JP2006248477A - Navigation controlling method of underwater vehicle, and underwater vehicle - Google Patents

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Masakazu Matsushima
正和 松嶋
Manabu Sasaki
学 佐々木
Toshihiko Sekimoto
敏彦 関本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a navigation controlling method of a small-sized and inexpensive underwater vehicle and an underwater vehicle, capable of simplifying mounting equipment and control, though a sailing pattern is limited in a circulating sailing around a target object. <P>SOLUTION: In an autonomous underwater vehicle 10, the underwater vehicle 10 is controlled so as to circulate around the target object O while keeping a predetermined distance r0 from the target object O, from a distance r from the target object O obtained from an underwater position sensor 14 detecting the distance r with the target object O. The predetermined distance r0 is changed according to submerging depth H of the underwater vehicle 10. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、内部に動力源を持ち水中を移動しながら計測・観察を行う無索の自律型の水中航走体の航走制御方法及び水中航走体に関する。   The present invention relates to a cruise control method and an underwater vehicle for a self-explanatory autonomous underwater vehicle that has a power source inside and performs measurement and observation while moving in water.

母船等からの操作を受けることなく、無索で独立して水中を航行する自律型の水中航走体を、その航行の目的に応じて設定された経路に沿って航走させるための自動航走制御装置が提案されている。   Autonomous navigation to allow autonomous underwater vehicles that navigate underwater independently without any operation from the mother ship, etc., along the route set according to the purpose of the navigation A running control device has been proposed.

その一つとして、水流等の外乱の有る場合でも、目標点間を直線的に航走できるように、水中航走体の対水速度及び対地速度を検出するドップラー式超音波速度計と、加速度と初期位置とから水中航走体の位置を検出する慣性航法装置（ＩＮＳ）を備えて、ドップラー式超音波速度計の検出信号から潮流速度を算出し、この潮流速度を考慮した進行方向速度成分と船首方位を算出する自律型水中航走体の航走制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。   One of them is a Doppler ultrasonic velocimeter that detects the water speed and ground speed of the underwater vehicle so that it can travel linearly between target points even in the presence of disturbances such as water flow, and acceleration. Equipped with an inertial navigation system (INS) that detects the position of the underwater vehicle from the initial position and calculates the tidal velocity from the detection signal of the Doppler ultrasonic velocimeter and the velocity component in the direction of travel considering this tidal velocity A navigation control device for an autonomous underwater vehicle that calculates the heading is proposed (for example, see Patent Document 1).

この航走制御装置では、予め定めた航路に沿って水中航走体を航走させることが可能で、重要観測点などを確実に通過させることができ、また、目標点において旋回する時でも、水中航走体の船首の方位が基準の航路の方位から外れた場合に、外れた量に応じた大きさの船首方位の補正を行うため、水中航走体を速やかに基準の航路に復帰させることができる。   With this cruise control device, the underwater vehicle can travel along a predetermined route, it can pass through important observation points, etc., and even when turning at a target point, When the heading of the underwater vehicle deviates from the reference route direction, the underwater vehicle is promptly returned to the reference route to correct the heading according to the amount of deviation. be able to.

しかしながら、このような航走制御装置では、所定の経路に沿った動きをさせるために、水中における絶対位置（地球に対する位置）を水中航走体の航走制御装置で検出する必要があり、そのために、ドップラー超音波速度計や慣性航法装置等を搭載する必要がある。そのため、高度で複雑な航路航行を実現できる反面、水中航走体の機体が大型化し、また、水中航走体が高価になり、用途が限られてしまう等の問題がある。
特開２００３−１２７９８３号公報 However, in such a cruise control device, in order to move along a predetermined route, it is necessary to detect the absolute position in water (position relative to the earth) with the cruise control device of the underwater vehicle. In addition, it is necessary to install a Doppler ultrasonic velocimeter, an inertial navigation device, or the like. Therefore, while it is possible to realize advanced and complicated route navigation, there is a problem that the body of the underwater vehicle becomes large, the underwater vehicle becomes expensive, and its use is limited.
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-127893

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、航走パターンは目標物周りの周回航走に限定されるが、搭載機器や航走制御アルゴリズムを簡略化できて、小型で安価の水中航走体の航走制御方法及び水中航走体を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and the purpose of the invention is to limit the onboard equipment and the cruise control algorithm although the cruise pattern is limited to the round cruise around the target. Another object of the present invention is to provide a small and inexpensive underwater vehicle control method and underwater vehicle.

上記の目的を達成するための本発明の水中航走体の航走制御方法は、自律型の水中航走体において、目標物との距離を検出する水中位置センサから得られた目標物からの距離から、該水中航走体が前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御する。   In order to achieve the above object, the underwater vehicle navigation control method according to the present invention is an autonomous underwater vehicle, from a target obtained from an underwater position sensor that detects a distance to the target. From the distance, the underwater vehicle is controlled to go around the target while maintaining a predetermined distance from the target.

