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JP2972630B2 - ウェーキ検出装置 - Google Patents

ウェーキ検出装置

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Publication number
JP2972630B2
JP2972630B2 JP9069635A JP6963597A JP2972630B2 JP 2972630 B2 JP2972630 B2 JP 2972630B2 JP 9069635 A JP9069635 A JP 9069635A JP 6963597 A JP6963597 A JP 6963597A JP 2972630 B2 JP2972630 B2 JP 2972630B2
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JP
Japan
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wake
detection
circuit
signal
reverberation
Prior art date
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JP9069635A
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JPH10268048A (ja
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眞夫 山下
宏之 森岡
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BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
NEC Corp
Original Assignee
BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中航走体用に搭
載されてウェーキを検出するウェーキ検出装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図5は、従来のウェーキ検出装置の構成
を示すブロック図である。図5を参照して、このウェー
キ検出装置は、水中航走体の先端に取り付けられ、アク
ティブソーナーによりウェーキを探索するものである。
【0003】送信回路12は、送信信号101を送受波
器10に出力する。送信タイミング121が発生してい
る間、切り替え回路11は、送信回路12側に切り替え
られる。送信回路12は、送信信号101を送受波器1
0に出力する。送受波器10は、送信信号101を音波
に変換し、送波音2として水中に送出する。送波音2
は、水中を伝搬し、ウェーキに当たり反射音3が発生す
る。
【0004】送受波器10は、反射音3を電気信号に変
換し、受波信号102として受信回路13に出力する。
受信回路13では、受波信号102を増幅すると共に、
フィルタで帯域制限を行ってノイズを除去して受信信号
131とし、これを第1および第2の検波回路14およ
び15に出力する。第1の検波回路14は、検波する際
の検波時定数を送波音のパルス幅に合わせてある。第2
の検波回路は、残響信号の包絡線のみを検出するように
検波時定数を第1の検波回路14よりも長くとってい
る。受信信号131は、このように異なる時定数で検波
され、第1の検波回路14は第1の検波信号141を、
第2の検波回路15は第2の検波信号151を、比較回
路16に出力する。比較回路16は、(第1の検波信号
141一第2の検波信号151)のレベル差の計算を行
い、レベル差出力161をゲート回路17に出力する。
ゲート回路17はいき値L1と比較結果(レベル差出
力)161との大小を判定し、比較結果161>いき値
L1の場合に、ウェーキ検出信号171を出力してい
る。
【0005】次に、この従来のウェーキ検出装置の一連
の検出動作を、そのタイミングを示す図6と、水中航走
体とウェーキとの態勢を示す図7とを用いて説明する。
【0006】図7において、水中航走体71は、図中、
右方向へ向かって航走しており、まず、地点Aにおいて
探索を開始する。次に、地点Bにおいて、船舶77のウ
ェーキ76からの反射音3を受信し、図6のウェーキ検
出信号172がONとなる。水中航走体71が、図7の
地点Cのようにウェーキ76に接近すると、図6の区間
ERは短くなり、区間Tblk よりも短くなる。区間Tbl
k は、送波音が受信に影響を及ぼさないように設けた受
信処理禁止区間であり、図6の地点Cのようにウェーキ
76の反射音は受信処理禁止区間Tblk に入り、ウェー
キ検出信号171はオフしたままになる。水中航走体7
