(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
海中に設置して測定する海洋データ計測手段と、海中に設置して前記海洋データ計測手段からのデータを収集し、海上に対して超音波信号により収集した収集データを送信するデータ伝送手段と、海上で前記データ伝送手段からの超音波信号の収集データを受信するデータ伝送制御手段と、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段とのデータ伝送を遅延同期検波方式の４−ＤＰＳＫ変復調で行う浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムにおいて、前記データ伝送の信号は、データ伝送開始時の事前信号と、基準位相シンボルと、少なくとも１個以上のデータシンボルより構成されるフレームと、各フレーム間に設けられた送信休止期間でなり、前記事前信号の送信時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間より長く設定し、各フレーム間に設けられた前記送信休止期間の時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間よりも短く設定し、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段の距離の変化により発生するドップラーシフト量に対し、前記フレームのデータシンボルの数を設定することにより、受信側のデータをサンプリングするタイミングが、前記４−ＤＰＳＫ変復調の復調信号の出力安定領域内に位置するようにしたことを特徴とする浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システム。
【請求項２】
前記フレームのデータシンボルの数は、データ伝送時の通信環境に応じて変化させることが可能であることを特徴とする請求項１記載の浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システム。
【請求項３】
海中に設置して測定する海洋データ計測手段と、海中に設置して前記海洋データ計測手段からのデータを収集し、海上に対して超音波信号により収集した収集データを送信するデータ伝送手段と、海上で前記データ伝送手段からの超音波信号の収集データを受信するデータ伝送制御手段と、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段とのデータ伝送を遅延同期検波方式の４−ＤＰＳＫ変復調で行う浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムにおいて、前記データ伝送の信号は、データ伝送開始時の事前信号と、基準位相シンボルと、少なくとも１個以上のデータシンボルより構成されるフレームと、各フレーム間に設けられた送信休止期間でなり、前記事前信号の送信時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間より長く設定し、各フレーム間に設けられた前記送信休止期間の時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間よりも短く設定し、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段の距離の変化により発生するドップラーシフト量に対し、前記フレームのデータシンボルの長さを設定することにより、受信側のデータをサンプリングするタイミングが、前記４−ＤＰＳＫ変復調の復調信号の出力安定領域内に位置するようにしたことを特徴とする浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システム。
【請求項４】
前記フレームのデータシンボルの長さは、データ伝送時の通信環境に応じて変化させることが可能であることを特徴とする請求項３に記載の浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システム。
【請求項５】
海中に設置して測定する海洋データ計測手段と、海中に設置して前記海洋データ計測手段からのデータを収集し、海上に対して超音波信号により収集した収集データを送信するデータ伝送手段と、海上で前記データ伝送手段からの超音波信号の収集データを受信するデータ伝送制御手段と、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段とのデータ伝送を遅延同期検波方式の４−ＤＰＳＫ変復調で行う浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムにおいて、前記データ伝送の信号は、データ伝送開始時の事前信号と、基準位相シンボルと、少なくとも１個以上のデータシンボルより構成されるフレームと、各フレーム間に設けられた送信休止期間でなり、前記事前信号の送信時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間より長く設定し、各フレーム間に設けられた前記送信休止期間の時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間よりも短く設定し、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段の距離の変化により発生するドップラーシフト量に対し、前記フレームのデータシンボルの数及び前記データシンボルの長さを設定することにより、受信側のデータをサンプリングするタイミングが、前記４−ＤＰＳＫ変復調の復調信号の出力安定領域内に位置するようにしたことを特徴とする浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システム。
【請求項６】
