JPH11183580A - 水中位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】超音波を用いて船舶から水中の被測定物の位置
を正確に測定する水中位置測定装置に関する。 【解決手段】水中に位置する被測定部２１と、この被測
定部の位置を測定する測定部３１とからなる水中位置測
定装置であって、被測定部は、水圧測定用センサー部２
５，水圧を水深に換算する演算部２６，水深データの送
波時刻を設定する送信タイマー２７，送信データを送波
する送波器２３，送信タイマー校正用同期信号の受信ア
ンテナ２８，送信タイマー校正用の同期信号受信部２９
を備え、測定部は、被測定部からの送信データを受波す
る複数の受波器３２，受波時刻検出用の受信タイマー３
３，各受波時刻の時間差及び水深データから被測定部の
位置を演算する演算部３５，被測定部の水中位置表示用
表示部３６，送信タイマーの時刻校正用同期信号を発生
する同期信号発生部３８，同期信号送信用の送信アンテ
ナ４０を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を用いて船
舶から水中に位置するトランスポンダ，レスポンダ，ピ
ンガーなどの音源位置を測定する水中位置測定装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の水中位置測定装置は、例えば図３
に示すように、船舶１に設置された測定部２の送受波器
３から超音波（音波）Ｓを海底に向けて発射してトラン
スポンダ４を呼出し、トランスポンダ４により測定され
た水圧の水深に換算された水深データの音波Ｓによる応
答信号を送受波器３で受波して、送受波器３での送波か
ら受波までに要した時間に基づき距離を求めると共に、
送受波器３と測定部２に設けられた２個の受波器５ａ，
５ｂで受波した音波の位相差、及び前記水深データとか
らトランスポンダ４の位置を求めるものである。なお、
図３において、Ｒは直距離、Ｌは水平距離、Ｄは深度、
ψは方位角、θは垂直角である。このような水中位置測
定装置の回路構成例としては、図４に示したブロック回
路図のように構成される。なお、図４に示した例は、複
数のトランスポンダの位置を測定する構成としているも
のである。

【０００３】図４において、２は船舶１に設けられた測
定部で、送受波器３，受波器５ａ，５ｂ、送受信部６，
演算部７，制御部８，表示部９などから構成されてい
る。また、水中（海水中）に位置する被測定部側のトラ
ンスポンダ４ａ，４ｂは、それぞれ送受波器１０，送受
信部１１，演算部１２，制御部１３，センサー部１４等
から構成されている。測定部２から所定の周期で海底に
向けて発射される音波Ｓ1 ，Ｓ2 は、トランスポンダ４
ａの送受波器１０で検知され、その信号が測定部２から
のものであることを送受信部１１で確認されると、セン
サー部１４で測定された水圧値を演算部１２で水深値に
換算し、送受信部１１からの指示により各トランスポン
ダ４ａ，４ｂの送受波器１０は直ちに音波Ｓ3 ，Ｓ4 を
海面に向けて発射する。この音波Ｓ3 ，Ｓ4 は測定部２
の送受波器３と受波器５ａ，５ｂで受信され、各トラン
スポンダ毎の信号は送受信部６を介して演算部７に入力
されて、受信時間の位相差に対応するそれぞれの距離差
と水深データとに基づいて演算処理される。その演算処
理結果に基づいて、各被測定部の音源位置を表示部９の
表示画面に、例えば図５に示すように測定船舶１を中心
として、船首に対する音源の方位角と水平距離を表した
水平画面と、船舶１の左右断面に投影した音源の垂直角
と直距離を表した垂直画面とによりグラフィック表示さ
せるようにしている。なお、図５は４個のトランスポン
ダの水中位置を測定し、表示させている例を示している
ものである。

【０００４】前述の演算処理におけるＳＢＬ（Short Ba
se Line）測定原理は、図６に示すように送受波器３を
原点（０，０）にとり、受波器５ａ，５ｂをそれぞれ
（０，ａ）（ｂ，０），トランスポンダ４ａと送受波器
３を含む各受波器５ａ，５ｂとの距離をｒ1 ，ｒ2 ，ｒ
3 とするとして、トランスポンダ４ａの位置を（Ｘ，
Ｙ）とすると位置（Ｘ，Ｙ）は次式で表される。

