特開2024-128804ハフ変換を用いたＡＵＶの位置誤差検出システム、プログラム、及び方法
(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】P2024128804
(43)【公開日】2024-09-24
(54)【発明の名称】ハフ変換を用いたＡＵＶの位置誤差検出システム、プログラム、及び方法
(51)【国際特許分類】
G01S 5/28 20060101AFI20240913BHJP
B63C 11/00 20060101ALI20240913BHJP
B63C 11/48 20060101ALI20240913BHJP
G01S 5/30 20060101ALI20240913BHJP
【ＦＩ】
G01S5/28
B63C11/00 B
B63C11/48 D
B63C11/00 C
G01S5/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023038024
(22)【出願日】2023-03-10
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成３１年度、国立研究開発法人海洋研究開発機構 戦略的イノベーション創造プログラム 革新的深海資源調査技術「深海ＡＵＶ複数運用技術に関する研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】501204525
【氏名又は名称】国立研究開発法人 海上・港湾・航空技術研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100098545
【弁理士】
【氏名又は名称】阿部 伸一
(74)【代理人】
【識別番号】100189717
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 貴章
(72)【発明者】
【氏名】岡本 章裕
(72)【発明者】
【氏名】篠野 雅彦
(72)【発明者】
【氏名】金 岡秀
(72)【発明者】
【氏名】藤原 敏文
【テーマコード（参考）】
5J083
【Ｆターム（参考）】
5J083AA05
5J083AB20
5J083AC40
5J083AD01
5J083AE07
5J083AF18
(57)【要約】
【課題】ＡＵＶの自己推定位置に含まれる誤差を、従来とは異なる方法で精度よく検出するＡＵＶの位置誤差検出システム、プログラム、及び方法を提供する。
【解決手段】位置誤差検出システムは、支援船１等に設けられＡＵＶ２の音響測位を行う音響測位手段１０，１１と、ＡＵＶ２を制御する制御手段３０と、ＡＵＶ２に設けられたＩＮＳ２０を備え、制御手段３０は、ＡＵＶ２に対して周回待機の指示と周回待機の実行中におけるＩＮＳ２０による位置推定の指示、及び音響測位手段１０，１１に対してＡＵＶ２の音響測位の指示を行う周回・計測指示部３１と、ＩＮＳ２０により取得されたＡＵＶ２の位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、音響測位手段１０，１１により取得されたＡＵＶ２の位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出し、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道との差に基づいてＩＮＳ２０が推定した位置の誤差を検出する位置誤差検出部３２を有する。
【選択図】図１
【解決手段】位置誤差検出システムは、支援船１等に設けられＡＵＶ２の音響測位を行う音響測位手段１０，１１と、ＡＵＶ２を制御する制御手段３０と、ＡＵＶ２に設けられたＩＮＳ２０を備え、制御手段３０は、ＡＵＶ２に対して周回待機の指示と周回待機の実行中におけるＩＮＳ２０による位置推定の指示、及び音響測位手段１０，１１に対してＡＵＶ２の音響測位の指示を行う周回・計測指示部３１と、ＩＮＳ２０により取得されたＡＵＶ２の位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、音響測位手段１０，１１により取得されたＡＵＶ２の位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出し、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道との差に基づいてＩＮＳ２０が推定した位置の誤差を検出する位置誤差検出部３２を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支援船、ＡＳＶ（自律型洋上中継機）、又は監視拠点から投入したＡＵＶ（自律型無人潜水機）を航走させる際の位置誤差を検出する前記ＡＵＶの位置誤差検出システムであって、
前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶの周辺の水中に設けられ前記ＡＵＶの音響測位を行う音響測位手段と、
前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶに設けられ前記ＡＵＶを制御する制御手段と、
前記ＡＵＶに設けられたＩＮＳ（慣性航法装置）を備え、
前記制御手段は、前記ＡＵＶに対して指定した周回軌道上で周回する周回待機の指示と前記周回待機の実行中における前記ＩＮＳによる位置推定の指示、及び前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶの周辺の水中に設けられた前記音響測位手段に対して前記ＡＵＶの音響測位の指示を行う周回・計測指示部と、前記ＩＮＳにより取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、前記音響測位手段により取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出し、前記ＩＮＳ円軌道と前記音響円軌道との差に基づいて前記ＩＮＳが推定した位置の誤差を検出する位置誤差検出部を有することを特徴とするＡＵＶの位置誤差検出システム。
前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶの周辺の水中に設けられ前記ＡＵＶの音響測位を行う音響測位手段と、
前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶに設けられ前記ＡＵＶを制御する制御手段と、
前記ＡＵＶに設けられたＩＮＳ（慣性航法装置）を備え、
前記制御手段は、前記ＡＵＶに対して指定した周回軌道上で周回する周回待機の指示と前記周回待機の実行中における前記ＩＮＳによる位置推定の指示、及び前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶの周辺の水中に設けられた前記音響測位手段に対して前記ＡＵＶの音響測位の指示を行う周回・計測指示部と、前記ＩＮＳにより取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、前記音響測位手段により取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出し、前記ＩＮＳ円軌道と前記音響円軌道との差に基づいて前記ＩＮＳが推定した位置の誤差を検出する位置誤差検出部を有することを特徴とするＡＵＶの位置誤差検出システム。
【請求項2】
前記位置誤差検出部は、前記ＩＮＳ円軌道と前記音響円軌道のそれぞれについて中心座標を求め、前記ＩＮＳ円軌道と前記音響円軌道との差として、それぞれの前記中心座標に基づいて前記ＩＮＳ円軌道の中心と前記音響円軌道の中心との距離を求め、前記距離が所定範囲内でない場合は前記ＩＮＳによる位置推定の誤差が許容範囲外と判断し、前記ＩＮＳによる位置推定についての補正すべき距離と方向を含む位置誤差補正値を求めることを特徴とする請求項１に記載のＡＵＶの位置誤差検出システム。
【請求項3】
前記制御手段が前記支援船、前記ＡＳＶ、又は前記監視拠点に設けられており、前記周回・計測指示部は、前記位置誤差検出部が求めた前記位置誤差補正値を前記支援船、前記ＡＳＶ、又は前記監視拠点から前記ＡＵＶに音響通信手段により逐次送信し、前記ＡＵＶを指定した期間で前記周回待機させ、前記位置誤差補正値を反映した前記ＩＮＳによる位置推定を指示することを特徴とする請求項２に記載のＡＵＶの位置誤差検出システム。
【請求項4】
前記制御手段は、前記位置誤差検出部において前記ＩＮＳ円軌道の中心と前記音響円軌道の中心との前記距離があらかじめ設定した前記所定範囲に収まるまで、前記周回・計測指示部から前記ＡＵＶに対する前記位置誤差補正値の送信と、指定した前記期間での前記周回待機及び前記ＩＮＳによる前記位置誤差補正値を反映した位置推定の指示を繰り返すことを特徴とする請求項３に記載のＡＵＶの位置誤差検出制御システム。
【請求項5】
前記制御手段は、前記ＡＵＶの位置の推定に、前記ＩＮＳに加え、前記ＡＵＶに搭載したＡＨＲＳ（機首方位姿勢基準装置）、ＤＶＬ（ドップラー速度ログ）、及びＰＤＳ（圧力深度計）からの出力情報を統合して求める位置推定法を用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＡＵＶの位置誤差検出システム。
【請求項6】
支援船、ＡＳＶ（自律型洋上中継機）、又は監視拠点から投入したＩＮＳ（慣性航法装置）を搭載するＡＵＶ（自律型無人潜水機）を航走させる際の位置誤差を検出する前記ＡＵＶの位置誤差検出プログラムであって、
コンピュータに、
