JPH035552B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 −−産業上の利用分野−− 本発明は船等の移動体から超音波を送波し、そ
の周波数のドツプラーシフトに基いて潮流等の流
速を計る超音波流速計の改良に関するものであ
る。

−−従来技術−− 従来この種の流速計として、例えば特公昭45−
23314号公報所載のもの（超音波潮流計）が既に
開発されている。この原理は、第１図に示す如く
船速V₁で航行中の観測船の装備した超音波送波
器より海底４に対して俯角θで鋭いビームのパル
ス状超音波（送波パルス）２を発射し、水中の所
定の深度の層（水塊）３で起こるプランクトン等
による散乱波と海底４よりの反射波のそれぞれに
ついて生じるドツプラー効果を検出し、各反射波
の周波数のドツプラーシフト量の差に基いて潮流
の流速Ｖを知るものである。この場合、水深の深
いところでも海底４からの反射波を受波すること
ができるようにするには、超音波送波器より送波
する超音波を出来るだけ低い周波数のものにする
必要がある。これは周波数が低い程超音波の減衰
が少ないからである。

しかしながら上述の従来の装置では、水深の深
いところでの測定を可能にするため超音波送波器
より送波する超音波として、周波数の極めて低い
ものを適用すると、水中のプランクトン等の小物
体に関する反射率が極端に低下して水塊反射波を
受けられなくなつてしまうという問題があつた。
また、低周波の送波器は大型で重量も重く高価で
ある。

−−発明の目的−− 本発明は上述の点に鑑みてなされたものであ
り、水深の深いところでの測定を可能ならしめる
とともに、小型軽量で安価なこの種の装置を提供
しようとするものである。

−−発明の構成−− 本発明の構成の概要をその作用と共に以下に説
明する。

先づ本発明は、基本的に、パラメトリツクリナ
ーの原理を応用したものである。第２図は本発明
の原理を示す図である。船速V₁で航行中の観測
船１の船底には、互いに接近した周波数の複数種
類（例えば２種類）の高周波（f₁，f₂）の各超音
波パルスを、所定の俯角θをもつて且つ各波が相
互干渉してパラメトリツクビーム波２′を生ずる
ように送波すべく送波器が設けられている。既に
種々の文献（例えば、日本音響学会誌、35巻、10
号（1979）、第578〜586ページ；航海、74号（航
法特集・抄録）、第89〜93ページ）等に明らかに
されているとおり、上述のようなパラメトリツク
ビーム波２′は両高周波f₁，f₂の差の周波数（f₁，
f₂の差が少ないので低い周波数となる）を有する
サイドローブのない指向性の鋭いビームである。
前記両高周波の超音波パルスは所定深度の水塊３
において高効率で反射し、その反射波が観測船１
に設けられた高周波用の第１の受波器で受波され
る。また低周波のパラメトリツクビーム波２′は、
水中での減衰が少ないので、水深の深いところで
も容易に雪水底（海底）４に達し、その反射波
（対地反射波）が観測船１に設けられた低周波用
の第２の受波器で受波される。この第２図におい
ては図示が省略されているが、観測船１には上記
第１の受波器の出力から周波数のドツプラーシフ
ト量を検出する手段、上記第２の受波器の出力か
ら周波数のドツプラーシフト量を検出する手段、
及び前記両ドツプラーシフト量に対応する信号に
基いて水流の対地速度を算出するための演算手段
が装備され、目的とする流速が測定されるように
なされている。

