JP2021134968A - ホーミング装置及びホーミング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の水中航走体を同一のホーミング対象物に向けて自律的にホーミング航走させ、かつホーミング対象物を確実に挟撃することが可能なホーミング装置及びホーミング方法を提供する。【解決手段】少なくとも２機の水中航走体ＡＡ，ＢＢのそれぞれに個別航走制御装置９０Ａ，９０Ｂが設けられている。個別航走制御装置９０Ａ，９０Ｂは、ソナーＳＡ，ＳＢから周波数又は変調方式が異なる探信音の反響音に基づき水中航走体ＡＡ，ＢＢが同一のホーミング対象物Ｍに向けてホーミング航走中であるか否かを判定するホーミング航走判定手段９３Ａ，９３Ｂと、ホーミング航走中である場合に、予め決められたオフセット角によりホーミング対象物Ｍを両側から挟撃するホーミング航走させる挟撃手段９４Ａ，９４Ｂと、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ホーミング対象物に対して、複数の水中航走体を確実にホーミング航走させることに適用可能なホーミング装置及びホーミング方法に関する。

ホーミング航走に関する技術として特許文献１が知られている。
特許文献１に示される水中航走体誘導システムは、周波数の異なる第１及び第２の誘導超音波信号に案内されて目標物に向けて水中を航走する個別航走体と、この個別航走体の水中走行を誘導するための第１及び第２の誘導超音波信号を発信する主航走体とを備えている。
このような水中航走体誘導システムでは、水中航走体である個別航走体が、これとは別に配設された主航走体から発信される第１、第２の各誘導超音波信号を有効に捕捉しかつ当該各誘導超音波信号に案内されて予め設定された目標物に向けて走行可能となる。

特に、上記水中航走体誘導システムでは、減衰の少ない（周波数の低い）第１誘導超音波信号で最初に個別航走体を主航走体に向けて誘導し、その後に、当該個別航走体を、指向性の鋭い（周波数の高い）第２誘導超音波信号による目標物からの反射波に向けて、航走方向を切り換える。
その結果、上記水中航走体誘導システムでは、目標物からの反射波の信号レベルが小さくても、確実に目標物からの反射波を捕捉することができ、これにより個別航走体を効率良く当該目標物に向けてホーミングさせることができる。

特開２０１５−０３８４８９号公報

ところで、上記水中航走体誘導システムは、１つの個別航走体を目標物に向けてホーミングさせるための技術であり、複数の個別航走体を目標物に向けて同時にホーミングさせることについてまでは十分な検討がなされておらず、この点について新たな技術提供が期待されていた。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、複数の水中航走体を同一のホーミング対象物に向けて自律的にホーミング航走させ、かつホーミング対象物を確実に挟撃することが可能なホーミング装置及びホーミング方法を提供する。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第１態様に示されるホーミング装置では、ホーミング航走する少なくとも２機の水中航走体にそれぞれ搭載されるソナーと、前記水中航走体にそれぞれ搭載されて各水中航走体を個別に制御する個別航走制御装置と、を具備し、前記個別航走制御装置は、該ソナーから周波数又は変調方式が異なる探信音を送信させる探信音送信手段と、前記２機の中の一方の水中航走体のソナーが送信した探信音の反響音及び他方の水中航走体のソナーが送信した探信音の反響音を受信する探信音受信手段と、前記探信音受信手段で受信した反響音に基づき、前記少なくとも２機の水中航走体が同一のホーミング対象物に向けてホーミング航走中であるか否かを判定するホーミング航走判定手段と、前記ホーミング航走判定手段にて前記少なくとも２機の水中航走体が同一のホーミング対象物に向けてホーミング航走中であると判定された場合には、予め決められたオフセット角によりホーミング対象物を両側から挟撃する対勢で自律的にホーミング航走させる挟撃手段と、を具備する。

本発明の第２態様に示されるホーミング方法では、少なくとも２機の水中航走体にそれぞれ搭載されるソナーから周波数又は変調方式が異なる探信音を送信させる探信音送信段階と、前記少なくとも２機の中の一方の水中航走体のソナーが送信した探信音及び他方の水中航走体のソナーが送信した探信音の反響音を受信する探信音受信段階と、前記探信音受信段階で受信した反響音に基づき、前記少なくとも２機の水中航走体が同一のホーミング対象物に向けてホーミング航走中であるか否かを判定するホーミング航走判定段階と、前記ホーミング航走判定段階にて前記少なくとも２機の水中航走体が同一のホーミング対象物に向けてホーミング航走中であると判定された場合には、予め決められたオフセット角によりホーミング対象物を両側から挟撃する対勢で自律的にホーミング航走させる挟撃段階と、を具備することを特徴とする。

