JP3319759B2 - 可動の無人水中ビークルをモニタおよび遠隔制御する方法と装置 - Google Patents

可動の無人水中ビークルをモニタおよび遠隔制御する方法と装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可動の、一部自律式の無人水中ビークルを
モニタし、遠隔制御する方法と装置に関するものであ
る。
本発明の技術分野は水中での音響による位置測定兼案
内システムの分野である。
特に音響信号を使用して水中の物体の位置を検出する
種々のシステムが、既に公知である。
フランス特許2643463号（ソフトウェアをベースとし
たシステム SOFTWARE BASED SYSTEM）には、音響信号
を送信する水中ビークルの絶対位置確定の方法と装置が
開示されている。このシステムの場合、１つの固定基準
点に対して位置測定された２隻の船が用いられ、一方の
船が、固定基準点、水中ビークル、他方の船それぞれか
ら信号を受信する。前記特許の方法によれば、２隻の船
の一方にデータが集められる。これらのデータは、特
に、２隻の船の絶対位置と相対位置についての受信信号
から得られたものである。そして、これらのデータか
ら、水中ビークルの絶対位置と、一方の船に対する相対
位置とが、水中ビークルの発した音響信号と２隻の船が
受信した信号との関数として計算される。
前記特許に開示されたこのシステムにより、２隻の船
のうちの一方の船の操作員は水中ビークルの位置を知る
ことができるが、水中ビークルが自己の位置を知り得る
ようにはされていない。したがって、全般的課題は、オ
フセット・モニタ装置により水中ビークルの位置を知る
ことができ、かつまた、水中ビークルが、同じように、
絶対基準枠内で、もしくは作戦または作業水域に対し
て、その経路をいつ何時でも精密に知ることのできるシ
ステムを得ることにある。
また、J.W.ヤングバーグ著“GPSの水中使用法”（ナ
ビゲーション誌、159号、1992年７月刊）、および米国
特許5119341号（ヤングバーグ）により公知のシステム
は、無人水中ビークルに対するナビゲーション・サービ
スを行なうシステムである。このシステムは、GPS（Glo
bal Positioning System全地球位置把握システム）から
の信号を、水中を通過できる音響信号へ変換する漂流ブ
イを有している。この結果、複数漂流ブイから発せられ
る音響信号を受信する自律式水中ビークルは、一定数の
ブイから水中ビークルまでの偽似距離の測定により、あ
るいは又、各ブイの既知位置を介して、自己位置が検出
できる。ブイの位置は、ブイのそれぞれにより検出さ
れ、水中ビークルには音響信号により伝えられる。
前記米国特許に開示されたシステムは、絶対基準枠内
で水中ビークルが自己位置を検出可能ではあるが、公知
の位置測定システムは、いずれも、自律式水中ビークル
のモニタおよび遠隔制御を行なうことができない。
更に、前記米国特許に開示された技術では、微調整さ
れた精密な船の案内や、種々の水中音響チャネルから発
せられる可なり大きいデータ出力を計算に入れることは
不可能である。前記技術は、更に、水中ビークルに発せ
られる極めて多量のデータのため、極めて信頼性が低
い。
したがって、本発明の課題は、より具体的に言えば、
１つの目標域または１つ以上の目標点で出会う任務を有
する１隻以上の無人水中ビークルをモニタ兼遠隔操作す
ることにある。水中ビークルの任務は、たとえば、環境
の物理的または化学的パラメータの測定、水深の測定、
より特殊な例としては、陸上の地点または所定海域に位
置する海上の個所の観察および測量、その他欺瞞行動お
よび対抗処置等である。
この課題は、特に探査・測量任務用および自己位置測
定用の１隻以上の無人水中ビークルのモニタ兼遠隔制御
装置を次のように構成することにより解決された。すな
わち、前記装置が、少なくとも１つの、好ましくは少な
くとも２つの可動の無人浮動プラットフォーム（すなわ
ち漂流プラットフォームおよび／または自己推進プラッ
トフォーム）を有しており、これらのプラットフォーム
のそれぞれが、少なくとも１つの送信器と、第１無線信
号を介して単一方向通信を行なう第１受信器を有してお
り、前記送信器は、たとえば、GPSネットワーク等の衛
星ネットワークの一部をなす位置測定衛星であり、更に
前記浮動プラットフォームのそれぞれが、少なくとも１
つの送受信器を有し、これにより、第２無線信号を介し
て少なくとも１つの第２送受信器と両方向通信を行なう
ことができ、前記第２送受信器が、たとえばINMARSATネ
ットワーク等の静止衛星ネットワークの一部をなすデー
タ通信衛星であり、更に前記装置が、少なくとも１つ
の、陸上ベースの送受信器を有し、それにより第２送受
信器との第３無線信号を介しての双方向通信が行なわれ
るようにしたのである。言いかえると、前記浮動プラッ
トフォームのそれぞれは、少なくとも１つの送受信器を
有するか、もしくはデータおよび同期信号、たとえば音
響信号の変換器を有している。また、無人水中ビークル
は、少なくとも１つの送受信器を有するか、もしくはデ
ータおよび同期信号、たとえば音響信号の変換器を有し
ており、これらの音響信号は、浮動プラットフォームの
送受信器と適合可能である。
あるいは又、浮動プラットフォームの第１無線位置測
