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JP7222292B2 - Cruise control device, underwater vehicle, and cruise control method - Google Patents
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JP7222292B2 - Cruise control device, underwater vehicle, and cruise control method - Google Patents

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Description

本発明は、航走制御装置、水中航走体及び航走制御方法に関するものである。 The present invention relates to a cruise control device, an underwater vehicle, and a cruise control method.

水上に設置された水上局と、水底に設置された水中局との間で音響通信を行う技術が知られている。例えば、特許文献1には、海上局がGPS受信機を用いて取得した海上局の緯度、経度の位置情報と、予め取得されている水中局の緯度、経度、水深の位置情報とを水中局へ通知し、水中局が、海上局から通知された位置情報に基づいて海上局との音響通信に使用するビームの方向を海上局の方に向くように制御する技術が開示されている。 Techniques for performing acoustic communication between a surface station installed on water and an underwater station installed on the bottom of the water are known. For example, Patent Literature 1 discloses that a marine station acquires latitude and longitude position information using a GPS receiver, and pre-acquired latitude, longitude and water depth position information of an underwater station. and the underwater station controls the direction of the beam used for acoustic communication with the marine station to point toward the marine station based on the position information notified from the marine station.

特開2003‐69509号公報JP-A-2003-69509

ところで、水中(例えば、海中、湖の中、川の中等)又は水底(例えば、海底、湖底、川底等)の調査等を目的として、自律航走する無人の水中航走体が用いられることがある。水中航走体は、所定の経路に沿って水中を航走(潜行)する。このような水中航走体は、水上を移動する水上航走体により管理される。水上航走体は、音響測位を利用して、水中航走体の位置を把握する。また、水上航走体との間で音響通信を行うことで、水上航走体において水中航走体の位置等を把握することができる。 By the way, for the purpose of surveying underwater (for example, in the sea, in lakes, in rivers, etc.) or on the bottom of water (for example, bottoms of seas, bottoms of lakes, bottoms of rivers, etc.), unmanned underwater vehicles that navigate autonomously are used. be. An underwater vehicle travels (divides) underwater along a predetermined route. Such underwater vehicles are managed by water vehicles that move on water. Surface vehicles use acoustic positioning to determine the position of the underwater vehicle. Further, by performing acoustic communication with the watercraft, the watercraft can grasp the position of the underwater vehicle.

音響通信及び音響測位には一般に指向性があり、ある一定の指向範囲内での通信を可能としている。ある一定の指向範囲とは、音響通信器及び音響測位器の発音部を中心とした球状において、指向角度により定義され、機器によってその指向角度は異なる。指向範囲内であれば,長距離の音響通信及び音響測位の成功の確率が上昇するが、指向範囲外になると音響通信及び音響測位の成功の確率は極端に下がる。 Acoustic communication and acoustic positioning generally have directivity, enabling communication within a certain directional range. A certain directional range is defined by a directional angle in a spherical shape centered on the sound generating part of the acoustic communication device and the acoustic positioning device, and the directional angle varies depending on the device. Within the directional range, the probability of successful long-distance acoustic communication and acoustic positioning increases.

上記のような水中航走体は海底を探査するために広範囲を移動するので、水上航走体が水中航走体の音響通信及び音響測位の指向範囲外となることが多い。そのため、水上航走体は水中航走体の移動に合わせて移動し、できるだけ水中航走体との音響通信及び音響測位ができる指向範囲に移動する必要がある。しかし、水上航走体が水中航走体に追従移動することにより、水上航走体の操作者が必要となり、水中航走体よりも大きな推力の推進器を搭載する必要がある。また、水上航走体の移動により発生する音は、音響通信及び音響測位を妨げる原因である。また、浅海域の場合は、水上航走体の移動により発生する音は、水中航走体の海底音響探査に悪影響を与える。さらに、1つの水上航走体が複数の水中航走体を管理する場合には、水上航走体が水中航走体のそれぞれの移動に合わせて移動することが難しい。 Since such underwater vehicles move over a wide area to explore the seabed, they often fall outside the acoustic communication and acoustic positioning range of the underwater vehicle. Therefore, it is necessary for the watercraft to move in accordance with the movement of the underwater vehicle, and to move within a directional range where acoustic communication and acoustic positioning with the underwater vehicle can be performed as much as possible. However, since the watercraft follows and moves along with the watercraft, an operator is required for the watercraft, and it is necessary to mount a propulsion device with a larger thrust than the watercraft. Also, the sound generated by the movement of the watercraft is a factor that interferes with acoustic communication and acoustic positioning. In addition, in shallow waters, the sound generated by the movement of the watercraft adversely affects the seafloor acoustic survey of the watercraft. Furthermore, when one watercraft manages a plurality of watercraft, it is difficult for the watercraft to move in accordance with the movement of each watercraft.

そこで本発明は、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させることができる航走制御装置、水中航走体及び航走制御方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a navigation control apparatus, an underwater vehicle, and a navigation control method capable of improving the probability of successful acoustic communication or acoustic positioning of an underwater vehicle with respect to an underwater vehicle. and

本発明の一側面は、水中航走体の航走を制御する航走制御装置であって、水中航走体に対する水上航走体の位置を推定する位置推定部と、水中航走体の水中での姿勢を制御する姿勢制御部とを備え、姿勢制御部は、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が水上航走体に対する水中航走体の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢を制御する航走制御装置である。 One aspect of the present invention is a navigation control device for controlling navigation of an underwater vehicle, comprising: a position estimating unit for estimating the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle; The attitude control unit controls the attitude of the underwater vehicle relative to the underwater vehicle estimated by the position estimating unit, and the attitude control unit controls the position of the underwater vehicle relative to the underwater vehicle estimated by the position estimation unit. It is a cruise control device that controls the underwater attitude of an underwater vehicle so that it is included in one of the directivity ranges of acoustic positioning.

この構成によれば、水中航走体の航走を制御する航走制御装置において、位置推定部により、水中航走体に対する水上航走体の位置が推定され、姿勢制御部により、水中航走体の水中での姿勢が制御され、姿勢制御部により、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位の指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢が制御される。このため、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させることができる。 According to this configuration, in the navigation control device for controlling the navigation of the underwater vehicle, the position estimation unit estimates the position of the water vehicle with respect to the underwater vehicle, and the attitude control unit controls the underwater vehicle to The posture of the body in the water is controlled, and the position of the watercraft with respect to the watercraft estimated by the position estimation unit is adjusted by the attitude control unit for acoustic communication or acoustic positioning of the watercraft with respect to the watercraft. The underwater attitude of the underwater vehicle is controlled so as to be included in the pointing range. Therefore, the probability of successful acoustic communication or acoustic positioning of the underwater vehicle with respect to the surface vehicle can be improved.

この場合、音響通信及び音響測位のいずれかの状態を取得する状態取得部をさらに備え、姿勢制御部は、状態取得部により音響通信及び音響測位のいずれかが不可能である状態が取得されたときに、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢を制御することができる。 In this case, the attitude control unit further includes a state acquisition unit that acquires the state of either acoustic communication or acoustic positioning, and the attitude control unit acquires a state in which either acoustic communication or acoustic positioning is impossible by the state acquisition unit. In some cases, the underwater attitude of the underwater vehicle is controlled so that the position of the underwater vehicle relative to the underwater vehicle estimated by the position estimation unit is included in the directional range of either acoustic communication or acoustic positioning. can do.

