水中航走体の位置較正方法
【課題】狭い領域で運用する水中航走体についても、精度よく較正できるようにする。
【解決手段】水槽２２内で運用される水中航走体について、水槽２２の短辺２２ａと長辺２２ｂに平行に沿わせて位置検出用経路２３ａと２３ｂを長く設定する。水中航走体を自身で検出する慣性航法位置を基に各位置検出用経路２３ａと２３ｂに沿って航走させるときに、支援船側より音響測位を複数回行う。上記各位置検出用経路２３ａと２３ｂごとに、得られる音響測位位置Ｄ４と、慣性航法位置について、それぞれ直交する方向の代表値を求め、求められた両代表値の差として、各位置検出用経路２３ａ，２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘとδｙをそれぞれ求め、この偏差δｘ，δｙにより水中航走体が自身で測位する慣性航法位置を較正させる。
【解決手段】水槽２２内で運用される水中航走体について、水槽２２の短辺２２ａと長辺２２ｂに平行に沿わせて位置検出用経路２３ａと２３ｂを長く設定する。水中航走体を自身で検出する慣性航法位置を基に各位置検出用経路２３ａと２３ｂに沿って航走させるときに、支援船側より音響測位を複数回行う。上記各位置検出用経路２３ａと２３ｂごとに、得られる音響測位位置Ｄ４と、慣性航法位置について、それぞれ直交する方向の代表値を求め、求められた両代表値の差として、各位置検出用経路２３ａ，２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘとδｙをそれぞれ求め、この偏差δｘ，δｙにより水中航走体が自身で測位する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、自律航走できるようにしてある水中航走体にて、慣性航法により該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距離）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６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６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、上記緯度方向の偏差δＬＡＴと経度方向の偏差δＬＯＮを求めるために水中航走体を航走させる経路は、等緯度線と等経度線に沿う以外の経路としてもよいが、その場合は、緯度と経度を求める処理が複雑であるとされている。
【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、水中航走体を水槽内で運用する場合や、狭い海域内で運用する場合や、海底に建造された施設の周囲で運用する場合において、上記水中航走体を運用する対象となる上記水槽や、狭い海域や、海底に建造された施設のような現場の地形が等緯度線と等経度線に平行でない場合、上記特許文献１に示されたように、緯度検出経路１と経度検出経路２を等緯度線と等経度線に沿って設定すると、支援船側より水中航走体の音響測位を行う際に必要とされる上記等緯度線と等経度線に沿う各経路１，２における水中航走体の航走時間、航走距離を十分に確保できない虞が生じるというのが実状である。
【００１７】
又、前記したように、上記特許文献１には、上記緯度方向の偏差δＬＡＴと経度方向の偏差δＬＯＮを求めるために水中航走体を航走させる経路は、等緯度線と等経度線に沿う以外の経路としてもよいとする記載はあるが、その具体的な設定方法についての考えは何ら示されていない。
【００１８】
そこで、本発明は、水中航走体が慣性航法により自身で測位する緯度及び経度を、支援船側からの音響測位に基づいて較正することができ、且つこの較正を行う際、支援船側より水中航走体の音響測位を行うために必要とされる該水中航走体を直線的に航走させるための経路の距離を容易に且つ確実に確保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】
【００１９】
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、水中航走体を運用する現場にて、互いに交わる２本の位置検出用経路を、上記現場の地形の２つの直線部分に平行になるよう設定し、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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの一方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体自身で測位される慣性航法位置について、上記一方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記一方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、且つ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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの他方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体制御装置にて計測される慣性航法位置について、上記他方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記他方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、次いで、上記求めた各位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差により、上記水中航走体が自身で測位する慣性航法位置を較正させるようにする。
【００２０】
又、上記構成において、２本の位置検出用経路の少なくとも片方を、等緯度線及び等経度線のいずれとも平行にならないように設定するようにする。
【発明の効果】
【００２１】
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）水中航走体を運用する現場にて、互いに交わる２本の位置検出用経路を、上記現場の地形の２つの直線部分に平行になるよう設定し、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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの一方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体自身で測位される慣性航法位置について、上記一方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記一方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、且つ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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの他方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体制御装置にて計測される慣性航法位置について、上記他方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記他方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、次いで、上記求めた各位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差により、上記水中航走体が自身で測位する慣性航法位置を較正させるようにしてあるので、狭い領域で運用する水中航走体であっても、その限定された航走領域（地形）内で、地形の直線部分に対して或る距離を保ちながら、上記交差する２本の位置検出用経路を長く設定することができる。これにより、上記各位置検出用経路を航走する水中航走体についての支援船側からの音響測位を精度良く行うことができる。
