JPH05302974A - 音響測位装置 - Google Patents
音響測位装置Info
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- JPH05302974A JPH05302974A JP4109624A JP10962492A JPH05302974A JP H05302974 A JPH05302974 A JP H05302974A JP 4109624 A JP4109624 A JP 4109624A JP 10962492 A JP10962492 A JP 10962492A JP H05302974 A JPH05302974 A JP H05302974A
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- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】トランスポンダなどの大規模な設備の増設やそ
れに伴う演算処理装置の複雑化や大型化を行うことな
く、小型の装置及び簡略化された処理によって、航走体
の二つ同時に得られる位置から一方を決定して精度の良
い測位を行う。 【構成】音響質問信号を送信する手段と音響応答信号を
受信する手段と深さ方向のデータを測定する手段と位置
座標を演算する手段とを有する航走体と、水中の測位領
域に設置され、前記音響質問信号を受信してそれぞれ異
なる周波数の音響応答信号を送信する複数個のトランス
ポンダ手段とから構成し、前記音響応答信号によって得
られる前記トランスポンダ手段からの直距離と、前記深
さ方向のデータとによって航走体の位置座標を測定す
る。
れに伴う演算処理装置の複雑化や大型化を行うことな
く、小型の装置及び簡略化された処理によって、航走体
の二つ同時に得られる位置から一方を決定して精度の良
い測位を行う。 【構成】音響質問信号を送信する手段と音響応答信号を
受信する手段と深さ方向のデータを測定する手段と位置
座標を演算する手段とを有する航走体と、水中の測位領
域に設置され、前記音響質問信号を受信してそれぞれ異
なる周波数の音響応答信号を送信する複数個のトランス
ポンダ手段とから構成し、前記音響応答信号によって得
られる前記トランスポンダ手段からの直距離と、前記深
さ方向のデータとによって航走体の位置座標を測定す
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中超音波を用いて水
中の航走体の位置を測定する音響測位装置に関するもの
である。
中の航走体の位置を測定する音響測位装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来、水中超音波を用いて水中の航走体
の位置を測定する音響測位装置は、座標系を決定すると
きの基となる移動体上の送受波器あるいはビーコンの素
子の間隔の長短によってＬＢＬ方式、ＳＢＬ方式及びＳ
ＳＢＬ（ＵＳＢＬ）方式の３種の方式がある。
の位置を測定する音響測位装置は、座標系を決定すると
きの基となる移動体上の送受波器あるいはビーコンの素
子の間隔の長短によってＬＢＬ方式、ＳＢＬ方式及びＳ
ＳＢＬ（ＵＳＢＬ）方式の３種の方式がある。
【０００３】ＬＢＬ方式の音響測位装置では、３個以上
のトランスポンダを海底に設置し、航走体の送受波器と
おのおののトランスポンダの間の直距離（スラントレン
ジ、slant range ）ｒi （ｉ＝１，２，３・・・）を測
定することによって、トランスポンダでつくられる座標
系からみた送受波器の位置座標（ｘv ，ｙv ，ｚv ）を
求めるものである。この方式のベースライン長はトラン
スポンダの間隔と考えられ、長いもので数キロメートル
に及ぶ。
のトランスポンダを海底に設置し、航走体の送受波器と
おのおののトランスポンダの間の直距離（スラントレン
ジ、slant range ）ｒi （ｉ＝１，２，３・・・）を測
定することによって、トランスポンダでつくられる座標
系からみた送受波器の位置座標（ｘv ，ｙv ，ｚv ）を
求めるものである。この方式のベースライン長はトラン
スポンダの間隔と考えられ、長いもので数キロメートル
に及ぶ。
【０００４】図２は従来の音響測位装置の機能ブロック
図である。図において、１は水中、２−１〜２−３はそ
れぞれ海底に設置された第１〜第３トランスポンダ、３
は水中１を航行する航走体、４Ａは航走体３に取り付け
た送波器、４Ｂは受波器、５−１〜５−３は航走体内部
に設置された第１〜第３Ｌｏｎｇ Ｂａｓｅ Ｌｉｎｅ
受信器（以下、「ＬＢＬ受信器」という。）、６は送信
器、７は演算制御部、８は表示器、９は基準時計であ
る。
図である。図において、１は水中、２−１〜２−３はそ
れぞれ海底に設置された第１〜第３トランスポンダ、３
は水中１を航行する航走体、４Ａは航走体３に取り付け
た送波器、４Ｂは受波器、５−１〜５−３は航走体内部
に設置された第１〜第３Ｌｏｎｇ Ｂａｓｅ Ｌｉｎｅ
受信器（以下、「ＬＢＬ受信器」という。）、６は送信
器、７は演算制御部、８は表示器、９は基準時計であ
る。
【０００５】以下に、従来の音響測位装置の動作を説明
する。まず、航走体３内部の基準時計９からの時刻デー
タに従い、演算制御部７はある基準時間から一定周期ご
とに繰り返し送信指令を送信器６に与えて送信を行わせ
る。送信器６の出力は、送波器４Ｂを介して水中１に超
音波パルスを送信する。この超音波パルスが質問信号と
