JP2708109B2 - Underwater object depth detection method and depth detection device - Google Patents

Underwater object depth detection method and depth detection device

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JP2708109B2 JP2080944A JP8094490A JP2708109B2 JP 2708109 B2 JP2708109 B2 JP 2708109B2 JP 2080944 A JP2080944 A JP 2080944A JP 8094490 A JP8094490 A JP 8094490A JP 2708109 B2 JP2708109 B2 JP 2708109B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波による水中目標物の探知および位置測
定の方法と装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for detecting and measuring the position of an underwater target using ultrasonic waves.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の装置は特開昭61-110074号公報に記載のように
受波器の配列および整相手段等により水平および垂直の
双方に指向性を持たせ目標物の方位および俯角を測定す
るものである。また特開昭62-217173号公報に記載のよ
うに複数個の受波器を垂直に配列しかつ音線図も利用し
て未知音源の深度および水平距離を求めるものである。
The conventional device measures the azimuth and depression angle of a target by giving directivity both horizontally and vertically by means of an array of receivers and phasing means as described in JP-A-61-110074. is there. Also, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-217173, a plurality of receivers are arranged vertically and the depth and horizontal distance of an unknown sound source are obtained by using a sound ray diagram.

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

上記従来の技術においては目標物の深度を得るために
は、いずれにしても受波器の垂直方向の寸法を大きくす
るかあるいは受波器を複数個垂直方向に配列することに
より垂直方向の指向性を先鋭にする必要がある。つま
り、水中物体の位置探知において方位、距離の他にその
深度も探知しようとするものでは、従来、水平垂直両方
向の指向性を利用する必要から装置が大形化せざるを得
なかった。
In the above-mentioned conventional technique, in order to obtain the depth of the target, in any case, the vertical dimension of the receiver is increased, or a plurality of the receivers are arranged in the vertical direction so that the vertical Sex needs to be sharpened. In other words, in the case of detecting the depth of an underwater object in addition to the azimuth and the distance in detecting the position of the underwater object, the size of the apparatus has to be conventionally increased due to the necessity of using the directivity in both horizontal and vertical directions.

本発明は、水中物体の位置探知の中での深度探知のた
めに、垂直方向の指向性を特に必要とすることなく上記
水中物体の深度ひいては俯角を得る方法と装置を提供す
ることを目的とする。そしてこれにより装置の大形化を
回避することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a method and an apparatus for obtaining the depth of an underwater object and, consequently, a depression angle without particularly needing directivity in a vertical direction for depth detection in position detection of an underwater object. I do. The object of the present invention is to avoid an increase in the size of the device.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するため、本発明の深度探知方法は、
水中物体の水平面上の方位と、上記物体までの直距離と
を多数回測定し、これらの測定データとともに各測定時
の母船の位置データを用い、観測行列の計算と、カルマ
ンゲインの計算と、これに基づく状態ベクトルの更新な
らびに共分散行列の更新の演算処理を行うことを特徴と
する。
In order to achieve the above object, the depth detection method of the present invention includes:
The orientation of the underwater object on the horizontal plane and the direct distance to the object are measured many times, using these measurement data and the position data of the mother ship at each measurement, calculating the observation matrix, calculating the Kalman gain, The present invention is characterized in that a calculation process for updating the state vector and updating the covariance matrix based on this is performed.

また上記目的を達成するため、本発明の深度探知装置
は、パルス変調した発信器の信号を電力増幅し、送受波
器を介して音響信号に変換し水中に放射する手段と、水
中物体からの反射信号を上記送受波器により受信する手
段と、該受信信号を増幅整相し、方位演算器により方位
データに変換する手段と、上記パルス変調出力と受信出
力から得られるタイミング信号を用いて直距離演算器に
より直距離データに変換する手段と、母船の速度と進行
方向のデータを用いて母船位置演算器により母船位置を
計算する手段と、上記方位データ、直距離データ、およ
び母船位置データをカルマンフィルタに入力して水中物
体の位置成分の出力を得る演算処理手段を備えることを
特徴とする。
Further, in order to achieve the above object, the depth finder of the present invention is a means for power-amplifying a pulse-modulated signal from a transmitter, converting the signal into an acoustic signal via a transmitter / receiver, and radiating the signal into water, Means for receiving the reflected signal by the transmitter / receiver, means for amplifying and phasing the received signal, and means for converting it to azimuth data by an azimuth calculator; Means for converting the distance data to direct distance data, means for calculating the position of the mother ship using the data of the speed and direction of travel of the mother ship by the position calculator for the ship, and the above-mentioned bearing data, direct distance data, and position data for the mother ship. It is characterized by comprising arithmetic processing means for inputting to the Kalman filter to obtain the output of the position component of the underwater object.

