JP6956364B2 - 水中測位システム、水上艇、水中航走体、及び水中測位方法 - Google Patents

Description

本開示は、水中測位システム、水上艇、水中航走体、及び水中測位方法に関する。

海洋探査等においては、探査等を行う水中航走体が海中に投入される。海上を航行する水上艇は、海中を潜航する水中航走体の位置を取得し、水中航走体を見失わないようにする。

水中航走体の位置情報を得る場合、水中航走体は、水上艇から所定の情報を取得し、この情報を基に自機の３次元位置座標を演算し、その演算結果を水上艇に送信することができる。例えば、水中航走体としての潜水機が、自動位置保持浮体から受信した音響信号を基に、双曲線測位法を用いて潜水機の緯度、経度を推定することが知られている（特許文献１参照）。また、水中航走体が、自律航行型水上艇からの情報に従い、水中航走体の絶対位置、対地角度、姿勢方位その他の情報を連続的に決定して出力することが知られている（特許文献２参照）。

特開２０１７−４０５００号公報 特開平８−２４９０６０号公報

従来の水中航走体は、自機の３次元位置座標を演算するので、自機の３次元位置座標を算出するための水中航走体の処理負荷が大きい。このため、水中航走体のバッテリ消費が多くなり、水中での活動時間が短くなり、水中航走体の活動が制限されることがある。従って、水中で他の作業（各種調査、探索、切削等）を行える時間が短縮されることがある。

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水上艇が水中航走体の位置の情報を取得する場合の水中航走体の消費電力を低減し、水中航走体の活動時間を長くできる水中測位システム、水上艇、水中航走体、及び水中測位方法を提供する。

本開示の水中測位システムは、水中を航走する水中航走体と、水面を航走する複数の水上艇と、を備える水中測位システムであって、複数の前記水上艇は、前記水中航走体へ音響信号をそれぞれ送信し、前記水中航走体は、複数の前記音響信号をそれぞれ受信し、前記音響信号の送信時刻と受信時刻を基に、複数の前記水上艇までの距離の情報をそれぞれ取得し、前記水中航走体が位置する水深の情報を取得し、複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を、前記水中航走体の３次元位置を算出可能な複数の前記水上艇に送信し、複数の前記水上艇の少なくとも１つは、複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を受信し、複数の前記水上艇の少なくとも１つは、複数の前記距離の情報及び前記水深の情報に基づいて、前記水中航走体の水中における３次元位置を算出する。

本開示の水上艇は、水面を航走し、水中航走体と通信する水上艇であって、前記水中航走体へ第１の音響信号を送信する音響トランスミッタと、前記第１の音響信号及び前記他の水上艇が前記水中航走体へ送信する第２の音響信号に基づいて得られる、複数の前記水上艇から前記水中航走体までの各距離の情報、及び、前記水中航走体が位置する水深の情報を含む音響信号を受信する音響通信デバイスと、少なくとも２つの前記距離の情報と、前記水深の情報と、に基づいて、前記水中航走体の水中における３次元位置を算出するプロセッサと、を備える。

本開示の水中航走体は、水中を航走し、複数の水上艇と通信する水中航走体であって、複数の前記水上艇のそれぞれから音響信号を受信する音響レシーバと、前記音響信号の送信時刻と受信時刻を基に、複数の前記水上艇までの距離の情報をそれぞれ算出するプロセッサと、前記水中航走体が位置する水深の情報を取得する深度計と、前記水中航走体の３次元位置を導出するための複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を、前記水中航走体の３次元位置を算出可能な複数の前記水上艇へ送信する音響通信デバイスと、を備える。

本開示の水中測位方法は、水面を航走し、水中航走体と通信する水上艇における水中測位方法であって、前記水中航走体へ第１の音響信号を送信し、前記第１の音響信号及び前記他の水上艇が前記水中航走体へ送信する第２の音響信号に基づいて得られる、複数の前記水上艇から前記水中航走体までの各距離の情報を音響信号で受信し、前記水中航走体が位置する水深の情報を音響信号で受信し、少なくとも２つの前記距離の情報と、前記水深の情報と、に基づいて、前記水中航走体の水中における３次元位置を算出する。

本開示によれば、水上艇が水中航走体の位置の情報を取得する際、水中航走体の消費電力を低減し、水中航走体の活動時間を長くできる。

水中測位システムの概要を示す図 海上ＡＵＶの構成例を示すブロック図 海中ＡＵＶの構成例を示すブロック図 上空から海面を視た場合に海上及び海中に展開する複数のＡＵＶの位置関係の一例を示す図 上空から海面を視た場合に通信範囲から一部外れて海上及び海中に展開する複数のＡＵＶの位置関係の一例を示す図 第１の実施形態における水中測位システムの動作例を示すシーケンス図 海上ＡＵＶによる座標算出手順の一例を示すフローチャート 第２の実施形態における海上ＡＵＶの構成例を示すブロック図 上空から海面を視た場合における、移動しながら展開する４つのＡＵＶの位置関係の一例を示す図 第２の実施形態における水中測位システムの動作例を示すシーケンス図 海中ＡＵＶが通信範囲の少なくとも一部から外れる場合における海上ＡＵＶの移動例を説明する図 海上ＡＵＶの移動手順の一例を示すフローチャート

以下、適宜図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。尚、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

以下の実施形態の水中測位システムでは、海中又は海上を探索する探索機として、自律型無人潜水機(ＡＵＶ：autonomous underwater vehicle）が用いられてよい。ＡＵＶは、海上を航行する水上艇として、また、海中を潜航する水中航走体として利用されてよい。海上を航行するＡＵＶを「海上ＡＵＶ」とも称する。海中を潜航するＡＵＶを「海中ＡＵＶ」とも称する。また、海上ＡＵＶと海中ＡＵＶとを区別する必要がない場合、単に「ＡＵＶ」とも称する。なお、海上を航行する船舶を水上艇とし、ＡＵＶを水中航走体としてもよい。海上ＡＵＶは、測位用の無人探査機の一例である。海中ＡＵＶは、調査用の無人探査機の一例である。また、ＡＵＶは、海洋に限らず、湖、沼、やその他の水中や水底を探索する探索機としても利用されてよい。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態における水中測位システム５の概要を示す図である。水中測位システム５は、複数（例えば４つ）のＡＵＶ１０を含んで構成される。４つのＡＵＶ１０のうち、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、海上（海面）を航行し、海中ＡＵＶ１０Ｄは、海中を潜航する。なお、陸上には、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと例えば無線通信をすることで、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの位置等を監視する監視センタ８が設置されてよい。監視センタ８が、水中測位システム５に含まれてもよい。

ＡＵＶ１０の数は、４台に限られず、他の数でもよい。海上ＡＵＶは、３台に限られず、２台でも４台以上でもよい。海中ＡＵＶは、１台に限られず、２台以上でもよい。また、本実施形態では、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、所定位置に配置された後には、移動しなくてよい。以降では、一例として、海上ＡＵＶが３台であり、海中ＡＵＶが１台である場合を主に示す。

水中測位システム５では、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが計時する時刻と、海中ＡＵＶ１０Ｄが計時する時刻と、を予め揃えておく。つまり、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのタイマと海中ＡＵＶ１０Ｄのタイマとを同期させておく。また、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれＧＰＳ受信部２１（図２参照）を備え、ＧＰＳ衛星８０から送信されるＧＰＳ信号を受信し、それぞれＧＰＳ位置情報を取得する。ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ位置情報を、緯度、経度、高度の情報を含んで取得し、Ｘ，Ｙ，Ｚ座標（図１参照）に変換してよい。

海上ＡＵＶ１０Ａの位置Ａ、海上ＡＵＶ１０Ｂの位置Ｂ、海上ＡＵＶ１０Ｃの位置Ｃは、それぞれ、座標Ａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ），座標Ｂ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ），座標Ｃ（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）で表されてよい（図４参照）。また、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ取得した位置Ａの座標Ａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ），位置Ｂの座標Ｂ（ｘｂ，ｙｂ，ｚｂ），位置Ｃの座標Ｃ（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）を無線通信で共有する。

海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄに対し、送信時刻になると、音響パルス（定時音響パルス）を一定時間差（例えば２〜３秒差）で発信する。予め定められた時刻（送信時刻）に送信される音響パルスを「定時音響パルス」とも称する。海中ＡＵＶ１０Ｄは、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからそれぞれ送信された定時音響パルスを受信すると、送信時刻と受信時刻との時間差と海中における音速とを基に、各海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃまでの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを算出する。

海中ＡＵＶ１０Ｄは、深度計３３（図３参照）で水圧を検出し、この水圧を用いて海面までの距離である深度Ｌｄ（水深）を計測してよい。海中ＡＵＶ１０Ｄは、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ及び深度Ｌｄを含む距離情報を、各海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに同報で通知してよい。

海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄから取得した距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ及び深度Ｌｄを基に、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄを算出してよい。位置Ｄは、３次元の座標Ｄ（ｘｄ，ｙｄ，ｚｄ）で示されてよい。海中ＡＵＶ１０Ｄの位置の算出の詳細については、後述する。

図２は海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの構成例を示すブロック図である。海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、同じ仕様を有するので、海上ＡＵＶ１０Ａについて代表して説明する。つまり、海上ＡＵＶ１０Ｂ，１０Ｃについても、海上ＡＵＶ１０Ａと同様である。

海上ＡＵＶ１０Ａは、ＣＰＵ１１、海上無線通信部１２、音響トランスポンダ１３、音響パルス発生部１４、音響通信モデム１５、メモリ１６、ＡＵＶ駆動部２０、及びＧＰＳ受信部２１、及びクロック発生器２２を有する。

海上無線通信部１２は、他の海上ＡＵＶ１０Ｂ，１０Ｃと無線通信する。海上無線通信部１２は、無線通信により、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの位置Ａ，Ｂ，Ｃと海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの情報を共有する。共有された情報は、メモリ１６に保持されてよい。海上無線通信部１２は、所定の周波数帯域を割り当てられた無線信号を通信してよい。海上無線通信部１２は、監視センタ８に設置された各種装置と通信してもよい。

クロック発生器２２は、クロック信号を発生し、例えば時刻を計時する。クロック発生器２２は、高精度のクロック信号を発生可能であり、時刻を高精度に計時可能である。

音響パルス発生部１４は、パルス状の音響信号（音響パルス）を発生する。音響パルスは、１つのパルス波で構成されてもよいし、複数のパルス波が含まれてもよい、この音響パルスは、音響パルスを送信する海上ＡＵＶ１０Ａの存在を報知するための信号の一例である、他の音響信号により、海上ＡＵＶ１０Ａの存在が報知されてもよい。

音響トランスポンダ１３は、クロック発生器２２により生成されたクロック信号により計時される時刻が送信時刻になると、音響パルス発生部１４により生成された音響信号（音響パルス）を送信する。また、音響トランスポンダ１３は、外部装置（例えば海中ＡＵＶ１０Ｄ）により送信された音響パルスを受信してよい。

音響通信モデム１５は、海中ＡＵＶ１０Ｄとの間で、各種変調（例えばＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調）された音響信号を通信する。この音響通信モデム１５により通信される音響信号は、音響パルス以外の音響信号が含まれてよい。音響信号は例えば２ｋｂｐｓの周波数帯域を用いて送信されてよい。

音響通信モデム１５は、海中ＡＵＶ１０Ｄから距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ及び深度Ｌｄの情報を受信してよい。音響通信モデム１５は、海中ＡＵＶ１０Ｄに対し、圏外警告を行うための信号（警告信号）を送信してよい。圏外警告とは、海上ＡＵＶ１０Ａからの信号を所定の信号レベル以上で受信可能な通信範囲Ｓｑから外れていることを示す警告でよい。音響通信モデム１５は、海中ＡＵＶ１０Ｄに位置Ｄの座標の情報を送信してよい。なお、ＦＳＫ変調を行う代わりに、音響パルスを特定の形状とすることで、データの値を表現するようにしてもよい。

