水中航走体の位置較正方法
【課題】 音響通信が不安定でも位置較正を実施できるようにする。
【解決手段】 水中航走体を、慣性航法位置に累積誤差がなくて精度が高い状態のときに、緯度方向と経度方向の各アップデート用経路２２，２３に沿って航走させながら、支援船側より音響測位を行い、得られた音響測位位置２４ａの緯度成分の代表値を緯度方向基準値２５、音響測位位置２４ｂの経度成分の代表値を経度方向基準値２６とする。その後、慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を、緯度方向と経度方向の各位置アップデート用経路２２，２３に沿って再び航走させ、この際、支援船側からの音響測位で得られる音響測位位置２７ａの緯度方向の代表値２８、及び、音響測位位置２７ｂの経度方向の代表値２９を、緯度方向と経度方向の各基準値２５，２６と比較して緯度方向と経度方向の偏差δｘ、δｙを求める。この偏差δｘ，δｙにより水中航走体の慣性航法位置を較正させる。
【解決手段】 水中航走体を、慣性航法位置に累積誤差がなくて精度が高い状態のときに、緯度方向と経度方向の各アップデート用経路２２，２３に沿って航走させながら、支援船側より音響測位を行い、得られた音響測位位置２４ａの緯度成分の代表値を緯度方向基準値２５、音響測位位置２４ｂの経度成分の代表値を経度方向基準値２６とする。その後、慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を、緯度方向と経度方向の各位置アップデート用経路２２，２３に沿って再び航走させ、この際、支援船側からの音響測位で得られる音響測位位置２７ａの緯度方向の代表値２８、及び、音響測位位置２７ｂの経度方向の代表値２９を、緯度方向と経度方向の各基準値２５，２６と比較して緯度方向と経度方向の偏差δｘ、δｙを求める。この偏差δｘ，δｙにより水中航走体の慣性航法位置を較正させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性航法により水中航走体自身で測位される位置を較正するために用いる水中航走体の位置較正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海底（湖底）や水中における種々の調査等を行うための手段の１つとして、自律航走する無人の水中航走体が使用されている。
【０００３】
この種の水中航走体は、地球座標上の緯度及び経度と、海面からの深度とからなる該水中航走体の位置を計測し、その計測された位置を基に、予め与えられた経路を航走するようにしてある。この際、水中航走体の地球座標上の緯度と経度を測位する方法としては、一般的に、音響測位と、慣性航法による測位の２つの測位方法が併用されている。
【０００４】
上記音響測位は、たとえば、水中航走体用の支援船（母船）に、音響測位装置において水中に音波を送信し反射波を受信するアレイ状の送受波器（トランシーバ）を装備し、水中航走体に、音響測位装置におけるトランスポンダを装備して、上記支援船の送受波器よりパルス波を発信し、水中航走体のトランスポンダがこのパルス波を受信すると、その時点で直ちに返信用のパルス波を返信するようにしたものとしてある。したがって、この返信用のパルス波を上記支援船の送受波器で受けて検出する。これにより、上記支援船の送受波器よりパルス波を発信してから返信用のパルス波が該送受波器で検出されるまでの経過時間に、水中の音速をかけ、その１／２の値を求めて上記支援船から水中航走体までの距離を検出すると共に、上記アレイ状としてある送受波器により上記返信用のパルス波の到来する方向を検出することで、上記支援船の送受波器に対する上記水中航走体の相対的な位置を計測するようにしたものである。
【０００５】
更に、上記支援船には、ＧＰＳ等の海上測位システム、及び、該支援船のロール、ピッチ、ヨーを計測する姿勢計測装置が装備してあり、上記のように支援船の送受波器と水中航走体のトランスポンダとの間でパルス波の送受信を行うときに、上記海上測位システムにより支援船の地球座標上における位置（緯度、経度及び海底からの高度）を計測すると共に、上記姿勢計測装置により支援船の姿勢変化（ロール、ピッチ、ヨー）を計測することで、該支援船に装備してある上記音響測位装置の送受波器を原点とした支援船固定座標系（以下、送受波器座標系と記す。）の、地球座標系における位置と姿勢を求めて、上記送受波器座標系での上記水中航走体の位置を地球座標系における位置に変換することで、上記水中航走体の地球座標上における位置（緯度、経度及び海底からの高度）を計測できるようにしてある。
【０００６】
一方、上記慣性航法による測位は、水中航走体に、該水中航走体のロール、ピッチ、ヨーと、該水中航走体に作用する加速度を検出できるようにしてある慣性航法装置を搭載して、上記支援船の地球座標上における緯度と経度を基に与えられる上記水中航走体の航走を開始した始点の位置・速度情報に、上記慣性航法装置により検出される水中航走体の加速度を２階積分することで得た航走距離（移動量）の情報を足し合わせることにより、水中航走体の地球座標上における緯度と経度を、該水中航走体自身で計測するようにしたものである。
【０００７】
なお、水中航走体は、通常、ドップラー式の対地速度計を装備して、該水中航走体が海底（湖底）近くを航走するときには、上記対地速度計により対地速度を検出することで、該水中航走体の航走距離（移動量）を精度よく検出できるようにしてある。しかし、上記ドップラー式の対地速度計は、海底の近くでしか使用できない。そのために、水中航走体を深深度で運用する場合は、支援船より海中に投入された水中航走体を海底近くに到達させるまでは、上記慣性航法、又は、該慣性航法に更に対水速度を考慮した慣性航法による測位を行いながら自律航走させる必要がある。
【０００８】
ところが、上記水中航走体が自身で測位を行うための慣性航法による測位は、上述したように、水中航走体に作用する加速度を２階積分して求まる上記水中航走体の航走距離（移動量）に基づいて、該水中航走体の位置を計測するという計測原理上、上記水中航走体の加速度を検出するために用いる検出器の精度に依存して生じる加速度の検出誤差や、姿勢の検出誤差のための位置誤差が時間の経過と共に累積する。そのために、水中航走体の慣性航法による自律航走を長時間行うと、該慣性航法に基づいて水中航走体が自身で測位している地球座標上の緯度及び経度と、実際の水中航走体の地球座標上の緯度及び経度にずれが生じてしまうため、上記慣性航法による測位のみでは、該水中航走体を、予め与えられた経路に沿って長時間航走させることが困難になる。
【０００９】
そのため、上記水中航走体においては、慣性航法による位置誤差が運用で要求される位置誤差よりも大きくなった場合には、水中航走体が慣性航法により自身で測位している地球座標上の緯度及び経度について較正を行って、実際に水中航走体が存在している地球座標上の緯度及び経度とのずれを解消させる必要が生じる。
【００１０】
特に、水中航走体を深深度で運用する場合は、支援船より海中に投入された水中航走体が慣性航法による自律航走により海底近くまで潜航して、ドップラー式の対地速度計による海底との対地速度の検出が可能になった後に、慣性航法により該水中航走体が自身で測位している地球座標上の緯度及び経度について較正を行うことが必須とされる。
【００１１】
この種の水中航走体が慣性航法により水中航走体自身で測位した緯度及び経度の較正方法としては、図３に示す如く、水中航走体（図示せず）を、交差する２つの位置修正用経路として、慣性航法による測位に基づいて該水中航走体自身で判断した或る等緯度線に沿う緯度検出経路１と、或る等経度線に沿う経度検出経路２に沿ってそれぞれある程度の時間航走させて、上記緯度検出経路１に沿う航走時と、経度検出経路２に沿う航走時に、図示しない支援船側で音響測位による上記水中航走体の測位をそれぞれ複数回行い、音響測位で得られた図３に黒丸で示す如き上記水中航走体の位置３のデータを基に、水中航走体の緯度検出経路１に沿う航走時に得られた位置計測データの緯度成分のみを平均した平均緯度線４を求めて、該平均緯度線４と上記緯度検出経路１との偏差（差分）δＬＡＴを求める。
【００１２】
更に、上記音響測位で得られた上記水中航走体の位置３のデータを基に、水中航走体の経度検出経路２に沿う航走時に得られた位置計測データの経度成分のみを平均した平均経度線５を求めて、該平均経度線５と上記経度検出経路２との偏差（差分）δＬＯＮを求める。
【００１３】
次いで、上記緯度方向及び経度方向の偏差δＬＡＴ及びδＬＯＮを、上記図示しない支援船より水中航走体へ音響通信により与えて、水中航走体が慣性航法により自身で判断している地球座標上の緯度及び経度を、上記緯度方向及び経度方向の偏差δＬＡＴ及びδＬＯＮを用いてそれぞれ較正させるようにする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１４】
