JPH0316632B2 - - Google Patents

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JPH0316632B2
JPH0316632B2 JP59091084A JP9108484A JPH0316632B2 JP H0316632 B2 JPH0316632 B2 JP H0316632B2 JP 59091084 A JP59091084 A JP 59091084A JP 9108484 A JP9108484 A JP 9108484A JP H0316632 B2 JPH0316632 B2 JP H0316632B2
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JP
Japan
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sound wave
time
depth
ship
frequency
Prior art date
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Application number
JP59091084A
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English (en)
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JPS60236077A (ja
Inventor
Hidetoshi Takahashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
UNYUSHO KOWAN GIJUTSU KENKYUSHOCHO
Original Assignee
UNYUSHO KOWAN GIJUTSU KENKYUSHOCHO
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by UNYUSHO KOWAN GIJUTSU KENKYUSHOCHO filed Critical UNYUSHO KOWAN GIJUTSU KENKYUSHOCHO
Priority to JP9108484A priority Critical patent/JPS60236077A/ja
Publication of JPS60236077A publication Critical patent/JPS60236077A/ja
Publication of JPH0316632B2 publication Critical patent/JPH0316632B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08Systems for measuring distance only
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C13/00Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal
    • G01C13/008Surveying specially adapted to open water, e.g. sea, lake, river or canal measuring depth of open water

