JP2755863B2 - 水中航走体の位置検出装置及びその位置検出方法 - Google Patents
水中航走体の位置検出装置及びその位置検出方法Info
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- JP2755863B2 JP2755863B2 JP4097587A JP9758792A JP2755863B2 JP 2755863 B2 JP2755863 B2 JP 2755863B2 JP 4097587 A JP4097587 A JP 4097587A JP 9758792 A JP9758792 A JP 9758792A JP 2755863 B2 JP2755863 B2 JP 2755863B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中を高速で移動する
航走体の３次元位置をリアルタイムで音響計測する装置
及びその位置検出方法に関するものである。
航走体の３次元位置をリアルタイムで音響計測する装置
及びその位置検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来水中で航走体の位置を音響計測する
方式としてＬＢＬ方式がある。ＬＢＬ方式では、通常航
走体に装着した同期又は非同期の音響ピンガから信号を
送信し、その信号を計測エリア内に設置した複数個の音
響センサで受信し、音響ピンガと音響センサ間の距離を
計測して航走体の位置を求めるものである。音響ピンガ
には、同期ピンガと非同期ピンガとがある。同期ピンガ
の場合には、音響ピンガからの信号を受信する音響セン
サの個数は最低３個以上必要であり、測定した音響ピン
ガと音響センサ間の距離から球面法によって航走体の位
置を求めている。一方、非同期ピンガの場合には、音響
センサの個数は最低４個以上必要であり、測定した音響
ピンガと音響センサ間の距離から双曲面法によって航走
体の位置を求めている。
方式としてＬＢＬ方式がある。ＬＢＬ方式では、通常航
走体に装着した同期又は非同期の音響ピンガから信号を
送信し、その信号を計測エリア内に設置した複数個の音
響センサで受信し、音響ピンガと音響センサ間の距離を
計測して航走体の位置を求めるものである。音響ピンガ
には、同期ピンガと非同期ピンガとがある。同期ピンガ
の場合には、音響ピンガからの信号を受信する音響セン
サの個数は最低３個以上必要であり、測定した音響ピン
ガと音響センサ間の距離から球面法によって航走体の位
置を求めている。一方、非同期ピンガの場合には、音響
センサの個数は最低４個以上必要であり、測定した音響
ピンガと音響センサ間の距離から双曲面法によって航走
体の位置を求めている。
【０００３】また、音響ピンガからの信号を受信する音
響センサの設置方法として（ａ）海底に設置したトラン
スポンダに音響センサを設ける方法と、（ｂ）海面に浮
くフロートブイから音響センサを海中に吊下させる方法
とが採られている。以下に、前記の従来の２つの音響セ
ンサの設置方法による水中航走体位置検出装置及びその
位置検出方法ついて説明する。
響センサの設置方法として（ａ）海底に設置したトラン
スポンダに音響センサを設ける方法と、（ｂ）海面に浮
くフロートブイから音響センサを海中に吊下させる方法
とが採られている。以下に、前記の従来の２つの音響セ
ンサの設置方法による水中航走体位置検出装置及びその
位置検出方法ついて説明する。
【０００４】始めに、従来の海底に設置したトランスポ
ンダに音響センサを設ける方法による水中航走体位置検
出装置及びその位置検出方法について説明する。この音
響センサの設置方法は、例えば「潜水調査船「しんかい
６５００」潜航支援音響システムの開発」沖電気研究開
発第146 号Vol. 57 No.2(1990 年4 月)pp.87-94.」の文
献において知られている。図２は、従来の海底に設置し
たトランスポンダに音響センサを設ける方法による水中
航走体位置検出装置及びその方法の概略図である。この
場合では、同期ピンガを用いて海底に設置したトランス
ポンダ３を基準として航走体１の位置計測を行ってい
る。トランスポンダ３は海底においてほぼ同一平面上に
分布して配置されている。そのため、送受波器４１〜４
３の間隔であるベースライン長に対して音響ピンガ１１
とトランスポンダ３１〜３３の深度差が小さい場合に
は、音響ピンガ１１の深度方向の位置計測の精度が低く
なる。このため、従来は航走体１に深度センサ１２を装
着し、これによって音響ピンガ１１の深度を計測してそ
の音響ピンガの深度情報を計測船２側に伝送し、この情
報から高度を求め、トランスポンダ３を基準とした音響
ピンガ１１の３次元位置を求めている。
ンダに音響センサを設ける方法による水中航走体位置検
出装置及びその位置検出方法について説明する。この音
響センサの設置方法は、例えば「潜水調査船「しんかい
６５００」潜航支援音響システムの開発」沖電気研究開
発第146 号Vol. 57 No.2(1990 年4 月)pp.87-94.」の文
献において知られている。図２は、従来の海底に設置し
たトランスポンダに音響センサを設ける方法による水中
航走体位置検出装置及びその方法の概略図である。この
場合では、同期ピンガを用いて海底に設置したトランス
ポンダ３を基準として航走体１の位置計測を行ってい
る。トランスポンダ３は海底においてほぼ同一平面上に
分布して配置されている。そのため、送受波器４１〜４
３の間隔であるベースライン長に対して音響ピンガ１１
とトランスポンダ３１〜３３の深度差が小さい場合に
は、音響ピンガ１１の深度方向の位置計測の精度が低く
なる。このため、従来は航走体１に深度センサ１２を装
着し、これによって音響ピンガ１１の深度を計測してそ
の音響ピンガの深度情報を計測船２側に伝送し、この情
報から高度を求め、トランスポンダ３を基準とした音響
ピンガ１１の３次元位置を求めている。
【０００５】位置計測は次の手順によって行われる。 （１）海底に３本以上のトランスポンダ３１〜３３を係
留し、トランスポンダ３１〜３３の位置をキャリブレー
ションによって求める。図においてはトランスポンダ３
を３本設置した場合を示しており、前記キャリブレーシ
ョンによって求められたトランスポンダ３１〜３３の位
置は測定エリアに設定した基準座標系に対する位置とな
る。また、計測船１の船底に設置された受波器２０とト
ランスポンダ３１〜３３の送受波器４１〜４３の間の距
離Ｌ１〜Ｌ３が別の手段によって適当な時間間隔で計測
されている。 （２）航走体１に同期ピンガによる音響ピンガ１１を取
り付け、航走体１の深度センサ１２からの深度情報に応
じてピンガ信号を変調して送信する。（ ３）航走体１の同期ピンガによる音響ピンガ１１から
深度情報で変調したピンガ信号を各トランスポンダ３１
〜３３に対して一定間隔で送信する。送信されたピンガ
信号は図の経路Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を経て送受波器４１〜
４３によって受信される。トランスポンダ３１〜３３
は、計測船２に対しそれぞれトランスポンダごとに固有
の周波数で応答信号を経路Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 によって送
信する。 （４）計測船２では、音響ピンガ１１の送信時刻と各ト
ランスポンダ３１〜３３からの応答信号の受信時刻の時
間間隔によって、から、図２において経路Ｉ1 ＋Ｌ1 ，
Ｉ2 ＋Ｌ2 及びＩ3 ＋Ｌ3 で表される航走体１の音響ピ
ンガ１１−各トランスポンダ３１〜３３の音響センサ４
１〜４３−計測船２の船底受波器２０経路の音波の伝搬
時間を計測する。この伝搬時間は図２においてそれぞれ
Ｉ1 ＋Ｌ1，Ｉ2 ＋Ｌ2 及びＩ3 ＋Ｌ3 で表される経路
である。該音波の伝搬時間に水中音速値を掛けることに
よって経路Ｉ1 ＋Ｌ1 ，Ｉ2 ＋Ｌ2 及びＩ3 ＋Ｌ3 の距
離を求める。 （５）航走体１の音響ピンガ１１−トランスポンダ３１
〜３３の送受波器４１〜４３−計測船２の船底受波器２
０の経路長Ｉ1 ＋Ｌ1 ，Ｉ2 ＋Ｌ2 及びＩ3 ＋Ｌ3 から
計測船２の船底受波器２０とトランスポンダ３１〜３３
の送受波器４１〜４３の間の経路長Ｌ1 ，Ｌ2 及びＬ3
を差し引くことによって、航走体１の音響ピンガ１１か
ら各トランスポンダ３１〜３３の送受波器４１〜４３間
の距離Ｉ1，Ｉ2 及びＩ3 を求める。 （６）航走体１の音響ピンガ１１から各トランスポンダ
３１〜３３の送受波器４１〜４３の間の距離からＩ1 ，
Ｉ2 及びＩ3 によって球面法を用いてトランスポンダ３
１〜３３に対する航走体１の音響ピンガ１１の２次元位
置を求める。一方、航走体１の音響ピンガ１１の高度は
応答信号値中の深度情報を復調して求める。 （７）前記の基準座標系に対するトランスポンダ３１〜
３３位置と該トランスポンダ３１〜３３に対する航走体
１の音響ピンガ１１の位置と航走体１の音響ピンガ１１
の深度情報によって、航走体１の音響ピンガ１１の基準
座標系に対する位置を求める。
留し、トランスポンダ３１〜３３の位置をキャリブレー
ションによって求める。図においてはトランスポンダ３
を３本設置した場合を示しており、前記キャリブレーシ
ョンによって求められたトランスポンダ３１〜３３の位
置は測定エリアに設定した基準座標系に対する位置とな
る。また、計測船１の船底に設置された受波器２０とト
ランスポンダ３１〜３３の送受波器４１〜４３の間の距
離Ｌ１〜Ｌ３が別の手段によって適当な時間間隔で計測
されている。 （２）航走体１に同期ピンガによる音響ピンガ１１を取
り付け、航走体１の深度センサ１２からの深度情報に応
じてピンガ信号を変調して送信する。（ ３）航走体１の同期ピンガによる音響ピンガ１１から
深度情報で変調したピンガ信号を各トランスポンダ３１
〜３３に対して一定間隔で送信する。送信されたピンガ
信号は図の経路Ｉ1 ，Ｉ2 ，Ｉ3 を経て送受波器４１〜
４３によって受信される。トランスポンダ３１〜３３
は、計測船２に対しそれぞれトランスポンダごとに固有
の周波数で応答信号を経路Ｌ1 ，Ｌ2 ，Ｌ3 によって送
信する。 （４）計測船２では、音響ピンガ１１の送信時刻と各ト
ランスポンダ３１〜３３からの応答信号の受信時刻の時
間間隔によって、から、図２において経路Ｉ1 ＋Ｌ1 ，
Ｉ2 ＋Ｌ2 及びＩ3 ＋Ｌ3 で表される航走体１の音響ピ
ンガ１１−各トランスポンダ３１〜３３の音響センサ４
１〜４３−計測船２の船底受波器２０経路の音波の伝搬
時間を計測する。この伝搬時間は図２においてそれぞれ
Ｉ1 ＋Ｌ1，Ｉ2 ＋Ｌ2 及びＩ3 ＋Ｌ3 で表される経路
である。該音波の伝搬時間に水中音速値を掛けることに
よって経路Ｉ1 ＋Ｌ1 ，Ｉ2 ＋Ｌ2 及びＩ3 ＋Ｌ3 の距
離を求める。 （５）航走体１の音響ピンガ１１−トランスポンダ３１
〜３３の送受波器４１〜４３−計測船２の船底受波器２
０の経路長Ｉ1 ＋Ｌ1 ，Ｉ2 ＋Ｌ2 及びＩ3 ＋Ｌ3 から
計測船２の船底受波器２０とトランスポンダ３１〜３３
の送受波器４１〜４３の間の経路長Ｌ1 ，Ｌ2 及びＬ3
を差し引くことによって、航走体１の音響ピンガ１１か
ら各トランスポンダ３１〜３３の送受波器４１〜４３間
の距離Ｉ1，Ｉ2 及びＩ3 を求める。 （６）航走体１の音響ピンガ１１から各トランスポンダ
３１〜３３の送受波器４１〜４３の間の距離からＩ1 ，
Ｉ2 及びＩ3 によって球面法を用いてトランスポンダ３
１〜３３に対する航走体１の音響ピンガ１１の２次元位
置を求める。一方、航走体１の音響ピンガ１１の高度は
応答信号値中の深度情報を復調して求める。 （７）前記の基準座標系に対するトランスポンダ３１〜
３３位置と該トランスポンダ３１〜３３に対する航走体
１の音響ピンガ１１の位置と航走体１の音響ピンガ１１
の深度情報によって、航走体１の音響ピンガ１１の基準
座標系に対する位置を求める。
【０００６】次に、従来の海面に浮くフロートブイから
音響センサを海中に吊下させる方法による水中航走体位
置検出装置及びその位置検出方法について説明する。図
３は、従来の海面に浮くフロートブイから音響センサを
海中に吊下させる方法による水中航走体位置検出装置及
びその方法の概略図であり、ソノブイ技術から類推され
る構成例である。この構成例では前記の従来の海底に係
留した３本以上のトランスポンダ３の代わりに、３本以
上のフロートブイ５から海中に音響センサ６を吊下し、
フロートブイ５を基準として航走体１の位置計測を行っ
ている。前記のトランスポンダの場合と同様に、フロー
トブイ５は海面近傍においてほぼ同一平面上に分布して
配置されているため、音響センサ６１〜６３の間隔であ
るベースライン長に対して航走体１の音響ピンガ１１の
深度が浅い場合には、音響ピンガ１１の３次元位置のう
ち高度の計測精度が低くなる。このため、航走体１に深
度センサ１２を装着し、これによって計測した航走体１
の音響ピンガ１１の深度情報を計測船２側に伝送し、こ
の深度情報からフロートブイ５１〜５３を基準とした航
走体１の音響ピンガ１１の３次元位置を求めている。
音響センサを海中に吊下させる方法による水中航走体位
置検出装置及びその位置検出方法について説明する。図
３は、従来の海面に浮くフロートブイから音響センサを
海中に吊下させる方法による水中航走体位置検出装置及
びその方法の概略図であり、ソノブイ技術から類推され
る構成例である。この構成例では前記の従来の海底に係
留した３本以上のトランスポンダ３の代わりに、３本以
上のフロートブイ５から海中に音響センサ６を吊下し、
フロートブイ５を基準として航走体１の位置計測を行っ
ている。前記のトランスポンダの場合と同様に、フロー
トブイ５は海面近傍においてほぼ同一平面上に分布して
配置されているため、音響センサ６１〜６３の間隔であ
るベースライン長に対して航走体１の音響ピンガ１１の
深度が浅い場合には、音響ピンガ１１の３次元位置のう
ち高度の計測精度が低くなる。このため、航走体１に深
度センサ１２を装着し、これによって計測した航走体１
の音響ピンガ１１の深度情報を計測船２側に伝送し、こ
の深度情報からフロートブイ５１〜５３を基準とした航
走体１の音響ピンガ１１の３次元位置を求めている。
【０００７】この構成では音響ピンガ１１として同期ピ
ンガを用い、ＬＢＬ方式によって航走体の位置計測を行
うものである。位置計測の手順は以下の通りである。 （１）３本以上（図１の例では３本）のフロートブイ５
から海中に単一の無指向性の音響センサ６を吊下し、レ
ーダなどにより測定エリアに設定した基準座標系におけ
るフロートブイの位置を適当な時間間隔で求める。 （２）航走体１に同期ピンガによる音響ピンガ１１を取
り付け、航走体１の深度センサ１２からの深度情報でピ
ンガ信号を変調し、送信する。 （３）航走体１の音響ピンガ１１から深度情報で変調し
たピンガ信号を各フロートブイ５１〜５３の音響センサ
６１〜６３に対して経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 で送信し、
各フロートブイ５１〜５３は受信信号を無線データリン
ク７１〜７３を介して計測船２に伝送する。 （４）計測船２では、各フロートブイ５１〜５３からの
受信信号から航走体１の音響ピンガ１１から各フロート
ブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３間の音波の伝搬
時間を計測し、該音波の伝搬時間に水中音速値を掛ける
ことによって経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 の距離を求める。 （５）航走体１の音響ピンガ１１から各フロートブイ５
１〜５３の音響センサ６１〜６３間の経路Ｍ1 ，Ｍ2 及
びＭ3 の距離から、球面法によって音響ピンガ１１の２
次元位置を求める。一方、航走体１の音響ピンガ１１の
高度はピンガ信号中の深度情報を復調して求める。
ンガを用い、ＬＢＬ方式によって航走体の位置計測を行
うものである。位置計測の手順は以下の通りである。 （１）３本以上（図１の例では３本）のフロートブイ５
から海中に単一の無指向性の音響センサ６を吊下し、レ
ーダなどにより測定エリアに設定した基準座標系におけ
るフロートブイの位置を適当な時間間隔で求める。 （２）航走体１に同期ピンガによる音響ピンガ１１を取
り付け、航走体１の深度センサ１２からの深度情報でピ
ンガ信号を変調し、送信する。 （３）航走体１の音響ピンガ１１から深度情報で変調し
たピンガ信号を各フロートブイ５１〜５３の音響センサ
６１〜６３に対して経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 で送信し、
各フロートブイ５１〜５３は受信信号を無線データリン
ク７１〜７３を介して計測船２に伝送する。 （４）計測船２では、各フロートブイ５１〜５３からの
受信信号から航走体１の音響ピンガ１１から各フロート
ブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３間の音波の伝搬
時間を計測し、該音波の伝搬時間に水中音速値を掛ける
ことによって経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 の距離を求める。 （５）航走体１の音響ピンガ１１から各フロートブイ５
１〜５３の音響センサ６１〜６３間の経路Ｍ1 ，Ｍ2 及
びＭ3 の距離から、球面法によって音響ピンガ１１の２
次元位置を求める。一方、航走体１の音響ピンガ１１の
高度はピンガ信号中の深度情報を復調して求める。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では以下のような問題点を有している。 従来の海底に設置したトランスポンダに音響センサを
設け、計測船の船底受波器によって受信する方法では、
航走体の同期ピンガ信号は、航走体−各トランスポンダ
−計測船の経路で伝送されるので、伝搬時間が長くな
り、高速のデータレートが得られない。 海面に浮くフロートブイから音響センサを海中に吊下
させる方法では、航走体−各フロートブイの経路となる
ためデータレートは高速となるが、フロートブイの位置
を計測する必要がある。該フロートブイの位置の計測も
レーダなどの電波による方法では高精度が期待できな
い。さらに、音響センサは海中に吊下れるため、海面付
近の流れなどによって音響センサの正確な位置が不明に
であり、これにより大きな音響測定誤差が生ずる。 ＬＢＬ音響センサがほぼ同一平面に配置され、深度方
向の精度が悪いため、航走体の３次元位置を計測するた
めには、航走体に深度センサを取り付けておき、ピンガ
信号を変調するなどして深度情報を計測船に伝送する必
要がある。
方法では以下のような問題点を有している。 従来の海底に設置したトランスポンダに音響センサを
設け、計測船の船底受波器によって受信する方法では、
航走体の同期ピンガ信号は、航走体−各トランスポンダ
−計測船の経路で伝送されるので、伝搬時間が長くな
り、高速のデータレートが得られない。 海面に浮くフロートブイから音響センサを海中に吊下
させる方法では、航走体−各フロートブイの経路となる
ためデータレートは高速となるが、フロートブイの位置
を計測する必要がある。該フロートブイの位置の計測も
レーダなどの電波による方法では高精度が期待できな
い。さらに、音響センサは海中に吊下れるため、海面付
近の流れなどによって音響センサの正確な位置が不明に
であり、これにより大きな音響測定誤差が生ずる。 ＬＢＬ音響センサがほぼ同一平面に配置され、深度方
向の精度が悪いため、航走体の３次元位置を計測するた
めには、航走体に深度センサを取り付けておき、ピンガ
信号を変調するなどして深度情報を計測船に伝送する必
要がある。
【０００９】本発明は以上述べた問題点を除去し、信号
の伝播時間を短縮して高速のデータレートが得られ、海
面付近の流れなどに影響を受けずに高精度の位置測定が
でき、また、高精度の深度方向の情報が得られる水中航
走体の位置検出装置及びその位置検出方法を提供するこ
とを目的とする。
の伝播時間を短縮して高速のデータレートが得られ、海
面付近の流れなどに影響を受けずに高精度の位置測定が
でき、また、高精度の深度方向の情報が得られる水中航
走体の位置検出装置及びその位置検出方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、水中航走体の位置検出装置において、航走
体に深度情報で変調したピンガ信号を同期又は非同期で
送信する音響ピンガを取付け、海底に複数個のトランス
ポンダを設置し、海面に複数個のフロートブイを置き、
水中を移動する航走体の３次元位置をＬＢＬ方式によっ
て音響計測する装置であり、測定エリアに設定した座標
系におけるトランスポンダの位置及び計測船の船底送波
器と各トランスポンダの送受波器との間の距離は別の計
測手段によって計測されているものである。
するために、水中航走体の位置検出装置において、航走
体に深度情報で変調したピンガ信号を同期又は非同期で
送信する音響ピンガを取付け、海底に複数個のトランス
ポンダを設置し、海面に複数個のフロートブイを置き、
水中を移動する航走体の３次元位置をＬＢＬ方式によっ
て音響計測する装置であり、測定エリアに設定した座標
系におけるトランスポンダの位置及び計測船の船底送波
器と各トランスポンダの送受波器との間の距離は別の計
測手段によって計測されているものである。
【００１１】この装置において、航走体の音響ピンガか
らの深度情報で変調された同期又は非同期ピンガ信号を
送信し、該信号を海上にある同期方式では３個以上又
は、非同期方式では４個以上の複数個のフロートブイか
ら吊下げられた音響センサで受信し、受信時刻から音響
ピンガと各音響センサとの距離を求め、次に各音響セン
サの基準座標系における３次元位置を海底に設置したト
ランスポンダによってＬＢＬ方式で求め、これらの結果
から音響センサを基準とした座標系における音響ピンガ
の２次元位置を同期方式に場合には球面法で、非同期方
式の場合には双曲面法で求め、この結果及び音響ピンガ
を復調して得られる航走体の深度情報から、音響センサ
を基準とした座標系における音響ピンガの３次元位置を
求め、座標変換によって基準座標系における音響ピンガ
の３次元位置を求めるものである。
らの深度情報で変調された同期又は非同期ピンガ信号を
送信し、該信号を海上にある同期方式では３個以上又
は、非同期方式では４個以上の複数個のフロートブイか
ら吊下げられた音響センサで受信し、受信時刻から音響
ピンガと各音響センサとの距離を求め、次に各音響セン
サの基準座標系における３次元位置を海底に設置したト
ランスポンダによってＬＢＬ方式で求め、これらの結果
から音響センサを基準とした座標系における音響ピンガ
の２次元位置を同期方式に場合には球面法で、非同期方
式の場合には双曲面法で求め、この結果及び音響ピンガ
を復調して得られる航走体の深度情報から、音響センサ
を基準とした座標系における音響ピンガの３次元位置を
求め、座標変換によって基準座標系における音響ピンガ
の３次元位置を求めるものである。
【００１２】また、本発明は上記目的を達成するため
に、水中航走体の位置検出装置において、航走体に深度
情報で変調したピンガ信号を同期または非同期で送信す
る音響ピンガを取付け、海底に少なくとも３本の複数個
のトランスポンダを設置し、海面に同期方式では３本以
上で非同期方式では４本以上の複数個のフロートブイを
置き、水中を移動する航走体の２次元の水平位置をＬＢ
Ｌ方式によって音響計測するとともに、深度方向の位置
をＳＢＬ方式で音響計測する装置であり、測定エリアに
設定した座標系におけるトランスポンダの位置及び計測
船の船底送波器と各トランスポンダの送受波器との間の
距離は別の計測手段によって計測されているものであ
り、各フロートブイからは音響センサが海中に吊下げら
れ、複数個のフロートブイの内１本以上のフロートブイ
から吊下げられる音響センサは、２個以上の音響センサ
が深度方向に離れた位置に取り付けられた構造の音響セ
ンサアレイからなるＳＢＬ音響センサである。
に、水中航走体の位置検出装置において、航走体に深度
情報で変調したピンガ信号を同期または非同期で送信す
る音響ピンガを取付け、海底に少なくとも３本の複数個
のトランスポンダを設置し、海面に同期方式では３本以
上で非同期方式では４本以上の複数個のフロートブイを
置き、水中を移動する航走体の２次元の水平位置をＬＢ
Ｌ方式によって音響計測するとともに、深度方向の位置
をＳＢＬ方式で音響計測する装置であり、測定エリアに
設定した座標系におけるトランスポンダの位置及び計測
船の船底送波器と各トランスポンダの送受波器との間の
距離は別の計測手段によって計測されているものであ
り、各フロートブイからは音響センサが海中に吊下げら
れ、複数個のフロートブイの内１本以上のフロートブイ
から吊下げられる音響センサは、２個以上の音響センサ
が深度方向に離れた位置に取り付けられた構造の音響セ
ンサアレイからなるＳＢＬ音響センサである。
【００１３】この装置において、各音響センサの基準座
標系における３次元位置を海底に設置したトランスポン
ダによってＬＢＬ方式で求め、ＳＢＬ音響センサを構成
する２つの音響センサのそれぞれでトランスポンダから
の信号を受信し、ＳＢＬ音響センサへの信号の入射方向
をＳＢＬ方式により求め、この結果から基準座標系にお
けるＳＢＬ音響センサの傾斜を求め、次に、航走体の音
響ピンガから同期又は非同期ピンガ信号を送信し、この
信号を音響センサで受信し、受信時刻から音響ピンガと
各音響センサとの距離を求め、これらの結果から音響セ
ンサを基準とした座標系における音響ピンガの２次元位
置をＬＢＬ方式で求め、さらに、ＳＢＬ音響センサでピ
ンガ信号を送信し、ＳＢＬ音響センサを基準とした音響
ピンガの入射方向をＳＢＬ方式により求め、座標変換に
よって基準座標系における音響ピンガの３次元位置を求
めるものである。
標系における３次元位置を海底に設置したトランスポン
ダによってＬＢＬ方式で求め、ＳＢＬ音響センサを構成
する２つの音響センサのそれぞれでトランスポンダから
の信号を受信し、ＳＢＬ音響センサへの信号の入射方向
をＳＢＬ方式により求め、この結果から基準座標系にお
けるＳＢＬ音響センサの傾斜を求め、次に、航走体の音
響ピンガから同期又は非同期ピンガ信号を送信し、この
信号を音響センサで受信し、受信時刻から音響ピンガと
各音響センサとの距離を求め、これらの結果から音響セ
ンサを基準とした座標系における音響ピンガの２次元位
置をＬＢＬ方式で求め、さらに、ＳＢＬ音響センサでピ
ンガ信号を送信し、ＳＢＬ音響センサを基準とした音響
ピンガの入射方向をＳＢＬ方式により求め、座標変換に
よって基準座標系における音響ピンガの３次元位置を求
めるものである。
【００１４】また、本発明は上記目的を達成するため
に、水中航走体の位置検出装置において、航走体に深度
情報で変調したピンガ信号を同期又は非同期で送信する
音響ピンガを取付け、海底に少なくとも３本のトランス
ポンダを設置し、海面に同期方式では少なくとも３本で
非同期方式では少なくとも４本の複数個のフロートブイ
を置き、水中を移動する航走体の２次元の水平位置をＬ
ＢＬ方式によって音響計測するとともに深度方向の位置
を３次元のＳＳＢＬ方式で音響計測する装置であり、測
定エリアに設定した座標系におけるトランスポンダの位
置及び計測船の船底送波器と各トランスポンダの送受波
器との間の距離は別の計測手段によって計測されている
ものであり、各フロートブイからは音響センサが海中に
吊下げられ、複数個のフロートブイの内１本以上のフロ
ートブイから吊下げられる音響センサは、２個以上の音
響センサが深度方向に離れた位置に取り付けられた構造
の音響センサアレイからなり、一方の音響センサはＬＢ
Ｌ測位を行うものであり、他方の音響センサは３次元Ｓ
ＳＢＬ測位を行うものである３次元ＳＳＢＬ音響センサ
である。
に、水中航走体の位置検出装置において、航走体に深度
情報で変調したピンガ信号を同期又は非同期で送信する
音響ピンガを取付け、海底に少なくとも３本のトランス
ポンダを設置し、海面に同期方式では少なくとも３本で
非同期方式では少なくとも４本の複数個のフロートブイ
を置き、水中を移動する航走体の２次元の水平位置をＬ
ＢＬ方式によって音響計測するとともに深度方向の位置
を３次元のＳＳＢＬ方式で音響計測する装置であり、測
定エリアに設定した座標系におけるトランスポンダの位
置及び計測船の船底送波器と各トランスポンダの送受波
器との間の距離は別の計測手段によって計測されている
ものであり、各フロートブイからは音響センサが海中に
吊下げられ、複数個のフロートブイの内１本以上のフロ
ートブイから吊下げられる音響センサは、２個以上の音
響センサが深度方向に離れた位置に取り付けられた構造
の音響センサアレイからなり、一方の音響センサはＬＢ
Ｌ測位を行うものであり、他方の音響センサは３次元Ｓ
ＳＢＬ測位を行うものである３次元ＳＳＢＬ音響センサ
である。
【００１５】この装置において、各音響センサの基準座
標系における３次元位置を海底に設置したトランスポン
ダによってＬＢＬ方式で求め、３次元ＳＳＢＬ音響セン
サでトランスポンダからの信号を受信し、３次元ＳＳＢ
Ｌ音響センサへの信号の入射方向をＳＳＢＬ方式により
求め、この結果から基準座標系における３次元ＳＳＢＬ
音響センサの方向及び傾斜を求め、次に、航走体の音響
ピンガから同期又は非同期ピンガ信号を送信し、この信
号を音響センサで受信し、受信時刻から音響ピンガと各
音響センサとの距離を求め、これらの結果から音響セン
サを基準とした座標系における音響ピンガの２次元位置
をＬＢＬ方式で求め、さらに、３次元ＳＳＢＬ音響セン
サでピンガ信号を送信し、３次元ＳＳＢＬ音響センサを
基準とした音響ピンガの入射方向をＳＳＢＬ方式により
求め、座標変換によって基準座標系における音響ピンガ
の３次元位置を求めるものである。
標系における３次元位置を海底に設置したトランスポン
ダによってＬＢＬ方式で求め、３次元ＳＳＢＬ音響セン
サでトランスポンダからの信号を受信し、３次元ＳＳＢ
Ｌ音響センサへの信号の入射方向をＳＳＢＬ方式により
求め、この結果から基準座標系における３次元ＳＳＢＬ
音響センサの方向及び傾斜を求め、次に、航走体の音響
ピンガから同期又は非同期ピンガ信号を送信し、この信
号を音響センサで受信し、受信時刻から音響ピンガと各
音響センサとの距離を求め、これらの結果から音響セン
サを基準とした座標系における音響ピンガの２次元位置
をＬＢＬ方式で求め、さらに、３次元ＳＳＢＬ音響セン
