JP2015064207A - Underwater sound positioning system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海底の地殻変動等を音響信号によって観測する水中音響測位システムに関するものである。本発明は、船上局と海底局との間の距離を正確に測ることにより、海底の地殻変動を観測し、前記観測したデータを船上局または陸上で演算処理して、前記海底の地殻変動の程度を知ることができる水中音響測位システムに関するものである。また、本発明の水中音響測位システムは、短時間に多くのより正確なデータを得ることができるとともに、既設の海底局のＩＤコードを変更することなく、海底局に対する位置データの取得密度を向上させることができるものである。 The present invention relates to an underwater acoustic positioning system that observes crustal movements and the like of the seabed using acoustic signals. The present invention measures the crustal deformation of the sea floor by accurately measuring the distance between the shipboard station and the seafloor station, and computes the observed data at the shipboard station or on land, thereby calculating the crustal deformation of the seabed. The present invention relates to an underwater acoustic positioning system that can know the degree. In addition, the underwater acoustic positioning system of the present invention can obtain a lot of more accurate data in a short time, and improves the acquisition density of position data for the submarine station without changing the ID code of the existing submarine station. It can be made to.
ＧＰＳの電波あるいは光は、海底に正確に届かないため、前記海底における地殻変動の程度を観測することが困難であった。前記海底における地殻変動は、船上局の位置をＧＰＳで決定し、船上局から海底局に向けて発射された音響信号の返信信号を前記船上局で受信することによって測定が可能である。しかし、前記音響信号の海中における音速は、海水温度、塩分濃度等によって、時々刻々と変化するため、時間的および空間的に正確に把握することが困難であった。一方、船上局に設置された観測装置は、船自体がローリング、ピッチング、およびヨーイングの少なくとも３方向の動きをしており、音響信号を発射する船上局の音響トランスデューサの位置を正確に決定することが困難であった。 Since GPS radio waves or light does not reach the seabed accurately, it has been difficult to observe the extent of crustal movement on the seabed. The crustal movement on the sea floor can be measured by determining the position of the shipboard station using GPS and receiving a response signal of an acoustic signal emitted from the shipboard station toward the seabed station. However, since the speed of sound of the acoustic signal in the sea changes from time to time depending on seawater temperature, salinity concentration, etc., it has been difficult to accurately grasp in time and space. On the other hand, the observation device installed in the shipboard station accurately determines the position of the acoustic transducer of the shipboard station that emits an acoustic signal because the ship itself moves in at least three directions of rolling, pitching, and yawing. It was difficult.
また、海底の歪み調査は、多くの海底局を設置して、地殻変動による地震の予知を長い間に渡って行っている。前記海上保安庁の設置した海底局は、自分の呼び出されたＩＤコードによって、測距信号を送り返すようになっていた。前記海上保安庁が設置した海上局は、既に相当な数に及んでいる。前記水中音響測位システムは、既製のシステムが利用できるというメリットがある代わりに、船上局からＩＤコードおよび測距信号を送信した後、海底局で受信し、前記測距信号に全て同じＩＤコードを付けて返信するようになっていた。前記データの送受信時間は、長くかかるため、海水温度および塩分濃度の変化が一定でない場合が多く、正確なデータを得ることができなかった。 In addition, many surveys of the sea floor have been conducted for many years to predict earthquakes caused by crustal deformation. The submarine station set up by the Japan Coast Guard sends back a ranging signal using its called ID code. The number of maritime stations established by the Japan Coast Guard has already reached a considerable number. The underwater acoustic positioning system has the merit that an off-the-shelf system can be used, but instead of transmitting an ID code and a ranging signal from the shipboard station, it is received at the submarine station, and the same ID code is used for all the ranging signals. I was supposed to reply with it. Since the data transmission / reception time takes a long time, changes in seawater temperature and salinity concentration are often not constant, and accurate data cannot be obtained.
そこで、本出願人の提案した特願２０１３−１０２０９７号（平成２５年５月１４日出願）にかかる発明において、船上局は、それぞれの海上局に対して、同じＩＤコードと同じ測距信号を一斉に送り、前記海上局からそれぞれ別々のＩＤコードと前記同じ測距信号を船上局に返信していた。前記水中音響測位システムは、送受信が一斉に行われるため、測定にかかる時間が短縮でき、正確なデータを多く得ることができる。しかし、前記水中音響測位システムは、前記海上保安庁が設置した海底局に付けられているＩＤコードをそのまま利用することができないという問題点があった。 Therefore, in the invention according to Japanese Patent Application No. 2013-102097 (filed on May 14, 2013) proposed by the present applicant, the shipboard station sends the same ID code and the same ranging signal to each maritime station. The ID code and the same distance measurement signal were sent back from the maritime station to the ship station. Since the underwater acoustic positioning system performs transmission and reception at the same time, the time required for measurement can be shortened and a large amount of accurate data can be obtained. However, the underwater acoustic positioning system has a problem that an ID code attached to a submarine station installed by the Japan Coast Guard cannot be used as it is.
前記公報（特開平８−１８９９６９号公報）に記載された発明において、船上局は、海底局の一つに向けてＩＤコードＳ１および測距信号Ｍを送信する。海底局は、応答信号として、ＩＤコードＳ６（海上保安庁によって予め決められている）および測距信号Ｍを前記船上局に送信する。同様にして、前記船上局は、他の海底局へと順次送受信をそれぞれ行う。前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍは、たとえば、１０秒の時間差をもって各海底局から前記船上局に送信される。このような船上局と海底局とのデータの送受信は、時間がかかるだけでなく、最初の海底局で得たデータと、最後の海底局で得たデータとが海水温度および塩分濃度と、船の位置および傾き（ピッチング等）等により異なる状態であるため、正確性を欠くという欠点があった。 In the invention described in the above publication (JP-A-8-189969), the shipboard station transmits the ID code S1 and the ranging signal M to one of the submarine stations. The submarine station transmits an ID code S6 (predetermined by the Japan Coast Guard) and a ranging signal M as response signals to the shipboard station. Similarly, the shipboard station sequentially transmits and receives to other submarine stations. The ID code S6 and the ranging signal M are transmitted from each submarine station to the shipboard station with a time difference of 10 seconds, for example. Such data transmission / reception between the shipboard station and the submarine station is not only time consuming, but the data obtained at the first submarine station and the data obtained at the last submarine station are the seawater temperature and salinity, However, there is a drawback in that it is inaccurate.
