JPH01318983A - 音響測位装置 - Google Patents

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、一定周期で超音波信号を発信するピンガを水
中に設け、そのピンガと例えば船上送受波器との間で超
音波信号の送受を行うことによってピンガからみた船の
位置を計測する音響測位装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、「海洋音響」１
版（昭５９−３−１）海洋音響研究会、Ｐ、２０９−２
１４に記載されるものがあった。

この文献に記載されているように、水中超音波を用いて
船あるいは水中の移動物体の位置を測定する音響測位装
置では、まず海底に設置する基準点として、（ａ）船上
からの質問信号に応答するトランスポンダ、（ｂ）船上
と結ばれた水中ケーブルを通して船上からのトリガ信号
に応答するレスポンダ、及び（Ｃ）ピンガの３種のもの
が使用されており、それらピンガ等と船上送受波器との
間で超音波信号の送受を行って海底の基準点からみた船
の位置を計測している。

ここで、トランスポンダを用いて、そのトランスホンダ
と船上の送受波器の間の直距離（スラントレンジ）、及
び方向余弦を求める音響測位装置のうち、直距離のみで
船の位置を測定するＬＢＬ方式（Ｌｏｎｇ　Ｂａ５ｅ−
Ｌｉｎｅ　Ｓｙｓｔｅｍ　）では、水深に関係なく測定
範囲が広く取れ、しかもその広い範囲にわたって高い測
定精度が得られるという長所がある。ところが、トラン
スポンダは受信回路を持つので、ノイズの大きい所では
誤動作を起こすために使用できないという欠点がある。

レスポンダを用いた方式では、船上から水中ケーブルを
通してレスポンダ側の送信器にトリガ信号を送り、船上
においてトリガ信号の送信タイミング時から受信時点ま
での時間を計測することにより、直距離を求めている。

この方式では、測定精度が高いが、水中ケーブルを必要
とする不利不便さがある。

これに対して、ピンガを用いて方向余弦を求める方式で
は、水中ケーブルを必要とせず、その上、ノイズの大き
い所でも使用できるという長所を有している。ピンガを
用いた方式の一つに、そのピンガの中に高精度な時計を
設け、その正確な音波発射時刻を船上の装置本体に設け
た他の時計により知り、音波を受信するまでの時間を装
置本体で計測して直距離を求める方式がある。この方式
では、簡単に高精度６直距離測定が行えるという長所を
有している。

従来、この種の時計内蔵のピンガを用いた音響測位装置
では、水中のピンガ内に設けた時計と水上の装置本体に
設けた時計とが同期していないと、測定誤差を生じるた
め、置時計の同期を取ることが必要となる。そこで、水
上において、水上の装置本体側の時計とピンガ中の時計
とをコネクタを介して電気的に接続し、同期パルスを用
いて双方の時計の同期を取り、２つの時計が完全に同期
した時にコネクタを外して両者間を切り離す。その俊、
ピンガを水中に設置して直距離の計測を行うようにして
いた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の時計内蔵のピンガを用いた音響測
位装置では、ピンガ内の時計と装置本体側の時計との同
期を取る場合は、作業の容易性の点から水上で行ってい
た。そのため、水中にあるピンガとの同期がずれた場合
は、そのピンガを水上に引上げた後、コネクタで双方の
時計を電気的に接続して同期を取るという煩雑な作業が
必要で、それを解決することが困難であった。

本発明前記従来技術が持っていた課題として、同期を取
るための煩雑な作業が必要である点について解決した音
響測位装置を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記課題を解決するために、水中に設けられ、
第１の出力に基づき一定周期で超音波信号を発信するピ
ンガと、水上に設けられ前記超音波信号を受信して第２
の時計の出力に基づき前記ピンガに対する相対位置を計
測する装置本体とを備えた音響測位装置において、前記
第２の時計の出力に基づき同期パルスを生成しその同期
パルスを水中の送信用コイルから送出する同期パルス発
生手段を、前記装置本体側に設け、前記送信用コイルと
磁気結合される受信用コイルを介して前記同期パルスを
受信しその同期パルスにより前記第１の時計をリセット
させる同期パルス受信手段を、前記ピンガに設けたもの
である。

また、前記音響測位装置において、水中に向けて超音波
による同期用コマンドを発信する同期用コマンド発生手
段を前記装置本体に設け、前記同期用コマンドを受信す
る同期用コマンド受信手段と、前記同期パルス受信手段
及び同期用コマンド受信手段の両川力に基づき前記第１
の時計をリセットするリセット手段とを、前記ピンガに
設けてもよい。