前記ＡＵＶに対して指定した周回軌道上で周回する周回待機を指示する周回待機ステップと、
前記周回待機を実行中の前記ＡＵＶに対して前記ＩＮＳによる位置推定を指示するＩＮＳステップと、
前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶの周辺の水中に設けられた音響測位手段に対して前記ＡＵＶの音響測位を指示する音響測位ステップと、
前記ＩＮＳにより取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、前記音響測位手段により取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出する変換ステップと、
前記ＩＮＳ円軌道と前記音響円軌道との差に基づいて前記ＩＮＳによる位置推定の誤差を検出する位置誤差検出ステップを実行させることを特徴とするＡＵＶの位置誤差検出プログラム。
コンピュータに、
前記ＡＵＶに対して指定した周回軌道上で周回する周回待機を指示する周回待機ステップと、
前記周回待機を実行中の前記ＡＵＶに対して前記ＩＮＳによる位置推定を指示するＩＮＳステップと、
前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶの周辺の水中に設けられた音響測位手段に対して前記ＡＵＶの音響測位を指示する音響測位ステップと、
前記ＩＮＳにより取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、前記音響測位手段により取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出する変換ステップと、
前記ＩＮＳ円軌道と前記音響円軌道との差に基づいて前記ＩＮＳによる位置推定の誤差を検出する位置誤差検出ステップを実行させることを特徴とするＡＵＶの位置誤差検出プログラム。
【請求項7】
支援船、ＡＳＶ（自律型洋上中継機）、又は監視拠点から投入したＩＮＳ（慣性航法装置）を搭載するＡＵＶ（自律型無人潜水機）を航走させる際の位置誤差を検出する前記ＡＵＶの位置誤差検出方法であって、
前記ＡＵＶを指定した周回軌道上で周回しながら待機させる周回待機ステップと、
周回待機中の前記ＡＵＶにおいてＩＮＳによる位置推定を行うＩＮＳステップと、
前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶの周辺の水中に設けられた音響測位手段から前記ＡＵＶの音響測位を行う音響測位ステップと、
前記ＩＮＳにより取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、前記音響測位手段により取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出する変換ステップと、
前記ＩＮＳ円軌道と前記音響円軌道との差に基づいて前記ＩＮＳによる位置推定の誤差を検出する位置誤差検出ステップを有することを特徴とするＡＵＶの位置誤差検出方法。
前記ＡＵＶを指定した周回軌道上で周回しながら待機させる周回待機ステップと、
周回待機中の前記ＡＵＶにおいてＩＮＳによる位置推定を行うＩＮＳステップと、
前記支援船、前記ＡＳＶ、前記監視拠点、又は前記ＡＵＶの周辺の水中に設けられた音響測位手段から前記ＡＵＶの音響測位を行う音響測位ステップと、
前記ＩＮＳにより取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、前記音響測位手段により取得された前記ＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出する変換ステップと、
前記ＩＮＳ円軌道と前記音響円軌道との差に基づいて前記ＩＮＳによる位置推定の誤差を検出する位置誤差検出ステップを有することを特徴とするＡＵＶの位置誤差検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、支援船又はＡＳＶ（Autonomous surface vehicle：自律型洋上中継機）等から投入したＡＵＶ（Autonomous underwater vehicle：自律型無人潜水機）を航走させる際の位置誤差を検出するＡＵＶの位置誤差検出システム、プログラム、及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＡＵＶは、海底を詳細かつ効率的に探査するためのプラットフォームとして広く利用されている。ＲＯＶ（Remotely operated vehicle：無人潜水機）と比較して、ＡＵＶは支援船からのテザーケーブルによって拘束されることなく航行することができ、深海底の詳細な探査に特に有用である。
ここで、特許文献１には、洋上中継器は定期的に各種データを取得し、重複状態判断部は得られた各種データに基づいて洋上中継器自らが放射する音波ビームと他の１つの航走体グループに含まれる母船及び／または他の洋上中継器が放射する音波ビーム同士の音波競合の範囲を演算し音波ビームの重複状態を判断し、回避行動判断部は、重複状態に基づいて音波競合を排除するための回避行動の必要性を判断し、回避行動が必要と判断すると回避行動実行部が回避行動を実行する水中観測システムの音波競合排除方法が開示されており、段落００３２には、洋上中継器と自律型無人潜水機が終了地点で旋回待機を行うことが記載されている。
また、特許文献２には、目標物を検知する検知手段と自己位置推定手段を搭載した水中航走体に目標物の位置を設定して航走させて目標物に接近させ、検知手段で目標物を検知した検知データを取得し、検知データを監視手段に無線通信を利用して伝送し、監視手段において検知データに基づいて目標物と水中航走体との間の位置的誤差を監視し、位置的誤差がある場合に操作手段により自己位置推定手段における自己位置の推定の誤差に起因する位置的誤差を解消する処理を行う水中航走体の自己位置推定誤差補正方法が開示されている。
また、特許文献３には、中継機推進手段と中継機位置計測手段を有した水上中継機と、航走体位置推定手段を有した水中航走体と、水中航走体で得られた画像情報を含む取得情報の伝送を行う情報伝送線と、水上中継機と水中航走体に目標緯度及び目標経度を設定する位置設定手段と、水上中継機と水中航走体を制御する制御手段とを備え、設定された目標緯度及び目標経度と中継機位置計測手段で計測された水上位置に基づいて中継機推進手段を駆動し水上中継機の位置を制御手段で制御するとともに、設定された目標緯度及び目標経度と航走体位置推定手段で推定された水中位置に基づいて水中航走体の位置を制御手段で制御することで、水中航走体と水上中継機が目標緯度及び目標経度まで水面と水中における鉛直位置関係を保持しながら並走するように構成した水上中継機と水中航走体との連結システムが開示されている。
ここで、特許文献１には、洋上中継器は定期的に各種データを取得し、重複状態判断部は得られた各種データに基づいて洋上中継器自らが放射する音波ビームと他の１つの航走体グループに含まれる母船及び／または他の洋上中継器が放射する音波ビーム同士の音波競合の範囲を演算し音波ビームの重複状態を判断し、回避行動判断部は、重複状態に基づいて音波競合を排除するための回避行動の必要性を判断し、回避行動が必要と判断すると回避行動実行部が回避行動を実行する水中観測システムの音波競合排除方法が開示されており、段落００３２には、洋上中継器と自律型無人潜水機が終了地点で旋回待機を行うことが記載されている。
また、特許文献２には、目標物を検知する検知手段と自己位置推定手段を搭載した水中航走体に目標物の位置を設定して航走させて目標物に接近させ、検知手段で目標物を検知した検知データを取得し、検知データを監視手段に無線通信を利用して伝送し、監視手段において検知データに基づいて目標物と水中航走体との間の位置的誤差を監視し、位置的誤差がある場合に操作手段により自己位置推定手段における自己位置の推定の誤差に起因する位置的誤差を解消する処理を行う水中航走体の自己位置推定誤差補正方法が開示されている。
また、特許文献３には、中継機推進手段と中継機位置計測手段を有した水上中継機と、航走体位置推定手段を有した水中航走体と、水中航走体で得られた画像情報を含む取得情報の伝送を行う情報伝送線と、水上中継機と水中航走体に目標緯度及び目標経度を設定する位置設定手段と、水上中継機と水中航走体を制御する制御手段とを備え、設定された目標緯度及び目標経度と中継機位置計測手段で計測された水上位置に基づいて中継機推進手段を駆動し水上中継機の位置を制御手段で制御するとともに、設定された目標緯度及び目標経度と航走体位置推定手段で推定された水中位置に基づいて水中航走体の位置を制御手段で制御することで、水中航走体と水上中継機が目標緯度及び目標経度まで水面と水中における鉛直位置関係を保持しながら並走するように構成した水上中継機と水中航走体との連結システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－０４１２８１号公報
【特許文献2】特開２０２１－１１６０１９号公報
【特許文献3】特開２０２２－１４５６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
電波は水中での減衰が大きいことにより、ＧＮＳＳ（Global navigation satellite system：全地球航法衛星システム）に依存してＡＵＶの位置を決定することはできない。そのため、ＡＨＲＳ（Attitude heading reference system：機首方位姿勢基準装置）、ＤＶＬ（Doppler velocity log：ドップラー速度ログ）、及びＰＤＳ（Pressure depth sensor：圧力深度計）などのセンサーからの情報を統合して位置を推定するＩＮＳ（Inertial navigation system：慣性航法装置）が推測航法に使用されている。
