(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
捜索海域に向けて水中物体捜索用の音波を発信する送信装置と前記水中物体からの反射波に含まれるエコー信号を受信して前記水中物体の位置及び移動変化を特定する複数の受信装置とを備えたマルチスタティックソナーシステムに対して、その動作を支援する入力部および演算処理部を備えた水中物体捜索支援装置であって、
前記演算処理部が、
予め設定された仮想捜索海域に設置され当該仮想捜索海域の一方から他方に向けて仮想音波を発信する仮想音波発信手段と、
この発信された仮想音波の発信方向及び当該発信方向に係る前記仮想捜索海域の深さに応じて変化する音速プロファイル情報に基づいて当該仮想捜索海域における音波伝搬領域を算定する音波伝搬領域算定手段と、
この算定された音波伝搬領域を第１エリアとして当該第１エリア内の任意の一又は二以上の箇所に水中物体の存在位置を予測し又は外部指令によって仮設定する水中物体予測位置特定手段と、
前記仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する前記仮想音波の方位を設定すると共に当該水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定する伝搬方位設定手段と、
この伝搬方位設定手段によって設定される前記仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域を第２エリアとして当該第２エリア内の任意の複数箇所を前記仮想反射波に対する受信位置として暫定的に定めて当該各受信位置に前記複数の受信装置を仮設定する受信位置暫定設定手段と、
前記受信位置暫定設定手段によって仮設定された複数の受信位置での前記仮想反射波の受信レベル，前記仮想音波発信手段からの仮想音波の発信レベル，及び前記水中物体予測位置特定手段からの予測情報に基づいて、前記水中物体からの仮想反射波に対する前記複数の受信位置での各受信レベルを監視すると共に前記受信レベルの高い順にその検出位置を前記複数の受信装置の配置位置として順次決定する受信位置決定手段とを備え、
前記受信位置決定手段は、
仮設定された前記水中物体への入力音圧レベルと前記水中物体からの反射音圧レベルとのレベル差であるターゲットストレングスを取得するターゲットストレングス取得手段と、前記仮想音波発信手段から前記水中物体までの第１伝搬損失及び前記水中物体から前記仮設定された前記複数の受信位置までの第２伝搬損失を取得する伝搬損失取得手段とを有し、
前記仮想音波発信手段からの仮想音波の発信レベルと前記ターゲットストレングス及び前記第１，第２の各伝搬損失とから、前記複数の受信位置での受信レベルを算出すると共に前記水中物体の仮設位置を除く複数の受信位置の中から前記受信レベルを高い順に検出してこれを前記各受信装置の配置位置とする受信レベル算出手段を備えたことを特徴とする水中物体捜索支援装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中物体捜索支援装置において、
前記受信位置決定手段の受信レベル算出手段は、前記仮想音波の発信レベルをＬｔ、前記ターゲットストレングスをＴＳ、前記第１および第２の伝搬損失を各々ＴＬ１およびＴＬ２とすると、前記複数の受信位置での受信レベルＬｒを演算式Ｌｒ＝Ｌｔ−ＴＬ１−ＴＬ２＋ＴＳによって算出することを特徴とする水中物体捜索支援装置。
【請求項３】
請求項１に記載の水中物体捜索支援装置において、
前記受信位置決定手段は、予め設定された複数の各水中物体に対してそれぞれ前記複数の各受信装置の受信位置を仮設定して成る複数のエコーマップを作成すると共にこれら複数のエコーマップを同一の前記仮想捜索海域上にて加算してエコーレベルのエナージマップを作成するエナージマップ作成機能と、この作成されたエナージマップにおける前記受信レベルの極大位置の複数を前記受信装置の受信位置とする受信位置特定機能とを備えていることを特徴とする水中物体捜索支援装置。
【請求項４】
請求項１に記載の水中物体捜索支援装置において、
前記受信レベル算出手段は、予め設定された複数の水中物体からの仮想反射波が複数の受信位置で受信される受信レベルを分布情報として取得する分布情報取得手段と、前記分布情報取得手段によって得られた前記複数の水中物体に対応する分布情報を加算して加算分布情報を算出する分布情報加算手段と、前記加算分布情報の中で前記複数の水中物体の存在位置以外の位置で前記受信レベルが極大となる極大位置を検出し当該極大位置を前記複数の受信装置の配置位置として決定する極大位置検出手段と、を備えたことを特徴とする水中物体捜索支援装置。
【請求項５】
請求項１に記載の水中物体捜索支援装置において、
前記伝搬方位設定手段は、前記水中物体予測位置特定手段によって予め仮設定された複数の各水中物体の存在位置，予め設定された物体情報，及び予め設定された環境情報から得られる水深と音速プロファイルとの関係に基づいて、当該各水中物体の存在位置からの複数の前記仮想反射波の方位を設定することを特徴とした水中物体捜索支援装置。
【請求項６】
捜索海域に向けて水中物体捜索用の音波を発信する送信装置と前記水中物体からの反射波に含まれるエコー信号を受信して前記水中物体の位置及び移動変化を特定する複数の受信装置とを備えたマルチスタティックソナーシステムに対して、予め仮想海域捜索を設定して仮想反射波の経路を演算処理し、これによって水中物体の捜索を支援する水中物体捜索支援方法であって、
予め設定された仮想捜索海域に設置され当該仮想捜索海域の一方から他方に向けて仮想音波を仮想音波発信手段が発信し、
この発信された仮想音波の発信方向及び当該発信方向に係る前記仮想捜索海域の深さによって変化する音速プロファイル情報に基づいて、当該仮想捜索海域における音波伝搬領域を音波伝搬領域算定手段が算定し、
