JP7279898B2 - SONAR SYSTEM, POSITION DIFFERENCE DETECTION METHOD AND PROGRAM - Google Patents

SONAR SYSTEM, POSITION DIFFERENCE DETECTION METHOD AND PROGRAM Download PDF

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Description

本発明はソナーシステム、位置ずれ検出方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a sonar system, positional deviation detection method, and program.

吊下式ソナーは、航空機等(例えば固定翼対潜哨戒機や対潜ヘリコプタ等)から投下され海面に着水後、水上部と水中部に分離される。水上部は海水に対して浮力を有し海面上を漂流する。水上部は水中部から吊下ケーブルを介して受信した水中音波の電気信号や、該水上部に設けられたGPS(Global Positioning System)受信機で計測した該水上部の位置情報を、該水上部の無線通信部及び無線アンテナを介して航空機等や地上又は海上等の情報センタへ送信する。 Suspended sonar is dropped from an aircraft or the like (for example, a fixed-wing anti-submarine patrol aircraft, an anti-submarine helicopter, etc.), and after landing on the sea surface, it is separated into an upper surface and an underwater portion. The upper part of the water has buoyancy against seawater and drifts on the sea surface. The upper part of the water receives electrical signals of underwater sound waves received from the upper part of the water via a suspension cable, and the position information of the upper part of the water measured by a GPS (Global Positioning System) receiver provided in the upper part of the water. The information is transmitted to an information center on an aircraft, on the ground, or on the sea via the radio communication unit and radio antenna of the terminal.

水中部は、海水よりも比重が大きいため、海中に沈降する。水中部は、音響素子(電歪振動子)を備えている。音響素子は、水中の物体から放射される水中音波を受信し受信音波を電気信号に変換し、該電気信号を吊下ケーブルの信号線を介して水上部に送信する。アクティブソナー方式の水中部では、内蔵電池から電力供給される増幅回路等で増幅された送信信号(電気信号)を音響素子(電歪振動子)で音波に変換して送波し、水中の物体にて反射された反響音を音響素子(電歪振動子)で受信し該反響音を電気信号に変換し吊下ケーブルの信号線(信号ケーブル)を介して該電気信号を水上部に送信する。 Since the underwater part has a higher specific gravity than seawater, it sinks in the sea. The underwater part has an acoustic element (electrostrictive vibrator). The acoustic element receives an underwater sound wave emitted from an underwater object, converts the received sound wave into an electric signal, and transmits the electric signal to the upper part of the water via the signal line of the suspension cable. In the underwater part of the active sonar system, a transmission signal (electrical signal) amplified by an amplifier circuit powered by a built-in battery is converted into a sound wave by an acoustic element (electrostrictive transducer) and transmitted to detect underwater objects. The acoustic element (electrostrictive transducer) receives the echo sound reflected by the above, converts the echo sound into an electric signal, and transmits the electric signal to the above water surface through the signal line (signal cable) of the suspension cable. .

図1(A)は、上方から海面を見下ろした場合の水上部2と水中部3の一例を模式的に示す平面図(xy平面)である。なお、特に制限されないが、x軸を東西方向、y軸を南北方向としてもよい。図1(A)において、白抜き矢線5は、海面1上を漂流する水上部2の移動方向と移動速度を表している。なお、本明細書では、移動速度を、速度の大きさ(速さ)(スカラー量)とし、移動方向と移動速度をベクトルで表したものを「速度ベクトル」という。 FIG. 1(A) is a plan view (xy plane) schematically showing an example of the water section 2 and the underwater section 3 when looking down on the sea surface from above. Although not particularly limited, the x-axis may be the east-west direction, and the y-axis may be the north-south direction. In FIG. 1(A), the white arrow 5 represents the moving direction and moving speed of the upper part of the water 2 drifting on the sea surface 1 . In this specification, the moving speed is defined as the magnitude (speed) (scalar quantity) of the speed, and the moving direction and the moving speed are expressed as a vector, which is referred to as a "speed vector".

図1(B)は、水上部2と水中部3を側面からみた側面模式図である。特に制限されないが、図1(B)において、z軸は海面からの深さ方向を正方向としている。図1(B)は、例えばyz平面に平行な平面から水上部2と水中部3をみた図としてもよいし、図1(A)において、xy座標の第1象限に示した矢線(図1(A)のxy平面の水上部2と水中部3を結ぶ直線)に平行且つxy平面と直交する平面から、水上部2と水中部3の側面をみた図としてもよい。図1(B)において、航空機6は、吊下式ソナーを投下した固定翼対潜哨戒機または対潜ヘリコプタ等である。 FIG. 1B is a schematic side view of the water section 2 and the underwater section 3 as seen from the side. Although not particularly limited, in FIG. 1B, the positive direction of the z-axis is the depth direction from the sea surface. FIG. 1(B) may be, for example, a view of the water section 2 and the underwater section 3 from a plane parallel to the yz plane. 1A may be a view of the side surfaces of the upper water portion 2 and the underwater portion 3 from a plane parallel to the straight line connecting the upper water portion 2 and the underwater portion 3 in the xy plane of FIG. 1A and perpendicular to the xy plane. In FIG. 1B, the aircraft 6 is a fixed-wing anti-submarine patrol aircraft, an anti-submarine helicopter, or the like that drops a suspended sonar.

図1(A)、(B)に示すように、水中部3は水上部2の真下には位置せず、水上部2と水中部3との間に位置のずれが存在する。 As shown in FIGS. 1A and 1B, the underwater section 3 is not located directly below the underwater section 2, and there is a positional deviation between the underwater section 2 and the underwater section 3. FIG.

現在のところ、水上部2と水中部3の位置のずれを検出する技術は確立されていないというのが実情である。一般に、吊下式ソナーは、水中部3が水上部2の真下に存在するという仮定のもとで使用されている。吊下式ソナーを単純化したモデルでは、海上の風や波浪の影響を受ける水上部2の移動に引っ張られる形で水中部3が水上部2に牽引されていることが想定されている。 At present, the actual situation is that no technology has been established for detecting the positional deviation between the water section 2 and the underwater section 3 . In general, suspended sonars are used under the assumption that the underwater section 3 is directly below the underwater section 2 . In a model that simplifies the suspended sonar, it is assumed that the underwater section 3 is pulled by the above water section 2 in a form that is pulled by the movement of the above water section 2, which is affected by sea winds and waves.

図2(A)、(B)は、実際の吊下式ソナーを模式的に例示する図である。図2(A)、(B)において、白抜き矢線7は、水上部2の風力による移動(移動方向、移動速度)を表している。水上部2に作用し移動に影響する力(運動エネルギー)としては、風力が支配的である。時々刻々と変化する海面1上の風向及び風速を高精度で観測することは不可能ではないが、コストが高く長時間を要するため、リアルタイムのオペレーションには向いていない。 2A and 2B are diagrams schematically illustrating an actual suspended sonar. In FIGS. 2A and 2B, the white arrow 7 represents the movement (moving direction, moving speed) of the water section 2 due to the wind force. Wind power is dominant as the force (kinetic energy) that acts on the water section 2 and affects movement. Although it is not impossible to observe the wind direction and wind speed on the sea surface 1 that change from moment to moment with high accuracy, the cost is high and it takes a long time, so it is not suitable for real-time operation.

白抜き矢線8は、水上部2の波浪等による移動(移動方向、移動速度)を表している。水上部2に作用し移動に影響する力(運動エネルギー)としては、潮流、海流、波浪等の風力以外のものもあり、それらを全て観測することは不可能ではないが、コストが高く長い時間を要するため、リアルタイムのオペレーションには向いていない。 A white arrow 8 represents movement (moving direction, moving speed) of the upper part of the water 2 due to waves and the like. As the force (kinetic energy) that acts on the upper part of the water 2 and affects its movement, there are things other than wind power, such as tidal currents, ocean currents, and waves. , so it is not suitable for real-time operations.

