JP5381773B2

JP5381773B2 - 水中航走体の位置較正方法及び装置

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Publication number: JP5381773B2
Application number: JP2010027010A
Authority: JP
Inventors: 陽小林
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Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2010-02-09
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-02-09
Also published as: JP2011163932A

Description

本発明は、慣性航法により水中航走体自身で測位される位置を較正するために用いる水中航走体の位置較正方法及び装置に関するものである。

海底（湖底）や水中における種々の調査等を行うための手段の１つとして、自律航走する無人の水中航走体が使用されている。

この種の水中航走体は、地球座標上の緯度及び経度と、海面からの深度とからなる該水中航走体の位置を計測し、その計測された位置を基に、予め与えられた経路を航走するようにしてある。この際、水中航走体の地球座標上の緯度と経度を測位する方法としては、一般的に、音響測位と、慣性航法による測位の２つの測位方法が併用されている。

上記音響測位は、たとえば、水中航走体用の支援船（母船）に、音響測位装置において水中に音波を発信し反射波を受信するアレイ状の送受波器（トランシーバ）を装備し、水中航走体に、音響測位装置におけるトランスポンダを装備して、上記支援船の送受波器よりパルス波を発信し、水中航走体のトランスポンダがこのパルス波を受信すると、その時点で直ちに返信用のパルス波を返信するようにしたものとしてある。したがって、この返信用のパルス波を上記支援船の送受波器で受けて検出する。これにより、上記支援船の送受波器よりパルス波を発信してから返信用のパルス波が該送受波器で検出されるまでの経過時間に、水中の音速をかけ、その１／２の値を求めて上記支援船から水中航走体までの距離を検出すると共に、上記アレイ状としてある送受波器により上記返信用のパルス波の到来する方向を検出することで、上記支援船の送受波器に対する上記水中航走体の相対的な位置を計測するようにしたものである。

更に、上記支援船には、ＧＰＳ等の海上測位システム、及び、該支援船のロール、ピッチ、ヨーを計測する姿勢計測装置が装備してあり、上記のように支援船の送受波器と水中航走体のトランスポンダとの間でパルス波の送受信を行うときに、上記海上測位システムにより支援船の地球座標上における位置（緯度、経度及び海底からの高度）を計測すると共に、上記姿勢計測装置により支援船の姿勢変化（ロール、ピッチ、ヨー）を計測することで、該支援船に装備してある上記音響測位装置の送受波器を原点とした支援船固定座標系（以下、送受波器座標系と記す。）の、地球座標系における位置と姿勢を求めて、上記送受波器座標系での上記水中航走体の位置を地球座標系における位置に変換することで、上記水中航走体の地球座標上における位置（緯度、経度及び海底からの高度）を計測できるようにしてある。

一方、上記慣性航法による測位は、水中航走体に、該水中航走体のロール、ピッチ、ヨーと、該水中航走体に作用する加速度を検出できるようにしてある慣性航法装置を搭載して、上記支援船の地球座標上における緯度と経度を基に与えられる上記水中航走体の航走を開始した始点の位置・速度情報に、上記慣性航法装置により検出される水中航走体の加速度を２階積分することで得た航走距離（移動量）の情報を足し合わせることにより、水中航走体の地球座標上における緯度と経度を、該水中航走体自身で計測するようにしたものである。

なお、水中航走体は、通常、ドップラー式の対地速度計を装備して、該水中航走体が海底（湖底）近くを航走するときには、上記対地速度計により対地速度を検出することで、該水中航走体の航走距離（移動量）を精度よく検出できるようにしてある。しかし、上記ドップラー式の対地速度計は、海底の近くでしか使用できない。そのために、水中航走体を深深度で運用する場合は、支援船より海中に投入された水中航走体を海底近くに到達させるまでは、上記慣性航法、又は、該慣性航法に更に対水速度を考慮した慣性航法による測位を行いながら自律航走させる必要がある。

ところが、上記水中航走体が自身で測位を行うための慣性航法による測位は、上述したように、水中航走体に作用する加速度を２階積分して求まる上記水中航走体の航走距離（移動量）に基づいて、該水中航走体の位置を計測するという計測原理上、上記水中航走体の加速度を検出するために用いる検出器の精度に依存して生じる加速度の検出誤差や、姿勢の検出誤差のための位置誤差が時間の経過と共に累積する。そのために、水中航走体の慣性航法による自律航走を長時間行うと、該慣性航法に基づいて水中航走体が自身で測位している地球座標上の緯度及び経度と、実際の水中航走体の地球座標上の緯度及び経度にずれが生じてしまうため、上記慣性航法による測位のみでは、該水中航走体を、予め与えられた経路に沿って長時間航走させることが困難になる。

