JP7099883B2 - 通信障害抑制システム - Google Patents

Description

本発明は、水上局と水中移動体との音響通信について通信障害の抑制を図る通信障害抑制システムに関するものである。

海底や湖底や水中における種々の探査を行うための手段の１つとして、自律航走を行う水中移動体を用いる手法が考えられている。

また、このような探査などに水中移動体を使用する場合、音響通信機を備えた水上移動体を一緒に運用して、水中移動体に備えた音響通信機との音響通信により、水中移動体が探査により得た情報を水上移動体で収集することや、水上移動体側からの音響測位などにより検出した水中移動体の位置に関する情報を、水上移動体から水中移動体へ送ることが考えられている。

更に、外洋などの広い範囲や、深深度の海域を効率よく探査するための手法としては、複数の水中移動体を同時に運用し、１機の水上移動体により複数の水中移動体との音響通信を行わせて、水上移動体で情報収集することが考えられている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００９－２２７０８６号公報

ところで、音響通信機同士で音響通信を行うときの音響信号の伝達経路は、各音響通信機の位置同士を結ぶ仮想の直線にほぼ沿う配置となる。これは、一方の音響通信機より送信された音響信号は、送信元となる音響通信機からの距離が離れるにしたがって拡散するが、音響信号が有効に利用されるためには、他方の音響通信機で受信される必要があるためである。

そのため、音響通信機同士の音響通信では、音響通信機同士の間に障害物が存在していて、一方の音響通信機から送信されて他方の音響通信機へ向かう音響信号が遮られると、音響信号に関するＣＮ比（搬送波対雑音比）が低下したり、音響通信が阻害されたりする可能性がある。

水上移動体と水中移動体とを１対１で運用する場合は、水上移動体が水中移動体の真上に常に位置するように、水上移動体の位置を制御する手法が採られていた。この手法によれば、水上移動体の音響通信機と、水中移動体の音響通信機との間での音響信号の伝達経路は、ほぼ鉛直方向になる。

これに対し、１機の水上移動体を複数の水中移動体と一緒に運用する場合は、水上移動体は、１機の水中移動体の真上に位置することはできるとしても、他の水中移動体とは水平方向に距離を隔てた配置となることが避けられない。

このように、水平方向に距離を隔てた配置となる水上移動体と水中移動体との間で音響通信を行うときは、音響信号の伝達経路が鉛直方向から傾くことなり、この音響信号の伝達経路が鉛直方向から傾く角度は、水上移動体と水中移動体の水平方向の距離が離れるにしたがって大きくなる。

そのため、水中移動体が航走する領域や、その航走領域の付近の海底の地形に、丘陵のような起伏が存在している場合は、水上移動体と水中移動体の配置によっては、水上移動体の位置と水中移動体の位置とを結ぶ仮想の直線が、地形の起伏にかかることがある。この状態は、水上移動体と水中移動体で音響通信を行うときの音響信号の伝達経路が、海底地形の起伏による障害物に遮られた状態であるため、音響通信におけるＣＮ比の低下や、音響通信の阻害といった通信障害が生じることがある。

しかし、従来は、このような海底の地形に起因する通信障害の発生を想定した対策は特に提案されていない、というのが実情である。

そこで、本発明は、水上局と水中移動体の間で音響通信を行う際に、水底の地形に起因する通信障害が生じることを抑制することができる通信障害抑制システムを提供しようとするものである。

本発明は、前記課題を解決するために、第１の音響通信機を備えた水上局と、第２の音響通信機を備えた水中移動体と、前記水上局の位置検出を行う第１の位置検出装置と、前記水中移動体の位置検出を行う第２の位置検出装置と、水底の地形データを記憶した記憶部と、計算装置と、を備え、前記計算装置は、前記第１の位置検出装置で取得された前記水上局の位置と、前記第２の位置検出装置で取得された前記水中移動体の位置とを結ぶ仮想の線分を求める機能と、求めた前記仮想の線分と、前記地形データとの関係が、地形に起因する通信障害の抑制処理を開始するかを判断する判断基準を満たすときに、前記水上局または前記水中移動体の移動目標位置を定める機能と、定めた前記移動目標位置を、対応する前記水上局の制御装置または前記水中移動体の制御装置へ送る機能と、を備える構成を有する通信障害抑制システムとする。

前記記憶部が記憶した前記地形データは、メッシュデータであり、前記計算装置は、前記判断基準として、前記仮想の線分が前記メッシュデータにおける格子と交点を有するかまたは接する場合に、地形に起因する通信障害の抑制処理を開始する前記判断基準を備えた構成としてもよい。

前記水上局は、移動装置と、該移動装置に指令を与える前記制御装置を備えた構成とされ、前記計算装置は、前記水上局の移動目標位置を、前記水上局の位置から前記水中移動体の位置の真上となる位置に近づくように定める機能を備えた構成としてもよい。

前記水中移動体は、移動装置と、該移動装置に指令を与える前記制御装置を備えた構成とされ、前記計算装置は、前記水中移動体の移動目標位置を、前記水中移動体の位置から上方に移動した位置に定める機能を備えた構成としてもよい。

