JPH0141949B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、水中に超音波を発射して、水底から
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た、ドツプラ周波
数を検出する周波数検出回路に関し、特に、規定
幅より短い受信波を雑音として除去する機能を備
えた周波数検出回路に関する。

［従来の技術］ 超音波のドツプラ効果を利用した船速測定装置
にあつては、海底（海に限らないが、説明の便宜
上海としておく。）エコー信号を、他の海中散乱
物からのエコー、魚群からのエコーおよび雑音と
区別して選出し、その海底エコー信号のドツプラ
シフト周波数を測定する必要がある。

従来、このための手段として、近距離の散乱エ
コーに対しては、STC（近距離感度制御）をかけ
て、近距離での受信器の利得を落とし、また、海
底予測追尾ゲートをかけたりするものがある。さ
らに、海底エコーが送信パルス幅と同じかまたは
それより長いことから、送信パルス幅より短い音
響的または電気的雑音をパルス幅弁別回路で除去
する手段がある。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上記パルス幅弁別回路は、従来、ド
ツプラ周波数検出回路とは別個の独立の回路とし
て設けられていた。そのため、パルス幅弁別回路
を設けて、上記した手段により雑音除去を行なう
と、船速測定装置の回路構成が複雑化するという
欠点があつた。

本発明は、かかる欠点を解決すべくなされたも
ので、パルス幅弁別機能を内部に組み込んで回路
を簡素化して、ドツプラシフト周波数を検出する
と同時に、海底エコー信号のパルス幅弁別を行な
い、検出されたドツプラ周波数が有効か否かを判
別することができる、船速測定装置の周波数検出
回路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］ 本発明は、水中に超音波を発射して、水底から
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て、ドツプラ周波
数を検出する周波数検出回路における、上記問題
点を解決手段として 海底信号エンベロープのパルス幅内で、海底周
波数信号の波数を計数し、予め設定した計数値に
達したとき、計数終了信号を出力する第１の計数
手段と、 海底信号エンベロープのパルス幅内で、基準ク
ロツク信号を波数を計数し、予め設定した計数値
に達したとき、計数終了信号を出力する第２の計
数手段と、 上記第１、第２の計数手段の計数終了時間差を
求めて、ドツプラシフト周波数を検出するドツプ
ラシフト検出手段と、 上記第１、第２の計数手段の計数終了信号の出
力を監視し、両者が計数終了信号を出力したと
き、当該海底信号が正常なパルス幅である旨判定
するパルス幅弁別手段とを備えて構成されること
を特徴とする。

［作用］ 上記構成において、上記第１、第２の計数手段
は、前者が海底周波数信号の波数を、後者が基準
クロツク信号の波数を各々予め設定した目標数ま
で計数することにより、ドツプラシフトを両者の
計数終了の時間差に変換している。この時間差
に、ドツプラシフト検出手段において、基準クロ
ツクを当て嵌めてドツプラシフト周波数を検出す
る。

また、上記第１、第２の計数手段は、海底信号
エンベローブが入力している間のみ計数動作を行
なう。そのため、上記目標数を、正常な海底信号
エンベロープの幅に対応するように設定しておけ
ば、正常な海底エコーが入力している場合には、
上記第１、第２の計数手段が共に計数終了信号を
出力する。一方、入力したエコー信号のパルス幅
が海底エコーの幅より短い場合、これらの計数手
段は、計数終了信号を出力しない。

パルス幅弁別手段は、上記計数終了信号の有無
により、当該エコー信号が正常な海底信号である
か否か判定する。

このように、本発明によれば、ドツプラシフト
周波数検出とパルス幅弁別とを、一つの回路にて
行なうことができ、回路構成が簡素化される。

［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。なお、第１図は本発明の周波数検出回路が適
用される船速測定装置の一例を示すブロツク図、
第２図は本発明周波数検出回路の第１実施例を示
す回路図、第３図Ａ，Ｂは上記実施例の作用を示
す波形図、第４図は本発明周波数検出回路の第２
実施例を示す回路図である。

実施例の説明に先立ち、先ず、本発明が適用さ
れる船速測定装置の構成について説明する。

第１図に示すように、船速測定装置は、送信周
波数およびパルス繰返周波数を発生する原発振器
１１と、STC発生器１２と、上記原発振器１１
からパルス繰返周波数に対応して間欠的に出力さ
れる送信周波数信号を増幅して励振電流を形成す
る送信器１３と、該送信器１３からの励振電流に
より超音波を海中の船舶の前方向および後方向に
一定の俯角で各々放射すると共に、反射波を受波
する前方向送受波器１４および後方向送受波器１
５と、前方向送受波器１４および後方向送受波器
１５についての励振電流と受信信号との切替を行
なう送受切替器１６，１７と、受信波を増幅する
受信器１８，１９とを備えている。

