特許 6987854 水中装置を測位する装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6987854

(24)【登録日】2021年12月3日

(45)【発行日】2022年1月5日

(54)【発明の名称】水中装置を測位する装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/30 20060101AFI20211220BHJP

   G01S 19/03 20100101ALI20211220BHJP

   G01S 19/45 20100101ALI20211220BHJP

   B63C 11/26 20060101ALI20211220BHJP

   B63C 11/48 20060101ALI20211220BHJP

【ＦＩ】

   G01S5/30

   G01S19/03

   G01S19/45

   B63C11/26

   B63C11/48 Z

【請求項の数】16

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2019-517172(P2019-517172)

(86)(22)【出願日】2017年6月9日

(65)【公表番号】特表2019-527364(P2019-527364A)

(43)【公表日】2019年9月26日

(86)【国際出願番号】FR2017051458

(87)【国際公開番号】WO2017212182

(87)【国際公開日】20171214

【審査請求日】2020年5月13日

(31)【優先権主張番号】1655306

(32)【優先日】2016年6月9日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】518438438

【氏名又は名称】サブマリン・オープン・テクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】シャンジー，モイラ

(72)【発明者】

【氏名】コドル，ジャン−マリー

【審査官】 山下 雅人

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−０３６１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２３６１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１１１３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１９６１２２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１２６３３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２７５９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公平０７−００３４６４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００３−２１５２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３２０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０８４８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８４３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５１６６０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２４９２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３１５０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０１５４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−１１０３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−０４０５００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ５／００−１９／５５

Ｂ６３Ｃ １１／２６

Ｂ６３Ｃ １１／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中装置（１０５、１１０、１１５、１２０）を測位するシステム（１００）であって、該システムは：
−少なくとも２つの水面トランスポンダ（１２５、１３０、１３５）であって、前記各水面トランスポンダは、地理位置情報システム（２００）の信号の、少なくとも２つの衛星源（１６５、１７０、１７５）によって送信した無線信号の受信機（１６０）を含む、水面トランスポンダを含み、
−前記各水面トランスポンダは：
−前記水面トランスポンダと前記地理位置情報システムからの前記少なくとも２つの信号源との間の少なくとも１つの無線擬似距離を推定する手段（１８０）；
−特定の深さに中立浮力を持つように構成した浮きに対するアタッチメント（１８５）；
−前記無線擬似距離を表す情報を前記水中装置に通信する手段（１４０）；及び
−音響信号を前記水中装置に送信するように構成した水中音響送信機（１４０）を含み、
−前記水中装置は：
−前記少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した前記無線擬似距離を表す情報を受信する手段（１４５）；
−前記少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した前記音響信号を受信するように構成した音響信号受信機（１４５）；
−少なくとも２つの前記水中音響送信機と前記水中装置との間の１つ又は複数の音響擬似距離を特定する手段（１５０）；及び
−前記水面トランスポンダの１つを中心にした地球基準座標系における前記装置の位置を計算する手段（１５５）であって、前記位置を計算するための確率推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、前記確率推定プロセスは、該確率推定を、少なくとも以下の測定結果：
−前記受信手段によって受信した前記無線擬似距離を表す情報の選択；
−前記特定手段によって特定した前記音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算する手段（１５５）
を含むことを特徴とするシステム（１００）。

【請求項2】

少なくとも１つの前記水中音響送信機（１４０）は、前記地理位置情報システム（２００）の無線受信機（１６０）の内部クロックに同期されている、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項3】

前記音響送信機（１４０）と前記通信手段（１４０）は、全く同一であり、前記音響送信機は、前記無線擬似距離を表す情報を前記水中装置に通信する、請求項１又は２に記載のシステム（１００）。

【請求項4】

水中装置の前記受信機（１４５）と前記受信手段（１４５）は、全く同一であり、前記受信機は、前記少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した前記無線擬似距離を表す情報を受信する、請求項３に記載のシステム（１００）。

【請求項5】

−水面トランスポンダ（１２５、１３０、１３５）の前記各送信機（１４０）は、複数のチャンネル上で、複数の周期信号の線型結合を音響的に送信し、このとき、送信される擬似距離１つにつき１つのチャンネルを割り当て、前記各チャンネルは、前記地理位置情報システム（２００）からの経時的なクロック信号、又は情報が送信されることとなる前記無線擬似距離の１つを表す信号のどちらかであり、前記各周期信号を、送信する前記無線擬似距離の値の関数として、時間シフトし；
−前記音響受信機（１４５）は、前記異なる音響チャンネル上での前記異なる音響信号の到着時間を比較することによって、前記無線擬似距離を表す情報を再構成する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項6】

少なくとも１つの前記水面トランスポンダ（１２５、１３０、１３５）は、少なくとも２つの前記水中音響送信機（１４０）を含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項7】