ＣＰＵ１１は、海上ＡＵＶ１０Ａの各部を統括的に制御する。ＣＰＵ１１は、海上ＡＵＶ１０Ａの各部の動作を統括して制御するための信号処理、他の各部との間のデータの入出力処理、データの演算処理及びデータの記憶処理を行ってよい。ＣＰＵ１１は、プロセッサの一例であり、他のプロセッサで代用されてもよい。他のプロセッサは、例えば、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を含んでよい。

ＣＰＵ１１は、メモリ１６に記録されたプログラムを実行することで、各種機能を実現する。ＣＰＵ１１は、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと海中ＡＵＶ１０Ｄとの間の各距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃと、海中ＡＵＶ１０Ｄの深度Ｌｄと、を基に、海中ＡＵＶ１０Ｄの３次元位置座標を算出してよい。ＣＰＵ１１は、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃと通信範囲Ｓｑの半径に相当する通信距離Ｎとを比較することで、海中ＡＵＶ１０Ｄが通信範囲Ｓｑの範囲内に所在するか否かを判定してよい。通信距離Ｎは、例えば２ｋｍや３ｋｍでよい。

メモリ１６は、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）等の一次記憶装置を含んでよい。メモリ１６は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）等の二次記憶装置を含んでもよい。メモリ１６は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリやＳＤカード等の三次記憶装置を含んでもよい。メモリ１６は、各種情報やプログラムを記憶する。メモリ１６は、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各位置Ａ，Ｂ，Ｃの座標、及び海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標、の情報を記憶してよい。メモリ１６は、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ及び深度Ｌｄの情報を記憶してよい。

ＡＵＶ駆動部２０は、海上ＡＵＶ１０Ａの動力源であり、モータやスクリュー等を含む。ＡＵＶ駆動部２０が、モータを駆動源とすることで、例えばエンジンを動力源とする場合と比較すると、動作時の静音性能を向上できる。そのため、海上ＡＵＶ１０Ａは、ＡＵＶ駆動部２０が発生する音により音響パルスや音響信号が影響されることを抑制できるので、音響パルスや音響信号の読取り精度の低下を抑制できる。よって、海上ＡＵＶ１０Ａは、音響パルスや音響信号に基づく距離の測定精度や座標の算出精度を向上できる。

ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ衛星８０からＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ位置情報（例えば緯度、経度、高度の情報）を取得する。ＧＰＳ受信部２１は、ＧＰＳ位置情報を表す緯度、経度、高度の情報を、Ｘ座標、Ｙ座標、Ｚ座標に変換してよい。このＧＰＳ位置情報やＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標は、自機（海上ＡＵＶ１０Ａ）の位置に係る情報である。

図３は海中ＡＵＶ１０Ｄの構成例を示すブロック図である。海中ＡＵＶ１０Ｄは、ＣＰＵ３１、ＡＵＶ駆動部３２、深度計３３、音響パルスレシーバ３４、クロック発生器３５、音響通信モデム３６、及びメモリ３７を有する。

ＣＰＵ３１は、海中ＡＵＶ１０Ｄの各部を統括的に制御する。ＣＰＵ３１は、海中ＡＵＶ１０Ｄの各部の動作を統括して制御するための信号処理、他の各部との間のデータの入出力処理、データの演算処理及びデータの記憶処理を行ってよい。ＣＰＵ１１は、プロセッサの一例であり、他のプロセッサで代用されてもよい。他のプロセッサは、例えば、ＭＰＵ、ＤＳＰを含んでよい。

ＣＰＵ３１は、メモリ３７に記録されたプログラムを実行することで、各種機能を実現する。ＣＰＵ３１は、定時音響パルスの送信時刻と受信時刻の時間差と水中の音速とを基に、各海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃまでの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを計算してよい。なお、各海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃによる定時音響パルスの送信時刻が予めメモリ３７に保持され、ＣＰＵ３１により参照可能とされていてよい。これにより、ＣＰＵ３１は、送信時刻と受信時刻との時間差を導出可能である。

メモリ３７は、ＲＯＭやＲＡＭ等の一次記憶装置を含んでよい。メモリ３７は、ＨＤＤやＳＳＤ等の二次記憶装置を含んでもよい。メモリ３７は、ＵＳＢメモリやＳＤカード等の三次記憶装置を含んでもよい。メモリ３７は、各種情報やプログラムを記憶する。メモリ３７は、位置Ｄの座標、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ、深度Ｌｄ等の情報を記憶してよい。

ＡＵＶ駆動部３２は、ＡＵＶ駆動部２０と同様、海中ＡＵＶ１０Ｄの動力源であり、モータやスクリュー等を含む。ＡＵＶ駆動部３２が、モータを駆動源とすることで、例えばエンジンを動力源とする場合と比較すると、動作時の静音性能を向上できる。そのため、海中ＡＵＶ１０Ｄは、ＡＵＶ駆動部３２が発生する音により音響パルスや音響信号が影響されることを抑制できるので、音響パルスや音響信号の読取り精度の低下を抑制できる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄは、音響パルスや音響信号に基づく距離の測定精度や座標の算出精度を向上できる。

深度計３３は、水中の圧力を検出する圧力センサでよい。深度計３３は、海中ＡＵＶ１０Ｄの深度Ｌｄの情報を取得してよい。深度計３３は、圧力センサ以外のセンサで、深度Ｌｄの情報を取得するものでもよい。深度計３３は、任意のタイミングで深度Ｌｄを取得してよく、常時取得してもよい。これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄは、海中ＡＵＶ１０Ｄの深度が頻繁に変化する場合でも、深度Ｌｄを正確に把握できる。

クロック発生器３５は、クロック信号を発生し、例えば時刻を計時する。クロック発生器３５は、高精度のクロック信号を発生可能であり、時刻を高精度に計時可能である。

音響パルスレシーバ３４は、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれから音響パルスを受信する。音響パルスレシーバ３４は、クロック発生器３５で計時される定時音響パルスのそれぞれの受信時刻を取得してよい。

音響通信モデム３６は、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれとの間で、各種変調（例えばＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調）された音響信号を通信する。音響通信モデム１５は、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれへ、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ及び深度Ｌｄの情報を送信してよい。音響通信モデム３６は、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれから、警告信号を受信してよい。音響通信モデム３６は、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれから、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標の情報を受信してよい。

なお、海中ＡＵＶ１０Ｄは、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃと共通の仕様で構成されてもよいし、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃと比べて簡易な構成としてもよい。海中ＡＵＶ１０Ｄが簡易な構成とされる場合、海中ＡＵＶ１０Ｄのコストが低減され得る。

図４は上空から海面を視た場合に海上及び海中に展開する４つのＡＵＶ１０の位置関係の一例を示す図である。

通信範囲Ｓｑは、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから送信される音響パルス及び音響信号（例えば警告信号）の少なくとも一方を、所定の信号レベル以上で受信可能な範囲を表してよい。この場合、音響パルスに基づく測位精度が一定以上に維持可能である。海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃによる通信範囲Ｓｑの外縁は、例えば、同一の媒質中では球面を形成する。なお、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは海面に位置するので、実際には、音響パルスや音響信号が海中に向かう半球面を形成してよい。球面の半径が、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの所定の信号レベル以上での通信が可能な通信距離Ｎに相当してよい。従って、海面では、通信範囲ｓｑは、通信距離Ｎを半径とする円として表されてよい。海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃによる通信距離Ｎは、共通でもよいし、異なってもよい。

図４では、円２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃは、それぞれ、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの海面上における通信範囲ｓｑを表す。また、図４では、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによる通信範囲Ｓｑが、それぞれ、通信範囲Ｓｑ１，Ｓｑ２，Ｓｑ３として示されている。

海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによる通信範囲Ｓｑのうち２つの通信範囲Ｓｑに入っている場合、つまり、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置ｐｓ１が２つの円２１０Ａ，２１０Ｃの重なり合う範囲に含まれる場合、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄは測位可能である。つまり、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄは、海上ＡＵＶ１０Ａの位置Ａと距離Ｌａ、及び海上ＡＵＶ１０Ｃの位置Ｃと距離Ｌｃを基に、算出され得る。

図４では、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによる通信距離Ｎと、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによる定時音響パルスの到達距離とは、同じでもよいし、異なってもよい。通信距離Ｎよりも定時音響パルスの到達距離が長い場合、海中ＡＵＶ１０Ｄが通信範囲Ｓｑから外れた場合でも、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから送信される定時音響パルスは、海中ＡＵＶ１０Ｄに届くことになる。

図５は上空から海面を視た場合に通信範囲Ｓｑから一部外れて海上及び海中に展開する４つのＡＵＶ１０の位置関係の一例を示す図である。図５では、海中ＡＵＶ１０Ｄが、位置ｐｓ１から位置ｐｓ２に移動し、３つの円２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃの通信範囲Ｓｑのいずれからも外れている。このように、海上ＡＵＶの通信範囲Ｓｑの少なくとも２つから外れた場合、つまり１つ以下の通信範囲Ｓｑのみに海中ＡＵＶ１０Ｄが属する場合、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、警告信号をそれぞれ送信してよい。１つ以下の通信範囲Ｓｑのみに海中ＡＵＶ１０Ｄが属する場合、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの情報を用いた海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度が所望のレベルに維持されない可能性があるためである。

海中ＡＵＶ１０Ｄは、警告信号を受信すると、海中において海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃによって測位不能とならないように、動作する。例えば、海中ＡＵＶ１０Ｄは、警告信号を受信した場合、移動を停止したり、海面方向へ浮上したり、移動してきた航路を引き返したりしてよい。これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄは、２つ以上の通信範囲Ｓｑから外れた場合でも、その後に海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃにより測位不能となる事態を抑制でき、行方不明になる可能性を低減できる。

次に、水中測位システム５の動作について説明する。
図６は、水中測位システム５の動作例を示すシーケンス図である。

まず、海上ＡＵＶ１０Ａでは、ＧＰＳ受信部２１が、ＧＰＳ衛星８０から送信されるＧＰＳ信号を基に、海上ＡＵＶ１０ＡのＧＰＳ位置情報である位置Ａの座標を取得する（Ｔ１）。同様に、海上ＡＵＶ１０Ｂでは、ＧＰＳ受信部２１が、ＧＰＳ衛星８０から送信されるＧＰＳ信号を基に、海上ＡＵＶ１０ＢのＧＰＳ位置情報である位置Ｂの座標を取得する（Ｔ２）。同様に、海上ＡＵＶ１０Ｃでは、ＧＰＳ受信部２１が、ＧＰＳ衛星８０から送信されるＧＰＳ信号を基に、海上ＡＵＶ１０ＣのＧＰＳ位置情報である位置Ｃの座標を取得する（Ｔ３）。海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、それぞれ海上無線通信部１２を介して、無線通信を行うことで、相互に座標情報（位置Ａ，Ｂ，Ｃの各座標）を共有する（Ｔ４，Ｔ５）。

海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃでは、音響トランスポンダ１３が、それぞれのクロック発生器２２で計時される時刻が予め設定された時刻になると、それぞれ定時音響パルスを送信する（Ｔ６，Ｔ７，Ｔ８）。海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、送信時刻（例えば５秒）を所定時間ずらして送信してよい。これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれの定時音響パルス同士の衝突を抑制できる。

