JPWO2017149637A1

JPWO2017149637A1 - 潮流計

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Publication number: JPWO2017149637A1
Application number: JP2016539334A
Authority: JP
Inventors: 和樹樋口
Original assignee: Honda Electronics Co Ltd
Current assignee: Honda Electronics Co Ltd
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2016-03-01
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2036-03-01
Also published as: JP6931143B2; WO2017149637A1

Abstract

潮流計の搭載された船舶が旋回している場合であっても、潮流の速度を精度よく計測できる潮流計を提供する。潮流計１２は、潮流の速度を計測する場合、振動子３１により所定の方向へ超音波ビームＴＢを送信し、計測対象となる解析深度に位置する水塊にある散乱体Ｇ等からの反射波を、該振動子３１によって受信する。その振動子３１が反射波を受信して生じる受信信号に基づいて、ドップラシフト周波数を導出し、そのドップラシフト周波数に基づいて潮流の速度を算出する。ここで、潮流の速度を計測する場合に、潮流計１２は、前記所定の方向として東西南北を基準とした所定の方位に超音波ビームＴＢが送受信されるように、振動子３１を駆動する。

Description

本発明は、海や湖といった水中の所定の深度における潮流の速度を計測する潮流計に関するものである。

水中に超音波ビームを送信し、所定の深度にある水塊中の散乱物等から反射された反射波のドップラシフト周波数に基づいて、その深度における潮流の速度を計測する潮流計が知られている（例えば、特許文献１、２）。潮流計は、例えば、船舶から水中へ網を投入するときに、水中の深度によって潮流が大きく変化する二枚潮，三枚潮がないことを確認することを目的として、複数の深度での潮流の速度を計測するために用いられる。二枚潮，三枚潮があるところで網が投入されると、網の展開が不十分で漁獲量が低下するからである。

ここで、図９を参照して、従来の潮流計が潮流の速度を計測する場合の超音波ビームＴＢの送受信方向（放射方向）を説明する。図９（ａ）は、船舶の船首が真北方向を向いている場合の超音波ビームＴＢの送受信方向を説明する図であり、図９（ｂ）は、船舶が真北から東方向へ旋回した場合の超音波ビームＴＢの送受信方向を説明する図である。

従来の潮流計は、例えば４つの振動子が、船舶の船底などに、上方から水面方向を見た状態で互いに９０度離れた位置に固定して配置される。これら４つの振動子によって、方位角（スキャン角。船舶が浮かぶ水面を上面視した場合の超音波ビームの送受信方向を表す角度。）が互いに９０度離れた方向に超音波ビームＴＢを送信し、計測対象となる深度に位置する水塊Ｗ中の散乱体（プランクトンなど）から帰来する反射波を各振動子で受信する。潮流計は、各振動子で受信した反射波のドップラシフト周波数に基づいて、計測対象となる深度における潮流の速度を算出する。

ここで方位角を、水面を上面視して、船舶の船首方向を０度とし、時計回りに角度が増加するように定義した場合、従来の潮流計では、図９（ａ），（ｂ）に示す通り、４つの超音波ビームＴＢの方位角が、δ_１，（δ_１＋９０°），（δ_１＋１８０°），（δ_１＋２７０°）と船首に対して固定されている。

特開２００９−９２５７７号公報特開２００９−９２５７８号公報

従来の潮流計では、潮流を計測する場合に送受信される４つの超音波ビームＴＢの方位角が船首に対して固定されているため、潮流を計測しているときに、船舶が図９（ａ）の状態から図９（ｂ）の状態へと旋回すると、ドップラシフト周波数を導出する反射波を発生させる水塊が、例えば図９（ｂ）に示す水塊Ｗ１から水塊Ｗ２へと移動する。つまり、船舶の旋回中は、潮流の計測毎に異なる水塊からドップラシフト周波数を導出することになり、計測結果にばらつきが生じる。このばらつきを抑制するためには、長時間にわたる平均処理を行って計測結果を安定させる方法もあるが、この場合、潮流の速度の計測応答性が低下してしまうという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、潮流計の搭載された船舶が旋回している場合であっても、潮流の速度を精度よく計測できる潮流計を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の第１の態様である潮流計は、船舶に搭載され、その船舶周辺の潮流の速度を計測するものであって、超音波を水中に送信し、その反射波を受信可能な振動子と、その振動子により所定の方向へ送信された超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて前記反射波のドップラシフト周波数を導出し、そのドップラシフト周波数に基づいて前記潮流の速度を算出する算出手段と、潮流の速度を計測する場合に、前記所定の方向として東西南北を基準とした所定の方位に前記超音波が送受信されるように、前記振動子を駆動する駆動手段とを備える。

本発明の第２の態様である潮流計は、第１の態様の潮流計において、前記潮流計の搭載される船舶が向いている東西南北を基準とした方位に関する情報を取得する方位取得手段を備え、前記駆動手段は、前記方位取得手段により取得した前記船舶の方位に関する情報に基づいて、前記所定の方向として前記所定の方位に前記超音波が送受信されるように、前記振動子を駆動する。

本発明の第３の態様である潮流計は、第１の態様又は第２の態様の潮流計において、前記潮流計が搭載される船舶の傾きに関する情報を取得する傾き情報取得手段を備え、前記駆動手段は、前記傾き情報取得手段により取得した前記船舶の傾きに関する情報を考慮して、前記所定の方向として所定の俯角でもって且つ前記所定の方位に前記超音波が送受信されるように、前記振動子を駆動する。傾き情報取得手段により取得される船舶の傾きに関する情報としては、例えば、船舶のロールに関する情報や船舶のピッチに関する情報であってもよい。また、少なくとも船舶のロールに関する情報と船舶のピッチに関する情報とが傾き情報取得手段によって取得されるものであってもよい。

本発明の第４の態様である潮流計は、第１の態様から第３の態様のいずれかの潮流計において、前記駆動手段は、潮流の速度を計測する場合に、前記所定の方向として東西南北を基準とした複数の前記所定の方位に前記超音波が送受信されるように前記振動子を駆動するものであり、前記算出手段は、前記駆動手段による前記振動子の駆動によって、複数の前記所定の方位でそれぞれ受信された各反射波のドップラシフト周波数に基づき前記潮流の速度を算出する。

本発明の第１の態様の潮流計によれば、超音波を水中に送信し、その反射波を受信可能な振動子が設けられている。潮流の速度を計測する場合、その振動子により所定の方向へ超音波が送信され、散乱体等からの反射波が該振動子によって受信される。その振動子が反射波を受信して生じる受信信号に基づいてドップラシフト周波数が算出手段により導出され、そのドップラシフト周波数に基づいて潮流の速度が算出される。ここで、潮流の速度を計測する場合に、前記所定の方向として東西南北を基準とした所定の方位に超音波が送受信されるように、駆動手段により振動子が駆動される。これにより、潮流の速度を計測する場合に振動子により超音波が送受信される所定の方向は、東西南北を基準とした所定の方位に固定されるので、たとえ船舶が旋回したとしても、同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できる。よって、計測毎の計測結果のばらつきが抑えられ、長時間の平均処理も不要となるので、潮流計の搭載された船舶が旋回している場合であっても、潮流の速度を精度よく計測できるという効果がある。