または、前記水中位置センサが更に目標物の方位を検出し、前記水中位置センサから得られた目標物の方位と距離から、該水中航走体が前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御することを特徴とする。   Alternatively, the underwater position sensor further detects the azimuth of the target, and from the azimuth and distance of the target obtained from the underwater position sensor, the underwater vehicle maintains the predetermined distance from the target. Control is performed so as to go around the target.

あるいは、方位センサから得られた水中航走体の絶対方位と、前記水中位置センサから得られた目標物との距離から、該水中航走体が前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御することを特徴とする。   Alternatively, from the distance between the absolute azimuth of the underwater vehicle obtained from the azimuth sensor and the target obtained from the underwater position sensor, the underwater vehicle maintains the predetermined distance from the target. Control is performed so as to go around the target.

これらの構成により、航走パターンは目標物周りの周回航走に限定されるが、母船又は水中に音響中継器（トランスポンダ）等の目標物を配置すると共に、この目標物との距離、あるいは、目標物の方位と距離、あるいは、航走体の絶対方位、即ち、目標物との相対位置を検出する水中位置センサ、あるいは、航走体の絶対方位を検出する方位センサを水中航走体に搭載し、比較的簡単な航走制御をするだけで、周回運動をできるようになる。そのため、水中航走体自身が自分の対地位置（絶対位置）を測定したり、推定することが不要になり、ドップラー超音波速度計や慣性航法装置等の高価な装置を廃止でき、また、航走制御アルゴリズムも簡略化できる。   With these configurations, the cruising pattern is limited to round cruising around the target, but a target such as an acoustic repeater (transponder) is placed in the mother ship or underwater, and the distance from the target, or An underwater position sensor that detects the azimuth and distance of the target or the absolute direction of the vehicle, that is, the underwater position sensor that detects the relative position to the target, or the direction sensor that detects the absolute direction of the vehicle. It can be installed to perform orbiting movements only by relatively simple navigation control. Therefore, it is not necessary for the underwater vehicle itself to measure or estimate its own ground position (absolute position), and expensive devices such as Doppler ultrasonic speedometers and inertial navigation devices can be eliminated. The running control algorithm can also be simplified.

また、上記の水中航走体の航走制御方法において、前記所定の距離を、該水中航走体の没水深度に応じて変化させることにより、目標物を中心にした円筒状等の多様な周回航路に沿って水中航走体を航走させることができるようになる。   Further, in the above-described underwater vehicle traveling control method, the predetermined distance is changed according to the submerged depth of the underwater vehicle so that various shapes such as a cylindrical shape centering on the target are obtained. The underwater vehicle can be made to travel along the circuit route.

更に、上記の水中航走体の航走制御方法において、目標物を移動することにより、水中航走体の航走領域を広げたり、予め海底に幾つかの目標物を配置し、周回目標の目標物を順次切り替えていくことにより、より広範な範囲に水中航走体を航走させることができ、調査範囲を容易に広げることができる。   Further, in the above-described underwater vehicle traveling control method, by moving the target, the underwater vehicle's traveling area can be expanded, or several targets can be placed on the seabed in advance to By switching the target sequentially, the underwater vehicle can travel over a wider range, and the survey range can be easily expanded.

そして、上記の目的を達成するための本発明の水中航走体は、自律型の水中航走体において、目標物との距離を検出する水中位置センサを搭載すると共に、該水中位置センサから得られる目標物からの距離から、該水中航走体を前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御する航走制御装置を備えて構成される。   An underwater vehicle of the present invention for achieving the above object is an autonomous underwater vehicle equipped with an underwater position sensor for detecting a distance from a target and obtained from the underwater position sensor. And a cruise control device that controls the underwater vehicle so as to circulate around the target while maintaining a predetermined distance from the target.

または、前記水中位置センサが更に目標物の方位を検出すると共に、前記水中位置センサから得られる目標物の方位と距離から、該水中航走体を前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御する航走制御装置を備えて構成される。   Alternatively, the underwater position sensor further detects the azimuth of the target, and from the azimuth and distance of the target obtained from the underwater position sensor, the underwater vehicle is maintained at a predetermined distance from the target. It is provided with a cruise control device that controls to circulate around the target.

あるいは、水中航走体の絶対方位を検出する方位センサを備え、前記方位センサから得られた水中航走体の絶対方位と、前記水中位置センサから得られた目標物との距離から、該水中航走体が前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御する航走制御装置を備えて構成される。   Alternatively, an azimuth sensor for detecting the absolute azimuth of the underwater vehicle is provided. From the distance between the absolute azimuth of the underwater vehicle obtained from the azimuth sensor and the target obtained from the underwater position sensor, The middle traveling body is configured to include a traveling control device that performs control so as to go around the target while maintaining a predetermined distance from the target.

これらの構成により、上記の水中航走体の航走制御方法を実施できる。   With these configurations, the above-described cruise control method for the underwater vehicle can be implemented.

