JP2008525251A - 潜水船の追跡のための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

潜水船（１１）の追跡のための装置及び方法において、プラットホーム（１３）は、潜水船（１１）の現在位置の規定のための追跡装置（１５）と一緒に水中内に投入され、かつ潜水位置で三次元的に安定にされるようになっている。このために、プラットホーム（１３）は、水平方向若しくは垂直方向に作用する操縦駆動部（１８，１９）を有しており、該操縦駆動部は制御回路内に配置されている。

Description

本発明は、潜水船の追跡のための装置であって、潜水されるプラットホームを備えており、該プラットホームは、走行する潜水船の現在位置の規定のための追跡装置を有している形式のもの、並びに潜水船の追跡のための方法であって、潜水されるプラットホーム上で潜水船から送信された音響信号を受信して、電気的な受信信号に変換し、該電気的な受信信号から潜水船の現在の位置を連続的に決定する形式のものに関する。

公知の追跡装置は、SSBL(supershort baseline)原理に基づき作動するようになっていて、２つの構成要素を含んでいる(Simrad HPR-309 Hydroacoustic Position Reference System, Operator’s Manual 3^rd Edition October 1983, SIMRAD Subsea A/S, March 1985)。１つの構成要素は、潜水船に配置されたトランスポンダー／レスポンダーであり、トランスポンダー／レスポンダーは有利にはコード化された音響パルス、若しくは電気的な送信パルスに対応する有利にはコード化された音響パルスを発生させるようになっており、かつ追跡装置であり、追跡装置はプラットホームに配置されていて、音響式及び／又は電気式の送信部及び音響受信部を有しており、この場合に音響受信部は互いに離間して配置された２つの水中聴音機を備えている。潜水船の追跡に際して、送信部から連続的に音響的若しくは電気的な呼掛けパルスを水中へ発信し、若しくは接続線を介して潜水船へ発信して、呼掛けパルスは潜水船のトランスポンダー／レスポンダーによって受信されるようになっている。トランスポンダー／レスポンダーは呼掛けパルスに対して応答パルスを発信し、応答パルスは追跡装置の受信部の両方の水中聴音機によって所定の時間間隔で受信されるようになっている。水中聴音機の電気的な出力信号間の位相ずれから潜水船の方向若しくは方角を算出し、かつ呼掛けパルスの発信とこれに対してトランスポンダー／レスポンダーからの応答パルスの到着との間で経過した時間から、トランスポンダー／レスポンダーに付随する遅延時間を考慮して潜水船とプラットホームとの間の距離を算出するようになっている。該方向若しくは方角及び距離からプラットホームの位置に関連して潜水船の位置を決定している。

機雷を探知して破壊する装置（欧州特許０５３５０４４Ｂ１号明細書）においては、爆薬を備えた潜水船は水中内に浮かぶプラットホームから遠隔操作されるようになっており、潜水船の位置は、プラットホームに配置されていて前述のように作動する追跡装置を用いて決定されるようになっている。プラットホームは水中内への潜水船の放出のための放出装置を備えている。プラットホーム自体は、いわゆるRVOであり若しくはケーブルを介してプラットホームに結合された無人の潜水船を含んでおり、若しくは母船から降ろされて母船と通信する補助船である。

前述の装置においては、各潜水船位置の測定による潜水船の追跡は精度に限界があり、それというのは水中内のプラットホームは波や水流にさらされるからであり、波や水流は追跡装置の位置及び方向を常に変化させ、極端な場合には追跡装置と潜水船との音響的な接続若しくは連結を損なうことになる。

本発明の課題は、潜水船の追跡のための装置及び方法を改善して、該装置及び方法によって潜水船と追跡装置との間の音響的な接続若しくは連結の失われるおそれを確実に排除し、潜水船の追跡中に潜水船の位置決定を不都合な条件下でも高い精度で保証することにある。

前記課題を解決するために本発明に基づく装置では、プラットホームは空間的若しくは三次元的に安定するように形成されていて、このために水平方向に作用する操縦駆動部及び垂直方向に作用する操縦駆動部を有しており、該操縦駆動部は制御回路内に配置されており、本発明に基づく方法では、プラットホームを、水平方向に作用する制御可能な操縦駆動部及び垂直方向に作用する制御可能な操縦駆動部によって潜水位置で三次元的に安定させている。

