堅牢な水中ビークルのためのシステムおよび方法

(関連出願の引用) 本願は、米国仮出願第61/792,708号(2013年3月15日出願)の利益を主張し、上記出願の内容は、その全体が参照により本明細書に引用される。

水中ビークルは、典型的には、ビークルから船体の周囲の流動場の中に突出する作動式フィンを使用して制御される。ビークル上のフィンが、ビークルと異なる速度で移動する異物と接触する場合、ビークルの慣性は、フィン、連結、および作動システム上に生じる非常に高い力を発生させ得る。ビークルの構造の中へのこれらの力の伝達を防止し、フィンを駆動するアクチュエータへの損傷を制限するために、作動システムとフィンとの間の力制限連結器に対する必要性がある。

さらに、水中ビークルの船体は、典型的には、別個の複数の区分で設計および製造される。別個の船体区分は、典型的には、接着剤または留め具によって船体に結合される金属リングによって接合される。しかしながら、複合材から作製される船体区分は、概して、鋭角ならびに金属に対応することができず、典型的には、魚雷上で使用される台形断面のバンドクランプの使用を困難にする。さらに、水中ビークルは、概して、水と密度が類似するように作られているため、任意の節約された重量は、より大きい浮揚性、より大きい積荷体積、ならびにより低い製造および動作コストにつながり得る。したがって、これらの船体界面は、軽量、低コスト、強固、かつ比較的に堅い接合幾何学形状を伴う堅牢な水中ビークルを設計する機会を提示する。

前方監視ソナーレイはまた、水中ビークルの堅牢性を増加させる機会を提示する。ほとんどの前方監視ソナーは、ビークルの正面に不安定に設置され、多くの場合、衝突の場合、破壊される。さらに、正面搭載ソナーアレイは、典型的には、平面形状の船首区分をもたらし、ソナーを損傷にさらし得る。さらに、ビークルの流体力学的挙動は、多くの場合、平面船首形状およびソナーの制約(平面アレイを収容するための平面ボックス等)に起因して妨害される。したがって、正面に面したソナーアレイのための改良された保護を伴う、堅牢な水中ビークルを設計する必要性がある。

堅牢な水中ビークルのためのシステムおよび方法が、本明細書に説明される。一側面によると、船体と、船体に接続されている作動システムと、ビークルを操向するように構成されているフィンとを備えている水中ビークルが、説明される。フィンは、力制限連結器を使用して、作動システムに接続され得る。いくつかの実施形態では、力制限連結器は、閾値力を受けると、作動システムから離脱するように構成され得る。力制限連結器は、青銅、真鍮、プラスチック、または任意の他の好適な材料から作製され得る。

いくつかの実施形態では、力制限連結器は、少なくとも1つの円周方向切り欠きを伴う中空ロッドを備え得る。円周方向切り欠きは、所定の力閾値でまたはそれを上回ると、破壊および破断するように設計され得る。

代替実施形態では、力制限連結器は、フランジを伴う円錐台を備え得、力制限連結器は、フランジと円錐台との交差部に沿って、切り込み線を含み得る。切り込み線は、所定の力閾値でまたはそれを上回ると、破壊、断裂、または破断するように設計され得る。力制限連結器はさらに、作動システムに取り付けられた中空円錐台を備え得、フランジを伴う円錐台と中空円錐台とは、軸方向に整列させられる。フランジを伴う円錐台は、軸方向力を受けると、中空円錐台に押し込まれるように構成され得る。いくつかの実施形態では、フィンは、力制限連結器を分離および再接続するように設計される。

いくつかの実施形態では、力制限連結器は、接着剤、留め具、一体型ヒンジ、または任意の他の好適なコネクタを使用して、フィンおよび/または作動システムに取り付けられ得る。力制限連結器は、作動システムに対する屈曲および回転において剛であり得るが、閾値力を受けると、フィンおよび/または作動システムから破壊、破断、断裂、または分離するように設計され得る。閾値力は、作動システム等の水中ビークルの構成要素の損傷閾値を下回るように設計され得る。

別の側面によると、第1の軸方向強度部材を含む第1の船体区分と、第1の軸方向強度部材に隣接して整列させられている、第1の船体区分に接続されている第1の耐圧面と、第2の軸方向強度部材を含む第2の船体区分と、第2の軸方向強度部材に隣接して整列させられている、第1の船体区分に接続されている第2の耐圧面と、ねじ山付きターンバックルとを備えている水中ビークルが、説明される。ねじ山付きターンバックルは、第1および第2の軸方向強度部材と嵌合するように構成され得る。ねじ山付きターンバックルは、第1および第2の船体区分を一緒に規定の予荷重張力まで引っ張るように構成され得る。いくつかの実施形態では、軸方向強度部材は、カーボンファイバから成る。

別の側面によると、カーボンファイバ船首であって、カーボンファイバ船首は、複数の細隙を含む、カーボンファイバ船首と、複数のトランスデューサを備えているブレーズドソナーアレイとを備えている水中ビークルが、説明される。ブレーズドソナーアレイは、複数の細隙のうちの少なくとも1つを通して伝送するように整列させられ得る。いくつかの実施形態では、複数のトランスデューサは、カーボンファイバ船首の湾曲と実質的に平行であるように向けられ、複数のトランスデューサのうちの少なくとも2つは、放物線形状に、またはそれに対して接線方向に向けられ得る。いくつかの実施形態では、複数のトランスデューサは、ソナー信号を2次元平面において伝送するように向けられ得る。いくつかの実施形態では、トランスデューサのうちの少なくとも1つは、別のトランスデューサに直交するように向けられ得る。例えば、1つのトランスデューサは、水平に向けられ得、別のトランスデューサは、垂直に向けられ得る。別の実施形態では、トランスデューサは、ビークルの中心線である共通交線を伴う画像面に対して向けられ得る。

