JP6987854B2 - 水中装置を測位する装置及び方法 - Google Patents
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Description
−水域の表面に配置した浮きが、受信した無線周波数信号に基づいて位置を特定する;
−この浮きを、水域に浸漬した剛構造体上に配置した送信機のネットワークに接続し、各送信機が、音響信号によって、共有クロックに従い浮きの位置情報を送信する;
−送信した音響信号の受信機は、各送信機によって送信した位置情報に基づいてその位置を特定し、受信した各同一信号の時間シフトを測定する。
−船で剛構造体を輸送することで、船上の空間が減少する;
−位置情報の送信には、長く、そのため不正確になりやすい又は受信機に到達しない可能性があるメッセージを、長時間にわたって送信することを伴う;
−1個の浮きのみが存在することが多く、その結果、LOSが限定されて、位置の精度が低下する;
−システムが数個の浮きを含む場合、これらの浮きには、各浮きに約1メートルの相対的位置精度があり、システムの全体的な精度を低下させる。
−少なくとも2つの水面トランスポンダであって、各水面トランスポンダは、地理位置情報(geolocation)システムの、少なくとも2つの衛星信号源によって送信した無線信号の受信機を含む、水面トランスポンダを含み、
−各水面トランスポンダは:
−水面トランスポンダと地理位置情報システムからの少なくとも2つの信号源との間の少なくとも1つの無線擬似距離を推定する手段;
−特定の深さに中立浮力を持つように構成した浮きに対するアタッチメント;及び
−無線擬似距離を表す情報を水中装置に通信する手段;及び
−音響信号を水中装置に送信するように構成した、地理位置情報システムの時間に同期された水中音響送信機を含み、
−水中装置は:
−少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す情報を受信する手段;
−少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した音響信号を受信するように構成した音響信号受信機;
−少なくとも2つの水中音響送信機と水中装置との間の1つ又は複数の音響擬似距離を特定する手段;及び
−水面トランスポンダの1つを中心にした地球基準座標系における装置の位置を計算する手段であって、確率論的推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該推定を、少なくとも以下の測定結果(measurement):
−受信手段によって受信した無線擬似距離を表す情報の選択;
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算する手段を含む。
−水面トランスポンダの各送信機は、複数のチャンネル上で、複数の周期信号の線型結合を音響的に送信し、このとき、送信される擬似距離1つにつき1つのチャンネルを割り当て、各チャンネルは、地理位置情報システムからの経時的なクロック信号、又は情報が送信されることとなる無線擬似距離の1つを表すもののどちらかであり、各周期信号を、送信する無線擬似信号無線の値の関数として、時間シフトし;
−音響受信機は、異なる音響チャンネル上での異なる音響信号の到着時間と比較することによって、無線擬似距離を表す情報を再構成する。
−無線受信機と水中音響送信機の同一位置をシミュレートする理論上の無線擬似距離の測定;及び
−各送信機による、理論上の無線擬似距離値の測定結果の送信を命令するための送信
を実行する計算手段を含む。
−深さセンサ;
−慣性測定ユニット;及び
−磁力計
の中の少なくとも1つの更なるセンサを含み、該装置の位置を計算する手段は、確率推定プロセスを実行する演算ユニットであって、該推定を、少なくとも以下の測定結果:
−受信手段によって受信する無線擬似距離を表す情報の選択;
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択;及び
−少なくとも1つの更なるセンサからの測定結果の選択
を用いて実行する演算ユニットを含む。
−少なくとも2つの水面トランスポンダによって、地理位置情報システムの少なくとも2つの衛星信号源によって送信した無線信号を受信するステップ;
−水面トランスポンダと、地理位置情報システムからの少なくとも2つの信号源との間の少なくとも1つの無線擬似距離を推定するステップ;
−トランスポンダを特定の深さで中立浮力を有するように構成した浮きに取着するステップ;
−トランスポンダによって、無線擬似距離を表す情報を、水中装置に通信するステップ;
−音響信号を水中装置に送信するように構成した、地理位置情報システムの時間に同期されたトランスポンダによって、水中で音響を送信するステップ;
−少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す情報を、水中装置の受信手段によって、受信するステップ;
−少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す音響信号を、水中装置の受信機によって、受信するステップ;
−水面トランスポンダの少なくとも2つの水中音響送信機と水中装置との間の1つ又は複数の音響擬似距離を特定するステップ;及び
−水面トランスポンダの1つを中心にした地球基準座標系における装置の位置を計算するステップであって、位置を計算するための手段は、確率論的推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該推定を、少なくとも以下の測定結果:
−受信手段によって受信した無線擬似距離を表す情報の選択;
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算するステップ
