JPS5846713B2 - スイチユウセツチトランスポンダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は固定２点間の距離測定や海中固定点に対する
船舶の位置測定に使用する音波式あるいは超音波式の海
底設置用トランスポンダに関する。

従来のこの種トランスポンダは、パルス変調した第１の
周波数の第１のパルス変調音響信号を船舶搭載送受波器
から受け、それをパルス識別して第２の周波数の音響信
号をパルス変調した第２のパルス変調音響信号を送出す
る。

ところで、海中伝搬音響信号は海面と海底で多重反射さ
れるので、トランスポンダは第１の音響信号の直接波成
分とともにこれら反射波成分を受信し、識別を誤ってし
まう可能性が大きい。

反射波を直接波と誤って認識した場合は、トランスポン
ダは第２のパルス変調音響信号を複数回発生することに
なり、したがって船舶搭載送受波器におけるトランスポ
ンダとの間の距離測定は非常に困難となる。

さらに、トランスポンダからの第２のパルス変調応答信
号もまた多重反射して船舶搭載送受波器に伝搬するから
、上述の距離測定はほとんど不可能となる。

したがって、この発明の目的は直接波だけに応答し海面
、海底等での反射波には応答しないトランスポンダを提
供するにある。

本発明によれば、相異なる複数の水中伝播音響信号のそ
れぞれを解読して解読信号を発生する解読回路と、前記
解読信号に応答して相異なる複数の応答音響信号のうち
予め定めた一つの応答音響信号を水中へ送出する信号発
生回路とを含み、前記水中伝播音響信号を前記解読回路
が解読して、これに対応する応答音響信号を送出した後
は、予め定められた次に受けるべき水中伝搬音響信号だ
けに応答して応答音響信号を送出することを特徴とする
水中設置トランスポンダが得られる。

この発明によるトランスポンダは、送信信号および受信
信号の組を少なくとも２組用意する。

これら複数の信号は、周波数分割や時分割やこれらの組
合せによって構成することができる。

トランスポンダはまず第１のパルス変調音響信号を受信
しそれを認識すると第２のパルス変調音響信号を送出し
、この送出と同時に第１の信号の受信を禁止する。

トランスポンダに最初に到達する波動は直接波であるか
ら、トランスポンダは第１のパルス変調音響信号の直接
波成分だけに応答し、それよりも遅れて到達する反射波
成分には応答しない。

第２のパルス変調音響信号送出後は第３のパルス変調音
響信号だけに応答する待期状態となり、その状態にある
間第３の信号を受信認識すると第４のパルス変調音響信
号を送出し、第５のパルス変調音響信号だけに応答する
待機状態となる。

以後次ぎ次ぎと異なる信号の受信、送信を繰り返し、再
び第１の信号だけに応答する待期状態に復帰する。

この動作周期の反射波の減衰に十分な時間に選ぶ。

すなわち、第１の信号の直接波受信から第１信号待期状
態になるまでの時間は、第１の信号の反射波成分が直接
波受信のあとで十分減衰し、第１信号待期状態になって
も認識されないように十分に長く設定する。

従って、トランスポンダの待期状態数（送信・受信信号
の組の数）は、トランスポンダの海底からの高さ、水深
おふび最大応答距離（音響信号の到達可能距離）により
定まる。

上述のように、本発明によるトランスポンダは音響信号
の反射波成分には応答せず、直接波たけに応答するから
、複数個のトランスポンダの距離、各トランスポンダの
位置、これらトランスホンダに対する船舶の位置等を正
確に測定することができる。

次ぎに図面を参照してこの発明を詳述する。第１図は船
舶搭載送受信装置から送られた指令信号が海底に設置さ
れているトランスポンダへ到達するまでの音波の伝搬径
路を示す図である。

海面１を航行する船２の送受波器３から送出された第１
のパルス変調音響信号は、まず海底４に設置されたトラ
ンスポンダ５と船２とを結ぶ直接波径路６を径でトラン
スポンダ５へ到達する。