本発明に基づく装置及び方法においては利点として、位置の積極的な三次元安定化によってプラットホームの位置だけではなく、ヨー軸、ピッチング軸及びローリング軸を中心とした方向をも維持することができ、その結果、追跡装置の位置及び音響発信方向は一定に保たれ、位置測定の際の、追跡装置の移動及び音響発信方向の変動に起因する測定エラーは少なくとも最小にされる。高波若しくは強い流れに際しても、位置及び方向のずれは常に補償され、追跡装置と潜水船との間の音響的な接続も確実に保たれる。本発明に基づく装置は、プラットホーム及び潜水船のあらゆる潜水深さでの使用に適し、２０メートルよりも深い水中での使用にも適している。

本発明の実施態様を従属請求項に記載してある。本発明の有利な実施態様では、プラットホームは、長手方向軸線（縦軸線）を中心としてそれぞれ半径方向間隔を置いてかつ全周にわたって均一に分配して配置された水平方向に作用する４つの操縦駆動部、及び垂直方向に作用する少なくとも１つの操縦駆動部を備えており、これらの操縦駆動部はそれぞれ単独に、つまり互いに独立して制御されるようになっている。このように互いに個別に制御可能な複数の操縦駆動を用いて、プラットホームは、三次元の方向で、つまり位置並びにヨー軸、ピッチング軸及びローリング軸を中心とした方向若しくは方角に関連して正確に安定される。水平方向に作用する操縦駆動部（水平駆動部）はプラットホームの長手方向軸線に対して平行に配置されていて、プラットホームの移動のためにも用いられる。垂直方向に作用する操縦駆動部はプラットホームの長手方向軸線に対して垂直に配置されている。

本発明の有利な実施態様では、プラットホームは運搬用走行装置若しくは運搬船によって水中に投入されるように形成されており、プラットホームと運搬船とはケーブルによって互いに結合されており、ケーブルはデーター交換のための少なくとも１つの信号導線を含んでいる。さらにプラットホームは、潜水船の放出のための放出装置を有している。

本発明のさらに有利な実施態様により、潜水船（潜水移動装置）はトランスポンダー／レスポンダーを備えており、トランスポンダー／レスポンダーは呼掛けパルスに対応した音響的な応答パルスを発信するようになっており、追跡装置は呼掛けパルスの発信のための送信機、及び音響的な応答パルスの受信のための電気音響式の受信機、並びに電気的な受信信号へ変換された応答パルスから潜水船の現在位置若しくは瞬時位置の決定のための信号処理ユニットを有している。本発明の別の有利な実施態様では、プラットホームに配置されていて操舵用線材を介して、有利にはグラスファイバーを介して潜水船へ伝達される操舵信号を形成するための操舵装置を、追跡装置に接続してあり、該操舵装置は、該追跡装置によって決定された現在位置を水中対象物の記録された位置と連続的に比較して、位置偏差から、水中対象物の位置へ潜水船を導くための操舵信号を形成するようになっている。

本発明に基づく方法の１つの実施態様では、潜水船をプラットホームと一緒に運搬用移動装置（キャリアビークル若しくは母船）から水中に投入して、次いで潜水船をプラットホームから始動若しくは発進させるようになっている。有利な実施態様では、プラットホームと運搬用移動装置とをケーブルによって結合してあり、ケーブルをプラットホームの降下若しくは投入及び上昇若しくは回収のため、若しくはプラットホームと運搬用移動装置との間のデーター交換のために用いるようになっている。別の有利な実施態様では、潜水船から送られる音響パルスを、プラットホームから送信される電気的若しくは音響的なパルスによって発生させ若しくはトリガするようになっている。

次に本発明を図示の実施例に基づき詳細に説明する。図面において、
図１は、追跡装置に結合されている潜水船をヘリコプター（運搬用移動装置）から降下する状態で示す図であり、
図２は、潜水船及び追跡装置を降下過程の終了の状態で示す側面図である。

種々の水中作業のために、無人の自立推進式若しくは自立走行式の潜水船若しくは潜水走行装置を用いてあり、潜水船若しくは潜水走行装置は作業を自律的に若しくは遠隔操作によって行って、作業中に得られたデーターを信号導線若しくは通信ラインによって運搬用移動装置若しくは運搬船へ伝達するようになっている。潜水船の作業若しくは任務は、例えば海底若しくは湖底の地形、地勢若しくは地質の計測記録、海域若しくは海底或いは湖底にある対象物の探知並びに該対象物の収容若しくは除去である。潜水船は、調査すべき海域で運搬用移動装置若しくは母船から水中に投入されて、作業中の潜水船は追跡装置を用いて追跡され、その結果、運搬用移動装置若しくは母船で潜水船の現在（瞬時）の位置を連続的に認識されるようになっている。

