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公開番号2023072457
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-05-24
出願番号2021185030
出願日2021-11-12
発明の名称移動体の音波誘導装置
出願人個人
代理人
主分類G01S 3/809 20060101AFI20230517BHJP(測定;試験)
要約【課題】近年、ドローンなどの活用、船舶など運行の輻輳化に伴い、これら移動体運航の自動化、または、自動化支援による効率化と安全性の確保が重要課題となっている。
【解決手段】移動体の左右に配置した2台の受波器で、音響標識からの低周波音波を受信して、左右音波信号の同相方位の音源方位、距離を検出して、音源方位を確定するもので、移音波標識による誘導航路設定で、動体を正確安全に運航できる。
更に、各船舶及び障害物地点に規定の音波を発信する音波標識を設定することで、濃霧時、砂嵐時にも運行航路周辺の船舶障害物を走査表示できる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
移動体からの電波パルスに対し、音波パルスで応答する音波標識の方位距離を検出する移動体のシステムに関し、音波標識から低周波で周波数変調した高周波の音波パルスを発信し、移動体は回転軸を支柱として左右に取り付けた2台の受波器でそれぞれ受信増幅後に、左右高周波パルスを高周波フィルターにより取り出し、高周波パルスの立ち上がり点を、デジタルパルス化入力として、着信順序回路により、先着パルス波を検出して、その方位に左右の受波器に取り付けた支柱を旋回して、左右の受波器出力が同着となる方位を検出して概略方位を得る。この状態で、復調器と低周波フィルターで取り出した低周波信号を、AD変換し、左右信号の積を取って低周波信号の半波長ないし数周波長以上を加算する積和移動移平均出力を作る。更に比較基準とする一方の受信出力ついて、片方のAD変換出力を共用し２乗波を作り、同じ波長分の２乗波加算移動平均出力を作る。このうち左右積和移動平均出力は、左右の受波低周波信号が同一波形で、同相の時に最大となり、左右受波器と音源位置を結ぶ線が２等辺三角形となり、左右受波器中心の直交線方位が音源方位となる。この時、左右受信信号の積和移動平均出力と２乗波加算移動平均出力は理想状態では等しくなるが、雑音により低下する。従って、積和移動平均出力は、２乗波加算移動平均出力よりやや低い最大値出力方位を検出保持することで、２台の受波器が正面に正確に音源方位を保持する処理方式。
続きを表示（約 560 文字）【請求項２】
移動体からの電波パルスに対し、2台の音波標識から、搬送高周波内で位相を合わせた低周波音波信号で高周波音波を周波数変調し、高周波音波パルスとして誘導運航航路を中央に挟んだ２台の送波器から同時に発信する。この音波を移動体に設置した２台の受波器で受信して、その左右受波器の高周波パルスを高周波フィルターによって取りだし、それぞれ高周波パルスの立ち上がり点をデジタルパルス化し、着信順序回路によって、左右の受波器を旋回して、方位の変更調整と、移動体の移動による音波受信地点の変更で、左右パルスの同着地点と運行方位を検出する。次に受信時に左右受波器の複合加算された低周波信号を復調器と低周波フィルターにより取り出し、これをAD変換し、低周波の半波長ないし数波長以上のサンプル値を左右信号で乗算し、積和移動平均出力を算出する。次に左右デジタル化出力の一方の、ＡＤ変換出力を共用し、前と同様の波長分について2乗波を作り、この2乗波加算移動平均出力を算出し、この値に対し積和移動平均出力が最も近接する最大値を左右受波器の旋回により検出する。この状態で左右受信信号は混合状態で同一同相の波形となっており、２台の受波器方位は左右送波器の中間線方位となり、これを移動体の誘導運行方位として保持する移動体の誘導運航方式。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
音波利用による船舶、ドローンなどの移動体の誘導路の設定、及び、霧中での誘導運行、障害物標識としての検出利用技術で、本特許は、特願2020-202790に追加拡張するものである。
続きを表示（約 4,300 文字）【背景技術】
【０００２】
