JPH10111352A - 水中航走体誘導装置及び方法 - Google Patents

水中航走体誘導装置及び方法

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JPH10111352A
JPH10111352A JP8267192A JP26719296A JPH10111352A JP H10111352 A JPH10111352 A JP H10111352A JP 8267192 A JP8267192 A JP 8267192A JP 26719296 A JP26719296 A JP 26719296A JP H10111352 A JPH10111352 A JP H10111352A
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JP
Japan
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underwater vehicle
absolute position
positioning
acoustic
underwater
Prior art date
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JP8267192A
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English (en)
Inventor
憲二 ▲高▼橋
Kenji Takahashi
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】設置及び回収が容易で測位精度が高く、リアル
タイムで水中航走体の絶対位置測位と誘導制御とを行な
うことを可能とする。 【解決手段】誘導対象の水中航走体1への音響測位用音
源、電波測位装置7、及び上記音響測位用音源からの音
響信号と上記電波測位装置7で得た測位情報とを発信す
る音響トランスデューサ6及び水中音響部4を有する、
洋上に浮遊する複数のブイ2,…を備え、上記水中航走
体1は、これら複数のブイ2,…からの音響信号に基づ
く音響測位と測位情報によるブイの絶対位置データとに
より自己の絶対位置をリアルタイムに計測する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば水中無人探
査機等の水中航走体に対する位置誘導等を行なわせるた
めの水中航走体誘導装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、水中無人探査機、有人潜水艦等の
水中航走体に対する位置誘導を行なう場合には、音源と
してのトランスポンダなどを複数海底に係留設置する必
要があり、これらトランスポンダの設置と回収とに多く
の時間と労力を費やしていた。また、海底に設置したト
ランスポンダを回収するためには、浮力材の装備等が必
要となるため、非常に運用コストの高いシステムとなっ
ていた。
【0003】また、従来、海底にて計測されたLBL
(Long Base Line:複数の音源を数km
の間隔で設置する方法)による測位情報は、リアルタイ
ムでは水上送信されることがなく、したがって水中航走
体を誘導制御することは困難であり、特に無人の水中航
走体に関してはリアルタイムでの絶対位置測位と水上へ
の情報の伝送が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記音源としてのトラ
ンスポンダを海底に設置する場合、トランスポンダを投
入後にその絶対位置を音響測位で計測するので、事前に
支援計測船が周辺を航行して該トランスポンダの位置を
得るキャリブレーション作業を実施する必要を生じるた
め、結果として水中航走体により潜航調査を行なう機会
を制限してしまうことになる。そのため、簡単で迅速な
トランスポンダの設置方法を開発することが熱望されて
いた。
【0005】また、上記キャリブレーション作業が不要
なSSBL(Super Short Base Li
ne:複数の音源を最短数10cm以上の間隔で設置す
る方法)で母船から測位する方法があるが、原理上、測
位誤差が大きくなる欠点があるため、測位精度を確保す
る必要がある。
