JPH08220217A - ソーナー装置及び受信ビーム方位の動揺補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 船舶に搭載されるソーナー装置の受信ビーム
方位において、船舶の動揺によって生じる水平方向の受
信ビーム方位の方向誤差を補正する。 【構成】 受信ビーム真方位算出回路４は、船の針路Ｃ
_qoに基づいて、受信ビーム中心真方位θ´_n を算出す
る。受波器面傾斜方位算出回路５は、船の針路Ｃ_qo、ロ
ーリング角Ｚ_o 、及びピッチング角Ｅ_ioに基づいて、受
波器面の傾斜真方位φ´を算出する。受波器面傾斜角度
算出回路６は、ローリング角Ｚ_o とピッチング角Ｅ_ioと
に基づいて、受波器面の傾斜角度αを算出する。受信ビ
ーム方位動揺補正回路７は、受信ビーム中心真方位θ´
_n 、受波器面の傾斜真方位φ´、及び受波器面の傾斜角
度αに基づいて、複数の受信ビーム中心真方位θ´_n の
各々に対して、船舶の動揺により生じる水平方向の受信
ビームの方位誤差を補正し、動揺補正された受信ビーム
中心真方位θ”_n を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、船舶に搭載されるソー
ナー装置及びその受信ビーム方位の動揺補正方法に関
し、特にその船の針路、ローリング角及びピッチング角
に対する受信ビーム方位の動揺補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のソーナー装置における受
信ビーム方位の動揺補正方法は、船舶の動揺により生じ
た受信ビームのふ角を０度になる様に制御し、動揺補正
する方法がとられていた。

【０００３】従来の受信ビーム方位の動揺補正方法を実
現するソーナー装置の一例が、考案の名称「ソーナー送
受波器」の実開昭６３−１２４６７６号公報に記載され
ている。この公報に記載されたソーナー送受波器は、ス
タビライズドジャイロコンパスにより検出された船舶の
動揺度に基づいて、ソーナー縦方向エレメントの送受信
波の位相を船舶の動揺角度を相殺する方向に制御する位
相制御装置を備えている。すなわち、このソーナー送受
波器では、位相制御装置がスタビライズドジャイロコン
パスにより検出された垂直方向の動揺角度に対して送受
信ビームのビーム中心が水平方向になる様、送受信のビ
ームを形成するように位相を制御する。その結果、船舶
に動揺が生じた場合でも、送受信ビームのビーム中心
は、常にふ角が０度になるように制御できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この従来のソーナー送
受波器では、船舶に動揺が生じた場合の受信ビームのビ
ーム中心方位について、水平方向の方位のずれ補正を考
慮していない。このため、水平方向の受信ビーム中心方
位が、受波器面が動揺によって傾斜することによりその
傾斜した受波器面の法線ベクトルの水平方向の方位と異
なった場合、従来のソーナー送受波器では、水平方向の
受信ビーム中心方位が見かけの受信ビーム中心方位と実
際の受信ビーム中心方位と異なってしまうという問題が
ある。

【０００５】それ故に本発明の課題は、船舶の動揺によ
って生じる水平方向の受信ビーム方位の方向誤差を補正
できるソーナー装置及び受信ビーム方位の動揺補正方法
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るために本発明によるソーナー装置は、船舶に搭載さ
れ、複数の受波器から構成された円筒型受波器アレイを
有するソーナー装置において、船の針路Ｃ_qo、ローリン
グ角Ｚ_o 、及びピッチング角Ｅ_ioを入力し、船舶の動揺
に対して受信ビーム方位の動揺を補正する動揺補正装置
を有し、この動揺補正装置は、船の針路Ｃ_qoと水平方向
の受信ビーム中心方位θ_n とから基準方位に対する水平
方向の受信ビーム中心真方位θ´_n を算出する受信ビー
ム中心真方位算出回路と、船の針路Ｃ_qo、ローリング角
Ｚ_o 及びピッチング角Ｅ_ioから基準方位に対する円筒型
受波器アレイの受波器面の傾斜真方位φ´を算出する受
波器面傾斜方位算出回路と、ローリング角Ｚ_o とピッチ
ング角Ｅ_ioとから水平面からの受波器面の傾斜角度αを
算出する受波器面傾斜角度算出回路と、受信ビーム中心
真方位θ´_n 、受波器面の傾斜真方位φ´及び受波器面
の傾斜角度αから船舶の動揺に対して動揺補正された水
平方向の受信ビーム中心真方位θ”_n を算出する受信ビ
ーム方位動揺補正回路とを含むことを特徴とする。

