JP5039392B2 - 水中航走体、及び水中航走体の測位方法 - Google Patents
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Description
海底面の各位置の水深を示す水深データが予め格納された水深データベース(16)を水中航走体(10)に用意するステップと、
海底面の前記水中航走体(10)からの深度を、前記水中航走体に搭載された測深手段(1)によって前記水中航走体の進行方向と垂直な垂直方向に分散して規定された複数の位置について計測するステップと、
前記測深手段(1)によって計測された深度から海底地形に対応する計測海底地形データを生成し、計測海底地形データと水深データベース(16)に格納された水深データとから、マッチング処理によって水中航走体(10)の位置及び方位の少なくとも一方を特定するステップ
とを具備する。
D=(t/2)×v×cosθ, ・・・(A)
ここでvは、海中での超音波ビームの伝播速度であり、θは、超音波ビーム7が海底面8によって反射されて生成される反射波の鉛直方向に対する角度である。マルチビーム測深器1は、海底面8の各位置の(水中航走体10を基準とする)計測深度を測位演算装置5に送信する。
Pi、j=ni・a1+mj・b1.
1)直前に特定された水中航走体10の位置
2)水中航走体10の速度
3)直前に特定された水通航走体10の進行方向(方位)
4)直前に水中航走体10の位置及び方位が特定された時刻と、現在時刻の差
が、水中航走体10の位置及び方位の特定の際に参照されることが好適である。
1)直前に特定された水中航走体10の位置
2)水中航走体10の速度
3)直前に特定された水通航走体10の進行方向(方位)
4)直前に水中航走体10の位置及び方位が特定された時刻と、現在時刻の差
から考えられ得る現在の水中航走体10の位置の範囲が特定され、第1位候補〜第n位候補のうち、候補位置が当該範囲外である候補が除外される。残った候補のうち、最も評価値が高い候補に係る候補位置及び候補方位が、最終的に水中航走体10の位置及び方位として決定される。
ftotal(pk,θk)=α・f(pk,θk)+β・F(pk,θk),
・・・(3)
ここで、α、βは、所定の重み付け係数である。
d1H(i,j):計測海底地形データd1(i,j)に対して高域通過フィルタ処理を行うことによって得られるデータ
d2L(pk,θk,i,j):水深データベース16から抽出された参照データd2(pk,θk,i,j)に対して低域通過フィルタ処理を行うことによって得られるデータ
d2H(pk,θk,i,j):水深データベース16から抽出された参照データd2(pk,θk,i,j)に対して高域通過フィルタ処理を行うことによって得られるデータ
α、β:重み付け係数
d1H’(θk,i,j):照合データd1’(θk,i,j)に対して高域通過フィルタ処理を行うことによって得られるデータ
d2L’(pk,i,j):水深データベース16から抽出された参照データd2(pk,i,j)に対して低域通過フィルタ処理を行うことによって得られるデータ
d2H’(pk,i,j):水深データベース16から抽出された参照データd2(pk,i,j)に対して高域通過フィルタ処理を行うことによって得られるデータ
α、β:重み付け係数
α0≧α1≧・・・≧αn,
β0≦β1≦・・・≦βn.
