JP4250764B2 - 誘導制御システム、母船、誘導制御方法及びプログラム - Google Patents
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Description
(1) 母船1から送出された航走体2の探査信号を操作表示部11の画面表示手段としてのソーナースコープに映し出す(表示する)ステップ、
(2) 前記ソーナースコープに投影、表示された、目標としての物体を表すエコーのある場所としての第1場所を指定するステップ、
(3) 前記第1場所の前記航走体に対する相対位置としての第1相対位置を操作表示部11で算出するステップ、
(4) 前記航走体2の移動目標を前記第1相対位置とする制御信号を前記航走体へ送受信部8を介して送信するステップ。
前記探査信号を前記航走体2から送受信部8を介して受信するステップと、
受信された前記探査信号に基づいて、前記エコーの前記航走体2に対する相対位置としての第2相対位置をソーナー信号処理部10により算出するステップと、
前記第2相対位置に基づいて、前記エコーを前記操作表示部11のソーナースコープに表示するステップとを具備する。
(5) 前記第2相対位置を示す場所としての第2場所を改めて指定するステップ、
(6) 前記第2場所の前記航走体2に対する相対位置としての前記第3相対位置を操作表示部11で算出するステップ、
(7) 前記航走体の移動目標を前記第3相対位置とする制御信号を前記航走体へ送信するステップ。
また、開始の段階において、以下の入力データが入力される。
・航走体データ(航走体2の運動)
方位:ψ :方位センサ17により測定(方位情報)
対地速度u=(ugx,ugy) :対地速度検出器15により測定(速度情報)。
・航走体位置(航走体2の絶対位置)
座標:P0=(X0,Y0) :母船1の絶対位置(母船位置情報:GPS受信装置41より)と母船1に対する航走体2の相対位置(航走体相対位置情報:水中音響部6より)とから算出(航走体位置情報)。
・ソーナーデータ(目標3の航走体2に対する相対位置)
相対距離:RT :水中音響部14により測定(対象相対距離情報)。
相対方位:ψT :水中音響部14により測定(対象相対方位情報)。
・制御パラメータ(判断基準と判断対象)
位置判断距離:R_d :制御に用いる基準値(予め設定)(基準距離)。
相対距離:RT :位置判断距離R_dと比較する対象(制御相対距離)。
・定数
サンプリング時間:ΔT :入力データのサンプリング間隔(基準時間)。
目標3の絶対位置(絶対座標)(XT,YT)を計算する。計算は、目標3の航走体2に対する相対位置(相対座標)(Xt,Yt)を求め、その値と、航走体2の絶対位置(絶対座標)とに基づいて、目標3の絶対位置(XT,YT)を算出する。具体的には、上記入力データに基づいて、以下の式により計算される。
ここで、
ΔT時間経過後の航走体2の絶対位置(X,Y)を、航走体2の対地速度を積分することにより計算する。具体的には、上記入力データに基づいて、以下の式により計算される。
但し、X_old,Y_oldは、ΔT時間前(直前)のX,Yである。
ステップS12で計算した航走体2の絶対位置を用いて、ΔT時間経過後の目標3の航走体2に対する相対位置(相対距離)RTを計算する。具体的には、上記数式(2)、(3)、(6)、(7)で算出した値に基づいて、以下の式により計算される。
航走体2が、ソーナースコープで指定された目標3に対して、R_dの範囲に達したかどうかの判断を行なう。具体的には、上記数式(8)で算出した値に基づいて、以下の式により判断する。
この式を満足するRTが得られた場合は、航走体2は目標3に十分に接近したと判断する。そして、ステップS15へ進む。
