JP2666006B2 - 水中航走体用位置測定装置 - Google Patents
水中航走体用位置測定装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は潜水艦のような水中航
走体が母船の援助によって自己位置を測定するＩＮＳ
（慣性航法装置）に関し、特に水中航走体が母船の音響
的視野から外れた場合でも、自己の位置を高精度で測定
できるようにしたものである。
走体が母船の援助によって自己位置を測定するＩＮＳ
（慣性航法装置）に関し、特に水中航走体が母船の音響
的視野から外れた場合でも、自己の位置を高精度で測定
できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】水中航走体の位置測定に関して、(イ) 図
３Ａに示すように母船の音響位置測定装置７から水中に
超音波を発射し、水中航走体１からの反射波または水中
航走体が応答した超音波を母船２上の複数の受波器で受
信して、水中航走体１の母船２からの距離と、母船２か
ら見た方向、即ち水中航走体１の母船２を基準にした相
対位置を測定していた。
３Ａに示すように母船の音響位置測定装置７から水中に
超音波を発射し、水中航走体１からの反射波または水中
航走体が応答した超音波を母船２上の複数の受波器で受
信して、水中航走体１の母船２からの距離と、母船２か
ら見た方向、即ち水中航走体１の母船２を基準にした相
対位置を測定していた。
【０００３】(ロ) また母船２のない場合の例として、図
３Ｂに示すように水中航走体１にＩＮＳ１０とドップラ
ソーナ１７とを搭載し、これらの組み合わせによって、
航走体１の位置を測定していた。ＩＮＳ１０は内蔵して
いるジャイロスコープにより姿勢角と方位角とを知り、
また内蔵している加速度計の出力及びその積分計算によ
り速度と位置とを知ることができるが、位置測定誤差が
１時間ごとに約１〜２km発生し、単独では位置測定精度
が低いため、ドップラソーナ１７を併用する。即ち、ド
ップラソーナ１７により海底に向けて発射し、海底また
は海水で反射した超音波のドップラ効果を利用して、水
中航走体１の速度を測定し、この速度データとＩＮＳ１
０の測定した姿勢角及び方位角データとから航走体１の
位置を測定する。ＩＮＳ１０単独よりは高精度の測定が
可能である。
３Ｂに示すように水中航走体１にＩＮＳ１０とドップラ
ソーナ１７とを搭載し、これらの組み合わせによって、
航走体１の位置を測定していた。ＩＮＳ１０は内蔵して
いるジャイロスコープにより姿勢角と方位角とを知り、
また内蔵している加速度計の出力及びその積分計算によ
り速度と位置とを知ることができるが、位置測定誤差が
１時間ごとに約１〜２km発生し、単独では位置測定精度
が低いため、ドップラソーナ１７を併用する。即ち、ド
ップラソーナ１７により海底に向けて発射し、海底また
は海水で反射した超音波のドップラ効果を利用して、水
中航走体１の速度を測定し、この速度データとＩＮＳ１
０の測定した姿勢角及び方位角データとから航走体１の
位置を測定する。ＩＮＳ１０単独よりは高精度の測定が
可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の（イ）の方
法では、水中航走体１が母船２の音響視野３より外れる
と、母船２からの超音波が水中航走体１までとどかなか
ったり、或いは水中航走体１からの反射波または応答音
波を母船で受波できなくなったりして、母船２での位置
測定が不能となる欠点があった。
法では、水中航走体１が母船２の音響視野３より外れる
と、母船２からの超音波が水中航走体１までとどかなか
ったり、或いは水中航走体１からの反射波または応答音
波を母船で受波できなくなったりして、母船２での位置
測定が不能となる欠点があった。
【０００５】また、従来技術の（ロ）の方法では、航走
体１から海底までの距離が大きい場合には、超音波が海
底までとどかなかったり、とどいてもその反射波が減衰
されてドップラソーナ１７で受信できなくなるので、海
水反射波を利用することになる。このため海水が速度を
もつ潮流である場合にはドップラソーナ１７による航走
体速度の測定値に潮流速度分の誤差が含まれ、航走体速
度を積分して求めた位置の測定精度が低下する欠点があ
った。
体１から海底までの距離が大きい場合には、超音波が海
底までとどかなかったり、とどいてもその反射波が減衰
されてドップラソーナ１７で受信できなくなるので、海
水反射波を利用することになる。このため海水が速度を
もつ潮流である場合にはドップラソーナ１７による航走
体速度の測定値に潮流速度分の誤差が含まれ、航走体速
度を積分して求めた位置の測定精度が低下する欠点があ
った。
【０００６】この発明の目的は、水中航走体１が母船２
の音響視野３から外れた場合でも、また水中航走体１の
ドップラソーナ１７が対地速度を測定できず対水速度を
利用する場合でも、高精度の水中位置測定を可能にしよ
うとするものである。
