水中移動体の位置決定のシステムと方法
水中移動体が水中運航中にその位置を決定するためのシステムと方法が示されている。浮遊用フロートが水面上又はその付近に止まっていて、その移動体には、絶縁ワイヤを含めることができる薄い綱により取付けられている。その移動体は水中を移動し、その後方にあるフロートを引張る。
そのフロートは位置信号を受けることができ、その信号はそのＧＰＳ位置を表示するように、又、その位置を正確に決定できるようにする。その位置は綱の中に位置するワイヤを通って水中移動体に伝達できる。水中移動体はセンサーを使用でき、及び／又は浮遊用フロートから移動体の位置のオフセットを決定するために計算できる。又、判明しているフロートの位置とその位置のオフセットに基づいてその真の位置を発生する。
そのフロートが綱の長さを伸ばして操作でき、その一方で大深度で操作できる特性の水中移動体を建造できる。さらにそのフロートは一般的に潜水中の移動体からの信号の高速伝送用無線システムを具備しうる。
そのフロートは位置信号を受けることができ、その信号はそのＧＰＳ位置を表示するように、又、その位置を正確に決定できるようにする。その位置は綱の中に位置するワイヤを通って水中移動体に伝達できる。水中移動体はセンサーを使用でき、及び／又は浮遊用フロートから移動体の位置のオフセットを決定するために計算できる。又、判明しているフロートの位置とその位置のオフセットに基づいてその真の位置を発生する。
そのフロートが綱の長さを伸ばして操作でき、その一方で大深度で操作できる特性の水中移動体を建造できる。さらにそのフロートは一般的に潜水中の移動体からの信号の高速伝送用無線システムを具備しうる。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は特許文献１の優先権を主張している。その出願書はその全体を参照用として本文書に組込まれている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は水中移動体の正確な位置決定をするためのシステムと方法を提供している。より特定すれば、１実施例のシステムが、ＧＰＳ信号のような位置信号を受信できるフロートを提供し、かつ、フロートからの水中移動体のＧＰＳフィックスの位置オフセットを変換して、水中移動体の位置が判明するようにする。
【背景技術】
【０００３】
無人水中移動体（ＵＵＶ））又は、自動水中移動体（ＡＵＶ））の位置決定は、一般に高周波の無線波が水中で有意な距離を移動しないので困難な問題である。これは、ＧＰＳ信号の直接受信の問題になる。これは他の場合なら良好な位置フィックスを与えることになり一般に利用不可能である。水中移動体の位置を決定するための在来の方法は典型的には、ＧＰＳフィックスを知るために移動体の浮上を含めている。そして、水中に入り、種々のセンサーを用いて（ドプラー速度記録、慣性ガイダンスＩＮＳ、音響ブイからの距離測定）そしてそのフィクスされた位置からの移動を決定するために推測航法の計算を行う。このプロセスは共に移動体を水面に露出する（その使命から離れて、潜在的に危険にさらす）。そして、位置決めのエラーを推測航法の計算から蓄積しうるエラーとなる。
【０００４】
さらに、従来技術で開示されたいくつかの手法があって、ＧＰＳフィックスを得るために、ブイ・フロートにより綱経由で水中移動体から水面に送られる。これらには、特許文献２−６が含まれる。これらの特許のそれぞれが、移動体が水面下にある間にＧＰＳ及び（又は）ＲＦリンクが操作できるように、ある種のフロートが水面までワイヤにより取付けられている手法を開示している。これらの方法に伴うひとつの問題はそれらが移動体の位置を決定せず、一般にフロートの位置を決定することである。それで、これらの参照文献は綱により移動体からフロートのオフセットにより導入されたエラーを扱っていない。さらに、より長い綱が技術的に説明されていない。もし、ＧＰＳの精度が１メートル未満で、ＧＰＳフロートを移動体に取付けるのに用いられた綱が１０メートルの長さを有している場合、位置フィックスの精度に一桁高いエラーの増加を導入する。ＵＵＶが水路測定のような操作に用いられるとき、これは、１０メートルの全体的精度が必要な時、又は、鉱脈調査と除去で、移動体が同じ位置に数回戻る場合に非常に重要になる。
【特許文献１】米国暫定特許出願番号第６０／７７６，１２０号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０５８，８７４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，３７９，０３４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，２９１，１９４号明細書
【特許文献５】米国特許第５，３７７，１６５号明細書
【特許文献６】米国特許第６，９０７，８３９号明細書
【発明の開示】
【０００５】
本発明はフロートの位置フィックスを移動体の実際の位置に変換するための方法と装置を示している。さらに、綱とブイ・フロートの一部の中心的特性が開示され、そのシステムを操作中に信頼できるようにすることが開示されている。
【０００６】
一側面で、本発明は水中移動体の位置を決定するための方法を示している。フロートは受信器を有し、水中移動体に綱で結合していている。受信器はフロートの位置を代表する信号を受信する。そして、フロートと水中移動体の間の位置オフセットの距離が計算され、水中移動体の位置を決定するためにフロートの位置に加算する。一実施例で、位置オフセットの距離の計算にはフロートと水中移動体の間の距離の決定と、水中移動体の深さの決定、位置オフセットの距離に対する回答が含まれている。位置オフセットの距離が水中移動体の移動方向で決定される。又、選択肢として、水中移動体の移動方向に垂直な方向でも決定される。
【０００７】
本発明の別の側面で、水中移動体の位置決定のためにシステムが提供されている。そのシステムはフロートを具備し、そのフロートは、フロートの位置を代表する位置信号を受信するために受信器を有している。そのフロートは十分な浮力を有していて、信号受信位置に受信器を置ける。綱はフロートを水中移動体に接続し、フロートと水中移動体の間に通信チャンネルを具備する。オフセット計算の要素はフロートと水中移動体の少なくともひとつの上に設けられていて、水中移動体とフロートの間の位置オフセットの距離を提供する。そして、プロセッサーが位置オフセット計算をフロートの位置に加算することにより水中移動体の位置を計算できる。
【発明を実施するための手段】
【０００８】
移動体が水中で操作されている間、水中移動体の位置を決定するためのシステムと方法を示す。浮遊用フロートは水面上又はその近くに止まり、絶縁したワイヤを含められる薄い綱により移動体に取付けられる。移動体は水面の下を移動し、その後方にあるフロートを引張る。フロートはＧＰＳ位置を示し、及び、その位置を正確に決定できるような位置決め信号を受けることができる。位置は、綱の中に位置しているワイヤを通じて水中移動体に伝送できる。水中移動体はセンサー、及び／又は浮遊用フロートから移動体の位置オフセットを決定するための計算を使用でき、フロートの既知の位置とその位置オフセットに基づいて真の位置を発生できる。フロートは、そのフロートを長い綱で操作でき、その一方で水中移動体をより深くして操作できる特性を持たせて作ることができる。さらに、フロートは一般的に移動体が水中にある間にその移動体からの信号の高速通信のために無線システムを搭載している。
【０００９】