して第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３に到達し
て受信されると、各トランスポンダはそれぞれ異なった
周波数ｆ1 ，ｆ 2 ，ｆ3 （例えば、ｆ1 ＝１５ｋＨｚ，
ｆ2 ＝１６ｋＨｚ，ｆ3 ＝１７ｋＨｚ）の音響応答信号
を送信する。第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３
からそれぞれ送信された音響応答信号は受波器４Ａによ
り受波され、電気信号に変換された後に、第１〜第３Ｌ
ＢＬ受信器５−１〜５−３によって受信される。各ＬＢ
Ｌ受信器５−１〜５−３は、演算制御部７が送信指令を
出力してからトランスポンダの応答信号が検出されるま
での時間（すなわち、超音波パルスが送受波器とトラン
スポンダの間を往復する伝搬時間）から航走体３とトラ
ンスポンダ２までの直距離（スラントレンジとも呼ばれ
る）を計測する。すなわち、第１ＬＢＬ受信器は第１ト
ランスポンダ２−１から送信された周波数ｆ1 の応答信
号を受信し、その直距離ｒ1 を計測する。また、第２Ｌ
ＢＬ受信器は第２トランスポンダ２−２から送信された
周波数ｆ2 の応答信号を受信し、その直距離ｒ2 を計測
する。同様に、第３ＬＢＬ受信器は第３トランスポンダ
２−３から送信された周波数ｆ 3 の応答信号を受信し、
その直距離ｒ3 を計測する。これらの計測された直距離
ｒ1 〜ｒ3 のデータは各ＬＢＬ受信器から演算制御部７
に供給される。予め第１〜第３トランスポンダ２−１〜
２−３の位置座標をキャリブレーションという作業によ
って確定しておくと、航走体３の位置座標は第１〜第３
トランスポンダ２−１〜２−３からの直距離ｒ1 〜ｒ3
の交点として計算される。
する。まず、航走体３内部の基準時計９からの時刻デー
タに従い、演算制御部７はある基準時間から一定周期ご
とに繰り返し送信指令を送信器６に与えて送信を行わせ
る。送信器６の出力は、送波器４Ｂを介して水中１に超
音波パルスを送信する。この超音波パルスが質問信号と
して第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３に到達し
て受信されると、各トランスポンダはそれぞれ異なった
周波数ｆ1 ，ｆ 2 ，ｆ3 （例えば、ｆ1 ＝１５ｋＨｚ，
ｆ2 ＝１６ｋＨｚ，ｆ3 ＝１７ｋＨｚ）の音響応答信号
を送信する。第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３
からそれぞれ送信された音響応答信号は受波器４Ａによ
り受波され、電気信号に変換された後に、第１〜第３Ｌ
ＢＬ受信器５−１〜５−３によって受信される。各ＬＢ
Ｌ受信器５−１〜５−３は、演算制御部７が送信指令を
出力してからトランスポンダの応答信号が検出されるま
での時間（すなわち、超音波パルスが送受波器とトラン
スポンダの間を往復する伝搬時間）から航走体３とトラ
ンスポンダ２までの直距離（スラントレンジとも呼ばれ
る）を計測する。すなわち、第１ＬＢＬ受信器は第１ト
ランスポンダ２−１から送信された周波数ｆ1 の応答信
号を受信し、その直距離ｒ1 を計測する。また、第２Ｌ
ＢＬ受信器は第２トランスポンダ２−２から送信された
周波数ｆ2 の応答信号を受信し、その直距離ｒ2 を計測
する。同様に、第３ＬＢＬ受信器は第３トランスポンダ
２−３から送信された周波数ｆ 3 の応答信号を受信し、
その直距離ｒ3 を計測する。これらの計測された直距離
ｒ1 〜ｒ3 のデータは各ＬＢＬ受信器から演算制御部７
に供給される。予め第１〜第３トランスポンダ２−１〜
２−３の位置座標をキャリブレーションという作業によ
って確定しておくと、航走体３の位置座標は第１〜第３
トランスポンダ２−１〜２−３からの直距離ｒ1 〜ｒ3
の交点として計算される。
【０００６】航走体３の位置座標（ｘv ，ｙv ，ｚv ）
は以下の式によって求められる。図２において、３個の
トランスポンダが海底に設置され、その位置座標値（ｘ
i ，ｙi ，ｚi ，ｉ＝１，２，３）はキャリブレーショ
ンに作業によって決定されているものとする。航走体３
の送受波器の１回の質問信号の発信に対して次式で表さ
れる３個の直距離の測定結果が得られる。
は以下の式によって求められる。図２において、３個の
トランスポンダが海底に設置され、その位置座標値（ｘ
i ，ｙi ，ｚi ，ｉ＝１，２，３）はキャリブレーショ
ンに作業によって決定されているものとする。航走体３
の送受波器の１回の質問信号の発信に対して次式で表さ
れる３個の直距離の測定結果が得られる。
【０００７】 Ｒi 2 ＝（ｘv −ｘi ）2 ＋（ｙv −ｙi ）2 ＋（ｚv −ｚi ）2 ｉ＝１，２，３ ｘv 、ｙv 、ｚv を未知数として上式の連立方程式を解
くことによって航走体３の位置座標が算定される。
くことによって航走体３の位置座標が算定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の音響測位装置においては、第１〜第３トランスポン
ダ２−１〜２−３の位置から直距離ｒ1 〜ｒ3 の交点を
求める計算を行うと、第１〜第３トランスポンダ２−１
〜２−３を結ぶ平面の上下に二つの航走体の位置座標を
表す解が求められる。
来の音響測位装置においては、第１〜第３トランスポン
ダ２−１〜２−３の位置から直距離ｒ1 〜ｒ3 の交点を
求める計算を行うと、第１〜第３トランスポンダ２−１
