JPH04307386A - 水中ソナー走査方法及び装置 - Google Patents
水中ソナー走査方法及び装置Info
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- JPH04307386A JPH04307386A JP3288066A JP28806691A JPH04307386A JP H04307386 A JPH04307386 A JP H04307386A JP 3288066 A JP3288066 A JP 3288066A JP 28806691 A JP28806691 A JP 28806691A JP H04307386 A JPH04307386 A JP H04307386A
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- wire
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52004—Means for monitoring or calibrating
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
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- B63C11/52—Tools specially adapted for working underwater, not otherwise provided for
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
- B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
- B63G8/001—Underwater vessels adapted for special purposes, e.g. unmanned underwater vessels; Equipment specially adapted therefor, e.g. docking stations
-
- G—PHYSICS
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中ソナー走査に関す
る。なお、本明細書において「海」なる用語は、海又は
他の水体を意味しており、用語「海」を含む表現は、こ
れに応じて解釈されるべきである。
る。なお、本明細書において「海」なる用語は、海又は
他の水体を意味しており、用語「海」を含む表現は、こ
れに応じて解釈されるべきである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】水中ソ
ナー走査は、潜函を海底に設置しているとき、或いは、
油採掘作業により生じた泥の堤を走査すべきときなどに
用いられる。泥の堤は、堤の正確な寸法を得るために走
査される。しかしながら、海の運動による走査ソナーヘ
ッドの運動が補償されるならば、いかなる特徴を走査し
ようとしても、得られるデータの正確性は大きく改善さ
れる。
ナー走査は、潜函を海底に設置しているとき、或いは、
油採掘作業により生じた泥の堤を走査すべきときなどに
用いられる。泥の堤は、堤の正確な寸法を得るために走
査される。しかしながら、海の運動による走査ソナーヘ
ッドの運動が補償されるならば、いかなる特徴を走査し
ようとしても、得られるデータの正確性は大きく改善さ
れる。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水中ソ
ナー走査方法は、海に浸漬した本体に設けられた細いビ
ームのソナーヘッドを用いてソナーデータを作成し、海
底に対する前記本体の位置に関する測量を得、該測量を
コンピュータで用いて、前記本体の位置に対して前記ソ
ナーデータを補償することを含む。
ナー走査方法は、海に浸漬した本体に設けられた細いビ
ームのソナーヘッドを用いてソナーデータを作成し、海
底に対する前記本体の位置に関する測量を得、該測量を
コンピュータで用いて、前記本体の位置に対して前記ソ
ナーデータを補償することを含む。
【０００４】上記本体は、潜函又はブイ、ＲＯＶ、重み
を付与したフレーム又は構造体、或いは、浮力をもち又
は浮力をもたないＲＯＶ型フレーム又は構造体であるの
が良い。本発明による装置は、本体と、該本体に支持さ
れた細いビームのソナーヘッドと、前記本体に支持され
、該本体の位置に関する測量を与える変換装置と、ソナ
ーデータ及び前記測量を受けて、前記データを前記本体
の位置に対して補償するコンピュータとを有する。
を付与したフレーム又は構造体、或いは、浮力をもち又
は浮力をもたないＲＯＶ型フレーム又は構造体であるの
が良い。本発明による装置は、本体と、該本体に支持さ
れた細いビームのソナーヘッドと、前記本体に支持され
、該本体の位置に関する測量を与える変換装置と、ソナ
ーデータ及び前記測量を受けて、前記データを前記本体
の位置に対して補償するコンピュータとを有する。
【０００５】
【実施例】以下、添付図面を参照して、幾つかの実施例
を例示の方法で説明する。図１乃至図３は、支持船１４
上のクレ−ン１２が潜函１０を海底まで降下させるシス
テムを示す。潜函１０は、その端壁に配置された２つの
細いビームのソナーヘッド１６、１８を有する。潜函１
０は、海底２２に埋設されたパイプライン２０上の所定
位置に配置される。潜函１０は自己掘削型のものであり
、潜函１０の両端が最終的にパイプライン２０に係合す
る。パイプライン２０は水平ではないかもしれず、一般
に、潜函が完全に水平な位置まで潜函自体を掘り下げる