海中ＡＵＶ１０Ｄでは、ＣＰＵ３１は、定時音響パルスを受信すると、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃから海中ＡＵＶ１０Ｄに到達するまでの各時間と水中の音速とを基に、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを算出する（Ｔ９）。音響通信モデム３６は、算出した距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの情報と、深度計３３で計測した深度Ｌｄの情報を、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに対し、同報で送信してよい（Ｔ１０）。

海上ＡＵＶ１０Ａでは、ＣＰＵ１１は、受信した距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃと深度Ｌｄの情報を基に、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標を算出してよい（Ｔ１１）。同様に、海上ＡＵＶ１０Ｂ，１０Ｃでは、各ＣＰＵ１１は、それぞれ受信した距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃと深度Ｌｄの情報を基に、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標を算出してよい（Ｔ１２，Ｔ１３）。海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標の算出の詳細については、後述する。

海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃでは、音響通信モデム１５は、それぞれ算出した位置Ｄの座標を海中ＡＵＶ１０Ｄに通知する（Ｔ１４，Ｔ１５，Ｔ１６）。この場合、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、所定時間（例えば２〜３秒）をずらして、位置Ｄの座標の情報を含む音響信号を送信してよい。これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、音響信号同士の衝突を抑制できる。

海上ＡＵＶ１０Ａでは、ＣＰＵ１１は、自機の通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが入っているか否かを判定する（Ｔ１７）。この判定では、距離Ｌａが通信範囲Ｓｑ（球面）の大きさを表す通信距離Ｎ未満である場合、通信範囲Ｓｑの範囲内（ＯＫ）となる。また、距離Ｌａが通信距離Ｎ以上である場合、通信範囲Ｓｑの範囲外（ＮＧ）となる。ＯＫの場合、海上ＡＵＶ１０Ａは、Ｔ１の処理に戻る。一方、ＮＧの場合、音響通信モデム１５は、警告信号を海中ＡＵＶ１０Ｄに送信する（Ｔ１８）。

同様に、海上ＡＵＶ１０Ｂでは、ＣＰＵ１１は、自機の通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが入っているか否かを判定する（Ｔ１９）。この判定では、距離Ｌｂが通信距離Ｎ未満である場合、通信範囲Ｓｑの範囲内（ＯＫ）となる。また、距離Ｌｂが通信距離Ｎ以上である場合、通信範囲Ｓｑの範囲外（ＮＧ）となる。ＯＫの場合、海上ＡＵＶ１０Ｂは、Ｔ２の処理に戻る。一方、ＮＧの場合、音響通信モデム１５は、警告信号を海中ＡＵＶ１０Ｄに送信する（Ｔ２０）。

同様に、海上ＡＵＶ１０Ｃでは、ＣＰＵ１１は、自機の通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが入っているか否かを判定する（Ｔ２１）。この判定では、距離Ｌｃが通信距離Ｎ未満である場合、通信範囲Ｓｑの範囲内（ＯＫ）となる。また、距離Ｌｃが通信距離Ｎ以上である場合、通信範囲Ｓｑの範囲外（ＮＧ）となる。ＯＫの場合、海上ＡＵＶ１０Ｃは、手順Ｔ３の処理に戻る。一方、ＮＧの場合、音響通信モデム１５は、警告信号を海中ＡＵＶ１０Ｄに送信する（Ｔ２２）。

なお、Ｔ１８、Ｔ２０、Ｔ２２における警告信号は、定時音響パルスと同じタイミングで海中ＡＵＶ１０Ｄへ送信されてもよいし、定時音響パルスと異なるタイミングで海中ＡＵＶ１０Ｄへ送信されてもよい。

警告信号は、海中ＡＵＶ１０Ｄを制御するための制御信号として、停止あるいは海面への浮上を促す信号を含んでもよい。

海中ＡＵＶ１０Ｄは、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから少なくとも１つの警告信号を受信した場合、潜航を停止してよい（Ｔ２３）。これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄが現時点よりも遠方へ移動することを抑制でき、海中ＡＵＶ１０Ｄが発見される可能が高くなる。

また、海中ＡＵＶ１０Ｄは、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから少なくとも１つの警告信号を受信した場合、海中ＡＵＶ１０Ｄは、海面への浮上を開始してよい（Ｔ２３）。これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄが海面まで浮上すると上空から発見し易くなり、海中ＡＵＶ１０Ｄが発見される可能が高くなる。

また、海中ＡＵＶ１０Ｄは、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃから少なくとも１つの警告信号を受信した場合、潜航してきたルートを戻ってもよい。これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄは、現時点よりも海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃに近づくことができ、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度を高くできる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄが発見される可能が高くなる。この場合、海中ＡＵＶ１０Ｄは、Ｔ１４〜Ｔ１６において取得された位置Ｄの座標を用いて、潜航してきたルートを戻ってよい。

図６の動作例によれば、水中測位システム５は、海中ＡＵＶ１０Ｄの海中測位に係る海中ＡＵＶ１０Ｄの演算量を低減でき、海中ＡＵＶ１０Ｄの処理負荷を低減できる。そのため、水中測位システム５は、海中ＡＵＶ１０Ｄのバッテリ消費量を低減できる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄの潜航可能時間が長くなり、水中での他の作業（各種調査、探索、掘削等）を行える時間が増大できる。

また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、３つの通信範囲Ｓｑのうち２つ以上の通信範囲Ｓｑから海中ＡＵＶ１０Ｄが外れた場合、水中測位を十分に行うことが困難となるので、この旨を警告信号で海中ＡＵＶ１０Ｄへ通知できる。これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄは、水中測位の精度を改善するように動作するので、海中ＡＵＶ１０Ｄが行方不明となることを抑制できる。

なお、図６では、Ｔ１８〜Ｔ２０において、全ての海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが、海中ＡＵＶ１０Ｄに警告信号を送信することを例示したが、一部の海上ＡＵＶが警告信号を送信してもよい。例えば、海中ＡＵＶ１０Ｄが２つ以上の通信範囲Ｓｑから外れた場合、海中ＡＵＶ１０Ｄから最も遠い海上ＡＵＶには、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃや深度Ｌｄの情報が届かないことも考えられる。そのため、海中ＡＵＶ１０Ｄから最も近い距離に位置する海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのいずれかが、海中ＡＵＶ１０Ｄへ警告信号を送信してもよい。これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、警告信号が海中ＡＵＶ１０Ｄに到達する可能性を高くできる。

図７は海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの各ＣＰＵ１１による座標算出手順の一例を示すフローチャートである。海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、同一の処理を行うので、ここでは、海上ＡＵＶ１０Ａが行う処理について代表して説明する。

海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの通信範囲Ｓｑから外れる流れとして、以下のような状況が想定されてよい。当初、海中ＡＵＶ１０Ｄと各海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃとが通信可能である場合、海中ＡＵＶ１０Ｄから各海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃまでの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃは、全て通信距離Ｎ未満である。この場合、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの３つの通信範囲Ｓｑの重なり合う範囲に、海中ＡＵＶ１０Ｄが存在する。その後、海中ＡＵＶ１０Ｄが、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの１つの通信範囲Ｓｑから外れる。この場合、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうち２つの距離が通信距離Ｎ未満となる。さらに、海中ＡＵＶ１０Ｄが、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの２つ又は全ての通信範囲Ｓｑから外れる。この場合、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃｆのうち１つ以下の距離が通信距離Ｎ未満となる。

ＣＰＵ１１は、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの全てが、通信距離Ｎ未満であるか否かを判別する（Ｓ１）。３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの全てが通信距離Ｎ未満である場合、つまり、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのいずれの通信範囲Ｓｑにも海中ＡＵＶ１０Ｄの位置が含まれる場合、ＣＰＵ１１は、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃと深度Ｌｄとを基に、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標を算出する（Ｓ２）。Ｓ２での位置Ｄの座標の算出方法の詳細については、後述する。Ｓ２の処理後、ＣＰＵ１１は本処理を終了する。

一方、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうち少なくとも１つが通信距離Ｎ以上である場合、ＣＰＵ１１は、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうち２つが通信距離Ｎ未満であるか否かを判別する（Ｓ３）。３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうち２つが通信距離Ｎ未満である場合、ＣＰＵ１１は、２つの距離と深度Ｌｄを基に、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標を算出する（Ｓ４）。Ｓ４での位置Ｄの座標の算出方法の詳細については、後述する。この後、ＣＰＵ１１は本処理を終了する。

ここで、２つの距離と深度Ｌｄとを基に海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標を算出する場合、２つの座標が解として求まる。この場合、ＣＰＵ１１は、２つの座標のうち、Ｓ２で採用される位置Ｄの座標から乖離した座標を排除し、残りの座標を位置Ｄの座標として採用してよい（Ｓ５）。つまり、ＣＰＵ１１は、海中ＡＵＶ１０Ｄが３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの通信範囲Ｓｑから順に外れていく場合、以前にＳ２の処理で得られた位置Ｄの座標に近い方の座標が、正しい座標であると判定してよい。このようにして、ＣＰＵ１１は、乖離した値を排除し、残った座標を新たな座標Ｄとして採用してよい。

Ｓ３において、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうち１つが通信距離Ｎ未満である場合、または、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの全てが通信距離Ｎ以上である場合、ＣＰＵ１１は、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃと深度Ｌｄとを基に、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標を算出する。なお、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうち２つ以上は、通信範囲Ｓｑの範囲外を示す値である。ここでの位置Ｄの座標の算出方法は、Ｓ２と同様でよい。この後、ＣＰＵ１１は本処理を終了する。

なお、一例として、当初は３つの通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄの位置が含まれる状態から、徐々に通信範囲Ｓｑを外れていくことを想定したが、この想定がされなくてもよい。つまり、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中測位の開始時から、３つの通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが含まれていてもよいし、２つの通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが含まれていてもよいし、１つの通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが含まれていてもよいし、全ての通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが含まれていなくてもよい。

図７の動作によれば、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中での位置を測位できる。Ｓ２によれば、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、多くの距離パラメータを用いて測位できるので、水中測位の測位精度を高くできる。Ｓ５によれば、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、距離パラメータの一部が得られない場合でも、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置の過去の実績や実体と乖離した解を除外することで、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中測位可能である。Ｓ６によれば、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、１つ以下の通信範囲ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄに属する場合でも、水中測位の測位精度が低下することはあるが、水中測位を実施することができる可能性がある。

なお、Ｓ３を満たす場合にＳ４の方法で位置Ｄの座標を算出することを例示したが、Ｓ３を満たす場合においても、Ｓ２の方法で位置Ｄの座標を算出してもよい。

次に、Ｓ２及びＳ４による位置Ｄの座標Ｄの算出例について説明する。

まず、位置Ａ，Ｂ，Ｃの３点と深度Ｌｄとに基づく位置Ｄの座標Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の算出について説明する。この算出は、図７のＳ２の算出に相当する。

[第１算出例]
位置Ａの座標Ａ（ｘ_ａ，ｙ_ａ，ｚ_ａ），位置Ｂの座標Ｂ（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ，ｚ_ｂ），位置Ｃの座標Ｃ（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ），位置Ｄの座標Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の座標関係は、式（１），（２），（３）の関係で表される。
（Ｘ−ｘ_ａ）^２＋（Ｙ−ｙ_ａ）^２＋（Ｚ−ｚ_ａ） ^２＝ ａ^２ … （１）
（Ｘ−ｘ_ｂ）^２＋（Ｙ−ｙ_ｂ）^２＋（Ｚ−ｚ_ｂ） ^２＝ ｂ^２ … （２）
（Ｘ−ｘ_ｃ）^２＋（Ｙ−ｙ_ｃ）^２＋（Ｚ−ｚ_ｃ） ^２＝ ｃ^２ … （３）
なお、ａ，ｂ，ｃは、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃに対応してよい。