【０００７】また、本発明による受信ビーム方位の動揺
補正方法は、船舶に搭載され、複数の受波器から構成さ
れた円筒型受波器アレイを有するソーナー装置におい
て、船の針路Ｃ_qo、ローリング角Ｚ_o 、及びピッチング
角Ｅ_ioを入力し、船舶の動揺に対して受信ビーム方位の
動揺を補正する方法であって、船の針路Ｃ_qoと水平方向
の受信ビーム中心方位θ_n とから基準方位に対する水平
方向の受信ビーム中心真方位θ´_n を算出し、ローリン
グ角Ｚ_o とピッチング角Ｅ_ioとから円筒型受波器アレイ
の受波器面の傾斜方位φを算出して、この受波器面の傾
斜方位φと船の針路Ｃ_qoとから基準方位に対する受波器
面の傾斜真方位φ´を算出し、ローリング角Ｚ_o とピッ
チング角Ｅ_ioとから水平面からの受波器面の傾斜角度α
を算出し、受信ビーム中心真方位θ´_n 、受波器面の傾
斜真方位φ´、及び受波器面の傾斜角度αから船舶の動
揺に対して動揺補正された水平方向の受信ビーム中心真
方位θ”_n を算出するステップを含む。

【０００８】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して詳細に
説明する。

【０００９】図１を参照して、本発明の一実施例による
ソーナー装置は、円筒型受波器アレイ１と、受信ビーム
形成回路２と、スタビライズドジャイロコンパス３と、
受信ビーム真方位算出回路４と、受波器面傾斜方位算出
回路５と、受波器面傾斜角度算出回路６と、受信ビーム
方位動揺補正回路７と、受信ビーム方位付与回路８とを
有している。

【００１０】円筒型受波器アレイ１は複数の受波器（図
示せず）から構成されており、それらの各々は受信信号
Ｒを出力する。受信ビーム形成回路２は円筒型受波器ア
レイ１を構成する複数の受波器から受信信号Ｒを受け
る。受信ビーム形成回路２は受信信号Ｒに対して整相処
理等を行い、水平方向の複数の方位に受信ビーム信号Ｂ
を形成する。

【００１１】スタビライズドジャイロコンパス３は、船
の針路Ｃ_qoとローリング角Ｚ_o とピッチング角Ｅ_ioとを
検出して、それらを出力する。受信ビーム真方位算出回
路４は、後述するように、スタビライズドジャイロコン
パス３から入力した船の針路Ｃ_qoに基づいて、受信ビー
ム形成回路２により形成される複数の受信ビーム信号Ｂ
の水平方向の方位から、基準方位（本実施例では、真
北）を基準とした受信ビーム中心真方位θ´_n を算出す
る。ここで、受信ビーム信号Ｂの水平方向の方位は、円
筒型受波器アレイ１を設計した段階で予め分かってお
り、受信ビーム真方位算出回路４のメモリ（図示せず）
内に記憶されている。受波器面傾斜方位算出回路５は、
後述するように、スタビライズドジャイロコンパス３か
ら入力した船の針路Ｃ_qo、ローリング角Ｚ_o 、及びピッ
チング角Ｅ_ioに基づいて、円筒型受波器アレイ１の受波
器面が船舶の動揺によって生じる水平面からの傾斜に対
して、その傾斜した平面の法線ベクトルを水平面上に投
影したときの基準方位を基準とした受波器面の傾斜真方
位φ´を算出する。受波器面傾斜角度算出回路６は、後
述するように、スタビライズドジャイロコンパス３から
入力したローリング角Ｚ_o とピッチング角Ｅ_ioとに基づ
いて、円筒型受波器アレイ１の受波器面が船舶の動揺に
よって生じる水平面からの受波器面の傾斜角度αを算出
する。