これらの式は、起伏が大きいほど、低域通過フィルタ処理によって得られる評価値fL(pk,θk)の重み付け係数αiが小さく、高域通過フィルタ処理によって得られる評価値fH(pk,θk)の重み付け係数βiが大きいことを意味している。
D=(t/2)×vave×cosθ, ・・・(A’)
ここでθは、超音波ビーム7が海底によって反射されて生成される反射波の鉛直方向に対する角度であり、tは、超音波ビーム7が発射されてから海底面8で反射されて帰ってくるまでの時間である。平均的な音速vaveは、下記式から算出される:
2:速力センサ
3:方位センサ
4:慣性航法装置
5:測位演算装置
6:深度センサ
7:超音波ビーム
8:海底面
10:水中航走体
11:入力装置
12:表示装置
13:記憶装置
14:インターフェース
15:演算装置
16:水深データベース
17:潮汐データ
18:底質情報データベース
21:温度センサ
22:塩分濃度センサ
23:音速センサ
31:水温分布データベース
32:塩分濃度分布データベース
33:音速分布データベース
Claims (20)
- 測深手段と、
海底面の各位置の水深を示す水深データが予め格納された水深データベースを備える測位演算装置
とを具備する水中航走体であって、
前記測深手段は、前記海底面の当該水中航走体からの深度を、当該水中航走体の進行方向と垂直な垂直方向に分散して規定された複数の位置について計測し、
前記水深データベースには、海底面に規定された海底側2次元格子の各格子点における水深を示す水深データが格納されており、
前記測位演算装置は、前記測深手段によって計測された前記深度から海底地形に対応する計測海底地形データを生成し、
前記計測海底地形データは、当該水中航走体の近辺に規定された局所座標系の計測側2次元格子の各格子点の当該水中航走体からの深度又は水面からの水深を示しており、
前記測位演算装置は、当該水中航走体の候補位置を複数決定し、前記候補位置のそれぞれについて、前記水深データベースの水深データから前記候補位置に対応する部分を抽出し、抽出された前記水深データから前記計測側2次元格子の各格子点の水深を示す参照データを生成し、
前記測位演算装置は、前記計測海底地形データと前記参照データとの間のマッチング処理によって当該水中航走体の位置を特定し、
前記測位演算装置は、前記候補位置のそれぞれについて、前記計測海底地形データと前記参照データとの一致度を示す評価値を算出し、前記候補位置のうちから前記評価値に基づいて選択された一の候補位置を当該水中航走体の位置として最終的に決定し、
前記評価値は、前記計測海底地形データと前記参照データのそれぞれについて2次元FFTを行ってスペクトルを算出し、算出された前記計測海底地形データと前記参照データの前記スペクトルの差分から算出される
水中航走体。 - 請求項1に記載の水中航走体であって、
更に、慣性航法によって当該水中航走体の位置を特定するための慣性航法装置を具備し、
複数の当該水中航走体の前記候補位置は、前記慣性航法装置によって特定された位置に応じて選択される
水中航走体。 - 請求項1に記載の水中航走体であって、
更に、当該水中航走体の水面からの深度を測定する深度センサを具備し、
前記測位演算装置は、前記測深手段によって計測された当該水中航走体からの深度と前記深度センサによって測定された当該水中航走体の水面からの前記深度とから、前記海底面の各位置の水面からの水深である計測水深を算出し、前記計測水深を示すように前記計測海底地形データを生成する
水中航走体。 - 請求項3に記載の水中航走体であって、
前記測位演算装置は、各位置の潮位を示す潮汐データを記憶しており、且つ、前記潮汐データを用いて前記計測水深を補正して前記計測海底地形データを生成する
水中航走体。 - 請求項1に記載の水中航走体であって、
前記計測側2次元格子の基本並進ベクトルは、前記海底側2次元格子の基本並進ベクトルと同一の長さを有している
水中航走体。 - 測深手段と、
海底面の各位置の水深を示す水深データが予め格納された水深データベースを備える測位演算装置
とを具備する水中航走体であって、
前記測深手段は、前記海底面の当該水中航走体からの深度を、当該水中航走体の進行方向と垂直な垂直方向に分散して規定された複数の位置について計測し、
前記水深データベースには、海底面に規定された海底側2次元格子の各格子点における水深を示す水深データが格納されており、
前記測位演算装置は、前記測深手段によって計測された前記深度から海底地形に対応する計測海底地形データを生成し、
前記計測海底地形データは、当該水中航走体の近辺に規定された局所座標系の計測側2次元格子の各格子点の当該水中航走体からの深度又は水面からの水深を示しており、