前記フレームのデータシンボルの数及び前記データシンボルの長さは、データ伝送時の通信環境に応じて変化させることが可能であることを特徴とする請求項５に記載の浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システム。
【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（海中も含む）に長期間設置された海洋観測機器などのデータを海上（水面上も含む）から超音波による音響無線通信により回収したり、水中移動体との間でのデータを音響無線通信により回収したりすることが可能な浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海中に設置されて波浪、潮流、水温、潮位などを測定する海洋観測機器のデータの回収方法は、一定期間測定したデータを前記海洋観測機器内のメモリに記憶蓄積した後、前記海洋観測機器を海上に引き上げて測定したデータの回収を行う方法と、海洋観測機器にデータ伝送装置を組み込んで海上と海洋観測機器間を音響無線通信によってデータを回収する方法とが行われている。
【０００３】
なお、前記海洋観測機器を海上に引き上げでデータの回収を行う方法では、海洋観測機器の引き上げ作業から前記海洋観測機器の海中への再設置作業が終了するまでは海洋データの観測をすることができないため、海上と海洋観測機器間を音響無線通信によって海洋データを回収する方法が用いられ始めている。
【０００４】
海上と海洋観測機器間を音響無線通信により観測データを回収する従来の技術としては、例えば特願昭６３−５１０８５号に開示されている。
【０００５】
すなわち、前記海洋観測機器により観測されたデータを前記海洋観測機器内の記憶装置に記憶しておく。記憶されたデータは、定期的に船で前記海洋観測機器を設置した海域で船によりデータが収集される。すなわち、船より情報伝達の指令信号が超音波などにより海中に送られる。この指令信号は、受波器と指令受信器から成る受信装置で受信される。指令信号はまず受波器で受信され、電気信号に変換される。この電気信号は、指令受信器に送られ、ここで増幅された観測データを送信するための指令信号と判断されると、記憶装置から記憶されているデータが呼び出される。この呼び出された信号は、送信器と送波器からなる送信装置へ送られる。送信装置では、送信器で電力増幅され、送波器で超音波信号に変換されて水中に放射され、海上にいる船へ信号が送られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、海上と海洋観測機器間を音響無線通信によってデータを回収する方法では、海洋観測機器の消費電力を抑えるために伝送するデータ量が制限され、データ伝送方式も単純な構成となっており、大容量のデータの観測には適していない。また、海上からのデータの回収は、海上より海中に設置されている海洋観測機器に対しトリガ信号を発して、海洋観測機器の伝送部の電源を起動する。このとき、海洋観測機器は消費電力を抑えるためにトリガ信号の受信のための回路は最小構成で動作しており、また、トリガ信号も単純な構成となっている。このため、複数の海洋観測機器が隣接して設置されている場合には、複数の海洋観測機器の電源部に起動がかかり、複数の海洋観測機器が同時に動作することにより、データが回収できなかったり、無駄な電力を消費する恐れがある。
【０００７】
また、前述した海上の船と海洋観測機器間を音響無線通信により観測データを回収する方法では、海上の他の船舶の航行や波浪によってデータを回収する船が動揺し、データ伝送中における海中の海洋観測機器の送受信器と海上の船の送受信器間の相対距離が時々刻々変化することにより受信した周波数が高くなったり、低くなったりするドップラーシフトが発生し、該ドップラーシフトの影響により受信側が間違ったデータを受け取ったり、データを受信できないなどの受信エラーが発生する恐れがある。
【０００８】
また、データ伝送を浅海域で行った場合、大水深海域と異なり、信号が海面や海底での反射によるマルチパス（多重反射経路）を通って受信器に重畳され、受信波形を歪ませる結果、受信復調誤りを起こすおそれがある。
そこで、本発明は、データ伝送装置に電源起動信号と識別コードを送信してデータ伝送装置を特定し、データ伝送装置を特定した後にデータ伝送を行い、誤作動が無く、省電力に優れ、しかもデータ伝送中にドップラーシフトの影響を受けることのない浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムは、海中に設置して測定する海洋データ計測手段と、海中に設置して前記海洋データ計測手段からのデータを収集し、海上に対して超音波信号により収集した収集データを送信するデータ伝送手段と、海上で前記データ伝送手段からの超音波信号の収集データを受信するデータ伝送制御手段と、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段とのデータ伝送を遅延同期検波方式の４−ＤＰＳＫ変復調で行う浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムにおいて、前記データ伝送の信号は、データ伝送開始時の事前信号と、基準位相シンボルと、少なくとも１個以上のデータシンボルより構成されるフレームと、各フレーム間に設けられた送信休止期間でなり、前記事前信号の送信時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間より長く設定し、各フレーム間に設けられた前記送信休止期間の時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間よりも短く設定し、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段の距離の変化により発生するドップラーシフト量に対し、前記フレームのデータシンボルの数を設定することにより、受信側のデータをサンプリングするタイミングが、前記４−ＤＰＳＫ変復調の復調信号の出力安定領域内に位置するように構成したものである。