JPS585387B2 - ソクドソクテイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は速度測定装置に関する。

船速はしばしばドプラーソナー装置により測定され、ド
プラーソナー装置では音波エネルギービームが船の航海
している水の本体の底部の方へと下方に導かれて海底か
らの反射を生じさせ、音波エネルキービームは船の前方
または後方の方向へも導かれて海底から受信されたエコ
ーが船速に従ってドプラー周波数偏移を受けるようにさ
れる。

ドプラー周波数の測定が比較的に短い持続時間の音波エ
ネルギービームのパルスの期間中になされねばならずそ
して比較的に長いパルス間間隔の期間には情報は与えら
れないようになった典型的パルス式ドプラーソナー装置
により与えられるドプラー周波数偏移の測定には問題が
生ずる。

例えば、このようなソナー信号の搬送周波数を処理する
ため位相ロックされたループで利用される電圧制御発振
器はパルス間間隔の期間中発振器周波数を維持するため
成る型のサンプルおよび保持回路を必要とし、これはこ
のような発振器にパルス間間隔の期間中周波数ドリフト
を生じさせるというよく知られた傾向を生じさせる。

パルス式ドプラーソナー装置を用いてのドプラー周波数
の測定に際して経験する更に別の問題はこのような装置
は船のスクリューおよび乱流により生せしめられるもの
などの外部雑音の環境内で動作させられる場合がしばし
ばあり、従って受信エコーのいくつかまたは多くが過剰
雑音のためドプラー周波数の不満足な測定しか与えない
という事実から生ずる。

このような問題はサンプリング式位相ロックループ受信
装置では厳しく、なぜならこの装置ではループへの入力
信号は比較的短い持続時間の受信パルスの期間中だけ利
用可能だからである。

ソナー信号の順次的送信および受信を達成する本発明の
速度測定装置により前述した問題は解決されると共に他
の利点が与えられる。

これらの信号は水の本体を通し航海中の船の本体に対し
成る角度方向に狭いビームの形で導かれ、放射エネルギ
ーは下方および船の縦軸に沿う方向に導かれる。

このようにして、海底または水そのもの内の渦巻きおよ
び他の反射源からのこの放射エネルギーの反射されたも
のは水の本体を通しての船の速度に従ってドプラー周波
数偏移を受ける。

本発明の好ましい実施例では一対の送信変換器が用いら
れてそれぞれそれらの放射エネルギーを順方向および逆
方向成分を船のローリング軸に沿わせながら導いて正お
よび負のドプラー周波数偏移を与え、これらは互に引算
されたとき船の縦揺れに実質上無関係の船速の測定値を
与える。

変換器送信の各々から受信された信号は低い値の周波数
に変換され１そこで信号の予め定めた数のサイクルの持
続時間が測定される。

この測定は受信エコーの各々の期間中繰返され、比較器
がこれらの次々の測定値を比較する。

次々の測定量は良好な速度データを与えるに充分なだけ
雑音のない測定の存在を示す。

次々の測定値は次いで記憶されそして送信されたソナー
信号の反復周波数よりも大きな周波数（代表的には数け
た大きい）を有する周期的発振を与えるのに利用され、
その周波数はこれらの次々の測定値の大きさによって左
右される。

このようにして、パルス受信信号はドプラー周波数の測
定に対して適しているサンプリングされた連続波信号に
類似する周期的信号に変換する。

変換器の対からの送信波のエコーから得られたこの周期
的信号は次いで周期的信号の一方のもののドプラー周波
数が他方の周期的信号のドプラー周波数から引算される
ような方法で結合される。

例えば、これは好都合には比率乗算器および固定周波数
発振器に結合されたアップダウンカウンタで達成され、
そこで発振器の周波数はこのアップダウンカウンタの計
数値を乗算される。

結果として得られるドプラー周波数変調を有する発振は
次いでカウンタに供給され、このカウンタはこの発振の
サイクルを予め定めた時間の量計数して単位時間あたり
のサイクル数を与え、これは船速に比例する。

以下図面を参照しながら本発明を説明する。

第１図には海２２を航海中でかつ速度測定装置２４を備
える船２０の描写図が示され、この速度測定装置２４は
本発明によれば図示された如く前方変換器２６および後
方変換器２８を有し、これらの変換器２６および２８は
これらの変換器および海２２の京間に音波エネルギーを
結合する油入ハウジング３０に封入されている。

速度測定装置２４は更に受信機３２、送信機３４、それ
ぞれ前方変換器２６および後方変換器２８への受信機３
２および送信機３４間に音波エネルギーを結合するため
のＴ−Ｒ回路３６および３８、船２０のキャビン内の表
示装置４０、油入ハウジング３０内に配置されたサーミ
スタ４２などの温度測定装置、および、受信機３２、送
信機３４およびサーミスタ４２に結合された電子装置４
４を有する。

電子装置４４は送信機３４により送信される信号を発生
しそして変換器２６および２８に入射する信号で得られ
たドプラー周波数偏移を処理して表示装置４０に船２０
の速度の測定値を与える。

変換器２６は線路４６を経てＴ−Ｒ回路３６に結合され
、変換器２８は線路４８を経てＴ−Ｒ回路３８に結合さ
れている。

送信機３４は線路５０を経てＴ−Ｒ回路３６に、線路５
２を経てＴ−Ｒ回路３８に、そして線路５４を経てＴ−
Ｒ電子装置４４に結合されている。

受信機３２は線路５６を経てＴ−Ｒ回路３６に、線路５
８を経てＴ−Ｒ回路３８に、そしてケーブル６０を経て
電子装置４４に結合され、電子装置４４はケーブル６２
を経て表示装置４０に結合されている。

