JP4502895B2 - Ｇｐｓソノブイ - Google Patents

Description

本発明はソノブイに関し、特にＧＰＳ（Global Positioning System）技術を利用して正確な位置（緯度経度）情報と共にソナー情報を無線伝送するＧＰＳソノブイに関する。

ソノブイは、航空機等から海中に投下される１個以上の水中部および海上に浮上する浮
上部により構成され、水中部にて検出したソナー情報を、浮上部から無線により地上又は
海上等の情報センタへ送信する目的で広く利用されている。

海上を飛行中の航空機に対して警戒海域における潜水艦等の航行体の航行を検知して無線によりＧＰＳ位置情報およびソナー情報をデジタル伝送して通知する海域侵犯警告方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＧＰＳ受信機と組み合わせて表示部に位置情報の表示を行う無線装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。更に、航空機から投下されたソノブイにより、海上や海中を航行中の水上船や海中を航行中の潜水艦からの音紋データおよびＧＰＳ位置情報を収集する水中音データ収集装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００４‐３４５４３４号公報（第７‐８頁、第１図） 特開２０００‐６８８８４号公報（第３頁、第１図） 特開平４‐１２０４８９号公報（第２‐３頁、第１図、第２図）

図６は、従来の典型的なソノブイの構成を示すブロック図である。このソノブイは、フロート部１０、浮上部２０および水中部３０により構成される。フロート部１０は、ＧＰＳアンテナ１１、送信アンテナ１２および受信アンテナ１３を有する。浮上部２０は、ＧＰＳモジュール２１、信号変換回路２２、ＦＭ変調回路２４、無線発信回路２５、デジタル変調回路２６、デジタル無線発信回路２７および管制受信回路２８を有する。また、水中部３０は、ソナー受信回路３１を備えている。

図６において、水中のソナー音４は、ソナー受信回路３１で受信され、受信信号３１１としてＦＭ変調回路２４でＦＭ変調される。このＦＭ変調された変調信号２４１は、無線発信回路２５から送信信号２５１として送信アンテナ１２へ送られ、電波１２１として送出される。

次に、航空機から受信アンテナ１３によりＧＰＳデータの送出要求の電波を受信すると、ＧＰＳアンテナ１１から受信したＧＰＳ信号１０１による緯度および経度データ１０２は、ＧＰＳモジュール２１を介して信号変換回路２２によりシリアルデータ２２１に変換され、無線発信回路２５およびデジタル変調回路２６へ送られる。デジタル変調回路２６では、ＦＳＫやＧＭＳＫ等のデジタル通信変調が行われ、デジタルデータ２７１としてデジタル無線発信回路２７からアンテナ１２を介して電波１２１が発信される。このシリアルデータ２２１が発生している間は、アナログＦＭ対応の無線発信回路２５は出力を停止して混信を回避している。

しかし、上述の如き従来のデジタル無線機を搭載するソノブイの場合には、幾つかの課題を有する。第１に、デジタル変調回路および無線発信回路を備えるために、ソノブイに収納する電子回路が大きくなり、寸法的制約のみならず消費電力を増加する。第２に、航空機側の無線機もアナログＦＭおよびデジタル通信の２つの無線機を備える必要がある。また、この方式では、周波数分析の処理と緯度経度情報は全く別に扱われているので、周波数分析画面内では緯度経度を見ることができない。

本発明は、従来技術の上述した課題に鑑みなされたものであり、斯かる課題を解消するソノブイ、即ちソナーの受信信号のアナログ無線伝送を利用して文字情報である緯度経度情報を伝送可能にするＧＰＳソノブイを提供することを主たる目的とする。

前述の課題を解決するため、本発明によるＧＰＳソノブイは、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）ＧＰＳ衛星を利用して得た位置情報である緯度経度情報およびソナー受信回路から得たソナー情報を無線伝送するＧＰＳソノブイにおいて、
前記緯度経度情報を文字として視覚できる周波数時間対応のキャラクタに変換する変換
手段と、該変換手段で変換された緯度経度情報を前記ソナー情報と共にアナログ送信する
送信手段とを備えるＧＰＳソノブイ。
（２）前記変換された緯度経度情報および前記ソナー情報は、交互に切り替えて時分割
で送信される上記（１）のＧＰＳソノブイ。
（３）前記変換された緯度経度情報および前記ソナー情報は、相互に加算して送信され
る上記（１）のＧＰＳソノブイ。

