JP2923006B2 - ヒービング検出装置 - Google Patents
ヒービング検出装置Info
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- JP2923006B2 JP2923006B2 JP2221817A JP22181790A JP2923006B2 JP 2923006 B2 JP2923006 B2 JP 2923006B2 JP 2221817 A JP2221817 A JP 2221817A JP 22181790 A JP22181790 A JP 22181790A JP 2923006 B2 JP2923006 B2 JP 2923006B2
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Description
本発明は、船舶等におけるヒービング（上下動）を検
出する装置に関し、又、これを用いた測深装置に関す
る。
出する装置に関し、又、これを用いた測深装置に関す
る。
海底等を探索する水中探知装置においては、この水中
探知装置の搭載する船舶の動揺を検出し、その検出した
動揺量でもって当該水中探知装置で得た探知情報を補正
している。船舶の動揺の一つにヒービングがある。この
ヒービングを検出するには、バーチカルジャイロあるい
は加速度センサーが必要であるが、バーチカルジャイロ
はその構成上、寸法並びに重量が大きく、価格も高価で
あり、一方、加速度センサーは、船舶の別の動揺である
回転運動の影響を受け高精度の検出が行えないという課
題があった。 このような装置を用いずにヒービングを検出可能とし
たものとして、例えば特開昭60−236077号公報の『船体
動揺補正音響測深方法』がある。船底に固定した１個の
送受波器により直下方向に向けて超音波を送波し、海底
で反射したエコーを受波する。このとき、船体がヒービ
ングしておれば、前記受波信号にドップラシフトが生じ
るので、検出したドップラシフト量から船体のヒービン
グ速度を求め、又、このヒービング速度を積分すること
により、ヒービングにともなう上下方向の移動量を求め
るものである。そのシステム構成としては、斜め下方に
向けて超音波を送波し、その受波信号に含まれるドップ
ラシフト量から船速を求める船速計と本質的に同一であ
る。
探知装置の搭載する船舶の動揺を検出し、その検出した
動揺量でもって当該水中探知装置で得た探知情報を補正
している。船舶の動揺の一つにヒービングがある。この
ヒービングを検出するには、バーチカルジャイロあるい
は加速度センサーが必要であるが、バーチカルジャイロ
はその構成上、寸法並びに重量が大きく、価格も高価で
あり、一方、加速度センサーは、船舶の別の動揺である
回転運動の影響を受け高精度の検出が行えないという課
題があった。 このような装置を用いずにヒービングを検出可能とし
たものとして、例えば特開昭60−236077号公報の『船体
動揺補正音響測深方法』がある。船底に固定した１個の
送受波器により直下方向に向けて超音波を送波し、海底
で反射したエコーを受波する。このとき、船体がヒービ
ングしておれば、前記受波信号にドップラシフトが生じ
るので、検出したドップラシフト量から船体のヒービン
グ速度を求め、又、このヒービング速度を積分すること
により、ヒービングにともなう上下方向の移動量を求め
るものである。そのシステム構成としては、斜め下方に
向けて超音波を送波し、その受波信号に含まれるドップ
ラシフト量から船速を求める船速計と本質的に同一であ
る。
ところが、上記の測定では、船体が動揺して送受波器
の送受波方向が直下方向からずれると、検出結果に誤差
が生じるという欠点があった。 本発明は、上述した課題を解決するためになされたも
のであり、構成が簡単でかつ船体の動揺による測定誤差
を排除できるヒービング検出装置を提供することを目的
とする。
の送受波方向が直下方向からずれると、検出結果に誤差
が生じるという欠点があった。 本発明は、上述した課題を解決するためになされたも
のであり、構成が簡単でかつ船体の動揺による測定誤差
を排除できるヒービング検出装置を提供することを目的
とする。
上記課題を解決するために第１の発明では、 船首水平方向及び船尾水平方向に対しそれぞれ同一の
俯角で周波数f0の超音波ビームを送受波する送受波器
と、 周波数（2f0＋fm）の信号を発生する信号発生回路
と、 前記信号発生回路より出力される信号と前記送受波器
の一方から得られる受波信号とを混合する第１の混合器
と、 前記第１の混合器より得られる信号と、前記送受波器
の他方から得られる受波信号とを混合する第２の混合器
と、 を備え、前記第２の混合器より得られる信号の周波数か
らヒービング速度を求めることを特徴とする。 第２の発明では、船首水平方向，船尾水平方向および
両舷側水平方向に対しそれぞれ同一の俯角で超音波ビー
ムを送受波する送受波器を備え、これらの船首方向、船
尾方向、左舷方向および右舷方向の各送受波器で受波さ
れたエコーに含まれる各ドップラシフトをΔfh、Δfs、
ΔflおよびΔfrとしたとき、 各送受波器よりの受波信号を合成して、ヒービング速
度を表す（Δfh＋Δfs）−（Δfr−Δfl）の信号を作成
する混合手段を備えたことを特徴とする。
俯角で周波数f0の超音波ビームを送受波する送受波器
と、 周波数（2f0＋fm）の信号を発生する信号発生回路
と、 前記信号発生回路より出力される信号と前記送受波器
の一方から得られる受波信号とを混合する第１の混合器
と、 前記第１の混合器より得られる信号と、前記送受波器
の他方から得られる受波信号とを混合する第２の混合器
と、 を備え、前記第２の混合器より得られる信号の周波数か
らヒービング速度を求めることを特徴とする。 第２の発明では、船首水平方向，船尾水平方向および
両舷側水平方向に対しそれぞれ同一の俯角で超音波ビー
ムを送受波する送受波器を備え、これらの船首方向、船
尾方向、左舷方向および右舷方向の各送受波器で受波さ
れたエコーに含まれる各ドップラシフトをΔfh、Δfs、