変換器２６および２８は船２０の竜骨の垂直に対しそれ
ぞれ前後に３０°の角度にそれぞれの音響エネルギービ
ームを送信するように方向づけられている。

この音響エネルギービームは反響量を減らすに充分なだ
け狭く、この好ましい実施例では４°のビーム幅が用い
られている。

この音波エネルギーは海２２の底６４に入射しそしてそ
こから多数の方向に反射し、反射した音波エネルギーの
一部が変換器２６および２８に向きて戻ってくる。

これらの音波エネルギーが３０°の角度にあるため、各
ビームは船２０の縦軸に沿う成分を有し、その結果、船
２０の順方向または逆方向の運動は反射エネルギーの周
波数に対しドプラー偏移を与える。

船２０が順方向に運動する場合、前方変換器２６に結合
されるエネルギービームは正のドプラー偏移を受け、後
方変換器２８に結合されるビームは負のドプラー偏移を
受ける。

変換器２６および２８のこの方向づけは好都合であり、
なぜならこれは船２０の縦揺れ運動から生ずるドプラー
周波数の変動を相殺するからである。

この相殺は前方変換器２６に関連したドプラー偏移から
後方変換器２８に関連したドプラー偏移を減算すること
により得られる。

第２図を参照すれば、受信機３２は２つのチャンネルを
有し、各チャンネルは自動利得制御装置を有する増幅器
６６、帯域フィルタ６８、帯域フィルタ６８の出力信号
を基準信号源７２の信号と比較するための比較器７０、
ミキサ７４、低域フィルタ７６、第２の比較器７８およ
び第２の基準信号源８０からなる。

受信機３２の各チャンネルは記号Ａ、Ｂ、ＥおよびＬを
付されている４つの信号端子を有し、これらの端子は更
に番号１および２を付されており、この番号は以後説明
において１つの端子が見出される特定のチャンネルを指
示したときに用いられる。

このようにして、線路５６および５８にある受信機への
入力信号は端子Ａ１およびＡ２に結合され、端子Ｅ１．
Ｅ２およびＬｌの出力信号はケーブル６０により電子装
置４４に送られる。

ミキサ７４に対する信号はケーブル６０内の導体により
端子Ｂ１およびＢ２に結合される。

例のため、本発明の好ましい実施例では、送信および受
信信号は２００ｋＨｚ（キロヘルツ）の公称周波数を有
する脈動搬送波からなる。

この周波数は変換器２６および２８における受信時には
第１図の船２０の運動により与えられるドプラー周波数
偏移により変化する。

チャンネル番号１について（同様の構成要素がチャンネ
ル番号２に適用さえる）、受信信号は比較器７０を動作
させるのに適したレベルまで増幅器６６により増幅され
る。

フィルタ６８は２００ｋＨｚを中心におく約５ｋＨｚの
通過帯域を有する。

基準信号源７２の信号の値よりも大きな振幅を有するフ
ィルタ６８の出力の比較的に強い信号は比較器７０を励
振してその出力に論理値「１」または高レベルの信号（
本願では両方の用語が同じ意味で用いられる）を発生し
、これに対して、論理値「０」または低レベルの信号は
基準信号源７２の信号よりも小さい値を有するフィルタ
６８の出力の比較的に低い信号に応答して比較器７０に
より発生される。

このようにして、比較器７０は背景雑音レベルよりも大
きな振幅を有する信号同志を区別して船速の測定に対す
る忠実度を確実に増す役目をする。

基準信号源７２には基準信号の手動調整を行うつまみ８
２が設けられている。

比較器７０から発するディジクル波形信号は端子Ａの信
号が比較器７０を動作させるに充分なだけ強いとき端子
Ａに入る信号のものに等しいパルス反復周波数を有する
。

さもない場合は比較器７０の出力はミキサ７４に信号が
入らないように論理値「０」の状態に留まる。

以後の説明において端子Ａに入る信号は比較器７０を動
作させるに充分なだけ強く、この場合ディジクル波形を
有する２００ｋＨｚの信号がミキサ７４内において２０
８ｋＨｚのパルス反復周波数を有する基準方形波信号と
結合されて搬送周波数すなわち８ｋＨｚのパルス反復周
波数にある１つの信号を含む信号の群を有するミキサ７
４からの出力を発生するものと仮定されている。

低域フィルタ７６はこの８ｋＨｚの信号を比較器７８に
通過させかつ混合動作の他の成分を排除するように８ｋ
Ｈｚより僅かに高い遮断周波数を有する。

ミキサの構成の一例としてこの好ましい実施例は８ｋＨ
ｚの信号を生じさせるのに単に排他的オアゲートを利用
する。

比較器７８および基準信号源８０は比較器７０および基
準信号源７２のものと同様の機能を果し、そして低域フ
ィルタ７６の出力の実質上正弦波の波形を同じ反復周波
数の方形波またはテイジクル波形型の信号に変換するの
に利用され、このディジタル信号は端子Ｅに現われる。

第１の比較器７０の出力は端子りにも結合されそして第
１図の海２２の深さを測定するため後述するような方法
で用いられる。

例のため、第１図の送信機３４により送信される音波エ
ネルギーパルスに対し用いられる最大パルス幅は２４ミ
リ秒でありそして３０メートル（１００フイート）より
深い深さで用いられる。

深さの浅いところではパルス幅は減らされ、単に１．２
メートル（４フイート）の深さでは１ミリ秒のパルス幅
が用いられる。

また、パルス反復周波数は海２２についての予期される
深さに従って選択され、６０メートル（２００フイート
）ないし３００メートル（１０００フイート）の範囲の
深さでは毎秒２パルスの反復周波数が用いられ、より浅
い深さでは毎秒１０パルスの反復周波数が用いられる。