本発明のＧＰＳソノブイによると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。即ち、Ｇ
ＰＳによる緯度経度情報をアナログ信号に変換しているので、周波数分析を行うグラム表
示画面上にＧＰＳによる緯度経度を判定することが可能である。また、ＧＰＳによる緯度
経度情報をアナログ信号に変換しているので、デジタル方式の無線機が不必要であり、回
路の小型化と共に製造コストを低減することができる。更に、緯度経度が視覚的に表示可
能にするため、緯度経度情報を電圧値等に変換して送出する際に発生する誤差を生じない
。

以下、本発明によるＧＰＳ衛星からの位置（緯度経度）情報を利用するＧＰＳソノブイの好適実施例の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。

先ず、図１は、本発明によるＧＰＳソノブイの第１実施形態を示し、（Ａ）は全体構成を示し、（Ｂ）はその内部構成を示すブロック図である。尚、説明の便宜上、上述した図６に示す従来のソノブイの構成要素に対応する構成要素には、対応する参照符号を使用している。

図１のＧＰＳソノブイ（以下、単にソノブイという場合もある）は、水面から空中に突出しているフロート部１０、水面に浮かんでいる浮上部２０および水面下に沈み且つ浮上部２０と電気的に接続されている水中ソナー部３０により構成される点で、上述した従来のソノブイと同様である。

図１に示すＧＰＳソノブイにおいて、フロート部１０は、ソノブイの浮力を得る。浮上部２０は、航空機６とデータの送受信を行う無線機を収納している。フロート部１０は、ＧＰＳアンテナ１１、航空機６への送信アンテナ１２および航空機６からの受信アンテナ１３を備えている。浮上部２０は、ＧＰＳモジュール２１、信号変換回路２２、切替回路（スイッチ）２３、アナログＦＭ変調回路２４、無線発信回路２５および管制受信回路２８を備えている。また、水中部３０は、ソナー受信回路３１を備えている。

水中ソナー部３０は、水中を航行する潜水艦等の船舶からの音波４を受信する。水中の音波４は、水中ソナー部３０のソナー受信回路により受信され、所定長のケーブル３２を介する受信信号３１１として浮上部２０に伝送される。この受信信号３１１は、切替回路２３を通り、アナログＦＭ変調回路２４でＦＭ変調され変調信号２４１が無線発信回路２５へ入力される。この信号は、無線帯域で電力増幅され、送信信号２５１として送信アンテナ１２へ出力され、電波１２１となって航空機６へ伝送される。

次に、航空機６側がソノブイの位置を知りたい場合について説明する。航空機６は、管制電波１３１を発信し、ソノブイのフロート部１０の受信アンテナ１３で受信される。アンテナ１３で受信された管制信号１３２は、管制受信回路２８で信号内容を判定される。管制の項目は、ソノブイの深度切替・ＧＰＳデータの送出要求等の複数の情報を含んでいるので、管制受信回路２８で信号をデコード（復号）し、ＧＰＳデータの送出要求があったことを判定する。

ＧＰＳ送出の要求があった場合には、管制受信回路２８は、ＧＰＳ要求信号２８１を切替回路２３へ出力する。ソノブイはＧＰＳ衛星５からの電波を常時受信しており、ＧＰＳアンテナ１１で受信したＧＰＳ信号１０２をＧＰＳモジュール２１へ出力する。ＧＰＳモジュール２１では演算が実施され、緯度経度情報２１１に信号変換される。この緯度経度情報２１１はテキスト情報であり、ソナーの受信信号３１１のようなアナログ信号のようにそのままではアナログＦＭ変調回路２４へ入力できない。

