JP3401374B2 - 水中位置測定システムにおける音速補正法 - Google Patents
水中位置測定システムにおける音速補正法Info
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Description
中位置測定システムの測定精度向上に関し、特に、塩分
濃度や水温の変化による音速の変化を補正する音速補正
法に関する。
は、超音波の伝搬時間を測定しこの伝搬時間に音速を乗
ずることによって距離を算出している。距離を決定する
因子のうち水中の音速は、塩分濃度や水温によって大き
く変化する。したがって、正確な距離測定を行って正確
な位置を求めるためには、水温等による音速の変化の補
正を行わなければならない。
ダLeを用いたSBL(Short BaseLine)法による従来
の水中位置測定システムの構成を示すブロック図であ
る。ここでは水中にあるレスポンダLeの位置を測定す
るものとする。レスポンダLeを囲むように、水中を伝
搬してきた超音波パルスを受信して受波信号として出力
する4個の受波器j1〜j4が配置されている。これら受
波器j1〜j4の相互の位置関係は既知である。さらにこ
の水中位置測定システムには、各受波器j1〜j4からの
受波信号をそれぞれ増幅する増幅部111〜114と、増
幅部111〜114の出力側に設けられ受波器j1〜j4ご
との超音波パルスWの伝達時間t1〜t4をそれぞれ計測
するタイマ121〜124と、レスポンダLe及びタイマ
121〜124に対してトリガパルスを送出するとともに
タイマ121〜124でそれぞれ計測された伝達時間t1
〜t4に基づいてレスポンダLeの位置を算出する制御演
算部13とが設けられている。
とにより、各タイマ121〜124が計時を開始し、同時
にレスポンダLeが超音波パルスWを発生する。発生し
た超音波パルスWは水中を伝搬して各受波器j1〜j4に
到達し、各受波器j1〜j4で受波信号が発生してタイマ
121〜124の計時を停止させる。その結果、タイマ1
21〜124での計時時間は、それぞれ、レスポンダLe
から受波器j1〜j4までの超音波パルスWの伝達時間t
1〜t4となる。制御演算部13は、
スポンダLeとの距離diを算出し、算出された距離d1
〜d4によってレスポンダLeの位置を算出する。ここで
vは水中での音速である。
1〜j4とレスポンダLeとの位置関係の一例を示す図で
ある。受波器j1,j2を結ぶ直線をx軸とし、受波器j1
を通りx軸に直交する直線をy軸としてy軸上に受波器
j3が配置されている。受波器j2,j4を結ぶ直線と受波
器j3,j4を結ぶ直線が直交するように受波器j4がxy
平面内に配置され、受波器j1,j2,j4,j3によって四
角形が構成されている。この四角形の各辺はそれぞれB
1,B4,B3,B2で表わされる。そして、受波器j1,j3を
それぞれ基準とするレスポンダLeのx座標値をx1,x2
とし、受波器j1,j3をそれぞれ基準とするy座標値を
y1,y2とすると、x1,x2,y1,y2はそれぞれ以下の式
のように表わされる。
により、xy平面上での受波器j1を原点としたレスポ
ンダLeの座標位置が一意に分かり、レスポンダLeに取
り付けてある水圧センサなどから深度データを取り込む
ことにより、レスポンダLeの3次元位置が確定する。
一定値ではなく、上述したように水温や塩分密度により
変化する。このため、各受波器とレスポンダとの距離に
誤差が生じてレスポンダの位置を正確には決定できなく
なる。図4は、図3に示すように受波器j1〜j4が配置
されている場合に、音速の変化によって距離に誤差が生
じたらどうなるかを示している。各受波器j1〜j4から
レスポンダまでの誤差を含む距離をそれぞれd1'〜d4'
とすると、(2a)〜(2d)式からそれぞれ求められる座標値
x1,x2,y1,y2において、図4に示されるようにx1≠
x2、y1≠y2となって、レスポンダの座標が一意に定
まらないことになる。この例では、x座標値としてx1
とx2のどちらを採用するか、y座標値としてy1とy2
のどちらを採用するかにより、レスポンダの位置として
相異なる4点が求められてしまう。
正確な位置を得るために、これまでは、レスポンダに水
温センサを取り付け、水温の実測値に応じて音速vを補
