JP2837484B2 - Doppler speed detector - Google Patents

Doppler speed detector

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JP2837484B2
JP2837484B2 JP1215390A JP1215390A JP2837484B2 JP 2837484 B2 JP2837484 B2 JP 2837484B2 JP 1215390 A JP1215390 A JP 1215390A JP 1215390 A JP1215390 A JP 1215390A JP 2837484 B2 JP2837484 B2 JP 2837484B2
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flop
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frequency
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真次 石原
繁 青山
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Furuno Electric Co Ltd
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この発明は、水中を伝播する超音波に生じたドップラ
ー効果から潮流等の速度を検出する装置に関する。
The present invention relates to an apparatus for detecting the velocity of a tidal current or the like from the Doppler effect generated in ultrasonic waves propagating in water.

【従来の技術】[Prior art]

船底に取り付けた送受波器から超音波を発射し、これ
により、プランクトンや微小なゴミ等の水中の浮遊物あ
るいは海底から得られるエコー信号は、ドップラー効果
によりドップラーシフト周波数を有しており、このドッ
プラーシフト周波数を測定することにより、潮流速度あ
るいは当該船の船速を求めることができる。 例えば、船速を求める場合には、第3図に示すよう
に、送受波器から斜め下方向(角度θ)に超音波(周波
数f0)を発射すると、海底からのエコー信号の持つドッ
プラーシフト周波数fdは、 fd≒2V・f0・cosθ/c となる。ここで、Vは船速、cは音速である。従って、
V≒c・fd/(2f0・cosθ)の式から船速Vを求めるこ
とができる。そのためには、エコー信号からドップラー
シフト周波数fdを検出する必要があり、その手法として
次の3つ方式が考えられる。 周波数追尾方式 測定装置内に可変周波数発振器を持ち、エコー信号の
周波数との差が0となるよう制御し、このとき変化させ
た周波数からエコー信号の周波数を求める方式。 この方式では、発振器は、PLL方式等を採用した複雑
な回路構成となり、又、周波数追尾速度や範囲に制限が
あり、送受信1回のエコー信号で精度良くドップラーシ
フト周波数を求めるのは困難である。 パルス計数方式 第4図に示すように、t0からt1までのある測定時間を
設定し、この時間内に検出したエコー信号のパルス数を
カウントする方式であり、周波数は、1秒間の波数(パ
ルス数)で示されることから、測定時間をΔt、この間
にカウントしたパルス数をnとすれば、n/Δtからドッ
プラーシフト周波数を求めることができる。 但し、精度の高い周波数検出を行うためには、測定時
間を長くとる必要があり、このことは、時刻t0からt1
対応する測定層厚(第3図図示)を大きくすることにな
り、深度方向の分解能が悪くなる結果、所望の深度から
のドップラーシフト周波数の測定が困難となる。 周期検出方式 の方式とは逆にエコー信号の所定数nパルス分をカ
ウントするのに要した時間Δtを求めることにより、エ
コー信号の1パルス当たりの平均周期T(=Δt/n)を
算出し、この逆数(1/T)からドップラーシフト周波数
を求める方式であり、この方式は、第5図に示したごと
く、エコー信号の周波数に比して極めて高い周波数の計
数クロックにてnパルス分のエコー信号の検出時間を測
定するため、の方式よりも高精度にドップラーシフト
周波数を求めることが可能である。 しかし、プランクトン等の水塊で反射されるエコー信
号は非常に微弱であり、S/N比もあまり良くないのが普
通であり、それ故、カウントしていたパルスが途切れた
場合には測定時間が長引き、又、エコー信号に含まれる
雑音等の影響で異常な周波数(周期)を持つパルスが含
まれ、この異常パルスをカウントしたときは測定時間が
大きく変動し、検出するドップラーシフト周波数の精度
が低下する。更にはの方式で述べたように所望の深度
のエコーを正確に限定できなくなる(第3図における時
刻t1が変化する)という問題点がある。
Ultrasonic waves are emitted from a transducer attached to the bottom of the ship, and thereby, echo signals obtained from underwater floating substances such as plankton and fine dust or the sea floor have a Doppler shift frequency due to the Doppler effect. By measuring the Doppler shift frequency, the tidal speed or the speed of the ship can be obtained. For example, in order to determine the ship speed, as shown in FIG. 3, when an ultrasonic wave (frequency f 0 ) is emitted obliquely downward (angle θ) from the transducer, the Doppler shift of the echo signal from the sea floor is obtained. The frequency fd is fd ≒ 2V · f 0 · cos θ / c. Here, V is the ship speed, and c is the sound speed. Therefore,
