JPH07229963A

JPH07229963A - 航跡の検出方法

Info

Publication number: JPH07229963A
Application number: JP6022410A
Authority: JP
Inventors: 邦彦 ▲真▼野; Kunihiko Mano; Fumio Nakamura; 文夫中村
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1994-02-21
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】水上船や水中航走体の航跡を迅速、かつ的確
に自動的に計測することができる航跡の検出方法を提供
する。【構成】航跡の源となる近距離又は遠距離において大
形又は中形の粒径の気泡を検出する超音波による音響計
測と、航跡の源となる近距離で大形、中形又は小形の粒
径の気泡を検出するレーザー光計測とに基づいて、海中
より水上船や水中航走体の航跡を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、水上船や水中航走体を
海中より検出する航跡（ウエーキ）の検出方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】ポンプやプロペラ等の流体機器におい
て、液体が加速され、液体の静圧が下がるとき、その圧
力がある限界の圧力より低下すると、キャビテーション
等による気泡が発生する。例えば、スクリューを持った
水上船や水中航走体なとが通過した跡には、気泡が発生
し、航跡（ウエーキ）として比較的長時間残存する。

【０００３】従来、気泡そのものの観測は、肉眼による
方法、音響的方法、光学的方法があった。その肉眼によ
る観測方法は、もっとも一般的で、普通ストロボ光を使
って見る。また、音響的方法は、気泡が発生し、崩壊す
る時、音が発生するのを捕らえるものである。これに
は、音圧の変化そのものを検知する方法と、１個１個の
気泡の発生する音をカウントする方法とがあった。

【０００４】更に、光学的方法としては、気泡群を写真
撮影し、この写真を分析して、写った気泡の大きさや個
数を調べる方法があった。また、図４に示すように、海
上からの海底のレーザー測深、すなわち、海上の飛行機
４１よりレーザー４２を照射して、水深を計測する方法
であり、海面に当たったレーザ光の一部は海面から反射
され、海上の飛行機４１の受信機に戻り、残余は海底４
３に貫通して、そこで反射され海上の飛行機４１の受信
機に戻る。

【０００５】そこで、レーザ発射と第１・第２反射との
間の時間を測定し、水深が判定される〔Ｎａｖｙｉｎ
ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＰ．１８０〜１８１「ＬＩＤ
ＡＲ−ＳＵＩＴＡＢＬＥＦＯＲＡＳＷ？」ｂｙ
ＢｒｉａｎＷａｌｔｅｒ（Ｕ．Ｓ）１９９２Ｊ
ｕｎｅ〕等参照」。一方、航跡については、肉眼で確認
することはできたが、機械的に、また自動的に計測する
方法はなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、水上船や
水中航走体の航跡については、迅速、かつ的確に自動的
に計測する方法がなかった。本発明は、このような状況
に鑑みて、水上船や水中航走体の航跡を迅速、かつ的確
に自動的に計測することができる航跡の検出方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的を達成するために、水上船や水中航走体の航跡を海中
より検出する航跡の検出方法において、航跡の源とな
る、近距離又は遠距離において大形又は中形の粒径の気
泡を音響計測により検出し、航跡の源となる、近距離で
大形、中形又は小形の粒径の気泡を光計測により検出
し、前記音響計測による検出値と光計測による検出値と
を合成するようにしたものである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、上記したように、航跡の源と
なっているキャビテーション等による気泡は、水上船や
水中航走体の速度、スクリュウーの形状、深度、発生か
らの時間経過等の条件により大きさが異なる。このよう
に、いろいろな条件により形状の異なるキャビテーショ
ン等の気泡から構成される航跡を探知するためには、発
生した場所との距離と、その大きさに対する対応を明ら
かにする必要がある。

【０００９】遠距離・近距離に発生した大形・中形・小
形の粒径の気泡の粒径に対して、感応する波長を選択
し、低周波超音波、高周波超音波及びレーザーを利用し
て、あらゆる状況に対応して航跡を検出することができ
る。一般に、低周波超音波はその波長と減衰特性から遠
距離探知に、高周波超音波やレーザーは近距離探知に向
いている。

【００１０】また、超音波は中形以上の粒径に感応し、
レーザーは大形・中形・小形の粒径のいずれの粒径にも
感応する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図を参照しな
がら詳細に説明する。図１は本発明の実施例を示す航跡
の検出方式のブロック図、図２は本発明の実施例を示す
航跡の検出態様を示す図である。まず、図２に示すよう
に、水上船３１や大型水中航走体３２はキャビテーショ
ン等による気泡を発生する。それらの気泡を、海中に存
在する小型水中航走体３３に搭載される後述する航跡の
検出装置により計測し、水上船３１や大型水中航走体３
２の航跡を検出することができる。

