ダイバー用ナビゲーション支援
ダイバー・ユニットは特定の目標物への距離と方向とを算出する。目標物が障害に遮られている場合、ダイバー・ユニットは別のダイバー・ユニットからナビゲーション支援データを受け取る。ナビゲーション支援データは両ダイバー・ユニットを結んだ共通の基準に対する方向の情報を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に水中でのナビゲーション支援に関し、さらに詳しくは、障害に遮られた目標物への方向と距離とを算出する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レクリエーションのダイビングは人気のあるスポーツであり、急速に成長している。レクリエーションのダイバーがしばしば遭遇する問題に、水中でのナビゲーションがある。ダイバーはしばしば、停泊したダイブ・ボートや水中のアトラクション（例えばさんご礁や沈没船）のような特定の場所にどうにかしてたどり着く必要がある。さらに、水中のダイバーがダイビング仲間の場所を探す必要があることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
視覚によるナビゲーションが常に役に立つとは限らない。例えばダイバーが、視界の悪い水域にいるかもしれないし、関心対象の人や物からとても遠い位置にいるかもしれない。さらに、ダイバーと所望の目標物との間に障害物があるかもしれない。これらのような状況では、ダイバーは方向を知るために浮上する必要があるかもしれない。浮上には減圧が必要となるため不便かもしれない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は浮上を必要としない水中でのナビゲーションを容易にするダイバー用ナビゲーション支援を提供する。ナビゲーション支援（以下、ダイバー・ユニットとも言う）はダイバーの腕に装着されてもよい。ダイバー・ユニットはソナー周波数を通じてボート・ユニット、ビーコン・ユニット、又はその他のダイバー・ユニットと通信する。ボート・ユニット、ビーコン・ユニット、又はその他のダイバー・ユニットは同じ周波数と時分割多元接続方式とを使用して通信する。目標物への距離と方向とを獲得するために、さまざまな技術が使用され得る。目標物はダイブ・ボートかもしれないし、水中アトラクションに位置するビーコンかもしれないし、仲間のダイバーかもしれない。
【０００５】
発明の一つの態様では、２個のダイバー・ユニット間で方向情報を通信するためのプロトコルが確立される。２個のダイバー・ユニット間で方向情報を通信できるため、第１のダイバー・ユニットは第２のダイバー・ユニットに対してナビゲーション支援を提供することが可能となる。現在のところ、角度の測定における共通の基準が欠けているため、１個のダイバー・ユニットからもう１個のダイバー・ユニットへ方向情報を伝達する有効な方法は存在しない。本発明によれば、目標物に対して視界か障害に遮られていない第１のダイバー・ユニットは、第２のダイバー・ユニットの目標物への距離と方向とを算出することができ、その距離と方向との情報を第２のダイバー・ユニットに伝達することができる。第１のダイバー・ユニットから第２のダイバー・ユニットに伝達される方向情報は、第１のダイバー・ユニットと第２のダイバー・ユニットとの両方にすでに知られているか決定することができる、共通の基準線に関連する。ある実施態様では、１個のダイバー・ユニットから別のダイバー・ユニットに伝達される方向情報は、第１のダイバー・ユニットの現在地点と第２のダイバー・ユニットの現在地点とを結んだ直線を基準とする。両ダイバー・ユニットは自己の内部の角度基準に対する共通の基準線の方向を測定できるため、受信ダイバー・ユニットは受信した方向情報を自己の内部の基準に合わせて変換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
添付の図を参照すると、図１は、ボート・ユニット４、１個以上のビーコン・ユニット６、多数のダイバー・ユニット１０を備える通信システム２を説明したものである。ボート・ユニット４は通常、「マスター・ユニット」として機能し、通信システム２内の様々なエンティティ間の通信を制御する。ビーコン・ユニット６は主に指標として使用され、後述のとおりダイバー・ユニット１０へナビゲーション支援を提供できる。ビーコン・ユニット６は水面に位置していてもよいし、水中に位置していてもよい。ボート・ユニット４が存在しない場合には、ビーコン・ユニット６はマスター・ユニットとして機能することもできる。ビーコン・ユニット６が２個以上ある場合には、最も大きい（または、最も小さい）アドレスのビーコン・ユニット６をマスター・ユニットとして動作させるために選択してもよい。ダイバー・ユニット１０はダイバーに装着され又は持ち運ばれ、水中での通信とナビゲーションとに使用される。ボート・ユニット４もビーコン・ユニット６も存在しない場合、ダイバー・ユニット１０はマスター・ユニットとして機能することができる。ダイバー・ユニット１０が２以上ある場合には、最も大きい（または、最も小さい）アドレスのダイバー・ユニット１０をマスター・ユニットとして動作させるために選択してもよい。
【０００７】
図２は好適なダイバー・ユニット１０の一例を説明したものである。ダイバー・ユニット１０は、リストバンド１４に搭載された防水筐体１２を備える。ダイバー・ユニット１０は、液晶ディスプレイのような電子ディスプレイ１６、一つ以上の入力装置１８を含む。図１に示される好適な実施形態では、スクロールホイール２０と入力／送信ボタン２２とを含む。当業者であれば、ジョイスティック・コントローラーやキーボード、タッチパッドのようなその他の入力装置が、ユーザ入力のために使用可能であることを認識するであろう。さらに、ディスプレイ１６はユーザ入力を受けるためにタッチスクリーン・ディスプレイを備えてもよい。
【０００８】
ディスプレイ１６の外縁２４は、「バディ」や「ビーコン」など、ダイバー・ユニット１０の様々な機能を表示する一連のラベル２６を含む。機能表示器２８は現在選択中の機能を指す。図２において、機能表示器２８はコンパス機能が選択されていることを表す。さらに、ディスプレイ１６は、状態情報をユーザに提供するために、電力表示器３０、アラーム表示器３１のような、その他の状態表示器を表示してもよい。スクロールホイール２０を回転することや入力／送信ボタン２２を押すことで機能表示器２８を動かして機能を選択することができる。
【０００９】
スクロールホイール２０の回転の作用は、状況に依存してもよい。例えば、スクロールホイール２０を回転して所望の機能に指針２８を移動することができる。それから、入力／送信ボタン２２を押すことで機能を選択してもよい。ひとたび機能が選択されたなら、選択した機能に関連するメニューやオプション全体をスクロールするのにスクロールホイール２０の回転を使用することができる。例えば、ユーザが「バディ」を選択したとすると、スクロールホイール２０はバディの一覧全体をスクロールして、一人のバディを選択するために使用してもよい。
【００１０】
状態表示器に加えて、ディスプレイ１６はダイバーの鑑賞のための有益な情報を出力するために使用される。好適な実施態様では、ディスプレイ１６は方向指示器３２を表示することができる。詳細は後述するが、方向指示器３２は水中でナビゲーションするために目標物への方向を表すことができる。ディスプレイ１６はさらに、ダイバーに数値データ及び英数字データを表示するために、数字表示領域又は英数字表示領域を含んでもよい。表示される数値データの例は、現在の水深、特定の目標物への距離、現在の時刻、現在の緯度経度を含む。これらの例は表示され得るすべての情報の包括的な一覧を意図したものではなく、表示されてよい情報の種類を単に説明したものである。
【００１１】
図３はダイバー・ユニット１０の主な構成要素を説明した機能ブロック図である。主な構成要素として、ダイバー・ユニット１０のデータ処理と動作制御とのための処理回路５０、処理回路５０によって使用される符号とデータとを蓄えるメモリ５２、ディスプレイ１６とユーザ入力装置１８とを含むユーザ・インターフェイス５４、通信インターフェイス５６を備える。処理回路５０は一つ以上のプログラム可能なプロセッサを備えてもよく、それらは汎用マイクロプロセッサやマイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、又はこれらの組合せでもよい。メモリ５２はダイバー・ユニット１０のメモリの全階層を代表し、分散したメモリ装置を備えてもよいし、一つ以上のマイクロプロセッサの内部メモリを備えてもよい。通信インターフェイス５６は、水上で使用する無線インターフェイス５８と水中通信のためのソナー送受信器６０を備える。無線インターフェイスは例えば標準化されたＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇインターフェイスを備えてもよい。
【００１２】
ボート・ユニット４とビーコン・ユニット６とは図３で示されるのと同じ機能の構成要素を備えてもよい。しかし、ボート・ユニット４は異なるユーザ・インターフェイス５４を備えてもよい。ビーコン・ユニット６からはユーザ・インターフェイス５４を削除することができる。
【００１３】
別の実施態様では、ダイバー・ユニット１０は、ダイバーがいつ潜水したかを検知するために接触点（ｃｏｎｔａｃｔ）３６を含んでもよい。ダイバーが潜水するとき、少しの量の水流が接触点３６の間を流れ、それがダイバーの着水を表す。それに応じて、処理回路５０は無線送受信器５８を無効にして、ソナー送受信器６０を有効にしてもよい。
【００１４】
ダイバー・ユニット１０はダイバーに水中での通信とナビゲーション機能とを提供する。水中での通信は約５ｋＨｚから約２００ｋＨｚの範囲のソナー周波数で発生する。採用され得る水中での通信のための比較的単純で強固な通信システムを以下に記述する。しかし、当業者は、どの既知の通信システムであっても以下に記述するシステムと置換可能であることが分かるだろう。
【００１５】
ある好適な実施態様では、すべての水中の装置は時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）を使用して同じ周波数で通信するが、符号分割多重接続方式を採用してもよい。ＴＤＭＡは通信帯域を送信データ及び受信データとの内、少なくともいずれかに使用される連続した時間スロットに分割する。装置は自分に割り当てられた時間スロットでだけ送信及び受信との内、少なくともいずれかを行う。非繰り返し（ｎｏｎ−ｒｅｐｅａｔｉｎｇ）時間スロットの集合はフレームを構成する。標準化されたＴＤＭＡシステムでは、フレームは固定長を持ち、フレーム・タイミングはすべてのユニットに既知である。本発明では、フレームはダイバー・ユニット１０間の伝播遅延に対応した可変長フレームであり、所定のフレーム・タイミングは有さないとする。
【００１６】
図４は、マスター・ユニットの役割をする１個のボート・ユニット４とｎ個のダイバー・ユニット１０とに対応するＴＤＭＡフレームのフレーム構造を説明したものである。図４に示されるｎ人のダイバーのシナリオの例では、各ダイバー・ユニット１０は２個の時間スロットを割り当てられる。従って、２０ミリ秒の各区間ごとにフレームは２ｎ＋ｍ個のスロットを含む。ここで、ｎはダイバーの数であり、ｍはボート・ユニット４に割り当てられたスロット数である。図４に示される実施態様では、フレーム内の先頭の３個の時間スロットがボート・ユニット４に割り当てられ、このボート・ユニット４がマスター・ユニットとして機能する。各ダイバー・ユニット１０には連続した２個の時間スロットが割り当てられる。しかし、ダイバー・ユニット１０に連続した時間スロットが割り当てられる必要はない。ボート・ユニット４や他のマスター・ユニットは８個のアドレスまで持ってもよく、各アドレスに時間スロットを割り当ててもよい。当業者は１個以上のボート・ユニットが存在し得ることを正しく理解できるだろう。この場合、ボート・ユニットの一つがマスター・ユニットとして機能するために選択される。さらに、図４には図示されていないが、ビーコン・ユニット６が存在してもよいし、このビーコン・ユニット６に後述するのと同様に時間スロットを割り当ててもよい。
【００１７】
各ダイバー・ユニット１０は割り当てられた時間スロットの使用を制御する。ダイバー・ユニット１０は第１の時間スロットで送信してもよいし、第２の時間スロットを送信又は受信に使用してもよい。例えば、第１のダイバー・ユニット１０は自己の第１の時間スロットで第２のダイバー・ユニット１０にメッセージを送信して、第２のダイバー・ユニット１０が第１のダイバー・ユニット１０に、第１のダイバー・ユニット１０の第２の時間スロットを使って応答を送信してもよい。従って、送信と受信とのための連続した時間スロットの使用は、別のユニットとメッセージを交換する便利な方法を提供する。
【００１８】
図４はまた、スロットの書式を説明する。各時間スロット内に、時間スロットの先頭と末尾とにガードバンドがある。各時間スロットの残りの時間はメッセージ・データの送信に使用される。発明のある実施態様では、各時間スロットは一つのメッセージの送信又は受信に使用される。しかし、当業者はメッセージの継続期間がスロットの幅と比較して短いときは、一つの時間スロットで複数のメッセージを送信できるだろうことを正当に理解できるだろう。反対に、メッセージ長がスロットの幅よりも長い場合には、メッセージは分割され、複数のスロットで送信できるだろう。
【００１９】
