特許 7139127 操艦支援システム、艦船、及び、操艦支援方法

(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】

(24)【登録日】2022-09-09

(45)【発行日】2022-09-20

(54)【発明の名称】操艦支援システム、艦船、及び、操艦支援方法

(51)【国際特許分類】

   B63B 49/00 20060101AFI20220912BHJP

   B63H 25/04 20060101ALI20220912BHJP

【ＦＩ】

B63B49/00 Z

B63H25/04 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018051218

(22)【出願日】2018-03-19

(65)【公開番号】P2019162922

(43)【公開日】2019-09-26

【審査請求日】2021-03-08

(73)【特許権者】

【識別番号】521511542

【氏名又は名称】三菱重工マリタイムシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】村田 航

【審査官】中川 隆司

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５８－１４６８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６０－０６５６９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１６－１５１５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０１５４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０２８８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００２０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０４８３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１７０１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０４－２６８４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－０２５０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－２８６６９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１４５７５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０４４７３０９３（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６３Ｂ ４９／００

Ｂ６３Ｈ ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

補給艦に並走して前記補給艦からの洋上補給を受ける受給艦との間で行われる洋上補給作業を支援する操艦支援システムにおいて、
前記補給艦と前記受給艦のどちらか一方を第１船とし、他方を第２船とし、前記第１船側の光波測距儀の受発光部と、前記第２船側の反射器又は光波測距儀の受発光部とを有して、相互間の距離と前記受給艦の船首方向に対する測定用光波の投光方向の角度を検出する測距システムを構成すると共に、
１組の前記測距システムと前記受給艦が備えているジャイロコンパスとの組み合わせから、又は、２組の前記測距システムの組み合わせから、前記補給艦と前記受給艦との間の相対距離と相対針路と相対速度とを検出する二船間情報取得手段を備え、
前記相対距離とは、少なくとも、前記補給艦と前記受給艦との間における、前記補給艦の船長方向の相対距離および前記補給艦の船幅方向の相対距離とを含む情報であり、
前記相対速度とは、少なくとも、前記補給艦と前記受給艦との間における、前記補給艦の船長方向の相対速度および前記補給艦の船幅方向の相対速度とを含む情報である、
操艦支援システム。

【請求項2】

前記測距システムが前記光波測距儀の光波としてアイセーフ可視レーザー光を使用していることを特徴とする請求項１に記載の操艦支援システム。

【請求項3】

前記測距システムが前記光波測距儀の光波を用いた一方向通信機能又は双方向通信機能を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の操艦支援システム。

【請求項4】

前記補給艦に対して予め設定された受給位置領域に到達した後に、前記二船間情報取得手段で得られた前記補給艦と前記受給艦との間の相対距離と相対針路と相対速度に基づいて、前記補給艦に対する前記受給位置領域を維持するように前記受給艦の操艦を自動で行う相対位置維持制御手段を備えていることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の操艦支援システム。

【請求項5】

前記二船間情報取得手段で得られた前記補給艦と前記受給艦との間の相対距離と相対針路と相対速度に基づいて、前記補給艦に対して予め設定された受給位置領域に前記受給艦を導くための操艦を自動で行う近接制御手段を備えていることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の操艦支援システム。

【請求項6】

前記二船間情報取得手段で得られた前記補給艦と前記受給艦との間の相対距離と相対針路と相対速度に基づいて、前記受給位置領域から前記受給艦を離脱させるための操艦を自動で行う離脱制御手段を備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載の操艦支援システム。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか１項の操艦支援システムを備えたことを特徴とする艦船。

【請求項8】

請求項１～６のいずれか１項の操艦支援システムを用いることを特徴とする操艦支援方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、補給艦と受給艦との間の洋上補給時における並走等の操艦を支援する操艦支援システム、艦船、及び、操艦支援方法に関する。

【背景技術】

【0002】

補給艦から洋上補給を受ける艦船においては、針路と速度を一定に保持して航行する補給艦に近接して、予め定められた一定の相対距離と、艦速、方位を維持しながら、補給艦から燃料やその他の物質を受け取り、その後、相対距離を大きくして離脱している。

【0003】

この洋上補給に関しては、無線封鎖時やレーダー波等の電波発信制限時に行われることも想定しなければならず、従来では、給油ラインなど測距と通信のための距離索や通信のための現場電話索を補給艦と受給艦の間に張り巡らせて、距離電話線員や現場電話線員等の甲板要員からの連絡を受けつつ、艦橋で熟練の操艦要員が操艦していた。

【0004】

この洋上補給は、数時間にも及ぶ上に、風波の影響を受けているので、甲板要員も操艦要員も大きな緊張を長時間強いられることになり、この洋上補給の作業における甲板要員と操艦要員の負担の軽減が望まれてきた。

