JPH0740068B2 - 音響測位装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、一定周期で超音波信号を発信するピンガを水
中に設け、このピンガと例えば船上送受波器との間で超
音波信号の送受を行うことによってピンガからみた船の
位置を計測する音響測位装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、このような分野の技術としては、「海洋音響」１
版（昭59−３−１）海洋音響研究会、P.209−214に記載
されるものがあった。

この文献に記載されているように、水中超音波を用いて
船あるいは水中の移動物体の位置を測定する音響測位装
置では、まず海底に設置する基準点として、（ａ）船上
から質問信号に応答するトランスポンダ、（ｂ）船上と
結ばれた水中ケーブルを通して船上からのトリガ信号に
応答するレスポンダ、及び（ｃ）ピンガの３種のものが
使用されており、それらピンガ等と船上送受波器との間
で超音波信号の送受を行って海底の基準点からみた船の
位置を計測している。

ここで、トランスポンダを用いて、そのトランスポンダ
と船上の送受波器の間の直距離（スラントレンジ）、及
び方向余弦を求める音響測位装置のうち、直距離のみで
船の位置を測定するLBL方式（Long Base−Line Syste
m）では、水深に関係なく測定範囲が広く取れ、しかも
その広い範囲にわたって高い測定精度が得られるという
長所がある。ところが、トランスポンダは受信回路を持
つので、ノイズの大きい所では誤動作を起こすために使
用できないという欠点がある。

レスポンダを用いた方式では、船上から水中ケーブルを
通してレスポンダ側の送信器にトリガ信号を送り、船上
においてトリガ信号の送信タイミング時から受信時点ま
での時間を計測することにより、直距離を求めている。
この方式では、測定精度が高いが、水中ケーブルを必要
とする不利不便さがある。

これに対して、ピンガを用いて方向余弦を求める方式で
は、水中ケーブルを必要とせず、その上、ノイズの大き
い所でも使用できるという長所を有している。ピンガを
用いた方式の一つに、そのピンガの中に、一定時間毎に
信号を出力する高精度な時計を設け、その正確な音波発
射時刻を船上の装置本体に設けた他の時計（この時計
は、ピンガ内の前記時計と同一の一定時間毎に信号を出
力する機能を有している。）により知り、音波を受信す
るまでの時間を装置本体で計測して直距離を求める方式
がある。この方式では、簡単に高精度は直距離測定が行
えるという長所を有している。

従来、この種の時計内蔵のピンガを用いた音響測位装置
では、水中のピンガ内に設けた時計のスタート時刻と、
水上の装置本体に設けた時計のスタート時刻とが、一致
していないと（即ち、同期していないと）、測定誤差を
生じるため、両時計のスタート時刻を一致させる、つま
り同期を取ることが必要となる。そこで、水中におい
て、水上の装置本体側の時計とピンガ中の時計とをコネ
クタを介して電気的に接続し、同期パルスを用いて双方
の時計の同期を取り、２つの時計が完全に同期した時に
コネクタを外して両者間を切り離す。その後、ピンガを
水中に設置して直距離の計測を行うようにしていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記の時計内蔵のピンガを用いた音響測
位装置では、ピンガ内の時計と装置本体側の時計との同
期を取る場合は、作業の容易性の点から水上で行ってい
た。そのため、水中にあるピンガとの同期がずれた場合
は、そのピンガを水上に引上げた後、コネクタで双方の
時計を電気的に接続して同期を取るという煩雑な作業が
必要で、それを解決することが困難であった。

本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、同期
を取るための煩雑な作業が必要であるといった点等につ
いて解決した音響測位装置を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記課題を解決するために、水中に設けら
れ、スタート時刻を一致させるための同期手段によって
リセットされたスタート時刻から一定時間毎に信号を出
力する第１の時計の出力信号に基づき、一定周期で超音
波信号を発信するピンガと、水上に設けられ、前記超音
波信号を受信する超音波受信手段、前記同期手段によっ
てリセットされた前記第１の時計のスタート時刻と同期
したスタート時刻から前記一定時間毎に信号を出力する
第２の時計、オシレータ、及び演算手段を有する装置本
体とを、備えた音響測位装置において、前記同期手段を
次のように構成している。

