JP6755677B2 - Underwater altitude detection device, underwater vehicle, and underwater altitude detection method - Google Patents
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Description
本発明は、水底高度検知装置、水中航走体、及び水底高度検知方法に関するものである。 The present invention relates to a water bottom altitude detection device, an underwater vehicle, and a water bottom altitude detection method.
無人水中航走体（ＵＵＶ：Unmanned Underwater Vehicle）は、ソーナーによって海底（水底）に超音波（音響ビーム）を発射し、海底から反射したエコーを受信して海域の水深を調査したり、海底に沈底した物体の捜索を行うことがある。
これらのソーナーには適正な海底高度があるため、ソーナーを搭載する水中航走体は、ソーナー運用に適正な範囲の海底高度を保つ必要がある。
また、図１４に示すように、水中航走体１００による調査エリア１０１に対する航走線１０２毎の捜索範囲の重複を最小限として調査効率を高めるためには、ソーナーによる捜索幅を保つ必要がある。このためにも、水中航走体は、海底の起伏に追従して高度制御を行う必要がある。
An unmanned underwater vehicle (UUV) emits ultrasonic waves (acoustic beams) to the seabed (underwater) by a sonar and receives echoes reflected from the seabed to investigate the depth of the sea area or to the seabed. May search for submerged objects.
Since these sonars have an appropriate seafloor altitude, the underwater vehicle equipped with the sonar must maintain an appropriate seafloor altitude for sonar operation.
Further, as shown in FIG. 14, in order to minimize the overlap of the search range for each
水中航走体（ＵＵＶ）の海底高度を制御するためには、水中航走体の海底高度を測定する必要がある。海底高度を測定する方法の一つに、シングルビームエコーサウンダ（Single-Beam Echo Sounder）やＤＶＬ（Doppler Velocity Log：ドップラー速度計）を用いて直下方向の現在高度を測定する方法がある。水中航走体の直下方向の高度を測定する方法は、一般に海底からの反射波の強度が強いため検出が確実で精度も高い。しかしながら、水中航走体の直下の現在高度の測定に基づいて水中航走体をフィードバック制御すると、水中航走体の進行方向に水深が変化している場合に制御に遅れが生じる。このため、水中航走体の前下方の海底高度を測定し、その結果を用いてフィードフォワード制御することが好ましい。 In order to control the seafloor altitude of the underwater vehicle (UUV), it is necessary to measure the seafloor altitude of the underwater vehicle. One of the methods for measuring the seafloor altitude is to measure the current altitude in the direct direction using a single-beam echo sounder (Single-Beam Echo Sounder) or DVL (Doppler Velocity Log). The method of measuring the altitude directly below the underwater vehicle is generally highly accurate because the intensity of the reflected wave from the seabed is strong. However, if the underwater vehicle is feedback-controlled based on the measurement of the current altitude directly under the underwater vehicle, the control will be delayed when the water depth changes in the traveling direction of the underwater vehicle. Therefore, it is preferable to measure the seafloor altitude in front of and below the underwater vehicle and use the result for feed forward control.
水中航走体の前方高度を測定する方法としては、例えば、極細のペンシルビームを海底に発射するシングルビームエコーサウンダ（Single-Beam Echo Sounder）等の高度計を水中航走体の前下方に設置して前方の高度を測定する方法等がある。 As a method of measuring the forward altitude of the underwater vehicle, for example, an altimeter such as a single-beam echo sounder that emits a very fine pencil beam to the seabed is installed in front of and below the underwater vehicle. There is a method of measuring the altitude ahead.
また、特許文献１には、複数の距離センサ（シングルビームエコーサウンダ）と高度推定部とを備えた水中航走体が開示されている。この水中航走体において複数の距離センサは、水平方向に対して異なる俯角をなす複数の方向のそれぞれに関して、機体と海底との間の距離を計測する。また、高度推定部は、複数の方向のそれぞれについて計測された距離と俯角に基づいて、複数の前方位置のそれぞれにおける機体の海底からの高度を推定する。
Further,
さらに、２次元画像ソーナーを用いた方法がある。例えば、２次元画像ソーナーを水中航走体に対して鉛直面に設置し、画像処理等によって海底を検出して、前方の海底高度を算出するものである。また、２次元画像ソーナーを水中航走体に対して水平面に対して下方へチルトして設置し、画像処理等によって海底を検出して、前方の海底高度を算出するものである。 Further, there is a method using a two-dimensional image sonar. For example, a two-dimensional image sonar is installed on a vertical surface with respect to an underwater vehicle, the seabed is detected by image processing or the like, and the seafloor altitude in front is calculated. Further, the two-dimensional image sonar is installed by tilting the underwater vehicle downward with respect to the horizontal plane, and the seabed is detected by image processing or the like to calculate the altitude of the seabed ahead.
しかしながら、シングルビームエコーサウンダ等による高度測定では、音響ビームの海底への入射角度が浅くなるに従って、すなわち、水中航走体の直下よりも遠方の前下方ほど、エコーレベルが低下する。このため、測定可能な前下方の海底までの水平距離が短く（高度の約１から２倍）、特に海底の起伏が大きい場合における水中航走体の追従性が劣ることとなる。
また、特許文献１に開示されている水中航走体は、距離センサを多数配置することとなるため、水中航走体の内部に大きな搭載スペースを必要とする。
また、２次元画像ソーナーでは、画像の濃淡で海底を検出するために測定精度が低く、ＵＵＶのような自律航行のための制御に用いることは難しい。
However, in the altitude measurement by a single beam echo sounder or the like, the echo level decreases as the angle of incidence of the acoustic beam on the seabed becomes shallower, that is, as the distance from directly below the underwater vehicle becomes lower in front and lower. Therefore, the measurable horizontal distance to the front and lower seabed is short (about 1 to 2 times the altitude), and the followability of the underwater vehicle is inferior especially when the seabed has large undulations.
Further, since the underwater vehicle disclosed in
Further, the two-dimensional image sonar has low measurement accuracy because it detects the seabed by the shading of the image, and it is difficult to use it for control for autonomous navigation such as UUV.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、水中航走体を水底の起伏に対して追従性を高く制御可能とする、水底高度検知装置、水中航走体、及び水底高度検知方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is capable of controlling the underwater vehicle with high followability to the undulations of the water bottom, a water bottom altitude detection device, an underwater vehicle, and a water bottom. The purpose is to provide an altitude detection method.
上記課題を解決するために、本発明の水底高度検知装置、水中航走体、及び水底高度検知方法は以下の手段を採用する。 In order to solve the above problems, the water bottom altitude detection device, the underwater vehicle, and the water bottom altitude detection method of the present invention employ the following means.
本発明の第一態様に係る水底高度検知装置は、水中を航走する水中航走体に設けられ、該水中航走体の進行方向に対して、該水中航走体の直下及び前下方を含む所定角度範囲で送波ビームを送信する送信手段と、前記送波ビームが水底で反射した反射波を方向が異なる複数の受波ビームで受信する受信手段と、前記受信手段によって受信した前記反射波に基づいて、前記水中航走体の前方の複数の方向の水底高度を算出する処理手段と、を備え、前記処理手段は、前記水中航走体の直下からの前記反射波に基づいて算出された前記水底高度に応じた非算出範囲を設定し、該非算出範囲以遠の前記反射波のみに基づいて前記水底高度を算出する。 The submersible altitude detection device according to the first aspect of the present invention is provided on the underwater navigating body that is navigating underwater, and is directly below and forward and downward of the underwater navigating body with respect to the traveling direction of the underwater navigator. A transmitting means for transmitting a transmitting beam in a predetermined angle range including the receiving means, a receiving means for receiving a reflected wave reflected by the transmitting beam on the bottom of the water with a plurality of receiving beams having different directions, and the reflection received by the receiving means. A processing means for calculating the bottom altitude in a plurality of directions in front of the underwater vehicle based on the wave is provided , and the processing means calculates based on the reflected wave from directly below the underwater vehicle. is the set of water bottom highly non calculated range corresponding with, you calculate the water bottom altitude based only on the reflected wave of the non-calculation range beyond.
本構成によれば、水中航走体の進行方向に対して、水中航走体の直下及び前下方を含む所定角度範囲で送波ビームを送信する。そして、送波ビームが水底で反射した反射波に基づいて水中航走体の前方の水底高度を算出するので、本構成は、算出した水底高度を用いることで、水中航走体を水底の起伏に対して追従性を高く制御できる。 According to this configuration, a wave transmission beam is transmitted in a predetermined angle range including directly below and in front of and below the underwater vehicle with respect to the traveling direction of the underwater vehicle. Then, since the water bottom altitude in front of the underwater vehicle is calculated based on the reflected wave reflected by the wave transmission beam at the water bottom, this configuration uses the calculated water bottom altitude to make the underwater vehicle undulate. The followability can be highly controlled.
水中航走体の直下及び前下方を含む所定角度範囲に送信された送波ビームの直下方向成分の反射波の強度は強いため、直下方向以外の前方の受波ビームはサイドローブで直下海底反射波を受信し、前方の水底高度の誤検出を招く可能性がある。本構成によれば、水中航走体の直下からの反射波の影響を受ける可能性がある範囲を設定し、この範囲以遠における反射波に基づいて水中航走体の前方の水底高度を算出するので、水底高度の誤検出を抑制できる。 Since the intensity of the reflected wave of the component in the direction directly below the wave transmitted beam transmitted in the predetermined angle range including directly below and below the underwater vehicle is strong, the received beam in front other than directly below is reflected directly below the seaflobe by the side lobe. It may receive waves and lead to false positives of the seafloor altitude ahead. According to this configuration, a range that may be affected by the reflected wave from directly under the underwater vehicle is set, and the water bottom altitude in front of the underwater vehicle is calculated based on the reflected wave beyond this range. Therefore, false detection of water bottom altitude can be suppressed.