この算定された音波伝搬領域を第１エリアとして当該第１エリア内の任意の一又は二以上の箇所に水中物体の存在位置を水中物体予測位置特定手段が予測して仮設定し、
前記仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する前記仮想音波の方位及び当該水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を伝搬方位設定手段が設定し、
この設定された前記仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域を第２エリアとして当該第２エリア内の任意の複数箇所を前記仮設定された各水中物体に対する受信位置として暫定的に定めて当該複数の受信位置に前記複数の受信装置を受信位置暫定設定手段が仮設定し、
前記仮設定された各水中物体に対応して前記受信位置暫定設定手段によって暫定的に仮設定された複数の受信位置での前記仮想反射波の受信レベル，前記仮想音波発信手段からの仮想音波の発信レベル，及び前記水中物体予測位置特定手段からの予測情報のそれぞれに基づいて、前記水中物体に対する前記複数の受信位置での各受信レベルを監視し、その受信レベルの高い順に当該検出位置を前記複数の受信装置の配置位置として受信位置決定手段が決定するようにすると共に、
前記各受信装置の配置位置の決定に際し、前記受信位置決定手段に対して、仮設定された前記水中物体への入力音圧レベルと前記水中物体からの反射音圧レベルとのレベル差であるターゲットストレングスと前記水中物体までの第１伝搬損失及び前記水中物体から前記仮設定された前記複数の受信位置までの第２伝搬損失と前記仮想音波の発信レベルとが外部入力された場合に、当該受信位置決定手段が、前記複数の受信位置での受信レベルを算出し、
その算出結果に基づいて対応する前記複数の受信位置の中から当該受信レベルの高い順に検出し、それから前記水中物体の仮設位置を除いてこれを前記各受信装置の配置位置とすることを特徴とした水中物体捜索支援方法。
【請求項７】
請求項６に記載の水中物体捜索支援方法において、
前記各受信装置の配置位置の決定に際し、前記受信位置決定手段が、前記仮想音波の発信レベルをＬｔ、前記ターゲットストレングスをＴＳ、前記第１および第２の伝搬損失を各々ＴＬ１およびＴＬ２とすると、前記複数の受信位置での受信レベルＬｒを演算式Ｌｒ＝Ｌｔ−ＴＬ１−ＴＬ２＋ＴＳによって算出することを特徴とする水中物体捜索支援方法。
【請求項８】
請求項６に記載の水中物体捜索支援方法において、
予め設定された複数の各水中物体に対して、前記受信位置決定手段が、水中物体毎に前記複数の各受信装置の前記配置位置を仮設定して複数のエコーマップを作成し、
これら作成した複数のエコーマップを重ね合わせて仮想反射波のエコーレベルのエナージマップを作成し、
この作成されたエナージマップにおける前記受信レベルの極大位置を特定しその複数を前記受信装置の配置位置とするようにしたことを特徴とする水中物体捜索支援方法。
【請求項９】
捜索海域に向けて水中物体捜索用の音波を発信する送信装置と前記水中物体からの反射波に含まれるエコー信号を受信して前記水中物体の位置及び移動変化を特定する複数の受信装置とを備えたマルチスタティックソナーシステムに対して、その動作を支援する入力部および演算処理部を備えた水中物体捜索支援プログラムであって、
予め設定された仮想捜索海域に設置され当該仮想捜索海域の一方から他方に向けて仮想音波を発信する仮想音波発信処理機能、
この発信された仮想音波の発信方向及び当該発信方向に係る前記仮想捜索海域の深さに応じて変化する音速プロファイル情報に基づいて当該仮想捜索海域における音波伝搬領域を算定する音波伝搬領域算定機能、
この算定された音波伝搬領域を第１エリアとして当該第１エリア内の任意の一又は二以上の箇所に水中物体の存在位置を予測し又は外部指令によって仮設定する水中物体予測位置特定機能、
前記仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する前記仮想音波の方位を設定すると共に当該水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定する伝搬方位設定機能、
この伝搬方位設定機能にて設定処理される前記仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域を第２エリアとして当該第２エリア内の任意の複数箇所を前記仮想反射波に対する受信位置として暫定的に定めて当該各受信位置に前記複数の受信装置を仮設定する受信位置暫定設定処理機能、
および前記受信位置暫定設定機能によって仮設定された複数の受信位置での前記仮想反射波の受信レベル，前記仮想音波の発信位置からの仮想音波の発信レベル，及び前記水中物体の予測位置の予測情報に基づいて、前記仮設定された各水中物体からの仮想反射波に対する前記複数の受信位置での前記受信レベルを監視してその受信レベルの高い順に受信位置を各水中物体に対する前記複数の受信装置の配置位置として決定する受信位置決定機能
を、前記演算処理部が備えているコンピュータに実行させると共に、
前記受信位置決定機能を、
前記仮設定された各水中物体への入力音圧レベルと前記各水中物体からの反射音圧レベルとのレベル差であるターゲットストレングスを取得するターゲットストレングス取得機能と、前記仮想音波の発信位置から前記各水中物体までの第１伝搬損失及び前記各水中物体から前記仮設定された前記複数の受信位置までの第２伝搬損失を取得する伝搬損失取得機能と、前記仮想音波の発信位置からの仮想音波の発信レベルにより前記複数の受信位置での受信レベルを算出し前記複数の受信位置の中から前記最高の受信レベルを検出する受信レベル算出機能とにより構成したことを特徴とした水中物体捜索支援用プログラム。
【請求項１０】
請求項９に記載の水中物体捜索支援用プログラムにおいて、
