JP5813090B2

JP5813090B2 - Position acquisition device, underwater vehicle, operation method of position acquisition device, and operation method of underwater vehicle

Info

Publication number: JP5813090B2
Application number: JP2013273201A
Authority: JP
Inventors: 陽一郎浅野
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-11-17
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: JP2015127178A

Description

本発明は、水中航走体に搭載される位置取得装置、水中航走体、位置取得装置の運用方法及び水中航走体の運用方法に関するものである。 The present invention relates to a position acquisition device mounted on an underwater vehicle , an underwater vehicle , an operation method of the position acquisition device, and an operation method of the underwater vehicle .

水中を航走する水中航走体１０が自己位置を計測する方法としては、ＩＮＳ（慣性航法装置）、ＤＶＬ（対地速度計）又は方位計等を用いる方法があり、これにより、航走した経路を算出できる。
なお、水中航走体に搭載される位置取得装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。 As a method of measuring the self-position of the underwater vehicle 10 that travels underwater, there is a method using an INS (Inertial Navigation Device), DVL (Ground Speed Meter), or direction meter, and the route traveled thereby. Can be calculated.
In addition, what was disclosed by patent document 1 is known as a position acquisition apparatus mounted in an underwater vehicle, for example.

特開平５−１３１９７８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-131978

ＩＮＳは、ジャイロや加速度計で測定しながら、積分によって、水中航走体の速度や移動距離を算出するものであるが、実際の位置と算出された位置との差が時間とともに増大するという問題がある。また、ＤＶＬは、海底地形に対して、ドップラー効果によって対地速度を測定するものであるが、時間経過とともに測定誤差が大きくなっていく。さらに、ＤＶＬは、音響ビームが海底に届かない深深度海域では用いることができない。方位計は、水中航走体の方位を測定できるが、海潮流によって水中航走体が流されていることまでは測定できない。 INS calculates the speed and moving distance of the underwater vehicle by integration while measuring with a gyroscope or accelerometer, but the problem is that the difference between the actual position and the calculated position increases with time. There is. In addition, DVL measures ground speed by the Doppler effect with respect to seabed topography, but the measurement error increases with time. Furthermore, DVL cannot be used in deep sea areas where the acoustic beam does not reach the seabed. The compass can measure the azimuth of the underwater vehicle, but it cannot measure the underwater vehicle being swept away by sea tides.

そして、ＩＮＳ、ＤＶＬ及び方位計を組み合わせて使用したとしても、水中航走体の絶対位置を取得して誤差を修正する必要がある。そのため、水中航走体は、ＧＰＳ信号によって絶対座標系を計測しなければならず、目的地まで正確に航走させるためには、頻繁にＧＰＳ信号を受信しなければならない。 Even if INS, DVL, and compass are used in combination, it is necessary to obtain an absolute position of the underwater vehicle and correct the error. Therefore, the underwater vehicle must measure the absolute coordinate system using GPS signals, and must frequently receive GPS signals in order to travel accurately to the destination.

しかし、ＧＰＳアンテナを海上に出すため、水中航走体が海面付近まで浮上するとした場合、浮上動作によって、水中航走体のエネルギーと時間を浪費することになる。また、水中航走体の海面付近への浮上は、海面の気象が安定していることが前提となる。荒天の状況下では、水中航走体が大きく動揺し波を被るため、ＧＰＳアンテナによってＧＰＳ信号を受信することが困難であり、絶対位置を取得できない。 However, since the GPS antenna is put out on the sea, when the underwater vehicle is ascended to the vicinity of the sea surface, the energy and time of the underwater vehicle are wasted by the ascent operation. In addition, the ascent of the underwater vehicle to the sea surface is premised on stable sea surface weather. Under stormy conditions, the underwater vehicle is greatly shaken and receives waves, so it is difficult to receive a GPS signal by the GPS antenna, and the absolute position cannot be acquired.

なお、上記特許文献１に開示されたものでは、水面上に浮上させたブイ１５を水中航走体１で回収することができず使い捨てとなり、また、ブイ１５の個数にも限りがある。そのため、運用コストが増大し、経済性に劣るとともに、水中航走体１が想定外の潮流により流されて測位回数が想定外の回数に達してしまった場合にはブイ１５の個数が足りなくなり、水中航走体１を目標地点Ｂに到達させることができなくなってしまうおそれがある。 In addition, in what was disclosed by the said patent document 1, the buoy 15 levitated on the water surface cannot be collect | recovered with the underwater vehicle 1, but becomes disposable, and the number of buoys 15 is also limited. For this reason, the operation cost increases, the economy is inferior, and the number of buoys 15 is insufficient when the underwater vehicle 1 is swept away by an unexpected tidal current and the number of positioning times reaches an unexpected number. The underwater vehicle 1 may not be able to reach the target point B.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、運用コストを低減させることができ、水中航走体を確実に目標地点に到達させることができる位置取得装置、水中航走体、位置取得装置の運用方法及び水中航走体の運用方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, can reduce the operating cost, can reliably reduce the underwater vehicle to the target point, underwater vehicle , It aims at providing the operation method of a position acquisition apparatus, and the operation method of an underwater vehicle .

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係る水中航走体に搭載される位置取得装置は、ＧＰＳ用アンテナと、ＧＰＳ受信機と、第１の音響通信モデムと、浮力体とを有し、ケーブルによって、水中航走体に回収可能な通信ブイと、前記水中航走体に搭載される第２の音響通信モデムを有する本体部とを備え、前記ＧＰＳ用アンテナ及び前記ＧＰＳ受信機で前記通信ブイの現在位置情報を取得し、前記通信ブイの前記現在位置情報に関する情報の通信を前記第１の音響通信モデムと前記第２の音響通信モデムとの間で行い、前記水中航走体の位置を取得することを特徴とする。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
A position acquisition device mounted on an underwater vehicle according to the present invention includes a GPS antenna, a GPS receiver, a first acoustic communication modem, and a buoyant body. A communication buoy that can be collected, and a main body having a second acoustic communication modem mounted on the underwater vehicle, and obtains current position information of the communication buoy with the GPS antenna and the GPS receiver. Communicating information related to the current position information of the communication buoy between the first acoustic communication modem and the second acoustic communication modem, and acquiring the position of the underwater vehicle. .

この構成によれば、例えば、リールを正回転させることによりリールからケーブルを繰り出して、通信ブイを水面に浮上させることができ、リールを逆回転させることによりリールにケーブルを巻き取って、通信ブイを回収することができる。すなわち、１つの通信ブイを何度でも水面に浮上させ、かつ、回収することができる。これにより、運用コストを低減させることができ、水中航走体を確実に目標地点に到達させることができる。 According to this configuration, for example, the cable can be fed out from the reel by rotating the reel forward and the communication buoy can be floated on the water surface, and the cable can be wound around the reel by rotating the reel in the reverse direction. Can be recovered. That is, one communication buoy can be floated on the water surface and collected many times. As a result, the operation cost can be reduced, and the underwater vehicle can surely reach the target point.

また、水面には、水中航走体に比べて慣性質量及び容積が非常に小さく、波浪の影響を受けにくい（波浪の動きに追従しやすい）通信ブイのみが漂うことになるので、通信衛星、ＧＰＳ衛星や航空機、艦船等との通信時における通信の安定化を図ることができる。 In addition, since the inertial mass and volume are very small compared to the underwater vehicle and only communication buoys that are not easily affected by waves (easy to follow the movement of waves) will float on the water surface, It is possible to stabilize communication during communication with GPS satellites, aircraft, ships and the like.

