JPH0458180A - 潜水船の音響航法測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は潜水船を追尾する音響航法測定装置に関し、特
にその潜水船の真の位置を求める装置に関するものであ
る。

［従来の技術］ 従来の音響航法測定の方法については、海洋音響研究会
の海洋音響（基礎と応用）、（Ｐ２０９〜Ｐ２１４）、
（１９８４）に記載されたものがあり、以下に概略を説
明する。

第４図は従来の潜水船の音響航法測定装置の概略構成図
である。

図において、（１）は本音響測定装置を搭載した測定船
舶（以下水上船舶という’）　、（２）は水中に投下さ
れ、アレイ状に受渡素子を配列した受波器、（３）は受
渡器（２）からの信号を増幅する増幅器、（４）はＳＳ
ＢＬ　（Ｓｕｐｅｒ　　５ｈｏｒｔ　　Ｂａ５ｅ−Ｌｉ
ｎｅ）受信機であり、増幅器（３）から入力する信号の
時間をタイマー（５）により読み、潜水船との距離（以
下スラントレンジという）を求め、さらに水上船舶（１
）からの方位を求めて出力するものである。

（６）は演算部であり、ＳＳＢＬ受信機（４）からの出
力信号を用いて、水中の船舶の位置をメモリ（７）に格
納している過去の位置より求めて出力するものである。

（８）は演算部（６）からの出力信号をｘ、ｙ、ｚ座標
又は地球座標に変換した映像信号を表示部（９）に出力
して表示させる表示変換部である。

（１０）は潜水船であり、少なくとも以下に説明する装
置を有している。

（１０ａ）は受波器（２）に音波を放射する送波器、（
１０ｂ）は送信機、（１０ｃ）はタイマーである。

上記のように構成された潜水船の音響航法測定装置につ
いて以下に動作を説明する。

初めに、位置を測定する前に水上船舶（１）のオペレー
タと潜水船（１０）のオペレータは相互にタイマーの時
間を合せる。次に、潜水船（１０）のオペークは所定の
時刻に音波を発射する時刻をタイマー　（１０ｃ）に設
定する。

そして、潜水船（１０）は水中を移動して、予め設定時
刻になると、タイマー（１０ｃ）は送信機（１０ｂ）に
信号を出力する。

すると、送信機（１０ｂ）はタイマー（１０ｅ）からの
信号により、所定の送信電力を送波器（１０ａ）に出力
し、水中に超音波パルスを発射させる。

超音波パルスが発射されると、水上船舶（１）の受渡器
（２）は潜水船（ｌＯ）からの超音波パルスを受信し、
電気信号に変換して出力する。

そして、増幅器（３）は受渡器（２）からの信号を一定
レベル以上増幅してＳＳＢＬ受信機（４）に出力する。

そして、ＳＳＢＬ受信機（４）はタイ？　−（１０ｃ）
が送信指令を出す時刻と同じ時刻になっているタイマー
（５）から時刻を得て、超音波パルスが受波器（２）に
到達するまでの時間ｔを測定して、スラントレンジｒを
下記の式のようにして得る。

スラントレンジｒ−Ｃｔ （但し、Ｃは音速） また、Ｘ方位角は受波器（２）の各受渡素子からの信号
である各チャンネル毎の位相差によって求め、その値を
演算部に出力する。

次に演算部（６）は、ＳＳＢＬ受信機（４）から入力す
るスラントレンジｒ及び方位θから潜水船（１０）の位
置を求め、さらに過去の潜水船（１０）の位置から平滑
位置を求めて表示変換部（８）に出力する。表示変換部
（９）は、出力する位相差によって、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標あ
るいは地球座標に変換して表示部（９）に表示していた
。

これは例えば、潜水船（１０）が２０ｋ　ｔの速度で移
動しているときに、スラントレンジｒが１５００ｍで得
られたとすると、そのスラントレンジｒから求めた潜水
船（１０）の位置を表示部（９）に表示することである
。

従って、音波が水中を伝搬する速度は約１５００ｍであ
るから、音波が水上船舶（１）に到達した時間は１秒で
あり、その間に潜水船（ｌＯ）が移動する距離は約１０
ｍであるので、オペレータはその距離を見越して潜水船
（１０）の実際の位置を補足して潜水船を操縦しなけれ
ばならなかった。

