JP5920797B2 - Underwater acoustic observation equipment - Google Patents

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Description

本発明は、水中(たとえば、海、港湾、防波堤近傍、河川、湖等、以下、単に水中と記載する)に、構造物(物体)を沈めて構築する場合、あるいは消波装置等を正確な位置に設置する場合の水中音響観測装置に関するものである。本発明は、構造物あるいは消波装置等(たとえば、テトラポット−商標)を前記水中に沈めて構築する場合、正しい方位に設置することができる水中音響観測装置に関するものである。本発明は、水中における構造物(以下、本明細書において、水中に沈める物体を全て、単に、構造物と記載する)の方位、温度、位置、あるいは姿勢等を船上局と水中局の間で、ハンドシェイクすることなく、リアルタイムで即時知ることができる水中音響観測装置に関するものである。   In the present invention, when a structure (object) is submerged and constructed in water (for example, the sea, a port, the vicinity of a breakwater, a river, a lake, etc., hereinafter simply referred to as underwater) The present invention relates to an underwater acoustic observation apparatus when installed at a position. The present invention relates to an underwater acoustic observation apparatus that can be installed in a correct orientation when a structure, a wave-dissipating apparatus, or the like (for example, Tetrapot-Trademark) is built in the water. The present invention relates to the orientation, temperature, position, orientation, etc. of a structure in water (hereinafter, all objects submerged in water are simply referred to as structures) between the shipboard station and the underwater station. The present invention relates to an underwater acoustic observation apparatus that can be immediately known in real time without handshaking.

電波あるいは光は、水中に正確に届かないため、前記水中における構造物の状態を正確に観測することが困難であった。前記水中における構造物は、船上局から水中局に向けて発射された音響信号の返信信号を前記船上局で受信することによって測定が可能である。前記船上局と水中局との通信は、音響モデムと称されるシステムを使用し、双方において、変調された音響信号の送受信を行うことにより、0または1のデジタルデータを伝送する方式を採用している。   Since radio waves or light does not reach the water accurately, it is difficult to accurately observe the state of the structure in the water. The underwater structure can be measured by receiving a reply signal of an acoustic signal emitted from the shipboard station toward the underwater station. For communication between the shipboard station and the underwater station, a system called an acoustic modem is used, and a system for transmitting 0 or 1 digital data by transmitting and receiving a modulated acoustic signal in both sides is adopted. ing.

図3は従来例を説明するための図で、音響信号を使用して構造物の方位を知るための図である。図4は従来例を説明するための図で、音響信号を使用してテトラポットを水中に正確な位置に沈めるための方法を説明する図である。図3において、港湾あるいは河川等における船上の構造物14′は、クレーン31によって水中10に下ろされる。水中に入った前記構造物14は、目で直接見ることが困難であるため、音響信号等を使用した水中センサ112によって、方位が監視できるような状態にする必要がある。   FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional example, and is a diagram for knowing the orientation of a structure using an acoustic signal. FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional example, and is a diagram for explaining a method for sinking a tetrapot to an accurate position in water using an acoustic signal. In FIG. 3, the structure 14 ′ on the ship in a harbor or river is lowered to the water 10 by the crane 31. Since the structure 14 that has entered the water is difficult to see directly with the eyes, it is necessary to make it possible to monitor the direction by the underwater sensor 112 using an acoustic signal or the like.

前記水中センサ112によって決まる方位は、音響信号として船上の受信装置121によって受信される。前記構造物14は、連続して設置する場合、通常、図示されていない少なくとも一つの凹凸部によって連結され、固定されるようになっている。前記構造物14等は、常にリアルタイムの情報を基にして、前記凹凸部を正確な位置で、互いに嵌合することによる設置作業が要望されている。   The direction determined by the underwater sensor 112 is received as an acoustic signal by the receiving device 121 on the ship. When the structure 14 is continuously installed, it is usually connected and fixed by at least one uneven portion (not shown). The structure 14 or the like is always required to be installed by fitting the concave and convex portions to each other at an accurate position based on real-time information.

図4はテトラポットのような消波装置を沈めるためのものである。図4において、テトラポット41′は、クレーン31によって所定の位置で積み重ね合わせられる。前記テトラポット41′は、設置する際の向きや重ね方によって、消波効果に大きな相違が出てくる。前記構造物14またはテトラポット41に付けられた方位センサー112は、船上局12と互いに情報のやり取りを行うことにより、所望の位置に正確に設置することができる。   FIG. 4 is for sinking a wave-absorbing device such as a tetrapot. In FIG. 4, the tetrapots 41 ′ are stacked at a predetermined position by the crane 31. The tetrapot 41 'has a great difference in the wave-dissipating effect depending on the orientation and the way of stacking. The direction sensor 112 attached to the structure 14 or the tetrapot 41 can be accurately installed at a desired position by exchanging information with the shipboard station 12.

たとえば、船上局と複数の水中局との間の通信は、本出願人の提案した特願2013−102097号(平成25年5月14日出願)にかかる発明において、同じIDコードと同じ測距信号を一斉に送り、前記海上局からそれぞれ別々のIDコードと前記同じ測距信号を船上局に返信していた。前記水中音響測位システムは、送受信が行われる際に、互いの通信規定があり、正確なデータを得ることができるが、前記通信規定に従ったデータのやり取りに時間がかかり、前記港湾等における作業を行う場合に多くの問題点があった。   For example, in the invention according to Japanese Patent Application No. 2013-102097 (filed on May 14, 2013) proposed by the present applicant, the communication between the shipboard station and the plurality of underwater stations is the same ID code and the same distance measurement. Signals were sent all at once, and a different ID code and the same ranging signal were returned from the maritime station to the shipboard station. The underwater acoustic positioning system has mutual communication regulations when transmission / reception is performed, and can obtain accurate data. However, it takes time to exchange data according to the communication regulations, and the work in the harbor or the like. There were many problems when doing.

特願2013−102097号(平成25年5月14日出願)Japanese Patent Application No. 2013-102097 (filed on May 14, 2013)

前記特願2013−102097号(平成25年5月14日出願)に記載された発明において、船上局と海底局は、データを伝送する前に、両者の間で通信条件を決定するための前処理が必要であり、そのための所要時間が数秒から数10秒必要であった。また、前記海底局は、電源として、電池を使用するのが一般的であり、通常休眠状態からwakeup状態にした後、計測を開始する。そのための所要時間は、さらに、数秒から数10秒必要であった。   In the invention described in the aforementioned Japanese Patent Application No. 2013-102097 (filed on May 14, 2013), before the shipboard station and the submarine station transmit the data, before the communication conditions are determined between them, Processing was necessary, and the time required for this was several seconds to several tens of seconds. The submarine station generally uses a battery as a power source, and starts measurement after changing from a normal sleep state to a wakeup state. The time required for this was further required from several seconds to several tens of seconds.

デジタルデータを音響信号により搬送するには、伝送したいデジタルデータの総ビット数に比例したパルス長の音響信号を送受信する必要がある。前記ビット数が増加すると、音響パルスの送信/受信時間も長くなり、環境ノイズや周辺構造物により影響を受ける度合いが増加する。そのため、データ伝送エラーは、増加し、リトライ処理による伝送遅延時間が発生する。   In order to carry digital data by an acoustic signal, it is necessary to transmit / receive an acoustic signal having a pulse length proportional to the total number of bits of the digital data to be transmitted. As the number of bits increases, the transmission / reception time of acoustic pulses also increases, and the degree of influence by environmental noise and surrounding structures increases. As a result, data transmission errors increase and a transmission delay time due to retry processing occurs.

