JPS6256991B2 - - Google Patents
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- JPS6256991B2 JPS6256991B2 JP54069361A JP6936179A JPS6256991B2 JP S6256991 B2 JPS6256991 B2 JP S6256991B2 JP 54069361 A JP54069361 A JP 54069361A JP 6936179 A JP6936179 A JP 6936179A JP S6256991 B2 JPS6256991 B2 JP S6256991B2
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 3
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
- G01S15/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はドプラ効果を利用した速度計に関する
ものである。
ものである。
従来航空機用ドプラレーダあるいは超音波を用
いた船舶用ドプラ速度計において、不必要な速度
成分の影響を少なくして正確な対地速度を測定す
るために同一周波数をもつ複数本のビームを使用
する方式がある。第１図は二つの超音波ビームを
用いた従来の船舶用速度計の一例を示すもので、
２系統Ａ，Ｂの送受信部で構成されている。各送
受信系統Ａ，Ｂにおいて、１′は発振器、２′は電
力増幅器、３′はプリアンプ、４′は局部発振器、
５′はメインアンプ、６′は周波数弁別器、７′は
指示器、９′は超音波振動子を用いた送受波器で
ある。この従来方式にあつては、同様な回路を２
系統必要とするので、構成部品数や組立工数も１
系統分の２倍近く必要であり、また船内に設置さ
れる装置本体と船外に装設される送受波器間を接
続するケーブルも２本であり、二つのビームを用
いるためにそのコストもほぼ２倍になるという問
題があつた。
いた船舶用ドプラ速度計において、不必要な速度
成分の影響を少なくして正確な対地速度を測定す
るために同一周波数をもつ複数本のビームを使用
する方式がある。第１図は二つの超音波ビームを
用いた従来の船舶用速度計の一例を示すもので、
２系統Ａ，Ｂの送受信部で構成されている。各送
受信系統Ａ，Ｂにおいて、１′は発振器、２′は電
力増幅器、３′はプリアンプ、４′は局部発振器、
５′はメインアンプ、６′は周波数弁別器、７′は
指示器、９′は超音波振動子を用いた送受波器で
ある。この従来方式にあつては、同様な回路を２
系統必要とするので、構成部品数や組立工数も１
系統分の２倍近く必要であり、また船内に設置さ
れる装置本体と船外に装設される送受波器間を接
続するケーブルも２本であり、二つのビームを用
いるためにそのコストもほぼ２倍になるという問
題があつた。
本発明は上記の点に鑑み成されたもので、周波
数の異なる二つのビームを使用すると共に送受信
部を１系統で構成することにより、装置のコスト
を大巾に節減することを目的とするものである。
以下実施例により本発明の構成をさらに詳述す
る。
数の異なる二つのビームを使用すると共に送受信
部を１系統で構成することにより、装置のコスト
を大巾に節減することを目的とするものである。
以下実施例により本発明の構成をさらに詳述す
る。
第３図は本発明を船舶用速度計に応用した例を
示すもので、比較的近い周波数ａおよびｂを
もつ２個の発振器１ａ，１ｂの出力を１個の電力
増幅器２で増巾する送信部Ｔと、両発振周波数の
差（ａ−ｂ）を中心周波数とする帯域増巾器
３を入力段とし、周波数変換器４および中間周波
増巾器５を経て周波数弁別器６の出力を指示器７
に表示する受信部Ｒと、上記送信部Ｔと受信部Ｒ
とにトラツプ回路１０およびミキサ１２を介して
接続され上記各周波数ａおよびｂを中心周波
数として互いに重複しない帯域幅をもつ一対の
波器８ａ，８ｂにそれぞれ船舶の前進方向と後進
方向に向けほぼ同一の俯角をもつて設置された一
