JP2019219274A - Underwater positioning device - Google Patents

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Abstract

To allow a precise positioning by an underwater acoustic communication even when there is an influence of a multi-pass.SOLUTION: A reception unit 21 receives transmission data 31 sent from an underwater transmitter 10. A positioning calculation unit 22 calculates a plurality of results of positioning 33 showing the position of the underwater transmitter 10, using a plurality of pieces of reception data 32 obtained from the transmission data 31. A statistics analysis unit 23 estimates the position of the underwater transmitter 10 on the basis of the results of positioning 33 which fit to variations in the results of positioning 33.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、水中で音響通信することにより、送信元の装置の位置を推定する技術に関する。   The present invention relates to a technology for estimating the position of a transmission source device by performing acoustic communication underwater.

特許文献１には、水中で音響通信することにより測位する音響測位システムについて記載されている。特許文献１に記載された音響測位システムでは、送信機は特定のディジタル信号を含んだ信号を送信し、受信機は受信した信号に特定のディジタル信号が含まれていることを検出する。そして、受信機は、特定のディジタル信号が含まれていることが検出された場合に、異なる２個以上の受信ハイドロフォンによって受信された信号の時間差から送信機の位置を特定する。   Patent Literature 1 describes an acoustic positioning system that performs positioning by performing acoustic communication in water. In the acoustic positioning system described in Patent Literature 1, a transmitter transmits a signal including a specific digital signal, and a receiver detects that the received signal includes the specific digital signal. Then, when it is detected that a specific digital signal is included, the receiver specifies the position of the transmitter from the time difference between the signals received by two or more different receiving hydrophones.

特許文献２には、特許文献１のディジタル信号を、既知の符号により周波数拡散し、受信機が既知の符号を使用して復調することが記載されている。これにより、複数の送信機が固有の符号を使用することで、同時に複数の送信機の測位を実施可能としている。   Patent Document 2 describes that the digital signal of Patent Document 1 is frequency-spread by a known code, and a receiver demodulates using the known code. Thus, the positioning of the plurality of transmitters can be simultaneously performed by using the unique codes by the plurality of transmitters.

特許文献３には、複数の相対速度それぞれに起因するドップラーシフト量に基づき送信データを復調して複数の受信データを生成し、複数の受信データのうち品質の良い受信データを選択することが記載されている。これにより、マルチパスの影響を取り除くことができ、品質の良く水中で音響通信を行うことが記載されている。   Patent Literature 3 describes that transmission data is demodulated based on Doppler shift amounts caused by a plurality of relative velocities to generate a plurality of reception data, and high-quality reception data is selected from the plurality of reception data. Have been. This describes that the effect of multipath can be removed, and high-quality underwater acoustic communication is performed.

特開２００８−１２８９６８号公報JP 2008-128968 A 特開２０１１−２５２７４７号公報JP 2011-252747 A 特開２０１６−２５４２３号公報JP 2016-25423 A

マルチパスの影響が顕著な場合には、送信機から送信した信号がマルチパスの影響で時間的に遅れて各受信機に入力されることになる。マルチパスの影響は、送受信ハイドロフォンの位置と、使用する周波数と、時刻とに応じて変動する。   If the effect of multipath is significant, the signal transmitted from the transmitter is input to each receiver with a time delay due to the effect of multipath. The effect of multipath varies depending on the position of the transmitting / receiving hydrophone, the frequency used, and the time.

そのため、特許文献１に記載された音響測位システムでは、時間差及び位相差から送信機の方位を測定する場合には、送受信ハイドロフォンの位置と、使用する周波数と、時刻とに応じて、マルチパスの影響を受け変動した測位結果が得られる可能性があるという課題がある。
なお、マルチパスの影響を受けていない測位結果を検出することも考えられる。しかし、マルチパスの影響を受けていない測位結果を検出するには、時間的な統計を実施する必要がある。そのため、送信機及び受信機の少なくとも一方が移動する場合には、適用することが困難である。 Therefore, in the acoustic positioning system described in Patent Literature 1, when the direction of the transmitter is measured from the time difference and the phase difference, multipath is performed according to the position of the transmitting / receiving hydrophone, the frequency to be used, and the time. There is a problem that there is a possibility that a positioning result that fluctuates due to the influence of is obtained.
It is also conceivable to detect a positioning result that is not affected by multipath. However, in order to detect a positioning result that is not affected by multipath, it is necessary to perform temporal statistics. Therefore, it is difficult to apply when at least one of the transmitter and the receiver moves.

また、特許文献２に記載された技術を適用する場合にも、特許文献１に記載された音響測位システムと同様の課題がある。   Also, when the technology described in Patent Document 2 is applied, there is a problem similar to that of the acoustic positioning system described in Patent Document 1.

また、特許文献３に記載された技術を適用する場合には、マルチパスの影響を受けていても、通信エラーが無いデータが選択される。そのため、測位結果が変動してしまう可能性があるという課題がある。   When the technique described in Patent Document 3 is applied, data having no communication error is selected even if the data is affected by multipath. Therefore, there is a problem that the positioning result may fluctuate.

