JPH05302974A - Acoustic positioning apparatus - Google Patents

Acoustic positioning apparatus

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JPH05302974A
JPH05302974A JP4109624A JP10962492A JPH05302974A JP H05302974 A JPH05302974 A JP H05302974A JP 4109624 A JP4109624 A JP 4109624A JP 10962492 A JP10962492 A JP 10962492A JP H05302974 A JPH05302974 A JP H05302974A
Authority
JP
Japan
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depth
acoustic
data
transponder
distance
Prior art date
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Pending
Application number
JP4109624A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Jinushi
誠司 地主
秀幸 ▲高▼橋
Hideyuki 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.)
OKI SHISUTETSUKU TOKAI KK
Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
OKI SHISUTETSUKU TOKAI KK
Oki Electric Industry Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by OKI SHISUTETSUKU TOKAI KK, Oki Electric Industry Co Ltd filed Critical OKI SHISUTETSUKU TOKAI KK
Priority to JP4109624A priority Critical patent/JPH05302974A/en
Publication of JPH05302974A publication Critical patent/JPH05302974A/en
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To easily decide an accurate position from two simultaneously obtained positions of an underwater navigation body by a method wherein a means which measures data in the depth direction is installed additionally on the underwater navigation body. CONSTITUTION:For example, a depth sensor 10 is attached to the outside of a navigation body 3; it senses a water pressure; the resistance of the sensor itself is changed; a change in the resistance is output as a change in a voltage. The output signal of the sensor 10 is A-to-D-converted 11; it is input to an operation and control part 7. Two answers are found from positional coordinates of the navigation body 3. In one answer, distances from a first transponder 2-1 to a third transponder 2-3 are r1 to r3, and the depth is shallow and close to the surface of the sea; in the other answer distances are r'1 to r'3 and the depth is deep and close to the bottom of the sea. They are compared with data on a depth which has been found by means of the sensor 10; the positional coordinates in which data on a position in the depth direction is close to the data on the depth is selected automatically by means of the control part 7. Thereby, the correct positional coordinates are decided. That is to say, one out of two positional coordinates is decided depending on whether the depth of the navigation body 3 is D1 or D2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、水中超音波を用いて水
中の航走体の位置を測定する音響測位装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an acoustic positioning device for measuring the position of underwater vehicles using underwater ultrasonic waves.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、水中超音波を用いて水中の航走体
の位置を測定する音響測位装置は、座標系を決定すると
きの基となる移動体上の送受波器あるいはビーコンの素
子の間隔の長短によってLBL方式、SBL方式及びS
SBL(USBL)方式の3種の方式がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, an acoustic positioning device for measuring the position of an underwater vehicle by using underwater ultrasonic waves is a device for transmitting / receiving a wave or a beacon element on a moving body which is a basis for determining a coordinate system. LBL, SBL, and S depending on the length of the interval
There are three types of SBL (USBL) types.

【0003】LBL方式の音響測位装置では、3個以上
のトランスポンダを海底に設置し、航走体の送受波器と
おのおののトランスポンダの間の直距離(スラントレン
ジ、slant range )ri (i=1,2,3・・・)を測
定することによって、トランスポンダでつくられる座標
系からみた送受波器の位置座標(xv ,yv ,zv )を
求めるものである。この方式のベースライン長はトラン
スポンダの間隔と考えられ、長いもので数キロメートル
に及ぶ。
In the LBL type acoustic positioning device, three or more transponders are installed on the seabed, and a direct distance (slant range) r i (i = i ) between the transponder of the vehicle and each transponder. 1, 2, 3 ...) are measured to obtain the position coordinates (x v , y v , z v ) of the transducer as viewed from the coordinate system formed by the transponder. The baseline length of this method is considered to be the distance between transponders and can be as long as several kilometers.

【0004】図2は従来の音響測位装置の機能ブロック
図である。図において、1は水中、2−1〜2−3はそ
れぞれ海底に設置された第1〜第3トランスポンダ、3
は水中1を航行する航走体、4Aは航走体3に取り付け
た送波器、4Bは受波器、5−1〜5−3は航走体内部
に設置された第1〜第3Long Base Line
受信器(以下、「LBL受信器」という。)、6は送信
器、7は演算制御部、8は表示器、9は基準時計であ
る。
FIG. 2 is a functional block diagram of a conventional acoustic positioning device. In the figure, 1 is water, 2-1 to 2-3 are first to third transponders installed on the seabed, 3
Is a vehicle for navigating underwater 1, 4A is a wave transmitter attached to the vehicle 3, 4B is a wave receiver, and 5-1 to 5-3 are first to third Longs installed inside the vehicle. Base Line
A receiver (hereinafter, referred to as “LBL receiver”), 6 is a transmitter, 7 is a calculation control unit, 8 is a display, and 9 is a reference clock.

