特開 2023-103085 水中無線通信装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023103085

(43)【公開日】2023-07-26

(54)【発明の名称】水中無線通信装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 13/02 20060101AFI20230719BHJP

   H04B 7/155 20060101ALI20230719BHJP

   H01Q 1/04 20060101ALI20230719BHJP

   H01Q 3/00 20060101ALI20230719BHJP

   H01Q 1/34 20060101ALI20230719BHJP

   B63C 11/48 20060101ALI20230719BHJP

   B63C 11/00 20060101ALI20230719BHJP

【ＦＩ】

H04B13/02

H04B7/155

H01Q1/04

H01Q3/00

H01Q1/34

B63C11/48 D

B63C11/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022003937

(22)【出願日】2022-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】000000239

【氏名又は名称】株式会社荏原製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100118500

【弁理士】

【氏名又は名称】廣澤 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100091498

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邉 勇

(74)【代理人】

【識別番号】100174089

【弁理士】

【氏名又は名称】郷戸 学

(74)【代理人】

【識別番号】100186749

【弁理士】

【氏名又は名称】金沢 充博

(72)【発明者】

【氏名】能見 基彦

(72)【発明者】

【氏名】脇田 俊昭

【テーマコード（参考）】

5J021

5J046

5K072

【Ｆターム（参考）】

5J021AA01

5J021BA01

5J021CA06

5J021DA02

5J021DB03

5J021EA02

5J021FA24

5J021FA26

5J021FA29

5J021GA02

5J021HA05

5J046AA04

5J046AB01

5J046AB05

5J046NA10

5J046NA11

5K072BB13

5K072BB27

5K072DD13

5K072GG02

5K072GG06

5K072GG14

(57)【要約】

【課題】水中での無線通信を実現することができる装置を提供する。
【解決手段】水中無線通信装置は、電波を送信するように構成されたホスト装置１と、電波を受信するように構成された水中装置２を備え、ホスト装置１および水中装置２は、ビーム状の電波を送信および受信するように構成された指向性水中アンテナ２１，２２をそれぞれ備えている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中無線通信装置であって、
電波を送信するように構成されたホスト装置と、
電波を受信するように構成された水中装置を備え、
前記ホスト装置および前記水中装置は、ビーム状の電波を送信および受信するように構成された指向性水中アンテナをそれぞれ備えている、水中無線通信装置。

【請求項2】

前記指向性水中アンテナは、水中に没している、請求項１に記載の水中無線通信装置。

【請求項3】

前記指向性水中アンテナは、パラボラアンテナ、コーナリフレクターアンテナ、およびフェイズドアレーアンテナのうちのいずれかである、請求項１または２に記載の水中無線通信装置。

【請求項4】

前記ホスト装置および前記水中装置のそれぞれは、前記指向性水中アンテナの向きを調整する調整装置を備えている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水中無線通信装置。

【請求項5】

前記ホスト装置と前記水中装置との間に配置された少なくとも１つの中継装置をさらに備えており、
前記中継装置は、前記電波を送受信する複数の指向性水中アンテナを有している、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水中無線通信装置。

【請求項6】

前記ホスト装置は、５０～５００ＭＨｚの帯域内の周波数の電波を送信するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水中無線通信装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中に設置された潜没式装置、あるいは水中を移動する水中移動体、あるいは水面に浮いている船舶などの機器類間で無線通信を行う技術に関し、特に水中での電波の送受信に適した水中アンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

水中で作動する水中ロボットや水中ドローンなどの水中装置は、一般に、陸上または水面に配置されたホスト装置と通信を行う。例えば、ホスト装置としてのコントローラは、水中ロボットを操作するための操作信号を水中ロボットに送り、水中ロボットは、操作信号を受けて作動する。別の例では、水中ロボットは、水中の対象物の画像を生成し、画像を陸上または水面上のホスト装置に送る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－２０５５５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

水中装置およびホスト装置のいずれか一方または両方が可動である場合、移動の制限を低減させる観点から、通信は無線通信の形態であることが望ましい。しかしながら、社会で広く使われているＧＨｚ帯域の電波は、水中では激しく減衰するため通信できない。そこで、低い周波数帯域での無線通信が有効と考えられるが、水中での無線通信を実現する装置は未だ確立されていないのが現状である。