の音響視野３から外れた場合でも、また水中航走体１の
ドップラソーナ１７が対地速度を測定できず対水速度を
利用する場合でも、高精度の水中位置測定を可能にしよ
うとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、母船に搭載
される、ＧＰＳ受信機、音響位置測定装置及び超音波送
信機と、水中航走体に搭載される、超音波受信機、ドッ
プラソーナ及び慣性航法装置（以下ＩＮＳと言う）とを
具備する水中航走体用位置測定装置に関するものであ
る。
される、ＧＰＳ受信機、音響位置測定装置及び超音波送
信機と、水中航走体に搭載される、超音波受信機、ドッ
プラソーナ及び慣性航法装置（以下ＩＮＳと言う）とを
具備する水中航走体用位置測定装置に関するものであ
る。
【０００８】前記ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から送出
される電波を受信して、母船の緯度Ｎ及び経度Ｅを測定
するものであり、前記音響位置測定装置は、超音波を利
用して水中航走体の母船に対する南北及び東西相対距離
ΔＬN 及びΔＬE を測定するものであり、前記超音波送
信機は、前記母船の緯度Ｎ及び経度Ｅと、母船に対する
水中航走体の南北及び東西相対距離ΔＬN 及びΔＬE と
の測定データを超音波信号により前記水中航走体に送波
するものである。
される電波を受信して、母船の緯度Ｎ及び経度Ｅを測定
するものであり、前記音響位置測定装置は、超音波を利
用して水中航走体の母船に対する南北及び東西相対距離
ΔＬN 及びΔＬE を測定するものであり、前記超音波送
信機は、前記母船の緯度Ｎ及び経度Ｅと、母船に対する
水中航走体の南北及び東西相対距離ΔＬN 及びΔＬE と
の測定データを超音波信号により前記水中航走体に送波
するものである。
【０００９】前記超音波受信機は、前記超音波送信機よ
り送波された前記測定データを受波、検出して、前記Ｉ
ＮＳに入力するものであり、前記ドップソーナは、水中
に超音波を送波し、海底または海水による反射波のドッ
プラ効果により水中航走体の前、右及び下の３軸方向の
ドップラ速度ＶFD，ＶRD及びＶZDを測定して前記ＩＮＳ
に入力するものである。
り送波された前記測定データを受波、検出して、前記Ｉ
ＮＳに入力するものであり、前記ドップソーナは、水中
に超音波を送波し、海底または海水による反射波のドッ
プラ効果により水中航走体の前、右及び下の３軸方向の
ドップラ速度ＶFD，ＶRD及びＶZDを測定して前記ＩＮＳ
に入力するものである。
【００１０】前記ＩＮＳは、入力された前記母船の緯度
Ｎ，経度Ｅ及び母船に対する水中航走体の南北及び東西
相対距離ΔＬN ，ΔＬE より水中航走体の緯度ＮS ，経
度Ｅ S を計算してメモリに記憶すると共に外部に出力
し、それらの緯度ＮS ，経度Ｅ S の時間に対する変化に
より水中航走体の北及び東方向速度ＶNS，ＶESを計算
し、入力された前記水中航走体の３軸方向のドップラ速
度ＶFD，ＶRD及びＶZD及び自己が測定した水中航走体の
姿勢角及び方位角とより水中航走体の北及び東方向のド
ップラ速度ＶND及びＶEDを計算し、それらの計算値より
潮流の北方向速度Ｖ NC＝ＶNS−ＶND及び東方向速度ＶEC
＝ＶES−ＶEDを計算し、これらの潮流速度データをメモ
リに記憶するものである。
Ｎ，経度Ｅ及び母船に対する水中航走体の南北及び東西
相対距離ΔＬN ，ΔＬE より水中航走体の緯度ＮS ，経
度Ｅ S を計算してメモリに記憶すると共に外部に出力
し、それらの緯度ＮS ，経度Ｅ S の時間に対する変化に
より水中航走体の北及び東方向速度ＶNS，ＶESを計算
し、入力された前記水中航走体の３軸方向のドップラ速
度ＶFD，ＶRD及びＶZD及び自己が測定した水中航走体の
姿勢角及び方位角とより水中航走体の北及び東方向のド
ップラ速度ＶND及びＶEDを計算し、それらの計算値より
潮流の北方向速度Ｖ NC＝ＶNS−ＶND及び東方向速度ＶEC
＝ＶES−ＶEDを計算し、これらの潮流速度データをメモ
リに記憶するものである。
【００１１】また、前記ＩＮＳは、水中航走体が母船の
音響視野から外れた場合に、前記水中航走体の北及び東
方向ドップラ速度ＶND及びＶEDを、音響視野から外れる
前に記憶した時刻ｔa における前記潮流の北及び東方向
速度ＶNC（ｔa ) 及びＶEC（ｔa ）でそれぞれ補正し、
その補正したデータより水中航走体の時刻ｔa 以降の緯
度及び経度の変化分ΔＮS 及びΔＥS を計算し、それら
の計算値と前記記憶した時刻ｔa における水中航走体の
緯度ＮS （ｔa ）及び経度ＥS （ｔa ）とより、現時点
の水中航走体の緯度ＮS ＝ＮS （ｔa ）＋ΔＮS 及び経
度ＥS ＝ＥS （ｔa ）＋ΔＥS を計算して、外部に送出
するものである。
音響視野から外れた場合に、前記水中航走体の北及び東
方向ドップラ速度ＶND及びＶEDを、音響視野から外れる
前に記憶した時刻ｔa における前記潮流の北及び東方向
