JPH07218628A - 空気又は水等の流体の三次元速度を遠隔測定する方法 - Google Patents
空気又は水等の流体の三次元速度を遠隔測定する方法Info
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- JPH07218628A JPH07218628A JP6205505A JP20550594A JPH07218628A JP H07218628 A JPH07218628 A JP H07218628A JP 6205505 A JP6205505 A JP 6205505A JP 20550594 A JP20550594 A JP 20550594A JP H07218628 A JPH07218628 A JP H07218628A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】変換器アレイによって所定の周波数音響信号を
少なくとも３つの方向に発信し、同じ変換器を用いて流
体によって後方散乱した音響信号を検知し、前記発信信
号と前記検知信号との周波数変位に基づいて上記特定し
た方向での流体の速度を決定することからなる空気又は
水等の流体の三次元速度を遠隔測定する方法であって、
所定の継続時間を有し所定の異なる周波数を有する一連
の信号を前記方向の一つであるＤ１、次に前記方向の一
つであるＤ２、及びその他の方向に、前記一連の信号の
各方向への連続発信が完了するまで発信し、後方散乱し
た全ての信号を検知し、前記検知した信号を同時に処理
して前記各方向毎の互いに連続する周波数スペクトルを
獲得し、そこから異なる距離での各方向に於ける流体の
速度を導出することを特徴とする方法が提供される。 【効果】 精度が改善され、限界測定範囲が増大する。
少なくとも３つの方向に発信し、同じ変換器を用いて流
体によって後方散乱した音響信号を検知し、前記発信信
号と前記検知信号との周波数変位に基づいて上記特定し
た方向での流体の速度を決定することからなる空気又は
水等の流体の三次元速度を遠隔測定する方法であって、
所定の継続時間を有し所定の異なる周波数を有する一連
の信号を前記方向の一つであるＤ１、次に前記方向の一
つであるＤ２、及びその他の方向に、前記一連の信号の
各方向への連続発信が完了するまで発信し、後方散乱し
た全ての信号を検知し、前記検知した信号を同時に処理
して前記各方向毎の互いに連続する周波数スペクトルを
獲得し、そこから異なる距離での各方向に於ける流体の
速度を導出することを特徴とする方法が提供される。 【効果】 精度が改善され、限界測定範囲が増大する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空気又は水等の流体の
三次元速度を、エミッタ又はレシーバとして使用する音
響変換器アレイによって遠隔測定する方法に関する。
三次元速度を、エミッタ又はレシーバとして使用する音
響変換器アレイによって遠隔測定する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその問題点】音響変換器を行及び列状
に配置して平面アレイとなし、該アレイ平面に対して垂
直となる共通方向に各音響変換器の放射方向をを配向さ
せた平面アレイを、音響信号を様々な異なる方向に発信
し、流体によって後方散乱した信号を受信するのに使用
できることは既に知られている。この種のアレイの制御
及び動作に関する原理は、レーダーへの応用に関する米
国特許 第３４４８４５０号明細書、ソナーへの応用に
関するフランス特許 第２４９９２５２号明細書、大気
内の風速を測定する“音波気象探知機”又は“レーダ
ー”への応用に関する米国特許 第４５５８５９４号明
細書で特に説明されている。
に配置して平面アレイとなし、該アレイ平面に対して垂
直となる共通方向に各音響変換器の放射方向をを配向さ
せた平面アレイを、音響信号を様々な異なる方向に発信
し、流体によって後方散乱した信号を受信するのに使用
できることは既に知られている。この種のアレイの制御
及び動作に関する原理は、レーダーへの応用に関する米
国特許 第３４４８４５０号明細書、ソナーへの応用に
関するフランス特許 第２４９９２５２号明細書、大気
内の風速を測定する“音波気象探知機”又は“レーダ
ー”への応用に関する米国特許 第４５５８５９４号明
細書で特に説明されている。
【０００３】この種の装置に於いては、所定方向に公知
の定周波数で信号を発信し、該方向で後方散乱したこれ
らの信号を検知して、その周波数を測定し、発信信号と
検知信号との周波数の差（ドップラー効果による）に基
づいて上記方向への流体速度を導出する。このように信
号の発信と検知とを連続的に三つの異なる方向で行うこ
とにより、大気中の風又は海の潮流の三次元速度を測定
できる。
の定周波数で信号を発信し、該方向で後方散乱したこれ
らの信号を検知して、その周波数を測定し、発信信号と
検知信号との周波数の差（ドップラー効果による）に基