前記少なくとも２つの前記水中音響送信機（１４０）を取着するための構造体（１３２）を含み、前記水面トランスポンダ（１３０）は、前記衛星源（１６５、１７０、１７５）によって送信した信号の前記受信機に対する、地球基準座標系におけるこれらの水中音響送信機の位置を特定する手段（１３３）、及び以下の動作：
−前記無線受信機と前記水中音響送信機の同一位置をシミュレートする理論上の無線擬似距離の測定；及び
−前記各送信機による、前記理論上の無線擬似距離値の測定結果の送信を命令するための送信
を実行する計算手段を含む、請求項６に記載のシステム（１００）。

【請求項8】

少なくとも１つの前記水面トランスポンダ（１２５）は、前記地理位置情報システム（２００）に対する位置を特定する手段（１８６）を含み、前記送信機（１４０）は、前記特定した位置を表す情報の項目を、前記水中装置（１０５、１１０、１１５、１２０）に送信し、前記水中装置の前記計算手段（１５５）を、前記地理位置情報システム（２００）の座標系に対する位置を計算するように構成する、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項9】

少なくとも２つの前記水中装置（１０５、１１５）を含む、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項10】

少なくとも１つの前記水面トランスポンダ（１２５、１３０、１３５）は、所定の少なくとも１つの水中装置から、１つ又は複数の水中装置の位置を受信し、前記１つ又は複数の水中装置の前記位置を表す情報を、少なくとも１つの第２の水中装置に再送するように構成した通信手段（１４０）を含み、前記所定の水中装置を、少なくとも１つの前記水中装置の前記位置を表す情報の項目を、少なくとも１つの前記水面トランスポンダに送信するように構成する、請求項９に記載のシステム（１００）。

【請求項11】

前記少なくとも１つの水中装置（１０５、１１０、１１５、１２０）は、前記計算した位置を表す情報の項目を、少なくとも第２の所定の水中装置に通信する手段を含む、請求項１０に記載のシステム（１００）。

【請求項12】

前記少なくとも１つの水中装置（１０５）は、前記少なくとも１つの水中装置（１１０）の位置情報の項目を表示する手段（１９５）を含む、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項13】

１つ又は複数の前記水中装置の位置に対する情報の項目を表示するための、水面上方に配置する、手段（２１０）を含む、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項14】

少なくとも１つの前記水中装置（１１０）は：
−深さセンサ；
−慣性測定ユニット；及び
−磁力計
の中の少なくとも１つの更なるセンサ（１９０）を含み、前記装置の前記位置を計算する前記手段（１５５）は、確率推定プロセスを実行する演算ユニットであって、該確率推定を、少なくとも以下の測定結果：
−前記受信手段によって受信する前記無線擬似距離を表す情報の選択；
−前記特定手段によって特定した前記音響擬似距離の選択；及び
−少なくとも１つの前記更なるセンサからの測定結果の選択
を用いて実行する演算ユニットを含む、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項15】

少なくとも１つの前記装置（１１０）を、ブレスレットに埋め込む、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のシステム（１００）。

【請求項16】

水中装置を測位する方法（３００）であって、該方法は：
−トランスポンダを特定の深さで中立浮力を有するように構成した浮きに取着するステップ（３０５）；
−少なくとも２つの前記水面トランスポンダによって、地理位置情報システムの少なくとも２つの衛星信号源によって送信した無線信号を受信するステップ（３１０）；
−前記水面トランスポンダと、前記地理位置情報システムからの前記少なくとも２つの信号源との間の少なくとも１つの無線擬似距離を推定するステップ（３１５）；
−トランスポンダによって、前記無線擬似距離を表す情報を、前記水中装置に通信するステップ（３２０）；
−音響信号を前記水中装置に送信するように構成したトランスポンダによって、水中で音響を送信するステップ（３２５）；
−少なくとも２つの前記水面トランスポンダによって送信した前記無線擬似距離を表す情報を、前記水中装置の受信手段によって、受信するステップ（３３０）；
−少なくとも２つの前記水面トランスポンダによって送信した前記無線擬似距離を表す音響信号を、前記水中装置の受信機によって、受信するステップ（３３５）；
−前記水面トランスポンダの少なくとも２つの水中音響送信機と前記水中装置との間の１つ又は複数の音響擬似距離を特定するステップ（３４０）；及び
−前記水面トランスポンダの１つを中心にした地球基準座標系における前記装置の前記位置を計算するステップ（３４５）であって、位置を計算する手段は、前記位置を計算するための確率推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該確率推定を、少なくとも以下の測定結果：
−前記受信手段によって受信した前記無線擬似距離を表す情報の選択；
−前記特定手段によって特定した前記音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算するステップ（３４５）
を含むことを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中装置を測位する装置及び方法に関する。本発明は、特に、海面下で、ダイバー又はドローンの所在に対して適用する。

【背景技術】

【0002】

真水又は海水の水域においてダイバーの位置を特定することは、これらの環境が電磁波の送信に際して障害を呈するため、技術的難題となっている。

【0003】

この測位問題の結果、ダイバーのグループからはぐれた、又は、ダイバーの若しくはダイバー達の輸送船からはぐれたダイバーが、死亡する場合がある。また、ダイバーは、できるだけ早くダイビングスポットに到着できなければならないが、それには、ダイバーにそのスポットの位置を示すことを必然的に伴う。