そのため、上記水中航走体においては、慣性航法による位置誤差が運用で要求される位置誤差よりも大きくなった場合には、水中航走体が慣性航法により自身で測位している地球座標上の緯度及び経度について較正を行って、実際に水中航走体が存在している地球座標上の緯度及び経度とのずれを解消させる必要が生じる。

特に、水中航走体を深深度で運用する場合は、支援船より海中に投入された水中航走体が慣性航法による自律航走により海底近くまで潜航して、ドップラー式の対地速度計による海底との対地速度の検出が可能になった後に、慣性航法により該水中航走体が自身で測位している地球座標上の緯度及び経度について較正を行うことが必須とされる。

この種の水中航走体が慣性航法により自身で測位している位置（慣性航法位置）の較正方法の１つとしては、水中航走体にＧＰＳによる海上測位システムを装備して、水中航走体が慣性航法による航走を或る時間継続して行うと、該水中航走体を一旦浮上させて、上記海上測位システムにより得られる地球座標上の緯度及び経度を基に、水中航走体自身で計測（測位）している慣性航法位置を較正するようにしてあるＧＰＳによる位置アップデート手法がある。

又、水中航走体の慣性航法位置の較正を行う他の手法としては、支援船側より水中航走体の音響測位を行って、該水中航走体の位置（地球座標上の緯度及び経度）を取得し、その値、すなわち、水中航走体の絶対位置を音響通信により水中航走体へ送り、水中航走体にて、自身で計測している慣性航法位置を、上記支援船側より送られた絶対位置に一致するように較正する絶対位置の送信による位置アップデート手法がある。

更に、水中航走体の慣性航法位置の較正を行う別の手法としては、位置偏差の送信による位置アップデート手法がある。

これは、図５に示す如く、水中航走体（図示せず）を、交差する２つの直線状の位置修正用経路として、慣性航法による測位に基づいて該水中航走体自身で判断した或る等緯度線に沿う緯度検出経路１と、或る等経度線に沿う経度検出経路２に沿ってそれぞれある程度の時間航走させて、上記緯度検出経路１に沿う航走時と、経度検出経路２に沿う航走時に、図示しない支援船側で音響測位による上記水中航走体の測位をそれぞれ複数回行い、音響測位で得られた図５に黒丸で示す如き上記水中航走体の位置３のデータを基に、水中航走体の緯度検出経路１に沿う航走時に得られた位置計測データの緯度成分のみを平均した平均緯度線４を求めて、該平均緯度線４と上記緯度検出経路１との偏差（差分）δＬＡＴを求める。

更に、上記音響測位で得られた上記水中航走体の位置３のデータを基に、水中航走体の経度検出経路２に沿う航走時に得られた位置計測データの経度成分のみを平均した平均経度線５を求めて、該平均経度線５と上記経度検出経路２との偏差（差分）δＬＯＮを求める。

次いで、上記緯度方向及び経度方向の各偏差δＬＡＴ及びδＬＯＮを、上記図示しない支援船より水中航走体へ音響通信により与えて、水中航走体が慣性航法により自身で計測している慣性航法位置の緯度及び経度を、上記緯度方向及び経度方向の各偏差δＬＡＴ及びδＬＯＮを用いてそれぞれ較正させるようにしてある。

更に又、水中航走体の慣性航法位置の較正を行う更に別の手法としては、たとえば、水中航走体に、音響測位装置の親機となる送受波器を装備する一方、支援船に、音響測位装置の子機となるトランスポンダを装備させて、水中航走体側にて海上で静止させた支援船に対する相対位置を計測させると共に、支援船側よりＧＰＳ等の海上測位システムで計測した支援船の地球座標上における緯度及び経度の位置情報を音響通信により水中航走体へ与えて、水中航走体側で、自身で計測している慣性航法位置を較正するための修正値を求めさせるようにすることも考えられている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００６−３１３０８７号公報

ところが、上記ＧＰＳによるアップデート手法では、水中航走体における慣性航法位置の較正を行う際に、該水中航走体を一旦海面に浮上させる必要があるため、たとえば、水中航走体を深深度で運用している場合は、該深深度から海面までの浮上と、慣性航法位置の較正後に海面から深深度まで再び潜航させるために多くの時間及びエネルギーが必要になってしまう。

上記絶対位置の送信による位置アップデート手法では、支援船側で水中航走体の音響測位を行ってから、該音響測位により検出された位置を、音響通信を介して水中航走体側へ与えるまでにタイムラグが生じるため、航走している水中航走体については慣性航法位置の較正の精度が低下してしまうというのが実状である。