【0006】さらに、従来、母船からLBLまたはSS
BL方式によって測位する方法も考えられていたが、そ
の場合、母船が水中航走体の上方に常時随伴しなければ
ならず、その間母船は他の場所における他の任務を遂行
することができず、母船の運用効率が著しく低下する。
【0007】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、設置及び回収が容
易で測位精度が高く、リアルタイムで水中航走体の絶対
位置測位と誘導制御とを行なうことが可能な水中航走体
誘導装置及び方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
誘導対象の水中航走体への音響測位用音源、電波測位装
置、及び上記音響測位用音源からの音響信号と上記電波
測位装置で得た測位情報とを発信する第1の発信手段を
有する、洋上に浮遊する複数のブイを備え、上記水中航
走体は、これら複数のブイからの音響信号に基づく音響
測位と測位情報によるブイの絶対位置データとにより自
己の絶対位置をリアルタイムに計測することを特徴とす
る。
【0009】このような構成とすれば、設置及び回収が
非常に容易で測位精度が高く、リアルタイムで水中航走
体での絶対位置の測位を行なうことが可能となる。請求
項2記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、
上記水中航走体は計測した絶対位置情報を水中音響通信
により発信し、上記複数のブイはそれぞれ、上記水中航
走体から送られてくる絶対位置情報を受信する第1の受
信手段と、この第1の受信手段で得た上記水中航走体の
絶対位置情報を水上通信により発信する第2の発信手段
とをさらに有することを特徴とする。
【0010】このような構成とすれば、上記請求項1記
載の発明の作用に加えて、上記水中航走体で測位した絶
対位置の情報を支援船や地上設備等でリアルタイムにモ
ニタリニグすることができる。
【0011】請求項3記載の発明は、上記請求項2記載
の発明において、上記水中航走体は計測した絶対位置情
報と共に他の観測情報を水中音響通信により発信し、上
記第1の受信手段は、上記水中航走体から送られてくる
絶対位置情報及び観測情報を受信し、上記第2の発信手
段は、第1の受信手段で得た絶対位置情報及び観測情報
を水上通信により発信することを特徴とする。
【0012】このような構成とすれば、上記請求項2記
載の発明の作用に加えて、上記水中航走体が得た観測情
報も併せて支援船や地上設備等でリアルタイムにモニタ
リニグすることができる。
【0013】請求項4記載の発明は、上記請求項3記載
の発明において、上記複数のブイはそれぞれ、水上通信
により送られてきた上記水中航走体の運用に関するコマ
ンド情報を受信する第2の受信手段をさらに有し、上記
第1の発信手段は、上記第2の受信手段で得た上記水中
航走体の運用に関するコマンド情報も併せて発信するこ
とを特徴とする。
【0014】このような構成とすれば、上記請求項3記
載の発明の作用に加えて、モニタリングした内容に対応
して上記水中航走体の運用状態をリアルタイムに遠隔操
縦することができる。
【0015】請求項5記載の発明は、誘導対象の水中航
走体への音響測位用音源、電波測位装置、及び上記音響
測位用音源からの音響信号と上記電波測位装置で得た測
位情報とを発信する、洋上に浮遊する複数のブイを用
い、上記水中航走体に、これら複数のブイからの音響信
号に基づく音響測位と測位情報によるブイの絶対位置デ
ータとにより自己の絶対位置をリアルタイムに計測させ
ることを特徴とする。
【0016】このような方法をとれば、設置及び回収が
非常に容易で測位精度が高く、リアルタイムで水中航走
体での絶対位置の測位を行なわせることが可能となる。
請求項6記載の発明は、上記請求項5記載の発明におい
て、上記水中航走体は計測した絶対位置情報を水中音響
通信により発信し、上記複数のブイはそれぞれ、上記水
中航走体から送られてくる絶対位置情報を受信し、受信
した上記水中航走体の絶対位置情報を水上通信により発
信することを特徴とする。
【0017】このような方法をとれば、上記請求項5記
載の発明の作用に加えて、上記水中航走体で測位した絶
対位置の情報を支援船や地上設備等でリアルタイムにモ
ニタリニグさせることができる。