航走体2は目標3に十分に接近している。従って、航走体2は、目標3への接近を終了し、停止する。そして、予め設定された作業(あるいは、母船1から指示された作業)を実行する。なお、作業は、後に指令することにし、目標3の近傍で待機するようにすることも可能である。
(0)航走体2は、母船1からの指令に基づいて、目標3へ向けて移動を開始している。
また、開始の段階において、以下の入力データが入力される。
・航走体データ(航走体2の運動)
方位:ψ :方位センサ17により測定(方位情報)。
航走体俯仰角:θ ピッチ角センサ20により測定(方位情報に含む)。
深度:Z :深度検出器16により測定(深度情報)。
対地速度u=(ugx,ugy) :対地速度検出器15により測定(速度情報)。
・航走体位置(航走体2の絶対位置)
座標:P0=(X0,Y0) :母船1の絶対位置(母船位置情報:GPS受信装置41より)と母船1に対する航走体2の相対位置(航走体相対位置情報:水中音響部6より)とから算出(航走体位置情報)。
・ソーナーデータ(目標3の航走体2に対する相対位置)
相対距離:RT :水中音響部14により測定(対象相対距離情報)。
相対方位:ψT :水中音響部14により測定(対象相対方位情報)。
相対ピッチ角:θT :水中音響部14により測定(対象相対ピッチ角情報)。
・制御パラメータ(判断基準と判断対象)
目標チルト角:θTILT :ソーナー31の制御目標となるチルト角。
チルト角判断角:ΔθTILT 目標ピッチ角θPから許容される角度範囲の基準値(予め設定)。
但し、ΔθTILT<θR である。
(実チルト角θTILT_d :実際のソーナー31のチルト角)。
・定数
サンプリング時間:ΔT :入力データのサンプリング間隔。
目標3の絶対位置(絶対座標)(XT,YT,ZT)を計算する。計算は、目標3の航走体2に対する相対位置(相対座標)(Xt,Yt,Zt)を求め、その値と、航走体2の絶対位置(絶対座標)とに基づいて、目標3の絶対位置(XT,YT,ZT)を算出する。具体的には、上記入力データに基づいて、以下の式により計算される。
ΔT時間経過後の航走体2の絶対位置(X,Y,Z)を、航走体2の対地速度を積分することにより計算する。深度Zに関しては、深度検出器16の値を用いる。具体的には、上記入力データに基づいて、以下の式により計算される。
但し、X_old,Y_old,Z_oldは、ΔT時間前(直前)のX,Y,Zである。
ステップS23で計算した航走体2の絶対位置と深度偏差(=ZT−Z)を用いて、ΔT時間経過後の目標3の航走体2に対するピッチ角(目標ピッチ角θP)を計算する。具体的には、上記数式(12)〜(14)、(17)〜(19)で算出した値に基づいて、以下の式により計算される。
(4)で計算した目標ピッチ角θP(ソーナースコープで指定された目標3の方向)と、ソーナー31の目標チルト角θTILTとの偏差により、チルト角の制御を行なうかどうかの判断を行なう。判断は、偏差が、予め設定されたΔθTILTの範囲に入っているかどうかで行なう。具体的には、上記数式(20)で算出した値に基づいて、以下の式により判断する。
θPがこの式を満足する場合は、航走体2のソーナー31のチルト角θTILT_d(目標チルト角θTILTに追従している)は、十分な角度を有しており、目標3を見失うことは無いと判断する。そして、ステップS27へ進む。
θPがこの式を満足しない場合は、航走体2のソーナー31のチルト角θTILT_dは、不十分な角度を有しており、目標3を見失う可能性があると判断する。そして、ステップS26へ進む。
なお、ΔθTILTは、ソーナー31の性能により決まる値であり、例えば20°である。
(5)における判定式(21)を満たさなかった場合には、目標ピッチ角と目標チルト角との偏差が小さくなるように、目標チルト角を計算して、その値を用いてチルト角を制御する。具体的には、上記数式(20)で算出した値と、現在のチルト角及び目標チルト角とに基づいて、以下の式により判断する。