−−実施例−− 第３図は本発明の実施例を示すブロツク図であ
る。この実施例では、超音波パルスの送波器とし
て送受波兼用のトランスデユーサ１０１，１０
２，１２１，１２２が設けられている。トランス
デユーサ１０１は船首方向（前）に向けて、トラ
ンスデユーサ１０２は船尾方向（後）に向けて、
トランスデユーサ１２１は左舷方向（左）に向け
て、またトランスデユーサ１２２は右舷方向
（右）に向けて、且つ所定の俯角（例えばトラン
スデユーサ１０１，１０２，１２１，１２２とも
各60゜）をもつて、高周波の超音波パルスを送波
すべく航行体（観測船）の船底に配置されてい
る。前記各トランスデユーサ１０１，１０２，１
２１，１２２はそれらにより送波された高周波の
超音波パルス波の水塊による散乱波（反射波）を
受けるための第１の受波器としても兼用されてい
る。一方、比較的低周波の超音波を受けるための
第２の受波器としてのトランスデユーサ１１３，
１１４，１３３，１３４が設けられている。トラ
ンスデユーサ１１３は船首方向（前）からの、ト
ランスデユーサ１１４は船尾方向（後）からの、
トランスデユーサ１３３は左舷方向（左）から
の、及びトランスデユーサ１３４は右舷方向
（右）からの超音波パルスをそれぞれ受波すべく、
各々船底に配置されている。前記各トランスデユ
ーサのうち、船の前後方向に関するトランスデユ
ーサ１０１，１０２，１１３，１１４は信号処理
回路S₁を介して演算手段としての中央処理装置
CPUに接続されている。また、船の左右方向に
関するトランスデユーサ１２１，１２２，１３
３，１３４は信号処理回路S₂を介して前記中央処
理装置CPUに接続されている。前記両信号処理
回路S₁及びS₂はそれらの構成及び作用が全く同様
なものであるため、以下においては信号処理回路
S₁に関する系統についてのみ詳述する。前記トラ
ンスデユーサ１０１，１０２は、高周波信号を増
幅してそれらのトランスデユーサから高周波の超
音波パルスを送波させるための出力増幅回路２０
０に接続されるとともに、それぞれの受波パルス
を周波数選択して増幅するための波増幅器２１
１及び２１２に各接続されている。一方前記トラ
ンスデユーサ１１３，１１４に対しても、同様
に、受波されたパルスを周波数選択して増幅する
ための波増幅器２１３及び２１４が各接続され
ている。所定の周波数（例えば100〜300KHz；特
に本実施例において望ましい一例としては200K
Hz）で発振する高周波発振器３００及びこの高周
波発振器３００の出力信号を所定の分周比（例え
ば1/10）に分周する分周器３１０が設けられてい
る。前記高周波発振器３００及び分周器３１０の
各出力信号がAM変調回路４００に入力されるよ
うに構成されている。このAM変調回路４００は
前記高周波発振器３００の出力信号を前記分周器
３１０の出力信号によつてAM変調するものであ
り、その変調された出力信号がゲート回路４５０
を介して前記出力増幅回路２００に入力されるよ
うに構成されている。一方前記各波増幅器２１
１及び２１２の出力信号が各対応する水塊エコー
検出回路２２１及び２２２並びに各対応する周波
数追尾回路２４１及び２４２に入力されるように
構成されている。また同様に、前記各波増幅器
２１３及び２１４の出力信号が各対応する水底エ
コー検出回路２３３及び２３４、並びに各対応す
る周波数追尾回路２４３及び２４４に入力される
ように構成されている。前記水塊エコー検出回路
２２１，２２２は前述の波増幅器２１１，２１
２の出力信号Ｈ，H′であるトランスデユーサ１
０１，１０２の受波パルスに対応する信号から水
塊反射波の信号を検出し、水塊検出信号Ｅ１，Ｅ
１′を発する。水塊エコー検出回路２２１，２２
２には前記波増幅器２１１，２１２からの信号
Ｈ，H′のほか後述の水深設定回路６００からの
タイミング信号Ｄが各入力されるように構成され
ている。一方前記水底エコー検出回路２３３，２
３４は、前述の波増幅器２１３，２１４の出力
信号Ｐ，P′であるトランスデユーサ１１３，１１
４の受波パルスに対応する信号から水底反射波の
信号を検出し水底検出信号Ｅ２，Ｅ２′を発する。
また、前記各周波数追尾回路２４１，２４２，２
４３，２４４は、それぞれ各対応する前記波増
幅器２１１，２１２，２１３，２１４の出力信号
であるパルス状の信号を周波数の等しい連続波の
信号に変換するものである。この周波数追尾回路
としては特公昭51−4895号公報所載の“周波数追
尾装置”の態様のものを適用することができる。
周波数追尾回路２４１及び２４２には更に水深設
定回路６００からのタイミング信号Ｄが入力され
るように構成されている。

