JPS6336476B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6336476B2 JPS6336476B2 JP56152799A JP15279981A JPS6336476B2 JP S6336476 B2 JPS6336476 B2 JP S6336476B2 JP 56152799 A JP56152799 A JP 56152799A JP 15279981 A JP15279981 A JP 15279981A JP S6336476 B2 JPS6336476 B2 JP S6336476B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- coordinate system
- ship
- average value
- speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
- G01S15/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S15/60—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems wherein the transmitter and receiver are mounted on the moving object, e.g. for determining ground speed, drift angle, ground track
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ドプラ効果を利用した船舶用速度測
定装置に係り、特に船舶の前後方向もしくは左右
方向の速度成分を求める場合の処理方法の改善に
関する。
定装置に係り、特に船舶の前後方向もしくは左右
方向の速度成分を求める場合の処理方法の改善に
関する。
ドプラ効果を利用した船舶用速度測定装置は、
一般にドプラ・ソナーの名で広く使用されてい
る。この種の船舶用速度測定装置は、周知のよう
に、船舶より一定の俯角を有する超音波ビームを
発射し、この発射された超音波信号の周波数と反
射信号の周波数との間に、船速に比例したドプラ
周波数の変化が生じる事に依存して、船速を測定
するものである。従つて、通常この種の装置にお
いて、送受波器は船底部に固定されており、しか
も超音波ビーム発射方向は船首方向およびそれと
直交する左右方向（右舷方向又は左舷方向）に一
致し、しかも測定値の変動を軽減するため超音波
ビーム発射方向の速度成分に対して平均化処理を
行つて安定な船速を表示するよう構成されてい
る。
一般にドプラ・ソナーの名で広く使用されてい
る。この種の船舶用速度測定装置は、周知のよう
に、船舶より一定の俯角を有する超音波ビームを
発射し、この発射された超音波信号の周波数と反
射信号の周波数との間に、船速に比例したドプラ
周波数の変化が生じる事に依存して、船速を測定
するものである。従つて、通常この種の装置にお
いて、送受波器は船底部に固定されており、しか
も超音波ビーム発射方向は船首方向およびそれと
直交する左右方向（右舷方向又は左舷方向）に一
致し、しかも測定値の変動を軽減するため超音波
ビーム発射方向の速度成分に対して平均化処理を
行つて安定な船速を表示するよう構成されてい
る。
しかしながら、船舶のような質量の大きな物体
の荒天時における運動を考えた場合、船首方向
（超音波ビーム発射方向）の変動量は、その速度
ベクトル方向の変動量と一致しなくなるため、従
来の超音波ビーム発射方向の速度成分に対する平
均化処理を行う方式では誤差が生じる難点があ
る。
の荒天時における運動を考えた場合、船首方向
（超音波ビーム発射方向）の変動量は、その速度
ベクトル方向の変動量と一致しなくなるため、従
来の超音波ビーム発射方向の速度成分に対する平
均化処理を行う方式では誤差が生じる難点があ
る。
また、このような平均化処理を行う従来装置で
は、超音波ビーム発射方向の変化による速度成分
の変動と、ドプラ偏移周波数検出系に基づく速度
成分の変動との区別ができないため、それぞれ最
適な平均化処理時間を取ることができない。従つ
て、荒天時等に安定な船速を得ようとする場合、
超音波ビーム発射方向の変動周期よりも充分に長
い平均化処理時間が必要になり、このため船舶の
加速度に対する追従性を悪化させる欠点がある。
は、超音波ビーム発射方向の変化による速度成分
の変動と、ドプラ偏移周波数検出系に基づく速度
成分の変動との区別ができないため、それぞれ最
適な平均化処理時間を取ることができない。従つ
て、荒天時等に安定な船速を得ようとする場合、
超音波ビーム発射方向の変動周期よりも充分に長
い平均化処理時間が必要になり、このため船舶の
加速度に対する追従性を悪化させる欠点がある。