本発明の水中航走体の航走制御方法及び水中航走体によれば、ドップラー超音波速度計や慣性航法装置等の高価な装置や、これらの検出値に基づく絶対位置の演算等を必要とすることなく、比較的単純な水中位置センサや方位センサと航走制御アルゴリズムで、目標物周りの周回航走が可能になるので、航行のための装置、機構や制御を単純化でき、水中航行のための装置重量が軽くなり、水中航走体を小型化、軽量化できる。その結果、低価格化でき、広く普及できる水中航走体を提供できるようになる。   According to the underwater vehicle control method and underwater vehicle of the present invention, it is necessary to use expensive devices such as Doppler ultrasonic velocimeters and inertial navigation devices, and to calculate the absolute position based on these detected values. Therefore, a relatively simple underwater position sensor and direction sensor and a cruise control algorithm make it possible to make a round trip around the target, simplifying the device, mechanism and control for navigation. The weight of the device for navigation is reduced, and the underwater vehicle can be made smaller and lighter. As a result, it is possible to provide an underwater vehicle that can be reduced in price and widely used.

以下図面を参照して本発明に係る水中航走体の航走制御方法及び水中航走体の実施の形態について説明する。   Embodiments of an underwater vehicle according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１に示すように、この水中航走体１０は、母船などから操縦されること無く、自分で判断して行動する無索の自律型の水中航走体で、機体１１、航走のための推進器１２、方向舵１３、昇降舵１４、航走制御のための方位センサ１５、水中位置センサ１６、電子制御機器１７、電池１８等を備えて構成される。   As shown in FIG. 1, this underwater vehicle 10 is a self-explanatory underwater vehicle that can be operated on its own without being operated by a mother ship or the like. Propeller 12, rudder 13, elevator 14, direction sensor 15 for cruise control, underwater position sensor 16, electronic control device 17, battery 18 and the like.

この 電子制御機器１７には、水温センサ、塩分濃度センサ、深度センサ等の観測用各種センサ（図示していない）からのデータを記憶する装置や、カメラ、照明等（図示していない）の観測装置を制御する機器や浮上時の無線通信用装置等と共に、水中航走体１０の航走を制御する航走制御装置１７ａが備えられている。   The electronic control device 17 includes an apparatus for storing data from various observation sensors (not shown) such as a water temperature sensor, a salinity concentration sensor, and a depth sensor, and observation of a camera, illumination, etc. (not shown). A cruise control device 17a for controlling the traveling of the underwater vehicle 10 is provided along with devices for controlling the device, a wireless communication device when ascending, and the like.

そして、図２の制御ブロックダイヤグラムに示すように、この水中航走体１０の航走の制御のための制御は、次のように行われる。   Then, as shown in the control block diagram of FIG. 2, the control for controlling the underwater vehicle 10 is performed as follows.

第１の実施の形態では、水中位置センサ１６からの音源距離ｒを電子制御機器１７の航走制御装置１７ａに入力する。   In the first embodiment, the sound source distance r from the underwater position sensor 16 is input to the cruise control device 17 a of the electronic control device 17.

この第１の実施の形態では、水中位置センサ１６は、図３に示すように、音響中継器（トランスポンダ）等の目標物Ｏと水中航走体１０の基準点Ｓとの距離ｒを検出するセンサであり、音波到達時間計測（ＳＢＬ）方式の装置、音波到達時間計測（ＳＳＢＬ）方式の装置、ソナー、画像追尾装置、レーザー追尾装置等を使用することができる。   In the first embodiment, the underwater position sensor 16 detects a distance r between a target object O such as an acoustic repeater (transponder) and a reference point S of the underwater vehicle 10 as shown in FIG. A sensor, a sound wave arrival time measurement (SBL) type device, a sound wave arrival time measurement (SSBL) type device, a sonar, an image tracking device, a laser tracking device, or the like can be used.

そして、図４に示すように、この航走制御装置１７ａでは、水中航走体１０の目標物Ｏに対する距離ｒから、新たな方位修正量Δψを算出し、この方位修正量Δψで、水中航走体１０を航走させるように、推進器１２、方向舵１３、昇降舵１４等を操作する。つまり、現時点における目標物からの距離ｒが所定の距離ｒ０との差（ｒ−ｒ０）がゼロになるように、推進器１２、方向舵１３、昇降舵１４等を制御する。   Then, as shown in FIG. 4, the cruise control device 17a calculates a new azimuth correction amount Δψ from the distance r of the underwater vehicle 10 to the target object O, and uses the azimuth correction amount Δψ to perform underwater navigation. The propeller 12, the rudder 13, the elevator 14 and the like are operated so that the traveling body 10 travels. That is, the propulsion unit 12, the rudder 13, the elevator 14 and the like are controlled so that the difference (r−r0) between the current distance r from the target and the predetermined distance r0 becomes zero.