また、本発明による浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムは、海中に設置して測定する海洋データ計測手段と、海中に設置して前記海洋データ計測手段からのデータを収集し、海上に対して超音波信号により収集した収集データを送信するデータ伝送手段と、海上で前記データ伝送手段からの超音波信号の収集データを受信するデータ伝送制御手段と、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段とのデータ伝送を遅延同期検波方式の４−ＤＰＳＫ変復調で行う浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムにおいて、前記データ伝送の信号は、データ伝送開始時の事前信号と、基準位相シンボルと、少なくとも１個以上のデータシンボルより構成されるフレームと、各フレーム間に設けられた送信休止期間でなり、前記事前信号の送信時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間より長く設定し、各フレーム間に設けられた前記送信休止期間の時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間よりも短く設定し、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段の距離の変化により発生するドップラーシフト量に対し、前記フレームのデータシンボルの長さを設定することにより、受信側のデータをサンプリングするタイミングが、前記４−ＤＰＳＫ変復調の復調信号の出力安定領域内に位置するように構成したものである。また、本発明による浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムは、海中に設置して測定する海洋データ計測手段と、海中に設置して前記海洋データ計測手段からのデータを収集し、海上に対して超音波信号により収集した収集データを送信するデータ伝送手段と、海上で前記データ伝送手段からの超音波信号の収集データを受信するデータ伝送制御手段と、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段とのデータ伝送を遅延同期検波方式の４−ＤＰＳＫ変復調で行う浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムにおいて、前記データ伝送の信号は、データ伝送開始時の事前信号と、基準位相シンボルと、少なくとも１個以上のデータシンボルより構成されるフレームと、各フレーム間に設けられた送信休止期間でなり、前記事前信号の送信時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間より長く設定し、各フレーム間に設けられた前記送信休止期間の時間は受信側のＡＧＣアンプの安定化時間よりも短く設定し、前記データ伝送手段と前記データ伝送制御手段の距離の変化により発生するドップラーシフト量に対し、前記フレームのデータシンボルの数及び前記データシンボルの長さを設定することにより、受信側のデータをサンプリングするタイミングが、前記４−ＤＰＳＫ変復調の復調信号の出力安定領域内に位置するように構成したものである。
【００１０】
また、本発明による浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムは、前記フレームのデータシンボルの数は、データ伝送時の通信環境に応じて変化させることが可能であることを特徴とするものである。また、本発明による浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムは、前記フレームのデータシンボルの長さは、データ伝送時の通信環境に応じて変化させることが可能であることを特徴とするものである。また、本発明による浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムは、前記フレームのデータシンボルの数及び前記データシンボルの長さは、データ伝送時の通信環境に応じて変化させることが可能であることを特徴とするものである。12
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、本発明による浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システム（以下、データ伝送システムとも称する。）について説明する。本発明による浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムは、海洋のみならず、湖などの水中においても適用することができることは勿論であり、表現上、海上は水上を含み、海底は水底を含み、適宜変更して使用することができる。以下には、海洋データの観測をする場合について説明するが、水中におけるデータ伝送システムとして構成することも可能である。
【００１２】
図１は、本発明による浅海域波浪流況観測における水中超音波を用いたデータ伝送システムの構成を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、海底に海洋データを測定する海洋データ計測手段としての観測機器１（図１では波浪観測装置を示す）と、前記海洋データ計測手段としての観測機器１からのデータを収集し、海上へ収集データを超音波信号により送信するデータ伝送手段としてのデータ伝送装置２を共に設置し、前記観測機器１と前記データ伝送装置２間を通信用水中ケーブル（図示せず）で接続している。また、前記データ伝送装置２の超音波送受波器９は、前記データ伝送装置２に内蔵されている。
【００１４】
一方、船上には、前記データ伝送装置２に電源の起動信号を送信し、前記データ伝送手段としてのデータ伝送装置２からの超音波信号のデータを受信するデータ伝送制御手段としてのデータ伝送制御装置３が設置されている。前記データ伝送制御装置３の超音波送受波器９は、データ伝送装置２が設置されている海底に向けて、舷側などより吊り下げて海中に固定配置されている。また、データ制御装置３には、データ伝送中の通信状態をＳ／Ｎ比で表示する表示手段としての表示部３０が設けられている。