しかし、ＡＵＶを深い水域で使用する場合、ＡＵＶが海底に接近するまでＩＮＳはＤＶＬから対地速度を得ることができないため、純慣性航法だけとなり、位置誤差の大きな蓄積をもたらす。この問題を解決するために、音響通信を介してコマンドを送信する支援船やＡＳＶなどの洋上局から、ＵＳＢＬ(Ultra-short baseline：超短基線方式)などの音響水中測位システムを用いてＡＵＶの位置を計測し、ＡＵＶの位置誤差を低減するための補正指令を送信することが行われているが、音響測位には外れ値が多く、ノイズにより位置データが得られないこともある。したがって、水中を航行するＡＵＶの位置を正確に把握することは困難である。
外れ値の位置データは、予測フィルタに悪影響を及ぼす。これらの外れ値を除去するための研究がいくつか行われているが、多くの外れ値と測定値の欠落により、ＡＵＶのオペレータがＡＵＶの将来の位置を予測して誤差補正を行うことが困難となっている。
また、水中環境における音響通信及び音響測位は、支援船、ＡＵＶ自体、多重反射などからによるノイズの影響を受ける。そのような不安定さにより発生する測位誤差や外れ値、欠測などの悪影響を軽減するためには、ＡＵＶの軌跡の形状パターンに基づく誤差推定が有効である。例えば、直線や円軌道上を移動するＡＵＶの位置データから最小二乗法を用いて誤差を求める方法が考えられる。しかし、最小二乗法を使用すると、各位置データの変動の影響を最小限に抑えることができるが、原則としてすべての値が計算で考慮されるため、外れ値が結果に悪影響を及ぼす可能性がある。
しかし、ＡＵＶを深い水域で使用する場合、ＡＵＶが海底に接近するまでＩＮＳはＤＶＬから対地速度を得ることができないため、純慣性航法だけとなり、位置誤差の大きな蓄積をもたらす。この問題を解決するために、音響通信を介してコマンドを送信する支援船やＡＳＶなどの洋上局から、ＵＳＢＬ(Ultra-short baseline：超短基線方式)などの音響水中測位システムを用いてＡＵＶの位置を計測し、ＡＵＶの位置誤差を低減するための補正指令を送信することが行われているが、音響測位には外れ値が多く、ノイズにより位置データが得られないこともある。したがって、水中を航行するＡＵＶの位置を正確に把握することは困難である。
外れ値の位置データは、予測フィルタに悪影響を及ぼす。これらの外れ値を除去するための研究がいくつか行われているが、多くの外れ値と測定値の欠落により、ＡＵＶのオペレータがＡＵＶの将来の位置を予測して誤差補正を行うことが困難となっている。
また、水中環境における音響通信及び音響測位は、支援船、ＡＵＶ自体、多重反射などからによるノイズの影響を受ける。そのような不安定さにより発生する測位誤差や外れ値、欠測などの悪影響を軽減するためには、ＡＵＶの軌跡の形状パターンに基づく誤差推定が有効である。例えば、直線や円軌道上を移動するＡＵＶの位置データから最小二乗法を用いて誤差を求める方法が考えられる。しかし、最小二乗法を使用すると、各位置データの変動の影響を最小限に抑えることができるが、原則としてすべての値が計算で考慮されるため、外れ値が結果に悪影響を及ぼす可能性がある。
【0005】
特許文献１は、ＡＵＶによる自己位置推定の誤差を検出するものではない。また、特許文献２及び特許文献３には、ＡＵＶの自己位置推定の誤差を修正する方法が開示されているが、誤差の修正には水中の目標物等を利用するものである。
そこで本発明は、ＡＵＶの自己推定位置に含まれる誤差を、従来とは異なる方法で精度よく検出するＡＵＶの位置誤差検出システム、プログラム、及び方法を提供することを目的とする。
そこで本発明は、ＡＵＶの自己推定位置に含まれる誤差を、従来とは異なる方法で精度よく検出するＡＵＶの位置誤差検出システム、プログラム、及び方法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】
請求項１記載に対応したＡＵＶの位置誤差検出システムにおいては、支援船、ＡＳＶ（自律型洋上中継機）、又は監視拠点から投入したＡＵＶ（自律型無人潜水機）を航走させる際の位置誤差を検出するＡＵＶの位置誤差検出システムであって、支援船、ＡＳＶ、監視拠点、又はＡＵＶの周辺の水中に設けられＡＵＶの音響測位を行う音響測位手段と、支援船、ＡＳＶ、監視拠点、又はＡＵＶに設けられＡＵＶを制御する制御手段と、ＡＵＶに設けられたＩＮＳ（慣性航法装置）を備え、制御手段は、ＡＵＶに対して指定した周回軌道上で周回する周回待機の指示と周回待機の実行中におけるＩＮＳによる位置推定の指示、及び支援船、ＡＳＶ、監視拠点、又はＡＵＶの周辺の水中に設けられた音響測位手段に対してＡＵＶの音響測位の指示を行う周回・計測指示部と、ＩＮＳにより取得されたＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、音響測位手段により取得されたＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出し、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道との差に基づいてＩＮＳが推定した位置の誤差を検出する位置誤差検出部を有することを特徴とする。
請求項１に記載の本発明によれば、ＡＵＶが備えるＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
請求項１に記載の本発明によれば、ＡＵＶが備えるＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
【0007】
請求項２記載の本発明は、位置誤差検出部は、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道のそれぞれについて中心座標を求め、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道との差として、それぞれの中心座標に基づいてＩＮＳ円軌道の中心と音響円軌道の中心との距離を求め、距離が所定範囲内でない場合はＩＮＳによる位置推定の誤差が許容範囲外と判断し、ＩＮＳによる位置推定についての補正すべき距離と方向を含む位置誤差補正値を求めることを特徴とする。
請求項２に記載の本発明によれば、位置誤差補正値を精度よく導出し、ＩＮＳが推定した位置を位置誤差補正値で補正することができる。
請求項２に記載の本発明によれば、位置誤差補正値を精度よく導出し、ＩＮＳが推定した位置を位置誤差補正値で補正することができる。
【0008】
請求項３記載の本発明は、制御手段が支援船、ＡＳＶ、又は監視拠点に設けられており、周回・計測指示部は、位置誤差検出部が求めた位置誤差補正値を支援船、ＡＳＶ、又は監視拠点からＡＵＶに音響通信手段により逐次送信し、ＡＵＶを指定した期間で周回待機させ、位置誤差補正値を反映したＩＮＳによる位置推定を指示することを特徴とする。
請求項３に記載の本発明によれば、ＡＵＶは受信した位置誤差補正値に基づく位置の補正を繰り返しながら周回軌道上での周回（周回待機）を続けるため、ＩＮＳが推定した位置をより精度よく補正することができる。
請求項３に記載の本発明によれば、ＡＵＶは受信した位置誤差補正値に基づく位置の補正を繰り返しながら周回軌道上での周回（周回待機）を続けるため、ＩＮＳが推定した位置をより精度よく補正することができる。
【0009】
請求項４記載の本発明は、制御手段は、位置誤差検出部においてＩＮＳ円軌道の中心と音響円軌道の中心との距離があらかじめ設定した所定範囲に収まるまで、周回・計測指示部からＡＵＶに対する位置誤差補正値の送信と、指定した期間での周回待機及びＩＮＳによる位置誤差補正値を反映した位置推定の指示を繰り返すことを特徴とする。
請求項４に記載の本発明によれば、ＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差を所定値内に収めることができる。
請求項４に記載の本発明によれば、ＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差を所定値内に収めることができる。
【0010】
請求項５記載の本発明は、制御手段は、ＡＵＶの位置の推定に、ＩＮＳに加え、ＡＵＶに搭載したＡＨＲＳ（機首方位姿勢基準装置）、ＤＶＬ（ドップラー速度ログ）及びＰＤＳ（圧力深度計）からの出力情報を統合して求める位置推定法を用いることを特徴とする。
請求項５に記載の本発明によれば、海底に接近した後はＤＶＬから対地速度を得て位置情報を精度よく求めることができる。
請求項５に記載の本発明によれば、海底に接近した後はＤＶＬから対地速度を得て位置情報を精度よく求めることができる。
【0011】