さらに、通信ブイを水面に浮上させるだけで、水中航走体は一定の深度で航走させたまま通信ブイ（すなわち、水中航走体）の現在位置情報を取得することができる。これにより、水中航走体を水面あるいは水面近くまで浮上させる必要がなくなり、浮上のためのエネルギー、時間ロスが必要なくなる。その結果、水中航走体の航続距離を増大させることができる。
なお、リアルタイムかつ時系列的に取得された通信ブイの現在位置情報、及び、通信ブイと水中航走体との距離に基づいて、水中航走体や海潮流の速度を算出できる。その結果、実際の経路と計画経路との差が分かるため、次の通過経路点（WAY POINT）等の目標地点までの経路を修正できる。 Furthermore, the current position information of the communication buoy (that is, the underwater vehicle) can be acquired while the underwater vehicle is navigating at a certain depth simply by floating the communication buoy on the water surface. This eliminates the need for the underwater vehicle to float to the surface of the water or near the surface of the water, eliminating the need for energy and time loss for ascent. As a result, the cruising distance of the underwater vehicle can be increased.
Note that the speed of the underwater vehicle and sea tide can be calculated based on the current position information of the communication buoy acquired in real time and in time series, and the distance between the communication buoy and the underwater vehicle. As a result, since the difference between the actual route and the planned route is known, the route to the target point such as the next passing route point (WAY POINT) can be corrected.

上記発明において、前記通信ブイは、前記ＧＰＳ用アンテナと、前記ＧＰＳ受信機と、前記浮力体とを有するアンテナ部と、前記第１の音響通信モデムを有する制御部とを備え、前記アンテナ部と前記制御部とが通信ケーブルで結ばれてもよい。 In the above invention, the communication buoy includes the antenna for GPS, the GPS receiver, an antenna unit having the buoyant body, and a control unit having the first acoustic communication modem, and the antenna unit; The control unit may be connected with a communication cable.

この構成によれば、通信ブイ（すなわち、アンテナ部及び制御部）を浮上させた後、制御部を数ｍ〜１０ｍ程度吊下させることで、通信ブイのアンテナ部のみを水面に浮上させられることになる。
すなわち、通信ケーブルを繰り出すことで、水面には、通信ブイに比べて慣性質量及び容積が小さく、通信ブイよりも波浪の影響を受けにくい（波浪の動きに追従しやすい）通信ブイのアンテナ部のみが漂うことになるので、水中航走体と制御部との音響通信時に発生する周波数変調を低減させることができ、通信衛星、ＧＰＳ衛星や航空機、艦船等との通信時における通信の安定化をさらに図ることができる。 According to this configuration, after the communication buoy (that is, the antenna unit and the control unit) is levitated, only the antenna unit of the communication buoy can be levitated on the water surface by hanging the control unit about several meters to 10 m. become.
That is, by extending the communication cable, only the antenna part of the communication buoy on the water surface has a smaller inertial mass and volume than the communication buoy and is less susceptible to waves than the communication buoy (easy to follow the movement of waves). Because of this, it is possible to reduce the frequency modulation that occurs during acoustic communication between the underwater vehicle and the control unit, and to stabilize communication during communication with communication satellites, GPS satellites, aircraft, ships, etc. Further efforts can be made.

上記構成において、前記通信ブイは、通信衛星送受信機を備えてもよく、前記通信衛星送受信機と通信衛星とが双方向通信してもよい。 In the above configuration, the communication buoy may include a communication satellite transceiver, and the communication satellite transceiver and the communication satellite may perform bidirectional communication.

この構成によれば、収集・蓄積されたステータスデーターや観測データーなどを本体部の第２の音響通信モデムから、通信ブイに搭載された第１の音響通信モデムへ送信し、通信衛星用送受信機から、通信衛星を経由して陸上施設や艦船、航空機等へデーターを伝送することも可能である。 According to this configuration, the collected status data, observation data, and the like are transmitted from the second acoustic communication modem of the main unit to the first acoustic communication modem mounted on the communication buoy, and the communication satellite transceiver It is also possible to transmit data to land facilities, ships, aircraft, etc. via communication satellites.

本発明に係る水中航走体は、上記いずれかの水中航走体に搭載される位置取得装置を具備している。 The underwater vehicle according to the present invention includes a position acquisition device mounted on any of the above-described underwater vehicles.

本発明に係る水中航走体に搭載される位置取得装置の運用方法は、ＧＰＳ用アンテナと、ＧＰＳ受信機と、第１の音響通信モデムと、浮力体とを有し、ケーブルによって、水中航走体に回収可能な通信ブイと、前記水中航走体に搭載される第２の音響通信モデムを有する本体部とを備える位置取得装置の運用方法であって、前記ＧＰＳ用アンテナ及び前記ＧＰＳ受信機で前記通信ブイの現在位置情報を取得し、前記通信ブイの前記現在位置情報に関する情報の通信を前記第１の音響通信モデムと前記第２の音響通信モデムとの間で行い、前記水中航走体の位置を取得することを特徴とする。 An operation method of a position acquisition device mounted on an underwater vehicle according to the present invention includes a GPS antenna, a GPS receiver, a first acoustic communication modem, and a buoyant body. An operation method of a position acquisition device comprising a communication buoy that can be collected in a traveling body and a main body having a second acoustic communication modem mounted on the underwater traveling body, the GPS antenna and the GPS reception A current position information of the communication buoy is acquired by a machine, communication of information related to the current position information of the communication buoy is performed between the first acoustic communication modem and the second acoustic communication modem, and the underwater navigation It is characterized by acquiring the position of the running body.

本発明によれば、運用コストを低減させることができ、水中航走体を確実に目標地点に到達させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to reduce the operation cost and to bring about an effect that the underwater vehicle can reliably reach the target point.

本発明の第１実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の構成を示す図であって、通信ブイが本体部から離れている状態を示す図である。It is a figure which shows the structure of the outline of the position acquisition apparatus mounted in the underwater vehicle based on 1st Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows the state which has separated the communication buoy from the main-body part. 本発明の第１実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の電気系統を示す図である。It is a figure which shows the schematic electric system of the position acquisition apparatus mounted in the underwater vehicle based on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る通信ブイが浮上を開始した状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which the communication buoy based on 1st Embodiment of this invention started rising. 本発明の第１実施形態に係る通信ブイが海面に浮上し、海面において通信衛星等と通信している状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which the communication buoy which concerns on 1st Embodiment of this invention floats up on the sea surface, and is communicating with a communication satellite etc. in the sea surface. 本発明の第１実施形態に係る通信ブイに収容された音響通信モデムと、本体部に収容された音響通信モデムとの間で、通信ブイに収容されたＧＰＳ用アンテナ及びＧＰＳ受信機で取得した通信ブイの現在位置情報のやりとりを行っている状態を示す概念図である。Acquired by the GPS antenna and GPS receiver accommodated in the communication buoy between the acoustic communication modem accommodated in the communication buoy according to the first embodiment of the present invention and the acoustic communication modem accommodated in the main body. It is a conceptual diagram which shows the state which is exchanging the present position information of a communication buoy. 本発明の第１実施形態に係る通信ブイを回収している状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which has collect | recovered the communication buoy which concerns on 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１実施形態に係る通信ブイが海面に浮上していく際、及び海面において通信衛星等と通信する際の状態（姿勢）を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state (attitude) at the time of communicating with a communication satellite etc. in the sea surface when the communication buoy which concerns on 1st Embodiment of this invention floats up on the sea surface. 本発明の第１実施形態に係る通信ブイが海面に浮上し、海面において通信衛星等と通信している状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which the communication buoy which concerns on 1st Embodiment of this invention floats up on the sea surface, and is communicating with a communication satellite etc. in the sea surface. 本発明の第２実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の構成を示す図であって、通信ブイが本体部から離れ、かつ、通信ブイのアンテナ部が制御部から離れている状態を示す図である。It is a figure which shows the structure of the outline of the position acquisition apparatus mounted in the underwater vehicle based on 2nd Embodiment of this invention, Comprising: A communication buoy leaves | separated from a main-body part, and the antenna part of a communication buoy is a control part. It is a figure which shows the state which is away from. 本発明の第２実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の構成を示す図であって、通信ブイが本体部から離れている状態を示す図である。It is a figure which shows the structure of the outline of the position acquisition apparatus mounted in the underwater vehicle based on 2nd Embodiment of this invention, Comprising: It is a figure which shows the state which has separated the communication buoy from the main-body part. 本発明の第２実施形態に係る、水中航走体に搭載される位置取得装置の概略の電気系統を示す図である。It is a figure which shows the schematic electric system of the position acquisition apparatus mounted in the underwater vehicle based on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る通信ブイが浮上を開始した状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which the communication buoy based on 2nd Embodiment of this invention started rising. 本発明の第２実施形態に係る通信ブイが浮上した状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which the communication buoy concerning 2nd Embodiment of this invention surfaced. 本発明の第２実施形態に係る通信ブイのアンテナ部が海面に浮上し、制御部を吊下させた状態であり、海面においてアンテナ部が通信衛星等と通信している状態を示す概念図である。It is the conceptual diagram which shows the state which the antenna part of the communication buoy which concerns on 2nd Embodiment of this invention floats on the sea surface, has suspended the control part, and the antenna part is communicating with a communication satellite etc. in the sea surface. is there. 本発明の第２実施形態に係る通信ブイの制御部に収容された音響通信モデムと、本体部に収容された音響通信モデムとの間で、通信ブイアンテナ部に収容されたＧＰＳ用アンテナ及びＧＰＳ受信機で取得した通信ブイの現在位置情報のやりとりを行っている状態を示す概念図である。Between the acoustic communication modem accommodated in the control unit of the communication buoy according to the second embodiment of the present invention and the acoustic communication modem accommodated in the main body, the GPS antenna and GPS accommodated in the communication buoy antenna unit It is a conceptual diagram which shows the state which is exchanging the present position information of the communication buoy acquired with the receiver. 本発明の第２実施形態に係る通信ブイを回収している状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which has collect | recovered the communication buoy which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態に係る通信ブイが海面に浮上し、海面において通信衛星等と通信している状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which the communication buoy which concerns on 2nd Embodiment of this invention surfaced on the sea surface, and is communicating with a communication satellite etc. in the sea surface. 通信ブイの現在位置情報から水中航走体の現在位置を取得する代表的な算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the typical calculation method which acquires the present position of an underwater vehicle from the present position information of a communication buoy. アンテナ部の現在位置情報から水中航走体の現在位置を取得する代表的な算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the typical calculation method which acquires the present position of an underwater vehicle from the present position information of an antenna part. アンテナ部又は通信ブイの現在位置情報と海潮流の方向、速度から水中航走体の（現在）位置、速度、進路方位を求める代表的な算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the typical calculation method which calculates | requires the (present) position, speed, and course direction of an underwater vehicle from the current position information of an antenna part or a communication buoy, and the direction and speed of a sea tide.

