JPS5830556B2 - 波動送受信装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、水中に配置したパルス波動（音波または超
音波）送信機とこの送信機から相当の距離を隔てて配置
した波動受信機との間の距離またはこれら相対方位を測
定する波動送受信装置に関する。

波動送受信装置は、波動送信機によるパルス波動送出か
ら波動受信機でのこのパルス波動受信までの時間計測に
より、両者間の距離を測定する。

このパルス波動は、波動受信機から有線などの電気的手
段を介して波動送信機に送達された基準パルスに同期し
て送出される。

ここで、波動受信機から波動送信機への電気的手段によ
る基準パルスの伝達時間は、波動送信機から波動受信機
への波動信号の伝搬時間に比べ極く短いから、基準パル
スの伝達時間は距離測定上無視し得る。

また、波動送受信装置は、一定距離を隔てて複数個の波
動受信機を備えることにより、波動送信機に対する波動
受信機方位を測定することもできる。

この方位測定においては、波動送信機と波動受信機との
同期作動を要しないから、基準パルス伝送用の電気的手
段（例えばゲーブル）を省略できる。

海中または海上の活動においては、海中に備えた各種器
具、装備と船舶との間の距離や方位測定が必要である。

しかし、この測定は一般に容易でない。

例えば、ワイヤを用いて距離測定をするならば、ワイヤ
のたわみにより測定が不正確となるばかりでなく船舶等
の行動が制限され、特に数キロメートル以上に及ぶ距離
では実用上測定不可能である。

これに対し、上述の波動送受信装置を用いればこのよう
な問題は生じない。

例えば、船舶の位置標定は、複数の既知位置（海底）に
波動送信機を設置する一方、船舶には少なくとも３台の
波動受信機を備える。

こうして、当該船舶からこれら波動送信機それぞれの相
対方位を測定することにより、船舶位置の標定は容易に
なし得る。

この場合、船舶と波動送信機との間には何らの物理的結
合手段を要しない。

ただし、波動送信機は内蔵電源により独立に作動しなけ
ればならない。

また、船舶と曳航物体（例えば、海水採取装置）との距
離および相対方位測定は、船舶に装備した１台または複
数台の波動受信機と曳航物体に装着した１台の波動送信
機とをケーブルで接続し、基準パルスおよび電力を波動
送信機に供給することにより容易になし得る。

ところで、波動送信機から波動受信機への伝搬波動には
、途中全く反射しない直接伝搬波だけでなく、海底や海
面で一回ないし数回反射した反射伝搬波がある。

反射伝搬波の伝搬経路長は直接伝搬波のそれより長いか
ら、波動伝搬時間に基づく波動送受信装置の距離測定や
方位測定には直接伝搬波と反射伝搬波との識別が必須で
ある。

従来の波動送受信装置は同一形式のパルス波動を一定間
隔で送出する形式であったから、直接伝搬波と反射伝搬
波との識別は不可能であり、したがって反射伝搬波のあ
る環境では実用に供し得なかった。

したがって、本発明の目的は、反射伝搬波を除去し直接
伝搬波だけを検出する機能を有する波動送受信装置を提
供するにある。

本発明によれば、周波数および時間軸上の少なくとも一
方で互いに区別できる少なくとも２つの波動信号を予め
定めた順序で時系列的に繰返し水中へ送信する手段と、
この信号の水中伝搬波を受信する手段と、この受信信号
を受け、制御信号により指定された前記中なくとも２つ
の波動信号のうちの１つの波動信号のみを解読、識別し
て解読信号を生ずる信号解読器と、この信号解読器が解
読信号を生ずる都度前記予め定めた順序で定まる前記解
読された波動信号の次に来る波動信号を解読するように
指定する前記制御信号を前記信号解読器に供給する回路
とを含むことを特徴とする波動送受信装置を得ることが
できる。

この発明による波動送受信装置では、使用する波動信号
を少なくとも２種用意する。

これらの複数（２種以上）の互いに異なる信号はそれぞ
れの周波数を変えること或いは、予め定めたビット数の
Ｆ Ｓ （Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ５ｈｉｆｔ ）信号と
すること、単パルスの中を周波数変調すること等で形成
する。