対の送受波器９ａ，９ｂを接続してなる送受波部
Ｘとで構成したことを特徴とするドプラ速度計で
ある。図中、１０はトラツプ回路、１１はサンプ
ルホールド回路である。
示すもので、比較的近い周波数ａおよびｂを
もつ２個の発振器１ａ，１ｂの出力を１個の電力
増幅器２で増巾する送信部Ｔと、両発振周波数の
差（ａ−ｂ）を中心周波数とする帯域増巾器
３を入力段とし、周波数変換器４および中間周波
増巾器５を経て周波数弁別器６の出力を指示器７
に表示する受信部Ｒと、上記送信部Ｔと受信部Ｒ
とにトラツプ回路１０およびミキサ１２を介して
接続され上記各周波数ａおよびｂを中心周波
数として互いに重複しない帯域幅をもつ一対の
波器８ａ，８ｂにそれぞれ船舶の前進方向と後進
方向に向けほぼ同一の俯角をもつて設置された一
対の送受波器９ａ，９ｂを接続してなる送受波部
Ｘとで構成したことを特徴とするドプラ速度計で
ある。図中、１０はトラツプ回路、１１はサンプ
ルホールド回路である。
次に動作状態について述べると、いま第３図に
おいて２個の発振器１ａ，１ｂの発振周波数を、
例えば2MHz±10％というような相異なる周波数
とし、両発振回路の出力を加えて電力増幅器２で
増巾し、トラツプ回路１０を通したのち、2MHz
以上の周波数帯域をもつ高域波器８ａおよび
2MHz以下の周波数帯域をもつ低域波器８ｂに
加えると、各送受波器９ａ，９ｂの超音波振動子
はそれぞれａおよびｂで振動する。送受波器
９ａ，９ｂのホーンは第２図に示すように、前進
方向と後進方向の斜め下方に向けて船底に取付け
られており、俯角θは例えば60度に設定される。
したがつて各ビームの反射波の周波数偏移をそれ
ぞれΔａおよびΔｂ（但しａ＞ｂ＞０）
とし、船は前進しているものとすると、両反射波
の周波数は（ａ＋Δａ）および（ｂ−Δ
ｂ）となり、これらの信号が各波器８ａ，８ｂ
を通りミキサ１２で合成され、トラツプ回路１０
から帯域増巾器３に入力される。この入力波には
次の二つの周波数が含まれる。
おいて２個の発振器１ａ，１ｂの発振周波数を、
例えば2MHz±10％というような相異なる周波数
とし、両発振回路の出力を加えて電力増幅器２で
増巾し、トラツプ回路１０を通したのち、2MHz
以上の周波数帯域をもつ高域波器８ａおよび
2MHz以下の周波数帯域をもつ低域波器８ｂに
加えると、各送受波器９ａ，９ｂの超音波振動子
はそれぞれａおよびｂで振動する。送受波器
９ａ，９ｂのホーンは第２図に示すように、前進
方向と後進方向の斜め下方に向けて船底に取付け
られており、俯角θは例えば60度に設定される。
したがつて各ビームの反射波の周波数偏移をそれ
ぞれΔａおよびΔｂ（但しａ＞ｂ＞０）
とし、船は前進しているものとすると、両反射波
の周波数は（ａ＋Δａ）および（ｂ−Δ
ｂ）となり、これらの信号が各波器８ａ，８ｂ
を通りミキサ１２で合成され、トラツプ回路１０
から帯域増巾器３に入力される。この入力波には
次の二つの周波数が含まれる。
（ａ＋Δａ）±（ｂ−Δｂ） ……(1)
これらのうち、上下動誤差を相殺するために差の
周波数のみを利用する。
周波数のみを利用する。
（ａ＋Δａ）−（ｂ−Δｂ） ……(2)
そのために帯域増巾器３の帯域幅を、
ａ−ｂ＋（Δａ）max＋（Δｂ）max
……(3) に設定すれば、帯域増巾器３の出力として、 ａ−ｂ＋Δａ＋Δｂ ……(4) の周波数をもつ信号が得られる。次にこの信号を
局部発振周波数が例えば、 （ａ−ｂ）＋ｍ ……(5) である周波数変換器４に加えて、 ｍ＋（Δａ＋Δｂ） ……(6) なる周波数の中間周波に変換し、これを中間周波
増巾器５で増巾したのち、周波数弁別器６で電圧
に変換し、この電圧をサンプルホールド回路１１
に保持して指示器７に加える。この電圧が船が前
進する場合の速度を示しているのである。
……(3) に設定すれば、帯域増巾器３の出力として、 ａ−ｂ＋Δａ＋Δｂ ……(4) の周波数をもつ信号が得られる。次にこの信号を
局部発振周波数が例えば、 （ａ−ｂ）＋ｍ ……(5) である周波数変換器４に加えて、 ｍ＋（Δａ＋Δｂ） ……(6) なる周波数の中間周波に変換し、これを中間周波
