JPS6348487A - 超音波潮流計 - 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） この発明は、水中に超音波信号を送受波して、受波信号
に含まれる周波数変位に基づいて潮流速を測定する装置
に関する。

（従来装Ｗ１） 超音波潮流計は、水中に超音波を送信して水中から帰来
する反射波の周波数を測定する０反射波の周波数は、自
船と潮流との相対速度に応じてドプラ効果による周波数
変位を生じるから、周波数変位を測定することにより、
自船と潮流との相対速度を知ることができる。

上記において、反射信号の検出には一般には帯域通過フ
ィルターが用いられる。帯域通過フィルターは、その通
過帯域周波数が狭い秤信号検出時のＳ／Ｎ比を上げるこ
とができる。ところが上記装置の場合、反射信号の周波
数変位は自船の移動速度と潮流とに起因して生じるから
、フィルターの通過帯域は自船の最大速度を考慮して決
定しなければならない、従って、フィルターの通過帯域
はあまり狭帯域にすることはできず、Ｓ／Ｎ比もある限
度以上は向上させることができない。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は、上記装置において、フィルターの通過帯域
の周波数を潮流に対してのみ設定することにより、狭帯
域フィルターを用いて受信信号の検出を可能ならしめる
ことを目的とする。

（問題点を解決するための手段、作用）問題点を解決す
るための手段として、自船の絶対移動速度を測定する測
定装置、例えば、ＧＰＳ受信器が設けられる。そして、
ＧＰＳ受信器から出力される速度データに基づいてあら
かじめ生成された周波信号の周波数を制御する周波数シ
ンセサイザーが設けられる。この周波数シンセサイザー
は上記超音波信号を送信する送信周波信号の周波数を制
御する。

（実　施　例） 第１図において、ｌはＧＰＳ受信器を示し、ＧＰＳ受信
受信器臼船の絶対移動速度を公知のＧＰＳ受信器と同様
にして測定する。ＧＰＳ受信受信器臼知のごとく構成さ
れ、ＰＮ符号を用いて受信信号の逆拡散を行うことによ
り、各衛星から送信されるＧＰＳ信号を検出する。そし
て、ＧＰＳ信号に基いて自船の速度が演算される。この
場合、速度データは公知のように３次元方向の速度デー
タが出力される。

ＧＰＳ受信受信器臼出力される上記速度データは入出力
回路３を経てプロセッサー４に取り込まれる。プロセッ
サー４は、方位センサー５から出力される方位データを
入出力回路６を経て取り込む、方位センサー５は１例え
ば、ジャイロコンパス、マグネットコンパスが用いられ
、自船の特定方位、例えば船首方位を測定する。

プロセッサー４は、上記速度データ、方位データを取り
込んだ後、それらのデータをデータメモリ７に記憶させ
る。その後、記憶データを読出して、自船の３次元方向
速度と船首方位とに基づいて、超音波送受波器１１の超
音波送受波方向の自船の速度成分を演算する。

この速度成分は、入出力回路８を経て周波数シンセサイ
ザー１２に導かれる。

周波数シンセサイザー１２は、公知のものが用いられ、
基準発振器１３から導かれる周波信号を上記導かれる速
度データに対応する周波数だけ変位させる０周波数の変
位量は、超音波送受波器１１の超音波送受波方向の自船
速度に起因して受波信号に生じるドプラ周波信号に対応
するように設定されている。

周波数シンセサイザー１２で周波数変位を受けた周波信
号は送信器１５に導かれる。送信器１５はこの周波信号
を用いて切換器１６を経て超音波送受波器１１から水中
に超音波信号を送信させる。この超音波信号は、通常、
パルス変調された周波信号が水中の斜め方向に送信され
る。

超音波送受波器１１から送信された超音波信号は水中で
反射された後１反射波が超音波送受波器１１に受波され
、切換器１６を経てバッファアンプ１７に導かれる。バ
ッファアンプ１７から出力される受信信号は狭帯域フィ
ルター１８において、特定の周波成分が抽出される。

狭帯域フィルター１８の出力信号は周波数測定部１４へ
導かれる０周波数測定部１４には基準発信器１３の基準
周波信号も導かれており、基準周波信号に対する狭帯域
フィルター１８の出力の周波数変位の測定を行う。

周波数測定部１４は公知の手段を用いて構成することが
でき、例えば、混合回路を用いて、基準周波信号と狭帯
域フィルターの出力とを混合して、その差周波数成分を
抽出するようにしてもよい。