ここで図１を参照すると、本発明のシステム１０の最初の実施例が、水中移動体１２の位置を決定するように示されている。システム１０は水中移動体１２、フロート１４、フロートを水中移動体に結合する綱１６を具備している。フロート１４は、アンテナ１８を具備していてフロートの位置を示す信号を受信できる。フロート１４はこの位置を水中移動体１２に通信できる。さらに、水中移動体１２がフロート１４からのオフセット位置を計算でき、フロートの位置を移動体の位置に変換できる。これにより、従来技術のシステムと方法と比較して、移動体の決定精度が高くなり、システムは綱を長くして操作でき、従来システムよりも水中移動体を深くして移動できる。
【００１０】
フロート１４が全体として水面で又はその近くで浮いている種々のブイについて知られている従来構造としうる。全体として、フロートは少なくともフロートの位置を代表する又はそれからフロートの位置を計算できる信号を受信するためのアンテナ１８を備えている。
【００１１】
図２に略図的に示された好ましい実施例で、フロートは位置信号、より特定すればＧＰ
Ｓ信号を受信するために受信器２０を備えている。ＧＰＳは全地球測位システム（ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）と言い、２ダースを超える一群のＧＰＳ衛星が、電子式ＧＰＳ受信器に無線により正確な時間信号を放送し、実時間でその位置（経度、緯度、高度）を正確に決定できる。ＧＰＳ受信器２０がそれらの現在位置（経度、緯度、高度）を計算し、少なくとも４個の衛星までの距離を測定した後で、その衛星の符号化時間の信号伝送を比較することにより、三辺測量のプロセスを用いる。一般的に、水中ではＧＰＳ受信器２０が非常に不正確で完全に使用不能になることがある。この理由で、ＧＰＳ受信器（又は水中で正確に受信できない他のタイプの位置決め信号を受信するための他の受信器）２０をフロート上に備えて、受信器と信号により必要とされる水面近く又は水面で又は水面より上に具備される。一実施例で、位置決め信号を受信するための受信器２０はＧＰＳ受信器であり、カンサス州、オラスのＧａｒｍｉｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｉｎｃ．から入手可能なＧａｒｍｉｎ ＯＥＭ ｓｙｓｔｅｍ ＧＰＳ１５Ｌのような単純なＷＡＡＳ差異修正を用いた時間の９５％より大きく１メートルより良好な高精度の位置決めフィックスを実現できる。
【００１２】
フロート１４は、アンテナ２４を用いた送受信のための無線周波数通信ハードウエア２２もＷｉ−Ｆｉ（例えばＩＥＥＥ規格８０２．１１ｇ）も低コスト無線技術の一例であり、非常な低コストではあるが、適正なアンテナ構成を用いて、数マイルまでの距離に使用できる。プロセッサー２６はさらにフロート上に具備されて情報を処理し、ＧＰＳ受信器２０、通信ハードウエア２２、水中移動体１２の綱１６を通じた送受信のために通信の媒介をする。水中移動体１２までのレンジを決定するために適当な周波数で動作するソナー又はレーザーの距離計のような距離測定要素２８をフロート１４上に具備できる。当業の通常技術者であれば、距離計要素２８をフロート１４上に、水上移動体１２上に置くか、又は、両者の間で分配されることを理解できる。
【００１３】
フロート１４を綱１６により水中移動体に接続する。綱１６はフロート１４を牽引するのに必要な強度だけでなく、フロートと水中移動体の間でＧＰＳ又は他の位置データを通信するために、さらにＲＦリンクのような他の通信をするために、電気又は光ファイバーの信号を伝える手段を備えている。綱１６は固定された長さか又は水中移動体の動作する深さに応じて送り出す（巻き込まない）ことができる。フロート１４と綱１６の設計により水中の物体に捕捉されることに抵抗し、水中移動体１２が自主的に前方へ推進するのを停止させる。綱１６とフロート１４の一方又は両方が水草又は他の水中に浮かぶ他の物体をそらせることが重要である。
【００１４】
水中移動体１２は好ましくは自立水中移動体（ＡＵＶ）である。言い換えると、自主的推進部３０を用いて水中を移動するロボットである。これらの移動体は無人水中移動体（ＵＵＶ）としても知られていて通常バッテリー３２から動力を得て６０００メートルの深さで水中を動作できる。バッテリー技術が進歩しているので、これらのロボット化した潜水艦が自身の動力の下でさらに遠方に移動できる。そのような移動体は海洋工学的ツールとして使用でき、操縦用センサー３４及び／又は海洋の地図機能を搭載できる。典型的なセンサーには、コンパス、深度計、サイドスキャン及び他のソナー、磁力計、サーミスター、電導度プローブが含まれる。さらにいくつかの軍用及び保安用機器もある。プロセッサー３６も情報の処理及び通信の媒介のために含めることがある。
【００１５】
ここで図４を参照すると、フロート１４に対する水中移動体１２の位置オフセットのデルタを発見するための基礎計算を示すことができる。フロート１４ではなく、移動体１２の実際の位置を代表する位置を与えるために、ＧＰＳ２０位置から緯度及び経度にオフセット・デルタを加える。移動体１２上のプロセッサー３６が、サイド・スキャンのソナー・レコーダー３４のような地球を基準とした彼らの読取り値にＧＰＳ位置データを用いる移動体上の装置にそれらを出力する。
【００１６】
フロートに対する移動体の位置オフセットの計算は移動体１２からフロート１４までの距離（Ｄｆ））の測定により開始できる。本発明の一実施例で距離（Ｄｆ）の測定値を、距離計２８を用いて、音響信号（ソナーピング）を送るようにフロート１４に命令することにより直接測定が行われる。次ぎに移動体１２が到着時間を測定し、又、プロセッサー３６を用いて、水中音の速度を知ることができ、移動体１２とフロート１４の間の実際の直線距離を計算できる。距離Ｄｆを測定する他の手段は、水中を十分に移動して他端での到着を検出する移動体１２又はフロート１４のひとつからのある波長の光をパルスとして送る。
【００１７】
図４でさらに示されるように、ＧＰＳオフセットの距離を直角三角形の一辺としてモデル化できる。距離Ｄｆが測定されると直角三角形の斜辺の長さが判明する。移動体は、標準圧力トランスジューサー３４を用いることにより、その深さＤを非常に正確に決定でき、直角三角形の別の辺の長さが判明する。ここでピタゴラスの定理をプロセッサー３６により適用して、三角形の最後の辺の長さの解を得ることができる−ＧＰＳオフセットの距離デルタ又はフロート１４と移動体１２の間の水面の平面での距離である。移動体１２はコンパス３４を備え、その真のコンパスのヘディングを知ることにより最新データ内の緯度と経度の距離にベクトルＤｆを投影できる。（例えば、ＷＧＳ ８４： ：Ｗｏｒｌｄ Ｇｅｏｄｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍの１９８４年度標準、これは、測地と航行で用いるために、地球に対して確認された世界的基準枠を定義している）。このオフセット・デルタは、移動体１２の修正済の緯度と経度を決定するための一次修正を代表できる。そのＧＰＳ受信器２０を用いて、フロート１４により得られた位置フィックスに、オフセット・デルタが加えられる時に水中移動体１２の位置が正確に得られる。
【００１８】
ここで図５を参照すると、もし、フロート１４が風又は水の流れ４０のような力により移動体１２の移動経路３８から押出される場合、エラー（エラー角度αとして図示）も生じうる。このエラー角度αは一般的に一次オフセットのエラーδよりも小さい。そして、それが無くても、希望の精度仕様に適合するなら、無視できるだろう。代わりに、精度を高めるには、以下のように修正できる。
【００１９】
図５に示すように、フロート１４が移動体の経路３８から押出される距離が、移動体１２の後方にあるフロート１４の位置から一次オフセット４４までの垂直オフセット４２により表し得る。エラー角αが小さければ、オフセット４２は水面下にある移動体１２，水面上のフロート１４の実際の位置、及び、移動体とフロートの間で既知の距離Ｄｆに基づく移動体１２に対する水面上のフロート１４の考え得る位置を代表する円４６と（移動体の経路３８に沿っている）オフセット４４の交差により代表されるオフセットされたフロート位置の間に形成された直角三角形の対向辺としてモデル化しうる。それゆえ、オフセットのベクトル４４は、フロートを経路から押出す風又は水流が無い環境で移動体１２からのフロート１４のオフセットを代表する。
