JPH0850172A - 音波方位計測装置 - Google Patents
音波方位計測装置Info
- Publication number
- JPH0850172A JPH0850172A JP20294194A JP20294194A JPH0850172A JP H0850172 A JPH0850172 A JP H0850172A JP 20294194 A JP20294194 A JP 20294194A JP 20294194 A JP20294194 A JP 20294194A JP H0850172 A JPH0850172 A JP H0850172A
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- Japan
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- sound wave
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】霧中航海中の船舶等が視界の悪い海上で、霧笛
によって複数の航行船舶の存在方位を、迅速、正確に検
知し航行安全を図る。 【構成】音波の監視対象セクタ角より広い受波指向性を
持ち、監視対象セクタ角の中心に対しそれぞれの受波器
の受波指向性中心を、受波単体指向性の半値幅以内で開
いて配置した２台の受波器と、前記２台の受波器から受
信信号を入力し、両受信信号のレベルの比較値と、前記
２台の受波器の音波入射方位に対する受波指向特性の比
較基準値との照合により、音波入射方位を概算する演算
部と、前記２台の受波器の受信音波の位相差及び周波数
を計測し、計測した位相差と周波数と概算方位とにより
真の音波入射方位を算出する演算部とから構成する。
によって複数の航行船舶の存在方位を、迅速、正確に検
知し航行安全を図る。 【構成】音波の監視対象セクタ角より広い受波指向性を
持ち、監視対象セクタ角の中心に対しそれぞれの受波器
の受波指向性中心を、受波単体指向性の半値幅以内で開
いて配置した２台の受波器と、前記２台の受波器から受
信信号を入力し、両受信信号のレベルの比較値と、前記
２台の受波器の音波入射方位に対する受波指向特性の比
較基準値との照合により、音波入射方位を概算する演算
部と、前記２台の受波器の受信音波の位相差及び周波数
を計測し、計測した位相差と周波数と概算方位とにより
真の音波入射方位を算出する演算部とから構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】霧中航海中の船舶等が視界の悪い
海上で、霧笛によって複数の航行船舶の存在方位をより
迅速、正確に検知し、航行安全を図るシステムに関す
る。
海上で、霧笛によって複数の航行船舶の存在方位をより
迅速、正確に検知し、航行安全を図るシステムに関す
る。
【０００２】
【従来の技術】霧中航海時の他船舶の存在検出は、一般
的にはレーダが用いられるが、計測対象船舶が木造船の
場合は計測が不可能で、この場合各船舶は相互に霧笛に
よってその存在を明らかとし、衝突等の危険を回避して
いる。しかし、霧笛では他船舶の存在は明確に確認でき
るが、その方位については操船者の聴音感覚によって音
波方位を感知しているに過ぎず、その精度はかなり曖昧
なものであった。また、音波を用い方位を計測する場合
は、図４に示すような位置関係においてパルス音波を用
い、２つの受波器の配置間隔ｄとパルス音波の到着時間
差から伝搬経路差を求め、次式によって音源方位θを算
出することもできる。 音源方位角θ＝ａｒｃＳＩＮ（ｃ・Δｔ／ｄ） ここで、 ｄ；受波器配置間隔 ｃ；音速 Δｔ；音波の到達時間差 但しこの方法では、音波が連続波の場合は２つの受波器
による音波の到達時間差は計測できず音源方位の算出も
できない。受信信号間の位相差によって音波伝搬経路差
を算出する方法もあるが、この場合は音波伝搬経路差が
音波周波数の１波長以内でかつ目標の存在方位が監視中
心方位の左右いずれであるかが既知となっている必要が
ある。
的にはレーダが用いられるが、計測対象船舶が木造船の
場合は計測が不可能で、この場合各船舶は相互に霧笛に
よってその存在を明らかとし、衝突等の危険を回避して