定信号の第１送信器は、陸上ベースの送信器、たとえば
AXYLEであってもよい。この解決策は、特に、海岸線に
近い無人水中ビークルのモニタおよび遠隔制御に好適で
あり、極めて精密な測定が可能である。したがって、こ
の用途の場合、前記浮動プラットフォームによる第１無
線信号を受信する海上のアンテナと、データおよび同期
信号、たとえば音響信号の変換器との間の位置の違いを
修正する設備を備えておくことができる。その場合に
は、浮動プラットフォームに搭載された、ローリング、
ピッチング、ヘッディング、うねり等の測定センサから
発せられる信号が考慮に入れられる。この構成により、
水中航行の“高明せき度（high definition）”モード
での自律式無人水中ビークルの制御および命令が保証さ
れる。
衛星による航行システムの代りに、第２無線信号が、
複数ブイまたはブイ群と、オフセット制御装置、たとえ
ば浮動プラットフォーム・船舶・航空機のいずれかとの
間でのデータ交換用海上通信ネットワークの一部を形成
するようにしてもよい。
そのような構成の場合には、一部が自律式の、異なる
複数水中ビークルを特に効果的に調整管理でき、水中ビ
ークルは、水中での音波伝搬速度よりも、はるかに高速
の電波伝搬速度の恩恵を受けることができる。
これらのデータおよび同期信号は、浮動プラットフォ
ームと自律式水中ビークルとの間で、たとえば、音響信
号変換器を介して交換できる。あるいは又、この交換
は、水中ビークルおよび／または浮動プラットフォーム
から繰出される光ファイバー・リンクを介して行なうこ
ともできれば、同じように水中ビークルおよび／または
浮動プラットフォームから繰出される導電外装または被
覆を有するワイヤを介して行なうこともできる。
特殊な一実施例の場合、浮動プラットフォームが、前
記第１送信器、たとえばGPS衛星から送信される第１無
線信号の受信にもとづく同期クロックを有している。
水中ビークルは、少なくとも１つの浮動プラットフォ
ーム用の保持、ドッキング、保管の手段と、このプラッ
トフォームをリリースまたは発進させる手段とを有する
ようにするのが好ましい。
また、本発明による方法は、本発明による装置を用い
て、無人の、一部自律式の水中ビークルのモンタ兼遠隔
制御と位置測定とを行なうものであり、次の処置を含ん
でいる。すなわち、 ａ） 本発明による装置を調達する処置と、 ｂ） 水中ビークルの発進前に、水中ビークルのコンピ
ュータの少なくとも１つのメモリに、異なる航行モー
ド、好ましくは少なくとも１つの経路追従モードでの水
中ビークルの挙動の関数を投入し、この経路追従モード
には、速度、コース、潜水深度の方程式が、時間、潜水
深度、水中障害物からの水中ビークルの高さまたは距離
の関数として含まれるようにし、あるいは又、これらの
関数が、浮動プラットフォームの変換器により海上環境
を通じて送信される第２および第３の無線信号を介して
海上環境へ送信される処置と、 ｃ） 送信作業の場合に、単数または複数の水中ビーク
ルの航行モードまたは案内命令の変更を示す符号化され
た音響信号を、水中環境内へ、好ましくは規則的な間隔
で送信する処置と、 ｄ） コンピュータの操作時に、水中ビークル搭載コン
ピュータが、浮動プラットフォームにより送信された音
響信号から、最新の受信航行モードに対応するモニタ信
号および案内信号を発生し、船上で測定された状態（コ
ース、速度、深度、高さ等）を表わす一連の符号化され
た音響信号を変換器を介して送信する処置とを含むもの
である。
本発明による方法は、機雷を無効化するインテリジェ
ント兵器に効果的に適用できる。その場合には、既述の
高明せき度の水中航行モードを使用するのが好ましい。
それにより、フォワードルッキング・ソナーまたは長距
離光学イメージ装置（レーザー）が回避される。水中ロ
ボットに積込んだ装薬は、無効化される機雷の仮想位置
に対応する目標点の直ぐ近くで点火できる。この仮想機
雷位置は、本発明による装置を用いた可動水中測量船に
組込まれた前方ソナーまたは側方ソナーにより精密に予
め位置測定される。
言いかえると、本発明は、自律式無人水中ビークルの
モニタ兼遠隔制御および案内の方法を実施するものであ
り、その場合、本発明には次の処置が含まれている。す
なわち、 ａ） 本発明による装置を入手する処置と、 ｂ） 水中ビークルの発進前に、水中ビークルのコンピ
ュータの少なくとも１つのメモリ内に、発見対象である
少なくとも１つの目標位置と、好ましくは、接近経路を
進む場合の少なくとも１つの速度と、出発点または発進
点の少なくとも１つの位置とを記憶させるか、もしく
は、前記の各位置と経路とが、第２および第３の無線信
号を介して送信され、これら信号が、浮動プラットフォ
ームの変換器により音響信号に変換され、海洋環境へ送
信されるようにする処置と、 ｃ） “主”浮動プラットフォームを起動させる処置
と、 ｄ） ビークル上で明らかになった状態を示す符号化さ
れた音響信号と、世界共通時の原時間（origin）に対す
る時間を示す音響同期信号とが、水中ビークルから水中
環境内へ、好ましくは規則的な間隔をおいて送信される
処置と、 ｅ） 海上で、水中ビークルの地理的座標を検出する処
置と、 ｆ） 海上から、経路に関する修正案内命令を水中ビー
クルへ送信する処置とである。
本発明による方法は、好ましくは次の処置を有してい