【００２０】
この直角三角形の垂直辺４２の長さ、それゆえ、フロート１４に対する移動体１２の位置に対する二次エラー修正をＤｆ＊ｓｉｎ（α）として算定される。これには三角形の斜辺を代表する既知の値Ｄｆを用いている。移動方向で、又、その方向に垂直な位置オフセットが、αが既知である場合に回答が出され、その回答が、移動体１２の真の位置に近似するフロート１４上のＧＰＳフィックスに対する二次オフセットになる。αは、フロート１４から伝送された音響信号又は他の距離計の信号を受信する移動体１２上の一対のトランスジューサーを用いること及び位相角又は開始時間差を記録することにより測定できる。この技術は典型的に１％未満の位相角を検出できる。このオフセットを決定するプロセスはフロート１４と移動体１２の間の方向で対称的になっていて、そのプロセスは、移動体がパルスを送るとフロートが受信するように等しく機能する。
【００２１】
図６は、本発明の別の可能な実施例を示している。この実施例では、水中移動体１２が綱１６の供給システム５０を備えている。供給システム５０内のリール５２が、深さ又は他のパラメーターに基づいて、移動体１２のプロセッサーにより指令された時に、測定した量の綱１６を供給できる。さらに、図はフロート１４と移動体の船殻部１２上の音響式距離測定用トランスジューサー２８も示している。
【００２２】
要求精度が低い場合、オフセットδを測定又は略算する簡単なシステムを使用できる。これには移動体１２の後方に放出された綱１６の量の測定が含まれる。移動体１２の速度及び綱１６をどのように変形させるかについての何らかの表のデータを用いて、プロセッサー３６がフロート１４から移動体１２の後方までの距離について良い近似値を計算できる。この技術も精度を高める低コストの方法としても使用できる。
【００２３】
綱１６の実際的な最大長さがいくつかの要因により決定しうる。中心的要因のひとつは綱１６と付属のフロート１４により示される曳航力である。曳航力を低減し、全体として操作を改善するいくつかの設計機能には以下が含まれる：
１）綱１６のための強くて薄いケーブル。綱用ケーブルの曳航力は直径の関数であり、低曳航力には薄くなる。さらに、フロート１４を曳航するので綱を非常に強くしなければならない。又、移動体が妨害された場合、水中でフロートを引張る（通り抜ける又は側を通る）必要がある。好ましい綱はマルチモード光ファイバー用ケーブルである。これらは非常に高い引張り強さを有し、典型的には１２００ニュートンより強い。ファイバーを合格させるＵＳＢプロトコールの標準電子セットがある。一例はｔｈｅ Ｉｃｒｏｎ ＵＳＢ Ｒｏｖｅｒ ２００ （５０メートルまでのケーブル）である。別の様式では、１５ｋｍまで、又は、海底用の光ファイバー用ケーブルを使用できる。
【００２４】
２）浮力を制御した綱用ケーブル１６，フロート１４は綱（ケーブル）への正味重力を支えなければならない。もし、ケーブルの長手方向に沿って小さな輪郭を浮力用フロート上に積極的に追加した場合、又は、代わりに絶縁部に空気を添加した場合、ケーブル／綱の全重量を非常に低くなるように調節できる。これにより、フロートを小さくできる。
【００２５】
３）小寸法のフロート１４。フロートの重量と寸法を低減する。そして、得られた曳航力は他端にある水中移動体に与えられる。フロートが反転してもアンテナは上部に配置すべきだとして、自力で回復できなければならない。
近代的なＧＰＳのアンテナと受信器及びＲＦ無線リンク例えば８０２．１１は数オンスの重量に過ぎず、機械的設計は簡単である。
【００２６】
４）動力付きフロート１４。小推進システムを有するＧＰＳフロートを建造し、ケーブル内に張力を検出した時にブイを前方に駆動し、曳航力を有意に低減する。ケーブルの張力が低い時、電動機の速度制御はゼロであり、張力が高くなると上昇する。
【００２７】
５）推進力と方向の制御付きのフロート１４。さらに、フロートが小推進システムを有していて、フロートを一定方向に引張り続けて、綱の引張りを維持する。これは、水中移動体が表面の障害物の下を行かなければならない時に使用できる。関連する一例は、水中移動体を船舶の船体検査に用いる時である。移動体が船舶の下に入っている時に、フロートが引き戻して、船舶の側面に当たらないようにする。フロートの推進と操舵の制御を実行するための制御データを綱を通して、又は、音響的に水を通して送ることができる。
【００２８】
６）最少の浮力を持つ流体力学的フロート１４。フロートと綱を流体力学的に、又、滑らかに設計して、綱又はフロートが捕捉されずに物体周辺で引張ることができるようにする。さらに、フロートを水中で物体の回りを巡るように引張って、かつ、フロートを迅速
に水面に戻せなければならない。Ｇａｒｍｉｎ ＯＥＭ １５Ｌのような標準のＧＰＳ受信器は、信号を失って、かつ、迅速に衛星と再同調を可能にするのに非常に優れている。フロートは何物かを捕捉せずに、織物を通して織り糸を引張るのに使用する織物用シャトルのような特性を持つべきである。
【００２９】
７）長さを動的に調整可能なケーブル１６。移動体が深いところに行く場合に、システムが繰り出すケーブルを増加できるように、電動ケーブル供給システムを使用して、システムを構築することができる。これはより最適状態でケーブルを飛ばせ、ボート通過のターゲットとして、余分のケーブルが水面を浮遊しないようにする。一般的に、悪影響無しに操作する一方でボートによりフロートを移動できる。
【００３０】
本発明を用いることにより、移動体が水中にある時、移動体に対して連続的にＧＰＳの更新をする頑丈なシステムを実現できる。さらに、フロートに無線トランシーバーを追加することにより、水中移動体を実時間データ分析に基づいて水面から制御し、再指令できるようにする。これにより、移動体を動かすために、実時間のビデオとソナーの画像を用いた船殻検査のように単純にできる。結果として、水面とユーザー・データ表示装置の間をケーブル無しでＲＯＶのケーブル付き移動体の改善を行なえる。Ｗｉ−Ｆｉ（例えばＩＥＥＥ ｓｔａｎｄａｒｄ ８０２．１１ｇ）が、適当なアンテナ構成で、数マイルまでの距離に亘って使用できる非常に低いコストになる低コスト無線技術の一例である。
【００３１】
ＡＵＶを用いた本発明の適用例には以下が含まれる：
海洋調査：本発明で具備された水中移動体は海洋調査のためのＮＯＡＡの精度条件に適合できる。これらの条件には１０メートルよりも良好な水平精度が含まれる。綱は、浅い（例えば深さが１５０フィート未満）沿岸領域で十分に機能し、安全航行のために深さを示すのに重要である。本発明を使用することで、それらのいくつかの作業時間を並行に配置できるので十分な低コストで水中移動体をリードできる。
【００３２】
調査と救助：本発明を具備した移動体は例えばおぼれたり又は他の事故の犠牲者を探査するために迅速に配置できる。移動体が水中でビデオ又はソナーにより調査を行う一方で無線連絡を行う能力により、操作者は実時間で高帯域データに注目し、犠牲者が検出された場合に使命を変更できる。ターゲットの非常に正確なＧＰＳフィックスを用いて、操作者は潜水夫をスポット上に降ろすことができる。移動体はフック、つかみ具を外付けでき、犠牲者を保持し、彼らを水面又は岸に送る。
【００３３】
船体の検査：本発明の移動体は船体の検査を実施するために開始できる、その一方で、操作者がビデオ又はソナーの結果を、Ｗｉ−Ｆｉを搭載したノート型コンピューター上で注目する。使命は迅速に変更でき、疑問のある場面を綿密に見ることができる。さらに、ここで、ＡＵＶは、面倒で重い綱を水上の船に回収せずにＲＯＶの直接遠隔制御特性を持つことができる。