トランスポンダ５はこの第１の信号に応答し、第２のパ
ルス変調音響信号を送出する。

この第２の信号は直接波径路６を経て船２の送受波器３
で受信される。

ここで船２において第１の信号の送出から第２の信号受
信までの時間を計測し、音波伝搬速度は既知であること
を利用して、送受波器３即ちこれを装備している船２と
トランスポンダ５との間の直距離を求める。

ところが上述のとおり送受波器３から送出された第１の
信号は直接伝搬径路６を伝搬する直接波たけでなく、海
底４で反射し更に海面１で反射してトランスポンダ５へ
到達する反射径路７を経て伝搬する複合反射波もある。

従来のトランスポンダ５はこの反射波にも応答し、第２
の信号を送出するからこれもまた同様に送受波器３で受
信される。

またトランスポンダ５から送出された第２の信号も直接
波径路６を経て伝搬する直接波成分だけでなく、第１の
信号と同様に反射径路７を経て船２に伝搬する反射成分
も生ずる。

また反射伝搬径路には、この他に図に示すような海底海
面２回反射径路８もある。

このためトランスポンダ５に対し第１の信号を繰り返し
送ると、どれが直接波成分であるかの判断ができず船２
とトランスポンダ５間の距離測定や方位測定は不可能で
ある。

第２図は海中の２台のトランスポンダ間で応答させ船上
で、これらトランスポンダ間の応答信号を受信し、２つ
のトランスポンダ間の直距離を測定する場合の音波伝搬
径路を示す図である。

まずトランスポンダ１１から第１の信号を送出すると、
これは直接波径路を経てトランスポンダ５に受信される
。

トランスポンダ５が第１の信号を受信解読すると第２の
信号を送出する。

この第２の信号も直接波径路１２を経てトランスポンダ
１１に受信され、トランスポンダ１１はこれに応答して
再び第１の信号を送出する。

以後はこの動作を繰返す。

この間、船２では、送受波器３でこれらトランスポンダ
５，１１の送出信号のうち一方のトランスポンダの信号
だけを選択受信する。

このトランスポンダの信号の送出周期は、直接伝搬径路
１２を音波が往復する時間に等しく、この音波伝搬速度
は既知であることから、このトランスポンダ５とトラン
スポンダ１１の間の直距離が求められる。

しかしながら、この場合にも音波伝搬径路は直接波径路
１２の他に反射波径路１３，１４，１５があるため第１
図に示したものと同様に直距離測定はほとんど不可能で
あった。

第３図は本発明によるトランスポンダの第１の実施例を
示すブロック図である。

送受波器１０１で受信された音波周波信号は送受切換器
１０２を通って増幅器１０３で増幅され、動作モード選
択回路１０４および解読回路１０５へ送られる○動作モ
ード選択回路１０４は、船舶からの動作モード選択信号
に応じてトランスポンダを第１動作モード、第２動作モ
ードまたは休止モードのうちのいづれか１つに設定する
回路である。

第１動作モードでは第１の周波数を受信したら第２の周
波数を、第３の周波数を受信したら第４の周波数を送出
する。

第２の動作モードでは第２の周波数を受信したら第３の
周波数を、第４の周波数を受信したら第１の周波数を送
出する。

船舶の送受波器からの動作モード選択信号を送受波器１
０１、増幅器１０３を通して受けた動作モード選択回路
１０４は、モード信号を生じこれを解読回路１０５およ
び信号発生器１０７へ送る。

モード信号を受けた解読回路１０５はモード信号で指定
された信号だけに対して解読信号を生じ、信号発生器１
０７へ送る。

例えば船舶の送受波器からの動作モード選択信号で第１
動作モードを指令したとすれば、モード信号も第１モー
ド信号となり解読回路１０５を第１動作モードに設定す
る。

従って、解読回路１０５は第１の周波数および第３の周
波数だけに対して解読信号を生じ他の周波数（第２、第
４の周波数等）に対しては出力を生じない。

信号発生器１０７は、解読回路１０５からの解読信号を
受けることに予め定められた時間幅のパルス放音波数信
号を発生する。

信号切換回路１０６は信号発生器１０７からのパルス信
号を受けることに交互に異なる信号（切換信号）を出力
する。

この切換信号に応じて解読回路１０５の解読可能周波数
および信号発生器１０７の出力周波数が制御される。

切換信号によってトランスポンダは第１の信号通過状態
と第２の信号通過状態とに切換えられる。

第１動作モードでは、第１の周波数解読に対して第２の
周波数を送出するのが第１の信号通過状態であり、第３
の周波数解読に対し第４の周波数を送出するのが第２の
信号通過状態である。