1は、図7の地点D、Eのようにウェーキを横切り通過
してゆく。図6に示すように、地点Dにおいてはウェー
キ76中であるため、送信と同時にウェーキ76の反射
音が発生してしまい、受信処理禁止区間Tblk 内のた
め、反射音が検出できない。また、地点Eにおいては、
既に水中航走体71の背後にウェーキ76が位置してい
るために、前方に送信してもウェーキ76からの反射音
が発生しない。このため、従来方式では、図6の地点
C、D、Eのように一定距離以内になってから後は、ウ
ェーキ76を検出できない。また、従来のウェーキ検出
方式として、特開平7−311267号公報に記載され
たものがあるが、この方式も、図5と同様にアクティブ
ソーナーを側方に配置したものである。
【0007】さらに、図8に示すように、従来からのウ
ェーキ検出方式として、水中航走体71′に受波器30
を配置し、水中航走体71′自らが発生する航走雑音3
1のレベルを測定し、ウェーキによって航走雑音が散乱
・吸収されて航走雑音レベルが減少する場合にはウェー
キ中であるという判定を行う方式もある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上述した例をも含め、
従来のウェーキ検出装置には、次に示す問題点がある。
【0009】第1の問題点は、ウェーキに対して所定距
離内に接近した以後はウェーキを検出できなくなること
である。これは、送波音の影響をさける受信処理禁止区
間Tblk を設けているため、その間に反射音が入ると受
信処理ができないためである。特開平7−311267
号公報に記載された方式も同様に、アクティブソーナー
のエコーを促える方式であるため、同じ問題点を有す
る。
【0010】第2の問題点は、ウェーキを通過したかど
うかを判断できないことである。これは、通過した時点
ではウェーキが既に背後にあるため、前方を捜索しても
ウエーキからの反射音を得られないためである。
【0011】第3の問題点は、受信器を側方に配置して
航走雑音レベルの低下によってウェーキを検出する方式
でも、航走雑音レベルが、水中航走体の速力、深度、直
進から旋回に移るというような運動状態によって著しく
変化するため、ウェーキによるレベル低下との区別がで
きないことである。
【0012】本発明の課題は、水中航走体がウェーキに
接近したり、ウェーキを通過するなどの、ウェーキに対
する水中航走体の各態勢を検出することができるウェー
キ検出装置を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水中航
走体に搭載されるウェーキ検出装置であって、前記水中
航走体の前方のウェーキを検出する前方用ウェーキ検出
部と、前記水中航走体へ到達する残響を検出する側方用
ウェーキ検出部とを有し、前記水中航走体がウェーキに
対して所定距離内に接近したことを前記前方用ウェーキ
検出部が検出すると、前記側方用ウェーキ検出部は、現
在の残響検波波形と予め記憶している基準残響検波波形
とのレベル差を求め、該レベル差が所定値以上になると
ウェーキ内に進入したと判定し、この後該レベル差が所
定値未満に戻るとウェーキを通過したと判定することを
特徴とするウェーキ検出装置が得られる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態によるウェーキ検出装置を説明する。
【0015】[実施の形態1]図1は、実施の形態1に
よるウェーキ検出装置の構成を示す図である。図2は、
本ウェーキ検出装置の受信処理波形図である。尚、図1
および図2をも含め、以後の説明に用いる図面におい
て、従来例と同一部または同様部には図5〜7と同符号
を付している。
【0016】図1を参照して、前方用ウェーキ検出部6
は、水中航走体の前方に配置される。側方用ウェーキ検
出部7は、ウェーキからの反射音の影響を受けずに、残
響の波形のみを扱うように、水中航走体の側方に配置さ
れる。
【0017】前方用ウェーキ検出部6の送信周期T1
(図2)は、遠距離まで探索できるように長い。一方、
側方用ウェーキ検出部7のアクティブソーナーの送信周
期T2(図2)はウェーキの境界を可及的細かく検出で
きるように短く設定することが望ましい。また、側方用
ウェーキ検出部7は、残響を検出することが目的である
ため、前方用のものよりも短パルス送信ができるよう
に、高い周波数を用い、この周波数を変えることによ
り、干渉をさけることが望ましい。さらに、側方用ウェ
ーキ検出部7は残響を検出するのみであるので、前方用
ほどの音圧を必要とせず、送波音圧は小さいものでよ
い。
【0018】前方用ウェーキ検出部6は、送信信号10
1および送信タイミング121を発生する送信回路12
と、送信タイミング121時に送信回路12側に切り替
わる切り替え器11と、送信信号101を送波音2に変
換しウェーキからの反射音3を受波信号111に変換す