前述の分周器３１０の出力信号は伝播時間カウ
ンタ３５１及び３５２にも各入力されるように構
成されている。前記各伝播時間カウンタ３５１及
び３５２には、それぞれのカウンタにおける計数
値を受けるようになされたラツチ回路３６１及び
３６２が各対応して接続されている。前記ラツチ
回路３６１は前述の水塊エコー検出回路２２１の
出力信号Ｅ１及び水底エコー検出回路２３３の出
力信号Ｅ２がそれぞれ入力されるように構成さ
れ、これら２つの信号の何れによつてもラツチ動
作がなされ且つラツチされた計数値を中央処理装
置CPUに与えた後直ちにラツチが解除されるよ
うになされている。また、前記ラツチ回路３６２
は、前述の水塊エコー検出回路２２２の出力信号
Ｅ１′及び水底エコー検出回路２３４の出力信号
Ｅ２′がそれぞれ入力されるように構成され、こ
れら２つの信号の何れによつてもラツチ動作がな
され且つラツチされた計数値を中央処理装置
CPUに与えた後直ちにラツチが解除されるよう
になされている。

一方、前記周波数追尾回路２４１の出力信号及
び前記高周波発振器３００の出力信号がそれぞれ
入力されるドツプラーシフト検出回路２５１が設
けられている。このドツプラーシフト検出回路２
５１は入力された両信号の周波数の差、即ち水塊
反射波の周波数のドツプラーシフト量を検出す
る。同様に前記周波数追尾回路２４２の出力信号
及び前記高周波発振器３００の出力信号がそれぞ
れ入力されるドツプラーシフト検出回路２５２が
設けられている。このドツプラーシフト検出回路
２５２は入力された両信号の周波数の差、即ち前
述のドツプラーシフト量、を検出する。前記両ド
ツプラーシフト検出回路２５１及び２５２の各出
力信号は平均化回路２６０にそれぞれ入力される
ように構成されている。前記平均化回路２６０は
２つの入力値の平均値出力を得、この出力を前記
中央処理装置CPUに与えるように構成されてい
る。

他方、前記周波数追尾回路２４３の出力信号及
び前記分周器３１０の出力信号が入力されるよう
になされ、両信号の周波数の差、即ち水底反射波
の周波数のドツプラーシフト量、を検出するドツ
プラーシフト検出回路２５３が設けられている。
また同様に前記周波数追尾回路２４４の出力信号
及び前記分周器３１０の出力信号がそれぞれ入力
されるようになされ両信号の周波数の差、即ち前
述のドツプラーシフト量、を検出するドツプラー
シフト検出回路２５４が設けられている。前記両
ドツプラーシフト検出回路２５３，２５４の各出
力信号は平均化回路２７０にそれぞれ入力される
ように構成されている。前記平均化回路２７０は
２つの入力値の平均値出力を得、この出力を前記
中央処理装置CPUに与えるように構成されてい
る。

前述の両伝播時間カウンター３５１，３５２及
び両ラツチ回路３６１，３６２並びにゲート回路
４５０のそれぞれに対しタイミング信号Ｌを与え
るべくロジツク制御回路５００が設けられてい
る。前記ロジツク制御回路５００にはパルス幅設
定回路５１０、測定周期設定回路５２０及び中央
処理装置CPUが、それらの各出力信号が入力さ
れるように接続されている。前記パルス幅設定回
路５１０は、前記分周器３１０の出力信号を受け
て、前記トランスデユーサ１０１及び１０２から
送波する毎回の（即ち測定周期毎の）超音波パル
スの送出時間t₁を規制すべく、前記ロジツク制御
回路５００より出力されるタイミング信号（パル
ス信号）のパルスの立下りのタイミングを決定す
る信号を発するように構成された例えば公知のカ
ウンタ態機のものである。また、前記測定周期設
定回路５２０は、前記分周期３１０の出力信号及
び中央処理装置CPUからの設定信号を受けるべ
く接続されている。この測定周期設定回路５２０
は、前記トランスデユーサ１０１及び１０２から
送波する超音波パルスの時間間隔t₂を決定すべ
く、前記ロジツク制御回路５００より出力される
タイミング信号Ｌのパルスの立上りのタイミング
を決定する信号を発するように構成された例えば
公知のカウンタ回路態様のものである。

中央処理装置CPUからの設定信号を受けて流
速測定を行なおうとする水深値（より詳細にはこ
の水深値に対応する超音波パルスの伝播時間）に
対応するタイミング信号Ｄ（パルス信号）を前記
水塊エコー検出回路２２１，２２２及び前記周波
数追尾回路２４１，２４２に与える水深設定回路
６００が設けられている。この水深設定回路６０
０としては例えば公知のカウンタ回路態様のもの
を適用することができる。中央処理装置CPUに
は本装置において得られる各種の計測値を表示す
るための表示装置７００（例えばブラウン管表示
装置）が接続されている。尚、中央処理装置
CPUは、ジヤイロコンパス等の外部の計器から
少なくとも方位（真北位）及び船位に対応する各
信号がそれぞれ入力されるように構成されてい
る。更に要すれば、水温、塩分濃度、雑音等の各
種データが中央処理装置CPUに入力されるよう
に構成し得る。

