(57)【要約】【課題】測定精度の向上を図り、取り付け作業の容易化を図ると共に可搬型の装置とする。【解決手段】水中に挿入されて水深を測定するソナーヘッド部１２と、水上の船舶等に設置されてソナーヘッド部１２を制御する制御部１３とを備えた音響測深システム１１である。ソナーヘッド部１２に、水底に音波を送信すると共に反射してきた音波を検出する送受波器１６と、送受波器１６の揺動による誤差を補正するために送受波器１６の揺動を検出する動揺計１８とを備え、送受波器１６と動揺計１８とをソナーヘッド部１２内に一体的に取り付けた。動揺計１８に、水平に２つ設けられてそれらの位置のズレにより送受波器１６のヨー角を検出するＧＰＳアンテナと、送受波器１６のロール角及びピッチ角を検出する光ジャイロとを備えた。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底に音波を送信すると共に反射してきた音波を検出する送受波器と、当該送受波器の揺動による誤差を補正するために上記送受波器の揺動を検出する動揺計とを備えた音響測深システムにおいて、
上記送受波器と動揺計とを一体的に取り付けたことを特徴とする音響測深システム。
【請求項２】
水中に挿入されて水深を測定するソナーヘッド部と、水上の船舶等に設置されて上記ソナーヘッド部を制御する制御部とを備えた音響測深システムにおいて、
水底に音波を送信すると共に反射してきた音波を検出する送受波器と、当該送受波器の揺動による誤差を補正するために上記送受波器の揺動を検出する動揺計とを備え、
上記送受波器と動揺計とを上記ソナーヘッド部内に一体的に取り付けたことを特徴とする音響測深システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、湖底や海底等の水深を測定する音響測深システムに関し、特にセンサ間のキャリブレーションを不要にすると共に測定精度の向上を図った音響測深システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
湖底や海底等の水深を測定する音響測深システムは一般に、図２に示すような構成を有している。図中の１は船舶等の船体、２はソナーヘッド部、３は制御部である。
【０００３】
ソナーヘッド部２は固定具４で船体１に固定されている。制御部３は船体１上に取り付けられている。そして、船体１を水上で所定位置に移動させ、ソナーヘッド部２で、音波を湖底に送信し、反射してきた音波の方向及び時間を検出し、制御部３で処理して水深を算出する。
【０００４】
このように、測深や測位を行うとき、船の揺動の処理は重要である。例えば、マルチナロビーム音響測深システムやＳＳＢＬ方式の音響測位装置は、複数個の受波器に受信される音波の入射角から音源の方位を算出するシステムである。このような装置の場合は、入射角度に０．１度の誤差があるだけで、１００ｍ先、１０００ｍ先では大きなズレとなり、測位誤差、測深誤差となるため、船の揺動を正確に検出することは測定精度向上のために重要である。このため、マルチナロービーム測深システムには動揺計が設けられている。この動揺計は制御部３と共に船体１上に取り付けられている。動揺計に基づいて、船体１に固定されたソナーヘッド部２の揺動による誤差を正確に補正し、測定精度の向上を図っている。具体的には、船体１の揺動が動揺計によって測定され、その測定値を基に、ソナーヘッド部２の送受波面での検出値が補正される。このため、動揺計とソナーヘッド部２の送受波面との位置関係を正確に保った状態で、動揺計及びソナーヘッド部２を取り付ける必要がある。動揺計とソナーヘッド部２の送受波面との取付精度は、音響測深システムの測定精度に直結するためである。
【０００５】
