JP5730008B2 - Underwater position detection system, ship-side receiver, and underwater position detection method - Google Patents
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Description
本発明は、水中位置探知システム、水中位置探知システムに用いられる超音波発信手段および船側受信手段、ならびに水中位置探知方法に関するものである。 The present invention relates to an underwater position detection system, ultrasonic transmission means and ship side reception means used in the underwater position detection system, and an underwater position detection method.
近年、ダイビングは非常に人気のあるレジャースポーツとなっており、より気軽にダイビングを楽しみたいという人が多くなってきている。このような社会的背景の中で、ダイビング経験の浅い初心者ダイバーでも、より安全にダイビングを楽しむことを可能とするために、ダイバーの水中における位置を母船から監視するための水中位置探知装置が、種々開発されてきている。このような水中位置探知装置として、例えば特開２００４−３４０８８３号公報（特許文献１）が、開示されている。 In recent years, diving has become a very popular leisure sport, and many people want to enjoy diving more easily. Under such a social background, even a beginner diver with little diving experience can enjoy diving more safely, an underwater position detection device for monitoring the diver's underwater position from the mother ship, Various developments have been made. As such an underwater position detection device, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-340883 (Patent Document 1) is disclosed.
特許文献１に記載の水中位置探知装置は、ダイバーに取り付けられる超音波送信手段と、超音波送信手段から送信される超音波を受信する少なくとも３つ以上の超音波受信手段とを備え、各超音波受信手段によって受信された超音波信号を解析し、ダイバーの位置を探知する構成となっている。 The underwater position detection device described in Patent Document 1 includes an ultrasonic transmission unit attached to a diver, and at least three or more ultrasonic reception units that receive ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmission unit. The ultrasonic signal received by the sound wave receiving means is analyzed to detect the position of the diver.
しかしながら、特許文献１に記載の水中位置探知装置においては、超音波送信手段に超音波を発信させるためのトリガー信号を、母船から送信される電磁波によって送信している。しかしながら、周知のように、電磁波は、水中における減衰が大きいため、水中の離隔した地点間における正確な通信は、困難である。 However, in the underwater position detection device described in Patent Document 1, a trigger signal for causing the ultrasonic transmission means to transmit ultrasonic waves is transmitted by electromagnetic waves transmitted from the mother ship. However, as is well known, since electromagnetic waves are greatly attenuated in water, accurate communication between separated points in water is difficult.
さらに、特許文献１に記載の水中位置探知装置は、ダイバーから発せられる超音波を、「少なくとも３つ以上の超音波受信手段」で受信するものと記載されているのみであって、この超音波信号に基づいて、ダイバーの３次元的な位置を如何にして特定するかに関して、具体的な開示がされているものではない。 Furthermore, the underwater position detection device described in Patent Document 1 is only described as receiving “ultrasonic wave receiving means” by means of “at least three ultrasonic wave receiving means”. There is no specific disclosure regarding how to specify the three-dimensional position of the diver based on the signal.
すなわち、この水中位置探知装置を用いた場合においては、母船からダイバーの３次元的な位置を正確に把握し、監視することが困難であるため、ダイバーの安全を十分に確保することができなかった。 That is, in the case of using this underwater position detection device, it is difficult to accurately grasp and monitor the three-dimensional position of the diver from the mother ship, so that the safety of the diver cannot be sufficiently ensured. It was.
そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、母船から見たダイバーの３次元的な位置を正確に把握することを可能とする水中位置探知システムを提供することである。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an underwater position detection system capable of accurately grasping the three-dimensional position of a diver viewed from a mother ship.
本発明の他の目的は、水中のダイバーの３次元的な位置を正確に把握可能な水中位置探知システムに適した超音波発信手段および船側受信手段を提供することである。 Another object of the present invention is to provide an ultrasonic wave transmitting means and a ship side receiving means suitable for an underwater position detection system capable of accurately grasping the three-dimensional position of an underwater diver.
本発明のさらに他の目的は、母船から見たダイバーの３次元的な位置を正確に把握することを可能とする水中位置探知方法を提供することである。 Still another object of the present invention is to provide an underwater position detection method that makes it possible to accurately grasp the three-dimensional position of a diver viewed from a mother ship.
本発明に係る水中位置探知システムは、ダイバー側に取り付けられる超音波発信手段から発信される超音波を、船側に設けられる船側受信手段によって受信し、水中におけるダイバーの位置を探知するためのシステムである。本発明に係る水中位置探知システムにおいては、超音波発信手段は、所定の周期で超音波を発信し、船側受信手段は、超音波を受信する複数の超音波マイクロフォンを有する超音波受信手段と、上記所定の周期と同期した発信同期信号と、それぞれの超音波マイクロフォンによって受信された超音波信号とを比較し、当該二つの信号の時間差を出力する比較手段と、比較手段によって出力された時間差に基づいて、ダイバーとそれぞれの超音波マイクロフォンとの間の距離を計算する距離演算手段と、距離演算手段によって計算された距離に基づいて、ダイバーの３次元座標を計算する座標演算手段と、座標演算手段から出力されたダイバーの座標を画像に表示する画像表示手段とを有する。 An underwater position detection system according to the present invention is a system for detecting the position of a diver in water by receiving ultrasonic waves transmitted from ultrasonic transmission means attached on the diver side by ship side reception means provided on the ship side. is there. In the underwater position detection system according to the present invention, the ultrasonic transmission means transmits ultrasonic waves at a predetermined cycle, and the ship-side reception means includes an ultrasonic reception means having a plurality of ultrasonic microphones for receiving ultrasonic waves; The transmission synchronization signal synchronized with the predetermined period and the ultrasonic signal received by each ultrasonic microphone are compared, and the comparison means for outputting the time difference between the two signals and the time difference output by the comparison means A distance calculation means for calculating a distance between the diver and each ultrasonic microphone, a coordinate calculation means for calculating a three-dimensional coordinate of the diver based on the distance calculated by the distance calculation means, and a coordinate calculation. Image display means for displaying the coordinates of the diver output from the means on the image.
この構成によれば、ダイバー側から発信された超音波が、超音波マイクロフォンに到達するまでの時間を、超音波の発信周期と同期した発信同期信号と、各超音波マイクロフォンによって受信された超音波信号との間の時間差を検出することによって、より正確に得ることが可能となる。すなわち、この時間差と水中音速（≒１５００ｍ／ｓ）とに基づいて、ダイバーと各超音波マイクロフォンとの間の距離を、計算することが可能となる。これにより、超音波マイクロフォンが設置されている地点の座標と、当該地点とダイバーとの間の距離とに基づいて、ダイバーのいる地点の３次元座標を特定することが可能となる。また、このようにして得られたダイバーの３次元座標を、画像表示手段を用いて画像表示することが可能となっている。これにより、ダイバーを監視する監督人が、ダイバーの水中における位置を、母船から正確且つ容易に確認することが可能となる。したがって、ダイバーの安全を効果的に確保することができる。 According to this configuration, the time until the ultrasonic wave transmitted from the diver reaches the ultrasonic microphone is synchronized with the transmission cycle of the ultrasonic wave, and the ultrasonic wave received by each ultrasonic microphone. By detecting the time difference from the signal, it can be obtained more accurately. That is, the distance between the diver and each ultrasonic microphone can be calculated based on the time difference and the underwater sound speed (≈1500 m / s). Thereby, based on the coordinates of the point where the ultrasonic microphone is installed and the distance between the point and the diver, the three-dimensional coordinates of the point where the diver is located can be specified. Moreover, it is possible to display the image of the three-dimensional coordinates of the diver obtained in this way using an image display means. As a result, the supervisor who monitors the diver can accurately and easily confirm the position of the diver in the water from the mother ship. Therefore, the safety of the diver can be effectively ensured.
好ましくは、少なくとも三つの上記超音波マイクロフォンが、略同一平面上に配置される。さらに好ましくは、当該同一平面は、略水平面である。この構成によれば、超音波マイクロフォンが配列する当該同一水平面の下方領域に位置するダイバーの３次元座標を、より容易に特定することが可能となる。 Preferably, at least three of the ultrasonic microphones are arranged on substantially the same plane. More preferably, the same plane is a substantially horizontal plane. According to this configuration, it is possible to more easily specify the three-dimensional coordinates of the diver located in the lower region of the same horizontal plane where the ultrasonic microphones are arranged.
好ましくは、超音波発信手段は、ダイバーの水深を計測する水深計をさらに有し、水深情報を含む超音波を発信し、座標演算手段は、距離演算手段によって計算された距離と、水深情報とに基づいて、ダイバーの３次元座標を計算する。この構成によれば、ダイバーの３次元座標を特定するためのパラメータが、さらに１次元追加されることとなるため、ダイバーの位置探知の精度を向上させることができる。 Preferably, the ultrasonic transmission means further includes a water depth meter for measuring the water depth of the diver, and transmits an ultrasonic wave including water depth information, and the coordinate calculation means includes the distance calculated by the distance calculation means, the water depth information, and Based on the above, the three-dimensional coordinates of the diver are calculated. According to this configuration, a parameter for specifying the three-dimensional coordinates of the diver is further added in one dimension, so that the accuracy of the position detection of the diver can be improved.
好ましくは、超音波マイクロフォンは、指向性マイクロフォンによって構成され、超音波マイクロフォンの集音領域が水中のほぼ全ての領域を包含するように、超音波マイクロフォンの集音方向が設定される。そして、座標演算手段は、距離演算手段によって計算された距離と、最も大きな音圧を計測した超音波マイクロフォンの集音方向とに基づいて、ダイバーの３次元座標を計算する。この構成によれば、母船から見たダイバーの方向を、最も大きな音圧を計測した超音波マイクロフォンが向いている方向によって特定することができるとともに、ダイバーと当該超音波マイクロフォンとの間の距離を、上記した方法によって特定することができる。これにより、ダイバーの３次元座標を、効果的に特定することが可能となる。 Preferably, the ultrasonic microphone is constituted by a directional microphone, and the sound collection direction of the ultrasonic microphone is set so that the sound collection region of the ultrasonic microphone includes almost all the region in water. The coordinate calculation means calculates the three-dimensional coordinates of the diver based on the distance calculated by the distance calculation means and the sound collection direction of the ultrasonic microphone that has measured the largest sound pressure. According to this configuration, the direction of the diver seen from the mother ship can be specified by the direction in which the ultrasonic microphone measuring the largest sound pressure is facing, and the distance between the diver and the ultrasonic microphone can be determined. Can be specified by the method described above. This makes it possible to effectively specify the diver's three-dimensional coordinates.