サでピンガ信号を送信し、３次元ＳＳＢＬ音響センサを
基準とした音響ピンガの入射方向をＳＳＢＬ方式により
求め、座標変換によって基準座標系における音響ピンガ
の３次元位置を求めるものである。
【００１６】
【作用】本発明によれば、水中航走体の位置検出装置及
びその位置検出方法において、ピンガ信号をフロートブ
イから吊下した音響センサで受信し、その信号を無線デ
ータリンクを経て計測船に伝送するようにしたので、ピ
ンガ信号の海中伝搬距離が短くなり、データレートの高
速化が可能となり、また、海底に係留したトランスポン
ダにより、ＬＢＬ音響センサの位置のキャリブレーショ
ンを行うようにしたので、高い精度で音響測位が可能と
なる。
びその位置検出方法において、ピンガ信号をフロートブ
イから吊下した音響センサで受信し、その信号を無線デ
ータリンクを経て計測船に伝送するようにしたので、ピ
ンガ信号の海中伝搬距離が短くなり、データレートの高
速化が可能となり、また、海底に係留したトランスポン
ダにより、ＬＢＬ音響センサの位置のキャリブレーショ
ンを行うようにしたので、高い精度で音響測位が可能と
なる。
【００１７】また、最低１個以上のフロートブイでＳＢ
Ｌ音響センサにより航走体の深度を検出するので、航走
体から深度情報を送ることなく３次元位置の検出が可能
である。さらに、最低１個以上のフロートブイで３次元
ＳＳＢＬ音響センサにより航走体の深度を検出するの
で、航走体から深度情報を送ることなく３次元位置の検
出が可能である。
Ｌ音響センサにより航走体の深度を検出するので、航走
体から深度情報を送ることなく３次元位置の検出が可能
である。さらに、最低１個以上のフロートブイで３次元
ＳＳＢＬ音響センサにより航走体の深度を検出するの
で、航走体から深度情報を送ることなく３次元位置の検
出が可能である。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の第１の実施例について図を参
照しながら詳細に説明する。図１は航走体１の音響ピン
ガ１１に同期ピンガを用いた場合の本発明の第１の実施
例を示す図である。本発明の第１の実施例の水中航走体
の位置検出装置は、航走体１と、海底に係留されている
トランスポンダ３１〜３３と、海上に浮遊しているフロ
ートブイ５１〜５３と、計測船２とから構成されてい
る。
照しながら詳細に説明する。図１は航走体１の音響ピン
ガ１１に同期ピンガを用いた場合の本発明の第１の実施
例を示す図である。本発明の第１の実施例の水中航走体
の位置検出装置は、航走体１と、海底に係留されている
トランスポンダ３１〜３３と、海上に浮遊しているフロ
ートブイ５１〜５３と、計測船２とから構成されてい
る。
【００１９】本発明の水中航走体の位置検出装置におい
ては、３本以上のトランスポンダを海底に係留する。図
示の第１の実施例では３本のトランスポンダ３１〜３３
を海底に係留し、キャリブレーションにより測定エリア
に設定した基準座標系における３次元位置を測定してお
く。さらに、別の音響計測手段によって計測船２のイン
タロゲート送波器２２と各トランスポンダの送受波器４
１〜４３の距離Ｌ1 〜Ｌ3 を適当な時間間隔で計測して
おく。また、複数個のフロートブイ５１〜５３は測定エ
リア内の海上を適当な間隔で浮遊しており、海中には１
個の受波器から構成される音響センサ６１〜６３を海中
に吊下し、音響センサ６１〜６３の受信信号を空中部の
アンテナから無線データリンク７１〜７３を通して計測
船２に伝送する機能を有する。フロートブイ５１〜５３
は、航走体１の音響ピンガ１１が同期ピンガの場合３
本、非同期ピンガの場合４本以上が使用される。本実施
例においては、トランスポンダ３１〜３３のベースライ
ン長に比べ、トランスポンダ３１〜３３とフロートブイ
５１〜５３の音響センサ６１〜６３の深度差は十分大き
く、ＬＢＬ方式によりトランスポンダ３１〜３３を用い
て音響センサ６１〜６３の３次元位置が計測できる場合
を想定する。
ては、３本以上のトランスポンダを海底に係留する。図
示の第１の実施例では３本のトランスポンダ３１〜３３
を海底に係留し、キャリブレーションにより測定エリア
に設定した基準座標系における３次元位置を測定してお
く。さらに、別の音響計測手段によって計測船２のイン
タロゲート送波器２２と各トランスポンダの送受波器４
１〜４３の距離Ｌ1 〜Ｌ3 を適当な時間間隔で計測して
おく。また、複数個のフロートブイ５１〜５３は測定エ
リア内の海上を適当な間隔で浮遊しており、海中には１
個の受波器から構成される音響センサ６１〜６３を海中
に吊下し、音響センサ６１〜６３の受信信号を空中部の
アンテナから無線データリンク７１〜７３を通して計測
船２に伝送する機能を有する。フロートブイ５１〜５３
は、航走体１の音響ピンガ１１が同期ピンガの場合３
本、非同期ピンガの場合４本以上が使用される。本実施
例においては、トランスポンダ３１〜３３のベースライ
ン長に比べ、トランスポンダ３１〜３３とフロートブイ
５１〜５３の音響センサ６１〜６３の深度差は十分大き
く、ＬＢＬ方式によりトランスポンダ３１〜３３を用い
て音響センサ６１〜６３の３次元位置が計測できる場合
を想定する。
【００２０】以下、本発明の第１の実施例の動作を説明
する。まず、計測船２の船底に取り付けたインタロゲー
ト送波器２２から周波数ｆ1でインタロゲート信号を送
信する。この信号は、海底に設置した各トランスポンダ
３１〜３３の送受波器４１〜４３で受信される。トラン
スポンダ３１では、経路Ｌ1 を経て計測船２からのイン
タロゲート信号を受信すると、直ちに周波数ｆ2 で応答
信号を送信する。応答信号は経路Ｊ11を経てフロートブ
イ５１から吊下した音響センサ６１で受信される。ま
た、応答信号は、同様に、経路Ｊ12を経てフロートブイ
５２の音響センサ６２により受信され、経路Ｊ13を経て
フロートブイ５３の音響センサ６３でそれぞれ受信され
る。
する。まず、計測船２の船底に取り付けたインタロゲー
ト送波器２２から周波数ｆ1でインタロゲート信号を送
信する。この信号は、海底に設置した各トランスポンダ
３１〜３３の送受波器４１〜４３で受信される。トラン
スポンダ３１では、経路Ｌ1 を経て計測船２からのイン
タロゲート信号を受信すると、直ちに周波数ｆ2 で応答
信号を送信する。応答信号は経路Ｊ11を経てフロートブ
イ５１から吊下した音響センサ６１で受信される。ま
た、応答信号は、同様に、経路Ｊ12を経てフロートブイ
５２の音響センサ６２により受信され、経路Ｊ13を経て
フロートブイ５３の音響センサ６３でそれぞれ受信され
る。
【００２１】トランスポンダ３２及びトランスポンダ３
３についても、同様に、インタロゲート送波器２２から
の周波数ｆ1 のインタロゲート信号を受信し、それぞれ
直ちに各トランスポンダ固有の周波数ｆ3 及び周波数ｆ
4 で応答信号を送信する。トランスポンダ１の場合と同
様に、応答信号はフロートブイ５１、フロートブイ５２
及びフロートブイ５３でおのおの受信される。したがっ
て、フロートブイ５１の受信する応答信号は、経路Ｊ11
を経て送信される周波数ｆ2 の信号と、経路Ｊ 21を経て
送信される周波数ｆ3 の信号と、経路Ｊ31を経て送信さ
れる周波数ｆ4の信号である。また、フロートブイ５２
の受信する応答信号は、経路Ｊ12を経て送信される周波
数ｆ2 の信号と、経路Ｊ22を経て送信される周波数ｆ3
の信号と、経路Ｊ32を経て送信される周波数ｆ4 の信号
である。
３についても、同様に、インタロゲート送波器２２から
の周波数ｆ1 のインタロゲート信号を受信し、それぞれ
直ちに各トランスポンダ固有の周波数ｆ3 及び周波数ｆ
4 で応答信号を送信する。トランスポンダ１の場合と同
様に、応答信号はフロートブイ５１、フロートブイ５２
及びフロートブイ５３でおのおの受信される。したがっ
て、フロートブイ５１の受信する応答信号は、経路Ｊ11
を経て送信される周波数ｆ2 の信号と、経路Ｊ 21を経て
送信される周波数ｆ3 の信号と、経路Ｊ31を経て送信さ
れる周波数ｆ4の信号である。また、フロートブイ５２
の受信する応答信号は、経路Ｊ12を経て送信される周波
数ｆ2 の信号と、経路Ｊ22を経て送信される周波数ｆ3
の信号と、経路Ｊ32を経て送信される周波数ｆ4 の信号
である。
【００２２】航走体１には、同期ピンガ又は非同期ピン
ガが取り付けてあり、各フロートブイ５１〜５３の音響
センサ６１〜６３に対し、経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 を経
て周波数ｆ5 でピンガ信号を送信する。各フロートブイ
５１〜５３では、航走体１からのピンガ信号及びトラン
スポンダ３１、トランスポンダ３２並びにトランスポン
ダ３３からの応答信号を音響センサ６１〜６３で受信
し、直ちにフロートブイ５１〜５３の空中部のアンテナ
から無線データリンク７１〜７３を通して計測船２に送
る。
ガが取り付けてあり、各フロートブイ５１〜５３の音響
センサ６１〜６３に対し、経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 を経
て周波数ｆ5 でピンガ信号を送信する。各フロートブイ
５１〜５３では、航走体１からのピンガ信号及びトラン
スポンダ３１、トランスポンダ３２並びにトランスポン
ダ３３からの応答信号を音響センサ６１〜６３で受信
し、直ちにフロートブイ５１〜５３の空中部のアンテナ
から無線データリンク７１〜７３を通して計測船２に送
る。
【００２３】計測船２は、各フロートブイ５１〜５３か
ら伝送された音響センサ６１〜６３の受信信号について
以下の処理を行う。まず、計測船２からのインタロゲー
ト信号に対する各トランスポンダからの応答信号のフロ
ートブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３における受
信時刻を計測する。この計測時間によって計測船２のイ
ンタロゲート送波器２２−各トランスポンダ３１〜３３
の送受波器−各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６
１〜６３の経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、（Ｌ1
−Ｊ12）、（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −Ｊ21）、（Ｌ
2 −Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ3 −Ｊ31）、
（Ｌ3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）のおのおのに沿った伝
搬時間を求め、この伝搬時間から各経路の距離を算出す
る。ここで、計測船２のインタロゲート送波器２２−各
トランスポンダ３１〜３３送受波器の経路Ｌ1 、経路Ｌ
2 及び経路Ｌ3の距離は別の音響計測手段によって既知
である。したがって、前記の計測船２のインタロゲート
送波器２２−各トランスポンダ３１〜３３の送受波器−
各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３の経
路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、（Ｌ1 −Ｊ12）、
（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −Ｊ21）、（Ｌ2 −
Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ3 −Ｊ31）、（Ｌ
3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）の距離から前記既知の経路
Ｌ1 、経路Ｌ2 及び経路Ｌ3 の距離を差し引くことによ
り、各トランスポンダ３１〜３３の送受波器−各フロー
トブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３の経路Ｊ11，
Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，Ｊ23及び経路Ｊ31，
Ｊ 32，Ｊ33の距離を算出することができる。
ら伝送された音響センサ６１〜６３の受信信号について
以下の処理を行う。まず、計測船２からのインタロゲー
ト信号に対する各トランスポンダからの応答信号のフロ
ートブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３における受
信時刻を計測する。この計測時間によって計測船２のイ
ンタロゲート送波器２２−各トランスポンダ３１〜３３
の送受波器−各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６
１〜６３の経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、（Ｌ1
−Ｊ12）、（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −Ｊ21）、（Ｌ
2 −Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ3 −Ｊ31）、
（Ｌ3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）のおのおのに沿った伝
搬時間を求め、この伝搬時間から各経路の距離を算出す
る。ここで、計測船２のインタロゲート送波器２２−各
トランスポンダ３１〜３３送受波器の経路Ｌ1 、経路Ｌ
2 及び経路Ｌ3の距離は別の音響計測手段によって既知
である。したがって、前記の計測船２のインタロゲート
送波器２２−各トランスポンダ３１〜３３の送受波器−
各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３の経
路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、（Ｌ1 −Ｊ12）、
（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −Ｊ21）、（Ｌ2 −
Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ3 −Ｊ31）、（Ｌ
3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）の距離から前記既知の経路
Ｌ1 、経路Ｌ2 及び経路Ｌ3 の距離を差し引くことによ
り、各トランスポンダ３１〜３３の送受波器−各フロー
トブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３の経路Ｊ11，
Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，Ｊ23及び経路Ｊ31，
Ｊ 32，Ｊ33の距離を算出することができる。
【００２４】キャリブレーションにより、各トランスポ
ンダ３１〜３３の座標位置は既知であるから、これらの
結果と前記の経路Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，
