JP2655535B2 - 水中航走体、計測装置並びに水中航走体の位置計測方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、任意の海域におい
て、簡易に水中航走体の位置計測及び航跡を再構成（リ
コンストラクション）するために必要な水中航走体の位
置計測方法及び装置、並びに該装置に用いる水中航走
体、計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は、従来の固定式の水中航走体の
位置計測方法及び装置（レンジシステム）を示す構成図
である。同図において、６０は超音波によるピンガー音
を発しながら水中を航走する水中航走体、６１は水中航
走体６０が発するピンガー音を感知する多数のハイドロ
フォン（音波検知器）、６２はハイドロフォン６１を連
結し、得られた信号を処理用コンピュータ６３に伝送す
るリード線である。複数のハイドロフォン６１を連結し
たリード線６２が複数列（同図においては４列）配置さ
れることにより、ハイドロフォン６１は、海底にマトリ
ックス状に配置される。６３はマトリックス状に配置さ
れたハイドロフォン６１が感知した音響データを処理
し、水中航走体６０の航跡を求める処理用コンピュータ
である。処理用コンピュータ６３は陸上の固定局に設置
されている。

【０００３】次に、動作について説明する。上述したよ
うな構成の従来の水中航走体の計測装置では、マトリッ
クス状に配置されたハイドロフォン６１が感知した水中
航走体からの超音波信号は、信号ケーブルであるリード
線６２を経て、処理用コンピュータ６３に送られる。処
理用コンピュータ６３は、複数のハイドロフォン６１そ
れぞれに届いた超音波信号の到達時間を求め、音速に基
づいて計算することにより水中航走体６０までの距離を
求め、その位置を算出し、航跡を計測していた。

【０００４】例えば、簡単のため、４つのハイドロフォ
ンを用いて、水中航走体６０の位置を算出する場合につ
いて説明する。図１２は、ハイドロフォンＨ１〜Ｈ４の
平面における配置図を示す。同図において、Ｈ１〜Ｈ４
はハイドロフォンを示しており、それぞれが水中航走体
６０からのピンガー音を感知する。ところで、水中航走
体６０がピンガー音を発信してから、ハイドロフォンＨ
１〜Ｈ４がこのピンガー音を感知するまでには、水中の
音速に対応した遅延時間、すなわち、ピンガー音の伝搬
時間を必要とする。したがって、ハイドロフォンＨ１〜
Ｈ４がピンガー音を感知する時刻は、水中航走体６０ま
での距離に応じて異なることになる。

【０００５】ここで、任意の２つのハイドロフォンの組
み合わせを選び、それらのピンガー音の到達時間の差を
求める。例えば、ハイドロフォンＨ１、Ｈ２の到達時間
の差を求めると、水中の音速は場所によらず一定である
とすれば、その到達時間の差は距離の差に対応するか
ら、水中航走体６０は、これら２つハイドロフォンＨ
１、Ｈ２から一定の距離の差を保ちつつ描く軌跡、即
ち、２つのハイドロフォンを焦点とする双曲面Ｒ２−Ｒ
１上の何れかに存在することになる。同様に、ハイドロ
フォンＨ１、Ｈ３の組み合わせにより双曲面Ｒ３−Ｒ１
が、ハイドロフォンＨ３、Ｈ４の組み合わせにより双曲
面Ｒ４−Ｒ３が得られる。そして、これら双曲面Ｒ２−
Ｒ１、Ｒ３−Ｒ１、Ｒ４−Ｒ３の交点（図１２において
６５の部分）を求めることにより、水中航走体６０の位
置を求めることができる（この方法を双曲面法とい
う）。

【０００６】この方法は、一般に精度が劣るため、時計
は非同期式であるが、ピング発信間隔を正確にしたピン
ガー音を水中航走体６０に装備し、予め上述した双曲面
法で水中航走体６０の位置を計測し、その位置からピン
グ到達時間を求める。その後は、次に来るピンガー音の
到達が予想できるようになるので、音速とピンガー音到
達時間から距離を求め、多数の円の交点から水中航走体
６０の位置を計測する。

【０００７】また、他に、図１３に示す設置式の位置計
測方法及び装置がある。この図１３において、１３は海
面、６３は、ハイドロフォン６１がリード線６２を介し
て複数（同図の場合２個）接続されたハイドロフォンア
レイを海底６５に係留するための錨、６４は、ハイドロ
フォン６１が感知した水中航走体６０のピンガー音を計
測装置を有する船舶１４に対し電波信号として送信する
とともに、ハイドロフォン６１を所定の深度に配置する
ように上方に引っ張るためのブイである。

【０００８】図１３において、ハイドロフォンアレイの
２個のハイドロフォン６１が、水中航走体６０からのピ
ンガー音を感知し、その情報がブイ６４から計測装置を
有する船舶１４に対し送信される。そして、計測装置に
より水中航走体６０の水平位置情報及び垂直面（深度）
情報が求められる。水平位置情報は固定式の場合と同様
にして求められる。垂直面情報については、その求め方
の一例を図１４を用いて説明する。

【０００９】水中航走体６０から発信されたピンガー信
号は、水中航走体６０からハイドロフォンアレイに接続
されたハイドロフォン６１ａ、６１ｂまでの距離ｃ、ｂ
に対応して遅延するから、それらの遅延時間ｔ₁、ｔ₂と
すると ｃ＝Ｃ×ｔ₁ ｂ＝Ｃ×ｔ₂ ただし、Ｃは水中の音速である。

【００１０】一方、ハイドロフォン６１ａ、６１ｂ間の
距離ａ、海面１３からハイドロフォン６１ａ間の距離Ｄ
ｕは、リード線６２の長さにより既知であるから、水中
航走体６０の深度Ｄｔは、次式で求めることができる。 Ｄｔ＝Ｄｕ＋ｃ・sinθ 余弦定理から cosα＝（ａ²＋ｃ²−ｂ²）／２ａｃ ∴α＝cos^-1（ａ²＋ｃ²−ｂ²）／２ａｃ θ＝90°-α

【００１１】以上のように、水中航走体６０の深度及び
水中航走体６０とブイ６４との距離を求めることができ
る。また、複数のブイ６４の位置は固定であり、予め測
定されているから、これらの情報に基づき、水中航走体
６０の位置を算出することができる。なお、この他に、
ハイドロフォン６１に到達する水中航走体６０からのパ
ルスの方位から深度を計測する方法もある。このように
して、その航跡を計測し、その評価を行っていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図１１に示す、従来の
固定式の水中航走体の計測方法及び装置では、正確な航
跡データを計測し、評価するために、多数のハイドロフ
ォン６１を必要とし、その設置には膨大な費用と多数の
人員を必要とし、人的、経済的に問題がある。さらに、
その設置のために広大な海洋と施設を必要とするので、
既存の漁業権を侵すなどの問題が生じていた。

【００１３】また、図１３に示す、従来の設置式の水中
航走体の計測方法及び装置では、ブイ６４の正確な設置
位置を計測した後に錨６３を投入し、その位置に正確に
ハイドロフォン６１を設置しなければならず、ブイ６４
の設置に多大の時間を必要とした。特に、深海域では、
ブイ６４の設置作業に困難が伴った。