【０００５】

【数１】

【０００６】また、前述した従来の水中位置測定装置と
は別の測定装置としては、一定周期毎に超音波パルスを
送信する音源として、ピンガーを用いるものがある。こ
の場合も測定部側は、図４に示したブロック回路図の測
定部２にぼぼ対応する回路構成により測定するものであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
水中位置測定装置は、何等かの原因により呼出信号（音
波）Ｓ1 ，Ｓ2 がトランスポンダ４ａ，４ｂに届かない
場合や、外部的要因により呼出信号（音波）Ｓ1 ，Ｓ2
が本来の信号成分に比較して、大きく異なってしまうよ
うな場合には、トランスポンダ４側は応答ができず欠測
になるという問題があった。また、後者の場合は、一方
的な音波の送出であることからピンガーの設置数が多く
なると、各ピンガーの発信する信号相互間で干渉し、本
来の信号成分でなくなってしまうため、ピンガーの設置
数が限定されるという問題があった。本発明は、トラン
スポンダ，ピンガー等の被測定部と船舶に設置された測
定部とにタイマーを設け、この両方のタイマーを同期を
とることにより、被測定部と測定部との間の音波の伝搬
時間の測定精度を高めて、被測定部の音源位置の測定精
度を高めるようにしたものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による水中位置測
定装置は、水中に位置する被測定部と、該被測定部の水
中位置を測定する測定部とからなる水中位置測定装置で
あって、前記被測定部は、水圧を測定するセンサー部
と、該測定された水圧データを水深に換算する演算部
と、該換算された水深データを音波信号に変換して送波
する時刻を設定する送信タイマーと、該被測定部の個別
番号，前記水深データ及び前記送波時刻の各送信データ
を音波信号に変換して所定の周期で水面に向けて送波す
る送波器と、前記送信タイマーを校正するために前記測
定部から送信される同期信号を受信する受信アンテナ
と、該受信アンテナで受信された前記同期信号により前
記送信タイマーを校正する同期信号受信部とを備え、前
記測定部は、前記被測定部から送波される個別番号，水
深データ及び送波時刻の各送信データの音波信号を受波
する複数の受波器と、該各受波器で受波したそれぞれの
時刻を検出する受信タイマーと、前記被測定部の送波時
刻と前記受信タイマーによって検出された各受波時刻と
の各時間差及び前記水深データとから前記被測定部の水
中位置を演算する演算部と、該演算部の演算結果から該
測定部の位置を基準にして前記被測定部の水中位置を画
面上に表示せしめる表示部と、前記受信タイマーの時刻
を基準として前記被測定部の送信タイマーの時刻を校正
するための同期信号を発生する同期信号発生部と、該同
期信号発生部の同期信号を前記受信アンテナに向けて送
信する送信アンテナとを備えたものである。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明による水中位置測定
装置の一実施例を示すブロック回路図で、水中に位置す
る被測定部２１と、この被測定部２１の水中位置を測定
する船舶に設置される測定部３１とから構成されてい
る。なお、この実施例においては、被測定部２１を１箇
所として示してあるが、複数箇所に位置するものであっ
ても同様に測定し得るものである。先ず、被測定部２１
は、測定部３１に超音波信号（音波）による個別番号
（ＩＤ），送信時刻及び水圧を水深に換算した水深デー
タを送信する送信信号を音波に変換する送信部２２と、
この送信部２２で変換された音波Ｓ5 を水面に向けて送
波する送波器２３と、この音波Ｓ5 を所定の周期で送出
されるよう制御する制御部２４と、水圧を測定するセン
サー部２５と、測定された水圧値を水深値に換算する演
算部２６と、音波Ｓ5 に含まれる送信時刻データを作成
する送信タイマー２７と、この送信タイマー２７の時刻
を校正するために測定部３１から送信される同期信号Ｅ
を受信する受信アンテナ２８と、この受信アンテナ２８
で受信した同期信号Ｅにより送信タイマー２７を校正す
る同期信号受信部２９とを備えている。