このように、従来は受渡器（２）に到達した時点の音波
からの潜水船（１０）のＤＩ定位置は正確な位置を表示
するものでなかった。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の潜水船を追尾する音響航法測定装置
では、受波器により受信した時点での潜水船からの音波
により、潜水船の実際の位置として表示するようにされ
ているので、例えば潜水船が移動していた場合は、水中
を伝搬する音波の到速時間による影響が無視され、表示
器に表示される潜水船の位置はその到達時間分だけ遅れ
た位置に表示され、オペレータは正確な潜水船の位置を
把握できないという問題点があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもの
で、潜水船が移動しても、その潜水船から発射される音
波の到達時間の影響を考慮し、潜水船からの音波が到達
した時点での潜水船の位置を表示する潜水船の音響航法
測定装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る潜水船を追尾する音響航法測定装置は、測
定側船舶に備えられたタイマーに同期して超音波パルス
を水中に発射する送波器を有した潜水船からの超音波パ
ルスを受信し、その超音波パルスの到達時間をタイマー
から読み、測定船舶から潜水船までのスラントレンジ及
び方位を求めて出力するＳＳＢＬ受信機を有し、そのＳ
ＳＢＬ受信機の出力及び過去の潜水船の位置から今回の
潜水船の位置を求めて表示させる表示手段からなる潜水
船を追尾する音響航法測定装置において、超音波パルス
の入力周波数と基準周波数から測定船舶に対する潜水船
の超音波パルスのドツプラ偏位周波数を検出するドツプ
ラ偏位検出回路と、ドツプラ偏位周波数を入力し、測定
船舶に対する潜水船の相対速度を求める相対速度算出手
段と、相対速度と超音波パルスの到達時間とから潜水船
の移動距離を算出する距離算出手段と、相対速度、過去
の位置及び今回の位置から測定船舶に対する真の潜水船
の方位を求める潜水船方位算出手段と、移動距離及び真
の潜水船の方位に基づいて求めた値を真の潜水船の位置
として表示手段に出力する潜水船位置算出手段とを備え
たものである。

［作用］ 本発明においては、ＳＳＢＬ受信機がｆｉ−１定船舶か
ら潜水船までのスラントレンジ及びその方位、さらに今
回の潜水船の位置を求めると共に、ドツプラ偏位検出回
路が測定船舶に対する潜水船の超音波パルスのドツプラ
偏位周波数を検出する。

すると、相対速度算出手段がドツプラ偏位周波数から測
定船舶に対する潜水船の相対速度を求める。

そして、距離算出手段が相対速度と超音波パルスの到達
時間とから潜水船の移動距離を算出すると、潜水船方位
算出手段が相対速度、過去の位置及び今回の位置から測
定船舶に対する真の潜水船の方位を求めて、潜水船位置
算出手段が移動距離及び真の潜水船の方位に基づいて求
めた値を真の潜水船の位置として表示手段に出力して表
示させる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示す潜水船の音響航法測定
装置の概略構成図である。

図において、（１）〜（１０ｃ）は上記従来装置と同様
なものであり、（１２）はドツプラ偏位検出回路であり
、増幅器（２）から出力する超音波パルス（以下音波と
いう）の差と基準周波数から測定船舶に対する潜水船の
音波のドツプラ偏位周波数（以下ドツプラ周波数ｆｄと
いう）を検出して出力するものである。

（１３）は本発明の動作をする演算部であり、以下に説
明する手段を有したものである。

（１４）は信号読込手段であり、ＳＳＢＬ受信機（４）
から入力する水上船舶（１）からの方位θ、スラントレ
ンジｒ及び潜水船の位置を入力し、その信号をメモリ（
７）に記憶するものである。

この場合は過去の位置Ｐ　１今回の潜水船（１ｏ）■ の位置Ｐ２及び本発明により求めた真の潜水船の位置Ｐ
３を記憶するものである。

（１５）は潜水船速度算出手段であり、メモリ（７）に
記憶された過去の位置Ｐ１と今回の潜水船（１ｏ）の位
置Ｐ２とから潜水船（１０）の速度を算出するものであ
る。

（１６）は潜水船の相対速度を算出するパラメータ式（
以下パラメータ式という）であり、以下に説明するパラ
メータ式を記憶したものである。

第２図は本発明の詳細な説明する図であり、図において
、（１）及び（ｌＯ）、Ｐ　　−Ｐ　　、θは上記説明
と同様なものであり、ψは水上船舶（１）に対する潜水
船（ｌＯ）の進行方位、ｖｌは水上船舶（１）の進行速
度、Ｖ１８は潜水船（１０）に対する水上船舶（１）の
相対速度、Ｖ２は潜水船（１０）の進行速度、Ｖ２Ｓは
水上船舶（１）に対する潜水船（１０）の相対速度であ
る。