前記水上局は、複数の前記水中移動体と順次音響通信を行う水上局とした構成としてもよい。

本発明の通信障害抑制システムによれば、水上局と水中移動体の間で音響通信を行う際に、水底の地形に起因する通信障害が生じることを抑制することができる。

通信障害抑制システムの第１実施形態を示す概略図である。 図１の通信障害抑制システムの計算部による処理を示すフロー図である。 計算部の機能を説明するための図である。 計算部に設定された判断基準を説明するための図である。 通信障害抑制システムの第２実施形態を示す概略図である。 通信障害抑制システムの第３実施形態を示す概略図である。 図６の通信障害抑制システムの計算部による処理を示すフロー図である。 計算部の機能を説明するための図である。 通信障害抑制システムの第４実施形態を示す概略図である。

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。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の通信障害抑制システムを示す概略図である。図２は、本実施形態の通信障害抑制システムの計算部による処理のフローを示す図である。図３は、計算部の機能を説明するための図である。図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、いずれも計算部に設定された判断基準を説明するための図である。

第１実施形態は、本開示の通信障害抑制システムを、図１に示すように、音響通信機２を備えた水上局としての水上移動体１と、音響通信機４を備えた水中移動体３が音響通信を行う構成に適用する場合の例を示すものである。

また、本実施形態では、水上移動体１が、複数の水中移動体３と、設定された順序に従って音響通信を行う場合について説明する。なお、この音響通信を行う順序は、各水中移動体３について音響通信が必要とされる頻度が等しい場合には、ｎ機（ｎは２以上の整数）の水中移動体３に対して１番目からｎ番目の順序を設定し、この１番目からｎ番目の順序を繰り返すようにすればよい。一方、水中移動体３ごとに音響通信が必要とされる頻度が異なる場合は、その頻度に応じて音響通信を行う順序を適宜設定すればよい。なお、図３では、図示する便宜上、水中移動体３を２機のみ示しているが、水上移動体１は、３機以上の複数の水中移動体３と順次通信を行うものであってもよいことは勿論である。

ここで、先ず、水上移動体１の構成について説明する。

水上移動体１は、機体５に、移動装置６と、水上移動体１の自機位置の検出を行う位置検出装置７と、水上移動体１の移動の制御を行う制御装置８と、を備えた構成とされている。

更に、水上移動体１は、水中移動体３の位置の検出に用いる音響測位装置９および推定装置１０と、海底の地形情報を記憶した記憶部１１と、計算装置１２と、を備えた構成とされている。

本実施形態では、水上移動体１は、図１に示すように、水面Ｗよりも下方に配置される機体５と、機体５の上部に設けられて上端寄りの部分が水面Ｗよりも上方に突出するストラット１３と、ストラット１３の上端側に設けられた基台１４とを備えた構成の半没型の水上移動体１とされている。

移動装置６は、制御装置８から受け取る指令Ｃ１に従い、水上移動体１の推進や操舵を伴う移動を行う装置である。

図１では、一例として、移動装置６が、機体５の後部にメインスラスタ６ａと、十字型の舵６ｂとを備えた構成を示してある。しかし、移動装置６は、制御装置８から受け取る指令Ｃ１に従って、水上移動体１を移動させることができれば、推進手段および操舵手段の形式は特に限定されない。更に、移動装置６は、たとえば、機体５の左右方向に推進力を生じる図示しないスラスタを備えていてもよい。したがって、移動装置６は、水上移動体１の移動を行わせるために望まれる運動性能などを考慮して、自在に選定してよい。

位置検出装置７は、たとえば、ＧＰＳのような全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）の電波による航法信号をアンテナ７ａで受信して、水上移動体１の自機の位置について、緯度と経度のような絶対位置を取得する機能を備えている。この場合、アンテナ７ａは、基台１４に設置することで水面Ｗよりも上方に配置されるようにして、航法信号を常時受信可能な構成とすればよい。

なお、位置検出装置７は、水上移動体１の自機の位置を検出することができれば、ＧＰＳ以外の航法衛星システムを用いたり、地上局からの信号を用いたりしてもよいことは勿論である。

したがって、位置検出装置７は、本開示の通信障害抑制システムの発明にて水上局の位置検出を行う第１の位置検出装置となる。

制御装置８は、水上移動体１の移動に関する目標位置あるいは航走計画が設定される機能を備えている。

更に、制御装置８は、位置検出装置７より受け取る自機の位置情報を基に、自機の位置を、設定された目標位置に移動させるため、あるいは、自機の位置を航走計画に従って移動させるために必要とされる移動装置６の操作量を求める機能と、求めた操作量を、指令Ｃ１として移動装置６へ送る機能とを備えている。

これにより、水上移動体１は、移動装置６が、制御装置８より受け取る指令Ｃ１に応じて制御されるため、制御装置８に設定された目標位置への移動、あるいは、設定された航走計画に従う航走を行うことができる。

音響測位装置９は、測位信号を送信する機能と、水中移動体３に備えたトランスポンダ１５が測位信号に応答して発する応答信号を受信する機能とを備えている。

また、音響測位装置９は、測位信号を送信してから応答信号を受信するまでにかかる時間と、測位信号および応答信号の速度である水中での音速と、応答信号が到来する方向とを基に、音響測位装置９を備えた水上移動体１の位置を基準として、トランスポンダ１５を備えた水中移動体３の方向と距離、すなわち、水上移動体１の位置を基準とする水中移動体３の相対位置を検出する機能を備えている。