【００１０】また、船舶に設置される測定部３１は、被
測定部２１の送波器２３から送波される送信データの音
波Ｓ5 による送信信号を受波する３個の受波器３２ａ〜
３２ｃと、この各受波器３２ａ〜３２ｃでそれぞれ受波
した音波Ｓ5 を受信信号に変換する受信部３３と、この
受波した受信信号の受信時刻を検出する受信タイマー３
４と、被測定部２１から送信される送信データの送信時
刻とこれを受波した受信時刻との時間差及び水深データ
から被測定部２１の水中位置を演算する演算部３５と、
この演算部３５での演算結果から被測定部２１の水中位
置を画面上にグラフィック表示せしめる表示部３６と、
受信タイマー３４の時刻を所定の周期で基準時刻データ
としてを読み出すと共に、演算部３５，受信部３３の動
作を制御する制御部３７と、受信タイマー３４の時刻デ
ータを被測定部２１の送信タイマー２７の校正用の同期
信号に変換する同期信号発生部３８と、この同期信号を
送信するための同期信号送信部３９と、この同期信号送
信部３９によって整形された同期信号Ｅを、被測定部２
１の受信アンテナ２８に向けて送信する送信アンテナ４
０とを備えたものである。

【００１１】なお、前述した測定部３１の受波器３２ａ
〜３２ｃの船舶における配置と、この各受波器３２ａ〜
３２ｃの受信データに基づく被測定部２１の位置測定方
法、或いはこれらの位置測定結果による表示部３６への
表示は、図５，図６に基づき説明した従来例と同様であ
るため説明を省略する。次に、図１に示した本発明のブ
ロック回路図の動作の概要を説明する。 被測定部２１の個別番号の割当、大凡の測定距離に
対応する測定部３１の測定レンジの選定、送信タイマー
２７を校正する同期信号Ｅの送信周期を選定する。 測定部３１の受信タイマー３４と、被測定部２１の
送信タイマー２７とを初期化する。この初期化は、先ず
基準となる受信タイマー３４を所定時刻に設定すると同
時に、その所定時刻に対応する同期信号Ｅを被測定部２
１に送信し、送信タイマー２７の時刻を測定部３１の受
信タイマー３４と一致するように校正する。

【００１２】 被測定部２１から個別番号，時刻デー
タ及び水深データを含んだ送信信号が音波として測定部
３１に向けて送波される。 測定部３１は被測定部２１から送波された送信デー
タを、３個の受波器３２ａ〜３２ｃで受波し、個別番号
（ＩＤ．１）で被測定部２１を特定し、その被測定部２
１から各受波器３２ａ〜３２ｃまでの各距離を求めると
共に水深データにより水深値を検出し、それらのデータ
から被測定部２１の水中位置を求め、表示部３６の表示
画面にグラフィック表示させる。 このグラフィック表示の後に、測定部３１は受信タ
イマー３４の時刻データを同期信号Ｅとして被測定部２
１に送信し、送信タイマー２７を校正する。この校正動
作は毎回行う必要はなく、例えば１分（６０秒）程度の
間隔で行えば足りる。

【００１３】そして、前述のの動作を繰り返し
て、測定部３１の表示部３６に被測定部２１の水中位置
を所定の周期で表示させるものである。従って、例えば
表示部３６のフルスケールに関係する測定レンジを７０
０ｍとした場合、音速を１５００ｍ／sec とするなら
ば、最大距離であったとしても０．５秒以内で音波（送
信データ）Ｓ5 は測定部３１に到達するので、被測定部
２１からの音波Ｓ5 の最後尾と、次の音波Ｓ5 の最前部
までの時間間隔は０．５秒あればよい。ただし、被測定
部２１の個数を例えば３個とした場合は、これに送信タ
イマー校正用の同期信号を送信する１回分を含めると、
各被測定部２１の送信データの送波周期は２秒となる。

【００１４】例えば、被測定部２１がNo.1，No.2，No.3
と３個あった場合において、その内のNo.1の被測定部２
１が自己の個別番号，送信時刻データ及び水深データを
１つの送信データとして、図２に示すフォーマットの音
波Ｓ5 として送信する。測定部３１の３個の受波器３２
ａ〜３２ｃによって受波されるが、送信された音波Ｓ5
（送波信号）の個別番号によって被測定部２１がNo.1で
あることを識別し、そのデータ送出時刻が３時２分１秒
００００であったことを知ることができる。そしてこの
音波Ｓ5 の受波器３２ａでの受信時刻が３時２分１秒１
０００であったとするならば、両者の時間差は０秒１０
００であり、No.1の被測定部２１と測定部３１との直距
離は１５０ｍと測定することができる。なお、この直距
離測定の分解能は、この実施例では１／１００００秒で
１５０mmとしている。