〜２−３を結ぶ平面の上下に二つの航走体の位置座標を
表す解が求められる。
【０００９】次に、この航走体の位置座標の解が二つ求
まる点について説明する。図３は航走体の位置を定める
位置座標の関係を示す図である。図において、ａ、ｂ、
ｃは前記第１〜第３トランスポンダに対応する基準位置
を示しており、この点の位置座標を基にして航走体の位
置座標を求める。基準位置ａからの距離をｒ1 とする
と、この距離ｒ1 の位置は基準位置ａを中心にして半径
ｒ1 の球Ａとなる。また、基準位置ｂからの距離をｒ2
とすると、この距離ｒ2 の位置は基準位置ｂを中心にし
て半径ｒ2 の球Ｂとなり、同様に基準位置ｃからの距離
をｒ3とすると、この距離ｒ3 の位置は基準位置ｃを中
心にして半径ｒ3 の球Ｃとなる。ここで、球Ａと球Ｂと
の交差を考えると、球Ａと球Ｂとは図のＤで表される円
において交差する。つまり、基準位置ａから距離ｒ1 の
位置にあり、同時に基準位置ｂから距離ｒ2 の位置にあ
る地点は円Ｄ上に存在することになる。
まる点について説明する。図３は航走体の位置を定める
位置座標の関係を示す図である。図において、ａ、ｂ、
ｃは前記第１〜第３トランスポンダに対応する基準位置
を示しており、この点の位置座標を基にして航走体の位
置座標を求める。基準位置ａからの距離をｒ1 とする
と、この距離ｒ1 の位置は基準位置ａを中心にして半径
ｒ1 の球Ａとなる。また、基準位置ｂからの距離をｒ2
とすると、この距離ｒ2 の位置は基準位置ｂを中心にし
て半径ｒ2 の球Ｂとなり、同様に基準位置ｃからの距離
をｒ3とすると、この距離ｒ3 の位置は基準位置ｃを中
心にして半径ｒ3 の球Ｃとなる。ここで、球Ａと球Ｂと
の交差を考えると、球Ａと球Ｂとは図のＤで表される円
において交差する。つまり、基準位置ａから距離ｒ1 の
位置にあり、同時に基準位置ｂから距離ｒ2 の位置にあ
る地点は円Ｄ上に存在することになる。
【００１０】また、球Ｂと球Ｃとの交差を考えると、球
Ｂと球Ｃとは図のＥで表される円において交差する。つ
まり、基準位置ｂから距離ｒ2 の位置にあり、同時に基
準位置ｃから距離ｒ3 の位置にある地点は円Ｅ上に存在
することになる。同様にして、球Ｃと球Ａとの交差を考
えると、球Ｃと球Ａとは図のＦで表される円において交
差する。つまり、基準位置ｃから距離ｒ3 の位置にあ
り、同時に基準位置ａから距離ｒ1 の位置にある地点は
円Ｆ上に存在することになる。これら３個の円Ｄ、Ｅ、
Ｆの交差は、図の点ｄと点ｅの２点において行われる。
したがって、基準位置ａから距離ｒ1 の位置にあり、基
準位置ｂから距離ｒ2 の位置にあり、基準位置ｃから距
離ｒ3 の位置に同時に存在するのは３個の球が交差する
点ｄと点ｅの２つの点である。
Ｂと球Ｃとは図のＥで表される円において交差する。つ
まり、基準位置ｂから距離ｒ2 の位置にあり、同時に基
準位置ｃから距離ｒ3 の位置にある地点は円Ｅ上に存在
することになる。同様にして、球Ｃと球Ａとの交差を考
えると、球Ｃと球Ａとは図のＦで表される円において交
差する。つまり、基準位置ｃから距離ｒ3 の位置にあ
り、同時に基準位置ａから距離ｒ1 の位置にある地点は
円Ｆ上に存在することになる。これら３個の円Ｄ、Ｅ、
Ｆの交差は、図の点ｄと点ｅの２点において行われる。
したがって、基準位置ａから距離ｒ1 の位置にあり、基
準位置ｂから距離ｒ2 の位置にあり、基準位置ｃから距
離ｒ3 の位置に同時に存在するのは３個の球が交差する
点ｄと点ｅの２つの点である。
【００１１】したがって、基準位置を第１〜第３トラン
スポンダに対応させると３つの基準位置からの距離によ
って決定される航走体の位置には２つの可能性があるこ
とになる。さらに、この位置関係を理解し易くするため
に２次元において説明する。図４は前記の位置の関係を
２次元で表現した図である。
スポンダに対応させると３つの基準位置からの距離によ
って決定される航走体の位置には２つの可能性があるこ
とになる。さらに、この位置関係を理解し易くするため
に２次元において説明する。図４は前記の位置の関係を
２次元で表現した図である。
【００１２】基準位置をｇとｈとすると、基準位置ｇか
ら一定の距離にある位置は円Ｇとなり、基準位置ｈから
一定の距離にある位置は円Ｈとなる。そして、この２つ
の円が交差する点を考えると、点ｉとｊの点において交
差する。この交差点ｉとｊは共に基準位置をｇとｈとか
ら同じ距離にあり、このままでは何れの位置が航走体の
存在する位置であるのか決定することができない。
ら一定の距離にある位置は円Ｇとなり、基準位置ｈから
一定の距離にある位置は円Ｈとなる。そして、この２つ
の円が交差する点を考えると、点ｉとｊの点において交
差する。この交差点ｉとｊは共に基準位置をｇとｈとか
ら同じ距離にあり、このままでは何れの位置が航走体の
存在する位置であるのか決定することができない。
【００１３】従来前記２つの位置のどちらの位置を選ぶ
かについてはトランスポンダを１個追加し、４つの直距
離によって求める方法がある。しかし、この方法は計算
が複雑であり、またトランスポンダを１本増設しなけれ
ばならない。このことは、演算処理の装置の複雑化や大
型化を招き、大きさが限られている航走体にこれら装置
を設置するには困難性を有している。また、トランスポ
ンダの増設はトランスポンダ自体が高価であり、設置後
のキャリブレーションの操作の増加をまねくものであっ
て、全体のシステムを高価なものとしてしまう。したが
って、トランスポンダを１個追加し、４つの直距離によ
