JP2016060451A - 水中情報計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水中航走体等から発生する水中電界等の水中情報を航空機等から投下可能かつ簡易かつ潮流等の動揺を受けにくい装置により計測する。
【解決手段】ＧＰＳ情報を受信するＧＰＳ受信アンテナ１、これから得た情報からＧＰＳ位置を求めるＧＰＳ受信機４、送信機５、送信機５からの情報を送信する送信アンテナ２が設けられた浮力体３と、水中電界を検出するための三対の電極１０−１〜１０−６が設けられていて、浮力体３と第１の索８で繋がれた球殻９と、前記電極から得た電位から電位差を検出する処理器１３とを備える。送信機５はＧＰＳ受信機４からのＧＰＳ位置情報及び処理器１３の出力情報を送信アンテナから送信する。球殻９は着水時に縮小状態から膨張して、各対の電極同士を離間状態に支持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中情報計測装置に係り、とくに水中電界を少なくとも検出可能な水中情報計測装置に関する。

水中内に存在する目標の捜索のための検出を目視で行うことは不可能であるため、何らかの物理現象を利用することになる。

光波及び電波のいずれも、水中では距離に比して減衰が大きいため、水中内に存在する目標を検出することは困難であり、このため水中目標を検知するためには、通常、音波を計測する方法を用いることが多い。

音波により水中目標の有無及び水中目標の存在方位を把握するためには、複数個の音響素子による検出情報が必要があり、このため、水中目標を音波で検出するためには配列状の音響素子（例えば直線状に配列された複数の音響素子）を有する必要がある。

音波による水中目標の検出に際しては、目標が存在する蓋然性の高い海面をくまなく探す必要があることから、航空機から配列状の音響素子を内蔵するソノブイを投下することにより捜索することが知られている。

ソノブイは、投下前は小型の容器に格納されており、航空機から投下・着水後、音響素子が配列状に展開する機構を有している。

音波を検出するソノブイは、水中目標から放射される音波を受波することにより、水中目標を検出するため、水中目標がソノブイが検出できる音圧以上の音圧の音波を発生しない場合には検出を行うことができない。

また、水中目標以外に海洋生物も音波を発するため、これら海洋生物からの音波を水中目標と誤認識する可能性がある。

他方、例えば海底地形の調査を行う水中航走体等の人工的な水中目標は磁気又は水中電界を放射していることが知られている。

このため、音波とは異なる物理現象として水中目標から放射される水中電界を検出する方法により水中目標を検出することが考えられる。

水中電界の検出には、２個の電極の電位差をもとに行うため、水中目標から放射される水中電界を効果的に検出するためには２個の電極間距離を確保する必要がある。

特開平５−１９０３４号公報 特開２００６−１６２４０６号公報

上記特許文献１は、アームにより音響素子が展開されることによって水中目標を検出する装置に関するものである。

上記特許文献２は、海底に設置した電極の電位差により水中目標の位置を概定する装置に関するものである。

上記特許文献１では、水中目標から放射される音波を音響素子で受波することにより、水中目標を検出するため、水中目標がソノブイが検出できる音圧以上の音圧の音波を発生しない場合には検出を行うことができないし、また、水中目標以外の海洋生物からの音波を水中目標と誤認識する可能性がある。

上記特許文献２では、水中目標の位置を概定するために予め電極間距離を十分確保した状態で装置を海底に静置しておく必要があるが、予め電極間距離を十分確保した状態では外形が大型となるため、航空機から投下するのに不都合が生じる可能性がある。このため、航空機から投下して着水するまではコンパクトな状態を保持しつつ、着水後に所要の電極間距離を確保する装置が求められる。

本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、航空機等からの投下に適した構造を有し、少なくとも水中電界を検出可能な水中情報計測装置を提供することにある。