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明はドツプラー効果を利用して船体の動揺
による測深誤差を演算し、計測深度を補正して、
正確な水深を求めるようにした船体の動揺補正音
響測深方法に関するものである。 一般に海底までの水深を計測するには、船から
水中に音響センサーを吊り下げて音波を発信し、
それが反射されてくるまでの時間を計測して水深
を演算する音響測深方法が採用されている。しか
しながら、計測中に船体が動揺すると、音響セン
サーと海底との相対変位が生じるため、船体の動
揺によつて生じる測定誤差を補正しなければなら
ない。ところが、従来は船に加速度計を積み込ん
で船体の動揺加速度を検出し、検出された加速度
を2回の積分過程を経て、音響センサーと海底と
の相対変位を算出しているため、動揺加速度の検
出誤差が2回の積分過程を経る間に大きな誤差と
なり、正確な水深を求めることができないという
欠点があつた。 本発明は、上記従来の欠点に鑑み提案されたも
ので、第4図に示すブロツク図のように構成し動
作する。第4図において、 3は音響センサー、 11は音波を発信し、受信したことの時刻測定
を行うこと、 12は前記音波の発信周波数と、受信周波数と
を測定すること、 13は水深を計算により求めること、 14は音響センサーと水深の測定点との相対速
度を計算すること、 15は数値積分処理を行うこと、 16は水深について補正計算を行うことをそれ
ぞれ示している。 したがつて、「特許請求の範囲」に記載した本
発明の構成要件 イは符号11に対応し、 ロは符号12に対応し、 ハは符号13に対応し、 ニは符号14に対応し、 ホは符号15に対応し、 ヘは符号16に対応している。 そのため本発明においては、音響センサー3か
ら音波を発信し、その時刻t1と受信し時刻t2とを
測定しておく。また、発信したときの周波数f
と、受信したときの周波数frとをそれぞれ測定す
る。次に前者の時刻と後者の時刻のと差t=t2
t1と、水中における音波の伝播速度Vsとより水
深Doを演算する。また、周波数変化値を使つて、
音波の反射点に対する音響センサーの相対変位速
度V(t)を演算する。次に船体の動揺による計
測誤差Dmを演算する。このときDmの正負は相
対速度V(t)が正負に変化しているためDmを
求める積分結果から自動的に決まる。そして、D
=Ho+Do+Dmを演算して正確な水深Dを求め
る。このようにして本発明によると、ドツプラー
効果によつて生じた音波の周波数の変化から音響
センサーの海底に対する相対変位速度を演算によ
つて正確かつ簡単に求めることができ、しかもそ
の相対変位速度を1回積分するだけで測深誤差を
演算することができるので、従来のように検出誤
差が大きな誤差となることはなく、水深を非常に
正確にしかも簡単に求めることができ、加速度計
も不要で実用上きわめて有効な船体の動揺補正音
響測深方法を実現し得るものである。 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて具
体的に説明する。 第1図は本発明の方法により音響測深を行つて
いる双胴船の正面図である。図中1は海面2上に
浮かんだ双胴船の船体で、その船側から音響セン
サー3がその受発信面が真下の海底4を向くよう
にジンバル5を介してケーブル6により水中に吊
支され、音響センサー3と船室内の音響測深計測
用の各種機器とは、ケーブル6を介して電気的に
接続されている。なお、7は動揺中心で、双胴船
の船体1は動揺中心7の支点として左右に略一定
の周期で動揺を繰り返している。 第2図は第1図に示す双胴船の船体1が進行し
ながら動揺したときの音響センサー3と海底4と
の位置関係を示す相対変位図である。いま、海面
2より基準水位Hoの水中に音響センサー3を吊
り下げた双胴船の船体1が動揺中心7を支点とし
て左右に動揺しながら進行し、時刻t1に音響セン
サー3から海底4に向けて周波数foの音波を発信
したとする。音響センサー3から発信された音波
は海底4で反射されt時間後の時刻t2に音響セン
サー3より受信されるが、船体1の動揺によつて
音響センサー3は海底4に対し相対変位速度V
(t)で上下動を繰り返しているため、音響セン
サー3により受信される音波の周波数は、ドツプ
ラー効果によりfoからfrへと変化する。従つて、
音波の水中伝播速度をVsとすると、音響センサ
3の海底4に対する相対変位速度V(t)は、次
の(1)式から求められることとなる。 V(t)=Vs/2・fo−fr/fo ……(1)式 第3図は音響センサーが第2図に示す()、
()、()、()の各位置にあるときの音波の
発信波形と受信波形の関係を示す波形図で、横軸
は時間Tを示す。図から明らかなように、()
及び()の位置においては、音響センサー3は
動揺の上死点及び下死点にあるため、音響センサ
ー3の海底4に対する相対変位速度V(t)は零
となり、発信周波数foと受信周波数frとは等しく
なる。これに対し、()→()の間の位置に
おいては、音響センサー3は海底4に近づく方向
に移動しているため、ドツプラー効果による受信
周波数frは発信週波数foよりも高くなり、そのと
きの相対変位速度V(t)は(1)式より求められる
ことになり、負となる。 また、()→()間の位置においては、音
響センサー3は海底4より遠ざかる方向に移動し
ているため、ドツプラー効果により受信周波数fr
は発信周波数foよりも低くなり、その時の相対変
位速度V(t)は、(1)式より求められることにな
り、正となる。従つて、時間の関数となる相対変
位速度V(t)を、音響センサー3が基準水位Ho
を通過する時刻(基準時間)toから音波を発信し
た時刻t1まで相対変位速度V(t)を積分すると
基準水位Hoからの変位量が求まる。ここで基準
時間toの求める方法は種々考えられるが、船が岸
壁に接岸されているとき、音響測深器の測定水深
の平均をとり、その水深を音響測深器が表示する
時刻を基準時間toとすることが一例である。基準
水位Hoからその時点における音響センサー3ま
での距離H1、すなわち、船体1の動揺による測
深誤差Dmが次の(2)式より求められることにな
る。 Dm=H1=∫t1 t0V(t)dt ……(2)式 他方、基準水位Hoから海底4までの距離をH2
とすると、海底4に音波を発信し、それが反射さ
れてくるまでの時間tより、計測深度Doすなわ
ちH1+H2は次の(3)式より求められることにな
る。 Do=H1+H2=Vs・(t2−t1)/2 ……(3)式 従つて、正確な水深Dは、Do=H1+H2に測深
誤差Dmを補正して、音響センサー3が基準水位
