JP6345417B2

JP6345417B2 - 水中航走体の航走制御方法、及び、水中航走体

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Publication number: JP6345417B2
Application number: JP2013261242A
Authority: JP
Inventors: 長倉　博; 博長倉
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2033-12-18
Also published as: JP2015118521A

Description

本発明は、無人航走するＵＵＶ（ｕｎｍａｎｎｅｄｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅ）及びＡＵＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅ）などにソナー装置を搭載して所定水域を捜索する水中航走体及び該水中航走体の制御方法の技術分野に関する。

所定水域における水深、地形或いは沈底物を調査するためのデバイスとしてソナー装置が知られている。このようなソナー装置を水中航走体に搭載して無人操作することにより、所定水域における捜索を自律的に行う水中航走体が知られている。所定水域における水中航走体の航走経路は、捜索対象水域をまんべんなく網羅するように予め規定された航走プランとして水中航走体にプリセットされ、水中航走体は当該プランに従って航走しながらソナー装置による捜索を行う。このような捜索結果は、水中航走体に内蔵された記録装置等の記憶手段に逐次格納され、航走完了後に母船等に回収された水中航走体から外部に取り出されることにより、詳細な解析が行われる。

この種の水中航走体に関する技術として、例えば特許文献１がある。特許文献１では、所定水域を捜索する際の航走経路上に沿ってウェイポイントを設置し、１つのウェイポイントから次のウェイポイントに移動する経路上で障害物が検出されたときには、緊急回避動作を行うと共に新たなウェイポイントを追加する。これにより、航走経路上に障害物が存在しても、緊急回避動作の回数を低減して、効率的な航走経路で探索を行うことができる。

特開２０１１−３４５１８号公報

図１０は、この種の水中航走体１０が航走しながら、搭載されたソナー装置１２から水底１４に対してソナービームを照射した捜索する様子を示す斜視図である。水中航走体１０はマルチビーム方式のソナー装置を搭載しており、水底１４に向って複数のソナービームを照射することにより捜索を行う。図１１は図１０に示す水中航走体１０を進行方向に垂直な面上で示す模式図であり、各ソナービームの到達可能距離をＲ、最大照射角度をαとすると、水中航走体１０の進行方向に対して垂直な捜索幅Ｌｓｆは右舷側及び左舷側共に等しく、次式で表わされる。
Ｌｓｆ＝Ｒｓｉｎα（＝Ｌｓ０）（１）

図１２は水中航走体１０の所定水域における航走経路の一例を示す図である。ここで、捜索対象水域４０が長辺Ｌ１、短辺Ｌ２の略長方形状を有していると仮定すると、捜索幅Ｌｓｆを有する水中航走体１０は、図１２に示す航走経路を通る。具体的に説明すると、まず水中航走体１０は、捜索対象水域４０の左下近傍から右方向に向かって潜入し、直進ライン１８ａに沿って直進する。そして、距離Ｌ２を通過して捜索対象水域４０を越えると、水中走行体１０は旋回（Ｕターン２０ａ）すると共に、前回の直進ライン１８ａからシフト幅ΔＬだけずらした直進ライン１８ｂに沿って、直進ライン１８ａとは逆方向に向って直進する。そして、再び距離Ｌ２を通過して捜索対象水域４０を越えると、水中走行体１０は旋回（Ｕターン）すると共に、前回の直進ライン１８ｂから更にシフト幅ΔＬだけずらした直進ライン１８ｃに沿って、直進ライン１８ｂとは逆方向に向って直進する。このように長辺Ｌ１に亘ってシフト幅ΔＬずつ移動していくことで、捜索対象水域４０全体の捜索が完了すると、一連の航走プランが終了する。

このような航走経路では、シフト幅ΔＬは隣り合う直進ライン１８を通過する際の捜索幅同士が少なからず重複捜索領域を有することで、捜索漏れをなくすように設定される。しかしながら、実際の水底は図１１に示すよう略平坦な水底であるとは限らず、右舷側捜索幅と左舷側捜索幅とが等しくなくなることによって、捜索漏れが生じることがある。また捜索対象水域４０の潮流によっては、水中航走体１０の姿勢が、例えば図１３に示すように乱れる場合がある。この場合も計画した捜索幅に対して実際の捜索幅が狭くなるため、捜索漏れが生じる要因となる。