前記受信位置決定機能の受信レベル算出機能が、前記仮想音波の発信レベルをＬｔ、前記ターゲットストレングスをＴＳ、前記第１および第２の伝搬損失を各々ＴＬ１およびＴＬ２とすると、前記複数の受信位置での受信レベルＬｒを演算式Ｌｒ＝Ｌｔ−ＴＬ１−ＴＬ２＋ＴＳによって算出することを特徴とする水中物体捜索支援用プログラム。
【請求項１１】
請求項９に記載の水中物体捜索支援用プログラムにおいて、
前記受信レベル算出機能を、
前記各水中物体に対応する複数の受信位置での受信レベルの分布情報を取得する分布情報取得機能、前記分布情報取得機能によって得られた前記複数の水中物体に対応する分布情報を加算して加算分布情報を算出する分布情報加算機能と、前記加算分布情報の中で前記複数の水中物体の存在位置以外の位置で前記受信レベルが極大となる極大位置を検出し当該極大位置を前記複数の受信装置の配置位置として決定する極大位置検出機能とにより構成し、
これを、前記コンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする水中物体捜索支援用プログラム。
【請求項１２】
請求項９に記載の水中物体捜索支援用プログラムにおいて、
前記伝搬方位設定機能を、
前記水中物体予測位置特定機能によって仮設定された各水中物体の存在位置，予め設定された物体情報，及び予め設定された環境情報から得られる水深と音速プロファイルとの関係に基づいて当該各水中物体の存在位置からの複数の方位を設定する機能を含む構成とし、
これを前記コンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする水中物体捜索支援用プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中物体捜索支援装置等に係り、特に、一の発信位置から音波を発信して水中の捜索対象物体からの反射波を複数の受信位置で受信する方式のマルチスタティックソナーシステムに対して、その動作を支援するための水中物体捜索支援装置、水中目標物捜索支援方法、及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋などの広大な水域内に存在する水中物体に向けて送信装置から音波を発信し、その水中物体からの反射波を受信装置で受信することにより、水中物体の位置及び移動変化を探知するアクティブソナーシステムが知られている。
アクティブソナーシステムにおける音波の送受信方式としては、２通りの方式が用いられている。第１の方式は、音波を発信する送信装置と受信装置とが一体になったモノスタティックソナーシステムである。又、第２の方式は、送信装置及び複数の受信装置で構成され、送信装置と各受信装置とが異なる位置に配置されたマルチスタティックソナーシステムである。
【０００３】
近年においては、複数の受信装置を自在に配置することにより水中物体の捜索範囲及び捜索の多様性が拡がることから、マルチスタティックソナーシステムに対する期待が高まっている。
しかしながら、マルチスタティックソナーシステムには、複数の受信装置を自在に配置できるという利点がある反面、モノスタティックソナーシステムでは利用可能な音波の可逆性（発信された音波が水中物体や海底などで反射して元の位置に戻る性質）を利用することができない。このため、水中物体に対するマルチスタティックソナーシステムの探知能力を向上させるための運用技術について種々の研究がなされている。
【０００４】
例えば、海底反射音及び海面反射音の影響を軽減し、位置検出性能を改善するため、並びに、複数の水中受信器による受信信号の表示を１つの画面に集中させて、操作者の負担を軽減するために、予め水中目標物の位置を予め仮定して設定し、音源位置、受信位置、及びその仮定位置との間のそれぞれの距離及び音波到達時間を計算する技術が知られている。
この技術によれば、音源からの直接音波を受信した時刻から受信信号をメモリに記憶し、目標物からの反射波の受信時刻に基づいて、実際に存在する目標物の受信確度を示す指標値を表示するようになっている（特許文献１参照）。
【０００５】
又、他に、所望の配置にある観測ターゲット（目標物）を検出するなどの望ましい受信特性はセンサの使用目的によって異なるので、その使用目的に適したマルチスタティックセンサ配置を算出する技術が知られている。
この技術によれば、観測ターゲットを検知するマルチスタティックセンサの配置位置及び観測ターゲットの仮想的配置位置を入力し、マルチスタティックセンサを含む系の特性を示す物理モデルに基づいて、マルチスタティックセンサの受信強度を算出する伝搬模擬部と、その信号強度及び予め定められた許容誤検出確率及び受信器の特性モデルに基づいて、観測ターゲットの検出確率を算出する検出模擬部とを備えた構成になっている（特許文献２参照）。
【０００６】
更に、現時点の海域の音速分布に基づいて水中目標位置を高精度に計測すると共に、複数の船舶に搭載される探信儀を用いて、音波の発信及び受信を行うことにより、海域の水中音速分布と水中目標位置を同時に推定する技術が知られている。このために、複数の船舶からなる単位において、特定の一隻の船舶から発信された音波を他の船舶で受信すると共に、各船舶の位置及び音波発信時刻、音波受信時刻に基づき、これらの船舶が存在する海域における音速分布を推定し、この音速分布に基づき、水中目標からの反射音の到達時刻を解析することにより、水中目標の位置を同時に推定するようになっている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１６８９３７号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９３２６号公報
【特許文献３】特開２００６−２９２４３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