【0004】

ＧＰＳ（「全地球測位システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）」の略）の原理は公知であり、この原理では、複数の衛星が電磁信号を送信し、この電磁信号が地上の受信機によって捕捉され、この受信機が、各衛星から該受信機までの距離を計算することによって、衛星の基準座標系における該受信機の位置を特定する。衛星の位置も知られているため、地球基準座標系における受信機の位置を特定可能である。

【0005】

しかしながら、実際には、衛星によって送られた信号を、電離層を通して送信することで、信号が歪められ、その結果、約１０メートルにもなりうる位置誤差が生じる。

【0006】

この影響を補償するために、所謂ディファレンシャルＧＰＳシステムは、受信機のように各衛星までの距離を計算する、地上型基準受信局を利用する。次に、これらの計算した距離を、受信機に送信し、該受信機は、基準受信局に対する該受信機の位置を計算し、そうすることで、電離層遅延の影響を解消する。位置誤差は、そのため、約１メートル程である。

【0007】

水中装置を位置測定する（ｌｏｃａｔｅ）分野では、ＧＰＳ位置センサを備える複数のブイ、及び該ブイによって計算した位置を送信する水中音響信号の送信機を利用するシステムが知られている。

【0008】

しかしながら、これらのシステムでは、各ブイは、約１０メートルの位置誤差があり、この誤差を、水中信号の送信による更なる誤差を伴って、水中装置に送信する。その結果、これらのシステムで特定した位置の精度は、低くなる。

【0009】

ディファレンシャルＧＰＳの動作原理を利用するより高度なシステムが公知であり、該システムでは、ブイの１つを基準受信局とするように考える。それでも、これらのシステムは、基準ブイが、他のブイにその位置を送信できるようにするように、ブイ同士をリンクする空中無線（ａｉｒ−ｂａｓｅｄ ｒａｄｉｏ）を必要とする。更に、基準ブイを、プロセスの開始前に選択しなければならず、表面ブイの数で、システムの構造がより複雑になる。

【0010】

米国特許第８６５４６１０号（特許文献１）に記載されたシステム等の、他の現在のシステムでは：
−水域の表面に配置した浮きが、受信した無線周波数信号に基づいて位置を特定する；
−この浮きを、水域に浸漬した剛構造体上に配置した送信機のネットワークに接続し、各送信機が、音響信号によって、共有クロックに従い浮きの位置情報を送信する；
−送信した音響信号の受信機は、各送信機によって送信した位置情報に基づいてその位置を特定し、受信した各同一信号の時間シフトを測定する。

【0011】

これらのシステムには、いくつかの欠点がある：
−船で剛構造体を輸送することで、船上の空間が減少する；
−位置情報の送信には、長く、そのため不正確になりやすい又は受信機に到達しない可能性があるメッセージを、長時間にわたって送信することを伴う；
−１個の浮きのみが存在することが多く、その結果、ＬＯＳが限定されて、位置の精度が低下する；
−システムが数個の浮きを含む場合、これらの浮きには、各浮きに約１メートルの相対的位置精度があり、システムの全体的な精度を低下させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】米国特許第８６５４６１０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

本発明は、これらの欠点の全て又は一部を改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

このために、第１の態様によると、本発明は、水中装置を測位するシステムを構想し、該システムは：
−少なくとも２つの水面トランスポンダであって、各水面トランスポンダは、地理位置情報（ｇｅｏｌｏｃａｔｉｏｎ）システムの、少なくとも２つの衛星信号源によって送信した無線信号の受信機を含む、水面トランスポンダを含み、
−各水面トランスポンダは：
−水面トランスポンダと地理位置情報システムからの少なくとも２つの信号源との間の少なくとも１つの無線擬似距離を推定する手段；
−特定の深さに中立浮力を持つように構成した浮きに対するアタッチメント；及び
−無線擬似距離を表す情報を水中装置に通信する手段；及び
−音響信号を水中装置に送信するように構成した、地理位置情報システムの時間に同期された水中音響送信機を含み、
−水中装置は：
−少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す情報を受信する手段；
−少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した音響信号を受信するように構成した音響信号受信機；
−少なくとも２つの水中音響送信機と水中装置との間の１つ又は複数の音響擬似距離を特定する手段；及び
−水面トランスポンダの１つを中心にした地球基準座標系における装置の位置を計算する手段であって、確率論的推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該推定を、少なくとも以下の測定結果（ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）：
−受信手段によって受信した無線擬似距離を表す情報の選択；
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算する手段を含む。

【0015】

これらの規定（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎ）により、基準ブイが不要になり、システムの構造が、水面トランスポンダの追加によって、より複雑になるようなこともない。このシステムでは、トランスポンダの位置を、水中装置で直接計算し、それにより、電離層の影響による位置誤差を除去できる。

【0016】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水中音響送信機は、地理位置情報システムの無線受信機の内部クロックに同期されている。

【0017】

これらの実施形態は、ＧＰＳの場合における、衛星信号のドップラ効果を再現できる。ドップラ効果は、衛星の動きに従い、信号の周波数をランダムに変化させる。ＧＰＳ受信機の内部クロックの関数として音響源を変更することにより、同一と見なされるもののＧＰＳ受信機の内部クロックの動的手段によってランダムに変更される周波数で、位置測定システムを操作することが可能になる。

