JPH0141948B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、海中に超音波を発射して、海底から
の反射波を受信し、ドツプラ効果により船速を検
出する船速測定装置に、海底の傾斜に応じて戻り
時間が変化する上記反射波を受信する追尾ゲート
を設定して、海底の変化に対応して反射波を追尾
する方法およびその装置に関する。

［従来の技術］ 船舶用速力測定装置は、船底から超音波ビーム
を斜め前方および斜め後方に発射し、海底からの
反射エコーを受信し、そのドツプラー周波数から
船速を求める構成となつている。

従来、この種の船速測定装置では、海底以外か
らの反射波、例えば、船底と海底の間における水
塊、魚群等からの反射波が入射すると、正しい船
速を求めることができないため、受信回路におい
て、受信タイミングを設定するゲートを設けて、
このゲート内に受信された反射波のみを検出し
て、そのドツプラー周波数を求める構成となつて
いた。この場合、ゲートの幅および位置は、海底
の深さに対応して設定される必要がある。

そのため、従来は、海底の深さを測ると共に、
海底の深さの変化をある程度予測して、予測深さ
の前後に対称的な幅を持たせてゲートを設定する
ことにより、海底の変化に追尾するようになつて
いた。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この従来の海底追尾方式による
ゲートの設定では、海底の地形変化が比較的緩や
から場合には対応し得るが、海底が急傾斜面であ
る場合には、反射波の帰着時間が大きく変化する
こととなり、対応しきれなくなるという問題があ
つた。

また、この問題は、船速とも関係し、船速が大
きいと、反射波の帰着時間の変化も大きくなるこ
とになる。そのため、従来の海底追尾方式では、
船速が速い場合には追尾しきれないという問題が
あつた。

本発明は、上記問題点を解決すべくなされたも
ので、海底の傾斜および船速に応じて追尾ゲート
の幅が選定され、海底の急激な地形変化および船
速変化にも対応でき、確実に海底を追尾できる船
速測定装置の海底追尾方法および装置を提供する
ことを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するための本願第１発明は、
海中に超音波を発射して、海底からの反射波を受
信し、ドツプラ効果により船速を検出する船速測
定装置に、海底の傾斜に応じて戻り時間が変化す
る上記反射波を受信する追尾ゲートを設定して、
海底の変化に対応して反射波を追尾する方法であ
つて、 送信から受信までの時間を計数して、測定深度
を検出し、 上記検出した深度を基準として、進行方向に
は、浅い方に短く、深い方に長く、進行方向と反
対の方向には、浅い方に長く、深い方に短くなる
ように追尾ゲート幅を設定し、 かつ、上記追尾ゲート幅を上記船速の函数と
し、船速に応じてゲート幅が伸縮するよう設定す
ることを特徴とする。

また、上記船速測定装置の海底追尾方法を実現
するための装置である本願第２発明は、海中に超
音波を発射して、海底からの反射波を受信し、ド
ツプラ効果により船速を検出する船速測定装置に
設けられ、海底の傾斜に応じて戻り時間が変化す
る上記反射波を受信する追尾ゲートを設定して、
海底の変化に対応して反射波を追尾する装置であ
つて、 送信から受信までの時間を計数して、測定深度
を検出する測深手段と、 上記検出した深度を基準として、進行方向に
は、浅い方に短く、深い方に長く、進行方向と反
対の方向には、浅い方に長く、深い方に短くなる
ように追尾ゲート幅を上記船速の函数として設定
すると共に、次の送信開始後の追尾ゲート開始タ
イミングと該ゲート終了タイミングとを出力する
追尾ゲート設定手段とを備えて構成することを特
徴とする。

［作用］ 上記のように構成される本願第１、第２発明の
作用について、第１図〜第４図を参照して説明す
る。なお、第１図は船舶前方の超音波の伝播経路
に対する船舶の移動と海底の傾斜の影響を示す説
明図、第２図は送信から受信までの所要時間と追
尾ゲートの関係を示す波形図、第３図は海底の傾
斜角とT_R／T_Lとの関係を示すグラフ、第４図は
船舶後方の超音波の伝播経路に対する船舶の移動
と海底の傾斜の影響を示す説明図である。