【００１２】受信ビーム方位動揺補正回路７は、後述す
るように、受信ビーム中心真方位θ´_n 、受波器面の傾
斜真方位φ´、及び受波器面の傾斜角度αに基づいて、
複数の受信ビーム中心真方位θ´_n の各々に対して、船
舶の動揺により生じる水平方向の受信ビームの方位誤差
を補正し、動揺補正された受信ビーム中心真方位θ”_n
を算出する。

【００１３】受信ビーム真方位算出回路４、受波器面傾
斜方位算出回路５、受波器面傾斜角度算出回路６、及び
受信ビーム方位動揺補正回路７の組み合わせは、船舶の
動揺に対して受信ビーム方位の動揺を補正する動揺補正
装置を構成する。

【００１４】受信ビーム方位付与回路８は、受信ビーム
形成回路２から得られた複数の水平方向の方位に整相さ
れた各方位ごとの受信ビーム信号Ｂに対し、受信ビーム
方位動揺補正回路７から得られた動揺補正された受信ビ
ーム中心真方位θ”_n を付与する。

【００１５】次に、図１と図２及び図３を参照して、本
実施例の動作について詳細に説明する。

【００１６】受信ビーム形成回路２では、円筒型受波器
アレイ１を構成する複数の受波器から入力された受信信
号Ｒが、船首方位θ_b を基準として、円筒型受波器アレ
イ１の中心のまわりに定められる水平面上の受信ビーム
中心方位θ_n （ｎ＝１，２，…，ｍ）をビームの中心方
位として受信ビーム信号Ｂを形成するように整相等の処
理を行う。

【００１７】受信ビーム真方位算出回路４では、後述す
るように、スタビライズドジャイロコンパス３から入力
した船の針路Ｃ_qoに基づき、受信ビーム中心方位θ_n に
対して真北θ_dnを基準とした受信ビーム中心真方位θ´
_n （ｎ＝１，２，…，ｍ）を算出する。

【００１８】受波器面傾斜方位算出回路５では、後述す
るように、スタビライズドジャイロコンパス３より入力
した船の針路Ｃ_qoとローリング角Ｚ_o とピッチング角Ｅ
_ioとに基づいて、円筒型受波器アレイ１の受波器面が船
舶の動揺によって傾斜した場合、その傾斜した受波面の
平面の法線ベクトルの船首方位θ_b を基準とした水平成
分の方位を受波面の傾斜方位φとして求め、次に真北θ
_dnを基準とした受波器面の傾斜真方位φ´を算出する。

【００１９】受波器面傾斜角度算出回路６では、後述す
るように、スタビライズドジャイロコンパス３より入力
されたローリング角Ｚ_o 及びピッチング角Ｅ_ioに基づい
て、円筒型受波器アレイ１の受波器面が船舶の動揺によ
り傾斜した場合、その傾斜した受波器面の平面と水平面
Ｐ_h のなす角（鋭角）として、受波器面の傾斜角度αを
算出する。

【００２０】受信ビーム方位動揺補正回路７では、後述
するように、受信ビーム真方位算出回路４より入力され
る受信ビーム中心真方位θ´_n と、受波器面傾斜方位算
出回路５より入力される受波器面の傾斜真方位φ´と、
受波器面傾斜角度算出回路６より入力される受波器面の
傾斜角度αとに基づいて、動揺補正された受信ビーム中
心真方位θ”_n （ｎ＝１，２，…，ｍ）を算出する。