【0005】

そこで、本発明は、水中での無線通信を実現することができる装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

一態様では、水中無線通信装置であって、電波を送信するように構成されたホスト装置と、電波を受信するように構成された水中装置を備え、前記ホスト装置および前記水中装置は、ビーム状の電波を送信および受信するように構成された指向性水中アンテナをそれぞれ備えている、水中無線通信装置が提供される。

【0007】

一態様では、前記指向性水中アンテナは、水中に没している。
一態様では、前記指向性水中アンテナは、パラボラアンテナ、コーナリフレクターアンテナ、およびフェイズドアレーアンテナのうちのいずれかである。
一態様では、前記ホスト装置および前記水中装置のそれぞれは、前記指向性水中アンテナの向きを調整する調整装置を備えている。
一態様では、前記水中無線通信装置は、前記ホスト装置と前記水中装置との間に配置された少なくとも１つの中継装置をさらに備えており、前記中継装置は、前記電波を送受信する複数の指向性水中アンテナを有している。
一態様では、前記ホスト装置は、５０～５００ＭＨｚの帯域内の周波数の電波を送信するように構成されている。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、指向性の高い指向性水中アンテナとの間で、ビーム状の電波が送受信される。ビーム状の電波は水中で減衰しにくく、水中を伝播しやすい。したがって、水中での無線通信を実現することができる。さらに、ビーム状の電波は指向性が高いので、電波に重畳した情報の秘匿性が確保できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】水中無線通信装置の一実施形態を示す模式図である。

【図2】水中無線通信装置の他の実施形態を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、水中無線通信装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、水中無線通信装置は、ホスト装置１および水中装置２を備えている。ホスト装置１は、５０～５００ＭＨｚの帯域内の周波数の電波を送信するように構成されており、水中装置２は、５０～５００ＭＨｚの帯域内の周波数の電波を受信するように構成されている。

【0011】

ホスト装置１は、発振器５、変調器６、増幅器７、およびこれらの構成要素を囲む防水ケーシング８を有している。ホスト装置１が船舶上に配置される場合は、防水ケーシング８は省略されてもよい。水中装置２は、チューナー１２、増幅器１３、復調器１４、およびこれらの構成要素を囲む防水ケーシング１５などを有している。ただし、ホスト装置１および水中装置２の構成要素は、本実施形態には限定されない。一実施形態では、ホスト装置１は、５０～５００ＭＨｚの帯域内の周波数の電波を送信および受信するように構成され、水中装置２も、５０～５００ＭＨｚの帯域内の周波数の電波を送信および受信するように構成される。

【0012】

ホスト装置１は、水中または水面上に配置され、水中装置２は水中に配置される。水中装置２の例としては、水中ロボット、水中ドローン、水中撮像装置などが挙げられる。ホスト装置１の例としては、水中装置２の動作を制御するコントローラ、水中装置２から送られてくる画像を表示する画像表示装置などが挙げられる。図１に示す例では、ホスト装置１は、船舶１７内に配置されており、可動である。図１に示す水中装置２も、スクリュープロペラなどの推進装置１８を備えた可動体である。

【0013】

本実施形態において、水中無線通信装置で使用される電波は、５０～５００ＭＨｚの帯域内の周波数を持つ電波である。この周波数帯域の電波は、水中で減衰しにくいという利点がある。電波の周波数は、水中無線通信装置の用途に応じて適宜決定される。例えば、情報量は少ないがロバスト性が必要な通信の場合は、上記帯域内の低周波側の電波が選択される。他の例では、画像などの情報量が多いがホスト装置１と水中装置２との間の距離が短い場合は、上記帯域内の高周波側の電波が選択される。