The boat speed V can be obtained from the equation V ≒ c · fd / (2f 0 · cos θ). For that purpose, it is necessary to detect the Doppler shift frequency fd from the echo signal, and the following three methods can be considered as the method. Frequency tracking method A method in which a variable frequency oscillator is provided in the measuring device and the difference from the frequency of the echo signal is controlled to be 0, and the frequency of the echo signal is obtained from the frequency changed at this time. In this system, the oscillator has a complicated circuit configuration employing a PLL system and the like, and the frequency tracking speed and range are limited, so that it is difficult to accurately obtain the Doppler shift frequency with one echo signal of transmission and reception. . As shown in Figure 4 pulse counting method, sets the measurement time with up to t 1 from t 0, is a method for counting the number of pulses of the detected echo signal within this time, the frequency of one second wavenumber Since the measurement time is Δt and the number of pulses counted during this time is n, the Doppler shift frequency can be obtained from n / Δt. However, in order to perform accurate frequency detection, it is necessary to take the measurement time longer, this measuring layer thickness corresponding to t 1 from the time t 0 will be increased (FIG. 3 shown) As a result, the resolution in the depth direction deteriorates, so that it becomes difficult to measure the Doppler shift frequency from a desired depth. Contrary to the period detection method, an average period T (= Δt / n) per one pulse of the echo signal is calculated by obtaining a time Δt required to count a predetermined number of n pulses of the echo signal. In this method, the Doppler shift frequency is obtained from the reciprocal (1 / T). As shown in FIG. 5, this method uses a counting clock having a frequency extremely higher than the frequency of the echo signal for n pulses. Since the detection time of the echo signal is measured, it is possible to obtain the Doppler shift frequency with higher accuracy than the method of the first embodiment. However, the echo signal reflected by a body of water such as plankton is very weak, and the S / N ratio is usually not very good. Therefore, if the pulse being counted is interrupted, the measurement time Include a pulse with an abnormal frequency (period) due to the influence of noise and the like included in the echo signal. When this abnormal pulse is counted, the measurement time fluctuates greatly, and the accuracy of the Doppler shift frequency to be detected is high. Decrease. Furthermore there is a problem that can not be precisely defined echoes desired depth as mentioned in the method (time t 1 is changed in FIG. 3).