本発明の他の局面として、本発明に係る超音波発信手段は、ダイバー側から発信される超音波を、船側に設けられる船側受信手段によって受信し、水中におけるダイバーの位置を探知するための水中位置探知システムに用いられる超音波発信手段である。この超音波発信手段は、ダイバーに取り付けられ、所定の周期で超音波を発信し、上記船側受信手段は、超音波を受信する複数の超音波マイクロフォンを有する超音波受信手段と、上記所定の周期と同期した発信同期信号と、それぞれの超音波マイクロフォンによって受信された超音波信号とを比較し、当該二つの信号の時間差を出力する比較手段と、比較手段によって出力された時間差に基づいて、ダイバーとそれぞれの超音波マイクロフォンとの間の距離を計算する距離演算手段と、距離演算手段によって計算された距離に基づいて、ダイバーの３次元座標を計算する座標演算手段と、座標演算手段から出力されたダイバーの座標を画像に表示する画像表示手段とを有する。 As another aspect of the present invention, an ultrasonic wave transmitting means according to the present invention receives an ultrasonic wave transmitted from a diver side by a ship side receiving means provided on the ship side, and detects the position of the diver in the water. It is an ultrasonic wave transmission means used for a position detection system. The ultrasonic transmission means is attached to the diver and transmits ultrasonic waves at a predetermined cycle. The ship-side reception means includes an ultrasonic reception means having a plurality of ultrasonic microphones for receiving ultrasonic waves, and the predetermined cycle. A comparison means for comparing a transmission synchronization signal synchronized with the ultrasonic signal received by each ultrasonic microphone and outputting a time difference between the two signals, and a diver based on the time difference output by the comparison means Output from the distance calculation means for calculating the distance between each and the ultrasonic microphone, the coordinate calculation means for calculating the three-dimensional coordinates of the diver based on the distance calculated by the distance calculation means, and the coordinate calculation means Image display means for displaying the coordinates of the diver on the image.
この構成によれば、ダイバーの安全を効果的に確保することが可能な水中位置探知システムに適した超音波発信手段を、有利に提供することができる。 According to this configuration, it is possible to advantageously provide ultrasonic transmission means suitable for an underwater position detection system that can effectively ensure the safety of a diver.
本発明のさらに他の局面として、本発明に係る船側受信手段は、ダイバー側に取り付けられる超音波発信手段から所定の周期で発信される超音波を、船側に設けられる受信手段によって受信し、水中におけるダイバーの位置を探知するための水中位置探知システムに用いられる船側受信手段である。この船側受信手段は、超音波を受信する複数の超音波マイクロフォンを有する超音波受信手段と、上記所定の周期と同期した発信同期信号と、それぞれの超音波マイクロフォンによって受信された超音波信号とを比較し、当該二つの信号の時間差を出力する比較手段と、比較手段によって出力された時間差に基づいて、ダイバーとそれぞれの超音波マイクロフォンとの間の距離を計算する距離演算手段と、距離演算手段によって計算された距離に基づいて、ダイバーの３次元座標を計算する座標演算手段と、座標演算手段から出力されたダイバーの座標を画像に表示する画像表示手段とを有する。 As yet another aspect of the present invention, the ship-side receiving means according to the present invention receives ultrasonic waves transmitted at a predetermined cycle from an ultrasonic wave transmitting means attached to the diver side by a receiving means provided on the ship side, It is the ship side receiving means used for the underwater position detection system for detecting the position of the diver in the water. The ship-side receiving means includes an ultrasonic receiving means having a plurality of ultrasonic microphones for receiving ultrasonic waves, a transmission synchronization signal synchronized with the predetermined period, and an ultrasonic signal received by each ultrasonic microphone. Comparing means for comparing and outputting the time difference between the two signals, distance calculating means for calculating the distance between the diver and each ultrasonic microphone based on the time difference output by the comparing means, and distance calculating means The coordinate calculation means for calculating the three-dimensional coordinates of the diver and the image display means for displaying the diver's coordinates output from the coordinate calculation means on the image based on the distance calculated by.
この構成によれば、ダイバーの安全を効果的に確保することが可能な水中位置探知システムに適した超音波受信手段を、有利に提供することができる。 According to this configuration, it is possible to advantageously provide ultrasonic receiving means suitable for an underwater position detection system that can effectively ensure the safety of a diver.
好ましくは、水中位置探知システムは、複数の超音波発信手段を備え、複数の超音波発信手段が、それぞれ異なる信号の超音波を発信することによって、複数のダイバーの位置を探知可能である。 Preferably, the underwater position detection system includes a plurality of ultrasonic transmission units, and the plurality of ultrasonic transmission units can detect the positions of the plurality of divers by transmitting ultrasonic waves of different signals.
好ましくは、上記比較手段は、船の前方側からの超音波信号のみに関して、上記発信同期信号と比較し、当該二つの信号の時間差を出力する。この構成によれば、距離計算のための演算処理数を減じることができるため、演算処理速度を高速化することが可能となる。また、より少ない超音波マイクロフォンによってダイバーの位置を探知可能となるため、水中位置探知システムの構成をより簡略化することができる。 Preferably, the comparison means compares only the ultrasonic signal from the front side of the ship with the transmission synchronization signal and outputs a time difference between the two signals. According to this configuration, the number of calculation processes for distance calculation can be reduced, so that the calculation processing speed can be increased. In addition, since the position of the diver can be detected with fewer ultrasonic microphones, the configuration of the underwater position detection system can be further simplified.
本発明のさらに他の局面として、本発明に係る水中位置探知方法は、ダイバー側から発信される超音波を、船側で受信し、水中におけるダイバーの位置を探知する方法である。この水中位置探知方法は、ダイバー側から所定の周期で超音波を発信するステップと、複数の超音波マイクロフォンによって超音波を受信するステップと、上記所定の周期と同期した発信同期信号と、それぞれの超音波マイクロフォンによって受信された超音波信号とを比較し、当該二つの信号の時間差を出力するステップと、出力された時間差に基づいて、ダイバーとそれぞれの超音波マイクロフォンとの間の距離を計算するステップと、計算された距離に基づいて、ダイバーの３次元座標を計算するステップと、計算されたダイバーの３次元座標を画像に表示するステップとを備える。 As still another aspect of the present invention, the underwater position detection method according to the present invention is a method for detecting the position of a diver in water by receiving ultrasonic waves transmitted from the diver side on the ship side. The underwater position detection method includes a step of transmitting ultrasonic waves at a predetermined cycle from the diver side, a step of receiving ultrasonic waves by a plurality of ultrasonic microphones, a transmission synchronization signal synchronized with the predetermined cycle, Comparing the ultrasonic signal received by the ultrasonic microphone, outputting a time difference between the two signals, and calculating the distance between the diver and each ultrasonic microphone based on the output time difference And a step of calculating a three-dimensional coordinate of the diver based on the calculated distance, and a step of displaying the calculated three-dimensional coordinate of the diver on the image.
この構成によれば、ダイバーと各超音波マイクロフォンとの間の距離を正確に計算することが可能となるため、超音波マイクロフォンが設置されている地点の座標と、当該地点とダイバーとの間の距離とに基づいて、ダイバーのいる地点の３次元座標を特定することが可能となる。また、このようにして得られたダイバーの３次元座標を、画像表示手段を用いて画像表示することが可能となっている。これにより、ダイバーの監督人が、ダイバーの水中における位置を、母船から正確且つ容易に確認することが可能となる。したがって、ダイバーの安全を効果的に確保することができる。 According to this configuration, since it becomes possible to accurately calculate the distance between the diver and each ultrasonic microphone, the coordinates of the point where the ultrasonic microphone is installed and the distance between the point and the diver. Based on the distance, the three-dimensional coordinates of the point where the diver is located can be specified. Moreover, it is possible to display the image of the three-dimensional coordinates of the diver obtained in this way using an image display means. Thereby, the supervisor of the diver can check the position of the diver in water accurately and easily from the mother ship. Therefore, the safety of the diver can be effectively ensured.
本発明によれば、ダイバー側から発信された超音波が、超音波マイクロフォンに到達するまでの時間を、超音波の発信周期と同期した発信同期信号と、各超音波マイクロフォンによって受信された超音波信号との間の時間差を検出することによって、より正確に得ることが可能となる。すなわち、この時間差と水中音速値とに基づいて、ダイバーと各超音波マイクロフォンとの間の距離を、計算することが可能となる。これにより、超音波マイクロフォンが設置されている地点の座標と、当該地点とダイバーとの間の距離とに基づいて、ダイバーのいる地点の３次元座標を特定することが可能となる。また、このようにして得られたダイバーの３次元座標を、画像表示手段を用いて画像表示することが可能となっている。これにより、ダイバーを監視する監督人が、ダイバーの水中における位置を、母船から正確且つ容易に確認することが可能となる。したがって、ダイバーの安全を効果的に確保することができる。 According to the present invention, the time required for the ultrasonic wave transmitted from the diver to reach the ultrasonic microphone is synchronized with the transmission synchronization signal of the ultrasonic transmission period, and the ultrasonic wave received by each ultrasonic microphone. By detecting the time difference from the signal, it can be obtained more accurately. That is, the distance between the diver and each ultrasonic microphone can be calculated based on the time difference and the underwater sound velocity value. Thereby, based on the coordinates of the point where the ultrasonic microphone is installed and the distance between the point and the diver, the three-dimensional coordinates of the point where the diver is located can be specified. Moreover, it is possible to display the image of the three-dimensional coordinates of the diver obtained in this way using an image display means. As a result, the supervisor who monitors the diver can accurately and easily confirm the position of the diver in the water from the mother ship. Therefore, the safety of the diver can be effectively ensured.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。まず、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態に係る水中位置探知システム１１の構成について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the configuration of the underwater position detection system 11 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態に係る水中位置探知システム１１は、ダイビング中のダイバーＡの水中における位置を、母船Ｓにおいて確認可能とするためのシステムである。水中位置探知システム１１は、ダイバーＡに取り付けられ、位置探知のための超音波２０を発信する超音波発信装置１２と、母船Ｓに設けられ、超音波発信装置１２から発信された超音波２０を受信する船側受信装置１３とを備える。 1 to 5, an underwater position detection system 11 according to an embodiment of the present invention is a system for enabling a mother ship S to check the position of a diver A during diving in water. The underwater position detection system 11 is attached to the diver A and transmits an ultrasonic wave transmission device 12 that transmits an ultrasonic wave 20 for position detection, and an ultrasonic wave 20 that is provided in the mother ship S and transmitted from the ultrasonic wave transmission device 12. And a ship-side receiving device 13 for receiving.
