特開 2023-84872 測位システム及び測位方法

(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】P2023084872

(43)【公開日】2023-06-20

(54)【発明の名称】測位システム及び測位方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 5/30 20060101AFI20230613BHJP

【ＦＩ】

G01S5/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021199239

(22)【出願日】2021-12-08

(71)【出願人】

【識別番号】000166627

【氏名又は名称】五洋建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】394025094

【氏名又は名称】三菱電機特機システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000752

【氏名又は名称】弁理士法人朝日特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉本 英樹

(72)【発明者】

【氏名】堤 賢一郎

(72)【発明者】

【氏名】土定 祐介

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 隆

(72)【発明者】

【氏名】湯浅 智志

【テーマコード（参考）】

5J083

【Ｆターム（参考）】

5J083AA01

5J083AB20

5J083AC32

5J083AD02

5J083AE02

5J083AE03

5J083AE08

5J083AF01

5J083AF15

5J083AF18

5J083AF20

(57)【要約】

【課題】水中の対象物の位置を所望する時期に簡便に測定する。
【解決手段】位置が既知の各基準点発信部（発信部４０）からの基準点音響信号に基づいて船舶１の各基準点受信部（受信部３）の位置を計測する。そして、位置が計測された受信部３（位置受信部）が対象物１００の発信部１２０から受信した位置音響信号に基づいて、その対象物１００の位置を計測する。これら各発信部４０、発信部１２０及び各受信部３は、互いに同期した原子時計に基づいて時刻を計測する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水中で基準点音響信号を発信する基準点音響送波装置と、
水中で位置音響信号を発信する位置音響送波装置と、
水中で前記基準点音響信号と前記位置音響信号を受信する音響受波装置と、
を備え、
前記基準点音響送波装置は、
第１原子時計と、
水中の既知の位置に配置され、前記第１原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の基準点基準時刻に基準点音響信号を発信する基準点発信部と、
を備え、
前記位置音響送波装置は、
前記第１原子時計と同期した第２原子時計と、
水中において、前記第２原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の位置基準時刻に位置音響信号を発信する位置発信部を備え、
前記音響受波装置は、
前記第１原子時計及び前記第２原子時計と同期した第３原子時計と、
前記基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信する基準点受信部と、
前記位置発信部から発信された位置音響信号を受信する、前記基準点受信部との位置関係が既知である位置受信部を備え、
前記第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記基準点発信部が基準点音響信号を発信した基準点基準時刻から、前記基準点受信部が前記基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、前記基準点発信部の各々の既知の位置とを用いて、前記基準点受信部の位置を計算する第１計算部と、
前記第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記位置発信部が位置音響信号を発信した位置基準時刻から、前記位置受信部が前記位置発信部から発信された位置音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、前記第１計算部が前記基準点受信部の位置に基づき計算した前記位置受信部の各々の位置とを用いて、前記位置発信部の位置を計算する第２計算部とを備える
ことを特徴とする測位システム。

【請求項2】

前記位置受信部は、少なくとも３箇所以上に設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の測位システム。

【請求項3】

前記基準点受信部及び前記位置受信部は、同一の受信部である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の測位システム。

【請求項4】

前記基準点音響信号及び前記位置音響信号は同時に発信される
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の測位システム。

【請求項5】

前記位置音響送波装置は、船舶、潜水士、水中作業機、又は、水中に据え付ける構造物に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の測位システム。

【請求項6】

前記基準点音響送波装置は、水中に固定された固定物に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の測位システム。

【請求項7】

前記音響受波装置は、船舶、水中作業機、又は、水中に据え付ける構造物に取り付けられている
ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の測位システム。

