JPH11271445A - Apparatus and method for detecting distance to navigation object - Google Patents

Apparatus and method for detecting distance to navigation object

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JPH11271445A
JPH11271445A JP7817998A JP7817998A JPH11271445A JP H11271445 A JPH11271445 A JP H11271445A JP 7817998 A JP7817998 A JP 7817998A JP 7817998 A JP7817998 A JP 7817998A JP H11271445 A JPH11271445 A JP H11271445A
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sound wave
distance
wave receiver
detecting
ship
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Kimihiro Usumura
仁啓 碓村
Yasushi Kawabata
康司 河端
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】音波を発信することなく航行する船舶までの距
離を検出し得る距離検出装置を提供する。 【解決手段】船舶の航走音を海面下で受信する音波受信
器11と、この音波受信器からの音波信号に1回および
2回微分を施し音波受信器に対して船舶が最も接近する
地点およびこの最接近位置に対して45度方向の地点を
通過する時点を検出する測定位置通過時点検出部21
と、上記音波信号の周波数スペクトル解析を行う周波数
解析部22と、上記各通過時点および周波数スペクトル
解析結果を入力して、ドップラー効果により生じる周波
数のシフト量に基づき船舶の速度を求める速度計算部2
3と、2回微分された音波波形の最接近位置における値
を検出する微分値検出部24と、この2回微分値と船舶
の速度を入力して、最接近位置までの距離を計算する距
離計算部25とから構成したもの。
(57) [Problem] To provide a distance detecting device capable of detecting a distance to a traveling ship without transmitting a sound wave. SOLUTION: A sound wave receiver 11 for receiving a ship's running sound below the sea surface, and a point at which the ship comes closest to the sound wave receiver by differentiating once and twice the sound wave signal from the sound wave receiver. And a measurement position passing time point detecting unit 21 for detecting a time point when the vehicle passes a point in a 45-degree direction with respect to the closest position.
And a frequency analysis unit 22 for performing a frequency spectrum analysis of the sound wave signal, and a speed calculation unit 2 for inputting the passage times and the frequency spectrum analysis results to obtain a speed of the ship based on a frequency shift amount caused by the Doppler effect.
3, a differential value detecting unit 24 for detecting a value of the sound waveform differentiated twice at the closest position, and a distance for calculating the distance to the closest position by inputting the twice differential value and the speed of the ship. A configuration including a calculation unit 25.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、航行物体までの距
離検出装置および距離検出方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for detecting a distance to a navigation object.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、海面(または海中)を航行する船
舶までの距離を検出するものとしては、アクティブ方式
の装置がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is an active type apparatus for detecting a distance to a ship traveling on the sea surface (or underwater).

【0003】このアクティブ方式は、船舶が航行する海
域の海底に、船舶を検出するための音波発信器および受
信器が設けられた検出装置を配置しておき、音波発信器
から発射(送信)された音波が船舶に反射して戻ってき
た音波を受信器にて受信し、このときの音波の送受信間
隔に海中での音速を掛け算することにより、音波発信器
から船舶までの距離を検出するものであった。
In the active system, a detection device provided with a sound wave transmitter and a receiver for detecting a ship is arranged on the sea floor in a sea area where the ship travels, and is emitted (transmitted) from the sound wave transmitter. The receiver receives the sound waves returned by the reflected sound waves from the ship and detects the distance from the sound wave transmitter to the ship by multiplying the sound wave transmission / reception interval at this time by the sound speed in the sea. Met.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上述したアクティブ方
式の装置によると、自ら音波を発信するとともに、所定
地域の海面に向けて設置する必要があるという問題があ
った。
However, according to the above-mentioned active system, there is a problem that it is necessary to transmit the sound wave by itself and to install the apparatus toward the sea surface in a predetermined area.