本発明の第２の態様の潮流計によれば、第１の態様の潮流計の奏する効果に加え、次の効果を奏する。即ち、潮流計の搭載される船舶が向いている東西南北を基準とした方位に関する情報が、方位取得手段により取得される。そして、潮流の速度を計測する場合に、その取得された船舶の方位に関する情報に基づいて、前記所定の方向として東西南北を基準とした所定の方位に超音波が送受信されるように、駆動手段により振動子が駆動される。これにより、船舶が旋回したとしても、潮流の速度を計測する都度、船舶が向いている東西南北を基準とした方位に関する情報が取得されるので、その取得された情報に基づいて、駆動手段により容易に且つ正確に、超音波が送受信される所定の方向を、東西南北を基準とした所定の方位に固定させることができるという効果がある。

本願発明の第３の態様の潮流計によれば、第１の態様又は第２の態様の潮流計の奏する加え、次の効果を奏する。即ち、潮流計が搭載される船舶の傾きに関する情報が、傾き情報取得手段により取得される。そして、潮流の速度を計測する場合に、取得された船舶の傾きに関する情報を考慮して、所定の方向として所定の俯角でもって且つ東西南北を基準とした所定の方位に超音波が送受信されるように、駆動手段によって振動子が駆動される。これにより、船舶が波の影響等によって揺れたとしても、同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できる。よって、潮流計の搭載された船舶が揺れながら旋回する場合であっても、潮流の速度を精度よく計測できるという効果がある。

本願発明の第４の態様の潮流計によれば、第１の態様から第３の態様のいずれかの潮流計の奏する加え、次の効果を奏する。即ち、潮流の速度を計測する場合に、前記所定の方向として東西南北を基準とした複数の所定の方位に超音波が送受信されるように、駆動手段によって振動子が駆動される。そして、その振動子の駆動により複数の所定の方位でそれぞれ受信された各反射波のドップラシフト周波数に基づき、潮流の速度が算出手段によって算出される。これにより、潮流の速度を高い精度で計測するために、複数の方向に超音波を送受信するように構成した場合に、各々の超音波の送受信は東西南北を基準とした所定の方位に固定される。よって、たとえ船舶が旋回したとしても、各方向に送受信された超音波のそれぞれにおいて、同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できるので、計測される潮流の速度の精度を高く維持できるという効果がある。

本発明の一実施形態である潮流計の構成を概略的に示す概略図である。潮流計が搭載された船舶によって水中の潮流の速度を計測する場合の状態を側面より示す模式図である。潮流計が搭載された船舶によって潮流の速度を計測する場合の状態を斜視した模式図である。（ａ）は、船舶に設定するｘｙｚ軸を示した図であり、（ｂ）は、傾斜計から出力される船舶のロール角を説明するための図であり、（ｃ）は、傾斜計から出力される船舶のピッチ角を説明するための図である。送受波ユニットの断面を模式的に示した断面図である。潮流計の電気的構成を示したブロック図である。制御装置により実行される潮流計測処理を示すフローチャートである。（ａ）は、潮流計が潮流の速度を計測する場合の超音波ビームの送受信方向を説明する図であり、（ｂ）は、船舶が旋回した場合に潮流計が北東へ超音波ビームを送受信するために設定すべき方位角の算出方法を説明するための図である。（ａ）は、従来の潮流計において、船舶の船首が真北方向を向いている場合の超音波ビームＴＢの送受信方向を説明する図であり、（ｂ）は、従来の潮流計において、船舶が真北から東方向へ旋回した場合の超音波ビームＴＢの送受信方向を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について添付図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施形態である潮流計１２の概略について説明する。図１は、その潮流計１２の構成を概略的に示す概略図であり、図２は、潮流計１２が搭載された船舶１１によって、水中の潮流の速度を計測する場合の状態を側面より示す模式図であり、図３は、同計測を行う場合の状態を斜視した模式図である。

潮流計１２は、図１〜図３に示す通り船舶１１に搭載され、使用者により設定された水中の深度での該船舶１１の周囲における潮流の速度（速さと方向）を計測するものである。潮流計１２は、海における潮流だけでなく、湖や池、川等における水中の水の流れの速度も計測できる。この潮流計１２は、船舶１１が旋回しても、潮流の速度を精度よく計測できることを特徴としている。以下、その詳細について説明する。

潮流計１２は、本体１３と、本体１３に設けられた操作ボタン１４と、本体１３に一体形成された表示装置１５と、超音波ビームＴＢを送受信する振動子３１（図５参照）を有する送受波ユニット１６と、送受波ユニット１６を昇降させる昇降装置１７とを有している。本体１３と、操作ボタン１４と、表示装置１５とは、船舶１１の操舵室内に配置されるとともに、送受波ユニット１６と昇降装置１７とは、船舶１１の船底内に配置されている。

操作ボタン１４は、使用者によって操作可能なボタンであり、使用者が潮流計１２に対し各種設定を行う場合に操作されるものである。例えば、潮流の計測対象となる深度（以下「解析深度」という）が、操作ボタン１４によって使用者により設定される。解析深度は複数設定可能に構成されており、解析深度が複数設定された場合には、各々の解析深度において潮流の速度が計測される。

送受波ユニット１６は、昇降装置１７によって昇降されることで、船舶１１の船底から水中に対して出没自在となっている。潮流計１２は、設定された解析深度における潮流の速度を計測する場合、昇降装置１７を駆動して送受波ユニット１６を船舶１１の船底から突出させ、送受波ユニット１６から細いビーム状の超音波ビームＴＢを送信（放射）する。潮流計１２は、超音波ビームＴＢの送信方向にあるプランクトン等の散乱体Ｇから反射されたその超音波ビームＴＢの反射波を送受波ユニット１６により受信する。

送受波ユニット１６は、全周型ソナーによって構成されており、送受波ユニット１６により送受信される超音波ビームＴＢの方位角δ（スキャン角、図３参照）と俯角θ（チルト角、図２参照）とを変更できる。

ここで、方位角δ（スキャン角）とは、船舶１１が浮かぶ水面を上面視した場合の超音波ビームＴＢの送受信方向を表す角度である。本実施形態では、上記水面を上面視した場合に、船舶１１の前方方向（船舶１１が前進する方向、船首方向）に超音波ビームＴＢを送受信するときを０度とし、超音波ビームＴＢの送受信方向が船舶１１の時計回りに変化するにつれて方位角δが増加するように、方位角δの大きさを定義する。

また、俯角θ（チルト角）とは、超音波ビームＴＢの送受信方向と船舶１１が浮かぶ水面（水平面）とがなす角度であり、超音波ビームＴＢを水面（水平面）と平行に送受信する場合を０度とし、超音波ビームＴＢの送受信方向が水面（水平面）から離れて水面と垂直な方向に向くにつれて俯角θが増加するように、俯角θの大きさを定義する。