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係る水中航走体１０に搭載される位置取得装置２０及びその運用方法について、図１から図８を参照しながら説明する。
図３から図６、及び図８に示すように、本実施形態に係る位置取得装置２０が搭載される水中航走体１０は、後部にフィン１１及びプロペラ１２を備えている。
また、水中航走体１０の内部には、プロペラ１２を回転駆動する電動モータ、フィン１１を駆動制御する操舵装置、慣性航法装置、対地速度計、方位計２３、深度計２４、各種電気機器へ電力を供給する電池等が搭載されている。 [First Embodiment]
Hereinafter, the position acquisition device 20 mounted on the underwater vehicle 10 and its operation method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8.
As shown in FIG. 3 to FIG. 6 and FIG. 8, the underwater vehicle 10 on which the position acquisition device 20 according to this embodiment is mounted includes a fin 11 and a propeller 12 at the rear part.
Further, in the underwater vehicle 10, an electric motor that rotationally drives the propeller 12, a steering device that drives and controls the fins 11, an inertial navigation device, a ground speed meter, an azimuth meter 23, a depth meter 24, and various electric devices A battery for supplying power is mounted.

図１又は図２に示すように、位置取得装置２０は、通信ブイ２１と、本体部２２と、を備えている。
通信ブイ２１は、通信衛星用アンテナ３１と、通信衛星送受信機３２と、管制器３３と、２次電池３４と、非接触充電器３５と、ＧＰＳ用アンテナ３６と、ＧＰＳ受信機３７と、記録器３８と、光（電磁波）通信機（光（電磁波）通信モデム）３９等を有する第１通信手段と、浮上検出器４０と、音響通信モデム（音響通信機）４１等を有する第２通信手段と、浮力体４２と、耐圧殻４３と、を備えている。
本体部２２は、非接触充電器５１と、２次電池５２と、管制器５３と、光（電磁波）通信機（光（電磁波）通信モデム）５４と、リール５５と、記録器５６と、音響通信モデム（音響通信機）５７と、収納筒５８と、筐体５９を備えている。
なお、本実施形態において、通信ブイ２１及び本体部２２に備えられた通信機として光（電磁波）通信機３９，５４を一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、無線通信機又は赤外線通信機等の適用も可能である。また、２次電池５２、管制器５３、記録器５６、音響通信モデム５７は、水中航走体１０側に設けられてもよい。 As shown in FIG. 1 or 2, the position acquisition device 20 includes a communication buoy 21 and a main body 22.
The communication buoy 21 includes a communication satellite antenna 31, a communication satellite transceiver 32, a controller 33, a secondary battery 34, a non-contact charger 35, a GPS antenna 36, a GPS receiver 37, and a recording. First communication means having an optical device 38, an optical (electromagnetic wave) communication device (light (electromagnetic wave) communication modem) 39, etc., a second communication means having an levitation detector 40, an acoustic communication modem (acoustic communication device) 41, etc. And a buoyancy body 42 and a pressure-resistant shell 43.
The main body 22 includes a non-contact charger 51, a secondary battery 52, a controller 53, a light (electromagnetic wave) communication device (light (electromagnetic wave) communication modem) 54, a reel 55, a recorder 56, and an acoustic device. A communication modem (acoustic communication device) 57, a storage cylinder 58, and a housing 59 are provided.
In the present embodiment, the optical (electromagnetic wave) communication devices 39 and 54 have been described as specific examples of the communication devices provided in the communication buoy 21 and the main body 22, but the present invention is not limited to this. Instead, application of a wireless communication device, an infrared communication device, or the like is also possible. Further, the secondary battery 52, the controller 53, the recorder 56, and the acoustic communication modem 57 may be provided on the underwater vehicle 10 side.

浮力体４２は、シンタクチックフォーム等の浮力材を流体力学形状に成形したものであり、その頂部には、通信衛星用アンテナ３１及びＧＰＳ用アンテナ３６が取り付けられている。
なお、ＧＰＳ用アンテナ３６を通信衛星用アンテナ３１と兼用とし、通信衛星用アンテナ３１のみを浮力体４２の頂部に取り付けるようにしてもよい。 The buoyancy body 42 is formed by forming a buoyancy material such as a syntactic foam into a hydrodynamic shape, and a communication satellite antenna 31 and a GPS antenna 36 are attached to the top thereof.
The GPS antenna 36 may also be used as the communication satellite antenna 31, and only the communication satellite antenna 31 may be attached to the top of the buoyancy body 42.

耐圧殻４３は、耐圧性を有する格納容器（圧力容器）であり、その内部には、通信衛星送受信機３２、管制器３３、２次電池３４、非接触充電器３５、ＧＰＳ受信機３７、記録器３８、光（電磁波）通信機３９等を有する第１通信手段、圧力計、加速度計等の浮上検出器４０、音響通信モデム（音響通信機）４１等を有する第２通信手段の他、図示しない光・信号変換機等が収容されている。
そして、通信ブイ２１の外形は、浮力体４２の外形と、耐圧殻４３の外形とで形成されることになる。 The pressure-resistant shell 43 is a pressure-resistant storage container (pressure vessel), which includes a communication satellite transceiver 32, a controller 33, a secondary battery 34, a non-contact charger 35, a GPS receiver 37, a recording In addition to the first communication means having the optical device 38, the optical (electromagnetic) communication device 39, etc., the second communication means having the levitation detector 40 such as the pressure gauge and the accelerometer, the acoustic communication modem (acoustic communication device) 41, etc. Contains light / signal converters that do not.
The outer shape of the communication buoy 21 is formed by the outer shape of the buoyancy body 42 and the outer shape of the pressure-resistant shell 43.