〔作用〕[Action]

後述において、数学的取り扱いを含めて実施例を説明
することにより作用についても効果的に明らかになると
思われるが、ここでは特に本発明の深度探知方法を概説
する中で作用を説明する。
In the following description, it is considered that the operation will be effectively clarified by describing the embodiment including the mathematical treatment. However, the operation will be described particularly in the outline of the depth detection method of the present invention.

求める水中物体(以下目標物体という)の位置座標
xm,ym,zmは状態ベクトルの要素である。一方、観測す
るものは目標物体の水平面上の方位θと目標物体までの
直距離rであり、これらは観測ベクトルの要素である。
また観測ベクトルと状態ベクトルとの間の関係式を与え
るものとして観測行列がある。そこで、本発明の深度探
知方法は、一口にいって観測ベクトルの観測して観測行
列を用いて状態ベクトルを推定するものである。
Position coordinates of the desired underwater object (hereinafter referred to as target object)
x m , y m , and z m are elements of the state vector. On the other hand, what is observed is the azimuth θ of the target object on the horizontal plane and the direct distance r to the target object, which are elements of the observation vector.
An observation matrix is used to give a relational expression between the observation vector and the state vector. Therefore, the depth detection method of the present invention is to observe an observation vector and estimate a state vector using an observation matrix.

観測データに誤差がなければ、また誤差があってもこ
れを用いて求める結果が所要精度の範囲内におさまる程
度のものであれば、未知数の数に応じて少数回の観測の
結果で上記の関係から状態ベクトルを求めることが可能
になる。
If there is no error in the observation data, and even if there is an error, if the result obtained using this is within the required accuracy range, the above-mentioned results will be obtained from a small number of observations according to the number of unknowns. The state vector can be obtained from the relation.

本発明は、目標物体への俯角を直接測定することな
く、また目標物体の方位と直距離の観測は不可避的に誤
差を含むとの前提により、上記xm,ym,zmの位置成分を
求めようというのであるから、初期における状態ベクト
ルには大きな誤差を容認しなければならない。つまりこ
の状態では状態ベクトルの誤差のばらつき具合、いわば
共分散値が大きいことになる。そこで、目標物体の方位
と直距離を多数回測定することにより、状態ベクトルを
逐次更新していく。この過程で共分散値は逐次小さくな
り、最終的には状態ベクトルをある収束値に近付けさせ
ようとするものである。
The present invention does not directly measure the depression angle to the target object, and presumes that the observation of the azimuth and the direct distance of the target object inevitably includes an error, so that the position components of the above x m , y m , z m Therefore, a large error must be tolerated in the initial state vector. That is, in this state, the degree of variation of the state vector error, that is, the covariance value is large. Therefore, the state vector is sequentially updated by measuring the azimuth and the direct distance of the target object many times. In this process, the covariance value gradually decreases, and finally, the state vector attempts to approach a certain convergence value.

このために、まず状態ベクトルの初期値を仮定すると
ともに、状態ベクトルの共分散を与える共分散行列につ
いても仮定しきめておく。これらの値を初期値として、
仮定した状態ベクトルから導かれる観測ベクトルと実際
に観測されるデータとの差に応じた修正を、仮定した状
態ベクトルと共に分散行列に対して行っていく。この修
正値はカルマンゲインに比例した値であり、したがっ
て、カルマンゲインを用いて状態ベクトルと共分散行列
を逐次修正し、更新していくことになる。そしてこのよ
うな更新を多数回つまり観測データが得られる度に実施
していく。ここでカルマンゲインによる修正は、観測デ
ータの誤差がある範囲内のものであれば修正の対象であ
る状態ベクトルや共分散行列を最終的にある値に収斂さ
れ得るものである。
For this purpose, first, an initial value of the state vector is assumed, and a covariance matrix that gives the covariance of the state vector is also assumed. With these values as initial values,
The correction according to the difference between the observation vector derived from the assumed state vector and the actually observed data is performed on the variance matrix together with the assumed state vector. This correction value is a value proportional to the Kalman gain. Therefore, the state vector and the covariance matrix are sequentially corrected and updated using the Kalman gain. Such updating is performed many times, that is, every time observation data is obtained. Here, the correction by the Kalman gain can finally converge the state vector or the covariance matrix to be corrected to a certain value if the error of the observation data is within a certain range.