Hoよりも上にあるときも下にあるときも次の(4)
式より求められることになる。 D=Ho+H2=Ho+Do−Dm (4)式 本発明の船体の動揺補正音響測深方法の実用性
をテストするため第5図に示すように、水深5m
の水槽中で、全長3m、全幅1.2mの双胴船膜型
の船側から基準水位H0=1mの水中に音響セン
サー3を吊支し、船体を V(t)=0.5sin(2πft) で上下に動揺させる。 πは円周率、 fは動揺周波数、f=0.1 tは時間である。 基準時間toを動揺させた音響センサー3の測定
水深DoがDoの平均値がD−Hoに等しくなる時
間としto=10である。ここで、船体を動揺させな
がら1秒毎に周波数200kHzの音波を発信して、
発信した音波を受信するまで時間(t2−t1)と受
信した音波の周波数の表−1に示す。発信した音
波を受信するまでの時間(t2−t1)から(3)式を用
いて計測水深Doを求め、また発信周波数foと受
信周波数frから(1)式を用いて相対変位速度Vを求
め、基準時間toからそれまでの各時刻におけるV
から(2)式を用いて(実際の積分は数値積分を用い
た)動揺誤差たる相対変位を求め、最後に(4)式を
用いて真の水深Dを求める。この計算結果を表−
1に示す。これによると水深5mに対しDの計算
結果は0.004m以内に収まつている。 なお、上記(1)〜(4)式による計算は時間t=f2
f1、周波数fr等を計測機器からの計測値信号に基
づいて船室内に設置されたマイクロコンピユータ
ーにより演算し、測深誤差Dmを補正した正確な
水深Dに基づいて海底の状況を直ちに図形化して
プリントアウトさせることができ、きわめて好都
合である。 以上具体的に説明したように、本発明の船体の
動揺補正音響測深方法においては、ドツプラー効
果によつて生じた音波の周波数の変化から音響セ
ンサーの海底に対する相対変位速度を演算によつ
て正確かつ簡単に求めることができ、その相対変
位速度を1回積分するだけで測深誤差を演算する
ことができるので、水深を精度よく求めることが
でき、加速度計も不要で取扱いも容易である等、
多くの利点を有するものである。
【表】
【表】 【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法により音響測深を行つて
いる双胴船の正面図、第2図は第1図に示す双胴
船の船体が進行しながら動揺したときの音響セン
サーと海底との位置関係を示す相対変位図、第3
図は音響センサーが第2図に示す()、()、
()、()の各位置にあるときの音波の発信波
形と受信波形の関係を示す波形図である。第4図
はドツプラー効果によつて相対変位速度を演算に
よつて求め、相対変位速度を1回積分するだけで
測深誤差を演算し、水深を求める船体の動揺補正
音響測深方法のブロツク図であり、第5図は水槽
中で双胴船模型の船側から水中に音響センサーを
吊支し、船体を上下に動揺させる実施例である。 1……双胴船の船体、2……海面、3……音響
センサー、4……海底、5……ジンバル、6……
ケーブル、7……動揺中心、Do……計測深度、
Dm……計測誤差、D……正確の水深。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 音波発信器を具備する音響センサーを船から
    基準水位Hoの水中に吊り下げ、発信した音波を
    受信し、船内に設置した音波の周波数測定器、時
    間測定器、演算装置により下記の演算を順次に行
    うことにより、音波が反射した点の船からの深さ
    を測定する方法。 イ 発信した音波が反射し到着するまでの時間 t=t2−t1を測定すること、 t1は音波を発信した時刻、 t2は音波を受信した時刻、 ロ 受信音波の周波数を測定すること、 ハ Do=Vs・t/2を演算すること、 Doはそのとき計測した水深、 Vsは音波の水中伝播速度、 ニ V(t)=Vs/2・fo−fr/foを演算すること、 V(t)は相対変位速度(時間の関数とな
    る)、 foは発信音波周波数、 frは受信音波周波数、 ホ Dm=∫t1 t0V(t)dtを演算すること、 Dmは船体の動揺による測深誤差、 t0は基準時間、 t1は音波の発信時刻、 ヘ D=Ho+Do÷Dmを演算すること、 Dは求める水深、 Dmは上記積分で求まる測深誤差であり、正
    負の値をとり、正の場合は基準水位Hoの上に
    あること、負の場合は下にあることを示す、 ことを特徴とする船体の動揺補正音響測深方法。
JP9108484A 1984-05-09 1984-05-09 船体の動揺補正音響測深方法 Granted JPS60236077A (ja)

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JPS60236077A JPS60236077A (ja) 1985-11-22
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JP9108484A Granted JPS60236077A (ja) 1984-05-09 1984-05-09 船体の動揺補正音響測深方法

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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103257347B (zh) * 2012-02-17 2014-12-10 中国人民解放军海军装备研究院舰艇作战系统论证研究所 一种实际使用环境下的声纳作用距离指标的获取方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5466870U (ja) * 1977-10-20 1979-05-12
JPS5711026A (en) * 1980-06-24 1982-01-20 Mitsubishi Gas Chem Co Inc Manufacture of laminate
JPS5910869A (ja) * 1982-07-12 1984-01-20 Koden Electronics Co Ltd 動揺除去ソナ−装置
JPS5916232A (ja) * 1982-07-20 1984-01-27 株式会社東芝 しや断器

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JPS60236077A (ja) 1985-11-22

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