より詳細には、図４に示すように、船首方向ψ０として、ψを時計回りを＋（プラス）とし、航走の目標とする所定の距離をｒ０とする場合に、次のように、新たな方位修正量Δψは、水中航走体１０の位置ｒから、時計回りの周回では方位修正量Δψ（＝Ｋ１×（ｒ−ｒ０））で、反時計回りの周回では方位修正量Δψ（＝−Ｋ１×（ｒ−ｒ０））で算出される。Ｋ１は、機体１１の特性や制御の時間間隔に応じて決まる正の係数であり、予め実験やシミュレーション計算等により最適な数値が設定される。   More specifically, as shown in FIG. 4, when the bow direction is ψ0, ψ is clockwise (plus), and the predetermined distance to be traveled is r0, The correct azimuth correction amount Δψ is the azimuth correction amount Δψ (= K1 × (r−r0)) from the position r of the underwater vehicle 10 in the clockwise rotation, and the azimuth correction amount Δψ (= -K1 * (r-r0)). K1 is a positive coefficient determined according to the characteristics of the airframe 11 and the control time interval, and an optimal numerical value is set in advance by experiments, simulation calculations, or the like.

そして、この新たな方位修正量Δψを取るように、航走制御装置１７ａは、方向舵１３制御用に方向用舵角δ１を、昇降舵１４制御用に昇降用舵角δ２を、推進器１２用に回転数ｎを算出して、それぞれの機器に出力し、これらを制御する。   Then, so as to take this new heading correction amount Δψ, the cruise control device 17a sets the direction rudder angle δ1 for the rudder 13 control, the elevation rudder angle δ2 for the elevator 14 control, and the propulsion unit 12 The number of revolutions n is calculated and output to each device to control them.

また、第２の実施の形態では、水中位置センサ１６からの音源方位θ、音源距離ｒを電子制御機器１７の航走制御装置１７ａに入力する。   In the second embodiment, the sound source direction θ and the sound source distance r from the underwater position sensor 16 are input to the cruise control device 17 a of the electronic control device 17.

この第２の実施の形態では、水中位置センサ１６は、図３に示すように、音響中継器（トランスポンダ）等の目標物Ｏに対する水中航走体１０の方位θと、目標物Ｏと水中航走体１０の基準点Ｓとの距離ｒを検出するセンサであり、音波到達時間計測（ＳＢＬ）方式の装置、音波到達時間計測（ＳＳＢＬ）方式の装置、ソナー、画像追尾装置、レーザー追尾装置等を使用することができる。   In the second embodiment, as shown in FIG. 3, the underwater position sensor 16 includes the direction θ of the underwater vehicle 10 relative to the target object O such as an acoustic repeater (transponder), the target object O and the underwater navigation. A sensor for detecting a distance r from the reference point S of the running body 10, such as a sound wave arrival time measurement (SBL) method device, a sound wave arrival time measurement (SSBL) method device, a sonar, an image tracking device, a laser tracking device, etc. Can be used.

そして、図４に示すように、この航走制御装置１７ａは、水中航走体１０の目標物Ｏに対する相対位置（ｒ，θ）から、新たに方位修正量Δψを算出し、この方位修正量Δψになるように、つまり、現時点における目標物からの距離ｒが所定の距離ｒ０との差（ｒ−ｒ０）がゼロになるように、推進器１２、方向舵１３、昇降舵１４等を制御する。この制御には、フィードバック制御、フォワードフィード制御、予測制御等の各種制御を用いることができる。   Then, as shown in FIG. 4, the cruise control device 17a newly calculates a direction correction amount Δψ from the relative position (r, θ) of the underwater vehicle 10 with respect to the target object O, and this direction correction amount. The propulsion unit 12, the rudder 13, the elevator 14 and the like are controlled so that Δψ is obtained, that is, the difference (r−r0) from the target distance r to the predetermined distance r0 is zero. . Various types of control such as feedback control, forward feed control, and predictive control can be used for this control.

より詳細には、図３に示すように、音源方位θを、水中航走体１０の前方にある場合を０°とし、右舷側にある場合を＋（プラス），左舷側にある場合を−（マイナス）とし、また、航走の目標とする所定の距離をｒ０とする場合に、方位修正量Δψは、水中航走体１０の位置（ｒ，θ）から、時計回りの周回では（Δψ＝（θ−９０°）＋Ｋ２×（ｒ−ｒ０））で、反時計回りの周回では（Δψ＝（θ＋９０°）−Ｋ２×（ｒ−ｒ０））で算出される。なお、Ｋ２は、機体１１の特性や制御の時間間隔に応じて決まる正の係数であり、予め実験やシミュレーション計算等により最適な数値が設定される。   More specifically, as shown in FIG. 3, the sound source direction θ is set to 0 ° when it is in front of the underwater vehicle 10, + (plus) when it is on the starboard side, and − when it is on the starboard side. (Minus) and when the predetermined distance to be traveled is r0, the azimuth correction amount Δψ is (Δψ) from the position (r, θ) of the underwater vehicle 10 in the clockwise lap. = (Θ−90 °) + K2 × (r−r0)), and in a counterclockwise turn, (Δψ = (θ + 90 °) −K2 × (r−r0)). K2 is a positive coefficient determined according to the characteristics of the airframe 11 and the control time interval, and an optimal numerical value is set in advance by experiments or simulation calculations.