って求める方法は多くの問題点を有している。
かについてはトランスポンダを１個追加し、４つの直距
離によって求める方法がある。しかし、この方法は計算
が複雑であり、またトランスポンダを１本増設しなけれ
ばならない。このことは、演算処理の装置の複雑化や大
型化を招き、大きさが限られている航走体にこれら装置
を設置するには困難性を有している。また、トランスポ
ンダの増設はトランスポンダ自体が高価であり、設置後
のキャリブレーションの操作の増加をまねくものであっ
て、全体のシステムを高価なものとしてしまう。したが
って、トランスポンダを１個追加し、４つの直距離によ
って求める方法は多くの問題点を有している。
【００１４】また、２つの位置のどちらの位置を選ぶか
について他の方法として、３つのトランスポンダによっ
て形成される三角形の平面に対して、航走体がその平面
の上あるいは下にあるかをの人が視覚によって判定する
方法がある。しかしながら、この方法では、航走体から
の視野が狭く、また航走体自体が一定の位置に固定され
るわけではなく浮遊するものであるためその判定が難し
いという問題点があり、また、海底付近においてはでは
暗い上に舞い上がる海底の堆積物やその他の水中の浮遊
物によって視界がきかず、目視で判定することは不可能
である。
について他の方法として、３つのトランスポンダによっ
て形成される三角形の平面に対して、航走体がその平面
の上あるいは下にあるかをの人が視覚によって判定する
方法がある。しかしながら、この方法では、航走体から
の視野が狭く、また航走体自体が一定の位置に固定され
るわけではなく浮遊するものであるためその判定が難し
いという問題点があり、また、海底付近においてはでは
暗い上に舞い上がる海底の堆積物やその他の水中の浮遊
物によって視界がきかず、目視で判定することは不可能
である。
【００１５】本発明は、前記従来の音響測位装置の問題
点を解決して、トランスポンダなどの大規模な設備の増
設やそれに伴う演算処理の装置の複雑化や大型化を行う
ことなく、小型の装置及び簡単な処理によって、航走体
の二つ同時に得られる位置から一方を決定して精度の良
い測位を行うことを目的とする。
点を解決して、トランスポンダなどの大規模な設備の増
設やそれに伴う演算処理の装置の複雑化や大型化を行う
ことなく、小型の装置及び簡単な処理によって、航走体
の二つ同時に得られる位置から一方を決定して精度の良
い測位を行うことを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の音響測位装置においては、音響質問信号
を送信する手段と音響応答信号を受信する手段と深さ方
向のデータを測定する手段と位置座標を演算する手段と
を有する航走体と、水中の測位領域に設置され、前記音
響質問信号を受信してそれぞれ異なる周波数の音響応答
信号を送信する複数個のトランスポンダ手段とから構成
される音響測位装置であり、前記音響応答信号によって
得られる前記トランスポンダ手段からの直距離と、前記
深さ方向のデータとによって航走体の位置座標を測定す
るものである。
めに、本発明の音響測位装置においては、音響質問信号
を送信する手段と音響応答信号を受信する手段と深さ方
向のデータを測定する手段と位置座標を演算する手段と
を有する航走体と、水中の測位領域に設置され、前記音
響質問信号を受信してそれぞれ異なる周波数の音響応答
信号を送信する複数個のトランスポンダ手段とから構成
される音響測位装置であり、前記音響応答信号によって
得られる前記トランスポンダ手段からの直距離と、前記
深さ方向のデータとによって航走体の位置座標を測定す
るものである。
【００１７】
【作用】本発明によれば、前記のように音響測位装置を
構成したので、前記音響応答信号によって得られる前記
トランスポンダ手段からの直距離によって航走体の位置
座標が測定でき、前記深さ方向のデータとによってその
航走体の位置座標の中から最適なものを選択するので、
大規模な設備の増設を行うことなく正確な位置座標を測
定することができる。
構成したので、前記音響応答信号によって得られる前記
トランスポンダ手段からの直距離によって航走体の位置
座標が測定でき、前記深さ方向のデータとによってその
航走体の位置座標の中から最適なものを選択するので、
大規模な設備の増設を行うことなく正確な位置座標を測
定することができる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施例の
音響測位装置の機能ブロック図である。図において、１
は水中、２−１〜２−３はそれぞれ海底に設置された第
１〜第３トランスポンダ、３は航走体、４Ａは送波器、
４Ｂは受波器、５−１〜５−３は航走体内部に設置され
た第１〜第３ＬＢＬ受信器、６は送信器、７は演算制御
部、８は表示器、９は基準時計、１０は深度センサ、１
１はアナログ・デジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器とい
う）である。送波器４Ａは送信器６を介して演算制御部
７に接続され、一方受波器４Ｂは第１〜第３ＬＢＬ受信
器５−１〜５−３を介して演算制御部７に接続されてい
る。また、第１〜第３ＬＢＬ受信器５−１〜５−３は送
信器６とも接続されている。深度センサ１０はＡ／Ｄ変
換器１１を介して演算制御部７に接続されている。演算
制御部７にはその他に表示器８と基準時計９が接続され
ている。したがって、演算制御部７には、第１〜第３Ｌ