なお、上記水中航走体の深度の計測は、一般的に、該水中航走体に装備された深度計を用いるようにしてあり、その検出の際、積分計算を行うことはないため、時間の経過に伴って誤差が累積する虞はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−３１３０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが、特許文献１に示された手法では、交差する２本の直線状の位置検出用の経路に沿って航走を行わせながら支援船側より音響測位を行い、この音響測位により得られた水中航走体の位置と、上記音響測位を行う時点で水中航走体が慣性航法により自身で認識（測位）している位置とを比較して、その偏差（差分）を求め、この求められた偏差（差分）により上記水中航走体が慣性航法により自身で検出している位置、所謂、慣性航法位置の較正を行うようにしてあるため、該特許文献１に示された手法を実施するためには、支援船側から水中航走体の音響測位を行う際に、上記水中航走体より該水中航走体が自身で認識（測位）している慣性航法位置のデータを支援船側へ音響通信で送る必要がある。そのため、上記直交する２本の直線状の位置検出用の経路全体に亘って上記音響測位と音響通信が共に実施可能な広いスペースが必要となる。
【００１７】
しかし、水中航走体を水槽内で運用する場合や、狭い海域で運用する場合、更には、音響測位装置の有効範囲に制限がある場合は、上記のような直交する２本の位置検出用の経路の全体に亘り上記音響測位と音響通信が共に実施可能な広いスペースを確保するのが難しくなる可能性がある。
【００１８】
特に、音響通信は、音響測位で用いる単なるパルス波に比して、より複雑な波形としてより多くの情報の伝達が必要になることから、海域の状態により、たとえば、乱反射が生じたり、海水の温度分布等に起因してマルチパスが生じると、支援船側で音響信号自体が受信できなくなったり、たとえ音響信号は検出できても、水中航走体の慣性航法位置の情報が検出できなくなる等、通信状況が不安定になることがある。そのため、支援船側から水中航走体の音響測位を行うことができるとしても、水中航走体より自信で計測（測位）している慣性航法位置のデータを支援船側へ常時音響通信を介して伝達することが困難になる虞が懸念される。
【００１９】
そこで、本発明は、支援船側より水中航走体の位置較正用の音響測位を行う際に、水中航走体と支援船との間の音響通信が常時安定した状態とならない場合であっても、水中航走体が慣性航法により自身で測位する慣性航法位置を、支援船側からの水中航走体の音響測位位置のデータを基に較正することが可能な水中航走体の位置較正方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、水中航走体を、該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに、その慣性航法位置に基づいて互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路に沿って航走させると共に、該各位置アップデート用経路を航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置より、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の基準となる代表値をそれぞれ求め、その後、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を、その慣性航法位置に基づいて上記２つの位置アップデート用経路に沿って再び航走させると共に、該各位置アップデート用経路を再航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置について、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の代表値をそれぞれ求めて、該求めた各代表値と、対応する上記基準となる代表値との上記各位置アップデート用経路に直交する方向の偏差を基に、上記水中航走体が自身で計測する慣性航法位置を較正させるようにする。
【００２１】
又、上記構成において、水中航走体を該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに航走させると共に、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を再航走させるための互いに交差する２つの位置アップデート用経路を、等緯度線と等経度線に平行に配置するようにする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水中航走体の位置較正方法によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）水中航走体を、該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに、その慣性航法位置に基づいて互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路に沿って航走させると共に、該各位置アップデート用経路を航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置より、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の基準となる代表値をそれぞれ求め、その後、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を、その慣性航法位置に基づいて上記２つの位置アップデート用経路に沿って再び航走させると共に、該各位置アップデート用経路を再航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置について、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の代表値をそれぞれ求めて、該求めた各代表値と、対応する上記基準となる代表値との上記各位置アップデート用経路に直交する方向の偏差を基に、上記水中航走体が自身で計測する慣性航法位置を較正させるようにしてあるので、水中航走体を上記各位置アップデート用経路に沿って最初に航走させるときと、再航走させるときに支援船側より上記水中航走体の音響測位を行う際には、水中航走体より支援船側へ慣性航法位置のデータを音響通信を介して伝える必要をなくすことができる。よって、上記各位置アップデート用経路においては、海域の状況等により音響通信が不安定であっても、音響測位が正常に実施できれば、上記偏差を求めることができる。したがって、音響通信は、上記支援船側より水中航走体へ上記偏差を伝えることさえできればよい。
（２）以上により、水中航走体を水槽内で運用する場合や、狭い海域で運用する場合、更には、音響測位装置の有効範囲に制限がある場合等、上記音響測位と音響通信が共に実施可能な広いスペースを確保するのが難しく、水中航走体と支援船との間の音響通信が常時安定した状態とならない場合にも、音響測位が可能であれば、水中航走体が自身で測位する慣性航法位置を、支援船側から行う水中航走体の音響測位位置のデータのみを基にした上記偏差により較正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の水中航走体の位置較正方法の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】図１の位置較正方法の実施に用いる水中航走体とその支援船のシステム構成の概要を示す図である。
【図３】従来提案されている水中航走体の慣性航法による測位位置の較正方法の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
図１及び図２は本発明の水中航走体の位置較正方法の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。
【００２６】
ここで、先ず、本発明の水中航走体の位置較正方法の実施に用いる装置の構成について説明すると、図２に示すように、水中航走体６用の支援船７側に、海上に浮かぶ該支援船７の地球座標上の位置（緯度及び経度）を計測するためのＧＰＳ等の海上測位システム９と、該支援船７のロール、ピッチ、ヨーを計測する姿勢計測装置１０を接続した水中航走体６用の船上管制装置８を設け、該船上管制装置８に、音響測位装置における親機となる水中に音波を送信し反射波を受信するアレイ式の送受波器（トランシーバ）１１と、水中航走体６と音響通信を行うための音響通信装置１２を接続する。１３は上記船上管制装置８の入力部、１４は上記船上管制装置８の表示部である。