上記第一態様では、前記処理手段が、前記水中航走体の前下方として予め定められた角度範囲内で、複数点の前記水底高度を算出してもよい。 In the first aspect, the processing means may calculate the water bottom altitudes at a plurality of points within a predetermined angle range as the front and lower parts of the underwater vehicle.
本構成によれば、水中航走体の高度制御用として意味のある方向のみ、水底高度を算出するので、算出に要する演算時間を短縮でき、又、水底高度検知装置の消費電力を低減できる。 According to this configuration, since the water bottom altitude is calculated only in a direction meaningful for controlling the altitude of the underwater vehicle, the calculation time required for the calculation can be shortened, and the power consumption of the water bottom altitude detection device can be reduced.
上記第一態様では、前記水底高度が、同じ俯角の前記反射波に基づいて算出された複数の前記水底高度毎に平均化してもよい。 In the first aspect, the bottom altitude may be averaged for each of a plurality of bottom altitudes calculated based on the reflected waves having the same depression angle.
本構成によれば、算出される水底高度の誤差を小さくできる。 According to this configuration, the error of the calculated bottom altitude can be reduced.
本発明の第二態様に係る水中航走体は、上記記載の水底高度検知装置と、複数の俯角で反射した前記反射波に基づいて算出された前記水底高度のうち、選択した一つの俯角に対応する前記水底高度を用いて、本水中航走体をフィードフォワード制御する制御手段と、を備える。 The underwater vehicle according to the second aspect of the present invention has a depression angle selected from the water bottom altitude detection device described above and the water bottom altitude calculated based on the reflected waves reflected by a plurality of depression angles. A control means for feed-forward controlling the underwater vehicle using the corresponding bottom altitude is provided.
本構成によれば、水中航走体を水底の起伏に対して追従性を高く制御できる。 According to this configuration, the underwater vehicle can be highly controlled to follow the undulations of the bottom of the water.
上記第二態様では、本水中航走体の直下の水底高度を測定する高度計と、前記高度計による測定値と前記水底高度検知装置による前記水底高度とを比較することで前記水底高度検知装置による前記水底高度の精度を判定する精度判定手段と、を備え、前記制御手段で用いる前記水底高度の精度が低い場合は、前記制御手段で用いる前記水底高度を、より深い俯角の前記反射波に基づいて算出された前記水底高度に切り替え、前記制御手段で用いる前記水底高度の精度が高い場合は、前記制御手段で用いる前記水底高度を、より浅い俯角の前記反射波に基づいて算出された前記水底高度に切り替えてもよい。 In the second aspect, the altitude meter for measuring the altitude of the water bottom directly under the underwater vehicle, and the measured value by the altitude meter and the water bottom altitude by the water bottom altitude detection device are compared with each other to obtain the above-mentioned by the water bottom altitude detection device. An accuracy determining means for determining the accuracy of the bottom altitude is provided, and when the accuracy of the bottom altitude used by the control means is low, the bottom altitude used by the control means is determined based on the reflected wave having a deeper depression angle. When the accuracy of the bottom altitude used by the control means is high by switching to the calculated bottom altitude, the bottom altitude used by the control means is calculated based on the reflected wave having a shallower depression angle. You may switch to.
本構成によれば、過去に水底高度検知装置によって先読みした現地点の水底高度と現在の水底高度とを比較することで、先読みした水底高度の精度を判定し、精度に応じて水中航走体のフィードフォワード制御に用いる水底高度を算出する反射波の俯角を切り替えるので、水中航走体の制御を自動的に最適化できる。なお、高度計として、例えば、シングルビームエコーサウンダやドップラー速度計（ＤＶＬ）等が適用可能である。 According to this configuration, the accuracy of the pre-reading water bottom altitude is determined by comparing the water bottom altitude of the local point pre-read by the water bottom altitude detector in the past with the current water bottom altitude, and the underwater vehicle is determined according to the accuracy. Since the depression angle of the reflected wave that calculates the bottom altitude used for the feed forward control of is switched, the control of the underwater vehicle can be automatically optimized. As the altimeter, for example, a single beam echo sounder, a Doppler speedometer (DVL), or the like can be applied.
上記第二態様では、本水中航走体が急速潜入を行う場合、前記水底高度検知装置が、水底を検出したか否かを判定する水底検出判定処理を行い、前記水底検出判定処理によって水底を検出した場合、前記水底高度検知装置は、前記水底検出判定処理を終了して、本水中航走体の前方の前記水底高度を算出する処理を行ってもよい。 In the second aspect, when the underwater vehicle performs rapid infiltration, the water bottom altitude detection device performs a water bottom detection determination process for determining whether or not the water bottom has been detected, and the water bottom is detected by the water bottom detection determination process. When detected, the water bottom altitude detection device may finish the water bottom detection determination process and perform a process of calculating the water bottom altitude in front of the main underwater vehicle.
本構成によれば、水底高度検知装置によって水底を測定できないほど水底が深いにもかかわらず、水底高度検知装置が水底高度を算出する処理を行って水底を誤検出することを防止できる。 According to this configuration, even though the water bottom is so deep that the water bottom cannot be measured by the water bottom altitude detecting device, it is possible to prevent the water bottom altitude detecting device from performing a process of calculating the water bottom altitude to erroneously detect the water bottom.
上記第二態様では、対地速度計による対地速度の計測が可能となる前記水底高度となった場合、本水中航走体の機体ピッチ角を起こして、急速潜入から緩やかな潜入に移行してもよい。 In the second aspect, when the ground speed reaches the ground altitude at which the ground speed can be measured by the ground speedometer, even if the aircraft pitch angle of the underwater vehicle is raised and the rapid infiltration is changed to the gentle infiltration. Good.
本構成によれば、水中航走体は急速潜入状態から緩やかな潜入に無理なく移行できる。 According to this configuration, the underwater vehicle can easily shift from a rapid infiltration state to a gentle infiltration state.
上記第二態様では、本水中航走体が潜入中であり、かつ前記水底検出判定処理によって水底が検出された状態において、前記水底高度検知装置が、俯角が深い前記反射波から順に前記水底高度の算出を行い、測定した水底位置までの直線距離が最大探知距離を超えた場合、それ以上浅い俯角における前記水底高度の算出を行わなくてもよい。 In the second aspect, in a state where the underwater vehicle is infiltrating and the water bottom is detected by the water bottom detection determination process, the water bottom altitude detection device performs the water bottom altitude in order from the reflected wave having a deep depression angle. If the linear distance to the measured bottom position exceeds the maximum detection distance, it is not necessary to calculate the bottom altitude at a shallower depression angle.
本構成によれば、俯角が浅く水底を測定できないにもかかわらず、水底高度検知装置が水底高度を算出する処理を行って水底の誤検出を防止できる。 According to this configuration, even though the depression angle is shallow and the water bottom cannot be measured, the water bottom altitude detection device can perform a process of calculating the water bottom altitude to prevent erroneous detection of the water bottom.
本発明の第三態様に係る水底高度検知方法は、水中を航走する水中航走体に設けられた送信手段から、該水中航走体の進行方向に対して、該水中航走体の直下及び前下方を含む所定角度範囲で送波ビームを送信する送信工程と、前記送波ビームが水底で反射した反射波を方向が異なる複数の受波ビームで受信手段によって受信する受信工程と、前記受信手段によって受信した前記反射波に基づいて、前記水中航走体の前方の複数の方向の水底高度を算出する処理工程と、を有し、前記処理工程は、前記水中航走体の直下からの前記反射波に基づいて算出された前記水底高度に応じた非算出範囲を設定し、該非算出範囲以遠の前記反射波のみに基づいて前記水底高度を算出する。
In the method for detecting the height of the bottom of the water according to the third aspect of the present invention, the transmission means provided on the underwater vehicle traveling underwater is directly below the underwater vehicle with respect to the traveling direction of the underwater vehicle. A transmission step of transmitting a wave- transmitting beam in a predetermined angle range including the front and lower parts, a reception step of receiving the reflected wave reflected by the wave-transmitting beam at the bottom of the water by a plurality of receiving beams having different directions, and the above-mentioned. on the basis of the reflective wave received by the receiving means, have a, a process of calculating the forward plurality of directions of the water bottom altitude of the underwater vehicle, said processing step is from immediately below the underwater vehicles the set non-calculation range, wherein the corresponding in water bottom altitude calculated on the basis of the reflected wave, he calculates the water bottom altitude based only on the reflected wave of the non-calculation range beyond.
本発明によれば、水中航走体を水底の起伏に対して追従性を高く制御可能とする、という効果を有する。 According to the present invention, there is an effect that the underwater vehicle can be controlled with high followability to the undulations of the water bottom.
以下に、本発明に係る水底高度検知装置、水中航走体、及び水底高度検知方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the water bottom altitude detection device, the underwater vehicle, and the water bottom altitude detection method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本実施形態に係る水中航走体の構成を示す側面図である。なお、本実施形態では、水中航走体の一例として慣性航法で自律航走する無人潜水機（Unmanned Underwater Vehicle：ＵＵＶ）とする。また、本実施形態では、一例として、ＵＵＶが海中を航走するものとして説明するが、これに限らず、ＵＵＶは川や湖等を航走してもよい。 FIG. 1 is a side view showing the configuration of the underwater vehicle according to the present embodiment. In the present embodiment, as an example of the underwater vehicle, an unmanned underwater vehicle (UUV) that autonomously navigates by inertial navigation is used. Further, in the present embodiment, as an example, the UUV will be described as traveling in the sea, but the present invention is not limited to this, and the UUV may navigate a river, a lake, or the like.