上述の本発明の装置は以下のように動作する。
前記高周波発振器３００は所定の高周波（例えば
200KHz）で常時発振動作をしている。高周波発
振器３００の出力信号は前記AM変調回路４００
に入力され、同時に分周器３１０に入力される。
分周器３１０は前記高周波発振器３００の出力信
号を例えば1/10に分周し低周波（例えば20KHz）
の出力信号を発する。この低周波の出力信号も前
記AM変調回路４００に入力され、この回路にお
いて前述の高周波（200KHz）が低周波（20KHz）
によりAM変調され、複数の高周波成分（例えば
220KHz、200KHz、180KHzの３種類）を含んだ変
調出力信号が得られる。この変調出力信号はゲー
ト回路４５０を介して、このゲート回路４５０が
開いている期間中出力増幅回路２００に入力され
る。ゲート回路４５０は前記ロジツク制御回路５
００より与えられるタイミング信号Ｌ（パルス信
号）のオン時間t₁（例えば正論理の場合）開かれ
前述の変調出力信号を通過させる。出力増幅回路
２００はこの変調出力信号を増幅して前述の高周
波用の各トランスデユーサ１０１（船首向き）及
び１０２（船尾向き）に与える。本実施例では、
両トランスデユーサ１０１，１０２はこの増幅さ
れた信号により観測船の船底から所定の俯角（例
えば60゜）をもつて水中に前記３種類の周波数成
分（220KHz、200KHz、、180KHz）を含む高周波
の超音波パルスを送波する。このようにして送波
された上記超音波パルスは水中を伝播するうちに
相互に干渉し、それらの前記周波数成分間の差の
周波数（特に220KHz−200KHz＝20KHz，200KHz
−180KHz＝20KHz）を有する低周波のパラメト
リツクビーム波が形成される。

前記両トランスデユーサ１０１，１０２よりそ
れぞれ送波された高周波の超音波パルスは第２図
を用いて説明したように、水塊３により効率良く
反射（散乱）され、再び両トランスデユーサ１０
１，１０２に戻つてそれぞれ受波される。

また、前述のパラメトリツクビーム波は低周波
であるため減圧が少なく、容易に水底に達して反
射され、前述の低周波用の各トランスデユーサ１
１３（船首向き）、１１４（船尾向き）により受
波される。

前述のように高周波用のトランスデユーサ１０
１，１０２で受波された超音波パルスは各トラン
スデユーサにより電気信号に変換されて各対応す
る波増幅器２１１及び２１２にそれぞれ入力さ
れる。波増幅器２１１及び２１２は前述の超音
波パルス波の８種類の周波数成分（220KHz、
200KHz、180KHz）のうちの所定の１つの成分
（本例では200KHz）の周波数を中心周波数とする
狭い帯域の信号成分のみを抽出して増幅し出力す
る。波増幅器２１１，２１２の出力信号（パル
ス信号）は各対応する水塊エコー検出回路２２
１，２２２及び周波数追尾回路２４１，２４２に
それぞれ入力される。各周波数追尾回路２４１，
２４２は上述のように入力されたパルス状の信号
を同一周波数の連続波状の信号に変換し、この信
号を各対応するドツプラーシフト検出回路２５
１，２５２のそれぞれ２つの入力信号のうちの各
一方の入力信号として入力させる。各ドツプラー
シフト検出回路２５１，２５２では、上述のよう
にして入力された一方の入力信号である周波数追
尾回路２４１，２４２からの信号の周波数と、他
方の入力信号である高周波発振器３００の発する
信号の周波数との差、即ち、前述のようにトラン
スデユーサ１０１，１０２により送波された超音
波パルスの周波数と受波された超音波パルスの周
波数とのドツプラーシフト量をそれぞれ検出す
る。そしてこの両検出信号をそれぞれ平均化回路
２６０に一対の入力信号として入力させる。平均
化回路２６０は上述の両入力信号の平均値に対応
する信号、即ち船首向きのトランスデユーサ１０
１による信号のドツプラーシフトと船尾向きのト
ランスデユーサ１０２による信号のドツプラーシ
フトとの平均値に対応する信号、を得て、この信
号を中央処理装置CPUに入力する。

