JP2020183961A - 自律型水中車両内にデータ記憶デバイスを備えた津波検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】水中津波検知方法は、複数のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のうちの少なくとも一つの混乱を使用してトリガーイベントを検知する。【解決手段】複数のＨＤＤのうちのそれぞれの異なる一つが、複数の自律型水中車両（ＡＵＶ）のうちのそれぞれ異なる一つの中にあり、検知することを含む。少なくとも一つのＨＤＤのそれぞれの時刻及び位置がトリガーイベントに関して記録される。複数のＨＤＤのうちの少なくとも一つのＨＤＤのＨＤＤ混乱、時刻、及び位置のうちの少なくとも一つに基づいて、トリガーイベントによって引き起こされる津波のサイズ、強度、及び方向が決定される。津波に関する情報は、監視ステーションに送信される。【選択図】図４

Description

この非仮特許出願は、２０１９年５月３日に出願された米国仮出願番号第６２／８４３，１７７号の利益を主張し、当該出願のすべての内容を本願に援用する。

一実施形態において、水中津波検知方法は、複数のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のうちの少なくとも一つの混乱を使用してトリガーイベントを検知することであって、複数のＨＤＤのうちのそれぞれの異なる一つが、複数の自律型水中車両（ＡＵＶ）のうちのそれぞれ異なる一つの中にある、検知することを含む。少なくとも一つのＨＤＤのそれぞれの時刻及び位置がトリガーイベントに関して記録される。複数のＨＤＤのうちの少なくとも一つのＨＤＤのＨＤＤ混乱、時刻、及び位置のうちの少なくとも一つに基づいて、トリガーイベントによって引き起こされる津波のサイズ、強度、及び方向が決定される。津波に関する情報は、監視ステーションに送信される。

他の実施形態において、水中津波検知システムは、複数の自律型水中車両（ＡＵＶ）のうちの一つにそれぞれ配置されるように構成された複数のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、および複数のＨＤＤと監視ステーションとの間の通信ネットワークを含む。ナビゲーションシステムは、複数のＨＤＤのそれぞれに関する位置情報を提供する。複数のハードディスクそれぞれにおける検知モジュールは、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の混乱を使用してトリガーイベントを検知し、混乱を検知したＨＤＤのそれぞれについて混乱の時刻及び位置を記録し、ＨＤＤ混乱、時刻、および位置のうちの少なくとも一つに基づいて、トリガーイベントによって引き起こされる津波のサイズ、強度、及び方向を決定し、津波に関する通信ネットワーク上の情報を監視ステーションに送信するように構成される。

他の実施形態において、自律型水中車両は、推進システムと通信システムと内部ナビゲーションシステムと車両操作を案内するためのコンピュータ制御部材とを含む車両本体、及び擾乱検知機能を有するハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を含む。ＨＤＤは、津波に関連した混乱を検知するようにかつログに記録するように構成され、検知時に、混乱に関する情報を監視ステーションに送信するように構成される。

この概要は、開示される各実施形態を、また、データ記憶デバイスを使用した津波検知のすべての実装を、本明細書において記載されたものとして記述することを意図していない。本明細書における説明が進むにつれて、多くの他の新規な利点、新規な特徴、及び、新規な相互関係が、明らかとなるであろう。以下の図及び説明は、例示的な実施形態をより詳細に例示する。

図１は、波の振幅、波長、高さ、周期、及び、速度を示す図である。 図２は、水深が浅くなるにつれて津波の波長が圧縮されることを示す図である。 図３は、本開示の一実施形態による水中津波検知システムに対する環境の図示である。 図４は、本開示の一実施形態による方法に関するフローチャート図である。 図５は、本開示の一実施形態による水中津波検知システムに関するブロック図である。 図６は、本開示の一実施形態による方法に関するフローチャート図である。 図７は、本出願の一実施形態において使用し得るデータ記憶デバイスの一実施形態を示す。 図８は、図７のデータ記憶デバイスのディスクパックを示す平面図である。 図９は、例示的なハードディスクドライブ（ＨＤＤ）における非再現性ランアウト値のプロットを含むグラフである。 図１０は、図７のデータ記憶デバイスにおいて使用され得るサーボループに関する簡略化されたブロック図である。

本開示の実施形態は、海洋において混乱を検知するための及び海洋において検知された混乱に関する情報を送信するための一つ又は複数のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を内部で使用した、自律型水中車両（ＡＵＶ）あるいは相互接続された複数のＡＵＶを提供する。混乱に関する情報により、津波をリアルタイムで予測することができ、例えば、速度、振幅、強度、位置、及び、移動方向を決定することができる。

一実施形態において、ＡＵＶは、海洋の位置に配列されるが、移動可能であり、配列内の他のＡＵＶとネットワーク化された通信機能を有する。複数のＡＵＶどうしの間の通信ネットワークとともに、自律的に移動し得る能力により、個々のＡＵＶを浮上させて、例えば沿岸ベースの又は水面ベースのプラットフォームあるいは警告センタに警告メッセージを送信することができる。これに代えて、通信ネットワークを使用することにより、警告メッセージをネットワーク化された他のＡＵＶに送信することができ、これにより、最も近いＡＵＶを又は最も迅速に浮上可能なＡＵＶを浮上させて、警告を送信させることができる。

二つ以上のＡＵＶのＨＤＤから検知された擾乱を、比較及び／又は分析することができ、これにより、津波となり得る水中波の、例えば、サイズ、強度、及び方向を検知し得るとともに、それらの決定を改良することができる。他の水中擾乱も、また、本開示の実施形態により、検知して分析することができ、また、報告することができる。