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be solved by the invention]

以上述べたことからわかるようにドップラーシフト周
波数を正確に検出し、複数の測定層の場合に対応させる
ために、 i)1回の送受信でドップラーシフト周波数の検出が可
能、 ii)ハードウェアを増大させることなく、測定層数に依
存しない多点連続測定の実施、 iii)測定層厚(測定時間)を小さくして深度方向に対
する測定分解能の向上、 iv)雑音の影響等による異常な周期を持つ受信エコーの
データを削除、 以上の各項目を満たすことが重要な課題となる。 この発明は、上記の事項を満たすことにより精度のよ
いドップラーシフト周波数を検出できる装置を提供する
ことを目的とする。
As can be seen from the above description, in order to accurately detect the Doppler shift frequency and cope with the case of a plurality of measurement layers, i) detection of the Doppler shift frequency is possible with one transmission / reception, and ii) increased hardware. Perform multi-point continuous measurement without depending on the number of measurement layers without making any measurement. Iii) Improve measurement resolution in the depth direction by reducing the measurement layer thickness (measurement time). Iv) Have an abnormal period due to the influence of noise, etc. It is important to delete received echo data and satisfy the above items. An object of the present invention is to provide a device that can accurately detect a Doppler shift frequency by satisfying the above items.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

この発明のドップラー式速度検出装置は、水中伝播す
る超音波エコー信号に生じたドップラーシフト周波数を
検出することにより、潮流もしくは船速等を検出するド
ップラー式速度検出装置であって、 計数用クロックをカウントするkビットカウンタ(4
A)と、そのカウント値をラッチするkビットフリップ
フロップ(4B)と、超音波エコー信号の各パルスが検出
される毎に、kビットフリップフロップ(4B)にラッチ
していたカウント値を記憶するkビットフリップフロッ
プ(6A)と、前記超音波エコー信号のパルス数をカウン
トする1ビットカウンタ(5)と、そのカウント値を記
憶する1ビットフリップフロップ(6B)と、kビットフ
リップフロップ(6A)で記憶したカウント値から各パル
ス毎の周期を求め、それらの周期の内で所定の範囲外の
不良パルスを除外し、残りの正常な周期と、1ビットフ
リップフロップ(6B)のカウント値から不良パルス数を
減じて得た正常なパルス数とから平均周期を求め、その
平均周期からドップラーシフト周波数を求める演算部
(8)とを備えたとを特徴とする。
The Doppler type speed detecting device of the present invention is a Doppler type speed detecting device which detects a tidal current or a ship speed by detecting a Doppler shift frequency generated in an ultrasonic echo signal propagating in water. K-bit counter (4
A), a k-bit flip-flop (4B) for latching the count value, and the count value latched in the k-bit flip-flop (4B) each time each pulse of the ultrasonic echo signal is detected. k-bit flip-flop (6A), 1-bit counter (5) for counting the number of pulses of the ultrasonic echo signal, 1-bit flip-flop (6B) for storing the count value, and k-bit flip-flop (6A) Calculate the cycle of each pulse from the count value stored in step 2. Exclude faulty pulses outside a predetermined range from those cycles, and determine the fault from the remaining normal cycle and the count value of the 1-bit flip-flop (6B). An arithmetic unit (8) for obtaining an average period from the number of normal pulses obtained by subtracting the number of pulses and obtaining a Doppler shift frequency from the average period. And

【作用】[Action]