また、前記低周波用の各トランスデユーサ１１
３，１１４により受波された低周波（前述のパラ
メトリツクビーム波の反射波）は各トランスデユ
ーサ１１３，１１４により電気信号に変換され
る。これらの電気信号は前述の各トランスデユー
サ１０１，１０２による信号の処理過程と全く同
様な過程を経て処理される。即ち、両電気信号は
各対応する波増幅器２１３，２１４において前
記パラメトリツクビーム波の周波数（本例では
20KHz）を中心周波数とする狭い帯域の周波数成
分が抽出されて増幅される。波増幅器２１３，
２１４の出力信号（パルス信号）は各対応する水
底エコー検出回路２３３，２３４及び周波数追尾
回路２４３，２４４にそれぞれ入力される。各周
波数追尾回路２４３，２４４は上述のように入力
されたパルス状の信号を同一周波数の連続波状の
信号に変換し、この信号を各対応するドツプラー
シフト検出回路２５３，２５４のそれぞれ２つの
入力信号のうちの各一方の入力信号としてそれぞ
れ入力させる。各ドツプラーシフト検出回路２５
３，２５４では、上述のようにして入力された一
方の入力信号である周波数追尾回路２４３，２４
４からの信号の周波数と、他方の入力信号である
分周器３１０からの信号の周波数との差、即ち、
前述のパラメトリツクビーム波（分周器３１０の
出力信号に等しい周波数を有する音波）の周波数
のドツプラーシフト量、をそれぞれ検出する。そ
してこの両検出信号をそれぞれ平均化回路２７０
に一対の入力信号として入力させる。平均化回路
２７０は上述の両入力信号の平均値に対応する信
号、即ち船首向きのトランスデユーサ１１３によ
る信号のドツプラーシフトと船尾向きのトランス
デユーサ１１４による信号のドツプラーシフトと
の平均値に対応する信号、を得て、この信号を中
央処理装置CPUに入力する。

以下に本発明装置の動作のタイミング図である
第４図Ｌを参照しつつ、動作の説明を更に続け
る。

前述のようにパルス幅設定回路５１０は、分周
器３１０からの信号を受けて、トランスデユーサ
１０１，１０２から送波する毎回の超音波パルス
の送出時間t₁を規制するため、前記ロジツク制御
回路５００から出力される第４図Ｌのタイミング
信号Ｌのパルスの立下りのタイミング決定する信
号を、ロジツク制御回路５００に与える。また測
定周波設定回路５２０は、前記分周器３１０から
の信号及び中央処理装置CPUからの設定信号を
受けて、トランスデユーサ１０１，１０２から送
波する超音波パルスの時間間隔t₂を決定するた
め、ロジツク制御回路５００から出力される第４
図Ｌのタイミング信号Ｌのパルスの立上りのタイ
ミングを決定する信号を、ロジツク制御回路５０
０に与える。ロジツク制御回路５００は上述のよ
うにしてパルス幅設定回路５１０及び測定周期設
定回路５２０からの信号を受け更に中央処理装置
CPUから同期パルス信号を受けて、第４図Ｌに
示すタイミング信号Ｌを形成する。このタイミン
グ信号Ｌは前記各ラツチ回路３６１，３６２及び
各伝播時間カウンタ３５１，３５２にそれぞれ与
えられる。各伝播時間カウンタ３５１，３５２は
分周器３１０からの入力信号を計数する。この計
数動作は前記タイミング信号Ｌのパルスを受ける
毎に計数が更新されるようにしてなされる。伝播
時間カウンタ３５１，３５２の計数値は常時ラツ
チ回路３６１，３６２に与えられている。

前述のように高周波用のトランスデユーサ１０
１，１０２による受波信号は波増幅器２１１，
２１２で増幅され、それらの各出力信号Ｈ，
H′（第４図Ｈ）は各対応する水塊エコー検出回路
２２１，２２２に入力される。