【0005】そこで、本発明は、自ら音波を発信するこ
となく、かつ設置を容易に行い得る航行物体までの距離
検出装置および距離検出方法を提供することを目的とす
る。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a distance detecting device and a distance detecting method to a navigation object which can be easily installed without transmitting a sound wave by itself.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の航行物体までの距離検出装置は、海面また
は海中を航行する航行物体から発される航走音を海面下
にて受信する音波受信器と、この音波受信器からの音波
信号に1回および2回微分を施して音波受信器に対して
航行物体が最も接近する地点を通過する第1通過時点お
よびこの最接近位置に対して45度方向の地点を通過す
る第2通過時点を検出する測定位置通過時点検出部と、
上記音波受信器からの音波信号を入力して所定時間毎に
音波信号の周波数スペクトル解析を行う周波数解析部
と、上記測定位置通過時点検出部からの第1および第2
通過時点並びに周波数解析部からの周波数スペクトル解
析結果をそれぞれ入力して、ドップラー効果により生じ
る周波数のずれ量を求めるとともに、このずれ量から第
2通過時点での航行物体の音波受信器方向での速度成分
を求めた後、この速度成分から航行物体の進行方向での
速度を検出する速度計算部と、上記2回微分された音波
波形の第1通過時点における値および上記速度計算部に
より求められた速度を入力して、最接近位置までの距離
を計算する距離計算部とから構成したものである。
In order to solve the above-mentioned problems, a distance detecting apparatus for a navigation object according to the present invention receives a traveling sound emitted from a navigation object traveling on the sea surface or under the sea below the sea surface. A sound wave receiver that performs the first and second differentiations on the sound wave signal from the sound wave receiver once and twice to pass through a point where the navigating object approaches the sound wave receiver closest to the sound wave receiver and to the closest position. A measurement position passing point detection unit that detects a second passing point passing through a point in the 45-degree direction,
A frequency analysis unit for inputting a sound wave signal from the sound wave receiver and performing a frequency spectrum analysis of the sound wave signal at predetermined time intervals; and first and second signals from the measurement position passing time point detection unit.
The passing time and the frequency spectrum analysis result from the frequency analysis unit are input, and the amount of frequency shift caused by the Doppler effect is obtained. After calculating the component, the velocity calculator detects the velocity of the navigating object in the traveling direction from the velocity component, the value at the first passage time point of the twice-differentiated sound wave waveform, and the velocity calculator. And a distance calculator for calculating the distance to the closest position by inputting the speed.

【0007】また、本発明の航行物体までの距離検出方
法は、海面または海中を航行する航行物体から発される
走行音を海面下に設けられた音波受信器により受信し、
この音波受信器からの音波信号に1回および2回微分を
施して、音波受信器に対して航行物体が最も接近する地
点を通過する第1通過時点およびこの最接近位置に対し
て45度方向の地点を通過する第2通過時点を検出し、
上記音波受信器からの音波信号を入力して所定間隔毎に
周波数スペクトル解析を行い、第1通過時点と第2通過
時点との周波数スペクトル解析結果からドップラー効果
により生じる周波数のずれ量を求め、このずれ量に基づ
き第2通過時点における航行物体の音波受信器方向での
速度成分を求めた後、この速度成分から航行物体の進行
方向での速度を検出し、次に上記2回微分された音波波
形の第1通過時点における2回微分値および上記速度計
算部で求められた速度に基づき、音波受信器から最接近
位置までの距離を検出する方法である。
In the method for detecting a distance to a navigation object according to the present invention, a traveling sound emitted from a navigation object traveling on the sea surface or in the sea is received by a sound wave receiver provided below the sea surface,
The sound wave signal from the sound wave receiver is differentiated once and twice to obtain a first passage time when the navigating object passes through a point closest to the sound wave receiver and a 45 ° direction with respect to the closest position. At the second passing point passing through the point
A sound wave signal from the sound wave receiver is input and frequency spectrum analysis is performed at predetermined intervals, and a frequency shift amount caused by the Doppler effect is obtained from a frequency spectrum analysis result between the first passage time point and the second passage time point. After determining the velocity component of the navigating object in the direction of the sound wave receiver at the second passage time based on the amount of deviation, the velocity in the traveling direction of the navigating object is detected from the velocity component, and then the sound wave differentiated twice This is a method for detecting the distance from the sound wave receiver to the closest position based on the second derivative of the waveform at the first passage time and the speed calculated by the speed calculator.

【0008】上記の各構成によると、海面または海中を
航行する航行物体からの航走音を音波受信器にて受信す
るとともに、異なる通過地点における両周波数のずれ量
を求め、そしてこのずれ量にドップラー効果の式を適用
することにより、航行物体の速度を検出するとともに、
この速度および第1通過時点における音波信号の2回微
分値を使用して、船舶までの距離を検出するようにした
ので、速度検出のための信号を出力する必要がなく、ま
たその検出方向についても全方位的である。
According to each of the above-mentioned configurations, the traveling sound from the navigation object traveling on the sea surface or in the sea is received by the sound wave receiver, and the difference between the two frequencies at the different passing points is obtained. By applying the Doppler effect formula, we detect the speed of the navigating object,
Since the distance to the vessel is detected by using the velocity and the second derivative of the sound wave signal at the first passage, there is no need to output a signal for velocity detection, and the detection direction is not required. Is also omnidirectional.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
る航行物体までの距離検出装置および距離検出方法を、
図1〜図4に基づき説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a distance detecting device and a distance detecting method to a navigation object in an embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIGS.

【0010】本実施の形態においては、航行物体とし
て、海面(水面も含む)を航行する船舶の場合について
説明する。本実施の形態における距離検出方式は、図1
に示すように、距離検出装置1の内、少なくとも音波受
信器(音響センサーの一例で、より具体的には、音圧セ
ンサーが用いられる)11を所定海域の海底に設置して
おき、船舶2がこの海域を航行する際に、船舶2から発
される航走音の音波を受信して、航行している船舶2の
速度を検出し、そしてこの速度を所定の計算式に代入し
て、最接近位置における船舶までの距離を検出するもの
である。
In the present embodiment, a case will be described in which the navigating object is a ship navigating on the sea surface (including the water surface). The distance detection method in the present embodiment is shown in FIG.
As shown in FIG. 1, at least a sound wave receiver (an example of an acoustic sensor, more specifically, a sound pressure sensor is used) 11 in the distance detecting device 1 is installed on the seabed in a predetermined sea area, and the ship 2 When navigating this sea area, it receives the sound wave of the running sound emitted from the ship 2, detects the speed of the navigating ship 2, and substitutes this speed into a predetermined calculation formula. It detects the distance to the ship at the closest position.

