JP6991544B2

JP6991544B2 - 水中航走体の管制方法及び水中航走体の管制システム

Info

Publication number: JP6991544B2
Application number: JP2017071896A
Authority: JP
Inventors: 岡秀金; 裕幸大和
Original assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Current assignee: National Institute of Maritime Port and Aviation Technology
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2022-01-12
Anticipated expiration: 2037-03-31
Also published as: JP2018172056A

Description

本発明は、水底探査等の調査作業等を行う水中航走体の管制方法及び管制システムに関する。

海洋や湖沼等において、調査水域に水中航走体を投入して水底探査等の調査作業等を行う場合、水上に位置する船舶や水中に配置された装置が水中航走体に対する制御を行っている。
例えば特許文献１には、母船とケーブル接続された水中ステーションを海中に配設し、音響トランスポンダを探査地点近くの海底に配置し、複数の無索式無人潜水艇を水中ステーション及び音響トランスポンダと超音波信号を用いて通信させすることで誘導し、必要に応じて無索式無人潜水艇を水中ステーションにドッキングさせて充電又は電池交換と探査データの吸い上げを行う技術が開示されている。
また、特許文献２には、第１トランスポンダ、第１受波器及び第２受波器を備えた水中ステーションを母船から海中に吊り下げ、海底に第２トランスポンダを設置し、探査用の自律型無人航走体に第３トランスポンダ及び第３受波器を設け、水中ステーションは第２トランスポンダの信号を第１受波器で受信することによって定点保持を図り、自律型無人航走体は、探査中は第２トランスポンダの信号を第３受波器で受信することによって自航し、動力が減少すると第１トランスポンダの信号を第３受波器で受信することによって水中ステーションに向かって航走し、水中ステーションは第３トランスポンダの信号を第２受波器で受信することによって自律型無人航走を収容するための姿勢制御を行う技術が開示されている。
また、特許文献３には、水上に位置する母船に送波器を設け、探査用の無人潜水機に受波器を設け、母船から無人潜水機に制御信号を送る水中音響通信において、画素信号のハフ変換を利用して伝送誤りを補正する技術が開示されている。
また、特許文献４には、母船と水中航走体との間における通信を中継する自走中継器を観察領域の水面近傍に配置し、自走中継器と母船との間の通信は電波通信で行い、自走中継器と水中航走体との間の通信は音響通信で行うことによって、水平方向の通信可能距離を向上させる技術が開示されている。

特開平３－２６６７９４号公報特開２００３－２６０９０号公報特開平５－１４７５８３号公報特開２００１－３０８７６６号公報

ところで、水中航走体は速度が遅いため１台だけでは広い水域を調査するのに時間がかかるが、エネルギー消費の面などから水中航走体の速度を上げるのには限界がある。そこで、広い水域を効率よく調査するために複数台の水中航走体を投入することが考えられる。しかし、水中航走体を複数台投入した場合、水中航走体をしっかりと管制しなければ、水中航走体が行方不明となったり、水中航走体同士の衝突や水中航走体が険しい水底地形等へ衝突する等のおそれがある。
特許文献１記載の発明は、無索式無人潜水艇を誘導する音響トランスポンダが海底に固定されていたり、水中ステーションが母船とケーブルで接続されていたりするため、複数の無索式無人潜水艇の位置に応じて音響トランスポンダ及び水中ステーションを自由に移動させて管制領域を変更することが困難である。従って、誘導可能な領域から無索式無人潜水艇が外れた場合、そのまま見失ってしまう可能性が高い。
特許文献２記載の発明は、第２トランスポンダが海底に固定され、水中ステーションが母船から吊り下げられているため、自律型無人航走体の位置に応じて第２トランスポンダ及び水中ステーションを自由に移動させて管制領域を変更することが困難である。従って、誘導可能な領域から自律型無人航走体が外れた場合、そのまま見失ってしまう可能性が高い。
特許文献３記載の発明は、水中音響通信が水面や海底の反射音の影響を受けやすいことを考慮し、伝送誤りを含んでいても正しい制御信号を推定することで無人潜水機が無制御状態に陥ることを防止しようとするものである。しかし、無人潜水機が母船を頂点とした略円錐状の水中音響通信可能領域を超えた場合には通信が途絶してしまう。また、複数の無人潜水機を投入した場合の制御等について開示するものではない。
特許文献４記載の発明は、自走中継器が自己の現在位置情報と水中航走体の現在位置情報とに基づいて水平移動の要否を判断し、水中航走体との通信状態を維持することが記載されている。また、水中航走体を複数投入することができる旨の記載がある。しかし、水中航走体を複数投入した場合に、自走中継器の移動をどのように制御し、それにより複数の水中航走体に対する管制を維持するのかについては何ら記載されていない。また、自走中継器は水中航走体と通信状態を維持するものであり、測位に基づいて移動するものではない。

そこで本発明は、複数の水中航走体を水中に展開・運用して水底探査等の調査作業等を安全かつ効率的に行うことができる水中航走体の管制方法及び水中航走体の管制システムを提供することを目的とする。