各水塊エコー検出回路２２１，２２２にはまた
前述の水深設定回路６００からのタイミング信号
Ｄ（第４図Ｄ）が入力される。水塊エコー検出回
路２２１，２２２は、前記タイミング信号Ｄのパ
ルスが到来している期間中に各対応する波増幅
器２１１，２１２からの出力信号Ｈ，H′が所定
のレベル以上であることを検出した場合に水塊検
出信号であるラツチ信号Ｅ１，Ｅ１′（第４図Ｅ
１）を各対応するラツチ回路３６１，３６２に与
える。各ラツチ回路３６１，３６２はこのラツチ
信号Ｅ１，Ｅ１′を受けた時点で伝播時間カウン
タ３５１，３５２から受けた計数値をそれぞれラ
ツチし、ラツチデータを中央処理装置CPUに入
力させる。この各計数値は水塊の深度に対応する
ものである。各ラツチ回路３６１，３６２におけ
るラツチ動作は上述のように中央処理装置CPU
へラツチデータを与えた直後に解除され、ラツチ
回路３６１，３６２には再び伝播時間カウンタ３
５１，３５２からその時々刻々の計数値が与えら
れるようになる。上述のようにして水塊深度に対
応した計数がなされるタイミングを第４図Ｃ１に
示す。

一方前述のように低周波用のトランスデユーサ
１１３，１１４による受波信号は波増幅器２１
３，２１４で増幅され、それらの各出力信号Ｐ，
P′（第４図Ｐ）は各対応する水底エコー検出回路
２２３，２２４に入力される。水底エコー検出回
路２２３，２２４は波増幅器２１３，２１４の
出力信号Ｐ，P′から水底反射波の信号を検出した
時点で水底検出信号であるラツチ信号Ｅ２，Ｅ
２′（第４図Ｅ２）を各対応するラツチ回路３６
１，３６２に与える。各ラツチ回路３６１，３６
２は、前述のラツチ信号Ｅ１，Ｅ１′を受けた場
合同様に、ラツチ信号Ｅ２，Ｅ２′を受けた時点
で伝播時間カウンタ３５１，３５２から受けた計
数値をそれぞれラツチし、そのラツチデータを中
央処理装置CPUに与える。このときのラツチ回
路３６１，３６２における各計数値は水底の深度
に対応するものである。上述のようにして水底の
深度に対応した計数がなされるタイミングを第４
図Ｃ２に示す。

上述においては船首方向及び船尾方向に向けて
配置された高周波用のトランスデユーサ１０１及
び１０２並びに低周波用のトランスデユーサ１１
３及び１１４に関する信号処理回路S₁における信
号処理過程についてのみ詳述したが、左舷方向及
び右舷方向に向けて配置された高周波用のトラン
スデユーサ１２１及１２３並びに低周波用のトラ
ンスデユーサ１３３及び１３４に関する信号処理
S₁においても、信号処理回路S₁と全く同様の信号
処理がなされ、中央処理装置CPUとの信号の授
受が行なわれる。中央処理装置CPUには、更に
外部のジヤイロコンパスその他の計器から、方
位、船位、ピツチ、ロール、更に要すれば水温、
塩分濃度、水中雑音等の各種データが入力され
る。上述の各種データのうち水中雑音は、そのレ
ベルが設定レベルより高くなつたとき測定値が信
用できないものとなるため、「測定不可」等の表
示を出すために入力されるものである。中央処理
装置CPUは上述のようにして入力された各種の
信号に基いて以下のような動作をする。

(1) 前記平均化回路２６０の出力信号（水塊反射
波に関するドツプラーシフト）に基いて観測船
の船首−船尾方向の対水船速の大きさv₁を算出
する。

(2) 前記平均化回路２７０の出力信号（水底反射
波に関するドツプラーシフト）に基いて観測船
の船首−船尾方向の対地船速の大きさv₂を算出
する。

(3) v₀＝v₁−v₂なる演算により、船首−船尾方向
の絶対潮流（流速）v₀を求める。

(4) 左舷向き右舷向きの前記トランスデユーサ１
２１，１２２，１３３，１３４の出力信号に基
いて得られたデータから、上記(1)，(2)，(3)と全
く同様の手順で左舷−右舷方向の絶対潮流（流
速）v₀′を求める。

(5) 上記(3)において求めた船首−船尾方向の絶対
潮流v₀と、上記(4)において求めた左舷−右舷方
向の絶対潮流v₀′とのベクトル演算により、潮
流Ｖ→の方向（当該観測船に対する方向）と、流
速Ｖ（対地流速）を求める。