収納筒５８は、その内部に通信ブイ２１を収容する筒状の部材であり、その頂部には、通信ブイ２１を収容する際に通信ブイ２１を収容筒５８内に案内するガイド６０が設けられており、その内部における下端部には、通信ブイ２１を収容する際に通信ブイ２１の非接触充電器３５を、収容筒５８の下端部に設けられた非接触充電器５１に案内し、光通信機３９，５４が互いに近接するよう案内するとともに、通信ブイ２１の下面（底面）が着座する座６１が設けられている。
筐体５９には、リール５５、モータ兼テンショナー６２が収容されている。 The storage cylinder 58 is a cylindrical member that stores the communication buoy 21 therein, and a guide 60 that guides the communication buoy 21 into the storage cylinder 58 when the communication buoy 21 is stored is provided at the top. The non-contact charger 35 of the communication buoy 21 is guided to the non-contact charger 51 provided at the lower end of the housing cylinder 58 when the communication buoy 21 is received. A seat 61 on which the lower surface (bottom surface) of the communication buoy 21 is seated is provided while the communication devices 39 and 54 are guided so as to be close to each other.
The housing 59 accommodates a reel 55 and a motor / tensioner 62.

リール５５には、ケブラーや炭素繊維等で作られた高張力ケーブル６３が所定の長さ巻き付けられている。高張力ケーブル６３の一端は、スイベル６４に固定されており、高張力ケーブル６３の他端は、リール５５に固定されている。
なお、通信ブイ２１を海面（又は水面）６５に浮上させる際、及び通信ブイ２１が海面６５にて通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７（図８参照）や図示しない航空機、艦船等にデータを送信したり、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等から送信されてきたデータを受信したりする際に、高張力ケーブル６３が絡まぬよう海流（水流）等から受けるテンションに応じて、又は通信ブイ２１の浮力により受けるテンションが通信ブイの浮力以上加わらないようにリール５５が回転されて、フリーもしくは適度なテンションで高張力ケーブル６３を繰り出せる設定になっている。ここで、高張力ケーブル６３のテンションとは、通信ブイ２１の浮力より十分小さい値で、かつ、高張力ケーブル６３が弛まない値である。また、高張力ケーブル６３は、電力線を伴わない直径数ｍｍ（例えば、１ｍｍ程度）の細線であり、このような細線を用いることで、仮に捻りが生じても、電力線より許容性が高く、また、高張力ケーブル６３に生じる水中抗力を低減でき、通信ブイ２１に高張力ケーブル６３を介して大きなテンションが作用しない。この結果、通信ブイ２１を小型化することができる。 A high tension cable 63 made of Kevlar or carbon fiber is wound around the reel 55 for a predetermined length. One end of the high tension cable 63 is fixed to the swivel 64, and the other end of the high tension cable 63 is fixed to the reel 55.
In addition, when the communication buoy 21 is floated on the sea surface (or water surface) 65, and the communication buoy 21 transmits data to the communication satellite 66, the GPS satellite 67 (see FIG. 8), an unillustrated aircraft, ship, etc. at the sea surface 65. Or when receiving data transmitted from a communication satellite 66, a GPS satellite 67, an unillustrated aircraft, a ship or the like, depending on the tension received from the ocean current (water current) or the like so that the high tension cable 63 does not get entangled, Alternatively, the reel 55 is rotated so that the tension received by the buoyancy of the communication buoy 21 does not exceed the buoyancy of the communication buoy so that the high tension cable 63 can be fed out with free or moderate tension. Here, the tension of the high tension cable 63 is a value that is sufficiently smaller than the buoyancy of the communication buoy 21 and that the high tension cable 63 does not loosen. The high-tension cable 63 is a thin wire having a diameter of several millimeters (for example, about 1 mm) not accompanied by a power line. By using such a thin wire, even if twisting occurs, the tolerance is higher than that of the power line. The underwater drag generated in the high tension cable 63 can be reduced, and a large tension does not act on the communication buoy 21 via the high tension cable 63. As a result, the communication buoy 21 can be reduced in size.

また、図１及び図２中の符号６２は、リール５５を回転駆動させる（回転数計、ラチェット付きの）モータ兼テンショナーであり、高張力ケーブル６３のテンションを計測しながらモータ回転数を適切に制御できる。もしくは、ラチェットを開放することで、通信ブイの浮力や海流から作用する、高張力ケーブル６３に生じるテンションをフリーな状態にして、高張力ケーブル６３を繰り出すことができる。
さらに、本体部２２の内部に収容された管制器５３には、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に通信ブイ２１を海面６５に浮上させた後、通信ブイ２１を回収するプログラムが組み込まれており、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に通信ブイ２１が海面６５に浮上し、その後、通信ブイ２１が回収されるようになっている。 Reference numeral 62 in FIGS. 1 and 2 denotes a motor / tensioner that drives the reel 55 to rotate (with a tachometer and a ratchet), and appropriately measures the motor rotation speed while measuring the tension of the high tension cable 63. Can be controlled. Alternatively, by releasing the ratchet, the tension generated in the high-tension cable 63 acting from the buoyancy of the communication buoy and the ocean current can be made free, and the high-tension cable 63 can be fed out.
Further, the controller 53 housed in the main body 22 has a communication buoy 21 on the sea surface 65 every time the underwater vehicle 10 travels for a predetermined time or every predetermined distance. A program for collecting the communication buoy 21 after being lifted is incorporated. Every time the underwater vehicle 10 travels for a predetermined time or every predetermined distance, that is, the communication buoy 21 is periodically connected to the sea surface 65. After that, the communication buoy 21 is collected.

通信ブイ２１が収容筒５８内に収容された状態において、本体部２２内に収容された２次電池５２から、耐圧殻４３内に収容された２次電池３４に、非接触充電器３５，５１を介して充電されるとともに、通信ブイ２１の下端部に取り付けられた光（電磁波）通信機３９と、収容筒５８の下端に設けられた光（電磁波）通信機５４との間でデータの通信が行われる。
なお、電池３４，５２としては、２次電池の他、１次電池や燃料電池等を用いることもできる。 In a state where the communication buoy 21 is accommodated in the accommodating cylinder 58, the non-contact chargers 35, 51 are transferred from the secondary battery 52 accommodated in the main body portion 22 to the secondary battery 34 accommodated in the pressure resistant shell 43. Data communication between the light (electromagnetic) communication device 39 attached to the lower end of the communication buoy 21 and the light (electromagnetic) communication device 54 provided at the lower end of the housing cylinder 58. Is done.
In addition, as the batteries 34 and 52, a primary battery, a fuel cell, etc. other than a secondary battery can also be used.

つぎに、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に、図３に示すように通信ブイ２１の浮上が開始される。
つづいて、図４に示すように、通信ブイ２１が海面６５に浮上したら、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等との通信を開始する。 Next, every time the underwater vehicle 10 travels for a predetermined time or travels a predetermined distance, that is, periodically, the communication buoy 21 starts to float as shown in FIG.
Subsequently, as shown in FIG. 4, when the communication buoy 21 rises to the sea surface 65, communication with the communication satellite 66, the GPS satellite 67, an aircraft (not shown), a ship, and the like is started.