ここで、前記演算手段は、前記第２の時計の出力信号に
基づき、所定のタイミングで出力される前記オシレータ
の発振信号の発振回数を計数し始め、前記超音波受信手
段によって前記超音波信号を受信するまでの該発振回数
の計数値に基づき前記超音波信号の伝搬時間を計算し、
その計算結果に基づいて前記ピンガまでの距離を算出す
る機能を有している。

本発明の前記同期手段は、前記第２の時計の出力信号に
基づき同期パルスを生成してその同期パルスを水中の送
信用コイルから送出する同期パルス発生手段と、水中に
向けて超音波による同期用コマンドを発信する同期用コ
マンド発生手段と、前記送信用コイルと磁気結合される
受信用コイルを介して前記同期パルスを受信する同期パ
ルス受信手段と、水中に向けて発信された前記同期用コ
マンドを受信した時にコマンド受信有りの信号を出力す
る同期用コマンド受信手段と、前記同期用コマンド受信
手段及び前記同期パルス受信手段の両出力が入力され、
該同期用コマンド受信手段からコマンド受信有りの信号
が出力された時のみ、該同期パルス受信手段の出力信号
によって前記第１の時計のスタート時刻をリセットする
リセット手段とを、備えている。そして、前記同期パル
ス発生手段及び前記同期用コマンド発生手段を、前記装
置本体側に設け、前記同期パルス受信手段、前記同期用
コマンド受信手段及び前記リセット手段を、前記ピンガ
に設けている。

（作 用） 本発明によれば、以上のように音響測位装置を構成した
ので、同期パルス発生手段から同期パルスが出力される
と、その同期パルスが送信用コイル及び受信用コイルに
よって磁気の形で同期パルス受信手段へ送られる。同期
用コマンド発生手段から同期用コマンドが発信される
と、それが同期用コマンド受信手段で受信される。する
と、リセット手段の働きにより、同期パルス受信手段の
出力信号によって第１の時計のスタート時刻がリセット
される。これにより、第１の時計のスタート時刻が第２
の時計のスタート時刻と一致し、両者の同期が取られ
る。この際、リセット手段は同期パルス受信手段及び同
期用コマンド受信手段の両出力信号により、第１の時計
のスタート時刻をリセットするので、外部の磁気の乱れ
に対しても的確な同期操作が行える。従って、前記課題
を解決できるのである。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例を示す音響測位装置の構成
ブロック図である。

この音響測位装置は、水上の船等に設けられる装置本体
10と、水中Ａに設けられるピンガ30とで構成されてい
る。

装置本体10は、ピンガ30との間で超音波信号の送受を行
ってそのピンガ30までの直距離R1,R2等を計測するもの
で、水中Ａに配置される２個の超音波受信用の受波器11
−1,11−２、電磁力による同期パルス送出用の送信用コ
イル12、及び超音波による同期用コマンド送出用の送波
器13を備えている。２個の受波器11−1,11−２は距離Ｌ
を隔てて配置され、一方の受波器11−１には、その受波
器出力増幅用の受信器14−１、及び該受信器出力のレベ
ルを検出するレベル検出器15−１を介してフリップフロ
ップ回路（以下、FF回路という）16−１のリセット端子
Ｒが接続されている。同様に、他方の受波器11−２に
は、受信器14−２及びレベル検出器15−２を介してFF回
路16−２のリセット端子Ｒが接続されている。ここで、
受波器11−1,11−２及び受信器14−1,14−２は、超音波
受信手段を構成している。

送信のタイミングを生成するためにスタート時刻から一
定時間毎に信号を出力する高安定度の第２の時計17の出
力側には、制御用のタイミング発生回路18を介してFF回
路16−1,16−２のセット端子Ｓが接続され、その各FF回
路16−1,16−２の出力端子Q,Qがオシレータ19の出力側
と共に２入力アンドゲート（以下、ANDゲートという）2
0−1,20−２にそれぞれ接続されている。ANDゲート20−
1,20−２の出力側には、計数器21−1,21−２及び信号処
理器22で構成される演算手段が接続され、その信号処理
器22にデータ表示用の表示器23が接続されている。さら
に、時計17の出力側は、同期信号発生指令用のスイッチ
24を介して電磁力発生器25に接続され、その電磁力発生
器25にはケーブル26を介して磁界発生用の送信用コイル
12が接続されている。ここで、スイッチ24及び電磁力発
生器25は、同期パルス発生手段としての機能を有してい
る。