そうすることにより、ソーナー31の範囲から目標3がはみ出ることが無く、目標3を見失う可能性が無くなる。
ステップS27へ進む。
目標ピッチ角と目標チルト角の偏差を目標ビーム俯仰角とし、目標3をビーム補足する。具体的には、上記数式(20)及び(22)で算出した値に基づいて、以下の式により判断する。
i)母船1は、搭載していた航走体2を、探査海域において海中へ送出する。母船1と航走体2とは、ケーブル42を介した通信が可能である(海中無線通信でも良い)。
ii)母船1の誘導制御装置4の誘導制御部5は、入出力部9からの航走体2への移動指令(例示:対地速度、方位、深度/緯度、経度、水深など)又は記憶部7の移動スケジュールによる移動指令に基づいて、その移動指令を送受信部8から船走体2の航走体制御システム12へケーブル42を介して送信する。
iii)航走体2は、送受信部19を介して移動指令を受信する。そして、その移動指令に基づいて移動を行なう。
iv)母船1のGPS受信装置41は、GPS衛星群40からのGPS信号に基づいて、母船1の位置を算出する。そして、その位置を母船位置情報として誘導制御装置4へ出力する。母船位置情報は、その時刻と共に記憶部7に保持される。
iv)母船1では、適当な時間(例示:ΔT)毎に、誘導制御装置4の誘導制御部5からの指令により、水中音響部6が、船外へ母船探査信号としての探査信号を発信する。それと共に、母船探査信号の反射波としての母船反射波を受信する。この場合の反射波は、航走体2から反射したものである。そして、母船探査信号及び母船反射波とに基づいて、航走体2の母船1に対する相対位置を示す航走体相対位置情報を算出する。更に、母船位置情報と航走体相対位置情報とに基づいて、航走体2の絶対位置を示す航走体位置情報を算出する。それらの情報を記憶部7に記憶する。なお、水中音響部6がその探査信号により航走体相対位置情報を得る方法は、従来のソーナーで知られている方法を用いることが出来る。
但し、航走体相対位置情報を算出する方法は、上記方法に限定されない。
v)航走体2では、航走体制御システム12の船体制御部16からの指令により、対地速度検出器15が、対地速度を計測している。また、深度検出器16が、水深(深度)を計測している。更に、方位センサ17が、進行方向の方位を計測している。それら計測された値は、計測時刻と共に記憶部18に記憶されている。
vii)航走体2では、適当な時間(例示:ΔT)毎に、航走体制御システム12の機体制御部13からの指令により、水中音響部14が、船外へ探査信号(ソーナー信号)を発信する。それと共に、探査信号の反射波(エコー)を受信する。そして、探査信号データ(発信時刻、探査信号特性など)及び反射波データ(受信時刻、反射波特性など)、発信時刻あるいは受信時刻に最も近い時刻での速度情報(対地速度)、深度情報(水深)及び方位情報(進行方向の方位)を、送受信部19から母船1の誘導制御装置4へケーブル42を介して送信する。
viii)母船1の誘導制御装置4は、送受信部8にて、計測データ(探査信号データ及び反射波データ)、速度情報(対地速度)、深度情報(水深)及び方位情報(進行方向の方位)を、ケーブル42を介して受信する。そして、それらの情報を一旦記憶部7に記憶する。
ix)母船1の誘導制御装置4は、ソーナー信号処理部10において、計測データ(探査信号データ及び反射波データ)に基づいて、目標3の航走体2に対する相対位置を示す対象相対位置情報(相対距離としての対象相対距離、目標3の航走体2に対する水平方向の相対方位としての対象相対方位、目標3の航走体2に対する相対俯角としての対象相対ピッチ角)を計算する。計算結果は、記憶部7に保持される。なお、ソーナー信号処理部10が、探査信号により対象相対位置情報を得る方法は、従来のソーナーで知られている方法を用いることが出来る。