この発明は、マルチパスの影響がある場合にも、水中音響通信により精度よく測位可能にすることを目的とする。   An object of the present invention is to enable accurate positioning by underwater acoustic communication even when there is an effect of multipath.

この発明に係る水中測位装置は、
水中送信装置から送信された送信データを受信する受信部と、
受信部によって受信された送信データから得られた複数の受信データを入力として、前記水中送信装置の位置を示す複数の測位結果を計算する測位計算部と、
前記測位計算部によって計算された前記複数の測位結果のうち、前記複数の測位結果のばらつきに応じた範囲の測位結果に基づき、前記水中送信装置の位置を推定する統計解析部と
を備える。 Underwater positioning device according to the present invention,
A receiving unit that receives transmission data transmitted from the underwater transmission device,
A plurality of reception data obtained from the transmission data received by the reception unit as input, a positioning calculation unit that calculates a plurality of positioning results indicating the position of the underwater transmission device,
A statistical analysis unit that estimates a position of the underwater transmission device based on a positioning result in a range corresponding to a variation in the plurality of positioning results among the plurality of positioning results calculated by the positioning calculation unit.

この発明では、複数の測位結果のうち、測位結果のばらつきに応じた範囲の測位結果に基づき、水中送信装置の位置を推定する。
マルチパスの影響を受けた測位結果は、大きく変動してしまう。マルチパスの影響の大きさは、測位結果のばらつきによって推定することが可能である。そのため、測位結果のばらつきに応じた範囲の測位結果だけを抽出することにより、マルチパスの影響の少ない測位結果だけを抽出することが可能である。その結果、マルチパスの影響がある場合にも、精度よく測位可能である。 According to the present invention, the position of the underwater transmission device is estimated based on the positioning result in a range corresponding to the variation of the positioning result among the plurality of positioning results.
The positioning result affected by the multipath fluctuates greatly. The magnitude of the influence of multipath can be estimated based on the variation in the positioning result. Therefore, by extracting only the positioning results in the range corresponding to the variation of the positioning results, it is possible to extract only the positioning results with little influence of the multipath. As a result, positioning can be performed with high accuracy even when there is an effect of multipath.

実施の形態１に係る水中音響測位システム１の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of an underwater acoustic positioning system 1 according to Embodiment 1. 実施の形態１に係る水中音響測位システム１の動作を示すフローチャート。5 is a flowchart showing the operation of the underwater acoustic positioning system 1 according to the first embodiment. 実施の形態１に係る測位結果３３の計算パターンの具体例の説明図。FIG. 7 is an explanatory diagram of a specific example of a calculation pattern of the positioning result 33 according to the first embodiment.

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を参照して、実施の形態１に係る水中音響測位システム１の構成を説明する。
水中音響測位システム１は、水中送信装置１０と、水中測位装置２０とを備える。水中送信装置１０は、送信データを送信する装置であり、水中測位装置２０は、送信データを受信して、水中送信装置１０の位置を推定する装置である。 Embodiment 1 FIG.
*** Configuration description ***
The configuration of the underwater acoustic positioning system 1 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
The underwater acoustic positioning system 1 includes an underwater transmission device 10 and an underwater positioning device 20. The underwater transmission device 10 is a device that transmits transmission data, and the underwater positioning device 20 is a device that receives the transmission data and estimates the position of the underwater transmission device 10.

水中送信装置１０は、送信部１１Ａから送信部１１Ｎの複数の送信部１１を備える。各送信部１１は、搬送波変調部１２と、アナログアンプ１３と、送信ハイドロフォン１４とを備える。搬送波変調部１２と、アナログアンプ１３と、送信ハイドロフォン１４とは、回路又は装置といったハードウェア、あるいは、ソフトウェアで実現される。   The underwater transmission device 10 includes a plurality of transmission units 11 from the transmission units 11A to 11N. Each transmission unit 11 includes a carrier modulation unit 12, an analog amplifier 13, and a transmission hydrophone 14. The carrier modulation unit 12, the analog amplifier 13, and the transmission hydrophone 14 are realized by hardware such as a circuit or a device, or software.

水中測位装置２０は、受信部２１Ａから受信部２１Ｍの複数の受信部２１と、測位計算部２２と、統計解析部２３とを備える。各受信部２１は、受信ハイドロフォン２４と、アナログアンプ２５と、搬送波復調部２６と、分割分離部２７とを備える。測位計算部２２と、統計解析部２３と、受信ハイドロフォン２４と、アナログアンプ２５と、搬送波復調部２６と、分割分離部２７とは、回路又は装置といったハードウェア、あるいは、ソフトウェアで実現される。   The underwater positioning device 20 includes a plurality of receiving units 21 of the receiving units 21A to 21M, a positioning calculation unit 22, and a statistical analysis unit 23. Each receiving unit 21 includes a receiving hydrophone 24, an analog amplifier 25, a carrier demodulation unit 26, and a division / separation unit 27. The positioning calculation unit 22, the statistical analysis unit 23, the reception hydrophone 24, the analog amplifier 25, the carrier demodulation unit 26, and the division and separation unit 27 are realized by hardware such as a circuit or a device or software. .