増巾器５で増巾したのち、周波数弁別器６で電圧
に変換し、この電圧をサンプルホールド回路１１
に保持して指示器７に加える。この電圧が船が前
進する場合の速度を示しているのである。
船が後進する場合は、(2)式のΔａが−Δａ
に、−Δｂが＋Δｂになるので、(6)式は ｍ−（Δａ＋Δｂ） ……(6)′ となり、したがつて第４図において、 ±Δ＝±（Δａ＋Δｂ） ……(7) の符号が速度の方向を示し、電圧の変化分が速度
の大きさを表わしているのである。
に、−Δｂが＋Δｂになるので、(6)式は ｍ−（Δａ＋Δｂ） ……(6)′ となり、したがつて第４図において、 ±Δ＝±（Δａ＋Δｂ） ……(7) の符号が速度の方向を示し、電圧の変化分が速度
の大きさを表わしているのである。
本発明によるドプラ速度計は上述のように、１
系統の送受信回路と比較的近い周波数をもつ２周
波のビームを用いることにより、ワンビーム方式
に比しほとんどコストアツプを伴なうことなく測
定精度を向上し得るものであり、したがつて単一
周波を用いるペアビーム方式よりも若干誤差が大
きくなることは止むを得ない。しかしその誤差は
ワンビーム方式の数分の１程度であり、コスト面
を考えればきわめて実用価値の高いものである。
系統の送受信回路と比較的近い周波数をもつ２周
波のビームを用いることにより、ワンビーム方式
に比しほとんどコストアツプを伴なうことなく測
定精度を向上し得るものであり、したがつて単一
周波を用いるペアビーム方式よりも若干誤差が大
きくなることは止むを得ない。しかしその誤差は
ワンビーム方式の数分の１程度であり、コスト面
を考えればきわめて実用価値の高いものである。
次に本発明のごとく２周波を用いたペアビーム
方式の誤差について述べると、第２図において、
船体の上下動ｖ（ｍ／Ｓ）に対する誤差すなわち
ドプラシフトは、ｃを伝達速度として、 Δ′＝（2v／ｃ）sinθ・ａ −（2v／ｃ）sinθ・ｂ ……(8) で表わされ、いま ａ＝（１＋ｋ）ｏ，ｂ＝（１−ｋ）ｏ
……(9) とおけば、(8)式は Δ′＝（4kov／ｃ）sinθ ……(10) となる。１周波を用いるペアビーム方式の場合
は、ｋ＝０と考えればよから(10)式から上下動に対
する誤差は０であり、本方式の場合は、船速をＶ
として Δ＝（2V／ｃ）cosθ・ａ ＋（2V／ｃ）cosθ・ｂ ＝（4Vｏ／ｃ）cosθ ……(11) より、例えば誤差10％の場合のｖを求めると、 Δ′＝（１／10）Δ ……(12) ｖ＝Ｖ／（10ktanθ） ……（13） となり、ｋ＝0.1、θ＝60゜、Ｖ＝1kTSとすれば ｖ＝0.297（ｍ／Ｓ） ……（14） である。
方式の誤差について述べると、第２図において、
船体の上下動ｖ（ｍ／Ｓ）に対する誤差すなわち
ドプラシフトは、ｃを伝達速度として、 Δ′＝（2v／ｃ）sinθ・ａ −（2v／ｃ）sinθ・ｂ ……(8) で表わされ、いま ａ＝（１＋ｋ）ｏ，ｂ＝（１−ｋ）ｏ
……(9) とおけば、(8)式は Δ′＝（4kov／ｃ）sinθ ……(10) となる。１周波を用いるペアビーム方式の場合
は、ｋ＝０と考えればよから(10)式から上下動に対
する誤差は０であり、本方式の場合は、船速をＶ
として Δ＝（2V／ｃ）cosθ・ａ ＋（2V／ｃ）cosθ・ｂ ＝（4Vｏ／ｃ）cosθ ……(11) より、例えば誤差10％の場合のｖを求めると、 Δ′＝（１／10）Δ ……(12) ｖ＝Ｖ／（10ktanθ） ……（13） となり、ｋ＝0.1、θ＝60゜、Ｖ＝1kTSとすれば ｖ＝0.297（ｍ／Ｓ） ……（14） である。
次に船体のトリム角（Δθ）に対する誤差を求
めると、船首が上がる方向を正として、 Δ′＝（2V／ｃ）cos（θ−Δθ）・ａ ＋（2V／ｃ）cos（θ＋Δθ）・ｂ ＝（4Vｏ／ｃ） （cosθcosΔθ＋ksinθsinΔθ）
……（15） (11)式を用いて誤差は、 （Δ′−Δ）／Δ ＝cosΔθ＋ksinθsinΔθ／cosθ−１
……（16） となり、θ＝60゜、Δθ＝±３゜のとき、誤差１
％にするｋの値を求めると、 ｋ＝±0.026 ……（17） またΔθ＝±５゜のとき、誤差１％にするｋの値