第１図において、船が海面上をS₁〜S₂に移動し
ているものとする。先ず、S₁の位置において、送
受波器（図示せず）から俯角θにて船の前方（進
行方向）に超音波を放射すると、海底Ａまでの到
達距離をR₁とすれば、海底エコーが受信される
までの時間Ｔは、水中の音速をρとして、Ｔ＝
2R₁／ρである。

次に、船が、前進してS₂に達した時、海底のの
地形が、傾斜角φにより、ＣまたはC′のように変
化していると仮定する。この場合、S₂からの距離
R₂は、R₁−、またはR₁＋′となる。ここ
で、第２図に示す、送信から受信までの所要時間
T₁を基準として、ゲート幅の前（浅い方）側T_L
を、T_L＝２／ｃとし、後（深い方）側T_Rを、
T_R＝２′／ｃとすると、両者の比T_R／T_Lは、
次式で与えられる。

今、θ＝60゜とすると、上記T_R／T_Lは、次のよ
うになる。

T_R／T_L＝sin（60＋φ）／sin（60−φ） 第３図において、0゜以外では、この比は、
（T_R／T_L）＞１となつている。従つて、送信から
受信までの時間を計数して、測定深度を検出し、
上記検出した深度を基準として、進行方向には、
浅い方に短く、深い方に長くなるように非対称に
ゲート幅を設定することにより、海底の傾斜に対
応可能となる。

一方、上記の場合において、船の後方（進行方
向と反対の向き）に俯角θにて超音波が放射され
ると、第４図に示すようになる。第１図と第４図
とを幾何学的に比較すれば明らかなように、上記
T_RとT_Lの関係がT_R＜T_Lとなる。従つて、進行方
向と反対の向きについては、浅い方に長く、深い
方に短くなるように非対称に追尾ゲート幅を設定
することにより、海底の傾斜に対応可能となる。

［実施例］ 本発明の実施例について図面を参照して説明す
る。

＜実施例の構成＞ 第５図に本発明船速測定装置の海底追尾方法を
実施するための追尾装置の一例をブロツク図にて
示す。なお、第５図には、図面および説明を簡単
にするため、前方に超音波を放射する場合に必要
な回路部分のみについて示しているが、通常は、
前方用と後方用の両者の回路がある。

第５図において、本実施例の追尾装置は、送受
波器１１、送受切替部１２、送信部１３、受信部
１４および周波数検出部１５を有してなる船速測
定装置１０に付設され、フリツプフロツプ２１お
よびカウンタ２２を有してなる測深手段２０と、
演算回路３１、カウンタ３２，３３およびアンド
ゲート回路３４を有してなる追尾ゲート設定手段
３０とを備えて構成される。

上記送信部１３は、図示しない発振器を備え、
該発振器からの高周波信号を間欠的に出力して、
パルス状の励振電流を送受切替部１２を経て送受
波器１１に送る。また、送信部１３は、高周波信
号の間欠的出力のタイミングを設定する送信トリ
ガを、フリツプフロツプ回路２１およびカウンタ
３２に出力している。

送受切替部１２は、送信部１２からの励振電流
を送受波器１１に送り、一方、送受波器１１から
の受信信号を受信部１４に入力させるよう、切替
を行なう。

受信部１４は、受信信号を必要なレベルまで増
幅して、海底信号周波数を周波数検出部１５に送
ると共に、検波して、そのエンベロープを取り出
し、アンドゲート回路３４に送る。

周波数検出部１５は、アンドゲート回路３４を
通過した海底エンベロープ信号を受けて、上記海
底信号周波数からドツプラーシフトを検出すると
共に、船速Ｖを算出する。

演算回路３１は、例えば、演算を行なうマイク
ロプロセツサ、該マイクロプロセツサの動作プロ
グラムおよび計算に必要な係数K_F、K_Bを記憶す
るROM（リードオンメモリ）、演算作業に必要な
記憶領域を用意するRAM（ランダムアクセスメ
モリ）とを備えて構成される。この演算回路３１
は、上記船速Ｖと深度T₁とから追尾ゲートの開
始信号T₁−T_Fと、終了信号T_F＋T_Bを設定する。
なお、本実施例では、船舶の進行方向に超音波を
放射する場合を例としているので、係数K_F、K_B
は、その大小関係が、K_F＜K_Bとなるように設定
してある。