【0005】

これに関連して、船尾に左舷側推進器と右舷側推進器の２つの推進器と、左舷側舵と右舷側舵を２つの舵を備えている船舶において、左舷側に接岸若しくは接船する連続左舷側接岸制御、または、左舷側に接岸若しくは接船する連続左舷側接岸制御を自動で行う出港自動制御モードを備えている船舶の操縦システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－２０４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、補給艦と受給艦との洋上補給時における操艦の高度な自動化と、測距用の距離索と現場電話線用の電話索の無索化による甲板要員の甲板配置の削減化により、洋上補給作業における安全性の向上と省人化への寄与を可能とすることができる、操艦支援システム、艦船、及び、操艦支援方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記のような目的を達成するための本発明の操艦支援システムは、補給艦に並走して前記補給艦からの洋上補給を受ける受給艦との間で行われる洋上補給作業を支援する操艦支援システムにおいて、前記補給艦と前記受給艦のどちらか一方を第１船とし、他方を第２船とし、前記第１船側の光波測距儀の受発光部と、前記第２船側の反射器又は光波測距儀の受発光部とを有して、相互間の距離と前記受給艦の船首方向に対する測定用光波の投光方向の角度を検出する測距システムを構成すると共に、１組の前記測距システムと前記受給艦が備えているジャイロコンパスとの組み合わせから、又は、２組の前記測距システムの組み合わせから、前記補給艦と前記受給艦との間の相対距離と相対針路と相対速度とを検出する二船間情報取得手段を備えて構成される。

【0009】

この構成では、自艦の位置を暴露する虞のあるレーダーや、電波妨害の虞のあるＧＰＳ（全地球測位システム）を使用せず、光波を用いて距離を測定する光波測距義を有する測距システムを使用しているので、電波を使用しない電波封止の状態や電波妨害を受けている状態などの環境下でも運用でき、しかも、距離測定のために、洋上補給用に補給艦と受給艦の間に張り巡らせていた距離索が不要になり、甲板における作業が減少するとともに、距離索を監視する必要もなくなるので、甲板要員を減少でき、洋上補給の作業要員の安全性を向上できる。

【0010】

上記の操艦支援システムにおいて、前記測距システムが前記光波測距儀の光波としてアイセーフ可視レーザー光を使用していると、次のような効果を発揮できるようになる。

【0011】

大気中に伝播するレーザー光は、気体分子による吸収や 散乱により減衰されるが、気体分子による吸収の少ない波長域であり、「大気の窓」と呼ばれる「可視～赤外領域の一部の波長域」があるので、この波長域の中でも、目の網膜まで達し難い１．４μｍから２．６μｍの波長のアイセーフレーザー光を、レーザー光を光波測距儀で用いる光波として用いる。このアイセーフレーザー光を用いることで、暴露部にいる作業要員の目に対する安全性を向上できる。

【0012】

上記の操艦支援システムにおいて、前記測距システムが前記光波測距儀の光波を用いた一方向通信機能又は双方向通信機能を備えていると、次のような効果を発揮できるようになる。なお、この一方向通信機能又は双方向通信機能は、受給艦側と補給艦側の両方で光波測距儀の受発光部を備えて、この光波に通信情報を乗せることで容易に実現できる。この場合、データをまとめて一気に送信する方式を取ることがより好ましい。

【0013】

この構成によれば、補給艦側の操艦情報や給油操作情報等を受給艦側に送り、受給艦側の操艦情報や受油操作情報等を補給艦側に送ることができ、双方の情報をお互いに共有できるので、操艦時の安全性の確保が容易にでき、また、燃料油などの物資の移動に必要な情報を得られ、容易にこれらのデータを画面表示したり、音声メッセージとしたり、操艦の制御や給油や物資の移動の際の各種操作の制御に使用できるようになる。

【0014】

従って、電話通信に比べて通信精度を著しく向上でき、通話時における誤解の発生を回避でき、機器類の操作の同調性を著しく向上でき、受給に係る時間を短縮できる。また、洋上補給時のみに補給艦と受給艦の間に張られる電話索も不要になり、給油や物資の移動に関するものを除いて、ワイヤレス化できるので、甲板上の作業と甲板上等の暴露部にいる作業要員を減少できる。

【0015】

上記の操艦支援システムにおいて、前記補給艦に対して予め設定された受給位置領域に到達した後に、前記二船間情報取得手段で得られた前記補給艦と前記受給艦との間の相対距離と相対針路と相対速度に基づいて、前記補給艦に対する前記受給位置領域を維持するように前記受給艦の操艦を自動で行う相対位置維持制御手段を備えて構成されている。

【0016】

この構成によれば、補給艦に対して、定められた一定の相対距離、艦速、方位を自動的に維持しながら、つまり、補給艦に対する受給位置領域内に受給艦の相対位置を維持しながら、自動操艦で航行できるようになり、また、距離索の監視や電話通信等で得られる情報に比べて、二船間情報取得手段で得られる情報の方が精度が高くなる。従って、甲板要員及び操艦要員の負担を著しく軽減することができると共に、操艦時の安全性を向上できる。

【0017】

上記の操艦支援システムにおいて、前記二船間情報取得手段で得られた前記補給艦と前記受給艦との間の相対距離と相対針路と相対速度に基づいて、前記補給艦に対して予め設定された受給位置領域に前記受給艦を導くための操艦を自動で行う近接制御手段を備えて構成されている。

【0018】

この構成によれば、補給艦に対して受給位置領域に接近し、受給位置領域に占位するまでを自動操艦で行うことができるようになり、また、距離索や電話索の張り渡しがない状態で、相手の艦船の位置の監視が精度よくできるようになる。従って、甲板要員及び操艦要員の負担を著しく軽減することができると共に、受給位置領域に接近するまでの時間を短縮でき、また、操艦時の安全性を向上できる。