請求項６記載に対応したＡＵＶの位置誤差検出プログラムにおいては、支援船、ＡＳＶ（自律型洋上中継機）、又は監視拠点から投入したＩＮＳ（慣性航法装置）を搭載するＡＵＶ（自律型無人潜水機）を航走させる際の位置誤差を検出するＡＵＶの位置誤差検出プログラムであって、コンピュータに、ＡＵＶに対して指定した周回軌道上で周回する周回待機を指示する周回待機ステップと、周回待機を実行中のＡＵＶに対してＩＮＳによる位置推定を指示するＩＮＳステップと、支援船、ＡＳＶ、監視拠点、又はＡＵＶの周辺の水中に設けられた音響測位手段に対してＡＵＶの音響測位を指示する音響測位ステップと、ＩＮＳにより取得されたＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、音響測位手段により取得されたＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出する変換ステップと、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道との差に基づいてＩＮＳによる位置推定の誤差を検出する位置誤差検出ステップを実行させることを特徴とする。
請求項６に記載の本発明によれば、コンピュータにより、ＡＵＶが備えるＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
請求項６に記載の本発明によれば、コンピュータにより、ＡＵＶが備えるＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
【0012】
請求項７記載に対応したＡＵＶの位置誤差検出方法においては、支援船、ＡＳＶ（自律型洋上中継機）、又は監視拠点から投入したＩＮＳ（慣性航法装置）を搭載するＡＵＶ（自律型無人潜水機）を航走させる際の位置誤差を検出するＡＵＶの位置誤差検出方法であって、ＡＵＶを指定した周回軌道上で周回しながら待機させる周回待機ステップと、周回待機中のＡＵＶにおいてＩＮＳによる位置推定を行うＩＮＳステップと、支援船、ＡＳＶ、監視拠点、又はＡＵＶの周辺の水中に設けられた音響測位手段からＡＵＶの音響測位を行う音響測位ステップと、ＩＮＳにより取得されたＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、音響測位手段により取得されたＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出する変換ステップと、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道との差に基づいてＩＮＳによる位置推定の誤差を検出する位置誤差検出ステップを有することを特徴とする。
請求項７に記載の本発明によれば、ＡＵＶが備えるＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
請求項７に記載の本発明によれば、ＡＵＶが備えるＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明のＡＵＶの位置誤差検出システムによれば、ＡＵＶが備えるＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
【0014】
また、位置誤差検出部は、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道のそれぞれについて中心座標を求め、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道との差として、それぞれの中心座標に基づいてＩＮＳ円軌道の中心と音響円軌道の中心との距離を求め、距離が所定範囲内でない場合はＩＮＳによる位置推定の誤差が許容範囲外と判断し、ＩＮＳによる位置推定についての補正すべき距離と方向を含む位置誤差補正値を求める場合には、位置誤差補正値を精度よく導出し、ＩＮＳが推定した位置を位置誤差補正値で補正することができる。
【0015】
また、制御手段が支援船、ＡＳＶ、又は監視拠点に設けられており、周回・計測指示部は、位置誤差検出部が求めた位置誤差補正値を支援船、ＡＳＶ、又は監視拠点からＡＵＶに音響通信手段により逐次送信し、ＡＵＶを指定した期間で周回待機させ、位置誤差補正値を反映したＩＮＳによる位置推定を指示する場合には、ＡＵＶは受信した位置誤差補正値に基づく位置の補正を繰り返しながら周回軌道上での周回（周回待機）を続けるため、ＩＮＳが推定した位置をより精度よく補正することができる。
【0016】
また、制御手段は、位置誤差検出部においてＩＮＳ円軌道の中心と音響円軌道の中心との距離があらかじめ設定した所定範囲に収まるまで、周回・計測指示部からＡＵＶに対する位置誤差補正値の送信と、指定した期間での周回待機及びＩＮＳによる位置誤差補正値を反映した位置推定の指示を繰り返す場合には、ＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差を所定値内に収めることができる。
【0017】
また、制御手段は、ＡＵＶの位置の推定に、ＩＮＳに加え、ＡＵＶに搭載したＡＨＲＳ（機首方位姿勢基準装置）、ＤＶＬ（ドップラー速度ログ）及びＰＤＳ（圧力深度計）からの出力情報を統合して求める位置推定法を用いる場合には、海底に接近した後はＤＶＬから対地速度を得て位置情報を精度よく求めることができる。
【0018】
また、本発明のＡＵＶの位置誤差検出プログラムによれば、コンピュータにより、ＡＵＶが備えるＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
【0019】
また、本発明のＡＵＶの位置誤差検出方法によれば、ＡＵＶが備えるＩＮＳが推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の実施形態によるＡＵＶの位置誤差検出システムの機能ブロック図
【図2】同ＡＵＶが旋回待機している状態を示す概念図
【図3】同位置誤差補正のフローチャート
【図4】同ハフ変換による円検出処理のフローチャート
【図5】同観測位置をハフパラメータ空間に変換した例を示す図
【図6】本発明の他の実施形態によるＡＵＶの位置誤差検出においてＡＵＶが旋回待機している状態を示す概念図
【図7】本発明の更に他の実施形態によるＡＵＶの位置誤差検出においてＡＵＶが旋回待機している状態を示す概念図
【図8】同海上試験における潜航中のＡＵＶ位置の軌跡を示す図
【図9】同海上試験における円軌道の検出結果を示す図
【図10】同海上試験における検出された円の半径の時系列変動を示す図
【図11】同海上試験におけるＡＵＶに記録されたＩＮＳ－ＬＯＧの位置データと支援船からのＵＳＢＬの位置データとのタイムスタンプによる距離差を示した図
【図12】同海上試験に関連したシミュレーションによる検出結果を示す図
【図13】同海上試験に関連したシミュレーションにおいて元のＵＳＢＬデータと誤差が追加されたデータのハフパラメータ空間を示す図
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の実施形態によるＡＵＶの位置誤差検出システム、ＡＵＶの位置誤差検出プログラム、及びＡＵＶの位置誤差検出方法について説明する。
図１はＡＵＶの位置誤差検出システムの機能ブロック図、図２はＡＵＶが旋回待機している状態を示す概念図である。
図２に示すように、ＡＵＶ（自律型無人潜水機）２は、水上に位置する支援船１の管制下において海底資源の探査などを行う。なお、支援船１と共に、又は支援船１に代えてＡＳＶ（自律型洋上中継機）を用いてもよい。
図１に示すように、位置誤差検出システムは、水中のＡＵＶ２を音響測位する音響測位手段１０と、ＡＵＶ２の自己位置推定に用いるＩＮＳ（慣性航法装置）２０と、ＡＵＶ２の制御に用いる制御手段３０を備える。
音響測位手段１０及び制御手段３０は、水中のＡＵＶ２の管制等を行う支援船１に搭載され、ＩＮＳ２０は水中で探査等を行うＡＵＶ２に搭載されている。音響測位手段１０は、ＵＳＢＬ（超短基線方式）による音響測位を行うものであり、以下の説明においては「ＵＳＢＬ測位手段」と表記することがある。制御手段３０は、周回・計測指示部３１と、位置誤差検出部３２を有する。なお、制御手段３０は、ＡＵＶ２の内部に設けることも可能である。
支援船１は、ＵＳＢＬ測位手段１０及び制御手段３０の他に、位置座標を取得するＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）４０と、ＡＵＶ２との音響通信に用いる音響通信手段５０（第一音響通信手段５０Ａ）を備える。
ＡＵＶ２は、ＩＮＳ２０の他に、支援船１との音響通信に用いる音響通信手段５０（第二音響通信手段５０Ｂ）と、機首方位及び姿勢を取得するＡＨＲＳ（機首方位姿勢基準装置）６０と、対地速度及び高度を取得するＤＶＬ（ドップラー速度ログ）７０と、圧力及び深度を取得するＰＤＳ（圧力深度計）８０を備える。航行中のＡＵＶ２は、海底に接近する際にＲＯＶのようにケーブルに拘束されることなく、水中を自由に移動し、正確な軌道を描くことができる。そのため、巡航中のＡＵＶ２は、海底に接近する際の制御を維持するために、調査航行開始前の定常旋回として円軌道を維持しながら待機する。
図１はＡＵＶの位置誤差検出システムの機能ブロック図、図２はＡＵＶが旋回待機している状態を示す概念図である。
図２に示すように、ＡＵＶ（自律型無人潜水機）２は、水上に位置する支援船１の管制下において海底資源の探査などを行う。なお、支援船１と共に、又は支援船１に代えてＡＳＶ（自律型洋上中継機）を用いてもよい。
図１に示すように、位置誤差検出システムは、水中のＡＵＶ２を音響測位する音響測位手段１０と、ＡＵＶ２の自己位置推定に用いるＩＮＳ（慣性航法装置）２０と、ＡＵＶ２の制御に用いる制御手段３０を備える。
音響測位手段１０及び制御手段３０は、水中のＡＵＶ２の管制等を行う支援船１に搭載され、ＩＮＳ２０は水中で探査等を行うＡＵＶ２に搭載されている。音響測位手段１０は、ＵＳＢＬ（超短基線方式）による音響測位を行うものであり、以下の説明においては「ＵＳＢＬ測位手段」と表記することがある。制御手段３０は、周回・計測指示部３１と、位置誤差検出部３２を有する。なお、制御手段３０は、ＡＵＶ２の内部に設けることも可能である。