請求項１記載に対応した水中航走体の管制方法においては、水面の近傍を移動可能な移動手段を有した水上管制手段により、水の中を航走する複数の水中航走体を管制するにあたり、水上管制手段に設けた音響測位手段を利用して、水上管制手段が複数の水中航走体を測位できる管制領域に複数の水中航走体が位置するように、移動手段により水上管制手段を移動制御するとともに、水上管制手段を移動するに当り、水中航走体が管制領域を外れたことを検出してから、所定時間を待機した後、水上管制手段を移動開始することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、水上管制手段が複数の水中航走体を測位できる位置に移動するため、複数の水中航走体を管制領域内に位置させて調査作業等を継続することができる。また、管制領域から外れた水中航走体を管制領域内に戻すことができる。これにより、複数の水中航走体を展開・運用して水底探査等の調査作業等を安全かつ効率的に行うことができる。また、管制領域を外れた水中航走体が自ら管制領域内に戻ってくる可能性や、実際には管制領域内に位置する水中航走体が一時的な測位・通信障害により管制領域を外れたと検出された可能性があるため、所定時間待機させることで、水上管制手段が無用に動くことを低減できる。これにより、水上管制手段のエネルギーの浪費や、管制領域内に位置する水中航走体が管制領域から外れることを防止できる。
なお、調査作業等とは、調査作業そのものに加え、採取作業、救助作業、運搬作業等およそ水底において水中航走体が行なう作業の全体を含む。

請求項２記載の本発明は、水上管制手段と複数の水中航走体にそれぞれ設けた通信手段を利用して、移動手段により水上管制手段を移動制御することを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、水上管制手段を複数の水中航走体との通信が可能な位置に移動させることで、より安全かつ効率的に調査作業等を行うことができる。

請求項３記載の本発明は、複数の水中航走体の全てを管制できる位置に、水上管制手段を移動することを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、全ての水中航走体が水上管制手段の管制下におかれるため、より安全かつ効率的に調査作業等を行うことができる。

請求項４記載の本発明は、複数の水中航走体の最大数を管制できる位置に、水上管制手段を移動することを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、管制領域から外れる水中航走体の数を最小にすることができる。

請求項５記載の本発明は、最大数は、複数の水中航走体の数から管制領域を逸脱した水中航走体、故障した水中航走体、緊急浮上した水中航走体のいずれかを含む管制不可能数を減じた数であることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、調査可能な複数の水中航走体を管制領域内に位置させて調査作業等を継続することができる。

請求項６記載の本発明は、水上管制手段を移動するに当り、移動開始時点での管制領域の中に位置する複数の水中航走体の数が減じない範囲で移動することを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、管制領域内に位置する水中航走体の数が減少することを防止できる。

請求項７記載の本発明は、水上管制手段における複数の水中航走体の航走の記録に基づいて、水上管制手段を移動することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、水上管制手段の管制精度や移動効率を向上させることができる。

請求項８記載に対応した水中航走体の管制方法においては、水面の近傍を移動可能な移動手段を有した水上管制手段により、水の中を航走する複数の水中航走体を管制するにあたり、水上管制手段に設けた音響測位手段を利用して、水上管制手段が複数の水中航走体を測位できる管制領域に複数の水中航走体が位置するように、移動手段により水上管制手段を移動制御するとともに、水上管制手段における複数の水中航走体の航走の記録に基づいて、水上管制手段を移動し、複数の水中航走体のうちの管制領域を外れた水中航走体の航走の記録に基づいて、管制領域を外れた水中航走体が存在すると推定される方向に水上管制手段を移動することを特徴とする。
請求項８に記載の本発明によれば、水上管制手段の移動効率を向上させ、管制領域から外れた水中航走体を管制領域内により早く戻すことができる。

請求項９記載の本発明は、管制領域から外れたことを水中航走体が検出した場合に、水中航走体は、今まで航走して来た経路を逆に戻る、又は水中における深度を大きくする方向に航走することを特徴とする。
請求項９に記載の本発明によれば、水中航走体自ら管制領域内に戻ることができる。

請求項１０記載に対応した水中航走体の管制システムにおいては、水面の近傍を航走可能な移動手段を有した水上管制手段と、水の中を航走する複数の水中航走体と、水上管制手段に設けた音響測位手段とを備え、水上管制手段が複数の水中航走体を音響測位手段により測位できる管制領域に複数の水中航走体が位置するように、移動手段により水上管制手段を移動制御する移動制御手段を水上管制手段に備え、移動制御手段は、水中航走体が管制領域を外れたことを検出してから、所定時間を待機した後、水上管制手段を移動開始するように指示する待機制御部を有することを特徴とする。
請求項１０に記載の本発明によれば、水上管制手段が複数の水中航走体を測位できる位置に移動するため、複数の水中航走体を管制領域内に位置させて調査作業等を継続することができる。また、管制領域から外れた水上管制手段を管制領域内に戻すことができる。これにより、複数の水中航走体を見失うことなく広い水域を安全かつ効率的に調査することができる。また、管制領域を外れた水中航走体が自ら管制領域内に戻ってくる可能性や、実際には管制領域内に位置する水中航走体が一時的な測位・通信障害により管制領域を外れたと検出された可能性があるため、所定時間待機させることで、水上管制手段が無用に動くことを低減できる。これにより、水上管制手段のエネルギーの浪費や、管制領域内に位置する水中航走体が管制領域から外れることを防止できる。