本発明の他の目的、特徴、および利点は、添付の図面と関連して検討される、以下の発明を実施するための形態の検証に応じて、明白となるであろう。

本明細書に説明されるシステムおよび方法は、添付の請求項に記載される。しかしながら、説明の目的のために、いくつかの例証的実施形態は、以下の図に記載される。

図1は、本開示の例証的実施形態による、例示的遠隔ビークルを描写する、ブロック図である。

図2は、本開示に説明されるシステムおよび方法の少なくとも一部を実装するための例示的コンピュータシステムのブロック図である。

図3は、力制限連結器の例証的実施形態を描写する。

図4は、一例証的実施形態による、力制限連結器を使用して取り付けられるフィンを伴うビークルを描写する。

図5AおよびBは、力制限連結器の一例証的実施形態を描写する。

図5AおよびBは、力制限連結器の一例証的実施形態を描写する。

図6は、一例証的実施形態による、力制限連結器を使用して取り付けられるフィンを伴うビークルを描写する。

図7A−Cは、一例証的実施形態による、ターンバックルを使用して接続される2つの船体区分を伴うビークルを描写する。

図7A−Cは、一例証的実施形態による、ターンバックルを使用して接続される2つの船体区分を伴うビークルを描写する。

図7A−Cは、一例証的実施形態による、ターンバックルを使用して接続される2つの船体区分を伴うビークルを描写する。

図8A−Cは、一例証的実施形態による、ブレーズドソナーアレイのための細隙を伴うビークルの船首区分を描写する。

図8A−Cは、一例証的実施形態による、ブレーズドソナーアレイのための細隙を伴うビークルの船首区分を描写する。

図8A−Cは、一例証的実施形態による、ブレーズドソナーアレイのための細隙を伴うビークルの船首区分を描写する。

本発明の全体的な理解を提供するために、ある例証的実施形態を説明する。しかしながら、本明細書で説明されるシステムおよび方法は、他の好適な用途のために適合および修正され得、そのような他の追加および修正は、その範囲から逸脱しないであろうことが、当業者によって理解されるであろう。

堅牢な水中ビークル(vehicle)のためのシステムおよび方法が、本明細書に説明される。一側面によると、フィンを水中ビークルのアクチュエータシステムに接続し得る力制限連結器が、説明される。潜在的損傷力のビークルの構造の中への伝達を防止し、フィンを駆動するアクチュエータの損傷を制限するために、力制限連結器は、所定の閾値を上回る力を受けると、水中ビークルから分離し得る。

いくつかの実施形態では、力制限連結器は、切り欠き付き真鍮管を備え得る。別の実施形態では、力制限連結器は、切れ目付きプラスチックディスクを備え得る。いずれの場合も、連結器は、脆性破壊が生じるまで、回転および屈曲において剛であり、フィンは、通常動作における設計された流体力学荷重より高いが、他の構成要素の損傷閾値を下回る、制御された力で破断することが可能である。真鍮管は、中空ボアを伴う六角形ロッドであり得、ロッドは、フィン内のポケットの中と、アクチュエータからの駆動シャフトの中とに留まるか、またはそこに結合される。フィンとアクチュエータとの間の管は、応力収集を生成させるために、円周方向に切り欠きが付けられ得る。切り欠きの直径および鋭さは、所望の曲げ荷重において、破壊、したがって、強度の損失を生じさせるように設計され得る。フィンはまた、力制限連結器を分離し、それに再び取り付くように設計され得る。

いくつかの実施形態では、力制限連結器は、フランジを伴う円錐台を備え得る。力制限連結器は、単一材料部品から機械加工され、接着剤または留め具によって、フィンに取り付けられ得る。オフセットされた嵌合式中空円錐台が、アクチュエータに取り付けられ得る。いくつかの実施形態では、フィン側円錐のフランジは、応力集中を生成するために、フランジ上に切り込み線を有し得る。切り込み線の深さおよび鋭さは、所定の力でまたはそれを上回ると、破壊、断裂、または破断を生じさせるように設計され得る。フランジは、一体型ヒンジ、留め具、または任意の他の好適なコネクタを用いて、アクチュエータ側に留められ得る。曲げ応力下、円錐は、切り込み線において断裂または破壊することによって、フランジから破断し得る。そのような実施形態では、非常に大きな直径の切れ目リングは、破断点直前までのフィン取り付きを比較的に剛にし得る。例えば、破断に先立った外径におけるわずかなたわみは、フィンの角度に非常にわずかな変化しか生成しないであろう。この幾何学形状はまた、円錐が、それらの間に軸方向に間隙が存在するように製造されることを可能にし得る。そのような実施形態では、軸方向衝撃は、フィン側円錐をアクチュエータ側円錐の中に押し、フランジを解放させ得る。フィンの外側端が、軸に対してある傾きを伴って設計される場合、フィンは、フランジが破断させられると、軌道から外れて枢動し、アクチュエータに対して軸方向に伝達される力を低減し、損傷を防止し得る。

