JPS5823908B2

JPS5823908B2 - 超音波パルス式船舶接岸監視装置

Info

Publication number: JPS5823908B2
Application number: JP51003589A
Authority: JP
Inventors: 伊藤宗治; 大河内年雄
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1976-01-14
Filing date: 1976-01-14
Publication date: 1983-05-18
Also published as: JPS5287056A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は水中に超音波パルスを発射し、接岸・離岸時の
船舶等と、岸壁又は桟橋との距離及び船舶等の速度を計
測する装置に関する。

従来この種装置にあっては岸壁又は桟橋の水中に設置し
た超音波送受波器より接岸又は離岸中の船舶に向は超音
波パルスを発射し、反射波の帰来するまでの時間を計測
することにより距離を求めていた。

また、速度を求めるには一度目の送信パルスにより得た
距離の値と二度目に得られたものとの差を求めることが
知られている。

しかしながら船舶の動揺等により反射波のエンベロープ
は一様でない。

第１図はその一例を示すもので、１は送信パルスであり
２・３・４は船舶よりの反射波、５は雑音である。

従って反射波の検出レベルを△Ｖとすると、ａの場合は
Ａ点、ｂの場合はＢ点、Ｃの場合は６点が反射波の位置
となり、毎回距離は変化することになる。

この変化の給体値は数儂の範囲に及ぶ。

従って前回の距離計測値と今回の計測値との差から求め
た速度は殆んど意味をなさない値となる場合が多い。

また、岸壁付近の水中には、工場雑音、工事雑音等の音
響雑音がランダムに存在し、反射波の検出レベルを超す
ことが多く、この雑音５を船舶からの反射波と誤って検
出する。

この様に従来の方法には実用上、使用に耐えない欠点が
多い。

本発明はこれらの欠点を解決するために少なくとも２回
以上の距離計測値の移動平均値を取り、これを現在の距
離の時間に対する微係数を求めることにより移動速度を
求め、またランダム雑音を除去するために反射波の予測
ゲート信号発生回路を用い、距離測定及び速度測定の信
頼性を向上したもので、以下図面について詳細に説明す
る。

第２図は本発明の実施例であって、６は船体。

７は送受波器、８は計測本体である。

９はトリガ発振器、１０は送信機、１１は受信増幅器、
１２は検波回路、１３はシュミット回路、１４は遅延回
路、１５は予測ゲートトリガ信号発生回路で、その構成
例を第３図に示す。

１６は第１のフリップフロップ、１７は単安定マルチ、
１８は遅延単安定マルチ、１９は第１のアンドゲート、
２０は第２のフリップフロップ、２１は計測クロック発
振器、２２は第２のアンドゲート、２３は１０進カウン
タ、２４・２４′・２４′・・・は記憶回路、２５は加
算器と割算器から構成する平均化回路、２６は記憶回路
、２７はタイマ、２８は距離表示回路。

２９は減算回路、３０は速度表示回路である。

この動作はトリガ発振器９により励起されて発振する送
信機１０により使用超音波周波数、例えば２００ＫＨ
ｚをキャリヤとしたパルス電力が送受波器７に供給さ
れる。

船舶接岸時等は最大レンジ約１００ｍで十分であるから
、送信パルスのくり返しは海水中の音速を約１５００
ｍ／ｓｅｅとして、１００ｍの往復距離２００ｍを
伝播するに要する時間間隔を取ればよいから１５００／
２００＝７．５回／ｓｅｅとなるが、若干の信号処
理時間を考慮に６〜７回／Ｂｅｃで送信パルスを発生
する様にトリガ発振器９０周波数を定める。

送受波器から発射された超音波は船体６から反射して再
び送受波器７に戻り、この信号は受信増幅器１１に供給
され、検波回路１２によりエンベロープ検波され、シュ
ミット回路１３に供給され、検波波形の一定レベルを検
出してパルス信号を発生させ、予測ゲートに必要な遅延
時間を有する遅延回路１４を通り、単安定マルチ１７に
よりパルス成形され、予測ゲートを構成するアンドゲー
ト１９に供給される。