図６および図７は従来の別の例（特願２０１３−１０２０９７号 平成２０１３年５月１４日出願）で、前記欠点を除去するための水中音響測位システムである。図６および図７において、水中音響測位システムは、ＧＰＳを備えている船上局６１の船底にトランスジューサ６１１が設けられており、海底に複数の海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）が敷設されている。前記船上局６１は、少なくとも船の位置を正確に知るためのＧＰＳと前記海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）に向かって信号を送受信するトランスジューサ６１１を備えている。前記船上局６１は、前記トランスジューサ６１１から発振された音響信号を海底局６２に送信した後、前記海底局６２から返信された前記音響信号を前記船上局６１で受信するシステムになっている。 6 and 7 show another conventional example (Japanese Patent Application No. 2013-102097, filed on May 14, 2013), which is an underwater acoustic positioning system for removing the above-mentioned drawbacks. 6 and 7, in the underwater acoustic positioning system, a transducer 611 is provided on the bottom of an onboard station 61 equipped with GPS, and a plurality of submarine stations 62 (m1, m2, m3, m4,.・) Is laid. The shipboard station 61 includes at least a GPS for accurately knowing the position of the ship and a transducer 611 that transmits and receives signals to the submarine station 62 (m1, m2, m3, m4,...). The shipboard station 61 is a system in which the shipboard station 61 receives the sound signal returned from the submarine station 62 after transmitting the sound signal oscillated from the transducer 611 to the seabed station 62.
前記海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）から前記返信された音響信号は、前記音響トランスデューサ６１１によって受信された後、前記船上局６１に設けられているＧＰＳによって、前記海底局６２の位置を算出する。なお、前記ＧＰＳは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としているものとする。前記観測は、たとえば、数カ月置きに行うことにより、前記海底局６２の位置がどの様に変化したかを判断することができるものである。 The acoustic signal sent back from the submarine station 62 (m1, m2, m3, m4,...) Is received by the acoustic transducer 611, and then received by the GPS provided in the shipboard station 61. The position of the station 62 is calculated. The GPS is based on GPS observation data on land. The observation can be performed every several months, for example, to determine how the position of the submarine station 62 has changed.
前記水中音響測位システムは、前記船上局６１から海底に設置された複数の海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）に向かって、前記音響トランスデューサ６１１から一斉に音響信号（ＩＤコードＳ０および測距信号Ｍ）を送信する。その後、前記トランスデューサ６１１からの前記音響信号を受信した海底局６２は、船上局６１に向かってほぼ一斉に応答データを送る。前記船上局６１で受信した各海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）の音響信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・およびＭ）は、それぞれの位置（距離）により少し違う時間差をもってそれぞれ収集される。前記各データは、図示されていないデータ処理装置により処理することにより、前記海底局６２の位置情報を得ることができる。前記従来例の水中音響測位システムは、船上局６１からの一回の呼び出しで、各海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）から測定結果がほぼ一斉に戻って来るため、海水温度、塩分濃度等の条件が時々刻々と変わる前のデータを効率良く得ることができる。 The underwater acoustic positioning system transmits an acoustic signal (ID) from the acoustic transducer 611 toward the plurality of submarine stations 62 (m1, m2, m3, m4,...) Installed on the seabed from the shipboard station 61. The code S0 and the ranging signal M) are transmitted. Thereafter, the submarine station 62 that has received the acoustic signal from the transducer 611 sends response data to the shipboard station 61 almost simultaneously. The acoustic signals (S1, S2, S3, S4,..., And M) of the respective submarine stations 62 (m1, m2, m3, m4,...) Received by the shipboard station 61 are the respective positions (distances). Are collected with slightly different time differences. Each piece of data is processed by a data processing device (not shown), so that position information of the submarine station 62 can be obtained. In the conventional underwater acoustic positioning system, the measurement results return almost simultaneously from each submarine station 62 (m1, m2, m3, m4,...) In one call from the shipboard station 61. It is possible to efficiently obtain data before conditions such as seawater temperature and salinity change from moment to moment.
前記水中音響測位システムは、ＩＤコードおよび測距信号を一斉に送るとともに、一斉に船上局で受信するため、短時間で多くのデータを取得でき、効率を良くすることができた。しかし、前記海底局６２は、データを返信する際に、異なるＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・）がそれぞれ付けられている。前記水中音響測位システムにおいて、異なるＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・）が付けられている海底局は、現在海底に設置されている設備を利用することができないため、新たにＩＤコードの異なる海底局を設置する必要があった。前記新たな海底局を設置するということは、莫大な費用と労力が必要となり、データの正確性と費用のどちらを選択するか非常に難しい問題をもっている。 Since the underwater acoustic positioning system sends ID codes and ranging signals all at once and simultaneously receives them at the shipboard station, a large amount of data can be acquired in a short time and efficiency can be improved. However, when the submarine station 62 sends back data, different ID codes (S1, S2, S3, S4,...) Are attached. In the underwater acoustic positioning system, a submarine station with a different ID code (S1, S2, S3, S4,...) Cannot use facilities currently installed on the seabed. It was necessary to install submarine stations with different ID codes. Installation of the new submarine station requires enormous costs and labor, and has a very difficult problem of choosing between data accuracy and cost.
近年（東北大震災の後）、大地震の発生する確率が大きくなっている。前記大地震は、海底の地殻変動を正確に観察することにより、予想することが近い将来可能になって来ている。前記海底の地殻変動は、電波あるいは光による観測が不可能であるため、音響信号を使用する以外に手段が無かった。しかし、前記音響信号の速度は、前述のように、海水温度、塩分濃度、船上局の状態等によって変化するだけでなく、時間的および空間的に派生するいろいろな雑音を拾い易い状況にある。 In recent years (after the Great Tohoku Earthquake), the probability of a large earthquake occurring has increased. It is possible to predict the earthquake in the near future by accurately observing the crustal deformation of the seabed. The crustal movement of the sea floor cannot be observed by radio waves or light, so there was no means other than using acoustic signals. However, as described above, the speed of the acoustic signal not only changes depending on the seawater temperature, the salinity concentration, the state of the shipboard station, etc., but it is easy to pick up various noises that are derived temporally and spatially.