濃霧時における船舶の海上航路、入港時、及び砂嵐などレーダ機能の低減する海域運行時、音波利用による近傍運航の移動体、又は障害物との接触回避に対処するもので、主たる移動多からの呼び出し電波パルスにより、各船舶、音波標識から音響パルスで応答して、旋回支柱により受波器を旋回して周辺海域を走査し、表示し安全運行を図る。また、狭い海峡では航路を挟んで左右に設置した音波標識から低周波音波を発信し、両音波の同相干渉地点の検出により誘導航路とする処理方式である。この処理は海峡など対向航路では、送信低周波信号により高周波信号を変調し、搬送波として送信することで、それぞれ別の誘導運航路を設定できる。また、これらの誘導処理は、ドローンなどの運行誘導、着地処理に活用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特願2020-202790
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
（イ）視界が効かない濃霧時及び砂嵐などレーダ機能の低減する海域での近傍に存在する障害物、船舶の方位距離の表示が必要
（ロ）現在ドローンなどの誘導運航を可能とする技術として、GPSが有力であるが、特定の地点に対応した航路、目標地点のへの移動体の厳密な誘導路設定には、航路設定の情報入力に高度の知識が必要となる。
（ハ）輻輳する移動体の安全運航のため、特定の地域では移動体の誘導運航航路の厳密な設定が必要。
（ニ）ドローンなどの着陸操作は、高度の技術が必要な上、所定の場所で自由移動して設定できることが必要。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
移動体からの電波パルスに対し、音波パルスで応答する音波標識の方位距離を検出する移動体のシステムに関し、音波標識から低周波波で周波数変調した高周波の音波パルスを発信し、移動体は回転軸を支柱として左右に取り付けた2台の受波器でそれぞれ受信増幅後に、左右高周波パルスを高周波フィルターにより取り出し、高周波パルスの立ち上がり点を、デジタルパルス化入力として、着信順序回路により、先着パルス波を検出して、その方位に左右の受波器に取り付けた支柱を旋回して、左右の受波器出力が同着となる方位を検出して概略方位を得る。この状態で、復調器と低周波フィルターで取り出した低周波信号を、AD変換し、左右信号の積を取って低周波信号の半波長ないし数周波長以上を加算する積和移動移平均出力を作る。更に比較基準とする一方の受信出力ついて、片方のAD変換出力を共用し２乗波を作り、同じ波長分の２乗波加算移動平均出力を作る。このうち左右積和移動平均出力は、左右の受波低周波信号が同一波形で、同相の時に最大となり、左右受波器と音源位置を結ぶ線が２等辺三角形となり、左右受波器中心の直交線方位が音源方位となる。この時、左右受信信号の積和移動平均出力と２乗波加算移動平均出力は理想状態では等しくなるが、雑音により低下する。従って、積和移動平均出力は、２乗波加算移動平均出力よりやや低い最大値出力を検出保持することで、２台の受波器が正面に正確に音源方位を保持する処理方式。
この時点で、電波パルスの発信から音波パルスの受信時までの音波伝達時間より音源までの距離を計測する。
【０００６】
移動体からの電波パルスに対し、2台の音波標識から、搬送高周波内で位相を合わせた低周波音波信号で高周波音波を周波数変調し、高周波音波パルスとして誘導運航航路を中央に挟んだ２台の送波器から同時に発信する。この音波を移動体に設置した２台の受波器で受信して、その左右受波器の高周波パルスを高周波フィルターによって取りだし、それぞれ高周波パルスの立ち上がり点をデジタルパルス化し、着信順序回路によって、左右の受波器の旋回して方位変更の調整と、移動体の移動による音波受信地点の変更で、左右パルスの同着地点と運行方位を検出する。次に受信時に左右受波器の複合加算された低周波信号を復調器と低周波フィルターにより取り出し、これをAD変換し、低周波の半波長ないし数波長以上のサンプル値を左右信号で乗算し、積和移動平均出力を算出する。次に左右デジタル化出力の一方の、ＡＤ変換出力を共用し、前と同様の波長分について2乗波を作り、この2乗波加算移動平均出力を算出し、この値に対し積和移動平均出力が最も近接する最大値を左右受波器の旋回により検出する。この状態で左右受信信号は混合状態で同一同相の波形となっており、２台の受波器方位は左右送波器の中間線方位となり、これを移動体の誘導運行方位として保持する移動体の誘導運航方式として、移動体の移動により進路を外した場合は、着信順序回路はリセットされ、移動体の進路方位が修正される帰還制御回路として構成する。
なお、このシステムは、音波標識の搬送波としての発信高周波の周波数変更により、輻輳航航路及び海峡など狭い航路路での対向誘導路などの複数航路設定が可能となる
【発明の効果】
【０００７】
