JP3225249B2 - ブイ式音響測位装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音波を用いて海底
資源探査装置等の水中目標の位置を測定する音響測位装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】音波を用いて海底資源探査装置等の水中
目標の位置を測定する音響測位装置として、図２に示す
ような、ブイとＧＰＳ（Global Positioning System ）
を用いた構成のものが提案されている。

【０００３】図２に示すブイ式音響測位装置では、一つ
のブイ１に水中測位用のハイドロホン２がケーブルによ
って吊り下げられ、またブイ１の位置を求めるためにＧ
ＰＳ衛生３からの信号を受信するＧＰＳ受信機（図示せ
ず）が備え付けられている。

【０００４】ブイ１は、ハイドロホン２によって検出さ
れた音響状態を表す水中音響情報と、ＧＰＳ受信機によ
って検出されたブイ１の位置を表すＧＰＳ受信情報と
を、観測船等の上に設置した処理装置４に無線伝送す
る。

【０００５】処理装置４は、ブイ１から取得された情報
を用いて、ＧＰＳを使って測定されるブイ１の位置から
水中のハイドロホン２の水平位置を求め、ハイドロホン
２を吊り下げるケーブルの長さからハイドロホン２の深
度を求める。

【０００６】さらに、処理装置４は、こうして得られた
複数のハイドロホン２の位置を基準にして、水中目標に
取り付けたピンガからのピンガ信号をＬＢＬ（Long Bas
e Line）測位することで水中目標の位置を定める。ＬＢ
Ｌ測位については、例えば、海洋音響研究会編：「海洋
音響（基礎と応用）」（海洋音響研究会、1984）209-21
3 に記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のブイ
式音響測位装置では、ハイドロホン２を備え付けたブイ
１にＧＰＳ受信機を取り付けることで、水中測位の際に
必要となる測位用ハイドロホン２の位置決めを容易に、
かつ常に測位を実施できるようになり、測位作業を大幅
に簡易化することを可能にした。

【０００８】しかしながら、潮流の影響でハイドロホン
２の位置は、ハイドロホン２がケーブルによって結ばれ
ているブイ１の位置と外れているのが普通である。この
ずれを校正する手段を従来のブイ式音響測位装置はもっ
ていないため、より高精度の測位を目指すことができな
い。

【０００９】本発明は前記のような事情を考慮してなさ
れたもので、ブイを用いることにより測位作業が簡易化
された特徴を損なう事なく、ブイに取り付けたハイドロ
ホンを使って水中目標の位置を測位する際に生じる潮流
の影響による誤差を取り除くことが可能なブイ式音響測
位装置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、ハイドロホン
を吊り下げた複数の測的用ブイと、ＧＰＳ（Global Pos
itioning System）受信機及びピンガを備え付けた複数
の校正用ブイとを設け、前記複数の校正用ブイからのピ
ンガ信号の送信時刻と前記測的用ブイのハイドロホンに
よる前記ピンガ信号の受信時刻と前記ＧＰＳ受信機によ
り得られる位置情報をもとに、前記ハイドロホンの位置
を校正することを特徴とする。

【００１１】また、前記測的用ブイに備え付けられたハ
イドロホンの水中位置は、ＧＰＳにより求めた複数の校
正用ブイの位置を基線とするＬＢＬ（Long Base Line）
測位方式を用い、前記校正用ブイのピンガ信号を各ハイ
ドロホンで受信することにより確定され、こうして求め
られた複数のハイドロホンの位置を基線とするＬＢＬ測
位により、水中目標に取り付けたピンガの位置を測位す
ることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。図１は本実施形態に係わる
ブイ式音響測位装置を示す図である。本発明のブイ式音
響測位装置は、図１のようにハイドロホン１２を備えた
測的用ブイ１０と、ＧＰＳ受信機（図示せず）とピンガ
２２を備えた校正用ブイ２０から構成される。

【００１３】測的用ブイ１０のハイドロホン１２は、測
位精度を高めるためにできるだけ深い深度になるように
設定される。深い深度にハイドロホン１２を吊り下げる
ためには長いケーブルを用いることになり、それだけ潮
流の影響を大きく受けることになり、ハイドロホン１２
の位置とそれにつながっているブイ１０との位置が大き
くずれることになる。