【００３４】
環境監視：化学センサーを具備した本発明の移動体は正確な経路に従って、化学組成の変化、汚染、テロリストの攻撃について水域を監視できる。移動体は即時に結果を操作者に測定データの正確な位置と共に中継できる。水が取水口に流れる前に、また、リスクが人々を危険にする前に措置をとることができる。
【００３５】
一般用ＵＵＶ：水中移動体で本発明を用いることは、慣性航行システム及びドプラ−速度記録を用いた時のみ可能な航行位置の精度になるが、コストが数桁低くなる。このことから無人水中移動体に多くの用途を生じうる。
【００３６】
当業の通常技術者であれば、上記の実施例に基づき本発明の別の特徴と利点を理解しよ
う。例えば、上記の実施例のどれかからの特定機能を種々の組合わせ又は部分的組合わせ、さらに、ここで述べた手段により実施される以下の請求項内で言及された機能で本発明の装置と方法に組込まれることがある。従って、請求項又は最終的に示された内容により示されたものを除き、特に示され、記述された内容により本発明は限定されない。ここで引用した出版物はその全体を参照するために本明細書に明確に組込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】移動体が小さなフロートを引張っている本発明のシステムの略図を示している。
【図２】図１のフロートの概略図を示す。
【図３】図１の移動体の概略図を示す。
【図４】図１のシステムの水中移動体に牽引されたフロートのために位置オフセットを決定するための本発明の方法の幾何学を示す。
【図５】角度アルファだけ移動体の進路から押出されたフロートを示す上面図からの図４の幾何学を示す。
【図６】綱供給システムを有する本発明の水中移動体の船殻部の略図を示す。
【関連出願】
【０００１】
本出願は特許文献１の優先権を主張している。その出願書はその全体を参照用として本文書に組込まれている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は水中移動体の正確な位置決定をするためのシステムと方法を提供している。より特定すれば、１実施例のシステムが、ＧＰＳ信号のような位置信号を受信できるフロートを提供し、かつ、フロートからの水中移動体のＧＰＳフィックスの位置オフセットを変換して、水中移動体の位置が判明するようにする。
【背景技術】
【０００３】
無人水中移動体（ＵＵＶ））又は、自動水中移動体（ＡＵＶ））の位置決定は、一般に高周波の無線波が水中で有意な距離を移動しないので困難な問題である。これは、ＧＰＳ信号の直接受信の問題になる。これは他の場合なら良好な位置フィックスを与えることになり一般に利用不可能である。水中移動体の位置を決定するための在来の方法は典型的には、ＧＰＳフィックスを知るために移動体の浮上を含めている。そして、水中に入り、種々のセンサーを用いて（ドプラー速度記録、慣性ガイダンスＩＮＳ、音響ブイからの距離測定）そしてそのフィクスされた位置からの移動を決定するために推測航法の計算を行う。このプロセスは共に移動体を水面に露出する（その使命から離れて、潜在的に危険にさらす）。そして、位置決めのエラーを推測航法の計算から蓄積しうるエラーとなる。
【０００４】
さらに、従来技術で開示されたいくつかの手法があって、ＧＰＳフィックスを得るために、ブイ・フロートにより綱経由で水中移動体から水面に送られる。これらには、特許文献２−６が含まれる。これらの特許のそれぞれが、移動体が水面下にある間にＧＰＳ及び（又は）ＲＦリンクが操作できるように、ある種のフロートが水面までワイヤにより取付けられている手法を開示している。これらの方法に伴うひとつの問題はそれらが移動体の位置を決定せず、一般にフロートの位置を決定することである。それで、これらの参照文献は綱により移動体からフロートのオフセットにより導入されたエラーを扱っていない。さらに、より長い綱が技術的に説明されていない。もし、ＧＰＳの精度が１メートル未満で、ＧＰＳフロートを移動体に取付けるのに用いられた綱が１０メートルの長さを有している場合、位置フィックスの精度に一桁高いエラーの増加を導入する。ＵＵＶが水路測定のような操作に用いられるとき、これは、１０メートルの全体的精度が必要な時、又は、鉱脈調査と除去で、移動体が同じ位置に数回戻る場合に非常に重要になる。
【特許文献１】米国暫定特許出願番号第６０／７７６，１２０号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０５８，８７４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，３７９，０３４号明細書
【特許文献４】米国特許第５，２９１，１９４号明細書
【特許文献５】米国特許第５，３７７，１６５号明細書
【特許文献６】米国特許第６，９０７，８３９号明細書
【発明の開示】
【０００５】
本発明はフロートの位置フィックスを移動体の実際の位置に変換するための方法と装置を示している。さらに、綱とブイ・フロートの一部の中心的特性が開示され、そのシステムを操作中に信頼できるようにすることが開示されている。
【０００６】
一側面で、本発明は水中移動体の位置を決定するための方法を示している。フロートは受信器を有し、水中移動体に綱で結合していている。受信器はフロートの位置を代表する信号を受信する。そして、フロートと水中移動体の間の位置オフセットの距離が計算され、水中移動体の位置を決定するためにフロートの位置に加算する。一実施例で、位置オフセットの距離の計算にはフロートと水中移動体の間の距離の決定と、水中移動体の深さの決定、位置オフセットの距離に対する回答が含まれている。位置オフセットの距離が水中移動体の移動方向で決定される。又、選択肢として、水中移動体の移動方向に垂直な方向でも決定される。
【０００７】
本発明の別の側面で、水中移動体の位置決定のためにシステムが提供されている。そのシステムはフロートを具備し、そのフロートは、フロートの位置を代表する位置信号を受信するために受信器を有している。そのフロートは十分な浮力を有していて、信号受信位置に受信器を置ける。綱はフロートを水中移動体に接続し、フロートと水中移動体の間に通信チャンネルを具備する。オフセット計算の要素はフロートと水中移動体の少なくともひとつの上に設けられていて、水中移動体とフロートの間の位置オフセットの距離を提供する。そして、プロセッサーが位置オフセット計算をフロートの位置に加算することにより水中移動体の位置を計算できる。
【発明を実施するための手段】
【０００８】
移動体が水中で操作されている間、水中移動体の位置を決定するためのシステムと方法を示す。浮遊用フロートは水面上又はその近くに止まり、絶縁したワイヤを含められる薄い綱により移動体に取付けられる。移動体は水面の下を移動し、その後方にあるフロートを引張る。フロートはＧＰＳ位置を示し、及び、その位置を正確に決定できるような位置決め信号を受けることができる。位置は、綱の中に位置しているワイヤを通じて水中移動体に伝送できる。水中移動体はセンサー、及び／又は浮遊用フロートから移動体の位置オフセットを決定するための計算を使用でき、フロートの既知の位置とその位置オフセットに基づいて真の位置を発生できる。フロートは、そのフロートを長い綱で操作でき、その一方で水中移動体をより深くして操作できる特性を持たせて作ることができる。さらに、フロートは一般的に移動体が水中にある間にその移動体からの信号の高速通信のために無線システムを搭載している。
【０００９】
ここで図１を参照すると、本発明のシステム１０の最初の実施例が、水中移動体１２の位置を決定するように示されている。システム１０は水中移動体１２、フロート１４、フロートを水中移動体に結合する綱１６を具備している。フロート１４は、アンテナ１８を具備していてフロートの位置を示す信号を受信できる。フロート１４はこの位置を水中移動体１２に通信できる。さらに、水中移動体１２がフロート１４からのオフセット位置を計算でき、フロートの位置を移動体の位置に変換できる。これにより、従来技術のシステムと方法と比較して、移動体の決定精度が高くなり、システムは綱を長くして操作でき、従来システムよりも水中移動体を深くして移動できる。