(イ) 濃霧時に運行中の海上運航路及びその近傍の船舶を検出し表示すると共に、音波標識への電波コール信号により、自船の接近知らせることが出来る。
（ロ）電波コール信号の発信により、低周波音波を発信する音波標識を搭載した周辺運行船舶で、電波コール信号の発信から、音波信号の受信までの音波伝搬時間の計測により、離隔距離方位を検出来る。
（ハ）海峡等の船舶航路を中心として、左右に設置した音波標識から、同時同相の低周波信号を発信し、運航中の船舶に、厳密な誘導航路の提示ができる。
（ニ）ドローンなど小型の飛行体の広域にわたる無人誘導では、GPSなどによる誘導が有効とされるが、本発明は、目標地点での着陸誘導など、高度の設定制御は必要なく、GPSを補完する詳細位置制御により自動着地制御が出来る。
(ホ) 航路に沿って搬送周波数を変えた、複数の対の音響標識対の設定により狭い海峡の対航船舶などに対し、効果的な複数の誘導航路の設定支援ができる。
（へ）低周波音波を高周波音波で周波数変調することで、不要雑音の排除及び、搬送波が飽和する点までの利用による、ダイナミックレンジの拡大が出来る。
(ト) 港湾などの入港船舶に対し音響標識による誘導航路の提示で、細かな入港支援ができる。
(チ）ドローンなど着地用音波標識として、小型軽量で、着持ち運び移動が容易な着地標識として利用ができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
音波による方位検出と誘導航路の設定
【発明を実施するための形態】
【０００９】
音波による目標方位検出と誘導路設定
図１の左右受信処理CHでは、左右受波器1、２で受信した音波信号を増幅器２，１２で増幅し、復調器３，１３と低域パスフィルター４，１４で低周波信号を取りだし、それぞれAD変換５．１５、でデジタル信号として、この両信号を左右信号乗算６で乗算し出力を積和移動平均７によって半波長以上の積和移動平均値7を作る。更にこの出力値の変動を抑えるため４出力の加算平均８による平均値を求めて、これを受信出力比較９を経由して、画像出力に送り、受信処理ＣＨ出力として方位表部で表示する。
一方基準値比較処理CHとして、受波器１１からAD変換１５までの受信処理CHと共用の出力を用いて、ＡＤ変換器１５のデジタル信号出力を2乗演算部17で２乗波とし、この2乗波について、受信処理CHと同一波長の２乗波加算移動平均１７出力を作り、４出力加算平均18による平均値処理の出力を、比較基準処理出力として受信出力比較９に送り、ここでは比較基準波処理ＣＨと受信処理ＣＨ出力の差を取って、その差が規定値以上の場合は、受信セット信号を着信順序回路２３に送る。
着信順序回路２３は受波器１，１１の左右出力を増幅器２，１２で増幅後、高域パスフィルタ２１で受信信号の高周波パルスを取りだし、これらのパルスの立上がり点でデジタルパルス化２２により、デジタルパルス化して着信順序回路２３に送出する。着信順序回２３はRSフリップフロップで構成され、左右受波器のデジタルパルスを、R、S入力に接続してする。ＲＳ入力は先着パルスによりQ又はＱバ－を１，０にセットする。
着信順序回路２３は、先着パルス方位信号を受信方位旋回路２４に送り、その出力は旋回方位信号として、受波器旋回制御２５で受波器の左右旋回により方位修正し、受信処理出力が規定差以上となった時点で、受信出力比較９からのリセットパルを発信し次の方位ズレに備える。更に旋回方位信号は移動遺体操舵部２０に送出され、左右受波器を船首方位に固定しての自動操舵、又は手動操作の参考とできる。
尚、先行パルスによりＲが１にセットされ出力Ｑが１の場合は、Ｓの入力の点に設けたゲート回路で遅れ入力を遮断じて、左右受波器旋回制御２５の受波器旋回時間を保持し、受波器方位を旋回する。受信出力比較回路９は受信音源方位へ左右受波器の旋回終了時にフリップフロップ回路のリセットパルスを発信し、初期状態に戻し次の方位変化に対応する。。
【符号の説明】
【００１０】
1 受波器
2 増幅器
3 復調器
4 帯域フィルタ
5 A/D変換器
6 左右信号乗算
7 積和移動平均
8 4出力加算平均
9 受信出力比較
10 方位表示部
11 受波器
12増幅器
13復調器
14低域パスフィルタ
15 A/D変換器
16 ２乗演算部
17 ２乗波移動平均
18 ４出力加算平均
19 画像出力
20 移動体操舵制御部
21 高域パスフィルタ
2 2 デジタルパルス化
23 着信順序回路
2４受信方位左右旋回路
25 受波器旋回制御
26 電波による音源パルスコール

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