そして、航走制御装置１７ａは、この方位修正量Δψに基づいて、方向舵１３制御用に方向用舵角δ１を、昇降舵１４制御用に昇降用舵角δ２を、推進器１２用に回転数ｎを算出して、それぞれの機器に出力し、これらを制御する。なお、この方位修正量Δψは、新たな絶対方位ψと現時点での絶対方位ψ０との差（ψ−ψ０）である。   Then, based on this azimuth correction amount Δψ, the cruising control device 17a turns the steering rudder angle δ1 for controlling the rudder 13, the steering rudder angle δ2 for controlling the elevator 14, and the rotational speed for the propeller 12. n is calculated and output to each device to control them. The azimuth correction amount Δψ is a difference (ψ−ψ0) between the new absolute azimuth ψ and the current absolute azimuth ψ0.

つまり、水中航走体１０に搭載された水中位置センサ１６により、母船又は水中の固定点に設置した中継器（トランスポンダ）等の目標物Ｏに対する水中航走体１０の距離ｒ及び相対方位θを計測し、計測された相対方位θが９０度（真横）で、計測された距離ｒが予め設定された所定の距離ｒ０になるように水中航走体の方位Δψ＝ψ−ψ０を制御し、目標物Ｏを中心に周回させる。   In other words, the underwater position sensor 16 mounted on the underwater vehicle 10 determines the distance r and relative orientation θ of the underwater vehicle 10 with respect to the target O such as a mother ship or a repeater (transponder) installed at a fixed point in water. Measure the azimuth Δψ = ψ−ψ0 of the underwater vehicle so that the measured relative azimuth θ is 90 degrees (straight side) and the measured distance r becomes a predetermined distance r0 set in advance. Circulate around the target O.

また、第３の実施の形態では、方位センサ１５からの現在の絶対方位（北に対する方位）ψ０と、水中位置センサ１６からの音源距離ｒを電子制御機器１７の航走制御装置１７ａに入力する。この第３の実施の形態では、水中位置センサ１６は、第１の実施の形態と同様なものを使用する。但し、水中航走体１０の船首方向の絶対的な方向ψ０を検出するセンサである方位センサ１５には、精度の高い、ジャイロコンパス、真方位型ＦＯＧ、真方位型ＲＬＧＣ等を使用する。   In the third embodiment, the current absolute azimuth (azimuth with respect to north) ψ 0 from the azimuth sensor 15 and the sound source distance r from the underwater position sensor 16 are input to the cruise control device 17 a of the electronic control device 17. . In the third embodiment, the underwater position sensor 16 is the same as that in the first embodiment. However, a highly accurate gyrocompass, true azimuth FOG, true azimuth RLGC, or the like is used for the azimuth sensor 15 which is a sensor for detecting the absolute direction ψ 0 in the bow direction of the underwater vehicle 10.

そして、図４に示すように、この航走制御装置１７ａでは、水中航走体１０の目標物Ｏからの距離ｒと現在の絶対方位ψ０とから、新たに目指すべき絶対方位ψに対して、この方向ψに向けるように、推進器１２、方向舵１３、昇降舵１４等を制御する。   Then, as shown in FIG. 4, in this cruise control device 17a, from the distance r from the target object O of the underwater vehicle 10 and the current absolute azimuth ψ0, The propulsion unit 12, the rudder 13, the elevator 14 and the like are controlled so as to be directed in this direction ψ.

より詳細には、図４に示すように、絶対方位ψ０，ψを、北を０°として時計回りを＋（プラス）とし、航走の目標とする所定の距離をｒ０とする場合に、次のように、新たな絶対方位ψは、目標からの距離ｒと現時点での絶対方位ψ０から、時計回りの周回では（ψ＝ψ０＋Ｋ３×（ｒ−ｒ０））で、反時計回りの周回では（ψ＝ψ０−Ｋ３×（ｒ−ｒ０））で算出される。なお、Ｋ３は、機体１１の特性や制御の時間間隔に応じて決まる正の係数であり、予め実験やシミュレーション計算等により最適な数値が設定される。   More specifically, as shown in FIG. 4, when the absolute bearings ψ0 and ψ are set to 0 ° in the north, + (plus) in the clockwise direction, and r0 as the predetermined distance for the cruising target, Thus, the new absolute azimuth ψ is (ψ = ψ0 + K3 × (r−r0)) in the clockwise turn from the distance r from the target and the current absolute azimuth ψ0, and ( ψ = ψ0−K3 × (r−r0)). K3 is a positive coefficient determined according to the characteristics of the airframe 11 and the time interval of control, and an optimal numerical value is set in advance by experiments, simulation calculations, or the like.

そして、航走制御装置１７ａは、この新たな方位ψに、即ち、方位修正量Δψ（＝ψ−ψ０）で、水中航走体１０を航走させるように、方向舵１３制御用に方向用舵角δ１を、昇降舵１４制御用に昇降用舵角δ２を、推進器１２用に回転数ｎを算出して、それぞれの機器に出力し、これらを制御する。   Then, the navigation control device 17a controls the rudder 13 to control the rudder 13 so that the underwater vehicle 10 travels in the new direction ψ, that is, with the direction correction amount Δψ (= ψ−ψ0). The angle δ1, the elevation angle δ2 for the elevator 14 control, and the rotation speed n for the propeller 12 are calculated and output to the respective devices to control them.

