JP2530739B2 - 真方位検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （ａ）産業上の利用分野 この発明は、船舶の実際の移動方向を検出する真方位
検出装置に関する。

（ｂ）従来の技術 従来より、主に漁撈援助を目的として所定深度の潮流
を測定する潮流計が用いられている。

一般に、潮流計は、水平指向方向が互いに120度ずつ
離れた方向で、一定の俯角で超音波の送受波を行う超音
波送受波器が設けられ、設定深度から帰来する反射波の
ドップラーシフト量によって、その深度の潮流に対する
船の対水速度および方向を求め、また海底反射波のドッ
プラーシフト量によって船の対地速度および方向を求め
る。所定深度における潮流は上記対水速度と対地速度の
ベクトル差によって抽出される。また、船首を基準とし
た潮流の向きと船の移動方向にそれぞれ船首方位を加算
することによって潮流の流向および自船の移動方位が求
められる。

このように超音波式潮流計によれば、船の移動方位お
よび船首方位を基準とした船の移動方向（偏角）が求め
られ、これらのデータがスキャンニングソナー等他の漁
撈援助装置およびレーダや船跡表示装置等の航法援助装
置等に与えられる。これらの他の援助装置は北を基準と
して画面表示を行うノースアップモードまたは移動方位
を基準として画面表示を行うコースアップモード等のモ
ードに応じて表示を行う。

（ｃ）発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記偏角は、海底反射波のドップラー
シフト量を検出するとともに、船の対地速度を船首尾方
向の速度と左右舷側方向の速度とに分解し、船首尾方向
速度に対する舷側方向速度の正接角として求められるも
のであるため、ある一定の速度分解能が存在し、船の移
動速度がこの速度分解能に近くなると、風や潮流による
影響または船の船首尾方向の速度がわずかに変化するだ
けで検出される偏角が大きく変動するようになる。これ
に伴い移動方位も大きく変動してしまう。移動方位デー
タは前述のようにレーダや航跡表示装置にも用いられ、
これらの装置がコースアップモードで画面表示を行って
いる場合には、移動方位データの変動によって画面の表
示内容がその都度回転し非常に見づらくなる。

この発明の目的は、レーザや航跡表示装置等の機器が
画面の上方を船の移動方位とするいわゆるコースアップ
モードでレーダ映像や航跡等の所定の画像を表示する場
合などにおいて、基準となる方位を船速に応じて適宜決
定することによって、船の微速度走航に伴う上記問題点
を解消した真方位検出装置を提供することにある。

（ｄ）課題を解決するための手段 この発明の真方位検出装置は、海底に対する船の移動
方位のデータまたはこれに近似する方位のデータを真方
位データとして取り込んで、該真方位データを基準にし
て画像情報を行う機器に接続され、該機器に与える真方
位データを検出する真方位検出装置であって、 船から水中の複数の方向に対して超音波を送波し、海
底からの反射波をそれぞれ受波するとともに、各方向に
おける送波信号と受波信号との周波数差を検出する周波
数差検出手段と、 各方向の前記周波数差から船首方位に対する船の移動
方向を偏角θとして求めるとともに、船の移動速度VGを
測定する船体運動測定手段と、 コンパスから船首方位φ１を読み取る船首方位読み取
り手段と、 船の移動速度VGが予め定められたしきい値以上のと
き、船首方位φ１に偏角θを加算した値φ２を真方位デ
ータとして決定し、船の移動速度VGが前記しきい値未満
のとき、船首方位φ１を真方位データとして決定する真
方位決定手段とから構成したことを特徴とする。

（ｅ）作用 この発明の真方位検出装置では、周波数差検出手段が
船から水中の複数の方向に対して超音波を送波し、海底
からの反射波をそれぞれ受波するとともに、各方向にお
ける送波信号と受波信号との周波数差を検出し、船体運
動測定手段が各方向の周波数差から船首方位に対する船
の移動方向を偏角θとして求めるとともに船の移動速度
VGを測定する。船首方位読み取り手段はコンパスから船
首方位φ１を読み取る。真方位決定手段は、船の移動速
度VGが予め定められたしきい値以上のとき、船首方位φ
１に偏角θを加算した値φ２を真方位データとして決定
し、船の移動速度VGが前記しきい値未満のとき、船首方
位φ１を真方位データとして決定する。