【００１５】
なお、本発明によるデータ伝送システムは、前記データ伝送装置２を複数併設することができ、多種の観測機器１からの観測データを収集することが可能な構成となっている。
【００１６】
以下に、データ伝送システムでの観測機器１によって測定されたデータを収集して海上へ超音波信号により収集データを送信するデータ伝送装置２の送受信部について図２を参照して説明する。図２は、データ伝送装置の送受信部のブロック図である。
【００１７】
図２に示すように、データ伝送装置２の送受信部は、基準信号となる搬送波を発生する搬送波発生器６と、送信すべきデータを前記搬送波発生器６からの搬送波により位相変調する位相変調回路７と、前記位相変調回路７から出力された信号を増幅する送信回路８と、前記送信回路８から出力された信号を超音波に変換して海中への送信及び海中からの超音波信号の受信を行う超音波送受波器９と、前記超音波送受波器９で受信した超音波信号を復調する受信回路１０と、前記データ伝送制御装置３（図１に図示）からの前記データ伝送装置２の電源を起動する信号を受ける起動信号受信回路１２と、前記位相変調回路７、前記送信回路８及び前記受信回路１０などを制御するマイクロコンピュータを内蔵した送受信制御回路１１と、海洋計測器からのデータを記憶保持するメモリ１５（記憶装置）とから構成されている。
【００１８】
前記搬送波発生器６は、周波数が１００ＫＨｚの正弦波を搬送波として前記位相変調回路７に出力する。前記位相変調回路７は、遅延同期検波方式の４−ＤＰＳＫ（４−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）変調を行う４相位相差変調回路で構成されており、前記メモリ１５より入力されるデータを前記搬送波発生器６からの搬送波の位相を０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜の４種の位相シフトにより変調を行う。前記位相変調回路７は、前記メモリ１５からのデータを４相位相差変調回路により１シンボルあたり２ビットの情報に変換して出力する。
【００１９】
前記位相変調回路７より出力される信号は、前記位相変調回路７より前記送信回路８、前記超音波送受波器９を通り、超音波信号として海中に発せられる。
【００２０】
以下に海中に発せられる超音波信号の構成を図３を参照して説明する。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、送信開始より事前信号として最初の一定時間は変調波又は無変調波を連続して送信後、信号を出力しない送信休止期間を設ける。前記送信休止期間経過後、基準信号、データ信号の順に所定の時間送信を行う。前記基準信号、データ信号を送信後、再度送信休止期間を設ける。以後、送信休止期間経過後、基準信号、データ信号の送信を所定のデータ量の送信の完了まで繰り返す。
【００２２】
なお、送信休止期間と次の送信休止期間の間の基準信号及びデータ信号を図３（ａ）に示すようにフレームと称する。
【００２３】
なお、データ信号は、２ビットのデータ情報を１シンボルとする、複数のデータ情報より構成される。
【００２４】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示したフレームの基準信号とデータ信号の詳細を示す図である。
【００２５】
なお、図３（ａ）に示した基準信号を基準位相シンボル、またデータ信号を構成する各データ情報をデータシンボルと称し、基準位相シンボルからのデータ信号を順に、データ１シンボル、データ２シンボルと呼び、図３（ｂ）に示した例ではデータ１シンボルからデータ８シンボルまでの８シンボルで構成されている。以後、基準信号を基準位相シンボルとし、また、データ信号をデータシンボルとして説明する。
【００２６】
図３（ｂ）に示すように、基準位相シンボル及び各データシンボルは、図２に示す搬送波発生器６から入力される搬送波の６周期で構成されており、基準位相シンボルの時間幅（以下、基準位相シンボル長と称す）及び各データシンボルの時間幅（以下、データシンボル長と称す）は、それぞれ６０マイクロ秒である。
【００２７】
次に、図１に示すデータ伝送装置２から送信される超音波信号を受信するデータ伝送制御装置３の受信回路について、図４に示すブロック図を参照して説明する。なお、データ制御伝送装置３の受信回路と前記データ伝送装置２の受信回路１０とは同一構成であるため、データ伝送制御装置３の受信回路のみを説明する。なお、データ伝送制御装置３の受信回路は、データ伝送装置２から４−ＤＰＳＫ変調で送信された超音波信号を４−ＤＰＳＫ復調によりデータを復元するものである。
【００２８】
図４に示すように、超音波送受波器９で受信した信号はＡＧＣアンプ１０ａに入力され、前記ＡＧＣアンプ１０ａにより一定の振幅レベルの信号が出力される。前記ＡＧＣアンプ１０ａの出力信号は、絶対値整流回路１０ｂ及び波形整形回路１０ｃにそれぞれ入力される。前記絶対値整流回路１０ｂは、入力された信号を全波整流して正の絶対値の信号に変換する。前記絶対値整流回路１０ｂより出力された信号は第３比較器１０ｆに入力される。前記第３比較器１０ｆは、前記絶対値整流回路１０ｂより入力された信号を第１基準電源１０ｕの基準電圧と比較する。
【００２９】
前記第１基準電源１０ｕは、入力信号に含まれる雑音を除去するための基準電圧を出力する。
【００３０】
前記第３比較器１０ｆは、前記絶対値整流回路１０ｂより入力される信号の電圧が前記第１基準電源１０ｕの基準電圧以上のとき、デジタル値の“１”を出力し、前記１基準電源１０ｕの基準電圧未満のときはデジタル値の“０”を出力する。前記第３比較器１０ｆの出力信号は、送受信制御回路１１（図２に図示）内のデータ識別部１１ａに入力され、図３に示す前記事前信号及び各フレームの基準位相シンボルの検出に用いられる。
【００３１】