【００１４】校正用ブイ２０のピンガ２２は、潮流の影
響によるブイとの位置のずれを小さく保つため浅い深度
になるように設定される。図２では、校正用ブイ２０の
下端にピンガ２２が取り付けられた場合を示している。

【００１５】これにより、校正用ブイ２０に取り付けら
れたＧＰＳ受信機の位置と、ピンガ２２との位置関係は
固定されたものとなるので、ＧＰＳ衛星３０により検出
される位置情報（ＧＰＳ受信機情報）から用意にピンガ
２２の位置を定めることができる。

【００１６】測的用ブイ１０は、測的用ハイドロホン１
２によって検出された音響状態を表す水中音響情報を、
また、校正用ブイ２０は、ＧＰＳ受信機によって検出さ
れたブイの位置を表すＧＰＳ受信情報を、それぞれ観測
船等の上に設置した処理装置４０に無線伝送する。

【００１７】本発明のブイ式音響測位装置では、測的用
ブイ１０に吊り下げられたハイドロホン１２の位置決め
のための校正作業は、校正用ブイ２０のピンガ２２を使
って実施される。

【００１８】まず、はじめに校正用ブイ２０の位置を、
ＧＰＳ衛星３０からの信号をＧＰＳ受信機によって受信
することで定める。これにより上でも述べたように校正
用ブイ２０に取り付けたピンガ２２の位置も定められ
る。

【００１９】複数の校正用ブイ２０を用意し、それぞれ
の位置情報と、各ピンガ２２からの校正用信号の送信時
刻が分かれば、測定用のハイドロホン１２における各校
正用信号の受信時刻を使い、ＬＢＬ測位を使うことでそ
のハイドロホン１２の位置を定めることができる。

【００２０】観測船等の上に設置された処理装置４０
は、校正用ブイ２０におけるＧＰＳ受信情報と測的用ブ
イ１０におけるハイドロホン１２からの水中音響受信情
報を電波により受信し、ハイドロホン１２の位置の校正
処理を行なう。

【００２１】このようにして、従来のブイ式音響測位装
置の持っていた、ブイを使うことによる水中測位作業の
簡便化を損なうことなく、測位用ハイドロホン１２の位
置決めへの潮流の影響を取り除くことができる。また、
ＧＰＳ衛星３０を使うことにより、正確な時間情報も得
られることから、校正用ブイ２０のピンガ２２からの送
信時刻の設定も正確に実施することが可能である。

【００２２】このようにして位置の校正をした測的用ハ
イドロホン１２を複数用い、水中目標に取り付けたピン
ガからの測的用信号を受信することで、各ハイドロホン
１２の位置情報と各ハイドロホン１２における測的用信
号の受信時刻の情報から、ＬＢＬ測位を実施することで
水中目標の位置を定めることができる。

【００２３】以下、本発明のブイ式音響測位装置による
具体的な動作について説明する。ここでは、３個の測的
用ブイ１０と３個の校正用ブイ２０を用い、水中目標に
取り付けたピンガからの測的用信号には水中目標の深度
情報も含まれているものとし、測的用信号の送信時刻に
ついてもわかっているとする。

【００２４】また、測的用ハイドロホン１２についても
深度については潮流の影響による変化は小さいとして既
知のものとし、潮流による測的用ハイドロホン１２の水
平位置の変動のみを考慮すれば良いものとする。また、
図１では、便宜上、測的用ハイドロホン１２が並んでい
るように記載されているが、３つの測的用ハイドロホン
１２が一直線上にないものとして説明する。

【００２５】測的用ハイドロホン１２の位置に関する校
正作業は、次のようにして実施される。測的用ブイ１０
に対して１，２，３の番号を付けて区別することにす
る。同様に校正用ブイに対しても、１，２，３の番号を
付けて区別する。

【００２６】ｉ番目の測的用ハイドロホン１２（ｉ＝
１，２，３）の位置を、デカルト座標によりＸ_i （＝
（Ｘ_i ，Ｙ_i ，Ｚ_i ））と表す。この座標系は、第１成
分と第２成分は水平面内の位置を表し、第３成分は鉛直
方向、すなわち深度方向の位置を表すものとする。ここ
ではハイドロホン１２の深度Ｚ_i を既知としているの
で、校正によりハイドロホン１２の水平位置Ｘ_i とＹ_i
を求めることになる。

