JPH11326513A

JPH11326513A - 測距装置

Info

Publication number: JPH11326513A
Application number: JP13526698A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Hiraoka; 康平岡; Masayoshi Yamazaki; 雅義山崎; Yasutaka Morioka; 泰隆森岡
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-05-18
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、速度精度を向上させると共に、安
定した測距を可能にする測距装置を提供する。【解決手段】本発明は、潜水艇に設けられ、超音波の
反射波により対象物との距離を測定する測距装置１であ
って、パルス状の超音波と連続的な超音波とを切り換え
可能に送信する超音波送信手段２と、前記超音波の反射
波を受信する反射波受信手段３・４と、パルス状の超音
波の反射波による受信データから対象物との距離を算出
する距離算出手段１８と、連続的な前記超音波の反射波
による受信データから対象物との速度をリアルタイムに
算出する速度算出手段１７と、前記速度算出手段により
算出された速度と、前記潜水艇の移動時間とから相対移
動距離を算出する相対移動距離算出手段１７と、前記距
離算出手段により算出された距離が所定のしきい値より
も接近したとき、前記距離を基準距離とし、該基準距離
と前記相対移動距離とから前記対象物との慣性距離を算
出する慣性距離算出手段１８とを有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波を送受信
して送受波器と対象物との間の距離を測定する測距装置
に関する。以下、この発明を潜水艇に搭載される測距装
置に関し、特に、連続波を利用した測距装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドプラソナーは、超音波を用いて船速を
計測することを主目的とする装置であるが、同時に、超
音波を用いて接近対象物や海底との距離を計測すること
も多くの場合必要とされる。超音波の送信方法は、パル
ス波法（ＰＷ）と連続波法（ＣＷ）に大別され、それぞ
れ特徴をもっている。ＣＷは、速度レンジを広くとれた
り、低速の分解能が良いという利点があるが、反射波が
どの地点で送信された連続波による反射波か判断できな
いため、距離情報をとれなくなってしまう点で大きな不
利となる。一方、ＰＷは、反射波がどの地点で送信され
たパルス波による反射波か判断できるため、距離情報を
とるのに適している。従って、従来の測距装置は、ＣＷ
モードで速度を検出し、間欠的に（例えば、２０秒に１
回）ＰＷモードで距離検出を行って全体を制御するよう
になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、距離検
出の為にＣＷの送信を中断すると、速度精度が劣化する
という問題点があった。即ち、ＣＷモードは、分解能を
良くしたり高速で検知したりできる性能を有するにもか
かわらず、ある一定の空白時間を生じると、それらの性
能を発揮できないためである。また、潜水艇等では、対
象物に接近したとき距離情報がリアルタイムに必要で距
離情報の算出が遅れると、衝突事故を起こす原因となる
という問題がある。さらに、ＰＷによる測距は、一般的
に超接近時にエラーとなる確率が高く潜水艇等で対象物
へ到着する寸前の距離が安定的にとれないという問題が
ある。尚、接近時にＰＷ法では安定的に測距できないの
は、反射波が、送信されたパルス波の中に埋もれてしま
うため（混信状態）、計測不能になったり、遠方の値と
間違えたりするためである。

【０００４】そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、速度精度
を向上させると共に、安定した測距を可能にする測距装
置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
潜水艇に設けられ、超音波の反射波により対象物との距
離を測定する測距装置であって、パルス状の超音波と連
続的な超音波とを切り換え可能に送信する超音波送信手
段と、前記超音波の反射波を受信する反射波受信手段
と、パルス状の超音波の反射波による受信データから対
象物との距離を算出する距離算出手段と、連続的な前記
超音波の反射波による受信データから対象物との速度を
リアルタイムに算出する速度算出手段と、前記速度算出
手段により算出された速度と、前記潜水艇の移動時間と
から相対移動距離を算出する相対移動距離算出手段と、
前記距離算出手段により算出された距離が所定のしきい
値よりも接近したとき、前記距離を基準距離とし、該基
準距離と前記相対移動距離とから前記対象物との慣性距
離を算出する慣性距離算出手段とを有することを特徴と
する。これにより、一旦、基準距離を算出すると、ＣＷ
送信を行いながらもリアルタイムに対象物との距離を得
られるので、ＣＷ送信を中断する必要がなく、速度精度
を向上させることができる。また、リアルタイムに速度
情報を得ることができるため、潜水艇の衝突事故を防止
できる。さらに、超接近時において従来のＰＷモードに
おける測距のように、混信状態にならないため、安定し
た測距が可能になる。

【０００６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の構成に加えて、潜前記超音波送信手段は、連続的な
超音波を送信するものであり、前記距離算出手段は、連
続波の残響から又は連続波の送信開始時における反射波
から対象物との距離を算出することを特徴とする。これ
により、基準深度の算出を２回行うのでパルス波モード
を使用しなくても基準距離を確実に得ることができると
共に、速度精度を向上させることができる。また、連続
波・パルス波の切り換え装置が不要になるため、機器構
成を簡単化できると共に、測距装置の信頼度を向上でき
る。

【０００７】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明の構成に加えて、前記距離算出手段は、連続波の送信
開始時における反射波から又は連続波の残響から対象物
との距離を測定し、必要な場合は、さらに、パルス状の
前記超音波の反射波により対象物との距離を算出するこ
とを特徴とする。これにより、必要な場合にのみパルス
波モードを使用するため、速度精度を向上させると共
に、基準距離を正確に得ることができる。