つぎに、図５に示すように、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等との通信が終了したら、ＧＰＳ衛星６７から得られた通信ブイ２１の現在位置情報を、通信ブイ２１内に収容された音響通信モデム４１から本体部２２内に収容された音響通信モデム５７へ送信する。なお、水中航走体１０で収集・蓄積されたステータスデーターや観測データーなどを本体部２２の音響通信モデム５７から送信することもできる。このとき、通信ブイ２１に搭載された音響通信モデム４１が各データーを受信し、通信衛星用アンテナ３１から、通信衛星６６を経由して陸上施設や艦船、航空機等へデーターを伝送することも可能である。 Next, as shown in FIG. 5, when communication with the communication satellite 66, the GPS satellite 67, an aircraft (not shown), a ship, and the like is completed, the current position information of the communication buoy 21 obtained from the GPS satellite 67 is obtained from the communication buoy 21. It transmits from the acoustic communication modem 41 accommodated in the acoustic communication modem 57 accommodated in the main body 22. In addition, status data and observation data collected and accumulated by the underwater vehicle 10 can be transmitted from the acoustic communication modem 57 of the main unit 22. At this time, the acoustic communication modem 41 mounted on the communication buoy 21 receives each data and can transmit the data from the communication satellite antenna 31 to the land facility, ship, aircraft, etc. via the communication satellite 66. It is.

つづいて、図６に示すように、ＧＰＳ衛星６７から得られた通信ブイ２１の（現在）位置情報が本体部２２内に収容された音響通信モデム５７により受信されたら、あるいは高張力ケーブル６３が最大限繰り出されて（伸びきって）高張力ケーブル６３にテンション（張力）が加わるようになったら（加わり始めたら）、モータ兼テンショナー６２（図１及び図２参照）を逆回転させ、通信ブイ２１を回収する。
また、通信ブイ２１が海面６５に浮上した際には、浮上検出器４０で海面浮上したことを確認する。この他、浮上が停止することからテンションが大きく変化することが予想されるため、モータ兼テンショナー６２で計測しておき、浮上のタイミング並びに通信ブイ２１の浮遊時間を設定しておき、設定時間に達したらリールを駆動し通信ブイ２１を回収してもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 6, when the (current) position information of the communication buoy 21 obtained from the GPS satellite 67 is received by the acoustic communication modem 57 accommodated in the main body 22, or the high tension cable 63 is connected. When the tension (tension) is applied to the high tension cable 63 when it is fully extended (extends) (when it starts to be applied), the motor / tensioner 62 (see FIGS. 1 and 2) is rotated in the reverse direction, and the communication buoy 21 is recovered.
Further, when the communication buoy 21 rises to the sea surface 65, it is confirmed by the levitation detector 40 that the sea surface has risen. In addition, since the tension is expected to change greatly because the levitation stops, the motor / tensioner 62 measures the levitation timing and the buoy time of the communication buoy 21 and sets the set time. When it reaches, the reel may be driven to collect the communication buoy 21.

なお、通信ブイ２１が海面６５に浮上していく際、及び海面６５において通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等と通信する際、モータ兼テンショナー６２は、通信ブイ２１が、図７に示すような姿勢、すなわち、通信ブイ２１の浮力中心と重心とが、（略）同一の鉛直線上に位置するような状態を保ち、かつ、高張力ケーブル６３が絡まぬよう潮流等の外乱から受けるテンションに応じて、また、通信ブイ２１の浮力以上のテンションが加わらないよう回転させられることができるようにケーブルを繰り出している。 When the communication buoy 21 rises on the sea surface 65 and communicates with the communication satellite 66, the GPS satellite 67, an aircraft (not shown), a ship, etc. on the sea surface 65, the motor / tensioner 62 is connected to the communication buoy 21. 7, i.e., a buoyancy center and a center of gravity of the communication buoy 21 are maintained in a state where they are (almost) located on the same vertical line, and a disturbance such as a tidal current is prevented so that the high-tension cable 63 is not entangled. Depending on the tension received from the cable, the cable is fed out so that it can be rotated so as not to apply a tension greater than the buoyancy of the communication buoy 21.

リール５５を正回転させることによりリール５５から高張力ケーブル６３を繰り出して、通信ブイ２１を海面６５に浮上させることができ、リール５５を逆回転させることによりリール５５に高張力ケーブル６３を巻き取って、通信ブイ２１を回収することができる。
従って、１つの通信ブイ２１を何度でも海面６５に浮上させ、かつ、回収することができる。
これにより、運用コストを低減させることができ、水中航走体１０を確実に目標地点に到達させることができる。 By rotating the reel 55 forward, the high tension cable 63 can be fed out from the reel 55 and the communication buoy 21 can be floated on the sea surface 65. By rotating the reel 55 in reverse, the high tension cable 63 is wound around the reel 55. Thus, the communication buoy 21 can be collected.
Accordingly, one communication buoy 21 can be floated on the sea surface 65 and collected many times.
Thereby, operation cost can be reduced and the underwater vehicle 10 can be reliably made to reach the target point.

また、海面６５には、水中航走体１０に比べて慣性質量及び容積が非常に小さく、波浪の影響を受けにくい（波浪の動きに追従しやすい）通信ブイ２１のみが漂うことになるので、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や航空機、艦船等との通信時における通信の安定化を図ることができる。 In addition, since the inertial mass and volume are very small compared to the underwater vehicle 10 on the sea surface 65, only the communication buoy 21 is not likely to be affected by the waves (easy to follow the movement of the waves). It is possible to stabilize communication during communication with the communication satellite 66, the GPS satellite 67, an aircraft, a ship, and the like.

さらに、通信ブイ２１を海面に浮上させるだけで、水中航走体１０は一定の深度で航走させたまま通信ブイ２１（すなわち、水中航走体１０）の現在位置情報を取得することができる。
これにより、水中航走体１０を海面６５あるいは海面６５近くまで浮上させるためのエネルギー、時間ロスが必要なくなる。その結果、水中航走体１０の航続距離を増大させることができる。 Furthermore, the current position information of the communication buoy 21 (i.e., the underwater vehicle 10) can be acquired while the underwater vehicle 10 is traveling at a certain depth simply by surfacing the communication buoy 21 to the sea surface. .
This eliminates the need for energy and time loss for floating the underwater vehicle 10 to the sea level 65 or near the sea level 65. As a result, the cruising distance of the underwater vehicle 10 can be increased.

ここで、通信ブイ２１の現在位置情報から水中航走体１０の現在位置を求める算出方法について、図１８及び図２０を参照しながら説明する。
まず、図１８に示すように、水中航走体１０の深度Ｄは、水中航走体１０に搭載されている深度計２４で求めることができる。 Here, a calculation method for obtaining the current position of the underwater vehicle 10 from the current position information of the communication buoy 21 will be described with reference to FIGS. 18 and 20.
First, as shown in FIG. 18, the depth D of the underwater vehicle 10 can be obtained by a depth meter 24 mounted on the underwater vehicle 10.

また、水中航走体１０と通信ブイ２１との通信距離Ｒは、音響通信モデム４１と、音響通信モデム５７との音響伝達時間から求めることができる。そして、式Ｒ^２＝Ｌ^２＋Ｄ^２から水中航走体１０と通信ブイ２１との水平移動距離Ｌを求めることができる。
そして、これら計測値をリアルタイムかつ時系列的に取得しながら、時間整合をとることで、水中航走体１０の対水速度も求めることができる。
また、通信ブイ２１からみた水中航走体１０の方位は、水中航走体１０の方位と同じになるので、水中航走体１０に搭載されている方位計２３で求めることができる。 In addition, the communication distance R between the underwater vehicle 10 and the communication buoy 21 can be obtained from the acoustic transmission time between the acoustic communication modem 41 and the acoustic communication modem 57. Then, the horizontal movement distance L between the underwater vehicle 10 and the communication buoy 21 can be obtained from the equation R ² = L ² + D ² .
And the water velocity of the underwater vehicle 10 can also be calculated | required by taking time alignment, acquiring these measured values in real time and time series.
Further, since the direction of the underwater vehicle 10 as viewed from the communication buoy 21 is the same as the direction of the underwater vehicle 10, it can be obtained by the direction meter 23 mounted on the underwater vehicle 10.