【００１４】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、小規模な設備で構成され、設置
に時間と人手を必要としない水中航走体の位置計測方法
及び装置を得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る水中航走
体の位置計測方法は、水中航走体の深度情報を上記水中
航走体に内蔵される深度センサにより計測し、上記深度
情報を上記水中航走体に内蔵される時計装置の時計情報
にしたがって所定の繰り返し周期毎に所定間隔で周波数
の異なるパルスのパルス列を用いてコード化した時刻情
報とともにコード化し、上記コード化に基づきピンガー
信号を発生させ、上記水中航走体からのピンガー信号を
計測ブイ局に内蔵される受信部により受信し、上記計測
ブイ局に内蔵される位置測定部により測定された位置と
ともにコード化し、上記コードに基づき信号を送信さ
せ、水面を浮遊する複数の上記計測ブイ局からの信号を
計測装置の受信部により受信し、上記水中航走体のピン
ガー信号のパルス列の配列の解読に基づいて上記計測装
置の時刻を基準にして水面を浮遊する各計測ブイ局に伝
搬する水中航走体からのピンガー信号の遅延時間を求
め、その遅延時間に基づき、上記水中航走体と上記各計
測ブイ局との距離をそれぞれ求め、上記距離を上記深度
情報により補正し、上記補正された距離及び上記計測ブ
イ局の位置に基づき、上記航走体の位置を計測するもの
である。

【００１６】請求項２に係る水中航走体の位置計測装置
は、深度情報を内蔵する深度センサにより計測し、上記
深度情報を、内蔵する時計装置の時計情報にしたがって
所定の繰り返し周期毎に所定間隔で周波数の異なるパル
スのパルス列を用いてコード化した時刻情報とともにコ
ード化し、上記コード化に基づきピンガー信号を発生さ
せる水中航走体と、上記水中航走体からのピンガー信号
を、内蔵する受信部により受信し、内蔵する位置測定部
により測定した位置とともにコード化し、上記コードに
基づき信号を送信する水面を浮遊する複数の計測ブイ局
と、水面を浮遊する複数の上記計測ブイ局からの信号
を、受信部により受信し、上記水中航走体のピンガー信
号のパルス列の配列の解読に基づいて上記計測装置の時
刻を基準にして水面を浮遊する各計測ブイ局に伝搬する
水中航走体からのピンガー信号の遅延時間を求め、その
遅延時間に基づき、上記水中航走体と上記各計測ブイ局
との距離をそれぞれ求め、上記距離を上記深度情報によ
り補正し、上記補正された距離及び上記計測ブイ局の位
置に基づき、上記航走体の位置を計測する計測装置とを
備えたものである。

【００１７】請求項３に係る水中航走体の位置計測方法
は、水中航走体の深度情報を上記水中航走体に内蔵され
る深度センサにより計測し、上記深度情報を上記水中航
走体に内蔵される時計装置の時計情報にしたがって所定
の繰り返し周期毎に所定間隔で周波数の異なるパルスの
パルス列を用いてコード化した時刻情報とともにコード
化し、上記コード化に基づきピンガー信号を発生させ、
上記水中航走体からのピンガー信号を計測ブイ局に内蔵
される受信部により受信し、上記計測ブイ局に内蔵され
る位置測定部により測定された位置とともにコード化
し、上記コードに基づき信号を送信させ、水面を浮遊す
る複数の上記計測ブイ局からの信号を計測装置の受信部
により受信し、上記水中航走体のピンガー信号のパルス
列の配列の解読に基づいて上記計測装置の時刻を基準に
して水面を浮遊する書く計測ブイ局に伝搬する水中航走
体からのピンガー信号の遅延時間を求め、その遅延時間
に基づき、上記水中航走体と上記各計測ブイ局との距離
をそれぞれ求め、上記距離を上記深度情報により補正
し、上記補正された距離及び上記計測ブイ局の位置に基
づき、上記航走体の位置を計測するとともに、上記水中
航走体に対する命令信号を上記計測装置の送信部により
送信させ、上記計測ブイ局の受信部により受信した上記
命令信号を、上記計測ブイ局の送信部により送信させ、
上記水中航走体へ命令することを特徴とするものであ
る。

【００１８】請求項４に係る水中航走体の位置計測方法
は、水中航走体に対する命令信号を計測装置の送信部に
より送信させ、中継ブイ局の受信部により受信した上記
命令信号を、上記中継ブイ局の送信部により送信させ、
上記水中航走体へ命令するとともに、上記計測ブイ局か
らの信号を上記計測装置に中継するものである。

【００１９】請求項５に係る水中航走体は、時計装置
と、深度を計測する深度センサと、上記深度センサの深
度情報を上記時計装置の時計情報にしたがって所定の繰
り返し周期毎に所定間隔で周波数の異なるパルスのパル
ス列を用いてコード化した時刻情報とともにコード化す
る信号処理部と、上記信号処理部の出力に基づき超音波
信号を発信する超音波発信器とを備えるとともに、水面
を浮遊する上記計測ブイ局又は中継ブイ局から送信され
てきた命令信号を受信する超音波受信器と、上記命令信
号に基づき水中航走体を制御する上記信号処理部を備え
たものである。

【００２０】

【００２１】請求項６に係る計測装置は、水面を浮遊す
る複数の計測ブイ局又は中継ブイ局から中継されてきた
計測ブイ局からの信号を受信する受信部と、上記計測ブ
イ局からの水中航走体のピンガー信号のパルス列の配列
の解読に基づいて内蔵する時計装置の時刻を基準にして
水面を浮遊する上記計測ブイ局に伝搬する水中航走体か
らのピンガー信号の遅延時間を求め、その遅延時間に基
づき、上記水中航走体と上記各計測ブイ局との距離をそ
れぞれ求める距離測定部と、上記距離測定部の出力を、
上記計測ブイ局からの上記水中航走体の深度情報により
補正する距離補正部と、上記距離補正部の出力と上記計
測ブイ局からの位置情報に基づき、上記航走体の位置を
計測する処理部とを備えたものである。

【００２２】

【作用】請求項１及び請求項２に係る発明においては、
水中航走体の深度情報を上記水中航走体に内蔵される深
度センサにより計測し、上記深度情報を上記水中航走体
に内蔵される時計装置の時計情報にしたがって所定の繰
り返し周期毎に所定間隔で周波数の異なるパルスのパル
ス列を用いてコード化した時刻情報とともにコード化
し、上記コード化に基づきピンガー信号を発生させ、上
記水中航走体からのピンガー信号を計測ブイ局に内蔵さ
れる受信部により受信し、上記計測ブイ局に内蔵される
位置測定部により測定された位置とともにコード化し、
上記コードに基づき信号を送信させ、水面を浮遊する複
数の上記計測ブイ局からの信号を計測装置の受信部によ
り受信し、上記水中航走体のピンガー信号のパルス列の
配列の解読に基づいて内蔵する時計装置の時刻を基準に
して水面を浮遊する各計測ブイ局に伝搬する水中航走体
からのピンガー信号の遅延時間を求め、その遅延時間に
基づき、上記水中航走体と上記各計測ブイ局との距離を
それぞれ求め、上記距離を上記深度情報により補正し、
上記補正された距離及び上記計測ブイ局の位置に基づ
き、上記航走体の位置を計測する。

【００２３】請求項３に係る発明においては、水中航走
体の位置を計測するとともに、上記水中航走体に対する
命令信号を計測装置の送信部により送信させ、計測ブイ
局の受信部により受信した上記命令信号を、上記計測ブ
イ局の送信部により送信させ、上記水中航走体へ命令す
る。