上記の各項目を実行できる方法を検討する。まず、
(i)項を満足させるには、前述した周波数を追尾する
方式では不可能であり、パルス計数方式あるいは周
期検出方式を適用する必要がある。又、(iii)項よ
り、短時間測定でドップラーシフト周波数の検出精度を
高くできるのは周期検出方式である。それ故、周期検
出方式にて、上記の他の要求項目(ii),(iv)を実
現ができれば良いことになる。そのための周期検出方式
として、第6図に示したようなブロック構成が考えられ
る。即ち、エコー信号からn個のパルスを計時するの
に、第7図に示すように、n分周器61にて分周して得た
1パルスの周期における始めと終わりとに対してパルス
発生器62から出力される、スタートパルスとエンドパル
スとの間にカウンタ63で計数した計数用クロックの個数
から求めるものである。 しかし、この回路構成のままでは、(iv)項に記した
異常周期パルスがn分周器61にて分周されてしまう恐れ
がある。そこで、(ii)項を満足させた上でエコー信号
を1パルス毎に連続して確実に周期検出できる方法とし
て第8図に示した回路構成が考えられる。カウンタ81と
しては、計数用クロックでカウントアップを続けるフリ
ーランニングカウンタを用いており、計数用クロックの
周波数をfc、カウンタ81のビット数をkビットとする
と、このカウンタは、計数用クロックを0〜2k−1の範
囲内でカウントアップを繰り返し、カウント出力は、計
数用クロック21〜2k分周した信号となる。このカウンタ
値を、ラッチ回路82にて、エコー信号の立ち上がりエッ
ジ毎にラッチさせ、そのラッチ出力を一定周期にてメモ
リ等に順次アドレスを変えながら書き込み、測定層の測
定開始深度から測定終了深度に対応するアドレスからデ
ータを読み出すようにすれば、求めようとする測定層に
対するドップラーシフト周波数が得られる。この回路構
成では、第9図に示すように、あるエコー信号の1パル
ス目のエッジでラッチされたカウント値をx1、次の1パ
ルスによるラッチ出力がx2であったとすると、この間の
エコー信号1パルス分の周期τは、 τ=(x1−x2)×計数用クロックの周期 =(x1−x2)/fc で表される。1/τを計算することにより、エコー信号の
1パルスからドップラーシフト周波数を検出でき、か
つ、前記ラッチ出力が、エコー信号の1パルス毎に出力
されるので送信開始時点より連続してドップラーシフト
周波数の検出が可能となり、ハードウェアを変更するこ
となく、任意の測定深度からドップラーシフト周波数を
求めることができる。 ところで、検出するドップラーシフト周波数は、ある
帯域範囲を予想できるので、エコー信号の1パルス毎に
検出された前記周期τに対して帯域範囲を設定すること
により、1パルス毎に検出した周期τの良否判定が可能
となり、前述の(iv)項を満足できる。 更には、1パルスの周期からの周波数検出に所望の分
解能が得られない場合には、数パルス分の周期検出値よ
り平均周期を求めることにより、検出周波数の分解能を
向上させることができる。この場合のエコー信号の数パ
ルス分を検出する時間は、ある測定深度からの測定幅に
相当するので、測定時間を加減することにより、随意の
測定幅とすることができる。しかるに、第6図で述べた
ような、エコー信号のパルスをn分周してしまう方法で
は、エコー信号の周期そのものが未知であるためnパル
スを検出するのに要した測定時間は未知であり、それ
故、測定幅も未知であり、所望の測定時間(測定幅)で
検出したものとはいえない。 従ってこの発明は、所望の測定時間に対するエコー信
号の各パルス毎にその周期を求め、求めた周期が正常な
周期であるか否かを判定し、そして、周波数検出分解能
を上げるために、正常と判定された複数の周期からドッ
プラーシフト周波数を検出するものであり、具体的な実
施方法は以下の実施例にて詳細に示す。
Consider how you can perform each of the above items. First,
In order to satisfy item (i), it is impossible with the above-described frequency tracking method, and it is necessary to apply a pulse counting method or a cycle detection method. Further, from the item (iii), the period detection method can increase the detection accuracy of the Doppler shift frequency in a short time measurement. Therefore, it suffices if the other required items (ii) and (iv) can be realized by the cycle detection method. A block configuration as shown in FIG. 6 can be considered as a period detection method for that purpose. That is, in order to count n pulses from the echo signal, as shown in FIG. 7, a pulse is generated with respect to the beginning and end of one pulse period obtained by dividing the frequency by the n divider 61. It is obtained from the number of counting clocks counted by the counter 63 between the start pulse and the end pulse output from the detector 62. However, with this circuit configuration, the abnormal period pulse described in the item (iv) may be frequency-divided by the n frequency divider 61. Therefore, the circuit configuration shown in FIG. 8 can be considered as a method for continuously and reliably detecting the period of the echo signal every pulse after satisfying the