る送受波器10と、受波信号102を増幅し帯域制限を
行いノイズを除去する受信回路13と、残響のレベル変
化のみに応答する長い時定数で検波を行う第1の検波回
路14と、反射音にも応答する送波音のパルス幅に対応
した時定数で検波を行う第2の検波回路15と、(第1
の検波信号141一第2の検波信号151)のレベル差
の計算を行う比較回路16と、(レベル差出力161>
いき値L1)の場合にゲート信号171をオンするゲー
ト回路17と、送信タイミングからゲート信号171が
オンするまでの時間ER(図2)が一定値以下になった
場合に近距離信号181を出力する近距離判定回路18
とを有している。
【0019】側方用ウェーキ検出部7は、送信信号20
2および送信タイミング201を発生する送信回路20
と、送信信号202を送波音4に変換する送波器19
と、残響5を受信する受波器21と、受波信号211を
増幅し帯域制限を行ってノイズ除去を行う受信回路22
と、受信信号221を検波する検波回路23と、残響の
検波信号231を基準残響波形として記憶する波形記憶
回路25と、(基準残響波形231一検波信号232)
のレベル差の計算を行ってレベル差出力261を出力す
る比較回路26と、(レベル差出力261>いき値L
2)の場合にゲート信号271をオンするゲート回路2
7と、ゲート信号271、近距離信号181、および送
信タイミング201に基づいてウェーキ検出信号281
を出力する検出回路28とを有している。
【0020】次に、本ウェーキ検出装置の動作について
詳細に説明する。
【0021】図3は、本ウェーキ検出装置を搭載した水
中航走体のウェーキに対する各態勢状況を示す図であ
る。
【0022】図1〜図3をあわせ参照して、前方用ウェ
ーキ検出部6では、送信回路12が送信周期T1で送信
タイミング121を発生する。送信タイミング121が
出力されている間、切り替え回路11は、送信回路12
側へ切り替わる。送信信号101は、送受波器10へ出
力され、送波音2に変換され水中に送出される。送波音
2は、ウェーキ36に当たり、その反射音3が発生し、
反射音3は送受波器10に到達し、受波信号102にな
る。受波信号102は、受信回路13で増幅されると共
に帯域制限を受けてノイズ除去され、受信信号131と
して第1の検波回路14および第2の検波回路15に出
力される。また、受信回路13は、送波音が受信系に対
して干渉するのを防ぐために、受信処理禁止区間Tblk
を設けている。第1および第2の検波回路14および1
5の検波動作を、図2中の部分Bについて詳細に説明す
る。まず、受信信号111は、第1の検波回路14で送
波音のパルス幅に応じた時定数で検波される。第1の検
波信号141は、残響143および反射音142の検波
信号である。第2の検波回路15は、残響のレベルのみ
を検出するように長い時定数で検波を行う。第2の検波
信号151は、反射音のパルス幅には応答せず、残響1
52のみの検波信号である。比較回路16は、(第1の
検波信号141一第2の検波信号151)のレベル差の
計算を行い、この結果であるレベル差出力161をゲー
ト回路17へ出力する。ゲート回路17は、(レベル差
出力161>いき値L1)の場合に、ゲート信号171
を出力する。近距離判定回路18は、送信タイミング1
21からゲート信号171が立つまでの時間ERを検出
し、時間ERが一定値(Tblk +Δt)以下の場合に、
近距離信号181を出力する。尚、Δtは次式で設定す
る。
【0023】Δt=T1×V/C ・・・ 数式1 数式1において、符号Vは水中航走体31の速力、符合
Cは水中の音速である。数式1を参照すると、近距離信
号181が立った場合に次の送信周期T1中に、ERが
Tblk 以下になり、ウェーキ36からの反射音が受信処
理禁止区間内に入ってしまい、前方用ウェーキ検出部7
でウェーキ36が検出できなくなることがわかる。
【0024】側方用ウェーキ検出部7では、送信回路2
0が、送信周期T2で送信タイミング201を発生し、
送信信号202を送波器19へ出力する。送信周期T2
は、ウェーキ36の内外を精密に測定するためにT2<
<T1としている。送信信号202は、送波器19で送
波音4に変換され、水中に送出される。
【0025】送波音4によって残響5が発生し、残響5
は受波器21で受波され、受波信号211となる。受波
信号211は、受信回路22で増幅されると共に、帯域
制限を受けてノイズ除去され、受信信号221として検
波回路23に出力される。検波回路23は、受信信号2
21を検波し、検波信号232を出力する。
【0026】波形記憶回路25は、前方用のウェーキ検
出部7からの初めてのゲート信号171を受信すると、
切り替え回路24を波形記憶回路25側に切り替え、送
信タイミング時刻201からの残響検波波形を繰り返し
数回分取集し、平均波形を求め、基準残響波形231と
して記憶する。
【0027】記憶後、波形記憶回路25は、切り替え回
