JPH06201818A - ビームスタビライズ装置 - Google Patents
ビームスタビライズ装置Info
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- JPH06201818A JPH06201818A JP5000489A JP48993A JPH06201818A JP H06201818 A JPH06201818 A JP H06201818A JP 5000489 A JP5000489 A JP 5000489A JP 48993 A JP48993 A JP 48993A JP H06201818 A JPH06201818 A JP H06201818A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 船体が動揺しても常に指示した方位の送受波
ビームを得る。 【構成】 自船を中心として全周囲方向を探査する水中
探知装置における送受波ビームのチルト角θを安定化さ
せるビームスタビライズ方法であって、船体のピッチン
グ角θpおよびローリング角θrを検出し、海面Ａと船体
に対する仮想的な水平面Ｂとでなす角度θxを、θp、θ
rおよびθfsの関数として、現在の探査方位θfs毎に、
演算等により求め、求めた角度θxでもって、指令チル
ト角をθ0を補正して実際にチルトすべき角度θを得
る。
ビームを得る。 【構成】 自船を中心として全周囲方向を探査する水中
探知装置における送受波ビームのチルト角θを安定化さ
せるビームスタビライズ方法であって、船体のピッチン
グ角θpおよびローリング角θrを検出し、海面Ａと船体
に対する仮想的な水平面Ｂとでなす角度θxを、θp、θ
rおよびθfsの関数として、現在の探査方位θfs毎に、
演算等により求め、求めた角度θxでもって、指令チル
ト角をθ0を補正して実際にチルトすべき角度θを得
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、船体の動揺に拘わりな
く安定したビームを得るようにしたビームスタビライズ
装置に関する。
く安定したビームを得るようにしたビームスタビライズ
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】自船を中心として全周囲方向を探査する
水中探知装置の制御ブロック図を図１に示している。１
は送受波器であり、図２で示すように、縦方向に４個
(実際にわより多数ある)の超音波振動子Ｓが並ぶ振動子
アレイ(１-1、１-2、…１-72)が円筒状に沿って７２列
(図では描画の都合上１７列となっている)に配列された
ものである。以下、振動子アレイ１-1に対する回路構成
を述べるが他の振動子アレイも同様な回路構成を持つ。
２は、各超音波振動子Ｓよりの検出信号を増幅する増幅
器であり、３(３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄ)はミキサーで構成
した遅延回路である。４は、移相信号発生器であり、入
力されるチルト角θ(水平に対してなす角度)に対応する
遅延信号τおよび、これの整数倍２τ、３τ、４τを作
成して前記の各遅延回路３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄにそれぞ
れ遅延信号として供給し混合することで、各超音波振動
子Ｓよりの信号が遅延回路３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄにて、
それぞれτ、２τ、３τ、４τづつ遅延される。他の振
動子アレイにおける遅延回路３に対しても同じ遅延信号
が印加される。
水中探知装置の制御ブロック図を図１に示している。１
は送受波器であり、図２で示すように、縦方向に４個
(実際にわより多数ある)の超音波振動子Ｓが並ぶ振動子
アレイ(１-1、１-2、…１-72)が円筒状に沿って７２列
(図では描画の都合上１７列となっている)に配列された
ものである。以下、振動子アレイ１-1に対する回路構成
を述べるが他の振動子アレイも同様な回路構成を持つ。
２は、各超音波振動子Ｓよりの検出信号を増幅する増幅
器であり、３(３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄ)はミキサーで構成
した遅延回路である。４は、移相信号発生器であり、入