また、誤差を補正する手段としては特許文献１に記載のものが知られている。この特許文献１に記載の補正手段はバーを用いたものである。この補正手段は、水温の違い等による音波の速度の変化を補正するためのものである。具体的には、水中にバーを沈め、送受波器からサンプリングパルス波を発生させて、バーで反射してくるパルス波を元に、水温の違い等による音波の速度を補正している。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−２６６８３９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の音響測深システムでは、動揺計自体の測定精度は年々高くなっている。この動揺計の測定精度を保つために、船体１側に固定される動揺計とソナーヘッド部２の送受波面との相対関係を正確に保った状態で、音響測深システムが船体１に取り付けられる。ところが、動揺計が船体１上にあるのに対して、ソナーヘッド部２は水中であるため、船舶がドックに入った時以外は、音響測深システムを船体１に取り付けることができなかった。このため、音響測深システムを新たに取り付けたり、別の船舶等に付け替えたりするのが容易でなかった。さらに、初期取り付け誤差が発生することもあった。
【０００８】
また、取り付け誤差が発生している場合もあるため、水上では固定的な計測ができず、船舶の年次検査や定期検査時に、船舶に搭載している動揺計と送受波面との傾斜角を計測した上で、誤差を補正していた。センサ間のキャリブレーションを行う必要もあった。このため、測深作業に手間暇がかかり、煩雑であった。
【０００９】
さらに、動揺計とソナーヘッド部２の送受波面とが離れているために、誤差が生じてしまうこともあった。即ち、船体１は水面の波や風等の要因によって揺動する。この船体１の揺動によって、船体１に搭載した動揺計及び水中のソナーヘッド部２も一緒に揺動する。この場合、船体１に搭載した動揺計の揺動と、ソナーヘッド部２の送受波面の揺動が完全に一致するとは限らない。これは、ソナーヘッド部２の固定具４や船体１がきしんで微妙に変形するためである。この変形により、動揺計の揺動と、ソナーヘッド部２の送受波面の揺動が微妙にずれて、上記入射角度の誤差、測位誤差、測深誤差となってしまうことがあった。
【００１０】
また、特許文献１の場合は、速度の補正しかできず、動揺計の揺動と、ソナーヘッド部２の送受波面の揺動との誤差を補正することはできない。
【００１１】
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、船舶等の揺動や初期取り付け誤差等による測定誤差の発生を防止して測定精度の向上を図ると共に、設置工事や付け替え工事の容易化を図った、可搬型の音響測深システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために第１の発明に係る音響測深システムは、水底に音波を送信すると共に反射してきた音波を検出する送受波器と、当該送受波器の揺動による誤差を補正するために上記送受波器の揺動を検出する動揺計とを備えた音響測深システムにおいて、上記送受波器と動揺計とを一体的に取り付けたことを特徴とする。
【００１３】
上記構成により、送受波器と動揺計とを一体的に取り付けたので、動揺計による揺動検出がそのまま送受波器の揺動検出になり、揺動による誤差を正確に補正することができるようになる。
【００１４】
第２の発明に係る音響測深システムは、水中に挿入されて水深を測定するソナーヘッド部と、水上の船舶等に設置されて上記ソナーヘッド部を制御する制御部とを備えた音響測深システムにおいて、水底に音波を送信すると共に反射してきた音波を検出する送受波器と、当該送受波器の揺動による誤差を補正するために上記送受波器の揺動を検出する動揺計とを備え、上記送受波器と動揺計とを上記ソナーヘッド部内に一体的に取り付けたことを特徴とする。
【００１５】
上記構成により、送受波器と動揺計とを一体的に取り付けたので、第１の発明と同様に、動揺計による揺動検出がそのまま送受波器の揺動検出になり、揺動による誤差を正確に補正することができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１はソナーヘッド部を示す正面断面図、図３は音響測深システムを船体に取り付けた状態を示す概略正面図である。
【００１７】
音響測深システム１１は、図３に示すように、船体１０に取り付けられて水深等を測定するための装置であり、主に、ソナーヘッド部１２と、制御部１３とから構成されている。
【００１８】
ソナーヘッド部１２は、水深を測定するための音波を送出すると共に、反射してきた音波を検出するための装置である。このソナーヘッド部１２は固定具１４で船体１０に取り付けられている。
【００１９】
ソナーヘッド部１２は、図１に示すように、筐体１５と、送受波器１６と、回路部１７と、動揺計１８とから構成されている。