いる。しかし、霧笛では他船舶の存在は明確に確認でき
るが、その方位については操船者の聴音感覚によって音
波方位を感知しているに過ぎず、その精度はかなり曖昧
なものであった。また、音波を用い方位を計測する場合
は、図４に示すような位置関係においてパルス音波を用
い、２つの受波器の配置間隔ｄとパルス音波の到着時間
差から伝搬経路差を求め、次式によって音源方位θを算
出することもできる。 音源方位角θ＝ａｒｃＳＩＮ（ｃ・Δｔ／ｄ） ここで、 ｄ；受波器配置間隔 ｃ；音速 Δｔ；音波の到達時間差 但しこの方法では、音波が連続波の場合は２つの受波器
による音波の到達時間差は計測できず音源方位の算出も
できない。受信信号間の位相差によって音波伝搬経路差
を算出する方法もあるが、この場合は音波伝搬経路差が
音波周波数の１波長以内でかつ目標の存在方位が監視中
心方位の左右いずれであるかが既知となっている必要が
ある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】霧中航海中の船舶等に
おいて他船舶の霧笛を聴知した場合、即時にその発生方
位を計測し、航行安全を図るシステムの構築。
おいて他船舶の霧笛を聴知した場合、即時にその発生方
位を計測し、航行安全を図るシステムの構築。
【０００４】
【課題を解決するための手段】霧中航海中の他船舶の霧
笛により他船舶の存在方位を確認し、航行の安全確保を
図るシステムに関し、霧笛音波の監視対象セクタ角より
広い受波指向性を持った２台の受波器を、該監視対象セ
クタ角の中心に対し、受波器の受波指向性中心を、有効
な受波指向方位の半値幅以内で開いて配置し、２台の受
波器の受信信号のレベルの比較値と、それぞれの受波器
の音波入射方位に対する受波指向特性の比較基準値との
照合により、音波の入射方位角を粗く算出し、更に２台
の受波器の受信信号の位相差計測と周波数計測により精
密な音波の到来方位を算出することによって、他船舶の
存在方位を計測し航行安全を図る。
笛により他船舶の存在方位を確認し、航行の安全確保を
図るシステムに関し、霧笛音波の監視対象セクタ角より
広い受波指向性を持った２台の受波器を、該監視対象セ
クタ角の中心に対し、受波器の受波指向性中心を、有効
な受波指向方位の半値幅以内で開いて配置し、２台の受
波器の受信信号のレベルの比較値と、それぞれの受波器
の音波入射方位に対する受波指向特性の比較基準値との
照合により、音波の入射方位角を粗く算出し、更に２台
の受波器の受信信号の位相差計測と周波数計測により精
密な音波の到来方位を算出することによって、他船舶の
存在方位を計測し航行安全を図る。
【０００５】
【実施例】図１は本発明の１実施例を示すブロック図で
ある。本実施例では、霧笛音監視セクタ角を、−６０°
〜＋６０°としている。図１において、１及び２は受波
器、３は受波器１及び２からの受信信号レベルを比較す
るレベル比較回路、４は該レベル比較回路３で得られた
比較値と予め求められている音波入射方位に対する両受
波器１、２の受波指向特性の比較基準値とを照合するこ
とにより音源方位を粗く求める方位照合回路、６は前記
受波器１の受信信号より受信音波周波数を検出する周波
数検出回路、５は該周波数検出回路６が検出した音波周
波数と前記方位照合回路４が求めた粗い音源方位を元に
音源からの前記受波器１と２との音波伝搬経路差の距離
を音波の波長数に換算する波長数演算回路、７は前記受
波器１及び２の受信信号により両受信音波の位相差を検
出する位相検出回路、８は該位相差検出回路７が検出し
た位相差と前記周波数検出回路６が検出した音波周波数
と前記波長数演算回路５が算出した経路差の波長数とを
用いて正確に音源方位を算出する方位演算回路、９は該
方位演算回路８が算出した音源方位を表示する方位表示
器である。また、図１における受波器１及び２は、図２
に示すごとく、両受波器の指向性中心を、霧笛音監視セ
クタ中心方位に対して±１０゜ずつ開き距離ｄを隔てて
配置している。図２のごとく配置された両受波器は、図
３に示すように音源の方位により同一音源に対し異なっ
た受信信号レベルを持つ。
ある。本実施例では、霧笛音監視セクタ角を、−６０°
〜＋６０°としている。図１において、１及び２は受波