また、音響信号の伝送は、伝送したいデジタルデータの総ビット数に比例したパルス長の信号を送受信する必要があるため、1回のデータ伝送処理に時間がかかる。そのため、リアルタイムのデータ監視に要求される短い周期(<1秒)でのデータ伝送には対応できない。伝送するビット数に比例する長さの音響パルス信号は、送信する際に、伝送するデータ容量に比例した電力を消費する。すなわち、電池の消耗は、早くなるという問題があった。   In addition, since transmission of an acoustic signal requires transmission / reception of a signal having a pulse length proportional to the total number of bits of digital data to be transmitted, one data transmission process takes time. Therefore, it cannot cope with data transmission in a short cycle (<1 second) required for real-time data monitoring. An acoustic pulse signal having a length proportional to the number of bits to be transmitted consumes power proportional to the data capacity to be transmitted. That is, there is a problem that the battery is consumed quickly.

以上のような課題を解決するために、本発明は、既存の音響モデムが用いるデジタルデータそのものをキャリア波に乗せて伝送する方式を採用するのではなく、送信するデジタル値を2つの音響パルス信号の送信遅延時間に置き換え、水中局から音響デジタル信号を送信する水中音響観測装置を提供することを目的とする。本発明は、船上局において、受信した前記2つの音響デジタル信号の時間差を相関処理して、精密に測定し、前記2つのデジタル信号の時間差をデジタル値逆変換することにより、水中の方位を迅速かつ正確に得るための水中音響観測装置を提供することを目的とする。   In order to solve the above-described problems, the present invention does not employ a method of transmitting digital data itself used by an existing acoustic modem on a carrier wave, but transmits a digital value to be transmitted as two acoustic pulse signals. It is an object of the present invention to provide an underwater acoustic observation apparatus that transmits an acoustic digital signal from an underwater station. In the shipboard station, the time difference between the two received acoustic digital signals is correlated and precisely measured, and the time difference between the two digital signals is inversely converted into a digital value so that the direction in water can be quickly determined. An object of the present invention is to provide an underwater acoustic observation apparatus for obtaining accurately.

(第1発明)
第1発明の水中音響観測装置は、構造物に備えた方位センサーにより方位を観測し、一方通行の音響信号として船上局に送信することができるものであり、前記構造物の状態が方位センサによって決まる一定の時間差をもった2つの音響デジタル信号に置き換えて前記船上局に対して送信する前記構造物からなる水中局と、前記水中局から送信された一定の時間差を有する2つの前記デジタル音響信号を受信するとともに、前記音響デジタル信号の時間差に基づく水中における構造物の位置状態を復元する受信信号復元回路を備えた船上局と、から少なくとも構成されていることを特徴とする。
(First invention)
The underwater acoustic observation apparatus according to the first aspect of the present invention can observe an azimuth using an azimuth sensor provided in the structure and transmit the unidirectional acoustic signal to the shipboard station . The state of the structure is measured by the azimuth sensor . An underwater station composed of the structure that is transmitted to the shipboard station in place of two acoustic digital signals having a certain fixed time difference, and the two digital acoustic signals having a certain time difference transmitted from the underwater station And a shipboard station provided with a received signal restoration circuit that restores the position of the structure in the water based on the time difference of the acoustic digital signal.

(第2発明)
第2発明の水中音響観測装置は、構造物に備えた方位センサーにより方位を観測し、一方通行の音響信号として船上局に送信することができるものであり、前記構造物の状態が方位センサによって決まる一定の時間差をもった2つの音響デジタル信号に置き換えて前記船上局に対して送信する前記構造物からなる水中局と、前記水中局から送信された一定の時間差を有する2つの前記デジタル音響信号を受信するとともに、前記音響デジタル信号の時間差に基づく水中における構造物の角度状態を復元する受信信号復元回路を備えた船上局と、から少なくとも構成されていることを特徴とする。
(Second invention)
The underwater acoustic observation apparatus according to the second aspect of the present invention can observe the direction by the direction sensor provided in the structure and transmit it to the shipboard station as a one-way acoustic signal . The state of the structure is determined by the direction sensor . An underwater station composed of the structure that is transmitted to the shipboard station in place of two acoustic digital signals having a certain fixed time difference, and the two digital acoustic signals having a certain time difference transmitted from the underwater station And a shipboard station provided with a received signal restoration circuit that restores the angle state of the structure in the water based on the time difference of the acoustic digital signal.

(第3発明)
第3発明の水中音響観測装置において、前記2つの音響デジタル信号の間隔は、0.00から359.99に分割されていることを特徴とする。
(Third invention)
The underwater acoustic observation apparatus according to a third aspect of the invention is characterized in that the interval between the two acoustic digital signals is divided into 0.00 to 359.99.

(第4発明)
第4発明の水中音響観測装置において、前記2つの音響デジタル信号の時間間隔は、二次元の対照表を持つことにより方位、温度、位置、あるいは姿勢のいずれかを表すことができることを特徴とする。
(Fourth invention)
In the underwater acoustic observation apparatus according to a fourth aspect of the present invention, the time interval between the two acoustic digital signals can represent any one of azimuth, temperature, position, or orientation by having a two-dimensional comparison table. .

(第5発明)
第5発明の水中音響観測装置において、二次元のデータを表す時間間隔は、2つの音響デジタル信号を二組とすることを特徴とする。
(Fifth invention)
In the underwater acoustic observation apparatus according to the fifth aspect of the invention, the time interval representing the two-dimensional data is two sets of two acoustic digital signals.

(第6発明)
第6発明の水中音響観測装置において、三次元のデータを表す時間間隔は、2つの音響デジタル信号を三組とすることを特徴とする。
(Sixth invention)
In the underwater acoustic observation apparatus according to the sixth aspect of the present invention, the time interval representing the three-dimensional data is a set of two acoustic digital signals.

本発明によれば、水中の方位情報を2つの音響デジタル信号のみで表現できるようにしているため、水中局と船上局との間で、ハンドシェイク時間(前処理時間)に要する時間が不要となり、通信可能となるまでの時間、および通信時間が短縮される。   According to the present invention, since the underwater direction information can be expressed by only two acoustic digital signals, the time required for the handshake time (pre-processing time) between the underwater station and the shipboard station becomes unnecessary. The time until communication is possible and the communication time are shortened.

本発明によれば、デジタルデータを構成する全てのビットをコード化して音響デジタル信号として伝送する必要がないため、2つの音響デジタル信号の送出時間が格段に短くなり、データ伝送周期を早くすることができる。   According to the present invention, since it is not necessary to encode all bits constituting digital data and transmit them as an acoustic digital signal, the transmission time of the two acoustic digital signals is remarkably shortened, and the data transmission cycle is shortened. Can do.

本発明によれば、音響モデムのように、一つの送受波器に対して、送信/受信の切替を行っていないため、データ伝送の前後に余分な音響通信時間が発生しない。すなわち、本発明は、水中側から船上側への一方向通信であるため、ハンドシェイク処理が不要であるだけでなく、データ伝送時間の短縮、およびデータ伝送の精度を図ることができる。   According to the present invention, since transmission / reception is not switched for one transducer, unlike an acoustic modem, no extra acoustic communication time occurs before and after data transmission. That is, since the present invention is a one-way communication from the underwater side to the upper side of the ship, not only handshaking processing is unnecessary, but also data transmission time can be shortened and data transmission accuracy can be achieved.