力されるチルト角θ(水平に対してなす角度)に対応する
遅延信号τおよび、これの整数倍２τ、３τ、４τを作
成して前記の各遅延回路３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄにそれぞ
れ遅延信号として供給し混合することで、各超音波振動
子Ｓよりの信号が遅延回路３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄにて、
それぞれτ、２τ、３τ、４τづつ遅延される。他の振
動子アレイにおける遅延回路３に対しても同じ遅延信号
が印加される。
【０００３】５は、各遅延回路３ａ,３ｂ,３ｃ,３ｄよ
り出力される信号を相互加算することで、前記チルト角
θ方向の受波ビームが合成される。６は、合成器５で合
成された信号より、上側波帯(下側波帯波あってもよい)
のみを取り出すためのろ波器である。７は水平ビーム合
成器であり、探査方位θfsの信号に基づき、各ろ波器６
よりの信号の内、例えば該方位の振動子アレイとこれの
両側にある振動子アレイとのそれぞれの信号を位相合成
することにより、該方位方向に向かう受波ビームや、随
意の方向の受波ビームを形成する。
り出力される信号を相互加算することで、前記チルト角
θ方向の受波ビームが合成される。６は、合成器５で合
成された信号より、上側波帯(下側波帯波あってもよい)
のみを取り出すためのろ波器である。７は水平ビーム合
成器であり、探査方位θfsの信号に基づき、各ろ波器６
よりの信号の内、例えば該方位の振動子アレイとこれの
両側にある振動子アレイとのそれぞれの信号を位相合成
することにより、該方位方向に向かう受波ビームや、随
意の方向の受波ビームを形成する。
【０００４】以上の説明でわかるように、設定したチル
ト角θに基づき、各振動子アレイにおいてそのチルト角
θの方向に受波ビームが形成されており、これらの受波
ビームの内から、探査方位θfsの信号に基づき、複数の
受波ビームを位相合成することで、その探査方位θfsに
向かう指向性の鋭い受波ビームが形成される。
ト角θに基づき、各振動子アレイにおいてそのチルト角
θの方向に受波ビームが形成されており、これらの受波
ビームの内から、探査方位θfsの信号に基づき、複数の
受波ビームを位相合成することで、その探査方位θfsに
向かう指向性の鋭い受波ビームが形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、チルト角θ
0を３０°にして探査をする時に、図３に示すように、
船体が５°だけ後傾姿勢でピッチングしていた場合、実
際にチルトすべき角度θは、船首方向に対しては３０−
５＝２５°、船尾方向では３０＋５＝３５°となり、両
舷方向では変化なく３０°である。又、図４に示すよう
に船体にローリングが生じている場合は、実際にチルト
すべき角度θは、船首および船尾方向は変化しないが両
舷方向で変化する。ピッチングとローリングが同時に生
じている場合にはチルト角θは更に複雑に変化する。
0を３０°にして探査をする時に、図３に示すように、
船体が５°だけ後傾姿勢でピッチングしていた場合、実
際にチルトすべき角度θは、船首方向に対しては３０−
５＝２５°、船尾方向では３０＋５＝３５°となり、両
舷方向では変化なく３０°である。又、図４に示すよう
に船体にローリングが生じている場合は、実際にチルト
すべき角度θは、船首および船尾方向は変化しないが両
舷方向で変化する。ピッチングとローリングが同時に生
じている場合にはチルト角θは更に複雑に変化する。
【０００６】このように船体に動揺が生じた場合でも常
に一定のチルト角で受波ビームを検出しようとすれば、
方位毎に、つまり、各振動子アレイ毎に異なったチルト
角を設定しなければならず、そのためには、各振動子ア
レイ毎に位相信号発生器４を設けなくてはならないが、
装置が複雑化するために、従来よりこの種の水中探知装
置には送受波ビームを安定化させるための機能(ビーム
スタビライズ機能)は備えていなかった。
に一定のチルト角で受波ビームを検出しようとすれば、
方位毎に、つまり、各振動子アレイ毎に異なったチルト
角を設定しなければならず、そのためには、各振動子ア
レイ毎に位相信号発生器４を設けなくてはならないが、
装置が複雑化するために、従来よりこの種の水中探知装
置には送受波ビームを安定化させるための機能(ビーム
スタビライズ機能)は備えていなかった。
