JPH0778537B2 - 接岸速度計 - Google Patents
接岸速度計Info
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- JPH0778537B2 JPH0778537B2 JP2090265A JP9026590A JPH0778537B2 JP H0778537 B2 JPH0778537 B2 JP H0778537B2 JP 2090265 A JP2090265 A JP 2090265A JP 9026590 A JP9026590 A JP 9026590A JP H0778537 B2 JPH0778537 B2 JP H0778537B2
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- JP
- Japan
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- pulse
- berth
- ship
- laser beam
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、大型の船舶の接岸補助システム内で利用され
る接岸速度計に関するものである。
る接岸速度計に関するものである。
（従来の技術） 外航用のタンカーなど比較的大型の船舶を接岸させるに
は、第８図に示すように、船舶100を数百メートルの沖
合で岸壁200と平行に静止させ、船腹の船首寄りと船尾
寄りの２箇所を２隻のタグボート101と102との共同作業
によって等速度で推進することにより岸壁への平行状態
を保たせながらゆっくりと接岸させる制御が行われる。
この際、船舶の接岸速度が逐一岸壁側で測定され、タグ
ボート側に通知されるフィードバック制御が行われる。
なお、本明細書においては、船舶による岸壁への接近動
作を「接岸」と称する。
は、第８図に示すように、船舶100を数百メートルの沖
合で岸壁200と平行に静止させ、船腹の船首寄りと船尾
寄りの２箇所を２隻のタグボート101と102との共同作業
によって等速度で推進することにより岸壁への平行状態
を保たせながらゆっくりと接岸させる制御が行われる。
この際、船舶の接岸速度が逐一岸壁側で測定され、タグ
ボート側に通知されるフィードバック制御が行われる。
なお、本明細書においては、船舶による岸壁への接近動
作を「接岸」と称する。
従来、上述のような接岸速度計として超音波レーダが利
用されている。すなわち、第８図に示すように、岸壁側
の海水中に超音波レーダ201と202とが設置される。各超
音波レーダは超音波放射器と受信器の対から成り、放射
器から放射された超音波が海中を伝播して船舶の喫水線
下の船腹で反射され、再び海中を伝播して超音波レーダ
に戻りその受信器に受信される。この往復の伝播所要時
間と一定の伝播速度から岸壁と船舶との距離が計測さ
れ、この計測距離の時間変化率から接岸速度が計測され
る。この接岸速度の計測は、岸壁への平行状態を保たせ
るなどの目的から、第８図に例示するように、少なくと
も船舶の２箇所について独立して行われる。
用されている。すなわち、第８図に示すように、岸壁側
の海水中に超音波レーダ201と202とが設置される。各超
音波レーダは超音波放射器と受信器の対から成り、放射
器から放射された超音波が海中を伝播して船舶の喫水線
下の船腹で反射され、再び海中を伝播して超音波レーダ
に戻りその受信器に受信される。この往復の伝播所要時
間と一定の伝播速度から岸壁と船舶との距離が計測さ
れ、この計測距離の時間変化率から接岸速度が計測され
る。この接岸速度の計測は、岸壁への平行状態を保たせ
るなどの目的から、第８図に例示するように、少なくと
も船舶の２箇所について独立して行われる。
このような超音波を用いた接岸速度計の更に詳細につい
ては、必要に応じて、「船舶接岸誘導装置」と題する特
開昭52−86353号の明細書などを参照されたい。
ては、必要に応じて、「船舶接岸誘導装置」と題する特
開昭52−86353号の明細書などを参照されたい。
（発明が解決しようとする課題） 上記従来の超音波を利用した接岸速度計は、海中におい
て超音波が一定の伝播速度で直進する性質を利用してい
る。しかしながら、この方法では海中の魚、漂流物、気
泡などの各種の障害物の影響を受けたり、波浪や潮位な
どの気象条件によっては放射された超音波が船体の底部
を通過してしまうなど、信頼性の点で問題がある。
て超音波が一定の伝播速度で直進する性質を利用してい
る。しかしながら、この方法では海中の魚、漂流物、気
泡などの各種の障害物の影響を受けたり、波浪や潮位な
どの気象条件によっては放射された超音波が船体の底部
を通過してしまうなど、信頼性の点で問題がある。
この超音波の伝播路を海中ではなく空中に設定すること
には、伝播時の減衰量が過大になったり、風の影響で伝
播路が湾曲するなどの点で難がある。
には、伝播時の減衰量が過大になったり、風の影響で伝
播路が湾曲するなどの点で難がある。
また、この超音波レーダでは、超音波の波長がこれを反
射する船腹表面の凹凸に比べて十分大きいため、船腹に
衝突した超音波はその入射角と反射角とが等しくなるよ
うな正規反射を受ける。このため、第９図に例示するよ
うに、接岸中に船舶と岸壁との平行の関係が崩れるにつ
れて、船腹で反射された超音波が放射器と対にして設置