x)母船1の誘導制御装置4は、誘導制御部5において、航走体データ(方位情報、深度情報、速度情報)、航走体位置(航走体位置情報)、ソーナーデータ(対象相対距離、対象相対方位、対象相対ピッチ角)に基づいて、目標3へ向かう制御信号を生成し、ケーブル3を介して航走体2へ出力することにより、その動作を制御する。
xi)それと同時に、母船1の誘導制御装置4は、誘導制御部5において、航走体データ(方位情報、深度情報、速度情報)、航走体位置(航走体位置情報)、ソーナーデータ(対象相対距離、対象相対方位、対象相対ピッチ角)、制御パラメータ(目標チルト角、チルト角判断角等)を用いて、第2アルゴリズムにより、航走体2が目標3を見失わないように、航走体2のソーナー31のチルト角を監視、制御している。
xii)それに加えて、母船1の誘導制御装置4は、誘導制御部5において、航走体データ(方位情報、速度情報)、航走体位置(航走体位置情報)、ソーナーデータ(対象相対距離、対象相対方位、制御パラメータ(位置判断距離等)を用いて、第1アルゴリズムにより、航走体2と目標3との距離RTが、R_d以下かどうかを監視する。
xiii)適宜(ii)〜(xii)を繰り返す。
xiv)母船1の誘導制御装置4は、誘導制御部5において、航走体2と目標3との距離RTが、R_d以下になったら、航走体2へ停止信号を出力すると共に、予め設定された作業を行なうための指令を示す信号(処理実行信号)を出力する。
xv)航走体2の機体制御部13は、誘導制御装置4からの停止信号及び処理実行信号とに基づいて、停止し、予め設定された作業を実行する。
表示画面11−1では、航走体2のソーナー31の探査信号による計測範囲内の状況が表示される。ここで、目標3が存在した場合、そこからの反射波が発生する。航走体2は、それらの計測データ(探査信号データ及び反射波データ)を母船1の誘導制御装置4へ送信する。
航走体2の操縦者は、航走体2を目標3(エコー22)へ向かわせるために、以下の動作を行なう。すなわち、表示画面11−1において、カーソル21をトラックボールにより動かし、エコー22に合わせ、目標指定ボタンを押す。その動作により、カーソル21は、目標指定シンボル23に変わり、航走体2の目標として、新たにエコー22のある場所としての第1場所が入力されたことになる。
表示画面11−1において、航走体2の位置測定誤差の累積によりエコー22(第2相対位置情報)と目標指定シンボル23(第1相対位置情報)との間にずれが生じる場合がある。その場合、カーソル21により目標指定シンボル23をフック(ドラック)し、移動して、ソーナースコープ上の正しいエコー22の位置に合わせ、位置調整ボタンを押して、位置補正する。それにより、新たなエコーのある場所としての第2場所が入力される。
そして、上記プロセスを行なうことにより、表示画面上で指定した位置(目標)へ航走体の進路を容易に設定することが可能となる。また、途中の段階で目標から外れてくる場合でも、容易に進路の修正を行なうことが可能となる。
2 航走体
3 目標
4 誘導制御装置
5 誘導制御部
6 水中音響部
7 記憶部
8 送受信部
9 入出力部
10 ソーナー信号処理部
11 操作表示部
11−1 表示画面
12 航走体制御システム
13 機体制御部
14 水中音響部
15 対地速度検出器
16 深度検出部
17 方位センサ
18 記憶部
19 送受信部
21 カーソル
22 エコー
23 目標指定シンボル
31 ソーナー
32 カメラ
40 GPS衛星群
41 GPS受信装置
42 ケーブル
Claims (5)
- 母船から送出され、外部から制御される航走体と、前記航走体を制御する誘導制御装置とを具備し、
前記航走体は、前記航走体の向いている方位としての方位情報と、前記航走体の対地速度としての速度情報と、前記航走体の目標の前記航走体に対する相対位置としての対象相対位置情報とを計測して前記誘導制御装置へ出力し、