同図から相対速度ｖ２８を求める場合を説明が簡単なた
め３次元ではなく水上船舶（１）と潜水船（ｌＯ）が同
一平面とする２次元として説明する。またベクトル符号
及び過去の速度等は省略する。

すると、２船間の相対速度Ｖ８は、 相対速度Ｖ　ｓ　−Ｖ　２　Ｓ　　Ｖ　ｔ　ｓ　””　
Ｖ　２　　（ＣＯＳ　（θ−ψ）ｌ−Ｖ、ｃｏｓθ であり、またドツプラ周波数ｆｄは、潜水船（ｌＯ）か
ら発射される音波の周波数（以下基準周波数という）を
ｆ。とすると、 ｆｄ−ｆｏＶ２ｓ／Ｃで示されるため、Ｖ２ｓ−Ｖ２ｃ
ｏｓ　（θ−ψ）− （１／ｆｏ）（ｆｄ＋Ｖ、ｃｏｓθ） ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・（Ａ）で示される。この（Ａ）のような式を相対速
度ｖ２８を求めるパラメータ式として設定する。

つまり、相対速度Ｖ２８を基準周波数ｆ。とドツプラ周
波数ｆｄ及びＶ１ｃｏｓθが得られば簡単に求められる
ことを示すものである。

（Ｉ７）は相対速度算出手段であり、ドツプラ周波数ｆ
ｄを入力し、パラメータ式（１６）に基づいて、方位θ
及び水上船舶（１）の速度ｖ１をメモリフ７）から読み
、相対速度Ｖ２８を求めるものである。

（１８）は進行方位算出手段であり、相対速度Ｖ２８か
ら水上船舶（１）に対する潜水船（１０）の進行方位ψ
を求め、かつ過去の進行方向をＳＳＢＬ受信機（４）か
ら入力して真の方位とするものである。

この場合は、ＳＳＢＬ受信機（４）からの過去の進行方
位については説明を省略する。

（Ｉ９）は距離算出手段であり、相対速度Ｖ２８と音波
の到達時間ｔとから潜水船（１０）の移動距離りを算出
するものである。

（２０）は潜水船位置算出手段であり、移動距離りと真
の潜水船の方位ψから真の潜水船の位置を求めて表示変
換部（８）に出力するものである。

上記のように構成された潜水船の音響航法測定装置の動
作を以下に説明する。

第３図は本発明の詳細な説明するフローチャトである。

例えば潜水船（１０）及び水上船舶（１）のオベレタが
従来と同様に相互に時刻を合わせ、その後に潜水船（１
０）が送波器（１０ａ）により、音波を放射したとする
と、水上船舶（１）の受渡器（２）は、その音波を受信
して電気信号に変換して増幅器（３）に出力する。

そして、増幅器（３）はその信号を所定のレベルまで増
幅した信号をＳＳＢＬ受信器（４）及びドツプラ偏位検
出回路（１２）に出力する。

ＳＳＢＬ受信器（４）は信号が入力すると、その信号の
伝搬時間と位相差から潜水船（１ｏ）の方位θとスラン
トレンジｒ及び潜水船の位置を求めて演算部（１３）に
出力する。

また、ドツプラ偏位検出回路（１２）は増幅器（３）か
らの信号を入力してそのドツプラ周波数ｆｄを求めて出
力する。

すると、演算部（１３）の信号読込手段（１４）は方位
θとスラントレンジｒ及び潜水船の位置をメモリ（７）
に記憶すると共に（Ｓｌ）、入力する水上船舶（１）の
位置及び速度ｖ１　（対地速度及び対地位置である）を
記憶する（Ｓ３）。

そして、潜水船速度算出手段（１５）がメモリ（７）に
記憶されている過去の位１１ｆＰ１と今回の位置Ｐ２か
ら潜水船の速度Ｖ２を求める（Ｓ５）。

次に、相対速度算出手段（１７）がドツプラ周波数ｆｄ
が入力したかを判断しくＳ７）、入力すれば、設定され
ているパラメータ式に基づいて、相対速度Ｖ２Ｓを算出
する。