送信装置から発信された音波は、水中物体を捜索する捜索海域に固有の環境、例えば水深と音速特性（音速プロファイル）との関係によって、多くは直進伝搬せずに、スネルの法則によって上向き又は下向きに屈折しながら伝搬する。このため、捜索海域の任意の位置に水中物体を設定すると、送信装置からの音波が水中物体に到達しない状態が発生する。又、送信装置からの音波が水中物体に到達した場合でも、捜索海域の任意の位置に受信装置を設定すると、水中物体からの反射波が受信装置に到達しない状態が発生する。
【０００９】
ところが、上述した特許文献１乃至特許文献３においては、捜索海域に固有の環境に応じて音波及び反射波が屈折しながら伝搬する性質を考慮していないので、送信装置からの音波が捜索対象の水中物体に到達する範囲、及び、水中物体からの反射波が受信装置に到達する範囲を判定した構成になっていない。このため、水中物体及び受信装置の適切な配置を設定することが困難であるという課題がある。
【００１０】
例えば、上記特許文献１においては、水中音源から水中目標物の仮定位置、水中目標物、海底、海面に到達する音波、及び水中目標物の仮定位置等から各水中受信器に到達する反射波が水中内を直進することを前提とし、音波及び反射波が到達する範囲を捜索海域の環境に応じて判定していないので、水中目標物の位置及び移動変化を正確に検出することは困難である。
【００１１】
又、上記特許文献２は、送受信器の配置と観測ターゲットの配置とから受信器におけるＳ／Ｎ比を算出して、「R. O. Nielsen, Sonar Signal Processing, Artech House, 1991」に記載されている距離に応じて発信する音波の周波数を選択する方法の受信特性モデルに基づいて、算出したＳ／Ｎ比とシステムパラメータの一種の許容誤検出確率とから観測ターゲットの検出確率を算出するようになっている。このため、音波及び反射波が到達する範囲を捜索海域の環境に応じて判定せずに、送受信器及び観測ターゲットの配置を設定しているので、精度の高いＳ／Ｎ比を得ることができず、その結果、観測ターゲットの検出確率を正確に算出することが困難になる。
【００１２】
又、上記特許文献３においては、水中に六層の層構造を仮定し、音波及び反射波が水中を屈折しながら伝搬するスネルの法則により、伝搬時間と各層の音速及び層厚との関係を分析して水中目標の目標位置を計測しているが、音波及び反射波が到達する範囲を捜索海域の環境に応じて判定していないので、水中目標の位置を正確に計測することは困難である。
〔発明の目的〕
【００１３】
本発明は、このような関連技術の有する課題を解決するために成されたもので、マルチスタティックソナーシステムを支援するために、水中物体の位置の想定とこれに対応した受信装置の適切な配置を設定することを可能とした水中物体捜索支援装置、水中目標物捜索支援方法及びそのプログラムを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係る水中物体捜索支援装置は、捜索海域に向けて水中物体捜索用の音波を発信する送信装置と前記水中物体からの反射波に含まれるエコー信号を受信して前記水中物体の位置及び移動変化を特定する複数の受信装置とを備えたマルチスタティックソナーシステムに対して、その動作を支援する入力部および演算処理部を備えた水中物体捜索支援装置であって、前記演算処理部が、予め設定された仮想捜索海域に設置され当該仮想捜索海域の一方から他方に向けて仮想音波を発信する仮想音波発信手段と、この発信された仮想音波の発信方向及び当該発信方向に係る前記仮想捜索海域の深さに応じて変化する音速プロファイル情報に基づいて当該仮想捜索海域における音波伝搬領域を算定する音波伝搬領域算定手段と、この算定された音波伝搬領域を第１エリアとして当該第１エリア内の任意の一又は二以上の箇所に水中物体の存在位置を予測し又は外部指令によって仮設定する水中物体予測位置特定手段と、前記仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する前記仮想音波の方位を設定すると共に当該水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定する伝搬方位設定手段と、この伝搬方位設定手段によって設定される前記仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域を第２エリアとして当該第２エリア内の任意の複数箇所を前記仮想反射波に対する受信位置として暫定的に定めて当該各受信位置に前記複数の受信装置を仮設定する受信位置暫定設定手段と、前記受信位置暫定設定手段によって仮設定された複数の受信位置での前記仮想反射波の受信レベル，前記仮想音波発信手段からの仮想音波の発信レベル，及び前記水中物体予測位置特定手段からの予測情報に基づいて、前記水中物体からの仮想反射波に対する前記複数の受信位置での各受信レベルを監視すると共に前記受信レベルの高い順にその検出位置を前記複数の受信装置の配置位置として順次決定する受信位置決定手段とを備え、前記受信位置決定手段は、仮設定された前記水中物体への入力音圧レベルと前記水中物体からの反射音圧レベルとのレベル差であるターゲットストレングスを取得するターゲットストレングス取得手段と、前記仮想音波発信手段から前記水中物体までの第１伝搬損失及び前記水中物体から前記仮設定された前記複数の受信位置までの第２伝搬損失を取得する伝搬損失取得手段とを有し、前記仮想音波発信手段からの仮想音波の発信レベルと前記ターゲットストレングス及び前記第１，第２の各伝搬損失とから、前記複数の受信位置での受信レベルを算出すると共に前記水中物体の仮設位置を除く複数の受信位置の中から前記受信レベルを高い順に検出してこれを前記各受信装置の配置位置とする受信レベル算出手段を備えている。
【００１６】