ようにすることはできない。
を例示の方法で説明する。図１乃至図３は、支持船１４
上のクレ−ン１２が潜函１０を海底まで降下させるシス
テムを示す。潜函１０は、その端壁に配置された２つの
細いビームのソナーヘッド１６、１８を有する。潜函１
０は、海底２２に埋設されたパイプライン２０上の所定
位置に配置される。潜函１０は自己掘削型のものであり
、潜函１０の両端が最終的にパイプライン２０に係合す
る。パイプライン２０は水平ではないかもしれず、一般
に、潜函が完全に水平な位置まで潜函自体を掘り下げる
ようにすることはできない。
【０００６】一旦、潜函１０が所定位置まで掘削を完了
すると、ソナーヘッド１６、１８は作動され、潜函１０
内の海底及び潜函１０の内壁の画像を伝える。全ての測
量が結局は平均水平平面に関して得られ、従って、潜函
１０の位置が、ピッチ及びロール変換器より得る測量に
よって補償されるように、ソナーのデータを修正する必
要がある。これらの測量は、潜函が長さ方向の向き（ピ
ッチ測量）における真の水平位置及び幅方向の向き（ロ
ール測量）における真の水平位置と異なる程度を指示す
る。これらの測量は、ソナーベッド１６、１８が潜函内
の海底を走査するとき、ソナーのデータを修正するのに
用いられる。修正はコンピュータ２３で遂行され、修正
された表示がプリンタ２７によって作成される。
すると、ソナーヘッド１６、１８は作動され、潜函１０
内の海底及び潜函１０の内壁の画像を伝える。全ての測
量が結局は平均水平平面に関して得られ、従って、潜函
１０の位置が、ピッチ及びロール変換器より得る測量に
よって補償されるように、ソナーのデータを修正する必
要がある。これらの測量は、潜函が長さ方向の向き（ピ
ッチ測量）における真の水平位置及び幅方向の向き（ロ
ール測量）における真の水平位置と異なる程度を指示す
る。これらの測量は、ソナーベッド１６、１８が潜函内
の海底を走査するとき、ソナーのデータを修正するのに
用いられる。修正はコンピュータ２３で遂行され、修正
された表示がプリンタ２７によって作成される。
【０００７】潜函から或る距離を隔てた真の海底の位置
は（潜函の壁を収容する掘削を行った場合、潜函付近の
海底は下方に湾曲する）圧力Ｐ１を与える圧力モニター
によって感知される。また、圧力Ｐ２を与える他の圧力
モニターが一方のソナーヘッドの高さを感知する。Ｐ１
とＰ２との差により、真の海底に対するソナーヘッドの
高さの測量が与えられる。コンピュータを用いてソナー
のデータを補償するのに、この測量を用いることができ
る。別の手段として、圧力測定の差（Ｐ１−Ｐ２）をソ
ナーデータの視覚表示に関する指示器として用いて、こ
の表示を真の海底と関連させる。
は（潜函の壁を収容する掘削を行った場合、潜函付近の
海底は下方に湾曲する）圧力Ｐ１を与える圧力モニター
によって感知される。また、圧力Ｐ２を与える他の圧力
モニターが一方のソナーヘッドの高さを感知する。Ｐ１
とＰ２との差により、真の海底に対するソナーヘッドの
高さの測量が与えられる。コンピュータを用いてソナー
のデータを補償するのに、この測量を用いることができ
る。別の手段として、圧力測定の差（Ｐ１−Ｐ２）をソ
ナーデータの視覚表示に関する指示器として用いて、こ
の表示を真の海底と関連させる。
【０００８】ソナーヘッド１６は、軸線２５を中心にヘ
ッド１６を駆動するステッパモータ２４を備えるととも
に、軸線３３を中心にヘッド１６を駆動するステッパモ
ータ３０を備える。ヘッド１８はヘッド１６と同様なも
のであり、２つのヘッドは潜函内の海底の立体画像を作
成する。ヘッド１６は、連続的なソナー「ショット」の
ためにステッパモータ２４により増分され、パイプ２０
を横切って走査する。ヘッド１６は又、ステッパーモー
タ３０によって増分され、パイプと平行に走査する。
ッド１６を駆動するステッパモータ２４を備えるととも
に、軸線３３を中心にヘッド１６を駆動するステッパモ
ータ３０を備える。ヘッド１８はヘッド１６と同様なも
のであり、２つのヘッドは潜函内の海底の立体画像を作
成する。ヘッド１６は、連続的なソナー「ショット」の
ためにステッパモータ２４により増分され、パイプ２０
を横切って走査する。ヘッド１６は又、ステッパーモー
タ３０によって増分され、パイプと平行に走査する。
【０００９】ヘッド１６は、ヘッドと関連する変換器３
２を有し、変換器３２により２つの測量、すなわち、ロ
ール位置の測量とピッチ位置の測量とが得られる。好ま
しくは、変換器は、メジャーメント・デバイス・リーシ
ング社（ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ
Ｌｅａｓｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ ｏｆ Ａｂｅｒｄｅ
ｅｎ， Ｓｃｏｔｌａｎｄ ）よりＴＲＩＭＣＵＢＥの
商品名で入手できる型式のものである。
２を有し、変換器３２により２つの測量、すなわち、ロ
ール位置の測量とピッチ位置の測量とが得られる。好ま
しくは、変換器は、メジャーメント・デバイス・リーシ
ング社（ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ
Ｌｅａｓｉｎｇ Ｌｉｍｉｔｅｄ ｏｆ Ａｂｅｒｄｅ
ｅｎ， Ｓｃｏｔｌａｎｄ ）よりＴＲＩＭＣＵＢＥの
商品名で入手できる型式のものである。
【００１０】図４、図５及び図６は、導管４４とともに
、浮き４２に接続したワイヤーロープ４１によって海底
２２より上に吊下げられたソナーブイ４０を示している
。ワイヤ４１は支持船１４上のクレーン１２によって操
作される。ワイヤ４１は、ブイ４０を貫通して下方に延
び、海底２２上に静止しているクランプウェイト４６に