正することが行われていた。
置測定システムでは、正確な位置測定のための音速補正
を行うために水温センサが必要となって構成が複雑にな
り、また、塩分密度による音速の補正が行われていない
などの問題点がある。
寄与し、水温センサなどを必要とせずに温度や塩分密度
などによる音速の変化を正確に補正し得る音速補正法を
提供することにある。
ステムにおける音速補正方法は、超音波の伝搬時間の測
定に基づいて対象点の位置を算出する水中位置測定シス
テムにおける音速補正法であって、音速を仮定し、異な
る超音波伝搬経路によって前記対象点の座標値を複数個
算出し、所定の誤差範囲内で前記座標値が一致するまで
前記音速の仮定値を変化させて前記座標値の算出を繰返
し、前記誤差範囲内で前記座標値が一致したときの前記
仮定値をもって前記音速の値とする。
しては、例えば、仮定値の初期値と刻み幅の初期値とを
設定し、仮定値を変化させる場合には、現在の仮定値に
刻み幅を加えた値を新しい仮定値とし、前回の算出時の
座標値での大小関係と今回算出された座標値での大小関
係とが逆転している場合には、刻み幅の設定値を小さく
した上で前回の算出時の仮定値に当該小さくされた刻み
幅を加えて新しい仮定値とする方法が挙げられる。ま
た、座標値の算出方法としては、例えば、対象点に超音
波パルスを発生するレスポンダを配置し、超音波パルス
を受信する4個の受波器をxy平面内に配置し、対象点
のx座標についての2つの値と対象点のy座標について
の2つの値をSBL法によってそれぞれ座標値として算
出する方法が挙げられる。
て、図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の一
形態の音速補正法の処理手順を示すフローチャートであ
る。ここでは、4個の受波器j1〜j4が図3に示すよう
に配置されている水中位置測定システムを用いてSBL
法によってレスポンダLeの位置測定を行うものとす
る。
21)、刻み幅δの初期値を設定する(ステップ2
2)。音速vの初期値としては、音速vの変化範囲の下
限より小さな値とし、刻み幅δの初期値としては音速v
の初期値より小さくかつ正の値を採用する。次に、上記
の(2a)〜(2d)式にしたがって座標値x1,x2,y1,y2を
算出する(ステップ23)。
内(x1≒x2)であり、かつ座標値y1とy2が所定の値
以内(y1≒y2)であるかを判断する(ステップ2
4)。「x1≒x2かつy1≒y2」である場合には、これ
ら座標値の計算に用いた音速vの値が妥当なものである
ときなので、この値を音速の補正値として処理を終了す
る。一方、「x1≒x2かつy1≒y2」でない場合には、
前回の計算での座標値における大小関係と今回の計算で
の座標値における大小関係との間に逆転があったかどう
かを判断する(ステップ25)。1回目にステップ25
を実行する場合には、逆転がなかったものとする。大小
関係の逆転があったときは、前回の計算で使用した音速
の値と今回の計算で使用した音速の値との間に真の音速
がある場合なので、この真の音速を見つけるために、刻
み幅δを小さくし、音速の値vとして前回の音速の値を
使用し、ステップ27に移行する(ステップ26)。ス
テップ25で逆転がなかった場合にも、ステップ27に
移行する。
に刻み幅δを加算したものを新たな音速の値とし、ステ
ップ23に戻る。
大小関係の逆転がある度に刻み幅δが小さくなり、最終
的には「x1≒x2かつy1≒y2」が成立してレスポンダ
の位置が正確に求められ、同時に、そのときの真の音速
値が得られて音速の補正が行われたことになる。
る。
m/秒であり、水温が高いと速く、水温が低いと遅くな
る。そこで、音速vの初期値として1450m/sを採
用し(海水の場合)、刻み幅δの初期値を10m/sと
する。淡水の場合には音速vの初期値をもう少し小さく
設定する。そして、v=1450m/sとして上述の(2
a)〜(2d)式によって座標値x1,x2,y1,y2を算出す
る。1450m/sという値は、真の音速よりは小さい
ので、x1<x2またはx1>x2となる。y1,y2につい
ても同様である。ここでは図4に示した場合と同様に、
x1<x2かつy1<y2となったものとする。
/sを加えた1460m/sを音速vとして座標値x1,