又、上記目的を達成するため、本発明に係る水中物体捜索支援方法は、捜索海域に向けて水中物体捜索用の音波を発信する送信装置と前記水中物体からの反射波に含まれるエコー信号を受信して前記水中物体の位置及び移動変化を特定する複数の受信装置とを備えたマルチスタティックソナーシステムに対して、予め仮想海域捜索を設定して仮想反射波の経路を演算処理し、これによって水中物体の捜索を支援する水中物体捜索支援方法であって、予め設定された仮想捜索海域に設置され当該仮想捜索海域の一方から他方に向けて仮想音波を仮想音波発信手段が発信し、この発信された仮想音波の発信方向及び当該発信方向に係る前記仮想捜索海域の深さによって変化する音速プロファイル情報に基づいて、当該仮想捜索海域における音波伝搬領域を音波伝搬領域算定手段が算定し、この算定された音波伝搬領域を第１エリアとして当該第１エリア内の任意の一又は二以上の箇所に水中物体の存在位置を水中物体予測位置特定手段が予測して仮設定し、前記仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する前記仮想音波の方位及び当該水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を伝搬方位設定手段が設定し、この設定された前記仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域を第２エリアとして当該第２エリア内の任意の複数箇所を前記仮設定された各水中物体に対する受信位置として暫定的に定めて当該複数の受信位置に前記複数の受信装置を受信位置暫定設定手段が仮設定し、前記仮設定された各水中物体に対応して前記受信位置暫定設定手段によって暫定的に仮設定された複数の受信位置での前記仮想反射波の受信レベル，前記仮想音波発信手段からの仮想音波の発信レベル，及び前記水中物体予測位置特定手段からの予測情報のそれぞれに基づいて、前記水中物体に対する前記複数の受信位置での各受信レベルを監視し、その受信レベルの高い順に当該検出位置を前記複数の受信装置の配置位置として受信位置決定手段が決定するようにすると共に、前記各受信装置の配置位置の決定に際し、前記受信位置決定手段に対して、仮設定された前記水中物体への入力音圧レベルと前記水中物体からの反射音圧レベルとのレベル差であるターゲットストレングスと前記水中物体までの第１伝搬損失及び前記水中物体から前記仮設定された前記複数の受信位置までの第２伝搬損失と前記仮想音波の発信レベルとが外部入力された場合に、当該受信位置決定手段が、前記複数の受信位置での受信レベルを算出し、その算出結果に基づいて対応する前記複数の受信位置の中から当該受信レベルの高い順に検出し、それから前記水中物体の仮設位置を除いてこれを前記各受信装置の配置位置とする。
【００１８】
又、上記目的を達成するため、本発明に係る水中物体捜索支援用プログラムは、捜索海域に向けて水中物体捜索用の音波を発信する送信装置と前記水中物体からの反射波に含まれるエコー信号を受信して前記水中物体の位置及び移動変化を特定する複数の受信装置とを備えたマルチスタティックソナーシステムに対して、その動作を支援する入力部および演算処理部を備えた水中物体捜索支援プログラムであって、予め設定された仮想捜索海域に設置され当該仮想捜索海域の一方から他方に向けて仮想音波を発信する仮想音波発信処理機能、この発信された仮想音波の発信方向及び当該発信方向に係る前記仮想捜索海域の深さに応じて変化する音速プロファイル情報に基づいて当該仮想捜索海域における音波伝搬領域を算定する音波伝搬領域算定機能、この算定された音波伝搬領域を第１エリアとして当該第１エリア内の任意の一又は二以上の箇所に水中物体の存在位置を予測し又は外部指令によって仮設定する水中物体予測位置特定機能、前記仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する前記仮想音波の方位を設定すると共に当該水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定する伝搬方位設定機能、この伝搬方位設定機能にて設定処理される前記仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域を第２エリアとして当該第２エリア内の任意の複数箇所を前記仮想反射波に対する受信位置として暫定的に定めて当該各受信位置に前記複数の受信装置を仮設定する受信位置暫定設定処理機能、および前記受信位置暫定設定機能によって仮設定された複数の受信位置での前記仮想反射波の受信レベル，前記仮想音波の発信位置からの仮想音波の発信レベル，及び前記水中物体の予測位置の予測情報に基づいて、前記仮設定された各水中物体からの仮想反射波に対する前記複数の受信位置での前記受信レベルを監視してその受信レベルの高い順に受信位置を各水中物体に対する前記複数の受信装置の配置位置として決定する受信位置決定機能を、前記演算処理部が備えているコンピュータに実行させると共に、前記受信位置決定機能を、前記仮設定された各水中物体への入力音圧レベルと前記各水中物体からの反射音圧レベルとのレベル差であるターゲットストレングスを取得するターゲットストレングス取得機能と、前記仮想音波の発信位置から前記各水中物体までの第１伝搬損失及び前記各水中物体から前記仮設定された前記複数の受信位置までの第２伝搬損失を取得する伝搬損失取得機能と、前記仮想音波の発信位置からの仮想音波の発信レベルにより前記複数の受信位置での受信レベルを算出し前記複数の受信位置の中から前記最高の受信レベルを検出する受信レベル算出機能とにより構成した。