JPH0432351B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、接岸しようとする船舶の岸壁からの
距離、速度等を超音波により計測して、当該船舶
に通知し、適切に減速して接岸できるよう支援す
るシステムにおける超音波計測系のトラツキング
ゲート設定装置に関する。

［従来の技術］ この種の接岸支援システムにおいては、船舶の
接岸速度は、一般に、超音波測距計を使用して、
所定のサンプリング周期で距離を検出し、この距
離の時間変化から計測している。

上記超音波測距計は、パルス状送信波の送信と
検出目標物からの反射波受信との時間間隔を計測
し、この時間情報から目的とする情報を得る構成
となつている。この種の計測器では、本来の受信
波の前後に、障害物、媒質の密度変化、多重反射
等によるノイズを受信することが頻繁に起きる。

その一例として、超音波測距計において受信さ
れる受信波形を第７図ａに示す。同図において、
の波形は送信漏れ信号分を示し、，はノイ
ズ信号分を示し、は当該超音波測距計が目標と
する測定対象物からの反射エコー信号分を示し、
は多重反射エコー分を示す。

同図に示すように、目的とする反射エコー信号
の前にノイズ信号分が存在すると、超音波測
距計は、該ノイズ信号分を目的とする反射エコ
ー信号と誤認し、誤計測する。

こうした誤計測を防止するため、超音波測距計
では、計測の初期の時点で、目的とする反射エコ
ー信号を一度捕捉した後、ノイズ信号分を除去す
るため、上記第７図ｂに示すようなマスク信号に
よるマスクゲートをかけることがある。

このマスクゲートは、目的とする反射エコー信
号の予測される受信時の直前で開き、以後の信号
成分を受信可能とするよう作用する。第７図ｃ
は、この場合に得られる信号波形を示す。

また、このマスク信号は、目的とする反射エコ
ー信号の予測到来時のみマスクゲートを開き、そ
の後再び閉じるように設定されることもある。こ
の例を、第７図ｂにおいて破線で示す。この場
合、同図ｃに示す，の信号分はなくなる。

上記したマスク信号は、目標とする反射エコー
信号の移動（到来時間の移動）に同期して移動す
るように制御されるため、トラツキングゲートと
称され、常に、目標とする反射エコー信号の到来
直前で開くように制御される。

超音波測距装置等の計測器では、目標とする反
射エコー信号の前に存在するノイズ分のみが誤計
測の原因となるため、上記第７図ｂに示すような
マスク信号によるマスクゲートをかけることによ
り、同図ｃに示すような信号波形が得られ、極め
て安定に計測を行なえることが期待できる。

第８図に示す回路は、このような従来のゲート
機能を有する計測器用ノイズ除去回路の一例であ
る。このノイズ除去回路は、入力信号を増幅する
増幅器１と、マスク信号を形成するマスク信号発
生回路２と、該マスク信号を制御信号として開閉
するアナログスイツチ３とを備えて構成される。
このアナログスイツチ３は、上記第７図ｂに示す
マスク信号がハイレベルとなつているマスク信号
発生期間に閉となり、入力信号の出力を阻止す
る。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来のゲート設定機能は、上記したように、ノ
イズ除去について一応の効果が期待できるが、計
測の状態によつては、次のような点に問題があつ
た。

即ち、計測の目標物が急激に変位する等の原因
で、第７図ａにおいて波形として示す反射エコ
ー信号が、同図ｄに示すように、ｂのマスク信号
の内側（近距離側）に入つてしまうと、同図ｅに
示すように、出力信号波形が０、即ち、目標とす
る反射エコー信号を捕捉できないことになる。ま
た、なんらかの原因により、受信波が到達しない
ため、出力信号波形が０となることがある。

このような場合、次回の計測時のトラツキング
ゲートの基準に今回の計測データを使用できない
ので、前々回使用した計測データを使用して次の
計測における予測到来時を算定し、これに基づい
て、トラツキングゲートを設定しなければならな
いこととなる。そのため、それだけ誤差が大きく
なり、次回の計測時にも、反射エコー信号を捕捉
できないことになるおそれがある。そして、この
ような状態を継続すればするほど、誤差が大きく
なるという悪循環に陥り、ひいては、船舶の接岸
支援にも支障を来すことになるという問題があつ
た。