【０００７】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、回路構成を複雑化させることなく
船体の動揺に拘わりなく安定した送受波ビームを得るこ
とのできるビームスタビライズ装置を提供することを目
的とする。
なされたものであり、回路構成を複雑化させることなく
船体の動揺に拘わりなく安定した送受波ビームを得るこ
とのできるビームスタビライズ装置を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、自船を中心と
して全周囲方向を探査する水中探知装置における送受波
ビームのチルト角θを安定化させるビームスタビライズ
方法であって、船体のピッチング角θpおよびローリン
グ角θrを検出し、海面Ａと船体に対する仮想的な水平
面Ｂとでなす角度θxを、θp、θrおよびθfsの関数と
して、現在の探査方位θfs毎に、演算により求めか、も
しくは演算により予め求めた角度θxをテーブルとして
記憶しておき、演算で求めた角度θxもしくはテーブル
から読み出した角度θxでもって、指令チルト角をθ0を
補正して実際にチルトすべき角度θを得ることを特徴と
する。
して全周囲方向を探査する水中探知装置における送受波
ビームのチルト角θを安定化させるビームスタビライズ
方法であって、船体のピッチング角θpおよびローリン
グ角θrを検出し、海面Ａと船体に対する仮想的な水平
面Ｂとでなす角度θxを、θp、θrおよびθfsの関数と
して、現在の探査方位θfs毎に、演算により求めか、も
しくは演算により予め求めた角度θxをテーブルとして
記憶しておき、演算で求めた角度θxもしくはテーブル
から読み出した角度θxでもって、指令チルト角をθ0を
補正して実際にチルトすべき角度θを得ることを特徴と
する。
【０００９】
【作用】図３で示したごとく、チルト角θ0を３０°に
設定した時、船体が航行方向に対し、５°だけ後傾姿勢
でピッチングしていた場合、既述したように探査方位が
船首方向ならば、実際にチルトすべき角度θは３０−２
５＝２５°、探査方位が船尾方向ならば、実際にチルト
すべき角度θは３０＋５＝３５°であった。ここでそれ
ぞれ補正した５°の角度は、船首および船尾方向におけ
る、海面Ａと、船体Ｑに対する仮想的な水平面Ｂとでな
す角度である。従って随意の探査方位θfsに対する補正
角θxは、その探査方位θfsにおける、海面Ａと仮想的
な水平面Ｂとでなす角度をθfsの関数として求めればよ
いことがわかる。図３のようにピッチングだけ生じてい
る場合、補正角θxは、図５に示す正弦関数で表され、
実際にチルトすべき角度θは、 θ＝θ0＋θx＝３０＋θx となり、図６のように示される。
設定した時、船体が航行方向に対し、５°だけ後傾姿勢
でピッチングしていた場合、既述したように探査方位が
船首方向ならば、実際にチルトすべき角度θは３０−２
５＝２５°、探査方位が船尾方向ならば、実際にチルト
すべき角度θは３０＋５＝３５°であった。ここでそれ
ぞれ補正した５°の角度は、船首および船尾方向におけ
る、海面Ａと、船体Ｑに対する仮想的な水平面Ｂとでな
す角度である。従って随意の探査方位θfsに対する補正
角θxは、その探査方位θfsにおける、海面Ａと仮想的
な水平面Ｂとでなす角度をθfsの関数として求めればよ
いことがわかる。図３のようにピッチングだけ生じてい
る場合、補正角θxは、図５に示す正弦関数で表され、
実際にチルトすべき角度θは、 θ＝θ0＋θx＝３０＋θx となり、図６のように示される。
【００１０】図４に示すように船体にローリングのみが
生じている場合の補正角θxは、図５の正弦関数の位相
が９０°ずれたものになる。又、ピッチングおよびロー
リングが同時に生じている場合も補正角θxは単一の正
弦関数で示されるが、その補正角θxの一般的な求め方
を図７を用いて説明する。
生じている場合の補正角θxは、図５の正弦関数の位相
が９０°ずれたものになる。又、ピッチングおよびロー
リングが同時に生じている場合も補正角θxは単一の正
弦関数で示されるが、その補正角θxの一般的な求め方
を図７を用いて説明する。
【００１１】図７において、破線で記した丸円Ａは海面
であり、実線で示した丸円Ｂは船体Ｑに対する仮想的な
水平面である。探査方位θfs(現在の船尾方向Ｙ2'より
の角度とした)における、両円でなす角度が前述した補
正角θxとなる。従って両円が交差する箇所ＣおよびＤ
方向の探査時では補正角θxは０°となる。Ｙ1，Ｙ2は