condition (ii). As the counter 81, a free-running counter that continues counting up with a counting clock is used. If the frequency of the counting clock is fc and the number of bits of the counter 81 is k bits, this counter sets the counting clock to 0 to 0. repeatedly counting up in the range of 2 k -1, the count output is a counting clock 2 1 to 2 k division signal. This counter value is latched by the latch circuit 82 at each rising edge of the echo signal, and the latch output is written to a memory or the like at regular intervals while sequentially changing addresses, and the measured depth is changed from the measurement start depth to the measurement end depth of the measurement layer. If data is read from the corresponding address, the Doppler shift frequency for the measurement layer to be obtained can be obtained. In this circuit configuration, as shown in FIG. 9, if the count value latched at the edge of the first pulse of a certain echo signal is x 1 , and the latch output by the next one pulse is x 2 , The period τ of one pulse of a signal is expressed by τ = (x 1 −x 2 ) × cycle of counting clock = (x 1 −x 2 ) / fc. By calculating 1 / τ, the Doppler shift frequency can be detected from one pulse of the echo signal, and the latch output is output for each pulse of the echo signal. Can be detected, and the Doppler shift frequency can be obtained from an arbitrary measurement depth without changing hardware. By the way, since the Doppler shift frequency to be detected can predict a certain band range, by setting the band range with respect to the period τ detected for each pulse of the echo signal, the period τ detected for each pulse can be calculated. Pass / fail judgment can be made, and the above item (iv) can be satisfied. Further, when a desired resolution cannot be obtained in frequency detection from a cycle of one pulse, the resolution of the detection frequency can be improved by obtaining an average cycle from cycle detection values of several pulses. In this case, the time required to detect several pulses of the echo signal corresponds to the measurement width from a certain measurement depth. Therefore, by adjusting the measurement time, an arbitrary measurement width can be obtained. However, in the method of dividing the pulse of the echo signal by n as described in FIG. 6, the measurement time required to detect the n pulse is unknown because the cycle of the echo signal itself is unknown. Therefore, the measurement width is also unknown, and cannot be said to have been detected in a desired measurement time (measurement width). Therefore, the present invention determines the period of each pulse of the echo signal for a desired measurement time, determines whether the determined period is a normal period, and increases the frequency detection resolution. A Doppler shift frequency is detected from a plurality of determined periods, and a specific implementation method will be described in detail in the following embodiments.