本発明は、前述した従来の船舶用速度測定装置
の問題点を全て克服すべく提案されたもので、そ
の目的とするところは、超音波ビーム発射方向の
速度成分を一旦緯度経度を基準とした絶対座標系
に座標変換し、この座標系にて平均化処理を行つ
た後、船首方向の平均化処理より求めた平均船首
方向を基準とする座標系に変換することにより、
船首方向（超音波ビーム発射方向）の変動量が速
度ベクトル方向の変動量と一致しない場合の誤差
を除き、併せて各平均化処理時間を独立して最適
化でき、加速度に対する追従性を損うことなく安
定した船速を表示し得るよう改善した船舶用速度
測定装置を提供するにある。
の問題点を全て克服すべく提案されたもので、そ
の目的とするところは、超音波ビーム発射方向の
速度成分を一旦緯度経度を基準とした絶対座標系
に座標変換し、この座標系にて平均化処理を行つ
た後、船首方向の平均化処理より求めた平均船首
方向を基準とする座標系に変換することにより、
船首方向（超音波ビーム発射方向）の変動量が速
度ベクトル方向の変動量と一致しない場合の誤差
を除き、併せて各平均化処理時間を独立して最適
化でき、加速度に対する追従性を損うことなく安
定した船速を表示し得るよう改善した船舶用速度
測定装置を提供するにある。
次に、本発明に係る船舶用速度測定装置の実施
例につき、添付図面を参照して説明する。
例につき、添付図面を参照して説明する。
第１図は、本発明装置の一実施例を示すブロツ
ク回路図である。第１図において、１は送信部、
２および３は送受切換部、４および５は送受波
器、６および７は受信部、８および９は周波数検
出部、１０は演算部、１１はジヤイロコンパスそ
して１２は表示部をそれぞれ示す。
ク回路図である。第１図において、１は送信部、
２および３は送受切換部、４および５は送受波
器、６および７は受信部、８および９は周波数検
出部、１０は演算部、１１はジヤイロコンパスそ
して１２は表示部をそれぞれ示す。
なお、第１図において、送受波器４は船首方向
に指向され、送受波器５は右舷方向に指向されて
いるものとする。
に指向され、送受波器５は右舷方向に指向されて
いるものとする。
次に、第１図に示す回路の動作について説明す
る。
る。
まず、送信部１で発生したパルス状の超音波信
号（超音波ビーム）は、送受切換部２，３を介し
て送受波器４，５よりそれぞれ船首方向と右舷方
向（又は左舷方向）とに水平面より一定の俯角を
持つて発射される。このように所定方向に発射さ
れた超音波信号は、水底もしくは水中より散乱反
射されると共に各方向の反射信号は送受波器４，
５で電気信号に変換された後、送受切換部２，３
を介して受信部６，７に入力される。受信部６，
７に入力された信号は、所定のレベルまで増幅さ
れ、周波数検出部８，９により各方向のドプラ偏
移周波数が検出され、この検出信号が演算部１０
へ導入される。一方、ジヤイロコンパス１１から
の船首方位角検出信号も同時に演算部１０へ取り
込まれる。
号（超音波ビーム）は、送受切換部２，３を介し
て送受波器４，５よりそれぞれ船首方向と右舷方
向（又は左舷方向）とに水平面より一定の俯角を
持つて発射される。このように所定方向に発射さ
れた超音波信号は、水底もしくは水中より散乱反
射されると共に各方向の反射信号は送受波器４，
５で電気信号に変換された後、送受切換部２，３
を介して受信部６，７に入力される。受信部６，
７に入力された信号は、所定のレベルまで増幅さ
れ、周波数検出部８，９により各方向のドプラ偏
移周波数が検出され、この検出信号が演算部１０
へ導入される。一方、ジヤイロコンパス１１から
の船首方位角検出信号も同時に演算部１０へ取り
込まれる。
第２図は、前記演算部１０における演算動作を
示す概念図である。すなわち、第２図において、
ｙは船首方向、ｘは右舷方向を示し、前後左右で
xy座標を構成する。また、Ｙは真北方向、Ｘは
真東方向を示し、東西南北でXY座標を構成す
る。さらに、Ｖは船舶の速度ベクトルを表わし、
Vxはｘ方向成分、Vyはｙ方向成分、VxはＸ方
向成分、VyはＹ方向成分をそれぞれ表わす。そ
して、Ｂは真北より船首方向角である。
示す概念図である。すなわち、第２図において、
ｙは船首方向、ｘは右舷方向を示し、前後左右で
xy座標を構成する。また、Ｙは真北方向、Ｘは
真東方向を示し、東西南北でXY座標を構成す
る。さらに、Ｖは船舶の速度ベクトルを表わし、
Vxはｘ方向成分、Vyはｙ方向成分、VxはＸ方
向成分、VyはＹ方向成分をそれぞれ表わす。そ
して、Ｂは真北より船首方向角である。
第３図は、第１図における演算部１０の具体的
構成を示す演算部回路図である。第３図におい
て、１０−１および１０−２は速度変換回路、１
０−３，１０−４，１０−５，１０−６，１０−
１１，１０−１２，１０−１３および１０−１４
は乗算回路、１０−７および１０−１６は加算回
路、１０−８および１０−１５は減算回路、１０
−９，１０−１０および１０−１９は平均化回