以上のような課題を解決するために、本発明は、船上局からの異なるＩＤコードおよび測距信号をそれぞれの海底局へ一定の時間差をもって送信するとともに、前記海上局から同じＩＤコードおよび異なる前記測距信号が届いた順に返信信号として送信することにより、前記船上局でそれぞれ受信した後、解析することにより、誤差の少ない地殻変動を調べることができる水中音響測位システムを提供することを目的とする。また、本発明は、船上局と海底局との間において、ＩＤコードおよび測距信号をそれぞれ海底局へ一定の時間差をもって送受信した後、これらの信号を解析することにより、誤差が更に少ない地殻変動を調べることができる水中音響測位システムを提供することを目的とする。 In order to solve the problems as described above, the present invention transmits different ID codes and ranging signals from the shipboard station to the respective submarine stations with a certain time difference, and the same ID code from the maritime station and the different ones. It is an object of the present invention to provide an underwater acoustic positioning system capable of examining crustal movements with less error by analyzing after receiving each signal at the shipboard station by transmitting a return signal in the order in which the ranging signals arrive. To do. In addition, the present invention can transmit and receive an ID code and a distance measurement signal to and from the submarine station with a certain time difference between the shipboard station and the submarine station, and then analyze these signals so that the crustal deformation with less errors can be obtained. It is an object of the present invention to provide an underwater acoustic positioning system capable of examining
（第１発明）
第１発明の水中音響測位システムは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としたＧＰＳを備えている船上局から送信した音響信号を海底に設置された複数の海底局でそれぞれ受信し、それぞれの海底局から前記音響信号を前記船上局へ送信することによって、前記海底局の位置データの取得密度を向上して収集することができるものであり、前記船上局からＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、・・・たとえば、 256bit からなるＭ系列コード）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・たとえば、512bitからなるＭ系列コード）からなる音響信号をそれぞれの前記海底局に対して一定の時間差をもって送信する船上局送信部と、前記船上局送信部からの音響信号をそれぞれ受信するとともに、前記全ての海底局に予め決められた同じＩＤコードＳ６を前記測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）に付し、前記船上局から送信した前記音響信号が届いた順に返信信号を送信する海底局送受信部と、前記それぞれの海底局からの前記返信信号（前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍ１、Ｍ２、・・・）を受信する船上局受信部と、前記船上局受信部において、前記返信信号（前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍ１、Ｍ２、・・・）およびＧＰＳからの位置信号を基にして、前記海底局の位置を決める演算を行うデータ処理装置と、から少なくとも構成されている。
(First invention)
The underwater acoustic positioning system of the first invention receives acoustic signals transmitted from a shipboard station equipped with GPS based on GPS observation data on land at each of a plurality of submarine stations installed on the seabed, and each submarine station The acoustic signal is transmitted from the shipboard station to the shipboard station to improve the acquisition density of the position data of the submarine station, and the ID code (S1, S2,... For example, an onboard ship that transmits acoustic signals consisting of 256-bit M-sequence codes) and ranging signals (M1, M2,..., Eg, 512-bit M-sequence codes) to each of the submarine stations with a certain time difference. And receiving the acoustic signals from the station transmitting unit and the shipboard station transmitting unit, respectively, and the same ID code S6 determined in advance for all the submarine stations. A submarine station transmitting / receiving unit for transmitting a response signal in the order of arrival of the acoustic signals transmitted from the shipboard station, attached to the signals (M1, M2,...), And the reply signals from the respective submarine stations (the aforementioned The shipboard station receiver that receives the ID code S6 and ranging signals M1, M2,..., And the shipboard station receiver receive the reply signal (the ID code S6 and distance signals M1, M2,...). ) And a data processing device for performing a calculation for determining the position of the submarine station based on a position signal from the GPS.
（第２発明）
第２発明の水中音響測位システムは、前記ＩＤコードの送信を開始してから測距信号の送信終了までの時間ｎは、０．４秒以上であり、前記測距信号の送信終了から次のＩＤコードの送信開始までの時間は、２．６秒以下であることを特徴とする。
(Second invention)
In the underwater acoustic positioning system according to the second aspect of the invention, the time n from the start of transmission of the ID code to the end of transmission of the ranging signal is 0.4 seconds or more. The time until the ID code transmission is started is 2.6 seconds or less.
本発明によれば、ＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、・・・）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）は、船上局から一定の時間差をもって海底局に送信された後、それぞれの海底局から同じＩＤコードＳ６を付けるとともに、それぞれの海底局に測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）が届いた順に返信することにより、短時間で、多くの観測点から地殻変動を知るための正確なデータを得ることができる。 According to the present invention, the ID code (S1, S2,...) And the ranging signal (M1, M2,...) Are transmitted from the shipboard station to the submarine station with a certain time difference, and then each submarine. Attaching the same ID code S6 from the station and returning the ranging signals (M1, M2,...) To each submarine station in order to know the crustal movement from many observation points in a short time Accurate data can be obtained.
本発明によれば、前記船上局からのＩＤコードおよび測距信号は、一定の時間差をもって海底局に送信された後、前記海底局から全て同じＩＤコードＳ６を付けて返信されるため、既設の海底局を利用することができ、音響信号の送受信にかかる時間を短縮することができるだけでなく、安価で正確なデータを短時間で収集することが可能である。 According to the present invention, since the ID code and ranging signal from the shipboard station are transmitted to the submarine station with a certain time difference, they are all returned from the submarine station with the same ID code S6. Submarine stations can be used, and not only can the time required for transmitting and receiving acoustic signals be reduced, but also inexpensive and accurate data can be collected in a short time.
本発明によれば、ＩＤコードの送信を開始してから測距信号の送信終了までの時間を規定することにより、送受信にかかる全体の時間を短くして、海水温度および塩分濃度と、船の位置および傾き（ピッチング等）等による影響を少なくすることができた。 According to the present invention, by defining the time from the start of transmission of the ID code to the end of transmission of the ranging signal, the overall time taken for transmission and reception is shortened, and the seawater temperature and salinity concentration, The influence of the position and tilt (pitching etc.) could be reduced.
本発明によれば、ＩＤコードと測距信号との間において、音響信号の歪みを考慮した最低の時間を設けることにより、全計測にかかる時間を短くしている。 According to the present invention, the time required for all measurements is shortened by providing the minimum time in consideration of distortion of the acoustic signal between the ID code and the distance measurement signal.
（第１発明）
本発明の水中音響測位システムは、船上局の音響トランスデューサからそれぞれの海底局に向けて一定の時間差をもって送信されたＩＤコードおよび測距信号を海底に設置されたそれぞれのＩＤコードを持った海底局で受信する。前記一定の時間差は、船上局から互いに混信しない程度の一定時間で、かつ、互いに混信しない最低の時間としている。その後、前記それぞれの音響信号（ＩＤコードおよび測距信号）は、それぞれの海底局に届いた順序で直ちに前記船上局に返信される。一方、前記船上局は、前記船上局に設けられているＧＰＳによって、正しい位置が算出される。前記返信された測距信号は、前記ＧＰＳの位置と合わせて前記海底局の正しい位置が算出される。なお、前記ＧＰＳは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としている。前記算出された結果は、前記海底局の位置がどの様に移動または変化したかを地上で判断することができ、地震を予測するデータとするものである。
(First invention)
The underwater acoustic positioning system of the present invention is a submarine station having an ID code transmitted from an acoustic transducer of a shipboard station to each submarine station and a ranging signal with a certain time difference and each ID code installed on the seabed. Receive at. The certain time difference is a certain time that does not cause mutual interference from the shipboard station, and is the minimum time that does not cause mutual interference. Thereafter, the respective acoustic signals (ID code and ranging signal) are immediately returned to the shipboard station in the order of arrival at the respective submarine stations. On the other hand, the correct position of the shipboard station is calculated by the GPS provided in the shipboard station. The returned ranging signal is combined with the GPS position to calculate the correct position of the submarine station. The GPS is based on GPS observation data on land. The calculated result can be used to determine how the position of the submarine station has moved or changed on the ground, and is used as data for predicting an earthquake.