（２）したがって、上記水中航走体が慣性航法に寄り自身で測位している該水中航走体の慣性航法位置について、上記支援船側からの音響測位位置を基準として精度のよい較正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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として水槽内で運用される水中航走体の位置較正に適用する場合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】図１の位置較正方法を実施する際の演算処理の流れを示す概要図である。
【図４】本発明の実施の他の形態として、海岸付近の狭い海域で運用される水中航走体の位置較正に適用する場合を示す概要図である。
【図５】本発明の実施の更に他の形態として、海底に建造された施設の付近で運用される水中航走体の位置較正に適用する場合を示す概要図である。
【図６】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】
【００２３】
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。
【００２４】
図１乃至図３は本発明の水中航走体の位置較正方法の実施の一形態として、水槽内で運用する水中航走体の位置較正に適用する場合の例を示すもので、以下のようにしてある。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
上記構成としてある水中航走体６を、図１に示す如き平面形状矩形で且つ該矩形の各短辺２２ａ及び各長辺２２ｂのいずれもが等緯度線及び等経度線に対して平行とはならない水槽２２内で運用する状態にて、上記水中航走体６が慣性航法装置１６に基づいて自身で測位している位置の較正を行う場合は、予め、上記水槽２２内に、現場の地形の直線部分となる該水槽２２の１つの短辺２２ａと１つの長辺２２ｂに沿って、互いに交差する２本の位置計測用経路としての第１の位置検出用経路２３ａと第２の位置検出用経路２３ｂをそれぞれ設定する。
【００２８】
次いで、図３に示すように、水中航走体６の水中航走体制御装置１５にて、慣性航法装置１６より入力される該水中航走体６の姿勢に関するデータｄ１と、対地速度計１８より入力される水中航走体６の対地速度（航走体座標）のデータｄ２を変換して該水中航走体６の緯度方向及び経度方向の速度データｄ３を求め、更に、該緯度方向及び経度方向の速度データｄ３を積分して該水中航走体６の慣性航法に基づく緯度方向と経度方向の位置（慣性航法位置）を求めて、この慣性航法位置ｄ４の情報を基にして、水中航走体６を、予め設定された上記第１と第２の各位置検出用経路２３ａと２３ｂに沿って順次航走させるようにする。
【００２９】
更に、上記水中航走体制御装置１５では、上記水中航走体６が上記第１と第２の位置検出用経路２３ａと２３ｂに沿ってそれぞれ航走しているときに、所要の時間間隔で上記のようにして該水中航走体制御装置１５において求められる上記水中航走体６の慣性航法位置ｄ４の情報を、音響通信装置２０及び１２を介して支援船７の船上管制装置８へ逐次送るようにする。
【００３０】
一方、上記支援船７の船上管制装置８では、上記水中航走体６が慣性航法位置ｄ４の情報を基に上記第１と第２の位置検出用経路２３ａ，２３ｂに沿ってそれぞれ航走しているときに、上記水中航走体６の音響測位を、上記水中航走体制御装置１５で上記水中航走体６慣性航法位置ｄ４を求めるタイミングと同期するよう所要の時間間隔で複数回ずつ行うようにする。
【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（図２参照）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Ｄ１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Ｄ２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Ｄ３とを上記船上管制装置８へ入力させて、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Ｄ２、及び、支援船７の姿勢計測データＤ３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の位置の計測データＤ１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）Ｄ４を計測するようにする。この計測される音響測位位置Ｄ４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の水中航走体制御装置１５自身で計測される上記慣性航法位置ｄ４に累積している誤差に応じて、本来の目標軌道である上記第１及び第２の位置検出用経路２３ａ，２３ｂよりずれた位置となる。
【００３３】
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が上記第１の位置検出用経路２３ａに沿って航走しているときに複数回の音響測位によってそれぞれ求められる音響測位位置Ｄ４について、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向のばらつきに関する代表値演算を行ってその代表値（平均値）Ｄ５を求めると共に、上記水中航走体６が上記第１の位置検出用経路２３ａに沿って航走しているときに上記水中航走体制御装置１５より所要の時間間隔で音響通信装置２０及び１２を介して逐次伝達される上記水中航走体６の慣性航法位置ｄ４の情報について、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向のばらつきに関する代表値演算を行ってその代表値ｄ５を求め、該代表値ｄ５を、上記音響測位位置Ｄ４より求めた代表値Ｄ５より減算することで、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘを求める。
【００３４】