されている受信器に受信されなくなり、計測不能になっ
てしまうという問題もある。
射する船腹表面の凹凸に比べて十分大きいため、船腹に
衝突した超音波はその入射角と反射角とが等しくなるよ
うな正規反射を受ける。このため、第９図に例示するよ
うに、接岸中に船舶と岸壁との平行の関係が崩れるにつ
れて、船腹で反射された超音波が放射器と対にして設置
されている受信器に受信されなくなり、計測不能になっ
てしまうという問題もある。
一方、「航海補助装置」と題する特開昭54−51793号の
明細書などを参照すれば、海水中や空中を伝播路とする
電波探知機を利用する方法も考えられる。しかしなが
ら、本発明者の考察によれば、この電波探知機には次の
ような難点がある。
明細書などを参照すれば、海水中や空中を伝播路とする
電波探知機を利用する方法も考えられる。しかしなが
ら、本発明者の考察によれば、この電波探知機には次の
ような難点がある。
まず、アンテナなど大型の設備が必要となって創設コス
トがかさむと共に、大電力が必要になって運用コストも
かさむという問題がある。
トがかさむと共に、大電力が必要になって運用コストも
かさむという問題がある。
また、この電波探知機では、超音波レーダの場合と同様
に、放射された電波が船腹で正規反射されるので、船舶
と岸壁との平行度がある程度崩れると計測不能になると
いう問題もある。
に、放射された電波が船腹で正規反射されるので、船舶
と岸壁との平行度がある程度崩れると計測不能になると
いう問題もある。
更に、この電波探知機では、電波の波長が大きくて分解
能が十分でないため、船舶の複数箇所について独立に接
岸速度を計測することが困難になるという問題がある。
能が十分でないため、船舶の複数箇所について独立に接
岸速度を計測することが困難になるという問題がある。
また、電波探知機では、付近の通信施設に誘導妨害を及
ぼすなど、周辺システムとの電磁的適合性の問題も生ず
る。
ぼすなど、周辺システムとの電磁的適合性の問題も生ず
る。
（課題を解決するための手段） 本発明の接岸速度計は、第１の周期で反復されるドライ
ブパルスを発生する第１の発振部と、第１の周期より僅
かに大きな第２の周期で反復されるサンプリングパルス
を発生する第２の発振部と、岸壁に接近中の船舶に対し
上記ドライブパルスに同期してレーザビーム・パルスを
放射する発光部と、上記船舶で反射されたレーザビーム
・パルスを受光し電気信号に変換しつつ出力する受光部
とを備えている。
ブパルスを発生する第１の発振部と、第１の周期より僅
かに大きな第２の周期で反復されるサンプリングパルス
を発生する第２の発振部と、岸壁に接近中の船舶に対し
上記ドライブパルスに同期してレーザビーム・パルスを
放射する発光部と、上記船舶で反射されたレーザビーム
・パルスを受光し電気信号に変換しつつ出力する受光部
とを備えている。
本発明の接岸速度計は、更に、受光部から出力される電
気信号をサンプリングパルスに同期して保持することに
より受光されたレーザビーム・パルスの時間軸を伸張し
つつ出力するサンプル・ホールド部と、このサンプル・
ホールド部の出力に基づきレーザビーム・パルスの放射
時点から受光時点までの伝播遅延時間を検出し船舶まで
の距離を算定する距離算定部と、この算定された距離の
時間変化率から船舶の接岸速度を算定する接岸速度算定
部とを備えている。
気信号をサンプリングパルスに同期して保持することに
より受光されたレーザビーム・パルスの時間軸を伸張し
つつ出力するサンプル・ホールド部と、このサンプル・
ホールド部の出力に基づきレーザビーム・パルスの放射
時点から受光時点までの伝播遅延時間を検出し船舶まで
の距離を算定する距離算定部と、この算定された距離の
時間変化率から船舶の接岸速度を算定する接岸速度算定
部とを備えている。
更に、本発明の接岸速度計は、ドライブパルスとサンプ
リングパルスの周波差を一方の周波数の整数分の１とす
るように、第1,第２の発振部の一方の発振周波数を制御
する位相ロックループを備えることにより、僅かに異な
る周波数差の安定性を確保し、検出精度の向上を実現し
ている。
リングパルスの周波差を一方の周波数の整数分の１とす
るように、第1,第２の発振部の一方の発振周波数を制御
する位相ロックループを備えることにより、僅かに異な
る周波数差の安定性を確保し、検出精度の向上を実現し
ている。
（作用） ドライブパルスとサンプリングパルスとの僅かな周期
（周波数）の差異により、受信パルス信号に対するサン
プリングのタイミングが順次δτずつずらされていくも
のとする。受信パルスの幅をＷ（sec）とすれば、この
受信パルスについて非ゼロのサンプル値が得られる回数
はW/δτ回となる。そして、各非ゼロのサンプリング値
はサンプリングの周期τ（sec）にわたってホールドさ
れことにより、１回のサンプリング回数当たりτ（se
c）の時間に伸長される。この結果、サンプルホールド
後の受信パルスの幅はτ（sec/回）×W/δτ（回）＝
（τ／δτ）Ｗ（sec）となる。従って、サンプル・ホ
ールド部から出力されるパルス信号の幅は、受信パルス
信号よりも、 〔（τ／δτ）Ｗ〕/W＝τ／δτ ＝（τ0＋δτ）／δτ ≒τ0／δτ ……（１） 倍だけ伸長されることになる。このように、受信パルス
信号の時間軸上の幅を伸長することにより、受信パルス
信号の出現時点が高精度で検出可能になる。以下、本発
明を実施例と共に更に詳細に説明する。
