JP2019043289A - 航走制御装置及び航走制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水上航走体による音響測位での水中航走体の捕捉を速やかに行う。【解決手段】航走制御装置は、水中航走体２０の航走を管理する水上航走体１０に係る航走制御装置であって、水中航走体２０の航走経路に係る情報である航走予定情報を保持し、当該航走予定情報に基づいて水上航走体１０の進路を決定し、当該進路に沿って水上航走体１０の航走を制御する航走制御部としてのコントローラ１７と、音響測位により水中航走体の位置を計測する音響測位部としての音響測位機１６と、を有し、航走予定情報は、水中航走体２０の航走経路上における目的地として設定された複数のポイントの位置を示す位置情報と、水中航走体２０の移動速度に係る速度情報と、複数のポイントそれぞれの到着予定時刻に係る時刻情報とが対応付けられた情報であり、航走制御部は、音響測位結果に基づいて、航走予定情報の時刻情報を更新する。【選択図】図２

Description

本発明は、水上航走体に係る航走制御装置及び航走制御方法に関する。

水中（例えば、海中、湖の中、川の中等）又は水底（例えば、海底、湖底、川底等）の調査等を目的として、自律航走する無人の水中航走体が用いられることがある。水中航走体は、所定の経路に沿って水中を航走（潜行）する。このような水中航走体は、水上を移動する水上航走体により管理される。水上航走体は、音響測位等を利用して、水中航走体の位置を把握する。また、水上航走体との間で通信を行うことで、水上航走体において水中航走体の位置等を把握することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２２７０８６号公報

しかしながら、水上航走体による音響測位が可能な範囲には限界がある。したがって、水中航走体が水上航走体の音響測位範囲から外れた場合には、音響測位により水中航走体を捕捉することができなくなる。水上航走体が再び水中航走体を捕捉するためには、音響測位が可能な範囲に水中航走体が含まれるようにすることが必要となる。また、１台の水上航走体が複数の水中航走体の管理を行う場合、複数の水中航走体の全てが水上航走体による音響測位が可能な範囲に入らないことが考えられる。この場合、一度音響測位が可能な範囲から外れた水中航走体について再度音響測位が可能な範囲に含まれるように水上航走体は移動する必要がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、水上航走体による音響測位での水中航走体の捕捉を速やかに行うことができる航走制御装置及び航走制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る航走制御装置は、水中航走体の航走を管理する水上航走体に係る航走制御装置であって、前記水中航走体の航走経路に係る情報である航走予定情報を保持し、当該航走予定情報に基づいて前記水上航走体の進路を決定し、当該進路に沿って前記水上航走体の航走を制御する航走制御部と、音響測位により前記水中航走体の位置を計測する音響測位部と、を有し、前記航走予定情報は、前記水中航走体の前記航走経路上における目的地として設定された複数のポイントの位置を示す位置情報と、前記ポイント間での前記水中航走体の移動速度に係る速度情報と、前記複数のポイントそれぞれの到着予定時刻に係る時刻情報とが対応付けられた情報であり、前記航走制御部は、前記音響測位部による音響測位結果に基づいて、前記航走予定情報の前記時刻情報を更新する。

また、本発明の一形態に係る航走制御方法は、水中航走体の航走を管理する水上航走体に係る航走制御装置による航走制御方法であって、前記水中航走体の航走経路に係る情報であって、前記水中航走体の前記航走経路上における目的地として設定された複数のポイントの位置を示す位置情報と、前記ポイント間での前記水中航走体の移動速度に係る速度情報と、前記複数のポイントそれぞれの到着予定時刻に係る時刻情報とが対応付けられた航走予定情報を保持し、当該航走予定情報に基づいて前記水上航走体の進路を決定し、当該進路に沿って前記水上航走体の航走を制御する航走制御ステップと、音響測位により前記水中航走体の位置を計測する音響測位ステップと、前記音響測位ステップにおける音響測位結果に基づいて、前記航走予定情報の前記時刻情報を更新する更新ステップと、を有する。

上記の航走制御装置及び航走制御方法によれば、水中航走体に係る航走予定情報に基づいて、水上航走体の進路が決定される。したがって、水上航走体による音響測位での水中航走体の捕捉を好適に行うことができる。また、水中航走体に係る音響測位結果に基づいて航走予定情報のポイントそれぞれの到着予定時刻に係る時刻情報が更新される。したがって、水上航走体は、水中航走体の航走状況がより正確に反映された航走予定情報に基づいて進路を決定することができる。したがって、水中航走体の捕捉を速やかに行うことができる。

ここで、上記の航走制御装置において、前記航走制御部は、前記航走予定情報に基づいて前記水上航走体の速力を決定し、当該速力にも基づいて前記水上航走体の航走を制御する態様とすることができる。

また、上記の航走制御方法において、前記航走制御ステップにおいて、前記航走予定情報に基づいて前記水上航走体の速力を決定し、当該速力にも基づいて前記水上航走体の航走を制御する態様とすることができる。

上記の航走制御装置及び航走制御方法のように、航走予定情報に基づいて、水上航走体の速力を決定し、当該速力に基づいて水上航走体の航走を制御することで、水上航走体が水中航走体を捕捉するための制御をより適切に行うことが可能となる。

ここで、前記水上航走体は、複数の前記水中航走体の航走を管理し、前記航走予定情報は、前記複数の水中航走体それぞれについて作成され、前記航走制御部は、前記複数の水中航走体の中から特定の水中航走体を選択し、当該水中航走体に対応する前記航走予定情報に基づいて、前記水上航走体の進路を決定し、当該進路に沿って前記水上航走体の航走を制御することを繰り返すと共に、前記音響測位部による前記特定の水中航走体に係る音響測位結果に基づいて、前記特定の水中航走体に係る前記航走予定情報の前記時刻情報を更新する態様とすることができる。

