WO1991014953A1

WO1991014953A1 - Device for measuring speed of moving body

Info

Publication number: WO1991014953A1
Application number: PCT/JP1991/000384
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Iino; Shigeru Aoyama; Shinji Ishihara
Original assignee: Furuno Electric Company, Limited
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1991-10-03
Also published as: EP0481083A1; ES2102396T3; US5224075A; ES2146703T3; KR100195576B1; EP0708343A2; KR920701836A; EP0708343B1; NO914616D0; EP0708343A3; NO914616L; EP0481083A4; NO305776B1; EP0481083B1

Description

明細書発明の名称

移動体速度検出装置技術分野

この発明は、船や水塊等の移動体の速度を測定する移動体速度検出装置に関し、特に水中を伝播する超音波に生じたドッブラー効果を利用して船速や潮流速度を検出する装置に関する。背景技術

船底に取り付けた送受波器から超音波を発射し、これにより、ブランクトンや微小なゴミ等の水中の浮遊物あるいは海底から得られるェコ一信号は、ドッブラ一効果によりドッブラーシフト周波数を有しており、このドップラーシフト周波数を測定することにより、当該船の船速や潮流速度を求めることができる。

例えば、船速 Vを求める場合には、第 4図に示すように、送受波器から斜め下方向（角度 S ) に超音波（周波数。）を発射すると、海底からのェコ一信号が持つドッブラーシフト周波数： dは、 i d = 2 V * f 。 * c o s 0/c ( 1 )

となる。ここで、 cは音速である，従って、（ 1 ) 式を変形した

V= f d ' cZ ( 2 f 。 ' c o s 0 )

の式から船速 Vを求めることができる。そのためには、エコー信号からドッブラーシフト周波数： f dを検出する必要があり、その手法として次の 3方式が考えられる。

①周波数追尾方式

測定装置内に可変周波数発振器を持ち、エコ -信号の周波数との差が零となるよう制御し、このとき変化させた周波数からエコー信号の周波数を求める方式。

この方式では、発振器は、 P L L方式等を探 ffiした複雑な回路構成となり、また、周波数追尾速度や範囲に制限があり、また、送受信 1回のエコー信号で精度良くドッブラーシフ卜周波数を求めるのは困難である。又、追尾速度の制限の為に振動子のビーム毎にかつ測定層毎に追尾回路が必要となり、潮流計等のように複数ビーム . 複数測定層を持つ装 gでは部品点数が非常に多くなる。

②パルス計数方式

第 5図に示すように、 t。からまでのある測定時間を設定し、この時間内に検出したエコー信号のパルス数をカウントする方式であり、周波数は、 1秒間の波数（パルス数）で示されることから、測定時間を Δ t、この間にカウントしたパルス数を nとすれば、 nノ Δ tからドッブラーシフト周波数を求めることができる。但し、精度の高い周波数検出を行うためには、測定時間を長くとる必要があり、このことは、時刻 t 。から t _t に対応する測定層厚 (第 4図図示）を大きくすることになり、その結果、深度方向の分解能が悪くなるため、所望の深度からのドッブラーシフト周波数の測定が困難となる。

③周期検出方式

②の方式とは逆にエコー信号を所定数 nのパルスを力ゥントするのに要した時間 A tを求めることにより、エコー信号の 1パルス当たりの平均周期 T (sA tZn) を算出し、この逆数（ 1 ZT) からドッブラーシフト周波数を求める方式であり、この方式は、第 6 図に示したごとく、エコー信号の周波数に比して極めて高い周波数の計数クロツクにて nパルス分のェコ一信号の検出時間を測定するため、 ②の方式よりも高精度にドッブラーシフト周波数を求めることが可能である，

しかし、ブランクトン等の水塊で反射されるエコー信号は非常に檄弱であり、 S/N比もあまり良くないのが普通であり、それ故、カウントしていたパルスが途切れた場合には測定時間が長引き、又、エコ -信号に含まれる雑音等の影響で異常な周波数（周期）を持つパルスが含まれ、この異常パルスを力ゥン卜したときは測定時間が短くなり、検出するドブラーシフ卜周波数の精度が低下する，更には②の方式で述べたように所望の深度のエコーを正確に限定できなくなる（第 4図における時刻 t t 変化する）という問題点がある，

以上述べたことからわかるようにドッブラーシフト周波数を正確に検出するには、

i ) 1 回の送受信でドブラーシフト周波数の検出が可能、

ii ) 測定層数に依存しない多点連続測定（ハードウユアの簡略化）の実施

iii)測定層厚（測定時間）を小さくして深度方向に対する測定分解能の向上、

iv) 雑音の影響等によるドッブラ -シフト周波数への影饗が少ないこと、

以上の各項目を満たすことが重要な課題となる。

—方、近年、高精度で周波数を決定するのにフーリエ変換の手法を適用する研究が盛んに行なわれており、例えば、田部井誠、上田光宏両氏による『 F F Tを用いた高精度周波数決定法』（霓子情報通信学会論文誌、 1 9 8 7年 5月号の 7 9 8頁ないし 8 0 5頁）が知られている。この周波数決定法は、入力された時系列データにハユング窓を乗じた後フーリエ変換を行ない、最大振幅と、この最大振幅と隣り合う周波数の振幅との振幅比に基づき、ハユング窓の応答関数の性質から精度良く周波数を求めるものである。なお、ハニング窓は、上記 ¾子情報通信学会論文誌の第 799 頁の（ 3 ) 式に表わされており、補間して周波数を決定することは、第 800 頁の第 ( 1 6 ) 式に表わされている.

発明の開示

この発明の一つの目的は、自船に装備され、新規な方法でもつて水中伝播する超音波エコー信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより自船の対水船速を検出する移動体速度検出装置を提供することである。

この発明の他の目的は、自船に装備され、新規な方法でもって水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより目船の対地船速又は対水船速を検出する移動体速度検出装 Sを提供することである.