このような捜索漏れは、捜索完了後に水中航走体を母船に回収して詳細な解析を行う段階にならないと発見が難しい。そのため、捜索漏れが判明すると、再び水中航走体を捜索対象水域に投入して再捜索を行う必要があり、非常に手間である。このような捜索漏れ対策としては、予めシフト幅ΔＬを十分小さく設定することも考えられるが、所定水域の探索を完了するまでに直進ライン１８を往復する回数が多くなってしまい、作業効率が低下してしまうという問題点がある。
尚、上記特許文献１は自律航走中の障害物回避はできるものの、このような捜索対象水域の水底形状や水中航走体の姿勢については何ら考慮されていないため、同様の問題点を有している。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、効率のよい自律航走を行いながら捜索漏れを防止可能な水中航走体及び該水中航走体の制御方法を提供することを目的する。

本発明の一態様に係る水中航走体の制御方法は上記課題を解決するために、航走経路は互いに略平行な複数の直進ラインと該複数の直進ラインをつなぐ旋回ラインとを含むプリセットプランに従った航走経路に沿って自律航走しながら、搭載されたソナー装置を用いて捜索を行う水中航走体の制御方法であって、前記プリセットプランに従って前記水中航走体を航走させる航走工程と、前記航走工程における航走履歴に基づいて、前記航走経路に含まれる前記複数の直進ラインのうち１の直進ライン、及び、前記１の直進ラインに続く他の直進ラインにおける前記ソナー装置の捜索幅をそれぞれ算出する捜索幅算出工程と、前記算出された前記１の直進ラインの捜索幅と、前記他の直進ラインの捜索幅に基づいて、前記１の直進ライン及び前記他の直進ライン間における重複捜索領域を算出する重複捜索領域算出工程と、前記算出された重複捜索領域の大きさに基づいて、前記１の直進ラインと前記他の直進ラインとの間隔を前記プリセットプランで規定される値から修正する航走経路修正工程とを備えることを特徴とする。

この態様によれば、各直進ラインにおける捜索幅の実測値を算出することによって、捜索漏れが生じない範囲において、直進ライン間の間隔を修正する。これにより、捜索漏れを防止しながら効率の良い経路で自律航走を行う水中航走体を実現することができる。

前記捜索幅算出工程による捜索幅の算出を１の直進ラインに亘って逐次実施し、前記１の直進ラインにおける最小捜索幅を算出する最小捜索幅算出工程と、隣り合う直進ラインについて算出された前記最小捜索幅に基づいて、前記隣り合う直進ラインにおける重複捜索領域を算出する重複捜索領域算出工程とを備え、前記航走経路修正工程は、前記算出された重複捜索領域の大きさが所定閾値より小さい場合に、前記間隔を小さくするように修正するようにしてもよい。
この態様によれば、各直進ラインにおける最小捜索幅から隣り合う直進ラインにおける重複捜索領域を算出することで、捜索漏れのない直進ライン間隔を求めることができる。

捜索対象水域を複数のメッシュに分割する分割工程と、該分割されたメッシュの各々について前記ソナー装置による捜索回数を算出する捜索回数算出工程とを備え、前記捜索幅算出工程は、前記捜索回数が所定閾値以上であるメッシュに基づいて前記捜索幅を算出するようにしてもよい。
この態様によれば、捜索対象水域をメッシュ分割し、各メッシュについて捜索回数をカウントして、捜索回数が所定閾値以上であるメッシュのみに基づいて捜索幅を算出する。これにより、信頼性のあるデータに基づいて算出した捜索幅を用いて、精度のよい捜索経路の修正を行うことができる。

前記航走経路修正工程は、前記１の航走ラインの捜索結果に未捜索箇所が含まれている場合、該未捜索箇所を含む臨時航走ラインを含むように前記航走経路を修正するようにしてもよい。
この態様によれば、上記方法によって捜索を行った場合に、万が一、未捜索箇所が含まれている場合であっても未捜索箇所を含む臨時航走ラインを含むように前記航走経路を修正することによって、自律的に未捜索箇所の再捜索を効率的に行うことができる。これにより、従来のような捜索完了後の解析結果に基づいて、水中航走体を捜索対象水域に再投入する手間を省くことができる。

前記航走経路修正工程は、前記１の航走ラインの捜索結果に未捜索箇所が含まれている場合、その旨をオペレータに報知するようにしてもよい。
この態様によれば、上記方法によって捜索を行った場合に、万が一、未捜索箇所が含まれている場合に、警報や警告などの報知手段によってオペレータに報知することで、柔軟な対応が可能となる。