又、同様に、上記船上管制装置８にて、上記水中航走体６が上記第２の位置検出用経路２３ｂに沿って航走しているときに複数回の音響測位によってそれぞれ求められる音響測位位置Ｄ４について、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向のばらつきに関する代表値演算を行ってその代表値（平均値）Ｄ５を求めると共に、上記水中航走体６が上記第２の位置検出用経路２３ｂに沿って航走しているときに上記水中航走体制御装置１５より所要の時間間隔で音響通信装置２０及び１２を介して逐次伝達される上記水中航走体６の慣性航法位置ｄ４の情報について、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向のばらつきに関する代表値演算を行ってその代表値ｄ５を求め、該代表値ｄ５を、上記音響測位位置Ｄ４より求めた代表値Ｄ５より減算することで、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを求める。
【００３５】
しかる後、上記船上管制装置８で求めた上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘと、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを、該船上管制装置８より音響通信装置１２及び２０を介して水中航走体制御装置１５へ伝え、該水中航走体制御装置１５にて、水中航走体６自身の慣性航法位置ｄ４のデータに加算して、該慣性航法位置ｄ４を更新することで、慣性航法位置ｄ４についての較正を行うようにする。
【００３６】
したがって、上記のようにして慣性航法位置ｄ４の較正を行った後の水中航走体６は、更新された慣性航法位置ｄ４の情報を基にして、予め地球座標上で設定された所定の航走経路に沿って正確に航走させることができるようになる。
【００３７】
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、平面形状矩形であり且つ各辺２２ａ，２２ｂがいずれも等緯度線及び等経度線よりずれた角度に配置されている水槽２２内で運用される水中航走体６についても、その限定された航走領域（地形）内で、上記水槽２２の各辺２２ａ，２２ｂに対応する側壁に対し或る距離を保ちながら、交差する２つの位置検出用経路２３ａ，２３ｂを長く設定することができるため、該各位置検出用経路２３ａ，２３ｂを航走する水中航走体６についての支援船７側からの音響測位を精度良く行うことができる。
【００３８】
したがって、上記水中航走体６の水中航走体制御装置１５にて慣性航法に基づいて計測（測位）している該水中航走体６の慣性航法位置ｄ４について、上記支援船７側からの音響測位位置Ｄ４を基準として精度のよい較正を行うことができる。
【００３９】
次に、図４は本発明の実施の他の形態として、図２に示したと同様の構成としてある水中航走体６及び支援船７を用いて、狭い海域として、たとえば、突堤２５のある海岸２４の付近で運用する水中航走体６の位置較正に適用する場合の例を示すもので、以下のようにしてある。
【００４０】
すなわち、図４に示す如く、互いに交差する２本の位置検出用経路として、海岸２４と突堤２５を備えた地形の直線部分となる上記突堤２５に平行な第１の位置検出用経路２３ａと、地形の直線部分となる海岸２４に平行な第２の位置検出用経路２３ｂを設定する。
【００４１】
その後、上記図１乃至図３の実施の形態における手順と同様の手順により、水中航走体６が自身で測位する慣性航法位置ｄ４（図３参照）に基づいて上記第１の位置検出用経路２３ａを航走しているときと、第２の位置検出用経路２３ｂをそれぞれ航走しているときに、それぞれ支援船７側からの音響測位を複数回ずつ行い、支援船７に設けた船上管制装置８にて、水中航走体６が上記第１の位置検出用経路２３ａを航走しているときに所要の時間間隔で得られる音響測位位置Ｄ４と、水中航走体制御装置１５より音響通信装置２０と１２（図３参照）を介して伝達される慣性航法位置ｄ４について、上記突堤２５に平行に設定した第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向のばらつきに関する代表値演算をそれぞれ行って、その代表値Ｄ５とｄ５を求め、該代表値Ｄ５より代表値ｄ５を減算することで、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘを求める。
【００４２】
又、同様に、上記船上管制装置８にて、水中航走体６が上記第２の位置検出用経路２３ｂを航走しているときに所要の時間間隔で得られる音響測位位置Ｄ４と、水中航走体制御装置１５より音響通信装置２０と１２（図３参照）を介して伝達される慣性航法位置ｄ４について、上記海岸２４に平行に設定した第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向のばらつきに関する代表値演算をそれぞれ行って、その代表値Ｄ５とｄ５を求め、該代表値Ｄ５より代表値ｄ５を減算することで、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを求める。
【００４３】
次いで、上記船上管制装置８で求めた上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘと、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを、該船上管制装置８より音響通信装置１２と２０（図３参照）を介して水中航走体制御装置１５へ伝え、該水中航走体制御装置１５にて、水中航走体６自身の慣性航法位置ｄ４（図３参照）のデータに加算して、該慣性航法位置ｄ４を更新することで、慣性航法位置ｄ４についての較正を行うようにする。
【００４４】
このように、本実施の形態の水中航走体の位置較正方法によれば、突堤２５のある海岸２４のような狭い海域で運用される水中航走体６の位置較正を行う場合に、互いに交差する２本の位置検出用経路として、地形の直線部分となる上記突堤２５と海岸２４に平行な位置検出用経路２３ａと２３ｂを設定することにより、上記突堤２５や海岸２４が等緯度線や等経度線に沿う配置となっていない場合であっても、その限定された狭い海域内で、上記突堤２５や海岸２４に対し或る距離を保ちながら、上記交差する２つの位置検出用経路２３ａと２３ｂを長く設定することができる。
【００４５】
したがって、上記各位置検出用経路２３ａ，２３ｂを航走する水中航走体６についての支援船７側からの音響測位を精度良く行うことができ、よって、上記水中航走体６の水中航走体制御装置１５にて慣性航法に基づいて計測（測位）している該水中航走体６の慣性航法位置ｄ４について、上記支援船７側からの音響測位位置Ｄ４を基準として精度のよい較正を行うことができる。
【００４６】
次いで、図５は本発明の実施の更に他の形態として、図２に示したと同様の構成としてある水中航走体６及び支援船７を用いて、海底２６に建造された施設２７として、たとえば、平面形状矩形で、且つ各側壁が等緯度線と等経度線のいずれにも平行でない配置となる施設２７の付近で運用される水中航走体６の位置較正に適用する場合の例を示すもので、以下のようにしてある。なお、水中航走体６は、上記海底２６の施設２７の上方を航走できるものとする。