Ｊ23及び経路Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離とから、球面法に
より基準座標系における各フロートブイ５１〜５３の音
響センサ６１〜６３の３次元位置が計算できる。また、
音響センサ６１〜６３に深度センサを内蔵させて計測船
から送信されるインタロゲート信号に対するトランスポ
ンダの応答信号を各音響センサで受信し、この応答信号
の受信時刻からトランスポンダと各音響センサ間の距離
を求め、該距離から球面法により２次元位置を求め、深
度方向の位置を内蔵深度センサの情報を求め、これらに
よってトランスポンダを基準とした座標系における音響
センサの３次元位置を求めることもできる。
ンダ３１〜３３の座標位置は既知であるから、これらの
結果と前記の経路Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，
Ｊ23及び経路Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離とから、球面法に
より基準座標系における各フロートブイ５１〜５３の音
響センサ６１〜６３の３次元位置が計算できる。また、
音響センサ６１〜６３に深度センサを内蔵させて計測船
から送信されるインタロゲート信号に対するトランスポ
ンダの応答信号を各音響センサで受信し、この応答信号
の受信時刻からトランスポンダと各音響センサ間の距離
を求め、該距離から球面法により２次元位置を求め、深
度方向の位置を内蔵深度センサの情報を求め、これらに
よってトランスポンダを基準とした座標系における音響
センサの３次元位置を求めることもできる。
【００２５】この結果から、音響センサ６１〜６３を基
準とした座標系を設定する。次に、音響センサ６１〜６
３を基準とした座標系における航走体１の音響ピンガ１
１の位置を求める。一般に、航走体の深度範囲は水面か
ら海底付近まで取り得るので、航走体１の音響ピンガ１
１と音響センサ６１〜６３の深度差が音響センサのベー
スライン長より小さくなることもある。この場合、音響
センサ６１〜６３を用いたＬＢＬ方式により航走体１の
音響ピンガ１１の位置計測において深度方向の計測精度
は低くなる。このため、ＬＢＬ方式により音響ピンガ１
１の２次元位置を求め、音響ピンガ１１の深度方向の位
置は航走体１に取り付けた深度センサ１２によって計測
した深度情報を別途伝送する方法が妥当である。
準とした座標系を設定する。次に、音響センサ６１〜６
３を基準とした座標系における航走体１の音響ピンガ１
１の位置を求める。一般に、航走体の深度範囲は水面か
ら海底付近まで取り得るので、航走体１の音響ピンガ１
１と音響センサ６１〜６３の深度差が音響センサのベー
スライン長より小さくなることもある。この場合、音響
センサ６１〜６３を用いたＬＢＬ方式により航走体１の
音響ピンガ１１の位置計測において深度方向の計測精度
は低くなる。このため、ＬＢＬ方式により音響ピンガ１
１の２次元位置を求め、音響ピンガ１１の深度方向の位
置は航走体１に取り付けた深度センサ１２によって計測
した深度情報を別途伝送する方法が妥当である。
【００２６】そこで、本実施例においては、ピンガ信号
を航走体１の深度情報で変調して送信する。音響ピンガ
１１が同期ピンガの場合、まず、同期ピンガの受信時刻
から航走体１−各ＬＢＬ音響センサ６１〜６３間の経
路、すなわち経路Ｍ1 、経路Ｍ 2 及びＭ3 の音波の伝搬
時間を求め、各経路の距離を算出する。この結果を用い
て球面法により音響センサ６１〜６３を基準とした座標
系における航走体１の２次元位置が決まる。さらに、ピ
ンガ信号を復調して航走体１の深度を求める。これらに
より、音響センサ６１〜６３を基準とした座標系におけ
る音響ピンガ１１の３次元位置を導くことができる。
を航走体１の深度情報で変調して送信する。音響ピンガ
１１が同期ピンガの場合、まず、同期ピンガの受信時刻
から航走体１−各ＬＢＬ音響センサ６１〜６３間の経
路、すなわち経路Ｍ1 、経路Ｍ 2 及びＭ3 の音波の伝搬
時間を求め、各経路の距離を算出する。この結果を用い
て球面法により音響センサ６１〜６３を基準とした座標
系における航走体１の２次元位置が決まる。さらに、ピ
ンガ信号を復調して航走体１の深度を求める。これらに
より、音響センサ６１〜６３を基準とした座標系におけ
る音響ピンガ１１の３次元位置を導くことができる。
【００２７】この結果を座標変換して、基準座標系にお
ける航走体１の音響ピンガ１１の３次元位置を求める。
非同期ピンガの場合、４個以上の音響センサのおのおの
について、音響ピンガ−音響センサ間の距離差を求め、
双曲面法によって基準座標系における航走体１の位置を
算出する。
ける航走体１の音響ピンガ１１の３次元位置を求める。
非同期ピンガの場合、４個以上の音響センサのおのおの
について、音響ピンガ−音響センサ間の距離差を求め、
双曲面法によって基準座標系における航走体１の位置を
算出する。
【００２８】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。前記の本発明の第１の実施例においては、ＬＢＬ
音響センサがほぼ同一平面に配置され、深度方向の精度
が悪いため、航走体の３次元位置を計測するためには、
航走体に深度センサを取り付けておき、ピンガ信号を変
調するなどして深度情報を計測船に伝送する必要がある
という解決すべき問題点のを依然として有している。
本発明の第２の実施例は問題点の、を解決するとと
もに、この問題点のをも解決するものである。
する。前記の本発明の第１の実施例においては、ＬＢＬ
音響センサがほぼ同一平面に配置され、深度方向の精度
が悪いため、航走体の３次元位置を計測するためには、
航走体に深度センサを取り付けておき、ピンガ信号を変
調するなどして深度情報を計測船に伝送する必要がある
という解決すべき問題点のを依然として有している。
本発明の第２の実施例は問題点の、を解決するとと
もに、この問題点のをも解決するものである。
【００２９】図４は航走体１の音響ピンガ１１に同期ピ
ンガを用いた場合の本発明の第２の実施例を示す図であ
る。本発明の第２の実施例の水中航走体の位置検出装置
は、航走体１と、海底に係留されているトランスポンダ
３１〜３３と、海上に浮遊しているフロートブイ５１〜
５３と、計測船２とから構成され、各フロートブイ５１
〜５３からは音響センサ８０、６２、６３が海中に吊下
げられ、複数本のフロートブイ５１〜５３のうち１本以
上のフロートブイからは２個以上の音響センサ８１、８
２が深度方向に離れた位置に取り付けられた構造からな
る音響センサアレイが吊下げられている。この音響セン
サアレイをＳＢＬ音響センサ８０と呼ぶ。
ンガを用いた場合の本発明の第２の実施例を示す図であ
る。本発明の第２の実施例の水中航走体の位置検出装置
は、航走体１と、海底に係留されているトランスポンダ
３１〜３３と、海上に浮遊しているフロートブイ５１〜
５３と、計測船２とから構成され、各フロートブイ５１
〜５３からは音響センサ８０、６２、６３が海中に吊下
げられ、複数本のフロートブイ５１〜５３のうち１本以
上のフロートブイからは２個以上の音響センサ８１、８
２が深度方向に離れた位置に取り付けられた構造からな
る音響センサアレイが吊下げられている。この音響セン
サアレイをＳＢＬ音響センサ８０と呼ぶ。
【００３０】本発明の水中航走体の位置検出装置におい
ては、３本以上のトランスポンダを海底に係留する。図
示の第２の実施例では３本のトランスポンダ３１〜３３
を海底に係留し、キャリブレーションにより測定エリア
に設定した基準座標系における３次元位置を測定してお
く。さらに、別の音響計測手段によって計測船２のイン
タロゲート送波器２２と各トランスポンダの送受波器４
１〜４３の距離Ｌ1 〜Ｌ3 を適当な時間間隔で計測して
おく。また、複数個のフロートブイ５１〜５３は測定エ
リア内の海上を適当な間隔で浮遊しており、海中には１
個の受波器から構成される音響センサ６２、６３と音響
センサアレイのＳＢＬ音響センサ８０を海中に吊下し、
音響センサ６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０の受信信
号を空中部のアンテナから無線データリンク７１〜７３
を通して計測船２に伝送する機能を有する。フロートブ
イ５１〜５３は、航走体１の音響ピンガ１１が同期ピン
ガの場合３本、非同期ピンガの場合４本以上が使用され
る。フロートブイ５１〜５３のうち、最低１本以上のフ
ロートブイからは２個以上の音響センサが深度方向に離
れた位置に取り付けたアレイ構造の音響センサアレイが
吊下げられている。音響センサアレイの一方を音響セン
サ８１、他方を音響センサ８２によって構成し、ＳＢＬ
音響センサ８０と呼ぶ。本実施例においては、トランス
ポンダ３１〜３３のベースライン長に比べ、トランスポ
ンダ３１〜３３とフロートブイ５１〜５３の音響センサ
６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０の深度差は十分大き
く、ＬＢＬ方式によりトランスポンダ３１〜３３を用い
て音響センサ６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０の３次
元位置が計測できる場合を想定する。
ては、３本以上のトランスポンダを海底に係留する。図
示の第２の実施例では３本のトランスポンダ３１〜３３
を海底に係留し、キャリブレーションにより測定エリア
に設定した基準座標系における３次元位置を測定してお
く。さらに、別の音響計測手段によって計測船２のイン
タロゲート送波器２２と各トランスポンダの送受波器４
１〜４３の距離Ｌ1 〜Ｌ3 を適当な時間間隔で計測して
おく。また、複数個のフロートブイ５１〜５３は測定エ
リア内の海上を適当な間隔で浮遊しており、海中には１
個の受波器から構成される音響センサ６２、６３と音響
センサアレイのＳＢＬ音響センサ８０を海中に吊下し、
音響センサ６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０の受信信
号を空中部のアンテナから無線データリンク７１〜７３
を通して計測船２に伝送する機能を有する。フロートブ
イ５１〜５３は、航走体１の音響ピンガ１１が同期ピン
ガの場合３本、非同期ピンガの場合４本以上が使用され
る。フロートブイ５１〜５３のうち、最低１本以上のフ
ロートブイからは２個以上の音響センサが深度方向に離
れた位置に取り付けたアレイ構造の音響センサアレイが
吊下げられている。音響センサアレイの一方を音響セン
サ８１、他方を音響センサ８２によって構成し、ＳＢＬ
音響センサ８０と呼ぶ。本実施例においては、トランス
ポンダ３１〜３３のベースライン長に比べ、トランスポ
ンダ３１〜３３とフロートブイ５１〜５３の音響センサ
６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０の深度差は十分大き
く、ＬＢＬ方式によりトランスポンダ３１〜３３を用い
て音響センサ６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０の３次
元位置が計測できる場合を想定する。
【００３１】一般に、航走体１の深度範囲は水面から海
水付近まで取り得るので、航走体１の音響ピンガ１１と
音響センサ６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０の深度差
が音響センサ６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０のベー
スライン長より小さくなることもある。この場合、音響
センサを用いたＬＢＬ方式によって航走体１の音響ピン
ガ１１の位置計測において深度方向の計測精度が低くな
る。このため、本実施例では、ＬＢＬ方式により音響ピ
ンガ１１の２次元位置を求め、音響ピンガ１１の深度方
向の位置はＳＢＬ音響センサ８０を用いてＳＢＬ方式に
より航走体１の音響ピンガ１１の俯仰方向を求め、両者
から音響ピンガ１１の３次元位置を求める。
水付近まで取り得るので、航走体１の音響ピンガ１１と
音響センサ６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０の深度差
が音響センサ６２、６３とＳＢＬ音響センサ８０のベー
スライン長より小さくなることもある。この場合、音響
センサを用いたＬＢＬ方式によって航走体１の音響ピン
ガ１１の位置計測において深度方向の計測精度が低くな
る。このため、本実施例では、ＬＢＬ方式により音響ピ
ンガ１１の２次元位置を求め、音響ピンガ１１の深度方
向の位置はＳＢＬ音響センサ８０を用いてＳＢＬ方式に
より航走体１の音響ピンガ１１の俯仰方向を求め、両者
から音響ピンガ１１の３次元位置を求める。
【００３２】以下、本発明の第２の実施例の動作を説明
する。まず、計測船２の船底に取り付けたインタロゲー
ト送波器２２から周波数ｆ1でインタロゲート信号を送
信する。この信号は、海底に設置した各トランスポンダ
３１〜３３の送受波器４１〜４３で受信される。トラン
スポンダ３１では、経路Ｌ1 を経て計測船２からのイン
タロゲート信号を受信すると、直ちに周波数ｆ2 で応答
信号を送信する。応答信号は経路Ｊ11を経てフロートブ
イ５１から吊下したＳＢＬ音響センサ８０で受信され
る。また、応答信号は、同様に、経路Ｊ12を経てフロー
トブイ５２の音響センサ６２により受信され、経路Ｊ13
を経てフロートブイ５３の音響センサ６３でそれぞれ受
信される。トランスポンダ３２及びトランスポンダ３３
についても、同様に、インタロゲート送波器２２からの
周波数ｆ1 のインタロゲート信号を受信し、それぞれ直
ちに各トランスポンダ固有の周波数ｆ3 及び周波数ｆ4
で応答信号を送信する。トランスポンダ１の場合と同様
に、応答信号はフロートブイ５１、フロートブイ５２及
びフロートブイ５３でおのおの受信される。したがっ
て、フロートブイ５１の受信する応答信号は、経路Ｊ11
を経て送信される周波数ｆ2 の信号と、経路Ｊ21を経て
送信される周波数ｆ3 の信号と、経路Ｊ31を経て送信さ
れる周波数ｆ4 の信号である。また、フロートブイ５２
の受信する応答信号は、経路Ｊ12を経て送信される周波
数ｆ2 の信号と、経路Ｊ22を経て送信される周波数ｆ3
の信号と、経路Ｊ32を経て送信される周波数ｆ4 の信号
である。
する。まず、計測船２の船底に取り付けたインタロゲー
ト送波器２２から周波数ｆ1でインタロゲート信号を送
信する。この信号は、海底に設置した各トランスポンダ
３１〜３３の送受波器４１〜４３で受信される。トラン
スポンダ３１では、経路Ｌ1 を経て計測船２からのイン
タロゲート信号を受信すると、直ちに周波数ｆ2 で応答
信号を送信する。応答信号は経路Ｊ11を経てフロートブ
イ５１から吊下したＳＢＬ音響センサ８０で受信され
る。また、応答信号は、同様に、経路Ｊ12を経てフロー
トブイ５２の音響センサ６２により受信され、経路Ｊ13
を経てフロートブイ５３の音響センサ６３でそれぞれ受
信される。トランスポンダ３２及びトランスポンダ３３
についても、同様に、インタロゲート送波器２２からの
周波数ｆ1 のインタロゲート信号を受信し、それぞれ直
ちに各トランスポンダ固有の周波数ｆ3 及び周波数ｆ4
