あなたの船がその速度をどのように知っているか：ドップラーの速度ログを開梱する

あなたの船がその速度をどのように知っているか：ドップラーの速度ログを開梱する

大規模な貨物船、機敏な海軍船、または洗練された研究船は、特にGPSだけでは不十分な海での正確な速度をどのように知っているのか疑問に思ったことがありますか？答えはしばしば、ドップラー速度ログ（DSL）と呼ばれる驚くべき音響技術にあります。それを機能させる物理学とエンジニアリングに飛び込みましょう。

コア原理：ドップラー効果

救急車のサイレンの音を覚えていますか？それがあなたに近づくと、ピッチはより高いように見えます。それが移動すると、ピッチが落ちます。相対運動による頻度のこのシフトは、物理学者のクリスチャンドップラーにちなんで名付けられたドップラー効果です。ドップラーの速度ログはこの正確な原理を適用しますが、音波は空気ではなく水を通り抜けています。

DSLの仕組み：- by - by step {-}ステップ

1。パルスの送信：DSLには、船体に取り付けられた1つまたは複数のトランスデューサー（特殊な水中スピーカー/マイク）が取り付けられています。音のエネルギー（通常は100 kHzから1 MHzの範囲）の短い高-周波数パルスを水に放出します。

2。サウンドヒットターゲット：このサウンドパルスは外側に移動します。次に起こることは、DSLタイプによって異なります：
水-トラックモード（最も一般的）：音パルスは、水柱自体に吊り下げられた小さな粒子（プランクトン、シルト、気泡）から散らばります。懐中電灯を霧に照らすように考えてください。光が霧の粒子から散らばるので、ビームが見えます。
ボトム-トラックモード：浅い水では、音パルスはずっと下に移動し、海底から反射し、船に戻ることができます。

3.ドップラーシフトが発生します：ここに重要な部分があります。音波が粒子（または海底）に当たり、その粒子が船に比べて動いていると、反射される音波の頻度が変化します。
*粒子が船に向かって動いている場合（船が船に向かって動いているため）、反射周波数は伝達周波数よりも高くなります。
*粒子が船から移動している場合（船が船から移動しているため）、反射周波数は伝達周波数よりも低くなります。

4.エコーの受信：DSLのトランスデューサーはマイクとして機能し、水粒子または海底から戻ってきたかすかなエコー（後方散乱）を聞きます。

5.シフトの測定：DSLの洗練された電子機器は、送信されたパルスの周波数を、受信したエコーの周波数と比較します。これらの周波数の違いは、ドップラーシフト（ΔF）と呼ばれます。

6.計算速度：ドップラーシフト（ΔF）は、船と散乱粒子（または海底）の間の相対速度に直接比例します。ドップラー方程式から派生した式は次のとおりです。
`speed =（Δf * c） /（2 * f_t * cos（θ））`
どこ：
* `speed` =水（または海底）に対する船の速度。
* `Δf`=測定ドップラーシフト。
* `c` =水中の音の速度（約. 1500 m/s、温度/塩分によって変化します）。
* `f_t` =送信されたパルスの周波数。
* `θ`=サウンドビームと垂直（ビームの「チルト」）の間の角度。

7。Janus構成-ピッチとロールのキャンセル：単一のビームは、独自の軸に沿って速度のみを測定できます。船の真の前方/アスタースピードとアスワートシップ（横向き）速度を取得するために、DSLはヤヌス構成（2つの-に直面したローマの神にちなんで名付けられました）を使用します。
4つのビーム：通常、4つのビームが使用されます。2つの角度のある前方、2つの角度のある後方（または2つの角度がポート、2つはアスワートシップ測定のために右board）です。
平均化：ドップラーシフトを前方ビームと後方ビーム（または港と右board）から比較することにより、システムは以下を行うことができます。
フォワード/アスター速度コンポーネントを計算します。
Athwartships速度コンポーネントを計算します。
船のピッチング（前方/背面の傾斜）またはローリング（傾斜側-から-側）によって引き起こされるエラーをキャンセルします。垂直方向の動きによって誘導されるエラーは、反対のビームに均等に影響を及ぼしますが、反対の方法で影響を与えるため、ビームの平均が発生したときにキャンセルします。

ウォーター-トラックvs.ボトム-トラック

水-トラック（wt）：船体の数メートルから数十メートルの水塊に対する速度を測定します。これは、ナビゲーション（特に電流を使用する）、燃料効率の計算、および動的な位置決めシステムに重要な水中の真の速度です。散乱体がある限り、任意の深さで動作します。
ボトム-トラック（bt）：海底に対する速度を測定します。これにより、GPSに似たが音響的に導出された船の速度（SOG）が得られます。非常に正確ですが、約200〜300メートル未満（電力と頻度に応じて）未満の深さでのみ動作します。

ドップラー速度ログの利点

高精度：特に水-トラックモードでは、電流の影響を受けない水を通して真の速度を提供します。
瞬時測定：遅延がある可能性のある従来のインペラーログとは異なり、ほぼ実際の-時間速度データを提供します。
Multi -次元：前方/アスターシップとアスワートシップの両方の速度を測定します。
深さの独立性（WT）：ボトムトラックとGPS -派生SOG（位置固定に依存する）が信頼性が低く、または利用できない場合がある深海で動作します。
可動部品はありません：機械的ログよりも信頼性が高く、ファウリングの傾向がありません。

ドップラー速度ログは音響速度計です。水粒子または海底から跳ね返る音波のドップラーシフトを正確に測定し、複数の角度のある梁を巧みに使用することにより、顕著な精度と信頼性で水または地面に対する船の速度を計算します。これは、現代の船舶の基本的なセンサーであり、安全なナビゲーション、効率的な航海計画、および正確なステーション-維持を確実に保証します。次回大きな船に乗っているときは、広大な海を通る速度を絶えず測定して、あなたの下に音パルスのオーケストラがある可能性が高いことを忘れないでください。