づいて上記方向への流体速度を導出する。このように信
号の発信と検知とを連続的に三つの異なる方向で行うこ
とにより、大気中の風又は海の潮流の三次元速度を測定
できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、測定
精度を向上させることができ、音波気象探知機又はソナ
ーの限界範囲を拡大させることができ、総信号捕捉時間
を同時に減少させることのできる方法によって、音響変
換器アレイ使用型“音波気象探知機”又は“ソナー”の
性能を著しく向上させることにある。
精度を向上させることができ、音波気象探知機又はソナ
ーの限界範囲を拡大させることができ、総信号捕捉時間
を同時に減少させることのできる方法によって、音響変
換器アレイ使用型“音波気象探知機”又は“ソナー”の
性能を著しく向上させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本目的を達成するために
本発明は、変換器アレイによって所定の周波数音響信号
を少なくとも３つの方向に発信し、同じ変換器を用いて
流体によって後方散乱した音響信号を検知し、前記発信
信号と前記検知信号との周波数変位に基づいて上記特定
した方向での流体の速度を決定することからなる空気又
は水等の流体の三次元速度を遠隔測定する方法であっ
て、所定の継続時間を有し所定の異なる周波数を有する
一連の信号を前記方向の一つであるＤ１、次に前記方向
の他の一つであるＤ２、そして同様にして他の方向に、
前記一連の信号の各方向への連続発信が完了するまで発
信し、後方散乱した全ての信号を検知し、前記検知した
信号を同時に処理して前記各方向毎の互いに連続する周
波数スペクトルを獲得し、そこから異なる距離での各方
向に於ける流体の速度を導出することを特徴とする方法
を提供する。
本発明は、変換器アレイによって所定の周波数音響信号
を少なくとも３つの方向に発信し、同じ変換器を用いて
流体によって後方散乱した音響信号を検知し、前記発信
信号と前記検知信号との周波数変位に基づいて上記特定
した方向での流体の速度を決定することからなる空気又
は水等の流体の三次元速度を遠隔測定する方法であっ
て、所定の継続時間を有し所定の異なる周波数を有する
一連の信号を前記方向の一つであるＤ１、次に前記方向
の他の一つであるＤ２、そして同様にして他の方向に、
前記一連の信号の各方向への連続発信が完了するまで発
信し、後方散乱した全ての信号を検知し、前記検知した
信号を同時に処理して前記各方向毎の互いに連続する周
波数スペクトルを獲得し、そこから異なる距離での各方
向に於ける流体の速度を導出することを特徴とする方法
を提供する。
【０００６】一定の範囲では、そして信号がまず一方向
に発信及び受信され、続いて他の方向にて同様のことが
繰り返される場合に於いては、後方散乱した信号の総受
信継続時間は、発信方向の数に等しい分だけ減少する。
この好都合な特徴は、３方向以上、例えば５方向に発信
が行われた場合に特に重要となる。
に発信及び受信され、続いて他の方向にて同様のことが
繰り返される場合に於いては、後方散乱した信号の総受
信継続時間は、発信方向の数に等しい分だけ減少する。
この好都合な特徴は、３方向以上、例えば５方向に発信
が行われた場合に特に重要となる。
【０００７】さらに複数の発信周波数を使用すること
で、信号・ノイズ比（ＳＮ比）が例えば１５ｄＢから２
０ｄＢと、５つの発信周波数を使用した場合より小さく
なるので、一定の測定精度が確保でき、その結果限界検
知範囲も拡大する。
で、信号・ノイズ比（ＳＮ比）が例えば１５ｄＢから２
０ｄＢと、５つの発信周波数を使用した場合より小さく
なるので、一定の測定精度が確保でき、その結果限界検
知範囲も拡大する。
【０００８】さらに、まず一方向に信号を発信し、次に
他の方向に信号の発信を行うことにより、各方向に最大
出力で発信を行うことができる。
他の方向に信号の発信を行うことにより、各方向に最大
出力で発信を行うことができる。
【０００９】本発明に係る第１実施例に於いては上述の
検知信号の処理は、これらの信号を増幅し、デジタル化
し、これらを互いに組み合わせて各発信方向用の信号を
獲得し、これに高速フーリエ変換を適用することから本
質的になる。
検知信号の処理は、これらの信号を増幅し、デジタル化
し、これらを互いに組み合わせて各発信方向用の信号を
獲得し、これに高速フーリエ変換を適用することから本
質的になる。
【００１０】このような処理方法は、本質的にデジタル
方式で行われ、また従来のデータ処理システムで高速実
施することができる。
方式で行われ、また従来のデータ処理システムで高速実
施することができる。
【００１１】本発明に係る他の実施例に於いては、上記
信号処理は信号を増幅し、デジタル化し、これに高速フ
ーリエ変換を適用し、相互に組み合わせて発信方向に対
応する信号を獲得することから本質的になる。
信号処理は信号を増幅し、デジタル化し、これに高速フ
ーリエ変換を適用し、相互に組み合わせて発信方向に対
応する信号を獲得することから本質的になる。