この構成によれば、状態取得部により音響通信又は音響測位の状態が取得され、状態取得部により音響通信又は音響測位が不可能である状態が取得されたときに、姿勢制御部により、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信又は音響測位の指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢が制御されるため、音響通信又は音響測位が不可能になったとしても、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位を再度成功させる確率を向上させることができる。 According to this configuration, when the state acquisition unit acquires the state of acoustic communication or acoustic positioning, and the state acquisition unit acquires the state in which acoustic communication or acoustic positioning is impossible, the attitude control unit performs position estimation. Because the underwater attitude of the underwater vehicle is controlled so that the position of the underwater vehicle relative to the underwater vehicle estimated by Even if positioning becomes impossible, the probability of re-successful acoustic communication or acoustic positioning of the underwater vehicle with respect to the watercraft can be improved.

また、姿勢制御部は、水中航走体の水中でのロール角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが可能なときは、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、ロール角のみを制御することができる。 In addition, the attitude control unit controls only the underwater roll angle of the underwater vehicle, thereby determining the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle estimated by the position estimation unit by either acoustic communication or acoustic positioning. When it is possible to include it in one of the directivity ranges, the position of the watercraft relative to the underwater vehicle estimated by the position estimator is included in either the acoustic communication or the acoustic positioning range. Only the angles can be controlled.

この構成によれば、ロール角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが可能なときは、姿勢制御部によりロール角のみが制御されるため、水中航走体の方位及び深度を変更せずに、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。 According to this configuration, when the position of the watercraft can be included in the directional range of acoustic communication or acoustic positioning by controlling only the roll angle, only the roll angle is controlled by the attitude control unit. The probability of successful acoustic communication or positioning of the underwater vehicle relative to the surface vehicle can be improved without changing the bearing and depth of the medium vehicle.

また、姿勢制御部は、ロール角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが不可能であり、水中航走体の水中でのピッチ角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが可能なときは、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、ピッチ角のみを制御し、ピッチ角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが不可能であり、ロール角及びピッチ角のみを制御することにより、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが可能なときは、位置推定部により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が音響通信及び音響測位の指向範囲に含まれるように、ロール角及びピッチ角のみを制御することができる。 In addition, the attitude control unit can include the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle estimated by the position estimation unit in the directivity range of either acoustic communication or acoustic positioning by controlling only the roll angle. By controlling only the underwater pitch angle of the underwater vehicle, the position of the watercraft relative to the underwater vehicle estimated by the position estimating unit can be obtained by either acoustic communication or acoustic positioning. When it is possible to include it in the pointing range, only the pitch angle is set so that the position of the watercraft relative to the underwater vehicle estimated by the position estimator is included in the pointing range of either acoustic communication or acoustic positioning. and controlling only the pitch angle, it is impossible to include the position of the watercraft with respect to the watercraft estimated by the position estimator in the directivity range of either acoustic communication or acoustic positioning. Yes, and by controlling only the roll angle and pitch angle, it is possible to include the position of the watercraft with respect to the watercraft estimated by the position estimator in the directivity range of either acoustic communication or acoustic positioning. Sometimes, only the roll angle and the pitch angle can be controlled so that the position of the watercraft with respect to the watercraft estimated by the position estimator is included in the directional range of acoustic communication and acoustic positioning.

この構成によれば、ロール角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが不可能であり、ピッチ角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが可能なときは、姿勢制御部によりピッチ角のみが制御されるため、水中航走体の方位を変更せずに、水中航走体の深度を変更するだけで、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。また、ピッチ角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが不可能であり、ロール角及びピッチ角のみの制御により水上航走体の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲に含めることが可能なときは、姿勢制御部によりロール角及びピッチ角のみが制御されるため、水中航走体の方位を変更せずに、水中航走体の深度を変更するだけで、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。 According to this configuration, it is impossible to include the position of the watercraft in the directional range of acoustic communication or acoustic positioning by controlling only the roll angle. When it can be included in the directional range of communication or acoustic positioning, only the pitch angle is controlled by the attitude control unit, so the depth of the underwater vehicle can be changed without changing the heading of the underwater vehicle. alone can improve the probability of successful acoustic communication or positioning of underwater vehicles to surface vehicles. In addition, it is impossible to include the position of the watercraft in the directional range of acoustic communication or acoustic positioning by controlling only the pitch angle. Or, when it is possible to include it in the directional range of acoustic positioning, only the roll angle and pitch angle are controlled by the attitude control unit, so the depth of the underwater vehicle can be adjusted without changing the heading of the underwater vehicle. A simple change can improve the probability of successful acoustic communication or positioning of an underwater vehicle with respect to a surface vehicle.

また、本発明の他側面は、上記本発明の一側面の航走制御装置を備えた水中航走体である。 Another aspect of the present invention is an underwater vehicle equipped with the above-described cruise control device of one aspect of the present invention.

また、本発明の他側面は、水中航走体の航走を制御する航走制御方法であって、水中航走体に対する水上航走体の位置を推定する位置推定工程と、水中航走体の水中での姿勢を制御する姿勢制御工程とを備え、姿勢制御工程では、位置推定工程により推定された水中航走体に対する水上航走体の位置が水上航走体に対する水中航走体の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含まれるように、水中航走体の水中での姿勢を制御する航走制御方法である。 Another aspect of the present invention is a navigation control method for controlling navigation of an underwater vehicle, comprising a position estimation step of estimating the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle; In the attitude control process, the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle estimated by the position estimation process is adjusted to the sound of the underwater vehicle with respect to the watercraft. This is a cruise control method for controlling the underwater attitude of an underwater vehicle so as to be included in the directivity range of either communication or acoustic positioning.

本発明の一側面の航走制御装置、本発明の他側面の水中航走体及び本発明の他側面の航走制御方法によれば、水上航走体に対する水中航走体の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させることができる。 According to the cruise control device of one aspect of the present invention, the underwater vehicle of the other aspect of the present invention, and the cruise control method of the other aspect of the present invention, acoustic communication or acoustic communication of the underwater vehicle with respect to the surface vehicle is provided. The probability of successful positioning can be improved.