本発明は、上記問題点を解決すべくなされたも
ので、トラツキングゲート内において反射エコー
信号を捕捉できないとき、見失つた反射エコー信
号を再捕捉して、後のトラツキングゲート設定の
基準とすることができ、トラツキングゲートの誤
差増大の悪循環を断ち切り、常に精度よくトラツ
キングゲートを設定できて、船舶の接岸支援に対
し支障を来すことのない、接岸支援システムのト
ラツキングゲート設定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］ 本願第１発明は、接岸しようとする船舶の岸壁
からの距離を超音波により計測して、当該船舶に
通知し、適切に減速して接岸できるよう支援する
システムにおける超音波計測系のトラツキングゲ
ート設定装置であつて、第１図に示すように、 前回までの計測値により算出された岸壁から船
舶までの距離、速度および超音波送信周期を基に
して予測到達距離を求め、該予測到達距離と音速
とから、次計測時における送信波送信後の受信波
予測到来時を算出して、該予測到来時を基準とし
て予め設定した時間幅のトラツキングゲート信号
を形成するトラツキングゲート信号形成手段と、
上記設定したトラツキングゲート内で反射波を
受波できなかつたことを検出して、受波オフ信号
を出力する受波オフ検出手段と、 上記トラツキングゲート信号を受けて、受信信
号に対しゲートを設定すると共に、上記受波オフ
信号を受けて、受信信号に対するゲートを全開す
るゲート設定手段とを備えて構成することを特徴
とする。

また、本願第２発明は、第１図に示すように、
上記第１発明に、さらに別の構成要件として、船
舶の岸壁からの距離を検出して、上記トラツキン
グゲートの時間幅の広狭を変更するゲート幅変更
手段を付加することを特徴とする。

［作用］ 上記のような構成において、トラツキングゲー
ト信号形成手段は、先ず、前回までの計測値によ
り算出された岸壁から船舶までの距離、速度およ
び超音波送信周期を基にして予測到達距離を求め
る。ここで、距離およ速度は、支援システムの計
測データ処理手段において、求めたデータをその
まま利用する。もつとも、別途計算してもよい。
予測到達距離は、船舶の速度が次計測時まで一定
であることを仮定して、速度と送信周期とから船
舶の予想移動距離を算出し、この結果と、前回計
測時の船舶の位置とから算出する。

予測到来時は、上記算出した予測到達距離を超
音波パルスが往復するに必要な時間を算出するこ
とにより求める。トラツキングゲート信号は、該
予測到来時を基準として、予め設定した時間幅を
考慮して設定する。即ち、算出された予測到来時
より短い時間または長い時間で到来することもあ
るため、実際のゲートは、予測到来時より設定時
間幅分短くして設定する。

この時間幅は、一定でもよいが、船舶の岸壁か
らの距離により幅を変えるとより好ましい結果を
得る。例えば、遠距離では幅を広くし、近距離で
は幅を狭くする。幅の変更は、単純には、遠距離
と近距離の２段階とすることができ、また、距離
と共に順次狭くするようにしてもよい。

トラツキングゲート信号は、例えば、受信可能
時間領域のときと、受信不可とするときとで、ハ
イ・ロウのレベルを異ならしめる構成とする。例
えば、前者のときロウレベル、後者のときハイレ
ベルとする。

受波オフ検出手段は、上記設定したトラツキン
グゲート内で反射波を受波できなかつたことを検
出して、受波オフ信号を出力する。受波オフの検
出は、支援システムのフロントエンドにおける受
信信号の有無を調べることにより行なう。

ゲート設定手段は、上記トラツキングゲート信
号を受けて、受信信号に対しゲートを設定する。
即ち、トラツキングゲート信号が受信可能時間領
域のとき、例えば、ロウレベルの間、ゲートを開
く。一方、トラツキングゲート信号が受信不可時
間領域のとき、例えば、ハイレベルの間、ゲート
を閉じる。