ＢＬ受信器５−１〜５−３及びＡ／Ｄ変換器１１を介し
て受波器４Ａの受信信号と深度センサの深度に関する情
報が入力される。また、演算制御部７には、基準時計９
から時刻データが入力される。一方演算制御部７からは
送信器６及び第１〜第３ＬＢＬ受信器５−１〜５−３に
送信指令が出力され、また表示器８には航走体の位置座
標に関する情報が出力される。これらの音響測位装置は
航走体３の中に設置されている。
ながら詳細に説明する。図１は本発明の第一の実施例の
音響測位装置の機能ブロック図である。図において、１
は水中、２−１〜２−３はそれぞれ海底に設置された第
１〜第３トランスポンダ、３は航走体、４Ａは送波器、
４Ｂは受波器、５−１〜５−３は航走体内部に設置され
た第１〜第３ＬＢＬ受信器、６は送信器、７は演算制御
部、８は表示器、９は基準時計、１０は深度センサ、１
１はアナログ・デジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器とい
う）である。送波器４Ａは送信器６を介して演算制御部
７に接続され、一方受波器４Ｂは第１〜第３ＬＢＬ受信
器５−１〜５−３を介して演算制御部７に接続されてい
る。また、第１〜第３ＬＢＬ受信器５−１〜５−３は送
信器６とも接続されている。深度センサ１０はＡ／Ｄ変
換器１１を介して演算制御部７に接続されている。演算
制御部７にはその他に表示器８と基準時計９が接続され
ている。したがって、演算制御部７には、第１〜第３Ｌ
ＢＬ受信器５−１〜５−３及びＡ／Ｄ変換器１１を介し
て受波器４Ａの受信信号と深度センサの深度に関する情
報が入力される。また、演算制御部７には、基準時計９
から時刻データが入力される。一方演算制御部７からは
送信器６及び第１〜第３ＬＢＬ受信器５−１〜５−３に
送信指令が出力され、また表示器８には航走体の位置座
標に関する情報が出力される。これらの音響測位装置は
航走体３の中に設置されている。
【００１９】次に、図によって本発明の第一の実施例の
音響測位装置の動きを説明する。まず、演算制御部７に
航走体３の内部の基準時計９からの時刻データに従い、
或る基準時間から一定周期ごとに繰り返して送信器６に
送信指令を与え、送信器６は送信パルスを発信する。送
信器６からの送信パルスは、送波器４Ｂを駆動し水中１
に超音波パルスを送信する。この超音波パルスは質問信
号として第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３に送
信される。第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３が
前記質問信号の超音波パルスを受信すると、各トランス
ポンダ２−１〜２−３はそれぞれ異なった周波数ｆ1 ，
ｆ2 ，ｆ3 の音響応答信号を送信する。この各トランス
ポンダ２−１〜２−３からの音響応答信号は、送波器４
Ｂから質問信号が発せられてから航走体３とそれぞれの
トランスポンダとの距離に応じた遅延時間の後に発せら
れる。第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３からそ
れぞれ送信された音響応答信号は、受波器４Ａにより受
波され電気信号に変換された後に、第１〜第３ＬＢＬ受
信器５−１〜５−３によって受信される。各ＬＢＬ受信
器５−１〜５−３は、演算制御部７が送信指令を出力し
てからトランスポンダの応答信号が検出されるまでの時
間間隔によってトランスポンダまでの直距離を計測す
る。
音響測位装置の動きを説明する。まず、演算制御部７に
航走体３の内部の基準時計９からの時刻データに従い、
或る基準時間から一定周期ごとに繰り返して送信器６に
送信指令を与え、送信器６は送信パルスを発信する。送
信器６からの送信パルスは、送波器４Ｂを駆動し水中１
に超音波パルスを送信する。この超音波パルスは質問信
号として第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３に送
信される。第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３が
前記質問信号の超音波パルスを受信すると、各トランス
ポンダ２−１〜２−３はそれぞれ異なった周波数ｆ1 ，
ｆ2 ，ｆ3 の音響応答信号を送信する。この各トランス
ポンダ２−１〜２−３からの音響応答信号は、送波器４
Ｂから質問信号が発せられてから航走体３とそれぞれの
トランスポンダとの距離に応じた遅延時間の後に発せら
れる。第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３からそ
れぞれ送信された音響応答信号は、受波器４Ａにより受
波され電気信号に変換された後に、第１〜第３ＬＢＬ受
信器５−１〜５−３によって受信される。各ＬＢＬ受信
器５−１〜５−３は、演算制御部７が送信指令を出力し
てからトランスポンダの応答信号が検出されるまでの時
間間隔によってトランスポンダまでの直距離を計測す
る。
【００２０】すなわち、演算制御部７が送信指令を出力
してから各ＬＢＬ受信器５−１〜５−３が対応するトラ
ンスポンダの応答信号を検出するまでの時間間隔は、航
走体３とそれぞれのトランスポンダとの２倍の距離に対
応したものであり、各ＬＢＬ受信器の受信信号によって
直距離を測定することができる。第１ＬＢＬ受信器５−
１は第１トランスポンダ２−１から送信された周波数ｆ
1 の応答信号を受信し、その直距離ｒ1 を計測する。ま