【００２１】受信ビーム方位動揺補正回路７の作用につ
いて図３を参照して詳細に説明する。受波器面の傾斜角
度が０度のときに受波器面を真上から見た平面Ｐ_０に対
し、受波器面の傾斜角度がα度のときに受波器面を真上
から見た平面Ｐ_αは、楕円形となる。受波器面の角度が
０度のときの受信ビーム中心真方位θ´_n に対して、受
波器面の傾斜角度がα度のときの受信ビームの中心方位
は、受信ビーム中心真方位θ´_n と受波器面の傾斜角度
が０度のときの受波器面を真上から見た平面Ｐ_０の円周
上の交点Ｉ_０から受波器面の傾斜回転軸Ａ_ｒに下ろした
垂線と受波器面の傾斜角度がα度のときの受波器面を真
上から見た平面Ｐ_αの交点Ｉ_αと、円筒型受波器アレイ
１の中心を結んだ方位となる。すなわち、この方位が、
動揺補正された受信ビーム中心真方位θ”_n となる。

【００２２】受信ビーム方位付与回路８では、受信ビー
ム形成回路２から入力された複数の水平方向の方位に整
相された各方位ごとの受信ビーム信号ｂに対し、受信ビ
ーム方位動揺補正回路７から入力された動揺補正された
受信ビーム中心真方位θ”_nを付与する。

【００２３】図４を参照して、本実施例によるソーナー
装置の動揺補正装置９の動作について説明する。ここ
で、図５に示すとおり、船首方向（方位）をｘ軸（＋
側）、同一平面上でｘ軸と直交するｙ軸及び原点から鉛
直方向をｚ軸とおく。

【００２４】動揺補正装置９は、スタビライズドジャイ
ロコンパス３から船の針路Ｃ_qo（０〜３６０度）と、ロ
ーリングＺ_o （ｚ軸に対しｙ軸負側を＋、ｙ軸正側を−
とする）及びピッチング角Ｅ_io（ｘ軸に対しｚ軸正側を
＋、ｚ軸負側を−とする）を入力する（ステップＳ
１）。動揺補正装置９は、船の針路Ｃ_qoと受信ビーム中
心方位θ_n とから、下記の数式９で表される第１の算出
式に従って、受信ビーム中心真方位θ´_n を算出する
（ステップＳ２）。

【００２５】

【数９】 動揺補正装置９は、ローリングＺ_o とピッチング角Ｅ_io
とから、下記の数式１０で表される第２の算出式に従っ
て、受波器面の傾斜方位φを算出する（ステップＳ
３）。

【００２６】

【数１０】 動揺補正装置９は、受波器面の平面の法線ベクトルがｘ
−ｙ平面上のどの象限にあるかの場合分けを行い（ステ
ップＳ４〜Ｓ６）、それぞれの場合における受波器面の
傾斜真方位φ´を算出する（ステップＳ７〜Ｓ１０）。
詳細に述べると、ステップＳ４でｃｏｓＺ_o ・ｓｉｎＥ
_io＞０の判定を行い、ＹＥＳならステップＳ５へ、ＮＯ
ならステップＳ６へ移る。ステップＳ５でｓｉｎＺ_o ＞
０の判定を行い、ＹＥＳならステップＳ７へ、ＮＯなら
ステップＳ８へ移る。同様に、ステップＳ６でｓｉｎＺ
_o ＞０の判定を行い、ＹＥＳならステップＳ９へ、ＮＯ
ならステップＳ１０へ移る。ステップＳ７〜Ｓ１０にお
いては、受波器面の傾斜真方位φ´を受波器面の傾斜方
位φと船の針路Ｃ_qoとから算出する。すなわち、ステッ
プＳ７ではφ´＝Ｃ_qo−｜φ｜として、ステップＳ８で
はφ´＝Ｃ_qo＋｜φ｜として、ステップＳ９ではφ´＝
Ｃ_qo＋１８０−｜φ｜として、ステップＳ１０ではφ´
＝Ｃ_qo＋１８０＋｜φ｜として、受波器面の傾斜真方位
φ´を算出する。

【００２７】動揺補正装置９は、ローリングＺ_o とピッ
チング角Ｅ_ioとから、下記の数式１１で表される第３の
算出式に従って、受波器面の傾斜角度αを算出する（ス
テップＳ１１）。

【００２８】

【数１１】 動揺補正装置９は、受信ビーム中心真方位θ´_n と受波
器面の傾斜角度αと受波器面の傾斜真方位φ´とから、
下記の数式１２で表される第４の算出式に従って、動揺
補正された受信ビーム中心真方位θ”_n を算出する（ス
テップＳ１２）。

