JP2013141098A - 水中航走体 - Google Patents

Abstract

【課題】船内における無線通信を実現することを目的とする。
【解決手段】水中航走体１の船内に設けられた船室２は、閉鎖空間とされており、その内壁面の全部が所定の電波吸収率を有する電波吸収体３によって被覆されている。この電波吸収体３の電波吸収率は、事前に実施された電波の伝搬試験において決定される。電波の伝搬試験は、船室２の内壁全面を被覆する電波吸収体３の電波吸収率を設定する過程と、アクセスポイント４から船内で使用される周波数の電波を伝搬させたときの船室２内の電波の伝搬状態を解析する過程と、解析の結果から通信可能領域を特定する過程とを含んでいる。電波吸収体３の電波吸収率の設定値をそれぞれ変更して伝搬試験を行い、所望の通信可能領域が得られたときの電波吸収率を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中航走体に関するものである。

水中を航走する水中航走体として、乗員により船体の運転が可能とされたものが知られている。この場合、例えば、乗員により操作される操縦装置と船体の航走を制御する制御装置とが有線で接続されており、操舵装置からの制御信号が有線を通じて制御装置へ送られることで、船体の航走制御が可能とされる。

特開２００１−１１９１９２号公報

しかしながら、水中航走体の船内は非常に狭く、操舵装置を操作する際には乗員が無理な体勢を強いられる。これを解消するために操縦装置と制御装置とを無線で接続することが考えられるが、この場合、搬送波である電波の反射が問題になる。
例えば、船内の内壁の電波反射率が高い場合、内壁により電波の反射が繰り返されてしまい、受信器において元の波形を再生することができないことが懸念される。また、電波の反射を回避するために、特許文献１に開示されているような電波吸収体で船内を被覆することも考えられるが、この場合には、乗員が電波の遮蔽物となって通信不可能となる可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、船内において無線通信を実現することのできる水中航走体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、閉鎖空間を有する水中航走体において、前記閉鎖空間の内壁面の一部または全部を被覆するように配置された所定の電波吸収率を有する電波吸収体と、前記閉鎖空間の所定の位置に設置されたアクセスポイントとを具備し、前記電波吸収体の所定の電波吸収率は、事前に電波の伝搬試験を行うことで決定され、前記電波の伝搬試験は、前記閉鎖空間の内壁面の一部または全部を被覆する電波吸収体の電波吸収率を設定する過程と、前記アクセスポイントから船内で使用される周波数の電波を伝搬させたときの前記閉鎖空間内の電波の伝搬状態を解析する過程と、前記解析の結果から通信可能領域を特定する過程とを含み、前記電波吸収体の電波吸収率の設定値をそれぞれ変更して前記伝搬試験を行い、所望の通信可能領域が得られたときの電波吸収率を採用する水中航走体を提供する。

本発明によれば、閉鎖空間の内壁面の一部または全部が所定の電波吸収率を有する電波吸収体で被覆されている。この電波吸収体の電波吸収率は、事前に実施された電波の伝搬試験において、所望の通信可能領域が得られたときの電波吸収率とされている。これにより、閉鎖空間内において良好な無線通信を実現させることができる。
上記電波吸収率は、例えば、以下の式で表わされる。
電波吸収率＝１−（反射波の電波強度／入射波の電波強度） （１）

上記水中航走体において、前記電波吸収率は、所望の前記通信可能領域が得られる電波吸収率の中で最も小さい値に決定されてもよい。

所望の通信可能領域が得られる電波吸収率の中で最も小さい値の電波吸収率が採用されることにより、電波吸収体における電波の吸収を最小限にとどめ、反射される信号の強度を可能な限り高めることができる。これにより、閉鎖空間内における通信環境を更に向上させることができる。

上記水中航走体において、前記閉鎖空間には、電波反射体が設置されていてもよい。

閉鎖空間に電波反射体を設置することで、この電波反射体に到達した電波に関しては電波強度が維持されたまま反射されることとなる。これにより、電波の吸収を抑制することができ、閉鎖空間内における通信環境を更に向上させることができる。