以上の説明の中では、説明の便宜上母船の位置データ
については省略したが、観測データが得られる度に行わ
れる修正処理には母船の位置データも使用されることは
いうまでもない。
In the above description, the position data of the mother ship is omitted for convenience of explanation, but it goes without saying that the position data of the mother ship is also used for the correction process performed each time observation data is obtained.

以上の方法により、目標物体の位置を推定することが
可能になる。すなわち、垂直方向の指向性を特に必要と
することなく目標物体の深度ひいては俯角を得ることが
可能になる。
With the above method, the position of the target object can be estimated. In other words, it is possible to obtain the depth of the target object and the depression angle without particularly requiring the directivity in the vertical direction.

本発明の深度探知装置におけるカルマンフィルタは、
方位データや直距離データや母船位置データの入力によ
り、観測行列の計算やカルマンゲインの計算を行い、こ
れに基づいて状態ベクトルの更新ならびに共分散行列の
更新を行い、目標物体の位置成分を出力する演算処理手
段である。したがって本発明の深度探知装置によれば、
本発明の深度探知方法を利用することにより、垂直方向
の指向性を必要とすることなく、目標物体の深度探知が
可能になる。このため本発明の装置においては送受波器
の水平のみの指向性性能だけでよいため、深度探知にも
拘らず、装置は簡単で、装置の大形化を回避することが
可能になる。
Kalman filter in the depth finder of the present invention,
Calculates observation matrix and Kalman gain based on input of heading data, direct distance data and mother ship position data, updates state vector and covariance matrix based on this, and outputs position component of target object Calculation processing means. Therefore, according to the depth detecting device of the present invention,
By utilizing the depth detection method of the present invention, it is possible to detect the depth of a target object without requiring directivity in the vertical direction. For this reason, in the device of the present invention, only the horizontal directivity of the transducer is required, so that the device is simple and it is possible to avoid an increase in size of the device regardless of depth detection.

〔実施例〕〔Example〕

第1図は本発明の深度探知装置のハード構成の実施例
を示す。第1図において発信器1の信号はトーンバース
ト信号発生器2によりパルス変調され送信器3により電
力増幅され送受切換器4を経て送受波器5に送られ、こ
こで音響信号に変換されて水中に放射される。この音響
は目標物により反射されて目標物までの直距離に相当す
る時間だけ遅れて送受波器5により受信される。ここで
再び電気信号に変換されこの信号は送受切換器4を経由
して受信器6で増幅され整相器7に送られる。整相され
た信号は方位演算器8により方位データに変換される。
一方トーンバースト発生器2および受信器6から得られ
るタイミング信号が直距離演算器9に送られここで直距
離データに変換される。また母船の速度検出器10および
ジャイロ11から母船の速度および進行方向のデータが母
船位置演算器12に送られここで母船位置が刻々計算され
る。以上三種のデータ(方位、直距離および母船位置)
がカルマンフィルタ13に入力されこれにより以下に述べ
る方法により解析値(目標位置のx,yおよびz成分)を
算出する。
FIG. 1 shows an embodiment of the hardware configuration of the depth detecting device of the present invention. In FIG. 1, a signal from a transmitter 1 is pulse-modulated by a tone burst signal generator 2, power-amplified by a transmitter 3, and transmitted to a transmitter / receiver 5 via a transmission / reception switch 4, where it is converted into an acoustic signal and converted into an underwater signal. Is radiated. This sound is reflected by the target and received by the transducer 5 with a delay corresponding to the direct distance to the target. Here, the signal is converted into an electric signal again, and the signal is amplified by the receiver 6 via the transmission / reception switch 4 and sent to the phase adjuster 7. The phasing signal is converted into azimuth data by the azimuth calculator 8.
On the other hand, timing signals obtained from the tone burst generator 2 and the receiver 6 are sent to the direct distance calculator 9 where they are converted into direct distance data. In addition, data on the speed and traveling direction of the mother ship is sent from the speed detector 10 and the gyro 11 of the mother ship to the mother ship position calculator 12, where the position of the mother ship is calculated every moment. Three types of data (azimuth, direct distance and mother ship position)
Is input to the Kalman filter 13 to calculate an analysis value (x, y, and z components of the target position) by a method described below.

