JP2006213265A

JP2006213265A - 潜水機の通信装置及び方法

Info

Publication number: JP2006213265A
Application number: JP2005030357A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshida; 弘吉田; Taro Aoki; 太郎青木; Katsuki Fujimoto; 勝樹藤本; Osamu Numamoto; 修沼本
Original assignee: KOWA KK; Kowa Co Ltd; Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Current assignee: KOWA KK; Kowa Co Ltd; Japan Agency for Marine Earth Science and Technology
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】潜水機と母船等との間の通信に、音波よりも伝搬速度が速い電磁場（電磁波）を用いることにより、リアルタイムな潜水機の制御等を可能とし、しかも雑音等の影響が少ない潜水機の通信装置及び方法を提供する。
【解決手段】水中の潜水機１０と陸上又は水上との間で、無線通信を行うための通信装置であって、伝送しようとするデータを圧縮し、この圧縮データを低周波の電磁場により送受信する。
【選択図】図１

Description

本発明は潜水機の通信装置及び方法に関するものである。

水中の調査・探査等に用いられる無人潜水機は、当該潜水機を運搬・運用する母船との間が送電用又は通信用のケーブルによってつながれた有索式のものと、つながれていない無索式のものとに大別され、各々、その特性に応じた場面で利用されるようになっている。

このうち無索式の潜水機は、ケーブルによる制限が無いために自在な動きが可能であり、特に、深海での探査等に有利である。また、ケーブルの巻き取り等が不要であるため、小型の母船で運搬・運用ができるという利点がある。

しかし、ケーブルでつながれていないが故に、当然情報伝達（通信）等の点で不利であり、これを解消するために従来から様々な手法が採用されている。

下記特許文献１には、潜水機と母船との間の通信に関する技術が開示されている。具体的には、母船に設けられた送受波器と、潜水機に設けられた送受波器とによって、潜水機と母船との間で水中音響伝送による双方向の伝送を行い、洋上からの音波信号に応じて、潜水機が取得した水中の情報を水中音響伝送装置を介して洋上へと伝送し、また、洋上からの音波信号の指令内容に応じて、潜水機の行動パターンを変更することができるものになっている。

特開２００１−４８０８８号公報

低周波の音波は、水中での減衰が少ないために潜水機の通信に適している。しかし、音波は伝搬速度が遅いため、リアルタイムの遠隔制御に用いることができないという欠点があった。

例えば、有索式の潜水機では、水中で撮影した画像（映像）をケーブルを介して瞬時に母船に送信し、母船で画像を観ながら潜水機に備えたマニピュレータ等をリアルタイムに制御し、作業を行うことが可能であった。

しかし、無索式の潜水機で、音波信号による通信を行った場合、通信遅延時間が生じるため、潜水機で現実に撮影している画像と、母船で観ることができる画像とが時間的にずれた異なる画像となり、したがって、その画像を見ながらマニピュレータ等を制御し、作業を行うことは、実質的に不可能であった。

また、音波信号による通信では、潜水機自身が出す雑音の影響を受けやすいという欠点もあった。さらに、音波信号による通信では、浅海や限られた空間内における通信の場合、マルチパスフェージングにより良好な通信が行えないという欠点もあった。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、潜水機と母船等との間の無線通信に、電磁場（電磁波）を用いることにより、高速なデータの伝送を可能とし、しかも雑音の影響のない安定した通信を可能にした潜水機の通信装置及び方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、水中の潜水機同士や、潜水機と陸上又は水上との間で、無線通信を行うための通信装置であって、伝送しようとするデータを圧縮し、この圧縮されたデータを低周波の電磁場を用いて送受信することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、データを圧縮及び伸張する符号制御器と、圧縮されたデータを変調及び復調するデジタル変復調器と、変調されたデータを低周波数の電磁場により送受信する送受信器と、を有している。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、電磁場による送受信の周波数が１００ｋＨｚ以下である。