この発明の他の目的は、自船に装備され、新規な方法でもって水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することによりある深度における潮流の速度を検出する移動体速度検出装 Sを提供することである。

この発明の他の目的は、自船に装備され、新規な方法でもって水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより複数の深度における潮流の速度を検出する移動体速度検出装置を提供することである。

この発明の他の目的は、 F F T (高速フーリエ変換）を用いて水中伝播する超音波エコー信号に生じたドッブラーシフト周波数を高精度に検出することを特徴とする移動体速度検出装 Sを提供することである，

この発明の他の目的は、 F F Tを用いて水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフ卜周波数を高精度に検出し、得られたドッブラーシフ卜周波数に基づいて自船の対地船速又は対水船速を検出する移動体速度検出装置を提供することである，

この発明の他の目的は、 F F Tを用いて水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフ卜周波数を高精度に検出し、得られたドッブラーシフト周波数に基づいて自船の対地船速又は対水船速を検出する移動体速度検出装 Sを提供することである。

この発明の他の目的は、 F F Tを用いて水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフト周波数を高精度に検出し、得られたドッブラーシフト周波数に基づいて一又は複数の深度における潮流の速度を検出する移動速度検出装も提供することである。

この発明の他の目的は、水中を伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフ卜周波数を検出し、得られたドッブラーシフト周波数に基づいて一又は複数の深度の水に対する自船の速度を測定し、一方航法装置を用いて自船の対地速度を測定し、これら二種類の速度に基づいて一又は複数の深度における潮流の速度を検出する移動体速度検出装鬣を提供することである. この発明の他の目的は、 F F Τを用いて水中を伝播する超音波エコー信号に生じたドップラーシフト周波数を高精度に検出し、得られたドッブラーシフ卜周波数に基づいて一又は複数の深度の水に対する自船の速度を測定し、一方航法装 Sを用いて自船の対地速度を測定し、これら二種類の速度に基づいて一又は複数の深度における潮流の速度を検出する移動体速度検出装置を提供することである。

この発明の他の目的は、超音波エコーの搬送信号のパルスの周期を正確に求め、この周期の逆数値からドッブラーシフト周波数を高精度に検出することを特徴とする移動体速度検出装置を提供することである。

この発明の他の目的は、超音波エコーの搬送信号のパルスの周期を正確に求め、この周期の逆数値からドッブラーシフト周波数を高精度に検出し、得られたドッブラーシフト周波数に基づいて対水船速又は対地船速を検出する移動体速度検出装笸を提供することである。

この発明の他の目的は、超音波エコーの搬送信号のパルスの周期を正確に求め、この周期の逆数値からドッブラーシフト周波数を高精度に検出し、得られたドッブラーシフト周波数に基づいて潮流の速度を検出する移動体速度検出装置を提供することである。

この発明の他の目的は、超音波エコーの搬送信号のパルスの周期を正確に求め、この周期の逆数値からドッブラーシフ卜周波数を高精度に検出し、得られたドッブラーシフト周波数に基づいて対水船速又は対地船速をそれぞれ測定し、これらの対水船速又は対地船速に基づいて潮流の速度を検出する移動体速度検出装 Sを提供することである。

この発明の他の目的は、超音波エコーの搬送信号のパルスの周期を正確に求め、この周期の逆数値からド、ジブラーシフト周波数を高精度に検出し、得られたドップラーシフト周波数に基づいて一又は複数の深度の水に対する自船の速度を測定し、一方航法装置を用いて自船の対地速度を測定し、これら二種類の速度に基づいて一又は複数の深度における潮流の速度を検出する移動体速度検出装置を提供することである。

この発明の他の目的は、 F F T (髙速フーリエ変換）を用いて水中伝播する超音波エコー信号に生じたドッブラーシフト周波数を高精度に検出し、得られたドッブラーシフト周波数に基づいて自船の対水船速又は、対地船速を検出する第 1 の移動体速度検出装渥と、超音波エコーの搬送信号のパルスの周期を正確に求め、この周期の逆数値からドッブラーシフ卜周波数を高精度に検出し、得られたドッブラ -シフ卜周波数に基づいて対水船速又は対地船速を検出する第 2の移動律速度検出装置と、これら第 1の移動体速度検出装置と第 2の移動体速度検出装置とを切り換えて動作させる切換手段とから成る移動体速度検出システムを提供することである.

この発明の他の目的は、低 S/N 比の対水エコーを周波数軸上で平均処理することにより、高精度で周波数を検出することにより、潮流速度及び船速を高精度で検出できる移動体速度検出装置を提供することである。

この発明の第 1 の特徴は、水中伝播する超音波エコー信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより、船速を検出する移動体速度検出装置において、所定の測定時間に対して検出された上記エコー信号と、基準信号との位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフ一リエ変換を行い、得られたフーリエスぺクトルに基づきドッブラーシフ卜周波数を検出して得られたドッブラーシフト周波数に基づいで、対水速度又は対地速度又は潮流の速度を潢算する演算手段とを備えたことである，

対地又は対水船速を求めるためには、先ず（ 1 ' ) 式におけるドッブラシフ卜周波数を求めることが必要となる。この発明の第 1の特徵は、対地あるいは対水よりのエコー信号の時刻 tでの位相を Θ e ( t ) を求めた後、これを三角関数変換して次のように信号 R ( t ) ， I ( t ) を求め、

これらの信号を時系列データとして、この時系列データにソ、ニング窓を乗じ、フーリエ変換し上記の『 F F Tを用いた高精度周波数決定法』に従い周波数補間することにより、ドッブラシフト周波数を決定し、このドッブラシフト周波数に基づいて対地又は対水船速を求めることにある。つまり、 R及び I成分の振幅幅を量子化するのではなく、位相 0を量子化することによりドッブラシフト周波数を決定する。ただし、振幅悄報は正規化されるので相対値しか得られないが、ここでは周波数をもとめることを目的としているので問題にはならない。

この発明の第 2の特徴は、水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより、潮流もしくは船速等を検出する移動体速度検出装置において、所定の測定時間に対し、上記エコー信号の各パルス毎の周期を検出する周期検出手段と、前期周期検出手段で検出された周期が正常と判定される周期範囲内にあるか否かを判定する周期判定手段と、前記周期判定手段で正常と判定された複数の周期から平均周期を演算する平均周期演算手段とを備え、前記平均周期演算手段で演算された平均周期の逆数値からドッブラーシフ卜周波数を求めることである。