超音波発信装置１２は、所定の周期で超音波信号を発振する超音波発振器１４と、上記所定の周期を正確に維持するために超音波発振器１４を制御する発振周期制御部１５と、超音波発振器１４によって発生された超音波信号を増幅する増幅器１６と、増幅器１６から出力された超音波信号を電気音響変換し、水中超音波２０として放射する超音波トランスデューサ１７とを有する。 The ultrasonic transmission device 12 includes an ultrasonic oscillator 14 that oscillates an ultrasonic signal at a predetermined period, an oscillation period control unit 15 that controls the ultrasonic oscillator 14 to accurately maintain the predetermined period, and an ultrasonic wave The amplifier 16 amplifies the ultrasonic signal generated by the oscillator 14, and the ultrasonic transducer 17 that performs electroacoustic conversion on the ultrasonic signal output from the amplifier 16 and emits the underwater ultrasonic wave 20.
超音波発振器１４は、後述するように、周期Ｔ秒の超音波信号を発振するように構成される。発振周期制御部１５は、上記所定の周期を確実に維持するために、超音波発振器１４の発振を制御する。増幅器１６は、超音波発振器１４によって生成された超音波信号を、所定の増幅率にて増幅する。この増幅率は、ダイビング範囲等を考慮し、用途に応じて適宜設定される。 As will be described later, the ultrasonic oscillator 14 is configured to oscillate an ultrasonic signal having a period of T seconds. The oscillation cycle control unit 15 controls the oscillation of the ultrasonic oscillator 14 in order to reliably maintain the predetermined cycle. The amplifier 16 amplifies the ultrasonic signal generated by the ultrasonic oscillator 14 at a predetermined amplification factor. This amplification factor is appropriately set according to the application in consideration of the diving range and the like.
なお、超音波発振器１４、発振周期制御部１５、および増幅器１６を、全てディジタル回路によって構成してもよい。この場合は、増幅器１６の後段に、Ｄ／Ａ変換器をさらに挿入する必要がある。 Note that the ultrasonic oscillator 14, the oscillation cycle control unit 15, and the amplifier 16 may all be configured by digital circuits. In this case, it is necessary to further insert a D / A converter after the amplifier 16.
超音波トランスデューサ１７は、高音圧の水中超音波を放射可能な超音波振動子によって構成される。このような超音波振動子としては、例えば圧電型超音波振動子が挙げられる。なお、この超音波トランスデューサ１７は、単体の超音波振動子によって構成されてもよいし、複数の超音波振動子を配列させた超音波振動子アレイとして構成してもよい。超音波振動子の共振周波数および周波数特性は、水中位置探知システム１１の用途に応じて適宜選択される。 The ultrasonic transducer 17 is configured by an ultrasonic transducer that can radiate high-pressure underwater ultrasonic waves. An example of such an ultrasonic transducer is a piezoelectric ultrasonic transducer. The ultrasonic transducer 17 may be configured by a single ultrasonic transducer or an ultrasonic transducer array in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged. The resonance frequency and frequency characteristics of the ultrasonic transducer are appropriately selected according to the application of the underwater position detection system 11.
船側受信装置１３は、超音波発信装置１２から発信された超音波２０を受信する複数の超音波マイクロフォン１８を有する超音波受信装置２１と、上記発振周期制御部１５によって制御された所定の周期と同期した発信同期信号２２Ｓを生成する発信同期信号出力部２２と、超音波マイクロフォン１８によって受信された超音波信号と発信同期信号２２Ｓとを比較し、これら二つの信号の時間差を出力する比較装置２３と、比較装置２３によって出力された時間差に基づいて、ダイバーＡとそれぞれの超音波マイクロフォン１８との間の距離を計算する距離演算装置２４と、距離演算装置２４によって計算された距離に基づいて、ダイバーの３次元座標を計算する座標演算装置２５と、座標演算装置２５から出力されたダイバーの座標を画像に表示する画像表示装置２６とを有する。 The ship-side receiving device 13 includes an ultrasonic receiving device 21 having a plurality of ultrasonic microphones 18 that receive the ultrasonic waves 20 transmitted from the ultrasonic transmitting device 12, and a predetermined cycle controlled by the oscillation cycle control unit 15. A transmission synchronization signal output unit 22 that generates a synchronized transmission synchronization signal 22S, a comparison device 23 that compares the ultrasonic signal received by the ultrasonic microphone 18 with the transmission synchronization signal 22S, and outputs the time difference between these two signals. Based on the time difference output by the comparison device 23, the distance calculation device 24 that calculates the distance between the diver A and each ultrasonic microphone 18, and the distance calculated by the distance calculation device 24, The coordinate calculation device 25 for calculating the three-dimensional coordinates of the diver, and the diver's coordinates output from the coordinate calculation device 25 as an image And an image display device 26 for displaying.
超音波受信装置２１は、上記超音波マイクロフォン１８と、超音波マイクロフォン１８が取り付けられる基台部１９とから構成されている。基台部１９は、高剛性の板状部材であって、略水平となるように母船Ｓの底部に固定されている。本実施形態においては、計５個の超音波マイクロフォン１８０〜１８４が、基台部１９の底面において、母船Ｓの進行方向であるＸ方向、および進行方向Ｘに直交する水平方向であるＹ方向に沿って十字状に配列するように取り付けられている。超音波マイクロフォン１８は、例えば圧電型超音波センサから構成され、超音波トランスデューサ１７の周波数特性と最も適合する感度周波数特性を有するように構成される。具体的には、超音波センサは、超音波トランスデューサ１７と同じ共振周波数を有するように適宜選択される。 The ultrasonic receiving device 21 includes the ultrasonic microphone 18 and a base 19 to which the ultrasonic microphone 18 is attached. The base 19 is a highly rigid plate-like member, and is fixed to the bottom of the mother ship S so as to be substantially horizontal. In the present embodiment, a total of five ultrasonic microphones 180 to 184 are arranged on the bottom surface of the base 19 in the X direction, which is the traveling direction of the mother ship S, and in the Y direction, which is the horizontal direction orthogonal to the traveling direction X. It is attached so as to be arranged in a cross shape along. The ultrasonic microphone 18 is composed of, for example, a piezoelectric ultrasonic sensor, and is configured to have a sensitivity frequency characteristic that best matches the frequency characteristic of the ultrasonic transducer 17. Specifically, the ultrasonic sensor is appropriately selected so as to have the same resonance frequency as that of the ultrasonic transducer 17.
発信同期信号出力部２２は、発振周期制御部１５によって制御された上記所定の周期と同期した発信同期信号２２Ｓを生成する。同期の方法としては、例えば発振周期制御部１５および発信同期信号出力部２２に、互いに完全に同期した時計部をそれぞれ内蔵させ、発振周期制御部１５が制御する上記所定の周期と、発信同期信号出力部２２が発生させる発信同期信号２２Ｓとを、時計部の時間情報に基づいて同期させる方法が挙げられる。 The transmission synchronization signal output unit 22 generates a transmission synchronization signal 22S synchronized with the predetermined cycle controlled by the oscillation cycle control unit 15. As a synchronization method, for example, the oscillation cycle control unit 15 and the transmission synchronization signal output unit 22 each include a clock unit that is completely synchronized with each other, and the predetermined cycle controlled by the oscillation cycle control unit 15 and the transmission synchronization signal There is a method of synchronizing the transmission synchronization signal 22S generated by the output unit 22 based on time information of the clock unit.
比較装置２３は、発信同期信号２２Ｓを基準とし、超音波マイクロフォン１８から出力された超音波信号の時間遅れを検出する。本実施形態においては、比較装置２３は、超音波マイクロフォン１８０〜１８４に対応するように、５個の比較器２３０〜２３４から構成されている。これら比較器２３０〜２３４は、それぞれ発信同期信号出力部２２と電気的に接続されており、比較の基準となる発信同期信号２２Ｓを受け取る構成となっている。すなわち、比較器２３０〜２３４は、発信同期信号２２Ｓと、対応する各超音波マイクロフォン１８０〜１８４に到達した超音波２０との時間差を検出し、距離演算装置２４に時間差情報を出力する。 The comparison device 23 detects the time delay of the ultrasonic signal output from the ultrasonic microphone 18 with reference to the transmission synchronization signal 22S. In the present embodiment, the comparison device 23 includes five comparators 230 to 234 so as to correspond to the ultrasonic microphones 180 to 184. Each of the comparators 230 to 234 is electrically connected to the transmission synchronization signal output unit 22 and is configured to receive a transmission synchronization signal 22S serving as a reference for comparison. That is, the comparators 230 to 234 detect the time difference between the transmission synchronization signal 22S and the ultrasonic wave 20 that has reached the corresponding ultrasonic microphones 180 to 184, and output the time difference information to the distance calculation device 24.
なお、超音波マイクロフォン１８の後段にＡ／Ｄ変換器をさらに設け、発信同期信号出力部２２および比較装置２３を全てディジタル回路によって構成し、ディジタル信号処理により上記時間差情報を出力してもよい。 Note that an A / D converter may be further provided at the subsequent stage of the ultrasonic microphone 18 so that the transmission synchronization signal output unit 22 and the comparison device 23 are all configured by digital circuits, and the time difference information may be output by digital signal processing.