浅い水で反復周波数を増すことは短いパルスにより伝え
られるエネルギー量の小ささを補償し、これにより毎秒
あたり受信される合計エネルギー量を深さの正確な測定
に適するものにする。

第３図には電子装置４４のブロックダイヤグラムが示さ
れ、これは図示されたように受信機３２の２つのチャン
ネルにより供給される信号から得られるドプラーデータ
を処理するための２つのチャンネルを有するドプラーデ
ータ抽出装置８４、抽出装置８４の２つのチャンネルに
より与えられるデータを結合するためのドプラーデータ
結合装置８６、海２２の深さを測定するため受信機３２
により供給される信号を処理する処理装置８８、および
信号を受信機３２の各チャンネルの端子Ｂに供給すると
共にクロック信号を電子装置４４内の他のユニットに供
給するり田ツク装置９０を含む。

電子装置４４は更につまみ９６を回転させることにより
変えられ得るパルスを発生する単安定フリップフロップ
９２、およびアンドゲート９６を含む。

クロック装置９０はその端子Ｎに２００ｋＨｚの方形波
信号を発生し、これはフリップフロップ９２により与え
られるパルスの持続時間の期間中にアンドゲート９６に
より通過させられる。

このようにして、パルス化された２００ｋＨｚ搬送波信
号が第１図の送信機３４により増幅されるべく線路５４
に与えられそしてそこから変換器２６および２８により
放射される。

フリップフロップ９２は第６図を参照して後に説明され
るような方法で処理装置８８により線路９８に与えられ
る信号によりトリガーされる。

クロック装置９０はまた端子Ｊ１および端子Ｊ２からＩ
ＭＨｚ（メガ入ルツ）の信号を与え、これらの２つの信
号は端子Ｊ１の信号が第１の位相角にあるのに対し端子
Ｊ２の信号が第２の位相角にあるという点で異なってお
り、これら２つの位相は第５図を参照して後に説明され
るような方法で結合装置８６のアップダウンカウンタに
２つの信号を同時に供給するのに利用される。

端子Ｊ２に与えられたり田ツク信号は海２２中の信号の
伝搬時間を測定するため後述されるような方法で利用さ
れる。

第１図のサーミスタ４２により感知されるような温度変
化による海中の音波エネルギーの伝搬速度の変化を補償
するため、以後変換器１００として参照されるアナログ
−ディジタル変換器、比率乗算器１０２が用いられて端
子Ｊ２のクロック信号の反復周波数の平均値を変える。

サーミスタ４２はアナログ信号を発生し、これは線路１
０４により変換器１００に結合される。

変換器１００は線路１０４のアナログ信号の大きさを表
わすディジタル数を線路１０６に発生する。

比率乗算器１０２は端子Ｊ２から線路１０８にクロック
パルスを受け、そして線路１０６に海２２の水温の大き
さを表わすディジタル数を受ける。

比率乗算器はテキサス・インスツルメントから部品番号
５Ｎ７４９７を有するものとして商用上入手できるユニ
ットなどの公知の装置であり、そして線路１０Ｂのクロ
ックパルスの反復周波数に比例すると共に線路１０６の
ディジタル数の大きさにも比例する平均パルス反復周波
数を有する一連のパルスを端子Ｍに発生する。

サーミスタ４２は第１図のハウジング３０内の油の温度
を感知し、油の温度は海２２の水の温度差と無関係に端
子Ｍのクロックパルスに対する適当な訂正を与え、なぜ
なら海２２の水とハウジング３０内の油の温度差はハウ
ジング３０の表面に異なる量の音波エネルギーの屈折を
生じさせ、これは温度差を補償して端子Ｍのクロック信
号に対する適切な訂正を与えるからである。

第３図において同じく見られるのはクロック装置９０の
端子を電子装置４４内の他のユニットの種々の端子に接
続する接続線である。

このようにして、例のため、リランク装置の端子Ｆが抽
出装置のチャンネル番号１および番号２のそれぞれの端
子Ｆ１およびＦ２に結合されているのが見られる。

第４図には第３図の抽出装置８４のブ泊ツクダイヤグラ
ムが示されている。

抽出装置８４は２つの同じチャンネルを有し、これらの
各々は端子ＦＧ、Ｅ、ＨおよびＰを有し、これらの端子
の各々はこれらの端子がチャンネル番号１またはチャン
ネル番号２の部分であることを示すため番号１および２
により識別される。

特にチャンネル番号１を参照すれば、抽出装置８４がカ
ウンタ１１０゜１１２．１１４および１１６、アンドゲ
ート１１８．１２０，１２２，１２４および１２６、デ
ィジタルインバータ１２８、オアゲート１３０゜遅延装
置１３２、減算装置１３４、比較器１３６、レジスタ１
３８、およびディジタル数を設定するためのつまみ１４
２を有する符号器１４０を含むのが見られる。

抽出装置８４は端子Ｅ１の信号の予め定めた数のサイク
ル、例えば４サイクルの一時的持続時間の測定を達成す
る。

加うるに、この好ましい実施例の抽出装置８４はカウン
タ１１４および１１６に記憶される一対の測定値を与え
、そして減算装置１３４によるこれらの２つの測定値の
比較はこれら２つの測定値が一致する程度を定める。

以後の、２つの測定値の一致または実質上の一致は信号
が実質上雑音を有さないことおよび正しい測定値が得ら
れることを示す。

このように１して、例えば、端子Ｅ１の信号が反響によ
り部分的にかくされてしまうような高反響の情況では、
抽出装置８４は４サイクルの期間の測定を無視して実質
上雑音のない測定値だけがその出力である端子Ｇ１に与
えられるようにするのを保証する。