図２０に示すように、通信ブイ２１は海潮流の影響で一定方向（図２０において上方向）に流されることになる。通信ブイ２１の現在位置をリアルタイムかつ時系列的に取得しながら、時間整合をとることで、海潮流の速度及び向きを求めることができる。そして、水中航走体１０の対水速度及び方位と海潮流の速度及び向きとを考慮して導かれる実際の水中航走体１０の経路や速度を、計画された水中航走体１０の経路や速度と比較することで、水中航走体１０が適切な対水速度と方位で航走しているかどうかが判断できる。その結果、水中航走体１０が計画経路に基づいて航行するよう、水中航走体１０の針路角や速度等を補正できる。このように、本実施形態によれば、水中航走体１０を確実に目標地点に到達させることができる。 As shown in FIG. 20, the communication buoy 21 is caused to flow in a certain direction (upward in FIG. 20) due to the influence of the sea tide. While acquiring the current position of the communication buoy 21 in real time and in time series, the speed and direction of the sea tide can be obtained by time alignment. Then, the path and speed of the actual underwater vehicle 10 derived in consideration of the water velocity and direction of the underwater vehicle 10 and the speed and direction of the sea tide are determined as the planned route of the underwater vehicle 10. It is possible to determine whether the underwater vehicle 10 is traveling at an appropriate water speed and direction by comparing with the speed. As a result, the course angle and speed of the underwater vehicle 10 can be corrected so that the underwater vehicle 10 navigates based on the planned route. Thus, according to the present embodiment, the underwater vehicle 10 can be reliably reached the target point.

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態に係る水中航走体１０に搭載される位置取得装置７０について、図９から図１７を参照しながら説明する。
本実施形態に係る位置取得装置７０は、通信ブイ２１の代わりに通信ブイ７１を備えているという点で上述した第１実施形態のものと異なる。
なお、上述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。 [Second Embodiment]
A position acquisition device 70 mounted on the underwater vehicle 10 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 to 17.
The position acquisition device 70 according to the present embodiment is different from that of the first embodiment described above in that a communication buoy 71 is provided instead of the communication buoy 21.
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member same as 1st Embodiment mentioned above, and description about these components is abbreviate | omitted here.

図９又は図１１に示すように、通信ブイ７１は、アンテナ部８１と、制御部８２と、を備えている。
アンテナ部８１は、通信衛星用アンテナ３１と、通信衛星送受信機３２と、ＧＰＳ用アンテナ３６と、ＧＰＳ受信機３７と、浮力体４２と、を備えている。 As shown in FIG. 9 or FIG. 11, the communication buoy 71 includes an antenna unit 81 and a control unit 82.
The antenna unit 81 includes a communication satellite antenna 31, a communication satellite transceiver 32, a GPS antenna 36, a GPS receiver 37, and a buoyancy body 42.

制御部８２は、管制器３３と、２次電池３４と、非接触充電器３５と、記録器３８と、光通信機３９等を有する第１通信手段と、浮上検出器４０と、音響通信モデム４１等を有する第２通信手段と、耐圧殻４３と、リール８３、モータ兼テンショナー８４を備えている。
ここで、本実施形態における耐圧殻４３の内部には、管制器３３、２次電池３４、非接触充電器３５、記録器３８、光通信機３９等を有する第１通信手段、圧力計、加速度計等の浮上検出器４０、音響通信モデム４１等を有する第２通信手段の他、リール８３、モータ兼テンショナー８４、図示しない光・信号変換機等が収容されている。 The control unit 82 includes a controller 33, a secondary battery 34, a non-contact charger 35, a recorder 38, a first communication means having an optical communication device 39, a levitation detector 40, and an acoustic communication modem. 41, etc., a pressure shell 43, a reel 83, and a motor / tensioner 84 are provided.
Here, in the pressure-resistant shell 43 in the present embodiment, a first communication means including a controller 33, a secondary battery 34, a non-contact charger 35, a recorder 38, an optical communication device 39, etc., a pressure gauge, an acceleration In addition to the second communication means having a floating detector 40 such as a meter, an acoustic communication modem 41, etc., a reel 83, a motor / tensioner 84, a light / signal converter (not shown) and the like are accommodated.

リール８３には、通信・電力線８５が所定の長さ（数ｍ〜数１０ｍ程度）巻き付けられている。通信・電力線８５の一端は、浮力体４２の下端部に固定されており、通信・電力線８５の他端は、リール８３に固定されている。
なお、通信・電力線８５は、リール８３の回転数を計測することで適度な吊下長さとなるようにを繰り出される。通信・電力線８５は、アンテナ部８１を海面６５に浮上させる際、アンテナ部８１が海面６５にて通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７（図１７参照）や図示しない航空機、艦船等にデータを送信する際、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等から送信されてきたデータを受信する際に繰り出される。通信・電力線８５は、通信線及び電力線からなる直径数ｍｍ（例えば、１〜５ｍｍ程度）の細線である。 A communication / power line 85 is wound around the reel 83 with a predetermined length (several meters to several tens of meters). One end of the communication / power line 85 is fixed to the lower end of the buoyancy body 42, and the other end of the communication / power line 85 is fixed to the reel 83.
The communication / power line 85 is extended so as to have an appropriate hanging length by measuring the number of rotations of the reel 83. The communication / power line 85 is used to transmit data to the communication satellite 66, the GPS satellite 67 (see FIG. 17), an aircraft (not shown), a ship, etc. The data is sent out when receiving data transmitted from the communication satellite 66, the GPS satellite 67, an unillustrated aircraft, a ship or the like. The communication / power line 85 is a thin line having a diameter of several mm (for example, about 1 to 5 mm) made of a communication line and a power line.

また、図９及び図１１中の符号８４は、リール８３を回転駆動させ、回転数計、ラチェット、スリップリング等を備えたモータ兼テンショナーであり、リール８３の回転数を計測しながら通信・電力線８５の繰出し長さを適切に制御できる。
さらに、制御部８２の内部に収容された管制器３３には、通信ブイ７１が海面６５に浮上したことを浮上検出器４０で検出し、制御部８２を吊下するようプログラムが組み込まれている。通信ブイ７１（すなわち、アンテナ部８１及び制御部８２）を浮上させた後、制御部８２を数ｍ〜１０ｍ程度吊下させることで、海面と水中での通信を行い、その後、通信・電力線８５を巻き取り、アンテナ部８１と制御部８２を連接させ、通信ブイ７１として回収されるようになっている。 Reference numeral 84 in FIGS. 9 and 11 denotes a motor / tensioner that rotates and drives the reel 83 and includes a tachometer, ratchet, slip ring, and the like. The feeding length of 85 can be controlled appropriately.
Further, in the controller 33 housed inside the control unit 82, a program is incorporated so that the floating detector 40 detects that the communication buoy 71 has floated on the sea surface 65, and the control unit 82 is suspended. . After the communication buoy 71 (that is, the antenna unit 81 and the control unit 82) is levitated, the control unit 82 is suspended about several meters to 10 m to perform communication in the sea surface and underwater. Thereafter, the communication / power line 85 The antenna unit 81 and the control unit 82 are connected to each other and collected as a communication buoy 71.

なお、本実施形態において、本体部２２の内部に収容された管制器５３には、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に通信ブイ７１（すなわち、アンテナ部８１及び制御部８２）を海面６５に浮上させた後、制御部８２を海面６５から下方へ数ｍ〜１０ｍ程度吊下させることで、通信を行い、その後、通信ブイ７１を回収するプログラムが組み込まれている。また、耐圧殻４３の頂部には、アンテナ部８１の下面（底面）が着座する座８６が設けられている。 In the present embodiment, the controller 53 accommodated in the main body portion 22 has a communication buoy every time the underwater vehicle 10 travels a predetermined time or every predetermined distance. 71 (that is, the antenna unit 81 and the control unit 82) is levitated on the sea surface 65, and then the control unit 82 is suspended downward from the sea surface 65 by several m to 10 m to perform communication. Thereafter, the communication buoy 71 The program that collects is incorporated. A seat 86 on which the lower surface (bottom surface) of the antenna unit 81 is seated is provided on the top of the pressure-resistant shell 43.