路、１０−１７および１０−２０はCos変換回
路、１０−１８および２１はSin変換回路をそれ
ぞれ示す。次に、第３図に示す演算部１０の回路
の動作について詳細に説明する。
構成を示す演算部回路図である。第３図におい
て、１０−１および１０−２は速度変換回路、１
０−３，１０−４，１０−５，１０−６，１０−
１１，１０−１２，１０−１３および１０−１４
は乗算回路、１０−７および１０−１６は加算回
路、１０−８および１０−１５は減算回路、１０
−９，１０−１０および１０−１９は平均化回
路、１０−１７および１０−２０はCos変換回
路、１０−１８および２１はSin変換回路をそれ
ぞれ示す。次に、第３図に示す演算部１０の回路
の動作について詳細に説明する。
まず、周波数検出部８および９から得られた船
首方向のドプラ偏移周波数fdyおよび右弦方向の
ドプラ偏移周波数fdxはそれぞれ速度変換回路１
０−２および１０−１に送られ、この速度変換回
路１０−２および１０−１によつて次式(1)および
(2)に示す演算を行い、前記VyおよびVxを算出す
る。
首方向のドプラ偏移周波数fdyおよび右弦方向の
ドプラ偏移周波数fdxはそれぞれ速度変換回路１
０−２および１０−１に送られ、この速度変換回
路１０−２および１０−１によつて次式(1)および
(2)に示す演算を行い、前記VyおよびVxを算出す
る。
Vy＝fdy・Ｃ／2fo cosθ ………(1)
Vx＝fdx・Ｃ／2fo cosθ ………(2)
但し、fo：送信周波数
Ｃ：水中の音速
θ：超音波ビームの俯角
一方、ジヤイロコンパス１１から得られた船首
方位角信号Ｂは、Cos変換回路１０−１７および
Sin変換回路１０−１８に送られてcosBおよび
sinBに変換される。このcosBおよびsinB信号は、
送記速度変換回路１０−２および１０−１から算
出されるVyおよびVxとともに乗算回路１０−
３，１０−４，１０−５および１０−６に加えら
れてそれぞれ乗算が行われる。各乗算回路１０−
３，１０−４，１０−５および１０−６からそれ
ぞれVxcosB，VxsinB，VycosBおよびVysinB
が算出される。VxcosBおよびVysinBは加算回
路１０−７に加えられ、この加算回路１０−７に
より次式(4)に示す演算を行つて前記Vxを算出し、
またVxsinBおよびVycosBは減算回路１０−８
に加えられ、この減算回路１０−８により次式(3)
に示す演算を行つて前記Vyを算出する。
方位角信号Ｂは、Cos変換回路１０−１７および
Sin変換回路１０−１８に送られてcosBおよび
sinBに変換される。このcosBおよびsinB信号は、
送記速度変換回路１０−２および１０−１から算
出されるVyおよびVxとともに乗算回路１０−
３，１０−４，１０−５および１０−６に加えら
れてそれぞれ乗算が行われる。各乗算回路１０−
３，１０−４，１０−５および１０−６からそれ
ぞれVxcosB，VxsinB，VycosBおよびVysinB
が算出される。VxcosBおよびVysinBは加算回
路１０−７に加えられ、この加算回路１０−７に
より次式(4)に示す演算を行つて前記Vxを算出し、
またVxsinBおよびVycosBは減算回路１０−８
に加えられ、この減算回路１０−８により次式(3)
に示す演算を行つて前記Vyを算出する。
Vy＝VycosB−VxsinB ………(3)
Vx＝VxcosB＋VysinB ………(4)
このようにして、(3)式および(4)式にしたがつて、
船首方位を基準とするxy座標系より緯度経度を
基準とするXY座標系に座標変換される。
船首方位を基準とするxy座標系より緯度経度を
基準とするXY座標系に座標変換される。
なお、前記式(3)、(4)においてVx、VyおよびＢ
は、第１図に示す回路における送信毎の測定値で
あるから、前記式(3)、(4)で算出されるVx、Vyに
は、船首方向の変動量と船舶の速度ベクトル方向
の変動量が一致しないことによる誤差は含まれて
いない。
は、第１図に示す回路における送信毎の測定値で
あるから、前記式(3)、(4)で算出されるVx、Vyに
は、船首方向の変動量と船舶の速度ベクトル方向
の変動量が一致しないことによる誤差は含まれて
いない。
次に、緯度経度を基準とするXY座標系での速
度成分VXおよびVYはそれぞれ平均化回路１０−
９および１０−１０に送られ、この平均化回路１
０−９および１０−１０によつて次式(8)および(7)
に示す演算を行つて前記VXおよびVYの平均値X
およびYが算出される。また、ジヤイロコンパ
ス１１から得られた船首方位角信号Ｂは、平均化
回路１０−１９に送られ、この平均化回路１０−
１９によつて次式(9)に示す演算を行つて船首方位
角信号Ｂの平均値が算出される。この平均値
は、Cos変換回路１０−２０およびSin変換回路
１０−２１に送られてcosおよびsinに変換さ
れ、前記平均化回路１０−９および１０−１０か
