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初級講習用指導書(電気機器編)

 事業名 船舶の電気装備に関する技術指導
 団体名 日本船舶電装協会 注目度注目度5


2・13・13 ソナー(Sonar)
 ソナーとは、「Sound Navigation and Ranging」の略で、音波を使って水中測距、測深及び速力等を測る方式の総称である。一般的に船舶の航海等を目的に使用されるソナーは、水平ソナーに属し、かつ、「active sonar」の分野である。即ち、自ら音波を発射し、その反射音を受信して海中や海底の物標の方向、距離等を測定する。
(1)ドップラーソナー(Doppler sonar)
 原理的には、ドップラーログと同じで、船底の送受波器から、超音波を海中に向けて発射し、その反響音に含まれるドップラー周波数を測定して、前後左右方向の船速及び水深も表示する機能を持った装置である。
 この装置も2種類あり、船首に装備された送受波器により前後左右方向の船速を測るもの(2軸式)と、船尾方向にもう1個左右方向の送受波器を追加したもの(3軸式)がある。ドップラーソナーは、水深数百m(現在のところ200mぐらい)までの対地速度を測る機能を有しており、この機能を使えば船の正確な動きを知ることができ、接岸時(ドッキング)にも「ドッキングソナー」として有効に使用できる。
(2)スキャニングソナー(Scanning sonar)
 多数の振動子素子を円筒の円周上に配列した送受波器を使用し、送信時には全方向に動時に強力な超音波パルスをビームとして発射する。下方向へのスキャニングは、縦方向の各層の振動子素子を組合せてシャープな受信ビームを作り、それを電子的に高速で切り替えることにより周囲の物標を瞬時にブラウン管上に表示し、観測、識別することができる。
 
 無線方位測定機は、無線局又は電波を発信する物標の方向を測定する装置である。本装置により遭難船からの遭難信号電波(2,182kHz)を受信し、その方向を測定して目的の方向へ直行する(ホーミング航法という。)ことができる。遭難信号電波のホーミングは、船首方向の両側面それぞれ±30度が分かればよいことになっている。
 漁船などは、遭難信号受信時のホーミングに加え、魚網に取り付けたラジオブイからの電波(1.6〜2MHz帯)や僚船からの電波を測定し、電波の発信源へ直行するホーミングにも使用される。
 なお、本測定機は、SOLAS 1974により、国際航海従事の総トン数1,600トン以上の船に積付けが要求されている。ただし、主官庁は、船舶についてのこの装置を設けることが不合理又は不必要であると認める場合又はその船舶の予定された航海における使用に適した他の無線航行設備を設けている場合には、本装置の積付け義務を免除することができる。
 
 ロランC受信機は、ロランC送信局からのパルス電波(100kHz)を受信・計算し、自船位置を表示する装置である。自船位置は、緯度経度値やLOP値(送信局からの自船までの距離を電波伝播時間で表す。)で表示される。
 ロランC送信システムは、主局と2局以上の従局で構成されている。そのサービスエリアは、主局から1,000〜1,500海里程度をカバーし、測位精度は、30〜300m程度となっている。なお、現状では、一般商船には(船主からの特別な設置要望がない限り)設置しないが、漁船では、まだ、かなり利用されている。
 
2・13・16 衛星航法装置(GPS受信機:Global Positioning System)
 GPSは、米国国防総省(DOD)が軍事目的で開発したもので、人工衛星を使用した全地球的測位システムであるが、1993年12月から全世界に無償で開放され、現在では船舶用のみならず車載用、航空機用、測量用等に幅広く利用されている。
 GPSは、定まった軌道上を電波を発射しながら周回しているGPS衛星により、地球上どの地点においても測位情報を得ることができるシステムである。衛星の高度は約20,000kmで、6の軌道にそれぞれ4個が配置され、12時間周期で地球を周回している。
 衛星からは、極めて正確な時計情報と各衛星の軌道情報が発信されており、3個ないし4個以上の衛星電波を受信できれば、即座に三次元の位置情報(公称精度は水平方向100m)及び時刻を知ることができる。また、目的地までの距離及び方位又は対地速力などを計算表示する機能も付加しているものもある。
 DGPS(Differential Positioning System)は、GPSの受信局に、あらかじめ位置が正確に分かっている地点からの補正データを伝送して、測位精度を向上させるシステムである。測位精度は、GPSの公称精度である100mから10m前後まで向上させることができる。なお、GPSとは別に、旧ソ連が開発したGLONASSや欧州のガリレオ計画があるが、このような衛星を利用した全地球的測位システムを一括して、GNSS(Global Navigation Satellite System)という。
 