フリップフロップ１６は送信トリガでクリヤされ、予測
ゲートトリガでセットされるもので、予測ゲート信号を
発生しアンドゲート１９に供給する。

フリップフロップ２０は送信トリガを遅延させる遅延単
安定マルチ１８により送受波器と岸壁基準点との誤差修
正と遅延回路１４の遅延量を加算した遅延量を有する遅
延送信トリガを得、このトリガによりセットされ、アン
ドゲート１９の出力すなわち遅延受信パルスによりクリ
ヤされるカウンタゲート信号発生器である。

フリップフロップ２０の出力はアンドゲート２２に供給
され、カウンタクロック発振器２１のカウンタクロック
を１０進カウンタ２３に供給する時間間隔、すなわち岸
壁から船舶までの距離を超音波パルスが往復するに要す
る時間に等しいゲートパルスにより抜き出された距離に
対応するクロックパルスを発生する。

カウンタクロック発振器２１の発振周波数は、計測単位
が１ｍｍであれば、７５０ＫＨｚであり、１儂の場合は
７５ＫＨｚとなる。

記憶回路２４・２４′・２４′・・・は１０進カウンタ
２３の内容を蓄積するもので、２４には今回計測値、２
４′には前回計測値、２イには前々回計測値という様に
トリガ発信器９のトリガにより順次ｎ回の計測値が並列
に記憶されており、これらの出力は平均化回路２５に供
給され、ｎ回の計測値の平均値が求められる。

従ってこの平均化回路の出力はｎ回の計測値の移動平均
値であり、反射信号のゆらぎによる誤差は平均化され安
定した値となる。

記憶回路２６．タイマ２７゜減算回路２９は、平均化回
路２５の出力の時間的変化を求める速度算出回路を構成
し、タイマ２７は正確に１秒間隔で演算クロックパルス
を発生し、平均化回路２５の出力すなわち距離平均値を
１秒間隔でサンプリングし、記憶回路２６にホールドす
る。

減算回路２９は平均化回路２５の出力と、記憶回路２６
の出力の差を取る。

減算のタイミングは記憶回路２６に距離平均値を１秒間
ホールドした後に行うことにより、１秒間の移動距離す
なわち毎秒の送度を求めることができる。

この値は速度表示回路３０に供給され速度として表示さ
れる。

このように単位時間内の距離計測回数を多（し、また数
回以上の計測値の移動平均を取ることにより距離を求め
、一方単位時間間隔でこの値をサンプルホールドし、単
位時間後の移動平均距離の差を取ることにより速度を求
める。

この方法により計測距離及び速度の演算値は飛躍的に信
頼度を向上することができる。

第３図に予測ゲートトリガ信号発生回路１５の実施例を
示す。

３１・３２・３３はそれぞれ１００ビツト程度のシフト
レジスタであり、３４はシフトレジスタのクロック発振
器、３５・３６・３７はＡＮＤゲート、３８はＯＲゲー
ト回路である。

クロック発振器３４はトリガ発振器９のトリガにより発
振を開始し、シフトレジスタ３１・３２・３３のビット
数に等しいクロックパルスを発生して停止する。

図示のごとくシフトレジスタ３１の出力はシフトレジス
タ３２へ、シフトレジスタ３２の出力はシフトレジスタ
３３へ接続されている。

従ってシュミット回路１３の出力はシフトレジスタ３１
・３２・３３に順次書きこまれる。

クロックパルスの周波数は、最大探知距離を超音波パル
スが往復する時間ｔ１とシフトレジスタのビット数Ｍに
より定まり、Ｍ／ｌｌとなる。

シフトレジスタ３１には今回計測時の反射信号が記憶さ
れ、３２には前回、３３には前々回のそれぞれ計測時の
反射信号が記憶される。

従ってトリガごとにそれぞれの出力がＡＮＤゲート３５
・３６・３７に供給され、これらの出力はＯＲゲー）３
８に供給される。

すなわち、最大探知距離をシフトレジスタのビット数で
分割し、今回、前回、前々回の３回の計測時の信号のう
ち２回以上同一分割区間内に反射信号があった場合のみ
船舶からの反射位置とみなし、予測ゲートトリガを発生
しフリップフロップ１６をセットする。