は、 ｋ＝±0.091 ……（18） となる。
めると、船首が上がる方向を正として、 Δ′＝（2V／ｃ）cos（θ−Δθ）・ａ ＋（2V／ｃ）cos（θ＋Δθ）・ｂ ＝（4Vｏ／ｃ） （cosθcosΔθ＋ksinθsinΔθ）
……（15） (11)式を用いて誤差は、 （Δ′−Δ）／Δ ＝cosΔθ＋ksinθsinΔθ／cosθ−１
……（16） となり、θ＝60゜、Δθ＝±３゜のとき、誤差１
％にするｋの値を求めると、 ｋ＝±0.026 ……（17） またΔθ＝±５゜のとき、誤差１％にするｋの値
は、 ｋ＝±0.091 ……（18） となる。
第６図は船体傾斜角（トリム角またはヒール
角）による誤差を他のビーム方式と比較して示し
たもので、イはワンビーム方式、ロは２周波を用
いたペアビーム方式すなわち本発明方式において
ｋ＝0.1のときのグラフ、ハは１周波を用いたペ
アビーム方式すなわち（16）式でｋ＝０としたも
のである。
角）による誤差を他のビーム方式と比較して示し
たもので、イはワンビーム方式、ロは２周波を用
いたペアビーム方式すなわち本発明方式において
ｋ＝0.1のときのグラフ、ハは１周波を用いたペ
アビーム方式すなわち（16）式でｋ＝０としたも
のである。
上述のことから明らかなように、ｋが小さいほ
ど誤差も小さくなるが、ころｋの値は送受波部の
波器８ａ，８ｂの特性によつて左右される。い
ま理想的な波器が実現できるものとして、望ま
しいｋの値を求めると、第５図において、ｂと
ａの間隔をできるだけ小さくすればよいので、 ｂ＋｜Δｂ｜max＝ａ−｜Δａ｜max
……（19） となり、(9)式を用いて、 （１−ｋｏ＋（2Vmax／ｃ）cosθ ・（１−ｋ）ｏ＝（１＋ｋ）ｏ −（2Vmax／ｃ）cosθ・（１＋ｋ）ｏ
……（20） すなわち、 ｋ＝（2Vmax／ｃ）cosθ ……（21） となり、例えばVmax＝３（ｍ／Ｓ）、θ＝60゜ とした場合、ｃ＝1500（ｍ／Ｓ）として、 ｋ＝0.002 ……（22） となる。
ど誤差も小さくなるが、ころｋの値は送受波部の
波器８ａ，８ｂの特性によつて左右される。い
ま理想的な波器が実現できるものとして、望ま
しいｋの値を求めると、第５図において、ｂと
ａの間隔をできるだけ小さくすればよいので、 ｂ＋｜Δｂ｜max＝ａ−｜Δａ｜max
……（19） となり、(9)式を用いて、 （１−ｋｏ＋（2Vmax／ｃ）cosθ ・（１−ｋ）ｏ＝（１＋ｋ）ｏ −（2Vmax／ｃ）cosθ・（１＋ｋ）ｏ
……（20） すなわち、 ｋ＝（2Vmax／ｃ）cosθ ……（21） となり、例えばVmax＝３（ｍ／Ｓ）、θ＝60゜ とした場合、ｃ＝1500（ｍ／Ｓ）として、 ｋ＝0.002 ……（22） となる。
また波器の特性において、減衰カーブをGdB
デイケードとすると、減衰量ｘ（dB）とｋとの
関係は次の式で与えられる。
デイケードとすると、減衰量ｘ（dB）とｋとの
関係は次の式で与えられる。
log（１＋ｋ）＝ｘ／Ｇ ……（23）
いまｏ＝2MHzとし、必要帯域幅はそれに比
べて充分小さい（Ｖ＝6KTSで8KHz）ものとする
と、ａとｂのレベル差を10dBとる場合、ｘ
＝10／２（dB）となり、またＧはLC3段で36dB
オクターブ（120dBデイケード）が計算上得られ
るので、 log（１＋ｋ）＝５／120 ……（24） すなわち、実用的なｋの値として、 ｋ≒0.1 ……（25） が得られるのである。
べて充分小さい（Ｖ＝6KTSで8KHz）ものとする
と、ａとｂのレベル差を10dBとる場合、ｘ
＝10／２（dB）となり、またＧはLC3段で36dB
オクターブ（120dBデイケード）が計算上得られ
るので、 log（１＋ｋ）＝５／120 ……（24） すなわち、実用的なｋの値として、 ｋ≒0.1 ……（25） が得られるのである。
第１図は従来例を示すブロツク図、第２図は本
発明ドプラ速度計の使用状態を示す側面図、第３
図は本発明の実施例を示すブロツク図、第４図は
同上の周波数弁別器の特性図、第５図は同上の両
発振周波数とドプラ周波数との関係図、第６図は
本発明方式による誤差と他の方式による誤差との
