WO2017099219A1 - 水中航走体の経路設定方法、それを用いた水中航走体の最適制御方法及び水中航走体 - Google Patents

水中航走体の経路設定方法、それを用いた水中航走体の最適制御方法及び水中航走体 Download PDF

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岡秀 金
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国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所
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Definitions

  • the present invention relates to a route setting method for an underwater vehicle, an optimum control method for the underwater vehicle using the same, and an underwater vehicle.
  • a technology that includes depth setting means for setting the depth of an underwater vehicle and that controls the stern snake based on a set predetermined depth (Patent Document 1).
  • a limit circuit is provided between the depth setting means and the depth control means, and the underwater vehicle is controlled by the limit circuit so as not to contact the bottom of the water.
  • Patent Document 2 a technology that improves the estimation accuracy of the motion state quantity using a motion model that follows the motion characteristics of the underwater vehicle in order to estimate the motion state quantity when performing the automatic operation of the underwater vehicle.
  • Patent Document 3 a technique for performing steering control of an underwater vehicle in consideration of the influence of a tidal current or the like is disclosed.
  • Patent Document 4 Technology that obtains state information such as the speed, depth, altitude, and attitude angle of the underwater vehicle, sets a safe area for safe navigation based on the state information, and controls the underwater vehicle so that it can navigate within the safe area Is disclosed (Patent Document 5).
  • JP-A 63-273797 Japanese Patent Laid-Open No. 05-016878 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-127893 JP 2007-292729 A Japanese Patent Laying-Open No. 2015-063181
  • the reflection intensity of exploration signals such as sound waves has a property that is inversely proportional to the angle of incidence on the water bottom. That is, the reflection intensity is much weaker at a shallow incidence (large incident angle) with respect to the bottom of the water than at a normal incidence (0 degree incidence). Therefore, in the case of a complicated underwater terrain rich in undulations, the intensity of the reflected signal correlates with the terrain and becomes weaker than in the case of a flat surface. Furthermore, the problem of multipath becomes more noticeable on complex bottom terrain than on a flat bottom. As a result, the reliability of the altitude measurement value by the altimeter also decreases.
  • altitude control navigation is rarely adopted except when altitude information is stably obtained with high accuracy, such as a flat bottom. Many are used.
  • the target depth is set so that the traveling body is separated from the bottom by an appropriate distance, and control is performed to prevent collision with the bottom.
  • the relationship between the water bottom topography and the AUV dynamics is not quantitatively evaluated, and there is a risk of water bottom collision in a steep water bottom topography.
  • the target depth is set so as to be separated from the bottom by a sufficient distance in order to avoid collision with the bottom, the quality and resolution of data that can be acquired from the bottom will be significantly reduced. For this reason, in practice, the target depth is set at an appropriate distance from the bottom of the water based on experience and intuition.
  • the underwater vehicle has a specific posture, for example, a posture parallel to the water bottom, depending on the sensors used for the bottom survey. In this case, it is desirable to navigate on a trajectory that most closely approximates the slope of the bottom while avoiding collision with the bottom.
  • the present invention provides a path setting method for an underwater vehicle capable of performing navigation control by setting an optimum route with respect to a reference for the underwater vehicle, It is an object of the present invention to provide an optimal underwater vehicle control method and an underwater vehicle using the same.
  • a path setting method for an underwater vehicle corresponding to claim 1 includes a submarine point input step for inputting a submerged point of the underwater vehicle, a target value setting step for setting an initial target value at the submerged point, and a reference
  • a submarine simulation step for simulating a submerged path of the underwater vehicle with respect to the target value based on a motion model of the underwater vehicle using the data on the bottom terrain and the target value
  • a target value update step for updating the target value based on the value of the evaluation function calculated based on the submerged route obtained by simulation, and optimal by repeating the submerged simulation step and the target value update step
  • the target value is derived.
  • the target value is a target depth at the submergence point.
  • a minimum allowable altitude setting step for setting a minimum allowable altitude of the underwater vehicle uses the underwater terrain data and the target depth as a motion model of the underwater vehicle. It is preferable to derive the optimum target depth by simulating the calculated submarine altitude of the underwater vehicle based on the target depth and comparing the calculated submarine altitude with the minimum allowable altitude.
  • the target value update step updates the target depth so that the minimum value of the calculated submarine altitude approaches the minimum allowable altitude when there is a difference between the minimum value of the calculated submarine altitude and the minimum allowable altitude. It is preferable to do.
  • the value of the evaluation function is a sum of absolute values of differences between the calculated submarine altitudes and the minimum allowable altitudes at a plurality of the submerged points, or a sum of squares of the differences
  • the target value update step includes the evaluation value It is preferable to update the target depth so that the value of the function becomes small.
  • the target value is a target altitude at the submergence point.
  • a minimum allowable altitude setting step for setting a minimum allowable altitude of the underwater vehicle uses the underwater terrain data and the target altitude to generate a motion model of the underwater vehicle. It is preferable that the optimum target altitude is derived by simulating the calculated submarine altitude of the underwater vehicle based on the target altitude and comparing the calculated submarine altitude with the minimum allowable altitude.
  • the target value update step updates the target altitude so that the minimum value of the calculated submarine altitude approaches the minimum allowable altitude when there is a difference between the minimum value of the calculated submarine altitude and the minimum allowable altitude. It is preferable to do.
  • the value of the evaluation function is a sum of absolute values of differences between the calculated submarine altitudes and the minimum allowable altitudes at a plurality of the submerged points, or a sum of squares of the differences
  • the target value update step includes the evaluation value It is preferable to update the target altitude so that the value of the function becomes small.
  • the target value is a target reference posture of the underwater vehicle at the submerged point.
  • a minimum allowable altitude setting step for setting a minimum allowable altitude of the underwater vehicle, wherein the submerged simulation step uses the underwater terrain data and the target basic posture to move the underwater vehicle motion model. It is preferable to derive the optimum target basic attitude by simulating the calculated submarine altitude of the underwater vehicle based on the target basic attitude and comparing the calculated submarine altitude with the minimum allowable altitude.
  • the target basic attitude is set so that the minimum value of the calculated submarine altitude approaches the minimum allowable altitude. It is preferable to update.
  • the value of the evaluation function is a sum of absolute values of differences between the calculated submarine altitudes and the minimum allowable altitudes at a plurality of the submerged points, or a sum of squares of the differences
  • the target value update step includes the evaluation value It is preferable to update the target basic posture so that the value of the function becomes small.
  • the number of repetitions of the submarine simulation step and the target value update step is predetermined.
  • a reference path instead of the water bottom topography data.
  • a reference posture of the underwater vehicle at the submerged point instead of the data on the bottom of the sea bottom.
  • a reference angle of the underwater vehicle at the submerged point instead of the data on the bottom terrain.
  • the optimum control method for an underwater vehicle controls the underwater vehicle using the optimum target value obtained by the route setting method for the underwater vehicle.
  • the optimum target value is compared with the position of the underwater vehicle, and the motion control system of the underwater vehicle is controlled according to the comparison result.
  • the underwater vehicle is urgently levitated when the optimum target value and the position of the underwater vehicle are out of a predetermined condition.
  • observation control for observing the water bottom topography.
  • the underwater vehicle according to claim 21 is a target value acquisition unit that acquires the optimum target value obtained by the route setting method of the underwater vehicle, and a storage unit that stores the acquired target value. And a motion control unit that controls the driving means using the target value stored in the storage unit.
  • At least one of a depth measurement unit, an altitude measurement unit, and an attitude measurement unit is provided, and the motion control unit stores at least one measurement value of the depth measurement unit, the altitude measurement unit, and the attitude measurement unit and the storage It is preferable to control the driving means by comparing with the target value stored in the section.
  • an obstacle detection unit is provided, and the movement control unit controls the driving unit in accordance with a detection result by the obstacle detection unit.
  • an inertial navigation means is provided, and the motion control unit controls the drive means based on an output of the inertial navigation means.
  • an observation means for observing the water bottom topography it is preferable to provide an observation means for observing the water bottom topography.
  • a submerged point input step for inputting a submerged point of the underwater vehicle, and a target value setting step for setting an initial target value at the submerged point
  • a submarine simulation step for simulating a submerged route of the underwater vehicle with respect to the target value based on a motion model of the underwater vehicle using the data of the bottom water topography and the target value as a reference, and the submarine simulation
  • a target value update step for updating the target value based on the value of the evaluation function calculated based on the submarine route obtained by the simulation in the step, and repeating the submarine simulation step and the target value update step
  • the target value is the target depth at the submergence point
  • the underwater vehicle can be submerged at an optimal target depth at the submergence point, and a route can be set that can realize navigation at the optimal submergence depth according to the purpose of observation or the like. It becomes.
  • a minimum allowable altitude setting step for setting a minimum allowable altitude of the underwater vehicle uses the underwater terrain data and the target depth as a motion model of the underwater vehicle. Simulating the underwater vehicle's calculated underwater altitude based on the target depth and deriving the optimum target depth by comparing the underwater vehicle with the minimum allowable altitude, It is possible to set a route by which the underwater vehicle can be submerged at an optimal target depth at the submergence point while avoiding approaching the bottom of the water more than the minimum allowable altitude.
  • the target depth is updated so that the minimum value of the calculated submarine altitude approaches the minimum allowable altitude.
  • the optimum target depth can be set so that the underwater vehicle is as close as possible to the bottom of the submarine while avoiding the bottom of the underwater vehicle from approaching the minimum allowable altitude.
  • the evaluation function is a sum of absolute values of differences between the calculated submarine altitude and the minimum allowable altitude or a sum of squares of the differences at a plurality of submergence points
  • the target value update step includes: By updating the target depth so as to be smaller, the absolute sum of the differences between the calculated submarine altitude and the minimum allowable altitude at the plurality of submerged points or the sum of the squares of the differences are minimized.
  • the optimum target depth can be set at the submergence point.
  • the target value is the target altitude at the submersible point
  • the optimal target altitude optimized according to the bottom terrain at the submersible point can be set.
  • the underwater vehicle can be submerged at an optimal target altitude at the submergence point, and a route can be set that can realize navigation at the optimal submarine altitude according to the purpose of observation or the like. It becomes.
  • a minimum allowable altitude setting step for setting a minimum allowable altitude of the underwater vehicle uses the underwater terrain data and the target altitude to generate a motion model of the underwater vehicle. Simulating the underwater vehicle's calculated underwater altitude based on the target altitude, and deriving the optimal target altitude by comparing the calculated underwater altitude with the minimum allowable altitude. It is possible to set a route by which the underwater vehicle can be submerged at an optimal target altitude at the submergence point while avoiding approaching the bottom of the water more than the minimum allowable altitude.
  • the target value update step updates the target altitude so that the minimum value of the calculated submarine altitude approaches the minimum allowable altitude when there is a difference between the calculated submarine altitude and the minimum allowable altitude.
  • the optimum target altitude can be set so that the underwater vehicle is as close to the bottom as possible at the submergence point while avoiding the bottom of the underwater vehicle from approaching the minimum allowable altitude.
  • the evaluation function is a sum of absolute values of differences between the calculated submarine altitude and the minimum allowable altitude or a sum of squares of the differences at a plurality of submergence points
  • the target value update step includes: By updating the target altitude so that it becomes smaller, the sum of absolute values of differences between the calculated submarine altitude and the minimum allowable altitude at the plurality of diving points or the sum of squares of the differences are minimized.
  • the optimum target altitude can be set at the submergence point.
  • the target value is the target reference posture of the underwater vehicle at the submergence point, so that the optimum target reference posture optimized for the bottom terrain at the submergence point can be set.
  • the underwater vehicle can be submerged at the submergence point so as to have the optimum target reference posture, and the route setting capable of realizing the navigation with the optimum submergence posture according to the purpose of observation or the like can be realized. It becomes possible.