【００２９】

【数１２】 最後に、動揺補正装置９は、動揺補正された受信ビーム
中心真方位θ”_n を出力する（ステップＳ１３）。

【００３０】従って、船舶の動揺が生じた場合、動揺補
正された受信ビーム中心真方位θ”_n を使用して水平方
向に生じる受信ビームの方位誤差を補正できる。

【００３１】本発明は上述した実施例に限定されず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能であ
るのは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、船に搭
載され、円筒型受波器アレイを有するソーナー装置にお
いて、船の針路、ローリング角及びピッチング角を入力
し、船の針路と水平方向の受信ビーム中心方位から基準
方位（例えば、真北）に対する水平方向の受信ビーム中
心真方位を算出する手段と、船の針路、ローリング角及
びピッチング角から基準方位に対する円筒型受波器アレ
イの受波器面の傾斜真方位を算出する手段と、ローリン
グ角とピッチング角とから水平面からの受波器面の傾斜
角度を算出する手段と、受信ビーム中心真方位、受波器
面の傾斜真方位及び受波器面の傾斜角度から船の動揺に
対して動揺補正された水平方向の受信ビーム中心真方位
を算出する手段とを備えているため、船舶の動揺が生じ
た場合の水平方向に生じる受信ビームの方位誤差を補正
できるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるソーナー装置を示すブ
ロック図である。