白抜き矢線9は、中層海流による吊下ケーブル4の移動(移動方向、移動速度)を表している。吊下ケーブル4に作用する力(運動エネルギー)としては、例えば深度数100mの中層海流がある。中層海流は、海面上の風力及び波浪の影響が小さく、海面上の波浪等による移動とは異なる方向へ作用する。それらを全て観測することは不可能ではないが、コストが高く長時間を要するため、リアルタイムのオペレーションには向いていない。 A hollow arrow 9 represents the movement (moving direction, moving speed) of the suspension cable 4 due to the middle ocean current. As a force (kinetic energy) acting on the suspension cable 4, there is, for example, a middle ocean current at a depth of 100 m. Intermediate ocean currents are less affected by wind forces and waves on the sea surface, and act in a direction different from movement caused by waves on the sea surface. It is possible to observe all of them, but it is expensive and takes a long time, so it is not suitable for real-time operation.

白抜き矢線10は、水上部2による牽引(移動方向、移動速度)を表している。水中部3の移動に影響する力(運動エネルギー)としては、一般的に、水上部2の移動による牽引が支配的である。 A white arrow 10 represents traction (moving direction, moving speed) by the water section 2 . As the force (kinetic energy) that affects the movement of the underwater section 3, generally, the traction caused by the movement of the underwater section 2 is dominant.

白抜き矢線11は、中層海流による水中部3の移動(移動方向、移動速度)を表している。水中部3の移動に影響する運動エネルギーとしては、深度数100mの中層海流もある。中層海流は、水深によって流向及び流速が一定とは限らず、水深によって流向及び流速が異なる場合があり、それらを全て観測することは不可能ではないが、コストが高く長い時間を要するため、リアルタイムのオペレーションには向いていない。 A white arrow 11 represents the movement (moving direction, moving speed) of the underwater part 3 due to the intermediate ocean current. As the kinetic energy that affects the movement of the underwater part 3, there is also an intermediate ocean current at a depth of 100 m. Intermediate ocean currents are not always constant in direction and velocity depending on the depth of the water, and may vary in direction and velocity depending on the depth of the water. not suitable for the operation of

水上部2は、風力による移動、及び、潮流等の風力以外による移動の影響を受ける。また、吊下ケーブル4は、中層海流の影響を受ける。水中部3は、水上部2による牽引及び中層海流の影響を受ける。複雑な気象及び海象の影響を、海上及び海中で観測する場合、観測器材のコストが高いことに加えて観測に長時間を要する。このため、水上部2と水中部3の位置ずれは無視できるほど小さいものとして扱われている。 The water section 2 is affected by movement due to wind power and movement due to factors other than wind power such as tidal currents. In addition, the suspension cable 4 is affected by intermediate ocean currents. The submerged part 3 is subject to traction by the submerged part 2 and the mid-level ocean currents. When observing the effects of complicated weather and sea conditions on and under the sea, the cost of observation equipment is high and observation takes a long time. For this reason, the positional deviation between the water section 2 and the underwater section 3 is treated as small enough to be ignored.

しかし、吊下ケーブル4の長さが、例えば数100mに達する場合、水上部2と水中部3の位置ずれの距離も100mを超える場合がある。この場合、吊下式ソナーが検出した水中音波の到来方位及び距離の精度について起点となる水中部3の位置が正確でない、という問題が生じている。 However, when the length of the suspension cable 4 reaches, for example, several 100 m, the distance of positional deviation between the above water section 2 and the underwater section 3 may also exceed 100 m. In this case, there arises a problem that the position of the underwater part 3, which is the starting point, is not accurate with respect to the accuracy of the arrival direction and distance of the underwater sound waves detected by the hanging sonar.

例えば特許文献1には、航空機から投下されたソノブイは、風波、海潮流等の影響によりブイ位置が時々刻々と変化し、ブイ位置には投下位置に対し位置誤差(位置ずれ)が生じ、風浪、海潮流等の影響によりハイドロフォンの位置はブイ位置に対して位置誤差(位置ずれ)が生じ、これらのソノブイ等の位置誤差はブイ位置からの水中目標等の位置算出に大きな誤差を生じさせることが記載されている。特許文献1では、ブイ部とハイドロフォン間の信号ケーブルの長さa、ブイ部からのハイドロフォン方位角α、及びハイドロフォン傾度β、ハイドロフォン深度dの計測値により、偏位距離γを算出している。特許文献1には、ハイドロフォン位置の位置精度を向上させたいときは、信号ケーブルに生じる「垂れ」を懸垂線方程式により補正し算出することもできると記載されているが、潮流等によるブイ部とハイドロフォンの運動の関係性、特にハイドロフォンの回転運動等に関する考慮を欠いている。 For example, in Patent Document 1, a sonobuoy dropped from an aircraft changes its position from moment to moment due to the effects of wind waves, sea currents, etc., and a positional error (positional deviation) occurs in the buoy position with respect to the dropped position. Due to the influence of ocean currents, etc., the position of the hydrophone causes a positional error (positional deviation) with respect to the buoy position, and the positional error of these sonobuoys etc. causes a large error in the calculation of the position of underwater targets etc. from the buoy position. is stated. In Patent Document 1, the deviation distance γ is calculated from the measured values of the length a of the signal cable between the buoy portion and the hydrophone, the hydrophone azimuth angle α from the buoy portion, the hydrophone inclination β, and the hydrophone depth d. are doing. Patent Document 1 states that when it is desired to improve the positional accuracy of the hydrophone position, it is possible to correct and calculate the "sag" that occurs in the signal cable using the catenary equation. and the motion of the hydrophone, especially the rotational motion of the hydrophone.

また特許文献2には、スパーブイの上部に搭載したGPS式の運動計測センサでスパーブイ上部の動揺による運動変位を3次元位置データとして時系列に計測し、時系列で得られたこの3次元位置データに基づいて波によるスパーブイの縦揺れ振幅角φと運動周期Twを求める。得られたスパーブイの縦揺れ振幅角φと運動周期Twの数値から波高Hwの近似値を求め、その数値をもって海洋波の波高を推定する構成が開示されている。特許文献2では、水上部の移動軌跡から水上部の傾斜方位及び傾斜角度を算出し潮流等の流向及び流速を算出している。 Further, in Patent Document 2, a GPS-type motion measurement sensor mounted on the upper part of the spar buoy is used to measure motion displacement due to shaking of the upper part of the spar buoy in time series as 3D position data, and this 3D position data obtained in time series. The pitching amplitude angle φ and motion period Tw of the spar buoy caused by waves are obtained based on A configuration is disclosed in which an approximate value of the wave height Hw is obtained from the obtained numerical values of the pitching amplitude angle φ of the spar buoy and the movement period Tw, and the wave height of the ocean wave is estimated from the obtained numerical value. In Patent Document 2, the inclination direction and inclination angle of the upper part of the water are calculated from the moving trajectory of the upper part of the water, and the direction and velocity of the tidal current or the like are calculated.

特開平6-289132号公報JP-A-6-289132 特開2007-327853号公報JP 2007-327853 A

GPS受信機等を備えたソノブイの普及等、水上部の位置計測精度が向上する傾向にある。このため、水上部と水中部の位置ずれを低コストかつ短時間で検出する技術の実用化が望まれている。 There is a tendency to improve the accuracy of position measurement above water, such as the spread of sonobuoys equipped with GPS receivers. For this reason, it is desired to put into practical use a technique for detecting the positional deviation between the upper part of the water and the underwater part at low cost and in a short period of time.

したがって、本発明は、上記課題を解決するシステム、方法、プログラムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a system, method, and program for solving the above problems.

本発明の1つの側面によれば、水上部と、前記水上部に吊下げられ自己の姿勢を検出するセンサを備えた水中部と、前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜方向及び傾斜角度に基づき、前記水中部に作用する水流の流向及び流速を算出し、前記水中部に作用する前記水流の流向及び流速に基づき、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向及び位置ずれ距離を算出する位置計算手段と、を備えたソナーシステムが提供される。 According to one aspect of the present invention, there is provided an upper part of the water, an underwater part that is suspended from the upper part of the water and has a sensor that detects its own posture, and an inclination of the underwater part that is detected by the sensor of the underwater part. Based on the direction and angle of inclination, the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater section are calculated, and based on the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater section, the displacement direction and position of the above water section and the underwater section. and position calculation means for calculating the displacement distance.