第2図はカルマンフィルタにより解析値を算出するた
めのフローチャートを示すとともに、本発明の深度探知
方法の中での演算処理手順を示すものでもある。第2図
に示すようにカルマンフィルタの処理は初期処理と通常
処理との二つに分けられる。まず初期処理においては状
態ベクトルXおよび共分散行列Pの初期設定を行なう。
本発明においては状態ベクトルXは目標位置のx,yおよ
びz成分を示しそれぞれxm,ymおよびzmなる要素から成
る。また共分散行列Pは状態ベクトルの各要素の分布を
表わすものであり3×3の行列である。通常処理は観測
データが得られた時に行なわれる。まず観測データに基
づいて観測行列Hの計算が行なわれ、次にカルマンゲイ
ンKの計算が行なわれる。HおよびKに基づいて前記状
態ベクトルXおよび共分散行列Pの更新が行なわれる。
観測データが得られる度に以上の通常処理が行なわれ、
次々とXおよびPを改善していき、最終的には十分な精
度の状態ベクトルXつまり目標の位置を得るものであ
る。なお一般にカルマンフィルタではこの他状態遷移行
列Fも必要であるが、本発明では目標は静止しているの
で状態は遷移しない。したがってFは単位行列となり不
要である。
FIG. 2 shows a flowchart for calculating an analysis value by a Kalman filter, and also shows an arithmetic processing procedure in the depth detection method of the present invention. As shown in FIG. 2, the processing of the Kalman filter is divided into an initial processing and a normal processing. First, in the initial processing, the state vector X and the covariance matrix P are initialized.
The state vector X in the present invention consists of target position x, y and z each x m indicates components, y m and z m become elements. The covariance matrix P represents the distribution of each element of the state vector, and is a 3 × 3 matrix. Normal processing is performed when observation data is obtained. First, an observation matrix H is calculated based on observation data, and then a Kalman gain K is calculated. The state vector X and the covariance matrix P are updated based on H and K.
The above normal processing is performed every time observation data is obtained,
X and P are successively improved, and finally, a state vector X with sufficient accuracy, that is, a target position is obtained. In general, the Kalman filter also requires another state transition matrix F. However, in the present invention, the state does not transition because the target is stationary. Therefore, F becomes a unit matrix and is unnecessary.

第3図は母船と目標物との位置関係を示す図である。
第3図により数学モデルを構築し以下カルマンフィルタ
処理の説明を行なう。第3図における座標系はx軸が東
西方向、y軸が南北方向そしてz軸が深度方向を示す。
また方位θは北を基準として時計方向に計る。同図にお
いて目標位置は(xm,ym,zm)でありこれを状態ベクト
ルXとする 観測できるのは目標の方位θおよび直距離rであるので
これを観測ベクトルYとする。
FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship between the mother ship and the target.
Referring to FIG. 3, a mathematical model is constructed, and the Kalman filter processing will be described below. In the coordinate system in FIG. 3, the x-axis indicates the east-west direction, the y-axis indicates the north-south direction, and the z-axis indicates the depth direction.
The direction θ is measured clockwise with reference to the north. In the figure, the target position is (x m , y m , z m ), which is the state vector X. Since what can be observed is the azimuth θ and the direct distance r of the target, this is set as the observation vector Y.

母船は水面上を自由に移動するので母船の位置は(x0
y0,0)である。また目標の直上点の座標は(xm,ym,0)
であるので母船から見た目標の方位θは また母船と目標物との直距離rは である。第(3)式および第(4)式が状態ベクトルX
と観測ベクトルYとの関係である。
The position of the ship is (x 0 ,
y 0 , 0). The coordinates of the point directly above the target are (x m , y m , 0)
Therefore, the target azimuth θ seen from the mother ship is The direct distance r between the mother ship and the target is It is. Equations (3) and (4) are the state vectors X
And the observation vector Y.