上記位置偏差の送信による位置アップデート手法では、水中航走体が自身で計測する慣性航法位置に基づいて上記緯度検出経路１や経度検出経路２に沿って航走する際に、潮の流れ等の影響によって該緯度検出経路１に直交する方向や、経度検出経路２に直交する方向へ位置ずれ（ぶれ）を生じると、上記緯度方向及び経度方向の各偏差δＬＡＴ及びδＬＯＮを正確に求めることが困難になる。

そこで、このような問題を回避するためには、水中航走体が自身で計測する慣性航法位置に基づいて上記緯度検出経路１や、上記経度検出経路２に沿って航走する際に、該水中航走体自身で計測（測位）している慣性航法位置に関するデータを、支援船側へ音響通信を介して送るようにして、支援船側で上記したように平均緯度線４と緯度検出経路１との偏差（差分）δＬＡＴを求めるときには、上記緯度検出経路１の位置として、水中航走体が上記緯度検出経路１に沿って航走するときに該水中航走体自身で計測された慣性航法位置における緯度成分のみを平均化して求めた代表値を用いるようにし、同様に、支援船側で上記したように平均経度線５と経度検出経路２との偏差（差分）δＬＯＮを求めるときには、上記経度検出経路２の位置として、水中航走体が上記経度検出経路２に沿って航走するときに該水中航走体自身で計測された慣性航法位置における経度成分のみを平均化して求めた代表値を用いるようにすればよいと考えられる。

しかし、音響通信は、海況による影響を受け易く、帯域が狭く、しかも、通信速度が限られているために、水中航走体より支援船への送信は、数秒に１回程度の頻度でしか行えない。そのため、上記水中航走体自身で演算して計測（測位）している慣性航法位置を音響通信を介してリアルタイムで支援船側へ送信する必要があると共に、たとえリアルタイムで送信を行っても、水中航走体より支援船へ送信できるのは、上記慣性航法位置の情報の一部分のみに限定されてしまう。

よって、上記支援船側で、水中航走体が上記緯度検出経路１に沿って航走するときに該水中航走体自身で計測された慣性航法位置における緯度成分のみを平均化した代表値や、水中航走体が上記経度検出経路２に沿って航走するときに該水中航走体自身で計測された慣性航法位置における経度成分のみを平均化した代表値を求める際の演算精度が低下してしまうため、水中航走体の較正の精度に影響が生じてしまう。

しかも、海況による影響等により音響通信が不安定になると、上記水中航走体の慣性航法位置の較正を精度よく行うことが難しくなる。

なお、水中航走体に、音響測位装置の親機となる送受波器を装備し、支援船に、音響測位装置の子機となるトランスポンダを装備させて、水中航走体側にて海上で静止させた支援船に対する相対位置を計測させる手法では、支援船側からは音響測位で水中航走体の位置を取得することができなくなり、水中航走体側から音響通信によって送られてくるデータでしか、水中航走体の位置を把握できない。そのため、上記したように音響通信が海況による影響等で不安定になったり、音響通信装置に異常が生じると、支援船側で水中航走体の位置を見失う可能性があるため、あまり現実的ではない。

そこで、本発明は、水中航走体が慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置を、支援船側から音響測位を行うことで得られる上記水中航走体の音響測位位置の情報を基に較正することができ、しかも、この較正の際、音響通信の不安定性の影響を受ける虞が小さく、又、水中航走体を海面に浮上させる必要がなく、更には、航走している水中航走体についても慣性航法位置の較正を行うことができるようにするための水中航走体の位置較正方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、水中航走体を位置検出用経路に沿って航走させ、支援船側より上記位置検出用経路に沿って航走する水中航走体についての音響測位を行うと共に、得られる音響測位位置について、上記位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ求めて、該求められた代表値を上記支援船より音響通信を介して水中航走体へ与えるようにし、更に、水中航走体が上記位置検出用経路に沿って航走するときに慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置について、上記と同じ位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ水中航走体で求めて、上記支援船より与えられた音響測位位置に基づく上記２つの方向の代表値との偏差をそれぞれ求め、該求められた上記２つの方向に関する偏差により、上記水中航走体が慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置を較正するようにする水中航走体の位置較正方法とする。

更に、上記構成において、位置検出用経路を、互いに交差する２本の直線状の位置検出用経路とし、水中航走体を上記各直線状の検出経路に沿って航走させるときに、支援船側にて、上記各直線状の位置検出用経路に沿って航走する水中航走体について得られる音響測位位置について、上記各直線状の位置検出用経路ごとに直交する方向の分布に関する代表値をそれぞれ求めるようにすると共に、水中航走体が上記各直線状の位置検出用経路に沿って航走するときに慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置について、上記各直線状の位置検出用経路ごとに直交する方向の分布に関する代表値をそれぞれ水中航走体で求めるようにする。