また、第４の実施の形態では、方位センサ１５からの現在の絶対方位（北に対する方位）ψ０と、水中位置センサ１６からの音源方位θ、音源距離ｒを電子制御機器１７の航走制御装置１７ａに入力する。この第４の実施の形態では、水中位置センサ１６は、第２の実施の形態と同様なものを使用する。但し、水中航走体１０の絶対的な方向ψ０を検出するセンサである方位センサ１５には、精度の高い、ジャイロコンパス、真方位型ＦＯＧ、真方位型ＲＬＧＣ等を使用する。   In the fourth embodiment, the current absolute azimuth (azimuth with respect to north) ψ 0 from the azimuth sensor 15, the sound source azimuth θ from the underwater position sensor 16, and the sound source distance r are used as the cruise control device of the electronic control device 17. Input to 17a. In the fourth embodiment, the underwater position sensor 16 is the same as that in the second embodiment. However, a highly accurate gyrocompass, true azimuth FOG, true azimuth RLGC, or the like is used for the azimuth sensor 15 that is a sensor that detects the absolute direction ψ0 of the underwater vehicle 10.

そして、図４に示すように、この航走制御装置１７ａでは、水中航走体１０の目標物Ｏに対する相対位置（ｒ，θ）と現在の絶対方位ψ０とから、新たに目指すべき絶対方位ψに対して、この方向ψに向けるように、推進器１２、方向舵１３、昇降舵１４等を制御する。   Then, as shown in FIG. 4, in the cruise control device 17a, the absolute orientation ψ to be newly aimed from the relative position (r, θ) of the underwater vehicle 10 with respect to the target object O and the current absolute orientation ψ0. On the other hand, the propeller 12, the rudder 13, the elevator 14 and the like are controlled so as to be directed in this direction ψ.

より詳細には、図４に示すように、絶対方位ψ０，ψを、北を０°として時計回りを＋（プラス）とし、また、音源方位θを、水中航走体１０の前方にある場合を０°とし、右舷側にある場合を＋（プラス），左舷側にある場合を−（マイナス）とし、また、航走の目標とする所定の距離をｒ０とする場合に、次のように、新たな絶対方位ψは、水中航走体１０の位置（ｒ，θ）と現時点での絶対方位ψ０から、時計回りの周回では（ψ＝ψ０＋（θ−９０°）＋Ｋ４×（ｒ−ｒ０））で、反時計回りの周回では（ψ＝ψ０＋（θ＋９０°）−Ｋ４×（ｒ−ｒ０））で算出される。なお、Ｋ４は、機体１１の特性や制御の時間間隔に応じて決まる正の係数であり、予め実験やシミュレーション計算等により最適な数値が設定される。   More specifically, as shown in FIG. 4, when the absolute azimuths ψ 0 and ψ are 0 ° in the north and + (plus) in the clockwise direction, and the sound source azimuth θ is in front of the underwater vehicle 10. When the angle is 0 °, the starboard side is + (plus), the starboard side is-(minus), and the predetermined distance to be traveled is r0, as follows: The new absolute azimuth ψ is (ψ = ψ0 + (θ−90 °) + K4 × (r−r0) from the position (r, θ) of the underwater vehicle 10 and the current absolute azimuth ψ0. )), It is calculated as (ψ = ψ0 + (θ + 90 °) −K4 × (r−r0)) in the counterclockwise turn. K4 is a positive coefficient determined according to the characteristics of the airframe 11 and the control time interval, and an optimal numerical value is set in advance by experiments, simulation calculations, or the like.

そして、航走制御装置１７ａは、この新たな方位ψに、即ち、方位修正量Δψ（＝ψ−ψ０）で、水中航走体１０を航走させるように、方向舵１３制御用に方向用舵角δ１を、昇降舵１４制御用に昇降用舵角δ２を、推進器１２用に回転数ｎを算出して、それぞれの機器に出力し、これらを制御する。   Then, the navigation control device 17a controls the rudder 13 to control the rudder 13 so that the underwater vehicle 10 travels in the new direction ψ, that is, with the direction correction amount Δψ (= ψ−ψ0). The angle δ1, the elevation angle δ2 for the elevator 14 control, and the rotation speed n for the propeller 12 are calculated and output to the respective devices to control them.

つまり、水中航走体１０に搭載された水中位置センサ１６により、母船又は水中の固定点に設置した中継器（トランスポンダ）等の目標物Ｏに対する水中航走体１０の距離ｒ及び相対方位θを計測し、計測された相対方位θが９０度（真横）で、計測された距離ｒが予め設定された所定の距離ｒ０になるように、水中航走体の方位Δψ＝ψ−ψ０を制御し、目標物Ｏを中心に周回させる。   In other words, the underwater position sensor 16 mounted on the underwater vehicle 10 determines the distance r and relative orientation θ of the underwater vehicle 10 with respect to the target O such as a mother ship or a repeater (transponder) installed at a fixed point in water. Measure the azimuth Δψ = ψ−ψ0 of the underwater vehicle so that the measured relative azimuth θ is 90 degrees (straight side) and the measured distance r is a predetermined distance r0 set in advance. Rotate around the target object O.

