生成される。ただし、シフトレジスタ２０の中間部分から取り打されるタップは、レジスタのどの位置から取り出してもよいわけではなく、特定の組み合わせを用いた場合にのみ取り出されるデータ列（１と０の数列）をＭ系列信号という。Ｍ系列信号は、Ｍａｘｉｍｕｍ ｌｅｎｇｔｈ ｓｅｑｕｅｎｃｅ の和訳であり、最大長系列または最大周期列といわれる疑似不規則信号の一つである。図３（Ａ）に示すＭ系列信号生成部５は、４段のＭ系列信号発生器と呼ばれる。
【００２３】
図３（Ａ）で示されるＭ系列信号生成部５から得られるＭ系列信号は、初期値を「０００１」とすると、図３（Ｂ）のような数列となり、その周期は、２４−１より、１５となる。演算処理部３は、生成されたＭ系列信号のうち、「０」を「−１」に置き換え、図４（Ａ）に示すような波形の信号として送波器Ｔ１に送る。
【００２４】
送波器Ｔ１等の内部には、図示はしていないが、図４（Ｂ）に示すような一定周波数の超音波（搬送波）を生成する搬送波生成部が設けられている。また、送波器Ｔ１等の内部には、図示はしていないが、超音波の搬送波を変調する超音波変調部が設けられている。この超音波変調部（図示せず）は、例えば、ＰＳＫ（ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｋｅｙｉｎｇ）方式により変調を行う。ＰＳＫ方式では、搬送波の位相を、ディジタル信号に応じて変化させる。図４（Ｂ）の搬送波を、図４（Ａ）のＭ系列信号（ディジタル信号）で変調した波形を示したものが図４（Ｃ）である。
【００２５】
すなわち、Ｍ系列信号が「１」のときは搬送波の位相は元のままであり、Ｍ系列信号が「−１」のときには、搬送波の位相は元の波形から１８０゜変化し反転する。
【００２６】
水中施工機械１の水中位置測定を行う場合には、時刻τＡにおける演算処理部３からの指令により、図５（Ａ）に示すように、送波器（例えばＴ１）から波形３１の超音波が送信される。この超音波（例えば図１におけるＷ１）は、海中を伝搬して受波器（例えばＲ１）により受信される。このときの受信波形が図５（Ｂ）に示す３２であったとする。この受信波形３２は、受波器（例えばＲ１）から演算処理部３へ送られる。
【００２７】
演算処理部３内のＣＰＵ１０は、送波器Ｔ１等から送信された送信波形３１と、受波器Ｒ１等により受信された受信波形３２との相互相関をとる。この結果、相互相関係数３３が鋭いピーク３３Ｐを示す時刻τＢが検出される。時刻τＡ及び時刻τＢの検出は、演算処理部３内に設けられるタイマー（図示せず）により行われる。このタイマーは、ハードウェアで構成されてもよいし、ソフトウェアで構成されてもよい。送波器から受波器への超音波の到達時間ｔは、（τＢ−τＡ）の演算によって算出される。
【００２８】
ここで、送波器Ｔ１から受波器Ｒ１の超音波の到達時間をｔ１とし、送波器Ｔ１から受波器Ｒ２の超音波の到達時間をｔ２とし、送波器Ｔ１から受波器Ｒ３の超音波の到達時間をｔ３とし、送波器Ｔ４から受波器Ｒ１の超音波の到達時間をｔ４とし、超音波の水中伝搬速度をＣとし、送波器Ｔ１の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、受波器Ｒ１の三次元位置座標を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とし、受波器Ｒ２の三次元位置座標を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とし、受波器Ｒ３の三次元位置座標を（ｘ３，ｙ３，ｚ３）とし、受波器Ｒ４の三次元位置座標を（ｘ４，ｙ４，ｚ４）とすると、下式（２）〜（５）が成立する。
【００２９】
（ｘ−ｘ１）２＋（ｙ−ｙ１）２＋（ｚ−ｚ１）２＝（Ｃ・ｔ１）２ …（２）
（ｘ−ｘ２）２＋（ｙ−ｙ２）２＋（ｚ−ｚ２）２＝（Ｃ・ｔ２）２ …（３）
（ｘ−ｘ３）２＋（ｙ−ｙ３）２＋（ｚ−ｚ３）２＝（Ｃ・ｔ３）２ …（４）
（ｘ−ｘ４）２＋（ｙ−ｙ４）２＋（ｚ−ｚ４）２＝（Ｃ・ｔ４）２ …（５）
【００３０】
上記した４式を方程式として、これらの４元２次方程式（２）〜（５）を解くことにより、水中施工機械１上の送波器Ｔ１の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と超音波の水中伝搬速度Ｃを求めることができる。
【００３１】
一般に、海中での超音波の伝搬速度（水中音速）Ｃは、水温、塩分濃度、圧力等によって変化するが、上記の方法では、方程式の変数として解を求めるため、補正等の必要がなく、水中施工機械１上の送波器Ｔ１の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を正確に算出することができる。また、Ｍ系列信号で超音波を変調した波形を送信するので、ノイズが混入しても高い精度で測定を行うことができる。また、送波器をＴ１のみでなく、Ｔ１〜Ｔ３の３個用いることにより、水中施工機械の方向（向き）、傾斜度の値もリアルタイムで得ることができる。
【００３２】
図６に示す例は、波がなく測定船が水平状で４個の受波器を、三角形の各頂点と重心位置に配置した場合を示しており、測定船上の座標において、例えば、送波器Ｔ１の位置Ｑの三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、受波器Ｒ１の配置位置Ｐ１の三次元位置座標を（０，２ａ，０）とし、受波器Ｒ２の配置位置Ｐ２の三次元位置座標を（−ｂ，−ａ，０）とし、受波器Ｒ３の配置位置Ｐ３の三次元位置座標を（ｂ，−ａ，０）とし、受波器Ｒ４の配置位置Ｐ４の三次元位置座標を（０，０，０）とすると、上式（２）〜（５）は、下式（６）〜（９）のようになる。
【００３３】
ｘ２＋（ｙ−２ａ）２＋ｚ２＝（Ｃ・ｔ１）２ …（６）