観測行列Hは であるので とすればh11、h12、h13、h21、h22およびh11はそれぞれ 状態遷移行列Fは目標は不動であるので つまり単位行列であり考慮する必要がない。The observation matrix H is Because Then, h 11 , h 12 , h 13 , h 21 , h 22 and h 11 are respectively The state transition matrix F is That is, it is a unit matrix and need not be considered.

共分散行列Pは でありp11、p22およびp33がそれぞれxm、ymおよびzm
分散をしめす。他の要素はxm、ymおよびzm相互間の共分
散を示す。したがってp12=p21、p13=p31、p23=p32
ありこの行列は対称行列である。
The covariance matrix P is And p 11 , p 22 and p 33 denote the variance of x m , y m and z m respectively. Other factors indicate the covariance between x m , y m and z m . Therefore, p 12 = p 21 , p 13 = p 31 , p 23 = p 32 and this matrix is a symmetric matrix.

観測誤差の推定行列Rは である。ここでσ11 2は観測方位θの、σ22 2 は観測直
距離rのそれぞれの分散の推定値である。
The estimation error estimation matrix R is It is. Here, σ 11 2 is the estimated value of the observation azimuth θ, and σ 22 2 is the estimated value of the variance of the observation direct distance r.

さて観測データが入力されると第(7)〜第(12)式
により観測行列Hを計算する。次に第(16)式によりカ
ルマンゲインKを計算する。
When the observation data is input, the observation matrix H is calculated according to the equations (7) to (12). Next, the Kalman gain K is calculated by the equation (16).

K=PHT〔HPHT+R〕-1 …(16) ここでHTはHの転置行列を示す。このカルマンゲインK
を用いて第(17)式により状態ベクトルXの更新を行な
う。
K = PH T [HPH T + R] −1 (16) where H T represents the transposed matrix of H. This Kalman gain K
Is used to update the state vector X according to equation (17).

ここでXnは更新前の状態ベクトルでありXn+1は更新後の
状態ベクトルである。またθ(Xn)およびr(Xn)は更
新前の状態ベクトルXnを用いて求めた推定方位および推
定直距離である。
Here, Xn is a state vector before update, and Xn + 1 is a state vector after update. Θ (X n ) and r (X n ) are the estimated azimuth and estimated direct distance obtained using the state vector X n before updating.

共分散行列Pの更新は第(18)式による。 The updating of the covariance matrix P is based on the equation (18).

Pn+1=Pn−KHPn …(18) ここでPnは更新前の共分散行列でありPn+1は更新後の共
分散行列である。
P n + 1 = P n -KHP n ... (18) is where P n is the pre-update the covariance matrix P n + 1 is the covariance matrix of the updated.

以上の処理を第2図フローチャートの通常処理と対比
して見ると次の通りである。フローチャートにおけるH
の計算とは第(6)式つまり具体的には第(7)〜第
(12)式の計算のことである。同じくKの計算は第(1
6)式の計算のことであり行列の乗算、加算および逆行
列の演算により求めることができる。Xの更新は第(1
7)式による。ここでθおよびrは観測データそのもの
であり、θ(Xn)は第(3)式、r(Xn)は第(4)式
により求められる。最後にPの更新は第(18)式であり
行列の乗算および減算により計算できる。
The above processing is as follows when compared with the normal processing in the flowchart of FIG. H in the flowchart
Is the calculation of the expression (6), that is, specifically, the calculation of the expressions (7) to (12). Similarly, the calculation of K is
6) This is the calculation of the formula, which can be obtained by multiplication, addition and matrix operation of the matrix. The update of X is the first (1
7) According to the formula. Here, θ and r are the observation data itself, and θ (X n ) is obtained by Expression (3), and r (X n ) is obtained by Expression (4). Finally, the updating of P is expressed by equation (18), which can be calculated by matrix multiplication and subtraction.

