JP2001094516A

JP2001094516A - 波浪観測における水中超音波を用いたデータ伝送システム

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Publication number: JP2001094516A
Application number: JP26871799A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Nagai; 紀彦永井; Noriaki Hashimoto; 典明橋本; Tomoharu Takahashi; 智晴高橋; Kenichi Koyama; 謙一小山; Takashi Ishihara; 孝史石原
Original assignee: KAIYO CHOSA KYOKAI; Port & Harbour Res Inst Ministry Of Transport; Kaijo Corp
Current assignee: KAIYO CHOSA KYOKAI; Port & Harbour Res Inst Ministry Of Transport; Kaijo Corp
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-04-06
Anticipated expiration: 2019-09-22
Also published as: JP4161020B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数のデータ伝送装置が隣接して設置されて
いても誤動作や無駄な電力を消費することがない波浪観
測における水中超音波を用いたデータ伝送システムを提
供すること。【解決手段】データ伝送装置２は、海上のデータ伝送
制御装置３からの電源起動信号及び識別コードを受信
後、受信した識別コードと自己の識別コードとの照合を
行い、識別コードが一致したときデータ伝送を行い、識
別コードが不一致のときは、電源を遮断して受信待機モ
ードに切り替わり、無駄な電力を消費することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水中（海中も含
む）に長期間設置された海洋観測機器などのデータを海
上（水面上も含む）から超音波による音響無線により回
収したり、水中移動体との間でのデータを音響無線によ
り回収したりすることが可能な波浪観測における水中超
音波を用いたデータ伝送システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、海中に設置されて波浪、潮流、水
温、潮位などを測定する海洋観測機器のデータの回収方
法は、一定期間測定したデータを前記海洋観測機器内の
メモリに記憶蓄積した後、前記海洋観測機器を海上に引
き上げて測定したデータの回収を行う方法と、海洋観測
機器にデータ伝送装置を組み込んで海上と海洋観測機器
間を音響無線によってデータを回収する方法とが行われ
ている。

【０００３】なお、前記海洋観測機器を海上に引き上げ
でデータの回収を行う方法では、海洋観測機器の引き上
げ作業から前記海洋観測機器の海中への再設置作業が終
了するまでは海洋データの観測をすることができないた
め、海上と海洋観測機器間を音響無線によって海洋デー
タを回収する方法が用いられ始めている。

【０００４】海上と海洋観測機器間を音響無線により観
測データを回収する従来の技術としては、例えば特願昭
６３−５１０８５号に開示されている。

【０００５】すなわち、前記海洋観測機器により観測さ
れたデータを前記海洋観測機器内の記憶装置に記憶して
おく。記憶されたデータは、定期的に船で前記海洋観測
機器を設置した海域で船によりデータが収集される。す
なわち、船より情報伝達の指令信号が超音波などにより
海中に送られる。この指令信号は、受波器と指令受信器
から成る受信装置で受信される。指令信号はまず受波器
で受信され、電気信号に変換される。この電気信号は、
指令受信器に送られ、ここで増幅された観測データを送
信するための指令信号と判断されると、記憶装置から記
憶されているデータが呼び出される。この呼び出された
信号は、送信器と送波器からなる送信装置へ送られる。
送信装置では、送信器で電力増幅され、送波器で超音波
信号に変換されて水中に放射され、海上にいる船へ信号
が送られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来、海上と海洋観測
機器間を音響無線によってデータを回収する方法では、
海洋観測機器の消費電力を抑えるために伝送するデータ
量が制限され、データ伝送方式も単純な構成となってお
り、大容量のデータの観測には適していない。また、海
上からのデータの回収は、海上より海中に設置されてい
る海洋観測機器に対しトリガ信号を発して、海洋観測機
器の伝送部の電源を起動する。このとき、海洋観測機器
は消費電力を抑えるためにトリガ信号の受信のための回
路は最小構成で動作しており、また、トリガ信号も単純
な構成となっている。このため、複数の海洋観測機器が
隣接して設置されている場合には、複数の海洋観測機器
の電源部に起動がかかり、複数の海洋観測機器が同時に
動作することにより、データが回収できなかったり、無
駄な電力を消費する恐れがある。

【０００７】また、データ伝送を浅海域で行った場合、
大水深海域と異なり、信号が海面や海底での反射による
マルチパス（多重反射経路）を通って受信器に重畳さ
れ、受信波形を歪ませる結果、受信復調誤りを起こすお
それがある。