【００２４】請求項４に係る発明においては、計測ブイ
局とは異なる中継ブイ局を経由して、水中航走体へ命令
を与えるとともに、上記計測ブイ局からの信号を上記計
測装置に中継する。

【００２５】請求項５に係る水中航走体においては、信
号処理部が、深度センサの深度情報を時計装置の時計情
報にしたがって所定の繰り返し周期毎に所定間隔で周波
数の異なるパルスのパルス列を用いてコード化した時刻
情報とともにコード化し、超音波発信器が、上記信号処
理部の出力に基づき超音波信号を発信するとともに、水
面を浮遊する上記計測ブイ局又は中継ブイ局から送信さ
れてきた命令信号を受信し、上記命令信号に基づき上記
信号処理部によって自らの水中航走体を制御する。

【００２６】

【００２７】請求項６に係る計測装置においては、受信
部が、水面を浮遊する複数の計測ブイ局、又は上記中継
ブイ局から中継されてきた計測ブイ局からの信号を受信
し、距離測定部が、水中航走体のピンガー信号のパルス
列の配列の解読に基づいて内蔵する時計装置の時刻を基
準にして水面を浮遊する各計測ブイ局に伝搬する水中航
走体からのピンガー信号の遅延時間を求め、その遅延時
間に基づき、上記水中航走体と上記各計測ブイ局との距
離をそれぞれ求め、距離補正部が、上記距離測定部の出
力を、水中航走体の深度情報により補正し、処理部が、
上記距離補正部の出力と上記計測ブイ局からの位置情報
に基づき、上記航走体の位置を計測する。

【００２８】

【実施例】

実施例１．図１は、本願発明の一実施例の水中航走体の
位置計測方法及び装置を示す構成図である。この種の位
置計測方法及び装置は、フリーレンジシステムと呼ばれ
ることがある。ここで、レンジとは、米国海軍において
用いられている慣用語で、水中航走体等の計測、評価施
設を意味する。また、フリーとは、自由で任意に水中航
走体等の計測、評価施設が設定できるという意味であ
る。

【００２９】図１において、１１は精密時計２１と、深
度を計測する深度センサー２２を備え、精密時計２１の
時計情報と深度センサー２２の深度情報とをコード化
し、超音波によるピンガー音として発信しながら水中を
航走する水中航走体である。１２１は水中航走体１１が
発するピンガー音を受信して電気信号に変換するととも
に、必要により計測装置１５から送られてきた信号を超
音波パルス信号として送信するハイドロフォンである。
ハイドロフォン１２１は、水中航走体１１の位置を測定
するときには受信動作を行い、水中航走体１１に対し命
令（コマンド）を与えるときには送信動作を行う。

【００３０】１２２はハイドロフォン１２１の信号を計
測ブイ局１２に伝送する信号ケーブル、１２は位置を測
定する精密自己位置計測部１２５を備え、ハイドロフォ
ン１２１が受信した信号と精密自己位置計測部１２５の
位置情報とを、船舶１４に設置された計測装置１５に対
し送信するとともに、水中航走体１１に対するコマンド
信号を受信する計測ブイ局である。１３は計測ブイ局が
浮遊する水面、１４は計測装置１５が備えられ、複数の
計測ブイ局１２の情報に基づき、水中航走体１１の航跡
の再構成がなされる船舶である。

【００３１】また、図２に、本願発明の水中航走体１１
の内部構成の一例を示す。同図において、１１１は水中
に超音波信号を発信するとともに、外部からの超音波信
号（コマンド）を受信する超音波送受信器である。超音
波送受信器１１１は、ソーナー発信信号を生成するソー
ナー発信器１１１ａ、ソーナー発信器１１１ａの出力を
時計情報に基づき信号処理部１１１ｃに転送するゲート
回路１１１ｂ、時計情報と深度情報に基づきソーナー発
信信号をコード化するとともに、ハイドフォン１１１ｆ
が受信した外部からのコマンド信号をマイクロプロセッ
サ２３とともに解読し、水中航走体１１を制御するため
の処理を行う信号処理部１１１ｃ、外部へ超音波信号
（ピンガー信号）を送信するとともに、外部から超音波
信号（コマンド信号）を受信するハイドロフォン１１１
ｆ、ハイドロフォン１１１ｆの送信動作と受信動作を切
り替える送受信切換器１１１ｅ、及びハイドロフォン１
１１ｆを励振する信号を増幅するとともに、ハイドロフ
ォン１１１ｆが検出した信号を増幅する増幅器１１１ｄ
とから構成される。

【００３２】２１は時刻情報を提供する精密時計であ
る。精密時計２１は、必要な電源を供給する電源２１
１、電源２１１の出力を安定化する電圧レギュレータ２
１２、安定化された電圧レギュレータ２１２の出力に基
づき、時計の基準となる信号を発生する発振器２１３、
時計の誤差をなくすため発振器２１３の出力周波数に対
し温度補償を行う温度補償回路２１４、温度補償回路２
１４の出力を適当な周波数に分周する分周回路２１５、
及び分周回路２１５により得られた時計情報をゲート回
路１１１ｂとマイクロプロセッサ２３に出力する出力バ
ッファ２１６とからなる。

【００３３】２２は、水圧を電圧に変えることにより、
水中航走体１１の深度を検出する深度（水圧）センサー
である。２３は、出力バッファ２１６から得た時計情報
と深度センサー２２から得た深度情報に基づき、超音波
信号を変調するためのコードを作成するとともに、ハイ
ドロフォン１１１ｆが受信した信号を解読して、対応す
る命令信号を発生し、信号処理部１１１ｃを介して水中
航走体１１の制御系に送ることにより制御を行い、ま
た、水中航走体１１の制御系から送られてきたフィード
バック信号を処理するマイクロプロセッサである。

【００３４】また、図３に、本願発明の計測ブイ局１２
の内部構成の一例を示す。１２１は水中航走体１１が発
したピンガー信号（超音波信号）を受信するとともに、
水中航走体１１に対しコマンド信号を発信するハイドロ
フォン（図１において説明したハイドロフォン１２１と
同じもの）、１２３は各部に電源を供給する電源部、１
２４は、水中航走体１１からの深度情報、時刻情報及び
精密自己位置計測部１２５からの計測ブイ局１２の位置
情報に基づきコード化し、無線送信に必要な信号に処理
し、データ送受信部１２６に出力するとともに、データ
送受信部１２６が受信した信号をコマンド信号に変換す
る信号処理部、１２５はＧＰＳ（Global Positioning S
ystem）用の人工衛星を利用した電波航法装置であり、
計測ブイ局１２自身の位置情報を算出する精密自己位置
計測部、１２６は水中航走体１１の超音波信号及び自己
の位置情報の信号を電波信号に変換し、計測装置１５又
は中継ブイ局１６に送信するとともに、送受信局の計測
装置１５からのコマンド（命令）信号を受信するデータ
送受信部、１２７はデータ送受信部の出力を空間に放射
するとともに、計測装置１５からの電波信号を受信する
送受信アンテナ、１２８はハイドロフォン１２１の受信
動作と送信動作に応じて送受信を切り換える送受信切換
器である。