更に、音響測位装置９は、検出した水中移動体３の相対位置の情報を、推定装置１０へ送る機能を備えている。

推定装置１０は、位置検出装置７より受け取る水上移動体１の自機の位置の情報と、音響測位装置９より受け取る水中移動体３の相対位置の情報とを基にした計算により、水中移動体３について、水上移動体１と同様の座標系における緯度と経度と深度のような絶対位置を推定して、水中移動体３の位置の情報として取得する機能を備えている。推定装置１０は、更に、取得した水中移動体３の位置の情報を計算装置１２へ送る機能を備えている。

したがって、本実施形態では、水上移動体１に備えた音響測位装置９、推定装置１０、および、水中移動体３に備えたトランスポンダ１５が、本開示の通信障害抑制システムの発明にて水中移動体３の位置検出を行う第２の位置検出装置となる。

なお、音響通信で使用される音響信号と、音響測位で使用される測位信号および応答信号は、いずれも音波であることから、水上移動体１の音響通信機２と水中移動体３の音響通信機４との間で行う音響通信に通信障害が生じるときには、音響測位装置９による水中移動体３の測位にも障害が生じる可能性がある。

そのため、推定装置１０は、音響測位ができない場合にも水中移動体３の位置の情報を取得するためのバックアップの機能として、過去の音響測位で得られていた水中移動体３の位置情報を基にした時系列予測により、水中移動体３の絶対位置を推定する機能を備えることが好ましい。

また、推定装置１０は、水中移動体３の航走計画を、たとえば、ウェイポイントファイルのような形式で保存しておき、水中移動体３の航走計画と、水中移動体３の位置情報の取得を望む時刻とを基に、水中移動体３の位置を推定して取得する機能を備えるようにしてもよい。この機能によれば、過去に水中移動体３の音響測位が行われた時点から時間が経過していても、更には、過去に水中移動体３の音響測位を行ったデータが存在しない場合であっても、水中移動体３の絶対位置の情報を取得することができる。

推定装置１０は、取得した水中移動体３の絶対位置に関する情報を、計算装置１２へ送る機能を備えている。

記憶部１１は、水上移動体１の通信対象となる複数の水中移動体３の航走領域をすべて含む範囲について、海底の地形の情報を保存している。この際、海底の地形の情報は、海図や海底地形図の情報を、三角形要素や四角形要素などの格子（計算格子）に分割してなるメッシュデータとして、記憶部１１に保存されている。

なお、メッシュデータを作成する際の地形の情報を分割するサイズは、地形の起伏の複雑さなどを考慮して、適宜設定してよいこと、場所によって変化させてもよいこと、は勿論である。

計算装置１２の機能の詳細については、後述する。

次に、水中移動体３の構成について説明する。

水中移動体３は、機体１６に、移動装置１７と、水中移動体３の自機位置の検出を行う位置検出装置１８と、航走の制御を行う制御装置１９とを備え、更に、トランスポンダ１５を備えた構成とされている。

移動装置１７は、制御装置１９から受け取る指令Ｃ２に従い、水中移動体３の推進や操
舵を伴う移動を行う装置である。

図１では、一例として、移動装置１７が、機体１６の後部に配置されたメインスラスタ１７ａ、および、十字型の舵１７ｂと、機体１６の内部に配置された浮力調整装置１７ｃとを備えた構成を示してある。しかし、移動装置１７は、制御装置１９から受け取る指令Ｃ２に従って、水中移動体３を移動させることができれば、推進手段、操舵手段および浮沈の手段の形式は特に限定されない。更に、移動装置１７は、たとえば、機体１６の上下方向や左右方向に推進力を生じる図示しないスラスタを備えていてもよい。したがって、移動装置１７は、水中移動体３の移動を行わせるために望まれる運動性能などを考慮して、自在に選定してよい。

位置検出装置１８は、たとえば、慣性航法装置（ＩＮＳ）、または、慣性航法装置にドップラーログ（ＤＶＬ）を組み合わせた装置と、深度計とを備えた構成とすればよい。これにより、位置検出装置１８は、水中移動体３の自機の位置について、水上移動体１と同様の座標系における緯度と経度と深度のような絶対位置の情報を取得することができる。

なお、水中移動体３に備える位置検出装置１８は、水中移動体３が水面付近に浮上した状態のときに、ＧＮＳＳの電波による航法信号を図示しないアンテナで受信して、水中移動体３の自機の位置について、緯度と経度のような絶対位置を取得する機能を備えるようにしてもよい。更に、位置検出装置１８は、検出した自機の位置情報を、制御装置１９へ送る機能を備えている。

また、位置検出装置１８は、水中移動体３の自機の位置を検出することができれば、水中移動体３の自機の位置を検出する手法として、前記した以外の手法を用いるものであってもよいことは勿論である。

制御装置１９は、水中移動体３の移動に関する目標位置あるいは航走計画が設定される機能を備えている。

更に、制御装置１９は、位置検出装置１８より受け取る自機の位置情報を基に、自機の位置を、設定された目標位置に移動させるため、あるいは、自機の位置を航走計画に従って移動させるために必要とされる移動装置１７の操作量を求める機能と、求めた操作量を、指令Ｃ２として移動装置１７へ送る機能とを備えている。

これにより、水中移動体３は、移動装置１７が、制御装置１９より受け取る指令Ｃ２に応じて制御されるため、制御装置１９に設定された目標位置への移動、あるいは、設定された航走計画に従う航走を行うことができる。

また、水中移動体３は、水中の情報収集に使用する、たとえば、カメラ、サイドスキャンソーナー、マルチビームソーナーなどの図示しない観測装置を備えて、観測装置が取得した観測データを、音響通信機４から、水上移動体１の音響通信機２へ音響通信により送信する機能を備えている。

