水中情報収集システム
【課題】水中航走体の移動領域の制約を低減すること。
【解決手段】水中航走体１は、自己の有する動力で水中を移動可能であり、水中情報を収集するサイドスキャンソーナ１０Ｃ等と、サイドスキャンソーナ１０Ｃ等が集めた水中の情報を送信可能な水中側第１音響モデム１２Ｈとを有している。水上移動体２は、水中側第１音響モデム１２Ｈと通信可能であり、水中側第１音響モデム１２Ｈから送信された水中情報を受信する水面側第１音響モデム２２Ｈと、水中航走体１の位置を検出する水中位置計測装置２１とを有する。そして、水上移動体２は、水中航走体１の位置を検出しながら、水中航走体１の移動に合わせて水面Ｈを移動する。
【解決手段】水中航走体１は、自己の有する動力で水中を移動可能であり、水中情報を収集するサイドスキャンソーナ１０Ｃ等と、サイドスキャンソーナ１０Ｃ等が集めた水中の情報を送信可能な水中側第１音響モデム１２Ｈとを有している。水上移動体２は、水中側第１音響モデム１２Ｈと通信可能であり、水中側第１音響モデム１２Ｈから送信された水中情報を受信する水面側第１音響モデム２２Ｈと、水中航走体１の位置を検出する水中位置計測装置２１とを有する。そして、水上移動体２は、水中航走体１の位置を検出しながら、水中航走体１の移動に合わせて水面Ｈを移動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中航走体を水上移動体において管制しながら、水中情報を収集する水中情報収集システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水中航走体は、水中を自力で航行するための推進装置と、水中の情報を収集する観測装置とを備えて、水中を航行し、海中や海底のデータを収集するものである。特許文献１には、本船から光ファイバを介してレーザー光を水中航走体に送出するとともに、水中航走体からレーザー光を水中に照射し、探査対象物からの反射光を水中航走体に搭載するカメラヘッドに取り込んで、反射光に基づく映像を本船に送出することが開示されている。また、特許文献２には、水中航走体に超音波を送出する送信機を設けるとともに、水中の所定の３以上の場所に水中航走体の送信機から送出される超音波を受けるための受波器を設置し、水中航走体の送信機から送出された超音波を水中に設けられた受波器によって受信することで、水中航走体の位置を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２９４８４１号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、光ファイバの長さによる制約から、水中航走体の移動領域に制約を受けるという問題があるために、水中の情報収集の効率が低下するという問題があった。また、特許文献２に開示された方法では、水中航走体の移動領域に所定の間隔で受波器を設置しなければならず、水中航走体の移動領域が制限されてしまうという問題があった。本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、水中航走体の移動領域の制約を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明に係る水中情報収集システムは、水中の情報を収集する水中情報収集手段と、当該水中情報収集手段が集めた水中の情報を送信可能な第１の音響通信装置とを有して、水中を移動可能な水中航走体と、前記第１の音響通信装置と通信可能であり、当該第１の音響通信装置から送信された前記水中の情報を受信する第２の音響通信装置と、前記水中航走体の位置を検出する位置検出手段とを有し、前記水中航走体の位置を検出しながら、前記水中航走体の移動に合わせて水面を移動する水上移動体と、を含むことを特徴とする。
【０００５】
本発明のように、水中航走体の移動に合わせて水上移動体を移動させるとともに、両者の間では、音響通信装置を用いた無線の通信でデータを伝送することにより、その通信可能範囲内であれば、水上移動体と水中航走体との間で移動の制約はない。これによって、母船は水上移動体を経由して水中航走体が収集した情報を入手できるので、母船は、敢えて航行しにくい水域に進入しなくとも情報収集が可能となる。また、水上移動体は、水中航走体の母船とは異なり、機動性が高いため、水中航走体の動きに追従しやすくなり、水中の情報を収集する際の自由度が向上する。
【０００６】
本発明の好ましい態様としては、前記水中情報収集システムにおいて、前記水上移動体は、前記第２の音響通信装置の姿勢を所定の姿勢に維持できる安定化支持構造を有することが望ましい。これにより、水上移動体の揺動が、音響通信装置を用いた通信に与える影響を低減できる。
【０００７】
本発明の好ましい態様としては、前記水中情報収集システムにおいて、前記安定化支持構造は、互いに直交した２本の揺動軸を少なくとも有しており、前記第２の音響通信装置は、それぞれの前記揺動軸の周りを揺動できるように構成されることが望ましい。これにより、水上移動体の揺動が、音響通信装置を用いた通信に与える影響を低減できる。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記水中情報収集システムにおいて、前記水上移動体は、動力を有して自力で航行可能な動力船と、当該動力船に曳航される曳航体とで構成され、少なくとも前記第２の音響通信装置は前記曳航体に搭載されることが望ましい。自力で航行可能な動力船は、動力源や動力伝達装置の振動により船体が揺動し、また、それらが発するノイズにより音響通信装置を用いた通信に影響を与えるおそれがあるが、本発明の構成により、第２の音響通信装置は、動力源を搭載しない曳航体に搭載される。これによって、動力源や動力伝達装置の振動に起因する揺動及びノイズの影響はないので、音響通信装置を用いた通信が確実に実現できる。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記水中情報収集システムにおいて、前記水中航走体は、前記水中情報取得手段によって取得された水中の情報を所定の単位で順次圧縮する処理装置を有し、前記第１の音響通信装置は、圧縮された前記水中の情報を、圧縮された順に送信することが望ましい。一般に音響通信装置を用いた通信は通信速度が遅いが、取得された水中の情報を所定の単位で順次圧縮してから、圧縮された順に送信することにより、水中航走体からの情報の送信と、水上での受信との時間遅れを低減できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、水中航走体の移動領域の制約を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の説明により本発明が限定されるものではない。また、下記の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る水中情報収集システムの概要を示す概念図である。水中情報収集システム１００は、水中を移動可能な水中航走体１と、水面Ｈを移動可能な水上移動体２とを含んでいる。そして、水中航走体１により、水中の情報（以下、水中情報という）、例えば、水底の様子を収集し、音響通信装置を介して収集した水中情報を水上移動体２へ送信する。水上移動体２は、受信した水中情報を、通信衛星４（あるいは電波通信）を介して、水中航走体１が水中情報を収集している場所とは離れた場所にいる母船３へ送信する。図１は、水底に沈んだ捜索対象Ｑを水中航走体１で捜索する例であり、水中航走体１が水中を移動しながら水底を観測する。そして、捜索対象Ｑが発見されたら、水中航走体１は、その位置まで接近して捜索対象Ｑのより詳細な情報を収集する。その後、水中航走体１は、元の移動経路へ復帰する。次に、水中情報収集システム１００の構成を説明する。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る水中情報収集システムの構成を示すシステム構成図である。水中航走体１は、水中を移動しながら水中の情報を収集するもので、動力を備えており自力で水中を移動するものである。水中航走体１は、水中の情報を収集する水中情報収集手段と、水中情報収集手段が集めた水中の情報を送信可能な第１の音響通信装置とを有している。水中情報収集手段として、本実施形態では、ＣＣＤカメラ１０Ａ、水中音響カメラ１０Ｂ及びサイドスキャンソーナ（ＳＳＳ）１０Ｃである。これによって、本実施形態では、水中の情報を画像として収集する。なお、水中情報収集手段はこれに限定されるものではなく、例えば、サブボトムプロファイラ、マルチビームエコーサウンダー、磁気センサ、温度センサ、汚染物質検出装置等であってもよい。ＣＣＤカメラ１０Ａと水中音響カメラ１０Ｂとサイドスキャンソーナ１０Ｃとは、選択手段である入力切替スイッチＳ１、Ｓ２により、いずれか一つが選択されて、選択された水中情報収集手段によって、水中情報が収集される。