【００３５】なお、計測装置１５からのコマンド信号を
図１０に示す中継ブイ局１６を通して水中航走体１１に
与える方式のときは、送受信アンテナ１２７は送信アン
テナに、データ送受信部１２６はデータ送信部になり、
また送受信切換器１２８は不要になり、この図３から削
除される。したがって、ハイドロフォン１２１は、水中
航走体１１が発したピンガー信号を受信する機能のみと
なり、電源部１２３は、各部に供給する電源のうち、送
受信切換器１２８の電源が削除される。信号処理部１２
４は、水中航走体１１からの深度情報、時刻情報及び精
密自己位置計測部１２５からの計測ブイ局１２の位置情
報に基づきコード化し、無線送信に必要な信号に処理
し、データ送信部１２６に出力する機能となる。精密自
己位置計測部１２５は、上述どおりの機能を、データ送
信部１２６は、水中航走体１１の超音波信号及び自己位
置情報の信号を電波信号に変換し、計測装置１５又は中
継ブイ局１６に送信する機能となる。送受信アンテナ１
２７は、データ送信部の出力を空間に放出する送信アン
テナとなる。一方、送受信切換器１２８は不要となり、
上記説明から削除できる。

【００３６】また、図４に、本願発明の計測装置１５の
内部構成の一例を示す。１５１は計測ブイ局１２又は中
継ブイ局１６からの信号を受信し、または、計測装置１
５から計測ブイ局１２又は中継ブイ局１６に対しコマン
ド信号を送信する送受信アンテナ、１５２は送受信アン
テナからの信号を受信し、または、コンピュータ１５３
からの信号を受け送信信号として出力する送受信機、１
５３は送受信機１５２で受信した信号を解読し、水中航
走体１１の時計情報及び深度を解読し、計測ブイ局１２
の位置を基準に、各計測ブイ局１２から水中航走体１１
までの距離を算出し、リアルタイムな航跡の再構成と航
跡の計測を行うとともに、入力部１５７から入力された
コマンド信号を計測ブイ局１２又は中継ブイ局１６に電
波で送信するためのコード変換処理を行う精密時計を含
むコンピュータ、１５４は、水中航走体１１の垂直面、
水平面航跡図をリアルタイムで表示するとともに、必要
により計測ブイ局１２の位置等を表示するＣＲＴディス
プレイ等の映像表示部、１５５は各計測ブイ局１２から
送信されてきた水中航走体１１の深度情報、時計情報、
計測ブイ局１２の位置情報、コンピュータ１５３で計算
されたＸ−Ｙプロッタ等の画像作図部１５６への出力信
号及び遠隔制御時のコマンド信号等を記録し、さらにプ
ログラムを格納するディスクユニット、カセットテー
プ、フロッピィディスク等からなる情報記録媒体、１５
６は映像表示部１５４の航跡データ等を必要に応じて描
画するＸ−Ｙプロッタ等の画像作図部、１５７はデータ
入力、システムのオペレーション及び水中航走体１１に
対するコマンド信号発信時に使用される入力部である。

【００３７】次に、動作について、図に基づき説明す
る。この実施例における水中航走体の位置計測方法及び
装置は、水中航走体１１の位置を求めるとともに、水中
航走体１１に対しコマンドを送信し、水中航走体１１の
制御も行う。ここで、まず最初に、水中航走体１１の位
置を求める場合について説明する。

【００３８】水中航走体１１は、水中を航走しつつ、時
計情報及び深度情報をコード化したピンガー信号を発信
する。このピンガー信号の変調の基準となる時計情報
は、精密時計２１が発生する。水中航走体１１の精密時
計２１は、計測装置１５のコンピュータ１５３に内蔵さ
れている精密時計と正確に初期設定（同期）がなされて
おり、水中航走体１１の時計情報と計測装置１５の時計
情報とは正確に一致している。

【００３９】また、深度情報は深度センサー２２が発生
する。深度センサー２２は、水圧センサーであり、深度
の情報は水圧と深い関係にあるため、水圧の値を計測す
ることにより深度が計測できる。深度０ｍなら電圧０
Ｖ、深度ｘｍなら１Ｖというように深度センサー２２の
感度を予め校正しておくことにより、深度を求めること
ができる。

【００４０】マイクロプロセッサ２３は、時計情報を、
精密時計２１の出力バッファ２１６から得て、また、深
度情報を深度センサー２２から得る。これらに基づき、
ピンガー信号のためのコードを作成する。このコード
は、ピンガー信号が水中航走体１１から計測ブイ局１２
まで到達する時間を求め、距離を測定するためのもので
あり、また、その深度を知るためのものである。深度は
コードから直接知ることができ、また、時計情報から伝
搬時間がわかれば、それらの間の距離を求めることがで
きる。

【００４１】時計情報は、例えば、図５に示すようにコ
ード化される。同図において、水中航走体１１の発信す
るピンガー信号３５は、１秒間隔でコード化された、繰
り返し周期が１５秒である信号である。つまり、計測装
置１５の基準時刻と一致している水中航走体１１の精密
時計２１が出力する時計情報にしたがって、繰り返し周
期を１５秒として、その０、４、５、８、９、１０秒目
に、例えば２１ｋＨｚの超音波信号を発信し、それ以外
は２０ｋＨｚの超音波信号を発信する。図５において、
高いバーは２１ｋＨｚのパルスを、低いバーは２０ｋＨ
ｚのパルスを意味する。図５のピンガー信号によれば、
水中の音速は約１５００ｍ／秒であるから、１５００×
１５＝２２５００ｍまでの距離を計測することができ
る。

【００４２】また、深度情報は、例えば、図６に示すよ
うにコード化される。コード化の方法の１つとしてＤＰ
ＳＫ（Differential Phase Shift Keying）という方法
がある。この図で、ターゲット番号とは航走体の種類と
固有番号とを表したものであり、ピング番号とはピンガ
ー情報を表したものである。そして、ピング番号につづ
いて深度情報が６ｂｉｔでコード化され、発信される。

【００４３】このようにコード化された水中航走体１１
のピンガー信号は、水中を伝搬したのち、複数の計測ブ
イ局のハイドロフォン１２１により受信される。図７
(a)に示す複数の計測ブイ局（以下の説明において、計
測ブイ局１２の数は３とする）１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
において、図３に示すハイドロフォン１２１が受信した
水中航走体１１の超音波信号は、電気信号に変換された
後、信号ケーブル１２２及び送受信切換器１２８を経由
して、信号処理部１２４に送られる。

【００４４】精密自己位置計測部１２５は、例えば、Ｇ
ＰＳ(Global Positioning System)用の人工衛星を利用
することにより、計測ブイ自身１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
の位置情報を求める。ＧＰＳとは、複数の人工衛星（Ｇ
ＰＳ衛星）から放射された電波を受信することにより、
受信点の位置を即時に求めることができるシステムであ
る。ＧＰＳ衛星には、極めて正確なセシウム原子時計が
内蔵されており、この時計に基づき時刻情報が送られて
くる。また、ＧＰＳ衛星の軌道情報も航法メッセージと
して送られてくる。このＧＰＳ衛星からの信号を受信
し、ＧＰＳ衛星の時計と時刻が一致している受信機の時
計の時刻情報と、ＧＰＳの時刻情報と比較することによ
り電波の到達時間がわかり、ＧＰＳ衛星からの距離が求
まる。また、ＧＰＳ衛星の位置もその軌道情報から求め
られるから、複数のＧＰＳ衛星について処理することに
より、受信機の正確な位置がわかるというものである。