また、この船速測定装置は、受信した海底信号
周波数からドツプラシフト周波数を検出する周波
数検出回路２０，２１と、上記受信信号を検波し
て海底信号エンベロープを検出する検波回路２
２，２３と、上記海底エンベロープのうち予め予
測した位置にあるもののみを受け入れる追尾ゲー
ト回路２４，２５と、上記追尾ゲート回路２４，
２５に各々ゲート信号を送る前方向追尾ゲート信
号発生回路２６および後方向追尾ゲート信号発生
回路２７とを備えている。

さらに、この船速測定装置は、上記原発振器１
１から出力されるパルス繰返周波数信号の前縁を
スタート信号とし、パルス幅弁別信号をストツプ
信号として、海底の深度を計測する深度カウンタ
２８，２９と、上記周波数検出回路２０，２１か
らのドツプラシフト周波数データおよびパルス幅
弁別信号により速度を算出すると共に、該船速情
報および上記深度カウンタ２８，２９からの深度
情報により次の計測における追尾ゲート位置およ
び幅を算出し、前方向追尾ゲート信号発生回路２
６および後方向追尾ゲート信号発生回路２７に送
る演算回路３０と、上記演算回路３０にて求めら
れた船速情報を表示する表示器３１とを備えてい
る。

上記周波数検出回路２０および２１が本実施例
の適用されたものであつて、その詳細を第２図に
示す。なお、周波数検出回路２０および２１は、
同一構成であるので、以下、一方のみについて説
明する。

＜第１実施例の構成＞ 第２図において、本実施例の周波数検出回路
は、上記第１の計数手段を構成するＤフリツプフ
ロツプ回路３２およびカウンタ３３と、上記第２
の計数手段を構成するＤフリツプフロツプ回路３
４およびカウンタ３５と、上記ドツプラシフト検
出手段を構成する排他オアゲート回路３６および
アンドゲート回路３７と、上記パルス幅弁別手段
を構成するアンドゲート回路３８とを備えてい
る。

上記Ｄフリツプフロツプ回路３２および３４の
Ｄ端子には、海底信号エンベロープが入力される
と共に、クロツク端子Ckには、海底周波数信号
が入力される。また、前者のリセツト端子には、
カウンタ３３のＱ端子出力が、、一方、後者リセ
ツト端子には、カウンタ３５のＱ端子出力が入力
され、それぞれ対応するカウンタ３３，３５のＱ
端子のハイレベル出力によりリセツトされる。

また、上記Ｄフリツプフロツプ回路３２および
３４のＱ端子出力は、それぞれ対応するカウンタ
３３，３５のイネーブル端子Ｅに入力されると共
に、排他オアゲート回路３６に入力される。この
排他オアゲート回路３６の出力は、基準高周波ク
ロツクパルスと共にアンドゲート回路３７に入力
される。

カウンタ３３のクロツク端子Ckには、上記海
底周波数信号が入力され、一方、カウンタ３５の
クロツク端子Ckには、上記基準高周波クロツク
パルスが入力される。これらのカウンタ３３，３
５のＱ端子出力は、共にアンドゲート回路３８に
入力される。

＜第１実施例の作用＞ 先ず、本実施例が適用されている船速測定装置
の動作について説明する。なお、本実施例の船速
測定装置には、前方用回路と後方用回路とが設け
てあるが、両者の作用は基本的には同一であるの
で、ここでは、前方用の回路についてのみ説明す
る。

原発振器１１からパルス繰返周波数に応じて間
欠的に出力される励振信号が、送信器１３にて増
幅され、送受切替器１６にて切替られて前方向送
受波器１４に送られ、ここで、超音波に変換され
て、一定の俯角を以つて船舶前方の海中に放射さ
れる。

一方、前方向送受波器１４には、海中から反射
エコーが入力し、電気信号に変換される。この電
気信号は、送受切替器１６を経て受信器１８にて
増幅され、海底周波数信号として周波数検出回路
２０および検波回路２２に入力される。検波回路
２２では、この海底周波数信号からエンベロープ
を取出し、追尾ゲート回路２４を経て周波数検出
回路２０に送る。