本発明のある態様は水中情報計測装置である。この水中情報計測装置は、送信アンテナが設けられた浮力体と、
水中電界を検出するために少なくとも一対の電極が設けられていて、前記浮力体と第１の索で繋がれた電極支持構造体と、
前記少なくとも一対の電極から得た電位から電位差を検出する処理器と、
前記浮力体、前記電極支持構造体又は前記処理器のいずれかに設けられた送信機とを備え、
前記送信機は前記処理器の出力情報を前記送信アンテナから送信するものであり、前記電極支持構造体は、縮小状態から膨張又は伸長可能であることを特徴とする。

前記態様において、前記浮力体にはＧＰＳ情報を受信するＧＰＳ受信アンテナが設けられており、前記ＧＰＳ受信アンテナから得た情報からＧＰＳ位置を求めるＧＰＳ受信機が、前記浮力体、前記電極支持構造体又は前記処理器のいずれかに設けられており、前記送信機は前記ＧＰＳ受信機からのＧＰＳ位置情報を前記送信アンテナから送信する構成であるとよい。この場合、前記ＧＰＳ受信アンテナ及び前記送信アンテナが着水により自動展開する機構を有するとよい。

前記態様において、前記処理器は前記電極支持構造体に設けられるか、又は前記電極支持構造体と第２の索で繋がれているとよい。

前記態様において、前記電極支持構造体に動揺センサが設けられていて、前記動揺センサは前記電極支持構造体の動揺を検出し、動揺検出値を前記処理器に出力する構成であるとよい。

前記態様において、前記電極支持構造体に磁気センサが設けられているとよい。

前記態様において、前記浮力体と、縮小状態の前記電極支持構造体と、前記処理器とを含む構成品が、折り畳み状態の落下傘を含む投下器とともに外筒内に収納されているとよい。

前記態様において、着水状態では、前記浮力体は水面に浮かび、前記電極支持構造体は水中に没しかつ膨張又は伸長して前記少なくとも一対の電極を離間させて支持する構成であるとよい。

前記態様において、前記電極支持構造体が着水によって膨張する球殻であって、前記球殻の表面に露出するように前記電極が設けられているとよい。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステム等の間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明に係る水中情報計測装置によれば、縮小状態から膨張又は伸長可能な電極支持構造体に水中電界を検出するための電極を設けることで、航空機等からの投下に適した構造とすることができる。

本発明に係る水中情報計測装置の第１の実施の形態であって、着水後の状態を示す斜視図である。 第１の実施の形態における投下前の状態を示す斜視図である。 第１の実施の形態における、投下から着水までの途中状態を示す斜視図である。 第１の実施の形態における、送信アンテナから送信された情報の処理系統を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態であって、着水後の状態を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

図１乃至図４で本発明に係る水中情報計測装置の第１の実施の形態を説明する。この水中情報計測装置は水中に存在する目標から放射される水中電界をもとに水中目標の有無及び存在方位を検出するためのものである。図１は水中情報計測装置が着水した後の状態を示すものであって、水中情報計測装置は、ＧＰＳ情報を受信するＧＰＳ受信アンテナ１、ＧＰＳ受信アンテナ１から得た情報からＧＰＳ位置を求めるＧＰＳ受信機４、送信機５、送信機５からの情報を送信する送信アンテナ２が設けられた浮力体３と、水中電界を検出するための三対の電極１０−１〜１０−６が設けられていて、浮力体３と第１の索８で繋がれた（連結された）電極支持構造体としての球殻９と、球殻９に第２の索１２で繋がれた（連結された）錘兼用の処理器１３とを備えている。

浮力体３に設けられているＧＰＳ受信アンテナ１及び送信アンテナ２は、着水までは折りたたまれており、着水とともに例えばバネ等により自動展開する機構を有している。図１ではアンテナ１，２は展開後の状態を示している。

浮力体３と球殻９間は電気ケーブル７で接続され、ケーブル７及び索８の途中には球殻９の捻れ及び動揺を減衰させるための減衰器（ダンパ）６が挿入され（取り付けられ）ている。

球殻９は縮小状態から膨張可能なゴム等の非導電性材質からなり、球殻９の表面には、電極１０−１〜１０−６が露出するように設けられ（例えば表面に貼り付けられ）、電極１０−１，１０−２の対、電極１０−３，１０−４の対、及び電極１０−５，１０−６の対は、それぞれ対をなす電極同士が球殻９の表面上の対極となる位置（球殻９の中心に対して点対称となる位置）に配置されている。但し、図１では可視性の都合上、電極１０−５と電極１０−６の図示位置をずらしている。