同一の構成要素又は同様の構成要素について、異なる図面において同じ参照符号が使用されていることに留意されたい。また、本明細書において使用される用語が、実施形態を説明するためのものであり、用語が限定することを意図したものではないことも、理解されたい。特段の指定がない限り、序数（例えば、１番目、２番目、３番目、等）は、一群をなす複数の構成要素又はステップの中において異なる構成要素又はステップを区別又は識別するために使用され、本明細書の実施形態における構成要素又はステップに対して、順序的制限又は数値的制限を付与するものではない。例えば、「第一」、「第二」、及び「第三」の構成要素又はステップは、必ずしもこの順序で現れる必要はなく、また、その実施形態が、必ずしも三つの構成要素又はステップに限定される必要はない。また、特段の指定がない限り、「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、「下」、「順方向」、「逆方向」、「時計回り」、「反時計回り」、「上向き」、「下向き」などの任意のラベルが、あるいは、「より上」、「より下」、「後方」、「前方」、「鉛直方向」、「水平方向」、「近位」、「遠位」、「中間」及び同種のものなどの他の同様の用語が、便宜上使用されていること、そして、例えば特定の固定された位置又は向き又は方向を暗示することを意図したものではないことを、理解されたい。そうではなく、そのようなラベルは、例えば、相対的な位置、相対的な向き、又は、相対的な方向を反映するために使用されている。また、「一つの（ａ）」、「一つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」という単数形態が、文脈が明らかに他のことを指示していない限り、複数形態の参照を含むことも、理解されたい。

海洋に配置される多くの津波検知装置は、海面ベースの検知ブイ又は水中固定位置津波計などの単一目的の固定位置デバイスである。これらの検知器は、津波につながり得る水中イベントが発生する可能性があると想定される位置に配置される。それらの固定位置は、いくつかの点において、検知可能性に関してそれらを信頼し得るものとするけれども、大規模な事業なしでは、移動能力を欠いている。海面の検知は、深海における津波の振動が、海面を、数センチメートルから１メートルという程度しかか変位させ得ないことのために、なおも困難なままである。

陸上ベースの津波検知システムは、津波を引き起こし得るエネルギ放出が海岸へと到達するまでに時間を要することのために、ほとんど警告を発することができない。さらに、陸上ベースの検知システムは、津波が存在するかどうかに関し、及び／又は、津波がいつ陸へと到達し得るかについての信頼できる時間フレームに関し、実際に知る方法を有していない。陸上ベースでの地震の検知及び位置は、津波が発生する可能性があるかどうかについてのいくらかの情報を提供し得るけれども、タイミング、衝撃位置、強度、及び同種のものについては、信頼することができない。さらになお、陸上ベースの検知のための典型的な振動分析は、リアルタイムで動作しないため、迅速な予測能力は小さい。

津波を含むすべてのタイプの波は、波長、周期又は周波数、波高、速度、振幅、及び、波高を含めた特性を有している。津波の波長は、風により生成される海の波と比較して極めて大きなものであって、風により生成される海の波の波長が約１００〜２００メートル（ｍ）であるのに対し、波上の二つの同じポイントどうしの間の距離とした場合の波長が、約１０〜５００キロメートル（ｋｍ）あるいはそれ以上という範囲である。波の周期とは、一つの波の全体が静止ポイントを通過するのに要する時間である。波の周波数とは、周期の逆数である。津波に関する波の周期は、風により生成される海の波に関する１５〜２０秒という程度に対して、多くの場合、１０分〜２時間という程度である。波高とは、波の谷と、波の頂上又は波頭と、の間の距離である。波の振幅とは、喫水線からの波の高さであり、典型的には、波高の半分という程度である。波の振幅、波長、高さ、周期、及び速度は、図１において図示によって示されている。

波は、一般的に、通常、次の式で与えられる速度（ｖ）で移動する。

式中、λは、波長であり、ｐは、波の周期（また、周波数の逆数）である。典型的な風により生成される海の波は、９０ｋｍ／ｈｏｕｒという程度の速度で移動する。

津波は、浅い水の波として機能する。波長に対する水深の比率が非常に小さい場合（波長が、水深の２５倍あるいはそれ以上という程度）には、波は、浅い水の波と見なされる。浅い水の波の速度（ｖ）は、水深に関連するものであり、次の式で与えられる。

式中、ｖは、波の速度であり、ｇは、重力加速度（〜９．８ｍ／ｓ^２）であり、Ｈは、水深である。

深い海洋において、平均水深は、約４０００ｍであるため、津波は、

すなわち、約２００ｍ／ｓ、又は、７００ｋｍ／ｈ以上で移動することとなる。
水中地震、火山噴火、地すべり、及び同種のものにより生成される津波に関しては、津波の振幅は、海底の変位量によって決定される。同様に、津波の波長及び周期は、水中の擾乱のサイズ及び形状によって決定される。

波がエネルギを失う速度は、その波長に反比例する。津波は、その波長が非常に大きいため、伝播するときにエネルギをほとんど失わない。よって、非常に深い水中において、津波は、エネルギをほとんど失うことなく、高速で移動する。平均的な海の深さが３，７００ｍ弱であるため、津波の平均速度は、６８５ｋｍ／ｈという程度となる。海の大部分は、かなり深いものである。６０００ｍという深海において、津波は、８７０ｋｍ／ｈよりも大きな速度で移動する。

津波が、遠洋の深海を離れて、海岸近くのより浅い海域に到達すると、変化を受ける。津波の速度が、水深に関係していることのために、水深が浅くなるにつれて、津波の速度が減少する。しかしながら、津波の総エネルギ量は、ほぼ一定のままである。

波の周期が、同じままであることにより、より多量の水が、波頭どうしの間に流入することとなり、これにより、波の浅瀬と称されるところにおいて、波の高さを増大させる。波長が短くなり、波高が高くなる。この浅瀬効果により、深海ではほとんど目立たない津波が数メートルあるいはそれ以上という波高へと成長することができる。水深が浅くなるにつれて津波の波長が圧縮されることが、図２において図示によって示されている。