本発明によれば、複数の水中航走体を同一のホーミング対象物に向けて自律的にホーミング航走させ、ホーミング対象物を確実に挟撃することができる。

本発明に係るホーミング装置の概略構成図である。 ２機の水中航走体が同時に同一のホーミング対象物に対して、左右から挟撃する対勢でホーミング航走する状況を示す図である。 ２機の水中航走体が同時に同一のホーミング対象物に対して、左右から挟撃する対勢でホーミング航走する際の針路及びオフセット角を示す図である。 水中航走体に搭載した個別航走制御装置の制御ブロック図である。 水中航走体に搭載したソナーが送信する探信音の波形例及びソナーが受信する反響音の波形例を示す説明図である。 水中航走体に搭載したソナーが受信する反響音の時間変化及び周波数特性を示す説明図である。 ホーミング装置のステップ毎の動作フローを示す図である。 オフセット角４５ｄｅｇ（ＤＥＧＲＥＥ）の場合において、単独の水中航走体がホーミング対象物１に向けて航走した例を示す。 オフセット角４５ｄｅｇの場合において、２機の水中航走体がホーミング対象物に向けて航走した例を示す。 変形例に係る図であって、水中航走体に搭載したソナーが送信する探信音の波形例及びソナーが受信する反響音の波形例を示している。 変形例に係る図であって、水中航走体に搭載した個別航走制御装置の制御ブロック図である。

本発明に係るホーミング装置１００について図１を参照して説明する。
このホーミング装置１００は、ホーミング対象物Ｍに向けてホーミング航走する少なくとも２機の水中航走体ＡＡ，ＢＢにそれぞれ搭載されるソナーＳＡ，ＳＢと、水中航走体ＡＡ，ＢＢにそれぞれ搭載されて各水中航走体ＡＡ，ＢＢを個別に制御する個別航走制御装置９０Ａ，９０Ｂと、を有する。

各個別航走制御装置９０Ａ，９０Ｂは、探信音送信手段９１Ａ，９１Ｂ、探信音受信手段９２Ａ，９２Ｂ、ホーミング航走判定手段９３Ａ，９３Ｂ及び挟撃手段９４Ａ，９４Ｂをそれぞれ有している。

水中航走体ＡＡ，ＢＢ内の各個別航走制御装置９０Ａ，９０Ｂでは以下のような処理がなされる。
まず、探信音送信手段９１Ａ，９１Ｂにて、ホーミング航走する２機の水中航走体ＡＡ，ＢＢにそれぞれ搭載されるソナーＳＡ，ＳＢから周波数又は変調方式が異なる探信音を送信させる。

その後、探信音受信手段９２Ａ，９２Ｂでは、２機の中の一方の水中航走体ＡＡのソナーＳＡが送信した探信音の反響音、及び他方の水中航走体ＢＢのソナーＳＢが送信した探信音の反響音を共に受信する。
その後、ホーミング航走判定手段９３Ａ，９３Ｂでは、探信音受信手段９２Ａ，９２Ｂで受信した反響音に基づき、２機の水中航走体ＡＡ、ＢＢが同一のホーミング対象物Ｍに向けてホーミング航走中であるか否かを判定する。

そして、挟撃手段９４Ａ，９４Ｂでは、ホーミング航走判定手段９３Ａ，９３Ｂにて２機の水中航走体ＡＡ，ＢＢが同一のホーミング対象物Ｍに向けてホーミング航走中であると判定した場合に、予め決められたオフセット角によりホーミング対象物Ｍを左右両側から挟撃する対勢で、２機の水中航走体ＡＡ，ＢＢをホーミング航走させる。
これにより、本発明のホーミング装置１００では、２機の水中航走体ＡＡ、ＢＢを同一のホーミング対象物Ｍに向けて自律的にホーミング航走させ、ホーミング対象物Ｍを確実に挟撃することができる。

なお、上記例では、２機の水中航走体ＡＡ／ＢＢに対してホーミング対象物Ｍを左右両側から挟撃する例を挙げているが、これに限定されず、３機以上の複数の水中航走体に対しても適用することが可能である。

（実施形態）
本発明の実施形態に係るホーミング装置２００について図２〜図１１を参照して説明する。
まず、図２〜図６において、図２は、挟撃目標であるホーミング対象物１に対して、２機の水中航走体Ａ及び水中航走体Ｂによる理想的な挟撃航走の概略的な対勢動作を示す説明図である。
図３は、図２に示す左右両側から挟撃するホーミング航走を実現するために、個々の水中航走体Ａ，Ｂがどのように航走するべきかを示す説明図である。
図４は、図３に示す水中航走体Ａ，Ｂによる挟撃航走を行わせる個別航走制御装置Ｃａ，Ｃｂを説明するためのブロック図である。
図５は、２機の水中航走体Ａ，Ｂに搭載したソナーＳａ，Ｓｂが送信する探信音の波形例及びソナーＳａ，Ｓｂが受信する反響音の波形例を示すグラフである。
図６は、２機の水中航走体Ａ，Ｂに搭載したソナーＳａ，Ｓｂが受信する反響音の時間変化及び周波数特性を示すグラフである。

まず、実施形態に係るホーミング装置２００の概要について図２〜図４を参照して説明する。
図２において符号１はホーミング対象物を示しており、例えば水上船舶又は大型の水中航走体を想定している。
符号２はホーミング対象物１の航跡を示している。
符号３は一方の水中航走体Ａの船体（が存在する位置）を示しており、水中航走体Ａに搭載されたソナーＳａから探信音Ａ１を送信する。符号Ａ２は、水中航走体Ａに搭載したソナーＳａが受信する探信音Ａ１の反響音である。
符号４は他方の水中航走体Ｂの船体（が存在する位置）を示しており、水中航走体Ｂに搭載されたソナーＳｂから、探信音Ｂ１を送信する。符号Ｂ２は、水中航走体Ｂに搭載したソナーＳｂが受信する探信音Ｂ１の反響音である。
符号５は水中航走体Ａの航跡、符号６は水中航走体Ｂの航跡を示している。