で応答信号を送信する。トランスポンダ１の場合と同様
に、応答信号はフロートブイ５１、フロートブイ５２及
びフロートブイ５３でおのおの受信される。したがっ
て、フロートブイ５１の受信する応答信号は、経路Ｊ11
を経て送信される周波数ｆ2 の信号と、経路Ｊ21を経て
送信される周波数ｆ3 の信号と、経路Ｊ31を経て送信さ
れる周波数ｆ4 の信号である。また、フロートブイ５２
の受信する応答信号は、経路Ｊ12を経て送信される周波
数ｆ2 の信号と、経路Ｊ22を経て送信される周波数ｆ3
の信号と、経路Ｊ32を経て送信される周波数ｆ4 の信号
である。
【００３３】航走体１には、同期ピンガ又は非同期ピン
ガが取り付けてあり、各フロートブイ５１〜５３の音響
センサ６２、６３及びＳＢＬ音響センサ８０に対し、経
路Ｍ 1 ，Ｍ2 及びＭ3 を経て周波数ｆ5 でピンガ信号を
送信する。各フロートブイ５１〜５３では、航走体１か
らのピンガ信号及びトランスポンダ３１、トランスポン
ダ３２並びにトランスポンダ３３からの応答信号を音響
センサ６２、６３及びＳＢＬ音響センサ８０で受信し、
直ちにフロートブイ５１〜５３の空中部のアンテナから
無線データリンク７１〜７３を通して計測船２に送る。
ガが取り付けてあり、各フロートブイ５１〜５３の音響
センサ６２、６３及びＳＢＬ音響センサ８０に対し、経
路Ｍ 1 ，Ｍ2 及びＭ3 を経て周波数ｆ5 でピンガ信号を
送信する。各フロートブイ５１〜５３では、航走体１か
らのピンガ信号及びトランスポンダ３１、トランスポン
ダ３２並びにトランスポンダ３３からの応答信号を音響
センサ６２、６３及びＳＢＬ音響センサ８０で受信し、
直ちにフロートブイ５１〜５３の空中部のアンテナから
無線データリンク７１〜７３を通して計測船２に送る。
【００３４】計測船２は、各フロートブイ５１〜５３か
ら伝送された音響センサ６２、６３及びＳＢＬ音響セン
サ８０の受信信号について以下の処理を行う。まず、計
測船２からのインタロゲート信号に対する各トランスポ
ンダ３１〜３３からの応答信号のフロートブイ５１〜５
３の音響センサ８１、６２、６３における受信時刻を計
測する。この計測時間によって計測船２のインタロゲー
ト送波器２２−各トランスポンダ３１〜３３の送受波器
−各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３の
経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、（Ｌ1 −Ｊ12）、
（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −Ｊ21）、（Ｌ2 −
Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ3 −Ｊ31）、（Ｌ
3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）のおのおのに沿った伝搬時
間を求め、この伝搬時間から各経路の距離を算出する。
ここで、計測船２のインタロゲート送波器２２−各トラ
ンスポンダ３１〜３３送受波器の経路Ｌ1 、経路Ｌ2 及
び経路Ｌ3 の距離は別の音響計測手段によって既知であ
る。したがって、前記の計測船２のインタロゲート送波
器２２−各トランスポンダ３１〜３３の送受波器−各フ
ロートブイ５１〜５３の音響センサ８１、６２、６３の
経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、（Ｌ1 −Ｊ12）、
（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −Ｊ21）、（Ｌ2 −
Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ3 −Ｊ31）、（Ｌ
3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）の距離から前記既知の経路
Ｌ1 、経路Ｌ2 及び経路Ｌ3 の距離を差し引くことによ
り、各トランスポンダ３１〜３３の送受波器−各フロー
トブイ５１〜５３の音響センサ８１、６２、６３の経路
Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，Ｊ23及び経路
Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離を算出することができる。
ら伝送された音響センサ６２、６３及びＳＢＬ音響セン
サ８０の受信信号について以下の処理を行う。まず、計
測船２からのインタロゲート信号に対する各トランスポ
ンダ３１〜３３からの応答信号のフロートブイ５１〜５
３の音響センサ８１、６２、６３における受信時刻を計
測する。この計測時間によって計測船２のインタロゲー
ト送波器２２−各トランスポンダ３１〜３３の送受波器
−各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６１〜６３の
経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、（Ｌ1 −Ｊ12）、
（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −Ｊ21）、（Ｌ2 −
Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ3 −Ｊ31）、（Ｌ
3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）のおのおのに沿った伝搬時
間を求め、この伝搬時間から各経路の距離を算出する。
ここで、計測船２のインタロゲート送波器２２−各トラ
ンスポンダ３１〜３３送受波器の経路Ｌ1 、経路Ｌ2 及
び経路Ｌ3 の距離は別の音響計測手段によって既知であ
る。したがって、前記の計測船２のインタロゲート送波
器２２−各トランスポンダ３１〜３３の送受波器−各フ
ロートブイ５１〜５３の音響センサ８１、６２、６３の
経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、（Ｌ1 −Ｊ12）、
（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −Ｊ21）、（Ｌ2 −
Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ3 −Ｊ31）、（Ｌ
3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）の距離から前記既知の経路
Ｌ1 、経路Ｌ2 及び経路Ｌ3 の距離を差し引くことによ
り、各トランスポンダ３１〜３３の送受波器−各フロー
トブイ５１〜５３の音響センサ８１、６２、６３の経路
Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，Ｊ23及び経路
Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離を算出することができる。
【００３５】キャリブレーションにより、各トランスポ
ンダ３１〜３３の座標位置は既知であるから、これらの
結果と前記の経路Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，
Ｊ23及び経路Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離とから、球面法に
より基準座標系における各フロートブイ５１〜５３の音
響センサ８１、６２、６３の３次元位置が計算できる。
ンダ３１〜３３の座標位置は既知であるから、これらの
結果と前記の経路Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，
Ｊ23及び経路Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離とから、球面法に
より基準座標系における各フロートブイ５１〜５３の音
響センサ８１、６２、６３の３次元位置が計算できる。
【００３６】また、音響センサ６１〜６３に深度センサ
を内蔵させて計測船から送信されるインタロゲート信号
に対するトランスポンダの応答信号を各音響センサで受
信し、この応答信号の受信時刻からトランスポンダと各
音響センサ間の距離を求め、該距離から球面法により２
次元位置を求め、深度方向の位置を内蔵深度センサの情
報を求め、これらによってトランスポンダを基準とした
座標系における音響センサの３次元位置を求めることも
できる。
を内蔵させて計測船から送信されるインタロゲート信号
に対するトランスポンダの応答信号を各音響センサで受
信し、この応答信号の受信時刻からトランスポンダと各
音響センサ間の距離を求め、該距離から球面法により２
次元位置を求め、深度方向の位置を内蔵深度センサの情
報を求め、これらによってトランスポンダを基準とした
座標系における音響センサの３次元位置を求めることも
できる。
【００３７】この結果から、音響センサ８１、６２、６
３を基準とした座標系を設定する。上記の処理と並行し
て、ＳＢＬ音響センサ８０で、経路Ｊ11によってトラン
スポンダ１からの応答信号を受信し、ＳＢＬ音響センサ
８０を構成する音響センサ８１Ａ及び音響センサ８２Ｂ
の間の受信信号の時間差から、ＳＢＬ音響センサ８０を
基準としたトランスポンダ１の俯仰方向をＳＢＬ方式で
算出する。同様に、経路Ｊ12及び経路Ｊ13によってトラ
ンスポンダ３２及びトランスポンダ３３から応答信号を
受信し、ＳＢＬ音響センサ８０を基準としたトランスポ
ンダ３２及びトランスポンダ３３の俯仰方向を算出す
る。各トランスポンダ３１及び３３の座標及びＳＢＬ音
響センサ８０の座標は既知であるから、座標変換によっ
て基準座標系におけるＳＢＬ音響センサ８０の傾斜を計
算する。
３を基準とした座標系を設定する。上記の処理と並行し
て、ＳＢＬ音響センサ８０で、経路Ｊ11によってトラン
スポンダ１からの応答信号を受信し、ＳＢＬ音響センサ
８０を構成する音響センサ８１Ａ及び音響センサ８２Ｂ
の間の受信信号の時間差から、ＳＢＬ音響センサ８０を
基準としたトランスポンダ１の俯仰方向をＳＢＬ方式で
算出する。同様に、経路Ｊ12及び経路Ｊ13によってトラ
ンスポンダ３２及びトランスポンダ３３から応答信号を
受信し、ＳＢＬ音響センサ８０を基準としたトランスポ
ンダ３２及びトランスポンダ３３の俯仰方向を算出す
る。各トランスポンダ３１及び３３の座標及びＳＢＬ音
響センサ８０の座標は既知であるから、座標変換によっ
て基準座標系におけるＳＢＬ音響センサ８０の傾斜を計
算する。
【００３８】次に、経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 を経て受信
した音響ピンガ１からのピンガ信号の受信時刻から各経
路長を求め、球面法により音響センサ８１、６２、６３
を基準とした座標系における航走体１の音響ピンガ１１
の位置を求める。これらにより、音響センサ８１、６
２、６３を基準とした座標系における音響ピンガ１１の
２次元位置が導ける。さらに、ＳＢＬ音響センサ８０で
音響ピンガ１１からのピンガ信号を受信して、ＳＢＬ方
式によりＳＢＬ音響センサ８０を基準とした音響ピンガ
１１の俯仰方向を算出し、この結果及び音響ピンガ１１
の２次元位置から、音響センサ８１、６２、６３を基準
とした座標系における音響ピンガ１１の３次元位置が求
められる。既に、基準座標系における各音響センサ８
１、６２、６３の位置並びにＳＢＬ音響センサ８０の位
置及び傾斜は求められているので、音響センサ８１、６
２、６３及びＳＢＬ音響センサ８０を基準とした音響ピ
ンガ１１の３次元位置を座標変換することにより、基準
座標系における航走体１の音響ピンガ１１の３次元位置
が求められる。
した音響ピンガ１からのピンガ信号の受信時刻から各経
路長を求め、球面法により音響センサ８１、６２、６３
を基準とした座標系における航走体１の音響ピンガ１１
の位置を求める。これらにより、音響センサ８１、６
２、６３を基準とした座標系における音響ピンガ１１の
２次元位置が導ける。さらに、ＳＢＬ音響センサ８０で
音響ピンガ１１からのピンガ信号を受信して、ＳＢＬ方
式によりＳＢＬ音響センサ８０を基準とした音響ピンガ
１１の俯仰方向を算出し、この結果及び音響ピンガ１１
の２次元位置から、音響センサ８１、６２、６３を基準
とした座標系における音響ピンガ１１の３次元位置が求
められる。既に、基準座標系における各音響センサ８
１、６２、６３の位置並びにＳＢＬ音響センサ８０の位
置及び傾斜は求められているので、音響センサ８１、６
２、６３及びＳＢＬ音響センサ８０を基準とした音響ピ
ンガ１１の３次元位置を座標変換することにより、基準
座標系における航走体１の音響ピンガ１１の３次元位置
が求められる。
【００３９】非同期ピンガの場合、４個以上の音響セン
サのおのおのについて、音響ピンガ１１−音響センサ間
の距離差を求め、双曲面法によって音響センサを基準と
した座標系における航走体１の音響ピンガ１１の位置を
求める。この結果とＳＢＬ音響センサ８０を基準とした
音響ピンガ１１の俯仰方向の算出結果とから、基準座標
系における航走体１の３次元位置が算出できる。
サのおのおのについて、音響ピンガ１１−音響センサ間
の距離差を求め、双曲面法によって音響センサを基準と
した座標系における航走体１の音響ピンガ１１の位置を
求める。この結果とＳＢＬ音響センサ８０を基準とした
音響ピンガ１１の俯仰方向の算出結果とから、基準座標
系における航走体１の３次元位置が算出できる。
【００４０】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。本発明の第３の実施例は、前記の本発明の第２の
実施例と同様に問題点の、及びを解決するもので
ある。図５は航走体１の音響ピンガ１１に同期ピンガを
用いた場合の本発明の第３の実施例を示す図である。
する。本発明の第３の実施例は、前記の本発明の第２の
実施例と同様に問題点の、及びを解決するもので
ある。図５は航走体１の音響ピンガ１１に同期ピンガを
用いた場合の本発明の第３の実施例を示す図である。
【００４１】本発明の第３の実施例の水中航走体の位置
検出装置は、航走体１と、海底に係留されているトラン
スポンダ３１〜３３と、海上に浮遊しているフロートブ
イ５１〜５３と、計測船２とから構成され、各フロート
ブイ５１〜５３からは音響センサ６１、６２、６３が海
中に吊下げられ、さらに複数本のフロートブイ５１〜５
３のうち１本以上のフロートブイからは３次元ＳＳＢＬ
音響センサ９０が前記の音響センサと深度方向に離れた
位置に取り付けられている。一方の音響センサ６１、６
２、６３はＬＢＬ測位を行うためのものであり、他方の
３次元ＳＳＢＬ音響センサは３次元ＳＳＢＬ測位を行う
ものである。
検出装置は、航走体１と、海底に係留されているトラン
スポンダ３１〜３３と、海上に浮遊しているフロートブ
イ５１〜５３と、計測船２とから構成され、各フロート
ブイ５１〜５３からは音響センサ６１、６２、６３が海
中に吊下げられ、さらに複数本のフロートブイ５１〜５
３のうち１本以上のフロートブイからは３次元ＳＳＢＬ
音響センサ９０が前記の音響センサと深度方向に離れた