【0011】まず、距離検出装置の構成および距離検出
の原理について説明する。図2に示すように、この距離
検出装置1は、海底(または、海中)に設置されて海面
を航行する船舶2から発される航走音などの音波を受信
する音波受信器11と、この音波受信器11で受信され
た音波信号(音圧信号)を増幅器12で増幅した後入力
するとともに所定の演算を行い、船舶2の速度およびこ
の速度に基づき船舶2までの距離を検出する演算処理部
(ディジタルシグナルプロセッサー、マイクロコンピュ
ータなどから構成されている)13と、例えば陸上に設
けられた基地局などのその検出速度を送信する送信部1
4とから構成されている。
First, the configuration of the distance detection device and the principle of distance detection will be described. As shown in FIG. 2, the distance detecting device 1 includes a sound wave receiver 11 that is installed on the sea floor (or under the sea) and receives sound waves such as a running sound emitted from a ship 2 that sails on the sea surface. A sound wave signal (sound pressure signal) received by the sound wave receiver 11 is amplified by the amplifier 12 and then input, and a predetermined calculation is performed. The calculation processing detects the speed of the ship 2 and the distance to the ship 2 based on the speed. (A digital signal processor, a microcomputer, etc.) 13 and a transmission unit 1 for transmitting its detection speed, for example, a base station provided on land.
And 4.

【0012】上記演算処理部13は、増幅器12で増幅
された音波信号を入力して、音波受信器11に対して予
め設定された2個所の測定位置を船舶が通過した時点を
検出する測定位置通過時点検出部21と、同じく上記増
幅器12からの音波信号を入力して、音波信号の周波数
スペクトル解析(FET解析)を行う周波数解析部22
と、上記測定位置通過時点検出部21からの通過時点お
よび周波数解析部22からの解析結果を入力して、ドッ
プラー効果を利用して船舶2の速度を計算する速度計算
部23と、音波受信器12からの音波信号を2回微分
(この構成については後述する)して得られた値の内、
第1通過時点における2回微分値を検出する微分値検出
部24と、上記速度計算部23で求められた速度とこの
微分値検出部24で求められた2回微分値とに基づき所
定の計算を行い、船舶2までの距離を計算する距離計算
部25とから構成されている。
The arithmetic processing unit 13 inputs the sound wave signal amplified by the amplifier 12 and detects a time point at which the ship has passed two predetermined measurement positions with respect to the sound wave receiver 11. A passing point detecting unit 21 and a frequency analyzing unit 22 that receives a sound wave signal from the amplifier 12 and performs a frequency spectrum analysis (FET analysis) of the sound wave signal.
A speed calculator 23 that inputs the passing time from the measuring position passing time detector 21 and the analysis result from the frequency analyzer 22 to calculate the speed of the ship 2 using the Doppler effect; Among the values obtained by differentiating the sound signal from the second time twice (this configuration will be described later),
A differential value detecting section 24 for detecting a second differential value at the first passage point; a predetermined calculation based on the speed obtained by the speed calculating section 23 and the second differential value obtained by the differential value detecting section 24; And a distance calculation unit 25 that calculates the distance to the ship 2.

【0013】上記測定位置通過時点検出部21は、増幅
された音波信号から必要な帯域分を取り出すバンドパス
フィルタ(またはローパスフィルタ)などのフィルタ部
31と、この帯域で取り出された音波信号から所定の信
号波形を取り出す検波回路部32と、この取り出された
信号波形を微分する第1微分回路部33と、この第1微
分回路部33で微分された信号波形をさらに微分する第
2微分回路部34と、上記第1微分回路部33で得られ
た1回微分による信号波形のゼロ点を求める第1通過時
点検出部35と、上記第2微分回路部34で得られた2
回微分による信号波形のゼロ点を求める第2通過時点検
出部35とから構成されている。
The measuring position passing point detecting unit 21 includes a filter unit 31 such as a band-pass filter (or a low-pass filter) for extracting a necessary band from the amplified sound signal, and a predetermined signal from the sound signal extracted in this band. , A first differentiating circuit 33 for differentiating the extracted signal waveform, and a second differentiating circuit for further differentiating the signal waveform differentiated by the first differential circuit 33 34, a first passage time point detecting unit 35 for obtaining a zero point of the signal waveform by the first differentiation obtained by the first differentiating circuit unit 33, and a 2nd point obtained by the second differentiating circuit unit 34.
And a second passage time point detection unit 35 for obtaining a zero point of the signal waveform by the differential.

