水平ドップラー流況分布測定装置の開発

DEVELOPMENT OF HORIZONTAL ACOUSTIC DOPPLER CURRNT PROFILER

中村常夫* 木村良一* 佐久間健* 佐藤敏** 川鍋元ニ***

日本無線（株）* 海上保安庁水路部** （財）日本水路協会***

Tsuneo Nakamura*, Ryouich Kimura*, Ken Sakuma** Satoshi Sato** Motoji kawanabe***

Japan Radio Co.,Ltd*, Hydrographic Department. Maritime safty Agency**, Japan Hydrographic Association***

KEYWORDS: Current profiler, Doppler effect, Narrow beam, Covariance method.

ABSTRACT

To ensure safty navigation for ship in narrow channel with a strong tidal current, it is very important to measure and/or predict accurate horizontal current distribution (direction and velocity of current).

The conventional instrument have been mounted on the vessel or installed at the sea bottom. Therefore the conventional one cannot measure real-time horizontal current distribution. The newley developed "Horizontal Acoustic Doppler Current Profiler" transmit sound burst into the water, using to the narrow beam transducer, that electronically scans over a ± 30° sector in a horizontal plan, and then the Doppler frequency shift of the water mass echo is measured as a function of time after transmission. Consequently the consecutive horizontal current distribution over a ± 30° sector and a 350m distance is measured. The fieled test in the Kanmon channel verified that the instrument had accurately measured horizontal tidal current distribution.

The present paper describes the overview of the instrument and the field test results.

1. はじめに

強い潮流が生じる狭水道等の流況（流向・流速）を、広範囲にわたってリアルタイムに測定出来ればその情報は船舶の安全航行にとって極めて有効である。

従来の測定装置は、船舶に搭載又は、海底に設置して測定する為、流況の水平分布をリアルタイムに測定する事が不可能であった。

今回、海中に極めて狭い音波ビームを水平に送波し、水中に浮遊しているプランクトン等からの反射信号のドップラー偏移を検出することにより、数百メートルの範囲の流向、流遠の水平分布をリアルタイムに測定可能な装置を開発した。

ここでは、この装置の概要とフィールドテストの結果について述べる。

2. 装置の概要

2−1 測定原理

Fig.-1 に測定概念を示す。

送受波器から垂直1°×水平3°の狭い超音波ビームを、水平方向60°の範囲で10°毎に走査して送波し、その対水反射信号を受波する。この隣り合う2つのビームのドップラー偏移を検出し、演算することにより水平面の流向、流速を算出する。

2−1−1 流向・流速の算出

Fig.-2に示すように、送受波器の放射両軸Yからβだけ傾けた2つの超音波ビームを水平方向に送波する。今、浮遊物が潮流に乗ってX軸方向に速度W,Y軸方向に速度Uで移動しているとすると、それぞれのビームの受信信号は、ドップラー効果により以下の周波数偏移を受ける。

fd1＝（2fo/c）･（U･cosβ+W･sinβ）･･････（1）

fd2＝（2fo/c）･（-U･cosβ+W･sinβ）･･････（2）

（送信周波数：fo 水中音速：c）

ここで2つの超音波ビーム間で潮流が変化しない（一定）と仮定すると、（1）式から（2）式の減算により、Y軸方向の速度成分Uは

U＝（fd1-fd2）･C/4fo･cosβ･･････（3）

一方（1）式と（2）の加算からX軸方向の速度成分Wは

W＝（fd+fd2）･C/4fo･sinβ･･････（4）

で求められる。

したがって、浮遊物の速度、すなわち流向及び流速Vは次式で算出される。

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