【００２７】
一方、水中航走体６には、慣性航法装置１６と、深度計１７と、ドップラー式の対地速度計１８を接続した水中航走体制御装置１５を設けると共に、該水中航走体制御装置１５に、上記支援船７の音響測位装置の送受波器１１より発信されるパルス波を受信すると直ちに返信用のパルス波を返信するトランスポンダ１９と、上記支援船７の音響通信装置１２と相互に音響通信を行うための音響通信装置２０を装備してなる構成とする。２１は上記水中航走体制御装置１５に接続したＧＰＳ等の海上測位システムであり、上記水中航走体６が海面に浮上しているときには上記海上測位システム２１によって自身で地球座標上の位置（緯度及び経度）を計測することができるようにしてある。
【００２８】
上記構成としてある水中航走体６を用いて本発明の水中航走体の位置較正方法を実施する場合は、予め、図１に示すように、互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路として、たとえば、等緯度線に平行な配置とした緯度方向位置アップデート用経路２２と、等経度線に平行な配置とした経度方向位置アップデート用経路２３を設定しておく。
【００２９】
その後、先ず、水中航走体６が慣性航法に基づいて自身で計測（測位）する該水中航走体６の慣性航法位置に関する累積誤差がなくて、該慣性航法位置の精度が高い状態、たとえば、支援船７のような地球座標上における緯度と経度が明らかとなっている出発点より該水中航走体６の航走を開始させた直後や、水中航走体６における慣性航法位置の較正を実施した直後の状態のときに、該水中航走体６を、自身で測位する慣性航法位置の情報を基に、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と、経度方向位置アップデート用経路２３に沿って順次航走させる。
【００３０】
更に、上記水中航走体６が上記緯度方向位置アップデート用経路２２に沿って航走しているとき、及び、経度方向位置アップデート用経路２３に沿って航走しているときのそれぞれについて、支援船７側より上記水中航走体６の音響測位を複数回ずつ行う。
【００３１】
この音響測位は、具体的には、支援船７に設けてある音響測位装置のアレイ式の送受波器１１よりパルス波を発信させ、このパルス波を受信した水中航走体６のトランスポンダ１９が直ちに返信する返信用のパルス波が上記支援船７の送受波器１１により受信された時点で、該送受波器１１よりパルス波を発信してから上記トランスポンダ１９より返信された返信用のパルス波が検出されるまでに要した時間と、水中の音速とから、上記支援船７に設けた送受波器１１から上記水中航走体６までの距離を求めると共に、上記アレイ式の送受波器１１で受信される上記返信用のパルス波の到来する方向とから、上記支援船７の送受波器１１に対する上記水中航走体６の相対位置を求めて、この相対位置の計測データを、船上管制装置８に入力させるようにする。
【００３２】
同時に、上記支援船７に備えた海上測位システム９により検出される地球座標上における該支援船７の緯度及び経度の計測データと、上記姿勢計測装置１０により検出される支援船７のロール、ピッチ、ヨーの姿勢計測データとを上記船上管制装置８へ入力させ、該船上管制装置８にて、上記支援船７の地球座標上での緯度及び経度の計測データ、及び、支援船７の姿勢計測データより、該支援船７に装備してある上記送受波器１１を原点とした支援船７に固定の送受波器座標系の、地球座標系における位置と姿勢を求めて、上記送受波器１１に対する相対位置として該送受波器座標系で計測されている上記水中航走体６の位置を、地球座標系における位置に変換することで、上記水中航走体６の地球座標上における緯度及び経度の位置（音響測位位置）２４ａ，２４ｂを計測するようにする。なお、図１に示すように、２４ａは上記水中航走体６が緯度方向位置アップデート用経路２２に沿って航走しているときに計測される音響測位位置、２４ｂは上記水中航走体６が経度方向位置アップデート用経路２３に沿って航走しているときに計測される音響測位位置である。
【００３３】
上記水中航走体６が自身で計測（測位）する該水中航走体６の慣性航法位置の累積誤差がなくて精度が高い状態のときには、水中航走体６を、自身で計測する慣性航法位置の情報を基に上記緯度方向位置アップデート用経路２２と経度方向位置アップデート用経路２３に沿って順次航走させるようにすると、上記水中航走体６は、地球座標上における上記緯度方向位置アップデート用経路２２と経度方向位置アップデート用経路２３の実際の位置にほぼ正確に沿って航走する。したがって、上記した如き手順で求めた音響測位位置２４ａ及び２４ｂは、図１に示すように、地球座標上における上記緯度方向位置アップデート用経路２２の実際の位置、及び、経度方向位置アップデート用経路２３の実際の位置にほぼ正確に対応した配置となる。
【００３４】
以上の点に鑑みて、上記船上管制装置８では、上記水中航走体６が緯度方向位置アップデート用経路２２を航走しているときに計測される各音響測位位置２４ａの地球座標上の位置座標（緯度及び経度）について、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と直交する方向のみのばらつきを平均化した緯度方向の代表値、すなわち、上記各音響測位位置２４ａの緯度成分のみを平均化した代表値を算出する。これにより、上記算出された各音響測位位置２４ａの緯度成分の代表値は、上記等緯度線に平行に配置した緯度方向位置アップデート用経路２２の実際の緯度にほぼ一致するようになるため、船上管制装置８では、上記各音響測位位置２４ａの緯度成分の代表値を、緯度方向基準値２５として、該船上管制装置８における図示しないデータ記憶部に記憶（格納）する。なお、図１では、上記緯度方向基準値２５は、上記緯度方向位置アップデート用経路２２に一致するものとして図示してある。
【００３５】
又、上記船上管制装置８では、上記水中航走体６が経度方向位置アップデート用経路２３を航走しているときに計測される各音響測位位置２４ｂの地球座標上の位置座標（緯度及び経度）について、上記経度方向位置アップデート用経路２３と直交する方向のみのばらつきを平均化した経度方向の代表値、すなわち、上記各音響測位位置２４ｂの経度成分のみを平均化した代表値を算出する。これにより、上記算出された各音響測位位置２４ｂの経度成分の代表値は、上記等経度線に平行に配置した経度方向位置アップデート用経路２３の実際の緯度にほぼ一致するようになるため、船上管制装置８では、上記各音響測位位置２４ｂの経度成分の代表値を、経度方向基準値２６として、該船上管制装置８における図示しないデータ記憶部に記憶（格納）する。なお、図１では、上記経度方向基準値２６は、上記経度方向位置アップデート用経路２３に一致するものとして図示してある。
【００３６】
その後、慣性航法を或る時間継続して行うことで、水中航走体６が自身で計測（測位）する慣性航法位置に誤差が累積した場合は、該水中航走体６を、自身で計測する慣性航法位置を基にして、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と、経度方向位置アップデート用経路２３にそれぞれ沿うように再び航走させ、上記水中航走体６が上記緯度方向位置アップデート用経路２２に沿って再航走しているとき、及び、経度方向位置アップデート用経路２３に沿って再航走しているときのそれぞれについて、支援船７側より上記した音響測位と同様に水中航走体６の音響測位を複数回ずつ行って音響測位位置２７ａ及び２７ｂをそれぞれ計測する。
【００３７】
上記のようにして計測した各音響測位位置２７ａ及び２７ｂは、図１に二点鎖線で示すように、地球座標上でプロットすると、水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置に累積している誤差に応じて、本来の目標航走経路である上記緯度方向位置アップデート用経路２２及び経度方向位置アップデート用経路２３よりずれた配置となる。
【００３８】
よって、上記船上管制装置８では、上記のようにして水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置を基に上記緯度方向位置アップデート用経路２２に沿って再航走しているときに音響測位により求められる各音響測位位置２７ａの地球座標上の位置座標（緯度及び経度）について、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と直交する方向のみのばらつきを平均化した緯度方向の代表値、すなわち、上記各音響測位位置２７ａの緯度成分のみを平均化した代表値２８（図１に二点鎖線で示す）を求め、該代表値２８を、上記船上管制装置８の図示しないデータ記憶部に記憶してある緯度方向基準値２５より減算することで、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と直交する方向、すなわち、緯度方向に関する慣性航法位置の偏差δｘを求める。