潮流計１２は、潮流の速度を計測する場合、送受波ユニット１６を駆動して直交する４つの方向に超音波ビームＴＢを送信する。このとき、潮流計１２は、超音波ビームＴＢの俯角θを所定の角度（例えば、６０°）に設定しつつ、水面を上面視した場合の超音波ビームＴＢの送受信方向が、東西南北を基準とした所定の方位（本実施形態では、北東／南東／南西／北西の４つの方位）となるように、各々に対して方位角δ_１，δ_２，δ_３，δ_４（以下、まとめてδ_ｍ（ｍ＝１〜４）と称す）を設定して、各々の方向（４方向）に順次超音波ビームＴＢを送信する。

なお、本実施形態では、潮流の速度を計測する場合に、超音波ビームＴＢの俯角θを所定の角度に設定するが、このとき常に固定の角度に設定してもよいし、潮流の速度を計測する深度（解析深度）に応じて超音波ビームＴＢの俯角θを設定するようにしてもよい。例えば、解析深度が浅い場合は超音波ビームＴＢの俯角θを小さく設定し、解析深度が深い場合は超音波ビームＴＢの俯角θを大きく設定してもよい。

このように解析深度に応じて超音波ビームＴＢの俯角θを設定することにより、深度の深い位置での潮流の速度を計測する場合は超音波ビームＴＢを深度の深い位置まで届かせる一方、浅場の潮流の速度を計測する場合は、超音波ビームＴＢの俯角θを小さく設定することで、計測対象となる深度へ超音波ビームＴＢが届くまでの時間（距離）を長くすることできる。よって、超音波ビームＴＢのパルス幅やドップラシフト周波数を計測するために必要な周波数解析幅を長く設定できるので、浅場の潮流の速度を計測する場合であっても周波数分解能の低下を防ぐことができる。また、超音波ビームＴＢの俯角θを小さく設定することで、速度分解能そのものを高めることができる。その結果、深度の深い場所のみならず深度の浅い場所の潮流の速度を、精度よく計測できる。

潮流計１２は、各方向に送信された超音波ビームＴＢにおいて、一の解析深度付近にある水塊中の散乱体Ｇから反射された超音波ビームＴＢの反射波を送受波ユニット１６にて受信する。そして、受信した各反射波のドップラシフト周波数を導出し、その導出したドップラシフト周波数に基づいて、その一の解析深度における潮流の速度を算出する。

潮流計１２は、複数方向（本実施形態では４方向）に送受信された超音波ビームＴＢのドップラシフト周波数に基づいて潮流の速度を算出することにより、潮流の速度の速さと方向（ベクトル）が把握できる。このようにして、操作ボタン１２により設定された解析深度における潮流の速度が算出されると、その算出された速度が、その他の情報（例えば、解析深度、船舶１１の速度、船舶１１下の水深、水温等）とあわせて表示装置１５に表示され、使用者に示される。

潮流計１２は、コンパス１８及び傾斜計１９と接続可能に構成されている。コンパス１８及び傾斜計１９は、船舶１１内に固定して設置される。

コンパス１８は、船舶１１の船首が向く方角（東西南北を基準とした方位）を出力するものであり、ジャイロスコープを用いたジャイロコンパスにより構成される。潮流計１２は、コンパス１８より船舶１１の船首が向いている方角を取得すると、その船舶１１の船首の方角から、超音波ビームＴＢの送受信方向が北東／南東／南西／北西の４つの方位となるように、超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍを設定する。これにより、船舶１１が旋回したとしても、常に同一の水塊から反射波を得てドップラシフト周波数を導出し、潮流の速度を算出できる。従って、計測毎の計測結果のばらつきが抑えられ、長時間の平均処理も不要となるので、潮流の速度を精度よく計測できる。方位角δ_ｍの算出方法については、図７に示す潮流計測処理の説明の中で説明する。

なお、コンパス１８は、必ずしも船舶１１の船首が向く方角を出力するものである必要はなく、船舶１１において所定の方向（例えば、船尾，右舷，左舷など）が向く方角を出力するものであればよい。また、コンパス１８は、ジャイロコンパスに限らず、２つのＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）用アンテナの相対的な位置関係から方角を計算するＧＰＳコンパス、地磁気センサを利用した電子コンパス等によって構成されてもよい。

傾斜計１９は、船舶１１の傾きに関する情報を出力するものである。船舶１１は波等の影響を受けて傾き（揺れ）が発生する。傾斜計１９は、その船舶１１の傾きに関する情報として、船舶１１のロール角β及びピッチ角αを出力する。

ここで、図４を参照して、傾斜計１９が出力するロール角β及びピッチ角αの定義を説明する。図４（ａ）は、ロール角β及びピッチ角αの定義を説明するために船舶１１に設定したｘｙｚ軸を示した図であり、図４（ｂ）は、船舶１１を後ろ側から見た場合における傾斜計１９から出力される船舶１１のロール角βを説明するための図であり、図４（ｃ）は、船舶１１を左舷側から見た場合における傾斜計１９から出力される船舶１１のピッチ角αを説明するための図である。

なお、本説明において、図４（ａ）に示す通り、船舶１１の左右方向（船舶１１が浮かぶ水面を上面視した場合の、船舶１１の船首船尾方向と直交する方向。以下同じ。）をｘ軸とし、船舶１１の左舷方向を負の方向、船舶１１の右舷方向を正の方向とする。また、船舶１１の前後方向（船首船尾方向。以下同じ。）をｙ軸とし、船舶１１の船尾方向を負の方向、船舶１１の船首方向を正の方向とする。また、船舶１１の上下方向（船舶１１が浮かぶ水面と直行する方向）をｚ軸とし、船舶１１の下方向を負の方向、船舶１１の上方向を正の方向とする。

傾斜計１９から出力されるロール角βは、図４（ｂ）に示す通り、船舶１１に設定されたｙ軸（船舶１１の前後方向）を回転軸とする船舶１１の回転角を示すもので、船舶１１の右舷側（ｘ軸の正側）が水平面よりも下側に傾いている場合を正とし、船舶１１の右舷側が水平面よりも上側に傾いている場合を負とする。

傾斜計１９から出力されるピッチ角αは、図４（ｃ）に示す通り、船舶１１に設定されたｘ軸（船舶１１の左右方向）を回転軸とする船舶１１の回転角を示すもので、船舶１１の船首側（ｙ軸の正側）が水平面よりも上側に傾いている場合を正とし、船舶１１の船首側が水平面よりも下側に傾いている場合を負とする。

なお、傾斜計１９により出力される船舶１１の傾きに関する情報は、図４（ｂ）及び（ｃ）にて定義したピッチ角α及びロール角βである必要は必ずしもなく、船舶１１の傾き（揺れ）を表す指標であれば任意のものであればよい。この場合、その傾斜計１９から出力される船舶１１の傾きに関する情報に基づいて、図４（ｂ）及び（ｃ）にて定義したピッチ角α及びロール角βを算出してもよい。