また、図３において符号１１は音響デコイを示している。音響デコイ１１は、ホーミング対象物１がえい航して水中航走体ＡのソナーＳａ及び水中航走体ＢのソナーＳｂによるホーミング対象物１の検出を妨害する。

図３において符号１２は水中航走体Ａの針路ａ２を示している。針路ａ２は、例えば水中航走体Ａから見たホーミング対象物１の検出方位ａ１（符号１４で示す）からオフセット角θＡに相当する分、左の方向である。
また、符号１３は、水中航走体Ｂの針路ｂ２を示している。針路ｂ２は、例えば水中航走体Ｂから見たホーミング対象物１の検出方位ｂ１（符号１５で示す）からオフセット角θＢに相当する分、右の方向である。

また、本実施形態では、図２に示すように、複数の水中航走体Ａ，Ｂに搭載するソナーＳａ，Ｓｂが異なる周波数の探信音波（符号Ａ１及びＢ１で示す）を送信してホーミング対象物１からの反響音（符号Ａ２及びＢ２で示す）を受信することにより、ホーミング対象物１からの反響音の周波数特性を分析して複数の水中航走体Ａ，Ｂが同時に同一のホーミング対象物１に対してホーミング中であるか否かを判定する。

具体的には、図２に示す対勢により水中航走体Ａ及び水中航走体Ｂが同一のホーミング対象物１を同時に追尾中の場合、水中航走体Ａは探信音Ａ１を、水中航走体Ｂは探信音Ｂ１を送信する。例えば探信音Ａ１及び探信音Ｂ１が図５右図に示す波形の場合、水中航走体Ａが受信する反響音としては、探信音Ａ１の周波数に対応する反響音Ａ２、及び探信音Ｂ１に対応する周波数の反響音Ｂ２´（図５左図参照）を、両方とも受信する。
このとき、例えば図６に示すように探信音Ａ１の周波数に対応する反響音Ａ２と探信音Ｂ１の周波数に対応する反響音Ｂ２´の受信タイミングには時間差がある。その理由は、水中航走体Ａと水中航走体ＢのソナーＳｂの探信音の送信タイミングについて、同期する制御を行っていないこと、ホーミング対象物１と水中航走体Ａの距離及びホーミング対象物１と水中航走体Ｂの距離が不定のためである。

従って、水中航走体ＡのソナーＳａが、探信音Ｂ１の周波数に対応する反響音Ｂ２´を受信した場合には、水中航走体Ｂも同一のホーミング対象を追尾中であると判定することができる。
同様に、水中航走体ＢのソナーＳｂが、探信音Ａ１の周波数に対応する反響音Ａ２´を受信した場合には、水中航走体Ａも同一のホーミング対象を追尾中であると判定することができる。

次に、例えば探信音Ａ１を送信するソナーＳａを搭載した水中航走体Ａは、挟撃する場合にホーミング対象物１の左側から追尾するという役割を予め決めておく。また、例えば探信音Ｂ１を送信するソナーＳｂを搭載した水中航走体Ｂは、挟撃する場合にホーミング対象物１の右側から追尾するという役割を予め決めておく。
これにより、本実施形態では、図３に示すように、２機の水中航走体Ａ，Ｂに対してホーミング対象物１の左右から追尾する自律的なホーミング航走を行わせることができる。

このとき、２機の水中航走体Ａ，Ｂは、ホーミング対象物１に向かって直進せず、ホーミング対象物１の検出方位（矢印ａ１，ｂ１）に対して図３のθＡ及びθＢに示すオフセット角の方向（矢印ａ２，ｂ２）に針路を向けて航走することにより、ホーミング対象物１に対して左右から挟撃する対勢で追尾することが可能になる。
すなわち、実施形態では、複数の水中航走体Ａ，Ｂがホーミング対象物１に対してホーミング航走する際に、これら水中航走体Ａ，Ｂに自律的に挟撃するよう航走させ、ホーミング対象物１の回避運動を困難にさせる。

また、２機の水中航走体Ａ，Ｂが左右から挟撃する対勢で追尾されたホーミング対象物１は、水中航走体Ａ，Ｂによる追尾を回避するために図３に示す音響デコイ１１のような「おとり」をえい航する場合がある。
このような場合を考慮して、水中航走体Ａ及び水中航走体Ｂに搭載したソナーＳａ，Ｓｂでは、進行方向のホーミング対象物1と音響デコイ１１の両方を検出した場合は、進行方向側のホーミング対象物１を検出し、進行方向の後方にある音響デコイ１１を無視する。えい航式の「おとり」は、必ず進行方向の後方に位置するためである。
これにより、ホーミング対象物１にえい航される音響デコイ１１は、水中航走体Ａ及び水中航走体Ｂに搭載したソナーＳａ，Ｓｂの受信範囲から外れることになり、そのおとり機能が低減される。

次に、図４に示されるホーミング装置２００の制御ブロック図を参照して、水中航走体Ａ，Ｂに搭載されたソナーＳａ，Ｓｂ及び個別航走制御装置Ｃａ，Ｃｂの機能について説明する。
これらの個別航走制御装置Ｃａ，Ｃｂでは、複数の水中航走体Ａ，Ｂがホーミング対象物１の回避運動を困難にするようにホーミング航走を制御する。

