JPS58213271A - 搬送体に対する水中対象物の相対的位置を音波によりテレメ−タ測定する方法及び装置 - Google Patents

搬送体に対する水中対象物の相対的位置を音波によりテレメ−タ測定する方法及び装置

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JPS58213271A
JPS58213271A JP58000389A JP38983A JPS58213271A JP S58213271 A JPS58213271 A JP S58213271A JP 58000389 A JP58000389 A JP 58000389A JP 38983 A JP38983 A JP 38983A JP S58213271 A JPS58213271 A JP S58213271A
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pulse
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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  • Fittings On The Vehicle Exterior For Carrying Loads, And Devices For Holding Or Mounting Articles (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、船の如き搬送体に関して水中対象物の相対的
位置を音波でテレメータ測定する方法と装置に関する。
更に8’r:♀IIIには、本発明は現用船に対する成
用される水中対象物の相対的位置を音波てテレメータ測
定する方法と装置に関する。この水中対象物は、例えば
、船にケーブルで接続され、海洋調査装置類を内臓する
成形体、すなわち゛フィッシュ”である。このフィッシ
ュは、海底から−・定の距離で表面体を形成し、例えば
、音響測深機、水底に対するその軌跡を測定したり、水
底又は下層のエコーグラムを発生ずる17ゾラーソナー
又は側方向ソナーを内臓している。このようなソイノシ
ュは例えばフランス特5′1第2AI2J!53号明綱
訝に記載されている。
船が深海を航行するとき、ソイソシj、を接続ずにケー
ブルは極めて長くなる(数キIIメー1−ル)。成用ケ
ーブルの抗力及び成用速度の変化、潮流の影響によって
ソイソシュの位置は大きく変わることがあり、その(!
7置を正確に知るのが困fitとなる。
第1の公知の方法は、水底の既知の位置にビーコンアセ
ンブリを配置し、このアセンブリに対する船及びフィノ
シプ、の4+)置を測定することからなる。この方法で
は、船が広範囲の海域を航行する際には多数のビーJン
ヲ設置し、[つ移動せねばならず、その実施が困j!L
!:なる。
第2の公知方法は、航行海1成が広くとも実施できるも
のであって、船に対するフィツシュの相対的位置を音波
装置で測定し、船自体の位置を無線測定装置の如き他の
公知のシステムで測定することからなる。
この第2の公知方法を実施する装置は、住いに近距離で
船底に取付LJた海中音波センジーと、フィノシ1、に
配置した音波パルス発信器とからなる。音波テし・メー
タシステムにより発信器とセン力量の伝播時間を測定す
る。時間間隔を測定するのに用いる初期時刻は発信命令
を船とフィッシュを接続するケーブルを介して発信して
パルス発信器をイ(1勢した時刻である。
同様の方法を利用する他の公知装置は、互いに近接(i
7置で船底に取f:Jりた音波セン9°と、フィッシュ
に堅固に取((Jりた音波パルス発信器と、発信器とセ
ンν′との間の音波パルスの伝播時間間隔を測定」゛る
テレメータシステムとからなる。この装置は、船から水
中を伝播する音波信号によっ“ζソイソシ、フ、内の発
信器に発信指令を伝送する点て」、述の装置と相違する
ソイソシュから音波信号を発信し、船て受信するこの公
知方法では次のような欠点がある。ずなわら、水中対象
物からの伝播中に信号が可成し弱(なり、更に高ノイス
区域(機械Φノイズ、風、波、海」−を航tjするノイ