ここで、追尾ゲート回路２４は、前回の計測に
よる深度および速度情報に基づいて前方向追尾ゲ
ート信号発生回路２６にて形成される予測追尾ゲ
ート信号により、そのゲートの開閉制御がなされ
る。そのため、海底信号エンベロープが、この予
測追尾ゲート信号の入力している時間内に入力し
た場合に正常な海底反射信号と判定され、上記周
波数検出回路２０に入力が可能となる。この周波
数検出回路２０では、後述するような動作によ
り、ドツプラシフト周波数およびパルス幅弁別信
号とが出力される。

一方、深度カウンタ２８は、原発振器１１から
のパルス繰返周波数信号の前縁をスタート信号と
して、基準クロツクパルスの計数を開始する。こ
の計数は、上記周波数検出回路２０のパルス幅弁
別信号の入力により停止する。この間に計数した
基準クロツクの計数値は、海底の深度およびドツ
プラシフト計測時間の和に相当する。この深度情
報は、演算回路３０に送られ、ドツプラシフト計
測時間のみ差し引かれて、真の深度情報が得られ
る。

上記周波数検出回路２０から出力されるパルス
幅弁別信号を受けて、演算回路３０は、ドツプラ
シフト周波数から船速Ｖを算出し、これを表示器
３１に送つて表示させる。また、演算回路３０
は、この船速Ｖと上記深度情報とから、次の計測
時の予測追尾ゲートのゲート幅を算定すると共
に、該追尾ゲートの予測位置を設定し、これらの
予測追尾ゲート情報を、前方向追尾ゲート信号発
生回路２６に送る。該回路２６では、基準クロツ
クパルスを計数して、上記情報に基づき追尾ゲー
ト信号を追尾ゲート回路２４に送る。

次に、上記周波数検出回路２０の作用につい
て、第３図Ａ，Ｂに示す波形図をも参照して説明
する。

Ｄフリツプフロツプ回路３２，３４のＤ端子に
は、上記追尾ゲート回路２４を通過した海底信号
エンベロープが入力され、また、クロツク端子
Ckには、受信器１８からの海底信号周波数が入
力される。これにより、両者のＱ端子がハイレベ
ルとなり、これが、各々対応するカウンタ３３，
３５のイネーブル端子に入力されて、カウンタ３
３は海底信号周波数を計数し、また、カウンタ３
５は基準クロツクパルスを計数する。なお、カウ
ンタ３３，３５は、計数に先立ち、海底信号エン
ベロープの前縁にてリセツトされる。

本実施例では、両カウンタ３３，３５には、リ
セツト後に、予め同数の値がプリセツトされ、ダ
ウンカウントにより計数を行なう。

ここで、船舶が前進していれば、反射エコーが
ドツプラシフトを受け、海底信号周波数が高くな
るので、同一波数についてのパルス幅が短くな
る。従つて、第３図Ａに示すように、カウンタ３
３が先に所定計数値を計数することとなる。その
結果、該カウンタ３３のＱ端子出力がハイレベル
となる。

これを受けて、上記Ｄフリツプフロツプ回路３
２がリセツトされ、そのＱ端子出力がロウレベル
に転じることとなる。そのため、カウンタ３３の
イネーブル端子Ｅにロウレベルが入力され、計数
を停止する。一方、排他オアゲート回路３６で
は、Ｄフリツプフロツプ回路３２の出力がロウレ
ベルであり、Ｄフリツプフロツプ回路３４の出力
がまだハイレベルであるため、その出力がハイレ
ベルとなる。

そこで、アンドゲート回路３７では、排他オア
ゲート回路３６のハイレベル出力の間、基準クロ
ツクパルスを通過させる。

この後、カウンタ３５が所定値まで計数する
と、そのＱ端子出力がハイレベルとなつて、Ｄフ
リツプフロツプ回路３４がリセツトされ、上記と
同様に、カウンタ３５の計数が停止されると共
に、排他オアゲート回路３６にロウレベルが入力
される。その結果、該排他オアゲート回路３６の
出力がロウレベルに転じることとなる。

そのため、アンドゲート回路３７では、基準ク
ロツクパルスの通過を停止する。このアンドゲー
ト回路３７における基準クロツクパルスの通過時
間は、上記カウンタ３３，３５の計数終了時間差
に対応する。従つて、このアンドゲート回路３７
を通過した基準クロツクパルスの波数がドツプラ
シフトに相当することとなる。