【0018】請求項7記載の発明は、上記請求項6記載
の発明において、上記水中航走体は計測した絶対位置情
報と共に他の観測情報を水中音響通信により発信し、上
記複数のブイはそれぞれ、上記水中航走体から送られて
くる絶対位置情報及び観測情報を受信し、受信した絶対
位置情報及び観測情報を水上通信により発信することを
特徴とする。
【0019】このような方法をとれば、請求項6記載の
発明の作用に加えて、上記水中航走体が得た観測情報も
併せて支援船や地上設備等でリアルタイムにモニタリニ
グすることができる。
【0020】請求項8記載の発明は、上記請求項7記載
の発明において、上記複数のブイはそれぞれ、水上通信
により送られてきた上記水中航走体の運用に関するコマ
ンド情報を受信し、受信した上記水中航走体の運用に関
するコマンド情報も上記音響測位用音源からの音響信号
と上記電波測位装置で得た測位情報に併せて発信するこ
とを特徴とする。
【0021】このような方法をとれば、上記請求項7記
載の発明の作用に加えて、モニタリングした内容に対応
して上記水中航走体の運用状態をリアルタイムに遠隔操
縦させることができる。
【0022】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の一形態を説明する。図1は水中航走体1とその誘導を
行なうLBL浮遊ブイ2,2,…を含むシステム全体の
構成を例示するもので、各浮遊ブイ2,2,…は発信部
が本体の下部に吊り下げられるような形状を有するもの
で、水中航走体1の稼働範囲をカバーするように投入配
置され、海面を漂流しつつ以下の計測及び通信を行なう
べく装備されている。
【0023】すなわち、浮遊ブイ2,2,…は通信衛星
3を介して図示しない支援船や地上基地などの設備と通
信する機能を有すると共に、水中音響部4により上記水
中航走体1とデータ伝送を行なう機能を基本的に有して
いる。
【0024】また、水中航走体1がLBL音響測位を行
なうのに必要な所定の周波数の音響信号は、ブイ本体内
に設けられた音響測位信号の発信制御及び信号処理を行
なう電子回路5により同期すべく発振され、音響トラン
スデューサ6により測位信号として発信される。
【0025】これら浮遊ブイ2,2,…からの測位信号
は、水中航走体1のLBL受波器11によって受波さ
れ、信号処理回路12によってその到達時間差から各浮
遊ブイ2,2,…との相対位置の測位が行なわれる。
【0026】また、上記各浮遊ブイ2,2,…はそれぞ
れ図示する如くGPSアンテナ7と上記電子回路5内に
そのレシーバ回路とを有しており、高い精度でその絶対
位置が測定可能となるもので、その測位データは、他の
指令データなどと共に水中音響部4によって上記音響測
位信号とほぼ同時に水中航走体1に伝送される。
【0027】この水中音響部4からのデータは、水中航
走体1で上記LBL受波器11とは別に設けられた水中
音響伝送部13によって受信され、信号処理回路14に
よって他のデータと分離、デコードされるもので、この
信号処理回路14により得られた浮遊ブイ2,2,…の
絶対位置データと、上記信号処理回路12で得た水中航
走体1の浮遊ブイ2,2,…に対する相対的な音響測位
データとによって信号処理回路15が座標変換処理を行
なうことで、観測に必要な水中航走体1の絶対位置デー
タが算出され、信号処理回路15は算出したデータを観
測点の位置データとして記憶保持する一方、航跡データ
として他の観測データと共に水中音響伝送部13を介し
て上記浮遊ブイ2,2,…のうち最も近い位置にあるも
のに対して送信させる。
【0028】水中航走体1から送信されたデータは、最
寄りの浮遊ブイ2の水中航走体1の水中音響部4で受信
され、電子回路5により処理された後に、上記GPSア
ンテナ7と共に海面上に突出するようにして設けられた
送受信アンテナ8によって上記通信衛星3へ送信され、
支援船、地上基地に実航跡データとして供される。
【0029】次に上記浮遊ブイ2に備えられる電子回路
5の内部構成について図2を用いて説明する。同図にお
いて、GPSアンテナ7で受信した複数のGPS衛星か
らのGPS信号はレシーバ回路21に送られ、ここで当
該浮遊ブイ2の正確な絶対位置が計測されるもので、得
られた測位データはバッファ(buf)22からバスB
を介して、CPU23の制御の下にメモリ24に記憶保
持される。