速度ＶNC（ｔa ) 及びＶEC（ｔa ）でそれぞれ補正し、
その補正したデータより水中航走体の時刻ｔa 以降の緯
度及び経度の変化分ΔＮS 及びΔＥS を計算し、それら
の計算値と前記記憶した時刻ｔa における水中航走体の
緯度ＮS （ｔa ）及び経度ＥS （ｔa ）とより、現時点
の水中航走体の緯度ＮS ＝ＮS （ｔa ）＋ΔＮS 及び経
度ＥS ＝ＥS （ｔa ）＋ΔＥS を計算して、外部に送出
するものである。
【００１２】
【実施例】この発明の水中航走体用位置測定装置は、図
１に示すように水中航走体１に搭載される。超音波受信
機９，ＩＮＳ１０，ドップラソーナ１７及び必要に応じ
深度計１８と、母船２に搭載されるＧＰＳ（Global Pos
itioning System ）受信機５，音響位置測定装置７及び
超音波送信機８とで構成される。次に測定法を説明す
る。
１に示すように水中航走体１に搭載される。超音波受信
機９，ＩＮＳ１０，ドップラソーナ１７及び必要に応じ
深度計１８と、母船２に搭載されるＧＰＳ（Global Pos
itioning System ）受信機５，音響位置測定装置７及び
超音波送信機８とで構成される。次に測定法を説明す
る。
【００１３】(a) ＧＰＳ受信機５によりＧＰＳ衛星６か
らの電波を受信して、母船２の絶体位置、即ち母船緯度
Ｎ（度）及び母船経度Ｅ（度）を測定する。 (b) 水中航走体１が母船２の音響視野内にある場合に、
音響位置測定装置７により母船２を基準にした水中航走
体１の南北相対距離ΔＬN （単位はＮＭ：ノーチカルマ
イル）及び東西相対距離ΔＬE （ＮＭ）とを測定する。
こゝで距離の単位のＮＭとは、海里とも言い、緯度１分
に対応した地球の表面距離で、１ＮＭ≒１８５２m であ
る。
らの電波を受信して、母船２の絶体位置、即ち母船緯度
Ｎ（度）及び母船経度Ｅ（度）を測定する。 (b) 水中航走体１が母船２の音響視野内にある場合に、
音響位置測定装置７により母船２を基準にした水中航走
体１の南北相対距離ΔＬN （単位はＮＭ：ノーチカルマ
イル）及び東西相対距離ΔＬE （ＮＭ）とを測定する。
こゝで距離の単位のＮＭとは、海里とも言い、緯度１分
に対応した地球の表面距離で、１ＮＭ≒１８５２m であ
る。
【００１４】(c) (a) ，(b) の測定値は、超音波送信機
８を介して水中航走体１に送信される。水中航走体１の
超音波受信機９で受信検出された前記Ｎ，Ｅ，ΔＬN ，
ΔＬ E はＩＮＳ１０に入力される。 (d) ＩＮＳ１０において、これらの入力データに基づき
水中航走体１の絶対位置、つまり水中航走体の緯度ＮS
及び経度ＥS を計算する。図２Ａに示すように地表上の
母船２の位置をＰ2 とし、北極ＰN と南極ＰS と母船位
置Ｐ2 とを含む平面で地球１１を切断したとき、その切
断面１１ａの外周上に、Ｐ2 点からの円弧の長さが水中
航走体１の南北相対距離ΔＬN に等しい点Ｐ1 ′をとる
と、地球の中心Ｏより円弧Ｐ2 Ｐ1 ′を見た角度、つま
り母船位置Ｐ2 からの緯度の増加分αは、地球の半径を
Ｒ（ＮＭ）とすれば、 α＝ΔＬN ／Ｒ（ラジアン）＝１８０ΔＬN ／πＲ（度） … （１） で与えられる。従って、ＩＮＳ１０は水中航走体１の緯
度ＮS を次の（２）式により計算する。
８を介して水中航走体１に送信される。水中航走体１の
超音波受信機９で受信検出された前記Ｎ，Ｅ，ΔＬN ，
ΔＬ E はＩＮＳ１０に入力される。 (d) ＩＮＳ１０において、これらの入力データに基づき
水中航走体１の絶対位置、つまり水中航走体の緯度ＮS
及び経度ＥS を計算する。図２Ａに示すように地表上の
母船２の位置をＰ2 とし、北極ＰN と南極ＰS と母船位
置Ｐ2 とを含む平面で地球１１を切断したとき、その切
断面１１ａの外周上に、Ｐ2 点からの円弧の長さが水中
航走体１の南北相対距離ΔＬN に等しい点Ｐ1 ′をとる
と、地球の中心Ｏより円弧Ｐ2 Ｐ1 ′を見た角度、つま
り母船位置Ｐ2 からの緯度の増加分αは、地球の半径を
Ｒ（ＮＭ）とすれば、 α＝ΔＬN ／Ｒ（ラジアン）＝１８０ΔＬN ／πＲ（度） … （１） で与えられる。従って、ＩＮＳ１０は水中航走体１の緯
度ＮS を次の（２）式により計算する。
【００１５】 ＮS ＝Ｎ＋α＝Ｎ＋１８０ΔＬN ／πＲ（度） … （２） いま、北極星から見た地球１１を図２Ｂで表す。Ｐg は
グリニッジ天文台の位置であり、経度の基準点である。
北極ＰN を中心とし、母船位置Ｐ2 を通る円１３上に、
Ｐ2 点より円弧の長さが水中航走体１の東西相対距離Δ
ＬE に等しい点Ｐ1 ″をとると、図において北極ＰN よ
り円弧Ｐ2 Ｐ1 ″を見た角度、つまり母船位置Ｐ2 から
の経度増加分βは、円１３の半径をｒ（ＮＭ）とすれ
ば、 β＝ΔＬE ／ｒ（ラジアン）＝１８０ΔＬE ／πｒ（度） … （３） で与えられる。半径ｒは図２Ａから明らかなように、 ｒ＝Ｒ cos（Ｎ＋α）＝Ｒ cos ＮS … （４） であるから、上式を（３）式に代入すれば、βは β＝１８０ΔＬE ／πＲ cos ＮS （度） … （５） と表される。従ってＩＮＳ１０は水中航走体１の経度Ｅ