この発明の第 2の特徴によれば、上記の（i) 乃至（iv)の各項目を達成できる，まず、（i) 項を満足させるには、前述した周波数を追尾する方式①では不可能であり、バルス計数方式②あるいは周期検出方式③を適用する必要がある，又、（iii) 項より、短時間測定でドブラーシフト周波数の検出精度を高くできるのは周期検出方式③ である。それ故、周期検出方式③にて、上記の他の要求項目（ii )、 (iv)を実現ができれば良いことになる。そのための周期検出方式として、第 6図に示したようなブロック構成が考えられる。すなわち、エコー信号から _n個のパルスを計時するのに、第 7図に示すように、 n分周器 6 1 にて分周して得た 1 パルスの周期に gける始めと終わりとに対してパルス発生器 6 2から出力される、スタートパルスとエンドパルスとの間にカウンタ 6 3で計数した計数用ク口 υ クの個数から求めるものである. しかし、この回路構成のままでは、（iv)項に記した異常周期バルスが η分周器 6 1 にて分周されてしまう恐れがある。そこで、（ii)項を満足させた上でエコー信号を 1 パルス毎に連続して確実に周期検出できる方法として第 8図に示した回路構成が考えられる。カウンタ 8 1 としては、計数用クロウクでカウントアップを続けるフリーランニングカウンタを用いており、計数用クロックの周波数を f _c、カウンタ 8 1 のビット数を k ビヅトとすると、このカウンタは、計数用クロックを 0〜2 ^k — 1の範囲内でカウントアップを繰り返し、カウント出力は、計数用クロツクを 2 ¹〜 2 ^κ分周した信号となる。このカウンタ値を、ラッチ回路 8 2にて、エコー信号の立ち上がりエッジ毎にラッチさせ、そのラツチ出力を一定周期にてメモリ等に順次ァドレスを変えながら書き込み、測定 Sの測定開始深度から測定終了深度に対応するァドレスからデータを読み出すようにすれば、求めようとする測定屑に対するドッブラーシフト周波数が得られる. この回路構成では、第 9図に示すように、あるエコー信号の 1パルス目のエッジでラッチされたカウント値を Χ ι、次の 1パルスによるラヅチ出力が χ₂であつたとすると、この間のエコー信号 1パルス分の周期ては、

τ = ( χ ι - χ, ) X係数用クロックの周期

= ( x】一 x₂ ) / fc ( 3 )

で表される。 1 てを計算することにより、エコー信号の 1パルスからドッブラーシフト周波数を検出でき、かつ、前期ラッチ出力が、エコー信号の 1パルス毎に出力されるので送信開始時点より連続してドッブラーシフト周波数の検出が可能となり、ハードウェアを変更することなく、任意の測定深度からドッブラーシフト周波数を求めることができる。

ところで、検出するドップラーシフト周波数は、ある帯域範囲を予想できるので、エコー信号の 1パルス毎に検出された前期周期てに対して帯域範囲を設定することにより、 1 パルス毎に検出した周期ての良否判定が可能となり、前述の（iv)項を満足できる。

更には、 1パルスの周期からの周波数検出に所望の分解能が得られない塌合には、数パルス分の周期検出値より平均周期を求めることにより、検出周波数の分解能を向上させることができる。この塌合のエコー信号の数バルス分を検出する時間は、ある測定深度からの測定幅に相当するので、測定時間を加減することにより、随意の測定幅とすることができる. しかるに、第 6図で述べたような、ェコー信号のパルスを n分周してしまう方法では、エコー信号の周期そのものが未知であるため nパルスを検出するのに要した測定時間 i未知であり、それ故、測定幅も未知であり、所望の測定時間（測定幅）で検出したものとはいえない.

従ってこの発明の第 2の特徴は、所望の測定時間に対するエコー信号の各パルス毎にその周期を求め、求めた周期が正常な周期であるか否かを判定し、そして、周波数検出分解能を上げるために、正常と判定され ¾数の周期からドッブラーシフ卜周波数を検出するものである，図面の簡単な説明

第 1 図は、この発明の移動体速度検出装置の一実施例のブロック図である。

第 2図は、第 1 図の装 Sにおける主要部分の詳細構成を示すプロヅク図である，

第 3図は、第 1 図の装置における動作を示すタイムチャートである ·

第 4図は、船速の測定法を説明するために用いた図である。

第 5図及び第 6図は、ェコ一信号からドッブラーシフ卜周波数を検出するのに用いられるパルス計数方式及び周期検出方式の動作を示すタィムチャートである.

第 7図は、この発明の移動体速度検出装置の一実施例のブロック図である。

第 8図は、第 7図の装置における主要部分の詳細構成を示すプロヅク図である，

第 9図は、周期検出回路のブロック図である。

第 10図は、第 9図のブロック図の動作を示すタイムチャートである。

第 11図は、第 10図の周期検出を改良した周期検出回路のプロック図である。

第 12図は、第 11図のプロック図の動作を示すタイムチャートである。

第 13図は、この発明の他の実施例のブロック図をである。

第 14図は、この発明の他の実施例のブロック図をである。

なお、全図を通して、同じ符合が付されているものは、同じ機能を行なうものとする。実施例

先ず、対水又は対地船速を測定する場合につき説明する。 1 は、超音波パルス信号を送波するとともに、ある深度又は水底で発生したエコー信号を検出する送受波器であり、 2は、送受波器 1から超音波パルス信号を送波させるために送受波器 1 に印加する送信罨カを出力する送信器である. Sは、送信信号と受信信号とを切り換えるための送受切換器である。 3は、送受波器 1 により捕捉されたェコー信号を、所望の周波数苻域に変換して周波数帯域を制限するとともに、更に受信エコー信号のゼロクロスを検出して受信エコーを矩形波のゼロクロス信号として出力する受信器である。 4は、基準クロック信号を出力する発振器であり、 6は、受信器 3から供給されるゼロクロス信号と、発振器 4からの基準信号との位相差を検出する位相差検出器である。 7は、位相差検出器 6から出力される位相差データを発振器 4から供給されるサンプリングクロックに基づきラッチするメモリである。 8は、メモリ 7よりの標本化された位相差データを（ 2 ) 式に示すように三角関数変換した後、ある深度又は水底において発生したエコー信号のドッブラーシフ卜周波数を検出し、次いでこの検出されたドッブラーシフト周波数に基づいて上記（ 1 ' ) 式により対水又は対地船速を演箕する演算処理部である。

第 2図は、上記の発振器 4ないしメモリ 7にたいする具体的な構成例を示しており、位相差検出器 6は、 kビットのフリーランニングカウンタ 6 Aと k ビジトのフリヅブフ口ッブ回路 6 B とから成り、メモリ 7は kビットのフリッブフ口ッブ回路にてなる，

第 1図、第 2図及び第 3図を参照して、上記発明の実施例の動作を説明する。

送受波器 1 より超音波パルス信号が送波され、そのエコ -信号が送受波器 1で捕捉され、送受切換器 Sを介して受信器 3に入力されると、第 3図（ B ) に示すように、この受信器 3においてエコー信号に対応するゼロクロス信号が生成出力され、位相差検出器 6に入力される。一方、 kビットのカウンタ 6 Aは、第 3図（A) に示すように、 0ないし 2 ^k — 1の範囲内でカウントァ 'ジブを繰り返し、この kビッ卜のカウンタ 6 Aよりの出力は、基準クロックを 2 ^k分周した信号の位相を 2 π / 2 ^κのステップで表したものとなる。位相差検出器 6の kビットフリップフロッブ回路 6 Bは、 kビットのカウンタ 6 Aよりの出力信号をゼロクロス信号の 1周期毎でラッチすることにより、この位相差検出器 6 より出力されるラッチ信号は、第 3図（ C ) に示すように、基準クロックを 2 ^k分周した信号とゼロクロス信号の位相差となる。位相差検出器 6から送出される位相差信号は、メモリ 7に香き込まれ記億される.