別の側面によると、ねじ山付きターンバックルを使用して第2の船体区分に接続される第1の船体区分を備えている、堅牢な水中ビークルが、説明される。いくつかの実施形態では、軸方向強度部材は、カーボンファイバ複合材から成り得、複合材船体外装に接合され得る。軸方向強度部材はまた、カーボンファイバ、ファイバガラス、石英、Kevlar、グラフェン、あるいは任意の他の高強度および/または異方性材料から成り得る。軸方向強度部材は、それらをターンバックルに接合するピンを収容するための小穴を伴う、端部を有し得る。いくつかの実施形態では、各船体区分は、その隣接する区分に当接する耐圧面を有し得る。いくつかの実施形態では、各接合部における2つの区分のうちの一方は、組立を誘導するためのテーパ状縁部を有し、接合部における剪断を支持し得る。船体区分はまた、船体が円形断面である場合、接合の回転整列を指示するための特徴を有し得る。

ターンバックルへのアクセスは、複合材外装内における開口部の生成によって、船体の外側から提供され得る。これらの開口部は、軸方向強度部材、ターンバックル、および/またはその接合ピンの端部を露出し得る。開口部は、ビークルが動作時、フェアリング部品で覆われ得る。いくつかの実施形態では、接合ピンは、ターンバックルが、完全にねじを緩めることなしに区分から分離されることが可能なように、除去され得る。ピンは、ターンバックルに張力がかかっていないとき、フラップまたはタブによって保持され得る。いくつかの実施形態では、ターンバックルは、区分を規定の予荷重張力まで軸方向に一緒に引っ張り、堅く接合されたビークル船体を生成し得る。

いくつかの実施形態では、構造剛性および据え付けのための隔壁が、船体複合材構造内に含まれ、内部構成要素が、隔壁を有していない側の分離された区分の中に軸方向に装填され得るように、接合部の片側または他側に偏らされることができる。この構成は、装填され得る構成要素のサイズを有意に増加させ、低製造コストおよび船体内の構成要素の高パッキング効率につながり得る。

別の側面によると、堅牢な水中ビークルは、ブレーズド(blazed)ソナーアレイ、ノンブレースド(non−blazed)アレイソナー、または斜視(suquinted)ソナー等のソナーアレイを含み得る。古典的ブレーズドアレイは、長方形のゴム製ブーツの内側の一対のステーブ(また、本明細書では、トランスデューサとも称される)から成る。ほとんどの前方監視ソナーは、ビークルの正面に不安定に設置され、多くの場合、衝突の場合、破壊される。さらに、正面搭載ソナーアレイは、典型的には、平面形状の船首区分をもたらし、ソナーを損傷にさらし得る。さらに、ビークルの流体力学的挙動は、多くの場合、平面船首形状およびソナーの制約(平面アレイを収容するための平面ボックス等)に起因して妨害される。

しかしながら、ブレーズドアレイソナーは、典型的には、舷側では、動作しない。それらは、ある範囲の斜視角(squint angle)にわたって、伝送および受信するように設計される。ブレーズドアレイステーブはまた、ある程度の柔軟性を伴って設置され得る。いくつかの実施形態では、前方視ブレーズドソナーアレイは、ステーブが、略放物線に配列されるように、ステーブをビークルの側面に沿って並べるように位置付けられ得る。アレイは、アレイを狭い細隙を伴うカーボンファイバ船首の背後に隠すことによって保護され得る。放物線に設置されることによって、配列は、平坦平面形状より、低抵抗船首とより適合可能である。また、アレイを積層するのではなく、端々で配列することによって、船首内の孔は、より長く、かつ狭くなり、大きな物体がアレイに衝撃を及ぼすことをより困難にする。いくつかの実施形態では、ステーブは、複数の平面において撮像するように配列され得る。いくつかの実施形態では、ステーブは、水平平面および垂直スライスを撮像するように構成され得る。細隙は、有意な保護をソナーアレイに提供するために十分に狭い一方、同時に、各ステーブが2次元平面において撮像するための十分な空間を可能にし得る。細隙は、ゴルフボール、またはいくつかの実施形態では、フジツボに覆われたゴルフボールより小さくあり得る。

図1は、本開示の例証的実施形態による、例証的遠隔操作ビークルを描写する、ブロック図である。システム100は、ソナー信号を送信および受信するためのソナーユニット110と、受信(または反射)信号を調節するためのプリプロセッサ120と、パルス圧縮およびビーム形成を行うための整合フィルタ130とを含む。システム100は、高周波数(約100kHzよりも大きい)ソナー信号を使用して、ナビゲートすることを可能にするように構成される。そのようなHF航行を可能にするために、システム100は、見通し角誤差を補償するため、および位相誤差を補正するための信号補正器140を含む。システム100はまた、受信された画像を地図とコヒーレントに相関させるための信号検出器150も含む。いくつかの実施形態では、システム100は、搭載された航行コントローラ170、モータコントローラ180、およびセンサコントローラ190を含む。航行コントローラ170は、GPS/RFリンク172(利用可能であるとき)、加速度計174、ジャイロスコープ、およびコンパス176から航行パラメータを受信するように構成され得る。モータコントローラ180は、ビークルを操縦するための複数のモータ182、184、および186を制御するように構成され得る。センサコントローラ190は、バッテリモニタ172、温度センサ194、および圧力センサ196から測定値を受信し得る。システム100はさらに、ソナー測定値ならびに他の航行およびセンサパラメータに基づいて航行パラメータを決定するため、およびビークルの移動を制御するためにハブとしての機能を果たし得る、中央制御ユニット(CCU)160を含む。