図５に好適なメッセージの書式の一例が示される。メッセージは、メッセージ・ヘッダとメッセージ本文を含む。好適な実施態様では、メッセージ・ヘッダは同期信号（８ビット）、コマンド（８ビット）、宛先アドレス（３２ビット）、及び送信元アドレス（３２ビット）を含む。同期信号はメッセージの開始を表すのに使用される既知のビットパターンである。コマンド要素は受信ユニットにメッセージの種類を示す。メッセージが複数の時間スロットにわたる場合には、現在のスロットのメッセージデータが直前のスロットで送信されたメッセージに連続するかを表すためにコマンド要素を使用できるだろう。宛先アドレス要素は所望のメッセージの受信者を表す。送信元アドレス要素はメッセージの送信者を表す。各ユニットは、メッセージの宛名となるアドレスとして使用される固有のユニットＩＤを有する。例えば、送信元アドレス欄にダイバー・ユニットＡ用のユニットＩＤを設定し、宛先アドレス欄にダイバー・ユニットＢ用のユニットＩＤを設定することで、ユニットＡからユニットＢへのメッセージの宛先を指定できる。ユニットＩＤとアドレスとの両用語は、以下では同義語として使用される。
【００２０】
補遺Ａの表は、水中での通信システム２で使用され得る好適なメッセージの一覧の一例を含む。これらのメッセージを以下に簡潔に記述する。用法とメッセージ構文とに関するさらなる詳細は補遺にて与えられる。
【００２１】
メッセージは大まかに五つのカテゴリーに分類できる。これらの五つのカテゴリーは、クロック同期化メッセージ、距離・方向メッセージ、通信メッセージ、初期化メッセージ、雑メッセージを含む。クロック同期化メッセージは異なるユニット間のクロックを同期するために使用される。距離・方向メッセージは２個のユニット間の距離と方向とを測定するために使用される。通信メッセージはメッセージの送信に使用される。初期化メッセージは通信の確立に使用される。雑メッセージはその他の機能に使用される。
【００２２】
クロック同期化メッセージは、クロック同期メッセージ、クロック同期要求メッセージ、クロック同期応答メッセージ、クロック同期検証メッセージを含む。クロック同期要求メッセージは、２個のユニット間のクロックの同期を要求するために、要求ユニットから応答ユニットに対して送信される。クロック同期要求はオプションとして、周辺の水温と現在の水深とを含めてもよい。これが可能ならば、距離と時間との算出の精度が向上する。
【００２３】
クロック同期メッセージは、クロック同期要求メッセージの応答として送信される。クロック同期メッセージは送信ユニットの現在のクロックを含む。送信ユニットのクロックは初期化手続きにおいて、マスター・クロックとして使用される。受信ユニットは、クロック同期メッセージから得た現在のクロックと、送信ユニットからの距離とを使用して、自己のクロックを更新することができる。受信ユニットが送信ユニットへの距離を知らない場合は、送信ユニットは、クロック同期メッセージの直前に、後述するピング応答メッセージを送信してもよい。その結果、受信ユニットは送信ユニットへの距離を算出できる。クロック同期応答メッセージはクロック同期メッセージの応答として送信される。クロック同期応答メッセージには、クロック同期応答メッセージを受信する時点の受信ユニットのクロックの予想値を含めることができる。受信ユニットは、予想時刻とクロック同期応答メッセージを受信した時点の受信ユニットのクロックとを比較する。その時間が所定の許容誤差内であれば、クロックは同期している。同期していない場合は、受信ユニットはさらにクロック同期メッセージを送信してもよい。クロック同期検証メッセージはあるユニットから別のユニットに、それらのクロックが同期していることを検証するため送信される。
【００２４】
距離・方向メッセージは、ピング・メッセージ、ピング応答メッセージ、ロケーション支援要求メッセージ、ロケーション支援応答メッセージ、確認メッセージ、及び確認応答メッセージを含む。ピング・メッセージとピング応答メッセージとは、２個のユニット間の距離と方向とを測定するために使用される。ピング応答メッセージは前述のとおり、クロック同期要求の応答としても送信することができる。第１のユニットは第２のユニットにピング・メッセージを送信する。ピング・メッセージは、ピング・メッセージが送信されたときの送信ユニットの現在クロックを表すクロック値を含む。第２のユニットは応答としてピング応答メッセージを送信する。ピング応答メッセージは、処理遅延を算出するために、ピング・メッセージの受信とピング応答メッセージの送信との間の経過時間を表すクロック値を含む。その結果、第１のユニットは、到達時刻方法又は伝播時間方法を使用して、２個のユニット間の距離を算出できる。
【００２５】
ロケーション支援要求メッセージは、ナビゲーション支援の要求に使用される。ロケーション支援要求メッセージは、典型的に、１個のダイバー・ユニットからビーコン・ユニット６か別のダイバー・ユニット１０に送信されるが、ボート・ユニット４やその他のマスター・ユニットに送信されてもよい。ロケーション支援要求メッセージは、メッセージ本文に、要求ユニットが場所を知りたい目標物のユニットＩＤを指定する。ロケーション支援応答メッセージは、ロケーション支援メッセージの応答として送信される。ロケーション支援応答メッセージは、ロケーション支援要求メッセージを送信したユニットからの、ロケーション支援要求メッセージで指定された目標物への距離と方向を含む。ロケーション支援応答メッセージはオプションとしてターゲットの水深を含んでもよい。
【００２６】
確認メッセージと確認応答メッセージとは距離と方向との測定の検証に使用される。確認メッセージは、送信ユニットの水深と、その指定した目標物への距離及び方向とを含む。そして、応答ユニットは、第１のユニットから受信した値を比較することで、第１のユニットにとっての指定したターゲットへの距離と方向とを算出することができる。確認応答メッセージは、距離と方向との測定の検証が完了したかどうかを表す。
【００２７】
通信メッセージはポイント・ツー・ポイント・メッセージ、ポイント・ツー・マルチポイント・メッセージ、通信リレー要求メッセージ、及び再送要求メッセージを含む。ポイント・ツー・ポイント・メッセージは、あるユニットから別のユニットにメッセージを送信するのに使用される。所望の受信者はメッセージの宛先アドレスのよって指定される。ポイント・ツー・マルチポイント・メッセージはメッセージをユーザのグループへマルチキャストするのに使用される。ポイント・ツー・マルチポイント・メッセージは、メッセージの宛先アドレス欄にグループＩＤを設定することによって表される。所定のグループＩＤはすべてのユニットを含むマスター・グループを表すのに使用してもよい。緊急メッセージは緊急な状況を表すために使用される。通信リレー要求メッセージは、第１のユニットから第２のユニットに対して、特定の目標ユニットへの一つ以上のメッセージを第２のユニットに中継するように要求するために送信される。これは、所望の受信者が障害に遮られているときに有効である。このメッセージは、メッセージの中継を中止するためにも送信される。
【００２８】
初期化メッセージは、初期化フレーム・メッセージ、ユニット順列メッセージ、及びユニット順列肯定応答メッセージを含む。初期化フレーム・メッセージは初期化手続きの開始に使用される。初期化手続きは送信順列を確立するための手続きである。初期化フレーム・メッセージは、ボート・ユニット４又はその他のマスター・ユニットから、自身以外のすべてのユニットに対して送信される。ユニット順列メッセージは、特定のダイバー・ユニット１０に送信順列での自身の位置を表すために、ボート・ユニット４又は他のマスター・ユニットからその特定のダイバー・ユニット１０に送信される。送信順列での位置は、ユニット順列メッセージの本文に、直前のダイバー・ユニット１０のユニットＩＤを含めることで表す。例えば、ダイバーＢに送信されるユニット順列メッセージは、そのメッセージ本文にダイバーＡ用ユニットＩＤを含めてもよい。その結果、ダイバー・ユニットＢは、ダイバー・ユニットＡの後に送信することがわかる。ユニット順列肯定応答メッセージは、ユニット順列メッセージの受信を確認するために、ダイバー・ユニット１０からボート・ユニット４又は他のマスター・ユニットに送信される。
【００２９】
雑メッセージは、ウェイポイント・メッセージ、フレーム・メッセージ、支援調査メッセージ、及び調査応答メッセージを含む。ウェイポイント・メッセージは、ビーコン・ユニットを始動又は停止するため、ダイバー・ユニット１０からビーコン・ユニット６に送信される。ウェイポイント・メッセージは、３１ビットの認証符号と、ビーコン・ユニット６を始動又は停止するための１ビットのコマンドとを含む。フレーム・メッセージは、フレームの開始を表すために、ボート・ユニット４又はその他のマスター・ユニットからダイバー・ユニット１０に送信されるブロードキャスト・メッセージである。フレーム・メッセージはフレーム・メッセージが送信されたときの現在時刻を含む。ダイバー・ユニット１０がマスター・ユニットとクロックの同期がされているなら、フレーム・メッセージはマスター・ユニットまでの距離を測定し、クロックを同期するために使用できる。支援調査メッセージは、ナビゲーション支援と通信支援とを要求するために、ダイバー・ユニット１０から送信される。支援調査メッセージは、要求された支援の種類を表す種類パラメータを含み、オプションとして特定の種類のユニット（例えば、ボート・ユニット、ビーコン・ユニット、ダイバー・ユニットなど）だけを調査するために、ユニット種類のマスクを含んでもよい。調査応答メッセージは、要求の受諾又は拒絶を表すために、支援調査メッセージの応答として送信される。
【００３０】
図４に示すｎ人のダイバーの例を参照すると、マスター・ユニットとして機能するボート・ユニット４とｎ個のダイバー・ユニットとが、所定の順列で送信する。通信を開始する前に、マスター・ユニット（例えばボート・ユニット４）は送信順序を規定して、他のすべてのユニット（例えば、ダイバー・ユニット１０、存在する場合にはその他のボート・ユニット４やビーコン・ユニット６）にその送信順序の中でのそれらの順番を通知する。初期化手続きの間、ボート・ユニット４又はその他のマスター・ユニットは、各ダイバー・ユニット１０又は存在するその他のユニットに、ユニット順列メッセージを送信する。このメッセージは、転送順列における自己の直前のダイバー・ユニット１０又はその他のユニットを特定する。ダイバー・ユニット１の場合、直前のダイバー・ユニット１０は、ボート・ユニット４となる。各ダイバー・ユニット１０がユニット順列メッセージの受信を確認した場合、初期化手続きは完了する。通常の操作の間、各ダイバー・ユニット１０は直前のダイバー・ユニット１０を起点とする送信を探知する。これは、特定のユニットのスロット１を使用して送信されたメッセージのヘッダに含まれる送信元アドレスと、スロット２を使用して送信されたメッセージの送信元アドレス又は宛先アドレスとによって決定できる。直前のダイバー・ユニット１０又は他のユニットが転送を終了したとの検知した後、後続のダイバー・ユニット１０又はその他のユニットは、所定の時間を待ってから送信を行う。所定の時間の長さは衝突を防ぐための長さが選択される。従って、フレーム長はダイバー・ユニット１０の個数とダイバー・ユニット１０間の伝送遅延とに依存するだろう。
【００３１】
送信順序が連続する２個のダイバー・ユニット１０の間に障害物がある場合に問題が生じるかもしれない。この状況では、第２のダイバー・ユニット１０は、第１のダイバー・ユニット１０からの通信を聞き取ることができないかもしれない。一つの結末では、第２のダイバー・ユニット１０が送信しないため、通信は行き詰るだろう。この状況では、ボート・ユニット４は、所定の時間の範囲内に何の信号も検知しない場合には、新たなフレーム・メッセージを送信することによって、送信順列を再開してもよい。通信が引き続き行き詰った場合、ボート・ユニット４は送信順序を変更するために初期化手続きを行使することができる。送信順序を変更してもこの問題が解決しない場合は、通信を行き詰らせているダイバー・ユニット１０は送信順列から外され得る。
【００３２】
好適な実施態様では、搬送周波数は２００キロヘルツで、ビット間隔は０．０６ミリ秒（６０マイクロ秒）であり、これは約１６．６７キロｂｐｓのデータ転送速度に等しい。一つのメッセージは合計１１２ビットを備える。従って、一つのメッセージを送信するのに６．７２ミリ秒かかる。
【００３３】
図６はどのようにデータを搬送周波数に変調するかを説明したものである。図６でクロック信号、データ信号、及び変調信号を説明する。クロック信号は６０マイクロ秒周期であり、これはビット周期に等しい。データ信号は送信される２値データを表す。変調信号は、クロック信号と同じ周波数のパルス列を備える。変調信号で既定のパルスのパルス幅は、データ信号の状態によって決定される。データ信号がローの場合、比較的短いパルスが「０」ビットを表すために生成される。逆に、データ信号がハイの場合、比較的長いパルスが「１」ビットを表すために生成される。好適な実施態様では、０ビットを表す短いパルスは１５マイクロ秒の期間で、１ビットを表す長いパルスは４５マイクロ秒である。オン／オフ・キーイングは搬送波を変調するのに使用される。搬送波は、変調信号がハイの場合にオンになり、変調信号がローの場合にオフになる。受信機は、信号を検知するために、パルスの立ち上がりを検知してから３７マイクロ秒後に信号をサンプリングする。別の実施態様では、送信機のクロック速度の変化を補正するために、立ち上がりの検知の後に様々なサンプリング時間が使用されてもよい。さらに詳しくは、受信ユニットは、送信機のクロック周期を決定してそれに応じてサンプリング時間を調整するために、パルスの立ち上がりの時間間隔を測定してもよい。同期信号が送信されたときにクロック周期の測定を実施してもよい。好適な実施態様では、サンプリング時間Ｔｓは送信クロック周期に０．６２５を乗じることで決定される。
【００３４】
