JP2008265651A

JP2008265651A - Underwater vehicle motion control device and underwater vehicle

Info

Publication number: JP2008265651A
Application number: JP2007113949A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Yamauchi; 由章山内; Kiyoshi Hirokawa; 潔広川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-04-24
Also published as: JP5010332B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the fluctuation of the attitude of an underwater vehicle body when the altitude at which the underwater vehicle cruises is controlled. <P>SOLUTION: This underwater vehicle motion control device comprises: an altitude collecting part 15 for measuring the first distance 25 from a first point 24 on a water bottom 29 to the underwater vehicle body 2 and the second distance 28 from a second position on the water bottom different from the first point 24 to the underwater vehicle body 2; and a rudder control part 16 for controlling a rudder 5 for changing the component in the direction vertical to the advancing direction 32 in which the underwater vehicle body 2 advances according to the altitude collecting part 15 and the first distance 25 and the second distance 28. The underwater vehicle motion control device reduces the fluctuation of the attitude angle and the altitude deviation of the underwater vehicle 1 more, compared with the case in which only one of the distances from one point on the water bottom 29 is measured and controlled when controlling the altitude at which the underwater vehicle 1 cruises. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、水中航走体運動制御装置および水中航走体に関し、特に、水中を自動で巡航するときに利用される水中航走体運動制御装置および水中航走体に関する。本発明を適用する水中航走体には、自律型の無索式無人潜水機、遠隔操縦型の有索式無人潜水機、有人潜水艇がある。 The present invention relates to an underwater vehicle motion control device and an underwater vehicle, and more particularly to an underwater vehicle motion control device and an underwater vehicle used when automatically cruising underwater. The underwater vehicle to which the present invention is applied includes an autonomous unmanned unmanned submersible, a remotely controlled unmanned unmanned submersible, and a manned submersible.

海中を自動で巡航して海中探査する水中航走体が知られている。このような水中航走体には、精度良い観測データを得ることが望まれ、所望の軌道上をなるべく小さな誤差で航走させることが望まれている。水中航走体の巡航に際して鉛直方向の深度成分を変更する制御としては、深度制御と高度制御が知られている。その深度制御は、水圧に基づいて得た海水面からの距離である深度を一定に保持しながら航走させる制御である。その高度制御は、高度ソーナーなどのセンサーに基づいて得た海底面からの対地距離である高度を一定に保持しながら航走させる制御である。 An underwater vehicle that automatically cruises in the sea and explores the sea is known. Such an underwater vehicle is desired to obtain observation data with high accuracy, and is desired to travel on a desired trajectory with as little error as possible. Depth control and altitude control are known as controls for changing the depth component in the vertical direction during cruise of an underwater vehicle. The depth control is a control for traveling while maintaining a constant depth, which is a distance from the sea level obtained based on the water pressure. The altitude control is a control for traveling while maintaining a constant altitude, which is the distance to the ground from the sea floor, obtained based on a sensor such as an altitude sonar.

高度制御では、一般に、水流や海中音響など周囲環境から外乱を受けるばかりでなく、深度圧の変動が安定した深度制御とは異なって、そもそも海底の凹凸や起伏のうねりといった多種多様に富む海底から反射してくる音響信号のばらつきに対応した制御としなければならない。高度制御でセンシングに用いられる高度ソーナーの音響ビームは、通常円錐形状を成す指向性の強い特性を有している。このため、このセンサーが測定する対地距離は、比較的限られたローカルな海底からの対地高度情報を計測したものとなり、水中航走体は自己の航走に際して、時々刻々と変化する海底地形の起伏変化にあわせて、深度変換を繰り返すことになる。このとき、水中航走体の高度を一定に保持しにくいとか、水中航走体の姿勢角が海底地形傾斜角を大幅に外れて上下に変動する不都合が生じていた。水中航走体を高度制御するときに、その水中航走体の姿勢角の変動を低減し、その水中航走体と目標高度との高度偏差の変動を低減することが望まれている。 In general, altitude control is not only subject to disturbance from the surrounding environment, such as water currents and underwater acoustics, but also from depth control where the variation in depth pressure is stable, Control corresponding to variations in the reflected acoustic signal must be made. The acoustic beam of an advanced sonar used for sensing in advanced control usually has a highly directional characteristic that is conical. For this reason, the ground distance measured by this sensor is measured from ground altitude information from a relatively limited local seabed, and the underwater vehicle has a seabed topography that changes every moment during its own cruise. The depth conversion is repeated according to the undulation change. At this time, it was difficult to keep the altitude of the underwater vehicle constant, or the attitude angle of the underwater vehicle greatly deviated from the inclination angle of the seafloor topography, causing inconveniences. When altitude control is performed on an underwater vehicle, it is desired to reduce fluctuations in the attitude angle of the underwater vehicle and reduce variations in altitude deviation between the underwater vehicle and the target altitude.

特開平０１−２４０３９８号公報には、縦揺れや横揺れを起こさないで、海面からの深度や海底からの高度や設定コースを変えることが可能であり、安定した海中及び海底の探査が可能である水中航走体が開示されている。その水中航走体は、水中を航走する水中航走体において、左右同方向可動式の舵を有する水平翼を航走体の前部と後部に配置し、独立に作動する舵を有する上下一対の垂直尾翼を設けていることを特徴としている。 In Japanese Patent Laid-Open No. 01-240398, it is possible to change the depth from the sea surface, the altitude from the seabed, and the set course without causing pitching or rolling, and stable underwater and seabed exploration is possible. An underwater vehicle is disclosed. The underwater vehicle is an underwater vehicle that travels underwater. Horizontal wings with movable rudder in the left and right direction are arranged at the front and rear of the vehicle, and A pair of vertical tails is provided.

特開２００５−２３９０２７号公報には、ＡＵＶの音響ソナーによる撮像画像の精度を向上できる水中航走体が開示されている。その水中航走体は、水中航走体の進行方向前方および後方であり且つ潜水状態で水中航走体に対して上下方向又は左右方向にそれぞれ対となる舵を設けたことを特徴としている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-239027 discloses an underwater vehicle that can improve the accuracy of an image captured by an AUV acoustic sonar. The underwater vehicle is provided with a rudder that is forward and backward in the traveling direction of the underwater vehicle and that is paired in the vertical direction or the left-right direction with respect to the underwater vehicle in the diving state.

特開平０１−２４０３９８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 01-240398 特開２００５−２３９０２７号公報JP 2005-239027 A

本発明の課題は、水中航走体が巡航する高度を制御するときにその水中航走体の姿勢角の変動を低減する水中航走体運動制御装置および水中航走体を提供することにある。
本発明の他の課題は、水中航走体が巡航する高度を制御するときに、その水中航走体の姿勢角の変動を低減し、その水中航走体の目標高度との高度偏差の変動を低減する水中航走体運動制御装置および水中航走体を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、所定の高度を巡航する水中航走体の全体規模と製造コストを低減する水中航走体を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、水中航走体が巡航する高度を単純な制御アルゴリズムと機器システムによってより高精度により健全に制御する水中航走体運動制御装置および水中航走体を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、所定の高度を巡航する水中航走体に搭載する制御装置のチューニングに強いられる負担を低減する水中航走体運動制御装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an underwater vehicle motion control device and an underwater vehicle that reduce fluctuations in the attitude angle of the underwater vehicle when controlling the altitude at which the underwater vehicle cruises. .
Another object of the present invention is to reduce the fluctuation of the attitude angle of the underwater vehicle when controlling the altitude at which the underwater vehicle cruises, and to change the altitude deviation from the target altitude of the underwater vehicle. It is an object of the present invention to provide an underwater vehicle motion control device and an underwater vehicle.
Still another object of the present invention is to provide an underwater vehicle that reduces the overall scale and manufacturing cost of an underwater vehicle that cruises at a predetermined altitude.
Still another object of the present invention is to provide an underwater vehicle motion control apparatus and an underwater vehicle that can control the altitude at which the underwater vehicle cruises with a simple control algorithm and equipment system with higher accuracy and soundness. It is in.
Still another object of the present invention is to provide an underwater vehicle motion control device that reduces a burden imposed on tuning of a control device mounted on an underwater vehicle that cruises at a predetermined altitude.