ズ)で受信し、SN比が低くなり、テレメータ測定の精
度に信頼性がない。
更に、音波センサは互いに船殻」二の近接位置に設置さ
れているので、測定精度が悪くなる。
本発明は上述の従来技術の欠点を克服することを目的と
する。
本発明に従うと、水中対象物をケーブルの端部で現用す
る船に関して該対象物の相対的位置を酸鉛のn個の相違
する発信位置と該対象物上の受信位置との間の音波パル
スの伝播時間を測定することによって測定する方法であ
って、 一核間の相違する個所からnl[lilの音波パルスを
一定のシーケンスで発信すること、ただし、最初のシー
ケンスはその期間中の船の移動が無視できるような短い
ものであり、 一該水中対象物の受信位置で該発信されたパルスを順次
受信すること、 一該発信されたパルスの伝播時間を該水中対象物上で測
定すること、 一該測定値をディジタル化すること、 −該ディジタル化されたデ゛−夕を該ケーブルで伝送す
ること、 一該パルス発信位置間の距離及び該パルスシーケンスの
パルス間の時間間隔を利用し且つ該伝送された測定値を
組合せて核間に対する該水中対象物の座標を決定するこ
と、 からなることを特徴とする上記測定方法が提供される。
本発明の第1の態様に従うと、互いに相違する位置から
発信される音波パルスは同一の周波数であり、順次発信
される。本発明の第2の態様に従うと、互いに相違する
位置から発信される音波パルスは互いに別個の周波数で
同時に発信される。
従来技術と比較しての本発明の方法の利点は、音波パル
スが海上から離間した水中の静水域で受信されることで
ある。水中対象物は好適な形状であり、その静水圧によ
るノイズは海上航行によるノイズよりもずっと低い。従
って、本発明の方法でのSN比ははるかに高(なる。測
定誤差は公知の如りSN比の平方根に反比例するので、
本発明の方法による測定精度は極めて改善される。
本発明の方法の利点は、更に、伝播時間を水中対象物上
で測定し、その測定値をケーブルで船に伝送する前にデ
ィジタル化することにある。ディジタル値を示すコード
化され、ケーブルで伝送された信号は、その長い伝播中
に変形し、或いは伝送ケーブルの非均質によってランダ
ムな位相変化を受けても、容易に再構成することができ
る。従って、水中対象物上での測定精度を維持すること
ができる。
本発明に従うと、更に、水中対象物をケーブルの端部で
現用する船に関して該対象物の相対的位置を測定する装
置であり、核間の相違する個所より音波を発信する手段
と、同一の持続時間及び周波数で且つ相互に時間差をお
いてパルスを発生せしめ該音波発信手段に該パルス、を
送る該船上の手段と、該水中対象物上の該パルスを受信
する手段と、核間に対す、る該水中対象物の座標を計算
する手段とからなり、更に、該水中対象物上に設けられ
、時間尺度を決定する信号を発生して該パルス発生手段
を制御するクロックと、タイミング手段と、該水中対象
物に関連し、該クロック信号の周期に関連して各パルス
発信シーケンスのそれぞれのパルスの伝播時間を測定す
るフェーズシフト測定アセンブリと、該水中対象物に関
連し、該水中対象物の水深度を測定する手段とを含み、
該水深測定手段並びに該タイミング手段、該フェーズシ
フト測定アセンブリはディジタル化手段を含み、該クロ
ックによって発生ずる信号を利用して測定値をディジタ
ル化するように構成され、更に、測定値を該水中対象物
から核間」−の該計算手段に伝送するシステムを含むこ
とを特徴とする上記測定装置が提供される。
本発明の他の特徴及び効果は添付の図面を参照して行う
以下の実施例の記載により明らかとなろう。
本発明のシステムは、例えば、多機能ケーブル3を介し
て船2の如き搬送体に接続される形成体即ち“フィッシ
ュ”1の船2に対する位置を測定するのに用いられる。
多機能ケーブル3は成用ケーブルと導電体とからなり、
フィッシュ内の任意のタイプの海洋調査用電子装置と現
用船2内のデータ処理装置との間のデータの伝送が可能
となる。公知の形式のデフレ゛クタ23はケーブル3の
下端部に取付けられてフィッシュ1を深海に保持する。
音波発信用のトランスデユーサ4.5.6は互いに可能
な限り離間した位置で船2の殻体に取付りられる。これ
らのトランスデユーサは成形体内に組込まれて、波の乱