た、第２ＬＢＬ受信器５−２は第２トランスポンダ２−
２から送信された周波数ｆ2 の応答信号を受信し、その
直距離ｒ2 を計測する。同様に、第３ＬＢＬ受信器５−
３は第３トランスポンダ２−３から送信された周波数ｆ
3 の応答信号を受信し、その直距離ｒ3 を計測する。こ
のＬＢＬ受信器５における直距離ｒの計測は前記の時間
間隔をカウンタなどによって計数することにより行われ
る。すなわち、演算制御部７が送信器６出力する送信指
令によってカウンタの計数を開始し、ＬＢＬ受信器５の
応答信号の受信によってカウンタの計数を停止させるな
どによって航走体３とそれぞれのトランスポンダとの２
倍の距離に対応した時間間隔を計測し、その時間間隔か
ら直距離を演算する。
してから各ＬＢＬ受信器５−１〜５−３が対応するトラ
ンスポンダの応答信号を検出するまでの時間間隔は、航
走体３とそれぞれのトランスポンダとの２倍の距離に対
応したものであり、各ＬＢＬ受信器の受信信号によって
直距離を測定することができる。第１ＬＢＬ受信器５−
１は第１トランスポンダ２−１から送信された周波数ｆ
1 の応答信号を受信し、その直距離ｒ1 を計測する。ま
た、第２ＬＢＬ受信器５−２は第２トランスポンダ２−
２から送信された周波数ｆ2 の応答信号を受信し、その
直距離ｒ2 を計測する。同様に、第３ＬＢＬ受信器５−
３は第３トランスポンダ２−３から送信された周波数ｆ
3 の応答信号を受信し、その直距離ｒ3 を計測する。こ
のＬＢＬ受信器５における直距離ｒの計測は前記の時間
間隔をカウンタなどによって計数することにより行われ
る。すなわち、演算制御部７が送信器６出力する送信指
令によってカウンタの計数を開始し、ＬＢＬ受信器５の
応答信号の受信によってカウンタの計数を停止させるな
どによって航走体３とそれぞれのトランスポンダとの２
倍の距離に対応した時間間隔を計測し、その時間間隔か
ら直距離を演算する。
【００２１】これらの計測された直距離ｒ1 〜ｒ3 のデ
ータは各ＬＢＬ受信器５−１〜５−３から演算制御部７
に供給される。予め第１〜第３トランスポンダ２−１〜
２−３の位置座標（ｘi ，ｙi ，ｚi ，ｉ＝１，２，
３）をキャリブレーションという作業によって確定して
おくと、航走体３の位置座標（ｘv ，ｙv ，ｚv ）は第
１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３から直距離ｒ1
〜ｒ3 の交点として計算される。
ータは各ＬＢＬ受信器５−１〜５−３から演算制御部７
に供給される。予め第１〜第３トランスポンダ２−１〜
２−３の位置座標（ｘi ，ｙi ，ｚi ，ｉ＝１，２，
３）をキャリブレーションという作業によって確定して
おくと、航走体３の位置座標（ｘv ，ｙv ，ｚv ）は第
１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３から直距離ｒ1
〜ｒ3 の交点として計算される。
【００２２】一方、深度センサ１０は航走体の水中にお
ける深度を計測するものであり、例えば航走体３の外部
に取り付けられており、水圧を感じてセンサ自体の抵抗
を変化させその抵抗変化を電圧変化として出力するもの
である。深度センサ１０の出力信号はＡ／Ｄ変換器１１
に入力され、深度に相当するアナログ電圧値をデジタル
値に変換し、演算制御部７に入力する。
ける深度を計測するものであり、例えば航走体３の外部
に取り付けられており、水圧を感じてセンサ自体の抵抗
を変化させその抵抗変化を電圧変化として出力するもの
である。深度センサ１０の出力信号はＡ／Ｄ変換器１１
に入力され、深度に相当するアナログ電圧値をデジタル
値に変換し、演算制御部７に入力する。
【００２３】第１〜第３ＬＢＬ受信器５−１〜５−３で
受信される第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３の
応答信号によって直距離ｒ1 〜ｒ3 を計測し、その直距
離ｒ 1 〜ｒ3 のデータと予めキャリブレーションによっ
て決定されている第１〜第３トランスポンダ２−１〜２
−３の位置座標とによって直距離ｒ1 〜ｒ3 が交差する
位置の位置座標を演算すると、前記の図３、４で説明し
たように第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３を結
ぶ平面に対しての上下の位置に航走体の位置座標につい
ての二つの解が求められる。
受信される第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３の
応答信号によって直距離ｒ1 〜ｒ3 を計測し、その直距
離ｒ 1 〜ｒ3 のデータと予めキャリブレーションによっ
て決定されている第１〜第３トランスポンダ２−１〜２
−３の位置座標とによって直距離ｒ1 〜ｒ3 が交差する
位置の位置座標を演算すると、前記の図３、４で説明し
たように第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−３を結
ぶ平面に対しての上下の位置に航走体の位置座標につい
ての二つの解が求められる。
【００２４】つまり、図１において二つの解のうち、一
方の位置座標は第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−
３からの距離がｒ1 , ｒ2 , ｒ3 であって深度が浅く海
面に近いものであり、他方の位置座標は第１〜第３トラ