本発明の1つの側面によれば、水上部と、前記水上部に吊下げられる水中部とを有するソナーシステムにおける前記水上部と前記水中部の位置ずれを検出する方法が提供される。該方法は、
前記水中部の姿勢を検出するセンサを前記水中部に実装し、
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜方向及び傾斜角度に基づき、前記水中部に作用する水流の流向及び流速を算出し、
前記水中部に作用する前記水流の流向及び流速に基づき、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向及び位置ずれ距離を算出する。
According to one aspect of the present invention, there is provided a method for detecting misalignment between an upper water portion and an underwater portion in a sonar system having an upper water portion and an underwater portion suspended from the upper water portion. The method comprises
A sensor for detecting the attitude of the underwater part is mounted on the underwater part,
based on the inclination direction and inclination angle of the underwater part detected by the sensor of the underwater part, calculating the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater part;
Based on the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater section, a displacement direction and a displacement distance between the above water section and the underwater section are calculated.

本発明の1つの側面によれば、水上部と、前記水上部に吊下げられ自己の姿勢を検出するセンサを備えた水中部とを有するソナーシステムの前記水上部と前記水中部の位置ずれを検出する処理を実行するコンピュータに、
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜方向及び傾斜角度に基づき、前記水中部に作用する水流の流向及び流速を算出し、前記水中部に作用する前記水流の流向及び流速に基づき、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向及び位置ずれ距離を算出する処理を実行させるプログラムが提供される。さらに、本発明によれば、上記プログラムを記憶したコンピュータ可読型記録媒体((例えばRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、又は、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM))等の半導体ストレージ、HDD(Hard Disk Drive)、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc))が提供される。
According to one aspect of the present invention, a sonar system having an upper water portion and an underwater portion that is suspended from the upper water portion and that is equipped with a sensor for detecting the posture of the sonar system detects a positional deviation between the upper water portion and the underwater portion. on the computer that performs the detection process,
Based on the inclination direction and inclination angle of the underwater section detected by the sensor of the underwater section, the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater section are calculated, and the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater section are calculated. Based on this, there is provided a program for executing a process of calculating the positional deviation direction and the positional deviation distance between the above water portion and the above water portion. Furthermore, according to the present invention, a semiconductor storage such as a computer-readable recording medium (for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), or EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM)) storing the program , HDD (Hard Disk Drive), CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc)).

本発明によれば、水上部と水中部の位置ずれを低コストかつ短時間で検出することを可能としている。 According to the present invention, it is possible to detect the positional deviation between the upper part of the water and the underwater part at low cost and in a short period of time.

(A)、(B)は関連技術を説明する図である。(A) and (B) are diagrams for explaining a related technology. (A)、(B)は関連技術を説明する図である。(A) and (B) are diagrams for explaining a related technology. 本発明の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining embodiment of this invention. 本発明の実施形態の水中部を説明する図である。It is a figure explaining the underwater part of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の水中部を説明する図である。It is a figure explaining the underwater part of embodiment of this invention. 本発明の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining embodiment of this invention. 本発明の実施形態を説明する図である。It is a figure explaining embodiment of this invention.

本発明の実施形態について説明する。図3及び図4は、本発明の一実施形態における水中部3を説明する図である。図3には、本発明の一実施形態の吊下式ソナーの水中部3が模式的に示されており、水中部3が水流等による移動によって傾斜する状態を模式的に示している。なお、図3において、水中部3は、吊下ケーブル4で不図示の水上部2(図1、図2等参照)に接続されている。図4には、水中部3が水中で首振り運動(定常歳差運動)をしながら回転する状態が模式的に示されている。 An embodiment of the present invention will be described. 3 and 4 are diagrams illustrating the underwater section 3 in one embodiment of the present invention. FIG. 3 schematically shows the underwater section 3 of the suspended sonar according to one embodiment of the present invention, and schematically shows a state in which the underwater section 3 is tilted by movement due to water flow or the like. In FIG. 3, the underwater section 3 is connected to the underwater section 2 (not shown) (see FIGS. 1, 2, etc.) by a suspension cable 4. As shown in FIG. FIG. 4 schematically shows a state in which the underwater part 3 rotates while performing a swinging motion (steady precession motion) in water.

図3を参照すると、水中部3は、3軸姿勢センサ31を備えている。3軸姿勢センサ31は、例えば3軸加速度センサからなり、前後、左右の軸に関する傾斜角度(ロール角、ピッチ角)と、上下軸のまわりの回転角度(ヨー角)を、連続的に検出する。3軸姿勢センサ31で検出された上下軸のまわりの回転角度(ヨー角)を傾斜方向(傾斜方位)という。なお、図3では、3軸姿勢センサ31で検出された水中部3の傾斜角度(ロール角、ピッチ角)と傾斜方向(ヨー角)を、水中部3の傾斜角度及び傾斜方向15で表している。 Referring to FIG. 3, the underwater section 3 has a 3-axis attitude sensor 31 . The 3-axis posture sensor 31 is composed of, for example, a 3-axis acceleration sensor, and continuously detects the tilt angle (roll angle, pitch angle) with respect to the front/rear and left/right axes and the rotation angle (yaw angle) about the vertical axis. . A rotation angle (yaw angle) about the vertical axis detected by the three-axis posture sensor 31 is called a tilt direction (tilt azimuth). 3, the tilt angle (roll angle, pitch angle) and tilt direction (yaw angle) of the underwater section 3 detected by the three-axis attitude sensor 31 are represented by the tilt angle and tilt direction 15 of the underwater section 3. there is

水中部3は、水中で回転しているため、水中部3の傾斜角度及び傾斜方向15は、水中部3の回転に伴う首振り運動の影響を受ける。本実施形態によれば、水中部3の位置の検出にあたり、3軸姿勢センサ31にて予め定められた時間(一定時間)計測した水中部3の傾斜角度及び傾斜方向15を算術平均した平均値を、水中部3の傾斜角度及び傾斜方向(図4の水中部の平均傾斜角度(平均傾斜方向)38)として算出する。そして、算出した水中部3の傾斜角度と傾斜方向に基づき、水中部3の移動方向と移動速度の算出が行われる。 Since the underwater portion 3 rotates underwater, the tilt angle and the tilt direction 15 of the underwater portion 3 are affected by the swinging motion accompanying the rotation of the underwater portion 3 . According to the present embodiment, when detecting the position of the underwater section 3, the average value obtained by arithmetically averaging the inclination angle and the inclination direction 15 of the underwater section 3 measured for a predetermined time (fixed time) by the three-axis attitude sensor 31 is calculated as the tilt angle and tilt direction of the underwater portion 3 (the average tilt angle (average tilt direction) 38 of the underwater portion in FIG. 4). Then, based on the calculated inclination angle and inclination direction of the underwater part 3, the moving direction and the moving speed of the underwater part 3 are calculated.

水上部2では、GPS受信機(図5の24)が、水上部2の位置を緯度及び経度として連続的に計測し、その軌跡から水上部2の移動方向及び移動速度(図1の速度ベクトル5)を算出する。また、水上部2では、水中部3の3軸姿勢センサ31から、水中部3の傾斜角度及び傾斜方向を、吊下ケーブル4を介して受信する。 In the above water surface 2, the GPS receiver (24 in FIG. 5) continuously measures the position of the above water surface 2 as latitude and longitude, and from the trajectory, the moving direction and moving speed of the above water surface 2 (velocity vector in FIG. 1 5) is calculated. Further, the underwater part 2 receives the inclination angle and the inclination direction of the underwater part 3 from the three-axis posture sensor 31 of the underwater part 3 via the suspension cable 4 .