以下に、発明を実施するための最良の形態・実施例で使用される符号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を記載する。これら符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態・実施例の記載との対応を明らかにするために付加されたものであり、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。 In the following, means for solving the problems will be described using the reference numerals used in the best modes and embodiments for carrying out the invention in parentheses. These symbols are added to clarify the correspondence between the description of the claims and the description of the best mode for carrying out the invention / examples, and are described in the claims. It should not be used to interpret the technical scope of the invention.

本発明による水中航走体運動制御装置（１０）は、速度検出器（６）を用いて水中航走体（１）の速度（進行方向と速度と）を測定する測定部（１４）と、水底（２２）のうちの第１点（２４）から水中航走体本体（２）までの第１距離（２５）と水底（２２）のうちの第１点（２４）と異なる第２点（２７）から水中航走体本体（２）までの第２距離（２８）とを測定する高度収集部（１５）と、第１距離（２５）に基づいて、水中航走体本体（２）が進行する進行方向（３２）の鉛直方向の深度成分を変更する舵（５）を制御する舵制御部（１６）とを備えている。このような水中航走体運動制御装置（１０）は、水中航走体本体（２）が巡航する高度を制御するときに、水底（２２）のうちの１点から距離を１つだけ測定して制御することに比較して、その水中航走体本体（２）の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。 An underwater vehicle motion control device (10) according to the present invention includes a measurement unit (14) for measuring the speed (traveling direction and speed) of the underwater vehicle (1) using a speed detector (6), A first distance (25) from the first point (24) of the bottom (22) to the underwater vehicle body (2) and a second point (2) different from the first point (24) of the bottom (22) ( 27) and an underwater vehicle body (2) based on the first distance (25) and an altitude collecting unit (15) that measures a second distance (28) from the underwater vehicle body (2). A rudder control unit (16) for controlling the rudder (5) for changing the vertical depth component of the traveling direction (32). Such an underwater vehicle body control device (10) measures only one distance from one point of the bottom (22) when controlling the altitude at which the underwater vehicle body (2) cruises. As compared with the control, the variation of the attitude angle and altitude deviation of the underwater vehicle body (2) can be reduced.

本発明による水中航走体運動制御装置（１０）の舵制御部（１６）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とに基づいて算出される水底点（３６）から水中航走体本体（２）までの高度（３７）が目標高度になるように舵（５）を制御する。このような水中航走体運動制御装置（１０）は、水中航走体本体（２）が巡航する高度が一定になるように制御するときに、水底（２２）のうちの１点から距離を１つだけ測定して制御することに比較して、その水中航走体本体（２）の姿勢角の変動を低減し、その水中航走体本体（２）の高度偏差の変動を低減することができる。 The rudder control unit (16) of the underwater vehicle motion control device (10) according to the present invention underwater navigation from the water bottom point (36) calculated based on the first distance (25) and the second distance (28). The rudder (5) is controlled so that the altitude (37) up to the running body (2) becomes the target altitude. When such an underwater vehicle body control device (10) controls the underwater vehicle body (2) so that the altitude at which the underwater vehicle body (2) cruises is constant, the underwater vehicle body control device (10) sets the distance from one of the water bottoms (22). Compared to measuring and controlling only one, the variation in attitude angle of the underwater vehicle body (2) is reduced, and the variation in altitude deviation of the underwater vehicle body (2) is reduced. Can do.

目標高度は、第１点（２４）と第２点（２７）とを通る仮想線（２９）の方向と進行方向（３２）との位置関係が所定条件を満足するときに第１点（２４）に基づく高度（３４）に一致し、その所定条件を満足しないときに仮想線（２９）のうちの水中航走体本体（２）から所定方向に配置される仮想点（３６）に基づく高度（３７）に一致する。このような水中航走体運動制御装置（１０）は、水中航走体本体（２）が巡航する高度が一定になるように制御するときに、その水中航走体本体（２）の姿勢角の変動を低減し、その水中航走体本体（２）の高度偏差の変動を低減することができる。 The target altitude is the first point (24) when the positional relationship between the direction of the virtual line (29) passing through the first point (24) and the second point (27) and the traveling direction (32) satisfies a predetermined condition. ) Based on a virtual point (36) arranged in a predetermined direction from the underwater vehicle body (2) of the virtual line (29) when the altitude (34) based on Matches (37). Such an underwater vehicle body control device (10) controls the attitude angle of the underwater vehicle body (2) when controlling the underwater vehicle body (2) so that the altitude at which the underwater vehicle body (2) cruises is constant. Variation of the altitude deviation of the underwater vehicle body (2) can be reduced.

その所定方向の進行方向（３２）の成分は、正である。水底点（２７）は、水中航走体本体（２）より進行方向（３２）の後側に配置されることが好ましい。水底点（２４）および仮想点（３６）は、水中航走体本体（２）より進行方向（３２）の前側に配置されることが好ましい。 The component in the traveling direction (32) in the predetermined direction is positive. The water bottom point (27) is preferably arranged on the rear side in the traveling direction (32) from the underwater vehicle body (2). It is preferable that the water bottom point (24) and the virtual point (36) are arranged in front of the traveling direction (32) from the underwater vehicle body (2).

本発明による水中航走体（１）は、本発明による水中航走体運動制御装置（１０）と、水中航走体本体（２）とを備えている。このような水中航走体（１）は、巡航する高度が制御するときに、その水中航走体本体（２）の姿勢角と高度偏差の変動がより低減される。 An underwater vehicle (1) according to the present invention includes an underwater vehicle motion control device (10) according to the present invention and an underwater vehicle body (2). In such an underwater vehicle (1), when the altitude at which it cruises is controlled, fluctuations in the attitude angle and altitude deviation of the underwater vehicle body (2) are further reduced.

本発明による水中航走体（１）は、水中航走体本体（２）の速度を測定するセンサ（６）をさらに備えている。センサ（６）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とをさらに測定する。このような水中航走体（１）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とを専用に測定する測定装置を備える必要がなく、水中航走体（１）をよりコンパクトにより軽量により安価に製造することができ、好ましい。 The underwater vehicle (1) according to the present invention further includes a sensor (6) for measuring the speed of the underwater vehicle body (2). The sensor (6) further measures the first distance (25) and the second distance (28). Such an underwater vehicle (1) does not need to be provided with a measuring device for measuring the first distance (25) and the second distance (28), and the underwater vehicle (1) can be made more compact. It is preferable because it is lightweight and can be manufactured at low cost.

本発明による水中航走体（１）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とを測定するセンサ（６）を鉛直方向に対して固定するジャイロと慣性航法装置をさらに備えている。このような水中航走体（１）は、高度をより正確に測定することができ、水中航走体本体（２）が巡航する高度をより精度よく制御することができる。 The underwater vehicle (1) according to the present invention further includes a gyro for fixing the sensor (6) for measuring the first distance (25) and the second distance (28) with respect to the vertical direction and an inertial navigation device. Yes. Such an underwater vehicle (1) can measure altitude more accurately, and can control the altitude at which the underwater vehicle body (2) cruises more accurately.