【0030】このバスBには、同期クロック(CLK)
発振器25から測位のために上記水中航走体1と同期を
とったクロックが供給されており、上記CPU23はこ
のクロックに基づいて回路全体の動作制御を行なうもの
である。
【0031】また、周波数制御回路26にて指定された
周波数が選択されることで、発振器27から所定の周波
数の発信信号が作成され、トリガ制御回路28、増幅器
(Amp.)29を介して音響測位に必要な音響信号が
音響トランスデューサ6より上記水中航走体1に向けて
発信される。
【0032】一方、上記メモリ24に記憶保持した当該
浮遊ブイ2の絶対位置の測位データ等は、変換部30及
び変復調部31で所定の音響伝送信号に変えられた後に
送受信部32で発信器33からの搬送波周波数信号に重
畳されて水中音響部4より水中航走体1に向けて発信さ
れる。
【0033】また、水中航走体1の水中音響伝送部13
から送られてきたデータは、この水中音響部4で受信さ
れ、送受信部32で発信器33からの搬送波周波数信号
により該搬送波周波数成分が除去された後、変復調部3
1、変換部30を介して復調されるもので、この復調さ
れたデータに基づいて信号処理部34が必要な変換処理
等を施した後に上記送受信アンテナ8により通信衛星3
へ送信する。
【0034】次いで、誘導対象である水中航走体1内の
信号処理回路12,14,15の構成について図3によ
り説明する。図示する如く、LBL受波器11で受信し
た複数の浮遊ブイ2,2,…からの測位信号は、信号処
理回路12内の増幅器(Amp.)41、及びバンドパ
スフィルタ(BPF)42により適宜増幅、周波数選別
された後、各周波数毎に発信器44からの局発信号に応
じてミキサ43で同期がとられ、フィルタ45、ゲイン
調整器46を介してスラントレンジカウンタ47で到達
時間(到達距離)の計測が行なわれるもので、これらの
処理は信号処理回路12にて所定の周期で行なわれ、得
られた結果は信号処理回路15内の記録装置51に蓄え
られる。
【0035】一方、上記浮遊ブイ2,2,…からのGP
Sによる絶対位置の測位データは、上述した如く水中音
響伝送部13によって受信された後、水中音響伝送部1
3内の変換回路48にて所定の変換処理がなされた後に
バッファ49に保持され、信号処理回路15内のバスB
1を介して適宜この水中航走体1全体の動作制御を行な
うCPU50により読出される。
【0036】しかるにこのCPU50は、上記記録装置
51に記録した浮遊ブイ2,2,…との相対位置を表わ
す測位データと信号処理回路14のバッファ49に保持
される浮遊ブイ2,2,…の絶対位置の測位データとに
基づいて、その時点での水中航走体1の絶対位置を座標
変換処理等を施すことにより算出し、算出した測位デー
タを上記記録装置51に記録させる。この測位データ
は、他の観測データと共に上記信号処理回路14を介し
て水中音響伝送部13により、上記浮遊ブイ2,2,…
に対して発信される。
【0037】浮遊ブイ2,2,…、通信衛星3を介して
水中航走体1から航跡データ及び観測データなどの伝送
を受けた支援船、地上基地と腕は、これらの情報をモニ
タリングし、必要となれば適切な指令をコマンド情報と
して前述した双方向通信機能により通信衛星3、浮遊ブ
イ2,2,…を経由して水中航走体1に送信し、水中航
走体1を制御誘導する。
【0038】なお、上記信号処理回路15内の52は上
記CPU50の動作クロックを供給する同期クロック発
振器、53は水中航走体1を運行し、観測を実行する上
での各種制御を行なう制御回路である。
【0039】上記のような構成にあって、上記図1に示
した如くLBL測位用の発信器をその本体下部の水中に
吊り下げた装備を有する浮遊ブイ2,2,…は、測位に
必要な複数基、通常は3基を上記水中航走体1の稼働す
る略範囲上の海面にLBL測位に都合のよい距離、例え
ば数kmだけ相互に離して投入する。
【0040】各浮遊ブイ2,2,…には、水中部にLB
L測位用の超音波送波を行なう音響トランスデューサ6
及び水中航走体1とデータ伝送を行なうための水中音響
部4が装備されており、また本体の海面上側にGPS信
号を受信するGPSアンテナ7及び通信衛星3との通信
を行なうための送受信アンテナ8が装備されているもの
で、数秒程度の短い周期にて、計測したそれぞれの正確