つぎに、水中航走体１０が所定時間航走する毎あるいは所定距離航走する毎に、すなわち、定期的に、図１２に示すように通信ブイ７１の浮上が開始される。
つづいて、図１３に示すように、通信ブイ７１が海面６５まで浮上したら、図１４に示すように、アンテナ部８１のみを海面６５に浮上させて、制御部８２を海面６５から下方へ吊下させる。その後、アンテナ部８１で通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等との通信を開始する。 Next, every time the underwater vehicle 10 travels for a predetermined time or travels a predetermined distance, that is, periodically, the communication buoy 71 starts to float as shown in FIG.
Next, as shown in FIG. 13, when the communication buoy 71 rises to the sea level 65, as shown in FIG. 14, only the antenna part 81 rises to the sea level 65, and the control part 82 is suspended downward from the sea level 65. Let Thereafter, the antenna unit 81 starts communication with the communication satellite 66, the GPS satellite 67, an aircraft (not shown), a ship, and the like.

つぎに、図１５に示すように、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等との通信が終了したら、ＧＰＳ衛星６７から得られた通信ブイ７１（より詳しくは、アンテナ部８１）の現在位置情報を、制御部８２内に収容された音響通信モデム４１から本体部２２内に収容された音響通信モデム５７へ送信する。なお、水中航走体１０で収集・蓄積されたステータスデーターや観測データーなどを本体部２２の音響通信モデム５７から送信することもできる。このとき、通信ブイ７１の制御部８２に搭載された音響通信モデム４１が各データーを受信し、通信衛星用アンテナ３１から、通信衛星を経由して陸上施設や艦船、航空機等へデーターを伝送することも可能である。 Next, as shown in FIG. 15, when communication with the communication satellite 66, GPS satellite 67, aircraft, ship, etc. (not shown) is completed, the communication buoy 71 obtained from the GPS satellite 67 (more specifically, the antenna unit 81). Is transmitted from the acoustic communication modem 41 accommodated in the control unit 82 to the acoustic communication modem 57 accommodated in the main body unit 22. In addition, status data and observation data collected and accumulated by the underwater vehicle 10 can be transmitted from the acoustic communication modem 57 of the main unit 22. At this time, the acoustic communication modem 41 mounted on the control unit 82 of the communication buoy 71 receives each data, and transmits the data from the communication satellite antenna 31 to the land facility, ship, aircraft, etc. via the communication satellite. It is also possible.

つづいて、図１６に示すように、ＧＰＳ衛星６７から得られた通信ブイ７１の現在位置情報が本体部２２内に収容された音響通信モデム５７により受信され、通信が終了したとき、あるいは、モータ兼テンショナー６２の計測結果に応じて、高張力ケーブル６３が最大限繰り出されて（伸びきって）高張力ケーブル６３にテンション（張力）が加わるようになったとき（加わり始めたとき）、モータ兼テンショナー８４（図９及び図１１参照）を逆回転させ、アンテナ部８１を回収し、その後、モータ兼テンショナー６２（図９及び図１１参照）を逆回転させ、通信ブイ７１を回収する。
また、アンテナ部８１が海面６５に浮上した際には、浮上検出器４０で海面に浮上したことを確認する。アンテナ部８１が海面６５に浮上した際、浮上が停止することからテンションが大きく変化することが予想されるため、浮上のタイミング並びに通信ブイ７１の浮遊時間を設定しておき、設定時間に達したらリールを駆動し通信ブイ７１を回収してもよい。 Subsequently, as shown in FIG. 16, when the current position information of the communication buoy 71 obtained from the GPS satellite 67 is received by the acoustic communication modem 57 accommodated in the main body 22 and communication is completed, or the motor When the high tension cable 63 is extended to the maximum (extended) according to the measurement result of the tensioner 62 and tension is applied to the high tension cable 63 (when it starts to be applied), The tensioner 84 (see FIGS. 9 and 11) is reversely rotated to collect the antenna unit 81, and then the motor / tensioner 62 (see FIGS. 9 and 11) is reversely rotated to collect the communication buoy 71.
In addition, when the antenna unit 81 floats on the sea surface 65, it is confirmed by the surfacing detector 40 that the antenna unit 81 has floated on the sea surface. When the antenna unit 81 ascends to the sea surface 65, since the ascent is stopped, the tension is expected to change greatly. Therefore, the ascending timing and the floating time of the communication buoy 71 are set and the set time is reached. The reel may be driven to collect the communication buoy 71.

なお、通信ブイ７１が海面６５において通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や図示しない航空機、艦船等と通信する際、リール５５は、通信ブイ７１が、通信ブイ７１の浮力中心と重心とが、（略）同一の鉛直線上に位置するような状態を保ち、かつ、高張力ケーブル６３が絡まぬよう潮流等の外乱から受けるテンションに応じて、また、通信ブイ７１の浮力以上のテンションが加わらないよう回転させられることができるようにケーブルを繰り出している。 When the communication buoy 71 communicates with the communication satellite 66, the GPS satellite 67, an aircraft (not shown), a ship, etc. on the sea surface 65, the reel 55 has the buoyancy center and the center of gravity of the communication buoy 71 (approximately). ) Rotate so as to maintain the state of being located on the same vertical line, and not to apply a tension higher than the buoyancy of communication buoy 71 according to the tension received from disturbance such as tidal current so that high tension cable 63 does not get entangled Pull out the cable so that it can be made.

通信ブイ７１（すなわち、アンテナ部８１及び制御部８２）を浮上させた後、制御部８２を数ｍ〜１０ｍ程度吊下させることで、海面６５ではアンテナ部８１で通信を行う。
すなわち、海面６５には、通信ブイ７１に比べて慣性質量及び容積が小さく、通信ブイ７１よりも波浪の影響を受けにくい（波浪の動きに追従しやすい）通信ブイ７１のアンテナ部８１のみが漂うことになるので、通信衛星６６、ＧＰＳ衛星６７や航空機、艦船等との通信時における通信の安定化をさらに図ることができる。
また、一方、吊下されている制御部８２は、海面６５の波浪による動揺の影響を受けにくくなるため、音響通信モデム４１の通信も安定し、周波数変調が生じにくく、通信が安定する。更に、荒天時の波浪高さよりも深く吊下することで、水中通信の見通しが確保できるため、水中航走体１０が離隔しながらも音響通信ラインを確保できるという効果もある。
その他の作用効果は、上述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。 After the communication buoy 71 (that is, the antenna unit 81 and the control unit 82) is levitated, the antenna unit 81 communicates at the sea level 65 by hanging the control unit 82 about several meters to 10 m.
That is, only the antenna portion 81 of the communication buoy 71 floats on the sea surface 65, which has a smaller inertial mass and volume than the communication buoy 71 and is less susceptible to waves than the communication buoy 71 (easy to follow the movement of waves). Therefore, it is possible to further stabilize the communication during communication with the communication satellite 66, the GPS satellite 67, the aircraft, the ship, and the like.
On the other hand, since the suspended control unit 82 is less susceptible to the influence of the sea surface 65 due to the waves, the communication of the acoustic communication modem 41 is stable, the frequency modulation is difficult to occur, and the communication is stable. Furthermore, since the prospect of underwater communication can be ensured by suspending deeper than the wave height at the time of stormy weather, there is also an effect that an acoustic communication line can be ensured while the underwater vehicle 10 is separated.
Other functions and effects are the same as those of the above-described first embodiment, and thus description thereof is omitted here.

ここで、アンテナ部８１（あるいは通信ブイ７１）の現在位置情報から水中航走体１０の現在位置を取得する代表的な算出方法について、図１９及び図２０を参照しながら説明する。
まず、図１９に示すように、水中航走体１０の深度Ｄは、水中航走体１０に搭載されている深度計２４で求めることができ、制御部８２の深度ｄ０は、予め設定されている通信・電力線８５の長さから求めることができるため、音響通信モデム４１と水中航走体との高度差ｄ１＝Ｄ−ｄ０で求めることができる。 Here, a typical calculation method for acquiring the current position of the underwater vehicle 10 from the current position information of the antenna unit 81 (or the communication buoy 71) will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 19, the depth D of the underwater vehicle 10 can be obtained by the depth meter 24 mounted on the underwater vehicle 10, and the depth d0 of the control unit 82 is set in advance. Since it can be obtained from the length of the existing communication / power line 85, it can be obtained from the altitude difference d1 = D−d0 between the acoustic communication modem 41 and the underwater vehicle.