(6) ジヤイロコンパス等の外部の計器より入力さ
れた絶対方位のデータを用いて、潮流Ｖ→の絶対
方位を求める。

(7) 上記(1)〜(6)項において求められた全データま
たは必要なデータのみを表示装置７００におい
て数字表示またはベクトル表示するための信号
を表示装置７００に出力する。

表示装置７００は中央処理装置CPUからの上
記(7)項における動作に基づく信号を受けて潮流Ｖ→
の絶対方位及び流速Ｖ、更に要すれば他の諸計測
データを数字表示又はベクトル表示する。

尚上述においては、中央処理装置CPUから水
深設定６００に或る一定の水深に対応する設定信
号が与えられて、その水深における潮流（流速）
が計測される場合の動作について詳述したが、中
央処理装置CPUからの設定信号を海面（水面）
附近から海底（水底）に向けて経時的に深い深度
に対応するように変化させることによつて、水深
に対する潮流測定をさせることもできることは勿
論である。この場合本装置は潮流のプロフアイラ
ーとして機能する。なお上述の実施例において
は、対地潮流値を求めるのにドツプラーシフト量
の差を取つたが、受波信号の周波数にはドツプラ
ー成分を含むので、受波信号の周波数（対水）か
ら対地周波数を直接差し引いてもドツプラーシフ
ト量の差を取るのと同等の結果が得られる。

対地や対水船速を潮流と同時に求める場合に
は、必ずドツプラーシフト量を求めなければなら
ないので、上述の実施例の方法が便利である。

−発明の効果−− 本発明の装置では送波器（トランスデユーサ）
から送波する超音波パルスとして周波数の接近し
た複数の種類の高周波パルスが送波され、これら
複数の高周波パルスの相互干渉により指向性が鋭
く副極のない減周波のパラメトリツクビーム波が
形成される。水塊（プランクトン等の小物体）か
らの反射を得るためには低周波より高周波の方が
反射率が良いので上記送波器から送波される高周
波パルスが有効に作用する。一方水深の深い水域
において十分なレベルの水底反射波を得るために
は減衰の少ない低周波パルスを用いる必要があ
り、このためには上述のパラメトリツクビーム波
が有効に作用する。従つて本発明の装置は特定の
単一の周波数の超音波パルスを送波して計測を行
なう従来の装置に比し計測可能な水深範囲が極め
て広い。また、本発明の装置は送波器として高周
波用のトランスデユーサのみを適用しているため
送波器が小型軽量で安価である。