【0005】以下に、従来の音響測位装置の動作を説明
する。まず、航走体3内部の基準時計9からの時刻デー
タに従い、演算制御部7はある基準時間から一定周期ご
とに繰り返し送信指令を送信器6に与えて送信を行わせ
る。送信器6の出力は、送波器4Bを介して水中1に超
音波パルスを送信する。この超音波パルスが質問信号と
して第1〜第3トランスポンダ2−1〜2−3に到達し
て受信されると、各トランスポンダはそれぞれ異なった
周波数f1 ,f 2 ,f3 (例えば、f1 =15kHz,
2 =16kHz,f3 =17kHz)の音響応答信号
を送信する。第1〜第3トランスポンダ2−1〜2−3
からそれぞれ送信された音響応答信号は受波器4Aによ
り受波され、電気信号に変換された後に、第1〜第3L
BL受信器5−1〜5−3によって受信される。各LB
L受信器5−1〜5−3は、演算制御部7が送信指令を
出力してからトランスポンダの応答信号が検出されるま
での時間(すなわち、超音波パルスが送受波器とトラン
スポンダの間を往復する伝搬時間)から航走体3とトラ
ンスポンダ2までの直距離(スラントレンジとも呼ばれ
る)を計測する。すなわち、第1LBL受信器は第1ト
ランスポンダ2−1から送信された周波数f1 の応答信
号を受信し、その直距離r1 を計測する。また、第2L
BL受信器は第2トランスポンダ2−2から送信された
周波数f2 の応答信号を受信し、その直距離r2 を計測
する。同様に、第3LBL受信器は第3トランスポンダ
2−3から送信された周波数f 3 の応答信号を受信し、
その直距離r3 を計測する。これらの計測された直距離
1 〜r3 のデータは各LBL受信器から演算制御部7
に供給される。予め第1〜第3トランスポンダ2−1〜
2−3の位置座標をキャリブレーションという作業によ
って確定しておくと、航走体3の位置座標は第1〜第3
トランスポンダ2−1〜2−3からの直距離r1 〜r3
の交点として計算される。
The operation of the conventional acoustic positioning device will be described below.
To do. First, the time data from the reference clock 9 inside the navigation body 3
In accordance with the data
And repeatedly send a transmission command to the transmitter 6 to perform transmission.
It The output of the transmitter 6 exceeds 1 in water via the transmitter 4B.
Send a sound pulse. This ultrasonic pulse is the interrogation signal
To reach the first to third transponders 2-1 to 2-3
Each transponder has a different
Frequency f1, F 2, F3(For example, f1= 15 kHz,
f2= 16 kHz, f3= 17 kHz) acoustic response signal
To send. First to third transponders 2-1 to 2-3
The acoustic response signals respectively transmitted from the
After being received and converted to an electric signal, the first to third L
It is received by the BL receivers 5-1 to 5-3. Each LB
In the L receivers 5-1 to 5-3, the arithmetic control unit 7 sends a transmission command.
Until the transponder response signal is detected after output.
Time (i.e., the ultrasonic pulse is
From the time it takes to travel back and forth between the spawners)
Direct distance to the spawner 2 (also called slant range)
Measure). That is, the first LBL receiver is
Frequency f transmitted from the transponder 2-11Response
No. received and its direct distance r1To measure. Also, the second L
BL receiver transmitted from the second transponder 2-2
Frequency f2Received the response signal of the2Measure
To do. Similarly, the third LBL receiver is the third transponder.
Frequency f transmitted from 2-3 3Received the response signal of
Its direct distance r3To measure. These measured direct distances
r1~ R3Data from each LBL receiver to the arithmetic control unit 7
Is supplied to. First to third transponders 2-1 to 2-1
By the work called calibration, the position coordinates of 2-3 are
Then, the position coordinates of the running body 3 are first to third.
Direct distance r from transponders 2-1 to 2-31~ R3
Calculated as the intersection of

【0006】航走体3の位置座標(xv ,yv ,zv
は以下の式によって求められる。図2において、3個の
トランスポンダが海底に設置され、その位置座標値(x
i ,yi ,zi ,i=1,2,3)はキャリブレーショ
ンに作業によって決定されているものとする。航走体3
の送受波器の1回の質問信号の発信に対して次式で表さ
れる3個の直距離の測定結果が得られる。
Positional coordinates (x v , y v , z v ) of the vehicle 3
Is calculated by the following formula. In Fig. 2, three transponders are installed on the seabed, and their position coordinate values (x
It is assumed that i , y i , z i , i = 1, 2, 3) have been determined by calibration for the work. Vessel 3
For one transmission of the interrogation signal of the transmitter / receiver of, the measurement result of the three direct distances represented by the following equation is obtained.