ら算出されるXおよびYとともに乗算回路１０
−１１，１０−１２，１０−１３および１０−１
４に加えられて、それぞれ乗算が行われる。各乗
算回路１０−１１，１０−１２，１０−１３およ
び１０−１４からそれぞれXcos、XSIN、
ＶYcosおよびYsinが算出される。Xcos
およびYsinは減算回路１０−１５に加えら
れ、この減算回路１０−１５により次式(6)に示す
演算を行つてｘ方向成分の平均値ｘを算出し、
またXsinおよびYcosは加算回路１０−１
６に加えられ、この加算回路１０−１６により次
式(5)に示す演算を行つてｙ方向成分の平均値ｙ
を算出する。
度成分VXおよびVYはそれぞれ平均化回路１０−
９および１０−１０に送られ、この平均化回路１
０−９および１０−１０によつて次式(8)および(7)
に示す演算を行つて前記VXおよびVYの平均値X
およびYが算出される。また、ジヤイロコンパ
ス１１から得られた船首方位角信号Ｂは、平均化
回路１０−１９に送られ、この平均化回路１０−
１９によつて次式(9)に示す演算を行つて船首方位
角信号Ｂの平均値が算出される。この平均値
は、Cos変換回路１０−２０およびSin変換回路
１０−２１に送られてcosおよびsinに変換さ
れ、前記平均化回路１０−９および１０−１０か
ら算出されるXおよびYとともに乗算回路１０
−１１，１０−１２，１０−１３および１０−１
４に加えられて、それぞれ乗算が行われる。各乗
算回路１０−１１，１０−１２，１０−１３およ
び１０−１４からそれぞれXcos、XSIN、
ＶYcosおよびYsinが算出される。Xcos
およびYsinは減算回路１０−１５に加えら
れ、この減算回路１０−１５により次式(6)に示す
演算を行つてｘ方向成分の平均値ｘを算出し、
またXsinおよびYcosは加算回路１０−１
６に加えられ、この加算回路１０−１６により次
式(5)に示す演算を行つてｙ方向成分の平均値ｙ
を算出する。
ｙ＝Ycos＋xsin ………(5)
ｘ＝xcos−ysin ………(6)
但し、
ｙ＝１／ＮΣVy ………(7)
ｘ＝１／ＮΣVx ………(8)
＝１／ＭΣB ………(9)
Ｎ、Ｍは平均化の定数
このようにして、(5)式および(6)式に基づく演算を
行つて、再び船首方位を基準とするxy座標系に
逆変換を行い、xy座標系の平均速度成分ｘお
よびｙを算出して表示部１２に送り表示する。
行つて、再び船首方位を基準とするxy座標系に
逆変換を行い、xy座標系の平均速度成分ｘお
よびｙを算出して表示部１２に送り表示する。
従つて、本発明によれば、前記式(5)〜(9)からも
明らかなように、船首方向の変動量が船舶の速度
ベクトル変動量と一致しない場合に誤差を除き、
併せて船首方向の変動により速度成分の変動を軽
減するための平均化処理時間Ｍと、ドプラ偏移周
波数検出系に基づく速度成分の変動を軽減するた
めの平均化処理時間Ｎとを独立に最適化できるた
め、加速度に対する追従性を損うことなく安定な
船速を測定することができる。
明らかなように、船首方向の変動量が船舶の速度
ベクトル変動量と一致しない場合に誤差を除き、
併せて船首方向の変動により速度成分の変動を軽
減するための平均化処理時間Ｍと、ドプラ偏移周
波数検出系に基づく速度成分の変動を軽減するた
めの平均化処理時間Ｎとを独立に最適化できるた
め、加速度に対する追従性を損うことなく安定な
船速を測定することができる。
前述した実施例から明らかなように、本発明に
よれば、演算部において前述したような演算処理
を行うことにより、船首方向の変動量が船舶の速
度ベクトル方向の変動量と一致しない場合の誤差
を除去し、また荒天時でも加速度に対する追従性
を悪化させることなく、安定な速度を測定するこ
とができ、この種装置の性能の向上と共に信頼性
を高めることができる。
よれば、演算部において前述したような演算処理
を行うことにより、船首方向の変動量が船舶の速
度ベクトル方向の変動量と一致しない場合の誤差
を除去し、また荒天時でも加速度に対する追従性
を悪化させることなく、安定な速度を測定するこ
とができ、この種装置の性能の向上と共に信頼性
を高めることができる。
なお、前述した実施例においては、超音波ビー
ムの発射方向が船首方向と右舷方向とに指向され
ている場合について説明したが、超音波ビームの
発射方向を変更しても前記実施例と同様の効果が
得られることは勿論である。また、前後左右方向
に超音波ビームを発射する場合（JANUS方式）
にも、本発明装置を応用し得ることは勿論であ
る。
ムの発射方向が船首方向と右舷方向とに指向され
ている場合について説明したが、超音波ビームの
発射方向を変更しても前記実施例と同様の効果が
得られることは勿論である。また、前後左右方向
に超音波ビームを発射する場合（JANUS方式）
にも、本発明装置を応用し得ることは勿論であ
る。
第１図は本発明に係る船舶用速度測定装置の一