【０００８】そこで、本発明は、データ伝送装置に電源
起動信号と識別コードを送信してデータ伝送装置を特定
し、データ伝送装置を特定した後にデータ伝送を行い、
誤作動が無く、省電力に優れた波浪観測における水中超
音波を用いたデータ伝送システムを提供することを目的
とする。また、マルチパスによる通信障害に対し、その
程度をＳＮ比で測定し、その結果を表示手段により表示
することにより、オペレータが通信状態を知ることがで
きるデータ伝送システムを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による波浪観測に
おける水中超音波を用いたデータ伝送システムは、海中
に設置してデータを測定する海洋データ計測手段と、海
中に設置して前記海洋データ計測手段からのデータを収
集し、海上に対して超音波信号により収集した収集デー
タを送信するデータ伝送手段と、海上で前記データ伝送
手段からの超音波信号の収集データを受信するデータ伝
送制御手段からなるデータ伝送システムにおいて、前記
データ伝送制御手段は、前記データ伝送手段に対し主電
源の起動信号及び識別コードを送信し、前記データ伝送
手段は、前記データ伝送制御手段からの主電源の起動信
号を受信後主電源の起動を行い、主電源の起動後に受信
した前記識別コードと自己の識別コードとの照合を行
い、受信した前記識別コードが自己の識別コードと一致
したときには、前記データ伝送制御手段にデータを送信
し、受信した前記識別コードが自己の識別コードと不一
致のときには、主電源を遮断して前記データ伝送制御手
段からの信号を受信する受信待機モードに切り替わる構
成としたものである。

【００１０】また、本発明による波浪観測における水中
超音波を用いたデータ伝送システムの前記データ伝送制
御手段は、基準位相シンボル及び少なくとも１個以上の
データシンボルでなるフレームと該フレームとの間又は
事前信号と前記フレームとの間の送信休止期間が海底か
ら海面までの距離の２倍以下の伝播時間よりも短く、Ａ
ＧＣアンプの安定化時間が前記送信休止期間に比べて長
い時定数を有してなり、前記送信休止期間中の信号のレ
ベルをサンプリングして前記フレームのデータシンボル
の信号のレベルと比較して演算した結果を受信信号のＳ
Ｎ比として表示する表示手段を設けたものである。

【００１１】また、本発明による波浪観測における水中
超音波を用いたデータ伝送システムの前記データ伝送手
段は、時間を管理する時計回路を内蔵し、前記時計回路
の時間が前もつて設定された指令を受信する待機時刻に
達したとき、前記データ伝送手段の受信部の電源回路に
信号を発して前記受信部の受信回路を駆動制御するもの
である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して、本発明に
よる波浪観測における水中超音波を用いたデータ伝送シ
ステム（以下、データ伝送システムとも称する。）につ
いて説明する。本発明による波浪観測における水中超音
波を用いたデータ伝送システムは、海洋のみならず、湖
などの水中においても適用することができることは勿論
であり、表現上、海上は水上を含み、海底は水底を含
み、適宜変更して使用することができる。以下には、海
洋データの観測をする場合について説明するが、水中に
おけるデータ伝送システムとして構成することも可能で
ある。

【００１３】図１は、本発明による波浪観測における水
中超音波を用いたデータ伝送システムの構成を示す図で
ある。

【００１４】図１に示すように、海底に海洋データを測
定する海洋データ計測手段としての観測機器１（図１で
は波浪観測装置を示す）と、前記海洋データ計測手段と
しての観測機器１からのデータを収集し、海上へ収集デ
ータを超音波信号により送信するデータ伝送手段として
のデータ伝送装置２を共に設置し、前記観測機器１と前
記データ伝送装置２間を通信用水中ケーブル（図示せ
ず）で接続している。また、前記データ伝送装置２の超
音波送受波器９は、前記データ伝送装置２に内蔵されて
いる。

【００１５】一方、船上には、前記データ伝送装置２に
電源の起動信号を送信し、前記データ伝送手段としての
データ伝送装置２からの超音波信号のデータを受信する
データ伝送制御手段としてのデータ伝送制御装置３が設
置されている。前記データ伝送制御装置３の超音波送受
波器９は、データ伝送装置２が設置されている海底に向
けて、舷側などより吊り下げて海中に固定配置されてい
る。また、データ制御装置３には、データ伝送中の通信
状態をＳ／Ｎ比で表示する表示手段としての表示部３０
が設けられている。

【００１６】なお、本発明によるデータ伝送システム
は、前記データ伝送装置２を複数併設することができ、
多種の観測機器１からの観測データを収集することが可
能な構成となっている。

【００１７】以下に、データ伝送システムでの観測機器
１によって測定されたデータを収集して海上へ超音波信
号により収集データを送信するデータ伝送装置２の送受
信部について図２を参照して説明する。図２は、データ
伝送装置の送受信部のブロック図である。