支援船１は、ＵＳＢＬ測位手段１０及び制御手段３０の他に、位置座標を取得するＧＮＳＳ（全地球航法衛星システム）４０と、ＡＵＶ２との音響通信に用いる音響通信手段５０（第一音響通信手段５０Ａ）を備える。
ＡＵＶ２は、ＩＮＳ２０の他に、支援船１との音響通信に用いる音響通信手段５０（第二音響通信手段５０Ｂ）と、機首方位及び姿勢を取得するＡＨＲＳ（機首方位姿勢基準装置）６０と、対地速度及び高度を取得するＤＶＬ（ドップラー速度ログ）７０と、圧力及び深度を取得するＰＤＳ（圧力深度計）８０を備える。航行中のＡＵＶ２は、海底に接近する際にＲＯＶのようにケーブルに拘束されることなく、水中を自由に移動し、正確な軌道を描くことができる。そのため、巡航中のＡＵＶ２は、海底に接近する際の制御を維持するために、調査航行開始前の定常旋回として円軌道を維持しながら待機する。
【0022】
図３は位置誤差補正のフローチャートである。
支援船１でＡＵＶ２を監視するオペレータ、又は制御手段３０の周回・計測指示部３１は、ＡＵＶ２に対し、指定した周回（旋回）軌道上で周回する周回待機を行わせる。支援船１から探査水域に投入されたＡＵＶ２は海底に向けて降下し、指定された軌道（半径）と期間（時間、指定時刻）で調査航行開始前の周回待機（定常旋回）を行う（Ｓ１：周回待機ステップ）。
また、オペレータ又は周回・計測指示部３１は、ＡＵＶ２に対し、位置座標をＡＵＶ２単独のＩＮＳ２０による位置推定で求めるように指示する。当該指示を受信したＡＵＶ２は、取得した自己の位置座標を地球座標でオペレータ又は周回・計測指示部３１へ第二音響通信手段５０Ｂから逐次報告する（Ｓ２：ＩＮＳステップ）。制御手段３０は、ＡＵＶ２の位置推定に、ＩＮＳ２０に加え、ＡＵＶ２に搭載したＡＨＲＳ６０、ＤＶＬ７０、及びＰＤＳ８０のセンサーからの出力情報を統合して求める位置推定法を用いることが好ましい。これにより、海底に接近した後はＤＶＬ７０から対地速度を得て位置情報を精度よく求めることができる。
オペレータ又は周回・計測指示部３１は、ＡＵＶ２が潜航を開始した時点でＩＮＳ２０とＵＳＢＬ測位手段１０からの位置データ（位置座標）の受信を開始する。地球座標(すなわち緯度と経度)におけるＡＵＶ２の位置は、ＧＮＳＳ４０及びＵＳＢＬ測位手段１０を使用して支援船１から計測することができる。オペレータ又は周回・計測指示部３１は、ＵＳＢＬ測位手段１０に対し、周回待機中のＡＵＶ２を音響測位して位置座標を求めるように指示する。当該指示を受信したＵＳＢＬ測位手段１０は、ＡＵＶ２を音響測位して得られた位置座標をオペレータ又は周回・計測指示部３１へ逐次送信する（Ｓ３：音響測位ステップ）。
支援船１でＡＵＶ２を監視するオペレータ、又は制御手段３０の周回・計測指示部３１は、ＡＵＶ２に対し、指定した周回（旋回）軌道上で周回する周回待機を行わせる。支援船１から探査水域に投入されたＡＵＶ２は海底に向けて降下し、指定された軌道（半径）と期間（時間、指定時刻）で調査航行開始前の周回待機（定常旋回）を行う（Ｓ１：周回待機ステップ）。
また、オペレータ又は周回・計測指示部３１は、ＡＵＶ２に対し、位置座標をＡＵＶ２単独のＩＮＳ２０による位置推定で求めるように指示する。当該指示を受信したＡＵＶ２は、取得した自己の位置座標を地球座標でオペレータ又は周回・計測指示部３１へ第二音響通信手段５０Ｂから逐次報告する（Ｓ２：ＩＮＳステップ）。制御手段３０は、ＡＵＶ２の位置推定に、ＩＮＳ２０に加え、ＡＵＶ２に搭載したＡＨＲＳ６０、ＤＶＬ７０、及びＰＤＳ８０のセンサーからの出力情報を統合して求める位置推定法を用いることが好ましい。これにより、海底に接近した後はＤＶＬ７０から対地速度を得て位置情報を精度よく求めることができる。
オペレータ又は周回・計測指示部３１は、ＡＵＶ２が潜航を開始した時点でＩＮＳ２０とＵＳＢＬ測位手段１０からの位置データ（位置座標）の受信を開始する。地球座標(すなわち緯度と経度)におけるＡＵＶ２の位置は、ＧＮＳＳ４０及びＵＳＢＬ測位手段１０を使用して支援船１から計測することができる。オペレータ又は周回・計測指示部３１は、ＵＳＢＬ測位手段１０に対し、周回待機中のＡＵＶ２を音響測位して位置座標を求めるように指示する。当該指示を受信したＵＳＢＬ測位手段１０は、ＡＵＶ２を音響測位して得られた位置座標をオペレータ又は周回・計測指示部３１へ逐次送信する（Ｓ３：音響測位ステップ）。
【0023】
次に、周回待機するＡＵＶ２の周回軌道（円軌道）を求めるためにハフ変換（Hough transform）を行う（Ｓ４：変換ステップ）。ハフ変換は、直線や円などのパラメータを用いて表現可能な図形パターンを抽出する手法である。最も妥当なパラメータが投票及び多数決規則によって決定されるため、図形要素に属さないノイズ成分及びオクルージョン（遮蔽、手前に物体があって隠れる）などの図形要素の欠損に対してロバストである。
ここで、図４はハフ変換による円検出処理のフローチャートである。
ハフ変換による円検出は、３次元離散空間であるハフパラメータ空間における候補座標に投票することにより決定される。
オペレータ又は位置誤差検出部３２は、ハフ変換による周回軌道の検出を開始すると、まずＵＳＢＬ測位手段１０により取得された位置データのおおまかな分布を把握し、手動又は自動でハフパラメータ空間の原点である基準座標を設定する。これは、ＩＮＳ２０で発生する誤差を予測することは困難なためである。原点の決定と他のパラメータの初期化は、ハフパラメータ空間の初期化プロセスである。
次に、オペレータ又は位置誤差検出部３２は、ＩＮＳ２０及びＵＳＢＬ測位手段１０から受信した各位置データ（位置座標）に対してハフ変換の計算プロセスを適用する。両円の半径が所定の値に収束するまで各円を検出し、中心間の距離を求める。
ここで、図４はハフ変換による円検出処理のフローチャートである。
ハフ変換による円検出は、３次元離散空間であるハフパラメータ空間における候補座標に投票することにより決定される。
オペレータ又は位置誤差検出部３２は、ハフ変換による周回軌道の検出を開始すると、まずＵＳＢＬ測位手段１０により取得された位置データのおおまかな分布を把握し、手動又は自動でハフパラメータ空間の原点である基準座標を設定する。これは、ＩＮＳ２０で発生する誤差を予測することは困難なためである。原点の決定と他のパラメータの初期化は、ハフパラメータ空間の初期化プロセスである。
次に、オペレータ又は位置誤差検出部３２は、ＩＮＳ２０及びＵＳＢＬ測位手段１０から受信した各位置データ（位置座標）に対してハフ変換の計算プロセスを適用する。両円の半径が所定の値に収束するまで各円を検出し、中心間の距離を求める。
【0024】
図５は観測位置をハフパラメータ空間に変換した例を示す図である。
図５の例では、予め以下のパラメータを設定した。
- 基準位置座標は、ハフパラメータ空間の原点を定義して、観測位置を絶対地理座標系から相対座標系に変換する。なお、図５ではハフパラメータ空間を「ＨＰＳ」と表記している。
- 探索範囲は、ハフパラメータ空間の各軸の基準位置座標からの範囲を指定する。探索領域は、北－南方向のＮレンジと東－西方向のＥレンジで構成される。Ｒレンジは、検出する半径の探索範囲である。
- Ｎレンジ、Ｅレンジ、及びＲレンジは、それぞれ分解能ΔＮ、ΔＥ、ΔＲで離散化した。
最初に、新しく観測された位置(点α)が、世界座標（緯度と経度）から変換される。世界測地系（ＷＧＳ８４）を２次元デカルト座標系に変換する。基準位置からの北方向と東方向は、カーニー法（Karney method）による下式（１）で計算された間隔と方位θによる。離散化されたハフパラメータ空間では、観測位置の座標は（ｎｉ，ｅｉ）、円の中心は(ｎｃ，ｅｃ)、半径はｒと仮定される。
図５の例では、予め以下のパラメータを設定した。
- 基準位置座標は、ハフパラメータ空間の原点を定義して、観測位置を絶対地理座標系から相対座標系に変換する。なお、図５ではハフパラメータ空間を「ＨＰＳ」と表記している。
- 探索範囲は、ハフパラメータ空間の各軸の基準位置座標からの範囲を指定する。探索領域は、北－南方向のＮレンジと東－西方向のＥレンジで構成される。Ｒレンジは、検出する半径の探索範囲である。
- Ｎレンジ、Ｅレンジ、及びＲレンジは、それぞれ分解能ΔＮ、ΔＥ、ΔＲで離散化した。
最初に、新しく観測された位置(点α)が、世界座標（緯度と経度）から変換される。世界測地系（ＷＧＳ８４）を２次元デカルト座標系に変換する。基準位置からの北方向と東方向は、カーニー法（Karney method）による下式（１）で計算された間隔と方位θによる。離散化されたハフパラメータ空間では、観測位置の座標は（ｎｉ，ｅｉ）、円の中心は(ｎｃ，ｅｃ)、半径はｒと仮定される。
【数1】
【0025】
観測された位置（ｎｉ，ｅｉ）は、円の成分を得るための候補である。各ｒについて、（ｎｉ，ｅｉ）を中心とした円の端を含む（ｎ，ｅ）の組み合わせの中心候補座標の票を集める。
推定中心位置と半径（ｎｃ＾，ｅｉ＾，ｒ＾）は、観測位置データを３つ以上ハフパラメータ空間に変換して投票した場合、下式（２）の最大値探索により求めることができる。
ｒ＾の値は、観測された各位置データ点に誤差が含まれているため、投票数が少ない場合には不安定で変動する。ｒ＾の値が一定値に収束するまで、位置座標の受信と、ハフパラメータ空間への投票と、最大投票値の探索と、円の中心・半径の計算を繰り返し、収束後、推定値を最確の中心位置座標及び半径値としてハフ変換による円検出処理を終了する。
