JP5813090B2

JP5813090B2 - 位置取得装置、水中航走体、位置取得装置の運用方法及び水中航走体の運用方法

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Publication number: JP5813090B2
Application number: JP2013273201A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎浅野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: JP2015127178A

Description

本発明は、水中航走体に搭載される位置取得装置、水中航走体、位置取得装置の運用方法及び水中航走体の運用方法に関するものである。

水中を航走する水中航走体１０が自己位置を計測する方法としては、ＩＮＳ（慣性航法装置）、ＤＶＬ（対地速度計）又は方位計等を用いる方法があり、これにより、航走した経路を算出できる。
なお、水中航走体に搭載される位置取得装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特開平５−１３１９７８号公報

ＩＮＳは、ジャイロや加速度計で測定しながら、積分によって、水中航走体の速度や移動距離を算出するものであるが、実際の位置と算出された位置との差が時間とともに増大するという問題がある。また、ＤＶＬは、海底地形に対して、ドップラー効果によって対地速度を測定するものであるが、時間経過とともに測定誤差が大きくなっていく。さらに、ＤＶＬは、音響ビームが海底に届かない深深度海域では用いることができない。方位計は、水中航走体の方位を測定できるが、海潮流によって水中航走体が流されていることまでは測定できない。

そして、ＩＮＳ、ＤＶＬ及び方位計を組み合わせて使用したとしても、水中航走体の絶対位置を取得して誤差を修正する必要がある。そのため、水中航走体は、ＧＰＳ信号によって絶対座標系を計測しなければならず、目的地まで正確に航走させるためには、頻繁にＧＰＳ信号を受信しなければならない。

しかし、ＧＰＳアンテナを海上に出すため、水中航走体が海面付近まで浮上するとした場合、浮上動作によって、水中航走体のエネルギーと時間を浪費することになる。また、水中航走体の海面付近への浮上は、海面の気象が安定していることが前提となる。荒天の状況下では、水中航走体が大きく動揺し波を被るため、ＧＰＳアンテナによってＧＰＳ信号を受信することが困難であり、絶対位置を取得できない。

なお、上記特許文献１に開示されたものでは、水面上に浮上させたブイ１５を水中航走体１で回収することができず使い捨てとなり、また、ブイ１５の個数にも限りがある。そのため、運用コストが増大し、経済性に劣るとともに、水中航走体１が想定外の潮流により流されて測位回数が想定外の回数に達してしまった場合にはブイ１５の個数が足りなくなり、水中航走体１を目標地点Ｂに到達させることができなくなってしまうおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、運用コストを低減させることができ、水中航走体を確実に目標地点に到達させることができる位置取得装置、水中航走体、位置取得装置の運用方法及び水中航走体の運用方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る水中航走体に搭載される位置取得装置は、ＧＰＳ用アンテナと、ＧＰＳ受信機と、第１の音響通信モデムと、浮力体とを有し、ケーブルによって、水中航走体に回収可能な通信ブイと、前記水中航走体に搭載される第２の音響通信モデムを有する本体部とを備え、前記ＧＰＳ用アンテナ及び前記ＧＰＳ受信機で前記通信ブイの現在位置情報を取得し、前記通信ブイの前記現在位置情報に関する情報の通信を前記第１の音響通信モデムと前記第２の音響通信モデムとの間で行い、前記水中航走体の位置を取得することを特徴とする。

この構成によれば、例えば、リールを正回転させることによりリールからケーブルを繰り出して、通信ブイを水面に浮上させることができ、リールを逆回転させることによりリールにケーブルを巻き取って、通信ブイを回収することができる。すなわち、１つの通信ブイを何度でも水面に浮上させ、かつ、回収することができる。これにより、運用コストを低減させることができ、水中航走体を確実に目標地点に到達させることができる。

また、水面には、水中航走体に比べて慣性質量及び容積が非常に小さく、波浪の影響を受けにくい（波浪の動きに追従しやすい）通信ブイのみが漂うことになるので、通信衛星、ＧＰＳ衛星や航空機、艦船等との通信時における通信の安定化を図ることができる。

