水中航走体の位置較正方法
【課題】 音響測位可能な領域が小さくても精度よく位置較正できるようにする。
【解決手段】 音響測位実施可能領域２３に、円周状位置検出用経路２４を設定する。水中航走体６を、自身で計測する慣性航法位置２５に基づいて円周状位置検出用経路２４に沿って航走させながら、支援船側より音響測位を行う。次いで、水中航走体６が最も東寄りに位置するときの音響測位位置２６の経度成分の代表値２７と、慣性航法位置２５の経度成分の代表値２９から経度方向に関する偏差δｘを求め、水中航走体６が最も南寄りに位置するときの音響測位位置２６の緯度成分の代表値２８と、慣性航法位置２５の緯度成分の代表値３０から緯度方向の偏差δｙを求める。その後、各偏差δｘ，δｙにより水中航走体６が自身で測位する慣性航法位置２５を較正させる。
【解決手段】 音響測位実施可能領域２３に、円周状位置検出用経路２４を設定する。水中航走体６を、自身で計測する慣性航法位置２５に基づいて円周状位置検出用経路２４に沿って航走させながら、支援船側より音響測位を行う。次いで、水中航走体６が最も東寄りに位置するときの音響測位位置２６の経度成分の代表値２７と、慣性航法位置２５の経度成分の代表値２９から経度方向に関する偏差δｘを求め、水中航走体６が最も南寄りに位置するときの音響測位位置２６の緯度成分の代表値２８と、慣性航法位置２５の緯度成分の代表値３０から緯度方向の偏差δｙを求める。その後、各偏差δｘ，δｙにより水中航走体６が自身で測位する慣性航法位置２５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５に示す如く、水中航走体（図示せず）を、交差する２つの直線状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５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つの直線状の位置修正用経路として、等緯度線に沿う緯度検出経路１と、等経度線に沿う経度検出経路２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う必要があるため、上記交差する２つの直線状の緯度検出経路１及び経度検出経路２の全長に亘り上記音響測位を良好に実施することが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、上記のような交差する２本の直線状の位置修正用経路の全体に亘り音響測位が良好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】
そこで、本発明は、音響測位を良好に実施可能な広い領域を確保するのが困難な場合であっても、水中航走体が慣性航法に基づいて自身で計測している位置（慣性航法位置）の較正を精度よく実施できるようにするための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、或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を設定し、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位置検出用経路に沿って走行するときに、支援船側より音響測位を行い、次いで、上記位置検出用経路を航走する水中航走体の上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、更に、上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、上記一方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差と、上記他方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差を求めて、該各偏差により、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、或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を、南北方向のいずれか一方と、東西方向のいずれか一方に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路とするようにする。
【００２１】
更に、上記各構成において、或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を、円周状位置検出用経路とするようにする。
【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）或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を設定し、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位置検出用経路に沿って走行するときに、支援船側より音響測位を行い、次いで、上記位置検出用経路を航走する水中航走体の上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、更に、上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、上記一方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差と、上記他方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差を求めて、該各偏差により、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、水中航走体が自身で検出している慣性航法位置について、上記支援船側より音響測位することで得られる水中航走体の音響測位位置に基づく較正を実施できる。