接続されている。
、浮き４２に接続したワイヤーロープ４１によって海底
２２より上に吊下げられたソナーブイ４０を示している
。ワイヤ４１は支持船１４上のクレーン１２によって操
作される。ワイヤ４１は、ブイ４０を貫通して下方に延
び、海底２２上に静止しているクランプウェイト４６に
接続されている。
【００１１】ブイ４０はウィンチ４８を備え、ワイヤロ
ープ５０がウィンチ４８からクランプウエイト４６の２
つのプーリー５２を廻って延び、ロープ５０は、ジンバ
ル機構５６のレバー５４に接続されている。レバー５４
は第１角度変換器６２の軸６０と締結されている。変換
器６２は、フレーム６４に支持され、フレーム６４は、
軸６０と直角をなす軸線６６を中心に回動される。フレ
ーム６４は、軸線６６と同心状の軸６８と締結されてお
り、軸６８は、第２角度変換器７０の軸を構成する。軸
線６６は、軸６８及び他の軸７２によって構成され、こ
れらの軸は、ブイ４０の本体に取付けられたフレーム７
４で支承されている。
ープ５０がウィンチ４８からクランプウエイト４６の２
つのプーリー５２を廻って延び、ロープ５０は、ジンバ
ル機構５６のレバー５４に接続されている。レバー５４
は第１角度変換器６２の軸６０と締結されている。変換
器６２は、フレーム６４に支持され、フレーム６４は、
軸６０と直角をなす軸線６６を中心に回動される。フレ
ーム６４は、軸線６６と同心状の軸６８と締結されてお
り、軸６８は、第２角度変換器７０の軸を構成する。軸
線６６は、軸６８及び他の軸７２によって構成され、こ
れらの軸は、ブイ４０の本体に取付けられたフレーム７
４で支承されている。
【００１２】海底２２のクランプウェイト４６に対する
ブイ４０の運動は、ブイ４０の運動の「Ｘ」要素及び「
Ｙ」要素の測量を与える変換器６２、７０の変位を生じ
させる。これらの測量は、海の運動に対してソナーデー
タを補償するのに使用される。ブイ４０は又、２つのホ
イールを備えたフーティッジ（ｆｏｏｔａｇｅ）機構７
６を有し、これらのホイールは、ワイヤロープ４１で被
動し、変換器を駆動して、クランプウェイト４６と、２
つのソナーヘッドが占める水平レベル（以下の記載を参
照されたい）との間におけるワイヤロープ４１の長さの
測量を与える。変換器６２、７０からの「Ｘ」及び「Ｙ
」角度の情報と関連するこの情報と、変換器８６からの
ロール及びピッチ角度の情報とを用いて、側方変位（サ
ージ（ｓｕｒｇｅ） 及びスウェイ（ｓｗａｙ））と垂
直運動（ヒーブ（ｈｅａｖｅ））とが計算される。ブイ
４０も又、２つのソナーヘッド８０、８２を備え、これ
らのソナーヘッドは、ステッパモータ８４によって駆動
される共通の架台に設けられている。結局、ブイ４０は
、ロール及びピッチ変換器８６と、ブイ４０の方位（ｈ
ｅａｄｉｎｇ）の測量を与えるコンパス８８とを有する
。
ブイ４０の運動は、ブイ４０の運動の「Ｘ」要素及び「
Ｙ」要素の測量を与える変換器６２、７０の変位を生じ
させる。これらの測量は、海の運動に対してソナーデー
タを補償するのに使用される。ブイ４０は又、２つのホ
イールを備えたフーティッジ（ｆｏｏｔａｇｅ）機構７
６を有し、これらのホイールは、ワイヤロープ４１で被
動し、変換器を駆動して、クランプウェイト４６と、２
つのソナーヘッドが占める水平レベル（以下の記載を参
照されたい）との間におけるワイヤロープ４１の長さの
測量を与える。変換器６２、７０からの「Ｘ」及び「Ｙ
」角度の情報と関連するこの情報と、変換器８６からの
ロール及びピッチ角度の情報とを用いて、側方変位（サ
ージ（ｓｕｒｇｅ） 及びスウェイ（ｓｗａｙ））と垂
直運動（ヒーブ（ｈｅａｖｅ））とが計算される。ブイ
４０も又、２つのソナーヘッド８０、８２を備え、これ
らのソナーヘッドは、ステッパモータ８４によって駆動
される共通の架台に設けられている。結局、ブイ４０は
、ロール及びピッチ変換器８６と、ブイ４０の方位（ｈ
ｅａｄｉｎｇ）の測量を与えるコンパス８８とを有する
。
【００１３】図６に示すように、方位（コンパス８８）
と、ロール及ピッチと、スウェイ位置「Ｘ」とサージ位
置「Ｙ」とに相応する測量は、ソナーデータをブイ４０
の海運動に対して補償するコンピュータ９０で使用され
る。ソナーヘッド８０、８２は海底を走査し、例えば、
掘削すべき領域の正確な画像を作成する。発せられた各
ソナーパルス及びそのリターンパルスに対して、相応す
る一組の方位、ロール、ピッチ、「Ｘ」位置及び「Ｙ」
位置の測量値があり、これらの測量値は、海の運動によ
るブイ４０の運動を補償するコンピユータ９０で使用さ
れる。
と、ロール及ピッチと、スウェイ位置「Ｘ」とサージ位
置「Ｙ」とに相応する測量は、ソナーデータをブイ４０
の海運動に対して補償するコンピュータ９０で使用され
る。ソナーヘッド８０、８２は海底を走査し、例えば、
掘削すべき領域の正確な画像を作成する。発せられた各
ソナーパルス及びそのリターンパルスに対して、相応す
る一組の方位、ロール、ピッチ、「Ｘ」位置及び「Ｙ」
位置の測量値があり、これらの測量値は、海の運動によ
るブイ４０の運動を補償するコンピユータ９０で使用さ
れる。
【００１４】図７及び図８は図４乃至図６に示す実施例
と類似した実施例を示しており、同じ構成要素に対して
同じ参照符号が使用されている。しかしながら、導管１
００は、クレーンワイヤ（図示せず）と組合せてあり、
水中及び水上にブイ４０を昇降させるのに用いられる。 ウインチ４８の経路からのワイヤロープ５０が、前述の
実施例におけるクレーンワイヤ４１に代わって、フーテ
ィッジ機構７６を駆動する。ブイ４０には、ステッパモ
ータ８４が駆動する単一のソナーヘッド１０２が示され
ている。
と類似した実施例を示しており、同じ構成要素に対して