  • a minimum allowable altitude setting step for setting a minimum allowable altitude of the underwater vehicle, wherein the submerged simulation step uses the underwater terrain data and the target basic posture to move the underwater vehicle motion model. Based on the target basic attitude, simulating the calculated submarine altitude of the underwater vehicle and deriving the optimal target basic attitude by comparing the calculated submarine altitude and the minimum allowable altitude. It is possible to set a route by which the underwater vehicle can be submerged so as to be in the optimum target reference posture at the submergence point while avoiding the runner from approaching the bottom of the water more than the minimum allowable altitude.
  • the target basic attitude is set so that the minimum value of the calculated submarine altitude approaches the minimum allowable altitude.
  • the value of the evaluation function is a sum of absolute values of differences between the calculated submarine altitudes and the minimum allowable altitudes at a plurality of the submerged points, or a sum of squares of the differences
  • the target value update step includes the evaluation value
  • the submerged simulation can be rounded up at an appropriate number of times.
  • the underwater navigation at the submarine point by using a reference path instead of the water bottom topography data, or using a reference angle of the underwater vehicle at the submersible point instead of the water bottom topography data, the underwater navigation at the submarine point.
  • the target value can be optimized so that the runner approaches the reference path or reference angle.
  • the underwater vehicle optimal control method wherein the underwater vehicle is controlled by using the optimum target value obtained by the underwater vehicle path setting method.
  • the underwater vehicle can be submerged at an optimal target value that is optimized in accordance with the bottom terrain, and navigation in an optimal submerged state according to the purpose can be realized.
  • the optimum target value and the position of the underwater vehicle are compared, and the motion control system of the underwater vehicle is controlled according to the comparison result, whereby the optimum control method for the underwater vehicle. Can be specifically realized.
  • the underwater vehicle when the optimal target value and the position of the underwater vehicle are out of a predetermined condition, the underwater vehicle is likely to collide with an obstacle or the like by urgently ascending the underwater vehicle. In some cases, danger can be avoided.
  • observation control for observing the water bottom topography
  • observation can be performed while navigating in a submerged state suitable for observation.
  • the underwater vehicle according to claim 21 is a target value acquisition unit that acquires the optimum target value obtained by the route setting method of the underwater vehicle, and a storage unit that stores the acquired target value. And by using a motion control unit that controls the drive means using the target value stored in the storage unit, it is possible to submerge with an optimal target value that is optimized according to the bottom terrain at the submergence point. It is possible to achieve navigation in an optimal submerged condition according to the purpose.
  • the motion control unit stores at least one measurement value of the depth measurement unit, the altitude measurement unit, and the attitude measurement unit and the storage
  • the optimum control method for the underwater vehicle can be specifically realized to obtain the optimum target value.
  • an inertial navigation means is provided, and the motion control unit controls the driving means based on the output of the inertial navigation means, so that the position information is not obtained from the outside, and only the own aircraft can It is possible to dive with the optimum target value optimized for the bottom terrain.
  • observation can be performed while navigating in a submerged state suitable for observation.
  • FIG. 8 is an observation system diagram of the bottom bottom terrain using the underwater vehicle in the embodiment of the present invention.
  • the observation system includes an underwater vehicle 100 put into the water, a route setting device 200, and a support vessel 300 on the water carrying the same. Since the underwater vehicle 100 observes the bottom terrain 400 at the submergence point, the underwater vehicle 100 navigates along the optimal submarine route that can be approached most closely while preventing a collision with the bottom. Since the support ship 300 receives the GPS signal from the artificial satellite 500 and knows the geographical position of the ship, the support ship 300 can determine the geographical position of the underwater vehicle 100. An acoustic positioning device 310 is mounted on the support ship 300, and the relative position of the underwater underwater vehicle 100 from the support ship 300 can be grasped.
  • the relative position of the underwater vehicle 100 itself with respect to the support vessel 300 can be detected by the position detection means mounted on the underwater vehicle 100, and these relative positions can be detected via the acoustic communication device 320. And the underwater vehicle 100 can grasp each other. Therefore, the geographical position obtained by the support ship 300 and the relative position by the position detection means of the acoustic positioning device 310 or the underwater vehicle 100 are combined to determine the geographical position of the underwater vehicle 100 and / or the water. It can be grasped by the medium running body 100.
  • the underwater vehicle 100 in the embodiment of the present invention includes a hull 10, a main propeller 12, a main propeller drive motor 14, a vertical rudder 16, and a vertical rudder drive motor 18.
  • Horizontal rudder 20, horizontal rudder drive motor 22, depth meter 24, altimeter 26, obstacle sensor 28, observation sensor 30, inertial navigation device 32 which is also a position detecting means, control device 34, acoustic communication device 36 and acoustic positioning device 38 is comprised.
  • the underwater vehicle 100 is, for example, an autonomous unmanned submersible (AUV), but is not limited thereto.
  • the hull 10 is a sealable structure that constitutes a space such as a boat cabin.
  • the boat body 10 is made of metal, reinforced plastic, or the like, and also serves to mechanically support the components of the underwater vehicle 100.
  • the main propulsion unit 12 is a component that generates a driving force for propelling the underwater vehicle 100.
  • the main propulsion unit 12 includes, for example, a propeller, a rotation shaft, and the like.
  • the main propulsion device drive motor 14 is a motor for applying a driving force to the main propulsion device 12.
  • the main propulsion unit drive motor 14 receives the drive control signal from the control device 34, and rotates the rotation shaft of the main propulsion unit 12 with the rotation speed and torque according to the drive control signal by the electric power from the battery 14a. Thereby, the propeller connected to the drive shaft is rotated, and a propulsive force is given to the underwater vehicle 100.
  • the vertical rudder 16 is a rudder for turning (turning) the hull 10 left and right. By tilting the vertical rudder 16 to the right or left with respect to the hull 10, the hull 10 can be turned to the left or right.
  • the vertical rudder drive motor 18 is a motor that generates a driving force for rotating the vertical rudder 16.
  • the vertical rudder drive motor 18 receives the vertical snake control signal from the control device 34, and drives the vertical rudder 16 to rotate at an angle corresponding to the vertical snake control signal.
  • Separate main propulsion units 12 are provided on the left and right sides, and the hull 10 is turned (turned) in the left-right direction by adjusting the balance of thrust of the left and right main propulsion units 12 without depending on the vertical rudder 16. It is good also as a structure.
  • the horizontal rudder 20 is a rudder for raising and lowering the hull 10. By tilting the horizontal rudder 20 up or down with respect to the hull 10, the hull 10 can be lowered (pitch down) or raised (pitch up).
  • the horizontal rudder drive motor 22 is a motor that generates a driving force for rotating the horizontal rudder 20.
  • the horizontal rudder drive motor 22 receives the horizontal snake control signal from the control device 34, and rotates the horizontal rudder 20 so as to have an angle corresponding to the horizontal snake control signal.
  • the depth meter 24 is a device that measures and outputs the distance (depth) from the water surface of the underwater vehicle 100.
  • the depth gauge 24 measures the depth from, for example, the water pressure applied to the hull 10 of the underwater vehicle 100.
  • the depth meter 24 outputs the measured depth to the control device 34.
  • the altimeter 26 is a device that measures and outputs the distance (altitude) from the bottom of the underwater vehicle 100. For example, the altimeter 26 outputs a sound wave toward the lower side of the hull 10 and measures the altitude from the time until the sound wave reflected by the bottom of the water is received. The altimeter 26 outputs the measured altitude to the control device 34.
  • the obstacle sensor 28 is a sensor for detecting an obstacle present in the traveling direction (forward) of the underwater vehicle 100.
  • the obstacle sensor 28 outputs, for example, a sound wave toward the front of the hull 10 (or slightly downward in the forward direction), and the presence of the obstacle from the time until the sound wave reflected by the obstacle existing in that direction is received. And measure the distance to it.
  • the obstacle sensor 28 outputs an obstacle detection result to the control device 34.
  • the observation sensor 30 is a sensor for observation performed by the underwater vehicle 100.
  • the observation sensor 30 can be various sensors according to the purpose of observation.
  • the observation sensor 30 can be, for example, a sound wave sensor, an electromagnetic wave sensor, an optical sensor, a pressure sensor, a heat sensor, or the like.
  • the observation sensor 30 outputs the observation result to the control device 34.
  • the inertial navigation device 32 includes an acceleration sensor and a gyro sensor that measure acceleration when the hull 10 moves, and obtains position information of the hull 10 by integrating the acceleration measured by these twice with time.
  • the position information of the underwater vehicle 100 obtained by the control device 34 is output to the control device 34.
  • the control device 34 receives information from the depth meter 24, the altimeter 26, the obstacle sensor 28, the observation sensor 30, and the inertial navigation device 32, and performs navigation control of the underwater vehicle 100 based on these information. Based on the position information from the inertial navigation device 32, the depth from the depth meter 24, and the altitude information from the altimeter 26, the control device 34 sets a preset submerged navigation point and a target value set by a route setting method described later.
  • the main propulsion unit 12, the vertical rudder drive motor 18 and the horizontal rudder drive motor 22 are controlled so that the hull 10 approaches the target depth, target altitude, target posture, target angle, and the like.
  • the navigation control by the control device 34 will be described later.
  • the acoustic communication device 36 is a device for communicating with the outside of the underwater vehicle 100 by sound waves.
  • the acoustic communication device 36 receives the measurement results of the depth meter 24, the altimeter 26, the obstacle sensor 28, the observation sensor 30 and the inertial navigation device 32 from the control device 34, information on navigation, etc., and travels the information underwater. Transmit to the outside of the body 100 (for example, a marine vessel). Moreover, the absolute position measured by GPS etc. in the exterior (for example, marine vessel etc.) is received.
  • the acoustic positioning device 38 receives the relative position of the underwater vehicle 100 and the outside of the vessel.
  • the acoustic positioning device 38 acquires information on the relative position of the underwater vehicle 100 provided in a marine vessel or the like. This relative position information is input to the control device 34.
  • the control device 34 also acquires information on the absolute position of a marine vessel or the like acquired by the acoustic communication device 36, and the absolute position of the underwater vehicle 100 from the absolute position of the vessel and the relative position of the underwater vehicle 100 from the vessel. The position can be obtained.
  • the control device 34 can correct the position information acquired from the inertial navigation device 32 based on the absolute position information of the underwater vehicle 100 thus obtained.
  • control device 34 may change the position of the acoustic positioning device 38 when the difference between the position calculated from the relative position information acquired from the acoustic positioning device 38 and the position acquired from the inertial navigation device 32 is greater than a predetermined value.
  • the position of the inertial navigation device 32 is corrected.
  • the inertial navigation device 32 continues to estimate the position of the underwater vehicle 100 using the corrected position as a new initial value.
  • ⁇ Route setting method for underwater vehicle> The route setting process of the underwater vehicle 100 in the present embodiment will be described below. In the present embodiment, a mode in which route setting is performed by a route setting device 200 different from the underwater vehicle 100 will be described. However, the present invention is not limited to this, and the path setting device 200 may be mounted on the underwater vehicle 100.
  • the route setting device 200 is a computer including a processing unit 40, a storage unit 42, an input unit 44, and an output unit 46, as shown in FIG.
  • the processing unit 40 includes a CPU and the like.
  • the processing unit 40 performs a route setting process, which will be described later, by executing a route setting program stored in advance in the storage unit 42.
  • the storage unit 42 is a storage device for storing a route setting program, a boat motion calculation model, and various data.
  • the storage unit 42 can be, for example, a semiconductor memory, a hard disk, or the like.
  • the input unit 44 includes a device for inputting information necessary for route setting processing to the route setting device 200.
  • the input unit 44 can be a keyboard, a mouse, a touch panel, or the like.
  • the output unit 46 includes a device for outputting information such as a route obtained by the route setting device 200.
  • the output unit 46 can be a display, a printer, or the like.
  • the output unit 46 may be configured to output information to the control device 34 of the underwater vehicle 100 using a net interface or the like.
  • the route setting process is processed according to the flowchart of FIG. By executing the route setting process, the route setting device 200 functions as each unit shown in the functional block diagram of FIG.
  • step S10 initial setting is performed.
  • the route setting device 200 functions as the initial setting means 50.
  • the input unit 44 is used to input information on the water bottom landform 400 as a reference, set the maximum number of repetitions (Ne), and set the minimum allowable altitude (ha).
  • the information on the bottom terrain 400 is information indicating the level of the terrain for each coordinate of the bottom of the area to be navigated by the underwater vehicle 100, as indicated by the thick solid line in FIG.
  • the maximum number of repetitions (Ne) is the maximum number of repetitions in the route setting process.