【請求項8】

水中で基準点音響信号を発信する基準点音響送波装置と、水中で位置音響信号を発信する位置音響送波装置と、水中で前記基準点音響信号と前記位置音響信号を受信する音響受波装置とが行う測位方法であって、
前記基準点音響送波装置において、水中の既知の位置に配置された基準点発信部が、第１原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の基準点基準時刻に基準点音響信号を発信するステップと、
前記音響受波装置において、水中の基準点受信部が、前記基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信するステップと、
前記位置音響送波装置において、水中の位置発信部が、前記第１原子時計と同期した第２原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の位置基準時刻に位置音響信号を発信するステップと、
前記音響受波装置において、水中の位置受信部が、前記位置発信部から発信された位置音響信号を受信するステップと、
前記音響受波装置において、第１計算部が、前記第１原子時計及び前記第２原子時計と同期した第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記基準点発信部が基準点音響信号を発信した基準点基準時刻から、前記基準点受信部が前記基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、前記基準点発信部の各々の既知の位置とを用いて、前記基準点受信部の位置を計算するステップと、
前記音響受波装置において、第２計算部が、前記第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記位置発信部が位置音響信号を発信した位置基準時刻から、前記位置受信部が前記位置発信部から発信された位置音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、計算された前記基準点受信部の位置に基づき計算された前記位置受信部の各々の位置とを用いて、前記位置発信部の位置を計算するステップと
を備えることを特徴とする測位方法。

【請求項9】

基準点音響送波装置において、水中の未知の位置に配置された基準点発信部である未知基準点発信部が、第１原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の基準点基準時刻に基準点音響信号を発信するステップと、
前記音響受波装置において、水中の基準点受信部が、前記未知基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信するステップと、
前記音響受波装置において、第１計算部が、前記第１原子時計及び前記第２原子時計と同期した第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記未知基準点発信部が基準点音響信号を発信した基準点基準時刻から、前記基準点受信部が前記未知基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、前記基準点発信部の各々の既知の位置とを用いて、前記未知基準点発信部の位置を計算するステップと
を備えることを特徴とする請求項８記載の測位方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水中の対象物の測位を行うための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

港湾工事における水中作業時の基準点が陸上や既設構造物上にある場合は、水中スタッフなどを用いて潜水士と陸上測量員が連携してその基準点の位置から水中作業での新点を求める方法が知られている。ただし、水中スタッフを陸上から測量員が視準するが、水深が深くなると、潜水士が水中スタッフを垂直に保持するのは潮流などの影響で困難な場合があり測量値に大きな誤差が発生する恐れがある。また、作業エリアが沖合数キロにある場合は、新点を光波もしくはGNSSなどで求める陸上基準点からの絶対座標によるものと、海上からの音響測位装置などの相対座標を合わせて算出する方法が知られている。ただし、音響測位装置は測量船などに艤装して相対測位を行うが、正確に同期の取れた船の動揺や位置の補正には高価な検出器が必要で、それぞれの機器を取り付けるために剛性のとれた金具を製作し、測量船などに設置するので、測量船に使用する船舶が小さいとこれらの金具および装置類は他の作業に支障をきたしたり、船舶の動揺の周期が短くなり、より高精度の姿勢補正装置が必要となったりする。

【0003】

例えば特許文献１に記載された水中測位システムにおいては、水中に存在する物体（測位対象物）に設けられ、音響信号を発するピンガーと、ピンガーからの音響信号を受信可能な、少なくとも３個のハイドロフォンとを備え、異なるハイドロフォンにより受信した音響信号の到達時間差を算出することにより、測位対象物の位置を特定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第９６８８２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、水中の所定の位置を所望する際に簡便に測定可能な仕組みを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため、本発明は、水中で基準点音響信号を発信する基準点音響送波装置と、水中で位置音響信号を発信する位置音響送波装置と、水中で前記基準点音響信号と前記位置音響信号を受信する音響受波装置と、を備え、前記基準点音響送波装置は、第１原子時計と、水中の既知の位置に配置され、前記第１原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の基準点基準時刻に基準点音響信号を発信する基準点発信部と、を備え、前記位置音響送波装置は、前記第１原子時計と同期した第２原子時計と、水中において、前記第２原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の位置基準時刻に位置音響信号を発信する位置発信部を備え、前記音響受波装置は、前記第１原子時計及び前記第２原子時計と同期した第３原子時計と、前記基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信する基準点受信部と、前記位置発信部から発信された位置音響信号を受信する、前記基準点受信部との位置関係が既知である位置受信部を備え、前記第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記基準点発信部が基準点音響信号を発信した基準点基準時刻から、前記基準点受信部が前記基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、前記基準点発信部の各々の既知の位置とを用いて、前記基準点受信部の位置を計算する第１計算部と、前記第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記位置発信部が位置音響信号を発信した位置基準時刻から、前記位置受信部が前記位置発信部から発信された位置音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、前記第１計算部が前記基準点受信部の位置に基づき計算した前記位置受信部の各々の位置とを用いて、前記位置発信部の位置を計算する第２計算部とを備えることを特徴とする測位システムを提供する。