第２動作モードにトランスポンダが設定されているとき
は、第１の信号通過状態では第２の周波数解読に対し第
３の周波数を送出し、第２の信号通過状態では第４の周
波数解読に対し第１の周波数を送出する。

解読回路１０５および信号発生器１０７はいづれもモー
ド信号および切換信号の組合せによって制御されそれぞ
れ唯一の周波数を解読し、唯一の周波数を送出する。

信号発生器１０７で発生したパルス状音波周波数は電力
増幅器１０８で増幅され、送受切換器１０２を通って送
受波器１０１から音波として水中へ送出される。

上述のように構成したトランスポンダは反射波の影響を
全く受けず直接波だけに応答する。

トラ・ンスポンダが第１動作モードでかつ第１の信号通
過状態にあるとすると、第１の周波数を受けた解読回路
１０５はその解読信号を信号発生器１０７へ送り第２の
周波数を発生する。

この第２周波数を発生すると直ちに信号切換回路１０６
の作用により解読回路１０５は第３の信号だけを解読し
得る待期状態となる。

従って、第１の周波数の反射波をその後に受信したとし
ても解読回路１０５で禁止されるからトランスポンダは
伺らの応答信号をも発生しない。

船舶の送受波器もトランスポンダと同様の構成とすると
、相互に直接波だけを感知し、両者間の正確な距離測定
、方位測定が可能となる。

第４図を参照すると、第３図に示した本発明によるトラ
ンスポンダの動作モード選択回路１０４、解読回路１０
５、信号切換回路１０６および信号発生器１０７の詳細
ブロック図が示されている。

また、第５図を参照すると第４図に示した回路の各部信
号波形図が示されている。

第４図のＡ。Ｂ・・・Ｌの信号は第５図における同一付
量信号に対応する。

以下第４図および第５図を参照して、これら本発明によ
るトランスポンダの主要な回路につき詳述する。

増幅器１０３の端子２０１から第１動作モード選択信号
ｍ１が動作モード選択回路１０４に加えられると、モー
ド信号解読器２０２で解読され、第１の出力端子２４１
に第１の動作モードパルスＢが出る。

この信号Ｂは第１のフリップフロップ２０３の出力をＩ
ｆ Ｉ ＩＩレベルにする。

一方モード信号解読器２０２の第２の出力端子２４２へ
はパルスが現われないから第２のフリップフロップ２０
４の出力Ｆは″ｏｌ＋レベルに保持される。

第１および第２のフリップフロップ２０３゜２０４は起
動時にはその出力ＥおよびＦが１ｌＯＮとなるように構
成されている。

第２動作モード選択信号ｍ２を受けると信号Ｅが１１０
Ｉ＋レベル、信号ＦがＩＩ ＩＮレベルとなる（第５図
には図示されてない）。

また、休止モード選択信号Ｓを受けるとモード信号解読
器２０２の第３の出力端子２４３に休止モードパルスＤ
が現われ、フリップフロップ２０３，２０４の出力信号
Ｅ、Ｆをともにｌ□Ｉｔとする。

解読回路１０５の入力側には４個の検出器２０５゜２０
６．２０７．２０８が並列に設けられている。

第１検出器２０５は第１の周波数を受けたときだけ出力
パルスを生じる。

以下同様に第２検出器２０６は第２の周波数だけを、第
３検出器２０７は第３の周波数だけを、第４検出器２０
８は第４の周波数だけをそれぞれ検出しパルス信号を生
じる。

