JPS61120980A - 海流計測装置 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野） 本発明は海流計測装置、特に深海流を計測する海流計測
装置に関する。

（従来の技術） 海流計測装置、特に深海流を追跡計測する海流計測装置
の従来の技術を第２図によって説明する。

従来、海中の任意の一点における時系列的海流の変化を
測定する場合、浅海では測定箇所の付近において地球座
標に対して固定されている掘削リグ・石油生産ジャケッ
ト等の如きものや地球座標での位置が明確なものに回転
羽根型の流速計を設置し、その回転数を計測することに
よって海流の計測を行っていた。

しかし、最近海岸から遠く隔った水深数千ｍの海洋で深
海流の追跡を行う必要が生じてきた。この目的のために
海水とほぼ同じ比重のブイ（中立ブイという）を放流し
て、海の中層の海水の動き（すなわち海流）Ｋ乗って指
定された深度で移動する中立ブイを追跡してその時刻と
位置から海流を計測するという方法が使用されている。

このブイの追跡にわたっては必らず水中の距離を測定す
る必要があシ、そのための媒体として音の伝搬を利用し
ている。

大洋中の測定箇所に、一定時間毎に超音波パルスを発射
する中立ブイ４３を放流する。中立ブイ４３から発射さ
れた超音波パルスは、海底５２と海面５１との間で中立
ブイ４３に搭載されている発音体を中心とした円弧状に
拡が９、そのうち伝搬径路５３Ｂ、５３Ｃを通った超音
波パルスが海岸の近傍の海中にある受波器４６Ｂ、４６
°Ｃに到達する。

受波器４６Ｂに達した超音波パルスは電気パルス信号に
変換されて送信局４７に入力して無線信号９４Ａとして
受信局４８に達しふたたび電気パルス信号となる。また
受波器４６ＣＫ達した超音波パルスは電気信号に変換さ
れて電気パルス信号となって受信局４８に入力される。

この両者の電気パルス信号の時間差と水中の音波伝搬速
度（無線信号の伝搬速度３Ｘ１０’ｍ／ｓは水中音波伝
搬速度１．５Ｘ１０”ｍ／ａ　ＩＣ比べて極端に大きい
ので通常無線信号の伝搬時間は無視して問題彦い）がら
中立ブイ４３・受波器４６Ｂ間と中立ブイ４３φ受波器
４６Ｃ間との距離差を得ることができる。

さらに受波器４６Ｂ、４６Ｃ外の１箇所に第三〇受波器
をまたその近傍にその送信局を設置し、上記と同様の方
法で中立ブイ４３と受波器との間および中立ブイ４３と
受波器４６Ｃとの間の距離差を得ることができる。

従って海岸近傍に設置された受渡器４６Ｂ−４６０およ
び第三〇受波器のうちの２点を焦点とする双曲線上の交
点が中立ブイ４３の位置となるので、一定時間毎に中立
ブイ４３の位置上京めて移動する中立ブイ４３の速度と
その方向（すなわち海流の速度とその方向）ｔ−求める
ことができる。

なお、中立ブイ４３のＲ度５４Ｂ（すなわち海流測定深
度）は中立ブイ４３に搭載している深度センサの値に従
って中立ブイ４′３から発射される音波を変調して受信
局で復調して海流計測のデータとしている。

以上説明したように、海流計測の中で中立ブイ４３と受
波器４６Ｂ＠４６０等との距離計測に音波の伝搬を利用
している。しかし、海中の音速は深度によって異り、海
面から水深１０００ｍ付近までは水温の変化に影響され
て水深が深くなるに従って音速が遅くなりｓ　　１００
０ｍ付近から深海にかゆては水圧の変化に影響されて水
深が深くなるに従って音速が早くなる。すなわち水深ｔ
ｏｏ。

ｍ付近が最小音速となる。従って水深１１００Ｑ付近で
は音波のエネルギが集束して極めて損失の少々い伝搬を
する（水深１０００ｍ付近の云搬帯を５ＯＦＡＲチヤネ
ルという）ので数百〜数千ｋｍの伝搬も実用化されてい
るが、８０ＦＡＲチヤネルを外れると拡散伝搬と海底や
海面の反射による球面減衰が急激に増加し、実用できる
距離が極めて短かく々る。