【0007】

前記位置受信部は、少なくとも３箇所以上に設けられていてもよい。

【0008】

前記基準点受信部及び前記位置受信部は、同一の受信部であってもよい。

【0009】

前記基準点音響信号及び前記位置音響信号は同時に発信されてもよい。

【0010】

前記位置音響送波装置は、船舶、潜水士、水中作業機、又は、水中に据え付ける構造物に取り付けられていてもよい。

【0011】

前記基準点音響送波装置は、水中に固定された固定物に取り付けられていてもよい。

【0012】

前記音響受波装置は、船舶、水中作業機、又は、水中に据え付ける構造物に取り付けられていてもよい。

【0013】

上記課題を解決するため、本発明は、水中で基準点音響信号を発信する基準点音響送波装置と、水中で位置音響信号を発信する位置音響送波装置と、水中で前記基準点音響信号と前記位置音響信号を受信する音響受波装置とが行う測位方法であって、前記基準点音響送波装置において、水中の既知の位置に配置された基準点発信部が、第１原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の基準点基準時刻に基準点音響信号を発信するステップと、前記音響受波装置において、水中の基準点受信部が、前記基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信するステップと、前記位置音響送波装置において、水中の位置発信部が、前記第１原子時計と同期した第２原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の位置基準時刻に位置音響信号を発信するステップと、前記音響受波装置において、水中の位置受信部が、前記位置発信部から発信された位置音響信号を受信するステップと、前記音響受波装置において、第１計算部が、前記第１原子時計及び前記第２原子時計と同期した第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記基準点発信部が基準点音響信号を発信した基準点基準時刻から、前記基準点受信部が前記基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、前記基準点発信部の各々の既知の位置とを用いて、前記基準点受信部の位置を計算するステップと、前記音響受波装置において、第２計算部が、前記第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記位置発信部が位置音響信号を発信した位置基準時刻から、前記位置受信部が前記位置発信部から発信された位置音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、計算された前記基準点受信部の位置に基づき計算された前記位置受信部の各々の位置とを用いて、前記位置発信部の位置を計算するステップとを備えることを特徴とする測位方法を提供する。

【0014】

基準点音響送波装置において、水中の未知の位置に配置された基準点発信部である未知基準点発信部が、第１原子時計によって計測される時刻に基づき、所定の基準点基準時刻に基準点音響信号を発信するステップと、前記音響受波装置において、水中の基準点受信部が、前記未知基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信するステップと、前記音響受波装置において、第１計算部が、前記第１原子時計及び前記第２原子時計と同期した第３原子時計によって計測される時刻に基づき、前記未知基準点発信部が基準点音響信号を発信した基準点基準時刻から、前記基準点受信部が前記未知基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、当該時間と、前記基準点発信部の各々の既知の位置とを用いて、前記未知基準点発信部の位置を計算するステップとを備えるようにしてもよい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、水中の所定の位置を所望するタイミングで簡便に測定可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態に係るシステム全体の構成の一例を示す機器配置図。

【図2】実施形態に係る基準点音響送波装置の構成の一例を示すブロック図。

【図3】実施形態に係る位置音響送波装置の構成の一例を示すブロック図。

【図4】実施形態に係る音響受波装置の構成の一例を示すブロック図。

【図5】実施形態において基準点音響送波装置を測位するときの動作を例示するフローチャート。

【図6】実施形態における基準点音響送波装置の測位結果の一例を示す表。

【図7】実施形態において位置音響送波装置を測位するときの動作を例示するフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0017】

