JPH037885B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は波浪観測方法に関し、特に水中から波
浪の進行方向、速度、波長等を計測する波浪観測
方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の波浪観測方法としては、水面と
又は沿岸上に設置されたPPI表示レーダー方式、
又は水底に分散して多数設置され、直上の波高を
測定する波高計方式があつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前者のレーダー方式ではアンテナを水面上の空
間に配置しなければならず、航路上や深い水域で
は装備が困難であるため現在実用化されているの
は港湾等で沿岸陸上にレーダーを設置したもので
あり、適用水域が制限されていた。レーダーを船
舶や、航空機に装備して測定する方法も考えられ
るが、定点に止どまつて連続観測する事は困難で
ある。

後者の波高計方式としては原理的に圧力計式
や、海底から海面までの距離を計る超音波式が従
来多く使用されていたが、原理的に直上の水面高
さを計る方式のものであるため波高の変化を計る
事ができても、波向や広い海域の状況を計測する
事は困難であつた。これを解決するために、海底
設置の波高形を分散して多数配置し、それぞれの
波高の時間軸上の変化率から計る方法が提案され
たが装置が大型になること、個々の波高計の設置
場所を正確に計測しておかねばならない等の欠点
があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、海中に設置した２個の直交する固定
探知ビームを有する探知装置を用いることにより
上記欠点を解決し、波浪の進行方向、速度、波長
を広範囲にわたつて容易に観測できるようにした
装置を提供するものである。

〔作用〕

この発明によれば、海中に設置された音波を利
用した探知装置を用い、垂直面には広く、水平面
には狭い扇形の探知ビームの指向軸を直上の海面
から観測対象範囲の遠方海面までを覆うように向
け、送信パルス波の海面からの戻り散乱波を受信
することによつて、ほぼ探知装置の直上から、探
知ビームの指向軸の向く方向に沿つた海面の線状
領域の各点からの受信波の強弱の情報を得ること
ができる。

波浪のない平坦な海面においては、順次受信さ
れる戻り散乱波の信号強度は送信後の経過時間、
即ち探知装置からの直距離と共に一様に単純減衰
するものとなるが、波浪がある場合は、波の山部
の探知装置に面した点からの戻り散乱波は強くな
り、谷部の探知装置に相反する面からの戻り散乱
波は弱くなる結果、送信後の受信波強度は波浪の
山部に応じた強弱を示しながら減衰するものとな
り、この強弱（極値）の距離間隔から探知ビーム
の指向軸方向で計測した波の見かけの波長を知る
ことができる。

一回の送受信で波長情報を示すデータが得られ
るが、送受信を一定時間間隔で繰返しながら、受
信データの極値部分（波浪の山、谷を示す）の時
単位時間当りの移動距離から波浪の探知ビームの
指向軸方向の見かけ上の波の進行速度を求めるこ
とができる。

したがつて、探知ビームの指向軸方向が水平面
で直交する２個の探知装置を用いれば、それぞれ
の指向軸方向の波浪の見かけの波長、進行速度を
知ることができ、それぞれの成分の合成演算から
波浪の真の波長、進行方向、進行速度を知ること
ができる。

〔実施例〕

次に本発明の実施例について図面を参照して説
明する。第１図は海に設置された探知装置の配置
図、第２図は受信信号の時間経過にともなう強度
の変化図である。

第１図を参照すると、水平方向には狭く、垂直
方向には広い扇形の探知ビーム３，４を有する音
波探知装置（送受波器）１，２を含み、それぞれ
のビームの指向軸方向は水平面内でそれぞれ直交
するように配置されている。音波探知装置１，２
から発射された送信パルス波は、斜め上方に海面
を照射するように伝ぱんしていく。使用される超
音波周波数は対象とする海面領域の大きさと、、
分解能から選定されるが波長数cmから数ｍの範囲
が妥当な範囲である。このような波長に対して海
面の反射体としての特性は相対的にかなりの乱反
射面として特性を示し、海面に対し斜め入射した
送信波に対して戻り散乱波を生じ、送信点でこれ
を充分に受信できる。

送信後の受信波の状況は、先ず直上の海面から
の反射波が受信され、順次続いてビーム指向方向
に沿つた点（第１図Ａ）から戻り散乱波が受信さ
れる。戻り散乱波強度は山谷に対応して強弱を生
ずることとなり、第２図ａに示すような結果とな
る。