【００２７】ｊ番目の校正用ブイ２０に取り付けたピン
ガ２２（_j ＝１，２，３）の位置を同様にしてｘ_j （＝
ｘ_j ，ｙ_j ，ｚ_j ））と表す。ｘ_j はｊ番目の校正用ブ
イに取り付けたＧＰＳ受信機から得られる位置情報から
求めることができる。

【００２８】ｊ番目の校正用ブイ２０のピンガ２２から
送信される校正用信号をｉ番目の測的用ハイドロホン１
２で受信するまでに要する時間をｔ_i,j と表す。これ
は、測的用ハイドロホンにおける受信時刻と校正用ピン
ガからの送信時刻の差として得られる。水中の音速ｃを
使って、以下に示す式（１）の関係があることがわか
る。

【００２９】

【数１】 式（１）において、ｊ＝１の場合を、ｊ＝２、及びｊ＝
３の場合から引くと、以下の式（２）を得る。

【００３０】

【数２】

【００３１】式（２）を解くことで、測的用ハイドロホ
ンの水平位置Ｘ_i とＹ_i を求めることができる。式
（２）が解を持つためには、左辺の行列の行列式が０で
なければ良い。このためには、３個の校正用ブイ２０が
一直線上になければよいことがわかる。このようにして
測的用ハイドロホン１２の位置校正を実施できる。

【００３２】このようにして、測的用ハイドロホン１２
の位置を校正すれば、水中目標に取り付けたハイドロホ
ンからの測的用信号の受信情報から、水中目標の位置を
以下のようにして求めることができる。

【００３３】水中目標の位置を上と同様にしてｘ（＝
（ｘ，ｙ，ｚ））と表す。水中目標の深度ｚについて
は、測的用信号に含まれる情報からわかっているとして
いるので、測的用ハイドロホン１２における測的用信号
の受信時刻からこの到達時間が求められる。上と同様に
して到達時間と位置の間には、以下の式（３）の関係が
あることがわかる。

【００３４】

【数３】 式（３）から前述した校正処理の場合と同様にして、以
下の式（４）を得る。

【００３５】

【数４】

【００３６】式（４）を解くことで、水中目標の水平位
置ｘとｙを求めることができる。この場合も式（４）が
解を持つためには、測的用ハイドロホン１２が一直線上
になければよい。このようにして、水中目標の位置を測
位することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、本
発明によるブイ式音響測位装置を用いると、測的用ハイ
ドロホンが潮流の影響により測的用ブイから位置がずれ
ても、校正用ブイにより常に位置を測定できるので、潮
流の影響による測位誤差を取り除くことができる。なお
かつ、ブイ式の水中測位装置の特徴である測位作業の簡
便性を保つこともできている。このようにして、本発明
のブイ式音響測位装置により、簡便に精度の高い水中測
位を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わるブイ式音響測位装置
の構成を示す図。

【図２】従来のブイ式音響測位装置の概要を示す図。

【符号の説明】

１０ 測的用ブイ １２ ハイドロホン ２０ 校正用ブイ ２２ ピンガ ４０ 処理装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 盛脇 保昌 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (56)参考文献 特開 平９−145821（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−15427（ＪＰ，Ａ) 特許2755863（ＪＰ，Ｂ２) 特許2655535（ＪＰ，Ｂ２) 特表 平８−504944（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 5/18 - 5/30 G01S 15/00 - 15/96

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハイドロホンを吊り下げた複数の測的用
   ブイと、ＧＰＳ（Global Positioning System）受信機
   及びピンガを備え付けた複数の校正用ブイとを設け、前
   記複数の校正用ブイからのピンガ信号の送信時刻と前記
   測的用ブイのハイドロホンによる前記ピンガ信号の受信
   時刻と前記ＧＰＳ受信機により得られる位置情報をもと
   に、前記ハイドロホンの位置を校正することを特徴とす
   るブイ式音響測位装置。
2. 【請求項２】 前記測的用ブイに備え付けられたハイド
   ロホンの水中位置は、ＧＰＳにより求めた複数の校正用
   ブイの位置を基線とするＬＢＬ（Long BaseLine）測位
   方式を用い、前記校正用ブイのピンガ信号を各ハイドロ
   ホンで受信することにより確定され、こうして求められ
   た複数のハイドロホンの位置を基線とするＬＢＬ測位に
   より、水中目標に取り付けたピンガの位置を測位するこ
   とを特徴とする請求項１記載のブイ式音響測位装置。