距離演算装置２４は、比較装置２３によって出力された時間差情報に基づいて、ダイバーＡと超音波マイクロフォン１８との間の距離を計算する。具体的には、距離演算装置２４は、比較器２３０〜２３４から出力された上記時間差、すなわち、超音波トランスデューサ１７から超音波２０が発信され、それぞれの超音波マイクロフォン１８０〜１８４に到達するまでに要した時間τ０〜τ４と、水中音速値（≒１５００ｍ／ｓ）とに基づいて、ダイバーＡと超音波マイクロフォン１８０〜１８４との間の距離を計算する。そして、計算の結果得られた距離情報を、座標演算装置２５に出力する。 The distance calculation device 24 calculates the distance between the diver A and the ultrasonic microphone 18 based on the time difference information output by the comparison device 23. Specifically, the distance calculation device 24 transmits the time difference output from the comparators 230 to 234, that is, until the ultrasonic wave 20 is transmitted from the ultrasonic transducer 17 and reaches the respective ultrasonic microphones 180 to 184. The distance between the diver A and the ultrasonic microphones 180 to 184 is calculated based on the required time τ 0 to τ 4 and the underwater sound velocity value (≈1500 m / s). Then, the distance information obtained as a result of the calculation is output to the coordinate calculation device 25.
座標演算装置２５は、距離演算装置２４によって得られた距離情報に基づいて、ダイバーＡの３次元座標を計算する。なお、距離演算装置２４および座標演算装置２５における具体的な演算処理については後述する。距離演算装置２４および座標演算装置２５は、高速演算可能となるようにＣＰＵによって構成される。そして、計算により得られたダイバーＡの座標を、画像表示装置２６へと出力する。 The coordinate calculation device 25 calculates the three-dimensional coordinates of the diver A based on the distance information obtained by the distance calculation device 24. Specific calculation processing in the distance calculation device 24 and the coordinate calculation device 25 will be described later. The distance calculation device 24 and the coordinate calculation device 25 are configured by a CPU so that high-speed calculation is possible. Then, the coordinates of the diver A obtained by the calculation are output to the image display device 26.
画像表示装置２６は、座標演算装置２５から出力されたダイバーＡの座標を画面上にプロットする。画像表示装置２６としては、液晶ディスプレイやＣＲＴ等の一般的なディスプレイ装置を適用可能である。 The image display device 26 plots the coordinates of the diver A output from the coordinate calculation device 25 on the screen. As the image display device 26, a general display device such as a liquid crystal display or a CRT can be applied.
次に、図１〜図２、および図６を用いて、ダイビング中のダイバーＡの位置と、超音波マイクロフォン１８の位置との関係性について説明する。図６は、ダイバーＡと超音波マイクロフォン１８の座標を示す図であって、図２に対応する図である。なお、図６においては、理解の容易の観点から、超音波受信装置２１を拡大して示している。また、以下の説明においては、超音波マイクロフォン１８０の位置を原点Ｏ（０，０，０）とし、母船Ｓの進行方向であるＸ方向、進行方向Ｘに直交する水平方向であるＹ方向、海の深さ方向であるＺ方向を基準として、座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を規定するものとする。 Next, the relationship between the position of the diver A during diving and the position of the ultrasonic microphone 18 will be described with reference to FIGS. 1 to 2 and FIG. 6. FIG. 6 is a diagram illustrating the coordinates of the diver A and the ultrasonic microphone 18, and corresponds to FIG. In FIG. 6, the ultrasonic receiving device 21 is shown enlarged from the viewpoint of easy understanding. In the following description, the position of the ultrasonic microphone 180 is the origin O (0, 0, 0), the X direction that is the traveling direction of the mother ship S, the Y direction that is the horizontal direction orthogonal to the traveling direction X, and the sea The coordinates (X, Y, Z) shall be defined with reference to the Z direction, which is the depth direction.
図１〜図２、および図６を参照して、図示する使用状態においては、ダイバーＡは、座標α（ｘ，ｙ，ｚ）の位置でダイビングをしている。この場合、超音波マイクロフォン１８０の位置、すなわち原点Ｏから、ダイバーＡまでの距離Ｌ０は、以下の数式１に表わされる。 With reference to FIGS. 1 to 2 and FIG. 6, in the illustrated use state, diver A is diving at a position of coordinates α (x, y, z). In this case, a position L 0 from the position of the ultrasonic microphone 180, that is, the origin O to the diver A is expressed by the following Equation 1.
一方、上記したように、５個の超音波マイクロフォン１８は、水平に配置された基台部１９に取り付けられていることから、超音波マイクロフォン１８１の座標Ｐを（ｘ０，０，０）、超音波マイクロフォン１８２の座標Ｑを（０，ｙ０，０）と近似することができる（ｘ０，ｙ０は任意の定数）。 On the other hand, as described above, since the five ultrasonic microphones 18 are attached to the base unit 19 arranged horizontally, the coordinates P of the ultrasonic microphone 181 are set to (x 0 , 0 , 0), The coordinate Q of the ultrasonic microphone 182 can be approximated as (0, y 0 , 0) (x 0 and y 0 are arbitrary constants).
これにより、超音波マイクロフォン１８１からダイバーＡまでの距離Ｌ１は、以下の数式２として表される。 Accordingly, the distance L 1 from the ultrasonic microphone 181 to the diver A is expressed as the following formula 2.
また、超音波マイクロフォン１８２からダイバーＡまでの距離Ｌ２は、以下の数式３として表される。 Further, the distance L 2 from the ultrasonic microphone 182 to the diver A is expressed as Equation 3 below.
上記数式１〜数式３より、ダイバーＡの座標α（ｘ，ｙ，ｚ）は、ｘ０，ｙ０，Ｌ０〜Ｌ２を用いて、以下の数式４〜数式６に示すようにそれぞれ求められる。 From the above Equations 1 to 3, the coordinates α (x, y, z) of the diver A are respectively obtained as shown in Equations 4 to 6 below using x 0 , y 0 , and L 0 to L 2. It is done.
すなわち、ダイバーＡの水中における位置は、超音波マイクロフォン１８０，１８１，１８２の座標を基準とし、ダイバーＡから超音波マイクロフォン１８０〜１８２までの距離Ｌ０〜Ｌ２に基づいて求めることができる。 That is, the position of the diver A in water can be obtained based on the distances L 0 to L 2 from the diver A to the ultrasonic microphones 180 to 182 with reference to the coordinates of the ultrasonic microphones 180, 181 and 182.
なお、本説明においては、理解の容易の観点から、超音波マイクロフォン１８０，１８１，１８２を基準として座標α（ｘ，ｙ，ｚ）を求める場合について説明をしたが、超音波マイクロフォン１８３、１８４の座標およびダイバーＡまでの距離Ｌ３〜Ｌ４のパラメータをさらに追加して、座標α（ｘ，ｙ，ｚ）を計算することも可能である。このように、超音波マイクロフォン１８の数量を増加させ、座標α（ｘ，ｙ，ｚ）を計算するためのパラメータを増やすことによって、より高精度な位置探知を行うことができる反面、演算処理量が増大することとなるため、処理速度の低下に繋がることも考えられる。したがって、好ましくは、超音波受信装置２１は、水中位置探知システム１１の用途に応じて、距離Ｌｎの計算に用いる超音波マイクロフォン１８の数量を変更可能となるように構成される。 In this description, from the viewpoint of easy understanding, the case where the coordinates α (x, y, z) are obtained with reference to the ultrasonic microphones 180, 181, 182 has been described. It is also possible to calculate the coordinates α (x, y, z) by further adding parameters of coordinates and distances L 3 to L 4 to the diver A. As described above, by increasing the number of the ultrasonic microphones 18 and increasing the parameters for calculating the coordinates α (x, y, z), more accurate position detection can be performed. Therefore, the processing speed may be reduced. Therefore, preferably, the ultrasonic receiving device 21 is configured to be able to change the quantity of the ultrasonic microphones 18 used for calculating the distance L n according to the use of the underwater position detection system 11.
また、超音波マイクロフォン１８の座標は、実際上、船の揺れ等によって常に変動することとなる。したがって、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いて超音波マイクロフォン１８の絶対的な位置を記録し、これら位置情報に基づいて上記距離Ｌｎを計算する構成であってもよい。 In addition, the coordinates of the ultrasonic microphone 18 are always constantly fluctuating due to ship swaying. Thus, by using a GPS (Global Positioning System) to record the absolute position of the ultrasonic microphone 18, it may be configured to calculate the distance L n on the basis of these position information.
次に、図１〜図８を用いて、本実施形態に係る水中位置探知システム１１の具体的な動作について詳細に説明する。図７は、超音波発信器１４、発信同期信号出力部２２、および比較器２３１〜２３４における超音波信号の時間波形を示すグラフである。図８は、本実施形態に係る水中位置探知システム１１における水中位置探知方法のフローチャートを示す。なお、図７においては、理解の容易の観点から、超音波信号をパルスとして示しているが、上記超音波トランスデューサ１７の共振周波数に相当する超音波のＯＮ／ＯＦＦ信号等によって構成してもよい。 Next, specific operations of the underwater position detection system 11 according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 7 is a graph showing time waveforms of ultrasonic signals in the ultrasonic transmitter 14, the transmission synchronization signal output unit 22, and the comparators 231 to 234. FIG. 8 shows a flowchart of the underwater position detection method in the underwater position detection system 11 according to the present embodiment. In FIG. 7, from the viewpoint of easy understanding, the ultrasonic signal is shown as a pulse, but it may be constituted by an ultrasonic ON / OFF signal corresponding to the resonance frequency of the ultrasonic transducer 17. .
図１〜図８を参照して、ダイバーＡに取り付けられた超音波発信装置１２において、超音波発振器１４が所定の周期Ｔの超音波信号を生成し、増幅器１６および超音波トランスデューサ１７を介して水中に超音波２０を発信する（ステップＡ）。 1 to 8, in the ultrasonic transmission device 12 attached to the diver A, the ultrasonic oscillator 14 generates an ultrasonic signal having a predetermined period T and passes through the amplifier 16 and the ultrasonic transducer 17. The ultrasonic wave 20 is transmitted into the water (Step A).