前述したとおり、ダイバー・ユニット１０はナビゲーション支援を提供する。特に、ダイバー・ユニット１０は方向表示器３２を通じて特定の目標物への距離と方向とを表示できる。特定の目標物は、ダイブ・ボート、ビーコン（水面ビーコンや水中ビーコンかもしれない）、他のダイバー（以下、バディ）を含んでもよい。目標物を選択するためのスクロールホイール２０とボタン２２とを使用して表示器２８を動かすことによって、所望の目標物を選択できる。例えば、ユーザは、スクロールを回転することで表示器２８を「バディ」に動かして、入力ボタン２２を押してもよい。バディがメモリに記憶されている場合、バディの名前がディスプレイに表示されるだろう。複数のバディがメモリに記憶されている場合には、ユーザはスクロールホイール２０を回転することでバディの一覧をスクロールすることができる。所望のバディの名前がディスプレイに表示されたときに、入力ボタン２２を押すことでバディが選択される。同じ方法をボートやビーコンの選択に使用できる。
【００３５】
ひとたび特定の目標物が選択されると、ダイバー・ユニット１０は目標物への距離と方向とを算出する。距離と方向とはディスプレイ１６上でダイバーに表示してもよい。距離と方向とを算出する様々な方法が以下に記載されるが、当業者は本発明がこれらの方法に制限されず、いかなる既存の方法も使用され得ることを正しく理解できるだろう。
【００３６】
距離と方法とを算出する一つの方法は、ここでは到達時刻方法と称される。この方法はダイバー・ユニット１０と目標物との間でクロックの同期が要求される。目標物は別のダイバー・ユニット１０や、ボート・ユニット４、ビーコン・ユニット６であってもよい。この方法では、ダイバー・ユニット１０は、ダイバー・ユニット１０に既知の時刻に目標物がピング・メッセージを送信することを要求する。この要求メッセージは、送信時刻を指定してもよいし、送信時刻はプロトコルによって指定されてもよい。例えば、クロックの最下位２０ビットがすべて０の場合にだけ距離を測定するためのピング・メッセージを目標ユニットが送信するように、プロトコルで指定してもよい。目標物とダイバー・ユニット１０とのクロックは同期されているので、ダイバー・ユニット１０はピング・メッセージの到達時刻を目標物への距離の算出に使用できる。または、２０ＬＳＢがすべて０の場合にダイバー・ユニット１０が目標物にピング・メッセージを送信して、目標物がピング・メッセージの到達時刻か算出した距離かのどちらか一方を応答メッセージで返してもよい。
【００３７】
目標物への距離の算出に使用してもよい別の技術は、ここでは伝播時間方法と称される。この方法はダイバー・ユニット１０と目標物とが同期されていない場合に有効である。この方法では、ダイバー・ユニット１０は目標物に対してピング・メッセージを送信する。目標物はピング・メッセージの応答として、ダイバー・ユニット１０へのピング応答メッセージを生成して送信する。ピング応答メッセージには、ピング・メッセージの受信とピング応答メッセージの送信との間の遅延を表す遅延値が含まれる。ダイバー・ユニット１０は目標物への距離を算出するために、ラウンドトリップタイムとターンアラウンド遅延とを使用してもよい。
【００３８】
距離を測定する第３の方法は、ここでは二重トーン方法と称される。この方法では、ダイバー・ユニット１０は目標物に対して、目標物への距離の測定を支援するための二重トーン信号を送信することを要求する。応答として、目標物は、等しい電圧と出力比とを持つ二つの異なるトーンを含む二重トーンを送信する。各トーンの電圧は移動した距離の既知の関数に従って減衰する。各トーン要素の減衰比の知見により、ダイバー・ユニット１０はトーン要素の受信電圧の差に基づいて目標物への距離を算出できる。
【００３９】
目標物への方向を測定するために、ソナー送受信器はソナー送受信器６２の配列を含む。水中での信号の伝達速度が既知であると仮定すると、図７に示すように２個以上の送受波器で信号の到達の時間差に基づいてダイバー・ユニット１０は目標方向を測定できる。図７で、第１、第２のソナー送受波器はそれぞれＳ１，Ｓ２で表される。ＲＥＦで示されるＳ１とＳ２とを結んだ直線は、方向についての角度基準の役割をする。目標物からの信号は、時刻Ｔ１にソナーＳ１に到達し、時刻Ｔ２にソナーＳ２に到達する。ソナーＳ１とＳ２との基準線ＲＥＦ上での距離ｄ１は既知である。信号の伝達経路に沿った距離ｄ２は、ソナーＳ１とＳ２とにおける信号の到達時刻に基づいて、時刻の差に信号の速度ｖを乗じることによって算出してもよい。比の値ｄ２／ｄ１のアークコサインにより、基準線ＲＥＦと伝達経路（ＰＯＴ：path of travel）とがなす角度を算出する。
【００４０】
２次元での方向を明確に示すためには、実際の伝達経路（ＰＯＴ）と、ＲＥＦについての反射伝達経路（Ｒ−ＰＯＴ）を区別するための第３のソナーＳ３が必要となる。当業者は、反射伝達経路（Ｒ−ＰＯＴ）に対応する線に沿って伝達する信号は、ソナーＳ１とＳ２とで、同じ到達時間の差を生み出すだろうことを正しく理解するだろう。第３のソナーによって、ナビゲーション支援装置１０が実際の伝達経路（ＰＯＴ）とその反射（Ｒ−ＰＯＴ）とを区別できる。ソナーＳ３は、ソナーＳ１とソナーＳ２とを結ぶ基準線ＲＥＦ上から外れた位置にある。３次元での方向を測定するためには、少なくとも４個のソナー送受波器６２が必要であり、そのうちの１個はその他３個を通る平面の外になければならない。
【００４１】
図８は障害に遮られている目標物への距離と方向とを測定する方法を説明したものである。図８は２人のダイバーとダイブ・ボートとの位置を示した俯瞰図である。ダイバー・ユニット１はダイブ・ボートに対して開けた視界を有するが、ダイバー・ユニット２のダイブ・ボートへの視界はさんご礁や陸の塊で遮られている。ダイバー・ユニット２はダイブ・ボートへの距離と方向とを獲得したいが、ダイブ・ボートと直接に通信することはできない。この状況では、ダイバー・ユニット２は、ロケーション支援要求メッセージを送信することで、ダイバー・ユニット１にナビゲーション支援を要求することができる。ダイバー・ユニット１はＲＥＦ１に対するダイブ・ボートへの距離と方向とを算出できる。さらに、ダイバー・ユニット１はＲＥＦ１に対するダイバー・ユニット２への距離と方向とを算出できる。従って、基準三角形Ｔのうち、距離ａ、ｂと角度Ｃはダイバー１に既知である。余弦定理を使って、ダイバー・ユニット１はダイバー・ユニット２とダイブ・ボートとの距離ｃを算出できる。ひとたび距離ｃが既知となれば、ダイバー・ユニット１は正弦定理を使って、ダイバー・ユニット１の現在地点とダイバー・ユニット２の現在地点とを結んだ第１の直線と、ダイバー・ユニット２の現在地点とダイブ・ボートの現在地点とを結んだ第２の直線との挟角Ａを算出できる。その後、ダイバー・ユニット１は、ダイバー・ユニット２の現在地点からダイブ・ボートへの距離ｃと、ダイバー・ユニット２との挟角とを送信できる。ダイバー・ユニット２は自己の基準線ＲＥＦ２に対する基準三角形Ｔの直線ｂ、ｃの方向を知らないため、ダイバー・ユニット２にとって挟角Ａが方向を示さないのが問題となる。
【００４２】
ダイブ・ボートへの方向を測定するために、ダイバー・ユニット２は、直線ｃと自己の角度基準ＲＥＦ２とを関連付ける必要がある。ダイブ・ボートとＲＥＦ２との方向を関連付けるために、ダイバー・ユニット２はＲＥＦ２に対するダイバー・ユニット１の方向を算出できる。挟角Ａは、ダイバー・ユニット１の現在地点とダイバー・ユニット２の現在地点とを結ぶ直線を基準としているため、ＲＥＦ２に対するダイブ・ボートの方向を測定するために、ダイバー・ユニット２は、ダイバー・ユニット１の方向に挟角Ａを加えることでダイブ・ボートの方向を算出できる。
【００４３】
以下は図８に基づいた実施例である。単純のために、計算は２次元だけを考慮する。当業者はこの方法を容易に３次元に拡張できる。
【００４４】
この例では、ダイバー・ユニット２は、ダイバー１にロケーション支援要求メッセージを送信することで、ダイバー１からのナビゲーション支援を要求したところである。ダイバー・ユニット１は、ダイブ・ボートへの自己の距離と方向とを測定する。ダイブ・ボートへの方向は、ダイバー・ユニット１の自己の角度基準ＲＥＦ１に対して測定される。この例では、方向はＲＥＦ１に対して２１６度で、距離は約６５．７５ｍである。次に、ダイバー・ユニット１は、ダイバー・ユニット２への距離（約５２．２０ｍ）と方向（ＲＥＦ１に対して約２９８度）を測定する。ダイバー・ユニット１は基準三角形Ｔの挟角Ｃを算出して、約８２度とわかる。現時点で、ダイバー・ユニット１は基準三角形Ｔの距離ａ、ｂと挟角Ｃとを知る。そこで、ダイバー・ユニット１は、余弦定理（式１）によって、ダイバー・ユニット２からダイブ・ボートへの距離ｃを算出できる。
ｃ２＝ａ２＋ｂ２−２ａｂcosＣ （式１）
ダイバー・ユニット２からダイブ・ボートへの距離ｃを算出した結果、約７８ｍである。挟角Ａは正弦定理（式２）によって算出できる。
ａ／sinＡ＝ｂ／sinＢ＝ｃ／sinＣ （式２）
挟角Ａは算出された結果、約５６．６度である。ダイバー・ユニット１は距離ｃ（７８．１ｍ）と挟角Ａ（５６．６度）とをダイバー・ユニット２に送信する。挟角Ａに自身からダイバー・ユニット１への方向を加えることで、ダイバー・ユニット２はダイブ・ボートの基準ＲＥＦ２に対する方向を算出でき、その結果は約２５５度である。別の実施態様では、ダイバー・ユニット２は、２個のユニットを結ぶ直線のＲＥＦ２に対する角度をダイバー・ユニット１に送信することもできるだろう。この場合、ダイバー・ユニット１は、ダイバー・ユニット２の自己の内部基準に対するダイブ・ボートへのダイバー・ユニット２の方向を算出できるだろう。
【００４５】
上記で与えられた例では、ダイバー・ユニット１がダイバー・ユニット２からダイブ・ボートへの距離ｃと基準三角形Ｔの挟角Ａとを算出して、その結果をダイバー・ユニット２に送信する。その代わりに、ダイバー・ユニット１がダイバー・ユニット１からダイブ・ボートへの距離ａと基準三角形Ｔの挟角Ｃとをダイバー・ユニット２に送信して、ダイバー・ユニット２が上述したその後のすべての計算を実行することができるだろう。この場合、ダイバー・ユニット２は前述の距離測定技術のいずれか使用してもダイバー・ユニット１との距離を算出できるだろう。距離ａ、ｂと挟角Ａとを知っている。その結果、ダイバー・ユニット２はダイブ・ボートへの距離ｃと挟角Ａを算出できるだろう。基準ＲＥＦ２に対するダイブ・ボートへの方向を算出するための残りの計算は、前述したものと同じである。
【００４６】
図９は障害に遮られた目標物への距離と方向とを獲得する好適な手続きを説明するものである。ダイバー１は、目標物への距離と方向との算出の支援を要求するために、ダイバー２にロケーション支援要求メッセージを送信する（ステップａ）。ロケーション支援要求メッセージの応答として、ダイバー２はピング・メッセージを目標物に送信する（ステップｂ）。その応答として、目標物はピング応答メッセージをダイバー２に送信する（ステップｃ）。つぎに、ダイバー２はピング・メッセージをダイバー１に送信して（ステップｄ）、その応答として、ダイバー１はピング応答メッセージをダイバー２に送信する（ステップｅ）。距離がすでに既知の場合には、ステップ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）を省略できる。この時点でダイバー２は、ダイバー１から目標物への距離と方向とを算出するために必要な情報をすべて取得している。ダイバー２は、ダイバー１から目標物への距離と方向とを算出して、ロケーション支援応答メッセージでその情報をダイバー１に送信する。
【００４７】
当然のことながら、本発明の範囲と本質的な特徴とを逸脱することなしに、ここで説明した方法とは異なる特定の方法で本発明を実行できるだろう。従って、本実施態様は、すべての観点で例示的であり、非制限的であると考えられるべきで、添付の特許請求の範囲の意味と均等な範囲とに付随するすべての変形はそこに包含されることを意図している。
【００４８】
補遺Ａ
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る通信システムの一例を説明したものである。
【図２】本発明の好適な一実施態様に係るダイバー・ユニットの一例を説明したものである。
【図３】ダイバー・ユニットの主な構成要素を説明した機能ブロック図の一例である。
【図４】水中での通信のための好適な時分割多元接続方式の一例を説明したものである。
【図５】水中での通信のための好適なメッセージ書式の一例を説明したものである。
【図６】水中での通信のための好適な変調の一例を説明したものである。
【図７】目標物への方向を測定する方法の一例を説明したものである。
【図８】障害に遮られたダイバーが目標物への距離と方向を測定する技術の一例を説明した俯瞰図である。
【図９】障害に遮られたダイバーが目標物への距離と方向とを測定する好適な手続きの一例を説明したフローチャートである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に水中でのナビゲーション支援に関し、さらに詳しくは、障害に遮られた目標物への方向と距離とを算出する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レクリエーションのダイビングは人気のあるスポーツであり、急速に成長している。レクリエーションのダイバーがしばしば遭遇する問題に、水中でのナビゲーションがある。ダイバーはしばしば、停泊したダイブ・ボートや水中のアトラクション（例えばさんご礁や沈没船）のような特定の場所にどうにかしてたどり着く必要がある。さらに、水中のダイバーがダイビング仲間の場所を探す必要があることもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
