JPS602633B2 - 波高計測方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、航空機等の飛しよう体から海面等の波の波高
を測定する波高の計測方式に関するものである。

一般に海面等の波の波高を測定する場合、航空機等の飛
しよう体から光、電磁波、音波等の空間を有限速度で伝
播する波動や粒子を韓射し「それらが反射して帰ってく
る時間より波までの距離（高度）を測定し、つの距離（
葛度）の変動分として波高を測定することが行なわれて
いる。

第１図は、その１例と示したもので、航空機等の飛しよ
う体１に搭載された送信器２から光、鰭磁波、音波等の
波動または粒子等の媒体５を海面の波７に向けて鱗射し
、その波７から反射された媒体６を受信器３により受信
し、送信から受信に至るまでに要した時間より高度を測
定するとともに、その変動分を波７の波高に充てるよう
にしている。これを更に詳細に説明すれば、海面の反射
点２５までの距離（高度）をｈ、媒体の速度をｕ、送信
から受信するまでの時間をｔとすると、距離ｈは【１１
式で示される値となる。ｈ＝学・・・…ｍ しかし、飛しよう体１を一定高度で飛しようさせ、次々
と波動や粒子の測定媒体を鰭射送受信して高度を記録器
４に記録表示しながら測定すると、海面等の波の高低に
よりその測定度は波の高低分だけ変化されるからである
。

この様子は第３図に示されている。この第３図は、時間
に対して変化する高度を記録したものである。海面が全
く水平面であると仮定した場合の水平面高度８（実際に
はこれが基準面、即ち、高度ゼロと通常考えられている
。）に対し、実際の波９の波高ａは時々刻々様々に変化
するものであることが判る。ここで、飛しよう体１が一
定高度で水平飛行しながら高度を測定した場合、区間１
０に示されるように水平面高度８を中心とした波形が得
られる。つまり、波９の振動の中心値は、飛しよう体１
からの水平面までの距離ｈとなり、波９の測定結果から
高度距離ｈを直流分として引いてしまえば波９による振
動だけが得られ、波高ａを得ることができる。しかし、
測定器を搭載した飛しよう体１が常に一定高度で且つ一
定姿勢を保持して飛行することは困難なことである。

例えば、第２図に示すごとく、飛しよう体１が点線表示
のごとく角度Ｑだけバンク（ローリング）すると、海面
までの距離はｈからｈ＋△ｈと長くなることは明らかで
ある。但し、△ｈは（２｝式で示される値である。△ｈ
＝ｈ．士３塁隻…“【２，ＣＯＳＱ このように飛しよう体１がバンクすると、波高の測定も
区間１１で示されるごとくｈよりも△ｈのみ高い高度１
２を中心とした波形となる。

更にまた飛しよう体１には一般に気圧の変化、風等によ
る上下動がある。もしも上下動があるとすれば、真の高
度ｈそのものが変化することとにもなる。しかし、この
ような変化が波の観測周波数に比べ十分低い場合は直流
分としてこれらを引くことができるが、低速の飛しよう
体で長波長の波を測定する場合等、飛しよう体の動揺に
よる変動と波による振動の周波数が接近している場合に
はその周波数による区分が困難である。

従ってこのような場合、通常飛しよう体の動揺のうちロ
ールピッチ等鍬まわりの運動はジャィロを用い、また上
下動等の平行移動運動は加速度計を用いて検出し、高度
の観測結果にこれらの機体運動による補正を加える手段
が礎じられる。第４図は、その補正を加えるようにした
波高計の受信部における一例のブロック図を示したもの
である。

一般にこの種の波高計における回路構成とその回路動作
は、高度測定装置１３からの時々刻々の高度は、補正回
路１４においてジャィロ１５からのロールピッチ信号と
上下加速度計１６からの二重積分器１７を介する上下動
変位信号とに補正され、前述した高度ｈに相当する直流
分が減算された後に記録器４では振動成分である交流分
のみが記録・表示され、この記録・表示より波に関する
波高ａなどの情報を知るようにしたものである。しかし
、このように従来の装置では、高精度のジャィロと上下
加速度計が要求され、更に二重積分器のドリフト初期設
定が困難等の問題があり、高価なものとならざるを得な
い。本発明は、ジャィロや加速度計、積分器を必要とせ
ずに比較的簡単に飛しよう体の運動による影響を除くよ
うにして波高を計測することを目的とするものである。

波の観測から得られる振動波の周波数成分と飛しよう体
の運動によるみかけ上の距離の変動分の周波数成分が非
常に離れている場合、両成分はフィルタ等により容易に
分離することができる。

従って本発明は、高度を測定する際に光、電磁波等の観
測媒体の送信ビームを高速で桶引ざせて波の観測を高速
に行ない「波から得られる振動波の周波数成分のうち、
高城のもののみ、高域通過形フィルタにより抽出して波
高の計測を行なうことを特徴とする。以下、本発明を第
５図から第７図により説明する。

第５図は、本発明を利用して飛しよう体１より波高を測
定している例である。

この図においては、飛しよう体１のピッチ方向の動揺は
非常に４・：さし・と仮定し、観測媒体５のビームを飛
しよう体１の前後方向に沿って掃引した場合を示してい
る。このようにビームを掃引した場合の海面上でのビー
ムの縞引幅をそとすると、このそが観測しようとする波
７の波長より長ければその波７の波長以下の波の波高を
検知することが可能である。