津波がなす波の谷が、すなわち低水位ポイントが、最初に海岸に到達した場合には、これはドローダウンと称される現象が引き起こされ、海水位が大幅に低下したように見える。ドローダウンの直後には、波頭が続き、波頭は、油断してドローダウンを観察している人々を捕まえることができる。波頭が、最初に海岸に衝突した場合には、海面が上昇し、これは、遡上と称される。遡上は、大抵は、通常の満潮より大きく、メートルという単位で表される。海岸線の形状の影響により、同じ津波による遡上であっても、変動することがあり得る。津波は、３０メートルという、沿岸の海面よりも上の最大鉛直方向高さに達することができ、これは、助走高さと称される。

擾乱に基づく周波数決定は、本開示のＵＡＶにおけるＨＤＤによって検知され得る。周波数計算の範囲は、典型的な速度、波長、及び、時間に関して、示されている。
ｆ＝ｖ／λ
例えば、深さ６０００メートルの水中を伝播する津波の場合には、速度は、８７０ｋｍ／ｈである。波長が５００ｋｍの場合には、周波数は次のようになる。
ｆ＝８７０ｋｍ／ｈｒ／５００ｋｍ＝１．７４／時＝４．８×１０−４ヘルツ（Ｈｚ）、すなわち、０．４８ミリＨｚ（ｍＨｚ）。

周波数を生成するために、周期を、使用することもできる。
ｆ＝１／ｐ
１０分という周期の津波の場合には、周波数は、次のようになる。
ｆ＝１／１０分＝０．１／分＝１．７ｍＨｚ
２時間という周期の津波の場合には、周波数は、次のようになる。
ｆ＝１／２時間＝０．５／時間＝０．１４ｍＨｚ
ＨＤＤ内において単数及び複数の擾乱を検知することなど、津波を示すトリガーイベントを検知するための実施形態は、以下のとおりである。外部擾乱の存在及び量を分析して追跡することが、この実施形態において各ＡＵＶの各ＨＤＤに関して使用される。ＡＵＶどうしが互いに通信した時には、ＡＵＶは、受信時刻、ＨＤＤの位置、擾乱の量及び性質、及び、同種のものなどの、擾乱に関するデータを調整する。配列内の複数のＡＵＶ内における複数のＨＤＤを使用することにより、津波がなす波の進行速度及び進行方向を決定することができる。

図３を参照すると、環境１００が示されている。海洋又は他の水域１０２は、その中を伝播する津波がなす波１０４を有している。ＡＵＶ１０８がなす配列１０６は、海洋１０２内に配置されている。各ＡＵＶは、ＨＤＤ１１０などのデータ記憶デバイスを付帯している。各データ記憶デバイス１１０は、独自のセンサ又は一組をなす複数のセンサ１１４を有している。ＡＵＶ１０８は、ＡＵＶどうしの間のナビゲーション又は通信ネットワーク１１２のいずれかを介して維持される共通時刻によって、また、全地球測位システム（ＧＰＳ）又は同種のなどのナビゲーションシステムによって、既知の位置及び時刻に同期されている。

サーボオフトラック検知システムを、一実施形態において、水中の擾乱の決定及び分類のために使用することができる。振動を検知するためのセンサを付帯したオンボードＨＤＤ１１０を有したＡＵＶ１０８が、本開示の実施形態において使用される。サーボオフトラック検知においてトラックに沿ったサーボヘッドの経路を使用することにより、擾乱を特定して量子化することができる。典型的には、擾乱は、ＨＤＤに対するデータの効果的な書込を補助するために、修正される。本開示の実施形態において、擾乱及び環境が、量、周波数、時刻、位置、海の深さ、及び同種のものなどに関して、記録されて分析される。一実施形態において、擾乱の時刻及び位置が、例えばＡＵＶのシステムクロック及び慣性ナビゲーションを使用して、ＡＵＶ１０８内に、あるいは、ＡＵＶのデータ記憶デバイス１１０内に、記録される。

このデータは、距離に関して互いに同期された他のＡＵＶ１０８内の他のＨＤＤ１１０からのデータと共に使用される。データを使用することにより、津波などの水中擾乱のサイズ、強度、速度、方向、及び位置を決定することができる。津波がなす波に対するセンサは、ＡＵＶに搭載された既に利用可能なかつ電力供給されたデータ記憶デバイス（あるいは、その内部に配置された構成要素）を使用する。

海洋内におけるＡＵＶ１０８（単一又は複数）は、地震、火山噴火、地滑り、及び同種のものなどの水中擾乱のエネルギに曝露される。ＨＤＤのオンボードセンサは、津波の識別及び分類のためのデータを検知して提供する。

他の実施形態において、低周波数の波を含む外部擾乱の存在及び量が、回転振動（ＲＶ）センサを使用して検知される。このようなセンサは、一実施形態において、ＨＤＤ内に加速度計を含み、これにより、ＨＤＤの外部の振動を検知することができる。検知器を使用することにより、ＨＤＤの記録ヘッドのオフトラックモーションを保護するために、擾乱に関する情報をフィードフォワードすることができる。この実施形態において、ＲＶセンサは、内部にＨＤＤが搭載されているＡＵＶを水中波が揺動させたりあるいは他の擾乱をもたらせたりしていることに基づいて、振動を検知する。

他の実施形態において、低周波数の波を含む外部擾乱の存在及び量は、ＨＤＤ上の位置誤差信号（ＰＥＳ）を使用して検知される。ＰＥＳ信号を使用して検知することは、一実施形態において、ＰＥＳ信号をＨＤＤの記録ヘッドスタックアセンブリから高速フーリエ変換（ＦＦＴ）などの周波数検知器へと直接的にフィードすることと、命令された位置と、ＨＤＤをなす媒体上に書き込まれたサーボセクタによって測定される実際の位置と、の差を測定することと、を含む。検知モジュールは、一実施形態において、所定の周波数帯域幅においてトリガーイベントを検知するように構成される。