このように、船の移動速度がしきい値を下回った時、
船首方位が真方位として求められるため、低速走航時に
おいて船の移動速度のわずかな変動によって真方位が大
幅に変動するといった不都合が解消される。なお、測定
された船の移動速度はあくまでも実際の移動方向に対す
る速度であって船首尾方向の速度ではないが、上記真方
位決定手段によって船首方位が真方位として求められる
場合には、船の移動速度も小さいので、例えば船の真の
移動方向に移動速度を積分することによって船の現在位
置を推測する推測航法装置へ上記真方位を与えたとして
も、推測航法における測位誤差は小さく、船首方位を真
方位として用いても問題にはならない。

（ｆ）実施例 まず、この発明の実施例で用いる一般的な潮流計の構
成および測定方法をブロック図として第４図に示す。ま
た、船首方位、偏角および真方位の関係を第５図に示
す。

第４図において、30は潮流計の制御回路部であり、こ
の発明に係る「周波数差検出手段」に相当する。その他
のブロックは通常ディジタル計算機の演算処理により行
われる部分である。送信信号発生回路１は水中に送波す
べき超音波の信号を発生し、送信回路2,3および４はそ
の送信信号によって送受波器5,6および７を駆動する。
これらの送受波器5,6および７は水平指向方向が互いに1
20度づつ離れた方向で、一定の俯角で超音波の送受波を
行う。増幅回路8,9および10は超音波送受波器5,6および
７の受波信号を増幅し、周波数検出回路11,12および13
は受波信号のドップラーシフトを検出する。サンプルゲ
ート信号発生回路14は設定された深度からの反射波を抽
出するゲート信号および海底反射波を抽出するゲート信
号をそれぞれ発生する。また、同図においてブロック1
5,16および17はそれぞれ設定深度からの反射波の周波数
FWおよび海底反射波の周波数FGを記憶する。ブロック18
では、３方向の受波信号の周波数から自船の船首を基準
とするX,Y座標系の対地速度（VXG,VYG）（第５図参照）
と設定深度に対する対水速度（VXW,VYW）をそれぞれ求
める。また、ブロック19では、自船の船首を基準とする
X,Y座標系の速度データと船首方位φ１（第５図参照）
とに基づいて真方位の南北方向と東西方向について、そ
れぞれ対地速度（NSG,EWG）と対水速度（NSW,EWW）を求
める。ブロック20では、対水速度と対地速度との差から
潮流の南北方向の速度NSCおよび東西方向の速度EWCを求
める。なお、潮流の流速は（NSC²＋EWC²）^1/2として求
められ、流向はtan^-1（EWC/NSC）として求められる。更
に、ブロック21はこの発明に係る「船体運動測定手段」
に相当し、XY方向の対地船速VXG,VYGからVG＝（VXG²＋V
YG²）^1/2として対地船速を求め、θ＝tan^-1VXG/VYGとし
て偏角を求める。なお、第５図に示すように真方位φ２
はφ２＝φ１＋θとして求められる。

次に、この発明の実施例である潮流計のブロック図、
処理手順および表示例をそれぞれ第１図、第２図および
第３図に示す。

第１図においてCPU40はこの潮流計全体の制御を統括
する。ROM41にはCPU40の実行すべきプログラムが予め書
き込まれている。RAM42は各層の潮流データ、自船の移
動方向および移動速度等を記憶する。VRAM43は表示デー
タを記憶し、表示制御回路46はVRAM43の読出制御を行
う。ビデオ出力回路44はVRAM43の読出信号から映像信号
を発生してCRT45へ出力する。インタフェース回路47は
コンパス48とのインタフェースを行いCPU40はこのイン
タフェース回路47を介して船首方位を読み取る。インタ
フェース回路49は潮流計制御回路30とのインタフェース
を行い、CPU40はこのインタフェース回路49を介して各
層からの反射波のドップラーシフト量および海底反射波
のドップラーシフト量等から潮流と船の移動方向および
移動速度を求める。インタフェース回路50は航跡表示装
置51、スキャンニングソナー52またはレーダ53等その他
の機器に対して真方位、船首方位および船速等のデータ
を与えるためのインタフェースを行う。更にインタフェ
ース回路54はキー入力装置55とのインタフェースを行
い、CPU40はインタフェース回路54を介してキー操作内
容を読み込む。