波動送信機ではまず、波動受信機からケーブルで送られ
た基準パルスに同期して第１の波動信号を発生する。

その後、次の基準パルスに同期して第２の波動信号を発
生送出する。

以下同様に、互いに異なる信号を予め定めた順序で予め
用意した数だけ送信し、再び第１の波動信号に戻す。

この互いに異なる予め用意した数の信号の送信を１サイ
クルとし、以後このサイクルを繰返す。

一方、波動受信機は、当初第１の信号のみを解読でき、
第１の信号を解読したら第２の信号のみを解読できるよ
うに構成する。

さらに、第２の信号を解読後は、第３の信号のみを解読
する状態に切換える。

このようにして、波動送受信側の送信する信号のうち最
初に到達したものを解読したのち、次に送信される信号
だけを解読できるように波動受信機の解読可能信号を切
り換えていく。

このようにすれば、波動信号送出から最短距離を伝搬し
て波動受信機に到達した直接伝搬波だけが波動受信機で
解読される。

その後、遅れて反射伝搬波が到達したとき、波動受信機
は既に次に送出されるべき信号だけを解読し得る状態に
切り換えられているから、この反射伝搬波は解読されな
い。

この反射伝搬波は反射を繰返し伝搬していくうちに減衰
し、ついには解読不能のレベルになる。

従って、送信信号の繰返し周期と切り換えられる信号の
種類数との積を十分大きくして、第１の信号の送出から
次の第４の信号の送出までの１サイクル時間を上記反射
伝搬波の解読不能レベルへの減衰に必要な一定時間以上
とすることにより、波動受信機は反射伝搬波をすべて除
去できる。

この１サイクル時間は使用する波動送信機の海底からの
高さ、水深および波動送信機と波動受信機との間の距離
等により決定する。

最も簡単な方式は、使用する信号の数を２つとし、波動
送信機ではこれらを交互に送出し、波動受信機側では第
１の信号の受信解読後第２の信号の受信解読の状態に、
第２の信号の受信解読後第１の信号の受信解読の状態に
切り換えるものである。

この発明による波動送受信装置は、海底や海面で反射し
ながら伝搬してきた反射伝搬波をすべて除去でき、直接
伝搬波だけを受信解読し得るから、波動受信機から波動
送信機までの距離および両者の相対方位を正確に測定す
ることができる。

波動送信機が作動電源を内蔵し送信信号を自動的に送出
する（基準パルスを用いない）場合も作動は全く同様で
ある。

ただし、この場合にはパルス送信からその受信までの時
間測定ができないから、距離測定は不可能である。

次ぎに図面を参照して、この発明を詳述する。

第１図はこの発明による波動送受信装置の一実症例を示
すブロック図である。

海中にある波動送信機１は外部からの駆動指令を要しな
い方式であり、その内部のパルス発振回路１０１で一定
時間間隔にパルスを発生する。

信号発生回路１０２はパルス発振回路１０１に出力パル
スがあるごとに信号切換回路１０３により定められた信
号を発生する。

信号切換回路１０３は、パルス発振回路１０１に出力パ
ルスがあるごとにその状態を順次切換える。

従って、信号発生回路１０２の出力信号は予め定めた順
序で順次切換られた信号となる。

この出力は送信器１０４で電力増幅され、海中の送波器
１０５からパルス波動信号として海中へ送出される。

この送出された波動信号は、海面２にある船舶の波動受
信機３の受波器１０６に直接伝搬径路４を伝搬して到達
する。

この受波器１０６に到達する波動信号にはこの他、海面
２で反射して伝搬する海面反射伝搬径路５、海底６で反
射して伝搬する海底反射径路７、海面２および海底６で
反射しながら伝搬する海面海底反射径路８など多くの反
射伝搬径路を伝搬してくる成分もある。

