JPH0440391A - 音響測位装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は水中に配設された複数のトランスポンダを利用
し広範囲の測位を行なう音響測位装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来水中超音波を用いて水上の船または水中の移動物体
の位置を測定する音響測位装置の公知文献としては、例
えば“海洋音響（基礎と応用）。

Ｐ２Ｏ９〜２１４、（海洋音響研究会編集兼発行、　１
９８４年３月）がある。

第２図は従来の音響測位装置の機能ブロック図である。

図において、ＩＡは演算制御部、２は送信制御器、３は
電力増幅器、４は送受信切換器、５は船上の本装置とケ
ーブルで接続され海中に設けられた超音波の送受波器、
６−１〜６−３はそれぞれ海底に設置された＃１〜＃３
トランスポンダ、７は前置増幅器、８−１〜８−３は＃
１〜＃３ミクサ（周波数混合器ともいう）　、９−１〜
９−３は＃１〜＃３局部発振器１．１０−１〜１０−３
は＃１〜＃３帯域通過型フィルタ（バンドパスフィルタ
で以下ＢＰＦという）　、１１−１〜１１−３は＃１〜
＃３増幅器、１２−１〜１２−３は＃１〜＃３検波器、
１３−１−１３−８は＃１〜＃３カウンタ、１４は表示
器である。

従来の音響測位装置は上記のように構成され、まず演算
制御部ＩＡは計測開始のタイミング信号を送信制御部２
へ送出する。送信制御部２は送信周波数を決定して送信
パルスを発生し、これを電力増幅器３に出力すると共に
、＃１〜＃３カウンタ１３−１〜１３−３の計数動作を
開始させる。電力増幅器３は送信パルスを電力増幅し、
これを送受信切換器４を介し海中に配設された送受波器
５に印加する。送受波器５は海中に超音波パルスを送信
する。海底に設置された＃１〜＃３トランスポンダ８−
１〜８−３は、前記送受波器５から送信された質問信号
である超音波パルスを受信すると、それぞれあらかじめ
指定された周波数ｆ　　、ｆ　２　、　　ｆ　ｓ（例え
ばｆ　　−１５ｋＨｚ、　ｆ　２−１８ｋＨｚ、　ｆ　
ｓ　−１７ｋＨｚ）の応答信号を送出する。これらの応
答信号は再び海中を伝播し、送受波器５で受波され電気
信号に変換される。この送受波器５からの電気信号は、
送受信切換器４を介して前置増幅器７で信号増幅され、
それぞれ＃１〜＃３ミクサ８−１〜８−３へ供給される
。＃１〜＃３局部発振器９−１〜９−３は、それぞれ前
記トランスポンダの応答周波数ｆ１゜ｆ、ｆ８より本装
置で使用する中間周波数ｆ２　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＩＦだけ
高いか又は低い周波数ｆ　±ｆ　　Ｓｆ　　±１Ｆ２ ｆ　　、ｆ　　±ｆＩＦの＋側か一側のいずれかの周波
Ｆ　　　３ 数を発振し、これを対応する＃１〜＃３ミクサ８−１〜
８−３に供給する。従って＃１ミクサ８−１は周波数ｆ
１の入力信号に対しては周波数変換後の中間周波数ｆＩ
Ｆの信号を出力するが、周波数ｆ２及びｆ３の入力信号
に対しては中間周波数ｆ１ｐｆ）信号は出力しない。同
様に＃２ミクサ８−２は周波数ｆ２の入力信号に対し、
＃３ミクサ８−３は周波数ｆ３の入力信号に対して、そ
れぞれ周波数変換後の中間周波数ｆＩ−信号を出力する
。＃１〜＃３　Ｂ　Ｐ　Ｆ　ｔｏ−１〜１０−３は、そ
れぞれこの中間周波数ｆＩＦを中心周波数して所要帯域
を通過させるバンドパスフィルタである。従ってこれら
３つのＢＰＦでそれぞれ異なる周波数ｆ、ｆ２．ｆ３に
よす る応答信号の選択がなされる。＃１〜＃３増幅器１１−
１〜１１−３はそれぞれ＃１〜＃　３　Ｂ　Ｐ　Ｆ　１
０−１〜１０−３からの出力信号を一定レベルまで信号
増幅する。そしてこれらの増幅された受信信号は、それ
ぞれ＃１〜＃３検波器１２−１〜１２−３により、あら
かしめ設定された基準レベルと比較され、受信信号がこ
の基準レベルを越えた場合に受信パルスを出力する。＃
１〜＃３カウンター３−１−１３−３は、それぞれ送信
時点で計数を開始し、前記＃１〜＃３検波器１２−１〜
１２−３からの受信パルスが入力された時点で計数を停
止する。これにより＃１〜＃３カウンタ１３−１〜１３
−３は、送受波器５からそれぞれ＃１〜＃３トランスポ
ンダ６−１〜６−３までの直距離（一般にスラントレン
ジと呼ばれ、正確には超音波パルスが往復する伝播時間
であるが、超音波の水中音速から直距離が算出される）
を計測したことになる。いま＃１カウンタ１３−１によ
り計測された＃１トランスポンダ６−１までの直距離を
ｒｌ、＃２カウンタ１３−２により計測された＃２トラ
ンスポンダ６−２までの直距離をｒ２、＃３カウンタ１
３−３により計測された＃３トランスポンダ６−３まで
の直距離をｒ３とする。これらの直距離データ１　　。