次いで、水上移動体１に備えた計算装置１２の機能について説明する。

計算装置１２には、地形に起因する通信障害の抑制処理を開始するか否かを判断するための判断基準が設定されている。なお、この判断基準の具体的な内容は後述する。

図２に示すように、計算装置１２は、先ず、水上移動体１が音響通信を行うべき複数の水中移動体３のうちから、設定された順序に従い、通信対象とする水中移動体３を定める（ステップＳ１）。

次に、計算装置１２は、位置検出装置７から、水上移動体１の自機の位置の情報を、緯度と経度の情報として取得する。また、計算装置１２は、推定装置１０から、ステップＳ１で通信対象に定めた水中移動体３についての位置の情報を、緯度と経度と深度の情報として取得する（ステップＳ２）。

計算装置１２は、水上移動体１および水中移動体３の位置の情報を取得すると、図３に示す如き水上移動体１の位置Ｐと、水中移動体３の位置Ｑとを結ぶ仮想の線分Ｓを求める（ステップＳ３）。なお、この仮想の線分Ｓは、両端の位置の座標が、水上移動体１の位置Ｐの座標と、水中移動体３の位置Ｑの座標で明らかとなっているので、空間ベクトルで表すことができる。

次いで、計算装置１２は、記憶部１１から読み出した地形のメッシュデータについて、ステップＳ３で求めた仮想の線分Ｓと平面視で重なる配置となる格子を抽出し、抽出された格子と、仮想の線分Ｓとの距離の最小値ｄを求める（ステップＳ４）。この距離の最小値ｄを求める計算は、空間ベクトルを用いて平面と直線との交点を求める計算手法や、平面と点との距離を求める計算手法や、ねじれの位置にある２直線の最小距離を求める手法を用いて行うようにすればよい。なお、抽出された格子が複数の場合、仮想の線分Ｓが、抽出された格子のいずれかと交点を有しているか接している場合は、距離の最小値ｄはゼロとなる。また、抽出された複数の格子が、いずれも仮想の線分Ｓと交点を有しておらず、接触もしていない場合は、各格子と仮想の線分Ｓとの距離を算出し、そのうちの最も小さい値を、ステップＳ４で求める距離の最小値ｄとすればよい。

その後、計算装置１２は、ステップＳ４で求めた距離の最小値ｄについて、設定された判断基準が満たされるか否かを判断する（ステップＳ５）。

この判断基準は、たとえば、距離の最小値ｄがゼロ（ｄ＝０）という判断基準である。この判断基準は、以下、判断基準Ａという。

この判断基準Ａが満たされるのは、図４（ａ）に示すように、仮想の線分Ｓが、地形のメッシュデータから抽出された格子Ｇと交点を有するか、または、図４（ｂ）に示すように、仮想の線分Ｓが、抽出された格子Ｇと接する場合である。

よって、この判断基準Ａが満たされる場合は、現実では、水上移動体１と水中移動体３との間に、地形による障害物が存在している状況となっている。したがって、この状況では、水上移動体１と水中移動体３との間で行う音響通信の音響信号が、地形による障害物によって遮られる可能性がある。

そこで、計算装置１２は、ステップＳ５において判断基準Ａが満たされると判断した場合は、ステップＳ６に進んで、通信障害抑制処理を開始する。

一方、ステップＳ５において判断基準Ａが満たされない場合は、現実では、水上移動体１と水中移動体３との間に、地形による障害物が存在していない状況となっている。

この場合、計算装置１２は、ステップＳ２に戻る。したがって、仮想の線分Ｓが、抽出された格子と交点を有しておらず、且つ接触もしていない場合は、計算装置１２は、ステップＳ２からステップＳ５の処理ループを繰り返し行う。

また、計算装置１２のステップＳ５における判断基準は、前記した判断基準Ａに代えて、たとえば、距離の最小値ｄが、設定された或る値ｔ［ｍ］以下（ｄ≦ｔ）という判断基準としてもよい。この判断基準は、以下、判断基準Ｂという。

この判断基準Ｂが満たされるのは、図４（ｃ）に示すように、仮想の線分Ｓと、地形のメッシュデータから抽出された格子との距離がｔ［ｍ］以下となっている場合である。

よって、この判断基準Ｂが満たされる場合は、現実では、水上移動体１と水中移動体３との間で音響通信を行うときの音響信号の伝達経路に対し、ｔ［ｍ］以内に地形による障害物が存在しているという状況である。したがって、この状況では、水上移動体１や水中移動体３が移動することに伴い、音響信号の伝達経路が、地形による障害物と干渉する可能性が高くなる。

そこで、計算装置１２は、ステップＳ５にて判断基準Ｂが満たされると判断すると、ステップＳ６に進んで、通信障害抑制処理を開始する。

一方、ステップＳ５において判断基準Ｂが満たされない場合は、現実では、水上移動体１と水中移動体３との間で音響通信を行うときの音響信号の伝達経路に対し、ｔ［ｍ］以内に地形による障害物が存在していないという状況である。よって、この状況では、音響信号の伝達経路が、すぐに地形による障害物によって遮られる可能性は小さい。

この場合、計算装置１２は、ステップＳ２に戻る。したがって、この場合も、計算装置１２は、判断基準Ｂが満たされない間は、ステップＳ２からステップＳ５の処理ループを繰り返し行う。