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図２を参照して、実施の形態１に係る水中音響測位システム１の動作を説明する。
実施の形態１に係る水中音響測位システム１の動作は、実施の形態１に係る水中音響測位方法に相当する。また、実施の形態１に係る水中音響測位システム１の動作は、実施の形態１に係る水中音響測位プログラムの処理に相当する。 *** Explanation of operation ***
The operation of the underwater acoustic positioning system 1 according to Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
The operation of the underwater acoustic positioning system 1 according to the first embodiment corresponds to the underwater acoustic positioning method according to the first embodiment. The operation of the underwater acoustic positioning system 1 according to the first embodiment corresponds to the processing of the underwater acoustic positioning program according to the first embodiment.

（ステップＳ１：送信処理）
水中送信装置１０の各送信部１１は、送信データ３１を水中測位装置２０に送信する。
具体的には、各送信部１１では、搬送波変調部１２は、送信データ３１を周波数多重化して搬送波変調する。アナログアンプ１３は、搬送波変調された送信データ３１を増幅する。送信ハイドロフォン１４は、増幅された送信データ３１を水中測位装置２０に向けて水中に送信する。なお、送信部１１毎に送信データ３１は異なるが、搬送波変調は同じである。 (Step S1: Transmission processing)
Each transmission unit 11 of the underwater transmission device 10 transmits the transmission data 31 to the underwater positioning device 20.
Specifically, in each transmission unit 11, the carrier modulation unit 12 frequency-multiplexes the transmission data 31 and modulates the carrier. The analog amplifier 13 amplifies the carrier-modulated transmission data 31. The transmission hydrophone 14 transmits the amplified transmission data 31 to the underwater positioning device 20 underwater. The transmission data 31 differs for each transmission unit 11, but the carrier modulation is the same.

（ステップＳ２：受信処理）
水中測位装置２０の各受信部２１は、ステップＳ１で水中送信装置１０から送信された送信データ３１を受信する。
具体的には、各受信部２１では、受信ハイドロフォン２４は、送信データ３１を受信する。アナログアンプ２５は、受信された送信データ３１を増幅する。搬送波復調部２６は、増幅された送信データ３１を搬送波復調する。分割分離部２７は、搬送波復調された送信データ３１を周波数多重の分割をして周波数毎のデータとするとともに、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｏｕｔｐｕｔ）分離して、複数の受信データ３２を生成する。各受信部２１は、生成された複数の受信データ３２を測位計算部２２に出力する。この際、各受信部２１は、各受信データ３２についての搬送波対雑音比（以下、Ｃ／Ｎ）を、受信データ３２と対応付けて測位計算部２２に出力する。 (Step S2: reception processing)
Each receiving unit 21 of the underwater positioning device 20 receives the transmission data 31 transmitted from the underwater transmitting device 10 in step S1.
Specifically, in each receiving unit 21, the receiving hydrophone 24 receives the transmission data 31. The analog amplifier 25 amplifies the received transmission data 31. The carrier demodulation unit 26 performs carrier demodulation on the amplified transmission data 31. The division / separation unit 27 divides the carrier data demodulated transmission data 31 by frequency division multiplexing to generate data for each frequency, and separates multiple-input and multiple-output (MIMO) to generate a plurality of reception data 32. I do. Each receiving unit 21 outputs the generated plurality of reception data 32 to the positioning calculation unit 22. At this time, each reception unit 21 outputs a carrier-to-noise ratio (hereinafter, C / N) for each reception data 32 to the positioning calculation unit 22 in association with the reception data 32.

（ステップＳ３：測位計算処理）
水中測位装置２０の測位計算部２２は、ステップＳ２で各受信部２１によって出力された複数の受信データ３２を入力として、水中送信装置１０の位置を示す複数の測位結果３３を計算する。なお、水中送信装置１０の位置は、少なくとも、水中測位装置２０に対する水中送信装置１０の方角を含む。測位計算部２２は、複数の測位結果３３を統計解析部２３に出力する。
具体的には、測位計算部２２は、同一の送信部１１によって送信された送信データ３１から得られた２つの受信データ３２であって、異なる受信部２１によって受信された送信データから得られた２つの受信データ３２の全ての組合せを対象とする。測位計算部２２は、対象の組合せの２つの受信データ３２の時間差及び位相差に基づき測位結果３３を計算する。これにより、測位計算部２２は、複数の測位結果３３を計算する。
つまり、測位計算部２２は、各送信部１１から送信された送信データ３１を対象とし、複数の受信部２１から得られる２つの受信部２１の各組合せを対象として、対象の受信部２１によって受信された対象の送信データ３１から得られた２つの受信データ３２から測位結果３３を計算する。なお、測位計算部２２は、多重化された各周波数を対象とし、受信部２１によって受信された送信データを周波数分割して得られた対象の周波数の受信データから測位結果３３を計算する。 (Step S3: Positioning calculation processing)
The positioning calculation unit 22 of the underwater positioning device 20 calculates the plurality of positioning results 33 indicating the position of the underwater transmission device 10 by using the plurality of reception data 32 output by each reception unit 21 in step S2 as an input. The position of the underwater transmission device 10 includes at least the direction of the underwater transmission device 10 with respect to the underwater positioning device 20. The positioning calculation unit 22 outputs a plurality of positioning results 33 to the statistical analysis unit 23.
Specifically, the positioning calculation unit 22 is two pieces of reception data 32 obtained from the transmission data 31 transmitted by the same transmission unit 11, and obtained from transmission data received by different reception units 21. All combinations of the two received data 32 are targeted. The positioning calculation unit 22 calculates a positioning result 33 based on the time difference and the phase difference between the two received data 32 of the target combination. Thus, the positioning calculation unit 22 calculates a plurality of positioning results 33.
In other words, the positioning calculation unit 22 targets the transmission data 31 transmitted from each transmission unit 11 and receives by the target reception unit 21 the combination of the two reception units 21 obtained from the plurality of reception units 21. The positioning result 33 is calculated from two pieces of reception data 32 obtained from the transmission data 31 of the subject. The positioning calculation unit 22 calculates the positioning result 33 from the reception data of the target frequency obtained by frequency-dividing the transmission data received by the reception unit 21 for each multiplexed frequency.