水面または水中ビークルとの関連で、CCU160は、位置(緯度および経度)、速度(任意の方向)、方角、機首方位、加速度、および高度等の航行パラメータを決定し得る。CCU160は、航跡に沿った方向(前方および後方)、航跡を横断する方向(左舷および右舷)、および垂直方向(上および下)に沿った運動を制御するために、これらの航行パラメータを使用し得る。CCU160は、ビークルの向きを変える(yaw)、ビークルを傾ける(ピッチ)、ビークルを転がす(roll)、または別様にビークルを回転させる(rotate)ように運動を制御するために、これらの航行パラメータを使用し得る。水中動作中、自律型無人潜水機(AUV)等のビークルは、ソナーユニット110において高周波数実開口ソナー画像または信号を受信し得、次いで、画像または信号は、地形の合成開口ソナー(SAS)地図に対して処理され、フィルタにかけられ、補正され、相関させられ得る。相関を使用して、次いで、CCUは、地形をナビゲートすることを支援するために、高精度および他の航行パラメータを用いてAUVの位置を決定し得る。精度は、SAS地図および/または獲得されたソナー画像の信号および空間帯域幅によって決定され得る。ある実施形態では、正方画素を伴う事前SAS地図とのソナー画像の少なくともほぼ完璧な重複があると仮定し、類似要素サイズおよび帯域幅を有する単一のチャネルを用いて再取得が行われたと仮定し、かつ見通し角補償の損失がほとんどまたは全くないと仮定すると、エンベロープは、要素サイズの約2分の1であろう。その結果として、ある実施形態では、エンベロープのピークは、波長の約1/100までを含む高精度で識別され得る。例えば、分解能は、レンジ方向において、2.5cm未満、または1cm未満、あるいは約0.1mm未満および約0.1mmであり得る。

上述のように、システム100は、音響信号を伝送および受信するためのソナーユニット110を含む。ソナーユニットは、一列に配列される、1つ以上の伝送要素またはプロジェクタと複数の受信要素とを有するトランスデューサアレイ112を含む。ある実施形態では、トランスデューサアレイ112は、別個のプロジェクタおよび受信機を含む。トランスデューサアレイ112は、SASモード(進路要図またはスポットライトモードのいずれか)で、または実開口モードで動作するように構成され得る。ある実施形態では、トランスデューサアレイ112は、マルチビーム音波発信機、サイドスキャンソナー、またはセクタスキャンソナーとして動作するように構成される。伝送要素および受信要素は、所望に応じて、サイズ決定および成形され得、本開示の範囲から逸脱することなく、所望に応じて、任意の構成で、および任意の間隔を用いて配列され得る。トランスデューサアレイ112の数、サイズ、配列、および動作は、地形に高周波の音波を当て、地形または物体の高分解能画像を生成するように選択および制御され得る。アレイ112の一実施例は、12³/₄インチビークルに搭載された5cm要素を伴う16チャネルアレイを含む。

ソナーユニット110はさらに、トランスデューサから受信される電気信号を受信および処理するための受信機114と、電気信号をトランスデューサに送信するための伝送機116とを含む。ソナーユニット110はさらに、開始および終了を含む伝送機の動作、およびピングの周波数を制御するための伝送機コントローラ118を含む。

受信機114によって受信される信号は、調節および補償のためにプリプロセッサに送信される。特に、プリプロセッサ120は、異常値を排除するため、およびハイドロホン変動を推定して補償するためのフィルタ調節器122を含む。プリプロセッサはさらに、ビークルの運動を推定、および補償するためのドップラ補償器124を含む。前処理された信号は、整合フィルタ130に送信される。

整合フィルタ130は、レンジ内で整合フィルタリングを行うためのパルス圧縮器132と、方位角において整合フィルタリングを行い、それにより、方向推定を行うためのビームフォーマ134とを含む。

信号補正器140は、見通し角の差異を補償するようにソナー画像を調整するための見通し角補償器142を含む。典型的には、ソナーが点散乱体の集合を撮像する場合、画像は観測角とともに変化する。例えば、固定高度および機首方位で動作し、海底経路を観測するSASシステムは、異なるレンジで異なる画像を生成するであろう。同様に、固定水平レンジで作製されるSAS画像は、高度が変化させられた場合に変化するであろう。そのような場合において、画像の変化は、見通し角の変化によるものであろう。見通し角補償器142は、見通し角不変画像を生成するように構成される。1つのそのような見通し角補償器が、「Apparatus and Method for Grazing Angle Independent Signal Detection」と題された米国特許出願第12/802,454号で説明され、その内容は、それらの全体で参照することにより本明細書に組み込まれる。

信号補正器140は、レンジ変動位相誤差を補正するための位相誤差補正器144を含む。概して、位相誤差補正器144は、画像をより小さい断片に分け、各断片は、実質的に一定の位相誤差を有する。次いで、位相誤差が、より小さい断片の各々について推定および補正され得る。