【００３９】
更に、上記船上管制装置８では、上記のようにして水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置を基に上記経度方向位置アップデート用経路２３に沿って再航走しているときに音響測位により求められる各音響測位位置２７ｂの地球座標上の位置座標（緯度及び経度）について、上記経度方向位置アップデート用経路２３と直交する方向のみのばらつきを平均化した経度方向の代表値、すなわち、上記各音響測位位置２７ｂの経度成分のみを平均化した代表値２９（図１に二点鎖線で示す）を求め、該代表値２９を、上記船上管制装置８の図示しないデータ記憶部に記憶してある経度方向基準値２６より減算することで、上記経度方向位置アップデート用経路２３と直交する方向、すなわち、経度方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを求める。
【００４０】
しかる後、上記求めた緯度方向及び経度方向に関する慣性航法位置の偏差δｘ及びδｙを、上記船上管制装置８より音響通信装置１２と２０を介して水中航走体６の水中航走体制御装置１５へ送り、該水中航走体制御装置１５にて、水中航走体６が慣性航法に基づいて該水中航走体６自身で計測（測位）している慣性航法位置の緯度及び経度について、上記船上管制装置８より与えられた緯度方向及び経度方向に関する慣性航法位置の各偏差δｘ及びδｙによる較正を行うようにする。
【００４１】
このように、本発明の水中航走体の位置較正方法によれば、水中航走体６が自身で計測（測位）する該水中航走体６の慣性航法位置の累積誤差がなくて、該慣性航法位置の精度が高い状態のときに、該水中航走体６を、自身で計測する慣性航法位置の情報を基に上記緯度方向位置アップデート用経路２２と経度方向位置アップデート用経路２３に沿って順次航走させながら支援船７側より上記水中航走体６の音響測位を行う際、及び、慣性航法を或る時間継続して行った後の水中航走体６を、自身で計測（測位）する慣性航法位置を基に上記緯度方向位置アップデート用経路２２と、経度方向位置アップデート用経路２３に沿うように再び航走させながら、支援船７側より上記水中航走体６の音響測位を行う際には、水中航走体６より支援船７側へ慣性航法位置のデータを音響通信により伝える必要をなくすことができる。
【００４２】
よって、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と経度方向位置アップデート用経路２３では、海域の状況によりたとえ音響通信が不安定であっても、音響測位が正常に実施できれば、緯度方向及び経度方向に関する慣性航法位置の偏差δｘ、δｙを求めることができる。
【００４３】
したがって、音響通信は、上記支援船７に設けた船上管制装置８より、緯度方向及び経度方向に関する慣性航法位置の偏差δｘ、δｙを伝えることさえできればよい。
【００４４】
以上により、本発明の水中航走体の位置較正方法では、水中航走体を水槽内で運用する場合や、狭い海域で運用する場合、更には、音響測位装置の有効範囲に制限がある場合等、上記音響測位と音響通信が共に実施可能な広いスペースを確保するのが難しく、水中航走体６と支援船７との間の音響通信が常時安定した状態とならない場合にも、音響測位が可能であれば、水中航走体６が自身で測位する慣性航法位置を、支援船７側からの該水中航走体６の音響測位位置２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂのデータのみを基にして較正することができる。
【００４５】
しかも、上記においては、互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路を、等緯度線に平行な緯度方向位置アップデート用経路２２と、等経度線に平行な経度方向位置アップデート用経路２３としてあるため、上記緯度方向位置アップデート用経路２２に沿わせて航走させた水中航走体６についての各音響測位位置２４ａ，２７ａに関して該緯度方向位置アップデート用経路２２に直交する方向のばらつきを平均化する代表値を求める場合は、上記各音響測位位置２４ａ，２７ａの緯度成分のみを平均化することで容易に算出することができる。又、上記経度方向位置アップデート用経路２３に沿わせて航走させた水中航走体６についての各音響測位位置２４ｂ，２７ｂに関して該経度方向位置アップデート用経路２３に直交する方向のばらつきを平均化する代表値を求める場合は、上記各音響測位位置２４ｂ，２７ｂの経度成分のみを平均化することで容易に算出することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路を、等緯度線に平行な緯度方向位置アップデート用経路２２と、等経度線に平行な経度方向位置アップデート用経路２３とする場合について示したが、２つの直線状の位置アップデート用経路は、必ずしも直交していなくてもよく、又、一方又は双方を等緯度線、等経度線に平行な配置以外の配置としてもよい。これらの場合は、上記２つの位置アップデート用経路に沿って水中航走体６をそれぞれ航走させるときに支援船７からの音響測位を複数回ずつ行って計測した音響測位位置について、それぞれ水中航走体６が航走した位置アップデート用経路に直交する方向のばらつきを平均化した代表値を求めるようにし、水中航走体６が自身で計測（測位）する慣性航法位置の精度が高い状態のときに求められた代表値を基準として、水中航走体６が自身で計測（測位）する慣性航法位置に誤差が累積した場合に求まる代表値との対応する位置アップデート用経路に直交する方向の偏差（差分）を求めて、この偏差により、上記各位置アップデート用経路に直交する方向についての位置較正を行わせるようにすればよい。
【００４７】
慣性航法に基づいて自身の位置の計測を行いながら自律航走を継続して行うことができるようにしてある水中航走体６であれば、いかなる形式、いかなる用途の水中航走体６の慣性航法位置の較正に適用してもよい。
【００４８】
図１における各位置アップデート用経路２２と２３について、水中航走体６が航走する方向や順序を逆にしてもよい。
【００４９】
図１における音響測位位置２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂは、図示する便宜上、各々３個所ずつしか示していないが、各位置アップデート用経路２２及び２３に沿って航走する水中航走体６の音響測位の回数は、音響測位位置２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂに所望する精度が得られるように自在に設定してよい。
【００５０】
支援船７に装備する海上測位システム９は、該支援船７の地球座標上における緯度と経度を所望する精度で得ることができれば、ＧＰＳ以外のいかなる形式の海上測位システム９を採用してもよい。
【００５１】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５２】
６ 水中航走体
７ 支援船
２２ 緯度方向位置アップデート用経路（位置アップデート用経路）
２３ 経度方向位置アップデート用経路（位置アップデート用経路）
２４ａ，２４ｂ 音響測位位置
２５ 緯度方向基準値（基準となる代表値）
２６ 経度方向基準値（基準となる代表値）
２７ａ，２７ｂ 音響測位位置
２８ 代表値
２９ 代表値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、慣性航法により水中航走体自身で測位される位置を較正するために用いる水中航走体の位置較正方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海底（湖底）や水中における種々の調査等を行うための手段の１つとして、自律航走する無人の水中航走体が使用されている。
【０００３】
この種の水中航走体は、地球座標上の緯度及び経度と、海面からの深度とからなる該水中航走体の位置を計測し、その計測された位置を基に、予め与えられた経路を航走するようにしてある。この際、水中航走体の地球座標上の緯度と経度を測位する方法としては、一般的に、音響測位と、慣性航法による測位の２つの測位方法が併用されている。
【０００４】