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は以上のように構成したので、これによると、発信する仮想音波の音波伝搬領域を音速プロファイル情報に基づいて算定し、その音波伝搬領域内の任意の複数箇所に水中物体の予測位置を仮設定し、仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する仮想音波の方位を設定すると共に水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定し、仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域内の任意の複数箇所を各水中物体に対する複数の受信装置として仮設定するようにしたので、これによると、想定される水中物体及び当該水中物体からの仮想反射波の受信するための最適受信位置を予め効率良く設定し推奨することができるという優れた水中物体捜索支援装置、水中物体捜索支援方法、及びそのプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態における水中物体捜索支援装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に開示した水中物体捜索支援装置の一部を示す受信位置決定手段の具体例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態における水中物体捜索の対象となる捜索海域の音波伝搬経路のエリアを示す垂直断面図である。
【図４】図３に開示した捜索海域における仮想水中物体の配置を海面側から見た場合の一例を示す平面図である。
【図５】図３に開示した捜索海域における反射波伝搬経路が設定される領域の一例を示す垂直断面図である。
【図６】図１および図２に開示した水中物体捜索支援装置の水中物体捜索支援処理の動作手順を示すフローチャートである。
【図７】モノスタティックソナーシステムの水中物体捜索における音波伝搬経路の一例を示す図で、図７（Ａ）は水深と音速勾配との関係を示す説明図、図７（Ｂ）は捜索海域の垂直断面図内における音の伝搬状況を示す説明図である。
【図８】マルチスタティックソナーシステムの水中物体捜索における音波伝搬経路の一例を示す図で、図８（Ａ）は水深と音速勾配との関係を示す説明図、図８（Ｂ）は捜索海域の垂直断面図内における音の伝搬状況を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る水中物体捜索支援装置の一実施形態を図１乃至図８に基づいて説明する。
最初に、マルチスタティックソナーシステムが実際の捜索海域において水中物体捜索を捜索する場合を、その仮想捜索海域について音波伝搬の解析を行い、続いて、水中物体捜索支援装置１についてその具体的内容を説明する。
【００２３】
〔捜査海域について〕
上述した捜索海域における音波伝搬の解析内容を、図７乃至図８に基づいて具体的に説明する。
【００２４】
図７（Ａ）に、捜索海域７０の水深と音速との関係（これを「音速プロファイル」という）を示す。又、図７（Ｂ）には、モノスタティックソナーシステムの水中物体捜索の対象となる捜索海域７０で想定される音波の伝搬経路を示す。
【００２５】
まず、図７（Ａ）に示すように、海面７１から海底７２までの捜索海域７０を、三つの層（混合層Ｌ１、水温躍層Ｌ２、深海等温層Ｌ３）に分けて、各層の水深に応じた温度、塩分濃度、圧力により異なる音速プロファイルＶｐについて説明する。
【００２６】
混合層Ｌ１の中では、音速プロファイルＶｐは正の勾配を有し、スネルの法則によって音波は上向きに屈折しながら伝搬する。
水温躍層Ｌ２の中では、音速プロファイルＶｐは負の勾配を有し、音波は下向きに屈折しながら伝搬する。
そして、深海等温層Ｌ３の中では、音速プロファイルＶｐは正の勾配を有し、音波は上向きに屈折しながら伝搬する。
【００２７】
次に、上記図７（Ｂ）を参照して、モノスタティックソナーシステムの送受信装置８０から発信された３つの方位の音波（音波Ｓｆ１、音波Ｓｆ２、音波Ｓｆ３）の伝搬経路及び水中物体９０の探知方法について説明する。
【００２８】
図７（Ｂ）において、音波Ｓｆ１は、混合層Ｌ１の中を上向きに屈折しながら伝搬し、海面７１で反射して反射波Ｓｒ１として伝搬する。
音波Ｓｆ２は、水温躍層Ｌ２の中を下向きに屈折しながら伝搬し、深海等温層Ｌ３の中に入ると次第に上向きに屈折しながら伝搬し、再び水温躍層Ｌ２の中で下向きに屈折して伝搬し、更に混合層Ｌ１の中を上向きに屈折しながら伝搬する。
【００２９】
音波Ｓｆ３は、海底７２で反射した後、上向きに屈折しながら伝搬して水中物体９０に到達する。そして、水中物体９０で反射した一部の反射波Ｓｒ３が音波Ｓｆ３と同じ伝搬経路を経て海底７２で反射し、海底７２で反射した後は上向きに屈折しながら伝搬して音波の可逆性によって送受信装置８０に戻る。
【００３０】
このように、送受信装置８０から発信された音波は、音速プロファイルＶｐの影響を受けて伝搬するので、音波Ｓｆ３だけが水中物体９０に到達し、一部の反射波Ｓｒ３が音波の可逆性によって送受信装置８０に戻る。従って、送受信装置８０の受信装置（図示せず）によって反射波Ｓｒ３が受信されると、この反射波Ｓｒ３から抽出されたエコー信号によって、水中物体９０を探知することができる。
【００３１】
図８（Ａ）は、捜索海域７０の海面７１から海底７２までの三つの層である混合層Ｌ１，水温躍層Ｌ２，深海等温層Ｌ３の音速プロファイルＶｐを、それぞれ示す。又、図８（Ｂ）は、前述したようにマルチスタティックソナーシステムの水中物体捜索の対象となる捜索海域７０の音波伝搬経路を示す。
【００３２】
図８（Ｂ）において、水中物体９０は、図７（Ｂ）に示した同じ位置に存在する。この場合には、送信装置８１から発信された音波の内、図７（Ｂ）に示した音波Ｓｆ３と同じ方位の音波Ｓｆ１が水中物体９０に到達する。そして、この水中物体９０で反射した仮想反射波Ｓｒ１、Ｓｒ２、Ｓｒ３は、捜索海域７０の音速プロファイルＶｐの影響を受けて様々な方位に屈折しながら伝搬する。
【００３３】
ここで、二つの受信装置８２、８３が、反射波を受信するために図８（Ｂ）に示すように配置されているとする。この場合、受信装置８２には反射波は到達せず、受信装置８３だけに反射波Ｓｒ３が到達する。