前記航走経路修正工程は、前記ソナー装置のソナービームの捜索対象に対する入射角度が所定範囲になるように前記航走経路を修正するようにしてもよい。
この態様によれば、捜索精度がソナービームの入射角度に依存することに鑑み、捜索対象に対する入射角度が所定範囲になるように航走経路を修正することで、捜索対象水域全体に亘って、質のよい捜索データを取得することができる。

前記航走経路修正工程は、前記ソナー装置のソナービームが捜索対象に対して複数方向から入射するように前記航走経路を修正するようにしてもよい。
この態様によれば、捜索対象の種類によってはソナービームの照射方向によって捜索結果に差が生じる場合があることに鑑み、捜索対象に対して複数方向から入射するように航走経路を修正することで、より正確な捜査を行うことができる。

本発明の一態様に係る水中航走体は上記課題を解決するために、航走経路は互いに略平行な複数の直進ラインと該複数の直進ラインをつなぐ旋回ラインとを含むプリセットプランに従った航走経路に沿って自律航走しながら、搭載されたソナー装置を用いて捜索を行う水中航走体であって、前記プリセットプランを記憶する記憶部と、航走用の駆動力を出力する駆動部と、前記プリセットプランに従って前記水中航走体を航走させたときの航走履歴に基づいて、前記プリセットプランに含まれる前記複数の直進ラインのうち１の直進ライン及び前記１の直進ラインに続く他の直進ラインにおける前記ソナー装置の捜索幅をそれぞれ算出する捜索幅算出部と、前記捜索幅算出部によって算出された前記１の直進ラインの捜索幅と、前記他の直進ラインの捜索幅に基づいて、前記１の直進ライン及び前記他の直進ライン間における重複捜索領域を算出する重複捜索領域算出部と、前記重複捜索領域算出部によって算出された重複捜索領域の大きさに基づいて、前記１の直進ラインと前記他の直進ラインとの間隔を前記プリセットプランで規定される値から修正する航走経路修正部と、を備えることを特徴とする。

前記捜索幅算出部による捜索幅の算出を１の直進ラインに亘って逐次実施し、前記１の直進ラインにおける最小捜索幅を算出する最小捜索幅算出部と、隣り合う直進ラインについて算出された前記最小捜索幅に基づいて、前記隣り合う直進ラインにおける重複捜索領域を算出する重複捜索領域算出部とを備え、前記航走経路修正部は、前記算出された重複捜索領域の大きさが所定閾値より小さい場合に、前記間隔を小さくするように修正するようにしてもよい。
この態様によれば、各直進ラインにおける最小捜索幅から隣り合う直進ラインにおける重複捜索領域を算出することで、捜索漏れのない直進ライン間隔を求めることができる。

捜索水域の各地点について、測深方向、前記ソナー装置から照射されたソナービームの入射角度、及び、測定値の確かさレベルの少なくとも１を測定し、その結果を前記記憶部に記憶するようにしてもよい。
この態様によれば、測深方向、前記ソナー装置から照射されたソナービームの入射角度、及び、測定値の確かさレベルの少なくとも１を測定することにより、捜索対象水域の各地点について詳細なデータを取得することができ、高品質な捜索を実施することができる。

本発明によれば、各直進ラインにおける捜索幅の実測値を算出することによって、捜索漏れが生じない範囲において、直進ライン間の間隔を修正する。これにより、捜索漏れを防止しながら効率の良い経路で自律航走を行う水中航走体を実現することができる。

本実施形態に係る水中航走体による基本的な捜索原理を示す模式図である。本実施形態に係る水中航走体の内部構成をブロック単位で示す模式図である。非平坦な水底形状を有する捜索対象水域における水中航走体による捜索の様子を示す模式図である。本実施形態に係る水中航走体の制御内容を示すフローチャートである。メッシュ分割された捜索対象水域の一例を示す図である。水中航走体を基準とした相対座標系を示す模式図である。１の直進ライン上で算出された捜索幅を示す模式図である。隣り合う直進ラインにおける捜索幅を示す図であり、重複捜索領域が特定される様子を示している。第１変形例に係る水中航走体の制御内容を示すフローチャートである。水中航走体が航走しながら、略平坦な水底を捜索する様子を示す斜視図である。図１０に示す水中航走体を進行方向に垂直な面上で示す模式図である。水中航走体の所定水域における航走経路の一例を示す図である。水中航走体の姿勢が潮流によって乱される様子を模式的に示す図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