また、ゲート設定手段は、上記受波オフ信号を
受けて、次の計測時におけるトラツキングゲート
信号が受信不可時間領域のときに、受信信号に対
するゲートを全開する。これにより、受波オフ時
の次の計測時に、新たな反射波エコーの捕捉を可
能とする。そして、以後は、この新たに捕捉した
反射波エコーを基準として、トラツキングゲート
を設定することができる。従つて、トラツキング
ゲートの精度を悪くすることがない。

［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。

＜第１実施例の構成＞ 第２図に、本発明トラツキングゲート設定装置
の一実施例の構成を示す。

同図に示すトラツキングゲート設定装置は、ト
ラツキングゲート信号形成手段、ゲート幅変更手
段および受波オフ検出手段として機能するマイク
ロコンピユータ３０と、ゲート設定手段４０とを
備えて構成される。

マイクロコンピユータ３０は、マイクロプロセ
ツサ３１と、カウンタ３２と、メモリ３３と、
Ｉ／Ｏポート３４と、これらを接続するバス３５
とを備えている。Ｉ／Ｏポート３４には、上記ゲ
ート設定手段４０の他、フロントエンドの一部を
構成する受信回路５０、時間計測回路６０、およ
び、タイミング信号発生回路７０が接続してあ
る。

ゲート設定手段４０は、第３図に示すように、
トラツキングゲートを開くゲート開信号によりセ
ツトされ、該ゲートを閉じるゲート閉信号により
リセツトされるフリツプフロツプ回路４１と、受
波オフ検出信号によりセツトされ、受信入力信号
によりリセツトされるフリツプフロツプ回路４２
と、上記フリツプフロツプ回路４１，４２の出力
の論理和をとるオアゲート４３と、該オアゲート
４３の出力と、送信マスク信号の反転信号との論
理積をとるアンドゲート４４と、該アンドゲート
４４の出力と受信入力信号との論理積をとるアン
ドゲート４５とを備えて構成される。このゲート
設定手段４０は、アンドゲート４５が受信入力信
号に対するゲートとなり、他の回路要素は、その
ためのゲート制御要素である。なお、アンドゲー
ト４４に入力される送信マスク信号は、送信波送
信時およびその直後の残響時間領域における漏洩
入力による誤動作を防ぐためのマスク信号であ
る。

受信回路５０は、第４図に示すように、送信指
令パルス信号によりセツトされ、受信入力信号パ
ルスまたは受波オフ信号によりリセツトされるフ
リツプフロツプ回路５１と、該フリツプフロツプ
回路５１の出力とクロツクパルスとの論理積をと
るアンドゲート５２と、受信入力信号パルスと受
波オフ信号との論理和をとるオアゲート５３とを
有して構成される。

時間計測回路６０は、第４図に示すように、送
信指令パルスで計数を開始し、上記アンドゲート
５２を介して出力されるクロツクパルスを計数す
るカウンタ６１を有して構成される。

タイミング信号発生回路７０は、送信指令パル
ス信号、送信マスク信号、クロツクパルス等のタ
イミング信号を出力する。送信指令パルスは予め
設定した送信周期に従つて出力される。この送信
周期は、１種類に限らず、複数種設定でき、船舶
の位置に応じて最適の送信周期を選べる。本実施
例の場合、マイクロプロセツサ３１が、計測値か
ら算出した船舶の位置が予め設定した距離圈にあ
るか否かで送信周期を選定している。例えば、送
信周期を、船舶が岸壁から30ｍの位置より遠いと
き、1.0秒とし、それより近い距離圏にあるとき
0.5秒としている。

なお、フロントエンドには、図示してないが、
この他、送信波としてバーストパルスを出力する
送信器受信信号を増幅する増幅器、バーストパル
スからパルスエンベロープを取出す検波器、ノイ
ズを除去するノイズ除去回路等を有すると共に、
送受波器が接続されている。