本発明の水中音響測位システムは、海底局において、既に敷設されている海底局のＩＤコードをそのまま利用することができるだけでなく、ＩＤコードと測距信号との送受信密度を向上させることにより、前記海底局の位置データの取得密度を向上して収集することができるものである。また、本発明の水中音響測位システムは、新たな海底局を設置する必要がなく、海上保安庁が敷設した既設のものを利用できるため、莫大な費用あるいは手間を要することがない。本発明は、既に敷設されている海底局が同じＩＤコードを使用すること、および測距信号を異なるものとすることで、全体の測定時間を短くするだけでなく、正確かつ安価な測定データを得ることが可能になった。 The underwater acoustic positioning system of the present invention can not only use the ID code of the already installed submarine station in the submarine station, but also improve the transmission / reception density of the ID code and the distance measurement signal, thereby It is possible to improve the acquisition density of the position data of the submarine station and collect it. In addition, the underwater acoustic positioning system of the present invention does not require a new submarine station and can use an existing one installed by the Japan Coast Guard, so that enormous costs and labor are not required. The present invention not only shortens the overall measurement time by using the same ID code for already installed submarine stations and different ranging signals, but also provides accurate and inexpensive measurement data. It became possible to get.
本発明の水中音響測位システムは、前記ＧＰＳを備えている船上局から海底に設置された複数の海底局に向かって、前記音響トランスデューサからＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、・・・たとえば、 256bit からなるＭ系列コード）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・たとえば、512bitからなるＭ系列コード）からなる音響信号をそれぞれの前記海底局に対して一定の時間差をもって直ちに送信する。前記船上局送信部からの音響信号は、それぞれ決められたＩＤコードの海底局によって受信される。前記それぞれの海底局は、予め決められた同じＩＤコードＳ６が付けられるとともに、前記船上局から送信されたそれぞれ異なるコードが付けられた測距信号を届いた順に返信する。前記船上局は、ＩＤコードが同じであっても測距信号が異なるコードになっているため、識別が容易にできる。 The underwater acoustic positioning system of the present invention comprises an ID code (S1, S2,..., For example, 256 bits) from the acoustic transducer toward a plurality of submarine stations installed on the seabed from the shipboard station equipped with the GPS. M-sequence codes) and ranging signals (M1, M2,..., For example, 512-bit M-sequence codes) are immediately transmitted to each of the submarine stations with a certain time difference. The acoustic signal from the shipboard station transmitter is received by the submarine station having the determined ID code. Each of the submarine stations is attached with the same predetermined ID code S6, and returns a ranging signal with a different code transmitted from the shipboard station in the order of arrival. The shipboard stations can be easily identified because the ranging signals are different codes even if the ID codes are the same.
全ての海底局が同じＩＤコードＳ６を付けるということは、既に海底に設置されている海底局のシステムをそのまま利用できるというメリットがある。本発明の水中音響測位システムは、各ＩＤコードおよび測距信号の間の時間を短くしただけでなく、既設の海底局に付けられたＩＤコードを使用することができるため、海水温度および塩分濃度の変化等に左右されることが少なく、得られたデータが正確で、しかもデータの収集効率が高い。 The fact that all the submarine stations attach the same ID code S6 has an advantage that the submarine station system already installed on the seabed can be used as it is. The underwater acoustic positioning system of the present invention not only shortens the time between each ID code and the ranging signal, but also can use an ID code attached to an existing submarine station. The data obtained is accurate and the data collection efficiency is high.
前記海底局送受信部は、前記船上局送信部からの音響信号をそれぞれ受信し、予め決められた同じＩＤコードＳ６を送信するため、新たに海底局を設けた場合と比較して、莫大な費用と手間を倹約することができる。また、前記船上局受信部は、前記それぞれの海底局に届いた順に直ちに返送するため、全体の測定時間を短縮することが可能になった。 The submarine station transmission / reception unit receives the acoustic signals from the shipboard station transmission unit and transmits the same ID code S6 determined in advance. And save time and effort. Further, since the shipboard station receiver returns immediately in the order of arrival at each of the submarine stations, the entire measurement time can be shortened.
前記船上局において、受信したデータは、船上または地上に持ち帰り、データ処理装置によって、前記海底局の位置を決める演算を行う。本発明の水中音響測位システムは、一定の時間差で、かつ、最小の時間差をもって、それぞれの音響信号を送り、前記データの届いた順に直ちに送り返すことにより、音響信号の送信から受信するまでのトータル時間を短くすることができるため、海水温度および塩分濃度の変化等の影響が少ない短時間に効率的にデータを多く収集することができる。なお、一般的に、船上局送信部と船上局受信部とは、船上局に設けられた一体の送受信装置であり、説明の都合上別々にして記載している。 At the shipboard station, the received data is brought back on the ship or on the ground, and the data processor performs an operation to determine the position of the submarine station. The underwater acoustic positioning system of the present invention sends each acoustic signal at a constant time difference and with a minimum time difference, and immediately sends it back in the order in which the data arrived. Therefore, a large amount of data can be collected efficiently in a short time with little influence of changes in seawater temperature and salinity. In general, the onboard station transmitting unit and the onboard station receiving unit are integrated transmission / reception devices provided in the onboard station, and are described separately for convenience of explanation.
本発明の前記ＩＤコード（Ｍ系列コード−２５６bit ）および測距信号（Ｍ系列コード−５１２bit ）は、予め決められた異なるビット数から構成されているため、船上局で受信したＩＤコードおよび測距信号が混信することなく、正確なデータを数多く得ることができる。また、本発明の水中音響測位システムは、音響信号の伝播速度が遅い（海中で、１５００ｍ／sec ）にもかかわらず、信号の送信から受信までに入る雑音を少なくすることができる。 Since the ID code (M sequence code -256 bits) and ranging signal (M sequence code -512 bits) of the present invention are composed of different numbers of bits determined in advance, the ID code and ranging signal received by the shipboard station Many accurate data can be obtained without signal interference. In addition, the underwater acoustic positioning system of the present invention can reduce noise from signal transmission to reception even though the propagation speed of the acoustic signal is slow (1500 m / sec in the sea).
（第２発明）
第２発明の水中音響測位システムは、ＩＤコードおよび測距信号の時間を規定している。前記ＩＤコードと測距信号とを足した時間は、ＩＤコードが 256bit からなるＭ系列コードであるため、０．１秒必要である。また、前記測距信号は、512bitからなるＭ系列コードであるため、０．２秒が必要である。前記ＩＤコードおよび測距信号との間は、これらの信号が機械的なものであるため、０．１秒が必要である。そこで、前記ＩＤコードと測距信号を足した時間ｎは、最低、０．４秒以上である。また、前記信号が機械的なものであるため、最初の測距信号が終了した時間と、次ぎのＩＤコードの間に多少時間を設けることが必要であり、最初の測距信号が終了した後、次ぎのＩＤコードの送信開始までの時間は、本発明において、２．６秒以下の長さであることが望ましいということが判った。
(Second invention)
The underwater acoustic positioning system of the second invention defines the time of the ID code and ranging signal. The time obtained by adding the ID code and the distance measurement signal is 0.1 second because the ID code is an M-sequence code having 256 bits. Further, since the distance measurement signal is an M-sequence code consisting of 512 bits, 0.2 second is required. Since these signals are mechanical between the ID code and the distance measurement signal, 0.1 second is required. Therefore, the time n obtained by adding the ID code and the distance measurement signal is at least 0.4 seconds. Further, since the signal is mechanical, it is necessary to provide some time between the time when the first ranging signal is finished and the next ID code, and after the first ranging signal is finished. In the present invention, it was found that the time until the start of transmission of the next ID code is preferably 2.6 seconds or less.
本発明の水中音響測位システムの前記時間は、標準的なものであり、雑音等によっても、ＩＤコードと測距信号とが混信しない時間である。これらの時間は、できるだけ少なくする方が良い。しかし、前記音響信号は、機械的な歪みを利用しているため、前記時間を設けることにより、振動の安定およびＡＧＣ（ゲインコントロール）等の遅れ等に対処している。 The said time of the underwater acoustic positioning system of this invention is a standard time, and is a time when an ID code and a ranging signal do not interfere with noise etc. These times should be as small as possible. However, since the acoustic signal uses mechanical distortion, the time is provided to cope with vibration stabilization and delay such as AGC (gain control).
本発明の水中音響測位システムにおいて、船上局と海底局との間で行われる一回の送受信にかかるトータル時間は、７秒から１０秒の間が望ましい。たとえば、前記海底局が５０００ｍの位置にある場合、船上局−海底局−船上局の間の距離は、最長で往復１００００ｍ程度であり、データの保存時間を加えると７秒＋３秒＝１０秒であることが望ましい。前記時間は、長すぎると、全データを収集する時間がかかり過ぎる。前記水中音響測位システムは、海上の過酷な労働条件の基に行われているため、１０秒が最適の時間である。 In the underwater acoustic positioning system of the present invention, the total time required for one transmission / reception performed between the shipboard station and the submarine station is preferably between 7 seconds and 10 seconds. For example, when the submarine station is located at a distance of 5000 m, the distance between the shipboard station, the submarine station and the shipboard station is a maximum of about 10,000 m for a round trip, and when the data storage time is added, it is 7 seconds + 3 seconds = 10 seconds. It is desirable to be. If the time is too long, it takes too much time to collect all the data. Since the underwater acoustic positioning system is performed based on severe working conditions at sea, 10 seconds is the optimum time.
図１は本発明の実施例で、ＩＤコードと測距信号を所定の時間差をもって海底局に送信する例を説明するための概略図である。図２は本発明の実施例で、それぞれの海底局において、返信に同じＩＤコードを付けたそれぞれの測距信号を船上局に返信する例を説明するための概略図である。図１および図２において、水中音響測位システムは、ＧＰＳを備えている船上局１１の船底にトランスジューサ１１１が設けられており、海底に複数の海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）が敷設されている。船上局１１は、少なくとも船の位置を正確に知るためのＧＰＳと前記海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）に向かって送受信できるトランスジューサ１１１とを備えている。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example in which an ID code and a distance measurement signal are transmitted to a submarine station with a predetermined time difference according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram for explaining an example in which each ranging signal with the same ID code is sent back to the shipboard station in each submarine station. 1 and 2, the underwater acoustic positioning system is provided with a transducer 111 on the bottom of an onboard station 11 equipped with GPS, and a plurality of submarine stations 12 (m1, m2, m3, m4,.・) Is laid. The shipboard station 11 includes at least a GPS for accurately knowing the position of the ship and a transducer 111 capable of transmitting and receiving toward the submarine station 12 (m1, m2, m3, m4,...).
前記船上局１１は、トランスジューサ１１１から発振された音響信号（ＩＤコードおよび測距信号）を海底局１２に向けて一定の時間差をもって送信する。前記ＩＤコードは、それぞれの海底局１２によって異なるＳ１、Ｓ２、・・・が付けられている。また、前記測距信号は、それぞれの海底局１２によって異なるＭ１、Ｍ２、・・・が付けられている。前記海底局１２は、前記船上局１１から送信された前記音響信号を受信した後、届いた順に前記船上局１１へ同じＩＤコードＳ６と異なる測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）を返信する。 The shipboard station 11 transmits the acoustic signal (ID code and ranging signal) oscillated from the transducer 111 toward the submarine station 12 with a certain time difference. Different ID codes S1, S2,... Are assigned to the submarine stations 12. Further, the ranging signal is given M1, M2,... Different depending on each submarine station 12. After receiving the acoustic signal transmitted from the shipboard station 11, the submarine station 12 returns the same ID code S6 and different ranging signals (M1, M2,...) To the shipboard station 11 in the order of arrival. To do.
前記海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）から前記返信された音響信号は、前記音響トランスデューサ１１１によって受信された後、前記船上局１１に設けられているＧＰＳによって、前記海底局１２の位置を算出する。なお、前記ＧＰＳは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としているものとする。前記観測は、たとえば、数カ月置きに行うことにより、前記海底局１２の位置がどの様に変化したかを判断することができるものである。 The returned acoustic signal from the submarine station 12 (m1, m2, m3, m4,...) Is received by the acoustic transducer 111, and then transmitted to the submarine by the GPS provided in the shipboard station 11. The position of the station 12 is calculated. The GPS is based on GPS observation data on land. For example, the observation can be performed every several months to determine how the position of the submarine station 12 has changed.
図３は本発明の実施例で、船上局からＩＤコードおよび測距信号を送信し、前記信号の届いた順序に応答した返信信号を船上局で受信した例を説明するための図である。図３において、海底局ｍ１に送信される音響信号は、ＩＤコードＳ１と測距信号Ｍ１からなり、船上局１１から海底局１２へ送信される。前記ＩＤコードＳ１は、Ｍ系列コード（２５６bit ）で、前記測距信号Ｍ１は、Ｍ系列コード（５１２bit ）であり、同じ系列で異なるビット数から構成されているため、船上局１１で受信したＩＤコードおよび測距信号が混信することなく、正確なデータを数多く得ることができる。また、本実施例の水中音響測位システムは、音響信号の海中での伝播速度が遅い（海中で、１５００ｍ／sec ）にもかかわらず、信号の送信から受信までに入る雑音を少なくすることができる。 FIG. 3 is a diagram for explaining an example in which an ID code and a distance measurement signal are transmitted from the shipboard station and a reply signal in response to the order of arrival of the signals is received by the shipboard station according to the embodiment of the present invention. In FIG. 3, the acoustic signal transmitted to the submarine station m1 is composed of an ID code S1 and a ranging signal M1, and is transmitted from the shipboard station 11 to the submarine station 12. The ID code S1 is an M-sequence code (256 bits), and the ranging signal M1 is an M-sequence code (512 bits). The ID code S1 is composed of different bits with the same sequence. A lot of accurate data can be obtained without interference between the code and the distance measurement signal. In addition, the underwater acoustic positioning system of the present embodiment can reduce noise entering from signal transmission to reception despite the low propagation speed of the acoustic signal in the sea (1500 m / sec in the sea). .