ＣＰＵ１１は、（１）式〜（３）式を展開し、各式の差分から、下記連立方程式（４）、（５）を導出する。
（ｘ_ｂ−ｘ_ａ）Ｘ＋（ｙ_ｂ−ｙ_ａ）Ｙ＋（ｚ_ｂ−ｚ_ａ）Ｚ ＝ −（Ａ_ｂ−Ａ_ａ）／２ …（４）
（ｘ_ｃ−ｘ_ａ）Ｘ＋（ｙ_ｃ−ｙ_ａ）Ｙ＋（ｚ_ｃ−ｚ_ａ）Ｚ ＝ −（Ａ_ｃ−Ａ_ａ）／２ …（５）
なお、Ａ_ａ＝ａ^２−ｘ_ａ ^２−ｙ_ａ ^２−ｚ_ａ ^２、 Ａ_ｂ＝ｂ^２−ｘ_ｂ ^２−ｙ_ｂ ^２−ｚ_ｂ ^２、 Ａ_ｃ＝ｃ^２−ｘ_ｃ ^２−ｙ_ｃ ^２−ｚ_ｃ ^２

ＣＰＵ１１は、式（４）、（５）を書き換え、式（６）、（７）を得る。
ｘ_ｂａＸ＋ｙ_ｂａＹ＋ｚ_ｂａＺ ＝ Ａ_ｂａ … （６）
ｘ_ｃａＸ＋ｙ_ｃａＹ＋ｚ_ｃａＺ ＝ Ａ_ｃａ … （７）
なお、ｘ_ｉｊ＝ｘ_ｉ−ｘ_ｊ， ｙ_ｉｊ＝ｙ_ｉ−ｙ_ｊ， ｚ_ｉｊ＝ｚ_ｉ−ｚ_ｊ
（ｉ＝ａ，ｂ，ｃ、等、ｊ＝ａ，ｂ，ｃ、等）
Ａ_ｂａ＝−（Ａ_ｂ−Ａ_ａ）／２、 Ａ_ｃａ＝−（Ａ_ｃ−Ａ_ａ）／２

ＣＰＵ１１は、式（６）にｙ_ｃａを乗算し、式（Ａ）を得る。
ｘ_ｂａｙ_ｃａＸ＋ｙ_ｂａｙ_ｃａＹ＋ｙ_ｃａｚ_ｂａＺ ＝ Ａ_ｂａｙ_ｃａ … （Ａ）
ＣＰＵ１１は、式（７）にｙ_ｂａを乗算し、式（Ｂ）を得る。
ｙ_ｂａｘ_ｃａＸ＋ｙ_ｃａｙ_ｂａＹ＋ｙ_ｂａｚ_ｃａＺ ＝ Ａ_ｃａｙ_ｂａ … （Ｂ）

ＣＰＵ１１は、式（Ａ）から式（Ｂ）を減算する。つまり、
（ｘ_ｂａｙ_ｃａ−ｙ_ｂａｘ_ｃａ）Ｘ＋（ｙ_ｃａｚ_ｂａ−ｙ_ｂａｚ_ｃａ）Ｚ ＝ Ａ_ｂａｙ_ｃａ−Ａ_ｃａｙ_ｂａ
ＣＰＵ１１は、この式を整理し、下記のようにＸを得る。
Ｘ ＝ （ｙ_ｂａｚ_ｃａ−ｙ_ｃａｚ_ｂａ）Ｚ／（ｘ_ｂａｙ_ｃａ−ｙ_ｂａｘ_ｃａ）＋（Ａ_ｂａｙ_ｃａ−Ａ_ｃａｙ_ｂａ）／（ｘ_ｂａｙ_ｃａ−ｙ_ｂａｘ_ｃａ）

同様に、ＣＰＵ１１は、式（６）にｘ_ｃａを乗算し、式（Ｃ）を得る。
ｘ_ｂａｘ_ｃａＸ＋ｙ_ｂａｘ_ｃａＹ＋ｘ_ｃａｚ_ｂａＺ ＝ Ａ_ｂａｘ_ｃａ … （Ｃ）
ＣＰＵ１１は、式（７）にｘ_ｂａを乗算し、式（Ｄ）を得る。
ｘ_ｂａｘ_ｃａＸ＋ｙ_ｃａｘ_ｂａＹ＋ｘ_ｂａｚ_ｃａＺ ＝ Ａ_ｃａｘ_ｂａ … （Ｄ）

ＣＰＵ１１は、式（Ｃ）から式（Ｄ）を減算する。つまり、
（ｘ_ｂａｙ_ｃａ−ｙ_ｂａｘ_ｃａ）Ｙ−（ｘ_ｃａｚ_ｂａ−ｘ_ｂａｚ_ｃａ）Ｚ ＝ Ａ_ｃａｘ_ｂａ−Ａ_ｂａｘ_ｃａ
ＣＰＵ１１は、この式を整理し、下記のようにＹを得る。
Ｙ ＝ （ｘ_ｃａｚ_ｂａ−ｘ_ｂａｚ_ｃａ）Ｚ／（ｘ_ｂａｙ_ｃａ−ｙ_ｂａｘ_ｃａ）＋（Ａ_ｃａｘ_ｂａ−Ａ_ｂａｘ_ｃａ）／（ｘ_ｂａｙ_ｃａ−ｙ_ｂａｘ_ｃａ）

ＣＰＵ１１は、式（６）、（７）を、Ｘ、Ｙの式（８）、（９）に置き換える。
Ｘ ＝ Ｂ_０＋Ｂ_１Ｚ … （８）
Ｙ ＝ Ｃ_０＋Ｃ_１Ｚ … （９）
なお、Ｄ＝ｘ_ｂａｙ_ｃａ−ｙ_ｂａｘ_ｃａ、
Ｂ_０＝（Ａ_ｂａｙ_ｃａ−Ａ_ｃａｙ_ｂａ）／Ｄ、
Ｂ_１＝（ｙ_ｂａｚ_ｃａ−ｙ_ｃａｚ_ｂａ）／Ｄ、
Ｃ_０＝（Ａ_ｃａｘ_ｂａ−Ａ_ｂａｘ_ｃａ）／Ｄ、
Ｃ_１＝（ｘ_ｃａｚ_ｂａ−ｘ_ｂａｚ_ｃａ）／Ｄ

以上から、ＣＰＵ１１は、ｚに関する２次方程式を得る。
ＥＺ^２＋２ＦＺ＋Ｇ＝０
従って、Ｚ＝｛−Ｆ±√（Ｆ^２−ＥＧ）｝／Ｅ
なお、Ｅ＝Ｂ_１ ^２＋Ｃ_１ ^２＋１、
Ｆ＝Ｂ_１（Ｂ_０−ｘ_ａ）＋Ｃ_１（Ｃ_０−ｙ_ａ）−ｚ_ａ、
Ｇ＝（Ｂ_０−ｘ_ａ）^２＋（Ｃ_０−ｙ_ａ）^２＋ｚ_ａｂ−ａ^２

上記のＺを示す式より、Ｚの解は、理論的に２つ存在する。ここで、Ｚは深度＝ｄ（深度Ｌｄに相当）を示す。したがって、ＣＰＵ１１は、Ｚの解のうち、深度計３３により得られた深度Ｌｄと近い値を、実際の解と判断してよい。

ＣＰＵ１１は、算出されたＺを、式（８）、（９）に代入して、Ｘ，Ｙを求める。

[第２算出例]
また、ＣＰＵ１１は、次のように行列式を利用して、Ｘ，Ｙを求めてもよい。

位置Ａの座標Ａ（ｘ_ａ，ｙ_ａ，ｚ_ａ），位置Ｂの座標Ｂ（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ，ｚ_ｂ），位置Ｃの座標Ｃ（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ），位置Ｄの座標Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の座標関係は、式（２１）、（２２）、（２３）の関係で表される。
（Ｘ−ｘ_ａ）^２ ＋（Ｙ−ｙ_ａ）^２ ＋（Ｚ−ｚ_ａ）^２ ＝ ａ^２ … （２１）
（Ｘ−ｘ_ｂ）^２ ＋（Ｙ−ｙ_ｂ）^２ ＋（Ｚ−ｚ_ｂ）^２ ＝ ｂ^２ … （２２）
（Ｘ−ｘ_ｃ）^２ ＋（Ｙ−ｙ_ｃ）^２ ＋（Ｚ−ｚ_ｃ）^２ ＝ ｃ^２ … （２３）

ＣＰＵ１１は、（１）式〜（３）式を展開し、各式の差分から、下記３元１次連立程式（２４）、（２５）、（２６）を導出する。
（ｘ_ａ＋ｘ_ｂ）Ｘ＋（ｙ_ａ＋ｙ_ｂ）Ｙ＋（ｚ_ａ＋ｚ_ｂ）Ｚ＝｛（ｘ_ｂ ^２＋ｙ_ｂ ^２＋ｚ_ｂ ^２）−（ｘ_ａ ^２＋ｙ_ａ ^２＋ｚ_ａ ^２）＋ｂ^２−ａ^２｝／２ …（２４）
（ｘ_ａ＋ｘ_ｃ）Ｘ＋（ｙ_ａ＋ｙ_ｃ）Ｙ＋（ｚ_ａ＋ｚ_ｃ）Ｚ＝｛（ｘ_ｃ ^２＋ｙ_ｃ ^２＋ｚ_ｃ ^２）−（ｘ_ａ ^２＋ｙ_ａ ^２＋ｚ_ａ ^２）＋ｃ^２−ａ^２｝／２ …（２５）
（ｘ_ｂ＋ｘ_ｃ）Ｘ＋（ｙ_ｂ＋ｙ_ｃ）Ｙ＋（ｚ_ｂ＋ｚ_ｃ）Ｚ＝｛（ｘ_ｃ ^２＋ｙ_ｃ ^２＋ｚ_ｃ ^２）−（ｘ_ｂ ^２＋ｙ_ｂ ^２＋ｚ_ｂ ^２）＋ｃ^２−ｂ^２｝／２ …（２６）

上記を行列形式で書くと、式（２７）に示すようになる。

一般に、クラメルの公式より３元１次連立方程式の解は、次のように表されることが知られている。

ここで、

とする。なお、

とすると、ｘ，ｙ，ｚは、式（３０）、（３１）、（３２）となる。

従って、ＣＰＵ１１は、式（２７）を式（２８）に代入することにより、式（３０）、（３１）、（３２）に従って、座標Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出できる。

次に、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうちの２つの距離と深度Ｌｄとに基づく位置Ｄの座標Ｄの算出について説明する。この算出は、図７のＳ４の算出に相当する。ここでは、距離Ｌａ、距離Ｌｂの２つに基づくことを例示する。

位置Ａの座標Ａ（ｘ_ａ，ｙ_ａ，ｚ_ａ），位置Ｂの座標Ｂ（ｘ_ｂ，ｙ_ｂ，ｚ_ｂ），位置Ｄの座標Ｄ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）の座標関係は、式（１０）、（１１）の関係で表される。
（Ｘ−ｘ_ａ）^２＋（Ｙ−ｙ_ａ）^２＋（Ｚ−ｚ_ａ）^２ ＝ ａ^２ … （１０）
（Ｘ−ｘ_ｂ）^２＋（Ｙ−ｙ_ｂ）^２＋（Ｚ−ｚ_ｂ）^２ ＝ ｂ^２ … （１１）