あるいは、狭帯域フィルターの出力周波数を測定して、
周波数測定値から基準発信器の周波数値をディジタル的
に減算してもよい。

上記において、基準発信器１３の周波数を１０１周波数
シンセサイザー１２における周波数変位量をΔｆａとす
ると、超音波送受波器１１から送信される超音波信号の
送信周波数ｆＳは、 ｆｓ＝ｆＯ−ΔｆＢ　　＠＊＊ｅｓ＊専ｅ（１）水中か
ら帰来する反射波は、自船の速度に起因するドプラシフ
トΔｆマと、潮流に起因するドプラシフトΔｆｗの周波
数変位を受けるから、反射波の周波数ｆｔは、 ｆｒ＝ｆＳ＋Δｆｖ＋Δｆｙ　　ｅａｓｅ（２）（１）
式において、周波数シンセササイザ−１２における周波
数変位Δｆａは、前述のように、自船の速度に起因する
ドプラシフトΔｆマに一致するように設定されているか
ら、（１）　、　（２）式から明らかなように、 ｆｒ　　＝　　（ｆＯ−Δｆａ）　　＋Δｆｖ　　＋Δ
ｆｖ＝ｆＯ＋　Δ　ｆ　　ｗ　　　　　ｍｅｓｓａ　　
　・　　＠　　５（３）となり、狭帯域フィルター１８
からは（３）式で表わされる周波信号が出力される。

従って、周波数測定部１４は、（３）式で表される狭帯
域フィルター１８の出力信号と基準周波信号との差周波
成分を測定する結果、周波数測定部１４からは、潮流に
起因するドプラシフトΔｆｗの周波数データが出力され
る。

周波数測定回路１４で測定された周波数データは入出力
回路８を通じてプロセッサー４に取り込まれる。プロセ
ッサー４はその周波数データーに基づいて、ドプラ周波
数成分△ｆｖが対応する速度データ、従って、潮流速度
を演算する。なお、速度の演算は公知の算式を用いて行
うことができる。プロセッサー４が演算した速度データ
は入出力回路９を経て表示器１０へ導かれて潮流速度の
表示が行われる。

（発明の効果） 以上説明のように、この発明によると、水中反射信号を
検出するフィルターの通過帯域を潮流に起因して生じる
ドプラ周波数の変位量のみを考慮して設定することがで
きる。従って、船速によるドプラ効果を考慮する場合に
比して、フィルターの帯域中を狭くすることが可能にな
り、水中反射波を検出するときのＳＩＮ比を上げること
ができる。又、潮流測定は、超音波送受信装置から得ら
れる水中反射波に含まれるドプラ周波データとＧＰＳ受
信器から得られる船体の絶対速度データとによって演算
される。従って、超音波送受信装置は、従来装置のよう
に、海底反射波と水中反射波を検出する必要がなく、水
中反射波のみを検出すればよい、従って、超音波送受信
系のパラメータ、すなわち、送受信周波数、送受信パル
スのパルス巾、増幅器のＴＶＧ特性等を水中反射波のみ
を考慮して設定することが可能になるから、装置の設計
、製造が容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 船底から水中の斜方向に超音波信号を送信して水中から
   帰来する反射波を受信する超音波送受信装置と、 自船の３次元方向の移動速度を測定するＧＰＳ受信器と
   、 自船の基準方位を測定する方位センサーと、該方位セン
   サーから出力される方位データ、上記ＧＰＳ受信器から
   出力される速度データ及び上記超音波信号の送受信方向
   データとに基づいて、上記超音波信号の送受信方向に対
   する自船の移動速度を演算する演算手段と、 基準周波信号を出力する基準発振器と 上記演算回路から出力される速度データに基づいて、該
   速度に起因して生じるドプラ周波数だけ上記基準周波信
   号の周波数を変位させ、該変位させた周波信号を上記超
   音波信号の送信信号として出力する周波数シンセサイザ
   ーと、 上記超音波送受信装置の受信信号中から特定の周波信号
   を抽出する狭帯域フィルターと、 該狭帯域フィルターから出力される周波信号と上記基準
   周波信号との周波数比較に基いて上記基準周波数に対す
   る上記超音波受信信号の周波数変位を測定する周波数測
   定部と、 該周波数測定部が出力する周波信号に基いて、該周波数
   変位を生じさせる速度データを演算する演算手段とを具
   備し、該演算手段から出力される速度データを潮流の速
   度データとして用いることを特徴とする超音波潮流計