（２）更に、上記水中航走体の慣性航法位置の較正を行うための該水中航走体の音響測位は、或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化するように設定した位置検出用経路に沿って水中航走体を航走させながら行うのみでよいため、互いに交差する２つの直線状の経路に沿って水中航走体を航走させた状態で音響測位を行う場合に比して、音響測位を行うために水中航走体を航走させる領域を、大幅に削減することができる。
（３）したがって、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、音響測位を良好に実施可能な広い領域を確保するのが困難な場合であっても、水中航走体が自身で計測している慣性航法位置の較正を精度よく実施することが可能になる。
（４）更に、上記水中航走体を運用目的に応じた所定のコースに沿って航走させるための運用領域内に、音響測位が良好に実施可能な領域と、音響測位が良好に行えない領域が存在していても、上記音響測位が良好に実施可能な領域に上記位置検出用経路を設定することにより、上記運用領域内で運用目的に応じた所定のコースに沿って航走させる水中航走体を、定期的に上記音響測位が良好に実施可能な領域へ戻して上記位置検出用経路に沿って航走させることにより、上記水中航走体について、自身で計測する慣性航法位置の較正を定期的に且つ容易に行わせることができる。よって、上記水中航走体を、上記運用領域の所定のコースに沿って航走させて、その運用目的に沿って正しく運用することができる。
（５）更には、水中航走体を本来の目的とする航走経路とは異なる慣性航法位置の較正のためだけに航走させる距離の短縮化を図ることができて、上記慣性航法位置の較正を行うための水中航走体の消費エネルギーを削減する効果も期待できる。
【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】本発明の実施の他の形態として、水中航走体の位置検出用経路の別の例を示すものである。
【図４】本発明の実施の更に他の形態として、水中航走体の位置検出用経路の更に別の例を示すもので、（イ）は音響測位可能領域に設定した東方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化するように設定した位置検出用経路を水中航走体が通過する状態を、（ロ）は音響測位可能領域に設定した南方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化するように設定した位置検出用経路を水中航走体が通過する状態をそれぞれ示す図である。
【図５】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とその支援船７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、水中航走体６の運用領域２２における音響測位が良好に実施可能な領域（以下、音響測位実施可能領域と云う）２３内に、互いに１８０度以外の角度配置となるよう設定した或る２つの特定方向（方位）に関して水中航走体６の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路として、たとえば、紙面上方を北とした場合に、図１に示すように上記音響測位実施可能領域２３に北側より進入する水中航走体６の東方向に関する速度成分（東向きの速度成分）の符号が１回変化し、更に、南方向に関する速度成分（南向きの速度成分）の符号が１回変化する経路である円周状の位置検出用経路２４を設定する。なお、この円周状位置検出用経路２４は、上記水中航走体６の最小旋回半径等を考慮して所要半径の円周の周方向所要間隔の複数個所に適宜ウェイポイントを設定することにより、上記水中航走体６が該円周状位置検出用経路２４に沿ってほぼ円周状に航走できるようにしてあればよい。
【００２９】
その後、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）のデータより変換して求めた該水中航走体６の緯度方向及び経度方向の速度データを積分して、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）２５を求めて、この慣性航法位置２５の情報を基にして、上記運用領域２２で運用されていた水中航走体６を、上記音響測位実施可能領域へ移動させると共に、予め設定された上記円周状位置検出用経路２４に沿って航走させる。
【００３０】
この際、円周状位置検出用経路２４を航走する上記水中航走体６では、上記水中航走体制御装置１５にて計測されている該水中航走体６の慣性航法位置２５の位置データを、音響通信装置２０と１２間の音響通信を介して上記支援船７の船上管制装置８へ送るようにしてある。なお、音響通信が速度制限を受けることに鑑みて、上記慣性航法位置２５の位置データの送信は、数秒に１回程度で行うようにしてあるものとする。
【００３１】
更に、上記水中航走体６が上記円周状位置検出用経路２４に沿って航走しているときに、支援船７側より上記水中航走体６の音響測位を所要の時間間隔、たとえば、数秒に一度程度の間隔で行う。
【００３２】
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。
【００３３】
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）２６を計測するようにする。
【００３４】
ここで、上記円周状位置検出用経路２４に沿って航走する水中航走体６について、該水中航走体６自身の水中航走体制御装置１５で計測（測位）された後、音響通信を介して上記船上管制装置８へ送られた慣性航法位置２５と、上記船上管制装置８で計測された音響測位位置２６とを対比すると、図１に示すように、上記水中航走体６自身で計測される慣性航法位置２５は、上記円周状位置検出用経路２４にほぼ一致する（図１では図示する便宜上、慣性航法位置２５を上記円周状位置検出用経路２４と一致した状態が示してある）のに対し、上記音響測位位置２６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円周状位置検出用経路よりずれた配置となる。
【００３５】