従来の音響モデムを使用する場合、センサーデータの出力周期が速いと、大量のデータが送信バッファに蓄積され、これらが一時的にまとめて船上局側に送られるため、一定周期のデータ観測が行えないのに対して、本発明によれば、通信処理時間が短いため、送信データのバッファリングを必要としないので、船上局側で、リアルタイムでデータを監視することが可能である。すなわち、本発明によれば、水中におけるリアルタイムの作業が要求されるような構造物を設置する仕事に向いている。   When using a conventional acoustic modem, if the sensor data output cycle is fast, a large amount of data is accumulated in the transmission buffer, and these data are temporarily sent to the shipboard side, so that data can be observed at a fixed cycle. On the other hand, according to the present invention, since the communication processing time is short, buffering of transmission data is not required, so that it is possible to monitor data in real time on the shipboard station side. That is, according to the present invention, it is suitable for work for installing a structure that requires real-time work in water.

本発明によれば、M系列やBent系列の疑似乱数系列コードを使用した音響デジタル信号を用いて相関処理を行うため、ノイズあるいはマルチパスの影響を受ける環境下であっても、伝送データの誤差を低く抑えることができる。   According to the present invention, since correlation processing is performed using an acoustic digital signal that uses an M-sequence or Bent-sequence pseudo-random sequence code, an error in transmission data can occur even in an environment affected by noise or multipath. Can be kept low.

本発明によれば、M系列やBent系列などの疑似乱数系列コードの種類を使い分けることにより、複数の方位センサー部のデータを順番に船上局側へ伝送することができる。また、複数の伝送チャネルの伝送データに対し、異なる変調コードを与えることにより、多チャネル同時データ伝送も可能である。   According to the present invention, data of a plurality of azimuth sensor units can be sequentially transmitted to the shipboard station side by properly using types of pseudo-random number sequence codes such as an M sequence and a Bent sequence. Also, multi-channel simultaneous data transmission is possible by giving different modulation codes to transmission data of a plurality of transmission channels.

本発明によれば、原理上、2つの音響デジタル信号を送信する遅延時間を長くすることにより、データ伝送の分解能(精度)を容易に向上させることができる。データ伝送周期とデータ分解能は、相反するので、要求条件に対応した柔軟な動作設定がハードウエアの変更なしに容易に実現できる。   According to the present invention, in principle, the resolution (accuracy) of data transmission can be easily improved by lengthening the delay time for transmitting two acoustic digital signals. Since the data transmission cycle and the data resolution are contradictory, flexible operation settings corresponding to the required conditions can be easily realized without changing the hardware.

本発明によれば、短い2つの音響デジタル信号の送信により、伝送するデータ容量を減少した状態で伝送できるため、水中局側の電源(電池)の消耗が少ないだけでなく、作業の終了後、他の水中局に電池を付け替えて使用するこも可能である。   According to the present invention, by transmitting two short digital audio signals, it is possible to transmit with a reduced data capacity to be transmitted, so that not only the power (battery) on the underwater station side is reduced, but also after the work is finished, It is possible to replace the battery with other underwater stations.

本発明によれば、2つの音響デジタル信号を複数組とすることで、二次元または三次元データを複数組送信することができるため、複雑な向きであっても、シェークハンドすることなく、データを伝送することが可能である。   According to the present invention, a plurality of sets of two acoustic digital signals can be transmitted to transmit a plurality of sets of two-dimensional or three-dimensional data. Can be transmitted.

図1は本発明の実施例で、水中の構造物からの音響デジタル信号を船上局で受信する際の一例を説明するための概略図である。FIG. 1 is an embodiment of the present invention and is a schematic diagram for explaining an example when an acoustic digital signal from an underwater structure is received by a shipboard station. 図2は本発明の実施例で、水中局から音響デジタル信号が送信され、船上局で受信する例を説明するための概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example in which an acoustic digital signal is transmitted from an underwater station and received by a shipboard station according to an embodiment of the present invention. 図3は従来例を説明するための図で、音響デジタル信号を使用して構造物の方位を知るための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a conventional example, and is a diagram for knowing the orientation of a structure using an acoustic digital signal. 図4は従来例を説明するための図で、音響デジタル信号を使用してテトラポットを水中に正確な位置に沈めるための方法を説明する図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional example, and is a diagram for explaining a method for sinking a tetrapot into an accurate position in water using an acoustic digital signal. 図5(イ)から(ニ)は本発明の水中音響観測装置を水槽において試験した結果を説明するための図である。FIGS. 5A to 5D are diagrams for explaining the results of testing the underwater acoustic observation apparatus of the present invention in a water tank. 図6は本発明の水中音響観測装置を水槽において試験する際の水槽試験方法を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a water tank test method when testing the underwater acoustic observation apparatus of the present invention in a water tank. 図7は本発明の水中音響観測装置を水槽試験した結果(その1)の相関関係を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining the correlation of the results (part 1) of the water tank test of the underwater acoustic observation apparatus of the present invention. 図8は本発明の水中音響観測装置を水槽試験した結果(その2)の相関関係を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the correlation of the results (part 2) of the water tank test of the underwater acoustic observation apparatus of the present invention. 図9(イ)から(ニ)は本発明の水中音響観測装置を使用した実際の水槽試験写真を説明するための図である。9 (a) to 9 (d) are diagrams for explaining actual water tank test photographs using the underwater acoustic observation apparatus of the present invention. 図10は本発明の音響デジタル信号を複数のチャンネルとして送信した例を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an example in which the acoustic digital signal of the present invention is transmitted as a plurality of channels. 図11(イ)および(ロ)は本発明の音響デジタル信号を複数のチャンネルとして送信した例を説明するための図である。11A and 11B are diagrams for explaining an example in which the acoustic digital signal of the present invention is transmitted as a plurality of channels. 図12(イ)は本発明の方法により3次元情報を説明するための図である。図(ロ)は前記3次元の情報を2組のづつの情報として表す例を説明するための図である。FIG. 12 (a) is a diagram for explaining three-dimensional information by the method of the present invention. FIG. 2B is a diagram for explaining an example in which the three-dimensional information is expressed as two sets of information.

(第1発明)
第1発明の水中音響観測装置は、水中局の状態を2つのデジタル音響信号の時間差に置き換えて、前記水中局から船上局に送信する。前記水中局は、たとえば、水中の構造物の状態によって決まる一定の時間差をもった2つの音響デジタル信号を前記船上局に対して一方通行で送信する。前記船上局は、前記水中局から送信された2つの前記デジタル音響信号の時間差を前記船上局で受信する。
(First invention)
The underwater acoustic observation apparatus according to the first aspect of the invention replaces the state of the underwater station with a time difference between two digital acoustic signals and transmits the underwater station to the shipboard station. The underwater station transmits, for example, two acoustic digital signals having a certain time difference determined by the state of an underwater structure to the shipboard station in one way. The shipboard station receives the time difference between the two digital acoustic signals transmitted from the underwater station at the shipboard station.