システム100はさらに、信号相関器152および記憶装置154を有する、信号検出器150を含む。信号検出器150は、潜在的な標的を検出し、検出された物体の位置および速度を推定し、標的またはパターン認識を行うように構成され得る。一実施形態では、記憶装置154は、1つ以上の以前に取得されたSAS画像、実開口画像、または任意の他の好適なソナー画像を含み得る、地図記憶部を含み得る。信号相関器152は、信号補正器140から取得される受信および処理された画像を、地図記憶部154からの1つ以上の事前画像と比較するように構成され得る。

システム100は、本開示から逸脱することなく、図示されていない他の構成要素を含み得る。例えば、システム100は、データロギングおよび記憶エンジンを含み得る。ある実施形態では、データロギングおよび記憶エンジンは、科学的データを記憶するために使用され得、次いで、データは、航行システムを支援するための後処理で使用され得る。システム100は、システム100の1つ以上の特徴へのアクセスを制御するため、および1つ以上の特徴の使用を認可するためのセキュリティエンジンを含み得る。セキュリティエンジンは、アクセスを制御するための好適な暗号化プロトコルおよび/またはセキュリティキーおよび/またはドングルを伴って構成され得る。例えば、セキュリティエンジンは、地図記憶部154に記憶された1つ以上の地図を保護するために使用され得る。地図記憶部154の中の1つ以上の地図へのアクセスは、適切なライセンス、権限、または許可を有する、ある個人または実体に限定され得る。セキュリティエンジンは、これらの個人または実体が権限を与えられたことを確認すると、これらの個人または実体に1つ以上の地図へのアクセスを選択的に許可し得る。セキュリティエンジンは、限定されないが、航行コントローラ170、モータコントローラ180、センサコントローラ190、伝送機コントローラ118、およびCCU160を含む、システム100の他の構成要素へのアクセスを制御するように構成され得る。

概して、トランスデューサ112を除いて、システム100の種々の構成要素が、図2のコンピュータシステム200等のコンピュータシステムで実装され得る。より具体的には、図2は、本開示の例証的実施形態による、ネットワークにアクセスする汎用コンピュータの機能ブロック図である。本願で説明されるホログラフィック航行システムおよび方法は、図2のシステム200を使用して実装され得る。

例示的なシステム200は、プロセッサ202と、メモリ208と、相互接続バス218とを含む。プロセッサ202は、マルチプロセッサシステムとしてコンピュータシステム200を構成するための単一のマイクロプロセッサまたは複数のマイクロプロセッサを含み得る。メモリ208は、例証的に、メインメモリおよび読み取り専用メモリを含む。システム200はまた、例えば、種々のディスクドライブ、テープドライブ等を有する、大容量記憶デバイス210も含む。メインメモリ208はまた、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)および高速キャッシュメモリも含む。動作および使用中、メインメモリ208は、メインメモリ208に記憶されたデータ(例えば、地形のモデル)を処理するときにプロセッサ202による実行のための命令の少なくとも複数部分を記憶する。

いくつかの実施形態では、システム200はまた、ネットワーク216を介したデータ通信のためのインターフェース212として、一例として示される、通信のための1つ以上の入出力インターフェースを含み得る。データインターフェース212は、モデム、イーサネット(登録商標)カード、または任意の他の好適なデータ通信デバイスであり得る。データインターフェース212は、直接的に、または別の外部インターフェースを通してのいずれかで、イントラネット、インターネット、またはInternet等のネットワーク216への比較的高速のリンクを提供し得る。ネットワーク216への通信リンクは、例えば、光学、有線、または無線(例えば、衛星または802.11Wi−Fiまたはセルラーネットワークを介した)リンク等の任意の好適なリンクであり得る。いくつかの実施形態では、通信は、音響モデムを介して起こり得る。例えば、AUVに対して、通信は、そのようなモデムを介して起こり得る。代替として、システム200は、ネットワーク216を介したウェブベースの通信が可能なメインフレームまたは他の種類のホストコンピュータシステムを含み得る。

いくつかの実施形態では、システム200はまた、好適な入出力ポートも含み、または、プログラミングおよび/またはデータ入力、読み出し、または操作目的でローカルユーザインターフェースとしての機能を果たす、ローカルディスプレイ204およびユーザインターフェース206(例えば、キーボード、マウス、タッチスクリーン)等と相互接続するための相互接続バス218を使用し得る。代替として、サーバ運営人員が、ネットワーク216を介して、遠隔端末デバイス(図に示されていない)からシステム200を制御および/またはプログラムするために本システムと相互作用し得る。

いくつかの実施形態では、システムは、1つ以上のコヒーレントセンサ(例えば、ソナー、レーダ、光学アンテナ等)214に連結される、航行コントローラ170等のプロセッサを必要とする。地形のモデルに対応するデータおよび/またはそのモデルに関連付けられるホログラフィック地図に対応するデータは、メモリ208または大容量記憶装置210に記憶され得、かつプロセッサ202によって読み出され得る。プロセッサ202は、本願で説明される方法のうちのいずれか、例えば、見通し角補償または高周波数ホログラフィック航行を行うように、これらのメモリデバイスに記憶された命令を実行し得る。

本システムは、情報を表示するためのディスプレイ204と、前述のデータの少なくとも一部分を記憶するためのメモリ208(例えば、ROM、RAM、フラッシュ等)と、前述のデータの少なくとも一部分を記憶するための大容量記憶デバイス210(例えば、ソリッドステートドライブ)とを含み得る。任意の一式の前述の構成要素が、入出力(I/O)インターフェース212を介してネットワーク216に連結され得る。前述の構成要素の各々は、相互接続バス218を介して通信し得る。