超音波発信装置１２から発信された超音波２０は、超音波マイクロフォン１８０〜１８４によって受信され、電気的な超音波信号として、それぞれの超音波マイクロフォン１８０〜１８４に対応する比較器２３０〜２３４へと出力される（ステップＢ）。 The ultrasonic waves 20 transmitted from the ultrasonic transmission device 12 are received by the ultrasonic microphones 180 to 184 and are sent as electric ultrasonic signals to the comparators 230 to 234 corresponding to the respective ultrasonic microphones 180 to 184. Is output (step B).
比較器２３０〜２３４に入力された各超音波信号は、発信同期信号出力部２２から送られる発信同期信号２２Ｓと比較され、当該二つの信号の時間差τが検出される（ステップＣ）。より具体的には、図７に示すように、比較器２３１においては、発信同期信号２２Ｓと超音波マイクロフォン１８１によって受信された超音波信号との間の時間差τ１が検出される。同様にして、比較器２３２においては超音波マイクロフォン１８２によって受信された超音波信号との時間差τ２、比較器２３０においては超音波マイクロフォン１８０によって受信された超音波信号との時間差τ０、比較器２３３においては超音波マイクロフォン１８３によって受信された超音波信号との時間差τ３、比較器２３４においては超音波マイクロフォン１８４によって受信された超音波信号との時間差τ４が、それぞれ検出される。そして、時間差τ０〜τ４に関する情報が、距離演算装置２４に出力される。 Each ultrasonic signal input to the comparators 230 to 234 is compared with the transmission synchronization signal 22S sent from the transmission synchronization signal output unit 22, and the time difference τ between the two signals is detected (step C). More specifically, as shown in FIG. 7, the comparator 231 detects the time difference τ 1 between the transmission synchronization signal 22S and the ultrasonic signal received by the ultrasonic microphone 181. Similarly, the comparator 232 has a time difference τ 2 from the ultrasonic signal received by the ultrasonic microphone 182, and the comparator 230 has a time difference τ 0 from the ultrasonic signal received by the ultrasonic microphone 180, the comparator in 233 the time difference tau 3 between the ultrasonic signal received by the ultrasonic microphone 183, the comparator 234 is the time difference tau 4 of the ultrasonic signal received by the ultrasonic microphone 184, are detected. Then, information regarding the time differences τ 0 to τ 4 is output to the distance calculation device 24.
次いで、距離演算装置２４において、それぞれの比較器２３０〜２３４から出力された時間差τ０〜τ４に基づいて、ダイバーＡとそれぞれの超音波マイクロフォン１８０〜１８４との間の距離を計算する（ステップＤ）。ここで、上記したように、超音波発振器１４により生成される超音波信号と、発信同期信号２２Ｓとは、完全に同期している。したがって、入力された時間差τ０〜τ４は、超音波発信装置１２から発信された超音波２０が各超音波マイクロフォン１８０〜１８４に到達するまでに要した時間とほぼ同一であるとみなすことができる。これにより、ダイバーＡから超音波マイクロフォン１８０までの距離Ｌ０は、Ｌ０＝τ０×ｃ（水中音速値≒１５００ｍ／ｓ）として求めることができる。同様に、Ｌ１＝τ１×ｃ，Ｌ２＝τ２×ｃ，Ｌ３＝τ３×ｃ，Ｌ４＝τ４×ｃとして、それぞれ求めることができる。これら距離Ｌ０〜Ｌ４に関する情報が、座標演算装置２５に出力される。 Next, the distance calculation unit 24 calculates the distance between the diver A and the respective ultrasonic microphones 180 to 184 based on the time differences τ 0 to τ 4 output from the respective comparators 230 to 234 (steps). D). Here, as described above, the ultrasonic signal generated by the ultrasonic oscillator 14 and the transmission synchronization signal 22S are completely synchronized. Therefore, the input time differences τ 0 to τ 4 can be regarded as substantially the same as the time required for the ultrasonic waves 20 transmitted from the ultrasonic transmission device 12 to reach the ultrasonic microphones 180 to 184. it can. Thereby, the distance L 0 from the diver A to the ultrasonic microphone 180 can be obtained as L 0 = τ 0 × c (underwater sound velocity value≈1500 m / s). Similarly, L 1 = τ 1 × c, L 2 = τ 2 × c, L 3 = τ 3 × c, and L 4 = τ 4 × c, respectively. Information regarding these distances L 0 to L 4 is output to the coordinate calculation device 25.
次いで、座標演算装置２５において、上記数式４〜数式６に示した方法によって、ダイバーＡの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が、予め記憶された超音波マイクロフォン１８０〜１８４の座標情報と、入力された距離Ｌ０〜Ｌ４の情報とに基づいて計算される。そして、ダイバーＡの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）に関する情報を、画像表示装置２６に出力する（ステップＥ）。 Next, in the coordinate calculation device 25, the three-dimensional coordinates (x, y, z) of the diver A are stored in advance as coordinate information of the ultrasonic microphones 180 to 184 by the methods shown in the equations 4 to 6. It is calculated based on the information of the input distances L 0 to L 4 . Then, information regarding the three-dimensional coordinates (x, y, z) of the diver A is output to the image display device 26 (step E).
次いで、画像表示装置２６の画面上に、ダイバーＡの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）をプロットし、母船Ｓから見たダイバーＡの位置を画像に表示する（ステップＦ）。このとき、視認性の観点から、ダイバーＡの位置が、３次元的に表示されることが好ましい。 Next, the three-dimensional coordinates (x, y, z) of the diver A are plotted on the screen of the image display device 26, and the position of the diver A viewed from the mother ship S is displayed on the image (step F). At this time, it is preferable that the position of the diver A is displayed three-dimensionally from the viewpoint of visibility.
このように、本実施形態に係る水中位置探知システム１１によれば、母船Ｓにいる監督人が、ダイバーＡの水中における位置を、正確且つ容易に確認することが可能となる。したがって、ダイバーＡが、誤って母船から遠くに流されてしまいそうになった場合、監督人が迅速に対処することができるようになるため、ダイバーの安全を効果的に確保することができる。 As described above, according to the underwater position detection system 11 according to the present embodiment, a supervisor in the mother ship S can accurately and easily confirm the position of the diver A in the water. Therefore, when the diver A is likely to be swept away from the mother ship by mistake, the supervisor can quickly cope with it, so that the safety of the diver can be effectively ensured.
なお、本実施形態においては、超音波発信装置１２から発信された超音波２０が各超音波マイクロフォン１８に到達するまでに要した時間τを、発信同期信号出力部２２により生成された発振同期信号２２Ｓと、超音波マイクロフォン１８によって受信された超音波信号とを比較することによって検出する場合について述べた。しかしながら、これに限らず、超音波発信装置１２が、超音波を発信した時刻を記録し、その情報を発信同期信号として超音波信号に包含させる構成としてもよい。発信同期信号を超音波信号に包含させる方法としては、例えば、搬送波を発信同期信号によって変調することが考えられる。この場合においては、船側受信装置１３が超音波を受信した時刻を記録する計時部を、船側受信装置１３にさらに設け、受信した発信同期信号に含まれる超音波発信時刻と、超音波受信時刻とを比較することによって、上記時間τを検出することができる。 In the present embodiment, the time τ required for the ultrasonic wave 20 transmitted from the ultrasonic transmission device 12 to reach each ultrasonic microphone 18 is the oscillation synchronization signal generated by the transmission synchronization signal output unit 22. The case where detection is performed by comparing 22S and the ultrasonic signal received by the ultrasonic microphone 18 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the ultrasonic transmission device 12 may record the time at which the ultrasonic waves are transmitted, and the information may be included in the ultrasonic signals as transmission synchronization signals. As a method of including the transmission synchronization signal in the ultrasonic signal, for example, it is conceivable to modulate the carrier wave with the transmission synchronization signal. In this case, the ship-side receiving device 13 is further provided with a timer unit that records the time when the ship-side receiving device 13 receives the ultrasonic waves, and the ultrasonic transmission time included in the received transmission synchronization signal, the ultrasonic reception time, The time τ can be detected by comparing.
また、上記周期Ｔは、ダイビングする範囲に応じて適宜設定される構成としてもよい。すなわち、図７に示すτ１〜τ４を正確に検出するためには、周期Ｔの間に超音波マイクロフォン１８０〜１８４によって超音波２０が検出される必要がある。ここで、水中音速ｃは、約１５００ｍ／ｓである。したがって、周期Ｔは、ダイビング範囲と水中音速ｃとを考慮し、周期Ｔの間に超音波２０が検出されるように適宜設定可能とすることが望ましい。 Further, the period T may be appropriately set according to the diving range. That is, in order to accurately detect τ 1 to τ 4 shown in FIG. 7, the ultrasonic wave 20 needs to be detected by the ultrasonic microphones 180 to 184 during the period T. Here, the underwater sound velocity c is about 1500 m / s. Therefore, it is desirable that the period T can be appropriately set so that the ultrasonic wave 20 is detected during the period T in consideration of the diving range and the underwater sound speed c.
また、本実施形態においては、理解の容易の観点から、ダイバーが一人である場合について説明したが、複数のダイバーにそれぞれ超音波発信装置を取り付け、複数のダイバーの位置を探知することも可能である。この場合は、複数の超音波発信装置１２が、それぞれ異なる信号の超音波を発信することによって、複数のダイバーの位置を探知することができる。異なる信号の超音波の実施例としては、発振する周波数をそれぞれ異ならせることや、矩形波、三角波、正弦波のように、それぞれ異なる波形の信号を発信すること等、様々な形態が考えられる。 Further, in the present embodiment, from the viewpoint of easy understanding, the case where there is one diver has been described, but it is also possible to detect the positions of a plurality of divers by attaching an ultrasonic transmission device to each of the plurality of divers. is there. In this case, the plurality of ultrasonic transmission devices 12 can detect the positions of the plurality of divers by transmitting ultrasonic waves of different signals. As examples of ultrasonic waves having different signals, various forms are conceivable, such as making the oscillating frequencies different, and transmitting signals having different waveforms such as rectangular waves, triangular waves, and sine waves.