本実施形態に係るＵＵＶ１は、機体２、推進器３、前方水平舵４、後方水平舵５、前方垂直舵６、後方垂直舵７、ＤＶＬ（Doppler Velocity Log）８、及びＦＬＳ（Forward Looking Sonar）９を備える。
The UUV1 according to the present embodiment includes an
機体２は、推進器３、前方水平舵４、後方水平舵５、前方垂直舵６と、及び後方垂直舵７を駆動するための駆動源を内部に備えている。駆動源としては、例えば、電力を蓄電するバッテリーと、バッテリーからの電力により駆動する電動モータ等があるが、他の種類の駆動源であってもよい。また、機体２は、機体軸Ａ１に直交する平面における断面形状が略円形である。なお、各舵は必ずしも前後に備えられる必要はなく、後方のみに備えられてもよい。
The
ＵＵＶ１は、図１中の矢印で示す方向を進行方向とし、推進器３が備えるプロペラを機体２の内部の駆動源により回転させることにより推進力を得て水中を航走する。
The UUV1 travels in water with propulsive force obtained by rotating the propeller included in the
前方水平舵４及び後方水平舵５は、昇降舵であり、断面視翼型を有する板状の部材である。前方水平舵４は、機体２の前部において機体２の左右方向（幅方向）に延びる図示しない水平軸に沿って、左右に一枚ずつ設けられている。同様に、後方水平舵５は、機体２の後部において機体２の左右方向（幅方向）に延びる図示しない水平軸に沿って、左右に一枚ずつ設けられている。
The front
前方垂直舵６及び後方垂直舵７は、方向舵であり、断面視翼型を有する板状の部材であり、各々機体２の上下に一枚ずつ設けられている。
The front
前方垂直舵６は、機体２の内部に設けられた駆動モータにより、前方水平軸まわりに回動するように構成されている。また、後方垂直舵７は、機体２の内部に設けられた駆動モータにより、後方水平軸まわりに回動するように構成されている。前方垂直舵６と後方垂直舵７を制御することにより、ＵＵＶ１の左右方向の進行方向を任意に制御することができる。
The front
ＤＶＬ８は、機体２の下側に設けられ、３〜６本の音響ビームを送受波する送受波器を有し、海底に対してドップラー効果によって対地速度を測定する対地速度計である。また、ＤＶＬ８は、対地速度と同時に、３〜６本の音響ビームで測定した海底までの直線距離の方向余弦を平均化することによってＵＵＶ１の直下の高度も測定する。
The
ＦＬＳ９は、ＵＵＶ１の先端近傍に設けられた前方ソーナーであり、海底高度検知装置として機能する。
ＦＬＳ９は、ＵＵＶ１の直下及び前下方を含む所定角度範囲（以下「送波角度範囲」という）で送波ビーム（音響ビーム）を送信し、送波ビームが水底で反射した反射波（「海底エコー」ともいう。）を方向が異なる複数の受波ビームで受信する。そして、ＦＬＳ９は、それぞれの受波ビームの受信信号を処理し、ＵＵＶ１の前方の受波ビーム方向、すなわち複数の方向の海底高度を測定する。
The
The
図２は、本実施形態に係るＦＬＳ９から送信される送波ビームの形状を示す模式図である。図２（Ａ）は上方視であり、図２（Ｂ）は側方視（鉛直面）である。なお、ＵＵＶ１の機体軸Ａ１に対して上下方向の面を鉛直面という。また、水平軸に対して上方向の角度を仰角といい、水平軸に対して下方向の角度を俯角という。なお、機体ピッチ角が０°の場合、機体軸Ａ１と水平軸は一致する。
FIG. 2 is a schematic view showing the shape of the wave transmission beam transmitted from
図２（Ａ）に示すように、ＦＬＳ９から送信される送波ビームは、ＵＵＶ１の左右方向に対する広がりが相対的に小さい。一方、図２（Ｂ）に示すように、送波ビームは、鉛直面に対してＵＵＶ１の直下及び前下方を含む角度範囲で広がりを有する。
As shown in FIG. 2A, the transmission beam transmitted from the
具体的には、ＦＬＳ９の取付け向き（以下「ＦＬＳ機械軸」という。）Ｂは、ＵＵＶ１のロール角が０°の状態において俯角約３０°とされる。そして、ＦＬＳ機械軸Ｂを中心軸として、±６０°の送波角度範囲で送波ビームがシート状に送信され、送波ファンビーム面が形成される。この送波ファンビーム面は、鉛直面と一致する。なお、送波角度範囲±６０°一例であり、これに限定されない。
なお、図２（Ｂ）に示されるように、ＦＬＳ機械軸Ｂを中心軸とした−６０°（送波角度範囲の上向きを正とした場合である。）に向けて送信された送波ビームは、ＵＵＶ１の直下の海底高度を測定することとなる。ＵＵＶ１の直下で反射して得られた受波ビームは、最も強度が高いため海底高度検知の基準とできる。換言すると、ＦＬＳ９のＦＬＳ機械軸Ｂは、ＵＵＶ１の直下から前方へ向けて送波ビームを送信できるように、ＦＬＳ機械軸Ｂが決定される。本実施形態では、この一例として、ＦＬＳ機械軸Ｂが俯角３０°とされている。
ここで、機体ピッチ角が０°の場合を例に、送波ビームと受波ビームの関係をより具体的に説明する。
例えば、送波角度範囲±６０°で連続的に広く送信した送波ビームのうち、−６０°方向の成分は、ＵＵＶ１直下の海底で反射し、直下方向を向いた受波ビームで受信される。ＦＬＳ９は、この受波ビーム信号を処理してＵＵＶ１直下の海底高度を測定する。同様に、送波ビームのうちＦＬＳ機械軸Ｂが０°方向の成分は、俯角３０°の方向に伝搬し、その方向の海底で反射する。ＦＬＳ９は、これをＦＬＳ機械軸Ｂが０°（＝俯角３０°）の方向を向いた受波ビームとして受信し、この受波ビーム信号を処理して俯角３０°方向の前方高度を測定する。
Specifically, the mounting orientation of the FLS 9 (hereinafter referred to as "FLS mechanical shaft") B is set to a depression angle of about 30 ° when the roll angle of the UUV1 is 0 °. Then, the transmission beam is transmitted in a sheet shape in a transmission angle range of ± 60 ° with the FLS mechanical axis B as the central axis, and a transmission fan beam surface is formed. This wave fan beam plane coincides with the vertical plane. The transmission angle range is ± 60 ° as an example, and the present invention is not limited to this.
As shown in FIG. 2B, the transmission beam transmitted toward −60 ° (when the upward direction of the transmission angle range is positive) about the FLS mechanical axis B as the central axis. Will measure the seafloor altitude directly below UUV1. The received beam obtained by reflecting directly under UUV1 has the highest intensity and can be used as a reference for detecting the seafloor altitude. In other words, the FLS mechanical axis B of the
Here, the relationship between the transmitted beam and the received beam will be described more specifically by taking the case where the airframe pitch angle is 0 ° as an example.
For example, of the wave transmission beams continuously and widely transmitted in the wave transmission angle range of ± 60 °, the component in the -60 ° direction is reflected on the seabed directly below UUV1 and is received by the wave reception beam facing directly below. .. The FLS9 processes this received beam signal to measure the seafloor altitude directly below UUV1. Similarly, a component of the transmitted beam in which the FLS mechanical axis B is in the 0 ° direction propagates in the direction of a depression angle of 30 ° and is reflected on the seabed in that direction. The
このように、ＦＬＳ９は、ＵＵＶ１の進行方向に対して、ＵＵＶ１の直下及び前下方を含む送波角度範囲で送波ビームを送信する。そして、ＦＬＳ９は、送波ビームが海底で反射した反射波を方向が異なる複数の受波ビームで受信し、それぞれの受波ビーム信号に対してＵＵＶ１の前方の海底高度を算出する海底高度検出処理を行う。
In this way, the
換言すると、ＦＬＳ９は、測深儀であるＭＢＥＳ（Multi-Beam Echo Sounder）と同様の機能を有するものの、それをＵＵＶ１の先端近傍に備え、ＵＵＶ１の前方の海底高度の測定に用いている。なお、一般的に、ＵＵＶ等に備えられるＭＢＥＳの機械軸は、ＵＵＶの直下方向（俯角９０°）であるため、ＵＵＶの前方高度を測定するために用いられるものではない。
また、高度計として一般的に用いられているシングルビームエコーサウンダをＵＵＶ１の前下方に設けても、一本の送波ビームしか送信しないので、前方の一点のみしか測深できない。一方、本実施形態に係るＦＬＳ９は、送波角度範囲でシート状に送波ビームを送信し、必要な方向に必要な数だけ受波ビームを電気的に形成することにより、前下方の必要な方向の海底高度を測定可能となる。
In other words, the FLS9 has the same function as the MBES (Multi-Beam Echo Sounder), which is a sounding instrument, but it is provided near the tip of the UUV1 and is used for measuring the seafloor altitude in front of the UUV1. In general, the mechanical axis of the MBES provided in the UUV or the like is in the direction directly below the UUV (depression angle of 90 °), and therefore is not used for measuring the forward altitude of the UUV.
Further, even if a single beam echo sounder generally used as an altimeter is provided in front of and below the UUV1, only one transmitting beam is transmitted, so that only one point in front can be sounded. On the other hand, the
次に、ＵＵＶ１の運用状態について図３を参照して説明する。
図３（Ａ）は、ＵＵＶ１が海底付近を略一定高度で巡航中の状態を示している。図３（Ｂ），（Ｃ）は、ＵＵＶ１が潜入中の状態を示している。すなわち、ＵＵＶ１の運用状態としては、大別して、ＵＵＶ１が海底付近を巡航中の状態と潜入中の２つの運用状態がある。
Next, the operating state of UUV1 will be described with reference to FIG.