、ｒｓは演算制御部ＩＡに供給される。

いま＃１〜＃３トランスポンダ６−１〜６−３が三角形
を形成するような位置に設置され、キャリブレーション
と呼ばれる作業により、トランスポンダ同士の相対的位
置関係が決定されているとする。

また送受波器５が前記三角形の面積内にあるとすると、
前記直距離データｒ　ｒ　、　　ｒ　２　、　　ｒ　ａ
から演算制御部ＩＡは送受波器５の位置を演算により算
出することができる。従って本装置を搭載した船舶の位
置を測定することができる。この測定された船の位置は
表示器１４により表示される。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の音響測位装置では、各トランスポン
ダは通常三角形を形成するように配置されるために、こ
れらのトランスポンダが形成する三角形の内部でしか測
位を行なうことができない。

従って音響測位の範囲を広げようとすると、トランスポ
ンダの数を増加すると共に、音響測位装置内に受信用回
路の増設を必要とした。これは複数のトランスポンダの
各々が、それぞれ異った周波数により応答信号を送信す
るため、トランスポンダの増設数に対応した数の受信用
回路、即ちそれぞれ、局部発振器、ミクサ、フィルタ、
増幅器、検波器及びカウンターにより構成する距離測定
用受信回路を増設しなければならないという問題点があ
った。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、複数のトランスポンダに対応した数の距離測定用
受信回路を船上の音響測位装置内に設けなくとも、複数
のトランスポンダを利用して広範囲に測位の可能な音響
測位装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の請求項１記載の音響測位装置は、音響質問信号
に対してそれぞれ異なる周波数の音響応答信号を送信す
る複数のトランスポンダを水中の広範囲な測位領域に配
設し、前記複数のトランスポンダのうちから三角形の測
位領域を形成するトランスポンダを少くとも３つ選択し
て自船の位置を測定する音響測位装置において、前記複
数のトランスポンダから送信される音響応答信号に対応
してそれぞれ周波数の異なる複数の局部信号を発振する
局部信号発振手段と、前記局部信号発振手段から測位を
行なうために選択された３つのトランスポンダに対応す
る発振周波数の局部信号を選択し、これらをトランスポ
ンダ受信回路が内蔵する３つの周波数混合器にそれぞれ
供給する局部信号選択供給手段とを備えたものである。

本発明の請求項２記載の音響測位装置は、前記複数のト
ランスポンダのうちから自船の測位に適する三角形の測
位領域を形成するトランスポンダを少くとも３つ以上自
動選択し、また自船の移動に応じて、順次測位に適する
トランスポンダの組合せ選択を自動変更するトランスポ
ンダ自動選択手段を前記請求項１記載の音響測位装置に
付加したものである。