請求項１１記載の本発明は、水上管制手段と複数の水中航走体にそれぞれ通信手段をさらに備え、移動制御手段が複数の水中航走体と通信手段が通信できる管制領域に複数の水中航走体が位置するように移動制御することを特徴とする。
請求項１１に記載の本発明によれば、水上管制手段を複数の水中航走体との通信が可能な位置に移動させることで、より安全かつ効率的に調査作業等を行うことができる。

請求項１２記載の本発明は、移動制御手段は、複数の水中航走体の数を管理する数管理部を有することを特徴とする。
請求項１２に記載の本発明によれば、水上管制手段の移動を、水中航走体の数に基づいて制御することができる。

請求項１３記載の本発明は、数管理部は、複数の水中航走体の数から管制領域を逸脱した水中航走体、故障した水中航走体、緊急浮上した水中航走体のいずれかを含む管制不可能数を考慮して水中航走体の数を管理することを特徴とする。
請求項１３に記載の本発明によれば、調査可能な複数の水中航走体を管制領域内に位置させて調査作業等を継続することができる。

請求項１４記載の本発明は、移動制御手段は、水上管制手段を移動するに当り、移動開始時点での管制領域の中に位置する複数の水中航走体の数が減じない範囲で移動するように制御することを特徴とする。
請求項１４に記載の本発明によれば、管制領域内に位置する水中航走体の数が減少することを防止できる。

請求項１５記載の本発明は、移動制御手段は、複数の水中航走体の航走を記録する航走記録部を有することを特徴とする。
請求項１５に記載の本発明によれば、水上管制手段の管制精度や移動効率を向上させることができる。

請求項１６記載に対応した水中航走体の管制システムにおいては、水面の近傍を航走可能な移動手段を有した水上管制手段と、水の中を航走する複数の水中航走体と、水上管制手段に設けた音響測位手段とを備え、水上管制手段が複数の水中航走体を音響測位手段により測位できる管制領域に複数の水中航走体が位置するように、移動手段により水上管制手段を移動制御する移動制御手段を水上管制手段に備え、移動制御手段は、複数の水中航走体の航走を記録する航走記録部を有し、航走記録部における複数の水中航走体の航走の記録に基づいて、移動制御手段が、管制領域を外れた水中航走体が存在すると推定される方向に水上管制手段を移動するように制御することを特徴とする。
請求項１６に記載の本発明によれば、水上管制手段の移動効率を向上させ、管制領域から外れた水中航走体を管制領域内により早く戻すことができる。

請求項１７記載の本発明は、水中航走体に航走制御手段と自機測位手段を有し、航走制御手段は、水中航走体が管制領域から外れたことを検出した場合に、自機測位手段により自機の位置を推定し、今まで航走して来た経路を逆に戻る、又は水中における深度を大きくする方向に水中航走体の航走させることを特徴とする。
請求項１７に記載の本発明によれば、水中航走体自ら管制領域内に戻ることができる。

本発明の水中航走体の管制方法によれば、水上管制手段が複数の水中航走体を測位できる位置に移動するため、複数の水中航走体を管制領域内に位置させて調査作業等を継続することができる。また、管制領域から外れた水中航走体を管制領域内に戻すことができる。これにより、複数の水中航走体を展開・運用して水底探査等の調査作業等を安全かつ効率的に行うことができる。また、管制領域を外れた水中航走体が自ら管制領域内に戻ってくる可能性や、実際には管制領域内に位置する水中航走体が一時的な測位・通信障害により管制領域を外れたと検出された可能性があるため、所定時間待機させることで、水上管制手段が無用に動くことを低減できる。これにより、水上管制手段のエネルギーの浪費や、管制領域内に位置する水中航走体が管制領域から外れることを防止できる。

また、水上管制手段と複数の水中航走体にそれぞれ設けた通信手段を利用して、移動手段により水上管制手段を移動制御する場合には、水上管制手段を複数の水中航走体との通信が可能な位置に移動させることで、より安全かつ効率的に調査作業等を行うことができる。

また、複数の水中航走体の全てを管制できる位置に、水上管制手段を移動する場合には、全ての水中航走体が水上管制手段の管制下におかれるため、より安全かつ効率的に調査作業等を行うことができる。

また、複数の水中航走体の最大数を管制できる位置に、水上管制手段を移動する場合には、管制領域から外れる水中航走体の数を最小にすることができる。

また、最大数は、複数の水中航走体の数から管制領域を逸脱した水中航走体、故障した水中航走体、緊急浮上した水中航走体のいずれかを含む管制不可能数を減じた数である場合には、調査可能な複数の水中航走体を管制領域内に位置させて調査作業等を継続することができる。

また、水上管制手段を移動するに当り、移動開始時点での管制領域の中に位置する複数の水中航走体の数が減じない範囲で移動する場合には、管制領域内に位置する水中航走体の数が減少することを防止できる。