いくつかの実施形態では、システムは、1つ以上のコヒーレントセンサ(例えば、ソナー、レーダ、光学アンテナ等)214に連結される、プロセッサを要求する。ソナーアレイ214は、他の構成要素の中でもとりわけ、伝送機、受信アレイ、受信要素、および/または関連位相中心/仮想要素を伴う仮想アレイを含み得る。

地形のモデルに対応するデータ、モデルに関連付けられたホログラフィック地図に対応するデータ、および見通し角補償のためのプロセスは、プロセッサ202によって行われ得る。本システムは、情報を表示するためのディスプレイ204と、前述のデータの少なくとも一部分を記憶するためのメモリ208(例えば、ROM、RAM、フラッシュ等)と、前述のデータの少なくとも一部分を記憶するための大容量記憶デバイス210(例えば、ソリッドステートドライブ)とを含み得る。任意の一式の前述の構成要素が、入出力(I/O)インターフェース212を介してネットワーク216に連結され得る。前述の構成要素の各々は、相互接続バス218を介して通信し得る。

動作中、プロセッサ202は、センサ214に対する位置推定、センサ214からの波形または画像、および地形、例えば、海底のモデルに対応するデータを受信する。いくつかの実施形態では、そのような位置推定は、受信されなくてもよく、プロセッサ202によって行われるプロセスは、この情報なしで継続する。随意に、プロセッサ202は、航行情報および/または高度情報を受信し得、プロセッサ202は、コヒーレント画像回転アルゴリズムを行い得る。システムプロセッサ202からの出力は、ビークルが移動する必要がある位置を含む。

システム200に含まれる構成要素は、典型的には、サーバ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ、ネットワーク端末、携帯用デバイス、および同等物等として使用される汎用コンピュータシステムで見出される。実際、これらの構成要素は、当技術分野で周知である、そのようなコンピュータ構成要素の広いカテゴリを表すことを目的としている。

本発明のシステムおよび方法に関与する方法は、不揮発性コンピュータ使用可能および/または読み取り可能な媒体を含む、コンピュータプログラム製品で具現化され得ることが、当業者に明白であろう。例えば、そのようなコンピュータ使用可能媒体は、その上に記憶されたコンピュータ読み取り可能なプログラムコードを有する、CD ROMディスク、従来のROMデバイス、またはランダムアクセスメモリ、ハードドライブデバイスまたはコンピュータディスケット、フラッシュメモリ、DVD、または任意の類似デジタルメモリ媒体等の読み取り専用メモリデバイスから成り得る。

随意に、本システムは、慣性航行システム、ドップラセンサ、高度計、ホログラフィック地図のデータ投入部分上にセンサを固定するギンブリングシステム、全地球測位システム(GPS)、長基線(LBL)航行システム、超短基線(USBL)航行、または任意の他の好適な航行システムを含み得る。

図3は、力制限連結器の一例証的実施形態を描写する。力制限連結器300は、中空管302および円周方向切り欠き304を備え得る。

中空管302は、図3では六角形形状を有するように描写されるが、中空管302は、限定ではないが、長方形、円形、卵形、またはスプラインを含む、任意の好適な断面を有し得る。中空管302は、限定ではないが、鋼鉄、アルミニウム、真鍮、青銅、またはプラスチックを含む、任意の好適な材料から作製され得る。

円周方向切り欠き304は、中空管302の長さに沿った任意の場所に位置し得る。いくつかの実施形態では、中空管302は、2つ以上の円周方向切り欠きを有し得る。いくつかの実施形態では、切り欠きは、非円周方向経路を辿り得る。円周方向切り欠き304は、所定の深さ、鋭さ、および場所を有し得る。いくつかの実施形態では、円周方向切り欠き304は、所定の力閾値で破断するように設計され得る。所定の力閾値は、作動システムまたはビークル船体等、水中ビークルの他の構成要素の損傷閾値によって決定され得る。中空管302は、破断が生じるまで、屈曲および回転において比較的に剛であり得る。

図4は、一例証的実施形態による、力制限連結器を使用して取り付けられるフィンを伴うビークルを描写する。システム400は、ビークル402、フィン404、力制限連結器406、および作動システム408を含む。

ビークル402は、限定ではないが、AUV、遠隔操作ビークル(ROV)、ブイ、無人航空機(UAV)、自律型無人水上艇、または探索ロボットを含む、任意の好適なビークルであり得る。ビークル402は、フィン404を制御するための任意の好適な作動システムであり得る作動システム408を含み得る。例証的実施例として、作動システム408は、制御入力に従って、さまざまな角度にフィン404を傾斜させるためのモータまたはサーボを備え得る。フィン404は、ビークル402のための任意の好適な形状であり得る。

フィン404は、力制限連結器406を使用して、作動システム408に接続され得る。図4に描写される例証的実施例では、力制限連結器406は、図3に描写される力制限連結器300である。前述のように、力制限連結器406は、所定の力閾値で破断するように設計され得る円周方向切り欠きを伴う、中空管を備え得る。所定の力閾値は、作動システム408またはビークル402の船体等の水中ビークルの他の構成要素の損傷閾値によって決定され得る。力制限連結器406は、破断が生じるまで、屈曲および回転において比較的に剛であり得る。