［作用］ 本発明においては、音響質問信号に対してそれぞれ異な
る周波数の音響応答信号を送信する複数のトランスポン
ダを水中の広範囲な測位領域に配設し、前記複数のトラ
ンスポンダのうちから三角形の測位領域を形成するトラ
ンスポンダを少くとも３つ選択して自船の位置を測定す
る音響測位装置において、局部信号発振手段が前記複数
のトランスポンダから送信される音響応答信号に対応し
てそれぞれ周波数の異なる複数の局部信号を発振し、局
部信号選択供給手段は前記局部信号発振手段から、測位
を行なうために選択された３つのトランスポンダに対応
する発振周波数の局部信号を選択し、これらをトランス
ポンダ受信回路が内蔵する３つの周波数混合器にそれぞ
れ供給する。

また本発明においては、トランスポンダ自動選択手段が
前記複数のトランスポンダのうちから自船の測位に適す
る三角形の測位領域を形成するトランスポンダを少くと
も３つ以上自動選択し、また自船の移動に応じて、順次
測位に適するトランスポンダの組合せ選択を自動変更す
る。

［実施例コ 第１図は本発明の一実施例を示す音響測位装置の機能ブ
ロック図であり、２〜６−３．７〜９−３．１Ｏ−１〜
１４は上記従来装置と同一のものである。１は本発明に
係る演算制御部、６−４〜６−６は＃４〜＃６トランス
ポンダ、９−４〜９−６は＃４〜＃６局部発振器、１５
は選択器であり、この実施例においては、外部制御信号
に基づき６つの入力信号のうちから３つの入力信号を選
択して出力するものである。１６−１〜１６−３は＃１
〜＃３低域通過型フィルタ（ロウパスフィルタで以下Ｌ
ＰＥという）である。

第３図（ａ）及び（ｂ）は本発明に係るトランスポンダ
の配置例を示す図であり、同Ｍ　（ａ）は三角形を結合
し平行四辺形を形成した配置例であり、従来は＃１〜＃
３トランスポンダにより形成される三角形の範囲内での
測位であったが、これを＃１〜＃３、＃２〜＃４、＃３
〜＃５、＃４〜＃６のトランスポンダによりそれぞれ形
成される４つの三角形の範囲内での測位に拡大している
。第３図（ｂ）は三角形を結合し六角形を形成した配置
例であり、従来の＃１〜＃３トランスポンダにより形成
される１つの三角形の範囲から６つの三角形により形成
される範囲へと拡大している。

第３図（ａ）〜（ｂ）を参照し、第１図の動作を説明す
る。本発明の骨子は、第３図（ａ）及び（ｂ）に示され
るように多数配置されたトランスポンダのうちから自動
又は手動により順次選択された３つのトランスポンダに
より形成される三角形の内部に本装置の送受波器５が含
まれるように受信測定に用いるトランスポンダの選択Φ
切替えを行ない広領域の測位を行なうものである。

いま＃１〜＃６トランスポンダ６−１〜６−６のそれぞ
れに割付けられる６つの異なる応答周波数をｆ　　、ｆ
　　、ｆ　　、ｆ　　、ｆ　　、ｆ　　（例えば２３４
５Ｂ ｆ　　−１５ｋＨｚ　、　　ｆ　　＝１６ｋＨｚ　、　
　ｆ　３−１７ｋＨｚ　。

ｆ４−１８ｋＨｚ　、　ｆ　５−１９ｋＨｚ　、　ｆ　
６−２０ｋＨｚ　）とする。また、本装置の受信回路で
使用する中間周波数をｆＩＦとし、＃　１〜＃　３　Ｂ
　Ｐ　Ｆ　１０−１〜１０−３は前記中間周波数ｆＩＦ
を中心周波数として所要帯域を通過させるバンドパスフ
ィルタとする。この場合＃１〜＃６局部発振器９−１〜
９−６が発振する周波数をそれぞれ’ＬＬ”　Ｌ２”　
Ｌ３”　Ｌ４”　Ｌ５’ｆＬｆｉとすると、 ｆＬｌ”　’　１±’ＩＰ　　　　　　　・・・　（１
）ｆＬ２＝　ｆ２±ｆｒｐ　　　　　　　・・・　（２
）’Ｌ８＝　’　８±ｆＩＦ　　　　　　　・・・　（
３）ｆＬ６”　ｆ８±ｆＩＦ　　　　　　・・・　（６
）となる。ここで上記（１）〜（６）式の＋側か一側の
いずれかの周波数がそれぞれ＃１〜＃６局部発振器９−
１〜９−６により発振され、選択器１５に供給される。