 航海用レーダーは、パルスのマイクロ波を指向性空中線から発射し、その電波が物標に当り反射してくるまでの時間から物標までの距離を、また指向性空中線の方位から物標の方位を測定表示する装置である。
 物標は、平面位置表示器(PPI:Plan Position Indicator)に表示され、表示面の有功直径は7インチ(150mm以上)から10インチ(180mm以上)、12インチ(250mm以上)、16インチ(340mm以上)の種類がある。
 物標の最大探知距離は、24〜48海里のものが普通で、120海里まで有効なものもある。
 PPI表示には、アナログ式とデジタル式(ラスタースキャン)のブラウン管表示方式があるが、現在は多くの利点を有するデジタル式が主流になっている。
ラスタースキャン表示方式は、PPI走査で得られたレーダー映像の極座標位置(距離と方位)を直交座標位置(X、Y)に変換しブラウン管に表示するものである。このため、テレビのように高輝度表示のため、明るい場所で同時に複数の人がその映像を見ることができることが特徴である。
 表示方式は、真方位方式(true motion:レーダーの映像面に自船の動きをそのまま表示する。)と相対方位方式(relative motion:レーダーの映像面に自船を定点として、周囲の他船や海岸等との相対位置を表示する。)がある。
 使用される周波数帯は、9GHz帯(3cm波長:Xバンド)と3GHz帯(10cm波長:Sバンド)が使用される。9GHz帯レーダーの特徴は、晴天時における最大探知距離及び方位分解能などの性能を総合的に満足させることができるが、悪天候時の雨滴や海面反射の影響を受け易い欠点がある。3GHz帯レーダーの特徴は、荒天候時の海面反射の影響が少なく、降雨における電波の減衰が少ないので悪天候時に有効であるという利点がある。
 
 従来は光学プロッターを使用して、レーダー表示器上で他船の動きをプロッティングしていたが、現在では電子プロッターの機能がレーダー画面上の映像を一定時間間隔でマークすると、その物標の動向をベクトルまたは数値データで表示する電子プロッティング機能が航海用レーダーに組込まれている。また、電子プロッティング装置として、別途、航海用レーダーに追加装備することができる。
 
 主要機能は、手動補足、自動10目標追尾、ベクトル表示、データ表示、危険船警報がてきる装置であり、航海用レーダーに追加装備することができる。因みに、自動衝突予防援助装置(ARPA)には、この機能が備えられている。
 
 レーダーによる衝突予防は、他船などの物標の位置をプロッティングすることにより、その将来位置を予測し、危険かどうかを判定している。これらの作業をコンピュータで自動処理するのが、自動衝突予防援助装置(ARPA)である。
 ARPAの機能は、次のとおりである。
(1)レーダーで得られた物標の位置データの信号はデータ処理機で処理され、自船からの方位と距離の信号としてコンピュータに転送される。
(2)定時間間隔で検出される物標の位置データを、前回検出された物標の位置データと比較し、同一物標であるか否かを判定し、同一であればその位置データの変化量を計算するために、同一物標ごとにデータをファイルする。
(3)同一物標のデータファイルから、目標の速度、針路を算出する。レーダー表示面上に物標の動きをベクトル表示(真・相対ベクトルの切替え可能)する。
(4)物標の速度、針路から自船に最も近づく点(CPA:Closed point of Approach)とそれに至るまでの時間(TCPA:Time to CPA)を計算する。
(5)あらかじめ自船の状況に応じて設定した最小CPA及び最小TCPAと比較して衝突危険の有無を判定する。
(6)表示面上に、どの物標が危険であるかを示し、衝突の危険がある場合は可視・可聴警報を発し、操船者に注意を促す。
(7)また、自船の針路と速度等の信号をジャイロコンパス、船速距離計等から入力し、内蔵のコンピュータで処理して衝突回避に必要な情報を得ることができる。
 
(1)電子海図表示・情報システム(ECDIS:Electronic Chart Display and Information System)
 電子海図表示・情報システム(ECDIS)は、航海用センサーにより得られる船位情報と、航海用電子海図から選定された情報を表示することができる。この表示画面上には、航海士により入力される航路計画と航行監視、必要に応じ付加的な航海関連情報を重畳表示することもできる。適当なバックアップ装置を備え、1974年SOLAS条約第V章第19規則で要求される「更新された海図」に適合するとして承認できる航海用情報装置である。これらは、近年の船舶の合理化・省力化が進むなかで、利便性とともに航行の安全及び運行能率の向上を図る観点から、近代的航海の補助手段として極めて重要である。
(2)電子海図装置(ECS:Electronic Chart System)
 電子海図装置(ECS)は、ECDISの機能や表示のうち、IMOのガイドラインに示されるような限定された機能を持つ電子海図装置で、これに使用される海図データ媒体はENC(Electronic Navigation Chart)でなくてもよく、各国水路部又はこれに代わる水路機関(例えば、日本水路協会)が承認する海図データ媒体(航行用電子参考図・ERC:Electronic Reference Chart System)などを用い、その情報に重畳して限定された航行情報を表示できる各国で承認された装置である。
(3)プロッター装置
 レーダーやGPSなどの電子的位置測定装置と連動した簡易な航海援助装置である。本装置は、ブラウン管上に船舶位置を連続して表示し又航跡として記録し、同時に自船針路、自船速度、海岸線、等深線、著名な地名等を表示する装置である。







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