ΔflおよびΔfrとしたとき、 各送受波器よりの受波信号を合成して、ヒービング速
度を表す（Δfh＋Δfs）−（Δfr−Δfl）の信号を作成
する混合手段を備えたことを特徴とする。
超音波振動子から発射された音波がある物体で反射し
て戻ってくるとき、音源と物体間とに相対速度がある場
合には、そのエコーにドップラーシフトが生じる。第４
図に示すように、船体Ｗの船底に設けた超音波振動子よ
り船首水平方向に対してθ１の発射角度（俯角）で周波
数F0の超音波ビームを発射したとき、このとき船体Ｗが
速度Ｕの大きさでヒービングしていたとき、海底面Ｚよ
りのエコーに生じるドップラーシフト周波数fzは、 （Ｃは海水中の音速） となり、一方、船舶ＷがＶの速度で航行しているとき
は、 なるドップラーシフト周波数fxが生じる。 従ってドップラーシフト周波数を測定できれば、上記
の（１）式及び（２）式からヒービング速度Ｕあるいは
船速Ｖが求まることになるが、上述したように１個の超
音波振動子を用いたものは船体の動揺で測定誤差が生じ
る。そこで本発明では、船体運動による誤差を排除すべ
く送受波器を１対もしくは２対用いた対象配列方式を採
用している。 即ち、第５図に示すように、船底より第１の送受波器
により船首水平方向に対して俯角θ１の方向に周波数f0
の超音波ビームN1を発射するとともに、第２の送受波器
により船尾水平方向に対して俯角θ２の方向にも超音波
ビームN2を発射する。船速をＶ、ヒービング速度をＵと
したとき、超音波ビームN1に対するドップラーシフト周
波数fd1は、 超音波ビームN2に対するドップラーシフト周波数f
d2は、 ここでθ１＝θ２＝θとすると、ヒービング速度Ｕに
伴うドップラーシフト周波数fdUは、 となる。又、船速Ｖに伴うドップラーシフト周波数fdV
は、 となる。（５）式は、変数としてヒービング速度Ｕのみ
を含む式となっており、船速Ｖはキャンセルされて含ま
れておらず、（６）式は、船速Ｖだけを含む式になって
いる。従って、ヒービング速度Ｕに伴うドップラーシフ
ト周波数fdUあるいは船速Ｖに伴うドップラーシフト周
波数fdVを求めることにより、ヒービング速度Ｕあるい
は船速Ｖを得ることができる。このように送受波器を船
首、船尾方向にそれぞれ設けたものでは、ヒービング速
度Ｕの検出に対しては、船体Ｗの船首、船尾方向の揺れ
（ピッチング）による影響を排除できるものの両側舷方
向の揺れ（ローリング）による影響を受け、一方、船速
Ｖに対しては、ローリングによる影響は排除できるもの
のピッチングの影響は排除できないという課題が残る。 そこで、第２の発明では、前記の船首、船尾方向に加
えて両舷側方向に２個、計４個の送受波器を用いてロー
リングおよびピッチングによる双方の影響を排除できる
システムを提供している。 第６図に示すように、船首方向および船尾方向の送受
波器で検出されたドップラシフト量をΔfh、Δfsとし、
左舷方向および右舷方向の送受波器で検出されたドップ
ラシフト量をΔfl、Δfrとし、これらのドップラシフト
量を次式のように表す。 ΔF1＝Δfh＋Δfs ΔF2＝Δfh−Δfs ΔF3＝Δfr＋Δfl ΔF4＝Δfr−Δfl 船体が船首方向にだけ移動したとき、船首方向に配し
た送受波器に生じるドップラシフト量Δfhは正の値で
り、逆に船尾方向に配した送受波器に生じるドップラシ
フト量Δfsは負の値となるため、ΔF2はある値を有する
が、ΔF1は相殺されて０である。又、左右舷方向に配し
た送受波器にはドップラシフトは発生しないためにΔ
F3、ΔF4も０である。次に船体がヒービングしたとき、
すべての送受波器に発生するドップラシフトは同符号で
あるのでΔF1とΔF3がある値を有し、ΔF2、ΔF4は０で
ある。 次表は、このような船体の移動あるいは各動揺に対し
どのようなドップラシフトが発生するかを示したもので
ある。 表 移動，動揺の種類 発生ドップラシフト 船首尾方向（船速） ΔF2 左右方向の移動 ΔF4 ヒービング ΔF1,ΔF3 ピッチング ΔF2,ΔF3 ローリング ΔF1,ΔF4 この表からわかるように、ヒービングが生じたときに
発生するドップラシフトは、ΔF1とΔF3である。ここで
ΔF1に注目すると、このΔF1はローリングが生じたとき
にも発生するので、このΔF1だけを検出してもヒービン
グにより発生したものなのかローリングにより発生した
ものなのか特定できない。しかし、ヒービングだけ生じ
たときはΔF4は０であり、ヒービングに加えてローリン
グが同時に生じたときは、ΔF1とΔF4が発生するが、こ
のときのローリングに起因するΔF1の成分と、ΔF4とが
同値となるので、次式のごとく、ΔF1−ΔF4の演算を行
えば、ヒービングだけ生じたとき、及びヒービングとロ
ーリングが同時に生じたときにおいてもヒービングに伴
うドップラシフトΔFhevが求まる。 ΔFhev＝ΔF1−ΔF4 ＝（Δfh＋Δfs）−（Δfr−Δfl） （７） ただしΔF4だけ発生したときは影響がでるが、船体の
左右舷方向の移動はほとんど無視できるのでそれによる
影響も無視できる。 又、上表によれば、船速により発生するドップラシフ
トはΔF2のみであるが、このΔF2はピッチングにおいて
も発生している。この場合も同様に、船速だけ生じたと
きはΔF3は０であり、船速に加えてピッチングが同時に
生じたときは、ΔF2とΔF3が発生するが、このときのピ
ッチングに起因するΔF2の成分と、ΔF3とが同値となる
ので、次式により、船速だけ生じたとき、及び船速とピ
ッチングが同時に生じたときにおいても船速によるドッ
プラシフトΔFspedが求まる。 ΔFsped＝ΔF2−ΔF3 （８） しかし、更にヒービングが生じたときは、上式のΔF3
にヒービングに伴う成分ΔFhevが含まれるので、次式を
用いてこの成分をキャンセルすれば、ピッチングおよび
ヒービングの有無に拘わらず船速によるドップラシフト
ΔFspedが求まる。 ΔFsped＝ΔF2−（ΔF3−ΔFhev） ＝２（Δfs−Δfl） （９）
て戻ってくるとき、音源と物体間とに相対速度がある場
合には、そのエコーにドップラーシフトが生じる。第４