これら多くの反射伝搬径路を伝搬して受波器１０６へ受
信される波動信号は妨害信号となる。

そこで、直接伝搬径路４を伝搬して受信される直接伝搬
波をこれら反射伝搬した波動から分離して識別する必要
がある。

受波器１０６で受信された波動送信器１からの信号は増
幅器１０７で増幅され、信号解読器１０８へ送られる。

この信号解読器１０８は、信号切換回路１０９からの解
読指定信号により指定された信号を受信したときだけ解
読信号を信号処理表示器１１０へ送る。

信号切換回路１０９は、この解読信号を受けるごとに次
の送信波動信号を解読すべく解読指定信号を生じる。

したがって、受信波動のうち直接伝搬径路４を伝搬して
最初に到達した直接伝搬波だけが信号解読器１０８によ
って検出される。

この直接伝搬波の受信彼達れて到達する反射伝搬波は、
信号解読器１０８が信号切換回路１０９により切り換え
られ、次ぎの発生信号を解読する待機状態になっている
ため、この信号解読器１０８で検出されない。

こうして波動受信機３の信号解読器１０８では、波動送
信機１の送出波動信号の伝搬波のうち、反射伝搬波が取
除かれ、直接伝搬波のみが検出される。

そして信号解読器１０８からの解読信号は信号処理表示
器１１０へ送られる。

次ぎに、パルスごと送信周波数を変えて複数の送信信号
を形成する方式を一例として挙げ、送信信号および解読
信号の切換につき述べる。

まず、信号切換回路１０３および１０９は信号種類数を
最大カウント数とし、これを超えると自動的にリセット
する型のカウンタで構成する。

信号発生回路１０２は、発振周波数が互いに異なる発振
器を信号種類数と同数備え、信号切換回路１０３の出力
（カウンタのカウント数）に応じて使用発振器を切換え
る構成とする。

信号解読器１０８は通過帯域を互いに異にする帯域通過
フィルタを信号種類数と同数備え、信号切換回路１０９
のカウント数に応じて使用フィルタ切換える構成とする
。

なお、波動送受信装置の起動時には送信信号と解読指定
信号で指定した信号解読器１０８の解読可能信号とが一
致しないことがある。

しかし、送信信号は自動的に予め定めた順序で順時異な
る信号を送出するから、長くとも前述した送信信号の１
サイクルの間には送信信号と解読可能信号とが必らず一
致し、信号解読器１０８は解読信号を生じる。

以後、上に詳述したように送信信号と信号解読器１０８
の解読可能信号とは同期して切り換えられるから、全て
の送信信号は信号解読器１０８で解読される。

この第１図に示した波動送受信装置では、波動受信器３
の受波器１０６を少なくとも３個配置し、それぞれの受
波器１０６の受信信号の中から、先に述べたように直接
伝搬波の受信される時を検出すると、それぞれの受波時
間差から波動送信機１の方位を測定することが出来る。

第２図はこの発明による波動送受信装置の第二の実症例
を示すブロック図である。

この実症例では、波動送信機１が海底を移動する作業車
や船尾から曳航される曳航体に塔載され、波動受信機３
とケーブル９で接続されている。

そこで、第一の実症例で述べた波動送信機１の内部に有
していたパルス発振回路１０１を波動受信機３の内部に
含ませ、その出力を基準パルスとじてケーブル９を介し
て、波動送信機１へ送る。

他の動作、構成は第一の実施例と同一である。

なお、図に示すようにパルス発振回路１０１の出力を信
号処理表示器１１０へ送る。

こうすると、波動送信器１から波動の送波された時刻が
信号処理表示器１１０で正確にわかるから、直接伝搬径
路４を波動が伝搬する時間が計測できる。

水中の波動伝搬速度は既知であるから、これにより波動
送信機１と波動受信機３との間の距離が測定できる。

また波動受信機３の受波器１０６を少なくとも３個配置
することにより、第１図に示した実施例におけると同様
に波動送信機１の方位を測定することも出来る。

なおここに挙げた実施例では波動送信機１の信号切換回
路１０３はパルス発振回路１０１の出力パルスで切換え
たが、この切換は波動信号の送出されてから次の波動送
出までの間に行なえばよいから、信号発生回路１０２の
出力に応動して切換るようにしても差支えない。