トリガーイベントの検知時には、及び、その分析のリアルタイムでの完了時には、一実施形態において、津波検知ＡＵＶ１０８は、浮上して、例えば空中通信を使用して（例えば、衛星を介して）メッセージを送信する。これに代えて、ＡＵＶ１０８は、浮上することなく、通信ネットワーク内の中間デバイスにあるいは他のＡＵＶに、検知情報及び分析情報を含むメッセージを送信する。その後、その中間デバイス又は他のＡＵＶは、上記のように浮上することによって、あるいは、その中間デバイス又は他のＡＵＶが利用できる任意の通信ネットワークを介して、エンドユーザに情報を伝達する。一実施形態において、生データのみが伝達され、分析は、中間デバイスにおいて、あるいは、遠隔分析ステーション又は遠隔分析操作において、実行される。それでもなお、情報は、津波の浮上を検知するＡＵＶあるいはネットワークの浮上における他のＡＵＶのいずれかによって迅速に伝達され、これにより、情報又は分析を観測者に提供することができる。メッセージは、圧縮又は暗号化することができる。

他の実施形態において、複数のＡＵＶは、互いに通信することができ、これにより、それらのデータ記憶デバイス内において、可能な検知されたトリガーデータを比較することができ、これにより、検知の精度を向上させることができる。例えば、図１に示すように、津波がなす波１０４は、異なる時刻に異なるＡＵＶを通過する。様々なＡＵＶ１０８の様々なデータ記憶デバイス１１０による津波周波数又は他の擾乱の識別により、トリガーイベントの時間依存性を分析することができて、津波の速度及び方向を決定することができる。その後、送信された単一の又は複数の信号のデータ処理において例えば、津波のサイズ、強度、及び、方向の分析と検知のために、マッピングが行われる。さらに、イベントとそれに続く津波を裏付けるデータ記憶デバイスを有した複数のＡＵＶは、本質的に局所的なものに過ぎない擾乱によって引き起こされ得る単一の検知をチェックする。

現在の検知方法は、推定に過ぎず、津波のサイズ、速度、強度、及び方向に関するさらなる解釈又は推測の対象となるため、津波検知は、精密な科学ではない。発生した水中イベントの詳細が常にわかっているわけではなく、津波の予測を典型的に改良するのは、それらの詳細である。しかしながら、本開示の実施形態は、データ記憶デバイスを付帯したＡＵＶの配列内において実際に検知された擾乱を使用しており、これにより、リアルタイムで津波を正確に識別して通知することができる。

津波を示す擾乱のタイプは、特定の波である。上述したように、津波は、小さな周波数を有している。記憶デバイスは、津波の特性を決定するよう、これらの低周波の擾乱を識別して検知するように調整されている。

海洋まわりにおいて、既知の位置でありかつ移動可能な位置に配置された複数のＡＵＶ（又は、ノード）からなる配列１０６は、津波が発生しているという合意が得られるという利点を可能にする。ＡＵＶは、既知の距離だけ離れていて通信及び時刻において同期しているため、配列内における複数のポイント及び時刻においてイベントを解釈することができ、これにより、津波の特性を追跡して決定することができる。そのような配列１０６は、一つのＡＵＶによる又は狭い範囲内のいくつかのＡＵＶによる偽陽性トリガーイベント検知を識別して拒否し得るという利点を提供しつつも、実際に津波が存在する時には、より高い信頼性を提供することができる。

水中津波の波及びエネルギに関連した擾乱のタイプをより容易に検知するために、データ記憶デバイス内において使用されるセンサ及び混乱方法は、一実施形態において、津波がなす波が存在しているミリＨｚ範囲などの特定の周波数帯域内において検知するように調整することができる。さらに、変位は小さいけれどもそのエネルギは大きい傾向があるため、帯域幅観測を使用することにより、津波に関連した擾乱のタイプをより明確に識別することができる。

図４は、水中津波検知方法４００に関するフローチャート図である。方法４００は、一実施形態において、ブロック４０２において、個別の自律型水中車両（ＡＵＶ）内の複数のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の少なくとも一つの混乱を使用して、トリガーイベントを検知することを含む。トリガーイベントの少なくとも一つのＨＤＤのそれぞれの時刻及び位置が、ブロック４０４において記録される。ブロック４０６において複数のＨＤＤのうちの少なくとも一つのＨＤＤのＨＤＤ混乱、時刻、及び位置のうちの少なくとも一つを使用することにより、トリガーイベントによって引き起こされた津波の、サイズ、強度、及び方向を決定することができる。津波に関する情報は、ブロック４０８において、監視ステーションに送信される。

図５は、水中津波検知システム５００のブロック図であって、複数の自律型水中車両５０８のうちの一つの中に配置されるように各々が構成された複数のハードディスクドライブ５１０と、複数のＡＵＶ５０８どうしの間の通信ネットワーク５１２と、を含む。各ＡＵＶは、複数のＨＤＤのそれぞれに関して位置情報を提供するナビゲーションシステム５１６を有している。各ＨＤＤは、各ＨＤＤ上に、一つ又は複数のセンサ又はコンピュータソフトウェア／ハードウェアという態様とされていて、水中イベントに関連した混乱を検知するように構成された検知モジュール５１４を有している。各検知モジュール５１４は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）混乱を使用してトリガーイベントを検知するように、そして、少なくとも一つのＡＵＶにおける混乱の時刻及び位置を記録するように、そして、ＨＤＤ混乱と時刻と位置との少なくとも一つに基づいて、トリガーイベントによって引き起こされる津波のサイズ、強度、及び、方向を決定するように、さらに、津波に関する通信ネットワーク上の情報を、監視ステーションに送信するように構成される。