本発明による水中航走体運動制御方法は、水底（２２）のうちの第１点（２４）から水中航走体本体（２）までの第１距離（２５）と水底（２２）のうちの第１点（２４）と異なる第２点（２７）から水中航走体本体（２）までの第２距離（２８）とを測定するステップ（Ｓ１）と、第１距離（２５）と第２距離（２８）とに基づいて、水中航走体本体（２）が進行する進行方向（３２）の鉛直方向の成分を変更する舵（５）を制御するステップ（Ｓ２〜Ｓ８）とを備えている。このような水中航走体運動制御方法によれば、水中航走体本体（２）が巡航する高度を制御するときに、水底（２２）のうちの１点から距離を１つだけ測定して制御することに比較して、その水中航走体本体（２）の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。 The underwater vehicle motion control method according to the present invention includes a first distance (25) from the first point (24) of the water bottom (22) to the underwater vehicle body (2) and the water bottom (22). A step (S1) of measuring a second distance (28) from the second point (27) different from the first point (24) to the underwater vehicle body (2); a first distance (25); And (S2 to S8) for controlling the rudder (5) for changing the vertical component of the traveling direction (32) in which the underwater vehicle body (2) travels based on the distance (28). Yes. According to such an underwater vehicle motion control method, when controlling the altitude at which the underwater vehicle body (2) cruises, only one distance is measured from one point of the water bottom (22). Compared with the control, fluctuations in the attitude angle and altitude deviation of the underwater vehicle body (2) can be reduced.

本発明による水中航走体運動制御方法として、舵（５）は、第１距離（２５）と第２距離（２８）とに基づいて算出される水底点（２４、３６）から水中航走体本体（２）までの高度が目標高度になるように制御される。このような水中航走体運動制御方法によれば、水中航走体本体（２）が巡航する高度が一定になるように制御するときに、水底（２２）のうちの１点から距離を１つだけ測定することに比較して、その水中航走体本体（２）の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。 As an underwater vehicle motion control method according to the present invention, the rudder (5) is an underwater vehicle running from a bottom point (24, 36) calculated based on the first distance (25) and the second distance (28). The altitude up to the main body (2) is controlled to be the target altitude. According to such an underwater vehicle body motion control method, when the underwater vehicle body (2) is controlled so that the altitude at which the underwater vehicle body (2) cruises is constant, the distance from one point of the water bottom (22) is 1 Compared to measuring only one, it is possible to reduce fluctuations in the attitude angle and altitude deviation of the underwater vehicle body (2).

目標高度は、第１点（２４）と第２点（２７）とを通る仮想線（２９）の方向と進行方向（３２）との位置関係が所定条件を満足するときに第１点（２４）に基づく高度（３４）に一致する。所定条件を満足しないときに仮想線（２９）のうちの水中航走体本体（２）から所定方向に配置される仮想点に基づく高度（３７）に一致する。このような水中航走体運動制御方法によれば、水中航走体本体（２）が巡航する高度が一定になるように制御するときに、その水中航走体本体（２）の姿勢の変動を低減し、その水中航走体本体（２）の高度の変動を低減することができる。 The target altitude is the first point (24) when the positional relationship between the direction of the virtual line (29) passing through the first point (24) and the second point (27) and the traveling direction (32) satisfies a predetermined condition. ) Based on altitude (34). It matches the altitude (37) based on a virtual point arranged in a predetermined direction from the underwater vehicle body (2) in the virtual line (29) when the predetermined condition is not satisfied. According to such an underwater vehicle body motion control method, when the underwater vehicle body (2) is controlled so that the altitude at which the underwater vehicle body cruises is constant, the underwater vehicle body (2) changes in posture. And the fluctuation of the altitude of the underwater vehicle body (2) can be reduced.

本発明による水中航走体運動制御装置および水中航走体は、巡航する高度を制御するときに、水底のうちの１点から距離を１つだけ測定して制御することに比較して、その水中航走体本体の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。 The underwater vehicle motion control device and the underwater vehicle according to the present invention have a control device that measures and controls only one distance from one of the water bottoms when controlling the altitude for cruising. Variations in the attitude angle and altitude deviation of the underwater vehicle body can be reduced.

図面を参照して、本発明による水中航走体の実施の形態を記載する。その水中航走体１は、図１に示されているように、水中航走体本体２と推進装置３と舵５と速度検出器６と観測装置７と図示されない深度計とジャイロと慣性航法装置を備えている。推進装置３は、水中航走体本体２の船尾に配置されるスクリューを備え、水中航走体本体２に対してそのスクリューを回転させることにより、水中航走体本体２を水中で推進させる推進力を生成する。舵５は、水中航走体本体２の船尾に配置され、水中航走体本体２が進行する進行方向を変更する。たとえば、舵５は、水平舵と垂直舵とから構成され、このとき、その垂直舵は、水中航走体１が航走する水平面上の方位成分を変更し、その水平舵は、水中航走体１が進行する鉛直縦断面上の深度成分を変更する。 An embodiment of an underwater vehicle according to the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the underwater vehicle 1 includes an underwater vehicle body 2, a propulsion device 3, a rudder 5, a speed detector 6, an observation device 7, a depth meter (not shown), a gyroscope, and inertial navigation. Equipment. The propulsion device 3 includes a screw that is disposed at the stern of the underwater vehicle body 2 and rotates the screw relative to the underwater vehicle body 2 to propel the underwater vehicle body 2 in water. Generate power. The rudder 5 is disposed at the stern of the underwater vehicle body 2 and changes the traveling direction in which the underwater vehicle body 2 travels. For example, the rudder 5 includes a horizontal rudder and a vertical rudder. At this time, the vertical rudder changes a direction component on a horizontal plane on which the underwater vehicle 1 travels, and the horizontal rudder travels underwater. The depth component on the vertical longitudinal section along which the body 1 travels is changed.

速度検出器６は、センサー中心軸を有し、その中心軸が水中航走体１の高さ方向に平行になるように水中航走体本体２の底部に鉛直下向きに固定されている。速度検出器６は、ドップラーソナーから形成され、所定の方向に音波を発射し、その音波による反射波を受信する。その所定の方向は、水中航走体１の船首側方向と船尾側方向と左舷側方向と右舷側方向とを含んでいる。その船首側方向は、速度検出器６を中心に、その中心軸の船底向きの方向から水中航走体１の船首に向かって３０度回転した方向である。その船尾側方向は、速度検出器６を中心に、その中心軸の船底向きの方向から水中航走体１の船尾に向かって３０度回転した方向である。その左舷側方向は、速度検出器６を中心に、その中心軸の船底向きの方向から水中航走体１の左舷に向かって３０度回転した方向である。その右舷側方向は、速度検出器６を中心に、その中心軸の船底向きの方向から水中航走体１の右舷に向かって３０度回転した方向である。速度検出器６は、その音波とその反射波の周波数の差に基づいて水中航走体本体２の速度を測定し、その音波とその反射波との位相の差に基づいて水中航走体本体２から海底のうちのその音波が反射した点までの距離を測定する。 The speed detector 6 has a sensor central axis, and is fixed vertically downward to the bottom of the underwater vehicle body 2 so that the central axis is parallel to the height direction of the underwater vehicle 1. The speed detector 6 is formed from a Doppler sonar, emits a sound wave in a predetermined direction, and receives a reflected wave by the sound wave. The predetermined directions include the bow side direction, the stern side direction, the port side direction, and the starboard side direction of the underwater vehicle 1. The bow side direction is a direction rotated about 30 degrees toward the bow of the underwater vehicle 1 from the direction toward the bottom of the center axis with the speed detector 6 as the center. The stern side direction is a direction rotated about 30 degrees from the direction toward the bottom of the center axis toward the stern of the underwater vehicle 1 with the speed detector 6 as the center. The port side direction is a direction rotated about 30 degrees toward the port side of the underwater vehicle 1 from the direction toward the bottom of the center axis with the speed detector 6 as the center. The starboard side direction is a direction rotated about 30 degrees toward the starboard of the underwater vehicle 1 from the direction toward the bottom of the center axis with the speed detector 6 as the center. The speed detector 6 measures the speed of the underwater vehicle body 2 based on the difference between the frequency of the sound wave and the reflected wave, and based on the difference in phase between the sound wave and the reflected wave. Measure the distance from 2 to the point of the seabed where the sound wave is reflected.