また、ケーブル９の一部を無線送受信装置に代えること
もできる。

例えば波動受信機３を備える船舶上に無線送信機を設け
、基準パルスを高周波パルス電波に変換して空中に放射
し、波動送信機１の近傍の他の船舶に備えた無線受信機
でその電波を受けることによりＤＣの基準パルスを再生
し、このパルスを再びケーブルで波動送信機１へ伝送す
る方式は、波動受信機と波動送信機との距離が犬なると
き有効である。

第３図は、第１図および第２図に示したこの発明による
波動送受信装置の動作を説明するための信号はタイミン
グ図である。

Ａは送出される波動信号で、この図は３種類の送号を送
信する場合を示し、第１の信号送出後、第２の信号を、
続いて第３の受骨を送出し、次ぎに第１の信号を送出す
る。

図では送出時を四角で表わし、その中に記す数字が信号
の番号を表わしている。

Ｂは波動受信機３に受信される受信信号である。

ここに記す数字は対応する送信信号の番号であり、次の
アルファベットａは直接伝搬波、ｂは続いて受信される
反射伝搬波、Ｃはその後に受信される反射伝搬波である
ことを示す。

Ｄは信号解読器１０８の出力信号を示し、Ｅはこの信号
解読器１０８がどの信号を検出する待期状態となってい
るかを示している。

図ではまず、第１の信号を受信する待期状態とされ、Ｂ
に記す第１の信号の直接伝搬波１ａを受信解読した後、
信号解読器１０８はＥに示すように第２の信号を検出す
る待機状態となる。

このため、この後に受信される第１の信号の反射波１ｂ
は信号解読器１０８の待機状態と異なるため取除かれ、
信号解読器１０８の出力信号りとしては出力されない。

続いて第２の信号の直接伝搬波２ａが受信されると、信
号解読器１０８はＤに示す信号を出力し、第３の信号を
受信検出する待機状態となる。

このとき受信される反射伝搬波１ｃ、第２の信号の反射
伝搬波２ｂは、第３の信号と異なるため、信号解読器１
０８で取除かれＤに示すように出力はない。

続いて受信される第３の信号により、信号解読器１０８
に出力りに示すように、出力が得られ、信号解読器１０
８は第１の信号を受信検出する待機状態に切換えられる
。

このようにして信号解読器１０８では反射伝搬波が除去
され、直接伝搬波のみが検出される。

以上述べたように、この発明による波動送受信装置を用
いることにより、従来不可能であった反射伝搬波と直接
伝搬波の分離が可能となる。

このため従来不可能であった各種測定が確実に出来るこ
とになり、その作用効果は絶大なものがあり、各種床い
用途が開かれる。

以上、実施例を挙げ本発明を詳述したが、特許請求の範
囲に記載した本発明はこれに限定されるものでないこと
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による波動送受信装置の第一の実施例
を示すブロック図、第２図はこの発明の第二の実施例を
示すブロック図、第３図はこの発明の詳細な説明するた
めの各部信号のタイミング図である。 各図において、１は波動送信機、３は波動受信機、１０
１はパルス発振回路、１０２は信号発生回路、１０３は
信号切換回路、１０４は送信器、１０５は送波器、１０
６は受波器、１０７は増幅器、１０８は信号解読器、１
０９は信号切換回路、１１０は信号処理表示器をそれぞ
れ示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 周波数および時間軸上の少なくとも一方で互いに区
   別できる少なくとも２つの波動信号を予め定めた順序で
   時系列的に繰返し水中へ送信する手段と、この信号の水
   中伝搬波を受信する手段と、この受信信号を受け、制御
   信号により指定された前記少なくとも２つの波動信号の
   うちの１つの波動信号のみを解読、識別して解読信号を
   生ずる信号解読器と、この信号解読器が解読信号を生ず
   る都度前記予め定めた順序で定まる前記解読された波動
   信号の次に来る波動信号を解読するように指定する前記
   制御信号を前記解読器に供給する回路とを含むことを特
   徴とする波動送受信装置。