又、請求項３に対応して、水中航走体の支援船に、水中航走体の音響測位を行って音響測位位置を求める機能と、位置検出用経路に沿って航走させる水中航走体について音響測位を行って得られる音響測位位置について、上記位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ求める機能と、該求められた代表値を音響通信を介して水中航走体へ与える機能を備え、且つ水中航走体に、慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置を基に上記位置検出用経路に沿って航走する機能と、上記位置検出用経路に沿って航走するときに自身で計測している慣性航法位置について、上記と同じ位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ求める機能と、該求められた代表値と上記支援船より与えられた音響測位位置に基づく上記２つの方向の代表値との偏差をそれぞれ求める機能と、該求められた上記２つの方向に関する偏差により自身で計測している慣性航法位置を較正する機能を備えてなる構成を有する水中航走体の位置較正装置とする。

本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）水中航走体を位置検出用経路に沿って航走させ、支援船側より上記位置検出用経路に沿って航走する水中航走体についての音響測位を行うと共に、得られる音響測位位置について、上記位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ求めて、該求められた代表値を上記支援船より音響通信を介して水中航走体へ与えるようにし、更に、水中航走体が上記位置検出用経路に沿って航走するときに慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置について、上記と同じ位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ水中航走体で求めて、上記支援船より与えられた音響測位位置に基づく上記２つの方向の代表値との偏差をそれぞれ求め、該求められた上記２つの方向に関する偏差により、上記水中航走体が慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置を較正するようにする水中航走体の位置較正方法、及び、水中航走体の支援船に、水中航走体の音響測位を行って音響測位位置を求める機能と、位置検出用経路に沿って航走させる水中航走体について音響測位を行って得られる音響測位位置について、上記位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ求める機能と、該求められた代表値を音響通信を介して水中航走体へ与える機能を備え、且つ水中航走体に、慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置を基に上記位置検出用経路に沿って航走する機能と、上記位置検出用経路に沿って航走するときに自身で計測している慣性航法位置について、上記と同じ位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ求める機能と、該求められた代表値と上記支援船より与えられた音響測位位置に基づく上記２つの方向の代表値との偏差をそれぞれ求める機能と、該求められた上記２つの方向に関する偏差により自身で計測している慣性航法位置を較正する機能を備えてなる構成を有する水中航走体の位置較正装置としてあるので、水中航走体が慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置を、上記水中航走体を位置検出用経路に沿って航走させるときに支援船側から音響測位を行うことで得られる音響測位位置の情報を基にして較正することができる。
（２）更に、水中航走体が自身で計測する慣性航法位置を基に上記位置検出用経路に沿って航走する際に、潮の流れ等の影響によって水中航走体が該位置検出用経路に直交する方向へ位置ずれを生じたとしても、その位置ずれを考慮した状態で上記水中航走体の慣性航法位置の音響測位位置に対する偏差を求めることができる。
（３）しかも、慣性航法位置に関する代表値は、水中航走体自身で求めるようにしてあるため、該代表値の演算精度を高めることができる。
（４）以上により、上記水中航走体が慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置を、精度よく較正することができる。
（５）上記水中航走体を位置検出用経路に沿って航走させながら支援船側より音響測位を行う際には、水中航走体自身で計測している慣性航法位置についてのデータを、水中航走体より支援船側へ音響通信を介して送信する必要をなくすことができる。又、支援船側から水中航走体へ音響通信を介して送信すべきデータ量を小さくすることができる。よって、上記水中航走体が自身で計測している慣性航法位置の較正を行う際に、音響通信の速度が限られていることや、音響通信の不安定性の影響を受ける虞を小さくすることができる。
（６）上記水中航走体が自身で計測している慣性航法位置の較正を行う際に、水中航走体を浮上させる必要はなく、又、航走を継続して行わせることができる。

本発明の水中航走体の位置較正方法及び装置の実施の一形態における水中航走体とその支援船のシステム構成の概要を示す図である。図１の位置較正装置における船上管制装置と水中航走体制御装置の詳細を、演算処理の流れに沿って示す図である。図１の位置較正方法で用いる位置検出用経路と、音響測位位置との関係の概要を示す平面図である。本発明の実施の他の形態として、位置検出用経路の別の例を示す概略平面図である。従来提案されている水中航走体の慣性航法による測位位置の較正方法の概要を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図３は本発明の水中航走体の位置較正方法及び装置の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。