同じ参照符号が使用されている。しかしながら、導管１
００は、クレーンワイヤ（図示せず）と組合せてあり、
水中及び水上にブイ４０を昇降させるのに用いられる。 ウインチ４８の経路からのワイヤロープ５０が、前述の
実施例におけるクレーンワイヤ４１に代わって、フーテ
ィッジ機構７６を駆動する。ブイ４０には、ステッパモ
ータ８４が駆動する単一のソナーヘッド１０２が示され
ている。
【００１５】方位、ロール及びピッチ、スウェイ位置「
Ｘ」及びサージ位置「Ｙ」に相応する変換器の測量は、
前述の如くソナーのデータをブイ４０の海運動に対して
補償するコンピュータで使用される。図９乃至図１１は
更に他の実施例を示す。ここでは、浮力タンク１１２を
有するＲＯＶ１１０が「本体」を構成しており、ＲＯＶ
は、導管１００によって支持船１４上のクレーン１２に
連結され、導管１００は、前述の如く、クレーン１２に
よって操作される昇降ワイヤと組合っている。
Ｘ」及びサージ位置「Ｙ」に相応する変換器の測量は、
前述の如くソナーのデータをブイ４０の海運動に対して
補償するコンピュータで使用される。図９乃至図１１は
更に他の実施例を示す。ここでは、浮力タンク１１２を
有するＲＯＶ１１０が「本体」を構成しており、ＲＯＶ
は、導管１００によって支持船１４上のクレーン１２に
連結され、導管１００は、前述の如く、クレーン１２に
よって操作される昇降ワイヤと組合っている。
【００１６】ＲＯＶ１１０は、マニプレータ（ｍａｎｉ
ｐｕｌａｔｏｒ）１１４と、電気モータによって駆動さ
れる４つの駆動プロペラとを有する。ＲＯＶは、ステッ
パモータ８４によって駆動される単一のソナー走査ヘッ
ド１０２を有する。ワイヤロープ５０がフーティッジ機
構７６を駆動し、この機構７６からレバー５４の穴を下
方に貫通しており、この例では、レバー５４は中空であ
る。
ｐｕｌａｔｏｒ）１１４と、電気モータによって駆動さ
れる４つの駆動プロペラとを有する。ＲＯＶは、ステッ
パモータ８４によって駆動される単一のソナー走査ヘッ
ド１０２を有する。ワイヤロープ５０がフーティッジ機
構７６を駆動し、この機構７６からレバー５４の穴を下
方に貫通しており、この例では、レバー５４は中空であ
る。
【００１７】図５及び図８に示すウインチ４８は電気又
は液圧駆動され、電気又は液圧動力がウインチに加えら
れない限り回転できない。図１０に示すウインチは一定
の力をクランプウエイト４６（例えば図５及び図８にお
いて用いられた１ｔｏｎ のウエイトと比較して、比較
的軽いウエイト）に加えて、ＲＯＶを進水させ、或いは
、海から回収する間、或いは、ＲＯＶが海底を走査せず
に移動している間、ウエイトを上昇させる。
は液圧駆動され、電気又は液圧動力がウインチに加えら
れない限り回転できない。図１０に示すウインチは一定
の力をクランプウエイト４６（例えば図５及び図８にお
いて用いられた１ｔｏｎ のウエイトと比較して、比較
的軽いウエイト）に加えて、ＲＯＶを進水させ、或いは
、海から回収する間、或いは、ＲＯＶが海底を走査せず
に移動している間、ウエイトを上昇させる。
【００１８】走査を実行すべきとき、より低い値の一定
力がウエイトに加えられ（この値はクランプウエイト４
６の重量よりも小さい）、クランプウエイトは海底に降
下する。ワイヤ５０を緊張状態に保持する一定の力が維
持される一方、たとえＲＯＶのプロペラがＲＯＶを一定
の位置に保持しようと努めていても、ＲＯＶが海の運動
により移動すると、ウインチ４８はワイヤ５０を回収し
たり、或いは、ワイヤ５０の繰り出しを可能にする。
力がウエイトに加えられ（この値はクランプウエイト４
６の重量よりも小さい）、クランプウエイトは海底に降
下する。ワイヤ５０を緊張状態に保持する一定の力が維
持される一方、たとえＲＯＶのプロペラがＲＯＶを一定
の位置に保持しようと努めていても、ＲＯＶが海の運動
により移動すると、ウインチ４８はワイヤ５０を回収し
たり、或いは、ワイヤ５０の繰り出しを可能にする。
【００１９】ソナーデータは、前述の如く変換器による
測量をコンピュータ９０で用いて、ＲＯＶの海運動に対
し補償される。図１２は、図４乃至図６の実施例を使用
状態で示す。走査ヘッドは、６度のステップで１８０度
回転される。各走査ヘッドは各ステップで１．７度の夾
角を有するビームのソナーパルスを発する。各ヘッドは
、図示の如く１２０度のファン形状の孤に亘って１．８
度のステップで増分される。これらの走査ヘッドは平行
ではなく、（図示の如く）互いに３度オフセットしてい
る。これは重複しない走査の良好な分布を与える。この
走査モードはラジアル走査 （ ｒａｄｉａｌ ｓｃ
ａｎｎｉｎｇ） として知られる。走査角度を９０度か
ら１８０度まで変化させることができる。図１２に示す
システムでは、合計３０の二重走査が、全数６０のラジ
アル走査に亘って記録される。１．８度のヘッドの増分
及び１８０度の走査角度のために、６０の走査は、６０
００のデータポイントを生じさせることになる。
測量をコンピュータ９０で用いて、ＲＯＶの海運動に対
し補償される。図１２は、図４乃至図６の実施例を使用
状態で示す。走査ヘッドは、６度のステップで１８０度
回転される。各走査ヘッドは各ステップで１．７度の夾
角を有するビームのソナーパルスを発する。各ヘッドは
、図示の如く１２０度のファン形状の孤に亘って１．８
度のステップで増分される。これらの走査ヘッドは平行
ではなく、（図示の如く）互いに３度オフセットしてい
る。これは重複しない走査の良好な分布を与える。この
走査モードはラジアル走査 （ ｒａｄｉａｌ ｓｃ
ａｎｎｉｎｇ） として知られる。走査角度を９０度か
ら１８０度まで変化させることができる。図１２に示す