上記CPU40は第２図に示す手順に従って動作する。ま
ず、キー入力装置の操作有無を判定し、何らかのキー操
作があれば、これを読み込み、キー操作内容に応じた処
理を行う。例えば、真方位を自動切換するためのしきい
値の設定（n1→n2→n3）、またノースアップモードで表
示を行うかコースアップモードで表示を行うかのモード
設定（n4）等が行われる。潮流の測定タイミングとなれ
ば、まずコンパスから船首方位を読み込む（n5→n6）。
このステップn6がこの発明に係る「船首方位読み取り手
段」に相当する。続いて海底からの反射波のドップラー
シフト量に基づいて対地船速および船の移動方向を測定
するとともに、船首尾方向と左右舷側方向の速度からそ
の船首尾方向に対する正接角として偏角θを算出する
（n7→n8）。続いて、測定された船速が、現在設定され
ているしきい値以上であれば船首方位φ１＋偏角θとし
て真方位φ２を求める（n9→n10）。もし船速がしきい
値未満であれば船首方位をそのまま真方位とする（n9→
n11）。このステップn9,n10,n11がこの発明に係る「真
方位決定手段」に相当する。続いて求めた真方位、船首
方位および偏角等を他の電子機器に出力する（n12）。
その後、深度に応じて予め区分した各層からの反射波の
ドップラーシフト量に基づいて各層の潮流測定および各
層間の潮流差速度を行う（n13）。その後、各データを
表示して同様の処理を繰り返す（n14→n1・・・）。

以上に示した処理によって第３図に示すような表示が
行われる。同図において60は潮流と潮流差をグラフ表示
する領域であり、表層、中層および深層の各層の潮流と
何れか一層を基準層とする他の層との潮流差をそれぞれ
ベクトル表示している。この表示領域60内において丸印
は潮流ベクトルの頂点および流向を表し、三角印は潮流
差ベクトルの頂点および流向差を表している。61は船速
と真方位（針路）および船首方位（コンパス方位）等を
表示する表示領域である。この例では、しきい値が1Kt
であり、船速がこれを超える2.3Ktであるため、船首方
位に偏角を加算した結果として真方位SW（225゜）を表
示している。また、船首方位は、ヘッドアップモードと
して上記表示領域60にも示したように、213.7゜（SW/
S）を表示している。表示領域62は表層潮流、中層潮流
および深層潮流の各流速と流向を表示している。また、
表示領域63には船底に設けた３つの超音波送受波器によ
る受波信号のエコーレベルを、縦軸を深度方向にとり、
各区分内で横軸を時間として表示している。表示領域64
には上記潮流差（潮流の流向差および流速差）を数値表
示している。更に、表示領域65には偏角と船の左右舷側
方向の船速および航程積算距離等を表示している。この
例では、偏角が右舷方向に12゜で舷側方向の速度が右舷
方向に0.5ノットであることを示している。なお、船速
がしきい値未満である時には、この偏角と舷側方向の船
速表示を消去するか、船速が速度分解能以下であること
を表す表示を行う。

（ｇ）発明の効果 この発明によれば、船の移動方向の速度が速度分解能
程度にまで小さくなった場合には、船首方位が真方位と
して求められるため、風や潮流あるいは船速の変動によ
っても安定した真方位が求められる。したがって、低速
走航時においてコースアップモードで画面表示を行う場
合にも画面の頻繁な回転が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である潮流計のブロック図、
第２図は同装置の処理手順を表すフローチャート、第３
図は同装置の表示例を表す図である。第４図は一般的な
潮流計の構成および潮流検出方法を示すブロック図であ
る。第５図は船首方位、偏角および真方位との関係を示
す図である。 5,6,7……超音波送受波器、 30……潮流計制御回路部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】海底に対する船の移動方位のデータまたは
   これに近似する方位のデータを真方位データとして取り
   込んで、該真方位データを基準にして画像情報を行う機
   器に接続され、該機器に与える真方位データを検出する
   真方位検出装置であって、 船から水中の複数の方向に対して超音波を送波し、海底
   からの反射波をそれぞれ受波するとともに、各方向にお
   ける送波信号と受波信号との周波数差を検出する周波数
   差検出手段と、 各方向の前記周波数差から船首方位に対する船の移動方
   向を偏角θとして求めるとともに、船の移動速度VGを測
   定する船体運動測定手段と、 コンパスから船首方位φ１を読み取る船首方位読み取り
   手段と、 船の移動速度VGが予め定められたしきい値以上のとき、
   船首方位φ１に偏角θを加算した値φ２を真方位データ
   として決定し、船の移動速度VGが前記しきい値未満のと
   き、船首方位φ１を真方位データとして決定する真方位
   決定手段とからなる真方位検出装置。