【0019】

上記の操艦支援システムにおいて、前記二船間情報取得手段で得られた前記補給艦と前記受給艦との間の相対距離と相対針路と相対速度に基づいて、前記受給位置領域から前記受給艦を離脱させるための操艦を自動で行う離脱制御手段を備えて構成されている。

【0020】

この構成によれば、補給艦に対する受給位置領域からの離脱を自動操艦で行うことができるようになり、また、距離索や電話索の張り渡しがない状態であるので、受給ラインの離脱のみで、速やかに自動で離脱操艦できるようになる。従って、受給位置領域から安全な離立ち位置までの航行時間を短縮でき、また、操艦時の安全性を向上できる。

【0021】

そして、上記のような目的を達成するための本発明の艦船は、上記の操艦支援システムを備えて構成され、上記の操艦支援システムと同様の効果を発揮することができる。

【0022】

そして、上記のような目的を達成するための本発明の操艦支援方法は、上記の操艦支援システムを用いる方法であり、上記の操艦支援システムと同様の効果を発揮することができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の操艦支援システム、艦船、及び、操艦支援方法によれば、電波封鎖時や電波妨害時においても、補給艦と受給艦との間の相対位置と相対針路と相対速度とを検出できて、受給艦側における自動操艦で並走を行って、甲板要員と操艦要員の負担の軽減しつつ、補給艦からの補給を受けることができる。

【0024】

従って、補給艦と受給艦との洋上補給時における操艦の高度な自動化と、測距用の距離索と現場電話線用の電話索の無索化による甲板要員の甲板配置の削減化により、洋上補給作業における安全性の向上と省人化への寄与を可能とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の実施の形態の操艦支援システムの受給艦側の構成を模式的に示す図である。

【図2】本発明の実施の形態の操艦支援システムの制御面での構成を模式的に示す図である。

【図3】本発明の実施の形態の操艦支援方法のフローを模式的に示す図である。

【図4】本発明の第１の実施の形態の操艦支援システムによる補給艦への受給艦の近接状況を説明するための図である。

【図5】本発明の第１の実施の形態の操艦支援システムによる補給艦への受給艦の並走状況を説明するための図である。

【図6】本発明の第１の実施の形態の操艦支援システムによる補給艦への受給艦の離脱状況を説明するための図である。

【図7】本発明の第２の実施の形態の操艦支援システムによる補給艦への受給艦の近接状況を説明するための図である。

【図8】本発明の第２の実施の形態の操艦支援システムによる補給艦への受給艦の並走状況を説明するための図である。

【図9】本発明の第２の実施の形態の操艦支援システムによる補給艦への受給艦の離脱状況を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明に係る実施の形態の操艦支援システム、艦船、及び、操艦支援方法について、図面を参照しながら説明する。ここでは、船首にバウスラスタを備えていない船舶を例にして説明するが、船首にバウスラスタを備えていても、水中音響機器などの使用時におけるバウスラスタ禁止時における操艦操作にも使用することができるので、本発明は、必ずしも、バウスラスタを備えていない船舶に限定する必要は無く、バウスラスタを備えていてもよい。ここでは、バウスラスタを使用しない操艦を扱っているが、バウスラスタの併用により、さらに操縦性能を向上することができる。

【0027】

最初に、図１を参照しながら、本発明に係る実施の形態の操艦支援システム２０の受給艦１側の構成について説明する。この受給艦１は、船底１１と船側外板１２と上甲板１３で囲われた船体１０に上部構造１４が載置され、この上部構造１４には艦橋１４ａが設けられている。この受給艦１は、船尾側に右舷側主機関１５ａと左舷側主機関１５ｂで駆動される右舷側推進器１６ａと左舷側推進器１６ｂの２つの推進器と、右舷側舵１７ａと左舷側舵１７ｂの２つの舵を備えている。また、この右舷側推進器１６ａと左舷側推進器１６ｂの両方を可変ピッチプロペラで構成されており、更に、右舷側舵１７ａと左舷側舵１７ｂはそれぞれ、右舷側操舵機１８ａと左舷側操舵機１８ｂで操作されるように構成されている。

【0028】

また、この操艦支援システム２０は、制御の面に関しては、制御装置２１に制御手段４０を備えており、この制御手段４０は、図２に示すように、通常操艦手段４１の他に、二船間情報取得手段４２ａ、近接制御手段４２ｂ、相対位置維持制御手段４２ｃ、離脱制御手段４２ｄを有して構成される洋上補給時制御手段４２を備えている。そして、図３に示すようなフローで洋上補給の近接、並走、離脱を自動操艦で行う。

【0029】

先ず、通常操艦手段４１は、洋上補給時以外の通常の操艦を行う手段であり、手動操艦及び自動操艦を行う各種の制御手段（図示しない）を備えて構成されている。この通常操艦手段４１は、船底を流れる水流から船の対水速度を計測する電磁ログ３１、風向及び風速を計測する風信儀３２、人工衛星を利用して位置を測定するＧＰＳ（全地球測位システム）装置３３、測距情報を得るためのレーダー装置（図示しない）、水中目標情報を得るためのソーナー装置（図示しない）等から操艦用測定データを入力する。