（周波数）の差異により、受信パルス信号に対するサン
プリングのタイミングが順次δτずつずらされていくも
のとする。受信パルスの幅をＷ（sec）とすれば、この
受信パルスについて非ゼロのサンプル値が得られる回数
はW/δτ回となる。そして、各非ゼロのサンプリング値
はサンプリングの周期τ（sec）にわたってホールドさ
れことにより、１回のサンプリング回数当たりτ（se
c）の時間に伸長される。この結果、サンプルホールド
後の受信パルスの幅はτ（sec/回）×W/δτ（回）＝
（τ／δτ）Ｗ（sec）となる。従って、サンプル・ホ
ールド部から出力されるパルス信号の幅は、受信パルス
信号よりも、 〔（τ／δτ）Ｗ〕/W＝τ／δτ ＝（τ0＋δτ）／δτ ≒τ0／δτ ……（１） 倍だけ伸長されることになる。このように、受信パルス
信号の時間軸上の幅を伸長することにより、受信パルス
信号の出現時点が高精度で検出可能になる。以下、本発
明を実施例と共に更に詳細に説明する。
（実施例） 第１図は、本発明の一実施例に係わる接岸速度計の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
図中、10はメイン発振器、11は分周器、12,15は増幅
器、13は発光部、14は受光部、16,18はサンプル・ホー
ルド回路、17は２値化回路、20はサブ発振器、21,23は
分周器、22は混合器、24は位相比較器、25は低域通過濾
波器、30はCPU、31とメモリ、32はメモリコントローラ
である。
器、13は発光部、14は受光部、16,18はサンプル・ホー
ルド回路、17は２値化回路、20はサブ発振器、21,23は
分周器、22は混合器、24は位相比較器、25は低域通過濾
波器、30はCPU、31とメモリ、32はメモリコントローラ
である。
メイン発振器10は、安定な水晶振動子を主体に構成され
ており、発振周波数Foのパルス列を発生する。このパル
ス列は、分周器11において1/Nに間引きされ、一定の繰
り返し周波数fo（＝Fo/N）のドライブパルスとなって増
幅器12を経て発光部13に供給される。発光部13は、レー
ザダイオード（LD）とこれを駆動するためのLD駆動回路
で構成され、増幅器12から供給されるドライブパルスに
同期してレーザダイオードを駆動し、周期τｏ（＝1/f
o）でパルス状のレーザビームを放射させる。この発光
部13は、岸壁上など海面上の所定箇所に設置されてお
り、岸壁の前方にかつ岸壁と直交する方向にパルス状の
レーザビームを放射する。
ており、発振周波数Foのパルス列を発生する。このパル
ス列は、分周器11において1/Nに間引きされ、一定の繰
り返し周波数fo（＝Fo/N）のドライブパルスとなって増
幅器12を経て発光部13に供給される。発光部13は、レー
ザダイオード（LD）とこれを駆動するためのLD駆動回路
で構成され、増幅器12から供給されるドライブパルスに
同期してレーザダイオードを駆動し、周期τｏ（＝1/f
o）でパルス状のレーザビームを放射させる。この発光
部13は、岸壁上など海面上の所定箇所に設置されてお
り、岸壁の前方にかつ岸壁と直交する方向にパルス状の
レーザビームを放射する。
発光部13から放射されたパルス状のレーザビームは、タ
グボートによる推進を受けて接岸中の船舶の船首又は船
尾寄りの船腹で反射され、受光部14に入射する。受光部
14は、アバランシェ・フォト・ダイオード（APD）を主
体に構成されており、受光量に応じた振幅の電気信号を
出力する。従って、パルス状のレーザビームの反射成分
が受光されるたびに、パルス状の電気信号が受光部14か
ら出力される。このパルス状の電気信号は増幅器15にお
いて波高値が所定値となるように振幅制限を受けながら
増幅されたのち、サンプル・ホールド回路16に供給され
る。このサンプル・ホールド回路16には、サブ発振器20
で発生されたパルス列が分周器21で分周を受けることに
より周期τのサンプリング・パルスとして供給されてい
る。このサンプリング・パルスに同期して増幅器15から
出力されるパルス状の電気信号が、サンプル・ホールド
回路16に保持される。
グボートによる推進を受けて接岸中の船舶の船首又は船
尾寄りの船腹で反射され、受光部14に入射する。受光部
14は、アバランシェ・フォト・ダイオード（APD）を主
体に構成されており、受光量に応じた振幅の電気信号を
出力する。従って、パルス状のレーザビームの反射成分
が受光されるたびに、パルス状の電気信号が受光部14か
ら出力される。このパルス状の電気信号は増幅器15にお
いて波高値が所定値となるように振幅制限を受けながら
増幅されたのち、サンプル・ホールド回路16に供給され
る。このサンプル・ホールド回路16には、サブ発振器20
で発生されたパルス列が分周器21で分周を受けることに
より周期τのサンプリング・パルスとして供給されてい
る。このサンプリング・パルスに同期して増幅器15から
出力されるパルス状の電気信号が、サンプル・ホールド
回路16に保持される。
サンプル・ホールド回路16の出力は、２値化回路におい
て所定の閾値と比較されることにより２値化される。す
なわち、サンプル・ホールド回路16の出力が上記閾値に
満たなければ２値化回路17から２値信号の“0"が出力さ
れ、サンプル・ホールド回路16の出力が上記閾値以上で
あれば２値化回路17から２値信号の“1"が出力される。