水上部2では、水上部2と水中部3の位置ずれとして、水上部2から見た水中部3までの水平方位及び水平距離(図2のxy2次元平面上での方位と距離)を算出する。 In the upper water part 2, the horizontal direction and horizontal distance to the underwater part 3 (direction and distance on the xy two-dimensional plane in FIG. 2) from the water upper part 2 to the underwater part 3 are calculated as the positional deviation between the water upper part 2 and the underwater part 3. .

図3及び図4において、白抜き矢線16は水中部3に作用する水流を示している。図2に例示したように、水中部3は、中層海流11に沿って漂流しようとするが、水上部2から吊下げられた吊下ケーブル4による牽引(図2の10)により中層海流(図2の11)に逆らって移動する。このため、水中部3は水流16による抵抗を受ける。水流16による抵抗を受けた水中部3は、吊下ケーブル4の支点と水中部3の重心32のずれが生じる。このため、水中部3は、水流16の反対の方向に向かって傾斜する。 3 and 4, the outline arrow 16 indicates the water flow acting on the underwater section 3. As shown in FIG. As exemplified in FIG. 2, the underwater section 3 tries to drift along the intermediate ocean current 11, but the suspension cable 4 suspended from the underwater section 2 (10 in FIG. Move against 2-11). Therefore, the underwater section 3 receives resistance from the water flow 16 . In the submerged section 3 that receives resistance from the water flow 16 , a deviation occurs between the fulcrum of the suspension cable 4 and the center of gravity 32 of the submerged section 3 . Therefore, the underwater part 3 is inclined in the direction opposite to the water flow 16 .

この水流16の方向は、水上部2による牽引のベクトルと、中層海流による移動ベクトルの合成ベクトルである。つまり、水流16の向きと反対の方向は、概ね水中部3の傾斜方向(図3の15)であり、水流16の大きさは、水中部3の傾斜角度(図3の15)にほぼ比例するかたちで影響する。 The direction of this water flow 16 is the combined vector of the traction vector by the upper water section 2 and the movement vector by the intermediate ocean current. That is, the direction opposite to the direction of the water flow 16 is generally the tilt direction of the underwater section 3 (15 in FIG. 3), and the magnitude of the water flow 16 is substantially proportional to the tilt angle of the underwater section 3 (15 in FIG. 3). influence in the way it does.

図4において、参照符号33の水中部(平均姿勢)は、図3の水中部3の平均姿勢を示している。吊下式ソナーが、海面に着水して水上部2と水中部3に分離後、水中部3は吊下ケーブル4を繰り出しながら沈降していく。その際、吊下ケーブル4の捻じれが解放されるため、水中部3は水中で回転運動を行う。このとき、水上部2は水中部3とは反対方向に回転運動を行う。 In FIG. 4, the underwater section (average posture) indicated by reference numeral 33 indicates the average posture of the underwater section 3 in FIG. After the suspension type sonar lands on the surface of the sea and is separated into an upper water part 2 and an underwater part 3, the underwater part 3 sinks while extending the suspension cable 4. - 特許庁At that time, since the suspension cable 4 is released from the twist, the underwater part 3 rotates in the water. At this time, the underwater part 2 rotates in the opposite direction to the underwater part 3 .

図4において、水中部(平均姿勢)33は、首振り運動しながら回転する水中部3の平均的な姿勢を示している。 In FIG. 4, an underwater section (average posture) 33 indicates an average posture of the underwater section 3 rotating while swinging.

水中部(傾斜角度最小時)34は、水中で首振り運動しながら回転する水中部3の傾斜角度が最小になった状態を示している。水中部(傾斜角度最小時)34の傾斜方向は、水中部3の平均傾斜方向と一致する。 An underwater portion (minimum tilt angle) 34 shows a state in which the tilt angle of the underwater portion 3 rotating while swinging underwater is minimized. The tilt direction of the underwater portion (at the minimum tilt angle) 34 coincides with the average tilt direction of the underwater portion 3 .

水中部(傾斜角度最大時)35は、水中で首振り運動しながら回転する水中部3の傾斜角度が最大になった状態を示している。水中部(傾斜角度最大時)35の傾斜方向は、水中部3の平均傾斜方向と一致する。 An underwater portion (maximum tilt angle) 35 shows a state in which the underwater portion 3 rotating while swinging underwater has the maximum tilt angle. The tilt direction of the underwater portion (at maximum tilt angle) 35 coincides with the average tilt direction of the underwater portion 3 .

水中部の最小傾斜角度(平均傾斜方向)36は、水中部(傾斜角度最小時)34における水中部3の最小傾斜角度を示している。水中部の最小傾斜角度(平均傾斜方向)36の傾斜方向は、水中部3の平均傾斜方向と一致する。 The minimum tilt angle (average tilt direction) 36 of the underwater section indicates the minimum tilt angle of the underwater section 3 in the underwater section (at the minimum tilt angle) 34 . The inclination direction of the minimum inclination angle (average inclination direction) 36 of the underwater part coincides with the average inclination direction of the underwater part 3 .

水中部の最大傾斜角度(平均傾斜方向)37は、水中部(傾斜角度最大時)35における水中部3の最大傾斜角度を示している。水中部の最大傾斜角度(平均傾斜方向)37の傾斜方向は、水中部3の平均傾斜方向と一致する。 The maximum tilt angle (average tilt direction) 37 of the underwater portion indicates the maximum tilt angle of the underwater portion 3 in the underwater portion (maximum tilt angle) 35 . The inclination direction of the maximum inclination angle (average inclination direction) 37 of the underwater part coincides with the average inclination direction of the underwater part 3 .

水中部の平均傾斜角度(平均傾斜方向)38は、水中部(平均姿勢)33における水中部3の傾斜角度を示している。水中部の平均傾斜角度(平均傾斜方向)38の傾斜方向は、水中部3の平均傾斜方向と一致する。 The average inclination angle (average inclination direction) 38 of the underwater part indicates the inclination angle of the underwater part 3 in the underwater part (average posture) 33 . The inclination direction of the average inclination angle (average inclination direction) 38 of the underwater part coincides with the average inclination direction of the underwater part 3 .

吊下ケーブル(平均姿勢)41は、吊下ケーブル4の平均姿勢を示しており、水中部(平均姿勢)33に対応した吊下ケーブル4の状態を示している。 A suspension cable (average posture) 41 indicates the average posture of the suspension cable 4 and indicates the state of the suspension cable 4 corresponding to the underwater section (average posture) 33 .

図5は、本発明の一実施形態における水上部2を説明する図である。図5を参照すると、水上部2は、GPS受信機24、位置計算部25、無線通信部26、無線アンテナ27を備えている。GPS受信機24は、GPSにより水上部2の位置として緯度及び経度の情報を一定時間毎に連続して位置計算部25へ出力する。GPS受信機24は、GPS、準天頂衛星(QZSS(Quasi-Zenith Satellite System))等の衛星測位システムの総称であるGNSS(Global Navigation Satellite System:全球測位衛星システム)と読み替えてもよいことは勿論である。 FIG. 5 is a diagram illustrating the water section 2 in one embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5 , the water section 2 includes a GPS receiver 24 , a position calculator 25 , a radio communication section 26 and a radio antenna 27 . The GPS receiver 24 continuously outputs latitude and longitude information as the position of the above water surface 2 by GPS to the position calculator 25 at regular time intervals. The GPS receiver 24 may of course be read as GNSS (Global Navigation Satellite System), which is a general term for satellite positioning systems such as GPS and Quasi-Zenith Satellite System (QZSS (Quasi-Zenith Satellite System)). is.

水上部2の位置計算部25は、GPS受信機24から水上部2の位置情報を入力する。また、水上部2の位置計算部25は、水中部3の3軸姿勢センサ31から水中部3の傾斜角度と傾斜方向を入力し、水上部2の移動方向と移動速度、及び、水中部3に作用する水流16の流向と流速を算出する。 The position calculation unit 25 of the above water part 2 receives the position information of the above water part 2 from the GPS receiver 24 . Further, the position calculation unit 25 of the upper water part 2 inputs the inclination angle and the inclination direction of the underwater part 3 from the 3-axis posture sensor 31 of the underwater part 3, The flow direction and flow velocity of the water flow 16 acting on are calculated.