以上の点に鑑みて、上記船上管制装置８では、上記円周状位置検出用経路２４を航走する水中航走体６について所要の時間間隔で計測される音響測位位置２６の情報を基に、上記円周状位置検出用経路２４を設定する際に予め設定してある２つの特定方向である東方向と南方向に関して水中航走体６の速度成分の符号が変化する個所、具体的には、上記円周状位置検出用経路２４を航走する水中航走体６が最も東に寄る個所と、最も南に寄る個所を特定する。更に、上記水中航走体６が最も東に寄る個所については、該個所を通る水中航走体６について所要の時間間隔で得られている複数の音響測位位置２６のデータを基に、対応する特定方向としての東方向の成分の分布に関する代表値２７、すなわち、この場合は経度成分の代表値２７を求める。又、同様に、上記水中航走体６が最も南に寄る個所については、該個所を通る水中航走体６について所要の時間間隔で得られている複数の音響測位位置２６のデータを基に、対応する特定方向としての南方向の成分の分布に関する代表値２８、すなわち、この場合は緯度成分の代表値２８を求める。
【００３６】
又、上記船上管制装置８では、上記円周状位置検出用経路２４を航走する水中航走体６について上記水中航走体制御装置１５より音響通信を介して送られた慣性航法位置２５の情報を基に、上記と同様に２つの特定方向である東方向と南方向に関して水中航走体６の速度成分の符号が変化する個所としての上記円周状位置検出用経路２４を航走する水中航走体６が最も東に寄る個所、及び、最も南に寄る個所を特定する。更に、上記水中航走体６が最も東に寄る個所については、該個所を通る水中航走体６について得られている複数の慣性航法位置２５のデータを基に、対応する特定方向としての東方向の成分の分布に関する代表値２９、すなわち、この場合は経度成分の代表値２９を求める。又、同様に、上記水中航走体６が最も南に寄る個所については、該個所を通る水中航走体６について所要の時間間隔で得られている複数の音響測位位置２６のデータを基に、対応する特定方向としての南方向の成分の分布に関する代表値３０、すなわち、この場合は緯度成分の代表値３０を求める。
【００３７】
次いで、上記船上管制装置８では、上記のようにして得られた音響測位位置２６の上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向である東方向（経度方向）に関する代表値２７と、慣性航法位置２５の東方向（経度方向）に関する代表値２９との差分をとることで、該慣性航法位置２５の上記一方の特定方向に一致する経度方向に関する偏差δｘを求める。又、同様に、上記のようにして得られた音響測位位置２６の上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向である南方向（緯度方向）に関する代表値２８と、慣性航法位置２５の南方向（緯度方向）に関する代表値３０との差分をとることで、該慣性航法位置２５の上記他方の特定方向に一致する緯度方向に関する偏差δｙを求める。
【００３８】
上記のようにして慣性航法位置２５の経度方向の偏差δｘ及び緯度方向の偏差δｙが求まると、上記船上管制装置８は、該各偏差δｘ，δｙのデータを音響通信装置１２と２０間の音響通信を介して水中航走体６の水中航走体制御装置１５へ送信する。
【００３９】
その後、上記水中航走体６の水中航走体制御装置１５において、自身で検出している慣性航法位置２５について、上記船上管制装置８より送られた経度方向の偏差δｘ及び緯度方向の偏差δｙに基づく修正と更新を行うことで、上記水中航走体６の慣性航法位置２５を構成する。
【００４０】
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が自身で検出している慣性航法位置２５について、上記支援船７側より音響測位することで得られる水中航走体６の音響測位位置２６に基づく較正を実施できる。
【００４１】
更に、上記水中航走体６の慣性航法位置２５の較正を行うための該水中航走体６の音響測位は、水中航走体６の運用領域２２内における音響測位実施可能領域２３に設定した円周状の位置検出用経路２４に沿って航走させながら行うのみでよいため、従来の互いに交差する２つの直線状の経路に沿って水中航走体を航走させた状態で音響測位を行う場合に比して、音響測位を行うために水中航走体６を航走させる領域を、大幅に削減することができる。
【００４２】
したがって、本発明の水中航走体の位置較正方法は、水中航走体６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、支援船７に装備した送受波器１１と水中航走体６に装備したトランスポンダ１９からなる音響測位装置の有効範囲に制限がある場合等、音響測位を良好に実施可能な広い領域を確保するのが困難な場合であっても、水中航走体６が自身で計測している慣性航法位置の較正を精度よく実施することが可能になる。
【００４３】
更に、上記水中航走体６の運用領域２２内に、音響測位が良好に実施可能な領域と、音響測位が良好に行えない領域が存在していても、上記運用領域２２内で運用目的に応じた所定のコースに沿って航走させる水中航走体６を、定期的に上記音響測位が良好に実施可能な領域２３へ戻して上記円周状位置検出用経路２４に沿って航走させることにより、上記運用領域２２で運用される水中航走体６について、自身で計測（測位）する慣性航法位置２５の較正を定期的に且つ容易に行わせることができる。よって、水中航走体６を、上記運用領域２２の所定のコースに沿って航走させて、その運用目的に沿って正しく運用することができる。
【００４４】
又、水中航走体６を本来の目的とする航走経路とは異なる慣性航法位置２５の較正のためだけに航走させる距離の短縮化を図ることができて、上記慣性航法位置２５の較正を行うための水中航走体６の消費エネルギーを削減する効果も期待できる。
【００４５】
更に、上記円周状位置検出用経路２４を設定するための或る２つの特定方向を、東方向と南方向としてあるので、該各方向に関して水中航走体６の速度成分の符号が変化する位置にて、それぞれ対応する特定方向の成分の代表値として、音響測位位置２６の経度成分の代表値２７と緯度成分の代表値２８、及び、慣性航法位置の経度成分の代表値２９と緯度成分の代表値３０を求めることができ、このため、慣性航法位置２５に関する経度方向の偏差δｘと緯度方向の偏差δｙを容易に求めることができて、演算処理を容易なものとすることができる。なお、この効果は、上記円周状位置検出用経路２４を設定するための或る２つの特定方向を、南北方向のいずれか一方と、東西方向のいずれか一方に設定すれば、同様に得ることができる。