推定中心位置と半径（ｎｃ＾，ｅｉ＾，ｒ＾）は、観測位置データを３つ以上ハフパラメータ空間に変換して投票した場合、下式（２）の最大値探索により求めることができる。
【数2】
【0026】
図３に示すように、オペレータ又は位置誤差検出部３２は、ＩＮＳ２０から受信した位置データとＵＳＢＬ測位手段１０から受信した位置データのどちらか一方についてのハフ変換による円検出処理が終了した場合は、他方についてもハフ変換による円検出が終了したか否かを判断する。そして、他方についての円検出が終了していない（ＮＯ）と判断した場合は、他方についての円検出を継続する。
一方、他方についての円検出も終了している、すなわち両方の円検出が終了している（ＹＥＳ）と判断した場合は、両者の検出円の中心間距離を算出する（Ｓ５：位置誤差検出ステップ）。この円中心間距離は両円を検出したときに補正する必要がある誤差距離（ＩＮＳ誤差）を意味する。オペレータ又は位置誤差検出部３２は、この誤差距離が許容範囲（所定範囲）内であるか否かを判断し、許容範囲外（ＮＯ）と判断した場合には、位置誤差補正値としての補正する距離と方向を含む位置補正コマンド（誤差情報）を音響通信によりＡＵＶ２に送信する。位置補正コマンドを受信したＡＵＶ２はそのコマンドに基づいて自身の位置情報を補正して更新し、引き続きＩＮＳ２０で取得した位置情報の送信を継続する。オペレータ又は位置誤差検出部３２は、ＡＵＶ２から受信した位置情報とＵＳＢＬ測位手段１０から受信した位置情報に基づいて引き続きハフ変換による円検出処理を行い、誤差距離が許容範囲内（ＹＥＳ）と判断するまでこの手順を繰り返す。
一方、他方についての円検出も終了している、すなわち両方の円検出が終了している（ＹＥＳ）と判断した場合は、両者の検出円の中心間距離を算出する（Ｓ５：位置誤差検出ステップ）。この円中心間距離は両円を検出したときに補正する必要がある誤差距離（ＩＮＳ誤差）を意味する。オペレータ又は位置誤差検出部３２は、この誤差距離が許容範囲（所定範囲）内であるか否かを判断し、許容範囲外（ＮＯ）と判断した場合には、位置誤差補正値としての補正する距離と方向を含む位置補正コマンド（誤差情報）を音響通信によりＡＵＶ２に送信する。位置補正コマンドを受信したＡＵＶ２はそのコマンドに基づいて自身の位置情報を補正して更新し、引き続きＩＮＳ２０で取得した位置情報の送信を継続する。オペレータ又は位置誤差検出部３２は、ＡＵＶ２から受信した位置情報とＵＳＢＬ測位手段１０から受信した位置情報に基づいて引き続きハフ変換による円検出処理を行い、誤差距離が許容範囲内（ＹＥＳ）と判断するまでこの手順を繰り返す。
【0027】
このように、本実施形態の位置誤差検出システム又は方法を用いることで、ＡＵＶ２が備えるＩＮＳ２０が求めた位置座標に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
また、位置誤差補正値を精度よく導出し、ＩＮＳ２０が推定した位置を位置誤差補正値で補正することができる。
また、ＡＵＶ２は受信した位置誤差補正値に基づく位置座標の補正を繰り返しながら周回軌道上での周回（周回待機）を続けるため、ＩＮＳ２０が推定した位置をより精度よく補正することができる。
また、位置誤差検出部３２の誤差補正は、ＩＮＳ周回軌道とＵＳＢＬ周回軌道の中心座標間の距離があらかじめ設定した所定範囲に収まるまで位置誤差補正を繰り返すことで、ＩＮＳ２０が推定した位置に含まれる誤差を所定値内に収めることができる
また、位置誤差補正値を精度よく導出し、ＩＮＳ２０が推定した位置を位置誤差補正値で補正することができる。
また、ＡＵＶ２は受信した位置誤差補正値に基づく位置座標の補正を繰り返しながら周回軌道上での周回（周回待機）を続けるため、ＩＮＳ２０が推定した位置をより精度よく補正することができる。
また、位置誤差検出部３２の誤差補正は、ＩＮＳ周回軌道とＵＳＢＬ周回軌道の中心座標間の距離があらかじめ設定した所定範囲に収まるまで位置誤差補正を繰り返すことで、ＩＮＳ２０が推定した位置に含まれる誤差を所定値内に収めることができる
【0028】
なお、本実施形態では、支援船１（又はＡＳＶ）に制御手段３０を設け、ＩＮＳ２０が推定した位置の誤差検出を支援船１で行うと共に、支援船１からＡＵＶ２へ位置補正コマンドを送信することにより、ＡＵＶ２において自己の位置情報の補正が行われるようにしているが、上記のように制御手段３０はＡＵＶ２に設けることもできる。
制御手段３０をＡＵＶ２に設けた場合は、ＡＵＶ２がＩＮＳ２０による自己位置推定を行うことは同じであるが、支援船１（又はＡＳＶ）からＵＳＢＬ測位手段１０によりＡＵＶ２を音響測位して得られた位置座標がＡＵＶ２へ音響通信手段５０を介して送信される点、そして、ＡＵＶ２の制御部３０において、変換ステップＳ４及び位置誤差検出ステップＳ５が行われる点が異なる。すなわちこの場合は、ＡＵＶ２内において、ＩＮＳ２０が推定した位置の誤差検出と、位置誤差補正値の導出が行われ、それにより自己の位置情報が補正される。
制御手段３０をＡＵＶ２に設けた場合は、ＡＵＶ２がＩＮＳ２０による自己位置推定を行うことは同じであるが、支援船１（又はＡＳＶ）からＵＳＢＬ測位手段１０によりＡＵＶ２を音響測位して得られた位置座標がＡＵＶ２へ音響通信手段５０を介して送信される点、そして、ＡＵＶ２の制御部３０において、変換ステップＳ４及び位置誤差検出ステップＳ５が行われる点が異なる。すなわちこの場合は、ＡＵＶ２内において、ＩＮＳ２０が推定した位置の誤差検出と、位置誤差補正値の導出が行われ、それにより自己の位置情報が補正される。
【0029】
また、ＡＵＶ２の位置誤差検出は、プログラムを用いて実行可能である。ＡＵＶ２の位置誤差検出プログラムは、コンピュータに、ＡＵＶ２に対して指定した周回軌道上で周回する周回待機を指示する周回待機ステップ（上記の周回待機ステップＳ１に相当）と、周回待機を実行中のＡＵＶ２に対してＩＮＳ２０による位置推定を指示するＩＮＳステップ（上記のＩＮＳステップＳ２に相当）と、支援船１に設けられた音響測位手段（ＵＳＢＬ測位手段）１０に対してＡＵＶ２の音響測位を指示する音響測位ステップ（上記の音響測位ステップＳ３に相当）と、ＩＮＳ２０により取得されたＡＵＶ２の位置座標をハフ変換して求めた円軌道としてＩＮＳ円軌道を導出し、音響測位手段（ＵＳＢＬ測位手段）１０により取得されたＡＵＶの位置座標をハフ変換して求めた円軌道として音響円軌道を導出する変換ステップ（上記の変換ステップＳ４に相当）と、ＩＮＳ円軌道と音響円軌道との差に基づいてＩＮＳ２０による位置推定の誤差を検出する位置誤差検出ステップ（上記の位置誤差検出ステップＳ５に相当）を実行させる。これにより、コンピュータにより、ＡＵＶ２が備えるＩＮＳ２０が推定した位置に含まれる誤差をハフ変換を用いて精度よく検出することができる。
位置誤差検出プログラムを実行するコンピュータは、上記した制御手段３０が兼ねてもよく、制御手段３０とは別に設けて制御手段３０と連係させてもよい。
位置誤差検出プログラムを実行するコンピュータは、上記した制御手段３０が兼ねてもよく、制御手段３０とは別に設けて制御手段３０と連係させてもよい。
【0030】
次に、本発明の他の実施形態によるＡＵＶの位置誤差検出システム、ＡＵＶの位置誤差検出プログラム、及びＡＵＶの位置誤差検出方法について説明する。なお、上記した実施形態と同様の機器等には同一符号を付して説明を省略する。
図６はＡＵＶが旋回待機している状態を示す概念図である。
本実施形態は、監視拠点３に音響測位手段（ＵＳＢＬ測位手段）１０と制御手段３０を設けている点において上記した実施形態と異なり、その余の点については上記した実施形態と基本的に同様である。
監視拠点３は、支援船１（又はＡＳＶ）とＡＵＶ２による海底探査を監視する拠点であり、洋上に設けられた第一監視拠点（洋上プラットフォーム）３Ａと、岸壁に設けられた第二監視拠点３Ｂがある。ＡＵＶ２は、支援船１から水中へ投入することができる他、第一監視拠点３Ａ又は第二監視拠点３Ｂから投入することもできる。
支援船１は第一監視拠点３Ａ及び第二監視拠点３Ｂと無線通信可能であり、支援船１及び第二監視拠点３Ｂは測位衛星４と無線通信可能である。また、第一監視拠点３Ａと第二監視拠点３Ｂには、それぞれＵＳＢＬ測位手段１０と制御手段３０が設けられている。なお、第二監視拠点３ＢのＵＳＢＬ測位手段１０は、第二監視拠点３Ｂが位置する岸壁に設けてもよい。
図６はＡＵＶが旋回待機している状態を示す概念図である。
本実施形態は、監視拠点３に音響測位手段（ＵＳＢＬ測位手段）１０と制御手段３０を設けている点において上記した実施形態と異なり、その余の点については上記した実施形態と基本的に同様である。
監視拠点３は、支援船１（又はＡＳＶ）とＡＵＶ２による海底探査を監視する拠点であり、洋上に設けられた第一監視拠点（洋上プラットフォーム）３Ａと、岸壁に設けられた第二監視拠点３Ｂがある。ＡＵＶ２は、支援船１から水中へ投入することができる他、第一監視拠点３Ａ又は第二監視拠点３Ｂから投入することもできる。
支援船１は第一監視拠点３Ａ及び第二監視拠点３Ｂと無線通信可能であり、支援船１及び第二監視拠点３Ｂは測位衛星４と無線通信可能である。また、第一監視拠点３Ａと第二監視拠点３Ｂには、それぞれＵＳＢＬ測位手段１０と制御手段３０が設けられている。なお、第二監視拠点３ＢのＵＳＢＬ測位手段１０は、第二監視拠点３Ｂが位置する岸壁に設けてもよい。
【0031】
本実施形態では、ＩＮＳステップＳ２において、ＡＵＶ２は取得した自己の位置座標を第一監視拠点３Ａ又は第二監視拠点３Ｂのオペレータ又は制御手段３０へ第二音響通信手段５０Ｂから逐次送信する。また、音響測位ステップＳ３において、支援船１はＵＳＢＬ測位手段１０によりＡＵＶ２を音響測位して得られた位置座標を第一監視拠点３Ａ又は第二監視拠点３Ｂのオペレータ又は制御手段３０へ逐次送信する。