【0014】ここで、上記1回微分および2回微分によ
り、船舶2の通過時点、すなわち2つの測定対象位置を
決定した理由について説明する。上述したように、船舶
2の速度をドップラー効果を用いて検出するように説明
したが、この場合、まず所定速度で航行する船舶2の音
波信号を異なる2個所で測定して得られた両周波数のず
れ量(以下、シフト量という)を求め、次にこのシフト
量をドップラー効果の式に適用して、真の(進行方向で
の)船舶2の速度を求めるのであるが、このドップラー
効果の式を適用する際に、シフトが生じていない基本周
波数を知る必要がある。このため、船舶2が音波受信器
11に最も接近した位置(最接近位置)Aを通過した時
点の周波数を検出することにより、基本周波数を知るこ
とができる。
Here, a description will be given of the reason why the time point of passing through the vessel 2, that is, two positions to be measured is determined by the above-described first and second differentiations. As described above, it has been described that the speed of the ship 2 is detected by using the Doppler effect. In this case, the two frequencies obtained by measuring the sound wave signal of the ship 2 traveling at a predetermined speed at two different places are obtained. (Hereinafter referred to as shift amount), and then applying this shift amount to the equation of the Doppler effect to determine the true speed (in the traveling direction) of the ship 2. When applying the formula, it is necessary to know the fundamental frequency where no shift has occurred. For this reason, the fundamental frequency can be known by detecting the frequency at the time when the ship 2 passes through the position A (the closest position) A closest to the sound wave receiver 11.

【0015】すなわち、この基本周波数は音波受信器1
1にて測定した音圧レベルが最も高い(強い)時点にお
ける周波数であり、この音圧レベルが最も高い位置は、
音波信号(音圧レベル信号)を1回微分したとき、その
値がゼロとなるときである。
That is, the fundamental frequency is equal to the sound wave receiver 1
The frequency at the time when the sound pressure level measured at 1 is the highest (strongest), and the position where the sound pressure level is the highest is
When the sound wave signal (sound pressure level signal) is differentiated once, the value becomes zero.

【0016】次に、2回微分をする理由であるが、ドッ
プラー効果により求められた船舶2の速度は、船舶2に
おける速度の内、音波受信器11に対する速度成分であ
り、この速度成分から船舶2の進行方向での真の速度を
求める必要がある。このため、この速度成分の方向と進
行方向との交差角θを知る必要がある(図4参照)。
Next, for the reason of performing the second differentiation, the speed of the ship 2 obtained by the Doppler effect is a speed component of the sound wave receiver 11 out of the speed of the ship 2, and the speed component is calculated based on the speed component. It is necessary to find the true speed in the two traveling directions. Therefore, it is necessary to know the intersection angle θ between the direction of the velocity component and the traveling direction (see FIG. 4).

【0017】この交差角θを、単に、船舶2から受信し
た音波信号から知ろうとすると、2回微分することによ
り、音圧レベルの変化点、すなわち交差角θが45度で
ある地点を容易に知り得るからである。
If the intersection angle θ is simply to be known from the sound wave signal received from the ship 2, the point of change of the sound pressure level, that is, the point where the intersection angle θ is 45 degrees can be easily obtained by differentiating twice. Because you can know.

【0018】以下、上記事項を具体的に説明する。図1
に示すように、海底に設置された速度検出装置1の音波
受信器11の位置を、三次元座標系(X,Y,Z)での
原点(0,0,0)とするとともに、航行する船舶2の
三次元座標を(x,y,z)とすると、船舶2と音波受
信器11との相対距離(直線距離)rは、下記の(1)
式にて表わされる。なお、(1)式を変形して、船舶2
と音波受信器11との最接近距離dで表わすと、(2)
式のようになる。
Hereinafter, the above items will be specifically described. FIG.
As shown in the figure, the position of the sound wave receiver 11 of the speed detecting device 1 installed on the sea floor is set to the origin (0, 0, 0) in the three-dimensional coordinate system (X, Y, Z), and the vehicle travels. Assuming that the three-dimensional coordinates of the ship 2 are (x, y, z), the relative distance (linear distance) r between the ship 2 and the acoustic wave receiver 11 is given by the following (1).
It is represented by the formula. It should be noted that, by transforming equation (1), the ship 2
And the closest approach distance d between the sound wave receiver 11 and
It looks like an expression.

【0019】[0019]

【数1】 (Equation 1)

【0020】また、船舶2から発される音波の受波レベ
ルの距離減衰に関しては、下記の(3)式が成立する。 RL=SL−TL・・・(3) (3)式中、RL:音波受信器での受波レベル(dB) SL:船舶からの音の送波レベル(dB) TL:伝搬損失(dB)で、TL=20logrである。
The following equation (3) holds for the distance attenuation of the reception level of the sound wave emitted from the ship 2. RL = SL-TL (3) In the equation (3), RL: reception level at a sound wave receiver (dB) SL: transmission level of sound from a ship (dB) TL: propagation loss (dB) And TL = 20 logr.