図３を参照して、測位結果３３の計算パターンを具体的に説明する。
図３では、送信ハイドロフォン１４（つまり送信部１１）の数が２つ、受信ハイドロフォン２４（つまり受信部２１）の数が４つである。また、ここでは、周波数多重数を４とする。
この場合、送信ハイドロフォン１４Ａから送信された送信データ３１は、受信ハイドロフォン２４Ａと受信ハイドロフォン２４Ｂと受信ハイドロフォン２４Ｃと受信ハイドロフォン２４Ｄとによって受信される。したがって、送信ハイドロフォン１４Ａから送信された送信データ３１について、受信ハイドロフォン２４Ａと受信ハイドロフォン２４Ｂとの受信データに基づく測位結果３３と、受信ハイドロフォン２４Ａと受信ハイドロフォン２４Ｃとの受信データに基づく測位結果３３と、受信ハイドロフォン２４Ａと受信ハイドロフォン２４Ｄとの受信データに基づく測位結果３３と、受信ハイドロフォン２４Ｂと受信ハイドロフォン２４Ｃとの受信データに基づく測位結果３３と、受信ハイドロフォン２４Ｂと受信ハイドロフォン２４Ｄとの受信データに基づく測位結果３３と、受信ハイドロフォン２４Ｃと受信ハイドロフォン２４Ｄとの受信データに基づく測位結果３３との６通りの測位結果３３が得られる。同様に、送信ハイドロフォン１４Ｂから送信された送信データ３１についても、６通りの測位結果３３が得られる。したがって、合計１２通りの測位結果３３が得られる。
また、周波数分割して得られた周波数毎に１２通りの測位結果３３が得られる。ここでは、周波数多重数が４なので、１２×４＝４８通りの測位結果３３が得られる。 The calculation pattern of the positioning result 33 will be specifically described with reference to FIG.
In FIG. 3, the number of transmitting hydrophones 14 (that is, the transmitting unit 11) is two, and the number of receiving hydrophones 24 (that is, the receiving unit 21) is four. Here, the number of frequency multiplexing is four.
In this case, the transmission data 31 transmitted from the transmission hydrophone 14A is received by the reception hydrophone 24A, the reception hydrophone 24B, the reception hydrophone 24C, and the reception hydrophone 24D. Therefore, the transmission data 31 transmitted from the transmission hydrophone 14A is based on the positioning result 33 based on the reception data of the reception hydrophone 24A and the reception hydrophone 24B, and based on the reception data of the reception hydrophone 24A and the reception hydrophone 24C. The positioning result 33, the positioning result 33 based on the reception data of the reception hydrophone 24A and the reception hydrophone 24D, the positioning result 33 based on the reception data of the reception hydrophone 24B and the reception hydrophone 24C, and the reception hydrophone 24B Six positioning results 33 are obtained: a positioning result 33 based on the reception data with the reception hydrophone 24D and a positioning result 33 based on the reception data with the reception hydrophone 24C and the reception hydrophone 24D. Similarly, six types of positioning results 33 are obtained for the transmission data 31 transmitted from the transmission hydrophone 14B. Therefore, a total of 12 positioning results 33 are obtained.
In addition, twelve types of positioning results 33 are obtained for each frequency obtained by frequency division. Here, since the number of frequency multiplexing is 4, 12 × 4 = 48 positioning results 33 are obtained.

