JPS63256881A - 音響測位装置の送受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は音響測位装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の装置として、特開昭５６−１８７７７号
公報に開示されたものがある。これは海底に設置された
３本以上の各基準となるトランスポンダからの距離を超
音波信号によって測定し、船舶に搭載された受渡器の位
置を求めるようにしたものである。

第２図は従来の音響測位装置の構成例を示すブロック図
である。

同図において、１は送信器、２は超音波の送波器である
、３，４．５はトランスポンダで、送波器２から送信さ
れた超音波信号に応答して各固有の周波数ｆＬ、ｆ２．
ｆ３の超音波信号を送出する。６は受波器（通常は送波
器２と同じ位置に取付けられている）、７は受信器、８
，９．１０は各周波数ｆｌ、ｆ２．ｆ３の音波信号をと
り出すフィルタ、１１，１２．１３はレベル検出器、１
４．１５．１６はフリップフロップ、１７゜１８．１９
はＡＮＤゲート、２０，２１．２２は計時用のカウンタ
、２３は計時用のクロック信号を発生する発振器、２４
は各トランスポンダ３゜４．５と受波器６との距離を演
算する演算回路、２５は表示器である。

つぎに第２図の音響測位装置の動作を説明する。

送信器１から質問信号が送信され、同時にフリップフロ
ップ１４，１５．１６がセットされる。

この質問信号は送波器２によって水中に超音波信号とし
て送出される。水中に設置されたトランスポンダ３，４
．５は質問信号を受けると、これに応答してそれぞれ周
波数ｆｌ、ｆ２．ｆ３の各超音波信号を送出する。これ
らの応答信号は受波器６で受信され、電気信号に変換さ
れる。そして受信器７で一定しベル迄増幅され、フィル
タ８，９゜１０によって、各周波数ｆｌ、ｆ２．ｆ３別
に識別される。このフィルタ８．９．１０を通過した信
号はレベル検出器１１．１２．１３において、一定レベ
ルに達すると検出信号が出力され、フリップフロップ１
４，１５．１６をそれぞれリセットする。該フリップフ
ロップ１４，１５．１６ｉ；！送信器１からの質問信号
の送出時にセットされ、トランスポンダ３，４．５によ
って応答し、再び受波器７に応答信号が達する時間だけ
セットされていることとなる。このため、このフリップ
フロップ１４，１５．１６の出力Ｑを発振器２３のクロ
ック信号と共にＡＮＤゲート１７．１８．１９に入力し
、カウンタ２０，２１．２２によって計数して各トラン
スポンダ３，４．５から送波器２及び受波器６までの距
離に比例したデータを得る。

これらのデータは演算回路２４によって、トランスポン
ダ３．４．５における応答迄の遅延時間やレベル検出に
要する遅延時間の補正、音速の補正等が行われ、送波器
２または受波器６と各トランスポンダ３，４．５間の各
距離が正確に求められる。この求められた距離により受
波器６の位置はトランスポンダ３．４．５の位置を既知
とすれば、幾何学的に求められて、表示器２５に表示さ
れる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記構成の装置では、その測定位置範囲
を広げるために、Ｓ／Ｎ比を向上させるには、各フィル
タ８．９．１０の帯域を極力狭くする必要があるが、帯
域を狭くすると波形の立上りが緩かになって、レベル検
出の遅延時間が増大する。このため距離の測定精度は低
下する。即ちレベルの傾斜が低いために、少しのレベル
変動によって遅延時間が大きく変化するという問題点が
ある。これを除去するために、レベル検出に代えて単に
ピーク値の検出時点を使用するようにした方法もあるが
、海底等の多重反射などのために誤計測する恐れがある
。

第３図は従来の音響測位装置の問題点を説明するための
各音波信号の波形図である。（ａ）は理想的なその受信
信号を示す。この受信信号は狭帯域のフィルタ８．９．
１０を通すと（ｂ）の様な波形となる。ここでレベル検
出器１１，１２゜１３として、一定レベル、例えばＥ１
以上になると検出信号を出力するようにした定レベル検
出器を用いると、レベルＥ１を越えた時に検出出力が表
われて、送信時点からの伝搬所要時間Ｔ１を得る。実際
には波形の立上り時点からこのレベル検出までの遅延時
間τ１を補正すれば正確な伝搬所要時間となる。但し、
この場合、（ｂ）に示す信号のレベル変動により伝搬所
要時間Ｔｌが大きく変化するという問題点がある。（Ｃ
）はフィルタ８．９．１０を通した信号のピーク時に検
出信号を出力するようにしたピークレベル検出器を用い
た場合を示し、同様に伝搬所要時間Ｔ２を得る。