【００１２】以下、その航跡の検出について説明する。（１）音響を使用した、近距離・遠距離に存在するキャ
ビテーション等による気泡の検出方法について述べる。
ここで、一例を挙げると、近距離は１００ｍ以下、遠距
離は１ｋｍ以上であり、気泡の大きさについては、大形
の粒径は直径１ｍｍ、中形の粒径は直径０．１ｍｍ、小
形の粒径は直径０．０１ｍｍを例示することができる図１に示すように、制御部１より、音響計測指令を出力
すると、第１の送信パルス発生回路Ａ１１は、周期的に
ある一定区間高周波ｆ₁（例えば、１００ｋＨｚ）を発
信する。同様に、第２の送信パルス発生回路Ｂ１２は、
高周波ｆ₂（例えば、９０ｋＨｚ）を発信する。

【００１３】また、高周波ｆ₁，ｆ₂は、乗算回路１
３、電力増幅回路１４を通して、超音波送波器１５に送
られる。２つの異なった周波数ｆ₁，ｆ₂を持つ音波
を、同時に同方向に放射した場合、水中音波の圧力変化
によって生じる密度変化は、圧力変化に対して直線的で
ない非線形の領域がある。この非線形な相互作用によっ
て、周波数ｆ₁，ｆ₂の他、和の周波数（ｆ₁＋ｆ₂）
と差の周波数（ｆ₁−ｆ₂：１０ｋＨｚ）を形成する。

【００１４】和の周波数（ｆ₁＋ｆ₂）は、ｆ₁，ｆ₂
のいずれよりも大きい吸収を受けるので、ここでは注目
しない。高周波ｆ₁又は高周波ｆ₂は、近距離に存在す
るキャビテーション等による中形・大形の粒径の気泡で
反射され、超音波受波器１６で反射波が受波され、音響
信号は、電気信号に変換される。

【００１５】この電気信号に変換された反射信号は、前
置増幅器１７で増幅され、ハイパス・フィルタ１９で高
周波ｆ₁成分のみが出力され、サンプル・ホールド回路
２１、Ａ／Ｄ変換回路２３で受波レベル（反射波）はデ
ジタル信号で表される。この信号をもとに、信号処理部
１０で近距離に存在するキャビテーション等による中形
から大形の粒径の気泡の状況を計測することができる。

【００１６】また、低周波（ｆ₁−ｆ₂）は、前述の高
周波ｆ₁に比べて、周波数が低いので、高周波ｆ₁より
水中での伝搬損失が少なく、そのため、遠距離に存在す
るキャビテーション等による中形から大形の粒径の気泡
で反射される。高周波ｆ₁の時と同様に、反射波は前置
増進器１７、ロウパスフィルタ１８、サンプルホールド
回路２０、Ａ／Ｄ変換回路２２を通り、受波レベル（反
射波）はデジタル信号で表され、信号処理部１０で遠距
離に存在するキャビテーション等による中形から大形の
粒径の気泡の状況を計測することができる。

【００１７】また、第１の送信パルス発生回路Ａ１１の
高周波ｆ₁を固定し、第２の送信パルス発生回路Ｂ１２
の周波数ｆ₂を変化させると、差の周波数（ｆ₁−
ｆ₂）は、広帯域な周波数特性を持ち、キャビテーショ
ン等による中形から大形の連続的な粒径の気泡にも対応
できる。次に、レーザーを使用した、近距離に存在する
キャビテーション等による気泡の検出方法について述べ
る。

【００１８】図１に示すように、制御部１より、光計測
指令を出力すると、レーザー発振器２を駆動する。レー
ザー発振器２からは、水中での光の伝搬損失が最も少な
い波長５００ｎｍ帯のアルゴン・レーザーを高速繰り返
しパルス光で照射する。次に、凹レンズと凸レンズのレ
ンズ群３で照射ビームの広がり角度を制御する。