さらに、通信ブイを水面に浮上させるだけで、水中航走体は一定の深度で航走させたまま通信ブイ（すなわち、水中航走体）の現在位置情報を取得することができる。これにより、水中航走体を水面あるいは水面近くまで浮上させる必要がなくなり、浮上のためのエネルギー、時間ロスが必要なくなる。その結果、水中航走体の航続距離を増大させることができる。
なお、リアルタイムかつ時系列的に取得された通信ブイの現在位置情報、及び、通信ブイと水中航走体との距離に基づいて、水中航走体や海潮流の速度を算出できる。その結果、実際の経路と計画経路との差が分かるため、次の通過経路点（WAY POINT）等の目標地点までの経路を修正できる。

上記発明において、前記通信ブイは、前記ＧＰＳ用アンテナと、前記ＧＰＳ受信機と、前記浮力体とを有するアンテナ部と、前記第１の音響通信モデムを有する制御部とを備え、前記アンテナ部と前記制御部とが通信ケーブルで結ばれてもよい。

この構成によれば、通信ブイ（すなわち、アンテナ部及び制御部）を浮上させた後、制御部を数ｍ〜１０ｍ程度吊下させることで、通信ブイのアンテナ部のみを水面に浮上させられることになる。
すなわち、通信ケーブルを繰り出すことで、水面には、通信ブイに比べて慣性質量及び容積が小さく、通信ブイよりも波浪の影響を受けにくい（波浪の動きに追従しやすい）通信ブイのアンテナ部のみが漂うことになるので、水中航走体と制御部との音響通信時に発生する周波数変調を低減させることができ、通信衛星、ＧＰＳ衛星や航空機、艦船等との通信時における通信の安定化をさらに図ることができる。

上記構成において、前記通信ブイは、通信衛星送受信機を備えてもよく、前記通信衛星送受信機と通信衛星とが双方向通信してもよい。

この構成によれば、収集・蓄積されたステータスデーターや観測データーなどを本体部の第２の音響通信モデムから、通信ブイに搭載された第１の音響通信モデムへ送信し、通信衛星用送受信機から、通信衛星を経由して陸上施設や艦船、航空機等へデーターを伝送することも可能である。

本発明に係る水中航走体は、上記いずれかの水中航走体に搭載される位置取得装置を具備している。

本発明に係る水中航走体に搭載される位置取得装置の運用方法は、ＧＰＳ用アンテナと、ＧＰＳ受信機と、第１の音響通信モデムと、浮力体とを有し、ケーブルによって、水中航走体に回収可能な通信ブイと、前記水中航走体に搭載される第２の音響通信モデムを有する本体部とを備える位置取得装置の運用方法であって、前記ＧＰＳ用アンテナ及び前記ＧＰＳ受信機で前記通信ブイの現在位置情報を取得し、前記通信ブイの前記現在位置情報に関する情報の通信を前記第１の音響通信モデムと前記第２の音響通信モデムとの間で行い、前記水中航走体の位置を取得することを特徴とする。