２００ｋＨｚの信号が８ｋＨｚに下げられる第２図の受
信機３２で行われる混合においてドプラー位相偏移およ
びドプラー周波数偏移は混合動作の期間中保存されるこ
とを注意すべきである。

しかしながら、測定は２００ｋＨｚの搬送波に対してで
はなくて８ｋＨｚの搬送波のサイクルに対してなされる
ので、測定は正確さおよび精度を増した状態でなされ得
る。

カウンタ１１０および１１２は測定時間間隔を定めるの
に用いられ、そしてアントゲ−Ｎ１８゜１２０．１２２
および１２４の助けによりカウンタ１１４および１１６
を作動して端子Ｅの８ｋＨｚの信号の次々の４サイクル
時間間隔の相続く測定を行う。

受信機３２の５ｋＨｚの帯域幅から考えて、８ｋＨｚで
の４サイクルの時間間隔の持続時間は第１図の変換器２
６および２８で受信された信号の独立のサンプルを表わ
すに充分なだけ長い。

カウンタ１１０は５分の１分周カウンタであり、これは
グラフ１４４の下部に示されているように、高レベル信
号が零計数値の期間中持続し、それに１ないし４の計数
値の期間中持続する低レベル信号が続き、それに５の計
数値にある高レベル信号および６ないし９の計数値にあ
る低レベル信号が続くようになっているパルス信号を線
路１４６に与える。

カウンタ１１２は２分の１分周カウンタであり、これは
グラフ１４４で示されているように５計数値の相続く時
間間隔にわたって交番的な高レベルおよび低レベルの信
号を線路１４８に与える。

線路１４８の信号はアンドゲート１１８，１２０゜１２
２および１２４を経てカウンタ１１４および１１６に供
給され、この信号はアンドゲート１２０および１２４へ
の入力において補数化される。

アンドゲート１２０および１２４への入力における信号
のこの補数化のため、アンドゲート１１８および１２０
は線路１４８の信号により交互に附勢され、そして同様
にアンドゲート１２２および１２４は線路１４８の信号
により交互に附勢される。

アンドゲート１１８および１２０はそれぞれカウンタ１
１４および１１６のクロック入力に結合されてカウンタ
１１４および１１６を交互に作動し、端子Ｅ１の信号の
４サイクルの時間間隔の相続く測定を行う。

次々の測定の間に不動時間を与えてこれらの測定の比較
およびカウンタ１１４および１１６のリセットを行える
ようにするのが望ましい。

従って、線路１４６の信号はアンドゲート１１８，１２
０，１２２および１２４にも結合され、これらの信号は
インバータ１２８を介して結合される。

インバー１２８はアンドゲート１１８および１２０への
供給の前に信号を補数化する。

このようにしてカウンタ１１０はアンドゲート１２２お
よび１２４に高レベルパルス信号を供給している間アン
ドゲート１１８および１２０に低レベルパルス信号を供
給する。

アンドゲート１１８および１２０に供給された低レベル
パルス信号はグラフ１４４に示されたように０および５
の計数値の期間中アンドゲート１１８および１２０を減
勢することにより前述した不動時間を与える。

アンドゲート１１８および１２０が０および５の計数値
の期間中減勢されている間、アンドゲート１２２および
１２４は附勢されてカウンタ１１４および１１６を０に
リセットする。

カウンタ１１０は第２図の比較器７８により与えられる
個々のパルスを計数し、カウンタ１１４および１１６は
第３図のクロック装置９０により端子Ｈに与えられる４
ＭＨｚのクロックパルス信号を計数し、カウンタ１１４
および１１６のリセットはクロック装置９０により与え
られる端子ＦのＩＭＨｚのクロックパルス信号の１つの
クロックパルスにより与えられる。

カウンタ１１０はモジュロ−５で計数を行ない、各５の
計数値の期間中に高レベルのパルス信号を発生する。

このようにして、前述したように、グラフ１４４に示さ
れたような１０の尺度でカウンタ１１０のパルスは各Ｏ
の計数値および各５の計数値の期間に生じる。

カウンタ１１２はカウンタ１１０によりパルスの各各を
計数する。

従って、動作において、端子Ｅに信号が現われると、カ
ウンタ１１０は前に計数を終了した点で計数を開始し、
その結果、アンドゲート１１８および１２０は交互に附
勢され、アンドゲート１１８は１から４までの計数値の
期間中クロックパルスを端子Ｈからカウンタ１１４に通
過させるように附勢される。

カウンタ１１６はグラフ１４４において知られるように
６から９までの計数値の期間中附勢される。

カウンタ１１４はＯの計数値の期間にリセットされ、カ
ウンタ１１６は５の計数値の期間にリセットされる。

このようにして、１から４までの計数値の期間中、線路
１４８の信号が高レベルにありかつ線路１４６の信号が
低レベルにあるとき、端子Ｈからのクロックパルスがア
ンドゲート１１８を通過させられカウンタ１１４により
計数される。

６ないし９の計数値の期間中、線路１４８の信号が低レ
ベルにありかつ線路１４６の信号も低レベルにあるとき
、端子Ｈのクロックパルス信号がカウンタ１１６により
計数されるべくアンドゲート１２０を通過させられる。

減算器１３４はカウンタ１１４および１１６に現われる
計数値を連続的に減算する。

これらのカウンタの出力は一組の線路を示すため太い線
で示され、計数値の各ビットまたはディジットあたり１
本の線が設けられている。

一組の線路を同様に示すため図面の他の部分でも同様に
太い線が用いられている。

２つのカウンタ１１４または１１６の１つがまず計数を
開始するので、減算器１３４は図面にＤで示される差を
示し、この差は比較器１３６への基準入力であるＨの値
よりも大きい。