【００１４】
第１の音響通信装置は、第１音響モデム（水中側第１音響モデム）１２Ｈである。本実施形態において、水中航走体１は、水中側第１音響モデム１２Ｈの他に第２音響モデム（水中側第２音響モデム）１２Ｌを備える。水中側第１音響モデム１２Ｈの方が、水中側第２音響モデム１２Ｌよりも通信速度が速い。このため、水中側第１音響モデム１２Ｈは、主として画像データのように情報量が大きい情報を送受信する場合に用いられる。水中側第２音響モデム１２Ｌは、例えば、水中航走体１の運動を管制するための情報を送受信したり、水中航走体１が異常状態になったときの異常発生通信を送信したりする際に用いられる。
【００１５】
水中航走体１は、水中情報の収集や通信を制御したり、水中航走体１の動作を制御したりするための処理装置（水中航走体処理装置）１３が備えられる。水中航走体処理装置１３は、コンピュータで構成されており、水中情報収集手段によって収集された水中情報を処理する情報処理部１３Ａと、水中航走体１の通信を制御する通信制御部１３Ｂとを少なくとも備える。情報処理部１３Ａは、入力切替スイッチＳ２が接続されており、ＣＣＤカメラ１０Ａと水中音響カメラ１０Ｂとサイドスキャンソーナ１０Ｃとのうち、いずれか一つが収集した水中情報が入力される。通信制御部１３Ｂには、水中側第１音響モデム１２Ｈ及び水中側第２音響モデム１２Ｌが接続されており、情報処理部１３Ａが加工した水中情報を送信したり、処理装置１３が要求する水中航走体１の運動を管制するための情報を送受信したりする。
【００１６】
水中航走体処理装置１３には、記憶装置１４が接続されており、例えば、水中航走体１の動作を制御するためのコンピュータプログラムやデータや、水中航走体１と水上移動体２との通信を行う際に必要なコンピュータプログラムや、水中情報収集手段によって収集された水中情報を処理するためのコンピュータプログラム等が格納されている。水中航走体処理装置１３は、記憶装置１４からこれらのコンピュータプログラムやデータを読み出して、水中航走体１の動作を制御したり、水中航走体１の通信を制御したりする。なお、記憶装置１４には、水中情報収集手段によって収集された水中情報を格納してもよい。
【００１７】
水中航走体１には、トランスポンダ１１が搭載されている。トランスポンダ１１は、水上移動体２が備える水中位置計測装置２１（後述する）から送信された信号を受信し、受信した前記信号に対する応答信号を水中位置計測装置２１に送信する。例えば、トランスポンダ１１は、水中位置計測装置２１から送信されてくるパルス音を瞬時に返信させる音響機器である。次に、水上移動体２の構成を説明する。
【００１８】
水上移動体２は、水中航走体１が備える第１の音響通信装置である水中側第１音響モデム１２Ｈと通信可能であり、かつ水中側第１音響モデム１２Ｈから送信された水中情報を受信する第２の音響通信装置と、水中航走体１の位置を検出する位置検出手段とを有しており、水中航走体１の位置を検出しながら、水中航走体１に合わせて水面Ｈを移動する。第２の音響通信装置は、第１音響モデム（水面側第１音響モデム）２２Ｈである。
【００１９】
本実施形態において、水上移動体２は、水面側第１音響モデム２２Ｈの他に第２音響モデム（水面側第２音響モデム）２２Ｌを備える。水面側第１音響モデム２２Ｈの方が、水面側第２音響モデム２２Ｌよりも通信速度が速い。水面側第１音響モデム２２Ｈは、水中航走体１が備える水中側第１音響モデム１２Ｈと対になっており、また、水面側第２音響モデム２２Ｌは、水中航走体１が備える水中側第２音響モデム１２Ｌと対になっている。すなわち、水面側第１音響モデム２２Ｈと水中側第１音響モデム１２Ｈとの間、及び水面側第２音響モデム２２Ｌと水中側第２音響モデム１２Ｌとの間で通信が行われる。
【００２０】
本実施形態において、位置検出手段は、水中位置計測装置２１である。水中位置計測装置２１は、水中を航走している水中航走体１に対して信号を送信するとともに、前記信号に対する水中航走体１からの応答信号を受信し、この応答信号に基づいて水上移動体２に対する水中航走体１の相対位置を計測する。このため、水中位置計測装置２１は、水上移動体２の船底等に設けられ、水中に対して信号を送出できるとともに、水中を伝搬してきた信号を受信できるような構成とされている。水中位置計測装置２１は、例えば、ＳＳＢＬ（Super Short Base Line）測位システム等であり、水中航走体１に向かって定期的にパルス音を発進し、この音を受信した水中航走体１のトランスポンダ１１が返信したエコーを受信するまでの時間を計測することで、水中航走体１までの距離を求める。水中位置計測装置２１は、少なくとも３個の音響センサで前記エコーを受信することで、三角測量により水中航走体の相対位置を計測するものである。
【００２１】
水中位置計測装置２１により、水上移動体２に対する水中航走体１の位置が分かる。したがって、水上移動体２は、水中航走体１を検出しながら、自身の位置と水中航走体１の位置とが、音響通信装置を用いて通信できる範囲内にある状態を保持して、水中航走体１の移動に合わせて移動する。
【００２２】
水上移動体２には、水上移動体２の外部との通信や水中航走体１の測位等を制御するための処理装置（水上移動体処理装置）２３が備えられる。水上移動体処理装置２３は、コンピュータで構成されている。水上移動体処理装置２３には、水中位置計測装置２１、水面側第１音響モデム２２Ｈ、水面側第２音響モデム２２Ｌ、衛星通信ユニット２４が接続されている。処理装置２３は、水面側第１音響モデム２２Ｈを介して取得した水中情報を、衛星通信ユニット２４を介してアンテナ２５から通信衛星４へ送信する。また、水上移動体処理装置２３は、水面側第２音響モデム２２Ｌを介して、水中航走体１の水中航走体処理装置１３へ、水中航走体１を制御するためのコマンドを送信して、水中航走体１を制御する。次に、母船３の構成を説明する。
【００２３】
母船３は、水中航走体１及び水上移動体２とは離れた水域で待機して、水中航走体１が収集し、水上移動体２が通信衛星４へ送信した水中情報を、通信衛星４から受信する。母船３は、衛星通信ユニット３４と、これに接続されたアンテナ３５と、コンソール３３とを備える。コンソール３３は、コンピュータで構成された情報処理装置３３Ａと、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）で構成される表示装置（ＣＲＴ）３３Ｄとを有する。情報処理装置３３Ａは、アンテナ３５及び衛星通信ユニット３４を介して、水中航走体１が収集した水中情報を取得し、所定の復号処理を施して表示装置３３Ｄに表示させる。水中航走体１は、収集した水中情報に対して所定の処理を施した後、水上移動体２へ送信し、水上移動体２は、受信した水中情報を通信衛星４に送信し、母船３は、通信衛星４から水中情報を受け取って表示装置３３Ｄに表示させる。これによって、水中航走体１によって収集された水中情報は、情報処理及び通信に要する時間の遅れは存在するものの、略リアルタイムで水中航走体１とは遠隔地で待機する母船３の表示装置３３Ｄで観測できる。
【００２４】
本実施形態では、動力を有し、自力で航行可能な水上移動体２が水中航走体１の位置を検出しながら、水中航走体１に合わせて水面を移動するとともに、無線により水中航走体１と水上移動体２との間で通信する。これによって、データの伝送用のケーブルが不要になるので、ケーブルの水中抵抗を考慮する必要がなくなり、水中航走体１の動力を無闇に大きくすることなく、水中情報を収集できる。また、本実施形態では、水中航走体１に伝送用のケーブルを搭載する必要はないので、ケーブルの長さによって水中航走体１の行動範囲が制限されることもない。その結果、本実施形態では、水中航走体の移動領域の制約を低減できる。
【００２５】
図３は、水上移動体が備える第２の音響通信機器のカバーエリアと水中航走体との関係を示す概念図である。図４は、本実施形態における第２の音響通信機器の姿勢を維持する安定化支持構造の説明図である。図５は、本実施形態に係る安定化支持構造を適用した場合における水中位置計測装置のカバーエリアと水中航走体との関係を示す概念図である。図３には、水上移動体２に搭載される水面側第１音響モデム（第２の音響通信機器）２２Ｈのカバーエリアを示す。水上移動体２が水平である場合における前記カバーエリアは、実線ＣＡ１であり、水上移動体２が水平面に対して傾斜した場合における前記カバーエリアは、点線ＣＡ２である。