そして、上記の第１から第４のそれぞれの実施の形態において、この周回制御は、タイマーにより進水から所定時間経った後に開始したり、深度センサ（図示しない）等により所定の深度に到達してから開始したりする。また、タイマーにより周回制御開始から所定時間経った後に終了したり、深度変化の有る場合は、深度センサ等により所定の深度に到達した時に終了したりする。   In each of the first to fourth embodiments described above, this rounding control is started after a predetermined time has elapsed from launching by a timer, or reaches a predetermined depth by a depth sensor (not shown) or the like. And then start. Moreover, it ends after a predetermined time has elapsed from the start of the circulation control by a timer, or when there is a depth change, it ends when a predetermined depth is reached by a depth sensor or the like.

また、図５に示すように、この水中航走体１０の航走において、同一の深度Ｈを保持するように制御すると、同一深度Ｈの円周上の航路となる。   Further, as shown in FIG. 5, when the underwater vehicle 10 is traveling so as to maintain the same depth H, it becomes a route on the circumference of the same depth H.

更に、深度方向に関して、水中航走体１０が、一周した後に、深度を変化させて更に同一の深度を保持するように制御することを繰返すと、目標物を中心とする球体面の航路となる。また、図５において、深度を変化させると共に、所定の距離ｒ０を、水中航走体１０の没水深度Ｈに応じてｒ０2 ＝（Ｈ−ｈ）2 ＋ｒｃ2 （ｈは目標物の没水深度、ｒｃは周回円の水平方向の半径）の関係に基づいて変化させることにより、固定した目標物Ｏを中心にした円筒状の航路とすることもできる。また、周回航走中に水中航走体１０を上昇させたり、下降させたりして深度を変化させるとスパイラル状の航路とすることができる。 Furthermore, regarding the depth direction, when the underwater vehicle 10 makes a round and then repeats the control to change the depth and further maintain the same depth, it becomes a spherical surface route centering on the target. . Further, in FIG. 5, the depth is changed, and the predetermined distance r0 is set to r0 2 = (H−h) 2 + rc 2 (h is the target immersion) according to the immersion depth H of the underwater vehicle 10. By changing the depth and rc on the basis of the relationship of the radius of the orbiting circle in the horizontal direction, it is possible to form a cylindrical channel centered on the fixed target O. Further, when the depth is changed by raising or lowering the underwater vehicle 10 during a round cruise, a spiral route can be obtained.

一方、水中航走体１０の航走深度を、目標物Ｏの深度ｈと関係付けて、水中航走体１０に目標物Ｏとの相対深度Ｈを維持するように、昇降舵１４を自動制御するように構成する。そして、船から吊り下げた目標物Ｏの深度を変化させたり、固定点に係留した目標物Ｏの深度を変化させることにより、水中航走体１０の航路を立体的なものとすることができる。   On the other hand, the elevator 14 is automatically controlled so that the traveling depth of the underwater vehicle 10 is related to the depth h of the target object O and the underwater vehicle 10 maintains the relative depth H with the target object O. To be configured. And the channel of the underwater vehicle 10 can be made three-dimensional by changing the depth of the target O suspended from the ship or by changing the depth of the target O moored at a fixed point. .

そして、水平方向の領域の拡大に関しては、図５に示すように、目標物Ｏを吊り下げた船１を移動させることにより、広い範囲で水中航走体１０を航走させることができる。また、図６に示すように、海底に複数の目標物（音源）Ｏを配置し、これらの複数の目標物Ｏを順次切り換えることによっても、調査を広げることができる。   And about expansion of the area | region of a horizontal direction, as shown in FIG. 5, by moving the ship 1 which suspended the target object O, the underwater vehicle 10 can be sailed in a wide range. Further, as shown in FIG. 6, the survey can be expanded by arranging a plurality of targets (sound sources) O on the seabed and sequentially switching the plurality of targets O.

なお、水平方向の方向転換に関しては、上記の方向舵１３を使用する方法の代わりに、水中航走体１０の機体の左右に配置した推進器を使用する方法を用いてもよい。また、垂直方向の方向転換や移動に関しても、上記の昇降舵１４を使用する方法の代わりに、垂直スラスタや機体の上下に配置した複数の前後方向推進のスラスタを使用する方法を用いてもよい。   In addition, regarding the direction change of a horizontal direction, you may use the method of using the propeller arrange | positioned on the right and left of the body of the underwater vehicle 10 instead of the method of using said rudder 13. Further, regarding the direction change and movement in the vertical direction, instead of using the elevator 14 described above, a method using a vertical thruster or a plurality of longitudinal thrusters arranged above and below the fuselage may be used. .