（ｘ＋ｂ）２＋（ｙ＋ａ）２＋ｚ２＝（Ｃ・ｔ２）２ …（７）
（ｘ−ｂ）２＋（ｙ＋ａ）２＋ｚ２＝（Ｃ・ｔ３）２ …（８）
ｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝（Ｃ・ｔ４）２ …（９）
【００３４】
上記した４式を方程式として、これらの４元２次方程式（６）〜（９）を解くと、以下のような解を得ることができる。また、ｚの値は、上式（９）にｘとｙを代入することにより求められる。
【００３５】
【数１】
【数２】
【数３】
また、上記の点Ｐ１とＰ２とＰ３がなす三角形が正三角形の場合には、ｂのかわりに√３・ａを代入して、以下のような解を得ることができる。また、ｚの値は、上式（９）にｘとｙを代入することにより求められる。
【００３９】
【数４】
【数５】
【数６】
上記した実施形態において、水中施工機械１は特許請求の範囲における水中移動体に相当している。また、演算処理部３は特許請求の範囲における演算処理手段に相当している。
【００４３】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００４４】
例えば、上記実施形態においては、水中位置測定装置（例えば１００）が用いられる箇所が海洋や海浜付近である例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の箇所、例えば、例えば、湖、池、沼等の内水部において使用してもよい。
【００４５】
また、送波器はＴ１のみ１個を使用してもよい。また、送波器を３個用いる場合、送波器Ｔ２、Ｔ３からの超音波を変調するＭ系列信号は、各送波器Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３ごとに異ならせる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜４に記載された発明によれば、水中を移動する水中移動体に取り付けられた送波器から超音波を送信し、測定船に取り付けられ前記測定船上の位置が既知であるとともにＧＰＳ測位により三次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）が計測される４個の受波器により前記超音波を受信し、前記各受波器により受信された超音波と前記送信された超音波との相互相関をとることにより送波器から前記各受波器までの到達時間ｔｉをそれぞれ求め、前記水中移動体上の送波器の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし前記超音波の水中伝搬速度をＣとした場合に、下式
（ｘ−ｘｉ）２＋（ｙ−ｙｉ）２＋（ｚ−ｚｉ）２＝（Ｃ・ｔｉ）２
により表される方程式を前記各受波器ごとに４個作成し、これらの４元２次方程式を解くことにより、前記水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と前記超音波の水中伝搬速度Ｃを得るように構成したので、水中において水温、塩分濃度、圧力等によって超音波の水中伝搬速度が変化しても、方程式の変数として解を求めるため、補正等の必要がなく、水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を正確に算出することができる。また、Ｍ系列信号で超音波を変調した波形を送信する場合には、ノイズが混入しても高い精度で測定を行うことができる。また、送波器を３個用いることにより、水中移動体の方向（向き）、傾斜度の値もリアルタイムで得ることができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である水中位置測定装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す水中位置測定装置のさらに詳細な構成を示す図である。
【図３】図１に示す水中位置測定装置に用いるＭ系列信号を説明する図である。
【図４】図１に示す水中位置測定装置における超音波波形の変調方法を説明する図である。
【図５】図１に示す水中位置測定装置における超音波到達時間の検出方法を説明する図である。
【図６】図１に示す水中位置測定装置における受波器の配置状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 水中施工機械
２ 測定船
３ 演算処理部
４ 接続ケーブル
５ Ｍ系列信号生成部
１０ ＣＰＵ
１１ ＲＯＭ
１２ ＲＡＭ
２０ シフトレジスタ
２１ 加算器
３１ 送信波形
３２ 受信波形
３３ 相互相関関数
３３Ｐ ピーク
１００ 水中位置測定装置
Ａ１〜Ａ３ ＧＰＳアンテナ
Ｐ１〜Ｐ４ 受波器位置
Ｑ 送波器位置
Ｒ１〜Ｒ４ 受波器
Ｓ 海面
Ｔ１〜Ｔ３ 送波器
ｔ 到達時間
Ｗ１〜Ｗ４ 超音波
Claims (4)
- 水中を移動する水中移動体に取り付けられた送波器から超音波を送信し、測定船に取り付けられ前記測定船上の位置が既知であるとともにＧＰＳ測位により三次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）が計測される４個の受波器により前記超音波を受信し、前記各受波器により受信された超音波と前記送信された超音波との相互相関をとることにより送波器から前記各受波器までの到達時間ｔｉをそれぞれ求め、前記水中移動体上の送波器の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし前記超音波の水中伝搬速度をＣとした場合に、下式
（ｘ−ｘｉ）２＋（ｙ−ｙｉ）２＋（ｚ−ｚｉ）２＝（Ｃ・ｔｉ）２