【0018】

いくつかの実施形態では、音響送信機と通信手段は、全く同一であり、音響送信機は、無線擬似距離を表す情報を水中装置に通信する。

【0019】

これらの実施形態は、システムを作成するのに利用する手段の数を限定できる。

【0020】

いくつかの実施形態では、水中装置の受信機と受信手段は、全く同一であり、受信機は、少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す情報を受信する。

【0021】

いくつかの実施形態では：
−水面トランスポンダの各送信機は、複数のチャンネル上で、複数の周期信号の線型結合を音響的に送信し、このとき、送信される擬似距離１つにつき１つのチャンネルを割り当て、各チャンネルは、地理位置情報システムからの経時的なクロック信号、又は情報が送信されることとなる無線擬似距離の１つを表すもののどちらかであり、各周期信号を、送信する無線擬似信号無線の値の関数として、時間シフトし；
−音響受信機は、異なる音響チャンネル上での異なる音響信号の到着時間と比較することによって、無線擬似距離を表す情報を再構成する。

【0022】

これらの実施形態は、擬似距離情報を、該情報を２値化せずに、送信可能にする。情報の送信を、送信パラメータの適合によって実行する。

【0023】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水面トランスポンダは、少なくとも２つの水中音響送信機を含む。

【0024】

これらの実施形態は、システムを、単一のトランスポンダで動作可能にする。

【0025】

いくつかの実施形態では、本発明の主題であるシステムは、少なくとも２つの上記水中音響送信機を取着する構造体を含み、水面トランスポンダは、衛星源によって送信した信号の受信機に対する、地球基準座標系におけるこれらの水中音響送信機の位置を特定する手段、及び以下の動作：
−無線受信機と水中音響送信機の同一位置をシミュレートする理論上の無線擬似距離の測定；及び
−各送信機による、理論上の無線擬似距離値の測定結果の送信を命令するための送信
を実行する計算手段を含む。

【0026】

これらの実施形態は、システムを単一のトランスポンダで動作可能にする。

【0027】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水面トランスポンダは、地理位置情報システムに対する位置を特定する手段を含み、送信機は、特定した位置を表す情報の項目を、水中装置に送信し、水中装置の計算手段を、地理位置情報システムの座標系に対する位置を計算するように構成する。

【0028】

いくつかの実施形態では、本発明の主題であるシステムは、少なくとも２つの水中装置を含む。

【0029】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水面トランスポンダは、「主要な（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ）」として知られる、少なくとも１つの水中装置から、１つ又は複数の水中装置の位置を受信し、この１つ又は複数の水中装置の位置を表す情報を、少なくとも１つの第２の水中装置に再送するように構成した通信手段を含み、所謂「主要な」水中装置を、少なくとも１つの水中装置の位置を表す情報の項目を、少なくとも１つのトランスポンダに送信するように構成する。

【0030】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水面トランスポンダは、計算した位置を表す情報の項目を、少なくとも第２の所謂「主要な」水中装置に通信する手段を含む。

【0031】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水中装置は、少なくとも１つの水中装置の位置情報の項目を表示する手段を含む。

【0032】

いくつかの実施形態では、本発明の主題であるシステムは、１つ又は複数の水中装置の位置に対する情報の項目を表示するための、水面上方に配置する、手段を含む。

【0033】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水中装置は：
−深さセンサ；
−慣性測定ユニット；及び
−磁力計
の中の少なくとも１つの更なるセンサを含み、該装置の位置を計算する手段は、確率推定プロセスを実行する演算ユニットであって、該推定を、少なくとも以下の測定結果：
−受信手段によって受信する無線擬似距離を表す情報の選択；
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択；及び
−少なくとも１つの更なるセンサからの測定結果の選択
を用いて実行する演算ユニットを含む。

【0034】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの装置を、ブレスレットに埋め込む。

【0035】

第２態様によると、本発明は、水中装置を測位する方法を構想し、該方法は：
−少なくとも２つの水面トランスポンダによって、地理位置情報システムの少なくとも２つの衛星信号源によって送信した無線信号を受信するステップ；
−水面トランスポンダと、地理位置情報システムからの少なくとも２つの信号源との間の少なくとも１つの無線擬似距離を推定するステップ；
−トランスポンダを特定の深さで中立浮力を有するように構成した浮きに取着するステップ；
−トランスポンダによって、無線擬似距離を表す情報を、水中装置に通信するステップ；
−音響信号を水中装置に送信するように構成した、地理位置情報システムの時間に同期されたトランスポンダによって、水中で音響を送信するステップ；
−少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す情報を、水中装置の受信手段によって、受信するステップ；
−少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す音響信号を、水中装置の受信機によって、受信するステップ；
−水面トランスポンダの少なくとも２つの水中音響送信機と水中装置との間の１つ又は複数の音響擬似距離を特定するステップ；及び
−水面トランスポンダの１つを中心にした地球基準座標系における装置の位置を計算するステップであって、位置を計算するための手段は、確率論的推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該推定を、少なくとも以下の測定結果：
−受信手段によって受信した無線擬似距離を表す情報の選択；
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算するステップ
を含むことを特徴とする。

