JP2820311B2 - 潜水船の音響航法測定装置 - Google Patents

潜水船の音響航法測定装置

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JP2820311B2
JP2820311B2 JP2166684A JP16668490A JP2820311B2 JP 2820311 B2 JP2820311 B2 JP 2820311B2 JP 2166684 A JP2166684 A JP 2166684A JP 16668490 A JP16668490 A JP 16668490A JP 2820311 B2 JP2820311 B2 JP 2820311B2
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は潜水船を追尾する音響航法測定装置に関し、
特にその潜水船の真の位置を求める装置に関するもので
ある。
[従来の技術] 従来の音響航法測定の方法については、海洋音響研究
会の海洋音響(基礎と応用)、(P209〜P214)、(198
4)に記載されたものがあり、以下に概略を説明する。
第4図は従来の潜水船の音響航法測定装置の概略構成
図である。
図において、(1)は本音響測定装置を搭載した測定
船舶(以下水上船舶という)、(2)は水中に投下さ
れ、アレイ状に受波素子を配列した受波器、(3)は受
波器(2)からの信号を増幅する増幅器、(4)はSSBL
(Super Short Base−Line)受信機であり、増幅器
(3)から入力する信号の時間をタイマー(5)により
読み、潜水船との距離(以下スラントレンジという)を
求め、さらに水上船舶(1)からの方位を求めて出力す
るものである。
(6)は演算部であり、SSBL受信機(4)からの出力
信号を用いて、水中の船舶の位置をメモリ(7)に格納
している過去の位置より求めて出力するものである。
(8)は演算部(6)からの出力信号をX、Y、Z座
標又は地球座標に変換した映像信号を表示部(9)に出
力して表示させる表示変換部である。
(10)は潜水船であり、少なくとも以下に説明する装
置を有している。
(10a)は受波器(2)に音波を放射する送波器、(1
0b)は送信機、(10c)はタイマーである。
上記のように構成された潜水船の音響航法測定装置に
ついて以下に動作を説明する。
初めに、位置を測定する前に水上船舶(1)のオペレ
ータと潜水船(10)のオペレータは相互にタイマーの時
間を合せる。次に、潜水船(10)のオペレータは所定の
時刻に音波を発射する時刻をタイマー(10c)に設定す
る。
そして、潜水船(10)は水中を移動して、予め設定時
刻になると、タイマー(10c)は送信機(10b)に信号を
出力する。
すると、送信機(10b)はタイマー(10c)からの信号
により、所定の送信電力を送波器(10a)に出力し、水
中に超音波パルスを発射させる。
超音波パルスが発射されると、水上船舶(1)の受波
器(2)は潜水船(10)からの超音波パルスを受信し、
電気信号に変換して出力する。
そして、増幅器(3)は受波器(2)からの信号を一
定レベル以上増幅してSSBL受信機(4)に出力する。
そして、SSBL受信機(4)はタイマー(10c)が送信
指令を出す時刻と同じ時刻になっているタイマー(5)
から時刻を得て、超音波パルスが受波器(2)に到達す
るまでの時間tを測定して、スラントレンジrを下記の
式のようにして得る。
スラントレンジr=Ct (但し、Cは音速) また、X方位角は受波器(2)の各受波素子からの信
号である各チャンネル毎の位相差によって求め、その値
を演算部に出力する。
次に演算部(6)は、SSBL受信機(4)から入力する
スラントレンジr及び方位θから潜水船(10)の位置を
求め、さらに過去の潜水船(10)の位置から平滑位置を
求めて表示変換部(8)に出力する。表示変換部(9)
は、出力する位相差によって、X、Y、Z座標あるいは
地球座標に変換して表示部(9)に表示していた。
これは例えば、潜水船(10)が2ktの速度で移動して
いるときに、スラントレンジrが1500mで得られたとす