観測装置７は、水中航走体本体２の周囲または底部に固定され、水中航走体１が航走する海洋空間と海底に関する物理量を測定する。観測装置７としては、ＴＶカメラ、スナップショットカメラ、サイドスキャンソナー、マルチビームエコーサウンダー、サブボトムプロファイラ、ＣＴＤＯ計が例示される。そのＴＶカメラは、水中航走体１が航走しているときに、海底面や観測対象物の動画を撮像する。そのスナップショットカメラは、水中航走体１が航走しているときに、海底面や観測対象物の静止画を撮像する。そのサイドスキャンソナー、マルチビームエコーサウンダー、サブボトムプロファイラは、水中航走体１が航走しているときに、海底面に向かって扇形に広がる音波を発信し、その音波の反射波を受信し、その反射波に基づいて海底面や観測対象物の微細地形、海底地質構造など水中音響データを測定する。そのＣＴＤＯ計は、水中航走体１が航走する海水の塩分、水温、溶存酸素を測定する。 The observation device 7 is fixed to the periphery or bottom of the underwater vehicle body 2 and measures the physical quantity related to the ocean space and the seabed where the underwater vehicle 1 travels. Examples of the observation device 7 include a TV camera, a snapshot camera, a side scan sonar, a multi-beam echo sounder, a sub-bottom profiler, and a CTDO meter. The TV camera captures a moving image of the sea bottom and an observation object while the underwater vehicle 1 is traveling. The snapshot camera captures a still image of the sea bottom and an observation object while the underwater vehicle 1 is traveling. The side-scan sonar, multi-beam echo sounder, and sub-bottom profiler emit a sound wave spreading in a fan shape toward the sea floor and receive a reflected wave of the sound wave when the underwater vehicle 1 is running. Based on the reflected waves, underwater acoustic data such as the sea floor, the fine topography of the observation object, and the seafloor geological structure are measured. The CTDO meter measures the salinity, water temperature, and dissolved oxygen of the seawater that the underwater vehicle 1 travels.

水中航走体１は、さらに、水中航走体本体２の内部に水中航走体運動制御装置を備えている。その水中航走体運動制御装置１０は、コンピュータであり、図２に示されているように、複数のコンピュータプログラムがインストールされている。すなわち、水中航走体運動制御装置１０は、図示されていないＣＰＵと記憶装置と入力装置とインターフェースとを備えている。そのＣＰＵは、水中航走体運動制御装置１０にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置とインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのＣＰＵにより生成される情報を一時的に記録する。その入力装置は、オペレータにより操作されて生成される情報をＣＰＵに出力する。その入力装置としては、キーボード、リムーバルメモリドライブ、通信ケーブル、音波や電波によるデータ伝送装置が例示される。そのインターフェースは、水中航走体運動制御装置１０に接続される外部機器により生成される情報をそのＣＰＵに出力し、そのＣＰＵにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、推進装置３と舵５と速度検出器６とを含んでいる。 The underwater vehicle 1 further includes an underwater vehicle motion control device inside the underwater vehicle body 2. The underwater vehicle motion control apparatus 10 is a computer, and a plurality of computer programs are installed as shown in FIG. That is, the underwater vehicle motion control device 10 includes a CPU, a storage device, an input device, and an interface not shown. The CPU executes a computer program installed in the underwater vehicle motion control device 10 to control the storage device and the interface. The storage device records the computer program and temporarily records information generated by the CPU. The input device outputs information generated by being operated by an operator to the CPU. Examples of the input device include a keyboard, a removable memory drive, a communication cable, and a data transmission device using sound waves and radio waves. The interface outputs information generated by an external device connected to the underwater vehicle motion control apparatus 10 to the CPU, and outputs information generated by the CPU to the external device. The external device includes a propulsion device 3, a rudder 5, and a speed detector 6.

水中航走体運動制御装置１０は、コンピュータプログラムである設定部１１と巡航制御部１２と高度制御部１３とがインストールされている。設定部１１は、入力装置を介して入力された情報に基づいて航路と目標高度と許容角幅とセンシング方向角度３８とを設定する。巡航制御部１２は、設定部１１により設定された航路を水中航走体１が自動で巡航するように、速度検出器６により測定される水中航走体本体２の速度に基づいて推進装置３と舵５とを制御する。高度制御部１３は、設定部１１により設定された目標高度を水中航走体１が巡航するように、舵５を制御する。 The underwater vehicle motion control device 10 is installed with a setting unit 11, a cruise control unit 12, and an altitude control unit 13 which are computer programs. The setting unit 11 sets the route, the target altitude, the allowable angular width, and the sensing direction angle 38 based on information input via the input device. The cruise control unit 12 is based on the speed of the underwater vehicle body 2 measured by the speed detector 6 so that the underwater vehicle 1 automatically cruises the route set by the setting unit 11. And the rudder 5 are controlled. The altitude control unit 13 controls the rudder 5 so that the underwater vehicle 1 cruises the target altitude set by the setting unit 11.

図３は、高度制御部１３を示している。高度制御部１３は、測定部１４と高度収集部１５と舵制御部１６とを備えている。測定部１４は、速度検出器６を用いて、水中航走体１の速度（進行方向と速さと）を測定する。高度収集部１５は、設定部１１により設定された水中航走体１から海底の複数の点までの距離を収集する。舵制御部１６は、測定部１４により測定された測定結果に基づいて、高度収集部１５により収集された距離を使用して水中航走体１が航走するように、舵５を制御する。 FIG. 3 shows the altitude control unit 13. The altitude control unit 13 includes a measurement unit 14, an altitude collection unit 15, and a rudder control unit 16. The measurement unit 14 uses the speed detector 6 to measure the speed (traveling direction and speed) of the underwater vehicle 1. The altitude collecting unit 15 collects the distances from the underwater vehicle 1 set by the setting unit 11 to a plurality of points on the seabed. The rudder control unit 16 controls the rudder 5 based on the measurement result measured by the measurement unit 14 so that the underwater vehicle 1 travels using the distance collected by the altitude collecting unit 15.

水中航走体１は、図４に示されているように、海面２１と海底面２２との間の海中を航走する。図４にて、水中航走体１は全長方向が方向３２に向かって平行に航走するが、海面２１に平行な水中航走体本体２を通る直線３０との成す角３３を、図示しないジャイロと慣性航法装置を用いて角度補正した図であり、航走する水中航走体１のある瞬間の状態を例示する。速度検出器６は、方向２３に音波を発射し、その音波が海底面２２のうちの点２４に反射した反射波を観測し、その音波とその反射波との位相差に基づいて水中航走体１から点２４までの距離２５を測定する。方向２３は、水中航走体１に対して固定され、速度検出器６を中心に、水中航走体１の鉛直下向きの方向から水中航走体１の船首に向かって３０度回転した方向に平行である。速度検出器６は、さらに、方向２６に音波を発射し、その音波が海底面２２のうちの点２７に反射した反射波を観測し、その音波とその反射波との位相差に基づいて水中航走体１から点２７までの距離２８を測定する。方向２６は、水中航走体１に対して固定され、速度検出器６を中心に、水中航走体１の鉛直下向きの方向から水中航走体１の船尾に向かって３０度回転した方向に平行である。 The underwater vehicle 1 travels in the sea between the sea surface 21 and the sea floor 22 as shown in FIG. In FIG. 4, the underwater vehicle 1 travels parallel in the full length direction toward the direction 32, but an angle 33 formed by the straight line 30 passing through the underwater vehicle body 2 parallel to the sea surface 21 is not illustrated. It is the figure which carried out angle correction using a gyroscope and an inertial navigation device, and illustrates the state of a certain moment of underwater vehicle 1 which runs. The speed detector 6 emits a sound wave in the direction 23, observes a reflected wave reflected by the point 24 in the sea floor 22, and travels underwater based on a phase difference between the sound wave and the reflected wave. The distance 25 from the body 1 to the point 24 is measured. The direction 23 is fixed with respect to the underwater vehicle 1, and is rotated about 30 degrees from the vertically downward direction of the underwater vehicle 1 toward the bow of the underwater vehicle 1 around the speed detector 6. Parallel. The speed detector 6 further emits a sound wave in the direction 26, observes a reflected wave reflected by the point 27 in the sea floor 22, and based on the phase difference between the sound wave and the reflected wave, The distance 28 from the mid-running vehicle 1 to the point 27 is measured. The direction 26 is fixed with respect to the underwater vehicle 1 and is rotated about 30 degrees from the vertically downward direction of the underwater vehicle 1 toward the stern of the underwater vehicle 1 around the speed detector 6. Parallel.