前記測位演算装置は、当該水中航走体の候補位置を複数決定し、前記候補位置のそれぞれについて、前記水深データベースの水深データから前記候補位置に対応する部分を抽出し、抽出された前記水深データから前記計測側2次元格子の各格子点の水深を示す参照データを生成し、
前記測位演算装置は、前記計測海底地形データと前記参照データとの間のマッチング処理によって当該水中航走体の位置を特定し、
前記測位演算装置は、前記候補位置のそれぞれについて、前記計測海底地形データと前記参照データとの一致度を示す評価値を算出し、前記候補位置のうちから前記評価値に基づいて選択された一の候補位置を当該水中航走体の位置として最終的に決定し、
前記測位演算装置は、前記計測海底地形データと前記参照データのそれぞれについて2次元FFTを行ってスペクトルを算出し、実空間における前記計測海底地形データと前記参照データの差分と、前記計測海底地形データと前記参照データのそれぞれの前記スペクトルの差分の両方に基づいて前記評価値を算出する
水中航走体。 - 請求項1に記載の水中航走体であって、
前記測深手段は、超音波ビームを前記海底面に照射し、前記海底面から反射される反射波の強度を前記測位演算装置に送信するように構成され、
前記測位演算装置は、前記海底面の各位置の底質を記述する底質情報データベースを備え、且つ、前記反射波の強度から前記海底面の底質を推定し、推定された底質と前記底質情報データベースに記述された底質とに基づいて、当該水中航走体の位置及び方位を特定する
水中航走体。 - 請求項1に記載の水中航走体であって、
前記測位演算装置は、前記水中航走体の運動状況に基づいて当該水中航走体の位置及び方位を特定する
水中航走体。 - 請求項8に記載の水中航走体であって、
前記測位演算装置は、直前に特定された当該水中航走体の位置、当該水中航走体の速度、直前に特定された当該水中航走体の方位、及び、直前に当該水中航走体の位置及び方位が特定された時刻と現在時刻の差に基づいて、当該水中航走体の位置及び方位を特定する
水中航走体。 - 請求項1乃至8のいずれかに記載の水中航走体であって、
前記測位演算装置は、前記計測海底地形データと前記水深データベースに格納された前記水深データとから、マッチング処理によって当該水中航走体の方位を特定する
水中航走体。 - 請求項10に記載の水中航走体であって、
更に、当該水中航走体の方位を測定する方位センサを具備し、
前記測位演算装置は、前記方位センサによって測定された前記方位に基づいて当該水中航走体の方位の探索範囲を決定し、前記探索範囲についてのみ前記マッチング処理を行うことによって当該水中航走体の方位を最終的に特定する
水中航走体。 - 請求項10に記載の水中航走体であって、
前記測位演算装置は、当該水中航走体の候補位置と候補方位の組み合わせを複数決定し、前記候補位置と候補方位の組み合わせのそれぞれについて、前記水深データベースの水深データから前記候補位置に対応する部分を抽出し、抽出された前記水深データと前記候補方位とに基づいて、前記計測側2次元格子の各格子点の水深を示す参照データを生成し、前記候補位置及び前記候補方位の組み合わせのそれぞれについて、前記計測海底地形データと前記参照データとの一致度を示す評価値を算出し、前記候補位置及び前記候補方位の組み合わせのうちから前記評価値に基づいて選択された一の候補位置及び候補方位の組み合わせを当該水中航走体の位置及び方位として最終的に決定する
水中航走体。 - 請求項12に記載の水中航走体であって、
更に、
慣性航法によって当該水中航走体の位置を特定するための慣性航法装置と、
当該水中航走体の方位を測定する方位センサ
とを具備し、
当該水中航走体の前記候補位置と前記候補方位の組み合わせは、前記慣性航法装置によって特定された位置と、前記方位センサによって測定された方位に応じて選択される
水中航走体。 - 請求項1に記載の水中航走体であって
更に、慣性航法によって当該水中航走体の位置を特定する慣性航法装置を具備し、
前記測位演算装置は、前記マッチング処理によって特定した当該水中航走体の位置を、位置の初期値として前記慣性航法装置に供給する
水中航走体。 - 測深手段と、
海底面の各位置の水深を示す水深データが予め格納された水深データベースを備える測位演算装置
とを具備する水中航走体であって、
前記測深手段は、前記海底面の当該水中航走体からの深度を、当該水中航走体の進行方向と垂直な垂直方向に分散して規定された複数の位置について計測し、
前記水深データベースには、海底面に規定された海底側2次元格子の各格子点における水深を示す水深データが格納されており、
前記測位演算装置は、前記測深手段によって計測された前記深度から海底地形に対応する計測海底地形データを生成し、
前記計測海底地形データは、当該水中航走体の近辺に規定された局所座標系の計測側2次元格子の各格子点の当該水中航走体からの深度又は水面からの水深を示しており、