なお、上記説明では、同一の周波数における受信データ３２間での測位を前提とした。しかし、異なる周波数における受信データ３２間での測位も可能である。
この場合には、周波数１〜４のうちの２つの周波数の組合せ毎に１２通りの測位結果３３が得られる。周波数１〜４のうちの２つの周波数の組合せは、周波数１−周波数１と、周波数１−周波数２と、周波数１−周波数３と、周波数１−周波数４と、周波数２−周波数１と、周波数２−周波数２と、周波数２−周波数３と、周波数２−周波数４と、周波数３−周波数１と、周波数３−周波数２と、周波数３−周波数３と、周波数３−周波数４と、周波数４−周波数１と、周波数４−周波数２と、周波数４−周波数３と、周波数４−周波数４との１６通りである。そのため、１２×１６＝１９２通りの測位結果３３が得られる。 In the above description, positioning between the reception data 32 at the same frequency is assumed. However, positioning between the reception data 32 at different frequencies is also possible.
In this case, twelve types of positioning results 33 are obtained for each combination of two of the frequencies 1 to 4. The combination of two frequencies among the frequencies 1 to 4 is as follows: frequency 1-frequency 1, frequency 1-frequency 2, frequency 1-frequency 3, frequency 1-frequency 4, frequency 2-frequency 1, frequency 2-frequency 2, frequency 2-frequency 3, frequency 2-frequency 4, frequency 3-frequency 1, frequency 3-frequency 2, frequency 3-frequency 3, frequency 3-frequency 4, and frequency 4 16 types of frequency 1, frequency 4-frequency 2, frequency 4-frequency 3, and frequency 4-frequency 4. Therefore, 12 × 16 = 192 positioning results 33 are obtained.

（ステップＳ４：統計解析処理）
水中測位装置２０の統計解析部２３は、ステップＳ３で計算された複数の測位結果３３のうち、複数の測位結果３３のばらつきと、ステップＳ２で出力された複数の受信データについてのＣ／Ｎの平均値との少なくともいずれかに応じた範囲の測位結果３３に基づき、水中送信装置１０の位置を推定する。統計解析部２３は、推定された位置を示す測位データ３４を出力する。
具体的には、統計解析部２３は、ステップＳ２で出力された複数の受信データそれぞれを対象として、対象の受信データのＣ／Ｎが、対象の受信データの過去のＣ／Ｎと比較して基準値（例えば、６ｄＢ）以上劣化しているか否かを判定する。統計解析部２３は、基準値以上劣化している受信データを複数の受信データから除外して、残った受信データについてのＣ／Ｎの平均値を計算する。統計解析部２３は、ステップＳ３で計算された複数の測位結果３３の中心値を基準として、複数の測位結果３３のばらつきと、Ｃ／Ｎの平均値との少なくともいずれかに応じた範囲の測位結果３３を抽出する。そして、統計解析部２３は、抽出された測位結果３３が示す位置の平均の位置を水中送信装置１０の位置と推定する。
ここで、複数の測位結果３３のばらつきに応じた範囲は、ばらつきが小さいほど、狭い範囲である。また、Ｃ／Ｎの平均値に応じた範囲は、Ｃ／Ｎの平均値が高い値であるほど、狭い範囲である。例えば、Ｃ／Ｎの平均値に応じた範囲は、Ｃ／Ｎの平均値が２０ｄＢ以上の場合は統計解析の中心値５度の誤差範囲であり、Ｃ／Ｎの平均値が２０〜１０ｄＢの場合は統計解析の中心値７度の誤差範囲であり、Ｃ／Ｎの平均値が１０ｄＢ以下の場合は統計解析の中心値１０度の誤差範囲である。ここで、中心値Ｘ度の誤差範囲は、中心値が表す方角からのずれがＸ度の範囲を意味する。 (Step S4: Statistical analysis processing)
The statistical analysis unit 23 of the underwater positioning device 20 determines the variation of the plurality of positioning results 33 among the plurality of positioning results 33 calculated in step S3 and the C / N of the plurality of reception data output in step S2. The position of the underwater transmission device 10 is estimated based on the positioning result 33 in a range corresponding to at least one of the average value and the average value. The statistical analysis unit 23 outputs positioning data 34 indicating the estimated position.
Specifically, the statistical analysis unit 23 compares the C / N of the target reception data with the past C / N of the target reception data for each of the plurality of reception data output in step S2. It is determined whether or not deterioration has occurred beyond a reference value (for example, 6 dB). The statistical analysis unit 23 excludes the reception data that has deteriorated by the reference value or more from the plurality of reception data, and calculates an average value of C / N for the remaining reception data. The statistical analysis unit 23 performs positioning in a range corresponding to at least one of the variation of the plurality of positioning results 33 and the average value of the C / N based on the center value of the plurality of positioning results 33 calculated in step S3. The result 33 is extracted. Then, the statistical analysis unit 23 estimates the average position of the positions indicated by the extracted positioning results 33 as the position of the underwater transmission device 10.
Here, the range according to the variation of the plurality of positioning results 33 is narrower as the variation is smaller. The range according to the average value of C / N is narrower as the average value of C / N is higher. For example, the range according to the average value of C / N is an error range of the central value of 5 degrees of the statistical analysis when the average value of C / N is 20 dB or more, and the average value of C / N is 20 to 10 dB. The case is an error range of the central value of 7 degrees in the statistical analysis, and the average value of C / N is 10 dB or less, it is an error range of the central value of the statistical analysis of 10 degrees. Here, the error range of the center value X degrees means a range in which the deviation from the direction represented by the center value is X degrees.