器、３は受波器１及び２からの受信信号レベルを比較す
るレベル比較回路、４は該レベル比較回路３で得られた
比較値と予め求められている音波入射方位に対する両受
波器１、２の受波指向特性の比較基準値とを照合するこ
とにより音源方位を粗く求める方位照合回路、６は前記
受波器１の受信信号より受信音波周波数を検出する周波
数検出回路、５は該周波数検出回路６が検出した音波周
波数と前記方位照合回路４が求めた粗い音源方位を元に
音源からの前記受波器１と２との音波伝搬経路差の距離
を音波の波長数に換算する波長数演算回路、７は前記受
波器１及び２の受信信号により両受信音波の位相差を検
出する位相検出回路、８は該位相差検出回路７が検出し
た位相差と前記周波数検出回路６が検出した音波周波数
と前記波長数演算回路５が算出した経路差の波長数とを
用いて正確に音源方位を算出する方位演算回路、９は該
方位演算回路８が算出した音源方位を表示する方位表示
器である。また、図１における受波器１及び２は、図２
に示すごとく、両受波器の指向性中心を、霧笛音監視セ
クタ中心方位に対して±１０゜ずつ開き距離ｄを隔てて
配置している。図２のごとく配置された両受波器は、図
３に示すように音源の方位により同一音源に対し異なっ
た受信信号レベルを持つ。
【０００６】このように構成された音波方位計測装置に
おける動作を以下に説明する。まず、受波器１及び２の
個別での音源方位θをパラメータとした受波指向特性Ｄ
（θ）は次式で表される。 Ｄ（θ）＝Ａ・ＣＯＳ（θ） θ： −９０゜〜
＋９０゜ Ａ： 定数 両受波器の指向性中心を、霧笛音監視セクタ中心方位に
対して±１０゜ずつ開いて配置しているので、霧笛音発
生方位をθとした場合の両受波器における受信信号のレ
ベルの比は、Ｄ（θ−１０゜）／Ｄ（θ＋１０゜）とし
て表１のごとく予め得られる。尚、表１では１０゜毎の
方位に対する受信信号のレベルの比を示しているが、必
要に応じて方位は細分できる。
おける動作を以下に説明する。まず、受波器１及び２の
個別での音源方位θをパラメータとした受波指向特性Ｄ
（θ）は次式で表される。 Ｄ（θ）＝Ａ・ＣＯＳ（θ） θ： −９０゜〜
＋９０゜ Ａ： 定数 両受波器の指向性中心を、霧笛音監視セクタ中心方位に
対して±１０゜ずつ開いて配置しているので、霧笛音発
生方位をθとした場合の両受波器における受信信号のレ
ベルの比は、Ｄ（θ−１０゜）／Ｄ（θ＋１０゜）とし
て表１のごとく予め得られる。尚、表１では１０゜毎の
方位に対する受信信号のレベルの比を示しているが、必
要に応じて方位は細分できる。
【表１】 従って、方位照合回路４は、レベル比較回路３が検出し
た両受波器の受信信号のレベルの比較値と表１のデータ
とを照合することにより、霧笛音方位を粗く求めること
ができる。該方位照合回路４が算出した粗い霧笛音方位
をψとする。
た両受波器の受信信号のレベルの比較値と表１のデータ
とを照合することにより、霧笛音方位を粗く求めること
ができる。該方位照合回路４が算出した粗い霧笛音方位
をψとする。
【０００７】また、 図３で示した配置関係で、音源方
位角をθとすると２つの受波器間の音波伝搬の経路差ｃ
・Δｔは次式で与えられる。 ｃ・Δｔ＝ｄ・ＳＩＮ（θ） この式の関係を用い、音源周波数をｆとし、θに上記方
位照合回路４で求めたψを代入して、２つの受波器の受
信信号の位相差Φを求めると、 Φ＝（２πｆ）Δｔ ＝（２πｆ）ｄ・ＳＩＮ（ψ）／ｃ ここで Φ＝ ２πｎ＋φ とし ｎ＝（（２πｆ）ｄ・ＳＩＮ（ψ）／ｃ）／２π の整
数部 を求めると、ｎは経路差に含まれる音波の波長数で、φ
は２つの受波器の受信信号の１波長（２π）以内の位相
差となる。この式に基づき、方位照合回路４の出力であ
る粗い方位角ψと周波数検出回路６の出力である音源周
波数ｆを用いて、波長数演算回路５は受波器１及び２の
音波伝搬経路差における波長数ｎを算出する。
位角をθとすると２つの受波器間の音波伝搬の経路差ｃ
・Δｔは次式で与えられる。 ｃ・Δｔ＝ｄ・ＳＩＮ（θ） この式の関係を用い、音源周波数をｆとし、θに上記方
位照合回路４で求めたψを代入して、２つの受波器の受
信信号の位相差Φを求めると、 Φ＝（２πｆ）Δｔ ＝（２πｆ）ｄ・ＳＩＮ（ψ）／ｃ ここで Φ＝ ２πｎ＋φ とし ｎ＝（（２πｆ）ｄ・ＳＩＮ（ψ）／ｃ）／２π の整