図に示すように、船体Ｗの船底に設けた超音波振動子よ
り船首水平方向に対してθ１の発射角度（俯角）で周波
数F0の超音波ビームを発射したとき、このとき船体Ｗが
速度Ｕの大きさでヒービングしていたとき、海底面Ｚよ
りのエコーに生じるドップラーシフト周波数fzは、 （Ｃは海水中の音速） となり、一方、船舶ＷがＶの速度で航行しているとき
は、 なるドップラーシフト周波数fxが生じる。 従ってドップラーシフト周波数を測定できれば、上記
の（１）式及び（２）式からヒービング速度Ｕあるいは
船速Ｖが求まることになるが、上述したように１個の超
音波振動子を用いたものは船体の動揺で測定誤差が生じ
る。そこで本発明では、船体運動による誤差を排除すべ
く送受波器を１対もしくは２対用いた対象配列方式を採
用している。 即ち、第５図に示すように、船底より第１の送受波器
により船首水平方向に対して俯角θ１の方向に周波数f0
の超音波ビームN1を発射するとともに、第２の送受波器
により船尾水平方向に対して俯角θ２の方向にも超音波
ビームN2を発射する。船速をＶ、ヒービング速度をＵと
したとき、超音波ビームN1に対するドップラーシフト周
波数fd1は、 超音波ビームN2に対するドップラーシフト周波数f
d2は、 ここでθ１＝θ２＝θとすると、ヒービング速度Ｕに
伴うドップラーシフト周波数fdUは、 となる。又、船速Ｖに伴うドップラーシフト周波数fdV
は、 となる。（５）式は、変数としてヒービング速度Ｕのみ
を含む式となっており、船速Ｖはキャンセルされて含ま
れておらず、（６）式は、船速Ｖだけを含む式になって
いる。従って、ヒービング速度Ｕに伴うドップラーシフ
ト周波数fdUあるいは船速Ｖに伴うドップラーシフト周
波数fdVを求めることにより、ヒービング速度Ｕあるい
は船速Ｖを得ることができる。このように送受波器を船
首、船尾方向にそれぞれ設けたものでは、ヒービング速
度Ｕの検出に対しては、船体Ｗの船首、船尾方向の揺れ
（ピッチング）による影響を排除できるものの両側舷方
向の揺れ（ローリング）による影響を受け、一方、船速
Ｖに対しては、ローリングによる影響は排除できるもの
のピッチングの影響は排除できないという課題が残る。 そこで、第２の発明では、前記の船首、船尾方向に加
えて両舷側方向に２個、計４個の送受波器を用いてロー
リングおよびピッチングによる双方の影響を排除できる
システムを提供している。 第６図に示すように、船首方向および船尾方向の送受
波器で検出されたドップラシフト量をΔfh、Δfsとし、
左舷方向および右舷方向の送受波器で検出されたドップ
ラシフト量をΔfl、Δfrとし、これらのドップラシフト
量を次式のように表す。 ΔF1＝Δfh＋Δfs ΔF2＝Δfh−Δfs ΔF3＝Δfr＋Δfl ΔF4＝Δfr−Δfl 船体が船首方向にだけ移動したとき、船首方向に配し
た送受波器に生じるドップラシフト量Δfhは正の値で
り、逆に船尾方向に配した送受波器に生じるドップラシ
フト量Δfsは負の値となるため、ΔF2はある値を有する
が、ΔF1は相殺されて０である。又、左右舷方向に配し
た送受波器にはドップラシフトは発生しないためにΔ
F3、ΔF4も０である。次に船体がヒービングしたとき、
すべての送受波器に発生するドップラシフトは同符号で
あるのでΔF1とΔF3がある値を有し、ΔF2、ΔF4は０で
ある。 次表は、このような船体の移動あるいは各動揺に対し
どのようなドップラシフトが発生するかを示したもので
ある。 表 移動，動揺の種類 発生ドップラシフト 船首尾方向（船速） ΔF2 左右方向の移動 ΔF4 ヒービング ΔF1,ΔF3 ピッチング ΔF2,ΔF3 ローリング ΔF1,ΔF4 この表からわかるように、ヒービングが生じたときに
発生するドップラシフトは、ΔF1とΔF3である。ここで
ΔF1に注目すると、このΔF1はローリングが生じたとき
にも発生するので、このΔF1だけを検出してもヒービン
グにより発生したものなのかローリングにより発生した
ものなのか特定できない。しかし、ヒービングだけ生じ
たときはΔF4は０であり、ヒービングに加えてローリン
グが同時に生じたときは、ΔF1とΔF4が発生するが、こ
のときのローリングに起因するΔF1の成分と、ΔF4とが
同値となるので、次式のごとく、ΔF1−ΔF4の演算を行
えば、ヒービングだけ生じたとき、及びヒービングとロ
ーリングが同時に生じたときにおいてもヒービングに伴
うドップラシフトΔFhevが求まる。 ΔFhev＝ΔF1−ΔF4 ＝（Δfh＋Δfs）−（Δfr−Δfl） （７） ただしΔF4だけ発生したときは影響がでるが、船体の
左右舷方向の移動はほとんど無視できるのでそれによる
影響も無視できる。 又、上表によれば、船速により発生するドップラシフ
トはΔF2のみであるが、このΔF2はピッチングにおいて
も発生している。この場合も同様に、船速だけ生じたと
きはΔF3は０であり、船速に加えてピッチングが同時に
生じたときは、ΔF2とΔF3が発生するが、このときのピ
ッチングに起因するΔF2の成分と、ΔF3とが同値となる
ので、次式により、船速だけ生じたとき、及び船速とピ
ッチングが同時に生じたときにおいても船速によるドッ
プラシフトΔFspedが求まる。 ΔFsped＝ΔF2−ΔF3 （８） しかし、更にヒービングが生じたときは、上式のΔF3
にヒービングに伴う成分ΔFhevが含まれるので、次式を
用いてこの成分をキャンセルすれば、ピッチングおよび
ヒービングの有無に拘わらず船速によるドップラシフト
ΔFspedが求まる。 ΔFsped＝ΔF2−（ΔF3−ΔFhev） ＝２（Δfs−Δfl） （９）
第１図は、第１の発明のヒービング検出装置の一実施
例を示す制御ブロック図である。 １及び２は、超音波振動子にてなる送受波器であり、
それぞれ船首水平方向及び船尾水平方向に対して俯角θ
方向に周波数f0の超音波ビームN1,N2を送波する。３及
び４は、トラップ回路であり、各送受波器1,2よりの受
波信号及びこれらの送受波器1,2に対する送波信号を選
択的に通過させる。５及び６は送信器であり、７及び８