【００４６】
更に又、位置検出用経路を円周状位置検出用経路２４としてあるので、上述した各効果を得るための位置検出用経路を容易に設定することができる。
【００４７】
上記においては、運用領域２２内で所定のコースに沿って航走させて運用する水中航走体６を、慣性航法位置２５の較正を行うためだけに本来のコースより外れて上記音響測位実施可能領域２３まで移動させて円周状位置検出用経路２４に沿って航走させる場合について示したが、図３に示すように、上記運用領域２２内における水中航走体６の所定のコースが屈曲する部分に、２つの特定方向である、たとえば、東方向と南方向に関する水中航走体６の速度成分の符号が１回変化する部分を備えた円弧状の位置検出用経路３１を設定するようにしてもよい。このようにすれば、上記運用領域２２内で上記所定のコースを周回する水中航走体６が、上記音響測位実施可能領域２３を通過するときに、毎回、上記水中航走体６が自身で計測（測位）している慣性航法位置２５の較正を行うことができる。
【００４８】
更に、図４（イ）（ロ）に示すように、上記音響測位実施可能領域２３に、２つの特定方向であるたとえば東方向と南方向のうち、一方の特定方向となる東方向に関する水中航走体６の速度成分の符号が１回変化する部分を備えた円弧状の位置検出用経路３２ａと、他方の特定方向となる南方向に関する水中航走体６の速度成分の符号が１回変化する部分を備えた円弧状の位置検出用経路３２ｂとを不連続な状態で設定して、図４（イ）と図４（ロ）に示すように、上記運用領域２２で所定のコースに沿って航走させて運用している水中航走体６を、別々の時点で上記位置検出用経路３２ａと３２ｂに沿って航走させるようにしてもよい。
【００４９】
この場合は、上記運用領域２２内で上記所定のコースを周回する水中航走体６が、上記音響測位実施可能領域２３に設定された位置検出用経路３２ａに沿う航走と、位置検出用経路３２ｂに沿う航走の双方が終了した時点で、上記水中航走体６が自身で計測（測位）している慣性航法位置２５の較正を行うようにすればよい。
【００５０】
上記図３及び図４（イ）（ロ）において、図１及び図２に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００５１】
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、音響測位実施可能領域２３に、互いに１８０度以外の角度配置となるよう設定した或る２つの特定方向（方位）に関して水中航走体６の速度成分の符号が１回変化するように位置検出用経路を設定できれば、上記２つの特定方向は、東と南以外のいかなる方向（方位）に設定してもよく、又、上記２つの特定方向のなす角度は直角以外の角度であってもよい。更に、上記位置検出用経路に沿う水中航走体６の航走方向は、運用領域２２における水中航走体６の所定のコースの配置等に応じて任意に決定してよい。
【００５２】
この場合は、上記２つの特定方向に関して水中航走体６の速度成分の符号が変化する個所について、該各個所を通る水中航走体６の音響測位位置２６のデータと、慣性航法位置２５のデータについて、それぞれ対応する特定方向の成分の分布に関する代表値を求めて、この音響測位位置２６のデータについて求められた代表値と、慣性航法位置２５のデータについて求められた代表値同士の差分で、それぞれ対応する特定方向に関する偏差を求めた後、該各偏差を用いて、水中航走体６が自身で計測（測位）している慣性航法位置２５をそれぞれ対応する特定方向へ位置修正して更新することで、該水中航走体６の慣性航法位置２５の較正を行うようにすればよい。
【００５３】
更に、上記位置検出用経路に沿う水中航走体６の航走方向は、運用領域２２における水中航走体６の所定のコースの配置等に応じて自在に設定してよい。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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】
【００５７】
６ 水中航走体
７ 支援船
２３ 音響測位実施可能領域
２４ 円周状位置検出用経路（位置検出用用経路）
２５ 慣性航法位置
２６ 音響測位位置
２７ 代表値
２８ 代表値
２９ 代表値
３０ 代表値
３１ 位置検出用経路
３２ａ，３２ｂ 位置検出用経路
δｘ 偏差
δｙ 偏差
【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５に示す如く、水中航走体（図示せず）を、交差する２つの直線状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５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つの直線状の位置修正用経路として、等緯度線に沿う緯度検出経路１と、等経度線に沿う経度検出経路２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う必要があるため、上記交差する２つの直線状の緯度検出経路１及び経度検出経路２の全長に亘り上記音響測位を良好に実施することが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、上記のような交差する２本の直線状の位置修正用経路の全体に亘り音響測位が良好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】