以下まず第１動作モード（信号Ｅが“■ルベル、信号Ｆ
が□ Ｉｔレベル）の場合につき説明する。

いま信号切換回路１０６が第１の信号通過状態にありそ
の端子２４４の信号にカ＜１１１１ルベル、端子２４５
の信号りが″ｏｌｌレベルにあるとする。

このとき、端子２０１に第１の周波数の直接波による信
号１ａがあると、第１検出器２０５はこれを検出しパル
スを生じ、第１ＡＮＤ回路２０９へ加えられる。

第ＬＡＮＤ回路２０９にはこの他にモード信号Ｅおよび
切換信号Ｋが加えられていてこれら信号はいまともにＩ
Ｉ Ｍレベルあるから第１ＡＮＤ回路２０９からパル
ス信号が出力されＯＲ回路２１３へ加えられる。

ＯＲ回路２１３へは他のＡＮＤ回路からの入力もある。

しかしこれらＡＮＤ回路２１０，２１１，２１２へはモ
ード信号または切換信号であって１１Ｏｌレベルにある
信号ＦまたはＬのうち少なくとも一方が加えられている
から、第２から第４までのＡＮＤ回路２１０〜２１２の
出力はいずれも１１ＯＩ′である。

従ってＯＲ回路２１３の出力信号Ｇは第５図のようにな
り、第１の周波数以外のいかなる周波数に対しても解読
回路１０５は解読信号を生じない。

解読回路１０５からの解読信号を受けると信号発生回路
１０７の入力側にある第１、第２、第３、第４発振器２
１４，２１５，２１６，２１７の全てがそれぞれ第１の
周波数、第２の周波数、第３の周波数、第４の周波数信
号を生じる。

これらは予め定められ時間幅のパルス状音波周波信号で
あってそれぞれ第５、第６、第７、第８ＡＮＤ回路２１
９．２２０，２２１．２２２へ送られる。

これらＡＮＤ回路にはやはりモード信号Ｅ、Ｆのうちの
一方および切換信号に、Ｌのうちの一方が加えられてい
る。

″１ルベルにある信号Ｅ、Ｋが加えられているのは第６
ＡＮＤ回路２２０だけであるから前述の４種の周波数の
うちＯＲ回路２２３へ送られるのは第２発振器２１５か
らの第２の周波数だけである。

上述のことから解読回路１０５へ第１の周波数が加えら
れると信号発生器１０７から第２の周波数が送出される
ことが明らかとなった。

信号発生器１０７から第２の周波数のパルス状信号が出
力されると信号切換回路１０６のパルス検出器２２５に
送信検出パルスＪを生じ、フリップフロップ２２６の出
力である切換信号を反転させる。

すなわち切換信号Ｋがｎ １ ｎ 、 Ｌが１１１１＋
（第１の信号通過状態）から反転して信号Ｋが“Ｏ”、
Ｌが“′１”（第２の信号通過状態）となる。

第２の信号通過状態では第３ＡＮＤ回路２１１および第
８ＡＮＤ回路２２２だけに１１１″レベルの信号Ｅおよ
びＬが供給されそれぞれ第３検出器２０７および第４発
振器２１７からの信号通過を可能とする。

他の全てのＡＮＤ回路にはＩ □ Ｉレベル信号である
ＦおよびＫのうち少なくとも一方が加えられているから
、それぞれの検出器または発振器からの信号は禁止され
る。

従って第３の周波数だけに対する解読状態であり、他の
いかなる周波数の信号（例えば第１の周波数の反射波１
ｂや第２の周波数の反射波２ｂ）に対しても解読回路１
０５は解読信号を生じない。

また当然に信号発生器１０７は第３の周波数受信に対す
る応答信号として第４の周波数を発生する以外にはいか
なる周波数の信号をも発生しない。

このように第３の周波数の時期状態にあるときに、第３
の信号が解読回路１０５へ入力されると信号発生器１０
７から第４の周波数のパルス状信号が信号切換回路１０
６へ加えられる。

この時信号切換回路は再び第１の信号通過状態となり、
以後上述の作動を繰り返す。

以上第１動作モードにある場合につき各回路の作動を詳
述した。

第２動作モードにある場合にはモード信号Ｅ、Ｆのレベ
ルが反転することから解読信号が第２、第４周波数、そ
れぞれに対する応答信号が第３、第１周波数であること
の他は上述の第１動作モードと同様である。