【００２６】
水上移動体２は、水面Ｈに浮かんで水中航走体１の水中側第１音響モデム１２Ｈ（第１の音響通信機器）から送信される水中情報を受信する。このため、水上移動体２は、波や風の影響を受けて揺動する。したがって、水上移動体２に水面側第１音響モデム２２Ｈが固定されている場合、水上移動体２の揺動とともに水面側第１音響モデム２２Ｈも揺動し、水面側第１音響モデム２２Ｈのカバーエリア（受信可能な領域）も変化する。このため、図３のＣＡ１に示すように、水面側第１音響モデム２２Ｈのカバーエリアに水中航走体１が入っていても、水上移動体２が揺動すると、図３のＣＡ２に示すように、水中航走体１は、水面側第１音響モデム２２Ｈのカバーエリアから外れることがある。すると、水中側第１音響モデム１２Ｈから送信された水中情報を水面側第１音響モデム２２Ｈが受信できなくなり、水中情報を水上移動体２へ送信できなくなってしまう。
【００２７】
これを回避するため、本実施形態では、少なくとも水中情報を受信する第２の音響通信機器、すなわち、水面側第１音響モデム２２Ｈに対しては、水面側第１音響モデム２２Ｈの姿勢を維持する安定化支持構造２６（図４参照）によって水面側第１音響モデム２２Ｈを水上移動体２に支持する。図４に示すように、安定化支持構造２６は、２軸のジンバル機構を利用したものであり、水上移動体２の底部に取り付けられて、水面側第１音響モデム２２Ｈの受信面２２ＨＣが常に水中航走体２の方向を向く姿勢を維持できるように水面側第１音響モデム２２Ｈを支持・姿勢制御する。なお、水中航走体２の位置は、水中位置計測装置２１で計測している。
【００２８】
本実施形態において、安定化支持構造２６は、互いに直交した２本の揺動軸Ｘ、Ｙを少なくとも有しており、水面側第１音響モデム２２Ｈは、それぞれの揺動軸Ｘ、Ｙの周りを揺動できるように構成される。ここで、本実施形態において、揺動軸Ｘは、水上移動体２の前後方向と平行である。このような構造の安定化支持構造２６を介して水面側第１音響モデム２２Ｈが水上移動体２に取り付けられるので、水上移動体２が揺動しても、水面側第１音響モデム２２Ｈの受信面２２ＨＣは、常に水中航走体２の方向を向く姿勢が維持される。そして、図５に示すように、水上移動体２が揺動した場合でも、水面側第１音響モデム２２Ｈのカバーエリアに入っている水中航走体１は、その状態が維持される。これによって、水中側第１音響モデム１２Ｈから水面側第１音響モデム２２Ｈへの安定した送信が実現できるので、水中情報の安定した送信が実現できる。なお、安定化支持構造２６は、上述した構成に限定されるものではなく、例えば、３本以上の揺動軸を備えていてもよいし、球面軸受を利用して安定化支持構造を構成してもよい。また、水面側第２音響モデム２２Ｌも安定化支持構造２６で支持してもよい。
【００２９】
図６は、水中情報の送信方法の説明図である。本実施形態において、水中航走体１の水中航走体処理装置１３は、サイドスキャンソーナ１０Ｃ等の水中情報取得手段によって取得された水中情報を所定の単位で順次圧縮する。そして、水中側第１音響モデム１２Ｈは、圧縮された水中情報を、圧縮された順に送信する。図６に示すように、水中情報ＩＷは、水中航走体１が移動しながら水中情報取得手段が取得する。本実施形態において、水中情報は、ＣＣＤカメラ１０Ａ、水中音響カメラ１０Ｂあるいはサイドスキャンソーナ１０Ｃにより、画像情報として取得される。一般に画像情報は情報量が大きいため、そのまま水中側第１音響モデム１２Ｈから水面側第１音響モデム２２Ｈへ送信すると、これらは通信速度が遅いので、水中情報の伝送に時間を要してしまう。もし、所定の単位における水中情報の収集時間よりも伝送に要する時間が長くなれば、連続的な情報伝達ができなくなり、システムは成立しなくなるおそれがある。
【００３０】
このため、本実施形態では、水中航走体処理装置１３の情報処理部１３Ａが、水中情報取得手段によって取得された水中情報ＩＷを所定の単位（本実施形態では時間ｔｍであるが、所定のデータサイズとしてもよい）で順次圧縮し、水中側第１音響モデム１２Ｈは、圧縮された順序で所定の単位の水中情報を送信する。図６において、水中情報取得手段が連続して取得した水中情報ＩＷは、記憶装置１４に一時的に格納されており、所定の時間ｔｍが経過したら（あるいは所定のデータ量が蓄積されたら）、情報処理部１３Ａは、所定の時間ｔｍで蓄積された水中情報（単位水中情報）の処理を開始する（時間ｔ＝ｔ１）。
【００３１】
本実施形態において、情報処理部１３Ａは、まず、単位水中情報（データ１）を記憶装置１４から読み出し、データ１から静止画像のデータを作成する（処理１）。この場合、情報処理部１３Ａは、例えば、連続して取得された水中情報ＩＷのデータ１から所定のサンプリング周期で画像を取り出し、これを静止画像としてもよい。
【００３２】
そして、情報処理部１３Ａは、作成した静止画像を圧縮して（処理２）、圧縮画像データ（圧縮データ１）を作成する。処理２において、情報処理部１３Ａは、例えば、作成した静止画像をＪＰＥＧのファイル形式に変換する。圧縮データ１が作成されたら、通信制御部１３Ｂは、水中側第１音響モデム１２Ｈから圧縮データ１を送信する。ｔｔは、圧縮データ１の送信に要する時間である。
【００３３】
水面側第１音響モデム２２Ｈが圧縮データ１を受信したら、水上移動体２の水上移動体処理装置２３は、衛星通信ユニット２４を介して通信衛星４へ圧縮データ１を送信し、母船３の情報処理装置３３Ａは、通信衛星ユニット３４を介して圧縮データ１を受信する。情報処理装置３３Ａは、受信した圧縮データ１を復元（解凍）し、連続画像に再構築してから、表示装置３３Ｄに表示させる。
【００３４】
ここで、再構築された水中情報が表示装置３３Ｄに表示される時間はｔ２である。衛星通信、圧縮画像データの復元、再構築が処理３である。圧縮データ１の送信が完了したら、水中航走体処理装置１３の情報処理部１３Ａは、データ１の後に蓄積された単位水中情報であるデータ２について処理１、処理２を実行し、データ２以降の単位水中情報に対しても、順次処理１、２を実行する。
【００３５】
図６に示す例では、時間ｔ＝ｔ０で水中情報の取得が開始される。音響モデムのような音響通信装置を用いた場合、データ伝送に要する時間が長く、処理１〜３に要する時間は前記データ伝送と比較すると、短時間で済む。本実施形態では、水中情報を圧縮して送信するので、その分、データ伝送に要する時間を短くできる。その結果、水中情報の収集が開始されてから、母艦の表示装置３３Ｄに再構築された水中情報が表示されるまでの遅れ時間ｔｄを短くすることができる。
【００３６】
（変形例）
図７は、本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す概念図である。図８、図９は、本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す構成図である。図１０、図１１は、本実施形態の変形例に係る水上移動体を構成する曳航体の状態を示す模式図である。本変形例は、上記実施形態と略同様であるが、水上移動体は、動力を有して自力で航行可能な動力船と、動力船に曳航される曳航体とで構成され、少なくとも第２の音響通信装置である水面側第１音響モデムは、曳航体に搭載される点が異なる。他の構成は、上記実施形態と同様である。
【００３７】
図７に示すように、本変形例において、水上移動体は、動力船２ａと、ワイヤ２Ｗを介して動力船２ａに曳航される曳航体２ｂとで構成される。水中航走体１は、曳航体２ｂの水面下方（鉛直方向側）に潜行して水中を移動しながら水中情報を収集する。曳航体２ｂは、動力船２ａによって曳航されて、水中航走体１の移動に合わせて水面Ｈを移動する。図８、図９に示すように、曳航体２ｂは、浮力体５０と、浮力体係維部材（ロープ等を含む）５２と、浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂと、フレーム５３とを含んで構成される。
【００３８】
浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂは、フレーム５３に取り付けられる。また、浮力体５０は、浮力体係維部材５２によってフレーム５３に取り付けられる。浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂと、フレーム５３には、水面側第１音響モデム２２Ｈ、水面側第２音響モデム２２Ｌ、図２に示す水中位置計測装置２１等の音響通信機器が取り付けられる。具体的には、図９に示すように、浮上力発生体５１Ａに水面側第２音響モデム２２Ｌが取り付けられ、浮上力発生体５１Ｂに水面側第１音響モデム２２Ｈが取り付けられ、フレーム５３に水中位置計測装置２１が取り付けられる。水面側第１音響モデム２２Ｈは、上述したように、安定化支持構造２６を介して浮上力発生体５１Ｂに取り付けられる。この安定化支持構造２６により、水面側第１音響モデム２２Ｈは、揺動軸Ｘ、Ｙの周りをそれぞれ独立に揺動できる。なお、本実施形態では、水面側第１音響モデム２２Ｈのみを安定化支持構造２６で支持しているが、水面側第２音響モデム２２Ｌも安定化支持構造２６で支持してもよい。
【００３９】
浮力体５０には、ＧＰＳ（Global Positioning System：全方向測位システム）装置５５が取り付けられる。動力船２ａは、ＧＰＳ装置５５から得られる曳航体２ｂの位置情報を元に曳航体２ｂを曳航して、水中航走体１を誘導する。この場合、ＧＰＳ装置５５によって、曳航体２ｂの絶対位置を知ることができるので、水中航走体１の誘導精度が向上する。すなわち、ＧＰＳ装置５５から得られる曳航体２ｂの緯度と経度が、捜索したい場所の緯度と経度となるように曳航体２ｂを曳航すれば、水中航走体１を捜索したい場所へ正確に誘導できる。
【００４０】
上述したように、曳航体２ｂは、ワイヤ２Ｗを介して動力船２ａに曳航されるが、曳航速度が比較的低速である場合、例えば、水中航走体１の移動に合わせて曳航体２ｂが移動する場合、図１０に示すように、音響通信機器が取り付けられる部分、すなわち、浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂ及びフレーム５３（図９参照）は水没し、水面Ｈの下となる。このとき、浮力体５０によって曳航体２ｂの浮力が得られる。これによって、曳航体２ｂの重心を低くできるので、曳航体２ｂの揺動を抑制できる。このように、音響通信機器を用いて水中航走体１と通信する場合には、音響通信機器類が取り付けられる部分を水没させて、曳航体２ｂ全体の揺動を抑制するので、安定した通信が実現できる。
【００４１】
一方、水中航走体１を母船３に回収し、比較的高速で移動する場合、図１１に示すように、動力船２ａに曳航される曳航体２ｂは、浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂが発生させる浮力により、浮力体５０及び浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂの一部が水面Ｈの上に現れる。これによって、曳航体２ｂの抵抗が低減されるので、動力船２ａが曳航体２ｂを曳航する際の負担が低減される。なお、図８に示す浮力体係維部材５２をロープやワイヤとして、動力船２ａによって浮力体５０を曳航してもよい。
【００４２】
上述した構成により、図７に示すように、水中航走体１は、動力船２ａに曳航される曳航体２ｂの下方を移動しながら、水中情報収集手段で水中情報を収集する。図７に示す例では、水中情報収集手段として、例えば、サイドスキャンソーナを用いて水底の情報（図７のＳＳ１で示す領域における水底の情報）を収集する。水中航走体１の位置情報は、曳航体２ｂの位置検出手段が取得し（図７のＭＰ）、水中情報収集手段が収集した水中情報は、水中航走体１及び曳航体２ｂに搭載された音響通信装置を介して曳航体２ｂ側へ伝送される（図７のＴＲＩ）。水中航走体１の位置情報及び水中情報収集手段が収集した水中情報は、曳航体２ｂから直接通信衛星４へ送信されるか、曳航体２ｂから動力船２ａに送られた後、動力船２ａから通信衛星４へ送信される。
【００４３】
動力船２ａは、自己の動力で航行するので、動力発生手段や動力伝達系の振動が発生する。上述した実施形態の水上移動体２は、動力発生手段を搭載しているため、動力発生手段や動力伝達装置の振動により水上移動体２自体が動揺し、その影響が水中航走体１と水上移動体２間における音響通信装置を用いたデータの伝送に影響を与えるおそれがある。これを回避するためには、動力発生手段や動力伝達装置の制振対策が必要になる。一方、本変形例では、音響通信機器は、動力を持たない曳航体２ｂに搭載されているので、動力発生手段や動力伝達装置の振動は発生しない。これによって、動力発生手段や動力伝達装置の制振対策は不要になり、波や風等による曳航体２ｂの揺動を、安定化支持構造２６で吸収すればよい。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態及び変形例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る水中情報収集システムは、水中航走体を水上移動体で管制しながら、水中航走体１を用いて水中情報を収集することに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態に係る水中情報収集システムの概要を示す概念図である。
【図２】本実施形態に係る水中情報収集システムの構成を示すシステム構成図である。
【図３】水上移動体が備える第２の音響通信機器のカバーエリアと水中航走体との関係を示す概念図である。
【図４】本実施形態における第２の音響通信機器の姿勢を維持する安定化支持構造の説明図である。
【図５】本実施形態に係る安定化支持構造を適用した場合における水中位置計測装置のカバーエリアと水中航走体との関係を示す概念図である。
【図６】水中情報の送信方法の説明図である。
【図７】本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す概念図である。
【図８】本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す構成図である。
【図９】本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す構成図である。
【図１０】本実施形態の変形例に係る水上移動体を構成する曳航体の状態を示す模式図である。
【図１１】本実施形態の変形例に係る水上移動体を構成する曳航体の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 水中航走体
２ 水上移動体
２Ｗ ワイヤ
２ａ 動力船
２ｂ 曳航体
３ 母船
４ 通信衛星
１０Ａ ＣＣＤカメラ
１０Ｂ 水中音響カメラ
１０Ｃ サイドスキャンソーナ
１１ トランスポンダ
１２Ｈ 水中側第１音響モデム（第１音響モデム）
１２Ｌ 水中側第２音響モデム（第２音響モデム）
１３ 水中航走体処理装置（処理装置）
１３Ａ 情報処理部
１３Ｂ 通信制御部
１４ 記憶装置
２１ 水中位置計測装置
２２Ｈ 水面側第１音響モデム（第１音響モデム）
２２Ｌ 水面側第２音響モデム（第２音響モデム）
２２ＨＣ 受信面
２３ 水上移動体処理装置（処理装置）
２４、３４ 衛星通信ユニット
２５、３５ アンテナ
２６ 安定化支持構造
３３ コンソール
３３Ａ 情報処理装置
３３Ｄ 表示装置（ＣＲＴ）
５０ 浮力体
５１Ａ、５１Ｂ 浮上力発生体
５２ 浮力体係維部材
５３ フレーム
５５ ＧＰＳ装置
１００ 水中情報収集システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中航走体を水上移動体において管制しながら、水中情報を収集する水中情報収集システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水中航走体は、水中を自力で航行するための推進装置と、水中の情報を収集する観測装置とを備えて、水中を航行し、海中や海底のデータを収集するものである。特許文献１には、本船から光ファイバを介してレーザー光を水中航走体に送出するとともに、水中航走体からレーザー光を水中に照射し、探査対象物からの反射光を水中航走体に搭載するカメラヘッドに取り込んで、反射光に基づく映像を本船に送出することが開示されている。また、特許文献２には、水中航走体に超音波を送出する送信機を設けるとともに、水中の所定の３以上の場所に水中航走体の送信機から送出される超音波を受けるための受波器を設置し、水中航走体の送信機から送出された超音波を水中に設けられた受波器によって受信することで、水中航走体の位置を検出する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２９４８４１号公報