支援船１及びＡＵＶ２から位置座標を受信した第一監視拠点３Ａ又は第二監視拠点３Ｂのオペレータ又は制御手段３０は、ＩＮＳ２０が推定した位置の誤差検出を行い、ＡＵＶ２へ位置補正コマンドを送信する。これにより、ＡＵＶ２において自己の位置情報の補正が行われる。
支援船１及びＡＵＶ２から位置座標を受信した第一監視拠点３Ａ又は第二監視拠点３Ｂのオペレータ又は制御手段３０は、ＩＮＳ２０が推定した位置の誤差検出を行い、ＡＵＶ２へ位置補正コマンドを送信する。これにより、ＡＵＶ２において自己の位置情報の補正が行われる。
【0032】
また、第一監視拠点３Ａと第二監視拠点３Ｂには、それぞれＵＳＢＬ測位手段１０が設けられているため、支援船１からＡＵＶ２の音響測位情報が得られない場合等は、第一監視拠点３Ａ又は第二監視拠点３Ｂに設けられているＵＳＢＬ測位手段１０によりＡＵＶ２を音響測位して位置座標を取得し、ＩＮＳ２０が推定した位置の誤差検出を行うこともできる。
【0033】
次に、本発明の更に他の実施形態によるＡＵＶの位置誤差検出システム、ＡＵＶの位置誤差検出プログラム、及びＡＵＶの位置誤差検出方法について説明する。なお、最初の実施形態と同様の機器等には同一符号を付して説明を省略する。
図７はＡＵＶが旋回待機している状態を示す概念図である。
本実施形態は、音響測位手段を、ＡＵＶ２の周辺の水中（ＡＵＶ２の探査領域の海底）に複数設置した海中機器（トランスポンダ）１１としている点において最初の実施形態と異なり、その余の点については最初の実施形態と基本的に同様である。
ＡＵＶ２にはトランスポンダ１１との音響通信を行う送受波器９０が設けられている。
図７はＡＵＶが旋回待機している状態を示す概念図である。
本実施形態は、音響測位手段を、ＡＵＶ２の周辺の水中（ＡＵＶ２の探査領域の海底）に複数設置した海中機器（トランスポンダ）１１としている点において最初の実施形態と異なり、その余の点については最初の実施形態と基本的に同様である。
ＡＵＶ２にはトランスポンダ１１との音響通信を行う送受波器９０が設けられている。
【0034】
本実施形態では、ＩＮＳステップＳ２において、ＡＵＶ２は取得した自己の位置座標を支援船１のオペレータ又は制御手段３０へ第二音響通信手段５０Ｂから逐次送信する。また、音響測位ステップＳ３において、トランスポンダ１１を利用したＬＢＬ（Long Base line：ロングベースライン）方式による音響測位を行い、得られたＡＵＶ２の位置座標を、支援船１のオペレータ又は制御手段３０へＡＵＶ２の第二音響通信手段５０Ｂから逐次送信する。
ＡＵＶ２からＩＮＳ２０の自己位置推定による位置座標とトランスポンダ１１の音響測位による位置座標を受信した支援船１の制御手段３０は、ＩＮＳ２０が推定した位置の誤差検出を行い、ＡＵＶ２へ位置補正コマンドを送信する。これにより、ＡＵＶ２において自己の位置情報の補正が行われる。
本実施形態のようにＬＢＬ方式の音響測位を行う場合は、支援船１から音響測位を行う必要がなく、また支援船１から音響測位を行うよりもＡＵＶ２を正確に（精度よく）音響測位することが可能となる。
ＡＵＶ２からＩＮＳ２０の自己位置推定による位置座標とトランスポンダ１１の音響測位による位置座標を受信した支援船１の制御手段３０は、ＩＮＳ２０が推定した位置の誤差検出を行い、ＡＵＶ２へ位置補正コマンドを送信する。これにより、ＡＵＶ２において自己の位置情報の補正が行われる。
本実施形態のようにＬＢＬ方式の音響測位を行う場合は、支援船１から音響測位を行う必要がなく、また支援船１から音響測位を行うよりもＡＵＶ２を正確に（精度よく）音響測位することが可能となる。
【0035】
次に、最初の実施形態に関して実施した海上試験について説明する。
海上試験は、静岡県駿河湾の水深約１００ｍで実施した。試験期間中に計１２回の潜航を実施したが、ここでは１０回目の潜航（Dive#10）、１１回目の潜航（Dive#11）、及び１２回目の潜航（Dive#12）の３回の潜航の結果を説明する。
試験では、国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所の海上技術安全研究所（ＮＭＲＩ）が開発したＡＵＶのうちの２台使用した。使用した２台の仕様を下表１に示す。ＡＵＶ＃２は１２回目の潜航で使用し、ＡＵＶ＃４は１０回目と１１回目の潜航で使用した。２台のＡＵＶは同じソフトウェアを使用して制御され、周回待機円の半径は事前定義されたシナリオファイルで指定できる。航走では、ＡＨＲＳ、ＤＶＬ、及びＰＤＳから構成されるＩＮＳを用いて推定位置を計算した。
海上試験は、静岡県駿河湾の水深約１００ｍで実施した。試験期間中に計１２回の潜航を実施したが、ここでは１０回目の潜航（Dive#10）、１１回目の潜航（Dive#11）、及び１２回目の潜航（Dive#12）の３回の潜航の結果を説明する。
試験では、国立研究開発法人海上・港湾・航空技術研究所の海上技術安全研究所（ＮＭＲＩ）が開発したＡＵＶのうちの２台使用した。使用した２台の仕様を下表１に示す。ＡＵＶ＃２は１２回目の潜航で使用し、ＡＵＶ＃４は１０回目と１１回目の潜航で使用した。２台のＡＵＶは同じソフトウェアを使用して制御され、周回待機円の半径は事前定義されたシナリオファイルで指定できる。航走では、ＡＨＲＳ、ＤＶＬ、及びＰＤＳから構成されるＩＮＳを用いて推定位置を計算した。
【表1】
【0036】
ＡＵＶ側には、ＡＴＭ（Acoustic telemetry modem：音響テレメトリモデム）と、グローバル音響測位システムのトランスポンダを搭載した。
ＡＵＶにはＧＮＳＳ受信機が搭載されていないため、ＩＮＳ位置の初期化については、無線ＬＡＮ及びＡＴＭを介した補正コマンドによる上書きが前提条件である。ＩＮＳデータの緯度、経度、深さ、姿勢などの値は、ＡＴＭを介してアップリンクデータとして取得することができ、位置補正コマンドは、支援船からの旋回待機中にダウンリンクデータとしてＡＵＶに送信することができる。記録されたＩＮＳデータ（ＩＮＳ－ＬＯＧ）はＡＵＶに保存され、支援船に送信されるＩＮＳデータ（ＩＮＳ－ＴＸ）は、ＡＵＶが航行中のＩＮＳ－ＬＯＧのうち最新のデータである。支援船側では、ＡＵＶ制御用に開発されたソフトウェアを拡張し、ロボットオペレーティングシステムとＰｙｔｈｏｎプログラミング言語を用いて実装したものである。
ＡＵＶにはＧＮＳＳ受信機が搭載されていないため、ＩＮＳ位置の初期化については、無線ＬＡＮ及びＡＴＭを介した補正コマンドによる上書きが前提条件である。ＩＮＳデータの緯度、経度、深さ、姿勢などの値は、ＡＴＭを介してアップリンクデータとして取得することができ、位置補正コマンドは、支援船からの旋回待機中にダウンリンクデータとしてＡＵＶに送信することができる。記録されたＩＮＳデータ（ＩＮＳ－ＬＯＧ）はＡＵＶに保存され、支援船に送信されるＩＮＳデータ（ＩＮＳ－ＴＸ）は、ＡＵＶが航行中のＩＮＳ－ＬＯＧのうち最新のデータである。支援船側では、ＡＵＶ制御用に開発されたソフトウェアを拡張し、ロボットオペレーティングシステムとＰｙｔｈｏｎプログラミング言語を用いて実装したものである。
【0037】
下表２は、周回軌道（円軌道）検出アルゴリズムで使用される条件とパラメータを示している。海底での円運動の継続時間と半径は事前に指定する必要があるため、１０回目と１１回目の潜航の継続時間は１８０秒、１２回目の潜航の継続時間は６００秒とし、各半径は５０ｍとした。
ハフパラメータ空間の大きさは、計算量を減らすためにＮレンジ、Ｅレンジ、及びＲレンジの範囲を狭めて決定した。探索範囲は、基準座標から東西・南北方向に１００ｍ（すなわち鉛直・水平方向ともに２００ｍ）離れた半径５０ｍの円をカバーするように設定し、Ｒレンジは、基準座標から５０ｍ離れた位置から±１０ｍの範囲とした（４０－６０ｍ）。基準座標は、ＡＵＶが潜航及び周回待機（定常旋回）を開始したことを確認した後、ＩＮＳデータ及びＵＳＢＬデータに基づく軌道が探索範囲内に含まれるように手動で選択した。また、分解能ΔＮ、ΔＥ、ΔＲの値は、計算のリアルタイム性を損なわない範囲である１ｍに設定した。
データ取得間隔は、ＡＴＭを介したＩＮＳ－ＴＸ位置報告が１６秒、ＵＳＢＬ測位手段によるＵＳＢＬ測位が４秒であった。
ハフパラメータ空間の大きさは、計算量を減らすためにＮレンジ、Ｅレンジ、及びＲレンジの範囲を狭めて決定した。探索範囲は、基準座標から東西・南北方向に１００ｍ（すなわち鉛直・水平方向ともに２００ｍ）離れた半径５０ｍの円をカバーするように設定し、Ｒレンジは、基準座標から５０ｍ離れた位置から±１０ｍの範囲とした（４０－６０ｍ）。基準座標は、ＡＵＶが潜航及び周回待機（定常旋回）を開始したことを確認した後、ＩＮＳデータ及びＵＳＢＬデータに基づく軌道が探索範囲内に含まれるように手動で選択した。また、分解能ΔＮ、ΔＥ、ΔＲの値は、計算のリアルタイム性を損なわない範囲である１ｍに設定した。
データ取得間隔は、ＡＴＭを介したＩＮＳ－ＴＸ位置報告が１６秒、ＵＳＢＬ測位手段によるＵＳＢＬ測位が４秒であった。
【表2】
【0038】
図８は円軌道の検出中にオペレータによって手動で配置されたＩＮＳ－ＬＯＧ、ＩＮＳ－ＴＸ、ＵＳＢＬデータ、及び探索領域からのデータを使用して描かれた、潜航中のＡＵＶ位置の軌跡を示す図であり、図８（ａ）は１０回目の潜航時、図８（ｂ）は１１回目の潜航時、図８（ｃ）は１２回目の潜航時である。
図９は円軌道の検出結果を示す図であり、図９（ａ）は１０回目の潜航時、図９（ｂ）は１１回目の潜航時、図９（ｃ）は１２回目の潜航時である。