すなわち、本発明の水中航走体の位置較正方法の実施に用いる本発明の水中航走体の位置較正装置は、図１に示すように、水中航走体６用の支援船７側に、海上に浮かぶ該支援船７の地球座標上の位置（緯度及び経度）を計測するためのＧＰＳ等の海上測位システム９と、該支援船７のロール、ピッチ、ヨーを計測する姿勢計測装置１０を接続した水中航走体６用の船上管制装置８を設け、該船上管制装置８に、音響測位装置の親機となる水中に音波を送信し反射波を受信するアレイ式の送受波器（トランシーバ）１１と、水中航走体６と音響通信を行うための音響通信装置１２を接続する。１３は上記船上管制装置８の入力部、１４は上記船上管制装置８の表示部である。

更に、水中航走体６には、慣性航法装置１６と、深度計１７と、ドップラー式の対地速度計１８を接続した水中航走体制御装置１５を設けると共に、該水中航走体制御装置１５に、上記支援船７の音響測位装置の送受波器１１より発信されるパルス波を受信すると直ちに返信用のパルス波を返信するトランスポンダ１９と、上記支援船７の音響通信装置１２と相互に音響通信を行うための音響通信装置２０を装備してなる構成とする。２１は上記水中航走体制御装置１５に接続したＧＰＳ等の海上測位システムであり、上記水中航走体６が海面に浮上しているときには上記海上測位システム２１によって自身で地球座標上の位置（緯度及び経度）を計測することができるようにしてある。

以下、本発明の水中航走体の位置較正方法を実施する手順と共に装置構成を詳述する。

上記構成としてある水中航走体６及び支援船７を用いて上記水中航走体６が慣性航法に基づいて自身で計測（測位）している慣性航法位置の構成を行う場合は、予め、水中航走体６の位置検出用経路として、たとえば、図３に示すような互いに交差する２本の直線状の位置検出用経路として、等緯度線に沿う緯度方向位置検出用経路２２と、等経度線に沿う経度方向位置検出用経路２３を設定する。

次に、図２に示すように、水中航走体６の水中航走体制御装置１５にて、慣性航法装置１６より入力される該水中航走体６の姿勢に関するデータｄ１と、対地速度計１８より入力される水中航走体６の対地速度（航走体座標）のデータｄ２を変換部１５ａで変換して該水中航走体６の緯度方向及び経度方向の速度データｄ３を求め、更に、該緯度方向及び経度方向の速度データｄ３を積分部１５ｂで積分して該水中航走体６の慣性航法に基づく緯度方向と経度方向の位置（慣性航法位置）ｄ４を求めて、この慣性航法位置ｄ４の情報を基にして、水中航走体６を、予め設定された上記緯度方向と経度方向の各位置検出用経路２２と２３に沿って順次航走させるようにする。

なお、上記水中航走体制御装置１５は、水中航走体６が上記緯度方向と経度方向の各位置検出用経路２２と２３に沿ってそれぞれ航走しているときに、水中航走体６と支援船７との間で可能な音響通信の頻度よりも短い時間間隔で、上記水中航走体６の慣性航法位置ｄ４の情報を検出できるようにしてあるものとする。

更に、上記水中航走体制御装置１５では、上記水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置４ｄを基に上記緯度方向位置検出用経路２２を航走している間に上記所定の時間間隔で得た各慣性航法位置ｄ４の座標について、緯度成分のみを代表値演算部１５ｃで平均化して、水中航走体６が上記緯度方向位置検出用経路２２を航走している間における慣性航法位置の緯度方向の代表値ｄ５ｘを求める。

又、同様に、上記水中航走体制御装置１５では、上記水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置４ｄを基に上記経度方向位置検出用経路２３を航走している間に上記所定の時間間隔で得た各慣性航法位置ｄ４の座標について、経度成分のみを代表値演算部１５ｃで平均化して、水中航走体６が上記経度方向位置検出用経路２３を航走している間における慣性航法位置の経度方向の代表値ｄ５ｙを求めて、該各代表値ｄ５ｘ，ｄ５ｙの値を、図示しない記憶部に一旦記憶するようにしてある。なお、図３では、図示する便宜上、上記水中航走体６の慣性航法位置の緯度方向及び経度方向の各代表値ｄ５ｘ及びｄ５ｙが、上記緯度方向位置検出用経路２２及び経度方向位置検出用経路２３に一致するものとして示してある。

一方、上記船上管制装置８では、上記水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置ｄ４の情報を基に上記緯度方向位置検出用経路２２と経度方向位置検出用経路２３に沿ってそれぞれ航走しているときに、上記水中航走体６の音響測位を所要の時間間隔で複数回ずつ行うようにする。