S を次の（６）式により計算する。
グリニッジ天文台の位置であり、経度の基準点である。
北極ＰN を中心とし、母船位置Ｐ2 を通る円１３上に、
Ｐ2 点より円弧の長さが水中航走体１の東西相対距離Δ
ＬE に等しい点Ｐ1 ″をとると、図において北極ＰN よ
り円弧Ｐ2 Ｐ1 ″を見た角度、つまり母船位置Ｐ2 から
の経度増加分βは、円１３の半径をｒ（ＮＭ）とすれ
ば、 β＝ΔＬE ／ｒ（ラジアン）＝１８０ΔＬE ／πｒ（度） … （３） で与えられる。半径ｒは図２Ａから明らかなように、 ｒ＝Ｒ cos（Ｎ＋α）＝Ｒ cos ＮS … （４） であるから、上式を（３）式に代入すれば、βは β＝１８０ΔＬE ／πＲ cos ＮS （度） … （５） と表される。従ってＩＮＳ１０は水中航走体１の経度Ｅ
S を次の（６）式により計算する。
【００１６】 ＥS ＝Ｅ＋β＝Ｅ＋１８０ΔＬE ／πＲ cos ＮS （度） … （６） ＩＮＳ１０は前記計算値ＮS 及びＥS を外部に出力する
と共に内蔵のメモリに記憶する。 (e) 水中航走体１に深度計１８が設けられている場合に
は、深度Ｚ（ＮＭ）が測定され、その測定値がＩＮＳ１
０を介するかまたは直接外部に出力される。
と共に内蔵のメモリに記憶する。 (e) 水中航走体１に深度計１８が設けられている場合に
は、深度Ｚ（ＮＭ）が測定され、その測定値がＩＮＳ１
０を介するかまたは直接外部に出力される。
【００１７】(f) 常時はＩＮＳ１０が（２）及び（６）
式を用いて緯度ＮS 及び経度ＥS を計算できる。しかし
母船２の音響視野より外れると母船緯度Ｎ及び経度Ｅ及
び母船２に対する航走体１の相対距離ΔＬN ，ΔＬE の
データを使用できなくなるので、水中航走体１の緯度Ｎ
S 及び経度ＥS を計算できなくなる。そのため水中航走
体１が母船２からのデータを受信できなくなってから
は、その後の緯度、経度の変化分ΔＮS ，ΔＥS を独力
で測定できるようにしなければならない。以下それに関
して詳述する。
式を用いて緯度ＮS 及び経度ＥS を計算できる。しかし
母船２の音響視野より外れると母船緯度Ｎ及び経度Ｅ及
び母船２に対する航走体１の相対距離ΔＬN ，ΔＬE の
データを使用できなくなるので、水中航走体１の緯度Ｎ
S 及び経度ＥS を計算できなくなる。そのため水中航走
体１が母船２からのデータを受信できなくなってから
は、その後の緯度、経度の変化分ΔＮS ，ΔＥS を独力
で測定できるようにしなければならない。以下それに関
して詳述する。
【００１８】図２Ａにおいて、緯度１（度）＝６０
（分）に対応する地表上の距離は６０（ＮＭ）であるか
ら、緯度ＮS ＝Ｎ＋θ（度）に対応する円弧Ｐe Ｐ1 ′
の長さ（しかしＰe は赤道上の点）は６０ＮS （ＮＭ）
となる。従って、水中航走体１の北方向絶対速度ＶNSは
この長さの変化率であるから、 ＶNS＝６０×ｄＮS ／ｄｔ（ｋｔ） … （７） により求められる。なお速度１（ｋｔ：ノット）は１
（ＮＭ／Ｈ）のことである。
（分）に対応する地表上の距離は６０（ＮＭ）であるか
ら、緯度ＮS ＝Ｎ＋θ（度）に対応する円弧Ｐe Ｐ1 ′
の長さ（しかしＰe は赤道上の点）は６０ＮS （ＮＭ）
となる。従って、水中航走体１の北方向絶対速度ＶNSは
この長さの変化率であるから、 ＶNS＝６０×ｄＮS ／ｄｔ（ｋｔ） … （７） により求められる。なお速度１（ｋｔ：ノット）は１
（ＮＭ／Ｈ）のことである。
【００１９】図２Ｂにおいて、経度１（度）に対応する
赤道１５上の長さは、地球を球体と見なせば、緯度の場
合と同様に６０（ＮＭ）である。しかし、緯度ＮS ＝Ｎ
＋α（度）をもつ円１３上の経度１（度）に対応する長
さは、前記赤道上の長さよりｒ／Ｒ＝Ｒ cosＮS ／Ｒ＝
cosＮS 倍だけ小さくなり、結局６０ cosＮS （ＮＭ）
となる。従って、経度ＥS ＝Ｅ＋β（度）に対応する円
弧Ｐa Ｐ1 ″の長さ（しかしＰa は直線ＰN Ｐg と円１
３との交点）は６０ＥS cosＮS （ＮＭ）となる。従っ
て、ＩＮＳ１０はこの長さの変化率である水中航走体１
の東方向絶対速度ＶESを次の（８）式により計算する。
赤道１５上の長さは、地球を球体と見なせば、緯度の場
合と同様に６０（ＮＭ）である。しかし、緯度ＮS ＝Ｎ
＋α（度）をもつ円１３上の経度１（度）に対応する長
さは、前記赤道上の長さよりｒ／Ｒ＝Ｒ cosＮS ／Ｒ＝
cosＮS 倍だけ小さくなり、結局６０ cosＮS （ＮＭ）
となる。従って、経度ＥS ＝Ｅ＋β（度）に対応する円
弧Ｐa Ｐ1 ″の長さ（しかしＰa は直線ＰN Ｐg と円１
３との交点）は６０ＥS cosＮS （ＮＭ）となる。従っ
て、ＩＮＳ１０はこの長さの変化率である水中航走体１
の東方向絶対速度ＶESを次の（８）式により計算する。