【００１８】図２に示すように、データ伝送装置２の送
受信部は、基準信号となる搬送波を発生する搬送波発生
器６と、送信すべきデータを前記搬送波発生器６からの
搬送波により位相変調する位相変調回路７と、前記位相
変調回路７から出力された信号を増幅する送信回路８
と、前記送信回路８から出力された信号を超音波に変換
して海中への送信及び海中からの超音波信号の受信を行
う超音波送受波器９と、前記超音波送受波器９で受信し
た超音波信号を復調する受信回路１０と、前記データ伝
送制御装置３（図１に図示）からの前記データ伝送装置
２の電源を起動する信号を受ける起動信号受信回路１２
と、前記位相変調回路７、前記送信回路８及び前記受信
回路１０などを制御するマイクロコンピュータを内蔵し
た送受信制御回路１１と、海洋計測器からのデータを記
憶保持するメモリ１５（記憶装置）とから構成されてい
る。

【００１９】前記搬送波発生器６は、周波数が１００Ｋ
Ｈｚの正弦波を搬送波として前記位相変調回路７に出力
する。前記位相変調回路７は、遅延同期検波方式の４−
ＤＰＳＫ（４−ＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｈａｓｅ
ＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）変調を行う４相位相差変
調回路で構成されており、前記メモリ１５より入力され
るデータを前記搬送波発生器６からの搬送波の位相を０
゜、９０゜、１８０゜、２７０゜の４種の位相シフトに
より変調を行う。前記位相変調回路７は、前記メモリ１
５からのデータを４相位相差変調回路により１シンボル
あたり２ビットの情報に変換して出力する。

【００２０】前記位相変調回路７より出力される信号
は、前記位相変調回路７より前記送信回路８、前記超音
波送受波器９を通り、超音波信号として海中に発せられ
る。

【００２１】以下に海中に発せられる超音波信号の構成
を図３を参照して説明する。

【００２２】図３（ａ）に示すように、送信開始より事
前信号として最初の一定時間は変調波又は無変調波を連
続して送信後、信号を出力しない送信休止期間を設け
る。前記送信休止期間経過後、基準信号、データ信号の
順に所定の時間送信を行う。前記基準信号、データ信号
を送信後、再度送信休止期間を設ける。以後、送信休止
期間経過後、基準信号、データ信号の送信を所定のデー
タ量の送信の完了まで繰り返す。

【００２３】なお、送信休止期間と次の送信休止期間の
間の基準信号及びデータ信号を図３（ａ）に示すように
フレームと称する。

【００２４】なお、データ信号は、２ビットのデータ情
報を１シンボルとする、複数のデータ情報より構成され
る。

【００２５】図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したフレー
ムの基準信号とデータ信号の詳細を示す図である。

【００２６】なお、図３（ａ）に示した基準信号を基準
位相シンボル、またデータ信号を構成する各データ情報
をデータシンボルと称し、基準位相シンボルからのデー
タ信号を順に、データ１シンボル、データ２シンボルと
呼び、図３（ｂ）に示した例ではデータ１シンボルから
データ８シンボルまでの８シンボルで構成されている。
以後、基準信号を基準位相シンボルとし、また、データ
信号をデータシンボルとして説明する。

【００２７】図３（ｂ）に示すように、基準位相シンボ
ル及び各データシンボルは、図２に示す搬送波発生器６
から入力される搬送波の６周期で構成されており、基準
位相シンボルの時間幅（以下、基準位相シンボル長と称
す）及び各データシンボルの時間幅（以下、データシン
ボル長と称す）は、予め設定されている。

【００２８】次に、図１に示すデータ伝送装置２から送
信される超音波信号を受信するデータ伝送制御装置３の
受信回路について、図４に示すブロック図を参照して説
明する。なお、データ制御伝送装置３の受信回路と前記
データ伝送装置２の受信回路１０とは同一構成であるた
め、データ伝送制御装置３の受信回路のみを説明する。
なお、データ伝送制御装置３の受信回路は、データ伝送
装置２から４−ＤＰＳＫ変調で送信された超音波信号を
４−ＤＰＳＫ復調によりデータを復元するものである。

【００２９】図４に示すように、超音波送受波器９で受
信した信号はＡＧＣアンプ１０ａに入力され、前記ＡＧ
Ｃアンプ１０ａにより一定の振幅レベルの信号が出力さ
れる。前記ＡＧＣアンプ１０ａの出力信号は、絶対値整
流回路１０ｂ及び波形整形回路１０ｃにそれぞれ入力さ
れる。前記絶対値整流回路１０ｂは、入力された信号を
全波整流して正の絶対値の信号に変換する。前記絶対値
整流回路１０ｂより出力された信号は第３比較器１０ｆ
に入力される。前記第３比較器１０ｆは、前記絶対値整
流回路１０ｂより入力された信号を第１基準電源１０ｕ
の基準電圧と比較する。