数部 を求めると、ｎは経路差に含まれる音波の波長数で、φ
は２つの受波器の受信信号の１波長（２π）以内の位相
差となる。この式に基づき、方位照合回路４の出力であ
る粗い方位角ψと周波数検出回路６の出力である音源周
波数ｆを用いて、波長数演算回路５は受波器１及び２の
音波伝搬経路差における波長数ｎを算出する。
【０００８】ここで上式の方位角ψは粗い計測値であ
り、Φは多くの誤差を含んでいるがその誤差は受波器の
単体指向性の精度により定まるものであり、一般的に１
波長以内に収まり位相差φの範囲内とすることができ
る。 更に位相差φは、２つの受信信号の位相差として
正確に計測できるものであり、位相差検出回路７によっ
て計測される。
り、Φは多くの誤差を含んでいるがその誤差は受波器の
単体指向性の精度により定まるものであり、一般的に１
波長以内に収まり位相差φの範囲内とすることができ
る。 更に位相差φは、２つの受信信号の位相差として
正確に計測できるものであり、位相差検出回路７によっ
て計測される。
【０００９】次に、この位相差検出回路７で計測した位
相差φと波長数演算回路５で算出した経路差内の波長数
ｎと前記周波数検出回路６で計測した音源周波数ｆを用
いることにより、図４の位置関係から次式により音源方
位角θを精密に算出することができる。方位演算回路８
がこの音源方位角θの算出を行う。 θ＝ａｒｃＳＩＮ（ｃ・Δｔ／ｄ） ＝ａｒｃＳＩＮ（ｃ・（ｎ＋（φ／２π））／ｆ／ｄ） 方位表示器９は方位演算回路８が出力する音源方位角θ
に基づいてディスプレイ上に霧笛音方位を表示する。
相差φと波長数演算回路５で算出した経路差内の波長数
ｎと前記周波数検出回路６で計測した音源周波数ｆを用
いることにより、図４の位置関係から次式により音源方
位角θを精密に算出することができる。方位演算回路８
がこの音源方位角θの算出を行う。 θ＝ａｒｃＳＩＮ（ｃ・Δｔ／ｄ） ＝ａｒｃＳＩＮ（ｃ・（ｎ＋（φ／２π））／ｆ／ｄ） 方位表示器９は方位演算回路８が出力する音源方位角θ
に基づいてディスプレイ上に霧笛音方位を表示する。
【００１０】本実施例では、２台の受波器の受信信号の
比較値を、予め用意した２台の受波器の音波入射方位に
対する受波指向特性の比較基準値のデータと照合して音
源方位を求めたが、この受波指向特性の比較基準値は、
受波器の指向特性関数から直接計算によって求め計測し
た受信信号比較値と照合することも同様にできる。
比較値を、予め用意した２台の受波器の音波入射方位に
対する受波指向特性の比較基準値のデータと照合して音
源方位を求めたが、この受波指向特性の比較基準値は、
受波器の指向特性関数から直接計算によって求め計測し
た受信信号比較値と照合することも同様にできる。
【００１１】
【発明の効果】同一海域の他船舶の発する霧笛音によ
り、瞬時（１秒以内）にその発生方位を検出できるた
め、周囲の多数の船舶が交互に発する霧笛音を円周上に
配置した複数の受波器の組み合わせにより聴知して、そ
の方位を全て算出できる。霧笛等単一周波数の簡単な音
源を有した全ての船舶について、短時間の音波発信によ
って方位の確定が可能なため小型舟艇も検出対象とする
ことができる。方位の検出精度が高く、自船及び目標船
の運動に伴う方位変化により衝突の危険性のある接近目
標か否かのある程度の判別ができる。
り、瞬時（１秒以内）にその発生方位を検出できるた
め、周囲の多数の船舶が交互に発する霧笛音を円周上に
配置した複数の受波器の組み合わせにより聴知して、そ
の方位を全て算出できる。霧笛等単一周波数の簡単な音
源を有した全ての船舶について、短時間の音波発信によ
って方位の確定が可能なため小型舟艇も検出対象とする
ことができる。方位の検出精度が高く、自船及び目標船
の運動に伴う方位変化により衝突の危険性のある接近目
標か否かのある程度の判別ができる。
【図１】本発明の１実施例を示すブロック図。
【図２】実施例における２台の受波器の配置を示す図。
【図３】音源方位と２台の受波器の受信信号レベルを示
す図。
す図。
【図４】音源方位と２台の受波器における経路差の関係
を示す図。
を示す図。
１、２ 受波器 ３ レベル比較回路 ４ 方位照合回路 ５ 波長数演算回路 ６ 周波数検出回路 ７ 位相差検出回路 ８ 方位演算回路 ９ 方位表示器