ここで、位置Ａ，位置Ｂは海上（海面）に位置するので、ｚ_ａ＝ｚ_ｂ＝０となる。また、深度Ｚ＝−ｄとする。このＺの値は、深度計３３により得られ、既知数である。この場合、
（Ｘ−ｘ_ａ）^２＋（Ｙ−ｙ_ａ）^２＝ａ^２＋ｄ^２ …（１２）
（Ｘ−ｘ_ｂ）^２＋（Ｙ−ｙ_ｂ）^２＝ｂ^２＋ｄ^２ …（１３）

ＣＰＵ１１は、式（１２），式（１３）を展開し、式（１３）−式（１２）を計算して、下記の式を導出する。
（ｘ_ａ−ｘ_ｂ）Ｘ＋（ｙ_ａ−ｙ_ｂ）Ｙ＝｛（ｘ_ｂ ^２＋ｙ_ｂ ^２）−（ｘ_ａ ^２＋ｙ_ａ ^２）＋ｂ^２−ａ^２｝／２

これより、
Ｘ＝［｛（ｘ_ｂ ^２＋ｙ_ｂ ^２）−（ｘ_ａ ^２＋ｙ_ａ ^２）＋ｂ^２−ａ^２｝／２−（ｙ_ａ−ｙ_ｂ）Ｙ］／（ｘ_ａ−ｘ_ｂ）
＝Ｄ＋ＥＹ …（１４）
なお、Ｄ＝｛（ｘ_ｂ ^２＋ｙ_ｂ ^２）−（ｘ_ａ ^２＋ｙ_ａ ^２）＋ｂ^２−ａ^２｝／２（ｘ_ａ−ｘ_ｂ）、
Ｅ＝−（ｙ_ａ−ｙ_ｂ）／（ｘ_ａ−ｘ_ｂ）

ＣＰＵ１１は、式（１４）を式（１２）に代入して、Ｙの２次方程式を算出する。
（Ｄ＋ＥＹ−ｘ_ａ）^２＋（Ｙ−ｙ_ａ）^２＝ａ^２＋ｄ^２

以下、展開すると、
（Ｄ−ｘ_ａ）^２−２Ｅ（Ｄ−ｘ_ａ）Ｙ＋Ｅ^２Ｙ^２＋Ｙ^２−２Ｙｙ_ａ＋ｙ_ａ ^２＝ａ^２＋ｄ^２
Ｙ^２（Ｅ^２＋１）−２（ＥＤ＋Ｅｘ_ａ−ｙ_ａ）Ｙ＋（Ｄ−ｘ_ａ）^２＋ｙ_ａ ^２−ａ^２−ｄ^２＝０

ここで、Ａ＝（Ｅ^２＋１），Ｂ＝−２（ＥＤ＋Ｅｘ_ａ−ｙ_ａ），Ｃ＝（Ｄ−ｘ_ａ）^２ ＋ｙ_ａ ^２−ａ^２−ｄ^２とすると、
Ｙ＝｛−Ｂ±√（Ｂ^２−４ＡＣ）｝／２Ａ …（１５）

ＣＰＵ１１は、式（１５）を式（１４）に代入することで、Ｘを算出する。
なお、式（１５）では、解が２つ存在する。ここで、ＣＰＵ１１は、位置Ａ、Ｂ、Ｃの３点と深度ｄにより算出された解（図７のＳ２の処理に相当）との比較し、式（１５）の２つの解のうち一方の解を排除して、Ｘ，Ｙを定めてよい。

なお、Ｓ４の算出例では、ＣＰＵ１１が、位置Ａ、Ｂ、Ｃの３点と深度ｄに基づく解を加味して、位置Ａ、Ｂの２点と深度ｄに基づく解を導出することを例示したが、これに限られない。例えば、位置Ａ、Ｂの２点と深度ｄに基づく解として、実際にはあり得ない解や位置Ａ、Ｂ、Ｄの位置関係を考慮すると見当違いな解が得られる場合がある。このような場合、ＣＰＵ１１は、位置Ａ、Ｂ、Ｃの３点と深度ｄに基づく解を加味せずに、位置Ａ、Ｂの２点と深度ｄを基に、位置Ｄの３次元位置座標を導出してよい。

このように、海面を航走する海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、ＧＰＳを用いて自機の位置情報（例えば緯度、経度の情報）を取得し、相互に位置情報を共有する。また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、定時音響パルスを基に、海中ＡＵＶ１０Ｄが航走する位置を定期的に把握する。海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄが、海上ＡＵＶ毎に設定される稼働範囲（例えば通信範囲Ｓｑ）の少なくとも２つから離れた場合、測位不能とならないように、海中ＡＵＶ１０Ｄへ警告通知（警告信号を送信）したり、海中ＡＵＶ１０Ｄの航行を一時停止させたりしてよい。

これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、水中測位するための母船を別途用意することを不要にでき、無人探査機としての海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃにより動的に海中ＡＵＶ１０Ｄを測位できる。また、測位用の無人探査機としての海上ＡＵＶを複数台運用することで、音響信号から認識が困難な方位角の情報を不要にできる。よって、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、方位角の情報を用いなくても、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中測位を容易に実施できる。また、方位角の測定誤差がなくなり、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、測位精度を向上できる。

また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのうち少なくとも２つの通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが位置する場合、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度が所望のレベルに維持される。一方、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのうち１つ以下の通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが位置する場合、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度が所望のレベル以下に低下している可能性がある。この場合に、警告信号を発することで、測位精度の低下を抑制できる。また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃと海中ＡＵＶ１０Ｄとの間の距離が通信距離Ｎ以上になると、通信が途絶える可能性があるが、これを抑制できる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄが測位不能となり、行方不明になることを未然に抑制できる。

以上のように、第１の実施形態における水中測位システム５は、水中を潜航（航走の一例）する海中ＡＵＶ１０Ｄ（水中航走体の一例）と、水面を航走する３台（複数の一例）の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ（水上艇の一例）と、を備える。３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄに定時音響パルス（音響信号の一例）をそれぞれ送信する。海中ＡＵＶ１０Ｄは、３つの定時音響パルスをそれぞれ受信する。海中ＡＵＶ１０Ｄは、定時音響パルスの送信時刻と受信時刻とを基に、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃまでの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃをそれぞれ取得する。海中ＡＵＶ１０Ｄは、深度計３３により海中ＡＵＶ１０Ｄが位置する深度Ｌｄ（水深の一例）の情報を取得する。海中ＡＵＶ１０Ｄは、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの情報及び深度Ｌｄの情報を３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに送信する。各海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ及び深度Ｌｄの情報を受信する。３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの少なくとも１つは、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの情報及び深度Ｌｄの情報に基づいて、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中における３次元位置を算出する。

これにより、水中測位システム５は、海中ＡＵＶ１０Ｄの３次元位置の座標を取得するまでに至る海中ＡＵＶ１０Ｄの演算量を低減でき、海中ＡＵＶ１０Ｄの処理負荷を低減できる。そのため、水中測位システム５は、海中ＡＵＶ１０Ｄのバッテリ消費量を低減できる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄの潜航可能時間が長くなり、水中での他の作業（各種調査、探索、掘削等）を行える時間が増大できる。このように、水中測位システム５は、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが海中ＡＵＶ１０Ｄの位置の情報を取得する際、海中ＡＵＶ１０Ｄの消費電力を低減し、海中ＡＵＶ１０Ｄの活動時間を長くできる。

また、水中測位システム５は、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃと海中ＡＵＶ１０Ｄとが予め時刻を正確に揃えておくことで、送信時刻を含む信号を海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃから送信しなくて済む。つまり、海中ＡＵＶ１０Ｄは、音響信号が簡単なパルス信号（音響パルス）でも、送信時刻と受信時刻との差（つまり基準時刻からの差分）を把握できる。

なお、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、定時音響パルスに送信時刻を含めた音響信号を海中ＡＵＶ１０Ｄへ送信してもよい。この場合、予め海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃと海中ＡＵＶ１０Ｄとが送信時刻を揃えておかなくて済む。また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、予め決められた時刻ではなく、任意のタイミングにおいて、音響パルスと送信時刻の情報とを含む音響信号を送信できる。

また、海底熱水鉱床では様々な金属が析出される。海底熱水鉱床は、例えば海中の深度２０００ｍ程度の箇所に狭い範囲で存在する。したがって、所定基準以上の海中での測位精度が求められる。例えば、水中測位システム５は、深度２０００ｍ程度の位置で測位精度を１０ｍや２０ｍ程度の範囲に収めることができる。また、海中ＡＵＶ１０Ｄは、自機の水中測位に係るバッテリ消費量を低減することで、海底熱水鉱床での動作時間を長くできる。

また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの少なくとも１つは、受信した複数の距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの情報のうち、通信距離Ｎ（第１の距離の一例）未満である距離の情報が１つ以下である場合、警告信号を送信してよい。

海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのうち２つ以上が海中ＡＵＶ１０Ｄとの距離が通信距離Ｎ未満である場合、測位精度を確保して海中ＡＵＶ１０Ｄの位置を測定できる。一方、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのうち１つ以下が海中ＡＵＶ１０Ｄとの距離が通信距離Ｎ未満である場合、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置の測位精度が劣化する可能性がある。そのため、海上ＡＵＶ１０Ａが、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置を正しく測定できずに、海中ＡＵＶ１０Ｄと通信不能になって、海中ＡＵＶ１０Ｄが行方不明になる虞がある。これに対し、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、通信距離Ｎ未満である距離の情報が１つ以下である旨を、海中ＡＵＶ１０Ｄに知らせることができる。海中ＡＵＶ１０Ｄは、警告信号に従って動作可能である。よって、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置を見失う可能性を低減できる。

また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの少なくとも１つは、警告信号として、海中ＡＵＶの動作を制御するための制御信号を、海中ＡＵＶ１０Ｄへ送信してよい。

これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄは、海中ＡＵＶ１０Ｄが行方不明になる前に、制御信号により未然に海中ＡＵＶ１０Ｄに対して所望の動作をさせることができる。また、海中ＡＵＶ１０Ｄが、警告信号に基づいて海中ＡＵＶ１０Ｄの動作を制御するための制御信号を生成することを抑制でき、海中ＡＵＶ１０Ｄの処理負荷を軽減できる。

また、海中ＡＵＶ１０Ｄは、警告信号に基づいて、移動を停止してよい。

これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄは、現在位置よりも海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃから遠ざかり、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度が低下し又は不能となることを抑制できる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄは、自機が行方不明となることを未然に防止できる。

また、海中ＡＵＶ１０Ｄは、警告信号に基づいて、水面方向へ浮上してよい。

これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄは、水面に浮上して、例えば海上や上空から海中ＡＵＶ１０Ｄを発見し易くできる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄは、自機が行方不明となることを未然に防止できる。

また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの少なくとも１つは、警告信号を、海中ＡＵＶ１０Ｄを監視する監視センタ８（監視装置の一例）へ送信する。

これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度が所望のレベルよりも低下している可能性があることを監視センタ８に通知でき、監視者へ報知できる。これにより、報知を確認した監視者によって、適切な対処を実施できる。

また、海上ＡＵＶの台数は、３台以上でよい。これにより、水中測位システム５は、各海上ＡＵＶから海中ＡＵＶへの３つ以上の距離を基に、水中ＡＵＶの水中での位置を測位でき、距離パラメータが多く使用されることで、測位精度を向上できる。

また、複数の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、それぞれの定時音響パルス（音響信号の一例）を所定の時間差で送信してよい。これにより、水中測位システム５は、各定時音響パルスの送信タイミングがずれることになり、定時音響パルスの衝突を回避でき、測位精度の低下を抑制できる。