【図２】図１に示した受信ビーム形成回路の作用を説明
するための模式図である。

【図３】図１に示した受信ビーム方位動揺補正回路の作
用を説明するための模式図である。

【図４】図１に示した動揺補正装置の動作を説明するた
めのフローチャートである。

【図５】図４に示す計算式を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 円筒型受波器アレイ ２ 受信ビーム形成回路 ３ スタビライズドジャイロコンパス ４ 受信ビーム真方位算出回路 ５ 受波器面傾斜方位算出回路 ６ 受波器面傾斜角度算出回路 ７ 受信ビーム方位動揺補正回路 ８ 受信ビーム方位付与回路 ９ 動揺補正装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 衛 神奈川県横須賀市久里浜２−８−11 (72)発明者 木村 聡 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 船舶に搭載され、複数の受波器から構成
   された円筒型受波器アレイを有するソーナー装置におい
   て、船の針路（Ｃ_qo）、ローリング角（Ｚ_o）、及びピ
   ッチング角（Ｅ_io）を入力し、前記船舶の動揺に対して
   受信ビーム方位の動揺を補正する動揺補正装置を有し、
   該動揺補正装置は、 前記船の針路（Ｃ_qo）と水平方向の受信ビーム中心方位
   （θ_n ）とから基準方位に対する水平方向の受信ビーム
   中心真方位（θ´_n ）を算出する受信ビーム中心真方位
   算出回路（４）と、 前記船の針路（Ｃ_qo）、前記ローリング角（Ｚ_o ）及び
   前記ピッチング角（Ｅ_io）から前記基準方位に対する前
   記円筒型受波器アレイの前記受波器面の傾斜真方位（φ
   ´）を算出する受波器面傾斜方位算出回路（５）と、 前記ローリング角（Ｚ_o ）と前記ピッチング角（Ｅ_io）
   とから水平面からの前記受波器面の傾斜角度（α）を算
   出する受波器面傾斜角度算出回路（６）と、 前記受信ビーム中心真方位（θ´_n ）、前記受波器面の
   傾斜真方位（φ´）及び前記受波器面の傾斜角度（α）
   から前記船舶の動揺に対して動揺補正された水平方向の
   受信ビーム中心真方位（θ”_n ）を算出する受信ビーム
   方位動揺補正回路（７）とを含むことを特徴とするソー
   ナー装置。
2. 【請求項２】 前記船の針路（Ｃ_qo）、前記ローリング
   角（Ｚ_o ）及び前記ピッチング角（Ｅ_io）をスタビライ
   ズドジャイロコンパス（３）から入力する、請求項１記
   載のソーナー装置。
3. 【請求項３】 前記基準方位が真北である、請求項１記
   載のソーナー装置。
4. 【請求項４】 前記円筒型受波器アレイ（１）で受信さ
   れた受信信号（Ｒ）を、前記水平方向の受信ビーム中心
   方位（θ_n ）をビームの中心方位とした受信ビーム信号
   （Ｂ）に形成する受信ビーム形成回路（２）と、 前記受信ビーム信号（Ｂ）に対して、前記動揺補正され
   た水平方向の受信ビーム中心真方位（θ”_n ）を付与す
   る受信ビーム方位付与回路（８）とを備えた、請求項１
   記載のソーナー装置。
5. 【請求項５】 前記受信ビーム中心真方位算出回路
   （４）は前記受信ビーム中心真方位（θ´_n ）を下記の
   数式１に従って算出する 【数１】 請求項１記載のソーナー装置。
6. 【請求項６】 前記受波器面傾斜方位算出回路（５）は
   前記ローリング角（Ｚ_o ）及び前記ピッチング角
   （Ｅ_io）とから受波器面の傾斜方位（φ）を下記の数式
   ２に従って算出し、 【数２】 それから前記受波器面の傾斜方位（φ）と前記船の針路
   （Ｃ_qo）とから前記基準方位を基準とした前記受波器面
   の傾斜真方位（φ´）を算出する請求項１記載のソーナ
   ー装置。
7. 【請求項７】 前記受波器面傾斜角度算出回路（６）は
   前記受波器面の傾斜角度（α）を下記の数式３に従って
   算出する 【数３】 請求項１記載のソーナー装置。
8. 【請求項８】 前記受信ビーム方位動揺補正回路（７）
   は前記動揺補正された水平方向の受信ビーム中心真方位
   （θ”_n ）を下記の数式４に従って算出する 【数４】 請求項１記載のソーナー装置。
9. 【請求項９】 船舶に搭載され、複数の受波器から構成
   された円筒型受波器アレイ（１）を有するソーナー装置
   において、船の針路（Ｃ_qo）、ローリング角（Ｚ_o ）、
   及びピッチング角（Ｅ_io）を入力し、前記船舶の動揺に
   対して受信ビーム方位の動揺を補正する方法であって、 前記船の針路（Ｃ_qo）と水平方向の受信ビーム中心方位
   （θ_n ）とから第１の算出式に従って基準方位に対する
   水平方向の受信ビーム中心真方位（θ´_n ）を算出し、 前記ローリング角（Ｚ_o ）と前記ピッチング角（Ｅ_io）
   とから第２の算出式に従って前記円筒型受波器アレイ
   （１）の受波器面の傾斜方位（φ）を算出して、該受波
   器面の傾斜方位（φ）と前記船の針路（Ｃ_qo）とから前
   記基準方位に対する前記受波器面の傾斜真方位（φ´）
   を算出し、 前記ローリング角（Ｚ_o ）とピッチング角（Ｅ_io）とか
   ら第３の算出式に従って水平面からの前記受波器面の傾
   斜角度αを算出し、 前記受信ビーム中心真方位（θ´_n ）、前記受波器面の
   傾斜真方位（φ´）、及び前記受波器面の傾斜角度
   （α）から前記船舶の動揺に対して動揺補正された水平
   方向の受信ビーム中心真方位（θ”_n ）を算出するステ
   ップを含む受信ビーム方位の動揺補正方法。
10. 【請求項１０】 前記基準方位が真北である請求項９記
    載の受信ビーム方位の動揺補正方法。
11. 【請求項１１】 前記第１の算出式が下記の数式５で表
    わされる 【数５】 請求項９記載の受信ビーム方位の動揺補正方法。
12. 【請求項１２】 前記第２の算出式が下記の数式６で表
    わされる 【数６】 請求項９記載の受信ビーム方位の動揺補正方法。
13. 【請求項１３】 前記第３の算出式が下記の数式７で表
    わされる 【数７】 請求項９記載の受信ビーム方位の動揺補正方法。
14. 【請求項１４】 前記第４の算出式が下記の数式８で表
    わされる 【数８】 請求項９記載の受信ビーム方位の動揺補正方法。