【００１５】この音波Ｓ5 （送信データ）は他の２個の
受波器３２ｂ，３２ｃによっても受波され、それぞれの
受波時刻との時間差からNo.1の被測定部２１との距離を
測定し、３個の受波器３２ａ〜３２ｃの測定距離データ
と深度データから、No.1の被測定部２１の水中位置を測
定することができる。また、図示してないNo.2及びNo.3
の被測定部からそれぞれ送信される音波についても、３
個の受波器３２ａ〜３２ｃによりNo.2及びNo.3の各被測
定部の個別番号，送信時刻及び水深データを１つの送信
データとして受波し、No.1の被測定部２１と同様にNo.2
及びNo.3の各被測定部と受波器３２ａ〜３２ｃとの各距
離を測定し、No.2及びNo.3の被測定部２１の水中位置を
測定することができる。

【００１６】即ち、本発明は被測定部２１側から測定部
３１の受信タイマー３４と同期がとられた送信時刻デー
タを含む送信データを送波信号として発射し、測定部３
１の各受波器３２ａ〜３２ｃで受信した受信時刻との時
間差から、被測定部２１と測定部３１の各受波器３２ａ
〜３２ｃとの距離を求め、同時に受信された水深データ
とから被測定部２１の水中位置を測定し、画面上にその
位置表示をする表示部３６に表示させるようにしたもの
である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、測定
部から被測定部に音波を送信して、被測定部側から音波
を発射させる呼出方式でないため、呼出信号の欠落によ
る被測定部側からのデータ欠測が皆無となる。測定部
と被測定部との音波の授受をタイマーを同期させて音波
の伝搬時間を測定するものであるため、時間管理による
データ収集を行うことができる。前述したように、測
定部からの呼出に応答して被測定部から音波を発射させ
る両方向通信でないため、測定誤差が少なくなるなどの
効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水中位置測定装置の一実施例を示すブ
ロック回路図である。

【図２】本発明における被測定部側から測定部側に送信
される送信信号のフォーマットの一例である。

【図３】水中位置測定装置の一般的な測定方法を説明す
る模式図である。

【図４】従来の水中位置測定装置の一例を示すブロック
回路図である。

【図５】水中位置測定装置の一般的な表示画面の一例で
ある。

【図６】水中位置測定装置の測定原理図である。

【符号の説明】

１ 船舶 ２，３１ 測定部 ３，１０ 送受波器 ４ａ，４ｂ トランスポンダ ５ａ，５ｂ，３２ａ〜３２ｃ 受波器 ６，１１ 送受信部 ７，１２，２６，３５ 演算部 ８，１３，２４，３７ 制御部 ９，３６ 表示部 １４ センサー部 ２１ 被測定部 ２２ 送信部 ２３ 送波器 ２５ センサー部 ２７，３４ タイマー部 ２８，４０ アンテナ ２９ 同期信号受信部 ３３ 受信部 ３８ 同期信号発生部 ３９ 同期信号送信部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中に位置する被測定部と、該被測定部
   の水中位置を測定する測定部とからなる水中位置測定装
   置であって、 前記被測定部は、水圧を測定するセンサー部と、該測定
   された水圧データを水深に換算する演算部と、該換算さ
   れた水深データを音波信号に変換して送波する時刻を設
   定する送信タイマーと、該被測定部の個別番号，前記水
   深データ及び前記送波時刻の各送信データを音波信号に
   変換して所定の周期で水面に向けて送波する送波器と、
   前記送信タイマーを校正するために前記測定部から送信
   される同期信号を受信する受信アンテナと、該受信アン
   テナで受信された前記同期信号により前記送信タイマー
   を校正する同期信号受信部とを備え、 前記測定部は、前記被測定部から送波される個別番号，
   水深データ及び送波時刻の各送信データの音波信号を受
   波する複数の受波器と、該各受波器で受波したそれぞれ
   の時刻を検出する受信タイマーと、前記被測定部の送波
   時刻と前記受信タイマーによって検出された各受波時刻
   との各時間差及び前記水深データとから前記被測定部の
   水中位置を演算する演算部と、該演算部の演算結果から
   該測定部の位置を基準にして前記被測定部の水中位置を
   画面上に表示せしめる表示部と、前記受信タイマーの時
   刻を基準として前記被測定部の送信タイマーの時刻を校
   正するための同期信号を発生する同期信号発生部と、該
   同期信号発生部の同期信号を前記受信アンテナに向けて
   送信する送信アンテナとを備えてなる水中位置測定装
   置。