【００４７】
すなわち、図５に示す如く、互いに交差する２本の位置検出用経路として、地形の直線部分となる上記平面形状矩形としてある海底２６の施設２７の１つの短辺２７ａと１つの長辺２７ｂにそれぞれ平行な第１の位置検出用経路２３ａと第２の位置検出用経路２３ｂを設定する。
【００４８】
その後、上記図１乃至図３の実施の形態における手順と同様の手順により、水中航走体６が自身で測位する慣性航法位置ｄ４（図３参照）に基づいて上記第１の位置検出用経路２３ａを航走しているときと、第２の位置検出用経路２３ｂをそれぞれ航走しているときに、それぞれ支援船７側からの音響測位を複数回ずつ行い、支援船７に設けた船上管制装置８にて、水中航走体６が上記第１の位置検出用経路２３ａを航走しているときに所要の時間間隔で得られる音響測位位置Ｄ４と、水中航走体制御装置１５より音響通信装置２０と１２（図３参照）を介して伝達される慣性航法位置ｄ４について、上記海底２６の施設２７の短辺２７ａに平行に設定した第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向のばらつきに関する代表値演算をそれぞれ行って、その代表値Ｄ５とｄ５を求め、該代表値Ｄ５より代表値ｄ５を減算することで、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘを求める。
【００４９】
又、同様に、上記船上管制装置８にて、水中航走体６が上記第２の位置検出用経路２３ｂを航走しているときに所要の時間間隔で得られる音響測位位置Ｄ４と、水中航走体制御装置１５より音響通信装置２０と１２（図３参照）を介して伝達される慣性航法位置ｄ４について、上記海底２６の施設２７の長辺２７ｂに平行に設定した第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向のばらつきに関する代表値演算をそれぞれ行って、その代表値Ｄ５とｄ５を求め、該代表値Ｄ５より代表値ｄ５を減算することで、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを求める。
【００５０】
次いで、上記船上管制装置８で求めた上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘと、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを、該船上管制装置８より音響通信装置１２と２０（図３参照）を介して水中航走体制御装置１５へ伝え、該水中航走体制御装置１５にて、水中航走体６自身の慣性航法位置ｄ４（図３参照）のデータに加算して、該慣性航法位置ｄ４を更新することで、慣性航法位置ｄ４についての較正を行うようにする。
【００５１】
このように、本実施の形態の水中航走体の位置較正方法によれば、海底２６に建造した施設２７の付近のような狭い海域で運用される水中航走体６の位置較正を行う場合に、互いに交差する２本の位置検出用経路として、地形の直線部分となる上記平面形状矩形の施設２７の短辺２７ａと長辺２７ｂにそれぞれ平行な位置検出用経路２３ａと２３ｂを設定することにより、上記海底２６の施設２７の短辺２７ａや長辺２７ｂが等緯度線や等経度線に沿う配置となっていない場合であっても、該施設２７付近の限定された狭い海域内で、上記交差する２つの位置検出用経路２３ａと２３ｂを長く設定することができる。
【００５２】
したがって、本実施の形態によっても、上記各位置検出用経路２３ａ，２３ｂを航走する水中航走体６についての支援船７側からの音響測位を精度良く行うことができ、よって、上記水中航走体６の水中航走体制御装置１５にて慣性航法に基づいて計測（測位）している該水中航走体６の慣性航法位置ｄ４について、上記支援船７側からの音響測位位置Ｄ４を基準として精度のよい較正を行うことができる。
【００５３】
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、水中航走体６を運用する現場の地形の直線部分に沿って、互いに交差する２本の直線状の位置検出用経路２３ａと２３ｂを設定できるようにしてあれば、該各経路２３ａ，２３ｂの基準となる現場の地形の直線部分は、図示した以外の人工物、天然物、その他いかなる地形であってもよい。
【００５４】
又、上記２本の直線状の位置検出用経路２３ａと２３ｂは、現場の地形の直線部分の配置に応じて、直角以外の角度で交わる方向に設定するようにしてもよい。
【００５５】
更に、上記互いに交わる２本の直線状の位置検出用経路２３ａと２３ｂのうちのいずれか一方を、現場の地形の直線部分の配置に応じて、等緯度線又は等経度線に平行な配置とさせるようにしてもよい。
【００５６】
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或る時間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。
【００５７】
図１、図４、図５における各位置検出用経路２３ａと２３ｂ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。
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】
【００５８】
６ 水中航走体
７ 支援船
２２ 水槽
２２ａ 短辺（現場の地形の直線部分）
２２ｂ 長辺（現場の地形の直線部分）
２３ａ 第１の位置検出用経路
２３ｂ 第２の位置検出用経路
２４ 海岸（現場の地形の直線部分）
２５ 突堤（現場の地形の直線部分）
２７ 施設
２７ａ 短辺（現場の地形の直線部分）
２７ｂ 長辺（現場の地形の直線部分）
ｄ４ 慣性航法位置
ｄ５ 代表値
Ｄ４ 音響測位位置
Ｄ５ 代表値
δｘ 偏差
δｙ 偏差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自律航走できるようにしてある水中航走体にて、慣性航法により該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距離）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６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６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、上記緯度方向の偏差δＬＡＴと経度方向の偏差δＬＯＮを求めるために水中航走体を航走させる経路は、等緯度線と等経度線に沿う以外の経路としてもよいが、その場合は、緯度と経度を求める処理が複雑であるとされている。
【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、水中航走体を水槽内で運用する場合や、狭い海域内で運用する場合や、海底に建造された施設の周囲で運用する場合において、上記水中航走体を運用する対象となる上記水槽や、狭い海域や、海底に建造された施設のような現場の地形が等緯度線と等経度線に平行でない場合、上記特許文献１に示されたように、緯度検出経路１と経度検出経路２を等緯度線と等経度線に沿って設定すると、支援船側より水中航走体の音響測位を行う際に必要とされる上記等緯度線と等経度線に沿う各経路１，２における水中航走体の航走時間、航走距離を十分に確保できない虞が生じるというのが実状である。