船体Ｑの静止時(ピッチングおよびローリングのない時)
における船首方向および船尾方向であり、Ｙ1'，Ｙ2'は
ピッチングおよびローリングが生じている現在(探査時)
の船首方向および船尾方向である。ここで、球面三角法
の「正弦定理」を用いると、
であり、実線で示した丸円Ｂは船体Ｑに対する仮想的な
水平面である。探査方位θfs(現在の船尾方向Ｙ2'より
の角度とした)における、両円でなす角度が前述した補
正角θxとなる。従って両円が交差する箇所ＣおよびＤ
方向の探査時では補正角θxは０°となる。Ｙ1，Ｙ2は
船体Ｑの静止時(ピッチングおよびローリングのない時)
における船首方向および船尾方向であり、Ｙ1'，Ｙ2'は
ピッチングおよびローリングが生じている現在(探査時)
の船首方向および船尾方向である。ここで、球面三角法
の「正弦定理」を用いると、
【００１２】 sinψp／sin(π-θz)＝sinψo／sinθp …(１Ａ) sinψr／sin(3π/2-θz)＝sinψo／sinθr …(１Ｂ) ψp＝ψr＝π/２より、(１Ａ)、(１Ｂ)式は、 １／sinθz＝sinψo／sinθp …(２Ａ) １／(−cosθz)＝sinψo／sinθr …(２Ｂ) sinθp＝sinψo・sinθz …(３Ａ) sinθr＝−sinψo・cosθz …(３Ｂ)
【００１３】同様に、球面三角法の「正弦定理」により
次式も成り立つ。 sinψ／sin(θfs-θz)＝sinψo／sinθx …(４) ψ＝π/２より、(４)式は、次のように変形される。 sinθx＝sinψo・sin(θfs-θz) ＝sinψo(sinθfs・cosθz−sinθz・cosθfs) …(５) (５)式に(３Ａ)，(３Ｂ)式を導入して、 sinθx＝−sinθfs・sinθr−cosθfs・sinθp 故に、 θx＝sin-1(−sinθfs・sinθr−cosθfs・sinθp) …(６) が得られ、この(６)式の演算により求めた補正角θxで
もって、指令チルト角θ0を補正することで実際にチル
トすべき角度θを得ることができる。(６)式に従って補
正角θxをリアルタイムで得るには高速のＣＰＵが必要
となるので、予め(６)式で求めた補正角θxをテーブル
に記憶させておき、そのテーブルから読み出すようにし
てもよい。
次式も成り立つ。 sinψ／sin(θfs-θz)＝sinψo／sinθx …(４) ψ＝π/２より、(４)式は、次のように変形される。 sinθx＝sinψo・sin(θfs-θz) ＝sinψo(sinθfs・cosθz−sinθz・cosθfs) …(５) (５)式に(３Ａ)，(３Ｂ)式を導入して、 sinθx＝−sinθfs・sinθr−cosθfs・sinθp 故に、 θx＝sin-1(−sinθfs・sinθr−cosθfs・sinθp) …(６) が得られ、この(６)式の演算により求めた補正角θxで
もって、指令チルト角θ0を補正することで実際にチル
トすべき角度θを得ることができる。(６)式に従って補
正角θxをリアルタイムで得るには高速のＣＰＵが必要
となるので、予め(６)式で求めた補正角θxをテーブル
に記憶させておき、そのテーブルから読み出すようにし
てもよい。
【００１４】上記の説明では探査方位θfs毎に、即ち、
方位検出分解能毎に、補正角θxを求めたが、請求項２
で記載したように、方位検出分解の数倍の角度おきに補
正角θxをテーブルから読み出すようにすればテーブル
のデータ量を低減できる。
方位検出分解能毎に、補正角θxを求めたが、請求項２
で記載したように、方位検出分解の数倍の角度おきに補
正角θxをテーブルから読み出すようにすればテーブル
のデータ量を低減できる。
【００１５】
【実施例】図８は、本発明の装置の一実施例を示す制御
ブロック図であり、図１と同一の部分には共通の符号を
付している。８は、ピッチング計で検出したピッチング
角θp、ローリング計で検出したローリング角θrおよび
現在の探査方位θfsから、上式(６)に従って補正角θx
を求める演算回路であるが、高速演算が必要なために、
本実施例では各入力データ毎(θp、θr、θfsの検出分
解能毎)に予め(６)式で計算して得た補正角θxを書き込
んだテーブルＲＯＭを用いている。
ブロック図であり、図１と同一の部分には共通の符号を
付している。８は、ピッチング計で検出したピッチング
角θp、ローリング計で検出したローリング角θrおよび
現在の探査方位θfsから、上式(６)に従って補正角θx