前記船上局における受信信号復元回路は、前記2つのデジタル音響信号の時間差を測り、前記音響デジタル信号の時間差に基づく状態を復元する。前記構造物は、前記水中局から船上局への一方通行の通信を行うことにより、水中局における水中での状態を迅速で正確に把握することができるため、水中での工事等が短時間で正確に行うことが可能になった。   The reception signal restoration circuit in the shipboard station measures a time difference between the two digital acoustic signals and restores a state based on the time difference between the acoustic digital signals. Since the structure allows one-way communication from the underwater station to the shipboard station, it is possible to quickly and accurately grasp the underwater condition in the underwater station. It became possible to do exactly.

(第2発明)
第2発明の水中音響観測装置は、水中局に取り付けられた方位センサーを用いて、構造物の方位データを2つのデジタル音響信号の時間差として船上局に送信する。前記船上局において、前記方位データは、一方通行の通信によって、容易、かつ迅速に知ることができる。たとえば、前記構造物に取り付けられた方位センサーは、前記構造物とともに水中にクレーン等によって投入される。前記構造物からなる前記水中局は、取り付けられている方位センサーの角度によって決まる一定の時間差をもった2つの音響デジタル信号を前記船上局に対して一方的に送信する。
(Second invention)
The underwater acoustic observation apparatus according to the second aspect of the present invention transmits the orientation data of the structure to the shipboard station as a time difference between two digital acoustic signals using an orientation sensor attached to the underwater station. In the shipboard station, the direction data can be easily and quickly known by one-way communication. For example, the direction sensor attached to the structure is thrown into the water together with the structure by a crane or the like. The underwater station made of the structure unilaterally transmits two acoustic digital signals having a certain time difference determined by the angle of an attached direction sensor to the shipboard station.

前記船上局は、前記水中局から送信された2つの前記デジタル音響信号を時間差として受信する。前記船上局における受信信号復元回路は、前記2つのデジタル音響信号の時間差を測り、前記音響デジタル信号の時間差に基づく角度を復元する。水中の構造物は、クレーンで下ろされた位置において、正確な角度が迅速に判るため、組立あるいは配置が正確にできる。   The shipboard station receives the two digital acoustic signals transmitted from the underwater station as a time difference. The reception signal restoration circuit in the shipboard station measures the time difference between the two digital acoustic signals and restores the angle based on the time difference between the acoustic digital signals. Underwater structures can be accurately assembled and placed because the exact angle is quickly known at the position lowered by the crane.

(第3発明)
第3発明の水中音響観測装置は、2つの音響デジタル信号の間隔を0.00から359.99に分割する。すなわち、前記音響デジタル信号は、角度が0.00、1.00、2.00、3.00、・・・357.00、358.00、359.99のように1.00度ごとにパルスを割り振ることができるため、前記パルス間の時間を測ることにより、正確な角度が判る。
(Third invention)
The underwater acoustic observation apparatus of the third invention divides the interval between two acoustic digital signals into 0.00 to 359.99. That is, the acoustic digital signal is pulsed every 1.00 degrees such as 0.00, 1.00, 2.00, 3.00,... 357.00, 358.00, 3599.99. Therefore, the exact angle can be determined by measuring the time between the pulses.

(第4発明)
第4発明の水中音響観測装置は、前記音響デジタル信号の時間間隔と、方位、温度、位置、あるいは姿勢とを関連付けることにより、水中局の状態を知ることができる。前記方位または温度は、一次元であるため、2つの音響デジタル信号の間隔で表現される。前記位置の場合、2次元の情報であるが、第1発明または第2発明の連続した音響デジタル信号の代わりに、時間間隔と二次元の対照表を受信信号復元回路に備えることによって可能である。同様に、姿勢は、3次元となるが、時間間隔と三次元の対照表を前記受信信号復元回路に備えることにより実現できる。
(Fourth invention)
The underwater acoustic observation apparatus of the fourth aspect of the invention can know the state of the underwater station by associating the time interval of the acoustic digital signal with the azimuth, temperature, position, or orientation. Since the azimuth or temperature is one-dimensional, it is expressed by an interval between two acoustic digital signals. In the case of the position, it is two-dimensional information, but it is possible by providing the received signal restoration circuit with a time interval and a two-dimensional comparison table instead of the continuous acoustic digital signal of the first invention or the second invention. . Similarly, the posture is three-dimensional, but can be realized by providing the received signal restoration circuit with a time interval and a three-dimensional comparison table.

本発明は、各種状態が2つの音響デジタル信号で表現できるようにしているため、船上局と水中局の間で、ハンドシェイク時間が不要となり、各種状態のデータをリアルタイムで処理できるだけでなく、通信装置を簡単にすることができる。特に、水中(たとえば、海、港湾、防波堤近傍、河川、湖等)における構造物の設置等は、工事が短時間で、正確に行うことが可能となった。   In the present invention, since various states can be expressed by two acoustic digital signals, a handshake time is not required between the shipboard station and the underwater station, and data in various states can be processed in real time as well as communication. The device can be simplified. In particular, the installation of structures in the water (for example, the sea, harbors, near breakwaters, rivers, lakes, etc.) can be performed accurately in a short time.

(第5発明)
第5発明は、たとえば、位置情報のような二次元のデータからなるものであり、一次元の方位および温度と異なり、2組からなる二次元情報による時間間隔で表現することができる。前記位置は、座標軸で表される二次元情報であるため、たとえば、X座表およびY座標の二組のデータ(2つの音響デジタル信号を二組)とすることで、前記座標軸の1点を表現することができる。
(Fifth invention)
The fifth invention comprises, for example, two-dimensional data such as position information, and can be expressed by time intervals based on two sets of two-dimensional information, unlike one-dimensional orientation and temperature. Since the position is two-dimensional information represented by coordinate axes, for example, by setting two sets of data of X coordinate and Y coordinate (two sets of two acoustic digital signals), one point on the coordinate axes is obtained. Can be expressed.

(第6発明)
第6発明は、たとえば、姿勢のような三次元のデータからなるものであり、X座標、Y座標、Z座標からなる立体座標を使用することにより可能である。三次元のデータは、X座標、Y座標、Z座標を表す2つの音響デジタル信号からなる3組のデータによって表現することが可能である。第5発明および第6発明は、第1発明から第4発明より、データ量が多少増加するが、一方通行の通信であるとともに、それぞれの通信処理時間が短いため、送信データのバッファリングが不要であり、リアルタイムでデータをやり取りすることが可能になる。
(Sixth invention)
The sixth invention comprises, for example, three-dimensional data such as a posture, and is possible by using a solid coordinate composed of an X coordinate, a Y coordinate, and a Z coordinate. Three-dimensional data can be expressed by three sets of data composed of two acoustic digital signals representing the X coordinate, Y coordinate, and Z coordinate. In the fifth and sixth inventions, the amount of data is slightly increased compared to the first to fourth inventions. However, since the communication is one-way and each communication processing time is short, buffering of transmission data is unnecessary. It becomes possible to exchange data in real time.

図1は本発明の実施例で、水中の構造物からの音響信号を船上局で受信する際の一例を説明するための概略図である。図1において、本発明の水中音響観測装置は、たとえば、護岸工事を行うような場合、水中に入れられる構造物(物体)14に、後述の水中局11を取り付け、前記水中局11から送信される信号を船上局12で受信する。前記船上局12は、前記受信した信号を解析することにより、前記構造物(物体)14の方位を正確、かつ、迅速(リアルタイム)に決定することができる。   FIG. 1 is an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram for explaining an example when an onboard station receives an acoustic signal from an underwater structure. In FIG. 1, the underwater acoustic observation apparatus of the present invention attaches an underwater station 11 (described later) to a structure (object) 14 to be put in the water, for example, when revetment work is performed, and is transmitted from the underwater station 11. The shipboard station 12 receives the signal. The shipboard station 12 can determine the direction of the structure (object) 14 accurately and quickly (in real time) by analyzing the received signal.