例えば、傾斜計１９は、ピッチ角α及びロール角βの角速度（単位時間当たりの変化の度合い）を示すピッチレート及びロールレートを出力するものであってもよい。この場合、潮流計１２は、傾斜計１９より取得したピッチレート及びロールレートをそれぞれ積分することによって、船舶１１のピッチ角α及びロール角βを得てもよい。

次いで、図５を参照して、送受波ユニット１６の詳細構成について説明する。図５は、送受波ユニット１６の断面を模式的に示した断面図である。送受波ユニット１６は、上端が開口され下端部が半球状をなす有底円筒状の下ケース２１と、下端が開口され上端部が円板状をなす有蓋円筒状の上ケース２２と、上ケース２２の下端開口及び下ケース２１の上端開口を閉塞する円板状の蓋体２３とにより構成される。蓋体２３の上面と上ケース２２とで上側収納空間２４が形成され、蓋体２３の下面と下ケース２１とで下側収納空間２５が形成されている。

蓋体２３の中央部には、貫通孔２６が形成されている。蓋体２３上の中央部にはステッピングモータによって構成されたスキャンモータ２７が固着され、スキャンモータ２７の下面からはスキャンモータ２７の出力軸２７ａが、貫通孔２６に回転可能に挿通された状態で真下に向かって延びている。出力軸２７ａの先端（下端）は、下側収納空間２５の上部まで達している。

出力軸２７ａの先端には、円板状の支持板２８が設けられており、支持板２８の上面の中心部が出力軸２７ａの先端に接続されている。支持板２８の下面には、略逆Ｕ字状をなす支持フレーム２９が設けられており、支持フレーム２９の下端部間には、水平に延びる回転軸３０が回転可能に架設されている。

回転軸３０の中央部には、細いビーム状の超音波ビームＴＢを１つの方向に送信し、その送信した超音波ビームＴＢの反射波を受信可能な振動子３１が固着されている。回転軸３０における振動子３１と隣り合う位置には、略半円状のチルト歯車３２が固着されており、回転軸３０、振動子３１及びチルト歯車３２は、互いに一体して回転するように構成されている。

支持フレーム２９の上端部には、ステッピングモータによって構成されたチルトモータ３３が固着されている。チルトモータ３３は、チルト歯車３２側に向かって延びる出力軸３３ａを備えている。出力軸３３ａの先端には、小歯車３３ｂが設けられ、小歯車３３ｂは、チルト歯車３２と噛合している。

スキャンモータ２７が駆動されると、出力軸２７ａが回転し、それに伴って支持板２８、支持フレーム２９、及び、回転軸３０が出力軸２７ａを軸として一体して回転することで、回転軸３０に固着された振動子３１が、やはり出力軸２７ａを軸として回転する。

これにより、振動子３１による超音波ビームＴＢの送信方向は、船舶１１が浮かぶ水面を上面視した場合に時計回り又は反時計回りに変化させることができる。即ち、スキャンモータ２７を駆動することにより、振動子３１によって送信される超音波ビームＴＢの方位角δ（スキャン角）が変更される。

一方、チルトモータ３３が駆動されると、出力軸３３ａが回転し、それに伴って小歯車３３ｂが回転して、その小歯車３３ｂと噛合するチルト歯車３２が回転することで、チルト歯車３２が固着された回転軸３０がチルト歯車３２の回転に合わせて回転し、その回転軸３０に固着された振動子３１が回転軸３０を軸として回転する。

これにより、振動子３１の向く方向（振動子３１から送信される超音波ビームＴＢの送信方向）と船舶１１が浮かぶ水面（水平面）とのなす角度である俯角θ（チルト角）が、チルトモータ３３を駆動することによって、変更される。

次いで、図６を参照して、潮流計１２の電気的構成について説明する。図６は、潮流計１２の電気的構成を示したブロック図である。潮流計１２の本体１３（図１参照）は、制御装置５０を有している。制御装置５０は、潮流計１２の動作を制御するものである。制御装置５０は、図６に示す通り、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｃｅｓｉｎｇＵｎｉｔ）５１と、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）５２と、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）５３とを有しており、それらがバスライン５５を介して入出力ポート５４に接続されている。

入出力ポート５４には、潮流計１２を構成する操作ボタン１４、表示装置１５及び昇降装置１７のほか、コンパス１８及び傾斜計１９（図１参照）が接続される。また、送受波ユニット１６を構成する上述のスキャンモータ２７及びチルトモータ３３（図５参照）が、モータドライバ６１を介して入出力ポート５４と接続され、振動子３１（図５参照）が、送受信回路６２を介して入出力ポート５４と接続される。

ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶されたプログラムデータ５２ａに従って、潮流計１２の動作を制御するための各種演算を実行する演算装置であり、例えば、図７に示す潮流計測処理を実行する。潮流計測処理の詳細については、図７を参照して後述する。

ＲＯＭ５２は、ＣＰＵ５１によって実行されるプログラムデータ５２ａを記憶するほか、固定値データ等を記憶するための書き換え不能な不揮発性のメモリである。なお、書き換え不能なＲＯＭに代えて、書き換え可能な不揮発性のメモリ（例えば、フラッシュメモリ）を用いてもよい。

ＲＡＭ５３は、書き換え可能な揮発性のメモリであり、ＣＰＵ５１によるプログラムの実行時に各種のデータを一時的に記憶する。ＲＡＭ５３は、船首方位データ５３ａ，設定方位角データ５３ｂ，ロール角データ５３ｃ，ピッチ角データ５３ｄ，補正方位角データ５３ｅ，補正俯角データ５３ｆ，潮流データ５３ｇを少なくとも記憶する。船首方位データ５３ａ，設定方位角データ５３ｂ，ロール角データ５３ｃ，ピッチ角データ５３ｄ，補正方位角データ５３ｅ，補正俯角データ５３ｆは、いずれも、潮流の速度を計測するための超音波ビームＴＢを送受信する毎に更新される。また、潮流データ５３ｇは、潮流の速度の計測が行われる毎に更新される。

船首方位データ５３ａは、船舶１１の船首が向いている方角を示すデータである。潮流の速度の計測の処理が開始されると、ＣＰＵ５１により、コンパス１８から船舶１１の船首が向いている方角に関する情報が取得され、その情報が船首方向データ５３ａとしてＲＡＭ５３に格納される。

設定方位角データ５３ｂは、潮流の速度の計測を行うために４方向に送受信する超音波ビームＴＢの各々の方位角δ_ｍを示すデータである。潮流の速度の計測が行われる場合に、船首方位データ５３ａにより示される船舶１１の船首が向いている方角に基づいて、潮流の速度の計測のために送受信する４方向の超音波ビームＴＢの各方位角δ_ｍが、ＣＰＵ５１により決定され、その決定された方位角δ_ｍを示すデータが、設定方位角データ５３ｂとしてＲＡＭ５３に格納される。