この２値化回路17の出力は、メモリコントローラ32の制
御のもとにメモリ31に書込まれる。なお、増幅器12から
出力されるドライブパルスは、サンプリングパルスに同
期してサンプル・ホールド回路18に保持され、メモリコ
ントローラ32に供給される。メモリコントローラ32は、
サンプル・ホールド回路18に信号が保持されるたびにア
ドレスカウンタを歩進させながら、２値化回路17の出力
をメモリ31に書込んでゆく。従って、CPU30は、アドレ
スを歩進させながらメモリ31をアクセスしてゆくことに
より、書込みデータが連続的な“0"から連続的な“1"に
変化するアドレスを検出し、このアドレス値から放射パ
ルスと受信パルスの時間差すなわち、伝播遅延時間を検
出することができる。
て所定の閾値と比較されることにより２値化される。す
なわち、サンプル・ホールド回路16の出力が上記閾値に
満たなければ２値化回路17から２値信号の“0"が出力さ
れ、サンプル・ホールド回路16の出力が上記閾値以上で
あれば２値化回路17から２値信号の“1"が出力される。
この２値化回路17の出力は、メモリコントローラ32の制
御のもとにメモリ31に書込まれる。なお、増幅器12から
出力されるドライブパルスは、サンプリングパルスに同
期してサンプル・ホールド回路18に保持され、メモリコ
ントローラ32に供給される。メモリコントローラ32は、
サンプル・ホールド回路18に信号が保持されるたびにア
ドレスカウンタを歩進させながら、２値化回路17の出力
をメモリ31に書込んでゆく。従って、CPU30は、アドレ
スを歩進させながらメモリ31をアクセスしてゆくことに
より、書込みデータが連続的な“0"から連続的な“1"に
変化するアドレスを検出し、このアドレス値から放射パ
ルスと受信パルスの時間差すなわち、伝播遅延時間を検
出することができる。
CPU30は、この伝播遅延時間と光速とから接岸中の船舶
までの距離を算定し、この距離の時間変化速度（変化
率）から船舶の接岸速度を算定する。CPU30は、この算
定した接岸速度を図示しない表示装置に表示したり、図
示しない送信装置から接岸中の船舶や接岸作業中のタグ
ボートなどに自動送出したりする。
までの距離を算定し、この距離の時間変化速度（変化
率）から船舶の接岸速度を算定する。CPU30は、この算
定した接岸速度を図示しない表示装置に表示したり、図
示しない送信装置から接岸中の船舶や接岸作業中のタグ
ボートなどに自動送出したりする。
第１図の接岸速度計は、典型的には、第２図に参照符号
１と２とを付して例示するように、岸壁200上に所定の
距離をおいて２個設置される。接岸速度計１と２の発光
部は、タグボート101と102とに推進され岸壁200にほぼ
平行に接岸してくる船舶100の船首寄りの船腹と船尾寄
りの船腹のそれぞれにレーザビームを放射する。この放
射されたレーザビームを反射する船腹の表面は、このレ
ーザビームの波長に比べて十分大きな凹凸を有する粗面
を呈しているため、入射レーザビームはこの粗面によっ
て等方散乱される。すなわち、第２図に例示するするよ
うに、レーザビームの入射面を入射点で代表させると、
この入射点から球状の指向性を持った反射ビームが放射
される。
１と２とを付して例示するように、岸壁200上に所定の
距離をおいて２個設置される。接岸速度計１と２の発光
部は、タグボート101と102とに推進され岸壁200にほぼ
平行に接岸してくる船舶100の船首寄りの船腹と船尾寄
りの船腹のそれぞれにレーザビームを放射する。この放
射されたレーザビームを反射する船腹の表面は、このレ
ーザビームの波長に比べて十分大きな凹凸を有する粗面
を呈しているため、入射レーザビームはこの粗面によっ
て等方散乱される。すなわち、第２図に例示するするよ
うに、レーザビームの入射面を入射点で代表させると、
この入射点から球状の指向性を持った反射ビームが放射
される。
従って、第３図に例示するように、接岸中の船舶100と
岸壁200との平行度が崩れても、反射レーザビームの指
向性が広いため受光部の受光感度が不足して検出不能に
陥ることはない。この広い指向性のため、接岸速度計１
と２のそれぞれから放射されたレーザビームの反射波が
相手方の受光部にも到達することになる。しかしなが
ら、各接岸速度計の受光部に適宜な指向性を持たせるこ
とにより、相手方の反射波の受光に伴う相互の干渉を容
易に回避することができる。
岸壁200との平行度が崩れても、反射レーザビームの指
向性が広いため受光部の受光感度が不足して検出不能に
陥ることはない。この広い指向性のため、接岸速度計１
と２のそれぞれから放射されたレーザビームの反射波が
相手方の受光部にも到達することになる。しかしなが
ら、各接岸速度計の受光部に適宜な指向性を持たせるこ
とにより、相手方の反射波の受光に伴う相互の干渉を容
易に回避することができる。
第１図の接岸速度計は、超音波に比べて桁違いに大きな
伝播速度のレーザビームを利用している。このため、反
射波の伝播遅延時間が超音波の場合よりも桁違いに短く
なり、通常の方法によってはこの伝播遅延時間を精度良
く測定することは困難になる。また、この接岸速度計は
電波に比べて桁違いに短い波長のレーザビームを利用し
ている。このため、電波利用のレーダでは有効な送受の
変調波の振幅差や位相差などから反射波の伝播遅延時間
を測定する手法も採用できない。
伝播速度のレーザビームを利用している。このため、反