【００３４】
このように、送信装置と受信装置とが異なる位置に配置されるマルチスタティックソナーシステムの水中物体捜索の場合には、モノスタティックソナーシステムのように音波の可逆性を利用することができないので、受信装置を適切に配置できるか否かが極めて重要になる。
【００３５】
〔基本的構成〕
本実施形態における水中物体捜索支援装置１の基本的な構成を説明し、その後に具体的内容を説明する。
図１に示すように、水中物体捜索支援装置１は、前述したように、捜索海域に向けて水中物体捜索用の音波を発信する送信装置と前記水中物体からの反射波に含まれるエコー信号を受信して前記水中物体の位置及び移動変化を特定する複数の受信装置とを備えたマルチスタティックソナーシステムに対して、その動作を支援するためのもので、入力部３と演算処理部２と表示部４とを備えて構成されている。
【００３６】
この内、演算処理部２は、図２に示すように、予め設定された仮想捜索海域に設置され当該仮想捜索海域の一方から他方に向けて仮想音波を発信する仮想音波発信手段１０と、この発信された仮想音波の発信方向及び当該発信方向に係る前記仮想捜索海域の深さに応じて変化する音速プロファイル情報に基づいて当該仮想捜索海域における音波伝搬領域を算定する音波伝搬領域算定手段１１と、この算定された音波伝搬領域を第１エリアとして当該第１エリア内の任意の一又は二以上の箇所に水中物体の存在位置を予測し又は外部指令によって仮設定する水中物体予測位置特定手段１２とを備えている。
【００３７】
更に、この演算処理部２は、上記仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する前記仮想音波の方位を設定すると共に当該水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定する伝搬方位設定手段１３と、この伝搬方位設定手段１３によって設定される前記仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域を第２エリアとして当該第２エリア内の任意の複数箇所を前記仮想反射波に対する受信位置として暫定的に定めて当該各受信位置に前記複数の受信装置を仮設定する受信位置暫定設定手段１４と、この受信位置暫定設定手段１４で暫定的に設定された各受信装置の設置位置を受信レベルのより高い位置に位置調整する受信位置決定手段１５とを備えて構成されている。
【００３８】
ここで、前述した受信位置決定手段１５は、予め設定された複数の各水中物体に対してそれぞれ前記複数の各受信装置の受信位置を仮設定して成る複数のエコーマップを作成すると共にこれら複数のエコーマップを同一の前記仮想捜索海域上にて加算してエコーレベルのエナージマップを作成するエナージマップ作成機能１５Ａと、この作成されたエナージマップにおける前記受信レベルの極大位置の複数を前記受信装置の受信位置とする受信位置特定機能１５Ｂとを備えている。
【００３９】
このため、詳細は後述するが、これによると、発信する仮想音波の音波伝搬領域が、音速プロファイル情報に基づいて算定され、その音波伝搬領域内の任意の複数箇所に水中物体の予測位置を仮設定し、この仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する仮想音波の方位を設定すると共に、水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定し、仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域内の任意の複数箇所を各水中物体に対する複数の受信装置として仮設定するので、仮設定された複数の受信装置の中からオペレータの操作により水中物体及び受信装置の最適な配置を迅速に設定することが可能となる。
【００４０】
〔具体的構成〕
次に、前述した水中物体捜索支援装置１の各構成内容を具体的に説明する。
【００４１】
図１において、水中物体捜索支援装置１は、マルチスタティックソナーシステムの動作のシミュレーションを実行するために、水中物体の捜索対象となる捜索海域の環境情報（音速プロファイル）、複数の受信装置の配置範囲、水中物体の物体情報（実際の捜索対象である水中物体の種類，形状，材質，音反射率，予測水深等）、その他の必要な情報を入力する入力部３を備えている。
この入力部３は、オペレータによって操作されるものであり、例えば、キーボードやマウス等のポインティングデバイスで構成される。
【００４２】
又、水中物体捜索支援装置１は、水中物体捜索支援のシミュレーションに係る画像、例えば、仮想捜索海域、仮想音波を発信する送信装置の位置、仮想音波を受ける水中物体の配置、仮想反射波を受信する複数の受信装置の配置、及びその他の画像、を表示する表示部４を備えている。この表示部４は、例えば、液晶パネル（ＬＣＤ）やその他のフラット表示パネル又はブラウン管（ＣＲＴ）等で構成される。
【００４３】
更に、水中物体捜索支援装置１は、前述したように、演算処理部２を備えている。この演算処理部２は、入力部３から与えられる予め設定された仮想捜索海域に設置されその仮想捜索海域の一方から他方に向けて仮想音波を発信する送信装置である仮想音波発信手段１０と、この発信された仮想音波の発信方向及び発信方向に係る仮想捜索海域の深さによって変化する音速プロファイル情報（入力部３から予め与えられている）に基づいて仮想捜索海域における音波伝搬領域を算定する音波伝搬領域算定手段１１とを備えている。この音波伝搬領域は、例えば音波伝搬方向に最大方位幅を想定して演算される。
【００４４】
上記演算処理部２は、更に、前記音波伝搬領域算定手段１１によって算定された音波伝搬領域を第１エリアとし、その第１エリア内の任意の複数箇所に水中物体の存在位置を予測し仮設定する水中物体予測位置特定手段１２を備えている。