そこで、本発明は、音響測位を良好に実施可能な広い領域を確保するのが困難な場合であっても、水中航走体が慣性航法に基づいて自身で計測している位置（慣性航法位置）の較正を精度よく実施できるようにするための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、或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を設定し、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位置検出用経路に沿って走行するときに、支援船側より音響測位を行い、次いで、上記位置検出用経路を航走する水中航走体の上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、更に、上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、上記一方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差と、上記他方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差を求めて、該各偏差により、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、或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を、南北方向のいずれか一方と、東西方向のいずれか一方に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路とするようにする。
【００２１】
更に、上記各構成において、或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を、円周状位置検出用経路とするようにする。
【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）或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を設定し、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位置検出用経路に沿って走行するときに、支援船側より音響測位を行い、次いで、上記位置検出用経路を航走する水中航走体の上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、更に、上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、上記一方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差と、上記他方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差を求めて、該各偏差により、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、水中航走体が自身で検出している慣性航法位置について、上記支援船側より音響測位することで得られる水中航走体の音響測位位置に基づく較正を実施できる。
（２）更に、上記水中航走体の慣性航法位置の較正を行うための該水中航走体の音響測位は、或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化するように設定した位置検出用経路に沿って水中航走体を航走させながら行うのみでよいため、互いに交差する２つの直線状の経路に沿って水中航走体を航走させた状態で音響測位を行う場合に比して、音響測位を行うために水中航走体を航走させる領域を、大幅に削減することができる。
（３）したがって、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、音響測位を良好に実施可能な広い領域を確保するのが困難な場合であっても、水中航走体が自身で計測している慣性航法位置の較正を精度よく実施することが可能になる。
（４）更に、上記水中航走体を運用目的に応じた所定のコースに沿って航走させるための運用領域内に、音響測位が良好に実施可能な領域と、音響測位が良好に行えない領域が存在していても、上記音響測位が良好に実施可能な領域に上記位置検出用経路を設定することにより、上記運用領域内で運用目的に応じた所定のコースに沿って航走させる水中航走体を、定期的に上記音響測位が良好に実施可能な領域へ戻して上記位置検出用経路に沿って航走させることにより、上記水中航走体について、自身で計測する慣性航法位置の較正を定期的に且つ容易に行わせることができる。よって、上記水中航走体を、上記運用領域の所定のコースに沿って航走させて、その運用目的に沿って正しく運用することができる。
（５）更には、水中航走体を本来の目的とする航走経路とは異なる慣性航法位置の較正のためだけに航走させる距離の短縮化を図ることができて、上記慣性航法位置の較正を行うための水中航走体の消費エネルギーを削減する効果も期待できる。
【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】本発明の実施の他の形態として、水中航走体の位置検出用経路の別の例を示すものである。
【図４】本発明の実施の更に他の形態として、水中航走体の位置検出用経路の更に別の例を示すもので、（イ）は音響測位可能領域に設定した東方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化するように設定した位置検出用経路を水中航走体が通過する状態を、（ロ）は音響測位可能領域に設定した南方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化するように設定した位置検出用経路を水中航走体が通過する状態をそれぞれ示す図である。