射波の伝播遅延時間が超音波の場合よりも桁違いに短く
なり、通常の方法によってはこの伝播遅延時間を精度良
く測定することは困難になる。また、この接岸速度計は
電波に比べて桁違いに短い波長のレーザビームを利用し
ている。このため、電波利用のレーダでは有効な送受の
変調波の振幅差や位相差などから反射波の伝播遅延時間
を測定する手法も採用できない。
そこで、第１図の接岸速度計では、次のようなサンプリ
ングの手法を利用して必要な測定精度を確保している。
ングの手法を利用して必要な測定精度を確保している。
すなわち、第４図の波形図を参照すれば、レーザビーム
・パルスは、（Ａ）に示すように、一定の周期τｏで繰
り返し放射される。この結果、同図（Ｂ）に例示するよ
うに、各レーザビーム・パルスの放射時点から伝播遅延
時間τｄだけ遅れて反射レーザビーム・パルスが受信さ
れる。ただし、船舶の接岸速度がｖで船舶までの距離が
ｒの場合、想定されるv/rの値よりもレーザビーム・パ
ルスの繰り返し周波数fo（＝1/τｏ）を桁違いに大きく
することにより、毎回検出される伝播遅延時間τｄが等
しくなるように設定される。この遅延時間τｄを精度良
く検出するには、受信パルス波形を高精度で検出する必
要がある。このため、第４図（Ｃ）に例示するように、
τｏに比べて僅かに大きな周期τのサンプリング・パル
スが分周器21から供給され、増幅器15から出力された受
信パルスがサンプル・ホールド回路16においてこのサン
プリング・パルスに同期して、ホールドされる。
・パルスは、（Ａ）に示すように、一定の周期τｏで繰
り返し放射される。この結果、同図（Ｂ）に例示するよ
うに、各レーザビーム・パルスの放射時点から伝播遅延
時間τｄだけ遅れて反射レーザビーム・パルスが受信さ
れる。ただし、船舶の接岸速度がｖで船舶までの距離が
ｒの場合、想定されるv/rの値よりもレーザビーム・パ
ルスの繰り返し周波数fo（＝1/τｏ）を桁違いに大きく
することにより、毎回検出される伝播遅延時間τｄが等
しくなるように設定される。この遅延時間τｄを精度良
く検出するには、受信パルス波形を高精度で検出する必
要がある。このため、第４図（Ｃ）に例示するように、
τｏに比べて僅かに大きな周期τのサンプリング・パル
スが分周器21から供給され、増幅器15から出力された受
信パルスがサンプル・ホールド回路16においてこのサン
プリング・パルスに同期して、ホールドされる。
サンプリング・パルスの周期τとレーザビーム・パルス
の周期τｏの差をδτとすれば、第４図の（Ａ）と
（Ｃ）との比較から明らかなように、最初のサンプリン
グ・パルスはレーザビーム・パルスと同時に発生する
が、次回からは毎回δτずつレーザビーム・パルスより
も遅延してゆく。従って、このサンプリング・パルスと
（Ｂ）に例示する受信パルスとの時間軸上における相対
的な関係に着目すれば、後者は前者によってδτの時間
間隔でサンプリングされ、ホールドされてゆくことにな
る。このサンプリングとホールドはτの周期で行われる
ので、サンプル・ホールド回路16から出力される受信パ
ルス波形の時間軸は、（Ｄ）を参照することによっても
判明するように、前述した（１）式で与えられる倍率だ
け伸長されることになる。
の周期τｏの差をδτとすれば、第４図の（Ａ）と
（Ｃ）との比較から明らかなように、最初のサンプリン
グ・パルスはレーザビーム・パルスと同時に発生する
が、次回からは毎回δτずつレーザビーム・パルスより
も遅延してゆく。従って、このサンプリング・パルスと
（Ｂ）に例示する受信パルスとの時間軸上における相対
的な関係に着目すれば、後者は前者によってδτの時間
間隔でサンプリングされ、ホールドされてゆくことにな
る。このサンプリングとホールドはτの周期で行われる
ので、サンプル・ホールド回路16から出力される受信パ
ルス波形の時間軸は、（Ｄ）を参照することによっても
判明するように、前述した（１）式で与えられる倍率だ
け伸長されることになる。
第４図（Ｄ）に示した例では、元の反射パルスの幅に比
べてδτが大きすぎるためその時間軸を拡大した波形は
粗い波形となっている。実際には、元の反射パルスの幅
に比べてδτを十分小さな値に設定することにより十分
滑らかな時間軸拡大波形を得ることができる。
べてδτが大きすぎるためその時間軸を拡大した波形は
粗い波形となっている。実際には、元の反射パルスの幅
に比べてδτを十分小さな値に設定することにより十分
滑らかな時間軸拡大波形を得ることができる。
この（１）式の値τo/δτは、１回の距離測定に必要な
レーザビーム・パルスの総放射個数でもある。この１回
の距離測定に必要な総放射個数をΣｎとおけば、 Σｎ≒τo/δτ ……（２） このようなサンプリングの手法により時間軸の伸張を実
現するために、メイン発振器10とサブ発振器20の発振周
波数は次のような考察に基づき決定される。
レーザビーム・パルスの総放射個数でもある。この１回
の距離測定に必要な総放射個数をΣｎとおけば、 Σｎ≒τo/δτ ……（２） このようなサンプリングの手法により時間軸の伸張を実
現するために、メイン発振器10とサブ発振器20の発振周
波数は次のような考察に基づき決定される。
すなわち、まず、この接岸速度計の測定可能範囲（測定
可能な最遠距離）をＲメートル（ｍ）とし、光速をＣ
（m/s）とすれば、この最遠距離Ｒに位置する船舶から