ロール角データ５３ｃは、船舶１１のロール角βを示すデータである。ピッチ角データ５３ｄは、船舶１１のピッチ角αを示すデータである。潮流の速度を計測するために超音波ビームＴＢを一方向へ送受信する毎に、傾斜計１９より出力される船舶１１のロール角β及びピッチ角αがＣＰＵ５１により取得され、取得したロール角β及びピッチ角αを示すデータが、それぞれロール角データ５３ｃ及びピッチ角データ５３ｄとしてＲＡＭ５３に格納される。

補正方位角データ５３ｅは、設定方位角データ５３ｂとして設定された、潮流の速度を計測するために送信される４方向の超音波ビームＴＢのうち、これから送信すべき方向の方位角δ_ｍに対して、船舶１１のロール角β及びピッチ角αを考慮して算出（補正）した、船舶１１の船体を基準とする各放射方位角δ_ｍ´を示すデータである。補正俯角データ５３ｆは、該超音波ビームＴＢの俯角θ（例えば、６０°）に対して、船舶１１のロール角β及びピッチ角αを考慮して算出（補正）した、船舶１１の船体を基準とする放射俯角θ´を示すデータである。

潮流の速度の計測が行われる場合に、計測のために送信される４方向の超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍがＣＰＵ５１により設定方位角データ５３ｂとしてＲＡＭ５３に設定され、また、それらの超音波ビームＴＢの俯角θが所定の角度に設定されるが、船舶１１は波の影響等による揺れによって傾くと、設定された方位角δ_ｍ及び俯角θで超音波ビームＴＢを送受信しても、所望の方向に超音波ビームＴＢを送受信できない。そこで、ＣＰＵ５１は、超音波ビームＴＢを各方向へ送受信する場合に、各々の方向において超音波ビームＴＢを送信する直前に船舶１１のロール角β及びピッチ角αを傾斜計１９より取得する。そして、当該送受信方向に対して設定された方位角δ_ｍと俯角θとに対し、船舶１１のロール角β及びピッチ角αを考慮した補正を行い、船舶１１の船体を基準とした超音波ビームＴＢの放射方位角δ_ｍ´及び放射俯角θ´を、それぞれ補正方位角データ５３ｅ及び補正俯角データ５３ｆとしてＲＡＭ５３に格納する。これにより、潮流計１２は、放射方位角δ_ｍ´及び放射俯角θ´の方向に超音波ビームＴＢを送受信することで、所望の方向に超音波ビームＴＢを送受信する。

潮流データ５３ｇは、計測された潮流の速度を示すデータである。潮流の速度が計測される場合、ＣＰＵ５１により、俯角が補正俯角データ５３ｆにて示される放射俯角θ´とされつつ、放射方位角が補正方位角データ５３ｅにて示されるδ_１´→δ_２´→δ_３´→δ_４´と順次変えられながら、４方向に超音波ビームＴＢが送受信される。そして、各方向における反射波のドップラシフト周波数に基づいて潮流の速度が算出される。この算出された潮流の速度を示すデータが、潮流データ５３ｇとしてＲＡＭ５３に格納される。この潮流データ５３ｇに基づいて、計測した潮流の速度がＣＰＵ５１により表示装置８１へ表示される。

次に、図７を参照して、制御装置５０が実行する潮流計測処理の詳細について説明する。図７は、潮流計測処理を示すフローチャートである。潮流計測処理は、電源がオンされた場合、または、潮流の速度の計測が開始される場合にＣＰＵ５１によって実行が開始される。この潮流計測処理は、電源がオフされるまで、または、使用者による操作ボタン１４の操作などによって潮流の速度の計測を終了するまで、継続して実行され続ける。

潮流計測処理では、まず、昇降装置１７を駆動し、送受波ユニット１６を降下させる（Ｓ１１）。これにより、送受波ユニット１６が船舶１１の船底から水中に突出され、振動子３１による超音波ビームＴＢの送受信が可能となる。

次に、ＲＡＭ５３に変数ｍの領域を確保して、該変数ｍに１を代入する（Ｓ１２）。ここで、変数ｍは、潮流の速度を計測する場合に、４つの放射方位角δ_ｍ´（ｍ＝１〜４）で超音波ビームＴＢを送受信するために用意されたものである。

次いで、超音波ビームＴＢの送受信タイミングとなったか否かを判断する（Ｓ１３）。本実施形態では、所定の時間間隔毎（例えば、１秒毎）に一方向へ超音波ビームＴＢの送受信を実行する。Ｓ１３の処理では、前回の超音波ビームＴＢの送受信タイミングから所定の時間が経過したかを判断することによって超音波ビームＴＢの送受信タイミングとなったか否かを判断し、所定の時間が経過していないと判断される間は（Ｓ１３：Ｎｏ）、Ｓ１３の処理を繰り返し実行する。一方、Ｓ１３の処理の結果、前回の超音波ビームＴＢの送受信タイミングから所定の時間が経過したと判断される場合は、超音波ビームＴＢのの送受信タイミングとなったと判断し（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、Ｓ１４の処理へ移行する。

潮流計測処理の実行が開始されてから初めてＳ１３の処理が実行される場合は、Ｓ１３の処理では超音波ビームＴＢの送受信タイミングとなったと判断し（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、Ｓ１４の処理へ移行する。

なお、潮流の計測を実行する所定の時間間隔は、予めプログラム等により固定されたものであってもよいし、操作ボタン１４により使用者によって変更可能なものであってもよい。

Ｓ１４の処理では、コンパス１８より船舶１１の船首が向いている方角に関する情報を取得し、その情報を船首方位データ５３ａとしてＲＡＭ５３に格納する（Ｓ１４）。そして、潮流の速度を計測するためにこれから送受信する方向の超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍ（ｍは、Ｓ１２及び後述するＳ２３の処理にて設定された値）を、船首方位データ５３ａにより示される船舶１１の船首が向いている方角に基づいて設定する（Ｓ１５）。Ｓ１５の処理で設定される方位角δ_ｍは、上述した通り船舶１１の船首方向を基準とした方位角である。

ここで、図８を参照して、超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍの設定方法について説明する。図８（ａ）は、潮流の速度を計測する場合の超音波ビームＴＢの送受信方向を説明する図であり、図８（ｂ）は、船舶１１が旋回した場合に北東へ超音波ビームＴＢを送受信するために設定すべき方位角δ_ｍの算出方法を説明するための図である。

図８（ａ），（ｂ）に示す通り、潮流計１２は、船舶１１の船首がどの向きに向いていたとしても、潮流の速度の計測を行う場合に、超音波ビームＴＢを北東／南東／南西／北西の４方向へ送受信する。そこで、Ｓ１４では、超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍを、船首方位データ５３ａに格納された船舶１１の船首が向いている方角に基づいて算出する。例えば、方角を示す角度として、北の方角を０°、東の方角を９０°、南の方角を１８０°、西の方角を２７０°とし、北→東→南→西→北へと方角が変化するにつれて０°以上３６０°未満の範囲で増加するように定義した場合、北東の方角はδ_Ａ１＝４５°と表される。そして、船首方位データ５３ａに格納された船舶１１の船首が向いている方角をδ_Ｂとすると、図８（ｂ）に示すように、変数ｍが１の場合に北東へ超音波ビームＴＢを送信するための方位角δ_１は、次の式（１）で算出される。また、変数ｍが２の場合に超音波ビームＴＢを南東へ送信するための方位角δ_２、変数ｍが３の場合に超音波ビームＴＢを南西へ送信するための方位角δ_３、変数ｍが４の場合に超音波ビームＴＢを北西へ送信するための方位角δ_４は、それぞれ式（２）〜（４）で算出される。