【図５】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とその支援船７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、水中航走体６の運用領域２２における音響測位が良好に実施可能な領域（以下、音響測位実施可能領域と云う）２３内に、互いに１８０度以外の角度配置となるよう設定した或る２つの特定方向（方位）に関して水中航走体６の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路として、たとえば、紙面上方を北とした場合に、図１に示すように上記音響測位実施可能領域２３に北側より進入する水中航走体６の東方向に関する速度成分（東向きの速度成分）の符号が１回変化し、更に、南方向に関する速度成分（南向きの速度成分）の符号が１回変化する経路である円周状の位置検出用経路２４を設定する。なお、この円周状位置検出用経路２４は、上記水中航走体６の最小旋回半径等を考慮して所要半径の円周の周方向所要間隔の複数個所に適宜ウェイポイントを設定することにより、上記水中航走体６が該円周状位置検出用経路２４に沿ってほぼ円周状に航走できるようにしてあればよい。
【００２９】
その後、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）のデータより変換して求めた該水中航走体６の緯度方向及び経度方向の速度データを積分して、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）２５を求めて、この慣性航法位置２５の情報を基にして、上記運用領域２２で運用されていた水中航走体６を、上記音響測位実施可能領域へ移動させると共に、予め設定された上記円周状位置検出用経路２４に沿って航走させる。
【００３０】
この際、円周状位置検出用経路２４を航走する上記水中航走体６では、上記水中航走体制御装置１５にて計測されている該水中航走体６の慣性航法位置２５の位置データを、音響通信装置２０と１２間の音響通信を介して上記支援船７の船上管制装置８へ送るようにしてある。なお、音響通信が速度制限を受けることに鑑みて、上記慣性航法位置２５の位置データの送信は、数秒に１回程度で行うようにしてあるものとする。
【００３１】
更に、上記水中航走体６が上記円周状位置検出用経路２４に沿って航走しているときに、支援船７側より上記水中航走体６の音響測位を所要の時間間隔、たとえば、数秒に一度程度の間隔で行う。
【００３２】
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。
【００３３】
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）２６を計測するようにする。
【００３４】
ここで、上記円周状位置検出用経路２４に沿って航走する水中航走体６について、該水中航走体６自身の水中航走体制御装置１５で計測（測位）された後、音響通信を介して上記船上管制装置８へ送られた慣性航法位置２５と、上記船上管制装置８で計測された音響測位位置２６とを対比すると、図１に示すように、上記水中航走体６自身で計測される慣性航法位置２５は、上記円周状位置検出用経路２４にほぼ一致する（図１では図示する便宜上、慣性航法位置２５を上記円周状位置検出用経路２４と一致した状態が示してある）のに対し、上記音響測位位置２６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円周状位置検出用経路よりずれた配置となる。
【００３５】
以上の点に鑑みて、上記船上管制装置８では、上記円周状位置検出用経路２４を航走する水中航走体６について所要の時間間隔で計測される音響測位位置２６の情報を基に、上記円周状位置検出用経路２４を設定する際に予め設定してある２つの特定方向である東方向と南方向に関して水中航走体６の速度成分の符号が変化する個所、具体的には、上記円周状位置検出用経路２４を航走する水中航走体６が最も東に寄る個所と、最も南に寄る個所を特定する。更に、上記水中航走体６が最も東に寄る個所については、該個所を通る水中航走体６について所要の時間間隔で得られている複数の音響測位位置２６のデータを基に、対応する特定方向としての東方向の成分の分布に関する代表値２７、すなわち、この場合は経度成分の代表値２７を求める。又、同様に、上記水中航走体６が最も南に寄る個所については、該個所を通る水中航走体６について所要の時間間隔で得られている複数の音響測位位置２６のデータを基に、対応する特定方向としての南方向の成分の分布に関する代表値２８、すなわち、この場合は緯度成分の代表値２８を求める。
【００３６】
又、上記船上管制装置８では、上記円周状位置検出用経路２４を航走する水中航走体６について上記水中航走体制御装置１５より音響通信を介して送られた慣性航法位置２５の情報を基に、上記と同様に２つの特定方向である東方向と南方向に関して水中航走体６の速度成分の符号が変化する個所としての上記円周状位置検出用経路２４を航走する水中航走体６が最も東に寄る個所、及び、最も南に寄る個所を特定する。更に、上記水中航走体６が最も東に寄る個所については、該個所を通る水中航走体６について得られている複数の慣性航法位置２５のデータを基に、対応する特定方向としての東方向の成分の分布に関する代表値２９、すなわち、この場合は経度成分の代表値２９を求める。又、同様に、上記水中航走体６が最も南に寄る個所については、該個所を通る水中航走体６について所要の時間間隔で得られている複数の音響測位位置２６のデータを基に、対応する特定方向としての南方向の成分の分布に関する代表値３０、すなわち、この場合は緯度成分の代表値３０を求める。
【００３７】
次いで、上記船上管制装置８では、上記のようにして得られた音響測位位置２６の上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向である東方向（経度方向）に関する代表値２７と、慣性航法位置２５の東方向（経度方向）に関する代表値２９との差分をとることで、該慣性航法位置２５の上記一方の特定方向に一致する経度方向に関する偏差δｘを求める。又、同様に、上記のようにして得られた音響測位位置２６の上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向である南方向（緯度方向）に関する代表値２８と、慣性航法位置２５の南方向（緯度方向）に関する代表値３０との差分をとることで、該慣性航法位置２５の上記他方の特定方向に一致する緯度方向に関する偏差δｙを求める。
【００３８】