実施形態に係る水中航走体及び水上航走体を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing an underwater vehicle and a surface vehicle according to an embodiment; FIG. 実施形態に係る航走制御装置を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a cruise control device according to an embodiment; FIG. (A)は水中航走体の前後方向の指向範囲を示す図であり、(B)は水中航走体の左右方向の指向範囲を示す図である。(A) is a diagram showing a longitudinal directivity range of the underwater vehicle, and (B) is a diagram showing a horizontal directivity range of the underwater vehicle. 実施形態に係る航走制御方法の工程を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing steps of a cruise control method according to the embodiment; 図4の姿勢制御工程の詳細な工程を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart showing detailed steps of the posture control process of FIG. 4; FIG. (A)はロール角のみを制御することにより、水中航走体に対する水上航走体の位置を指向範囲に含めることが可能な状況を示す図であり、(B)は(A)の状況において水中航走体に対する水上航走体の位置が指向範囲に含まれるようにロール角のみが制御された状態を示す図である。(A) is a diagram showing a situation in which the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle can be included in the pointing range by controlling only the roll angle, and (B) is a diagram showing the situation in (A). FIG. 4 is a diagram showing a state in which only the roll angle is controlled so that the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle is included in the pointing range; (A)はピッチ角のみを制御することにより、水中航走体に対する水上航走体の位置を指向範囲に含めることが可能な状況を示す図であり、(B)は(A)の状況において水中航走体に対する水上航走体の位置が指向範囲に含まれるようにピッチ角のみが制御された状態を示す図である。(A) is a diagram showing a situation in which the position of the watercraft relative to the underwater vehicle can be included in the pointing range by controlling only the pitch angle, and (B) in the situation of (A). FIG. 4 is a diagram showing a state in which only the pitch angle is controlled so that the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle is included in the pointing range;

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態の航走制御装置、水中航走体及び航走制御方法は、図1に示されるように、少なくとも1つの自律型無人水中航走体(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)等の水中航走体10と、水中航走体10を管理する自律型無人水上航走体(ASV:Autonomous Surface Vehicle)及び作業船等の水上航走体20とにより、水中Wの調査が行われる状況で適用される。本実施形態では、一例として、3機の水中航走体10と1機の水上航走体20により水中Wの調査が行われる場合について説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the cruise control device, underwater vehicle, and cruise control method according to the present embodiment include at least one underwater cruise vehicle such as an autonomous underwater vehicle (AUV). It is applied in a situation where underwater W is surveyed by the body 10, an autonomous surface vehicle (ASV) that manages the underwater vehicle 10, and a water vehicle 20 such as a work boat. be. In this embodiment, as an example, a case in which three underwater vehicles 10 and one watercraft 20 are used to investigate underwater W will be described.

図1及び図2に示されるように、水中航走体10は、無人で水中を自律航走する航走体であり、予め定められた経路に沿って航走しながら水中又は水底において何らかの動作を行う機能を有する。水中航走体10は、音響通信器11及び音響測位器12を備える。音響通信器11は、水上航走体20の音響通信器21との間で音響通信による情報の送受信が可能に構成されている。音響通信器11は、音響通信器11は、例えば、水中に音波を送信する送信器と、音波(反射波)を受信する受信器とを含む送受信機(トランシーバ)であってもよい。音響通信器11による通信可能な範囲は、例えば、200m~1000m程度とすることができる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the underwater vehicle 10 is an unmanned vehicle that autonomously navigates underwater, and performs some action underwater or on the bottom of the water while traveling along a predetermined route. has the function of An underwater vehicle 10 includes an acoustic communication device 11 and an acoustic positioning device 12 . The acoustic communication device 11 is configured to be able to transmit and receive information to and from the acoustic communication device 21 of the watercraft 20 by acoustic communication. The acoustic communication device 11 may be, for example, a transmitter/receiver (transceiver) including a transmitter that transmits sound waves into water and a receiver that receives sound waves (reflected waves). A communicable range of the acoustic communication device 11 can be, for example, about 200 m to 1000 m.

音響測位器12は、水上航走体20の音響測位器22から送信されるパルス音を瞬時に返信可能に構成されている。音響測位器12は、例えば、トランスポンダである。なお、水上航走体20に設けられる音響測位器22の測位方式に応じて、水中航走体10のそれぞれに設けられる音響測位器12の形式は変更される。また、音響測位器12が不要であれば省略されてもよい。 The acoustic positioning device 12 is configured to be able to instantaneously return the pulse sound transmitted from the acoustic positioning device 22 of the watercraft 20 . Acoustic positioning device 12 is, for example, a transponder. The format of the acoustic positioning device 12 provided in each underwater vehicle 10 is changed according to the positioning method of the acoustic positioning device 22 provided in the watercraft 20 . Also, if the acoustic positioning device 12 is unnecessary, it may be omitted.

音響通信器11による音響通信及び音響測位器12による音響測位が行われるタイミングは、音波を利用する性質上、一般に常時通信及び同時通信は混線するため避ける傾向にある。そのため、本実施形態では、例えば、1分間の内で、0秒、10秒、20秒、30秒、40秒及び50秒は音響通信が行われ、5秒、15秒、25秒、35秒、45秒及び55秒は音響測位が行われる。つまり、音響通信及び音響測位のそれぞれは、タイミングをずらし、時間を空けて行われる。なお、周波数帯域が大きく異なる装置が用いられる場合には、音響通信及び音響測位において、常時通信及び同時通信が行われてもよい。 As for the timing at which the acoustic communication by the acoustic communication device 11 and the acoustic positioning by the acoustic positioning device 12 are performed, due to the nature of using sound waves, there is a tendency to avoid constant communication and simultaneous communication because of crosstalk. Therefore, in this embodiment, for example, within one minute, acoustic communication is performed for 0, 10, 20, 30, 40, and 50 seconds, and for 5, 15, 25, and 35 seconds. , 45 s and 55 s acoustic positioning is performed. In other words, the acoustic communication and the acoustic positioning are performed with different timings and intervals. Note that when devices with significantly different frequency bands are used, constant communication and simultaneous communication may be performed in acoustic communication and acoustic positioning.

図3(A)及び図3(B)に示されるように、音響通信器11及び音響測位器12は、ある一定の指向範囲R内での通信を可能としている。ある一定の指向範囲Rとは、音響通信器11及び音響測位器12の発音部を中心とした球状において、指向角度により定義され、機器によってその指向角度は異なる。指向範囲R内であれば,長距離の音響通信及び音響測位の成功の確率は高いが、指向範囲R外になると音響通信及び音響測位の成功の確率は極端に低下する。 As shown in FIGS. 3(A) and 3(B), the acoustic communication device 11 and the acoustic positioning device 12 enable communication within a certain directivity range R. FIG. A certain directional range R is defined by a directional angle in a spherical shape centered on the sound generating portion of the acoustic communication device 11 and the acoustic positioning device 12, and the directional angle varies depending on the device. Within the directivity range R, the probability of successful long-distance acoustic communication and acoustic positioning is high.

図1及び図2に示されるように、水中航走体10は、水中航走体10の航走を制御する航走制御装置100を備える。航走制御装置100のハードウェアは、例えば一つ又は複数の制御用のコンピュータにより構成される。ハードウェアとしては、CPU(Central Processing Unit)、主記憶装置であるRAM(Random AccessMemory)及びROM(Read Only Memory)、他の機器との通信を行う通信モジュール、並びにハードディスク等の補助記憶装置等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。そして、これらの構成要素が動作することにより、後述の航走制御装置100としての機能が発揮される。 As shown in FIGS. 1 and 2 , the underwater vehicle 10 includes a navigation control device 100 that controls navigation of the underwater vehicle 10 . The hardware of the cruise control device 100 is composed of, for example, one or more control computers. Hardware includes a CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory) and ROM (Read Only Memory) as main memory, communication modules that communicate with other devices, and auxiliary storage devices such as hard disks. Configured as a computer with hardware. By operating these constituent elements, the functions of the cruise control device 100, which will be described later, are exhibited.