水上部2の位置計算部25は、水中部3に作用する水流16の流向と流速と、水上部2の移動方向と移動速度(図1の速度ベクトル5)に基づき、水上部2と水中部3の位置ずれ方向と位置ずれ距離を算出する。 The position calculator 25 of the upper water part 2 calculates the position of the upper water part 2 and the underwater part based on the flow direction and flow velocity of the water flow 16 acting on the underwater part 3 and the movement direction and movement speed of the water upper part 2 (velocity vector 5 in FIG. 1). 3, the displacement direction and the displacement distance are calculated.

水上部2の無線通信部26は、吊下式ソナーと航空機(図1(B)の6)の無線通信を行う通信機であり、位置計算部25が算出した水上部2の位置情報及び水中部3の位置情報を該航空機に送信する。水上部2の無線アンテナ27は、無線電波の送受信を行う。 The wireless communication unit 26 of the water section 2 is a communication device that performs wireless communication between the suspended sonar and the aircraft (6 in FIG. 1B). Transmit the location information of the central section 3 to the aircraft. A radio antenna 27 on the water section 2 transmits and receives radio waves.

次に、図6等を参照して、本実施形態における水中部3の位置ずれ検出について説明する。図6は、本実施形態の水上部2と水中部3を説明する図である。 Next, positional deviation detection of the underwater section 3 in this embodiment will be described with reference to FIG. 6 and the like. FIG. 6 is a diagram for explaining the water section 2 and the underwater section 3 of this embodiment.

水中部3の3軸姿勢センサ31は、例えば20~50ミリ秒の周期で水中部3の傾斜角度及び傾斜方向を計測し、吊下ケーブル4を介して水上部2の位置計算部25へ出力する。 The three-axis attitude sensor 31 of the underwater section 3 measures the inclination angle and the inclination direction of the underwater section 3 at a period of, for example, 20 to 50 milliseconds, and outputs them to the position calculation section 25 of the underwater section 2 via the suspension cable 4. do.

水上部2の位置計算部25は、水中部3の3軸姿勢センサ31から入力した水中部3の傾斜角度及び傾斜方向(図3の15)について、例えば、約30秒間程度の平均値を算出する。水上部2の位置計算部25で算出された水中部3の傾斜角度及び傾斜方向の平均値は、図4の水中部の平均傾斜角度(平均傾斜方向)38に対応する。 The position calculation unit 25 of the upper part of water 2 calculates the average value of the inclination angle and the inclination direction (15 in FIG. 3) of the underwater part 3 input from the 3-axis attitude sensor 31 of the underwater part 3, for example, for about 30 seconds. do. The average value of the inclination angle and the inclination direction of the underwater part 3 calculated by the position calculator 25 of the water part 2 corresponds to the average inclination angle (average inclination direction) 38 of the underwater part in FIG.

想定される吊下式ソナーの水中部3の最大回転速度を120deg/秒、約3秒間で1回転するものとする。この場合、水中部3の傾斜角度及び傾斜方向について、30秒間の平均値を算出することで、水中部3の平均的な姿勢としての傾斜方向及び傾斜角度(図4の水中部の平均傾斜角度(平均傾斜方向)38)を取得することができる。 It is assumed that the maximum rotation speed of the underwater section 3 of the assumed suspension type sonar is 120 deg/sec, and one rotation is performed in about 3 seconds. In this case, by calculating the average value of the inclination angle and the inclination direction of the underwater part 3 for 30 seconds, the inclination direction and the inclination angle as the average posture of the underwater part 3 (the average inclination angle of the underwater part in FIG. 4 (average tilt direction) 38) can be obtained.

水上部2の位置計算部25は、水中部3の平均的な姿勢としての傾斜角度(図4の水中部の平均傾斜角度(平均傾斜方向)38の平均傾斜角度)に基づき、水中部3に作用している水流16の流速を算出する。 The position calculation unit 25 of the underwater part 2 calculates the position of the underwater part 3 based on the inclination angle as the average posture of the underwater part 3 (the average inclination angle of the average inclination angle (average inclination direction) 38 of the underwater part in FIG. 4). The flow velocity of the water stream 16 acting is calculated.

水上部2の位置計算部25は、水中部3の平均的な姿勢としての傾斜角度から水中部3に作用する水流16の流速を算出するにあたり、例えば、
・水中部3の流体運動シミュレーションモデルを作成して計算式化する手法を用いるか、あるいは、
・水槽内に水中部3を沈めて吊下して水中部3を水平方向に移動させるか水槽内で水流を起こすことにより、既知の流速の水流がある場合に、水中部3が何度傾斜するか計測し、水中部3の傾斜角度と水流の流速との換算テーブルを事前に作成しておき、水上部2の位置計算部25は、記憶部(不図示)に該換算テーブルを記憶保持し、該換算テーブルを参照して、水中部3の平均傾斜角度から、水中部3に作用する水流16の流速を求めるようにしてもよい。
In calculating the flow velocity of the water flow 16 acting on the underwater part 3 from the inclination angle as the average posture of the underwater part 3, the position calculation unit 25 of the upper part of the water 2 performs, for example,
-Using a method of creating a fluid motion simulation model of the underwater part 3 and formulating it, or
By submerging and suspending the underwater part 3 in the water tank and moving the underwater part 3 in the horizontal direction or by causing a water flow in the water tank, when there is a water flow with a known flow rate, the underwater part 3 can be tilted by how many degrees A conversion table between the inclination angle of the underwater section 3 and the flow velocity of the water flow is created in advance, and the position calculation section 25 of the underwater section 2 stores and retains the conversion table in a storage section (not shown). Then, the flow velocity of the water flow 16 acting on the underwater section 3 may be obtained from the average inclination angle of the underwater section 3 by referring to the conversion table.

水上部2の位置計算部25は、水中部3の平均的な姿勢としての傾斜方向(図4の水中部の平均傾斜角度(平均傾斜方向)38における平均傾斜方向)と反対方向を、水中部3に作用している水流16の流向とする。水中部3に作用している水流16の流向と流速は、図2(A)等のxy2次元平面(水平面)に投影した向きと速度である。例えば南北方向(y軸)を基準方位とし、水流16の流向をβ、流速をVとすると、水流16の速度ベクトル(2次元ベクトル)は、

Figure 0007279898000001
…(1)
で表される。 The position calculation unit 25 of the underwater part 2 determines the direction opposite to the inclination direction as the average posture of the underwater part 3 (the average inclination direction in the average inclination angle (average inclination direction) 38 of the underwater part in FIG. 4). 3 is the direction of the water flow 16 acting on the water. The flow direction and flow velocity of the water flow 16 acting on the underwater part 3 are the direction and velocity projected onto the xy two-dimensional plane (horizontal plane) such as FIG. 2(A). For example, if the north-south direction (y-axis) is the reference direction, the flow direction of the water flow 16 is β, and the flow velocity is V b , the velocity vector of the water flow 16 V b (two-dimensional vector) is
Figure 0007279898000001
…(1)
is represented by

水上部2のGPS受信機24は、例えば1秒周期で水上部2の位置(緯度及び経度)を水上部2の位置計算部25へ出力する。 The GPS receiver 24 of the above water surface 2 outputs the position (latitude and longitude) of the above water surface 2 to the position calculation unit 25 of the above water surface 2, for example, at intervals of one second.

水上部2の位置計算部25では、水上部2の最新の位置情報から30秒前までの位置情報を記憶し、位置情報を次の式で計算しやすい緯度及び経度のデータに変換する。 The position calculation unit 25 of the upper part of water 2 stores position information of the upper part of water 2 from the latest position information up to 30 seconds ago, and converts the position information into latitude and longitude data that can be easily calculated by the following equations.