計算装置１２は、ステップＳ６では、通信障害抑制処理を行う。

この通信障害抑制処理では、計算装置１２は、先ず、図３に示すように、水面Ｗにおける水中移動体３の位置Ｑの真上となる位置Ｏを求める。この位置Ｏの座標は、水中移動体３の位置Ｑの座標における深度をゼロにすることで求められる。

次に、計算装置１２は、水上移動体１の位置Ｐから位置Ｏに近づく方向に或る寸法移動した位置を、仮想の水上移動体位置Ｐｉとして設定し、前記ステップＳ３と同様に、仮想の水上移動体位置Ｐｉと水中移動体３の位置Ｑとを結ぶ仮想の線分Ｓｉを求める処理、および、前記ステップＳ４と同様に、仮想の線分Ｓｉと地形メッシュデータより抽出した格子との距離の最小値ｄを求める処理を行う。

次いで、計算装置１２は、求めた距離の最小値ｄを、設定された或る値ｒ［ｍ］と比較する処理を行う。なお、前記ステップＳ５において判断基準Ｂが採用されているときには、値ｒ［ｍ］は、判断基準Ｂで用いる値ｔ［ｍ］よりも有意に大となるように設定される。

前記比較処理の結果、距離の最小値ｄが、値ｒ［ｍ］未満と判断される場合は、計算装置１２は、仮想の水上移動体位置Ｐｉを、位置Ｏに近づく方向に更に或る寸法移動した位置に更新して、前記処理を繰り返し行う。

前記比較処理の結果において、距離の最小値ｄが、値ｒ［ｍ］以上と判断されるようになると、計算装置１２は、その時点での仮想の水上移動体位置Ｐｉを、水上移動体１の移動目標位置に設定する（ステップＳ７）。

次いで、計算装置１２は、設定した移動目標位置を、水上移動体１の制御装置８へ送る処理を行う（ステップＳ８）。

計算装置１２は、ステップＳ８の後は、ステップＳ２に戻り、その時点で通信対象としている水中移動体３との音響通信を行う必要がある間は、ステップＳ２からステップＳ８までの処理を継続して行う。

計算装置１２は、通信対象としていた水中移動体３との間で必要とされる音響通信が終了すると、音響通信を行う順序が次の水中移動体３に対して、ステップＳ１からの処理を開始する。

制御装置８は、計算装置１２における前記ステップＳ８の処理により計算装置１２から送られる移動目標位置の情報を受け取る機能と、位置検出装置７から受け取る水上移動体１の自機の位置から、水上移動体１が移動目標位置へ移動するために必要とされる移動装置６の操作量を求める機能と、求めた操作量を、移動装置６へ指令Ｃ１として与える機能を備えている。

これにより、水上移動体１では、制御装置８が計算装置１２から移動目標位置の情報を受け取ると、制御装置８からの指令Ｃ１に従い移動装置６の運転が行われて、水上移動体１は、移動目標位置、すなわち、計算装置１２のステップＳ６の通信障害抑制処理で最終的に設定された仮想の水上移動体位置Ｐｉに、自動的に移動する。

この水上移動体１が移動した位置では、水中移動体３の位置との間を結ぶ仮想の線分Ｓｉが、地形のメッシュデータから抽出された格子からｒ［ｍ］以上離れた状態になっている。

したがって、水上移動体１の音響通信機２と水中移動体３の音響通信機４との間で音響通信を行う際の音響信号の伝達経路は、地形の起伏などの地形による障害物に遮られる虞は解消される。

以上により、本実施形態の通信障害抑制システムによれば、水上移動体１の音響通信機２と、水中移動体３の音響通信機４との間で行う音響通信について、海底の地形に起因する通信障害が生じることを抑制することができる。

更に、本実施形態の通信障害抑制システムは、水上移動体１の音響通信機２と水中移動体３の音響通信機４との間で音響通信を行う際に、海底の地形に起因する通信障害が生じる可能性がある場合に水上移動体１を移動させる。しかし、この場合であっても、水上移動体１は、従来、水上移動体と水中移動体とを１対１で運用していた場合のように、水中移動体３の真上となる位置まで移動させる必要はない。よって、水上移動体１の移動距離を抑制することができると共に、水上移動体１の移動に要する時間の短縮化も図ることができる。

［第２実施形態］
図５は、通信障害抑制システムの第２実施形態を示す概略図である。

なお、図５において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の通信障害抑制システムは、図５に示すように、第１実施形態と同様の構成において、記憶部１１と計算装置１２を、音響通信機２を備えて水中移動体３と音響通信を行う水上移動体１に備えた構成に代えて、記憶部１１と計算装置１２を、水上移動体１とは別の水上移動体２０に備える構成としたものである。

図５では、水上移動体２０を船舶とする場合の例を図示してあるが、水上移動体２０は、水上移動体１と同様の半没型の水上移動体としてもよいことは勿論である。

また、水上移動体２０は、水上移動体１や水中移動体３の母船であってもよい。

本実施形態では、水上移動体１と水上移動体２０は、無線通信機２１，２２を備えて、相互通信が可能な構成とされている。

なお、水上移動体１に備える無線通信機２１は、アンテナ２１ａを、水面Ｗの上方に配置される基台１４上に備えた構成とすればよい。

本実施形態では、水上移動体１に備えた無線通信機２１は、位置検出装置７から受け取る水上移動体１の自機の絶対位置についての情報と、推定装置１０から受け取る水中移動体３の絶対位置の情報を、水上移動体２０の無線通信機２２を通信対象として送信する機能を備えている。

