[发明专利]水下航行体的路径设定方法、使用该方法的水下航行体的最佳控制方法及水下航行体

说明书

本发明能够对水下航行体设定相对于基准的最佳潜航路径而进行航行控制。本发明具备下述步骤：潜航点输入步骤(S12)，其输入水下航行体的潜航点；目标值设定步骤(S14)，其设定潜航点处的初始目标值；潜航模拟步骤(S22)，其利用水底地形的数据和目标值，基于水下航行体的运动模型，对与目标值相对应的水下航行体的潜航路径进行模拟；以及目标值更新步骤(S28)，其基于评估函数更新目标值，所述评估函数是基于通过潜航模拟步骤(S22)中的模拟得到的潜航路径计算出的，通过重复进行潜航模拟步骤(S22)和目标值更新步骤(S28)而导出最佳目标值。

技术领域

本发明涉及一种水下航行体的路径设定方法、使用该路径设定方法的水下航行体的最佳控制方法、以及水下航行体。

背景技术

近年来，海底等水底作为以矿物资源为首的各种资源的供给源而引人注目。与此相伴，水底调查的必要性也逐渐升高。水底调查一般利用以声波、激光、可见光线、电磁波等信号为介质的遥感方法，但这些信号会发生传输损耗，因此只有在尽可能接近水底的位置使用才能获得高分辨率及高精度的信息。因此，需要使水下航行体(例如潜水艇)以期望的轨道或姿态在水底附近行驶(航行)的技术。

已公开了一种技术，其具备用于设定水下航行体的深度的深度设定单元，并基于所设定的规定深度对船尾舵进行驱动控制(专利文献1)。在这里，在深度设定单元与深度控制单元之间设置有限制电路，通过限制电路进行控制以使得水下航行体不与水底接触。

已公开了一种技术，其为了在进行水下航行体的自动操控时推定运动状态量，使用追随水下航行体的运动特性的运动模型而提高运动状态量的推定精度(专利文献2)。另外，公开了一种考虑潮汐洋流等的影响而对水下航行体进行转向控制的技术(专利文献3)。

另外，公开了一种定位技术，其针对为了对水下航行体进行行驶控制必须获取水下航行体的正确位置的情况，通过利用多波束测深仪对多个位置测量深度而确定水下航行体的位置(专利文献4)。还公开了下述技术，即，获取水下航行体的速度、深度、高度、姿态角等状态信息，基于状态信息设定能够安全航行的安全域，并控制水下航行体以使其能够在安全域内航行(专利文献5)。

专利文献1：日本特开昭63-273797号公报

专利文献2：日本特开平05-016878号公报

专利文献3：日本特开2003-127983号公报

专利文献4：日本特开2007-292729号公报

专利文献5：日本特开2015-063181号公报

声波等探测信号的反射强度具有与相对于水底的入射角成反比的性质。即，在相对于水底较平的入射(入射角较大)时，与垂直入射(0度入射)相比反射强度明显变弱。因此，在起伏较多的复杂水底地形的情况下，反射信号的强度与地形相关，与平坦面的情况相比变弱。并且，在复杂的水底地形中，多径问题也与平坦的水底面相比变得显著。其结果，利用高度仪得到的高度测量值的可靠性也降低。

由于上述情况，为了行驶安全，除了像平坦水底这样能够稳定地以高精度获得高度信息的情况以外，很少采用高度控制导航而较多采用深度控制导航。

现状下，在应用深度控制导航时，以使得航行体与水底相距适当距离的方式设定目标深度，进行控制以防止航行体碰撞到水底。但是，在深度设定时没有定量地评估水底地形与AUV动态之间的关系，在险峻的水底地形等中有可能与水底碰撞。另一方面，如果为了避免碰撞到水底而将目标深度设定为与水底相距充分远，则能够从水底获取的数据的质量和分辨率将显著下降。因此，实际上是基于经验和直觉而与水底相距适当的距离的方式设定目标深度。另外，有时也优选与水底调查所使用的传感器种类相应地，使水下航行体采取特定的姿态，例如平行于水底的姿态。在此情况下，优选以在避免碰撞到水底的同时与水底斜面最近似的轨道航行。