この音響測位は、具体的には、支援船７に設けてある音響測位装置のアレイ式の送受波器１１よりパルス波を発信させ、このパルス波を受信した水中航走体６のトランスポンダ１９（図１参照）が直ちに返信する返信用のパルス波が上記支援船７の送受波器１１により受信された時点で、該送受波器１１よりパルス波を発信してから上記トランスポンダ１９より返信された返信用のパルス波が検出されるまでに要した時間と、水中の音速とから、上記支援船７に設けた送受波器１１から上記水中航走体６までの距離を求めると共に、上記アレイ式の送受波器１１で受信される上記返信用のパルス波の到来する方向とから、上記支援船７の送受波器１１に対する上記水中航走体６の相対位置を求めて、この相対位置の計測データＤ１を、船上管制装置８に入力させるようにする。

同時に、上記支援船７に備えた海上測位システム９により検出される地球座標上における該支援船７の緯度及び経度の計測データＤ２と、上記姿勢計測装置１０により検出される支援船７のロール、ピッチ、ヨーの姿勢計測データＤ３とを上記船上管制装置８へ入力させて、該船上管制装置８の変換部８ａにて、上記支援船７の地球座標上での緯度及び経度の計測データＤ２、及び、支援船７の姿勢計測データＤ３より
、該支援船７に装備してある上記送受波器１１を原点とした支援船７に固定の送受波器座標系の、地球座標系における位置と姿勢を求めて、上記送受波器１１に対する相対位置として該送受波器座標系で計測されている上記水中航走体６の位置の計測データＤ１を、地球座標系における位置に変換することで、上記水中航走体６の地球座標上における緯度及び経度の位置（音響測位位置）Ｄ４を、上記のように実施した複数回の音響測位に応じてそれぞれ計測するようにする。この計測される音響測位位置Ｄ４は、図３に二点鎖線で示すように、地球座標上でプロットすると、上記水中航走体６の水中航走体制御装置１５自身で計測される上記慣性航法位置ｄ４に累積している誤差に応じて、本来の目標航走経路である上記緯度方向位置検出用経路２２及び経度方向位置検出用経路２３よりずれた位置となる。

よって、上記船上管制装置８では、上記のようにして水中航走体６が上記緯度方向位置検出用経路２２に沿って航走しているときに複数回の音響測位によってそれぞれ求められる音響測位位置Ｄ４について、代表値演算部８ｂで、上記緯度方向位置検出用経路２２に直交する方向の分布のみに関する代表値演算、すなわち、上記水中航走体６が上記緯度方向位置検出用経路２２に沿って航走しているときに求められる各音響測位位置Ｄ４の地球座標上における位置座標のうち、緯度成分のみを平均化する代表値演算を行って、上記緯度方向位置検出用経路２２に沿って航走する水中航走体６の音響測位位置Ｄ４の緯度方向の代表値Ｄ５ｘを求める。

又、同様に、上記船上管制装置８では、上記水中航走体６が上記経度方向位置検出用経路２３に沿って航走しているときに複数回の音響測位によってそれぞれ求められる音響測位位置Ｄ４について、上記代表値演算部８ｂで、上記経度方向位置検出用経路２３に直交する方向の分布のみに関する代表値演算、すなわち、上記水中航走体６が上記経度方向位置検出用経路２３に沿って航走しているときに求められる各音響測位位置Ｄ４の地球座標上における位置座標のうち、経度成分のみを平均化する代表値演算を行って、上記経度方向位置検出用経路２３に沿って航走する水中航走体６の音響測位位置Ｄ４の経度方向の代表値Ｄ５ｙを求める。

上記のようにして、緯度方向及び経度方向の各代表値Ｄ５ｘ、Ｄ５ｙが求められると、上記船上管制装置８は、該各代表値Ｄ５ｘ，Ｄ５ｙのデータを、音響通信装置１２を介して水中航走体６の水中航走体制御装置１５に接続してある音響通信装置２０へ送信するようにする。

上記水中航走体制御装置１５が、上記音響通信装置２０を介して上記船上管制装置８より送信された緯度方向及び経度方向の各代表値Ｄ５ｘ、Ｄ５ｙを受信すると、該水中航走体制御装置１５では、減算部１５ｄにおいて該各代表値Ｄ５ｘ、Ｄ５ｙより、上記図示しない記憶部に記憶してある慣性航法位置の緯度方向及び経度方向の各代表値ｄ５ｘ，ｄ５ｙをそれぞれ減算することで、緯度方向位置検出用経路２２に直交する方向、すなわち、緯度方向に関する偏差δｘと、経度方向位置検出用経路２３に直交する方向、すなわち、経度方向に関する偏差δｙをそれぞれ求める。

その後、上記水中航走体制御装置１５の加算部１５ｅで、その時点で該水中航走体制御装置１５で計測している水中航走体６の慣性航法位置ｄ４のデータに、上記緯度方向に関する偏差δｘと、経度方向に関する偏差δｙを加えて更新し、これにより、該水中航走体６自身で計測している慣性航法位置ｄ４についての較正を行うようにする。