図１は本実施形態に係る水中航走体１０による基本的な捜索原理を示す模式図であり、水中航走体１０を航走方向から見た様子を示している。図１（ａ）はマルチビーム測深機タイプの採用例を示しており、図１（ｂ）はサイドスキャンソーナータイプの採用例を示している。まず図１（ａ）では、水中航走体１０の底部にソナー装置１２が設置され、ソナー装置１２から直下方向を中心として左右方向に最大照射角の範囲内にソナービームが照射され、左右方向に複数の受信ビーム（マルチビーム）を形成することにより、図１（ａ）に示すように、水底１４のうち水中航走体１０の直下地点を中心とする所定の捜索幅の範囲に亘って捜索が行われる。一方、図１（ｂ）では、水中航走体１０の両舷にソナー装置１２ａ及び１２ｂが１台ずつ搭載され、それぞれを最小照射角から最大照射角の範囲内で捜索が行われる。

尚、以下の説明では図１（ａ）に示すマルチビーム測深機タイプのソナー装置１２を搭載した水中航走体１０を中心に説明するが、本発明の技術的思想は図１（ｂ）に示すサイドスキャンソーナータイプのソナー装置を搭載した水中航走体についても同様に適用可能であることは言うまでもない。

図２は本実施形態に係る水中航走体１０の内部構成をブロック単位で示す模式図である。水中航走体１０は、捜索対象水域４０における航走経路（図１２を参照）をプリセットプランとして記憶すると共にソナー装置１２により取得した捜索データを蓄積可能な記憶部２０と、航走用の駆動力を出力する駆動部２２と、ソナー装置の捜索幅を算出する捜索幅算出部２４と、最小捜索幅を算出する最小捜索幅算出部２６と、重複捜索領域を算出する重複捜索領域算出部２８と、該算出された捜索幅に基づいて、記憶部に記憶された航走経路を修正する航走経路修正部３０と、該修正された航走経路について駆動部２２を制御する航走制御部３２とを備える。
尚、記憶部２０に蓄積された捜索データは、インターフェイス部３４を介して外部に取り出して解析可能に構成されている。

駆動部２２は水中航走体１０に対して航走用の推進力を与えるための動力源であり、例えばモータである。航走制御部３２は、上述のプリセットプランに沿った航走が行われるように駆動部２２を制御する機能を有する。本実施形態では、上記図１２に示す航走経路がプリセットプランとして記憶されている場合を例に説明することとし、当該航走経路に従って航走が実施されるように、駆動部２２が制御される。

尚、捜索幅算出部２４、最小捜索幅算出部２６、重複捜索領域算出部２８、航走経路修正部３０の詳細な機能及び構成については、具体例を用いて後述することとする。

図３は捜索対象水域４０における水底１４が非平坦である場合の水中航走体１０による捜索の様子を示す模式図である。上述した図１１の例では水底１４が略平坦であったが、実際には図３に示すように、水底１４には高低差や障害物によって凹凸が存在することにより、非平坦になっている。図３では、水底形状の一例として水深が左側から右側にかけて深くなることにより、水底に勾配が生じている状態を示している。

ここでソナービームの到達距離をＲとすると、左舷側及び右舷側の水深がそれぞれＨ_Ｌ及びＨ_Ｒと異なるため、左舷側捜索幅Ｌｓｌ及び右舷側捜索幅Ｌｓｒは共に、図１１に示す水底が略平坦である場合の捜索幅Ｌｓｆとは異なる（図３では、比較のために図１１における平坦面と捜索幅Ｌｓｆと重ねて示している）。このような状況は、図１３に示すように水中航走体１０の姿勢が潮流の影響によって乱れた場合にも同様に生じる。

そのため、従来の捜索方法では捜索漏れが生じやすく、水中航走体１０を捜索完了後に母船に回収した後に行われる解析によって捜索漏れが判明した場合には、再度、水中航走体１０を捜索対象水域４０に投入して再捜索を行わなければならないため、非常に手間がかかるという問題点があった。このような問題点は、以下に説明する捜索方法によって解決することができる。