＊＊＊実施の形態１の効果＊＊＊
以上のように、実施の形態１に係る水中音響測位システム１では、複数の測位結果３３のうち、測位結果３３のばらつきと搬送波対雑音比との少なくともいずれかに応じた範囲の測位結果３３に基づき、水中送信装置の位置を推定する。
マルチパスの影響を受けた測位結果３３は、大きく変動してしまい、異なる位置を示す。マルチパスの影響の大きさは、測位結果３３のばらつき及びＣ／Ｎによって推定することが可能である。そのため、測位結果３３のばらつきとＣ／Ｎとの少なくともいずれかに応じた範囲の測位結果３３だけを抽出することにより、マルチパスの影響の少ない測位結果３３だけを抽出することが可能である。その結果、マルチパスの影響がある場合にも、精度よく測位可能である。 *** Effect of Embodiment 1 ***
As described above, in the underwater acoustic positioning system 1 according to Embodiment 1, among the plurality of positioning results 33, the positioning results 33 in a range corresponding to at least one of the dispersion of the positioning results 33 and the carrier-to-noise ratio. Based on this, the position of the underwater transmission device is estimated.
The positioning result 33 affected by the multipath fluctuates greatly and indicates a different position. The magnitude of the influence of the multipath can be estimated from the variation of the positioning result 33 and the C / N. Therefore, by extracting only the positioning results 33 in a range corresponding to at least one of the variation of the positioning results 33 and the C / N, it is possible to extract only the positioning results 33 that are less affected by multipath. As a result, positioning can be performed with high accuracy even when there is an effect of multipath.

ここで、強いマルチパスが発生している環境では、特定の周波数特性が劣化する周波数選択性フェージングが発生し、特定の周波数のＣ／Ｎが劣化する。したがって、Ｃ／Ｎが劣化している信号はマルチパスの影響を受けていると考えられる。アンテナの配置によりこの影響は変化し、また時刻によってもこの影響は変化する。
マルチパスの影響を受けた測位結果は大きく変動し、正しい測位結果は一定の誤差範囲内に集中する。マルチパスの影響が強いほど、正しい測位結果は狭い誤差範囲に集中する。そのため、Ｃ／Ｎの平均値が高い値であるほど、中心値を基準とする狭い範囲の測位結果３３のみを用いることにより、精度よく測位可能である。 Here, in an environment in which a strong multipath is occurring, frequency selective fading in which specific frequency characteristics are degraded occurs, and C / N of a specific frequency is degraded. Therefore, it is considered that a signal having a deteriorated C / N is affected by multipath. This effect changes depending on the arrangement of the antenna, and also changes depending on the time.
The positioning results affected by the multipath fluctuate greatly, and correct positioning results are concentrated within a certain error range. As the influence of multipath is stronger, correct positioning results are concentrated in a narrower error range. Therefore, the higher the average value of C / N is, the more accurate the positioning can be made by using only the positioning result 33 in a narrow range based on the center value.

強いマルチパスが発生している環境では、特定の周波数特性が劣化する周波数選択性フェージングと、経路の異なる信号が発生し測位した位置が変化してしまう。しかし、実施の形態１に係る水中音響測位システム１は、送信データを周波数多重化し、受信機側で分離する。これにより、周波数選択性フェージングの影響と、マルチパスの影響とを小さくすることが可能である。   In an environment where a strong multipath is generated, frequency selective fading in which specific frequency characteristics are degraded, and a signal having a different path is generated, and the position where positioning is performed changes. However, in the underwater acoustic positioning system 1 according to the first embodiment, transmission data is frequency-multiplexed and separated on the receiver side. Thereby, it is possible to reduce the influence of frequency selective fading and the influence of multipath.

＊＊＊他の構成＊＊＊
＜変形例１＞
実施の形態１では、測位計算部２２は、同一の送信部１１によって送信された送信データ３１から得られた２つの受信データ３２であって、異なる受信部２１によって受信された送信データから得られた２つの受信データ３２の時間差及び位相差に基づき測位結果３３を計算した。しかし、測位計算部２２は、異なる送信部１１によって送信された送信データ３１から得られた２つの受信データ３２であって、同一の受信部２１によって受信された送信データから得られた２つの受信データ３２の時間差及び位相差に基づき測位結果３３を計算してもよい。 *** Other configuration ***
<Modification 1>
In the first embodiment, the positioning calculation unit 22 is the two reception data 32 obtained from the transmission data 31 transmitted by the same transmission unit 11, and is obtained from the transmission data received by the different reception units 21. The positioning result 33 is calculated based on the time difference and the phase difference between the two received data 32. However, the positioning calculation unit 22 includes two reception data 32 obtained from the transmission data 31 transmitted by the different transmission units 11 and two reception data 32 obtained from the transmission data received by the same reception unit 21. The positioning result 33 may be calculated based on the time difference and the phase difference of the data 32.

＜変形例２＞
実施の形態１では、水中送信装置１０の搬送波変調部１２が周波数多重化した。しかし、搬送波変調部１２は、多重化せず広帯域変調のみを行い、水中測位装置２０の分割分離部２７が複数の帯域制限フィルタを使用して、周波数多重化と同様の効果を奏することも可能である。 <Modification 2>
In the first embodiment, the carrier modulation unit 12 of the underwater transmission device 10 performs frequency multiplexing. However, the carrier modulation unit 12 performs only wideband modulation without multiplexing, and the division / separation unit 27 of the underwater positioning device 20 can use a plurality of band-limiting filters to achieve the same effect as frequency multiplexing. It is.