そのため、以上説明した従来の技術は水ｍ１０００ｍ付
近では実用されているが数千ｍ以上の深海では使用でき
ないという欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明が解決しようとする従来の技術の問題点は、上述
のように水深が１０００　ｍ付近（ＳＯＦＡ）ｌチャネ
ル）を外れると、中立ブイの位置計測のための水中音響
の減衰が極端に増加して計測できなくなることにある。

従って本発明の目的は上記欠点を解決した海流計測装置
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の海流計測装置は、深度センサと、前記深度セン
サの出力信号に応じて変調した超音波パルスを発射する
発音体を備える中立ブイと、前記超音波パルスを受波す
る少なくとも３個の受波素子と、前記受波素子から出力
される受波素子出力信号を受けて方位ゆ深度計測信号を
出力する方位ｅ深度計測値処理回路と、漂流ブイの方位
信号を出力する方位センサと、前記漂流ブイの傾斜信号
を出力する傾斜センサと、前記方位・Ｉ！！＠度計測信
号と前記方位信号と前記傾斜信号とを入力して前記漂流
ブイからみた前記中立ブイの真万位・深度の相対距離信
号および相対方位・俯角信号を出力する方位・深度相対
値算出回路と、前記相対方位・俯角信号を人力して推進
装置を制御する推進装置制御信号を出力する推進装置制
御器と、前記推進装置制御信号を入力し前記漂流ブイを
前記中立ブイの直上付近に位置させるための舵または舵
効果手段を有する少なくとも１個の推進装置と、前記漂
流ブイの地球上の位置を計測して漂流ブイ測位信号を出
力する測位手段と、前記真方位・深度・相対距離信号と
前記漂流ブイ測位信号とを入力して前記中立ブイの地球
上の位置を計測し中立ブイ測位信号を出力する位置算出
回路とを備える前記漂流ブイとを具備して構成される。

（実施例） 次に本発明について実施例を示す図面を参照して詳細に
説明する。

第１図は本発明の第一の実施例の構成をブロック図で示
したもの、第３図は本発明の一実施例の動作の一例を側
面図で示したものである。

第１図を参照するに、本実施例は深度センサ３２とその
出力データす々わち深度信号で変調された超音波パルス
を発射する発音体３１とを搭載している中立ブイ４３と
、発音体３１から発射される超音波パルスを受信し受波
素子出力信号７１Ａ・７ｔＢ＠７１Ｃを出力する受波素
子ＩＡ・ＩＢ・ＩＣと、受波素子出力信号７１Ａ−７１
Ｂ・７１Ｃを入力して方位・深度計測信号７２を出力す
る方位の深度計測値処理回路２と、漂流ブイ４１の真方
位を計測して方位信号７３を出力する方位センサ３と、
漂流ブイ４１の動揺による傾斜角度を計測して傾斜信号
７４を出力する傾斜センサ４と、方位・深度計測信号７
２と方位信号７３と傾斜信号７４とを入力し漂流ブイ４
１から見た中立ブイ４３の真方位置深度・水平距離を示
す真方位・深度・相対距離信号７５および漂流ブイ４１
から見た中立ブイ４３の相対方位・俯角信号７６を出力
する方位置深度相対値算出回路５と、相対方位・俯角信
号７６を入力し漂流ブイ４１が中立ブイ４３の直上位置
の近傍に位置するよう推進装置制御信号７７を出力する
推進装置制御器６と、推進装置制御信号７７を入力して
作動する舵または舵効果手段を有する推進装置７と、漂
流ブイ４１の地球上の位置を計測し漂流ブイ測位信号７
８を出力する測位手段８と、真万位・深度・相対距離信
号７５と漂流ブイ測位信号７８とを入力して中立ブイ測
位信号７９を出力する位置算出回路９と、時刻信号８０
を出力する時計装置２０と、中立ブイ測位信号７９と時
刻信号８０を入力して中立ブイ速度信号８１を出力する
速度算出回路１０と、中立ブイ速度信号８１を入力して
その値を記憶する記憶装置２１と、中立ブイ速度信号８
１を入力してそれを表示する表示装置２２と、受波素子
ＩＡ・ＩＢ・ＩＣと万位（深度計測値処理回路２と方位
セン？３と傾斜センサ４と万位・深度相対値算出回路５
と推進装置制御器６と推進装置７と測位手段８と位置算
出回路９と時刻装置２０と速度算出回路１０と記憶装置
２１と表示装置２２とを搭載する漂流ブイ４１とを備え
ている。