上記音響測位は、たとえば、水中航走体用の支援船（母船）に、音響測位装置において水中に音波を送信し反射波を受信するアレイ状の送受波器（トランシーバ）を装備し、水中航走体に、音響測位装置におけるトランスポンダを装備して、上記支援船の送受波器よりパルス波を発信し、水中航走体のトランスポンダがこのパルス波を受信すると、その時点で直ちに返信用のパルス波を返信するようにしたものとしてある。したがって、この返信用のパルス波を上記支援船の送受波器で受けて検出する。これにより、上記支援船の送受波器よりパルス波を発信してから返信用のパルス波が該送受波器で検出されるまでの経過時間に、水中の音速をかけ、その１／２の値を求めて上記支援船から水中航走体までの距離を検出すると共に、上記アレイ状としてある送受波器により上記返信用のパルス波の到来する方向を検出することで、上記支援船の送受波器に対する上記水中航走体の相対的な位置を計測するようにしたものである。
【０００５】
更に、上記支援船には、ＧＰＳ等の海上測位システム、及び、該支援船のロール、ピッチ、ヨーを計測する姿勢計測装置が装備してあり、上記のように支援船の送受波器と水中航走体のトランスポンダとの間でパルス波の送受信を行うときに、上記海上測位システムにより支援船の地球座標上における位置（緯度、経度及び海底からの高度）を計測すると共に、上記姿勢計測装置により支援船の姿勢変化（ロール、ピッチ、ヨー）を計測することで、該支援船に装備してある上記音響測位装置の送受波器を原点とした支援船固定座標系（以下、送受波器座標系と記す。）の、地球座標系における位置と姿勢を求めて、上記送受波器座標系での上記水中航走体の位置を地球座標系における位置に変換することで、上記水中航走体の地球座標上における位置（緯度、経度及び海底からの高度）を計測できるようにしてある。
【０００６】
一方、上記慣性航法による測位は、水中航走体に、該水中航走体のロール、ピッチ、ヨーと、該水中航走体に作用する加速度を検出できるようにしてある慣性航法装置を搭載して、上記支援船の地球座標上における緯度と経度を基に与えられる上記水中航走体の航走を開始した始点の位置・速度情報に、上記慣性航法装置により検出される水中航走体の加速度を２階積分することで得た航走距離（移動量）の情報を足し合わせることにより、水中航走体の地球座標上における緯度と経度を、該水中航走体自身で計測するようにしたものである。
【０００７】
なお、水中航走体は、通常、ドップラー式の対地速度計を装備して、該水中航走体が海底（湖底）近くを航走するときには、上記対地速度計により対地速度を検出することで、該水中航走体の航走距離（移動量）を精度よく検出できるようにしてある。しかし、上記ドップラー式の対地速度計は、海底の近くでしか使用できない。そのために、水中航走体を深深度で運用する場合は、支援船より海中に投入された水中航走体を海底近くに到達させるまでは、上記慣性航法、又は、該慣性航法に更に対水速度を考慮した慣性航法による測位を行いながら自律航走させる必要がある。
【０００８】
ところが、上記水中航走体が自身で測位を行うための慣性航法による測位は、上述したように、水中航走体に作用する加速度を２階積分して求まる上記水中航走体の航走距離（移動量）に基づいて、該水中航走体の位置を計測するという計測原理上、上記水中航走体の加速度を検出するために用いる検出器の精度に依存して生じる加速度の検出誤差や、姿勢の検出誤差のための位置誤差が時間の経過と共に累積する。そのために、水中航走体の慣性航法による自律航走を長時間行うと、該慣性航法に基づいて水中航走体が自身で測位している地球座標上の緯度及び経度と、実際の水中航走体の地球座標上の緯度及び経度にずれが生じてしまうため、上記慣性航法による測位のみでは、該水中航走体を、予め与えられた経路に沿って長時間航走させることが困難になる。
【０００９】
そのため、上記水中航走体においては、慣性航法による位置誤差が運用で要求される位置誤差よりも大きくなった場合には、水中航走体が慣性航法により自身で測位している地球座標上の緯度及び経度について較正を行って、実際に水中航走体が存在している地球座標上の緯度及び経度とのずれを解消させる必要が生じる。
【００１０】
特に、水中航走体を深深度で運用する場合は、支援船より海中に投入された水中航走体が慣性航法による自律航走により海底近くまで潜航して、ドップラー式の対地速度計による海底との対地速度の検出が可能になった後に、慣性航法により該水中航走体が自身で測位している地球座標上の緯度及び経度について較正を行うことが必須とされる。
【００１１】
この種の水中航走体が慣性航法により水中航走体自身で測位した緯度及び経度の較正方法としては、図３に示す如く、水中航走体（図示せず）を、交差する２つの位置修正用経路として、慣性航法による測位に基づいて該水中航走体自身で判断した或る等緯度線に沿う緯度検出経路１と、或る等経度線に沿う経度検出経路２に沿ってそれぞれある程度の時間航走させて、上記緯度検出経路１に沿う航走時と、経度検出経路２に沿う航走時に、図示しない支援船側で音響測位による上記水中航走体の測位をそれぞれ複数回行い、音響測位で得られた図３に黒丸で示す如き上記水中航走体の位置３のデータを基に、水中航走体の緯度検出経路１に沿う航走時に得られた位置計測データの緯度成分のみを平均した平均緯度線４を求めて、該平均緯度線４と上記緯度検出経路１との偏差（差分）δＬＡＴを求める。
【００１２】
更に、上記音響測位で得られた上記水中航走体の位置３のデータを基に、水中航走体の経度検出経路２に沿う航走時に得られた位置計測データの経度成分のみを平均した平均経度線５を求めて、該平均経度線５と上記経度検出経路２との偏差（差分）δＬＯＮを求める。
【００１３】
次いで、上記緯度方向及び経度方向の偏差δＬＡＴ及びδＬＯＮを、上記図示しない支援船より水中航走体へ音響通信により与えて、水中航走体が慣性航法により自身で判断している地球座標上の緯度及び経度を、上記緯度方向及び経度方向の偏差δＬＡＴ及びδＬＯＮを用いてそれぞれ較正させるようにする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１４】
なお、上記水中航走体の深度の計測は、一般的に、該水中航走体に装備された深度計を用いるようにしてあり、その検出の際、積分計算を行うことはないため、時間の経過に伴って誤差が累積する虞はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００６−３１３０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところが、特許文献１に示された手法では、交差する２本の直線状の位置検出用の経路に沿って航走を行わせながら支援船側より音響測位を行い、この音響測位により得られた水中航走体の位置と、上記音響測位を行う時点で水中航走体が慣性航法により自身で認識（測位）している位置とを比較して、その偏差（差分）を求め、この求められた偏差（差分）により上記水中航走体が慣性航法により自身で検出している位置、所謂、慣性航法位置の較正を行うようにしてあるため、該特許文献１に示された手法を実施するためには、支援船側から水中航走体の音響測位を行う際に、上記水中航走体より該水中航走体が自身で認識（測位）している慣性航法位置のデータを支援船側へ音響通信で送る必要がある。そのため、上記直交する２本の直線状の位置検出用の経路全体に亘って上記音響測位と音響通信が共に実施可能な広いスペースが必要となる。
【００１７】
しかし、水中航走体を水槽内で運用する場合や、狭い海域で運用する場合、更には、音響測位装置の有効範囲に制限がある場合は、上記のような直交する２本の位置検出用の経路の全体に亘り上記音響測位と音響通信が共に実施可能な広いスペースを確保するのが難しくなる可能性がある。
【００１８】
特に、音響通信は、音響測位で用いる単なるパルス波に比して、より複雑な波形としてより多くの情報の伝達が必要になることから、海域の状態により、たとえば、乱反射が生じたり、海水の温度分布等に起因してマルチパスが生じると、支援船側で音響信号自体が受信できなくなったり、たとえ音響信号は検出できても、水中航走体の慣性航法位置の情報が検出できなくなる等、通信状況が不安定になることがある。そのため、支援船側から水中航走体の音響測位を行うことができるとしても、水中航走体より自信で計測（測位）している慣性航法位置のデータを支援船側へ常時音響通信を介して伝達することが困難になる虞が懸念される。
【００１９】