ンスポンダ２−１〜２−３からの距離がｒ1 ’ ,ｒ2 ’
,ｒ3 ’ であって深度が深く海底に近いものである。
方の位置座標は第１〜第３トランスポンダ２−１〜２−
３からの距離がｒ1 , ｒ2 , ｒ3 であって深度が浅く海
面に近いものであり、他方の位置座標は第１〜第３トラ
ンスポンダ２−１〜２−３からの距離がｒ1 ’ ,ｒ2 ’
,ｒ3 ’ であって深度が深く海底に近いものである。
【００２５】このうちのどちらかの位置座標を航走体３
の位置として選ぶかは次のようにして行われる。深度セ
ンサ１０からＡ／Ｄ変換器１１を介して入力された深度
データと、前記で求められた位置座標の深度方向の位置
データとを比較し、深度方向の位置データが前記深度デ
ータに近い方の位置座標を演算制御部７で自動的に選択
することによって決定される。つまり、求められた位置
座標のｚv の値が航走体３の深度のＤ1 であるかＤ2 か
によって、２つの位置座標の何れかを決定する。
の位置として選ぶかは次のようにして行われる。深度セ
ンサ１０からＡ／Ｄ変換器１１を介して入力された深度
データと、前記で求められた位置座標の深度方向の位置
データとを比較し、深度方向の位置データが前記深度デ
ータに近い方の位置座標を演算制御部７で自動的に選択
することによって決定される。つまり、求められた位置
座標のｚv の値が航走体３の深度のＤ1 であるかＤ2 か
によって、２つの位置座標の何れかを決定する。
【００２６】次に、本発明の第二の実施例の音響測位装
置について図１によって説明する。本発明の第二の実施
例の音響測位装置の構成は、本発明の第一の実施例の音
響測位装置の深度センサに代えて海底からの距離を測定
する手段を設けたものである。図において、本発明の第
一の実施例の音響測位装置では水圧などを感じてセンサ
自体の抵抗を変化させその抵抗変化を電圧変化として出
力する深度センサによって航走体の海面からの深度を測
定し、その深度によって航走体の位置座標を決定してい
るが、本発明の第二の実施例の音響測位装置では海底か
らの距離を測定することによって航走体の位置座標を決
定するものである。
置について図１によって説明する。本発明の第二の実施
例の音響測位装置の構成は、本発明の第一の実施例の音
響測位装置の深度センサに代えて海底からの距離を測定
する手段を設けたものである。図において、本発明の第
一の実施例の音響測位装置では水圧などを感じてセンサ
自体の抵抗を変化させその抵抗変化を電圧変化として出
力する深度センサによって航走体の海面からの深度を測
定し、その深度によって航走体の位置座標を決定してい
るが、本発明の第二の実施例の音響測位装置では海底か
らの距離を測定することによって航走体の位置座標を決
定するものである。
【００２７】この航走体の海底からの距離Ｄ3 の測定
は、例えば航走体から海底に向けて音波を発射し、その
反射音が再び航走体に到達するまでの時間を計測するな
どによって行うことができる。この海底からの距離Ｄ3
と既知のその付近の海底深度から前記の本発明の第一の
実施例の音響測位装置と同様にして２つの位置座標の何
れかを決定する。
は、例えば航走体から海底に向けて音波を発射し、その
反射音が再び航走体に到達するまでの時間を計測するな
どによって行うことができる。この海底からの距離Ｄ3
と既知のその付近の海底深度から前記の本発明の第一の
実施例の音響測位装置と同様にして２つの位置座標の何
れかを決定する。
【００２８】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形すること
が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するもの
ではない。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形すること
が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するもの
ではない。
【００２９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、以下のような効果がある。 （ａ）航走体の二つ同時に得られる位置から深さ方向の
データによってその一方を決定することができ、精度の
良い測位を行うことができる。 （ｂ）トランスポンダなどの大規模な設備を増設する必
要がなく、またそれに伴う演算処理の装置の複雑化や大
型化の必要がないので、装置の小型化及び処理の簡略化
が可能である。 （ｃ）人の視覚によらないので、狭い視野や航走体の浮
遊による不安定な判定や海底の堆積物やその他の水中の
浮遊物にる視界の制限がなく、精度の良い測位を行うこ
とができる。
れば、以下のような効果がある。 （ａ）航走体の二つ同時に得られる位置から深さ方向の
データによってその一方を決定することができ、精度の
良い測位を行うことができる。 （ｂ）トランスポンダなどの大規模な設備を増設する必
要がなく、またそれに伴う演算処理の装置の複雑化や大
型化の必要がないので、装置の小型化及び処理の簡略化
が可能である。 （ｃ）人の視覚によらないので、狭い視野や航走体の浮
遊による不安定な判定や海底の堆積物やその他の水中の
浮遊物にる視界の制限がなく、精度の良い測位を行うこ
とができる。
【図１】本発明の第一及び第二のの実施例の音響測位装
置の機能ブロック図である。
置の機能ブロック図である。
【図２】従来の音響測位装置の機能ブロック図である。