システムでは、合計３０の二重走査が、全数６０のラジ
アル走査に亘って記録される。１．８度のヘッドの増分
及び１８０度の走査角度のために、６０の走査は、６０
００のデータポイントを生じさせることになる。
【００２０】次に図４乃至図６及び図１０を参照して説
明した実施例の作用により得られるソナーデータの補償
について数学的に説明する。以下説明は、図１３乃至図
１８に関連する。ブイは、ステッパモータが駆動する共
通の架台に設けられた２つのソナーヘッドを備えている
。Ｘ軸線をコンパスの方位０度Ｎと整列させて、右側の
座標系をブイに固定するものとし、次いで、ヘッドＡ、
Ｂを、ＸＹ平面に作図した円の周りで増分的にステップ
運動させる。
明した実施例の作用により得られるソナーデータの補償
について数学的に説明する。以下説明は、図１３乃至図
１８に関連する。ブイは、ステッパモータが駆動する共
通の架台に設けられた２つのソナーヘッドを備えている
。Ｘ軸線をコンパスの方位０度Ｎと整列させて、右側の
座標系をブイに固定するものとし、次いで、ヘッドＡ、
Ｂを、ＸＹ平面に作図した円の周りで増分的にステップ
運動させる。
【００２１】図１３は、海底走査中における、ヘッドＢ
のソナーリターンを示す。 （図１３を参照すると、図１３は、方位と以下に示す凡
例とを含む。 海底走査中におけるヘッドＢのソナーリターン凡例 ｔは、ヘッドＢに関する目標ベクトル ｔｏは、ブイの原点Ｏに関する目標ベクトルＸＨ 、Ｙ
Ｈ 、ＺＨ 、はヘッドＢに固定した座標系ＸＢ 、Ｙ
Ｂ 、ＺＢ 、はブイに固定した座標系αは、ステッパ
モータによるヘッドＢとＸＢ 軸線との角度 Ｒ、は作図した円の半径 Ｄは、ヘッドＢからの目標Ｔの距離 φは、ＸＢ 、ＹＢ 平面からのソナーパルスの角度）
原点Ｏに対する目標の座標は下式によって与えられる。
のソナーリターンを示す。 （図１３を参照すると、図１３は、方位と以下に示す凡
例とを含む。 海底走査中におけるヘッドＢのソナーリターン凡例 ｔは、ヘッドＢに関する目標ベクトル ｔｏは、ブイの原点Ｏに関する目標ベクトルＸＨ 、Ｙ
Ｈ 、ＺＨ 、はヘッドＢに固定した座標系ＸＢ 、Ｙ
Ｂ 、ＺＢ 、はブイに固定した座標系αは、ステッパ
モータによるヘッドＢとＸＢ 軸線との角度 Ｒ、は作図した円の半径 Ｄは、ヘッドＢからの目標Ｔの距離 φは、ＸＢ 、ＹＢ 平面からのソナーパルスの角度）
原点Ｏに対する目標の座標は下式によって与えられる。
【００２２】
ｔｏ＝（Ｄ ｃｏｓφ＋Ｒ，Ｏ，Ｄ ｓｉｎφ）．
．．．．（１ａ）走査中のヘッドＡに対して同様に表現
することができ、これは、距離Ｄ′及び角度φ′に対し
て、下式によって表し得る。 ｔｏ＝（Ｄ′ｃｏｓ φ′−Ｒ，Ｏ，Ｄ′ｓｉｎ
φ′）．．．．．（１ｂ）更に、以下の分析がヘッドＢ
及びヘッドＡによる走査に対して均しく適応する。ブイ
自体の軸線に対する目標の座標は、ＺＢ 、即ちブイの
Ｚ軸線を中心とする角度−αの目標ベクトルｔｏの回転
によって与えられる。
．．．．（１ａ）走査中のヘッドＡに対して同様に表現
することができ、これは、距離Ｄ′及び角度φ′に対し
て、下式によって表し得る。 ｔｏ＝（Ｄ′ｃｏｓ φ′−Ｒ，Ｏ，Ｄ′ｓｉｎ
φ′）．．．．．（１ｂ）更に、以下の分析がヘッドＢ
及びヘッドＡによる走査に対して均しく適応する。ブイ
自体の軸線に対する目標の座標は、ＺＢ 、即ちブイの
Ｚ軸線を中心とする角度−αの目標ベクトルｔｏの回転
によって与えられる。
【００２３】
ｔＢ ＝Ｔ（ｔｏ，ｋ，−α）．．．．．．．（２）こ
こに、ｋ＝（０，０，１）、即ち、ｋはブイのＺ軸線に
沿う単位ベクトルであり、Ｔは、回転を示すベクトル関
数である。
こに、ｋ＝（０，０，１）、即ち、ｋはブイのＺ軸線に
沿う単位ベクトルであり、Ｔは、回転を示すベクトル関
数である。
【００２４】
【数１】
【００２５】（図１４を参照すると、図１４は、方位及
び以下に示す凡例を含む。 一般軸線を中心とするベクトルの回転 凡例 Ｘ、Ｙ、Ｚは、右側の座標系である。 ｎは回転軸線である。
び以下に示す凡例を含む。 一般軸線を中心とするベクトルの回転 凡例 Ｘ、Ｙ、Ｚは、右側の座標系である。 ｎは回転軸線である。
【００２６】θは回転角度である。
ａは回転されるベクトルである
ａ′は合成ベクトルである。
ベクトル関数は下式によって与えられる。
【００２７】
【数２】
【００２８】一般に、ブイは、回転運動と定着クランプ
ウエイトからの変化する変位との双方を伴う一定の運動
状態にある。固定原点０及び座標系は、全ての目標デー
タが関係し得るブイの外側に構成される。ブイが回転運
動を伴わずにその原位置から変位した場合を先ず考慮す
ると、Ｘ、Ｙ、及びＺにおける変位、即ち、サージ、ス
ウェイ及びヒーブ要素を、ブイのＸＹジンバルシステム
（図１５及び図１６）によって測量できる。
ウエイトからの変化する変位との双方を伴う一定の運動
状態にある。固定原点０及び座標系は、全ての目標デー
タが関係し得るブイの外側に構成される。ブイが回転運
動を伴わずにその原位置から変位した場合を先ず考慮す
ると、Ｘ、Ｙ、及びＺにおける変位、即ち、サージ、ス
ウェイ及びヒーブ要素を、ブイのＸＹジンバルシステム
（図１５及び図１６）によって測量できる。
【００２９】ワイヤは緊張状態に保持されており、フー
ティッジユニットに基づいて計算された測量長さＬのワ
イヤである。 （図１５を参照すると、図１５は方位及び以下に示す凡
例を含む。 緊張したワイヤによって保持され、原位置Ｏｃ から変
位したソナーブイ 凡例 ＸＹＺは、クランプウエイトの上方に位置する固定点Ｏ
ｃ の座標系である。
ティッジユニットに基づいて計算された測量長さＬのワ
イヤである。 （図１５を参照すると、図１５は方位及び以下に示す凡