【００１２】本発明に係るさらに他の実施例に於いて、
処理は信号を増幅し、これらを相互に組み合わせて伝送
方向に対応するアナログ信号を獲得し、こうして得られ
た信号をデジタル化し、これに高速フーリエ変換を適用
することから本質的になる。
処理は信号を増幅し、これらを相互に組み合わせて伝送
方向に対応するアナログ信号を獲得し、こうして得られ
た信号をデジタル化し、これに高速フーリエ変換を適用
することから本質的になる。
【００１３】本発明方法は又、種々の発信周波数で得ら
れた速度であって対称となる発信方向で得られた速度同
士の両立可能性を検証して、誤った又は異常な結果を除
去することからなり、信号・ノイズ比が低減された一定
の精度を得ることができる。
れた速度であって対称となる発信方向で得られた速度同
士の両立可能性を検証して、誤った又は異常な結果を除
去することからなり、信号・ノイズ比が低減された一定
の精度を得ることができる。
【００１４】前記方法を短距離測定に応用するために本
発明は、異なる周波数で信号が発信される順序の入れ替
えと、発信方向の順序の入れ替えとを提供する。
発明は、異なる周波数で信号が発信される順序の入れ替
えと、発信方向の順序の入れ替えとを提供する。
【００１５】特定の実施例に於いて本発明は、一連の信
号を５つの異なる周波数で連続的に５つの異なる方向に
発信することを提供する。
号を５つの異なる周波数で連続的に５つの異なる方向に
発信することを提供する。
【００１６】５つの周波数を５つの方向に発信すること
で得られた最低必要量以上の豊富なデータ（redundancy
of data）は、測定精度を向上させ、また限界検知範囲
を拡大する。さらに、音響変換器の平面アレイを制御す
る方法は、該アレイ平面に対して垂直な方向（perpendi
cular）（垂直面） と、該垂直方向（垂直面）を中心に
対称対を形成する他の四方向とを含む５方向に信号を発
信するので、簡単である。
で得られた最低必要量以上の豊富なデータ（redundancy
of data）は、測定精度を向上させ、また限界検知範囲
を拡大する。さらに、音響変換器の平面アレイを制御す
る方法は、該アレイ平面に対して垂直な方向（perpendi
cular）（垂直面） と、該垂直方向（垂直面）を中心に
対称対を形成する他の四方向とを含む５方向に信号を発
信するので、簡単である。
【００１７】本発明は、大気中の風速を検出する場合
（音波気象探知システム）、及び異なる深度で海の潮流
速度を検出する場合（ソナーシステム）にも同様に応用
することができる。
（音波気象探知システム）、及び異なる深度で海の潮流
速度を検出する場合（ソナーシステム）にも同様に応用
することができる。
【００１８】
【実施例】本発明の実施例につき添付図面を参照しつつ
説明する。図１は、音響変換器が行及び列状に配置され
全ての変換器が同図の面に対して垂直方向に向く音響変
換器平面アレイを概略的に示す。
説明する。図１は、音響変換器が行及び列状に配置され
全ての変換器が同図の面に対して垂直方向に向く音響変
換器平面アレイを概略的に示す。
【００１９】このような変換器アレイは、これらを制御
し作動させる原理と同様、当該技術分野に於いて既に公
知となっている。
し作動させる原理と同様、当該技術分野に於いて既に公
知となっている。
【００２０】要約すると、異なる方向に連続的に発信す
る為に、所定の周波数を有し変換器の行が他の行に対し
９０゜位相変位した信号を変換器１０のライン群に供給
し、第１の発信方向を定める。その後変換器１０の同じ
ライン群に同じ周波数の、行同士が反対方向に９０゜位
相変位した信号が供給され、図面の面の垂線を中心にし
て前記第１方向に対して対称な方向に発信を行う。その
後、変換器１０の列群に同じ周波数の、隣り合う列で９
０゜変位した信号が供給される。そして、最終的に全て
の変換器１０に同じ周波数であって位相の揃った信号が
供給され、図面の面に対して垂直方向の発信を行うこと
ができる。
る為に、所定の周波数を有し変換器の行が他の行に対し
９０゜位相変位した信号を変換器１０のライン群に供給
し、第１の発信方向を定める。その後変換器１０の同じ
ライン群に同じ周波数の、行同士が反対方向に９０゜位
相変位した信号が供給され、図面の面の垂線を中心にし
て前記第１方向に対して対称な方向に発信を行う。その
後、変換器１０の列群に同じ周波数の、隣り合う列で９
０゜変位した信号が供給される。そして、最終的に全て
の変換器１０に同じ周波数であって位相の揃った信号が
供給され、図面の面に対して垂直方向の発信を行うこと
ができる。
【００２１】このように５つの異なる方向に発信するこ
とができ、その内の一方向は図面の面に対して垂直とな
っており、他の方向は第１の方向に関して対称を成し、
該第１方向上で交差する垂直面に含まれている。
とができ、その内の一方向は図面の面に対して垂直とな
っており、他の方向は第１の方向に関して対称を成し、
該第１方向上で交差する垂直面に含まれている。
【００２２】上記技術は、当業者には既に公知となって