を含むことを特徴とする。
−少なくとも2つの水面トランスポンダ125、130及び/又は135であって、各水面トランスポンダは、地理位置情報(Geolocation)システム200の、少なくとも2つの衛星信号源165、170及び/又は175によって送信した無線信号の受信機160を含む、水面トランスポンダを含み、
−各水面トランスポンダは:
−水面トランスポンダと地理位置情報システムからの少なくとも2つの信号源との間の少なくとも1つの無線擬似距離を推定する手段180;
−特定の深さで中立浮力を持つように構成した浮きに対するアタッチメント185;
−無線擬似距離を表す情報を水中装置に通信する手段140;及び
−音響信号を水中装置に送信するように構成した、地理位置情報システムの時間に同期された水中音響送信機140を含み、
−水中装置は:
−少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す情報を受信する手段145;
−少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した音響信号を受信するように構成した音響信号受信機145;
−少なくとも2つの水中音響送信機と水中装置との間の1つ又は複数の音響擬似距離を特定する手段150;及び
−水面トランスポンダの1つを中心にした地球基準座標系における装置の位置を計算する手段155であって、確率論的推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該推定を、少なくとも以下の測定結果:
−受信手段によって受信した無線擬似距離を表す情報の選択;
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算する手段155を含む。
−源165、170又は175によって送信した信号と、トランスポンダ125、130又は135におけるローカルクロックと同期して再構成した、同信号のローカルレプリケーションとの時差を計算し;
−例えば真空中の光の速度の値等の、波動伝播速度定数に、受信した信号とローカルレプリケーションとの時差を乗ずることによって、擬似距離を計算する。
−源125、130又は135によって送信した信号と、水中装置105、110、115又は120でのローカルクロックと同期して再構成した、同信号のローカルレプリケーションとの時差を計算し;
−例えば海水中での音速の値等の、波動伝播速度定数に、受信した信号とローカルレプリケーションとの時差を乗ずることによって、擬似距離を計算する。
−三辺測量で、特定手段150によって擬似距離を特定した各トランスポンダ125、130及び/又は135に対する、水中装置105、110、115又は120の位置を計算し;
−三辺測量で、地理位置情報システム200の源165、170及び/又は175に対する、特定手段150によって擬似距離を特定した各トランスポンダ125、130及び/又は135の位置を計算し;
−推移律(transitivity)に基づいて、地理位置情報システム200の衛星源165、170及び/又は175に対する、水中装置105、110、115又は120の位置を計算する
ように構成される。
−状態ベクトルの各要素が、数値を有する一次元又は多次元の数値変数である、状態ベクトルの漸進的な合成(progressive construction)。以下の変数が挙げられる:地理位置情報システム200の衛星源165、170及び/又は175に対する確率推定を実行する水中装置105、110、115又は120が新たな3D位置を取る各時点での、地理位置情報システム200の各無線受信機と水中装置との間の、秒単位のクロック差、地理位置情報システム200の各無線受信機と衛星源165、170及び/又は175との間の、秒単位のクロック差;
−測定ベクトルの漸進的な合成。各測定結果は、測定プロセスから来るランダム変数である。音響及び無線擬似距離の測定結果だけでなく、例えば、深さ、加速又は周囲の磁気の測定結果も挙げることができる;
−測定残差ベクトルの漸進的な合成。各測定残差は、測定ベクトルの測定結果と状態ベクトルとの関数である。この残差は、その数値(一次元又は多次元であり、対象の測定結果と同一又は異なる次元を有する)が、測定結果に誤差がないと考えられる場合にはゼロと等しくなり、この誤差が増加すると考えられる際には、値が増大することを特徴とする;
−最後に、状態ベクトルを更新する通常のプロセス。このプロセスの目的は、新たな値を探索することによって上記状態ベクトルを再評価することであり、その結果として、測定残差ベクトルの特定のノルムをできるだけ減少させる目的で、測定残差ベクトルを再評価することである。これを達成するためには、確率論的(probabilistic)と称される、複数の方法がある。これらの方法は、確率論によって、状態ベクトルの反復更新から、方向及び値を求めることが可能になるという点において、確率論的と呼ばれる。所謂「QR」分解、コレスキ分解に基づく、一般逆行列に基づく方法、又は、モンテカルロ法として知られる準ランダム探索の方法、又は遺伝学の分野からの進化論に基づく方法を挙げることができる;
−任意には、プロセス全体に望ましくない効果をもたらすと考えられる状態値及び測定結果を除去するプロセスを追加できる。
−無線受信機160と水中音響送信機140の同一位置をシミュレートする理論上の無線擬似距離の測定;及び
−各送信機140による、理論上の無線擬似距離値の測定結果の送信を命令するための送信
を実行する計算手段134を含む。
−深さセンサ;
−慣性測定ユニット;及び
−磁力計
の中の少なくとも1つの更なるセンサ190を含み、該装置の位置を計算する手段155は、確率推定プロセスを実行する演算ユニットであって、該推定を、少なくとも以下の測定結果:
−受信手段によって受信する無線擬似距離を表す情報の選択;
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択;及び
−少なくとも1つの上記更なるセンサからの測定結果の選択
を用いて実行する演算ユニットを含む。
−少なくとも3つのトランスポンダ125、130及び135、及びセンサ190;又は
−少なくとも4つのトランスポンダ125、130及び135
を含む。
−トランスポンダを特定の深さで中立浮力を有するように構成した浮きに取着するステップ305;
−少なくとも2つの水面トランスポンダによって、地理位置情報システムの少なくとも2つの衛星信号源によって送信した無線信号を受信するステップ310;
−水面トランスポンダと、地理位置情報システムからの少なくとも2つの信号源との間の少なくとも1つの無線擬似距離を推定するステップ315;
−トランスポンダによって、無線擬似距離を表す情報を、水中装置に通信するステップ320;
−音響信号を水中装置に送信するように構成した、地理位置情報システムの時間に同期されたトランスポンダによって、水中で音響を送信するステップ325;
−少なくとも2つの水中トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す情報を、水中装置の受信手段によって、受信するステップ330;
−少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す音響信号を、水中装置の受信機によって、受信するステップ335;
−水面トランスポンダの少なくとも2つの水中音響送信機と水中装置との間の1つ又は複数の音響擬似距離を特定するステップ340;及び
−水面トランスポンダの1つを中心にした地球基準座標系で装置の位置を計算するステップ345であって、位置を計算する手段は、確率論的推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該推定を、少なくとも以下の測定結果:
−受信手段によって受信した無線擬似距離を表す情報の選択;
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算するステップ345を含む。
Claims (16)
- 水中装置(105、110、115、120)を測位するシステム(100)であって、該システムは:
−少なくとも2つの水面トランスポンダ(125、130、135)であって、前記各水面トランスポンダは、地理位置情報システム(200)の信号の、少なくとも2つの衛星源(165、170、175)によって送信した無線信号の受信機(160)を含む、水面トランスポンダを含み、
−前記各水面トランスポンダは:
−前記水面トランスポンダと前記地理位置情報システムからの前記少なくとも2つの信号源との間の少なくとも1つの無線擬似距離を推定する手段(180);
−特定の深さに中立浮力を持つように構成した浮きに対するアタッチメント(185);
−前記無線擬似距離を表す情報を前記水中装置に通信する手段(140);及び
−音響信号を前記水中装置に送信するように構成した水中音響送信機(140)を含み、
−前記水中装置は:
−前記少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した前記無線擬似距離を表す情報を受信する手段(145);
−前記少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した前記音響信号を受信するように構成した音響信号受信機(145);
−少なくとも2つの前記水中音響送信機と前記水中装置との間の1つ又は複数の音響擬似距離を特定する手段(150);及び
−前記水面トランスポンダの1つを中心にした地球基準座標系における前記装置の位置を計算する手段(155)であって、前記位置を計算するための確率推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、前記確率推定プロセスは、該確率推定を、少なくとも以下の測定結果:
−前記受信手段によって受信した前記無線擬似距離を表す情報の選択;
−前記特定手段によって特定した前記音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算する手段(155)
を含むことを特徴とするシステム(100)。 - 少なくとも1つの前記水中音響送信機(140)は、前記地理位置情報システム(200)の無線受信機(160)の内部クロックに同期されている、請求項1に記載のシステム(100)。
- 前記音響送信機(140)と前記通信手段(140)は、全く同一であり、前記音響送信機は、前記無線擬似距離を表す情報を前記水中装置に通信する、請求項1又は2に記載のシステム(100)。
- 水中装置の前記受信機(145)と前記受信手段(145)は、全く同一であり、前記受信機は、前記少なくとも2つの水面トランスポンダによって送信した前記無線擬似距離を表す情報を受信する、請求項3に記載のシステム(100)。
- −水面トランスポンダ(125、130、135)の前記各送信機(140)は、複数のチャンネル上で、複数の周期信号の線型結合を音響的に送信し、このとき、送信される擬似距離1つにつき1つのチャンネルを割り当て、前記各チャンネルは、前記地理位置情報システム(200)からの経時的なクロック信号、又は情報が送信されることとなる前記無線擬似距離の1つを表す信号のどちらかであり、前記各周期信号を、送信する前記無線擬似距離の値の関数として、時間シフトし;