により表される方程式を前記各受波器ごとに４個作成し、これらの４元２次方程式を解くことにより、前記水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と前記超音波の水中伝搬速度Ｃを得ることを特徴とする水中位置測定方法。 - 請求項１記載の水中位置測定方法において、
前記送波器から送信される超音波は、Ｍ系列信号によって変調されていること
を特徴とする水中位置測定方法。 - 請求項１記載の水中位置測定方法において、
前記送波器を前記水中移動体に３個取り付けるとともに、前記３個の送波器の前記水中移動体上の位置を予め計測しておき、前記水中移動体上の各送波器の三次元座標を求めることにより、前記水中移動体の方向及び傾斜を得ることを特徴とする水中位置測定方法。 - 水中を移動する水中移動体に取り付けられ超音波を送信する送波器と、
測定船に取り付けられ前記測定船上の位置が既知である４個の受波器と、
前記４個の各受波器の三次元座標（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）を計測するＧＰＳ測位手段と、
前記各受波器により受信された超音波と前記送信された超音波との相互相関をとることにより送波器から前記各受波器までの到達時間ｔｉをそれぞれ求め、前記水中移動体上の送波器の三次元座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし前記超音波の水中伝搬速度をＣとした場合に、下式
（ｘ−ｘｉ）２＋（ｙ−ｙｉ）２＋（ｚ−ｚｉ）２＝（Ｃ・ｔｉ）２
により表される方程式を前記各受波器ごとに４個作成し、これらの４元２次方程式を解くことにより、前記水中移動体上の送波器の三次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）と前記超音波の水中伝搬速度Ｃを得る演算処理手段を
備えることを特徴とする水中位置測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002358001A JP2004191125A (ja) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | 水中位置測定方法、及び水中位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002358001A JP2004191125A (ja) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | 水中位置測定方法、及び水中位置測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004191125A true JP2004191125A (ja) | 2004-07-08 |
Family
ID=32757838
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002358001A Pending JP2004191125A (ja) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | 水中位置測定方法、及び水中位置測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004191125A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010522879A (ja) * | 2007-03-27 | 2010-07-08 | エポス ディベロップメント リミテッド | 測位のためのシステムおよび方法 |
| JP2011170545A (ja) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Kddi Corp | ポインティングシステム |
| RU2470317C1 (ru) * | 2011-07-13 | 2012-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") | Разностно-дальномерное гидроакустическое устройство определения местоположения надводного или подводного судна относительно заданного фарватера |
| RU2685705C1 (ru) * | 2018-08-30 | 2019-04-23 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ определения собственного местоположения судна на основе сигналов автоматической идентификационной системы и устройство для его осуществления |
| JP2019219274A (ja) * | 2018-06-20 | 2019-12-26 | 三菱電機特機システム株式会社 | 水中測位装置 |
-
2002
- 2002-12-10 JP JP2002358001A patent/JP2004191125A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010522879A (ja) * | 2007-03-27 | 2010-07-08 | エポス ディベロップメント リミテッド | 測位のためのシステムおよび方法 |
| JP2011170545A (ja) * | 2010-02-17 | 2011-09-01 | Kddi Corp | ポインティングシステム |