また、水上管制手段における複数の水中航走体の航走の記録に基づいて、水上管制手段を移動する場合には、水上管制手段の管制精度や移動効率を向上させることができる。

また、複数の水中航走体のうちの管制領域を外れた水中航走体の航走の記録に基づいて、管制領域を外れた水中航走体が存在すると推定される方向に水上管制手段を移動することで、水上管制手段の移動効率を向上させ、管制領域から外れた水中航走体を管制領域内により早く戻すことができる。

また、管制領域から外れたことを水中航走体が検出した場合に、水中航走体は、今まで航走して来た経路を逆に戻る、又は水中における深度を大きくする方向に航走する場合には、水中航走体自ら管制領域内に戻ることができる。

また、本発明の水中航走体の管制システムによれば、水上管制手段が複数の水中航走体を測位できる位置に移動するため、複数の水中航走体を管制領域内に位置させて調査作業等を継続することができる。また、管制領域から外れた水上管制手段を管制領域内に戻すことができる。これにより、複数の水中航走体を見失うことなく広い水域を安全かつ効率的に調査することができる。また、管制領域を外れた水中航走体が自ら管制領域内に戻ってくる可能性や、実際には管制領域内に位置する水中航走体が一時的な測位・通信障害により管制領域を外れたと検出された可能性があるため、所定時間待機させることで、水上管制手段が無用に動くことを低減できる。これにより、水上管制手段のエネルギーの浪費や、管制領域内に位置する水中航走体が管制領域から外れることを防止できる。

また、水上管制手段と複数の水中航走体にそれぞれ通信手段をさらに備え、移動制御手段が複数の水中航走体と通信手段が通信できる管制領域に複数の水中航走体が位置するように移動制御する場合には、水上管制手段を複数の水中航走体との通信が可能な位置に移動させることで、より安全かつ効率的に調査作業等を行うことができる。

また、移動制御手段は、複数の水中航走体の数を管理する数管理部を有する場合には、水上管制手段の移動を、水中航走体の数に基づいて制御することができる。

また、数管理部は、複数の水中航走体の数から管制領域を逸脱した水中航走体、故障した水中航走体、緊急浮上した水中航走体のいずれかを含む管制不可能数を考慮して水中航走体の数を管理する場合には、調査可能な複数の水中航走体を管制領域内に位置させて調査作業等を継続することができる。

また、移動制御手段は、水上管制手段を移動するに当り、移動開始時点での管制領域の中に位置する複数の水中航走体の数が減じない範囲で移動するように制御する場合には、管制領域内に位置する水中航走体の数が減少することを防止できる。

また、移動制御手段は、複数の水中航走体の航走を記録する航走記録部を有する場合には、水上管制手段の管制精度や移動効率を向上させることができる。

また、航走記録部における複数の水中航走体の航走の記録に基づいて、移動制御手段が、管制領域を外れた水中航走体が存在すると推定される方向に水上管制手段を移動するように制御することで、水上管制手段の移動効率を向上させ、管制領域から外れた水中航走体を管制領域内により早く戻すことができる。

また、水中航走体に航走制御手段と自機測位手段を有し、航走制御手段は、水中航走体が管制領域から外れたことを検出した場合に、自機測位手段により自機の位置を推定し、今まで航走して来た経路を逆に戻る、又は水中における深度を大きくする方向に水中航走体の航走させる場合には、水中航走体自ら管制領域内に戻ることができる。

本発明の実施形態による水中航走体の管制システムの概略構成図同水中航走体の外観斜視図同水上管制手段の制御ブロック図同水上管制手段の制御フロー図同水中航走体の制御ブロック図同水中航走体の制御フロー図

以下に、本発明の実施形態による水中航走体の管制方法及び水中航走体の管制システムについて説明する。

図１は本実施形態による水中航走体の管制システムの概略構成図、図２は水中航走体の外観斜視図である。
図１では、海洋や湖沼等において、調査水域に１台の水上管制手段２０を進水させ、複数の水中航走体３０を投入し、水底の鉱物資源やエネルギー資源等の調査作業等を行う状態を示している。水上管制手段２０及び水中航走体３０は、支援船１０に積載して調査水域まで運搬してきたものである。
水上管制手段２０及び水中航走体３０は無人かつ無索で自律航走するロボットであり、水面の近傍に配置された水上管制手段２０が、電波の届かない水中で調査作業等を行う複数の水中航走体３０に対して音響信号を利用した管制を行っている。

水上管制手段２０には、洋上中継器（ＡＳＶ：ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＳｕｒｆａｃｅＶｅｈｉｃｌｅ）を用いている。水上管制手段２０は、端部が半球面となった筒型の本体２０ａと、本体２０ａの上面に延設された垂直翼２０ｂとを備える。支援船１０から調査水域に進水させた水上管制手段２０は、本体２０ａが水中に没して垂直翼２０ｂの上部が水面上に突き出た半潜水状態で用いられる。垂直翼２０ｂの上部には、ＧＰＳ等の自己位置把握手段２１と、衛星通信アンテナ及び無線ＬＡＮアンテナ等の海上通信手段２２が搭載されている。水上管制手段２０は、自己位置把握手段２１を用いてＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）衛星１からのＧＮＳＳ信号を受信することにより、自己の位置を把握できる。また、海上通信手段２２を用いて支援船１０との通信を行うことができる。
また、本体２０ａの後部には舵及びプロペラを有する移動手段２３が設けられており、移動手段２３によって水面の近傍を移動することができる。
また、本体２０ａの下面には、音響測位手段２４及び通信手段２５が設けられている。通信手段２５は、音波を送信する送波器と音波を受信する受波器とを有する。水上管制手段２０は、音響測位手段２４を用いて水中航走体３０の位置を測定すると共に、通信手段２５を用いて水中航走体３０と音響信号による双方向通信を行い、水中航走体３０を管制している。水上管制手段２０から水中に向けて発信される音響信号が到達し易いのは、水上管制手段２０を頂点とした略円錐状の範囲であるため、この略円錐状の範囲を水上管制手段２０が管制する管制領域Ｘとしている。