前記Ｍ系列コードは、人工的な規則に基づいて生成された疑似ランダム信号である。これらの信号は、自己相関値が鋭いピークを示すと同時に自分以外との相関値が極めて低いという性質を持っている。そのため、前記信号は、周辺雑音等により受信信号が不明瞭な場合であっても、相関処理により伝搬時間を正しく判別することができるという利点を有している。 The M-sequence code is a pseudo-random signal generated based on an artificial rule. These signals have the property that the autocorrelation value shows a sharp peak and at the same time the correlation value with other than itself is extremely low. Therefore, the signal has an advantage that the propagation time can be correctly determined by the correlation processing even when the received signal is unclear due to ambient noise or the like.
本実施例の水中音響測位システムは、前記ＧＰＳを備えている船上局１１から海底に設置された複数の海底局１２に向かって、前記音響トランスデューサ１１１から一定の時間差をもって音響信号（ＩＤコードＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・および測距信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）を送信する。その後、前記トランスデューサ１１１からの前記音響信号を受信した海底局１２は、前記音響信号の届いた順に船上局１１に向かって応答データを送る。前記海底局１２からの音響信号は、前記海底局に付けられた共通のＩＤコードＳ６と、それぞれ異なり、前記船上局１１から送られて来た測距信号（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）とを返信する。前記船上局１１は、前記音響信号（Ｓ６およびＭ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）をそれぞれの位置（距離）により少し違う時間差をもってそれぞれ収集する。 The underwater acoustic positioning system according to the present embodiment has an acoustic signal (ID code S1, ID code S1,...) With a certain time difference from the acoustic transducer 111 toward the plurality of submarine stations 12 installed on the seabed from the shipboard station 11 equipped with the GPS. S2, S3,... And ranging signals M1, M2, M3,. Thereafter, the submarine station 12 that has received the acoustic signal from the transducer 111 sends response data toward the shipboard station 11 in the order in which the acoustic signal has arrived. The acoustic signal from the submarine station 12 is different from the common ID code S6 attached to the submarine station, and ranging signals (M1, M2, M3,...) Sent from the shipboard station 11 are different. ) And reply. The shipboard station 11 collects the acoustic signals (S6 and M1, M2, M3,...) With a slightly different time difference depending on their positions (distances).
前記各データは、図示されていないデータ処理装置により処理することにより、既に、海上保安庁が敷設している既製の海底局１２を使用して、その位置情報を正確に、しかも早く得ることができる。前記ＩＤコードは、Ｍ系列コード（２５６bit ）であるため、０．１秒、前記測距信号は、Ｍ系列コード（５１２bit ）であるため、０．２秒、最低必要であることが実験により判った。また、前記ＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）との間は、これらの信号が機械的な歪みを利用しているため、０．１秒必要であることが判った。そこで、船上局１１から海底局に送る音響信号にかかる時間ｎは、前記ＩＤコード、スペース、測距信号の合計時間で、最低、０．４秒以上である。また、前記測距信号の送信終了から次のＩＤコードの送信開始までの時間は、前記スペースを考慮して、２．６秒以下の長さであることが望ましいということが判った。 Each data is processed by a data processor (not shown), so that the position information can be obtained accurately and quickly using the offshore substation 12 already laid by the Japan Coast Guard. it can. Since the ID code is an M-sequence code (256 bits), it is 0.1 seconds, and the distance measurement signal is an M-sequence code (512 bits). It was. Further, since these signals use mechanical distortion between the ID code (S1, S2, S3,...) And the distance measurement signals (M1, M2, M3,...). It was found that 0.1 second was necessary. Therefore, the time n required for the acoustic signal sent from the shipboard station 11 to the submarine station is the total time of the ID code, the space, and the ranging signal, and is at least 0.4 seconds. Further, it was found that the time from the end of transmission of the ranging signal to the start of transmission of the next ID code is preferably 2.6 seconds or less in consideration of the space.
また、ＩＤコードと測距信号との間に設けられた時間は、０．１秒としているが、標準的なものであり、多少の雑音等があっても、ＩＤコードと測距信号とが混信しない時間である。これらの時間は、できるだけ少なくする方が良い。しかし、前記音響信号は、機械的な歪みを利用しているため、前記時間を設けることにより、振動の安定およびＡＧＣ（ゲインコントロール）等の遅れ等に対処しているため、前記時間となっている。 In addition, the time provided between the ID code and the distance measurement signal is 0.1 seconds, but it is standard, and even if there is some noise, the ID code and the distance measurement signal It ’s time not to interfere. These times should be as small as possible. However, since the acoustic signal uses mechanical distortion, the time is provided to cope with vibration stabilization and delay such as AGC (gain control). Yes.
また、前記海底局が５０００ｍの位置にある場合を考えると、最長で往復１００００ｍ程度であり、音響信号の伝播時間は、船上局−海底局−船上局と経由するため、データの保存時間を加えると約７秒＋３秒（保存時間）＝１０秒、この程度が望ましいことが判った。前記時間は、長すぎると、全データを収集する時間がかかり過ぎる。前記水中音響測位システムは、海上の過酷な労働条件の基に行われているため、１０秒が最適の時間である。 Considering the case where the submarine station is located at a distance of 5000 m, the longest round trip is about 10,000 m, and the propagation time of the acoustic signal passes through the shipboard station-the submarine station-the shipboard station. And about 7 seconds + 3 seconds (storage time) = 10 seconds. If the time is too long, it takes too much time to collect all the data. Since the underwater acoustic positioning system is performed based on severe working conditions at sea, 10 seconds is the optimum time.
本実施例の水中音響測位システムは、船上局１１から一定の時間差をもって、各海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）に送信された音響信号が届いた順に返信信号として送信されるため、短時間に測距信号を収集でき、海水温度、塩分濃度等の条件が時々刻々と変わる前の正確なデータを効率良く得ることができる。すなわち、前記測距信号は、既設の海底局に設けられているＩＤコードをそのまま使用できるだけでなく、配置されている海底局の位置関係で決まる順序で返信されるため、収集にかかる時間を短くすることができる。また、前記海底局からの返信される測距信号は、既設のＩＤコードを使用しても、測距信号に異なるＩＤコードを付けているため、識別率を向上させることができた。 The underwater acoustic positioning system of the present embodiment transmits a reply signal in the order in which the acoustic signals transmitted to each submarine station 12 (m1, m2, m3, m4,...) Arrive at a certain time difference from the shipboard station 11. Therefore, ranging signals can be collected in a short time, and accurate data can be efficiently obtained before conditions such as seawater temperature and salinity concentration change every moment. That is, the distance measurement signal can be returned not only by using the ID code provided in the existing submarine station as it is, but also in the order determined by the positional relationship of the submarine stations arranged, so that the time required for collection is shortened. can do. Further, even if an existing ID code is used for the ranging signal returned from the submarine station, the identification rate can be improved because a different ID code is attached to the ranging signal.
前記船上局１１の受信部（図示されていない）は、前記海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）の送受信部（図示されていない）からそれぞれ送られて来た返信信号（Ｓ６およびＭ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）を受信する。前記船上局１１の受信部は、前記返信信号（Ｓ６およびＭ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）、およびＧＰＳからの位置信号をデータとして記憶する。前記データは、船上局１１において、またはデータとして地上に持ち帰り、データ処理装置（図示されていない）によって、前記海底局１２の位置を決めるための演算処理が行われる。 The receiving unit (not shown) of the shipboard station 11 is a reply signal sent from the transmitting / receiving unit (not shown) of the submarine station 12 (m1, m2, m3, m4,...). (S6 and M1, M2, M3,...) Are received. The receiving unit of the shipboard station 11 stores the return signal (S6 and M1, M2, M3,...) And the position signal from the GPS as data. The data is brought back to the ground at the shipboard station 11 or as data, and a calculation process for determining the position of the submarine station 12 is performed by a data processing device (not shown).
本発明の水中音響測位システムは、一定の時間差をもって音響信号を送り、前記海底局に届いた順に返信信号を返信しているため、データの処理時間中に、海水温度、塩分濃度等の変化が少なく、短時間で効率的に、正確なデータを多く収集することができる。なお、一般的に、本実施例の船上局における送信部と、船上局における受信部とは、船上局に設けられた一体の送受信装置であり、説明の都合上別々にして記載している。 Since the underwater acoustic positioning system of the present invention sends an acoustic signal with a certain time difference and returns a reply signal in the order of arrival at the submarine station, changes in seawater temperature, salinity concentration, etc. occur during the data processing time. A small amount of accurate data can be collected efficiently in a short time. In general, the transmitting unit in the onboard station and the receiving unit in the onboard station of this embodiment are an integral transmitting / receiving device provided in the onboard station, and are described separately for convenience of explanation.
次ぎに、図４および図５を使用して、本発明の水槽実験の結果を説明する。図４はデータを得るための水槽実験を説明するためのブロック構成図である。図４において、試験水槽４１は、長さ２６５０ｍｍ×幅１７５０×水深６２０で、人工海水４１４（塩化ナトリウムを主成分にした食塩を真水に溶かし、約３５％の塩分濃度になるように調整したもの。）が充填されている。前記試験水槽４１の内部には、送信用ハイドロホン４１１および送信用ハイドロホン４１２が深さ２００ｍｍの所で、３００ｍｍ互いに離した状態で、入れられており、その中間部に、受信用ハイドロホン４１３が配置されている。 Next, the results of the water tank experiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a block diagram for explaining an aquarium experiment for obtaining data. In FIG. 4, the test water tank 41 is 2650 mm long × 1750 × width deep 620 and artificial seawater 414 (which is prepared by dissolving sodium chloride as a main component in fresh water to a salt concentration of about 35%). .) Is filled. Inside the test water tank 41, a transmitting hydrophone 411 and a transmitting hydrophone 412 are placed at a depth of 200 mm in a state of being separated from each other by 300 mm. Is arranged.
前記送信用ハイドロホン４１１、４１２は、送信装置４３の送信チャンネル１および送信チャンネル２がそれぞれ接続されている。前記受信用ハイドロホン４１３は、受信装置４２が接続されている。前記受信装置４２および送信装置４３は、Ａ／Ｄ変換ボードおよびＤ／Ａ変換ボードにより、必要な信号を試験水槽４１のハイドロホンにそれぞれ送るとともに、必要なデータを得ることができる。前記受信装置４２および送信装置４３は、データ処理装置４４に接続されている。前記送信装置４３および受信装置４２は、２００ｋ・／ｃｈとした。前記データ処理装置４４は、Ｍ系列信号送信処理、受信信号記録処理、および相関処理を行うものである。データ記憶装置４５は、データ処理装置４４によって得られた受信波形データを記憶保存するとともに、音響コードのデータベースを備えている。 The transmission hydrophones 411 and 412 are connected to the transmission channel 1 and the transmission channel 2 of the transmission device 43, respectively. The receiving hydrophone 413 is connected to a receiving device 42. The receiving device 42 and the transmitting device 43 can send necessary signals to the hydrophones of the test water tank 41 and obtain necessary data by the A / D conversion board and the D / A conversion board. The receiving device 42 and the transmitting device 43 are connected to a data processing device 44. The transmission device 43 and the reception device 42 are set to 200 k · / ch. The data processing device 44 performs M-sequence signal transmission processing, reception signal recording processing, and correlation processing. The data storage device 45 stores and saves the received waveform data obtained by the data processing device 44 and includes a database of acoustic codes.
図５は本実施例によって実際に得られた重複した測距信号によっても、良好な相関処理結果が得られたことを説明するための図である。図５（イ）および（ロ）は、図４の試験水槽４１において、測距信号Ｍ１および測距信号Ｍ２に同じＩＤコードＳ６を付けて、一定時間、たとえば、５０ｍｍセカンド遅らした場合の波形データが示されている。図５（ハ）は、前記（イ）および（ロ）が重複して受信された場合の波形データが示されている。図５（ニ）は、図５（ハ）の重複信号と同じものであるが、振幅方向（縦軸）を縮小して表示したものである。すなわち、図５（ハ）は、信号の形状を明確化するために縦軸を拡大している。 FIG. 5 is a diagram for explaining that a good correlation processing result was obtained even with the overlapping distance measurement signals actually obtained by the present embodiment. 5A and 5B show waveforms when the same ID code S6 is attached to the distance measurement signal M1 and the distance measurement signal M2 in the test water tank 41 of FIG. 4 and delayed by a certain time, for example, 50 mm second. Data is shown. FIG. 5 (c) shows waveform data when (a) and (b) are received in duplicate. FIG. 5 (d) is the same as the duplicate signal of FIG. 5 (c), but is displayed with the amplitude direction (vertical axis) reduced. That is, in FIG. 5C, the vertical axis is enlarged in order to clarify the shape of the signal.
図５（ホ）に示された波形データは、丸点線によって囲まれている部分において、前記重複された受信信号の相関関係が識別できていることを示している。データ処理装置４４は、図５（イ）および（ロ）に示されている海底局からの重複した応答信号を、たとえば、フーリエ展開による公知の手段を使用して、図５（ハ）のような波形データを生成する。以上のような実験結果は、そのまま、実際の海上で処理を正確に行うことができることを意味している。 The waveform data shown in FIG. 5 (e) shows that the correlation between the duplicated received signals can be identified in the portion surrounded by the round dotted line. The data processing device 44 uses the known response means, for example, Fourier expansion, as shown in FIG. 5 (c), using the response signal from the submarine station shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). Waveform data is generated. The experimental results as described above mean that the processing can be performed accurately on the actual sea as it is.
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明の船上局および海底局、送受信装置、あるいはデータ処理装置等は、公知の通信工学および音響工学技術から構成されるもので、特許請求の範囲を逸脱しないがぎり変形することが可能である。 As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said Example. The present invention can be modified in various ways without departing from the scope of the claims. The shipboard and submarine stations, transmission / reception apparatus, data processing apparatus, etc. of the present invention are composed of known communication engineering and acoustic engineering techniques, and can be modified without departing from the scope of the claims. .