［実施形態］
本発明を実施するための形態の一例について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る測位システム全体の構成の一例を示す機器配置図である。図１において、破線Ｓは水面を意味しており、実線Ｂは水底を意味している。測位システムは、例えば、船舶１において設けられた演算装置２及び水中に設置された少なくとも３以上の受信部３と、既設ケーソン等の固定物１０に設けられた演算装置２０、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）３０及び水中に設置された発信部４０と、水中の対象物１００に設けられた演算装置１１０及び発信部１２０とを備える。船舶１において、演算装置２０及び受信部３は通信可能に接続されている。固定物１０において、演算装置２０、ＧＮＳＳ３０及び発信部４０は通信可能に接続されている。また、対象物１００において、演算装置１１０及び発信部１２０は通信可能に接続されている。なお、図１において水面を意味する破線Ｓ及び水底を意味する実線Ｂを直線で表現したため、各固定物１０が一列に並んでいるが、現実には固定物１０が一列に並んでいなくともよい。

【0018】

ＧＮＳＳ３０、演算装置２０及び発信部４０は、対で少なくとも３箇所以上に設置されている。これらＧＮＳＳ３０、演算装置２０及び発信部４０の各対は、３か所以上の異なる絶対座標値を有する位置に設置されれば良く、設置位置として同一の固定物１０の異なる位置に設置してもよいし、異なる固定物１０に設置してもよい。各固定物１０の高さ方向の寸法は、ＧＮＳＳ３０による絶対座標値の取得、及び後述する原子時計の同調のため、その上部が常時、水面上に露出する程度であり、その水面上の露出部分に演算装置２０及びＧＮＳＳ３０が設けられている。演算装置２０は、コンピュータ装置であり各種演算を行う。ＧＮＳＳ３０は、地球上空を周回する複数の衛星から発信される衛星信号を受信して測位を行う。尚、該測位の方法としてはスタティック測位、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ、ネットワーク型ＲＴＫ－ＧＮＳＳなどが用いられる。発信部４０は、各固定物１０の常時水面以下となる位置に設けられている。発信部４０の絶対座標位置は、固定物１０上に設置したＧＮＳＳ３０の位置とＧＮＳＳ３０の位置から発信部４０を設置した位置までが既知であるためオフセット処理によって測位可能である。固定物１０に設けられた発信部４０は、水中の既知の位置に配置され、所定の時刻(以下、基準点基準時刻という)に所定の音響信号（以下、基準点音響信号という）を発信する基準点発信部として機能する。演算装置２０、ＧＮＳＳ３０及び発信部４０は、本発明における基準点音響送波装置として機能する。

【0019】

対象物１００は、水中において測位の対象となる物体であり、例えば水中バックホウやＡＵＶ（Autonomous Underwater Vehicle）や水中ドローン、ＲＯＶ（Remotely Operated Vehicle）、水中内への吊り荷等の、水中で何らかの作業を行う水中作業機やその作業に伴う材料、又は水中で作業をしている潜水士である。また、対象物１００は、例えば吊持されたブロックなどの水中に据え付ける構造物であってもよい。また、対象物１００は、船舶であってもよい。対象物１００に設けられた発信部１２０は、水中において、所定の時刻（以下、位置基準時刻という）に所定の音響信号（以下、位置音響信号という）を発信する位置発信部として機能する。演算装置１１０及び発信部１２０は、本発明における位置音響送波装置として機能する。

【0020】

船舶１に設けられた少なくとも３以上の受信部３は、基準点発信部としての発信部４０から発信された基準点音響信号を受信する基準点受信部として機能するとともに、位置発信部としての発信部１２０から発信された位置音響信号を受信する位置受信部として機能する。つまり、本実施形態において、基準点受信部及び位置受信部は、同一の受信部（受信部３）である。船舶１に設けられた演算装置２は、基準点受信部としての各受信部３が受信した基準点音響信号に基づいて、各受信部３の位置を計算する第１計算部として機能する。また、演算装置２は、位置受信部としての各受信部３が受信した位置音響信号を用いて、位置発信部としての発信部１２０の位置を計算する第２計算部として機能する。