【００１９】そして、水中に照射されたレーザー光は、
近距離に存在するキャビテーション等による大形・中形
・小形の粒径の気泡で反射される。反射光は、レーザー
受光器４の凹面鏡４ａで１次反射され、凹面鏡４ａの中
心位置にある凸面鏡４ｂで２次反射させ、この光は凹面
鏡４ａの中心孔４ｃを通過する。また、外部からの不要
な光をカットするために絞り機構５を配置する。通過し
た光は、凸レンズ６でビーム幅が平行になる。水中には
水分子や浮遊粒子があり、これにより散乱が起こる。い
わゆる、後方散乱光といわれるもので、これを取り除く
必要がある。

【００２０】光シャッタ７は、レーザー発振器２と同期
して駆動させ、キャビテーション等による気泡での反射
光だけを通し、後方錯乱光をカットする。更に、干渉フ
ィルタ８で、５００ｎｍ帯の波長以外の不要な光をカッ
トする。有効なレーザー光は、光検出部９で光信号から
電気信号に変換される。信号処理部１０で後方散乱光の
除去処理、距離による受信レベル変化の補正、高速繰り
返し計測によるＳ／Ｎの向上等の処理を行って、キャビ
テーション等による気泡の状況を計測することができ
る。

【００２１】また、信号処理部１０では、低周波超音
波、高周波超音波、レーザーの出力を合成し、時間的に
連続して計測し、監視することにより、水上船や水中航
走体の航跡を検出することができる。上記した気泡の位
置／気泡の大きさとその検出手段とをまとめて図３に示
す。この図３から明らかなように、低周波超音波はその
波長と減衰特性から遠距離探知に、高周波超音波やレー
ザーは近距離探知に向いている。

【００２２】また、超音波は中形以上の粒径の気泡に感
応し、レーザーは大形・中形・小形の粒径のいずれの粒
径にも感応する。なお、上記した制御部よりの音響計測
指令と、光計測指令とは通常は、同時に出力するが、こ
れに限定されるものではない。例えば、船が遠去かって
行くような場合には、音響計測指令を先行して出力する
など適宜変更が可能である。

【００２３】更に、音響計測は、非線形音響特性を利用
することにより、低周波音波を小型の高周波送波器で発
生することができ、装置全体を小型にすることができ
る。また、音響周波数において、差の周波数を変化させ
ることにより、キャビテーション等による気泡の連続的
な粒径の大きさに対応することができる。更に、レーザ
ーとしては水中での透過性が最も良い波長５００ｎｍ帯
のアルゴンレーザーを使用することにより、探知距離を
拡大することができる。

【００２４】なお、本発明は上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き種々の変形が可能で
あり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００２５】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。（１）水上船や水中航走体の速度、スクリュウーの形
状、深度、発生からの時間経過等によって、キャビテー
ション等による大きさが異なる気泡に対して、音響とレ
ーザーを使用し、大形・中形・小形の粒径の気泡を近距
離から遠距離まで計測することができる。

【００２６】（２）キャビテーション等による気泡を時
間的に連続して計測、監視することにより、水上船や水
中航走体等の航跡を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す航跡の検出方式のブロッ
ク図である。

【図２】本発明の実施例を示す航跡の検出態様を示す図
である。

【図３】本発明の実施例を示す気泡の位置／気泡の大き
さとその検出手段とを示す図である。

【図４】従来のレーザ測深の説明図である。

【符号の説明】

１制御部２レーザー発振器３レンズ群４レーザー受光器５絞り機構６凸レンズ７光シャッタ８干渉フィルタ９光検出部１０信号処理部１１第１の送信パルス発生回路Ａ１２第２の送信パルス発生回路Ｂ１３乗算回路１４電力増幅回路１５超音波送波器１６超音波受波器１７前置増幅器１８ロウパスフィルタ１９ハイパス・フィルタ２０，２１サンプル・ホールド回路２２，２３Ａ／Ｄ変換回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水上船や水中航走体の航跡を海中より検
出する航跡の検出方法において、（ａ）航跡の源とな
る、近距離又は遠距離において大形又は中形の粒径の気
泡を音響計測により検出し、（ｂ）航跡の源となる、近
距離で大形、中形又は小形の粒径の気泡を光計測により
検出し、（ｃ）前記音響計測による検出値と光計測によ
る検出値とを合成することを特徴とする航跡の検出方
法。
【請求項２】請求項１記載の航跡の検出方法におい
て、前記音響計測には超音波を用い、前記光計測にはレ
ーザーを用いることを特徴とする航跡の検出方法。
【請求項３】請求項１記載の航跡の検出方法におい
て、前記音響計測は、非線形音響特性を利用し、音響周
波数において、差の周波数を変化させることを特徴とす
る航跡の検出方法。