例えば、Ｒの値はつまみ１４２および符号器１４０によ
り２に等しく設定される。

このようにして、減算器１３４が２に等しいかまたは２
より小さい差を示すききは信号が比較器１３６によりオ
アゲート１３０を通してアンドゲート１２６に通過させ
られる。

アンドゲート１２６の附勢は端子Ｆ１からのクロックパ
ルスをしてレジスタ１３８をストローブさせる。

端子Ｆ１からのクロックパルスは、更に遅延装置１３２
を介して、カウンタ１１４及び１１６にリセット信号を
出力するアンドゲート１２２及び１２４に与えられる。

この遅延装置１３２による遅延によって、カウンタ１１
４のカウント値がレジスタ１３８にストローブされた後
でカウンタがリセットされることが保証される。

レジスタ１３８のストロービングの後にアンドゲート１
２６を減勢するため付加的フリップフロップ１５０が設
けられている。

フリップフロップ１５０は第３図の線路９８のキー信号
によりセットされそして端子Ｐによりフリップフロップ
１５０に結合されている。

第６図を参照して後に説明されるように、キー信号は第
１図の変換器２６および２８からの音波エネルギーの各
送信を開始する。

フリップフロップ１５０はアンドゲート１２６の出力の
ストローブ信号によりリセットされ、これにより、レジ
スタ１３８が音波エネルギーの各送信毎に１度ずつスト
ローブされるようにするのを確実ならしめる。

これは海２２の反響から受信される信号に対する不感性
を与える。

加うるに、線路１４６の信号はアンドゲート１２６に加
えられて、レジスタ１３８のストロービングが前述した
不動時間の期間中にだけ生じるようにするのを確実なら
しめる。

希望する場合、雑音および反響からの一層の不感性を与
えるように３つ以上の測定間での比較を行うためカウン
タ１１４および１１６に関連して付加的なカウンタ（図
示せず）を用いることができる。

カウンタ１１４および１１６内の計数値の比較により正
確であるとして検証された新しいデータがアンドゲート
１２６を通してレジスタ１３８に入れられる時点までデ
ータはレジスタ１３８に連続的に記憶されることを注意
すべきである。

このようにして、本発明の装置は音波エネルギーのエコ
ーが変換器２６および２８に入射する瞬間を除きデータ
が受信されないようになっているパルス式ドプラーソナ
ーの使用を企図するけれども、レジスタ１３８はデータ
が更新される時点まで前に得られたデータを連続的に利
用できるようにする記憶媒体として作用する。

このようにして、抽出装置８４は周波数追跡装置の機能
を果し、従来技術のアナログ位相ロック追跡装置に優る
相当の改良を示す。

この従来技術の追跡装置では本装置のデータ検証装置が
なくて存在するいかなるデータにも位相ロックしようと
試み、テークが不存在の期間中ドリフトしようとする傾
向を有する。

本装置は新しいデータが得られないとき記憶されたデー
タを利用するのでこのようなドリフトを受けない。

第５図には第３図に対応的に示された端子と相互接続さ
れる端子Ｇｌ、Ｇ２．Ｊｌ、Ｊ２．におよびＭを有する
結合装置８６のブロックダイヤグラムが示されている。

結合装置８６はカウンタ１５２．１５４，１５６，１５
８，１６０および１６２、レジスタ１６４および１６６
、遅延装置１６８、選択装置１７０、比率乗算器１７２
、符号器１７４、符号器１７４内の数を選択するための
つまみ１７６を有する。

カウンタ１５２および１５４は同じであり、各々モジュ
ロ−Ｍのカウンタであってその端子Ｐにおいて数Ｍにフ
リセットされ、かつ各々はＭの計数値が得られるときは
いっでも出力パルス信号１８０を発生しながら端子Ｃに
入来するクロックパルスを連続的に計数する６カウンタ
１５２に加えられるクロックパルスはクロック装置９０
の端子Ｊ１から得られ、これらのクロックパルスはＩＭ
Ｈｚの反復周波数で到達し、これに対し、カウンタ１５
４に対するクロックパルスは端子Ｊ２から得られ、これ
らのクロックパルスもＩＭＨｚの周波数にあるが位相は
端子Ｊ１のクロックパルスに対し偏移させられている。

この位相差は図面において記号φ１およびφ２により示
されている。

カウンタ１５２は第４図の抽出装置８４の第１のチャン
ネルのレジスタ１３８に記憶された数でプリセットされ
そして端子Ｇ１を経て結合され、これに対して、カウン
タ１５４はチャンネル２の対応するレジスタによりプリ
セットされそして端子Ｇ２を経て結合される。

第４図について前述したように、チャンネル１のレジス
タ１３８ならびにチャンネル２の対応するレジスタはそ
の内に連続的に記憶される数を有し、それ故２つのカウ
ンタ１５２および１５４はそれぞれのレジスタ１３８に
より記憶されたデータが更新されるまでそれらがプリセ
ットされたそれぞれの数を１２」を法とする算術に従っ
て計数し、データの更新がなされた時点でカウンタ１５
２および１５４は新しいデータ「２」を法とする算術に
従って計数する。

前述したように、前方変換器２６に入射しかつ抽出装置
８４の第１のチャンネルにより処理される音波エネルギ
ー中のデータは船２０の前方運動に対し正のドプラー周
波数偏移を示し、これに対し、後方変換器２８に入射し
かつ抽出装置の第２のチャンネルにより処理される音波
エネルギー中のデータは負のドプラー偏移を示す。