好ましくは、比較装置２３は、船の前方側からの超音波信号のみに関して、上記発信同期信号２２Ｓと比較し、当該二つの信号の時間差を出力する。この構成によれば、距離計算のための演算処理数を減じることができるため、演算処理速度を高速化することが可能となる。また、より少ない超音波マイクロフォン１８によってダイバーの位置を探知可能となるため、水中位置探知システム１１の構成をより簡略化することができる。すなわち、水中位置探知システム１１の製造コストを低減することができる。船の前方側からの超音波信号のみを検知する手段としては、超音波マイクロフォン１８１によって受信された超音波と、超音波マイクロフォン１８４とによって受信された超音波との時間差を、比較装置２３において検出することによって実現可能である。そして、比較装置２３から、船Ｓの前方側からの超音波信号のみに係る時間差情報を出力することによって、演算処理数を減じることが可能である。 Preferably, the comparison device 23 compares only the ultrasonic signal from the front side of the ship with the transmission synchronization signal 22S and outputs the time difference between the two signals. According to this configuration, the number of calculation processes for distance calculation can be reduced, so that the calculation processing speed can be increased. Further, since the position of the diver can be detected with fewer ultrasonic microphones 18, the configuration of the underwater position detection system 11 can be further simplified. That is, the manufacturing cost of the underwater position detection system 11 can be reduced. As a means for detecting only the ultrasonic signal from the front side of the ship, the comparison device 23 detects the time difference between the ultrasonic wave received by the ultrasonic microphone 181 and the ultrasonic wave received by the ultrasonic microphone 184. This is possible by doing. Then, by outputting the time difference information relating only to the ultrasonic signal from the front side of the ship S from the comparison device 23, it is possible to reduce the number of calculation processes.
また、適用する超音波マイクロフォンを二つとし、上記ダイバーＡの二次元座標（ｘ，ｙ）のみを計算するように構成してもよい。これにより、水中位置探知システム１１の構成をさらに簡略化することができるため、水中位置探知システム１１の製造コストをより低減することができる。 Alternatively, two ultrasonic microphones may be applied, and only the two-dimensional coordinates (x, y) of the diver A may be calculated. Thereby, since the structure of the underwater position detection system 11 can be further simplified, the manufacturing cost of the underwater position detection system 11 can be further reduced.
また、本実施形態においては、基台部１９が略水平に設けられている場合について述べたが、これに限らず、傾斜して設けられていてもよい。また、超音波マイクロフォン１８が、十字状に配列するように取り付けられている場合について述べたが、これに限らず、超音波マイクロフォン１８は、基台部１９の如何なる位置に取り付けられていてもよい。 Moreover, although the case where the base part 19 was provided substantially horizontally was described in this embodiment, it is not restricted to this, You may provide incline. Moreover, although the case where the ultrasonic microphones 18 are attached so as to be arranged in a cross shape has been described, the present invention is not limited to this, and the ultrasonic microphone 18 may be attached at any position of the base unit 19. .
次に、図９を用いて、本発明の他の実施形態に係る水中位置探知システム３１について説明する。図９は、本発明の他の実施形態に係る水中位置探知システム３１を構成する超音波発信装置３２のブロック図を示す。なお、上記の実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。 Next, an underwater position detection system 31 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a block diagram of an ultrasonic transmission device 32 constituting an underwater position detection system 31 according to another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the member similar to said embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
図９を参照して、本発明の他の実施形態に係る水中位置探知システム３１は、ダイバーＡに取り付けられる超音波発信装置３２と、図１に示す船側受信装置１３とを備える。 Referring to FIG. 9, an underwater position detection system 31 according to another embodiment of the present invention includes an ultrasonic transmission device 32 attached to a diver A and a ship-side reception device 13 illustrated in FIG. 1.
超音波発信装置３２は、上記実施形態に係る超音波発振器１４、発振周期制御部１５、増幅器１６、および超音波トランスデューサ１７に加えて、ダイバーＡの位置の水深を計測することが可能な水深計３３と、超音波発振器１４から出力された超音波信号を、水深計３３によって計測された水深情報を含む信号によって変調する変調器３４とをさらに有する。 In addition to the ultrasonic oscillator 14, the oscillation cycle control unit 15, the amplifier 16, and the ultrasonic transducer 17 according to the above embodiment, the ultrasonic transmission device 32 is a water depth meter that can measure the water depth at the position of the diver A. 33 and a modulator 34 that modulates the ultrasonic signal output from the ultrasonic oscillator 14 with a signal including water depth information measured by the water depth gauge 33.
本実施形態においては、上記のように、水深計３３によってダイバーＡの位置の水深が計測される。そして、水深計３３より水深情報信号が出力され、変調器３４に送られる。次いで、変調器３４において、超音波発振器１４から出力された超音波信号が、水深情報信号によって変調され、超音波信号に水深情報信号が包含される。このように変調された超音波信号は、増幅器１６および超音波トランスデューサ１７を介して、水中超音波２０として放射される。 In the present embodiment, as described above, the water depth at the position of the diver A is measured by the water depth gauge 33. Then, a water depth information signal is output from the water depth gauge 33 and sent to the modulator 34. Next, in the modulator 34, the ultrasonic signal output from the ultrasonic oscillator 14 is modulated by the water depth information signal, and the water depth information signal is included in the ultrasonic signal. The ultrasonic signal thus modulated is radiated as the underwater ultrasonic wave 20 via the amplifier 16 and the ultrasonic transducer 17.
船側受信装置１３に受信された超音波信号は、上記実施形態と同様に、比較装置２３を介して時間差τ０〜τ４が検出される。ここで、本実施形態に係る比較装置２３は、受信した超音波信号に含まれる水深情報信号を復調する復調部（図示せず）をさらに有する。そして、この復調部によって超音波信号から水深情報を取り出し、上記時間差τ０〜τ４の情報とともに、距離演算装置２４へと出力される。 In the ultrasonic signal received by the ship-side receiving device 13, time differences τ 0 to τ 4 are detected via the comparison device 23 as in the above embodiment. Here, the comparison device 23 according to the present embodiment further includes a demodulation unit (not shown) that demodulates the water depth information signal included in the received ultrasonic signal. Then, the demodulator extracts water depth information from the ultrasonic signal and outputs it to the distance calculation device 24 together with the information of the time differences τ 0 to τ 4 .
距離演算装置２４において距離Ｌ０〜Ｌ４が計算され、上記水深情報とともに座標演算装置２５へと送信される。そして、座標演算装置２５において、ダイバーＡの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を、超音波マイクロフォン１８０〜１８４の座標情報と、入力された距離Ｌ０〜Ｌ４の情報と、上記水深情報とに基づいて計算する。このようにして得られたダイバーＡの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が、画像表示装置２６に出力される。 The distances L 0 to L 4 are calculated in the distance calculation device 24 and transmitted to the coordinate calculation device 25 together with the water depth information. Then, the coordinate calculation unit 25, the three-dimensional coordinates of the diver A (x, y, z) and a coordinate information of the ultrasonic microphone 180-184, and the distance L 0 ~L 4 entered information, the depth information Calculate based on and. The three-dimensional coordinates (x, y, z) of the diver A thus obtained are output to the image display device 26.
このように、本実施形態によれば、ダイバーＡの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を計算するに際し、距離Ｌ０〜Ｌ４に加えて、ダイバーＡの水深情報に基づいて３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を計算することが可能となる。すなわち、ダイバーＡの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を特定するためのパラメータが、さらに１次元追加されることとなるため、ダイバーＡの位置探知の精度を、より向上させることができる。また、座標計算のためのパラメータが１次元追加されることによって、より少ない超音波マイクロフォン１８によってダイバーＡの位置探知を行うことが可能となる。 Thus, according to the present embodiment, when calculating the three-dimensional coordinates (x, y, z) of the diver A, in addition to the distances L 0 to L 4 , the three-dimensional coordinates are based on the water depth information of the diver A. (X, y, z) can be calculated. That is, since a parameter for specifying the three-dimensional coordinates (x, y, z) of the diver A is further added in one dimension, the position detection accuracy of the diver A can be further improved. Further, by adding one-dimensional parameters for coordinate calculation, it is possible to detect the position of the diver A with fewer ultrasonic microphones 18.
なお、上記変調器における変調方式は、アナログ変調、ディジタル変調、ＰＷＭ変調のいずれであってもよい。また、変調方式としては、ＡＭ変調、ＦＭ変調、ＰＭ変調、ＰＷＭ、ＡＳＫ、ＰＳＫ、ＱＡＭ等の如何なる変調方式であってもよい。 The modulation method in the modulator may be any of analog modulation, digital modulation, and PWM modulation. Further, the modulation method may be any modulation method such as AM modulation, FM modulation, PM modulation, PWM, ASK, PSK, QAM or the like.
また、本実施形態においては、上記水深情報を、変調によって超音波信号に包含させる方法について説明したが、これに限らず、その他如何なる方法によって水深情報を超音波信号に包含させてもよい。 In the present embodiment, the method of including the water depth information in the ultrasonic signal by modulation has been described. However, the present invention is not limited to this, and the water depth information may be included in the ultrasonic signal by any other method.
また、本実施形態においては、超音波発振器１４が、周期Ｔ秒の超音波信号を発振するように構成された場合について述べたが、これに限らず、任意波形信号を周期的にＯＮ／ＯＦＦするような構成であってもよい。 In the present embodiment, the ultrasonic oscillator 14 is configured to oscillate an ultrasonic signal having a period of T seconds. However, the present invention is not limited to this, and an arbitrary waveform signal is periodically turned ON / OFF. Such a configuration may be adopted.