FIG. 3A shows a state in which UUV1 is cruising near the seabed at a substantially constant altitude. FIGS. 3 (B) and 3 (C) show a state in which UUV1 is infiltrating. That is, the operating state of the UUV1 is roughly divided into two operating states: a state in which the UUV1 is cruising near the seabed and a state in which the UUV1 is infiltrating.
図３（Ａ）に示されるように、ＵＵＶ１が海底付近を略一定高度で巡航している場合は、ＦＬＳ９で計測可能な最大距離である最大探知距離内において、俯角がある程度以上の方向には必ず海底が存在している。このため、ＦＬＳ９による海底高度の測定が可能である。 As shown in FIG. 3A, when the UUV1 is cruising near the seabed at a substantially constant altitude, the depression angle is in the direction of a certain degree or more within the maximum detection distance which is the maximum distance that can be measured by the FLS9. There is always a seabed. Therefore, it is possible to measure the seafloor altitude by FLS9.
図３（Ｂ）に示されるように、ＤＶＬ８で対地速度を測定可能な程度に水深が浅い海域をＵＵＶ１が潜入する場合、ＵＵＶ１は、ＤＶＬ８によって対地速度が測定可能となるような緩やかな機体ピッチ角で潜入する。この場合も、ＦＬＳ９の最大探知距離内において、俯角がある程度以上の方向には必ず海底が存在し、ＦＬＳ９による海底高度の測定が可能である。 As shown in FIG. 3 (B), when the UUV1 infiltrates a sea area where the water depth is shallow enough to measure the ground speed with the DVL8, the UUV1 has a gentle aircraft pitch so that the ground speed can be measured by the DVL8. Infiltrate at the corner. In this case as well, the seabed always exists in the direction in which the depression angle is above a certain level within the maximum detection distance of the FLS9, and the seafloor altitude can be measured by the FLS9.
図３（Ｃ）に示されるように、ＤＶＬ８で対地速度を測定不可能なほど水深が深い海域をＵＵＶ１が潜入する場、ＵＵＶ１は、ＤＶＬ８によって対地速度が測定可能になるまで、急な機体ピッチ角（例えば俯角６０°以上）で潜入する。
これは、ＤＶＬ８による対地速度の測定結果を利用した速度ハイブリッド慣性航法に比べて、純慣性航法は航法誤差が発散しやすいので、ＤＶＬ８で対地速度を測定不可能な場合には、急速に短時間で潜入する方が航法誤差の発散が抑制されるためである。この場合、ＦＬＳ９の最大探知距離内において海底が存在しない場合もあり、ＦＬＳ９による海底高度の測定が不可能な場合もある。
As shown in FIG. 3C, when the UUV1 infiltrates a sea area where the ground speed cannot be measured by the DVL8, the UUV1 has a steep aircraft pitch until the ground speed can be measured by the DVL8. Infiltrate at an angle (for example, a depression angle of 60 ° or more).
This is because, compared to speed hybrid inertial navigation using the measurement result of the ground speed by DVL8, navigation error is more likely to occur in pure inertial navigation, so if the ground speed cannot be measured by DVL8, it will be rapidly shortened for a short time. This is because the divergence of navigation error is suppressed by infiltrating with. In this case, the seabed may not exist within the maximum detection distance of FLS9, and it may not be possible to measure the seafloor altitude by FLS9.
図４は、ＵＵＶ１の制御構成を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing a control configuration of UUV1.
ＵＵＶ管制器３０は、ＵＵＶ１の全体を制御する制御部であり、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等により構成されている。ＵＵＶ管制器３０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）等のプログラム格納部３１に格納されたプログラムをＲＡＭ（Random Access Memory）３２に読み出して実行する。ＵＵＶ管制器３０は、プログラムに基づいて、ＤＶＬ８により測定した直下高度に応じたフィードバック制御量と、ＦＬＳ９により測定した前方高度に応じたフィードフォワード制御量を演算し、各昇降舵への制御信号を生成する。なお、ＵＵＶ管制器３０から各部への制御信号の送信や、各部からのＵＵＶ管制器３０への信号の送信は、制御バス５０を介して行われる。
The
バッファ部３３は、ＵＵＶ管制器３０がＤＶＬ８やＦＬＳ９から取得した情報に基づいて算出した海底高度や、機体深度センサ３４が検出する機体深度等を格納するための複数のバッファを備える。
The
機体深度センサ３４は、ＵＵＶ１の水面からの深度を機体深度として検出するセンサである。ＵＵＶ管制器３０が機体深度センサ３４に対して機体深度の取得を指示すると、機体深度センサ３４は、機体深度を検出してＵＵＶ管制器３０に通知する。
The
機体姿勢センサ３５は、ＵＵＶ１の姿勢を検出するセンサである。機体姿勢センサ３５は、水平方向に対する機体軸Ａ１の角度（機体ピッチ角）と、機体軸Ａ１を中心とした機体２の回転角度（ロール角度）と、ＵＵＶ１の中心位置Ｃを通過する機体軸Ａ１に直交する中心軸Ａ２を中心とした機体軸Ａ１の角度（ヨー角度）とを検出可能である。
The
プロペラ駆動部３６は、推進器３が備えるプロペラを回転させる駆動モータを制御するものである。ＵＵＶ管制器３０は、プロペラ駆動部３６に制御信号を送信することにより、推進器３が備えるプロペラを回転させる駆動モータを制御する。
The
前方水平舵駆動部３７は、前方水平舵４を回動させる駆動モータを制御するものである。ＵＵＶ管制器３０は、前方水平舵駆動部３７に制御信号を送信することにより、前方水平舵４を回動させる駆動モータを制御する。
The front horizontal
後方水平舵駆動部３８は、後方水平舵５を回動させる駆動モータを制御するものである。ＵＵＶ管制器３０は、後方水平舵駆動部３８に制御信号を送信することにより、後方水平舵５を回動させる駆動モータを制御する。
The rear horizontal
前方垂直舵駆動部３９は、前方垂直舵６を回動させる駆動モータを制御するものである。ＵＵＶ管制器３０は、前方垂直舵駆動部３９に制御信号を送信することにより、前方垂直舵６を回動させる駆動モータを制御する。
The front vertical
後方垂直舵駆動部４０は、後方垂直舵７を回動させる駆動モータを制御するものである。ＵＵＶ管制器３０は、後方垂直舵駆動部４０に制御信号を送信することにより、後方垂直舵７を回動させる駆動モータを制御する。
The rear vertical
ＤＶＬ８は、測定した対地速度及び海底高度をＵＵＶ管制器３０に通知すると共に、バッファ部３３に記憶させる。
The
ＦＬＳ９は、測定した海底高度をＵＵＶ管制器３０に通知すると共に、バッファ部３３に記憶させる。
The
図５は、海底高度検出処理に関する機能を示す機能ブロック図である。
ＦＬＳ９は、送波器２０、受波器２１、及び信号処理部２２を備える。
FIG. 5 is a functional block diagram showing a function related to the seafloor altitude detection process.
The
送波器２０は、送波角度範囲（−６０°〜＋６０°）に送波ビームを送信する。
受波器２１は、一例としてフェーズドアレイアンテナであり、送波ビームが反射した反射波を受信し、各アンテナ素子で受信した反射波の位相を調整して加算することで、位相の調整量に応じた角度の受波ビームとする。受波器２１は、この受波ビームの強度と位相を示す受波ビーム信号を信号処理部２２へ出力する。なお、受波ビーム信号には、角度に応じた番号が順に付与される。
The
The
信号処理部２２は、入力された受波ビーム信号に基づいて、ＵＵＶ１の直下（俯角９０°）から前方方向へ順番にＵＵＶ１の前方の海底高度を算出し、ＵＵＶ管制器３０へ出力する。また、信号処理部２２は、算出した海底高度をバッファ部３３へ出力し、バッファ部３３に記憶させる。
Based on the input received beam signal, the
ＵＵＶ管制器３０は、計測された海底高度に基づいてＵＵＶ１をフィードフォワード制御する。
The
なお、ＵＵＶ１は、海底高度の算出に必要な各種情報、例えば機体ピッチ角、ＤＶＬ８で測定された海底高度（以下「ＤＶＬ測定値」という。）、送波角度範囲等の情報やコマンドを信号処理部２２へ出力し、信号処理部２２はこれら入力された各種情報も用いて海底高度を算出する。
例えば、機体ピッチ角は、受波ビームのＦＬＳ機械角と俯角の対応関係の補正に用いられる。
ＤＶＬ測定値はＵＵＶ１の直下の海底高度であるため、信号処理部２２は、ＤＶＬ測定値とＦＬＳ９で測定した海底高度とを比較することで、ＦＬＳ９で測定した海底高度が適切なものかが判定可能となる。
The UUV1 signals various information necessary for calculating the seafloor altitude, for example, information and commands such as the aircraft pitch angle, the seafloor altitude measured by DVL8 (hereinafter referred to as "DVL measurement value"), and the transmission angle range. It is output to the
For example, the airframe pitch angle is used to correct the correspondence between the FLS mechanical angle and the depression angle of the received beam.
Since the DVL measurement value is the seabed altitude directly below UUV1, the
このような構成により、ＦＬＳ９はＵＵＶ１の進行方向に対して、ＵＵＶ１の直下及び前下方を含む送波角度範囲で送波ビームを送信し、送波ビームが海底で反射した反射波を受信する。そして、ＦＬＳ９は、受信した反射波に基づいて、ＵＵＶ１の前方の海底高度を算出する。ＵＵＶ１は、この算出された前方の海底高度に基づいて、自身をフィードフォワード制御により自律航行する。
With such a configuration, the
次に、海底高度検出処理の詳細について説明する。
なお、以下の説明において、ＦＬＳ９から送波ビームを送信して反射波（海底エコー）を受信して海底高度を測定する一連の処理を探信（ピング）ともいう。また、ＦＬＳ９による海底高度の測定を測深ともいい、その結果をＦＬＳ測深値ともいう。
Next, the details of the seafloor altitude detection process will be described.