（作　用） 本発明によれば、以上のように音響測位装置を構成した
ので、送信用コイル及び受信用コイルは、同期パルス発
生手段から出力される同期パルスを磁気の形で同期パル
ス受信手段へ伝送するように働き、その同期パルス受信
手段の出力により第１の時計がリセットされる。これに
より、水中にあるピンガに対して同期を取ることが可能
になる。

また、リセット手段は同期パルス受信手段及び同期用コ
マンド受信手段の両川力により、第１の時計をリセット
するので、外部の磁気の乱れに対しても的確な同期操作
が行える。従って前記課題を解決できるのである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示す音響測位装置の構成ブ
ロック図である。

この音響測位装置は、水上の船等に設けられる装置本体
１０と、水中Ａに設けられるピンガ３０とで構成される
。

装置本体１０は、ピンガ３０との間で超音波信号の送受
を行ってそのピンガ３０までの直距離Ｒ１，Ｒ２等を計
測するもので、水中Ａに配置される２個の超音波受信用
の受波器１１−１゜１１−２、電磁力による同期パルス
送出用の送信用コイル１２、及び超音波による同期用コ
マンド送出用の送波器１３を備えている。２個の受波器
１１−１．１１−２は距離りを隔てて配置され、一方の
受波器１１−１には、その受波器出力増幅用の受信器１
４−１、及び該受信器出力のレベルを検出するレベル検
出器１５−１を介してフリップフロップ回路（以下、Ｆ
Ｆ回路という）１６−１のリセット端子Ｒが接続されて
いる。同様に、他方の受波器１１−２には、受信器１４
−２及びレベル検出器１５−１を介してＦＦ回路１６−
２のリセット端子Ｒが接続されている。送信のタイミン
グを生成する高安定度の第２の時計１７の出力側には、
制御用のタイミング発生回路１８を介してＦＦ回路１６
−１．１６−２のセラ！・端子Ｓが接続され、その各Ｆ
Ｆ回路１６−１゜１６−２の出力端子Ｑ、Ｑがオシレー
タ１９の出力側と共に２人カアンドゲート（以下、ＡＮ
Ｄゲートという＞２０−１．２０−２にそれぞれ接続さ
れている。各ＡＮＤゲート２０−１．２０−２の出力側
には、各計数器２１−１．２１−１゜２１−２を介して
信号処理器２２が接続され、ざらにその信号処理器２２
にデータ表示用の表示器２３が接続されている。、ざら
に、時計１７の出力側は同期信号発生指令用のスイッチ
２４を介して電磁力発生器２５に接続され、その電磁力
発生器２５にはケーブル２６を介して磁界発生用の送信
用コイル１２が接続されている。ここで、スイッチ２４
及び電磁力発生器２５は、同期パルス発生１段としての
機能を有している。

また、同期コマンド用スイッチ２７には、ピンガ３０へ
の同期用コマンド信号を発生するコマンド発生器２８が
接続され、そのコマンド発生器２８の出力側が送信器２
９を介して送波器１３に接続されている。コマンド発生
器２８は、異なった周波数を組み合わせる周波数偏位コ
ード方式（ＦＳＫ方式）や、一定の周波数で一定時間送
信覆る方式等で構成される。送信器２９は、コマンド１
５号により搬送波を変調する機能を有している。

ここで、スイッチ２７、コマンド発生器２８、送信器２
９及び送波器１３は、同期用コマンド発生手段を構成し
ている。

一方、ピンガ３０は、一定周期で超音波信号を発信する
もので、超音波送信用の送受波器３１と、送信用コイル
１２に磁気結合される受信用コイル３２とを備え、その
送受波器３１には、送受切換回路３３を介して受信器３
４及びコマンド解析回路３５が接続されている。受信器
３４は送受波器３１の出力を増幅する回路、コマンド解
析回路３５は受信器３４の出力に基づぎコマンドを解析
し、同期用コマンドであると判定すれば一定時間パルス
を発生する回路であり、それらの受信器３４及びコマン
ド解析回路３５により、同期用コマンド受信手段が構成
されている。受信用コイル３２は、送信用コイル１２で
発生した磁界により、該コイル３２の両端に起電力を発
生させる機能を有し、その両端には増幅器３６を介して
レベル検吊器３７が接続されている。これらのコイル３
２、増幅器３６及びレベル検出器３７は、同期パルス受
信手段を構成している。コマンド解析回路３５及びレベ
ル検出器３７の出力は、リセット手段である２人力ＡＮ
Ｄゲート３８を介して高安定化された第１の時計３９の
入力側に接続され、その時δ′１３９の出力側が送信パ
ルス発生回路４０、送信回路４１、及び送受切換回路３
３を介して送受波器３１に接続されている。送信パルス
発生回路４０は時計３９の出力により送信パルスを出力
する回路、及び送信回路４１は該送信パルスを増幅する
機能を有している。