海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、水面を航走し、海中ＡＵＶ１０Ｄと通信する。音響トランスポンダ１３（音響トランスミッタの一例）は、海中ＡＵＶ１０Ｄへ定時音響パルス（第１の音響信号の一例）を送信する。音響通信モデム１５（音響通信デバイスの一例）は、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃから海中ＡＵＶ１０Ｄまでの各距離Ｌａ−Ｌｃの情報、及び、海中ＡＵＶ１０Ｄが位置する深度Ｌｄ（水深）の情報を受信する。距離Ｌａ〜Ｌｃは、定時音響パルス、及び他の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが海中ＡＵＶ１０Ｄへ送信する定時音響パルス（第２の音響信号の一例）に基づいて得られる。ＣＰＵ１１（プロセッサの一例）は、距離Ｌａ〜Ｌｃのうち少なくとも２つの距離の情報と深度Ｌｄの情報とに基づいて、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中における３次元位置を算出する。

これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄの３次元位置の座標を取得するまでの海中ＡＵＶ１０Ｄの演算量を低減でき、海中ＡＵＶ１０Ｄの処理負荷を低減できる。そのため、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄのバッテリ消費量を低減できる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄは、潜航可能時間を長くでき、水中での他の作業（各種調査、探索、掘削等）を行える時間を増大できる。

海中ＡＵＶ１０Ｄは、水中を潜航（航走の一例）し、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃと通信する。音響パルスレシーバ３４（音響レシーバの一例）は、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれから定時音響パルス（音響信号の一例）を受信する。ＣＰＵ３１（プロセッサの一例）は、定時音響パルスの送信時刻と受信時刻を基に、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃまでの距離をそれぞれ算出する。深度計３３は、海中ＡＵＶ１０Ｄが位置する深度Ｌｄの情報を取得する。音響通信モデム３６（音響通信デバイスの一例）は、海中ＡＵＶ１０Ｄの３次元位置を導出するための３つの距離Ｌａ〜Ｌｃの情報及び深度Ｌｄの情報を、少なくとも１つの海上ＡＵＶ１０Ａ−１０Ｃへ送信する。

これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄの３次元位置を導出するための３つの距離Ｌａ〜Ｌｃの情報及び深度Ｌｄの情報を、海中ＡＵＶ１０Ｄから取得できる。したがって、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄの３次元位置の座標を算出することで、海中ＡＵＶ１０Ｄの３次元位置の座標を取得するための海中ＡＵＶ１０Ｄの演算量を低減でき、海中ＡＵＶ１０Ｄの処理負荷を低減できる。そのため、海中ＡＵＶ１０Ｄは、自機の３次元位置の算出に要するバッテリ消費量を低減できる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄは、潜航可能時間を長くでき、水中での他の作業（各種調査、探索、掘削等）を行える時間を増大できる。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、海中ＡＵＶが２つ以上の通信範囲から外れた場合、つまり、複数の海上ＡＵＶにより形成された通信範囲のうち、海中ＡＵＶが属する通信範囲が１つ以下である場合、海上ＡＵＶが警告信号を送信することを例示した。第２の実施形態では、海中ＡＵＶが２つ以上の通信範囲Ｓｑから外れた場合、つまり、複数の海上ＡＵＶにより形成された通信範囲のうち、海中ＡＵＶが属する通信範囲が１つ以下である場合、海上ＡＵＶが移動して、複数の海上ＡＵＶが再配置されることを例示する。

本実施形態では、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、所定位置に配置された後には、所定のタイミングを除き、移動しなくてよい。海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、所定位置に配置された後には、所定のタイミングにおいて、それぞれの位置を再配置してよい。海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが移動するタイミングを限定することで、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの移動に起因するドップラ効果により、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度が低下することを抑制できる。

第２の実施形態の水中測位システム５は、第１の実施形態の水中測位システム５とほぼ同一の構成を有する。第１の実施形態の水中測位システム５と同一の構成要素については、同一の符号を用いることで、その説明を省略又は簡略化する。また、海中ＡＵＶ１０Ｄの構成は、第１の実施形態と同一でよい。

図８は第２の実施形態における海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの構成例を示すブロック図である。海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、同じ仕様を有するので、海上ＡＵＶ１０Ａについて代表して説明する。つまり、海上ＡＵＶ１０Ｂ，１０Ｃについても、海上ＡＵＶ１０Ａと同様である。なお、本実施形態の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃについて、第１の実施形態の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃと同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。

本実施形態の海上ＡＵＶ１０Ａは、第１の実施形態の海上ＡＵＶ１０Ａと比較すると、ＣＰＵ１１の代わりにＣＰＵ１１Ａを備える。

ＣＰＵ１１Ａは、ＣＰＵ１１が有する機能に有する。ＣＰＵ１１Ａは、更に、海中ＡＵＶ１０Ｄが２つ以上の通信範囲Ｓｑから外れた（海中ＡＵＶ１０Ｄが１つ以下の通信範囲Ｓｑに含まれる）場合、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの少なくとも１つの移動後の位置を計算してよい。また、ＣＰＵ１１Ａは、移動後の位置に海上ＡＵＶ１０Ａが実際に移動するように、航走制御してよい。

図９は上空から海面を視た場合に海上及び海中に展開する４つのＡＵＶ１０の位置関係の一例を示す図である。図９では、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、海中ＡＵＶ１０Ｄの移動前の位置（通信範囲から外れた位置）をそれぞれｐｓ４，ｐｓ５，ｐｓ６，ｐｓ７とする。

図９では、海中ＡＵＶ１０Ｄが、２つの通信範囲Ｓｑを示す円２１０Ｂ，２１０Ｃの重なり合う範囲内から移動し、３つの通信範囲Ｓｑを示す円２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃのいずれの範囲にも含まれない位置に移動することを想定している。

海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれの通信範囲Ｓｑのうち少なくとも２つの通信範囲Ｓｑから外れた場合、海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれの通信範囲Ｓｑのうち少なくとも２つの通信範囲Ｓｑに属するように移動する。これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが海中ＡＵＶ１０Ｄの位置を基準に再配置される。

また、海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれの通信範囲Ｓｑのうち少なくとも２つの通信範囲Ｓｑから外れた場合、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれが海中ＡＵＶ１０Ｄから等距離になるように移動し、再配置されてもよい。この場合、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの移動距離が合計された総移動距離が最短になるように、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが配置されてよい。

例えば、上空から海面を視た場合、海中ＡＵＶ１０Ｄを中心とする円周上に、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが正三角形を形成する位置、つまり１２０°ずれた位置になるように、再配置されてよい。このように海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが海中ＡＵＶ１０Ｄを基点として等間隔に配置されることにより、海中ＡＵＶ１０Ｄを検出するための音響パルスが送信される方向や位置に偏りがなく、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中測位精度が向上する。また、円周上において正三角形を形成する位置に配置されることで、海中ＡＵＶ１０Ｄから海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの位置までが均等に離間される。つまり、各通信距離Ｎの長さが同じになってよい。これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの通信範囲Ｓｑから外れにくくなり、通信範囲Ｓｑを示す２つ以上の円から外れにくくなる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄが２つ以上の通信範囲Ｓｑから外れる場合に実施される海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの再配置の頻度を低減できる。つまり、各海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、頻繁に移動しなくて済むようになり、移動に要するバッテリ消費を低減できる。また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの総移動距離が最短になるように配置することで、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが再配置時の移動に要する電力消費を抑制でき、移動に要する時間を削減できる。

なお、ここでは、海中ＡＵＶ１０Ｄが、通信範囲Ｓｑを形成する２つの円の重なり合う範囲から移動し、２つ以上の通信範囲Ｓｑから外れたことのイベントによって、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの再配置が行われることを例示したが、これに限られない。海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、任意のタイミングで再配置されてもよい。これにより、水中測位システム５は、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃと海中ＡＵＶ１０Ｄの理想的な配置（例えば測位精度が高い配置）を長期にわたって維持できる。

なお、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、３つの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃが通信距離Ｎ未満となるように移動することに限らず、距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃのうち少なくとも２つの距離が通信距離Ｎ未満となるように、移動してもよい。

図１０は水中測位システム５の動作例を示すシーケンス図である。第１の実施形態において、図６に示した手順と同様の手順については、同一のステップ番号を付すことで、その説明を省略又は簡略化する。

水中測位システム５は、Ｔ１〜Ｔ５の処理を行う。

海中ＡＵＶ１０Ｄは、最適な位置Ｄの座標を選択し、その位置に潜航する（Ｔ５Ａ）。最適な位置Ｄとは、海中ＡＵＶ１０Ｄが自由に航行する際の任意の位置でよい。

水中測位システム５は、Ｔ６〜Ｔ１３の処理を行う。

海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃがそれぞれ海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄの座標を算出した後、海中ＡＵＶ１０Ｄまでの距離が最短である海上ＡＵＶ１０Ａが、海中ＡＵＶ１０Ｄに座標Ｄを通知してよい（Ｔ１４Ａ）。ここでは、海上ＡＵＶ１０Ａから海中ＡＵＶ１０Ｄまでの距離が最短であると想定するが、海上ＡＵＶ１０Ｂ又は１０Ｃから海中ＡＵＶ１０Ｄまでの距離が最短であり、海上ＡＵＶ１０Ｂ又は１０Ｃが海中ＡＵＶ１０Ｄに座標を通知してもよい。

水中測位システム５は、Ｔ１７，Ｔ１９，Ｔ２１の処理を行う。

海上ＡＵＶ１０Ａでは、ＣＰＵ１１Ａは、例えば海中ＡＵＶ１０Ｄを中心とする正三角形となるように、移動後の自機の位置ＡＩを計算する（Ｔ２４）。海上ＡＵＶ１０Ａは、計算した自機の位置ＡＩに移動する（Ｔ２５）。

同様に、海上ＡＵＶ１０ＢのＣＰＵ１１Ａは、例えば海中ＡＵＶ１０Ｄを中心とする正三角形となるように、移動後の自機の位置ＢＪを計算する（Ｔ２６）。海上ＡＵＶ１０Ｂは、計算した自機の位置ＢＩに移動する（Ｔ２７）。

同様に、海上ＡＵＶ１０ＣのＣＰＵ１１Ａは、例えば海中ＡＵＶ１０Ｄを中心とする正三角形となるように、移動後の自機の位置ＣＫを計算する（Ｔ２８）。海上ＡＵＶ１０Ｃは、計算した自機の位置ＣＫに移動する（Ｔ２９）。

なお、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの位置の計算の詳細については、後述する。

このように、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれの通信範囲Ｓｑのうち少なくとも２つの通信範囲Ｓｑから海中ＡＵＶ１０Ｄが外れた場合、例えば同じ円周上で正三角形の頂点に位置するように、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが再配置されてよい。これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄを検出するための音響パルスが送信される方向や位置に偏りがなく、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中測位精度が向上する。また、海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの通信範囲Ｓｑから外れにくくなり、通信範囲Ｓｑを示す２つ以上の円から外れにくくなる。

図１１は海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの少なくとも２つの通信範囲Ｓｑから外れた場合における海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの移動を説明する図である。

ここで、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの移動後の座標をそれぞれＡｉ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）、Ｂｊ（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚｊ）、Ｃｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）とする。海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの移動後の座標Ａｉ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）、Ｂｊ（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚｊ）、Ｃｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）は、式（３３）で表される。

Ａｉ（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）＝（ｒｃｏｓ（ｉ）＋Ｘｄ，ｒｓｉｎ（ｉ）＋Ｙｄ，０）
Ｂｊ（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚｊ）＝（ｒｃｏｓ（ｊ）＋Ｘｄ，ｒｓｉｎ（ｊ）＋Ｙｄ，０）
Ｃｋ（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ） ＝（ｒｃｏｓ（ｋ）＋Ｘｄ，ｒｓｉｎ（ｋ）＋Ｙｄ，０）
…（３３）