図2に示されるように、航走制御装置100は、状態取得部101、位置推定部102及び姿勢制御部103を備える。状態取得部101は、音響通信器11による音響通信及び音響測位器12による音響測位のいずれかの状態を取得する。音響通信及び音響測位のいずれかの状態とは、上記のように10秒ごとに行われる音響通信及び音響測位が可能であったか、不可能であったかの結果を意味する。 As shown in FIG. 2 , the cruise control device 100 includes a state acquisition section 101 , a position estimation section 102 and an attitude control section 103 . The state acquisition unit 101 acquires the state of either acoustic communication by the acoustic communication device 11 or acoustic positioning by the acoustic positioning device 12 . The state of either acoustic communication or acoustic positioning means the result of whether the acoustic communication and acoustic positioning performed every 10 seconds as described above were possible or not.

位置推定部102は、水中航走体10に対する水上航走体20の位置を推定する。位置推定部102は、直近の可能であった音響通信器11による音響通信及び音響測位器12による音響測位による情報に基づいて、水中航走体10に対する水上航走体20の位置を推定する。 The position estimator 102 estimates the position of the watercraft 20 with respect to the underwater vehicle 10 . The position estimator 102 estimates the position of the watercraft 20 relative to the underwater vehicle 10 based on information obtained from the most recent possible acoustic communication by the acoustic communication device 11 and acoustic positioning by the acoustic positioning device 12 .

また、位置推定部102は、音響通信及び音響測位が可能な場合及び音響通信及び音響測位が不可能となった場合において、水中航走体10に搭載された慣性航法装置13により水中航走体10の慣性航法位置を取得することによって、水中航走体10に対する水上航走体20の位置を推定する。慣性航法装置13は、水中航走体10の加速度を積算することにより、水中航走体10の慣性航法位置を推定する。また、水中航走体10は、音響通信及び音響測位が可能な場合及び音響通信及び音響測位が不可能となった場合において、水中航走体10の予め定められた経路と、時刻と、航走の履歴とに基づいて、水中航走体10の位置を取得することにより、水中航走体10に対する水上航走体20の位置を推定する。 In addition, the position estimating unit 102 uses the inertial navigation system 13 mounted on the underwater vehicle 10 when acoustic communication and acoustic positioning are possible and when acoustic communication and acoustic positioning are not possible. The position of the surface vehicle 20 relative to the underwater vehicle 10 is estimated by obtaining ten inertial navigation positions. The inertial navigation system 13 estimates the inertial navigation position of the underwater vehicle 10 by integrating the acceleration of the underwater vehicle 10 . In addition, the underwater vehicle 10 has a predetermined route, time, and navigation when acoustic communication and acoustic positioning are possible and when acoustic communication and acoustic positioning are not possible. The position of the watercraft 20 relative to the underwater vehicle 10 is estimated by acquiring the position of the watercraft 10 based on the history of the watercraft 10 .

姿勢制御部103は、水中航走体10の水中Wでの姿勢を制御する。水中航走体10の水中Wでの姿勢とは、例えば、水中航走体10の水中Wでのロール角、ピッチ角及びヨー角を意味する。姿勢制御部103は、指令信号により水中航走体10に搭載されたスラスター、舵及びバラストタンク等の姿勢制御器14を動作させることによって、水中航走体10の水中Wでの姿勢を制御する。 The attitude control unit 103 controls the attitude of the underwater vehicle 10 in the water W. The attitude of the underwater vehicle 10 in the water W means, for example, the roll angle, pitch angle, and yaw angle of the underwater vehicle 10 in the water W. The attitude control unit 103 controls the attitude of the underwater vehicle 10 in the water W by operating attitude controllers 14 such as thrusters, rudders and ballast tanks mounted on the underwater vehicle 10 in response to command signals. .

姿勢制御部103は、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置が水上航走体20に対する水中航走体10の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含まれるように、水中航走体10の水中Wでの姿勢を制御する。本実施形態では、姿勢制御部103は、状態取得部101により音響通信及び音響測位のいずれかが不可能である状態が取得されたときに、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含まれるように、水中航走体10の水中Wでの姿勢を制御する。本実施形態では、姿勢制御部103による姿勢制御は、音響通信及び音響測位がある任意の時間できなかった場合のみ行われ、水中航走体10の亡失防止のために行われる。 The attitude control unit 103 determines whether the position of the watercraft 20 with respect to the underwater vehicle 10 estimated by the position estimation unit 102 is oriented to the watercraft 20 by either acoustic communication or acoustic positioning. The attitude of the underwater vehicle 10 in the water W is controlled so that it is included in the range R. In this embodiment, the attitude control unit 103 controls the position of the underwater vehicle 10 estimated by the position estimation unit 102 when the state acquisition unit 101 acquires a state in which either acoustic communication or acoustic positioning is impossible. The attitude of the underwater vehicle 10 in the water W is controlled so that the position of the watercraft 20 relative to is included in the directivity range R of either acoustic communication or acoustic positioning. In this embodiment, the attitude control by the attitude control unit 103 is performed only when the acoustic communication and the acoustic positioning cannot be performed for a certain time, and is performed to prevent the underwater vehicle 10 from being lost.

図1に示されるように、水上航走体20は、水上を自律航走する航走体であり、水中航走体10を管理する機能を有する。水上航走体20は、音響通信器21及び音響測位器22を備える。音響通信器21は、水中航走体10の音響通信器11との間で音響通信による情報の送受信が可能に構成されている。音響通信器21の構成は、水中航走体10の音響通信器11と同様であってもよい。 As shown in FIG. 1 , the watercraft 20 is a watercraft that autonomously navigates on water, and has a function of managing the watercraft 10 . The watercraft 20 includes an acoustic communication device 21 and an acoustic positioning device 22 . The acoustic communication device 21 is configured to be able to transmit and receive information with the acoustic communication device 11 of the underwater vehicle 10 by acoustic communication. The configuration of the acoustic communication device 21 may be the same as that of the acoustic communication device 11 of the underwater vehicle 10 .

音響測位器22は、例えば、水上航走体20に対する水中航走体10の相対位置を取得可能に構成されていてもよい。音響測位器22は、例えば、SSBL(Super Short Base Line)測位システムとすることができる。SSBL測位システムは、水中に向けて定期的にパルス音を発信し、当該パルス音の返信エコーを少なくとも3つの音響センサで受信することで、水中航走体10の相対位置を計測することが可能である。音響測位器22による測位可能な範囲は、例えば、音響通信器21による通信可能な範囲の1.5倍~20倍程度であってもよく、300m~6000m程度であってもよい。なお、音響測位器22は、監視対象となる水中航走体10の位置を検出することができれば、いかなる形式、測位方式の音響測位器22が用いられてもよい。 The acoustic positioning device 22 may be configured, for example, to acquire the relative position of the underwater vehicle 10 with respect to the underwater vehicle 20 . The acoustic positioning device 22 can be, for example, an SSBL (Super Short Base Line) positioning system. The SSBL positioning system can measure the relative position of the underwater vehicle 10 by periodically transmitting a pulse sound underwater and receiving the return echoes of the pulse sound with at least three acoustic sensors. is. The range in which positioning by the acoustic positioning device 22 is possible may be, for example, about 1.5 to 20 times the communicable range by the acoustic communication device 21, or may be about 300 m to 6000 m. The acoustic positioning device 22 may be of any type and positioning method as long as it can detect the position of the underwater vehicle 10 to be monitored.