【０００８】請求項４記載の発明は、超音波を送受信し
て送受波器と対象物との間の距離を測定する測距装置で
あって、超音波信号を送信する送信手段と、前記超音波
の反射波を受信する受信手段と、前記送信及び受信手段
により送受信される信号の時間関係から送受波器と対象
物との間の距離を測定する距離測定手段と、前記送信及
び受信手段により送受信される連続波及びその反射波か
ら対象物の速度をリアルタイムに算出する速度算出手段
と、該速度算出手段により算出された速度と、前記送受
波器の移動時間とから相対移動距離を算出する相対移動
距離算出手段と、前記距離測定手段で測定した距離と前
記相対移動距離算出手段により算出した相対移動距離に
基づいて前記送受波器と対象物との間の距離を測定する
ことを特徴とする。これにより、一旦、基準距離を算出
すると、ＣＷ送信を行いながらもリアルタイムに対象物
との距離を得られるので、ＣＷ送信を中断する必要がな
く、速度精度を向上させることができる。また、リアル
タイムに速度情報を得ることができるため、対象物との
衝突事故を防止できる。さらに、超接近時において従来
のＰＷモードにおける測距のように、混信状態にならな
いため、安定的に測距できる。

【０００９】請求項５記載の発明は、超音波の反射波に
より対象物との距離を測定する測距装置であって、連続
波の超音波を送信する超音波送信手段と、前記超音波の
反射波を受信する反射波受信手段と、連続波の残響から
又は連続波の送信開始時における反射波から対象物との
距離を算出する距離算出手段とを有することを特徴とす
る。これにより、パルス波モードを使用しないので接近
時だけでなく対象物から離れている時でも速度精度を向
上させることができる。また、超接近時において従来の
ＰＷモードにおける測距のように、混信状態にならない
ため、安定的に測距できる。さらに、切り換え装置が不
要になるため、機器構成を簡単化できると共に、測距装
置の信頼度を向上できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態１を図面
を参照して説明する。測距装置１は、潜水艇（以下、
「ＤＳＲＶ」という。）に搭載されており、連続波を使
ってＤＳＲＶの速度を測定しながら対象物との距離を測
定するようになっている。図１に示すように、この測距
装置１は、超音波送信手段を構成する送信部２と、反射
波受信手段を構成する受信部３・４と、速度・距離算出
部５と、速度計６と、深度計７とを有している。

【００１１】送信部２は、送信器８と、送信アンプ９と
を有しており、メインＣＰＵ２７の指令にしたがって連
続波及びパルス波を送信するようになっている。受信部
３・４は、ＣＷ用受信部３と、ＰＷ用受信部４とを有し
ており、モード切換器１９により切り換えられるように
なっている。このＣＷ用受信部３は、受信器１０と、プ
リアンプ１１と、フィルタアンプ１２と、受信アンプ１
３とを有しており、連続波の反射波を受信するようにな
っている。また、ＰＷ用受信部４は、受信器１４と、フ
ィルタアンプ１５と、受信アンプ１６とを有しており、
パルス波の反射波を受信するようになっている。

【００１２】速度・距離算出部５は、速度算出手段及び
相対移動距離算出手段を構成する速度・相対移動距離算
出部１７と、距離算出手段及び慣性距離算出手段を構成
する距離算出部１８と、モード切換器１９と、Ａ／Ｄ変
換器２０とを有しており、対象物との速度及び距離を算
出するようになっている。

【００１３】上記のＡ／Ｄ変換器２０には、モード切換
器１９と、速度算出用サンプルメモリ２１と、包絡線抽
出器２９とが接続されており、Ａ／Ｄ変換器２０は、受
信部３・４により受信した受信データをデジタル処理す
るようになっている。速度算出用サンプルメモリ２１
は、周波数を表す数値データを格納するようになってい
る。また、包絡線抽出器２９には、距離算出用サンプル
メモリ２２が接続されており、数値データから包絡線(e
nvelope)を抽出し、距離算出用サンプルメモリ２２に出
力するようになっている。

【００１４】上記の速度・相対移動距離算出部１７は、
サブＣＰＵ２３と、リアルタイムクロック２４と、速度
算出用サンプルメモリ２１と、相対移動距離メモリ２５
と、速度メモリ２６とを有している。サブＣＰＵ２３に
は、速度算出用サンプルメモリ２１と、リアルタイムク
ロック２４とが接続されており、サブＣＰＵ２３は、速
度算出用サンプルメモリ２１から数値データを取り込
み、ＤＳＲＶの速度ｖ_(t ₎をリアルタイムに算出すると
共に、ＤＳＲＶの相対移動距離Ｌ_[n]を算出するように
なっている。

【００１５】また、サブＣＰＵ２３には、相対移動距離
メモリ２５と、速度メモリ２６とが接続されており、算
出した相対移動距離Ｌ_[n]と速度ｖ_(t)とをそれぞれ各
メモリ２５・２６に格納するようになっている。尚、本
実施形態では、処理速度を速める観点からサブＣＰＵ２
３にＤＳＰを使用する。

【００１６】上記の距離算出部１８は、メインＣＰＵ２
７と、距離算出用サンプルメモリ２２と、基準距離メモ
リ２８とを有している。メインＣＰＵ２７には、送信ア
ンプ９と、モード切換器１９とが接続されており、メイ
ンＣＰＵ２７は、連続波又はパルス波モードに切り換え
るように、モード切換器１９に切換信号を送信するよう
になっている。

【００１７】また、メインＣＰＵ２７には、距離算出用
サンプルメモリ２２と、基準距離メモリ２８とが接続さ
れており、メインＣＰＵ２７は、包絡線(envelope)の外
形(profile) によりパルス波の送信から反射波の受信ま
での伝搬時間ΔＴを計測して基準距離（Base）を算出
し、基準距離メモリ２８に格納するようになっている。
そして、メインＣＰＵ２７は、相対移動距離メモリ２５
及び基準距離メモリ２８から相対移動距離Ｌ_[n]及び基
準距離（Base）を読み出して、対象物との慣性距離Ｄ
_[n]を算出するようになっている。