信号変換回路２２は、それに入力される緯度経度情報２１１を緯度経度アナログ信号２２１に変換し、切替回路２３へ出力している。ＧＰＳデータの送出要求があった場合には、ＧＰＳ要求信号２８１が切替回路２３の接点を２２１側に切り替えるので、信号変換回路２２からの緯度経度アナログ信号２２１がアナログＦＭ変調回路２４へ入力され、アナログＦＭ変調される。このＦＭ変調された信号は、無線発信回路２５へ入力され、無線帯域で電力増幅され、送信信号２５１としてアンテナ１２へ出力される。そして、送信アンテナ１２から電波１２１となって航空機６へ送信される。

次に、図２は、図１に示すソノブイから伝送されたデータの処理表示を説明する図である。ソノブイが受信した水中の音波４は、周波数分析されるため、周波数軸と時間軸からなり、周波数分析結果のレベル強度を濃淡で着色表示するグラム画面で表示される。図２に示す画面イメージでは、横軸が周波数であり縦軸が時間軸になっている。図２の時間２２１の間は、航空機６からのＧＰＳデータの送出があった時刻Ｔ１〜Ｔ１１の間にグラム画面に緯度経度が濃淡で表示されている。横軸は周波数軸であり、画面はＮ個×周波数分解能の帯域を持っている。

一方、周波数分析は、一定のサンプル区間で周波数分析処理を行なわれているため時間軸の分解能はΔｔである。そして、各時刻におけるグラム画面はＮ個のマトリックスを持ち、時刻Δｔ毎に更新され、画面が一杯になるとΔｔ毎に画面が上又は下へ順次スクロールしていく。

図２に示す表示例では、航空機６のＧＰＳデータ送出要求があった時刻Ｔ１からＧＰＳデータが表示され、Ｔ１１までの時刻にＮ×１１のマトリックスを使い、濃淡で経度情報（例えば、１３８度５４分１３２秒）２１１ａ、緯度情報（例えば、４０度２９分７１５秒）２１１ｂを表示している。時刻Ｔ１２にはＧＰＳの送出が終わったため、図１における切替回路２３の接点はソナーの受信信号３１１側に切り替えられ、図２のＴ１２以降は水中の音波４を周波数分析している画面となっている。

上述の如く航空機６からのＧＰＳデータ送出の要求があった場合には、切替回路２３によりソナーの受信信号の画面が、緯度経度情報２１１を表示するように切り替わり、緯度経度情報が表示される、その後に再びソナーの受信信号の画面に戻る。

以上、本発明によるＧＰＳソノブイの第１実施形態の構成および動作を詳述したが、図１においてソナーの受信信号の周波数分析、ＧＰＳによる位置検出方式、航空機からの管制、航空機への無線伝送は、当業者に周知であり、また本発明とは直接関係ないので、その詳細な説明は省略する。

次に、図３は、グラム画面を使用して緯度経度のテキスト表示させる処理の詳細を示している。グラム画面は、Δｔ毎にＮ個のマトリックスを有するため、文字を表示するために各時刻におけるＮ個のマトリックスの１、０の情報を持っている。Ｎ個のマトリックス１つ１つが周波数Ｆ１〜ＦＮに対応しているため、マトリックスが「１」の場合、sin（２πＦＮｔ）という信号を発生してΔｔの間持続する。一方、「０」が割り当てられた場合には、無信号である。これを各時間での対応で表現したものが図３（Ｂ）に示す（式１）である。

単位時間毎に「１」のマトリックスに当たる周波数で発生した信号が加算される。この加算された信号が緯度経度アナログ信号２２１となる。以上のようにグラム画面の周波数分解能・時間分解能をマトリックスとして、緯度経度情報を視覚的に表現するアナログ信号へと変換している。（式１）のＡは、伝送される信号のダイナミックレンジの高いＳＮが良い値を設定する。尚、この切替回路２３は、タイマを内蔵し、一定時間経過後に自動的に切り替えるようにしても良い。これにより、管制受信機能を備える必要がなくなる。

