JP2002162459A - 水中移動体の測位装置 - Google Patents
水中移動体の測位装置Info
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- G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
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- B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
- B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
- B63C11/48—Means for searching for underwater objects
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- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S367/00—Communications, electrical: acoustic wave systems and devices
- Y10S367/907—Coordinate determination
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- Acoustics & Sound (AREA)
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】３本以上の海底トランスポンダの設置が不要で
あり、かつ測位精度が良く、また装置を大規模にするこ
とのない水中移動体の測位装置を提供する。 【解決手段】観測船５及び観測船に搭載された音響送受
信機と、観測船に曳航される第一水面曳航体６及び第二
水面曳航体７と、観測船に曳航される深海曳航器１と、
第一水面曳航体に搭載され観測船上の音響送受信機８に
通信ケーブルで接続され電波測位システムで測位される
音響送受波器と、第二水面曳航体に搭載され観測船上の
音響送受信機９，１０に通信ケーブルで接続され電波測
位システム１１，１２で測位される２つの音響受波器
と、深海曳航器に搭載された音響パルス発信器と、観測
船上に搭載され、音響送受波器及び各音響受波器自身の
位置データと音響送受波器及び音響受波器から音響パル
ス発信器までの距離データとに基づいて深海曳航器の位
置を算出する。
あり、かつ測位精度が良く、また装置を大規模にするこ
とのない水中移動体の測位装置を提供する。 【解決手段】観測船５及び観測船に搭載された音響送受
信機と、観測船に曳航される第一水面曳航体６及び第二
水面曳航体７と、観測船に曳航される深海曳航器１と、
第一水面曳航体に搭載され観測船上の音響送受信機８に
通信ケーブルで接続され電波測位システムで測位される
音響送受波器と、第二水面曳航体に搭載され観測船上の
音響送受信機９，１０に通信ケーブルで接続され電波測
位システム１１，１２で測位される２つの音響受波器
と、深海曳航器に搭載された音響パルス発信器と、観測
船上に搭載され、音響送受波器及び各音響受波器自身の
位置データと音響送受波器及び音響受波器から音響パル
ス発信器までの距離データとに基づいて深海曳航器の位
置を算出する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、深海曳航器等の水中移
動体の測位装置に関し、特にグローバル・ポジショニン
グ・システムあるいはデファレンシャル・グローバル・
ポジショニング・システム（本明細書において、両者を
総称して単に「グローバル・ポジショニング・システ
ム」あるいは「ＧＰＳ」という。）、ロランＣ及びマイ
クロウエーブを使用したショートレンジ電波測位システ
ム等（本明細書において、これら電波を使用して測位す
るシステムを総称して「電波測位システム」という。）
と音響測位方式とを組み合わせた水中移動体の測位装置
に関する。
動体の測位装置に関し、特にグローバル・ポジショニン
グ・システムあるいはデファレンシャル・グローバル・
ポジショニング・システム（本明細書において、両者を
総称して単に「グローバル・ポジショニング・システ
ム」あるいは「ＧＰＳ」という。）、ロランＣ及びマイ
クロウエーブを使用したショートレンジ電波測位システ
ム等（本明細書において、これら電波を使用して測位す
るシステムを総称して「電波測位システム」という。）
と音響測位方式とを組み合わせた水中移動体の測位装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のＬＢＬ方式（Ｌｏｎｇ Ｂａｓｅ
Ｌｉｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）による水中移動体の測位装
置では、図７に示すように３個の音響トランスポンダ
４、４，４を海底の各々の位置に設置し、観測船２の船
底に設置されたトランスジューサ３と各々の音響トラン
スポンダ４、４，４との直距離を音波の往復伝送時間か
ら測定することによって、各音響トランスポンダ４、
４，４で作られる座標系から見たトランスジューサ３の
位置をまず求める。次に、水中移動体１と各々の音響ト