このとき、舵制御部１６は、方向２３と距離２５と方向２６と距離２８および図示しない深度計とジャイロと慣性航法装置とに基づいて、点２４と点２７とを通る直線である仮想線２９の位置を算出する。舵制御部１６は、さらに、測定部１５により測定された水中航走体１の進行方向３２と仮想線２９の方向との位置関係を算出する。すなわち、舵制御部１６は、その全長方向と仮想線２９の方向とのなす角３１を算出し、水中航走体１の全長方向と進行方向３２とのなす角３３を算出する。なす角３１となす角３３との差の絶対値を算出する。 At this time, the rudder control unit 16 is based on the direction 23, the distance 25, the direction 26, the distance 28, the depth meter, the gyroscope, and the inertial navigation device (not shown), and the virtual line 29 that is a straight line passing through the point 24 and the point 27 The position of is calculated. The rudder control unit 16 further calculates the positional relationship between the traveling direction 32 of the underwater vehicle 1 and the direction of the imaginary line 29 measured by the measuring unit 15. That is, the rudder control unit 16 calculates an angle 31 formed by the full length direction and the direction of the imaginary line 29, and calculates an angle 33 formed by the full length direction of the underwater vehicle 1 and the traveling direction 32. The absolute value of the difference between the formed angle 31 and the formed angle 33 is calculated.

舵制御部１６は、その絶対値が設定部１１により設定された許容角幅より小さいときに、点２４からの水中航走体１の高度３４を算出する。高度３４は、水中航走体１を通り、かつ、水中航走体１の全長方向に平行である直線３０と点２４との鉛直方向距離を示している。舵制御部１６は、さらに、高度３４が設定部１１により設定された目標高度になるように、舵５を制御する。たとえば、舵制御部１６は、高度３４がその目標高度より大きいときに、進行方向３２が下方に変更されるように舵５を制御し、高度３４がその目標高度より小さいときに、進行方向３２が上方に変更されるように舵５を制御する。 The rudder control unit 16 calculates the altitude 34 of the underwater vehicle 1 from the point 24 when the absolute value is smaller than the allowable angular width set by the setting unit 11. The altitude 34 indicates the vertical distance between the straight line 30 passing through the underwater vehicle 1 and parallel to the full length direction of the underwater vehicle 1 and the point 24. The rudder control unit 16 further controls the rudder 5 so that the altitude 34 becomes the target altitude set by the setting unit 11. For example, the rudder control unit 16 controls the rudder 5 so that the traveling direction 32 is changed downward when the altitude 34 is larger than the target altitude. When the altitude 34 is smaller than the target altitude, the traveling direction 32 is controlled. The rudder 5 is controlled so that is changed upward.

舵制御部１６は、その絶対値が設定部１１により設定された許容角幅より大きいときに、仮想線２９のうちから所定の仮想点３６の位置を算出する。その仮想点３６は、水中航走体１から設定部１１により設定されたセンシング方向角３８の方向に配置されている。舵制御部１６は、さらに、仮想点３６からの水中航走体１の高度３７を算出する。高度３７は、直線３０と仮想点３６との鉛直方向距離を示している。舵制御部１６は、さらに、高度３７が設定部１１により設定された目標高度になるように、舵５を制御する。たとえば、舵制御部１６は、高度３７がその目標高度より大きいときに、進行方向３２が下方に変更されるように舵５を制御し、高度３７がその目標高度より小さいときに、進行方向３２が上方に変更されるように舵５を制御する。 The rudder control unit 16 calculates the position of the predetermined virtual point 36 from the virtual line 29 when the absolute value is larger than the allowable angular width set by the setting unit 11. The virtual point 36 is arranged in the direction of the sensing direction angle 38 set by the setting unit 11 from the underwater vehicle 1. The rudder control unit 16 further calculates the altitude 37 of the underwater vehicle 1 from the virtual point 36. The altitude 37 indicates the vertical distance between the straight line 30 and the virtual point 36. The rudder control unit 16 further controls the rudder 5 so that the altitude 37 becomes the target altitude set by the setting unit 11. For example, the rudder control unit 16 controls the rudder 5 so that the traveling direction 32 is changed downward when the altitude 37 is larger than the target altitude. When the altitude 37 is smaller than the target altitude, the traveling direction 32 is controlled. The rudder 5 is controlled so that is changed upward.

本発明による水中航走体運動制御方法の実施の形態は、水中航走体運動制御装置１０により実行され、設定値を設定する動作と、巡航する動作と高度制御する動作とを備えている。 The embodiment of the underwater vehicle motion control method according to the present invention is executed by the underwater vehicle motion control device 10 and includes an operation for setting a set value, a cruise operation, and an altitude control operation.

設定値を設定する動作では、オペレータは、まず水中航走体１が巡航する海域の起伏情報があらかじめ予想されるとき、水中航走体１に所望の目標高度で巡航させることをシミュレーションし、水中航走体１の姿勢角の変動が小さく、水中航走体の高度偏差の変動が小さくなる許容角幅とセンシング方向角度３８とを算出する。オペレータは、水中航走体１に巡航させたい航路と目標高度とを水中航走体運動制御装置１０に入力し、その算出された許容角幅とセンシング方向角度３８とを水中航走体運動制御装置１０に入力する。さらに、許容角幅とセンシング方向角度３８は現場巡航海域での入力設定を変更可能とさせる。 In the operation of setting the set value, the operator first simulates causing the underwater vehicle 1 to cruise at a desired target altitude when the undulation information of the sea area where the underwater vehicle 1 cruises is predicted in advance. An allowable angular width and a sensing direction angle 38 are calculated in which the change in the attitude angle of the middle traveling vehicle 1 is small and the variation in the altitude deviation of the underwater vehicle is small. The operator inputs a route and a target altitude to be crushed by the underwater vehicle 1 into the underwater vehicle motion control device 10 and controls the calculated allowable angular width and sensing direction angle 38 for the underwater vehicle motion control. Input to the device 10. Further, the allowable angular width and the sensing direction angle 38 make it possible to change the input setting in the on-site cruise sea area.

巡航する動作では、水中航走体運動制御装置１０は、速度検出器６により測定される水中航走体本体２の速度に基づいて推進装置３と舵５とを制御して、設定値を設定する動作で入力された航路に沿って水中航走体１を自動で巡航させる。このような自律的巡航は、公知であり、特開平０１−２４０３９８号公報、特開２００５−２３９０２７号公報に開示されている。 In the cruise operation, the underwater vehicle motion control device 10 controls the propulsion device 3 and the rudder 5 based on the speed of the underwater vehicle body 2 measured by the speed detector 6, and sets the set value. The underwater vehicle 1 is automatically cruised along the route input by the operation. Such autonomous cruise is known and disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 01-240398 and 2005-239027.

高度制御する動作は、巡航する動作と並行して実行される。水中航走体運動制御装置１０は、図５に示されているように、まず、速度検出器６を用いて、距離２５と距離２８とを測定する（ステップＳ１）。水中航走体運動制御装置１０は、方向２３と距離２５と方向２６と距離２８とに基づいて、点２４と点２７とを通る直線である仮想線２９の位置を算出する（ステップＳ２）。 The altitude control operation is executed in parallel with the cruise operation. As shown in FIG. 5, the underwater vehicle motion control apparatus 10 first measures the distance 25 and the distance 28 using the speed detector 6 (step S1). The underwater vehicle motion control apparatus 10 calculates the position of a virtual line 29 that is a straight line passing through the points 24 and 27 based on the direction 23, the distance 25, the direction 26, and the distance 28 (step S2).

水中航走体運動制御装置１０は、さらに、速度検出器６と図示しない深度計とジャイロと慣性航法装置を用いて、水中航走体１の進行方向３２を測定し、進行方向３２と仮想線２９の方向との位置関係を算出する（ステップＳ３）。すなわち、水中航走体運動制御装置１０は、海面２１に平行な直線３９と仮想線２９の方向とのなす角３１を算出し、水中航走体１の全長方向と進行方向３２とのなす角３３を算出する。なす角３１となす角３３との差の絶対値を算出する。 The underwater vehicle motion control apparatus 10 further measures the advancing direction 32 of the underwater vehicle 1 using the speed detector 6, a depth meter (not shown), a gyroscope, and an inertial navigation device. The positional relationship with the direction 29 is calculated (step S3). That is, the underwater vehicle motion control apparatus 10 calculates the angle 31 formed by the straight line 39 parallel to the sea surface 21 and the direction of the virtual line 29, and the angle formed by the full length direction of the underwater vehicle 1 and the traveling direction 32. 33 is calculated. The absolute value of the difference between the formed angle 31 and the formed angle 33 is calculated.

水中航走体運動制御装置１０は、その絶対値が許容角幅より大きいときに（ステップＳ３、ＮＯ）、仮想線２９のうちから所定の仮想点３６の位置を算出する（ステップＳ４）。水中航走体運動制御装置１０は、さらに、仮想点３６からの水中航走体１の高度３７を算出する（ステップＳ５）。水中航走体運動制御装置１０は、高度３７がその目標高度より大きいときに、進行方向３２が下方に変更されるように舵５を制御し、高度３７がその目標高度より小さいときに、進行方向３２が上方に変更されるように舵５を制御する（ステップＳ６）。このような制御としては、フィードバック制御やＰＩＤ制御やファジイ制御などが知られており、本発明によれば単純な制御アルゴリズムで高度制御を実現し、これらの設定諸係数を減少することができる。 When the absolute value is larger than the allowable angular width (NO in step S3), the underwater vehicle motion control apparatus 10 calculates the position of the predetermined virtual point 36 from the virtual line 29 (step S4). The underwater vehicle motion control apparatus 10 further calculates the altitude 37 of the underwater vehicle 1 from the virtual point 36 (step S5). The underwater vehicle motion control apparatus 10 controls the rudder 5 so that the traveling direction 32 is changed downward when the altitude 37 is larger than the target altitude, and proceeds when the altitude 37 is smaller than the target altitude. The rudder 5 is controlled so that the direction 32 is changed upward (step S6). As such control, feedback control, PID control, fuzzy control, and the like are known, and according to the present invention, advanced control can be realized by a simple control algorithm, and these setting coefficients can be reduced.

水中航走体運動制御装置１０は、その絶対値が許容幅より小さいときに（ステップＳ３、ＹＥＳ）、点２４からの水中航走体１の高度３４を算出する（ステップＳ７）。水中航走体運動制御装置１０は、高度３４がその目標高度より大きいときに、進行方向３２が下方に変更されるように舵５を制御し、高度３４がその目標高度より小さいときに、進行方向３２が上方に変更されるように舵５を制御する（ステップＳ８）。このような制御としては、フィードバック制御やＰＩＤ制御やファジイ制御などが知られており、本発明によれば単純な制御アルゴリズムで高度制御を実現し、これらの設定諸係数を減少することができる。ステップＳ１〜ステップＳ８の動作は、巡航に際して周期的に繰り返して実行される。 When the absolute value is smaller than the allowable width (step S3, YES), the underwater vehicle motion control apparatus 10 calculates the altitude 34 of the underwater vehicle 1 from the point 24 (step S7). The underwater vehicle motion control apparatus 10 controls the rudder 5 so that the traveling direction 32 is changed downward when the altitude 34 is larger than the target altitude, and proceeds when the altitude 34 is smaller than the target altitude. The rudder 5 is controlled so that the direction 32 is changed upward (step S8). As such control, feedback control, PID control, fuzzy control, and the like are known, and according to the present invention, advanced control can be realized by a simple control algorithm, and these setting coefficients can be reduced. The operations in steps S1 to S8 are repeatedly executed periodically during cruising.

本発明に示すステップＳ４で算出される仮想点３６の位置変動は、海底面２２の小さな凸凹に影響され難く、速度検出器６によって直接に測定される点２４、２７に比較して位置の変動が小さい。このため、水中航走体１の巡航において高度３７は変動が緩やかであり、ステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御によれば、水中航走体１の高度偏差の変動を低減することができ、水中航走体１の姿勢角の変動を低減することができる。 The position variation of the virtual point 36 calculated in step S4 according to the present invention is not easily affected by the small unevenness of the sea bottom surface 22, and the position variation compared to the points 24 and 27 directly measured by the speed detector 6. Is small. For this reason, in the cruise of the underwater vehicle 1, the altitude 37 fluctuates slowly, and according to the altitude control in steps S4 to S6, the variation in the altitude deviation of the underwater vehicle 1 can be reduced. Variations in the attitude angle of the middle traveling vehicle 1 can be reduced.

水中航走体は、一般に、舵やスラスターや姿勢調整装置や浮量調整装置などのアクチュエータを多数装備することにより、水中航走体１の高度を変更するときの水中航走体１の姿勢角と高度偏差の変動を低減することができる。図５の動作によれば、水中航走体１の高度偏差の変動を低減することができ、このため、水中航走体１の姿勢角の変動を低減することができる。このとき、水中航走体１は、水中航走体１の姿勢角の変動を低減するために、舵やスラスターや姿勢調整装置や浮量調整装置などアクチュエータを多数装備する必要がなく好ましい。なお、本発明に示す水中航走体１は、このような舵やスラスターや姿勢調整装置や浮量調整装置などアクチュエータをより多く備えることにより、水中航走体１の姿勢角と高度偏差の変動をより低減することができ、好ましい。 The underwater vehicle 1 is generally equipped with many actuators such as a rudder, thruster, attitude adjustment device, and buoyancy adjustment device, so that the attitude angle of the underwater vehicle 1 when the altitude of the underwater vehicle 1 is changed. And the variation of altitude deviation can be reduced. According to the operation of FIG. 5, the variation in altitude deviation of the underwater vehicle 1 can be reduced, and therefore the variation in the attitude angle of the underwater vehicle 1 can be reduced. At this time, the underwater vehicle 1 is preferable because it is not necessary to equip many actuators such as a rudder, thruster, posture adjustment device, and buoyancy adjustment device in order to reduce fluctuations in the posture angle of the underwater vehicle 1. The underwater vehicle 1 shown in the present invention includes more actuators such as rudder, thruster, attitude adjustment device, and buoyancy adjustment device, thereby changing the attitude angle and altitude deviation of the underwater vehicle 1. Can be further reduced, which is preferable.

