JP2000241545A - 航行物体までの距離検出装置および距離検出方法 - Google Patents

航行物体までの距離検出装置および距離検出方法

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JP2000241545A
JP2000241545A JP11047283A JP4728399A JP2000241545A JP 2000241545 A JP2000241545 A JP 2000241545A JP 11047283 A JP11047283 A JP 11047283A JP 4728399 A JP4728399 A JP 4728399A JP 2000241545 A JP2000241545 A JP 2000241545A
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distance
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康司 河端
Akio Takahashi
昭雄 高橋
Kimihiro Usumura
仁啓 碓村
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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、かつ設置を容易に行
い得る航行物体までの距離検出方法を提供する。 【解決手段】音波受信器11からの音圧信号に1回およ
び2回微分を施し、音圧最大時の船舶の第1通過時点お
よび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、次にこの音圧信号の周波数スペク
トル解析を行うとともにその解析結果を、ずれ量検出部
23に入力して、ドップラー効果により生じる両通過時
点における周波数のシフト量を求め、次に対象航行物体
判別部24にて、このシフト量が設定量以上の場合には
検出対象航行船舶と判断して、ドップラー効果により船
舶の速度および船舶までの距離を距離計算部27にて計
算し、上記シフト量が設定量より小さい場合に、検出対
象航行船舶でないと判断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。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。
【0003】
【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。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。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1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
圧信号に1回微分を施して音圧最大時における航行物体
が通過する第1通過時点および上記音圧信号に2回微分
を施して音圧信号の変曲点における航行物体が通過する
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圧信号を入力して所定時間毎に音
圧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ずれ量検出部と、このずれ量検出
部で求められた検出ずれ量と設定ずれ量とを比較して検
出対象航行物体であるか否かを判断する対象航行物体判
別部と、この対象航行物体判別部で検出対象航行物体で
あると判断されたずれ量を入力するとともにこのずれ量
に基づき第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
された音圧波形の第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
たものである。
【0005】また、本発明の第1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圧信号に1回微分を施して
音圧最大時における航行物体が通過する第1通過時点お
よび上記音圧信号に2回微分を施して音圧信号の変曲点
における航行物体が通過する第2通過時点を検出し、上
記音波受信器からの音圧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、この検出ずれ量と設
定ずれ量とを比較して検出対象航行物体であるか否かを
判断し、検出対象航行物体である場合に、上記検出ずれ
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
た音圧波形の第1通過時点における2回微分値および上
記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。
【0006】上記第1の距離検出装置および検出方法の
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
過時点における音圧信号の2回微分値を使用して、航行
物体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。
【0007】また、音圧信号の周波数スペクトラムのピ
ークのずれ量を設定ずれ量と比較して検出対象航行物体
であるか否かを判断するようにしたので、検出対象航行
物体以外の航行物体を検出する必要がなくなる。さら
に、本発明の第2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音を海面
下にて受信する音波受信器および航行物体の磁気量を検
出する磁気検出器と、上記磁気検出器で検出された磁気
信号のピーク値を検出する磁気ピーク検出部と、上記音
波受信器からの音圧信号に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圧信号を入
力して所定時間毎に音圧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、上
記磁気ピーク検出部で検出されたピーク値が、航行物体
の第2通過時点までに少なくとも1回検出された場合、
検出対象航行物体でないと判断する対象航行物体判別部
とから構成したものである。
【0008】また、本発明の第2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圧信号に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圧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し、かつこの距離を検出する
に際し、航行物体が第2通過時点に移動する前に、磁気
検出器により検出される航行物体の磁気信号のピーク値
が少なくとも1回検出された場合には、検出対象航行物
体でないと判断する方法である。
【0009】上記第2の距離検出装置および検出方法の
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
過時点における音圧信号の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。
【0010】また、音波検出器の他に、磁気検出器を配
置して、航行物体が磁気信号を発しているような場合、
すなわち検出対象でない航行物体である場合には、距離
などの検出動作または距離検出装置での所定の処理動作
を停止させることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1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6に基づき説明する。本第1の実施の形