算出された方位角δ_ｍは、設定方位角データ５３ｂとしてＲＡＭ５３に格納される。

このように超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍを算出する必要があるのは、方位角が船舶１１の船首方向を基準として定義されているためである。上記の式（１）〜（４）で示した式を用いて、船舶１１の船首が向いている方角に基づき、送受信する超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍを算出することによって、図８（ｂ）に示す通り、その超音波ビームＴＢを常に北東／南東／南西／北西の方角へ送受信することができる。

これにより、潮流計１２が搭載された船舶１１が旋回したとしても、同一の水塊から発生する超音波ビームＴＢの反射波を利用して、ドップラシフト周波数を導出できる。よって、計測毎の計測結果のばらつきが抑えられ、長時間の平均処理も不要となるので、船舶１１が旋回した場合であっても、潮流の速度を精度よく計測できる。

Ｓ１５の処理が終了すると、次いで、傾斜計１９より船舶１１のロール角β及びピッチ角αを取得する（Ｓ１６）。そして、Ｓ１５の処理により設定された超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍと、所定の角度が設定される俯角θとを、Ｓ１６の処理にて取得したロール角β及びピッチ角αを考慮して補正し、船舶１１の船体を基準とした超音波ビームＴＢの放射方位角δ´と放射俯角θ´とを算出する（Ｓ１７）。

具体的には、以下に説明する演算を行うことにより、超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍ及び俯角θの補正が行われる。この演算では、図４（ａ）に示す通り、船舶１１の左右方向をｘ軸とし、船舶１１の前後方向をｙ軸とし、船舶１１の上下方向をｚ軸とする。そして、超音波ビームＴＢの送信源（超音波ビームＴＢを送信するときの振動子３１の位置）を原点として、船舶１１の右舷側をｘ軸の正とし、船舶１１の前方をｙ軸の正とし、船舶１１の上方をｚ軸の正とする。

ここで、超音波ビームＴＢを長さ「１」のベクトルとして考え、超音波ビームＴＢの目標放射角をｘｙｚ直交座標に変換すると、以下の式（５）の通りになる。

船舶１１がロール角β及びピッチ角αで傾いていた（回転していた）場合、その船舶１１の傾きに合わせて超音波ビームＴＢも傾いて送受信されることになる。そこで、船舶１１から送受信される超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍ及び俯角θを、その船舶１１のロール角β及びピッチ角αだけ逆回転させる、つまり、β´＝−β，α´＝−αだけ回転させる補正を行うことで、予定していた方向に超音波ビームＴＢを送受信させることができる。即ち、補正後の超音波ビームＴＢは、ＸＹＺ直交座標において次の式（６）で表される。

式（６）で求められた各座標を次の式（７），（８）によって極座標に戻すことにより、船舶１１の船体を基準とした超音波ビームＴＢの放射方位角δ_ｍ´及び放射俯角θ´を算出できる。

算出された放射方位角δ_ｍ´及び放射俯角θ´は、それぞれ補正方位角データ５３ｅ及び補正俯角データ５３ｆとしてＲＡＭ５３に格納される。

上述した通り、潮流計１２は、潮流の速度を計測する場合に、超音波ビームＴＢの俯角θを所定の角度に設定しつつ、水面を上面視した場合の超音波ビームＴＢの送受信方向が北東／南東／南西／北西の４つの方位となるように各方位角δ_ｍを設定して、各々の方向に順次超音波ビームＴＢを送信する。しかしながら、波の影響等により船舶１１に揺れが生じて傾くと、設定した方位角δ_ｍ及び俯角θで超音波ビームＴＢを送受信したとしても、その方位角δ_ｍ及び俯角θを設定した場合に予定していた水塊からずれた位置に、超音波ビームＴＢが送信されてしまう。

そこで、潮流計１２は、傾斜計１９より取得したピッチ角α及びロール角βを考慮して、設定した超音波ビームＴＢの各方位角δ_ｍ及び俯角θを補正し、当所予定した水塊へ超音波ビームＴＢが送信されるように、船舶１１の船体を基準とした放射方位角δ_ｍ´及び放射俯角θ´にて超音波ビームＴＢを送信するようにしている。これにより、船舶１１が揺れながら旋回したとしても、常に同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できるので、潮流の速度を精度よく計測できる。

Ｓ１７の処理が終了すると、次いで、補正方位角データ５３ｅにて示される船舶１１の船体基準の放射方位角δ_ｍ´及び補正俯角データ５３ｆにて示される同船体基準の放射俯角θ´で超音波ビームＴＢが送受信されるように、モータドライバ６１を介してスキャンモータ２７及びチルトモータ３３を駆動する（Ｓ１８）。これにより、振動子３１が出力軸２７ａ（図５参照）を軸として回転され、振動子３１から送受信される超音波ビームＴＢの方位角を放射方位角δ_ｍ´とし、且つ、振動子３１が回転軸３０（図５参照）を軸として回転され、振動子３１から送受信される超音波ビームＴＢの俯角を放射俯角θ´とすることができる。

その後、送受信回路６２を介して振動子３１から超音波ビームＴＢを送信し、その超音波ビームＴＢに対して、散乱体Ｇから反射された反射波を該振動子３１にて受信する（Ｓ１９）。振動子３１にて受信された反射波は送受信回路６２に入力され、送受信回路６２により受信信号が生成される。その受信信号が制御装置５０に入力され、ＲＡＭ５３に一時的に格納される。

次いで、Ｓ１９の処理によって送受信された超音波ビームＴＢについて、その反射波の受信によって生じる受信信号に基づき、解析深度付近の水塊中にある散乱体Ｇから反射された反射波の周波数解析を実行し、ドップラシフト周波数を算出して、当該解析深度における潮流の速度ｖ_ｍを算出する（Ｓ２０）。ここで潮流の速度ｖ_ｍは、変数ｍに対応する方角に送受信された超音波ビームＴＢに基づいて算出した潮流の速度であることを示す。

Ｓ２０により算出された潮流の速度ｖ_ｍは、水面基準でみた場合の俯角θと、放射方位角δ_ｍ´とをもつ超音波ビームＴＢの送受信によって算出されたものであり、それによって算出された潮流の速度ｖ_ｍは、俯角θと放射方位角δ_ｍ´との方向によって示される成分である。

そこで、Ｓ２１の処理では、水面（水平面）に対して平行に流れる潮流の速度を求めるために、Ｓ２３の処理で算出した各超音波ビームＴＢに対応する潮流の速度ｖ_ｍに対して、以下の式（９）による俯角補正を行い、潮流の速度の俯角０度（水平方向）と対応する放射方位角δ_ｍ´とで示される方向の成分ｖ_ｍ’を算出して、ＲＡＭ５３に保持する（Ｓ２１）。