また、海面に平行で海中ＡＵＶ１０Ｄを中心とした円２５０Ｒの半径ｒは、式（３４）で表される。
ｒ＝（Ｎ^２−Ｚｄ^２）^１／２ …（３４）

ここで、Ｎは通信範囲Ｓｑの外縁を表す球面の半径（通信距離）に相当する。Ｚｄは、海中ＡＵＶ１０Ｄの深度を示す。

ｉは、移動後の海上ＡＵＶ１０Ａの角度パラメータである。角度ｉの方向にある海上ＡＵＶ１０Ａの位置Ａｉは、座標（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）で表される。同様に、ｊは、移動後の海上ＡＵＶ１０Ｂの角度パラメータである。角度ｊの方向にある海上ＡＵＶ１０Ｂの位置Ｂｊは、座標（Ｘｊ，Ｙｊ，Ｚｊ）で表される。同様に、ｋは、移動後の海上ＡＵＶ１０Ｃの角度パラメータである。角度ｋの方向にある海上ＡＵＶ１０Ｃの位置Ｃｋは、座標（Ｘｋ，Ｙｋ，Ｚｋ）で表される。

海中ＡＵＶ１０Ｄの位置は、座標（Ｘｄ，Ｙｄ，Ｚｄ）で表される。円２５０Ｒの中心点は、座標（Ｘｄ，Ｙｄ，０）で表される。ｒは、円２５０Ｒの半径を表す。

海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが円２５０Ｒの円周上に再配置される場合、式（３４）に示すように、海中ＡＵＶ１０Ｄの深度を示す座標Ｚｄの値が大きい程、つまり、深度Ｌｄが大きい程、円２５０Ｒの半径ｒが小さくなる。つまり、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置が深い程、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、小さな円周上に密に配置されることになる。逆に、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置が浅い程、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、大きな円周上に疎に配置されることになる。

図１２は３台の海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの移動手順の一例を示すフローチャートである。ここでの移動手順は、移動後の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの位置の計算及び計算された位置への実際の移動を含んでよい。

なお、図１２の移動後の位置計算に係る処理は、図１０のＴ２４，Ｔ２６，Ｔ２８と同様に、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれにおいて実施されてよい。また、図１２の移動後の位置計算に係る処理は、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのいずれかにより代表して実施され、処理後に他の海上ＡＵＶに通知され、各海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃで共有されてもよい。

ＣＰＵ１１Ａは、まず、通信距離Ｎを設定する（Ｓ１１）。通信距離Ｎは、例えば、水中測位精度として求められるレベルや、音響信号の受信レベルとして求められるレベルが加味されて、決定されてよい。

ＣＰＵ１１Ａは、海中ＡＵＶ１０Ｄの深度Ｌｄと通信距離Ｎとを基に、式（３４）に従い、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置Ｄを中心とする半径ｒの円２５０Ｒを海面上に設定する（Ｓ１２）。

ＣＰＵ１１Ａは、円２５０Ｒの円周上に、１２０°の角度間隔を持った３点Ａｉ，Ｂｊ，Ｃｋを設定する（Ｓ１３）。ここで、変数ｉ，ｊ，ｋは、それぞれ円２５０Ｒの円周上に設定された３点Ａｉ，Ｂｊ，Ｃｋの角度を表す角度パラメータである。

ＣＰＵ１１Ａは、初期値として、Ｄｉ＝０，ｉ＝ｊ＝ｋ＝０とし、ｆｌａｇ＝０に設定する（Ｓ１４）。総移動距離Ｄｉは、各海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの再配置を行う際、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれが移動する距離の合計を表す。フラグｆｌａｇは、メモリ１６に記憶され、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの再配置のパターンを示す。例えば、ｆｌａｇ＝０の場合、円２５０Ｒの円周上を左回り（反時計回り）に、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが順に並ぶことを表す。ｆｌａｇ＝１の場合、例えば、円２５０Ｒの円周上を右回り（時計回り）に、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが順に並ぶことを表す。

ＣＰＵ１１Ａは、変数ｉを値０から値１ずつ増加させていき、値ｎになるまで繰り返すループ処理を開始する（Ｓ１５）。ここでは、値１は１°に相当し、値ｎは３６０°に相当してよい。

ＣＰＵ１１Ａは、フラグｆｌａｇが値０であるか否かを判別する（Ｓ１６）。フラグｆｌａｇが値０である場合、ＣＰＵ１１Ａは、角度ｉに対し、角度ｊ＝ｉ＋１２０°、角度ｋ＝ｉ＋２４０°に設定する（Ｓ１７）。これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが左回りに並ぶように再配置される。一方、フラグｆｌａｇが値１である場合、ＣＰＵ１１Ａは、角度ｉに対し、角度ｊ＝ｉ−１２０°、角度ｋ＝ｉ−２４０°に設定する（Ｓ１８）。これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが右回りに並ぶように再配置される。

Ｓ１７、Ｓ１８の処理後、ＣＰＵ１１Ａは、現在の海上ＡＵＶ１０Ａの位置Ａと円２５０Ｒ上に設定された点Ａｉとの差分である距離Ａｄｉを計算する（Ｓ１９）。同様に、ＣＰＵ１１Ａは、現在の海上ＡＵＶ１０Ｂの位置Ｂと円２５０Ｒ上に設定された点Ｂｊとの差分である距離Ｂｄｊを計算する（Ｓ１９）。同様に、ＣＰＵ１１Ａは、現在の海上ＡＵＶ１０Ｃの位置Ｃと円２５０Ｒ上に設定された点Ｃｋとの差分である距離Ｃｄｋを計算する（Ｓ１９）。

ＣＰＵ１１Ａは、距離Ａｄｉと距離Ｂｄｊと距離Ｃｄｋとを加算し、総移動距離Ｄｉを算出する（Ｓ２０）。

ＣＰＵ１１Ａは、今回のループで算出した総移動距離Ｄｉと前回のループで算出した総移動距離Ｄ_ｉ−１とを比較し、Ｄｉ＜Ｄ_ｉ−１であるか否かを判別する（Ｓ２１）。なお、ｉ＝０の場合のＤ_ｉ−１を大きな値としておき、ｉ＝１の場合にＤｉ＜Ｄ_ｉ−１を満たすようにしておいてよい。なお、ＤｉとＤ_ｉは、同じ総移動距離を意図している。

Ｓ２１において、Ｄｉ＜Ｄ_ｉ−１でない場合、ＣＰＵ１１Ａは、Ｓ２３の処理に進む。一方、Ｓ２１において、Ｄｉ＜Ｄ_ｉ−１である場合、ＣＰＵ１１Ａは、メモリ１６に記憶された変数Ｉ，Ｊ，Ｋの値を、角度ｉ，ｊ．ｋの値に変更する（Ｓ２２）。これにより、メモリ１６には、総移動距離Ｄｉが短くなる角度ｉ，ｊ．ｋの値が、変数Ｉ，Ｊ，Ｋの値として記憶される。この場合、総移動距離Ｄｉも併せてメモリ１６に記憶されてもよい。

ＣＰＵ１１Ａは、角度ｉがｎ未満の最大値となるまでループ処理を繰り返したか否かを判別する（Ｓ２３）。ループ処理を終了しない場合、ＣＰＵ１１Ａは、Ｓ１５に進み、同様の処理を繰り返す。

ループ処理を終了すると、メモリ１６には、総移動距離Ｄｉとなる角度ｉ，ｊ．ｋが変数Ｉ，Ｊ，Ｋの値としてメモリ１６に記憶される。

ＣＰＵ１１Ａは、フラグｆｌａｇが値１であるか否かを判別する（Ｓ２４）。フラグｆｌａｇが値０である場合、ＣＰＵ１１Ａは、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが右回りに並ぶように、フラグｆｌａｇを値１に変更する（Ｓ２５）。そして、ＣＰＵ１１Ａは、Ｓ１５に進む。この後、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが左回りに並ぶように再配置を行う場合と同様、右回りに並ぶように再配置を行う場合の総移動距離Ｄｉの計算が行われる。

これにより、左回りに再配置される場合と右回りに再配置される場合との双方において、最短の総移動距離Ｄｉとなる角度ｉ，ｊ．ｋが、変数Ｉ，Ｊ，Ｋの値としてメモリ１６に記憶される。

一方、Ｓ２４でフラグｆｌａｇが値１である場合、左回り、右回りの双方の計算が終了しているので、最短となる総移動距離Ｄｉの演算を終了する。そして、ＣＰＵ１１Ａは、総移動距離Ｄｉが最短となる変数Ｉ，Ｊ，Ｋに対応する各位置ＡＩ、ＢＪ、ＣＫのそれぞれに、海上ＡＵＶ１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれを移動させる（Ｓ２６）。この後、ＣＰＵ１１Ａは、本処理を終了する。

図１２の動作例によれば、水中測位システム５は、海中ＡＵＶ１０Ｄの海中測位に係る海中ＡＵＶ１０Ｄの演算量を低減でき、海中ＡＵＶ１０Ｄの処理負荷を低減できる。そのため、水中測位システム５は、海中ＡＵＶ１０Ｄのバッテリ消費量を低減できる。よって、海中ＡＵＶ１０Ｄの潜航可能時間が長くなり、水中での他の作業（各種調査、探索、掘削等）を行える時間が増大できる。

また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、３つの通信範囲Ｓｑのうち２つ以上の通信範囲Ｓｑから海中ＡＵＶ１０Ｄが外れた場合、水中測位を十分に行うことが困難となるので、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの少なくとも１つが移動する。つまり、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中測位の精度を改善するように移動するので、海中ＡＵＶ１０Ｄが行方不明となることを抑制できる。

なお、図１２では、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの配列が左回り、その逆の右回りの双方が考慮されたが、いずれか一方のみ考慮されてもよい。例えば、メモリ１６に左回り、右回りのいずれかの情報をプリセットしておき、その配列における最短の総移動距離が導出されてもよい。

このように、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ毎に設定される稼働範囲（例えば通信範囲Ｓｑ）の少なくとも２つから離れた場合、海中ＡＵＶ１０Ｄと各海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃとの間の距離が等距離となるように、再配置されてよい。

これにより、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄから一定範囲（例えば通信距離Ｎの範囲内）において等距離に配置可能である。そのため、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれから送信される信号を海中ＡＵＶ１０Ｄが受信する際の受信感度が低下することを抑制できる、したがって、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、海中ＡＵＶ１０Ｄの水中測位に係る測位精度の低下を抑制できる。

また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのうち少なくとも２つの通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが位置する場合、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度が所望のレベルに維持される。一方、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのうち１つ以下の通信範囲Ｓｑに海中ＡＵＶ１０Ｄが位置する場合、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度が所望のレベル以下に低下している可能性がある。この場合に、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが移動することで、測位精度の低下を抑制できる。また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃは、可能な限り通信距離Ｎが短くなるように再配置されることで、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度を更に向上できる。通信距離Ｎが短くなる程、水温等により変動する音速の影響を受けにくくなるためである。

以上のように、第２の実施形態における水中測位システム５では、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの少なくとも１つは、受信した距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃの情報のうち、通信距離Ｎ（第１の距離の一例）未満である距離の情報が１つ以下である場合、少なくとも２つの距離が、通信距離Ｎ（第２の距離の一例）未満となるように、移動する。なお、第２の距離は、第１の距離と異なってもよい。