ランスポンダ４、４，４との間の直距離及び水中移動体
１と観測船２のトランスジューサ３との直距離を測定す
ることによって、各々の音響トランスポンダ４、４，４
で作られる座標系から見た水中移動体１の位置を測定し
ていた。
Ｌｉｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ）による水中移動体の測位装
置では、図７に示すように３個の音響トランスポンダ
４、４，４を海底の各々の位置に設置し、観測船２の船
底に設置されたトランスジューサ３と各々の音響トラン
スポンダ４、４，４との直距離を音波の往復伝送時間か
ら測定することによって、各音響トランスポンダ４、
４，４で作られる座標系から見たトランスジューサ３の
位置をまず求める。次に、水中移動体１と各々の音響ト
ランスポンダ４、４，４との間の直距離及び水中移動体
１と観測船２のトランスジューサ３との直距離を測定す
ることによって、各々の音響トランスポンダ４、４，４
で作られる座標系から見た水中移動体１の位置を測定し
ていた。
【０００３】また、従来のＳＳＢＬ方式（Ｓｕｐｅｒ
Ｓｈｏｒｔ Ｂａｓｅ ＬｉｎｅＳｙｓｔｅｍ）では、
観測船の船底または舷側に固定したトランスジューサと
水中移動体に設置した音響トランスポンダとの間で音響
の送受を行い、両者間の直距離および水中移動体の方向
を測定するものであった。また、従来のＬＢＬ方式を発
展させたものとしては、図８に示すような測位方式が提
案されている。この例では、母船２及び２隻の支援船
３，３に各々ＧＰＳ及び受波器４，５，５を搭載してお
き、潜水調査船１に搭載された同期ピンガ６からの深度
データを含む発信パルスを各受波器４，５，５が受信す
ることにより潜水調査船１の位置を測定するものであ
る。
Ｓｈｏｒｔ Ｂａｓｅ ＬｉｎｅＳｙｓｔｅｍ）では、
観測船の船底または舷側に固定したトランスジューサと
水中移動体に設置した音響トランスポンダとの間で音響
の送受を行い、両者間の直距離および水中移動体の方向
を測定するものであった。また、従来のＬＢＬ方式を発
展させたものとしては、図８に示すような測位方式が提
案されている。この例では、母船２及び２隻の支援船
３，３に各々ＧＰＳ及び受波器４，５，５を搭載してお
き、潜水調査船１に搭載された同期ピンガ６からの深度
データを含む発信パルスを各受波器４，５，５が受信す
ることにより潜水調査船１の位置を測定するものであ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のＬＢＬ方式によ
る水中移動体の測位装置では、測位精度は良いものの、
音響トランスポンダを最低３本設置する必要があり、そ
の測定範囲は３〜４ｋｍ四方程度であり、広範囲に測定
するにはトランスポンダを多数海底に設置する必要があ
った。また、予め、各トランスポンダの水深と相対位置
を決定しておく（キャリブレーションと呼ばれる。）必
要があり、測位の作業能率は良くない。
る水中移動体の測位装置では、測位精度は良いものの、
音響トランスポンダを最低３本設置する必要があり、そ
の測定範囲は３〜４ｋｍ四方程度であり、広範囲に測定
するにはトランスポンダを多数海底に設置する必要があ
った。また、予め、各トランスポンダの水深と相対位置
を決定しておく（キャリブレーションと呼ばれる。）必
要があり、測位の作業能率は良くない。
【０００５】また、従来のＳＳＢＬ方式は、複数のトラ
ンスポンダの設置やキャリブレーションが不要のため測
位の作業能率は良いが、基線長が短いことから長距離の
測位では測位精度が低下するという欠点を有している。
また、図８に示す方式では、支援船２隻を使用するため
装置が大規模になり、操船者も必要である。また、各受
波器を設置する母船及び支援船にはスクリューを備えて
いるため船体ノイズの影響で測位が不能になることがあ
る。また、支援船で得たデータを無線で母船に送るため
無線装置が必要であり、また、電波法の規制を受けるこ
とから外国の領海で使用できないといった欠点があっ
た。
ンスポンダの設置やキャリブレーションが不要のため測
位の作業能率は良いが、基線長が短いことから長距離の
測位では測位精度が低下するという欠点を有している。
また、図８に示す方式では、支援船２隻を使用するため
装置が大規模になり、操船者も必要である。また、各受
波器を設置する母船及び支援船にはスクリューを備えて
いるため船体ノイズの影響で測位が不能になることがあ
る。また、支援船で得たデータを無線で母船に送るため
無線装置が必要であり、また、電波法の規制を受けるこ
とから外国の領海で使用できないといった欠点があっ
た。
【０００６】本発明は、このような従来の技術が有する
課題を解決するために提案されたものであり、３本以上
の海底トランスポンダの設置 とかキャリブレーション
といった作業が不要であり、かつ測位精度が良く、また
装置を大規模にすることのない水中移動体の測位装置を
提供することを目的とする。
課題を解決するために提案されたものであり、３本以上
の海底トランスポンダの設置 とかキャリブレーション
といった作業が不要であり、かつ測位精度が良く、また
装置を大規模にすることのない水中移動体の測位装置を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明による水中移動体の測位装置は、観測船及び上