例を含む。 緊張したワイヤによって保持され、原位置Ｏｃ から変
位したソナーブイ 凡例 ＸＹＺは、クランプウエイトの上方に位置する固定点Ｏ
ｃ の座標系である。
【００３０】Ｌは、緊張したワイヤの長さである。
Ｔは、目標である。
ｄＢ はブイに対するＯｃ の変位ベクルトである。
ｔＢ はブイに対する目標ベクトルである。
ｔｃ は固定原点Ｏｃ に対する目標ベクトルである。
）図１５より、次式が分かる。
【００３１】ｔＢ ＝ｔＢ −ｄＢ ．．．．．．（４
）図１６を参照すると、図１６は、方位及び以下に示す
凡例を含む。 回転運動を伴なわないソナーブイの変位凡例 Ｌは、緊張したワイヤの長さである。
）図１６を参照すると、図１６は、方位及び以下に示す
凡例を含む。 回転運動を伴なわないソナーブイの変位凡例 Ｌは、緊張したワイヤの長さである。
【００３２】ＯＣ は、ブイの外側の固定原点である。
ｄＢ は、ブイに対する変位ベクトルである。
ＸＢ 、ＹＢ 、ＺＢ は、ブイに固定した座標系であ
る。 θＸ は、ＸＢ ＺＢ 平面における角変位である。 θＹ は、緊張したワイヤ及びＹＢ の平面における角
変位である。
る。 θＸ は、ＸＢ ＺＢ 平面における角変位である。 θＹ は、緊張したワイヤ及びＹＢ の平面における角
変位である。
【００３３】ＬＢ は、ブイに対するＺ変位である。）
図１６は回転運動を伴なわないブイの変位を示す。ジン
バル機構は、図示のようなブイ及び緊張したワイヤの間
の２つの角変位θＸ 及びθＹ を読み取る。このとき
、下式が得られる。 ｄＢ ＝（−Ｌ ｓｉｎθＸ ｃｏｓ θＹ 、−
Ｌ ｓｉｎθＹ 、Ｌ−ＬＢ ）．．．．（５）ここに
、ＬＢ ＝Ｌｃｏｓ θＸ ｃｏｓ θＹ ．．．．．
（６）ここで、ブイが回転運動をも伴なう完全な場合を
考慮し、３つの回転自由度を以下のように定義する。
図１６は回転運動を伴なわないブイの変位を示す。ジン
バル機構は、図示のようなブイ及び緊張したワイヤの間
の２つの角変位θＸ 及びθＹ を読み取る。このとき
、下式が得られる。 ｄＢ ＝（−Ｌ ｓｉｎθＸ ｃｏｓ θＹ 、−
Ｌ ｓｉｎθＹ 、Ｌ−ＬＢ ）．．．．（５）ここに
、ＬＢ ＝Ｌｃｏｓ θＸ ｃｏｓ θＹ ．．．．．
（６）ここで、ブイが回転運動をも伴なう完全な場合を
考慮し、３つの回転自由度を以下のように定義する。
【００３４】ピッチ ─ ブイのＹ軸線廻りの時計
廻り方向の回転 ロール ─ ブイのＸ軸線廻りの時計廻り方向の回
転方位 ─ ブイのＺ軸線廻りの時計廻り方向
の回転回転運動の場合の式（４）は目標の見かけの位置
を与えるであろう。 ｔｃ ＝ｔＢ −ｄＢ 回転運動を補償する目標の真の位置は下式により得られ
る。
廻り方向の回転 ロール ─ ブイのＸ軸線廻りの時計廻り方向の回
転方位 ─ ブイのＺ軸線廻りの時計廻り方向
の回転回転運動の場合の式（４）は目標の見かけの位置
を与えるであろう。 ｔｃ ＝ｔＢ −ｄＢ 回転運動を補償する目標の真の位置は下式により得られ
る。
【００３５】
ｔｃ ＝Ｃ（ｔＢ ）−Ｃ（ｄＢ ）．．．．．（７）
ここに、Ｃ（ ）は、ブイのロール、ピッチ及び方位
を修正するための一連の変換を示すベクトル関数である
。 従って、式（２）及び（５）のベクトルｄＢ 及びｔＢ
を計算するための情報が与えられると、式（７）によ
る補償関数の適用によって、真のソナー目標位置が計算
される。
ここに、Ｃ（ ）は、ブイのロール、ピッチ及び方位
を修正するための一連の変換を示すベクトル関数である
。 従って、式（２）及び（５）のベクトルｄＢ 及びｔＢ
を計算するための情報が与えられると、式（７）によ
る補償関数の適用によって、真のソナー目標位置が計算
される。
【００３６】補償関数を以下に詳細に説明する。
補償関数
関数は３つの段階に分けられる。
ｉ） ロール及びピッチの修正
ソナーブイのロール及びピッチは、面（図１７）によっ
て測量され、この面は、ブイの固定軸線に対して角度を
なしている。
て測量され、この面は、ブイの固定軸線に対して角度を
なしている。
【００３７】（図１７を参照すると、図１７は、方位及
び以下に説明する凡例を含む。 ブイのロール及びピッチの補償 凡例 ＸＢ 、ＹＢ 、ＺＢ は、ピッチ及びロールを伴なわ
ないブイの軸線である。 ＸＢ ′、ＹＢ ′、ＺＢ ′はピッチ及びロールの軸
線である Ｐはピッチ角度である。
び以下に説明する凡例を含む。 ブイのロール及びピッチの補償 凡例 ＸＢ 、ＹＢ 、ＺＢ は、ピッチ及びロールを伴なわ
ないブイの軸線である。 ＸＢ ′、ＹＢ ′、ＺＢ ′はピッチ及びロールの軸
線である Ｐはピッチ角度である。
【００３８】ｒはロール角度である。
ｎは、ピッチ及びロール補償のための回転軸線である。
θは、ピッチ及びロール補償のためのｎを中心とする回
転角度である。） 図１７より、回転角度θ及び固定軸線に対する上記面の
回転軸線ｎを計算できる。
転角度である。） 図１７より、回転角度θ及び固定軸線に対する上記面の
回転軸線ｎを計算できる。
【００３９】
【数３】
【００４０】
【数４】
【００４１】このときＣｒｐ（ ）、即ち、ブイのロ
ール及びピッチのための補償関数は下式の通りである。
ール及びピッチのための補償関数は下式の通りである。
【００４２】
【数５】
【００４３】ここに、ａは目標又は変位ベルトルであり
、Ｔ（ ）は、式（３）で定義される。これは、ロー
ル及びピッチ面を水平にするのに相応する合成のロール
及びピッチ角度の回転を示す。 ｉｉ）方位変更のための修正 ロール及びピッチの補償はブイの方位を変更し、修正が
加えられなければならない（図１８を参照）。 （図１８を参照すると、図１８は、方位と以下に示す凡
例とを含む。
、Ｔ（ ）は、式（３）で定義される。これは、ロー