上記のように、水上航走体が複数の水中航走体の航走を管理する場合に、各水中航走体に係る航走予定情報を保持すると共に当該航走予定情報に基づいて水上航走体の進路を決定することを繰り返すことで、複数の水中航走体それぞれについて速やかに捕捉することができる。また、特定の水中航走体に係る音響測位結果に基づいて、特定の水中航走体に係る航走予定情報のポイントそれぞれの到着予定時刻に係る時刻情報が更新されることで、複数の水中航走体の捕捉をさらに速やかに行うことができる。

また、前記航走制御部は、前記音響測位部による前記水中航走体に係る音響測位が不能である場合に、前記水中航走体に係る音響測位が可能となるまで、前記航走予定情報に示された前記航走経路に沿って前記水中航走体を捜索するように前記水上航走体の航走を制御する態様とすることができる。

上記のように、水中航走体に係る音響測位が不能である場合には航走予定情報に示された航走経路に沿って水中航走体を捜索することで、何らかの事情で水中航走体が航走予定情報のポイントそれぞれの到着予定時刻に到着できない速度で移動している状態であっても、水中航走体を再度捕捉できる可能性が高められる。

本発明によれば、水上航走体による音響測位での水中航走体の捕捉を速やかに行うことができる航走制御装置及び航走制御方法が提供される。

本実施形態に係る水上航走体制御装置が搭載された水上航走体を含む水中航走体の航走管理システムに関する概要図である。 水上航走体と水中航走体との間の情報の送受信に係る機能ブロック図である。 水上航走体に搭載された音響通信機による通信可能な範囲と、音響測位機１６による測位可能な範囲と、を示す図である。 ４つの水中航走体２０Ａ〜２０Ｄを同時に運用する場合の運用例を示している。 水中航走体の１台である水中航走体に係る航走予定情報Ｄ１を示す図である。 水中航走体の移動と航走予定情報との対応について説明する図である。 航走制御装置による航走の制御方法を示すフロー図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る航走制御装置が搭載された水上航走体を含む水中航走体の航走管理システム１に関する概要図である。また、図２は、水上航走体と水中航走体との間の情報の送受信に係る機能ブロック図である。

図１に示す航走管理システム１は、水上航走体１０（Autonomous Surface Vehicle：ＡＳＶ）と、少なくとも一つの水中航走体２０（Autonomous Underwater Vehicle：ＡＵＶ）と、を備える。本実施形態では、図１に示すように、１台の水上航走体１０と、複数台の水中航走体２０として、例えば、４機の水中航走体２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを管理する場合の例について説明する。

水上航走体１０は、水上を自律航走する航走体であり、水中航走体２０を管理する機能を有する。そのために、水上航走体１０は、水中航走体２０の位置を測位する機能と、水中航走体２０からの情報の送受信を行う機能とを有する。水上航走体１０は、機体１１と、航走装置１２と、航走制御装置１３とを備える。また、航走制御装置１３は、測位機１４と、音響通信機１５と、音響測位機１６（音響測位部）と、コントローラ１７（航走制御部）とを含む。

機体１１は、航走装置１２及び航走制御装置１３を搭載する。航走装置１２は、水上において機体１１を航走（航行）させるように構成されている。航走装置１２は、例えば、推進器及び舵の推進機構を含む。航走装置１２は、航走制御装置１３のコントローラ１７からの指示に基づいて動作する。

航走装置１２は、推進装置及び操舵装置とそれらの制御器（図示せず）を含むアクチュエータ１２Ａ（図２参照）を含み、コントローラ１７から目標位置に関する指令が与えられると、その指令に従って、指示された目標位置に水上航走体１０を配置するように推進や操舵を行う機能を備えている。また、航走装置１２は、自装置の姿勢等を検知するセンサ１２Ｂ（図２参照）を含み、自機の姿勢等に係る情報をコントローラ１７に対して提供する機能を有する。コントローラ１７は、この自機の姿勢等に係る情報にも基づいて、アクチュエータ１２Ａに対して推進及び操舵に係る指令を与える。

なお、航走装置１２には、後述の測位機１４で得た水上航走体１０の自機の絶対位置に関する情報もリアルタイムで与えられるようにしてある。これにより、航走装置１２では、コントローラ１７から水上航走体１０の現在位置を目標位置とする指令が与えられる場合は、測位機１４で検出されている水上航走体１０の位置を基準として、水上航走体１０が風や波や潮流等による外乱を受けても基準とされた位置に留まるように、推進と操舵を制御する機能を備えている。

また、航走装置１２は、コントローラ１７から水上航走体１０の現在位置とは異なる位置を目標位置とする指令が与えられると、その目標位置に水上航走体１０が移動するように、推進と操舵を制御する機能を備えている。

航走制御装置１３は、後述の音響測位を利用して水中航走体２０の位置情報を取得すると共に、水中航走体２０との通信を行うことで水中航走体２０において取得された情報等を受信する機能を有する。

航走制御装置１３の測位機１４は、地球上における水上航走体１０の絶対位置（緯度・経度・標高）を取得するように構成されている。測位機１４は、例えば、ＧＰＳ受信機である。測位機１４は、ＧＰＳ衛星から所定の信号を受信し、当該信号に基づいて絶対位置を取得してもよい。なお、測位機１４は、水上航走体１０の自機の位置を検出することができれば、ＧＰＳ以外の航法衛星システムを用いたり、地上局からの信号を用いたりしてもよいことは勿論である。