また、同期コマンド用スイッチ27には、ピンガ30への同
期用コマンド信号を発生するコマンド発生器28が接続さ
れ、そのコマンド発生器28の出力側が送信器29を介して
送波器13に接続されている。コマンド発生器28は、例え
ば、２つ以上の周波数を組み合わせた周波数シフトキー
イング（Frequency Shift Keying、以下「FSK」とい
う）方式または位相を用いた差分位相シフトキーイング
（Differencial Phase Shift Keying、以下「DPSK」と
いう）方式等で構成されている。FSK方式とは、例え
ば、２つの搬送周波数をディジタル信号の“0"と“1"に
対応させたパルス列の組合せによって信号を形成する方
式である。送信器29は、コマンド信号により搬送波を変
調する機能を有している。ここで、スイッチ27、コマン
ド発生器28、送信器29及び送波器13は、同期用コマンド
発生手段を構成している。

一方、ピンガ30は、一定周期で超音波信号を発信するも
ので、超音波送信用の送受波器31と、送信用コイル12に
磁気結合される受信用コイル32とを備え、その送受波器
31には、送受切換回路33を介して受信器34及びコマンド
解析回路35が接続されている。受信器34は送受波器31の
出力を増幅する回路、コマンド解析回路35は受信器34の
出力に基づきコマンドを解析し、同期用コマンドである
と判定すれば一定時間パルスを発生する回路であり、そ
れらの受信器34及びコマンド解析回路35により、同期用
コマンド受信手段が構成されている。

受信用コイル32は、送信用コイル12で発生した磁界によ
り、該コイル32の両端に起電力を発生させる機能を有
し、その両端には増幅器36を介してレベル検出器37が接
続されている。これらのコイル32、増幅器36及びレベル
検出器37は、同期パルス受信手段を構成している。コマ
ンド解析回路35及びレベル検出器37の出力は、リセット
手段である２入力ANDゲート38を介して高安定化された
第１の時計39の入力側に接続されている。第１の時計39
は、第２の時計17と同一の精度を有し、スタート時刻か
ら、該第２の時計17と同一の一定時間毎に信号を出力す
る機能を持っている。この第１の時計39の出力側は、送
信パルス発生回路40、送信回路41、及び送受切換回路33
を介して送受波器31に接続されている。送信パルス発生
回路40は時計39の出力により送信パルスを出力する回
路、及び送信回路41は該送信パルスを増幅する機能を有
している。

第２図は、第１図におけるコイル12,32部分の一構成例
を示す斜視図である。

防水処理が施されたケーブル26には、同じく防水処理が
施された送信用コイル12が接続され、その送信用コイル
12内に、ピンガ収納用の筒状の耐水圧容器50が挿入され
ている。耐水圧容器50には受信用コイル32と共に、第１
図の他のピンガ用回路が封入されている。

以上のように構成される音響測位装置の動作を説明す
る。

先ず、時計17と39のスタート時刻が一致して両者の同期
がとれている場合、同一時刻において、装置本体10側で
は計数器21−1,21−２が計数動作を開始すると共に、ピ
ンガ30側では超音波信号の発振動作を開始する。

即ち、装置本体10において、あるスタート時刻から一定
時間毎に時計17の出力がタイミング発生回路18に供給さ
れると、該タイミング発生回路18はタイミング信号を出
力してFF回路16−1,16−２をセットする。FF回路16−1,
16−２がセットされると、その出力が論理“1"になって
ANDゲート20−1,20−２が開き、オシレータ19の出力が
計数器20−1,21−２により計数されていく。一方、ピン
ガ30において、時計17と同一のスタート時刻から一定時
間毎に時計39の出力が送信パルス発生回路40に供給され
ると、該送信パルス発生回路40は送信パルスを出力す
る。この送信パルスは、送信回路41で増幅され、送受切
換回路33を通して送受波器31で超音波信号に変換され、
水中Ａに送出される。