【0030】

それと共に、通常操艦手段４１は、艦橋１４ａに固定された艦橋操作盤（表示パネル付）２４Ａ、戦闘指揮所（ＣＩＣ）に固定された指揮所操作盤（表示パネル付）２４Ｂ、可搬式の遠隔操作盤２４Ｃ等における操艦要員の操艦操作で入力された操艦用指示データを入力して、２つの主機関１５ａ、１５ｂ、２つの推進器１６ａ、１６ｂ、及び、２つ操舵機１８ａ、１８ｂを制御する。

【0031】

この可搬式の遠隔操作盤２４Ｃを用いることで、洋上補給時には、艦橋１４ａの左右舷・前後部等の場所で、ジョイスティック等による操艦が可能となり、また、ＵＳＶ（無人水上航走体）やＵＵＶ（無人水中航走体）の投入／揚収作業時、ブイ係留時等においては、その作業場所での直接的な操艦が可能となる。これにより、各種作業の円滑化、安全性向上に寄与できるようになる。

【0032】

この艦橋操作盤２４Ａ、指揮所操作盤２４Ｂ、遠隔操作盤２４Ｃについては、例えば、入力装置と操縦制御装置を備えて構成されており、この入力装置は、ジョイスティック等で構成される船尾部制御力入力部と、ダイヤル等で構成される舵角入力部とを有して構成されている。

【0033】

また、操縦制御装置は、船尾部制御力入力部からの傾倒方向（操艦方向：船の移動方向）と、その方向におけるジョイスティックの傾斜角度の大きさの傾斜角度データと、舵角入力部からの舵角データの他にも、ＧＰＳ装置３３、電磁ログ３１等からの艦船の位置情報や速度情報、ジャイロコンパス２３からの船首方位情報や、風信儀３２からの情報、ソーナー装置からの情報、レーダー装置からの情報、測距システム（後述）などのからの情報などを入力して、右舷側推進器１６ａと左舷側推進器１６ｂのそれぞれにおける前進又は後進の選択と、発生する推力の大きさの指令とを、それぞれの可変ピッチプロペラの制御装置に出力し、また、右舷側舵１７ａと左舷側舵１７ｂの面舵と取舵の選択と、その舵角の大きさの指令とをそれぞれの操舵機１８ａ、１８ｂに出力する。

【0034】

そして、洋上補給時制御手段４２の二船間情報取得手段４２ａは、図４～図６に示すような測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）とジャイロコンパス２３の組み合わせを用いる第１の実施の形態の操艦支援システム２０と、図７～図９に示すような第１の測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）と第２の測距システム（２２Ｂ、２２Ｅ）の組み合わせを用いる第２の実施の形態の操艦支援システム２０Ａがある。

【0035】

図４～図６に示す第１の実施の形態の操艦支援システム２０の二船間情報取得手段４２ａは、光波測距儀の受発光部２２Ａと反射器（リフレクタ）２２Ｃの組み合わせで構成される測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）を備えている。この受発光部２２Ａは受給艦１側に配置され、反射器２２Ｃが補給艦２側に配置される。この測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）では、単に相互間の距離Ｓ１を検出するだけでなく、相互間の距離Ｓ１に加えて受給艦１の船首方向に対する測定用光波の投光方向の角度α１を検出するように構成される。

【0036】

これにより、自艦の位置を暴露する虞のあるレーダーや、電波妨害の虞のあるＧＰＳ（全地球測位システム）を使用せず、光波を用いて距離を測定する光波測距義を有する測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）を使用しているので、電波を使用できない電波封止の状態や電波妨害を受けてＧＰＳを使用できない状態などの環境下でも運用でき、しかも、距離測定のために、洋上補給用に補給艦２と受給艦１の間に張り巡らせていた距離索が不要になり、上甲板１３における作業が減少して、距離索を目視で監視する必要もなくなるので、甲板要員を減少できるとともに、洋上補給の作業における安全性を向上できる。

【0037】

また、この光波測距儀の光波としてアイセーフ可視レーザー光を使用することが好ましい。つまり、大気中に伝播するレーザー光は、気体分子による吸収や散乱により減衰されるが、気体分子による吸収の少ない波長域であり、「大気の窓」と呼ばれる「可視～赤外領域の一部の波長域」があるので、この波長域のレーザー光を光波測距儀で用いる光波として用いる。その中でも、目の網膜まで達し難い１．４μｍから２．６μｍの波長のアイセーフレーザー光を用いることで、甲板や船橋等の暴露部にいる作業要員の目に対する安全性を向上できる。この波長のレーザー光としては、レーザーポイントなどのレーザー光が当たった場所を視認できるレーザー光がある。

【0038】

なお、気体分子による散乱は波長が長い程少なくてすむが、この測距システムでは、大気中で長距離を伝送する必要が無く、むしろ、秘匿性の面から遠くには伝送させたくないので、同じく大気の窓の中に発振波長をもつ赤外線レーザーや炭酸ガスレーザーよりは、むしろ短距離で散乱する可視レーザーを用いる。

【0039】

そして、更に、反射器（リフレクタ）２２Ｃの代わりに、光波測距儀の受発光部２２Ｅを用いて、光波測距儀の光波を用いた一方向通信機能又は双方向通信機能を備えて構成することが好ましい。この一方向通信機能又は双方向通信機能は、受給艦１側と補給艦２側の両方で光波測距儀の受発光部２２Ａ、２２Ｅを備えて、この光波に通信情報を乗せることで容易に実現できる。この場合、洋上補給では、補給艦２も受給艦１も波浪などの影響を受けて船体運動をしており、荒天時などでは、受発光部２２Ａと受発光部２２Ｅの間の光波のラインを途切れることなく維持することは難しい状況になる可能性も考えて、データをまとめて一気に送信する方式を取ることがより好ましい。