【００４５】なお、上記ＧＰＳ衛星の時刻情報を使用し
ないで、ＧＰＳ受信機側に高精度の時計をもち、初期値
として時計情報を入力し、衛星位置のメッセージに含ま
れる軌道情報から位置を求める簡易な方法もある。

【００４６】位置の算出は、具体的には、次の方程式を
解くことにより求められる。 ((x-x₁)²+(y-y₁)²+(z-z₁)²)^1/2 + T = R₁ ((x-x₂)²+(y-y₂)²+(z-z₂)²)^1/2 + T = R₂ ((x-x₃)²+(y-y₃)²+(z-z₃)²)^1/2 + T = R₃ ((x-x₄)²+(y-y₄)²+(z-z₄)²)^1/2 + T = R₄ ただし、 x,y,z：ＵＳＥＲ位置の座標（未知数） x_i,y_i,z_i (i=1,2,3,4)：衛星位置の座標（既知、メッ
セージの中に含まれる。 T：ＵＳＥＲ ＣＬＯＣＫ誤差（未知数） Ri (i=1,2,3,4)：各衛星への疑似距離（計測値）

【００４７】ＧＰＳによれば、計測ブイ１２が海面１３
を浮遊し、計測中に潮せき流、風等によるドリフトの影
響を受け、適切な計測上の配列を失った場合でも正確な
位置を求めることができる。

【００４８】信号処理部１２４は、ハイドロフォン１２
１から得た水中航走体１１の超音波信号（深度情報と時
刻情報）と、計測ブイ局１２自身の位置情報をコード化
し、無線送信に必要な信号に処理し、これをデータ送受
信部１２６に転送する。データ送受信部１２６は、この
信号を送受信アンテナ１２７から送受信局の計測装置１
５に対して送信する。なお、計測装置１５に対しては、
図１０の中継ブイ局１６を経由して送信されることもあ
る。

【００４９】計測装置１５では、計測ブイ局１２又は中
継ブイ局１６から中継して送られてきた信号を、送受信
アンテナ１５１で受信し、送受信機１５２により復調す
る。この復調された信号を、精密時計を内部に含むコン
ピュータ１５３が解読し、以下に説明するように、計測
ブイ局の位置を基準に各計測ブイ局１２ａ、１２ｂ、１
２ｃと水中航走体１１との間の距離を算出し、深度を解
読し、そして、リアルタイムな航跡の再構成と航跡の計
測を行う。

【００５０】ところで、深度は、図６のコードを解読す
ることにより、直接求めることができるが、計測ブイ局
１２ａ、１２ｂ、１２ｃと水中航走体１１との間の距離
は直接求められないので、時計情報に基づき、以下に説
明する方法により求める。

【００５１】先に説明したように、水中航走体１１は図
５のピンガーパルス信号３５を発信している。この信号
が、計測ブイ局１２ａ、１２ｂ、１２ｃによりそれぞれ
受信され、計測装置１５に送られる。そして、計測装置
１５の時刻３１を基準として比較がなされる。例えば、
図５に示すように、計測ブイ局１２ａに到達した水中航
走体１１のピンガーパルス信号３２は、水中航走体１１
が発信した時刻すなわち計測装置１５の基準時刻３１に
対し２秒遅れており、計測ブイ局１２ｂに到達した水中
航走体１１のピンガーパルス信号３３は、同じく１秒遅
れており、そして、計測ブイ局１２ｃに到達した水中航
走体１１のピンガーパルス３４は、同じく３秒遅れてい
るとする。ここで、計測ブイ局１２から計測装置１５に
データが転送されるのに消費される時間は、許容誤差の
範囲として考慮していない。この各計測ブイ局１２ａ、
１２ｂ、１２ｃの上記遅れ時間は、水中航走体１１から
ブイまでの水中の伝搬時間であるから、水中の音速がわ
かれば距離を求めることができる。

【００５２】上記の伝搬時間（遅延時間）を求めるに
は、具体的には次のようにする。計測装置１５の基準時
刻をもとに、計測ブイ局１２ａに到達した水中航走体１
１のピンガーパルス信号３２を計測した場合、いままで
何も受信しない状態で最初に高いバー（２１ｋＨｚ）の
パルスを受信した場合は、これが０秒のパルスであり、
このときの計測装置１５の時刻を求めればよい。しか
し、海洋（水中）の環境によっては最初の高いバーのパ
ルスを受信できないことがあり、この場合、最初の高い
バーのパルスは０秒のものか、それとも４秒、５秒、８
秒、９秒、あるいは１０秒のものか判別できない。同様
に、最初の高いバーの次に、低いバー（２０ｋＨｚ）の
パルスを受信した場合も、１秒、６秒、あるいは１１秒
のものか判別できない。このような場合、低いバーの数
をカウントし、高いバーのパルスの後、低いバーのパル
スが３回続き、その後高いバーのパルスを受信したとい
うことがわかれば、これらのパルスは０秒から４秒まで
のパルスであると判別でき、基準時刻に対する遅延時間
を求めることができる。なお、一度発信時刻が判明する
と、後は同期されたピンガー音から遅延時刻を連続して
求めることができる。

【００５３】また、計測ブイ局１２が受信したパルス列
と、基準時刻に対応するパルス列（図５の３５）との相
関をとることによっても遅延時間を求めることができ
る。すなわち、遅延時間を変えながら相関を求め、それ
らのなかで最も相関が高いときの値を遅延時間とすれば
よい。また、発信時刻を、深度情報と同様に２進数にコ
ード化して、１秒ごとに送信するようにしてもよい。さ
らに、パターン認識を用いても良い。

【００５４】このように、ピンガー周波数、位相、パル
ス幅、パルス間隔等の組み合わせによって信号を組み合
わせることにより、伝搬時間を求めることができる。

【００５５】次に、水中航走体１１の位置を計測する方
法の一例を図７を用いて説明する。図７において、Ａ点
の位置にある計測ブイ局１２ａ、Ｂ点の位置にある計測
ブイ局１２ｂ、Ｃ点にある計測ブイ局１２ｃそれぞれが
受信したピンガーパルス信号について、上記の方法で求
めた伝搬時間（遅延時間）を、それぞれｔ₁、ｔ₂、ｔ₃
とする。このとき、各計測ブイ局１２ａ、１２ｂ、１２
ｃと水中航走体１１との間の距離は、次式で与えられ
る。

【００５６】 Ｒ_i＝Ｃ×ｔ_i±Ｅ_i （ｉ＝1、2、3、・・・n) ・・・・(1) ここで、Ｒ_i：水中航走体１１からｉ番目の計測ブイま
での近似計算距離（ｍ） Ｃ：水中音速（ｍ／sec） ｔ_i：水中航走体１１から計測ブイ１２までの伝搬時間
（sec） Ｅ_i：水中航走体１１から計測ブイまでの総合距離誤差
である。

【００５７】ところで、総合距離誤差Ｅ_iは、次式で与
えられる Ｅ_i＝Ｂ_e＋ｔ_e＋Ｒ_e＋Ｈ_e ・・・・(2)