れを減少せしめるのが好ましい。これらの成形体(図示
せず)は船殻に取(=Jけられ、それらの内部に配置さ
れたトランスデユーサは船殻を貫通する接続用導電体に
よって制御される。
2つの1−ランスデューサ4.5は船の長手方向軸に直
交して該軸に関して対称な位置A、Bに配置される。第
3のトランスデユーサ6は長手方向軸上の点C上に配置
される。2つのトランスデユーサ4と5との間の側方向
間隔、及び点Cと、AとBを結ぶ横断方向軸との間の距
離は船体の大きさの制限向で可能な限り大きく選択され
る。Mはトランスデユーサ受信器7を取付けたフィッシ
ュ1の位置を示し、Ox、Oy、O2はそれぞれ船の長
手方向軸、点A、Bを通る横断方向軸及び垂直線の方向
の方位を示す。これらの軸の原点は線分ABの中点であ
り、X、Y−Zはこの座J票系の点Mの座標を示し、R
は距MtlOMを示す。、叶の平面xOy上の射影聞”
 と軸Yとの間の角度はθで示し、上記射影叶゛とOM
との角度はrで示している。
第3図に示す如く、線分ABの方向OM’上の射影はr
xで示され、線分OCの同方向OM’上の射影はryで
示す。d及びd”は各々距離AB及びOCを示ず。
船に関係づけた座標系0、x、y、zに関する点Mの座
標X、IS次の式で得られることは明らかである。
Y =−ry  cos y フィッシュlの水中深さ2を決定するために、圧力測定
装置(図示せず)をフィッシュ内に組み込む。
圧力測定装置で測定される値2および船体構造によって
決定される値d、d’と共に値R,rx、 ryから船
に関してのフィッシュの座標位置が計算できる。
値R+ rx、 ryはテレメーク測定によって得られ
る。
本発明の方法は第1の態様(第4図)に従うと、各音波
の送受信サイクルは、点Aに於ける特定周波数(spe
ciNc  frequency )  rで持続時間
△tのパルスEの時刻t、での発信と、t、の後の点C
に於ける時刻t2での第2の同一のパルスE2の発信と
、【、の後の点Bにおける時刻tでの第3の同一のパル
スEJの発信とを含む。これら3つのパルスはフィッシ
ュの方に伝播し、点M上に位置するトランスデユーサ受
信器7によって信号の伝播時間に応して時刻t、I 、
j3’ 、L:l”に受信される。一般に、間隔型−を
選択することによって、りはt、l の後になる。・伝
播中に送信パルスが変形するので、発信音波信号R7、
R2、R3は増幅、再生して各受信時刻t/’ 、t、
’ 、 t3+ を正確に決定可能にしなければならな
い。この再生は、例えば、所定のしきい値と信号の強度
を比較して行う。
TEはパルスE、及びE3の先端部FE、とFE、との
時間間隔(1,,1,)を示し、TはパルスE2の先端
部FE。
との受信パルスR7の強度がしきい値を通過した時刻と
の時間間隔(1,、E、゛)を示し、Txは受信パルス
R,R,の強度がそれぞれしきい値を通過した時刻の時
間間隔(t、’ 、t3+ )を示し、TVは受信パル
スR2、R2の強度がそれぞれ所要のしきい値に達した
時間の時間間隔(t’ 、L’、)を示す。
時間間隔T 、 Tx、 Ty及び深さZ、及び所定値
TEを用いるとパラメータR、rx、 r、y及びco
s pは次のように決定できる。
R=c  (T  +  kTx) rx=c  (Tx  −TE)   (2)ry=c
  (Ty  −kTx ) ここで、Cは音波の水中速度を、kば時間間隔(12−
1ρ D、−t/)との比を示す。値R,rx、ry、
cos Pが決定されると、点Mの座標X、Yは(11
式を用いて計算できる。
時間間隔(h−t、)、(1J−1,)は、所定の操作
条件のもとて点Mの位置とは独立して、パルスR7、R
J、Rユは次々と受信されて、船の背後のフィッシュの
位置とは無関係に、受信パルスを各々の対応する発信パ
ルスと明確に関係づけられるように選択される。
本発明の方法の第2の態様(第5図)に従うと、それぞ
れ相違する周波数f、、fユ、f3のパルスE2、E。
E、を同時に発信して、点Mでの受信時刻t、 + 、
t Jl、t2′を次々に明確に同定できるようにする
。R,rに、ry及びcos %を決定する式は(2)
と同一であるが、この場合時間間隔TE及び1.−1.