本発明は、閉鎖空間の内壁面の一部または全部を被覆するように配置された所定の電波吸収率を有する電波吸収体と、前記閉鎖空間の所定の位置に設置されたアクセスポイントとを備える水中航走体に適用され、前記電波吸収体の電波吸収率を決定するための方法であって、前記閉鎖空間の内壁面の一部または全部を被覆する電波吸収体の電波吸収率を設定する過程と、前記アクセスポイントから船内で使用される周波数の電波を伝搬させたときの前記閉鎖空間内の電波の伝搬状態を解析する過程と、前記解析の結果から通信可能領域を特定する過程とを含み、前記電波吸収体の電波吸収率の設定値を変更して前記伝搬試験を行うことで、各電波吸収率における通信可能領域を取得し、通信可能領域と前記電波吸収率との関係から前記電波吸収体の電波吸収率を決定する方法を提供する。

本発明によれば、乗員が楽な姿勢で操舵装置を操作することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る水中航走体の船室の概略断面図である。 電波吸収率を０．１とした場合のシミュレーション結果を示した図である。 電波吸収率を０．２とした場合のシミュレーション結果を示した図である。 電波吸収率を０．３とした場合のシミュレーション結果を示した図である。 電波吸収率を０．４とした場合のシミュレーション結果を示した図である。 船内の内壁全面を所定の電波吸収率を有する電波吸収体で被覆したときの作用を説明するための図である。 電波反射体を船室内に設置したときの船室の概略断面図である。 本発明の他の実施形態に係る船室の概略断面図である。 電波吸収率を０．５とした場合のシミュレーション結果を示した図である。 電波吸収率を０．６とした場合のシミュレーション結果を示した図である。 電波吸収率を０．７とした場合のシミュレーション結果を示した図である。 電波吸収率を０．８とした場合のシミュレーション結果を示した図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る水中航走体について、図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態に係る水中航走体１は、閉鎖空間とされている船室２を有している。船室２は球体に近似できる形状をしており、図１は船室２の断面を概略的に示した図とされている。図１において、ｚ軸方向は船体の上下方向、ｙ軸方向は船体の幅方向、ｘ軸方向は船体の前後方向を示している。

船室２の内壁全面は、所定の電波吸収率を有する電波吸収体３で被覆されている。更に、船室２には、無線通信のためのアクセスポイント４と、操舵装置５が設けられている。操舵装置５が乗員により操作されると、操舵信号がアクセスポイント４を経由して図示しない航走制御装置に送信され、船体の航走制御が行われる。操舵装置５は、無線通信が可能なため、乗員の移動に合わせて任意の位置に移動させることが可能である。

このような構成において、船室２の内壁を覆っている電波吸収体３の所定の電波吸収率は、以下のようなシミュレーション（伝搬試験）を事前に行うことによって決定される。
シミュレーションは、船室２の内壁全面を既知の電波吸収率を有する電波吸収体で被覆した場合を想定し、実際の室内２で使用される周波数と同一の周波数の電波をアクセスポイント４から出力し、そのときの電波の伝搬状態を解析することで行われる。
電波の伝搬状態を解析する方法としては、例えば、レイトレーシング（Ｒａｙ Ｔｒａｃｉｎｇ）等の公知の方法を採用することができる。レイトレーシングは、電波を多数の光線として仮定し、各光線の伝搬経路を追跡する方法である。

そして、上記シミュレーションを電波吸収体の電波吸収率を変えて複数回に渡って行うことにより、各電波吸収率における電波の伝搬状態を解析する。
図２から図５に、上記シミュレーション結果を示す。図２は電波吸収率を０．１とした場合、図３は電波吸収率を０．２とした場合、図４は電波吸収率を０．３とした場合、図５は電波吸収率を０．４とした場合のシミュレーション結果を示している。