また休止モードではモード信号Ｅ、Ｆがともに′１０Ｍ
となるから、解読回路１０５および信号発生器１０７の
全てのＡＮＤ回路が禁止され、一切の信号解読および信
号発生を行なわない。

第６図を参照すると本発明によるトランスポンダの第２
の実施例のブロック図が示されている。

これは第３図に示したトランスポンダから動作モード選
択回路１０４を省略し回路構成を簡素化したものである
。

解読回路１０９および信号発生器１１０が予め第１動作
モードまたは第２動作モードに固定されていることの他
第３図に示すものと同様である。

本実施例によれば、送受信周波数を作動中に船舶の送受
波器からの指令で切換えることはできないが、回路構成
が単純となる。

反射波等の影響を受けない点は第１の実施例のものと同
様である。

第２図に示した２つのトランスポンダ間で応答を繰り返
す方式に本発明のトランスポンダを適用するには、一方
を第１動作モードに設定し、他方を第２動作モードに設
定するだけでよく、極めて容易にしかも反射波の悪影響
を全く受けないシステムを構成できる。

上述の実施例では受信送信周波数として音波周波数を用
いる場合について記述したが超音波周波数であっても全
く同様に実施できる。

また上記実施例では４種の異なる周波数で４種の信号を
構成したが、他の信号型式例えば単パルス中をＦＭする
こと、ＦＳ信号を用いること等によっても同様に構成で
きる。

さらに反射波の減衰のため十分な時間を確保するため６
種類、８種類等多くの信号を用意する場合にもやはり同
様に実現できることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は海中に設置したトランスポンダと船舶に備えた
送受波器との間の音響信号伝搬径路図である。 第２図は海中に設置した２つのトランスポンダ間で応答
させる場合の音響信号の伝搬径路図である。 第３図は本発明によるトランスポンダの第１の実施例を
示すブロック図、第４図はその部分詳細ブロック図、第
５図は第４図に示す回路の各部信号波形図である。 第６図は本発明によるトランスポンダの第２の実施例を
示すブロック図である。 各図における参照番号は、１・・・・・・海面、２・・
・・・・船、３・・・・・・送受波器、４・・・・・・
海底、５，１１・・・・・・トランスポンダ、６．１２
・・・・・・直接波径路、７゜８．１３，１４，１５・
・・・・・反射波径路、１０１・・・・・・送受波器、
１０２・・・・・・送受切換器、１０３・・・・・・増
幅器、１０４・・・・・・動作モード選択回路、１０５
゜１０９・・・・・・解読回路、１０６・・・・・・信
号切換回路、１０７．１１０・・・・・・信号発生器、
１０８・・・・・・電力増幅器、２０１．２２４，２４
１〜２４５・・・・・・端子、２０２・・・・・・モー
ド信号解読器、２０３・・・・・・第１のフリップフロ
ップ、２０４・・・・・・第２のフリップフロップ、２
０５・・・・・・第１検出器、２０６・・・・・・第２
検出器、２０７・・・・・・第３検出器、２０８・・・
・・・第４検出器、２０９〜２１２，２１９〜２２２・
・・・・・ＡＮＤ回路、２１４・・・・・・第１発振器
、２１５・・・・・・第２発振器、２１６・・・・・・
第３発振器、２１７・・・・・・第４発振器、２２５・
・・・・・パルス検出器、２２６・・・・・・フリップ
フロップを示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 相異なる複数の水中伝播音響信号のそれぞれを解読
   して解読信号を発生する解読回路と、前記解読信号に応
   答して相異なる複数の応答音響信号のうち予め定めた一
   つの応答音響信号を水中へ送出する信号発生回路とを含
   み、前記水中伝播音響信号を前記解読回路が解読して、
   これに対応する応答音響信号を送出した後は、予め定め
   られた次に受けるべき水中伝播音響信号だけに応答して
   応答音響信号を送出することを特徴とする水中設置トラ
   ンスポンダ。