【実施例】【Example】

第1図は、この発明の装置の一実施例を示す制御ブロ
ック図である。 1は、超音波を送波するとともに送波した超音波のエ
コー信号を検出する送受波器であり、2は、送受波器1
に印加する送信電力を出力する送信器である。3は、送
受波器1よりの受信エコーを増幅する受信器であり、S
は、送信と受信とを切り替えるための送受切換器であ
る。4は、受信器3より出力されるエコー信号の各パル
スに対する周期を検出する周期検出部であり、5は、同
エコー信号のパルス数を計数するパルス数計数部であ
る。6は、周期検出部4及びパルス数検出部5より出力
される周期及びパルス数を記憶するメモリであり、7
は、周期検出部4及びメモリ6に対してそれぞれ計数用
クロック及びサンプリングクロックを与える発振器であ
る。8は、演算部であり、この演算部8に対して設定さ
れた、測定開始深度(第5図における時刻t0)及び測定
幅(第5図における時刻t0ないしt1)に対し、メモリ6
より読み出したデータに基づき周期を求め、ドップラー
シフト周波数を演算する演算部であり、内部には、求め
た周期が正常であるか否かを判定する判定部8Aを備え
る。 第2図は、周期検出部4,パルス数計数器5及びメモリ
6部の詳細回路図を示している。周期検出部4は、kビ
ットのカウンタ4A及びフリップフロップ回路4Bからな
り、パルス数計数部5は、lビットのカウンタにてな
る。又、メモリ6は、kビットのフリップフロップ回路
6Aとlビットのフリップフロップ回路6Bとからなる。 次に上記構成の装置の動作を説明する。 送受波器1より超音波が送波され、そのエコー信号が
送受波器1で検出され、受信器3より所定のエコー信号
が出力されると、周期検出部4にて、エコー信号の各パ
ルスの周期が計数用クロックに基づいて検出されるとと
もに、パルス計数部5においては、エコー信号のパルス
数が計数され、これらの検出された周期及びパルス数
は、サンプリングクロックに基づいてメモリ6に取り込
まれ、演算部8へ送出され、演算部8には、以下に示す
ようなサンプリング出力が入力される。 上記一連のデータにおいて、xi及びyiを測定開始深度
(時刻t0に相当)に対応する時刻のデータ、xj及びyj
測定終了深度(時刻t1に相当)に対応する時刻のデータ
であるとすると、周期検出部4よりのxiないしxj及び、
パルス計数部5よりのyiないしyjが測定幅(測定時間)
内のデータとなる。従って上記サンプリング周期内にお
けるパルスの時間幅Δxm及び計数パルス数Δymは、次式
で表される。 従って、上記の測定時間内で上式の各々の総和をとれ
ば、測定時間内の全パルス数Y及び全パルス数に要した
時間Xが得られる。 これより、測定時間内での平均周波数fは、f=Y/X
で求まるが、(1)式で得られるデータをそのまま採用
したのでは、既述したように、異常周期のデータを含ん
でしまうので、演算部8にて以下に述べる処理が行われ
る。 即ち、この種の装置には、通常、速度検出範囲が仕様
上で決められているので、これにより、エコー信号のド
ップラーシフトによる周波数帯域幅も決めることがで
き、従って周波数帯域幅からパルスの周期の範囲も設定
できる。又、船舶等は急激に速度を変化させることはあ
まりないので、速度の変動、言い換えればドップラーシ
フト周波数及び周期の変動量にもある範囲を設定でき
る。これより、演算部8に対して正常な周期の範囲Δτ
min〜Δτmaxを設定しておくことで、(1)式より得ら
れる、エコー信号の1パルスに対する瞬時周期Δτ(=
Δxm/Δym)が下記の(3)式を満足しているか否かに
よって検出した周期が正常なパルスによるものか否かを
判定できる。 Δτmin≦Δτ≦Δτmax (3) このように、1パルス毎に上記の判定が行われ、正常
であった周期τのΔxm、Δymの各々の総和X′、Y′を
求める。 この後は、次の(5)式から正常周期に基づく平均ド
ップラーシフト周波数fを求めることができる。 f=Y′/X′ (5) 尚、ドップラーソナーや潮流計では船体動揺による影
響を軽減するために主に3ないし4ビーム方式が採用さ
れており、ビーム数が増加した場合、第1図の構成にお
いて、各ビーム毎に周期検出部4及びパルス数計数部5
を設けるだけで良く、周波数追尾方式のように各ビー
ム、各測定層単位に必要となるものではないので、ハー
ドウェアの簡略化及び部品点数の削減が可能である。
FIG. 1 is a control block diagram showing one embodiment of the apparatus of the present invention. 1 is a transmitter / receiver for transmitting an ultrasonic wave and detecting an echo signal of the transmitted ultrasonic wave, and 2 is a transmitter / receiver 1
Is a transmitter that outputs the transmission power to be applied to the transmitter. Reference numeral 3 denotes a receiver for amplifying the reception echo from the transmitter / receiver 1;
Is a transmission / reception switch for switching between transmission and reception. Reference numeral 4 denotes a cycle detector for detecting the cycle of each pulse of the echo signal output from the receiver 3, and reference numeral 5 denotes a pulse counter for counting the number of pulses of the echo signal. Reference numeral 6 denotes a memory for storing the cycle and the number of pulses output from the cycle detector 4 and the pulse number detector 5;
Is an oscillator that supplies a counting clock and a sampling clock to the cycle detector 4 and the memory 6, respectively. Reference numeral 8 denotes a calculation unit which stores a memory for the measurement start depth (time t 0 in FIG. 5) and the measurement width (time t 0 to t 1 in FIG. 5) set for the calculation unit 8. 6
The calculation unit calculates the Doppler shift frequency based on the read data and calculates the Doppler shift frequency, and includes a determination unit 8A that determines whether the obtained cycle is normal. FIG. 2 shows a detailed circuit diagram of the cycle detector 4, the pulse counter 5, and the memory 6. The cycle detection unit 4 includes a k-bit counter 4A and a flip-flop circuit 4B, and the pulse counting unit 5 includes an l-bit counter. The memory 6 is a k-bit flip-flop circuit.