は、各トラップ回路3,4を介して送受波器1,2よりの受波
信号を処理する受信器である。９および10は、混合器で
あり、混合器９は、受信器７よりの受信信号と、（2f0
＋混合周波数fm）の周波数の信号を発生する信号発生回
路11よりの信号とを混合し、混合器10は、受信器８より
の受信信号と前記混合器９よりの混合信号とを混合す
る。12は、前記混合器10の出力部に接続されたバンドパ
スフィルタであり、その通過中心周波数はfmである。13
は、バンドパスフィルタ12よりの出力信号の周波数に比
例する値の電圧に変換するF/V変換器である。 次に上記構成になる装置の制御動作を説明する。 送受波器1,2を取り付けた船舶が速度Ｖで航行してい
るとし、又、そのときの船舶のヒービング速度をＵとす
る。送信器5,6より出力された超音波電気信号がトラッ
プ回路3,4を介して送受波器1,2に印加されると、各送受
波器1,2より周波数f0の超音波ビームN1,N2が送波され、
それらのエコーが各送受波器1,2で受波される。このと
きのそれぞれの受波信号の周波数は、ドップラシフトを
受けることにより、（f0＋ｆd１），（f0＋ｆd２）とな
る。ｆd１及びｆd２は（３）式及び（４）式で与えられ
るドップラーシフト周波数である。これらの受波信号
は、トラップ回路3,4を通過して各受信器7,8にて所定の
信号に処理されて混合器9,10に送出される。 混合器９では、信号発生回路11よりの周波数（2f0＋f
m）の信号と、受信器７よりの周波数（f0＋ｆd１）の受
信信号とが混合され、それらの差周波数（f0＋fm−ｆd
１）の信号が混合器10に送出される。混合器10では、前
記信号と、受信器８よりの周波数（f0＋ｆd２）の受信
信号とが混合され、それらの差周波数（fm−（ｆd１＋
ｆd２））の信号が得られる。この差周波数は、（５）
式の関係から、fm−（ｆd１＋ｆd２）＝fm−ｆdＵと表
され、ヒービング速度Ｕのみに依存する。 この信号の内、前記の周波数混合時に生じた、中心周
波数がfm以外の成分がバンドパスフィルタ12にてカット
され、その後、F/V変換回路13にて周波数、即ち、ヒー
ビング速度Ｕに比例する値の電圧VUに変換される。この
電圧VUは、表示器にてアナログ表示したり、あるいはデ
ジタル信号に変換してデジタル数値として表示すること
ができる。 第２図は、この発明の別の実施例を示しており、第１
図と同一の部分については共通の符号を付しており、そ
れらの箇所についての説明は省略する。 14は、周波数fmの信号を発生する信号発生回路であ
り、15は、この信号発生回路14よりの信号あるいは上記
信号発生回路11よりの周波数（2f0＋fm）の信号のいず
れかを選択する切換スイッチであり、この切換スイッチ
15により選択された信号は、混合器９に送出される。 以下に、このブロック図の動作を説明する。 切換スイッチ15を信号発生回路11側に切り換えたとき
は、第１図の装置と同じであり、ヒービング速度の検出
装置として機能する。他方、切換スイッチ15を周波数fm
の信号を発生する信号発生回路14に切り換えると、混合
器９において、信号発生回路14よりの周波数fmの信号
と、受信器７よりの周波数（f0＋ｆd１）の受信信号と
が混合され、それらの差周波数（f0＋ｆd１−fm）の信
号が混合器10に送出される。混合器10では、前記信号
と、受信器８よりの周波数（f0＋ｆd２）の受信信号と
が混合され、それらの差周波数（fm−（ｆd１＋ｆ
d２））の信号が得られる。この差周波数は、（６）式
の関係から、fm−（ｆd１−ｆd２）＝fm−ｆdvと表さ
れ、船速Ｖのみに依存する。 この信号の内、前記の周波数混合時に生じた周波数fm
以外の周波数成分がバンドパスフィルタ12にてカットさ
れ、その後、F/V変換回路13にて周波数、即ち、船速Ｖ
に比例する値の電圧VVに変換されるのでこの装置は船速
計として機能する。 尚、信号発生回路９にて（2f0＋fm）及びfmの２周波
の信号を発生させる場合は、信号発生回路14及び切換ス
イッチ15は不要である。 次に第２の発明になるヒービング検出装置の一実施例
を第３図を参照して述べる。尚、第３図において第１図
と同一の部分には同一の符号を付している。 混合器10は、受信器８よりの受信信号と、周波数3.9M
Hzの混合用信号とを混合し、混合器９は、受信器７より
の受信信号と、前記混合器10よりの混合信号とを混合す
る。 21ないし30は、上記の１ないし10と対応するものであ
る。送受波器1,2は船首水平方向および船尾水平方向に
対して45゜の俯角で周波数f0（ここでは2MHz）の超音波
ビームを送波し、一方、送受波器21,22は、それぞれ左
舷側水平方向および右舷側水平方向に対して俯角45゜方
向の2MHzの超音波ビームを送波する。尚、これら４個の
送受波器は、集中して配置するのが望ましく、その配置
例を第７図の（Ａ）および（Ｂ）に示している。各送受
波器1,2,21,22は、第７の（Ａ）の平面図に示すよう
に、それぞれ90゜の位置角で取り付けられ、又、第７図
（Ｂ）に示すように、送受波方向が45゜の俯角となるよ
うに傾斜して取り付けられる。 31は、切換スイッチであり、受信器８あるいは受信器
28よりの受信信号を選択して混合器30に供給する。この
混合器30は、前記の選択された信号と、周波数100KHzの
混合用信号とを混合し、混合器29は、前記の混合された
信号と、受信器27よりの受信信号とを混合する。 32は、バンドパスフィルタであり、混合器９よりの混
合信号から中心周波数が100KHzの信号帯域を通過させ
る。33は、バンドパスフィルタ32の出力を増幅する増幅
器である。34および35は、混合器29の出力に対して設け
られたバンドパスフィルタおよび増幅器である。36は、
F/V変換器であり、増幅器35よりの出力される信号周波
数を電圧値に変換して出力端子T1に出力する。37は、増
幅器35よりの信号と周波数100KHzの混合用信号とを混合
する混合器であり、38は、前記混合された信号と前記増
幅器33よりの信号とを混合する混合器である。39および