また特に第３図を用いて説明した実施例の装置
では、適当な帯域幅を有するトランスデユーサを
送受波器として適用しているため、複数の種類の
高周波の送受に対して周波数に応じた各別の送受
波器を設ける必要がない。また、複数の種類の高
周波を得るために一つの高周波を低周波でAM変
調し、このAM変調された高周波中の複数の周波
数成分を利用する構成をとつているため、周波数
間隔の等しい複数組の成分からは同一周波数のパ
ラメトリツクビーム波が得られ、水深の深い水域
での計測が有効に行なわれ得る。更に、前述の各
ドツプラーシフト量の検出値は、前向きのトラン
スデユーサに関するシフト量と後向きのトランス
デユーサに関するシフト量との平均がとられるよ
うになされているため、航行体（観測船）のピツ
チングによる計測誤差が相殺・補正される。同様
に右向きのトランスデユーサに関するシフト量と
左向きのトランスデユーサに関するシフト量との
平均がとられるようになされているため、航行体
のローリングによる計測誤差が相殺・補正され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の超音波流速計の原理を示す図、
第２図は本発明の原理を示す図、第３図は本発明
の実施例を示すブロツク図、第４図は第８図の装
置の動作を説明するに供するタイミング図であ
る。 １……観測船、２……送波パルス、２′……パ
ラメトリツクビーム、３……水塊、４……水底、
１０１，１０２，１１３，１１４，１２１，１２
２，１３３，１３４……トランスデユーサ、２０
０……出力増幅回路、２１１，２１２，２１３，
２１４……波増幅器、２２１，２２２……水塊
エコー検出回路、２３３，２３４……水底エコー
検出回路、２４１，２４２，２４３，２４４……
周波数追尾回路、２５１，２５２，２５３，２５
４……ドツプラーシフト検出回路、２６０，２７
０……平均化回路、３００……高周波発振器、３
１０……分周器、３５１，３５２……伝播時間カ
ウンタ、３６１，３６２……ラツチ回路、４００
……AM変調回路、４５０……ゲート回路、５０
０……ロジツク制御回路、５１０……パルス幅設
定回路、５２０……測定周期設定回路、６００…
…水深設定回路、７００……表示装置、S₁，S₂…
…信号処理回路、CPU……中央処理装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに接近した周波数の複数の高周波の超音
   波パルス波をそれぞれ所定の俯角をもつて且つ各
   波が相互干渉してパラメトリツクビーム波を生ず
   るように送波すべく配置された送波器、前記複数
   の高周波の超音波パルス波のうち所定のものの所
   定深度における水塊反射波を受波する第１の受波
   器、前記パラメトリツクビーム波の水底反射波を
   受波する第２の受波器、前記第１の受波器の受波
   信号から周波数のドツプラーシフト周波数成分を
   含む信号を検出する手段、前記第２の受波器の受
   波信号から周波数のドツプラーシフト周波数成分
   を含む信号を検出する手段、及び前記両信号に基
   づいて水流の対地速度を算出する演算手段、を具
   備した超音波流速計。 ２ 前記送波器及び第１の受波器は前記複数の種
   類の高周波の各々を含む有効帯域特性を有する送
   受波兼用の１種類の超音波トランスデユーサによ
   り構成されたものである特許請求の範囲第１項記
   載の超音波流速計。 ３ 前記送波器、第１の受波器及び第２の受波器
   は航行体にその進行方向の前及び後向きに各一対
   また前記進行方向と垂直な方向の左及び右向きに
   各一対設けられ、前記第１の受波器の受波信号か
   ら周波数のドツプラーシフト成分を含む信号を検
   出する手段は前記進行方向及びこれに垂直な方向
   の前記第１の受波器の各対毎に両受波器の受波信
   号のドツプラーシフト成分を含む信号の平均値を
   得るように構成され、前記第２の受波器の受波信
   号から周波数のドツプラーシフト成分を含む信号
   を得る手段は前記進行方向及びこれに垂直な方向
   の前記第２の受波器の各対毎に両受波器の受波信
   号のドツプラーシフト成分を含む信号の平均値を
   得るように構成されたものである特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の超音波流速計。 ４ 所定の高周波信号を所定の低周波信号によつ
   てAM変調することにより互いに接近した周波数
   の複数の高周波成分を含む信号を得る手段、前記
   複数の高周波成分を含む信号に基いて複数の高周
   波の超音波パルス波をそれぞれ所定の俯角をもつ
   て且つ各波が相互干渉してパラメトリツクビーム
   波を生ずるように送波すべく配置された前記複数
   の高周波成分の全てを包含する有効帯域特性を有
   する送波器、前記複数の高周波成分のうち所定の
   ものの所定深度における水塊反射波を受波する第
   １の受波器、前記パラメトリツクビーム波の水底
   反射波を受波する第２の受波器、前記第１の受波
   器の受波信号から周波数のドツプラーシフト成分
   を含む信号を検出する手段、前記第２の受波器の
   受波信号から周波数のドツプラーシフト成分を含
   む信号を検出する手段、及び前記両ドツプラーシ
   フト成分を含む信号に基いて水流の対地速度を算
   出する演算手段、を具備した超音波流速計。 ５ 前記送波器及び第１の受波器は前記複数の高
   周波成分の全てを包含する有効帯域特性を有する
   送受波兼用の１種類の超音波トランスデユーサに
   より構成されたものである特許請求の範囲第４項
   記載の超音波流速計。 ６ 前記送波器、第１の受波器及び第２の受波器
   は航行体にその進行方向前及び後向きに各一対ま
   た前記進行方向と垂直な方向の左及び右向きに各
   一対設けられ、前記第１の受波器の受波信号から
   周波数のドツプラーシフト成分を含む信号を検出
   する手段は前記進行方向及びこれに垂直な方向の
   前記第１の受波器の各対毎に両受波器の受波信号
   のドツプラーシフト量の平均値を得るように構成
   され、前記第２の受波器の受波信号から周波数の
   ドツプラーシフト成分を含む信号を検出する手段
   は前記進行方向及びこれに垂直な方向の前記第２
   の受波器の各対毎に両受波器の受波信号のドツプ
   ラーシフト量の平均値を得るように構成されたも
   のである特許請求の範囲第４項または第５項記載
   の超音波流速計。