【００１０】
フロート１４が全体として水面で又はその近くで浮いている種々のブイについて知られている従来構造としうる。全体として、フロートは少なくともフロートの位置を代表する又はそれからフロートの位置を計算できる信号を受信するためのアンテナ１８を備えている。
【００１１】
図２に略図的に示された好ましい実施例で、フロートは位置信号、より特定すればＧＰ
Ｓ信号を受信するために受信器２０を備えている。ＧＰＳは全地球測位システム（ｇｌｏｂａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）と言い、２ダースを超える一群のＧＰＳ衛星が、電子式ＧＰＳ受信器に無線により正確な時間信号を放送し、実時間でその位置（経度、緯度、高度）を正確に決定できる。ＧＰＳ受信器２０がそれらの現在位置（経度、緯度、高度）を計算し、少なくとも４個の衛星までの距離を測定した後で、その衛星の符号化時間の信号伝送を比較することにより、三辺測量のプロセスを用いる。一般的に、水中ではＧＰＳ受信器２０が非常に不正確で完全に使用不能になることがある。この理由で、ＧＰＳ受信器（又は水中で正確に受信できない他のタイプの位置決め信号を受信するための他の受信器）２０をフロート上に備えて、受信器と信号により必要とされる水面近く又は水面で又は水面より上に具備される。一実施例で、位置決め信号を受信するための受信器２０はＧＰＳ受信器であり、カンサス州、オラスのＧａｒｍｉｎ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ， Ｉｎｃ．から入手可能なＧａｒｍｉｎ ＯＥＭ ｓｙｓｔｅｍ ＧＰＳ１５Ｌのような単純なＷＡＡＳ差異修正を用いた時間の９５％より大きく１メートルより良好な高精度の位置決めフィックスを実現できる。
【００１２】
フロート１４は、アンテナ２４を用いた送受信のための無線周波数通信ハードウエア２２もＷｉ−Ｆｉ（例えばＩＥＥＥ規格８０２．１１ｇ）も低コスト無線技術の一例であり、非常な低コストではあるが、適正なアンテナ構成を用いて、数マイルまでの距離に使用できる。プロセッサー２６はさらにフロート上に具備されて情報を処理し、ＧＰＳ受信器２０、通信ハードウエア２２、水中移動体１２の綱１６を通じた送受信のために通信の媒介をする。水中移動体１２までのレンジを決定するために適当な周波数で動作するソナー又はレーザーの距離計のような距離測定要素２８をフロート１４上に具備できる。当業の通常技術者であれば、距離計要素２８をフロート１４上に、水上移動体１２上に置くか、又は、両者の間で分配されることを理解できる。
【００１３】
フロート１４を綱１６により水中移動体に接続する。綱１６はフロート１４を牽引するのに必要な強度だけでなく、フロートと水中移動体の間でＧＰＳ又は他の位置データを通信するために、さらにＲＦリンクのような他の通信をするために、電気又は光ファイバーの信号を伝える手段を備えている。綱１６は固定された長さか又は水中移動体の動作する深さに応じて送り出す（巻き込まない）ことができる。フロート１４と綱１６の設計により水中の物体に捕捉されることに抵抗し、水中移動体１２が自主的に前方へ推進するのを停止させる。綱１６とフロート１４の一方又は両方が水草又は他の水中に浮かぶ他の物体をそらせることが重要である。
【００１４】
水中移動体１２は好ましくは自立水中移動体（ＡＵＶ）である。言い換えると、自主的推進部３０を用いて水中を移動するロボットである。これらの移動体は無人水中移動体（ＵＵＶ）としても知られていて通常バッテリー３２から動力を得て６０００メートルの深さで水中を動作できる。バッテリー技術が進歩しているので、これらのロボット化した潜水艦が自身の動力の下でさらに遠方に移動できる。そのような移動体は海洋工学的ツールとして使用でき、操縦用センサー３４及び／又は海洋の地図機能を搭載できる。典型的なセンサーには、コンパス、深度計、サイドスキャン及び他のソナー、磁力計、サーミスター、電導度プローブが含まれる。さらにいくつかの軍用及び保安用機器もある。プロセッサー３６も情報の処理及び通信の媒介のために含めることがある。
【００１５】
ここで図４を参照すると、フロート１４に対する水中移動体１２の位置オフセットのデルタを発見するための基礎計算を示すことができる。フロート１４ではなく、移動体１２の実際の位置を代表する位置を与えるために、ＧＰＳ２０位置から緯度及び経度にオフセット・デルタを加える。移動体１２上のプロセッサー３６が、サイド・スキャンのソナー・レコーダー３４のような地球を基準とした彼らの読取り値にＧＰＳ位置データを用いる移動体上の装置にそれらを出力する。
【００１６】
フロートに対する移動体の位置オフセットの計算は移動体１２からフロート１４までの距離（Ｄｆ））の測定により開始できる。本発明の一実施例で距離（Ｄｆ）の測定値を、距離計２８を用いて、音響信号（ソナーピング）を送るようにフロート１４に命令することにより直接測定が行われる。次ぎに移動体１２が到着時間を測定し、又、プロセッサー３６を用いて、水中音の速度を知ることができ、移動体１２とフロート１４の間の実際の直線距離を計算できる。距離Ｄｆを測定する他の手段は、水中を十分に移動して他端での到着を検出する移動体１２又はフロート１４のひとつからのある波長の光をパルスとして送る。
【００１７】
図４でさらに示されるように、ＧＰＳオフセットの距離を直角三角形の一辺としてモデル化できる。距離Ｄｆが測定されると直角三角形の斜辺の長さが判明する。移動体は、標準圧力トランスジューサー３４を用いることにより、その深さＤを非常に正確に決定でき、直角三角形の別の辺の長さが判明する。ここでピタゴラスの定理をプロセッサー３６により適用して、三角形の最後の辺の長さの解を得ることができる−ＧＰＳオフセットの距離デルタ又はフロート１４と移動体１２の間の水面の平面での距離である。移動体１２はコンパス３４を備え、その真のコンパスのヘディングを知ることにより最新データ内の緯度と経度の距離にベクトルＤｆを投影できる。（例えば、ＷＧＳ ８４： ：Ｗｏｒｌｄ Ｇｅｏｄｅｔｉｃ Ｓｙｓｔｅｍの１９８４年度標準、これは、測地と航行で用いるために、地球に対して確認された世界的基準枠を定義している）。このオフセット・デルタは、移動体１２の修正済の緯度と経度を決定するための一次修正を代表できる。そのＧＰＳ受信器２０を用いて、フロート１４により得られた位置フィックスに、オフセット・デルタが加えられる時に水中移動体１２の位置が正確に得られる。
【００１８】
ここで図５を参照すると、もし、フロート１４が風又は水の流れ４０のような力により移動体１２の移動経路３８から押出される場合、エラー（エラー角度αとして図示）も生じうる。このエラー角度αは一般的に一次オフセットのエラーδよりも小さい。そして、それが無くても、希望の精度仕様に適合するなら、無視できるだろう。代わりに、精度を高めるには、以下のように修正できる。
【００１９】
図５に示すように、フロート１４が移動体の経路３８から押出される距離が、移動体１２の後方にあるフロート１４の位置から一次オフセット４４までの垂直オフセット４２により表し得る。エラー角αが小さければ、オフセット４２は水面下にある移動体１２，水面上のフロート１４の実際の位置、及び、移動体とフロートの間で既知の距離Ｄｆに基づく移動体１２に対する水面上のフロート１４の考え得る位置を代表する円４６と（移動体の経路３８に沿っている）オフセット４４の交差により代表されるオフセットされたフロート位置の間に形成された直角三角形の対向辺としてモデル化しうる。それゆえ、オフセットのベクトル４４は、フロートを経路から押出す風又は水流が無い環境で移動体１２からのフロート１４のオフセットを代表する。