まず、水中航走体Ａを制御する個別航走制御装置Ｃａは、図４の上段に示すように励振信号生成部１６、パワーアンプ部１７、電歪振動子アレイ部１８、プリアンプ／ＢＰＦ部１９、周波数分析部２０、指向性合成部２１、信号検出部２２及びホーミング操舵部２３から構成される。
励振信号生成部１６では、水中航走体Ａに搭載したソナーＳａにて励振信号を生成するものであって、例えば図５に示す探信音Ａ１の送信信号を生成する。

パワーアンプ部１７は、励振信号生成部１６が出力した励振信号を増幅する。
電歪振動子アレイ部１８は、パワーアンプ部１７が出力した電気信号を音波に変換して探信音Ａ１を出力するとともに、ホーミング対象物１からの反響音Ａ２／Ｂ２´を含む水中音波を電気信号に変換し、プリアンプ／ＢＰＦ部１９に出力する。
プリアンプ／ＢＰＦ部１９は、電歪振動子アレイ部１８が出力した電気信号を増幅するとともに、反響音Ａ２／Ｂ２´として受信することが期待される信号の周波数帯域以外の信号を減衰させて除去する。
周波数分析部２０は、プリアンプ／ＢＰＦ部１９が出力した電気信号をデジタル信号に変換して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等のアルゴリズムの処理を行い、図６の反響音Ａ２／Ｂ２´の周波数特性に示すように、周波数成分毎の受信レベルを分析する。

指向性合成部２１は、電歪振動子アレイ部１８にて受信し、周波数分析した信号について、電歪振動子のアレイ配列による受信時間ずれによる周波数成分毎の指向性合成処理を行い、周波数毎及び水中航走体Ａから見た水中航走体Ａの針路を中心とした角度毎の受信信号レベルを出力する。
信号検出部２２は、指向性合成部２１により、水中航走体Ａから見た水中航走体Ａの針路を中心とした角度毎の受信レベルに対し、予め設定されたスレッショルドを超えた場合に反響音Ａ２／Ｂ２´と判定する。
また、この信号検出部２２では、周波数成分毎に角度毎の受信レベルが得られるので、図５に示す反響音Ａ２の波形及び図６に示す反響音Ａ２の周波数特性により、探信音Ａ１に対応する反響音Ａ２と、探信音Ｂ１に対応する反響音Ｂ２´とを判別する。
ホーミング操舵部２３は、信号検出部２２が出力する反響音Ａ２の周波数及び方位角を基にして、水中航走体Ａの針路の方向（矢印ａ２方向）への操舵を行う。

一方、水中航走体Ｂを制御する個別航走制御装置Ｃｂは、図４の下段に示すように、励振信号生成部２４、パワーアンプ部２５、電歪振動子アレイ部２６、プリアンプ／ＢＰＦ部２７、周波数分析部２８、指向性合成部２９、信号検出部３０及びホーミング操舵部３１から構成される。

励振信号生成部２４は、例えば図５に示す探信音Ｂ１の送信信号を生成する。
パワーアンプ部２５は、励振信号生成部２４が出力した励振信号を増幅する。
電歪振動子アレイ部２６は、パワーアンプ部２５が出力した電気信号を音波に変換して探信音Ｂ１を出力するとともに、ホーミング対象物１からの反響音Ｂ２／Ａ２´を含む水中音波を電気信号に変換し、プリアンプ／ＢＰＦ部２７に出力する。
プリアンプ／ＢＰＦ部２７は、電歪振動子アレイ部２６が出力した電気信号を増幅するとともに、反響音Ｂ２／Ａ２´として受信することが期待される信号の周波数帯域以外の信号を減衰させて除去する。
周波数分析部２８は、プリアンプ／ＢＰＦ部２７が出力した電気信号をデジタル信号に変換し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等のアルゴリズムの処理を行い、図６の反響音Ｂ２／Ａ２´の周波数特性に示すように周波数成分毎の受信レベルを分析する。

指向性合成部２９は、電歪振動子アレイ部２６にて受信し、周波数分析した信号について、電歪振動子のアレイ配列による受信時間ずれによる周波数成分毎の指向性合成処理を行い、周波数毎及び水中航走体Ｂから見た水中航走体Ｂの針路を中心とした角度毎の受信信号レベルを出力する。
信号検出部３０は、指向性合成部２９により、水中航走体Ｂから見た水中航走体Ｂの針路を中心とした角度毎の受信レベルに対し、予め定められたスレッショルドを超えた場合に反響音Ｂ２／Ａ２´と判定する。
このとき、周波数成分毎に角度毎の受信レベルが得られるので、図５に示す反響音Ｂ２の波形及び図６に示す反響音Ｂ２の周波数特性により、探信音Ａ１に対応する反響音Ａ２´と、探信音Ｂ１に対応する反響音Ｂ２を判別する。
ホーミング操舵部３１は、信号検出部３０が出力する反響音Ｂ２の周波数及び方位角を基に水中航走体Ｂの針路（矢印ｂ２方向）の方向に操舵を行う。