電極１０−１〜１０−６により検出された水中電位はそれぞれ球殻９内の電気ケーブルを経由し、さらに電気ケーブル１１を経由して処理器１３に送られる。処理器１３は電極１０−１，１０−２の対、電極１０−３，１０−４の対、及び電極１０−５，１０−６の対の電位差をそれぞれ計算する。

球殻９の表面には、自沈器（自沈弁）１４が設けられている。この自沈器１４は、例えば一定時間経過後、球殻９に貫通孔をあけることにより球殻９内に水を導入させ、水中情報計測装置全体を自沈させる。

球殻９の内部には、動揺センサ１５、磁気センサ１６及び膨張器１０４が設けられている。動揺センサ１５は例えばジャイロスコープであって球殻９の動揺（傾き等）を検出するものであり、動揺センサ１５の動揺検出値は球殻９内部の電気ケーブル及び電気ケーブル１１を経由して処理器１３に入力される。磁気センサ１６は例えば直交３軸方向の磁界を検出するものであり、その磁界検出値も球殻９内部の電気ケーブル及び電気ケーブル１１を経由して処理器１３に入力される。膨張器１０４は着水衝撃を検出し、その後、例えば液体又はガスを発生させ球殻９を膨張させるものである。膨張器１０４から発生する液体又はガスは、水と同程度の比重であればなお良い。

図２は、水中情報計測装置の投下前の状態を示す。外筒１０１の中に図１に示した全ての構成品（球殻９は縮小状態）と、折り畳み状態の落下傘を含む投下器１０２とが収納されている。図２の状態の水中情報計測装置を航空機から投下すると、図３のように投下器１０２から落下傘１０３が展開した状態で図１の海面９１に着水する。

着水に伴い、図１に示す球殻９内に格納されている膨張器１０４が着水衝撃を検出し、その後、例えば液体又はガスを発生させ球殻９を膨張させる。球殻９の膨張により、外筒１０１、投下器１０２及び落下傘１０３は分離脱落するとともに、球殻９の表面に設けられた三対の電極１０−１〜１０−６は、球殻９によって水中電界の測定に必要な相互に充分離間した配置となるように支持される。

分離脱落後、水中情報計測装置は正浮力の浮力体３、負浮力の球殻９及び負浮力の処理器１３に大別される。図１の浮力体３は海面９１に出ており、その下部は索８により海水中にある球殻９と結合している。浮力体３に設けられた ＧＰＳ受信アンテナ１及び送信アンテナ２は着水とともに自動展開して所要長となっている。電気ケーブル７及び索８の途中には減衰器６が挿入されており、球殻９のねじれ及び動揺を減衰させる。球殻９の下部には、索１２により処理器１３が結合されている。処理器１３は錘を兼ねており、図１のように球殻９は処理器１３が下方に位置する姿勢で安定するようにしている。

図１の展開状態の水中情報計測装置において、自沈器１４で球殻９に貫通孔があいて水中情報計測装置が自沈するまでの期間に、水中情報計測装置は水中電界及び磁界を含む水中情報の計測を行うことができる。すなわち、球殻９の表面の電極１０−１〜１０−６により検出された電位は球殻９内の各電気ケーブル、さらに電気ケーブル１１を経由して処理器１３に送られる。処理器１３では、例えば電極１０−１と１０−２、電極１０−３と１０−４及び電極１０−５と１０−６の電位差をそれぞれ検出（計算）する。また、動揺センサ１５による動揺検出値及び磁気センサ１６による磁界検出値も球殻９内の電気ケーブル、さらに電気ケーブル１１を経由して処理器１３に送られる。処理器１３で検出された電位差、動揺センサ１５及び磁気センサ１６から処理器１３にそれぞれ入力された動揺検出値及び磁界検出値は処理器１３から電気ケーブル１１及び電気ケーブル７を経由して送信機５に送られる。そして、送信機５は、処理器１３の出力情報（電位差情報、動揺検出値情報、磁界検出値情報）を送信アンテナ２から送信する。

