JP2009069109A - ソーナー探知情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ソーナーを曳航する回転翼航空機で海底の目標を探知した際に、機上にてその深度情報を含む目標の位置情報を取得することのできるソーナー探知情報処理装置を得る。
【解決手段】深度情報を含む海底地図データベースを機上に有し、航法データや曳航情報等に基づき航空機から曳航されるソーナーの実座標での位置情報を算出・更新しながら、このソーナーで受信したソーナービデオ信号をその実捜索幅及び実捜索長を直交２軸とした２次元画面に表示する。そして、目標を探知した際は、この表示画面上で指定される目標位置を表示座標系から実座標系に変換し、実座標系の目標位置としての緯度・経度を算出するとともに、機上に搭載した海底地図データベースを検索してこの目標位置の海底深度を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ソーナー探知情報処理装置に係り、特にソーナーを海中に投下して曳航する回転翼航空機等の機上において、このソーナーの探知した目標の位置情報等を取得するソーナー探知情報処理装置に関する。

従来より、各種の曳航体から海中にセンサを投入し曳航しながら海中や海底の目標物を探知する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された事例では、母船からケーブルを介してセンサが接続され、母船が航行することによってセンサが海中を進行する。目標物を探知するセンサとしては、例えば音響信号を用いたソーナーが知られている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２では、海底に埋没する物体を探知する際に、高周波音響及び低周波音響を併用し、それらの差分を適応信号処理して物体の探知確率を向上させた事例が開示されている。そして、センサで取得された情報は、各種の情報処理機能を経て解析され、目標物体に関する所望の情報が取得される。

回転翼航空機等からこのようなソーナーを海中に投下して目標物体の探知を行なう場合、探知結果の解析等については、搭載機材等の制約により機上にて必ずしも十分な情報処理機能を確保できないため、従来は、飛行終了後に地上にてなされることが多い。すなわち、飛行中に機上にてソーナービデオ信号、ソーナーの曳航軌跡、及び自機の飛行航跡等を記録しておき、飛行終了後に地上にて、これら機上での記録を再生しながら各種の解析が進められる。
特開平１０−６２５２１号公報（第４ページ、図１） 特開２０００−２４９７６０号公報（第１０ページ、図１）

ところで、上記のように回転翼航空機で曳航するソーナー等を用いて海底に没した目標物体を探知するとともに、さらにこれら探知した目標の掃討作業等を遂行する場面においては、探知した目標に対して有効かつ適切に対処するために、その位置座標を的確に取得することが必須となる。すなわち、その目標が海中にあるのか、あるいは海底に没しているのかを見きわめ、その位置情報を取得することはもちろん、探知した目標が海底に没している場合には、目標位置の深度情報も必要とされる。しかもこれらの情報を目標探知後の短時間のうちに取得することが必要となる。

しかしながら従来においては、搭載機材の制約等により、機上で探知したソーナー情報に対するリアルタイム処理を中心とした情報処理機能が必ずしも十分でなく、取得情報を機上にて記録し、これを地上で再生しながらの解析が必要であった。このため、目標位置の深度情報を含む目標座標等、作業遂行に必須の情報を得るまでに時間を要し、探知した目標に対する短時間での対処が困難な上、航空機の運用効率も良いものではなかった。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ソーナーを曳航する回転翼航空機で海底の目標を探知した際に、機上にてその深度情報を含む目標の位置情報を取得するソーナー探知情報処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のソーナー探知情報処理装置は、海底の地形図を有し、航空機により曳航されるソーナーが探知した目標の位置情報をこの航空機上にて取得するソーナー探知情報処理装置であって、深度情報を含む海底の地形図を記憶する海底地形データベースと、自機の航法情報を取得する航法データ取得部と、海中にて音響信号を送受信して目標を探知するソーナーと、このソーナーを前記航空機から曳航するとともにその曳航情報を出力するソーナー曳航装置部と、前記ソーナーでの受信信号を２次元に画面表示するとともにこの表示画面上で目標位置の指定操作を受けつける操作表示部と、この操作表示部で指定された目標位置を実座標系に変換するとともに、前記海底地形データベースを検索してこの目標位置の深度情報を取得する位置計算処理部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、ソーナーを曳航する回転翼航空機で海底の目標を探知した際に、機上にてその深度情報を含む目標の位置情報を取得することのできるソーナー探知情報処理装置を得ることができる。