  • the minimum allowable altitude (ha) is the minimum allowable altitude from the bottom of the water for setting a path in which the underwater vehicle 100 does not contact the bottom of the water.
  • step S12 submarine point input processing is performed.
  • the route setting device 200 functions as the submerged point setting means 52.
  • the submersible point is information indicating discrete coordinate points on the path traveled by the underwater vehicle 100 in a plane (a surface parallel to the water surface and the sea surface). That is, a two-dimensional navigation route of the underwater vehicle 100 is obtained by connecting the submergence points in order.
  • the submersible point is set in advance by an all submarine route plan based on an observation plan or the like.
  • step S14 an initial target value at each submergence point is set.
  • the route setting device 200 functions as the target value setting unit 54.
  • the target value is the target depth of the underwater vehicle 100. That is, as shown in FIG. 5, the initial depth value (indicated by white triangles in the figure) that is the target of the underwater path traveled by the underwater vehicle 100 is set for each submerged point input in step S12.
  • a boat motion model is set.
  • the route setting device 200 functions as the boat motion model setting means 56.
  • the hull motion model is also called AUV dynamics, and is used to calculate the motion of the hull 10 (or the underwater vehicle 100) in water on a calculation basis.
  • the motion equation (equations of motion expressed as a differential equation in the time domain). ) Is a typical example. In equations of motion, it is common to find the solution by inputting the force and moment components given to the velocity and angular velocity components as unknowns. In many cases, the initial condition is given by the analytical method in which the general solution is obtained. A numerical method is used to obtain a time series of velocity and angular velocity over time.
  • the boat motion model is a submarine simulation in the process. Is used as a tool for numerically determining the behavior of the hull 10 (AUV).
  • the coefficient term in the equation of motion is a function of the fluid force acting on the hull 10 and is often referred to as a hydrodynamic coefficient.
  • This dynamic fluid force coefficient can be obtained by a water tank test using a reduced model of the hull or numerical calculation by a computational fluid dynamics method. Since the equations of motion are variables and external force terms other than the dynamic fluid force coefficient, the equation of motion is completed by obtaining the dynamic fluid force coefficient.
  • steps S18 to S32 a submarine simulation for simulating a submerged route of the underwater vehicle 100 with respect to a target value based on a motion model of the underwater vehicle 100 using the data of the bottom terrain 400 and a target depth,
  • the target value update process for updating the target depth is repeated based on the evaluation function calculated based on the obtained submerged route, and the target value (target depth) at each submerged point is analyzed for optimization.
  • step S18 the counter ie is set to the initial value 0.
  • the counter ie is used to count the number of simulation iterations.
  • step S20 1 is added to the counter ie.
  • step S22 a submarine simulation is performed.
  • the route setting device 200 functions as the target value follow-up simulation execution unit 58.
  • the processing unit 40 uses the information on the bottom bottom terrain 400 input in step S10, the submerged point input in step S12, and the current target depth of each submerged point to obtain the hull motion model set in step S16.
  • the submerged navigation path of the underwater vehicle 100 is simulated so that the hull 10 approaches the bottom terrain 400 at each submergence point. Further, the submerged navigation path of the underwater vehicle 100 may be simulated so that the boat body 10 approaches the minimum allowable altitude (ha).
  • a new submerged route of the underwater vehicle 100 that is, a submerged depth at each submerged point (distance from the water surface to the hull 10; hereinafter referred to as a calculated submerged depth) and a submerged altitude (distance from the bottom to the hull 10) : Calculated diving altitude).
  • step S24 it is determined whether or not the distance from the water bottom (calculated submarine altitude) at each submarine point on the new submerged route obtained by the simulation in step S22 is greater than the minimum allowable altitude (ha).
  • the route setting device 200 functions as the submarine altitude confirmation means 60.
  • the simulation is terminated and the process proceeds to step S30.
  • the process proceeds to step S26.
  • step S26 it is determined whether or not the counter ie is equal to or less than the maximum number of repetitions (Ne).
  • the route setting device 200 functions as the repeat count confirmation unit 62. If the counter ie is equal to or less than the maximum number of repetitions (Ne), the process proceeds to step S28; otherwise, the process proceeds to step S30.
  • step S28 an optimization method based on the evaluation function is applied to update the target depth of each submergence point.
  • the route setting device 200 functions as the target value update unit 64.
  • the evaluation function is set for a specific target in the navigation of the underwater vehicle 100. For example, when it is desired to dive the hull 10 as deep as possible from the water surface, the sum of the calculated dive depths of the hull 10 in the entire submerged route is used as the evaluation function. Then, the processing unit 40 updates the target value at each submergence point so that the value of the evaluation function is as large as possible. Thereafter, the process is returned to step S20, and the submerged route simulation is repeated again using the new target value.
  • an optimum target value (optimum target depth) is set.
  • the route setting device 200 functions as the optimum target value setting means 66.
  • the processing unit 40 sets and outputs the currently set target depth as the optimum target depth (shown as a black circle in the figure).
  • the route setting apparatus 200 functions as the optimum target value output unit 68.
  • the optimum target depth is a target at each submerged point for taking a submerged route as deep as possible from the water surface while maintaining the minimum allowable altitude (ha) so as not to contact the bottom of the water when the underwater vehicle 100 is diving. Depth.
  • the target depth (target depth) at each submergence point when performing the navigation control of the underwater vehicle 100 is optimized. Therefore, by controlling the motion control system of the underwater vehicle 100 so that the optimum target depth is reached at each submerged point, the underwater vehicle 100 can be submerged along an appropriate submerged route.
  • step S28 the sum of the calculated diving altitudes of the hull 10 in all submerged routes may be used as an evaluation function in step S28.
  • the process part 40 updates the target value in each submerged point so that the value of the said evaluation function may become as small as possible. Thereafter, the process is returned to step S20, and the submerged route simulation is repeated again using the new target value.
  • an optimum target value (optimum target altitude) is set.
  • the target depth (target altitude) at each submerged navigation point when the navigation control of the underwater vehicle 100 is performed is optimized. Therefore, by controlling the motion control system of the underwater vehicle 100 so that the optimum target altitude is reached at each submerged point, the underwater vehicle 100 can be submerged along an appropriate submerged route.
  • the speed of the underwater vehicle 100 is decreased, the influence of inertia is reduced, so it seems that a deeper submerged route can be taken from the water surface while avoiding collision with the bottom of the water.
  • the speed is slowed down, the effectiveness of the vertical rudder 16 and the horizontal rudder 20 will deteriorate, and the efficiency of the bottom survey will be reduced, so there is a limit.
  • the speed becomes too fast there are limitations on the control system and resolution and accuracy at the time of observation, so that an appropriate speed range exists for each underwater vehicle 100.
  • the evaluation function is the sum of the depth and altitude of the hull 10 in the entire submerged route, but is not limited to this.
  • the depth and reference of the hull 10 in all submarine paths What is necessary is to optimize the target value (target depth or target altitude) based on the evaluation function using the sum of absolute values of differences from the path (reference depth or reference altitude) or the sum of squares of differences as an evaluation function.
  • the posture at each submergence point (for example, the hull angle that makes the hull 10 parallel to the inclination angle of the water bottom) is set as a reference posture in advance.
  • the sum of the absolute values of the differences between the attitude (hull angle) of the hull 10 and the reference attitude in the entire submerged route or the sum of the squares of the differences may be used as the evaluation function.
  • the process part 40 updates the target value in each submerged point so that the value of the said evaluation function may become as small as possible. And when it transfers to step S30, an optimal target value is set.
  • the navigation control process is performed according to the flowchart of FIG.
  • Each part of the underwater vehicle 100 functions as each unit shown in the functional block diagram of FIG. 7 to realize navigation control.
  • step S40 the optimum target value (optimum target depth) is input and set.
  • the control device 34 of the underwater vehicle 100 functions as the optimum target value input unit 70.
  • the optimum target value (optimum target depth) set by the route setting method for the underwater vehicle 100 is input to the control device 34 by the input means (not shown) of the control device 34 and stored in the storage unit 72 of the control device 34. Is done.
  • an input device attached to the control device 34 may be used for input to the underwater vehicle 100, or an external interface such as the acoustic communication device 36 may be used. Note that the derivation of the optimal target value along FIG.
  • the optimum target value (optimum target depth) and conditions obtained in advance are input to the underwater vehicle 100 by using a marine vessel or the like. It can also be launched and run autonomously.
  • the advantage of controlling the underwater vehicle 100 by inputting the optimum target value (optimum target depth) obtained in advance is not influenced by the time delay in which the simulation of the submerged route is repeated and the underwater vehicle 100 is not affected. It is a point that can be controlled accurately.
  • step S42 positioning of the underwater vehicle 100 by the inertial navigation device 32 and the acoustic communication device 36 is performed.
  • the control device 34 acquires the position information of the underwater vehicle 100 obtained by the inertial navigation device 32.
  • the underwater vehicle 100 functions as the own-motion detection unit 76.
  • the control device 34 may correct and use the position information of the underwater vehicle 100 obtained by the inertial navigation device 32 based on the position information obtained from the acoustic communication device 36.
  • the underwater vehicle 100 functions as the own aircraft position calculation unit 78.
  • step S44 the underwater navigation of the underwater vehicle 100 is controlled.
  • the control device 34 uses the position information acquired in step S42 to make the underwater vehicle 100 follow the optimum target value (optimum target depth) at each submerged point sequentially from the current position of the underwater vehicle 100. Navigation control.
  • the control device 34 outputs a drive control signal, a vertical snake control signal, and a horizontal snake control signal to the main propulsion device drive motor 14, the vertical rudder drive motor 18, and the horizontal rudder drive motor 22, respectively, to drive and control the main propulsion.
  • the vessel 12, the vertical rudder 16 and the horizontal rudder 20 are moved to control the behavior of the hull 10.
  • the motion of the hull 10 is detected by an acceleration sensor or gyro sensor of the inertial navigation device 32 so that position information can be obtained from the behavior of the hull 10.
  • the control device 34 controls the movement of the underwater vehicle 100 so that the boat body 10 has the optimum target value (optimum target depth) at each submerged point.
  • the underwater vehicle 100 functions as the boat motion control unit 74.
  • step S46 necessary observation is performed by the observation sensor 30. That is, for example, the observation of the bottom bottom terrain 400, which is the purpose of submergence of the underwater vehicle 100, is performed.
  • the control device 34 may transmit the observation result to the outside of the hull 10 via the acoustic communication device 36.
  • the underwater vehicle 100 functions as the observation behavior execution unit 80.
  • step S48 it is determined whether emergency ascent is necessary. If the obstacle sensor 28 detects an obstacle that obstructs the navigation of the underwater vehicle 100, the control device 34 shifts the process to step S50 to cause the hull 10 to levitate urgently and finish the diving. On the other hand, if no obstacle is detected, the process proceeds to step S52. With this processing, the underwater vehicle 100 functions as the emergency ascent determination unit 82. Emergency levitation can also be performed by an instruction from a marine vessel or the like via the acoustic communication device 36.
  • step S52 it is determined whether or not the final dive point has been reached.
  • the control device 34 determines whether or not the hull 10 has reached the submersible point that is the final point of the submerged route among the preset submerged points, and if so, shifts the process to step S54.
  • the underwater vehicle 100 is normally lifted and the dive is terminated. If the hull 10 has not reached the middle diving point, the process returns to step S44 and the navigation control toward the next diving point is continued.
  • the underwater vehicle 100 can be navigated with a submerged route and a submerged posture suitable for the purpose. Thereby, the observation by the underwater vehicle 100 can be realized in an optimum state.
  • the figure explaining the route setting process of the underwater vehicle in the embodiment of the present invention shown as FIG. 5 is an example in which the route setting method of this embodiment and the underwater vehicle 100 are applied to an actual sea area. .
  • the UAV a navigation type unmanned submersible of the Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology.
  • the initial depth of each route point is set 120m above the seafloor depth of the relevant coordinates (latitude / longitude), and the optimum depth of each route point (optimal target) is set using this route setting method. Value).
  • the altitude can be reduced to an average of 67 m and a minimum of 39 m (deep target depth) with respect to the initial target value of 120 m, and the actual sea area diving can be achieved. It was proved that it is possible to navigate along the submerged route.
  • the present invention can be applied not only to the route setting and navigation control of the underwater vehicle, but also to the movement route and movement control of the moving object according to preset conditions such as terrain data and reference posture.
  • the present invention can be applied to aircraft and drone movement route settings and movement control.