前記水中局11は、2つの音響デジタル信号16を所定間隔を置いて送信する。前記船上局12は、水中局11から送信された2つの音響デジタル信号16を受信し、前記2つの音響デジタル信号の間隔を基にして、前記構造物の現在の方位を解析することにより、工事を正確、かつ、迅速に行うことができる。   The underwater station 11 transmits two acoustic digital signals 16 at predetermined intervals. The shipboard station 12 receives the two acoustic digital signals 16 transmitted from the underwater station 11, and analyzes the current direction of the structure based on the interval between the two acoustic digital signals. Can be performed accurately and quickly.

前記水中局11は、たとえば、電源部111と、方位を検出する方位センサー部112と、音響デジタル信号を送信する音響送信部113と、前記音響デジタル信号を前記船上局12に送る送波器114とから少なくとも構成されており、前記構造物14上に取り外し可能な状態で取り付けられている。前記構造物14は、たとえば、海底15に置かれ、その位置(方位)が所望の状態になっているか否かを前記音響送信部113から送信される音響デジタル信号によって船上局12に知らされる。方位センサー部112は、基準となる位置からどの程度ずれている否かを調べる。   The underwater station 11 includes, for example, a power supply unit 111, an orientation sensor unit 112 that detects an orientation, an acoustic transmission unit 113 that transmits an acoustic digital signal, and a transmitter 114 that transmits the acoustic digital signal to the shipboard station 12. And is detachably mounted on the structure 14. For example, the structure 14 is placed on the seabed 15 and the shipboard station 12 is informed by the acoustic digital signal transmitted from the acoustic transmitter 113 whether the position (orientation) is in a desired state. . The azimuth sensor unit 112 checks whether or not the azimuth sensor unit 112 is deviated from the reference position.

前記方位センサー部112は、前記水中局11に取り付けられている格納容器(図示されていない)の外部に基準線が設けられている。前記基準線は、前記方位センサ部112の基準とする。前記水中局11の方位センサ部112の基準線は、前記船上局12との間の相関関係を規定するものであり、厳密な方位を規定する必要がない。   The azimuth sensor unit 112 is provided with a reference line outside a storage container (not shown) attached to the underwater station 11. The reference line is used as a reference for the direction sensor unit 112. The reference line of the azimuth sensor unit 112 of the underwater station 11 defines a correlation with the shipboard station 12, and does not need to define a precise azimuth.

前記方位センサー部112によって得られた方位は、音響送信部113によって、予め決められた2つの音響デジタル信号となって、送波器14から海中に発振される。前記船上局12は、たとえば、受波器121と、音響受信部および信号処理部122と、パースナルコンピュータ(センサー値表示部を含む)123とから少なくとも構成されている。前記パースナルコンピュータ123は、前記受波器121よって受信した2つの音響デジタル信号を音響受信部および信号処理部122によって処理して、前記構造物14の正しい方位を知る。   The azimuth obtained by the azimuth sensor 112 is converted into two predetermined acoustic digital signals by the acoustic transmitter 113 and oscillated from the transmitter 14 into the sea. The shipboard station 12 includes, for example, at least a receiver 121, an acoustic reception unit and signal processing unit 122, and a personal computer (including a sensor value display unit) 123. The personal computer 123 processes the two acoustic digital signals received by the receiver 121 by the acoustic receiver and the signal processor 122 to know the correct orientation of the structure 14.

図2は本発明の実施例で、水中局から音響デジタル信号が送信され、船上局で受信する例を説明するための概略図である。図2における水中局11および船上局12は、図1と同じものであるが、さらに、詳細に説明する。水中局11は、方位センサー部(たとえば、方位)112と、前記方位センサー部112のアナログデータをデジタルデータに変換するA/Dconvertor(以下、単にADCと記載する)21と、デジタル値生成部22と、送信信号生成回路23と、外部I/F回路24と、送信回路25と、送波器114と、電源部111とから構成されている。   FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example in which an acoustic digital signal is transmitted from an underwater station and received by a shipboard station according to an embodiment of the present invention. The underwater station 11 and the shipboard station 12 in FIG. 2 are the same as those in FIG. 1, but will be described in more detail. The underwater station 11 includes an azimuth sensor unit (for example, azimuth) 112, an A / D converter (hereinafter simply referred to as ADC) 21 that converts analog data of the azimuth sensor unit 112 into digital data, and a digital value generation unit 22. And a transmission signal generation circuit 23, an external I / F circuit 24, a transmission circuit 25, a transmitter 114, and a power supply unit 111.

前記デジタル値生成部22は、方位センサー部112で検出した方位をデジタル値に変換する。たとえば、360度の角度は、0.00から359.99の数字に割り振る。前記デジタル値生成部22は、前記方位が123.45度の時、123.45というデジタル値を生成する。また、たとえば、方位が45.450度の時、45.450というデジタル値を生成する。前記デジタル値は、小数点2桁の分解能を有する。   The digital value generation unit 22 converts the direction detected by the direction sensor unit 112 into a digital value. For example, an angle of 360 degrees is assigned to a number from 0.00 to 359.99. The digital value generator 22 generates a digital value of 123.45 when the orientation is 123.45 degrees. For example, when the azimuth is 45.450 degrees, a digital value of 45.450 is generated. The digital value has a resolution of two decimal places.

前記方位センサー部112の値がたとえば、123.45度である場合、前記ADCによって変換されたデジタルデータは、送信信号生成回路23によって、所定の間隔を有する2つの音響デジタル信号16として生成される。前記送信信号生成回路23は、外部I/F回路24によって、設定を変更することができるようになっている。たとえば、前記123.45というデジタル値は、123.45sec という時間差を持った2つの音響デジタル信号を生成する。前記2つの音響デジタル信号16は、送信回路25および送波器114を介して水中に送信される。   When the value of the azimuth sensor unit 112 is, for example, 123.45 degrees, the digital data converted by the ADC is generated by the transmission signal generation circuit 23 as two acoustic digital signals 16 having a predetermined interval. . The transmission signal generation circuit 23 can be set by an external I / F circuit 24. For example, the digital value of 123.45 generates two acoustic digital signals having a time difference of 123.45 sec. The two acoustic digital signals 16 are transmitted underwater through the transmission circuit 25 and the transmitter 114.

船上局12は、受波器121と、受信回路26と、受信信号復元回路122と、相関信号部1222と、外部IF回路27とから構成されている。前記受信回路26は、たとえば、バンドパスフィルター(BPF)、自動利得制御回路(AGC)、A/Dconvertor(以下、単にADCと記載する)から構成されている。前記受信回路26は、雑音を除去し、所定のバンド幅と利得からなる2つの音響デジタル信号16を生成する。   The shipboard station 12 includes a receiver 121, a reception circuit 26, a reception signal restoration circuit 122, a correlation signal unit 1222, and an external IF circuit 27. The receiving circuit 26 includes, for example, a band pass filter (BPF), an automatic gain control circuit (AGC), and an A / D converter (hereinafter simply referred to as ADC). The receiving circuit 26 removes noise and generates two acoustic digital signals 16 having a predetermined bandwidth and gain.