カウンタ３２，３３は、共にプリセツトカウン
タからなり、前者には上記追尾ゲート開始信号
T₁−T_Fがプリセツトされ、後者には上記終了信
号T_F＋T_Bがプリセツトされ、両者により、追尾
ゲート信号が形成される。

アンドゲート回路３４は、反転して入力される
上記追尾ゲート信号によりゲートの開閉が制御さ
れ、該追尾ゲート信号がロウレベルの時、受信部
１３からの海底信号エンベロープを受け入れる構
成となつている。

＜実施例の作用＞ 上記のように構成される本実施例追尾装置は、
次のように作用する。この作用について、第５図
および第６図を参照して説明する。

先ず、船速装置１０において、送信部１３から
励振電流が送受切替部１２を介して送受波器１１
に送られる。この時、送信トリガがフリツプフロ
ツプ回路２１とカウンタ３２とに送られる。フリ
ツプフロツプ回路２１は、これを受けてセツト状
態となり、測深ゲート信号T_Gを出力して、カウ
ンタ２２の計数を起動する。カウンタ２２は、ク
ロツク信号の計数を開始する。同様に、カウンタ
３２は、送信ドリガを受けて、クロツク信号の計
数を開始する。

送受波器１１から海中に放射された超音波は、
その一部が海底に反射され、送受波器１１にて受
信される。受信信号は、送受切替部１２を介して
受信部１４に送られる。受信部１４では、受信信
号を増幅すると共に、海底信号周波数を周波数検
出部１５に送り、かつ、検波して海底信号エンベ
ロープをアンドゲート回路３４に送る。

アンドゲート回路３４では、追尾ゲート信号が
ロウレベルである間に、上記海底信号エンベロー
プが入力すると、この信号が海底信号と認識さ
れ、周波数検出部１５と、フリツプフロツプ回路
２１に出力される。これを受けて、周波数検出部
１５では、ドツプラーシフトを検出すると共に、
船速Ｖを算出する。また、フリツプフロツプ回路
２１は、リセツトされる。

フリツプフロツプ回路２１のリセツトにより、
測深ゲート信号T_Gが終了し、カウンタ２２の計
数が停止される。この時のカウンタ２２の計数値
は、単位距離に相当するクロツク信号を計数して
いるので、深度T₁となる。

演算回路３１は、上記船速Ｖと、予め記憶して
いる係数K_F、K_Bとから、次式により、追尾ゲー
トのゲート幅前側のT_Fと、後側T_Bとを求める。

T_F＝K_FＶ T_B＝K_BＶ この後、演算回路３１は、カウンタ２２から出
力される深度T₁と上記T_FおよびT_Bとから、追尾
ゲートの開始信号T₁−T_Fと、終了信号T_F＋T_Bと
を算出する。これらの開始信号T₁−T_Fと終了信
号T_F＋T_Bとは、次の送信周期で使用され、次の
送信を行なう前に、開始信号T₁−T_Fはカウンタ
３２にプリセツトされ、終了信号T_F＋T_Bはカウ
ンタ３３にプリセツトされる。

この状態で、送信部１３から次の送信トリガが
出力されると、上記フリツプフロツプ回路２１が
セツトされて、測深ゲートを開始させる。また、
カウンタ３２が起動され、プリセツトされた開始
信号T₁−T_Fの値からクロツク信号によりダウン
カウントする。ついで、該カウンタ３２の計数値
が０になると、その出力により、カウンタ３３が
起動され、プリセツトされた終了信号T_F＋T_Bの
値からクロツク信号によりダウンカウントする。
そして、該カウンタ３３の計数値が０になると、
計数は終了し、上記カウンタ３２，３３の計数期
間中のロウレベル領域が、追尾ゲート信号とな
る。