また、本発明は、上記の実施の形態のようにプロペラ等の推進器１２を装備した自走の場合に限定されるものではなく、浮力や重力を利用したグライダータイプの場合にも適用できる。   In addition, the present invention is not limited to the self-propelled case equipped with the propeller 12 such as the propeller as in the above-described embodiment, and can also be applied to a glider type using buoyancy and gravity.

水中航走体の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of an underwater vehicle. 本発明に係る実施の形態の水中航走体の制御ブロックダイヤグラムを示す図である。It is a figure which shows the control block diagram of the underwater vehicle of embodiment which concerns on this invention. 目標物と水中航走体と水中位置センサの検出値の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the detection value of a target, an underwater vehicle, and an underwater position sensor. 目標物と水中航走体の位置関係と方位修正量を示す図である。It is a figure which shows the positional relationship and azimuth | direction correction amount of a target and an underwater vehicle. 船から吊り下げた目標物と水中航走体の周回の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the circulation of the target suspended from the ship and the underwater vehicle. 海底に係留された目標物と水中航走体の周回の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the circumference | surroundings of the target moored on the seabed and the underwater vehicle.

符号の説明Explanation of symbols

１ 船
１０ 水中航走体
１１ 機体
１２ 推進器
１３ 方向舵
１４ 昇降舵
１５ 方位センサ
１６ 水中位置センサ
１７ 電子制御機器
１７ａ 航走制御装置
Ｈ 没水深度
Ｏ 目標物（音源）
ｒ 目標物との距離
ｒ０ 所定の距離
θ 目標物の方位

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ship 10 Underwater vehicle 11 Airframe 12 Propeller 13 Rudder 14 Elevator 15 Direction sensor 16 Underwater position sensor 17 Electronic control equipment 17a Navigation control device H Submersion depth O Target (sound source)
r Distance to target r0 Predetermined distance θ Direction of target

Claims (7)

自律型の水中航走体において、目標物との距離を検出する水中位置センサから得られた目標物からの距離から、該水中航走体が前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御することを特徴とする水中航走体の航走制御方法。   In the autonomous underwater vehicle, the target while the underwater vehicle maintains a predetermined distance from the target based on the distance from the target obtained from an underwater position sensor that detects the distance to the target. A cruise control method for an underwater vehicle, wherein the cruise control is performed so as to circulate around an object. 前記水中位置センサが更に目標物の方位を検出し、前記水中位置センサから得られた目標物の方位と距離から、該水中航走体が前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御することを特徴とする請求項１記載の水中航走体の航走制御方法。   The underwater position sensor further detects the direction of the target, and based on the direction and distance of the target obtained from the underwater position sensor, the underwater vehicle maintains the predetermined distance from the target. The underwater vehicle traveling control method according to claim 1, wherein the underwater vehicle is controlled to circulate around the underwater vehicle. 方位センサから得られた水中航走体の絶対方位と、前記水中位置センサから得られた目標物との距離から、該水中航走体が前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御することを特徴とする請求項１記載の水中航走体の航走制御方法。   From the absolute azimuth of the underwater vehicle obtained from the azimuth sensor and the distance from the target obtained from the underwater position sensor, the underwater vehicle maintains the predetermined distance from the target. The underwater vehicle traveling control method according to claim 1, wherein the underwater vehicle is controlled to circulate around the underwater vehicle. 前記所定の距離を、該水中航走体の没水深度に応じて変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水中航走体の航走制御方法。   The cruise control method for an underwater vehicle according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined distance is changed according to a submerged depth of the underwater vehicle. 自律型の水中航走体において、目標物との距離を検出する水中位置センサを搭載すると共に、該水中位置センサから得られる目標物からの距離から、該水中航走体を前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御する航走制御装置を備えたことを特徴とする水中航走体。   In an autonomous underwater vehicle, an underwater position sensor for detecting the distance to the target is mounted, and the underwater vehicle is determined from the target based on the distance from the target obtained from the underwater position sensor. An underwater vehicle that includes a cruise control device that controls the vehicle to circulate around the target while maintaining the distance. 前記水中位置センサが更に目標物の方位を検出すると共に、前記水中位置センサから得られる目標物の方位と距離から、該水中航走体を前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御する航走制御装置を備えたことを特徴とする請求項５記載の水中航走体。   The underwater position sensor further detects the direction of the target, and the target while maintaining the predetermined distance from the target from the direction and distance of the target obtained from the underwater position sensor. The underwater vehicle according to claim 5, further comprising a cruise control device that controls the vehicle so as to go around. 水中航走体の絶対方位を検出する方位センサを備え、前記方位センサから得られた水中航走体の絶対方位と、前記水中位置センサから得られた目標物との距離から、該水中航走体が前記目標物から所定の距離を保持しながら前記目標物の周りを周回するように制御する航走制御装置を備えたことを特徴とする請求項６記載の水中航走体。
An azimuth sensor for detecting an absolute azimuth of the underwater vehicle, and the underwater voyage based on a distance between the absolute azimuth of the underwater vehicle obtained from the azimuth sensor and a target obtained from the underwater position sensor. The underwater vehicle according to claim 6, further comprising a cruise control device that controls the body to go around the target while maintaining a predetermined distance from the target.
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