水中航走体３０には、水上管制手段２０との接続にケーブルを用いずに水中を自律的に航走する無索自律無人型の航走体（ＡＵＶ：ＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＶｅｈｉｃｌｅ）を用いている。水上管制手段２０は複数の水中航走体３０を音響信号を用いて管制するため、水上管制手段２０にケーブル用の設備を設ける必要が無く、また、ケーブルが絡んだり、ケーブルによって水上管制手段２０の移動が制限されたりすることがない。
図１では、複数の水中航走体３０を、１台の第１水中航走体３０Ａと、２台の第２水中航走体３０Ｂとした場合を示している。第１水中航走体３０Ａ及び第２水中航走体３０Ｂには、舵や推進器などの航走手段３１が設けられており、この航走手段３１によって水中を航走及び潜航することができる。また、水中航走体３０には、自機の位置の測定に用いる自機測位手段３２と、水上管制手段２０との音響信号による双方向通信に用いる通信手段３３と、水上管制手段２０の音響測位手段２４から発せられる信号に対して返答を行う音響トランスポンダ（図示無し）が設けられている。通信手段３３は、音波を送信する送波器と音波を受信する受波器とを有する。水中航走体３０は、水上管制手段２０による測位が所定回数失敗した場合や、水上管制手段２０との通信に所定回数失敗した場合などは、緊急浮上させて支援船１０に回収することができる。
ホバリング型の第１水中航走体３０Ａは、第２水中航走体３０Ｂよりも航走速度を遅くすることができる。また、垂直スラスタや水平スラスタを有し、第２水中航走体３０Ｂよりも動きの自由度が高く、水流等がある場所においても位置を保持することができるため、主に水底近くでの精密な調査作業等を担う。
図２（ａ）は第２水中航走体３０Ｂの上方斜視図、図２（ｂ）は第２水中航走体３０Ｂの下方斜視図である。航走型の第２水中航走体３０Ｂは、第１水中航走体３０Ａよりも機敏かつ高速に動くことができるため、主に水底から離れた位置でより広い範囲における調査作業等を担う。

次に、水上管制手段２０の制御について、図３及び図４を用いて説明する。
図３は水上管制手段２０の制御ブロック図、図４は水上管制手段２０の制御フロー図である。
水上管制手段２０は、自己位置把握手段２１、海上通信手段２２、移動手段２３、音響測位手段２４、通信手段２５、管制設定部２６及び移動制御手段２７を備える。
移動制御手段２７は、数管理部２７Ａ、待機制御部２７Ｂ、位置推定部２７Ｃ、航走記録部２７Ｄ及び管制判断部２７Ｅを有する。

支援船１０に乗船しているオペレーターは、水上管制手段２０を支援船１０から調査水域に進水させる前に、管制設定部２６を用いて、水上管制手段２０に対して、水上管制手段２０の移動範囲、管制すべき水中航走体３０の数や性能などといった管制に必要な情報を入力することにより管制設定を行う（ステップ１）。
ステップ１の後、調査水域に進水した水上管制手段２０は、ステップ１で設定された管制設定に従って水中航走体３０の管制を開始する。まず、音響測位手段２４を用いて複数の水中航走体３０のそれぞれの位置を測定し、測位結果を移動制御手段２７に送信する（ステップ２）。
ステップ２の後、通信手段２５を用いて複数の水中航走体３０のそれぞれとの通信状態を測定し、測定結果を移動制御手段２７に送信する（ステップ３）。通信状態は、例えばシグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）で把握する。
移動制御手段２７は、受信したステップ２における測位結果とステップ３における測定結果に基づいて、複数の水中航走体３０のそれぞれの航走経路を時刻とともに航走記録部２７Ｄに記録する（ステップ４）。

ステップ４の後、数管理部２７Ａは、ステップ１における管制設定で入力された水中航走体３０の数と、ステップ４で航走経路が記録された水中航走体３０の数とを比較し、管制すべき水中航走体３０の全数が管制領域Ｘ内に位置するか否かを判断する（ステップ５）。
ステップ５において、管制すべき水中航走体３０の数と航走経路が記録された水中航走体３０の数が同じか多いと判断した場合、すなわち管制すべき水中航走体３０の全数が管制領域Ｘ内に位置すると判断した場合には、その結果を管制判断部２７Ｅに送信する。
この場合において、移動制御手段２７は、航走記録部２７Ｄに記録された航走経路等に基づいて複数の水中航走体３０の行動を予測し、その予測結果に基づいて水中航走体３０が管制領域Ｘから外れないように水上管制手段２０を移動するように制御してもよい。これにより、水中航走体３０が管制領域Ｘから外れることを未然に防ぐことができる。
なお、水上管制手段２０を移動するに当り、移動開始時点での管制領域Ｘの中に位置する複数の水中航走体３０の数が減じない範囲で移動することが好ましい。これにより、管制領域Ｘ内に位置する水中航走体３０の数が減少することを防止できる。