40は、混合器38の出力側に設けられたバンドパスフィル
タおよびF/V変換器であり、このF/V変換器40よりの出力
信号は、出力端子T2に供給されるともに、積分器41に供
給され、この積分器41の出力は出力端子T3に出力され
る。 最初に切換スイッチ31を増幅器28側に切り換えたとき
の動作について述べる。 送受波器２より送波した2MHzの超音波ビームは、ドッ
プラシフトを伴った周波数（2MHz＋Δfs）の受波ビーム
として同送受波器２で検出され、その受波ビームは、混
合器10にて3.9MHzの混合用信号と混合され、それらの差
周波数（1.9MHz−Δfs）の信号が混合用信号として混合
器９に供給される。この混合器９では、送受波器１より
のドップラシフトを伴った周波数（2MHz＋Δfh）の信号
と混合され、それらの差周波数（100KHz＋Δfh＋Δfs）
の信号は、バンドパスフィルタ32および増幅器33を介し
て混合器38に入力される。 一方、送受波器22よりのドップラシフトを伴った周波
数（2MHz＋Δfr）の受波ビームは、切換スイッチ31を介
して混合器30に供給され、ここで100KHzの混合用信号と
混合され、それらの差周波数（1.9MHz−Δfr）の信号が
混合用信号として混合器29に供給される。この混合器29
では、送受波器21よりのドップラシフトを伴った周波数
（2MHz＋Δfl）の信号と混合され、それらの差周波数
（100KHz＋Δfl＋Δfr）の信号は、バンドパスフィルタ
34および増幅器35を介して混合器37に入力される。この
混合器37では100KHzの混合用信号と混合されて、それら
の差周波数（Δfr−Δfl）の信号が混合用信号として前
記の混合器38に供給される。この混合器38では、前記の
周波数（100KHz＋Δfh＋Δfs）の信号と周波数（Δfr−
Δfl）の信号とが混合され、それらの差周波数（100KHz
＋Δfh＋Δfs−（Δfr−Δfl））の信号が得られる。こ
の信号における（Δfh＋Δfs）−（Δfr−Δfl）は、
（７）式からヒービングによるドップラシフトΔFhevで
あり、この周波数の信号は、バンドパスフィルタ39を介
してF/V変換器40に入力され、電圧値に変換され、出力
端子T2にヒービング速度の信号が出力される。このヒー
ビング速度の信号が積分器41にて積分されることによ
り、出力端子T3には、ヒービングに伴う移動量が出力さ
れる。 次に切換スイッチ31を増幅器８よりの出力側に切り換
えたときについて述べる。 この場合、混合器30では、送受波器２よりの周波数
（2MHz＋Δfs）の信号と、100KHzの混合用信号とが混合
され、それらの差周波数（1.9MHz−Δfs）の信号は、混
合用信号として混合器29に供給される。この混合器29で
は、前記信号と、送受波器21よりの周波数（2MHz＋Δf
l）と混合され、周波数（100KHz−（Δfs−Δfl））が
得られる。この（Δfs−Δfl）は（９）式より、船速に
伴うドップラシフトΔFspedであり、この信号は、F/V変
換器36で電圧値に変換されることにより出力端子T1に船
速信号が出力される。 次に上述したヒービング検出装置の測深器への適用例
を説明する。 第８図において、81は、第１図または第２図のヒービ
ング検出装置であり、このヒービング検出装置81で得ら
れるヒービング速度VUは、積分器82で積分され、その結
果得られるヒービングに伴う移動量が、測深器83に対し
て補正値として入力される。51は、測深器83用の送受波
器である。かかる構成の測深システムにおいては、積分
器は一つでよく、従来のジャイロや加速度計のように２
回積分を行うのと比べて誤差が少なくなる。 第９図において、91は第３のヒービング検出装置を示
し、このヒービング検出装置91で検出されるヒービング
移動量は、側深器83に対して補正信号としてそのま入力
される。この場合、送受波器51は、第10図（Ａ）および
第10図（Ｂ）に示すように、４つの送受波器1,2,21,22
の中央に水平に取り付けることができる。
例を示す制御ブロック図である。 １及び２は、超音波振動子にてなる送受波器であり、
それぞれ船首水平方向及び船尾水平方向に対して俯角θ
方向に周波数f0の超音波ビームN1,N2を送波する。３及
び４は、トラップ回路であり、各送受波器1,2よりの受
波信号及びこれらの送受波器1,2に対する送波信号を選
択的に通過させる。５及び６は送信器であり、７及び８
は、各トラップ回路3,4を介して送受波器1,2よりの受波
信号を処理する受信器である。９および10は、混合器で
あり、混合器９は、受信器７よりの受信信号と、（2f0
＋混合周波数fm）の周波数の信号を発生する信号発生回
路11よりの信号とを混合し、混合器10は、受信器８より
の受信信号と前記混合器９よりの混合信号とを混合す
る。12は、前記混合器10の出力部に接続されたバンドパ
スフィルタであり、その通過中心周波数はfmである。13
は、バンドパスフィルタ12よりの出力信号の周波数に比
例する値の電圧に変換するF/V変換器である。 次に上記構成になる装置の制御動作を説明する。 送受波器1,2を取り付けた船舶が速度Ｖで航行してい
るとし、又、そのときの船舶のヒービング速度をＵとす
る。送信器5,6より出力された超音波電気信号がトラッ
プ回路3,4を介して送受波器1,2に印加されると、各送受
波器1,2より周波数f0の超音波ビームN1,N2が送波され、
それらのエコーが各送受波器1,2で受波される。このと
きのそれぞれの受波信号の周波数は、ドップラシフトを
受けることにより、（f0＋ｆd１），（f0＋ｆd２）とな
る。ｆd１及びｆd２は（３）式及び（４）式で与えられ
るドップラーシフト周波数である。これらの受波信号
は、トラップ回路3,4を通過して各受信器7,8にて所定の
信号に処理されて混合器9,10に送出される。 混合器９では、信号発生回路11よりの周波数（2f0＋f
m）の信号と、受信器７よりの周波数（f0＋ｆd１）の受
信信号とが混合され、それらの差周波数（f0＋fm−ｆd
１）の信号が混合器10に送出される。混合器10では、前