Abstract

水中航走体に対して、基準に対する最適な潜航経路を設定して航行制御することを可能とする。　水中航走体の潜航点を入力する潜航点入力ステップＳ１２と、潜航点における初期の目標値を設定する目標値設定ステップＳ１４と、水底地形のデータと目標値とを用いて水中航走体の運動モデルに基づいて目標値に対する水中航走体の潜航経路をシミュレーションする潜航シミュレーションステップＳ２２と、潜航シミュレーションステップＳ２２におけるシミュレーションで得られた潜航経路に基づいて算出される評価関数に基づいて目標値を更新する目標値更新ステップＳ２８とを備え、潜航シミュレーションステップＳ２２と目標値更新ステップＳ２８を繰り返すことによって最適な目標値を導出する。

Description

水中航走体の経路設定方法、それを用いた水中航走体の最適制御方法及び水中航走体
　本発明は、水中航走体の経路設定方法、それを用いた水中航走体の最適制御方法及び水中航走体に関する。
　近年、鉱物資源をはじめとするあらゆる資源の供給源として海底等の水底が注目を集めている。それに伴って、水底調査の必要性も高まりつつある。水底の調査には、音波、レーザ、可視光線、電磁波等の信号を媒介とするリモートセンシングの手法が一般に用いられるが、こうした信号には伝搬損失が発生するため、できるだけ水底に近い位置で用いることにより高解像度及び高精度の情報が得られる。そこで、水底付近を所望する軌道や姿勢で水中航走体（例えば潜水艇）を航行（航走）させる技術が必要とされている。
　水中航走体の深度を設定する深度設定手段を備え、設定された所定の深度に基づいて船尾蛇を駆動制御する技術が開示されている（特許文献１）。ここで、深度設定手段と深度制御手段との間にリミット回路が設けられ、リミット回路によって水中航走体が水底に接触しないように制御される。
　水中航走体の自動操縦を行うに当って、運動状態量を推定するために、水中航走体の運動特性に追従する運動モデルを用いて運動状態量の推定精度を向上させた技術が開示されている（特許文献２）。また、潮流等の影響を考慮して、水中航走体の操舵制御を行う技術が開示されている（特許文献３）。
　また、水中航走体を航行制御するためには水中航走体の正確な位置を取得する必要があるが、マルチビーム測深器で深度を複数の位置について計測することによって水中航走体の位置を特定する測位技術が開示されている（特許文献４）。水中航走体の速度、深度、高度、姿勢角等の状態情報を取得し、状態情報に基づき安全に航行できる安全域を設定し、安全域内を航行できるように水中航走体を制御する技術が開示されている（特許文献５）。
特開昭６３－２７３７９７号公報 特開平０５－０１６８７８号公報 特開２００３－１２７９８３号公報 特開２００７－２９２７２９号公報 特開２０１５－０６３１８１号公報
　音波等の探査信号の反射強度は水底への入射角に反比例する性質がある。すなわち、水底に対して浅い入射（大きな入射角）では垂直入射（０度入射）に比べて反射強度が格段と弱まる。したがって、起伏に富んだ複雑な水底地形の場合には反射信号の強度が地形と相関し、平坦な面である場合に比べて弱くなる。さらに、複雑な水底地形では平らな水底面と比べてマルチパスの問題も顕著となる。その結果、高度計による高度計測値の信頼性も低下する。
　こうした事情から、航行安全のために、平坦な水底のように高度の情報が安定的に高い精度で得られる場合を除いて、高度制御航法が採用されることは稀であり、深度制御航法が多く用いられている。
　現状、深度制御航法の適用の際は航走体が水底から適切な距離で離れるように目標深度を設定し、水底への衝突を防ぐように制御している。ところが、深度設定では水底地形とＡＵＶダイナミクスとの関係が定量的に評価されておらず、険しい水底地形等において水底衝突のおそれがある。一方、水底への衝突を避けるために水底から十分な距離で離れるように目標深度を設定すると、水底から取得できるデータの質と解像度は著しく低下する。このため、実際は経験と勘に基づき水底から適度の距離を離して目標深度を設定することが行われている。また、水底調査に用いられるセンサ類に応じて水中航走体を特定の姿勢、例えば水底に平行の姿勢をとることが好ましい場合もある。この場合は、水底への衝突を避けながら、水底の斜面に最も近似した軌道で航行することが望まれる。
　上記した引用文献１から５は、いずれも潜航点を決めて、水中航走体の水底への衝突を防ぎつつ、最も近づくことができる最適な潜航経路を得ているものではない。
　本発明は、上記課題の少なくとも一つを解決するために、水中航走体に対して、基準に対する最適な経路を設定して航行制御することを可能とする水中航走体の経路設定方法、それを用いた水中航走体の最適制御方法及び水中航走体を提供することを目的とする。
　請求項１に対応した水中航走体の経路設定方法は、水中航走体の潜航点を入力する潜航点入力ステップと、前記潜航点における初期の目標値を設定する目標値設定ステップと、基準としての水底地形のデータと前記目標値とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標値に対する前記水中航走体の潜航経路をシミュレーションする潜航シミュレーションステップと、前記潜航シミュレーションステップにおけるシミュレーションで得られた前記潜航経路に基づいて算出される評価関数の値に基づいて前記目標値を更新する目標値更新ステップとを備え、前記潜航シミュレーションステップと前記目標値更新ステップを繰り返すことによって最適な前記目標値を導出する。
　ここで、前記目標値は、前記潜航点における目標深度であることが好適である。
　また、前記水中航走体の最小許容高度を設定する最小許容高度設定ステップを備え、前記潜航シミュレーションステップは、前記水底地形のデータと前記目標深度とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標深度に対する前記水中航走体の計算潜航高度をシミュレーションし、前記計算潜航高度と前記最小許容高度を比較することによって最適な前記目標深度を導出することが好適である。
　また、前記目標値更新ステップは、前記計算潜航高度の最小値と前記最小許容高度に差がある場合に、前記計算潜航高度の前記最小値が前記最小許容高度に近づくように前記目標深度を更新することが好適である。
　また、前記評価関数の値は、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和とし、前記目標値更新ステップは、前記評価関数の値が小さくなるように前記目標深度を更新することが好適である。
　また、前記目標値は、前記潜航点における目標高度であることが好適である。
　また、前記水中航走体の最小許容高度を設定する最小許容高度設定ステップを備え、前記潜航シミュレーションステップは、前記水底地形のデータと前記目標高度とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標高度に対する前記水中航走体の計算潜航高度をシミュレーションし、前記計算潜航高度と前記最小許容高度を比較することによって最適な前記目標高度を導出することが好適である。
　また、前記目標値更新ステップは、前記計算潜航高度の最小値と前記最小許容高度に差がある場合に、前記計算潜航高度の前記最小値が前記最小許容高度に近づくように前記目標高度を更新することが好適である。
　また、前記評価関数の値は、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和とし、前記目標値更新ステップは、前記評価関数の値が小さくなるように前記目標高度を更新することが好適である。
　ここで、前記目標値は、前記潜航点における前記水中航走体の目標基準姿勢であることが好適である。
　また、前記水中航走体の最小許容高度を設定する最小許容高度設定ステップを備え、前記潜航シミュレーションステップは、前記水底地形のデータと前記目標基本姿勢とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標基本姿勢に対する前記水中航走体の計算潜航高度をシミュレーションし、前記計算潜航高度と前記最小許容高度を比較することによって最適な前記目標基本姿勢を導出することが好適である。
　また、前記目標値更新ステップは、前記計算潜航高度の最小値と前記最小許容高度に差がある場合に、前記計算潜航高度の前記最小値が前記最小許容高度に近づくように前記目標基本姿勢を更新することが好適である。
　また、前記評価関数の値は、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和とし、前記目標値更新ステップは、前記評価関数の値が小さくなるように前記目標基本姿勢を更新することが好適である。
　また、前記潜航シミュレーションステップと前記目標値更新ステップの繰り返し回数が予め定められていることが好適である。
　また、前記水底地形のデータの代わりに基準経路を用いることが好適である。また、前記水底地形のデータの代わりに前記潜航点における前記水中航走体の基準姿勢を用いることが好適である。また、前記水底地形のデータの代わりに前記潜航点における前記水中航走体の基準角度を用いることが好適である。
　請求項１７に記載の水中航走体の最適制御方法は、上記水中航走体の経路設定方法で得られた最適な前記目標値を用いて前記水中航走体を制御する。
　ここで、最適な前記目標値と前記水中航走体の位置を比較して、比較結果に応じて前記水中航走体の運動制御系を制御することが好適である。
　また、最適な前記目標値と前記水中航走体の前記位置が所定の条件を外れた場合に前記水中航走体を緊急浮上させることが好適である。
　また、さらに前記水底地形を観測する観測制御を行うことが好適である。
　請求項２１に記載の水中航走体は、上記水中航走体の経路設定方法で得られた最適な前記目標値を取得する目標値取得部と、取得された前記目標値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記目標値を用いて駆動手段を制御する運動制御部を備える。
　ここで、深度計測手段、高度計測手段、及び姿勢計測手段の少なくとも１つを備え、前記運動制御部は、前記深度計測手段、高度計測手段、及び姿勢計測手段の少なくとも１つの測定値と前記記憶部に記憶された前記目標値とを比較して前記駆動手段を制御することが好適である。
　また、障害物探知手段を備え、前記運動制御部は、前記障害物探知手段による検出結果に応じて前記駆動手段を制御することが好適である。
　また、慣性航法手段を備え、前記運動制御部は、前記慣性航法手段の出力に基づいて前記駆動手段を制御することが好適である。
　また、前記水底地形を観測する観測手段を備えることが好適である。
　請求項１に対応した水中航走体の経路設定方法によれば、水中航走体の潜航点を入力する潜航点入力ステップと、前記潜航点における初期の目標値を設定する目標値設定ステップと、基準としての水底地形のデータと前記目標値とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標値に対する前記水中航走体の潜航経路をシミュレーションする潜航シミュレーションステップと、前記潜航シミュレーションステップにおけるシミュレーションで得られた前記潜航経路に基づいて算出される評価関数の値に基づいて前記目標値を更新する目標値更新ステップとを備え、前記潜航シミュレーションステップと前記目標値更新ステップを繰り返すことによって最適な前記目標値を導出することによって、前記潜航点において水底地形に合わせて最適化された最適な目標値を設定することができる。これにより、前記潜航点において前記水中航走体を最適な目標値で潜航させることができ、目的に応じた最適な潜航状態での航行を実現することができる経路設定が可能となる。
　ここで、前記目標値は、前記潜航点における目標深度であることによって、前記潜航点において水底地形に合わせて最適化された最適目標深度を設定することができる。これにより、前記潜航点において前記水中航走体を最適目標深度となるように潜航させることができ、観測等の目的に応じた最適な潜航深度での航行を実現することができる経路設定が可能となる。
　また、前記水中航走体の最小許容高度を設定する最小許容高度設定ステップを備え、前記潜航シミュレーションステップは、前記水底地形のデータと前記目標深度とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標深度に対する前記水中航走体の計算潜航高度をシミュレーションし、前記計算潜航高度と前記最小許容高度を比較することによって最適な前記目標深度を導出することによって、前記水中航走体が前記最小許容高度よりも水底に近づくことを避けつつ、前記潜航点において前記水中航走体を最適目標深度となるように潜航させることができる経路設定が可能となる。
　また、前記目標値更新ステップは、前記計算潜航高度と前記最小許容高度に差がある場合に、前記計算潜航高度の最小値が前記最小許容高度に近づくように前記目標深度を更新することによって、前記水中航走体が前記最小許容高度よりも水底に近づくことを避けつつ、前記潜航点においてできるだけ水底に近づくように最適目標深度を設定することができる。
　また、前記評価関数は、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和とし、前記目標値更新ステップは、前記評価関数が小さくなるように前記目標深度を更新することによって、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和が最も小さくなるように複数の前記潜航点において最適目標深度を設定することができる。
　また、前記目標値は、前記潜航点における目標高度であることによって、前記潜航点において水底地形に合わせて最適化された最適目標高度を設定することができる。これにより、前記潜航点において前記水中航走体を最適目標高度となるように潜航させることができ、観測等の目的に応じた最適な潜航高度での航行を実現することができる経路設定が可能となる。
　また、前記水中航走体の最小許容高度を設定する最小許容高度設定ステップを備え、前記潜航シミュレーションステップは、前記水底地形のデータと前記目標高度とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標高度に対する前記水中航走体の計算潜航高度をシミュレーションし、前記計算潜航高度と前記最小許容高度を比較することによって最適な前記目標高度を導出することによって、前記水中航走体が前記最小許容高度よりも水底に近づくことを避けつつ、前記潜航点において前記水中航走体を最適目標高度となるように潜航させることができる経路設定が可能となる。
　また、前記目標値更新ステップは、前記計算潜航高度と前記最小許容高度に差がある場合に、前記計算潜航高度の最小値が前記最小許容高度に近づくように前記目標高度を更新することによって、前記水中航走体が前記最小許容高度よりも水底に近づくことを避けつつ、前記潜航点においてできるだけ水底に近づくように最適目標高度を設定することができる。
　また、前記評価関数は、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和とし、前記目標値更新ステップは、前記評価関数が小さくなるように前記目標高度を更新することによって、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和が最も小さくなるように複数の前記潜航点において最適目標高度を設定することができる。