第１および第２のチャンネルのドプラーデータを結合す
るため、第２のチャンネルのテークはアップダウンカウ
ンタ１５６により第１のチャンネルのデータから減算さ
れる。

カウンタ１５２の出力パルス信号１８０はカウンタ１５
６のクロック入力端子Ｃ１に加えられる。

カウンタ１５６はアップダウンカウンタであってクロッ
ク入力端子Ｃ１に入るパルスをカウントアツプし、かつ
この間にクロック入力端子Ｃ２に入るパルス信号をカウ
ントダウンする。

カウンタ１５４の出力パルス信号１８０はクロック端子
Ｃ２に加えられ、その結果、カウンタ１５６により得ら
れる合計の計数値はカウンタ１５２および１５４の出力
パルス信号１８０の反復周波数の差に比例する。

クロック端子Ｃ１に入るパルス信号１８０は端子Ｊ１お
よびＪ２のクロック信号の相対位相のため端子Ｃ２に入
るパルス信号１８０と異なる時間に端子Ｃ１に到達し、
これによって、カウンタ１５６が上方および下方に同時
に計数する必要があるというような情況を排除する。

カウンタ１５６により得られるドプラー周波数の測定は
成る時間間隔、例えばこの好ましい実施例では６秒間に
わたって平均化される。

端子Ｋにクロック装置９０により与えられるタイミング
信号は６秒間隔ずつ離れた一連のクロックパルスからな
る。

端子にの信号遅延装置１６８を経てカウンタ１５６およ
び１６０のリセット端子に供給されて各６秒の終り毎に
これらのカウンタをクリアする。

このようにして、カウンタ１５６により累算される合計
の計数値は６秒間にわたり累算される合計のドプラー位
相偏移に比例し、この６秒という時間は雑音および反響
の効果を実質上除去するのに充分なだけ長い。

カウンタ１５６の合計計数値が正の数を表わすか或いは
負の数を表わすかを決定するため、この計数値は端子に
の６秒間隔のクロック信号によりレジスタ１６４中へと
ストローブされる。

遅延装置１６８はカウンタ１５６をリセットする前にこ
のストロービングを完了するのを可能ならしめるに充分
な遅延を与える。

レジスタ１６４はこの計数値を記憶しそして１対の出力
線路を与え、ζ出力として示される１組の線路はカウン
タ１５６からレジスタ１６４に入れられたのと同じ数で
あり。

これに対し、Ｑとして示される第２の出力は記憶された
計数値の数字が補数化されてしまっている１組の線路を
表わす。

よく知られているように、この数の補数は近似的に１か
らその数を減算したものに等しく、誤りがあるのは最下
位のビットにおいてだけであり、この誤りはカウンタ１
５６の大きな値の計数値に対し無視し得る。

例えば、この好ましい実施例ではカウンタ１５６は１つ
の１２ビツト型２進数を与え、これに対し、６秒の計数
期間中の４０ノツトの船速に対する最大計数値は２０４
８（これは１つの１１ビツト型数である）よりも小さい
。

第１図の船２０が逆方向に移動している場合、４０９６
という計数値が最初は記録され、以後の計数は４０９６
よりは小さくしかも２０４８よりは大きい１つの数を記
録し、この場合１２番目のビットは高レベルにある。

１２番目のビットは最上位のビットであり、このビット
は線路１８２を経て選択装置１７０に送られて選択装置
１７０を作動し、レジスタ１６４のζ出力すなわち補数
出力を選択する。

選択装置１７０は２群の２進信号の一方を選択するため
の公知の電子スイッチである。

選択装置１７０により選択された数は比率乗算器１７２
に加えられる。

比率乗算器１７２は前述した比率乗算器１０２と同じも
のである。

従って、比率乗算器１７２に加えられる端子Ｍの温度訂
正されたクロックパルスに応答して、比率乗算器１７２
の出力の線路１８４に選択装置１７０により比率乗算器
１７２の入力に供給されたディジタル数に比例する平均
周波数を有する一連のり田ツクパルスが現われる。

従って、線路１８４に現われるパルスの平均反復周波数
は海２２の水の温度に対する補償がなされている再生さ
れた搬送波ドプラー周波数偏移を表わす。

フィート７秒すなわちノット単位で出力データを発生す
るように線路１８４のパルス信号の平均反復周波数を目
盛るため、入力Ｐにおいて符号器１７４からのディジタ
ル数でプリセットされるカウンタ１５８が用いられる。

カウンタ１５８はモジュロＭで計数し、数Ｍはカウンタ
１５８がプリセットされた数である。

カウンタ１５８がＭなる計数値に達する毎に、これはそ
の出力にパルス１８６を発生する。

パルス１８６は線路１８４のパルスの平均反復周波数に
比例する平均反復周波数で生じる。

比率乗算器１７２などの比率乗算器内のゲートおよびフ
リップフロップ回路の性質からよく知られるように、線
路１８４のパルスの次々のもの間の時間に相当の変動が
あるが、多数のこれらのパルスを含む長い時間にわたる
多数のこれらのパルスの計数値は経過時間の非常に正確
な測定値である。

カウンタ１５８は実質的に数Ｍにより線路１８４のパル
スの反復周波数を与え、この数Ｍは線路１８４のパルス
の瞬時反復周波数の前記の不規則性を実質上平滑して線
路１８４の信号のＭなる数のパルスにわたる平均化を行
い、これはパルス１８６の平滑された反復周波数を生じ
させる。

パルス１８６が次いで前述した６秒期間にわたって計数
されて船２０の速度を表わす合計計数値を与え、この速
度データは速度指示器１９０上に速度を示すため線路１
８８を経て表示装置４０に送られる。