本発明によれば、運用コストを低減させることができ、水中航走体を確実に目標地点に到達させることができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の構成を示す図であって、通信ブイが本体部から離れている状態を示す図である。本発明の第１実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の電気系統を示す図である。本発明の第１実施形態に係る通信ブイが浮上を開始した状態を示す概念図である。本発明の第１実施形態に係る通信ブイが海面に浮上し、海面において通信衛星等と通信している状態を示す概念図である。本発明の第１実施形態に係る通信ブイに収容された音響通信モデムと、本体部に収容された音響通信モデムとの間で、通信ブイに収容されたＧＰＳ用アンテナ及びＧＰＳ受信機で取得した通信ブイの現在位置情報のやりとりを行っている状態を示す概念図である。本発明の第１実施形態に係る通信ブイを回収している状態を示す概念図である。本発明の第１実施形態に係る通信ブイが海面に浮上していく際、及び海面において通信衛星等と通信する際の状態（姿勢）を示す概念図である。本発明の第１実施形態に係る通信ブイが海面に浮上し、海面において通信衛星等と通信している状態を示す概念図である。本発明の第２実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の構成を示す図であって、通信ブイが本体部から離れ、かつ、通信ブイのアンテナ部が制御部から離れている状態を示す図である。本発明の第２実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の構成を示す図であって、通信ブイが本体部から離れている状態を示す図である。本発明の第２実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の電気系統を示す図である。本発明の第２実施形態に係る通信ブイが浮上を開始した状態を示す概念図である。本発明の第２実施形態に係る通信ブイが浮上した状態を示す概念図である。本発明の第２実施形態に係る通信ブイのアンテナ部が海面に浮上し、制御部を吊下させた状態であり、海面においてアンテナ部が通信衛星等と通信している状態を示す概念図である。本発明の第２実施形態に係る通信ブイの制御部に収容された音響通信モデムと、本体部に収容された音響通信モデムとの間で、通信ブイアンテナ部に収容されたＧＰＳ用アンテナ及びＧＰＳ受信機で取得した通信ブイの現在位置情報のやりとりを行っている状態を示す概念図である。本発明の第２実施形態に係る通信ブイを回収している状態を示す概念図である。本発明の第２実施形態に係る通信ブイが海面に浮上し、海面において通信衛星等と通信している状態を示す概念図である。通信ブイの現在位置情報から水中航走体の現在位置を取得する代表的な算出方法を説明するための図である。アンテナ部の現在位置情報から水中航走体の現在位置を取得する代表的な算出方法を説明するための図である。アンテナ部又は通信ブイの現在位置情報と海潮流の方向、速度から水中航走体の（現在）位置、速度、進路方位を求める代表的な算出方法を説明するための図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る水中航走体１０に搭載される位置取得装置２０及びその運用方法について、図１から図８を参照しながら説明する。
図３から図６、及び図８に示すように、本実施形態に係る位置取得装置２０が搭載される水中航走体１０は、後部にフィン１１及びプロペラ１２を備えている。
また、水中航走体１０の内部には、プロペラ１２を回転駆動する電動モータ、フィン１１を駆動制御する操舵装置、慣性航法装置、対地速度計、方位計２３、深度計２４、各種電気機器へ電力を供給する電池等が搭載されている。

図１又は図２に示すように、位置取得装置２０は、通信ブイ２１と、本体部２２と、を備えている。
通信ブイ２１は、通信衛星用アンテナ３１と、通信衛星送受信機３２と、管制器３３と、２次電池３４と、非接触充電器３５と、ＧＰＳ用アンテナ３６と、ＧＰＳ受信機３７と、記録器３８と、光（電磁波）通信機（光（電磁波）通信モデム）３９等を有する第１通信手段と、浮上検出器４０と、音響通信モデム（音響通信機）４１等を有する第２通信手段と、浮力体４２と、耐圧殻４３と、を備えている。
本体部２２は、非接触充電器５１と、２次電池５２と、管制器５３と、光（電磁波）通信機（光（電磁波）通信モデム）５４と、リール５５と、記録器５６と、音響通信モデム（音響通信機）５７と、収納筒５８と、筐体５９を備えている。
なお、本実施形態において、通信ブイ２１及び本体部２２に備えられた通信機として光（電磁波）通信機３９，５４を一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、無線通信機又は赤外線通信機等の適用も可能である。また、２次電池５２、管制器５３、記録器５６、音響通信モデム５７は、水中航走体１０側に設けられてもよい。

浮力体４２は、シンタクチックフォーム等の浮力材を流体力学形状に成形したものであり、その頂部には、通信衛星用アンテナ３１及びＧＰＳ用アンテナ３６が取り付けられている。
なお、ＧＰＳ用アンテナ３６を通信衛星用アンテナ３１と兼用とし、通信衛星用アンテナ３１のみを浮力体４２の頂部に取り付けるようにしてもよい。

耐圧殻４３は、耐圧性を有する格納容器（圧力容器）であり、その内部には、通信衛星送受信機３２、管制器３３、２次電池３４、非接触充電器３５、ＧＰＳ受信機３７、記録器３８、光（電磁波）通信機３９等を有する第１通信手段、圧力計、加速度計等の浮上検出器４０、音響通信モデム（音響通信機）４１等を有する第２通信手段の他、図示しない光・信号変換機等が収容されている。
そして、通信ブイ２１の外形は、浮力体４２の外形と、耐圧殻４３の外形とで形成されることになる。