図１に示す実施例では、運搬用移動装置はヘリコプター１０であり、ヘリコプターは潜水船１１を追跡船１２と一緒に水中に投入するようになっている。運搬船は別の実施例では、水面走行船若しくは潜水艇であってよい。

追跡船１２はプラットホーム１３を有しており、プラットホームは水中（海中）への潜水船１１の放出のための放出装置（配備装置又は展開装置）１４並びに追跡装置１５を備えており、追跡装置は、作動開始されてプラットホーム１３から離れていく潜水船１１の位置を連続的に検出するようになっている。実施例では図示を省略してあるものの追跡装置１５は、潜水船１１のトランスポンダー／レスポンダー１６と通信するＡＰＳ・装置(acoustic positioning system)から成っており、ＡＰＳ・装置は例えば冒頭に述べた公知技術のSSBL-原理で作動するようになっていて、トランスポンダー作動時の音響的な呼掛けパルス及びレスポンダー作動時の電気的な呼掛けパルスの発信のための送信機、並びに電気音響式の受信機を有している。受信機は、互いに離間して配置された少なくとも２つの水中聴音機を有しており、水中聴音機は、呼掛けパルスに対応してトランスポンダー／レスポンダー１６から発信された応答パルスを受信するようになっている。評価装置は、水中音響機信号の位相ずれから潜水船に対する方向を算出し、かつ発信された音響パルスの進行測定値から潜水船までの距離を算出するようになっている。

図１に示してある降下過程中には、潜水船１１はプラットホーム１３の放出装置１４内に保持されており、プラットホーム１３はロープ（ザイール）若しくはケーブル１７に結合されており、ケーブルは、追跡船１２を潜水船１１と一緒に水中内へ投入するためにヘリコプター１０内のケーブルウインチ（図示省略）を用いて繰り出される。ケーブル１７は、追跡船１２とヘリコプター１０との間のデーター交換のための少なくとも１つの信号導線を含んでいる。追跡船（追跡装置）１２を所定の潜水深さに到達させると、潜水船１１は放出装置１４の作動によってプラットホーム１３から分離されて、潜水船（潜水運搬具）の駆動部の始動によってプラットホーム１３から離れていく（図２）。

プラットホーム１３には、水平方向に作用する複数（図示の実施例では全体で４つ）の操縦駆動部１８、及び垂直方向に作用する１つの操縦駆動部１９を設けてある。互いに個別に、つまり互いに独立して制御可能な操縦駆動部１８，１９は、プラットホーム周囲の障害値若しくは干渉値の検出のためのセンサーと一緒に制御回路内に組み込まれている。プラットホーム１３は、水平方向に作用する操縦駆動部１８をすべて同時の運転することによって、長手方向で前進方向及び後進方向に運動させられ、かつ垂直方向に作用する操縦駆動部１９によって垂直方向で上方へ上昇させられ、若しくは下方へ降下させられる。水平方向に作用する操縦駆動部１８をそれぞれ互いに異なって制御することによって、プラットホーム１３は、プラットホームのヨー軸若しくはピッチング軸を中心として回転させられる。操縦駆動部１８，１９は、制御値の検出のためのセンサーと一緒に制御回路内に配置されている。操縦駆動部１８，１９の制御によってプラットホーム１３は、
潜水位置を空間的に安定され、つまり、プラットホーム１３の方向及び位置の変化を３次元の空間座標で生ぜしめる運動成分は補償されるようになっている。プラットホーム１３の三次元の安定作用によって、プラットホームの位置だけではなく、ヨー軸、ローリング軸及びピッチング軸を中心としたあらゆる運動も補償される。これによって追跡装置１５の水中聴音機は、プラットホーム１３から離れる潜水船１１の追跡の各時点で位置及び方向を不変に維持し、潜水船１１の現在位置は、プラットホーム１３が高波や長手方向若しくは横方向の早い流れにさらされている場合にも正確に測定される。

潜水船の所定の方向若しくは方角及び潜水船１１と追跡装置１５との間の所定の距離での追跡過程は、冒頭の従来技術で述べてあるように行われる。これによってプラットホーム１３に対する潜水船１１の位置は、潜水進行中の各時点で知られている。プラットホーム１３の絶対位置、ひいては追跡装置１５の絶対位置は分かっており、潜水艇１１の相対的な位置座標は絶対的な位置座標に問題なく書き換えられる。