このように、本発明の水中航走体の位置較正方法及び装置によれば、水中航走体６が慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置ｄ４を、上記水中航走体６を所定の緯度方向位置検出用経路２２と経度方向位置検出用経路２３に沿って航走させるときに支援船６側から音響測位を行うことで得られる上記水中航走体６の音響測位位置Ｄ４の情報を基にして較正することができる。

しかも、上記水中航走体６が上記緯度方向位置検出用経路２２及び経度方向位置検出用経路２３に沿ってそれぞれ航走するときに該水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置ｄ４の緯度方向の代表値ｄ５ｘ及び経度方向の代表値ｄ５ｙを求め、該各代表値ｄ５ｘ及びｄ５ｙを、上記水中航走体６が上記緯度方向位置検出用経路２２と経度方向位置検出用経路２３に沿ってそれぞれ航走するときに支援船７側から音響測位を行うことで得られる上記水中航走体６の音響測位位置Ｄ４の緯度方向の代表値Ｄ５ｘ及び経度方向の代表値Ｄ５ｙとそれぞれ比較して、上記水中航走体６の慣性航法位置ｄ４についての緯度方向の偏差δｘ及び経度方向の偏差δｙを求めるようにしてあるため、上記水中航走体６が上記緯度方向位置検出用経路２２と経度方向位置検出用経路２３に沿ってそれぞれ航走する際に、潮の流れ等の影響によって該緯度方向位置検出用経路２２に直交する方向や、経度方向位置検出用経路２３に直交する方向へ位置ずれ（ぶれ）を生じたとしても、その位置ずれの存在を考慮（加味）した状態で上記水中航走体６の慣性航法位置ｄ４の緯度方向の偏差δｘ及び経度方向の偏差δｙを求めることができる。

更に、慣性航法位置ｄ４の緯度方向の代表値ｄ５ｘ及び経度方向の代表値ｄ５ｙは、水中航走体６の水中航走体制御装置１５自身で求めるようにしてあるため、該各代表値ｄ５ｘ，ｄ５ｙを、演算精度を高めた状態で求めることができる。

よって、上記水中航走体６が慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置ｄ４を、精度よく較正することができる。

しかも、上記水中航走体６を緯度方向位置検出用経路２２と経度方向位置検出用経路２３を航走させながら支援船７側より音響測位を行う際には、水中航走体６より支援船７側へ水中航走体６自身で計測（測位）している慣性航法位置についてのデータを、音響通信を介してリアルタイムで送信する必要をなくすことができる。又、支援船７側から水中航走体６へ音響通信を介して送信するのは、上記緯度方向位置検出用経路２２を航走する水中航走体６について計測した音響測位位置Ｄ４の緯度方向に関する代表値Ｄ５ｘと、上記経度方向位置検出用経路２３を航走する水中航走体６について計測した音響測位位置Ｄ４の経度方向に関する代表値Ｄ５ｙのみでよいため、上記支援船７と水中航走体６との間で音響通信により送受信すべきデータ量を小さくすることができる。よって、上記水中航走体６が自身で計測している慣性航法位置ｄ４の較正を行う際に、音響通信の速度が限られていることや、音響通信の不安定性の影響を受ける虞を小さくすることができる。

更には、上記慣性航法位置ｄ４の較正を行う際に、水中航走体６を浮上させる必要はなく、又、航走を継続して行わせることができる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、上記実施の形態では、水中航走体６を航走させて支援船７側から音響測位を行うための所定の位置検出用経路を、互いに交差する２本の直線状の位置検出経路となる等緯度線に沿う緯度方向位置検出用経路２２及び等経度線に沿う経度方向位置検出用経路２３とした例について示したが、上記互いに交差する２本の直線状の位置検出経路は、必ずしも直交していなくてもよく、又、一方又は双方を等緯度線、等経度線に平行な配置以外の配置としてもよい。これらの場合は、上記２本の位置検出用経路に沿って水中航走体６をそれぞれ航走させるときに支援船７からの音響測位を複数回ずつ行って計測した音響測位位置と、水中航走体６が自身で計測（測位）している慣性航法位置について、それぞれ水中航走体６が航走した位置検出用経路に直交する方向の分布を平均化した代表値を求めて、対応する代表値同士の偏差（差分）を求め、この偏差により、上記水中航走体６が自身で計測している慣性航法位置を、上記各位置検出用経路に直交する方向に位置を修正して較正を行わせるようにすればよい。