基準クロックを 2 ^k分周した信号の位相を 0 P ( t ) とし、

Θ ( t ) = 2 π ί ρ ΐ + φ ο ( 4 ) で表せたとする · また、受信エコーのゼロクロス信号の位相を 8 e ( t ) として、

0 e ( t ) = 27c f d t + " o ( 5 )

とする。この時、位相差検出器 6より出力される値は、

厶 0 ( t ) = Θ p ( t ) - Θ e ( t )

= 2 π ( f p - f d ) t +厶 β ρ ( t ) ( 6 ) と表せる，このようにして基準クロックに対する水中及び水底で発生したエコーの位相差量子化値△ 0 w ( t ) 、厶 S g ( t ) がそれぞれ得られる。

これらの値が演算処理部 8に入力されると、演算処理部 8はある深度において又は水底において発生したエコー信号のドッブラーシフト周波数を上述の F F Tを用いた周波数決定法により検出し、得られたドップラーシフ卜周波数に基づいて上記（ 1 ' ) 式により自船の対水又は対地速度を演算する _β

この場合、予め、演算処理部 8に対して測定開始深度及び測定時間幅を入力しておくと、これらの設定データに対応する、上記の位相差データ厶 0 w ( t ) 、 Δ Θ g ( t ) が求められ、これらの測定時間内のデータが三角関数変換され、時系列データが求められる。この時系列データにハニング窓を乗じた後に、フーリエ変換し、周波数補間を行なって周波数が決定される.

次に、ドッブラシフト周波数 = (基準クロック 2 ^k分周周波数）一（前記の検出周波数）の式からドッブラシフト周波数が演算され、この値に基づいて上記 ( 1 * ) 式により対地船速又は対水船速が求められる。

また、演算処理部 8は、潮流の速度- (対地船速）一（対水船速）の式により任意の深度における潮流の速度を演算する。

第 7図及び第 8図を参照して、この発明の移動体速度検出装置の他の実施例を説明する。

1 は、超音波を送波するとともに送波した超音波のエコー信号を検出する送受波器であり、 2は、送受波器 1 に印加する送信電力を出力する送信器である. 3は、送受波器 1 よりの受信エコーを増幅する受信器であり、 Sは、送信信号と受信信号とを切り換えるための送受切換器である * 1 6は、受信器 3より出力されるエコー信号の各パルスに対する周期を検出する周期検出部であり、 5は、同ェコー信号のパルス数を計数するパルス数計数部である。 1 7は、周期検出部 1 6及びパルス数検出部 5より出力される周期及びパルス数を記憧するメモリであり、 4は、周期検出部 1 6及びメモリ 1 7 に対してそれぞれ計数用クロヅク及びサンプリングクロックを与える発振器である。 1 8は、潢算部であり、この演算部 1 8に対して設定された測定開始深度（第 4図における時刻）及び測定幅（第 4図における時刻 toないしに対し、メモリ 1 7より読み出したデータに基づき周期を求め、ドッブラーシフト周波数を演算する演算部であり、内部には、求めた周期が正常であるか否かを判定する判定部 1 8 Aを備える.

第 8図は、周期検出部 1 6、パルス数計数器 5及びメモリ 1 7の詳細回路図を示している. 周期検出部 1 6は、 kビッ卜のカウン夕 1 6 A及びフリッブフ口ッブ回路 1 6 Bからなり、パルス数計数部 5は、 £ ビットのカウンタにてなる. 又、メモリ 1 7は、 kビットのフリッブフ口 'ジブ回路 1 7 Aと £ ビヅトのフリッブフロッブ回路 1 7 B とからなる。

次に第 7図及び第 8図に示されるこの発明の実施例の動作を説明する。

送受波器 1 より超音波が送波され、そのエコー信号が送受波器 1 で検出され、受信器 3よりの所定のエコー信号が出力されると、周期検出部 1 6にて、エコー信号の各パルスの周期が計数用クロックに基づいて検出されるとともに、パルス計数部 5においては、ェコ一信号のパルス数が計数され、これらの検出された周期及びパルス数は、サンプリングクロックに基づいてメモリ 1 7に取り込まれ、演算部 1 8へ送出され、演算部 1 8には、以下に示すようなサンブリング出力が入力される · 周波数検出部 4のパルス数計数部 5

サンブリング出力サンプング出力

X い : y i-2

X I y i - 1

X y i

X 1♦ 1 y « + 1

X x y j-2

X y j

X

上記一連のデータにおいて、及びを測定開始深度（時刻 toに相当）に対応する時刻のデータ、及び ^を測定終了深度（時刻に相当）に対応する時刻のデータであるとすると、周期検出部 1 6 よりの Xiないし及び、パルス計数部 5よりのないし y が測定幅 (測定時間）内のデータとなる。従って上記サンプリング周期内におけるパルスの時間幅厶 x«及び計数パルス数 Ay»は、

次式で表される，

コ ₍ ( 7 )

Δ y_a= m* l一 «

(icは計数用クロック周波数）

従って、上記の測定時間内で上式の各々の総和をとれば、測定時間内の全パルス数 Y及び全パルス数に要した時間 Xが得られる。

これより、測定時間内での平均周波数 f は、

ΐ =ΥΖΧで求まるが、（ 7 ) 式で得られるデータをそのまま採用したのでは、既述したように、異常周期のデータを含んでしまうので、演算部 1 8にて以下に述べる処理が行われる。

即ち、この種の装置には、通常、速度検出範囲が仕様上で決められているので、これにより、エコー信号のドッブラーシフトによる周波数帯域幅も決めることができ、従って周波数帯域幅からパルスの周期の範囲も設定できる. 又、船舶等は急激に速度を変化させることはあまりないので、速度の変動、言い換えればドッブラーシフト周波数及び周期の変動量にもある範囲を設定できる，これより、演算部 1 8に対して正常な周期の範囲 Δて „_{i n} 〜Δてを設定しておくことで、（ 7 ) 式より得られる、エコー信号の 1パルスに対する瞬時周期 Δて ( = Δ χ»/ Δ y.) が下記の（ 9 ) 式を満足しているか否かによって検出した周期が正常なパルスによるものか否かを判定できる.