上記の様な方法を実施するならば、送受波器から得ら
れる方位データ、直距離データおよび母船から得られる
母船位置データとだけから目的の深度を得ることができ
る。また母船は水面上を移動するだけで垂直方向の運動
をする必要はない。
If the above method is carried out, the target depth can be obtained only from the bearing data, the direct distance data obtained from the transducer, and the mother ship position data obtained from the mother ship. Also, the mother ship need only move over the surface of the water and does not need to move vertically.

以下本発明による実施例を第2図フローチャート、第
3図数学モデルおよび第4図実験結果により説明する。
第3図において母船は原点を始点として円運動をし10秒
毎に方位θと直距離rを観測する。なお観測データには
誤差が含まれ、この誤差は正規分布するものとした。θ
の誤差は平均値0標準偏差0.002ラジアン(約0.11度)
またrの誤差は平均値0の標準偏差0.02mとした。また
状態ベクトルの初期値としては xm=r0sinθ0 ym=r0cosθ0 zm=−10m とした。ここでθ0およびr0は初期観測値である。深度z
mについては妥当性のあるものはないので単に真値(−5
0m)とはかけ離れたものにした。観測誤差の推定行列R
に与える値はσ11=0.2ラジアン(約11度)σ22=2mと
した。共分散行列の初期値はp11、p22およびp33とも100
0とした。これは目標位置の誤差分布は初期においては (約31.6m)と仮定したことになる。共分散行列の他の
要素の初期値は0とした。
An embodiment according to the present invention will be described below with reference to the flowchart in FIG. 2, the mathematical model in FIG. 3, and the experimental results in FIG.
In FIG. 3, the mother ship makes a circular motion starting from the origin and observes the azimuth θ and the direct distance r every 10 seconds. The observation data contains an error, and the error is assumed to be normally distributed. θ
Error is mean 0 standard deviation 0.002 radians (about 0.11 degrees)
The error of r was a standard deviation of 0.02 m from the average value 0. As the initial value of the state vector and the x m = r 0 sinθ 0 y m = r 0 cosθ 0 z m = -10m. Here, θ 0 and r 0 are initial observation values. Depth z
Since there is no valid value for m , only the true value (−5
0m). Observation error estimation matrix R
Σ 11 = 0.2 radian (about 11 degrees) and σ 22 = 2 m. The initial value of the covariance matrix is 100 for both p 11 , p 22 and p 33
0 was set. This is because the error distribution of the target position is initially (About 31.6m). The initial values of the other elements of the covariance matrix were set to 0.

以上の条件により実験を実施したところ第4図の結果
が得られた。目標位置の真値はxm=1000m、ym=500m、z
m=−50mであるのに対してxmおよびymについては当然な
がら直ちに正解に近い値が得られており、直接には観測
できないzmについては11回目の測定である100秒後ごろ
から真値に向う傾向が見られ、150秒後にはほとんど真
値に収束し以後これを保持している。
When the experiment was carried out under the above conditions, the results shown in FIG. 4 were obtained. True value of the target position x m = 1000m, y m = 500m, z
While m = −50 m , values close to the correct answer are obtained immediately for x m and y m, and for z m that cannot be directly observed, after about 100 seconds, which is the eleventh measurement. There is a tendency toward the true value, and after 150 seconds, it almost converges to the true value, and this is maintained thereafter.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば目標の垂直方向の角度(俯角)を直接
測定することなく目標の深度を得ることができる。送受
波器に垂直方向の指向性を持たせる必要がないので送受
波器の垂直方向の寸法を小さくできる。また従来の方位
と直距離のみ測定可能な送受波器によって目標の深度ひ
いては俯角を測定することもできる。元来垂直方向の指
向性は母船の動揺の影響を受けにくくするためブロード
にしてあるが本発明はこの要求にも合致している。
According to the present invention, the target depth can be obtained without directly measuring the vertical angle (depression angle) of the target. Since it is not necessary for the transducer to have vertical directivity, the vertical dimension of the transducer can be reduced. Further, the depth of the target and the depression angle can also be measured by a conventional transducer capable of measuring only the azimuth and the direct distance. Originally, the directivity in the vertical direction is broadened so as not to be easily affected by the motion of the mother ship, but the present invention meets this requirement.