受信信号復元回路122は、水中局11で生成された方位に基づく2つの間隔を有する音響デジタル信号を再現する。相関処理部1222は、間隔が前記例の123.45μsec が方位123.45度であることが関連付けられる。外部I/F回路27は、船上局12の内部設定を行い、また、方位が何度であったかを画面上に出力する。   The reception signal restoration circuit 122 reproduces an acoustic digital signal having two intervals based on the direction generated by the underwater station 11. The correlation processing unit 1222 is associated with the interval of 123.45 μsec in the above example being azimuth 123.45 degrees. The external I / F circuit 27 performs the internal setting of the onboard station 12 and outputs the number of directions on the screen.

二次元データからなる位置情報は、2組からなる二次元情報による時間間隔で表現することができる。前記位置情報は、X座表およびY座標における一点であるため、X座標を2つの音響デジタル信号で表し、Y座標を2つの音響デジタル信号で表すことができる。たとえば、座標軸x、yの座標位置は、x(0,20)、y(30,0)と仮定すると、次のように表現できる。すなわち、二組の音響デジタル信号は、(0,20)、(0,30)という二組の音響デジタル信号で表現できる。前記二組の音響デジタル信号は、最初の2つの音響デジタル信号がX軸、次の音響デジタル信号がY軸と予め決めて置くことにより正確な位置を表現することができる。   Position information composed of two-dimensional data can be expressed by time intervals based on two sets of two-dimensional information. Since the position information is one point in the X coordinate and the Y coordinate, the X coordinate can be represented by two acoustic digital signals and the Y coordinate can be represented by two acoustic digital signals. For example, assuming that the coordinate positions of the coordinate axes x and y are x (0,20) and y (30,0), they can be expressed as follows. That is, two sets of acoustic digital signals can be expressed by two sets of acoustic digital signals (0, 20) and (0, 30). The two sets of acoustic digital signals can represent accurate positions by setting the first two acoustic digital signals as the X axis and the next acoustic digital signal as the Y axis.

同様に、たとえば、姿勢のような三次元のデータからなるものであっても、X座標、Y座標、Z座標からなる立体座標を前記二次元情報と同様に扱うことができる。前記二次元データあるいは三次元データは、方位または温度と同様に、X座標、Y座標、Z座標を表す2つの音響デジタル信号からなる2組または3組のデータによって表現することが可能である。前記二次元データあるいは三次元データは、多少データ量が多くなるが、ハンドシェイク時間が不要であるため、リアルタイムで情報を送ることができる。   Similarly, for example, even if it is composed of three-dimensional data such as a posture, a solid coordinate composed of an X coordinate, a Y coordinate, and a Z coordinate can be handled in the same manner as the two-dimensional information. The two-dimensional data or the three-dimensional data can be expressed by two or three sets of data composed of two acoustic digital signals representing the X coordinate, the Y coordinate, and the Z coordinate, as well as the orientation or temperature. The two-dimensional data or the three-dimensional data has a slightly larger amount of data, but since no handshake time is required, information can be sent in real time.

前記水中局11の電源は、前記水中局11の連続稼働時間に必要十分な容量を持つ電池パック(電源部111)を使用する。前記水中局11は、前記電源部111を構造物14に対して、取り付けおよび取り外しが可能な構造になっている。たとえば、前記構造物14は、まず、前記水中局11(方位センサー内蔵)が基準面に取り付けられる。次ぎに、前記構造物14は、図示されていない作業船のクレーンを使い、水中に降ろされる。   As the power source of the underwater station 11, a battery pack (power supply unit 111) having a necessary and sufficient capacity for the continuous operation time of the underwater station 11 is used. The underwater station 11 has a structure in which the power supply unit 111 can be attached to and detached from the structure 14. For example, in the structure 14, the underwater station 11 (with built-in azimuth sensor) is first attached to a reference plane. Next, the structure 14 is lowered into the water using a crane of a work ship (not shown).

前記船上局12の受波器121は、作業船(図示されていない)の舷側から水中に垂らされ( 作業船の船底より深い水深まで垂らす) 、前記水中局11からの2つの音響デジタル信号を受信し、現在の構造物14の方位を監視する。前記水中局11は、希望する方位で前記構造物14が海底に設置された後、ダイバー( 潜水士) によって、取り外され、前記作業船に回収される。   The receiver 121 of the shipboard station 12 is hung in the water from the side of a work ship (not shown) (it is hung to a depth deeper than the bottom of the work ship). Receive and monitor the current orientation of the structure 14. The underwater station 11 is removed from the underwater station 11 by a diver after the structure 14 is installed on the seabed in a desired direction, and is collected on the work boat.

前記水中局11から送信した音響デジタル信号は、M系列などの疑似乱数コードにより変調される。一方、前記船上局12で受信した音響デジタル信号は、前記水中局11から送信される際に、他に作業船等から発するノイズ、および海底や岸壁などによる多重反射信号( マルチパス) が含まれている。前記ノイズ、および歪を受けた受信信号の中から、前記水中局11が送信した2つの音響デジタル信号の立ち上がりを正確に検出し、それらの時間間隔を算出するために相関処理が必要となる。   The acoustic digital signal transmitted from the underwater station 11 is modulated by a pseudo-random code such as an M series. On the other hand, the acoustic digital signal received by the shipboard station 12 includes, in addition to noise generated from a work ship, etc. when transmitted from the underwater station 11, and multiple reflection signals (multipath) due to the seabed or quay. ing. Correlation processing is required to accurately detect rising edges of the two acoustic digital signals transmitted by the underwater station 11 from the received signals subjected to the noise and distortion, and to calculate the time interval between them.

前記相関処理は、船上局12が受信した2つの音響デジタル信号に対し、水中局11が送信した2つの音響デジタル信号と同じ変調信号を用いて、時間軸での相関関数を求める必要がある。前記相関関数には、2つのピークが現れるはずで、その2つのピーク間の時間間隔が前記水中局11の方位センサー部112の値となる。   In the correlation processing, it is necessary to obtain a correlation function on the time axis by using the same modulated signals as the two acoustic digital signals transmitted by the underwater station 11 for the two acoustic digital signals received by the shipboard station 12. Two peaks should appear in the correlation function, and the time interval between the two peaks is the value of the direction sensor unit 112 of the underwater station 11.

前記M系列コードは、人工的な規則に基づいて生成された疑似ランダム信号である。これらの信号は、自己相関値が鋭いピークを示すと同時に自分以外との相関値が極めて低いという性質を持っている。そのため、前記信号は、周辺雑音等により受信信号が不明瞭な場合であっても、相関処理により伝搬時間を正しく判別することができるという利点を有している。   The M-sequence code is a pseudo-random signal generated based on an artificial rule. These signals have the property that the autocorrelation value shows a sharp peak and at the same time the correlation value with other than itself is extremely low. Therefore, the signal has an advantage that the propagation time can be correctly determined by the correlation processing even when the received signal is unclear due to ambient noise or the like.