In the following description, a series of processes for transmitting a wave transmission beam from FLS9, receiving a reflected wave (seafloor echo), and measuring the seafloor altitude is also referred to as detection (ping). Further, the measurement of the seafloor altitude by FLS9 is also referred to as bathymetry, and the result is also referred to as bathymetry value.
まず、１探信毎の処理について図６，７を参照して説明する。
図６は、ＦＬＳ９による探信を示した模式図であり、一例として、ＵＵＶ１が海底付近を略一定高度で巡航中の状態を示している。図７は、探信処理の流れを示すフローチャートである。
First, the processing for each detection will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
FIG. 6 is a schematic view showing the detection by FLS9, and as an example, shows a state in which UUV1 is cruising near the seabed at a substantially constant altitude. FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the detection process.
図６において、ＵＵＶ１の直下でもあるｚ軸方向が俯角９０°であり、ＵＵＶ１の進行方向でもあるｘ軸方向が俯角０°である。俯角３０°はＦＬＳ機械軸Ｂ（「ＦＬＳ取付俯角」ともいう。）に相当し、ＦＬＳ機械軸Ｂを基準とする受波ビームステアリング角は０°である。また、俯角９０°は受波ビームステアリング角が−６０°であり、俯角−３０°は受波ビームステアリング角が＋６０°である。
なお、機体ピッチ角は上向きが正、受波ビームステアリング角は仰角側が正である。
In FIG. 6, the z-axis direction, which is also directly below the UUV1, is a depression angle of 90 °, and the x-axis direction, which is also the traveling direction of the UUV1, is a depression angle of 0 °. The depression angle of 30 ° corresponds to the FLS mechanical axis B (also referred to as “FLS mounting depression angle”), and the receiving beam steering angle with respect to the FLS mechanical axis B is 0 °. Further, a depression angle of 90 ° has a receiving beam steering angle of −60 °, and a depression angle of −30 ° has a receiving beam steering angle of + 60 °.
The aircraft pitch angle is positive in the upward direction, and the receiving beam steering angle is positive in the elevation angle side.
ＦＬＳ９が送波ビームを送信し（Ｓ１００）、反射波を受信すると（Ｓ１０２）、処理１としてＵＵＶ１直下の海底高度を算出する（Ｓ１０４）。 When the FLS9 transmits a wave transmission beam (S100) and receives a reflected wave (S102), the seafloor altitude directly below UUV1 is calculated as process 1 (S104).
処理１では、信号処理部２２が機体ピッチ角を参照して俯角９０°に最も近い受波ビーム番号を算出し、この受波ビームに基づいてＵＵＶ１直下の海底高度である直下測深値を算出する。なお、絶対空間における受波ビームの俯角（以下「受波ビーム俯角」という。）は下記（１）式に基づいて算出される。
受波ビーム俯角＝ＦＬＳ取付俯角−機体ピッチ角−受波ビームステアリング角
・・・（１）
In
Received beam depression angle = FLS mounting depression angle-Aircraft pitch angle-Received beam steering angle
... (1)
次に、ステップ１０６において、処理２として直下測深値に応じた範囲であるレンジゲート（図６のハッチング領域）を設定する。レンジゲートは、直下測深値（ＵＵＶ１の直下に送波ビームを送信してから反射波を受信するまでの時間）に一定のマージンを加算した値である。
このレンジゲートは、他の受波ビーム信号に基づく海底高度を算出する際に、レンジゲート以遠の受波ビーム信号のみを使用するためのものである。
Next, in step 106, as
This range gate is for using only the received beam signal beyond the range gate when calculating the seafloor altitude based on other received beam signals.
このようなレンジゲートを設定する理由は以下のためである。
送波ビームの直下方向成分の反射波の強度（海底エコーレベル）は、他に比べて最も高いため、これが近傍の他の受波ビームのサイドローブから漏れ込んで、他の受波ビームに基づいて算出される海底高度の誤検出を招く可能性がある。
そこで、ＵＵＶ１の直下からの反射波の影響を受ける可能性がある範囲を、海底高度を算出しない非算出範囲（レンジゲート）として設定する。このため、ＦＬＳ９は、レンジゲート以遠における反射波に基づいてＵＵＶ１の前方の海底高度を算出するので、サイドローブ漏れ込みに起因する海底高度の誤検出を抑制できる。
また、レンジゲートは、直下測深値に基づいて決定されるが、通常、ＵＵＶ１とこの直下の海底とを半径とした同心円上には、海底は存在しない。このため、レンジゲート内を測深から除外しても、海底高度の検出に影響はない。
The reason for setting such a range gate is as follows.
Since the intensity of the reflected wave (seafloor echo level) of the component directly below the transmitted beam is the highest compared to the others, it leaks from the side lobes of other received beams in the vicinity and is based on the other received beams. It may lead to false detection of the seafloor altitude calculated by.
Therefore, the range that may be affected by the reflected wave from directly under UUV1 is set as a non-calculation range (range gate) that does not calculate the seafloor altitude. Therefore, since the FLS9 calculates the seafloor altitude in front of the UUV1 based on the reflected wave beyond the range gate, it is possible to suppress erroneous detection of the seafloor altitude due to sidelobe leakage.
Further, the range gate is determined based on the bathymetric value directly below, but usually, the seabed does not exist on the concentric circle whose radius is UUV1 and the seabed directly below this. Therefore, excluding the inside of the range gate from the bathymetry does not affect the detection of seafloor altitude.
次のステップ１０８では、処理３として、レンジゲート以遠におけるＵＵＶ１の前下方の海底高度を算出する。
本実施形態では、ＵＵＶ１の前下方として予め定められた角度範囲（以下「測深角度範囲」という。）内で、複数点の測深をする。測深角度範囲は、一例として、俯角１０°から俯角４５°までであり、５°ピッチで測深が行われる。
In the next step 108, as the
In the present embodiment, a plurality of points are measured within a predetermined angle range (hereinafter referred to as “depth sounding angle range”) as the front and lower parts of the UUV1. As an example, the sounding angle range is from a depression angle of 10 ° to a depression angle of 45 °, and the sounding is performed at a pitch of 5 °.
ここで、海底高度検知装置として使用されない通常のＭＢＥＳのように、送波角度範囲全域において等角度間隔毎に測深すると、ＵＵＶ１の直下付近も密に測深することとなる。一方、ＵＵＶ１の海底高度検知としては、ＵＵＶ１の直下を密に測深する必要はないため、測深角度範囲が設定される。
このように、本実施形態では、ＵＵＶ１の海底高度制御用として意味のある方向として測深角度範囲でのみ、海中高度を算出する。これにより、ＦＬＳ９の信号処理負荷が低下し、算出に要する演算時間を短縮でき、又、ＦＬＳ９の消費電力を低減できる。
Here, if the depth is measured at equal angle intervals over the entire wave transmission angle range as in the normal MBES that is not used as a seafloor altitude detection device, the depth directly below the UUV1 is also measured densely. On the other hand, in order to detect the seafloor altitude of the UUV1, it is not necessary to measure the depth directly under the UUV1 densely, so a sounding angle range is set.
As described above, in the present embodiment, the undersea altitude is calculated only in the bathymetric angle range as a meaningful direction for controlling the seafloor altitude of UUV1. As a result, the signal processing load of the
なお、特に俯角が浅い方向の海底高度の算出には、例えば、高度方向に音響中心位置が異なる２本の受波ビーム信号の位相差を用いる方法（例えば、Lurton, X., An Introduction to Underwater Acoustics Principles and Applications, Praxis Publishing Ltd, Chichester, UK, 2002. P.274-275）等、従来既知の方法が用いられる。 In order to calculate the seafloor altitude in the direction in which the depression angle is particularly shallow, for example, a method using the phase difference between two received beam signals having different acoustic center positions in the altitude direction (for example, Lurton, X., An Introduction to Underwater). Conventionally known methods such as Acoustics Principles and Applications, Praxis Publishing Ltd, Chichester, UK, 2002. P.274-275) are used.
次のステップ１１０では、ＵＵＶ１の直下及び前下方のＦＬＳ測深値をＵＵＶ管制器３０へ出力し、ステップ１００へ戻り、次の測深を行う。
In the next step 110, the FLS sounding values directly below and in front of the
次に、連続する複数探信のＦＬＳ測深値を平均化する平均化処理について、図８を参照して説明する。
平均化処理は、一例として、ＵＵＶ管制器３０で行うが、これに限らず、ＦＬＳ９が備える信号処理部２２で行われ、平均化されたＦＬＳ測深値がＵＵＶ管制器３０に出力されてもよい。
Next, the averaging process for averaging the FLS sounding values of a plurality of consecutive detectors will be described with reference to FIG.