【0007】 Ri 2 =(xv −xi 2 +(yv −yi 2 +(zv −zi 2 i=1,2,3 xv 、yv 、zv を未知数として上式の連立方程式を解
くことによって航走体3の位置座標が算定される。
R i 2 = (x v −x i ) 2 + (y v −y i ) 2 + (z v −z i ) 2 i = 1,2,3 x v , y v , z v are unknowns. The position coordinates of the running body 3 are calculated by solving the above simultaneous equations.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の音響測位装置においては、第1〜第3トランスポン
ダ2−1〜2−3の位置から直距離r1 〜r3 の交点を
求める計算を行うと、第1〜第3トランスポンダ2−1
〜2−3を結ぶ平面の上下に二つの航走体の位置座標を
表す解が求められる。
However, in the above-mentioned conventional acoustic positioning device, calculation is performed to find the intersections of the direct distances r 1 to r 3 from the positions of the first to third transponders 2-1 to 2-3. And the first to third transponders 2-1
A solution representing the position coordinates of the two vehicles is obtained above and below the plane connecting ~ 2-3.

【0009】次に、この航走体の位置座標の解が二つ求
まる点について説明する。図3は航走体の位置を定める
位置座標の関係を示す図である。図において、a、b、
cは前記第1〜第3トランスポンダに対応する基準位置
を示しており、この点の位置座標を基にして航走体の位
置座標を求める。基準位置aからの距離をr1 とする
と、この距離r1 の位置は基準位置aを中心にして半径
1 の球Aとなる。また、基準位置bからの距離をr2
とすると、この距離r2 の位置は基準位置bを中心にし
て半径r2 の球Bとなり、同様に基準位置cからの距離
をr3とすると、この距離r3 の位置は基準位置cを中
心にして半径r3 の球Cとなる。ここで、球Aと球Bと
の交差を考えると、球Aと球Bとは図のDで表される円
において交差する。つまり、基準位置aから距離r1
位置にあり、同時に基準位置bから距離r2 の位置にあ
る地点は円D上に存在することになる。
Next, the point where two solutions of the position coordinates of the vehicle are obtained will be described. FIG. 3 is a diagram showing the relationship of position coordinates that determine the position of the vehicle. In the figure, a, b,
Reference numeral c indicates a reference position corresponding to the first to third transponders, and the position coordinates of the vehicle are obtained based on the position coordinates of this point. When the distance from the reference position a to r 1, the position of the distance r 1 is the sphere A of the radius r 1 around the reference position a. The distance from the reference position b is r 2
When a sphere B next to the radius r 2 position of the distance r 2 is centered on the reference position b, and the a r 3 distance from Likewise the reference position c, the position reference position c of the distance r 3 It becomes a sphere C having a radius r 3 centered on the center. Here, considering the intersection of the sphere A and the sphere B, the sphere A and the sphere B intersect in a circle represented by D in the figure. That is, a point located at the distance r 1 from the reference position a and at the same time located at the position r 2 from the reference position b exists on the circle D.

【0010】また、球Bと球Cとの交差を考えると、球
Bと球Cとは図のEで表される円において交差する。つ
まり、基準位置bから距離r2 の位置にあり、同時に基
準位置cから距離r3 の位置にある地点は円E上に存在
することになる。同様にして、球Cと球Aとの交差を考
えると、球Cと球Aとは図のFで表される円において交
差する。つまり、基準位置cから距離r3 の位置にあ
り、同時に基準位置aから距離r1 の位置にある地点は
円F上に存在することになる。これら3個の円D、E、
Fの交差は、図の点dと点eの2点において行われる。
したがって、基準位置aから距離r1 の位置にあり、基
準位置bから距離r2 の位置にあり、基準位置cから距
離r3 の位置に同時に存在するのは3個の球が交差する
点dと点eの2つの点である。
Considering the intersection of sphere B and sphere C, sphere B and sphere C intersect in the circle indicated by E in the figure. That is, a point located at the distance r 2 from the reference position b and at the same time located at the position r 3 from the reference position c exists on the circle E. Similarly, considering the intersection of sphere C and sphere A, sphere C and sphere A intersect in the circle represented by F in the figure. That is, a point located at the distance r 3 from the reference position c and at the same time located at the position r 1 from the reference position a exists on the circle F. These three circles D, E,
The intersection of F is performed at two points, point d and point e in the figure.
Therefore, it is located at the distance r 1 from the reference position a, at the position r 2 from the reference position b, and at the same time at the position r 3 from the reference position c, the point d where three spheres intersect is present. And point e.

【0011】したがって、基準位置を第1〜第3トラン
スポンダに対応させると3つの基準位置からの距離によ
って決定される航走体の位置には2つの可能性があるこ
とになる。さらに、この位置関係を理解し易くするため
に2次元において説明する。図4は前記の位置の関係を
2次元で表現した図である。
Therefore, when the reference position is made to correspond to the first to third transponders, there are two possibilities for the position of the vehicle which is determined by the distance from the three reference positions. Further, in order to make this positional relationship easy to understand, it will be described in two dimensions. FIG. 4 is a two-dimensional representation of the above positional relationship.