記観測船に搭載された音響送受信機と、上記観測船に第
一曳航索を介して曳航されるようにした第一水面曳航体
及び第二水面曳航体と、上記観測船に第二曳航索を介し
て曳航されるようにした深海曳航器と、上記第一水面曳
航体に搭載され上記観測船上の音響送受信機に通信ケー
ブルで接続され電波測位システムで測位される音響送受
波器と、上記第二水面曳航体に搭載され観測船上の音響
送受信機に通信ケーブルで接続され電波測位システムで
測位される２つの音響受波器と、上記深海曳航器に搭載
された音響パルス発信器と、上記観測船上に搭載され、
音響送受波器及び各音響受波器自身の位置データと上記
音響送受波器及び音響受波器から上記音響パルス発信器
までの距離データとに基づいて上記深海曳航器の位置を
算出する演算装置とを有する構成としている。
に本発明による水中移動体の測位装置は、観測船及び上
記観測船に搭載された音響送受信機と、上記観測船に第
一曳航索を介して曳航されるようにした第一水面曳航体
及び第二水面曳航体と、上記観測船に第二曳航索を介し
て曳航されるようにした深海曳航器と、上記第一水面曳
航体に搭載され上記観測船上の音響送受信機に通信ケー
ブルで接続され電波測位システムで測位される音響送受
波器と、上記第二水面曳航体に搭載され観測船上の音響
送受信機に通信ケーブルで接続され電波測位システムで
測位される２つの音響受波器と、上記深海曳航器に搭載
された音響パルス発信器と、上記観測船上に搭載され、
音響送受波器及び各音響受波器自身の位置データと上記
音響送受波器及び音響受波器から上記音響パルス発信器
までの距離データとに基づいて上記深海曳航器の位置を
算出する演算装置とを有する構成としている。
【０００８】また、本発明による水中移動体の測位装置
は、観測船及び上記観測船に搭載された音響送受信機
と、上記観測船に第一曳航索を介して曳航されるように
した第一水面曳航体及び第二水面曳航体と、上記観測船
に第二曳航索を介して曳航されるようにした深海曳航器
と、上記第一水面曳航体に搭載され上記観測船上の音響
送受信機に通信ケーブルで接続されたＧＰＳ及び音響送
受波器と、上記第二水面曳航体に搭載され観測船上の音
響送受信機に通信ケーブルで接続されたＧＰＳ及び２つ
の音響受波器と、上記深海曳航器に搭載された音響トラ
ンスポンダ及び深度計と、上記観測船上に搭載され、上
記ＧＰＳによって計測した音響送受波器及び各音響受波
器自身の位置データと上記音響送受波器から発信された
音響パルス及び上記深度計からの音響パルスを上記音響
トランスポンダを介して上記各音響受波器に送信するこ
とにより得られる上記音響送受波器及び音響受波器から
上記音響トランスポンダまでの距離データとに基づいて
上記深海曳航器の位置を算出する演算装置とを有する構
成としている。
は、観測船及び上記観測船に搭載された音響送受信機
と、上記観測船に第一曳航索を介して曳航されるように
した第一水面曳航体及び第二水面曳航体と、上記観測船
に第二曳航索を介して曳航されるようにした深海曳航器
と、上記第一水面曳航体に搭載され上記観測船上の音響
送受信機に通信ケーブルで接続されたＧＰＳ及び音響送
受波器と、上記第二水面曳航体に搭載され観測船上の音
響送受信機に通信ケーブルで接続されたＧＰＳ及び２つ
の音響受波器と、上記深海曳航器に搭載された音響トラ
ンスポンダ及び深度計と、上記観測船上に搭載され、上
記ＧＰＳによって計測した音響送受波器及び各音響受波
器自身の位置データと上記音響送受波器から発信された
音響パルス及び上記深度計からの音響パルスを上記音響
トランスポンダを介して上記各音響受波器に送信するこ
とにより得られる上記音響送受波器及び音響受波器から
上記音響トランスポンダまでの距離データとに基づいて
上記深海曳航器の位置を算出する演算装置とを有する構
成としている。
【０００９】また、本発明による水中移動体の測位装置
は、観測船及び上記観測船に搭載された音響送受信機
と、上記観測船に第一曳航索を介して曳航されるように
した第一水面曳航体及び第二水面曳航体と、上記観測船
に第二曳航索を介して曳航されるようにした深海曳航器
と、上記第一水面曳航体に搭載され上記観測船上の音響
送受信機に通信ケーブルで接続されたＧＰＳ及び音響受
波器と、上記第二水面曳航体に搭載され観測船上の音響
送受信機に通信ケーブルで接続されたＧＰＳ及び２つの
音響受波器と、上記深海曳航器に搭載された同期ピンガ
またはレスポンダ及び深度計と、上記観測船上に搭載さ
れ、上記ＧＰＳによって計測した各音響受波器自身の位
置データと上記同期ピンガまたはレスポンダからの音響
パルス及び上記深度計からの音響パルスを上記各音響受
波器に送信することにより得られる上記各音響受波器か
ら上記同期ピンガまたはレスポンダまでの距離データと
に基づいて上記深海曳航器の位置を算出する演算装置と
を有する構成としている。また、本発明による水中移動
体の測位装置は、更に、深海曳航器に海底高度計を搭載
する構成としている。
は、観測船及び上記観測船に搭載された音響送受信機
と、上記観測船に第一曳航索を介して曳航されるように
した第一水面曳航体及び第二水面曳航体と、上記観測船
に第二曳航索を介して曳航されるようにした深海曳航器
と、上記第一水面曳航体に搭載され上記観測船上の音響
送受信機に通信ケーブルで接続されたＧＰＳ及び音響受