上記カウンタ３３，３５が共に計数を終了する
と、アンドゲート回路３８の出力がハイレベルと
なり、パルス幅弁別信号を出力する。

なお、船舶が後進している場合には、上記カウ
ンタ３３，３５の計数終了の順序が上記した場合
と逆になる。

ところで、受信信号のエンベロープが、上記カ
ウンタ３３，３５の計数時間に比して短い場合に
は、第３図Ｂに示すように、カウンタ３３，３５
の計数終了前に、Ｄフリツプフロツプ回路３２，
３４のＤ端子入力がロウレベルになり、計数が途
中で停止する。この場合には、排他オアゲート回
路３６およびアンドゲート回路３７からは、過渡
的なパルスのみが出力されるが、これは、アンド
ゲート回路３８からのパルス幅弁別信号がロウレ
ベルのままであるため、後段の回路には受け付け
られない。従つて、これらの受信信号は、雑音と
して除去される。

このように、本実施例の周波数検出回路によれ
ば、正常なパルス幅に満たない受信信号は、信号
として受け入れられず、正常なパルス幅の信号の
みからドツプラシフト周波数を検出することがで
きる。

なお、本実施例では、海底予測追尾ゲートを設
定しているので、主としてこの追尾ゲート内にあ
る雑音が本実施例のパルス幅弁別機能により除去
されることとなる。

＜第２実施例＞ 第４図に本発明の第２実施例の構成を示す。

同図に示す実施例は、上記第１実施例の改良で
あつて、リセツト信号発生回路４０を付加したも
のであり、他の構成はすべて上記第１実施例のも
のと同じである。そこで、相違点について説明す
る。

リセツト信号発生回路４０は、モノステーブル
マルチバイブレータ４１と、アンドゲート回路４
２とを有して構成される。

モノステーブルマルチバイブレータ４１は、海
底信号エンベロープの前縁にてトリガされ、その
Ｑ端子からリセツト信号パルスを出力する。ま
た、アンドゲート回路４２では、端子出力と海
底信号エンベロープとの論理積がとられ、この出
力がＤフリツプフロツプ回路３２，３４のＤ端子
に入力される。これにより、カウンタ３３，３５
のリセツト動作中に、海底信号エンベロープＤが
Ｄフリツプフロツプ回路３２，３４のＤ端子に入
力すること防いでいる。

＜実施例の変形＞ 上記各実施例では、海底追尾ゲートを備えてい
る船速測定装置に適用されたものを示したが、本
発明は、このようなゲートを備えていない船速測
定装置の周波数検出回路にも適用できるものであ
る。

また、上記実施例では、海底信号周波数を計数
しているが、受信器において中間周波数に変換し
たものを計数する構成としてもよい。

さらに、上記各実施例では、海を航行する船舶
の船速測定装置について適用したものを示した
が、本発明は、川、湖等の航行する船舶の船速測
定装置にも適用することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、パルス幅弁別機
能を内部に組み込んで回路を簡素化して、ドツプ
ラシフト周波数を検出すると同時に、海底エコー
信号のパルス幅弁別を行ない、検出されたドツプ
ラシフト周波数が有効か否かを判別することがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の周波数検出回路が適用される
船速測定装置の一例を示すブロツク図、第２図は
本発明周波数検出回路の第１実施例を示す回路
図、第３図Ａ，Ｂは上記実施例の作用を示す波形
図、第４図は本発明周波数検出回路の第２実施例
を示す回路図である。 １１……原発振器、１３……送信器、１４……
前方向送受波器、１５……後方向送受波器、１
６，１７……送受切替器、１８，１９……受信
器、２０，２１……周波数検出回路、２２，２３
……検波回路、２４，２５……追尾ゲート回路、
２６……前方向追尾ゲート信号発生回路、２７…
…後方向追尾ゲート信号発生回路、２８，２９…
…深度カウンタ、３０……演算回路、３１……表
示器、３２，３４……Ｄフリツプフロツプ回路、
３３，３５……カウンタ、３６……排他オアゲー
ト回路、３７，３８……アンドゲート回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水中に超音波を発射して、水底からの反射波
   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て、ドツプラ周波数を検出
   する周波数検出回路において、 海底信号エンベロープのパルス幅内で、海底周
   波数信号の波数を計数し、予め設定した計数値に
   達したとき、計数終了信号を出力する第１の計数
   手段と、 海底信号エンベロープのパルス幅内で、基準ク
   ロツク信号の波数を計数し、予め設定した計数値
   に達したとき、計数終了信号を出力する第２の計
   数手段と、 上記第１、第２の計数手段の計数終了時間差を
   求めて、ドツプラシフト周波数を検出するドツプ
   ラシフト検出手段と、 上記第１、第２の計数手段の計数終了信号の出
   力を監視し、両者が計数終了信号を出力したと
   き、当該海底信号が正常なパルス幅である旨判定
   するパルス幅弁別手段とを備えて構成されること
   を特徴とする船速測定装置の周波数検出回路。