以下、本実施形態の航走制御装置100及び水中航走体10の動作及び本実施形態の水中航走体10の航走を制御する航走制御方法について説明する。図4に示されるように、水中航走体10の音響通信器11及び音響測位器12と、水上航走体20の音響通信器21及び音響測位器22とにより音響通信及び音響測位が開始される(S1)。航走制御装置100の位置推定部102により、水中航走体10に対する水上航走体20の位置を推定する位置推定工程が行われる(S2)。航走制御装置100の状態取得部101により、上記のように10秒ごとに行われる音響通信及び音響測位のそれぞれについて、音響通信及び音響測位のいずれかの状態を取得する状態取得工程が行われる(S3)。 The operations of the cruise control device 100 and the underwater vehicle 10 of this embodiment, and the cruise control method for controlling the cruise of the underwater vehicle 10 of this embodiment will be described below. As shown in FIG. 4, acoustic communication and acoustic positioning are started by the acoustic communication device 11 and the acoustic positioning device 12 of the underwater vehicle 10 and the acoustic communication device 21 and the acoustic positioning device 22 of the watercraft 20. (S1). The position estimating section 102 of the navigation control device 100 performs a position estimating step of estimating the position of the watercraft 20 with respect to the underwater vehicle 10 (S2). The state acquisition unit 101 of the cruise control device 100 performs a state acquisition step of acquiring the state of either the acoustic communication or the acoustic positioning for each of the acoustic communication and the acoustic positioning performed every 10 seconds as described above. (S3).

状態取得工程は、以下のようにして行われる。音響通信及び音響測位のいずれかが不可能でないときは(S4)、音響通信及び音響測位のいずれかが不可能となった後の音響通信又は音響測位の試行回数n=0と設定され(S5)、上記S1~S4の工程が繰り返される。音響通信及び音響測位のいずれかが不可能であるときであって、音響通信及び音響測位のいずれかが不可能となった後の音響通信又は音響測位の試行回数nが任意の閾値Nを超えていないときは(S6)、音響通信及び音響測位のいずれかが不可能となった後の音響通信又は音響測位の試行回数nに1が加算され(S7)、上記S1~S4の工程が繰り返される。 A state acquisition process is performed as follows. When either acoustic communication or acoustic positioning is not impossible (S4), the number of trials of acoustic communication or acoustic positioning after either acoustic communication or acoustic positioning becomes impossible is set to n=0 (S5 ), and the steps S1 to S4 are repeated. When either acoustic communication or acoustic positioning is impossible, and the number of attempts of acoustic communication or acoustic positioning after either acoustic communication or acoustic positioning becomes impossible, n exceeds an arbitrary threshold value N If not (S6), 1 is added to the number of trials n of acoustic communication or acoustic positioning after either acoustic communication or acoustic positioning becomes impossible (S7), and the above steps S1 to S4 are repeated. be

音響通信及び音響測位のいずれかが不可能であるときであって、音響通信及び音響測位のいずれかが不可能となった後の音響通信又は音響測位の試行回数nが任意の閾値Nを超えたときは(S6)、航走制御装置100の姿勢制御部103により、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置が水上航走体20に対する水中航走体10の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含まれているか否かについて判定される(S8)。 When either acoustic communication or acoustic positioning is impossible, and the number of attempts of acoustic communication or acoustic positioning after either acoustic communication or acoustic positioning becomes impossible, n exceeds an arbitrary threshold value N (S6), the position of the watercraft 20 with respect to the watercraft 10 estimated by the position estimation unit 102 is changed by the attitude control unit 103 of the navigation control device 100 to the position of the watercraft 20 relative to the watercraft 20. It is determined whether it is included in the directivity range R of either acoustic communication or acoustic positioning of the body 10 (S8).

例えば、直近の音響通信又は音響測位が可能であった水中航走体10及び水上航走体20の位置と、音響通信又は音響測位が不可能となった時刻と、現在時刻とから、水中航走体10及び水上航走体20が移動可能な距離及び範囲が推定されることにより、現在時刻において水中航走体10に対する水上航走体20の位置が指向範囲Rに含まれているか否かの判定が行われる。 For example, from the position of the underwater vehicle 10 and the watercraft 20 for which acoustic communication or acoustic positioning was possible most recently, the time when acoustic communication or acoustic positioning became impossible, and the current time, the underwater navigation Whether the position of the watercraft 20 relative to the watercraft 10 at the current time is included in the pointing range R by estimating the distance and range in which the watercraft 10 and the watercraft 20 can move. is determined.

水中航走体10に対する水上航走体20の位置が指向範囲Rに含まれているときは(S8)、上記S1~S8の工程が繰り返される。水中航走体10に対する水上航走体20の位置が指向範囲Rに含まれていないときは(S8)、航走制御装置100の姿勢制御部103により、水中航走体10の水中Wでの姿勢を制御する姿勢制御工程が行われる(S9)。姿勢制御工程では、位置推定工程により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置が水上航走体20に対する水中航走体10の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含まれるように、水中航走体10の水中Wでの姿勢が制御される。 When the position of the watercraft 20 with respect to the watercraft 10 is included in the pointing range R (S8), the steps S1 to S8 are repeated. When the position of the watercraft 20 relative to the underwater vehicle 10 is not included in the pointing range R (S8), the attitude control unit 103 of the navigation control device 100 controls the position of the underwater vehicle 10 in the water W. An attitude control step is performed to control the attitude (S9). In the attitude control process, the position of the watercraft 20 with respect to the underwater vehicle 10 estimated in the position estimation process is within the pointing range R of either acoustic communication or acoustic positioning of the watercraft 10 with respect to the watercraft 20. , the attitude of the underwater vehicle 10 in the water W is controlled.

以下、姿勢制御工程の詳細について説明する。図5、図6(A)及び図6(B)に示されるように、水中航走体10の水中Wでのロール角のみを制御することにより、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含めることが可能なときは(S91)、姿勢制御部103は、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含まれるように、ロール角のみを制御する(S92)。 Details of the attitude control process will be described below. As shown in FIGS. 5, 6A, and 6B, by controlling only the roll angle of the underwater vehicle 10 in the water W, the position estimating unit 102 estimates the underwater cruising speed. When the position of the watercraft 20 relative to the body 10 can be included in the directivity range R of either acoustic communication or acoustic positioning (S91), the attitude control unit 103 adjusts the position of the water vehicle 20 estimated by the position estimation unit 102. Only the roll angle is controlled so that the position of the surface vehicle 20 with respect to the medium vehicle 10 is included in the directivity range R of either acoustic communication or acoustic positioning (S92).