端子にの６秒間隔のクロック信号はカウンタ１６０の計
数値をストローブしてレジスタ１６６に入れ、次いで遅
延装置１６８の前述した遅延の後カウンタ１６０をリセ
ットする。

レジスタ１６６が更新される時間まで速度指示器１９０
を作動するためドプラーデータがレジスタ１６６に記憶
される。

船２０が移動した距離も船２０の移動時間の期間中にわ
たってパルス１８６を計数することによって得られる。

この計数は船２０の航行の初めに手動リセット装置１９
２によりリセットされるカウンタ１６２によりなされる
。

任意の時刻においてのカウンタ１６２により累算された
合計計数値はその時間までに船が移動した距離を表わし
そして指示器１９６により示されるべく線路１９４を介
して表示装置４０に送られる。

指示装置１９８により表示装置４０には船が順方向に移
動しているがそれとも逆方向に移動しているかについて
の指示が示され、このデータは線路１８２の最上位のビ
ットの信号により指示装置１９８に結合される。

第６図には深度処理装置８８のブロックダイヤグラムが
示され、この深度処理装置はカウンタ２００．２０２，
２０４および２０６、符号器２０８および２１０、符号
器２０８および２１０内の数をそれぞれ選択するためそ
れぞれ符号器２０８および２１０に結合されたつまみ２
１２および２１４、遅延装置２１６および２１８、レジ
スタ２２０および２２２、フリップフロップ２２４゜前
述した比率乗算器１０２と同様の比率乗算器２２６、ア
ンドゲート２２８、および可変周波数クロック装置２２
９からなる。

深度処理装置８８は端子Ｊ２にクロック装置９０により
供給されるクロック信号を計数して、ソナー発信間の時
間を測定すると共に線路９８の信号を第３図のフリップ
フロップ９２に送信して第１図の送信機３４の発信を開
始する。

処理装置８８はまた送信機３４による発信と変換器２６
および２８での音波エネルギーのエコーの受信間の経過
時間を測定する。

処理装置８８は下記のように動作する。

カウンタ２００はモジュロＭで計数し、ここで数Ｍは符
号器２０８により端子Ｐにプリセットされる。

カウンタ２００は端子Ｊ２により与えられるクロックパ
ルスを計数しそして各Ｍの計数値毎にパルス信号２３０
を発生し、この信号２３０は線路９８により第３図のフ
リップフロップ９２に送られる。

パルス信号２３０はフリップフロップ２２４をセットす
るためフリップフロップ２２４のセット入力端子にも供
給され、そしてまたカウンタ２０２の計数値をクリアす
るためカウンタ２０２のリセット端子Ｒにも供給される
。

フリップフロップ２２４のセットに応答してアンドゲー
ト２２８はクロックパルスを端子Ｊ２からカウンタ２０
２のクロック入力端子Ｃに通過させる。

カウンタ２０２は端子Ｃに入るクロックパルスを計数し
てこの計数値をレジスタ２２０に供給する。

カウンタ２０２は前方変換器２６でのエコーの受信まで
計数し続け、その受信は端子Ｌ１における受信機の信号
により示され、これはフリップフロップ２２４のリセッ
ト端子に送られてフリップフロップ２２４をリセットし
、これによりアンドゲート２２８を通してのクロックパ
ルスの通過を終了する。

端子Ｌ１の信号は遅延装置２１６を介して通過させられ
てレジスタ２２０をストローブし、これによりカウンタ
２０２の計数値をレジスタ２２０内の記憶装置に入れる
。

遅延装置２１６の遅延はフリップフロップ２２４のリセ
ットを可能ならしめそしてレジスタ２２０のストロービ
ングの前にカウンタ２０２の計数の休止させる。

カウンタ２０２は次の発信までその計数値を維持し、そ
の時点でこれはパルス信号２３０によりクリアされる。

このようにして、レジスタ２２０は送信機３４による発
信と第１図の前方変換器２６におけるエコーの受信との
間の経過時間を表わす数を記憶する。

レジスタ２２０に記憶された数は比率乗算器２２６によ
り海２２の水の温度の効果に対する訂正を行う。

比率乗算器２２６はクロック装置２２９からクロックパ
ルス信号を受信する。

クロック装置２２９にはつまみ２３１が設けられていて
、比率乗算器２２６に供給されるクロックパルスの周波
数を調整し海２２の水の種々の深さにおける温度変化に
よる第１図の変換器２６により送信される音波エネルギ
ーの伝搬速度の変化を補償できるようになっている。

レジスタ２２０に記憶された数は比率乗算器２２６の入
力端子に加えられ、比率乗算器２２６はそれに応答して
レジスタ２２０に記憶された数に比例する平均周波数を
有するクロックパルス信号を線路２３２に供給する。

このようにして、線路２３２に現われるクロックパルス
は前方変換器２６から海底６４までおよびそこから前方
変換器２６まで戻る音波エネルキーパルスの温度訂正さ
れた合計の伝搬時間を表わす平均反復周波数を有する。

従って、線路２３２の信号の平均反復周波数は海２２の
深さを表わす。

カウンタ２０４は第５図のカウンタ１５８を参照して前
に述べた目盛づけ動作と同様の方法でフィート、メート
ルまたはヤードで読出すべく深さを目盛つけるのに利用
される。

このようにして、カウンタ２０４は符号器２１０により
数Ｍにプリセットされそしてその後にモジュロＭ（Ｍを
法とする算術）で線路２３２のパルスを計数してＭの計
数値の達成毎にパルス信号２３４を発生する。