【００３０】前記第１基準電源１０ｕは、入力信号に含
まれる雑音を除去するための基準電圧を出力する。

【００３１】前記第３比較器１０ｆは、前記絶対値整流
回路１０ｂより入力される信号の電圧が前記第１基準電
源１０ｕの基準電圧以上のとき、デジタル値の“１”を
出力し、前記１基準電源１０ｕの基準電圧未満のときは
デジタル値の“０”を出力する。前記第３比較器１０ｆ
の出力信号は、送受信制御回路１１（図２に図示）内の
データ識別部１１ａに入力され、図３に示す前記事前信
号及び各フレームの基準位相シンボルの検出に用いられ
る。

【００３２】また、前記ＡＧＣアンプ１０ａからの出力
信号は波形整形回路１０ｃに入力され、前記波形整形回
路１０ｃは、ＡＧＣアンプ１０ａからの出力信号を波形
整形し、この波形整形された信号を第１比較器１０ｄ及
び移相回路１０ｍにそれぞれ入力する。

【００３３】前記第１比較器１０ｄは、前記波形整形回
路１０ｃの出力信号と第２基準電源１０ｖからの基準電
圧とを比較し、前記波形整形回路１０ｃより入力された
信号の電圧が前記第２基準電源１０ｖの基準電圧以上の
とき、デジタル値の“１”を出力し、前記第２基準電源
１０ｖの基準電圧未満のときはデジタル値の“０”を出
力する。

【００３４】なお、前記第２基準電源１０ｖは、前記第
１比較器１０ｄと第２比較器１０ｅに入力される信号を
デジタル値の“１”又は“０”に変換するための基準電
圧が設定されている。

【００３５】前記移相回路１０ｍは、波形整形回路１０
ｃからの信号の位相を９０゜シフトして、第２比較器１
０ｅに入力する。前記第２比較器１０ｅは、前記移相回
路１０ｍからの出力信号と前記第２基準電源１０ｖから
の基準電圧と比較し、前記移相回路１０ｍから入力され
た信号の電圧が前記第２基準電源１０ｖの基準電圧以上
のときデジタル値の“１”を出力し、前記第２基準電源
１０ｖの基準電圧未満のときはデジタル値の“０”を出
力する。

【００３６】前記第１比較器１０ｄでデジタル変換され
た信号は、遅延回路１０ｎに入力されて、１シンボル分
のデータが遅延される。前記遅延回路１０ｎは、ＦＩＦ
Ｏ（ＦｉｒｓｔＩｎＦｉｒｓｔＯｕｔ）メモリ１５
で構成されており、ＦＩＦＯメモリはデータを入力した
順にデータを取り出せるように成っている。前記遅延回
路１０ｎは、１シンボル分の信号を遅延後、遅延した１
シンボル分の信号を第１論理回路１０ｐに入力する。前
記第１論理回路１０ｐは、排他的論理和（Ｅｘｃｌｕｓ
ｉｖｅＯＲ）回路で構成されており、前記第１比較器
１０ｄからの出力信号と前記遅延回路１０ｎからの出力
信号との排他的論理和を演算し、第１ＬＰＦ（Ｌｏｗ−
ＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）１０ｓに出力する。

【００３７】また、第２論理回路１０ｑは、前記遅延回
路１０ｎと前記第２比較器１０ｅから入力される信号を
前記第１論理回路１０ｐと同様に排他的論理和の演算を
行い、第２ＬＰＦ１０ｔに出力する。

【００３８】前記第１ＬＰＦ１０ｓ及び第２ＬＰＦ１０
ｔは、入力信号の低周波のみを通過するように構成され
ており、前記第１論理回路１０ｐ及び第２論理回路１０
ｑからの信号を平準化して次段に出力する。

【００３９】以上説明した前記第１論理回路１０ｐ及び
第２論理回路１０ｑは、第１比較器１０ｄ及び第２比較
器１０ｅから出力される信号（この信号を現信号と称
す）と、前記遅延回路１０ｎから出力される１シンボル
分遅延された信号（この信号を遅延信号と称す）との排
他的論理和の演算を行い、現信号と遅延信号との変化量
を検出するものである。