6A and an l-bit flip-flop circuit 6B. Next, the operation of the apparatus having the above configuration will be described. When an ultrasonic wave is transmitted from the transmitter / receiver 1 and its echo signal is detected by the transmitter / receiver 1 and a predetermined echo signal is output from the receiver 3, the cycle detector 4 outputs each pulse of the echo signal. Is detected based on the counting clock, and the pulse counting unit 5 counts the number of pulses of the echo signal. The detected period and number of pulses are taken into the memory 6 based on the sampling clock. The output is sent to the operation unit 8, and the operation unit 8 receives the following sampling output. In the above series of data, x i and y i are the data at the time corresponding to the measurement start depth (corresponding to time t 0 ), and x j and y j are the data at the time corresponding to the measurement end depth (corresponding to time t 1 ). If it is data, x i to x j from the cycle detection unit 4 and
Y i or y j from the pulse counting unit 5 is the measurement width (measurement time)
It becomes the data in. Therefore, the pulse width Δx m and the number of counted pulses Δy m in the sampling period are represented by the following equations. Therefore, by taking the sum of the above equations within the above measurement time, the total number of pulses Y and the time X required for the total number of pulses within the measurement time can be obtained. From this, the average frequency f within the measurement time is f = Y / X
However, if the data obtained by the expression (1) is used as it is, as described above, the data of the abnormal period will be included, so the processing described below is performed by the arithmetic unit 8. In other words, since the speed detection range is usually determined in the specification of this type of device, the frequency bandwidth due to the Doppler shift of the echo signal can be determined. Accordingly, the pulse period can be determined from the frequency bandwidth. Can also be set. Also, since the speed of a ship or the like rarely changes rapidly, a certain range can be set for the speed fluctuation, in other words, the fluctuation amount of the Doppler shift frequency and the period. Thus, the normal period range Δτ
By setting min to Δτmax, the instantaneous period Δτ for one pulse of the echo signal obtained from equation (1) (=
Δx m / Δy m ) satisfies the following equation (3) to determine whether or not the detected cycle is due to a normal pulse. Δτmin ≦ Δτ ≦ Δτmax (3) In this way, the above-described determination is performed for each pulse, and the total sums X ′ and Y ′ of Δx m and Δy m of the normal period τ are obtained. Thereafter, the average Doppler shift frequency f based on the normal cycle can be obtained from the following equation (5). f = Y '/ X' (5) In Doppler sonars and tidal current meters, three or four beam systems are mainly used to reduce the influence of hull movements. In the configuration, the period detection unit 4 and the pulse number counting unit 5 are provided for each beam.
Is not necessary for each beam and each measurement layer unit unlike the frequency tracking method, so that hardware can be simplified and the number of parts can be reduced.