【0036】

本発明の主題である方法に関する特定の目的、利点及び特徴は、本発明の主題である装置のものと同様であるため、それらについては、本明細書では、繰返さない。

【0037】

本発明の他の利点、目的及び特定の特徴は、付録に含む図面を参照して、本発明の主題であるシステム及び方法の少なくとも１つの特定の実施形態に続く非限定的な記載から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の主題である装置の、第１の特定の実施形態を、模式的に表している。

【図2】本発明の主題である方法の、特定の一連のステップを、模式的に、且つ論理図の形で表している。

【発明を実施するための形態】

【0039】

本明細書は、非限定的な方法で記載され、実施形態の各特徴は、有利な方法で任意の他の実施形態の他の特徴と組合せることができる。

【0040】

次に、図面は、正確な縮尺ではない点に留意されたい。

【0041】

図１は、正確な縮尺ではないが、本発明の主題であるシステム１００の一実施形態の概略図を示している。水中装置１０５、１１０、１１５及び／又は１２０を測位するシステム１００は：
−少なくとも２つの水面トランスポンダ１２５、１３０及び／又は１３５であって、各水面トランスポンダは、地理位置情報（Ｇｅｏｌｏｃａｔｉｏｎ）システム２００の、少なくとも２つの衛星信号源１６５、１７０及び／又は１７５によって送信した無線信号の受信機１６０を含む、水面トランスポンダを含み、
−各水面トランスポンダは：
−水面トランスポンダと地理位置情報システムからの少なくとも２つの信号源との間の少なくとも１つの無線擬似距離を推定する手段１８０；
−特定の深さで中立浮力を持つように構成した浮きに対するアタッチメント１８５；
−無線擬似距離を表す情報を水中装置に通信する手段１４０；及び
−音響信号を水中装置に送信するように構成した、地理位置情報システムの時間に同期された水中音響送信機１４０を含み、
−水中装置は：
−少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す情報を受信する手段１４５；
−少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した音響信号を受信するように構成した音響信号受信機１４５；
−少なくとも２つの水中音響送信機と水中装置との間の１つ又は複数の音響擬似距離を特定する手段１５０；及び
−水面トランスポンダの１つを中心にした地球基準座標系における装置の位置を計算する手段１５５であって、確率論的推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該推定を、少なくとも以下の測定結果：
−受信手段によって受信した無線擬似距離を表す情報の選択；
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算する手段１５５を含む。

【0042】

各トランスポンダ１２５、１３０及び１３５は、例えば、ブイに取付けた、又は浮体構造物に若しくは船に取着した電子回路である。

【0043】

アタッチメント１８５は、例えば、釘打ち、ねじ込み、クリップ留め又は結束によるアタッチメント等の、当業者に既知のあらゆる種類とすることができる。

【0044】

各信号受信機１６０は、例えば、地理位置情報システム２００の各衛星源１６５、１７０及び１７５によって送信した電磁信号を受信するように構成したアンテナである。

【0045】

この地理位置情報システム２００は、例えば、ＧＰＳシステムである。

【0046】

推定手段１８０は、例えば、トランスポンダ１２５、１３０又は１３５と、源であって、受信機１６０がその信号を受信する各源１６５、１７０及び／又は１７５との間の擬似距離を計算するように構成した、電子計算回路である。

【0047】

各擬似距離を推定するために、推定手段１８０は：
−源１６５、１７０又は１７５によって送信した信号と、トランスポンダ１２５、１３０又は１３５におけるローカルクロックと同期して再構成した、同信号のローカルレプリケーションとの時差を計算し；
−例えば真空中の光の速度の値等の、波動伝播速度定数に、受信した信号とローカルレプリケーションとの時差を乗ずることによって、擬似距離を計算する。

【0048】

各トランスポンダ１２５、１３０、１３５のクロックは、独立している。しかしながら、擬似距離の推定量から、地理位置情報システム２００と同期されたクロックを生成可能である。

【0049】

通信手段１４０は、例えば、少なくとも１つの水中装置１０５、１１０、１１５及び／又は１２０に電磁信号を送信するように構成したアンテナである。

【0050】

しかしながら、水中環境で伝播が制約されるため、この通信手段１４０は、電気信号を表す音響信号を送信するように構成した電気音響変換器とするのが好ましい。

【0051】

そのため、この実施形態で理解されるように、通信手段１４０は、トランスポンダ１２５、１３０又は１３５の既知の位置を、水中装置１０５、１１０、１１５又は１２０に通信せず、特定した擬似距離だけを通信する。

【0052】

送信機１４０は、例えば、電気信号を表す音響信号を送信するように構成した電気音響変換器である。

【0053】

これらの信号は、例えば、各衛星の三次元空間における方向を表し、船の位置も表しうる。

【0054】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水中音響送信機１４０、１０５、１１０、１１５及び／又は１２０は、地理位置情報システム２００の無線受信機１６０の内部クロックに同期されている。