ピーク値Ｅｍは通常、フィルタ８．９．１０の特性で決
定される遅延時間τ２を補正して正確な伝搬所要時間を
得る。（ｄ）は海底等からの複数の反射波が重なったと
きの受信器７の受信波形を示す。（ｄ）の受信波は２つ
の信号の重ね合わせであり、位相関係で山と山が重なっ
た場合はレベルは増大し、山と谷が重なった場合は減少
する。今この（ｄ）の信号が狭帯域フィルタ８，９．１
０を通過すると（ｅ）に示すような波形となる。ここで
レベル検出器１１，１２．１３として定レベル検出器を
用いると、伝搬所要時間Ｔ３が得られ、ピークレベル検
出器を用いると伝搬所要時間Ｔ４が得られる。定レベル
検出器による場合は誤計測は少ないが測定精度が低く、
又ピークレベル検出器による場合は測定精度は良いが誤
計Ｍ１が多い。

本発明は、上記したレベル検出の遅延時間増大により距
離精度が低下すること、多重反射などのために誤計測が
生ずることの問題点を除去し得る測位精度の優れた装置
を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は前記問題点を解決するために、複数の所定の位
置に設置された各音響応答装置が送受信装置から送信さ
れた音波信号に応答して各固有の特性の音波信号を送出
し送受信装置が前記応答した各音波信号を識別して受信
し該各音波信号の音速と伝搬所要時間から各音響応答装
置と送受信装置との距離を演算して送受信装置の位置を
測定する音響測位装置の送受信装置において、受信した
音波信号が所定のレベル以上となったことを検出する定
レベル検出器と、受信した当該音波信号がピークレベル
になったことを検出するピークレベル検出器と、当該音
波信号を送信した時点から前記定レベル検出器の定レベ
ル検出時点に至る伝搬所要時間を計測する第１の計測手
段と、当該音波信号を送信した時点から前記ピークレベ
ル検出器のピークレベル検出時点に至る伝搬所要時間を
計測する第２の計測手段と、前記各計測手段の計測デー
タについて各レベル検出器による検出の遅延時間を演算
して前記伝搬所要時間を補正する補正手段と、前記補正
手段に対して前記第１の計測手段と第２の計測手段とを
相互に切替える切替手段とを設けた。

（作用） 本発明によれば、切替手段によって、補正手段が第１の
計測手段側に切替えられると、第１の計測手段による計
測データは、補正手段によって、定レベル検出器による
遅延時間が補正され、そして第２の計測手段側に切替え
られると、第２の計測手段による計測データは、補正手
段によって、ピークレベル検出器による遅延時間が補正
される。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例として音響測位装置の構成を
示すブロック図である。

同図において、第２図と同等の部分については同一の符
号を付して示し、その説明は適宜省略する。

各トランスポンダ３，４．５は音響応答装置をなし、そ
の他の各部は送受信装置をなす。

２６．２７．２８は定レベル検出器で、第２図のレベル
検出器１１．１２．１３として説明した定レベル検出器
と基本的には同一のものであって、各フィルタ８．９．
１０の音波信号を逐次サンプリングし、そのレベルが第
３図の（ｂ）に示した所定のレベルＥ１になるとそのサ
ンプリング毎に検出信号を出力する。

２９．３０．３１はピークレベル検出器で、第２図のレ
ベル検出器１１．１２．１３として説明したピークレベ
ル検出器と基本的には同一のものであって、サンプリン
グは当該音波信号のレベルが第３図の（Ｃ）に示したよ
うにピーク値Ｅｍに至るまで上昇する間にわたってその
サンプリング毎に検出信号を出力し、ピーク値Ｅｍを検
出した以降は次にピーク値Ｅｍを超えるまで出力しない
。

第４図は定レベル検出器２６，２７．２８と、ピークレ
ベル検出器２９，３０．３１のうちの１組の回路のブロ
ック図であり、３２は検波器、３３はＡ／Ｄ変換器、３
４は比較器、３５は設定器で、比較器３４と設定器３５
は定レベル検出器２６をなす。３６は比較器、３７はメ
モリで、比較器３６とメモリ３７はピークレベル検出器
２９をなす。

第４図において、フィルタ８の出力は検波器３２によっ
て検波された後、Ａ／Ｄ変換器３３によって、一定時間
毎にサンプリングしてデジタル値に変換される。この値
は比較器３４において、あらかじめ設定器３５に設定さ
れているレベルＥ１と比較され、この設定レベルＥ１以
上の値が比較器３４に入力された時、定レベル検出信号
が出力される。