【００２０】
この直角三角形の垂直辺４２の長さ、それゆえ、フロート１４に対する移動体１２の位置に対する二次エラー修正をＤｆ＊ｓｉｎ（α）として算定される。これには三角形の斜辺を代表する既知の値Ｄｆを用いている。移動方向で、又、その方向に垂直な位置オフセットが、αが既知である場合に回答が出され、その回答が、移動体１２の真の位置に近似するフロート１４上のＧＰＳフィックスに対する二次オフセットになる。αは、フロート１４から伝送された音響信号又は他の距離計の信号を受信する移動体１２上の一対のトランスジューサーを用いること及び位相角又は開始時間差を記録することにより測定できる。この技術は典型的に１％未満の位相角を検出できる。このオフセットを決定するプロセスはフロート１４と移動体１２の間の方向で対称的になっていて、そのプロセスは、移動体がパルスを送るとフロートが受信するように等しく機能する。
【００２１】
図６は、本発明の別の可能な実施例を示している。この実施例では、水中移動体１２が綱１６の供給システム５０を備えている。供給システム５０内のリール５２が、深さ又は他のパラメーターに基づいて、移動体１２のプロセッサーにより指令された時に、測定した量の綱１６を供給できる。さらに、図はフロート１４と移動体の船殻部１２上の音響式距離測定用トランスジューサー２８も示している。
【００２２】
要求精度が低い場合、オフセットδを測定又は略算する簡単なシステムを使用できる。これには移動体１２の後方に放出された綱１６の量の測定が含まれる。移動体１２の速度及び綱１６をどのように変形させるかについての何らかの表のデータを用いて、プロセッサー３６がフロート１４から移動体１２の後方までの距離について良い近似値を計算できる。この技術も精度を高める低コストの方法としても使用できる。
【００２３】
綱１６の実際的な最大長さがいくつかの要因により決定しうる。中心的要因のひとつは綱１６と付属のフロート１４により示される曳航力である。曳航力を低減し、全体として操作を改善するいくつかの設計機能には以下が含まれる：
１）綱１６のための強くて薄いケーブル。綱用ケーブルの曳航力は直径の関数であり、低曳航力には薄くなる。さらに、フロート１４を曳航するので綱を非常に強くしなければならない。又、移動体が妨害された場合、水中でフロートを引張る（通り抜ける又は側を通る）必要がある。好ましい綱はマルチモード光ファイバー用ケーブルである。これらは非常に高い引張り強さを有し、典型的には１２００ニュートンより強い。ファイバーを合格させるＵＳＢプロトコールの標準電子セットがある。一例はｔｈｅ Ｉｃｒｏｎ ＵＳＢ Ｒｏｖｅｒ ２００ （５０メートルまでのケーブル）である。別の様式では、１５ｋｍまで、又は、海底用の光ファイバー用ケーブルを使用できる。
【００２４】
２）浮力を制御した綱用ケーブル１６，フロート１４は綱（ケーブル）への正味重力を支えなければならない。もし、ケーブルの長手方向に沿って小さな輪郭を浮力用フロート上に積極的に追加した場合、又は、代わりに絶縁部に空気を添加した場合、ケーブル／綱の全重量を非常に低くなるように調節できる。これにより、フロートを小さくできる。
【００２５】
３）小寸法のフロート１４。フロートの重量と寸法を低減する。そして、得られた曳航力は他端にある水中移動体に与えられる。フロートが反転してもアンテナは上部に配置すべきだとして、自力で回復できなければならない。
近代的なＧＰＳのアンテナと受信器及びＲＦ無線リンク例えば８０２．１１は数オンスの重量に過ぎず、機械的設計は簡単である。
【００２６】
４）動力付きフロート１４。小推進システムを有するＧＰＳフロートを建造し、ケーブル内に張力を検出した時にブイを前方に駆動し、曳航力を有意に低減する。ケーブルの張力が低い時、電動機の速度制御はゼロであり、張力が高くなると上昇する。
【００２７】
５）推進力と方向の制御付きのフロート１４。さらに、フロートが小推進システムを有していて、フロートを一定方向に引張り続けて、綱の引張りを維持する。これは、水中移動体が表面の障害物の下を行かなければならない時に使用できる。関連する一例は、水中移動体を船舶の船体検査に用いる時である。移動体が船舶の下に入っている時に、フロートが引き戻して、船舶の側面に当たらないようにする。フロートの推進と操舵の制御を実行するための制御データを綱を通して、又は、音響的に水を通して送ることができる。
【００２８】
６）最少の浮力を持つ流体力学的フロート１４。フロートと綱を流体力学的に、又、滑らかに設計して、綱又はフロートが捕捉されずに物体周辺で引張ることができるようにする。さらに、フロートを水中で物体の回りを巡るように引張って、かつ、フロートを迅速
に水面に戻せなければならない。Ｇａｒｍｉｎ ＯＥＭ １５Ｌのような標準のＧＰＳ受信器は、信号を失って、かつ、迅速に衛星と再同調を可能にするのに非常に優れている。フロートは何物かを捕捉せずに、織物を通して織り糸を引張るのに使用する織物用シャトルのような特性を持つべきである。
【００２９】
７）長さを動的に調整可能なケーブル１６。移動体が深いところに行く場合に、システムが繰り出すケーブルを増加できるように、電動ケーブル供給システムを使用して、システムを構築することができる。これはより最適状態でケーブルを飛ばせ、ボート通過のターゲットとして、余分のケーブルが水面を浮遊しないようにする。一般的に、悪影響無しに操作する一方でボートによりフロートを移動できる。
【００３０】
本発明を用いることにより、移動体が水中にある時、移動体に対して連続的にＧＰＳの更新をする頑丈なシステムを実現できる。さらに、フロートに無線トランシーバーを追加することにより、水中移動体を実時間データ分析に基づいて水面から制御し、再指令できるようにする。これにより、移動体を動かすために、実時間のビデオとソナーの画像を用いた船殻検査のように単純にできる。結果として、水面とユーザー・データ表示装置の間をケーブル無しでＲＯＶのケーブル付き移動体の改善を行なえる。Ｗｉ−Ｆｉ（例えばＩＥＥＥ ｓｔａｎｄａｒｄ ８０２．１１ｇ）が、適当なアンテナ構成で、数マイルまでの距離に亘って使用できる非常に低いコストになる低コスト無線技術の一例である。
【００３１】
ＡＵＶを用いた本発明の適用例には以下が含まれる：
海洋調査：本発明で具備された水中移動体は海洋調査のためのＮＯＡＡの精度条件に適合できる。これらの条件には１０メートルよりも良好な水平精度が含まれる。綱は、浅い（例えば深さが１５０フィート未満）沿岸領域で十分に機能し、安全航行のために深さを示すのに重要である。本発明を使用することで、それらのいくつかの作業時間を並行に配置できるので十分な低コストで水中移動体をリードできる。
【００３２】
調査と救助：本発明を具備した移動体は例えばおぼれたり又は他の事故の犠牲者を探査するために迅速に配置できる。移動体が水中でビデオ又はソナーにより調査を行う一方で無線連絡を行う能力により、操作者は実時間で高帯域データに注目し、犠牲者が検出された場合に使命を変更できる。ターゲットの非常に正確なＧＰＳフィックスを用いて、操作者は潜水夫をスポット上に降ろすことができる。移動体はフック、つかみ具を外付けでき、犠牲者を保持し、彼らを水面又は岸に送る。
【００３３】
船体の検査：本発明の移動体は船体の検査を実施するために開始できる、その一方で、操作者がビデオ又はソナーの結果を、Ｗｉ−Ｆｉを搭載したノート型コンピューター上で注目する。使命は迅速に変更でき、疑問のある場面を綿密に見ることができる。さらに、ここで、ＡＵＶは、面倒で重い綱を水上の船に回収せずにＲＯＶの直接遠隔制御特性を持つことができる。
【００３４】