はゼロに等しい。
本発明のいずれの態様によるかに無関係に、式(11、
(2)より、船殻上の発信点A、B、Cを互いに最も離
間せしめ、値d、d’及び所定値TEとの伝播時間Tx
、Tyの差を増大せしめると、rx、 ry及び座標X
、Yの測定゛誤差は小さくなる。
第6図を参照すると、本発明の装置は、フィッシュ内の
アセンブリN7と船上のアセンブリN2とからなる。こ
れら2つのアセンブリは接続用ケーブル3内の導電体8
によっ′ζ連結されている。
アセンブリN7はトランスデユーサ7(第2図参照)か
ら受信した音波パルスを増幅し、再生して、これらパル
スの強度が例えば所定のしきい値に達する連徊 続した時刻t7° t、l 、 t、l  (第4ず及
び第5図参照)を決定するように構成されている。アセ
ンブリN、ばタイミングニレメン目0と、公知のタイプ
のフェーズシフトアセンブリー1と、フィッシュの水中
深度を示すディジタル信号を与える気圧針カプセルから
なる測定装置14と、時間尺度を与える周期信号を発信
するクロック12と、マルチプレクサ13とからなる。
受信アセンブリ9の出力はタイミングニレメン目0とフ
ェーズシフト測定アセンブリー1の入力に接続している
。エレメント10、アセンブリー1、圧力測定装置14
の出力は各々マルチプレクサ13の入力に接続している
。クロック12の出力はタイミングエレメントlO、フ
ェーズシフト測定アセンブリー1及び圧力測定装置14
の入力に接続している。マルチプレクサ13の出力は導
電体8に接続している。
アセンブリNは、入力が導電体8の他端邪に接続λ されたデマルチプレクサ15を含む。デマルチプレクサ
15の出力はコンブユータ16の入力に接続している。
コンブユータ16の第2の入力は波の縦ゆれ及び横ゆれ
の影響を考慮して補正信号を発する垂直方向中心ステー
ション17の出力に接続している。コンブユータ16の
第3の入力は船の方向の変動を考慮して補正信号を発す
るジャイロコンパス18に接続している。
デマルチプレクサ15の第2の出力は、時刻【7、t2
、t、に於いて周波数f及び接続時間△tのコントロー
ルパルスを発生するよう構成された(第4図参照)同期
化されたエレメント19の入力に接続している。
周波数μ?例えば、クロック12によって発生される信
号の周波数の約数と等しいように選択する。各々のコン
トロールパルスをアンプ20.22.21に送す、それ
らのアンプの出力は発信トランスデユーサ4.6.5に
各々接続している。トランスデユーサ4.6.5の各々
は増幅器と共に発信アセンブリを構成する。
アセンブリN7で行われる時間及び/又はフェーズシフ
トの測定値はディジタル値でアセンブリNに伝送される
。従って、船とフィッシュとを接続するケーブルの長さ
と関係なく情報の劣化を防止できる。
ディジタル語を構成するビットはクロ・ツク12によっ
て決定される速度で導電体に送られる。クロック12に
よって発生する信号は装置全体を同期化するのに用いら
れる。
本発明の装置の動作は次のとおりである。
例えば、クロック12の発信信号の先端で形成される参
照パルスを時刻りでアセンブリNに導電体8上/   
           λ に発信し、同時にこの参照パルスをタイミングエレメン
ト10の付勢に用いる。タイミングエレメント10はク
ロックパルスのカウントを開始する。参照パルスを受信
した同期化エレメント19は周波数fで持続時間△tの
第1のパルス信号Eを発信し、このパルス信号はアンプ
20に送られる。次いで、第2信号E、ス 第3信号Eを時刻E及びtでアンプ22及び21に発信
3          ス       3する。第1
と第3の信号の時間間隔TEはクロック信号の周期の複
数倍である。増幅されたパルス信号は次々とトランスデ
ユー+4.5.6に入力され、水中に発信される。
トランスデユーサ7は船からフィッシュに伝播するパル
スを次々と受信し、受信アセンブリ9は受信パルスを増