上記のようにして慣性航法位置２５の経度方向の偏差δｘ及び緯度方向の偏差δｙが求まると、上記船上管制装置８は、該各偏差δｘ，δｙのデータを音響通信装置１２と２０間の音響通信を介して水中航走体６の水中航走体制御装置１５へ送信する。
【００３９】
その後、上記水中航走体６の水中航走体制御装置１５において、自身で検出している慣性航法位置２５について、上記船上管制装置８より送られた経度方向の偏差δｘ及び緯度方向の偏差δｙに基づく修正と更新を行うことで、上記水中航走体６の慣性航法位置２５を構成する。
【００４０】
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が自身で検出している慣性航法位置２５について、上記支援船７側より音響測位することで得られる水中航走体６の音響測位位置２６に基づく較正を実施できる。
【００４１】
更に、上記水中航走体６の慣性航法位置２５の較正を行うための該水中航走体６の音響測位は、水中航走体６の運用領域２２内における音響測位実施可能領域２３に設定した円周状の位置検出用経路２４に沿って航走させながら行うのみでよいため、従来の互いに交差する２つの直線状の経路に沿って水中航走体を航走させた状態で音響測位を行う場合に比して、音響測位を行うために水中航走体６を航走させる領域を、大幅に削減することができる。
【００４２】
したがって、本発明の水中航走体の位置較正方法は、水中航走体６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、支援船７に装備した送受波器１１と水中航走体６に装備したトランスポンダ１９からなる音響測位装置の有効範囲に制限がある場合等、音響測位を良好に実施可能な広い領域を確保するのが困難な場合であっても、水中航走体６が自身で計測している慣性航法位置の較正を精度よく実施することが可能になる。
【００４３】
更に、上記水中航走体６の運用領域２２内に、音響測位が良好に実施可能な領域と、音響測位が良好に行えない領域が存在していても、上記運用領域２２内で運用目的に応じた所定のコースに沿って航走させる水中航走体６を、定期的に上記音響測位が良好に実施可能な領域２３へ戻して上記円周状位置検出用経路２４に沿って航走させることにより、上記運用領域２２で運用される水中航走体６について、自身で計測（測位）する慣性航法位置２５の較正を定期的に且つ容易に行わせることができる。よって、水中航走体６を、上記運用領域２２の所定のコースに沿って航走させて、その運用目的に沿って正しく運用することができる。
【００４４】
又、水中航走体６を本来の目的とする航走経路とは異なる慣性航法位置２５の較正のためだけに航走させる距離の短縮化を図ることができて、上記慣性航法位置２５の較正を行うための水中航走体６の消費エネルギーを削減する効果も期待できる。
【００４５】
更に、上記円周状位置検出用経路２４を設定するための或る２つの特定方向を、東方向と南方向としてあるので、該各方向に関して水中航走体６の速度成分の符号が変化する位置にて、それぞれ対応する特定方向の成分の代表値として、音響測位位置２６の経度成分の代表値２７と緯度成分の代表値２８、及び、慣性航法位置の経度成分の代表値２９と緯度成分の代表値３０を求めることができ、このため、慣性航法位置２５に関する経度方向の偏差δｘと緯度方向の偏差δｙを容易に求めることができて、演算処理を容易なものとすることができる。なお、この効果は、上記円周状位置検出用経路２４を設定するための或る２つの特定方向を、南北方向のいずれか一方と、東西方向のいずれか一方に設定すれば、同様に得ることができる。
【００４６】
更に又、位置検出用経路を円周状位置検出用経路２４としてあるので、上述した各効果を得るための位置検出用経路を容易に設定することができる。
【００４７】
上記においては、運用領域２２内で所定のコースに沿って航走させて運用する水中航走体６を、慣性航法位置２５の較正を行うためだけに本来のコースより外れて上記音響測位実施可能領域２３まで移動させて円周状位置検出用経路２４に沿って航走させる場合について示したが、図３に示すように、上記運用領域２２内における水中航走体６の所定のコースが屈曲する部分に、２つの特定方向である、たとえば、東方向と南方向に関する水中航走体６の速度成分の符号が１回変化する部分を備えた円弧状の位置検出用経路３１を設定するようにしてもよい。このようにすれば、上記運用領域２２内で上記所定のコースを周回する水中航走体６が、上記音響測位実施可能領域２３を通過するときに、毎回、上記水中航走体６が自身で計測（測位）している慣性航法位置２５の較正を行うことができる。
【００４８】
更に、図４（イ）（ロ）に示すように、上記音響測位実施可能領域２３に、２つの特定方向であるたとえば東方向と南方向のうち、一方の特定方向となる東方向に関する水中航走体６の速度成分の符号が１回変化する部分を備えた円弧状の位置検出用経路３２ａと、他方の特定方向となる南方向に関する水中航走体６の速度成分の符号が１回変化する部分を備えた円弧状の位置検出用経路３２ｂとを不連続な状態で設定して、図４（イ）と図４（ロ）に示すように、上記運用領域２２で所定のコースに沿って航走させて運用している水中航走体６を、別々の時点で上記位置検出用経路３２ａと３２ｂに沿って航走させるようにしてもよい。
【００４９】
この場合は、上記運用領域２２内で上記所定のコースを周回する水中航走体６が、上記音響測位実施可能領域２３に設定された位置検出用経路３２ａに沿う航走と、位置検出用経路３２ｂに沿う航走の双方が終了した時点で、上記水中航走体６が自身で計測（測位）している慣性航法位置２５の較正を行うようにすればよい。
【００５０】
上記図３及び図４（イ）（ロ）において、図１及び図２に示したものと同一のものには同一符号が付してある。
【００５１】
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、音響測位実施可能領域２３に、互いに１８０度以外の角度配置となるよう設定した或る２つの特定方向（方位）に関して水中航走体６の速度成分の符号が１回変化するように位置検出用経路を設定できれば、上記２つの特定方向は、東と南以外のいかなる方向（方位）に設定してもよく、又、上記２つの特定方向のなす角度は直角以外の角度であってもよい。更に、上記位置検出用経路に沿う水中航走体６の航走方向は、運用領域２２における水中航走体６の所定のコースの配置等に応じて任意に決定してよい。