【００１８】さらに、メインＣＰＵ２７には、速度計６
と、深度計７とが接続されており、メインＣＰＵ２７
は、速度メモリ２６からＤＳＲＶの速度ｖ_(t)を読み出
して速度計６に出力するようになっている。また、算出
された慣性距離Ｄ_[n]を深度計７に出力するようになっ
ている。

【００１９】上記の構成において、測距装置１の動作を
図面を用いて説明する。図３に示すように、ＤＳＲＶ
は、対象物に向けて潜水を開始すると、メインＣＰＵ２
７は、送信部２にパルス波信号を送信する。送信部２
は、パルス波信号を受信すると、パルス波の送信を開始
する（Ｓ１）。ＰＷ用受信部４は、パルス波の反射波を
受信すると（Ｓ２）、Ａ／Ｄ変換器２０を介してＰＷ数
値データを速度算出用サンプルメモリ２１及び包絡線抽
出器２９に送信する。包絡線抽出器２９は、ＰＷ数値デ
ータから包絡線を抽出して距離算出用サンプルメモリ２
２に出力するようになっている。メインＣＰＵ２７は、
距離算出用サンプルメモリ２２内の包絡線の外形によ
り、パルス波の送信開始時から反射波の受信終了時を検
出して対象物との距離Ｈを算出する（Ｓ３）。

【００２０】このように、パルス波の送信開始時からパ
ルス波の反射波の受信終了時までの時間を計測すること
により、超音波がＤＳＲＶと対象物間を往復する伝搬時
間ΔＴを計測できるため、式１に示すように、音速ｃと
超音波の伝搬時間ΔＴとからＤＳＲＶと対象物間の距離
Ｈを算出できる。

【００２１】

【数１】

【００２２】また、サブＣＰＵ２３は、速度算出用サン
プルメモリ２１からＰＷ数値データを読み出して、ＤＳ
ＲＶの速度ｖを算出し、速度メモリ２６に送信する。メ
インＣＰＵ２７は、速度メモリ２６から速度ｖを読み出
して速度計６に出力する。このように、パルス波からＰ
Ｗ数値データ（周波数）が得られるため、式２に示すよ
うに、パルス波の周波数ｆ₀と、反射波の周波数ｆ_dと
からＤＳＲＶの対象物に対する速度ｖを算出できる。

【００２３】

【数２】

【００２４】次に、メインＣＰＵ２７は、算出した対象
物との距離Ｈが所定のしきい値よりも接近しているか否
かを判断する（Ｓ４）。対象物との距離Ｈが所定のしき
い値よりも接近していない場合には（Ｓ４、ＮＯ）、Ｓ
１へ移行し、再びＤＳＲＶの速度ｖ及び距離Ｈを測定す
る（Ｓ1 からＳ３）。

【００２５】一方、Ｓ４において、対象物との距離Ｈが
所定のしきい値よりも接近している場合には（Ｓ４、Ｙ
ＥＳ）、対象物との距離Ｈを基準距離（Base）として基
準距離メモリ２８に格納する（Ｓ５）と共に、連続波モ
ードに切り換えるように、モード切換器１９に切換信号
を送信する。モード切換器１９は、切換信号を受信する
と、ＣＷ用受信部３のゲートを開き、受信可能状態にす
る（Ｓ６）。メインＣＰＵ２７は、送信部２に連続波信
号を送信すると共に、サブＣＰＵ２３にクロック数のカ
ウント開始信号を送信する。そして、送信器８は、連続
波を送信し（Ｓ７）、サブＣＰＵ２３は、図２に示すよ
うに、リアルタイムクロック２４によりクロック数のカ
ウントを開始する（ｔ₁）。

【００２６】ＣＷ用受信部３は、連続波の反射波を受信
すると（Ｓ８）、Ａ／Ｄ変換器２０を介してＣＷ数値デ
ータを速度算出用サンプルメモリ２１及び包絡線抽出器
２９に送信する。速度算出用サンプルメモリ２１は、Ｃ
Ｗ数値データを受信すると、順次ＣＷ数値データを格納
する。サブＣＰＵ２３は、速度算出用サンプルメモリ２
１からＣＷ数値データを読み出して、ＤＳＲＶの速度ｖ
_(t)をリアルタイムに算出し、速度メモリ２６に送信す
る（Ｓ９）。メインＣＰＵ２７は、速度メモリ２６から
速度ｖ_(t)を読み出して速度計６に出力する。

【００２７】このように、連続波を送信すると、ＣＷ数
値データ（周波数）が順次得られるため、式２に示すよ
うに、連続波の周波数ｆ₀と、反射波の周波数ｆ_dとか
らＤＳＲＶの対象物に対する速度ｖ_(t)を算出できる。

【００２８】サブＣＰＵ２３は、クロック数のカウント
開始から一定期間経過すると、カウントを終了し
（ｔ_n）、式３に示すように、ＤＳＲＶの速度ｖ_(t)と
カウント時間（ｔ₁〜ｔ_n）とからＤＳＲＶの相対移動
距離Ｌ_(t)を算出し、相対移動距離メモリ２５に送信す
る（Ｓ１０）。

【００２９】

【数３】

【００３０】このように、ＤＳＲＶの相対移動期間（ｔ
₁〜ｔ_n）のＤＳＲＶの速度ｖ_(t)を積算することによ
りＤＳＲＶが一定期間内（ｔ₁〜ｔ_n）に移動した相対
移動距離Ｌ_(t)を算出できる。尚、実際に得ることがで
きる速度ｖ_(t)は、離散的な値であるため、相対移動距
離Ｌ_(t)は、式４のように、近似的に得られる。