収納筒５８は、その内部に通信ブイ２１を収容する筒状の部材であり、その頂部には、通信ブイ２１を収容する際に通信ブイ２１を収容筒５８内に案内するガイド６０が設けられており、その内部における下端部には、通信ブイ２１を収容する際に通信ブイ２１の非接触充電器３５を、収容筒５８の下端部に設けられた非接触充電器５１に案内し、光通信機３９，５４が互いに近接するよう案内するとともに、通信ブイ２１の下面（底面）が着座する座６１が設けられている。
筐体５９には、リール５５、モータ兼テンショナー６２が収容されている。

リール５５には、ケブラーや炭素繊維等で作られた高張力ケーブル６３が所定の長さ巻き付けられている。高張力ケーブル６３の一端は、スイベル６４に固定されており、高張力ケーブル６３の他端は、リール５５に固定されている。
なお、通信ブイ２１を海面（又は水面）６５に浮上させる際、及び通信ブイ２１が海面６５にて通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７（図８参照）や図示しない航空機、艦船等にデータを送信したり、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等から送信されてきたデータを受信したりする際に、高張力ケーブル６３が絡まぬよう海流（水流）等から受けるテンションに応じて、又は通信ブイ２１の浮力により受けるテンションが通信ブイの浮力以上加わらないようにリール５５が回転されて、フリーもしくは適度なテンションで高張力ケーブル６３を繰り出せる設定になっている。ここで、高張力ケーブル６３のテンションとは、通信ブイ２１の浮力より十分小さい値で、かつ、高張力ケーブル６３が弛まない値である。また、高張力ケーブル６３は、電力線を伴わない直径数ｍｍ（例えば、１ｍｍ程度）の細線であり、このような細線を用いることで、仮に捻りが生じても、電力線より許容性が高く、また、高張力ケーブル６３に生じる水中抗力を低減でき、通信ブイ２１に高張力ケーブル６３を介して大きなテンションが作用しない。この結果、通信ブイ２１を小型化することができる。

また、図１及び図２中の符号６２は、リール５５を回転駆動させる（回転数計、ラチェット付きの）モータ兼テンショナーであり、高張力ケーブル６３のテンションを計測しながらモータ回転数を適切に制御できる。もしくは、ラチェットを開放することで、通信ブイの浮力や海流から作用する、高張力ケーブル６３に生じるテンションをフリーな状態にして、高張力ケーブル６３を繰り出すことができる。
さらに、本体部２２の内部に収容された管制器５３には、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に通信ブイ２１を海面６５に浮上させた後、通信ブイ２１を回収するプログラムが組み込まれており、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に通信ブイ２１が海面６５に浮上し、その後、通信ブイ２１が回収されるようになっている。

通信ブイ２１が収容筒５８内に収容された状態において、本体部２２内に収容された２次電池５２から、耐圧殻４３内に収容された２次電池３４に、非接触充電器３５，５１を介して充電されるとともに、通信ブイ２１の下端部に取り付けられた光（電磁波）通信機３９と、収容筒５８の下端に設けられた光（電磁波）通信機５４との間でデータの通信が行われる。
なお、電池３４，５２としては、２次電池の他、１次電池や燃料電池等を用いることもできる。

つぎに、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に、図３に示すように通信ブイ２１の浮上が開始される。
つづいて、図４に示すように、通信ブイ２１が海面６５に浮上したら、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等との通信を開始する。

つぎに、図５に示すように、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等との通信が終了したら、ＧＰＳ衛星６７から得られた通信ブイ２１の現在位置情報を、通信ブイ２１内に収容された音響通信モデム４１から本体部２２内に収容された音響通信モデム５７へ送信する。なお、水中航走体１０で収集・蓄積されたステータスデーターや観測データーなどを本体部２２の音響通信モデム５７から送信することもできる。このとき、通信ブイ２１に搭載された音響通信モデム４１が各データーを受信し、通信衛星用アンテナ３１から、通信衛星６６を経由して陸上施設や艦船、航空機等へデーターを伝送することも可能である。