本明細書において説明したように、津波ブイは、一般に海底につながれており、３０００ｍよりも深い水中に配置することができ、これにより、観測された信号が、浅い効果を有した他のタイプの波（例えば、地表風により生成される波）によって品質劣化されないことを確保することができる。津波ブイは、この津波ブイ上の圧力センサが、海底をより速く移動する地震波を最初に検知した時には、「イベントモード」へとトリガーされる。その後、ブイは、津波の存在の可能性を迅速に検証することを可能とし得るよう、例えば１分間隔でもって海面情報の報告を開始する。

対照的に、他の実施形態において、津波検知方法は、ＡＵＶのアーキテクチャに基づくものであり、ＨＤＤ内の混乱の検知に基づくものではない。ＡＵＶ方式においてつながれたブイの圧力センサ方式を、ＡＵＶ上の、内部ナビゲーションシステム（ＩＮＳ）情報を有したドップラ速度ログ（ＤＶＬ）センサ又は圧力センサなどのセンサどうしの間の比較によって、置き換える。この方法は、既存の方法と比較して、位置の違いを迅速に検知することができる。

一実施形態において、非ハードドライブ検知方法６００が、図６に示されている。方法６００は、ブロック６０２における、既存のセンサを使用して深海での圧力及び動きの変化を感知することと、その後、ブロック６０４における、その情報を音響的に（例えば、水中音響モデムを使用して）地上の受信機に送信することと、に基づくものである。その後、ブロック６０６において、情報は共通の収集場所（例えば、警告センタ）に送信される。

このＡＵＶ実施形態において、複数のＡＵＶが使用される。複数のＡＵＶは、海底につながれていない。上述した圧力変化の感知は、一実施形態において、時間間隔（ｎ＋１）にわたる有意な圧力差（Ｐ（ｎ＋１）対Ｐ（ｎ））をＡＵＶ内部ナビゲーションユニットに対して比較することにより、深さ対等温線変化を感知することを含む。内部ナビゲーションユニットは、典型的には、直線内において約０．０５％〜０．２％という精度を有している。

７５０ｋｍ／ｈで進行する波長が２００ｋｍの津波の場合には、波の周期は、約１６分である。上記において言及したように、波長が約１００ｍの海洋波の周期は、約５〜２０秒である、すなわち、津波がなす波の周期の約１／１０である。一実施形態において、ｍＨｚ範囲の帯域通過フィルタは、津波と、より大きな周波数を有した風生成波と、の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による周波数スパイクを分類するのに適している。他の実施形態において、ＡＵＶは、またあるいは追加的に、ＤＶＬ対ＩＮＳの精度によって、Ｘ／Ｙ位置の変化を決定する。

津波検知の例は、アラスカ海溝の近くのアラスカ西部のアリューシャン列島のウニマック島の近くで１９４６年４月１日に発生した局所マグニチュード７．３（瞬間マグニチュード８．６）の地震をベースラインとする。

接岸時点で、結果的に生じた津波は、約４７ｋｍ／ｈｒの速度で移動し、高さは約１８ｍであった。平均海深に基づく海洋速度は、約６５９ｋｍ／ｈｒ（約１８３ｍ／ｓ）であった。６５９ｋｍ／ｈｒという海洋速度において、約４ｋｍ／ｈｒ（２ノット）という平均ＡＵＶ速度と比較すると、また０．２％というＩＮＳ精度を使用すると、津波によるＡＵＶの動きは１８３ｍであり、これに対してＩＮＳ精度は０．２２メートルである。４シグマという合理的なゲージ能力を使用すると、０．８８メートルというＡＵＶ移動は、ＩＮＳと比較してＡＵＶが所定の位置にないことを充分に測定することができる。これには、約４．８５ミリ秒を要することとなる。この間、４ｋｍ／ｈｒのＡＵＶは、約１ｍｍだけ移動することとなる（ほぼ１ｍ上に対して）。

１秒間に、風は１８３ｍ移動し、その１秒間に、ＡＵＶに対する誤差帯域は、０．２２ｍ（２２ｃｍ）と予想される。したがって、ＩＮＳ（及びその予測される位置）をＤＶＬ（津波によって海底に対して動かされたＡＵＶに関する実際の動かされた位置）に対して比較した時には、オフトラックコースを容易に認識し得るであろう。したがって、プラットフォームは、９９．９９４％という精度で、津波からのわずか４．８５ｍｓの異常な移動を検知し、１秒（例えば）以内に複数のサンプルについて検証して、偽陽性（アルファ誤差）を拒否することができる。

風表面海洋波と比較すると、表面上において、海洋波の周期は約５〜１０秒であり、高さは３〜１５ｍである。その速度は、約０．１ｋｍ／５ｓｅｃ×３６００ｓｅｃ／ｈｒ＝７２ｋｍ／ｈｒである。７２ｋｍ／ｈｒ（２０ｍ／ｓ）において、風ベースの波がＡＵＶを０．９ｍ移動させるには２２．５秒を要し、これに対して津波を検知するには４．８５ｍｓｅｃを要する。

図７は、本明細書において開示される特定の実施形態が組み込まれ得る例示的な動作環境を示している。図７に示す動作環境は、説明のみを目的としている。本開示の実施形態は、図７に示す動作環境などのいかなる特定の動作環境にも限定されるものではない。本開示の実施形態は、任意の数の異なるタイプの動作環境内において例示的に実施される。

ここで図７を参照すると、本実施形態の少なくともいくつかにおいて有効である例示的なＨＤＤ７００の斜視図が示されている。ＨＤＤ７００は、ベース７０２とトップカバー（図示せず）とを有したハウジングを含む。ＨＤＤ７００は、さらに、ディスククランプ７０８によってスピンドルモータ（図示せず）上に取り付けられたディスクパック７０６を含む。ディスクパック７０６は、中心軸線７０９まわりにおいて共回転するように取り付けられた複数の個別ディスクを含む。いくつかの実施形態において、複数のディスクに代えて、単一のディスクを使用し得ることに、留意されたい。