図４は本実施形態に係る水中航走体１０の制御内容を示すフローチャートである。
まず捜索対象水域４０を絶対座標系でメッシュ分割することにより、メッシュ分割工程を実施する（ステップＳ１０１）。ここで図５（ａ）は捜索対象水域４０の一例を示しており、陸地で囲まれた湾内に設けられた水域が選択されており、図５（ｂ）に示すように、互いに略直交する座標系に対応する緯度・経度でメッシュ分割されている。このメッシュサイズは好ましくはソナー装置１２の分解能以上であり、より好ましくはソナー装置１２の分解能の２〜３倍程度に設定されるとよい。

航走経路を移動する間、水中航走体１０に搭載されたソナー装置１２はフットプリントを時々刻々計算する（ステップＳ１０２）。フットプリントとはソナービーム主軸と海底面との交点を意味する（具体的には後述する図１０において、水中航走体１０から放射状に伸びる複数の線がソナービーム主軸であり、該ソナービーム主軸と海底面が交わる黒く塗りつぶされた点がフットプリントである）。ここで図６は水中航走体１０を基準とした機体座標系を示す模式図である。機体座標系は、絶対座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に位置する水中航走体１０の機体中心を基準とした座標系（ｘ，ｙ，ｚ）として表わされる。機体座標系においてソナー装置１２から照射されるソナービームの一つの方向ベクトルを（０，ｓｉｎβｉ，ｃｏｓβｉ）とすると、フットプリント位置は機体座標系で（０，Ｒ_ｎｉｓｉｎβｉ，Ｒ_ｎｉｃｏｓβｉ）と表わされる。水中航走体１０を基準とした機体座標系で算出されたフットプリントを、機体中心の絶対座標と機体の姿勢角を考慮して座標変換すると、フットプリントの絶対座標（Ｘ_ｎｉ，Ｙ_ｎｉ，Ｚ_ｎｉ）が特定される。
尚、下付文字のｎは送受信番号を表わしており、下付文字のｉはビーム番号を表わしている（すなわち、Ｘ_ｎｉは第ｎ回目の送受信で第ｉビームで測定したフットプリントの絶対座標Ｘを意味している）。

このように特定されたフットプリントの絶対座標（Ｘ_ｎｉ，Ｙ_ｎｉ，Ｚ_ｎｉ）のうち水平座標（Ｘ_ｎｉ，Ｙ_ｎｉ）に基づいて、ステップＳ１０１で分割したメッシュのうちどのメッシュに属するかを計算することにより、捜索回数算出工程を実施する（ステップＳ１０３）。そして、フットプリントが入ったメッシュについて、捜索回数（メッシュの属性）をカウントアップする（ステップＳ１０４）。
尚、１回の航走ラインに沿った捜索で、複数のフットプリントが同一メッシュに入った場合でも、捜索回数は１回としてカウントする。具体的には、１回の送受信（同一のｎ）で複数ビームのフットプリントが同じメッシュに入った場合、または、連続する送受信（ｎ、ｎ＋１・・・）でフットプリントが同じメッシュに入った場合が該当する。

尚、補足して説明すると、上述したようにメッシュサイズをソナー分解能以上としたのは、メッシュの方がソナー分解能より細かいと、捜索したにも関わらずフットプリントが属さないようなメッシュが出現しやすいからである。逆にメッシュをソナー分解能より少し大きめに選べば、１つのメッシュに複数のフットプリントが属することが生じやすい。前段落では、このような場合であっても捜索回数は１回とカウントするということを意味しており、言い換えれば、１つの航走ライン１８に沿った捜索では、捜索回数は最大で１しかカウントアップされない。もし捜索抜けがあれば、カウントアップされない。

ここで捜索幅算出部２４は、航走方向と直交する方向に捜索回数がカウントアップされたメッシュの数を求め、メッシュ数にメッシュ幅を乗じたものを捜索幅として出力する（ステップＳ１０５）。

続いて捜索幅算出部２４は、捜索幅算出工程による捜索幅の算出を１の直進ライン１８に亘って逐次実施し、最小捜索幅算出部２６は、前記１の直進ライン１８における最小捜索幅を算出する最小捜索幅算出工程を実施する（ステップＳ１０６）。ここで図７は１の直進ライン上で算出された捜索幅を示す模式図であり、最小捜索場を特定する様子を概念的に示している。尚、図７では図示をわかりやすくするために、上方のみにおいて捜索対象水域４０を分割するメッシュを示すと共に、各メッシュについてステップＳ１０３にて算出された捜索回数が示されている。