る： ａ） 自律式無人水中ビークルが、好ましくは有人乗
物、たとえば船舶または有人水中ビークルから、第１沿
岸海域に位置する出発点で、かつまた、たとえば目標位
置から500m〜500kmの距離のところで、好ましくは10〜2
00km、たとえば50〜150kmに近い距離のところでリリー
スまたは発進される処置と、 ｂ） 水中ビークルが、目標点から好ましくは10km以下
の距離、たとえば１〜10kmに近い距離の第２沿岸海域に
到達すると、自律式水中ビークルのコンピュータ・メモ
リに記憶されたプログラムに従い、少なくとも１つの近
位浮動プラットフォーム、それも予め水中ビークルにド
ッキングされるか、格納されるかしてあった浮動プラッ
トフォームが、リリース手段の起動により発進され、海
面に浮上し、位置測定衛星を介して水中ビークルの精密
な位置測定を実施でき、かつまた、第２航行送受信器を
介して水中ビークルと陸上ベースのモニタ・ステーショ
ンとの間の双方向通信のリレーを可能にする処置と、 ｃ） 自律式水中ビークルの探査任務が完了すると、水
中ビークルを、好ましくは第１沿岸海域に位置するラン
デブー域へ向け、この沿岸海域で浮動プラットフォーム
のうち少なくとも１つ、好ましくは２つを発進させる
か、または漂流もしくは帆走させ、これら浮動プラット
フォームが、ランデブー点での水中ビークルの精密位置
測定を可能にし、ランデブー点で水中ビークルが有人船
舶または有人水中ビークルにより再発見されるようにす
る処置とである。
自律式水中ビークルは浮動プラットフォームのうちの
１つだけを介して位置決定を行なうのが好ましいが、そ
の場合には、次の処置が実施される：すなわち ａ） 水中ビークルが所定瞬間に“主”浮動プラットフ
ォームを発進させ、この浮動プラットフォーム内へ、発
進点の理論座標と、水中ビークルの速度、コース、深度
のデータを予め遠隔プログラミングする処置と、 ｂ） 水中ビークルが瞬時T1とT2とに同期信号を送信す
る処置と、 ｃ） “主”浮動プラットフォームが、送信された信号
T1およびT2の海面への到着の瞬時を検出し、それから水
中ビークルまでの距離d1とd2を推定する処置と、 ｄ） 浮動プラットフォームが、これらの距離d1,d
2と、移動の方位ＣおよびモジュールＬとによる計算の
結果、水中ビークルの可能な位置に対応する２つの点
A1,B1の座標を決定する処置と、 ｅ） 浮動プラットフォームが、２点A1,B1のいずれ
が、瞬時t1以前の既知位置データをベースとした実際位
置に対応するかを検出する処置と、 ｆ） 浮動プラットフォームが、水中音響チャネルを介
して水中ビークル搭載航行システムの定点データ、また
は新しい経路データを送信する処置とである。
本発明による方法においては、自律式水中ビークルが
その位置を次の処置により検出するのが好ましい。すな
わち、 ａ） 水中ビークルが、搭載装置を用いて、その潜水深
度、近似位置、瞬時t1,t2間のその後の水中ビークル移
動に対応するベクトルの方位またはコースＣおよびモジ
ュールＬを検出し、これらのデータを浮動プラットフォ
ームのメモリに投入する処置と、 ｂ） 浮動プラットフォームが、一瞬間または瞬時t1に
対して、続いて一瞬間または瞬時t2に対して、水中ビー
クルから送信される音響信号により、水中ビークルから
浮動プラットフォームを隔てる距離または偽似距離d1ま
たはd2をそれぞれ検出する処置と、 ｃ） 浮動プラットフォームが、偽似距離d1,d2、移動
の方位ＣおよびモジュールＬにもとづいて計算すること
により、水中ビークルの可能な位置に対応する２点A1,B
1の座標を決定する処置と、 ｄ） 浮動プラットフォームが、２点A1,B1のどちら
が、メモリに予め記憶されデータにもとづき、水中ビー
クルの実際位置に合致するかを決定する処置と、 ｅ） 浮動プラットフォームが、水中ビークルに対し位
置修正データを送信する処置とである。
本発明によれば、命令またはデータを、陸上ベースま
たは浮動海上ベースのモニタ・ステーションから、極め
て長距離にわたって単数または複数の自律式無人水中ビ
ークルに対し送信可能である。このため、水中ビークル
は、自己位置の同定や、モニタすべき物理現象または物
標を極めて精密に検出できる。本発明によれば、更に、
水中ビークルは、探査任務の全期間を通じてその任務に
ついて、極めて遠隔位置にある作業ないし作戦管理・指
令センターに報告し、受信した命令にもとづき、取るべ
き行動を決定することができ、更に、その行動または受
信命令の実施の成否について遠距離から報告できる。
本発明による装置の一好適実施例によれば、この装置
は、単数または複数の自律式無人水中ビークル、複数の
軌道飛行衛星または静止衛星、少なくとも１つのオフセ
ット制御モニタ・ステーション、少なくとも１つの、好
ましくは１つ以上の浮動プラットフォーム、たとえばブ
イ、船舶、自由な自律式水上または水中舟艇が統合され
たものである。
自律式探査水中ビークルのそれぞれは、たとえば魚雷
形状を有し、電気式推進装置を備えている。この推進装
置により、水中ビークルは、たとえば５〜10ノットの速
度で５時間から数日間にわたり移動可能である。各水中
ビークルは、少なくとも、温度補償クロックと、音響送
受信器と、シーケンスコンピュータとを備えている。
水中ビークルに与えられる任務と航行モードとに応じ