つづいて、図６に示すように、ＧＰＳ衛星６７から得られた通信ブイ２１の（現在）位置情報が本体部２２内に収容された音響通信モデム５７により受信されたら、あるいは高張力ケーブル６３が最大限繰り出されて（伸びきって）高張力ケーブル６３にテンション（張力）が加わるようになったら（加わり始めたら）、モータ兼テンショナー６２（図１及び図２参照）を逆回転させ、通信ブイ２１を回収する。
また、通信ブイ２１が海面６５に浮上した際には、浮上検出器４０で海面浮上したことを確認する。この他、浮上が停止することからテンションが大きく変化することが予想されるため、モータ兼テンショナー６２で計測しておき、浮上のタイミング並びに通信ブイ２１の浮遊時間を設定しておき、設定時間に達したらリールを駆動し通信ブイ２１を回収してもよい。

なお、通信ブイ２１が海面６５に浮上していく際、及び海面６５において通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等と通信する際、モータ兼テンショナー６２は、通信ブイ２１が、図７に示すような姿勢、すなわち、通信ブイ２１の浮力中心と重心とが、（略）同一の鉛直線上に位置するような状態を保ち、かつ、高張力ケーブル６３が絡まぬよう潮流等の外乱から受けるテンションに応じて、また、通信ブイ２１の浮力以上のテンションが加わらないよう回転させられることができるようにケーブルを繰り出している。

リール５５を正回転させることによりリール５５から高張力ケーブル６３を繰り出して、通信ブイ２１を海面６５に浮上させることができ、リール５５を逆回転させることによりリール５５に高張力ケーブル６３を巻き取って、通信ブイ２１を回収することができる。
従って、１つの通信ブイ２１を何度でも海面６５に浮上させ、かつ、回収することができる。
これにより、運用コストを低減させることができ、水中航走体１０を確実に目標地点に到達させることができる。

また、海面６５には、水中航走体１０に比べて慣性質量及び容積が非常に小さく、波浪の影響を受けにくい（波浪の動きに追従しやすい）通信ブイ２１のみが漂うことになるので、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や航空機、艦船等との通信時における通信の安定化を図ることができる。

さらに、通信ブイ２１を海面に浮上させるだけで、水中航走体１０は一定の深度で航走させたまま通信ブイ２１（すなわち、水中航走体１０）の現在位置情報を取得することができる。
これにより、水中航走体１０を海面６５あるいは海面６５近くまで浮上させるためのエネルギー、時間ロスが必要なくなる。その結果、水中航走体１０の航続距離を増大させることができる。

ここで、通信ブイ２１の現在位置情報から水中航走体１０の現在位置を求める算出方法について、図１８及び図２０を参照しながら説明する。
まず、図１８に示すように、水中航走体１０の深度Ｄは、水中航走体１０に搭載されている深度計２４で求めることができる。

また、水中航走体１０と通信ブイ２１との通信距離Ｒは、音響通信モデム４１と、音響通信モデム５７との音響伝達時間から求めることができる。そして、式Ｒ^２＝Ｌ^２＋Ｄ^２から水中航走体１０と通信ブイ２１との水平移動距離Ｌを求めることができる。
そして、これら計測値をリアルタイムかつ時系列的に取得しながら、時間整合をとることで、水中航走体１０の対水速度も求めることができる。
また、通信ブイ２１からみた水中航走体１０の方位は、水中航走体１０の方位と同じになるので、水中航走体１０に搭載されている方位計２３で求めることができる。

図２０に示すように、通信ブイ２１は海潮流の影響で一定方向（図２０において上方向）に流されることになる。通信ブイ２１の現在位置をリアルタイムかつ時系列的に取得しながら、時間整合をとることで、海潮流の速度及び向きを求めることができる。そして、水中航走体１０の対水速度及び方位と海潮流の速度及び向きとを考慮して導かれる実際の水中航走体１０の経路や速度を、計画された水中航走体１０の経路や速度と比較することで、水中航走体１０が適切な対水速度と方位で航走しているかどうかが判断できる。その結果、水中航走体１０が計画経路に基づいて航行するよう、水中航走体１０の針路角や速度等を補正できる。このように、本実施形態によれば、水中航走体１０を確実に目標地点に到達させることができる。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る水中航走体１０に搭載される位置取得装置７０について、図９から図１７を参照しながら説明する。
本実施形態に係る位置取得装置７０は、通信ブイ２１の代わりに通信ブイ７１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。