な絶対位置データと音響測位用の超音波とを水中航走体
1に向けて発信する。
【0041】水中航走体1では、各浮遊ブイ2,2,…
から送られてきた信号に基づいて、その伝達の時間差に
より各浮遊ブイ2,2,…との相対距離を測定し、同時
に送られてきた各浮遊ブイ2,2,…の絶対位置データ
から所定の信号処理によって水中航走体1自身の絶対位
置を算出し、記録する。
【0042】以上の演算による水中航走体1の絶対位置
測位を、予想される浮遊ブイ2,2,…と水中航走体1
との距離に応じて設定されるLBL測位間隔、信号伝送
間隔(例えば4〜8秒間隔)にて実行することで、非常
に高い精度のリアルタイム計測を実現することができ
る。
【0043】こうして水中航走体1により測位された絶
対位置のデータは、他の海水温度塔の観察データと共に
代表となる浮遊ブイ2あるいは最寄りの浮遊ブイ2に水
中音響伝送され、その浮遊ブイ2から例えばインテルサ
ット等の通信衛星3を経由して支援船または地上基地等
の設備までデータ転送される。
【0044】しかるに、支援船あるいは地上基地塔の設
備では、水中航走体1の航跡の監視をリアルタイムにて
実施すると共に、観察データなどの収集分析もリアルタ
イムで実施することができるもので、もし水中航走体1
の行動や観察データに異状があった場合、行動プログラ
ムの変更が生じた場合などでは、この設備から上記デー
タ転送と逆の経路により通信衛星3、浮遊ブイ2,2,
…を経由してコード化したコマンド情報を水中航走体1
に送信することにより、その運行状態を遠隔操縦するこ
とができる。
【0045】なお、上記実施の形態では、測位方式とし
てLBLを用いるものとしたが、他の測位方法、例えば
SSBLを用いるものとしてもよいことは勿論である。
その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲内で種々変
形して実施することが可能であるものとする。
【0046】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、設置及び
回収が非常に容易で測位精度が高く、リアルタイムで水
中航走体での絶対位置の測位を行なうことが可能とな
る。請求項2記載の発明によれば、上記請求項1記載の
発明の効果に加えて、上記水中航走体で測位した絶対位
置の情報を支援船や地上設備等でリアルタイムにモニタ
リニグすることができる。
【0047】請求項3記載の発明によれば、上記請求項
2記載の発明の効果に加えて、上記水中航走体が得た観
測情報も併せて支援船や地上設備等でリアルタイムにモ
ニタリニグすることができる。
【0048】請求項4記載の発明によれば、上記請求項
3記載の発明の効果に加えて、モニタリングした内容に
対応して上記水中航走体の運用状態をリアルタイムに遠
隔操縦することができる。
【0049】請求項5記載の発明によれば、設置及び回
収が非常に容易で測位精度が高く、リアルタイムで水中
航走体での絶対位置の測位を行なわせることが可能とな
る。請求項6記載の発明によれば、上記請求項5記載の
発明の効果に加えて、上記水中航走体で測位した絶対位
置の情報を支援船や地上設備等でリアルタイムにモニタ
リニグさせることができる。
【0050】請求項7記載の発明によれば、請求項6記
載の発明の効果に加えて、上記水中航走体が得た観測情
報も併せて支援船や地上設備等でリアルタイムにモニタ
リニグすることができる。
【0051】請求項8記載の発明によれば、上記請求項
7記載の発明の効果に加えて、モニタリングした内容に
対応して上記水中航走体の運用状態をリアルタイムに遠
隔操縦させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るシステム全体の構
成を示す図。
【図2】図1の浮遊ブイ内の回路構成を示すブロック
図。
【図3】図1の水中航走体内の回路構成を示すブロック
図。
【符号の説明】