図5、図7(A)及び図7(B)に示されるように、ロール角のみを制御することにより、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含めることが不可能であり(S91)、水中航走体10の水中Wでのピッチ角のみを制御することにより、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含めることが可能なときは(S93)、姿勢制御部103は、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置が音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含まれるように、ピッチ角のみを制御する(S94)。 As shown in FIGS. 5, 7A, and 7B, the position of the surface vehicle 20 relative to the underwater vehicle 10 estimated by the position estimator 102 by controlling only the roll angle cannot be included in the directivity range R of either acoustic communication or acoustic positioning (S91), and by controlling only the pitch angle of the underwater vehicle 10 in the water W, the position estimation unit 102 estimates If it is possible to include the position of the surface water vehicle 20 with respect to the underwater vehicle 10 thus obtained in the directivity range R of either acoustic communication or acoustic positioning (S93), the attitude control unit 103 causes the position estimation unit 102 Only the pitch angle is controlled so that the position of the watercraft 20 with respect to the watercraft 10 estimated by is included in the directivity range R of either acoustic communication or acoustic positioning (S94).

ピッチ角のみを制御することにより、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含めることが不可能であり(S93)、ロール角及びピッチ角のみを制御することにより、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含めることが可能なときは(S95)、姿勢制御部103は、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置が音響通信及び音響測位の指向範囲Rに含まれるように、ロール角及びピッチ角のみを制御する(S96)。 By controlling only the pitch angle, it is impossible to include the position of the watercraft 20 with respect to the underwater vehicle 10 estimated by the position estimator 102 in the directivity range R of either acoustic communication or acoustic positioning. Yes (S93), by controlling only the roll angle and the pitch angle, the position of the watercraft 20 with respect to the watercraft 10 estimated by the position estimator 102 is set to the directivity range of either acoustic communication or acoustic positioning. If it can be included in R (S95), the attitude control unit 103 determines that the position of the watercraft 20 relative to the underwater vehicle 10 estimated by the position estimation unit 102 is within the directional range R of acoustic communication and acoustic positioning. Only the roll angle and pitch angle are controlled (S96).

ロール角及びピッチ角のみを制御することにより、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置を音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲Rに含めることが不可能なときは(S95)、姿勢制御部103は、水中航走体10の水中Wでのヨー角、水中航走体の航走の進路及び水中航走体の深度を制御する(S97)。 By controlling only the roll angle and the pitch angle, the position of the watercraft 20 relative to the underwater vehicle 10 estimated by the position estimator 102 can be included in the directivity range R of either acoustic communication or acoustic positioning. When it is impossible (S95), the attitude control unit 103 controls the yaw angle of the underwater vehicle 10 in the water W, the course of the underwater vehicle, and the depth of the underwater vehicle (S97). .

図4に示されるように、状態取得部101により音響通信及び音響測位が可能となったと判定されたときは(S10)、姿勢制御部103は処理を終了する。状態取得部101により音響通信及び音響測位が可能となっていないと判定されたときであって(S10)、姿勢制御部103による水中航走体10の姿勢の制御の回数cが任意の閾値Cを超えていないときは(S11)、回数cに1が加算され(S12)、状態取得部101、位置推定部102及び姿勢制御部103はS9~S12の処理を繰り返す。姿勢制御部103による水中航走体10の姿勢の制御の回数cが任意の閾値Cを超えたときは(S11)、姿勢制御部103は、水中航走体10の亡失を防ぐために、水中航走体10を浮上させる。 As shown in FIG. 4, when the state acquisition unit 101 determines that acoustic communication and acoustic positioning are possible (S10), the attitude control unit 103 ends the processing. When the state acquisition unit 101 determines that acoustic communication and acoustic positioning are not possible (S10), the number c of attitude control of the underwater vehicle 10 by the attitude control unit 103 is set to an arbitrary threshold value C (S11), 1 is added to the number c (S12), and the state acquisition unit 101, the position estimation unit 102, and the attitude control unit 103 repeat the processing of S9 to S12. When the number c of attitude control of the underwater vehicle 10 by the attitude control unit 103 exceeds an arbitrary threshold value C (S11), the attitude control unit 103 controls the underwater vehicle 10 to prevent loss of the underwater vehicle. The running body 10 is floated.

本実施形態によれば、水中航走体10の航走を制御する航走制御装置100において、位置推定部102により、水中航走体10に対する水上航走体20の位置が推定され、姿勢制御部103により、水中航走体10の水中Wでの姿勢が制御され、姿勢制御部103により、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置が水上航走体20に対する水中航走体10の音響通信又は音響測位の指向範囲Rに含まれるように、水中航走体10の水中Wでの姿勢が制御される。このため、水上航走体20に対する水中航走体10の音響通信又は音響測位の成功の確率を向上させることができる。 According to this embodiment, the position estimator 102 of the navigation control device 100 for controlling the navigation of the underwater vehicle 10 estimates the position of the watercraft 20 with respect to the underwater vehicle 10, and performs attitude control. The posture of the underwater vehicle 10 in the water W is controlled by the unit 103, and the position of the water vehicle 20 relative to the underwater vehicle 10 estimated by the position estimation unit 102 is adjusted by the attitude control unit 103. The attitude of the underwater vehicle 10 in the water W is controlled so as to be included in the directivity range R of acoustic communication or acoustic positioning of the underwater vehicle 10 with respect to the body 20 . Therefore, the probability of successful acoustic communication or acoustic positioning of the underwater vehicle 10 with respect to the water vehicle 20 can be improved.

また、本実施形態によれば、状態取得部101により音響通信又は音響測位の状態が取得され、状態取得部101により音響通信又は音響測位が不可能である状態が取得されたときに、姿勢制御部103により、位置推定部102により推定された水中航走体10に対する水上航走体20の位置が音響通信又は音響測位の指向範囲Rに含まれるように、水中航走体10の水中Wでの姿勢が制御されるため、音響通信又は音響測位が不可能になったとしても、水上航走体20に対する水中航走体10の音響通信又は音響測位を再度成功させる確率を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, when the state of acoustic communication or acoustic positioning is acquired by the state acquisition unit 101 and the state in which acoustic communication or acoustic positioning is not possible is acquired by the state acquisition unit 101, attitude control is performed. In the underwater W of the underwater vehicle 10, the position of the underwater vehicle 20 estimated by the position estimating unit 102 is included in the directivity range R of acoustic communication or acoustic positioning. Since the attitude of the underwater vehicle 10 is controlled, even if acoustic communication or acoustic positioning becomes impossible, it is possible to improve the probability of succeeding again in the acoustic communication or acoustic positioning of the underwater vehicle 10 with respect to the watercraft 20. .

従来は、水中航走体10の姿勢制御は姿勢安定及び深度変更のために行われてきたが、本実施形態の利点は、姿勢制御により音響通信及び音響測位の性能を向上させるという付加価値を得られることにある。つまり、従来は、指向範囲R外の水中航走体10及び水上航走体20において、どちらかが指向範囲R内まで移動する必要があったが、本実施形態では、水中航走体10の姿勢の変更のみで通信が可能になる。上記特許文献1のようなビームフォーミング機能のある音響通信器であっても、機器固有の指向範囲外に対して音響通信はできないが、本実施形態では指向範囲R内に通信対象を確保することにより実質的にビームフォーミングが可能となる。 Conventionally, the attitude control of the underwater vehicle 10 has been performed for attitude stabilization and depth change. It is to be obtained. That is, conventionally, one of the underwater vehicle 10 and the watercraft 20 outside the pointing range R had to move into the pointing range R, but in the present embodiment, the underwater vehicle 10 Communication is possible only by changing the posture. Even an acoustic communication device with a beam forming function as in Patent Document 1 above cannot perform acoustic communication outside the directional range inherent to the device. beamforming is substantially possible.