１ 水中音響測位システム、１０ 水中送信装置、１１ 送信部、１２ 搬送波変調部、１３ アナログアンプ、１４ 送信ハイドロフォン、２０ 水中測位装置、２１ 受信部、２２ 測位計算部、２３ 統計解析部、２４ 受信ハイドロフォン、２５ アナログアンプ、２６ 搬送波復調部、２７ 分割分離部、３１ 送信データ、３２ 受信データ、３３ 測位結果、３４ 測位データ。   Reference Signs List 1 underwater acoustic positioning system, 10 underwater transmission device, 11 transmission unit, 12 carrier modulation unit, 13 analog amplifier, 14 transmission hydrophone, 20 underwater positioning device, 21 reception unit, 22 positioning calculation unit, 23 statistical analysis unit, 24 reception Hydrophone, 25 analog amplifier, 26 carrier demodulation unit, 27 division / separation unit, 31 transmission data, 32 reception data, 33 positioning result, 34 positioning data.

Claims (10)

水中送信装置から送信された送信データを受信する受信部と、
受信部によって受信された送信データから得られた複数の受信データを入力として、前記水中送信装置の位置を示す複数の測位結果を計算する測位計算部と、
前記測位計算部によって計算された前記複数の測位結果のうち、前記複数の測位結果のばらつきに応じた範囲の測位結果に基づき、前記水中送信装置の位置を推定する統計解析部と
を備える水中測位装置。 A receiving unit that receives transmission data transmitted from the underwater transmission device,
A plurality of reception data obtained from the transmission data received by the reception unit as input, a positioning calculation unit that calculates a plurality of positioning results indicating the position of the underwater transmission device,
Among the plurality of positioning results calculated by the positioning calculation unit, based on a positioning result in a range corresponding to a variation in the plurality of positioning results, a statistical analysis unit that estimates a position of the underwater transmission device; apparatus. 前記統計解析部は、前記複数の測位結果のうち、中心値を基準とする範囲の測位結果に基づき、前記水中送信装置の位置を推定する
請求項１に記載の水中測位装置。 The underwater positioning device according to claim 1, wherein the statistical analysis unit estimates the position of the underwater transmission device based on a positioning result in a range based on a center value among the plurality of positioning results. 前記統計解析部は、前記ばらつきが小さいほど狭い範囲の測位結果に基づき、前記水中送信装置の位置を推定する
請求項１又は２に記載の水中測位装置。 The underwater positioning device according to claim 1, wherein the statistical analysis unit estimates the position of the underwater transmission device based on a positioning result in a narrower range as the variation is smaller. 前記統計解析部は、前記複数の測位結果のうち、前記複数の受信データについての搬送波対雑音比に応じた範囲の測位結果に基づき、前記水中送信装置の位置を推定する
請求項１から３までのいずれか１項に記載の水中測位装置。 The said statistical analysis part estimates the position of the said underwater transmission apparatus based on the positioning result of the range according to the carrier-to-noise ratio about the said some received data among the said several positioning result. The underwater positioning device according to any one of the above items. 前記統計解析部は、前記搬送波対雑音比が高いほど狭い範囲の測位結果に基づき、前記水中送信装置の位置を推定する
請求項４に記載の水中測位装置。 The underwater positioning device according to claim 4, wherein the statistical analysis unit estimates the position of the underwater transmission device based on a positioning result in a narrower range as the carrier-to-noise ratio is higher. 前記統計解析部は、前記搬送波対雑音比が過去の受信データに比べて基準値以上劣化した受信データを除いた複数の受信データについての搬送波対雑音比の平均値に応じた範囲の測位結果に基づき、前記水中送信装置の位置を推定する
請求項４又は５に記載の水中測位装置。 The statistical analysis unit, the carrier-to-noise ratio is a positioning result of the range according to the average value of the carrier-to-noise ratio for a plurality of received data except for the received data that has been degraded by a reference value or more than the past received data The underwater positioning device according to claim 4, wherein the position of the underwater transmission device is estimated based on the information. 前記水中測位装置は、複数の受信部を備え、
前記測位計算部は、前記複数の受信部から得られる２つの受信部の各組合せを対象として、対象の受信部によって受信された送信データから得られた受信データから測位結果を計算することにより、前記複数の測位結果を計算する
請求項１から６までのいずれか１項に記載の水中測位装置。 The underwater positioning device includes a plurality of receiving units,
The positioning calculation unit, for each combination of the two reception units obtained from the plurality of reception units, by calculating a positioning result from the reception data obtained from the transmission data received by the target reception unit, The underwater positioning device according to any one of claims 1 to 6, wherein the plurality of positioning results are calculated. 前記複数の受信部は、それぞれ、前記水中送信装置が備える複数の送信部から送信された送信データを受信し、
前記測位計算部は、各送信部から送信された送信データを対象とし、前記複数の受信部から得られる２つの受信部の各組合せを対象として、対象の受信部によって受信された対象の送信データから得られた受信データから測位結果を計算する
請求項７に記載の水中測位装置。 The plurality of receiving units respectively receive transmission data transmitted from the plurality of transmitting units included in the underwater transmission device,
The positioning calculation unit targets transmission data transmitted from each transmission unit, targets each combination of two reception units obtained from the plurality of reception units, and transmits target transmission data received by the target reception unit. The underwater positioning apparatus according to claim 7, wherein the positioning result is calculated from the reception data obtained from the underwater positioning apparatus. 前記受信部は、前記水中送信装置が備える複数の送信部から送信された送信データを受信し、
前記測位計算部は、前記複数の送信部から得られる２つの送信部の各組合せを対象として、前記受信部によって受信された対象の送信データから得られた受信データから測位結果を計算することにより、前記複数の測位結果を計算する
請求項１から８までのいずれか１項に記載の水中測位装置。 The receiving unit receives transmission data transmitted from a plurality of transmission units included in the underwater transmission device,
The positioning calculation unit targets each combination of the two transmission units obtained from the plurality of transmission units, and calculates a positioning result from reception data obtained from the target transmission data received by the reception unit, The underwater positioning apparatus according to claim 1, wherein the plurality of positioning results are calculated. 前記受信部は、周波数多重化された送信データを受信し、
前記測位計算部は、多重化された各周波数を対象とし、前記受信部によって受信された送信データを周波数分割して得られた対象の周波数の受信データから測位結果を計算する
請求項７から９までのいずれか１項に記載の水中測位装置。 The receiving unit receives the frequency-multiplexed transmission data,
10. The positioning calculation unit calculates a positioning result for each multiplexed frequency from reception data of a target frequency obtained by frequency division of transmission data received by the reception unit. The underwater positioning device according to any one of the above.
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004191125A (en) * 2002-12-10 2004-07-08 Port & Airport Research Institute Underwater position measuring method and underwater position measuring device
JP2006300602A (en) * 2005-04-18 2006-11-02 Falcon:Kk Acquiring method, acquiring device, and acquiring system for positioning data
JP2008157823A (en) * 2006-12-25 2008-07-10 Matsushita Electric Works Ltd Positioning method and positioning device
JP2010122125A (en) * 2008-11-20 2010-06-03 Brother Ind Ltd Mobile station positioning method, positioning base station selecting method and mobile station positioning system
JP2010216814A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Fujitsu Ltd System and method for positioning
JP2011013132A (en) * 2009-07-03 2011-01-20 Univ Of Tokyo Positioning method and positioning device using positioning data from satellite
JP2011163930A (en) * 2010-02-09 2011-08-25 Ihi Corp Position calibration method of underwater vessel
JP2012215490A (en) * 2011-04-01 2012-11-08 Oki Electric Ind Co Ltd Sound source position estimation device
JP2013517697A (en) * 2010-01-15 2013-05-16 アップル インコーポレイテッド Determining the location of a mobile device using a location database
JP2016125981A (en) * 2015-01-08 2016-07-11 古野電気株式会社 Signal processing device, underwater sensing device and radar device
JP2016534352A (en) * 2013-09-03 2016-11-04 クアルコム，インコーポレイテッド Acoustic position tracking system
JP2016212034A (en) * 2015-05-13 2016-12-15 防衛装備庁長官 Sound source location estimation device, method and program
WO2017077597A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-11 三菱電機株式会社 Positioning device and positioning method