幅、再生する。一連の時刻t、l 、tJl、t 2+
 を決定する再生パルスR2、Rj、R2の先端部はタ
イミングエレメント10に送られ、ここでせいぜいクロ
ック信号の1周期に等しい誤差で最初の時刻りと他の時
刻との間のクロック信号の数を測定し、これらのクロッ
ク信号数をディジクル値に変換する。
測定精度を高めるには、受信アセンブリによって次々に
受信される信号R1、R,、R,をフェーズシフト測定
アセンブリー1にも印加する。このアセンブリー1は、
受信信号とクロック12の信号との間1時間ユニットよ
りも小さい位相差を測定して、これをディジタル化する
マルチプレクサ13は、タイミングエレメント10、フ
ェーズシフト測定アセンブリー1及び圧力測定装置14
をケーブルの導電体8に順次接続する。
アセンブリNによって順次受信されたデータはエレメン
ト15によってデマルチプレクスされ、コンブユータ1
6に送られる。コンブユータ16は時間間隔T、T×、
Ty (第4図参照)を計算し、次いで式(2)に従っ
てパラメータR,rx、ry、 cosy を計算し、
更に、式+11に従って座標X、Yを計算する。コンブ
ユータ16は、垂直方向中心ステージジン17及びジャ
イロコンパス18によって与えられるデータも計算する
マルチプレクサ13は、フィッシュに内臓した海洋調査
装置の数及び情報を船に送る測深アセンブリN。
のエレメントの数に合致してそのクイズを決定する。
導電体8の代わりに他の任意のデータ搬送手段を用いて
も本発明の技術的範囲であることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図はケーブルにより船に接続された水中対象物を示
す。 第2図は、船底の発信手段の位置と、船に対する水中対
象物の位置を決定するための座標・系を示す。 第3図、発信位置と水中対象物の位置の面Oxy上の射
影を示す。 第4図は本発明の第1の態様に従って発信、受信された
音波パルスのクロノグラムを示す。 第5図は本発明の第2の態様に従って発信、受信された
音波パルスのクロノグラムを示す。 第6図は本発明の第1の態様を実施するだめの装置の概
略図である。 (主な参照番号) 1:フィッシュ、2:船、3:ケーブル、4.5.6:
トランスデユーサ、7.9:パルス受信器、10:タイ
ミング手段、11:フェーズシフト測定アセンブリ、1
2:クロック、13:マルチプレクサ、14:水深測定
手段、15:デマルチプレクサ、16:コンプユータ、
17:垂直方向中心ステーション、18:ジャイロコン
パス、I9:パルス発生手段 出願人 アンスチチュ フランセ ドユ ベトロール 代理人 弁理士 新居正彦

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (11水中対象物をゲーブルの端部て現用する船に関し
    て該対象物の相対的位置を、咳船のn個の相違する発信
    イ1装置と該対象物」二の受信位置との間の音波パルス
    の伝播時間を測定することによって測定する方法であっ
    て、 一該船の相違する個所からn (IMのM波パルスを−
    ・定のシーケンスで発信すること、ただし、最初のシー
    ケンスはそめ期間中の船の移動が無視てきるような短い
    ものであり、 一該水中対象物の受信位置で該発信されたパルスを順次
    受信j−ること、 一該発信されたパルスの伝播時間を該水中対象物」−ど
    測定すること、 一該測定値をディジタル化すること、 −該ディジタル化されたデータを該う一−ゾル“(伝送
    するごと、 一該パルス発信位置間の距Ill及び該パルスシーゲン
    スのパルス間の時間間隔を利用し口、・つ該伝送された
    測定値を組合−V−ζ誇船に対する該水中対象物の庁標
    を決定するごと、 からなることを特徴とする」、記測定方仏。 (2)上記した相違する117il所から発信される音