位置に取り付けられている。一方の音響センサ６１、６
２、６３はＬＢＬ測位を行うためのものであり、他方の
３次元ＳＳＢＬ音響センサは３次元ＳＳＢＬ測位を行う
ものである。
【００４２】本発明の水中航走体の位置検出装置におい
ては、３本以上のトランスポンダを海底に係留する。図
示の第２の実施例では３本のトランスポンダ３１〜３３
を海底に係留し、キャリブレーションにより測定エリア
に設定した基準座標系における３次元位置を測定してお
く。さらに、別の音響計測手段によって計測船２のイン
タロゲート送波器２２と各トランスポンダの送受波器４
１〜４３の距離Ｌ1 〜Ｌ3 を適当な時間間隔で計測して
おく。
ては、３本以上のトランスポンダを海底に係留する。図
示の第２の実施例では３本のトランスポンダ３１〜３３
を海底に係留し、キャリブレーションにより測定エリア
に設定した基準座標系における３次元位置を測定してお
く。さらに、別の音響計測手段によって計測船２のイン
タロゲート送波器２２と各トランスポンダの送受波器４
１〜４３の距離Ｌ1 〜Ｌ3 を適当な時間間隔で計測して
おく。
【００４３】また、複数個のフロートブイ５１〜５３は
測定エリア内の海上を適当な間隔で浮遊しており、海中
には１個の受波器から構成される音響センサ６２、６３
と音響センサ９１と３次元ＳＳＢＬ音響センサ９２を深
さ方向に離して構成して成る２種類の音響センサの組が
吊下げられている。音響センサ６１、６２、６３と３次
元ＳＳＢＬ音響センサ９０の受信信号は、空中部のアン
テナから無線データリンク７１〜７３を通して計測船２
に伝送される。フロートブイ５１〜５３は、航走体１の
音響ピンガ１１が同期ピンガの場合３本、非同期ピンガ
の場合４本以上が使用される。
測定エリア内の海上を適当な間隔で浮遊しており、海中
には１個の受波器から構成される音響センサ６２、６３
と音響センサ９１と３次元ＳＳＢＬ音響センサ９２を深
さ方向に離して構成して成る２種類の音響センサの組が
吊下げられている。音響センサ６１、６２、６３と３次
元ＳＳＢＬ音響センサ９０の受信信号は、空中部のアン
テナから無線データリンク７１〜７３を通して計測船２
に伝送される。フロートブイ５１〜５３は、航走体１の
音響ピンガ１１が同期ピンガの場合３本、非同期ピンガ
の場合４本以上が使用される。
【００４４】本実施例においては、トランスポンダ３１
〜３３のベースライン長に比べ、トランスポンダ３１〜
３３とフロートブイ５１〜５３の音響センサ６１、６
２、６３との深度差は十分大きく、ＬＢＬ方式によりト
ランスポンダ３１〜３３を用いて音響センサ６１、６
２、６３の３次元位置が計測できる場合を想定する。一
般に、航走体１の深度範囲は水面から海水付近まで取り
得るので、航走体１の音響ピンガ１１と音響センサ６
１、６２、６３の深度差が音響センサ６１、６２、６３
のベースライン長より小さくなることもある。この場
合、音響センサを用いたＬＢＬ方式によって航走体１の
音響ピンガ１１の位置計測において深度方向の計測精度
が低くなる。このため、本実施例では、フロートブイ５
１〜５３の音響センサ６１〜６３を基準とした音響ピン
ガ１１の位置を、まず、ＬＢＬ方式により２次元位置を
求め、次に、深度方向の位置は３次元ＳＳＢＬ音響セン
サ９０を用いてＳＳＢＬ方式により航走体１の音響ピン
ガ１１の３次元方向を求め、これらの結果から座標変換
により、基準座標系における音響ピンガ１１の３次元位
置を求める。以下に本発明の第３の実施例の動作を説明
する。
〜３３のベースライン長に比べ、トランスポンダ３１〜
３３とフロートブイ５１〜５３の音響センサ６１、６
２、６３との深度差は十分大きく、ＬＢＬ方式によりト
ランスポンダ３１〜３３を用いて音響センサ６１、６
２、６３の３次元位置が計測できる場合を想定する。一
般に、航走体１の深度範囲は水面から海水付近まで取り
得るので、航走体１の音響ピンガ１１と音響センサ６
１、６２、６３の深度差が音響センサ６１、６２、６３
のベースライン長より小さくなることもある。この場
合、音響センサを用いたＬＢＬ方式によって航走体１の
音響ピンガ１１の位置計測において深度方向の計測精度
が低くなる。このため、本実施例では、フロートブイ５
１〜５３の音響センサ６１〜６３を基準とした音響ピン
ガ１１の位置を、まず、ＬＢＬ方式により２次元位置を
求め、次に、深度方向の位置は３次元ＳＳＢＬ音響セン
サ９０を用いてＳＳＢＬ方式により航走体１の音響ピン
ガ１１の３次元方向を求め、これらの結果から座標変換
により、基準座標系における音響ピンガ１１の３次元位
置を求める。以下に本発明の第３の実施例の動作を説明
する。
【００４５】ＬＢＬ方式により音響ピンガ１１の２次元
位置を求め、音響ピンガ１１の深度方向の位置はＳＢＬ
音響センサ８０を用いてＳＢＬ方式により航走体１の音
響ピンガ１１の俯仰方向を求め、両者から音響ピンガ１
１の３次元位置を求める。以下、本発明の第２の実施例
の動作を説明する。まず、計測船２の船底に取り付けた
インタロゲート送波器２２から周波数ｆ1でインタロゲ
ート信号を送信する。この信号は、海底に設置した各ト
ランスポンダ３１〜３３の送受波器４１〜４３で受信さ
れる。
位置を求め、音響ピンガ１１の深度方向の位置はＳＢＬ
音響センサ８０を用いてＳＢＬ方式により航走体１の音
響ピンガ１１の俯仰方向を求め、両者から音響ピンガ１
１の３次元位置を求める。以下、本発明の第２の実施例
の動作を説明する。まず、計測船２の船底に取り付けた
インタロゲート送波器２２から周波数ｆ1でインタロゲ
ート信号を送信する。この信号は、海底に設置した各ト
ランスポンダ３１〜３３の送受波器４１〜４３で受信さ
れる。
【００４６】トランスポンダ３１では、経路Ｌ1 を経て
計測船２からのインタロゲート信号を受信すると、直ち
に周波数ｆ2 で応答信号を送信する。応答信号は経路Ｊ
11を経てフロートブイ５１から吊下した音響センサ６１
で受信される。また、応答信号は、同様に、経路Ｊ12を
経てフロートブイ５２の音響センサ６２により受信さ
れ、経路Ｊ13を経てフロートブイ５３の音響センサ６３
及び３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０でそれぞれ受信され
る。
計測船２からのインタロゲート信号を受信すると、直ち
に周波数ｆ2 で応答信号を送信する。応答信号は経路Ｊ
11を経てフロートブイ５１から吊下した音響センサ６１
で受信される。また、応答信号は、同様に、経路Ｊ12を
経てフロートブイ５２の音響センサ６２により受信さ
れ、経路Ｊ13を経てフロートブイ５３の音響センサ６３
及び３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０でそれぞれ受信され
る。
【００４７】トランスポンダ３２及びトランスポンダ３
３についても、同様に、インタロゲート送波器２２から
の周波数ｆ1 のインタロゲート信号を受信し、それぞれ
直ちに各トランスポンダ固有の周波数ｆ3 及び周波数ｆ
4 で応答信号を送信する。トランスポンダ１の場合と同
様に、応答信号はフロートブイ５１、フロートブイ５２
及びフロートブイ５３でおのおの受信される。したがっ
て、フロートブイ５１の受信する応答信号は、経路Ｊ11
を経て送信される周波数ｆ2 の信号と、経路Ｊ 21を経て
送信される周波数ｆ3 の信号と、経路Ｊ31を経て送信さ
れる周波数ｆ4の信号である。また、フロートブイ５２
の受信する応答信号は、経路Ｊ12を経て送信される周波
数ｆ2 の信号と、経路Ｊ22を経て送信される周波数ｆ3
の信号と、経路Ｊ32を経て送信される周波数ｆ4 の信号
である。
３についても、同様に、インタロゲート送波器２２から
の周波数ｆ1 のインタロゲート信号を受信し、それぞれ
直ちに各トランスポンダ固有の周波数ｆ3 及び周波数ｆ
4 で応答信号を送信する。トランスポンダ１の場合と同
様に、応答信号はフロートブイ５１、フロートブイ５２
及びフロートブイ５３でおのおの受信される。したがっ
て、フロートブイ５１の受信する応答信号は、経路Ｊ11
を経て送信される周波数ｆ2 の信号と、経路Ｊ 21を経て
送信される周波数ｆ3 の信号と、経路Ｊ31を経て送信さ
れる周波数ｆ4の信号である。また、フロートブイ５２
の受信する応答信号は、経路Ｊ12を経て送信される周波
数ｆ2 の信号と、経路Ｊ22を経て送信される周波数ｆ3
の信号と、経路Ｊ32を経て送信される周波数ｆ4 の信号
である。
【００４８】航走体１には、同期ピンガ又は非同期ピン
ガが取り付けてあり、各フロートブイ５１〜５３の音響
センサ６１、６２、６３及び３次元ＳＳＢＬ音響センサ
９０に対し、経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 を経て周波数ｆ5
でピンガ信号を送信する。各フロートブイ５１〜５３で
は、航走体１からのピンガ信号及びトランスポンダ３
１、トランスポンダ３２並びにトランスポンダ３３から
の応答信号を音響センサ６１、６２、６３及び３次元Ｓ
ＳＢＬ音響センサ９０で受信し、直ちにフロートブイ５
１〜５３の空中部のアンテナから無線データリンク７１
〜７３を通して計測船２に送る。
ガが取り付けてあり、各フロートブイ５１〜５３の音響
センサ６１、６２、６３及び３次元ＳＳＢＬ音響センサ
９０に対し、経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 を経て周波数ｆ5
でピンガ信号を送信する。各フロートブイ５１〜５３で
は、航走体１からのピンガ信号及びトランスポンダ３
１、トランスポンダ３２並びにトランスポンダ３３から
の応答信号を音響センサ６１、６２、６３及び３次元Ｓ
ＳＢＬ音響センサ９０で受信し、直ちにフロートブイ５
１〜５３の空中部のアンテナから無線データリンク７１
〜７３を通して計測船２に送る。
【００４９】計測船２は、各フロートブイ５１〜５３か
ら伝送された音響センサ６１、６２、６３及び３次元Ｓ
ＳＢＬ音響センサ９０の受信信号について以下の処理を
行う。まず、計測船２からのインタロゲート信号に対す
る各トランスポンダ３１〜３３からの応答信号のフロー
トブイ５１〜５３の音響センサ６１、６２、６３におけ
る受信時刻を計測する。この計測時間によって計測船２
のインタロゲート送波器２２−各トランスポンダ３１〜
３３の送受波器−各フロートブイ５１〜５３の音響セン
サ６１〜６３の経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、
（Ｌ1 −Ｊ12）、（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −
Ｊ21）、（Ｌ2 −Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ
3 −Ｊ31）、（Ｌ3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）のおのお
のに沿った伝搬時間を求め、この伝搬時間から各経路の
距離を算出する。ここで、計測船２のインタロゲート送
波器２２−各トランスポンダ３１〜３３送受波器の経路
Ｌ1 、経路Ｌ2 及び経路Ｌ3 の距離は別の音響計測手段
によって既知である。したがって、前記の計測船２のイ
ンタロゲート送波器２２−各トランスポンダ３１〜３３
の送受波器−各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６
１、６２、６３の経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、
（Ｌ1 −Ｊ12）、（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −
Ｊ21）、（Ｌ2 −Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ
3 −Ｊ31）、（Ｌ3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）の距離か
ら前記既知の経路Ｌ1 、経路Ｌ2 及び経路Ｌ3 の距離を
差し引くことにより、各トランスポンダ３１〜３３の送
受波器−各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６１、
６２、６３の経路Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，
Ｊ23及び経路Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離を算出することが
できる。
ら伝送された音響センサ６１、６２、６３及び３次元Ｓ
ＳＢＬ音響センサ９０の受信信号について以下の処理を
行う。まず、計測船２からのインタロゲート信号に対す
る各トランスポンダ３１〜３３からの応答信号のフロー
トブイ５１〜５３の音響センサ６１、６２、６３におけ
る受信時刻を計測する。この計測時間によって計測船２
のインタロゲート送波器２２−各トランスポンダ３１〜
３３の送受波器−各フロートブイ５１〜５３の音響セン
サ６１〜６３の経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、
（Ｌ1 −Ｊ12）、（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −
Ｊ21）、（Ｌ2 −Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ
3 −Ｊ31）、（Ｌ3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）のおのお
のに沿った伝搬時間を求め、この伝搬時間から各経路の
距離を算出する。ここで、計測船２のインタロゲート送
波器２２−各トランスポンダ３１〜３３送受波器の経路
Ｌ1 、経路Ｌ2 及び経路Ｌ3 の距離は別の音響計測手段
によって既知である。したがって、前記の計測船２のイ
ンタロゲート送波器２２−各トランスポンダ３１〜３３
の送受波器−各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６
１、６２、６３の経路、すなわち経路（Ｌ1 −Ｊ11）、
（Ｌ1 −Ｊ12）、（Ｌ1 −Ｊ13）、経路（Ｌ2 −
Ｊ21）、（Ｌ2 −Ｊ22）、（Ｌ2 −Ｊ23）及び経路（Ｌ
3 −Ｊ31）、（Ｌ3 −Ｊ32）、（Ｌ3 −Ｊ33）の距離か
ら前記既知の経路Ｌ1 、経路Ｌ2 及び経路Ｌ3 の距離を
差し引くことにより、各トランスポンダ３１〜３３の送
受波器−各フロートブイ５１〜５３の音響センサ６１、
６２、６３の経路Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，
Ｊ23及び経路Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離を算出することが
できる。
【００５０】キャリブレーションにより、各トランスポ
ンダ３１〜３３の座標位置は既知であるから、これらの
結果と前記の経路Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，