路24を比較回路26側へ切り替え、送信タイミング2
01が入力される毎に基準残響波形231を比較回路2
6へ出力する。
【0028】比較回路26は、(基準残響波形231一
検波信号232)のレベル差の計算を行い、レベル差出
力261としてゲート回路27へ出力する。ゲート回路
27は、(レベル差出力261>いき値L2)の場合
に、ゲート信号271を出力する。図2において、符号
201〜271の部分Bにてゲートが無い場合を示し、
部分Dにてゲートが有る場合を示す。検出回路28は、
近距離信号181がオンし、側方用ウェーキ検出部7か
らのゲート信号271がオンすると、検出信号281を
オンする。
【0029】尚、側方用ウェーキ検出部7は、水中航走
体に対して、水平方向に送信するように取り付ける以外
にも、上方向あるいは下方向に送信するように配置して
もよい。
【0030】[実施の形態2]本発明の実施の形態2に
よるウェーキ検出装置は、図1に示した実施の形態1の
変形例である。水中航走体がウェーキの内外のいずれに
いるかのみを判定できれば十分である場合には、図1の
前方用ウェーキ検出部6は必要ない。そして、側方用ウ
ェーキ検出部7が、航走安定時に残響波形を記憶し、以
後航走中ずっと送信を行い、側方用ウェーキ検出部7の
前述した動作を行う。ただし、検出回路28には近距離
信号181は必要なく、ゲート回路27のゲート信号2
71によってウェーキ検出信号281をオンするように
する。
【0031】
【実施例】以下、実施の形態1によるウェーキ検出装置
の具体的な実施例を説明する。
【0032】図4は、本実施例によるウェーキ検出装置
のタイミング図である。
【0033】前述の図1および図3と、図4とをあわせ
参照して、水中航走体31は、図3の地点Aから地点E
へ向かうように、ウェーキ36に接近してウェーキ36
を通過してゆく。まず、地点Aでは、前方用ウェーキ検
出部6を使用して送信タイミング121で送信を行い、
ウェーキ36を捜索する。地点Bでは、ウェーキ36か
らの反射音3がいき値を越えて、前方用のゲート信号1
71がオンする。このとき、側方用ウェーキ検出装置7
が送信タイミング201で送信し始め、基準残響波形2
31を側方用ウェーキ検出装置7の波形記憶回路25に
記憶する。水中航走体31がウェーキ36に近接した地
点Cでは、前述した時間ERがTblk +Δt以内にな
り、近距離信号181がオンしている。次の送信では、
受信処理禁止区間にて、ウェーキ36からの反射音3が
重なり、ゲート信号171はオフしており、前方用ウェ
ーキ検出部6ではウェーキ36が検出できなくなってい
る。地点Dのように、水中航走体31がウェーキ36に
進入すると、図3の地点Dに示すように送波音によって
発生する残響がウェーキ36内の気泡によって散乱・吸
収され、検波信号232の残響レベルが減少している。
このため、(基準残響波形231一検波信号232)の
レベル差出力261はいき値L2を越え、ゲート信号2
71がオンしている。検出回路28は、近距離信号18
1がオンしてゲート信号271がオンするとウェーキ検
出信号281をオンし、T2の時間の間ホールドして次
のゲート信号271がオンするまで保持している。地点
Eのように水中航走体31がウェーキ36を突き抜ける
とウェーキ36による残響レベルの減少がなくなり、検
波信号232は基準残響波形231と同じとなり、ゲー
ト信号271はオフし、T2の時間後、ウェーキ検出信
号281もオフする。また、近距離判定回路18は、ウ
ェーキ検出信号281がオフすると、近距離信号181
をオンからオフへと切り替える。
【0034】以上のような動作によって水中航走体31
のウェーキ36に対する位置関係を以下の表1のように
判定できる。
【0035】
【表1】
【0036】
【発明の効果】本発明によるウェーキ検出装置は、水中
航走体に搭載されるウェーキ検出装置であって、前記水
中航走体の前方のウェーキを検出する前方用ウェーキ検
出部と、前記水中航走体へ到達する残響を検出する側方
用ウェーキ検出部とを有し、前記水中航走体がウェーキ
に対して所定距離内に接近したことを前記前方用ウェー
キ検出部が検出すると、前記側方用ウェーキ検出部は、
現在の残響検波波形と予め記憶している基準残響検波波
形とのレベル差を求め、該レベル差が所定値以上になる
とウェーキ内に進入したと判定し、この後該レベル差が
所定値未満に戻るとウェーキを通過したと判定するた
め、前方用ウェーキ検出部でウェーキが一定距離内にあ
ることを検出した後に、側方用ウェーキ検出部によって
残響がウェーキ中の気泡による散乱・吸収で減衰するこ
とに基づいてウェーキ中かどうかを検出しているため、
ウェーキへの接近、ウェーキ中、およびウェーキの通過
を判定できる。
【0037】また、自らが一定レベルの送波音を送信す
ることにより、安定した残響波形が得られ、ウェーキに
