JPH011994A

JPH011994A - 波向測定方法

Info

Publication number: JPH011994A
Application number: JP62-156548A
Authority: JP
Inventors: 森田　行司; 弘佐々木
Original assignee: Kaijo Corp
Current assignee: Kaijo Corp
Filing date: 1987-06-25
Publication date: 1989-01-06

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超音波により波向を測定する方法に関するも
のである。

〔従来の技術〕

超音波を用いて波向を測定する従来の方法の一例を第３
図にて説明する。第３図（ａｌに平面図にて示す如く、
海底の適当な位置に超音波送受波器Ａ。

Ｂ、Ｃを３角形を形成するよう配備し、直上に向けてそ
れぞれ超音波の送信を行う。頂点Ａの角をαとし、各辺
の長さを図の如（ａ、ｂ、ｃとする。

Ａ、Ｂ、Ｃ各点の送波時点は説明の便宜上同時であると
する。

今、図の如く辺ＣＡに対してθなる角度の線に平行な波
Ｗが来たとする。波の進行方向（波向）は波Ｗの線に直
角な方向即ち、辺ＣＡに対して（９０°−〇）となる。

このとき、第３図山）に示す如く、波Ｗが０点を通過す
る時点ＴｃからＡ点を通過する時点Ｔ＾までの時間をｔ
＞　、ＴＡから同し波がＢ点を通過する時点Ｔ、までの
時間をｔ、とじ、ＣＡ間及びＡＢ間の、波Ｗの進行方向
に沿って測った距離を１）及び４．とじ、波Ｗの進行速
度をＶとするとき、Ｊ、Ｉ！ｂｓｉｎθ−ｖ　ｔ　、　　　　　　　　　　
　＋１）１ｔ、　＝ｃ　ｓｉｎ　（α−θ）−ｖｔ、　
　　　　　　（２）これより、ｃ　　　　５ｉｎ（α−θ）　　　　ｔｍ（３）式より
次の如くθが求まる。

ｓｉｎ”θ （ｂ／ｃ）　”　＋　２（ｔｂ／　ｔｌｌ）（ｂ／ｃ）
ｃｏｓ　α＋　（ｔｂ／　ｔＪ　”３台の超音波送受器
Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ波高計と同じ動作を行なわしめて
一つの波の超音波受波器Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれの直上の点
の通過時点を捉え、この時点の差により、この波の進行
時間ｔ□ｔ１を求める。

（４）式にて”ｂ　、”＠以外は常数なので上記の如く
求められたｔｂ＋”ｍを（４）式に入れてθを演算して
求めれば波向（９０°−θ）が得られる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、このような従来の方法では、超音波送受
波器を３セント必要とし、また、海底における３セツト
の超音波送受波器の相互の水平位置及び高さ位置を正確
に得ることは、２０ｍ程度の水深までなら成程度可能で
あるが、５０ｍ程度の水深となると非常に困難となる。

このように３セツトの立体的な相対的位置に大きな誤差
を含み易く、波向の測定結果の信頼性が著しく損なわれ
る、という問題点があった。

本発明は、上記の如き従来の方法の問題点を解決し、超
音波送受波器の据付位置の特定精度に関係なく、水深の
大なる水底に設置しても高い信頼性を以て波向を測定す
ることができる波向測定方法を提供することを目的とす
るものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、水面下の所定の位置に保持された超音波送受
波器により、ほぼ上方に向け、互に角度を隔てた少なく
とも３方向に向けて送波された超音波により経時的に波
高を測定し、同一の波の、前記３方向の受波信号の受波
時間差に基づいて波向を求めることを特徴とする波向測
定方法である。

〔作　用〕

本発明によれば、１セツトの超音波送受器の水底或いは
水面下の適当な１箇所の位置に置き、その１箇所から上
方の３方向に向けて超音波を送波するので、送波源位置
及び受波位置は、３本のビーム相互の間で常に必らず一
致し、据付位置が深くてその位置自体の特定が困難であ
るような場合においても３本のビーム送受波点の相対位
置に関する誤差は全くなく、信頼性のあるデータを得る
ことができる。

超音波送波方向の３方向は、それぞれ異なる方向であれ
ばよく、−平面内にあっても差支えない。

〔実施例〕

本発明の実施例を開面を用いて説明する。

第１図において、ｌは海面、２は海底を示す。

３は海底２の一地点に配置された超音波送受波装置を示
す、超音波送受波装置３には互に異なる３方向に向けて
、波高を測定するための超音波を送波する超音波送受波
器が３組備えられ、一つのユニットとなったものが、ジ
ンバル構造により基準面が常に水平に、その基準面に対
し垂直な垂直軸が常に鉛直方向となるように支承されて
いる０図において４はそのような構造の超音波送受波装
置３が海底に配備された場合の垂直軸を示し、５゜６．
７は、三つの送波方向に送出された超音波ビームを示す
。超音波ビーム５．６．７と、静かな海面１との交点は
Ａ、Ｂ、Ｃであり３角形を形成している。垂直軸４と海
面１との交点をＯとする。