【００５８】ここで、Ｂ_eは計測ブイ局の自己位置計測
誤差である。すなわち、衛星からの時計情報及び軌道情
報の誤差、電離層及び対流圏を伝搬することによる誤
差、マルチパス誤差等の誤差及び意図的誤差による総合
誤差がＢ_eになる。なお、この誤差Ｂ_eを補正するには、
Differntial GPSによる自己位置計測方法があり、これ
によれば精度が向上し、高精度な地理位置が測位でき
る。この方法は、既知のポイント（基準局）で計測した
誤差を未知の計測点に対し情報伝達し、各計測点におけ
る計測値を更新することにより測定精度を向上するもの
である。

【００５９】また、Ｔ_eは水中航走体１１に搭載した時
計と送受信局の計測装置に搭載した時計の同期誤差であ
る。

【００６０】また、Ｒ_eはレイバス誤差である。すなわ
ち、超音波信号が海中を直線的に伝搬せず、水温・塩分
・水圧等によって音速が円弧を描き、また水質の異なる
層においては屈折するための誤差である。

【００６１】音速が円弧を描くことによる誤差について
は、音速に変化を与える媒質の構造がわかれば補正する
ことができる。音速（Ｃ：m/sec）、水温（Ｔ：℃）、
塩分（Ｓ：パーミル １／１０００）、水深（Ｄ：m）
として、文献の一例では、音速は次式であらわされる。 C=1448.96+4.951T-5.304×10^-2T²+2.374×10^-4T³+1.340(S-35) +1.630×10^-2D+1.657×10^-7D²-1.025×10^-2T(S-35)-7.139×10^-13TD³ ・・・・(3) 一方、屈折による誤差は、スネルの法則から求めること
ができる。すなわち、音速変化のある媒質において、音
波は屈折し、その屈折の量はスネルの法則に基づくの
で、実際の水中の屈折率等の環境がわかれば、計測した
時間に基づく距離から実際の距離に対する誤差を求める
ことができる。

【００６２】また、Ｈ_eはハイドロフォン位置誤差、す
なわち、計測ブイ局１２の位置に対してハイドロフォン
が潮流等によって偏位する誤差である。計測ブイ１２
は、フロート方式のブイの下に信号ケーブル１２２によ
りハイロフォンが吊してある。この場合、風浪、海潮流
の影響のない場合のハイドロフォンの位置はＧＰＳの搭
載されたフロート・ブイの位置であり、深度はフロート
・ブイに吊下した信号ケーブル１２２の長さが深度とな
る。しかし、風浪、海潮流の影響がある場合、信号ケー
ブル１２２は必ずしも鉛直方向にはなく、斜めとなり、
信号ケーブルの先端のハイロフォンの位置は、計測ブイ
局（フロートブイ）１２の位置とはずれる。ハイドロフ
ォン位置誤差はこのことをいう。

【００６３】次に、上記距離計算式(1)に基づく位置計
算方法の一例を図７を用いて説明する。図７において、
水中航走体１１から発信された超音波信号は、海中を伝
搬し、計測ブイ局１２ａに対してはｔ₁秒後にＡ点に達
し、計測ブイ局１２ｂに対してはｔ₂秒後にＢ点に達
し、計測ブイ局１２ｃに対してはｔ₃秒後にＣ点に達す
る。したがって、水中航走体１１とＡ点の計測ブイ局１
２ａとの距離Ｒ₁、Ｂ点の計測ブイ局１２ｂとの距離
Ｒ₂、Ｃ点の計測ブイ局１２ｃとの距離Ｒ₃は次式で与え
られる。

【００６４】 Ｒ₁＝Ｃ×ｔ₁ ・・・・(4) Ｒ₂＝Ｃ×ｔ₂ ・・・・(5) Ｒ₃＝Ｃ×ｔ₃ ・・・・(6)

【００６５】ところで、図８に示すように、水中航走体
１１とピンガー信号を受けるハイドロフォン１２１は、
同じ深度にあるとは限らないため、上記式(4)(5)(6)に
より求められた距離Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃は、見掛け上の水平
距離Ｒ’であって、水中航走体１１の位置を求めるため
に必要な水平距離Ｒとは異なる。ここで、見掛け上の水
平距離Ｒ’は、深度情報から得られる水中航走体１１の
深度Ｄｔと計測ブイ局１２のハイドロフォンの深度Ｄｕ
との差の距離（Ｄｔ−Ｄｕ）及び水平距離Ｒを２辺とす
る直角三角形の斜辺であるから、水平距離Ｒは次の式に
より求めることができる。 Ｒ＝（（Ｒ’）²−（Ｄｔ−Ｄｕ）²）^1/2 ・・・・(7)

【００６６】式(7)で補正した水平距離Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃及
び式(2)で求めた総合誤差Ｅに基づき、水中航走体１１
の位置を求める。総合誤差Ｅがない場合には、いずれか
２個の計測ブイ局（例えば１２ａと１２ｂの組み合わ
せ）をとり、計測ブイ局１２ａ、１２ｂをそれぞれ中心
として、水平距離Ｒ₁、Ｒ₂を半径とした円を描き、その
交点を求めることにより水中航走体１１の位置が決まる
（この方法を球面法という）。

【００６７】しかし、実際には、総合誤差Ｅがあるた
め、水平距離Ｒ₁、Ｒ₂の交点と実際の水中航走体１１の
位置とはＥの誤差をもち、正確な位置を求めることがで
きない。そこで、図７(b)に示すように、３つの計測ブ
イ局からの距離Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃を用いて円を描き、その
とき、円が一点に交わらないことによりできる有限な面
積をもつ三角形（誤差三角形）を、その面積が最小にな
るように、Ｅ（例えばレイパスの曲がり等）を補正する
ことにより収束させ、水中航走体１１の位置を最終的に
決定する。

【００６８】以上のようにして、計測装置１５は、水中
航走体１１の水平位置及び深度をリアルタイムで求める
ことができる。図９(a)は、このように求めた水中航走
体１１の深度をプロットして得られる垂直面航跡の一例
を示す図である。横軸は航走時間を、縦軸は航走深度を
示している。同図の水中航走体１１の航跡５４の○印
は、ｘ時間後の位置を、同じく×印は航走の最後の位置
を示す。水中航走体１１の航跡５４は、水中航走体１１
が水面（深度０）から航走を開始した後、急速に潜入
し、一定深度（ＹからＹＹの間）に達したＸＸ時間後に
航走を終了したことを示している。

【００６９】また、図９(b)は、水中航走体１１の水平
面航跡図であり、直交座標をなす縦軸と横軸はそれぞれ
水平距離を示すとともに、両軸には航走距離を示す目盛
り（Ｚ、ヤード）が目盛られている。これら縦軸と横軸
とで水平面を構成している。同図の水中航走体１１の航
跡５４の○印が、ｘ時間後の位置を、同じく×印が航走
の最後の位置を示すのは、図５(a)の場合と同じであ
る。

【００７０】次に、水中航走体１１に対しコマンドを与
え、制御する場合について説明する。コマンドは、必要
に応じて計測装置１５の入力部１５７から入力され、コ
ンピュータ１５３により所定のコードに変換された後、
送信される。

【００７１】計測装置１５からのコマンド信号は、計測
ブイ局１２又は中継ブイ局１６により受信され、図３に
示す計測ブイ局１２から行う場合は、水中航走体１１に
最も近い計測ブイ局１２の１つを選び、当該装置の信号
処理部１２４、送受信切換器１２８を経由して、ハイド
ロフォン１２１により超音波信号として水中に発信され
る。また、図１０に示す中継ブイ局１６から行う場合、
当該装置の信号処理部１６３を経由して、ハイドロフォ
ン１６４により超音波信号として水中に発信される。