本装置を作動させるには、あらかじめキャリブレーショ
ンと呼ばれる作業により＃１〜＃６トランスポンダ８−
１〜Ｂ−８の相対的位置関係を決定し、これらの位置関
係データを演算制御部１に格納しておく。次に初期動作
として本装置を搭載する船舶の最初の位置データ（正確
な位置でなくとも、おおよその位置データでよい）を演
算制御部１に入力（例えば図示されないキーボードによ
る手動入力）する。

演算制御部１は上記船舶の位置とトランスポンダの位置
関係から最初の測定に使用する３つのトランスポンダを
選択する。そして使用する３つのトランスポンダが決ま
ると演算制御部１は前記３つのトランスポンダに対応す
る３つの局部発振器を選択するための選択制御信号を選
択器１５に供給する。選択器１５はこの選択制御信号に
基づき、入力する＃１〜＃６局部発振器９−１〜９−６
の発振周波数ｆＬｌ〜ｆＬ６のうちから選択した３つの
周波数の信号をそれぞれ＃１〜＃　３　Ｌ　Ｐ　Ｆ　１
Ｂ−１〜１Ｂ−３に供給する。＃１〜＃　３　Ｌ　Ｐ　
Ｆ　１Ｂ−１〜１６−３は、それぞれ入力信号の高周波
成分を除去して正弦波に波形整形し、この正弦波となっ
た局部発振器の出力信号をそれぞれ＃１〜＃３ミクサ１
Ｂ−１−１８−３へ供給する。＃１〜＃３ミクサ８−１
〜８−３は、それぞれ選択され供給された発振周波数の
信号に対応するトランスポンダからの応答周波数の信号
のみを中間周波数ｆＩＦに変換して出力する。以上のよ
うに使用するトランスポンダの選択と、これに対応する
受信チャネル回路の設定が終えると、従来装置と全く同
様に音響測位を行なうことができる。

即ち演算制御部１からの計測開始タイミング信号により
、送信制御部２が送信周波数を決定して送信パルスを発
生し、電力増幅器３が送受信切換器４を介して送受波器
５を駆動して超音波パルスを海中に送信させる。複数の
トランスポンダからの応答信号は、送受波器５、送受信
切換器４及び前置増幅器７を介して＃１〜＃３ミクサ８
−１〜８−３に供給され、前記選択されたトランスポン
ダからの応答信号のみが中間周波数ｆ■Ｆに変換されて
出力されるので、＃１〜＃３カウンタ１３−１〜１３−
３は選択されたトランスポンダから送受波器５までの直
距離ｒ　−ｒ３を演算制御部１に供給し、■ 演算制御部１は本装置を搭載した船舶の位置を求めるこ
とができる。

そして演算制御部１は、船舶が移動して現在使用中の３
つのトランスポンダにより形成される三角形の領域から
外れそうになったことを判別すると、演算制御部１は次
の測位領域として切替えて使用する３つのトランスポン
ダを自動的に選択し、適切なタイミングに切替えるべき
トランスポンダに対応する局部発振器を選択する選択制
御信号を選択器１５に供給する。このようにして測位に
最適と判断される３つのトランスポンダを順次選択・切
替えて広範囲の測位を継続することができる。

また上記実施例においては、測位を開始する際に自船の
最初の位置データを演算制御部１に手動入力する例を示
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、自船
の最初の位置データを入力しなくとも、演算制御部１が
順次測位領域を切換え、複数の測位領域のうちから自動
的に最適領域を探索して測位を行なうようにすることも
可能である。