おり、上述した先行技術文書にて説明されるところであ
る。
おり、上述した先行技術文書にて説明されるところであ
る。
【００２３】同様に、変換器１０によって検知された後
方散乱信号は、発信信号の場合と同様ではあるが、正反
対の態様で処理される。即ち、変換器１０によって出力
された信号は、次の列又は次の行に対して９０゜位相変
位された後、互いに組み合わされる。組み合わせ又は総
計することにより、発信方向と同数の受信信号を同時に
得ることができる。
方散乱信号は、発信信号の場合と同様ではあるが、正反
対の態様で処理される。即ち、変換器１０によって出力
された信号は、次の列又は次の行に対して９０゜位相変
位された後、互いに組み合わされる。組み合わせ又は総
計することにより、発信方向と同数の受信信号を同時に
得ることができる。
【００２４】本発明の本質的な特徴をよりよく理解する
ために、ここで図２を参照する。同図は異なる周波数の
音響信号を異なる方向に発信すること、及び大気等によ
って後方散乱した信号を受信することを概略的に示す。
ここで、時間ｔを横軸とし、高度ｚを縦軸に取ってあ
る。図３は、信号が３つの異なる周波数ｆ１、ｆ２及び
ｆ３で連続的に３つの異なる方向Ｄ１、Ｄ２及びＤ３に
発信される簡略化した場合に対応している。
ために、ここで図２を参照する。同図は異なる周波数の
音響信号を異なる方向に発信すること、及び大気等によ
って後方散乱した信号を受信することを概略的に示す。
ここで、時間ｔを横軸とし、高度ｚを縦軸に取ってあ
る。図３は、信号が３つの異なる周波数ｆ１、ｆ２及び
ｆ３で連続的に３つの異なる方向Ｄ１、Ｄ２及びＤ３に
発信される簡略化した場合に対応している。
【００２５】本発明方法は、まず周波数ｆ１の信号を方
向Ｄ１に所定継続時間発信し、次に周波数ｆ２の信号を
同じ継続時間は発信し、次いで周波数ｆ３の信号を同じ
継続時間発信し、その後周波数ｆ１の信号を方向Ｄ２に
前述と同じ継続時間発信し、次に周波数ｆ２の信号を同
じ継続時間発信し、その後ｆ３の信号を同じ継続時間発
信し、そして次ぎに周波数ｆ１の信号を方向Ｄ３に前述
と同じ継続時間発信し、周波数ｆ２の信号を同じ継続時
間発信し、ｆ３の信号を同じ継続時間発信することから
なる。信号の継続時間は、必ずしも同じではなく、任意
のものとすることができる。
向Ｄ１に所定継続時間発信し、次に周波数ｆ２の信号を
同じ継続時間は発信し、次いで周波数ｆ３の信号を同じ
継続時間発信し、その後周波数ｆ１の信号を方向Ｄ２に
前述と同じ継続時間発信し、次に周波数ｆ２の信号を同
じ継続時間発信し、その後ｆ３の信号を同じ継続時間発
信し、そして次ぎに周波数ｆ１の信号を方向Ｄ３に前述
と同じ継続時間発信し、周波数ｆ２の信号を同じ継続時
間発信し、ｆ３の信号を同じ継続時間発信することから
なる。信号の継続時間は、必ずしも同じではなく、任意
のものとすることができる。
【００２６】信号は、１秒当たり約３００メーター（ｍ
／ｓ）の速度で大気中を伝わり、その一部は大気によっ
て後方散乱する。後方散乱した信号は、変換器１０によ
って検知され、該信号は全ての所定周波数の信号が全て
の所定方向に発信された後、受信される。信号の受信
は、信号発信の終期から一定の時間が経過した後に開始
され、該比較的短い時間は、回路のスイッチングを行い
最小測定高度ｚ０を規定するのに必要とされる時間に対
応する。受信が時間ｔ１で開始される場合、期間ｔ１−
ｔ２の間、周波数ｆ３で方向Ｄ３に発信され高度ｚ０−
ｚ２のスライス空間（slice of altitude ）によって後
方散乱した信号が受信される。このとき、、周波数ｆ２
で方向Ｄ３に発信され高度ｚ１−ｚ３のスライス空間に
よって後方散乱された信号、及び周波数ｆ１で方向Ｄ３
に発信され高度ｚ２−ｚ４のスライス空間によって後方
散乱した信号もともに受信され、同様にして、最終的に
周波数ｆ１で方向Ｄ１に発信され高度ｚ８−ｚ１０のス
ライス空間で後方散乱された信号も共に受信されること
が分かる。
／ｓ）の速度で大気中を伝わり、その一部は大気によっ
て後方散乱する。後方散乱した信号は、変換器１０によ
って検知され、該信号は全ての所定周波数の信号が全て
の所定方向に発信された後、受信される。信号の受信
は、信号発信の終期から一定の時間が経過した後に開始
され、該比較的短い時間は、回路のスイッチングを行い
最小測定高度ｚ０を規定するのに必要とされる時間に対
応する。受信が時間ｔ１で開始される場合、期間ｔ１−
ｔ２の間、周波数ｆ３で方向Ｄ３に発信され高度ｚ０−
ｚ２のスライス空間（slice of altitude ）によって後
方散乱した信号が受信される。このとき、、周波数ｆ２
で方向Ｄ３に発信され高度ｚ１−ｚ３のスライス空間に
よって後方散乱された信号、及び周波数ｆ１で方向Ｄ３
に発信され高度ｚ２−ｚ４のスライス空間によって後方
散乱した信号もともに受信され、同様にして、最終的に
周波数ｆ１で方向Ｄ１に発信され高度ｚ８−ｚ１０のス
ライス空間で後方散乱された信号も共に受信されること
が分かる。
【００２７】ｚ０−ｚ２のスライス空間で期間ｔ１−ｔ