波器と、上記第二水面曳航体に搭載され観測船上の音響
送受信機に通信ケーブルで接続されたＧＰＳ及び２つの
音響受波器と、上記深海曳航器に搭載された同期ピンガ
またはレスポンダ及び深度計と、上記観測船上に搭載さ
れ、上記ＧＰＳによって計測した各音響受波器自身の位
置データと上記同期ピンガまたはレスポンダからの音響
パルス及び上記深度計からの音響パルスを上記各音響受
波器に送信することにより得られる上記各音響受波器か
ら上記同期ピンガまたはレスポンダまでの距離データと
に基づいて上記深海曳航器の位置を算出する演算装置と
を有する構成としている。また、本発明による水中移動
体の測位装置は、更に、深海曳航器に海底高度計を搭載
する構成としている。
【００１０】
【作用】上述した構成によれば、まず、電波測位システ
ムによって第一水面曳航体の音響送受波器及び第二水面
曳航体の各音響受波器の位置が決定される。次に、第一
水面曳航体の音響送受波器及び第二水面曳航体の２つの
音響受波器から深海曳航器の音響パルス発信器までの直
距離を音波の伝送時間から求める。これら３個の直距離
を半径とする球面の交点が音響トランスポンダの位置で
あるから、この交点を求めることにより、深海曳航器の
測位が可能となる。また、計算を簡単にし、測位精度を
上げるため、音響パルス発信器の深度を測定し、上記３
個の直距離とこの深度とから、第一水面曳航体の音響送
受波器及び第二の水面曳航体の２つの音響受波器から深
海曳航器の音響パルス発信器までのそれぞれの水平距離
を求めることもできる。
ムによって第一水面曳航体の音響送受波器及び第二水面
曳航体の各音響受波器の位置が決定される。次に、第一
水面曳航体の音響送受波器及び第二水面曳航体の２つの
音響受波器から深海曳航器の音響パルス発信器までの直
距離を音波の伝送時間から求める。これら３個の直距離
を半径とする球面の交点が音響トランスポンダの位置で
あるから、この交点を求めることにより、深海曳航器の
測位が可能となる。また、計算を簡単にし、測位精度を
上げるため、音響パルス発信器の深度を測定し、上記３
個の直距離とこの深度とから、第一水面曳航体の音響送
受波器及び第二の水面曳航体の２つの音響受波器から深
海曳航器の音響パルス発信器までのそれぞれの水平距離
を求めることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明による水中移動体の
測位装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１および２は、海底等の調査を行う水中移動体である
深海曳航器１の測位を行うための装置全体を示した図で
あり、図１は正面図、図２は平面図である。深海曳航器
１には、音響トランスポンダ２、深度計３及び海底高度
計４が搭載されており、母船である観測船５に第二曳航
索１５を介して曳航されるようになっている。なお、上
記音響トランスポンダ２に替えて図示しない同期ピンガ
またはレスポンダを用いるようにしても良い（本明細書
において、音響トランスポンダ、同期ピンガおよびレス
ポンダを総称して「音響パルス発信器」という。）。こ
の場合、後記する第一水面曳航体６の音響送受波器８は
音響受波器が用いられる。この深海曳航器１は、海底の
深さに応じて移動するものであるが、最大約６０００ｍ
の深さまで潜水可能である。深度計３としては、圧力式
深度計が適している。
測位装置の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１および２は、海底等の調査を行う水中移動体である
深海曳航器１の測位を行うための装置全体を示した図で
あり、図１は正面図、図２は平面図である。深海曳航器
１には、音響トランスポンダ２、深度計３及び海底高度
計４が搭載されており、母船である観測船５に第二曳航
索１５を介して曳航されるようになっている。なお、上
記音響トランスポンダ２に替えて図示しない同期ピンガ
またはレスポンダを用いるようにしても良い（本明細書
において、音響トランスポンダ、同期ピンガおよびレス
ポンダを総称して「音響パルス発信器」という。）。こ
の場合、後記する第一水面曳航体６の音響送受波器８は
音響受波器が用いられる。この深海曳航器１は、海底の
深さに応じて移動するものであるが、最大約６０００ｍ
の深さまで潜水可能である。深度計３としては、圧力式
深度計が適している。
【００１２】第一水面曳航体６には音響送受波器８及び
電波測位システム、例えばＧＰＳ受信機１１が搭載され
ており、観測船５から距離Ｌ１（例えば５０ｍ程度）離
間するように第一曳航索１４を介して観測船５に曳航さ
れる。また、 第二水面曳航体７にはその両側に音響受
波器９，１０が搭載されるとともに電波測位システム、
例えばＧＰＳ受信機１２及び方位計１３が搭載されてお
り、第一水面曳航体６から後方に距離Ｌ２（例えば１０
０ｍ程度）離間して第一曳航索１４を介して観測船５に
曳航されるようになっている。また、第二水面曳航体７
の２つの音響受波器９，１０の各々の直上にＧＰＳ受信
機を設置する場合は方位計を設ける必要がない。距離Ｌ
１は、音響送受波器８が観測船５のノイズを受けないよ
うに適宜設定されるものであり、また、距離Ｌ２は、測
位精度の関係から適宜設定される。水面曳航体６及び７
は長さ２ｍ、幅１ｍ程度で十分であり、例えばサーフボ