さらに最初の測位領域のみを操作員が手動設定するなど
種々の初期操作を行なうこともできる。

また第３図（ａ）において、自船が＃２トランスポンダ
と＃３トランスポンダとを結ぶ直線上に位置する場合に
、トランスポンダの組合せは、＃１〜＃３の３つのトラ
ンスポンダ、＃２〜＃４の３つのトランスポンダ、＃１
．＃２．＃４の３つのトランスポンダ、＃１．＃３．＃
４の３つのトランスポンダの４通りもあり、自船の位置
と、応答信号の受信状態に応じて最適な組合せの判断を
演算制御部１が行なうものである。従ってトランスポン
ダの選択は最低が３つで、場合によると３つ以上を選択
し、測位データの比較や、精度の良い方のデータを採用
するなどの動作を演算制御部１は行なうことができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、音響質問信号に対してそ
れぞれ異なる周波数の音響応答信号を送信する複数のト
ランスポンダを水中の広範囲な測位領域に配設し、前記
複数のトランスポンダのうちから三角形の測位領域を形
成するトランスポンダを少くとも３つ選択して自船の位
置を測定する音響測位装置において、局部信号発振手段
が前記複数のトランスポンダから送信される音響応答信
号に対応してそれぞれ周波数の異なる複数の局部信号を
発振し、局部信号選択供給手段が前記局部信号発振手段
から測位を行なうために選択された３つのトランスポン
ダに対応する発振周波数の局部信号を選択し、これらを
トランスポンダ受信回路が内蔵する３つの周波数混合器
にそれぞれ供給するようにしたので、設置された複数の
トランスポンダに対応した数の距離測定用受信回路を装
置内に設ける必要がなくなり、音響測位装置の小形化及
び低コスト化に効果が得られる。

また本発明によれば、トランスポンダ自動選択手段が前
記複数のトランスポンダのうちから自船の測位に適する
三角形の測位領域を形成するトランスポンダを少くとも
３つ以上自動選択し、また自船の移動に応じて、順次測
位に適するトランスポンダの組合せ選択を自動変更する
ようにしたので、手動で測位に適するトランスポンダの
組合せを選択する必要がなくなり、本装置の操作の省力
化に効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す音響測位装置の機能ブ
ロック図、第２図に従来の音響測位装置の機能ブロック
図、第３図は本発明に係るトランスポンダの配置例を示
す図である。 図において、１．ＩＡは演算制御部、２は送信制御器、
３は電力増幅器、４は送受信切換器、５は送受波器、６
−１〜６−６は＃１〜＃６トランスポンダ、７は前置増
幅器、８−１〜８−３はミクサ、９−１〜９−６は＃１
〜＃６局部発振器、１０−１−１０−３は＃１〜＃３Ｂ
ＰＦ、１１−１〜１１３は＃１〜＃３増幅器、１２−１
〜１２−３は＃１〜＃３検波器、１３−１〜１３−３は
＃１〜＃３カウンタ、１４は表示器、１５は選択器、１
６−１〜１６−３は＃１〜＃３ＬＰＦである。 シー７′

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）音響質問信号に対してそれぞれ異なる周波数の音
   響応答信号を送信する複数のトランスポンダを水中の広
   範囲な測位領域に配設し、前記複数のトランスポンダの
   うちから三角形の測位領域を形成するトランスポンダを
   少くとも３つ選択して自船の位置を測定する音響測位装
   置において、前記複数のトランスポンダから送信される
   音響応答信号に対応してそれぞれ周波数の異なる複数の
   局部信号を発振する局部信号発振手段と、前記局部信号
   発振手段から、測位を行なうために選択された３つのト
   ランスポンダに対応する発振周波数の局部信号を選択し
   、これらをトランスポンダ受信回路が内蔵する３つの周
   波数混合器にそれぞれ供給する局部信号選択供給手段と
   を備えたことを特徴とする音響測位装置。
2. （２）前記複数のトランスポンダのうちから自船の測位
   に適する三角形の測位領域を形成するトランスポンダを
   少くとも３つ以上自動選択し、また自船の移動に応じて
   、順次測位に適するトランスポンダの組合せ選択を自動
   変更するトランスポンダ自動選択手段を付加したことを
   特徴とする請求項１記載の音響測位装置。