図９の各グラフ中の点線の円は、検出した円の半径が所定値５０ｍに収束した段階でのＩＮＳ－ＴＸデータとＵＳＢＬデータによる円検出の結果であり、円の中心間の距離は位置誤差距離を表し、位置補正コマンドを用いて補正する必要がある。下表３に位置誤差検出と補正の結果を示す。
図９は円軌道の検出結果を示す図であり、図９（ａ）は１０回目の潜航時、図９（ｂ）は１１回目の潜航時、図９（ｃ）は１２回目の潜航時である。
図９の各グラフ中の点線の円は、検出した円の半径が所定値５０ｍに収束した段階でのＩＮＳ－ＴＸデータとＵＳＢＬデータによる円検出の結果であり、円の中心間の距離は位置誤差距離を表し、位置補正コマンドを用いて補正する必要がある。下表３に位置誤差検出と補正の結果を示す。
【表3】
【0039】
図１０は検出された円の半径の時系列変動を示す図であり、図１０（ａ）は１０回目の潜航時、図１０（ｂ）は１１回目の潜航時、図１０（ｃ）は１２回目の潜航時である。時系列の原点(0 s)は、ハフパラメータ空間への投票の開始を示す。支援船がＩＮＳ－ＴＸとＵＳＢＬの位置データを受信するたびに、推定半径値が逐次計算される。各データ点上の数字（例えば、図１０（ａ）における0、1、41、48）は、図９における各データ点上の数字に対応する時系列の読みである。
図１１はＡＵＶに記録されたＩＮＳ－ＬＯＧの位置データと支援船からのＵＳＢＬの位置データとのタイムスタンプによる距離差を示した図であり、図１１（ａ）は１０回目の潜航時、図１１（ｂ）は１１回目の潜航時、図１１（ｃ）は１２回目の潜航時である。時系列の起点は各潜航の開始であることから、「Start」、「Updated」及び「End」の瞬間は図８の各プロットに示す位置に対応し、「Updated」はＡＵＶが支援船からの修正指示（位置補正コマンド）を受けた瞬間である。
図１１はＡＵＶに記録されたＩＮＳ－ＬＯＧの位置データと支援船からのＵＳＢＬの位置データとのタイムスタンプによる距離差を示した図であり、図１１（ａ）は１０回目の潜航時、図１１（ｂ）は１１回目の潜航時、図１１（ｃ）は１２回目の潜航時である。時系列の起点は各潜航の開始であることから、「Start」、「Updated」及び「End」の瞬間は図８の各プロットに示す位置に対応し、「Updated」はＡＵＶが支援船からの修正指示（位置補正コマンド）を受けた瞬間である。
【0040】
図９（ａ）、（ｂ）及び図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、ＩＮＳ－ＴＸデータによる円の検出は、１０回目及び１１回目の潜航において４回のデータ受信後に所定の半径（５０ｍ）に達した。図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、ＡＵＶが位置補正コマンドを受信した直後のＩＮＳ－ＬＯＧとＵＳＢＬのデータによる位置間の誤差距離はそれぞれ１．６ｍ及び１．３ｍであり、これらの位置誤差が使用したＡＵＶ＃４の長さ（３．９ｍ）よりも小さく補正されていることを考慮すると、本実施形態による位置誤差検出の精度は十分実用的といえる。この結果は、少量のデータであっても円軌道を検出できることを示唆している。よって、本実施形態の位置誤差検出は、多数の位置を平均化する方法よりも誤差を迅速に推定できるため、航行型ＡＵＶだけでなく、その場待機が可能なホバリング型ＡＵＶであっても円軌道上で待機する動作が可能であれば有効な可能性がある。
なお、１２回目の潜航は、１０回目及び１１回目の潜航よりも誤差距離の検出に時間がかかり、また、ＩＮＳ－ＴＸとＵＳＢＬの計測のいずれも所定の半径（５０ｍ）に到達するまでに２１８秒を要したが、これはＩＮＳ－ＴＸのデータが長期間得られなかった４２秒から２０２秒の区間があったためである。
なお、１２回目の潜航は、１０回目及び１１回目の潜航よりも誤差距離の検出に時間がかかり、また、ＩＮＳ－ＴＸとＵＳＢＬの計測のいずれも所定の半径（５０ｍ）に到達するまでに２１８秒を要したが、これはＩＮＳ－ＴＸのデータが長期間得られなかった４２秒から２０２秒の区間があったためである。
【0041】
海上試験で得られたＵＳＢＬ測位データは満足できるものであり、外れ値をあまり含んでいなかった。そこで、１１回目の潜航時のＵＳＢＬデータを用いてシミュレーションを行い、外れ値を含む場合における性能を検証した。この仮定は過剰ではあるが、１００ｍ標準偏差の誤差で各データ点に対して新しいデータを作成した。
図１２は当該シミュレーションによる検出結果を示す図である。外れ値が含まれていても、所望の円のパラメータは多数決で決定されるため、円を構成しない位置は影響していない（図９（ｂ）参照)。
図１３は当該シミュレーションにおいて、元のＵＳＢＬデータと誤差が追加されたデータのハフパラメータ空間を示す図であり、図１３（ａ）は外れ値を追加していない元データのもの（図９（ｂ）参照）、図１３（ｂ）は外れ値を追加したデータのもの（図１２参照）である。これらのハフパラメータ空間では、求める半径の値は５０ｍであった（すなわちハフパラメータ空間(n,e,50)）。外れ値によって投票された円のエッジは、この時点で交差しないため、最大投票値に影響しない。したがって、選択されたパラメータの組み合わせ(nc＾,ec＾,50)は、どちらの場合も７としてカウントされ、外れ値ではない成分が位置データの全体に対して支配的である限り、外れ値に対して不変であり、本実施形態による位置誤差検出が外れ値に対してロバストであることが示されている。
なお、発明を実施するための形態においては、水面に平行な周回軌道（円軌道）を例に挙げたが、水面に垂直な周回軌道や水面に斜めの周回軌道であってもよい。
これらは、ＩＮＳ（慣性航法装置）の水平方向のみならず垂直方向や斜め方向など３次元的な誤差を推定する上で適宜、選択し得る。
また、周回軌道は、必ずしも円軌道である必要はなく、楕円軌道やラウンドスクエア軌道等適宜選択し得る。その場合の中心座標は、楕円軌道の焦点やラウンドスクエア軌道の幾何学的な中心座標を用いることが可能である。また、周回軌道でなく双曲線軌道や直線軌道等、ＩＮＳ軌道と音響軌道の差が求まるものであれば、いずれでもよい。請求の範囲における周回軌道（円軌道）は、これらを含めて解釈できるものとする。
図１２は当該シミュレーションによる検出結果を示す図である。外れ値が含まれていても、所望の円のパラメータは多数決で決定されるため、円を構成しない位置は影響していない（図９（ｂ）参照)。
図１３は当該シミュレーションにおいて、元のＵＳＢＬデータと誤差が追加されたデータのハフパラメータ空間を示す図であり、図１３（ａ）は外れ値を追加していない元データのもの（図９（ｂ）参照）、図１３（ｂ）は外れ値を追加したデータのもの（図１２参照）である。これらのハフパラメータ空間では、求める半径の値は５０ｍであった（すなわちハフパラメータ空間(n,e,50)）。外れ値によって投票された円のエッジは、この時点で交差しないため、最大投票値に影響しない。したがって、選択されたパラメータの組み合わせ(nc＾,ec＾,50)は、どちらの場合も７としてカウントされ、外れ値ではない成分が位置データの全体に対して支配的である限り、外れ値に対して不変であり、本実施形態による位置誤差検出が外れ値に対してロバストであることが示されている。
なお、発明を実施するための形態においては、水面に平行な周回軌道（円軌道）を例に挙げたが、水面に垂直な周回軌道や水面に斜めの周回軌道であってもよい。
これらは、ＩＮＳ（慣性航法装置）の水平方向のみならず垂直方向や斜め方向など３次元的な誤差を推定する上で適宜、選択し得る。
また、周回軌道は、必ずしも円軌道である必要はなく、楕円軌道やラウンドスクエア軌道等適宜選択し得る。その場合の中心座標は、楕円軌道の焦点やラウンドスクエア軌道の幾何学的な中心座標を用いることが可能である。また、周回軌道でなく双曲線軌道や直線軌道等、ＩＮＳ軌道と音響軌道の差が求まるものであれば、いずれでもよい。請求の範囲における周回軌道（円軌道）は、これらを含めて解釈できるものとする。
【産業上の利用可能性】
【0042】
本発明は、調査航行開始前におけるＡＵＶの位置補正に利用できる他、必要に応じてミッションの途中にＡＵＶに対して円軌道パターンを挿入して補正操作を繰り返すこともできる。
また、位置誤差検出に用いる機器又は機能は、一般的なＡＵＶ運用システムに備わっていることが期待でき、また、位置誤差検出を支援船やＡＳＶ、監視拠点側で行う場合には、ＡＵＶ本体に大きな変更を加えることなく実装可能である。
また、位置誤差検出に用いる機器又は機能は、一般的なＡＵＶ運用システムに備わっていることが期待でき、また、位置誤差検出を支援船やＡＳＶ、監視拠点側で行う場合には、ＡＵＶ本体に大きな変更を加えることなく実装可能である。
【符号の説明】
【0043】
１ 支援船
２ ＡＵＶ
３ 監視拠点
１０ 音響測位手段（ＵＳＢＬ測位手段）
１１ 音響測位手段（トランスポンダ）
２０ ＩＮＳ
３０ 制御手段
３１ 周回・計測指示部
３２ 位置誤差検出部
６０ ＡＨＲＳ
７０ ＤＶＬ
８０ ＰＤＳ
Ｓ１ 周回待機ステップ
Ｓ２ ＩＮＳステップ
Ｓ３ 音響測位ステップ
Ｓ４ 変換ステップ
Ｓ５ 位置誤差検出ステップ
２ ＡＵＶ
３ 監視拠点
１０ 音響測位手段（ＵＳＢＬ測位手段）
１１ 音響測位手段（トランスポンダ）
２０ ＩＮＳ
３０ 制御手段
３１ 周回・計測指示部
３２ 位置誤差検出部
６０ ＡＨＲＳ
７０ ＤＶＬ
８０ ＰＤＳ
Ｓ１ 周回待機ステップ
Ｓ２ ＩＮＳステップ
Ｓ３ 音響測位ステップ
Ｓ４ 変換ステップ
Ｓ５ 位置誤差検出ステップ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