　ここで、前記目標値は、前記潜航点における前記水中航走体の目標基準姿勢であることによって、前記潜航点において水底地形に合わせて最適化された最適目標基準姿勢を設定することができる。これにより、前記潜航点において前記水中航走体を最適目標基準姿勢となるように潜航させることができ、観測等の目的に応じた最適な潜航姿勢での航行を実現することができる経路設定が可能となる。
　また、前記水中航走体の最小許容高度を設定する最小許容高度設定ステップを備え、前記潜航シミュレーションステップは、前記水底地形のデータと前記目標基本姿勢とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標基本姿勢に対する前記水中航走体の計算潜航高度をシミュレーションし、前記計算潜航高度と前記最小許容高度を比較することによって最適な前記目標基本姿勢を導出することによって、前記水中航走体が前記最小許容高度よりも水底に近づくことを避けつつ、前記潜航点において前記水中航走体を最適目標基準姿勢となるように潜航させることができる経路設定が可能となる。
　また、前記目標値更新ステップは、前記計算潜航高度の最小値と前記最小許容高度に差がある場合に、前記計算潜航高度の前記最小値が前記最小許容高度に近づくように前記目標基本姿勢を更新することによって、前記水中航走体が前記最小許容高度よりも水底に近づくことを避けつつ、前記潜航点においてできるだけ水底に近づくように最適目標基準姿勢を設定することができる。
　また、前記評価関数の値は、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和とし、前記目標値更新ステップは、前記評価関数の値が小さくなるように前記目標基本姿勢を更新することによって、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和が最も小さくなるように複数の前記潜航点において最適目標基準姿勢を設定することができる。
　また、前記潜航シミュレーションステップと前記目標値更新ステップの繰り返し回数が予め定められていることによって、潜航シミュレーションを適切な回数で切り上げることができる。
　また、前記水底地形のデータの代わりに基準経路を用いること、又は、前記水底地形のデータの代わりに前記潜航点における前記水中航走体の基準角度を用いることによって、前記潜航点において前記水中航走体が基準経路又は基準角度に近づくように前記目標値を最適化することができる。
　請求項１７に記載の水中航走体の最適制御方法は、上記水中航走体の経路設定方法で得られた最適な前記目標値を用いて前記水中航走体を制御することによって、前記潜航点において水底地形に合わせて最適化された最適な目標値で前記水中航走体を潜航させることができ、目的に応じた最適な潜航状態での航行を実現することができる。
　ここで、最適な前記目標値と前記水中航走体の位置を比較して、比較結果に応じて前記水中航走体の運動制御系を制御することによって、前記水中航走体の最適制御方法を具体的に実現することができる。
　また、最適な前記目標値と前記水中航走体の前記位置が所定の条件を外れた場合に前記水中航走体を緊急浮上させることによって、前記水中航走体が障害物等に衝突しそうな場合等において危険を回避することができる。
　また、さらに前記水底地形を観測する観測制御を行うことによって、観測に適した潜航状態で航行しつつ観測を行うことができる。
　請求項２１に記載の水中航走体は、上記水中航走体の経路設定方法で得られた最適な前記目標値を取得する目標値取得部と、取得された前記目標値を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶された前記目標値を用いて駆動手段を制御する運動制御部を備えることによって、前記潜航点において水底地形に合わせて最適化された最適な目標値で潜航することができ、目的に応じた最適な潜航状態での航行を実現することができる。
　ここで、深度測手段、高度計測手段、及び姿勢計測手段の少なくとも１つを備え、前記運動制御部は、前記深度計測手段、高度計測手段、及び姿勢計測手段の少なくとも１つの測定値と前記記憶部に記憶された前記目標値とを比較して前記駆動手段を制御することによって、最適な前記目標値を得る前記水中航走体の最適制御方法を具体的に実現することができる。
　また、障害物探知手段を備え、前記運動制御部は、前記障害物探知手段による検出結果に応じて前記駆動手段を制御することによって、前記水中航走体が障害物等に衝突しそうな場合等において危険を回避することができる。
　また、慣性航法手段を備え、前記運動制御部は、前記慣性航法手段の出力に基づいて前記駆動手段を制御することによって、外部から位置情報を取得することなく、自機のみによって前記潜航点において水底地形に合わせて最適化された最適な目標値で潜航することができる。
　また、前記水底地形を観測する観測手段を備えることによって、観測に適した潜航状態で航行しつつ観測を行うことができる。
本発明の実施の形態における水中航走体の構成概念図である。 本発明の実施の形態における水中航走体の経路設定装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態における水中航走体の経路設定方法のフローチャートである。 本発明の実施の形態における水中航走体の経路設定装置の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態における水中航走体の経路設定処理を説明する図である。 本発明の実施の形態における水中航走体の最適航行制御のフローチャートである。 本発明の実施の形態における水中航走体の機能ブロック図である。 本発明の実施の形態における水中航走体を用いた水底地形の観測システム図である。
＜システムの構成＞
　図８は、本発明の実施の形態における水中航走体を用いた水底地形の観測システム図である。観測システムは、水中に投入された水中航走体１００と、経路設定装置２００と、これを搭載した水上の支援船３００から成る。水中航走体１００は、潜航点における水底地形４００を観測するため、水底への衝突を防ぎつつ、最も近づくことができる設定された最適な潜航経路に沿って航行する。
　支援船３００は、人工衛星５００からのＧＰＳ信号を受信することで、自船の地理的位置が分かるため、水中航走体１００の地理的位置を割り出すことができる。支援船３００には、音響測位装置３１０が搭載されており、水中の水中航走体１００の支援船３００からの相対的位置が把握できる。また、水中航走体１００に搭載された位置検出手段により水中航走体１００自身で支援船３００との相対位置を検出することもでき、これらの相対位置は音響通信装置３２０を通じて、支援船３００と水中航走体１００で相互に把握することができる。従って、支援船３００で得た地理的位置と音響測位装置３１０又は水中航走体１００の位置検出手段による相対位置を組み合わせて、水中航走体１００の地理的位置を支援船３００及び／又は水中航走体１００で把握することができる。
＜水中航走体の構成＞
　本発明の実施の形態における水中航走体１００は、図１の構成概念図に示すように、艇体１０、主推進器１２、主推進器駆動モータ１４、垂直舵１６、垂直舵駆動モータ１８、水平舵２０、水平舵駆動モータ２２、深度計２４、高度計２６、障害物センサ２８、観測用センサ３０、位置検出手段でもある慣性航法装置３２、制御装置３４、音響通信装置３６及び音響測位装置３８を含んで構成される。水中航走体１００は、例えば、自律型無人潜水機（ＡＵＶ）であるが、これに限定されるものではない。
　艇体１０は、艇室等の空間を構成する密閉可能な構造体である。艇体１０は、金属や強化プラスチック等により構成され、水中航走体１００の構成要素を機械的に支持する役割も果たす。
　主推進器１２は、水中航走体１００を推進させるための駆動力を発生させる構成要素である。主推進器１２は、例えば、プロペラ、回転軸等を含んで構成される。主推進器駆動モータ１４は、主推進器１２に対して駆動力を与えるためのモータである。主推進器駆動モータ１４は、制御装置３４からの駆動制御信号を受けて、電池１４ａからの電力によって駆動制御信号に応じた回転数及びトルクで主推進器１２の回転軸を回転駆動させる。これにより、駆動軸に接続されたプロペラが回転されて、水中航走体１００に推進力が与えられる。
　垂直舵１６は、艇体１０を左右方向に旋回（回頭）させるための舵である。垂直舵１６を艇体１０に対して右又は左に傾けることによって、艇体１０を左又は右に回頭させることができる。垂直舵駆動モータ１８は、垂直舵１６を回転させるための駆動力を発生させるモータである。垂直舵駆動モータ１８は、制御装置３４からの垂直蛇制御信号を受けて、垂直蛇制御信号に応じた角度になるように垂直舵１６を回転駆動させる。
　なお、左右にそれぞれ個別の主推進器１２を設けておき、垂直舵１６に依らず、左右の主推進器１２の推力のバランスを調整することにより艇体１０を左右方向に旋回（回頭）させる構成としてもよい。
　水平舵２０は、艇体１０を上昇及び下降させるための舵である。水平舵２０を艇体１０に対して上又は下に傾けることによって、艇体１０を頭下げ（ピッチダウン）又は頭上げ（ピッチアップ）させることができる。水平舵駆動モータ２２は、水平舵２０を回転させるための駆動力を発生させるモータである。水平舵駆動モータ２２は、制御装置３４からの水平蛇制御信号を受けて、水平蛇制御信号に応じた角度になるように水平舵２０を回転駆動させる。
　深度計２４は、水中航走体１００の水面からの距離（深度）を測定して出力する装置である。深度計２４は、例えば、水中航走体１００の艇体１０に掛かる水圧から深度を測定する。深度計２４は、測定された深度を制御装置３４へ出力する。高度計２６は、水中航走体１００の水底からの距離（高度）を測定して出力する装置である。高度計２６は、例えば、艇体１０の下方に向けて音波を出力し、水底で反射した音波を受信するまでの時間から高度を測定する。高度計２６は、測定された高度を制御装置３４へ出力する。
　障害物センサ２８は、水中航走体１００の進行方向（前方）に存在する障害物を検知するためのセンサである。障害物センサ２８は、例えば、艇体１０の前方（又は前方やや下方向）に向けて音波を出力し、その方向に存在する障害物で反射した音波を受信するまでの時間から障害物の存在及びそこまでの距離を測定する。障害物センサ２８は、障害物の検知結果を制御装置３４へ出力する。
　観測用センサ３０は、水中航走体１００によって行われる観測のためのセンサである。観測用センサ３０は、観測の目的に合わせて様々なセンサとすることができる。観測用センサ３０は、例えば、音波センサ、電磁波センサ、光センサ、圧力センサ、熱センサ等とすることができる。観測用センサ３０は、観測結果を制御装置３４へ出力する。
　慣性航法装置３２は、艇体１０の移動の際の加速度を測定する加速度センサ及びジャイロセンサを備え、これらで測定された加速度を時間で２回積分することによって艇体１０の位置情報を求める。制御装置３４で得られた水中航走体１００の位置情報は制御装置３４へ出力される。
　制御装置３４は、深度計２４、高度計２６、障害物センサ２８、観測用センサ３０及び慣性航法装置３２から情報を受けて、これらの情報に基づいて水中航走体１００の航行制御を行う。制御装置３４は、慣性航法装置３２からの位置情報、深度計２４からの深度、高度計２６からの高度の情報に基づいて、予め設定された潜航点及び後述する経路設定方法により設定された目標値（目標深度、目標高度、目標姿勢、目標角度等）に艇体１０が近づくように主推進器１２、垂直舵駆動モータ１８及び水平舵駆動モータ２２を制御する。制御装置３４による航行制御については後述する。
　音響通信装置３６は、水中航走体１００の外部と音波によって通信するための装置である。音響通信装置３６は、制御装置３４から深度計２４、高度計２６、障害物センサ２８、観測用センサ３０及び慣性航法装置３２の測定結果や航行に関する情報等を受けて、それらの情報を水中航走体１００の外部（例えば、海上の船舶等）に送信する。また、外部（例えば、海上の船舶等）においてＧＰＳ等によって測定された絶対位置を受信する。
　音響測位装置３８は、水中航走体１００の外部の船舶等との相対位置を受信する。音響測位装置３８は、海上の船舶等に設けられたと水中航走体１００の相対位置の情報を取得する。この相対位置情報は、制御装置３４へ入力される。制御装置３４は、音響通信装置３６によって取得された海上の船舶等の絶対位置の情報も取得し、船舶の絶対位置と船舶からの水中航走体１００の相対位置から水中航走体１００の絶対位置を得ることができる。制御装置３４は、このようにして得られた水中航走体１００の絶対位置情報によって慣性航法装置３２から取得した位置情報を補正することができる。例えば、制御装置３４は、音響測位装置３８から取得した相対位置情報から算出された位置と慣性航法装置３２から取得した位置の差が所定値よりも大きくなった場合に音響測位装置３８の位置によって慣性航法装置３２の位置を補正する。慣性航法装置３２は、補正された位置を新たな初期値として水中航走体１００の位置の推定を続ける。
＜水中航走体の経路設定方法＞
　本実施の形態における水中航走体１００の経路設定処理について以下に説明する。本実施の形態では、水中航走体１００とは別の経路設定装置２００にて経路設定を行う態様について説明する。ただし、これに限定されるものではなく、水中航走体１００に経路設定装置２００を搭載してもよい。
　経路設定装置２００は、図２に示すように、処理部４０、記憶部４２、入力部４４、出力部４６を備えるコンピュータである。処理部４０は、ＣＰＵ等から構成される。処理部４０は、記憶部４２に予め記憶されている経路設定プログラムを実行することにより、後述する経路設定処理を行う。記憶部４２は、経路設定プログラム、艇体運動計算モデル、各種データを記憶するための記憶装置である。記憶部４２は、例えば、半導体メモリ、ハードディスク等とすることができる。入力部４４は、経路設定装置２００に経路設定処理に必要な情報を入力するための装置を備える。入力部４４は、キーボード、マウス、タッチパネル等とすることができる。また、入力部４４をネットインターフェース等として他の装置から情報を取得するようにしてもよい。出力部４６は、経路設定装置２００によって得られた経路等の情報を出力するための装置を備える。出力部４６は、ディスプレイ、プリンタ等とすることができる。また、出力部４６をネットインターフェース等として、水中航走体１００の制御装置３４に情報を出力できるようにしてもよい。
　経路設定処理は、図３のフローチャートに沿って処理される。経路設定処理を実行することによって、経路設定装置２００は、図４の機能ブロック図に示す各手段として機能する。
　ステップＳ１０では、初期設定が行われる。当該処理によって、経路設定装置２００は初期設定手段５０として機能する。初期設定では、入力部４４を用いて、基準としての水底地形４００の情報の入力、最大繰り返し回数（Ｎｅ）の設定及び最小許容高度（ｈａ）の設定が行われる。水底地形４００の情報は、図５の太実線で示すように、水中航走体１００の航行対象となる領域の水底の座標毎の地形の高低を表す情報である。最大繰り返し回数（Ｎｅ）は、経路設定処理における繰り返しの回数の最大値である。最小許容高度（ｈａ）は、水中航走体１００が水底に接触しないような経路を設定するための水底からの最小の許容高度である。
　ステップＳ１２では、潜航点の入力処理が行われる。当該処理によって、経路設定装置２００は潜航点設定手段５２として機能する。潜航点は、平面内（水面、海面に対して平行な面）において水中航走体１００が航行する経路上を離散的な座標点として示した情報である。すなわち、潜航点を順に繋ぐとによって水中航走体１００の二次元の航行経路が得られる。潜航点は、予め観測計画等に基づいた全潜航経路計画によって設定される。