ｖ_ｍ´＝ｖ_ｍ／ｃｏｓθ ・・・（９）
次いで、変数ｍが４か否かを判断し（Ｓ２２）、変数ｍが４でなければ（Ｓ２２：Ｎｏ）、変数ｍに１加算して（Ｓ２３）、Ｓ１３の処理に戻る。そして、Ｓ１３〜Ｓ２３の処理を、Ｓ２２の処理により変数ｍが４であると判断されるまで繰り返す。これにより、俯角が水面基準で所定の角度θとなるように船体基準の放射俯角θ´を設定しつつ、放射方位角をδ_１´，δ_２´，δ_３´，δ_４´と変化させながら、４方向に超音波ビームＴＢが送受信される。そして、各方向において、俯角０度（水平方向）と、対応する放射方位角δ_ｍ´とで示される方向の、潮流の速度の成分ｖ_ｍ´が算出され、ＲＡＭ５３に保持される。

一方、Ｓ２２の判断により、変数ｍが４であると判断されると（Ｓ２２：Ｙｅｓ）、Ｓ２４の処理へ移行する。Ｓ２４の処理では、Ｓ２１の処理によって算出された俯角０度と各方位角δ_ｍ´とで示される４つの方向の潮流の速度の成分ｖ_ｍ´をベクトル合成し、解析深度での潮流の速度（速さと方向）を算出して、その算出した潮流の速度を示すデータを潮流データ５３ｇとしてＲＡＭ５３に格納する（Ｓ２４）。

その後、Ｓ２４の処理にてＲＡＭ５３に格納された潮流データ５３ｇにより示される潮流の速度を解析深度と共に表示装置１５に表示する（Ｓ２５）。そして、Ｓ１２の処理に戻り、再び超音波ビームＴＢの送受信タイミングとなると、Ｓ１２〜Ｓ２５の処理が実行され、潮流の速度の計測が実行される。

以上説明した通り、本実施形態における潮流計１２によれば、潮流の速度を計測する場合、振動子３１により所定の方向へ超音波ビームＴＢが送信され、計測対象となる解析深度に位置する水塊にある散乱体Ｇ等からの反射波が、該振動子３１によって受信される。その振動子３１が反射波を受信して生じる受信信号に基づいて、ドップラシフト周波数がＣＰＵ５１により導出され、そのドップラシフト周波数に基づいて潮流の速度が算出される。

ここで、潮流の速度を計測する場合に、前記所定の方向として東西南北を基準とした所定の方位、即ち、北東／南東／南西／北西の方角に超音波ビームＴＢが送受信されるように、振動子３１が駆動される。これにより、潮流の速度を計測する場合に超音波ビームＴＢが、東西南北を基準とした所定の方位に固定されるので、たとえ船舶３１が旋回したとしても、旋回前と旋回後とで同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できる。よって、計測毎の計測結果のばらつきが抑えられ、長時間の平均処理も不要となるので、潮流計１２が搭載された船舶１１が旋回する場合であっても、潮流の速度を精度よく計測できる。

また、潮流計１２の搭載される船舶１１の船首が向いている方角に関する情報が、コンパス１８より取得され、潮流の速度を計測する場合に、その取得された船舶の方位に関する情報に基づいて、北東／南東／南西／北西の方角に超音波ビームＴＢが送受信されるように、振動子３１が駆動される。これにより、船舶１１が旋回したとしても、潮流の速度を計測する都度、船舶１１の船首が向いている方角に関する情報が取得されるので、その船舶１１の船首が向いている方角に基づいて、容易に且つ正確に、超音波ビームＴＢが送受信される所定の方向を、東西南北を基準とした所定の方位に固定させることができる。

また、潮流計が搭載される船舶１１の傾きに関する情報としてロール角βとピッチ角αとが、船舶１１に搭載された傾斜計１９よりＣＰＵ５１によって取得される。そして、ピッチ角α及びロール角βを考慮して、予定した水塊へ超音波ビームＴＢが送信されるように、振動子３１が駆動される。これにより、船舶１１が揺れながら旋回したとしても、常に同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できるので、潮流の速度を精度よく計測できる。

また、潮流の速度を計測する場合に、北東／南東／南西／北西と複数の方角に超音波ビームＴＢが送受信されるように、振動子３１が駆動される。そして、その振動子３１の駆動により複数の方角でそれぞれ受信された各反射波のドップラシフト周波数に基づき、潮流の速度が算出される。このように、潮流の速度を高い精度で計測するために、複数の方角に超音波ビームＴＢを送受信するように構成した場合に、各々の超音波ビームＴＢの送受信は東西南北を基準とした所定の方位に固定される。よって、たとえ船舶１１が旋回したとしても、各方向に送受信された超音波ビームＴＢのそれぞれにおいて、同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できるので、計測される潮流の速度の精度を高く維持できる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施形態で挙げた数値は一例であり、他の数値を採用することは当然可能である。

上記実施形態では、潮流の速度を計測する場合の超音波ビームＴＢの送受信方向が、北東／南東／南西／北西の方角となるように振動子３１を制御する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、超音波ビームＴＢの送受信方向が東西南北を基準とした所定の方位となるように振動子３１を制御すればよい。例えば、超音波ビームＴＢの送受信方向が北／東／南／西の方角となるように振動子３１を制御してもよい。

また、上記実施形態では、１回の潮流の速度の計測で４方向に超音波ビームＴＢを送受信する場合について説明したが、超音波ビームＴＢを送受信する方向は必ずしも４方向に限られるものではなく、２以上の方向に超音波ビームＴＢが送受信されれば、方向を含む潮流の速度を測定できる。ここで、例えば１回の潮流の速度の計測で２方向に超音波ビームＴＢを送信する場合は、その超音波ビームＴＢの送受信方向が、例えば北と南といった東西南北を基準とした所定の方角となるように、振動子３１を制御すればよい。これにより、船舶１１が旋回したとしても、同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できるので、潮流の速度を精度よく計測できる。

また、上記実施形態では、潮流の速度を計測する場合の超音波ビームＴＢの送受信方向が、必ず北東／南東／南西／北西に固定される場合について説明した。これに対し、次のようにして、潮流の速度を計測する場合の超音波ビームＴＢの送受信方向を決定してもよい。即ち、潮流計１２の電源がオンされたとき、または、図７に示す潮流計測処理が開始されたときに、船舶１１の船首（又は右舷，左舷，船尾といった特定の方向）が向いている方角δｉｎｉ（以下、初期方角と称す）をコンパス１８より取得する。そして、潮流の速度を計測する場合の超音波ビームＴＢの送受信方向が、初期方角δｉｎｉを基準とし、例えば方角（δｉｎｉ＋φ），（δｉｎｉ＋φ＋９０°），（δｉｎｉ＋φ＋１８０°），（δｉｎｉ＋φ＋２７０°）となるように、振動子３１を制御する（φは、例えば０°以上９０°未満の任意の値とする）。これによっても、超音波ビームＴＢの送受信方向が、東西南北を基準とした所定の方位に固定されるので、船舶１１が旋回したとしても、同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出でき、潮流の速度を精度よく計測できる。