【００３１】

【数４】

【００３２】尚、式４のベクトルＬ_[n]は、送信器・受
信器の取り付け角度やビームの本数によって一様ではな
いが、一つの成分（あるいは複数の成分から合成された
スカラー）をもって表されるため、Ｌ_[n]とする。ここ
で、一定期間内（ｔ₁〜ｔ_n）の速度ｖ_[n]とΔｔ_nと
の関係を表１に示す。

【００３３】

【表１】

【００３４】メインＣＰＵ２７は、基準距離メモリ２８
から基準距離（Base）を読み出し、相対移動距離メモリ
２５から相対移動距離Ｌ_[n]を読み出して、式５に示す
ように、対象物との慣性距離Ｄ_[n]を算出する（Ｓ１
１）。

【００３５】

【数５】

【００３６】対象物との慣性距離Ｄ_[n]を算出すると、
メインＣＰＵ２７は、慣性距離Ｄ_[n _]を深度計７に出力
する。そして、対象物との慣性距離Ｄ_[n]が所定のしき
い値より接近しているか否かを判断し（Ｓ１２）、所定
のしきい値より接近している場合には（Ｓ１２、ＹＥ
Ｓ）、慣性距離Ｄ_[n]に含まれる誤差が許容範囲内であ
るか否かを判断し（Ｓ１３）、許容範囲内である場合に
は（Ｓ１３、ＹＥＳ）、Ｓ９へ移行し、慣性測距処理を
繰り返す（Ｓ９〜Ｓ１１）。

【００３７】一方、Ｓ１３において、慣性距離Ｄ_[n]に
含まれる誤差が許容範囲を越える場合には（Ｓ１３、Ｎ
Ｏ）、基準距離（Base）を更新するために、パルス波モ
ードに切り換えて（Ｓ１４）、再び、対象物との距離測
定処理を行う（Ｓ１５〜Ｓ１７）。そして、パルス波モ
ードにより対象物との距離Ｈが正確に測定されると、Ｓ
５へ移行し、算出された距離Ｈが新たな基準距離（Bas
e）として格納される（Ｓ５）。このように基準距離（B
ase）が更新されると、再び、Ｓ６からＳ１１の慣性距
離測定処理を繰り返す。一方、Ｓ１２において、慣性距
離Ｄ_[n]が所定のしきい値よりも接近していない場合に
は（Ｓ１２、ＮＯ）、Ｓ１へ移行する。

【００３８】上記の実施形態１に係る測距装置１は、基
準距離（Base）をパルス波モードにより算出するタイプ
であるが、これに限るものではなく、連続波モードによ
り算出することも可能である。

【００３９】図４に示すように、連続波を送信すると、
送信開始から一定期間は、送信部２の送信した連続波を
ＣＷ用受信部３が受信したり（クロストーク状態）、海
水等からの反射波を受信したりする。従って、受信部３
が受信するエコーレベルは、対象物からのエコーレベル
よりも低くなる。この低いエコーレベルを立上りレベル
とし、送信開始から一定期間を立上り期間とする。この
立上り期間が経過すると、対象物からの反射波を受信す
る。このように、立上りレベルと対象物からのエコーレ
ベルには、段階的に差があるので、その差を検出するこ
とにより、連続波の送信開始から対象物からの反射波を
受信するまでの時間を検出することができる。これによ
り、連続波を送信した場合であっても、その反射波がど
の地点で送信された連続波による反射波であるかを判別
できるため、対象物までの距離Ｈを測定できる。即ち、
この距離Ｈを上記の基準距離（Base）として格納すれ
ば、パルス波モードを利用しなくても連続波モードのみ
で基準距離（Base）を算出できるため、慣性測距が可能
になる。

【００４０】また、連続波の送信終了後から一定期間内
は、連続波の反射波による残響が続き、対象物からのエ
コーレベルと同様の反射波を受信する。そして、一定期
間経過後のエコーレベルは、ノイズレベルになり、対象
物からのエコーレベルよりも低くなる。送信終了から一
定期間を残響期間とし、残響期間内のエコーレベルを残
響レベルとすると、残響レベルとノイズレベルには、段
階的に差があるので、その差を検出することにより、連
続波の送信終了から残響期間が終了するまでの時間を検
出できる。これにより、どの地点で送信された連続波の
残響であるかを判別できるため、対象物までの距離Ｈを
測定できる。即ち、残響を利用すれば、送信開始時の連
続波を利用する場合と同様に、連続波モードのみで基準
距離（Base）を算出できるため、慣性測距が可能にな
る。

【００４１】次に、基準距離（Base）を連続波モードで
算出するタイプの測距装置３０を実施形態２として説明
する。図５に示すように、上記の測距装置１と異なる点
は、ＰＷ用受信部４及びモード切換器１９を必要としな
い点である。これにより、機器構成を簡単化できるた
め、測距装置の小型化及び信頼性の向上を図ることがで
きる。尚、慣性測距を行う点は上記の測距装置１と同様
である。

【００４２】上記の構成において、測距装置３０の動作
を図面を参照して説明する。図６に示すように、ＤＳＲ
Ｖは、対象物に向けて潜水を開始すると、メインＣＰＵ
２７は、送信部２に連続波信号を送信する。送信部２
は、連続波信号を受信すると、送信器８から連続波を送
信する（Ｓ１）。ＣＷ用受信部３は、連続波の反射波を
受信すると（Ｓ２）、Ａ／Ｄ変換器２０を介してＣＷ数
値データを速度算出用サンプルメモリ２１及び包絡線抽
出器２９に送信する。速度算出用サンプルメモリ２１
は、ＣＷ数値データを受信すると、順次ＣＷ数値データ
を格納する。サブＣＰＵ９は、速度算出用サンプルメモ
リ２１からＣＷ数値データを読み出して、ＤＳＲＶの速
度ｖ_(t)をリアルタイムに算出し、速度メモリ２６に送
信する（Ｓ３）。メインＣＰＵ２７は、速度メモリ２６
から速度ｖ_(t)を読み出して速度計６に出力する。