【0040】

この光波通信により、電話通信に比べて通信精度と、通話時における誤解の発生の回避と、機器類の操作の同調性等を著しく向上でき、洋上補給作業に係る時間を短縮できる。また、洋上補給時のみに補給艦２と受給艦１の間に張られる電話索も不要になり、給油や物資の移動に関するものを除いて、ワイヤレス化できるので、上甲板１３や艦橋１４ａの外部等の暴露部にいる作業要員を減少できる。

【0041】

更に、補給艦２側の操艦情報及び給油機器類の操作情報等を受給艦１側に送り、受給艦１側の操艦情報及び受油機器類の操作情報等を補給艦２側に送ることができるようになり、双方の情報をお互いに共有できるようになる。そのため、操艦時の安全性の確保が容易にできるとともに、燃料油などの物資の移動に関する機器類の操作及び制御に必要な情報を得られ、容易にこれらのデータを画面表示したり、音声メッセージとしたり、操艦の制御及び給油や物資の移動の際の各種操作の制御に使用できるようになる。

【0042】

そして、この第１の実施の形態の操艦支援システム２０では、二船間情報取得手段４２ａは、この測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）と、受給艦１が備えているジャイロコンパス２３との組み合わせから、補給艦２と受給艦１との間の相対距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙと相対針路βと相対速度ΔＶｘ、ΔＶｙとを検出するように構成される。

【0043】

図４～図６に示すように、測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）により距離Ｓ１と投光方向の角度α１を検出し、更に、受給艦１が備えているジャイロコンパス２３により、受給艦１の針路の方位θ１を得て、補給艦２の針路の方位θ２との差である相対針路β（＝θ２－θ１）を算出する。この補給艦２の針路の方位θ２は、洋上補給に際して補給艦２側の予め取り決めて設定した方位として、又は、補給艦２側の操艦データとして受給艦１側に伝達された方位として得られる。

【0044】

投光方向の角度α１と補給艦２の針路の方位θ２との差を角度γとすると、図４～図６に示すように、「γ＝α１＋β」となり、補給艦２の船長方向の相対距離（受給艦１と補給艦２との間の距離：厳密には受発光器２２Ａと反射器２２Ｃとの間の距離）Ｄｘは、「Ｄｘ＝Ｓ１×Ｃｏｓ（α１＋β）」、補給艦２の船幅方向の相対距離（受給艦１と補給艦２との間の距離：厳密には受発光器２２Ａと反射器２２Ｃとの間の距離）Ｄｙは、「Ｄｙ＝Ｓ１×Ｓｉｎ（α１＋β）」となる。また、相対速度ΔＶｘは相対距離Ｄｘを時間微分し、相対速度ΔＶｙは相対距離Ｄｙを時間微分することで得られる。

【0045】

なお、受発光部２２Ａと反射器２２Ｃとの間の相対位置Ｄｘ、Ｄｙから、操艦用の受給艦１と補給艦２との間の距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙを算定することは、受発光部２２Ａと反射器２２Ｃのそれぞれの艦における配置位置が分かっているので容易に行うことができる。なお、図５及び図６では、図面の簡略化のために、操艦用の受給艦１と補給艦２との間の距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙの図示を省略している。

【0046】

また、近接制御手段４２ｂは、図４の近接状態等から図５の並走状態に移行させる手段であり、二船間情報取得手段４２ａで得られた補給艦２と受給艦１との間の相対距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙと相対針路βと相対速度ΔＶｘ、ΔＶｙに基づいて、補給艦２に対して予め設定された受給位置領域Ｒに受給艦１を導くための操艦を自動で行う手段である。この受給位置領域Ｒはピンポイントではなく、ある程度の範囲を持つ領域として、天候や波浪の状態等に基づいて洋上補給の開始前に予め設定される。

【0047】

なお、受給艦１の航行速度をＵｘ、Ｕｙとし、補給艦２の航行速度をＷｘ、Ｗｙとすると、「ΔＶｘ＝Ｕｘ－Ｗｘ」、「ΔＶｙ＝Ｕｙ－Ｗｙ」となる。通常の単独航行では、Ｕｙ＝０、Ｗｙ＝０であるが、２船が並走すると２船間の距離によって２船の間に吸引力（サクションフォース）と旋回モーメント（サクションモーメント）が発生するので、ここでは、航行速度Ｕｘ、Ｗｘだけでなく、補給艦２の船幅方向の航行速度もＵｙ、Ｗｙとして採用する必要が生じる。

【0048】

この近接制御手段４２ｂは、補給艦２と受給艦１との間の現状の相対距離Ｄｘ、Ｄｙと相対針路βと相対速度ΔＶｘ、ΔＶｙを入力して、補給艦２に対して予め設定された受給位置領域Ｒと現状の相対距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙとの関係とから、受給艦１を受給位置領域Ｒに接近させるための、今後の補給艦２の針路の方位θ１と航行速度Ｕｘ、Ｕｙを算出して、この針路の方位θ１と航行速度Ｕｘ、Ｕｙとなるように算出された制御力（前進力、横力、旋回モーメント）を発生するように、可変ピッチプロペラで構成されている２つの推進器１６ａ、１６ｂと、２つの舵１７ａ、１７ｂの４つの操作量を操作する近接制御を行う。