    波パルスは同一の周波数であり、順次発fδされること
    を特徴とする特aす・請求の範囲第1項に記載の測定方
    法。 (3)上記した相違する個所から発信される音波パルス
    は相違する周波数であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項に記載の測定方法。 (4)該水中対象物の水深度の測定値をディジタル化し
    、該船に伝送することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項に記載の測定方法。 (5)水中対象物をケーブルの端部で成用−J°る船に
    関して該対象物の相対的位置を測定゛J゛る装置であり
    、該jlllの相違する明所より音波を発信する1段と
    、同一・の持続時間及び周波数で目、つ相riに時間差
    をおいてパルスを発生−ロしめ該音波発信1段に該パル
    スを送る核間−にの手段(19)と、該水中対象物−1
    ,の該パルスを受信する手段(7,9)と、該f111
    にり1する該水中対象物の座標を計算する手段(16)
    とからなり、更に、該水中対象物1−に設b)られ、時
    間尺度を決定する借覧を発生して該パルス発11手段(
    19)を制御するりU ’7り (12)と、タイミン
    グ1段(10)と、該水中対象物に関連し、該り1+ツ
    ク信呼の周期に関連して各パルス発信ンーケンスのそれ
    ぞれのパルスの伝播時間を測定するフェースシフ1測定
    アセンブリ (11)と、該水中対象物に関連し、該水
    中対象物の水深度を測定する手段(+4) 、!:を含
    め、該水深測定手段並びに、該タイミング手段、該フェ
    ーズシフ1−測定アセンブリはディジタル化手段を含め
    、該りしIツクによって発生ずる信号を利用して測定値
    をディジタル化するように構成され、更に、測定値を該
    水中対象物から核間−1の該計算手段に伝送するシステ
    ムを含むことを特徴とする上記測定装置。 (6)1−記伝送システムと、シーケンスにINlゲこ
    該ケーブルを該タイミング手段(10) 、該フ、14
    −スシソ1測定アセンブリ (11)及び該水深測定手
    段(14)に接続するよう構成されノこマルチプレクJ
    l−(]3)と、該ケーブルを一方ごは該計算手段(1
    6)に、(lh方では該パルス発η:千1(!J(+9
    )に接続するデマルチプレクサ(15)とからなること
    を特徴とする特許請求の範囲第51−6に記載の測定装
    置。 (7)該計算手段(l fi )は垂直方向中心ステー
    ジ1ン(17)及びシャイし1コンパス(18)に接続
    していることを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載
    の測定装置。 (81Jt上記信アセンブリは、該水中対象物の位置を
    決定する座標系を核間に関連して構成するように3つの
    一垂直線−1−にないトランスデユーサ(4,5,6)
    からなることを特徴とする特許請求の範囲第5項に記載
    の測定装置。 (9)該トランスデユーサは互いに隙間した位置で該船
    上に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    8項に記載の測定装置。
JP58000389A 1982-01-05 1983-01-05 搬送体に対する水中対象物の相対的位置を音波によりテレメ−タ測定する方法及び装置 Pending JPS58213271A (ja)

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