視覚によるナビゲーションが常に役に立つとは限らない。例えばダイバーが、視界の悪い水域にいるかもしれないし、関心対象の人や物からとても遠い位置にいるかもしれない。さらに、ダイバーと所望の目標物との間に障害物があるかもしれない。これらのような状況では、ダイバーは方向を知るために浮上する必要があるかもしれない。浮上には減圧が必要となるため不便かもしれない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は浮上を必要としない水中でのナビゲーションを容易にするダイバー用ナビゲーション支援を提供する。ナビゲーション支援（以下、ダイバー・ユニットとも言う）はダイバーの腕に装着されてもよい。ダイバー・ユニットはソナー周波数を通じてボート・ユニット、ビーコン・ユニット、又はその他のダイバー・ユニットと通信する。ボート・ユニット、ビーコン・ユニット、又はその他のダイバー・ユニットは同じ周波数と時分割多元接続方式とを使用して通信する。目標物への距離と方向とを獲得するために、さまざまな技術が使用され得る。目標物はダイブ・ボートかもしれないし、水中アトラクションに位置するビーコンかもしれないし、仲間のダイバーかもしれない。
【０００５】
発明の一つの態様では、２個のダイバー・ユニット間で方向情報を通信するためのプロトコルが確立される。２個のダイバー・ユニット間で方向情報を通信できるため、第１のダイバー・ユニットは第２のダイバー・ユニットに対してナビゲーション支援を提供することが可能となる。現在のところ、角度の測定における共通の基準が欠けているため、１個のダイバー・ユニットからもう１個のダイバー・ユニットへ方向情報を伝達する有効な方法は存在しない。本発明によれば、目標物に対して視界か障害に遮られていない第１のダイバー・ユニットは、第２のダイバー・ユニットの目標物への距離と方向とを算出することができ、その距離と方向との情報を第２のダイバー・ユニットに伝達することができる。第１のダイバー・ユニットから第２のダイバー・ユニットに伝達される方向情報は、第１のダイバー・ユニットと第２のダイバー・ユニットとの両方にすでに知られているか決定することができる、共通の基準線に関連する。ある実施態様では、１個のダイバー・ユニットから別のダイバー・ユニットに伝達される方向情報は、第１のダイバー・ユニットの現在地点と第２のダイバー・ユニットの現在地点とを結んだ直線を基準とする。両ダイバー・ユニットは自己の内部の角度基準に対する共通の基準線の方向を測定できるため、受信ダイバー・ユニットは受信した方向情報を自己の内部の基準に合わせて変換することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
添付の図を参照すると、図１は、ボート・ユニット４、１個以上のビーコン・ユニット６、多数のダイバー・ユニット１０を備える通信システム２を説明したものである。ボート・ユニット４は通常、「マスター・ユニット」として機能し、通信システム２内の様々なエンティティ間の通信を制御する。ビーコン・ユニット６は主に指標として使用され、後述のとおりダイバー・ユニット１０へナビゲーション支援を提供できる。ビーコン・ユニット６は水面に位置していてもよいし、水中に位置していてもよい。ボート・ユニット４が存在しない場合には、ビーコン・ユニット６はマスター・ユニットとして機能することもできる。ビーコン・ユニット６が２個以上ある場合には、最も大きい（または、最も小さい）アドレスのビーコン・ユニット６をマスター・ユニットとして動作させるために選択してもよい。ダイバー・ユニット１０はダイバーに装着され又は持ち運ばれ、水中での通信とナビゲーションとに使用される。ボート・ユニット４もビーコン・ユニット６も存在しない場合、ダイバー・ユニット１０はマスター・ユニットとして機能することができる。ダイバー・ユニット１０が２以上ある場合には、最も大きい（または、最も小さい）アドレスのダイバー・ユニット１０をマスター・ユニットとして動作させるために選択してもよい。
【０００７】
図２は好適なダイバー・ユニット１０の一例を説明したものである。ダイバー・ユニット１０は、リストバンド１４に搭載された防水筐体１２を備える。ダイバー・ユニット１０は、液晶ディスプレイのような電子ディスプレイ１６、一つ以上の入力装置１８を含む。図１に示される好適な実施形態では、スクロールホイール２０と入力／送信ボタン２２とを含む。当業者であれば、ジョイスティック・コントローラーやキーボード、タッチパッドのようなその他の入力装置が、ユーザ入力のために使用可能であることを認識するであろう。さらに、ディスプレイ１６はユーザ入力を受けるためにタッチスクリーン・ディスプレイを備えてもよい。
【０００８】
ディスプレイ１６の外縁２４は、「バディ」や「ビーコン」など、ダイバー・ユニット１０の様々な機能を表示する一連のラベル２６を含む。機能表示器２８は現在選択中の機能を指す。図２において、機能表示器２８はコンパス機能が選択されていることを表す。さらに、ディスプレイ１６は、状態情報をユーザに提供するために、電力表示器３０、アラーム表示器３１のような、その他の状態表示器を表示してもよい。スクロールホイール２０を回転することや入力／送信ボタン２２を押すことで機能表示器２８を動かして機能を選択することができる。
【０００９】
スクロールホイール２０の回転の作用は、状況に依存してもよい。例えば、スクロールホイール２０を回転して所望の機能に指針２８を移動することができる。それから、入力／送信ボタン２２を押すことで機能を選択してもよい。ひとたび機能が選択されたなら、選択した機能に関連するメニューやオプション全体をスクロールするのにスクロールホイール２０の回転を使用することができる。例えば、ユーザが「バディ」を選択したとすると、スクロールホイール２０はバディの一覧全体をスクロールして、一人のバディを選択するために使用してもよい。
【００１０】
状態表示器に加えて、ディスプレイ１６はダイバーの鑑賞のための有益な情報を出力するために使用される。好適な実施態様では、ディスプレイ１６は方向指示器３２を表示することができる。詳細は後述するが、方向指示器３２は水中でナビゲーションするために目標物への方向を表すことができる。ディスプレイ１６はさらに、ダイバーに数値データ及び英数字データを表示するために、数字表示領域又は英数字表示領域を含んでもよい。表示される数値データの例は、現在の水深、特定の目標物への距離、現在の時刻、現在の緯度経度を含む。これらの例は表示され得るすべての情報の包括的な一覧を意図したものではなく、表示されてよい情報の種類を単に説明したものである。
【００１１】
図３はダイバー・ユニット１０の主な構成要素を説明した機能ブロック図である。主な構成要素として、ダイバー・ユニット１０のデータ処理と動作制御とのための処理回路５０、処理回路５０によって使用される符号とデータとを蓄えるメモリ５２、ディスプレイ１６とユーザ入力装置１８とを含むユーザ・インターフェイス５４、通信インターフェイス５６を備える。処理回路５０は一つ以上のプログラム可能なプロセッサを備えてもよく、それらは汎用マイクロプロセッサやマイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、又はこれらの組合せでもよい。メモリ５２はダイバー・ユニット１０のメモリの全階層を代表し、分散したメモリ装置を備えてもよいし、一つ以上のマイクロプロセッサの内部メモリを備えてもよい。通信インターフェイス５６は、水上で使用する無線インターフェイス５８と水中通信のためのソナー送受信器６０を備える。無線インターフェイスは例えば標準化されたＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、８０２．１１ｂ、８０２．１１ｇインターフェイスを備えてもよい。
【００１２】
ボート・ユニット４とビーコン・ユニット６とは図３で示されるのと同じ機能の構成要素を備えてもよい。しかし、ボート・ユニット４は異なるユーザ・インターフェイス５４を備えてもよい。ビーコン・ユニット６からはユーザ・インターフェイス５４を削除することができる。
【００１３】
別の実施態様では、ダイバー・ユニット１０は、ダイバーがいつ潜水したかを検知するために接触点（ｃｏｎｔａｃｔ）３６を含んでもよい。ダイバーが潜水するとき、少しの量の水流が接触点３６の間を流れ、それがダイバーの着水を表す。それに応じて、処理回路５０は無線送受信器５８を無効にして、ソナー送受信器６０を有効にしてもよい。
【００１４】
ダイバー・ユニット１０はダイバーに水中での通信とナビゲーション機能とを提供する。水中での通信は約５ｋＨｚから約２００ｋＨｚの範囲のソナー周波数で発生する。採用され得る水中での通信のための比較的単純で強固な通信システムを以下に記述する。しかし、当業者は、どの既知の通信システムであっても以下に記述するシステムと置換可能であることが分かるだろう。
【００１５】
ある好適な実施態様では、すべての水中の装置は時分割多元接続方式（ＴＤＭＡ）を使用して同じ周波数で通信するが、符号分割多重接続方式を採用してもよい。ＴＤＭＡは通信帯域を送信データ及び受信データとの内、少なくともいずれかに使用される連続した時間スロットに分割する。装置は自分に割り当てられた時間スロットでだけ送信及び受信との内、少なくともいずれかを行う。非繰り返し（ｎｏｎ−ｒｅｐｅａｔｉｎｇ）時間スロットの集合はフレームを構成する。標準化されたＴＤＭＡシステムでは、フレームは固定長を持ち、フレーム・タイミングはすべてのユニットに既知である。本発明では、フレームはダイバー・ユニット１０間の伝播遅延に対応した可変長フレームであり、所定のフレーム・タイミングは有さないとする。
【００１６】
図４は、マスター・ユニットの役割をする１個のボート・ユニット４とｎ個のダイバー・ユニット１０とに対応するＴＤＭＡフレームのフレーム構造を説明したものである。図４に示されるｎ人のダイバーのシナリオの例では、各ダイバー・ユニット１０は２個の時間スロットを割り当てられる。従って、２０ミリ秒の各区間ごとにフレームは２ｎ＋ｍ個のスロットを含む。ここで、ｎはダイバーの数であり、ｍはボート・ユニット４に割り当てられたスロット数である。図４に示される実施態様では、フレーム内の先頭の３個の時間スロットがボート・ユニット４に割り当てられ、このボート・ユニット４がマスター・ユニットとして機能する。各ダイバー・ユニット１０には連続した２個の時間スロットが割り当てられる。しかし、ダイバー・ユニット１０に連続した時間スロットが割り当てられる必要はない。ボート・ユニット４や他のマスター・ユニットは８個のアドレスまで持ってもよく、各アドレスに時間スロットを割り当ててもよい。当業者は１個以上のボート・ユニットが存在し得ることを正しく理解できるだろう。この場合、ボート・ユニットの一つがマスター・ユニットとして機能するために選択される。さらに、図４には図示されていないが、ビーコン・ユニット６が存在してもよいし、このビーコン・ユニット６に後述するのと同様に時間スロットを割り当ててもよい。
【００１７】
各ダイバー・ユニット１０は割り当てられた時間スロットの使用を制御する。ダイバー・ユニット１０は第１の時間スロットで送信してもよいし、第２の時間スロットを送信又は受信に使用してもよい。例えば、第１のダイバー・ユニット１０は自己の第１の時間スロットで第２のダイバー・ユニット１０にメッセージを送信して、第２のダイバー・ユニット１０が第１のダイバー・ユニット１０に、第１のダイバー・ユニット１０の第２の時間スロットを使って応答を送信してもよい。従って、送信と受信とのための連続した時間スロットの使用は、別のユニットとメッセージを交換する便利な方法を提供する。
【００１８】
図４はまた、スロットの書式を説明する。各時間スロット内に、時間スロットの先頭と末尾とにガードバンドがある。各時間スロットの残りの時間はメッセージ・データの送信に使用される。発明のある実施態様では、各時間スロットは一つのメッセージの送信又は受信に使用される。しかし、当業者はメッセージの継続期間がスロットの幅と比較して短いときは、一つの時間スロットで複数のメッセージを送信できるだろうことを正当に理解できるだろう。反対に、メッセージ長がスロットの幅よりも長い場合には、メッセージは分割され、複数のスロットで送信できるだろう。
【００１９】
図５に好適なメッセージの書式の一例が示される。メッセージは、メッセージ・ヘッダとメッセージ本文を含む。好適な実施態様では、メッセージ・ヘッダは同期信号（８ビット）、コマンド（８ビット）、宛先アドレス（３２ビット）、及び送信元アドレス（３２ビット）を含む。同期信号はメッセージの開始を表すのに使用される既知のビットパターンである。コマンド要素は受信ユニットにメッセージの種類を示す。メッセージが複数の時間スロットにわたる場合には、現在のスロットのメッセージデータが直前のスロットで送信されたメッセージに連続するかを表すためにコマンド要素を使用できるだろう。宛先アドレス要素は所望のメッセージの受信者を表す。送信元アドレス要素はメッセージの送信者を表す。各ユニットは、メッセージの宛名となるアドレスとして使用される固有のユニットＩＤを有する。例えば、送信元アドレス欄にダイバー・ユニットＡ用のユニットＩＤを設定し、宛先アドレス欄にダイバー・ユニットＢ用のユニットＩＤを設定することで、ユニットＡからユニットＢへのメッセージの宛先を指定できる。ユニットＩＤとアドレスとの両用語は、以下では同義語として使用される。
【００２０】
補遺Ａの表は、水中での通信システム２で使用され得る好適なメッセージの一覧の一例を含む。これらのメッセージを以下に簡潔に記述する。用法とメッセージ構文とに関するさらなる詳細は補遺にて与えられる。
【００２１】
メッセージは大まかに五つのカテゴリーに分類できる。これらの五つのカテゴリーは、クロック同期化メッセージ、距離・方向メッセージ、通信メッセージ、初期化メッセージ、雑メッセージを含む。クロック同期化メッセージは異なるユニット間のクロックを同期するために使用される。距離・方向メッセージは２個のユニット間の距離と方向とを測定するために使用される。通信メッセージはメッセージの送信に使用される。初期化メッセージは通信の確立に使用される。雑メッセージはその他の機能に使用される。