【００４０】図６は、前記遅延回路１０ｎから出力され
る遅延信号に対し、現信号と遅延信号との位相差による
論理回路の出力及びＬＰＦの出力波形を示す図である。

【００４１】図６（ａ）は、現信号と遅延信号とが同相
のときの論理回路の出力及びＬＰＦの出力電圧波形を示
す。現信号と遅延信号とが同相のときは、ＬＰＦの出力
電圧は０（Ｖ）である図６（ｂ）は、現信号と遅延信号
との位相差が９０゜又は２７０゜のときの論理回路の出
力及びＬＰＦの出力電圧波形を示す。現信号と遅延信号
との位相差が９０゜又は２７０゜ときは、ＬＰＦの出力
電圧は２．５（Ｖ）である。

【００４２】図６（ｃ）は、現信号と遅延信号との位相
差が１８０゜のときの論理回路の出力及びＬＰＦの出力
電圧波形を示す。現信号と遅延信号との位相差が１８０
゜のときは、ＬＰＦの出力電圧は５（Ｖ）である。

【００４３】そして、平滑回路としての第１ＬＰＦ１０
ｓを通った信号は、図４に示す第４比較器１０ｇ及び第
５比較器１０ｈにそれぞれ入力される。

【００４４】また、平滑回路としての第２ＬＰＦ１０ｔ
を通った後の信号は、図４に示す第６比較器１０ｊ及び
第７比較器１０ｋにそれぞれ入力される。

【００４５】前記第１ＬＰＦ１０ｓ及び前記第２ＬＰＦ
１０ｔで平準化された出力電圧は、前述したように、現
信号と遅延信号との位相差により０（Ｖ）、２．５
（Ｖ）、５（Ｖ）のいずれかの電圧が出力される。

【００４６】以下に、図４に示した第４比較器１０ｇ、
第５比較器１０ｈ、第６比較器１０ｊ及び第７比較器１
０ｋの動作について説明する。

【００４７】前記第４比較器１０ｇは、前記第１ＬＰＦ
１０ｓより入力された信号と第３基準電源１０ｗとの基
準電圧との比較を行う。前記第３基準電源１０ｗは、基
準電圧として１．２（Ｖ）が出力されるよう設定されて
いる。前記第４比較器１０ｇは、入力された信号の電圧
が前記第３基準電源１０ｗの基準電圧以上のときデジタ
ル値の“１”を出力し、前記第３基準電源１０ｗの基準
電圧未満のときはデジタル値の“０”を前記データ識別
部１１ａに出力する。

【００４８】前記第５比較器１０ｈは、前記第１ＬＰＦ
１０ｓより入力された信号と第４基準電源１０ｘの基準
電圧との比較を行う。前記第４基準電源１０ｘは、基準
電圧として３．６（Ｖ）が出力されるよう設定されてい
る。

【００４９】前記第５比較器１０ｈは、入力された信号
の電圧が第４基準電源１０ｘの基準電圧以上のときデジ
タル値の“１”を出力し、前記４基準電源１０ｘの基準
電圧未満のときはデジタル値の“０”を前記データ識別
部１１へ出力する。

【００５０】また、前記第６比較器１０ｊは、前記第
２ＬＰＦ１０ｔより入力された信号と第３基準電源１０
ｗとの基準電圧との比較を行い、前記第７比較器１０ｋ
は、前記第２ＬＰＦ１０ｔより入力された信号と第４基
準電源１０ｘとの基準電圧との比較を行う。

【００５１】第４比較器１０ｇから第７比較器１０ｋま
での各出力信号は、送受信制御回路１１のデータ識別部
１１ａに入力され、前記超音波送受波器９で受信した信
号を２ビットのデータ情報に復調する。

【００５２】以下に、データ伝送中の通信状態の検知方
法について図８を参照して説明する。

【００５３】図８（ａ）は、絶対値整流回路１０ｂから
出力されるフレーム及び送信休止期間の各信号の波形を
示す図である。図８（ａ）に示すように、絶対値整流回
路１０ｂからの出力波形は、正の絶対値電圧が出力され
る。図８（ｂ）は第３比較器１０ｆからの出力される信
号の波形を示す図である。図８（ｂ）の第３比較器１０
ｆからの出力信号が“１”から“０”に変化したときか
らｔ３後に図８（ｃ）に示すサンプリングパルスを“Ｏ
Ｎ”にして絶対値整流回路１０ｂからの送信休止期間の
出力電圧値を読み取って記憶する。このときの出力電圧
値をＶ２とする。電圧値（Ｖ２）は、信号成分を含まな
い海中での雑音、マルチパスによる雑音など全ての雑音
の大きさを示している。