【0055】

いくつかの好適な変形例では、送信機１４０と通信手段１４０は、全く同一である。

【0056】

各水中装置１０５、１１０、１１５及び１２０は、少なくとも２つの水面トランスポンダ１２５、１３０及び／又は１３５によって送信した無線擬似距離を表す情報を受信する手段１４５を含む。

【0057】

この受信手段１４５は、例えば、音響信号を電気信号に変換するように構成した電気音響変換器である。これらの音響信号は、対応する音響信号を送信したトランスポンダ１２５、１３０又は１３５によって推定した擬似距離を表す。

【0058】

各水中装置１０５、１１０、１１５及び１２０は、少なくとも２つの水面トランスポンダ１２５、１３０及び／又は１３５によって送信した音響信号を受信するように構成した音響信号受信機１４５を含む。

【0059】

受信機１４５は、例えば、送信機１４０によって送信した電磁信号を受信するように構成したアンテナである。

【0060】

送信機１４０が、如何なる技術、基準又は規格を利用したとしても、受信機１４５は、相補的な方法で、同じ技術、基準又は規格を利用する。

【0061】

いくつかの変形例では、送信機１４０と受信機１４５を、柔軟な電気ケーブルによって又は赤外線波の送信によって接続する。

【0062】

いくつかの好適な変形例では、受信機１４５は、音響信号を電気信号に変換するように構成した電気音響変換器である。

【0063】

いくつかの好適な変形例では、受信機１４５と受信手段１４５は、全く同一である。

【0064】

いくつかの変形例では、水中装置１０５、１１０、１１５及び／又は１２０と水面トランスポンダ１２５、１３０及び／又は１３５との間の通信は、双方向である。

【0065】

特定手段１５０は、例えば、各トランスポンダ１２５、１３０及び１３５の推定手段１８０と同じ方法で動作する電子計算回路である。

【0066】

各擬似距離を推定するために、特定手段１５０は：
−源１２５、１３０又は１３５によって送信した信号と、水中装置１０５、１１０、１１５又は１２０でのローカルクロックと同期して再構成した、同信号のローカルレプリケーションとの時差を計算し；
−例えば海水中での音速の値等の、波動伝播速度定数に、受信した信号とローカルレプリケーションとの時差を乗ずることによって、擬似距離を計算する。

【0067】

各水中装置１０５、１１０、１１５又は１２０のクロックは、例えば、トランスポンダ、１２５、１３０及び１３５のクロックと同期され、好適には、地理位置情報システム２００のクロックと同期される。

【0068】

各水中装置１０５、１１０、１１５及び１２０の計算手段１５５は、例えば、電子計算回路であり、該電子計算回路は：
−三辺測量で、特定手段１５０によって擬似距離を特定した各トランスポンダ１２５、１３０及び／又は１３５に対する、水中装置１０５、１１０、１１５又は１２０の位置を計算し；
−三辺測量で、地理位置情報システム２００の源１６５、１７０及び／又は１７５に対する、特定手段１５０によって擬似距離を特定した各トランスポンダ１２５、１３０及び／又は１３５の位置を計算し；
−推移律（ｔｒａｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）に基づいて、地理位置情報システム２００の衛星源１６５、１７０及び／又は１７５に対する、水中装置１０５、１１０、１１５又は１２０の位置を計算する
ように構成される。

【0069】

確率推定プロセスを、装置の位置を計算する手段１５５で実行する。このプロセスは、例えば、以下の動作を実行する：
−状態ベクトルの各要素が、数値を有する一次元又は多次元の数値変数である、状態ベクトルの漸進的な合成（ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）。以下の変数が挙げられる：地理位置情報システム２００の衛星源１６５、１７０及び／又は１７５に対する確率推定を実行する水中装置１０５、１１０、１１５又は１２０が新たな３Ｄ位置を取る各時点での、地理位置情報システム２００の各無線受信機と水中装置との間の、秒単位のクロック差、地理位置情報システム２００の各無線受信機と衛星源１６５、１７０及び／又は１７５との間の、秒単位のクロック差；
−測定ベクトルの漸進的な合成。各測定結果は、測定プロセスから来るランダム変数である。音響及び無線擬似距離の測定結果だけでなく、例えば、深さ、加速又は周囲の磁気の測定結果も挙げることができる；
−測定残差ベクトルの漸進的な合成。各測定残差は、測定ベクトルの測定結果と状態ベクトルとの関数である。この残差は、その数値（一次元又は多次元であり、対象の測定結果と同一又は異なる次元を有する）が、測定結果に誤差がないと考えられる場合にはゼロと等しくなり、この誤差が増加すると考えられる際には、値が増大することを特徴とする；
−最後に、状態ベクトルを更新する通常のプロセス。このプロセスの目的は、新たな値を探索することによって上記状態ベクトルを再評価することであり、その結果として、測定残差ベクトルの特定のノルムをできるだけ減少させる目的で、測定残差ベクトルを再評価することである。これを達成するためには、確率論的（ｐｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃ）と称される、複数の方法がある。これらの方法は、確率論によって、状態ベクトルの反復更新から、方向及び値を求めることが可能になるという点において、確率論的と呼ばれる。所謂「ＱＲ」分解、コレスキ分解に基づく、一般逆行列に基づく方法、又は、モンテカルロ法として知られる準ランダム探索の方法、又は遺伝学の分野からの進化論に基づく方法を挙げることができる；
−任意には、プロセス全体に望ましくない効果をもたらすと考えられる状態値及び測定結果を除去するプロセスを追加できる。