送受波器31から送出された超音波信号は、水中Ａを伝搬
し、各受波器11−1,11−２により受信されて電気信号に
変換される。各受波器11−1,11−２の出力は、受信器14
−1,14−２で一定レベルまで増幅され、そのレベルが設
定レベルを超えると、各レベル検出器15−1,15−２から
パルスが出力されて各FF回路16−1,16−２がリセットさ
れる。FF回路16−1,16−２がリセットされると、ANDゲ
ート20−1,20−２が閉じて計数器21−1,21−２の計数動
作が停止する。すると、信号処理器22は計数器21−1,21
−２の計数結果に基づき、直距離R1,R2を算出する。

例えば、オシレータ19の発振周波数をｆとした場合、計
数器21−１によって超音波信号の伝搬時間t1を計測する
と共に、計数器21−２によって該超音波信号の伝搬時間
t2を計測すれば、信号処理器22において次式（１），
（２）を計算することにより、送受波器31と受波器11−
１間の直距離R1と、該送受波器31と受波器11−２間の直
距離R2とが、それぞれ求まる。

R1＝α・N1×1/f＝α・ｋ×ｃ・t1×1/f …（１） R2＝α・N2×1/f＝α・ｋ×ｃ・t2×1/f …（２） 但し、α,k;係数 N1,N2;計数器21−1,21−２の計数値 c;音速 ここで、発振周波数ｆを適当に選べば、（１）式及び
（２）式においてα＝１、ｋ＝１、ｃ＝1/fとなり、直
距離R1,R2が直接、計数値N1,N2となる。

また、（直距離R1またはR2）≫（受波器11−1,11−２間
の距離Ｌ）であれば、平均距離Ｒ＝R1＝R2となり、それ
以外では平均距離Ｒ＝（R1＋R2）/2となる。これらの算
出データは、表示器23に表示される。

次に、時計17と39を水中において同期を取る（即ち、時
計39のスタート時刻を時計17のスタート時刻に一致させ
る）場合の操作を説明する。

例えば、予め耐水圧容器50にワイヤを接続しておき、そ
のワイヤに送信用コイル12を通し、該コイル12を水中Ａ
に降下させて耐水圧容器50の外側にかぶせる。その後、
同期コマンド用のスイッチ27をオン状態にすると、FSK
方式またはDPSK方式等を用いたコマンド発生器28から同
期用コマンド信号が出力され、そのコマンド信号が送信
器29で変調された後、送波器13で超音波信号に変換され
て水中Ａに送出される。送波器13からの超音波信号は、
送受波器31で受信され、再び電気信号に変換された後、
送受切換回路33を通して受信器34で一定レベルまで増幅
され、コマンド解析回路35に与えられる。コマンド解析
回路35は、受信器34の出力に基づき、FSK方式またはDPS
K方式等のコマンドを公知の方法で解析し、同期用コマ
ンドであると判定すれば、一定時間パルスを発生してAN
Dゲート38を開く。

次に、装置本体10側の同期信号発生指令用のスイッチ24
をオン状態にすると、時計17から出力される一定時間毎
の信号に基づき、電磁力発生器25が同期パルスを発生し
てケーブル26を通して送信用コイル12に磁界を発生させ
る。この磁界は耐水圧容器50を通りぬけ、内部の受信用
コイル32の両端に起電力を発生させる。受信用コイル32
に発生した起電力は、増幅器36で一定レベルまで増幅さ
れ、そのレベルが設定レベルを超えると、レベル検出器
37から、再生された同期パルスが出力され、その同期パ
ルスがANDゲート38を通して時計39のスタート時刻を初
期値にリセットする。これにより、時計39のスタート時
刻が、時計17のスタート時刻に対して同一時刻にセット
されるので、送信用コイル12のみを水上に引上げれば、
同期操作が終了する。なお、時計39がリセットされる
と、そのリセット時、あるいは一定時間後に、該時計39
から送信パルス発生回路40へ送信指令パルスが与えら
れ、送信回路41、送受切換回路33及び送受波器31を通し
て超音波信号が水中Ａに送出される。