　ステップＳ１４では、各潜航点における初期の目標値が設定される。当該処理によって、経路設定装置２００は目標値設定手段５４として機能する。本実施の形態では、目標値は、水中航走体１００の目標深度とする。すなわち、図５に示すように、ステップＳ１２で入力された潜航点毎に水中航走体１００の航行する水中の経路の目標となる深度の初期値（図中、白三角で示す）が設定される。
　ステップＳ１６では、艇体運動モデルが設定される。当該処理によって、経路設定装置２００は艇体運動モデル設定手段５６として機能する。艇体運動モデルは、ＡＵＶダイナミクスとも呼ばれ、水中における艇体１０（又は水中航走体１００）の運動を計算ベースで求めるもので、時間領域における微分方程式として表される運動方程式(equations of motion)がその代表例である。運動方程式では未知数としての速度、角速度成分を対象に与えられる力やモーメント成分を入力としてその解を求めるのが一般的な解法で、多くの場合一般解が求まる解析的手法より、初期条件を与え時間の経過に伴う速度、角速度の時系列を求める数値的手法が用いられる。具体的には、主推進器１２、垂直舵１６、水平舵２０等の応答特性や艇体１０の移動特性等に基づいて決められる。
　本発明で最適な目標値（深度や高度）を求める際は、図３に示すように逐次的方法で目標値を更新して行く手法が用いられるが、艇体運動モデルはその過程における潜航シミュレーションにて艇体１０（ＡＵＶ）の挙動を数値的に求める道具として使われる。
　運動方程式における係数項は艇体１０に作用する流体力の関数で、よく動流体力係数(hydrodynamic coefficient)と呼ばれる。この動流体力係数は艇体の縮小モデルを用いた水槽試験や、計算流体力学(Computational Fluid Dynamics)の手法による数値計算で求めることができる。運動方程式にて動流体力係数以外は変数や外力項になるため、動流体力係数を求めることで運動方程式は完成する。
　ステップＳ１８～Ｓ３２において、水底地形４００のデータと目標深度とを用いて水中航走体１００の運動モデルに基づいて目標値に対する水中航走体１００の潜航経路をシミュレーションする潜航シミュレーションと、潜航シミュレーションにおいて得られた潜航経路に基づいて算出される評価関数に基づいて目標深度を更新する目標値更新処理を繰り返して各潜航点における目標値（目標深度）の最適化解析が行われる。
　ステップＳ１８では、カウンタｉｅが初期値０に設定される。カウンタｉｅは、シミュレーションの繰り返し回数を数えるため用いられる。ステップＳ２０では、カウンタｉｅに１が加算される。
　ステップＳ２２では、潜航シミュレーションが行われる。当該処理によって、経路設定装置２００は目標値追従シミュレーション実施部５８として機能する。処理部４０は、ステップＳ１０で入力された水底地形４００の情報、ステップＳ１２で入力された潜航点及び現在の各潜航点の目標深度を用いて、ステップＳ１６で設定された艇体運動モデルをもとに艇体１０が各潜航点において水底地形４００に近づくように水中航走体１００の潜航経路をシミュレーションする。また、艇体１０が最小許容高度（ｈａ）により近づくように水中航走体１００の潜航経路をシミュレーションしてもよい。シミュレーションによって、水中航走体１００の新たな潜航経路、すなわち各潜航点における潜航深度（水面から艇体１０までの距離：以下、計算潜航深度という）及び潜航高度（水底から艇体１０までの距離：以下、計算潜航高度という）が得られる。
　ステップＳ２４では、ステップＳ２２におけるシミュレーションで得られた新たな潜航経路での各潜航点における水底からの距離（計算潜航高度）が最小許容高度（ｈａ）より大きいか否かが判定される。当該処理によって、経路設定装置２００は潜航高度確認手段６０として機能する。最小許容高度（ｈａ）より計算潜航高度が低い潜航点が存在する場合、シミュレーションを終了して、ステップＳ３０に処理を移行させる。最小許容高度（ｈａ）より計算潜航高度が低い潜航点が存在しない場合、ステップＳ２６に処理を移行させる。
　ステップＳ２６では、カウンタｉｅが最大繰り返し回数（Ｎｅ）以下か否かが判定される。当該処理によって、経路設定装置２００は繰り返し回数確認手段６２として機能する。カウンタｉｅが最大繰り返し回数（Ｎｅ）以下であればステップＳ２８に処理を移行させ、そうでなければステップＳ３０に処理を移行させる。
　ステップＳ２８では、評価関数に基づく最適化手法を適用し、各潜航点の目標深度を更新する。当該処理によって、経路設定装置２００は目標値更新手段６４として機能する。評価関数は、水中航走体１００の航行における具体的な目標に対して設定される。例えば、艇体１０をなるべく水面から深く潜水させたい場合は全潜航経路における艇体１０の計算潜航深度の総和を評価関数とする。そして、処理部４０は、評価関数の値ができるだけ大きくなるように各潜航点における目標値を更新する。その後、ステップＳ２０に処理を戻し、新たな目標値を用いて再び潜航経路のシミュレーションを繰り返す。
　ステップＳ３０に移行した場合、最適目標値（最適目標深度）を設定する。当該処理によって、経路設定装置２００は最適目標値設定手段６６として機能する。ステップＳ３２では、処理部４０は、図５に示すように、現在設定されている目標深度を最適目標深度（図中、黒丸として示す）として設定して出力する。当該処理によって、経路設定装置２００は最適目標値出力手段６８として機能する。最適目標深度は、水中航走体１００が潜航する際に、水底に接触しないように最小許容高度（ｈａ）を維持しつつ、できるだけ水面から深い潜航経路を取るための各潜航点における目標となる深度である。
　以上の処理により、水中航走体１００の航行制御を行う際の各潜航点における目標となる深度（目標深度）が最適化される。したがって、各潜航点において当該最適目標深度となるように水中航走体１００の運動制御系を制御することによって、水中航走体１００を適切な潜航経路で潜航させることができる。
　なお、艇体１０をなるべく水底に接近させたい場合には、ステップＳ２８において、全潜航経路における艇体１０の計算潜航高度の総和を評価関数とすればよい。そして、処理部４０は、当該評価関数の値ができるだけ小さくなるように各潜航点における目標値を更新する。その後、ステップＳ２０に処理を戻し、新たな目標値を用いて再び潜航経路のシミュレーションを繰り返す。そして、ステップＳ３０に移行した場合、最適目標値（最適目標高度）を設定する。
　以上の処理により、水中航走体１００の航行制御を行う際の各潜航点における目標となる深度（目標高度）が最適化される。したがって、各潜航点において当該最適目標高度となるように水中航走体１００の運動制御系を制御することによって、水中航走体１００を適切な潜航経路で潜航させることができる。
　なお、水中航走体１００の速度を遅くすれば慣性の影響が少なくなるため、水底への衝突を避けながら水面からより深い潜航経路を取ることができるように思われる。しかし、速度が遅くなれば垂直舵１６及び水平舵２０の効きが悪くなり、また水底調査の効率も落ちることになるので限界がある。また、速度が速くなりすぎると、制御系の限界や観測
時の解像度や精度の問題があるため、水中航走体１００ごとに適切な速度範囲が存在する。
　また、本実施の形態では、評価関数を全潜航経路における艇体１０の深度や高度の総和としたがこれに限定されるものではない。例えば、水底地形４００に基づいて艇体１０を水底に近づける代わりに、予め定められた基準としての基準経路（基準深度や基準高度）に近づけたい場合、全潜航経路における艇体１０の深度と基準経路（基準深度や基準高度）との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和を評価関数とし、当該評価関数に基づいて目標値（目標深度や目標高度）を最適化すればよい。
　また、艇体１０の姿勢を制御したい場合、基準として各潜航点における姿勢（例えば、水底の傾斜角度に対して艇体１０を平行にする艇体角度）を基準姿勢として予め設定しておき、ステップＳ２８において、全潜航経路における艇体１０の姿勢（艇体角度）と基準姿勢との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和を評価関数とすればよい。そして、処理部４０は、当該評価関数の値ができるだけ小さくなるように各潜航点における目標値を更新する。そして、ステップＳ３０に移行した場合、最適目標値を設定する。
＜水中航走体の最適航行制御＞
　以下、上記水中航走体１００の経路設定処理にて設定された最適目標値に基づいた水中航走体１００の航行制御について説明する。
　航行制御処理は、図６のフローチャートに沿って処理される。水中航走体１００の各部は、図７の機能ブロック図に示す各手段として機能して航行制御が実現される。
　ステップＳ４０では、最適目標値（最適目標深度）が入力設定される。当該処理によって、水中航走体１００の制御装置３４は最適目標値入力部７０として機能する。制御装置３４の入力手段（図示しない）によって上記水中航走体１００の経路設定方法により設定された最適目標値（最適目標深度）が制御装置３４に入力され、制御装置３４の記憶部７２に記憶される。ここで、水中航走体１００への入力は、制御装置３４に付設した入力装置を用いてもよいし、音響通信装置３６等の外部インターフェースを用いてもよい。なお、図３に沿った最適な目標値の導出は、通常は支援船３００上、又は支援船３００の出港前に観測計画に沿って実施され、最適な目標値が制御装置３４に入力されるが、水中航走体１００の制御装置３４で潜航に当たり経路設定方法を実行することも可能である。
　水中航走体１００として自律型無人潜水機（ＡＵＶ）に適用する場合、予め求めた最適目標値（最適目標深度）や条件を、海上の船舶等で水中航走体１００に入力し、海中に投入して自律航走させることもできる。予め求めた最適目標値（最適目標深度）を入力して水中航走体１００の制御を行う利点は、潜航経路をシミュレーションを繰り返して行う時間の遅れに左右されることなく、水中航走体１００を的確に制御できる点である。
　ステップＳ４２では、慣性航法装置３２及び音響通信装置３６による水中航走体１００の測位が行われる。制御装置３４は、慣性航法装置３２によって求められた水中航走体１００の位置情報を取得する。当該処理によって、水中航走体１００は自機運動検知部７６として機能する。制御装置３４は、上記のように、音響通信装置３６から得られた位置情報により慣性航法装置３２によって求められた水中航走体１００の位置情報を補正して用いるようにしてもよい。当該処理によって、水中航走体１００は自機位置計算部７８として機能する。
　ステップＳ４４では、水中航走体１００の水中航行の制御が行われる。制御装置３４は、ステップＳ４２において取得した位置情報を用いて、現在の水中航走体１００の位置から各潜航点における最適目標値（最適目標深度）を順に追従するように水中航走体１００を航行制御する。制御装置３４は、主推進器駆動モータ１４、垂直舵駆動モータ１８、水平舵駆動モータ２２に対して駆動制御信号、垂直蛇制御信号及び水平蛇制御信号をそれぞれ出力して駆動制御し、主推進器１２、垂直舵１６及び水平舵２０を動かして艇体１０の挙動を制御する。また、慣性航法装置３２の加速度センサやジャイロセンサによって艇体１０の運動を検知して艇体１０の挙動から位置情報を求められるようにする。このような処理によって、制御装置３４は、艇体１０を各潜航点において最適目標値（最適目標深度）となるように水中航走体１００の運動を制御する。当該処理によって、水中航走体１００は艇体運動制御部７４として機能する。
　ステップＳ４６では、観測用センサ３０によって必要な観測が行われる。すなわち、水中航走体１００の潜航の目的である、例えば水底地形４００の観測が実施される。制御装置３４は、音響通信装置３６を介して観測結果を艇体１０の外部へ送信するようにしてもよい。当該処理によって、水中航走体１００は観測行動実施部８０として機能する。
　ステップＳ４８では、緊急浮上が必要か否かが判定される。制御装置３４は、障害物センサ２８によって水中航走体１００の航行の障害となる障害物が検知された場合、ステップＳ５０に処理を移行させて艇体１０を緊急浮上させて潜航を終了させる。一方、障害物が検知されていない場合、処理をステップＳ５２に移行させる。当該処理により、水中航走体１００は緊急浮上判断部８２として機能する。なお、緊急浮上は音響通信装置３６を介し、海上の船舶等からの指令により行うこともできる。
　ステップＳ５２では、最終の潜航点に到達したか否かが判定される。制御装置３４は、予め設定された潜航点のうち潜航経路の最終地点となる潜航点まで艇体１０が到達したか否かを判定し、到達していればステップＳ５４に処理を移行させて、水中航走体１００を通常浮上させて潜航を終了させる。最中地点となる潜航点まで艇体１０が到達していなければ、ステップＳ４４に処理を戻して次の潜航点に向けての航行制御を継続する。
　以上のように、本実施の形態における水中航走体の経路設定方法によって設定された潜航経路（各潜航点における目標値）を実現するように水中航走体１００の航行制御を行うことによって、水中航走体１００を目的に適した潜航経路や潜航姿勢で航行させることができる。これにより、水中航走体１００による観測等を最適な状態で実現することができる。
　なお、図５として示した本発明の実施の形態における水中航走体の経路設定処理を説明する図は、本実施形態の経路設定方法や水中航走体１００を実海域に適用した例である。
　水中航走体１００として、海洋研究開発機構（Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology）の航行型無人潜水機「うらしま」を使用し、２０１５年６月に日本の伊豆諸島海域に位置する明神海丘カルデラで海底資源調査の実験を行った例である。この潜航で「うらしま」は全潜航区間を平均高度６７ｍ、最小高度３９ｍ（設定最小高度４０ｍ）で航行している。「うらしま」が全長８ｍの大型潜水機（ＡＵＶ）であり、明神海丘カルデラが最大５３度の急斜面を有する極めて険しい地形の海底であることを考えると、この結果が大変高い難易度をクリアしたものであることが分かる。最適航路点の導出の際、各航路点の初期深度は当該座標（緯度・経度）の海底深度から１２０ｍの上方に設定され、本径路設定方法を用いて各航路点の最適深度（最適な目標値）を導出した。このように、本実施形態の水中航走体１００の経路設定方法によれば、初期の目標値１２０ｍに対して、平均６７ｍ、最小３９ｍまで高度を小さく（目標深度を深く）でき、実海域潜航においても定められた潜航経路に沿っての航行が可能であることが実証できた。
　本発明は、水中航走体の経路設定及び航行制御のみならず、地形のデータや基準姿勢等の予め設定された条件に応じた移動体の移動経路や移動制御に適用することができる。例えば、航空機、ドローンの移動経路の設定や移動制御に適用することができる。
　１０　艇体、１２　主推進器、１４　主推進器駆動モータ、１４ａ　電池、１６　垂直舵、１８　垂直舵駆動モータ、２０　水平舵、２２　水平舵駆動モータ、２４　深度計、２６　高度計、２８　障害物センサ、３０　観測用センサ、３２　慣性航法装置、３４　制御装置、３６　音響通信装置、３８　音響測位装置、４０　処理部、４２　記憶部、４４　入力部、４６　出力部、５０　初期設定手段、５２　潜航点設定手段、５４　目標値設定手段、５６　艇体運動モデル設定手段、５８　目標値追従シミュレーション実施部、６０　潜航高度確認手段、６２　繰り返し回数確認手段、６４　目標値更新手段、６６　最適目標値設定手段、６８　最適目標値出力手段、７０　最適目標値入力部、７２　記憶部、７４　艇体運動制御部、７６　自機運動検知部、７８　自機位置計算部、８０　観測行動実施部、８２　緊急浮上判断部、１００　水中航走体、２００　経路設定装置、３００　支援船、４００　水底地形、５００　人工衛星。