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。
【0012】本第1の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。
【0013】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
た音波信号すなわち音圧信号を増幅器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14とから構成されている。
【0014】上記演算処理部13は、増幅器12で増幅
された音圧信号を入力して、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からの音圧信号を入力して、音圧信号の周波数
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
プラー効果により生じる周波数のずれ量を求めるずれ量
検出部23と、このずれ量検出部23で検出された検出
ずれ量と予め設定された設定ずれ量とを比較して検出対
象航行物体であるか否かを判断する対象航行物体判別部
24と、この対象航行物体判別部24で検出対象航行物
体であると判断された検出ずれ量を入力するとともにこ
のずれ量に基づき船舶の速度を検出する速度計算部25
と、音波受信器12からの音圧信号を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26
と、上記速度計算部25で求められた速度とこの微分値
検出部26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27
とから構成されている。
【0015】上記測定位置通過時点検出部21は、増幅
された音圧信号から必要な帯域分を取り出すバンドパス
フィルタなどのフィルタ部31と、この帯域で取り出さ
れた音圧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、すなわち音圧最大時における船舶2が通過する
第1通過時点を求める第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、すなわち音圧信号(信号波形)の変曲点にお
ける船舶2が通過する第2通過時点を求める第2通過時
点検出部35とから構成されている。
【0016】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の音圧信
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、基本周波数を知るように
したのである。
【0017】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、
音圧信号を1回微分したとき、その値がゼロとなるとき
である。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3参照)。
【0018】この交差角θを、単に、船舶2から受信し
た音圧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(変曲点)、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。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。
【0019】
【数1】 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。
【0020】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。
【0021】
【数2】 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。
【0022】
【数3】 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−d2]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。
【0023】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圧信号を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。
【0024】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、ずれ量検出
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
られた通過時刻が入力されて、図4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fO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
求められる。
【0025】ところで、船舶が検出対象航行物体でない
場合、例えば自分で音響信号を周期的に発しているよう
な航行物体と、このような周期的な音響信号を発してい
ない検出対象である船舶との判別を行う場合、スペクト
ラムのシフト量に基づき判断が行われる。すなわち、図
5に示すように、自分で音響信号を周期的に発している
ような航行物体においては、第1通過時点(A位置)に
くるまで、音圧最大検出箇所(ピーク位置、C位置)が
既に1回以上現われることになり、このため、図6に示
すように、この音圧ピークと45度位置(B位置)での
周波数分布のピークとの差が非常に接近して検出され
る。すなわち、シフト量FD(=fD−fD´)がかなり
小さくなる。例えば、図3の仮想線にて示すように、距
離検出装置1から離れたC位置とB位置との間で生じる
シフト量は、例えばB位置とA位置との間で生じるシフ
ト量よりもかなり小さくなる。したがって、このシフト
量が予め設定された設定シフト量(例えば、実験により
求めておけばよい)と比較することにより、検出した航
行物体が検出すべき船舶2であるか否かの判別を行うこ
とができる。
【0026】次に、上記シフト量の判断により、航行物
体が検出すべき船舶であると判別された場合、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。 fD={c/(c−vr)}×fO・・・(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。
【0027】FD=fD−fO・・・(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。 FD={c/(c−vr)}×fO−fO ={vr/(c−vr)}×fO・・・(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。
【0028】 vr=FD×c/(FD+fO) =(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=vr/sinθ・・・(11) また、上記微分値検出部26においては、音圧信号を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25で求め
られた速度vに基づき、船舶2までの最接近距離(最短
距離)dが計算される。
【0029】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。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。
【0030】
【数4】 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。上記(1
3)式を変形して、dを求めると、下記(14)式のよ
うになる。
【0031】