記信号と、受信器８よりの周波数（f0＋ｆd２）の受信
信号とが混合され、それらの差周波数（fm−（ｆd１＋
ｆd２））の信号が得られる。この差周波数は、（５）
式の関係から、fm−（ｆd１＋ｆd２）＝fm−ｆdＵと表
され、ヒービング速度Ｕのみに依存する。 この信号の内、前記の周波数混合時に生じた、中心周
波数がfm以外の成分がバンドパスフィルタ12にてカット
され、その後、F/V変換回路13にて周波数、即ち、ヒー
ビング速度Ｕに比例する値の電圧VUに変換される。この
電圧VUは、表示器にてアナログ表示したり、あるいはデ
ジタル信号に変換してデジタル数値として表示すること
ができる。 第２図は、この発明の別の実施例を示しており、第１
図と同一の部分については共通の符号を付しており、そ
れらの箇所についての説明は省略する。 14は、周波数fmの信号を発生する信号発生回路であ
り、15は、この信号発生回路14よりの信号あるいは上記
信号発生回路11よりの周波数（2f0＋fm）の信号のいず
れかを選択する切換スイッチであり、この切換スイッチ
15により選択された信号は、混合器９に送出される。 以下に、このブロック図の動作を説明する。 切換スイッチ15を信号発生回路11側に切り換えたとき
は、第１図の装置と同じであり、ヒービング速度の検出
装置として機能する。他方、切換スイッチ15を周波数fm
の信号を発生する信号発生回路14に切り換えると、混合
器９において、信号発生回路14よりの周波数fmの信号
と、受信器７よりの周波数（f0＋ｆd１）の受信信号と
が混合され、それらの差周波数（f0＋ｆd１−fm）の信
号が混合器10に送出される。混合器10では、前記信号
と、受信器８よりの周波数（f0＋ｆd２）の受信信号と
が混合され、それらの差周波数（fm−（ｆd１＋ｆ
d２））の信号が得られる。この差周波数は、（６）式
の関係から、fm−（ｆd１−ｆd２）＝fm−ｆdvと表さ
れ、船速Ｖのみに依存する。 この信号の内、前記の周波数混合時に生じた周波数fm
以外の周波数成分がバンドパスフィルタ12にてカットさ
れ、その後、F/V変換回路13にて周波数、即ち、船速Ｖ
に比例する値の電圧VVに変換されるのでこの装置は船速
計として機能する。 尚、信号発生回路９にて（2f0＋fm）及びfmの２周波
の信号を発生させる場合は、信号発生回路14及び切換ス
イッチ15は不要である。 次に第２の発明になるヒービング検出装置の一実施例
を第３図を参照して述べる。尚、第３図において第１図
と同一の部分には同一の符号を付している。 混合器10は、受信器８よりの受信信号と、周波数3.9M
Hzの混合用信号とを混合し、混合器９は、受信器７より
の受信信号と、前記混合器10よりの混合信号とを混合す
る。 21ないし30は、上記の１ないし10と対応するものであ
る。送受波器1,2は船首水平方向および船尾水平方向に
対して45゜の俯角で周波数f0（ここでは2MHz）の超音波
ビームを送波し、一方、送受波器21,22は、それぞれ左
舷側水平方向および右舷側水平方向に対して俯角45゜方
向の2MHzの超音波ビームを送波する。尚、これら４個の
送受波器は、集中して配置するのが望ましく、その配置
例を第７図の（Ａ）および（Ｂ）に示している。各送受
波器1,2,21,22は、第７の（Ａ）の平面図に示すよう
に、それぞれ90゜の位置角で取り付けられ、又、第７図
（Ｂ）に示すように、送受波方向が45゜の俯角となるよ
うに傾斜して取り付けられる。 31は、切換スイッチであり、受信器８あるいは受信器
28よりの受信信号を選択して混合器30に供給する。この
混合器30は、前記の選択された信号と、周波数100KHzの
混合用信号とを混合し、混合器29は、前記の混合された
信号と、受信器27よりの受信信号とを混合する。 32は、バンドパスフィルタであり、混合器９よりの混
合信号から中心周波数が100KHzの信号帯域を通過させ
る。33は、バンドパスフィルタ32の出力を増幅する増幅
器である。34および35は、混合器29の出力に対して設け
られたバンドパスフィルタおよび増幅器である。36は、
F/V変換器であり、増幅器35よりの出力される信号周波
数を電圧値に変換して出力端子T1に出力する。37は、増
幅器35よりの信号と周波数100KHzの混合用信号とを混合
する混合器であり、38は、前記混合された信号と前記増
幅器33よりの信号とを混合する混合器である。39および
40は、混合器38の出力側に設けられたバンドパスフィル
タおよびF/V変換器であり、このF/V変換器40よりの出力
信号は、出力端子T2に供給されるともに、積分器41に供
給され、この積分器41の出力は出力端子T3に出力され
る。 最初に切換スイッチ31を増幅器28側に切り換えたとき
の動作について述べる。 送受波器２より送波した2MHzの超音波ビームは、ドッ
プラシフトを伴った周波数（2MHz＋Δfs）の受波ビーム
として同送受波器２で検出され、その受波ビームは、混
合器10にて3.9MHzの混合用信号と混合され、それらの差
周波数（1.9MHz−Δfs）の信号が混合用信号として混合
器９に供給される。この混合器９では、送受波器１より
のドップラシフトを伴った周波数（2MHz＋Δfh）の信号
と混合され、それらの差周波数（100KHz＋Δfh＋Δfs）
の信号は、バンドパスフィルタ32および増幅器33を介し
て混合器38に入力される。 一方、送受波器22よりのドップラシフトを伴った周波
数（2MHz＋Δfr）の受波ビームは、切換スイッチ31を介
して混合器30に供給され、ここで100KHzの混合用信号と
混合され、それらの差周波数（1.9MHz−Δfr）の信号が
混合用信号として混合器29に供給される。この混合器29
では、送受波器21よりのドップラシフトを伴った周波数
（2MHz＋Δfl）の信号と混合され、それらの差周波数
（100KHz＋Δfl＋Δfr）の信号は、バンドパスフィルタ
34および増幅器35を介して混合器37に入力される。この
混合器37では100KHzの混合用信号と混合されて、それら
の差周波数（Δfr−Δfl）の信号が混合用信号として前