を求める演算回路であるが、高速演算が必要なために、
本実施例では各入力データ毎(θp、θr、θfsの検出分
解能毎)に予め(６)式で計算して得た補正角θxを書き込
んだテーブルＲＯＭを用いている。
【００１６】９は補正回路であり、演算回路８よりの補
正角θxと、指令チルト角θ0とを合成してチルト角θを
求める。このチルト角θは、図１におけるチルト角の信
号と同様に移相量発生器４に入力される。
正角θxと、指令チルト角θ0とを合成してチルト角θを
求める。このチルト角θは、図１におけるチルト角の信
号と同様に移相量発生器４に入力される。
【００１７】上記の実施例では、θfsは方位検出分解能
である５°(＝３６０／７２)のステップ毎のデータがテ
ーブルＲＯＭに書き込まれることになり、テーブルＲＯ
Ｍに大容量のものが必要となる。そこで、θfsを例えば
４５°のステップでデータを書き込めばデータ量を低減
することができる。その場合に得られる補正角は図５で
示したθx、従って図６で示したθのような正弦関数に
はならず段階的に変化するようになるが、その信号がろ
波器６を通過することで滑らかな正弦関数にスムージン
グ化されるため、実用上差し支えるような誤差は生じな
い。尚、演算回路８において高速ＣＰＵを用いて上式
(６)に従って直接演算により求めてもよい。
である５°(＝３６０／７２)のステップ毎のデータがテ
ーブルＲＯＭに書き込まれることになり、テーブルＲＯ
Ｍに大容量のものが必要となる。そこで、θfsを例えば
４５°のステップでデータを書き込めばデータ量を低減
することができる。その場合に得られる補正角は図５で
示したθx、従って図６で示したθのような正弦関数に
はならず段階的に変化するようになるが、その信号がろ
波器６を通過することで滑らかな正弦関数にスムージン
グ化されるため、実用上差し支えるような誤差は生じな
い。尚、演算回路８において高速ＣＰＵを用いて上式
(６)に従って直接演算により求めてもよい。
【００１８】尚、上記実施例では、受信回路に本発明の
ビームスタビライズ方法を適用して受波ビームを得るこ
とを述べたが、送信回路に本発明を適用して安定した送
波ビームを得ることも当然可能である。
ビームスタビライズ方法を適用して受波ビームを得るこ
とを述べたが、送信回路に本発明を適用して安定した送
波ビームを得ることも当然可能である。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、海面と
船体に対する仮想的な水平面とでなす角度θxを探査方
位毎に求め、その角度θxでもって指令チルト角θ0を補
正するようにしたので、船体の同様に拘わらず、常に指
令チルト角θ0でもって送受波ビームを形成することが
でき、精度の高い水中探査を行うことができる。
船体に対する仮想的な水平面とでなす角度θxを探査方
位毎に求め、その角度θxでもって指令チルト角θ0を補
正するようにしたので、船体の同様に拘わらず、常に指
令チルト角θ0でもって送受波ビームを形成することが
でき、精度の高い水中探査を行うことができる。
【図１】 従来の水中探知装置の制御ブロック図
【図２】 図１の送受波器の構成を示した図
【図３】 船体がピッチングした時のチルト角が変化す
る様子を示した図
る様子を示した図
【図４】 船体のローリングを示した図
【図５】 船体のピッチング時に補正すべき角度を示し
た図
た図
【図６】 船体のピッチング時における補正後のチルト
角を示した図
角を示した図
【図７】 図５における補正角θxの一般的な求め方を
説明するために用いた図
説明するために用いた図
【図８】 本発明のビームスタビライズ装置の１実施例
を適用した水中探知装置の制御ブロック図
を適用した水中探知装置の制御ブロック図
１ 送受波器 ２ 増幅器 ３ 遅延回路 ４ 移相量発生器 ５ 合成器 ６ ろ波器 ７ 水平ビーム合成器 ８ 演算回路 ９ 補正回路
Claims (4)
- 【請求項１】 自船を中心として全周囲方向を探査する
水中探知装置における送受波ビームのチルト角θを安定
化させるビームスタビライズ方法であって、 船体のピッチング角θpおよびローリング角θrを検出
し、海面Ａと船体に対する仮想的な水平面Ｂとでなす角
度θxを、θp、θrおよびθfsの関数として、現在の探
査方位θfs毎に、演算により求めか、もしくは演算によ
り予め求めた角度θxをテーブルとして記憶しておき、
演算で求めた角度θxもしくはテーブルから読み出した