次に第１図および第３図を参照して第一の実施例の動作
を詳細に説明する。

大洋中を浮遊している中立ブイ４３１Ｃは、深度センサ
３２とこの深度センサ３２の出力に応じて変化する超音
波パルス（超音波パルスは繰返し周期またはパルス幅ま
たは振幅または送信周波数（以下単忙繰返し周期等とい
う）によって中立ブイ４３の計測した深度計情報を伝達
する）を発生する発音体３１とが搭載されている。中立
ブイ４３は大洋中をその深度５４Ａが大きく変動せず海
流に乗って移動する。

発音体３１から発射された超音波パルスは水中伝搬の径
路５３Ａを通りて漂流ブイ４１の底部に搭載された受波
素子ＩＡ・ＩＢ・ＩＣに到達する。

受波素子ＩＡ・ＩＢ・ＩＣは超音波パルスを受けると受
波素子出力信号７１Ａ・７１Ｂ−７１０に変換して万位
・深度計測値処理回路２へ出力する。

発音体３１が受波素子ＩＡ・ＩＢ・ＩＣの直下にあると
きは、受渡素子ＩＡ・ＩＢ−ＩＣに到達した時の超音波
パルス間の時間差はなくて同時刻・同位相であるが直下
でないときはこの時間差はある値を示し、この時間差ま
たは位相差によって超音波パルスの到来方向すなわち漂
流ブイ４１に対する中立ブイ４３０万位を知ることがで
きる。この演算は方位・深度計測値処理回路２で行う。

また超音波パルスにはその繰返し周期等に深度セン？３
２で測定された深度情報が含まれているので、方位・深
度計測値処理回路２は、受波素子ＩＡ・ＩＢ・ＩＣを通
して受信した超音波パルスから深度情報を取シ出し、こ
れらの結果を万位ＩＩ深度計測信号７２として出力する
。

なお超音波パルスの受波素子ＩＡΦＩＢ・ＩＣの相互間
隔は、その超音波パルスの入力の時間差を利用して方位
を計測するために相互間隔を大きくする必要があるので
、それぞれ個別の容器に収納して漂流ブイ４１の底部に
離して装備するが、超音波パルスの位相差を利用して方
位を計測する場合には相互間隔が小さくなるので受波素
子ＩＡ・ＩＢφＩＣは同一容器に収納することが多い。

方位・深度計測信号７２は方位・深度値算出回路５に入
力される。同時４Ｃｆｆｉ気コンパスまたはジャイロコ
ンパスで構成される方位上ンサ３から「北」を基準とし
た漂流ブイ４１の方位角すなわち方位信号７３が、また
振子または垂直ジャイロで構成される傾斜上ンサ４から
垂直軸を基準とした漂流ブイ４１の傾斜角すなわち傾斜
信号７２が方位・深度相対値算出回路５へ入力される。

方位拳深度相対値算出回路５は、方位１深度計測信号７
２のうち中立ブイ４３の方位を表わす信号を計測時の漂
流ブイ４１の傾斜角を表わす傾斜信号７４で補正して水
平位置にある漂流ブイ４１の中立ブイ４３に対する俯角
５５とその相対方位とを表わす相対方位Φ俯角信号７６
を出力し、また方位・深度計測信号７２のうち中立ブイ
４３の深度を表わす深度信号をそのままの状態で真方位
・深度・相対距離信号７５の一部として出力する。また
、相対方位・俯角信号７６のうち相対方位信号は漂流ブ
イ４１の真方位を表わす方位信号７３によって補正して
漂流ブイ４１の中立ブイ４３に対する真方位を算出し、
真方位・深度・相対距離信号７５の一部として出力する
。さらに相対方位・俯角信号７６のうち俯角信号と方位
・深度計測信号７２のうちの深度信号とから漂流ブイと
中立ブイの水平距離である相対距離を求め、真方位・深
度書相対距離信号７５の一部として出力する。このよう
にして方位・深度絶対値算出回路５から真万位・深度・
相対距離信号７５および相対方位・俯角信号７６が出力
される。