【００４３】このように、連続波を送信すると、ＣＷ数
値データ（周波数）が順次得られるため、式２に示すよ
うに、連続波の周波数ｆ₀と、反射波の周波数ｆ_dとか
らＤＳＲＶの対象物に対する速度ｖ_(t)をリアルタイム
に算出できる。

【００４４】次に、ＤＳＲＶが潜水を開始してから所定
時間が経過したか否か判定し（Ｓ４）、所定時間が経過
していない場合には（Ｓ４、ＮＯ）、速度測定処理が繰
り返される（Ｓ１からＳ３）。一方、Ｓ４において、所
定時間が経過した場合には（Ｓ４、ＹＥＳ）、メインＣ
ＰＵ２７は送信部２に連続波の送信を停止するように、
停止信号を送信する。送信部２が連続波の送信を一旦停
止すると（Ｓ５）、対象物との距離測定第１サブルーチ
ンが実行される（Ｓ６）。

【００４５】図７に示すように、ＣＷ用受信部３は、連
続波による反射波の残響を受信すると（Ｓ１８）、Ａ／
Ｄ変換器２０を介して残響レベルの数値データを包絡線
抽出器２９に順次送信する。包絡線抽出器２９は、残響
レベルの数値データから包絡線を抽出し、距離算出用サ
ンプルメモリ２２に順次送信する。そして、反射波の残
響が終了するまで受信を継続し（Ｓ１９）、残響の受信
が終了すると、図４に示すように、メインＣＰＵ２７
は、包絡線の外形から残響レベルとノイズレベルとの段
階的な差を検出し、連続波の送信停止から残響が終了す
るまでの時間（残響期間）を計測する。

【００４６】このように、残響期間を計測することによ
り、ＤＳＲＶから対象物までの連続波の伝搬時間ΔＴを
計測することができるため、式１に示すように、音速ｃ
と超音波の伝搬時間ΔＴとからＤＳＲＶと対象物との距
離Ｈを算出する（Ｓ２０）。

【００４７】メインＣＰＵ２７は、算出された距離Ｈが
エラーでないか判定する（Ｓ２１）。エラーでない場合
には（Ｓ２１、ＮＯ）、対象物との距離Ｈがしきい値よ
り接近しているか否かを判定する（Ｓ７）。対象物との
距離Ｈが所定のしきい値よりも接近していない場合には
（Ｓ７、ＮＯ）、Ｓ１へ移行し、再びＤＳＲＶの速度ｖ
_(t)及び距離Ｈを測定する（Ｓ１〜Ｓ６）。

【００４８】一方、Ｓ７において、対象物との距離Ｈが
しきい値より接近している場合には（Ｓ７、ＹＥＳ）、
メインＣＰＵ２７は、対象物との距離を基準距離（Bas
e）として基準距離メモリ２８に格納する。そして、メ
インＣＰＵ２７は、送信部２に連続波信号を送信すると
共に、サブＣＰＵ２３にクロック数のカウント開始信号
を送信する。サブＣＰＵ２３は、カウント開始信号を受
信すると、図２に示すように、リアルタイムクロック２
４によりクロック数のカウントを開始する（ｔ₁）。Ｓ
１〜Ｓ３と同様に、速度測定処理が行われ（Ｓ９〜Ｓ１
１）、クロック数のカウント開始から一定期間経過する
と、カウントを終了し（ｔ_n）、速度メモリ２６から速
度データを読み出して、式３に示すように、速度データ
ｖ_(t)と相対移動時間（ｔ₁〜ｔ_n）とからＤＳＲＶの
相対移動距離Ｌ_(t)を算出する（Ｓ１２）。

【００４９】このように、ＤＳＲＶの相対移動時間（ｔ
₁〜ｔ_n）のＤＳＲＶの速度ｖ_(t)を積算することによ
りＤＳＲＶが一定期間内（ｔ₁〜ｔ_n）に移動した相対
移動距離Ｌ_(t)を算出することができる。尚、実際に得
ることができる速度ｖ_(t)は、離散的な値であるため、
相対移動距離Ｌ_(t)は、式４のように、近似的に得られ
る。

【００５０】メインＣＰＵ２７は、相対移動距離メモリ
２５から相対移動距離Ｌ_[n]を読み出し、基準距離メモ
リ２８から基準距離（Base）を読み出して、式５に示す
ように、対象物との慣性距離Ｄ_[n]を算出する（Ｓ１
３）。

【００５１】対象物との慣性距離Ｄ_[n]を算出すると、
メインＣＰＵ２７は、慣性距離Ｄ_[n _]を深度計７に出力
する。そして、メインＣＰＵ２７は、対象物の距離Ｄ
_[n]が所定のしきい値より接近したか否かを判定する
（Ｓ１４）。所定のしきい値より接近している場合には
（Ｓ１４、ＹＥＳ）、慣性距離Ｄ_[n]に含まれる誤差が
許容範囲内であるか否かを判断し（Ｓ１５）、許容範囲
内である場合には（Ｓ１５、ＹＥＳ）、Ｓ１１へ移行
し、慣性測距処理（Ｓ１１〜Ｓ１３）を繰り返す。そし
て、慣性距離Ｄ_[n]に含まれる誤差が許容範囲を越える
場合（Ｓ１５、ＮＯ）、送信部２に停止信号を送信す
る。送信部２が連続波の送信を停止すると（Ｓ１６）、
対象物との距離測定第２サブルーチンが実行される（Ｓ
１７）。