図２から図５では、無線通信のビット誤り率（ＢＥＲ：Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）＝１０^−３、１０^−３、・・・、１０^−１０のラインがそれぞれ示されている。無線通信を行う場合、一般的に、ビット誤り率が１０^−５以下であれば通信可能とみなされる。
したがって、図２から図５において、太線で表わされているビット誤り率＝１０^−５のラインが通信可能領域の境界を示すラインとなる。

図２では、ビット誤り率＝１０^−５のラインが船室２の中央部分に描かれており、このラインから下側に位置する領域については無線通信が困難であることがわかる。また、図３では、ビット誤り率＝１０^−５のラインが図２に比べて船室２の下側にかなり移動しており、通信可能領域が拡大されたことがわかるが、依然として通信不可能な領域を含んでいる。
これに対し、図４、図５では、ビット誤り率＝１０^−５のラインがみあたらず、船室２の全域において通信が可能であることがわかる。このことから、電波吸収率が高いほど、通信可能領域が拡大することがわかる。

一方、電波吸収体で反射される電波の強度は以下の式で表わされる。
反射波の電波強度＝入射波の電波強度＊（１−電波吸収率） （２）
従って、電波吸収率が高いほど反射される電波の強度が減衰するため、信号強度を考慮すると電波吸収率は低い方が好ましい。

以上から、通信可能領域が船室２の略全域となる電波吸収率のうち、最小の電波吸収率を採用するのが好ましいといえる。この条件に基づいて図２から図５のシミュレーション結果を検討すると、好適な電波吸収率は０．４となる。

このように事前にシミュレーションを行うことによって決定された電波吸収率を有する電波吸収体３によって船室２の内壁全面を覆うことにより、図６に示すように、乗員が遮蔽物となって直接波による信号の送受信が行えない状態であっても、電波吸収体３で電波の反射を許容することにより、アクセスポイント４と操縦装置５との間の無線通信を実現することが可能となる。

以上説明したように、本実施形態における水中航走体１においては、事前にシミュレーションを行い、通信可能領域が船室２の略全体に広がるような電波吸収率を選定し、この電波吸収率を有する電波吸収体によって船室２の内壁全面を覆うこととした。
したがって、水中航走体１の船室２における操舵装置５とアクセスポイント４との通信を良好に行うことができる。このように、無線通信を実現することにより、乗員は船室２における所望の位置で操舵装置５を操作することができる。よって、従来のように、無理な姿勢を強いられることなく、楽な姿勢で船体の操作を行うことが可能となる。

なお、本実施形態では、シミュレーションによって電波の伝搬状態の解析を行ったが、例えば、シミュレーションではなく、実際の船室２を用いて同様の内容の試験を実際に行い、実際のデータを取得することとしてもよい。

更に、本実施形態では、内壁全面を電波吸収体で被覆していたが、これに代えて、内壁の一部を電波吸収体で覆うこととしてもよい。この場合も同様に、その一部における電波吸収体の電波吸収率を変えて上記シミュレーションまたは実際の試験を繰り返し行い、通信可能領域が所望の範囲（例えば、室内略全域）以上となる電波吸収率の中から最も値の小さなものを選択し、選択した電波吸収率と同一またはその値近傍の電波吸収率を有する電波吸収体で船室２の一部を被覆すればよい。

また、船室２の内壁全面またはその一部を上述した電波吸収体で被覆するのに加えて、図７に示すように、船室２の任意の位置に電波反射体７を設置することとしてもよい。この場合、電波反射体７の位置に伝搬した信号波は、電波が大きく吸収されることなく、その位置で大部分が反射されることとなる。従って、信号強度を高めることが可能となり、ビット誤り率の向上を期待できる。電波反射体７は、例えば、図７に示すように、船室２の高さ方向の中心位置付近に設置してもよい。このとき、所定の距離間隔で電波反射体を設置してもよいし、例えば、室内を一周するように連続的に設置することとしてもよい。