【００２０】
筐体１５は、送受波器１６、回路部１７、動揺計１８等を収納するための円筒状箱である。筐体１５は、底板２０と、本体２１とから構成されている。底板２０は、本体２１の下側を塞ぐと共に、上記送受波器１６、回路部１７、動揺計１８を支持するための部材である。底板２０は、ほぼ円盤状に形成されている。底板２０の下側面には送受波器１６が取り付けられている。底板２０の下側面の周囲には、ソナーヘッド部１２を船上等に載置する場合の接地部分となる足部２３が複数個設けられている。底板２０の周縁にはフランジ２４が設けられている。このフランジ２４は、後述する本体２１のフランジ３４と当接し、ボルト２５で互いに固定されて、底板２０が本体２１に取り付けられている。底板２０の上側面の周縁には、その全周に亘って立ち上げ壁部２６が設けられている。この立ち上げ壁部２６は本体２１の内側面の下端部にその全周に亘って当接される。立ち上げ壁部２６の外周面には、全周に亘って環状のパッキン溝２７が設けられている。このパッキン溝２７は、上下に並列に２つ設けられている。パッキン溝２７にはパッキン２８が装着され、このパッキン２８が本体２１の内側面の下端部にその全周に亘って当接して、筐体１５の内部が水密に封止される。
【００２１】
底板２０の上側面には、支持棚３０が設けられている。この支持棚３０は、複数本の支柱３１と、２枚の平板３２とからなり、底板２０を含めて３段の棚を構成している。
【００２２】
本体２１は、中空で下方が開口した円筒状に形成されている。この本体２１の内部に回路部１７及び動揺計１８が設けられる。本体２１の側壁の下端部にはフランジ３４が設けられ、上記底板２０のフランジ２４と整合してボルト２５で固定される。本体２１の上側には、持ち運ぶための２つの取っ手３５が設けられている。さらに、本体２１の上側の中央には固定用フランジ３６が設けられている。この固定用フランジ３６は、固定具１４の下端部にソナーヘッド部１２を取り付けるための部材である。さらに、本体２１の上側面には、ケーブル３７を接続するための水密コネクタ（図示せず）が設けられている。この穴は、ケーブル３７を引き出した状態で水密に封止される。このケーブル３７は、ソナーヘッド部１２内の回路部１７や動揺計１８等と、船体１０に搭載される制御部１３とを電気的に接続するためのケーブルである。
【００２３】
送受波器１６は、水底に向けて検出用の音波を送信すると共に、水底から反射してきた音波を検出するための部材である。送受波器１６は圧電素子によって構成されている。送受波器１６の送信側は、小さな圧電素子を多数設けて構成されている。この圧電素子が電圧の印加によって膨張、収縮して音波を生成する。送受波器１６の受信側は、小さな圧電素子が直線上に多数配設されて構成され、受信した音波の圧力に応じて電圧を発生させる。
【００２４】
回路部１７は、送受波器１６を制御するための装置である。この回路部１７は、送信信号発生器４０、受信側の２つのＡ／Ｄ変換器４１，４２及び送信側及び受信側の２つの増幅器４３，４４から構成されている。なお、送信側のＡ／Ｄ変換器は送信信号発生器４０に含まれている。これらの各装置が支持棚３０にそれぞれ載置されて固定されている。
【００２５】
動揺計１８は、直接的にソナーヘッド部１２の揺動を検出し、間接的に送受波器１６の送受波面を検出するための装置である。動揺計１８には光ジャイロが設けられ、主にロール角、ピッチ角を検出する。ヨー角も検出するが、ヨー角に関してはより精度の高い２つのＧＰＳアンテナを用いる。このＧＰＳアンテナについては後述する。動揺計１８は、筐体１５内の支持棚３０に取り付けられている。直接には、支持棚３０の最上段の棚板３２に固定され、この支持棚３０、支柱３１及び底板２０を介して送受波器１６と一体になっている。これにより、動揺計１８と送受波器１６とは一体的に揺動するようになっている。
【００２６】
制御部１３は、回路部１７及び動揺計１８等を制御し、それらからの信号を処理して水深を算出するための装置である。具体的な処理内容は後述する。制御部１３は、船体１０上に取り付けられている。制御部１３は、ケーブル３７でソナーヘッド部１２内の回路部１７、動揺計１８等に電気的に接続されている。
【００２７】