超音波探知装置１，２の方向に沿つた面からの
散乱波は強くなり、反対面は散乱が弱くなるが、、
波高が高い場合は波動の進行方向の影になつて受
信波がまつたく受からない場合も生ずる。ここで
波浪が第１図ａ、６に示す方向に進行している場
合、一般の波浪の進行速度に対して水中音波の伝
ぱん速度は充分に早いので、送受信に要する時間
による影響は無視できる。

探知機１，２の指向軸方向の見かけの波長λ₁、
λ₂は探知、受信信号の山と山（又は谷と谷）の間
隔△γ₁、△γ₂（第１図ａ）として求められる。真
の波浪の波長λ（△γ）は波の進行方向６に沿つ
た山と山の間隔で示され、第１図ａから理解され
るように次式を用いて得られる。

第２図ａの受信波が得られた後、一定時間△Ｔ
後に次の送信を行なうと、波浪はすでに第１図６
の方向に進行しているため、受信波の山谷に対応
した強弱がずれて第２図ｂのように受信される。
以下一定間隔△Ｔで送受信を繰り返すと、第２図
ｃ，ｄのような受信波が得られる。

第２図に示す受信波から同一波浪点（例えば波
頂点Ｓ）からの受信時間差（△Ｔ＝t₂−t₁）と音
波の水中速度とから直交する２つの探知ビームの
発射方向それぞれに関する波浪の移動距離△R₁
と△R₂が求まる。したがつて各探知ビーム方向
における波浪速度V₁とV₂は、 V₁＝△R₁／△Ｔ V₂＝△R₂／△Ｔ ………(2) として求まる。

ところで、波浪が一波長分移動するに要する時
間△ｔは反射点の変化率から容易に求められる。
△ｔは第１図ａから明らかなように、指向軸方向
に依存しない。波長λ₁（計測値△γ₁）、λ₂（計測値
△γ₂）を△ｔで除した値は指向軸方向の見かけの
波浪の進行速度V₁、V₂として定義することがで
きる。

V₁＝△γ₁／△ｔ V₂＝△γ₂／△ｔ 一方、真の波浪の進行速度Ｖは真の波長λを△
ｔで除した次式で得られる。

実際の演算処理は前述(2)式に従つてV₁、V₂を
求めることができる。

波浪の進行方向６の角度θは第２図ａの探知機
指向軸方向を基準として次式で求められる。

〔効果〕 本発明は以上説明したように、海中に固定設置
された２個の探知ビームを有する探知装置（送受
波器）を用いて海面からの反射波を受信し、この
反射波信号を(1)、(3)または(4)式に従つて信号処理
することによつて波の進行方向、進行速度、波長
を容易に知ることができるものである。本発明に
よれば探知装置は海中に設置されるので洋上船舶
の通行には支障がなく、また深海にも容易にアン
カリング出来る波長を有する。また探知装置には
機械的な可動部は必要なく、構造も簡単であると
いう特長を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ及びｂは本発明の一実施例の装置の配
置を示す平面図及び垂直断面図、第２図ａ〜ｄは
第１図に示した実施例で得られた受信信号の時間
経過を示す図である。 １，２……探知装置、３，４……探知装置１，
２の探知ビーム、５……波浪の波頭、６……波浪
の進行方向。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 指向軸方向が水平面内で直交し、垂直面には
   広く、水平面には狭い２つの探知ビームを同時に
   直上の海面から観測対象範囲の遠方水面までを覆
   うように所定時間間隔で発射し、 前記探知ビームに応答する反射信号のレベル極
   値（極大又は極小）信号を水面反射信号とし、前
   記極値間の時間差と音波の水中速度とから各探知
   ビーム方向の波浪の波頂又は波底間距離△γ₁と△
   γ₂を求め、前記波浪の真の波長λを λ＝△γ₁・△γ₂／√△₁ ²＋△₂ ² として観測することと、 同一方向に発射された２つの前記探知ビームに
   応答する同一波浪点からの反射信号の受信時間差
   と音波の水中速度とから求まる前記波浪の各探知
   ビーム発射方向の移動距離△R₁、△R₂と、前記
   同一方向への２つの探知ビーム発射間隔△Ｔとか
   ら前記２つの探知ビーム方向の波浪の速度成分
   V₁、V₂および真の進行速度Ｖを V₁＝△R₁／△Ｔ V₂＝△R₂／△Ｔ Ｖ＝V₁・V₂／√₁ ²＋₂ ² として観測することと、 前記波浪の進行方向（角度）θを、前記△R₁、
   △R₂又はV₁、V₂を用いた三角関数式で観測する
   ことのうち少なくとも一つを観測することを特徴
   とする波浪観測方法。