【００７２】計測ブイ局１２又は中継ブイ局１６からの
超音波信号は、図２に示す水中航走体１１のハイドロフ
ォン１１１ｆにより受信され、送受信器切換器１１１
ｅ、増幅器１１１ｄを経由して信号処理部１１１ｃに入
力される。信号処理部１１１ｃは、この信号をマイクロ
プロセッサ２３に送り、コードを解読して、対応する命
令信号を発生する。マイクロプロセッサ２３は信号処理
部１１１ｃを経由して水中航走体１１の図示しない制御
系に送る。このように、計測装置１５で入力されたコマ
ンドにより、水中航走体１１の制御系が動作し、水中航
走体１１が制御される。

【００７３】このように、水中航走体１１を計測装置１
５から任意の時に制御することにより、従来の、水中航
走体１１の運動をあらかじめプログラムしておく方法と
比べ、例えば、計測中において計測ブイ局１２が海潮
流、風浪等により偏位し、計測不能になっても、水中航
走体１１を所定のエリア内に戻すことができ、計測の効
率的な運用をはかることができる。また、水中航走体１
１を特定の海洋環境下に指向させ、その条件下で計測す
ることもできる。

【００７４】また、図示しない水中航走標的に対し水中
航走体１１を発射し、本願発明を用いて計測する場合、
その計測が終了しないうちに水中航走標的の航走時間が
終了し浮上することがある。このようなとき、コマンド
によって水中航走体１１を停止させ、あるいは続行させ
ることができ、計測の効率的な運用をはかることができ
る。

【００７５】以上のように、水中航走体１１のピンガー
信号に時計情報及び深度情報をコード化することによ
り、計測ブイ局１２までの距離を正確に求めることがで
き、また、ＧＰＳにより計測ブイ局１２の位置を正確に
求めることができるので、計測装置１５は、水中航走体
１１の位置を正確に求めることができる。

【００７６】また、計測ブイ局１２に精密自己位置計測
部１２５を内蔵したので、従来のブイと異なり、正確な
位置設定及びその位置において正確に海底へ固定する作
業が不要になり、計測ブイ局１２の設置と揚収を極めて
短時間で行うことができる。さらに、計測ブイ局１２を
フロート式としたので、いかなる水深の海域においても
用いることができる。

【００７７】実施例２．なお、上記の実施例において
は、コマンド信号を計測ブイ局１２を経由して水中航走
体１１に伝達していたが、中継ブイ局１６を経由するよ
うにしてもよい。中継ブイ局１６は、計測ブイ局１２と
同様に、水面１３に浮遊している。中継ブイ局１６は、
計測ブイ局１２と異なり、水中航走体１１からピンガー
信号を受信することはなく、水中航走体１１に対しコマ
ンド信号を発信する機能をもつ。また、計測ブイ局１２
と計測装置１５が離れているとき、電波信号の中継機能
を付与してもよい。

【００７８】図１０に、中継ブイ局１６のブロック図を
示す。基本的な動作は、計測ブイ局１２がコマンド信号
を受信する場合と同様である。送受信アンテナ１６１が
計測装置１５からのコマンド信号を受信し、データ送受
信部１６２がそれを復調し、信号処理部１６３が所定の
コードに変化した後、ハイドロフォン１６４が、コマン
ド信号を超音波信号とし水中に発信する。一方、計測ブ
イ局１２からの電波信号を送受信アンテナ１６１が受信
し、信号処理部１６３で増幅し、上記送受信アンテナ１
６１から再び送信することによって中継する。ここで、
送受信アンテナ１６１の大きさ、ハイドロフォン１６４
の出力の大きさは、中継ブイ局１６の規模に応じて任意
に選択することができる。

【００７９】小型の計測ブイ局１２を使用する場合、そ
の送受信アンテナ１２７の有効長が短いため計測装置１
５からのコマンド信号を受信できないときがある。した
がって、計測装置１５と計測ブイ局１２との距離を長く
できなかった。また、コマンドを受信後、水中に発信す
る際、そのエネルギーが少なく、水中航走体１１が受信
できないときがある。その点、この実施例の中継ブイ局
１６を用いれば、少ないブイの数で、効率良く、かつ、
確実にコマンドを伝達することができる。

【００８０】また、同様に計測ブイ局１２と計測装置１
５との距離が離れている場合、計測ブイ局１２から発信
された信号が計測装置１５で受信できない場合が生ず
る。このような際、電波信号を中継することによってそ
の不具合を解消し、広いエリアでの水中航走体１１の計
測を可能にすることができる。

【００８１】

【発明の効果】請求項１及び請求項２に係る発明は、水
中航走体からのピンガー信号に深度情報及び時刻情報を
コード化することにより、水中航走体のピンガー信号の
パルス列の配列の解読に基づいて内蔵する時計装置の時
刻を基準にして位置が固定でなく水面を浮遊する各計測
ブイ局に伝搬する水中航走体からのピンガー信号の遅延
時間を求め、その遅延時間に基づき、水面を浮遊する計
測ブイ局に伝搬する水中航走体からのピンガー信号の遅
延時間を求め、その遅延時間に基づき水中航走体と水面
を浮遊する計測ブイ局との距離を求めるとともに、計測
ブイ局の位置測定部により計測ブイ局の位置を求めるの
で、設置容易なブイ式の計測方法及び装置により、水中
航走体の位置を精度よく計測することができる。

【００８２】請求項３に係る発明は、計測装置から水中
航走体に命令を伝達し、制御するので、水中航走体の位
置計測方法において効率的な運用を行うことができる。

【００８３】請求項４に係る発明は、処理装置から水中
航走体に対してする命令を、中継ブイ局を経由して伝達
するので、処理装置と中継ブイ局との距離を長くするこ
とができ、効率良く命令を伝達できるとともに、命令が
確実に水中航走体へ伝達され、信頼性が高くなる。一
方、計測ブイ局の信号を処理装置に中継する場合は広い
エリアでの水中航走体の計測を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による水中航走体の位置計測方法及び
装置の実施例１の構成を示す図である。