なお、図５に示す探信音Ａ１，Ｂ１に対応する反響音Ａ２，Ｂ２の波形、及び図６に示す反響音Ａ２、Ｂ２の周波数特性については、図７に示す動作フローを参照して後述する。
また、図４に示す個別航走制御装置Ｃａにおいて、励振信号生成部１６、パワーアンプ部１７及び電歪振動子アレイ部１８により「探信音送信手段５１Ａ」が構成され、また、電歪振動子アレイ部１８、プリアンプ／ＢＰＦ部１９、周波数分析部２０及び指向性合成部２１により「探信音受信手段５２Ａ」が構成され、また、信号検出部２２により「ホーミング航走判定手段５３Ａ」が構成され、また、ホーミング操舵部２３により「挟撃手段５４Ａ」が構成される。

また、図４に示す個別航走制御装置Ｃｂにおいては、励振信号生成部２４、パワーアンプ部２５及び電歪振動子アレイ部２６により「探信音送信手段５１Ｂ」が構成され、また、電歪振動子アレイ部２６、プリアンプ／ＢＰＦ部２７、周波数分析部２８及び指向性合成部２９により「探信音受信手段５２Ｂ」が構成され、また、信号検出部３０により「ホーミング航走判定手段５３Ｂ」が構成され、また、ホーミング操舵部３１により「挟撃手段５４Ｂ」が構成される。

次に、複数の水中航走体Ａ，Ｂが自律的に挟撃するホーミング装置２００の動作について、主に図７の動作フロー及び図８、図９の説明図を参照してステップＳ毎に説明する。
なお、図７の動作フローでは、水中航走体Ａが自律的に挟撃するホーミング装置の動作を説明しているが、水中航走体Ｂについては、探信音Ｂ１及び反響音Ｂ２／Ａ２´を扱う以外、水中航走体Ａと同様の動作内容であり重複した説明を省略する。

（ステップＳ１）
水中航走体Ａが探信音Ａ１を送信する。
ステップＳ１は、図４における励振信号生成部１６、パワーアンプ部１７及び電歪振動子アレイ部１８の動作により、水中航走体Ａに搭載したソナーＳａが探信音Ａ１を送信するまでの処理である。
このとき探信音Ａ１は、例えば図５及び図６に示すように探信音Ｂ１よりも周波数が低いという特徴を有する。

（ステップＳ２）
水中航走体Ａが反響音Ａ２を受信する。
ステップＳ２は、図４における電歪振動子アレイ部１８、プリアンプ／ＢＰＦ部１９、周波数分析部２０及び指向性合成部２１の動作により、水中航走体Ａに搭載したソナーＳａが反響音Ａ２／Ｂ２´を受信するまでの処理である。

このときの反響音は、例えば図５及び図６に示すように探信音Ａ１がホーミング対象物１にて反射した相対的に周波数が低い反響音Ａ２と、探信音Ｂ１がホーミング対象物１にて反射した相対的に周波数が高い反響音Ｂ２´の２種類があり得る。
また、水中航走体Ａとホーミング対象物１の距離が遠い場合や、水中航走体Ａに搭載したソナーＳａの捜索範囲外にホーミング対象物１が存在する場合には、反響音Ａ２を受信しないこともある。

（ステップＳ３）
水中航走体Ａが受信した反響音Ａ２の検出結果により、水中航走体Ａのその後のホーミング航走を決定する。なお、ステップＳ３は、図４における信号検出部２２の処理内容である。
信号検出部２２では、探信音Ａ１の周波数に対応する反響音Ａ２の検出及び／又は探信音Ｂ１の周波数に対応する反響音Ｂ２´の検出に基づき、以下の処理Ｓ３−１、Ｓ３−２、Ｓ３−３のいずれかを行う。

《Ｓ３-１の処理》
反響音Ａ２及び反響音Ｂ２´の両方を検出しなかった場合は、ステップＳ４に進む。
《Ｓ３-２の処理》
反響音Ａ２のみを検出した場合は、ホーミング対象物１に対する検出方位及び距離をステップＳ５に出力する。このときの反響音Ａ２の検出では、ステップＳ１の探信音Ａ１の送信時刻から反響音Ａ２の検出時刻の時間差（秒）に対し、水中音波の伝搬速度約１５００ｍ／秒の往復分として７５０ｍを乗算し、水中航走体Ａとホーミング対象の距離を算出する。
《Ｓ３-３の処理》
同一方位から到来した反響音Ａ２及び反響音Ｂ２´の両方を検出した場合にも、《Ｓ３-２の処理》と同様に、ホーミング対象物１に対する検出方位及び距離をステップＳ６に出力する。

（ステップＳ４）
水中航走体Ａが反響音Ａ２及び反響音Ｂ２´の両方を検出しなかった場合は、水中航走体Ａがホーミング対象物１を継続して捜索するホーミング航走を行う。

（ステップＳ５）
水中航走体Ａが探信音Ａ１に対応する反響音Ａ２を検出し、探信音Ｂ１に対応する反響音Ｂ２´を検出しなかった場合は、図８に示すような、水中航走体Ａが単独による従来のホーミング対象物１に向けたホーミング航走を行う。