ステップ５において、管制すべき水中航走体３０の数よりも航走経路が記録された水中航走体３０の数が少ないと判断した場合、すなわち管制すべき水中航走体３０の一部又は全数が管制領域Ｘを外れたと判断した場合には、位置推定部２７Ｃは、航走記録部２７Ｄに記録された水中航走体３０の航走経路に基づいて、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０が存在する方向を推定する（ステップ６）。
ステップ６の後、待機制御部２７Ｂは、ステップ５において水中航走体３０が管制領域Ｘを外れたことが最初に検出されたときから所定時間経過したか否かを判断する（ステップ７）。
ステップ７において、所定時間経過していないと判断した場合には、ステップ５に戻り、管制すべき水中航走体３０の全てが管制領域Ｘ内にいるか否かを再度判断する。
ステップ７において、所定時間経過したと判断した場合には、待機制御部２７Ｂは、ステップ５の判断結果を管制判断部２７Ｅに送信すると共に、水上管制手段２０の移動を開始するように指示する（ステップ８）。これにより移動手段２３が動作して水上管制手段２０が移動する。
管制すべき水中航走体３０の一部又は全数が管制領域Ｘを外れたと判断した場合であっても、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０が自ら管制領域Ｘ内に戻ってくる可能性や、実際には管制領域Ｘ内に位置しているものの一時的な測位・通信障害により管制領域Ｘを外れたと誤って検出された可能性等があるため、本実施形態のように、水上管制手段２０を移動するに当り、水中航走体３０が管制領域Ｘを外れたことを検出してから所定時間待機し、その間にステップ５の判断を所定回数繰り返すことで、水上管制手段２０が無用に動くことを低減できる。これにより、水上管制手段２０のエネルギーの浪費や、管制領域Ｘ内に位置する水中航走体３０が管制領域Ｘから外れてしまうことを防止できる。
また、位置推定部２７Ｃが、航走記録部２７Ｄに記録された水中航走体３０の航走経路に基づいて、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０が存在する方向を推定し、移動制御手段２７がこの推定結果に基づいて移動手段２３を制御することで、水上管制手段２０の管制精度や移動効率を向上させ、管制領域Ｘから外れた水中航走体３０を管制領域Ｘ内により早く戻すことができる。

移動制御手段２７は、水上管制手段２０を移動させる場合、複数の水中航走体３０の全てを管制できる位置に水上管制手段２０が移動するように移動手段２３を制御することが好ましい。これにより、全ての水中航走体３０を水上管制手段２０の管制下におくことができるため、より安全かつ効率的に調査作業等を行うことができる。
また、複数の水中航走体３０の全数を管制できない場合は、移動制御手段２７は、複数の水中航走体３０の最大数を管制できる位置に水上管制手段２０が移動するように移動手段２３を制御することが好ましい。これにより、管制領域Ｘから外れる水中航走体３０の数を最小にすることができる。この場合、最大数は、複数の水中航走体３０の数から管制領域Ｘを逸脱した水中航走体３０、故障した水中航走体３０、緊急浮上した水中航走体３０のいずれかを含む管制不可能数を減じた数であることが好ましい。これにより、調査可能な複数の水中航走体３０を管制領域Ｘ内に位置させて調査作業等を継続することができる。
なお、音響信号は周波数が高いと集中し、低いと拡大する傾向にあるため、音響測位手段２４や通信手段２５の音響周波数を変えることにより、管制領域Ｘを変更することが可能である。また、音響信号の発信方向を変更し管制領域Ｘを変えることも可能である。
水上管制手段２０が複数の水中航走体３０を管制領域Ｘに位置するように管制するに当り、移動手段２３により水上管制手段２０を移動制御することに加えて、音響周波数を変更することや発信方向を変更して管制領域Ｘを制御することができる。また、音響周波数を連続的に変更する可変周波数制御を行い、管制領域Ｘを広げるとともに精度よく音響測位や通信を行なうこともできる。水中航走体３０の管制領域Ｘからの逸脱が軽微な場合は、これらの方法で対応することも可能である。

管制判断部２７Ｅは、数管理部２７Ａ又は待機制御部２７Ｂから送信された判断結果に基づいて、管制設定を変更するか否かを判断する（ステップ９）。
ステップ９では、数管理部２７Ａから判断結果を受信した場合であって、管制すべき水中航走体３０の数と航走経路が記録された水中航走体３０の数が同じ場合には、管制設定を変更せず、ステップ２となる。
また、数管理部２７Ａから判断結果を受信した場合であって、管制すべき水中航走体３０の数よりも航走経路が記録された水中航走体３０の数が多い場合には、ステップ１となり、管制設定部２６は、管制領域Ｘに戻った水中航走体３０を含めた管制設定に変更する。これにより、管制領域Ｘに戻った水中航走体３０を含めて管制を継続することができる。
また、待機制御部２７Ｂから判断結果を受信した場合、すなわち管制領域Ｘを外れた水中航走体３０があるとの判断結果を受信した場合には、ステップ１となり、管制設定部２６は、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０を除いた管制設定に変更する。これにより、管制領域Ｘを外れた水中航走体３０を除いて管制を継続することができる。