また、水中航走体１０と制御部８２との通信距離Ｒは、音響通信モデム４１と、音響通信モデム５７との音響伝達時間から求めることができる。そして、式Ｒ^２＝Ｌ^２＋ｄ１^２から水中航走体１０と制御部８２との水平距離Ｌを求めることができる。
そして、これら計測値をリアルタイムかつ時系列的に取得しながら、時間整合をとることで、水中航走体１０の対水速度も求めることができる。
また、通信ブイ７１からみた水中航走体１０の方位は、水中航走体１０の方位と同じになるので、水中航走体１０に搭載されている方位計２３で求めることができる。 The communication distance R between the underwater vehicle 10 and the control unit 82 can be obtained from the acoustic transmission time between the acoustic communication modem 41 and the acoustic communication modem 57. Then, it is possible to determine the horizontal distance L between the underwater vehicle 10 from the equation ^R ² ⁼ L 2 + d1 2 and the control unit 82.
And the water velocity of the underwater vehicle 10 can also be calculated | required by taking time alignment, acquiring these measured values in real time and time series.
Further, since the direction of the underwater vehicle 10 as viewed from the communication buoy 71 is the same as the direction of the underwater vehicle 10, it can be obtained by the azimuth meter 23 mounted on the underwater vehicle 10.

図２０に示すように、通信ブイ７１は海潮流の影響で一定方向（図２０において上方向）に流されることになる。通信ブイ７１の現在位置をリアルタイムかつ時系列的に取得しながら、時間整合をとることで、海潮流の速度及び向きを求めることができる。そして、水中航走体１０の対水速度及び方位と海潮流の速度及び向きとを考慮して導かれる実際の水中航走体１０の経路や速度を、計画された水中航走体１０の経路や速度と比較することで、水中航走体１０が適切な対水速度と方位で航走しているかどうかが判断できる。その結果、水中航走体１０が計画経路に基づいて航行するよう、水中航走体１０の針路角や速度等を補正できる。このように、本実施形態によれば、水中航走体１０を確実に目標地点に到達させることができる。 As shown in FIG. 20, the communication buoy 71 is caused to flow in a certain direction (upward in FIG. 20) due to the influence of the sea tide. By acquiring the current position of the communication buoy 71 in real time and in time series, time alignment can be taken to determine the speed and direction of the sea tide. Then, the path and speed of the actual underwater vehicle 10 derived in consideration of the water velocity and direction of the underwater vehicle 10 and the speed and direction of the sea tide are determined as the planned route of the underwater vehicle 10. It is possible to determine whether the underwater vehicle 10 is traveling at an appropriate water speed and direction by comparing with the speed. As a result, the course angle and speed of the underwater vehicle 10 can be corrected so that the underwater vehicle 10 navigates based on the planned route. Thus, according to the present embodiment, the underwater vehicle 10 can be reliably reached the target point.

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜必要に応じて変形・変更して実施することもできる。
例えば、上述した実施形態では、水中航走体１０を航行させた状態で水中航走体１０の現在位置を取得して、水中航走体１０の針路角や速度等を補正するようにしたものを一具体例として挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水中航走体１０を停止させて（ホバリングあるいは浮遊させて）通信ブイ２１，７１の直下に位置させて水中航走体１０の現在位置を取得して、水中航走体１０の針路角や速度等を補正するようにしてもよい。
通信可能時間は、水中航走体１０が航走する速度と搭載する高張力ケーブル６３の長さに依存するが、水中航走体１０の対水速度が０（ホバリング又は浮流状態）の場合には、通信時間の延長を図ることができる。また、高張力ケーブル６３の繰り出し長さを短くすることができ、高張力ケーブル６３の巻き取り時間を短縮することができ、リール５５を駆動するのに要する電力量を低減させることができ、省エネルギー化を図ることができる。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, It can also implement by changing and changing suitably as needed.
For example, in the above-described embodiment, the current position of the underwater vehicle 10 is acquired in a state where the underwater vehicle 10 is navigated, and the course angle, speed, and the like of the underwater vehicle 10 are corrected. However, the present invention is not limited to this, and the underwater vehicle 10 is stopped (hovered or floated) and positioned immediately below the communication buoys 21 and 71. The current position of the underwater vehicle 10 may be acquired and the course angle, speed, etc. of the underwater vehicle 10 may be corrected.
The communicable time depends on the speed at which the underwater vehicle 10 travels and the length of the high tension cable 63 to be mounted, but when the water velocity of the underwater vehicle 10 is 0 (hovering or floating state). Can extend the communication time. Further, the feeding length of the high tension cable 63 can be shortened, the winding time of the high tension cable 63 can be shortened, the amount of power required to drive the reel 55 can be reduced, and energy saving is achieved. Can be achieved.

１０水中航走体
２０位置取得装置
２１通信ブイ
２２本体部
２３方位計
２４深度計
３６ＧＰＳ用アンテナ
３７ＧＰＳ受信機
４１音響通信モデム（第１の音響通信モデム）
４２浮力体
５５リール
５７音響通信モデム（第２の音響通信モデム）
５８収納筒
６３高張力ケーブル
６４スイベル
７０位置取得装置
７１通信ブイ
８１アンテナ部
８２制御部
８３リール
８５通信・電力線 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Underwater vehicle 20 Position acquisition apparatus 21 Communication buoy 22 Main body part 23 Direction meter 24 Depth meter 36 GPS antenna 37 GPS receiver 41 Acoustic communication modem (1st acoustic communication modem)
42 Buoyant body 55 Reel 57 Acoustic communication modem (second acoustic communication modem)
58 Storage tube 63 High tension cable 64 Swivel 70 Position acquisition device 71 Communication buoy 81 Antenna unit 82 Control unit 83 Reel 85 Communication / power line

Claims

A communication buoy having a GPS antenna, a GPS receiver, a first acoustic communication modem, and a buoyant body, and is recoverable to the underwater vehicle by a cable;
A main body having a second acoustic communication modem mounted on the underwater vehicle;
With
The communication buoy is
An antenna unit having the GPS antenna, the GPS receiver, and the buoyancy body;
A control unit having the first acoustic communication modem;
With
The antenna unit and the control unit are connected by a communication cable,
The GPS antenna and the GPS receiver acquire current position information of the communication buoy, and communicate information related to the current position information of the communication buoy with the first acoustic communication modem and the second acoustic communication modem. The position acquisition apparatus is characterized in that the position of the underwater vehicle is acquired.

The position acquisition device according to claim 1 , wherein the communication buoy includes a communication satellite transceiver, and the communication satellite transceiver and the communication satellite communicate bidirectionally.

Underwater vehicle, characterized in that it comprises a position acquisition apparatus according to claim 1 or 2.

A communication buoy having a GPS antenna, a GPS receiver, a first acoustic communication modem, and a buoyant body, which can be collected by the underwater vehicle by a cable, and a first mounted on the underwater vehicle. And a control unit having the antenna unit having the GPS antenna, the GPS receiver, and the buoyant body, and the first acoustic communication modem. A position acquisition device in which the antenna unit and the control unit are connected by a communication cable ,
The GPS antenna and the GPS receiver acquire current position information of the communication buoy, and communicate information related to the current position information of the communication buoy with the first acoustic communication modem and the second acoustic communication modem. The operation method of the position acquisition apparatus characterized by performing between and acquiring the position of the said underwater vehicle.

5. The operation method of the position acquisition apparatus according to claim 4, wherein the communication buoy includes a communication satellite transceiver, and the communication satellite transceiver and the communication satellite communicate bidirectionally.

An operation method of an underwater vehicle, wherein the position acquisition device provided in the underwater vehicle is operated by the operation method of the position acquisition device according to claim 4 or 5.