即ち以下に示す式に必要なデータを代入する。

Ｖ２ｓ−ｖ２ｃｏｓ　（θ−ψ）Ｗ （１／ｆｏ）　　［ｆｄ＋Ｖ、ｃｏｓθ）次に、進行方
位算出手段（１８）が、 ■２０Ｏ５（θ−ψ）− （１／ｆｏ）（ｆｄ＋Ｖ１ｃｏｓθ） で示される相対速度ｖ２８から真の潜水船の方位ψを求
める（ｓｔｉ）。

また、距離算出手段（１９）は求められた相対速度■２
ｓとタイマー（５）の音波の到達時間ｔとから潜水船（
１０）の移動距離りを算出する（８１３）。

そして、潜水船位置算出手段（２０）が移動距離りと真
の潜水船の方位ψから真の潜水船の位置を求めて表示変
換部（８）に出力する（Ｓ１５）。

そして、終了かを判断しく８１Ｂ）　、終了でなげれば
制御をステップＳ１に移す。

従って、水中を伝搬する音波の影響が合っても音波が入
力する度に真の潜水船の位置を得ることができる。

なお、上記実施例では水上船舶（１０）を測定船舶とし
たが、互いに潜水船であってもよい。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、測定船舶に対する潜水船
の超音波パルスのドツプラ偏位周波数を検出し、そのド
ツプラ偏位周波数とから測定船舶に対する潜水船の相対
速度を求め、そして、相対速度と超音波パルスの到達時
間とから潜水船の移動距離及び真の潜水船の方位を算出
し、その動距離及び真の潜水船の方位に基づいて求めた
値を真の潜水船の位置として表示するようにしたので、
オペレータは正確な潜水船の位置を把握でき、かつ次に
潜水船の移動する方位を予測できるという効果が得られ
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す潜水船の音響航法測定
装置の概略構成図、第２図は本発明の詳細な説明する図
、第３図は本発明の詳細な説明するフローチャート、第
４図は従来の潜水船の音響航法測定装置の概略構成図で
ある。 図において、（１）は水上船舶、（２）は受波器、（３
）は増幅器、（４）はＳ３８丁、受信機、（８）は表示
変換部、（１０）は潜水船、（１２）はドツプラ偏位検
出回路、（１３）は本発明の動作をする演算部、（１４
）は信号読込み手段、（１５）は潜水船速度算出手段、
（１６）はパラメータ式、ψは水上船舶（１）に対する
潜水船（１０）の進行方位、Ｖｌは水上船舶（１）の進
行速度、Ｖ１８は潜水船（１０）に対する水上船舶（１
）の相対速度、Ｖ２は潜水船（１０）の進行速度、■２
８は水上船舶（１）に対する潜水船（１０）の相対速度
、（１７）は相対速度算出手段、（１８）は進行方位算
出手段、（１９）は距離算出手段、（２０）は潜水船位
置算出手段である。 ノトチ仁日月びν［ｅＹぎ兇司弓する辰］第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 測定側船舶に備えられたタイマーに同期して超音波パル
   スを水中に発射する送波器を有した潜水船からの超音波
   パルスを受信し、その超音波パルスの到達時間を前記タ
   イマーから読み、前記測定船舶から前記潜水船までのス
   ラントレンジ及び方位を求めて出力するＳＳＢＬ受信機
   を有し、そのＳＳＢＬ受信機の出力及び過去の潜水船の
   位置から今回の潜水船の位置を求めて表示させる表示手
   段からなる潜水船の音響航法測定装置において、前記超
   音波パルスの入力周波数と基準周波数から前記測定船舶
   に対する潜水船の超音波パルスのドップラ偏位周波数を
   検出するドップラ偏位検出回路と、 前記ドップラ偏位周波数を入力し、前記測定船舶に対す
   る潜水船の相対速度を求める相対速度算出手段と、 前記相対速度と前記超音波パルスの到達時間とから前記
   潜水船の移動距離を算出する距離算出手段と、 前記相対速度、過去の位置及び今回の位置から前記測定
   船舶に対する真の潜水船の方位を求める潜水船方位算出
   手段と、 前記移動距離及び真の潜水船の方位に基づいて求めた値
   を真の潜水船の位置として前記表示手段に出力する潜水
   船位置算出手段と を有することを特徴とする潜水船の音響航法測定装置。