図5Aは、力制限連結器の一例証的実施形態を描写する。力制限連結器500は、円錐台502、フランジ504、および切り込み線506を含む。

円錐台502およびフランジ504は、同一材料から作製され、単一部品から機械加工され得る。円錐台502およびフランジ504は、限定ではないが、鋼鉄、アルミニウム、真鍮、またはプラスチックを含む、任意の好適な材料から作製され得る。

いくつかの実施形態では、切り込み線506は、円錐台502およびフランジ504の界面に機械加工され得る。代替実施形態では、切り込み線506は、フランジ504に沿った任意の円周に機械加工され得る。いくつかの実施形態では、フランジ504は、可変円周に2つ以上のナ切り込み線を有し得る。切り込み線506は、所定の深さ、鋭さ、および場所を有し得る。いくつかの実施形態では、切り込み線506は、所定の力閾値で破壊、断裂、破断、または分離するように設計され得る。所定の力閾値は、作動システムまたはビークル船体等、水中ビークルの他の構成要素の損傷閾値によって決定され得る。円錐台502および/またはフランジ504は、破断が生じるまで、屈曲および回転において比較的に剛であり得る。

図5Bは、力制限連結器の一例証的実施形態を描写する。力制限連結器510は、円錐台512、フランジ514、切り込み線516、中空円錐518、コネクタ520、駆動シャフト522、フィン524、およびフィン基部526を含む。

円錐台512、フランジ514、および切り込み線516は、実質的に、図5Aに関連して論じられる、円錐台502、フランジ504、および切り込み線506と類似し得る。円錐台512は、接着剤または留め具等の任意の好適なコネクタを使用して、フィン524に取り付き得る。いくつかの実施形態では、フィン基部526は、フィン524を円錐台512に取り付くために使用され得る。

中空円錐518は、円錐台512と嵌合するように構成され得る。例えば、円錐台512は、内側中空円錐518に適合するように設計され得る。中空円錐518は、円錐台512と同一または異なる材料から作製され得る。中空円錐518は、駆動シャフト522に取り付けられ得、駆動シャフト522は、ビークル作動システムに取り付けられ得る。フランジ514は、コネクタ520を使用して、中空円錐518に留まり得る。コネクタ520は、一体型ヒンジ、留め具、または任意の他の好適なコネクタであり得る。いくつかの実施形態では、フランジ514は、コネクタ520を使用せずに、直接、中空円錐518に取り付き得る。

円錐台512および中空円錐518は、それらの間に軸方向間隙が存在するように位置付けられ得る。そのような実施形態では、軸方向衝撃は、円錐台512を中空円錐518の中に押し、フランジ514を破断させ解放し得る。フィン524の外側端が、軸に対してある傾きを伴って設計される場合、フィン524は、フランジ514が破断させられると、その軌道から外れて枢動し、アクチュエータに軸方向に伝達される力を低減させ、損傷を防止し得る。

図6は、一例証的実施形態による、力制限連結器を使用して取り付けられるフィンを伴うビークルを描写する。システム600は、ビークル602、フィン604、力制限連結器606、および作動システム608を含む。

ビークル602は、限定ではないが、AUV、遠隔操作ビークル(ROV)、ブイ、無人航空機(UAV)、自律型無人水上艇、または探索ロボットを含む、任意の好適なビークルであり得る。ビークル602は、フィン604を制御するための任意の好適な作動システムであり得る作動システム610を含み得る。例証的実施例として、作動システム608は、制御入力に従って、さまざまな角度にフィン604を傾斜させるためのモータまたはサーボを備え得る。フィン604は、ビークル608のための任意の好適な形状であり得る。

フィン604は、力制限連結器606を使用して、作動システム610に接続され得る。力制限連結器606は、実質的に、図5Bに描写される力制限連結器510と類似し得る。前述のように、力制限連結器606は、所定の力閾値で破断するように設計され得る切り込み線を伴うフランジを備え得る。所定の力閾値は、作動システム608またはビークル602の船体等の水中ビークルの他の構成要素の損傷閾値によって決定され得る。力制限連結器606は、破断が生じるまで、屈曲および回転において比較的に剛であり得る。

図5Bに関連して論じられるように、力制限連結器は、フィン604に取り付けられる円錐台と、アクチュエータシステム608に取り付けられる、オフセットされた嵌合式中空円錐台とを備え得る。そのような実施形態では、軸方向衝撃は、円錐台をアクチュエータ側の円錐の中に押し、円錐台のフランジを破断させ解放し得る。フィン604の外側端が、力制限連結器の軸に対してある傾きを伴って設計される場合、フィン604は、フランジが破断させられると、軌道から外れて枢動し、アクチュエータシステム608に対して軸方向に伝達される力を低減し、損傷を防止し得る。

図7A−Cは、一例証的実施形態による、ターンバックルを使用して接続される2つの船体区分を伴うビークルを描写する。図7Aは、第1の船体区分702、第2の船体区分704、ターンバックル706、第1の軸方向強度部材708、第2の軸方向強度部材710、およびターンバックルピンアクセス孔712を備えている、システム700を描写する。