本実施形態によれば、水中航走体10が水上航走体20から遠く離れた場所において、水中航走体10の姿勢を制御することにより音響通信及び音響測位の成功の確率が向上し、水上側との情報の交換により水中航走体10の自己位置推定精度が向上する。仮に水中航走体10の自己位置推定精度が悪くなり、水中航走体10の予期しない動作が発生した場合においても、定期的な音響通信の成功確率が向上することにより、水中航走体10を亡失する可能性が低下する。 According to this embodiment, by controlling the attitude of the underwater vehicle 10 at a location where the underwater vehicle 10 is far away from the water vehicle 20, the probability of successful acoustic communication and acoustic positioning is improved, The accuracy of self-position estimation of the underwater vehicle 10 is improved by exchanging information with the underwater vehicle. Even if the self-position estimation accuracy of the underwater vehicle 10 deteriorates and an unexpected operation of the underwater vehicle 10 occurs, the probability of success of regular acoustic communication is improved, so that the underwater vehicle 10 less likely to lose

また、水上航走体20の移動の必要が無いため、水上航走体20の推進器等の雑音が発生せず、音響通信及び音響測位の成功の確率が向上する。また、複数の水中航走体10を運用する際に、それぞれの水中航走体10を監視する水上航走体20及び作業は必要なくなる。そのため、1つの水上航走体20により複数の水中航走体10を運用できるようになる。また、水上航走体20だけではなく、情報拠点として複数の固定の基地局を設けた場合において、探査可能範囲を拡大でき、情報拠点の数を削減できる。 In addition, since there is no need to move the watercraft 20, noise from the propellers of the watercraft 20 does not occur, and the probability of successful acoustic communication and acoustic positioning is improved. Also, when operating a plurality of underwater vehicles 10, the watercraft 20 and work for monitoring each underwater vehicle 10 are not required. Therefore, it becomes possible to operate a plurality of underwater vehicles 10 with one watercraft 20 . In addition to the watercraft 20, when a plurality of fixed base stations are provided as information bases, the searchable range can be expanded and the number of information bases can be reduced.

また、本実施形態によれば、ロール角のみの制御により水上航走体20の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Rに含めることが可能なときは、姿勢制御部103によりロール角のみが制御されるため、水中航走体10の方位及び深度を変更せずに、水上航走体20に対する水中航走体10の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, when the position of the watercraft 20 can be included in the directional range R of acoustic communication or acoustic positioning by controlling only the roll angle, the attitude control unit 103 controls only the roll angle. Because it is controlled, the probability of successful acoustic communication or acoustic positioning of the underwater vehicle 10 with respect to the water vehicle 20 can be improved without changing the bearing and depth of the underwater vehicle 10 .

また、本実施形態によれば、ロール角のみの制御により水上航走体20の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Rに含めることが不可能であり、ピッチ角のみの制御により水上航走体20の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Rに含めることが可能なときは、姿勢制御部103によりピッチ角のみが制御されるため、水中航走体10の方位を変更せずに、水中航走体10の深度を変更するだけで、水上航走体20に対する水中航走体10の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。また、ピッチ角のみの制御により水上航走体20の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Rに含めることが不可能であり、ロール角及びピッチ角のみの制御により水上航走体20の位置を音響通信又は音響測位の指向範囲Rに含めることが可能なときは、姿勢制御部103によりロール角及びピッチ角のみが制御されるため、水中航走体10の方位を変更せずに、水中航走体10の深度を変更するだけで、水上航走体20に対する水中航走体10の音響通信又は音響測位を成功させる確率を向上させることができる。 Further, according to the present embodiment, it is impossible to include the position of the watercraft 20 in the directional range R of acoustic communication or acoustic positioning by controlling only the roll angle, and it is impossible to include the position of the watercraft 20 in the directional range R by controlling only the pitch angle. When the position of the body 20 can be included in the directional range R of acoustic communication or acoustic positioning, only the pitch angle is controlled by the attitude control unit 103. Therefore, without changing the bearing of the underwater vehicle 10, The probability of successful acoustic communication or acoustic positioning of the underwater vehicle 10 with respect to the underwater vehicle 20 can be improved simply by changing the depth of the underwater vehicle 10 . Further, it is impossible to include the position of the watercraft 20 in the directional range R of acoustic communication or acoustic positioning by controlling only the pitch angle, and the position of the watercraft 20 cannot be included by controlling only the roll angle and the pitch angle. can be included in the directional range R of acoustic communication or acoustic positioning, only the roll angle and pitch angle are controlled by the attitude control unit 103, so that The probability of successful acoustic communication or acoustic positioning of the underwater vehicle 10 with respect to the surface vehicle 20 can be improved simply by changing the depth of the medium vehicle 10 .

なお、音響通信及び音響測位のための姿勢変更は、水中航走体10の航走に対して理想的なものではないものの、水中航走体10が予め定められた経路に沿って航走することに対して大きく影響するものではない。つまり、音響通信及び音響測位のための姿勢変更が行われても、水中航走体10が予め定められた経路に沿って航走することは可能である。 Although attitude changes for acoustic communication and acoustic positioning are not ideal for navigation of the underwater vehicle 10, the underwater vehicle 10 navigates along a predetermined route. It doesn't have much of an impact on that. In other words, even if the attitude is changed for acoustic communication and acoustic positioning, the underwater vehicle 10 can sail along the predetermined route.

水中航走体10の航走の目的は、例えば、海底探査とされているため、水中航走体10の姿勢が変わることで、その目的が一時的に未達となる可能性はある。しかし、このような目的の未達は、水中航走体10が通常の旋回を行う場合及び一時的な水中Wの流れの変化による姿勢の変化でも同様に発生するため、想定内のものである。姿勢の変更による探査用センサへの影響を軽減するためのハードウェアによる対策は、例えば、水中航走体10の姿勢に対応して探査用センサの方向を変更することが考えられる。また、姿勢の変更による探査用センサへの影響を軽減するためのソフトウェアによる対策は、本実施形態のように、姿勢制御が音響通信及び音響測位がある任意の時間できなかった場合のみ行われることによっても達成できる。 Since the purpose of navigation of the underwater vehicle 10 is, for example, exploration of the seabed, the change in attitude of the underwater vehicle 10 may cause the purpose to be temporarily unattained. However, such an unattainment of the purpose is expected because it occurs similarly when the underwater vehicle 10 makes a normal turn and when the attitude changes due to a temporary change in the flow of the underwater W. . As a hardware countermeasure for reducing the influence of the attitude change on the exploration sensor, for example, changing the direction of the exploration sensor according to the attitude of the underwater vehicle 10 is conceivable. In addition, measures by software to reduce the influence of attitude changes on the probe sensor are taken only when attitude control cannot be performed for an arbitrary period of time such as acoustic communication and acoustic positioning, as in the present embodiment. can also be achieved by