＜第１実施例の作用＞ 上記のように構成される本実施例の作用につい
て、上記各図と、第５図および第６図とを参照し
て説明する。

マイクロプロセツサ３１は、先ず、トラツキン
グゲート信号を設定する（ステツプ１）。この設
定は、例えば、第６図に示す手順により行なわれ
る。

即ち、マイクロプロセツサ３１は、メモリ３３
に格納されている前回の計測値（超音波往復所要
時間）を読み出して、該計測値と水中音速とから
対象となる船舶の距離を算出する（ステツプ11）。
メモリ３３は、予め設定した領域に、時間計測回
路６０から送られてくる計測値がマイクロプロセ
ツサ３１により格納される。その際、その前の計
測値は、新たな計測値により更新される。

なお、本実施例では、計測値として前回値を使
用しているが、複数回の計測についての移動平均
値を計算し、この移動平均値を上記算出のための
計測値としてもよい。

次に、マイクロプロセツサ３１は、上記算出さ
れた距離の数値をメモリ３３の特定領域に格納す
る。その後、該距離と、超音波の送信周期とから
船舶の速度を算出する（ステツプ12）。なお、超
音波の送信周期は、定数として予めメモリまたは
プログラム中に格納しておくが、本実施例では、
メモリ３３に２種の送信周期のデータが格納して
ある。従つて、ここでは、当該計測に使用された
送信周期のデータにより計算される。この送信周
期の選定については後述する。

次に、マイクロプロセツサ３１は、上記算出さ
れた速度と、次の計測時の送信周期とから船舶の
予測移動距離を求め、この予測移動距離と、上記
メモリ３３に格納されている算出距離とから予測
到達距離（船舶と岸壁との距離）を計算する（ス
テツプ13〜16）。

この場合、マイクロプロセツサ３１は、先ず、
前回の計測による船舶の岸壁からの距離が、予め
設定した近距離圏であるか否かを判断し（ステツ
プ13）、その結果により、予めメモリ３３に設定
してある２種の送信周期から対応するものを選択
して（ステツプ14a，14b）、船舶の予測移動距離
を求める（ステツプ15a，15b）。この予測移動距
離に基づいて、予測到達距離を計算する（ステツ
プ16）。

また、この時、船舶が近距離圏に進入して、前
回と異なる送信周期が選択されることとなると、
タイミング信号発生回路に対して、送信周期の変
更を指令する（ステツプ17）。

さらに、この予測到達距離の計算結果と音速と
により、次の送信時における超音波パルスの往復
所要時間を計算して、受信波予測到来時を求める
（ステツプ17）。

マイクロプロセツサ３１は、上記受信波予測到
来時を中心として、一定の幅でゲート開タイミン
グと閉タイミングとを設定することによりトラツ
キングゲートを形成する（ステツプ18）。この幅
は、受信波予測到来時の前後に各々許容幅として
設定される。本実施例では、前後対称に設定して
あるが、必ずしも対称とする必要はない。

この許容幅は、本実施例では、船舶の位置が上
記の近距離圏の内外いずれかで異なるようにして
ある。即ち、遠距離圏では、船舶の速度が大きい
もので、誤差が大きくなりやすく、対応して許容
幅も大きく設定しておく。一方、近距離圏では、
船舶の速度が小さいことと、誤計測の影響が大き
いことから、許容幅を狭く設定しておく。

この許容幅を考慮すると、ゲート開タイミング
は、許容幅が大きくなるほど、送信後、短時間で
ゲートが開くようになる。

上記設定されたトラツキングゲートの設定数値
は、メモリ３３の予め設定した領域に格納してお
く。なお、本実施例では、このゲートの設定値
は、後述するカウンタ３２の計数値に対応する数
値により目標値として設定しておく。そして、マ
イクロプロセツサ３１は、カウンタ３２をリセツ
トし、新たな計数の準備を行なう。以上の処理
は、前回の計測終了後に行なう。

この後、マイクロプロセツサ３１は、タイミン
グ信号発生回路７０から送信指令パルスが入力し
た時、カウンタ３２にクロツクイネーブルを送
り、マイクロプロセツサ３１内部のクロツク発振
器（図示せず）からりクロツクの計数を開始させ
る（ステツプ２）。