次に、図１０〜図１３を用いて、本発明のさらに他の実施形態に係る水中位置探知システム４１について説明する。図１０は、本発明のさらに他の実施形態に係る水中位置探知システム４１を構成する船側受信装置４３を示す外観図であって、図１に対応する図である。図１１は、図１０に示す超音波受信装置４２を拡大して示す拡大図である。図１２は、単一指向性を有する超音波マイクロフォンの典型的な指向特性を示す。図１３は、本発明のさらに他の実施形態に係る船側受信装置４３のブロック図を示す。なお、上記の実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。 Next, an underwater position detection system 41 according to still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is an external view showing a ship-side receiving device 43 constituting an underwater position detection system 41 according to still another embodiment of the present invention, and corresponds to FIG. FIG. 11 is an enlarged view showing the ultrasonic receiver 42 shown in FIG. FIG. 12 shows typical directional characteristics of an ultrasonic microphone having unidirectionality. FIG. 13 is a block diagram of a ship-side receiving device 43 according to still another embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the member similar to said embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
図１０〜図１３を参照して、本発明の他の実施形態に係る水中位置探知システム４１は、図１に示す超音波発信装置１２と、母船Ｓに設けられる船側受信装置４３とを備える。 With reference to FIGS. 10 to 13, an underwater position detection system 41 according to another embodiment of the present invention includes the ultrasonic transmission device 12 illustrated in FIG. 1 and a ship-side reception device 43 provided in the mother ship S.
船側受信装置４３は、複数の超音波マイクロフォン４８を有する超音波受信装置４２と、上記実施形態に係る発信同期信号出力部２２、距離演算装置２４、座標演算装置２５、および画像表示装置２６と、発信同期信号２２Ｓと受信した超音波信号との間の時間差とともに、超音波信号の振幅を検出可能な比較装置５３とを備える。 The ship-side receiving device 43 includes an ultrasonic receiving device 42 having a plurality of ultrasonic microphones 48, a transmission synchronization signal output unit 22, a distance calculating device 24, a coordinate calculating device 25, and an image display device 26 according to the above embodiment, A comparator 53 capable of detecting the amplitude of the ultrasonic signal as well as the time difference between the transmission synchronization signal 22S and the received ultrasonic signal is provided.
本実施形態に係る超音波受信装置４２は、ｎ個の超音波マイクロフォン４８０〜４８ｎと、超音波マイクロフォン４８０〜４８ｎが取り付けられた基台部４９とから構成されている。基台部４９は、半球形状の高剛性部材であって、母船Ｓの底部に固定されている。基台部４９の表面上には、複数の超音波マイクロフォン４８が、等間隔に配列するように取り付けられている。 The ultrasonic receiving apparatus 42 according to the present embodiment is composed of n ultrasonic microphones 480 to 48n and a base portion 49 to which the ultrasonic microphones 480 to 48n are attached. The base 49 is a hemispherical high-rigidity member, and is fixed to the bottom of the mother ship S. On the surface of the base portion 49, a plurality of ultrasonic microphones 48 are attached so as to be arranged at equal intervals.
ここで、本実施形態に係る超音波マイクロフォン４８としては、比較的に鋭い単一指向性を有する超音波センサによって構成される。ここで、このような単一指向性マイクロフォンの指向特性について簡単に説明する。単一指向性を有するマイクロフォンは、図１２に示すように、マイクロフォンの正面方向Ｆ（集音方向）の領域の感度が特に高くなっており、Ｆ方向からずれていくにつれて、感度Ｅが急激に減衰する特性を有するものである。すなわち、このような指向特性を有する超音波マイクロフォン４８は、集音方向に相当する領域の超音波を高感度で集音することが可能である。 Here, the ultrasonic microphone 48 according to the present embodiment is configured by an ultrasonic sensor having a relatively sharp unidirectionality. Here, the directivity characteristics of such a unidirectional microphone will be briefly described. As shown in FIG. 12, the unidirectional microphone has a particularly high sensitivity in the area in the front direction F (sound collecting direction) of the microphone, and the sensitivity E rapidly increases as the position deviates from the F direction. It has a characteristic to attenuate. That is, the ultrasonic microphone 48 having such directivity can collect ultrasonic waves in a region corresponding to the sound collection direction with high sensitivity.
ここで、超音波マイクロフォン４８の数量および集音方向は、超音波マイクロフォン４８の合成集音領域がダイビング領域を全て包含するように、適宜設定される。この構成によれば、母船Ｓから見たダイバーＡの方向を、最も大きな音圧を計測した超音波マイクロフォンが向いている方向によって特定することができる。すなわち、図１１に示すように、例えば超音波マイクロフォン４８ｎが、ダイバーＡから発信された超音波を最も高感度で計測した場合においては、超音波マイクロフォン４８ａの集音方向Ｄｎによって、ダイバーＡの方向をある程度特定することが可能となる。 Here, the quantity and the sound collection direction of the ultrasonic microphones 48 are appropriately set so that the synthesized sound collection area of the ultrasonic microphone 48 includes the entire diving area. According to this configuration, the direction of the diver A viewed from the mother ship S can be specified by the direction in which the ultrasonic microphone that measures the largest sound pressure is facing. That is, as shown in FIG. 11, for example, ultrasonic microphone 48n is, when measured at the highest sensitivity ultrasonic wave transmitted from the diver A is the sound collecting direction D n of the ultrasonic microphone 48a, divers A It becomes possible to specify the direction to some extent.
本実施形態に係る比較装置５３は、超音波マイクロフォン４８０〜４８ｎに対応するように、ｎ個の比較器５３０〜５３ｎから構成され、それぞれの比較器には、超音波マイクロフォン４８から入力された超音波信号の振幅を検出可能な振幅検出部が設けられている。比較装置５３は、発信同期信号２２Ｓと、受信した超音波信号との間の時間差τとともに、振幅検出部によって当該超音波信号の振幅を検出し、それらの情報を距離演算装置２４へと出力する。 The comparison device 53 according to the present embodiment includes n comparators 530 to 53n so as to correspond to the ultrasonic microphones 480 to 48n, and each of the comparators includes an ultrasonic signal input from the ultrasonic microphone 48. An amplitude detector that can detect the amplitude of the sound wave signal is provided. The comparison device 53 detects the amplitude of the ultrasonic signal together with the time difference τ between the transmission synchronization signal 22S and the received ultrasonic signal, and outputs the information to the distance calculation device 24. .
以下、本実施形態に係る水中位置探知システム４１の動作について説明する。超音波マイクロフォン４８０〜４８ｎによって受信された超音波信号は、上記実施形態と同様に、それぞれの超音波マイクロフォンに対応する比較器５３０〜５３ｎに出力される。そして、比較器５３０〜５３ｎにおいて、発信同期信号２２Ｓと、対応する各超音波マイクロフォン４８０〜４８ｎから出力された超音波信号との時間差τ０〜τｎを検出する。これとともに、振幅検出部によって、それぞれの超音波信号の振幅ａ１〜ａｎを検出する。このようにして得られた時間差τ０〜τｎおよび振幅ａ１〜ａｎに係る情報が、距離演算装置２４へと出力される。 Hereinafter, the operation of the underwater position detection system 41 according to the present embodiment will be described. The ultrasonic signals received by the ultrasonic microphones 480 to 48n are output to the comparators 530 to 53n corresponding to the respective ultrasonic microphones as in the above embodiment. Then, the comparators 530 to 53n detect time differences τ 0 to τ n between the transmission synchronization signal 22S and the ultrasonic signals output from the corresponding ultrasonic microphones 480 to 48n. Along with this, the amplitude detector detects an amplitude a 1 ~a n of each of the ultrasound signal. Information Thus according to the time difference τ 0 ~τ n and amplitude a 1 ~a n obtained is output to the distance calculation unit 24.
距離演算装置２４において、時間差τ０〜τｎに基づいて距離Ｌ０〜Ｌｎが計算される。それとともに、上記振幅ａ１〜ａｎが比較され、最も大きい振幅が検出された超音波マイクロフォン４８ｎが特定される。このようにして得られた超音波マイクロフォン４８ｎの集音方向Ｄｎおよび距離Ｌ０〜Ｌｎに係る情報とが、座標演算装置２５へと出力される。 In distance computing device 24, the distance L 0 ~L n is calculated on the basis of the time difference τ 0 ~τ n. At the same time, the amplitudes a 1 to an are compared, and the ultrasonic microphone 48 n in which the largest amplitude is detected is specified. Information regarding the sound collection direction D n and the distances L 0 to L n of the ultrasonic microphone 48 n thus obtained is output to the coordinate calculation device 25.
そして、座標演算装置２５において、ダイバーＡの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が、超音波マイクロフォン４８ｎの集音方向Ｄｎと、その超音波マイクロフォン４８ｎとダイバーＡとの間の距離Ｌｎとに基づいて計算される。このようにして得られたダイバーＡの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）が、画像表示装置２６に出力され、画像表示される。 In the coordinate calculation device 25, the three-dimensional coordinates (x, y, z) of the diver A are the sound collection direction D n of the ultrasonic microphone 48n and the distance L n between the ultrasonic microphone 48n and the diver A. And calculated based on The three-dimensional coordinates (x, y, z) of the diver A thus obtained are output to the image display device 26 and displayed as an image.
本実施形態によれば、母船Ｓから見たダイバーＡの地点の方向を、最も大きな音圧を計測した超音波マイクロフォン４８ｎが向いている方向Ｄｎによって特定することができるとともに、ダイバーＡと当該超音波マイクロフォン４８ｎとの間の距離Ｌｎを、上記した方法によって特定することができる。これにより、ダイバーの３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）を効果的に特定することが可能となる。 According to the present embodiment, the direction of the point of the diver A viewed from the mother ship S can be specified by the direction D n in which the ultrasonic microphone 48n that has measured the largest sound pressure is facing, the distance L n between the ultrasonic microphone 48n, may be identified by the methods described above. This makes it possible to effectively specify the diver's three-dimensional coordinates (x, y, z).
なお、本実施形態においては、超音波マイクロフォン４８が、半球形状の基台部４９の表面上に取り付けられている場合について述べたが、これに限らず、超音波マイクロフォン４８の集音領域がダイバーＡのダイビング領域を包含する配置であれば、基台部は、如何なる形状であってもよい。 In this embodiment, the case where the ultrasonic microphone 48 is mounted on the surface of the hemispherical base 49 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the sound collection region of the ultrasonic microphone 48 is a diver. As long as the arrangement includes the diving area A, the base may have any shape.