以下に、本発明に係るソーナー探知情報処理装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。

図１は、本発明に係るソーナー探知情報処理装置の一実施例の構成を示すブロック図である。図１に例示したように、このソーナー探知情報処理装置は、海底地形データベース１１、航法データ取得部１２、ソーナー１３、ソーナー曳航装置１４、操作表示部１５、及び位置計算処理部１６から構成されている。そして、例えば、回転翼航空機等（図示せず）に搭載される。

海底地形データベース１１は、深度情報を含む海底の地形図を記憶しているデータベースである。図２にその構造の一例を示す。この事例では、図２（ａ）に示したように、海底地形を所定の大きさのメッシュ状に分割し、それぞれのメッシュ位置を、例えばその緯度・経度により検索可能な構造としている。そして、図２（ｂ）に示したように、それぞれのメッシュ位置に対する、例えば海底深度、泥質、及び特記事項といった特性情報が格納されている。

航法データ取得部１２は、自機の飛行中における航法データを継続的に取得し、後述する位置計算処理部１６に送出する。取得する航法データは、例えば自機位置情報としての緯度・経度、飛行高度、飛行速度、飛行方位、及び機首方位を含むものとしている。ソーナー１３は、ソーナー曳航装置１４により曳航されながら、海中にて音響信号を送受信し目標を探知する。受信した信号は、ソーナービデオ信号として後述の操作表示部１６に表示される。ソーナー曳航装置１４は機体に取り付けられ、繰り出した曳航ケーブル（図示せず）により海中に投下されたソーナー１３を曳航するとともに、その曳航ケーブル長（後述の図５中のＬ）、及び曳航角度情報（後述の図５中のα）を含む曳航情報を位置計算処理部１６に送出する。

操作表示部１５は、ソーナー１３からのソーナービデオ信号を２次元に画面表示するとともに、操作員等によって行なわれるこの表示画面上での目標位置の指定操作を受けつけて位置計算処理部１６に送出する。また、位置計算処理部１６に対する各種動作の指示操作を受けつけるとともに、目標の位置情報の処理結果を含む位置計算処理部１６からの各種動作の結果を表示する。操作表示部１５におけるソーナービデオ信号の表示画面の一例を、図３に示す。この図３に示した事例では、曳航されるソーナー１３の位置を表示領域の中心かつ原点にして、ソーナー１３自身が目標を探知する拡がり幅に相当する実捜索幅ＷをＸ軸方向の画面表示幅に、またソーナー１３を所定の方向に飛行しながら曳航する距離に相当する実捜索長ＶをＹ軸方向の画面表示幅にそれぞれ対応させた、２次元のソーナー画像表示画面にソーナービデオ信号を表示している。あわせて、この画面上で目標位置の指定操作を行なうためのポインティングデバイスマーカも表示している。

位置計算処理部１６は、この操作表示部１５の画面上で指定された目標位置を、画面上の表示座標系から実座標系に変換するとともに、海底地形データベース１１を検索してこの目標位置の深度情報を取得する。本実施例においては、画面上で指定された目標位置を緯度・経度に変換し、更に海底地形データベース１１を検索してその海底深度を取得している。

次に、前出の図１乃至図３、ならびに図４のフローチャート及び図５の説明図を参照して、上述のように構成された本実施例のソーナー探知情報処理装置の動作について説明する。図４は、本発明に係るソーナー探知情報処理装置の動作を説明するためのフローチャートである。また、図５は、飛行しながら曳航ケーブル１４１によりソーナー１３を曳航中の自機２０とソーナー１３本体との位置関係の一例を、立面及び平面で示す説明図である。