よる変化を安定して検出できるため、ウェーキの検出を
安定して行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1によるウェーキ検出装置
の構成を示すブロック図である。
【図2】図1に示すウェーキ検出装置の受信処理波形図
である。
【図3】図1に示すウェーキ検出装置を搭載した水中航
走体の態勢図である。
【図4】本発明の実施例によるウェーキ検出装置のタイ
ミングチャートである。
【図5】従来例によるウェーキ検出装置の構成を示すブ
ロック図である。
【図6】図5に示すウェーキ検出装置の受信処理波形図
である。
【図7】図5に示すウェーキ検出装置を搭載した水中航
走体の態勢図である。
【図8】他の従来例によるウェーキ検出装置を搭載した
水中航走体の概略図である。
【符号の説明】
2 送波音 3 反射音 4 送波音 5 残響 6 前方用ウェーキ検出部 7 側方用ウェーキ検出部 10 送受波器 11 切り替え器 12 送信回路 13 受信回路 14 第1の検波回路 15 第2の検波回路 16 比較回路 17 ゲート回路 18 近距離判定回路 19 送波器 20 送信回路 21 受波器 22 受信回路 23 検波回路 24 切り替え回路 25 波形記憶回路 26 比較回路 27 ゲート回路 28 検出回路 31 水中航走体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−229963(JP,A) 特開 昭58−135981(JP,A) 特許2845851(JP,B2) 特許2556665(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 G05D 1/12 F42B 19/00 - 19/46

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水中航走体に搭載されるウェーキ検出装
    置であって、前記水中航走体の前方のウェーキを検出す
    る前方用ウェーキ検出部と、前記水中航走体へ到達する
    残響を検出する側方用ウェーキ検出部とを有し、前記水
    中航走体がウェーキに対して所定距離内に接近したこと
    を前記前方用ウェーキ検出部が検出すると、前記側方用
    ウェーキ検出部は、現在の残響検波波形と予め記憶して
    いる基準残響検波波形とのレベル差を求め、該レベル差
    が所定値以上になるとウェーキ内に進入したと判定し、
    この後該レベル差が所定値未満に戻るとウェーキを通過
    したと判定することを特徴とするウェーキ検出装置。
  2. 【請求項2】 前記前方用ウェーキ検出部は、ウェーキ
    が一定距離以内にある場合に、その旨を示す近距離信号
    を発生する近距離検出判定回路を備えていることを特徴
    とする請求項1に記載のウェーキ検出装置。
  3. 【請求項3】 前記側方用ウェーキ検出部は、前記前方
    用ウェーキ検出部の前記近距離検出判定回路が近距離信
    号を発生すると、そのときの残響検波波形を基準残響検
    波波形として記憶する波形記憶回路を備えていることを
    特徴とする請求項2に記載のウェーキ検出装置。
  4. 【請求項4】 前記側方用ウェーキ検出部は、現在の残
    響検波波形と前記波形記憶回路に記憶した基準残響検波
    波形とのレベル差を算出する比較回路を備えていること
    を特徴とする請求項3に記載のウェーキ検出装置。
  5. 【請求項5】 前記側方用ウェーキ検出部は、前記比較
    回路により算出したレベル差が予め定められたいき値以
    上であった場合に、ゲート信号を発生するゲート回路を
    備えていることを特徴とする請求項4に記載のウェーキ
    検出装置。
  6. 【請求項6】 前記側方用ウェーキ検出部は、前方用ウ
    ェーキ検出部の前記近距離検出判定回路による近距離信
    号と前記ゲート回路からのゲート信号とに基づいて前記
    航走体のウエーキに対する進入、通過をも含む態勢を示
    すウェーキ検出信号を出力する検出回路を備えているこ
    とを特徴とする請求項5に記載のウェーキ検出装置。
JP9069635A 1997-03-24 1997-03-24 ウェーキ検出装置 Expired - Lifetime JP2972630B2 (ja)

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JP2556665B2 (ja) 1994-05-20 1996-11-20 防衛庁技術研究本部長 水中航走体誘導装置
JP2845851B2 (ja) 1996-12-27 1999-01-13 防衛庁技術研究本部長 ウェーキ検出装置

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