【００２２】
クロック同期化メッセージは、クロック同期メッセージ、クロック同期要求メッセージ、クロック同期応答メッセージ、クロック同期検証メッセージを含む。クロック同期要求メッセージは、２個のユニット間のクロックの同期を要求するために、要求ユニットから応答ユニットに対して送信される。クロック同期要求はオプションとして、周辺の水温と現在の水深とを含めてもよい。これが可能ならば、距離と時間との算出の精度が向上する。
【００２３】
クロック同期メッセージは、クロック同期要求メッセージの応答として送信される。クロック同期メッセージは送信ユニットの現在のクロックを含む。送信ユニットのクロックは初期化手続きにおいて、マスター・クロックとして使用される。受信ユニットは、クロック同期メッセージから得た現在のクロックと、送信ユニットからの距離とを使用して、自己のクロックを更新することができる。受信ユニットが送信ユニットへの距離を知らない場合は、送信ユニットは、クロック同期メッセージの直前に、後述するピング応答メッセージを送信してもよい。その結果、受信ユニットは送信ユニットへの距離を算出できる。クロック同期応答メッセージはクロック同期メッセージの応答として送信される。クロック同期応答メッセージには、クロック同期応答メッセージを受信する時点の受信ユニットのクロックの予想値を含めることができる。受信ユニットは、予想時刻とクロック同期応答メッセージを受信した時点の受信ユニットのクロックとを比較する。その時間が所定の許容誤差内であれば、クロックは同期している。同期していない場合は、受信ユニットはさらにクロック同期メッセージを送信してもよい。クロック同期検証メッセージはあるユニットから別のユニットに、それらのクロックが同期していることを検証するため送信される。
【００２４】
距離・方向メッセージは、ピング・メッセージ、ピング応答メッセージ、ロケーション支援要求メッセージ、ロケーション支援応答メッセージ、確認メッセージ、及び確認応答メッセージを含む。ピング・メッセージとピング応答メッセージとは、２個のユニット間の距離と方向とを測定するために使用される。ピング応答メッセージは前述のとおり、クロック同期要求の応答としても送信することができる。第１のユニットは第２のユニットにピング・メッセージを送信する。ピング・メッセージは、ピング・メッセージが送信されたときの送信ユニットの現在クロックを表すクロック値を含む。第２のユニットは応答としてピング応答メッセージを送信する。ピング応答メッセージは、処理遅延を算出するために、ピング・メッセージの受信とピング応答メッセージの送信との間の経過時間を表すクロック値を含む。その結果、第１のユニットは、到達時刻方法又は伝播時間方法を使用して、２個のユニット間の距離を算出できる。
【００２５】
ロケーション支援要求メッセージは、ナビゲーション支援の要求に使用される。ロケーション支援要求メッセージは、典型的に、１個のダイバー・ユニットからビーコン・ユニット６か別のダイバー・ユニット１０に送信されるが、ボート・ユニット４やその他のマスター・ユニットに送信されてもよい。ロケーション支援要求メッセージは、メッセージ本文に、要求ユニットが場所を知りたい目標物のユニットＩＤを指定する。ロケーション支援応答メッセージは、ロケーション支援メッセージの応答として送信される。ロケーション支援応答メッセージは、ロケーション支援要求メッセージを送信したユニットからの、ロケーション支援要求メッセージで指定された目標物への距離と方向を含む。ロケーション支援応答メッセージはオプションとしてターゲットの水深を含んでもよい。
【００２６】
確認メッセージと確認応答メッセージとは距離と方向との測定の検証に使用される。確認メッセージは、送信ユニットの水深と、その指定した目標物への距離及び方向とを含む。そして、応答ユニットは、第１のユニットから受信した値を比較することで、第１のユニットにとっての指定したターゲットへの距離と方向とを算出することができる。確認応答メッセージは、距離と方向との測定の検証が完了したかどうかを表す。
【００２７】
通信メッセージはポイント・ツー・ポイント・メッセージ、ポイント・ツー・マルチポイント・メッセージ、通信リレー要求メッセージ、及び再送要求メッセージを含む。ポイント・ツー・ポイント・メッセージは、あるユニットから別のユニットにメッセージを送信するのに使用される。所望の受信者はメッセージの宛先アドレスのよって指定される。ポイント・ツー・マルチポイント・メッセージはメッセージをユーザのグループへマルチキャストするのに使用される。ポイント・ツー・マルチポイント・メッセージは、メッセージの宛先アドレス欄にグループＩＤを設定することによって表される。所定のグループＩＤはすべてのユニットを含むマスター・グループを表すのに使用してもよい。緊急メッセージは緊急な状況を表すために使用される。通信リレー要求メッセージは、第１のユニットから第２のユニットに対して、特定の目標ユニットへの一つ以上のメッセージを第２のユニットに中継するように要求するために送信される。これは、所望の受信者が障害に遮られているときに有効である。このメッセージは、メッセージの中継を中止するためにも送信される。
【００２８】
初期化メッセージは、初期化フレーム・メッセージ、ユニット順列メッセージ、及びユニット順列肯定応答メッセージを含む。初期化フレーム・メッセージは初期化手続きの開始に使用される。初期化手続きは送信順列を確立するための手続きである。初期化フレーム・メッセージは、ボート・ユニット４又はその他のマスター・ユニットから、自身以外のすべてのユニットに対して送信される。ユニット順列メッセージは、特定のダイバー・ユニット１０に送信順列での自身の位置を表すために、ボート・ユニット４又は他のマスター・ユニットからその特定のダイバー・ユニット１０に送信される。送信順列での位置は、ユニット順列メッセージの本文に、直前のダイバー・ユニット１０のユニットＩＤを含めることで表す。例えば、ダイバーＢに送信されるユニット順列メッセージは、そのメッセージ本文にダイバーＡ用ユニットＩＤを含めてもよい。その結果、ダイバー・ユニットＢは、ダイバー・ユニットＡの後に送信することがわかる。ユニット順列肯定応答メッセージは、ユニット順列メッセージの受信を確認するために、ダイバー・ユニット１０からボート・ユニット４又は他のマスター・ユニットに送信される。
【００２９】
雑メッセージは、ウェイポイント・メッセージ、フレーム・メッセージ、支援調査メッセージ、及び調査応答メッセージを含む。ウェイポイント・メッセージは、ビーコン・ユニットを始動又は停止するため、ダイバー・ユニット１０からビーコン・ユニット６に送信される。ウェイポイント・メッセージは、３１ビットの認証符号と、ビーコン・ユニット６を始動又は停止するための１ビットのコマンドとを含む。フレーム・メッセージは、フレームの開始を表すために、ボート・ユニット４又はその他のマスター・ユニットからダイバー・ユニット１０に送信されるブロードキャスト・メッセージである。フレーム・メッセージはフレーム・メッセージが送信されたときの現在時刻を含む。ダイバー・ユニット１０がマスター・ユニットとクロックの同期がされているなら、フレーム・メッセージはマスター・ユニットまでの距離を測定し、クロックを同期するために使用できる。支援調査メッセージは、ナビゲーション支援と通信支援とを要求するために、ダイバー・ユニット１０から送信される。支援調査メッセージは、要求された支援の種類を表す種類パラメータを含み、オプションとして特定の種類のユニット（例えば、ボート・ユニット、ビーコン・ユニット、ダイバー・ユニットなど）だけを調査するために、ユニット種類のマスクを含んでもよい。調査応答メッセージは、要求の受諾又は拒絶を表すために、支援調査メッセージの応答として送信される。
【００３０】
図４に示すｎ人のダイバーの例を参照すると、マスター・ユニットとして機能するボート・ユニット４とｎ個のダイバー・ユニットとが、所定の順列で送信する。通信を開始する前に、マスター・ユニット（例えばボート・ユニット４）は送信順序を規定して、他のすべてのユニット（例えば、ダイバー・ユニット１０、存在する場合にはその他のボート・ユニット４やビーコン・ユニット６）にその送信順序の中でのそれらの順番を通知する。初期化手続きの間、ボート・ユニット４又はその他のマスター・ユニットは、各ダイバー・ユニット１０又は存在するその他のユニットに、ユニット順列メッセージを送信する。このメッセージは、転送順列における自己の直前のダイバー・ユニット１０又はその他のユニットを特定する。ダイバー・ユニット１の場合、直前のダイバー・ユニット１０は、ボート・ユニット４となる。各ダイバー・ユニット１０がユニット順列メッセージの受信を確認した場合、初期化手続きは完了する。通常の操作の間、各ダイバー・ユニット１０は直前のダイバー・ユニット１０を起点とする送信を探知する。これは、特定のユニットのスロット１を使用して送信されたメッセージのヘッダに含まれる送信元アドレスと、スロット２を使用して送信されたメッセージの送信元アドレス又は宛先アドレスとによって決定できる。直前のダイバー・ユニット１０又は他のユニットが転送を終了したとの検知した後、後続のダイバー・ユニット１０又はその他のユニットは、所定の時間を待ってから送信を行う。所定の時間の長さは衝突を防ぐための長さが選択される。従って、フレーム長はダイバー・ユニット１０の個数とダイバー・ユニット１０間の伝送遅延とに依存するだろう。
【００３１】
送信順序が連続する２個のダイバー・ユニット１０の間に障害物がある場合に問題が生じるかもしれない。この状況では、第２のダイバー・ユニット１０は、第１のダイバー・ユニット１０からの通信を聞き取ることができないかもしれない。一つの結末では、第２のダイバー・ユニット１０が送信しないため、通信は行き詰るだろう。この状況では、ボート・ユニット４は、所定の時間の範囲内に何の信号も検知しない場合には、新たなフレーム・メッセージを送信することによって、送信順列を再開してもよい。通信が引き続き行き詰った場合、ボート・ユニット４は送信順序を変更するために初期化手続きを行使することができる。送信順序を変更してもこの問題が解決しない場合は、通信を行き詰らせているダイバー・ユニット１０は送信順列から外され得る。
【００３２】
好適な実施態様では、搬送周波数は２００キロヘルツで、ビット間隔は０．０６ミリ秒（６０マイクロ秒）であり、これは約１６．６７キロｂｐｓのデータ転送速度に等しい。一つのメッセージは合計１１２ビットを備える。従って、一つのメッセージを送信するのに６．７２ミリ秒かかる。
【００３３】
図６はどのようにデータを搬送周波数に変調するかを説明したものである。図６でクロック信号、データ信号、及び変調信号を説明する。クロック信号は６０マイクロ秒周期であり、これはビット周期に等しい。データ信号は送信される２値データを表す。変調信号は、クロック信号と同じ周波数のパルス列を備える。変調信号で既定のパルスのパルス幅は、データ信号の状態によって決定される。データ信号がローの場合、比較的短いパルスが「０」ビットを表すために生成される。逆に、データ信号がハイの場合、比較的長いパルスが「１」ビットを表すために生成される。好適な実施態様では、０ビットを表す短いパルスは１５マイクロ秒の期間で、１ビットを表す長いパルスは４５マイクロ秒である。オン／オフ・キーイングは搬送波を変調するのに使用される。搬送波は、変調信号がハイの場合にオンになり、変調信号がローの場合にオフになる。受信機は、信号を検知するために、パルスの立ち上がりを検知してから３７マイクロ秒後に信号をサンプリングする。別の実施態様では、送信機のクロック速度の変化を補正するために、立ち上がりの検知の後に様々なサンプリング時間が使用されてもよい。さらに詳しくは、受信ユニットは、送信機のクロック周期を決定してそれに応じてサンプリング時間を調整するために、パルスの立ち上がりの時間間隔を測定してもよい。同期信号が送信されたときにクロック周期の測定を実施してもよい。好適な実施態様では、サンプリング時間Ｔｓは送信クロック周期に０．６２５を乗じることで決定される。
【００３４】
前述したとおり、ダイバー・ユニット１０はナビゲーション支援を提供する。特に、ダイバー・ユニット１０は方向表示器３２を通じて特定の目標物への距離と方向とを表示できる。特定の目標物は、ダイブ・ボート、ビーコン（水面ビーコンや水中ビーコンかもしれない）、他のダイバー（以下、バディ）を含んでもよい。目標物を選択するためのスクロールホイール２０とボタン２２とを使用して表示器２８を動かすことによって、所望の目標物を選択できる。例えば、ユーザは、スクロールを回転することで表示器２８を「バディ」に動かして、入力ボタン２２を押してもよい。バディがメモリに記憶されている場合、バディの名前がディスプレイに表示されるだろう。複数のバディがメモリに記憶されている場合には、ユーザはスクロールホイール２０を回転することでバディの一覧をスクロールすることができる。所望のバディの名前がディスプレイに表示されたときに、入力ボタン２２を押すことでバディが選択される。同じ方法をボートやビーコンの選択に使用できる。
【００３５】
ひとたび特定の目標物が選択されると、ダイバー・ユニット１０は目標物への距離と方向とを算出する。距離と方向とはディスプレイ１６上でダイバーに表示してもよい。距離と方向とを算出する様々な方法が以下に記載されるが、当業者は本発明がこれらの方法に制限されず、いかなる既存の方法も使用され得ることを正しく理解できるだろう。
【００３６】