【００５４】前記マルチパス伝播波の内、通信障害に最
も影響の大きい海面と海底を夫々１回ずつ反射してデー
タ伝送制御装置３に受信される伝播波と直接到達波との
到達時間差は、ｔ＝ｎ×Ｈ／水中音速で表すことができる。ｔ：時間、ｎ：２倍を越えるもの（ｎ＝２は含まな
い）、Ｈ：海底から海面までの距離である。

【００５５】一般に、浅海域におけるマルチパス通信障
害は、海面と海底を夫々１回ずつ反射して到達した伝播
波が本来の直接到達波に重畳したときに発生する。すな
わち、ｎが２を越える場合の到達時間差よりも送信休止
期間が長い場合にはマルチパスが入り込んでこないので
通信障害は発生しにくい。しかし、例えば、水深２０ｍ
のときには約２７ｍｓｅｃになり、このような長さの送
信休止期間を設けると、データ伝送速度が低下してデー
タ伝送速度の高速化を図ることができない。逆に、ｎが
２以下の場合の到達時間差よりも送信休止期間が短い場
合にはマルチパスが重畳されるので通信障害が発生しや
すくなる。

【００５６】しかして、本発明によるデータ伝送システ
ムでは、送信休止期間が海底から海面までの距離の２倍
以下の伝播時間よりも短い場合であっても、ＡＧＣアン
プの安定に要する時間が前記送信休止期間に比べて長い
時定数を有しているのでデータ伝送速度を低速化させる
ことなく高速で行うことができ、しかもデータ伝送中の
通信品質を確認しながら伝送することができるようにな
っている。

【００５７】前記ＡＧＣアンプ１０ａが安定に要する時
間（安定化時間とも言う）（時定数）は、実施例では事
前信号として無変調連続波を送信し、ＡＧＣアンプ１０
ａの安定化を計っている。また、超音波信号の送信休止
期間の送信休止時間はＡＧＣアンプ１０ａの時定数以下
であるため、ＡＧＣアンプ１０ａは事前信号受信時の利
得（ゲイン）を保持している。すなわち、ＡＧＣアンプ
１０ａは、送信休止期間に比べて受信ゲインをほぼ一定
とみなすことができる十分長い時定数を有している。

【００５８】また、フレームの基準位相シンボル及びデ
ータシンボルでの絶対値整流回路１０ｂから出力される
電圧値は、ＡＧＣアンプ１０ａにより一定の電圧値に制
御されている。このときの一定の電圧値をＶ１とし、前
もってメモリに記憶しておく。送受信制御回路１１のマ
イクロコンピュータによりフレームの電圧値（Ｖ１）及
び送信休止期間の出力電圧値（Ｖ２）より（Ｖ１／Ｖ
２）の演算を行い、演算結果を信号と雑音の比（ＳＮ
比）として送受信制御回路１１の表示部３０へ出力す
る。その結果、オペレータは前記ＳＮ比を監視すること
によって通信品質を確認することができる。

【００５９】次に、データ伝送装置２における動作モー
ドについて説明する。データ伝送装置２の動作モード
は、スリープモード、観測器データ収集モード、受信待
機モードの３モードである。

【００６０】前記スリープモードとは、時間を管理する
時計回路及び時計回路周辺の回路のみに電源を供給する
モードである。前記スリープモードは、時計回路及び時
計回路周辺の回路のみに電源を供給するため、データ伝
送装置２の消費電力が少なく省電力化が計られる。

【００６１】観測器データ収集モードとは、定時に、観
測機器１で測定されたデータを通信により収集し、メモ
リ１５に記憶するものである。観測器データ収集モード
では、観測器インターフェース回路（図示せず）、送受
信制御回路１１、メモリ１５など観測器のデータ収集に
必要な回路のみ電源が供給される。

【００６２】受信待機モードとは、海上のデータ伝送制
御装置３からの電源の起動信号を常時受信できるよう待
機するモードである。電源は、起動信号受信回路１２に
供給される。

【００６３】データ伝送装置２の各動作モードの切り替
えは、時間を管理する時計回路の時間によって行われ
る。すなわち、前記時計回路の時間が前もって設定され
た時刻に達したとき、各モードの信号を発生し、各動作
モードに応じた電源を供給するよう制御する。

【００６４】以下に、各動作モードでの電源の制御につ
いて、図７を使用して説明する。

【００６５】図７は、データ伝送装置３の電源の制御を
行う電源制御部のブロック図を示す図である。

【００６６】図７に示すように、電源部２２は、第１通
電回路２３、第２通電回路２４及び第３通電回路２５に
電源を供給する。各通電回路は、入力信号により電源部
の電源の出力又は遮断を行う。