As an example, the averaging process is performed by the
図８（Ａ）に示されるような、１探信毎のＦＬＳ測深値には誤差（レンジ誤差）が含まれている。このため、平均化処理は、ＵＵＶ１の海底高度制御が受ける誤差の影響を低減するものである。誤差の影響を低減することによって、ＵＵＶ１がＦＬＳ測深値の誤差に過敏に反応して、機体２の高度やピッチ角が不必要に変動することが防止される。
As shown in FIG. 8A, the FLS sounding value for each detection includes an error (range error). Therefore, the averaging process reduces the influence of the error on the seafloor altitude control of UUV1. By reducing the effect of the error, it is possible to prevent the UUV1 from reacting sensitively to the error of the FLS sounding value and unnecessarily fluctuating the altitude and pitch angle of the
本実施形態に係る平均化処理は、同じ俯角の複数のＦＬＳ測深値毎に平均化する。
具体的には、平均化処理は、測深によって得られたスラントレンジ（ＦＬＳ９からＦＬＳ９によって測定した海底位置までの直線距離）を地球固定の局所座標Ｏ−ｘｙに座標変換した後、同じ俯角毎にｘ方向（ＲFLS(θ)）及びｙ方向（ＨFLS(θ)）に加算平均し、平均化したＦＬＳ測深値を得る。
同じ俯角毎にＦＬＳ測深値を平均化する理由は、受信ビームの誤差の大きさが俯角毎に異なるためである。一般的に俯角が深いほどＦＬＳ測深値の誤差が小さく、俯角が浅いほどＦＬＳ測深値の誤差が大きくなる傾向がある。なお、ＵＵＶ１は移動しながら探信を行っているため、同じ俯角の複数のＦＬＳ測深値は、測定した海底の位置が異なる。すなわち、本実施形態に係る平均化処理は、誤差の影響を低減すると共に、測定した海底空間も平均化するので、機体２の制御が海底高度の影響を受け難くなり、よりＵＵＶ１の制御が安定する。
In the averaging process according to the present embodiment, averaging is performed for each of a plurality of FLS sounding values having the same depression angle.
Specifically, in the averaging process, the slant range (straight line distance from FLS9 to the seafloor position measured by FLS9) obtained by sounding is converted into the local coordinates O-xy fixed to the earth, and then for each same depression angle. Add and average in the x direction (R FLS (θ) ) and y direction (H FLS (θ) ) to obtain the averaged FLS sounding value.
The reason for averaging the FLS sounding values for the same depression angle is that the magnitude of the error of the received beam differs for each depression angle. Generally, the deeper the depression angle, the smaller the error in the FLS sounding value, and the shallower the depression angle, the larger the error in the FLS sounding value tends to be. Since UUV1 is performing detection while moving, the measured depth positions of the seabed are different for a plurality of FLS sounding values having the same depression angle. That is, the averaging process according to the present embodiment reduces the influence of the error and also averages the measured seabed space, so that the control of the
図８（Ｂ）は、俯角１５°から４５°における５ピッチ毎の５回分のＦＬＳ測深値であり、これの平均を示した模式図が図８（Ｃ）である。
図８の例では、５回探信毎にＦＬＳ測深値を平均化しており、新たな探信が行われると、新たな探信と過去４回の探信におけるＦＬＳ測深値を平均化する。すなわち、本実施形態に係る平均化処理は、１探信毎にＦＬＳ測深値の移動平均を算出するので、算出した海底高度の誤差を小さくできる。
FIG. 8B shows the FLS sounding values for 5 times for every 5 pitches at a depression angle of 15 ° to 45 °, and FIG. 8C is a schematic diagram showing the average of these sounding values.
In the example of FIG. 8, the FLS sounding value is averaged every 5 detections, and when a new detection is performed, the FLS sounding value in the new detection and the past 4 detections is averaged. That is, since the averaging process according to the present embodiment calculates the moving average of the FLS bathymetric value for each detection, the calculated error of the seafloor altitude can be reduced.
ここで、ＵＵＶ管制器３０によるフィードフォワード制御を用いたＵＵＶ１の海底高度制御の一例について図８（Ｃ）を参照して説明する。
海底高度制御は、測深角度範囲内でより遠くの海底高度を測定することとなる俯角１５°のＦＬＳ測深値を用いる。すなわち、先読みした前方海底高度ＨFLS(15)及び先読みした水平距離ＲFLS(15)と、ＤＶＬ８や他の高度計により測定したＵＵＶ１の現在における直下海底高度Ｈ０を用いて海底高度制御が行われる。
このように、ＵＵＶ管制器３０は、複数の俯角で反射した反射波に基づいて算出された海底高度のうち、選択した一つの俯角に対応する海底高度を用いて、ＵＵＶ１をフィードフォワード制御する。
Here, an example of seafloor altitude control of UUV1 using feed forward control by the
The seafloor altitude control uses a FLS bathymetric value with a depression angle of 15 °, which measures the seafloor altitude farther within the sounding angle range. That is, the seafloor altitude control is performed using the pre-reading forward seafloor altitude H FLS (15) , the pre-reading horizontal distance R FLS (15), and the current seafloor altitude H 0 of UUV1 measured by DVL8 or another altimeter. ..
As described above, the
次に、ＵＵＶ１の海底高度制御に用いるＦＬＳ測深値を切り替える測深値切替処理について説明する。 Next, a bathymetric value switching process for switching the FLS bathymetric value used for controlling the seafloor altitude of the UUV1 will be described.
一般的に、ＦＬＳ９が受信する海底で反射した反射波（海底エコー）は、送波ビームの海底への入射角（受信ビーム俯角）が浅いほど強度が低下し、算出されるＦＬＳ測深値の精度が低下する。しかしながら、浅い俯角のＦＬＳ測深値を海底高度制御に用いるほど、ＵＵＶ１にとってはより遠方の海底高度を先読みした制御となるため、海底高度に対する追従性が向上する。すなわち、ＦＬＳ測深値の精度と先読みの距離はトレードオフの関係にある。 In general, the intensity of the reflected wave (seafloor echo) reflected by the FLS9 on the seafloor decreases as the angle of incidence of the transmitted beam on the seafloor (received beam depression angle) decreases, and the accuracy of the calculated FLS sounding value decreases. Decreases. However, the more the FLS bathymetric value with a shallow depression angle is used for the seafloor altitude control, the more distant seafloor altitude is pre-read for the UUV1, and the followability to the seafloor altitude is improved. That is, there is a trade-off between the accuracy of the FLS sounding value and the look-ahead distance.
図９は、測深値切替処理を含む海底高度制御に係るＵＵＶ管制器３０の機能を示す機能ブロック図である。
ＵＵＶ管制器３０は、フィードフォワード制御部２５、平均化処理部２６、及び精度判定部２７を備える。
FIG. 9 is a functional block diagram showing the functions of the
The
フィードフォワード制御部２５は、海底高度制御として、上述したようにＤＶＬ８による測定値（以下「現在直下高度」という。）、ＦＬＳ測深値等を用いてフィードフォワード制御を行う。
As the seafloor altitude control, the feed
平均化処理部２６は、上述した平均化処理を行い、平均化した後のＦＬＳ測深値をバッファ部３３へ出力し、記憶させる。
すなわち、上述した海底高度検出処理及び平均化処理を繰り返すことで、俯角１５°の受波ビームに基づいて算出した前方海底高度ＨFLS(15)、俯角２０°の受波ビームに基づいて算出した前方海底高度ＨFLS(20)、以下同様に前方海底高度ＨFLS(25)、前方海底高度ＨFLS(30)、前方海底高度ＨFLS(35)、前方海底高度ＨFLS(40)、前方海底高度ＨFLS(45)が時系列データとして生成され、これがバッファ部３３に記憶される。
また、平均化処理部２６は、フィードフォワード制御に用いる予め選択した俯角に応じたＦＬＳ測深値を、フィードフォワード制御部２５及び精度判定部２７へ出力する。
The averaging
That is, by repeating the above-mentioned seafloor altitude detection process and averaging process, the seafloor altitude H FLS (15) calculated based on the received beam with a depression angle of 15 ° and the received beam with a depression angle of 20 ° were calculated. Forward seafloor altitude H FLS (20) , similarly forward seafloor altitude H FLS (25) , front seafloor altitude H FLS (30) , front seafloor altitude H FLS (35) , front seafloor altitude H FLS (40) , front seafloor The altitude H FLS (45) is generated as time series data, and this is stored in the
Further, the averaging
ＤＶＬ８は、ＵＵＶ１の直下の海底高度を測定して得られた現在直下高度を、フィードフォワード制御部２５及び精度判定部２７へ出力する。
The
精度判定部２７は、ＤＶＬ８による現在直下高度とＦＬＳ９によるＦＬＳ測深値とを比較することで、ＦＬＳ９によるＦＬＳ測深値の精度を判定する。
The
そして、平均化処理部２６は、精度判定部２７の判定結果に応じて、フィードフォワード制御で用いるＦＬＳ測深値の俯角を切り替える。
Then, the averaging
図１０を参照して、より具体的に測深値切替処理について説明する。
ＵＵＶ１が位置Ａのときに、ＦＬＳ９が海底高度検出処理を行い、俯角１５°から４５°における５ピッチ毎のＦＬＳ測深値を得る。位置Ｂは、俯角４５°に応じたＦＬＳ測深値に対応する位置であり、位置Ｃは、俯角１５°に応じたＦＬＳ測深値に対応する位置である。
ＵＵＶ１が位置Ｂを通過したとき、精度判定部２７は、バッファ部３３に記憶した時系列データから俯角４５°に応じたＦＬＳ測深値（過去に先読みした現地点のＦＬＳ測深値）を読み出す。そして、精度判定部２７は、俯角４５°に応じたＦＬＳ測深値に基づく先読みした現地点の水深とＤＶＬ８による現在直下高度に基づく現在の水深を比較し、その差分が所定閾値未満であるか否かを判定する。所定閾値未満の場合は、ＦＬＳ測深値の精度が高いと判定され、所定閾値以上の場合は、ＦＬＳ測深値の精度が低いと判定される。
精度判定部２７は、このような判定をＵＵＶ１が位置Ｃを通過するまで、各俯角のＦＬＳ測深値毎に行う。
なお、先読みした現地点の水深、及び現在の水深は下記の式によって算出される。
先読みした現地点の水深＝過去に先読みしたＦＬＳ測深値＋過去のＵＵＶ１の航走深度
現在の水深＝現在の水底高度＋現在のＵＵＶ１の航走深度
The sounding value switching process will be described more specifically with reference to FIG.