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range as the present invention or within an equivalent range.
本発明は、ダイバーの水中における位置を母船から確実に探知することができる水中位置探知システムを提供するものであって、ダイビング装置に係る産業に広く利用される。 The present invention provides an underwater position detection system that can reliably detect the position of a diver in water from a mother ship, and is widely used in industries related to diving equipment.
１１，３１，４１ 水中位置探知システム、１２，３２ 超音波発信装置、１３，４３ 船側受信装置、１４ 超音波発振器、１５ 発振周期制御部、１６ 増幅器、１７ 超音波トランスデューサ、１８，１８０，１８１，１８２，１８３，１８４，４８，４８ａ，４８ｎ 超音波マイクロフォン、１９，４９ 基台部、２０ 超音波、２１，４２ 超音波受信装置、２２ 発信同期信号出力部、２２Ｓ 発信同期信号、２３，５３ 比較装置、２３０，２３１，２３２，２３３，２３４，５３０，５３１，５３ｎ 比較器、２４ 距離演算装置、２５ 座標演算装置、２６ 画像表示装置、３３ 水深計、３４ 変調器。 11, 31, 41 Underwater position detection system, 12, 32 ultrasonic transmission device, 13, 43 ship side reception device, 14 ultrasonic oscillator, 15 oscillation period control unit, 16 amplifier, 17 ultrasonic transducer, 18, 180, 181, 182, 183, 184, 48, 48a, 48n Ultrasonic microphone, 19, 49 base, 20 ultrasonic, 21, 42 ultrasonic receiver, 22 transmission synchronization signal output, 22S transmission synchronization signal, 23, 53 comparison Device, 230, 231, 232, 233, 234, 530, 531, 53n Comparator, 24 distance computing device, 25 coordinate computing device, 26 image display device, 33 depth gauge, 34 modulator.
Claims (6)
前記超音波発信手段は、所定の周期で超音波を発信し、
前記船側受信手段は、
略水平面上に配置され、船の進行方向をＸ方向、前記進行方向に直交する方向をＹ方向とした場合に、ＸＹ座標の原点に位置する第１の超音波マイクロフォンと、Ｘ軸上に位置する第２の超音波マイクロフォンと、Ｙ軸上に位置する第３の超音波マイクロフォンとを少なくとも有し、前記超音波を受信する超音波受信手段と、
前記所定の周期と同期した発信同期信号を生成する発信同期信号出力手段と、
前記発信同期信号出力手段より出力された前記発信同期信号と、前記第１〜第３の超音波マイクロフォンによって受信された超音波信号とを比較し、超音波マイクロフォンごとに、当該二つの信号の時間差を出力する比較手段と、
前記比較手段によって出力された時間差と、水中音速値とに基づいて、ダイバーと前記第１〜第３の超音波マイクロフォンとの間の距離をそれぞれ計算する距離演算手段と、
予め記憶された前記第１〜第３の超音波マイクロフォンの座標情報と、前記距離演算手段によって超音波マイクロフォンごとに計算された距離とに基づいて、ダイバーの３次元座標を計算する座標演算手段と、
前記座標演算手段から出力されたダイバーの座標を画像に表示する画像表示手段と、を有する、水中位置探知システム。 An underwater position detection system for detecting an ultrasonic wave transmitted from an ultrasonic wave transmission means attached to a diver side by a ship side reception means provided on the ship side and detecting a position of the diver in the water,
The ultrasonic transmission means transmits ultrasonic waves at a predetermined cycle,
The ship-side receiving means is
A first ultrasonic microphone located at the origin of the XY coordinates and a position on the X-axis when the ship traveling direction is the X direction and the direction orthogonal to the traveling direction is the Y direction. An ultrasonic receiving means for receiving at least the second ultrasonic microphone and at least a third ultrasonic microphone located on the Y axis;
A transmission synchronization signal output means for generating a transmission synchronization signal synchronized with the predetermined period ;
The transmission synchronization signal output from the transmission synchronization signal output means is compared with the ultrasonic signals received by the first to third ultrasonic microphones, and for each ultrasonic microphone, the time difference between the two signals is compared. Comparing means for outputting
And time difference output by the comparison means, and distance calculation means on the basis of the water sound speed value, to calculate the distance between the the diver first to third ultrasonic microphone respectively,
And previously stored coordinate information of the first to third ultrasonic microphone, by the distance calculating means based on the distances calculated for each ultrasonic microphone, and coordinate calculation means for calculating three-dimensional coordinates of the diver ,
An underwater position detection system comprising: image display means for displaying diver coordinates output from the coordinate calculation means on an image.
前記座標演算手段は、前記水深情報をさらに用いて、ダイバーの３次元座標を計算する、請求項１に記載の水中位置探知システム。 The ultrasonic transmission means further includes a water depth measurement means for measuring the water depth of the diver, and transmits ultrasonic waves including water depth information.
Said coordinate calculating means further using the pre-Symbol depth information, calculates the three-dimensional coordinates of the diver underwater locator system of claim 1.
前記複数の超音波発信手段が、それぞれ異なる信号の超音波を発信することによって、複数のダイバーの位置を探知可能である、請求項１または２に記載の水中位置探知システム。 A plurality of ultrasonic transmission means;
The underwater position detection system according to claim 1 or 2 , wherein the plurality of ultrasonic transmission units can detect the positions of a plurality of divers by transmitting ultrasonic waves having different signals.
略水平面上に配置され、船の進行方向をＸ方向、前記進行方向に直交する方向をＹ方向とした場合に、ＸＹ座標の原点に位置する第１の超音波マイクロフォンと、Ｘ軸上に位置する第２の超音波マイクロフォンと、Ｙ軸上に位置する第３の超音波マイクロフォンとを少なくとも有し、前記超音波を受信する超音波受信手段と、
前記所定の周期と同期した発信同期信号を生成する発信同期信号出力手段と、
前記発信同期信号出力手段より出力された前記発信同期信号と、前記第１〜第３の超音波マイクロフォンによって受信された超音波信号とを比較し、超音波マイクロフォンごとに、当該二つの信号の時間差を出力する比較手段と、
前記比較手段によって出力された時間差と、水中音速値とに基づいて、ダイバーと前記第１〜第３の超音波マイクロフォンとの間の距離をそれぞれ計算する距離演算手段と、
予め記憶された前記第１〜第３の超音波マイクロフォンの座標情報と、前記距離演算手段によって超音波マイクロフォンごとに計算された距離とに基づいて、ダイバーの３次元座標を計算する座標演算手段と、
前記座標演算手段から出力されたダイバーの座標を画像に表示する画像表示手段と、を有する、船側受信装置。 Ship-side reception used in an underwater position detection system for detecting the position of a diver in water by receiving ultrasonic waves transmitted from an ultrasonic wave transmission means attached on the diver side at a predetermined cycle by a receiving means provided on the ship side. A device ,
A first ultrasonic microphone located at the origin of the XY coordinates and a position on the X-axis when the ship traveling direction is the X direction and the direction orthogonal to the traveling direction is the Y direction. An ultrasonic receiving means for receiving at least the second ultrasonic microphone and at least a third ultrasonic microphone located on the Y axis;
A transmission synchronization signal output means for generating a transmission synchronization signal synchronized with the predetermined period ;
The transmission synchronization signal output from the transmission synchronization signal output means is compared with the ultrasonic signals received by the first to third ultrasonic microphones, and for each ultrasonic microphone, the time difference between the two signals is compared. Comparing means for outputting
And time difference output by the comparison means, and distance calculation means on the basis of the water sound speed value, to calculate the distance between the the diver first to third ultrasonic microphone respectively,
And previously stored coordinate information of the first to third ultrasonic microphone, by the distance calculating means based on the distances calculated for each ultrasonic microphone, and coordinate calculation means for calculating three-dimensional coordinates of the diver ,
A ship-side receiving device comprising: an image display unit that displays the diver's coordinates output from the coordinate calculation unit on an image.
ダイバー側から所定の周期で超音波を発信するステップと、
略水平面上に配置され、船の進行方向をＸ方向、前記進行方向に直交する方向をＹ方向とした場合に、ＸＹ座標の原点に位置する第１の超音波マイクロフォンと、Ｘ軸上に位置する第２の超音波マイクロフォンと、Ｙ軸上に位置する第３の超音波マイクロフォンとによって前記超音波を受信するステップと、
前記所定の周期と同期した発信同期信号と、前記第１〜第３の超音波マイクロフォンによって受信された超音波信号とを比較し、超音波マイクロフォンごとに、当該二つの信号の時間差を出力するステップと、
出力された時間差と、水中音速値とに基づいて、ダイバーと前記第１〜第３の超音波マイクロフォンとの間の距離をそれぞれ計算するステップと、
予め記憶された前記第１〜第３の超音波マイクロフォンの座標情報と、超音波マイクロフォンごとに計算された距離とに基づいて、ダイバーの３次元座標を計算するステップと、
計算されたダイバーの３次元座標を画像に表示するステップと、を備える、水中位置探知方法。 An underwater position detection method for detecting an ultrasonic wave transmitted from a diver side on a ship side and detecting a diver position in the water,
Transmitting ultrasonic waves at a predetermined cycle from the diver side;
A first ultrasonic microphone located at the origin of the XY coordinates and a position on the X-axis when the ship traveling direction is the X direction and the direction orthogonal to the traveling direction is the Y direction. Receiving the ultrasonic waves by a second ultrasonic microphone and a third ultrasonic microphone located on the Y axis;
A step of comparing a transmission synchronization signal synchronized with the predetermined period and an ultrasonic signal received by the first to third ultrasonic microphones, and outputting a time difference between the two signals for each ultrasonic microphone. When,
Calculating each distance between the diver and the first to third ultrasonic microphones based on the output time difference and the underwater sound velocity value ;
A step of advance and stored coordinate information of the first to third ultrasonic microphone, based on the distances calculated for each ultrasonic microphone, to calculate the three-dimensional coordinates of divers,
Displaying the calculated three-dimensional coordinates of the diver on an image.
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