相対方位・俯角信号７６は推進装置制御器６に入力し、
制御器６は、漂流ブイ４１が中立ブイ４３の直上に近く
位置するように、漂流ブイ４１の底部に装備されておシ
、舵または舵効果手段を有する推進装置７の動作を制御
するための推進装置制御信号７７を出力する。推進装置
制御信号７７は、例えば漂流ブイ４１から見た中立ブイ
４３に対する俯角５５があらかじめ定められた第一の値
を越えたときに推進装置７を始動せしめ、あらかじめ定
められた第二の値より小さくなったときに推進装置７′
ｔ−停止せしめるように推進装置７ｔ−動作させて漂流
ブイ４１を移動させる。

衛星を利用して漂流ブイ４１の地球上の絶対位置を計測
する測位手段８（例えば、各時刻毎に地球に対する位置
が決定または推定できる複数個の測位衛星４４から、あ
らかじめ定められた時刻毎に送信されるその位置情報を
含んだ電波を漂流ブイ４１で受信して、受信時刻と送信
時刻との時間差から測位衛星４４と漂流ブイ４１との距
離を測定し、漂流ブイ４１の地球上の位置を計測する測
定手段）から出力ぐれる漂流ブイ測位信号７日と、万位
−深度相対値算出回路５から出力される方位・深度・相
対距離信号７５とが位置算出回路９に入力されると、位
置算出回路９は中立ブイ４１の地球上の座標を含む中立
ブイ測位信号７９を出力する。

一方、時計装置２０から各時刻毎の時刻信号８０を出力
されるので、この時刻信号８０と位置算出回路９から出
力される中立ブイ測位信号７９とを入力する速度算出回
路１０は、各時刻における中立ブイ４１の位置からその
時点の中立ブイ４１の速度をその大きさと方向とを含め
て算出し、中立ブイ速度信号８１として出力し、データ
レコーダ等で構成される記憶装置２１に記憶させると共
にディスプレイ装置等の表示装置２２に表示させてその
値を視認できるよう和する。もっとも漂流ブイ４１は通
常は無人で動作させているので、適当な間隔で漂流ブイ
４１を訪れて、記憶装置のテープを交換し、その際にお
ける作動確認のために表示装ｆｔ２２を使用することに
なる。

次に第二の実施例について第４図を参照して詳細に説明
する。

第４図は本発明の第二の実施例の構成をブロック図で示
したものである。

第二の実施例は第１図に示す第一の実施例のうち記憶装
置２１と表示装置２２とを陸上に設置するようにしたも
ので、第一の実施例と比較しながら追加した部分につい
ての構成と動作とを説明する。

本実施例においては速度算出回路１ｏから出力する中立
ブイ速度信号８１を入力し送信出力信号９３を出力する
送信器２３と、送信出力信号９３を入力し無線信号９４
を発射する送信空中線２４とを漂流ブイ４１に備え、無
線信号９４を受信して受信空中線信号９５に変換する受
信空中線２５と、受信空中線信号９５を入力しふたたび
速度信号８１を出力する受信器２６とを記憶装置２１お
よび表示装置２２と共に陸上局２８に備えて構成されて
いる。

送信器２３は、速度算出回路１０から入力した中立ブイ
速度信号８１を無線伝送に必要な周波数に変調して送信
信号９３として出力する。漂流ブイ４１の比較的高い場
所に取付けられている送信空中線２４は、この送信出力
信号９３を入力して、無線信号９４として空中に発射す
る。一方、陸上局またはその付近の高所に設けられた受
信空中線２４は無線信号９４を受信して受信空中線信号
９５として受信器２６に入力し、受信器２６は、これを
ふたたび中立ブイ速度信号８１に変換して記憶装置２１
および表示装置２２へ出力し、入力したデータの配慮を
させると共に表示装置２２にそのデータの表示を２行わ
せる。

次に第三の実施例について説明する。

第５図は本発明の第三の実施例の構成をブロック図で示
したものである。

第三の実施例は第４図に示す第二の実施例の構成のうち
漂流ブイ４１に搭載している速度算出回路１０を陸上局
２８に装備したものである。中立ブイ測位信号７９と時
刻信号８０とを送信器２３・送信空中線２４・受信空中
線２５・受信器２６を通して陸上局２８内の速度算出回
路１０に入力し、速度算出回路１０から出力された中立
ブイ速度信号８１を記憶装置２１と表示装置２２に出力
する。