【００１７】
又、前記したように、上記特許文献１には、上記緯度方向の偏差δＬＡＴと経度方向の偏差δＬＯＮを求めるために水中航走体を航走させる経路は、等緯度線と等経度線に沿う以外の経路としてもよいとする記載はあるが、その具体的な設定方法についての考えは何ら示されていない。
【００１８】
そこで、本発明は、水中航走体が慣性航法により自身で測位する緯度及び経度を、支援船側からの音響測位に基づいて較正することができ、且つこの較正を行う際、支援船側より水中航走体の音響測位を行うために必要とされる該水中航走体を直線的に航走させるための経路の距離を容易に且つ確実に確保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】
【００１９】
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、水中航走体を運用する現場にて、互いに交わる２本の位置検出用経路を、上記現場の地形の２つの直線部分に平行になるよう設定し、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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの一方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体自身で測位される慣性航法位置について、上記一方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記一方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、且つ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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの他方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体制御装置にて計測される慣性航法位置について、上記他方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記他方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、次いで、上記求めた各位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差により、上記水中航走体が自身で測位する慣性航法位置を較正させるようにする。
【００２０】
又、上記構成において、２本の位置検出用経路の少なくとも片方を、等緯度線及び等経度線のいずれとも平行にならないように設定するようにする。
【発明の効果】
【００２１】
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）水中航走体を運用する現場にて、互いに交わる２本の位置検出用経路を、上記現場の地形の２つの直線部分に平行になるよう設定し、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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの一方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体自身で測位される慣性航法位置について、上記一方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記一方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、且つ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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの他方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体制御装置にて計測される慣性航法位置について、上記他方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記他方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、次いで、上記求めた各位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差により、上記水中航走体が自身で測位する慣性航法位置を較正させるようにしてあるので、狭い領域で運用する水中航走体であっても、その限定された航走領域（地形）内で、地形の直線部分に対して或る距離を保ちながら、上記交差する２本の位置検出用経路を長く設定することができる。これにより、上記各位置検出用経路を航走する水中航走体についての支援船側からの音響測位を精度良く行うことができる。
（２）したがって、上記水中航走体が慣性航法に寄り自身で測位している該水中航走体の慣性航法位置について、上記支援船側からの音響測位位置を基準として精度のよい較正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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として水槽内で運用される水中航走体の位置較正に適用する場合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】図１の位置較正方法を実施する際の演算処理の流れを示す概要図である。
【図４】本発明の実施の他の形態として、海岸付近の狭い海域で運用される水中航走体の位置較正に適用する場合を示す概要図である。
【図５】本発明の実施の更に他の形態として、海底に建造された施設の付近で運用される水中航走体の位置較正に適用する場合を示す概要図である。
【図６】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】
【００２３】
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。
【００２４】
図１乃至図３は本発明の水中航走体の位置較正方法の実施の一形態として、水槽内で運用する水中航走体の位置較正に適用する場合の例を示すもので、以下のようにしてある。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
上記構成としてある水中航走体６を、図１に示す如き平面形状矩形で且つ該矩形の各短辺２２ａ及び各長辺２２ｂのいずれもが等緯度線及び等経度線に対して平行とはならない水槽２２内で運用する状態にて、上記水中航走体６が慣性航法装置１６に基づいて自身で測位している位置の較正を行う場合は、予め、上記水槽２２内に、現場の地形の直線部分となる該水槽２２の１つの短辺２２ａと１つの長辺２２ｂに沿って、互いに交差する２本の位置計測用経路としての第１の位置検出用経路２３ａと第２の位置検出用経路２３ｂをそれぞれ設定する。