まず、自機が飛行を開始して所望の地点まで進出すると、機体に取り付けられたソーナー曳航装置１４から曳航ケーブル１４１が繰り出されてソーナー１３が曳航されはじめ、目標の探知が開始される（ＳＴ４０１）。同時に、ソーナー１３の実座標の位置として、その緯度・経度を算出・更新するため、航法データ、曳航情報、及びソーナー設定情報が、位置計算処理部１６に読みこまれる。すなわち、航法データについては、飛行中に継続的に送出されている航法データ取得部１２からの各種航法データが、また、曳航情報については、図５に例示したように、ソーナー曳航装置１４から送出される曳航ケーブル１４１のケーブル長Ｌ、及びその曳航角度αが、さらに、ソーナー設定情報については、あらかじめ、あるいは運用状況にあわせて設定されたソーナー１３の実捜索幅Ｗ、実捜索長Ｖ、及び曳航深度Ｄが、それぞれ位置計算処理部１６に読みこまれる（ＳＴ４０２、ＳＴ４０３、及びＳＴ４０４）。

位置計算処理部１６では、これら読みこんだ各種情報に基づいてソーナー１３の実座標位置を、例えば次のような手法により算出する。すなわち、図５（ａ）のように、ソーナー曳航装置１４からのケーブル長Ｌ、及び曳航角度αに基づき、Ｌ・ｓｉｎαを算出しこれをＭとする。ソーナーの実座標位置（Ｘｓ、Ｙｓ）は、航法データ取得部１２からの自機位置を（Ｘ、Ｙ）とすると、図５（ｂ）のように、この自機位置に自機からの相対位置（Ａ、Ｂ）をそれぞれ加えて、Ｘｓ＝Ｘ＋Ｂ、Ｙｓ＝Ｙ＋Ａとして算出することができる。ここに、Ａ及びＢについては、図５（ｂ）のように、Ａ＝Ｍ・ｃｏｓβ、Ｂ＝Ｍ・ｓｉｎβとして得ることができ、さらにＭは、上記したＬ・ｓｉｎα、またβは、航法データ取得部１２からの機首方位及び飛行方位等から得る。算出結果は、位置計算処理部１６内に保持される（ＳＴ４０５）。

これらソーナーの実座標位置の算出とあわせ、ソーナー１３により探知された信号は、ソーナービデオ信号として操作表示部１５に送られる。操作表示部１５では、このソーナービデオ信号を、図３に例示したようにソーナー１３の位置を中心原点にして２次元表示する（ＳＴ４０６）。このソーナー画像表示画面上で目標が捉えられると（ＳＴ４０７のＹ）、操作員等はポインティングデバイスマーカによりこの表示画面上における目標位置を指定し、操作表示部１５は、この指定操作を受けつける。受け付けられた目標位置は、図３に例示したように、この表示画面の中心原点からの表示座標（ｘ１、ｙ１）で表され、操作表示部１５から位置計算処理部１６に送出される（ＳＴ４０８）。

このようにして操作表示部１５で指定された目標位置は、上記した表示画面の表示座標系に対応しているので、位置計算処理部１６は、これを例えば次のような手法により実座標系の緯度・経度に変換する。すなわち、実座標系の目標位置（Ｘｔｇｔ、Ｙｔｇｔ）は、ソーナー１３の実座標位置を（Ｘｓ、Ｙｓ）とすると、図３のように、ソーナー１３の実座標位置からの実座標系での相対位置（Ｘ１、Ｙ１）をソーナー１３の実座標位置に加えて、Ｘｔｇｔ＝Ｘｓ＋Ｘ１、及びＹｔｇｔ＝Ｙｓ＋Ｙ１として算出することができる。ここに、Ｘ１及びＹ１については、この表示画面上において、実捜索幅Ｗに対する画面上での表示幅がｗに、また実捜索長Ｖに対する画面上での表示幅がｖにそれぞれ対応しているので、これら実座標系と表示座標系との対応関係から、次式のようにして得ることができる。