以下、前記受信信号復元回路122における処理を説明する。
(1) 前記水中局11が送信する特定のM系列コードで変調した波形( 相関リファレンス) を高速フーリエ変換する。( 初回のみ) この結果、周波数成分ごとに実数、虚数のパワーが得られる−Aとする。
(2) 前記船上局12で受信した音響デジタル信号をA/D変換する。( デジタルデータに変換)
(3) 前記受信信号に対し高速フーリエ変換処理(FFT) を行う。周波数成分ごとに実数、虚数のパワーが得られる−Bとする。
(4) 前記(3) で得られた複素数B(X+jY)、複素共役(X−jY)を求め、その複素共役を前記Aに乗算する。その結果をCとする。
(5) 周波数軸で表されるCに対し、逆フーリエ変換(IFFT)を行うと、時間軸での相関関数が求められる。
Hereinafter, processing in the reception signal restoration circuit 122 will be described.
(1) Fast Fourier transform a waveform (correlation reference) modulated with a specific M-sequence code transmitted by the underwater station 11. (Only the first time) As a result, real power and imaginary power are obtained for each frequency component.
(2) A / D-convert the acoustic digital signal received by the shipboard station 12. (Convert to digital data)
(3) Perform fast Fourier transform (FFT) on the received signal. It is assumed that real and imaginary powers are obtained for each frequency component.
(4) The complex number B (X + jY) and complex conjugate (X−jY) obtained in (3) above are obtained, and A is multiplied by the complex conjugate. The result is C.
(5) When inverse Fourier transform (IFFT) is performed on C represented on the frequency axis, a correlation function on the time axis is obtained.

図5(イ)から(ニ)は本発明の水中音響観測装置を水槽において試験した結果を説明するための図である。図6は本発明の水中音響観測装置を水槽において試験する際の水槽試験方法を説明するための図である。図6において、真水67が一杯に入っている試験水槽66には、送信用ハイドロホン68と、受信用ハイドロホン69と、ノイズ発生用ハイドロホン70が設けられている。   FIGS. 5A to 5D are diagrams for explaining the results of testing the underwater acoustic observation apparatus of the present invention in a water tank. FIG. 6 is a diagram for explaining a water tank test method when testing the underwater acoustic observation apparatus of the present invention in a water tank. In FIG. 6, a test water tank 66 filled with fresh water 67 is provided with a transmitting hydrophone 68, a receiving hydrophone 69, and a noise generating hydrophone 70.

また、前記水槽試験装置は、音響コードデータべースおよび受信波形データを生成する処理装置61と、前記水槽試験を行うための処理を行う処理装置62と、送信装置63、受信装置64、およびノイズ発生装置65とから構成されている。前記水槽試験装置は、図5(イ)に示す第1パルスおよび第2パルスを発生するとともに、図5(ロ)に示すように発生したノイズおよび前記2つの音響デジタル信号であるパルスが受信されている。前記第1パルスおよび第2パルスは、図5(ハ)および(ニ)に示されているように送受信される。そして、前記第1パルスおよび第2パルスは、図5(ニ)示されるように、発信時と受信時にΔT秒の遅れが生じる。   The aquarium test apparatus includes a processing apparatus 61 that generates an acoustic code database and received waveform data, a processing apparatus 62 that performs processing for performing the aquarium test, a transmission apparatus 63, a reception apparatus 64, and It is comprised from the noise generator 65. The water tank test apparatus generates the first pulse and the second pulse shown in FIG. 5 (a), and the generated noise and the pulse that is the two acoustic digital signals are received as shown in FIG. 5 (b). ing. The first pulse and the second pulse are transmitted and received as shown in FIGS. As shown in FIG. 5D, the first pulse and the second pulse are delayed by ΔT seconds at the time of transmission and reception.

図5に示す第1パルスM1および第2パルスM2は、図6における送信装置63から空き時間500000μsec を持った状態で、図6に示す送信用ハイドロホン68に送信される。図6に示されたノイズ発生器65から発生したノイズは、実際の場合と同様に、前記第1パルスM1および第2パルスM2とともに受信用ハイドロホン69を介して、受信装置64で受信される。前記受信装置64によって受信された前記第1パルスM1および第2パルスM2は、図5(ハ)に示された状態のパルスが船上局で受信される。   The first pulse M1 and the second pulse M2 shown in FIG. 5 are transmitted from the transmission device 63 in FIG. 6 to the transmission hydrophone 68 shown in FIG. 6 with a free time of 500,000 μsec. The noise generated from the noise generator 65 shown in FIG. 6 is received by the receiving device 64 through the receiving hydrophone 69 together with the first pulse M1 and the second pulse M2 as in the actual case. . The first pulse M1 and the second pulse M2 received by the receiving device 64 are received at the shipboard station in the state shown in FIG.

図6に示された処理装置62は、前記第1パルスM1および第2パルスM2の相関処理を行って、パルス間の空き時間を計測する。前記処理装置62は、前記図5(イ)において与えられた空き時間との誤差ΔTを計測する。   The processing device 62 shown in FIG. 6 performs correlation processing of the first pulse M1 and the second pulse M2, and measures the idle time between pulses. The processor 62 measures an error ΔT with respect to the free time given in FIG.

図7は本発明の水中音響観測装置を水槽試験した結果(その1)の相関関係を説明するための図である。図7(イ)は、前記処理装置62によって受信した受信波形である。図7(ロ)は、前記第1パルスM1および第2パルスM2の空き時間を示すものであり、たとえば、誤差ΔT=+3μsec であることを表している。   FIG. 7 is a diagram for explaining the correlation of the results (part 1) of the water tank test of the underwater acoustic observation apparatus of the present invention. FIG. 7A shows a received waveform received by the processing device 62. FIG. 7 (b) shows the idle time of the first pulse M1 and the second pulse M2, and indicates that, for example, the error ΔT = + 3 μsec.

図8は本発明の水中音響観測装置を水槽試験した結果(その2)の相関関係を説明するための図である。図7と同様に、誤差ΔT=+13μsec であることを表している。前記処理装置62は、前記誤差ΔTという誤差を考慮して、実際の音響デジタル信号の間の時間を決定し、正確な方位を知ることができる。   FIG. 8 is a diagram for explaining the correlation of the results (part 2) of the water tank test of the underwater acoustic observation apparatus of the present invention. As in FIG. 7, the error ΔT = + 13 μsec. The processing device 62 can determine the time between actual acoustic digital signals in consideration of the error ΔT, and know the correct orientation.

図9(イ)から(ニ)は本発明の水中音響観測装置を使用した実際の水槽試験写真を説明するための図である。図9(イ)において、試験水槽911は、たとえば、長さ2650mm、幅1750mm、深さ620mmとした。前記試験水槽911は、送信装置の出力部912と、ノイズ出力部913と、送信信号およびノイズ受信部914が設けられている。図9(ハ)は、受信波形および相関関係を示した図である。図9(ニ)は、実験に使用されたノイズ生成器917および処理装置918を示すものである。   9 (a) to 9 (d) are diagrams for explaining actual water tank test photographs using the underwater acoustic observation apparatus of the present invention. 9A, the test water tank 911 has a length of 2650 mm, a width of 1750 mm, and a depth of 620 mm, for example. The test water tank 911 is provided with an output unit 912, a noise output unit 913, and a transmission signal and noise reception unit 914 of the transmission device. FIG. 9C is a diagram showing the received waveform and the correlation. FIG. 9D shows a noise generator 917 and a processing device 918 used in the experiment.