海底面２２からの高度の実測値の信号をフィルタリング処理して海底面２２の小さな凸凹によるばらつきを低減することが知られている。所定の高度保持性能を確保し且つ航走体としてのリアルタイムに演算処理しなければならない必要性において、ステップＳ４〜ステップＳ６のような高度制御は、上記フィルタリング処理を用いた高度制御に比較して、処理量が小さくより低コストでより速く処理することができ、好ましい。なお、この水中航走体１が高い処理能力を持つコンピュータを搭載するのであれば、上記フィルタリング処理機能を備えることにより、水中航走体１の姿勢角と高度偏差の変動をより低減することができ、好ましい。 It is known to reduce variation due to small unevenness of the sea bottom surface 22 by filtering the signal of the actually measured value from the sea bottom surface 22. In the necessity to ensure predetermined altitude maintenance performance and to perform arithmetic processing in real time as a traveling body, altitude control such as step S4 to step S6 is compared with altitude control using the filtering process. It is preferable because the processing amount is small and the processing can be performed faster at a lower cost. In addition, if this underwater vehicle 1 is equipped with a computer having high processing capability, the fluctuation of the attitude angle and altitude deviation of the underwater vehicle 1 can be further reduced by providing the filtering processing function. It is possible and preferable.

ステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御は、なす角３１となす角３３との差の絶対値が設定部１１により設定された許容角幅より小さいとき、すなわち、水中航走体１が海底地形の起伏との差異が小さく巡航したと判断されるときに実行される。ステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御は、ステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御に比較して、実測値を用いて高度制御している分だけ水中航走体１をより高精度に高度制御することができる。ステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御とステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御とを許容角幅によって適切に選定することで水中航走体１を海底地形に対応してより追従性の高い高度制御することができる。 In the altitude control in steps S7 to S8, when the absolute value of the difference between the formed angle 31 and the formed angle 33 is smaller than the allowable angular width set by the setting unit 11, that is, the underwater vehicle 1 is undulated in the seabed topography. It is executed when it is determined that the cruise is small. In the altitude control in steps S7 to S8, as compared with the altitude control in steps S4 to S6, the altitude control of the underwater vehicle 1 can be performed with higher accuracy by the amount of altitude control using the actually measured values. it can. By appropriately selecting the altitude control in steps S7 to S8 and the altitude control in steps S4 to S6 according to the allowable angular width, the underwater vehicle 1 is subjected to altitude control with higher followability corresponding to the seabed topography. Can do.

なお、センシング方向角度３８は、シミュレーションにより算出される変数にしないで定数にすることもできる。センシング方向角度３８は、シミュレーションによれば、水中航走体１の進行方向に向かって前側とすることが高度偏差を小さくでき、好ましい。定数であるセンシング方向角度３８としては、直線２９上の点２４と点２７との間において、水中航走体１の鉛直直下の方向、すなわち、なす角３８が３０度のときから、なす角３８が６０度との範囲にすることが好ましい。 Note that the sensing direction angle 38 may be a constant without being a variable calculated by simulation. According to the simulation, the sensing direction angle 38 is preferably set to the front side in the traveling direction of the underwater vehicle 1 because the altitude deviation can be reduced. As the sensing direction angle 38 which is a constant, the angle 38 formed between the point 24 and the point 27 on the straight line 29 from the direction immediately below the underwater vehicle 1, that is, the angle 38 formed is 30 degrees. Is preferably in the range of 60 degrees.

なお、許容角量は、シミュレーションにより算出される変数にしないで定数にすることもできる。許容角量は、シミュレーションによれば、小さければ小さいほどステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御が実行される頻度が大きく高度偏差を低減できるが、起伏変化の大きな海底地形に対しては姿勢角の変動が大きくなって、海底への追従性が悪化する場合もある。定数である許容角量としては、使用する観測装置の精度に悪影響を及ぼさない点で５度以内が好ましく、２〜３度以内がさらに好ましい。 The allowable angular amount may be a constant without being a variable calculated by simulation. According to the simulation, the smaller the allowable angle amount is, the more frequently the altitude control in steps S4 to S6 is executed, and the altitude deviation can be reduced. May increase and followability to the seabed may deteriorate. The permissible angular amount that is a constant is preferably within 5 degrees, more preferably within 2 to 3 degrees, from the viewpoint of not adversely affecting the accuracy of the observation apparatus used.

さらに、ステップＳ３は、許容角幅を用いない他の条件で判別することもできる。このような条件としては、なす角３１となす角３３との差が所定の範囲に含まれるかどうかが例示される。このような条件では、その範囲の上限と下限とを独立に設定することができ、ステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御とステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御とをより適切に切り換えることができ、好ましい。 Furthermore, step S3 can also be determined under other conditions that do not use the allowable angular width. An example of such a condition is whether or not a difference between the formed angle 31 and the formed angle 33 is included in a predetermined range. Under such conditions, the upper limit and the lower limit of the range can be set independently, and the altitude control in steps S4 to S6 and the altitude control in steps S7 to S8 can be more appropriately switched, which is preferable. .

なお、なす角３１となす角３３との差の絶対値が設定部１１により設定された許容角幅より小さいとき、すなわち、水中航走体１が海底地形の起伏との差異があらかじめ小さく巡航できると担保されるときに、高度制御する動作は、ステップＳ７〜ステップＳ８の高度制御を実行しないで、ステップＳ４〜ステップＳ６の高度制御のみを実行することもできる。このような動作によれば、水中航走体１は、常時に、水中航走体１の高度の変動と姿勢の変動とを低減され、好ましい。 When the absolute value of the difference between the formed angle 31 and the formed angle 33 is smaller than the allowable angular width set by the setting unit 11, that is, the underwater vehicle 1 can cruise in advance with a small difference from the undulation of the seabed topography. The operation to perform the altitude control can be performed only in the altitude control in steps S4 to S6 without executing the altitude control in steps S7 to S8. According to such an operation, the underwater vehicle 1 is preferable because the altitude change and the posture change of the underwater vehicle 1 are always reduced.

本発明による水中航走体の実施の他の形態は、既述の実施の形態における水中航走体１がジャイロと慣性航法装置と深度計をさらに備えている。その慣性航法装置と深度計は水中航走体１の巡航において海底との位置関係を固定する。そのジャイロは、複数軸に回転可能に速度検出器６を水中航走体本体２に支持し、速度検出器６の中心軸が鉛直方向に平行になるように駆動する。既述の実施の形態における直線３０は、速度検出器６に対して固定され、常時に水平方向に平行である。このとき、点２４または点２７から直線３０に下ろした垂線は、鉛直方向に平行であり、高度３４、３７は、より水中航走体１の高度をより正確に示している。このような水中航走体は、その分だけ水中航走体を姿勢角の動揺を低減して海底により追従性高く高度制御することができる。 In another embodiment of the underwater vehicle according to the present invention, the underwater vehicle 1 in the above-described embodiment further includes a gyro, an inertial navigation device, and a depth meter. The inertial navigation device and the depth meter fix the positional relationship with the seabed in the cruise of the underwater vehicle 1. The gyro supports the speed detector 6 on the underwater vehicle body 2 so as to be rotatable about a plurality of axes, and is driven so that the central axis of the speed detector 6 is parallel to the vertical direction. The straight line 30 in the above-described embodiment is fixed to the speed detector 6 and is always parallel to the horizontal direction. At this time, the perpendicular drawn from the point 24 or 27 to the straight line 30 is parallel to the vertical direction, and the altitudes 34 and 37 more accurately indicate the altitude of the underwater vehicle 1. Such an underwater vehicle can control the altitude of the underwater vehicle with a high degree of followability on the seabed by reducing the fluctuation of the attitude angle.

本発明による水中航走体の実施のさらに他の形態は、既述の実施の形態における水中航走体１が水中航走体１と海底面２２の点２４、２７との距離を測定する専用のソーナーを備えている。このような水中航走体1は、その専用のソーナーを可動で所望の角度を向くように水中航走体本体に固定することができ、点２４、２７とをより高い自由度で設定することができ、水中航走体１の運動能力と観測装置の性能に配慮してより自在に高度制御することができ、好ましい。 In another embodiment of the underwater vehicle according to the present invention, the underwater vehicle 1 in the above-described embodiment is dedicated for measuring the distance between the underwater vehicle 1 and the points 24 and 27 on the sea floor 22. Has sonar. Such an underwater vehicle 1 can be fixed to the underwater vehicle body so that its dedicated sonar can be moved and directed to a desired angle, and points 24 and 27 can be set with a higher degree of freedom. It is possible to control the altitude more freely in consideration of the exercise capability of the underwater vehicle 1 and the performance of the observation device, which is preferable.