【0070】

そのため、確率推定プロセスにより、リアルタイムで、二次的と考えられる他の変数に加えて、装置の位置を計算する手段１５５の軌道又は軌道の一部を求めることが可能となる。

【0071】

いくつかの実施形態では、水面トランスポンダ１２５、１３０又は１３５の各送信機１４０は、複数のチャンネル上で、複数の周期信号の線形結合を音響的に送信し、このとき、送信される擬似距離１つにつき１つのチャンネルを割り当て、各チャンネルは、地理位置情報システム２００からの経時的なクロック信号、又は情報が送信されることとなる無線擬似距離の１つを表すもののどちらかであり、各周期信号を、送信する無線擬似信号無線の値の関数として、時間シフトする。

【0072】

従って、例えば、送信機１４０が、推定擬似距離を表す信号を送信しなければならない場合、この送信機１４０は、２つの周波数：地理位置情報システム２００のクロック信号に対応する第１周波数、及び送信する擬似距離に対応する第２周波数で、音響信号を送信する。

【0073】

この第２周波数で、周期信号を、連続的に又は所定の時間間隔中に、送信し、推定擬似距離の値の関数として時間シフトする。オフセット関数は、例えば、特定した距離の１単位に対して１秒の割合とする線形関数である。例えば、１００キロメートルの距離は、１ミリ秒のシフトに対応する。そのため、推定擬似距離が、２万キロメートルと等しい場合、周期信号は、２００ミリ秒だけシフトする。

【0074】

例えば、送信機１４０が、それぞれが推定擬似距離を表す２信号を送信する必要がある場合、３周波数を利用する：第１は、クロック信号に対応し、第２は、第１擬似距離に対応し、第３は、第２擬似距離に対応する。

【0075】

そのため、これらの実施形態で分かるように、擬似距離の値を、二値化して、次に送信機１４０によって送信するのではなく、その代わりに、周期信号をシフトすることによって間接的に送信する。これらの実施形態により、擬似距離値の送信は、よりロバストになる。

【0076】

更に、複数の周波数を利用することで、各擬似距離の値を同時に、且つ間接的に送信可能になる。

【0077】

これらの実施形態では、音響受信機１４５は、異なる音響チャンネルを通した異なる音響信号の到着時間と比較して、無線擬似距離を表す情報を再構成する。

【0078】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水面トランスポンダ１３０は、少なくとも２つの水中音響送信機１４０を含む。

【0079】

いくつかの実施形態では、本発明の主題であるシステム１００は、少なくとも２つの上記水中音響送信機１４０を取着するための構造体１３２を含み、水面トランスポンダ１３０は、衛星源１６５、１７０及び１７５によって送信した信号の受信機に対する、地球基準座標系におけるこれらの水中音響送信機の位置を特定する手段１３３、及び以下の動作：
−無線受信機１６０と水中音響送信機１４０の同一位置をシミュレートする理論上の無線擬似距離の測定；及び
−各送信機１４０による、理論上の無線擬似距離値の測定結果の送信を命令するための送信
を実行する計算手段１３４を含む。

【0080】

この計算手段１３４は、例えば、電子計算回路である。

【0081】

計算手段１３４は、無線受信機１６０からの無線擬似距離測定結果、及び局所参照座標系における地理位置情報システム２００の源１６５、１７０及び／又は１７５の各方向（例えば、東／北／より高い）を検索する。計算手段は、上記局所参照座標系における無線受信機１６０に対する水中音響送信機１４０の位置を知ることができると考えられる。

【0082】

そのため、受信機１６０を各送信機１４０の位置に設置していれば無線擬似距離の測定結果はどのようになりえたかを、シミュレート可能である。実際には、無線擬似距離の測定結果とは、定義上、まず時間シフトに光速を乗じたものと、次いで地理位置情報システム２００の源１６５、１７０及び／又は１７５と無線受信機１６０の間の距離との合計であることは、公知である。この時間シフトは、受信機１６０の移動をシミュレート中には、一定であると考える。そのため、無線受信機が各音響送信機１４０の位置に設置されているかのようにして新たな無線擬似距離の測定結果を得るためには、無線受信機１６０を通過する単位ベクトルに射影した音響送信機１４０の位置ベクトルの直交射影距離から、地理位置情報システム２００の源１６５、１７０及び１７５までの、メートル単位の擬似距離測定結果を、メートル単位で加える必要がある。これは、無線擬似距離測定モデルに配慮した我々の新たな仮想擬似距離測定である。