【0012】基準位置をgとhとすると、基準位置gか
ら一定の距離にある位置は円Gとなり、基準位置hから
一定の距離にある位置は円Hとなる。そして、この2つ
の円が交差する点を考えると、点iとjの点において交
差する。この交差点iとjは共に基準位置をgとhとか
ら同じ距離にあり、このままでは何れの位置が航走体の
存在する位置であるのか決定することができない。
Assuming that the reference position is g and h, the position at a constant distance from the reference position g is a circle G, and the position at a constant distance from the reference position h is a circle H. Then, considering the point where these two circles intersect, they intersect at the points i and j. Both the intersections i and j have the same reference positions as the reference positions g and h, and it is impossible to determine which position is the position where the vehicle exists as it is.

【0013】従来前記2つの位置のどちらの位置を選ぶ
かについてはトランスポンダを1個追加し、4つの直距
離によって求める方法がある。しかし、この方法は計算
が複雑であり、またトランスポンダを1本増設しなけれ
ばならない。このことは、演算処理の装置の複雑化や大
型化を招き、大きさが限られている航走体にこれら装置
を設置するには困難性を有している。また、トランスポ
ンダの増設はトランスポンダ自体が高価であり、設置後
のキャリブレーションの操作の増加をまねくものであっ
て、全体のシステムを高価なものとしてしまう。したが
って、トランスポンダを1個追加し、4つの直距離によ
って求める方法は多くの問題点を有している。
Conventionally, there is a method of selecting one of the above two positions by adding one transponder and obtaining it by four direct distances. However, this method is complicated in calculation and one transponder must be added. This causes the devices for arithmetic processing to become complicated and large, and it is difficult to install these devices on a vehicle whose size is limited. In addition, the addition of transponders is expensive for the transponders themselves, which leads to an increase in the number of calibration operations after installation, which makes the entire system expensive. Therefore, the method of adding one transponder and obtaining the four direct distances has many problems.

【0014】また、2つの位置のどちらの位置を選ぶか
について他の方法として、3つのトランスポンダによっ
て形成される三角形の平面に対して、航走体がその平面
の上あるいは下にあるかをの人が視覚によって判定する
方法がある。しかしながら、この方法では、航走体から
の視野が狭く、また航走体自体が一定の位置に固定され
るわけではなく浮遊するものであるためその判定が難し
いという問題点があり、また、海底付近においてはでは
暗い上に舞い上がる海底の堆積物やその他の水中の浮遊
物によって視界がきかず、目視で判定することは不可能
である。
Another way of choosing which of the two positions is to determine whether the vehicle is above or below the plane of the triangle formed by the three transponders. There is a method for a person to visually judge. However, this method has a problem in that it is difficult to judge because the field of view from the vehicle is narrow, and the vehicle itself is not fixed at a fixed position but floats. In the vicinity, it is impossible to visually judge because the visibility is obscured by the seabed sediments and other floating materials in the water that are dark and soaring.

【0015】本発明は、前記従来の音響測位装置の問題
点を解決して、トランスポンダなどの大規模な設備の増
設やそれに伴う演算処理の装置の複雑化や大型化を行う
ことなく、小型の装置及び簡単な処理によって、航走体
の二つ同時に得られる位置から一方を決定して精度の良
い測位を行うことを目的とする。
The present invention solves the problems of the conventional acoustic positioning apparatus described above, and makes it possible to add a large-scale facility such as a transponder, and to complicate or increase the size of the arithmetic processing apparatus, thereby reducing the size of the apparatus. It is an object of the present invention to determine one of two positions of a vehicle at the same time obtained by the device and a simple process to perform accurate positioning.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の音響測位装置においては、音響質問信号
を送信する手段と音響応答信号を受信する手段と深さ方
向のデータを測定する手段と位置座標を演算する手段と
を有する航走体と、水中の測位領域に設置され、前記音
響質問信号を受信してそれぞれ異なる周波数の音響応答
信号を送信する複数個のトランスポンダ手段とから構成
される音響測位装置であり、前記音響応答信号によって
得られる前記トランスポンダ手段からの直距離と、前記
深さ方向のデータとによって航走体の位置座標を測定す
るものである。
In order to achieve the above-mentioned object, in the acoustic positioning device of the present invention, means for transmitting an acoustic interrogation signal, means for receiving an acoustic response signal, and measurement of data in the depth direction. And a transponder means that is installed in the underwater positioning area and that receives the acoustic interrogation signal and transmits acoustic response signals of different frequencies. An acoustic positioning device configured to measure a position coordinate of a running body by a direct distance from the transponder means obtained by the acoustic response signal and the data in the depth direction.