航走制御装置１３の音響通信機１５は、機体１１の水没する部分である船底部に備えられていて、水中航走体２０における後述の音響通信機２３との間で音響通信による情報の送受信が可能に構成されている。音響通信機１５は、例えば、水中に音波を送信する送信器と、音波（反射波）を受信する受信器とを含む送受信機（トランシーバ）であってもよい。音響通信機１５による通信可能な範囲は、例えば、２００ｍ〜１０００ｍ程度とすることができる。音響通信機１５は、コントローラ１７からの指令に基づいて、水中航走体２０に対して送受信する情報に係る指令（コマンド）を送信する。その結果水中航走体２０から送信される情報（ステータス）を音響通信機１５が受信すると、当該結果は、コントローラ１７に対して送られる。

航走制御装置１３の音響測位機１６は、機体１１の水没する部分である船底部に備えられていて、水中航走体２０の位置を取得可能に構成されている。音響測位機１６は、例えば、水上航走体１０に対する水中航走体２０の相対位置を取得可能に構成されていてもよい。音響測位機１６は、例えば、ＳＳＢＬ（Super Short Base Line）測位システムとすることができる。ＳＳＢＬ測位システムは、水中に向けて定期的にパルス音を発信し、当該パルス音の返信エコーを少なくとも３つの音響センサで受信することで、水中航走体２０の相対位置を計測することが可能である。音響測位機１６による測位可能な範囲は、例えば、音響通信機１５による通信可能な範囲の１．５倍〜２０倍程度であってもよく、３００ｍ〜６０００ｍ程度であってもよい。なお、音響測位機１６は、監視対象となる各水中航走体２０の位置を検出することができれば、いかなる形式、測位方式の音響測位機１６を用いてもよい。音響測位機１６により検出された測位結果である水中航走体の位置（相対位置）に係る情報は、コントローラ１７へ送られる。また、測位機１４と音響測位機１６が一体となり直接絶対位置が出力されるシステムもあるが、その場合は、各水中航走体２０の絶対位置に係る情報がコントローラ１７へ送られる。

図３では、水上航走体１０に搭載された音響通信機１５による通信可能な範囲Ｒ１と、音響測位機１６による測位可能な範囲Ｒ２と、を模式的に示している。図３に示すように、音響通信機１５による通信可能な範囲Ｒ１は、音響測位機１６による測位可能な範囲Ｒ２と比べて非常に小さい。したがって、水上航走体１０が水中航走体２０と音響通信を行うためには、対象の水中航走体２０が範囲Ｒ１内に存在するように、水上航走体１０が移動する必要がある。なお、本実施形態では、水中航走体２０が、水上航走体１０による音響測位が可能な範囲Ｒ２に存在している状態、すなわち、水上航走体１０が水中航走体２０を音響測位可能な状態を、水上航走体１０が水中航走体２０を捕捉している状態という。水上航走体１０が水中航走体２０を捕捉するとは、水中航走体２０の音響測位が不可能な状態から可能な状態に変化することをいう。

航走制御装置１３のコントローラ１７は、水上航走体１０を部分的に又は全体的に制御可能に構成されている。コントローラ１７のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成される。ハードウェアとしては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、主記憶装置であるＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）、他の機器との通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。そして、これらの構成要素が動作することにより、後述のコントローラ１７としての機能が発揮される。

コントローラ１７では、測位機１４で得た水上航走体１０の自機の絶対位置の情報と、音響測位機１６で測位結果として得た水上航走体１０の位置を基準とする各水中航走体２０の相対位置の情報とを基に、各水中航走体２０（２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ）の絶対位置を検出することができる。この各水中航走体２０Ａ〜２０Ｄの絶対位置の検出は、音響測位機１６により各水中航走体２０Ａ〜２０Ｄの音響測位が行われるごとに実施される。また、コントローラ１７は、各水中航走体２０との音響通信を行うために各水中航走体２０を追跡するように水上航走体１０を制御する機能を有する。なお、コントローラ１７は、各水中航走体２０を追跡するために、水中航走体２０それぞれに係る航走予定情報Ｄ１（図５参照）を保持している。さらに、コントローラ１７は、水中航走体２０に係る航走予定情報Ｄ１を、音響測位結果に基づいて更新する機能を有している。コントローラ１７による航走予定情報Ｄ１を利用した水中航走体２０の追跡等については後述する。

なお、水上航走体１０で取得した情報等を水上航走体１０とは異なる装置（例えば、母船等）で管理をする場合、又は、水上航走体１０の制御等を外部装置で行う場合のように、外部装置との通信が必要な場合には、水上航走体１０は、通信機を備える。水上航走体１０に設けられる通信機は、外部装置との間で情報の送受信が可能とされている。通信機は、例えば、電磁波、音波等を送受信可能な無線通信機として実現することができる。

次に、水中航走体２０は、無人で水中を自律航走する航走体であり、予め定められた経路に沿って航走しながら水中又は水底において何らかの動作を行う機能を有する。したがって、水中航走体２０は、図１及び図２に示されるように、船体２１と、航走装置２２と、音響通信機２３と、応答機２４と、コントローラ２５とを含む。このほか、水中航走体２０は、所定の作業を行うための装置を備えていてもよい。例えば、水中航走体２０が水中又は水底等の情報収集を行う場合には、例えば、サイドスキャンソナー、磁気センサ、温度センサ、汚染物質検出装置等を備えた態様とすることができる。