第２図は、第１図におけるコイル１２．３２部分の一構
成例を示す斜視図である。

防水処理が施されたケーブル２６には、同じく防水処理
が施された送信用コイル１２が接続され、その送信用コ
イル１２内に、ピンガ収納用の筒状の耐水圧容器５０が
挿入されている。耐水圧容器５０内には受信用コイル３
２と共に、第１図の他のピンガ用回路が封入されている
。

以上のように構成される音響測位装置の動作を説明する
。

先ず、時計１７と３９に同期がとれている場合、同一時
刻において、装置本体１０側では計数器２１−１．２１
−２が計数動作を開始すると共に、ピンガ３０側では超
音波信号の発振動作を開始する。即ち、装置本体１０に
おいて、時計１７の出力がタイミング発生回路１８に供
給されると、タイミング発生回路１８はタイミング信号
を出力してＦＦ回路１６−１．１６−２をセットする。

ＦＦ回路１６−１．１６−２がセットされると、その出
力が論理“１″になってＡＮＤゲート２０−１．２０−
２が開き、オシレータ１９の出力が計数器２１−１．２
１−２により計数されていく。オシレータ１９の発振周
波数は、送受波器３１と受波器１１−１．１１−２間の
直距離Ｒ１゜Ｒ２を超音波信号が伝搬する時間に対応す
るように設定されている。ざらにピンガ３０において、
時計３９の出力が送信パルス発生回路４０に供給される
と、送信パルス発生回路４０は送信パルスを出力する。

この送信パルスは、送信回路４１で増幅され、送受切換
回路３３を通して送受波器３１で超音波信号に変換され
、水中Ａに送出される。

送受波器３１から送出された超音波信号は、水中を伝搬
し、各受波器１１−１．１１−２により受信されて電気
信号に一変換される。各受波器１１−１．１１−２の出
力は、受信器１４−１゜１４−２で一定レベルまで増幅
され、そのレベルが設定レベルを超えると、各レベル検
出器１５−１．１５−２からパルスが出力されて各ＦＦ
回路１６−１．１６−２がリセットされる。

ＦＦ回路１６−１．１６−２がリセットされると、ＡＮ
Ｄゲート２０−１．２０−２が閉じて計数器２１−１．
２１−２の計数動作が停止する。すると、信号処理器２
２は計数器２１−１．２１−２の計数結果に基づき、直
距離Ｒ１，Ｒ２を算出すると共に、受波器１１−１．１
１−２１！ｌの距離りを考慮して直距離Ｒ１，Ｒ２の平
均距離等を算出する。これらの算出データは、表示器２
３に表示される。

次に、時計１７と３９を水中において同期を取る場合の
操作を説明する。

例えば、予め耐水圧容器５０にワイヤを接続しておき、
そのワイヤに送信用コイル１２を通し、該コイル１２を
水中に降下させて耐水圧容器５０の外側にかぶせる。そ
の侵、同期コマンド用のスイッチ２７をオン状態にする
と、コマンド発生器２８から同期用コマンド信号が出力
され、そのコマンド信号が送信器２９で変調された後、
送波器１３で超音波信号に変換されて水中Ａに送出され
る。送波器１３からの超音波信号は、送受波器３１で受
信され、再び電気信号に変換された後、送受切換回路３
３を通して受信器３４で一定レベルまで増幅され、コマ
ンド解析回路３５に与えられる。コマンド解析回路３５
は、受信器３４の出力に基づきコマンドを解析し、同期
用コマンドであると判定すれば、一定時間パルスを発生
してＡＮＤゲート３８を開く。

次に、装置本体１０側の同期信号発生指令用のスイッチ
２４をオン状態にすると、時計１７の出力に基づき、電
磁力発生器２５が同期パルスを発生してケーブル２６を
通して送信用コイル１２に磁界を発生させる。この磁界
は耐水圧容器５０を通りぬけ、内部の受信用コイル３２
の両端に起電力を発生させる。受信用コイル３２に発生
した起電力は、増幅器３６で一定レベルまで増幅され、
そのレベルが設定レベルを超えると、レベル検出器３７
から、再生された同期パルスが出力され、その同期パル
スがＡＮＤゲート３８を通して時計３９をリセットする
。これにより、双方の時計１７．３９が同一時刻にセッ
トされるので、送信用コイル１２のみを水上に引上げれ
ば、同期操作が終了する。なお、時計３９がリセットさ
れると、そのリセット時、あるいは一定時間後に、該時
計３９から送信パルス発生回路４０へ送信指令パルスが
与えられ、送信回路４１．送受切換回路３３及び送受波
器３１を通して超音波信号が水中Ａに送出される。