請求項４記載の発明は、水中の潜水機と、陸上又は水上との間で、無線通信を行うための通信方法であって、伝送しようとするデータを圧縮し、この圧縮されたデータを低周波の電磁場により送受信することを特徴とする。

請求項１及び請求項４の発明によれば、潜水機と陸上又は水上との間の無線通信が電磁場を用いて行われるため、音波を用いる場合に比べて高速なデータの伝送ができ、潜水機をリアルタイムに制御することが可能になる。また、電磁場を用いることによって潜水機の雑音の影響やフェージングの影響も少なくなるため、通信の安定性を高めることができる。

通信に用いる電磁場は、周波数が高い場合には（例えば、１００ｋＨｚ以上）、より多くの情報を伝達することができるものの、水中で急激に減衰するために数メートル程度の通信しか行うことができず、逆に、周波数が低い場合には、水中での減衰が少なく遠隔通信は可能であるが、伝送できる情報量が少なくなる、という性質を有する。このため、本発明では、低周波の電磁場を用いることによって通信距離を確保し、さらに、伝送するデータを圧縮することによって、低周波であってもより多くのデータを伝送できるようにしている。これによって、映像等の大量のデータの伝送であっても十分実用に耐え得るものにすることができる。

請求項２記載の発明によれば、上記請求項１及び請求項４の発明を好適に実現することができる。

請求項３記載の発明によれば、水中における電磁場の減衰を少なくし、遠隔通信を好適に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態にかかる潜水機１０と、母船１１とを示す斜視図であり、この潜水機１０は、無索式であって母船１１とケーブルで繋がれておらず、無線を利用して通信するようになっている。

図２は、潜水機１０と母船１１を示す概略図であり、両者１０，１１にはそれぞれ相互に通信を行うための通信装置１２が設けられている。また、潜水機１０には、スラスタ等の推進器や、水中カメラ、ソナー等の観測機器、マニピュレータ等の作業装置など、各種周辺機器１３が設けられている。また、これら周辺機器１３は、制御装置１４により制御され、この制御装置１４は、通信装置１２を介して母船１１から送られる制御信号に従って周辺機器１３を制御するようになっている。

すなわち、本実施形態の潜水機１０は、通信装置１２を介して母船１１から遠隔操作可能な構成とされている。

図３は、通信装置１２を示す概略図であり、この通信装置１２は、送受信器１５と、デジタル変復調器１６と、符号制御器１７とを備えている。

本発明の通信装置１２は、従来の潜水機１０に搭載されていたような音波信号を用いるものではなく、電磁場（電磁波）を用いてデータの送受信を行うものであり、送受信器１５は、受信アンテナ１８、送信アンテナ１９、又はこれら両方の機能を有する共用アンテナ、送信に必要な電力を発生する増幅器、受信信号を増幅する前置増幅器、フィルタ、混合機、発信器等で構成されている。また、この送受信器１５で用いられる電磁場の周波数帯は、いわゆる低周波（ＬＦ）の帯域（３００ｋＨｚ〜３０ｋＨｚ）、超低周波（ＶＬＦ）の帯域（３０ｋＨｚ〜３ｋＨｚ）、又は超極低周波（ＥＬＦ）の帯域（３ｋＨｚ〜３Ｈｚ）であり、より詳しくは、１００ｋＨｚ〜数百Ｈｚの帯域が利用される。

符号制御器１７は、伝送しようとするデータを圧縮し、圧縮されたデータを伸張する機能を備えている。また、必要に応じて、データを暗号化、復号化する機能を備えていてもよい。

デジタル変復調器１６は、符号制御器１７において圧縮されたデータを、送受信器１５により送受信できる形式に変調し、また、変調された信号を復調する機能を備えている。本実施形態では、圧縮されたデータを多値変調・復調し、必要に応じて誤り検出及び誤り訂正をする機能を備えている。

上記の通信装置１２において、例えば、潜水機１０によって取得されたデータ（例えば、カメラによって撮影された画像）を母船１１に送信する場合を説明する。まず、カメラによって撮影された画像のデータは、制御装置１４による制御によって通信装置１２に送られ、通信装置１２の符号制御器１７に入力される。