船体２１は、航走装置２２、音響通信機２３、応答機２４及びコントローラ２５を搭載する。

航走装置２２は、水中において船体２１を航走（潜行）させるように構成されている。航走装置２２は、例えば、推進器及び舵を含む。航走装置２２による航走経路、すなわち、水中航走体２０の移動経路は予め定められている。したがって、水中航走体２０は、船体２１に搭載された慣性航法装置（図示せず）により慣性航法位置を取得しながら、航走装置２２によって予め定められた移動経路に沿って移動する。

航走装置２２は、推進装置及び操舵装置とそれらの制御器（図示せず）を含むアクチュエータ２２Ａ（図２参照）を含み、コントローラ２５から目標位置に関する指令が与えられると、その指令に従って、指示された目標位置に水中航走体２０を配置するように推進や操舵を行う機能を備えている。また、航走装置２２は、自装置の姿勢等を検知するセンサ２２Ｂ（図２参照）を含み、自機の姿勢等に係る情報をコントローラ２５に対して提供する機能を有する。コントローラ２５は、この自機の姿勢等に係る情報にも基づいて、アクチュエータ２２Ａに対して推進及び操舵に係る指令を与える。

音響通信機２３は、水上航走体１０の音響通信機１５との間で音響通信による情報の送受信が可能に構成されている。音響通信機２３の構成は、音響通信機１５と同様であってもよい。音響通信機２３は、水上航走体１０から送信される送受信する情報に係る指令（コマンド）を受信すると、コントローラ２５に対して通知する。そして、音響通信機１５は、コントローラ２５からの指示に基づいて、指令に対応した情報（ステータス）を水上航走体１０に対して送信する。

応答機２４は、水上航走体１０の音響測位機１６から送信されるパルス音を瞬時に返信可能に構成されている。応答機２４は、例えば、トランスポンダである。なお、水上航走体１０に設けられる音響測位機１６の測位方式に応じて、各水中航走体２０に設けられる応答機２４の形式は変更される。また、応答機２４が不要であれば省略してもよい。

コントローラ２５は、水中航走体２０を部分的に又は全体的に制御可能に構成されている。コントローラ２５は、水中航走体２０の各種装置（例えば、航走装置２２、音響通信機２３、応答機２４）を制御してもよい。コントローラ２５の構成は、水上航走体１０のコントローラ１７と同様であってもよい。なお、コントローラ２５は、自機の航走に係る航走情報Ｄ２（図５参照）を保持している。航走情報Ｄ２は、自機の移動方向及び移動速度等に係る情報である。航走情報Ｄ２は、水上航走体１０において保持される航走予定情報Ｄ１に対応するものである。各水中航走体２０は、それぞれ自機に係る航走情報Ｄ２を保持していて、コントローラ２５では、航走情報Ｄ２に基づいて航走装置２２に対して航走に係る指令を行うことになる。

本実施形態では、航走管理システム１において４台の水中航走体２０Ａ〜２０Ｄが運用されている場合に、水上航走体１０の航走制御装置１３が全ての水中航走体２０Ａ〜２０Ｄの航走管理を行う方法を説明する。

図４は、４つの水中航走体２０Ａ〜２０Ｄを同時に運用する場合の運用例を示している。図４に示す例では、水中航走体２０Ａ〜２０Ｄは、それぞれ予め定められた対象のエリアＡ１〜Ａ４内を移動している。

水上航走体１０は、水中航走体２０Ａ〜２０Ｄのそれぞれと音響通信を行うことで、水中航走体２０Ａ〜２０Ｄのそれぞれで取得された情報を入手する。また、水上航走体１０は、音響通信を行うことで、水中航走体２０Ａ〜２０Ｄのそれぞれとの間での音響測位結果と、自機の測位機１４による測位結果とに基づいて算出される水中航走体２０Ａ〜２０Ｄの絶対位置に係る情報を水中航走体２０Ａ〜２０Ｄのそれぞれに対して提供する。ただし、図３で示したように、音響通信ができる範囲Ｒ１は、音響測位ができる範囲Ｒ２よりも小さい。したがって、水上航走体１０は、音響測位により通信対象の水中航走体２０の位置を把握した上で、当該情報に基づいて水中航走体２０が範囲Ｒ１に含まれる位置まで移動する必要がある。そのため、水上航走体１０は、水中航走体２０との間で音響測位が可能となる状態、すなわち、水中航走体２０を捕捉している状態を継続することが好ましい。

しかしながら、本実施形態に示すように、水上航走体１０が複数の水中航走体２０Ａ〜２０Ｄを管理している場合、管理対象の複数の水中航走体２０Ａ〜２０Ｄの全てが音響測位可能な範囲Ｒ２に含まれる状態を維持できないことがある。例えば、図４では水上航走体１０がエリアＡ１〜Ａ４の中央に滞在した状態を示しているが、水上航走体１０が水中航走体２０Ａ〜２０Ｄのうちの特定の水中航走体との通信が可能な領域に移動すると、水中航走体２０Ａ〜２０Ｄのうちの一部の水中航走体は、音響測位が可能な範囲Ｒ２から外れてしまうことが考えられる。仮に、水上航走体１０との間で音響測位が可能な範囲外に水中航走体２０が移動してしまうと、水上航走体１０が水中航走体２０を再度捕捉することが困難となる可能性がある。また、水上航走体１０が１台の水中航走体２０を管理している場合でも、音響測位を行っていないタイミングなどに水中航走体２０が障害物回避等により想定されていた航走とは異なる航走を行うと、次の音響測位のタイミングにおいて音響測位が可能な範囲Ｒ２から水中航走体２０が外れてしまうことが考えられる。