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

第1図は本発明の深度探知装置のハード構成の実施例
図、第2図はカルマンフィルタにより解析値を算出する
ためのフローチャートを示すとともに、本発明の深度探
知方法の中での演算処理手順を示す図、第3図は本発明
を説明するための数学モデル図、第4図は本発明の実施
例による実験結果を示す図表である。 符号説明 1……発信器 2……トーンバースト信号発生器 3……送信器、4……送受切換器 5……送受波器、6……受信器 7……整相器、8……方位演算器 9……直距離演算器、10……速度検出器 11……ジャイロ、12……母船位置演算器 13……カルマンフィルタ 14……Xの初期設定、15……Pの初期設定 16……Hの計算、17……Kの計算 18……Xの更新、19……Pの更新
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a hardware configuration of a depth finder according to the present invention, and FIG. 2 is a flowchart for calculating an analysis value by a Kalman filter, and illustrates an arithmetic processing procedure in a depth finder according to the present invention. FIG. 3 is a mathematical model diagram for explaining the present invention, and FIG. 4 is a table showing experimental results according to the embodiment of the present invention. Description of symbols 1 ... Transmitter 2 ... Tone burst signal generator 3 ... Transmitter 4 ... Transceiver switch 5 ... Transmitter / receiver 6 ... Receiver 7 ... Phase adjuster 8 ... Direction Computing unit 9: Direct distance computing unit, 10: Speed detector 11: Gyro, 12: Mother ship position computing unit 13: Kalman filter 14: Initial setting of X, 15: Initial setting of P 16 ... Calculation of H, 17 Calculation of K 18 Update of X 19 Update of P

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】母船上の観測点からの測定と、該測定デー
タによる演算処理により、水中にある物体の深度を探知
する方法において、上記測定として、水中物体の水平面
上の方位と、上記物体までの直距離とを多数回測定し、
これらの測定データとともに各測定時の母船の位置デー
タを用い、観測行列の計算と、カルマンゲインの計算
と、これに基づく状態ベクトルの更新ならびに共分散行
列の更新の演算処理を行うことを特徴とする水中物体の
深度探知方法。
1. A method for detecting the depth of an underwater object by measuring from an observation point on a mother ship and performing arithmetic processing based on the measurement data, wherein the measurement includes: an orientation of the underwater object on a horizontal plane; Many times to measure the distance to
Using the position data of the mother ship at the time of each measurement together with these measurement data, the calculation processing of the observation matrix, the calculation of the Kalman gain, the update of the state vector based on this, and the update of the covariance matrix are performed. Method of detecting the depth of a moving underwater object.
【請求項2】水中物体に音響信号を放射し、水中物体か
らの反射信号を解析して水中物体の深度を探知する装置
において、パルス変調した発信器の信号を電力増幅し、
送受波器を介して音響信号に変換し水中に放射する手段
と、水中物体からの上記反射信号を上記送受波器により
受信する手段と、該受信信号を増幅整相し、方位演算器
により方位データに変換する手段と、上記パルス変調出
力と上記受信出力から得られるタイミング信号を用いて
直距離演算器により直距離データに変換する手段と、母
船の速度と進行方向のデータを用いて母船位置演算器に
より母船位置を計算する手段と、上記方位データ、直距
離データ、および母船位置データをカルマンフィルタに
入力して水中物体の位置成分の出力を得る演算処理手段
を備えることを特徴とする水中物体の深度探知装置。
2. An apparatus for radiating an acoustic signal to an underwater object, analyzing a reflected signal from the underwater object and detecting the depth of the underwater object, power-amplifies a pulse-modulated signal from a transmitter, and
Means for converting into an acoustic signal through a transducer and radiating it into water, means for receiving the reflected signal from an underwater object by the transducer, amplifying and phasing the received signal, and azimuth calculation by a azimuth calculator. Means for converting the data into data, means for converting the pulse modulation output and the timing signal obtained from the reception output into direct distance data by a direct distance calculator, and the position of the mother ship using data on the speed and traveling direction of the mother ship An underwater object comprising: means for calculating a position of the mother ship by an arithmetic unit; and arithmetic processing means for inputting the azimuth data, the direct distance data, and the position data of the mother ship to a Kalman filter to obtain an output of a position component of the underwater object. Depth detector.
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