このように本実施形態によれば、複数の水中航走体３０の数を管理する数管理部２７Ａを有することで、水上管制手段２０の移動を、水中航走体３０の数に基づいて制御することができる。
また、水上管制手段２０が複数の水中航走体３０を測位できる位置に移動するため、複数の水中航走体３０を管制領域Ｘ内に位置させて調査作業等を継続することができる。
また、水上管制手段２０を複数の水中航走体３０との通信が可能な位置に移動させることで、より安全かつ効率的に調査作業等を行うことができる。
これらにより、複数の水中航走体３０を見失うことなく広い水域を安全かつ効率的に調査することができる。

次に、水中航走体３０の制御について、図５及び図６を用いて説明する。
図５は水中航走体３０の制御ブロック図、図６は水中航走体３０の制御フロー図である。
水中航走体３０は、航走手段３１、自機測位手段３２、通信手段３３、深度計３４、航走制御手段３５及び航走設定部３６を備える。
航走制御手段３５は、深度制御部３５Ａ、緊急制御部３５Ｂ、位置推定部３５Ｃ、経路記録部３５Ｄ、管制領域判断部３５Ｅを有する。

支援船１０に乗船しているオペレーターは、水中航走体３０を支援船１０から調査水域に投入する前に、航走設定部３６を用いて、水中航走体３０に対して、水中航走体３０の調査範囲や調査対象などといった調査に必要な情報を入力することにより航走条件設定を行う（ステップ１１）。
ステップ１１の後、調査水域に投入された複数の水中航走体３０は、ステップ１１で設定された航走条件に従って潜航及び航走を開始する（ステップ１２）。
ステップ１２の後、水中航走体３０は、自機測位手段３２を用いて自機の位置を測定し、航走制御手段３５に送信する（ステップ１３）。自機位置の測定は、例えば、速度センサ及びジャイロセンサを搭載し、自機の速度及び加速度を検出して算出することにより行う。
ステップ１３の後、通信手段３３を用いて水上管制手段２０との通信状態を測定し、測定結果を航走制御手段３５に送信する（ステップ１４）。通信状態は、例えばシグナル／ノイズ比（Ｓ／Ｎ比）で把握する。
航走制御手段３５は、受信したステップ１３における測位結果とステップ１４における測定結果に基づいて、自機の航走経路を時刻と共に経路記録部３５Ｄに記録する（ステップ１５）。
ステップ１５の後、管制領域判断部３５Ｅは、経路記録部３５Ｄに記録された航走経路に基づいて、自機が管制領域Ｘ内にいるか否かを判断する（ステップ１６）。
ステップ１６において、自機が管制領域Ｘ内にいると判断した場合には、ステップ１３に戻る。
ステップ１６において、自機が管制領域Ｘ内にいないと判断した場合には、位置推定部３５Ｃは、自機測位手段３２による測位結果と、深度計３４による測定結果と、経路記録部３５Ｄに記録された航走経路に基づいて、自機の位置を推定し、管制領域Ｘに戻る経路を選択する（ステップ１７）。
ステップ１７において、記録された航走経路を逆に航走して管制領域Ｘに戻る経路を選択した場合には、緊急制御部３５Ｂが、今まで航走して来た経路を逆に戻るように航走手段３１の制御を行う。また、管制領域Ｘは傘状に広がっているため、ステップ１７において、深度を大きくして管制領域Ｘに至る経路を選択した場合には、深度制御部３５Ａが、自機の深度を大きくするように航走手段３１の制御を行う（ステップ１８）。これにより、水中航走体３０が自ら管制領域Ｘに戻り、水上管制手段２０の管制を再び受けながら作業を継続することができる。

本発明の水中航走体の管制方法及び水中航走体の管制システムは、複数の水中航走体を調査水域に展開・運用して水底探査等の調査作業等を安全かつ効率的に行うことができる。

２０水上管制手段
２３移動手段
２４音響測位手段
２５通信手段
２７移動制御手段
２７Ａ数管理部
２７Ｂ待機制御部
２７Ｄ航走記録部
３０水中航走体
３３通信手段
３５航走制御手段
Ｘ管制領域