潜水船１１の追跡のための前述の装置は、さらに操舵装置２０を備えていてよく、操舵装置は潜水船１１のための操舵信号を生ぜしめるようになっており、操舵信号は、操舵装置２０と潜水船１１との間を延びている操舵用線材２１を介して潜水船１１の駆動兼制御装置に伝達されるようになっており、操舵用線材は有利にはグラスファイバーケーブル若しくは銅線から成っている。操舵用線材２１を介して追跡装置１５及びトランスポンダー／レスポンダー１６の応答作動時に電気的な呼掛けパルスも伝達される。操舵装置２０は入力側で追跡装置１５の出力部に接続されており、したがって潜水船２２の、追跡装置１５によって規定された現在位置は操舵装置２０に連続的に与えられるようになっている。操舵装置２０は、現在位置を水中対象物の記録された位置と比較して、位置偏差から潜水船１１のための操舵信号を形成するようになっている。該操舵信号によって、潜水船１１は最短距離で水中対象物の位置へ導かれる。

潜水船をヘリコプターから降下する状態で示す図 潜水船及び追跡装置を降下過程の終了の状態で示す側面図

符号の説明

１０ ヘリコプター、 １１ 潜水船、 １２ 追跡船、 １３ プラットホーム、 １４ 放出装置、 １５ 追跡装置、 １６ トランスポンダー／レスポンダー、 １８，１９ 操縦駆動部、 ２０ 操舵装置

Claims (10)

1. 潜水船（１１）の追跡のための装置であって、潜水されるプラットホーム（１３）を備えており、該プラットホームは、走行する潜水船（１１）の現在位置の規定のための追跡装置（１５）を有している形式のものにおいて、プラットホーム（１３）は三次元的に安定するように形成されていて、このために水平方向若しくは垂直方向に作用する操縦駆動部（１８，１９）を有しており、該操縦駆動部は制御回路内に配置されていることを特徴とする、潜水船の追跡のための装置。
2. プラットホーム（１３）に、長手方向軸線から半径方向間隔を置いてかつ互いに均一に分配されていて水平方向に作用する４つの操縦駆動部（１８）、及び垂直方向に作用する少なくとも１つの操縦駆動部（１９）を配置してあり、これらの操縦駆動部は互いに独立して制御されるようになっている請求項１に記載の装置。
3. プラットホーム（１３）は、運搬船（１０）によって水中内に投入されるように形成されており、プラットホーム（１３）と運搬船（１０）とはケーブル（１７）によって互いに結合されており、ケーブルはデーター交換のための少なくとも１つの信号導線を含んでいる請求項１又は２に記載の装置。
4. プラットホーム（１３）は、潜水船（１１）の放出のための放出装置（１４）を有している請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
5. 潜水船（１１）はトランスポンダー／レスポンダー（１６）を備えており、トランスポンダー／レスポンダーは呼掛けパルスに対応した音響的な応答パルスを発信するようになっており、追跡装置（１５）は呼掛けパルスの発信のための送信機、及び音響的な応答パルスの受信のための電気音響式の受信機、並びに電気的な受信信号へ変換された応答パルスから潜水船（１１）の現在の位置の決定のための信号処理ユニットを有している請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
6. プラットホーム（１３）に配置されていて操舵用線材（２１）若しくはグラスファイバーを介して潜水船（１１）へ伝達される操舵信号を形成するための操舵装置（２０）を、追跡装置（１５）に接続してあり、該操舵装置（１５）は、該追跡装置によって決定された現在位置を水中対象物の記録された位置と連続的に比較して、位置偏差から、水中対象物の位置へ潜水船（１１）を導くための操舵信号を形成するようになっている請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 潜水船（１１）の追跡のための方法であって、潜水されるプラットホーム（１３）上で潜水船（１１）から送信された音響信号を受信して、電気的な受信信号に変換して、該電気的な受信信号から潜水船（１１）の現在の位置を連続的に決定する形式のものにおいて、プラットホーム（１３）を、水平方向若しくは垂直方向に作用する制御可能な操縦駆動部（１８，１９）によって潜水位置で三次元的に安定させることを特徴とする、潜水船の追跡のための方法。
8. 潜水船（１１）をプラットホーム（１３）と一緒に運搬用移動装置（１０）から水中に投入して、次いで潜水船（１１）をプラットホーム（１３）から始動させる請求項７に記載の方法。
9. プラットホーム（１３）と運搬用移動装置（１０）とをケーブル（１７）によって結合してあり、ケーブル（１７）をプラットホーム（１３）の降下及び上昇のため、若しくはプラットホーム（１３）と運搬用移動装置（１０）との間のデーター交換のために用いるようになっている請求項８に記載の方法。
10. 潜水船（１１）から送られる音響パルスを、プラットホーム（１３）から送信される電気的若しくは音響的なパルスによって発生させる請求項７から９のいずれか１項に記載の方法。

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