【0021】

以上のように、本実施形態では、位置が既知の各基準点発信部（発信部４０）からの基準点音響信号に基づいて船舶１の各基準点受信部（受信部３）の位置を計測し、受信部３の位置から船舶１の位置を特定し、この受信部３（位置受信部）が対象物１００の発信部１２０から受信した位置音響信号に基づいて、対象物１００の位置を計測する。ここで、これら各発信部４０、発信部１２０及び各受信部３は、互いに同期した原子時計に基づいて時刻を計測するので、計測される位置の精度が高い。

【0022】

図２は、演算装置２０のハードウェア構成を示す図である。演算装置２０は、物理的には、プロセッサ２００１、メモリ２００２、ストレージ２００３、通信装置２００４、原子時計（第１原子時計）２００５及びこれらを接続するバスなどを含むコンピュータ装置として構成されている。これらの各装置は図示せぬバッテリから供給される電力によって動作する。なお、電力に関しては陸電が可能であれば陸電を用い、不可であれば、小型風力発電や太陽光発電による蓄電や発電機等を用いる。演算装置２０における各機能は、プロセッサ２００１、メモリ２００２などのハードウェア上に所定のソフトウェア（プログラム）を読み込ませることによって、プロセッサ２００１が演算を行い、通信装置２００４による通信を制御したり、他の装置から送信されてきたデータを取得したり、メモリ２００２及びストレージ２００３におけるデータの読み出し及び書き込みの少なくとも一方を制御したりすることによって実現される。

【0023】

プロセッサ２００１は、例えば、オペレーティングシステムを動作させてコンピュータ全体を制御する。プロセッサ２００１は、周辺装置とのインターフェース、制御装置、演算装置、レジスタなどを含む中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）によって構成されてもよい。

【0024】

メモリ２００２は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの少なくとも１つによって構成されてもよい。メモリ２００２は、レジスタ、キャッシュ、メインメモリ（主記憶装置）などと呼ばれてもよい。メモリ２００２は、本実施形態に係る方法を実施するために実行可能なプログラム（プログラムコード）、ソフトウェアモジュールなどを保存することができる。

【0025】

ストレージ２００３は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体であり、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disc ＲＯＭ）などの光ディスク、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、フレキシブルディスク、光磁気ディスク(例えば、コンパクトディスク、デジタル多用途ディスク、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）ディスク)、スマートカード、フラッシュメモリ(例えば、カード、スティック、キードライブ)などの少なくとも１つによって構成されてもよい。ストレージ２００３は、補助記憶装置と呼ばれてもよい。

【0026】

通信装置２００４は、コンピュータ間の通信を行うためのハードウェア（送受信デバイス）であり、ＧＮＳＳ３０及び発信部４０（基準点発信部）と通信を行う。

【0027】

図３は、対象物１００における演算装置１１０のハードウェア構成を示す図である。演算装置１１０は、プロセッサ１１０１、メモリ１１０２、通信装置１１０３及び原子時計１１０４（第２原子時計）から構成される。プロセッサ１１０１、メモリ１１０２、通信装置１１０３及び原子時計１１０４（第２原子時計）は、演算装置２０のプロセッサ２００１、メモリ２００２、通信装置２００４及び原子時計２００５（第１原子時計）とハードウェアとしては共通である。通信装置１１０３は、発信部１２０（位置発信部）と通信を行う。これらの各装置は図示せぬバッテリ（蓄電池等）から供給される電力によって動作する。

【0028】

図４は、船舶１における演算装置２のハードウェア構成を示す図である。演算装置２は、プロセッサ２０１、メモリ２０２、ストレージ２０３、通信装置２０４及び原子時計２０５（第３原子時計）から構成される。プロセッサ２０１、メモリ２０２、ストレージ２０３、通信装置２０４及び原子時計２０５（第３原子時計）は、演算装置２０のプロセッサ２００１、メモリ２００２、通信装置２００４及び原子時計２００５とハードウェアとしては共通である。通信装置２０４は、受信部３（基準点受信部、位置受信部）と通信を行う。これらの各装置は図示せぬバッテリ（太陽光発電等）から供給される電力によって動作する。