ードの利用が考えられる。
電波測位システム、例えばＧＰＳ受信機１１が搭載され
ており、観測船５から距離Ｌ１（例えば５０ｍ程度）離
間するように第一曳航索１４を介して観測船５に曳航さ
れる。また、 第二水面曳航体７にはその両側に音響受
波器９，１０が搭載されるとともに電波測位システム、
例えばＧＰＳ受信機１２及び方位計１３が搭載されてお
り、第一水面曳航体６から後方に距離Ｌ２（例えば１０
０ｍ程度）離間して第一曳航索１４を介して観測船５に
曳航されるようになっている。また、第二水面曳航体７
の２つの音響受波器９，１０の各々の直上にＧＰＳ受信
機を設置する場合は方位計を設ける必要がない。距離Ｌ
１は、音響送受波器８が観測船５のノイズを受けないよ
うに適宜設定されるものであり、また、距離Ｌ２は、測
位精度の関係から適宜設定される。水面曳航体６及び７
は長さ２ｍ、幅１ｍ程度で十分であり、例えばサーフボ
ードの利用が考えられる。
【００１３】図３は、図１および図２に示したものの変
形例であり、図１および図２に示した第二水面曳航体７
に搭載された２つの受波器９，１０のうちの一方の受波
器９をもう一つの第二水面曳航体７’に搭載する。この
際、新たに設ける第二水面曳航体７’は観測船５から直
接、第一曳航索１４を介して距離Ｌ３離間して第一水面
曳航体６と並列に配置され、第一水面曳航体６及び第二
水面曳航体７と共に三角形の基線を構成する。この方式
によれば、図１および図２に示したものに比べ基線が長
くとれることから、その測位精度の向上が図れる。な
お、この場合、第二水面曳航体７’にもＧＰＳ受信機１
２が搭載されることから、方位計を設置する必要はな
い。
形例であり、図１および図２に示した第二水面曳航体７
に搭載された２つの受波器９，１０のうちの一方の受波
器９をもう一つの第二水面曳航体７’に搭載する。この
際、新たに設ける第二水面曳航体７’は観測船５から直
接、第一曳航索１４を介して距離Ｌ３離間して第一水面
曳航体６と並列に配置され、第一水面曳航体６及び第二
水面曳航体７と共に三角形の基線を構成する。この方式
によれば、図１および図２に示したものに比べ基線が長
くとれることから、その測位精度の向上が図れる。な
お、この場合、第二水面曳航体７’にもＧＰＳ受信機１
２が搭載されることから、方位計を設置する必要はな
い。
【００１４】図４は音響パルス等の情報を処理する装置
を示しており、観測船５には 音響送受信器１６及び演
算装置１７が搭載され、音響送受信機１６は音響送受波
器８及び音響受波器９，１０と通信ケーブルで接続さ
れ、演算装置１７はＧＰＳ受信機１１，１２及び方位計
１３と通信ケーブルで接続されている。音響送受波器８
から発信された音響パルスは深海曳航器１に搭載された
音響トランスポンダ２によって受信され、音響トランス
ポンダ２はその受信パルスに基づいて音響パルスを発信
する。なお、音響トランスポンダに替えて同期ピンガま
たはレスポンダを用いる場合は同期ピンガまたはレスポ
ンダ自らが音響パルスを発信するので音響送受波器から
の音響パルスの発信の必要はない。
を示しており、観測船５には 音響送受信器１６及び演
算装置１７が搭載され、音響送受信機１６は音響送受波
器８及び音響受波器９，１０と通信ケーブルで接続さ
れ、演算装置１７はＧＰＳ受信機１１，１２及び方位計
１３と通信ケーブルで接続されている。音響送受波器８
から発信された音響パルスは深海曳航器１に搭載された
音響トランスポンダ２によって受信され、音響トランス
ポンダ２はその受信パルスに基づいて音響パルスを発信
する。なお、音響トランスポンダに替えて同期ピンガま
たはレスポンダを用いる場合は同期ピンガまたはレスポ
ンダ自らが音響パルスを発信するので音響送受波器から
の音響パルスの発信の必要はない。
【００１５】また、深度計３からの深度データはパルス
間隔変調され音響トランスポンダ２から、２番目の音響
パルスとして発信される。音響トランスポンダ２から発
信された１番目の音響パルスは音響送受波器８，音響受
波器９，１０によって受信され、音響送受波器８が発信
してから音響送受波器８及び各音響受波器９，１０が受
信するまでの時間を音響送受信機１６が計測するように
なっている。
間隔変調され音響トランスポンダ２から、２番目の音響
パルスとして発信される。音響トランスポンダ２から発
信された１番目の音響パルスは音響送受波器８，音響受
波器９，１０によって受信され、音響送受波器８が発信
してから音響送受波器８及び各音響受波器９，１０が受
信するまでの時間を音響送受信機１６が計測するように
なっている。
【００１６】深海曳航体１の位置を測位するには、図５
において、まず、音響送受波器８の位置（ａ１、ｂ１）
がＧＰＳ受信機１１により決定され、また、音響受波器
９，１０の位置（ａ２，ｂ２）、（ａ３、ｂ３）が方位
計１３の方位データとＧＰＳ受信機１２の測位データと
を組み合わせることにより（第１，２図の場合）、ある
いはＧＰＳ受信機１２の測位データにより（第３図の場
合）決定される。次に、トランスポンダ２から発信され
た１番目のパルスを音響送受波器８及び音響受波器９，
１０が受信することにより、音響送受波器８が発信して
から各音響受波器８，９，１０が受信するまでの各時間
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を音響送受信機１６により測定す
