MEMS慣性計測装置を用いた高精度リアルタイム補正音響測深システム

摘要

沿岸域の海底地形は，波浪の影響を受けて年間を通じて大きく変化する.そのため，水深データに基づく海底地形の変化パターンを読み取ることは沿岸域の堆積学'地形学的研究にとつて重要である.また，水深データは湖沼や沿岸域における堆積物採取のための深度推定や採取地点の選定に必要不可欠なデータである.さらに水深データは，高潮や津波の伝搬および遡上についてのシミュレーシヨンや浸水被害予測の高度化など沿岸域防災における基礎的なデータでもあり，その重要性はますます増加している.しがしながら，現在，海底砂州の形成プロセスを考慮する上で最も重要な浅水域である沿岸部，またダム湖の水際部や溜め池などの閉水域の水深を高精度で計測することは困難である.その理由としては，通常の測量船では進入が困難であり，また，測量尺による直接測量"では安全確保の上で制約がある.近年，J.P.Duganら2)によつて水上ジェットスキーに測深機を搭載した手法や小型流速計(ADCP)を利用した自動潜水艇が提案されているが，藻やロープ類等，自動潜水艇等の運用に支障をきたす物体があるため，溜め池や漁港内などでは不向きである.一方，無線操縦船舶による手法も考えられるが，一般的に大型船舶と異なり小型無線操縦船舶は小さな波の影響を受けやすく，動揺しやすい.従って，無線操縦による小型船に測深機のみを搭載しても，水深精度を著しく低下させる.これらの問題を解決する機器は未だ見受けられない.そこで本論文では，小型無人水上艇に搭載するためのMicro Electro Mechanical Systems(MEMS)慣性計測装置を用いた高精度リアルタイム捕正音響測深システムを提案する.提案法は，小型無線操縦船舶の運搬性運用性を考慮し，高精度であるがシステム全体が複雑なマルチビーム測深機ではなく，構造が小型シンプルでコスト面に優れたシングルビーム音響測深機を採用する.なお，小波浪におけるシングルビームによる船体揺動の測定誤差を補正する手法は他に見受けられない.%This paper proposes a high-precision real-time correction sounding system using Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) inertial measurement units, which can correct the effective depth from the sea surface to the seabed in real-time. The advantages of the proposed system are as follows:(1)The system outperforms a single-beam sounder available on the market in that the range of depth errors caused by the swing of a research vessel is about 2%: (2) Since the proposed system is small compared to the existing attitude and heading reference system, it can be employed for unmanned surface vehicle, remotely operated underwater vehicle, autonomous underwater vehicle, and so on. Experimental results show that an attitude, heading and depth measured by the developed system are within the acceptable range, and the system can give a stabilized attitude, heading and depth information for along time.