また、前記ＡＧＣアンプ１０ａからの出力信号は波形整形回路１０ｃに入力され、前記波形整形回路１０ｃは、ＡＧＣアンプ１０ａからの出力信号を波形整形し、この波形整形された信号を第１比較器１０ｄ及び移相回路１０ｍにそれぞれ入力する。
【００３２】
前記第１比較器１０ｄは、前記波形整形回路１０ｃの出力信号と第２基準電源１０ｖからの基準電圧とを比較し、前記波形整形回路１０ｃより入力された信号の電圧が前記第２基準電源１０ｖの基準電圧以上のとき、デジタル値の“１”を出力し、前記第２基準電源１０ｖの基準電圧未満のときはデジタル値の“０”を出力する。
【００３３】
なお、前記第２基準電源１０ｖは、前記第１比較器１０ｄと第２比較器１０ｅに入力される信号をデジタル値の“１”又は“０”に変換するための基準電圧が設定されている。
【００３４】
前記移相回路１０ｍは、波形整形回路１０ｃからの信号の位相を９０゜シフトして、第２比較器１０ｅに入力する。前記第２比較器１０ｅは、前記移相回路１０ｍからの出力信号と前記第２基準電源１０ｖからの基準電圧と比較し、前記移相回路１０ｍから入力された信号の電圧が前記第２基準電源１０ｖの基準電圧以上のときデジタル値の“１”を出力し、前記第２基準電源１０ｖの基準電圧未満のときはデジタル値の“０”を出力する。
【００３５】
前記第１比較器１０ｄでデジタル変換された信号は、遅延回路１０ｎに入力されて、１シンボル分のデータが遅延される。前記遅延回路１０ｎは、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ  Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）メモリ１５で構成されており、ＦＩＦＯメモリはデータを入力した順にデータを取り出せるように成っている。前記遅延回路１０ｎは、１シンボル分の信号を遅延後、遅延した１シンボル分の信号を第１論理回路１０ｐに入力する。前記第１論理回路１０ｐは、排他的論理和（Ｅｘｃｌｕｓｉｖｅ  ＯＲ）回路で構成されており、前記第１比較器１０ｄからの出力信号と前記遅延回路１０ｎからの出力信号との排他的論理和を演算し、第１ＬＰＦ（Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）１０ｓに出力する。
【００３６】
また、第２論理回路１０ｑは、前記遅延回路１０ｎと前記第２比較器１０ｅから入力される信号を前記第１論理回路１０ｐと同様に排他的論理和の演算を行い、第２ＬＰＦ１０ｔに出力する。
【００３７】
前記第１ＬＰＦ１０ｓ及び第２ＬＰＦ１０ｔは、入力信号の低周波のみを通過するように構成されており、前記第１論理回路１０ｐ及び第２論理回路１０ｑからの信号を平準化して次段に出力する。
【００３８】
以上説明した前記第１論理回路１０ｐ及び第２論理回路１０ｑは、第１比較器１０ｄ及び第２比較器１０ｅから出力される信号（この信号を現信号と称す）と、前記遅延回路１０ｎから出力される１シンボル分遅延された信号（この信号を遅延信号と称す）との排他的論理和の演算を行い、現信号と遅延信号との変化量を検出するものである。
【００３９】
図７は、前記遅延回路１０ｎから出力される遅延信号に対し、現信号と遅延信号との位相差による論理回路の出力及びＬＰＦの出力波形を示す図である。
【００４０】
図７（ａ）は、現信号と遅延信号とが同相のときの論理回路の出力及びＬＰＦの出力電圧波形を示す。現信号と遅延信号とが同相のときは、ＬＰＦの出力電圧は０（Ｖ）である
図７（ｂ）は、現信号と遅延信号との位相差が９０゜又は２７０゜のときの論理回路の出力及びＬＰＦの出力電圧波形を示す。現信号と遅延信号との位相差が９０゜又は２７０゜ときは、ＬＰＦの出力電圧は２．５（Ｖ）である。
【００４１】
図７（ｃ）は、現信号と遅延信号との位相差が１８０゜のときの論理回路の出力及びＬＰＦの出力電圧波形を示す。現信号と遅延信号との位相差が１８０゜のときは、ＬＰＦの出力電圧は５（Ｖ）である。
【００４２】
そして、平滑回路としての第１ＬＰＦ１０ｓを通った信号は、図４に示す第４比較器１０ｇ及び第５比較器１０ｈにそれぞれ入力される。
【００４３】
また、平滑回路としての第２ＬＰＦ１０ｔを通った後の信号は、図４に示す第６比較器１０ｊ及び第７比較器１０ｋにそれぞれ入力される。
【００４４】
前記第１ＬＰＦ１０ｓ及び前記第２ＬＰＦ１０ｔで平準化された出力電圧は、前述したように、現信号と遅延信号との位相差により０（Ｖ）、２．５（Ｖ）、５（Ｖ）のいずれかの電圧が出力される。
【００４５】
以下に、図４に示した第４比較器１０ｇ、第５比較器１０ｈ、第６比較器１０ｊ及び第７比較器１０ｋの動作について説明する。
【００４６】
前記第４比較器１０ｇは、前記第１ＬＰＦ１０ｓより入力された信号と第３基準電源１０ｗとの基準電圧との比較を行う。前記第３基準電源１０ｗは、基準電圧として１．２（Ｖ）が出力されるよう設定されている。前記第４比較器１０ｇは、入力された信号の電圧が前記第３基準電源１０ｗの基準電圧以上のときデジタル値の“１”を出力し、前記第３基準電源１０ｗの基準電圧未満のときはデジタル値の“０”を前記データ識別部１１ａに出力する。
【００４７】
前記第５比較器１０ｈは、前記第１ＬＰＦ１０ｓより入力された信号と第４基準電源１０ｘの基準電圧との比較を行う。前記第４基準電源１０ｘは、基準電圧として３．６（Ｖ）が出力されるよう設定されている。
【００４８】
前記第５比較器１０ｈは、入力された信号の電圧が第４基準電源１０ｘの基準電圧以上のときデジタル値の“１”を出力し、前記４基準電源１０ｘの基準電圧未満のときはデジタル値の“０”を前記データ識別部１１へ出力する。
【００４９】
また、 前記第６比較器１０ｊは、前記第２ＬＰＦ１０ｔより入力された信号と第３基準電源１０ｗとの基準電圧との比較を行い、前記第７比較器１０ｋは、前記第２ＬＰＦ１０ｔより入力された信号と第４基準電源１０ｘとの基準電圧との比較を行う。
【００５０】
第４比較器１０ｇから第７比較器１０ｋまでの各出力信号は、送受信制御回路１１のデータ識別部１１ａに入力され、前記超音波送受波器９で受信した信号を２ビットのデータ情報に復調する。
【００５１】