When UUV1 is at position A, FLS9 performs seafloor altitude detection processing to obtain FLS bathymetric values every 5 pitches at depression angles of 15 ° to 45 °. Position B is a position corresponding to the FLS sounding value corresponding to the depression angle of 45 °, and position C is a position corresponding to the FLS sounding value corresponding to the depression angle of 15 °.
When the UUV1 passes the position B, the
The
The pre-read water depth at the local point and the current water depth are calculated by the following formula.
Pre-reading local point water depth = previously pre-read FLS sounding value + past UUV1 cruising depth Current water depth = current seafloor altitude + current UUV1 cruising depth
そして、フィードフォワード制御部２５で用いるＦＬＳ測深値の精度が低いと判定された場合、平均化処理部２６は、フィードフォワード制御部２５で用いる（出力する）ＦＬＳ測深値を、より深い俯角の受波ビームであって、フィードフォワード制御に用いるに足る精度を有する受波ビームに基づいて算出されたＦＬＳ測深値に切り替える。
一方、フィードフォワード制御部２５で用いるＦＬＳ測深値の精度が高いと判定された場合、平均化処理部２６は、フィードフォワード制御部２５で用いる（出力する）ＦＬＳ測深値を、より浅い俯角の受波ビームに基づいて算出されたＦＬＳ測深値に切り替える。
Then, when it is determined that the accuracy of the FLS sounding value used by the feed
On the other hand, when it is determined that the accuracy of the FLS sounding value used by the feed
なお、平均化処理部２６は、フィードフォワード制御部２５で用いるＦＬＳ測深値の精度が十分な場合には、フィードフォワード制御部２５へ出力するＦＬＳ測深値の俯角を切り替えなくてもよい。
The averaging
このように測深値切替処理は、過去に先読みした現地点のＦＬＳ測深値と現在直下高度とを比較することで、ＦＬＳ測深値の精度を判定し、精度に応じてＵＵＶ１のフィードフォワード制御に用いるＦＬＳ測深値を算出する受波ビームの俯角を切り替えるので、ＵＵＶ１の制御を自動的に最適化できる。 In this way, the sounding value switching process determines the accuracy of the FLS sounding value by comparing the FLS sounding value of the local point read in the past with the altitude directly below the present, and is used for the feed forward control of the UUV1 according to the accuracy. Since the depression angle of the received beam for calculating the FLS sounding value is switched, the control of UUV1 can be automatically optimized.
次に、上述した図３（Ｂ），（Ｃ）で示したような、ＵＵＶ１が潜入する場合の制御について説明する。 Next, the control when the UUV1 infiltrates as shown in FIGS. 3B and 3C described above will be described.
図１１は、ＵＵＶ１が急速潜入から緩やかな潜入に移行する状態を示した図である。
本実施形態に係る信号処理部２２は、ＵＵＶ１が急速潜入を行う場合、受波ビームに基づいて水底を検出しているか否かを判定する海底検出判定処理を行う。そして、信号処理部２２は、海底検出判定処理によって海底を検出した場合に、海底検出判定処理を終了して、ＵＵＶ１の前方の海底高度を算出する海底高度検出処理を行う。
FIG. 11 is a diagram showing a state in which UUV1 shifts from rapid infiltration to slow infiltration.
When the UUV1 rapidly infiltrates, the
ここで、上述した図３（Ａ）等のように、ＦＬＳ９によって海底が確実に検出できる場合には、例えば、受波ビーム信号について、ＴＶＧ（Time Valuable Gain）により近いレンジから遠いレンジまでの海底エコーレベルを略平滑化した状態で、受波ビーム信号の強度がピークを取るレンジを検出して、これをＦＬＳ測深値（スラストレンジ）とする。
一方、急速潜入状態とは、ＦＬＳ９が海底を測定できないほど深い海底に向かって潜入している状態である。このような状態では、ＦＬＳ９の測定距離の最大値である最大探知距離内に海底が無い。そこで、信号処理部２２は、急速潜入状態において海底高度検出処理を行わずに海底検出判定処理を行う。これにより、ＦＬＳ９によって海底を測定できないほど海底が深いにもかかわらず、ＦＬＳ９が海底高度を算出する処理を行って海底の誤検出を防止できる。
Here, when the seabed can be reliably detected by FLS9 as in FIG. 3A described above, for example, the seabed from a range closer to the TVG (Time Valuable Gain) to a range farther from the received beam signal. With the echo level substantially smoothed, the range in which the intensity of the received beam signal peaks is detected, and this is defined as the FLS sounding value (thrust range).
On the other hand, the rapid infiltration state is a state in which FLS9 infiltrates toward the seabed so deep that the seabed cannot be measured. In such a state, there is no seabed within the maximum detection distance, which is the maximum value of the measurement distance of FLS9. Therefore, the
具体的には、信号処理部２２は、機体ピッチ角が予め定められた閾値（例えば６０°）を超える場合、急速潜入状態と判定する。または、ＵＵＶ管制器３０からＦＬＳ９への制御コマンドに急速潜入フラグを設け、急速潜入フラグがオンのときに、信号処理部２２は急速潜入状態と判定してもよい。
Specifically, when the airframe pitch angle exceeds a predetermined threshold value (for example, 60 °), the
そして、急速潜入状態（図１１の状態Ａ）において信号処理部２２は、機体ピッチ角を参照して、俯角９０°（ＵＵＶ１の直下方向）に最も近い受波ビーム番号を算出し、この受波ビーム番号を含む複数の受波ビームに基づいて海底検出処理を行う。なお、複数の受波ビームは、少なくともＵＵＶ１の直下とＵＵＶ１の機体軸Ａ１の方向（機軸方向）の２つであればよい。
Then, in the rapid infiltration state (state A in FIG. 11), the
そして、海底検出判定処理では、受波ビームの強度が予め設定された閾値以下の場合に、海底未検出を示す信号を出力し、受波ビームの強度が上記閾値を超えた場合に、海底検出を示す信号を出力する。なお、この閾値は、固定値であってもよいし、ＵＵＶ管制器３０からＦＬＳ９への制御コマンドに含め、ＵＵＶ１の運用海域の海底底質等に応じて変化してもよい。
Then, in the seabed detection determination process, when the intensity of the received beam is equal to or less than a preset threshold value, a signal indicating that the seabed has not been detected is output, and when the intensity of the received beam exceeds the above threshold value, the seabed is detected. Outputs a signal indicating. This threshold value may be a fixed value, or may be included in the control command from the
そして、海底が検出された場合（状態Ｂ）、信号処理部２２は、海底検出判定処理を海底高度検出処理に切り換え、ＦＬＳ９による海底高度の測定を行う。
海底高度検出処理によって、ＵＵＶ１直下の海底高度又は機軸方向の海底高度がＤＶＬ８による対地速度の計測が可能となったと判定された場合（状態Ｃ）、ＵＵＶ管制器３０は、ＵＵＶ１の機体ピッチ角を起こして、急速潜入から緩やかな潜入に移行し、緩やかな潜入を継続する。
これにより、ＵＵＶ１は、急速潜入状態から、ＤＶＬ８による対地速度の計測が可能な緩やかな潜入に速やかに移行でき、航法誤差の発散を最小限に抑えることが可能となる。
Then, when the seabed is detected (state B), the
When it is determined by the seafloor altitude detection process that the seafloor altitude directly below UUV1 or the seafloor altitude in the axial direction can measure the ground speed by DVL8 (state C), the
As a result, the UUV1 can quickly shift from the rapid infiltration state to the gentle infiltration where the ground speed can be measured by the DVL8, and the divergence of the navigation error can be minimized.
図１２は、ＵＵＶ１が緩やかな潜入を行っている状態を示した図である。
緩やかな潜入とは、機体ピッチ角が例えば１０°から１５°くらいの潜入であり、ＵＵＶ１の現在の海底高度が目標とする海底高度に達していない状態である。
FIG. 12 is a diagram showing a state in which UUV1 is slowly infiltrating.
The gentle infiltration is a state in which the airframe pitch angle is, for example, about 10 ° to 15 °, and the current seafloor altitude of UUV1 does not reach the target seafloor altitude.
このような潜入では、俯角の浅い方向では海底までの距離がＦＬＳ９の最大探知距離よりも長く、海底高度を測定できない可能性がある。 In such an infiltration, the distance to the seafloor is longer than the maximum detection distance of FLS9 in the direction of shallow depression angle, and there is a possibility that the seafloor altitude cannot be measured.
そこで、本実施形態に係る信号処理部２２は、ＵＵＶ１が潜入中であり、かつ海底検出判定処理によって海底が検出された状態において、俯角が深い受波ビームから順に海底高度の算出を行い、測定されたスラントレンジがＦＬＳ９の最大探知距離を超えた場合、それ以上浅い俯角における海底高度の算出を行わない。
Therefore, the
具体的には、緩やかな潜入状態となったら、まず、ＵＵＶ１の直下方向の受波ビームによって海底高度を測定し、この測深値に基づいて他の受波ビームに対するレンジゲートを設定する。
そして、俯角が深い受波ビームから順に海底高度の測定を行い、測定された海底までのスラントレンジがＦＬＳ９の最大探知距離から所定のマージンを引いた値である設定探知可能距離以下となった場合に、その受波ビームまでで海底高度の測定を終了する。図１２の例では、俯角２５°でスラントレンジが設定探知可能距離以下となるので、それより浅い俯角における海底高度の測定は行われない。
Specifically, when a gentle infiltration state is reached, first, the seafloor altitude is measured by the receiving beam in the direction directly below the UUV1, and a range gate for another receiving beam is set based on this bathymetric value.