２の間に於いて、唯一受信される信号は、周波数ｆ３で
方向Ｄ３に発信され高度ｚ０−ｚ２のスライス空間で後
方散乱したものであり、該スライス空間では周波数ｆ１
又はｆ２で方向Ｄ３に発信された信号は受信されない
し、方向Ｄ１及びＤ３に発信された信号は全く受信され
ない。
２の間に於いて、唯一受信される信号は、周波数ｆ３で
方向Ｄ３に発信され高度ｚ０−ｚ２のスライス空間で後
方散乱したものであり、該スライス空間では周波数ｆ１
又はｆ２で方向Ｄ３に発信された信号は受信されない
し、方向Ｄ１及びＤ３に発信された信号は全く受信され
ない。
【００２８】ｚ２を中心とする高度ｚ１−ｚ３のスライ
ス空間では、期間ｔ１−ｔ２の間に於いて、周波数ｆ２
で方向Ｄ３に発信された信号が受信され、他方期間ｔ２
−ｔ３の間では、周波数ｆ３で方向Ｄ３に発信された信
号が受信される。
ス空間では、期間ｔ１−ｔ２の間に於いて、周波数ｆ２
で方向Ｄ３に発信された信号が受信され、他方期間ｔ２
−ｔ３の間では、周波数ｆ３で方向Ｄ３に発信された信
号が受信される。
【００２９】ｚ９を中心とする高度ｚ８−ｚ１０のスラ
イス空間では、期間ｔ１−ｔ１０の間、方向Ｄ１、Ｄ２
及びＤ３の全ての方向に発信され該スライス空間によっ
て後方散乱した周波数ｔ１、ｔ２及びｔ３の全ての信号
を検知できる。このように、この高度スライス空間か
ら、より高い高度の各スライス空間においては、３つの
異なる方向に発信された３つの異なる周波数をこうして
得ることができ、任意の高度の風速について９項目の情
報を得ることができる。
イス空間では、期間ｔ１−ｔ１０の間、方向Ｄ１、Ｄ２
及びＤ３の全ての方向に発信され該スライス空間によっ
て後方散乱した周波数ｔ１、ｔ２及びｔ３の全ての信号
を検知できる。このように、この高度スライス空間か
ら、より高い高度の各スライス空間においては、３つの
異なる方向に発信された３つの異なる周波数をこうして
得ることができ、任意の高度の風速について９項目の情
報を得ることができる。
【００３０】一連の信号列が５つの異なる周波数で５つ
の異なる方向に発信された場合には、高度ｚ２４−ｚ２
６のスライス空間（図示しない。ｚ２５を中心とす
る。）からより高い高度で、任意の高度の風速に関して
２５項目の情報を得ることができる。
の異なる方向に発信された場合には、高度ｚ２４−ｚ２
６のスライス空間（図示しない。ｚ２５を中心とす
る。）からより高い高度で、任意の高度の風速に関して
２５項目の情報を得ることができる。
【００３１】本発明に従えば、発信される周波数の順
序、及び発信される方向の順序を（規則的な間隔で又は
それ以外の間隔で）切り換えることも可能となる。
序、及び発信される方向の順序を（規則的な間隔で又は
それ以外の間隔で）切り換えることも可能となる。
【００３２】これにより低い高度でより多くの情報を得
ることができ、例えば図２の例に示されるスライス空間
ｚ８−ｚ１０よりも低い高度で周波数ｆ１、ｆ２及びｆ
３で方向Ｄ１、Ｄ２及びＤ３に発信された信号の後方散
乱信号を得ることも可能となる。
ることができ、例えば図２の例に示されるスライス空間
ｚ８−ｚ１０よりも低い高度で周波数ｆ１、ｆ２及びｆ
３で方向Ｄ１、Ｄ２及びＤ３に発信された信号の後方散
乱信号を得ることも可能となる。
【００３３】ドップラー効果による周波数変位等によっ
て発生する曖昧さ、及び２つの発信周波数間の差異が同
じオーダーとなることを避けるため、単一の周波数で所
定各測定方向に信号を間欠的に発信することにより、一
連の測定の前後でドップラー効果による周波数変位のお
よその大きさを測定できる。このようにして得られた結
果は、風速によるドップラー効果大きさのオーダーを設
定する役割を果たし、曖昧さが生じる危険のあることを
察知でき、適切な測定を可能にする。この目的のため、
比較的大きく、ドップラー効果の差より大きい差によっ
て分離された異なる周波数で信号を発信することができ
る。
て発生する曖昧さ、及び２つの発信周波数間の差異が同
じオーダーとなることを避けるため、単一の周波数で所
定各測定方向に信号を間欠的に発信することにより、一
連の測定の前後でドップラー効果による周波数変位のお
よその大きさを測定できる。このようにして得られた結
果は、風速によるドップラー効果大きさのオーダーを設
定する役割を果たし、曖昧さが生じる危険のあることを
察知でき、適切な測定を可能にする。この目的のため、
比較的大きく、ドップラー効果の差より大きい差によっ
て分離された異なる周波数で信号を発信することができ
る。
【００３４】以上、異なる高度で異なる方向に於いて大
気によって後方散乱する音響信号を表し、変換器１０に
よって出力された信号を処理する一つの方法について説
明してきたが、ここで図３について言及する。
気によって後方散乱する音響信号を表し、変換器１０に
よって出力された信号を処理する一つの方法について説
明してきたが、ここで図３について言及する。
【００３５】５２個の変換器を具備する図１に示される
変換器アレイに於いて、該変換器は従来の方法でグルー