Δて mi_n ≤ Aて≤ Δ τ«ι·_χ ( 9 )

このように、 1パルス毎に上記の判定が行われ、正常であった周期ての Ax_a、 Ay_aの各々の総和 X ' 、 Y ' を求める。

この後は、次の（ 1 1 ) 式から正常周期に基づく平均ドッブラーシフ卜周波数 ίを求めることができる,

f = Υ ' /X ' ( 1 1 )

尚、ドッブラーソナーや潮流計では船体動揺による影簪を軽減するために主に 3ないし 4ビーム方式が採用されており、ビーム数が増加した場合、第 7図の構成において、各ビーム毎に周期検出部 1 6及びパルス数計数部 5を設けるだけで良く、周波数追尾方式のように各ビーム、各測定層単位に必要となるものではないので、ハ一ドゥエアの簡略化及び部品点数の削減が可能である。

第 1 3図を参照して、この発明の他の実施例を説明する。

この実施例は、第 1図に示す F F Tを用いて対水船速、対地船速または潮流の速度を求める第 1 の移動体速度検出装置と、第 7図に示すエコー信号に含まれる搬送信号の各パルスの周期を求めて対水船速、対地船速または潮流の速度を検出する第 2の移動体速度検出装置及び切換え手段を含み、必要に応じて第 1又は第 2の移動体速度検出装 Sを選択して動作させるものである。

第 1図に示す第 1 の移動体速度検出装 Sは、 S/N 比が余り良くない環境においても使用することができ、深い深度における対水速度又は対地速度を測定することができる。また、ドッブラ一シフト周波数を検出するのにある長さの測定時間が必要である，一方、第 7 図に示す第 2の移動体速度検出装置は、ノイズの影響を受けるので S/N 比が余り良くない環境において使用することは適切ではないが、ドッブラーシフ卜周波数を検出するための時間については制約がなく、従って、浅い深度における対水速度又は対地速度又は潮流の速度を測定するのに向いている. 第 1又は第 2の移動体速度検出装を使用琛境に応じて選択して使用することにより深度の浅い深いに関係なく対水速度又は対地速度又は潮流の速度をより精度良く測定することができる.

位相差検出ノ周期検出器 2 6は、第 2図又は第 8図に示すように k ビットのフリーランニングカウンタ 6 A、 1 6 Aと、 kビットのフリップフロ ' " ブ回路 6 B , 1 6 B とで構成されている。メモリ 1 7は、第 8図に示すように kビットのフリップフロッブ回路 1 7 A及び 1 7 Bで構成されている，演算処理部 2 8は、第 1の移動体速度検出装置が選択される場合には、メモリ 1 7のフリップフロッブ回路 1 7 Aよりの標本化された位相差データを（ 2 ) 式に示すように三角関数変換した後、ある深度又は水底において発生したェコ一信号のドップラーシフト周波数を検出し、次いでこの検出されたドッブラーシフト周波数に基づいて上記（ 1 ' ) 式により対水又は対地船速を、更にこれらの船速に基づいて潮流の速度を演算する。また、演箕処理部 2 8は、第 2の移動体速度検出装置が選択される場合には、メモリ 1 7より読み出したデータに基づき周期を求め、ドッブラーシフト周波数を演算し、更に求めた周期が正常であるか否かを判定し、対水速度又は対地速度又は潮流の速度を演算する。切換器 1 0は、第 1又は第 2の移動体速度検出装置のいずれかを選択して動作させるものである.

先ず、切換器 1 0を用いて F F Tを使用する第 1の移動体速度検出装置を選択し、対水船速、対地船速または潮流の速度を求める場合につき説明する。

送受波器 1 より超音波パルス信号が送波され、そのエコ -信号が送受波器 1 で捕捉され、送受切換器 Sを介して受信器 3に入力されると、第 3図（ B ) に示すように、この受信器 3においてエコー信号に対応するゼロクロス信号が生成出力され、位相差検出ノ周期検出器 2 6に入力される。この場合、検出器 2 6は、位相差を検出するように動作する。一方、 kビットのカウンタ 6 A . 1 6 Aは、第 3図（A ) に示すように、 0ないし 2 ^k — 1の範囲内でカウントァ 'ジブを操り返し、この kビットのカウンタ 6 A. 1 6 Aよりの出力は、基準クロックを 2 ^k分周した信号の位相を 2 π 2 ^¾のステツブで表したものとなる. 検出器 2 6の kビットフリップフロップ回路 6 B , 1 6 Bは、 kビットのカウンタ 6 A. 1 6 Aよりの出力信号をゼロクロス信号の 1周期毎でラツチすることにより、この検出器 2 6より出力されるラッチ信号は、第 3図（C) に示すように、基準クロックを 2 ^k 分周した信号とゼロクロス信号の位相差となる。位相差検出器 2 6から送出される位相差信号は、メモリ 1 7に書き込まれ記值される. 基準クロジクに対する水中及び水底で発生したエコーの位相差量子化値厶 0 w ( t ) 、厶 ( t ) がメモリ 1 7から演算処理部 28に入力されると、演算処理部 28はある深度において又は水底において発生したエコー信号のドッブラーシフ卜周波数を上述の F F Tを用いた周波数決定法により検出し、得られたドッブラーシフト周波数に基づいて上記（ 1 ' ) 式により自船の対水又は対地速度を演算する。更に、これらの対水速度及び対地速度に基づいて潮流の速度も演箅する. これらの動作は、第 1図に示す実施例の場合と同じである。

次に、選択器 1 0が、第 2の移動体速度検出装置を選択し、ェコ —信号に含まれる搬送信号の各パルスの周期を測定してドップラーシフト周波数を検出し、対水船速、対地船速または潮流の速度を求める場合につき説明する. この場合、位相差抶出ノ周期検出器 2 6は、信号の周期を検出する。また、演算部 2 8は、メモリ 1 7より読み出したデータに基づき周期を求め、ドッブラーシフト周波数を演算する。送受波器 1 より超音波が送波され、そのエコー信号が送受波器 1で検出され、受信器 3よりの所定のエコー信号が出力されると、位相差ノ周期検出部 2 6にて、ェコ一信号の各パルスの周期が計数用クロックに基づいて検出されるとともに、パルス計数部 5においては、エコー信号のパルス数が計数され、これらの検出された周期及びパルス数は、サンプリングクロックに基づいてメモリ 1 7に取り込まれ、演算部 2 8へ送出される，演算部 2 8は、検出されたドッブラーシフト周波数に基づいて船速又は潮流速度を演算する。これらの動作は、第 8図に示した実施例の場合と同じである。

第 1 4図において、航法装 g 1 1 は、例えばロラン受信機で構成されており、地球上の地点を測定しその位置を例えば緯度及び経度で表わす信号を発生し対地船速演算部 1 2へ送出する。対地船速演算部 1 2は、少なくとも 2地点間の距離とこれら 2地点間を自船が移動するのに要した時間とに基づいて自船の対地船速を演算し、潮流演算部 1 3へ送出する。第 1 4図において、航法装置 1 1、対地船速演算部 1 2及び潮流演算部 1 3以外の部分の構成は、第 1図に示す実施例の構成と同じである，演算処理部 8は、ある深度又は複数の深度における対水速度を潮流演算部へ供給する。潮流演算部 1 3は、入力された対地船速及び対水船速に基づいて一又は複数の深度における潮流の速度を演算して求める.