ついで、計数値が目標値（超音波パルス送信
後、トラツキングゲート開タイミングに至る時
間）に達したか否かを調べ（ステツプ３）、目標
値に達していないときは、このステツプを繰り返
す。目標値に達したときは、ゲート開信号を出力
する（ステツプ４）。

この後、マイクロプロセツサ３１は、カウンタ
３２をリセツトすると共に、クロツクイネーブル
を送り、マイクロプロセツサ３１内部のクロツク
発振器（図示せず）からのクロツクの計数を開始
される（ステツプ５）。

次に、マイクロプロセツサ３１は、上記受信回
路のフリツプフロツプ回路５１の出力レベルを調
べて、受信信号有無を検出する。受信信号がある
場合には、ステツプ９に移る。一方、受信信号が
ない場合には、ステツプ７に移る。該ステツプ７
では、計数値が目標値（トラツキングゲート開タ
イミングから閉タイミングに至る時間）に達した
か否かを調べる。目標値に達するまでは、ステツ
プ６に戻る。この後、受信信号が入力するか、計
数値が目標値に達するまで、ステツプ６，７を繰
り返す。

この状態で、受信信号が入力せずに、計数値が
目標値に達したときは、マイクロプロセツサ３１
は、受波できなかつたと判断して、受波オフ信号
を出力し（ステツプ８）、引続いてゲート閉信号
を出力する（ステツプ９）。

一方、計数値が目標値に達する前に、受信信号
が入力したときは、ゲート閉信号を出力する（ス
テツプ９）。

本実施例によれは、上記のようにして、トラツ
キングゲート信号が形成される。このゲート信号
によるトラツキングゲートの設定は、第３図に示
す回路により行なわれる。

同図において、まず、フリツプフロツプ回路４
１および４２が共にリセツト状態であるとき、オ
アゲート４３の出力はロウレベル状態にある。従
つて、アンドゲート４４の出力がロウレベルとな
り、アンドゲート４５が閉状態のままで、受信入
力信号の入力が阻止される。

次に、上記したようにマイクロプロセツサ３１
からＩ／Ｏポート３４を介してゲート開信号が出
力されると、フリツプフロツプ回路４１がセツト
される。この時、送信マスク信号がロウレベルで
あれば、アンドゲート４４の出力がハイレベルと
なり、アンドゲート４５のゲートが受信入力信号
を入力可能とする。この状態で、受信信号が入力
すると、アンドゲート４５の出力がハイレベルと
なる。

一方、上記マイクロプロセツサ３１からゲート
閉信号が出力されると、フリツプフロツプ回路４
１がリセツトされ、その出力がロウレベルとな
り、アンドゲート４５のゲートを閉じることとな
る。

上記のようにしてトラツキングゲートが設定さ
れると、受信回路５０のフリツプフロツプ回路５
１は、送信指令パルスによりセツトされて、ハイ
レベルとなり、アンドゲート５２のゲートを開
き、クロツクパルスの入力を可能とする。これに
より、時間計測回路６０のカウンタ６１におい
て、超音波パルス送信から反射波受信までの所要
時間を計測する。

ここで、ある送信周期のとき、受波オフ信号が
出力されると、この信号によりフリツプフロツプ
回路４２がセツトされる。この時、第４図に示す
フリツプフロツプ５１がリセツトされ、時間計測
が停止される。なお、この時、時間計測回路で計
測された結果は、無意味であるから、計測値とし
て採用されない。

このような状態で次の送信サイクルに進むと、
フリツプフロツプ回路４２がセツト状態にあるの
で、アンドゲート４４の一方の入力にはハイレベ
ル信号が入力されている。しかし、送信マスク信
号が入力している間は、反転されて、ロウレベル
入力となつているので、アンドゲート４４の出力
はロウレベルである。送信マスク信号がロウレベ
ルに転じた時点から、アンドゲート４４の出力が
ハイレベルとなり、受信信号が入力可能となる。
従つて、以後、何等かの信号が入力すれば、受信
回路で受信されることとなる。