本実施例では、次のような利点を有している。

水中Ａのピンガ３０に対して同期を取る場合は、送信用
コイル１２を耐水圧容器５０にかぶせ、ピンガ３０に対
して同期用コマンド信号を送り、ＡＮＤゲート３８によ
り同期パルスを受付けるようにした後、送信用コイル１
２及び受信用コイル３２を通して同期パルスを送れば良
い。送信用コイル１２及び受信用コイル３２は、電気的
に結合していないため、水中Ａのピンガ３０を水上に引
上げることなく、簡易、的確に両時計１７．３９の同期
を取ることができる。コマンド信号によりＡＮＤゲート
３８で同期パルスを有効にしているので、ピンガ３０の
周囲の磁力の変化により、同期磁界が変化して誤動作す
るのを防止できる。ざらに、−度同期をとれば、高安定
度の時計１７゜３９により、送波タイミングが発生する
ために、従来のようにケーブルで送信回路４１をトリガ
することなく、音響測位装置を動作させることができる
。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、例えば受波
器１１−１．１１−２を３個以上設ける等して装置本体
１０及びピンガ３０の回路構成を第１図以外のものに変
形したり、あるいは送信用コイル１２を他の方法で耐水
圧容器５０にかぶせる等、種々の変形が可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、装置本体
から出力される。同期パルスを送信用コイル及び受信用
コイルを用いてピンガに送り、そのピンガ内の第１の時
計をリセットして第１と第２の時計の同期を取るように
したので、水中のピンガに対してそれを水上に引上げる
ことなく簡易、的確に同期を取ることができる。また、
同期パルス受信手段及び同期用コマンド受信手段の両出
力に基づき、リセット手段で第１の時計をリセットづる
ようにすれば、外部の磁界の乱れによる同期操作の誤動
作を的確に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す音響測位装置の構成ブロ
ック図、第２図は第１図のコイル部分の斜視図である。 １０・・・・・・装置本体、１１−１．１１−２・・・
・・・受波器、１２・・・・・・送信用コイル、１３・
・・・・・送波器、１４−１．１４−２．３４・・・・
・・受信器、１５−１゜１５−２．３７・・・・・・レ
ベル検出器、１６−１゜１６−２・・・・・・ＦＦ回路
、１７・・・・・・第２の時計、１９・・・・・・オシ
レータ、２０−１．２０−２゜３８・・・・・・ＡＮＤ
ゲート、２１−１．２１−２・・川・計数器、２４．２
７・・・・・・スイッチ、２５・・・・・・電磁力発生
器、３０・・・・・・ピンガ、３１・・・・・・送受波
器、３２・・・・・・受信用コイル、３３・・・・・・
送受切換回路、３５・・・・・・コマンド解析回路、３
９・・・・・・第１の時計、４０・・・・・・送信パル
ス発生回路、４１・・・・・・送信回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水中に設けられ第１の時計の出力に基づき一定周期
   で超音波信号を発信するピンガと、水上に設けられ前記
   超音波信号を受信して第２の時計の出力に基づき前記ピ
   ンガに対する相対位置を計測する装置本体とを備えた音
   響測位装置において、前記第２の時計の出力に基づき同
   期パルスを生成しその同期パルスを水中の送信用コイル
   から送出する同期パルス発生手段を、前記装置本体側に
   設け、 前記送信用コイルと磁気結合される受信用コイルを介し
   て前記同期パルスを受信しその同期パルスにより前記第
   １の時計をリセットさせる同期パルス受信手段を、前記
   ピンガに設けたことを特徴とする音響測位装置。 ２、請求項１記載の音響測位装置において、水中に向け
   て超音波による同期用コマンドを発信する同期用コマン
   ド発生手段を前記装置本体に設け、 前記同期用コマンドを受信する同期用コマンド受信手段
   と、前記同期パルス受信手段及び同期用コマンド受信手
   段の両出力に基づき前記第１の時計をリセットするリセ
   ット手段とを、前記ピンガに設けた音響測位装置。