1…水中航走体 2…浮遊ブイ 3…通信衛星 4…水中音響部 5…電子回路 6…音響トランスデューサ 7…GPSアンテナ 8…送受信アンテナ 11…LBL受波器 12,14,15…信号処理回路 13…水中音響伝送部 21…レシーバ回路 22…バッファ(buf.) 23…CPU 24…メモリ 25…同期クロック発振器 26…周波数制御回路 27…発振器 28…トリガ制御回路 29…増幅器(Amp.) 30…変換部 31…変復調部 32…送受信部 33…発信器 34…信号処理部 41…増幅器(Amp.) 42…バンドパスフィルタ(BPF) 43…ミキサ 44…発信器 45…フィルタ 46…ゲイン調整器 47…スラントレンジカウンタ 48…変換回路 49…バッファ(buf.) 50…CPU 51…記録装置 52…同期クロック発振器 53…制御回路

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 誘導対象の水中航走体への音響測位用音
    源、電波測位装置、及び上記音響測位用音源からの音響
    信号と上記電波測位装置で得た測位情報とを発信する第
    1の発信手段を有する、洋上に浮遊する複数のブイを備
    え、 上記水中航走体は、これら複数のブイからの音響信号に
    基づく音響測位と測位情報によるブイの絶対位置データ
    とにより自己の絶対位置をリアルタイムに計測すること
    を特徴とする水中航走体誘導装置。
  2. 【請求項2】 上記水中航走体は計測した絶対位置情報
    を水中音響通信により発信し、 上記複数のブイはそれぞれ、上記水中航走体から送られ
    てくる絶対位置情報を受信する第1の受信手段と、 この第1の受信手段で得た上記水中航走体の絶対位置情
    報を水上通信により発信する第2の発信手段とをさらに
    有することを特徴とする請求項1記載の水中航走体誘導
    装置。
  3. 【請求項3】 上記水中航走体は計測した絶対位置情報
    と共に他の観測情報を水中音響通信により発信し、 上記第1の受信手段は、上記水中航走体から送られてく
    る絶対位置情報及び観測情報を受信し、 上記第2の発信手段は、第1の受信手段で得た絶対位置
    情報及び観測情報を水上通信により発信することを特徴
    とする請求項2記載の水中航走体誘導装置。
  4. 【請求項4】 上記複数のブイはそれぞれ、水上通信に
    より送られてきた上記水中航走体の運用に関するコマン
    ド情報を受信する第2の受信手段をさらに有し、 上記第1の発信手段は、上記第2の受信手段で得た上記
    水中航走体の運用に関するコマンド情報も併せて発信す
    ることを特徴とする請求項3記載の水中航走体誘導装
    置。
  5. 【請求項5】 誘導対象の水中航走体への音響測位用音
    源、電波測位装置、及び上記音響測位用音源からの音響
    信号と上記電波測位装置で得た測位情報とを発信する、
    洋上に浮遊する複数のブイを用い、 上記水中航走体に、これら複数のブイからの音響信号に
    基づく音響測位と測位情報によるブイの絶対位置データ
    とにより自己の絶対位置をリアルタイムに計測させるこ
    とを特徴とする水中航走体誘導方法。
  6. 【請求項6】 上記水中航走体は計測した絶対位置情報
    を水中音響通信により発信し、 上記複数のブイはそれぞれ、上記水中航走体から送られ
    てくる絶対位置情報を受信し、 受信した上記水中航走体の絶対位置情報を水上通信によ
    り発信することを特徴とする請求項5記載の水中航走体
    誘導方法。
  7. 【請求項7】 上記水中航走体は計測した絶対位置情報
    と共に他の観測情報を水中音響通信により発信し、 上記複数のブイはそれぞれ、上記水中航走体から送られ
    てくる絶対位置情報及び観測情報を受信し、 受信した絶対位置情報及び観測情報を水上通信により発
    信することを特徴とする請求項6記載の水中航走体誘導
    方法。
  8. 【請求項8】 上記複数のブイはそれぞれ、水上通信に
    より送られてきた上記水中航走体の運用に関するコマン
    ド情報を受信し、 受信した上記水中航走体の運用に関するコマンド情報も
    上記音響測位用音源からの音響信号と上記電波測位装置
    で得た測位情報に併せて発信することを特徴とする請求
    項7記載の水中航走体誘導方法。
JP8267192A 1996-10-08 1996-10-08 水中航走体誘導装置及び方法 Pending JPH10111352A (ja)

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