【0049】

この近接制御手段４２ｂによれば、補給艦２に対して受給位置領域Ｒに接近し、受給位置領域Ｒに占位するまでを自動操艦で行うことができるようになり、また、距離索や電話索の張り渡しがない状態で、相手の艦船の位置の監視が精度よくできるようになる。従って、甲板要員及び操艦要員の負担を著しく軽減することができると共に、受給位置領域Ｒに接近するまでの時間を短縮でき、また、操艦時の安全性を向上できる。

【0050】

なお、この近接制御においては、予め設定した近接用のデータを用いて、時々刻々の相対距離Ｄｘ，Ｄｙに応じた針路の方位θ１と航行速度Ｕｘ、Ｕｙを自動で算出及び設定してもよいが、操艦要員からの入力により、この近接用データの指示値を変更したり、あるいは、ジョイスティックなどの操作により手動操艦したりできるように構成しておくことが好ましい。

【0051】

また、相対位置維持制御手段４２ｃは、図５の並走状態を維持する手段であり、補給艦２に対して予め設定された受給位置領域Ｒに到達した後に、二船間情報取得手段４２ａで得られた補給艦２と受給艦１との間の相対距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙと相対針路βと相対速度ΔＶｘ、ΔＶｙに基づいて、補給艦２に対する受給位置領域Ｒを維持するように、言い換えれば、定められた一定の相対距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙ（＝Ｄｓ）、艦速Ｕｘ（＝Ｗｘ）、（Ｕｙ＝０）、針路の方位θ１を維持するように、受給艦１の操艦を自動で行う手段である。

【0052】

この相対位置維持制御手段４２ｃは、現状の補給艦２と受給艦１との間の相対距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙと相対針路βと相対速度ΔＶｘ、ΔＶｙを入力して、今後の補給艦２の針路の方位θ２と相対速度Ｗｘ、Ｗｙを受けて、補給艦２の針路の方位θ１（＝θ２）を保ちつつ、相対速度ΔＶｘ、ΔＶｙをゼロとする航行速度Ｕｘ、Ｕｙとなるように算出された制御力（前進力、横力、旋回モーメント）を発生するように、可変ピッチプロペラで構成されている２つの推進器１６ａ、１６ｂと、２つの舵１７ａ、１７ｂの４つの操作量を操作する相対位置維持制御を行う。

【0053】

この相対位置維持制御手段４２ｃによれば、補給艦２に対して受給位置領域Ｒを維持しながら自動操艦で航行できるようになり、また、距離索の監視や電話通信等で得られる情報に比べて、二船間情報取得手段４２ａで得られる情報の方が距離の測定精度が高くまた瞬時になる。従って、甲板要員及び操艦要員の負担を著しく軽減することができると共に、操艦時の安全性を向上できる。

【0054】

また、離脱制御手段４２ｄは、図５の並走状態から図６の離脱状態に移行させる手段であり、二船間情報取得手段４２ａで得られた補給艦２と受給艦１との間の相対距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙと相対針路βと相対速度ΔＶｘ、ΔＶｙに基づいて、受給位置領域Ｒから受給艦１を離脱させるための操艦を自動で行う手段である。

【0055】

この離脱制御手段４２ｄは、現状の補給艦２と受給艦１との間の相対距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙと相対針路βと相対速度ΔＶｘ、ΔＶｙを入力して、補給艦２に対して予め設定された受給位置領域Ｒと現状の相対距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙとの関係とから、受給艦１を受給位置領域Ｒから離脱して、受給位置領域Ｒの外側の離脱領域（図示しない）に移動させるための、今後の受給艦１の針路の方位θ１と航行速度Ｕｘ、Ｕｙを算出して、この針路の方位θ１と航行速度Ｕｘ、Ｕｙとなるように算出された制御力（前進力、横力、旋回モーメント）を発生するように、可変ピッチプロペラで構成されている２つの推進器１６ａ、１６ｂと、２つの舵１７ａ、１７ｂの４つの操作量を操作する離脱制御を行う。

【0056】

この離脱制御手段４２ｄによれば、補給艦２に対する受給位置領域Ｒからの離脱を自動操艦で行うことができるようになり、また、距離索や電話索の張り渡しがない状態であるので、受給ラインの離脱のみで、速やかに自動で離脱操艦できるようになる。従って、受給位置領域Ｒから安全な離脱領域までの航行時間を短縮でき、また、操艦時の安全性を向上できる。

【0057】

なお、この離脱制御においても、予め設定した離脱用のデータを用いて、時々刻々の相対距離Ｄｓｘ，Ｄｓｙに応じた針路の方位θ１と航行速度Ｕｘ、Ｕｙを自動で算出及び設定してもよいが、この離脱用データの指示値を変更したり、あるいは、ジョイスティックなどの操作により手動操艦したりできるように構成しておくことが好ましい。

【0058】

次に、第２の実施の形態の操艦支援システム２０Ａについて説明するが、第１の実施の形態の操艦支援システム２０との差は、二船間情報取得手段４２ａにおける以下の違いだけであり、その他の構成は同じである。