【特許文献２】特開２００４−１３８５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、光ファイバの長さによる制約から、水中航走体の移動領域に制約を受けるという問題があるために、水中の情報収集の効率が低下するという問題があった。また、特許文献２に開示された方法では、水中航走体の移動領域に所定の間隔で受波器を設置しなければならず、水中航走体の移動領域が制限されてしまうという問題があった。本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、水中航走体の移動領域の制約を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明に係る水中情報収集システムは、水中の情報を収集する水中情報収集手段と、当該水中情報収集手段が集めた水中の情報を送信可能な第１の音響通信装置とを有して、水中を移動可能な水中航走体と、前記第１の音響通信装置と通信可能であり、当該第１の音響通信装置から送信された前記水中の情報を受信する第２の音響通信装置と、前記水中航走体の位置を検出する位置検出手段とを有し、前記水中航走体の位置を検出しながら、前記水中航走体の移動に合わせて水面を移動する水上移動体と、を含むことを特徴とする。
【０００５】
本発明のように、水中航走体の移動に合わせて水上移動体を移動させるとともに、両者の間では、音響通信装置を用いた無線の通信でデータを伝送することにより、その通信可能範囲内であれば、水上移動体と水中航走体との間で移動の制約はない。これによって、母船は水上移動体を経由して水中航走体が収集した情報を入手できるので、母船は、敢えて航行しにくい水域に進入しなくとも情報収集が可能となる。また、水上移動体は、水中航走体の母船とは異なり、機動性が高いため、水中航走体の動きに追従しやすくなり、水中の情報を収集する際の自由度が向上する。
【０００６】
本発明の好ましい態様としては、前記水中情報収集システムにおいて、前記水上移動体は、前記第２の音響通信装置の姿勢を所定の姿勢に維持できる安定化支持構造を有することが望ましい。これにより、水上移動体の揺動が、音響通信装置を用いた通信に与える影響を低減できる。
【０００７】
本発明の好ましい態様としては、前記水中情報収集システムにおいて、前記安定化支持構造は、互いに直交した２本の揺動軸を少なくとも有しており、前記第２の音響通信装置は、それぞれの前記揺動軸の周りを揺動できるように構成されることが望ましい。これにより、水上移動体の揺動が、音響通信装置を用いた通信に与える影響を低減できる。
【０００８】
本発明の好ましい態様としては、前記水中情報収集システムにおいて、前記水上移動体は、動力を有して自力で航行可能な動力船と、当該動力船に曳航される曳航体とで構成され、少なくとも前記第２の音響通信装置は前記曳航体に搭載されることが望ましい。自力で航行可能な動力船は、動力源や動力伝達装置の振動により船体が揺動し、また、それらが発するノイズにより音響通信装置を用いた通信に影響を与えるおそれがあるが、本発明の構成により、第２の音響通信装置は、動力源を搭載しない曳航体に搭載される。これによって、動力源や動力伝達装置の振動に起因する揺動及びノイズの影響はないので、音響通信装置を用いた通信が確実に実現できる。
【０００９】
本発明の好ましい態様としては、前記水中情報収集システムにおいて、前記水中航走体は、前記水中情報取得手段によって取得された水中の情報を所定の単位で順次圧縮する処理装置を有し、前記第１の音響通信装置は、圧縮された前記水中の情報を、圧縮された順に送信することが望ましい。一般に音響通信装置を用いた通信は通信速度が遅いが、取得された水中の情報を所定の単位で順次圧縮してから、圧縮された順に送信することにより、水中航走体からの情報の送信と、水上での受信との時間遅れを低減できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、水中航走体の移動領域の制約を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の説明により本発明が限定されるものではない。また、下記の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る水中情報収集システムの概要を示す概念図である。水中情報収集システム１００は、水中を移動可能な水中航走体１と、水面Ｈを移動可能な水上移動体２とを含んでいる。そして、水中航走体１により、水中の情報（以下、水中情報という）、例えば、水底の様子を収集し、音響通信装置を介して収集した水中情報を水上移動体２へ送信する。水上移動体２は、受信した水中情報を、通信衛星４（あるいは電波通信）を介して、水中航走体１が水中情報を収集している場所とは離れた場所にいる母船３へ送信する。図１は、水底に沈んだ捜索対象Ｑを水中航走体１で捜索する例であり、水中航走体１が水中を移動しながら水底を観測する。そして、捜索対象Ｑが発見されたら、水中航走体１は、その位置まで接近して捜索対象Ｑのより詳細な情報を収集する。その後、水中航走体１は、元の移動経路へ復帰する。次に、水中情報収集システム１００の構成を説明する。
【００１３】
図２は、本実施形態に係る水中情報収集システムの構成を示すシステム構成図である。水中航走体１は、水中を移動しながら水中の情報を収集するもので、動力を備えており自力で水中を移動するものである。水中航走体１は、水中の情報を収集する水中情報収集手段と、水中情報収集手段が集めた水中の情報を送信可能な第１の音響通信装置とを有している。水中情報収集手段として、本実施形態では、ＣＣＤカメラ１０Ａ、水中音響カメラ１０Ｂ及びサイドスキャンソーナ（ＳＳＳ）１０Ｃである。これによって、本実施形態では、水中の情報を画像として収集する。なお、水中情報収集手段はこれに限定されるものではなく、例えば、サブボトムプロファイラ、マルチビームエコーサウンダー、磁気センサ、温度センサ、汚染物質検出装置等であってもよい。ＣＣＤカメラ１０Ａと水中音響カメラ１０Ｂとサイドスキャンソーナ１０Ｃとは、選択手段である入力切替スイッチＳ１、Ｓ２により、いずれか一つが選択されて、選択された水中情報収集手段によって、水中情報が収集される。
【００１４】
第１の音響通信装置は、第１音響モデム（水中側第１音響モデム）１２Ｈである。本実施形態において、水中航走体１は、水中側第１音響モデム１２Ｈの他に第２音響モデム（水中側第２音響モデム）１２Ｌを備える。水中側第１音響モデム１２Ｈの方が、水中側第２音響モデム１２Ｌよりも通信速度が速い。このため、水中側第１音響モデム１２Ｈは、主として画像データのように情報量が大きい情報を送受信する場合に用いられる。水中側第２音響モデム１２Ｌは、例えば、水中航走体１の運動を管制するための情報を送受信したり、水中航走体１が異常状態になったときの異常発生通信を送信したりする際に用いられる。
【００１５】
水中航走体１は、水中情報の収集や通信を制御したり、水中航走体１の動作を制御したりするための処理装置（水中航走体処理装置）１３が備えられる。水中航走体処理装置１３は、コンピュータで構成されており、水中情報収集手段によって収集された水中情報を処理する情報処理部１３Ａと、水中航走体１の通信を制御する通信制御部１３Ｂとを少なくとも備える。情報処理部１３Ａは、入力切替スイッチＳ２が接続されており、ＣＣＤカメラ１０Ａと水中音響カメラ１０Ｂとサイドスキャンソーナ１０Ｃとのうち、いずれか一つが収集した水中情報が入力される。通信制御部１３Ｂには、水中側第１音響モデム１２Ｈ及び水中側第２音響モデム１２Ｌが接続されており、情報処理部１３Ａが加工した水中情報を送信したり、処理装置１３が要求する水中航走体１の運動を管制するための情報を送受信したりする。
【００１６】
水中航走体処理装置１３には、記憶装置１４が接続されており、例えば、水中航走体１の動作を制御するためのコンピュータプログラムやデータや、水中航走体１と水上移動体２との通信を行う際に必要なコンピュータプログラムや、水中情報収集手段によって収集された水中情報を処理するためのコンピュータプログラム等が格納されている。水中航走体処理装置１３は、記憶装置１４からこれらのコンピュータプログラムやデータを読み出して、水中航走体１の動作を制御したり、水中航走体１の通信を制御したりする。なお、記憶装置１４には、水中情報収集手段によって収集された水中情報を格納してもよい。
【００１７】