ピングされて１６個のサブアッセンブリーを形成し、変
換器アレイの制御を容易にする。変換器１０のこれらの
サブアッセンブリーが大気によって後方散乱され図３の
処理システムに印加される出力信号を発生する。
変換器アレイに於いて、該変換器は従来の方法でグルー
ピングされて１６個のサブアッセンブリーを形成し、変
換器アレイの制御を容易にする。変換器１０のこれらの
サブアッセンブリーが大気によって後方散乱され図３の
処理システムに印加される出力信号を発生する。
【００３６】この処理システムは、１６個の平行なパス
を備えており、各パスは変換器１０の各アッセンブリー
からの出力信号Ｓを受け取り、該出力信号は、出力がサ
ンプリング手段等のアナログ−デジタルコンバータ手段
１４に接続されたアンプ１２に印加される。
を備えており、各パスは変換器１０の各アッセンブリー
からの出力信号Ｓを受け取り、該出力信号は、出力がサ
ンプリング手段等のアナログ−デジタルコンバータ手段
１４に接続されたアンプ１２に印加される。
【００３７】その後デジタル信号は１６で処理されて、
高速フーリエ変換が適用され前記信号の周波数のアクセ
スが可能となる。
高速フーリエ変換が適用され前記信号の周波数のアクセ
スが可能となる。
【００３８】つぎにこの変換結果は、信号組み合わせ用
ソフトウェアによって１８で処理される。該ソフトウェ
アは、上述のように、異なる周波数で異なる方向に信号
を発信した場合と同様にして位相変位及び総計（summin
g ）を行い信号を組み合わせ、発信方向に各々対応する
出力周波数スペクトルを得ることができる。
ソフトウェアによって１８で処理される。該ソフトウェ
アは、上述のように、異なる周波数で異なる方向に信号
を発信した場合と同様にして位相変位及び総計（summin
g ）を行い信号を組み合わせ、発信方向に各々対応する
出力周波数スペクトルを得ることができる。
【００３９】変更態様に於いては、１２で増幅された信
号は互いに組み合わされ、１４でデジタル化される前後
であって高速フーリエ変換処理がなされる前に、種々の
発信方向に対応する信号が提供される。
号は互いに組み合わされ、１４でデジタル化される前後
であって高速フーリエ変換処理がなされる前に、種々の
発信方向に対応する信号が提供される。
【００４０】３つの異なる周波数が連続的に各発信方向
に発信されるときには、各周波数スペクトル２０は異な
る高度のスライス空間に各々対応する３つの周波数を含
んでいる。
に発信されるときには、各周波数スペクトル２０は異な
る高度のスライス空間に各々対応する３つの周波数を含
んでいる。
【００４１】一定の時間、連続的にこのようにして得ら
れる周波数信号は、その後スライス空間及び発信方向に
よって再び組み合わされる。これらの周波数を発信周波
数と比較することにより、特定の方向への所定の高度で
の空気速度のドップラー効果による周波数オフセットが
得られる。
れる周波数信号は、その後スライス空間及び発信方向に
よって再び組み合わされる。これらの周波数を発信周波
数と比較することにより、特定の方向への所定の高度で
の空気速度のドップラー効果による周波数オフセットが
得られる。
【００４２】その結果、異なるスライス空間の空気速度
の三次元要素がこのようにして得られる。
の三次元要素がこのようにして得られる。
【００４３】処理の終期に於いてチェックが行われ、異
なる周波数で得られた速度が互いに両立し得る関係にあ
るか否かが決定される。このような比較は、共通の発信
方向について種々の発信周波数で得られた速度に関係
し、また垂直方向に関して対称的な方向について得られ
た速度の水平要素に関係する。
なる周波数で得られた速度が互いに両立し得る関係にあ
るか否かが決定される。このような比較は、共通の発信
方向について種々の発信周波数で得られた速度に関係
し、また垂直方向に関して対称的な方向について得られ
た速度の水平要素に関係する。
【００４４】以下、本発明方法が実施された３つの装置
の重要な特徴につき、具体例を用いて説明する。
の重要な特徴につき、具体例を用いて説明する。
【００４５】まず最初は音波気象探知機である。該装置
は約２０メートル（ｍ）の最小高度と約１ｋｍから約２
ｋｍの範囲にある限界高度との間の大気の速度を測定す
るものである。この装置を使用して、異なる周波数の５
つの信号を連続的に５つの方向に発信した。各信号の発
信継続時間は約２００ｍｓで、発信される音響力は典型
的には２Ｗから８０Ｗの範囲にあり、発信周波数は２１
００Ｈｚを中心として互いに７５Ｈｚづつ異なる。５つ
の方向全てに発信するのに要する総時間は約５秒であ
り、受信に必要とされる時間は１０秒のオーダーにあ
る。変換器からの出力信号の処理に要する時間は、約１
０秒のオーダーにあり、装置の範囲と共に変化する。各
測定毎に中間の値を提供するために、実際には発信・受
信サイクルは数分間繰り返される。
は約２０メートル（ｍ）の最小高度と約１ｋｍから約２
ｋｍの範囲にある限界高度との間の大気の速度を測定す
るものである。この装置を使用して、異なる周波数の５