【0059】

図７～図９の構成の第２の実施の形態の操艦支援システム２０Ａの二船間情報取得手段４２ａは、第１の実施の形態の操艦支援システム２０の第１の測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）に加えて、図１にも示してある光波測距儀の受発光部２２Ｂと反射器（リフレクタ）２２Ｄの組み合わせで構成される第２の測距システム（２２Ｂ、２２Ｄ）を備えて構成されている。

【0060】

なお、この第２の測距システム（２２Ｂ、２２Ｄ）は、前記した第１の実施の形態の操艦支援システム２０では不要である。言い換えれば、第１の測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）又は第２の測距システム（２２Ｂ、２２Ｄ）のいずれかが故障した場合には、故障しない側の測距システムと、ジャイロコンパス２３とにより、第１の実施の形態の操艦支援システム２０を構成することができる。

【0061】

この第２の測距システム（２２Ｂ、２２Ｄ）の受発光部２２Ｂは受給艦１側に受発光部２２Ｂと船長方向に関して距離Ｌ１をおいて配置され、反射器２２Ｅは補給艦２側に反射器２２Ｃと船長方向に関して距離Ｌ２をおいて配置される。この第２の測距システム（２２Ｂ、２２Ｄ）でも、単に相互間の距離Ｓ２を検出するだけでなく、相互間の距離Ｓ２に加えて受給艦１の船首方向に対する測定用光波の投光方向の角度α２を検出するように構成される。

【0062】

この第２の実施の形態の操艦支援システム２０Ａの二船間情報取得手段４２ａでは、図６～図８に示すように、第１の測距システム（２２Ａ、２２Ｃ）により距離Ｓ１と投光方向の角度α１を検出し、更に、第２の測距システム（２２Ｂ、２２Ｄ）により距離Ｓ２と投光方向の角度α２を検出する。

【0063】

そして、２つ受発光部２２Ａ、２２Ｂの間の離間距離Ｌ１、２つ反射器２２Ｃ、２２Ｅの間の離間距離Ｌ２、測定された２つの距離Ｓ１、Ｓ２と２つの投光方向の角度α１、α２とから、受発光部２２Ａ、２２Ｂと反射器２２Ｃ、２２Ｅの相対位置Ｄ１ｘ、Ｄ１ｙ、Ｄ２ｘ（図示しない）、Ｄ２ｙ（図示しない）を算定することができ、補給艦２の針路の方位θ２に対する受給艦１の針路の方位θ１との差である相対針路βと、相対位置Ｄｓｘ、Ｄｓｙを算定することができる。なお、受発光部２２Ａと反射器２２Ｃとの間の相対位置Ｄ１ｘ、Ｄ１ｙから、操艦用の受給艦１と補給艦２との間の距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙを算定することは、受発光部２２Ａと反射器２２Ｃのそれぞれの艦における配置位置が分かっているので容易に行うことができる。なお、図７～図９においては受発光部２２Ｂと反射器２２Ｅの相対位置Ｄ２ｘ、Ｄ２ｙの図示を省略し、また、図８及び図９では、図面の簡略化のために、操艦用の受給艦１と補給艦２との間の距離Ｄｓｘ、Ｄｓｙの図示も省略している。

【0064】

次に、これらの構成の操艦支援システム２０、２０Ａを用いた操艦支援方法について説明する。この操艦支援方法では、図３に示すように、洋上補給作業に入ると、補給艦２側では、補給用操艦を行い、定針・定速航行を開始し、洋上補給作業中は、これを維持する。そして、補給艦２から受給艦１への補給などが完了した段階で、この定針・定速航行を終了し。洋上補給作業を完了する。

【0065】

一方、受給艦１側では、洋上補給作業に入ると、補給用操艦を行う。そして、「光学測距儀のペアリング」を行う。このペアリングは、受給艦１側の光波測距儀の受発光部２２Ａ（又は/及び２２Ｂ）を、補給艦２側の反射器２２Ｃ（又は/及び２２Ｄ）に向けて、光波を投光する。この投光した光波が反射器２２Ｃから反射されて受発光部２２Ａに戻ってくるように、先ず、受発光部２２からの投光方向を反射器２２Ｃに向けて自動又は手動でスキャンさせて、投光した光波が反射器２２Ｃに当たるようにする。この時可視レーザー光を用いているので、目視による手動調整も粗い調整が可能となる。

【0066】

この光波を受けた反射器２２Ｃの方向を自動又は手動で調整して、反射器２２Ｃで反射した光波が受発光部２２Ａに戻るようにする。一旦、受発光部２２Ａから反射器２２Ｃへの光路と、反射器２２Ｃから受発光部２２Ａへの光路とが確立し、この光路確立を認識した後は、それぞれの装置で、上下左右の首振り機構により、光路が外れそうになったら、自動で追従するように構成されていることが好ましい。

【0067】

この「光学測距儀のペアリング」の前後（図３では後）で、「自動操艦システムへの切替」を行う。これにより、操艦要員による自動操艦システムへの切換えスイッチの操作などにより、操艦権を操艦要員の手から自動操艦システムに切り替える。

【0068】

その後は、近接制御手段４２ｂにより、自動操艦による近接を行う。この近接制御では、受給艦１を補給艦２に対して受給位置領域Ｒ内に移動させる。これにより、受給位置領域Ｒに受給艦１を近接させ、その受給位置領域Ｒを占位させる。