なお、第 1 4図に示す実施例においては、ロラン受信機で構成される航法装置を用いたが、航法装置として G P S受信機（Gl obal Positioning System Receiver)を用いても同じ目的を達成することができる， G P S受信機は、自船の対地船速を表わす信号を潮流演箅部 1 3へ直接送出することができるので、この場合には、対地船速演算部 1 2は不要となる，

なお、第 1 4図に示す実施例と同じように、第 7図に示す実施例の構成に航法装置 1 1 、対地船速演算部 1 2及び潮流演算部 1 3を付加して、演算部 1 8から対水速度を、また対地船速演算部 1 2から対地船速を潮流潢算部 1 3に供給すれば一の深度又は複数の深度における潮流の速度を測定することができる。また、航法装置 1 1 、対地船速演算部 1 2を使用する代わりに、 G P S受信機を使用して、自船の対地船速を表わす信号を潮流演算部 1 3へ直接送出して潮流の速度を求めても良い，

なお、第 1 4図に示す実施例と同じように、第 1 3図に示す実施例の構成に航法装置 1 1、対地船速演算部 1 2及び潮流演算部 1 3 を付加して、演算部 2 8から対水速度を、また対地船速演算部 1 2 から対地船速を潮流演算部 1 3に供給すれば、第 1又は第 2の移動体速度検出装 Sのいずれが選択される塲合にも、一の深度又は複数の深度における潮流の速度を測定することができる. また、航法装置 1 1 、対地船速演算部 1 2を使用する代わりに、 G P S受信機を使用して、自船の対地船速を表わす信号を潮流演算部 1 3へ直接送出して潮流の速度を求めても良い.

第 1 図、第 1 3図又は第 1 4図に記載される F F Tを用いてドッブラーシフト周波数を決定する方法を使用する実施例の性能を更に向上させる本発明の特徵にっき、以下に述べる。

第 1図、第 1 3図又は第 1 4図に記載される実施例に使用される F F Tを用いてドッブラーシフ卜周波数を決定する方法に関しては、フーリェ変換で得た検出データのスぺクトルから最大振幅を検出する必要がある。白色雑音のスペクトルは、理論的にはどの周波数成分でも一定値となるが、実際には雑音の時系列データを一度フ一リエ変換した結果は必ずしも一定値とはならず、ある程度のバラツキが生じる . 低 S N比の時系列データをフーリエ変換した場合に、雑音によるスぺクトル成分のバラツキによって生じる振幅値が信号振幅よりも大きな値になると、検出周波数に大きな誤差を生じてしまう。これを避けるべく、複数の検出信号を周波数軸上で平均処理を行えば、信号周波数における最大振幅を検出しやすくなるが、船舶等では一定速度で航走していても船体動揺により、送受信毎にドッブラシフト周波数が変化するために、周波数軸上でそのまま平均処理をおこなうことはできない（信号周波数に定常性を仮定できないため），実際に海底や特にプランクトン等の水塊からの反射（対水）エコーは非常に微弱であり、 S N比の高い信号は期待できないため、低 S Ν比でも周波数を高精度に測定できることが課題となる。

S Ν比の低い対水エコーに対して周波数軸上で平均処理を行う方法について以下検討する ·

対地 Ζ対水船速を求めることは、（ 1 ' ) 式におけるドッブラシフト周波数を求めることである. 対地あるいは対水よりのエコー信号の時刻 tでの位相を 0 e ( t ) としたとき、これを三角関数変換した信号 R ( t ) , I ( t ) は、

であり、これらの信号を時系列デー夕として、上記の『 F F Tを用いた高精度周波数決定法』に従いフーリェ変換することにより、ドッブラシフト周波数を決定することができる。つまり、 R及び I成分の振幅幅を量子化するのではなく、位相 0を量子化することによりドッブラシフト周波数を決定する。ただし、振幅情報は正規化されるので相対値しか得られないが、ここでは周波数をもとめることを目的としているので問題にはならない。

—方、潮流形において、潮流は、対地船速と対水船速との差をとることで求まる. 対地船速を V g、対水船速を V wとすると、潮流 V cは、

V c = V g— V wとなり、また、対地エコーのドッブラシフトを f d g 対水エコーのドッブラシフトを： f d wとすると、潮流によるドッブラシフト： f d gは同様に、 f d c = f d g— ： f d wより求めることができる。更に潮流は、スペクトル平均時間内においてほぽ一定であると考えられるため、潮流の速度成分によるドッブラスぺクトラムを求めることができれば、周波数軸上での平均処理が可能をなる。次に上記の実現方法について考える. 通常、フーリェ変換に必要となる時系列データを得るために量子化する手法としては、 Aノ D 変換器を用いるのが一般的である. しかしこの手法のごとく、時系列データの振幅を量子化するだけでは、簡単に潮流速度成分によるドッブラスペクトラムを求めることは困難である。そこで以下の手法を用いる。周波数は位相の時間微分で与えられる。対地及び対水エコ -の時刻 tにおける位相を各々 0 g ( t ) 、 Θ w ( t ) とすると、潮流による位相 S c ( t ) は、初期位相 0 c o として、

Θ c ( t ) と表すことができる。これを三角関数変換すると、 cos Θ c (t) =cos ( Θ g (t) - Θ w (t) + Θ co) -

( 1 2 )

sin Θ c (t) =sin ( Θ g (t) - Θ w (t) + Θ co) - となる，ここで前記と同様に、上記の『F F丁を用いた高精度周波数決定法』に従いフーリェ変換を行いスぺクトラムを求めれば、潮流のドッブラスペクトラムを得ることができる。

潮流速度を測定するときは、予め潮流測定暦及び対地船速の測定開始深度及び測定時間幅を入力すると、これらの設定データに対応する、上記の位相差データ厶 0 w ( t ) 、厶 Θ g ( t ) が求められ、潮流による位相差量子化値△ C ( t ) 、次式で示されるように、これらの対水及び対地エコー位相差量子か値厶 0 W ( t ) . 厶 β g ( t ) の差をとることで求まる。

Δ Θ c ( t ) = Θ w ( t ) ー厶 0 g ( t )