【００５２】
この場合は、上記２つの特定方向に関して水中航走体６の速度成分の符号が変化する個所について、該各個所を通る水中航走体６の音響測位位置２６のデータと、慣性航法位置２５のデータについて、それぞれ対応する特定方向の成分の分布に関する代表値を求めて、この音響測位位置２６のデータについて求められた代表値と、慣性航法位置２５のデータについて求められた代表値同士の差分で、それぞれ対応する特定方向に関する偏差を求めた後、該各偏差を用いて、水中航走体６が自身で計測（測位）している慣性航法位置２５をそれぞれ対応する特定方向へ位置修正して更新することで、該水中航走体６の慣性航法位置２５の較正を行うようにすればよい。
【００５３】
更に、上記位置検出用経路に沿う水中航走体６の航走方向は、運用領域２２における水中航走体６の所定のコースの配置等に応じて自在に設定してよい。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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】
【００５７】
６ 水中航走体
７ 支援船
２３ 音響測位実施可能領域
２４ 円周状位置検出用経路（位置検出用用経路）
２５ 慣性航法位置
２６ 音響測位位置
２７ 代表値
２８ 代表値
２９ 代表値
３０ 代表値
３１ 位置検出用経路
３２ａ，３２ｂ 位置検出用経路
δｘ 偏差
δｙ 偏差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を設定し、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位置検出用経路に沿って走行するときに、支援船側より音響測位を行い、次いで、上記位置検出用経路を航走する水中航走体の上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、更に、上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、上記一方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差と、上記他方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差を求めて、該各偏差により、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】
或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を、南北方向のいずれか一方と、東西方向のいずれか一方に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路と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３】
或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を、円周状位置検出用経路とする請求項１又は２記載の水中航走体の位置較正方法。
【請求項１】
或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を設定し、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位置検出用経路に沿って走行するときに、支援船側より音響測位を行い、次いで、上記位置検出用経路を航走する水中航走体の上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所について得られた音響測位位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、更に、上記２つの特定方向のうちの一方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記一方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求めると共に、上記２つの特定方向のうちの他方の特定方向に関する速度成分が変化する個所における慣性航法位置について、上記他方の特定方向の成分の分布に関する代表値を求め、上記一方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差と、上記他方の特定方向に関する音響測位位置の代表値に対する慣性航法位置の代表値の偏差を求めて、該各偏差により、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】
或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を、南北方向のいずれか一方と、東西方向のいずれか一方に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路と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３】
或る２つの特定方向に関して水中航走体の速度成分の符号が１回変化する位置検出用経路を、円周状位置検出用経路とする請求項１又は２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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１６３９３３（Ｐ２０１１−１６３９３３Ａ）
【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２０１０−２７０１１（Ｐ２０１０−２７０１１）
【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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