【0017】[0017]

【作用】本発明によれば、前記のように音響測位装置を
構成したので、前記音響応答信号によって得られる前記
トランスポンダ手段からの直距離によって航走体の位置
座標が測定でき、前記深さ方向のデータとによってその
航走体の位置座標の中から最適なものを選択するので、
大規模な設備の増設を行うことなく正確な位置座標を測
定することができる。
According to the present invention, since the acoustic positioning device is configured as described above, the position coordinates of the vehicle can be measured by the direct distance from the transponder means obtained by the acoustic response signal, and the depth direction can be measured. Since the optimum one is selected from the position coordinates of the vehicle based on
Accurate position coordinates can be measured without adding large-scale equipment.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図1は本発明の第一の実施例の
音響測位装置の機能ブロック図である。図において、1
は水中、2−1〜2−3はそれぞれ海底に設置された第
1〜第3トランスポンダ、3は航走体、4Aは送波器、
4Bは受波器、5−1〜5−3は航走体内部に設置され
た第1〜第3LBL受信器、6は送信器、7は演算制御
部、8は表示器、9は基準時計、10は深度センサ、1
1はアナログ・デジタル変換器(以下A/D変換器とい
う)である。送波器4Aは送信器6を介して演算制御部
7に接続され、一方受波器4Bは第1〜第3LBL受信
器5−1〜5−3を介して演算制御部7に接続されてい
る。また、第1〜第3LBL受信器5−1〜5−3は送
信器6とも接続されている。深度センサ10はA/D変
換器11を介して演算制御部7に接続されている。演算
制御部7にはその他に表示器8と基準時計9が接続され
ている。したがって、演算制御部7には、第1〜第3L
BL受信器5−1〜5−3及びA/D変換器11を介し
て受波器4Aの受信信号と深度センサの深度に関する情
報が入力される。また、演算制御部7には、基準時計9
から時刻データが入力される。一方演算制御部7からは
送信器6及び第1〜第3LBL受信器5−1〜5−3に
送信指令が出力され、また表示器8には航走体の位置座
標に関する情報が出力される。これらの音響測位装置は
航走体3の中に設置されている。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram of the acoustic positioning device according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 1
Is underwater, 2-1 to 2-3 are first to third transponders respectively installed on the seabed, 3 is a running body, 4A is a transmitter,
4B is a wave receiver, 5-1 to 5-3 are first to third LBL receivers installed inside the vehicle, 6 is a transmitter, 7 is an arithmetic control unit, 8 is an indicator, and 9 is a reference clock. 10 is a depth sensor, 1
Reference numeral 1 is an analog / digital converter (hereinafter referred to as an A / D converter). The wave transmitter 4A is connected to the arithmetic control unit 7 via the transmitter 6, while the wave receiver 4B is connected to the arithmetic control unit 7 via the first to third LBL receivers 5-1 to 5-3. There is. The first to third LBL receivers 5-1 to 5-3 are also connected to the transmitter 6. The depth sensor 10 is connected to the arithmetic control unit 7 via the A / D converter 11. A display 8 and a reference clock 9 are also connected to the arithmetic and control unit 7. Therefore, the arithmetic control unit 7 includes the first to third L
Information regarding the reception signal of the wave receiver 4A and the depth of the depth sensor is input via the BL receivers 5-1 to 5-3 and the A / D converter 11. Further, the arithmetic control unit 7 includes a reference clock 9
The time data is input from. On the other hand, the arithmetic control unit 7 outputs a transmission command to the transmitter 6 and the first to third LBL receivers 5-1 to 5-3, and the display 8 outputs information regarding the position coordinates of the vehicle. .. These acoustic positioning devices are installed in the running body 3.

【0019】次に、図によって本発明の第一の実施例の
音響測位装置の動きを説明する。まず、演算制御部7に
航走体3の内部の基準時計9からの時刻データに従い、
或る基準時間から一定周期ごとに繰り返して送信器6に
送信指令を与え、送信器6は送信パルスを発信する。送
信器6からの送信パルスは、送波器4Bを駆動し水中1
に超音波パルスを送信する。この超音波パルスは質問信
号として第1〜第3トランスポンダ2−1〜2−3に送
信される。第1〜第3トランスポンダ2−1〜2−3が
前記質問信号の超音波パルスを受信すると、各トランス
ポンダ2−1〜2−3はそれぞれ異なった周波数f1
2 ,f3 の音響応答信号を送信する。この各トランス
ポンダ2−1〜2−3からの音響応答信号は、送波器4
Bから質問信号が発せられてから航走体3とそれぞれの
トランスポンダとの距離に応じた遅延時間の後に発せら
れる。第1〜第3トランスポンダ2−1〜2−3からそ
れぞれ送信された音響応答信号は、受波器4Aにより受
波され電気信号に変換された後に、第1〜第3LBL受
信器5−1〜5−3によって受信される。各LBL受信
器5−1〜5−3は、演算制御部7が送信指令を出力し
てからトランスポンダの応答信号が検出されるまでの時
間間隔によってトランスポンダまでの直距離を計測す
る。
Next, the operation of the acoustic positioning device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, according to the time data from the reference clock 9 inside the running body 3,
A transmission command is repeatedly given to the transmitter 6 at regular intervals from a certain reference time, and the transmitter 6 emits a transmission pulse. The transmission pulse from the transmitter 6 drives the transmitter 4B and
To send an ultrasonic pulse to. This ultrasonic pulse is transmitted as an interrogation signal to the first to third transponders 2-1 to 2-3. When the first to third transponders 2-1 to 2-3 receive the ultrasonic pulse of the interrogation signal, the transponders 2-1 to 2-3 have different frequencies f 1 , respectively.
The acoustic response signals of f 2 and f 3 are transmitted. The acoustic response signals from the transponders 2-1 to 2-3 are transmitted to the wave transmitter 4
After the interrogation signal is issued from B, it is issued after a delay time corresponding to the distance between the vehicle 3 and each transponder. The acoustic response signals respectively transmitted from the first to third transponders 2-1 to 2-3 are received by the wave receiver 4A and converted into electric signals, and then the first to third LBL receivers 5-1 to 5-1. 5-3 received. Each of the LBL receivers 5-1 to 5-3 measures the direct distance to the transponder by the time interval from when the arithmetic control unit 7 outputs the transmission command to when the response signal of the transponder is detected.