また、浮力体３に設けられたＧＰＳ受信アンテナ１でＧＰＳ情報を受信し、その情報からＧＰＳ受信機４でＧＰＳ位置を求め、送信機５はＧＰＳ受信機４からのＧＰＳ位置情報を送信アンテナ２から送信する。

図４は送信アンテナ２から送信された情報の処理系統を示すブロック図である。この図４の処理系統は、図１の水中情報計測装置から離れた陸上、船上若しくは航空機に設置され、受信アンテナ２０１、情報処理器２０２、表示器２０３及び記録器２０４を有している。そして、図１の送信アンテナ２から送信された各種情報（前記電位差情報、動揺検出値情報、磁界検出値情報、ＧＰＳ位置情報）は受信アンテナ２０１により受信され、情報処理器２０２を経由して表示器２０３に表示されるとともに記録器２０４に記録される。

情報処理器２０２では、受信アンテナ２０１から得た情報をもとに例えば上記特許文献２の方法により水中目標の有無及び方位を概定する。その際、前記動揺検出値情報を用いて前記電位差情報を補正計算する（球殻９の姿勢変化に伴う電極位置の変化を補償する）ことで、水中目標の方位の概定精度を向上させることができる。

本実施の形態によれば、下記の効果を奏することができる。

(1) 縮小状態から膨張可能な電極支持構造体としての球殻９に水中電界を検出するための電極１０−１〜１０−６を設けることで、航空機等からの投下に適したブイ形構造の水中情報計測装置を実現することができる。着水後の球殻９の膨張状態では、対をなす電極間距離を充分大きく確保でき、水中目標から放射される水中電界を効果的に検出可能である。また、ＧＰＳ受信アンテナ１及びＧＰＳ受信機４を具備することでＧＰＳ位置の計測も可能である。

(2) 球殻９の外形は球形のため、潮流に起因する局所的なモーメントの影響を減らすことができ、さらに内部に動揺センサ１５を設けることで動揺による雑音（電位変動）を抑制しつつ水中目標を検出可能である。つまり、動揺センサ１５で球殻９の動揺を検出し、その動揺検出値を利用することで、球殻９の動揺に伴う電極１０−１〜１０−６の位置変化に起因する電位変動を補正可能である。

(3) 処理器１３が球殻９と第２の索１２で繋がれる構造とすることで、処理器１３を錘として兼用でき、球殻９の姿勢の安定化に寄与でき、構造の簡素化を図ることができる。

(4) 球殻９に磁気センサ１６を設けることで、水中における磁界検出が可能であり、磁界検出値を利用して水中目標の探知も可能である。

(5) 浮力体３、縮小状態の球殻９、それらに附属する構成品を、折り畳み状態の落下傘１０３を含む投下器１０２とともに外筒１０１内に収納することで、航空機等からの投下に適したコンパクトな形状にすることが可能である。

図５で本発明に係る水中情報計測装置の第２の実施の形態を説明する。図５は水中情報計測装置が着水した後の状態を示すものであって、水中情報計測装置は、ＧＰＳ情報を受信するＧＰＳ受信アンテナ１、ＧＰＳ受信アンテナ１から得た情報からＧＰＳ位置を求めるＧＰＳ受信機４、送信機５、送信機５からの情報を送信する送信アンテナ２が設けられた浮力体３と、水中電界を検出するための三対の電極１０−１〜１０−６が設けられていて、浮力体３と第１の索８で繋がれた（連結された）電極支持構造体としての展開型骨組１９と、展開型骨組１９に第２の索１２で繋がれ（連結され）かつ電気ケーブル１１で接続された錘兼用の処理器１３とを備えている。展開型骨組１９の中心位置に磁気センサ１６が設けられている。展開型骨組１９は非導電性である。

この第２の実施の形態は、球殻９の代わりに、縮小状態から伸長（展開）可能な展開型骨組１９を用いたものであり、その他の構成、作用効果は前述の第１の実施の形態と同様である。