（ステップＳ６）
水中航走体Ａが、探信音Ａ１に対応する反響音Ａ２及び探信音Ｂ１に対応する反響音Ｂ２´の両方を検出した場合は、図９に示すような、水中航走体Ａ及び水中航走体Ｂがホーミング対象物１に対して挟撃するホーミング航走を行う。
また、ステップＳ６では、図４に示すホーミング操舵部２３における、水中航走体Ａの針路１２（矢印ａ２で示す）を次式によって算出する。

水中航走体Ａの針路１２（矢印ａ２方向）＝
検出方位１４（矢印ａ１方向）−オフセット角θＡ （数１）

同様に、図４に示すホーミング操舵部３１における、水中航走体Ｂの針路１３（矢印ｂ２で示す）は次式によって算出する。

水中航走体Ｂの針路１３（矢印ｂ２方向）＝
検出方位１５（矢印ｂ１方向）＋オフセット角θＢ （数２）

なお、水中航走体Ａ，Ｂの針路１２，１３を決定するオフセット角θＡ，θＢは、水中航走体Ａ，Ｂが受信する反響音Ａ２の検出方位１４，１５に基づき、予め複数の角度が設定されており、該反響音Ａ２の検出方位１４，１５及びホーミング対象物１の特徴に基づく最適な角度が適宜選択される。

次に、図８及び図９を参照してホーミング対象物１に向けたホーミング航走の例について説明する。
図８は、水中航走体Ａが探信音Ａ１に対応する反響音Ａ２を検出し、探信音Ｂ１に対応する反響音Ｂ２´を検出しなかった場合における、水中航走体Ａ単独のホーミング航走例である。
図９は、水中航走体Ａが探信音Ａ１に対応する反響音Ａ２及び探信音Ｂ１に対応する反響音Ｂ２´の両方を検出した場合において、水中航走体Ａ及び水中航走体Ｂの双方がホーミング対象物１に対して挟撃するホーミング航走例である。

これら図８及び図９において符号３２は、ホーミング対象物１の初期位置を示す。
初期位置３２は、水中航走体Ａ又は水中航走体Ｂがホーミング対象物１に向けてホーミング航走を開始した時点のホーミング対象物１の位置例を示す。

図８及び図９において符号３３は、水中航走体Ａ，Ｂの初期位置を示す。
これらの図に示す水中航走体Ａの初期位置３３は、水中航走体Ａ及び／又は水中航走体Ｂがホーミング対象物１に向けてホーミング航走を開始した時点の水中航走体Ａ，Ｂの位置例を示す。
図８及び図９において符号３４は、ホーミング終了位置を示す。
ホーミング終了位置３４は、ホーミング対象物１と水中航走体Ａ及び／又は水中航走体Ｂの離隔距離がゼロになり、水中航走体Ａ又は水中航走体Ｂのホーミング航走が終了した位置を示す。

図８及び図９において符号３５は、ホーミング対象物１の３０秒毎位置マーカーを示している。
ホーミング対象物１の３０秒毎位置マーカー３５は、３２ホーミング対象物１の初期位置３２からホーミング対象物１が移動したホーミング対象物１の航跡２において、３０秒毎の通過位置を示すマーカーである。

図８及び図９において符号３６は、水中航走体Ａの３０秒毎位置マーカーを示す。
水中航走体Ａの３０秒毎位置マーカー３６は、水中航走体Ａの初期位置からの航跡において、３０秒毎の通過位置を示すマーカーである。

また、図９において符号３７は、水中航走体Ｂの３０秒毎位置マーカーを示す。水中航走体Ｂの３０秒毎位置マーカー３７は、水中航走体Ａ及び水中航走体Ｂの初期位置３３から水中航走体Ｂが移動した際の航跡６において、３０秒毎の通過位置を示すマーカーである。

なお、図４の制御ブロック図では、複数の水中航走体Ａ，Ｂをホーミング航走させるに際して、以下の点に留意した制御を実施している。
（１）まず、個別航走制御装置Ｃａ，Ｃｂにて、水中航走体Ａ，Ｂが、探信音Ａ１に対応した反響音Ａ２´、及び探信音Ｂ１に対応した反響音Ｂ２´に基づき、単独でホーミング中なのか（図８参照）、複数でホーミング中なのか（図８参照）を判定するようにした。このとき、個別航走制御装置Ｃａ，Ｃｂにて、単独でホーミング中と判定した場合に、ホーミング対象物１に対して左右両側から挟撃するようホーミング航走を行なわせない。

（２）個別航走制御装置Ｃａ，Ｃｂでは、水中航走体Ａ，Ｂの針路１２，１３を決定するオフセット角θＡ，θＢを適宜定めることで、複数の水中航走体Ａ，Ｂに対して、ホーミング対象物１を挟撃する際に左右どちらから回り込むかについて、軌道を定めておく。
このとき、水中航走体Ａ，Ｂがホーミング航走するに際して、ホーミング対象物１の未来予測位置の方向に航走し、あまり無駄な距離のホーミング航走を行わないように軌道設定を行う。

そして、このような（１）及び（２）に基づき、２機の水中航走体Ａ，Ｂに対してホーミング対象物１を挟撃するホーミング航走を行なわせた例が図９となる。

図９は、水中航走体Ａ，Ｂとホーミング対象物１の初期位置の離隔距離が３０００ｍ、ホーミング対象物１の速力が３０ｋｔ、水中航走体Ａ，Ｂの速力が５０ｋｔ、後述するオフセット角が４５ｄｅｇ（ＤＥＧＲＥＥ）の例である。
この例では、ホーミング対象物１に対して２機の水中航走体Ａ，Ｂが左右から挟撃し、ホーミング開始から約６分１０秒後にホーミング航走を終了している。