【0029】

上記の構成において、原子時計２００５（第１原子時計）、原子時計１１０４（第２原子時計）及び原子時計２０５（第３原子時計）は、日々時刻同期がされており、これにより、互いに同期した時刻を計測するようになっている。例えばこれら原子時計は、少なくとも一日一回は同期を行う。同期の時期としてはＧＮＳＳ衛星間での同期に併せて実施するのが望ましい。以下に記載する実施形態及び変形例において、各原子時計は、少なくとも一日一回は気中において同期を行うものとする。

【0030】

次に、実施形態の動作について説明する。図５は、発信部４０（基準点発信部）の設置位置の座標測位に関する処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、後述する対象物１００の測位に先立って行われる。図５において、各固定物１０に設けられた演算装置２０は、発信部４０の設置位置とＧＮＳＳ３０の設置位置との相対位置関係を把握し、ＧＮＳＳ３０に測位処理を行わせて、発信部４０の設置位置とＧＮＳＳ３０の設置位置間をオフセット処理し、発信部４０の設置位置を測定する（ステップＳ１１）。測定された位置を示す位置情報は、各発信部４０のＩＤとともに、例えば通信装置２００４によって演算装置２０に送信され記録される。

【0031】

次に、上記演算装置２０から音響受波装置の演算装置２に対し、基準点音響信号により各発信部４０の位置情報及びＩＤが送信され、演算装置２によって記憶される（ステップＳ１２）。これにより、音響受波装置は、図６に例示するように、少なくとも３つ以上の発信部４０（基準点発信部）の位置情報を各発信部４０のＩＤをとともに記憶することになる。なお、発信部のＩＤは、基準点音響送波装置のＩＤでもある。

【0032】

次に、図７は、対象物１００（位置音響送波装置）の測位に関する処理の一例を示すフローチャートである。図７において、各固定物１０に設けられた各演算装置２０は原子時計２００５（第１原子時計）によって計測される時刻に基づき、所定の基準点基準時刻が到来すると（ステップＳ１０１）、発信部４０（基準点発信部）に対し、例えばパルス状の音響信号を発信するよう指示する。これにより、少なくとも３つ以上の発信部４０から水中に対して同時に基準点音響信号が発信される（ステップＳ１０２）。このとき、各基準点音響信号の発信元である発信部４０を識別可能となるように、各発信部４０は例えば互いに異なる周波数の音響信号を発信する。

【0033】

一方、対象物１００に設けられた演算装置１１０は、原子時計１１０４（第２原子時計）によって計測される時刻に基づき、所定の位置基準時刻が到来すると（ステップＳ１０３）、発信部１２０（位置発信部）に対し、例えばパルス状の音響信号を発信するよう指示する。これにより、発信部１２０から水中に対して位置音響信号が発信される（ステップＳ１０４）。このとき、基準点音響信号と位置音響信号とを識別可能となるように、異なる周波数の音響信号を用いる。なお、船舶１及び対象物１００が移動中であっても正確な測位が可能となるように、基準点音響信号と位置音響信号の発信時刻である基準点基準時刻及び位置基準時刻が同一時刻であることが望ましい。

【0034】

船舶１に設けられた各受信部３は、水中において、各発信部４０から発信された基準点音響信号を受信するとともに、発信部１２０から発信された位置音響信号を受信する。
そして、演算装置２は、原子時計２０５（第３原子時計）によって計測される時刻に基づき、上述した所定の基準点基準時刻から、各発信部４０から発信された基準点音響信号を各受信部３が受信した時刻までの電波伝播時間（時間差）を計算する。そして、演算装置２は、計算した上記時間差と、発信部４０の各々の既知の位置（図６）と、水中での音波速度とを用いて、各受信部３の絶対位置を計算する（ステップＳ１０５）。

【0035】

各発信部４０と各受信部３との間の距離はそれぞれ異なっているため、各発信部４０から基準点音響信号が発信された基準点基準時刻と、各受信部３が各基準点音響信号を受信した受信時刻との差（時間差）は、それぞれ異なる。このため、演算装置２は、３つ以上の各発信部４０の絶対座標位置と、各発信部４０に対応する上記時間差と、水中での音波速度との関係から、各受信部３の位置（絶対位置）を算出することができる。