距離と方法とを算出する一つの方法は、ここでは到達時刻方法と称される。この方法はダイバー・ユニット１０と目標物との間でクロックの同期が要求される。目標物は別のダイバー・ユニット１０や、ボート・ユニット４、ビーコン・ユニット６であってもよい。この方法では、ダイバー・ユニット１０は、ダイバー・ユニット１０に既知の時刻に目標物がピング・メッセージを送信することを要求する。この要求メッセージは、送信時刻を指定してもよいし、送信時刻はプロトコルによって指定されてもよい。例えば、クロックの最下位２０ビットがすべて０の場合にだけ距離を測定するためのピング・メッセージを目標ユニットが送信するように、プロトコルで指定してもよい。目標物とダイバー・ユニット１０とのクロックは同期されているので、ダイバー・ユニット１０はピング・メッセージの到達時刻を目標物への距離の算出に使用できる。または、２０ＬＳＢがすべて０の場合にダイバー・ユニット１０が目標物にピング・メッセージを送信して、目標物がピング・メッセージの到達時刻か算出した距離かのどちらか一方を応答メッセージで返してもよい。
【００３７】
目標物への距離の算出に使用してもよい別の技術は、ここでは伝播時間方法と称される。この方法はダイバー・ユニット１０と目標物とが同期されていない場合に有効である。この方法では、ダイバー・ユニット１０は目標物に対してピング・メッセージを送信する。目標物はピング・メッセージの応答として、ダイバー・ユニット１０へのピング応答メッセージを生成して送信する。ピング応答メッセージには、ピング・メッセージの受信とピング応答メッセージの送信との間の遅延を表す遅延値が含まれる。ダイバー・ユニット１０は目標物への距離を算出するために、ラウンドトリップタイムとターンアラウンド遅延とを使用してもよい。
【００３８】
距離を測定する第３の方法は、ここでは二重トーン方法と称される。この方法では、ダイバー・ユニット１０は目標物に対して、目標物への距離の測定を支援するための二重トーン信号を送信することを要求する。応答として、目標物は、等しい電圧と出力比とを持つ二つの異なるトーンを含む二重トーンを送信する。各トーンの電圧は移動した距離の既知の関数に従って減衰する。各トーン要素の減衰比の知見により、ダイバー・ユニット１０はトーン要素の受信電圧の差に基づいて目標物への距離を算出できる。
【００３９】
目標物への方向を測定するために、ソナー送受信器はソナー送受信器６２の配列を含む。水中での信号の伝達速度が既知であると仮定すると、図７に示すように２個以上の送受波器で信号の到達の時間差に基づいてダイバー・ユニット１０は目標方向を測定できる。図７で、第１、第２のソナー送受波器はそれぞれＳ１，Ｓ２で表される。ＲＥＦで示されるＳ１とＳ２とを結んだ直線は、方向についての角度基準の役割をする。目標物からの信号は、時刻Ｔ１にソナーＳ１に到達し、時刻Ｔ２にソナーＳ２に到達する。ソナーＳ１とＳ２との基準線ＲＥＦ上での距離ｄ１は既知である。信号の伝達経路に沿った距離ｄ２は、ソナーＳ１とＳ２とにおける信号の到達時刻に基づいて、時刻の差に信号の速度ｖを乗じることによって算出してもよい。比の値ｄ２／ｄ１のアークコサインにより、基準線ＲＥＦと伝達経路（ＰＯＴ：path of travel）とがなす角度を算出する。
【００４０】
２次元での方向を明確に示すためには、実際の伝達経路（ＰＯＴ）と、ＲＥＦについての反射伝達経路（Ｒ−ＰＯＴ）を区別するための第３のソナーＳ３が必要となる。当業者は、反射伝達経路（Ｒ−ＰＯＴ）に対応する線に沿って伝達する信号は、ソナーＳ１とＳ２とで、同じ到達時間の差を生み出すだろうことを正しく理解するだろう。第３のソナーによって、ナビゲーション支援装置１０が実際の伝達経路（ＰＯＴ）とその反射（Ｒ−ＰＯＴ）とを区別できる。ソナーＳ３は、ソナーＳ１とソナーＳ２とを結ぶ基準線ＲＥＦ上から外れた位置にある。３次元での方向を測定するためには、少なくとも４個のソナー送受波器６２が必要であり、そのうちの１個はその他３個を通る平面の外になければならない。
【００４１】
図８は障害に遮られている目標物への距離と方向とを測定する方法を説明したものである。図８は２人のダイバーとダイブ・ボートとの位置を示した俯瞰図である。ダイバー・ユニット１はダイブ・ボートに対して開けた視界を有するが、ダイバー・ユニット２のダイブ・ボートへの視界はさんご礁や陸の塊で遮られている。ダイバー・ユニット２はダイブ・ボートへの距離と方向とを獲得したいが、ダイブ・ボートと直接に通信することはできない。この状況では、ダイバー・ユニット２は、ロケーション支援要求メッセージを送信することで、ダイバー・ユニット１にナビゲーション支援を要求することができる。ダイバー・ユニット１はＲＥＦ１に対するダイブ・ボートへの距離と方向とを算出できる。さらに、ダイバー・ユニット１はＲＥＦ１に対するダイバー・ユニット２への距離と方向とを算出できる。従って、基準三角形Ｔのうち、距離ａ、ｂと角度Ｃはダイバー１に既知である。余弦定理を使って、ダイバー・ユニット１はダイバー・ユニット２とダイブ・ボートとの距離ｃを算出できる。ひとたび距離ｃが既知となれば、ダイバー・ユニット１は正弦定理を使って、ダイバー・ユニット１の現在地点とダイバー・ユニット２の現在地点とを結んだ第１の直線と、ダイバー・ユニット２の現在地点とダイブ・ボートの現在地点とを結んだ第２の直線との挟角Ａを算出できる。その後、ダイバー・ユニット１は、ダイバー・ユニット２の現在地点からダイブ・ボートへの距離ｃと、ダイバー・ユニット２との挟角とを送信できる。ダイバー・ユニット２は自己の基準線ＲＥＦ２に対する基準三角形Ｔの直線ｂ、ｃの方向を知らないため、ダイバー・ユニット２にとって挟角Ａが方向を示さないのが問題となる。
【００４２】
ダイブ・ボートへの方向を測定するために、ダイバー・ユニット２は、直線ｃと自己の角度基準ＲＥＦ２とを関連付ける必要がある。ダイブ・ボートとＲＥＦ２との方向を関連付けるために、ダイバー・ユニット２はＲＥＦ２に対するダイバー・ユニット１の方向を算出できる。挟角Ａは、ダイバー・ユニット１の現在地点とダイバー・ユニット２の現在地点とを結ぶ直線を基準としているため、ＲＥＦ２に対するダイブ・ボートの方向を測定するために、ダイバー・ユニット２は、ダイバー・ユニット１の方向に挟角Ａを加えることでダイブ・ボートの方向を算出できる。
【００４３】
以下は図８に基づいた実施例である。単純のために、計算は２次元だけを考慮する。当業者はこの方法を容易に３次元に拡張できる。
【００４４】
この例では、ダイバー・ユニット２は、ダイバー１にロケーション支援要求メッセージを送信することで、ダイバー１からのナビゲーション支援を要求したところである。ダイバー・ユニット１は、ダイブ・ボートへの自己の距離と方向とを測定する。ダイブ・ボートへの方向は、ダイバー・ユニット１の自己の角度基準ＲＥＦ１に対して測定される。この例では、方向はＲＥＦ１に対して２１６度で、距離は約６５．７５ｍである。次に、ダイバー・ユニット１は、ダイバー・ユニット２への距離（約５２．２０ｍ）と方向（ＲＥＦ１に対して約２９８度）を測定する。ダイバー・ユニット１は基準三角形Ｔの挟角Ｃを算出して、約８２度とわかる。現時点で、ダイバー・ユニット１は基準三角形Ｔの距離ａ、ｂと挟角Ｃとを知る。そこで、ダイバー・ユニット１は、余弦定理（式１）によって、ダイバー・ユニット２からダイブ・ボートへの距離ｃを算出できる。
ｃ２＝ａ２＋ｂ２−２ａｂcosＣ （式１）
ダイバー・ユニット２からダイブ・ボートへの距離ｃを算出した結果、約７８ｍである。挟角Ａは正弦定理（式２）によって算出できる。
ａ／sinＡ＝ｂ／sinＢ＝ｃ／sinＣ （式２）
挟角Ａは算出された結果、約５６．６度である。ダイバー・ユニット１は距離ｃ（７８．１ｍ）と挟角Ａ（５６．６度）とをダイバー・ユニット２に送信する。挟角Ａに自身からダイバー・ユニット１への方向を加えることで、ダイバー・ユニット２はダイブ・ボートの基準ＲＥＦ２に対する方向を算出でき、その結果は約２５５度である。別の実施態様では、ダイバー・ユニット２は、２個のユニットを結ぶ直線のＲＥＦ２に対する角度をダイバー・ユニット１に送信することもできるだろう。この場合、ダイバー・ユニット１は、ダイバー・ユニット２の自己の内部基準に対するダイブ・ボートへのダイバー・ユニット２の方向を算出できるだろう。
【００４５】
上記で与えられた例では、ダイバー・ユニット１がダイバー・ユニット２からダイブ・ボートへの距離ｃと基準三角形Ｔの挟角Ａとを算出して、その結果をダイバー・ユニット２に送信する。その代わりに、ダイバー・ユニット１がダイバー・ユニット１からダイブ・ボートへの距離ａと基準三角形Ｔの挟角Ｃとをダイバー・ユニット２に送信して、ダイバー・ユニット２が上述したその後のすべての計算を実行することができるだろう。この場合、ダイバー・ユニット２は前述の距離測定技術のいずれか使用してもダイバー・ユニット１との距離を算出できるだろう。距離ａ、ｂと挟角Ａとを知っている。その結果、ダイバー・ユニット２はダイブ・ボートへの距離ｃと挟角Ａを算出できるだろう。基準ＲＥＦ２に対するダイブ・ボートへの方向を算出するための残りの計算は、前述したものと同じである。
【００４６】
図９は障害に遮られた目標物への距離と方向とを獲得する好適な手続きを説明するものである。ダイバー１は、目標物への距離と方向との算出の支援を要求するために、ダイバー２にロケーション支援要求メッセージを送信する（ステップａ）。ロケーション支援要求メッセージの応答として、ダイバー２はピング・メッセージを目標物に送信する（ステップｂ）。その応答として、目標物はピング応答メッセージをダイバー２に送信する（ステップｃ）。つぎに、ダイバー２はピング・メッセージをダイバー１に送信して（ステップｄ）、その応答として、ダイバー１はピング応答メッセージをダイバー２に送信する（ステップｅ）。距離がすでに既知の場合には、ステップ（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）を省略できる。この時点でダイバー２は、ダイバー１から目標物への距離と方向とを算出するために必要な情報をすべて取得している。ダイバー２は、ダイバー１から目標物への距離と方向とを算出して、ロケーション支援応答メッセージでその情報をダイバー１に送信する。
【００４７】
当然のことながら、本発明の範囲と本質的な特徴とを逸脱することなしに、ここで説明した方法とは異なる特定の方法で本発明を実行できるだろう。従って、本実施態様は、すべての観点で例示的であり、非制限的であると考えられるべきで、添付の特許請求の範囲の意味と均等な範囲とに付随するすべての変形はそこに包含されることを意図している。
【００４８】
補遺Ａ
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る通信システムの一例を説明したものである。
【図２】本発明の好適な一実施態様に係るダイバー・ユニットの一例を説明したものである。
【図３】ダイバー・ユニットの主な構成要素を説明した機能ブロック図の一例である。
【図４】水中での通信のための好適な時分割多元接続方式の一例を説明したものである。
【図５】水中での通信のための好適なメッセージ書式の一例を説明したものである。
【図６】水中での通信のための好適な変調の一例を説明したものである。
【図７】目標物への方向を測定する方法の一例を説明したものである。
【図８】障害に遮られたダイバーが目標物への距離と方向を測定する技術の一例を説明した俯瞰図である。
【図９】障害に遮られたダイバーが目標物への距離と方向とを測定する好適な手続きの一例を説明したフローチャートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中でのナビゲーション方法であって、
第１の水中装置が、該第１の水中装置に既知である第１の角度基準に対する目標物への方向を測定する工程と、
前記第１の水中装置、第２の水中装置、及び前記目標物を頂点とする基準三角形の辺を形成する、前記第１の水中装置と前記第２の水中装置とを結ぶ基準線を設定する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置から前記目標物への方向に基づき前記基準線と前記第１の水中装置から前記目標物へ引いた線とに挟まれる前記基準三角形の第１の挟角を算出する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置と前記目標物との間の第１の距離を測定する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置と前記第２の水中装置との間の第２の距離を測定する工程と、
前記第１の水中装置が、前記第１の挟角、前記第１の距離、及び前記第２の距離に基づいて、前記第２の水中装置から前記目標物への第３の距離を算出する工程と、
前記第２の水中装置が前記目標物の位置を探知することを支援するために、前記第３の距離を該第２の水中装置に送信する工程と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション方法。
【請求項２】
前記第１の水中装置が、前記第２の水中装置から前記目標物への方向を算出する工程と、
前記第２の水中装置から前記目標物への方向を前記第１の水中装置から該第２の水中装置へ送信する工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の水中装置から前記目標物への方向は、前記第１の水中装置と該第２の水中装置とを結ぶ前記基準線に対して算出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の水中装置から前記目標物への方向は、該第２の水中装置によって前記第１の水中装置に与えられる角度基準に対して算出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の水中装置が、前記基準線と前記第２の水中装置から前記目標物へ引いた線とに挟まれる前記基準三角形の第２の挟角を算出する工程と、