【発明の効果】【The invention's effect】

以上説明したように、この発明は、エコー信号におけ
る各パルス毎の周期を求め、この求めた周期から正常な
もののみを採取するようにしたので、異常周期等が除外
され検出精度が向上し、又、複数の正常な周期からドッ
プラーシフト周波数を求めるようにしたので更に検出精
度の向上を図れる。
As described above, according to the present invention, the period of each pulse in the echo signal is obtained, and only normal ones are collected from the obtained period. Further, since the Doppler shift frequency is obtained from a plurality of normal cycles, the detection accuracy can be further improved.

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

第1図はこの発明のドップラー式速度検出装置の一実施
例を示す制御ブロック図、第2図は、第1図の装置にお
ける主要部の詳細構成を示すブロック図、第3図は、船
速の測定法を説明するために用いた図、第4図及び第5
図は、エコー信号からドップラーシフト周波数を検出す
るのに用いられるパルス計数方式及び周期検出方式を動
作を示すタイムチャート、第6図は、上記周期検出方式
を改良した周期検出回路のブロック図、第7図は、第6
図のブロック図の動作を示すタイムチャート、第8図
は、第6図の周期検出を更に改良した周期検出回路のブ
ロック図、第9図は、第8図のブロック図の動作を示す
タイムチャートである。 1……送受波器、2……送信器、 3……受信器、S……送受切換器、 4……周期検出部、5……パルス数計数部、 6……メモリ、7……発振器、 8……演算部、8a……判定部。
FIG. 1 is a control block diagram showing an embodiment of the Doppler speed detector of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of a main part in the device of FIG. 1, and FIG. FIGS. 4 and 5 used to explain the measurement method of FIG.
FIG. 6 is a time chart showing the operation of a pulse counting method and a period detection method used for detecting a Doppler shift frequency from an echo signal. FIG. 6 is a block diagram of a period detection circuit obtained by improving the above-mentioned period detection method. FIG. 7 shows the sixth
8 is a block diagram of a cycle detection circuit obtained by further improving the cycle detection of FIG. 6, and FIG. 9 is a time chart showing the operation of the block diagram of FIG. It is. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transceiver, 2 ... Transmitter, 3 ... Receiver, S ... Transceiver switch, 4 ... Period detection part, 5 ... Pulse number counting part, 6 ... Memory, 7 ... Oscillator , 8 ... calculation part, 8a ... determination part.

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01S 7/52-7/64 G01S 15/00-15/96

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】水中伝播する超音波エコー信号に生じたド
ップラーシフト周波数を検出することにより、潮流もし
くは船速等を検出するドップラー式速度検出装置であっ
て、 計数用クロックをカウントするkビットカウンタ(4A)
と、そのカウント値をラッチするkビットフリップフロ
ップ(4B)と、超音波エコー信号の各パルスが検出され
る毎に、kビットフリップフロップ(4B)にラッチして
いたカウント値を記憶するkビットフリップフロップ
(6A)と、前記超音波エコー信号のパルス数をカウント
する1ビットカウンタ(5)と、そのカウント値を記憶
する1ビットフリップフロップ(6B)と、kビットフリ
ップフロップ(6A)で記憶したカウント値から各パルス
毎の周期を求め、それらの周期の内で所定の範囲外の不
良パルスを除外し、残りの正常な周期と、1ビットフリ
ップフロップ(6B)のカウント値から不良パルス数を減
じて得た正常なパルス数とから平均周期を求め、その平
均周期からドップラーシフト周波数を求める演算部
(8)とを備えたとを特徴とするドップラー式速度検出
装置。
1. A Doppler type speed detector for detecting a tidal current or a ship speed by detecting a Doppler shift frequency generated in an ultrasonic echo signal propagating in water, wherein the k-bit counter counts a counting clock. (4A)
And a k-bit flip-flop (4B) for latching the count value, and a k-bit flip-flop (4B) for storing the count value latched in the k-bit flip-flop (4B) each time each pulse of the ultrasonic echo signal is detected. A flip-flop (6A), a 1-bit counter (5) for counting the number of pulses of the ultrasonic echo signal, a 1-bit flip-flop (6B) for storing the count value, and a k-bit flip-flop (6A) The cycle of each pulse is obtained from the count value obtained, and defective pulses outside a predetermined range are excluded from those cycles, and the number of defective pulses is calculated from the remaining normal cycle and the count value of the 1-bit flip-flop (6B). And an arithmetic unit (8) for obtaining an average period from the normal pulse number obtained by subtracting the above, and obtaining a Doppler shift frequency from the average period. That Doppler speed detection device.
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