【0036】

次に、演算装置２は、原子時計２０５（第３原子時計）によって計測される時刻に基づき、上述した所定の位置基準時刻から、発信部１２０から発信された位置音響信号を各受信部３が受信した時刻までの電波伝播時間（時間差）を計算する。演算装置２は、計算した上記時間差と、ステップＳ１０５にて計算した受信部３の各々の位置と、水中での音波速度とを用いて、発信部１２０の絶対位置を計算する（ステップＳ１０６）。つまり、発信部１２０と各受信部３との間の距離はそれぞれ異なっているため、発信部１２０から位置音響信号が発信された位置基準時刻と、各受信部３が各位置音響信号を受信した受信時刻との差（時間差）は、それぞれ異なる。このため、演算装置２は、３つ以上の各受信部３の絶対座標位置と、各受信部３に対応する上記時間差と、水中での音波速度との関係から、発信部１２０の位置（つまり対象物１００の位置）を算出することができるので、発信部１２０（位置発信部）からの位置音響信号が1箇所からであってもかまわない。

【0037】

上述した実施形態によれば、各発信部４０の絶対座標位置を予め測位しておくと、それ以降はその位置は既知であるので、船舶１において所望するタイミングにおいて簡便な処理で対象物１００の水中での位置を算出することが可能となる。

【0038】

［変形例］
上述した実施形態を以下のように変形してもよい。また、以下の２つ以上の変形例を組み合わせて実施してもよい。

【0039】

基準点受信部及び位置受信部は同一の受信部であることが望ましいが、必ずしも同一である必要はない。基準点受信部及び位置受信部の相対的な位置関係が既知であれば、基準点受信部の位置から位置受信部の位置を計算することが可能となる。

【0040】

また、本実施形態では一つの対象物１００を用いて説明したが、異なる周波数の位置音響信号を用い、各音響信号と対象物１００との関係が事前に演算装置２によって記憶されていれば、複数の対象物１００を対象に対象物１００の位置を算出することができる。

【0041】

また、本実施形態では、音響受波装置が船舶に取り付けられている例で説明したが、この例に限らず、音響受波装置は、水中作業機、又は、水中に据え付ける構造物に取り付けられていてもよい。

【0042】

上述した実施形態において、各基準点音響送波装置の発信部４０（基準点発信部）の位置はＧＮＳＳ等の測位により既知であるという前提で説明した。ここで、例えば新たな基準点音響送波装置が設置されるような場合において、その基準点音響送波装置の発信部４０（基準点発信部）の位置を、ＧＮＳＳ等ではなく、次のようにして測位することも可能である。新たに設置された基準点音響送波装置において、水中の未知の位置に配置された発信部４０（基準点発信部、以下、未知基準点発信部と呼ぶ）が、原子時計２００５（第１原子時計）によって計測される時刻に基づき、所定の基準点基準時刻に基準点音響信号を発信する。一方、音響受波装置において、受信部３（基準点受信部）が、未知基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信する。そして、音響受波装置において、演算装置２（第１計算部）が、原子時計２０５（第３原子時計）によって計測される時刻に基づき、未知基準点発信部が基準点音響信号を発信した基準点基準時刻から、受信部３（基準点受信部）が未知基準点発信部から発信された基準点音響信号を受信した時刻までの時間を計算し、その時間と、既設の基準点音響送波装置における各発信部４０（基準点発信部）の各々の既知の位置とを用いて、未知基準点発信部の位置を計算する。これにより、基準点音響送波装置において位置が未知の発信部４０（基準点発信部）の位置を特定することが可能となる。また、このような位置特定の方法を、既設の基準点音響送波装置の発信部４０（基準点発信部）の位置を校正する目的で利用することもできる。

【符号の説明】

【0043】

１：船舶、２：演算装置、３：受信部、１０：固定物、２０：演算装置、３０：ＧＮＳＳ、４０：受信部、１００：対象物、１１０：演算装置、１２０：発信部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】