また、水上移動体１の無線通信機２１は、水上移動体２０に備えた計算装置１２から無線通信機２２を介して送信される移動目標位置の情報を受け取ると、それを制御装置８へ送る機能を備えている。

水上移動体２０の無線通信機２２は、水上移動体１の無線通信機２１から送信される水上移動体１の絶対位置の情報と、水中移動体３の絶対位置の情報を受け取ると、それを計算装置１２へ送る機能を備えている。

水上移動体２０に備えた計算装置１２および記憶部１１の機能は、第１実施形態と同様である。

以上の構成としてある本実施形態の通信障害抑制システムによっても、第１実施形態と同様に使用して、水上移動体１と水中移動体３との音響通信に関して第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

更に、本実施形態では、記憶部１１と計算装置１２は、音響通信機２を備えて複数の水中移動体３との音響通信を行う水上移動体１に搭載するという制約がなくなる。このため、記憶部１１と計算装置１２、特に計算装置１２は、前記のような制約を受ける場合に比して、より大型で処理能力が高い演算装置を使用することが可能になるため、水上移動体１が音響通信を行う複数の水中移動体３の航走する範囲が広大であって、それらの範囲を網羅する地形データのデータ量が大きくなる場合に有利な構成とすることができる。

更に、本実施形態では、水中移動体３と音響通信を行う水上移動体１とは別の水上移動体２０に、記憶部１１と計算装置１２を備える構成としてある。このため、本実施形態では、複数の水中移動体３と、それらの水中移動体３との音響通信を行う１機の水上移動体１とで水中情報収集用のユニットを構成し、このユニットを複数同時に運用する場合に、各ユニットの水上移動体１に適用する本実施形態の通信障害抑制システムで、水上移動体２０と記憶部１１と計算装置１２を共用することが可能になる。

なお、本実施形態は、水上移動体２０に水中移動体３の位置を検出する装置（図示せず）を備えた構成として、水上移動体１の音響測位装置９で水中移動体３の音響測位が行えない場合には、水上移動体２０に備えた水中移動体３の位置を検出する装置により、水中移動体３の音響測位を行うか、または、水中移動体３の位置の推定を行うようにしてもよい。

［第３実施形態］
前記第１実施形態の通信障害抑制システムは、計算装置１２による通信障害抑制処理として、計算装置１２が、水上移動体１の移動目標位置を設定して、設定した移動目標位置を水上移動体１の制御装置８へ送るようにし、これにより、水上移動体１を、水中移動体３の真上となる位置Ｏに近づく方向に移動させる場合の例を示した。

これに対し、本開示の通信障害抑制システムは、計算装置１２による通信障害抑制処理として、計算装置１２が、水中移動体３の移動目標位置を設定して、設定した移動目標位置を水中移動体３の制御装置１９へ送り、これにより、水中移動体３を設定された移動目標位置に移動させる機能を備えるようにしてもよい。この機能を備える通信障害抑制システムは、第３実施形態として説明する。

図６は、通信障害抑制システムの第３実施形態を示す概略図である。図７は、本実施形態の通信障害抑制システムの計算部による処理のフローを示す図である。図８は、計算部の機能を説明するための図である。

なお、図６、図７、図８において、第１実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の通信障害抑制システムは、第１実施形態と同様の構成において、水上移動体に搭載された計算装置１２が、通信障害抑制処理として、水上移動体１の移動目標位置を設定する機能に代えて、水中移動体３の移動目標位置を設定する機能を備えている。

本実施形態では、計算装置１２は、図７に示すように、ステップＳ１からステップＳ５の処理として、第１実施形態における計算装置１２と同様のステップＳ１からステップＳ５までの処理を行う。

計算装置１２は、ステップＳ５にて所定の判断基準Ａまたは判断基準Ｂが満たされると判断すると、ステップＳ６ａに進んで、通信障害抑制処理を開始する。

この通信障害抑制処理では、計算装置１２は、先ず、図８に示すように、水中移動体３の位置Ｑの位置から、上方に或る寸法移動した位置、すなわち、水中移動体３の深度を前記或る寸法分、浅くした位置を、仮想の水中移動体位置Ｑｉとして設定する。なお、水中移動体３を運用するときには、海底からの高度の値を基準として、水中移動体３の上下方向の位置を制御する場合がある。このような場合は、仮想の水中移動体位置Ｑｉは、水中移動体の位置Ｑから、前記或る寸法分、海底からの高度を増した位置に設定すればよい。

次に、計算装置１２は、前記ステップＳ３と同様に、水上移動体１の位置Ｐと仮想の水中移動体位置Ｑｉとを結ぶ仮想の線分Ｓｉを求める処理、および、前記ステップＳ４と同様に、仮想の線分Ｓｉと地形メッシュデータより抽出した格子との距離の最小値ｄを求める処理を行う。

次いで、計算装置１２は、求めた距離の最小値ｄを、設定された或る値ｒ［ｍ］と比較する処理を行う。

前記比較処理の結果、距離の最小値ｄが、値ｒ［ｍ］未満と判断される場合は、計算装置１２は、仮想の水中移動体位置Ｑｉを、上方に更に或る寸法移動した位置に更新して、前記処理を繰り返し行う。

前記比較処理の結果として、距離の最小値ｄが、値ｒ［ｍ］以上と判断されるようになると、計算装置１２は、その時点での仮想の水中移動体位置Ｑｉを、水中移動体３の移動目標位置に設定する（ステップＳ７ａ）。