環境監視：化学センサーを具備した本発明の移動体は正確な経路に従って、化学組成の変化、汚染、テロリストの攻撃について水域を監視できる。移動体は即時に結果を操作者に測定データの正確な位置と共に中継できる。水が取水口に流れる前に、また、リスクが人々を危険にする前に措置をとることができる。
【００３５】
一般用ＵＵＶ：水中移動体で本発明を用いることは、慣性航行システム及びドプラ−速度記録を用いた時のみ可能な航行位置の精度になるが、コストが数桁低くなる。このことから無人水中移動体に多くの用途を生じうる。
【００３６】
当業の通常技術者であれば、上記の実施例に基づき本発明の別の特徴と利点を理解しよ
う。例えば、上記の実施例のどれかからの特定機能を種々の組合わせ又は部分的組合わせ、さらに、ここで述べた手段により実施される以下の請求項内で言及された機能で本発明の装置と方法に組込まれることがある。従って、請求項又は最終的に示された内容により示されたものを除き、特に示され、記述された内容により本発明は限定されない。ここで引用した出版物はその全体を参照するために本明細書に明確に組込まれている。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】移動体が小さなフロートを引張っている本発明のシステムの略図を示している。
【図２】図１のフロートの概略図を示す。
【図３】図１の移動体の概略図を示す。
【図４】図１のシステムの水中移動体に牽引されたフロートのために位置オフセットを決定するための本発明の方法の幾何学を示す。
【図５】角度アルファだけ移動体の進路から押出されたフロートを示す上面図からの図４の幾何学を示す。
【図６】綱供給システムを有する本発明の水中移動体の船殻部の略図を示す。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フロートの位置を表す位置信号を受信するための受信器を有し信号を受信する位置に受信器を置くのに十分な浮力を有するフロート、
フロートを水中移動体に結合しフロートと水中移動体の間に通信チャンネルを設ける綱、
水中移動体とフロートの間の位置オフセットの距離を与えるためにフロートと水中移動体の少なくともひとつに設けられるオフセット計算要素、
を具備し、
この場合、水中移動体の位置になるように位置オフセットの距離がフロートの位置に加算されることを特徴とする水中移動体の位置を決定するためのシステム。
【請求項２】
オフセット計算要素は、フロートと水中移動体の間の水を通って信号を送るための距離計要素及びフロートと水中移動体の間を通過する信号が必要とする時間を決定すると共に水中の信号の速度と決定された時間を用いてフロートと水中移動体の間の距離を計算するように構成されたプロセッサーを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
距離計要素が音響伝送器であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
距離計要素が水を通過するのに適した波長の光のパルスを設けるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
オフセット計算要素が水中移動体の深度を決定するための深度センサーを有することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
プロセッサーが、水中移動体の深度及びフロートと水中移動体の間の距離を用いて位置オフセットの距離を解答することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
水中移動体の移動方向と、水中移動体の移動方向に垂直な方向とで、位置オフセットの距離が決定されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
綱が光ファイバーの通信チャンネルを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
受信器がＧＰＳ受信器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
水中移動体の深度とその速度に基づいてモーターと制御システムにより操作中に水中の綱の長さが調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
フロート・ブイが流体力学的と滑らかとの両方から形成されるので、障害物を通って引張ることができて、捕捉されないことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
綱とフロートの間の張力検出に基づいてフロートを押す推進装置としてのフロート・ブイを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
水中移動体に綱で結合された受信器付きのフロートを具備するステップ、
その受信器でフロートの位置を代表する信号を受信するステップ、
フロートと水中移動体の間の位置オフセットの距離を計算するステップ、
水中移動体の位置を決定するためにフロートの位置に位置オフセットの距離を加算するステップ、
を有する水中移動体の位置を決定するための方法。
【請求項１４】
位置オフセットの距離を計算するステップは、
フロートと水中移動体の間の距離を決定すること、
水中移動体の深度を決定すること、
位置オフセットの距離に解答すること、
を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
位置オフセットの距離が、水中移動体の移動方向と、水中移動体の移動方向に垂直な方向とで決定されることを特徴とする請求項１３に記載の方法
【請求項１６】
ａ．水面上に配置されたアンテナを備えたＧＰＳ受信器を有するブイ・フロート、
ｂ．水中移動体とフロートの間を結合している通信チャンネルを有する綱、
ｃ．フロートと移動体の間の距離を測定するための距離計、
ｄ．水中移動体のために先頭部を決定するための先頭部のセンサー、
ｅ．水中移動体の位置を代表するため、フロート用に得られたＧＰＳフィックスに追加するためにオフセットを発生するためのプロセッサー、
を具備する水面下に位置する移動体の位置を正確に決定するためのシステム。
【請求項１７】
距離計が、フロートと移動体の少なくともひとつに設けられた音響式距離計であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
距離計が、フロートと移動体の少なくともひとつに設けられた光学式距離計であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
距離測定がフロート・ブイと移動体の間で音響式距離測定を用いて行われ、フロート上の音響伝送器が移動体上の音響受信器に信号を伝送して両者の間の距離を計算し、伝送パルスの同期化が綱を通る信号授受により実現されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
綱が光ファイバー・ケーブルを有することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
綱・ケーブルが浮力を加え、その水中重量を制御して、フロートへの下向き引張り力を低減するように制御することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
装置間の距離を、巻き取られていない綱の量と移動体の速度とを知ることにより計算することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
測定された実験データに基づく表を用いて距離を計算することを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