反射されて受信されるレーザビーム・パルスの伝播遅延
時間τmax（ｓ）は、 τmax＝2R/C （ｓ） ……（３） となる。
可能な最遠距離）をＲメートル（ｍ）とし、光速をＣ
（m/s）とすれば、この最遠距離Ｒに位置する船舶から
反射されて受信されるレーザビーム・パルスの伝播遅延
時間τmax（ｓ）は、 τmax＝2R/C （ｓ） ……（３） となる。
従って、Ｒ（ｍ）の測定可能範囲を確保するためには、
発光部13を駆動する発光用パルスの周期τｏを（１）式
のτmax以上に設定する必要がある。ここでは、 τｏ＝τmax＝2R/C （ｓ） ……（４） に設定する。
発光部13を駆動する発光用パルスの周期τｏを（１）式
のτmax以上に設定する必要がある。ここでは、 τｏ＝τmax＝2R/C （ｓ） ……（４） に設定する。
発光用パルスの繰り返し周波数foは、 fo＝1/τｏ ＝C/2R （1/s） ……（５） となる。
分周器11の分周比をＮとおけば、 メイン発振器10の発振周波数Foは、 Fo＝Nfo ＝NC/2R （1/s） ……（６） となる。
一方、距離の測定分解能をδＲ（ｍ）に設定すれば、こ
れに基づく伝播遅延時間の測定分解能δτは、 δτ＝２δR/C （ｓ） ……（７） となる。
れに基づく伝播遅延時間の測定分解能δτは、 δτ＝２δR/C （ｓ） ……（７） となる。
従って、分周器21から出力されるサンプリング・パルス
の周期τを、 τ＝τｏ＋δτ ＝（2R＋２δＲ）/C （ｓ） ……（８） に設定すればよい。また、サンプリング・パルスの繰り
返し周波数ｆは、 ｆ＝1/τ ＝C/（2R＋２δＲ） （1/s） ……（９） となる。
の周期τを、 τ＝τｏ＋δτ ＝（2R＋２δＲ）/C （ｓ） ……（８） に設定すればよい。また、サンプリング・パルスの繰り
返し周波数ｆは、 ｆ＝1/τ ＝C/（2R＋２δＲ） （1/s） ……（９） となる。
ここで、分周器21の分周比を分周器11の分周比と同一の
値Ｎとおけば、サブ発振器20の発振周波数Ｆは、 Ｆ＝Nf ＝NC/（2R＋２δＲ） （1/s） ……（10） となる。
値Ｎとおけば、サブ発振器20の発振周波数Ｆは、 Ｆ＝Nf ＝NC/（2R＋２δＲ） （1/s） ……（10） となる。
（６）式と（10）式とから、 δＦ＝Fo−Ｆ ＝NCδR/〔2R（Ｒ＋δＲ）〕 ≒NCδR/（2R2） ……（11） （６）式と（11）式及び（７）式と（８）式とから、 δF/Fo ≒〔NCδR/（2R2）〕／〔NC/（2R）〕 ＝δR/R ＝〔Ｃδτ/2〕／〔Ｃ（τ−δτ）/2〕 ＝δτ／（τ−δτ） ＝δτ／τ0 ……（12） ここで、測定可能範囲Ｒを750m、測定分解能δＲを1cm
（0.01m）とすれば、（10）式から δF/Fo ＝1.333×10-5 ……（13） を得る。
（0.01m）とすれば、（10）式から δF/Fo ＝1.333×10-5 ……（13） を得る。
このような微小な発振周波数の差を互いに独立に動作す
るメイン発振器10とサブ発振器20とに保持させること
は、極めて困難である。そこで、第１図に示すように、
サブ発振器20を電圧制御発振器（VCO）で構成すると共
に、ミキサ22、分周器23、位相比較器24,低域通過濾波
器25から成る位相ロックループを構成することにより、
サブ発振器20の発振周波数Ｆをメイン発振器10の発振周
波数FoよりもδＦだけ低い値に追随させる構成としてい
る。このδＦは、分周器23の分周比をＭとすれば、 δＦ ＝Fo/MN ……（14） となる。
るメイン発振器10とサブ発振器20とに保持させること
は、極めて困難である。そこで、第１図に示すように、
サブ発振器20を電圧制御発振器（VCO）で構成すると共
に、ミキサ22、分周器23、位相比較器24,低域通過濾波
器25から成る位相ロックループを構成することにより、
サブ発振器20の発振周波数Ｆをメイン発振器10の発振周
波数FoよりもδＦだけ低い値に追随させる構成としてい
る。このδＦは、分周器23の分周比をＭとすれば、 δＦ ＝Fo/MN ……（14） となる。
以下では、上述の考察に基づく具体的な数値の設定方法
について説明する。
について説明する。
まず、測定可能範囲Ｒとして750mを設定する。この測定
可能範囲Ｒと（４）式とから、レーザビームの放射周期
τｏとして5.00μｓ（マイクロ秒）を得る。これは200k
Hzの繰り返し周波数foに相当する。次に、毎秒５回の割
合で距離の測定値を得るものとする。これに伴い、１回
の測定所要時間は200ms（ミリ秒）となる。従って、１
回の測定に必要なレーザパルス・ビームの総放射個数Σ
ｎは、 Σｎ＝200kHz×200ms ＝４×104 となる。このΣｎは（２）式からτo/δτに等しく、こ
れはまた（12）式からR/δＲに等しい。
可能範囲Ｒと（４）式とから、レーザビームの放射周期
τｏとして5.00μｓ（マイクロ秒）を得る。これは200k
Hzの繰り返し周波数foに相当する。次に、毎秒５回の割
合で距離の測定値を得るものとする。これに伴い、１回
の測定所要時間は200ms（ミリ秒）となる。従って、１
回の測定に必要なレーザパルス・ビームの総放射個数Σ
ｎは、 Σｎ＝200kHz×200ms ＝４×104 となる。このΣｎは（２）式からτo/δτに等しく、こ
れはまた（12）式からR/δＲに等しい。
従って、測定分解能δＲとして750m/（４×104）＝1.87