Ｗは波であり、その稜線８と直角な進行線９に沿って進
行し、Ｃ，Ａ、Ｂの順にこれらの点を通過し、超音波ビ
ーム７．５．６により通過する波の波高が経時的に検出
され、波形が感知される。

波高が極大値を示す時点が波が通過した時点であり、超
音波ビーム７．５．６の各々について波が通過した時点
を求め、その時間差により、前述と同様な演算で波向を
求めることができる。

このとき、三つの超音波ビーム５，６．７の送波時点は
、相互の干渉を避けるために時間差を設ける０例えば水
深を５０ｍとし、測定波高を最大２０ｍとすれば、超音
波の往復時間はおよそ８０ａｓ程度となる。第２次エコ
ーまで考慮すれば各超音波ビームの送波時点の間隔は１
６０ｍ５程度にとればよく、３本の超音波ビームによる
測定時間は最初の受渡から最後の受波までの間は約３２
０ｍ５のずれがある。しかし周期が約１０秒の波に対し
てはこのずれ時間は約３．２％であり十分短かく、誤差
は僅かである。

また、波高の検出に当たり、垂直に対し傾いた超音波ビ
ームで検出するので、その分の誤差を伴なう。例えば、
１頃きの角度を１９．１°としたときに垂直の波高に比
べて１　／ｃｏｓ　　１９．１°＝１．０５８となり、
約５．８％だけ高い値が検出されるが、本測定方法は波
高の絶対値が問題ではなく、波高の極大値を示す時点を
検出するのが重要であるので、これに対してはこの誤差
は問題にならない。

しかし、この傾斜により、波の頂点の水平方向の検出誤
差を伴う。即ち、波の進行方向の垂直面に投影した第２
図において、例えば超音波ビーム６により波の通過は頂
点１０において検知される。

超音波ビーム５による波の通過の検知は、第２図の投影
面において超音波ビーム５は垂直なので、この二つのビ
ーム５．６による波の通過時点の時間差はｔａ＋となり
、垂直のビームで測定した波の頂点１）に対する時間差
ｔ、に対しΔｔ１の誤差を伴う。即も、ｔａ　−ｔａ＋−ΔＬ、　　　　　＋５１この誤差Δｔ
、は、この投影面における超音波ビーム６の垂直軸に対
する傾斜角をφとし、波高の半分の高さをＨ，ｋを比例
定数とすると、ΔＬ、＝ｋＨｔａｎ　φ で表わされる。この波高Ｈは、見掛けの波高Ｈ８に対し
、Ｈ＝　Ｈ、ｃｏｓφ で示されるので、 Δを鳳　＝ｋＨ，ｔａｎφｃｏｓφ　　　（６）となる
、傾斜角φは波向の方向の垂直の面に投影した超音波ビ
ームの傾斜角なので、波向を示すθの関数となる。即ち
、 φ＝ｆ（θ）（７）波の移動時間差を補正する式ｆ６１．　（５１および式
（７）。

（４）を組み合わせて波向（９０°−θ）を演算して求
める。

超音波ビームの数は最低３ビームが必要である。

４ビ一ム以上を用いて、時間差が大きいデータを選ぶよ
うにすれば誤差は少なくなる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超音波の送波地点、受渡地点は、複数
のビームに対し、常に必らず一致するので、送受波地点
の相対的位置の測定誤差に基づく誤差は全くなくなり、
しかも、設置地点自体の絶対的位置の測定誤差にも影響
されず、測定器の構造が簡単となり、測定作業も簡単で
あり、水深の大なる場所においても信頼性の極めて高い
波向測定方法を提供することができ、実用上極めて大な
る効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施する実施例を説明する斜視
図、第２図はその、波向方向の垂直面に投影した投影図
、第３図（ａｌは従来の測定方法を説明するための平面
図、同図（ｂｌはＡ、Ｂ、Ｃ各点の受波器の応答を示す
グラフである。 ■・・・海面、２・・・海底、３・・・超音波送受波装
置、４・・・垂直軸、５，６．７・・・Ｍｉ’ｆｌ波ビ
ーム、８・・・稜線、９・・・進行線、１０．１）・・
・頂点。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水面下の所定の位置に保持された超音波送受波器
により、ほぼ上方に向け、互に角度を隔てた少なくとも
３方向に向けて送波された超音波により経時的に波高を
測定し、同一の波の、前記３方向の受波信号の受波時間
差に基づいて波向を求めることを特徴とする波向測定方
法。