つの信号を連続的に５つの方向に発信した。各信号の発
信継続時間は約２００ｍｓで、発信される音響力は典型
的には２Ｗから８０Ｗの範囲にあり、発信周波数は２１
００Ｈｚを中心として互いに７５Ｈｚづつ異なる。５つ
の方向全てに発信するのに要する総時間は約５秒であ
り、受信に必要とされる時間は１０秒のオーダーにあ
る。変換器からの出力信号の処理に要する時間は、約１
０秒のオーダーにあり、装置の範囲と共に変化する。各
測定毎に中間の値を提供するために、実際には発信・受
信サイクルは数分間繰り返される。
【００４６】第２の装置は同じような音波気象探知機で
ある。該装置は約６０ｍの最小高度と約３ｋｍから約５
ｋｍの範囲に亘る限界高度との間の空気速度を測定する
ものである。この装置は５つの信号を異なる周波数で連
続的に５つの異なる方向に発信し、各信号は約６００ｍ
ｓの継続時間発信され、その出力は約２００Ｗから約３
００Ｗの範囲にあり、発信信号の周波数は７００Ｈｚを
中心に約２５Ｈｚづつ互いに異なる。５つの全ての方向
に発信する総発信継続時間は、したがって約１５秒とな
り、よって総受信継続時間は約３０秒である。
ある。該装置は約６０ｍの最小高度と約３ｋｍから約５
ｋｍの範囲に亘る限界高度との間の空気速度を測定する
ものである。この装置は５つの信号を異なる周波数で連
続的に５つの異なる方向に発信し、各信号は約６００ｍ
ｓの継続時間発信され、その出力は約２００Ｗから約３
００Ｗの範囲にあり、発信信号の周波数は７００Ｈｚを
中心に約２５Ｈｚづつ互いに異なる。５つの全ての方向
に発信する総発信継続時間は、したがって約１５秒とな
り、よって総受信継続時間は約３０秒である。
【００４７】第３の装置は、約２０ｍから約１ｋｍ〜２
ｋｍの範囲の深さで水の速度を測定するためのソナーで
ある。該装置は、異なる周波数で連続的に５つの異なる
方向に５つの信号を発信し、各信号は約４０ｍｓの継続
時間発信され、その出力は２、３ワットから数百ワット
の範囲にあり、その出力周波数は４０ｋＨｚを中心に互
いに約５００Ｈｚ分離していた。
ｋｍの範囲の深さで水の速度を測定するためのソナーで
ある。該装置は、異なる周波数で連続的に５つの異なる
方向に５つの信号を発信し、各信号は約４０ｍｓの継続
時間発信され、その出力は２、３ワットから数百ワット
の範囲にあり、その出力周波数は４０ｋＨｚを中心に互
いに約５００Ｈｚ分離していた。
【００４８】
【発明の効果】本発明に従えば、測定精度を向上させる
ことができ、音波気象探知機又はソナーの限界範囲を拡
大させることができ、総信号捕捉時間を同時に減少させ
ることのできる方法によって、音響変換器アレイ使用型
“音波気象探知機”又は“ソナー”の性能を著しく向上
させることができる。
ことができ、音波気象探知機又はソナーの限界範囲を拡
大させることができ、総信号捕捉時間を同時に減少させ
ることのできる方法によって、音響変換器アレイ使用型
“音波気象探知機”又は“ソナー”の性能を著しく向上
させることができる。
【図１】本発明に係る方法を実施するための音響変換器
の平面アレイを示す図である。
の平面アレイを示す図である。
【図２】音響信号が本発明方法により如何にして発信さ
れ受信されるかを示すグラフである。
れ受信されるかを示すグラフである。
【図３】音響変換器によって検知された後方散乱信号を
処理するためのシステムを示すブロック図である。
処理するためのシステムを示すブロック図である。
１０ 変換器 １２ アンプ １４ アナログ−デジタルコンバータ手段 １６ デジタル信号処理部 １８ コンピュータ ２０ 周波数帯域
Claims (12)
- 【請求項１】 変換器アレイによって所定の周波数音響
信号を少なくとも３つの方向に発信し、同じ変換器を用
いて流体によって後方散乱した音響信号を検知し、前記
発信信号と前記検知信号との周波数変位に基づいて上記
特定した方向での流体の速度を決定することからなる空
気又は水等の流体の三次元速度を遠隔測定する方法であ
って、所定の継続時間を有し所定の異なる周波数を有す
る一連の信号を前記方向の一つであるＤ１、次に前記方
向の他の一つであるＤ２、そして同様にして他の方向
に、前記一連の信号の各方向への連続発信が完了するま
で発信し、後方散乱した全ての信号を検知し、前記検知
した信号を同時に処理して前記各方向毎の互いに連続す
る周波数スペクトルを得、そこから異なる距離での各方
向に於ける流体の速度を導出することを特徴とする方
法。 - 【請求項２】 前記検知信号の処理は、これらの信号を
増幅し、デジタル化し、互いに組み合わせて発信方向に
対応する信号を得、これに高速フーリエ変換を適用する
ことから本質的になることを特徴とする請求項１に記載
の方法。 - 【請求項３】 前記検知信号の処理は、これらの信号を
増幅し、デジタル化し、これに高速フーリエ変換を適用
し、互いに組み合わせて発信信号に対応する信号を得る
ことから本質的になることを特徴とする請求項１に記載
の方法。 - 【請求項４】 前記検知信号の処理は、これらの信号を