そこで、本発明は、支援船側より水中航走体の位置較正用の音響測位を行う際に、水中航走体と支援船との間の音響通信が常時安定した状態とならない場合であっても、水中航走体が慣性航法により自身で測位する慣性航法位置を、支援船側からの水中航走体の音響測位位置のデータを基に較正することが可能な水中航走体の位置較正方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、水中航走体を、該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに、その慣性航法位置に基づいて互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路に沿って航走させると共に、該各位置アップデート用経路を航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置より、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の基準となる代表値をそれぞれ求め、その後、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を、その慣性航法位置に基づいて上記２つの位置アップデート用経路に沿って再び航走させると共に、該各位置アップデート用経路を再航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置について、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の代表値をそれぞれ求めて、該求めた各代表値と、対応する上記基準となる代表値との上記各位置アップデート用経路に直交する方向の偏差を基に、上記水中航走体が自身で計測する慣性航法位置を較正させるようにする。
【００２１】
又、上記構成において、水中航走体を該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに航走させると共に、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を再航走させるための互いに交差する２つの位置アップデート用経路を、等緯度線と等経度線に平行に配置するようにする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の水中航走体の位置較正方法によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）水中航走体を、該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに、その慣性航法位置に基づいて互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路に沿って航走させると共に、該各位置アップデート用経路を航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置より、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の基準となる代表値をそれぞれ求め、その後、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を、その慣性航法位置に基づいて上記２つの位置アップデート用経路に沿って再び航走させると共に、該各位置アップデート用経路を再航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置について、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の代表値をそれぞれ求めて、該求めた各代表値と、対応する上記基準となる代表値との上記各位置アップデート用経路に直交する方向の偏差を基に、上記水中航走体が自身で計測する慣性航法位置を較正させるようにしてあるので、水中航走体を上記各位置アップデート用経路に沿って最初に航走させるときと、再航走させるときに支援船側より上記水中航走体の音響測位を行う際には、水中航走体より支援船側へ慣性航法位置のデータを音響通信を介して伝える必要をなくすことができる。よって、上記各位置アップデート用経路においては、海域の状況等により音響通信が不安定であっても、音響測位が正常に実施できれば、上記偏差を求めることができる。したがって、音響通信は、上記支援船側より水中航走体へ上記偏差を伝えることさえできればよい。
（２）以上により、水中航走体を水槽内で運用する場合や、狭い海域で運用する場合、更には、音響測位装置の有効範囲に制限がある場合等、上記音響測位と音響通信が共に実施可能な広いスペースを確保するのが難しく、水中航走体と支援船との間の音響通信が常時安定した状態とならない場合にも、音響測位が可能であれば、水中航走体が自身で測位する慣性航法位置を、支援船側から行う水中航走体の音響測位位置のデータのみを基にした上記偏差により較正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の水中航走体の位置較正方法の実施の一形態を示す概要図である。
【図２】図１の位置較正方法の実施に用いる水中航走体とその支援船のシステム構成の概要を示す図である。
【図３】従来提案されている水中航走体の慣性航法による測位位置の較正方法の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
図１及び図２は本発明の水中航走体の位置較正方法の実施の一形態を示すもので、以下のようにしてある。
【００２６】
ここで、先ず、本発明の水中航走体の位置較正方法の実施に用いる装置の構成について説明すると、図２に示すように、水中航走体６用の支援船７側に、海上に浮かぶ該支援船７の地球座標上の位置（緯度及び経度）を計測するためのＧＰＳ等の海上測位システム９と、該支援船７のロール、ピッチ、ヨーを計測する姿勢計測装置１０を接続した水中航走体６用の船上管制装置８を設け、該船上管制装置８に、音響測位装置における親機となる水中に音波を送信し反射波を受信するアレイ式の送受波器（トランシーバ）１１と、水中航走体６と音響通信を行うための音響通信装置１２を接続する。１３は上記船上管制装置８の入力部、１４は上記船上管制装置８の表示部である。
【００２７】
一方、水中航走体６には、慣性航法装置１６と、深度計１７と、ドップラー式の対地速度計１８を接続した水中航走体制御装置１５を設けると共に、該水中航走体制御装置１５に、上記支援船７の音響測位装置の送受波器１１より発信されるパルス波を受信すると直ちに返信用のパルス波を返信するトランスポンダ１９と、上記支援船７の音響通信装置１２と相互に音響通信を行うための音響通信装置２０を装備してなる構成とする。２１は上記水中航走体制御装置１５に接続したＧＰＳ等の海上測位システムであり、上記水中航走体６が海面に浮上しているときには上記海上測位システム２１によって自身で地球座標上の位置（緯度及び経度）を計測することができるようにしてある。
【００２８】
上記構成としてある水中航走体６を用いて本発明の水中航走体の位置較正方法を実施する場合は、予め、図１に示すように、互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路として、たとえば、等緯度線に平行な配置とした緯度方向位置アップデート用経路２２と、等経度線に平行な配置とした経度方向位置アップデート用経路２３を設定しておく。
【００２９】
その後、先ず、水中航走体６が慣性航法に基づいて自身で計測（測位）する該水中航走体６の慣性航法位置に関する累積誤差がなくて、該慣性航法位置の精度が高い状態、たとえば、支援船７のような地球座標上における緯度と経度が明らかとなっている出発点より該水中航走体６の航走を開始させた直後や、水中航走体６における慣性航法位置の較正を実施した直後の状態のときに、該水中航走体６を、自身で測位する慣性航法位置の情報を基に、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と、経度方向位置アップデート用経路２３に沿って順次航走させる。
【００３０】
更に、上記水中航走体６が上記緯度方向位置アップデート用経路２２に沿って航走しているとき、及び、経度方向位置アップデート用経路２３に沿って航走しているときのそれぞれについて、支援船７側より上記水中航走体６の音響測位を複数回ずつ行う。
【００３１】
この音響測位は、具体的には、支援船７に設けてある音響測位装置のアレイ式の送受波器１１よりパルス波を発信させ、このパルス波を受信した水中航走体６のトランスポンダ１９が直ちに返信する返信用のパルス波が上記支援船７の送受波器１１により受信された時点で、該送受波器１１よりパルス波を発信してから上記トランスポンダ１９より返信された返信用のパルス波が検出されるまでに要した時間と、水中の音速とから、上記支援船７に設けた送受波器１１から上記水中航走体６までの距離を求めると共に、上記アレイ式の送受波器１１で受信される上記返信用のパルス波の到来する方向とから、上記支援船７の送受波器１１に対する上記水中航走体６の相対位置を求めて、この相対位置の計測データを、船上管制装置８に入力させるようにする。