= { 2 π ( f ρ - f d w ) + Δ Θ o }

一 { 2 π ( f p - f d g ) + Δ θ g w }

= 2 π ( f d g - f d w ) + Δ Θ c o ( 1 3 ) この求められた位相差データは、三角関数変換され時系列データが求められる. その後は、同様に、ハニング窓を乗じてフーリエ変換され、このようにして求められた数回の送受信分のフーリエパヮースぺクトラムが平均処理され、『 F F Tを用いた高精度周波数決定法』により周波数が決定される。この値がドッブラシフト周波数であり、この値から潮流速度が求められる。

なお、この発明を上述のように詳細に記述し、またいくつかの実施例に関連して記述したのであるが、その他の種々の実施例や上記実施例の一部を変更したものを本発明の技術思想や範囲から離脱することなく当業者が容易に創作することができることは明らかである，発明の効果

以上説明したように、この発明は、その第 1の特徴として、フーリェ変換を用いた高精度周波数決定法を適用したことにより、

リアルタイムの速度検出が可能になる、

測定層厚（測定時間幅）が小さい場合でも、高精度周波数検出ができ、深度方向分解能の改善、

低 S N比の周波数（又は速度）の検出精度の関係が式を闲いて定量的に評価可能である、

等の効果が得られる.

更に、フーリエ変換の前処理として位相差検出方式を用いることにより、

対地及び対水エコーと、基準クロックとの位相差より直接、潮流によるドッブラシフ卜周波数の位相データを量子化することができ、スペクトル平均処理が可能になる、

従来のゼロク πス信号を用いた周波数検出方式や周波数追尾方式と同様にゼロクロス信号から位相データを得ることができ、従来装の性能向上が可能になる、

一般的な A Z D変換方式と比較して振幅情報は正規化されるが、逆にダイナミックレンジを常に理想の状態に保て、また、ゼロクロス検出器を用いるのでアナログ処理が簡略化される、

等の利点も得られる。

また、この発明は、その第 2の特徴として、エコー信号の各パルス毎の周期を求め、この求めた周期から正常なもののみを探取するようにしたので、異常周期等が除外され検出精度が向上し、又、複数の正常な周期からドッブラーシフト周波数を求めるようにしたので更に検出精度の向上を図れる，

Claims

請求の範囲

( 1 ) 水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより、対水船速を検出する移動体速度検出装置であって、

受信された上記エコー信号と、基準信号との位相差を検出する位相差検出手段と、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリエ変換を行ない、得られたフーリエスペクトルに基づき、対水船速を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする移動体速度検出

( 2 ) 位相差検出手段が、エコー信号と基準クロックとの位相差を検出することを特徴とする請求項 1記載の移動体速度検出装置。

( 3 ) 水中伝播する超音波ェコー信号に生じたドッブラーシフ卜周波数を検出することにより、対地船速を検出する移動体速度検出装置において、

所定の測定時間に対して検出された上記ェコ一信号と、基準クロックとの位相差を検出する位相差検出手段と、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリエ変換を行ない、得られたフーリエスペクトルに基づき、対地船速を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする移動体速度検出

( 4 ) 水中伝播する超音波エコー信号に生じたドッブラ—シフト周波数を検出することにより、潮流速度を検出する移動体速度検出装 gにおいて、

水底及びある深度において発生し受信された上記エコー信号と、基準信号との位相差を検出する位相差検出手段と、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリエ変換を行ない、得られたフーリエスペクトルに基づき、上記深度における潮流を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする移動体速度検出装奩。

( 5 ) 水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフ卜周波数を検出することにより、潮流速度を検出する移動体速度検出装 Sにおいて、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリエ変換を行ない、得られたフーリエスペクトルに基づき、対地船速及び対水船速を演算する手段と、

これら対地船速及び対水船速に基づいて上記深度における潮流を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする移動体速度検出装置.

( 6 ) 水中伝播する超音波エコー信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより、潮流速度を検出する移動体速度検出装置において、

水底及び複数の深度において発生し受信された上記ェコ -信号と、基準信号との位相差を検出する位相差検出手段と、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリエ変換を行ない、得られたフーリエスペクトルに基づき、上記複数の深度における潮流を演算する演算手段とを備えたことを特徴とする移動体速度検出装 S a

( 7 ) 位相差検出手段が、エコー信号と基準クロックとの位相差を検出することを特徴とする請求項 6記載の移動体速度検出装置。

( 8 ) 対水船速及び対地船速を検出し、これらの船速に基づいて潮流速度を検出する移動体速度検出装置において、

少なくとも地球上の 2地点とこれら 2地点間を移動するのに要した時間とを測定しこれらのデータに基づいて対地船速を求める手段と、

超音波信号を送信する送信手段と、

ある深度において発生し受信されたドッブラーシフト周波数を含むエコー信号と、基準信号との位相差を検出する位相差検出手段と、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリェ変換を行ない、得られたフーリエスぺク卜ルに基づき、上記深度における対水船速を演算する演算手段と、

前記求められた対地船速及び対水船速に基づいて前記深度における潮流を演算する手段とを備えたことを特徴とする移動体速度検出装置。

( 9 ) 対水船速及び対地船速を検出し、これらの船速に基づいて潮流速度を検出する移動体速度検出装 eにおいて、

超音波信号を送信する送信手段と、

複数の深度において発生し受信されたドッブラーシフト周波数を含むエコー信号と、基準クロック信号との位相差を検出する位相差検出'手段と、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリエ変換を行ない、得られたフーリエスペクトルに基づき、上記複数の深度における対水船速を演算する演算手段と、

前記求められた対地船速及び対水船速に基づいて前記複数の深度における潮流を演算する手段とを備えたことを特徴とする移動体速度検出装簠。

( 1 0 ) 水中伝播する超音波エコー信号に生じたドップラーシフ卜周波数を検出することにより、船速を検出する移動体速度検出装 WO 91/14953 - 3 β - PCT/JP91/00384 sであって、

所定の測定時間に対し、上記エコー信号における各パルス毎の周期を検出する周期検出手段と、

前期周期検出手段で検出された周期が正常と判定される周期範囲内にあるか否かを判定する周期判定手段と、

前記周期判定手段で正常と判定された複数の周期から平均周期を演算する平均周期演算手段とを備え、前記平均周期演算手段で演算された平均周期の逆数値からドッブラーシフト周波数を求めることを特徴とする移動体速度検出装置。

( 1 1 ) 水中伝播する超音波エコー信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより、船速を検出する移動体速度検出装置であって、

前記周期判定手段で正常と判定された複数の周期から平均周期を演算する平均周期演算手段と、

前記平均周期演算手段で演算された平均周期の逆数値からドツブラーシフト周波数を求める手段と、

この求められたドッブラーシフ卜周波数に基づいて船速を演算す WO 91/14953 一 3 9 - PCT/JP9画 84 る船速演算手段とを具備することを特徴とする移動体速度検出装置。