次に図４および図５を参照して本発明によるＧＰＳソノブイの第２実施形態を説明する。尚、この実施形態においても、上述した第１実施形態と対応する構成要素には同様の参照符号を使用し、以下の説明は相違点を中心に行う。

このＧＰＳソノブイの基本構成は、上述した第１実施形態のＧＰＳソノブイと同じである。しかし、図４のブロック図に示す如く、ＧＰＳソノブイを構成するフロート部１０および水中部３０は、第１実施形態と同様であるが、浮上部２０´が一部相違する。即ち、浮上部２０´は、ＧＰＳモジュール２１、信号変換部２２、アナログＦＭ変調回路２４、無線発信回路２５および管制受信回路２８を備えているが、切替回路２３に代えて信号加算回路２６を有する。

この第２実施形態では、上述の如く切替回路２３を備えず、受信信号に緯度経度の文字情報を加算して伝送する。この場合には、切り替えがないため、信号加算回路２６でソナー受信回路３１からの信号３１１にＧＰＳ要求信号２８１があった場合に、緯度経度アナログ信号２２１を加算するよう構成している。

図５は、この第２実施形態のＧＰＳソノブイの表示を説明する説明図であり、（Ａ）は表示例（部分）であり、（Ｂ）はソノ表示を得る（式２）を示す。ソナー受信回路３１からの信号３１１は、Ｂsin（ωｔ）に信号変換回路２２からの緯度経度アナログ信号２２１が重畳されている。即ち、ソナー受信回路３１からの信号３１１を背景（バックグランド）とし、その上に緯度経度情報（又はデータ）が表示されている。この場合には、緯度経度情報を示す文字表示の間でグラムの分析結果が見える。

以上、本発明によるＧＰＳソノブイの好適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨や精神を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。

上述の如く構成され且つ上述の如き効果を有する本発明は、小型軽量且つ安価なＧＰＳソノブイに好適である。

本発明によるＧＰＳソノブイの第１実施形態を示し、（Ａ）は全体構成を示す外観であり、（Ｂ）はその内部構成を示すブロック図である。 図１に示すＧＰＳソノブイの解析結果の表示例である。 図２の緯度経度情報の表示説明図であり、（Ａ）は表示の一部拡大部、（Ｂ）はその表示を得る数式を示す。 本発明によるＧＰＳソノブイの第２実施形態を示し、（Ａ）は全体構成を示す外観であり、（Ｂ）はその内部構成を示すブロック図である。 図４の周波数分析結果および緯度経度情報表示の説明図であり、（Ａ）は表示の部分拡大図、（Ｂ）はその表示を得る数式を示す。 従来の代表的なＧＰＳソノブイの構成を示すブロック図である。

符号の説明

４ 音波
５ ＧＰＳ衛星
６ 航空機
１０ フロート部
１１ ＧＰＳアンテナ
１２、１３ 送受信アンテナ
２０ 浮上部
２１ ＧＰＳモジュール
２２ 信号変換回路
２３ 切替回路
２４ アナログＦＭ変調回路
２５ 無線発信回路
２６ 信号加算回路
２８ 管制受信回路
３０ 水中部
３１ ソナー受信回路
２１１ 変換されたＧＰＳ位置（緯度経度）情報
３１１ ソナー情報

Claims (3)

1. ＧＰＳ衛星を利用して得た位置情報である緯度経度情報およびソナー受信回路から得た
   ソナー情報を無線伝送するＧＰＳソノブイにおいて、
   前記緯度経度情報を文字として視覚できる周波数時間対応のキャラクタに変換する変換
   手段と、該変換手段で変換された緯度経度情報を前記ソナー情報と共にアナログ送信する
   送信手段とを備えることを特徴とするＧＰＳソノブイ。
2. 前記変換された緯度経度情報および前記ソナー情報は、交互に切り替えて時分割で送信
   されることを特徴とする請求項１に記載のＧＰＳソノブイ。
3. 前記変換された緯度経度情報および前記ソナー情報は、相互に加算して送信されること
   を特徴とする請求項１に記載のＧＰＳソノブイ。

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