ル及びピッチ面を水平にするのに相応する合成のロール
及びピッチ角度の回転を示す。 ｉｉ）方位変更のための修正 ロール及びピッチの補償はブイの方位を変更し、修正が
加えられなければならない（図１８を参照）。 （図１８を参照すると、図１８は、方位と以下に示す凡
例とを含む。
【００４４】方位修正
凡例
【００４５】
【数６】
【００４６】ＸＢ 、ＹＢ は、ピッチ及びロールを伴
わないブイのＸ、Ｙ軸線である。 Ｘ′Ｂ は、ピッチ及びロール面のＸ軸線である。 ｈｃは、方位修正である。 方位の変更を計算するために、修正される方位を示す単
位ベクトルｉを描き、それをブイのロール及びピッチに
亘り描き、実際の測定方位を示すベクトルｉ′を与える
。次いで、もしｉ＝（１、０、０）ならば、このとき、
上記項目（ｉ）により、
わないブイのＸ、Ｙ軸線である。 Ｘ′Ｂ は、ピッチ及びロール面のＸ軸線である。 ｈｃは、方位修正である。 方位の変更を計算するために、修正される方位を示す単
位ベクトルｉを描き、それをブイのロール及びピッチに
亘り描き、実際の測定方位を示すベクトルｉ′を与える
。次いで、もしｉ＝（１、０、０）ならば、このとき、
上記項目（ｉ）により、
【００４７】
【数７】
【００４８】とする。なお、Ｔ（ ）は式（３）で定
義され、そして、 ｉ′＝（ｉＸ ′，ｉＹ ′，ｉＺ ′）．．．．
．．．．．（１２）である。修正された方位は次式によ
って与えられる。 ｈ＝ｈ′−ｔａｎ −１（ ｉＹ ′／ｉＸ ′）
．．．．．（１３）ここに、ｈ＝修正された方位、ｈ′
＝測量された方位である。 ｉｉｉ ）ソナーブイの方位の修正 ブイの方位の修正は、ロール及びピッチ補償ベクトルを
、ブイのＺ軸線を中心として修正された方位−ｈだけ回
転させる。
義され、そして、 ｉ′＝（ｉＸ ′，ｉＹ ′，ｉＺ ′）．．．．
．．．．．（１２）である。修正された方位は次式によ
って与えられる。 ｈ＝ｈ′−ｔａｎ −１（ ｉＹ ′／ｉＸ ′）
．．．．．（１３）ここに、ｈ＝修正された方位、ｈ′
＝測量された方位である。 ｉｉｉ ）ソナーブイの方位の修正 ブイの方位の修正は、ロール及びピッチ補償ベクトルを
、ブイのＺ軸線を中心として修正された方位−ｈだけ回
転させる。
【００４９】
Ｃ（ａ）＝Ｔ（ａ、ｋ、−ｈ）・・・・・・・（１４）
ここに、ａは、ロール及びピッチを修正した目標又は変
位ベクトルである。 ｋは、Ｚ軸線に沿う単位ベクトルである。 ｈは、修正された方位である。 Ｔ（ ）は、式（３）で定義される。
ここに、ａは、ロール及びピッチを修正した目標又は変
位ベクトルである。 ｋは、Ｚ軸線に沿う単位ベクトルである。 ｈは、修正された方位である。 Ｔ（ ）は、式（３）で定義される。
【図１】海底に埋設したパイプライン上の所定位置に位
置する潜函を支持船とともに示す概略図である。
置する潜函を支持船とともに示す概略図である。
【図２】図１に示す潜函の詳細図である。
【図３】図１のシステムを示すブロック図である。
【図４】第２実施例を示す図１と同様な図である。
【図５】第２実施例を示す図２と同様な図である。
【図６】第２実施例を示す図３と同様な図である。
【図７】第３実施例を示す図１と同様な図である。
【図８】第３実施例を示す図２と同様な図である。
【図９】第４実施例を示す図１と同様な図である。
【図１０】第４実施例を示す図２と同様な図である。
【図１１】第４実施例を示す図３と同様な図である。
【図１２】図４乃至図６に示す実施例を使用状態で示す
立体図である。
立体図である。
【図１３】図４乃至図６に示す実施例の作用を数学的に
説明するのに用いられる数学的な図である。
説明するのに用いられる数学的な図である。
【図１４】図４乃至図６に示す実施例の作用を数学的に
説明するのに用いられる数学的な図である。
説明するのに用いられる数学的な図である。
【図１５】図４乃至図６に示す実施例の作用を数学的に
説明するのに用いられる数学的な図である。
説明するのに用いられる数学的な図である。
【図１６】図４乃至図６に示す実施例の作用を数学的に
説明するのに用いられる数学的な図である。
説明するのに用いられる数学的な図である。
【図１７】図４乃至図６に示す実施例の作用を数学的に
説明するのに用いられる数学的な図である。
説明するのに用いられる数学的な図である。
【図１８】図４乃至図６に示す実施例の作用を数学的に
説明するのに用いられる数学的な図である。
説明するのに用いられる数学的な図である。
１０ 潜函
１２ クレーン
１４ 支持船
１６、１８、８０、８２、１０２ ソナーヘッド２０
パイプライン ２２ 海底 ２３、９０ コンピュータ ２４、３０ ステッパモータ ２７ プリンタ ３２ 変換器 ４０ ソナーブイ ４１、５０ ワイヤロープ ４４、１００ 導管 ４６ クランプウエイト ５６ ジンバル機構 ６２ 角度変換器 ７０ 第２角度変換器 ７６ フーティッジ機構 ８６ ロール及びピッチ変換器 ８８ コンパス １１０ ＲＯＶ
パイプライン ２２ 海底 ２３、９０ コンピュータ ２４、３０ ステッパモータ ２７ プリンタ ３２ 変換器 ４０ ソナーブイ ４１、５０ ワイヤロープ ４４、１００ 導管 ４６ クランプウエイト ５６ ジンバル機構 ６２ 角度変換器 ７０ 第２角度変換器 ７６ フーティッジ機構 ８６ ロール及びピッチ変換器 ８８ コンパス １１０ ＲＯＶ
Claims (9)
- 【請求項１】 水中ソナー走査方法において、海に浸
漬した本体に設けられた細いビームのソナーヘッドを用
いてソナーデータを作成し、海底に対する前記本体の位
置に関する測量を得、該測量をコンピュータで用いて、
前記ソナーデータを前記本体の位置に対して補償するこ