従ってパルス２３４の反復周波数は深さに比較する。

深さを表わす数は端子にの前述したクロック信号により
与えられる６秒の時間にわたってパルス２３４を計数す
ることによって得られる。

これはパルス２３４を計数するカウンタ２０６により達
成される。

この６秒間隔のクロック信号はレジスタ２２２をストロ
ーブしてカウンタ２０６の計数値の読出しを行うと共に
遅延装置を経てカウンタ２０６のリセット端子に供給さ
れて６秒の時間の終りにこの計数のクリアを行う。

遅延装置２１８により与えられる遅延はカウンタ２０６
のクリアの前にレジスタ２２２によるこの計数値の読出
しを行わしむる。

このようにして、レジスタ２２２は一連のパルス２３４
の６秒間の計数を表わす。

レジスタ２２２に記憶された数は海底６４の深さに等し
く、そして深さを指示装置２３８に指示するため線路２
３６を経て表示装置４０に送られる。

以上の説明から理解されるように、本発明では、放射エ
ネルギーの予め定めた数のサイクルの長さを順次に測定
して記憶装置である第４図のカウンタ１１４，１１６に
交互に記憶し、それらが実質上一致したことが検出され
た後にはじめて測定値を後段の期間（時間幅）一周波数
変換回路および周波数測定回路に送るようにしているの
で、送信用発振器の周波数ドリフトとか外部雑音の存在
する状態のときに誤った速度測定値が出力されてしまう
ことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による速度測定装置を備える船の描写図
を示し、第２図は第１図の受信機のブロックダイヤグラ
ム、第３図は第１図の受信機により受信された信号から
ドプラーデータを取出して第１図の送信機により送信さ
れるべき信号を発生するための第１図の電子装置のブロ
ックダイヤグラム、第４図は第１図の受信機からドプラ
ーデータを抽出するための第３図のドプラー抽出装置の
ブロックダイヤグラム、第５図は第１図に示された２つ
の変換器の各々により受信された信号から得られたドプ
ラーデータを結合するための第３図のドプラー結合装置
のブロックダイヤグラム、第６図は第１図の送信機から
のエネルギーの送信と第１図の受信機による反射エネル
ギーの受信との間の経過時間を測定するための第３図の
深度処理装置のブロックダイヤグラムで、図中、２０は
船、２２は海、２４は速度測定装置、２６は前方変換器
、２８は後方変換器、３０は油入ハウジング、３２は受
信機、３４は送信機、３６および３８はＴ−Ｒ回路、４
０は表示装置、４２はサーミスタ、４４は電子装置、６
６は増幅器、６８は帯域フィルタ、７０は比較器、７２
は基準信号源、７４はミキサ、７６は低域フィルタ、７
８は比較器、８０は基準信号源、８２はつまみ、８４は
抽出装置、８６は結合装置、８８は処理装置、９０はク
ロック装置、９２は単安定フリップフロップ、９４はつ
まみ、９６はアンドゲート、１００はアナログ−ディジ
タル変換器、１０２は比率乗算器、１１０はカウンタ、
１１８はアンドゲート、１２８はディジタルインバータ
、１３０はオアゲート、１３２は遅延装置、１３４は減
算装置、１３６は比較器、１３Ｂはレジスタ、１４０は
符号器、１４２はつまみ、１５２はカウンタ、１６４は
レジスタ、１６８は遅延装置、１７０は選択装置、１７
２は比率乗算器、１７４は符号器、１７６はつまみ、１
９８は指示装置、２００はカウンタ、２０８および２１
０は符号器、２１６および２１８は遅延装置、２２０は
レジスタ、２２４はフリップフロップ、２２６は比率乗
算器、２２８はアンドゲート、２２９はクロック装置、
２３８は指示装置を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 媒質に浮遊して移動する乗物の速度を測定する速度
   測定装置であって、 （イ）媒質中に放射エネルギーを送出し媒質を通して反
   射された放射エネルギーを受信する変換器装置と、 （ロ）前記変換器装置に結合され前記反射された放射エ
   ネルギーの予め定めた数のサイクルの期間の長さを順次
   に測定してその値を記憶する期間測定装置と、 （ハ）前記期間測定装置に結合され前記記憶された順次
   の測定値の間に実質上の一致が生じたとき一致信号を出
   力する一致信号装置と、 に）前記一致信号装置に結合され前記一致信号装置から
   の一致信号の出力後前記記憶された測定値に比例する周
   波数を有する周期的信号を発生する周期的信号発生装置
   と、 （ホ）前記周期的信号発生装置に結合され前記周期的信
   号の周波数を測定して前記乗物の速度を決定する装置と
   、 から構成される速度測定装置。 ２ 媒質に浮遊して移動する乗物の速度を測定する速度
   測定装置であって、 （イ）前記乗物の水平軸に垂直な軸に対し前方及び後方
   の予め選択した角度方向の媒質中に放射エネルギーを送
   出し媒質を通して反射された放射エネルギーを受信する
   第１及び第２変換器装置と、 （ロ）前記第１及び第２変換器装置に夫々結合され前記
   反射された放射エネルギーの予め定めた数のサイクルの
   期間の長さを順次に測定してその値を記憶する第１及び
   第２期間測定装置と、（ハ）前記第１及び第２期間測定
   装置に夫々結合され前記記憶された順次の測定値の間に
   実質上の一致が生じたとき一致信号を出力する第１及び
   第２一致信号装置と、 に）前記第１及び第２一致信号装置に夫々結合され該一
   致信号装置からの一致信号の出力後前記記憶された測定
   値に比例する周波数を有する周期的信号を発生する第１
   及び第２周期重信号発生装置と、 （ホ）前記第１及び第２周期重信号発生装置に結合され
   該周期的信号発生装置からの周期的信号を算術的に結合
   して前記乗物の速度を決定する装置と、 から構成される速度測定装置。