また、上記実施形態においては、船室２が球形に近似できる場合を例示したが、船室２の形状については特に限定されない。例えば、船室２の形状は、立方体、直方体、円柱状、或いはいずれにも属さない複雑な形状をしていても良い。

図８は、船室の形状が円柱状である場合を他の例として示した図である。図８に示すように、船室２´は直径２ｍ、高さ２ｍの円柱状をしており、円柱の底面が船室２´の床面８に、円柱の高さが船室２´の高さ、すなわち、床面８から天井９までの距離に相当する。図８において、ｚ軸方向は船体の上下方向、ｙ軸方向は船体の幅方向、ｘ軸方向は船体の前後方向を示している。この船室２´において、アクセスポイント４は、天井９の中心部分に設けられている。

図９から図１２は、船室２´をｚ軸方向に沿って２分割したときの断面（２ｍ×２ｍ）におけるシミュレーション結果を示している。すなわち、図９から図１２において、ｙ軸は床面８の直径に相当し、ｚ軸は船室２´の高さに相当する。

図９は電波吸収率を０．５とした場合、図１０は電波吸収率を０．６とした場合、図１１は電波吸収率を０．７とした場合、図１２は電波吸収率を０．８とした場合のシミュレーション結果を示している。また、図９から図１２において、ビット誤り率＝１０^−５のラインを太線で表わしている。図９から図１１に示されるように、電波吸収率が０．７以下の場合には、通信が困難である領域が船室２´の一部に含まれており、図１２に示されるように、電波吸収率が０．８の場合には、船室２´の全ての領域で通信可能であることがわかる。
以上のシミュレーション結果から、例えば、船室２´における全領域での通信が必要となる場合には、電波吸収率として０．８が採用される。

１ 水中航走体
２、２´ 船室
３ 電波吸収体
４ アクセスポイント
５ 操舵装置
７ 電波反射体
８ 床面
９ 天井

Claims (4)

1. 閉鎖空間を有する水中航走体において、
   前記閉鎖空間の内壁面の一部または全部を被覆するように配置された所定の電波吸収率を有する電波吸収体と、
   前記閉鎖空間の所定の位置に設置されたアクセスポイントと
   を具備し、
   前記電波吸収体の所定の電波吸収率は、事前に電波の伝搬試験を行うことで決定され、
   前記電波の伝搬試験は、
   前記閉鎖空間の内壁面の一部または全部を被覆する電波吸収体の電波吸収率を設定する過程と、
   前記アクセスポイントから船内で使用される周波数の電波を伝搬させたときの前記閉鎖空間内の電波の伝搬状態を解析する過程と、
   前記解析の結果から通信可能領域を特定する過程と
   を含み、
   前記電波吸収体の電波吸収率の設定値をそれぞれ変更して前記伝搬試験を行い、所望の通信可能領域が得られたときの電波吸収率を採用する水中航走体。
2. 前記電波吸収率は、所望の前記通信可能領域が得られる電波吸収率の中で最も小さい値に決定される請求項１に記載の水中航走体。
3. 前記閉鎖空間には、電波反射体が設置されている請求項１または請求項２に記載の水中航走体。
4. 閉鎖空間の内壁面の一部または全部を被覆するように配置された所定の電波吸収率を有する電波吸収体と、前記閉鎖空間の所定の位置に設置されたアクセスポイントとを備える水中航走体に適用され、前記電波吸収体の電波吸収率を決定するための方法であって、
   前記閉鎖空間の内壁面の一部または全部を被覆する電波吸収体の電波吸収率を設定する過程と、
   前記アクセスポイントから船内で使用される周波数の電波を伝搬させたときの前記閉鎖空間内の電波の伝搬状態を解析する過程と、
   前記解析の結果から通信可能領域を特定する過程と
   を含み、
   前記電波吸収体の電波吸収率の設定値を変更して前記伝搬試験を行うことで、各電波吸収率における通信可能領域を取得し、
   通信可能領域と前記電波吸収率との関係から前記電波吸収体の電波吸収率を決定する方法。

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