【0020】すなわち、演算制御部7が送信指令を出力
してから各LBL受信器5−1〜5−3が対応するトラ
ンスポンダの応答信号を検出するまでの時間間隔は、航
走体3とそれぞれのトランスポンダとの2倍の距離に対
応したものであり、各LBL受信器の受信信号によって
直距離を測定することができる。第1LBL受信器5−
1は第1トランスポンダ2−1から送信された周波数f
1 の応答信号を受信し、その直距離r1 を計測する。ま
た、第2LBL受信器5−2は第2トランスポンダ2−
2から送信された周波数f2 の応答信号を受信し、その
直距離r2 を計測する。同様に、第3LBL受信器5−
3は第3トランスポンダ2−3から送信された周波数f
3 の応答信号を受信し、その直距離r3 を計測する。こ
のLBL受信器5における直距離rの計測は前記の時間
間隔をカウンタなどによって計数することにより行われ
る。すなわち、演算制御部7が送信器6出力する送信指
令によってカウンタの計数を開始し、LBL受信器5の
応答信号の受信によってカウンタの計数を停止させるな
どによって航走体3とそれぞれのトランスポンダとの2
倍の距離に対応した時間間隔を計測し、その時間間隔か
ら直距離を演算する。
That is, the time intervals from when the arithmetic control unit 7 outputs the transmission command to when the LBL receivers 5-1 to 5-3 detect the response signals of the corresponding transponders are the same as those of the running body 3 respectively. It corresponds to a distance twice as large as that of the transponder, and the direct distance can be measured by the received signal of each LBL receiver. First LBL receiver 5-
1 is the frequency f transmitted from the first transponder 2-1.
The response signal of 1 is received, and its direct distance r 1 is measured. Also, the second LBL receiver 5-2 is the second transponder 2-
The response signal of frequency f 2 transmitted from 2 is received, and the direct distance r 2 is measured. Similarly, the third LBL receiver 5-
3 is the frequency f transmitted from the third transponder 2-3
The response signal of 3 is received, and the direct distance r 3 is measured. The measurement of the direct distance r in the LBL receiver 5 is performed by counting the time interval with a counter or the like. That is, the arithmetic and control unit 7 starts counting the counter by the transmission command output from the transmitter 6, and stops the counting by the reception of the response signal from the LBL receiver 5. Two
The time interval corresponding to the doubled distance is measured, and the direct distance is calculated from the time interval.

【0021】これらの計測された直距離r1 〜r3 のデ
ータは各LBL受信器5−1〜5−3から演算制御部7
に供給される。予め第1〜第3トランスポンダ2−1〜
2−3の位置座標(xi ,yi ,zi ,i=1,2,
3)をキャリブレーションという作業によって確定して
おくと、航走体3の位置座標(xv ,yv ,zv )は第
1〜第3トランスポンダ2−1〜2−3から直距離r1
〜r3 の交点として計算される。
The data of the measured direct distances r 1 to r 3 are sent from the LBL receivers 5-1 to 5-3 to the arithmetic control unit 7.
Is supplied to. First to third transponders 2-1 to 2-1
2-3 position coordinates (x i , y i , z i , i = 1, 2,
3) If you leave determined by task of calibrating the position coordinates of Kohashikarada 3 (x v, y v, z v) straight distance r 1 from the first to third transponder 2-1 to 2-3
It is calculated as the intersection of ~r 3.

【0022】一方、深度センサ10は航走体の水中にお
ける深度を計測するものであり、例えば航走体3の外部
に取り付けられており、水圧を感じてセンサ自体の抵抗
を変化させその抵抗変化を電圧変化として出力するもの
である。深度センサ10の出力信号はA/D変換器11
に入力され、深度に相当するアナログ電圧値をデジタル
値に変換し、演算制御部7に入力する。
On the other hand, the depth sensor 10 is for measuring the depth of the running body in water, and is attached to the outside of the running body 3, for example, and feels water pressure to change the resistance of the sensor itself to change its resistance. Is output as a voltage change. The output signal of the depth sensor 10 is the A / D converter 11
The analog voltage value corresponding to the depth is converted into a digital value and input to the arithmetic control unit 7.