固定具１４は、図３に示すように、支柱部４７と、水平板部４８と、アンテナ部４９とから構成されている。支柱部４７の下端は、ソナーヘッド部１２のフランジ３６に固定されている。水平板部４８は、支柱部４７の途中から横に延ばして設けられ、船体１０に固定されている。アンテナ部４９は、支柱部４７の上端に設けられている。アンテナ部４９には２つのＧＰＳアンテナ（図示せず）が取り付けられている。この２つのＧＰＳアンテナは、水平方向に離れた２点位置に設けられ、この２点位置のズレを、ソナーヘッド部１２の送受波器１６のヨー角の変動として検出する。制御部１３には、２つのＧＰＳアンテナの位置検出機能及び、２つのＧＰＳアンテナの位置のズレによるヨー角の変動を検出する機能が格納されている。
【００２８】
［動作］
以上のように構成された音響測深システム１１は、次のようにして使用される。
【００２９】
音響測深システム１１を船体１０に搭載するときは、ソナーヘッド部１２を固定具１４によって船体１０に固定し、制御部１３を船体１０の任意位置に据え付ける。そして、ソナーヘッド部１２と制御部１３とをケーブル３７で電気的に接続する。音響測深システム１１の取り付け作業はこれで終了する。
【００３０】
水深を測定する場合は、音響測深システム１１を搭載した船舶等の船体１０を、測定する湖等に入れる。そして、測定位置に移動させて、水中に挿入されたソナーヘッド部１２から音波を送信する。具体的には、制御部１３による制御下で、送信信号発生器４０に送信信号を発生させる。この信号を、送信側の増幅器４３で増幅させて送受波器１６を作動させる。これにより、送受波器１６の送信側の圧電素子が音波を生成して水中に発信する。この音波は、湖底に向けて発信され、湖底で反射して戻ってくる。この戻ってきた音波を送受波器１６の受信側の圧電素子が電気信号に変換して回路部１７に送る。回路部１７では、受信側の増幅器４４で上記信号を増幅させ、受信側のＡ／Ｄ変換器４１，４２でデジタル信号に変換して、ケーブル３７を介して制御部１３に送信させる。
【００３１】
また、送受波器１６での音波信号の受信時の送受波器１６の揺動を動揺計１８で検出させ、ケーブル３７を介して取り込む。具体的には、光ジャイロでロール角とピッチ角を検出させ、ＧＰＳアンテナでヨー角を検出させて、その検出値をケーブル３７を介して取り込む。
【００３２】
次いで、送受波器１６での検出値を、動揺計１８での検出で補正しながら演算して、水深を算出する。
【００３３】
音響測深システム１１を別の船体１０に付け替える場合は、ケーブル３７を制御部１３から外して、固定具１４を船体１０から外す。そして、制御部１３を他の船体１０に取り付け、固定具１４をその船体１０の固定する。次いで、ケーブル３７を制御部１３に接続して付け替え作業は終了する。
【００３４】
［効果］
以上のように、動揺計１８を、ソナーヘッド部１２内において送受波器１６と一体的に取り付けたので、動揺計１８と送受波器１６の送受波面との整合性をとる必要がなくなり、音響測深システム１１の取り付け時の煩雑な補正作業が必要なくなる。即ち、従来は、動揺計の取り付けを、送受波器の送受波面との相対関係を考慮して取り付けていたため、送受波面の取り付け角度を計測し、動揺計の取り付け角度を計測し、その差を算出し、どちらかを基準にロール角、ピッチ角、ヨー角の全てを補正する。そして、この補正をしながら取り付け作業をするが、その作業に数日程度かかってしまう。しかも、測定時の揺動等によって固定具等がずれてしまうことがあるが、これにより、補正をしながら取り付けた動揺計と送受波器とがずれてしまっていた。これに対して、本実施形態の音響測深システム１１では、動揺計１８を送受波器１６と一体的に取り付けたので、動揺計１８と送受波器１６の送受波面との整合性をとる必要がなくなり、船体１０の揺動等によって動揺計１８と送受波器１６とがずれてしまうこともなくなる。
【００３５】
この結果、従来、取り付け作業に数日程度かかっていたものが、数時間、早いもので１時間程度に短縮されて、取り付け作業が極めて容易になる。即ち、設置工事や付け替え工事を短時間で容易に行うことができる。しかも、測定精度も格段に向上させることができる。
【００３６】
さらに、音響測深システム１１は、設置工事や付け替え工事を短時間で容易に行うことができるため、音響測深システム１１だけを目的地まで搬送してその地にある船体１０等に取り付けることも容易にできる。即ち、固定具１４を、船体１０の縁部を把持する構造等の着脱可能な構造にすると共に、音響測深システム１１を搬送可能な大きさに構成することで、必要に応じて現場に持ち込み、船体１０の種類に関係なくその現場にある船体１０に取り付けて、水深を測定することができる。これにより、可搬型の音響測深システム１１とすることができる。