【図２】この発明による水中航走体の実施例１の構成を
示す図である。

【図３】この発明による計測ブイ局の実施例１の構成を
示す図である。

【図４】この発明による計測装置の実施例１の構成を示
す図である。

【図５】この発明によるピンガーパルスの遅延時間を求
めるための説明図である。

【図６】この発明によるピンガーパルスのコード化の一
例を示す図である。

【図７】この発明による水中航走体の位置を求めるため
の説明図である。

【図８】この発明による水平距離を求めるための説明図
である。

【図９】この発明による水中航走体の航跡の再構成の一
例を示す図である。

【図１０】この発明による中継ブイ局の実施例２の構成
を示す図である。

【図１１】従来の水中航走体の位置計測方法及び装置の
構成を示す図である。

【図１２】従来の水中航走体の位置計測方法及び装置に
よる水平位置を求めるための説明図である。

【図１３】従来の水中航走体の位置計測方法及び装置に
よる深度を求めるための説明図である。

【図１４】従来の水中航走体の位置計測方法及び装置の
他の構成を示す図である。

【符号の説明】

１１ 水中航走体 １１１ 超音波送受信器 １２ 計測ブイ局 １２１ ハイドロフォン １２５ 精密自己位置計測部 １５ 計測装置 １６ 中継ブイ局 ２１ 精密時計装置 ２２ 深度センサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奴田原 隆 神奈川県横須賀市舟倉町1371番地 コー エイマンション310号室 (72)発明者 河合 滋晴 神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プ レシジョン株式会社内 (72)発明者 ▲高橋▼ 秀幸 東京都港区虎ノ門一丁目７番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 梶山 勇 神奈川県横浜市港北区新吉田町781番地 ジェイ・アール・シー特機株式会社内 (72)発明者 小嶋 清海 神奈川県横浜市港北区新吉田町781番地 ジェイ・アール・シー特機株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−223916（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−115877（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−24581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−107156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−67586（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−197686（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−46776（ＪＰ，Ｕ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中航走体の位置を、水面を浮遊する複
   数の計測ブイ局からの情報に基づき計測装置が処理する
   ことにより計測する水中航走体の位置計測方法におい
   て、 上記水中航走体の深度情報を上記水中航走体に内蔵され
   る深度センサにより計測し、上記深度情報を上記水中航
   走体に内蔵される時計装置の時計情報にしたがって所定
   の繰り返し周期毎に所定間隔で周波数の異なるパルスの
   パルス列を用いてコード化した時刻情報とともにコード
   化し、上記コードに基づきピンガー信号を発生させ、 上記水中航走体からのピンガー信号を上記計測ブイ局に
   内蔵される受信部により受信し、上記計測ブイ局に内蔵
   される位置測定部により測定された位置とともにコード
   化し、上記コードに基づき信号を送信させ、 複数の上記計測ブイ局からの信号を上記計測装置の受信
   部により受信し、上記水中航走体のピンガー信号のパル
   ス列の配列の解読に基づいて上記計測装置の時刻を基準
   にして水面を浮遊する各計測ブイ局に伝搬する水中航走
   体からのピンガー信号の遅延時間を求め、その遅延時間
   に基づき、上記水中航走体と上記各計測ブイ局との距離
   をそれぞれ求め、上記距離を上記深度情報により補正
   し、上記補正された距離及び上記計測ブイ局の位置に基
   づき、上記航走体の位置を計測することを特徴とする水
   中航走体の位置計測方法。
2. 【請求項２】 水中航走体の位置を、水面を浮遊する複
   数の計測ブイ局からの情報に基づき計測装置が処理する
   ことにより計測する水中航走体の位置計測装置におい
   て、 深度情報を内蔵する深度センサにより計測し、上記深度
   情報を、内蔵する時計装置の時計情報にしたがって所定
   の繰り返し周期毎に所定間隔で周波数の異なるパルスの
   パルス列を用いてコード化した時刻情報とともにコード
   化し、上記コードに基づきピンガー信号を発生させる水
   中航走体と、 上記水中航走体からのピンガー信号を、内蔵する受信部
   により受信し、内蔵する位置測定部により測定した位置
   とともにコード化し、上記コードに基づき信号を送信す
   る水面を浮遊する複数の計測ブイ局と、 複数の上記計測ブイ局からの信号を、受信部により受信
   し、上記水中航走体のピンガー信号のパルス列の配列の
   解読に基づいて内蔵する時計装置の時刻を基準にして水
   面を浮遊する各計測ブイ局に伝搬する水中航走体からの
   ピンガー信号の遅延時間を求め、その遅延時間に基づ
   き、上記水中航走体と上記各計測ブイ局との距離をそれ
   ぞれ求め、上記距離を上記深度情報により補正し、上記
   補正された距離及び上記計測ブイ局の位置に基づき、上
   記航走体の位置を計測する計測装置とを備えたことを特
   徴とする水中航走体の位置計測装置。
3. 【請求項３】 水中航走体の位置を、水面を浮遊する複
   数の計測ブイ局からの情報に基づき計測装置が処理する
   ことにより計測する水中航走体の位置計測方法におい
   て、 上記水中航走体の深度情報を上記水中航走体に内蔵され
   る深度センサにより計測し、上記深度情報を上記水中航
   走体に内蔵される時計装置の時計情報にしたがって所定
   の繰り返し周期毎に所定間隔で周波数の異なるパルスの
   パルス列を用いてコード化した時刻情報とともにコード
   化し、上記コード化に基づきピンガー信号を発生させ、 上記水中航走体からのピンガー信号を上記計測ブイ局に
   内蔵される受信部により受信し、上記計測ブイ局に内蔵
   される位置測定部により測定された位置とともにコード
   化し、上記コードに基づき信号を送信させ、 複数の上記計測ブイ局からの信号を上記計測装置の受信
   部により受信し、上記水中航走体のピンガー信号のパル
   ス列の配列の解読に基づいて上記計測装置の時刻を基準
   にして水面を浮遊する各計測ブイ局に伝搬する水中航走
   体からのピンガー信号の遅延時間を求め、その遅延時間
   に基づき、上記水中航走体と上記各計測ブイ局との距離
   をそれぞれ求め、上記距離を上記深度情報により補正
   し、上記補正された距離及び上記計測ブイ局の位置に基
   づき、上記航走体の位置を計測するとともに、 上記水中航走体に対する命令信号を上記計測装置の送信
   部により送信させ、上記計測ブイ局の受信部により受信
   した上記命令信号を、上記計測ブイ局の送信部により送
   信させ、上記水中航走体へ命令することを特徴とする水
   中航走体の位置計測方法。
4. 【請求項４】 水中航走体に対する命令信号を計測装置
   の送信部により送信させ、中継ブイ局の受信部により受
   信した上記命令信号を、上記中継ブイ局の送信部により
   送信させ、上記水中航走体へ命令するとともに、上記計
   測ブイ局からの信号を上記計測装置に中継することを特
   徴とする請求項３記載の水中航走体の位置計測方法。
5. 【請求項５】 時計装置と、深度を計測する深度センサ
   と、上記深度センサの深度情報を上記時計装置の時計情
   報にしたがって所定の繰り返し周期毎に所定間隔で周波
   数の異なるパルスのパルス列を用いてコード化した時刻
   情報とともにコード化する信号処理部と、上記信号処理
   部の出力に基づき超音波信号を発信する超音波発信器と
   を備えるとともに、水面を浮遊する上記計測ブイ局又は
   中継ブイ局から送信されてきた命令信号を受信する超音
   波受信器と、上記命令信号に基づき上記水中航走体を制
   御する上記信号処理部とを備えた水中航走体。
6. 【請求項６】 水面を浮遊する複数の計測ブイ局からの
   信号を受信する受信部と、上記計測ブイ局からの水中航
   走体のピンガー信号のパルス列の配列の解読に基づいて
   内蔵する時計装置の時刻を基準にして水面を浮遊する各
   計測ブイ局に伝搬する水中航走体からのピンガー信号の
   遅延時間を求め、その遅延時間に基づき、上記水中航走
   体と上記各計測ブイ局との距離をそれぞれ求める距離測
   定部と、上記距離測定部の出力を、上記計測ブイ局から
   の上記水中航走体の深度情報により補正する距離補正部
   と、上記距離補正部の出力と上記計測ブイ局からの位置
   情報に基づき、上記航走体の位置を計測する処理部とを
   備えた計測装置。