各ディスク面は、ＨＤＤ７００内に取り付けられた関連スライダ７１０であって、ディスク面と通信可能な読取／書込ヘッドを付帯した関連スライダ７１０を有する。図７に示す例において、スライダ７１０は、サスペンション７１２によって支持され、そして、サスペンション７１２は、アクチュエータ７１６のトラックアクセスアーム７１４によって支持されている。図７に示すアクチュエータは、回転移動コイルアクチュエータとして公知のタイプのものであり、全体的に符号７１８によって示されているボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を含む。リニアアクチュエータなどの他のタイプのアクチュエータを使用することができる。

ボイスコイルモータ７１８は、付設されたスライダ７１０と一緒にアクチュエータ７１６を、回転軸体７２０まわりに回転駆動し、これにより、スライダ７１０を、ディスク内径７２４とディスク外径７２６との間の経路７２２に沿った所望のデータトラック上へと、位置決めする。ボイスコイルモータ７１８は、専用サーボフィールド内において一つ又は複数のディスク面上に格納されている位置情報に基づいて、内部回路７２８内の閉ループサーボコントローラの制御下において、動作する。サーボフィールドは、各ディスク面上のデータセクタとインターリーブすることができる、あるいは、サーボ情報の格納専用とされた単一ディスク面上に配置することができる。スライダ７１０がサーボフィールド上を通過する際には、読取／書込ヘッドは、読出信号を生成し、そして、この読出信号を使用することにより、所望トラックの中心線に対してヘッド位置を識別する位置誤差信号（ＰＥＳ）を生成することができる。ＰＥＳに基づいて、アクチュエータ７１６は、サスペンション７１２を移動させてヘッドの位置を調整し、これにより、ヘッドを所望の位置へと移動させることができる。変換ヘッドが適切に位置決めされた後には、サーボコントローラ７２８は、所望の読取操作又は書込操作を実行する。ＲＶセンサ７３０は、ＨＤＤの振動を感知し得るように配置されている。一実施形態において、回転振動センサ７３０の出力を使用することにより、津波がなす波に基づいてＨＤＤ内において検知された振動に関する情報を提供することができる。この情報は、一実施形態において、他の方法による津波の検知に対するチェックとして使用される。例えば、振動が検知された時には、その振動を、周波数をフィルタリングする分析器にフィードすることができ、そして、津波を示す周波数が検知された時には、本明細書における他の部分で説明するようにして送信される津波検知信号内に、ビットが設定される。そのような信号又はビットは、津波の可能性に関する他の検知と一緒に使用することができ、これにより、他の方法の偽陽性検知に対するチェックとして機能することができる。

例えば、圧力センサによって示された鉛直方向移動、あるいは、例えばＩＮＳ又は同種のものによって検知されたＸ−Ｙ移動異常、などの、ＡＵＶの位置ずれが外部測定によって検知された時には、回転振動センサ７３０からの出力が、チェックされる。これにより、部分的にリアルタイムであるいはその後のいずれかにおいて、回転振動センサ７３０によって検知された振動に関するさらなる分析情報の比較が可能になる。外部及び内部の双方の情報は、一実施形態において、ネットワーク内の他のＡＵＶ、又は監視ステーション、又はそれらに類するものに通信されるメッセージにおいて符号化され得る。さらに、メッセージは、回転振動の検知を示す一つ又は複数のビットなどの回転振動情報を含むことができる。一実施形態において、所定の期間にわたってのいくつかの回転振動表示を、メッセージ内に含むことができ、提供されることができる。

ここで図８を参照すると、円形トラック８０２を有するディスク面８００を備えた（図７）ディスクパック７０６の一つのディスクの平面図が示される。ディスク面８００は、サーボフィールド８０６及び８０８などの径方向に延びる複数のサーボフィールドを含む。サーボフィールドは、ディスク面８００上のトラック８０２の位置を識別するサーボ情報を含む。

一実施形態において、円形トラック８０２から逸れたヘッドのあらゆる位置変動は、位置誤差と見なされる。破線８０４は、誤差が修正されずに残っている時に、振動によって誘起される位置誤差の存在下において、ヘッドがとり得る例示的な経路を示している。振動によって誘起される擾乱は、ヘッドの位置誤差とサーボＰＥＳとを引き起こすものであって、再現可能なランアウト誤差（ＲＲＯ）又は再現不可能なランアウト誤差（ＮＲＲＯ）のいずれかに分類することができ、典型的には、ＰＥＳの周波数成分として現れる。ＲＲＯ誤差は、本来的に（典型的には、ディスクの各回転にわたって）再現的であり、これに対し、ＮＲＲＯ誤差は、経時的に多かれ少なかれランダムに発生する。津波により、特定の周波数において、比較的大きなＮＲＲＯ誤差をもたらす。

図９は、例示的なＨＤＤにおけるＮＲＲＯ値のプロット９０２を含むグラフ９００である。グラフ９００において、横軸９０４はヘルツ（Ｈｚ）という単位で周波数を表しており、縦軸９０６は、トラックピッチのパーセンテージを表している。プロット９０２のうちの、ブロック９０８内の部分は、津波によって引き起こされた振動に基づくＮＲＲＯを表す。一般に、ＮＲＲＯに対処するために、一つ又は複数のフィルタを使用することができる。

図１０は、ディスクドライブ７００などのディスクドライブのサーボループ１０００の簡略化されたブロック図であり、一つ又は複数のフィルタ（Ｆ（ｓ））１００１が使用されている。サーボループ１０００は、Ｃ（ｓ）によって表されたサーボコントローラ１００２と、Ｐ（ｓ）によって表されたプラント（例えば、ディスクドライブアクチュエータ機構）１００４と、を含む。サーボコントローラ１００２は、図７の内部回路７２８内のサーボコントローラ回路の一部であり得る。ドライブアクチュエータ機構１００４は、すべてのものが図７における、アクチュエータアセンブリ７１６と、ボイスコイルモータ７１８と、トラックアクセスアーム７１４と、サスペンション７１２と、スライダ７１０と、を含むことができる。いくつかの実施形態において、ドライブアクチュエータ機構は、また、スライダ７１０の精密な位置決めのための一つ以上のマイクロアクチュエータ（図示せず）を含みこともできる。