記の混合器38に供給される。この混合器38では、前記の
周波数（100KHz＋Δfh＋Δfs）の信号と周波数（Δfr−
Δfl）の信号とが混合され、それらの差周波数（100KHz
＋Δfh＋Δfs−（Δfr−Δfl））の信号が得られる。こ
の信号における（Δfh＋Δfs）−（Δfr−Δfl）は、
（７）式からヒービングによるドップラシフトΔFhevで
あり、この周波数の信号は、バンドパスフィルタ39を介
してF/V変換器40に入力され、電圧値に変換され、出力
端子T2にヒービング速度の信号が出力される。このヒー
ビング速度の信号が積分器41にて積分されることによ
り、出力端子T3には、ヒービングに伴う移動量が出力さ
れる。 次に切換スイッチ31を増幅器８よりの出力側に切り換
えたときについて述べる。 この場合、混合器30では、送受波器２よりの周波数
（2MHz＋Δfs）の信号と、100KHzの混合用信号とが混合
され、それらの差周波数（1.9MHz−Δfs）の信号は、混
合用信号として混合器29に供給される。この混合器29で
は、前記信号と、送受波器21よりの周波数（2MHz＋Δf
l）と混合され、周波数（100KHz−（Δfs−Δfl））が
得られる。この（Δfs−Δfl）は（９）式より、船速に
伴うドップラシフトΔFspedであり、この信号は、F/V変
換器36で電圧値に変換されることにより出力端子T1に船
速信号が出力される。 次に上述したヒービング検出装置の測深器への適用例
を説明する。 第８図において、81は、第１図または第２図のヒービ
ング検出装置であり、このヒービング検出装置81で得ら
れるヒービング速度VUは、積分器82で積分され、その結
果得られるヒービングに伴う移動量が、測深器83に対し
て補正値として入力される。51は、測深器83用の送受波
器である。かかる構成の測深システムにおいては、積分
器は一つでよく、従来のジャイロや加速度計のように２
回積分を行うのと比べて誤差が少なくなる。 第９図において、91は第３のヒービング検出装置を示
し、このヒービング検出装置91で検出されるヒービング
移動量は、側深器83に対して補正信号としてそのま入力
される。この場合、送受波器51は、第10図（Ａ）および
第10図（Ｂ）に示すように、４つの送受波器1,2,21,22
の中央に水平に取り付けることができる。
以上説明したように、本発明は、受波信号に含まれる
ドップラシフト量に基づき船体のヒービング速度を検出
する際、船首および船尾方向の２個の送受波器を用い
て、あるいは、更に両舷側方向の２個の送受波器を加え
て計４個を用いて検出し、各送受波器で検出された各信
号を適宜に混合して、他のピッチングやローリングの動
揺で発生するドップラシフトの成分を相殺するようにし
たので、船体が複雑に動揺しているときであっもヒービ
ング速度を正確に検出できる。又、前記の信号の混合方
法を変えるだけで船速を表すドップラシフト量を得るこ
ともできる。検出されたヒービング速度を測深器に対し
てヒービングの移動に伴う補正信号として用いることに
より、深度を精度良く検出できる。
ドップラシフト量に基づき船体のヒービング速度を検出
する際、船首および船尾方向の２個の送受波器を用い
て、あるいは、更に両舷側方向の２個の送受波器を加え
て計４個を用いて検出し、各送受波器で検出された各信
号を適宜に混合して、他のピッチングやローリングの動
揺で発生するドップラシフトの成分を相殺するようにし
たので、船体が複雑に動揺しているときであっもヒービ
ング速度を正確に検出できる。又、前記の信号の混合方
法を変えるだけで船速を表すドップラシフト量を得るこ
ともできる。検出されたヒービング速度を測深器に対し
てヒービングの移動に伴う補正信号として用いることに
より、深度を精度良く検出できる。
第１図は、第１発明のヒービング検出装置の一実施例を
示すブロック図、 第２図は、第１発明の別の実施例を示す制御ブロック、 第３図は、第２発明のヒービング検出装置の一実施例を
示すブロック図、 第４図は、船首方向に超音波ビームを放射したときに生
じるドップラシフトを説明するために用いた図、 第５図は、船首及び船尾方向に超音波ビームを放射した
ときに生じるドップラシフトを説明するために用いた
図、 第６図は、船首，船尾方向および両舷側方向に超音波ビ
ームを放射したときに生じるドップラシフトを説明する
ために用いた図、 第７図（Ａ）および第７図（Ｂ）は、４個の送受波器の
取り付け例を示す平面図および側面図、 第８図および第９図は、本発明のヒービング検出装置の
測深器への適用例を示す接続図、 第10図（Ａ）および第10図（Ｂ）は、第９図のシステム
に適した送受波器の取り付け例を示す平面図および側面
図である。 1,2,21,22,51……超音波送受波器、 3,4,23,24……トラップ回路、 5,6,25,26……送信器、 7,8,27,28……受信器、 9,10,29,30,37,38……混合器 11,14……信号発生回路、 12,32,34,39……バンドパスフィルタ、 13……F/V変換器、 15,31……切換スイッチ、 33,35……増幅器、 36,40……F/V変換器、 41……積分器、 82……積分器、 83……測深器。
示すブロック図、 第２図は、第１発明の別の実施例を示す制御ブロック、 第３図は、第２発明のヒービング検出装置の一実施例を
示すブロック図、 第４図は、船首方向に超音波ビームを放射したときに生
じるドップラシフトを説明するために用いた図、 第５図は、船首及び船尾方向に超音波ビームを放射した
ときに生じるドップラシフトを説明するために用いた
図、 第６図は、船首，船尾方向および両舷側方向に超音波ビ
ームを放射したときに生じるドップラシフトを説明する
ために用いた図、 第７図（Ａ）および第７図（Ｂ）は、４個の送受波器の
取り付け例を示す平面図および側面図、 第８図および第９図は、本発明のヒービング検出装置の
測深器への適用例を示す接続図、 第10図（Ａ）および第10図（Ｂ）は、第９図のシステム
に適した送受波器の取り付け例を示す平面図および側面