Claims (25)

  1. 　水中航走体の潜航点を入力する潜航点入力ステップと、
    　前記潜航点における初期の目標値を設定する目標値設定ステップと、
    　基準としての水底地形のデータと前記目標値とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標値に対する前記水中航走体の潜航経路をシミュレーションする潜航シミュレーションステップと、
    　前記潜航シミュレーションステップにおけるシミュレーションで得られた前記潜航経路に基づいて算出される評価関数の値に基づいて前記目標値を更新する目標値更新ステップとを備え、
    　前記潜航シミュレーションステップと前記目標値更新ステップを繰り返すことによって最適な前記目標値を導出することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  2. 　請求項１に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記目標値は、前記潜航点における目標深度であることを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  3. 　請求項２に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記水中航走体の最小許容高度を設定する最小許容高度設定ステップを備え、
    　前記潜航シミュレーションステップは、前記水底地形のデータと前記目標深度とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標深度に対する前記水中航走体の計算潜航高度をシミュレーションし、
    　前記計算潜航高度と前記最小許容高度を比較することによって最適な前記目標深度を導出することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  4. 　請求項３に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記目標値更新ステップは、前記計算潜航高度の最小値と前記最小許容高度に差がある場合に、前記計算潜航高度の前記最小値が前記最小許容高度に近づくように前記目標深度を更新することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  5. 　請求項３又は４に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記評価関数の値は、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和とし、
    　前記目標値更新ステップは、前記評価関数の値が小さくなるように前記目標深度を更新することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  6. 　請求項１に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記目標値は、前記潜航点における目標高度であることを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  7. 　請求項６に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記水中航走体の最小許容高度を設定する最小許容高度設定ステップを備え、
    　前記潜航シミュレーションステップは、前記水底地形のデータと前記目標高度とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標高度に対する前記水中航走体の計算潜航高度をシミュレーションし、
    　前記計算潜航高度と前記最小許容高度を比較することによって最適な前記目標高度を導出することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  8. 　請求項７に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記目標値更新ステップは、前記計算潜航高度の最小値と前記最小許容高度に差がある場合に、前記計算潜航高度の前記最小値が前記最小許容高度に近づくように前記目標高度を更新することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  9. 　請求項７又は８に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記評価関数の値は、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和とし、
    　前記目標値更新ステップは、前記評価関数の値が小さくなるように前記目標高度を更新することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  10. 　請求項１に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記目標値は、前記潜航点における前記水中航走体の目標基準姿勢であることを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  11. 　請求項１０に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記水中航走体の最小許容高度を設定する最小許容高度設定ステップを備え、前記潜航シミュレーションステップは、前記水底地形のデータと前記目標基本姿勢とを用いて前記水中航走体の運動モデルに基づいて前記目標基本姿勢に対する前記水中航走体の計算潜航高度をシミュレーションし、
    　前記計算潜航高度と前記最小許容高度を比較することによって最適な前記目標基本姿勢を導出することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  12. 　請求項１１に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記目標値更新ステップは、前記計算潜航高度の最小値と前記最小許容高度に差がある場合に、前記計算潜航高度の前記最小値が前記最小許容高度に近づくように前記目標基本姿勢を更新することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  13. 　請求項１１又は１２に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記評価関数の値は、複数の前記潜航点における前記計算潜航高度と前記最小許容高度との差の絶対値の総和、もしくは差の二乗の総和とし、前記目標値更新ステップは、前記評価関数の値が小さくなるように前記目標基本姿勢を更新することを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  14. 　請求項１～１３のいずれか１項に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記潜航シミュレーションステップと前記目標値更新ステップの繰り返し回数が予め定められていることを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  15. 　請求項１に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記水底地形のデータの代わりに基準経路を用いることを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  16. 　請求項１に記載の水中航走体の経路設定方法であって、
    　前記水底地形のデータの代わりに、前記潜航点における前記水中航走体の基準角度を用いることを特徴とする水中航走体の経路設定方法。
  17. 　請求項１～１６のいずれか１項に記載の水中航走体の経路設定方法で得られた最適な前記目標値を用いて前記水中航走体を制御することを特徴とする水中航走体の最適制御方法。
  18. 　請求項１７に記載の水中航走体の最適制御方法であって、
    　最適な前記目標値と前記水中航走体の位置を比較して、比較結果に応じて前記水中航走体の運動制御系を制御することを特徴とする水中航走体の最適制御方法。
  19. 　請求項１８に記載の水中航走体の最適制御方法であって、
    　最適な前記目標値と前記水中航走体の前記位置が所定の条件を外れた場合に前記水中航走体を緊急浮上させることを特徴とする水中航走体の最適制御方法。
  20. 　請求項１７～１９のいずれか１項に記載の水中航走体の最適制御方法であって、
    　さらに前記水底地形を観測する観測制御を行うことを特徴とする水中航走体の最適制御方法。
  21. 　請求項１～１６のいずれか１項に記載の水中航走体の経路設定方法で得られた最適な前記目標値を取得する目標値取得部と、
    　取得された前記目標値を記憶する記憶部と、
    　前記記憶部に記憶された前記目標値を用いて駆動手段を制御する運動制御部を備えることを特徴とする水中航走体。
  22. 　請求項２１に記載の水中航走体であって、
    　深度計測手段、高度計測手段、及び姿勢計測手段の少なくとも１つを備え、
    　前記運動制御部は、前記深度計測手段、高度計測手段、及び姿勢計測手段の少なくとも１つの測定値と前記記憶部に記憶された前記目標値とを比較して前記駆動手段を制御することを特徴とする水中航走体。
  23. 　請求項２１又は２２に記載の水中航走体であって、
    　障害物探知手段を備え、
    　前記運動制御部は、前記障害物探知手段による検出結果に応じて前記駆動手段を制御することを特徴とする水中航走体。
  24. 　請求項２１～２３のいずれか１項に記載の水中航走体であって、
    　慣性航法手段を備え、
    　前記運動制御部は、前記慣性航法手段の出力に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする水中航走体。
  25. 　請求項２１～２４のいずれか１項に記載の水中航走体であって、
    　前記水底地形を観測する観測手段を備えることを特徴とする水中航走体。
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US15/781,566 US11048274B2 (en) 2015-12-09 2016-12-09 Route setting method for underwater vehicle, underwater vehicle optimum control method using same, and underwater vehicle
EP16873112.3A EP3388327B1 (en) 2015-12-09 2016-12-09 Route setting method for underwater vehicle, underwater vehicle optimum control method using same, and underwater vehicle
CN201680072305.0A CN108698677B (zh) 2015-12-09 2016-12-09 水下航行体的路径设定方法、使用该方法的水下航行体的最佳控制方法及水下航行体