水中航走体１には、トランスポンダ１１が搭載されている。トランスポンダ１１は、水上移動体２が備える水中位置計測装置２１（後述する）から送信された信号を受信し、受信した前記信号に対する応答信号を水中位置計測装置２１に送信する。例えば、トランスポンダ１１は、水中位置計測装置２１から送信されてくるパルス音を瞬時に返信させる音響機器である。次に、水上移動体２の構成を説明する。
【００１８】
水上移動体２は、水中航走体１が備える第１の音響通信装置である水中側第１音響モデム１２Ｈと通信可能であり、かつ水中側第１音響モデム１２Ｈから送信された水中情報を受信する第２の音響通信装置と、水中航走体１の位置を検出する位置検出手段とを有しており、水中航走体１の位置を検出しながら、水中航走体１に合わせて水面Ｈを移動する。第２の音響通信装置は、第１音響モデム（水面側第１音響モデム）２２Ｈである。
【００１９】
本実施形態において、水上移動体２は、水面側第１音響モデム２２Ｈの他に第２音響モデム（水面側第２音響モデム）２２Ｌを備える。水面側第１音響モデム２２Ｈの方が、水面側第２音響モデム２２Ｌよりも通信速度が速い。水面側第１音響モデム２２Ｈは、水中航走体１が備える水中側第１音響モデム１２Ｈと対になっており、また、水面側第２音響モデム２２Ｌは、水中航走体１が備える水中側第２音響モデム１２Ｌと対になっている。すなわち、水面側第１音響モデム２２Ｈと水中側第１音響モデム１２Ｈとの間、及び水面側第２音響モデム２２Ｌと水中側第２音響モデム１２Ｌとの間で通信が行われる。
【００２０】
本実施形態において、位置検出手段は、水中位置計測装置２１である。水中位置計測装置２１は、水中を航走している水中航走体１に対して信号を送信するとともに、前記信号に対する水中航走体１からの応答信号を受信し、この応答信号に基づいて水上移動体２に対する水中航走体１の相対位置を計測する。このため、水中位置計測装置２１は、水上移動体２の船底等に設けられ、水中に対して信号を送出できるとともに、水中を伝搬してきた信号を受信できるような構成とされている。水中位置計測装置２１は、例えば、ＳＳＢＬ（Super Short Base Line）測位システム等であり、水中航走体１に向かって定期的にパルス音を発進し、この音を受信した水中航走体１のトランスポンダ１１が返信したエコーを受信するまでの時間を計測することで、水中航走体１までの距離を求める。水中位置計測装置２１は、少なくとも３個の音響センサで前記エコーを受信することで、三角測量により水中航走体の相対位置を計測するものである。
【００２１】
水中位置計測装置２１により、水上移動体２に対する水中航走体１の位置が分かる。したがって、水上移動体２は、水中航走体１を検出しながら、自身の位置と水中航走体１の位置とが、音響通信装置を用いて通信できる範囲内にある状態を保持して、水中航走体１の移動に合わせて移動する。
【００２２】
水上移動体２には、水上移動体２の外部との通信や水中航走体１の測位等を制御するための処理装置（水上移動体処理装置）２３が備えられる。水上移動体処理装置２３は、コンピュータで構成されている。水上移動体処理装置２３には、水中位置計測装置２１、水面側第１音響モデム２２Ｈ、水面側第２音響モデム２２Ｌ、衛星通信ユニット２４が接続されている。処理装置２３は、水面側第１音響モデム２２Ｈを介して取得した水中情報を、衛星通信ユニット２４を介してアンテナ２５から通信衛星４へ送信する。また、水上移動体処理装置２３は、水面側第２音響モデム２２Ｌを介して、水中航走体１の水中航走体処理装置１３へ、水中航走体１を制御するためのコマンドを送信して、水中航走体１を制御する。次に、母船３の構成を説明する。
【００２３】
母船３は、水中航走体１及び水上移動体２とは離れた水域で待機して、水中航走体１が収集し、水上移動体２が通信衛星４へ送信した水中情報を、通信衛星４から受信する。母船３は、衛星通信ユニット３４と、これに接続されたアンテナ３５と、コンソール３３とを備える。コンソール３３は、コンピュータで構成された情報処理装置３３Ａと、例えば、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）で構成される表示装置（ＣＲＴ）３３Ｄとを有する。情報処理装置３３Ａは、アンテナ３５及び衛星通信ユニット３４を介して、水中航走体１が収集した水中情報を取得し、所定の復号処理を施して表示装置３３Ｄに表示させる。水中航走体１は、収集した水中情報に対して所定の処理を施した後、水上移動体２へ送信し、水上移動体２は、受信した水中情報を通信衛星４に送信し、母船３は、通信衛星４から水中情報を受け取って表示装置３３Ｄに表示させる。これによって、水中航走体１によって収集された水中情報は、情報処理及び通信に要する時間の遅れは存在するものの、略リアルタイムで水中航走体１とは遠隔地で待機する母船３の表示装置３３Ｄで観測できる。
【００２４】
本実施形態では、動力を有し、自力で航行可能な水上移動体２が水中航走体１の位置を検出しながら、水中航走体１に合わせて水面を移動するとともに、無線により水中航走体１と水上移動体２との間で通信する。これによって、データの伝送用のケーブルが不要になるので、ケーブルの水中抵抗を考慮する必要がなくなり、水中航走体１の動力を無闇に大きくすることなく、水中情報を収集できる。また、本実施形態では、水中航走体１に伝送用のケーブルを搭載する必要はないので、ケーブルの長さによって水中航走体１の行動範囲が制限されることもない。その結果、本実施形態では、水中航走体の移動領域の制約を低減できる。
【００２５】
図３は、水上移動体が備える第２の音響通信機器のカバーエリアと水中航走体との関係を示す概念図である。図４は、本実施形態における第２の音響通信機器の姿勢を維持する安定化支持構造の説明図である。図５は、本実施形態に係る安定化支持構造を適用した場合における水中位置計測装置のカバーエリアと水中航走体との関係を示す概念図である。図３には、水上移動体２に搭載される水面側第１音響モデム（第２の音響通信機器）２２Ｈのカバーエリアを示す。水上移動体２が水平である場合における前記カバーエリアは、実線ＣＡ１であり、水上移動体２が水平面に対して傾斜した場合における前記カバーエリアは、点線ＣＡ２である。
【００２６】
水上移動体２は、水面Ｈに浮かんで水中航走体１の水中側第１音響モデム１２Ｈ（第１の音響通信機器）から送信される水中情報を受信する。このため、水上移動体２は、波や風の影響を受けて揺動する。したがって、水上移動体２に水面側第１音響モデム２２Ｈが固定されている場合、水上移動体２の揺動とともに水面側第１音響モデム２２Ｈも揺動し、水面側第１音響モデム２２Ｈのカバーエリア（受信可能な領域）も変化する。このため、図３のＣＡ１に示すように、水面側第１音響モデム２２Ｈのカバーエリアに水中航走体１が入っていても、水上移動体２が揺動すると、図３のＣＡ２に示すように、水中航走体１は、水面側第１音響モデム２２Ｈのカバーエリアから外れることがある。すると、水中側第１音響モデム１２Ｈから送信された水中情報を水面側第１音響モデム２２Ｈが受信できなくなり、水中情報を水上移動体２へ送信できなくなってしまう。
【００２７】
これを回避するため、本実施形態では、少なくとも水中情報を受信する第２の音響通信機器、すなわち、水面側第１音響モデム２２Ｈに対しては、水面側第１音響モデム２２Ｈの姿勢を維持する安定化支持構造２６（図４参照）によって水面側第１音響モデム２２Ｈを水上移動体２に支持する。図４に示すように、安定化支持構造２６は、２軸のジンバル機構を利用したものであり、水上移動体２の底部に取り付けられて、水面側第１音響モデム２２Ｈの受信面２２ＨＣが常に水中航走体２の方向を向く姿勢を維持できるように水面側第１音響モデム２２Ｈを支持・姿勢制御する。なお、水中航走体２の位置は、水中位置計測装置２１で計測している。
【００２８】
本実施形態において、安定化支持構造２６は、互いに直交した２本の揺動軸Ｘ、Ｙを少なくとも有しており、水面側第１音響モデム２２Ｈは、それぞれの揺動軸Ｘ、Ｙの周りを揺動できるように構成される。ここで、本実施形態において、揺動軸Ｘは、水上移動体２の前後方向と平行である。このような構造の安定化支持構造２６を介して水面側第１音響モデム２２Ｈが水上移動体２に取り付けられるので、水上移動体２が揺動しても、水面側第１音響モデム２２Ｈの受信面２２ＨＣは、常に水中航走体２の方向を向く姿勢が維持される。そして、図５に示すように、水上移動体２が揺動した場合でも、水面側第１音響モデム２２Ｈのカバーエリアに入っている水中航走体１は、その状態が維持される。これによって、水中側第１音響モデム１２Ｈから水面側第１音響モデム２２Ｈへの安定した送信が実現できるので、水中情報の安定した送信が実現できる。なお、安定化支持構造２６は、上述した構成に限定されるものではなく、例えば、３本以上の揺動軸を備えていてもよいし、球面軸受を利用して安定化支持構造を構成してもよい。また、水面側第２音響モデム２２Ｌも安定化支持構造２６で支持してもよい。