【0021】上記(3)式に、x=vt[vは船舶2の
速度を示し、tは船舶2の現在位置(検出位置)Bから
水中局11に対する最接近位置Aまでの所要時間を示
す。]を代入して変形すると、下記(4)式のようにな
る。
In the above equation (3), x = vt [v indicates the speed of the ship 2, and t indicates the time required from the current position (detection position) B of the ship 2 to the closest position A to the underwater station 11. . ] Is substituted and transformed, the following equation (4) is obtained.

【0022】[0022]

【数2】 (Equation 2)

【0023】上記(4)式を1回微分すると、下記
(5)式となり、さらに微分して2回微分を行うと、下
記(6)式となる。
The following equation (5) is obtained by differentiating the above equation (4) once, and the following equation (6) is obtained by differentiating it twice.

【0024】[0024]

【数3】 (Equation 3)

【0025】そして、上記2回微分した(6)式の値が
ゼロとなるようにする。すなわち、分子[(vt)2
2]の値がゼロとなる条件は、vtとdとが等しいと
きであり、このことは、船舶2の現在位置Bと船舶2の
最接近位置Aとの交差角θが45度であることを示して
いる。
Then, the value of the equation (6) differentiated twice is set to zero. That is, the molecule [(vt) 2
The condition that the value of d 2 ] becomes zero is when vt and d are equal, which means that the intersection angle θ between the current position B of the ship 2 and the closest position A of the ship 2 is 45 degrees. It is shown that.

【0026】次に、上記周波数解析部22は、周波数ス
ペクトル解析の対象となる帯域(例えば、1000〜1
030Hz)だけを抽出するための周波数変換部41
と、この帯域における音波信号をA/D変換するA/D
変換部42と、このA/D変換部42で変換された信号
の周波数スペクトル解析(FET解析)を行う解析部4
3と、所定時間毎の解析結果を記録する解析結果記録部
44とから構成されている。
Next, the frequency analysis unit 22 determines a band (for example, 1000 to 1) to be subjected to frequency spectrum analysis.
030 Hz) only.
And A / D for A / D converting a sound wave signal in this band.
A conversion unit 42 and an analysis unit 4 that performs frequency spectrum analysis (FET analysis) of the signal converted by the A / D conversion unit 42
3 and an analysis result recording unit 44 that records the analysis results at predetermined time intervals.

【0027】上記解析部43では、所定時間毎に周波数
スペクトル解析が行われ、それぞれの解析結果が解析結
果記録部44にて記録保持される。そして、速度計算部
23では、解析結果記録部44からの解析結果が入力さ
れるとともに、上記各通過時点検出部35,36で得ら
れた通過時点すなわち通過時刻が入力されて、図3に示
すように、速度の計算に必要な測定位置(A,B)に応
じて、すなわち基本周波数を示している基本スペクトラ
ムf0および交差角θが45度の時のシフトスペクトラ
ムfDに基づき、両測定位置におけるスペクトラムのシ
フト量FDが求められる。
The analysis section 43 performs frequency spectrum analysis at predetermined time intervals, and each analysis result is recorded and held in the analysis result recording section 44. Then, the speed calculation unit 23 receives the analysis result from the analysis result recording unit 44 and the passage time, that is, the passage time obtained by the passage time detection units 35 and 36, and inputs the analysis result as shown in FIG. As described above, the two measurements are performed in accordance with the measurement positions (A, B) necessary for calculating the velocity, that is, based on the basic spectrum f 0 indicating the fundamental frequency and the shift spectrum f D when the intersection angle θ is 45 degrees. shift amount F D spectrum is determined at the position.

【0028】以下、シフト量FDに基づき船舶2の音波
受信器11方向での速度vrを求める手順を説明する。
ドップラー効果の基本式から、下記(7)式が求まる。
[0028] Hereinafter, a procedure for obtaining the velocity v r of the shift amount F wave receiver 11 direction of the boat 2 on the basis of D.
The following equation (7) is obtained from the basic equation of the Doppler effect.

【0029】 fD={c/(c−vr)}×f0・・・(7) 但し、cは音速を表わす。ここで、シフト量FDは下記
(8)式にて表わされる。
[0029] f D = {c / (c -v r)} × f 0 ··· (7) where, c is represent sound. Here, the shift amount F D is expressed by the following equation (8).

【0030】FD=fD−f0・・・(8) 上記(8)式に(7)式を代入すると、シフト量F
Dは、下記(9)式で表わされる。
F D = f D −f 0 (8) By substituting equation (7) into equation (8), the shift amount F
D is represented by the following equation (9).

【0031】 FD={c/(c−vr)}×f0−f0 ={vr/(c−vr)}×f0・・・(9) 上記(9)式を変形して、vrを求めると、下記(1
0)式のようになる。
F D = {c / (c−v r )} × f 0 −f 0 = {v r / (c−v r )} × f 0 (9) The above equation (9) is modified. Then, when v r is obtained, the following (1)
Equation (0) is obtained.