以下に、受信回路１０の受信信号のサンプリングに関して、図５を用いて説明する。
【００５２】
先ず、超音波信号の送信開始時の事前信号を受信回路１０の受信部のＡＧＣアンプ１０ａを安定させる。なお、ＡＧＣアンプ１０ａが安定に要する時間（時定数）は、約１０ミリ秒である。実施例では事前信号として約１０ミリ秒の無変調連続波を送信し、ＡＧＣアンプ１０ａの安定化を図っている。
【００５３】
また、超音波信号の送信休止期間の時間は約１００マイクロ秒に設定しており、約１００マイクロ秒の送信休止時間はＡＧＣアンプ１０ａの時定数以下であるため、ＡＧＣアンプ１０ａは事前信号受信時の利得（ゲイン）を保持している。
【００５４】
図５の（ａ）は、基準位相シンボル及び８個のデータシンボルから成るフレームを示す。
【００５５】
図５（ｂ）は、図５（ａ）のフレームが絶対値整流回路１０ｂより第３比較器１０ｆに入力され、第３比較器１０ｆから出力される信号を示す図である。データ識別部１１ａは、第３比較器１０ｆからの出力信号が“１”から“０”に変化したとき（図５（ｂ）に示す▲１▼）、フレームの基準位相シンボルの先頭が入力されたと判断する。この第３比較器１０ｆからの出力信号の役割は、初めの“１”から“０”部分の変化に応じてフレームの先頭を認識するためのものであり、フレームの基準位相シンボルの認識後は内部のクロックを予め設定した時間分だけカウントすることによりフレームの終了を算出している。
【００５６】
図５（ｃ）に示す斜線部▲２▼は、第４比較器１０ｇから第７比較器１０ｋまでの各比較器からデータ識別部１１ａに安定した信号を出力する安定時間の範囲を示す。
【００５７】
図５（ｄ）は、図５（ｃ）に示す第４比較器１０ｇから第７比較器１０ｋからの出力信号をサンプリングするためのクロックを示す。前記クロックは、図５（ｂ）に示す▲１▼の時点よりＴ１時間後に最初のクロックが出力され、次にＴ２時間の時間間隔でフレーム中の最後のデータシンボルのデータのサンプリングが終了するまで出力される。なお、前記サンプリングは、データ識別部１１ａにより行われ、サンプリングされたデータを 図５（ｅ）に示す。 図５（ｅ）に示すデータはデータ識別部１１ａのデーコード回路により２ビットのデータに復調される。
【００５８】
しかして、船でのデータ受信中に、データ伝送装置２の超音波送受信器９とデータ伝送制御装置３の超音波送受信器９との相対距離が船の動揺などにより変化することがある。データ伝送装置２の超音波送受信器９とデータ伝送制御装置３の超音波送受信器９との相対距離が変化することにより、受信した周波数が高くなったり、低くなったりするドップラーシフトが発生する。
【００５９】
以下に、ドップラーシフトの影響を受けずに超音波信号を正常に受信できるフレームのデータシンボル数について説明する。
【００６０】
例えば、データ伝送装置２の超音波送受信器９とデータ伝送制御装置３の超音波送受信器９との相対速度を４５ｍ／秒とすると、ドップラーシフト量は３％となる。但し、海中の信号伝搬速度は約１５００ｍ／秒とする。
【００６１】
３％のドップラーシフトにより、超音波信号の発振周波数が１００ｋＨｚのときは、受信周波数が９７ｋＨｚから１０３ｋＨｚまで変化する。
【００６２】
受信周波数が変化することにより、図５で示したフレームの時間幅（以下、フレーム長と称す）Ｔが長くなったり、短くなったりする。図５（ｄ）に示す時間間隔Ｔ１及びＴ２のクロックでサンプリングを行うには、フレームの最後のデータシンボルの出力が安定時間の範囲内（図５（ｃ）の▲２▼の斜線）に位置することが必要である。
【００６３】
ドップラーシフト量が０％のときのフレーム長Ｔは、
（Ｎ＋１）×Ｆ  ・・・（１）
で示される。但し、基準位相シンボル長及び各データシンボル長をＦとする。本実施例でのＦは、６０マイクロ秒（μｓｅｃ）である。また、Ｎはデータシンボルの数を示す。なお、１は基準位相シンボル長を加算するためのものである。
【００６４】
また、ドップラーシフト量がε％のときのフレーム長Ｔは、
（Ｎ＋１）×Ｆ×（１＋ε／１００）・・・（２）
で示される。
【００６５】
図５（ｃ）に示すフレームのデータシンボルの出力信号の安定時間をＳμｓｅｃとすると、（２）式及び（１）式より
｜（２）−（１）｜≦Ｓ／２・・・（３）
の関係式が得られる。
【００６６】
ドップラーシフト量がε％のとき、データシンボルの数（Ｎ）又はデータシンボル長（Ｆ）の少なくとも何れかを設定することにより（３）式を満足することができる。しかして、データシンボルの数（Ｎ）又はデータシンボル長（Ｆ）は、データ伝送時の海況、すなわち通信環境に応じてデータシンボルの数（Ｎ）、データシンボル長（Ｆ）の何れか一方又は双方を変化させることが可能になっている。換言すると、図１に示す観測機器１等が海洋に設置される前であればデータシンボルの数（Ｎ）又はデータシンボル長（Ｆ）は自由に変更して設定が可能であるが、観測機器１等が海洋に設置された後は通信環境に応じて観測機器１等が海洋に設置される前に設定されたデータシンボルの数（Ｎ）又はデータシンボル長（Ｆ）の何れか一方又は双方を適宜変化させることが可能になっている。
【００６７】
例えば、データシンボルの出力信号の安定時間をＳを３５μｓｅｃ、ドップラーシフト量を３％、基準位相シンボル長及び各データシンボル長（Ｆ）を６０マイクロ秒とすると、データシンボルの数（Ｎ）は、８となる。また、海上に波もなく船の位置が安定しているときのドップラーシフト量を１％とするとＮは２８となり、１フレーム中に２８個のデータシンボルを受信することが可能である。なお、最大ドップラーシフトの数値より前もってデータシンボルの数を固定して、常時、同一データシンボル数で伝送を行う方式でも良い。
【００６８】
また、データシンボルの数（Ｎ）を固定して、ドップラーシフト量に対して、（３）式よりデータシンボル長（Ｆ）を可変することも可能である。
【００６９】
以下に、データ伝送中の通信状態の検知方法について図９を参照して説明する。
【００７０】