続いて、重複捜索領域算出部２８は、隣り合う直進ラインについて算出された最小捜索幅に基づいて、該隣り合う直進ラインにおける重複捜索領域Ｄを算出する重複捜索領域算出工程を実施する（ステップＳ１０７）。ここで図８は隣り合う直進ラインにおける捜索幅を示す図であり、重複捜索領域Ｄが特定される様子を示している。図８では直進ライン１８ａにおける捜索幅を実線で示すと共に、直進ライン１８ｂにおける捜索幅を２点鎖線で示している。そして、直進ライン１８ａにおける捜索幅と直進ライン１８ｂにおける捜索幅とによって囲まれる重複捜索領域Ｄがハッチング表示されている。航走経路修正部３０は、このように算出された重複捜索領域Ｄを予め設定された所定閾値Ｄ１と比較することにより、シフト幅ΔＬを修正する航走経路修正工程を実施する（ステップＳ１０８）。例えば重複捜索領域Ｄが所定閾値Ｄ１を下回っている場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、シフト幅ΔＬを詰めるように航走経路を修正する（ステップＳ１０９）。逆に重複捜索領域Ｄが所定閾値Ｄ１を上回っている場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、シフト幅ΔＬを広げるように航走経路を修正する（ステップＳ１１０）。

このように、各直進ライン１８における捜索幅の実測値を算出することによって、捜索漏れが生じない範囲において、直進ライン１８間のシフト幅ΔＬを修正する。これにより、捜索漏れを防止しながら効率の良い経路で自律航走を行う水中航走体１０を実現することができる。特に、各直進ライン１８における最小捜索幅から隣り合う直進ラインにおける重複捜索領域Ｄを算出することで、捜索漏れのないシフト幅ΔＬを求めることができる。

尚、本実施例ではステップＳ１０９及びＳ１１０においてシフト幅ΔＬを変更するように航走経路を修正したが、これに加えて、或いは、これに代えて、水中航走体１０の航走深度を変更してもよい。具体的には、重複捜索領域Ｄが所定閾値Ｄ１を下回っている場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、海底高度を高くなるように（より浅い水中を航走するように）航走経路を修正する。逆に重複捜索領域Ｄが所定閾値Ｄ１を上回っている場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、海底高度を低くなるように（より深い水中を航走するように）航走経路を修正するとよい。

（第１変形例）
上述したように水中航走体１０を制御することによって捜索漏れが生じにくい効率的な捜索経路を実現することができるが、現実問題として上記図８に示すように、それでも尚、捜索漏れが生じる場合がある。このようの捜索漏れは、以下に説明する変形例によって効果的に解決することができる。尚、本変形例では上記実施形態を基本としているため、共通する点に関しては重複を避けるために、適宜説明を省略することとする。

図９は第１変形例に係る水中航走体１０の制御内容を示すフローチャートである。
まず上述のステップＳ１０７と同様に、隣り合う直進ライン１８について算出された最小捜索幅に基づいて、該隣り合う直進ライン１８における重複捜索領域Ｄを算出する重複捜索領域算出工程を実施し（ステップＳ２０１）、未捜索領域の有無を判定する（ステップＳ２０２）。その結果、未捜索のメッシュが有った場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、水中音響通信等の通信手段を用いて、その旨をオペレータに報知する（ステップＳ２０３）。そして、未捜索メッシュを捜索するための臨時航走ラインを自動生成し（ステップＳ２０４）、当該臨時航走ラインを航走することで未捜索のメッシュを補填する（ステップＳ２０５）。その後、本来の予定航走ラインに戻って捜索を継続する（ステップＳ２０６）。
尚、未捜索のメッシュがない場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）には、上述の実施形態の通り捜索が行われる。

このように本変形例によれば、上記方法によって捜索を行った場合に、万が一、未捜索箇所が含まれている場合であっても未捜索箇所を含む臨時航走ラインを含むように前記航走経路を修正することによって、自律的に未捜索箇所の再捜索を効率的に行うことができる。これにより、従来のような捜索完了後の解析結果に基づいて、水中航走体を捜索対象水域に再投入する手間を省くことができる。
その際、警報や警告などの報知手段によってオペレータに報知することで、柔軟な対応が可能となる。