| RU2470317C1 (ru) * | 2011-07-13 | 2012-12-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") | Разностно-дальномерное гидроакустическое устройство определения местоположения надводного или подводного судна относительно заданного фарватера |
| JP2019219274A (ja) * | 2018-06-20 | 2019-12-26 | 三菱電機特機システム株式会社 | 水中測位装置 |
| JP7032735B2 (ja) | 2018-06-20 | 2022-03-09 | 三菱電機特機システム株式会社 | 水中測位装置 |
| RU2685705C1 (ru) * | 2018-08-30 | 2019-04-23 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Способ определения собственного местоположения судна на основе сигналов автоматической идентификационной системы и устройство для его осуществления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7512036B2 (en) | Underwater acoustic positioning system and method | |
| CN100495066C (zh) | 无高稳定频标的水下gps定位导航方法及其系统 | |
| US7362653B2 (en) | Underwater geopositioning methods and apparatus | |
| US5331602A (en) | Acoustic navigation and diving information system and method | |
| US6532192B1 (en) | Subsea positioning system and apparatus | |
| JP6821510B2 (ja) | 水中音響測位システム及び方法 | |
| US20090287414A1 (en) | System and process for the precise positioning of subsea units | |
| NO147930B (no) | Fremgangsmaate for kalibrering av et undervannstranspondersett, og anordning til utfoerelse av fremgangsmaaten | |
| NO334597B1 (no) | Fremgangsmåte og system for navigering under vann | |
| JP2004109131A (ja) | 容積型センサアレイラインのポジショニングを判断するための方法および装置 | |
| RU2659299C1 (ru) | Способ и система навигации подводных объектов | |
| JP2018009853A (ja) | 音響測深装置、音響測深方法及びマルチビーム音響測深装置 | |
| US8018794B2 (en) | Independent device for determining absolute geographic coordinates of an immersed moving body | |
| JP2003215230A (ja) | 水中における移動体の位置検知システム及びその方法 | |
| JP2004191125A (ja) | 水中位置測定方法、及び水中位置測定装置 | |
| JP2017166880A (ja) | 音響測定装置、音響測定方法、マルチビーム音響測定装置及び開口合成ソナー | |
| JP2004245779A (ja) | 水中航走体の位置決定システムおよびソノブイ | |
| JP2018010006A (ja) | 音響測深装置、音響測深方法及びマルチビーム音響測深装置 | |
| JPH0861952A (ja) | 水中航走体、計測ブイ局、計測装置並びに水中航走体の位置計測方法及び装置 | |
| JPS61262674A (ja) | 水中測位装置 | |
| JP2005321225A (ja) | 水中音源装置、音響測位装置及び音響測位システム | |
| JPH08248114A (ja) | 水中航走体の測位方式 | |
| JP3037228B2 (ja) | 刻時補正システム | |
| JPH08136650A (ja) | 音響測位装置 | |
| EP3887847A1 (en) | System and method for localizing a subsea unmanned vehicle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050114 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050125 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050531 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |