JP3860430B2

JP3860430B2 - 救難信号発信装置

Info

Publication number: JP3860430B2
Application number: JP2001114928A
Authority: JP
Inventors: 牧夫土谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2021-04-13
Also published as: JP2002314439A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水底に停止した遭難艇から救難信号を送出するための救難信号発信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海上を航行する船舶が、沈没または火災その他遭難の恐れがある場合に、救助を求めるための電波通信手段として、いわゆる「イパーブ」システム（ＥＰＩＲＢ＝Emergency Position Indicating Beacon）が、１９８０年代から実用化され普及している。
イパーブは端末発信器を海中に投入することによって自動的に起動して、あるいは、遭難者が救命ボート内に持ち込んでスイッチを入れると起動して、予め定められた識別信号を発信し、これを地球周回軌道上にある人工衛星（コスパス・サーキット衛星）によつて受信することにより、遭難船とその位置を特定するものである。図１０に「イパーブ」発信器の外観を示す。
【０００３】
図１０において、８０はイパーブの本体で内部に電池と送信装置とを収納し、海面に直立して浮上するように設計されている。８１はアンテナで周囲３６０度に対して無指向性のダイポールアンテナが使用されている。
【０００４】
一方、近年の技術進歩により、母船との間をつなぐ曳航索を持たずに自由に行動可能な潜水艇によつて、深海などの水面下での作業活動を実施する例が増えた。そして、原子力潜水艦などの例に見られるようにその潜水時間や移動距離は年々飛躍的に大きくなってきている。
このような背景技術の変化に伴い、まれではあるが、潜水後、行動の自由を失って浮上できなくなる事故が発生するようになつた。
このような潜水艇では、通信手段として、海面下数１０メートル程度の限定された深さまでの長波（電波）による通信手段や、超音波を搬送波とする公知の海中通信手段などが利用されているが、浮上がままならない状況に立ち至った潜水艇内で、これらの通信手段が有効に使用可能であるという補償はなく、一旦通信が途絶するとその位置の確認は、海上の遭難船の場合と比較してもきわめて困難であるため、前述の端末器（救難信号発信装置）に相当するもので水底の遭難艇から送出可能なものものが求められている。
【０００５】
勿論、前述の「イパーブ」を潜水艇に備えることは可能であるが、本来、水面に浮いている船舶から海面に投下して使用することを想定して規格化されたものなので、深海の圧力に耐えるようには設計されておらず、本体ケースやアンテナを構成している金属パイプも水圧によってひしゃげてしまい、とうてい深い海中で艇内から放出する用途に使用することはできない。
また、仮に海底に停止した遭難艇から放出できたとしても、海底から海面までの浮上中に（数１０分〜数時間）流されて、必ずしも位置の特定に役立たないという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の救難信号発信装置は以上のように、その構造が潜水艇や海中作業現場での使用に適していないと言う問題があった。
また、使用しているアンテナは無指向性アンテナであるため、特定の方向にある通信衛星に対しては電力効率が低く、所定の信号強度を得るためには大きい送信電力を必要とするため電池の消耗が早く、動作可能時間が短くなるという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記の問題を解消し、海底作業や潜水艇の事故時に深海からの放出が可能で、強い信号を発信できる割りには消費電力が少なく動作可能時間が長い救難信号発信装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の救難信号発信装置は、母船に積載され、表面に複数のパッチ状アンテナを有する電気絶縁性シートで構成され折り畳まれた気球体、
この気球体に取り付けられた水密筐体、
前記水密筐体内に収納され、ＧＰＳ信号を受信して位置情報を出力するＧＰＳ受信機、予め与えられた認識情報を記憶するメモリー、前記位置情報と前記認識情報とを出力する無線送信機、
前記複数のパッチ状アンテナと前記無線送信機との間に接続され、前記複数のパッチ状アンテナのいずれかを選択して前記無線送信機に接続するアンテナ切替スイッチ、このアンテナ切替スイッチを一定期間づつ順次切り替えるビーム切替器、
気体を蓄えたボンベを有し、水中で前記ボンベ内の気体を前記折り畳まれた気球体に充填して展開させる充填装置、
前記気球体の内外圧力差に応じて前記気球体内の気体を外部に放出する開放路とを備え、
前記母船から水中に放出された前記気球体が、その浮力により水面に浮上したとき、前記切替スイッチにより順次選択されたアンテナから前記位置情報と前記認識情報とを送信するものである。
【０００９】
また、前記パッチ状アンテナの指向方位を測定し信号に変換するコンパス、
あらかじめ与えられた通信衛星の運行位置情報を記憶し、この運行位置情報と前記ＧＰＳ受信機が出力した位置情報と、前記パッチ状アンテナの指向方位を示す前記コンパスの信号とにより、複数の前記パッチ状アンテナの中から前記通信衛星の方向に指向したものを選定し、前記ビーム切替器に指令する演算装置とを備えたものである。
【００１０】
また、前記水密筐体内に取り付けられた加速度センサ、
この加速度センサが検出した加速度を演算して、前記気体充填装置が前記気体の充填を開始した位置から、前記気球体が水面上に浮上した位置までの距離と方向とを含む位置情報を求める位置情報演算装置を備え、
前記無線送信器は前記気球体が水面に浮上した時点のＧＰＳ測位情報と、前記位置情報演算装置が演算した前記位置情報とを送信するものである。
【００１１】
また、前記気球体の表面に太陽電池セルを備えたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
実施の形態１による救難信号発信装置１００の構成を図１に示す。図１において、１は絶縁性、柔軟性、気密性、を備えた素材（例えば樹脂フィルム）で構成したバルーン（以下気球体という）、２は気球体１の頂部表面に取り付けたＧＰＳ受信用パッチアンテナで導電性塗料または金属泊などで構成され柔軟性を持った板状アンテナで、ダイポールアンテナよりは鋭い指向性、例えば全天３６０度をほぼ４等分する程度の指向性を有している。３ａ、３ｂ、３ｃ、は気球体１の側面に配列した複数のパッチアンテナである。
【００１３】
４ａ〜４ｃは各パッチアンテナ３ａ〜３ｃの給電線、５はＧＰＳ受信アンテナ２に接続したＧＰＳ受信機、６は救難信号の送信機、７はパッチアンテナ３ａ〜３ｃの切替スイッチ、８は切替スイッチ７を制御するビーム切替器である。９は気球体１に気体を充填する気体充填装置であり、図示しないが高圧気体を圧縮収納したボンベを有している。気体は不燃性ガスが好ましく、使用する海底の水圧で液化しないものがよいので例えば窒素ガスがよい。
【００１４】
図２は図１の救難信号発信装置１００の気球体１を折り畳んだ状態（放出前の状態）を示す図で、１０はＧＰＳ受信機５と、送信機６と、切替スイッチ７と、ビーム切替器８と、気体充填装置９とを収納した水密筐体で、深海の水圧にも耐える高い水密性と強度を備え、気球体１の下部につり下げられている。なお、図示しないが、以上の装置を作動させるための電池も備えている。気球体１は内部の気体が抜かれて、かさばらない状態に折り畳まれている。
【００１５】
図３により、図１の救難信号発信装置１００の使用状態を説明する。海中で作業中の潜水艇９０には図２に示した状態で救難信号発信装置１００が収納されている。潜水艇９０に事故が発生した場合、気体充填装置９に指令して気球体１に気体を充填すると、気球体１の浮力が増大して、図示しない固定装置（例えば細いロープなどによる締結装置）が切断され救難信号発信装置１００が水面へ浮上する。９１は救難信号発信装置１００が流されるのを防止して、遭難艇９０の真上に止まらせるための係留索であり、水（又は海水）の比重に近い比重を持った糸状のものがよい。海上に浮上した救難信号発新装置１００では、ＧＰＳアンテナ２とＧＰＳ受信機５で処理して得た位置情報を、送信機６に出力する。送信機６はその位置情報に、別途あらかじめ与えられている自船名と救難を要請する意味の識別信号を加えた信号を切替スイッチ７に送出する。
【００１６】
切替スイッチ７は順次、アンテナ３ａ〜３ｃの内の一つを選択して給電線４ａ〜４ｃを通じてアンテナ３ａ〜３ｃの内の一つから送信する。例えば４ａの給電線を選択すると信号はパッチアンテナ３ａに送られる。
この場合、目標とする通信衛星の方向は不明なので、アンテナ３ａ、３ｂ、３ｃと順次切り替えて、一定期間（例えば１０秒間）づつ救難信号を送出する。
図４に示す如く、パッチアンテナ３は全方位方向をカバーするのに必要な個数（各アンテナのパターン３ａ’，３ｂ’，３ｃ’が切れ目なく繋がるように配置するのに必要な個数）を気球体１の周囲に配置しているので、いずれの場合かに、通信衛星に救難信号が到達する。
【００１７】
図５は、救難信号発信装置１００の構造、特に気球体１の構造をより詳しく説明するための断面図である。１１は気球体１に水密筐体１０を固定する固定索である。９２は開放路（パイプ）で一端が気球体１の下部に接続され、他端は下方に延ばされている。気体の体積は深海中では高圧によって圧縮されて小さいが、救難信号発信装置１００が上昇するに連れ膨張し、内外圧力差が大きくなるとやがて開放路９２から外部へ放出され、気球体１を破壊から守る。また、海上では波浪に翻弄されて開放パイプ９２から気体が抜けてしまわないよう、必要に応じて重りを取り付けるなどして開放路９２の開口の位置は十分な深さに設定されている。
【００１８】
実施の形態２．
図６に実施の形態２による救難信号発信装置１０１の構成を示す。図に於いて、９３は説明のために図示した南北方位説明補助線、９４はアンテナ３ａの指向方位線（方位角α）である。１５はジャイロコンパスで、気球体１の方位、即ち特定のアンテナ、例えばアンテナ３ａの指向する絶対方位情報を送出することができる。９５はアンテナ３ａのパターンがカバーする通信可能角度であり方位角αの両側に所定の広がりを持っている。
９６は通信衛星８９の方位角（方位角β）を示し、予め与えられ記憶している運行情報と救難信号発信装置１０１の現在位置とから算出することができる。従ってＧＰＳ５による位置の測定情報と、ジャイロコンパス１５による方位情報と、予め与えられ記憶している通信衛星の運行情報とから、目標とする通信衛星の現時点での方向を特定することができる。
【００１９】
これにもとづきビーム切替器８は、救難信号を送信するのに使用するアンテナをビーム切替スイッチ７に選択させ、選択されたパッチアンテナから通信衛星に向けて救難信号を連続的に送出することができる。無論、風浪により気球体１の向きが変われば、それに応じて選択されるアンテナは変更される。これにより無指向性アンテナによる送信に比べて、より小電力で同じ強度の電波を衛星に送ることができる。あるいは従来と同じ強度なら電池の消耗を減らし、送信可能時間を長くすることができる。電池の消耗を補うため気球体１の表面の、あいている部分に太陽電池セルを取り付けて、充電するようにしてもよい。
【００２０】
実施の形態３．
潜水艇の作業深度が１０００ｍを越えると、図３に示した係留索９１が水流から受ける抵抗は大変大きいものとなり、実際上、気球体の浮力で保持できる程度の係留索で、救難信号発信装置１００を係留しておくことは極めて困難となる。また、いつ使用するか判らない非常時のために長大な係留索を準備しておくことは無駄と思われる。
図８はこのような特に深い深度の場合に用いる救難信号発信装置１０２の構成を示している。図に於いて２１は３次元加速度及び３軸回転加速度センサであり、気球体１に気体の充填が開始されるとともに動作し始める。２２は気球体１に気体の充填が開始されるとともに加速度センサ２１の信号を演算して、その後、救難信号発信装置１０２が海面に浮上するまでの距離と方向を３次元的に演算する演算装置である。この位置情報データはジャイロコンパス１５のデータをもとに方位を含めた移動データＬ（ｘ，ｙ，ｚ）として演算される。
【００２１】
この３次元的距離と方位のデータは、ＧＰＳ測位情報とともに救難信号に添付されて送信される。これにより救難信号発信装置１０２が浮上した位置の位置データＰ（ｘ，ｙ，ｚ）から、救難信号発信装置１０２が放出された位置が求められるので、救難信号発信装置１０２はその後流れてしまっても構わないことになり、係留索９１を必要としない。
【００２２】
【発明の効果】