Ｊ23及び経路Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離とから、球面法に
より基準座標系における各フロートブイ５１〜５３の音
響センサ６１、６２、６３の３次元位置が計算できる。
ンダ３１〜３３の座標位置は既知であるから、これらの
結果と前記の経路Ｊ11，Ｊ12，Ｊ13、経路Ｊ21，Ｊ22，
Ｊ23及び経路Ｊ31，Ｊ32，Ｊ33の距離とから、球面法に
より基準座標系における各フロートブイ５１〜５３の音
響センサ６１、６２、６３の３次元位置が計算できる。
【００５１】また、音響センサ６１〜６３に深度センサ
を内蔵させて計測船から送信されるインタロゲート信号
に対するトランスポンダの応答信号を各音響センサで受
信し、この応答信号の受信時刻からトランスポンダと各
音響センサ間の距離を求め、該距離から球面法により２
次元位置を求め、深度方向の位置を内蔵深度センサの情
報を求め、これらによってトランスポンダを基準とした
座標系における音響センサの３次元位置を求めることも
できる。
を内蔵させて計測船から送信されるインタロゲート信号
に対するトランスポンダの応答信号を各音響センサで受
信し、この応答信号の受信時刻からトランスポンダと各
音響センサ間の距離を求め、該距離から球面法により２
次元位置を求め、深度方向の位置を内蔵深度センサの情
報を求め、これらによってトランスポンダを基準とした
座標系における音響センサの３次元位置を求めることも
できる。
【００５２】この結果から、音響センサ６１、６２、６
３を基準とした座標系を設定する。上記の処理と並行し
て、３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０で、経路Ｊ11によっ
てトランスポンダ１からの応答信号を受信する。３次元
ＳＳＢＬ音響センサ９０は互いに直交する３本のライン
アレイで構成され、ラインアレイを構成する音響センサ
素子間の受信信号の位相差から音波の到来方向を検出す
るものである。３本のラインアレイのおのおので受信音
信号の到来方向を検出することによって、信号の到来方
向が３次元で検出することができる。この３次元ＳＳＢ
Ｌ音響センサによって、３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０
を基準としたトランスポンダ３１の３次元方向をＳＳＢ
Ｌ方式で算出する。
３を基準とした座標系を設定する。上記の処理と並行し
て、３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０で、経路Ｊ11によっ
てトランスポンダ１からの応答信号を受信する。３次元
ＳＳＢＬ音響センサ９０は互いに直交する３本のライン
アレイで構成され、ラインアレイを構成する音響センサ
素子間の受信信号の位相差から音波の到来方向を検出す
るものである。３本のラインアレイのおのおので受信音
信号の到来方向を検出することによって、信号の到来方
向が３次元で検出することができる。この３次元ＳＳＢ
Ｌ音響センサによって、３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０
を基準としたトランスポンダ３１の３次元方向をＳＳＢ
Ｌ方式で算出する。
【００５３】同様に、経路Ｊ12及び経路Ｊ13によってト
ランスポンダ３２及びトランスポンダ３３から応答信号
を受信し、３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０を基準とした
トランスポンダ３２及びトランスポンダ３３の３次元方
向を算出する。この結果から、各トランスポンダ３１及
び３３の座標及び３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０の座標
は既知であるから、座標変換によって基準座標系におけ
る３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０の傾斜と方向を計算し
て３次元姿勢を求める。
ランスポンダ３２及びトランスポンダ３３から応答信号
を受信し、３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０を基準とした
トランスポンダ３２及びトランスポンダ３３の３次元方
向を算出する。この結果から、各トランスポンダ３１及
び３３の座標及び３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０の座標
は既知であるから、座標変換によって基準座標系におけ
る３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０の傾斜と方向を計算し
て３次元姿勢を求める。
【００５４】次に、経路Ｍ1 ，Ｍ2 及びＭ3 を経て受信
した音響ピンガ１からのピンガ信号の受信時刻から各経
路長を求め、球面法により音響センサ６１、６２、６３
を基準とした座標系における航走体１の音響ピンガ１１
の位置を求める。これらにより、音響センサ６１、６
２、６３を基準とした座標系における音響ピンガ１１の
２次元位置が導ける。さらに、３次元ＳＳＢＬ音響セン
サ９０で音響ピンガ１１からのピンガ信号を受信して、
ＳＳＢＬ方式により３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０を基
準とした音響ピンガ１１の３次元方向を算出し、この結
果及び音響ピンガ１１の２次元位置から、音響センサ６
１、６２、６３を基準とした座標系における音響ピンガ
１１の３次元位置が求められる。既に、基準座標系にお
ける各音響センサ６１、６２、６３の位置並びに３次元
ＳＳＢＬ音響センサ９０の位置、傾斜及び方向は求めら
れているので、音響センサ６１、６２、６３及び３次元
ＳＳＢＬ音響センサ９０を基準とした音響ピンガ１１の
３次元位置を座標変換することにより、基準座標系にお
ける航走体１の音響ピンガ１１の３次元位置が求められ
る。
した音響ピンガ１からのピンガ信号の受信時刻から各経
路長を求め、球面法により音響センサ６１、６２、６３
を基準とした座標系における航走体１の音響ピンガ１１
の位置を求める。これらにより、音響センサ６１、６
２、６３を基準とした座標系における音響ピンガ１１の
２次元位置が導ける。さらに、３次元ＳＳＢＬ音響セン
サ９０で音響ピンガ１１からのピンガ信号を受信して、
ＳＳＢＬ方式により３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０を基
準とした音響ピンガ１１の３次元方向を算出し、この結
果及び音響ピンガ１１の２次元位置から、音響センサ６
１、６２、６３を基準とした座標系における音響ピンガ
１１の３次元位置が求められる。既に、基準座標系にお
ける各音響センサ６１、６２、６３の位置並びに３次元
ＳＳＢＬ音響センサ９０の位置、傾斜及び方向は求めら
れているので、音響センサ６１、６２、６３及び３次元
ＳＳＢＬ音響センサ９０を基準とした音響ピンガ１１の
３次元位置を座標変換することにより、基準座標系にお
ける航走体１の音響ピンガ１１の３次元位置が求められ
る。
【００５５】非同期ピンガの場合、４個以上の音響セン
サのおのおのについて、音響ピンガ１１−音響センサ間
の距離差を求め、双曲面法によって音響センサを基準と
した座標系における航走体１の音響ピンガ１１の位置を
求める。この結果と３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０を基
準とした音響ピンガ１１の３次元方向の算出結果とか
ら、基準座標系における航走体１の３次元位置が算出で
きる。
サのおのおのについて、音響ピンガ１１−音響センサ間
の距離差を求め、双曲面法によって音響センサを基準と
した座標系における航走体１の音響ピンガ１１の位置を
求める。この結果と３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０を基
準とした音響ピンガ１１の３次元方向の算出結果とか
ら、基準座標系における航走体１の３次元位置が算出で
きる。
【００５６】なお、本実施例では３次元ＳＳＢＬ音響セ
ンサ９０を、互いに直交する３本のラインアレイで構成
したが、互いの交差する角度が既知であれば３本のライ
ンアレイが直交していなくてもよい。また、ラインアレ
イの代わりに面アレイで構成することも可能である。さ
らに、フロートブイ１においてＬＢＬ測位を行う音響セ
ンサ６１〜６３と３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０を構成
する音響センサ素子の１個を共用することも可能であ
る。
ンサ９０を、互いに直交する３本のラインアレイで構成
したが、互いの交差する角度が既知であれば３本のライ
ンアレイが直交していなくてもよい。また、ラインアレ
イの代わりに面アレイで構成することも可能である。さ
らに、フロートブイ１においてＬＢＬ測位を行う音響セ
ンサ６１〜６３と３次元ＳＳＢＬ音響センサ９０を構成
する音響センサ素子の１個を共用することも可能であ
る。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、 （１）航走体の位置計測に、ピンガ信号をフロートブイ
から吊下した音響センサで受信し、その信号を無線デー
タリンクを経て計測船に伝送するようにしたので、ピン
ガ信号の海中伝搬距離が短くなり、データレートの高速
化が可能となる。 （２）従来のフロートブイ方式では、ブイ空中部の位置
をレーダなどで計測するため、流れのある海域では、水
中に吊下したＬＢＬ音響センサの位置は時間とともに変
動し、音響測位では大きな誤差要因となるが、本発明で
は、海底に係留したトランスポンダにより、ＬＢＬ音響
センサの位置のキャリブレーションを行うようにしたの
で、高い精度で音響測位が可能となる。 （３）さらに、本発明の第２実施例によって、最低１個
以上のフロートブイでＳＢＬ音響センサにより航走体の
深度を検出できるようにしたので、航走体から深度情報
を送ることなく、３次元位置の検出が可能となる。 （４）また、本発明の第３実施例によって、最低１個以
上のフロートブイで３次元ＳＳＢＬ音響センサにより航
走体の深度を検出できるようにしたので、航走体から深
度情報を送ることなく、３次元位置の検出が可能とな
る。
から吊下した音響センサで受信し、その信号を無線デー
タリンクを経て計測船に伝送するようにしたので、ピン
ガ信号の海中伝搬距離が短くなり、データレートの高速
化が可能となる。 （２）従来のフロートブイ方式では、ブイ空中部の位置
をレーダなどで計測するため、流れのある海域では、水
中に吊下したＬＢＬ音響センサの位置は時間とともに変
動し、音響測位では大きな誤差要因となるが、本発明で
は、海底に係留したトランスポンダにより、ＬＢＬ音響
センサの位置のキャリブレーションを行うようにしたの
で、高い精度で音響測位が可能となる。 （３）さらに、本発明の第２実施例によって、最低１個
以上のフロートブイでＳＢＬ音響センサにより航走体の
深度を検出できるようにしたので、航走体から深度情報
を送ることなく、３次元位置の検出が可能となる。 （４）また、本発明の第３実施例によって、最低１個以
上のフロートブイで３次元ＳＳＢＬ音響センサにより航
走体の深度を検出できるようにしたので、航走体から深
度情報を送ることなく、３次元位置の検出が可能とな
る。
【００５８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変化が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変化が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。
【図２】従来の海底に設置したトランスポンダに音響セ
ンサを設ける方法による水中航走体位置検出装置及びそ
の方法の概略図である。
ンサを設ける方法による水中航走体位置検出装置及びそ
の方法の概略図である。
【図３】従来の海面に浮くフロートブイから音響センサ
を海中に吊下させる方法による水中航走体位置検出装置
及びその方法の概略図である。
を海中に吊下させる方法による水中航走体位置検出装置
及びその方法の概略図である。
【図４】本発明の第２の実施例を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施例を示す図である。
１ 航走体 ２ 計測船 ３，３１，３２，３３ トランスポンダ １１ 音響ピンガ １２ 深度センサ ２０ 船底受波器 ２２ インタロゲート送波器 ４１，４２，４３ 送受波器 ５１，５２，５３ フロートブイ ６１，６２，６３，８１，８２ 音響センサ ７１，７２，７３ 無線データリンク ８０ ＳＢＬ音響センサ ９０ ３次元ＳＳＢＬ音響センサ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 15/74,15/66 G01S 5/18 - 5/30
Claims (12)
- 【請求項１】 （ａ）航走体に取り付けた音響ピンガ
と、（ｂ）前記航走体の深度を計測する深度計測手段
と、（ｃ）計測船に取り付けた音響インタロゲータと、
（ｄ）前記音響インタロゲータからのインタロゲート信
号に対し、それぞれ異なる周波数で応答信号を送信する
３個以上の海底設置位置が既知のトランスポンダと、
（ｅ）前記航走体からのピンガ信号及び前記各トランス
ポンダからの応答信号を無線データリンクを通して前記
計測船に伝送する複数のフロートブイと、（ｆ）前記フ
ロートブイから吊下げられ、前記ピンガ信号と前記応答
信号とを受信する音響センサとよりなり、（ｇ）前記航
走体の３次元位置を前記ピンガ信号と前記応答信号と前
記深度とからＬＢＬ方式で音響計測する水中航走体の位
置検出装置。 - 【請求項２】 前記深度計測手段は、前記水中航走体に
内蔵され、該深度計測手段の信号によって前記ピンガ信
号が変調される請求項１記載の水中航走体の位置検出装
置。 - 【請求項３】 前記深度計測手段は、２個以上の音響セ
ンサを深度方向に離れて取り付けられてなる音響センサ
アレイである請求項１記載の水中航走体の位置検出装
置。 - 【請求項４】 前記深度計測手段は、ＳＳＢＬ方式によ
って信号の到来方向を３次元で検出する３次元ＳＳＢＬ
音響センサである請求項１記載の水中航走体の位置検出
装置。 - 【請求項５】 前記音響センサは該音響センサの深度を
検出する深度センサを内蔵する請求項１、２、３又は４
記載の水中航走体の位置検出装置。 - 【請求項６】 航走体に取り付けた音響ピンガと、計測
船に取り付けた音響インタロゲータと、該音響インタロ
ゲータからのインタロゲート信号に対し、それぞれ異な
った周波数で応答信号を送信する３個以上の海底設置位
置が既知のトランスポンダと、前記航走体からのピンガ
信号及び各トランスポンダからの応答信号を無線データ
リンクを通して計測船に伝送する複数のフロートブイ
と、該フロートブイに吊下げられた音響センサよりな
り、前記航走体の３次元位置をＬＢＬ方式で音響計測す
る水中航走体の位置検出方法において、（ａ）前記イン
タロゲート信号に対する前記トランスポンダの応答信号
を前記音響センサで受信し、（ｂ）前記応答信号の受信