図９又は図１１に示すように、通信ブイ７１は、アンテナ部８１と、制御部８２と、を備えている。
アンテナ部８１は、通信衛星用アンテナ３１と、通信衛星送受信機３２と、ＧＰＳ用アンテナ３６と、ＧＰＳ受信機３７と、浮力体４２と、を備えている。

制御部８２は、管制器３３と、２次電池３４と、非接触充電器３５と、記録器３８と、光通信機３９等を有する第１通信手段と、浮上検出器４０と、音響通信モデム４１等を有する第２通信手段と、耐圧殻４３と、リール８３、モータ兼テンショナー８４を備えている。
ここで、本実施形態における耐圧殻４３の内部には、管制器３３、２次電池３４、非接触充電器３５、記録器３８、光通信機３９等を有する第１通信手段、圧力計、加速度計等の浮上検出器４０、音響通信モデム４１等を有する第２通信手段の他、リール８３、モータ兼テンショナー８４、図示しない光・信号変換機等が収容されている。

リール８３には、通信・電力線８５が所定の長さ（数ｍ〜数１０ｍ程度）巻き付けられている。通信・電力線８５の一端は、浮力体４２の下端部に固定されており、通信・電力線８５の他端は、リール８３に固定されている。
なお、通信・電力線８５は、リール８３の回転数を計測することで適度な吊下長さとなるようにを繰り出される。通信・電力線８５は、アンテナ部８１を海面６５に浮上させる際、アンテナ部８１が海面６５にて通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７（図１７参照）や図示しない航空機、艦船等にデータを送信する際、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等から送信されてきたデータを受信する際に繰り出される。通信・電力線８５は、通信線及び電力線からなる直径数ｍｍ（例えば、１〜５ｍｍ程度）の細線である。

また、図９及び図１１中の符号８４は、リール８３を回転駆動させ、回転数計、ラチェット、スリップリング等を備えたモータ兼テンショナーであり、リール８３の回転数を計測しながら通信・電力線８５の繰出し長さを適切に制御できる。
さらに、制御部８２の内部に収容された管制器３３には、通信ブイ７１が海面６５に浮上したことを浮上検出器４０で検出し、制御部８２を吊下するようプログラムが組み込まれている。通信ブイ７１（すなわち、アンテナ部８１及び制御部８２）を浮上させた後、制御部８２を数ｍ〜１０ｍ程度吊下させることで、海面と水中での通信を行い、その後、通信・電力線８５を巻き取り、アンテナ部８１と制御部８２を連接させ、通信ブイ７１として回収されるようになっている。

なお、本実施形態において、本体部２２の内部に収容された管制器５３には、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に通信ブイ７１（すなわち、アンテナ部８１及び制御部８２）を海面６５に浮上させた後、制御部８２を海面６５から下方へ数ｍ〜１０ｍ程度吊下させることで、通信を行い、その後、通信ブイ７１を回収するプログラムが組み込まれている。また、耐圧殻４３の頂部には、アンテナ部８１の下面（底面）が着座する座８６が設けられている。

つぎに、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に、図１２に示すように通信ブイ７１の浮上が開始される。
つづいて、図１３に示すように、通信ブイ７１が海面６５まで浮上したら、図１４に示すように、アンテナ部８１のみを海面６５に浮上させて、制御部８２を海面６５から下方へ吊下させる。その後、アンテナ部８１で通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等との通信を開始する。

つぎに、図１５に示すように、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等との通信が終了したら、ＧＰＳ衛星６７から得られた通信ブイ７１（より詳しくは、アンテナ部８１）の現在位置情報を、制御部８２内に収容された音響通信モデム４１から本体部２２内に収容された音響通信モデム５７へ送信する。なお、水中航走体１０で収集・蓄積されたステータスデーターや観測データーなどを本体部２２の音響通信モデム５７から送信することもできる。このとき、通信ブイ７１の制御部８２に搭載された音響通信モデム４１が各データーを受信し、通信衛星用アンテナ３１から、通信衛星を経由して陸上施設や艦船、航空機等へデーターを伝送することも可能である。