この発明の救難信号発信装置は、折り畳んで収納された気球体と、この気球体に気体を充填する気体充填装置と、水密筐体内に収納され気球体に取り付けられたパッチアンテナから救難信号と位置情報とを送信する送信機とを備えているので、水底に停止した遭難艇から海面に送出されて救難信号を発信することができる。また、使用するアンテナを選択するビーム切替スイッチと、一定期間づつ選択させるビーム切替器とを備えているので、選択されたパッチアンテナから通信衛星に向けて救難信号を送出することができる。これにより無指向性アンテナによる送信に比べて、より小電力で同じ強度の電波を衛星に送ることができる。あるいは従来と同じ強度なら電池の消耗を減らし、送信可能時間を長くすることができる。
【００２３】
また、気球体の指向方位を測定するコンパスと、あらかじめ与えられた通信衛星の運行情報を記憶し、該通信衛星の方向を算出して使用するアンテナを指定する演算装置を備えているので、少電力でより強力な電波を通信衛星に送信することが出来る。
【００２４】
また、海底で放出後、水面に達するまでのあいだの移動距離と移動方向とを加速度センサにより算出し、浮上した時点の位置情報とあわせて送信するので、係留索でつなぎ止めていなくても、放出位置を知らせることが出来る。
【００２５】
また、気球体の表面に太陽電池セルを備えているので、送信可能時間を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による救難信号発信装置の構成図である。
【図２】図１の救難信号発信装置の気球体を折り畳んだ状態を示す図である。
【図３】図１の救難信号発信装置の使用状況を説明する図である。
【図４】図１のパッチアンテナの指向性を説明する図である。
【図５】図１の救難信号発信装置の構造を説明する断面図である。
【図６】実施の形態２による救難信号発信装置の構成図である。
【図７】図６の動作を説明する図である。
【図８】実施の形態３による救難信号発信装置の構成図である。
【図９】図８の動作を説明する図である。
【図１０】従来の救難信号発信装置（ＥＰＩＲＢ）の外観図である。
【符号の説明】
１気球体、２ＧＰＳアンテナ、３ａ〜３ｃパッチアンテナ、
４給電線、５ＧＰＳ受信機、６送信機、
７アンテナ切替スイッチ、
８ビーム切替器、９気体充填装置、１０水密筐体、
１１索、１５ジャイロコンパス、３１ＧＰＳ衛星、
８９通信衛星、１００、１０１、１０２救難信号発信装置。

Claims

母船に積載され、表面に複数のパッチ状アンテナを有する電気絶縁性シートで構成され折り畳まれた気球体、
この気球体に取り付けられた水密筐体、
前記水密筐体内に収納され、ＧＰＳ信号を受信して位置情報を出力するＧＰＳ受信機、予め与えられた認識情報を記憶するメモリー、前記位置情報と前記認識情報とを出力する無線送信機、
前記複数のパッチ状アンテナと前記無線送信機との間に接続され、前記複数のパッチ状アンテナのいずれかを選択して前記無線送信機に接続するアンテナ切替スイッチ、このアンテナ切替スイッチを一定期間づつ順次切り替えるビーム切替器、
気体を蓄えたボンベを有し、水中で前記ボンベ内の気体を前記折り畳まれた気球体に充填して展開させる充填装置、
前記気球体の内外圧力差に応じて前記気球体内の気体を外部に放出する開放路とを備え、
前記母船から水中に放出された前記気球体が、その浮力により水面に浮上したとき、前記切替スイッチにより順次選択されたアンテナから前記位置情報と前記認識情報とを送信することを特徴とする救難信号発信装置。
前記パッチ状アンテナの指向方位を測定し信号に変換するコンパス、
あらかじめ与えられた通信衛星の運行位置情報を記憶し、この運行位置情報と前記ＧＰＳ受信機が出力した位置情報と、前記パッチ状アンテナの指向方位を示す前記コンパスの信号とにより、複数の前記パッチ状アンテナの中から前記通信衛星の方向に指向したものを選定し、前記ビーム切替器に指令する演算装置とを備えたことを特徴とする請求項１に記載の救難信号発信装置。
前記水密筐体内に取り付けられた加速度センサ、
この加速度センサが検出した加速度を演算して、前記気体充填装置が前記気体の充填を開始した位置から、前記気球体が水面上に浮上した位置までの距離と方向とを含む位置情報を求める位置情報演算装置を備え、
前記無線送信器は前記気球体が水面に浮上した時点のＧＰＳ測位情報と、前記位置情報演算装置が演算した前記位置情報とを送信することを特徴とする請求項１または２記載の救難信号発信装置。
前記気球体の表面に太陽電池セルを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の救難信号発信装置。