Then, the seafloor altitude is measured in order from the receiving beam with the deepest depression angle, and the slant range to the measured seafloor is equal to or less than the set detectable distance, which is the value obtained by subtracting the predetermined margin from the maximum detection distance of FLS9. At the same time, the measurement of seafloor altitude is completed up to the receiving beam. In the example of FIG. 12, since the slant range is equal to or less than the set detectable distance at a depression angle of 25 °, the seafloor altitude is not measured at a depression angle shallower than that.
これにより、俯角が浅く海底を測定できないにもかかわらず、ＦＬＳ９が海底高度を算出する処理を行って海底の誤検出を防止できる。 As a result, even though the depression angle is shallow and the seafloor cannot be measured, the FLS9 can perform a process of calculating the seafloor altitude to prevent erroneous detection of the seafloor.
なお、海底高度の測定を途中で終了した場合は、例えば、下記のいずれかの方法で前方の海底高度を定義し、フィードフォワード制御で用い、ＵＵＶ１が目標高度に達するまで潜入を行う。
１．測定した海底高度の中で、最も俯角の浅い受波ビームに基づく海底高度
２．測定した海底高度の平均値
３．測定した海底高度の中で、最も低い海底高度
４．機軸方向の受波ビームに基づいて海底高度の測定が行われた場合、その海底高度
When the measurement of the seafloor altitude is completed in the middle, for example, the seafloor altitude in front is defined by one of the following methods, used in the feed forward control, and infiltrated until the UUV1 reaches the target altitude.
1. 1. Of the measured seafloor altitudes, the seafloor altitude based on the receiving beam with the
図１３は、ＵＵＶ１が急速潜入を行っている他の状態を示した図である。
図１３に示されるように、ＵＵＶ１は、急速潜入状態である（状態Ｄ）。しかし、ＵＵＶ１の進行方向の海底が盛り上がり、海底高度が高くなっている。このような場合、ＵＵＶ１直下の海底高度がＤＶＬ８による対地速度を計測可能な高度に達していなくても、ＵＵＶ１の機軸方向、すなわちＵＵＶ１の進行方向の海底高度がＤＶＬ８による対地速度を計測可能な高度であれば、ＵＵＶ１の機体ピッチ角を起こす（状態Ｅ）。
FIG. 13 is a diagram showing another state in which UUV1 is rapidly infiltrating.
As shown in FIG. 13, UUV1 is in a rapid infiltration state (state D). However, the seafloor in the direction of travel of UUV1 is rising, and the seafloor altitude is high. In such a case, even if the seafloor altitude directly below UUV1 does not reach the altitude at which the ground speed by DVL8 can be measured, the seafloor altitude in the axial direction of UUV1, that is, the traveling direction of UUV1 can measure the ground speed by DVL8. If so, the aircraft pitch angle of UUV1 is raised (state E).
以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記実施形態を適宜組み合わせてもよい。 Although the present invention has been described above using the above-described embodiment, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above-described embodiment. Various changes or improvements can be made to the above embodiments without departing from the gist of the invention, and the modified or improved forms are also included in the technical scope of the present invention. Moreover, you may combine the said embodiment as appropriate.
また、上記実施形態で説明した海底高度検出処理等の流れも一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりしてもよい。 Further, the flow of the seafloor altitude detection process described in the above embodiment is also an example, and unnecessary steps are deleted, new steps are added, or the processing order is changed within a range not deviating from the gist of the present invention. You may do it.
１ ＵＵＶ（水中航走体）
８ ＤＶＬ（高度計）
９ ＦＬＳ（水底高度検知装置）
２０ 送波器（送信手段）
２１ 受波器（受信手段）
２２ 信号処理部（処理手段）
２５ フィードフォワード制御部（制御手段）
２７ 精度判定部（精度判定手段）
３０ ＵＵＶ管制器（制御手段）
1 UUV (underwater vehicle)
8 DVL (altimeter)
9 FLS (Underwater Altitude Detection Device)
20 Transmitter (transmission means)
21 Receiver (Receiving means)
22 Signal processing unit (processing means)
25 Feed forward control unit (control means)
27 Accuracy determination unit (accuracy determination means)
30 UUV controller (control means)
Claims (9)
前記送波ビームが水底で反射した反射波を方向が異なる複数の受波ビームで受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信した前記反射波に基づいて、前記水中航走体の前方の複数の方向の水底高度を算出する処理手段と、
を備え、
前記処理手段は、前記水中航走体の直下からの前記反射波に基づいて算出された前記水底高度に応じた非算出範囲を設定し、該非算出範囲以遠の前記反射波のみに基づいて前記水底高度を算出する水底高度検知装置。 A transmitting means provided on an underwater vehicle that navigates underwater and transmitting a wave beam in a predetermined angle range including directly below and below the front of the underwater vehicle with respect to the traveling direction of the underwater vehicle. ,
A receiving means for receiving the reflected wave reflected by the transmitting beam on the bottom of the water with a plurality of receiving beams having different directions.
A processing means for calculating the bottom altitude in a plurality of directions in front of the underwater vehicle based on the reflected wave received by the receiving means, and a processing means.
Equipped with a,
The processing means sets a non-calculation range according to the water bottom altitude calculated based on the reflected wave from directly below the underwater vehicle, and the water bottom is based only on the reflected wave beyond the non-calculation range. It calculates advanced underwater altitude sensing device.
複数の俯角で反射した前記反射波に基づいて算出された前記水底高度のうち、選択した一つの俯角に対応する前記水底高度を用いて、本水中航走体をフィードフォワード制御する制御手段と、
を備える水中航走体。 The water bottom altitude detection device according to any one of claims 1 to 3 ,
A control means for feed-forward controlling the underwater vehicle using the bottom altitude corresponding to one selected depression angle among the bottom altitudes calculated based on the reflected waves reflected by a plurality of depression angles.
An underwater vehicle equipped with.
前記高度計による測定値と前記水底高度検知装置による前記水底高度とを比較することで前記水底高度検知装置による前記水底高度の精度を判定する精度判定手段と、
を備え、
前記制御手段で用いる前記水底高度の精度が低い場合は、前記制御手段で用いる前記水底高度を、より深い俯角の前記反射波に基づいて算出された前記水底高度に切り替え、前記制御手段で用いる前記水底高度の精度が高い場合は、前記制御手段で用いる前記水底高度を、より浅い俯角の前記反射波に基づいて算出された前記水底高度に切り替える請求項４記載の水中航走体。 An altimeter that measures the altitude of the bottom of the water directly under the underwater vehicle,
An accuracy determination means for determining the accuracy of the water bottom altitude by the water bottom altitude detection device by comparing the measured value by the altimeter with the water bottom altitude by the water bottom altitude detection device.
With
When the accuracy of the water bottom altitude used by the control means is low, the water bottom altitude used by the control means is switched to the water bottom altitude calculated based on the reflected wave having a deeper depression angle, and the water bottom altitude is used by the control means. The underwater vehicle according to claim 4 , wherein when the accuracy of the bottom altitude is high, the bottom altitude used by the control means is switched to the bottom altitude calculated based on the reflected wave having a shallower depression angle.
前記水底検出判定処理によって水底を検出した場合、前記水底高度検知装置は、前記水底検出判定処理を終了して、本水中航走体の前方の前記水底高度を算出する処理を行う請求項４又は請求項５記載の水中航走体。 When the underwater vehicle performs rapid infiltration, the water bottom altitude detection device performs a water bottom detection determination process for determining whether or not the water bottom has been detected.
When the water bottom is detected by the water bottom detection determination process, the water bottom altitude detection device ends the water bottom detection determination process and performs a process of calculating the water bottom altitude in front of the underwater vehicle according to claim 4 or The underwater vehicle according to claim 5 .
前記水底高度検知装置は、俯角が深い前記反射波から順に前記水底高度の算出を行い、測定した水底位置までの直線距離が最大探知距離を超えた場合、それ以上浅い俯角における前記水底高度の算出を行わない請求項６又は請求項７記載の水中航走体。 In a state where the underwater vehicle is infiltrating and the water bottom is detected by the water bottom detection determination process.
The water bottom altitude detection device calculates the water bottom altitude in order from the reflected wave having a deep depression angle, and when the linear distance to the measured water bottom position exceeds the maximum detection distance, the water bottom altitude is calculated at a shallower depression angle. The underwater vehicle according to claim 6 or 7, wherein the above is not performed.
前記送波ビームが水底で反射した反射波を方向が異なる複数の受波ビームで受信手段によって受信する受信工程と、
前記受信手段によって受信した前記反射波に基づいて、前記水中航走体の前方の複数の方向の水底高度を算出する処理工程と、
を有し、
前記処理工程は、前記水中航走体の直下からの前記反射波に基づいて算出された前記水底高度に応じた非算出範囲を設定し、該非算出範囲以遠の前記反射波のみに基づいて前記水底高度を算出する水底高度検知方法。 From the transmitting means provided in the underwater vehicle traveling underwater, the wave transmitting beam is transmitted in a predetermined angle range including directly below and in front of and below the underwater vehicle with respect to the traveling direction of the underwater vehicle. Transmission process and
A receiving process in which the reflected wave reflected by the transmitting beam at the bottom of the water is received by a receiving means with a plurality of receiving beams having different directions.
A processing step of calculating the bottom altitude in a plurality of directions in front of the underwater vehicle based on the reflected wave received by the receiving means, and a processing step.
Have a,
In the processing step, a non-calculation range corresponding to the water bottom altitude calculated based on the reflected wave from directly below the underwater vehicle is set, and the water bottom is based only on the reflected wave beyond the non-calculation range. water bottom altitude detecting how to calculate the altitude.
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