て、水中ビークルは、更にジャイロスコープ、ドップラ
ーログ、潜水または深度センサ、障害物回避用ソナー、
高度計、探索されるデータの測定および記録用の種々の
器機、たとえばビデオカメラ、サイドスキャンソナー、
深度サウンダー、聴音装置などを備えている。観察任務
の実施中、水中ビークルは、自己位置、すなわち地理的
座標（緯度と経度）を精密に知ることができる。その精
度は、任務の異なる段階に応じて変り、目標点またはラ
ンデブー域への自動制御による誘導の各段階では300m程
度、観察点およびランデブー点への最終接近および船位
決定の場合には5m〜25mの精度である。
更に、水中ビークルは、常時、命令を受信でき、それ
により任務のコースを変更できる。また、陸上ベースの
モニタ兼制御ステーションに、水中ビークルの状態、船
位、収集データを返信できる。
水中ビークルには、好ましくは、音響チャネルを介し
て符号化数値メッセージを受信する装置を備えるように
する。これらのメッセージは、水面上の浮動プラットフ
ォームの１つにより送信され、異なる性質のデータが含
まれるようにすることができる。たとえば次のようなデ
ータである：すなわち、 ａ） 水中ビークルの任務に影響を与える命令、 ｂ） 航行または案内のモードに関するデータ、 ｃ） 水中ビークルの状態および／または探査任務の実
施に関するデータのインクワイアリ。
水中ビークルは、世界時と好ましくは同時化された所
定瞬時に、浮動プラットフォームにより海上から送信さ
れる音響信号を受信する装置を備えるようにするのが好
ましい。
水中ビークルは、また、時間・振動数の形式に符号化
された音響信号を送信し、水中ビークルの状態に関する
データのキャリヤとして役立つ手段と、好ましくは、世
界時と同時化された正確な所定瞬時に音響信号を送信す
る手段とを備えている。
水中ビークルの機能は、シーケンスコンピュータの誘
導のもとに発揮され、特に次の機能が保証されている：
すなわち、 ａ） 受信音響信号の解析、すなわちフレームの符号解
読、送信命令と受信確認、受信命令の、搭載中央コンピ
ュータへの伝達。
ｂ） 状態に関するデータの還送：これは、搭載中央コ
ンピュータの質問後、インクワイアリに対し音響チャネ
ルを介して行なう。
ｃ） パイロットモードの管理。
ｄ） 船の針路の管理：速度、コース、潜水深度、挙動
（ローリング、ピッチング、ヨーイング）に関する命令
を搭載中央コンピュータへ急送する。
ｅ） 事件発生時の措置の決定。
ｆ） ブイ発進手続きの実施。
空間通信手段のパッケージは、軌道飛行衛星または静
止衛星の配備にもとづいている。これらの衛星には３つ
の大きな機能がある： ａ） インテリジェンス：この場合には、軌道飛行観測
衛星が利用される。この種の人工衛星には光学センサ、
電波（radio）センサ、赤外線センサ、高度計（Holios
等）が備えられる。
ｂ） 位置測定：代表的なものは、GPSまたはGLOSNASS
ネットワークの軌道飛行人工衛星。これらのネットワー
クにより、地球上の乗り物の高精度の位置測定が可能で
あり、かつまた、“きら星の如き"22の人工衛星から送
られる符号化信号受信によるほぼ秒単位の反復（recurr
ence）が可能である。これらの衛星により地球全域が時
間的もしくは空間的に中断なくカバーできる。
ｃ） 航法：軌道飛行または静止データ通信人工衛星に
より、地上ベースのモニタ兼制御ステーションと海上浮
動プラットフォームとの間の“準リアル”タイムの電気
通信が可能である。
これは、INMARSAT（国際海事衛星機構）の静止衛星の
機能の１つであり、その送信標準はSTANDARD“C"であ
る。
地上ベースのモニタ兼制御手段は、４つのサブユニッ
トを有している：すなわち、 ａ） 前記人工衛星との通信用の地上ベースのインフラ
ストラクチュア、より具体的に言えば、地上ベースのGP
Sステーション、地上ベースのINMARSATステーション、
地上ベースの情報収集衛星ステーション。
ｂ） １つ以上の異なるGPS測定ステーション。これら
のステーションの機能は、GPSシステムのドリフトを地
上レベルで測定することにより、海上の可動浮動プラッ
トフォームの測位精度を改善することである。
ｃ） たとえばラインコミュテート式電話網、トランス
パック（Transpac）・ネットワーク、ヌメリス（Numeri
s）・ネットワーク、軍用ネットワーク等のデータ伝送
用陸上ベースネットワーク。
ｄ） 運用センター。これには、数値（numeric）ネッ
トワークへのアクセス点、計算手段、１つ以上のワーク
ステーション、データのプロット手段（地図製作、軌道
ないし経路記録、画像印刷）が含まれる。
ある場合には、モニタ兼制御手段を、運用上の理由か
ら、たとえば無人の船舶または航空機を作業現場近くに
配備して、補助することができる。
通信と測位をリレーする手段は次のような１つ以上の
浮動プラットフォームから成るようにすることができ
る： ａ） 航空機、水上用または水中用のビークルのいずれ
かから送出可能のブイ、 ｂ） 水上船舶 ｃ） 自由な、自律式水上用または水中用舟艇 これらの浮動プラットフォームには２つの種類があ
る：すなわち、 ａ） “主”浮動プラットフォーム。これは、少なくと
も１つの“C"標準の航行送受信器と、計算および交換デ
ータ用の特殊プロセッサと、無線送受信器（変更態様と
して）と、クロックと、測位GPS受信器と、音響送受信
器とを有している。
ｂ） “基本”浮動プラットフォーム。これには、GPS
受信器と、クロックと、音響受信器と、“C"標準の送受
信器と、計算および交換データ用の特殊プロセッサ、無
線送受信器（変更態様として）が備えられている。
“主”浮動プラットフォームの機能： ａ） GPSによる経緯度での自己位置の受信と、コース
および速度のドリフト挙動との計算。
ｂ） “C"標準のメッセージ、または種々の種類の無線
メッセージの受信、たとえば自律式水中ビークル宛のコ
マンド、GPSの差補正、複数隣接浮動プラットフォーム
の調整と受信音響信号のデーティング、浮動プラットフ
ォームの状態に対するインクワイアリ、水中ビークルの
状態に対するインクワイアリ。
ｃ） 水中ビークルの状態に対応するフレームの、音響
チャネルによる受信、 ｄ） 水中ビークルにより同時送信された音響信号の検
出瞬時を世界時でデーティングする、 ｅ） ブイまたは浮動プラットフォームの状態、水中ビ
ークルの状態、デーティングのメッセージを“C"標準で
送信する、 ｆ） 偽似距離および関連する補正を利用する方法によ
り、船位を局所的に計算可能、 ｇ） 音響送信：水中ビークルへの命令信号の中継、イ
ンクワイアリの送信、同期信号の送信。
基本浮動プラットフォームの基本機能は、プラットフ
ォームの位置および挙動を“C"標準または無線により送
信し、かつ音響信号受信をデーティングすることであ
る。
“準リアル”タイムでINMARSATシステムを介して数値
データを伝送する能力は、GPS受信器（GPS差動航行モー
ド）へ送られる位置補正信号をブイへ伝送するのに利用
される。
ブイでは、経緯度での、最も正確な位置推定値が、搭
載受信器により得られた定点に補正を加えることによっ
て計算される。
送信チャネルは音響チャネルであり、この音響チャネ
ルが、最適深さに潜水された変換器を起動する。また、
この最適深さは局地的な水中伝わり速度測定（bathycel
erimetric）条件を考慮に入れたものである。
変換器は複数音響信号を１つのフレームとして変換す
る。この変換器の主な特徴は次の通りである： −全方向性変換器であること、 −狭帯域または広帯域のスペクトル内で送信することが
好ましいこと、 −世界時と同時化されたサイクルであること、 −データフレームの送信が固定的に循環するか、もしく
は準ランダムサイクル（一時的な回避）で行なわれる、 −マルチスペクトラル・コーディングおよび空間・時間
的冗長度 −信頼性指標（送信品質の係数）受信時の計算用コーデ
ィング。
本発明の装置および方法は、潜航する潜水艦の航行設
備の位置確認に効果的に利用可能である。
本発明の数多くの利点は、以下で添付図面に示した一
好適実施例およびその作用形式についての説明から、更
に明らかとなろう。図示の実施例は本発明を限定するも
のではない。
第１図は、本発明による水中ビークル用モニタ兼遠隔
制御装置の主要構成要素と、その操作原則を略示した図
である。
第２図は本発明による装置の浮動プラットフォーム形
成部の主要構成要素を示した略示図である。
第３図は本発明による装置の陸上ベース・モニタ兼制
御ステーションの主要構成要素を略示した図である。
第４図は本発明による装置の水中ビークルに組込まれ
た通信およびモニタ兼制御手段の主要構成要素を略示し
た図である。
第５図は本発明による装置を使用して本発明の方法を
実施するさいの各処置を、水中ビークルの探査任務につ
いて示した略示図である。
第６図は、本発明の装置の単一浮動プラットフォーム
により送信される信号を利用して、水中ビークルが側位
する方法の各処置を略示した図である。
第１図には、推進装置と操舵装置10を備えた部分的に
自動式の水中ビークル１が示されている。この水中ビー
クルは、外殻を魚雷形状を有するようにすることがで
き、少なくとも１つの音響変換器９を有している。この
変換器を介して、水中ビークルは通信が可能である。す
なわち、浮動プラットフォーム、たとえばブイ21,22,23
により送受信される信号を送受信することができる。
水中ビークル１は、好ましくは、ボディまたは外殻18
内に空間もしくは保管手段19を有している。この保管手
段19は、はね上げ戸17を介して外部と連通している。は
ね上げ戸17は、水中ビークル１が受信する制御命令に応
じて開閉される。受信命令と水中ビークルの任務とに応
じて、水中ビークルは、予め保管手段19内に格納してお
いた浮動プラットフォーム24をリリース、または発進さ
せることができる。浮動プラットフォーム24は、したが
って、水中ビークルから取外され、浮上して水面に現わ
れ、特に水中ビークルがその任務の目標点に対応する
点、つまり地理的位置に接近しつつある場合には、水中
ビークルと人工衛星との間の通信を中継する役割を有し
ている。
ブイ21,22,23のそれぞれはフロート35を有し、このフ
ロート35の上部には、無線信号の受信および／または送
信用のアンテナ11が配置されている。浮動プラットフォ
ームまたはブイは、また、それぞれ符号81,82,83で示し
た音響信号送受信器または変換器を有している。
浮動プラットフォームまたはブイのそれぞれは、一方
では、位置測定衛星４から送信される無線信号を受信
し、これらの信号により、ブイのそれぞれに組込まれた
コンピュータが、好ましくは規則的な時間間隔で、前記
ブイの位置を精密に検出する。
他方では、ブイのそれぞれは、第２の無線信号を第２
のデータ通信衛星６との間で送受信できる。通信衛星６
は、第２無線信号を介して、水中ビークルへ送られる任
務命令（すなわち命令を示すデータ）を送信できる。あ
るいは又、別の文脈で言えば、ブイの座標、音響信号の
着信のデーティング、水中ビークルの状態等に関するデ
ータの送信を送信できる。これらのデータは、したがっ
て、第２衛星を介して陸上ベースのモニタ兼制御ステー
ション７へ送信できる。
第３図は、モニタ兼制御ステーションには、第３無線
信号を介してのデータ通信衛星（第１図の符号６）との
双方向通信用送受信器71を組入れ得ることを示してい
る。この陸上ベースのステーションは、電話網またはデ
ータネットワークの地域通信網14を介して送受信器71に
接続されており、このステーションにより中央制御コン
ピュータ15は水中ビークルと対話を交わすことができ
る。中央制御コンピュータ15は、プロッタまたはプリン
タ等の周辺機器16と接続しておくのが好ましい。それに
よって、水中ビークルの状態または水中ビークルとの通
信に関するレポートを編集できる。
第２図から分かるように、浮動プラットフォームはア
ンテナ11を有し、このアンテナ11は、位置測定衛星から
送られて来る測位無線信号の受信器３により、検出・増
幅・処理される信号をピックアップするためのものであ
る。クロック40は接続部41を介し同期化される。音響信
号着信を音響プロセッサ13により検出することにより、
コンピュータ12は、接続部42を介してブイの位置を読取
り、更に、接続部43を介しては着信瞬時の正確なデーテ
ィングを読取り、接続部44を介しては受信パルスの種類
を読取ることができる。
第４図には、音響変換器９を有する水中ビークル１
が、変換器９へ送られるか、もしくは変換器９が受信す
るかする信号の処理用の音響プロセッサ25を有し、これ
らの信号が、高い精度のクォーツクロック27によりデー
ティングされることが示されている。搭載中央コンピュ
ータ29は、ミッション兼ガイダンス・プロセッサ26と通
信し、受信した案内命令を解釈し、プログラム化された
航行モードに従って、水中ビークルのセンサとアクチュ
エータを管理する。装置はバッテリ30から動力を受ける
ことができ、好ましくは、プロセッサ26,29が、それぞ
れ少なくとも１つのメモリ281,282と接続されているよ
うにする。これらのメモリには、特に航行モードと経路
データが記録される。
第５図には、本発明による一つの特定の装置使用の方
法が示されている。水中ビークル（図示せず）は、沿岸
海域21に位置する出発点33から発進できる。この海域
は、たとえば公海の一海域に対応し、たとえば領海の一
海域に対応する第２海域22と区別される。第１と第２の
海域は境界線または分離線20により分離されている。
水中ビークルにより行なわれる探査任務の特定の一実
施例に従って、水中ビークルは、出発点33から、水中ビ
ークルのメモリに予め記憶された所定経路に従って目標
域32aへ移動する。この経路は、直線区間311と事実上円
弧312を形成する曲線区間とを含んでいる。好ましく
は、目標域32aに到着する前に、水中ビークルは２つの
浮動プラットフォームを送出する。１つは“主”浮動プ
ラットフォーム21であり、他は“基本”浮動プラットフ
ォーム22である。これらのプラットフォーム21,22は、
海面に浮上後、水中ビークルに対して、目標域32a、特
に目標点32についての極めて正確な案内命令を与える。
これにより、水中ビークルは所定経路313に沿って進
み、その間に、たとえば浮上して、任意のGPS受信器に
より航行上の定点を定め、海岸区域23に位置する重要な
目標24を撮影できる。
水中ビークルは、その任務を完了し、収集データを、
データ通信衛星を用いた無線送信手段を介して送信した
後、帰還経路36に沿ってランデブー海域34aへ戻ること
ができる。水中ビークルは、更に別の浮動プラットフォ
ーム23,24を用いることにより、ランデブー海域34a内の
ランデブー点34に正確に自己側位可能である。
第６図には本発明による方法の一好適実施例が示され
ている。水中ビークル１は、単一の“主”浮動プラット
フォーム２との間の送受信信号により自己側位が可能で
ある。
浮動プラットフォーム２は、側位衛星から受信された
無線信号を介して現在位置の座標Xb,Ybを検出する。
浮動プラットフォーム２は、また、水中ビークル１か
ら受信する音響信号のデーティングを介して、瞬時t1に
おける水中ビークル１からの距離d1を検出し、同じよう
にして、続く瞬時t2における水中ビークル１からの距離
d2を検出する。
浮動プラットフォーム２には、更に、送出時に、推定
既知位置、プログラム化された水中ビークル移動の方位
またはコースＣとモジュールＬ、瞬時t1,t2間での水中
ビークル深度が既知である。瞬時t1での水中ビークル位
置は、第６図に示されているように、浮動プラットフォ
ーム２を中心とする直径が距離d1である円上の点A1,B1
の１つに相当し、瞬時t2での位置は、同じく中心をプラ
ットフォーム２とする、直径が距離d2である円上の点A2
またはB2に相当する。
符号Ｃは、北を示す軸線Ｎに対する水中ビークルのコ
ースを示しているので、点A1とB1の相対位置は、第６図
に示されているように、コースＣを基準に（Ｃ＋Ｔ）ま
たは（Ｃ−Ｔ）に等しい値として検出される。
角度Ｔは次式で決定できる： Cos（Ｔ）＝（d2 2−d1 2−L2）／（2Ld1） 点A1と点B1の座標は、したがって、それぞれ次式で決
定される： XA1＝Xb＋d1Sin（Ｃ＋Ｔ）＋LSin（Ｃ） YA1＝Yb＋d1Cos（Ｃ＋Ｔ）＋LCos（Ｃ） XB1＝Xb＋d1Sin（Ｃ−Ｔ）＋LSin（Ｃ） YB1＝Yb＋d1Cos（Ｃ−Ｔ）＋LCos（Ｃ） 水中ビークルの位置は瞬時t1には未知であるから、実
際には前記方程式に対応する２つの位置しか可能ではな
い。前記方程式は、直径d1の円上の移動ベクトルの原点
位置を決める図の問題の解答に対応している。円上の移
動ベクトルの極値は、同じく浮動プラットフォーム位置
である中心に位置しており、直径d2を有している。点A1
と点B1との間の水中ビークル実際位置が疑わしいことが
分かるのは、水中ビークルの前回検出位置に関するデー
タにより水中ビークルの位置が、“アプリオリに”既知
となっているためである。
これらの位置が既知であるため、主浮動プラットフォ
ームは、水中ビークルへ新しい案内命令を送信する。
本発明による方法の特定の一実施例によれば、いわゆ
る浮動プラットフォームを大浮氷の下または上に配置
（かつ／または剛性結合）しておくことができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｓ 15/06 Ｇ０１Ｓ 15/06 // Ｇ０５Ｄ 1/00 Ｇ０５Ｄ 1/00 Ａ (56)参考文献 特開 平４−120489（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−359181（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−119837（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−131978（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−40164（ＪＰ，Ａ) 米国特許4315326（ＵＳ，Ａ) 米国特許5119341（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 5/00 - 5/14 G01S 5/18 - 5/30 G01C 21/00 - 21/24 G01C 23/00 - 25/00 G05D 1/00 B63B 22/00 B63G 8/00 B63G 8/41

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】自律式無人水中ビークル（１）のモニタ兼
    遠隔制御用および位置測定用の装置で、少なくとも１つ
    の漂遊プラットフォームおよび／または自律式無人浮動
    プラットフォーム（２）を有し、該プラットフォーム
    が、少なくとも１つの第１送信器（４）から送給される
    第１位置測定無線信号の少なくとも１つの第１受信器
    （３）と、位置測定音響信号の少なくとも１つのトラン
    スデューサ（８）とを有し、該水中ビークル（１）が、
    前記位置測定音響信号と適合するトランスデューサを有
    する装置において、 −前記浮動プラットフォーム（２）が、通信用第２無線
    信号の少なくとも１つの第２送受信器（６）と双方向的
    に通信する少なくとも１つの送受信器（５）を有し、前
    記装置が、第３無線信号によって、前記第２送受信器
    （６）と、双方向的に通信する少なくとも１つの地上送
    受信器（７）を有し、 −浮動プラットフォーム（２）の前記トランスデューサ
    （８）が、水中ビークル（１）のトランスデューサ
    （９）から送給されるデータおよび同期音響信号の少な
    くとも１つの受信器であり、該水中ビークルが、前記デ
    ータおよび同期音響信号と適合する少なくとも１つの送
    信機であり、 −前記水中ビークル（１）が、浮動プラットフォーム
    （２）から供給される制御信号の少なくとも１つの受信
    器を有することを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】請求項１記載の装置において、水中ビーク
    ル（１）が、少なくとも１つの浮動プラットフォームを
    ドッキングさせる手段とリリースさせる手段とを有する
    ことを特徴とする装置。
  3. 【請求項３】請求項１または２記載の装置において、第
    １位置測定無線信号の送信器（４）が、実質的に１つま
    たはそれ以上の人工衛星から成ることを特徴とする装
    置。
  4. 【請求項４】請求項１から３のいずれか１項記載の装置
    において、第二の航行無線信号用送受信器（６）が、実
    質的に、１つの人工衛星およびまたは地域無線ネットワ
    ークから成ることを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】自律式無人水中ビークル（１）のモニタ兼
    遠隔制御および案内方法で、浮動プラットフォーム
    （２）が位置測定の無線信号を受入れ、かつ水中音響信
    号トランスデューサを有する方法において、 −請求項１から４までの何れか１項に記載の装置を調達
    する処置と、 −前記水中ビークル（１）のコンピュータ（26,29）の
    少なくとも１つのメモリー（28）内に、発見対象である
    少なくとも１つの位置（32）と、好ましくは接近経路
    （31）の少なくとも１つの運転速度および出発点（33）
    または解纜点の少なくとも１つの位置とを、前記ビーク
    ルの解纜前に、または変換されかつ前記水中ビークル
    （１）に伝達される前記第２および第３無線信号を介し
    て、前記位置および経路によって記録する処置と、 −浮動プラットフォームを作動する処理と、 −前記水中ビークルから、該ビークル上で判明した状態
    を示す符号化された音響信号と、世界共通時の原時間
    （origin）に対する時間を示す音響同期信号とを、好ま
    しくは規則的な間隔をおいて水中環境内に送信する処置
    と、 −前記水中ビークルの地理的な座標を決定する処置と、 −前記水中ビークルから経路案内の修正命令を送信する
    処置とを有する方法。
  6. 【請求項６】請求項５記載の方法において、次の処置、
    すなわち、 ａ） 自律式無人水中ビークルを、好ましくは有人乗
    物、たとえば船舶、または有人水中ビークルから、第１
    沿岸海域（21）に位置する出発点（33）で、かつまた、
    たとえば目標位置から500m〜500kmの距離のところで、
    リリースまたは発進させる処置と、 ｂ） 水中ビークルが、目標点（32）から好ましくは10
    km以下の距離の第２沿岸海域（22）に到達すると、自律
    式水中ビークルのコンピュータのメモリに記憶されたプ
    ログラムに従い、少なくとも１つの近位浮動プラットフ
    ォーム、それも予め水中ビークルにドッキングされるか
    格納されるかしてあった浮動プラットフォームが、リリ
    ース手段の起動により発進され、海面に浮上し、位置測
    定衛星を介して水中ビークルの精密な位置測定を実施で
    き、かつまた、第２航行送受信器を介して水中ビークル
    と陸上ベースのモニタ・ステーションとの間の双方向通
    信のリレーを可能にする処置と、 ｃ） 自律式水中ビークルの探査任務が完了すると、水
    中ビークルを、好ましくは第１沿岸海域（21）に位置す
    るランデブー域へ向け、この沿岸海域（21）で浮動プラ
    ットフォームのうち少なくとも１つ、好ましくは２つを
    発進させるか、もしくは漂流または帆走させ、これらの
    浮動プラットフォームが、ランデブー点（34）での水中
    ビークルの精密位置測定を可能にし、ランデブー点で水
    中ビークルが有人船舶または有人水中ビークルにより再
    発見される処置を有することを特徴とする装置。
  7. 【請求項７】請求項５または６記載の方法において、自
    律式水中ビークルが次の処置、すなわち、 ａ） 水中ビークルが、搭載の装置を用いて潜水深度、
    近似位置、瞬時（t1,t2）間のその後の水中ビークル移
    動に対応するベクトルの方位またはコース（Ｃ）および
    モジュール（Ｌ）を検出し、それらのデータを浮動プラ
    ットフォーム（２）のメモリに投入する処置と、 ｂ） 浮動プラットフォーム（２）が、一瞬間または瞬
    時（t1）に対して、次いで一瞬間または瞬時（t2）に対
    し、前記水中ビークルにより送信される音響信号によっ
    て水中ビークルから浮動プラットフォームを隔てる距離
    （d1またはd2）を検出する処置と、 ｃ） 浮動プラットフォーム（２）が、距離（d1,
    d2）、移動の方位（Ｃ）およびモジュール（Ｌ）にもと
    づき計算することにより、水中ビークル（１）の可能な
    位置に対応する２点（A1,B1）の座標を検出する処置
    と、 ｄ） 浮動プラットフォームが、２点（A1,B1）のいず
    れが、メモリに予め記憶されているデータにもとづい
    て、水中ビークルの実際位置に合致するかを決定する処
    置と、 ｅ） 浮動プラットフォーム（２）が、水中ビークル
    （１）に対し位置修正データを送信する処置とを実施す
    ることにより、その位置を検出することを特徴とする方
    法。
  8. 【請求項８】請求項５から７のいずれか１項に記載の方
    法において、この方法が機雷を無効化するために利用さ
    れることを特徴とする方法。
  9. 【請求項９】請求項５から８のいずれか１項に記載の方
    法において、潜水した潜水艦の航行装置の位置確認に利
    用されることを特徴とする方法。
  10. 【請求項１０】請求項５から８のいずれか１項に記載の
    方法において、複数水中ビークルが、測定、対抗措置、
    調停のいずれかの場合に、調整するさいに用いられ、更
    に、“浮動”プラットフォームを大浮氷に剛性結合する
    ことを特徴とする方法。
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