また、このような未捜索部分の再捜索はオペレータの指示が有った場合に限り実施するようにしてもよい。

（第２変形例）
上述の水中航走体１０の制御方法においては、航走経路修正部３０は各直進ラインにおける捜索幅に基づいて航走経路を修正していたが、異なる観点に基づいて航走ラインを修正してもよい。本変形例では、航走経路修正部３０は、ソナー装置１２のソナービームの捜索対象に対する入射角度が所定範囲になるように航走経路を修正する。これは捜索精度がソナービームの入射角度に依存することに鑑みたものであり、捜索対象に対する入射角度が所定範囲になるように航走経路を修正することで、捜索対象水域全体４０に亘って、質にムラがなく高品質な捜索データを取得することができる。例えば、同一の水底地点に対して、相異なる２方向以上から見るように航走ラインの間隔を制御するとよい。

また航走経路修正部３０は、ソナー装置１２のソナービームが捜索対象に対して複数方向から入射するように航走経路を修正するようにしてもよい。これは捜索対象の種類によってはソナービームの照射方向によって捜索結果に差が生じる場合があることに鑑みたものであり、捜索対象に対して複数方向から入射するように航走経路を修正することで、捜索対象物が照射角度によって反射率が異なる形状や材質である場合であっても対応することができ、正確な捜査を行うことができる。

またソナー装置１２は捜索対象水域４０の各地点について、フットプリントに加えて、測深方向、ソナービームの入射角度、及び、測定値の確かさレベルの少なくとも１を測定し、その結果を記憶部２０に記憶するようにしてもよい。この場合、捜索対象水域の各地点について詳細なデータを取得することができるので、捜索完了後に水中航走体１０を母船に回収した際に、より詳しい解析が可能になる。

特に測定値の確かさレベルに関しては、次の２つの指標の１つ、または両方を使用する。まず第１に、ソナー装置１２が音波を照射せずに受波機能だけを作動させた状態（いわゆるパッシブモード）での雑音レベルを水中航走体１０の投入直後、もしくは、直進ライン１８に進入する直前に自己チェックさせ、この雑音レベルに対して、直進ライン１８に沿って捜索中に音波を照射しているときの受信信号レベルから信号対雑音比を算出し、これを確かさの指標とする。

続いて第２に、ソナー装置１２（または１２ａ，ｂ）にスプリットビーム相関処理機能（受信ビームを形成するアレイを２つの副アレイに分割し、２本の副アレイ受信ビームの位相差を利用してフットプリント位置を高精度で安定して測定する技術。）、またはインターフェロメトリ機能（受波器を垂直方向に２個以上有するソナーで各々の受波器の受信信号の位相差を利用してフットプリント位置を測定する技術。）がある場合、２個の受信信号の相互相関関数の位相の移動平均と分散を計算し、分散の大きさを確かさの指標とする（この場合、分散が小さいほど確かさレベルが高くなる）。

以上では、図１（ａ）に示すように、マルチビーム測深機のように水中航走体１０の直下方向を中心として左右方向に最大照射角の範囲内で捜索を行うタイプのソナー装置１２の場合を説明したが、図１（ｂ）に示すように、サイドスキャンソーナーのように、水中航走体１０の両舷に１台ずつ搭載され、右舷と左舷のそれぞれを最小照射角から最大照射角の範囲内で捜索し、水中航走体１０の直下方向に未捜索範囲が発生するタイプのソナー装置１２ａ、１２ｂを搭載した場合でも、同じ方法を捜索抜け発生を防止するように航走制御することが可能である。

本発明は、無人航走するＵＵＶ（ｕｎｍａｎｎｅｄｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅ）及びＡＵＶ（Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｖｅｈｉｃｌｅ）などにソナー装置を搭載して所定水域を捜索する水中航走体及び該水中航走体の制御方法に利用可能である。

１０水中航走体
１２ソナー装置
１４水底
１６本体部
２０記憶部
２２駆動部
２４捜索幅算出部
２６最小捜索幅算出部
２８重複捜索領域算出部
３０航走経路修正部
３２航走制御部
３４インターフェイス
４０捜索対象水域