前記誘導制御装置は、前記方位情報と、前記速度情報と、前記対象相対位置情報と、前記航走体の位置としての航走体位置情報とに基づいて、水平面と前記航走体から前記目標へ向かう方向とが成す角としての目標ピッチ角を算出する誘導制御システムであつて、
前記航走体は、前記航走体の有するソーナーの向きと水平面とが成す角としてのチルト角を計測して前記誘導制御装置へ出力し、
前記誘導制御装置は、前記チルト角の目標値である目標チルト角と、前記目標ピッチ角との差の絶対値が、予め設定された角度としての基準角度以下になるように前記航走体を制御することを特徴とする誘導制御システム。 - 請求項1に記載の誘導制御システムと、自身の位置を特定可能なGPS受信装置とを具備することを特徴とする母船。
- 母船から送出された航走体の向いている方位としての方位情報と、目標の前記航走体に対する相対位置としての対象相対位置情報と、前記航走体の位置としての航走体位置情報とに基づいて、前記目標の位置としての目標位置情報を算出するステップと、
前記方位情報と、前記航走体の対地速度としての速度情報と、前記航走体位置情報とに基づいて、予め設定された基準時間経過後の前記航走体の位置としての新規航走体位置情報を算出するステップと、
前記目標位置情報と前記新規航走体位置情報とに基づいて、水平面と前記航走体から前記目標へ向かう方向とが成す角としての目標ピッチ角を算出するステップと、
前記航走体の有するソーナーと水平面とが成す角としてのチルト角の目標値である目標チルト角と、前記目標ピッチ角との差の絶対値が、予め設定された角度としての基準角度より大きい場合、前記目標ピッチ角と、前記チルト角と、前記目標チルト角とに基づいて、前記基準時間経過後の前記チルト角の目標値である新規目標チルト角を算出するステップと、
前記目標ピッチ角と前記新規目標チルト角とに基づいて、前記ソーナーのビームが水平面と成す角としてのビーム俯仰角の目標値である目標ビーム俯仰角を算出するステップとを具備し、
前記目標は、前記航走体の移動の目標であることを特徴とする誘導制御方法。 - 前記新規目標チルト角を算出するステップは、前記絶対値が、前記基準角度以下の場合、前記目標ビーム俯仰角を算出するステップへ進み、
前記目標ビーム俯仰角を算出するステップは、前記目標ピッチ角と前記目標チルト角とに基づいて、前記目標ビーム俯仰角を算出する請求項3記載の誘導制御方法。 - 母船から送出された航走体の向いている方位としての方位情報と、目標の前記航走体に対する相対位置としての対象相対位置情報と、前記航走体の位置としての航走体位置情報とに基づいて、前記目標の位置としての目標位置情報を算出するステップと、
前記方位情報と、前記航走体の対地速度としての速度情報と、前記航走体位置情報とに基づいて、予め設定された基準時間経過後の前記航走体の位置としての新規航走体位置情報を算出するステップと、
前記目標位置情報と前記新規航走体位置情報とに基づいて、水平面と前記航走体から前記目標へ向かう方向とが成す角としての目標ピッチ角を算出するステップと、
前記航走体の有するソーナーと水平面とが成す角としてのチルト角の目標値である目標チルト角と、前記目標ピッチ角との差の絶対値が、予め設定された角度としての基準角度より大きい場合、前記目標ピッチ角と、前記チルト角と、前記目標チルト角とに基づいて、前記基準時間経過後の前記チルト角の目標値である新規目標チルト角を算出するステップと、
前記絶対値が、前記基準角度以下の場合、前記目標ピッチ角を算出するステップへ戻るステップと、
前記目標ピッチ角と前記新規目標チルト角とに基づいて、前記ソーナーのビームが水平面と成す角としてのビーム俯仰角の目標値である目標ビーム俯仰角を算出するステップとをコンピューターに実行させるためのプログラム。
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