【0023】第1〜第3LBL受信器5−1〜5−3で
受信される第1〜第3トランスポンダ2−1〜2−3の
応答信号によって直距離r1 〜r3 を計測し、その直距
離r 1 〜r3 のデータと予めキャリブレーションによっ
て決定されている第1〜第3トランスポンダ2−1〜2
−3の位置座標とによって直距離r1 〜r3 が交差する
位置の位置座標を演算すると、前記の図3、4で説明し
たように第1〜第3トランスポンダ2−1〜2−3を結
ぶ平面に対しての上下の位置に航走体の位置座標につい
ての二つの解が求められる。
In the first to third LBL receivers 5-1 to 5-3
Of the first to third transponders 2-1 to 2-3 received
Direct distance r depending on response signal1~ R3Measure the direct distance
Separation r 1~ R3Data and calibration beforehand
First to third transponders 2-1 to 2-1 determined by
And the position coordinate of -3, the direct distance r1~ R3Intersect
When the position coordinates of the position are calculated, it will be explained with reference to FIGS.
Connect the first to third transponders 2-1 to 2-3 as described above.
The upper and lower positions with respect to the plane
Two solutions are required.

【0024】つまり、図1において二つの解のうち、一
方の位置座標は第1〜第3トランスポンダ2−1〜2−
3からの距離がr1 , 2 , 3 であって深度が浅く海
面に近いものであり、他方の位置座標は第1〜第3トラ
ンスポンダ2−1〜2−3からの距離がr1 ,2
,3 であって深度が深く海底に近いものである。
That is, of the two solutions in FIG. 1, one of the position coordinates has the first to third transponders 2-1 to 2-.
3 is r 1, r 2, r 3 and has a shallow depth and is close to the sea surface, and the other position coordinate is r 1 from the first to third transponders 2-1 to 2-3. ' , r 2 '
, r 3 ' It is deep and close to the sea floor.

【0025】このうちのどちらかの位置座標を航走体3
の位置として選ぶかは次のようにして行われる。深度セ
ンサ10からA/D変換器11を介して入力された深度
データと、前記で求められた位置座標の深度方向の位置
データとを比較し、深度方向の位置データが前記深度デ
ータに近い方の位置座標を演算制御部7で自動的に選択
することによって決定される。つまり、求められた位置
座標のzv の値が航走体3の深度のD1 であるかD2
によって、2つの位置座標の何れかを決定する。
The position coordinate of either one of these is used for the moving body 3
Whether to select as the position of is performed as follows. The depth data input from the depth sensor 10 via the A / D converter 11 is compared with the position data in the depth direction of the position coordinates obtained above, and the position data in the depth direction is closer to the depth data. The position coordinates are determined by the arithmetic control unit 7 automatically selecting. That is, one of the two position coordinates is determined depending on whether the obtained value of z v of the position coordinate is D 1 or D 2 of the depth of the running body 3.

【0026】次に、本発明の第二の実施例の音響測位装
置について図1によって説明する。本発明の第二の実施
例の音響測位装置の構成は、本発明の第一の実施例の音
響測位装置の深度センサに代えて海底からの距離を測定
する手段を設けたものである。図において、本発明の第
一の実施例の音響測位装置では水圧などを感じてセンサ
自体の抵抗を変化させその抵抗変化を電圧変化として出
力する深度センサによって航走体の海面からの深度を測
定し、その深度によって航走体の位置座標を決定してい
るが、本発明の第二の実施例の音響測位装置では海底か
らの距離を測定することによって航走体の位置座標を決
定するものである。
Next, an acoustic positioning device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the configuration of the acoustic positioning device of the second embodiment of the present invention, a means for measuring the distance from the seabed is provided instead of the depth sensor of the acoustic positioning device of the first embodiment of the present invention. In the figure, in the acoustic positioning device of the first embodiment of the present invention, the depth from the sea surface of the vehicle is measured by a depth sensor that senses water pressure and changes the resistance of the sensor itself and outputs the resistance change as a voltage change. However, the position coordinates of the vehicle are determined by the depth, but the acoustic positioning device of the second embodiment of the present invention determines the position coordinates of the vehicle by measuring the distance from the seabed. Is.

【0027】この航走体の海底からの距離D3 の測定
は、例えば航走体から海底に向けて音波を発射し、その
反射音が再び航走体に到達するまでの時間を計測するな
どによって行うことができる。この海底からの距離D3
と既知のその付近の海底深度から前記の本発明の第一の
実施例の音響測位装置と同様にして2つの位置座標の何
れかを決定する。
The distance D 3 from the seabed of the running body is measured by, for example, emitting a sound wave from the running body to the seabed and measuring the time until the reflected sound reaches the running body again. Can be done by Distance from this seabed D 3
Then, one of the two position coordinates is determined in the same manner as the acoustic positioning device according to the first embodiment of the present invention from the known seabed depth near the position.

【0028】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形すること
が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するもの
ではない。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, but can be variously modified within the scope of the present invention, and they are not excluded from the scope of the present invention.