つづいて、図１６に示すように、ＧＰＳ衛星６７から得られた通信ブイ７１の現在位置情報が本体部２２内に収容された音響通信モデム５７により受信され、通信が終了したとき、あるいは、モータ兼テンショナー６２の計測結果に応じて、高張力ケーブル６３が最大限繰り出されて（伸びきって）高張力ケーブル６３にテンション（張力）が加わるようになったとき（加わり始めたとき）、モータ兼テンショナー８４（図９及び図１１参照）を逆回転させ、アンテナ部８１を回収し、その後、モータ兼テンショナー６２（図９及び図１１参照）を逆回転させ、通信ブイ７１を回収する。
また、アンテナ部８１が海面６５に浮上した際には、浮上検出器４０で海面に浮上したことを確認する。アンテナ部８１が海面６５に浮上した際、浮上が停止することからテンションが大きく変化することが予想されるため、浮上のタイミング並びに通信ブイ７１の浮遊時間を設定しておき、設定時間に達したらリールを駆動し通信ブイ７１を回収してもよい。

なお、通信ブイ７１が海面６５において通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等と通信する際、リール５５は、通信ブイ７１が、通信ブイ７１の浮力中心と重心とが、（略）同一の鉛直線上に位置するような状態を保ち、かつ、高張力ケーブル６３が絡まぬよう潮流等の外乱から受けるテンションに応じて、また、通信ブイ７１の浮力以上のテンションが加わらないよう回転させられることができるようにケーブルを繰り出している。

通信ブイ７１（すなわち、アンテナ部８１及び制御部８２）を浮上させた後、制御部８２を数ｍ〜１０ｍ程度吊下させることで、海面６５ではアンテナ部８１で通信を行う。
すなわち、海面６５には、通信ブイ７１に比べて慣性質量及び容積が小さく、通信ブイ７１よりも波浪の影響を受けにくい（波浪の動きに追従しやすい）通信ブイ７１のアンテナ部８１のみが漂うことになるので、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や航空機、艦船等との通信時における通信の安定化をさらに図ることができる。
また、一方、吊下されている制御部８２は、海面６５の波浪による動揺の影響を受けにくくなるため、音響通信モデム４１の通信も安定し、周波数変調が生じにくく、通信が安定する。更に、荒天時の波浪高さよりも深く吊下することで、水中通信の見通しが確保できるため、水中航走体１０が離隔しながらも音響通信ラインを確保できるという効果もある。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

ここで、アンテナ部８１（あるいは通信ブイ７１）の現在位置情報から水中航走体１０の現在位置を取得する代表的な算出方法について、図１９及び図２０を参照しながら説明する。
まず、図１９に示すように、水中航走体１０の深度Ｄは、水中航走体１０に搭載されている深度計２４で求めることができ、制御部８２の深度ｄ０は、予め設定されている通信・電力線８５の長さから求めることができるため、音響通信モデム４１と水中航走体との高度差ｄ１＝Ｄ−ｄ０で求めることができる。

また、水中航走体１０と制御部８２との通信距離Ｒは、音響通信モデム４１と、音響通信モデム５７との音響伝達時間から求めることができる。そして、式Ｒ^２＝Ｌ^２＋ｄ１^２から水中航走体１０と制御部８２との水平距離Ｌを求めることができる。
そして、これら計測値をリアルタイムかつ時系列的に取得しながら、時間整合をとることで、水中航走体１０の対水速度も求めることができる。
また、通信ブイ７１からみた水中航走体１０の方位は、水中航走体１０の方位と同じになるので、水中航走体１０に搭載されている方位計２３で求めることができる。