軸方向強度部材708および710は、カーボンファイバ複合材から成り得、複合材船体外装に接合され得る。軸方向強度部材708および710は、それらをターンバックルに接合するピンを収容するための小穴を伴う端部を有し得る。ターンバックルへのアクセスは、複合材外装内の開口部である、ターンバックルピンアクセス孔712を通して、船体の外側から提供され得る。アクセス孔712は、軸方向強度部材、ターンバックル、および/またはその接合ピンの端部を露出し得る。アクセス孔712は、ビークルが動作時、フェアリング部品で覆われ得る。

軸方向強度部材708および710は、ねじ山付きターンバックル706と嵌合するように構成され得る。ターンバックル706は、船体区分702および704を規定の予荷重張力まで軸方向に一緒に引っ張り、堅く接合されたビークル船体を生成するように構成され得る。

図7Bは、第1の船体区分702、第2の船体区分704、および重複区分714を含む、システム700の上面図を描写する。図7Bに描写される例証的実施形態等のいくつかの実施形態では、第1の船体区分702は、組立を誘導するためのテーパ状縁部を有し、接合部における剪断を支持し得る。第2の船体区分704は、重複区分714内の第1の船体区分702のテーパ状縁部と嵌合するように設計され得る。いくつかの実施形態では、船体区分702または704のうちの1つ以上のものはまた、船体が円形断面である場合、接合の回転整列を指示するための特徴(図示せず)を有し得る。

図7Cは、第1の船体区分702、第2の船体区分704、カーボンファイバプレート718および720、およびターンバックルピン716を含む、システム700の断面図を描写する。

ターンバックルピン716へのアクセスは、図7Aに描写されるアクセス孔712によって提供され得る。いくつかの実施形態では、ターンバックルピン716は、ターンバックル706が、完全にねじを緩めることなしに区分702および704から分離されることが可能なように、除去され得る。ピン716は、ターンバックル706に張力がかかっていないとき、フラップまたはタブによって保持され得る。

いくつかの実施形態では、各船体区分702および704は、その隣接する区分に当接する、カーボンファイバプレート718および720を有し得る。プレート718および720は、ターンバックル706が軸方向に緊締されている場合、そのそれぞれの船体区分702および704を支持し得る。

図8A−Cは、一例証的実施形態による、ブレーズドソナーアレイのための細隙を伴うビークルの船首区分を描写する。図8Aは、船首区分802、水平細隙804、および垂直細隙806の正面図を含む、システム800を描写する。

船首区分802は、カーボンファイバ、ファイバガラス、または任意の他の好適な材料から作製され得る。細隙804および806は、図8Aでは「T」パターンに描写されるが、船首区分802は、任意の好適な構成において、任意の数の細隙を含み得る。細隙804および806は、船首区分802内に含まれる、ソナートランスデューサ(図8Bおよび8Cと関連して示される)と整列され、ソナートランスデューサが、ソナー信号を2D平面で伝送することを可能にし得る。例えば、水平細隙804は、そのそれぞれのソナートランスデューサが、船首区分802の正面の実質的水平平面を掃引することを可能にし得る一方、垂直細隙806は、そのそれぞれのソナートランスデューサが、船首区分802の正面の実質的垂直平面を掃引することを可能にし得る。このように、細隙804および806は、依然として、ソナー信号が、船首区分802を通過することを可能にしながら、有意な保護をソナーアレイに提供するように設計され得る。

図8Bは、船首区分802、水平細隙804、水平トランスデューサ808、垂直トランスデューサ810、水平ソナー信号812、および垂直ソナー信号814を含む、システム800の側面図を描写する。

前述のように、水平細隙804は、水平トランスデューサ808が、水平ソナー信号812を比較的に水平平面において伝送することを可能にし得る。同様に、垂直トランスデューサ810は、垂直ソナー信号814を垂直細隙806(図8Bには図示せず)を通して伝送し得る。水平ソナー信号812および垂直ソナー信号814は、例証的実施例として、図8Bに描写され、ソナー掃引の実際の形状または範囲を表すことを意図するものではない。トランスデューサ808および810は、AUVまたは海洋用途における使用に対して典型的であるような、ソナー信号を伝送および受信するための任意の好適なソナー機器であり得る。トランスデューサ808および810は、ある範囲の斜視角にわたって伝送および受信するように構成され得る。

図8Cは、船首区分802、水平トランスデューサ808、垂直トランスデューサ810、および水平ソナー信号812を含む、システム800の上面図を描写する。

前述のように、船首区分802内の細隙は、水平トランスデューサ808および垂直トランスデューサ810が、船首区分802を通してソナー信号を伝送および受信することを可能にし得る。水平ソナー信号812は、例証的実施例として図8Cに描写され、ソナー掃引の実際の形状または範囲を表すことを意図するものではない。いくつかの実施形態では、トランスデューサ808および810は、船首区分802の曲率に追従するように成形され得る。いくつかの実施形態では、水平トランスデューサ808および810は、実質的に、放物線配列に位置付けられ得る。このように、船首区分802内の細隙は、トランスデューサ808および810が、依然として、有意な保護をトランスデューサに提供しながら、複数の平面において撮像することを可能にし得る。

そのような実施形態は、一例として提供されるにすぎないことは、当業者に明白となるであろう。多数の変形例、代替、変更、および代用が、本発明を実践する当業者によって採用され得ることを理解されたい。故に、本発明は、本明細書に開示される実施形態に限定されず、法律の下で許容される限り広範に解釈される、以下の請求項から理解されるべきであることを理解されるであろう。