ると、そのスラントレンジrから求めた潜水船(10)の
位置を表示部(9)に表示することである。
従って、音波が水中を伝搬する速度は約1500mである
から、音波が水上船舶(1)に到達した時間は1秒であ
り、その間に潜水船(10)が移動する距離は約10mであ
るので、オペレータはその距離を見越して潜水船(10)
の実際の位置を補足して潜水船を操縦しなければならな
かった。
このように、従来は受波器(2)に到達した時点の音
波からの潜水船(10)の測定位置は正確な位置を表示す
るものでなかった。
[発明が解決しようとする課題] 上記のような従来の潜水船を追尾する音響航法測定装
置では、受波器により受信した時点での潜水船からの音
波により、潜水船の実際の位置として表示するようにさ
れているので、例えば潜水船が移動していた場合は、水
中を伝搬する音波の到達時間による影響が無視され、表
示器に表示される潜水船の位置はその到達時間分だけ遅
れた位置に表示され、オペレータは正確な潜水船の位置
を把握できないという問題点があった。
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、潜水船が移動しても、その潜水船から発射される
音波の到達時間の影響を考慮し、潜水船からの音波が到
達した時点での潜水船の位置を表示する潜水船の音響航
法測定装置を得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明に係る潜水船を追尾する音響航法測定装置は、
測定側船舶に備えられたタイマーに同期して超音波パル
スを水中に発射する送波器を有した潜水船からの超音波
パルスを受信し、その超音波パルスの到達時間をタイマ
ーから読み、測定船舶から潜水船までのスラントレンジ
及び方位を求めて出力するSSBL受信機を有し、そのSSBL
受信機の出力及び過去の潜水船の位置から今回の潜水船
の位置を求めて表示させる表示手段からなる潜水船を追
尾する音響航法測定装置において、超音波パルスの入力
周波数と基準周波数から測定船舶に対する潜水船の超音
波パルスのドップラ偏位周波数を検出するドップラ偏位
検出回路と、ドップラ偏位周波数を入力し、測定船舶に
対する潜水船の相対速度を求める相対速度算出手段と、
相対速度と超音波パルスの到達時間とから潜水船の移動
距離を算出する距離算出手段と、相対速度、過去の位置
及び今回の位置から測定船舶に対する真の潜水船の方位
を求める潜水船方位算出手段と、移動距離及び真の潜水
船の方位に基づいて求めた値を真の潜水船の位置として
表示手段に出力する潜水船位置算出手段とを備えたもの
である。
[作用] 本発明においては、SSBL受信機が測定船舶から潜水船
までのスラントレンジ及びその方位、さらに今回の潜水
船の位置を求めると共に、ドップラ偏位検出回路が測定
船舶に対する潜水船の超音波パルスのドップラ偏位周波
数を検出する。
すると、相対速度算出手段がドップラ偏位周波数から
測定船舶に対する潜水船の相対速度を求める。
そして、距離算出手段が相対速度と超音波パルスの到
達時間とから潜水船の移動距離を算出すると、潜水船方
位算出手段が相対速度、過去の位置及び今回の位置から
測定船舶に対する真の潜水船の方位を求めて、潜水船位
置算出手段が移動距離及び真の潜水船の方位に基づいて
求めた値を真の潜水船の位置として表示手段に出力して
表示させる。
[実施例] 第1図は本発明の一実施例を示す潜水船の音響航法測
定装置の概略構成図である。
図において、(1)〜(10c)は上記従来装置と同様
なものであり、(12)はドップラ偏位検出回路であり、
増幅器(2)から出力する超音波パルス(以下音波とい
う)の差と基準周波数から測定船舶に対する潜水船の音
波のドップラ偏位周波数(以下ドップラ周波数fdとい
う)を検出して出力するものである。
(13)は本発明の動作をする演算部であり、以下に説
明する手段を有したものである。
(14)は信号読込手段であり、SSBL受信機(4)から
入力する水上船舶(1)からの方位θ、スラントレンジ
r及び潜水船の位置を入力し、その信号をメモリ(7)
に記憶するものである。
この場合は過去の位置P1、今回の潜水船(10)の位置