−前記音響受信機(145)は、前記異なる音響チャンネル上での前記異なる音響信号の到着時間を比較することによって、前記無線擬似距離を表す情報を再構成する、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載のシステム(100)。 - 少なくとも1つの前記水面トランスポンダ(125、130、135)は、少なくとも2つの前記水中音響送信機(140)を含む、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載のシステム(100)。
- 前記少なくとも2つの前記水中音響送信機(140)を取着するための構造体(132)を含み、前記水面トランスポンダ(130)は、前記衛星源(165、170、175)によって送信した信号の前記受信機に対する、地球基準座標系におけるこれらの水中音響送信機の位置を特定する手段(133)、及び以下の動作:
−前記無線受信機と前記水中音響送信機の同一位置をシミュレートする理論上の無線擬似距離の測定;及び
−前記各送信機による、前記理論上の無線擬似距離値の測定結果の送信を命令するための送信
を実行する計算手段を含む、請求項6に記載のシステム(100)。 - 少なくとも1つの前記水面トランスポンダ(125)は、前記地理位置情報システム(200)に対する位置を特定する手段(186)を含み、前記送信機(140)は、前記特定した位置を表す情報の項目を、前記水中装置(105、110、115、120)に送信し、前記水中装置の前記計算手段(155)を、前記地理位置情報システム(200)の座標系に対する位置を計算するように構成する、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のシステム(100)。
- 少なくとも2つの前記水中装置(105、115)を含む、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のシステム(100)。
- 少なくとも1つの前記水面トランスポンダ(125、130、135)は、所定の少なくとも1つの水中装置から、1つ又は複数の水中装置の位置を受信し、前記1つ又は複数の水中装置の前記位置を表す情報を、少なくとも1つの第2の水中装置に再送するように構成した通信手段(140)を含み、前記所定の水中装置を、少なくとも1つの前記水中装置の前記位置を表す情報の項目を、少なくとも1つの前記水面トランスポンダに送信するように構成する、請求項9に記載のシステム(100)。
- 前記少なくとも1つの水中装置(105、110、115、120)は、前記計算した位置を表す情報の項目を、少なくとも第2の所定の水中装置に通信する手段を含む、請求項10に記載のシステム(100)。
- 前記少なくとも1つの水中装置(105)は、前記少なくとも1つの水中装置(110)の位置情報の項目を表示する手段(195)を含む、請求項1から請求項11のいずれか一項に記載のシステム(100)。
- 1つ又は複数の前記水中装置の位置に対する情報の項目を表示するための、水面上方に配置する、手段(210)を含む、請求項1から請求項12のいずれか一項に記載のシステム(100)。
- 少なくとも1つの前記水中装置(110)は:
−深さセンサ;
−慣性測定ユニット;及び
−磁力計
の中の少なくとも1つの更なるセンサ(190)を含み、前記装置の前記位置を計算する前記手段(155)は、確率推定プロセスを実行する演算ユニットであって、該確率推定を、少なくとも以下の測定結果:
−前記受信手段によって受信する前記無線擬似距離を表す情報の選択;
−前記特定手段によって特定した前記音響擬似距離の選択;及び
−少なくとも1つの前記更なるセンサからの測定結果の選択
を用いて実行する演算ユニットを含む、請求項1から請求項13のいずれか一項に記載のシステム(100)。 - 少なくとも1つの前記装置(110)を、ブレスレットに埋め込む、請求項1から請求項14のいずれか一項に記載のシステム(100)。
- 水中装置を測位する方法(300)であって、該方法は:
−トランスポンダを特定の深さで中立浮力を有するように構成した浮きに取着するステップ(305);
−少なくとも2つの前記水面トランスポンダによって、地理位置情報システムの少なくとも2つの衛星信号源によって送信した無線信号を受信するステップ(310);
−前記水面トランスポンダと、前記地理位置情報システムからの前記少なくとも2つの信号源との間の少なくとも1つの無線擬似距離を推定するステップ(315);
−トランスポンダによって、前記無線擬似距離を表す情報を、前記水中装置に通信するステップ(320);
−音響信号を前記水中装置に送信するように構成したトランスポンダによって、水中で音響を送信するステップ(325);
−少なくとも2つの前記水面トランスポンダによって送信した前記無線擬似距離を表す情報を、前記水中装置の受信手段によって、受信するステップ(330);
−少なくとも2つの前記水面トランスポンダによって送信した前記無線擬似距離を表す音響信号を、前記水中装置の受信機によって、受信するステップ(335);
−前記水面トランスポンダの少なくとも2つの水中音響送信機と前記水中装置との間の1つ又は複数の音響擬似距離を特定するステップ(340);及び
−前記水面トランスポンダの1つを中心にした地球基準座標系における前記装置の前記位置を計算するステップ(345)であって、位置を計算する手段は、前記位置を計算するための確率推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該確率推定を、少なくとも以下の測定結果:
−前記受信手段によって受信した前記無線擬似距離を表す情報の選択;
−前記特定手段によって特定した前記音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算するステップ(345)
を含むことを特徴とする、方法。
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