【００２８】
次いで、図３に示すように、水中航走体６の水中航走体制御装置１５にて、慣性航法装置１６より入力される該水中航走体６の姿勢に関するデータｄ１と、対地速度計１８より入力される水中航走体６の対地速度（航走体座標）のデータｄ２を変換して該水中航走体６の緯度方向及び経度方向の速度データｄ３を求め、更に、該緯度方向及び経度方向の速度データｄ３を積分して該水中航走体６の慣性航法に基づく緯度方向と経度方向の位置（慣性航法位置）を求めて、この慣性航法位置ｄ４の情報を基にして、水中航走体６を、予め設定された上記第１と第２の各位置検出用経路２３ａと２３ｂに沿って順次航走させるようにする。
【００２９】
更に、上記水中航走体制御装置１５では、上記水中航走体６が上記第１と第２の位置検出用経路２３ａと２３ｂに沿ってそれぞれ航走しているときに、所要の時間間隔で上記のようにして該水中航走体制御装置１５において求められる上記水中航走体６の慣性航法位置ｄ４の情報を、音響通信装置２０及び１２を介して支援船７の船上管制装置８へ逐次送るようにする。
【００３０】
一方、上記支援船７の船上管制装置８では、上記水中航走体６が慣性航法位置ｄ４の情報を基に上記第１と第２の位置検出用経路２３ａ，２３ｂに沿ってそれぞれ航走しているときに、上記水中航走体６の音響測位を、上記水中航走体制御装置１５で上記水中航走体６慣性航法位置ｄ４を求めるタイミングと同期するよう所要の時間間隔で複数回ずつ行うようにする。
【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（図２参照）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Ｄ１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Ｄ２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Ｄ３とを上記船上管制装置８へ入力させて、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Ｄ２、及び、支援船７の姿勢計測データＤ３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の位置の計測データＤ１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）Ｄ４を計測するようにする。この計測される音響測位位置Ｄ４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の水中航走体制御装置１５自身で計測される上記慣性航法位置ｄ４に累積している誤差に応じて、本来の目標軌道である上記第１及び第２の位置検出用経路２３ａ，２３ｂよりずれた位置となる。
【００３３】
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が上記第１の位置検出用経路２３ａに沿って航走しているときに複数回の音響測位によってそれぞれ求められる音響測位位置Ｄ４について、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向のばらつきに関する代表値演算を行ってその代表値（平均値）Ｄ５を求めると共に、上記水中航走体６が上記第１の位置検出用経路２３ａに沿って航走しているときに上記水中航走体制御装置１５より所要の時間間隔で音響通信装置２０及び１２を介して逐次伝達される上記水中航走体６の慣性航法位置ｄ４の情報について、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向のばらつきに関する代表値演算を行ってその代表値ｄ５を求め、該代表値ｄ５を、上記音響測位位置Ｄ４より求めた代表値Ｄ５より減算することで、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘを求める。
【００３４】
又、同様に、上記船上管制装置８にて、上記水中航走体６が上記第２の位置検出用経路２３ｂに沿って航走しているときに複数回の音響測位によってそれぞれ求められる音響測位位置Ｄ４について、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向のばらつきに関する代表値演算を行ってその代表値（平均値）Ｄ５を求めると共に、上記水中航走体６が上記第２の位置検出用経路２３ｂに沿って航走しているときに上記水中航走体制御装置１５より所要の時間間隔で音響通信装置２０及び１２を介して逐次伝達される上記水中航走体６の慣性航法位置ｄ４の情報について、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向のばらつきに関する代表値演算を行ってその代表値ｄ５を求め、該代表値ｄ５を、上記音響測位位置Ｄ４より求めた代表値Ｄ５より減算することで、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを求める。
【００３５】
しかる後、上記船上管制装置８で求めた上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘと、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを、該船上管制装置８より音響通信装置１２及び２０を介して水中航走体制御装置１５へ伝え、該水中航走体制御装置１５にて、水中航走体６自身の慣性航法位置ｄ４のデータに加算して、該慣性航法位置ｄ４を更新することで、慣性航法位置ｄ４についての較正を行うようにする。
【００３６】
したがって、上記のようにして慣性航法位置ｄ４の較正を行った後の水中航走体６は、更新された慣性航法位置ｄ４の情報を基にして、予め地球座標上で設定された所定の航走経路に沿って正確に航走させることができるようになる。
【００３７】
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、平面形状矩形であり且つ各辺２２ａ，２２ｂがいずれも等緯度線及び等経度線よりずれた角度に配置されている水槽２２内で運用される水中航走体６についても、その限定された航走領域（地形）内で、上記水槽２２の各辺２２ａ，２２ｂに対応する側壁に対し或る距離を保ちながら、交差する２つの位置検出用経路２３ａ，２３ｂを長く設定することができるため、該各位置検出用経路２３ａ，２３ｂを航走する水中航走体６についての支援船７側からの音響測位を精度良く行うことができる。
【００３８】
したがって、上記水中航走体６の水中航走体制御装置１５にて慣性航法に基づいて計測（測位）している該水中航走体６の慣性航法位置ｄ４について、上記支援船７側からの音響測位位置Ｄ４を基準として精度のよい較正を行うことができる。
【００３９】
次に、図４は本発明の実施の他の形態として、図２に示したと同様の構成としてある水中航走体６及び支援船７を用いて、狭い海域として、たとえば、突堤２５のある海岸２４の付近で運用する水中航走体６の位置較正に適用する場合の例を示すもので、以下のようにしてある。