る。
において、まず、音響送受波器８の位置（ａ１、ｂ１）
がＧＰＳ受信機１１により決定され、また、音響受波器
９，１０の位置（ａ２，ｂ２）、（ａ３、ｂ３）が方位
計１３の方位データとＧＰＳ受信機１２の測位データと
を組み合わせることにより（第１，２図の場合）、ある
いはＧＰＳ受信機１２の測位データにより（第３図の場
合）決定される。次に、トランスポンダ２から発信され
た１番目のパルスを音響送受波器８及び音響受波器９，
１０が受信することにより、音響送受波器８が発信して
から各音響受波器８，９，１０が受信するまでの各時間
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を音響送受信機１６により測定す
る。
【００１７】これにより、音響トランスポンダ２と音響
送受波器８、音響受波器９，１０とのそれぞれの直距離
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は音速をＶとすると、Ｒ１＝Ｖ×Ｔ
１、Ｒ２＝Ｖ×Ｔ２、Ｒ３＝Ｖ×Ｔ３ として求めるこ
とができる。直距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を半径とする球面
の交点が音響トランスポンダ２の位置となるので、直距
離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３から音響トランスポンダ２の位置を
計算から求めることが可能である。しかし、計算を簡単
にし、測位精度を上げるために、音響トランスポンダ２
の深度Ｄを測定することが実用的である。音響トランス
ポンダ２の深度Ｄは、音響トランスポンダ２からの２番
目のパルスとして音響送受波器８が受信することにより
算出できる。したがって、音響トランスポンダ２と音響
送受波器８、音響受波器９，１０とのそれぞれの水平距
離Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、Ｓ１２＝Ｒ１２−Ｄ２、Ｓ２２
＝Ｒ２２−Ｄ２、Ｓ３２＝Ｒ３２−Ｄ２ として求めら
れる。
送受波器８、音響受波器９，１０とのそれぞれの直距離
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３は音速をＶとすると、Ｒ１＝Ｖ×Ｔ
１、Ｒ２＝Ｖ×Ｔ２、Ｒ３＝Ｖ×Ｔ３ として求めるこ
とができる。直距離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３を半径とする球面
の交点が音響トランスポンダ２の位置となるので、直距
離Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３から音響トランスポンダ２の位置を
計算から求めることが可能である。しかし、計算を簡単
にし、測位精度を上げるために、音響トランスポンダ２
の深度Ｄを測定することが実用的である。音響トランス
ポンダ２の深度Ｄは、音響トランスポンダ２からの２番
目のパルスとして音響送受波器８が受信することにより
算出できる。したがって、音響トランスポンダ２と音響
送受波器８、音響受波器９，１０とのそれぞれの水平距
離Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、Ｓ１２＝Ｒ１２−Ｄ２、Ｓ２２
＝Ｒ２２−Ｄ２、Ｓ３２＝Ｒ３２−Ｄ２ として求めら
れる。
【００１８】これらＳ１，Ｓ２，Ｓ３の交点が深海曳航
器１に搭載された音響トランスポンダ２の位置（ｘ、
ｙ）となる。この位置（ｘ、ｙ）は次の式により求めら
れる。 （ｘ−ａ１）２＋（ｙ−ｂ１）２＝Ｓ１２ （ｘ−ａ２）２＋（ｙ−ｂ２）２＝Ｓ２２ （ｘ−ａ３）２＋（ｙ−ｂ３）２＝Ｓ３２
器１に搭載された音響トランスポンダ２の位置（ｘ、
ｙ）となる。この位置（ｘ、ｙ）は次の式により求めら
れる。 （ｘ−ａ１）２＋（ｙ−ｂ１）２＝Ｓ１２ （ｘ−ａ２）２＋（ｙ−ｂ２）２＝Ｓ２２ （ｘ−ａ３）２＋（ｙ−ｂ３）２＝Ｓ３２
【００１９】上記例では、深海曳航器１に音響トランス
ポンダ２を搭載しているが、この音響トランスポンダ２
に替えて同期ピンガやレスポンダを使用することもでき
る。音響トランスポンダは水面から送信された音波を音
響トランスポンダが受信できないと応答波を発信しない
が、同期ピンガおよびレスポンダはそのようなことはな
い。しかし、同期ピンガ方式では、船上側と水中の同期
ピンガの同期が狂うと、レンジデータに誤差が発生す
る。
ポンダ２を搭載しているが、この音響トランスポンダ２
に替えて同期ピンガやレスポンダを使用することもでき
る。音響トランスポンダは水面から送信された音波を音
響トランスポンダが受信できないと応答波を発信しない
が、同期ピンガおよびレスポンダはそのようなことはな
い。しかし、同期ピンガ方式では、船上側と水中の同期
ピンガの同期が狂うと、レンジデータに誤差が発生す
る。
【００２０】また、上記した曳航索１５による深海曳航
器１を曳航するオフライン曳航方式（海底の状況をオン
ラインで観測船に送らない方式）では、曳航体が海底に
衝突しないよう配慮する必要がある。そのため、エコー
サウンダ等の海底高度計を音響トランスポンダ２に接続
し、海底からの高さを測定し、パルス間隔変調で３番目