図１は、本発明による水中航走体の実施の形態を示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing an embodiment of an underwater vehicle according to the present invention. 図２は、本発明による水中航走体運動制御装置の実施の形態を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the underwater vehicle motion control apparatus according to the present invention. 図３は、高度制御部を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing the altitude control unit. 図４は、水中航走体の高度方向を示す縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the altitude direction of the underwater vehicle. 図５は、高度制御する動作を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an operation for altitude control.

符号の説明Explanation of symbols

１：水中航走体
２：水中航走体本体
３：推進装置
５：舵
６：速度検出器
７：観測装置
１０：水中航走体運動制御装置
１１：設定部
１２：巡航制御部
１３：高度制御部
１４：測定部
１５：高度収集部
１６：舵制御部
２１：海面
２２：海底面
２３：方向
２４：点
２５：距離
２６：方向
２７：点
２８：距離
２９：仮想線
３０：直線
３１：なす角
３２：進行方向
３３：なす角
３４：高度
３６：仮想点
３７：高度
３８：なす角
３９：直線 1: Underwater vehicle 2: Underwater vehicle body 3: Propulsion device 5: Rudder 6: Speed detector 7: Observation device 10: Underwater vehicle motion control device 11: Setting unit 12: Cruise control unit 13: Altitude Control unit 14: Measurement unit 15: Altitude collection unit 16: Rudder control unit 21: Sea surface 22: Sea bottom 23: Direction 24: Point 25: Distance 26: Direction 27: Point 28: Distance 29: Virtual line 30: Straight line 31: Angle formed 32: Direction of travel 33: Angle formed 34: Altitude 36: Virtual point 37: Height 38: Angle formed 39: Straight line

Claims

水底のうちの第１点から水中航走体本体までの第１距離を測定する高度収集部と、
前記第１距離に基づいて、前記水中航走体本体が航走する鉛直方向の深度成分を変更する目標高度を演算して舵を制御する舵制御部
とを具備する水中航走体運動制御装置。 An altitude collecting unit for measuring a first distance from the first point of the bottom of the water to the underwater vehicle body;
An underwater vehicle motion control apparatus comprising: a rudder control unit that calculates a target altitude for changing a vertical depth component traveled by the underwater vehicle body based on the first distance and controls a rudder .

水底のうちの第１点から水中航走体本体までの第１距離と前記水底のうちの前記第１点と異なる第２点から前記水中航走体本体までの第２距離とを測定する高度収集部と、
前記第１距離と前記第２距離とに基づいて、前記水中航走体本体が航走する鉛直方向の深度成分を変更する目標高度を演算して舵を制御する舵制御部
とを具備する水中航走体運動制御装置。 Altitude for measuring a first distance from the first point of the bottom of the water to the underwater vehicle body and a second distance from the second point of the water bottom that is different from the first point to the main body of the underwater vehicle. A collection department;
A rudder control unit that controls a rudder by calculating a target altitude for changing a depth component in a vertical direction in which the underwater vehicle body travels based on the first distance and the second distance. Middle navigation vehicle motion control device.

請求項２において、
前記目標高度は、
前記第１点と前記第２点とを通る仮想線の方向と前記進行方向との位置関係が所定条件を満足するときに前記第１点に一致し、
前記所定条件を満足しないときに前記仮想線のうちの前記水中航走体本体から所定方向に配置される仮想点に一致する
水中航走体運動制御装置。 In claim 2,
The target altitude is
When the positional relationship between the direction of the imaginary line passing through the first point and the second point and the traveling direction satisfies a predetermined condition, it coincides with the first point,
An underwater vehicle motion control device that coincides with a virtual point arranged in a predetermined direction from the underwater vehicle body of the virtual line when the predetermined condition is not satisfied.

請求項３において、
前記所定方向の前記進行方向の成分は正とし、前記第１点は前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも前側、前記第２点は前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも後側、前記仮想点は前記水中航走体の鉛直直下方向を含めた、前記仮想線上の前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも前側である
水中航走体運動制御装置。 In claim 3,
The traveling direction component of the predetermined direction is positive, the first point is forward of the underwater vehicle in the traveling direction, and the second point is from the underwater vehicle in the traveling direction. An underwater vehicle motion control apparatus, wherein the virtual point is further forward than the underwater vehicle in the traveling direction on the virtual line, including a direction directly below the underwater vehicle.

請求項１〜請求項４のいずれかに記載される水中航走体運動制御装置と、
前記水中航走体本体
とを具備する水中航走体。 An underwater vehicle motion control device according to any one of claims 1 to 4;
An underwater vehicle having the underwater vehicle body.

請求項５において、
前記水中航走体本体の速度を測定するセンサを更に具備し、
前記センサは、前記第１距離と前記第２距離とを更に測定する
水中航走体。 In claim 5,
Further comprising a sensor for measuring the speed of the underwater vehicle body;
The sensor further measures the first distance and the second distance.

請求項５において、
前記第１距離と前記第２距離とを測定するセンサを鉛直方向に対して固定するジャイロと慣性航法装置と深度計
を更に具備する水中航走体。 In claim 5,
An underwater vehicle that further includes a gyro, an inertial navigation device, and a depth meter that fix a sensor that measures the first distance and the second distance with respect to a vertical direction.

水底のうちの第１点から水中航走体本体までの第１距離を測定するステップと、
前記第１距離に基づいて、前記水中航走体本体が航走する鉛直方向の深度成分を変更する舵を制御するステップ
とを具備する水中航走体運動制御方法。 Measuring a first distance from the first point of the bottom to the underwater vehicle body;
An underwater vehicle motion control method comprising: controlling a rudder that changes a vertical depth component traveled by the underwater vehicle body based on the first distance.

請求項８において、
目標高度を収集するステップを更に具備し、
前記舵は、前記第１距離と前記水底のうちの前記第１点と異なる第２距離とに基づいて算出される水底点から前記水中航走体本体までの高度が前記目標高度になるように制御される
水中航走体運動制御方法。 In claim 8,
Collecting the target altitude,
The rudder is configured such that an altitude from a water bottom point calculated based on the first distance and a second distance different from the first point of the water bottom to the underwater vehicle body becomes the target altitude. Controlled underwater vehicle motion control method.

請求項９において、
前記水底点は、
前記第１点と前記第２点とを通る仮想線の方向と前記進行方向との位置関係が所定条件を満足するときに前記第１点に一致し、
前記所定条件を満足しないときに前記仮想線のうちの前記水中航走体本体から所定方向に配置される仮想点に一致する
水中航走体運動制御方法。 In claim 9,
The water bottom point is
When the positional relationship between the direction of the imaginary line passing through the first point and the second point and the traveling direction satisfies a predetermined condition, it coincides with the first point,
An underwater vehicle motion control method that coincides with a virtual point arranged in a predetermined direction from the underwater vehicle body of the virtual line when the predetermined condition is not satisfied.

請求項１０において、
前記所定方向の前記進行方向の成分は正とし、前記第１点は前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも前側、前記第２点は前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも後側、前記仮想点は前記水中航走体の鉛直直下方向を含めた、前記仮想線上の前記進行方向に向かって前記水中航走体よりも前側である
水中航走体運動制御方法。 In claim 10,
The traveling direction component of the predetermined direction is positive, the first point is forward of the underwater vehicle in the traveling direction, and the second point is from the underwater vehicle in the traveling direction. The underwater vehicle motion control method, wherein the virtual point is on the front side of the underwater vehicle in the traveling direction on the virtual line, including the direction directly below the underwater vehicle.