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004191125A (en) * 2002-12-10 2004-07-08 Port & Airport Research Institute Underwater position measuring method and underwater position measuring device
JP2006300602A (en) * 2005-04-18 2006-11-02 Falcon:Kk Acquiring method, acquiring device, and acquiring system for positioning data
JP2008157823A (en) * 2006-12-25 2008-07-10 Matsushita Electric Works Ltd Positioning method and positioning device
JP2010122125A (en) * 2008-11-20 2010-06-03 Brother Ind Ltd Mobile station positioning method, positioning base station selecting method and mobile station positioning system
JP2010216814A (en) * 2009-03-13 2010-09-30 Fujitsu Ltd System and method for positioning
JP2011013132A (en) * 2009-07-03 2011-01-20 Univ Of Tokyo Positioning method and positioning device using positioning data from satellite
JP2013517697A (en) * 2010-01-15 2013-05-16 アップル インコーポレイテッド Determining the location of a mobile device using a location database
JP2011163930A (en) * 2010-02-09 2011-08-25 Ihi Corp Position calibration method of underwater vessel
JP2012215490A (en) * 2011-04-01 2012-11-08 Oki Electric Ind Co Ltd Sound source position estimation device
JP2016534352A (en) * 2013-09-03 2016-11-04 クアルコム，インコーポレイテッド Acoustic position tracking system
JP2016125981A (en) * 2015-01-08 2016-07-11 古野電気株式会社 Signal processing device, underwater sensing device and radar device
JP2016212034A (en) * 2015-05-13 2016-12-15 防衛装備庁長官 Sound source location estimation device, method and program
WO2017077597A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-11 三菱電機株式会社 Positioning device and positioning method

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