【００５２】図８に示すように、ＣＷ用受信部３は、連
続波による反射波の残響を受信し（Ｓ２８）、反射波の
残響が終了するまで受信を継続する（Ｓ２９）。残響の
受信が終了すると、メインＣＰＵ２７は、包絡線の外形
から残響期間（ＤＳＲＶから対象物までの連続波の伝搬
時間ΔＴ）を計測し、対象物との距離Ｈを算出する（Ｓ
３０）。メインＣＰＵ２７は、算出された距離Ｈがエラ
ーでないか判定し（Ｓ３１）。エラーでない場合には
（Ｓ３１、ＮＯ）、図６に示すように、対象物との距離
Ｈを基準距離（Base）として基準距離メモリ２８に格納
する（Ｓ８）。

【００５３】このように、基準距離（Base）を更新した
後、メインＣＰＵ２７は、送信部２に連続波信号を送信
すると共に、サブＣＰＵ２３にクロック数のカウント開
始信号を送信する。そして、再び、速度測定処理（Ｓ９
〜Ｓ１１）及び慣性測距処理が行われ（Ｓ１２、Ｓ１
３）、対象物との慣性距離Ｄ_[n]が所定のしきい値より
接近していない場合には（Ｓ１４、ＮＯ）、Ｓ１へ移行
する。

【００５４】尚、図７に示すように、Ｓ２１において、
算出された距離Ｈがエラーであると判定した場合には
（Ｓ２１、ＹＥＳ）、メインＣＰＵ２７は、送信部２に
連続波信号を送信する。送信部２は、連続波信号を受信
すると、連続波の送信を開始する（Ｓ２２）。ＣＷ用受
信部３は、連続波による海水等からの反射波を受信する
と（Ｓ２３）、Ａ／Ｄ変換器２０を介して立上りレベル
の数値データを包絡線抽出器２９に順次送信する。包絡
線抽出器２９は、立上りレベルの数値データから包絡線
を抽出し、距離算出用サンプルメモリ２２に順次送信す
る。そして、海水等からの反射波が終了するまで受信を
継続し（Ｓ２４）、海水等からの反射波が終了すると、
図４に示すように、メインＣＰＵ２７は、包絡線の外形
から立上りレベルと対象物からのエコーレベルとの段階
的な差を検出し、連続波の送信開始から海水等からの反
射波が終了するまでの時間（立上り期間）を計測する。

【００５５】このように、立上り期間を計測することに
より、ＤＳＲＶから対象物間での連続波の伝搬時間ΔＴ
を計測できるため、式１に示すように、その伝搬時間Δ
Ｔと音速ｃとからＤＳＲＶと対象物間の距離Ｈを算出す
る（Ｓ２５）。

【００５６】メインＣＰＵ２７は、算出された距離Ｈが
しきい値より接近しているか否かを判定する（Ｓ２
６）。しきい値より接近していない場合には（Ｓ２６、
ＮＯ）、Ｓ１へ移行する。一方、しきい値より接近して
いる場合には（Ｓ２６、ＹＥＳ）、算出された距離Ｈを
基準距離（Base）として格納し（Ｓ２７）、Ｓ１０へ移
行する。そして、上記と同様に慣性測距処理が行われる
（Ｓ１０〜Ｓ１３）。

【００５７】また、図８に示すように、Ｓ３１におい
て、算出された距離Ｈがエラーであると判定した場合に
は（Ｓ３１、ＹＥＳ）、メインＣＰＵ２７は、送信部２
に連続波信号を送信し、ＣＷ用受信部３は、連続波によ
る海水等からの反射波を受信し（Ｓ３３）、海水等から
の反射波が終了するまで受信を継続する（Ｓ３４）。海
水等からの反射波が終了すると、メインＣＰＵ２７は、
包絡線の外形から立上り期間（ＤＳＲＶから対象物まで
の連続波の伝搬時間ΔＴ）を計測し、対象物との距離Ｈ
を算出する（Ｓ３５）。メインＣＰＵ２７は、算出した
距離Ｈを基準距離（Base）として更新すると共に（Ｓ３
６）、サブＣＰＵ２３にクロック数のカウント開始信号
を送信する。そして、図６に示すように、Ｓ１０へ移行
し、上記と同様に慣性測距処理が行われる（Ｓ１０〜Ｓ
１３）。

【００５８】実施形態２では、まず残響レベルを利用し
て基準距離（Base）を算出し、エラーの場合に立上りレ
ベルを利用して基準距離（Base）を算出する場合を説明
したが、実施形態３では、まず立上りレベルを利用して
基準距離（Base）を算出し、エラーの場合に残響レベル
を利用して基準距離（Base）を算出する場合を説明す
る。尚、対象物との距離Ｈや相対移動距離Ｌや慣性距離
Ｄの算出方法は、実施形態２と同じであるのでそれらの
具体的算出方法の説明は省略する。