そこで、本実施形態における航走管理システム１では、水上航走体１０の航走制御装置１３において、管理対象の水中航走体２０（本実施形態では水中航走体２０Ａ〜２０Ｄ）の航走予定情報Ｄ１を保持し、航走予定情報Ｄ１に基づいて、水中航走体２０の追跡を行う。さらに、水中航走体２０に係る音響測位の結果に基づいて、航走予定情報Ｄ１を更新し、最新の航走予定情報Ｄ１に基づいて水中航走体２０の追跡を行う。以下、上記の構成について、具体的に説明する。

図５は、複数の水中航走体２０の１台である水中航走体２０Ａに係る航走予定情報Ｄ１を示す図である。図５に示すように、航走予定情報Ｄ１は、水中航走体２０Ａが移動する航走経路上での目的地となるポイント（ウェイポイント）を複数設定し、ポイント毎に、ポイントの位置を示す位置情報に対応するポイント座標（例えば、緯度・経度・深度等）に対して、前のポイントから当該ポイントまでの水中航走体２０Ａの移動時の速度（ポイント間の移動速度）を示す情報（速度情報）が対応付けられているものである。図５に示す例では、ポイント座標Ｐ_０が水中航走体２０Ａの航走開始ポイントの位置を示す情報であり、ポイント座標Ｐ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，・・・の順に、速度Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，・・・・として水中航走体２０が移動するという設定がなされている。

また、各ポイント座標には経過時間に係る情報（航走予定情報Ｄ１における各ポイントへの到着予定時刻に係る時刻情報）が対応付けられている。経過時間は、ポイント座標と、ポイント間の移動速度とから導かれる、水中航走体２０Ａが各ポイントに到着する予定時間（航走開始ポイントからの経過時間）を示している。また、経過時間は、航走予定情報Ｄ１に含まれるポイント座標から割り出されるポイント間の距離と、航走予定情報Ｄ１に含まれるポイント間の移動速度から求めることができる。例えば、ポイント座標Ｐ_１への経過時間ｔ_１は、ポイント座標Ｐ_０−Ｐ_１間の距離をポイントＰ_０−Ｐ_１間の移動時の速度Ｖ_１により除することで算出することができる。また、ポイント座標Ｐ_２への経過時間ｔ_２は、ポイント座標Ｐ_１−Ｐ_２間の距離をポイントＰ_１−Ｐ_２間の移動時の速度Ｖ_２により除した結果をｔ_１に加えることで算出することができる。なお、航走予定情報Ｄ１における各ポイントへの到着予定時刻に係る時刻情報は、航走開始ポイントからの経過時間ではなく、時刻表示されていてもよい。

水中航走体２０Ａで保持される航走情報Ｄ２は、図５に示す航走予定情報Ｄ１のうち、ポイント毎に、ポイントの位置を示すポイント座標（例えば、緯度・経度等）、及び、当該ポイントから次のポイントまでの水中航走体２０Ａの移動速度（ポイント間の移動速度）が設定された情報である。すなわち、水中航走体２０Ａでは、ポイント座標と、ポイント間の移動速度が指定された航走情報Ｄ２に基づいて、各ポイントへ向けて航走している。一方、水上航走体１０は、経過時間を含めた航走予定情報Ｄ１を保持して、水中航走体２０Ａの現在位置を推定する機能を有する。そして、水上航走体１０が水中航走体２０Ａを追跡する際には、この航走予定情報Ｄ１に基づいて水中航走体２０Ａの現在位置を予測して、追跡する。航走予定情報Ｄ１を把握していることで、水上航走体１０が音響測位可能な範囲Ｒ２から水中航走体２０Ａが外れている状態であっても、航走予定情報Ｄ１に基づいて、水中航走体２０Ａの現在位置を予測することができ、且つ、水中航走体２０Ａと音響通信を行うために水上航走体１０がどのような進路を取るべきかをコントローラ１７側で算出することが可能となる。したがって、水上航走体１０による水中航走体２０Ａの捕捉を好適に行うことができる。

図６は、航走予定情報Ｄ１に沿った水中航走体２０Ａの移動について説明する図である。水中航走体２０Ａは、航走開始ポイントであるポイント座標Ｐ_０を経過時間０でスタートしたとする。この場合、水中航走体２０Ａは、ポイント座標Ｐ_０−Ｐ_１間を速度Ｖ_１で移動することでポイント座標Ｐ_１に経過時間ｔ_１で到着し、ポイント座標Ｐ_１−Ｐ_２間を速度Ｖ_２で移動することでポイント座標Ｐ_２に経過時間ｔ_２で到着し、というようにポイント座標で特定されるポイント間を移動していく。ポイント座標間の移動速度は一定であると設定されているので、ポイント座標間での経過時間に対応する水中航走体２０Ａの位置はコントローラ１７において推定することができる。したがって、例えば、水上航走体１０が最後に水中航走体２０Ａを音響測位した位置が図６の座標Ｐ_ｘにより特定される場所であり、測位時刻が時刻ｔ_ｘであるとすると、時刻ｔ_ｘから所定時間経過した時刻ｔ_ｙでの水中航走体２０Ａの推定位置は、航走予定情報Ｄ１から座標Ｐ_ｙにより特定される場所であると推定される。すなわち、時刻ｔ_ｙにおいて水上航走体１０が水中航走体２０Ａを捕捉する場合には、水中航走体２０Ａは、座標Ｐ_ｘと座標Ｐ_ｙとの間を航走していると推定することができる。このように、水上航走体１０は、座標Ｐ_ｘと座標Ｐ_ｙとの間が音響測位可能な範囲Ｒ２に入るように移動することで、水中航走体２０Ａを捕捉する可能性が高められる。なお、水上航走体１０の水中航走体２０Ａが航走していると推定される位置までの移動に時間がかかる場合には、所要時間を考慮して水上航走体１０の移動先を決める構成としてもよい。