図２０に示すように、通信ブイ７１は海潮流の影響で一定方向（図２０において上方向）に流されることになる。通信ブイ７１の現在位置をリアルタイムかつ時系列的に取得しながら、時間整合をとることで、海潮流の速度及び向きを求めることができる。そして、水中航走体１０の対水速度及び方位と海潮流の速度及び向きとを考慮して導かれる実際の水中航走体１０の経路や速度を、計画された水中航走体１０の経路や速度と比較することで、水中航走体１０が適切な対水速度と方位で航走しているかどうかが判断できる。その結果、水中航走体１０が計画経路に基づいて航行するよう、水中航走体１０の針路角や速度等を補正できる。このように、本実施形態によれば、水中航走体１０を確実に目標地点に到達させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。
例えば、上述した実施形態では、水中航走体１０を航行させた状態で水中航走体１０の現在位置を取得して、水中航走体１０の針路角や速度等を補正するようにしたものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水中航走体１０を停止させて（ホバリングあるいは浮遊させて）通信ブイ２１，７１の直下に位置させて水中航走体１０の現在位置を取得して、水中航走体１０の針路角や速度等を補正するようにしてもよい。
通信可能時間は、水中航走体１０が航走する速度と搭載する高張力ケーブル６３の長さに依存するが、水中航走体１０の対水速度が０（ホバリング又は浮流状態）の場合には、通信時間の延長を図ることができる。また、高張力ケーブル６３の繰り出し長さを短くすることができ、高張力ケーブル６３の巻き取り時間を短縮することができ、リール５５を駆動するのに要する電力量を低減させることができ、省エネルギー化を図ることができる。

１０水中航走体
２０位置取得装置
２１通信ブイ
２２本体部
２３方位計
２４深度計
３６ＧＰＳ用アンテナ
３７ＧＰＳ受信機
４１音響通信モデム（第１の音響通信モデム）
４２浮力体
５５リール
５７音響通信モデム（第２の音響通信モデム）
５８収納筒
６３高張力ケーブル
６４スイベル
７０位置取得装置
７１通信ブイ
８１アンテナ部
８２制御部
８３リール
８５通信・電力線

Claims

ＧＰＳ用アンテナと、ＧＰＳ受信機と、第１の音響通信モデムと、浮力体とを有し、ケーブルによって、水中航走体に回収可能な通信ブイと、
前記水中航走体に搭載される第２の音響通信モデムを有する本体部と、
を備え、
前記通信ブイは、
前記ＧＰＳ用アンテナと、前記ＧＰＳ受信機と、前記浮力体とを有するアンテナ部と、
前記第１の音響通信モデムを有する制御部と、
を備え、
前記アンテナ部と前記制御部とが通信ケーブルで結ばれており、
前記ＧＰＳ用アンテナ及び前記ＧＰＳ受信機で前記通信ブイの現在位置情報を取得し、前記通信ブイの前記現在位置情報に関する情報の通信を前記第１の音響通信モデムと前記第２の音響通信モデムとの間で行い、前記水中航走体の位置を取得することを特徴とする位置取得装置。
前記通信ブイは、通信衛星送受信機を備え、前記通信衛星送受信機と通信衛星とが双方向通信することを特徴とする請求項１に記載の位置取得装置。
請求項１又は２に記載の位置取得装置を具備していることを特徴とする水中航走体。
ＧＰＳ用アンテナと、ＧＰＳ受信機と、第１の音響通信モデムと、浮力体とを有し、ケーブルによって、水中航走体に回収可能な通信ブイと、前記水中航走体に搭載される第２の音響通信モデムを有する本体部とを備え、前記通信ブイは、前記ＧＰＳ用アンテナと、前記ＧＰＳ受信機と、前記浮力体とを有するアンテナ部と、前記第１の音響通信モデムを有する制御部とを備え、前記アンテナ部と前記制御部とが、通信ケーブルで結ばれている位置取得装置の運用方法であって、
前記ＧＰＳ用アンテナ及び前記ＧＰＳ受信機で前記通信ブイの現在位置情報を取得し、前記通信ブイの前記現在位置情報に関する情報の通信を前記第１の音響通信モデムと前記第２の音響通信モデムとの間で行い、前記水中航走体の位置を取得することを特徴とする位置取得装置の運用方法。
前記通信ブイは、通信衛星送受信機を備え、前記通信衛星送受信機と通信衛星とが双方向通信することを特徴とする請求項４に記載の位置取得装置の運用方法。
水中航走体に具備される位置取得装置が、請求項４又は５に記載の位置取得装置の運用方法で運用されることを特徴とする水中航走体の運用方法。