前記第２の挟角を前記第２の水中装置に送信する工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の水中装置が、前記第２の挟角と該第２の水中装置から前記第１の水中装置への方向とに基づいて、該第２の水中装置に既知である第２の角度基準に対する前記目標物への方向を算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基準線と前記第１の水中装置が方向の算出において基準とする前記第２の水中装置に使用される角度基準との間の角度を、該第２の水中装置が該第１の水中装置に送信する工程をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の挟角を前記第２の水中装置に送信する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の水中装置が、前記基準線と該第２の水中装置から前記目標物へ引いた線との間の第２の挟角を算出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の水中装置が、前記第２の挟角と該第２の水中装置から前記第１の水中装置への方向とに基づいて、該第２の水中装置に既知である角度基準に対する前記目標物の方向を算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１の挟角を算出する工程が、
前記第１の水中装置から前記第２の水中装置への方向を算出する工程と、
前記第１の挟角を算出するために、前記目標物への方向と前記第２の水中装置への方向とを使用する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
距離を測定する工程が、
信号を受信する工程と、
前記信号の到着時刻に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
距離を測定する工程が、
信号を送信する工程と、
応答信号を受信する工程と、
前記応答信号の到着時刻に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記目標物への距離を測定する工程が、
前記目標物から二重トーン信号を受信する工程と、
前記二重トーン信号の第１のトーンと第２のトーンとの間の信号の強度の差に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
水中でのナビゲーション方法であって、
第１の水中装置が、該第１の水中装置に既知である第１の角度基準に対する目標物への方向を測定する工程と、
前記第１の水中装置、第２の水中装置、及び前記目標物を頂点とする基準三角形の辺を形成する、前記第１の水中装置と前記第２の水中装置とを結ぶ基準線を設定する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置から前記目標物への方向に基づいて、前記基準線と前記第１の水中装置から前記目標物へ引いた線とに挟まれる前記基準三角形の第１の挟角を算出する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置と前記目標物との間の第１の距離を測定する工程と、
前記第２の水中装置が前記目標物の位置を探知することを支援するために、前記第１の挟角と前記第１の距離とを該第２の水中装置に送信する工程と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション方法。
【請求項１６】
前記第２の水中装置が、前記第１の水中装置と該第２の水中装置との間の第２の距離を測定する工程と、
前記第２の水中装置が、前記第１の挟角、前記第１の距離、及び前記第２の距離に基づいて、前記目標物への第３の距離を算出する工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の水中装置が、前記第１の挟角、前記第１の距離、及び前記第３の距離に基づいて、該第２の水中装置から前記目標物への方向を算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
距離を測定する工程が、
信号を受信する工程と、
前記信号の到着時刻に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
距離を測定する工程が、
信号を送信する工程と、
応答信号を受信する工程と、
前記応答信号の到着時刻に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記目標物への距離を測定する工程が、
二重トーン信号を受信する工程と、
前記二重トーン信号の第１のトーンと第２のトーンとの間の信号の強度の差に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
水中でのナビゲーション支援装置であって、
水中で信号を送信及び受信するソナー送受信器と、
前記ソナー送受信器と協働する処理回路であって、
目標物からの受信信号に基づいて、現在地点から前記目標物への方向を測定し、
前記現在地点、遠隔の水中装置に関連する遠隔地点、及び目標地点を頂点とする基準三角形の辺を形成する、前記現在地点と前記遠隔地点とを結ぶ基準線を設定し、
前記基準線と、前記現在地点と前記目標地点との間の線と、に挟まれる前記基準三角形の第１の挟角を算出し、
前記現在地点と前記目標地点との間の第１の距離を測定し、
前記現在地点と前記遠隔地点との間の第２の距離を測定し、
前記第１の挟角、前記第１の距離、及び前記第２の距離に基づいて、前記遠隔地点から前記目標地点への第３の距離を算出し、
前記遠隔の水中装置が前記目標の位置を探知することを支援するために、前記第３の距離を前記遠隔の水中装置に送信するように前記ソナー送受信器を制御する
ように機能する処理回路と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション支援装置。
【請求項２２】
前記処理回路は、
前記遠隔の水中装置から前記目標物への方向を算出し、
前記遠隔の水中装置への方向を送信するように送信機を制御する
ことを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２３】
前記遠隔地点から前記目標物への距離は、前記現在地点と前記遠隔地点とを結ぶ前記基準線に対して算出されることを特徴とする請求項２２に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２４】
前記遠隔の水中装置から前記目標物への方向は、前記遠隔の水中装置によって、前記第１の角度基準に対して算出されることを特徴とする請求項２２に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２５】
前記処理回路はさらに、
前記基準線と前記現在地点から前記目標物へ引いた線とに挟まれる第２の挟角を算出し、
前記遠隔の水中装置に前記第２の挟角を送信するように前記送受信器を制御する
ように機能することを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２６】
前記処理回路はさらに、前記第１の挟角を前記遠隔の水中装置に送信するようにソナー送受信器を制御することを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２７】
前記処理回路は、前記目標物への方向と前記遠隔の水中装置への方向とに基づいて、前記第１の挟角を算出することを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２８】
前記処理回路は、
信号を受信し、
前記信号の到達時刻に基づいて前記距離を算出する
ことにより距離の測定を行うことを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２９】
前記処理回路は、
信号を送信し、
応答信号を受信し、
前記応答信号の到達時刻に基づいて前記距離を算出する
ことにより距離の測定を行うことを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３０】
前記処理回路は、
二重トーン信号を受信し、
前記二重トーン信号の第１のトーンと第２のトーンとの間の信号強度の差に基づいて前記距離を算出する
ことにより距離の測定を行うことを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３１】
水中でのナビゲーション支援装置であって、
水中で信号を送信及び受信するソナー送受信器と、
前記ソナー送受信器と協働する処理回路であって、
前記ナビゲーション支援に既知である第１の基準線に対する現在地点から目標物への方向を測定し、
前記現在地点、遠隔の水中装置に関連する遠隔地点、及び目標地点を頂点とする基準三角形の辺を形成する、前記現在地点と前記遠隔地点と結ぶ基準線を設定し、
前記現在地点から前記目標物への方向に基づいて、前記基準線と、前記現在地点と前記目標地点とを結んだ線と、に挟まれる前記基準三角形の第１の挟角を算出し、
前記現在地点と前記目標地点との間の第１の距離を測定し、
前記遠隔の水中装置が前記目標物の位置を探知することを支援するために、前記第１の挟角と前記第１の距離とを前記遠隔の水中装置に送信するように前記ソナー送受信器を制御する
ように機能する処理回路と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション支援装置。
【請求項３２】
前記処理回路は、
前記目標物から信号を受信し、
前記信号の到達時刻に基づいて前記距離を算出する
ことにより前記目標物への距離の測定を行うことを特徴とする請求項３１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３３】
前記処理回路は、
前記目標物へ信号を送信し、
前記目標物から応答信号を受信し、
前記応答信号の到達時刻に基づいて前記距離を算出する
ことにより前記目標物への距離の測定を行うことを特徴とする請求項３１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３４】
前記処理回路は、
前記目標物から二重トーン信号を受信し、
前記二重トーン信号の第１のトーンと第２のトーンとの間の信号強度の差に基づいて前記距離を算出する
ことにより前記目標物への距離の測定を行うことを特徴とする請求項３１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３５】
水中でのナビゲーション支援装置であって、
第１の水中装置から目標物への第１の距離と、前記第１の水中装置に関連した第１の地点から現在地点へ引いた基準線に対する方向である第１の方向と、を受信するソナー送受信器と、
前記ソナー送受信器と協働する処理回路であって、
前記現在地点から前記第１の地点への第２の距離を測定し、
前記第１の距離、前記第２の距離、及び前記第１の方向に基づいて、前記現在地点から前記目標物への第３の距離を算出し、
前記第１の方向、前記第１の距離、及び前記第３の距離に基づいて、前記現在地点から前記目標への第２の方向を算出する
ように機能する処理回路と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション支援装置。
【請求項１】
水中でのナビゲーション方法であって、
第１の水中装置が、該第１の水中装置に既知である第１の角度基準に対する目標物への方向を測定する工程と、
前記第１の水中装置、第２の水中装置、及び前記目標物を頂点とする基準三角形の辺を形成する、前記第１の水中装置と前記第２の水中装置とを結ぶ基準線を設定する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置から前記目標物への方向に基づき前記基準線と前記第１の水中装置から前記目標物へ引いた線とに挟まれる前記基準三角形の第１の挟角を算出する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置と前記目標物との間の第１の距離を測定する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置と前記第２の水中装置との間の第２の距離を測定する工程と、
前記第１の水中装置が、前記第１の挟角、前記第１の距離、及び前記第２の距離に基づいて、前記第２の水中装置から前記目標物への第３の距離を算出する工程と、
前記第２の水中装置が前記目標物の位置を探知することを支援するために、前記第３の距離を該第２の水中装置に送信する工程と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション方法。
【請求項２】
前記第１の水中装置が、前記第２の水中装置から前記目標物への方向を算出する工程と、
前記第２の水中装置から前記目標物への方向を前記第１の水中装置から該第２の水中装置へ送信する工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２の水中装置から前記目標物への方向は、前記第１の水中装置と該第２の水中装置とを結ぶ前記基準線に対して算出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２の水中装置から前記目標物への方向は、該第２の水中装置によって前記第１の水中装置に与えられる角度基準に対して算出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の水中装置が、前記基準線と前記第２の水中装置から前記目標物へ引いた線とに挟まれる前記基準三角形の第２の挟角を算出する工程と、