増幅し、互いに組み合わせて発信信号に対応するアナロ
グ信号を得、次にこのようにして得られた信号をデジタ
ル化し、これに高速フーリエ変換を適用することから本
質的になることを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 短距離で速度を測定するために、異なる
周波数で信号を発信する順序と、発信方向の順序とを換
えることからなることを特徴とする請求項１から４のい
ずれかに記載の方法。 - 【請求項６】 任意の発信方向について異なる発信周波
数で得られた速度と、垂直方向（垂直面）に関して対称
的な発信速度について異なる発信周波数で得られた速度
とが両立し得るかを確認することからなることを特徴と
する請求項１から５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項７】 発信された異なる周波数の数は、３以上
であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記
載の方法。 - 【請求項８】 一連の信号列を５つの異なる周波数で５
つの異なる方向に連続して発信することからなることを
特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の方法。 - 【請求項９】 単一の周波数で信号を間欠的に発信して
発信信号と検知信号との周波数のオフセットの大きさの
オーダーを決定し、又は測定するべき周波数のオフセッ
トより大きく比較的大きい差によって分離した異なる周
波数の信号発信することからなることを特徴とする請求
項１から８のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１０】 前記流体は大気であって、発信信号は
２００ｍｓオーダーの継続時間を有し、発信周波数は約
７５Ｈｚづつ異なっており、発信周波数の範囲は約２．
１ｋＨｚの値が中心となることを特徴とする請求項１か
ら９のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１１】 前記流体は大気であり、発信された信
号は６００ｍｓオーダーの継続時間を有し、発信周波数
は約２５Ｈｚづつ異なっており、発信周波数の範囲は約
７００Ｈｚの値が中心となることを特徴とする請求項１
から９のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１２】 前記流体は水であり、発信された信号
は４０ｍｓオーダーの継続時間を有し、周波数は５００
Ｈｚづつ異なっており、発信周波数の範囲は約４０Ｈｚ
の値が中心となることを特徴とする請求項１から９のい
ずれかに記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9310348A FR2709556B1 (fr) | 1993-08-30 | 1993-08-30 | Procédé de détermination à distance de la vitesse tridimensionnelle d'un fluide tel que l'air ou l'eau. |
| FR9310348 | 1993-08-30 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07218628A true JPH07218628A (ja) | 1995-08-18 |
| JP3491172B2 JP3491172B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=9450443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20550594A Expired - Fee Related JP3491172B2 (ja) | 1993-08-30 | 1994-08-30 | 空気又は水等の流体の三次元速度を遠隔測定する方法 |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5521883A (ja) |
| EP (1) | EP0640845B1 (ja) |
| JP (1) | JP3491172B2 (ja) |
| CN (1) | CN1117139A (ja) |
| AT (1) | ATE198231T1 (ja) |
| DE (1) | DE69426437T2 (ja) |
| ES (1) | ES2153852T3 (ja) |
| FR (1) | FR2709556B1 (ja) |
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- 1994-08-29 CN CN94115603.6A patent/CN1117139A/zh active Pending
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