【0014】

ホスト装置１は指向性水中アンテナ２１をさらに有し、水中装置２は指向性水中アンテナ２２をさらに有している。指向性水中アンテナ２１および指向性水中アンテナ２２は、水中に没している。指向性水中アンテナ２１および指向性水中アンテナ２２は、指向性の高いアンテナである。より具体的には、指向性水中アンテナ２１および指向性水中アンテナ２２は、ビーム状の電波を発するように構成され、ビーム状の電波を送受信することが可能に構成されている。指向性水中アンテナ２１および指向性水中アンテナ２２は、パラボラアンテナ、コーナリフレクターアンテナ、およびフェイズドアレーアンテナのうちのいずれかである。

【0015】

ホスト装置１は、指向性水中アンテナ２１の向きを調整する第１調整装置３１をさらに有し、水中装置２は、指向性水中アンテナ２２の向きを調整する第２調整装置３２をさらに有している。一実施形態では、第１調整装置３１は、指向性水中アンテナ２１を多方向に向けるように構成された多軸アクチュエータを含む。第２調整装置３２も、同様に、指向性水中アンテナ２２を多方向に向けるように構成された多軸アクチュエータを含む。多軸アクチュエータ自体の構成は公知であるので、その詳細な説明を省略する。

【0016】

第１調整装置３１は、指向性水中アンテナ２１を水中装置２の指向性水中アンテナ２２に向けるように構成されている。第２調整装置３２も、同様に、指向性水中アンテナ２２をホスト装置１の指向性水中アンテナ２１に向けるように構成されている。したがって、第１調整装置３１と第２調整装置３２との協働により、指向性水中アンテナ２１および指向性水中アンテナ２２は、互いに向き合うことが可能である。

【0017】

本実施形態によれば、指向性の高い指向性水中アンテナ２１および指向性水中アンテナ２２との間で、ビーム状の電波が送受信される。ビーム状の電波は水中で減衰しにくく、水中を伝播しやすい。したがって、水中での無線通信を実現することができる。さらに、ビーム状の電波は指向性が高いので、電波に重畳した情報の秘匿性が確保できる。

【0018】

５０～５００ＭＨｚの帯域から選択された電波によってホスト装置１と水中装置２との間で送受信される信号は、アナログ信号であってもよいし、またはデジタル信号であってもよい。

【0019】

図２に示すように、水中無線通信装置は、ホスト装置１と水中装置２との間に配置された少なくとも１つの中継装置３５をさらに備えてもよい。中継装置３５は、水中に配置される。図２に示す実施形態では、３つの中継装置３５が水中に配置されているが、中継装置３５の数は本実施形態に限定されない。

【0020】

各中継装置３５は、電波を送受信する複数の指向性水中アンテナ３６を有している。各中継装置３５は、複数の指向性水中アンテナ３６のうちの１つで電波を受信し、他の指向性水中アンテナ３６から電波を発信するように構成されている。各指向性水中アンテナ３６は、上述した指向性水中アンテナ２１および指向性水中アンテナ２２と同じ構成を有している。すなわち、指向性水中アンテナ３６は、パラボラアンテナ、コーナリフレクターアンテナ、およびフェイズドアレーアンテナのうちのいずれかである。

【0021】

各中継装置３５は、複数の指向性水中アンテナ３６の向きをそれぞれ調整する複数の調整装置３７を備えている。各調整装置３７は、指向性水中アンテナ３６を、ホスト装置１、他の中継装置３５、または水中装置２のいずれかの指向性水中アンテナに向けるように構成されている。ホスト装置１から発信された電波は、中継装置３５を経由して水中装置２に到達する。同様に、水中装置２から発信された電波は、中継装置３５を経由してホスト装置１に到達する。本実施形態によれば、ホスト装置１と水中装置２との距離を長くすることができる。

【0022】

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

【符号の説明】

【0023】

１ ホスト装置
２ 水中装置
５ 発振器
６ 変調器
７ 増幅器
８ 防水ケーシング
１２ チューナー
１３ 増幅器
１４ 復調器
１５ 防水ケーシング
１７ 船舶
１８ 推進装置
２１ 指向性水中アンテナ
２２ 指向性水中アンテナ
３１ 第１調整装置
３２ 第２調整装置
３５ 中継装置
３６ 指向性水中アンテナ
３７ 調整装置

【図1】

【図2】