【００６７】時間を管理する時計回路２０の時間は、動
作モード制御回路２１に出力される。前記動作モード制
御回路２１は、前記時計回路２０より出力される時刻
と、前もって設定されている各動作モードの動作開始時
間と終了時間とを比較し、前記時計回路２０より出力さ
る時刻が動作開始時間に達したとき、通電回路に“Ｏ
Ｎ”（通電信号）の信号を出力する。また、時計回路２
０より出力された時刻が終了時間に達したときは、通電
回路に“ＯＦＦ”（遮断信号）の信号を出力する。前記
通電回路は、前記動作モード制御回路２１からの信号が
“ＯＮ”のとき、所要の電源を各回路に通電し、前記動
作モード制御回路２１からの信号が“ＯＦＦ”のとき、
供給している電源を遮断する。

【００６８】観測器データ収集モードの動作時間が、例
えば、前記動作モード制御回路２１で時間２３時から２
４時までと設定されているときには、時計回路２０の時
刻が２３時に達したとき、前記動作モード制御回路２１
は、第１通電回路２３に通電信号（図７に示す）を出
力し、前記第１通電回路２３は、観測器インターフェー
ス回路（図示せず）、送受信制御回路１１、メモリ１５
など観測器のデータ収集に必要な回路に主電源を供給
し、送受信制御回路１１は、観測機器１と通信してデー
タを収集する。

【００６９】また、受信待機モードの時間が６時から１
８時までと設定されているときには、前記動作モード制
御回路２１は、所定の時刻で第２通電回路２４に通電信
号（図７に示す）を出力し、前記第２通電回路２４は
起動信号受信回路に電源を供給する。海中のデータ伝送
装置２が、指令動作のみを受け付ける受信待機モードで
動作中、海上のデータ伝送制御装置３より電源起動信号
を受信すると、データ伝送装置２は電源の起動を行い、
送受信制御回路１１のマイクロコンピュータが動作し、
データ伝送装置の受信動作が可能となる。

【００７０】以下に、データ伝送装置２の電源起動信号
を受信後の動作状態を図５に示す。

【００７１】図５に示すように、海上より送信された電
源起動信号がデータ伝送装置２の送受信部の起動信号受
信回路１２で受信されると、通電信号（図７の）を第
３通電回路２５に出力する。第３通電回路２５は、デー
タ伝送装置２の主電源で受信回路１０、送受信制御回路
１１のマイクロコンピュータなどに電源を供給し、デー
タ伝送装置２の全機能を使用可能にする。図５（ａ）に
示す時間ｔ１後に、海上のデータ伝送制御装置３より識
別コードが送信され、データ伝送装置２の受信回路１０
で受信し送信制御回路１１に入力する。なお、図５
（ａ）に示す時間ｔ１は、データ伝送装置２の主電源起
動後のマイクロコンピュータの初期立ち上がりに要する
時間である。

【００７２】前記データ伝送装置２の送受信制御回路１
１のマイクロコンピュータは、受信した識別コードと自
己の識別コードとの照合を行い、照合した結果、受信し
た識別コードと自己の識別コードが一致したときには、
順次送られてくる指令に基づいて動作する。そして、メ
モリ１５に記憶していたデータを超音波送受波器９より
海上へ送信する。

【００７３】しかしながら、受信した識別コードと自己
の識別コードが不一致のときには、送受信制御回路１１
のマイクロコンピュータは図５（ｂ）に示すｔ２の時間
で第３通電回路２５に遮断信号を送り電源を遮断する。
電源の遮断により前記データ伝送装置２は、海上からの
起動信号のみを受信する受信待機モードに切り替わる。

【００７４】以上説明したように、時間により動作モー
ドを切り替え、動作モードに応じた電源を供給すること
により、無駄な電力消費を防ぐことができ、長期間海中
で使用可能となる。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数のデータ伝送装置が隣接して設置されている海中で
は、データ伝送装置毎に識別コードを割り当てることに
より、海上より特定のデータ伝送装置を呼び出すことが
できるため、他のデータ伝送装置の誤動作や無駄な電力
消費を防ぐことができる。

【００７６】また、データ伝送装置内の時計の時刻によ
り各動作モードに応じた電源を供給することにより無駄
な電力の消費がなく、省電力化が計られる。また、デー
タ伝送中のＳＮ比をいち早くオペレータに伝えることに
より、通信品質を確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による海洋計測信号伝送システムを示す
構成図である。