時刻から前記トランスポンダと音響センサとの距離を求
め、該距離から球面法によって前記トランスポンダを基
準とする座標系における音響センサの３次元位置を求
め、（ｃ）音響ピンガから深度センサ情報で変調したピ
ンガ信号を同期ピンガで送信し、（ｄ）前記ピンガ信号
を前記音響センサで受信し、（ｅ）該ピンガ信号の前記
トランスポンダでの受信時刻から前記音響ピンガと前記
音響センサ間の距離を求め、（ｆ）該距離から球面法に
よって前記音響センサを基準とした座標系における前記
航走体の２次元位置を求め、（ｇ）前記航走体の２次元
位置と前記深度センサ情報とから前記音響センサを基準
とした座標系における前記航走体の３次元位置を求め、
（ｈ）前記航走体の３次元位置を前記トランスポンダを
基準とした座標系における前記航走体の３次元位置に座
標変換して前記航走体の３次元位置を求めることを特徴
とする水中航走体の位置検出方法。 - 【請求項７】 航走体に取り付けた音響ピンガと、計測
船に取り付けた音響インタロゲータと、該音響インタロ
ゲータからのインタロゲート信号に対し、それぞれ異な
った周波数で応答信号を送信する３個以上の海底設置位
置が既知のトランスポンダと、前記航走体からのピンガ
信号及び各トランスポンダからの応答信号を無線データ
リンクを通して計測船に伝送する複数のフロートブイ
と、該フロートブイに吊下げられた音響センサよりな
り、前記航走体の３次元位置をＬＢＬ方式で音響計測す
る水中航走体の位置検出方法において、（ａ）前記イン
タロゲート信号に対する前記トランスポンダの応答信号
を前記音響センサで受信し、（ｂ）前記応答信号の受信
時刻から前記トランスポンダと音響センサとの距離を求
め、該距離から球面法によって前記トランスポンダを基
準とする座標系における音響センサの３次元位置を求
め、（ｃ）音響ピンガから深度センサ情報で変調したピ
ンガ信号を非同期ピンガで送信し、（ｄ）前記ピンガ信
号を前記音響センサで受信し、（ｅ）該ピンガ信号の前
記トランスポンダでの受信時刻から前記音響ピンガと前
記音響センサ間の距離を求め、（ｆ）該距離から双曲面
法によって前記音響センサを基準とした座標系における
前記航走体の２次元位置を求め、（ｇ）前記航走体の２
次元位置と前記深度センサ情報とから前記音響センサを
基準とした座標系における前記航走体の３次元位置を求
め、（ｈ）前記航走体の３次元位置を前記トランスポン
ダを基準とした座標系における前記航走体の３次元位置
に座標変換して前記航走体の３次元位置を求めることを
特徴とする水中航走体の位置検出方法。 - 【請求項８】 航走体に取り付けた音響ピンガと、計測
船に取り付けた音響インタロゲータと、該音響インタロ
ゲータからのインタロゲート信号に対し、それぞれ異な
った周波数で応答信号を送信する３個以上の海底設置位
置が既知のトランスポンダと、前記航走体からのピンガ
信号及び各トランスポンダからの応答信号を無線データ
リンクを通して計測船に伝送する複数のフロートブイ
と、該フロートブイに吊下げられた音響センサ及び音響
センサアレイよりなり、前記航走体の３次元位置をＬＢ
Ｌ方式で音響計測する水中航走体の位置検出方法におい
て、（ａ）前記インタロゲート信号に対する前記トラン
スポンダの応答信号を前記音響センサ及び音響センサア
レイで受信し、（ｂ）前記応答信号の受信時刻から前記
トランスポンダと音響センサとの距離を求め、該距離か
ら球面法によって前記トランスポンダを基準とする座標
系における音響センサの３次元位置を求め、（ｃ）前記
応答信号の受信時刻から音響センサアレイを基準とした
前記トランスポンダの俯仰方向を求め、該俯仰方向から
座標変換によりトランスポンダを基準とする座標系にお
ける音響センサアレイの傾斜を求め、（ｄ）音響ピンガ
から深度センサ情報で変調したピンガ信号を同期ピンガ
で送信し、（ｅ）前記ピンガ信号を前記音響センサ及び
音響センサアレイで受信し、（ｆ）該ピンガ信号の前記
トランスポンダでの受信時刻から前記音響ピンガと前記
音響センサ間の距離を求め、（ｇ）該距離から球面法に
よって前記音響センサを基準とした座標系における前記
航走体の２次元位置を求め、（ｈ）前記ピンガ信号の受
信時刻から音響センサアレイを基準とした音響ピンガの
俯仰方向を求め、（ｉ）前記音響センサを基準とした座
標系における前記航走体の２次元位置と前記音響センサ
アレイを基準とした音響ピンガの俯仰方向から、音響セ
ンサを基準とした座標系における航走体の３次元位置を
求め、（ｊ）前記航走体の３次元位置を前記トランスポ
ンダを基準とした座標系における前記航走体の３次元位
置に座標変換して前記航走体の３次元位置を求めること
を特徴とする水中航走体の位置検出方法。 - 【請求項９】 航走体に取り付けた音響ピンガと、計測
船に取り付けた音響インタロゲータと、該音響インタロ
ゲータからのインタロゲート信号に対し、それぞれ異な
った周波数で応答信号を送信する３個以上の海底設置位
置が既知のトランスポンダと、前記航走体からのピンガ
信号及び各トランスポンダからの応答信号を無線データ
リンクを通して計測船に伝送する複数のフロートブイ
と、該フロートブイに吊下げられた音響センサ及び音響
センサアレイよりなり、前記航走体の３次元位置をＬＢ
Ｌ方式で音響計測する水中航走体の位置検出方法におい
て、（ａ）前記インタロゲート信号に対する前記トラン
スポンダの応答信号を前記音響センサ及び音響センサア
レイで受信し、（ｂ）前記応答信号の受信時刻から前記
トランスポンダと音響センサとの距離を求め、該距離か
ら球面法によって前記トランスポンダを基準とする座標
系における音響センサの３次元位置を求め、（ｃ）前記
応答信号の受信時刻から音響センサアレイを基準とした
前記トランスポンダの俯仰方向を求め、該俯仰方向から
座標変換によりトランスポンダを基準とする座標系にお
ける音響センサアレイの傾斜を求め、（ｄ）音響ピンガ
から深度センサ情報で変調したピンガ信号を非同期ピン
ガで送信し、（ｅ）前記ピンガ信号を前記音響センサ及
び音響センサアレイで受信し、（ｆ）該ピンガ信号の前
記トランスポンダでの受信時刻から前記音響ピンガと前
記音響センサ間の距離を求め、（ｇ）該距離から双曲面
法によって前記音響センサを基準とした座標系における
前記航走体の２次元位置を求め、（ｈ）前記ピンガ信号
の受信時刻から音響センサアレイを基準とした音響ピン
ガの俯仰方向を求め、（ｉ）前記音響センサを基準とし
た座標系における前記航走体の２次元位置と前記音響セ
ンサアレイを基準とした音響ピンガの俯仰方向から、音
響センサを基準とした座標系における航走体の３次元位
置を求め、（ｊ）前記航走体の３次元位置を前記トラン
スポンダを基準とした座標系における前記航走体の３次
元位置に座標変換して前記航走体の３次元位置を求める
ことを特徴とする水中航走体の位置検出方法。 - 【請求項１０】 航走体に取り付けた音響ピンガと、計
測船に取り付けた音響インタロゲータと、該音響インタ
ロゲータからのインタロゲート信号に対し、それぞれ異
なった周波数で応答信号を送信する３個以上の海底設置
位置が既知のトランスポンダと、前記航走体からのピン
ガ信号及び各トランスポンダからの応答信号を無線デー
タリンクを通して計測船に伝送する複数のフロートブイ
と、該フロートブイに吊下げられた音響センサ及び３次
元ＳＳＢＬ音響センサよりなり、前記航走体の３次元位
置をＬＢＬ方式で音響計測する水中航走体の位置検出方
法において、（ａ）前記インタロゲート信号に対する前
記トランスポンダの応答信号を前記音響センサ及び３次
元ＳＳＢＬ音響センサで受信し、（ｂ）前記応答信号の
受信時刻から前記トランスポンダと音響センサとの距離
を求め、該距離から球面法によって前記トランスポンダ
を基準とする座標系における音響センサの３次元位置を
求め、（ｃ）前記応答信号の受信時刻から３次元ＳＳＢ
Ｌ音響センサを基準とした前記トランスポンダの３次元
方向を求め、該３次元方向方向から座標変換によりトラ
ンスポンダを基準とする座標系における３次元ＳＳＢＬ
音響センサの傾斜及び方向の３次元姿勢を求め、（ｄ）
音響ピンガから深度センサ情報で変調したピンガ信号を
同期ピンガで送信し、（ｅ）前記ピンガ信号を前記音響
センサ及び３次元ＳＳＢＬ音響センサで受信し、（ｆ）
該ピンガ信号の前記トランスポンダでの受信時刻から前
記音響ピンガと前記音響センサ間の距離を求め、（ｇ）
該距離から球面法によって前記音響センサを基準とした
座標系における前記航走体の２次元位置を求め、（ｈ）
前記ピンガ信号の受信時刻から３次元ＳＳＢＬ音響セン
サを基準とした音響ピンガの３次元方向を求め、（ｉ）
前記音響センサを基準とした座標系における前記航走体
の２次元位置と前記３次元ＳＳＢＬ音響センサを基準と
した音響ピンガの３次元方向方向から、音響センサを基
準とした座標系における航走体の３次元位置を求め、
（ｊ）前記航走体の３次元位置を前記トランスポンダを
基準とした座標系における前記航走体の３次元位置に座
標変換して前記航走体の３次元位置を求めることを特徴
とする水中航走体の位置検出方法。 - 【請求項１１】 航走体に取り付けた音響ピンガと、計
測船に取り付けた音響インタロゲータと、該音響インタ
ロゲータからのインタロゲート信号に対し、それぞれ異
なった周波数で応答信号を送信する３個以上の海底設置
位置が既知のトランスポンダと、前記航走体からのピン
ガ信号及び各トランスポンダからの応答信号を無線デー
タリンクを通して計測船に伝送する複数のフロートブイ
と、該フロートブイに吊下げられた音響センサ及び３次
元ＳＳＢＬ音響センサよりなり、前記航走体の３次元位
置をＬＢＬ方式で音響計測する水中航走体の位置検出方
法において、（ａ）前記インタロゲート信号に対する前
記トランスポンダの応答信号を前記音響センサ及び３次
元ＳＳＢＬ音響センサで受信し、（ｂ）前記応答信号の
受信時刻から前記トランスポンダと音響センサとの距離
を求め、該距離から球面法によって前記トランスポンダ
を基準とする座標系における音響センサの３次元位置を
求め、（ｃ）前記応答信号の受信時刻から３次元ＳＳＢ
Ｌ音響センサを基準とした前記トランスポンダの３次元
方向を求め、該３次元方向方向から座標変換によりトラ
ンスポンダを基準とする座標系における３次元ＳＳＢＬ
音響センサの傾斜及び方向の３次元姿勢を求め、（ｄ）
音響ピンガから深度センサ情報で変調したピンガ信号を
非同期ピンガで送信し、（ｅ）前記ピンガ信号を前記音
響センサ及び３次元ＳＳＢＬ音響センサで受信し、
（ｆ）該ピンガ信号の前記トランスポンダでの受信時刻
から前記音響ピンガと前記音響センサ間の距離を求め、
（ｇ）該距離から双曲面法によって前記音響センサを基
準とした座標系における前記航走体の２次元位置を求
め、（ｈ）前記ピンガ信号の受信時刻から３次元ＳＳＢ
Ｌ音響センサを基準とした音響ピンガの３次元方向を求
め、（ｉ）前記音響センサを基準とした座標系における
前記航走体の２次元位置と前記３次元ＳＳＢＬ音響セン
サを基準とした音響ピンガの３次元方向方向から、音響
センサを基準とした座標系における航走体の３次元位置
を求め、（ｊ）前記航走体の３次元位置を前記トランス
ポンダを基準とした座標系における前記航走体の３次元
位置に座標変換して前記航走体の３次元位置を求めるこ
とを特徴とする水中航走体の位置検出方法。 - 【請求項１２】 前記音響センサの深度方向の位置を前
記音響センサに内蔵した深度センサによって求める請求
項６、７、８、９、１０又は１１記載の水中航走体の位
置検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4097587A JP2755863B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 水中航走体の位置検出装置及びその位置検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4097587A JP2755863B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 水中航走体の位置検出装置及びその位置検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05297138A JPH05297138A (ja) | 1993-11-12 |
| JP2755863B2 true JP2755863B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=14196375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4097587A Expired - Lifetime JP2755863B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 水中航走体の位置検出装置及びその位置検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2755863B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4830269B2 (ja) * | 2004-06-07 | 2011-12-07 | 日本電気株式会社 | 係留センサ測位方法および装置 |
| JP5076653B2 (ja) * | 2007-06-07 | 2012-11-21 | 日本電気株式会社 | 通信システム、通信方法および基地局装置 |
| KR101252192B1 (ko) * | 2010-12-22 | 2013-04-05 | 서울과학기술대학교 산학협력단 | 수중이동체 및 이의 운용시스템 |
| KR101145772B1 (ko) * | 2011-06-30 | 2012-05-16 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 부착형 음향 발신 장치 및 이를 이용한 수중 이동체 탐지 방법 |
| CN109490927B (zh) * | 2018-12-26 | 2024-04-09 | 天津水运工程勘察设计院 | 一种水下整平架定位系统及其定位方法 |
| RU2724300C1 (ru) * | 2019-10-30 | 2020-06-22 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Способ осуществления гидроакустической связи между автономными подводными аппаратами |
| CN118330650B (zh) * | 2024-06-12 | 2024-08-30 | 青岛哈尔滨工程大学创新发展中心 | 一种水下大型平台声学就位系统及就位方法 |
-
1992
- 1992-04-17 JP JP4097587A patent/JP2755863B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05297138A (ja) | 1993-11-12 |
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