図10は本発明の音響デジタル信号を複数のチャンネルとして送信した例を説明するための図である。図10における水中局からの送信信号は、送信コードを順番に切り替えて、2つの音響デジタル信号を送信することにより、複数の異なるセンサーの値、たとえば、4チャンネルM1からM4を順番に船上局に伝送することができる例が示されている。たとえば、M1は方位、M2はピッチ、M3はロール、M4は温度を表すことができる。   FIG. 10 is a diagram for explaining an example in which the acoustic digital signal of the present invention is transmitted as a plurality of channels. The transmission signal from the underwater station in FIG. 10 is obtained by switching the transmission code in order and transmitting two acoustic digital signals, so that the values of a plurality of different sensors, for example, four channels M1 to M4 are sequentially transmitted to the shipboard station. An example that can be transmitted is shown. For example, M1 can represent orientation, M2 can represent pitch, M3 can represent roll, and M4 can represent temperature.

図11(イ)および(ロ)は本発明の音響デジタル信号を複数のチャンネルとして送信した例を説明するための図である。図11(イ)および(ロ)は、水中局が構造物に複数設置された場合である。前記複数の水中局は、それぞれ異なる送信コード体系を割り当てることにより、より多くの伝送チャンネルを確保することができる。   11A and 11B are diagrams for explaining an example in which the acoustic digital signal of the present invention is transmitted as a plurality of channels. FIGS. 11A and 11B show a case where a plurality of underwater stations are installed in the structure. The plurality of underwater stations can secure more transmission channels by assigning different transmission code systems.

図12(イ)は本発明の方法により3次元情報を説明するための図である。図(ロ)は前記3次元の情報を2組のづつの情報として表す例を説明するための図である。図12(イ)は3次元情報として、方位、ロール、ピッチを測定する場合を説明するための図である。図12(ロ)は、前記方位No1ロール、ピッチNo2、ロールNo3とし例が示されている。本発明は、このように、2つの音響デジタル信号の間隔という情報により、シェークハンドすることなく、簡単に情報を一方通行で送信することが可能になった。   FIG. 12 (a) is a diagram for explaining three-dimensional information by the method of the present invention. FIG. 2B is a diagram for explaining an example in which the three-dimensional information is expressed as two sets of information. FIG. 12 (a) is a diagram for explaining a case where the azimuth, roll, and pitch are measured as three-dimensional information. FIG. 12B shows an example in which the orientation No. 1 roll, pitch No. 2 and roll No. 3 are used. As described above, according to the present invention, information such as the interval between two acoustic digital signals can be easily transmitted in one-way without a shake hand.

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明の船上局および水中局、送受信装置、あるいはデータ処理装置等は、公知の通信工学および音響工学の技術によって構成されるもので、特許請求の範囲を逸脱しないがぎり変形することが可能である。   As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said Example. The present invention can be modified in various ways without departing from the scope of the claims. The shipboard station and underwater station, transmission / reception apparatus, data processing apparatus, etc. of the present invention are constituted by known communication engineering and acoustic engineering techniques, and can be modified without departing from the scope of the claims. is there.

10・・・水中
11・・・・水中局
111・・・電源部
112・・・方位センサー部
113・・・音響送信部
114・・・送波器
12・・・・船上局
121・・・受波器
122・・・音響信号復元回路
1221・・2つの音響信号
1222・・相関処理部
123・・・ホストパソコン
13・・・・水中
14・・・・構造物
15・・・・海底
16・・・・音響デジタル信号
21・・・・ADC
22・・・・デジタル値生成部
23・・・・送信信号生成回路
24・・・・外部I/F回路
25・・・・送信回路
26・・・・受信回路
27・・・・外部I/F回路
10 ... Underwater 11 ... Underwater station 111 ... Power supply unit 112 ... Direction sensor unit 113 ... Acoustic transmission unit 114 ... Transmitter 12 ... Boat station 121 ... Receiver 122... Acoustic signal restoration circuit 1221 .. Two acoustic signals 1222 .. Correlation processing unit 123... Host personal computer 13... Underwater 14. .... Acoustic digital signal 21 ... ADC
22 ··· Digital value generating unit 23 ··· Transmission signal generating circuit 24 ··· External I / F circuit 25 ··· Transmitting circuit 26 ··· Reception circuit 27 ··· External I / F F circuit

Claims (6)

構造物に備えた方位センサーにより方位を観測し、一方通行の音響信号として船上局に送信することができる水中音響観測装置において、
前記構造物の状態が方位センサによって決まる一定の時間差をもった2つの音響デジタル信号に置き換えて前記船上局に対して送信する前記構造物からなる水中局と、
前記水中局から送信された一定の時間差を有する2つの前記デジタル音響信号を受信するとともに、前記音響デジタル信号の時間差に基づく水中における構造物の位置状態を復元する受信信号復元回路を備えた船上局と、
から少なくとも構成されていることを特徴とする水中音響観測装置。
In the underwater acoustic observation device that can observe the azimuth by the azimuth sensor provided in the structure and send it to the shipboard station as a one-way acoustic signal,
Underwater station consisting of the structure state of the structure is transmitted to the ship station replaced with two acoustic digital signal having a predetermined time difference determined by the azimuth sensor,
Which receives two of said digital audio signal having a constant time difference, which is transmitted from the water station, ship station having a received signal restoring circuit for restoring the positional state of the structure in water based on the time difference of the sound digital signal When,
An underwater acoustic observation apparatus characterized by comprising at least.
構造物に備えた方位センサーにより方位を観測し、一方通行の音響信号として船上局に送信することができる水中音響観測装置において、
前記構造物の状態が方位センサによって決まる一定の時間差をもった2つの音響デジタル信号に置き換えて前記船上局に対して送信する前記構造物からなる水中局と、
前記水中局から送信された一定の時間差を有する2つの前記デジタル音響信号を受信するとともに、前記音響デジタル信号の時間差に基づく水中における構造物の角度状態を復元する受信信号復元回路を備えた船上局と、
から少なくとも構成されていることを特徴とする水中音響観測装置。
In the underwater acoustic observation device that can observe the azimuth by the azimuth sensor provided in the structure and send it to the shipboard station as a one-way acoustic signal,
Underwater station consisting of the structure state of the structure is transmitted to the ship station replaced with two acoustic digital signal having a predetermined time difference determined by the azimuth sensor,
A shipboard station provided with a received signal restoration circuit that receives two digital acoustic signals having a certain time difference transmitted from the underwater station and restores the angle state of the structure in the water based on the time difference between the acoustic digital signals. When,
An underwater acoustic observation apparatus characterized by comprising at least.
前記2つの音響デジタル信号の間隔は、0.00から359.99に分割されていることを特徴とする請求項2に記載された水中音響観測装置。   The underwater acoustic observation apparatus according to claim 2, wherein an interval between the two acoustic digital signals is divided into 0.00 to 359.99. 前記2つの音響デジタル信号の時間間隔は、二次元の対照表を持つことにより方位、温度、位置、あるいは姿勢のいずれかを表すことができることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載された水中音響観測装置。 4. The time interval between the two acoustic digital signals can represent any one of azimuth, temperature, position, and orientation by having a two-dimensional comparison table . The underwater acoustic observation apparatus described in item 1. 二次元のデータを表す時間間隔は、2つの音響デジタル信号を二組とすることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載されたれ水中音響観測装置。   5. The underwater acoustic observation apparatus according to claim 1, wherein the time interval representing the two-dimensional data includes two sets of two acoustic digital signals. 三次元のデータを表す時間間隔は、2つの音響デジタル信号を三組とすることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載されたれ水中音響観測装置。   The underwater acoustic observation apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the time interval representing the three-dimensional data includes two sets of two acoustic digital signals.
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