( 1 2 ) 船速演算手段が、対水速度を演算することを特徴とする請求項 1 1記載の移動体速度検出装置。

( 1 3 ) 船速演算手段が、対水速度を演算することを特徵とする請求項 1 1記載の移動体速度検出装置。

( 1 4 ) 水中伝播する超音波エコー信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより、潮流を検出する移動体速度検出装置であつて、

所定の測定時間に対し、水底及び水中において発生し受信されたエコー信号における各パルス毎の周期を検出する周期検出手段と、前期周期検出手段で検出された周期が正常と判定される周期範囲内にあるか否かを判定する周期判定手段と、

前記平均周期演算手段で演算された平均周期の逆数値からドッブラーシフト周波数を求める手段と、

この求められたドッブラーシフ卜周波数に基づいて対地船速及び対水船速を演算する船速演算手段と、

これら対地船速及び対水船速に基づいて前記エコー信号が発生した深度の潮流を演算する潮流演算手段とを具備することを特徴とする移動体速度検出装置 ·

( 1 5 ) 潮流演算手段が複数の深度における潮流を演算することを特徵とする請求項 1 4記載の移動体速度検出装置。

( 1 6 ) 対水船速及び対地船速を検出し、これらの船速に基づいて潮流速度を検出する移動体速度検出装置において、

超音波信号を送信する送信手段と、

所定の測定時間に対し、水中において発生し受信されたドッブラーシフト周波数を含むエコー信号の各パルス毎の周期を検出する周期検出手段と、

この求められたドッブラーシフ卜周波数に基づいて対水船速を演算する船速演算手段と、

前記対地船速及び対水船速に基づいて前記エコー信号が発生した深度の潮流を演算する潮流演算手段とを具備することを特徴とする移動体速度検出装置。

( 1 7 ) 潮流演算手段が、複数の深度における潮流を演算することを特徴とする請求項 1 6記載の移動体速度検出装 g。

( 1 8 ) 水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフ卜周波数を検出することにより、潮流速度を検出する移動体速度検出システムにおいて、

水底及び水中において発生し受信された上記エコー信号と、基準信号との位相差を検出する位相差検出手段と、

これら対地船速及び対水船速に基づいて前記超音波ェコ -信号が発生した深度における潮流を演算する演算手段とから成る第 1 の移動体速度検出装置と、

所定の測定時間に対し、水底及び水中において発生し受信されたエコー信号の各パルス毎の周期を検出する周期検出手段と、

前記周期判定手段で正常と判定された複数の周期から平均周期を演算する平均周期演算手段と、前記平均周期演算手段で演算された平均周斯の逆数値からド、ジブラーシフト周波数を求める手段と、

この求められたドップラーシフ卜周波数に基づいて対地船速及び対水船速を演算する船速演算手段と、

これら対地船速及び対水船速に基づいて前記エコー信号が発生した深度の潮流を演算する滞流演算手段とから成る第 2の移動体速度検出装 fiと、

第 1 の移動体速度検出装镢と第 1の移動体速度検出装置とを切り換えて動作させる切換手段とを備えたことを特徴とする移動体速度検出システム。

( 1 9 ) 対水船速及び対地船速を検出し、これらの船速に基づいて潮流速度を検出する移動体速度検出装 ASにおいて、

自船の対地船速を測定する対地船速測定手段と、

超音波信号を送信する送信手段と、

ある深度において発生し受信されたドッブラーシフト周波数を含むエコ -信号と、基準信号との位相差を検出する位相差検出手段と、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリエ変換を行ない、得られたフーリエスペクトルに基づき、上記深度における対水船速を演算する演算手段と、

( 2 0 ) 対地船速測定手段が G P S受信機（Global Positioning System Receiver)で構成されることを特徴とする請求項 1 9記載の移動体速度検出装置，

( 2 1 ) 対水船速及び対地船速を検出し、これらの船速に基づいて潮流速度を検出する移動体速度検出装置において、

自船の対地船速を測定する対地船速測定手段と、

超音波信号を送信する送信手段と、

所定の測定時間に対し、水中において発生し受信されたドッブラーシフ卜周波数を含むエコー信号の各パルス毎の周期を検出する周期検出手段と、

この求められたドッブラーシフト周波数に基づいて対水船速を演算する船速演算手段と、

前記対地船速及び対水船速に基づいて前記エコー信号が発生した深度の潮流を演算する溷流演算手段とを具備することを特徴とする移動体速度検出装置。

( 2 2 ) 対地船速測定手段が G P S受信機（Global Positioning

System Receiver)で構成されることを特徴とする請求項 2 1記載の移動体速度検出装 S *

( 2 3 ) 対水船速及び対地船速を検出し、これらの船速に基づいて潮流速度を検出する移動体速度検出システムにおいて、

対地船速を測定する対地船速測定手段と、

超音波信号を送信する送信手段と、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリェ変換を行ない、得られたフーリエスペクトルに基づき、上記深度における対水船速を演算する演算手段と、

前記求められた対地船速及び対水船速に基づいて前記深度における潮流を演算する手段とから成る第 1の移動体速度検出装 3と、所定の測定時間に対し、水中において発生し受信されたエコー信号における各パルス毎の周期を検出する周期検出手段と、

前期周期検出手段で検出された周期が正常と判定される周期範囲内にあるか否かを判定する周期判定手段と、前記周期判定手段で正常と判定された複数の周期から平均周期を演算する平均周期瀆算手段と、

前記対地船速及び対水船速に基づいて前記エコー信号が発生した深度の潮流を演算する潮流演算手段とから成る第 2の移動体速度検出装 gと、

第 1 の移動体速度検出装 Sと第 1 の移動体速度検出装置とを切り換えて動作させる切換手段とを備えたことを特徴とする移動体速度検出システム。

( 2 4 ) 対地船速測定手段が G P S受信機（Global Positioning System Receiver)で構成されることを特徴とする請求項 2 3記載の移動体速度検出装置。

( 2 5 ) 対地船速測定手段が少なくとも地球上の 2地点とこれら 2地点間を移動するのに要した時間とを測定しこれらのデータに基づいて対地船速を求めることを特徴とする請求項 2 3記載の移動体速度検出装髭

( 2 6 ) 水中伝播する超音波ェコ一信号に生じたドッブラーシフト周波数を検出することにより、対水船速を検出する移動体速度検出装置であって、

前記位相差検出手段で得られた位相差データに対して所定のフーリェ変換を行ない、得られたフーリエスぺクトルに基づきドッブラ一シフト周波数を求めることを特徴とする移動体速度検出装置。