従って、ＳＴ４０８のステップで目標位置の指定操作を受けつけたときに位置計算処理部１６内に保持されている最新のソーナー１３の実座標位置に、上記した式（１）及び式（２）により算出したソーナー１３からの実座標系での相対位置を加えることによって、実座標系の目標位置を得ている（ＳＴ４０９）。

次に、海底地形データベース１１を検索して、この目標位置の深度情報を取得する。海底地形データベース１１は、図２に例示したように、緯度・経度をキーとして指定することによってその位置の海底深度を検索し抽出できる構造としている。位置計算処理部１６は、直前のステップで算出した実座標系の目標位置としての緯度・経度を用いてこの海底地形データベース１１を検索し、目標位置の海底深度を取得する（ＳＴ４１０）。そして、これら算出・取得した目標の緯度・経度及び海底深度は、位置計算処理部１６から操作表示部１５等に送出され、目標情報として表示される（ＳＴ４１１）。この後は、動作終了が指示されるまで、ＳＴ４０２からのステップを繰り返す（ＳＴ４１２）。

以上説明したように、本実施例においては、深度情報を含む海底地図データベースを機上に有し、航法情報や曳航情報等に基づき航空機から曳航されるソーナーの実座標系での位置情報を算出・更新しながら、このソーナーで受信したソーナービデオ信号をその実捜索幅及び実捜索長を直交２軸とした２次元画面に表示している。そして、目標を探知した際は、この表示画面上で指定される目標位置を表示座標系から実座標系に変換し、実座標系の目標位置としての緯度・経度を算出するとともに、機上に搭載した海底地図データベースを検索してこの目標位置の海底深度を取得している。これにより、例えば機上で取得した各種情報の記録を地上で再生しながらの解析作業等は不要となり、ソーナーを曳航する回転翼航空機で海底の目標を探知した際に、機上にて短時間のうちに、その深度情報を含む目標の位置情報を取得することができる。

なお、本発明は、上記した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。

本発明に係るソーナー探知情報処理装置の一実施例の構成を示すブロック図。 海底地形データベースの構造の一例を示す説明図。 ソーナービデオ表示画面の一例を示す説明図。 本発明に係るソーナー探知情報処理装置の動作を説明するためのフローチャート。 ソーナーを曳航中の自機とソーナー本体との位置関係の一例を示す説明図。

符号の説明

１１ 海底地形データベース
１２ 航法データ取得部
１３ ソーナー
１４ ソーナー曳航装置
１４１ 曳航ケーブル
１５ 操作表示部
１６ 位置計算処理部
２０ 自機

Claims (3)

1. 海底の地形図を有し、航空機により曳航されるソーナーが探知した目標の位置情報をこの航空機上にて取得するソーナー探知情報処理装置であって、
   深度情報を含む海底の地形図を記憶する海底地形データベースと、
   自機の航法情報を取得する航法データ取得部と、
   海中にて音響信号を送受信して目標を探知するソーナーと、
   このソーナーを前記航空機から曳航するとともにその曳航情報を出力するソーナー曳航装置部と、
   前記ソーナーでの受信信号を２次元に画面表示するとともにこの表示画面上で目標位置の指定操作を受けつける操作表示部と、
   この操作表示部で指定された目標位置を実座標系に変換するとともに、前記海底地形データベースを検索してこの目標位置の深度情報を取得する位置計算処理部と
   を有することを特徴とするソーナー探知情報処理装置。
2. 前記操作表示部における前記ソーナーでの受信信号の２次元表示画面は、
   前記ソーナーの位置を原点とし前記ソーナーの実捜索幅及び実捜索長を直交２軸として表示することを特徴とする請求項１に記載のソーナー探知情報処理装置。
3. 前記位置計算処理部にて変換された目標位置の実座標系は緯度・経度とし、前記ソーナーで探知した目標について取得する位置情報は、その緯度・経度、及び海底深度としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のソーナー探知情報処理装置。

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