とを特徴とする水中ソナー走査方法。 - 【請求項２】 前記本体が、潜函であり、間隔を隔て
た２つのソナーヘッドが用いられることを特徴とする請
求項１に記載の水中ソナー走査方法。 - 【請求項３】 前記本体が、ブイ、ＲＯＶ、重みを付
与したフレーム又は構造体、或いは、浮力をもち又は浮
力をもたないＲＯＶ型フレーム又は構造体であることを
特徴とする請求項１に記載の水中ソナー走査方法。 - 【請求項４】 前記測量が、ロール、ピッチ、方位、
スウェイ、サージ及びヒーブのうち１つ以上のものに関
する測量を含むことを特徴とする請求項１に記載の水中
ソナー走査方法。 - 【請求項５】 前記本体が、海底に静止しているクラ
ンプウエイトにワイヤロープによって接続され、前記ク
ランプウエイトが、前記ワイヤロープの張力を維持し、
前記測量が、互いに直角な前記本体の２つの軸線を中心
とする前記ワイヤロープの角変位の測量を得ることを含
むことを特徴とする請求項４に記載の水中ソナー走査方
法。 - 【請求項６】 水中ソナー走査装置において、本体と
、該本体に支持された細いビームのソナーヘッドと、前
記本体に支持され、該本体の位置に関する測量を与える
変換装置と、前記ソナーデータ及び測量を受けて、前記
データを前記本体の位置に対して補償するコンピュータ
とを有することを特徴とする水中ソナー走査装置。 - 【請求項７】 前記本体がクレーンワイヤによって操
作され、該クレーンワイヤが、海底に静止しているクラ
ンプウエイトに連結されるとともに、支持船上のクレー
ンから延び、前記本体のウインチから前記クランプウエ
イトのプーリ装置を廻って該本体のジンバル機構のレバ
ーに通り、該ジンバル機構が、前記本体のスウェイ位置
及びサージ位置に相応する測量を与える２つの変換器を
駆動し、前記クレーンワイヤが、前記本体の上方に位置
する浮きにループをなして通り、前記浮きが、該浮きよ
り下方に位置する前記クレーンワイヤを緊張状態に保持
することを特徴とする請求項６に記載の水中ソナー走査
装置。 - 【請求項８】 前記本体が、該本体の上方に位置する
浮きにループをなして通るクレーンワイヤによって操作
され、該クレーンワイヤが支持船上のクレーンから延び
、前記浮きが、該浮きと前記本体との間の前記クレーン
ワイヤを緊張状態に保持し、ワイヤが、前記本体のウイ
ンチから、海底に静止しているクランプウエイトのプー
リ装置を廻って該本体のジンバル機構のレバーに通り、
該ジンバル機構が、前記本体のスウェイ位置及びサージ
位置に相応する測量を与える２つの変換器を駆動するこ
とを特徴とする請求項６に記載の水中ソナー走査装置。 - 【請求項９】 前記本体が、支持船上のクレーンから
延びるクレーンワイヤによって操作され、ワイヤが前記
本体のウインチから、海底に静止しているクランプウエ
イトに通り、前記ウインチからの前記ワイヤが、ジンバ
ル機構のレバーの長手方向の穴を貫通し、該ジンバル機
構が、前記本体のスウェイ位置及びサージ位置に相応す
る測量を与える２つの変換器を駆動することを特徴とす
る請求項６に記載の水中ソナー走査装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9023726A GB2249391A (en) | 1990-11-01 | 1990-11-01 | Method and apparatus for underwater scanning |
| GB90237264 | 1990-11-01 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04307386A true JPH04307386A (ja) | 1992-10-29 |
| JP2543639B2 JP2543639B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=10684678
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3288066A Expired - Fee Related JP2543639B2 (ja) | 1990-11-01 | 1991-11-01 | 水中ソナ―走査方法及び装置 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5299173A (ja) |
| EP (2) | EP0483996B1 (ja) |
| JP (1) | JP2543639B2 (ja) |
| AU (1) | AU627123B2 (ja) |
| CA (1) | CA2054657C (ja) |
| DE (2) | DE69131818T2 (ja) |
| ES (2) | ES2164831T3 (ja) |
| GB (1) | GB2249391A (ja) |
| NO (1) | NO914249L (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021110627A (ja) * | 2020-01-09 | 2021-08-02 | 大成建設株式会社 | 掘削地盤面の形状特定装置及び形状特定方法 |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4233658C2 (de) * | 1992-10-08 | 2001-05-31 | Zeiss Carl | Kupplung zur Verbindung eines Operationsmikroskopes mit einem Stativ |
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