また、航走予定情報Ｄ１には、ポイント座標に対応付けて当該ポイント座標の経過時間が含まれているが、この経過時間に係る情報は、水上航走体１０が水中航走体２０Ａに係る音響測位を行った際に航走制御装置１３のコントローラ１７において更新される。

航走予定情報Ｄ１の経過時間は、当初は、航走開始ポイントであるポイント座標Ｐ_０からの水中航走体２０Ａ航走開始時刻を元に設定される。しかしながら、航走中に水中航走体２０Ａの進路が例えば水底の地形等によって曲がってしまったり、障害物の回避に時間がかかったりする場合がある。この場合、水中航走体２０Ａは、予定通りの速度で移動することができず、次のポイントへの到着時刻が遅くなる。そこで、水上航走体１０のコントローラ１７では、水中航走体２０Ａに係る音響測位結果に基づいて、航走予定情報Ｄ１を更新する。具体的には、例えば、ポイント座標Ｐ_２−Ｐ_３間で水上航走体１０が水中航走体２０Ａの音響測位を行った結果及び測位時刻に基づいて、図５及び図６に示すように、ポイント座標Ｐ_３〜Ｐ_５に対応する経過時間ｔ_３〜ｔ_５をｔ_３’〜ｔ_５’に更新する。このような構成とすることで、更新後の航走予定情報Ｄ１は更新前よりも水中航走体２０Ａの実際の移動に沿ったものとなるため、水上航走体１０による水中航走体２０Ａの捕捉をより速やかに行うことができると考えられる。

なお、水上航走体１０は、水中航走体２０Ａに係る音響測位結果と航走予定情報Ｄ１とを比較して、航走予定情報Ｄ１における水中航走体２０Ａの経過時間と実際の水中航走体２０Ａの移動に係る所要時間とに差異がある場合は、航走予定情報Ｄ１を更新する構成としてもよい。

航走管理システム１における水上航走体１０の航走制御装置１３による航走の制御方法について、図７を参照しながら説明する。まず、航走制御装置１３は、複数の水中航走体２０のうちの特定の水中航走体を捕捉対象として、当該水中航走体２０の航走予定情報Ｄ１に基づいて追跡を行い、音響測位を行う（Ｓ０１：航走制御ステップ、音響測位ステップ）。ここでは、特定の水中航走体２０が水中航走体２０Ａである場合について説明する。具体的には、水中航走体２０Ａに係る航走予定情報Ｄ１に基づいて、航走制御装置１３のコントローラ１７が航走装置１２に対して目的地への移動を指示する。航走制御装置１３のコントローラ１７が水上航走体１０の進路を決定する際には、航走予定情報Ｄ１に示されたポイントを目的地としてもよいし、ポイント間の特定の地点（例えば、ポイント間の中点）等を目的地としてもよいし、特願２０１６−０５４３２４に記載の方法、またはこれを拡張して、水中航走体２０が航走予定情報Ｄ１に基づいて移動するとして、予測円を時間に対して広げて交点を求め、この交点を目的地としてもよい。水上航走体１０の目的地は、水上航走体１０の航走能力（移動速度）等を考慮して決定される。また、水上航走体１０が目的地に到着すると、コントローラ１７からの指示に基づいて、音響測位機１６による音響測位が行われる。

次に、音響測位の結果に基づいて、コントローラ１７において、追跡対象の水中航走体２０Ａに係る音響測位結果が得られているかに基づいて、水中航走体２０Ａを捕捉できているか（水中航走体２０Ａの位置情報を把握できているか）を判断する（Ｓ０２）。ここで、水中航走体２０Ａに係る音響測位結果が得られていない場合（Ｓ０２−ＮＯ）には、水上航走体１０は、航走制御装置１３の指示により、航走予定情報Ｄ１を利用して水中航走体２０Ａの捜索を行う構成としてもよい（Ｓ０３）。水中航走体２０Ａを捜索する場合、例えば、航走予定情報Ｄ１に示された水中航走体２０Ａの航走経路に沿って水上航走体１０を移動させることで、水中航走体２０Ａを捜索することができる。基本的に水中航走体２０Ａは航走予定情報Ｄ１で規定された航走経路を移動するため、この航走予定情報Ｄ１に沿って水中航走体２０Ａを捜索することで、水中航走体２０Ａを速やかに捕捉することができる。なお、「航走経路に沿った移動による水中航走体２０Ａの捜索」とは、必ずしも、水上航走体１０が水中航走体２０Ａの航走経路を正確に辿らなくてもよい。水上航走体１０による音響測位が可能な範囲Ｒ２内に水中航走体２０Ａの航走経路（及び想定される誤差を考慮した領域）が含まれるのであれば、例えば、水上航走体１０は航走経路のショートカット等を行ってもよい。

航走予定情報Ｄ１で示された水中航走体２０Ａの航走経路に沿って水中航走体２０Ａを捜索しても水中航走体２０Ａを捕捉できない場合には、何らかの事情により音響測位が不能となっていることが考えられる。このような状態となる可能性としては、水中航走体２０Ａが想定された航走経路から大きく外れている可能性、水上航走体１０の音響測位機１６による音響測位に問題が発生している可能性、または、海水温度分布等により音響測位の精度が著しく低下している（測位が困難な状況となっている）可能性等が考えられる。このような場合、航走制御装置１３のコントローラ１７は、エラー等を発出することで、通常の処理を行うことができないことを水上航走体１０の管理者等に通知する。