【0032】 vr=FD×c/(FD+f0) =(FD×c)/fD・・・(10) 上記(10)式より、vrが求められると、下記(1
1)式により、船舶2の進行方向での速度vが求められ
る。
V r = F D × c / (F D + f 0 ) = (F D × c) / f D (10) When v r is obtained from the above equation (10), the following equation (1) is obtained.
The velocity v in the traveling direction of the boat 2 is obtained from the equation 1).

【0033】v=vr/sinθ・・・(11) また、上記微分値検出部24においては、音波信号を2
回微分した波形信号の値の内、第1通過時点Aにおける
2回微分値(値が正の場合には最大値、値が負の場合に
は最小値である)(−H)および速度計算部23で求め
られた速度vに基づき、船舶3までの最接近距離(最短
距離)dが計算される。
[0033] v = v r / sinθ addition (11), in the differential value detecting section 24, a sound signal 2
Of the twice-differentiated waveform signal values, the twice-differentiated value at the first passing time point A (the maximum value when the value is positive, the minimum value when the value is negative) (-H) and the velocity calculation Based on the speed v obtained by the unit 23, a closest approach distance (shortest distance) d to the ship 3 is calculated.

【0034】以下、この計算手順について説明する。こ
の計算においては、上記受波レベルを示す(3)式を2
回微分して得られた(6)式を使用する。
Hereinafter, the calculation procedure will be described. In this calculation, the equation (3) indicating the received wave level is expressed by 2
The equation (6) obtained by performing the differential is used.

【0035】すなわち、最接近位置Aにおける船舶2の
位置(t=0の時)を求めるため、(6)式にt=0を
代入すると、下記(12)式が得られる。
That is, when t = 0 is substituted into the equation (6) to find the position of the ship 2 at the closest approach position A (when t = 0), the following equation (12) is obtained.

【0036】[0036]

【数4】 (Equation 4)

【0037】ところで、t=0の時の上記(12)式の
左辺の値は−Hであるため、下記(13)式が成立す
る。(13)式を変形して、dを求めると、下記(1
4)式のようになる。
By the way, since the value on the left side of the above equation (12) when t = 0 is -H, the following equation (13) is established. When the equation (13) is transformed to obtain d, the following (1) is obtained.
Equation 4) is obtained.

【0038】[0038]

【数5】 (Equation 5)

【0039】次に、上記距離検出装置により、船舶まで
の最接近距離(最短距離)の検出方法を概略的に説明す
る。まず、音波受信器11にて海面を航行する船舶2の
航走音の音波を受信する。
Next, a method of detecting the closest approach distance (shortest distance) to a ship by the above distance detecting device will be schematically described. First, the sound wave receiver 11 receives the sound wave of the traveling sound of the ship 2 sailing on the sea surface.

【0040】この受信された音波信号は増幅器12で増
幅された後、測定位置通過時点検出部21に入力され、
ここで1回微分および2回微分が施されて、音波受信器
11からの最接近位置Aおよび45度位置Bを通過した
時刻が検出される。
The received sound wave signal is amplified by the amplifier 12, and then input to the measuring position passing point detecting unit 21.
Here, once and twice differentiation is performed, and the time when the sound wave has passed the closest position A and the 45 degree position B from the sound wave receiver 11 is detected.

【0041】一方、増幅器12で増幅された音波信号
は、測定位置通過時点検出部21と並列に、周波数解析
部22に入力され、ここで所定時間毎の周波数スペクト
ラムが求められる。
On the other hand, the sound wave signal amplified by the amplifier 12 is input to the frequency analysis unit 22 in parallel with the measurement position passage time point detection unit 21, where the frequency spectrum at every predetermined time is obtained.

【0042】そして、測定位置通過時点検出部21にお
ける第1および第2通過時点検出部35,36で得られ
た最接近位置Aおよび45度位置Bの各通過時刻および
周波数解析部22での解析結果が速度計算部23に入力
される。
Then, the passing time of the closest approach position A and the 45 ° position B obtained by the first and second passing time detecting units 35 and 36 in the measuring position passing time detecting unit 21 and the analysis by the frequency analyzing unit 22 are performed. The result is input to the speed calculator 23.

【0043】ここでは、図3に示すように、各位置A,
Bでの各通過時刻に対応する周波数スペクトラムを示す
グラフから周波数のシフト量FDが求められた後、上記
(10)式に基づき、音波受信器11方向での速度成分
rが求められ、さらに(11)式から、進行方向での
船舶2の真の速度vが求められる。
Here, as shown in FIG. 3, each position A,
After the shift amount F D of the frequency from the graph showing the corresponding frequency spectrum to the passage time at B is determined, on the basis of the (10) equation, the velocity component v r in the wave receiver 11 direction is determined, Further, the true velocity v of the boat 2 in the traveling direction is obtained from the equation (11).