サーボコントローラ１００２は、ドライブアクチュエータ１００４のボイスコイルモータを駆動するサーボ制御信号（例えば、制御電流）ｕ１００６を生成する。マイクロアクチュエータを含む実施形態において、サーボ制御信号１００６は、マイクロアクチュエータに供給される制御電圧を含むことができる。サーボ制御信号１００６の受信に応答して、ドライブアクチュエータ１００４は、ヘッドの動き１００８を生成する。擾乱１０１４が、加算ノード１０１６において、ヘッドの動き１００８に追加され、これにより、信号ｙを生成する。１０１４における擾乱ｄは、ディスクの動き及び他の振動に基づく調和周波数に位置している。ヘッドが動く時には、ディスク上のサーボフィールドを読み取ることができ、したがって、ヘッドの動き１００８又は信号ｙは、ヘッドの位置／配置を示すサーボ信号又はサーボ測定信号を含む。サーボ測定信号は、ヘッドの所望の位置に基づいて内部回路７２８によって生成され得る参照信号ｒから差し引かれる。参照信号ｒからサーボ測定信号を差し引くことにより、未加工のＰＥＳ１０２０が生成される。未加工のＰＥＳ１０２０は、振動相殺信号１０２２を応答して出力するフィルタ１００１に対して提供される。振動相殺信号１０２２は、加算ノード１０２４に提供され、加算ノード１０２４において、未加工のＰＥＳ１０２０と振動相殺信号１０２２とが加算される。信号１０２０、１０２２の和は、洗練されたＰＥＳ１０２６を生成し、この洗練されたＰＥＳ１０２６が、サーボコントローラ１００２に提供される。上記のように、洗練されたＰＥＳ１０２６の受信時には、サーボコントローラ１００２は、ドライブアクチュエータ１００４のボイスコイルモータを駆動するサーボ制御信号１００６を生成する。一つ又は複数のフィルタによる振動の除去は、サーボ制御信号１００６の正確さを支援し、これにより、ヘッド（図１０には図示されていない）によるトラック追従を改良する。必要に応じてフィルタをオン及びオフとし得るよう、任意の適切なタイプのスイッチ１００５を含むことができる。

フィルタ１００１によってＰＥＳ信号４２０をフィルタリングすることと並行して、ＰＥＳ信号１０２０はまた周波数検知器１０２８にも提供される。一実施形態において、周波数検知器１０２８は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）である。周波数検知器の出力は、１０３０において提供され、上述したようなメッセージに寄与する。一実施形態において、周波数検知器１０２８を使用した津波検知、及び、外部測定は、単一の信号へと組み合わされる。例えば、「００」という２ビット信号は、津波の検知が無いことを示し、「１１」という信号は、周波数検知器と外部測定との双方による検知を示す。津波に関して一方の検知のみが陽性である場合には、信号は、「０１」又は「１０」となり得る。さらなる実施形態において、周波数検知器１０２８による検知の数、及び、外部検知された移動量に関する情報、あるいは、これらの双方、などの追加的な情報が、より多くのビットを使用してメッセージ内において符号化される。また、上述したように、情報信号又はビットは、回転振動センサ７３０によっても提供され得る。津波に関して検知されたあらゆる情報が、水中通信システムの帯域幅制限及び速度制限を受けつつも、送信されるメッセージ内において符号化され得ることを、理解されたい。

他の実施形態において、津波検知方法は、自律型水中車両（ＡＵＶ）内の時間間隔（ｎ＋１）にわたる圧力差（Ｐ（ｎ＋１）対圧力Ｐ（ｎ））をＡＵＶ内部ナビゲーションユニットに対して比較することを含み、これにより、時間間隔にわたっての海洋内における圧力変化を感知することができる。圧力変化情報は、海面上の受信機に送信される（例えば、音響的に）。受信機からは、圧力変化情報が、受信機からの共通の収集場所に送信される。圧力変化は、時刻ｎにおける第一圧力（Ｐ（ｎ））と、時刻ｎ＋１における第二圧力（Ｐ（ｎ＋１））と、の間の差として捉えられる。一実施形態において、方法は、内部ナビゲーションユニットが予想した移動に対する、ＡＵＶの移動を感知することをさらに含み、これにより、移動に関する、水中波に基づく変動を決定することができる。他の実施形態において、方法は、圧力差と並行して、ＡＵＶ内の複数のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のうちの少なくとも一つのＨＤＤ内の少なくとも一つの回転振動センサの混乱を使用してトリガーイベントを検知することをさらに含む。トリガーイベントに関し、少なくとも一つのＨＤＤのそれぞれの時刻及び位置が、記録される。複数のＨＤＤのうちの少なくとも一つのＨＤＤのＨＤＤ混乱、時刻、及び位置のうちの少なくとも一つに基づいて、トリガーイベントによって引き起こされる津波のサイズ、強度、及び方向が決定される。津波に関する情報は、圧力変化情報と一緒に、共通の収集場所に送信される。

他の実施形態において、データ記憶デバイスは、データ記憶媒体と、ヘッドと、このヘッド内に配置されたセンサと、周波数検知器と、を含む。センサは、ディスク上に位置したサーボ情報を感知し、そのサーボ情報からサーボ信号を生成するように構成され、このサーボ信号に参照信号を組み合わせることにより、ＰＥＳが生成される。周波数検知器はＰＥＳを受信して、ＰＥＳ内の擾乱周波数が津波を示すものであるかどうかを決定し、ＰＥＳ内の擾乱周波数が津波を示すものである時には、津波を示す出力を提供する。他の実施形態において、データ記憶デバイスは、回転振動センサをさらに含み、この回転振動センサは、津波を示す振動を検知するように構成され、検知された振動が津波を示すものである時には、津波を示す出力を提供するように構成される。