一方、水中航走体２０Ａに係る音響測位結果が得られている場合（Ｓ０２−ＹＥＳ）には、コントローラ１７は、音響測位結果に基づいて、水中航走体２０Ａに係る航走予定情報Ｄ１を更新する（Ｓ０４：更新ステップ）。上述したように航走予定情報Ｄ１の更新は、音響測位機１６による音響測位が行われる度に行ってもよいが、例えば、所定の回数毎としてもよい。また、航走予定情報Ｄ１から求められる水中航走体２０Ａの予定位置と、実際の水中航走体２０Ａの実際位置との差異が一定以上となった場合に、航走予定情報Ｄ１を更新する構成としてもよい。その後、次の捕捉対象となる水中航走体に対象を変更し（Ｓ０５）、一連の処理を繰り返す。

なお、実際には、水中航走体２０Ａに係る音響測位結果が得られている場合（Ｓ０２−ＹＥＳ）には、水上航走体１０は、音響通信を行うために必要に応じて移動して、水上航走体１０と水中航走体２０Ａとの間で音響通信が行われる場合がある。音響通信を行う場合、音響通信に係る一連の処理と航走予定情報Ｄ１の更新（Ｓ０４）に係る処理との順序は特に限定されない。音響通信を行うための水上航走体１０の移動に係るコントローラ１７による制御に関しては、公知の手法を利用することができる。

以上のように、本実施形態に係る航走制御装置１３及びこの航走制御装置１３による航走制御方法によれば、水中航走体２０に係る航走予定情報に基づいて、水上航走体１０の進路が決定される。したがって、水上航走体１０による音響測位での水中航走体２０の捕捉を好適に行うことができる。また、水中航走体２０に係る音響測位結果に基づいて航走予定情報のポイントそれぞれの到着予定時刻に係る時刻情報が更新される。したがって、水上航走体１０の進路は、水中航走体２０の航走状況がより正確に反映された航走予定情報に基づいて決定される。したがって、水中航走体２０の捕捉を速やかに行うことができる。

従来から、水上航走体１０が水中航走体２０を管理する場合、水中航走体２０が自機による音響測位が可能な範囲に存在するように、水上航走体１０は水中航走体２０を追跡している。しかしながら、何らかの事情により水上航走体１０の音響測位が可能な範囲から水中航走体２０が外れた場合に、再び水中航走体２０を捕捉する方法についてはあまり検討されていなかった。水中航走体２０の進路を予測して、水上航走体１０の進路を決定することについては検討されていたが、図６に示すように、水中航走体２０が航走する進路は一方向ではないことも多く、予測に誤りがあることも多いと考えられる。

これに対して、本実施形態に係る航走制御装置１３及びこの航走制御装置１３による航走制御方法によれば、水中航走体２０に係る航走予定情報を利用して、水中航走体２０の追跡を行うため、水上航走体１０により水中航走体２０を速やかに捕捉することができる。さらに、水上航走体１０では、音響測位結果に基づいて航走予定情報を更新しながら、この航走予定情報を利用して追跡を行うため、水中航走体２０の進路の予測精度が高められ、水中航走体２０の捕捉をより速やかに行うことが可能となる。

また、上記実施形態で説明したように、水上航走体１０が複数の水中航走体２０の航走を管理する場合に、各水中航走体２０に係る航走予定情報が個別に作成されて、水上航走体１０において保持される。そして、これらの航走予定情報に基づいて水上航走体１０の進路を決定することを繰り返す。したがって、水上航走体１０は、複数の水中航走体２０それぞれについて好適に捕捉することができる。また、複数の水中航走体２０それぞれに係る音響測位結果に基づいて、音響測位結果に対応する特定の水中航走体に係る航走予定情報のポイントそれぞれの到着予定時刻に係る時刻情報が更新されるため、更新された航走予定情報に基づいた水中航走体２０の追跡が可能となり、水中航走体２０の捕捉を速やかに行うことができる。

さらに、上記実施形態の航走制御装置１３は、水中航走体２０に係る音響測位が不能である場合に、水上航走体１０が航走予定情報に示された航走経路に沿って水中航走体２０を捜索するように制御する構成とされている。したがって、何らかの事情で水中航走体２０が航走予定情報のポイントそれぞれの到着予定時刻に到着できない速度で移動している状態であっても、水上航走体１０により水中航走体２０を再度捕捉する可能性が高められる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、水上航走体１０が複数の水中航走体２０を運用する場合について説明したが、対象となる水中航走体２０が１台であっても、本実施形態に係る航走制御装置１３を適用することができる。

また、上記実施形態では、航走制御装置１３に係る各機能が全て水上航走体１０に搭載されている場合について説明したが、航走制御装置１３に係る機能は水上航走体１０及び他の装置に分散して配置されていてもよい。例えば、水中航走体２０の位置情報に基づいた水上航走体１０の進路決定に係る処理は水上航走体１０上で行わずに、他の装置（例えば水上航走体１０と通信可能な母船等）で行う構成としてもよい。

また、複数の水中航走体２０の航走予定情報に基づいた水上航走体１０の進路の決定に係る手法は、図６で説明したものに限定されない。例えば、特定の水中航走体２０が捕捉できない（Ｓ０２−ＮＯ）状況が一度のみの場合は、水中航走体２０の捜索（Ｓ０３）を省略して、次の捕捉対象に変更（Ｓ０５）にしてもよい。また、例えば、特定の水中航走体２０が捕捉できない（Ｓ０２−ＮＯ）状況が連続した場合には、水中航走体２０の捜索（Ｓ０３）を行う構成としてもよい。また、複数の水中航走体２０間の距離等を考慮して、複数の水中航走体２０の捕捉順序を変更してもよい。このように、複数の水中航走体２０を１台の水上航走体１０により管理する場合、その具体的な手順は適宜変更することができる。