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107757848A (zh) * 2017-11-16 2018-03-06 中科探海(苏州)海洋科技有限责任公司 一种可编队作业水下自主机器人

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6946865B2 (ja) * 2017-08-31 2021-10-13 株式会社Ihi 航走制御装置及び航走制御方法
JP6942420B2 (ja) * 2017-09-29 2021-09-29 東芝情報システム株式会社 無人無索潜水機システム
CN108008733B (zh) * 2017-11-29 2020-02-14 中国地质大学（武汉） 一种水下机器人姿态控制方法、设备及存储设备
GB2582484B (en) * 2017-12-01 2022-11-16 Onesubsea Ip Uk Ltd Systems and methods of pilot assist for subsea vehicles
NO345284B1 (en) * 2019-02-07 2020-11-30 Idrop As Method for establishing a consolidated water current velocity profile
JP7239106B2 (ja) * 2019-04-22 2023-03-14 株式会社ジェイテクト サイバーフィジカルプロダクションシステム型生産システム
JP2020192906A (ja) * 2019-05-29 2020-12-03 三菱重工業株式会社 移動体の制御装置、制御方法及びプログラム
JP7174676B2 (ja) * 2019-07-24 2022-11-17 三菱重工業株式会社 位置推定装置、位置推定方法および航走体
CN110763234B (zh) * 2019-10-15 2022-10-28 哈尔滨工程大学 一种水下机器人海底地形匹配导航路径规划方法
TWI724725B (zh) * 2019-12-31 2021-04-11 禾瑞亞科技股份有限公司 偵測元件是否處在導電液體當中的方法、電子裝置與其中央處理器模組
CN111307158B (zh) * 2020-03-19 2022-11-18 哈尔滨工程大学 一种auv三维航路规划方法
CN111307160B (zh) * 2020-03-20 2021-06-22 中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院 一种自主水下航行器长航时航迹的修正方法及装置
JP7441740B2 (ja) 2020-06-18 2024-03-01 三菱重工業株式会社 水中航行体、水中航行システム、水中航行体の制御方法、及びプログラム
CN111998847A (zh) * 2020-07-16 2020-11-27 西北工业大学 一种基于深度强化学习的水下航行器仿生地磁导航方法
CN111829528B (zh) * 2020-07-27 2022-02-08 中国科学院自动化研究所 仿生滑翔机器海豚的实时路径规划方法及系统
CN112130585B (zh) * 2020-09-24 2022-06-21 哈尔滨工程大学 一种面向出水区域内静态和动态障碍的uuv防碰撞方法
CN112306076B (zh) * 2020-11-06 2021-09-14 西北工业大学 一种混合驱动水下机器人动力学模型建立方法
CN113175917B (zh) * 2021-04-27 2022-10-11 天津水运工程勘察设计院有限公司 一种利用低空无人机测量沿海浅水区地形的方法
CN113627104B (zh) * 2021-08-12 2024-02-06 北京中安智能信息科技有限公司 多约束条件下的水下潜艇航迹模拟方法和装置及设备
IL290030B1 (en) * 2021-12-30 2024-04-01 Elta Systems Ltd Autonomous ascent of an underwater vehicle
CN115184047B (zh) * 2022-09-08 2023-02-07 长沙矿冶研究院有限责任公司 水下履带式作业车行走性能测试与分析系统及方法
CN116127611B (zh) * 2023-04-13 2023-06-20 中国人民解放军国防科技大学 一种水下航行器动态仿真方法
CN116107294B (zh) * 2023-04-13 2023-07-04 中国船舶集团有限公司第七一九研究所 一种用于船舶操纵控制系统的虚拟集成验证系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63273797A (ja) 1987-04-30 1988-11-10 日本電気株式会社 水中航走体用深度制御装置
JPH0516878A (ja) 1991-07-15 1993-01-26 Nec Corp 水中航走体の自動操縦装置
JP2003127983A (ja) 2001-10-30 2003-05-08 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 自律型水中航走体の航走制御装置
JP2005193767A (ja) * 2004-01-07 2005-07-21 Kaiyo Denshi Kogyo Kk 曳航体の高度制御装置
JP2005239027A (ja) * 2004-02-27 2005-09-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中航走体およびその制御方法
JP2007292729A (ja) 2006-03-27 2007-11-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中航走体、及び水中航走体の測位方法
JP2008265651A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中航走体運動制御装置および水中航走体
JP2013141916A (ja) * 2012-01-11 2013-07-22 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 水中航走体
JP2014121927A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中機
JP2015063181A (ja) 2013-09-24 2015-04-09 日本電気株式会社 姿勢角制御装置

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5894450A (en) * 1997-04-15 1999-04-13 Massachusetts Institute Of Technology Mobile underwater arrays
US6390012B1 (en) * 1999-09-20 2002-05-21 Coflexip, S.A. Apparatus and method for deploying, recovering, servicing, and operating an autonomous underwater vehicle
US20040030571A1 (en) * 2002-04-22 2004-02-12 Neal Solomon System, method and apparatus for automated collective mobile robotic vehicles used in remote sensing surveillance
US7221621B2 (en) * 2004-04-06 2007-05-22 College Of William & Mary System and method for identification and quantification of sonar targets in a liquid medium
US20110313655A1 (en) * 2004-09-22 2011-12-22 Kenneth Litvack Navigation assistance method and system
US8437979B2 (en) * 2007-01-20 2013-05-07 Kcf Technologies, Inc. Smart tether system for underwater navigation and cable shape measurement
US8065046B2 (en) * 2007-09-17 2011-11-22 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Olivo-cerebellar controller
US8004930B2 (en) * 2008-03-17 2011-08-23 Westerngeco, L.L.C. Methods and systems for determining coordinates of an underwater seismic component in a reference frame
WO2010051629A1 (en) * 2008-11-04 2010-05-14 National Research Council Of Canada Propulsion system for an autonomous underwater vehicle
US9207348B2 (en) * 2009-05-28 2015-12-08 Westerngeco L.L.C Collision avoidance for instrumented probes deployed from a seismic vessel
US8305840B2 (en) * 2009-07-14 2012-11-06 Navico, Inc. Downscan imaging sonar
US8300499B2 (en) * 2009-07-14 2012-10-30 Navico, Inc. Linear and circular downscan imaging sonar
US8463458B2 (en) * 2009-09-03 2013-06-11 Johnson Outdoors Marine Electronics, Inc. Depth highlight, depth highlight range, and water level offset highlight display and systems
US8527445B2 (en) * 2010-12-02 2013-09-03 Pukoa Scientific, Llc Apparatus, system, and method for object detection and identification
KR20120071330A (ko) * 2010-12-22 2012-07-02 삼성중공업 주식회사 수중 이동 장치 및 그의 이동 방법
US9969470B2 (en) * 2011-09-30 2018-05-15 Cgg Services Sas Deployment and recovery of autonomous underwater vehicles for seismic survey
US9182486B2 (en) * 2011-12-07 2015-11-10 Navico Holding As Sonar rendering systems and associated methods
US9874651B2 (en) * 2012-01-20 2018-01-23 Cgg Services Sas Actively controlled buoy based marine seismic survey system and method
US20140301161A1 (en) * 2012-11-14 2014-10-09 Cgg Services Sa Marine seismic survey and method using autonomous underwater vehicles and underwater bases
US20160050030A1 (en) * 2012-11-29 2016-02-18 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois System and method for communication with time distortion
US9417351B2 (en) * 2012-12-21 2016-08-16 Cgg Services Sa Marine seismic surveys using clusters of autonomous underwater vehicles
WO2014147165A1 (en) * 2013-03-20 2014-09-25 Cgg Services Sa Methods and underwater bases for using autonomous underwater vehicle for marine seismic surveys
US9469382B2 (en) * 2013-06-28 2016-10-18 Cgg Services Sa Methods and underwater bases for using autonomous underwater vehicle for marine seismic surveys
IL228660B (en) * 2013-10-01 2020-08-31 Elta Systems Ltd Underwater system and method therefor
ITMI20131753A1 (it) * 2013-10-21 2015-04-22 Eni Spa Procedimento per trasportare fluidi di estrazione quali per esempio gas naturale, petrolio o acqua, e veicolo sommergibile per attuare tale metodo.
DE102014201238A1 (de) * 2014-01-23 2015-07-23 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und System zur Erstellung einer Vektorkarte
JP6221783B2 (ja) * 2014-01-30 2017-11-01 株式会社Ihi 水中航走体の高度検出方法及び装置
JP6132981B2 (ja) * 2014-03-24 2017-05-24 エスゼット ディージェイアイ テクノロジー カンパニー リミテッドＳｚ Ｄｊｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ 飛行機の状態をリアルタイムに修正する方法および装置
WO2015199789A2 (en) * 2014-04-08 2015-12-30 University Of New Hampshire Optical based pose detection for multiple unmanned underwater vehicles
US9995824B2 (en) * 2014-04-09 2018-06-12 Thomas Danaher Harvey Methods and system to assist search for lost and submerged objects
EP3143436B1 (en) * 2014-05-15 2019-03-06 Seabed Geosolutions B.V. Autonomous seismic node handling and storage system
US9335764B2 (en) * 2014-05-27 2016-05-10 Recreational Drone Event Systems, Llc Virtual and augmented reality cockpit and operational control systems
WO2016010715A1 (en) * 2014-07-18 2016-01-21 Exxonmobil Upstream Research Company Method and system for identifying and sampling hydrocarbons
CN104180804A (zh) 2014-09-11 2014-12-03 东南大学 基于水下信息网络的单参考节点水下航行器组合导航方法
EP3022589B1 (en) * 2014-10-01 2024-01-03 Ocean Floor Geophysics Inc. Compensation of magnetic data for autonomous underwater vehicle mapping surveys

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63273797A (ja) 1987-04-30 1988-11-10 日本電気株式会社 水中航走体用深度制御装置
JPH0516878A (ja) 1991-07-15 1993-01-26 Nec Corp 水中航走体の自動操縦装置
JP2003127983A (ja) 2001-10-30 2003-05-08 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 自律型水中航走体の航走制御装置
JP2005193767A (ja) * 2004-01-07 2005-07-21 Kaiyo Denshi Kogyo Kk 曳航体の高度制御装置
JP2005239027A (ja) * 2004-02-27 2005-09-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中航走体およびその制御方法
JP2007292729A (ja) 2006-03-27 2007-11-08 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中航走体、及び水中航走体の測位方法
JP2008265651A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中航走体運動制御装置および水中航走体
JP2013141916A (ja) * 2012-01-11 2013-07-22 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd 水中航走体
JP2014121927A (ja) * 2012-12-20 2014-07-03 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水中機
JP2015063181A (ja) 2013-09-24 2015-04-09 日本電気株式会社 姿勢角制御装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3388327A4

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107757848A (zh) * 2017-11-16 2018-03-06 中科探海(苏州)海洋科技有限责任公司 一种可编队作业水下自主机器人

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