【００３２】
同時に、上記支援船７に備えた海上測位システム９により検出される地球座標上における該支援船７の緯度及び経度の計測データと、上記姿勢計測装置１０により検出される支援船７のロール、ピッチ、ヨーの姿勢計測データとを上記船上管制装置８へ入力させ、該船上管制装置８にて、上記支援船７の地球座標上での緯度及び経度の計測データ、及び、支援船７の姿勢計測データより、該支援船７に装備してある上記送受波器１１を原点とした支援船７に固定の送受波器座標系の、地球座標系における位置と姿勢を求めて、上記送受波器１１に対する相対位置として該送受波器座標系で計測されている上記水中航走体６の位置を、地球座標系における位置に変換することで、上記水中航走体６の地球座標上における緯度及び経度の位置（音響測位位置）２４ａ，２４ｂを計測するようにする。なお、図１に示すように、２４ａは上記水中航走体６が緯度方向位置アップデート用経路２２に沿って航走しているときに計測される音響測位位置、２４ｂは上記水中航走体６が経度方向位置アップデート用経路２３に沿って航走しているときに計測される音響測位位置である。
【００３３】
上記水中航走体６が自身で計測（測位）する該水中航走体６の慣性航法位置の累積誤差がなくて精度が高い状態のときには、水中航走体６を、自身で計測する慣性航法位置の情報を基に上記緯度方向位置アップデート用経路２２と経度方向位置アップデート用経路２３に沿って順次航走させるようにすると、上記水中航走体６は、地球座標上における上記緯度方向位置アップデート用経路２２と経度方向位置アップデート用経路２３の実際の位置にほぼ正確に沿って航走する。したがって、上記した如き手順で求めた音響測位位置２４ａ及び２４ｂは、図１に示すように、地球座標上における上記緯度方向位置アップデート用経路２２の実際の位置、及び、経度方向位置アップデート用経路２３の実際の位置にほぼ正確に対応した配置となる。
【００３４】
以上の点に鑑みて、上記船上管制装置８では、上記水中航走体６が緯度方向位置アップデート用経路２２を航走しているときに計測される各音響測位位置２４ａの地球座標上の位置座標（緯度及び経度）について、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と直交する方向のみのばらつきを平均化した緯度方向の代表値、すなわち、上記各音響測位位置２４ａの緯度成分のみを平均化した代表値を算出する。これにより、上記算出された各音響測位位置２４ａの緯度成分の代表値は、上記等緯度線に平行に配置した緯度方向位置アップデート用経路２２の実際の緯度にほぼ一致するようになるため、船上管制装置８では、上記各音響測位位置２４ａの緯度成分の代表値を、緯度方向基準値２５として、該船上管制装置８における図示しないデータ記憶部に記憶（格納）する。なお、図１では、上記緯度方向基準値２５は、上記緯度方向位置アップデート用経路２２に一致するものとして図示してある。
【００３５】
又、上記船上管制装置８では、上記水中航走体６が経度方向位置アップデート用経路２３を航走しているときに計測される各音響測位位置２４ｂの地球座標上の位置座標（緯度及び経度）について、上記経度方向位置アップデート用経路２３と直交する方向のみのばらつきを平均化した経度方向の代表値、すなわち、上記各音響測位位置２４ｂの経度成分のみを平均化した代表値を算出する。これにより、上記算出された各音響測位位置２４ｂの経度成分の代表値は、上記等経度線に平行に配置した経度方向位置アップデート用経路２３の実際の緯度にほぼ一致するようになるため、船上管制装置８では、上記各音響測位位置２４ｂの経度成分の代表値を、経度方向基準値２６として、該船上管制装置８における図示しないデータ記憶部に記憶（格納）する。なお、図１では、上記経度方向基準値２６は、上記経度方向位置アップデート用経路２３に一致するものとして図示してある。
【００３６】
その後、慣性航法を或る時間継続して行うことで、水中航走体６が自身で計測（測位）する慣性航法位置に誤差が累積した場合は、該水中航走体６を、自身で計測する慣性航法位置を基にして、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と、経度方向位置アップデート用経路２３にそれぞれ沿うように再び航走させ、上記水中航走体６が上記緯度方向位置アップデート用経路２２に沿って再航走しているとき、及び、経度方向位置アップデート用経路２３に沿って再航走しているときのそれぞれについて、支援船７側より上記した音響測位と同様に水中航走体６の音響測位を複数回ずつ行って音響測位位置２７ａ及び２７ｂをそれぞれ計測する。
【００３７】
上記のようにして計測した各音響測位位置２７ａ及び２７ｂは、図１に二点鎖線で示すように、地球座標上でプロットすると、水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置に累積している誤差に応じて、本来の目標航走経路である上記緯度方向位置アップデート用経路２２及び経度方向位置アップデート用経路２３よりずれた配置となる。
【００３８】
よって、上記船上管制装置８では、上記のようにして水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置を基に上記緯度方向位置アップデート用経路２２に沿って再航走しているときに音響測位により求められる各音響測位位置２７ａの地球座標上の位置座標（緯度及び経度）について、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と直交する方向のみのばらつきを平均化した緯度方向の代表値、すなわち、上記各音響測位位置２７ａの緯度成分のみを平均化した代表値２８（図１に二点鎖線で示す）を求め、該代表値２８を、上記船上管制装置８の図示しないデータ記憶部に記憶してある緯度方向基準値２５より減算することで、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と直交する方向、すなわち、緯度方向に関する慣性航法位置の偏差δｘを求める。
【００３９】
更に、上記船上管制装置８では、上記のようにして水中航走体６が自身で計測する慣性航法位置を基に上記経度方向位置アップデート用経路２３に沿って再航走しているときに音響測位により求められる各音響測位位置２７ｂの地球座標上の位置座標（緯度及び経度）について、上記経度方向位置アップデート用経路２３と直交する方向のみのばらつきを平均化した経度方向の代表値、すなわち、上記各音響測位位置２７ｂの経度成分のみを平均化した代表値２９（図１に二点鎖線で示す）を求め、該代表値２９を、上記船上管制装置８の図示しないデータ記憶部に記憶してある経度方向基準値２６より減算することで、上記経度方向位置アップデート用経路２３と直交する方向、すなわち、経度方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを求める。
【００４０】
しかる後、上記求めた緯度方向及び経度方向に関する慣性航法位置の偏差δｘ及びδｙを、上記船上管制装置８より音響通信装置１２と２０を介して水中航走体６の水中航走体制御装置１５へ送り、該水中航走体制御装置１５にて、水中航走体６が慣性航法に基づいて該水中航走体６自身で計測（測位）している慣性航法位置の緯度及び経度について、上記船上管制装置８より与えられた緯度方向及び経度方向に関する慣性航法位置の各偏差δｘ及びδｙによる較正を行うようにする。
【００４１】
このように、本発明の水中航走体の位置較正方法によれば、水中航走体６が自身で計測（測位）する該水中航走体６の慣性航法位置の累積誤差がなくて、該慣性航法位置の精度が高い状態のときに、該水中航走体６を、自身で計測する慣性航法位置の情報を基に上記緯度方向位置アップデート用経路２２と経度方向位置アップデート用経路２３に沿って順次航走させながら支援船７側より上記水中航走体６の音響測位を行う際、及び、慣性航法を或る時間継続して行った後の水中航走体６を、自身で計測（測位）する慣性航法位置を基に上記緯度方向位置アップデート用経路２２と、経度方向位置アップデート用経路２３に沿うように再び航走させながら、支援船７側より上記水中航走体６の音響測位を行う際には、水中航走体６より支援船７側へ慣性航法位置のデータを音響通信により伝える必要をなくすことができる。
【００４２】
よって、上記緯度方向位置アップデート用経路２２と経度方向位置アップデート用経路２３では、海域の状況によりたとえ音響通信が不安定であっても、音響測位が正常に実施できれば、緯度方向及び経度方向に関する慣性航法位置の偏差δｘ、δｙを求めることができる。
【００４３】
したがって、音響通信は、上記支援船７に設けた船上管制装置８より、緯度方向及び経度方向に関する慣性航法位置の偏差δｘ、δｙを伝えることさえできればよい。