【0044】次に、上記第2微分回路部34で求められ
た値が微分値検出部24に入力され、ここで第1通過時
点Aにおける2回微分値である最小値(−H)が求めら
れる。
Next, the value obtained by the second differentiating circuit section 34 is input to the differential value detecting section 24, where the minimum value (-H) which is the second differential value at the first passing time point A is obtained. Can be

【0045】そして、上記船舶2の速度vおよび最小値
(−H)が距離計算部25に入力されて、船舶2の最接
近位置Aまでの距離、すなわち最短距離dが計算され
る。なお、この求められた最短距離dは送信部14を介
して陸上の基地局に送られ、例えばモニターなどに表示
される。
Then, the speed v and the minimum value (-H) of the ship 2 are input to the distance calculator 25, and the distance to the closest position A of the ship 2, that is, the shortest distance d is calculated. The obtained shortest distance d is transmitted to a land-based base station via the transmission unit 14, and displayed on a monitor, for example.

【0046】このように、海面を航行する船舶からの航
走音を音波受信器にて受信するとともに、異なる通過地
点における両周波数のシフト量を求め、そしてこのシフ
ト量にドップラー効果の式を適用して、船舶の速度を検
出するとともに、音波信号の2回微分値を使用して、船
舶までの最短距離を検出するようにしたので、従来のよ
うに、距離検出装置側からわざわざ検出用信号を出力す
る必要がないとともに、その検出方向については無指向
性であるため、方位角検出器を使用するものに比べて、
その設置を極めて容易に行うことができる。
As described above, the traveling sound from the ship traveling on the sea surface is received by the sound wave receiver, the shift amount of both frequencies at different passing points is obtained, and the Doppler effect equation is applied to the shift amount. Then, while detecting the speed of the ship, and using the second derivative of the sound wave signal to detect the shortest distance to the ship, as in the prior art, the detection signal from the distance detection device side. It is not necessary to output, and the detection direction is omnidirectional, so compared to those using an azimuth detector,
The installation can be performed very easily.

【0047】ところで、上記実施の形態においては、海
面上を航行する船舶までの距離を検出する場合について
説明したが、海中(水中も含む)を航行する物体例えば
潜水艦までの距離の検出にも適用することができる。
In the above embodiment, the case where the distance to a ship navigating on the sea surface is detected, but the present invention is also applied to the detection of the distance to an object navigating in the sea (including underwater) such as a submarine. can do.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のように本発明の距離検出装置およ
び距離検出方法によると、海面または海中を航行する航
行物体からの航走音を音波受信器にて受信するととも
に、異なる通過地点における両周波数のずれ量を求め、
そしてこのずれ量にドップラー効果の式を適用して航行
物体の速度を検出するとともに、この速度および第1通
過時点における音波信号の2回微分値を使用して、船舶
までの距離を検出するようにしたので、従来のように、
距離検出装置側から検出用信号を出力する必要がないと
ともに、その検出方向については無指向性であるため、
方位角検出器を使用するものに比べて、その設置を極め
て容易に行うことができる。
As described above, according to the distance detecting apparatus and the distance detecting method of the present invention, the traveling sound from the navigating object navigating on the sea surface or under the sea is received by the sound wave receiver, and at the same time, the traveling sound at the different passing points Find the frequency shift amount,
Then, the speed of the navigating object is detected by applying the formula of the Doppler effect to the deviation amount, and the distance to the ship is detected by using the speed and the second derivative of the sound wave signal at the first passage. So, as before,
It is not necessary to output a detection signal from the distance detection device side, and the detection direction is omnidirectional,
The installation can be performed very easily as compared with the one using an azimuth detector.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態における船舶と音波受信器
との配置状態を示す模式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an arrangement state of a ship and a sound wave receiver according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施の形態における距離検出装置の概略構成
を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a distance detection device according to the embodiment.

【図3】同距離検出装置の周波数解析部での周波数スペ
クトル解析結果を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a frequency spectrum analysis result in a frequency analysis unit of the distance detection device.

【図4】同距離検出装置の速度計算部での速度を求める
手順を説明する図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a procedure for obtaining a speed in a speed calculation unit of the distance detection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 距離検出装置 2 船舶 11 音波受信器 13 演算処理部 21 測定位置通過時点検出部 22 周波数解析部 23 速度計算部 24 微分最大値検出部 25 距離計算部 33 第1微分回路部 34 第2微分回路部 35 第1通過時点検出部 36 第2通過時点検出部 43 解析部 44 解析結果記録部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Distance detection device 2 Ship 11 Sound wave receiver 13 Arithmetic processing part 21 Detecting point at the time of passage of measurement position 22 Frequency analysis part 23 Speed calculation part 24 Differentiation maximum value detection part 25 Distance calculation part 33 First differentiation circuit part 34 Second differentiation circuit Unit 35 first passage time detection unit 36 second passage time detection unit 43 analysis unit 44 analysis result recording unit