この場合であっても、互いに交差する２本の直線状の位置検出経路を用いる場合には、該各直線状の位置検出用経路に沿わせて水中航走体６を航走させるときに、支援船７側からの音響測位を行う時間、及び、水中航走体６が慣性航法に基づいて自身で慣性航法位置を計測（測位）する時間を長く確保することができるようになる。このため、上記支援船７側で求める音響測位位置の上記各直線状の位置検出用経路に直交する方向の分布を平均化した代表値と、水中航走体６側で求める慣性航法位置の上記各直線状の位置検出用経路に直交する方向の分布を平均化した代表値の精度を高めることができて、上記水中航走体６が慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置ｄ４を、精度よく較正することができる。

更に、水中航走体６を航走させて支援船７側から音響測位を行うための所定の位置検出用経路を、図４に示すように円周状の位置検出経路２４として、この円周状の位置検出経路２４に沿って航走する水中航走体６が、周方向に１８０度対向する位置を除く或る特定の２つの方向（方位）、たとえば、北方向と東方向に最も寄ったときの、上記円周状の位置検出経路２４の中心２４ａから上記或る特定の２つの方向（方位）の距離成分Ｌａ，Ｌｂを、それぞれ代表値として用いるようにしてもよい。

慣性航法に基づいて自身の位置の計測を行いながら自律航走を継続して行うことができるようにしてある水中航走体６であれば、いかなる形式、いかなる用途の水中航走体６の慣性航法位置の較正に適用してもよい。

図３における緯度方向及び経度方向の各位置検出用経路２２及び２３について、水中航走体６が航走する方向や順序を逆にしてもよい。

図３における音響測位位置Ｄ４は、図示する便宜上、緯度方向及び経度方向の各位置検出用経路２２及び２３についてそれぞれ３個所ずつしか示していないが、該各位置検出用経路２２及び２３に沿って航走する水中航走体６の音響測位の回数は、音響測位位置Ｄ４に所望する精度が得られるように自在に設定してよい。

支援船７に装備する海上測位システム９は、該支援船７の地球座標上における緯度と経度を所望する精度で得ることができれば、ＧＰＳ以外のいかなる形式の海上測位システム９を採用してもよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

６水中航走体
７支援船
２２緯度方向位置検出用経路（位置検出用経路）
２３経度方向位置検出用経路（位置検出用経路）
２４位置検出用経路
ｄ４慣性航法位置
ｄ５ｘ、ｄ５ｙ代表値
Ｄ４音響測位位置
Ｄ５ｘ，Ｄ５ｙ代表値
δｘ偏差
δｙ偏差

Claims

水中航走体を位置検出用経路に沿って航走させ、支援船側より上記位置検出用経路に沿って航走する水中航走体についての音響測位を行うと共に、得られる音響測位位置について、上記位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ求めて、該求められた代表値を上記支援船より音響通信を介して水中航走体へ与えるようにし、更に、水中航走体が上記位置検出用経路に沿って航走するときに慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置について、上記と同じ位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ水中航走体で求めて、上記支援船より与えられた音響測位位置に基づく上記２つの方向の代表値との偏差をそれぞれ求め、該求められた上記２つの方向に関する偏差により、上記水中航走体が慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置を較正するようにすることを特徴とする水中航走体の位置較正方法。
位置検出用経路を、互いに交差する２本の直線状の位置検出用経路とし、水中航走体を上記各直線状の検出経路に沿って航走させるときに、支援船側にて、上記各直線状の位置検出用経路に沿って航走する水中航走体について得られる音響測位位置について、上記各直線状の位置検出用経路ごとに直交する方向の分布に関する代表値をそれぞれ求めるようにすると共に、水中航走体が上記各直線状の位置検出用経路に沿って航走するときに慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置について、上記各直線状の位置検出用経路ごとに直交する方向の分布に関する代表値をそれぞれ水中航走体で求めるようにする請求項１記載の水中航走体の位置較正方法。
水中航走体の支援船に、水中航走体の音響測位を行って音響測位位置を求める機能と、位置検出用経路に沿って航走させる水中航走体について音響測位を行って得られる音響測位位置について、上記位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ求める機能と、該求められた代表値を音響通信を介して水中航走体へ与える機能を備え、且つ水中航走体に、慣性航法に基づいて自身で計測している慣性航法位置を基に上記位置検出用経路に沿って航走する機能と、上記位置検出用経路に沿って航走するときに自身で計測している慣性航法位置について、上記と同じ位置検出用経路の角度の異なる個所に直交する２つの方向の分布に関する代表値をそれぞれ求める機能と、該求められた代表値と上記支援船より与えられた音響測位位置に基づく上記２つの方向の代表値との偏差をそれぞれ求める機能と、該求められた上記２つの方向に関する偏差により自身で計測している慣性航法位置を較正する機能を備えてなる構成を有することを特徴とする水中航走体の位置較正装置。