【００３７】
［変形例］
（１）  上記実施形態では、動揺計１８と送受波器１６とを、支持棚３０を介して一体的に取り付けたが、設置スペースに余裕があれば、同一面上に一体的に取り付けても良い。この場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００３８】
（２）  上記実施形態では、上記動揺計１８を光ジャイロで構成したが、本発明はこれに限らず、機械式のジャイロ等の、ロール角等を検出できる装置であればよい。この場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００３９】
（３）  上記実施形態では、光ジャイロでロール角とピッチ角を検出し、２つのＧＰＳアンテナでヨー角を検出するようにしたが、ロール角、ピッチ角及びヨー角の全てを光ジャイロで検出し、ＧＰＳアンテナは１つだけ設けて位置のみを検出するようにしてもよい。この場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００４０】
（４）  上記実施形態では、２つのＧＰＳアンテナを水平方向に設けてヨー角を検出するようにしたが、垂直方向に設けてロール角及びピッチ角を検出するようにしてもよい。２つのＧＰＳアンテナを垂直方向に設ける場合は、各点のズレのうち、船体１０の左右方向のズレ成分がロール角、前後方向のズレ成分がピッチ角となる。即ち、垂直方向に設けた２つのＧＰＳアンテナで、ロール角とピッチ角を同時に検出することができる。
【００４１】
２つずつのＧＰＳアンテナを水平方向と垂直方向とにそれぞれ配設して、ルール角、ピッチ角及びヨー角をそれぞれ検出するようにしてもよい。
【００４２】
これらの場合も、上記実施形態同様の作用、効果を奏することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る音響測深システムでは、次のような効果を奏することができる。
【００４４】
（１）  送受波器と動揺計とを一体的に取り付けたので、動揺計による揺動検出がそのまま送受波器の揺動検出になり、揺動による誤差を正確に補正することができるようになる。
【００４５】
（２）  ２つのＧＰＳアンテナを水平方向に配設することで、送受波器のヨー角を検出することができるようになる。また、２つのＧＰＳアンテナを垂直方向に配設することで、ロール角及びピッチ角を検出することができるようになる。これにより、揺動による誤差を、より正確に補正することができるようになる。
【００４６】
（３）動揺計に、水平に２つ設けられてそれらの位置のズレにより送受波器のヨー角を検出するＧＰＳアンテナと、送受波器のロール角及びピッチ角を検出する光ジャイロとを備えたので、光ジャイロでロール角及びピッチ角を検出し、ＧＰＳアンテナでヨー角を検出して、揺動による誤差を、より正確に補正することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る音響測深システムのソナーヘッド部を示す正面断面図である。
【図２】従来の音響測深システムを船体に取り付けた状態を示す概略正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る音響測深システムを船体に取り付けた状態を示す概略正面図である。
【符号の説明】
１０：船体、１１：音響測深システム、１２：ソナーヘッド部、１３：制御部、１４：固定具、１５：筐体、１６：送受波器、１７：回路部、１８：動揺計、２０：底板、２１：本体、２３：足部、２４：フランジ、２５：ボルト、２６：立ち上げ壁部、２７：パッキン溝、２８：パッキン、３０：支持棚、３１：支柱、３２：平板、３４：フランジ、３５：取っ手、３６：固定用フランジ、３７：ケーブル、４０：送信信号発生器、４１，４２：Ａ／Ｄ変換器、４３，４４：増幅器、４７：支柱部、４８：水平板部、４９：アンテナ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004177368.tif 000005