【0029】[0029]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、以下のような効果がある。 (a)航走体の二つ同時に得られる位置から深さ方向の
データによってその一方を決定することができ、精度の
良い測位を行うことができる。 (b)トランスポンダなどの大規模な設備を増設する必
要がなく、またそれに伴う演算処理の装置の複雑化や大
型化の必要がないので、装置の小型化及び処理の簡略化
が可能である。 (c)人の視覚によらないので、狭い視野や航走体の浮
遊による不安定な判定や海底の堆積物やその他の水中の
浮遊物にる視界の制限がなく、精度の良い測位を行うこ
とができる。
As described above in detail, the present invention has the following effects. (A) One of them can be determined from the data obtained in the depth direction from the two positions of the vehicle at the same time, and accurate positioning can be performed. (B) Since it is not necessary to add a large-scale facility such as a transponder, and there is no need to complicate or increase the size of a device for arithmetic processing, it is possible to downsize the device and simplify the processing. (C) Since it does not depend on human vision, there is no unstable judgment due to a narrow field of view or floating floating bodies, and there is no limit to the visibility of sediments on the seabed or other floating materials in water, and accurate positioning is performed. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第一及び第二のの実施例の音響測位装
置の機能ブロック図である。
FIG. 1 is a functional block diagram of an acoustic positioning device according to first and second embodiments of the present invention.

【図2】従来の音響測位装置の機能ブロック図である。FIG. 2 is a functional block diagram of a conventional acoustic positioning device.

【図3】本発明の航走体の位置を定める位置座標の関係
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship of position coordinates that determine the position of the navigation vehicle of the present invention.

【図4】本発明の航走体の位置を定める位置座標の関係
を2次元で表現した図である。
FIG. 4 is a two-dimensional representation of the relationship of position coordinates that determine the position of the vehicle of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 水中 2 トランスポンダ 3 航走体 4A 受波器 4B 送波器 5 LBL受信器 6 送信器 7 演算制御部 8 表示器 9 基準時計 10 深度センサ 11 A/D変換器 1 Underwater 2 Transponder 3 Moving body 4A Receiver 4B Transmitter 5 LBL receiver 6 Transmitter 7 Arithmetic control part 8 Display 9 Reference clock 10 Depth sensor 11 A / D converter

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼橋 秀幸 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電気 工業株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor ▲ Takahashi Hideyuki 1-7-12 Toranomon, Minato-ku, Tokyo Oki Electric Industry Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a)音響質問信号を送信する手段と、
(b)音響応答信号を受信する手段と、(c)深さ方向
のデータを測定する手段と、(d)位置座標を演算する
手段とを有する航走体と、(e)水中の測位領域に設置
され、前記音響質問信号を受信してそれぞれ異なる周波
数の前記音響応答信号を送信する複数個のトランスポン
ダ手段とからなり、(f)前記音響応答信号によって得
られる前記トランスポンダ手段からの直距離と、前記深
さ方向のデータとによって前記航走体の位置座標を測定
することを特徴とする音響測位装置。
1. (a) means for transmitting an acoustic interrogation signal;
(B) A vehicle having means for receiving acoustic response signals, (c) means for measuring data in the depth direction, (d) means for calculating position coordinates, and (e) positioning area in water. A plurality of transponder means for receiving the acoustic interrogation signal and transmitting the acoustic response signals of different frequencies, respectively, and (f) a direct distance from the transponder means obtained by the acoustic response signal. An acoustic positioning device, characterized in that the position coordinates of the running body are measured based on the data in the depth direction.
【請求項2】 前記深さ方向のデータを測定する手段
は、水面からの距離を測定する深度センサである請求項
1記載の音響測位装置。
2. The acoustic positioning device according to claim 1, wherein the means for measuring the data in the depth direction is a depth sensor for measuring a distance from the water surface.
【請求項3】 前記深さ方向のデータを測定する手段
は、水底からの距離を測定するセンサである請求項1記
載の音響測位装置。
3. The acoustic positioning device according to claim 1, wherein the means for measuring the data in the depth direction is a sensor for measuring a distance from the water bottom.
【請求項4】 前記位置座標を演算する手段はLBL受
信器を含む請求項1、2あるいは3記載の音響測位装
置。
4. The acoustic positioning device according to claim 1, 2 or 3, wherein the means for calculating the position coordinates includes an LBL receiver.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100484533B1 (en) * 2003-02-14 2005-04-20 한국해양연구원 An Ultra-Short Baseline System with Hemisphere Viewing Angle
JP2013142661A (en) * 2012-01-12 2013-07-22 Furuno Electric Co Ltd Radar device, radar positioning system, radar positioning method, and radar positioning program
JP2014226963A (en) * 2013-05-20 2014-12-08 日本電気株式会社 Apparatus and method for guidance of underwater vehicle
JP2019138879A (en) * 2018-02-15 2019-08-22 Necネットワーク・センサ株式会社 Sonar device, answering device, identification system, identification method, answering method, and program

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