次いで、計算装置１２は、設定した水中移動体３の移動目標位置の情報を、音響通信機２を介して水中移動体３の音響通信機４へ送信する処理を行う（ステップＳ８ａ）。

計算装置１２は、ステップＳ８ａの後は、ステップＳ２に戻り、その時点で通信対象としている水中移動体３との音響通信を行う必要がある間は、ステップＳ２からステップＳ８ａまでの処理を継続して行う。

計算装置１２は、通信対象としていた水中移動体３との間で必要とされる音響通信が終了すると、音響通信を行う順序が次の水中移動体３に対して、ステップＳ１からの処理を開始する。

本実施形態における水中移動体３の制御装置１９は、第１実施形態と同様の機能に加えて、計算装置１２の前記ステップＳ８ａの処理により計算装置１２から送信された水中移動体３の移動目標位置の情報を、音響通信機４を介して受け取る機能を備えている。

更に、制御装置１９は、受け取った水中移動体３の移動目標位置の情報を基に、位置検出装置１８から受け取る水中移動体３の自機の位置から、水中移動体３が移動目標位置へ移動するために必要とされる移動装置１７の操作量、たとえば、浮力調整装置１７ｃの操作量を求める機能と、求めた操作量を、移動装置１７へ指令Ｃ２として与える機能を備えている。

これにより、水中移動体３では、制御装置１９が計算装置１２で設定された水中移動体３の移動目標位置の情報を受け取ると、制御装置１９からの指令Ｃ２に従い移動装置１７の運転が行われて、水中移動体３は、移動目標位置、すなわち、計算装置１２のステップＳ６ａの通信障害抑制処理で最終的に設定された仮想の水中移動体位置Ｑｉに、自動的に移動する。

この水中移動体３が移動した位置では、水上移動体１の位置との間を結ぶ仮想の線分Ｓｉが、地形のメッシュデータから抽出された格子からｒ［ｍ］以上離れた状態になっている。

したがって、水上移動体１の音響通信機２と水中移動体３の音響通信機４との間で音響通信を行う際の音響信号の伝達経路は、地形の起伏などの地形による障害物に遮られる虞は解消される。

以上により、本実施形態の通信障害抑制システムによれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

更に、本実施形態の通信障害抑制システムは、計算装置１２の通信障害抑制処理により移動するようになるのは水中移動体３のみである。そのため、本実施形態の通信障害抑制システムは、音響通信機２を備えて水中移動体３と音響通信を行う水上局が、たとえば、ブイのような、移動装置を装備していない浮体式の水上局の場合にも、適用することができる。

［第４実施形態］
前記各実施形態の通信障害抑制システムは、計算装置１２および記憶部１１が、水上移動体１あるいは水上移動体２０に備えられた構成の例を示した。

これに対し、本開示の通信障害抑制システムは、水中移動体３が、計算装置１２および記憶部１１を備えた構成としてもよい。この構成の通信障害抑制システムを、第４実施形態として説明する。

図９は、通信障害抑制システムの第４実施形態を示す概要図である。

なお、図９において、前記各実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態の通信障害抑制システムは、図９に示すように、第３実施形態と同様の構成において、計算装置１２および記憶部１１が、水上移動体１に代えて、水中移動体３に備えられた構成とされている。

本実施形態では、計算装置１２で使用される水上移動体１の絶対位置の情報は、水上移動体１の位置検出装置７で検出された水上移動体１の絶対位置の情報を、水上移動体１から、音響通信機２と音響通信機４の音響通信を介して水中移動体３へ伝送して、計算装置１２に入力する構成とされている。

また、計算装置１２で使用される水中移動体３の絶対位置の情報は、水中移動体３の位置検出装置１８で検出される自機の絶対位置の情報を、計算装置１２に入力する構成とされている。

したがって、本実施形態では、水中移動体３に備えた位置検出装置１８が、本開示の通信障害抑制システムの発明にて水中移動体３の位置検出を行う第２の位置検出装置となる。

本実施形態における計算装置１２は、図７に示した第３実施形態の計算装置１２と同様の処理を行う際に、ステップＳ１では、水上移動体１が通信対象とする水中移動体３を定める処理に代えて、計算装置１２を備える水中移動体３が、設定された順序に従い、水上移動体１との通信対象に定められているかを確認する処理を行う。この確認が取れると、計算装置１２は、図７に示したステップＳ２以降の処理を行う機能を備えている。

以上の構成としてある本実施形態の通信障害抑制システムは、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

［応用例］
前記各実施形態では、音響通信を行う水上移動体１と水中移動体３の位置同士を結ぶ仮想の線分Ｓと、海底の地形のメッシュデータの格子Ｇとの距離を基に、音響通信に通信障害が生じる可能性の有無を判断していた。

これに対し、水上移動体１の音響通信機２と水中移動体３の音響通信機４との間で送受信する音響信号のＣＮ比が、設定された値よりも低下すると、音響通信の通信障害が生じる可能性があると判断して、第１実施形態、第２実施形態と同様に、水上移動体１の位置を、水中移動体３の真上となる位置Ｏ（図３参照）に近づく方向に移動させる処理、または、第３実施形態、第４実施形態と同様に、水中移動体３の位置を、上方に、すなわち深度が減る方向に移動させる処理を行うようにしてもよい。この場合は、水上移動体１あるいは、水中移動体３を、前記所定の方向へ実際に移動させて、音響通信機２，４で送受信する音響信号のＣＮ比が設定された値以上に改善するようになる状態で、水上移動体１の移動を停止するようにすればよい。