これにより、水中測位システム５では、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの少なくとも１つが移動することで、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの通信範囲Ｓｑの少なくとも２つの範囲内に位置するように、海中ＡＵＶ１０Ｄを復帰させることができる。また、水中測位システム５は、海中ＡＵＶ１０Ｄが移動しなくて済むので、海中ＡＵＶ１０Ｄの消費電力の低下を抑制できる。

また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの少なくとも１つは、海中ＡＵＶ１０Ｄの３次元位置からの距離が通信距離Ｎとなる水面の円上（例えば円２５０Ｒの円周上）において、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの間隔と等間隔になるように移動してよい。円上で等間隔に配置されることは、円上に等角度に配置されることと相当してよい。

これにより、水中測位システム５は、海中ＡＵＶ１０Ｄが再度、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの通信範囲Ｓｑの少なくとも２つの範囲外に出るまでの距離が遠くなり、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが移動後の位置において海中ＡＵＶ１０Ｄを監視可能な時間を長く確保できる。また、水中測位システム５は、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが等間隔に配置されることで、海中ＡＵＶ１０Ｄの周囲からの音響信号（例えば音響パルス）を対称的な複数の方向から得られ、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位精度を向上できる。また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが円上に等間隔で配置されることで、水面上の３つの通信範囲Ｓｑのうち少なくとも２つの重なり合う部分の面積が多くなり、海中ＡＵＶ１０Ｄが少なくとも２つの通信範囲Ｓｑの重なり合う範囲から外れにくくなる。

また、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの少なくとも１つは、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの総移動距離（移動距離の合計の一例）に基づいて、３台の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれの移動後の位置を決定し、決定されたそれぞれの位置へ３台の海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれが移動してよい。

これにより、水中測位システム５は、各海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの総移動距離をなるべく短縮できる。そのため、水中測位システム５は、各海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃの移動に要する時間を短縮できる。したがって、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃが迅速に移動可能となることで、水中測位システム５は、海中ＡＵＶ１０Ｄに追従する速度を向上でき、海中ＡＵＶ１０Ｄの位置を見失うことを低減できる。

以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

上記実施形態では、海中ＡＵＶ１０Ｄが海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃにそれぞれまでの距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを計算することを例示した。この代わりに、海中ＡＵＶ１０Ｄは、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれからの定時音響パルスの受信時刻の情報を海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれに送信し、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃのそれぞれが音響パルスの受信時刻を用いて距離Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃを算出してもよい。これにより、海中ＡＵＶ１０Ｄの演算処理を更に低減でき、消費電力を抑制できる。

上記実施形態では、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃと海中ＡＵＶ１０Ｄとは、異なる仕様で構成されることを例示したが、同じ仕様で構成されてもよい。同じ仕様で構成された場合、４つのＡＵＶ１０のいずれが海中ＡＵＶ１０Ｄになってもよいし、海上ＡＵＶ１０Ａ〜１０Ｃになってもよい。これにより、例えばＡＵＶ１０のいずれか１台が故障し航走困難となった場合でも、ＡＵＶ１０の役割（例えば海中ＡＵＶとしての機能、海上ＡＵＶとしての機能）を柔軟に変更可能である。

上記実施形態では、海上ＡＵＶの数を、４つ以上としてもよい。この場合、例えば海上ＡＵＶから海中ＡＵＶまでの距離を４つ以上取得することができ、海中ＡＵＶ１０Ｄの測位に用いる距離パラメータの数が増えることで、水中測位精度を更に向上できる。

上記実施形態では、海上、海中、海底、等をＡＵＶ１０が移動することを例示したが、ＡＵＶ１０は、海に限られず、海以外の水上、水中、水底を航走してもよい。

上記実施形態では、プロセッサは、物理的にどのように構成してもよい。また、プログラム可能なプロセッサを用いれば、プログラムの変更により処理内容を変更できるので、プロセッサの設計の自由度を高めることができる。プロセッサは、１つの半導体チップで構成してもよいし、物理的に複数の半導体チップで構成してもよい。複数の半導体チップで構成する場合、上記実施形態の各制御をそれぞれ別の半導体チップで実現してもよい。この場合、それらの複数の半導体チップで１つのプロセッサを構成すると考えることができる。また、プロセッサは、半導体チップと別の機能を有する部材（コンデンサ等）で構成してもよい。また、プロセッサが有する機能とそれ以外の機能とを実現するように、１つの半導体チップを構成してもよい。また、複数のプロセッサが１つのプロセッサで構成されてもよい。

本開示は、水上艇が水中航走体の位置の情報を取得する場合の水中航走体の消費電力を低減し、水中航走体の活動時間を長くできる水中測位システム、水上艇、水中航走体、及び水中測位方法等に有用である。

５ 水中測位システム
８ 監視センタ
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 海上ＡＵＶ
１０Ｄ 海中ＡＵＶ
１１、１１Ａ、３１ ＣＰＵ
１２ 海上無線通信部
１３ 音響トランスポンダ
１４ 音響パルス発生部
１５ 音響通信モデム
１６、３７ メモリ
１９ 海上移動位置計算部
２０、３２ ＡＵＶ駆動部
２１ ＧＰＳ受信部
２２、３５ クロック発生器
３３ 深度計
３４ 音響パルスレシーバ
３６ 音響通信モデム
８０ ＧＰＳ衛星
２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ、２５０Ｒ 円
Ｉ，Ｊ，Ｋ 変数
Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ 距離
Ｌｄ 深度
Ｎ 通信距離
Ｓｑ 通信範囲

Claims (16)

1. 水中を航走する水中航走体と、水面を航走する複数の水上艇と、を備える水中測位システムであって、
   複数の前記水上艇は、前記水中航走体へ音響信号をそれぞれ送信し、
   前記水中航走体は、
   複数の前記音響信号をそれぞれ受信し、
   前記音響信号の送信時刻と受信時刻を基に、複数の前記水上艇までの距離の情報をそれぞれ取得し、
   前記水中航走体が位置する水深の情報を取得し、
   複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を、前記水中航走体の３次元位置を算出可能な複数の前記水上艇に送信し、
   複数の前記水上艇の少なくとも１つは、複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を受信し、
   複数の前記距離の情報及び前記水深の情報に基づいて、前記水中航走体の水中における３次元位置を算出する、
   水中測位システム。
2. 少なくとも１つの前記水上艇は、受信した複数の前記距離の情報のうち、第１の距離未満である距離の情報が１つ以下である場合、警告信号を送信する、
   請求項１に記載の水中測位システム。
3. 少なくとも１つの前記水上艇は、前記警告信号として、前記水中航走体の動作を制御するための制御信号を、前記水中航走体へ送信する、
   請求項２に記載の水中測位システム。
4. 前記水中航走体は、前記警告信号に基づいて、移動を停止する、
   請求項２または３に記載の水中測位システム。
5. 前記水中航走体は、前記警告信号に基づいて、水面方向へ浮上する、
   請求項２または３に記載の水中測位システム。
6. 少なくとも１つの前記水上艇は、前記警告信号を、前記水中航走体を監視する監視装置へ送信する、
   請求項２ないし５のいずれか１項に記載の水中測位システム。
7. 少なくとも１つの前記水上艇は、受信した複数の前記距離の情報のうち、第１の距離未満である距離の情報が１つ以下である場合、少なくとも２つの前記距離が第２の距離未満となるように、移動する、
   請求項１に記載の水中測位システム。
8. 少なくとも１つの前記水上艇は、前記水中航走体が位置する３次元位置からの距離が前記第２の距離となる水面の円上において、複数の前記水上艇の間隔が等間隔となるよう、移動する、
   請求項７に記載の水中測位システム。
9. 少なくとも１つの前記水上艇は、複数の前記水上艇の移動距離の合計に基づいて、複数の前記水上艇のそれぞれの移動後の位置を決定し、決定されたそれぞれの位置へ複数の前記水上艇のそれぞれが移動する、
   請求項７または８に記載の水中測位システム。
10. 複数の前記水上艇は、３台以上の前記水上艇である、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の水中測位システム。
11. 複数の前記水上艇は、それぞれの前記音響信号を所定の時間差で送信する、
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の水中測位システム。
12. 水面を航走し、水中航走体と通信する水上艇であって、
    前記水中航走体へ第１の音響信号を送信する音響トランスミッタと、
    前記第１の音響信号及び他の水上艇が前記水中航走体へ送信する第２の音響信号に基づいて得られる、複数の前記水上艇から前記水中航走体までの各距離の情報、及び、前記水中航走体が位置する水深の情報を含む音響信号を受信する音響通信デバイスと、
    少なくとも２つの前記距離の情報と、前記水深の情報と、に基づいて、前記水中航走体の水中における３次元位置を算出するプロセッサと、
    を備える水上艇。
13. 水中を航走し、複数の水上艇と通信する水中航走体であって、
    複数の前記水上艇のそれぞれから音響信号を受信する音響レシーバと、
    前記音響信号の送信時刻と受信時刻を基に、複数の前記水上艇までの距離の情報をそれぞれ算出するプロセッサと、
    前記水中航走体が位置する水深の情報を取得する深度計と、
    前記水中航走体の３次元位置を導出するための複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を、前記水中航走体の３次元位置を算出可能な複数の前記水上艇へ送信する音響通信デバイスと、
    を備える水中航走体。
14. 水面を航走し、水中航走体と通信する水上艇における水中測位方法であって、
    前記水中航走体へ第１の音響信号を送信し、
    前記第１の音響信号及び他の水上艇が前記水中航走体へ送信する第２の音響信号に基づいて得られる、複数の前記水上艇から前記水中航走体までの各距離の情報を音響信号で受信し、
    前記水中航走体が位置する水深の情報を音響信号で受信し、
    少なくとも２つの前記距離の情報と、前記水深の情報と、に基づいて、前記水中航走体の水中における３次元位置を算出する、
    水中測位方法。
15. 水中を航走する水中航走体と、水面を航走する複数の水上艇と、を備える水中測位システムであって、
    複数の前記水上艇は、前記水中航走体へ音響信号をそれぞれ送信し、
    前記水中航走体は、
    複数の前記音響信号をそれぞれ受信し、
    前記音響信号の送信時刻と受信時刻を基に、複数の前記水上艇までの距離の情報をそれぞれ取得し、
    前記水中航走体が位置する水深の情報を取得し、
    複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を複数の前記水上艇に送信し、
    前記水上艇は、複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を受信し、
    複数の前記水上艇の少なくとも１つは、複数の前記距離の情報及び前記水深の情報に基づいて、前記水中航走体の水中における３次元位置を算出し、受信した複数の前記距離の情報のうち第１の距離未満である距離の情報が１つ以下である場合、警告信号として、前記水中航走体の動作を制御するための制御信号を、前記水中航走体へ送信する、
    水中測位システム。
16. 水中を航走する水中航走体と、水面を航走する複数の水上艇と、を備える水中測位システムであって、
    複数の前記水上艇は、前記水中航走体へ音響信号をそれぞれ送信し、
    前記水中航走体は、
    複数の前記音響信号をそれぞれ受信し、
    前記音響信号の送信時刻と受信時刻を基に、複数の前記水上艇までの距離の情報をそれぞれ取得し、
    前記水中航走体が位置する水深の情報を取得し、
    複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を複数の前記水上艇に送信し、
    前記水上艇は、複数の前記距離の情報及び前記水深の情報を受信し、
    複数の前記水上艇の少なくとも１つは、複数の前記距離の情報及び前記水深の情報に基づいて、前記水中航走体の水中における３次元位置を算出し、受信した複数の前記距離の情報のうち第１の距離未満である距離の情報が１つ以下である場合、少なくとも２つの前記距離が第２の距離未満となるように移動する、
    水中測位システム。

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