このビームの縞引を飛しよう体１の動揺よりはるかに高
速で行なえば、波７の情報をくり返し高速で取ることと
なり、波７による測定高度の変化分は高い周波数成分と
して得られる。第６図は、このようにして得られた高度
情報の一例を示し、波７の影響を含んだ高度情報９から
は、区間１０では水平面高度ｈを中心に高い周波数成分
の信号が得られ、また、区間１１では飛しよう体１の高
度変化が、ロールの変化があった場合を示している。区
間１１では、ゆるい変動の上に高い周波数成分が重畳さ
れた形となっている。このような波形から高周波分のみ
を抽出することは、高城通過形フィルタを用いれば容易
に行なうことができる。再び第５図に戻るが、図示のよ
うにビームを掃引し高度を測定した場合、ビームを振っ
たことによる距離の誤差が発生する。ここで、ビームを
垂直線から角度６だけ振ったときに得られる距離デ‐一
夕をＲとすると、水平面高度ｈとの間には潮式の関係が
成立する。ｈ＝ＲＣｏＳ８ 従って、正確に高度を測定するためには得られプヒ距離
からそのときのビームの振れ角により‘３｝式のごとき
補正計算を行なわなければならない。

しかも、この計算は角度８が変化して常時新しい距離が
得られるごとに行なわれる必要がある。しかし、角度８
は既知の値であるので、この計算はアナログ的にディジ
タル的にも容易に行なうことができるものである。以上
の説明では、ピッチ方向の動揺をないものと仮定して説
明したが、もしもピッチ方向の勤播がある場合はピッチ
の影響が無くなるよう安定化プラットホームで安定化を
図るか、または【３｝式の補正計算をピッチを含めて行
なう必要がある。

従って、このときはピッチングを検出するジヤィロが必
要である。ピッチを含めた補正計算は、‘３｝式の８の
代りに、８十８を代入すればよい、但し８はピッチ角で
ある。第７図は、ビームの高速掃引を行ない、波高を計
測するための本発明の実施例のブロック図を示したもの
である。

このブロック図では後述するようにピッチ方向の補正を
含めた場合が説明されているが、飛しよう体１によりビ
ームを振る方向の軸が安定であればこれは考慮される必
要はないものである。この第７図示の回路動作を説明す
ると、緑引信号発生器２０からの掃引信号により送信器
１９は、ある一定角度８内にてビームを海面に向け高速
に振らせる。

一方、受信器１８は海面から反射されてきた光、電磁波
等の媒体を受信し、この受信信号から海面上の波までの
距離Ｒが計算される。勿論、この距離Ｒは、まだ全々補
正されたものでないことは明らかである。しかして、距
離Ｒは、補正計算回路２２に入力され、ここで本来の垂
直高度となるように補正されるが、この補正はジャィロ
１５と掃引信号発生器２０とからの信号による。ジャィ
ロ１５は、糠引方向の飛しよう体の回転運動を検出し、
その回転検出力のま掃引信号８とともに加算器２１で加
算され、加算された信号８十８を以て補正計算回路２２
での補正量は加減されるようにするのである。この場合
、もしも飛しよう体の橋引方向の軸まわり運動が無視で
きるような場合、ジヤイロ１５、したがってまた加算器
２１を省くことができることは明らかである。補正計算
回路２２でこのような補正が行なわれると、垂直高度ｈ
が得られる。この垂直高度ｈの情報は、既に説明したよ
うに第６図々示のような波形である。このような波形か
ら高周波分のみを抽出するために、高域通過形フィル夕
２３を通される。このフィル夕２３を介する高用波分の
みが記録器２４で記録・表示されることにより、これよ
り海面の波高を知ることができる。以上の説明では送信
されるビームの方向は飛しよう体の進行方向に沿って振
られているが、これに限定されずにビームの掃引方向は
所定波長を受信し得る方向であればそれで十分である。

以上、詳細に説明したように、本発明は、飛しよう体か
らの鰭射ビームのその頚射方向を高速に変化させてある
幅に亘つて高速で波面を掃引し、波面から反射されたビ
ームにもとづいて得られた高周波成分を含む波高情報が
補正された後、高周波成分のみが抽出されることにより
目的とする波高情報のみを得るようにしたものである。

このようにして波高が記録表示されるようにすると、従
来必要とされていた上下加速度計、二重積分器等を省く
ことができ、場合によってはジャィロも省くことができ
る。本発明によれば、波高の計測が容易に、しかも安価
に行なわれることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図は、従釆の波高計測方式の説明
図、第４図は、従来の波高計測方式の受信に際して用い
られる受信部のブロック図、第５図、第６図は、本発明
の説明図、第７図は、本発明の実施例における送受信部
のブロック図である。 １・・・飛しよう体、２，１９・・・送信器、３，１８
・・・受信器、４，２４・・・記録器、７・・・波、１
５・・・ジヤィロ、２０・・・掃引信号発生器、２１・
・・加算器、２２・・・補正計算回路、２３・・・高城
通過形フィル夕。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 飛しよう体から海面までの高度を測定するに際し、
   飛しよう体から光、電磁波などの送信ビームのその輻射
   方向を高速に変化させてある一定幅に亘る波の面を掃引
   し、掃引された送信ビームの波面からの反射ビームを飛
   しよう体で受信して高い周波数成分の波高情報を得、飛
   しよう体自体の運動による低周波成分のみかけ上の高度
   変軸から高周波数成分の波高情報のみを抽出することに
   より、海面上での波の波高を計測することを特徴とする
   波海計測方式。