水上部2の位置計算部25は、最新の位置情報から所定時間前(例えば30秒前)までの位置情報を記憶し、位置情報を次式(2)、(3)により、緯度及び経度のデータ(秒単位)に変換する。経度、緯度は度・分・秒による座標表記が用いられる。 The position calculation unit 25 of the upper water section 2 stores position information from the latest position information to a predetermined time (for example, 30 seconds ago), and calculates the position information by the following equations (2) and (3) as latitude and longitude. Convert to data (in seconds). Longitude and latitude are expressed in degrees, minutes, and seconds.

位置情報(緯度1~30)→度の値×60×60+分の値×60+秒の値
…(2)
Location information (latitude 1 to 30) → value of degrees x 60 x 60 + value of minutes x 60 + value of seconds
…(2)

位置情報(経度1~30)→(度の値×60×60+分の値×60+秒の値)×cos(位置情報(緯度(deg)))
…(3)
Location information (longitude 1 to 30) → (degree value x 60 x 60 + minute value x 60 + second value) x cos (location information (latitude (deg)))
…(3)

ここで、位置情報(経度1~30)、位置情報(緯度1~30)を配列X[i], Y[i](i=1,..,30)で表す。 Here, position information (longitudes 1 to 30) and position information (latitudes 1 to 30) are represented by arrays X[i], Y[i] (i=1, . . . , 30).

水上部2の位置計算部25では、例えば1秒間毎の位置情報から1秒間に水上部2が移動した移動方向α(例えば南北方向(y軸)を基準方位とする水平方位)及び移動速度Vを次式(4)、(5)で算出する。 In the position calculation unit 25 of the water part 2, for example, the movement direction α (for example, the horizontal direction with the north-south direction (y-axis) as the reference direction) and the movement speed V a is calculated by the following equations (4) and (5).

Figure 0007279898000002
(i=1,…,30)
…(4)
Figure 0007279898000002
(i=1,…,30)
…(4)

Figure 0007279898000003
(m/秒)
…(5)
Figure 0007279898000003
(m/sec)
…(5)

水上部2の速度ベクトル(2次元ベクトル)は以下で与えられる。

Figure 0007279898000004
…(6) The velocity vector of the upper part of the water 2 V a (two-dimensional vector) is given below.
Figure 0007279898000004
… (6)

水上部2の位置計算部25では、例えば30秒間の水上部2の移動方向及び移動速度(m/秒)の平均値を算出するようにしてもよい。あるいは、位置計算部25では、位置情報(緯度1)X[1]、及び、30秒前の位置情報(緯度30)X[30]、位置情報(経度1)Y[1]及び30秒前の位置情報Y[30](経度30)について、式(1)により30秒間の水上部2の移動方向及び水上部2の移動距離(30秒間の移動速度ともいう)を算出し、30秒間の水上部2の移動距離に、1/30を乗算して、単位時間(1秒)あたりの水上部2の移動距離、すなわち移動速度(m/秒)を求めるようにしてもよい。 The position calculation unit 25 of the upper part of the water 2 may calculate an average value of the moving direction and the moving speed (m/sec) of the upper part of the water 2 for 30 seconds, for example. Alternatively, the position calculation unit 25 calculates position information (latitude 1) X[1], position information 30 seconds ago (latitude 30) X[30], position information (longitude 1) Y[1] and 30 seconds ago. With respect to the position information Y [30] (longitude 30), the moving direction of the water part 2 and the moving distance of the water part 2 for 30 seconds (also referred to as the moving speed for 30 seconds) are calculated by Equation (1). The movement distance of the water section 2 may be multiplied by 1/30 to obtain the movement distance of the water section 2 per unit time (1 second), that is, the movement speed (m/second).

水上部2の位置計算部25は、水中部3に作用する水流16の流向及び流速、並びに水上部2の移動方向及び移動速度から、次式(7)により、水上部2と水中部3の位置ずれ方向(2次元平面(水平面)上での位置ずれ方向)の概算値を算出する。 The position calculation unit 25 of the upper water part 2 calculates the position of the upper water part 2 and the underwater part 3 from the flow direction and flow velocity of the water flow 16 acting on the underwater part 3 and the movement direction and movement speed of the water upper part 2 by the following equation (7). An approximate value of the positional deviation direction (positional deviation direction on a two-dimensional plane (horizontal plane)) is calculated.

位置ずれ方向≒水中部3に作用する水流16の流向(β)+180 (deg)
…(7)
Direction of positional deviation ≈ Flow direction (β) of water flow 16 acting on underwater section 3 + 180 (deg)
… (7)

水上部2の位置計算部25において、水上部2と水中部3の位置ずれ方向を高精度に算出するには、例えば数100mの長さがある吊下ケーブル4が水流の影響を受け、上空から俯瞰したときに直線にならず、水流の抵抗により水流の流向の方向にカーブした曲線になっていることを考慮する必要がある。 In the position calculation unit 25 of the upper water part 2, in order to calculate the positional deviation direction of the upper water part 2 and the underwater part 3 with high accuracy, for example, the suspension cable 4 having a length of several hundred meters is affected by the water flow, It is necessary to consider that when viewed from above, it does not form a straight line, but instead curves in the direction of the water flow due to the resistance of the water flow.

吊下ケーブル4の曲線化による水中部3の位置ずれ方向のずれ角度について、例えば、以下の(a)、(b)のいずれかの手法を用いることができる。 For the deviation angle in the positional deviation direction of the underwater section 3 due to the curving of the suspension cable 4, for example, either of the following methods (a) and (b) can be used.

(a)水中部3及び吊下ケーブル4の流体運動シミュレーションモデルを作成しておき、水流の流速及び吊下ケーブル4の長さから算出する計算式を得る。 (a) A fluid motion simulation model of the underwater section 3 and the suspension cable 4 is created, and a calculation formula for calculation from the velocity of the water flow and the length of the suspension cable 4 is obtained.

(b)水槽内に水中部3を沈めて吊下し、水中部3を水平方向に移動させるか水槽内で水流を起こす方法により、既知の流速の水流の場合に吊下ケーブル4の上側起点となる水上部2と水中部3の位置ずれが何度生じるか計測し、水中部3及び吊下ケーブル4に作用する水流の流速と位置ずれ角度の換算テーブルを事前に作成しておく。水上部2の位置計算部25は、該換算テーブルを記憶部(不図示)に記憶保持し、該換算テーブルを参照して、水流16の流速、及び吊下ケーブル4の長さから、位置ずれ方向を求める。 (b) By submerging and suspending the underwater part 3 in the water tank, moving the underwater part 3 horizontally or by generating a water flow in the water tank, the upper starting point of the suspension cable 4 in the case of a water flow with a known flow rate Measure the number of displacements between the upper water portion 2 and the underwater portion 3, and prepare a conversion table for the velocity of the water flow acting on the underwater portion 3 and the suspension cable 4 and the displacement angle in advance. The position calculator 25 of the water section 2 stores and retains the conversion table in a storage unit (not shown), and refers to the conversion table to determine the positional deviation from the flow velocity of the water flow 16 and the length of the suspension cable 4. ask for directions.

水上部2と水中部3の位置ずれ距離について、例えば、以下の(c)、(d)のいずれかの手法を用いることができる。 For the displacement distance between the water section 2 and the underwater section 3, for example, one of the following methods (c) and (d) can be used.