【００４４】
以上により、本発明の水中航走体の位置較正方法では、水中航走体を水槽内で運用する場合や、狭い海域で運用する場合、更には、音響測位装置の有効範囲に制限がある場合等、上記音響測位と音響通信が共に実施可能な広いスペースを確保するのが難しく、水中航走体６と支援船７との間の音響通信が常時安定した状態とならない場合にも、音響測位が可能であれば、水中航走体６が自身で測位する慣性航法位置を、支援船７側からの該水中航走体６の音響測位位置２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂのデータのみを基にして較正することができる。
【００４５】
しかも、上記においては、互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路を、等緯度線に平行な緯度方向位置アップデート用経路２２と、等経度線に平行な経度方向位置アップデート用経路２３としてあるため、上記緯度方向位置アップデート用経路２２に沿わせて航走させた水中航走体６についての各音響測位位置２４ａ，２７ａに関して該緯度方向位置アップデート用経路２２に直交する方向のばらつきを平均化する代表値を求める場合は、上記各音響測位位置２４ａ，２７ａの緯度成分のみを平均化することで容易に算出することができる。又、上記経度方向位置アップデート用経路２３に沿わせて航走させた水中航走体６についての各音響測位位置２４ｂ，２７ｂに関して該経度方向位置アップデート用経路２３に直交する方向のばらつきを平均化する代表値を求める場合は、上記各音響測位位置２４ｂ，２７ｂの経度成分のみを平均化することで容易に算出することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路を、等緯度線に平行な緯度方向位置アップデート用経路２２と、等経度線に平行な経度方向位置アップデート用経路２３とする場合について示したが、２つの直線状の位置アップデート用経路は、必ずしも直交していなくてもよく、又、一方又は双方を等緯度線、等経度線に平行な配置以外の配置としてもよい。これらの場合は、上記２つの位置アップデート用経路に沿って水中航走体６をそれぞれ航走させるときに支援船７からの音響測位を複数回ずつ行って計測した音響測位位置について、それぞれ水中航走体６が航走した位置アップデート用経路に直交する方向のばらつきを平均化した代表値を求めるようにし、水中航走体６が自身で計測（測位）する慣性航法位置の精度が高い状態のときに求められた代表値を基準として、水中航走体６が自身で計測（測位）する慣性航法位置に誤差が累積した場合に求まる代表値との対応する位置アップデート用経路に直交する方向の偏差（差分）を求めて、この偏差により、上記各位置アップデート用経路に直交する方向についての位置較正を行わせるようにすればよい。
【００４７】
慣性航法に基づいて自身の位置の計測を行いながら自律航走を継続して行うことができるようにしてある水中航走体６であれば、いかなる形式、いかなる用途の水中航走体６の慣性航法位置の較正に適用してもよい。
【００４８】
図１における各位置アップデート用経路２２と２３について、水中航走体６が航走する方向や順序を逆にしてもよい。
【００４９】
図１における音響測位位置２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂは、図示する便宜上、各々３個所ずつしか示していないが、各位置アップデート用経路２２及び２３に沿って航走する水中航走体６の音響測位の回数は、音響測位位置２４ａ，２４ｂ，２７ａ，２７ｂに所望する精度が得られるように自在に設定してよい。
【００５０】
支援船７に装備する海上測位システム９は、該支援船７の地球座標上における緯度と経度を所望する精度で得ることができれば、ＧＰＳ以外のいかなる形式の海上測位システム９を採用してもよい。
【００５１】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５２】
６ 水中航走体
７ 支援船
２２ 緯度方向位置アップデート用経路（位置アップデート用経路）
２３ 経度方向位置アップデート用経路（位置アップデート用経路）
２４ａ，２４ｂ 音響測位位置
２５ 緯度方向基準値（基準となる代表値）
２６ 経度方向基準値（基準となる代表値）
２７ａ，２７ｂ 音響測位位置
２８ 代表値
２９ 代表値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中航走体を、該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに、その慣性航法位置に基づいて互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路に沿って航走させると共に、該各位置アップデート用経路を航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置より、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の基準となる代表値をそれぞれ求め、その後、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を、その慣性航法位置に基づいて上記２つの位置アップデート用経路に沿って再び航走させると共に、該各位置アップデート用経路を再航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置について、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の代表値をそれぞれ求めて、該求めた各代表値と、対応する上記基準となる代表値との上記各位置アップデート用経路に直交する方向の偏差を基に、上記水中航走体が自身で計測する慣性航法位置を較正させるようにすることを特徴とする水中航走体の位置較正方法。
【請求項２】
水中航走体を該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに航走させると共に、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を再航走させるための互いに交差する２つの位置アップデート用経路を、等緯度線と等経度線に平行に配置するようにする請求項１記載の水中航走体の位置較正方法。
【請求項１】
水中航走体を、該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに、その慣性航法位置に基づいて互いに交差する２つの直線状の位置アップデート用経路に沿って航走させると共に、該各位置アップデート用経路を航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置より、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の基準となる代表値をそれぞれ求め、その後、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を、その慣性航法位置に基づいて上記２つの位置アップデート用経路に沿って再び航走させると共に、該各位置アップデート用経路を再航走する水中航走体について支援船側よりそれぞれ音響測位を行い、得られた音響測位位置について、上記各位置アップデート用経路に直交する方向の代表値をそれぞれ求めて、該求めた各代表値と、対応する上記基準となる代表値との上記各位置アップデート用経路に直交する方向の偏差を基に、上記水中航走体が自身で計測する慣性航法位置を較正させるようにすることを特徴とする水中航走体の位置較正方法。
【請求項２】
水中航走体を該水中航走体自身で計測する慣性航法位置の累積誤差がない状態のときに航走させると共に、自身で計測する慣性航法位置に誤差が累積した水中航走体を再航走させるための互いに交差する２つの位置アップデート用経路を、等緯度線と等経度線に平行に配置するようにする請求項１記載の水中航走体の位置較正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−１６３９２９（Ｐ２０１１−１６３９２９Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７００７（Ｐ２０１０−２７００７）
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月９日（２０１０．２．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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