前記第２の挟角を前記第２の水中装置に送信する工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の水中装置が、前記第２の挟角と該第２の水中装置から前記第１の水中装置への方向とに基づいて、該第２の水中装置に既知である第２の角度基準に対する前記目標物への方向を算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記基準線と前記第１の水中装置が方向の算出において基準とする前記第２の水中装置に使用される角度基準との間の角度を、該第２の水中装置が該第１の水中装置に送信する工程をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の挟角を前記第２の水中装置に送信する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の水中装置が、前記基準線と該第２の水中装置から前記目標物へ引いた線との間の第２の挟角を算出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の水中装置が、前記第２の挟角と該第２の水中装置から前記第１の水中装置への方向とに基づいて、該第２の水中装置に既知である角度基準に対する前記目標物の方向を算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
第１の挟角を算出する工程が、
前記第１の水中装置から前記第２の水中装置への方向を算出する工程と、
前記第１の挟角を算出するために、前記目標物への方向と前記第２の水中装置への方向とを使用する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
距離を測定する工程が、
信号を受信する工程と、
前記信号の到着時刻に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
距離を測定する工程が、
信号を送信する工程と、
応答信号を受信する工程と、
前記応答信号の到着時刻に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記目標物への距離を測定する工程が、
前記目標物から二重トーン信号を受信する工程と、
前記二重トーン信号の第１のトーンと第２のトーンとの間の信号の強度の差に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
水中でのナビゲーション方法であって、
第１の水中装置が、該第１の水中装置に既知である第１の角度基準に対する目標物への方向を測定する工程と、
前記第１の水中装置、第２の水中装置、及び前記目標物を頂点とする基準三角形の辺を形成する、前記第１の水中装置と前記第２の水中装置とを結ぶ基準線を設定する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置から前記目標物への方向に基づいて、前記基準線と前記第１の水中装置から前記目標物へ引いた線とに挟まれる前記基準三角形の第１の挟角を算出する工程と、
前記第１の水中装置が、該第１の水中装置と前記目標物との間の第１の距離を測定する工程と、
前記第２の水中装置が前記目標物の位置を探知することを支援するために、前記第１の挟角と前記第１の距離とを該第２の水中装置に送信する工程と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション方法。
【請求項１６】
前記第２の水中装置が、前記第１の水中装置と該第２の水中装置との間の第２の距離を測定する工程と、
前記第２の水中装置が、前記第１の挟角、前記第１の距離、及び前記第２の距離に基づいて、前記目標物への第３の距離を算出する工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の水中装置が、前記第１の挟角、前記第１の距離、及び前記第３の距離に基づいて、該第２の水中装置から前記目標物への方向を算出する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
距離を測定する工程が、
信号を受信する工程と、
前記信号の到着時刻に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
距離を測定する工程が、
信号を送信する工程と、
応答信号を受信する工程と、
前記応答信号の到着時刻に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記目標物への距離を測定する工程が、
二重トーン信号を受信する工程と、
前記二重トーン信号の第１のトーンと第２のトーンとの間の信号の強度の差に基づいて前記距離を算出する工程と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
水中でのナビゲーション支援装置であって、
水中で信号を送信及び受信するソナー送受信器と、
前記ソナー送受信器と協働する処理回路であって、
目標物からの受信信号に基づいて、現在地点から前記目標物への方向を測定し、
前記現在地点、遠隔の水中装置に関連する遠隔地点、及び目標地点を頂点とする基準三角形の辺を形成する、前記現在地点と前記遠隔地点とを結ぶ基準線を設定し、
前記基準線と、前記現在地点と前記目標地点との間の線と、に挟まれる前記基準三角形の第１の挟角を算出し、
前記現在地点と前記目標地点との間の第１の距離を測定し、
前記現在地点と前記遠隔地点との間の第２の距離を測定し、
前記第１の挟角、前記第１の距離、及び前記第２の距離に基づいて、前記遠隔地点から前記目標地点への第３の距離を算出し、
前記遠隔の水中装置が前記目標の位置を探知することを支援するために、前記第３の距離を前記遠隔の水中装置に送信するように前記ソナー送受信器を制御する
ように機能する処理回路と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション支援装置。
【請求項２２】
前記処理回路は、
前記遠隔の水中装置から前記目標物への方向を算出し、
前記遠隔の水中装置への方向を送信するように送信機を制御する
ことを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２３】
前記遠隔地点から前記目標物への距離は、前記現在地点と前記遠隔地点とを結ぶ前記基準線に対して算出されることを特徴とする請求項２２に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２４】
前記遠隔の水中装置から前記目標物への方向は、前記遠隔の水中装置によって、前記第１の角度基準に対して算出されることを特徴とする請求項２２に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２５】
前記処理回路はさらに、
前記基準線と前記現在地点から前記目標物へ引いた線とに挟まれる第２の挟角を算出し、
前記遠隔の水中装置に前記第２の挟角を送信するように前記送受信器を制御する
ように機能することを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２６】
前記処理回路はさらに、前記第１の挟角を前記遠隔の水中装置に送信するようにソナー送受信器を制御することを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２７】
前記処理回路は、前記目標物への方向と前記遠隔の水中装置への方向とに基づいて、前記第１の挟角を算出することを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２８】
前記処理回路は、
信号を受信し、
前記信号の到達時刻に基づいて前記距離を算出する
ことにより距離の測定を行うことを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項２９】
前記処理回路は、
信号を送信し、
応答信号を受信し、
前記応答信号の到達時刻に基づいて前記距離を算出する
ことにより距離の測定を行うことを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３０】
前記処理回路は、
二重トーン信号を受信し、
前記二重トーン信号の第１のトーンと第２のトーンとの間の信号強度の差に基づいて前記距離を算出する
ことにより距離の測定を行うことを特徴とする請求項２１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３１】
水中でのナビゲーション支援装置であって、
水中で信号を送信及び受信するソナー送受信器と、
前記ソナー送受信器と協働する処理回路であって、
前記ナビゲーション支援に既知である第１の基準線に対する現在地点から目標物への方向を測定し、
前記現在地点、遠隔の水中装置に関連する遠隔地点、及び目標地点を頂点とする基準三角形の辺を形成する、前記現在地点と前記遠隔地点と結ぶ基準線を設定し、
前記現在地点から前記目標物への方向に基づいて、前記基準線と、前記現在地点と前記目標地点とを結んだ線と、に挟まれる前記基準三角形の第１の挟角を算出し、
前記現在地点と前記目標地点との間の第１の距離を測定し、
前記遠隔の水中装置が前記目標物の位置を探知することを支援するために、前記第１の挟角と前記第１の距離とを前記遠隔の水中装置に送信するように前記ソナー送受信器を制御する
ように機能する処理回路と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション支援装置。
【請求項３２】
前記処理回路は、
前記目標物から信号を受信し、
前記信号の到達時刻に基づいて前記距離を算出する
ことにより前記目標物への距離の測定を行うことを特徴とする請求項３１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３３】
前記処理回路は、
前記目標物へ信号を送信し、
前記目標物から応答信号を受信し、
前記応答信号の到達時刻に基づいて前記距離を算出する
ことにより前記目標物への距離の測定を行うことを特徴とする請求項３１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３４】
前記処理回路は、
前記目標物から二重トーン信号を受信し、
前記二重トーン信号の第１のトーンと第２のトーンとの間の信号強度の差に基づいて前記距離を算出する
ことにより前記目標物への距離の測定を行うことを特徴とする請求項３１に記載のナビゲーション支援装置。
【請求項３５】
水中でのナビゲーション支援装置であって、
第１の水中装置から目標物への第１の距離と、前記第１の水中装置に関連した第１の地点から現在地点へ引いた基準線に対する方向である第１の方向と、を受信するソナー送受信器と、
前記ソナー送受信器と協働する処理回路であって、
前記現在地点から前記第１の地点への第２の距離を測定し、
前記第１の距離、前記第２の距離、及び前記第１の方向に基づいて、前記現在地点から前記目標物への第３の距離を算出し、
前記第１の方向、前記第１の距離、及び前記第３の距離に基づいて、前記現在地点から前記目標への第２の方向を算出する
ように機能する処理回路と
を備えることを特徴とする水中でのナビゲーション支援装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００８−５４７０２４（Ｐ２００８−５４７０２４Ａ）
【公表日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５１８３６６（Ｐ２００８−５１８３６６）
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２４２３４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００２２４６
【国際公開日】平成１９年１月４日（２００７．１．４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（５０７４１６３１１）
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＳＩＬＩＣＯ， Ａｌｂｅｒｔ， Ｒ．
【住所又は居所原語表記】１４０２５ Ｂｉｎｇｈａｍ Ｄｒｉｖｅ， Ｒａｌｉｅｇｈ， Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ ２７６１４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年１２月２５日（２００８．１２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／０２４２３４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／００２２４６
【国際公開日】平成１９年１月４日（２００７．１．４）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（５０７４１６３１１）
【氏名又は名称原語表記】ＢＡＳＩＬＩＣＯ， Ａｌｂｅｒｔ， Ｒ．
【住所又は居所原語表記】１４０２５ Ｂｉｎｇｈａｍ Ｄｒｉｖｅ， Ｒａｌｉｅｇｈ， Ｎｏｒｔｈ Ｃａｒｏｌｉｎａ ２７６１４ Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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