x2,y1,y2を算出し、以下同様に、音速vを10m/
sずつ大きくしながら座標値x1,x2,y1,y2を算出す
る。ここで音速vを1510m/sとしたときに、15
00m/sの時と比べて大小関係が逆転し、x1>x2に
なったとする。このことは、1500m/sと1510
m/sとの間に真の音速があることを意味している。そ
こで、刻み幅δを1/10にして1m/sとし、音速v
を1501m/sとして座標値x1,x2,y1,y2を求
め、以下同様に1m/sずつ音速vを大きくして座標値
x1,x2,y1,y2を求める。このような演算を繰返し行
い、「x1≒x2かつy1≒y2」となる音速vの値を決定
する。
での水温や塩分密度は同一であると考えられるので、
「x1≒x2かつy1≒y2」となったときの音速vの値が
真の音速値となる。
定して同一対象点の座標値を複数個算出し、算出された
複数個の座標値が所定の誤差範囲内で相互に一致するよ
うになるまで音速の仮定値を変化させ、一致したときの
仮定値をもって音速とすることにより、水温センサ等を
用いて音速補正を行うことなく位置の測定精度を向上さ
せることができるという効果がある。
すフローチャートである。
ック図である。
を示す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 超音波の伝搬時間の測定に基づいて対象
点の位置を算出する水中位置測定システムにおける音速
補正法であって、 音速を仮定し、異なる超音波伝搬経路によって前記対象
点の座標値を複数個算出し、所定の誤差範囲内で前記座
標値が一致するまで前記音速の仮定値を変化させて前記
座標値の算出を繰返し、前記誤差範囲内で前記座標値が
一致したときの前記仮定値をもって前記音速の値とする
水中位置測定システムにおける音速補正法。 - 【請求項2】 前記仮定値の初期値と刻み幅の初期値と
を設定し、前記仮定値を変化させる場合には、現在の仮
定値に前記刻み幅を加えた値を新しい仮定値とし、前回
の算出時の座標値での大小関係と今回算出された座標値
での大小関係とが逆転している場合には、前記刻み幅の
設定値を小さくした上で前記前回の算出時の仮定値に当
該小さくされた刻み幅を加えて前記新しい仮定値とす
る、請求項1に記載の水中位置測定システムにおける音
速補正法。 - 【請求項3】 前記対象点に超音波パルスを発生するレ
スポンダを配置し、前記超音波パルスを受信する4個の
受波器をxy平面内に配置し、前記対象点のx座標につ
いての2つの値と前記対象点のy座標についての2つの
値をSBL法によってそれぞれ前記座標値として算出す
る請求項1または2に記載の水中位置測定システムにお
ける音速補正法。
Priority Applications (1)
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JP28719195A JP3401374B2 (ja) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | 水中位置測定システムにおける音速補正法 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28719195A JP3401374B2 (ja) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | 水中位置測定システムにおける音速補正法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP28719195A Expired - Fee Related JP3401374B2 (ja) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | 水中位置測定システムにおける音速補正法 |
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-
1995
- 1995-11-06 JP JP28719195A patent/JP3401374B2/ja not_active Expired - Fee Related
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