【００２９】
図６は、水中情報の送信方法の説明図である。本実施形態において、水中航走体１の水中航走体処理装置１３は、サイドスキャンソーナ１０Ｃ等の水中情報取得手段によって取得された水中情報を所定の単位で順次圧縮する。そして、水中側第１音響モデム１２Ｈは、圧縮された水中情報を、圧縮された順に送信する。図６に示すように、水中情報ＩＷは、水中航走体１が移動しながら水中情報取得手段が取得する。本実施形態において、水中情報は、ＣＣＤカメラ１０Ａ、水中音響カメラ１０Ｂあるいはサイドスキャンソーナ１０Ｃにより、画像情報として取得される。一般に画像情報は情報量が大きいため、そのまま水中側第１音響モデム１２Ｈから水面側第１音響モデム２２Ｈへ送信すると、これらは通信速度が遅いので、水中情報の伝送に時間を要してしまう。もし、所定の単位における水中情報の収集時間よりも伝送に要する時間が長くなれば、連続的な情報伝達ができなくなり、システムは成立しなくなるおそれがある。
【００３０】
このため、本実施形態では、水中航走体処理装置１３の情報処理部１３Ａが、水中情報取得手段によって取得された水中情報ＩＷを所定の単位（本実施形態では時間ｔｍであるが、所定のデータサイズとしてもよい）で順次圧縮し、水中側第１音響モデム１２Ｈは、圧縮された順序で所定の単位の水中情報を送信する。図６において、水中情報取得手段が連続して取得した水中情報ＩＷは、記憶装置１４に一時的に格納されており、所定の時間ｔｍが経過したら（あるいは所定のデータ量が蓄積されたら）、情報処理部１３Ａは、所定の時間ｔｍで蓄積された水中情報（単位水中情報）の処理を開始する（時間ｔ＝ｔ１）。
【００３１】
本実施形態において、情報処理部１３Ａは、まず、単位水中情報（データ１）を記憶装置１４から読み出し、データ１から静止画像のデータを作成する（処理１）。この場合、情報処理部１３Ａは、例えば、連続して取得された水中情報ＩＷのデータ１から所定のサンプリング周期で画像を取り出し、これを静止画像としてもよい。
【００３２】
そして、情報処理部１３Ａは、作成した静止画像を圧縮して（処理２）、圧縮画像データ（圧縮データ１）を作成する。処理２において、情報処理部１３Ａは、例えば、作成した静止画像をＪＰＥＧのファイル形式に変換する。圧縮データ１が作成されたら、通信制御部１３Ｂは、水中側第１音響モデム１２Ｈから圧縮データ１を送信する。ｔｔは、圧縮データ１の送信に要する時間である。
【００３３】
水面側第１音響モデム２２Ｈが圧縮データ１を受信したら、水上移動体２の水上移動体処理装置２３は、衛星通信ユニット２４を介して通信衛星４へ圧縮データ１を送信し、母船３の情報処理装置３３Ａは、通信衛星ユニット３４を介して圧縮データ１を受信する。情報処理装置３３Ａは、受信した圧縮データ１を復元（解凍）し、連続画像に再構築してから、表示装置３３Ｄに表示させる。
【００３４】
ここで、再構築された水中情報が表示装置３３Ｄに表示される時間はｔ２である。衛星通信、圧縮画像データの復元、再構築が処理３である。圧縮データ１の送信が完了したら、水中航走体処理装置１３の情報処理部１３Ａは、データ１の後に蓄積された単位水中情報であるデータ２について処理１、処理２を実行し、データ２以降の単位水中情報に対しても、順次処理１、２を実行する。
【００３５】
図６に示す例では、時間ｔ＝ｔ０で水中情報の取得が開始される。音響モデムのような音響通信装置を用いた場合、データ伝送に要する時間が長く、処理１〜３に要する時間は前記データ伝送と比較すると、短時間で済む。本実施形態では、水中情報を圧縮して送信するので、その分、データ伝送に要する時間を短くできる。その結果、水中情報の収集が開始されてから、母艦の表示装置３３Ｄに再構築された水中情報が表示されるまでの遅れ時間ｔｄを短くすることができる。
【００３６】
（変形例）
図７は、本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す概念図である。図８、図９は、本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す構成図である。図１０、図１１は、本実施形態の変形例に係る水上移動体を構成する曳航体の状態を示す模式図である。本変形例は、上記実施形態と略同様であるが、水上移動体は、動力を有して自力で航行可能な動力船と、動力船に曳航される曳航体とで構成され、少なくとも第２の音響通信装置である水面側第１音響モデムは、曳航体に搭載される点が異なる。他の構成は、上記実施形態と同様である。
【００３７】
図７に示すように、本変形例において、水上移動体は、動力船２ａと、ワイヤ２Ｗを介して動力船２ａに曳航される曳航体２ｂとで構成される。水中航走体１は、曳航体２ｂの水面下方（鉛直方向側）に潜行して水中を移動しながら水中情報を収集する。曳航体２ｂは、動力船２ａによって曳航されて、水中航走体１の移動に合わせて水面Ｈを移動する。図８、図９に示すように、曳航体２ｂは、浮力体５０と、浮力体係維部材（ロープ等を含む）５２と、浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂと、フレーム５３とを含んで構成される。
【００３８】
浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂは、フレーム５３に取り付けられる。また、浮力体５０は、浮力体係維部材５２によってフレーム５３に取り付けられる。浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂと、フレーム５３には、水面側第１音響モデム２２Ｈ、水面側第２音響モデム２２Ｌ、図２に示す水中位置計測装置２１等の音響通信機器が取り付けられる。具体的には、図９に示すように、浮上力発生体５１Ａに水面側第２音響モデム２２Ｌが取り付けられ、浮上力発生体５１Ｂに水面側第１音響モデム２２Ｈが取り付けられ、フレーム５３に水中位置計測装置２１が取り付けられる。水面側第１音響モデム２２Ｈは、上述したように、安定化支持構造２６を介して浮上力発生体５１Ｂに取り付けられる。この安定化支持構造２６により、水面側第１音響モデム２２Ｈは、揺動軸Ｘ、Ｙの周りをそれぞれ独立に揺動できる。なお、本実施形態では、水面側第１音響モデム２２Ｈのみを安定化支持構造２６で支持しているが、水面側第２音響モデム２２Ｌも安定化支持構造２６で支持してもよい。
【００３９】
浮力体５０には、ＧＰＳ（Global Positioning System：全方向測位システム）装置５５が取り付けられる。動力船２ａは、ＧＰＳ装置５５から得られる曳航体２ｂの位置情報を元に曳航体２ｂを曳航して、水中航走体１を誘導する。この場合、ＧＰＳ装置５５によって、曳航体２ｂの絶対位置を知ることができるので、水中航走体１の誘導精度が向上する。すなわち、ＧＰＳ装置５５から得られる曳航体２ｂの緯度と経度が、捜索したい場所の緯度と経度となるように曳航体２ｂを曳航すれば、水中航走体１を捜索したい場所へ正確に誘導できる。
【００４０】
上述したように、曳航体２ｂは、ワイヤ２Ｗを介して動力船２ａに曳航されるが、曳航速度が比較的低速である場合、例えば、水中航走体１の移動に合わせて曳航体２ｂが移動する場合、図１０に示すように、音響通信機器が取り付けられる部分、すなわち、浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂ及びフレーム５３（図９参照）は水没し、水面Ｈの下となる。このとき、浮力体５０によって曳航体２ｂの浮力が得られる。これによって、曳航体２ｂの重心を低くできるので、曳航体２ｂの揺動を抑制できる。このように、音響通信機器を用いて水中航走体１と通信する場合には、音響通信機器類が取り付けられる部分を水没させて、曳航体２ｂ全体の揺動を抑制するので、安定した通信が実現できる。
【００４１】
一方、水中航走体１を母船３に回収し、比較的高速で移動する場合、図１１に示すように、動力船２ａに曳航される曳航体２ｂは、浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂが発生させる浮力により、浮力体５０及び浮上力発生体５１Ａ、５１Ｂの一部が水面Ｈの上に現れる。これによって、曳航体２ｂの抵抗が低減されるので、動力船２ａが曳航体２ｂを曳航する際の負担が低減される。なお、図８に示す浮力体係維部材５２をロープやワイヤとして、動力船２ａによって浮力体５０を曳航してもよい。