【００２０】 ＶES＝６０×ｄ（ＥS cos ＮS ）／ｄｔ（ｋｔ） … （８） (g) ドップラソーナ１７によって水中航走体１のドップ
ラ前方向速度ＶFD，ドップラ右方向速度ＶRD及びドップ
ラ下方向速度ＶZD（ｋｔ）を測定する。これらの速度は
水中航走体１に固定された互いに直交する３軸（Ｆ，
Ｒ，Ｚ）方向の速度である。またこれらの速度は一般に
対水速度と見なければならない。
ラ前方向速度ＶFD，ドップラ右方向速度ＶRD及びドップ
ラ下方向速度ＶZD（ｋｔ）を測定する。これらの速度は
水中航走体１に固定された互いに直交する３軸（Ｆ，
Ｒ，Ｚ）方向の速度である。またこれらの速度は一般に
対水速度と見なければならない。
【００２１】(h) ＩＮＳ１０は内蔵のジャイロスコープ
を用いて水中航走体１のピッチ角θ，ロール角φ及び方
位角ψを測定する。 (i) ＩＮＳ１０は前記水中航走体１の３軸（Ｆ，Ｒ，
Ｚ）方向のドップラ速度、姿勢角θ，φ及び方位角ψよ
り次式によって水中航走体１のドップラ北方向速度
ＶND，ドップラ東方向速度ＶED及びドップラ鉛直方向速
度ＶVD（ｋｔ）を計算する。これらの速度も勿論対水速
度と見なければならない。
を用いて水中航走体１のピッチ角θ，ロール角φ及び方
位角ψを測定する。 (i) ＩＮＳ１０は前記水中航走体１の３軸（Ｆ，Ｒ，
Ｚ）方向のドップラ速度、姿勢角θ，φ及び方位角ψよ
り次式によって水中航走体１のドップラ北方向速度
ＶND，ドップラ東方向速度ＶED及びドップラ鉛直方向速
度ＶVD（ｋｔ）を計算する。これらの速度も勿論対水速
度と見なければならない。
【００２２】 （ＶND，ＶED，ＶVD）T ＝（Ｃ）（ＶFD，ＶRD，ＶZD）T … （９） 上式でＴは転置マトリックス（Transposed Matrix ）を
表わし、式を１行内で表現するために用いている。また
（Ｃ）は第１行がｃ11，ｃ12，ｃ13；第２行がｃ21，ｃ
22，ｃ23；第３行がｃ31，ｃ32，ｃ33である座標変換マ
トリックスであって、よく知られているように以下の式
で与えられる。
表わし、式を１行内で表現するために用いている。また
（Ｃ）は第１行がｃ11，ｃ12，ｃ13；第２行がｃ21，ｃ
22，ｃ23；第３行がｃ31，ｃ32，ｃ33である座標変換マ
トリックスであって、よく知られているように以下の式
で与えられる。
【００２３】 ｃ11＝ cosθcos ψ … (10) ｃ12＝−cos φ sinψ＋ sinφsin θcos ψ … (11) ｃ13＝ sinφsin ψ＋cos φ sinθcos ψ … (12) ｃ21＝ cosθsin ψ … (13) ｃ22＝ cosφcos ψ＋ sinφ sinθsin ψ … (14) ｃ23＝−sin φcos ψ＋ cosφ sinθsin ψ … (15) ｃ31＝− sinθ … (16) ｃ32＝ sinψ cosθ … (17) ｃ33＝ cosψ cosθ … (18) (j) ＩＮＳ１０において潮流北方向速度ＶNC及び潮流東
方向速度ＶECを計算する。水中航走体の北（東）方向絶
対速度ＶNS（ＶES）はドップラ北（東）方向速度Ｖ
ND（ＶED）と潮流北（東）方向速度ＶNC（ＶEC）との和
であるから、潮流北及び東方向速度ＶNC，ＶECは、 ＶNC＝ＶNS−ＶND … (19) ＶEC＝ＶES−ＶED … (20) により計算する。ドップラソーナ１７の測定した３軸
（Ｆ，Ｒ，Ｚ）のドップラ速度がもし対水速度でなく、
対地速度（海底に対する速度）であった場合には、ＶNC
＝ＶEC≒０となるだけで何等問題ではない。
方向速度ＶECを計算する。水中航走体の北（東）方向絶
対速度ＶNS（ＶES）はドップラ北（東）方向速度Ｖ
ND（ＶED）と潮流北（東）方向速度ＶNC（ＶEC）との和
であるから、潮流北及び東方向速度ＶNC，ＶECは、 ＶNC＝ＶNS−ＶND … (19) ＶEC＝ＶES−ＶED … (20) により計算する。ドップラソーナ１７の測定した３軸
（Ｆ，Ｒ，Ｚ）のドップラ速度がもし対水速度でなく、
対地速度（海底に対する速度）であった場合には、ＶNC
＝ＶEC≒０となるだけで何等問題ではない。
【００２４】(k) 水中航走体１が母船２の音響視野から
はずれた場合には、母船２から送信された母船緯度Ｎ，
母船経度Ｅ，母船に対する水中航走体の南北及び東西相
対距離ΔＬN 及びΔＬE のデータを水中航走体で受信検
出できない。このため水中航走体１の緯度ＮS （（２）
式），経度ＥS （（６）式）を計算できなくなる。その
対策として、この発明では音響視野内における水中航走
体１の緯度ＮS ，経度ＥS 及び潮流北及び東方向速度Ｖ
NC（（１９）式）及びＶEC（（２０）式）の計算データ
をＩＮＳ１０内のメモリに記憶し、これらのデータを所
定時間ごとに更新する。
はずれた場合には、母船２から送信された母船緯度Ｎ，
母船経度Ｅ，母船に対する水中航走体の南北及び東西相
対距離ΔＬN 及びΔＬE のデータを水中航走体で受信検
出できない。このため水中航走体１の緯度ＮS （（２）