【数5】 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。この受信された音圧信号は増幅器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。
【0032】一方、増幅器12で増幅された音圧信号
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。次に、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および音圧最大検出位置(例えば、
C位置)並びに45度位置Bの各通過時刻および周波数
解析部22での解析結果がずれ量検出部23に入力さ
れ、そしてこの検出シフト量(検出ずれ量)が対象航行
物体判別部24に入力されて、検出信号が検出対象船舶
からのものであるか否かが判断され、検出対象船舶から
のものであると判断された場合には、この検出シフト量
が速度計算部25に入力される。
【0033】この速度計算部25では、図4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vr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。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26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。
【0034】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27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。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。なお、この最短距離dが計算されることにより、こ
の距離検出装置1自身で、他の必要な処理作業を行わせ
ることもできる。
【0035】一方、対象航行物体判別部24で、船舶が
検出対象でないと判断された場合には、後の計算処理が
停止されるか、または計算処理が続行された後、必要な
処理作業が停止される。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、音圧信号の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。
【0036】また、音圧信号の周波数スペクトラムのピ
ークのシフト量を設定シフト量と比較して検出対象船舶
であるか否かを判断するようにしたので、検出対象船舶
以外の航行物体を検出する必要がなくなる。次に、本発
明の第2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7に基づき説明する。
【0037】本第2の実施の形態と、第1の実施の形態
とは、航行物体である船舶までの距離を検出することに
ついては同じであるが、検出航行物体が、検出すべき航
行物体であるか否かを判別するのに、磁気検出器を使用
した点で異なる。本第2の実施の形態においては、この
異なる部分について説明するものとし、第1の実施の形
態と同一の部品には、同一の番号を付して、その説明を
省略する。
【0038】すなわち、図7に示すように、この距離検
出装置51においては、音波受信器11と同一場所に配
置されて航行物体の磁気量を検出する磁気検出器(磁気
センサー)61と、この磁気検出器61で検出された磁
気信号(磁気量)を増幅器62を介して入力してそのピ
ークを求める磁気ピーク検出部(具体的には、微分回路
が用いられる)63と、この磁気ピーク検出部63で求
められた発生時刻などのピーク情報および測定位置通過
時点検出部21の第1通過時点検出部35で得られた時
刻を入力して検出すべき対象船舶であるか否かを判断す
る対象航行物体判別部64とが具備されており、さらに
は音波受信器11で受信されてアンプ12から出力され
た音圧信号を監視する音圧監視部71が具備されてい
る。
【0039】この音圧監視部71は、検出された音圧レ
ベルが背景雑音より所定レベル、例えば3dB程度高い
しきい値と比較して、このしきい値よりも高い場合に、
磁気検出器61を作動させるようにするものであり、単
なる雑音で距離検出装置51が作動しないようにしてい
る。次に、上記距離検出装置51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。
【0040】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。この受信された音圧
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4
5度位置Bを通過した時刻が検出される。一方、増幅器
12で増幅された音圧信号は、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。
【0041】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での解析結果がずれ量検出部23に入
力され、ここで、ドップラー効果に基づく周波数スペク
トラムのシフト量が求められ、このシフト量が速度計算
部25に入力されて、船舶2の速度vが求められる。
【0042】ところで、上記演算と同時に、増幅器12
からの音圧信号は、音圧監視部71に入力されて、自然
音かそれとも航行物体のものであるかが判断され、航行
物体からの音圧信号であると判断された場合には、磁気
検出器61にその作動信号が出力される。航行物体から
の音圧信号であると判断された場合には、磁気検出器6
1で検出された磁気信号に基づき、さらに検出対象航行
物体であるか否かが判別される。
【0043】すなわち、磁気ピーク検出部63にて、微
分処理により磁気信号のピークが検出され、このピーク
が検出された時刻および第1通過時点検出部35で得ら
れたA点通過の時刻が対象航行物体判別部64に入力さ
れ、ここで、このA点通過時刻より以前において、磁気
信号のピークが存在しているかどうかが検出される。ピ
ーク値が存在していない場合には、磁気信号を発してし
ない航行物体、すなわち検出対象である船舶であると判
断して、速度計算部25にて、船舶2の速度が計算され
る。この速度に基づき、距離計算部27にて、船舶2ま
での最短距離dが計算されることになる。
【0044】一方、磁気信号にピークが存在している場
合には、磁気信号を発している航行物体であると判断
し、検出する必要がない旨の指示が、例えば速度計算部
25に入力されて、計算動作が停止される。なお、計算
停止を行う替わりに、例えば距離検出装置51における
所定の処理動作を停止させることもできる。
【0045】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、音圧信号の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。
【0046】さらに、音波検出器の他に、磁気検出器を
配置して、航行物体が磁気信号を発しているような場
合、すなわち検出対象でない航行物体である場合には、
距離などの検出動作または距離検出装置での所定の処理
動作を停止させることができる。ところで、上記各実施
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検出にも適用す
ることができる。
【0047】
【発明の効果】以上のように、本発明の請求項1および
2に係る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圧信号の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。
また、音圧信号の周波数スペクトラムのピークのずれ量
を設定ずれ量と比較して検出対象航行物体であるか否か
を判断するようにしたので、検出対象以外の航行物体を