また、潮流の速度を計測するタイミングにおける船舶１１の船首方向（または、右舷，左舷，船尾といった特定の方向）について、潮流計１２の電源がオンされたとき、または、図７に示す潮流計測処理が開始されたときからの変化量χを取得し、４方向へ送受信する超音波ビームＴＢの方位角δ_ｍ（ｍ＝１〜４）を以下の式（１０）〜（１３）を用いて設定してもよい。

δ_１＝φ−χ ・・・（１０）
δ_２＝φ＋９０°−χ ・・・（１１）
δ_３＝φ＋１８０°−χ ・・・（１２）
δ_４＝φ＋２７０°−χ ・・・（１３）
ここで、φは例えば０°以上９０°未満の任意の値とする。これにより、潮流の速度を計測するために４方向に送受信される超音波ビームＴＢの送受信方向は、常に、潮流計１２の電源がオンされたとき、または、図７に示す潮流計測処理が開始されたときの船首が向く方角からφだけ時計回りに回った方角と、その方角から９０°，１８０°，及び２７０°に時計回りに回った方角とに固定される。即ち、この場合も、超音波ビームＴＢの送受信方向が、東西南北を基準とした所定の方位に固定されるので、船舶１１が旋回したとしても、同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出でき、潮流の速度を精度よく計測できる。

なお、この場合、変化量χはコンパス１８の出力によって算出してもよい。また、コンパス１８に代えて又はコンパス１８とは別に、船舶１１のヨーレートを出力するヨーレートセンサを船舶１１に設け、ヨーレートセンサが出力するヨーレートを積分することにより、変化量χを算出してもよい。また、傾斜計１９がヨーレートを出力するように構成し、そのヨーレートを積分することにより、変化量χを算出してもよい。

上記実施形態では、超音波ビームＴＢを送受信する毎に、その送受信の直前に船舶１１が向いている方角を取得し、その取得した船舶１１が向いている方向に基づいて、これから送信する超音波ビームＴＢの送受信方向が東西南北を基準とした所定の方角となるように、その超音波ビームＴＢの方位角を設定する場合について説明した。これに対し、１回の潮流の計測を行う毎に船舶１１が向いている方角を取得し、その取得した船舶１１が向いている方角に基づいて、４方向に送受信する超音波ビームＴＢの送受信方向が東西南北を基準とした所定の方角となるように設定してもよい。これによっても、ほぼ同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できるので、潮流の速度を精度よく計測できる。

この場合であっても、超音波ビームＴＢを送受信する毎に、その時の船舶１１のピッチ角α及びロール角βを傾斜計１９より取得して、設定した方位角及び所定の俯角を補正してもよい。これにより、船舶１１の旋回速度が速く且つ船舶１１の揺れが激しい場合であっても、潮流の速度を精度よく計測できる。また、１回の潮流の計測を行う毎に船舶１１が向いている方角を取得し、その取得した船舶１１が向いている方角に基づいて、４方向に送受信する超音波ビームＴＢの送受信方向が東西南北を基準とした所定の方角となるように設定した後、その時の船舶１１のピッチ角α及びロール角βを傾斜計１９より取得して、設定した方位角及び所定の俯角を補正してもよい。これによっても、ほぼ同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できるので、潮流の速度を精度よく計測できる。

上記実施形態では、傾斜計１９より取得したピッチ角α及びロール角βを考慮して、設定した超音波ビームＴＢの各方位角δ_ｍ及び俯角θを補正し、当所予定した水塊へ超音波ビームＴＢが送信されるように、船舶１１の船体を基準とした各放射方位角δ_ｍ´及び放射俯角θ´にて超音波ビームＴＢを送信する場合について説明した。これに対し、傾斜計１９より船舶１１のピッチ角α及びロール角βのいずれか一方を取得し、取得したピッチ角α及びロール角βのいずれか一方を考慮して、設定した超音波ビームＴＢの各方位角δ_ｍ及び俯角θを補正してもよい。この場合は、ピッチ角α及びロール角βを考慮して超音波ビームＴＢの各方位角δ_ｍ及び俯角θを補正する場合と比べると精度は低くなるものの、船舶１１が旋回したとしても、ほぼ同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出でき、潮流の速度を精度よく計測できる。

また、船舶１１の傾き（ピッチ角α，ロール角β）を考慮（補正）せず、予め設定された超音波ビームＴＢの俯角θと方位角δ_ｍとで超音波ビームＴＢを送受信してもよい。この場合も、ピッチ角α及びロール角βを考慮して設定した超音波ビームＴＢの各方位角δ_ｍ及び俯角θを補正する場合と比して精度は低くなるものの、船舶１１が旋回したとしても、ほぼ同一の水塊から発生する反射波を利用してドップラシフト周波数を導出できるので、潮流の速度を精度よく計測できる。

１１船舶
１２潮流計
３１振動子
Ｓ１４（方位取得手段）
Ｓ１５，Ｓ１８，Ｓ１９（駆動手段）
Ｓ１６（傾き情報取得手段）
Ｓ２０，Ｓ２１，Ｓ２４（算出手段）
ＴＢ超音波ビーム

Claims

船舶に搭載され、その船舶周辺の潮流の速度を計測する潮流計であって、
超音波を水中に送信し、その反射波を受信可能な振動子と、
その振動子により所定の方向へ送信された超音波の反射波を前記振動子が受信して生じる受信信号に基づいて前記反射波のドップラシフト周波数を導出し、そのドップラシフト周波数に基づいて前記潮流の速度を算出する算出手段と、
潮流の速度を計測する場合に、前記所定の方向として東西南北を基準とした所定の方位に前記超音波が送受信されるように、前記振動子を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする潮流計。
前記潮流計の搭載される船舶が向いている東西南北を基準とした方位に関する情報を取得する方位取得手段を備え、
前記駆動手段は、前記方位取得手段により取得した前記船舶の方位に関する情報に基づいて、前記所定の方向として前記所定の方位に前記超音波が送受信されるように、前記振動子を駆動することを特徴とする請求項１に記載の潮流計。
前記潮流計が搭載される船舶の傾きに関する情報を取得する傾き情報取得手段を備え、
前記駆動手段は、前記傾き情報取得手段により取得した前記船舶の傾きに関する情報を考慮して、前記所定の方向として所定の俯角でもって且つ前記所定の方位に前記超音波が送受信されるように、前記振動子を駆動することを特徴とすることを特徴とする請求項１又は２記載の潮流計。
前記駆動手段は、潮流の速度を計測する場合に、前記所定の方向として東西南北を基準とした複数の前記所定の方位に前記超音波が送受信されるように前記振動子を駆動するものであり、
前記算出手段は、前記駆動手段による前記振動子の駆動によって、複数の前記所定の方位でそれぞれ受信された各反射波のドップラシフト周波数に基づき前記潮流の速度を算出することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の潮流計。