P2及び本発明により求めた真の潜水船の位置P3を記憶す
るものである。
(15)は潜水船速度算出手段であり、メモリ(7)に
記憶された過去の位置P1と今回の潜水船(10)の位置P2
とから潜水船(10)の速度を算出するものである。
(16)は潜水船の相対速度を算出するパラメータ式
(以下パラメータ式という)であり、以下に説明するパ
ラメータ式を記憶したものである。
第2図は本発明の概念を説明する図であり、図におい
て、(1)及び(10)、P1〜P3、θは上記説明と同様な
ものであり、ψは水上船舶(1)に対する潜水船(10)
の進行方位、V1は水上船舶(1)の進行速度、V1Sは潜
水船(10)に対する水上船舶(1)の相対速度、V2は潜
水船(10)の進行速度、V2Sは水上船舶(1)に対する
潜水船(10)の相対速度である。
同図から相対速度V2Sを求める場合を説明が簡単なた
め3次元ではなく水上船舶(1)と潜水船(10)が同一
平面とする2次元として説明する。またベクトル符号及
び過去の速度等は省略する。
すると、2船間の相対速度VSは、 相対速度VS=V2S−V1S=V2{cos(θ −ψ)}−V1cosθ であり、またドップラ周波数fdは、潜水船(10)から
発射される音波の周波数(以下基準周波数という)をf0
とすると、 fd=f0V2S/cで示されるため、 V2S=V2cos(θ−ψ)= (1/f0){fd+V1cosθ} ……(A) で示される。この(A)のような式を相対速度V2Sを求
めるパラメータ式として設定する。
つまり、相対速度V2Sを基準周波数f0とドップラ周波
数fd及びV1cosθが得られば簡単に求めることを示すも
のである。
(17)は相対速度算出手段であり、ドップラ周波数fd
を入力し、パラメータ式(16)に基づいて、方位θ及び
水上船舶(1)の速度V1をメモリ(7)から読み、相対
速度V2Sを求められるものである。
(18)は進行方位算出手段であり、相対速度V2Sから
水上船舶(1)に対する潜水船(10)の進行方位ψを求
め、かつ過去の進行方向をSSBL受信機(4)から入力し
て真の方位とするものである。
この場合は、SSBL受信機(4)からの過去の進行方位
については説明を省略する。
(19)は距離算出手段であり、相対速度V2Sと音波の
到達時間tとから潜水船(10)の移動距離Lを算出する
ものである。
(20)は潜水船位置算出手段であり、移動距離Lと真
の潜水船の方位ψから真の潜水船の位置を求めて表示変
換部(8)に出力するものである。
上記のように構成された潜水船の音響航法測定装置の
動作を以下に説明する。
第3図は本発明の動作を説明するフローチャートであ
る。
例えば潜水船(10)及び水上船舶(1)のオペレータ
が従来と同様に相互に時刻を合わせ、その後に潜水船
(10)が送波器(10a)により、音波を放射したとする
と、水上船舶(1)の受波器(2)は、その音波を受信
して電気信号に変換して増幅器(3)に出力する。
そして、増幅器(3)はその信号を所定のレベルまで
増幅した信号をSSBL受信器(4)及びドップラ偏位検出
回路(12)に出力する。
SSBL受信器(4)は信号が入力すると、その信号の伝
搬時間と位相差から潜水船(10)の方位θとスラントレ
ンジr及び潜水船の位置を求めて演算部(13)に出力す
る。
また、ドップラ偏位検出回路(12)は増幅器(3)か
らの信号を入力してそのドップラ周波数fdを求めて出力
する。
すると、演算部(13)の信号読込手段(14)は方位θ
とスラントレンジr及び潜水船の位置をメモリ(7)に
記憶すると共に(S1)、入力する水上船舶(1)の位置
及び速度V1(対地速度及び対地位置である)を記憶する
(S3)。
そして、潜水船速度算出手段(15)がメモリ(7)に
記憶されている過去の位置P1と今回の位置P2から潜水船
の速度V2を求める(S5)。
次に、相対速度算出手段(17)がドップラ周波数fdが
入力したかを判断し(S7)、入力すれば、設定されてい
るパラメータ式に基づいて、相対速度V2Sを算出する。
即ち以下に示す式に必要なデータを代入する。