また、上記実施形態では、航走制御装置１３が水上航走体１０の進路のみを制御する場合について説明したが、航走予定情報に基づいて水上航走体１０の速力も制御する構成としてもよい。すなわち、航走制御部として機能するコントローラ１７において、航走予定情報に基づいて水上航走体１０の速力を決定し、当該速力にも基づいて水上航走体１０の航走を制御する構成としてもよい。水中航走体２０の航路予定情報に基づいて、水上航走体１０の進路だけでなく速力を制御しながら水中航走体２０を捕捉する構成とした場合、水中航走体２０の捕捉をより適切に行うことが可能となる。例えば、水上航走体１０が水中航走体２０を捕捉できている状態（特に、音響通信が可能となっている状態）では、水上航走体１０の速力を０とする制御を行ってもよい。また、水中航走体２０を捕捉できている状態では、水上航走体１０の速力を水中航走体２０の速力に合わせるか、水中航走体２０よりも少し速くなるように制御してもよい。また、水中航走体２０を捕捉できていない状態での水上航走体１０の移動の際は、水中航走体２０の目標速力を最大として、水中航走体２０の捕捉までの移動を早くする制御を行ってもよい。このように、航走制御装置１３が水上航走体１０の進路だけでなく速力も制御する構成とすると、水中航走体２０の捕捉をより好適に行うことができる。また、水上航走体１０の制御の方法によっては、水上航走体１０の航続距離を長くすることも可能となる。

１ 航走管理システム
１０ 水上航走体
１１ 機体
１２ 航走装置
１３ 航走制御装置
１４ 測位機
１５ 音響通信機
１６ 音響測位機
１７ コントローラ
２０ 水中航走体（各機体を個別にあらわす時は２０Ａ〜２０Ｄであらわす）
２１ 船体
２２ 航走装置
２３ 音響通信機
２４ 応答機
２５ コントローラ
Ａ１ ２０Ａの予め定められた探査エリア
Ａ２ ２０Ｂの予め定められた探査エリア
Ａ３ ２０Ｃの予め定められた探査エリア
Ａ４ ２０Ｄの予め定められた探査エリア
Ｄ１ 航走予定情報
Ｄ２ 航走情報
Ｒ１ １５ 音響通信機の通信可能範囲
Ｒ２ １６ 音響測位機の測位可能範囲

Claims (6)

1. 水中航走体の航走を管理する水上航走体に係る航走制御装置であって、
   前記水中航走体の航走経路に係る情報である航走予定情報を保持し、当該航走予定情報に基づいて前記水上航走体の進路を決定し、当該進路に沿って前記水上航走体の航走を制御する航走制御部と、
   音響測位により前記水中航走体の位置を計測する音響測位部と、
   を有し、
   前記航走予定情報は、前記水中航走体の前記航走経路上における目的地として設定された複数のポイントの位置を示す位置情報と、前記ポイント間での前記水中航走体の移動速度に係る速度情報と、前記複数のポイントそれぞれの到着予定時刻に係る時刻情報とが対応付けられた情報であり、
   前記航走制御部は、前記音響測位部による音響測位結果に基づいて、前記航走予定情報の前記時刻情報を更新する、航走制御装置。
2. 前記航走制御部は、前記航走予定情報に基づいて前記水上航走体の速力を決定し、当該速力にも基づいて前記水上航走体の航走を制御する、請求項１に記載の航走制御装置。
3. 前記水上航走体は、複数の前記水中航走体の航走を管理し、
   前記航走予定情報は、前記複数の水中航走体それぞれについて作成され、
   前記航走制御部は、前記複数の水中航走体の中から特定の水中航走体を選択し、当該水中航走体に対応する前記航走予定情報に基づいて、前記水上航走体の進路を決定し、当該進路に沿って前記水上航走体の航走を制御することを繰り返すと共に、前記音響測位部による前記特定の水中航走体に係る音響測位結果に基づいて、前記特定の水中航走体に係る前記航走予定情報の前記時刻情報を更新する、請求項１又は２に記載の航走制御装置。
4. 前記航走制御部は、前記音響測位部による前記水中航走体に係る音響測位が不能である場合に、前記水中航走体に係る音響測位が可能となるまで、前記航走予定情報に示された前記航走経路に沿って前記水中航走体を捜索するように前記水上航走体の航走を制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の航走制御装置。
5. 水中航走体の航走を管理する水上航走体に係る航走制御装置による航走制御方法であって、
   前記水中航走体の航走経路に係る情報であって、前記水中航走体の前記航走経路上における目的地として設定された複数のポイントの位置を示す位置情報と、前記ポイント間での前記水中航走体の移動速度に係る速度情報と、前記複数のポイントそれぞれの到着予定時刻に係る時刻情報とが対応付けられた航走予定情報を保持し、当該航走予定情報に基づいて前記水上航走体の進路を決定し、当該進路に沿って前記水上航走体の航走を制御する航走制御ステップと、
   音響測位により前記水中航走体の位置を計測する音響測位ステップと、
   前記音響測位ステップにおける音響測位結果に基づいて、前記航走予定情報の前記時刻情報を更新する更新ステップと、
   を有する、航走制御方法。
6. 前記航走制御ステップにおいて、前記航走予定情報に基づいて前記水上航走体の速力を決定し、当該速力にも基づいて前記水上航走体の航走を制御する、請求項５に記載の航走制御方法。

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