上記において開示された主題は、限定的なものではなく例示的なものであると見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の範囲内に属するすべてのそのような修正と増強と他の実施形態とを網羅することを意図している。よって、法律によって許容される最大限の範囲内において、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲及びそれらの均等物に関する許容可能な最も広範な解釈によって決定されるべきであり、上記の詳細な説明によって制限又は限定されるものではない。

Claims (20)

1. 水中津波検知方法であって、
   複数のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）のうちの少なくとも一つの混乱を使用してトリガーイベントを検知することであって、前記複数のＨＤＤのうちのそれぞれの異なる一つが、複数の自律型水中車両（ＡＵＶ）のうちのそれぞれ異なる一つの中にある、検知すること、
   前記トリガーイベントに関し、前記少なくとも一つのＨＤＤのそれぞれの時刻及び位置を記録すること、
   前記複数のＨＤＤのうちの前記少なくとも一つのＨＤＤの前記ＨＤＤ混乱、時刻、及び位置のうちの少なくとも一つに基づいて、前記トリガーイベントによって引き起こされる津波のサイズ、強度、及び方向を決定すること、及び、
   前記津波に関する情報を、監視ステーションに送信することを含む、水中津波検知方法。
2. 前記ＨＤＤを共通の時刻に同期させる、請求項１に記載の方法。
3. 前記複数のＨＤＤのそれぞれの前記位置が、各ＨＤＤに関連付けられた前記ＡＵＶに対する位置決定システムによって決定される、請求項１に記載の方法。
4. 検知することが、前記ＨＤＤにおける低周波擾乱を検知することを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記低周波擾乱を検知することが、サーボオフトラック混乱決定を使用して遂行される、請求項４に記載の方法。
6. 前記低周波擾乱を検知することが、加速度計ベースの検知を使用して遂行される、請求項４に記載の方法。
7. 前記加速度計ベースの検知を使用して検知することが、回転振動（ＲＶ）センサを使用して検知することを含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記ＲＶセンサを使用して検知することが、前記ＨＤＤの外部の振動を検知すること、及びその振動測定に関する擾乱についての情報を周波数検知器にフィードフォワードすることにより、津波によって誘起される振動の存在を決定することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 低周波擾乱を検知することが、位置誤差信号（ＰＥＳ）を使用して検知することを含む、請求項４に記載の方法。
10. 前記ＰＥＳを使用して検知することが、
    前記ＨＤＤの記録ヘッドスタックアセンブリから直接的に前記ＰＥＳをフィードすること、及び、
    命令された位置と、前記ＨＤＤの媒体上に書き込まれたサーボセクタによって測定される実際の位置との間の差を測定することを含む、請求項９に記載の方法。
11. トリガーイベントを検知することが、所定の周波数帯域幅内において行われる、請求項１に記載の方法。
12. 水中津波検知システムであって、
    複数の自律型水中車両（ＡＵＶ）のうちの一つに配置されるように構成された複数のハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、
    前記複数のＨＤＤと監視ステーションとの間の通信ネットワーク、
    前記複数のＨＤＤのそれぞれに関する位置情報を提供するナビゲーションシステム、及び、
    前記複数のＨＤＤのそれぞれの検知モジュールであって、
    ＨＤＤ混乱を使用してトリガーイベントを検知し、
    混乱を検知した前記ＨＤＤそれぞれにおける前記混乱の時刻及び位置を記録し、
    前記ＨＤＤ混乱、時刻、及び位置のうちの少なくとも一つに基づいて、前記トリガーイベントによって引き起こされる津波のサイズ、強度、及び方向を決定し、
    前記津波に関する情報を、前記通信ネットワーク上で前記監視ステーションに送信するように構成される検知モジュールを含む、水中津波検知システム。
13. 前記通信ネットワークが共通の時刻を維持する、請求項１２に記載の水中津波検知システム。
14. それぞれの検知モジュールが、前記ＨＤＤにおける低周波擾乱を検知するようにさらに構成される、請求項１２に記載の水中津波検知システム。
15. それぞれの検知モジュールが、サーボオフトラック混乱決定を使用して前記低周波擾乱を検知するように構成される、請求項１４に記載の水中津波検知システム。
16. それぞれの検知モジュールが、回転振動（ＲＶ）センサを使用して前記低周波擾乱を検知するように構成される、請求項１４に記載の水中津波検知システム。
17. それぞれの検知モジュールが、前記ＨＤＤの外部の振動を検知することによって、前記ＲＶセンサを使用して検知を行うように、及びその振動測定に関する前記擾乱についての情報をフィードフォワードするように構成される、請求項１６に記載の水中津波検知システム。
18. それぞれの検知モジュールが、
    位置誤差信号（ＰＥＳ）を使用して検知することによって、
    津波周波数振動の検知のために、前記ＨＤＤの記録ヘッドスタックアセンブリから周波数検知器に直接的に前記ＰＥＳをフィードすることによって、及び、
    命令された位置と、前記ＨＤＤの媒体上に書き込まれたサーボセクタによって測定される実際の位置との間の差を測定することによって、低周波擾乱を検知するように構成される、請求項１５に記載の水中津波検知システム。
19. それぞれの検知モジュールが、所定の周波数帯域幅内においてトリガーイベントを検知するように構成される、請求項１２に記載の水中津波検知システム。
20. 自律型水中車両であって、
    推進システム、通信システム、内部ナビゲーションシステム、及び車両操作を案内するためのコンピュータ制御を含む車両本体、並びに、
    擾乱検知を備えたハードディスクドライブ（ＨＤＤ）であって、津波に関連した混乱を検知かつ記録するように構成され、その検知時に、前記混乱に関する情報を監視ステーションに送信するように構成される、ＨＤＤを含む、自律型水中車両。

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