【００４０】
すなわち、図４に示す如く、互いに交差する２本の位置検出用経路として、海岸２４と突堤２５を備えた地形の直線部分となる上記突堤２５に平行な第１の位置検出用経路２３ａと、地形の直線部分となる海岸２４に平行な第２の位置検出用経路２３ｂを設定する。
【００４１】
その後、上記図１乃至図３の実施の形態における手順と同様の手順により、水中航走体６が自身で測位する慣性航法位置ｄ４（図３参照）に基づいて上記第１の位置検出用経路２３ａを航走しているときと、第２の位置検出用経路２３ｂをそれぞれ航走しているときに、それぞれ支援船７側からの音響測位を複数回ずつ行い、支援船７に設けた船上管制装置８にて、水中航走体６が上記第１の位置検出用経路２３ａを航走しているときに所要の時間間隔で得られる音響測位位置Ｄ４と、水中航走体制御装置１５より音響通信装置２０と１２（図３参照）を介して伝達される慣性航法位置ｄ４について、上記突堤２５に平行に設定した第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向のばらつきに関する代表値演算をそれぞれ行って、その代表値Ｄ５とｄ５を求め、該代表値Ｄ５より代表値ｄ５を減算することで、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘを求める。
【００４２】
又、同様に、上記船上管制装置８にて、水中航走体６が上記第２の位置検出用経路２３ｂを航走しているときに所要の時間間隔で得られる音響測位位置Ｄ４と、水中航走体制御装置１５より音響通信装置２０と１２（図３参照）を介して伝達される慣性航法位置ｄ４について、上記海岸２４に平行に設定した第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向のばらつきに関する代表値演算をそれぞれ行って、その代表値Ｄ５とｄ５を求め、該代表値Ｄ５より代表値ｄ５を減算することで、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを求める。
【００４３】
次いで、上記船上管制装置８で求めた上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘと、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを、該船上管制装置８より音響通信装置１２と２０（図３参照）を介して水中航走体制御装置１５へ伝え、該水中航走体制御装置１５にて、水中航走体６自身の慣性航法位置ｄ４（図３参照）のデータに加算して、該慣性航法位置ｄ４を更新することで、慣性航法位置ｄ４についての較正を行うようにする。
【００４４】
このように、本実施の形態の水中航走体の位置較正方法によれば、突堤２５のある海岸２４のような狭い海域で運用される水中航走体６の位置較正を行う場合に、互いに交差する２本の位置検出用経路として、地形の直線部分となる上記突堤２５と海岸２４に平行な位置検出用経路２３ａと２３ｂを設定することにより、上記突堤２５や海岸２４が等緯度線や等経度線に沿う配置となっていない場合であっても、その限定された狭い海域内で、上記突堤２５や海岸２４に対し或る距離を保ちながら、上記交差する２つの位置検出用経路２３ａと２３ｂを長く設定することができる。
【００４５】
したがって、上記各位置検出用経路２３ａ，２３ｂを航走する水中航走体６についての支援船７側からの音響測位を精度良く行うことができ、よって、上記水中航走体６の水中航走体制御装置１５にて慣性航法に基づいて計測（測位）している該水中航走体６の慣性航法位置ｄ４について、上記支援船７側からの音響測位位置Ｄ４を基準として精度のよい較正を行うことができる。
【００４６】
次いで、図５は本発明の実施の更に他の形態として、図２に示したと同様の構成としてある水中航走体６及び支援船７を用いて、海底２６に建造された施設２７として、たとえば、平面形状矩形で、且つ各側壁が等緯度線と等経度線のいずれにも平行でない配置となる施設２７の付近で運用される水中航走体６の位置較正に適用する場合の例を示すもので、以下のようにしてある。なお、水中航走体６は、上記海底２６の施設２７の上方を航走できるものとする。
【００４７】
すなわち、図５に示す如く、互いに交差する２本の位置検出用経路として、地形の直線部分となる上記平面形状矩形としてある海底２６の施設２７の１つの短辺２７ａと１つの長辺２７ｂにそれぞれ平行な第１の位置検出用経路２３ａと第２の位置検出用経路２３ｂを設定する。
【００４８】
その後、上記図１乃至図３の実施の形態における手順と同様の手順により、水中航走体６が自身で測位する慣性航法位置ｄ４（図３参照）に基づいて上記第１の位置検出用経路２３ａを航走しているときと、第２の位置検出用経路２３ｂをそれぞれ航走しているときに、それぞれ支援船７側からの音響測位を複数回ずつ行い、支援船７に設けた船上管制装置８にて、水中航走体６が上記第１の位置検出用経路２３ａを航走しているときに所要の時間間隔で得られる音響測位位置Ｄ４と、水中航走体制御装置１５より音響通信装置２０と１２（図３参照）を介して伝達される慣性航法位置ｄ４について、上記海底２６の施設２７の短辺２７ａに平行に設定した第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向のばらつきに関する代表値演算をそれぞれ行って、その代表値Ｄ５とｄ５を求め、該代表値Ｄ５より代表値ｄ５を減算することで、上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘを求める。
【００４９】
又、同様に、上記船上管制装置８にて、水中航走体６が上記第２の位置検出用経路２３ｂを航走しているときに所要の時間間隔で得られる音響測位位置Ｄ４と、水中航走体制御装置１５より音響通信装置２０と１２（図３参照）を介して伝達される慣性航法位置ｄ４について、上記海底２６の施設２７の長辺２７ｂに平行に設定した第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向のばらつきに関する代表値演算をそれぞれ行って、その代表値Ｄ５とｄ５を求め、該代表値Ｄ５より代表値ｄ５を減算することで、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを求める。
【００５０】
次いで、上記船上管制装置８で求めた上記第１の位置検出用経路２３ａに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｘと、上記第２の位置検出用経路２３ｂに直交する方向に関する慣性航法位置の偏差δｙを、該船上管制装置８より音響通信装置１２と２０（図３参照）を介して水中航走体制御装置１５へ伝え、該水中航走体制御装置１５にて、水中航走体６自身の慣性航法位置ｄ４（図３参照）のデータに加算して、該慣性航法位置ｄ４を更新することで、慣性航法位置ｄ４についての較正を行うようにする。
【００５１】