以上のように構成された実施形態に係るホーミング装置２００では、複数の水中航走体Ａ，Ｂによるホーミング対象物１の回避運動を困難にする挟撃対勢のホーミング航走について、外部からの有線誘導を必要とせず自律的に行うことができる。
このとき、上記ホーミング装置２００では、ホーミング対象物１に対して、水中航走体Ａ，Ｂを左右両側から挟み撃ちさせる対勢でホーミング航走させることで、回避動作を困難とする。
また、上記ホーミング装置２００では、ホーミング対象物１が音響デコイ１１をえい航している場合に、水中航走体Ａ，Ｂに搭載したソナーＳａ，Ｓｂの捜索範囲からホーミング対象物１の後方が死角となり、また、複数の水中航走体Ａ，Ｂが送信した探信音に対応する反響音を受信することにより、音響デコイ１１によるホーミング妨害の影響を受け難くなる効果がある。

（変形例）
上記実施形態の変形例について、図１０及び図１１を参照して説明する。
図５では、水中航走体Ａが送信する探信音Ａ１と水中航走体Ｂが送信する探信音Ｂ１に周波数の違いがある場合の例を示した。
しかしこれに限定されず、上記ホーミング装置２００において、図１０に示すように探信音Ａ１と探信音Ｂ１の周波数を変調させた上で、当該周波数の変化方向の違いに基づき、探信音Ａ１の反響音Ａ２／Ａ２´と、探信音Ｂ１の反響音Ｂ２／Ｂ２´とを区別しても良い。

例えば、図１０に示すように、探信音Ａ１が低い周波数から高い周波数に周波数変調する場合、及び探信音Ｂ１が高い周波数から低い周波数に周波数変調する場合には、これら反響音の波形から、探信音Ａ１の反響音Ａ２／Ａ２´と、探信音Ｂ１の反響音Ｂ２／Ｂ２´とをそれぞれ区別して判別することができる。なお、このような判別は、相関関数を利用した演算処理で行うことができる。

次に、図１１の制御ブロック図を参照して、探信音が周波数変調する場合における個別航走制御装置Ｃａ´及びＣｂ´について説明する。
以下の図１１の説明では、前述した実施形態に示す図４との相違点についてのみ示す。

水中航走体Ａを制御する個別航走制御装置Ｃａ´では、符号２０で示す指向性合成部及び符号３９で示すＦＭ相関部が、前述の図４とは異なる。
指向性合成部２０は、プリアンプ／ＢＰＦ部１９が出力した電気信号をデジタル信号に変換し、電歪振動子のアレイ配列による受信時間ずれによる指向性合成処理を行い、方位角毎の受信信号レベルを出力する。
また、ＦＭ相関部３９は、指向性合成部２０が出力する方位毎の受信信号レベルについて、探信音Ａ１及び探信音Ｂ１の周波数変調に対応するＦＭ相関係数を乗算し、受信信号に対する探信音Ａ１及び探信音Ｂ１の相関度を算出する。
その後、信号検出部２２では、ＦＭ相関部３９で算出した探信音Ａ１及び探信音Ｂ１の相関度に基づき、探信音Ａ１に対応する反響音Ａ２と探信音Ｂ１に対応する反響音Ｂ２´とを判別し、その判別結果に基づき、ホーミング操舵部２３に対して水中航走体Ａをホーミング航走させる。

水中航走体Ｂを制御する個別航走制御装置Ｃｂ´では、符号２８で示す指向性合成部及び符号４０で示すＦＭ相関部が、前述の図４とは異なる。
指向性合成部２８は、プリアンプ／ＢＰＦ部２７が出力した電気信号をデジタル信号に変換し、電歪振動子のアレイ配列による受信時間ずれによる指向性合成処理を行い、方位角毎の受信信号レベルを出力する。
また、ＦＭ相関部４０は、指向性合成部２８が出力する方位毎の受信信号レベルについて、探信音Ａ１及び探信音Ｂ１の周波数変調に対応するＦＭ相関係数を乗算し、受信信号に対する探信音Ａ１及び探信音Ｂ１の相関度を算出する。
その後、信号検出部３０では、ＦＭ相関部４０で算出した探信音Ａ１及び探信音Ｂ１の相関度に基づき、探信音Ｂ１に対応する反響音Ｂ２と探信音Ａ１に対応する反響音Ａ２´とを判別し、その判別結果に基づき、ホーミング操舵部３１に対して水中航走体Ｂをホーミング航走させる。
すなわち、図１０及び図１１に示す変形例においても、実施形態と同様、探信音Ａ１の反響音Ａ２／Ａ２´と、探信音Ｂ１の反響音Ｂ２／Ｂ２´とに基づき、ホーミング対象物１に対して、水中航走体Ａ，Ｂを左右両側から挟み撃ちさせる対勢で同様にホーミング航走させることが可能となる。