【0069】

この占位の状態に至った後は、相対位置維持制御手段４２ｃにより、相対位置維持制御を行って、受給位置領域Ｒ内に受給艦１を自動操艦で維持する。つまり、受給艦１がその受給位置領域Ｒ内に留まるように受給艦１を補給艦２と同じ針路の方位（θ１＝θ２：β＝０）で同じ速度（Ｕｘ＝Ｗｘ、Ｕｙ＝Ｗｙ：ΔＶｘ＝０、ΔＶｙ＝０）で航行させる。

【0070】

この受給艦１が受給位置領域Ｒ内に入る直前若しくは直後に、または、受給艦１が相対位置維持制御に入る直前若しくは直後に、補給の準備としての補給艦２と受給艦１との間に補給ラインの構築を行い、この構築が完了し、しかも、相対位置維持制御に入っている状態になったら、補給を開始し、補給艦２に並行して受給艦１を航行させながら補給を行う。そして、この補給が完了したら、補給ラインを取り外して、補給を解除する。

【0071】

補給解除の後では、離脱制御手段４２ｄにより、自動操艦による離脱を行う。この離脱制御では、受給艦１を補給艦２に対して受給位置領域Ｒから離脱領域に移動させる。これにより、受給位置領域Ｒから受給艦１を離脱させる。この離脱が完了すると、離脱完了の合図信号（光学的表示、音声信号等）受けて、操艦要員による自動操艦システムへの切換えスイッチの操作などが行われ、操艦権を自動操艦システムから操艦要員の手からに切り替える。これにより、「自動操艦システムからの切替」が行われる。

【0072】

この「自動操艦システムからの切替」の前後（図３では後）において、「光学測距儀のペアリングの解除」を行う。これは、受給艦１側の光波測距儀の受発光部２２Ａ（又は/及び２２Ｂ）からの光波の投光を終了することで行う。これにより、補給用操艦を終了する。

【0073】

なお、上記の構成では、受給艦１を２軸２舵の構成としたが、前進力、横力、旋回モーメントの３つ制御力を発生できる構成の船舶であればよく、サイドスラスタを備えて１軸１舵の船舶であってもよい。

【0074】

さらに、測距システムの受発光器２２Ａ、２２Ｂを受給艦１側に、反射器２２Ｃ、２２Ｄを補給艦２側に配置しているが、基本的には、操艦支援システム２０、２０Ａを備えている側の受給艦１に受発光器２２Ａ、２２Ｂを配置するのが好ましいが、測距システムを用いて、あるいは別経路で双方向通信を確保できる場合には、補給艦２側に受発光器２２Ａ、２２Ｂを配置し、受給艦１側に反射器２２Ｃ、２２Ｄを配置してもよい。

【0075】

また、操艦支援システム２０、２０Ａを補給艦２側に備えて、双方向通信で、受給艦１を制御してもよい。補給艦２側のみならず、受給艦１側にも操艦支援システム２０、２０Ａを備えておくことにより、緊急時における補給艦２側からの受給艦１の補給用操艦が可能となる。

【0076】

上記の構成の操艦支援システム２０、２０Ａ、艦船、及び、操艦支援方法によれば、電波封鎖時や電波妨害時においても、補給艦２と受給艦１との間の相対位置Ｄｓｘ，Ｄｓｙと相対針路βと相対速度ΔＶｘ、ΔＶｙとを検出できて、受給艦１側における自動操艦で並走を行って、甲板要員と操艦要員の負担の軽減しつつ、補給艦２からの補給を受けることができる。

【0077】

従って、補給艦２と受給艦１との洋上補給時における操艦の高度な自動化と、測距用の距離索と現場電話線用の電話索の無索化による甲板要員の甲板配置の削減化により、洋上補給作業における安全性の向上と省人化への寄与を可能とすることができる。

【符号の説明】

【0078】

１ 受給艦
２ 補給艦
１０ 船体
１３ 上甲板
１４ 上部構造
１４ａ 艦橋
１６ａ 右舷側推進器
１６ｂ 左舷側推進器
１７ａ 右舷側舵
１７ｂ 左舷側舵
２０、２０Ａ 操艦支援システム
２１ 制御装置
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｅ，２２Ｆ 光波測距儀の受発光部（測距システム）
２２Ｃ、２２Ｄ 反射器（測距システム）
２３ ジャイロコンパス
２４Ａ 艦橋操作盤
２４Ｂ 指揮所操作盤
２４Ｃ 遠隔操作盤
４０ 制御手段
４１ 通常操艦手段
４２ 洋上補給時制御手段
４２ａ 二船間情報取得手段
４２ｂ 近接制御手段
４２ｃ 相対位置維持制御手段
４２ｄ 離脱制御手段
Ｄｘ 第１の測距システムの機器の相互間の距離（補給艦の船首尾方向）
Ｄｙ 第１の測距システムの機器の相互間の距離（補給艦の船幅方向）
Ｄｓｘ 補給艦と受給艦との間の相対距離（補給艦の船首尾方向）
Ｄｓｙ 補給艦と受給艦との間の相対距離（補給艦の船幅方向）
Ｓ１ 第１の測距システムの機器の相互間の距離
Ｓ２ 第２の測距システムの機器の相互間の距離
α１、α２ 測定用光波の投光方向の角度
β 相対針路
θ１ 受給艦の針路の方位
θ２ 補給艦の針路の方位
γ 投光方向と補給艦の針路の方位との差の角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】