5cmを得る。また、分周比Ｎを750とすれば、（６）式か
ら、メイン発振器10の発振周波数Foとして、750×200kH
z＝150MHzを得る。また、（12）式から、δＦ＝150MHz/
（４×104）＝3.75KHzを得る。
5cmを得る。また、分周比Ｎを750とすれば、（６）式か
ら、メイン発振器10の発振周波数Foとして、750×200kH
z＝150MHzを得る。また、（12）式から、δＦ＝150MHz/
（４×104）＝3.75KHzを得る。
このようにして試行錯誤に基づき設定した４通りの数値
例を第５図に示す。
例を第５図に示す。
第６図は、第１図の受光部14の構成の一例を示す回路図
である。
である。
この受光部14は、船舶からの反射レーザビーム・パルス
を受けるアバランシェ・フォト・ダイオードAPDと、こ
のアバランシェ・フォト・ダイオードに直列接続されそ
の接続点が出力端子Ｏに連なる負荷抵抗器ｒと、直列抵
抗器Ｒと、このアバランシェ・フォト・ダイオードと抵
抗器r,Rとの直列接続回路に一定の電圧を印加する定電
圧源BTとから構成されている。
を受けるアバランシェ・フォト・ダイオードAPDと、こ
のアバランシェ・フォト・ダイオードに直列接続されそ
の接続点が出力端子Ｏに連なる負荷抵抗器ｒと、直列抵
抗器Ｒと、このアバランシェ・フォト・ダイオードと抵
抗器r,Rとの直列接続回路に一定の電圧を印加する定電
圧源BTとから構成されている。
アバランシェ・フォト・ダイオードは、内部にキャリア
増倍機能を有しているため、通常のフォト・ダイオード
に比べて受光感度が極めて高く後段の前置増幅器が省略
できるという利点を持っている。また、このアバランシ
ェ・フォト・ダイオードは、第７図に示すように、入射
光量の低下につれて増倍率が増加するため、入射光量が
変化しても出力電流はあまり変化しないという定電流特
性に近い入出力特性を有する。反面、このアバランシェ
・フォト・ダイオードは、印加電圧や周囲温度など種々
の動作環境の変動に応じて増倍率が大幅に変化し、受光
部としての動作が不安定になりやすいという問題があ
る。
増倍機能を有しているため、通常のフォト・ダイオード
に比べて受光感度が極めて高く後段の前置増幅器が省略
できるという利点を持っている。また、このアバランシ
ェ・フォト・ダイオードは、第７図に示すように、入射
光量の低下につれて増倍率が増加するため、入射光量が
変化しても出力電流はあまり変化しないという定電流特
性に近い入出力特性を有する。反面、このアバランシェ
・フォト・ダイオードは、印加電圧や周囲温度など種々
の動作環境の変動に応じて増倍率が大幅に変化し、受光
部としての動作が不安定になりやすいという問題があ
る。
そこで、第６図に示す受光部では、直列抵抗器Ｒの抵抗
値をアバランシェ・フォト・ダイオードAPDの内部抵抗
値や負荷抵抗器ｒの抵抗値に比べて十分大きな値に設定
してアバランシェ・フォト・ダイオードに流れる電流を
ほぼ一定に保つことにより、動作の安定化を実現してい
る。
値をアバランシェ・フォト・ダイオードAPDの内部抵抗
値や負荷抵抗器ｒの抵抗値に比べて十分大きな値に設定
してアバランシェ・フォト・ダイオードに流れる電流を
ほぼ一定に保つことにより、動作の安定化を実現してい
る。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明の接岸速度計は、サ
ンプリングの手法を利用してレーザビーム・パルスの放
射時点から受光時点までの時間を高精度で検出して船舶
までの距離を算定し、この算定した距離の時間変化率か
ら船舶の接岸速度を算定する構成であるから、従来の超
音波や電波を利用するレーダとは異なり、高い信頼性と
精度のもとで経済的な計測を実現できるという効果が奏
される。
ンプリングの手法を利用してレーザビーム・パルスの放
射時点から受光時点までの時間を高精度で検出して船舶
までの距離を算定し、この算定した距離の時間変化率か
ら船舶の接岸速度を算定する構成であるから、従来の超
音波や電波を利用するレーダとは異なり、高い信頼性と
精度のもとで経済的な計測を実現できるという効果が奏
される。
第１図は本発明の一実施例に係わる接岸速度計の構成を
示すブロック図、第２図と第３図は上記実施例の接岸速
度計の使用状況を説明するための平面図、第４図は上記
実施例の接岸速度計の動作を説明するための波形図、第
５図は上記実施例の接岸速度計の動作に関する設定項目
の例を示す概念図、第６図は第１図の受光部の構成の一
例を示す回路図、第７図は第６図中のアバランシェ・フ
ォト・ダイオードの入出力特性を通常のフォト・ダイオ
ードのそれと比較しつつ説明するための特性図、第８図
と第９図は従来の超音波レーダによる接岸速度計の使用
状況とその問題点を説明するための平面図である。 1,2……接岸速度計、10……メイン発振器、11,21……分
周器、12,15……増幅器、13……発光部、14……受光
部、16,18……サンプル・ホールド回路、17……２値化
回路、20……サブ発振器、30……CPU、31……メモリ、3
2……メモリコントローラ、100……接岸中の船舶、101,
102……タグボート、200……岸壁。
示すブロック図、第２図と第３図は上記実施例の接岸速
度計の使用状況を説明するための平面図、第４図は上記
実施例の接岸速度計の動作を説明するための波形図、第
５図は上記実施例の接岸速度計の動作に関する設定項目