【図２】データ伝送装置の送受信部を示すブロック図で
ある。

【図３】（ａ）は超音波信号の構成を示す図、（ｂ）
は、（ａ）に示したフレームの詳細を示す図である。。

【図４】データ伝送装置及びデータ伝送制御装置の受信
回路を示すブロック図である。

【図５】データ伝送装置の電源起動信号を受信後の動作
状態を示す図である。

【図６】現信号と遅延信号との位相差による論理回路の
出力及びＬＰＦの出力波形を示す図であり、（ａ）は、
現信号と遅延信号との位相差が０゜のとき、（ｂ）は現
信号と遅延信号との位相差が９０゜又は２７０゜のと
き、（ｃ）は、現信号と遅延信号との位相差が１８０゜
のときをそれぞれ示す図である。

【図７】データ伝送装置の電源制御部のブロック図を示
す図である。

【図８】（ａ）は絶対値整流回路から出力されるフレー
ム及び送信休止期間の各信号の波形を示し、（ｂ）は第
３比較器からの出力される信号の波形を示し、（ｃ）は
サンプリングパルスのタイミングをそれぞれ示す。

【符号の説明】

１観測機器２データ伝送装置３データ伝送制御装置６搬送波発生器７位相変調回路８送信回路９超音波送受波器１０受信回路１０ａＡＧＣアンプ１０ｂ絶対値整流回路１０ｃ波形整形回路１０ｄ第１比較器１０ｅ第２比較器１０ｆ第３比較器１０ｇ第４比較器１０ｈ第５比較器１０ｊ第６比較器１０ｋ第７比較器１０ｍ移相回路１０ｎ遅延回路１０ｐ第１論理回路１０ｑ第２論理回路１０ｓ第１ＬＰＦ１０ｔ第２ＬＰＦ１０ｕ第１基準電源１０ｖ第２基準電源１０ｗ第３基準電源１０ｘ第４基準電源１１送受信制御回路１１ａデータ識別部１２起動信号受信回路１５メモリ２０時計回路２１動作モード制御回路２２電源部２３第１通電回路２４第２通電回路２５第３通電回路３０表示部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永井紀彦神奈川県横須賀市長瀬３丁目１番１号運輸省港湾技術研究所内 (72)発明者橋本典明神奈川県横須賀市長瀬３丁目１番１号運輸省港湾技術研究所内 (72)発明者高橋智晴東京都中央区日本橋本町２丁目８番６号社団法人海洋調査協会内 (72)発明者小山謙一東京都羽村市栄町３−１−５株式会社カイジョー内 (72)発明者石原孝史東京都羽村市栄町３−１−５株式会社カイジョー内Ｆターム(参考） 5K067 AA43 BB27 EE02 EE10 EE38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】海中に設置してデータを測定する海洋デ
ータ計測手段と、海中に設置して前記海洋データ計測手
段からのデータを収集し、海上に対して超音波信号によ
り収集した収集データを送信するデータ伝送手段と、海
上で前記データ伝送手段からの超音波信号の収集データ
を受信するデータ伝送制御手段からなる波浪観測におけ
る水中超音波を用いたデータ伝送システムにおいて、前記データ伝送制御手段は、前記データ伝送手段に対し
主電源の起動信号及び識別コードを送信し、前記データ
伝送手段は、前記データ伝送制御手段からの主電源の起
動信号を受信後主電源の起動を行い、主電源の起動後に
受信した前記識別コードと自己の識別コードとの照合を
行い、受信した前記識別コードが自己の識別コードと一致した
ときには、前記データ伝送制御手段にデータを送信し、受信した前記識別コードが自己の識別コードと不一致の
ときには、主電源を遮断して前記データ伝送制御手段か
らの信号を受信する受信待機モードに切り替わることを
特徴とする波浪観測における水中超音波を用いたデータ
伝送システム。
【請求項２】前記データ伝送制御手段は、基準位相シ
ンボル及び少なくとも１個以上のデータシンボルでなる
フレームと該フレームとの間又は事前信号と前記フレー
ムとの間の送信休止期間が海底から海面までの距離の２
倍以下の伝播時間よりも短く、ＡＧＣアンプの安定化時
間が前記送信休止期間に比べて長い時定数を有してな
り、前記送信休止期間中の信号のレベルをサンプリング
して前記フレームのデータシンボルの信号のレベルと比
較して演算した結果を受信信号のＳＮ比として表示する
表示手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の波浪
観測における水中超音波を用いたデータ伝送システム。
【請求項３】前記データ伝送手段は、時間を管理する
時計回路を内蔵し、前記時計回路の時間が前もつて設定
された指令を受信する待機時刻に達したとき、前記デー
タ伝送手段の受信部の電源回路に信号を発して前記受信
部の受信回路を駆動制御することを特徴とする請求項１
に記載の波浪観測における水中超音波を用いたデータ伝
送システム。