前記測位演算装置は、当該水中航走体の候補位置を複数決定し、前記候補位置のそれぞれについて、前記水深データベースの水深データから前記候補位置に対応する部分を抽出し、抽出された前記水深データから前記計測側2次元格子の各格子点の水深を示す参照データを生成し、前記測位演算装置は、前記計測海底地形データと前記参照データとの間のマッチング処理によって当該水中航走体の位置を特定し、
前記測位演算装置は、前記計測海底地形データと前記参照データのそれぞれについて低域通過フィルタ処理を行い、前記低域通過フィルタ処理によって得られるデータから第1評価値を算出し、前記計測海底地形データと前記参照データのそれぞれについて高域通過フィルタ処理を行い、前記高域通過フィルタ処理によって得られるデータから第2評価値を算出し、前記第1評価値と前記第2評価値の重み付け加算によって全体評価値を算出し、前記候補位置のうちから前記全体評価値に基づいて選択された一の候補位置を当該水中航走体の位置として最終的に決定する
水中航走体。 - 請求項15に記載の水中航走体であって、
前記測位演算装置は、前記計測海底地形データから起伏の大きさを判断し、且つ、前記重み付け加算において前記第1評価値と前記第2評価値に与えられている重み付け係数を、前記起伏の大きさに応じて調節するように構成された
水中航走体。 - 水中航走体の位置を特定するための測位方法であって、
海底面の各位置の水深を示す水深データが予め格納された水深データベースを水中航走体に用意するステップと、
海底面の前記水中航走体からの深度を、前記水中航走体に搭載された測深手段によって前記水中航走体の進行方向と垂直な垂直方向に分散して規定された複数の位置について計測するステップと、
前記測深手段によって計測された前記深度から海底地形に対応する計測海底地形データを生成し、前記計測海底地形データと前記水深データベースに格納された前記水深データとから、マッチング処理によって前記水中航走体の位置を特定するステップ
とを具備し、
前記水深データベースには、海底面に規定された海底側2次元格子の各格子点における水深を示す水深データが格納されており、
前記計測海底地形データは、当該水中航走体の近辺に規定された局所座標系の計測側2次元格子の各格子点の当該水中航走体からの深度又は水面からの水深を示しており、
前記水中航走体の位置の特定においては、前記水中航走体の候補位置を複数決定し、前記候補位置のそれぞれについて、前記水深データベースの水深データから前記候補位置に対応する部分を抽出し、抽出された前記水深データから前記計測側2次元格子の各格子点の水深を示す参照データを生成し、前記測位演算装置は、前記計測海底地形データと前記参照データとの間のマッチング処理によって当該水中航走体の位置を特定し、
前記水中航走体の位置の特定においては、前記候補位置のそれぞれについて、前記計測海底地形データと前記参照データとの一致度を示す評価値を算出し、前記候補位置のうちから前記評価値に基づいて選択された一の候補位置を当該水中航走体の位置として最終的に決定し、
前記評価値は、前記計測海底地形データと前記参照データのそれぞれについて2次元FFTを行ってスペクトルを算出し、算出された前記計測海底地形データと前記参照データの前記スペクトルの差分から算出される
水中航走体の測位方法。 - 請求項17に記載の測位方法であって、
複数の当該水中航走体の前記候補位置は、慣性航法によって当該水中航走体の位置を特定する慣性航法装置によって特定された位置に応じて選択される
水中航走体の測位方法。 - 請求項17又は18に記載の測位方法であって、
更に、前記計測海底地形データと前記水深データベースに格納された前記水深データとから、マッチング処理によって前記水中航走体の方位を特定するステップを具備する
水中航走体の測位方法。 - 請求項19に記載の測位方法であって、
前記水中航走体の位置及び方位の特定においては、当該水中航走体の候補位置と候補方位の組み合わせを複数決定し、前記候補位置と候補方位の組み合わせのそれぞれについて、前記水深データベースの水深データから前記候補位置に対応する部分を抽出し、抽出された前記水深データと前記候補方位とに基づいて、前記計測側2次元格子の各格子点の水深を示す参照データを生成し、前記候補位置及び前記候補方位の組み合わせのそれぞれについて、前記計測海底地形データと前記参照データとの一致度を示す評価値を算出し、前記候補位置及び前記候補方位の組み合わせのうちから前記評価値に基づいて選択された一の候補位置及び候補方位の組み合わせを当該水中航走体の位置及び方位として最終的に決定する
水中航走体の測位方法。
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