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】海面または海中を航行する航行物体から発
される航走音を海面下にて受信する音波受信器と、この
音波受信器からの音波信号に1回および2回微分を施し
て音波受信器に対して航行物体が最も接近する地点を通
過する第1通過時点およびこの最接近位置に対して45
度方向の地点を通過する第2通過時点を検出する測定位
置通過時点検出部と、上記音波受信器からの音波信号を
入力して所定時間毎に音波信号の周波数スペクトル解析
を行う周波数解析部と、上記測定位置通過時点検出部か
らの第1および第2通過時点並びに周波数解析部からの
周波数スペクトル解析結果をそれぞれ入力して、ドップ
ラー効果により生じる周波数のずれ量を求めるととも
に、このずれ量から第2通過時点での航行物体の音波受
信器方向での速度成分を求めた後、この速度成分から航
行物体の進行方向での速度を検出する速度計算部と、上
記2回微分された音波波形の第1通過時点における2回
微分値および上記速度計算部により求められた速度を入
力して、最接近位置までの距離を計算する距離計算部と
から構成したことを特徴とする航行物体までの距離検出
装置。
1. A sound wave receiver for receiving a traveling sound emitted from a navigation object traveling on the sea surface or under the sea below the sea surface, and performing a first and second differentiation on a sound wave signal from the sound wave receiver. The first passage time when the navigation object passes through the point closest to the acoustic wave receiver and 45 degrees with respect to this closest position
A measurement position passage time point detection unit that detects a second passage time point passing through a point in the degree direction, a frequency analysis unit that inputs a sound wave signal from the sound wave receiver and performs a frequency spectrum analysis of the sound wave signal at predetermined time intervals. The first and second passage times from the measurement position passage time detection unit and the frequency spectrum analysis result from the frequency analysis unit are input to determine the frequency shift amount caused by the Doppler effect, and A velocity calculator for detecting a velocity component of the navigating object in the direction of the sound wave receiver at the time of the second passage, and detecting a velocity of the navigating object in the traveling direction from the velocity component; And a distance calculator for calculating the distance to the closest position by inputting the second derivative at the time of the first passage and the speed calculated by the speed calculator. Distance detecting device to sailing object to symptoms.
【請求項2】海面または海中を航行する航行物体から発
される走行音を海面下に設けられた音波受信器により受
信し、この音波受信器からの音波信号に1回および2回
微分を施して、音波受信器に対して航行物体が最も接近
する地点を通過する第1通過時点およびこの最接近位置
に対して45度方向の地点を通過する第2通過時点を検
出し、上記音波受信器からの音波信号を入力して所定間
隔毎に周波数スペクトル解析を行い、第1通過時点と第
2通過時点との周波数スペクトル解析結果からドップラ
ー効果により生じる周波数のずれ量を求め、このずれ量
に基づき第2通過時点における航行物体の音波受信器方
向での速度成分を求めた後、この速度成分から航行物体
の進行方向での速度を検出し、次に上記2回微分された
音波波形の第1通過時点における2回微分値および上記
速度計算部で求められた速度に基づき、音波受信器から
最接近位置までの距離を検出することを特徴とする航行
物体までの距離検出方法。
2. A traveling sound emitted from a navigation object traveling on the sea surface or in the sea is received by a sound wave receiver provided below the sea surface, and a sound wave signal from the sound wave receiver is differentiated once and twice. Detecting a first passage time point when the navigation object passes through a point closest to the sound wave receiver and a second passage time point passing through a point in a direction of 45 degrees with respect to the closest position. The frequency spectrum analysis is performed at a predetermined interval by inputting the sound wave signal from the input unit, and the frequency shift amount caused by the Doppler effect is obtained from the frequency spectrum analysis result between the first pass time point and the second pass time point. After obtaining the velocity component of the navigating object in the direction of the sound wave receiver at the time of the second passage, the velocity in the traveling direction of the navigating object is detected from the velocity component, and then the first of the twice differentiated sound wave waveform is obtained. Through Based on the rate determined by the second derivative values and the speed calculation unit at the time, the distance detection method to navigation object and detects the distance to the closest position from the wave receiver.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008256400A (en) * 2007-04-02 2008-10-23 Universal Shipbuilding Corp Method and device for estimating and detecting position of moving body etc. and program of method for estimating and detecting position of moving body etc.
CN101806615A (en) * 2010-03-31 2010-08-18 深圳市南方泰科软件技术有限公司 Acoustic speedometer
JP2019135472A (en) * 2018-02-05 2019-08-15 株式会社Ihi Velocity measurement system and velocity measurement method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008256400A (en) * 2007-04-02 2008-10-23 Universal Shipbuilding Corp Method and device for estimating and detecting position of moving body etc. and program of method for estimating and detecting position of moving body etc.
CN101806615A (en) * 2010-03-31 2010-08-18 深圳市南方泰科软件技术有限公司 Acoustic speedometer
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