【００５９】図５及び図９に示すように、初期設定を行
った後（Ｓ１）、送信部２は、連続波の送信を開始し、
受信部３は、連続波の受信を開始する（Ｓ２）。この連
続波の受信を開始する際に立上りレベルを利用して対象
物との距離Ｈを算出する（Ｓ３）。メインＣＰＵ２７
は、対象物との距離Ｈの算出に成功したか否かを判定す
る（Ｓ４）。対象物との距離Ｈの算出に成功した場合に
は（Ｓ４、ＹＥＳ）、対象物との距離Ｈを基準距離（Ba
se）として基準距離メモリ２８に格納する（Ｓ１２）。
基準距離（Base）を設定した後、通常のエコーレベルか
ら速度ｖ_[t]及び相対移動距離Ｌを算出し、基準距離
（Base）と相対移動距離Ｌから慣性距離を算出する（Ｓ
１０）。慣性測距処理の開始から一定期間が経過するか
又は、慣性距離Ｄに含まれる誤差が大きくなる何らかの
条件に合致するまで、慣性測距を継続する（Ｓ１１、Ｎ
Ｏ）。そして、慣性測距処理の開始から一定期間が経過
するか又は、慣性距離Ｄに含まれる誤差が大きくなる何
らかの条件に合致すると（Ｓ１１、ＹＥＳ）、基準距離
（Base）を更新するために、Ｓ５へ移行する。

【００６０】一方、Ｓ４において、対象物との距離Ｈの
算出に失敗した場合には（Ｓ４、ＮＯ）、残響レベルを
利用するために、連続波の送信を一旦停止し、残響の受
信を開始する（Ｓ５）。そして、残響レベルを利用して
対象物との距離Ｈを算出する（Ｓ６）。メインＣＰＵ２
７は、対象物との距離Ｈの算出に成功したか否かを判定
する（Ｓ７）。対象物との距離Ｈの算出に成功した場合
には（Ｓ７、ＹＥＳ）、送信部２は、連続波の送信を開
始し、受信部３は、連続波の受信を開始する（Ｓ１
３）。そして、メインＣＰＵ２７は、対象物との距離Ｈ
を基準距離（Base）として基準距離メモリ２８に格納す
る（Ｓ１４）。基準距離（Base）を設定した後、通常の
エコーレベルから速度ｖ_[t]及び相対移動距離Ｌを算出
し、基準距離（Base）と相対移動距離Ｌから慣性距離を
算出する（Ｓ１０）。

【００６１】一方、Ｓ７において、対象物との距離Ｈの
算出に失敗した場合には（Ｓ７、ＮＯ）、Ｓ２へ移行
し、再び、立上りレベルを利用した距離の計算を行う。
また、Ｓ２〜Ｓ７の処理を繰り返し、ループカウントが
一定回数になった場合（対象物との距離Ｈの算出に所定
回数失敗した場合）には（Ｓ７、ＹＥＳ）、更新前の基
準距離（Base）を利用して慣性測距処理を行う（Ｓ１
０）。尚、更新前の基準距離（Base）が無い場合には、
初期値を基準距離（Base）として慣性測距処理を行う
（Ｓ１０）。

【００６２】図１０に示すように、本実施形態に係る測
距装置１は、基準距離（Base）を算出した後は、従来の
測距装置のように、間欠的にパルス波を送信しないの
で、パルス波送信・受信にかかる時間・を省くこと
ができ、連続波の送信・受信を継続できるため、速度精
度を向上できる。尚、このパルス波送信・受信に要する
時間・は、パルス波がＤＳＲＶと対象物間を往復す
る伝搬時間であるため、マイクロプロセッサの処理速度
が向上しても短縮できない要素である。例えば、ＤＳＲ
Ｖから対象物までの距離が２００ｍである場合、パルス
波の伝搬時間は約３００ｍｓである。しかし、最近のマ
イクロプロセッサの性能からすると、約３００ｍｓあれ
ば、かなりの計算量をこなすことができるため、パルス
波送信・受信に要する時間を省くことができれば、その
時間を速度計算に当てることができ、速度精度を向上で
きる。これにより、ＤＳＲＶが対象物に非常に接近した
場合に特に有効である。

【００６３】また、対象物との接近時においては、従来
の測距装置のように、反射波が送信中の連続波に埋もれ
てしまうことも無いので、測距不能になったり、遠方の
値（深度）ととり違えたりしないため、安定して正確な
分解能を得ることができる。

【００６４】さらに、本実施形態に係る測距装置３０
は、基準距離測定の際における連続波の停止時間は、電
気的に一瞬であり、連続波を停止してパルス波を送信す
る従来の測距装置に比べて連続波の停止時間を短縮でき
るため、速度精度をより一層向上できる。

【００６５】尚、本実施形態１に係る測距装置１は、Ｃ
Ｗ用受信部３とＰＷ用受信部４の２チャンネルを有する
構成であるが、これに限るものではなく、１チャンネル
の受信部であってもよい。１チャンネルの受信部は、モ
ード切換器によりプリアンプのゲインを調整するように
なっており、連続波及びパルス波のいずれの反射波も受
信するようになっている。

【００６６】尚、本実施形態１に係る測距装置１は、基
準距離（Base）を算出する際、パルス波モードで算出す
るが、これに限るものではなく、測距装置３０のように
海水等の反射波や連続波の残響を利用して基準距離（Ba
se）を算出してもよい。また、測距装置１、３０は、基
準距離（Base）の算出後、慣性測距により対象物との距
離を算出するが、慣性測距を利用せずに、海水等の反射
波を利用したり、連続波の残響を利用して対象物との距
離を算出してもよい。海水等の反射波や連続波の残響を
利用する方法は、連続波の停止時間が電気的に一瞬であ
り、間欠的にパルス波モードを利用する従来の方法のよ
うに、速度精度が劣化することもないためである。ま
た、対象物との距離が接近している場合でも安定した測
距が可能になるためである。以上より、本実施形態１乃
至３に係る測距装置１、３０は、速度精度を向上させる
と共に、安定した測距を可能にするものであれば良く、
慣性測距、海水等の反射を利用する測距、連続波の残響
を利用する測距のいずれか又はそれらの組合せを状況に
応じて使い分けるものであればよい。