この様に３回の計測中の２回以上の一致を取ることによ
り、工事雑音等のランダム雑音は、除去される。

本実施例では３回中の２回すなわち３Ｃ２としたが一般
にｎＣｍ（ｎ２ｍ）とすることができる。

船舶等の離・接岸速度は一般に２０ｃし’ｓｅｃ以下に
することが安全上要求されており、その接岸速度はゆる
やかであるため、距離計測値の移動平均を取ることによ
る測距の給体誤差は殆んど問題にならない。

以上説明したように、予測ゲート回路を用いることによ
り港湾内のランダム雑音を除去し、複数回計測値の移動
平均値を取ることにより水中超音波パルス波の反射波の
ゆらぎによる距離計測値のバラツキを除去することがで
きるから、これら距離計測値の単位時間内の変化量から
求める速度は飛躍的に安定し高信頼性を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波送受信号の波形図、第２図は本発明の一
実施例を示すブロック図、第３図は予測ゲート信号発生
回路の一実施例を示すブロック図である。９・・・トリガ発振器、１０・・・送信機、１１・・・
受信増幅器、１３・・・シュミット回路、１４・・・遅
延回路、１５・・・予測ゲートトリガ信号発生回路、１
６・・・第１のフリップフロップ、１７・・・単安定マ
ルチ、１８・・・遅延単安定マルチ、１９・・・第１の
アンドゲート、２０・・・第２のフリップフロップ、２
１・・・計測クロック発振器、２２・・・第２のアンド
ゲート、２３・・・１０進カウンタ、２４・・・記憶回
路、２５・・・平均化回路、２６・・・記憶回路、２８
・・・距離表示回路、２９・・・減算回路、３０・・・
速度表示回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１桟橋より水中に超音波を発射し反射波の帰来時刻に
より船舶までの距離を測定する超音波パルスによる接岸
監視装置において、トリガ信号により励起され超音波送
信パルスの繰り返し信号を発振して超音波送受波器を駆
動し反射波としての超音波受信信号を増幅・検波する手
段と、前記検波した信号波形のレベルを検出して予測ゲ
ートに必要な遅延量を有するパルス成形波を第１のアン
ドゲートに供給する手段と、前記レベルを検出して得た
信号を予測ゲートトリガ信号発生回路に加えて２回以上
の計測時の反射信号を順次記憶手段に書き込み、最大探
知距離を前記記憶手段のビット数に分割し、２回以上の
計測時の信号のうち２回以上、同一分割区間内に反射信
号があったときのみ船舶からの反射信号とみなして予測
ゲートトリガを得る予測ゲートトリガ発生回路と、この
予測ゲートトリガにより第１のフリップフロップをセッ
トしてその出力を予測ゲート信号とする手段と、第１の
アンドゲートに第１のフリップフロップの出力と前記パ
ルス成形波が供給されることによって遅延受信パルスを
発生する手段と、前記トリガ信号をもとにして、前記予
測ゲートに必要な遅延量と、送受波器と岸壁基準点との
誤差修正とを加算した遅延量を有する遅延送信トーリガ
を得る手段と、前記遅延送信トリガによりセットされ、
前記遅延受信パルスによりクリヤされる第２のフリップ
フロップからの出力と計測クロック発振器のカウンタク
ロックが第２のアンドゲートに加えられて、岸壁から船
舶までの距離を超音波パルスが往復するに要する時間に
等しいゲートパルスにより抜き出された距離に対応する
クロックパルスを得る手段と、前記クロックパルスが加
えられて１０進カウンタの内容を２回以上の計測値とし
て記憶する手段と、これら２回以上の計測値を平均化し
て移動平均値を求める手段とを具備し、水中超音波パル
ス波の反射波のゆらぎによる距離計測値のバラツキをな
（すことを特徴とする超音波パルス式船舶接岸監視装置
。