この追尾ゲート信号がアンドゲート回路３４に
反転されて入力される。これによつて、今回の追
尾ゲートが設定される。

本実施例では、船舶の進行方向に超音波を放射
する場合について説明してあるので、係数K_F、
K_Bは、その大小関係が、K_F＜K_Bとなるように設
定してある。そのため、T_F＜T_Bとなり、追尾ゲ
ート幅は、検出した深度T₁を基準として、浅い
方に短く、深い方に長くなる。ここで、T_Fは、
前回の計測深度T₁より浅い場合のゲートとして
機能し、T_Bは深い場合のゲートとして機能する。

なお、船舶の進行方向と反対の方向に超音波を
放射する場合には、係数K_F、K_Bの大小関係を、
K_F＞K_Bとなるように設定する。そのため、T_F＞
T_Bとなり、追尾ゲート幅は、上記検出した深度
T₁を基準として、浅い方に長く、深い方に短く
なる。

＜実施例の変形＞ 上記実施例は、一例であつて、本発明は、これ
に限らず、適宜変形した他の態様であつても、実
現可能である。

［発明の効果］ 本発明は、上記問題点を解決すべくなされたも
ので、海底の傾斜および船速に応じて追尾ゲート
の幅が選定され、海底の急激な地形変化および船
速変化にも対応でき、確実に海底を追尾できる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は各々本発明の作用を説明する
図面であつて、第１図は船舶前方の超音波の伝播
経路に対する船舶の移動と海底の傾斜の影響を示
す説明図、第２図は送信から受信までの所要時間
と追尾ゲートの関係を示す波形図、第３図は海底
の傾斜角とT_R／T_Lとの関係を示すグラフ、第４
図は船舶後方の超音波の伝播経路に対する船舶の
移動と海底の傾斜の影響を示す説明図、第５図は
本発明船速測定装置の海底追尾方法を実施するた
めの追尾装置の一実施例を示すブロツク図、第６
図は上記実施例の作用を説明するための波形図で
ある。 １０……船速測定装置、１１……送受波器、１
２……送受切替部、１３……送信部、１４……受
信部、１５……周波数検出部、２０……測深手
段、２１……フリツプフロツプ、２２……カウン
タ、３０……追尾ゲート設定手段、３１……演算
回路、３２，３３……カウンタ、３４……アンド
ゲート回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 海中に超音波を発射して、海底からの反射波
   を受信し、ドツプラ効果により船速を検出する船
   速測定装置に、海底の傾斜に応じて戻り時間が変
   化する上記反射波を受信する追尾ゲートを設定し
   て、海底の変化に対応して反射波を追尾する方法
   であつて、 送信から受信までの時間を計数して、測定深度
   を検出し、 上記検出した深度を基準として、進行方向に
   は、浅い方に短く、深い方に長く、進行方向と反
   対の方向には、浅い方に長く、深い方に短くなる
   ように追尾ゲート幅を設定し、 かつ、上記追尾ゲート幅を上記船速の函数と
   し、船速に応じてゲート幅が伸縮するよう設定す
   ることを特徴とする船速測定装置の海底追尾方
   法。 ２ 海中に超音波を発射して、海底からの反射波
   を受信し、ドツプラ効果により船速を検出する船
   速測定装置に設けられ、海底の傾斜に応じて戻り
   時間が変化する上記反射波を受信する追尾ゲート
   を設定して、海底の変化に対応して反射波を追尾
   する装置であつて、 送信から受信までの時間を計数して、測定深度
   を検出する測深手段と、 上記検出した深度を基準として、進行方向に
   は、浅い方に短く、深い方に長く、進行方向と反
   対の方向には、浅い方に長く、深い方に短くなる
   ように追尾ゲート幅を上記船速の函数として設定
   すると共に、次の送信開始後の追尾ゲート開始タ
   イミングと該ゲート終了タイミングとを出力する
   追尾ゲート設定手段とを備えて構成することを特
   徴とする船速測定装置の海底追尾装置。