式），経度ＥS （（６）式）を計算できなくなる。その
対策として、この発明では音響視野内における水中航走
体１の緯度ＮS ，経度ＥS 及び潮流北及び東方向速度Ｖ
NC（（１９）式）及びＶEC（（２０）式）の計算データ
をＩＮＳ１０内のメモリに記憶し、これらのデータを所
定時間ごとに更新する。
【００２５】メモリに記憶された水中航走体１の音響視
野より外れる前のｔ＝ｔa における緯度及び経度データ
をそれぞれＮS ( ｔa ），ＥS ( ｔa ）で表す。水中航
走体１のｔ＝ｔa 以降の緯度ＮS 及び経度ＥS の単位時
間当たりの変化分、つまり変化率ｄＮS ／ｄｔ及びｄＥ
S ／ｄｔはそれぞれ図２Ａのα（（１）式）及び図２Ｂ
のβ（（５）式）を求めたのと同様に、単位時間当たり
の北及び東方向移動距離、つまり北及び東方向速度ＶNS
及びＶESを用いて、 ｄＮS ／ｄｔ＝１８０ＶNS／πＲ … (21) ｄＥS ／ｄｔ＝１８０ＶES／πＲ cosＮS … (22) と表される。従って、ＩＮＳ１０は緯度ＮS ，経度ＥS
の時間ｔ＝ｔa 以降の変化分ΔＮS （ｔ），ΔＥ
S （ｔ）を（２１），（２２）式により計算する。
野より外れる前のｔ＝ｔa における緯度及び経度データ
をそれぞれＮS ( ｔa ），ＥS ( ｔa ）で表す。水中航
走体１のｔ＝ｔa 以降の緯度ＮS 及び経度ＥS の単位時
間当たりの変化分、つまり変化率ｄＮS ／ｄｔ及びｄＥ
S ／ｄｔはそれぞれ図２Ａのα（（１）式）及び図２Ｂ
のβ（（５）式）を求めたのと同様に、単位時間当たり
の北及び東方向移動距離、つまり北及び東方向速度ＶNS
及びＶESを用いて、 ｄＮS ／ｄｔ＝１８０ＶNS／πＲ … (21) ｄＥS ／ｄｔ＝１８０ＶES／πＲ cosＮS … (22) と表される。従って、ＩＮＳ１０は緯度ＮS ，経度ＥS
の時間ｔ＝ｔa 以降の変化分ΔＮS （ｔ），ΔＥ
S （ｔ）を（２１），（２２）式により計算する。
【００２６】 ΔＮS （ｔ）＝（１８０／πＲ）∫ＶNSｄｔ ＝（１８０／πＲ）∫｛ＶND＋ＶNC（ｔa ）｝ｄｔ … (23) ΔＥS （ｔ）＝（１８０／πＲ）∫｛ＶES/cosＮS ｝ｄｔ ＝（１８０／πＲ）∫[ ｛ＶED＋ＶEC（ｔa）｝/cosＮS] ｄｔ … (24) しかし（２３），（２４）式の∫ｄｔはｔ＝ｔa よりｔ
＝ｔまで積分するものとする。また（２３），（２４）
式では、ｔ＝ｔa 以降の北及び東方向潮流速度Ｖ
NC（ｔ），ＶEC（ｔ）は近似的に ＶNC（ｔ）≒ＶNC（ｔa）；ＶEC（ｔ）≒ＶEC（ｔa） … (25) とみなしている。ＩＮＳ１０は時刻ｔa 以降の時刻ｔに
おける水中航走体１の緯度ＮS （ｔ）及び経度Ｅ
S （ｔ）を次の（２６），（２７）式より計算して外部
に出力する。
＝ｔまで積分するものとする。また（２３），（２４）
式では、ｔ＝ｔa 以降の北及び東方向潮流速度Ｖ
NC（ｔ），ＶEC（ｔ）は近似的に ＶNC（ｔ）≒ＶNC（ｔa）；ＶEC（ｔ）≒ＶEC（ｔa） … (25) とみなしている。ＩＮＳ１０は時刻ｔa 以降の時刻ｔに
おける水中航走体１の緯度ＮS （ｔ）及び経度Ｅ
S （ｔ）を次の（２６），（２７）式より計算して外部
に出力する。
【００２７】 ＮS （ｔ）＝ＮS （ｔa ）＋ΔＮS （ｔ） … (26) ＥS （ｔ）＝ＥS （ｔa ）＋ΔＥS （ｔ） … (27)
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
常時母船２より水中航走体１へ、母船２の緯度Ｎ，経度
Ｅ及び母船２に対する水中航走体２の南北及び東西相対
距離ΔＬN ，ΔＬE の測定データを与えることによっ
て、ＩＮＳ１０はこれらのデータより自己の緯度ＮS 及
び経度ＥS を計算することができる。
常時母船２より水中航走体１へ、母船２の緯度Ｎ，経度
Ｅ及び母船２に対する水中航走体２の南北及び東西相対
距離ΔＬN ，ΔＬE の測定データを与えることによっ
て、ＩＮＳ１０はこれらのデータより自己の緯度ＮS 及
び経度ＥS を計算することができる。
【００２９】また、ＩＮＳ１０は常時これら緯度ＮS ，
経度ＥSより北及び東方向絶対速度ＶNS及びＶESを計算
すると共に、ドップラソーナ１７の測定値とＩＮＳ１０
の測定した姿勢角及び方位角とから水中航走体１の北、
東方向のドップラ速度ＶND，ＶEDを計算し、これらのデ
ータより潮流の北及び東方向速度ＶNC，ＶECを計算する
ことができる。
経度ＥSより北及び東方向絶対速度ＶNS及びＶESを計算
すると共に、ドップラソーナ１７の測定値とＩＮＳ１０
の測定した姿勢角及び方位角とから水中航走体１の北、
東方向のドップラ速度ＶND，ＶEDを計算し、これらのデ
ータより潮流の北及び東方向速度ＶNC，ＶECを計算する
ことができる。
【００３０】ＩＮＳ１０は計算した緯度ＮS ，経度ＥS
及び潮流速度ＶNC，ＶECの最新データを常時メモリに記
憶することによって、水中航走体１が母船２の音響視野