このようにして、反射波が受信されると、時間
計測回路６０での計測結果を使用して、次の送信
サイクルにおけるトラツキングゲートの設定を行
なう。

＜実施例の変形＞ 上記実施例では、トラツキングゲートを設定す
る際の許容幅を、船舶の岸壁からの距離の遠近に
より異ならせている例を示したが、距離によら
ず、一定としてもよい。また、遠近に２段階に限
らず、さらに、許容幅の広狭を細かく変更しても
よい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明は、トラツキングゲ
ート内において反射エコー信号を捕捉できないと
き、見失つた反射エコー信号を再捕捉して、後の
トラツキングゲート設定の基準とすることがで
き、トラツキングゲートの誤差増大の悪循環を断
ち切り、常に精度よくトラツキングゲートを設定
できて、船舶の接岸支援に対し支障を来すことの
ない、接岸支援システムのトラツキングゲートの
設定ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明接岸支援システムのトラツキン
グゲート設定装置の構成を示すブロツク図、第２
図は本発明トラツキングゲート設定装置の一実施
例の構成を示すブロツク図、第３図は上記実施例
に使用するゲート設定手段の構成の一例を示す回
路図、第４図は上記実施例に使用する受信回路お
よび時間計測回路の構成例を示す回路図、第５図
は上記実施例の作用を示すフロチヤート、第６図
は該フローチヤートの細部を示すフローチヤー
ト、第７図は従来の計測器用ノイズ除去回路の作
用を示す波形図、第８図は従来の計測器用ノイズ
除去回路を示すブロツク図である。 ３０……マイクロコンピユータ、３１……マイ
クロプロセツサ、３２，６１……カウンタ、３３
……メモリ、３４……Ｉ／Ｏポート、４０……ゲ
ート設定手段、５０……受信回路、６０……時間
計測回路、７０……タイミング信号発生回路、４
１，４２，５１……フリツプフロツプ回路、４
３，５３……オアゲート、４４，４５，５２……
アンドゲート。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 接岸しようとする船舶の岸壁からの距離を超
   音波により計測して、当該船舶に通知し、適切に
   減速して接岸できるよう支援するシステムにおけ
   る超音波計測系のトラツキングゲート設定装置で
   あつて、 前回までの計測値により算出された岸壁から船
   舶までの距離、速度および超音波送信周期を基に
   して予測到達距離を求め、該予測到来距離と音速
   とから、次計測時における送信波送信後の受信波
   予測到来時を算出して、該予測到来時を基準とし
   て予め設定した時間幅のトラツキングゲート信号
   を形成するトラツキングゲート信号形成手段と、 上記設定したトラツキングゲート内で反射波を
   受波できなかつたことを検出して、受波オフ信号
   を出力する受波オフ検出手段と、 上記トラツキングゲート信号を受けて、受信信
   号に対しゲートを設定すると共に、上記受波オフ
   信号を受けて、受信信号に対するゲートを全開す
   るゲート設定手段とを備えて構成することを特徴
   とする接岸支援システムのトラツキングゲート設
   定装置。 ２ 接岸しようとする船舶の岸壁からの距離を超
   音波により計測して、当該船舶に通知し、適切に
   減速して接岸できるよう支援するシステムにおけ
   る超音波計測系のトラツキングゲート設定装置で
   あつて、 前回までの計測値により算出された岸壁から船
   舶までの距離、速度および超音波送信周期を基に
   して予測到達距離を求め、該予測到達距離と音速
   とから、次計測時における送信波送信後の受信波
   予測到来時を算出して、該予測到来時を基準とし
   て予め設定した時間幅のトラツキングゲート信号
   を形成するトラツキングゲート信号形成手段と、 船舶の岸壁からの距離を検出して、上記トラツ
   キングゲートの時間幅の広狹を変更するゲート幅
   変更手段と、 上記設定したトラツキングゲート内で反射波を
   受波できなかつたことを検出して、受波オフ信号
   を出力する受波オフ検出手段と、 上記トラツキングゲート信号を受けて、受信信
   号に対しゲートを設定すると共に、上記受波オフ
   信号を受けて、受信信号に対するゲートを全開す
   るゲート設定手段とを備えて構成することを特徴
   とする接岸支援システムのトラツキングゲート設
   定装置。