検出する必要がなくなる。
【0048】また、本発明の請求項3および4に係る距
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圧信号の2回微分値を使
用して、航行物体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。また、
音波検出器の他に、磁気検出器を配置して、航行物体が
磁気信号を発しているような場合、すなわち検出対象で
ない航行物体である場合には、距離などの検出動作また
は距離検出装置での所定の処理動作を停止させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1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。
【図2】同第1の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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】同距離検出装置の音圧信号およびその1回微分
における波形を示す図である。
【図6】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。
【図7】本発明の第2の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。
【符号の説明】
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 ずれ量検出部 24 対象航行物体判別部 25 速度計算部 26 微分最大値検出部 27 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 51 距離検出装置 61 磁気検出器 63 磁気ピーク検出部 64 ずれ量検出部 71 音圧監視部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 碓村 仁啓 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 Fターム(参考) 2G064 AA14 AB03 AB16 AB23 AB29 BA02 BD02 CC02 CC34 CC41 DD29 5J083 AA05 AB20 AD04 AD08 AE02 AE03 AF01 BE07 BE45 CA04 DA01

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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
    受信器からの音圧信号に1回微分を施して音圧最大時に
    おける航行物体が通過する第1通過時点および上記音圧
    信号に2回微分を施して音圧信号の変曲点における航行
    物体が通過する第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圧信号を入力して
    所定時間毎に音圧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ずれ量検出部と、
    このずれ量検出部で求められた検出ずれ量と設定ずれ量
    とを比較して検出対象航行物体であるか否かを判断する
    対象航行物体判別部と、この対象航行物体判別部で検出
    対象航行物体であると判断されたずれ量を入力するとと
    もにこのずれ量に基づき第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回微分された音圧波形の第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。
  2. 【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圧信号に1回微分を施して
    音圧最大時における航行物体が通過する第1通過時点お
    よび上記音圧信号に2回微分を施して音圧信号の変曲点
    における航行物体が通過する第2通過時点を検出し、上
    記音波受信器からの音圧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、この検出ずれ量と設
    定ずれ量とを比較して検出対象航行物体であるか否かを
    判断し、検出対象航行物体である場合に、上記検出ずれ
    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
    た音圧波形の第1通過時点における2回微分値および上
    記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。
  3. 【請求項3】海面または海中を航行する航行物体から発
    される音を海面下にて受信する音波受信器および航行物
    体の磁気量を検出する磁気検出器と、上記磁気検出器で
    検出された磁気信号のピーク値を検出する磁気ピーク検
    出部と、上記音波受信器からの音圧信号に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
    の音圧信号を入力して所定時間毎に音圧信号の周波数ス
    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、上記磁気ピーク検出部で検出されたピーク
    値が、航行物体の第2通過時点までに少なくとも1回検
    出された場合、検出対象航行物体でないと判断する対象
    航行物体判別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。
  4. 【請求項4】海面または海中を航行する航行物体から発
    される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圧信号に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圧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し、かつこの距離を検出する
    に際し、航行物体が第2通過時点に移動する前に、磁気
    検出器により検出される航行物体の磁気信号のピーク値
    が少なくとも1回検出された場合には、検出対象航行物
    体でないと判断することを特徴とする航行物体までの距
    離検出方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008256400A (ja) * 2007-04-02 2008-10-23 Universal Shipbuilding Corp 移動体位置等推定検出方法、装置及び移動体位置等推定検出方法のプログラム
JP2010071881A (ja) * 2008-09-19 2010-04-02 Denso Corp 障害物検知システム
RU2649059C1 (ru) * 2017-03-02 2018-03-29 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне
RU2650722C1 (ru) * 2017-03-02 2018-04-17 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") Гидроакустический доплеровский способ оценки технических параметров отдельных участков корпуса подводного объекта на полигоне

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