フィックス・オフセットの精度を高めるためにフロートの角度を測定することを特徴とする請求項１３のシステム。
【請求項１】
フロートの位置を表す位置信号を受信するための受信器を有し信号を受信する位置に受信器を置くのに十分な浮力を有するフロート、
フロートを水中移動体に結合しフロートと水中移動体の間に通信チャンネルを設ける綱、
水中移動体とフロートの間の位置オフセットの距離を与えるためにフロートと水中移動体の少なくともひとつに設けられるオフセット計算要素、
を具備し、
この場合、水中移動体の位置になるように位置オフセットの距離がフロートの位置に加算されることを特徴とする水中移動体の位置を決定するためのシステム。
【請求項２】
オフセット計算要素は、フロートと水中移動体の間の水を通って信号を送るための距離計要素及びフロートと水中移動体の間を通過する信号が必要とする時間を決定すると共に水中の信号の速度と決定された時間を用いてフロートと水中移動体の間の距離を計算するように構成されたプロセッサーを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
距離計要素が音響伝送器であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
距離計要素が水を通過するのに適した波長の光のパルスを設けるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
オフセット計算要素が水中移動体の深度を決定するための深度センサーを有することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
プロセッサーが、水中移動体の深度及びフロートと水中移動体の間の距離を用いて位置オフセットの距離を解答することを特徴とする請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
水中移動体の移動方向と、水中移動体の移動方向に垂直な方向とで、位置オフセットの距離が決定されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
綱が光ファイバーの通信チャンネルを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
受信器がＧＰＳ受信器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
水中移動体の深度とその速度に基づいてモーターと制御システムにより操作中に水中の綱の長さが調節可能であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
フロート・ブイが流体力学的と滑らかとの両方から形成されるので、障害物を通って引張ることができて、捕捉されないことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
綱とフロートの間の張力検出に基づいてフロートを押す推進装置としてのフロート・ブイを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
水中移動体に綱で結合された受信器付きのフロートを具備するステップ、
その受信器でフロートの位置を代表する信号を受信するステップ、
フロートと水中移動体の間の位置オフセットの距離を計算するステップ、
水中移動体の位置を決定するためにフロートの位置に位置オフセットの距離を加算するステップ、
を有する水中移動体の位置を決定するための方法。
【請求項１４】
位置オフセットの距離を計算するステップは、
フロートと水中移動体の間の距離を決定すること、
水中移動体の深度を決定すること、
位置オフセットの距離に解答すること、
を有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
位置オフセットの距離が、水中移動体の移動方向と、水中移動体の移動方向に垂直な方向とで決定されることを特徴とする請求項１３に記載の方法
【請求項１６】
ａ．水面上に配置されたアンテナを備えたＧＰＳ受信器を有するブイ・フロート、
ｂ．水中移動体とフロートの間を結合している通信チャンネルを有する綱、
ｃ．フロートと移動体の間の距離を測定するための距離計、
ｄ．水中移動体のために先頭部を決定するための先頭部のセンサー、
ｅ．水中移動体の位置を代表するため、フロート用に得られたＧＰＳフィックスに追加するためにオフセットを発生するためのプロセッサー、
を具備する水面下に位置する移動体の位置を正確に決定するためのシステム。
【請求項１７】
距離計が、フロートと移動体の少なくともひとつに設けられた音響式距離計であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
距離計が、フロートと移動体の少なくともひとつに設けられた光学式距離計であることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
距離測定がフロート・ブイと移動体の間で音響式距離測定を用いて行われ、フロート上の音響伝送器が移動体上の音響受信器に信号を伝送して両者の間の距離を計算し、伝送パルスの同期化が綱を通る信号授受により実現されることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２０】
綱が光ファイバー・ケーブルを有することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２１】
綱・ケーブルが浮力を加え、その水中重量を制御して、フロートへの下向き引張り力を低減するように制御することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２２】
装置間の距離を、巻き取られていない綱の量と移動体の速度とを知ることにより計算することを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項２３】
測定された実験データに基づく表を用いて距離を計算することを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
フィックス・オフセットの精度を高めるためにフロートの角度を測定することを特徴とする請求項１３のシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００９−５２７７６３（Ｐ２００９−５２７７６３Ａ）
【公表日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５５６３６７（Ｐ２００８−５５６３６７）
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００４１７０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４８３４６
【国際公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（５０８２５５４２５）オーシヤン・サーバー・テクノロジー・インコーポレーテツド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／００４１７０
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４８３４６
【国際公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（５０８２５５４２５）オーシヤン・サーバー・テクノロジー・インコーポレーテツド (1)
【Ｆターム（参考）】
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