Claims (1)
- 【請求項１】霧笛によって他船舶の存在を確認し航行安
全を図るシステムに関し、霧笛音波の監視対象セクタ角
より広い受波指向性を持ち、該監視対象セクタ角の中心
に対しそれぞれの受波器の受波指向性中心を、有効な受
波指向方位の半値幅以内で開いて配置した２台の受波器
と、前記２台の受波器から受信信号を入力し、両受信信
号のレベルの比較値と、前記２台の受波器の音波入射方
位に対する受波指向特性の比較基準値との照合により、
音波入射方位を概算する演算部と、前記２台の受波器の
受信音波の位相差及び周波数を計測し、計測した位相差
と周波数と前記概算演算部が概算した音波入射方位とに
より真の音波入射方位を算出する演算部とを備えた音波
方位計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20294194A JPH0850172A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 音波方位計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20294194A JPH0850172A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 音波方位計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0850172A true JPH0850172A (ja) | 1996-02-20 |
Family
ID=16465703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20294194A Pending JPH0850172A (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 音波方位計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0850172A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007102308A1 (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | レーダ装置 |
| JP2010151496A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Nippon Soken Inc | 方位検出装置 |
| JP2011017646A (ja) * | 2009-07-09 | 2011-01-27 | Nec Computertechno Ltd | アクティブソナー装置、及びアクティブソナー装置を搭載したａｔｍ端末装置 |
| JP2022090400A (ja) * | 2020-12-07 | 2022-06-17 | 博一 新美 | 移動体の音波誘導装置 |
-
1994
- 1994-08-05 JP JP20294194A patent/JPH0850172A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007102308A1 (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | レーダ装置 |
| JP2010151496A (ja) * | 2008-12-24 | 2010-07-08 | Nippon Soken Inc | 方位検出装置 |
| JP2011017646A (ja) * | 2009-07-09 | 2011-01-27 | Nec Computertechno Ltd | アクティブソナー装置、及びアクティブソナー装置を搭載したａｔｍ端末装置 |
| JP2022090400A (ja) * | 2020-12-07 | 2022-06-17 | 博一 新美 | 移動体の音波誘導装置 |
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