比較を示すグラフである。 １ａ，１ｂは発振器、２は電力増巾器、３は帯
域増巾器、４は周波数変換器、５は中間周波増巾
器、６は周波数弁別器、７は指示器、８ａ，８ｂ
は波器、９ａ，９ｂは送受波器、Ｔは送信部、
Ｒは受信部、Ｘは送受波部、ａ，ｂは発振周
波数、ｍは中間周波数である。
発明ドプラ速度計の使用状態を示す側面図、第３
図は本発明の実施例を示すブロツク図、第４図は
同上の周波数弁別器の特性図、第５図は同上の両
発振周波数とドプラ周波数との関係図、第６図は
本発明方式による誤差と他の方式による誤差との
比較を示すグラフである。 １ａ，１ｂは発振器、２は電力増巾器、３は帯
域増巾器、４は周波数変換器、５は中間周波増巾
器、６は周波数弁別器、７は指示器、８ａ，８ｂ
は波器、９ａ，９ｂは送受波器、Ｔは送信部、
Ｒは受信部、Ｘは送受波部、ａ，ｂは発振周
波数、ｍは中間周波数である。
Claims (1)
- １ 比較的近い発振周波数をもつ２個の発振器の
出力を１個の電力増巾器で増巾する送信部と、両
発振周波数の差を中心周波数とする帯域増巾器を
入力段として周波数変換器および中間周波増巾器
を経て周波数弁別器の出力を指示器に表示する受
信部と、上記送信部と受信部とにトラツプ回路お
よびミキサを介して接続され上記各発振周波数を
中心周波数として互いに重複しない帯域幅をもつ
一対の波器にそれぞれ船舶の前進方向と後進方
向に向けほぼ同一の俯角をもつて設置された一対
の送受波器を接続してなる送受波部とで構成した
ことを特徴とするドプラ速度計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6936179A JPS55160872A (en) | 1979-06-02 | 1979-06-02 | Doppler speedometer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6936179A JPS55160872A (en) | 1979-06-02 | 1979-06-02 | Doppler speedometer |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55160872A JPS55160872A (en) | 1980-12-15 |
| JPS6256991B2 true JPS6256991B2 (ja) | 1987-11-28 |
Family
ID=13400332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6936179A Granted JPS55160872A (en) | 1979-06-02 | 1979-06-02 | Doppler speedometer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS55160872A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0161590U (ja) * | 1987-10-01 | 1989-04-19 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61256200A (ja) * | 1985-05-07 | 1986-11-13 | 三菱重工業株式会社 | 水中航走体の目標追尾装置 |
-
1979
- 1979-06-02 JP JP6936179A patent/JPS55160872A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0161590U (ja) * | 1987-10-01 | 1989-04-19 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55160872A (en) | 1980-12-15 |
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