実施例を示すブロツク回路図、第２図は第１図に
示す回路の動作を示す概念図、第３図は演算部１
０の具体的構成を示す演算部回路図である。 １……送信部、２，３……送受切換部、４，５
……送受波器、６，７……受信部、８，９……周
波数検出部、１０……演算部、１１……ジヤイロ
コンパス、１２……表示部、１０−１，１０−２
……速度変換回路、１０−３，１０−４，１０−
５，１０−６，１０−１１，１０−１２，１０−
１３，１０−１４……乗算回路、１０−７，１０
−１６……加算回路、１０−８，１０−１５……
減算回路、１０−９，１０−１０，１０−１９…
…平均化回路、１０−１７，１０−２０……Cos
変換回路、１０−１８，１０−２１……Sin変換
回路。
実施例を示すブロツク回路図、第２図は第１図に
示す回路の動作を示す概念図、第３図は演算部１
０の具体的構成を示す演算部回路図である。 １……送信部、２，３……送受切換部、４，５
……送受波器、６，７……受信部、８，９……周
波数検出部、１０……演算部、１１……ジヤイロ
コンパス、１２……表示部、１０−１，１０−２
……速度変換回路、１０−３，１０−４，１０−
５，１０−６，１０−１１，１０−１２，１０−
１３，１０−１４……乗算回路、１０−７，１０
−１６……加算回路、１０−８，１０−１５……
減算回路、１０−９，１０−１０，１０−１９…
…平均化回路、１０−１７，１０−２０……Cos
変換回路、１０−１８，１０−２１……Sin変換
回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 船舶より船首方向と右舷方向（または左舷方
向）に一定の俯角を有する超音波ビームを発射し
てドプラ効果により船速を測定するよう構成した
船舶用速度測定装置において、反射信号のドプラ
偏移周波数を速度成分に変換し得られる超音波ビ
ーム発射方向の速度成分を、緯度経度を基準とし
た絶対座標系に座標変換する回路と、この座標系
にて平均化処理を行う回路と、再度超音波ビーム
発射方向を基準とする座標系に座標変換する回路
とを有する演算部を設けたことを特徴とする船舶
用速度測定装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の演算部を、反射
信号のドプラ偏移周波数を超音波ビーム発射方向
の速度成分に変換する回路と、船首方位角信号を
正弦および余弦関数に変換する回路と、前記超音
波ビーム発射方向の速度成分と前記正弦および余
弦関数とから前記超音波ビーム発射方向の速度成
分を、緯度経度を基準とする絶対座標系に座標変
換する回路と、前記絶対座標系の速度成分の平均
値を算出する回路と、前記船首方位角信号の平均
値を算出する回路と、該船首方位角信号の平均値
を正弦および余弦関数に変換する回路と、前記絶
対座標系の速度成分の平均値と前記船首方位角信
号の平均値の正弦および余弦関数とから、前記絶
対座標系の速度成分の平均値を船首方位角の平均
値を基準とする座標系に座標変換する回路とから
構成したことを特徴とする船舶用速度測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56152799A JPS5853783A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | 船舶用速度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56152799A JPS5853783A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | 船舶用速度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5853783A JPS5853783A (ja) | 1983-03-30 |
| JPS6336476B2 true JPS6336476B2 (ja) | 1988-07-20 |
Family
ID=15548399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56152799A Granted JPS5853783A (ja) | 1981-09-26 | 1981-09-26 | 船舶用速度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5853783A (ja) |
-
1981
- 1981-09-26 JP JP56152799A patent/JPS5853783A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5853783A (ja) | 1983-03-30 |
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