の例を示す概念図、第６図は第１図の受光部の構成の一
例を示す回路図、第７図は第６図中のアバランシェ・フ
ォト・ダイオードの入出力特性を通常のフォト・ダイオ
ードのそれと比較しつつ説明するための特性図、第８図
と第９図は従来の超音波レーダによる接岸速度計の使用
状況とその問題点を説明するための平面図である。 1,2……接岸速度計、10……メイン発振器、11,21……分
周器、12,15……増幅器、13……発光部、14……受光
部、16,18……サンプル・ホールド回路、17……２値化
回路、20……サブ発振器、30……CPU、31……メモリ、3
2……メモリコントローラ、100……接岸中の船舶、101,
102……タグボート、200……岸壁。
Claims (3)
- 【請求項１】第１の周期で反復されるドライブパルスを
発生する第１の発振部と、 前記第１の周期よりも僅かに大きな第２の周期で反復さ
れるサンプリングパルスを発生する第２の発振部と、 前記ドライブパルスと前記サンプリングパルスの周波差
が一方の周波数の整数分の１となるように、前記第1,第
２の発振部の一方の発振周波数を制御する位相ロックル
ープと、 接岸中の船舶に対し前記ドライブパルスに同期してレー
ザビーム・パルスを放射する発光部と、 前記船舶で反射されたレーザビーム・パルスを受光し電
気信号に変換して出力する受光部と、 この受光部から出力される電気信号を前記サンプリング
パルスに同期して複数回にわたって保持することによ
り、前記受光されたレーザビーム・パルスの時間軸を伸
長したものに相当する電気信号を出力するサンプル・ホ
ールド部と、 このサンプル・ホールド部から出力される電気信号に基
づき前記レーザビーム・パルスの放射時点から受光時点
までの時間差を検出して前記船舶までの距離を算定する
距離算定部と、 前記算定された距離の時間変化率から前記船舶の接岸速
度を算定する接岸速度算定部とを備えたことを特徴とす
る接岸速度計。 - 【請求項２】前記距離算定部は、 前記サンプル・ホールド部の出力を２値化しながら出力
する２値化回路と、 メモリと、 このメモリの書込みアドレスを前記ドライブパルスに同
期して歩進しながらこの歩進済みのアドレスに前記２値
回路の出力を書込んでゆくメモリコントローラと、 このメモリの書込みデータに変化の生じたアドレスを検
出し、この検出したアドレスに基づき前記放射時点から
受光時点までの時間差を検出するCPUとを備えたことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の接岸速度計。 - 【請求項３】前記位相ロックループは、 前記ドライブパルス及びサンプリングパルスのビート信
号を生成し出力するミキサと、 前記ドライブパルス又はサンプリングパルスの一方を分
周する分周器と、 前記ミキサ及び分周器のそれぞれから出力されるパルス
の位相差を等しくするように前記第1,第２の発振部の発
振周波数を制御する位相比較回路とを備えたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の接岸速度
計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090265A JPH0778537B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | 接岸速度計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2090265A JPH0778537B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | 接岸速度計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03289584A JPH03289584A (ja) | 1991-12-19 |
| JPH0778537B2 true JPH0778537B2 (ja) | 1995-08-23 |
Family
ID=13993676
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2090265A Expired - Lifetime JPH0778537B2 (ja) | 1990-04-06 | 1990-04-06 | 接岸速度計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0778537B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0833443B2 (ja) * | 1987-07-22 | 1996-03-29 | 三菱電機株式会社 | 光レ−ダ装置 |
-
1990
- 1990-04-06 JP JP2090265A patent/JPH0778537B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03289584A (ja) | 1991-12-19 |
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Legal Events
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