一方１、メモリ３７は、送信器１から送信時点のリセッ
ト信号を受けてリセットされ、下記のセット信号を受け
る毎にＡ／Ｄ変換器３３の値を記憶し、そして比較器３
６において、Ａ／Ｄ変換器３３の値と、メモリ３７の値
とが比較され、Ａ／Ｄ変換器３３の値の方が大きいとピ
ークレベル検出信号を出力し、同時にメモリ３７にセッ
ト信号を与えて、そのときのＡ／Ｄ変換器３３の値が記
憶される。次のステップにおいて、Ａ／Ｄ変換器３３の
新たな入力があると、このメモリ３７の値と比較され、
Ａ／Ｄ変換器３３の値の方が大きいとピークレベル検出
信号が出力され、且つメモリ３７にセット信号を与える
。この動作はメモリ３７の内容が最大値となるまで、即
ち前回最大値よりも大きい入力があるたびにピークレベ
ル検出信号が出力される。

カウンタ２０，２１．２２は第１の計数手段をなし、第
２図において説明したように、送信機１から質問信号が
送出された時点から各定レベル検出器２６，２７．２８
によってそれぞれの定レベル検出信号が出力された時点
までの期間にわたって発振器２３のクロック信号を計数
してその伝搬所要時間を計数する。

３８はカウンタで、送信機１から質問信号が送出される
毎にリセットされて、発振器２３のクロック信号を計数
する。３９．４０．４１はメモリで、ピークレベル検出
器２９．３０．３１からそれぞれピークレベル検出信号
が出力される毎にカウンタ３８の計数値をそれぞれ記憶
する。前記カウンタ３８とメモリ３９，４０．４１は、
第２の計数手段をな、し、送信機１から質問信号が選出
された時点から各ピークレベル検出器２９，３０゜３１
にそれぞれのピークレベル検出信号が出力されるまでの
伝搬所要時間を計数する。

４２は補正手段を備えた演算回路で、第２図における演
算回路２４と同様に、各トランスポンダ３．４．５と受
波器６との距離を演算して、受波器６の位置を求めるも
のであるが、その補正手段としては、カウンタ２０，２
１．２２の値を受けたときは、第３図の（ｂ）に示すよ
うなフィルタ８．９．１０の信号の立上り特性などから
予め遅延時間τｌを計算して求めた結果を用いるなどし
て、遅延時間τｌによる補正を行う。そしてメモリ３９
，４０．４１の値を受けたときは、同様にフィルタ８，
９．１０の信号の立上り特性などから、第３図の（ｃ）
に示す遅延時間τ２による補正を行う。

４３は切替手段としての切替器で、通常は各メモリ３９
，４０．４１を演算回路４２に接続させて、各ピークレ
ベル検出器２９，３０．３１による測位を行い、海底の
状況などにより、誤計測が多い場合は各カウンタ２０，
２１．２２側に切替えて各定レベル検出器による測位に
切替えるようにしたものであり、例えば、演算回路４２
が各１１位結果のデータの標準偏差を求めてデータの信
頼性を検定して、これら相互の切替えを行う。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、比較的に検出時
点の精度が高いピークレベル検出器と、比較的誤検出の
少ない定レベル検出器を使い分けて使用可能にしたので
、海底などの測定環境の状態に応じて各検出器の長所を
生かした測位が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例としての音響測位装置の構成を
示すブロック図、第２図は従来の音響測位装置の構成を
示すブロック図、第３図は従来の音響測位装置の問題点
を説明する各音波信号の波形図、第４図は第１図の定レ
ベル検出器とピークレベル検出器の回路のブロック図で
ある。 １・・・送信機 ２・・・送波器 ３．４．５・・・トランスポンダ（音響応答装置）６・
・・受波器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の所定の位置に設置された各音響応答装置が送受信
   装置から送信された音波信号に応答して各固有の特性の
   音波信号を送出し送受信装置が前記応答した各音波信号
   を識別して受信し該各音波信号の音速と伝搬所要時間か
   ら各音響応答装置と送受信装置との距離を演算して送受
   信装置の位置を測定する音響測位装置の送受信装置にお
   いて、受信した音波信号が所定のレベル以上となったこ
   とを検出する定レベル検出器と、 受信した当該音波信号がピークレベルになったことを検
   出するピークレベル検出器と、 当該音波信号を送信した時点から前記定レベル検出器の
   定レベル検出時点に至る伝搬所要時間を計測する第１の
   計測手段と、 当該音波信号を送信した時点から前記ピークレベル検出
   器のピークレベル検出時点に至る伝搬所要時間を計測す
   る第２の計測手段と、 前記各計測手段の計測データについて各レベル検出器に
   よる検出の遅延時間を演算して前記伝搬所要時間を補正
   する補正手段と、 前記補正手段に対して前記第１の計測手段と第２の計測
   手段とを相互に切替える切替手段とを設けてなる 音響測位装置の送受信装置。