符号制御器１７では、データを所定の符号形式にデジタル圧縮し、データ容量を小さくする。言い換えると、単位時間あたりに伝送可能なデータ量を増大する。

次に、デジタル圧縮されたデータを、デジタル変復調器１６によって多値変調する。この変調方法としては、従来公知の方法（振幅変調、周波数変調、位相変調等）を採用することができる。データの多値変調を行うことによって、１符号あたりの情報量を増大することが可能となる。

デジタル変復調器１６によって送信可能に変換された信号は、送受信器１５のアンテナから発信された電磁場を用いて送信され、母船１１の送受信器１５にアンテナを介して受信される。

この際、電磁場の周波数は１００ｋＨｚ以下の低周波であり、水中での減衰が少ないことから、潜水機１０から遠く離れた母船１１への通信が可能となっている。さらに、伝送されるデータは圧縮されているため、低周波の電磁場であっても多量のデータを送ることが可能となっている。そして、電磁場の伝送速度は、音波と比較しても高速であり、送信されたデータ信号は瞬時に受信されるようになっている。

母船１１の送受信器１５で受信されたデータ信号は、増幅等の処理を経た後、デジタル変復調器１６に入力され、復調される。さらに、符号制御器１７に入力されて圧縮が解除（伸張）され、また、暗号化されていた場合には復号化され、元のデータに再現される。再現されたデータは、例えば、モニター装置等の再生機器によりリアルタイムに再生できるようになっている。

以上、潜水機１０で採取したデータの伝送について説明したが、母船側からのデータの伝送についても同様に行うことができる。例えば、潜水機１０で採取したデータを母船１１に送るための伝送指令の制御信号や、母船１１で再生した画像にしたがってマニピュレータ等により作業を行う場合の制御信号等を伝送することができる。

このように、潜水機１０と母船１１との間で採取データや制御信号等を瞬時にやり取りできるため、母船から潜水機をリアルタイムに制御し、各種作業や操縦等を行うことが可能になり、また、電磁場を用いていることから潜水機の雑音による影響がなく、安定した通信を行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく、適宜設計変更可能である。例えば、本発明は、無索式の潜水機だけでなく、有索式の潜水機にも採用することができ、この場合、ケーブルによる通信と、無線通信とを併用することができる。また、光遠隔通信、音響遠隔通信等を併用し、状況によって最適な通信方式に切り替えるようにしてもよい。

本発明は、無人潜水機に限らず有人潜水機にも採用することができる。また、潜水機との通信相手は、海上（水上）の母船に限らず陸上の基地や水中の他の潜水機等であってもよい。

本発明は、潜水機で取得したデータの伝送や母船からの潜水機への制御信号の伝送等に有効に利用することができる。

本発明の実施形態にかかる潜水機と母船とを示す斜視図である。潜水機と母船を示す概略図である。通信装置を示す概略図である。

符号の説明

１０潜水機
１１母船
１２通信装置
１３周辺機器
１４制御装置
１５送受信器
１６デジタル変復調器
１７符号制御器
１８送信アンテナ
１９受信アンテナ

Claims

水中の潜水機と陸上若しくは水上との間、又は、水中の潜水機同士の間で無線通信を行うための通信装置であって、伝送しようとするデータを圧縮し、この圧縮されたデータを低周波の電磁場を用いて送受信することを特徴とする潜水機の通信装置。
データを圧縮及び伸張する符号制御器と、圧縮されたデータを変調及び復調するデジタル変復調器と、変調されたデータを低周波数の電磁場により送受信する送受信器と、を有している、請求項１記載の潜水機の通信装置。
電磁場による送受信の周波数が１００ｋＨｚ以下である、請求項１又は２記載の潜水機の通信装置。
水中の潜水機と陸上又は水上との間で無線通信を行うための通信方法であって、伝送しようとするデータを圧縮し、この圧縮されたデータを低周波の電磁場により送受信することを特徴とする潜水機の通信方法。