なお、上記実施形態では、２機の水中航走体Ａ，Ｂに対してホーミング対象物１を左右両側から挟撃する例を挙げているが、２機の水中航走体Ａ，Ｂに限定されず、３機以上の複数の水中航走体に対しても適用可能である。
また、上記実施形態では、水中航走体Ａ，Ｂの針路１２，１３を決定するオフセット角θＡ，θＢについて、水中航走体Ａ，Ｂが受信する反響音Ａ１，Ａ２の検出方位１４，１５に基づき、予め設定された複数の角度の中から最適値を適宜読み出すようにした。このとき、オフセット角θＡ，θＢは、反響音Ａ１，Ａ２の検出方位１４，１５に基づき選択することに限定されず、水中航走体Ａ，Ｂとホーミング対象物１との距離、相対速度及びホーミング対象物１の特徴等の要素も加味して複数記憶し、これらの中から最適値を読み出すようにしても良い。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

本発明は、ホーミング対象物に対して、複数の水中航走体を確実にホーミング航走させて両側から挟撃することに適用可能なホーミング装置及びホーミング方法に関する。

１ ホーミング対象物
５１Ａ 探信音送信手段
５１Ｂ 探信音送信手段
５２Ａ 探信音受信手段
５２Ｂ 探信音受信手段
５３Ａ ホーミング航走判定手段
５３Ｂ ホーミング航走判定手段
５４Ａ 挟撃手段
５４Ｂ 挟撃手段
９０Ａ 個別航走制御装置
９０Ｂ 個別航走制御装置
９１Ａ 探信音送信手段
９１Ｂ 探信音送信手段
９２Ａ 探信音受信手段
９２Ｂ 探信音受信手段
９３Ａ ホーミング航走判定手段
９３Ｂ ホーミング航走判定手段
９４Ａ 挟撃手段
９４Ｂ 挟撃手段
１００ ホーミング装置
２００ ホーミング装置
Ａ 水中航走体
Ｂ 水中航走体
ＡＡ 水中航走体
ＢＢ 水中航走体
Ｃａ 個別航走制御装置
Ｃａ´個別航走制御装置
Ｃｂ 個別航走制御装置
Ｃｂ´個別航走制御装置
Ｓａ ソナー
Ｓｂ ソナー
ＳＡ ソナー
ＳＢ ソナー
Ｍ ホーミング対象物

Claims (7)

1. ホーミング航走する少なくとも２機の水中航走体にそれぞれ搭載されるソナーと、前記水中航走体にそれぞれ搭載されて各水中航走体を個別に制御する個別航走制御装置と、を具備し、
   前記個別航走制御装置は、
   前記ソナーから周波数又は変調方式が異なる探信音を送信させる探信音送信手段と、
   前記２機の中の一方の水中航走体のソナーが送信した探信音の反響音及び他方の水中航走体のソナーが送信した探信音の反響音を受信する探信音受信手段と、
   前記探信音受信手段で受信した反響音に基づき、前記少なくとも２機の水中航走体が同一のホーミング対象物に向けてホーミング航走中であるか否かを判定するホーミング航走判定手段と、
   前記ホーミング航走判定手段にて前記少なくとも２機の水中航走体が同一のホーミング対象物に向けてホーミング航走中であると判定された場合には、予め決められたオフセット角によりホーミング対象物を両側から挟撃する対勢で自律的にホーミング航走させる挟撃手段と、を具備することを特徴とするホーミング装置。
2. 前記ホーミング航走判定手段は、前記ソナーが受信する反響音の周波数の大きさ又は反響音の波形に基づき、少なくとも２機の水中航走体がホーミング対象物に向けて並走しているか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載のホーミング装置。
3. 前記ホーミング航走判定手段は、前記水中航走体の針路を決定するオフセット角について、前記ソナーが受信する反響音の検出方位に基づき、複数ある設定角度の中から選択して読み出すことを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のホーミング装置。
4. 前記ホーミング航走判定手段は、選択したオフセット角に基づき前記水中航走体を前記ホーミング対象物に対して弧状の軌跡を描くように左右両側から接近して挟撃させることを特徴とする請求項３に記載のホーミング装置。
5. 前記ホーミング航走判定手段は、予め定めた判定時間間隔に基づき前記水中航走体の針路を決定するためのオフセット角を調整することを特徴とする請求項３又は４のいずれか１項に記載のホーミング装置。
6. 前記ホーミング航走判定手段では、前記判定時間間隔が水中航走体に搭載されるソナーの探信音の送信周期に設定されることを特徴とする請求項５に記載のホーミング装置。
7. 少なくとも２機の水中航走体にそれぞれ搭載されるソナーから周波数又は変調方式が異なる探信音を送信させる探信音送信段階と、
   前記少なくとも２機の中の一方の水中航走体のソナーが送信した探信音の反響音及び他方の水中航走体のソナーが送信した探信音の反響音を受信する探信音受信段階と、
   前記探信音受信段階で受信した反響音に基づき、前記少なくとも２機の水中航走体が同一のホーミング対象物に向けてホーミング航走中であるか否かを判定するホーミング航走判定段階と、
   前記ホーミング航走判定段階にて前記少なくとも２機の水中航走体が同一のホーミング対象物に向けてホーミング航走中であると判定された場合には、予め決められたオフセット角によりホーミング対象物を両側から挟撃する対勢で自律的にホーミング航走させる挟撃段階と、を具備することを特徴とするホーミング方法。

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