V2S=V2cos(θ−ψ)= (1/f0){fd+V1cosθ} 次に、進行方位算出手段(18)が、 V2cos(θ−ψ)= (1/f0){fd+V1cosθ} で示される相対速度V2Sから真の潜水船の方位ψを求め
る(S11)。
また、距離算出段(19)は求められた相対速度V2S
タイマー(5)の音波の到達時間tとから潜水船(10)
の移動距離Lを算出する(S13)。
そして、潜水船位置算出手段(20)が移動距離Lと真
の潜水船の方位ψから真の潜水船の位置を求めて表示変
換部(8)に出力する(S15)。
そして、終了かを判断し(S16)、終了でなければ制
御をステップS1に移す。
従って、水中を伝搬する音波の影響が合っても音波が
入力する度に真の潜水船の位置を得ることができる。
なお、上記実施例では水上船舶(10)を測定船舶とし
たが、互いに潜水船であってもよい。
[発明の効果] 以上のように本発明によれば、測定船舶に対する潜水
船の超音波パルスのドップラ偏位周波数を検出し、その
ドップラ偏位周波数とから測定船舶に対する潜水船の相
対速度を求め、そして、相対速度と超音波パルスの到達
時間とから潜水船の移動距離及び真の潜水船の方位を算
出し、その動距離及び真の潜水船の方位に基づいて求め
た値を真の潜水船の位置として表示するようにしたの
で、オペレータは正確な潜水船の位置を把握でき、かつ
次に潜水船の移動する方位を予測できるという効果が得
られている。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す潜水船の音響航法測定
装置の概略構成図、第2図は本発明の概念を説明する
図、第3図は本発明の動作を説明するフローチャート、
第4図は従来の潜水船の音響航法測定装置の概略構成図
である。 図において、(1)は水上船舶、(2)は受波器、
(3)は増幅器、(4)はSSBL受信機、(8)は表示変
換部、(10)は潜水船、(12)はドップラ偏位検出回
路、(13)は本発明の動作をする演算部、(14)は信号
読込み手段、(15)は潜水船速度算出手段、(16)はパ
ラメータ式、ψは水上船舶(1)に対する潜水船(10)
の進行方位、V1は水上船舶(1)の進行速度、V1Sは潜
水船(10)に対する水上船舶(1)の相対速度、V2は潜
水船(10)の進行速度、V2Sは水上船舶(1)に対する
潜水船(10)の相対速度、(17)は相対速度算出手段、
(18)は進行方位算出手段、(19)は距離算出手段、
(20)は潜水船位置算出手段である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 5/18 - 5/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】測定側船舶に備えられたタイマーに同期し
    て超音波パルスを水中に発射する送波器を有した潜水船
    からの超音波パルスを受信し、その超音波パルスの到達
    時間を前記タイマーから読み、前記測定船舶から前記潜
    水船までのスラントレンジ及び方位を求めて出力するSS
    BL受信機を有し、そのSSBL受信機の出力及び過去の潜水
    船の位置から今回の潜水船の位置を求めて表示させる表
    示手段からなる潜水船の音響航法測定装置において、 前記超音波パルスの入力周波数と基準周波数から前記測
    定船舶に対する潜水船の超音波パルスのドップラ偏位周
    波数を検出するドップラ偏位検出回路と、 前記ドップラ偏位周波数を入力し、前記測定船舶に対す
    る潜水船の相対速度を求める相対速度算出手段と、 前記相対速度と前記超音波パルスの到達時間とから前記
    潜水船の移動距離を算出する距離算出手段と、 前記相対速度、過去の位置及び今回の位置から前記測定
    船舶に対する真の潜水船の方位を求める潜水船方位算出
    手段と、 前記移動距離及び真の潜水船の方位に基づいて求めた値
    を真の潜水船の位置として前記表示手段に出力する潜水
    船位置算出手段と を有することを特徴とする潜水船の音響航法測定装置。
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