このように、本実施の形態の水中航走体の位置較正方法によれば、海底２６に建造した施設２７の付近のような狭い海域で運用される水中航走体６の位置較正を行う場合に、互いに交差する２本の位置検出用経路として、地形の直線部分となる上記平面形状矩形の施設２７の短辺２７ａと長辺２７ｂにそれぞれ平行な位置検出用経路２３ａと２３ｂを設定することにより、上記海底２６の施設２７の短辺２７ａや長辺２７ｂが等緯度線や等経度線に沿う配置となっていない場合であっても、該施設２７付近の限定された狭い海域内で、上記交差する２つの位置検出用経路２３ａと２３ｂを長く設定することができる。
【００５２】
したがって、本実施の形態によっても、上記各位置検出用経路２３ａ，２３ｂを航走する水中航走体６についての支援船７側からの音響測位を精度良く行うことができ、よって、上記水中航走体６の水中航走体制御装置１５にて慣性航法に基づいて計測（測位）している該水中航走体６の慣性航法位置ｄ４について、上記支援船７側からの音響測位位置Ｄ４を基準として精度のよい較正を行うことができる。
【００５３】
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、水中航走体６を運用する現場の地形の直線部分に沿って、互いに交差する２本の直線状の位置検出用経路２３ａと２３ｂを設定できるようにしてあれば、該各経路２３ａ，２３ｂの基準となる現場の地形の直線部分は、図示した以外の人工物、天然物、その他いかなる地形であってもよい。
【００５４】
又、上記２本の直線状の位置検出用経路２３ａと２３ｂは、現場の地形の直線部分の配置に応じて、直角以外の角度で交わる方向に設定するようにしてもよい。
【００５５】
更に、上記互いに交わる２本の直線状の位置検出用経路２３ａと２３ｂのうちのいずれか一方を、現場の地形の直線部分の配置に応じて、等緯度線又は等経度線に平行な配置とさせるようにしてもよい。
【００５６】
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或る時間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。
【００５７】
図１、図４、図５における各位置検出用経路２３ａと２３ｂ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。
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】
【００５８】
６ 水中航走体
７ 支援船
２２ 水槽
２２ａ 短辺（現場の地形の直線部分）
２２ｂ 長辺（現場の地形の直線部分）
２３ａ 第１の位置検出用経路
２３ｂ 第２の位置検出用経路
２４ 海岸（現場の地形の直線部分）
２５ 突堤（現場の地形の直線部分）
２７ 施設
２７ａ 短辺（現場の地形の直線部分）
２７ｂ 長辺（現場の地形の直線部分）
ｄ４ 慣性航法位置
ｄ５ 代表値
Ｄ４ 音響測位位置
Ｄ５ 代表値
δｘ 偏差
δｙ 偏差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中航走体を運用する現場にて、互いに交わる２本の位置検出用経路を、上記現場の地形の２つの直線部分に平行になるよう設定し、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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの一方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体自身で測位される慣性航法位置について、上記一方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記一方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、且つ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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの他方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体制御装置にて計測される慣性航法位置について、上記他方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記他方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、次いで、上記求めた各位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差により、上記水中航走体が自身で測位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】
２本の位置検出用経路の少なくとも片方を、等緯度線及び等経度線のいずれとも平行にならないように設定する請求項１記載の水中航走体の位置較正方法。
【請求項１】
水中航走体を運用する現場にて、互いに交わる２本の位置検出用経路を、上記現場の地形の２つの直線部分に平行になるよう設定し、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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの一方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体自身で測位される慣性航法位置について、上記一方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記一方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、且つ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に基づいて上記２本の位置検出用経路のうちの他方の位置検出用経路に沿って航走するときに、支援船側からの音響測位を複数回行って得られる音響測位位置と、水中航走体制御装置にて計測される慣性航法位置について、上記他方の位置検出用経路に直交する方向についての代表値をそれぞれ求めて、該求められた両代表値の差から、上記他方の位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差を求め、次いで、上記求めた各位置検出用経路に直交する方向に関する慣性航法位置の偏差により、上記水中航走体が自身で測位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】
２本の位置検出用経路の少なくとも片方を、等緯度線及び等経度線のいずれとも平行にならないように設定する請求項１記載の水中航走体の位置較正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１６３９３１（Ｐ２０１１−１６３９３１Ａ）
【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２０１０−２７００９（Ｐ２０１０−２７００９）
【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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