１１・・・船上局
１１１・・・トランスジューサ
１２（ｍ 1、ｍ２、ｍ３、・・・）・・・海底局
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・ＩＤコード
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・測距信号
11 ... Shipboard station 111 ... Transducer 12 (m1, m2, m3, ...) ... Submarine stations S1, S2, S3, ... ID codes M1, M2, M3, ... Distance signal
（第１発明）
第１発明の水中音響測位システムは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としたＧＰＳを備えている船上局から送信した音響信号を海底に設置された複数の海底局でそれぞれ受信し、それぞれの海底局から前記音響信号を前記船上局へ送信することによって、前記海底局の位置データの取得密度を向上して収集することができるものであり、前記船上局からＩＤコードおよび測距信号からなる音響信号をそれぞれの前記海底局に対して互いに混信しない最低の時間差をもって送信する船上局送信部と、前記船上局送信部からの音響信号をそれぞれ受信するとともに、前記全ての海底局に予め決められた同じＩＤコードを既存のＭ系列からなる測距信号に付し、前記船上局から送信した前記音響信号が届いた順に直ちに返信信号を送信する海底局送受信部と、前記それぞれの海底局からの前記返信信号を受信する船上局受信部と、前記船上局受信部において、前記返信信号およびＧＰＳからの位置信号を基にして、前記海底局の位置を決める演算を行うデータ処理装置と、から少なくとも構成されている。
(First invention)
The underwater acoustic positioning system of the first invention receives acoustic signals transmitted from a shipboard station equipped with GPS based on GPS observation data on land at each of a plurality of submarine stations installed on the seabed, and each submarine station By transmitting the acoustic signal from the shipboard station to the shipboard station, it is possible to improve the acquisition density of the position data of the submarine station and collect the acoustic signal comprising the ID code and the ranging signal from the shipboard station. and each of the board station transmitting unit that transmits the time difference of the lowest with a not interference with each other with respect to the seabed station, which receives the respective acoustic signals from the ship station transmitting unit, the same predetermined said to all seafloor subjected to ranging signal comprising an ID code from an existing M-sequence, immediately transmits a return signal in the order in which the acoustic signal was received transmitted from the onboard station sea A position of the submarine station based on the return signal and the position signal from the GPS in the station transmitting / receiving unit, the shipboard station receiving unit that receives the return signal from each of the submarine stations, and the position signal from the GPS And at least a data processing device that performs an operation for determining.
Claims (2)
前記船上局からＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、・・・たとえば、 256bit からなるＭ系列コード）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・たとえば、512bitからなるＭ系列コード）からなる音響信号をそれぞれの前記海底局に対して一定の時間差をもって送信する船上局送信部と、
前記船上局送信部からの音響信号をそれぞれ受信するとともに、前記全ての海底局に予め決められた同じＩＤコードＳ６を前記測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）に付し、前記船上局から送信した前記音響信号が届いた順に返信信号を送信する海底局送受信部と、
前記それぞれの海底局からの前記返信信号（前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍ１、Ｍ２、・・・）を受信する船上局受信部と、
前記船上局受信部において、前記返信信号（前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍ１、Ｍ２、・・・）およびＧＰＳからの位置信号を基にして、前記海底局の位置を決める演算を行うデータ処理装置と、
から少なくとも構成されていることを特徴とする水中音響測位システム。 Acoustic signals transmitted from a shipboard station equipped with GPS based on GPS observation data on land are received by a plurality of submarine stations installed on the seabed, and the acoustic signals are transmitted from the respective seabed stations to the shipboard station. In the underwater acoustic positioning system that can improve and collect the acquisition density of the position data of the submarine station,
An acoustic signal consisting of an ID code (S1, S2,..., For example, a 256-bit M-sequence code) and a ranging signal (M1, M2,... A shipboard station transmitter for transmitting the submarine station with a certain time difference,
Each of the acoustic signals from the shipboard station transmitter is received, and the same ID code S6 determined in advance for all the submarine stations is attached to the ranging signals (M1, M2,...). A submarine station transmitting and receiving unit that transmits reply signals in the order in which the acoustic signals transmitted from
An onboard station receiver for receiving the return signals (the ID code S6 and the ranging signals M1, M2,...) From the respective submarine stations;
Data processing for performing an operation for determining the position of the submarine station based on the return signal (the ID code S6 and the ranging signals M1, M2,...) And the position signal from the GPS in the shipboard station receiver. Equipment,
An underwater acoustic positioning system characterized by comprising at least.
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3860900A (en) * | 1973-02-21 | 1975-01-14 | Western Electric Co | Method of monitoring the position of towed underwater apparatus |
| JPS54115266A (en) * | 1978-02-28 | 1979-09-07 | Jiei Shia Rejinarudo | Underwater transponder calibrating arrangements |
| US4229809A (en) * | 1979-01-29 | 1980-10-21 | Sperry Corporation | Acoustic under sea position measurement system |
| JPS63256881A (en) * | 1987-04-14 | 1988-10-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | Transmitter and receiver of acoustic position measuring instrument |
| JPH08189969A (en) * | 1995-01-06 | 1996-07-23 | Kaijo Corp | System for measuring position in water using transponder |
| JPH10160840A (en) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Kaijo Corp | Method and apparatus for measurement of position in water |
| JP2001289935A (en) * | 2000-04-11 | 2001-10-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | Acoustic position measuring method |
| JP2014222200A (en) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 国立大学法人 東京大学 | Underwater sound positioning system |
-
2013
- 2013-09-24 JP JP2013196594A patent/JP5769119B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3860900A (en) * | 1973-02-21 | 1975-01-14 | Western Electric Co | Method of monitoring the position of towed underwater apparatus |
| JPS54115266A (en) * | 1978-02-28 | 1979-09-07 | Jiei Shia Rejinarudo | Underwater transponder calibrating arrangements |
| US4229809A (en) * | 1979-01-29 | 1980-10-21 | Sperry Corporation | Acoustic under sea position measurement system |
| JPS63256881A (en) * | 1987-04-14 | 1988-10-24 | Oki Electric Ind Co Ltd | Transmitter and receiver of acoustic position measuring instrument |
| JPH08189969A (en) * | 1995-01-06 | 1996-07-23 | Kaijo Corp | System for measuring position in water using transponder |
| JPH10160840A (en) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Kaijo Corp | Method and apparatus for measurement of position in water |
| JP2001289935A (en) * | 2000-04-11 | 2001-10-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | Acoustic position measuring method |
| JP2014222200A (en) * | 2013-05-14 | 2014-11-27 | 国立大学法人 東京大学 | Underwater sound positioning system |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 佐藤まりこ: "海底基準局の識別信号の追加について", 海洋情報部研究報告, vol. ４１号, JPN6014051589, 2010, JP, pages ｐ．１０８−１１５ * |
| 冨山新一: "海底地殻変動観測における音響解析", 海洋情報部技報, vol. ２１号, JPN6014051590, 2003, JP, pages ｐ．６７−７２ * |
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