のパルスで送るようにすることも有用である。
器１を曳航するオフライン曳航方式（海底の状況をオン
ラインで観測船に送らない方式）では、曳航体が海底に
衝突しないよう配慮する必要がある。そのため、エコー
サウンダ等の海底高度計を音響トランスポンダ２に接続
し、海底からの高さを測定し、パルス間隔変調で３番目
のパルスで送るようにすることも有用である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ま
ず、第一、第二の水面曳航体にそれぞれ搭載されたＧＰ
Ｓなどの電波測位システムによって第一水面曳航体の音
響送受波器及び第二水面曳航体の各音響受波器の位置が
決定され、次いで、第一水面曳航体の音響送受波器、第
二水面曳航体の音響受波器から深海曳航器の音響トラン
スポンダまでの直距離と深海曳航器の深度データとから
第一、第二の水面曳航体から深海曳航器までのそれぞれ
の水平距離が求められることになり、深海曳航器の測位
が可能となる。これにより従来のＬＢＬ方式のように最
低３本の音響トランスポンダを海底に設置するといった
作業が不要であり、また、キャリブレーションの作業も
不要となる。また、測定範囲が音響トランスポンダの設
置範囲に限定されることがないため、広範囲となる。
ず、第一、第二の水面曳航体にそれぞれ搭載されたＧＰ
Ｓなどの電波測位システムによって第一水面曳航体の音
響送受波器及び第二水面曳航体の各音響受波器の位置が
決定され、次いで、第一水面曳航体の音響送受波器、第
二水面曳航体の音響受波器から深海曳航器の音響トラン
スポンダまでの直距離と深海曳航器の深度データとから
第一、第二の水面曳航体から深海曳航器までのそれぞれ
の水平距離が求められることになり、深海曳航器の測位
が可能となる。これにより従来のＬＢＬ方式のように最
低３本の音響トランスポンダを海底に設置するといった
作業が不要であり、また、キャリブレーションの作業も
不要となる。また、測定範囲が音響トランスポンダの設
置範囲に限定されることがないため、広範囲となる。
【００２２】また、従来のＳＳＢＬ方式に比べ基線長が
長いので、測位精度が良好である。また、図８に示す母
船及び支援船を用いる方式に比べ、支援船２隻を使用す
る必要がないため装置が大型になることもなく操船者も
不要となる。また、各受波器を設置する水面曳航体には
スクリューを備えていないため船体ノイズの影響で測位
精度が悪くなるということもない。また、音響送受波器
及び音響受波器で得たデータを観測船に送るための無線
装置が不要であり、また、電波法の規制を受けることも
ないといった利点がある。
長いので、測位精度が良好である。また、図８に示す母
船及び支援船を用いる方式に比べ、支援船２隻を使用す
る必要がないため装置が大型になることもなく操船者も
不要となる。また、各受波器を設置する水面曳航体には
スクリューを備えていないため船体ノイズの影響で測位
精度が悪くなるということもない。また、音響送受波器
及び音響受波器で得たデータを観測船に送るための無線
装置が不要であり、また、電波法の規制を受けることも
ないといった利点がある。
【図１】本発明による水中移動体の測位装置の一実施例
を示す全体正面図である。
を示す全体正面図である。
【図２】本発明による水中移動体の測位装置の一実施例
を示す全体平面図である。
を示す全体平面図である。
【図３】本発明による水中移動体の測位装置の他の実施
例を示す全体平面図である。
例を示す全体平面図である。
【図４】本発明による水中移動体の測位装置の情報処理
の一実施例を示すブロック図である。
の一実施例を示すブロック図である。
【図５】本発明による水中移動体の測位装置の各機器の
音響パルスの発信及び受信状況を示すタイムチャート図
である。
音響パルスの発信及び受信状況を示すタイムチャート図
である。
【図６】本発明による水中移動体の測位装置の深海曳航
器の測位方式を示した説明図である。
器の測位方式を示した説明図である。
【図７】従来の水中測位装置であるＬＢＬ方式を示した
図である。
図である。
【図８】従来の水中測位装置である母船及び支援船を用
いる方式を示した図である。
いる方式を示した図である。
１ 深海曳航器 ２ 音響トランスポンダ ３ 深度計 ４ 海底高度計 ５ 観測船 ６ 第一水面曳航体 ７、７’ 第二水面曳航体 ８ 音響送受波器 ９、１０ 音響受波器 １１，１２ ＧＰＳ受信機 １３ 方位計 １４ 第一曳航索 １５ 第二曳航索 １６ 音響送受信機 １７ 演算装置
Claims (4)
- 【請求項１】観測船及び上記観測船に搭載された音響送
受信機と、上記観測船に第一曳航索を介して曳航される
ようにした第一水面曳航体及び第二水面曳航体と、上記
観測船に第二曳航索を介して曳航されるようにした深海
曳航器と、上記第一水面曳航体に搭載され上記観測船上
の音響送受信機に通信ケーブルで接続され電波測位シス
テムで測位される音響送受波器と、上記第二水面曳航体
に搭載され観測船上の音響送受信機に通信ケーブルで接
続され電波測位システムで測位される２つの音響受波器
と、上記深海曳航器に搭載された音響パルス発信器と、
上記観測船上に搭載され、音響送受波器及び各音響受波
器自身の位置データと上記音響送受波器及び音響受波器
から上記音響パルス発信器までの距離データとに基づい
て上記深海曳航器の位置を算出する演算装置とを有する