また、水上移動体１の音響通信機２は、音響信号の送受波を行う素子のアレイを備えて、ビームフォーミングの手法により、通信対象となる水中移動体３の音響通信機４が存在している方向に指向性を有する音響信号の送受信機能を備えるようにしてもよい。このようにすれば、音響信号のＣＮ比の向上化を図る効果が期待できる。

なお、本開示の通信障害抑制システムは、前記各実施形態にのみ限定されるものではなく、図１、図６、図９に示した水上移動体１、水中移動体３の形状や構造やサイズ、更に、図５に示した水上移動体２０の形状や構造やサイズは、図示するための便宜上のもので実際の形状や構造やサイズを反映したものではない。

図１、図５、図６、図９では、記憶部１１と計算装置１２は、別々のものとして図示したが、記憶部１１は計算装置１２に装備されたメモリーのような記憶媒体であってもよい。また、計算装置１２と記憶部１１は、水上移動体１に備えられる場合は、たとえば、水上移動体１の制御装置８のような、水上移動体１に装備された演算装置に、機能として組み込まれていてもよい。同様に、計算装置１２と記憶部１１は、水中移動体３に備えられる場合は、たとえば、水中移動体３の制御装置１９のような、水中移動体３に装備された演算装置に、機能として組み込まれていてもよい。更に、計算装置１２と記憶部１１が水上移動体２０に備えられる場合は、計算装置１２と記憶部１１は、水上移動体２０に装備された演算装置に、機能として組み込まれていてもよい。

水上移動体１は、水中移動体３と、図示しない母船や地上局との通信の中継を行う機能を備えるものであってもよい。

水中移動体３は、探査以外の任意の使用目的で使用される水中移動体３であってもよい。

本開示の通信障害抑制システムは、海以外の湖沼や河川で使用される水中移動体３と音響通信を行う水上移動体１に適用してもよい。その場合は、各実施形態の説明における海底の地形を、水底の地形と読み替えればよい。

本開示の通信障害抑制システムは、水上移動体１が複数の水中移動体３と音響通信を行う場合について適用する例を説明したが、水上移動体１が一機の水中移動体３を通信対象とする場合に適用してもよい。この場合は、たとえば、水中移動体３との音響通信を行う水上移動体１が移動する範囲を、水中移動体３が航走する範囲に比して縮小する効果が期待できる。

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。

１ 水上移動体（水上局）、２ 音響通信機（第１の音響通信機）、３ 水中移動体、４ 音響通信機（第２の音響通信機）、６ 移動装置、７ 位置検出装置（第１の位置検出装置）、８ 制御装置、９ 音響測位装置（第２の位置検出装置）、１０ 推定装置（第２の位置検出装置）、１５ トランスポンダ（第２の位置検出装置）、１１ 記憶部、１２ 計算装置、１７ 移動装置、１８ 位置検出装置（第２の位置検出装置）、１９ 制御装置、Ｐ 水上移動体の位置、Ｑ 水中移動体の位置、Ｓ 仮想の線分、Ｇ 格子、Ｏ 位置

Claims (4)

1. 第１の音響通信機を備えた水上局と、
   第２の音響通信機を備えた水中移動体と、
   前記水上局の位置検出を行う第１の位置検出装置と、
   前記水中移動体の位置検出を行う第２の位置検出装置と、
   水底の地形データを記憶した記憶部と、
   計算装置と、を備え、
   前記計算装置は、
   前記第１の位置検出装置で取得された前記水上局の位置と、前記第２の位置検出装置で取得された前記水中移動体の位置とを結ぶ仮想の線分を求める機能と、
   求めた前記仮想の線分と、前記地形データとの関係が、地形に起因する通信障害の抑制処理を開始するかを判断する判断基準を満たすときに、前記水上局または前記水中移動体を仮想的に移動させた際の前記仮想の線分が障害物を通過しないように前記水上局または前記水中移動体の移動目標位置を定める機能と、
   定めた前記移動目標位置を、対応する前記水上局の制御装置または前記水中移動体の制御装置へ送る機能と、を備え、
   前記水上局は、複数の前記水中移動体と順次音響通信を行う水上局としたこと
   を特徴とする通信障害抑制システム。
2. 前記記憶部が記憶した前記地形データは、メッシュデータであり、
   前記計算装置は、前記判断基準として、前記仮想の線分が前記メッシュデータにおける格子と交点を有するかまたは接する場合に、地形に起因する通信障害の抑制処理を開始する前記判断基準を備えた
   請求項１に記載の通信障害抑制システム。
3. 前記水上局は、当該水上局を移動させる移動装置と、該移動装置に指令を与える前記制御装置を備えた構成とされ、
   前記計算装置は、前記水上局の移動目標位置を、前記水上局の位置から前記水中移動体の位置の真上となる位置に近づくように定める機能を備えた
   請求項１または２に記載の通信障害抑制システム。
4. 前記水中移動体は、当該水中移動体を移動させる移動装置と、該移動装置に指令を与える前記制御装置を備えた構成とされ、
   前記計算装置は、前記水中移動体の移動目標位置を、前記水中移動体の位置から上方に移動した位置に定める機能を備えた
   請求項１または２に記載の通信障害抑制システム。

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