Claims

航走経路は互いに略平行な複数の直進ラインと該複数の直進ラインをつなぐ旋回ラインとを含むプリセットプランに従った航走経路に沿って自律航走しながら、搭載されたソナー装置を用いて捜索を行う水中航走体の制御方法であって、
前記プリセットプランに従って前記水中航走体を航走させる航走工程と、
前記航走工程における航走履歴に基づいて、前記航走経路に含まれる前記複数の直進ラインのうち１の直進ライン、及び、前記１の直進ラインに続く他の直進ラインにおける前記ソナー装置の捜索幅をそれぞれ算出する捜索幅算出工程と、
前記算出された前記１の直進ラインの捜索幅と、前記他の直進ラインの捜索幅に基づいて、前記１の直進ライン及び前記他の直進ライン間における重複捜索領域を算出する重複捜索領域算出工程と、
前記算出された重複捜索領域の大きさに基づいて、前記１の直進ラインと前記他の直進ラインとの間隔を前記プリセットプランで規定される値から修正する航走経路修正工程と
を備えることを特徴とする水中航走体の制御方法。
前記航走経路修正工程は、前記算出された重複捜索領域の大きさが所定閾値より小さい場合に、前記１の直進ラインと前記他の直進ラインとの間隔を前記プリセットプランで規定される値より小さくするように修正し、前記算出された重複捜索領域の大きさが所定閾値より大きい場合に、前記１の直進ラインと前記他の直進ラインとの間隔を前記プリセットプランで規定される値より大きくするように修正することを特徴とする請求項１に記載の水中航走体の制御方法。
捜索対象水域を複数のメッシュに分割する分割工程と、
該分割されたメッシュの各々について前記ソナー装置による捜索回数を算出する捜索回数算出工程と
を備え、
前記捜索幅算出工程は、前記捜索回数が所定閾値以上であるメッシュに基づいて前記捜索幅を算出することを特徴とする請求項１に記載の水中航走体の制御方法。
前記航走経路修正工程は、前記１の航走ラインの捜索結果に未捜索箇所が含まれている場合、該未捜索箇所を含む臨時航走ラインを含むように前記航走経路を修正することを特徴とする請求項１に記載の水中航走体の制御方法。
前記航走経路修正工程は、前記１の航走ラインの捜索結果に未捜索箇所が含まれている場合、その旨をオペレータに報知することを特徴とする請求項１に記載の水中航走体の制御方法。
前記航走経路修正工程は、前記プリセットプランに従った航走経路において前記ソナー装置のソナービームが捜索対象に対して複数方向から入射するように前記航走経路を修正するように、前記プリセットプランを変更することを特徴とする請求項１に記載の水中航走体の制御方法。
航走経路は互いに略平行な複数の直進ラインと該複数の直進ラインをつなぐ旋回ラインとを含むプリセットプランに従った航走経路に沿って自律航走しながら、搭載されたソナー装置を用いて捜索を行う水中航走体であって、
前記プリセットプランを記憶する記憶部と、
航走用の駆動力を出力する駆動部と、
前記プリセットプランに従って前記水中航走体を航走させたときの航走履歴に基づいて、前記プリセットプランに含まれる前記複数の直進ラインのうち１の直進ライン及び前記１の直進ラインに続く他の直進ラインにおける前記ソナー装置の捜索幅をそれぞれ算出する捜索幅算出部と、
前記捜索幅算出部によって算出された前記１の直進ラインの捜索幅と、前記他の直進ラインの捜索幅に基づいて、前記１の直進ライン及び前記他の直進ライン間における重複捜索領域を算出する重複捜索領域算出部と、
前記重複捜索領域算出部によって算出された重複捜索領域の大きさに基づいて、前記１の直進ラインと前記他の直進ラインとの間隔を前記プリセットプランで規定される値から修正する航走経路修正部と、
を備えることを特徴とする水中航走体。
前記航走経路修正部は、前記算出された重複捜索領域の大きさが所定閾値より小さい場合に、前記１の直進ラインと前記他の直進ラインとの間隔を前記プリセットプランで規定される値より前記間隔を小さくするように修正し、前記算出された重複捜索領域の大きさが所定閾値より大きい場合に、前記１の直進ラインと前記他の直進ラインとの間隔を前記プリセットプランで規定される値より大きくするように修正することを特徴とする請求項７に記載の水中航走体。
捜索水域の各地点について、測深方向、前記ソナー装置から照射されたソナービームの入射角度、及び、測定値の確かさレベルの少なくとも１を測定し、その結果を前記記憶部に記憶することを特徴とすることを特徴とする請求項７に記載の水中航走体。