図である。 1,2,21,22,51……超音波送受波器、 3,4,23,24……トラップ回路、 5,6,25,26……送信器、 7,8,27,28……受信器、 9,10,29,30,37,38……混合器 11,14……信号発生回路、 12,32,34,39……バンドパスフィルタ、 13……F/V変換器、 15,31……切換スイッチ、 33,35……増幅器、 36,40……F/V変換器、 41……積分器、 82……積分器、 83……測深器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−17768（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−116272（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−68373（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−17750（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−100677（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−287176（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−32348（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/52 - 7/66 G01S 15/00 - 15/96
Claims (8)
- 【請求項１】船首水平方向及び船尾水平方向に対しそれ
ぞれ同一の俯角で周波数f0の超音波ビームを送受波する
送受波器と、 周波数（2f0＋fm）の信号を発生する信号発生回路と、 前記信号発生回路より出力される信号と前記送受波器の
一方から得られる受波信号とを混合する第１の混合器
と、 前記第１の混合器より得られる信号と、前記送受波器の
他方から得られる受波信号とを混合する第２の混合器
と、 を備え、前記第２の混合器より得られる信号の周波数か
らヒービング速度を求めることを特徴とするヒービング
検出装置。 - 【請求項２】上記信号発生回路は、選択的に周波数fmの
信号も発生可能として船速をも測定可能とした請求項
（１）記載のヒービング検出装置。 - 【請求項３】周波数fmの信号を発生する第２の信号発生
回路と、 前記第２の信号発生回路または上記の信号発生回路の出
力信号の一方を選択して上記の第１の混合器に送出する
切換スイッチとを更に備えることにより、船速をも測定
可能とした請求項（１）記載のヒービング検出装置。 - 【請求項４】船首水平方向，船尾水平方向および両舷側
水平方向に対しそれぞれ同一の俯角で超音波ビームを送
受波する送受波器を備え、これらの船首方向、船尾方
向、左舷方向および右舷方向の各送受波器で受波された
エコーに含まれる各ドップラシフトをΔfh、Δfs、Δfl
およびΔfrとしたとき、 各送受波器よりの受波信号を合成して、ヒービング速度
を表す（Δfh＋Δfs）−（Δfr−Δfl）の信号を作成す
る混合手段を備えたことを特徴とするヒービング検出装
置。 - 【請求項５】上記混合手段で作成されたヒービング速度
を表す信号を積分しヒービングに伴う移動量を表す信号
を出力する積分器を備えた請求項（４）記載のヒービン
グ検出装置。 - 【請求項６】上記混合手段は、船速を表す（Δfs−Δf
l）の信号をも作成可能とした請求項（４）記載のヒー
ビング検出装置。 - 【請求項７】請求項（１）ないし（３）のいずれかに記
載のヒービング検出装置より得られるヒービング速度を
積分して得たヒービング移動量を補正値として取り込む
ことを特徴とする測深装置。 - 【請求項８】請求項（５）記載のヒービング検出装置よ
り得られるヒービング移動量を補正値として取り込むこ
とを特徴とする測深装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2221817A JP2923006B2 (ja) | 1990-08-21 | 1990-08-21 | ヒービング検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2221817A JP2923006B2 (ja) | 1990-08-21 | 1990-08-21 | ヒービング検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04102086A JPH04102086A (ja) | 1992-04-03 |
| JP2923006B2 true JP2923006B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=16772659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2221817A Expired - Lifetime JP2923006B2 (ja) | 1990-08-21 | 1990-08-21 | ヒービング検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2923006B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7057153B2 (ja) * | 2018-02-02 | 2022-04-19 | 日本無線株式会社 | 超音波センサ装置及び超音波センサプログラム |
-
1990
- 1990-08-21 JP JP2221817A patent/JP2923006B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04102086A (ja) | 1992-04-03 |
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