本実施例では、次のような利点を有している。

水中Ａのピンガ30に対して同期を取る場合は、送信用コ
イル12を耐水圧容器50にかぶせ、ピンガ30に対して同期
用コマンド信号を送り、ANDゲート38により同期パルス
を受付けるようにした後、送信用コイル12及び受信用コ
イル32を通して同期パルスを送れば良い。送信用コイル
12及び受信用コイル32は、電気的に結合していないた
め、水中Ａのピンガ30を水上に引上げることなく、簡易
かつ的確に両時計17,39の同期を取ることができる。コ
マンド信号によりANDゲート38で同期パルスを有効にし
ているので、ピンガ30の周囲の磁力の変化により、同期
磁界が変化して誤動作するのを防止できる。さらに、一
度同期をとれば、高安定度の時計17,39により、送波タ
イミングが発生するために、従来のようにケーブルで送
信回路41をトリガすることなく、音響測位装置を動作さ
せることができる。

なお、本発明は図示の実施例に限定されず、例えば受波
器11−1,11−２を３個以上設ける等しく装置本体10及び
ピンガ30の回路構成を第１図以外のものに変形したり、
あるいは送信用コイル12の他の方法で耐水圧容器50にか
ぶせる等、種々の変形が可能である。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、装置本体
から出力される同期パルスを送信用コイル及び受信用コ
イルを用いてピンガに送り、そのピンガ内の第１の時計
のスタート時刻をリセット手段でリセットして該スター
ト時刻を第２の時計のスタート時刻と一致させることに
より、該第１と第２の時計の同期を取るようにしたの
で、水中のピンガに対してそれを水上に引上げることな
く簡易かつ的確に同期を取ることができる。しかも、同
期パルス受信手段及び同期用コマンド受信手段の両出力
信号に基づき、リセット手段で第１の時計をリセットす
るので、外部の磁界の乱れによる同期操作の誤動作を的
確に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す音響測位装置の構成ブロ
ック図、第２図は第１図のコイル部分の斜視図である。 10……装置本体、11−1,11−２……受波器、12……送信
用コイル、13……送波器、14−1,14−2,34……受信器、
15−1,15−2,37……レベル検出器、16−1,16−２……FF
回路、17……第２の時計、19……オシレータ、20−1,20
−2,38……ANDゲート、21−1,21−２……計数器、24,27
……スイッチ、25……電磁力発生器、30……ピンガ、31
……送受波器、32……受信用コイル、33……送受切換回
路、35……コマンド解析回路、39……第１の時計、40…
…送信パルス発生回路、41……送信回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水中に設けられ、 スタート時刻を一致させるための同期手段によってリセ
   ットされたスタート時刻から一定時間毎に信号を出力す
   る第１の時計の出力信号に基づき、一定周期で超音波信
   号を発信するピンガと、 水上に設けられ、 前記超音波信号を受信する超音波受信手段、 前記同期手段によってリセットされた前記第１の時計の
   スタート時刻と同期したスタート時刻から前記一定時間
   毎に信号を出力する第２の時計、 オシレータ、 及び該第２の時計の出力信号に基づき、所定のタイミン
   グで出力される該オシレータの発振信号の発振回数を計
   数し始め、該超音波受信手段によって前記超音波信号を
   受信するまでの該発振回数の計数値に基づき前記超音波
   信号の伝搬時間を計算し、その計算結果に基づいて前記
   ピンガまでの距離を算出する演算手段を有する装置本体
   と、 備えた音響測位装置において、 前記同期手段は、 前記第２の時計の出力信号に基づき同期パルスを生成し
   てその同期パルスを水中の送信用コイルから送出する同
   期パルス発生手段と、 水中に向けて超音波による同期用コマンドを発信する同
   期用コマンド発生手段と、 前記送信用コイルと磁気結合される受信用コイルを介し
   て前記同期パルスを受信する同期パルス受信手段と、 水中に向けて発信された前記同期用コマンドを受信した
   時にコマンド受信有りの信号を出力する同期用コマンド
   受信手段と、 前記同期用コマンド受信手段及び前記同期パルス受信手
   段の両出力が入力され、該同期用コマンド受信手段から
   コマンド受信有りの信号が出力された時のみ、該同期パ
   ルス受信手段の出力信号によって前記第１の時計のスタ
   ート時刻をリセットするリセット手段とを備え、 前記同期パルス発生手段及び前記同期用コマンド発生手
   段を前記装置本体側に設け、前記同期パルス受信手段、
   前記同期用コマンド受信手段及び前記リセット手段を前
   記ピンガに設けたことを特徴とする音響測位装置。