【図３】本発明の航走体の位置を定める位置座標の関係
を示す図である。
を示す図である。
【図４】本発明の航走体の位置を定める位置座標の関係
を２次元で表現した図である。
を２次元で表現した図である。
１ 水中 ２ トランスポンダ ３ 航走体 ４Ａ 受波器 ４Ｂ 送波器 ５ ＬＢＬ受信器 ６ 送信器 ７ 演算制御部 ８ 表示器 ９ 基準時計 １０ 深度センサ １１ Ａ／Ｄ変換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼橋 秀幸 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 （ａ）音響質問信号を送信する手段と、
（ｂ）音響応答信号を受信する手段と、（ｃ）深さ方向
のデータを測定する手段と、（ｄ）位置座標を演算する
手段とを有する航走体と、（ｅ）水中の測位領域に設置
され、前記音響質問信号を受信してそれぞれ異なる周波
数の前記音響応答信号を送信する複数個のトランスポン
ダ手段とからなり、（ｆ）前記音響応答信号によって得
られる前記トランスポンダ手段からの直距離と、前記深
さ方向のデータとによって前記航走体の位置座標を測定
することを特徴とする音響測位装置。 - 【請求項２】 前記深さ方向のデータを測定する手段
は、水面からの距離を測定する深度センサである請求項
１記載の音響測位装置。 - 【請求項３】 前記深さ方向のデータを測定する手段
は、水底からの距離を測定するセンサである請求項１記
載の音響測位装置。 - 【請求項４】 前記位置座標を演算する手段はＬＢＬ受
信器を含む請求項１、２あるいは３記載の音響測位装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4109624A JPH05302974A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 音響測位装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4109624A JPH05302974A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 音響測位装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302974A true JPH05302974A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=14515008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4109624A Pending JPH05302974A (ja) | 1992-04-28 | 1992-04-28 | 音響測位装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05302974A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100484533B1 (ko) * | 2003-02-14 | 2005-04-20 | 한국해양연구원 | 반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파위치추적장치 |
| JP2013142661A (ja) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Furuno Electric Co Ltd | レーダ装置、レーダ測位システム、レーダ測位方法及びレーダ測位プログラム |
| JP2014226963A (ja) * | 2013-05-20 | 2014-12-08 | 日本電気株式会社 | 水中航走体誘導装置および水中航走体の誘導方法 |
| JP2019138879A (ja) * | 2018-02-15 | 2019-08-22 | Ｎｅｃネットワーク・センサ株式会社 | ソナー装置、応答装置、識別システム、識別方法、応答方法及びプログラム |
-
1992
- 1992-04-28 JP JP4109624A patent/JPH05302974A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100484533B1 (ko) * | 2003-02-14 | 2005-04-20 | 한국해양연구원 | 반구형 관측영역을 갖는 무인잠수정의 초협대역 초음파위치추적장치 |
| JP2013142661A (ja) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Furuno Electric Co Ltd | レーダ装置、レーダ測位システム、レーダ測位方法及びレーダ測位プログラム |
| JP2014226963A (ja) * | 2013-05-20 | 2014-12-08 | 日本電気株式会社 | 水中航走体誘導装置および水中航走体の誘導方法 |
| JP2019138879A (ja) * | 2018-02-15 | 2019-08-22 | Ｎｅｃネットワーク・センサ株式会社 | ソナー装置、応答装置、識別システム、識別方法、応答方法及びプログラム |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000229 |