角度θxでもって、指令チルト角をθ0を補正して実際に
チルトすべき角度θを得ることを特徴とするビームスタ
ビライズ方法。 - 【請求項２】 上記角度θxを、現在の探査方位θfs毎
ではなく、所定の方位毎に求め、このようにして求めた
角度θxをろ波器に通してスムージング化する請求項１
記載のビームスタビライズ方法。 - 【請求項３】 自船を中心として全周囲方向を探査する
水中探知装置における送受波ビームのチルト角θを安定
化させるためのビームスタビライズ装置であって、 複数の縦方向の振動子アレイを円筒状に配列させた送受
波器と、船体のピッチング角θpおよびローリング角θr
を計測する動揺検出器と、海面Ａと船体に対する仮想的
な水平面Ｂとでなす角度θxを、請求項１もしくは２記
載のビームスタビライズ方法に従って、現在の探査方位
θfs毎にもしくは所定の方位毎に得る補正回路と、を備
えたことを特徴とするビームスタビライズ装置。 - 【請求項４】 請求項３記載のビームスタビライズ装置
を具備することで船体が動揺していても所望のチルト角
θで探査可能としたことを特徴とする水中探知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5000489A JPH06201818A (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | ビームスタビライズ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5000489A JPH06201818A (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | ビームスタビライズ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201818A true JPH06201818A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=11475182
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5000489A Pending JPH06201818A (ja) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | ビームスタビライズ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06201818A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002071790A (ja) * | 2000-08-25 | 2002-03-12 | Furuno Electric Co Ltd | 円筒形トランスデューサのビーム角制御方法および制御装置 |
| GB2412967A (en) * | 2004-04-07 | 2005-10-12 | Furuno Electric Co | Echo sounder with pitch and roll correction |
| JP2006090920A (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Furuno Electric Co Ltd | 水中探知システム |
| CN114791590A (zh) * | 2022-06-20 | 2022-07-26 | 北京星天科技有限公司 | 横摇补偿波束生成方法、装置、电路和系统 |
-
1993
- 1993-01-06 JP JP5000489A patent/JPH06201818A/ja active Pending
Cited By (8)
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|---|---|---|---|---|
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| GB2412967A (en) * | 2004-04-07 | 2005-10-12 | Furuno Electric Co | Echo sounder with pitch and roll correction |
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