から外れた場合でも、外れる前の記憶された緯度Ｎ
S （ｔa ）経度ＥS （ｔa ）を用いると共に、潮流速度
ＶNC(t) ，ＶEC(t) が音響視野より外れる前の値Ｖ
NC（ｔ a ) ，ＶEC（ｔa ) に等しいものと見なし、ドッ
プラ北及び東方向速度ＶND，Ｖ EDを潮流速度分だけ補正
することによって、音響視野より外れてからの水中航走
体１の緯度、経度の変化分ΔＮS ，ΔＥS を高精度で求
めることができる。
及び潮流速度ＶNC，ＶECの最新データを常時メモリに記
憶することによって、水中航走体１が母船２の音響視野
から外れた場合でも、外れる前の記憶された緯度Ｎ
S （ｔa ）経度ＥS （ｔa ）を用いると共に、潮流速度
ＶNC(t) ，ＶEC(t) が音響視野より外れる前の値Ｖ
NC（ｔ a ) ，ＶEC（ｔa ) に等しいものと見なし、ドッ
プラ北及び東方向速度ＶND，Ｖ EDを潮流速度分だけ補正
することによって、音響視野より外れてからの水中航走
体１の緯度、経度の変化分ΔＮS ，ΔＥS を高精度で求
めることができる。
【００３１】この発明ではドップラソーナ１７の測定値
を基に計算したドップラ北及び東方向速度ＶND，ＶEDを
それぞれ潮流速度ＶNC，ＶECだけ補正して、音響視野よ
り外れてからの緯度、経度の変化分ΔＮS ，ΔＥS を求
めているので、ドップラソーナ１７が対地速度でなく対
水速度しか測定できない場合でも、高精度の緯度、経度
の測定が可能である。
を基に計算したドップラ北及び東方向速度ＶND，ＶEDを
それぞれ潮流速度ＶNC，ＶECだけ補正して、音響視野よ
り外れてからの緯度、経度の変化分ΔＮS ，ΔＥS を求
めているので、ドップラソーナ１７が対地速度でなく対
水速度しか測定できない場合でも、高精度の緯度、経度
の測定が可能である。
【図１】この発明の実施例を示すブロック図。
【図２】Ａは水中航走体の母船を基準にした南北相対距
離ΔＬN 及び緯度αの説明に供するための地球の断面
図。Ｂは水中航走体の母船を基準にした東西相対距離Δ
ＬE 及び経度βの説明に供するために地球を北極星より
見た平面図。
離ΔＬN 及び緯度αの説明に供するための地球の断面
図。Ｂは水中航走体の母船を基準にした東西相対距離Δ
ＬE 及び経度βの説明に供するために地球を北極星より
見た平面図。
【図３】Ａは母船の音響視野を説明するための図、Ｂは
水中航走体のドップラソーナの送出する超音波とその反
射波とを説明するための図。
水中航走体のドップラソーナの送出する超音波とその反
射波とを説明するための図。
Claims (1)
- 【請求項１】 母船に搭載される、ＧＰＳ受信機、音響
位置測定装置及び超音波送信機と、水中航走体に搭載さ
れる、超音波受信機、ドップラソーナ及び慣性航法装置
（以下ＩＮＳと言う）とを具備する水中航走体用位置測
定装置であって、前記ＧＰＳ受信機は、ＧＰＳ衛星から
送出される電波を受信して、母船の緯度Ｎ及び経度Ｅを
測定するものであり、前記音響位置測定装置は、超音波
を利用して水中航走体の母船に対する南北及び東西相対
距離ΔＬN 及びΔＬE を測定するものであり、前記超音
波送信機は、前記母船の緯度Ｎ及び経度Ｅと、母船に対
する水中航走体の南北及び東西相対距離ΔＬN 及びΔＬ
E との測定データを超音波信号により前記水中航走体に
送波するものであり、前記超音波受信機は、前記超音波
送信機より送波された前記測定データを受波、検出し
て、前記ＩＮＳに入力するものであり、前記ドップラソ
ーナは、水中に超音波を送波し、海底または海水による
反射波のドップラ効果により水中航走体の前、右及び下
の３軸方向のドップラ速度ＶFD，ＶRD及びＶZDを測定し
て前記ＩＮＳに入力するものであり、前記ＩＮＳは、入
力された前記母船の緯度Ｎ，経度Ｅ及び母船に対する水
中航走体の南北及び東西相対距離ΔＬN ，ΔＬE より水
中航走体の緯度ＮS ，経度Ｅ S を計算してメモリに記憶
すると共に外部に出力し、前記ＩＮＳは、それらの緯度
ＮS ，経度ＥS の時間に対する変化により水中航走体の
北及び東方向速度ＶNS，ＶESを計算し、入力された前記
水中航走体の３軸方向のドップラ速度ＶFD，ＶRD及びＶ
ZD及び自己が測定した水中航走体の姿勢角及び方位角と
より水中航走体の北及び東方向のドップラ速度ＶND及び
ＶEDを計算し、それらの計算値より潮流の北方向速度Ｖ
NC＝ＶNS−ＶND及び東方向速度ＶEC＝ＶES−ＶEDを計算
し、これらの潮流速度データをメモリに記憶し、前記Ｉ
ＮＳは、水中航走体が母船の音響視野から外れた場合
に、前記水中航走体の北及び東方向ドップラ速度ＶND及
びＶEDを、音響視野から外れる前に記憶した時刻ｔa に
おける前記潮流の北及び東方向速度ＶNC（ｔa ) 及びＶ
EC（ｔa）でそれぞれ補正し、その補正したデータより
水中航走体の時刻ｔa 以降の緯度及び経度の変化分ΔＮ
S 及びΔＥS を計算し、それらの計算値と前記記憶した
時刻ｔa における水中航走体の緯度ＮS （ｔa ）及び経