以上、本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、姿勢制御部103による姿勢制御は、音響通信及び音響測位の状態に関わらず、音響通信及び音響測位が必要な任意のタイミングで行われてもよい。また、例えば、センサ等の機器の不具合により、水中航走体10が完全に自己の位置を喪失した場合は、姿勢制御部103は、水中航走体10の水中Wでの姿勢をランダムに変更し、自己の位置を補足し、水中航走体10の航走を継続させることが考えられる。 Although the embodiments and modifications of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, attitude control by the attitude control unit 103 may be performed at any timing when acoustic communication and acoustic positioning are required regardless of the state of acoustic communication and acoustic positioning. Further, for example, when the underwater vehicle 10 completely loses its own position due to a malfunction of a device such as a sensor, the attitude control unit 103 randomly changes the attitude of the underwater vehicle 10 in the water W. It is conceivable that the submersible vehicle 10 continues its cruising by supplementing its own position.

10 水中航走体
11 音響通信器
12 音響測位器
13 慣性航法装置
14 姿勢制御器
20 水上航走体
21 音響通信器
22 音響測位器
100 航走制御装置
101 状態取得部
102 位置推定部
103 姿勢制御部
W 水中
R 指向範囲
S2 位置推定工程
S9 姿勢制御工程
10 Underwater Vehicle 11 Acoustic Communication Device 12 Acoustic Positioning Device 13 Inertial Navigation System 14 Attitude Controller 20 Watercraft 21 Acoustic Communication Device 22 Acoustic Positioning Device 100 Navigation Control Device 101 State Acquisition Section 102 Position Estimation Section 103 Attitude Control Part W Underwater R Directional range S2 Position estimation step S9 Attitude control step

Claims (5)

水中航走体の航走を制御する航走制御装置であって、
前記水中航走体に対する水上航走体の位置を推定する位置推定部と、
前記水中航走体の水中での姿勢を制御する姿勢制御部と、
を備え、
前記姿勢制御部は、前記水中航走体の水中でのロール角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記水上航走体に対する前記水中航走体の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが可能なときは、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含まれるように、前記ロール角のみを制御する、航走制御装置。
A navigation control device for controlling navigation of an underwater vehicle,
a position estimating unit for estimating the position of the watercraft with respect to the watercraft;
an attitude control unit that controls the underwater attitude of the underwater vehicle;
with
The attitude control unit controls only the underwater roll angle of the underwater vehicle, thereby adjusting the position of the surface vehicle with respect to the underwater vehicle estimated by the position estimation unit. When it is possible to include the position of the underwater vehicle with respect to the underwater vehicle estimated by the position estimating unit when it is possible to include it in the directional range of either the acoustic communication or the acoustic positioning of the underwater vehicle with respect to the body A cruise control device that controls only the roll angle so as to be included in the directional range of either the acoustic communication or the acoustic positioning .
前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの状態を取得する状態取得部をさらに備え、
前記姿勢制御部は、前記状態取得部により前記音響通信及び前記音響測位のいずれかが不可能である状態が取得されたときに、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含まれるように、前記水中航走体の水中での姿勢を制御する、請求項1に記載の航走制御装置。
further comprising a state acquisition unit that acquires the state of one of the acoustic communication and the acoustic positioning;
The attitude control unit controls the position of the underwater vehicle estimated by the position estimation unit when the state acquisition unit acquires a state in which either the acoustic communication or the acoustic positioning is impossible. 2. The navigation control device according to claim 1, wherein the underwater attitude of the underwater vehicle is controlled so that the position of the vehicle is included in the directional range of either the acoustic communication or the acoustic positioning. .
前記姿勢制御部は、
前記ロール角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含めることが不可能であり、前記水中航走体の水中でのピッチ角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含めることが可能なときは、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含まれるように、前記ピッチ角のみを制御し、
前記ピッチ角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含めることが不可能であり、前記ロール角及び前記ピッチ角のみを制御することにより、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含めることが可能なときは、前記位置推定部により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記音響通信及び前記音響測位の前記指向範囲に含まれるように、前記ロール角及び前記ピッチ角のみを制御する、請求項1又は2に記載の航走制御装置。
The attitude control unit
By controlling only the roll angle, the position of the watercraft relative to the underwater vehicle estimated by the position estimator can be included in the directivity range of either the acoustic communication or the acoustic positioning. By controlling only the underwater pitch angle of the underwater vehicle, the position of the watercraft relative to the underwater vehicle estimated by the position estimating unit is obtained by the acoustic communication and the When it can be included in the directional range of any of the acoustic positioning, the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle estimated by the position estimating unit is either the acoustic communication or the acoustic positioning. controlling only the pitch angle so as to be included in the directional range of
By controlling only the pitch angle, the position of the watercraft relative to the underwater vehicle estimated by the position estimator can be included in the pointing range of either the acoustic communication or the acoustic positioning. By controlling only the roll angle and the pitch angle, the position of the watercraft relative to the underwater vehicle estimated by the position estimator can be determined by either the acoustic communication or the acoustic positioning. When it is possible to include it in the directional range, the position of the watercraft with respect to the underwater vehicle estimated by the position estimator is included in the directional range of the acoustic communication and the acoustic positioning. 3. The cruise control device according to claim 1 , wherein only said roll angle and said pitch angle are controlled so as to control said roll angle and said pitch angle.
請求項1~のいずれか1項に記載の航走制御装置を備えた水中航走体。 An underwater vehicle equipped with the cruise control device according to any one of claims 1 to 3 . 水中航走体の航走を制御する航走制御方法であって、
前記水中航走体に対する水上航走体の位置を推定する位置推定工程と、
前記水中航走体の水中での姿勢を制御する姿勢制御工程と、
を備え、
前記姿勢制御工程では、前記水中航走体の水中でのロール角のみを制御することにより、前記位置推定工程により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置を前記水上航走体に対する前記水中航走体の音響通信及び音響測位のいずれかの指向範囲に含めることが可能なときは、前記位置推定工程により推定された前記水中航走体に対する前記水上航走体の位置が前記音響通信及び前記音響測位のいずれかの前記指向範囲に含まれるように、前記ロール角のみを制御する、航走制御方法。
A cruise control method for controlling the cruise of an underwater vehicle,
a position estimating step of estimating the position of the watercraft relative to the underwater vehicle;
an attitude control step of controlling the underwater attitude of the underwater vehicle;
with
In the attitude control step, by controlling only the underwater roll angle of the underwater vehicle, the position of the surface vehicle relative to the underwater vehicle estimated by the position estimation step is adjusted to the position of the surface vehicle in the water cruise. When it is possible to include the position of the underwater vehicle relative to the underwater vehicle estimated by the position estimation step when it can be included in the directional range of either the acoustic communication or the acoustic positioning of the underwater vehicle relative to the body A navigation control method , wherein only the roll angle is controlled so as to be included in the directional range of either the acoustic communication or the acoustic positioning .
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