(c)水中部3及び吊下ケーブル4の流体運動シミュレーションモデルを作成しておき、水流の流速及び吊下ケーブル長から算出する計算式を得る。
(d)水槽内に水中部3を沈めて吊下し、水中部3を水平方向に移動させるか水槽内で水流を起こす手法により、既知の流速の水流の場合に吊下ケーブル4の上側起点となる水上部2と水中部3の位置ずれが何m生じるか計測し、水中部3及び吊下ケーブル4に作用する水流の流速と位置ずれ距離の換算テーブルを作成しておく。水上部2の位置計算部25は、該換算テーブルを記憶部(不図示)に記憶保持し、該換算テーブルを参照して、水流16の流速及び吊下ケーブル4の長さから、位置ずれ距離を求める。
(c) Create a fluid motion simulation model of the underwater section 3 and the suspension cable 4, and obtain a calculation formula for calculation from the flow velocity of the water flow and the length of the suspension cable.
(d) By submerging and suspending the underwater part 3 in the water tank, moving the underwater part 3 in the horizontal direction or by generating a water flow in the water tank, the upper starting point of the suspension cable 4 in the case of a water flow with a known flow rate Measure how many meters the displacement between the upper water portion 2 and the underwater portion 3 is, and create a conversion table for the velocity of the water flow acting on the underwater portion 3 and the suspension cable 4 and the displacement distance. The position calculation unit 25 of the water section 2 stores the conversion table in a storage unit (not shown), refers to the conversion table, and calculates the displacement distance from the flow velocity of the water flow 16 and the length of the suspension cable 4. Ask for

水上部2の位置計算部25は、GPS受信機24の位置情報から算出した水上部2の速度ベクトルVa(移動方向、移動速度)に基づき、水上部2と水中部3の位置ずれ方向及び位置ずれ距離を、水上部2の風力による移動(図2の7)や潮流等による移動(図2の8)による影響を反映するように補正してもよい。 The position calculation unit 25 of the upper water part 2 calculates the displacement direction of the upper water part 2 and the underwater part 3 and The displacement distance may be corrected so as to reflect the influence of the movement of the upper part of the water 2 due to wind power (7 in FIG. 2) or movement due to tidal currents (8 in FIG. 2).

水上部2の位置計算部25は、例えば1秒周期で算出した水中部3との位置ずれ方向及び位置ずれ距離の情報、並びに、GPS受信機24から入力した最新の水上部2の位置情報(緯度及び経度)を無線通信部26へ出力する。 The position calculation unit 25 of the upper water part 2 includes information on the positional deviation direction and the positional deviation distance from the underwater part 3 calculated, for example, at a one-second cycle, and the latest positional information of the upper water part 2 input from the GPS receiver 24 ( latitude and longitude) to the wireless communication unit 26.

無線通信部26は、無線アンテナ27から水中部3との位置ずれ方向及び位置ずれ距離の情報並びにGPS受信機24から入力した最新の水上部2の位置情報(緯度及び経度)について、吊下式ソナーを投下して水中音波を監視している固定翼又は回転翼の航空機(図1(B)の6)へ送信する。なお、GPS受信機24及び無線通信部26は、当業者にとってよく知られており、その詳細な動作は説明を省略する。 The wireless communication unit 26 receives information on the positional deviation direction and positional deviation distance from the underwater unit 3 from the wireless antenna 27 and the latest positional information (latitude and longitude) of the underwater unit 2 input from the GPS receiver 24. Send sonar to a fixed-wing or rotary-wing aircraft (6 in FIG. 1B) monitoring underwater acoustic waves. Note that the GPS receiver 24 and the wireless communication unit 26 are well known to those skilled in the art, and detailed descriptions of their operations will be omitted.

本実施形態によれば、吊下式ソナーの水上部2と水中部3の位置ずれ方向及び位置ずれ距離を、水中部の3軸姿勢センサ31で検出した水中部3の傾斜角度及び傾斜方向から推定することにより、水中部3(吊下式ソナーにより受信した水中音波の到来方向の起点となる)の位置精度を向上させることができる。 According to this embodiment, the displacement direction and displacement distance between the underwater section 2 and the underwater section 3 of the suspended sonar can be determined from the inclination angle and the inclination direction of the underwater section 3 detected by the three-axis posture sensor 31 of the underwater section. By estimating, it is possible to improve the positional accuracy of the underwater section 3 (which is the starting point of the direction of arrival of underwater sound waves received by the suspended sonar).

本実施形態によれば、吊下式ソナーの水上部2と水中部3の位置ずれが生じる原因となる気象及び海象を観測することなく、水中部3に作用する水流がもたらす水中部3の傾斜という物理現象の測定結果を演算処理することにより、水上部2と水中部3の位置ずれを遅延時間なくリアルタイムに推定できる。 According to this embodiment, the inclination of the underwater section 3 caused by the water flow acting on the underwater section 3 can be achieved without observing weather and sea conditions that cause misalignment between the underwater section 2 and the underwater section 3 of the suspended sonar. By arithmetically processing the measurement result of the physical phenomenon, the positional deviation between the water section 2 and the underwater section 3 can be estimated in real time without delay time.

図7は、本発明の実施の形態を説明する図であり、位置計算部25をコンピュータ装置200で実装した場合の構成を説明する図である。図7を参照すると、コンピュータ装置200は、プロセッサ201と、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の半導体メモリ等(あるいは、HDD(Hard Disk Drive)等であってもよい)のメモリ202と、表示装置203と、図5のGPS受信機24、無線通信部26に接続し、さらに吊下ケーブル4を介して3軸姿勢センサ31に接続するインタフェース204(バスインタフェース)を備えている。プロセッサ201はDSP(Digital Signal Processor)であってもよい。メモリ202に格納されたプログラム205を実行することで、プロセッサ201は、図6の位置計算部25の処理を実行する。 FIG. 7 is a diagram for explaining the embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining the configuration when the position calculation section 25 is implemented in the computer device 200. As shown in FIG. Referring to FIG. 7, the computer device 200 includes a processor 201, semiconductor memories such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) (or HDD (Hard Disk Drive)). disk drive), the display device 203, the GPS receiver 24 in FIG. It has an interface 204 (bus interface) for connection. The processor 201 may be a DSP (Digital Signal Processor). By executing the program 205 stored in the memory 202, the processor 201 executes the processing of the position calculator 25 in FIG.

なお、上記の特許文献1、2の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施の形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ乃至選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 The disclosures of Patent Documents 1 and 2 mentioned above are incorporated herein by reference. Within the framework of the full disclosure of the present invention (including the scope of claims), modifications and adjustments of the embodiments and examples are possible based on the basic technical concept thereof. Also, various combinations and selections of various disclosure elements (including each element of each claim, each element of each embodiment, each element of each drawing, etc.) are possible within the scope of the claims of the present invention. . That is, the present invention naturally includes various variations and modifications that can be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including claims and technical ideas.

1 海面
2 水上部
3 水中部
4 吊下ケーブル
5 速度ベクトル(移動方向、移動速度)
6 航空機
7 風力による移動
8 潮流等による移動
9 中層海流による移動
10 水上部による牽引
11 中層海流による移動
14 鉛直方向
15 水中部の傾斜角度及び傾斜方向
16 水流
23 水上部の傾斜角度
24 GPS受信機
25 位置計算部
26 無線通信部
27 無線アンテナ
31 3軸姿勢センサ
32 水中部の重心
33 水中部(平均姿勢)
34 水中部(傾斜角度最小時)
35 水中部(傾斜角度最大時)
36 水中部の最小傾斜角度(平均傾斜方向)
37 水中部の最大傾斜角度(平均傾斜方向)
38 水中部の平均傾斜角度(平均傾斜方向)
41 吊下ケーブル(平均姿勢)
61 機上無線通信部
62 機上無線アンテナ
200 コンピュータ装置
201 プロセッサ
202 メモリ
203 表示装置
204 インタフェース
205 プログラム
1 Sea surface 2 Above water 3 Underwater 4 Suspension cable 5 Velocity vector (moving direction, moving speed)
6 Aircraft 7 Movement by wind power 8 Movement by tidal currents 9 Movement by intermediate currents 10 Traction by upper water level 11 Movement by intermediate currents 14 Vertical direction 15 Inclination angle and direction of inclination 16 Water current 23 Inclination angle above water 24 GPS receiver 25 Position calculation unit 26 Wireless communication unit 27 Wireless antenna 31 3-axis attitude sensor 32 Underwater center of gravity 33 Underwater area (average attitude)
34 Underwater part (at minimum tilt angle)
35 Underwater part (at maximum tilt angle)
36 Minimum Inclination Angle of Underwater Section (Average Inclination Direction)
37 maximum angle of inclination of underwater part (average direction of inclination)
38 Average inclination angle of underwater part (average inclination direction)
41 suspension cable (average posture)
61 on-board wireless communication unit 62 on-board wireless antenna 200 computer device 201 processor 202 memory 203 display device 204 interface 205 program