【００６７】尚、本実施形態１乃至３に係る測距装置
１、３０は、ＤＳＲＶに搭載された場合を例に説明した
が、これに限るものでなく、接岸装置にも使用できる。

【００６８】

【発明の効果】請求項１又は請求項４記載の発明は、一
旦、基準距離を算出すると、ＣＷ送信を行いながらもリ
アルタイムに対象物との距離を得られるので、ＣＷ送信
を中断する必要がなく、速度精度を向上できるという効
果を奏する。また、リアルタイムに速度情報を得ること
ができるため、潜水艇の衝突事故を防止できるという効
果を奏する。さらに、超接近時において従来のＰＷモー
ドにおける測距のように、混信状態にならないため、安
定的に測距できるという効果を奏する。

【００６９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明の効果に加えて、基準深度の算出を２回行うのでパル
ス波モードを使用しなくても基準距離を確実に得ること
ができると共に、速度精度を向上できるという効果を奏
する。また、連続波・パルス波の切り換え装置が不要に
なるため、機器構成を簡単化できると共に、測距装置の
信頼度を向上できるという効果を奏する。

【００７０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明の効果に加えて、必要な場合にのみパルス波モードを
使用するため、速度精度を向上させると共に、基準距離
を正確に得られるという効果を奏する。

【００７１】請求項５記載の発明は、パルス波モードを
使用しないので接近時だけでなく対象物から離れている
時でも速度精度を向上できるという効果を奏する。ま
た、超接近時において従来のＰＷモードにおける測距の
ように、混信状態にならないため、安定的に測距できる
という効果を奏する。さらに、切り換え装置が不要にな
るため、機器構成を簡単化できると共に、測距装置の信
頼度を向上できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る測距装置を説明する図であ
る。

【図２】ＤＳＲＶの速度と時間との関係を説明する図で
ある。

【図３】本実施形態に係る測距装置の動作を説明する図
である。

【図４】連続波の送信状態と受信状態を説明する図であ
る。

【図５】本実施形態に係る測距装置を説明する図であ
る。

【図６】本実施形態に係る測距装置の動作を説明する図
である。

【図７】本実施形態に係る測距装置の動作を説明する図
である。

【図８】本実施形態に係る測距装置の動作を説明する図
である。

【図９】本実施形態に係る測距装置の動作を説明する図
である。

【図１０】従来の測距装置と本実施形態に係る測距装置
の速度及び距離の精度を比較する図である。

【符号の説明】

１測距装置２送信部３ＣＷ用受信部４ＰＷ用受信部５速度・距離算出部６速度計７深度計８送信器９送信アンプ１０受信器１１プリアンプ１２フィルタアンプ１３受信アンプ１４受信器１５フィルタアンプ１６受信アンプ１７速度・相対移動距離算出部１８距離算出部１９モード切換器２０Ａ／Ｄ変換器２１速度算出用サンプルメモリ２２距離算出用サンプルメモリ２３サブＣＰＵ２４リアルタイムクロック２５相対移動距離メモリ２６速度メモリ２７メインＣＰＵ２８基準距離メモリ２９包絡線抽出器３０測距装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】潜水艇に設けられ、超音波の反射波によ
り対象物との距離を測定する測距装置であって、パルス状の超音波と連続的な超音波とを切り換え可能に
送信する超音波送信手段と、前記超音波の反射波を受信する反射波受信手段と、パルス状の超音波の反射波による受信データから対象物
との距離を算出する距離算出手段と、連続的な前記超音波の反射波による受信データから対象
物との速度をリアルタイムに算出する速度算出手段と、前記速度算出手段により算出された速度と、前記潜水艇
の移動時間とから相対移動距離を算出する相対移動距離
算出手段と、前記距離算出手段により算出された距離が所定のしきい
値よりも接近したとき、前記距離を基準距離とし、該基
準距離と前記相対移動距離とから前記対象物との慣性距
離を算出する慣性距離算出手段とを有することを特徴と
する潜水艇の測距装置。
【請求項２】前記超音波送信手段は、連続的な超音波
を送信するものであり、前記距離算出手段は、連続波の
残響から又は連続波の送信開始時における反射波から対
象物との距離を算出することを特徴とする請求項１記載
の潜水艇の測距装置。
【請求項３】前記距離算出手段は、連続波の送信開始
時における反射波から又は連続波の残響から対象物との
距離を測定し、必要な場合は、さらに、パルス状の前記
超音波の反射波により対象物との距離を算出することを
特徴とする請求項１記載の潜水艇の測距装置。
【請求項４】超音波を送受信して送受波器と対象物と
の間の距離を測定する測距装置であって、超音波信号を送信する送信手段と、前記超音波の反射波を受信する受信手段と、前記送信及び受信手段により送受信される信号の時間関
係から送受波器と対象物との間の距離を測定する距離測
定手段と、前記送信及び受信手段により送受信される連続波及びそ
の反射波から対象物の速度をリアルタイムに算出する速
度算出手段と、該速度算出手段により算出された速度と、前記送受波器
の移動時間とから相対移動距離を算出する相対移動距離
算出手段と、前記距離測定手段で測定した距離と前記相対移動距離算
出手段により算出した相対移動距離に基づいて前記送受
波器と対象物との間の距離を測定することを特徴とする
測距装置。
【請求項５】超音波の反射波により対象物との距離を
測定する測距装置であって、連続波の超音波を送信する超音波送信手段と、前記超音波の反射波を受信する反射波受信手段と、連続
波の残響から又は連続波の送信開始時における反射波か
ら対象物との距離を算出する距離算出手段と、を有する
ことを特徴とする測距装置。