度ＥS （ｔa ）とより、現時点の水中航走体の緯度ＮS
＝ＮS （ｔa ）＋ΔＮS 及び経度ＥS ＝ＥS （ｔa ）＋
ΔＥS を計算して、外部に送出するものであることを特
徴とする、水中航走体用位置測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13407791A JP2666006B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | 水中航走体用位置測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13407791A JP2666006B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | 水中航走体用位置測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04359181A JPH04359181A (ja) | 1992-12-11 |
| JP2666006B2 true JP2666006B2 (ja) | 1997-10-22 |
Family
ID=15119862
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13407791A Expired - Fee Related JP2666006B2 (ja) | 1991-06-05 | 1991-06-05 | 水中航走体用位置測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2666006B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101385221B1 (ko) * | 2012-07-04 | 2014-04-23 | 한국생산기술연구원 | 이동체의 위치 검출 시스템 및 방법 |
| US11549814B2 (en) * | 2019-05-21 | 2023-01-10 | Raytheon Company | Underwater celestial navigation beacon |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4966794B2 (ja) * | 2007-09-13 | 2012-07-04 | 株式会社日立製作所 | 水中航走体誘導方法及び装置 |
| JP5381771B2 (ja) * | 2010-02-09 | 2014-01-08 | 株式会社Ｉｈｉ | 水中航走体の位置較正方法 |
| JP5381773B2 (ja) * | 2010-02-09 | 2014-01-08 | 株式会社Ｉｈｉ | 水中航走体の位置較正方法及び装置 |
| JP5581718B2 (ja) * | 2010-02-09 | 2014-09-03 | 株式会社Ｉｈｉ | 水中航走体の位置較正方法 |
| JP5381772B2 (ja) * | 2010-02-09 | 2014-01-08 | 株式会社Ｉｈｉ | 水中航走体の位置較正方法 |
| JP5621270B2 (ja) * | 2010-02-09 | 2014-11-12 | 株式会社Ihi | 水中航走体の位置較正方法 |
| JP6523149B2 (ja) * | 2015-11-25 | 2019-05-29 | 三菱造船株式会社 | 航行制御システム、水上航行体、水中航行体、航行制御方法、追尾一時中断時処理方法、航行先決定方法及びプログラム |
| JP7080460B2 (ja) * | 2017-03-28 | 2022-06-06 | 国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所 | 地理的位置データの圧縮通信方法、地理的位置データの圧縮通信システム、及び移動体 |
-
1991
- 1991-06-05 JP JP13407791A patent/JP2666006B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101385221B1 (ko) * | 2012-07-04 | 2014-04-23 | 한국생산기술연구원 | 이동체의 위치 검출 시스템 및 방법 |
| US11549814B2 (en) * | 2019-05-21 | 2023-01-10 | Raytheon Company | Underwater celestial navigation beacon |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04359181A (ja) | 1992-12-11 |
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