Claims (10)

水上部と、
前記水上部に吊下げられ自己の姿勢を検出するセンサを備えた水中部と、
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜方向及び傾斜角度に基づき、前記水中部に作用する水流の流向及び流速を算出し、
前記水中部に作用する前記水流の流向及び流速に基づき、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向及び位置ずれ距離を算出する位置計算手段と、
を備えた、ことを特徴とするソナーシステム。
above the water;
an underwater section suspended above the water section and equipped with a sensor for detecting its own posture;
based on the inclination direction and inclination angle of the underwater part detected by the sensor of the underwater part, calculating the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater part;
position calculation means for calculating a positional deviation direction and a positional deviation distance between the water section and the underwater section based on the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater section;
A sonar system comprising:
前記位置計算手段は、
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜角度を平均した角度に基づき、前記水中部に作用する前記水流の流速を求め、
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜方向を平均した方向と反対方向を、前記水中部に作用する前記水流の流向とする、ことを特徴とする請求項1記載のソナーシステム。
The position calculation means is
Obtaining a flow velocity of the water flow acting on the underwater section based on an angle obtained by averaging inclination angles of the underwater section detected by the sensor of the underwater section;
2. The sonar system according to claim 1, wherein a direction opposite to a direction obtained by averaging inclination directions of said underwater section detected by said sensor of said underwater section is set as a flow direction of said water current acting on said underwater section. .
前記位置計算手段は、
前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向を、前記水中部に作用する前記水流の流向で近似するか、あるいは、
前記水中部と吊下ケーブルの流体運動シミュレーション又は水槽内での水流実験で予め取得した、前記水流の流速と、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向及び位置ずれ距離と、の関係に基づき、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向と位置ずれ距離を算出する、ことを特徴とする請求項1又は2記載のソナーシステム。
The position calculation means is
approximating the positional deviation direction between the above water portion and the above water portion by the flow direction of the water flow acting on the above water portion, or
Based on the relationship between the flow velocity of the water flow and the displacement direction and displacement distance between the water upper portion and the underwater portion obtained in advance by a fluid motion simulation of the underwater portion and the suspension cable or a water flow experiment in a water tank. 3. The sonar system according to claim 1, wherein the displacement direction and the displacement distance between the above water portion and the above water portion are calculated.
前記位置計算手段を前記水上部に備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のソナーシステム。 4. A sonar system according to any one of claims 1 to 3, wherein said position calculating means is provided above said water. 水上部と、前記水上部に吊下げられる水中部とを有するソナーシステムにおける前記水上部と前記水中部の位置ずれを検出する方法であって、
前記水中部の姿勢を検出するセンサを前記水中部に実装し、
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜方向及び傾斜角度に基づき、前記水中部に作用する水流の流向及び流速を算出し、
前記水中部に作用する前記水流の流向及び流速に基づき、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向及び位置ずれ距離を算出する、ことを特徴とする位置ずれ検出方法。
A method for detecting positional deviation between an upper water portion and an underwater portion in a sonar system having an upper water portion and an underwater portion suspended from the upper water portion, the method comprising:
A sensor for detecting the attitude of the underwater part is mounted on the underwater part,
based on the inclination direction and inclination angle of the underwater part detected by the sensor of the underwater part, calculating the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater part;
A positional deviation detection method, comprising: calculating a positional deviation direction and a positional deviation distance between the water section and the underwater section based on a flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater section.
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜角度を平均した角度に基づき、前記水中部に作用する前記水流の流速を求め、
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜方向を平均した方向と反対方向を、前記水中部に作用する前記水流の流向とする、ことを特徴とする請求項5記載の位置ずれ検出方法。
Obtaining a flow velocity of the water flow acting on the underwater section based on an angle obtained by averaging inclination angles of the underwater section detected by the sensor of the underwater section;
6. The displacement according to claim 5, wherein a direction opposite to a direction obtained by averaging inclination directions of the underwater section detected by the sensor of the underwater section is set as a flow direction of the water flow acting on the underwater section. Detection method.
前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向と位置ずれ距離を算出するにあたり、
前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向を、前記水中部に作用する前記水流の流向で近似するか、あるいは、
前記水中部と吊下ケーブルの流体運動シミュレーション又は水槽内での水流実験で予め取得した、前記水流の流速と、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向、及び、位置ずれ距離と、の関係に基づき、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向と位置ずれ距離を算出する、ことを特徴とする請求項5又は6記載の位置ずれ検出方法。
In calculating the positional deviation direction and the positional deviation distance between the above water portion and the above water portion,
approximating the positional deviation direction between the above water portion and the above water portion by the flow direction of the water flow acting on the above water portion, or
Relationship between the flow velocity of the water flow, the direction of displacement between the upper part of the water and the underwater part, and the distance of the positional displacement obtained in advance from a fluid motion simulation of the underwater part and the suspension cable or a water flow experiment in a water tank. 7. The positional deviation detection method according to claim 5, wherein the positional deviation direction and the positional deviation distance between the above water portion and the above water portion are calculated based on the above.
水上部と、前記水上部に吊下げられ自己の姿勢を検出するセンサを備えた水中部とを有するソナーシステムの前記水上部と前記水中部の位置ずれを検出する処理を実行するコンピュータに、
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜方向及び傾斜角度に基づき、前記水中部に作用する水流の流向及び流速を算出し、
前記水中部に作用する前記水流の流向及び流速に基づき、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向及び位置ずれ距離を算出する処理を実行させるプログラム。
A computer that executes processing for detecting a positional deviation between the above water portion and the above water portion of a sonar system that has an above water portion and an underwater portion that is suspended from the above water portion and has a sensor that detects its own posture,
based on the inclination direction and inclination angle of the underwater part detected by the sensor of the underwater part, calculating the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater part;
A program for executing a process of calculating a positional deviation direction and a positional deviation distance between the water upper part and the underwater part based on the flow direction and flow velocity of the water flow acting on the underwater part.
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜角度を平均した角度に基づき、前記水中部に作用する前記水流の流速を求め、
前記水中部の前記センサで検出された前記水中部の傾斜方向を平均した方向と反対方向を、前記水中部に作用する前記水流の流向とする処理を前記コンピュータに実行させる請求項8記載のプログラム。
Obtaining a flow velocity of the water flow acting on the underwater section based on an angle obtained by averaging inclination angles of the underwater section detected by the sensor of the underwater section;
9. The program according to claim 8, causing the computer to execute a process of setting a direction opposite to a direction obtained by averaging inclination directions of the underwater part detected by the sensor of the underwater part as a flow direction of the water flow acting on the underwater part. .
前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向と位置ずれ距離を算出するにあたり、
前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向を、前記水中部に作用する前記水流の流向で近似するか、あるいは、
前記水中部と吊下ケーブルの流体運動シミュレーション又は水槽内での水流実験で予め取得した、前記水流の流速と、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向、及び、位置ずれ距離と、の関係に基づき、前記水上部と前記水中部の位置ずれ方向と位置ずれ距離を算出する処理を前記コンピュータに実行させる請求項8又は9記載のプログラム。
In calculating the positional deviation direction and the positional deviation distance between the above water portion and the above water portion,
approximating the positional deviation direction between the above water portion and the above water portion by the flow direction of the water flow acting on the above water portion, or
Relationship between the flow velocity of the water flow, the direction of displacement between the upper part of the water and the underwater part, and the distance of the positional displacement obtained in advance from a fluid motion simulation of the underwater part and the suspension cable or a water flow experiment in a water tank. 10. The program according to claim 8 or 9, causing the computer to execute a process of calculating a positional deviation direction and a positional deviation distance between the above water portion and the above water portion based on.
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