図９（ａ）は、絶対値整流回路１０ｂから出力されるフレーム及び送信休止期間の各信号の波形を示す図である。図９（ａ）に示すように、絶対値整流回路１０ｂからの出力波形は、正の絶対値電圧が出力される。図９（ｂ）は第３比較器１０ｆからの出力される信号の波形を示す図である。図９（ｂ）の第３比較器１０ｆからの出力信号が“１”から“０”に変化したときからｔ３後に図９（ｃ）に示すサンプリングパルスを“ＯＮ”にして絶対値整流回路１０ｂからの送信休止期間の出力電圧値を読み取って記憶する。このときの出力電圧値をＶ２とする。電圧値（Ｖ２）は、信号成分を含まない海中での雑音、マルチパスによる雑音など全ての雑音の大きさを示している。
【００７１】
前記マルチパス伝播波の内、通信障害に最も影響の大きい海面と海底を夫々１回ずつ反射してデータ伝送制御装置３に受信される伝播波と直接到達波との到達時間差は、
ｔ＝ｎ×Ｈ／水中音速
で表すことができる。
ｔ：時間、ｎ：２倍を越えるもの（ｎ＝２は含まない）、Ｈ：海底から海面までの距離である。
【００７２】
一般に、浅海域におけるマルチパス通信障害は、海面と海底を夫々１回ずつ反射して到達した伝播波が本来の直接到達波に重畳したときに発生する。すなわち、ｎが２を越える場合の到達時間差よりも送信休止期間が長い場合にはマルチパスが入り込んでこないので通信障害は発生しにくい。しかし、例えば、水深２０ｍのときには約２７ｍｓｅｃになり、このような長さの送信休止期間を設けると、データ伝送速度が低下してデータ伝送速度の高速化を図ることができない。
逆に、ｎが２以下の場合の到達時間差よりも送信休止期間が短い場合にはマルチパスが重畳されるので通信障害が発生しやすくなる。
【００７３】
しかして、本発明によるデータ伝送システムでは、送信休止期間が海底から海面までの距離の２倍以下の伝播時間よりも短い場合であっても、ＡＧＣアンプの安定に要する時間が前記送信休止期間に比べて長い時定数を有しているのでデータ伝送速度を低速化させることなく高速で行うことができ、しかもデータ伝送中の通信品質を確認しながら伝送することができるようになっている。
【００７４】
前記ＡＧＣアンプ１０ａが安定に要する時間（安定化時間とも言う）（時定数）は、実施例では事前信号として無変調連続波を送信し、ＡＧＣアンプ１０ａの安定化を計っている。また、超音波信号の送信休止期間の送信休止時間はＡＧＣアンプ１０ａの時定数以下であるため、ＡＧＣアンプ１０ａは事前信号受信時の利得（ゲイン）を保持している。すなわち、ＡＧＣアンプ１０ａは、送信休止期間に比べて受信ゲインをほぼ一定とみなすことができる十分長い時定数を有している。
【００７５】
また、フレームの基準位相シンボル及びデータシンボルでの絶対値整流回路１０ｂから出力される電圧値は、ＡＧＣアンプ１０ａにより一定の電圧値に制御されている。このときの一定の電圧値をＶ１とし、前もってメモリに記憶しておく。送受信制御回路１１のマイクロコンピュータによりフレームの電圧値（Ｖ１）及び送信休止期間の出力電圧値（Ｖ２）より（Ｖ１／Ｖ２）の演算を行い、演算結果を信号と雑音の比（ＳＮ比）として送受信制御回路１１の表示部３０へ出力する。その結果、オペレータは前記ＳＮ比を監視することによって通信品質を確認することができる。
【００７６】
次に、データ伝送装置２における動作モードについて説明する。データ伝送装置２の動作モードは、スリープモード、観測器データ収集モード、受信待機モードの３モードである。
【００７７】
前記スリープモードとは、時間を管理する時計回路及び時計回路周辺の回路のみに電源を供給するモードである。前記スリープモードは、時計回路及び時計回路周辺の回路のみに電源を供給するため、データ伝送装置２の消費電力が少なく省電力化が計られる。
【００７８】
観測器データ収集モードとは、定時に、観測機器１で測定されたデータを通信により収集し、メモリ１５に記憶するものである。観測器データ収集モードでは、観測器インターフェース回路（図示せず）、送受信制御回路１１、メモリ１５など観測器のデータ収集に必要な回路のみ電源が供給される。
【００７９】
受信待機モードとは、海上のデータ伝送制御装置３からの電源の起動信号を常時受信できるよう待機するモードである。電源は、起動信号受信回路１２に供給される。
【００８０】
データ伝送装置２の各動作モードの切り替えは、時間を管理する時計回路の時間によって行われる。すなわち、前記時計回路の時間が前もって設定された時刻に達したとき、各モードの信号を発生し、各動作モードに応じた電源を供給するよう制御する。
【００８１】
以下に、各動作モードでの電源の制御について、図８を使用して説明する。
【００８２】
図８は、データ伝送装置３の電源の制御を行う電源制御部のブロック図を示す図である。
【００８３】
図８に示すように、電源部２２は、第１通電回路２３、第２通電回路２４及び第３通電回路２５に電源を供給する。各通電回路は、入力信号により電源部の電源の出力又は遮断を行う。
【００８４】
時間を管理する時計回路２０の時間は、動作モード制御回路２１に出力される。前記動作モード制御回路２１は、前記時計回路２０より出力される時刻と、前もって設定されている各動作モードの動作開始時間と終了時間とを比較し、前記時計回路２０より出力さる時刻が動作開始時間に達したとき、通電回路に“ＯＮ”（通電信号）の信号を出力する。また、時計回路２０より出力された時刻が終了時間に達したときは、通電回路に“ＯＦＦ”（遮断信号）の信号を出力する。前記通電回路は、前記動作モード制御回路２１からの信号が“ＯＮ”のとき、所要の電源を各回路に通電し、前記動作モード制御回路２１からの信号が“ＯＦＦ”のとき、供給している電源を遮断する。
【００８５】
観測器データ収集モードの動作時間が、例えば、前記動作モード制御回路２１で時間２３時から２４時までと設定されているときには、時計回路２０の時刻が２３時に達したとき、前記動作モード制御回路２１は、第１通電回路２３に通電信号（図８に示す▲１▼）を出力し、前記第１通電回路２３は、観測器インターフェース回路（図示せず）、送受信制御回路１１、メモリ１５など観測器のデータ収集に必要な回路に主電源を供給し、送受信制御回路１１は、観測機器１と通信してデータを収集する。
【００８６】