以上説明したように、第一の実施例では計測装置全体を
中立ブイ４３と漂流ブイ４１に搭載しているが、第二、
第三の実施例では計測装置の一部を陸上で取扱えるよう
にしておシ、このため測定したデータを陸上で他の用途
用に処理することができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように１本発明の海流計測装置を用
いることにより、中立ブイから発射する超音波を、中立
ブイの直上に近い位置で漂流ブイ４１に装備された受波
素子ＩＡ・ＩＢ・ＩＣで受波することができるので、水
中の超音波の伝搬距離を極端に縮小して超音波の減衰量
を相当程度減少させ、漂流ブイ４１に対する中立ブイ４
３の位置の計測を容易にすることができるという効果が
ある。

また測位衛星４４などを基準とした測位手段を備えてい
るため、中立ブイの位置計測が容易になり、中立ブイ４
３の動き（すなわち深海流の動き）から海流の計測を容
易に行うことができ、従来不可能でありた深海流の連続
的計測が可能になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の構成を示すブロック図
、第２図は従来の中立ブイ位置計測装置の動作の一例を
示す斜視図、第３図は本発明の実施例の動作の一例を示
す側面図、第４および第５図は本発明の第二および第三
の実施例の構成を示すブロック図である。 ７１Ａ・７１Ｂ・７１Ｃ・・・・・・受波素子出力信号
、７２・・・・・・方位・深度計測信号、７３・・・・
・・方位信号、７４・・・・・・傾斜信号、７５・・・
・・・真方位・深度・相対距離信号、７６・・・・・・
相対方位・俯角信号、７７・・・・・・スラスタ制御信
号、７８・・・・・・漂流ブイ測位信号、７９・・・・
・・中立ブイ測位信号、８０・・・・・・時刻信号、８
１・・・・・・中立ブイ速度信号、９３・・・・・・送
信出力信号、９４・９４Ａ・・・・・・無線信号、９５
・・・・・・受信空中線信号。 華１１￥１ Ｊ−ノ゛　　　シ為トロｂ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　≠づ−Ｎ１狂フ′４＆２　　°　　　＊
ｆＦｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｐｌｂ”
ｐｔＣ：’１．’ＪＡ−Ａ；３　Ｂ　−ｔ３ｅ　：　２
１（’ｌ”ｔ；ｉ４Ｒ，ｌ＠ｃイーｔｗ　　　　　　　
、２７：ｔ　イ１芸ジノ’Ｅ−ｔＷβ：　　　　中ＩＬ
）′イｔｙ）Ｆ￥パ（４５；　　　　　稼（うキ）スｑ
第慴函 ３Ｍ；　　ｙｋｆｆ：ｔｘイｚｍＬｔｙ＋４’に’ｌ’
ｆｒ　　　　　　　ｔＨ：　　；Ｌｌ（ｉｆｉＴ’Ｈ客
ハ　　中１フイとｙ戻　　　　　　　　　　タタ　　防
１酊オ／・　４直　　　　　　　　／ＡｌεｉＣ受兼系
子榮３回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 深度センサと、前記深度センサの出力信号に応じて変調
   した超音波パルスを発射する発音体を備える中立ブイと
   、 前記超音波パルスを受波する少なくとも３個の受波素子
   と、前記受波素子から出力される受波素子出力信号を受
   けて方位・深度計測信号を出力する方位・深度計測値処
   理回路と、漂流ブイの方位信号を出力する方位センサと
   、前記漂流ブイの傾斜信号を出力する傾斜センサと、前
   記方位・深度計測信号と前記方位信号と前記傾斜信号と
   を入力して前記漂流ブイからみた前記中立ブイの真方位
   ・深度・相対距離信号および相対方位・俯角信号を出力
   する方位・深度相対値算出回路と、前記相対方位・俯角
   信号を入力して推進装置を制御する推進装置制御信号を
   出力する推進装置制御器と、前記推進装置制御信号を入
   力し前記漂流ブイを前記中立ブイの直上付近に位置させ
   るための舵または舵効果手段を有する少なくとも１個の
   推進装置と、前記漂流ブイの地球上の位置を計測して漂
   流ブイ測位信号を出力する測位手段と、前記真方位・深
   度・相対距離信号と前記漂流ブイ測位信号とを入力して
   前記中立ブイの地球上の位置を計測し中立ブイ測位信号
   を出力する位置算出回路とを備える前記漂流ブイと を具備することを特徴とする海流計測装置。