以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について触れる。

各実施の形態では、三対の電極１０−１〜１０−６を電極支持構造体（球殻９又は展開型骨組１９）に設けたが、水中目標の有無の検出であれば一対の電極１０−１，１０−２で足り、二次元の方位概定であれば二対の電極があればよい。

各実施の形態において、処理器１３は電極支持構造体としての球殻９又は展開型骨組１９と第２の索１２で繋がれていたが、処理器１３を球殻９内又は展開型骨組１９に設け、第２の索１２の下端に錘を設ける構成としても良い。

各実施の形態において、浮力体３内にＧＰＳ受信機４と送信機５を収納しているが、これらは例えば球殻９内あるいは処理器１３内に収納しても良い。

各実施の形態において、動揺センサ１５からの動揺検出値を基に電極１０−１〜１０−６の値を補正計算する機能を処理器１３内に内蔵させることも可能である。

第１の実施の形態において、電極１０−１〜１０−６を球殻９の表面に貼り付けるのではなく、球殻９から電極先端のみを露出させる構造も可能である。また、電極の代わりに他の検出器を取り付けてもよい。

１ ＧＰＳ受信アンテナ
２ 送信アンテナ
３ 浮力体
４ ＧＰＳ受信機
５ 送信機
６ 減衰器
７，１１ 電気ケーブル
８．１２ 索
９ 球殻
１０−１〜１０−６ 電極
１３ 処理器
１４ 自沈器
１５ 動揺センサ
１６ 磁気センサ
１９ 展開型骨組
９１ 海面
１０１ 外筒
１０２ 投下器
１０３ 落下傘
１０４ 膨張器
２０１ 受信アンテナ
２０２ 情報処理器
２０３ 表示器
２０４ 記録器

Claims (9)

1. 送信アンテナが設けられた浮力体と、
   水中電界を検出するために少なくとも一対の電極が設けられていて、前記浮力体と第１の索で繋がれた電極支持構造体と、
   前記少なくとも一対の電極から得た電位から電位差を検出する処理器と、
   前記浮力体、前記電極支持構造体又は前記処理器のいずれかに設けられた送信機とを備え、
   前記送信機は前記処理器の出力情報を前記送信アンテナから送信するものであり、
   前記電極支持構造体は、縮小状態から膨張又は伸長可能であることを特徴とする水中情報計測装置。
2. 前記浮力体にはＧＰＳ情報を受信するＧＰＳ受信アンテナが設けられており、
   前記ＧＰＳ受信アンテナから得た情報からＧＰＳ位置を求めるＧＰＳ受信機が、前記浮力体、前記電極支持構造体又は前記処理器のいずれかに設けられており、
   前記送信機は前記ＧＰＳ受信機からのＧＰＳ位置情報を前記送信アンテナから送信することを特徴とする請求項１に記載の水中情報計測装置。
3. 前記ＧＰＳ受信アンテナ及び前記送信アンテナが着水により自動展開する機構を有することを特徴とする請求項２に記載の水中情報計測装置。
4. 前記処理器は前記電極支持構造体に設けられるか、又は前記電極支持構造体と第２の索で繋がれていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水中情報計測装置。
5. 前記電極支持構造体に動揺センサが設けられていて、前記動揺センサは前記電極支持構造体の動揺を検出し、動揺検出値を前記処理器に出力することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水中情報計測装置。
6. 前記電極支持構造体に磁気センサが設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水中情報計測装置。
7. 前記浮力体と、縮小状態の前記電極支持構造体と、前記処理器とを含む構成品が、折り畳み状態の落下傘を含む投下器とともに外筒内に収納されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の水中情報計測装置。
8. 着水状態では、前記浮力体は水面に浮かび、前記電極支持構造体は水中に没しかつ膨張又は伸長して前記少なくとも一対の電極を離間させて支持することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の水中情報計測装置。
9. 前記電極支持構造体が着水によって膨張する球殻であって、前記球殻の表面に露出するように前記電極が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の水中情報計測装置。

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