【0083】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水面トランスポンダ１２５は、地理位置情報システム２００に対する位置を特定する手段１８６を含み、送信機１４０は、特定した位置を表す情報の項目を、水中装置１０５、１１０、１１５及び／又は１２０に送信し、水中装置の計算手段１５５を、地理位置情報システム２００の座標系に対する位置を計算するように構成する。

【0084】

特定手段１８６は、例えば、トランスポンダ１２５の位置を、最小限として、推定手段１８０によって推定した無線擬似距離を表す情報の選択から、確率的に推定するように構成した電子計算回路である。

【0085】

この特定手段１８６を、例えば、推定手段１８０によって推定した擬似距離に基づいて、トランスポンダ１２５の三辺測量を実行するように構成する。

【0086】

いくつかの実施形態では、システム１００は、少なくとも２つの水中装置１０５、１１０、１１５及び／又は１２０を含む。

【0087】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水面トランスポンダ１２５、１３０及び／又は１３５は、少なくとも１つの所謂「主要な（ｐｒｉｎｃｉｐａｌ）」水中装置１０５から、１つ又は複数の水中装置の位置を受信し、この１つ又は複数の水中装置の位置を表す情報を、少なくとも１つの第２の水中装置に再送するように構成した通信手段１４０を含み、該所謂「主要な」水中装置を、少なくとも１つの水中装置の位置を表す情報の項目を、少なくとも１つのトランスポンダ１２５、１３０及び／又は１３５に送信するように構成する。

【0088】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水中装置１０５、１１０、１１５及び／又は１２０は、計算した位置を表す情報の項目を、少なくとも第２の所謂「主要な」水中装置に通信する手段１９１を含む。

【0089】

通信手段１９１は、例えば、電磁信号を送信するように構成したアンテナである、又は計算した位置を表す電気信号を表す音響信号を送信するように構成した電気音響トランスポンダである。

【0090】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水中装置１０５は、少なくとも１つの水中装置１１０の位置情報の項目を表示する手段１９５を含む。

【0091】

この表示手段１９５は、例えば、画面である。

【0092】

いくつかの実施形態では、本発明の主題であるシステム１００は、１つ又は複数の水中装置１０５、１１０、１１５及び／又は１２０の位置に対する情報の項目を表示するための、水面上方に配置する、手段２１０を含む。

【0093】

この表示手段２１０は、例えばコンピュータ、デジタルタブレット又はスマートフォンの、例えば画面である。

【0094】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの水中装置１１０は：
−深さセンサ；
−慣性測定ユニット；及び
−磁力計
の中の少なくとも１つの更なるセンサ１９０を含み、該装置の位置を計算する手段１５５は、確率推定プロセスを実行する演算ユニットであって、該推定を、少なくとも以下の測定結果：
−受信手段によって受信する無線擬似距離を表す情報の選択；
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択；及び
−少なくとも１つの上記更なるセンサからの測定結果の選択
を用いて実行する演算ユニットを含む。

【0095】

いくつかの実施形態では、少なくとも１つの装置１１０を、ブレスレットに埋め込む。

【0096】

いくつかの変形例では、少なくとも１つの水中装置を、ドローン又は水中装置に埋め込む。

【0097】

好適には、本発明の主題であるシステム１００は：
−少なくとも３つのトランスポンダ１２５、１３０及び１３５、及びセンサ１９０；又は
−少なくとも４つのトランスポンダ１２５、１３０及び１３５
を含む。

【0098】

図２は、本発明の主題である方法３００の特定の実施形態を示している。水中装置を測位する方法３００は：
−トランスポンダを特定の深さで中立浮力を有するように構成した浮きに取着するステップ３０５；
−少なくとも２つの水面トランスポンダによって、地理位置情報システムの少なくとも２つの衛星信号源によって送信した無線信号を受信するステップ３１０；
−水面トランスポンダと、地理位置情報システムからの少なくとも２つの信号源との間の少なくとも１つの無線擬似距離を推定するステップ３１５；
−トランスポンダによって、無線擬似距離を表す情報を、水中装置に通信するステップ３２０；
−音響信号を水中装置に送信するように構成した、地理位置情報システムの時間に同期されたトランスポンダによって、水中で音響を送信するステップ３２５；
−少なくとも２つの水中トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す情報を、水中装置の受信手段によって、受信するステップ３３０；
−少なくとも２つの水面トランスポンダによって送信した無線擬似距離を表す音響信号を、水中装置の受信機によって、受信するステップ３３５；
−水面トランスポンダの少なくとも２つの水中音響送信機と水中装置との間の１つ又は複数の音響擬似距離を特定するステップ３４０；及び
−水面トランスポンダの１つを中心にした地球基準座標系で装置の位置を計算するステップ３４５であって、位置を計算する手段は、確率論的推定プロセスを実行する演算ユニットを含み、該推定を、少なくとも以下の測定結果：
−受信手段によって受信した無線擬似距離を表す情報の選択；
−特定手段によって特定した音響擬似距離の選択
を用いて行う、位置を計算するステップ３４５を含む。

【0099】

この方法３００を、例えば、図１に関して記載したように、システム１００を利用することによって、実行する。

【図1】

【図2】