ことを特徴とする水中移動体の測位装置。 - 【請求項２】観測船及び上記観測船に搭載された音響送
受信機と、上記観測船に第一曳航索を介して曳航される
ようにした第一水面曳航体及び第二水面曳航体と、上記
観測船に第二曳航索を介して曳航されるようにした深海
曳航器と、上記第一水面曳航体に搭載され上記観測船上
の音響送受信機に通信ケーブルで接続されたグローバル
・ポジショニング・システム及び音響送受波器と、上記
第二水面曳航体に搭載され観測船上の音響送受信機に通
信ケーブルで接続されたグローバル・ポジショニング・
システム及び２つの音響受波器と、上記深海曳航器に搭
載された音響トランスポンダ及び深度計と、上記観測船
上に搭載され、上記グローバル・ポジショニング・シス
テムによって計測した音響送受波器及び各音響受波器自
身の位置データと上記音響送受波器から発信された音響
パルス及び上記深度計からの音響パルスを上記音響トラ
ンスポンダを介して上記各音響受波器に送信することに
より得られる上記音響送受波器及び音響受波器から上記
音響トランスポンダまでの距離データとに基づいて上記
深海曳航器の位置を算出する演算装置とを有することを
特徴とする水中移動体の測位装置。 - 【請求項３】観測船及び上記観測船に搭載された音響送
受信機と、上記観測船に第一曳航索を介して曳航される
ようにした第一水面曳航体及び第二水面曳航体と、上記
観測船に第二曳航索を介して曳航されるようにした深海
曳航器と、上記第一水面曳航体に搭載され上記観測船上
の音響送受信機に通信ケーブルで接続されたグローバル
・ポジショニング・システム及び音響受波器と、上記第
二水面曳航体に搭載され観測船上の音響送受信機に通信
ケーブルで接続されたグローバル・ポジショニング・シ
ステム及び２つの音響受波器と、上記深海曳航器に搭載
された同期ピンガまたはレスポンダ及び深度計と、上記
観測船上に搭載され、上記グローバル・ポジショニング
・システムによって計測した各音響受波器自身の位置デ
ータと上記同期ピンガまたはレスポンダからの音響パル
ス及び上記深度計からの音響パルスを上記各音響受波器
に送信することにより得られる上記各音響受波器から上
記同期ピンガまたはレスポンダまでの距離データとに基
づいて上記深海曳航器の位置を算出する演算装置とを有
することを特徴とする水中移動体の測位装置。 - 【請求項４】深海曳航器に海底高度計を搭載したことを
特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の水中
移動体の測位装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000355723A JP3561881B2 (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 水中移動体の測位装置 |
| DE10156827A DE10156827B4 (de) | 2000-11-22 | 2001-11-20 | System zur Positionsbestimmung von Unterwasserobjekten |
| US09/989,075 US6501704B2 (en) | 2000-11-22 | 2001-11-21 | Underwater object positioning system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000355723A JP3561881B2 (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 水中移動体の測位装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002162459A true JP2002162459A (ja) | 2002-06-07 |
| JP3561881B2 JP3561881B2 (ja) | 2004-09-02 |
Family
ID=18828091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000355723A Expired - Lifetime JP3561881B2 (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 水中移動体の測位装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6501704B2 (ja) |
| JP (1) | JP3561881B2 (ja) |
| DE (1) | DE10156827B4 (ja) |
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| JP2019196624A (ja) * | 2018-05-09 | 2019-11-14 | 五洋建設株式会社 | 水中作業支援方法及び水中作業支援システム |
| JP2020157970A (ja) * | 2019-03-27 | 2020-10-01 | 株式会社Ihi | 測位システム及び測位方法 |
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