また、受信待機モードの時間が６時から１８時までと設定されているときには、前記動作モード制御回路２１は、所定の時刻で第２通電回路２４に通電信号（図８に示す▲２▼）を出力し、前記第２通電回路２４は起動信号受信回路に電源を供給する。海中のデータ伝送装置２が、指令動作のみを受け付ける受信待機モードで動作中、海上のデータ伝送制御装置３より電源起動信号を受信すると、データ伝送装置２は電源の起動を行い、送受信制御回路１１のマイクロコンピュータが動作し、データ伝送装置の受信動作が可能となる。
【００８７】
以下に、データ伝送装置２の電源起動信号を受信後の動作状態を図６に示す。
【００８８】
図５及び図６に示すように、海上より送信された電源起動信号がデータ伝送装置２の送受信部の起動信号受信回路１２で受信されると、通電信号（図８の▲３▼）を第３通電回路２５に出力する。第３通電回路２５は、データ伝送装置２の主電源で受信回路１０、送受信制御回路１１のマイクロコンピュータなどに電源を供給し、データ伝送装置２の全機能を使用可能にする。図６（ａ）に示す時間ｔ１後に、海上のデータ伝送制御装置３より識別コードが送信され、データ伝送装置２の受信回路１０で受信し送信制御回路１１に入力する。なお、図６（ａ）に示す時間ｔ１は、データ伝送装置２の主電源起動後のマイクロコンピュータの初期立ち上がりに要する時間である。
【００８９】
前記データ伝送装置２の送受信制御回路１１のマイクロコンピュータは、受信した識別コードと自己の識別コードとの照合を行い、照合した結果、受信した識別コードと自己の識別コードが一致したときには、順次送られてくる指令に基づいて動作する。そして、メモリ１５に記憶していたデータを超音波送受波器９より海上へ送信する。
【００９０】
しかしながら、受信した識別コードと自己の識別コードが不一致のときには、送受信制御回路１１のマイクロコンピュータは図６（ｂ）に示すｔ２の時間で第３通電回路２５に遮断信号を送り電源を遮断する。電源の遮断により前記データ伝送装置２は、海上からの起動信号のみを受信する受信待機モードに切り替わる。
【００９１】
以上説明したように、時間により動作モードを切り替え、動作モードに応じた電源を供給することにより、無駄な電力消費を防ぐことができ、長期間海中で使用可能となる。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、受信側（回収船）の揺れ、移動などにより発生するドップラシフト量からデータ伝送中のフレームのデータシンボル数を決定することにより安定したデータ伝送が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による海洋計測信号伝送システムを示す構成図である。
【図２】データ伝送装置の送受信部を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は超音波信号の構成を示す図、（ｂ）は、（ａ）に示したフレームの詳細を示す図である。
【図４】データ伝送装置及びデータ伝送制御装置の受信回路を示すブロック図である。
【図５】受信データのサンプリングのタイミングを示す図であり、（ａ）はフレーム信号、（ｂ）は比較器から出力される信号、（ｃ）は比較器の出力信号の安定範囲、（ｄ）はサンプリングするクロック、（ｅ）はサンプリングされたデータを示す図である。
【図６】データ伝送装置の電源起動信号を受信後の動作状態を示す図である。
【図７】現信号と遅延信号との位相差による論理回路の出力及びＬＰＦの出力波形を示す図であり、（ａ）は、現信号と遅延信号との位相差が０゜のとき、（ｂ）は現信号と遅延信号との位相差が９０゜又は２７０゜のとき、（ｃ）は、現信号と遅延信号との位相差が１８０゜のときをそれぞれ示す図である。
【図８】データ伝送装置の電源制御部のブロック図を示す図である。
【図９】（ａ）は絶対値整流回路から出力されるフレーム及び送信休止期間の各信号の波形を示し、（ｂ）は第３比較器からの出力される信号の波形を示し、（ｃ）はサンプリングパルスのタイミングをそれぞれ示す図である。
【符号の説明】
１          観測機器
２          データ伝送装置
３          データ伝送制御装置
６          搬送波発生器
７          位相変調回路
８          送信回路
９          超音波送受波器
１０        受信回路
１０ａ      ＡＧＣアンプ
１０ｂ      絶対値整流回路
１０ｃ      波形整形回路
１０ｄ      第１比較器
１０ｅ      第２比較器
１０ｆ      第３比較器
１０ｇ      第４比較器
１０ｈ      第５比較器
１０ｊ      第６比較器
１０ｋ      第７比較器
１０ｍ      移相回路
１０ｎ      遅延回路
１０ｐ      第１論理回路
１０ｑ      第２論理回路
１０ｓ      第１ＬＰＦ
１０ｔ      第２ＬＰＦ
１０ｕ      第１基準電源
１０ｖ      第２基準電源
１０ｗ      第３基準電源
１０ｘ      第４基準電源
１１        送受信制御回路
１１ａ      データ識別部
１２        起動信号受信回路
１５        メモリ
２０        時計回路
２１        動作モード制御回路
２２        電源部
２３        第１通電回路
２４        第２通電回路
２５        第３通電回路
３０        表示部
【図１】
0004090656.tif 000002
【図２】
0004090656.tif 000003
【図３】
0004090656.tif 000004
【図４】
0004090656.tif 000005
【図５】
0004090656.tif 000006
【図６】
0004090656.tif 000007
【図７】
0004090656.tif 000008
【図８】
0004090656.tif 000009
【図９】
0004090656.tif 000010