Claims

水面の近傍を移動可能な移動手段を有した水上管制手段により、水の中を航走する複数の水中航走体を管制するにあたり、前記水上管制手段に設けた音響測位手段を利用して、前記水上管制手段が複数の前記水中航走体を測位できる管制領域に複数の前記水中航走体が位置するように、前記移動手段により前記水上管制手段を移動制御するとともに、前記水上管制手段を移動するに当り、前記水中航走体が前記管制領域を外れたことを検出してから、所定時間を待機した後、前記水上管制手段を移動開始することを特徴とする水中航走体の管制方法。
前記水上管制手段と複数の前記水中航走体にそれぞれ設けた通信手段を利用して、前記移動手段により前記水上管制手段を移動制御することを特徴とする請求項１に記載の水中航走体の管制方法。
複数の前記水中航走体の全てを管制できる位置に、前記水上管制手段を移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水中航走体の管制方法。
複数の前記水中航走体の最大数を管制できる位置に、前記水上管制手段を移動することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水中航走体の管制方法。
前記最大数は、複数の前記水中航走体の数から前記管制領域を逸脱した前記水中航走体、故障した前記水中航走体、緊急浮上した前記水中航走体のいずれかを含む管制不可能数を減じた数であることを特徴とする請求項４に記載の水中航走体の管制方法。
前記水上管制手段を移動するに当り、移動開始時点での前記管制領域の中に位置する複数の前記水中航走体の数が減じない範囲で移動することを特徴とする請求項１から請求項５のうちの１項に記載の水中航走体の管制方法。
前記水上管制手段における複数の前記水中航走体の航走の記録に基づいて、前記水上管制手段を移動することを特徴とする請求項１から請求項６のうちの１項に記載の水中航走体の管制方法。
水面の近傍を移動可能な移動手段を有した水上管制手段により、水の中を航走する複数の水中航走体を管制するにあたり、前記水上管制手段に設けた音響測位手段を利用して、前記水上管制手段が複数の前記水中航走体を測位できる管制領域に複数の前記水中航走体が位置するように、前記移動手段により前記水上管制手段を移動制御するとともに、前記水上管制手段における複数の前記水中航走体の航走の記録に基づいて、前記水上管制手段を移動し、複数の前記水中航走体のうちの前記管制領域を外れた前記水中航走体の前記航走の記録に基づいて、前記管制領域を外れた前記水中航走体が存在すると推定される方向に前記水上管制手段を移動することを特徴とする水中航走体の管制方法。
前記管制領域から外れたことを前記水中航走体が検出した場合に、前記水中航走体は、今まで航走して来た経路を逆に戻る、又は前記水中における深度を大きくする方向に航走することを特徴とする請求項１から請求項８のうちの１項に記載の水中航走体の管制方法。
水面の近傍を航走可能な移動手段を有した水上管制手段と、水の中を航走する複数の水中航走体と、前記水上管制手段に設けた音響測位手段とを備え、前記水上管制手段が複数の前記水中航走体を前記音響測位手段により測位できる管制領域に複数の前記水中航走体が位置するように、前記移動手段により前記水上管制手段を移動制御する移動制御手段を前記水上管制手段に備え、前記移動制御手段は、前記水中航走体が前記管制領域を外れたことを検出してから、所定時間を待機した後、前記水上管制手段を移動開始するように指示する待機制御部を有することを特徴とする水中航走体の管制システム。
前記水上管制手段と複数の前記水中航走体にそれぞれ通信手段をさらに備え、前記移動制御手段が複数の前記水中航走体と前記通信手段が通信できる前記管制領域に複数の前記水中航走体が位置するように移動制御することを特徴とする請求項１０に記載の水中航走体の管制システム。
前記移動制御手段は、複数の前記水中航走体の数を管理する数管理部を有することを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の水中航走体の管制システム。
前記数管理部は、複数の前記水中航走体の数から前記管制領域を逸脱した前記水中航走体、故障した前記水中航走体、緊急浮上した前記水中航走体のいずれかを含む管制不可能数を考慮して前記水中航走体の数を管理することを特徴とする請求項１２に記載の水中航走体の管制システム。
前記移動制御手段は、前記水上管制手段を移動するに当り、移動開始時点での前記管制領域の中に位置する複数の前記水中航走体の数が減じない範囲で移動するように制御することを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の水中航走体の管制システム。
前記移動制御手段は、複数の前記水中航走体の航走を記録する航走記録部を有することを特徴とする請求項１０から請求項１４のうちの１項に記載の水中航走体の管制システム。
水面の近傍を航走可能な移動手段を有した水上管制手段と、水の中を航走する複数の水中航走体と、前記水上管制手段に設けた音響測位手段とを備え、前記水上管制手段が複数の前記水中航走体を前記音響測位手段により測位できる管制領域に複数の前記水中航走体が位置するように、前記移動手段により前記水上管制手段を移動制御する移動制御手段を前記水上管制手段に備え、前記移動制御手段は、複数の前記水中航走体の航走を記録する航走記録部を有し、前記航走記録部における複数の前記水中航走体の航走の記録に基づいて、前記移動制御手段が、前記管制領域を外れた前記水中航走体が存在すると推定される方向に前記水上管制手段を移動するように制御することを特徴とする水中航走体の管制システム。
前記水中航走体に航走制御手段と自機測位手段を有し、前記航走制御手段は、前記水中航走体が前記管制領域から外れたことを検出した場合に、前記自機測位手段により自機の位置を推定し、今まで航走して来た経路を逆に戻る、又は水中における深度を大きくする方向に前記水中航走体の航走させることを特徴とする請求項１０から請求項１６のうちの１項に記載の水中航走体の管制システム。