【００４２】
上述した構成により、図７に示すように、水中航走体１は、動力船２ａに曳航される曳航体２ｂの下方を移動しながら、水中情報収集手段で水中情報を収集する。図７に示す例では、水中情報収集手段として、例えば、サイドスキャンソーナを用いて水底の情報（図７のＳＳ１で示す領域における水底の情報）を収集する。水中航走体１の位置情報は、曳航体２ｂの位置検出手段が取得し（図７のＭＰ）、水中情報収集手段が収集した水中情報は、水中航走体１及び曳航体２ｂに搭載された音響通信装置を介して曳航体２ｂ側へ伝送される（図７のＴＲＩ）。水中航走体１の位置情報及び水中情報収集手段が収集した水中情報は、曳航体２ｂから直接通信衛星４へ送信されるか、曳航体２ｂから動力船２ａに送られた後、動力船２ａから通信衛星４へ送信される。
【００４３】
動力船２ａは、自己の動力で航行するので、動力発生手段や動力伝達系の振動が発生する。上述した実施形態の水上移動体２は、動力発生手段を搭載しているため、動力発生手段や動力伝達装置の振動により水上移動体２自体が動揺し、その影響が水中航走体１と水上移動体２間における音響通信装置を用いたデータの伝送に影響を与えるおそれがある。これを回避するためには、動力発生手段や動力伝達装置の制振対策が必要になる。一方、本変形例では、音響通信機器は、動力を持たない曳航体２ｂに搭載されているので、動力発生手段や動力伝達装置の振動は発生しない。これによって、動力発生手段や動力伝達装置の制振対策は不要になり、波や風等による曳航体２ｂの揺動を、安定化支持構造２６で吸収すればよい。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態及び変形例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る水中情報収集システムは、水中航走体を水上移動体で管制しながら、水中航走体１を用いて水中情報を収集することに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本実施形態に係る水中情報収集システムの概要を示す概念図である。
【図２】本実施形態に係る水中情報収集システムの構成を示すシステム構成図である。
【図３】水上移動体が備える第２の音響通信機器のカバーエリアと水中航走体との関係を示す概念図である。
【図４】本実施形態における第２の音響通信機器の姿勢を維持する安定化支持構造の説明図である。
【図５】本実施形態に係る安定化支持構造を適用した場合における水中位置計測装置のカバーエリアと水中航走体との関係を示す概念図である。
【図６】水中情報の送信方法の説明図である。
【図７】本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す概念図である。
【図８】本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す構成図である。
【図９】本実施形態の変形例に係る水上移動体を示す構成図である。
【図１０】本実施形態の変形例に係る水上移動体を構成する曳航体の状態を示す模式図である。
【図１１】本実施形態の変形例に係る水上移動体を構成する曳航体の状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 水中航走体
２ 水上移動体
２Ｗ ワイヤ
２ａ 動力船
２ｂ 曳航体
３ 母船
４ 通信衛星
１０Ａ ＣＣＤカメラ
１０Ｂ 水中音響カメラ
１０Ｃ サイドスキャンソーナ
１１ トランスポンダ
１２Ｈ 水中側第１音響モデム（第１音響モデム）
１２Ｌ 水中側第２音響モデム（第２音響モデム）
１３ 水中航走体処理装置（処理装置）
１３Ａ 情報処理部
１３Ｂ 通信制御部
１４ 記憶装置
２１ 水中位置計測装置
２２Ｈ 水面側第１音響モデム（第１音響モデム）
２２Ｌ 水面側第２音響モデム（第２音響モデム）
２２ＨＣ 受信面
２３ 水上移動体処理装置（処理装置）
２４、３４ 衛星通信ユニット
２５、３５ アンテナ
２６ 安定化支持構造
３３ コンソール
３３Ａ 情報処理装置
３３Ｄ 表示装置（ＣＲＴ）
５０ 浮力体
５１Ａ、５１Ｂ 浮上力発生体
５２ 浮力体係維部材
５３ フレーム
５５ ＧＰＳ装置
１００ 水中情報収集システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中の情報を収集する水中情報収集手段と、当該水中情報収集手段が集めた水中の情報を送信可能な第１の音響通信装置とを有して、水中を移動可能な水中航走体と、
前記第１の音響通信装置と通信可能であり、当該第１の音響通信装置から送信された前記水中の情報を受信する第２の音響通信装置と、前記水中航走体の位置を検出する位置検出手段とを有し、前記水中航走体の位置を検出しながら、前記水中航走体の移動に合わせて水面を移動する水上移動体と、
を含むことを特徴とする水中情報収集システム。
【請求項２】
前記水上移動体は、前記第２の音響通信装置の姿勢を所定の姿勢に維持できる安定化支持構造を有することを特徴とする請求項１に記載の水中情報収集システム。
【請求項３】
前記安定化支持構造は、互いに直交した２本の揺動軸を少なくとも有しており、前記第２の音響通信装置は、それぞれの前記揺動軸の周りを揺動できるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の水中情報収集システム。
【請求項４】
前記水上移動体は、動力を有して自力で航行可能な動力船と、当該動力船に曳航される曳航体とで構成され、少なくとも前記第２の音響通信装置は前記曳航体に搭載されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水中情報収集システム。
【請求項５】
前記水中航走体は、前記水中情報取得手段によって取得された水中の情報を所定の単位で順次圧縮する処理装置を有し、
前記第１の音響通信装置は、圧縮された前記水中の情報を、圧縮された順に送信することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水中情報収集システム。
【請求項１】
水中の情報を収集する水中情報収集手段と、当該水中情報収集手段が集めた水中の情報を送信可能な第１の音響通信装置とを有して、水中を移動可能な水中航走体と、
前記第１の音響通信装置と通信可能であり、当該第１の音響通信装置から送信された前記水中の情報を受信する第２の音響通信装置と、前記水中航走体の位置を検出する位置検出手段とを有し、前記水中航走体の位置を検出しながら、前記水中航走体の移動に合わせて水面を移動する水上移動体と、
を含むことを特徴とする水中情報収集システム。
【請求項２】
前記水上移動体は、前記第２の音響通信装置の姿勢を所定の姿勢に維持できる安定化支持構造を有することを特徴とする請求項１に記載の水中情報収集システム。
【請求項３】
前記安定化支持構造は、互いに直交した２本の揺動軸を少なくとも有しており、前記第２の音響通信装置は、それぞれの前記揺動軸の周りを揺動できるように構成されることを特徴とする請求項２に記載の水中情報収集システム。
【請求項４】
前記水上移動体は、動力を有して自力で航行可能な動力船と、当該動力船に曳航される曳航体とで構成され、少なくとも前記第２の音響通信装置は前記曳航体に搭載されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の水中情報収集システム。
【請求項５】
前記水中航走体は、前記水中情報取得手段によって取得された水中の情報を所定の単位で順次圧縮する処理装置を有し、
前記第１の音響通信装置は、圧縮された前記水中の情報を、圧縮された順に送信することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水中情報収集システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１３９２７０（Ｐ２０１０−１３９２７０Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１３６０９（Ｐ２００８−３１３６０９）
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月９日（２００８．１２．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]