この予測位置は多くは予め外部入力されたものが使用されるが、捜索海域の設定と同時に予めプログラム化され特定された位置情報によって設定するように構成してもよい。
【００４５】
又、演算処理部２は、仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する仮想音波の方位を設定すると共に水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定する伝搬方位設定手段１３を備えている。
【００４６】
更に、この演算処理部２は、前記伝搬方位設定手段１３によって設定される仮想音波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域を第２エリアとしてその第２エリア内の任意の複数箇所を仮設定された各水中物体に対する受信位置として暫定的に定めてその複数の受信位置に複数の受信装置を仮設定する受信位置暫定設定手段１４を備えている。
【００４７】
従って、水中物体捜索支援装置１は、発信する仮想音波の音波伝搬領域を音速プロファイル情報に基づいて算定し、その音波伝搬領域内の任意の複数箇所に水中物体の予測位置を仮設定し、仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する仮想音波の方位を設定すると共に水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定し、仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域内の任意の複数箇所を各水中物体に対する複数の受信装置として仮設定するので、仮設定された複数の受信装置の中からオペレータの操作により水中物体及び受信装置の最適な配置の迅速設定が可能となる。
【００４８】
又、図１に示した演算処理部２は、仮設定された各水中物体に対応して、受信位置暫定設定手段１４によって仮設定された複数の受信位置での仮想反射波の受信レベル、仮想音波発信手段１０からの仮想音波の発信レベル、及び水中物体予測位置特定手段２からの予測情報、に基づいて各水中物体に対する複数の受信位置での受信レベルを監視しその最高の受信レベルの受信位置（例えば、図８（Ｂ）の符号８２，８３）を、各水中物体に対する前述した複数の受信装置の配置位置として決定する受信位置決定手段１５を備えている。
【００４９】
従って、前述した受信位置暫定設定手段１４によって仮設定された複数の受信位置の中から、受信位置決定手段１５が受信レベルの高い受信位置を各水中物体に対する複数の受信装置の配置位置として決定するので、オペレータの操作を必要とすることなく、水中物体及び受信装置の最適な配置を設定することができる。
【００５０】
図１に示した受信位置決定手段１５は、具体的には、図２に示すように、入力部３から供給される実際の捜索対象である水中物体の種類、形状、材質、音反射率、予測水深等に基づいて仮想水中物体への入力音圧レベルと仮想水中物体からの反射音圧レベルとのレベル差（これを、ターゲットストレングス（ＴＳ）とする）を取得する（算定する）ターゲットストレングス取得手段１８を備えている。
【００５１】
又、上述した受信位置決定手段１５は、入力部３から供給された環境情報に基づいて発信位置から各予測位置の仮想水中物体までの第１伝搬損失（ＴＬ１）及び各予測位置の仮想水中物体から各暫定受信位置までの第２伝搬損失（ＴＬ２）を取得する伝搬損失取得手段１９を備えている。
【００５２】
更に、この受信位置決定手段１５は、各予測位置に対応する各暫定受信位置について仮想音波の発信レベル（Ｌｔ）から受信レベル（Ｌｒ）を算出する際に、上記第１，第２の伝搬損失（ＴＬ１，ＴＬ２）を考慮して下記の演算を行う受信レベル算出手段２０を備えている。
Ｌｒ＝Ｌｔ−ＴＬ１−ＴＬ２＋ＴＳ
【００５３】
従って、本実施形態における水中物体捜索支援装置１は、仮想水中物体で反射される反射波の受信レベルを極めて高い精度で算出することで、実際の捜索対象である水中物体を捜索するマルチスタティックソナーシステムの動作を効率良く支援するためのシミュレーションを実行することができる。
【００５４】
そして、前述した受信レベル算出手段２０は、各水中物体に対応する複数の受信位置での受信レベルの分布情報を取得する分布情報取得手段２１と、分布情報取得手段２１によって得られた複数の水中物体に対応する分布情報を加算して加算分布情報を算出する分布情報加算手段２２と、加算分布情報の中で複数の水中物体の存在位置以外の位置で受信レベルが極大となる極大位置を検出しその極大位置を複数の受信装置の配置位置として決定する極大位置検出手段２３と、を備えている。
【００５５】
従って、例えば、色や輝度によって極大位置を表示部４の画面に表示することにより、オペレータに対して受信装置の最適位置を明確に提示することができる。
【００５６】
又、図１に示した水中物体捜索支援装置１に演算処理部２において、伝搬方位設定手段１３は、水中物体予測位置特定手段１２によって設定された各予測位置，物体情報および環境情報から得られる水深と音速プロファイルとの関係に基づいて各予測位置からの複数の方位を設定する。
【００５７】
従って、各予測位置に実際の捜索対象である水中物体が配置された場合に、その水中物体の種類，形状，材質，音反射率，予測水深等，及び水深と音速プロファイルとの関係に基づいて、その水中物体からの反射波の伝搬経路の複数の方位を正確に設定することができる。
【００５８】
次に、図１に示した水中物体捜索支援装置１による水中物体捜索支援の具体的な手法について説明する。
【００５９】
まず、図３は、図１に示した表示部４の画面に表示される捜索海域６０（仮想捜索海域）の海面６１から海底６２の範囲を示す垂直断面図である。この場合、図１に示した入力部３から、捜索海域６０の設定に必要な指定データが入力される。
【００６０】
そして、捜索海域６０の環境情報の指定データである風速値，波高値，海底質，周囲雑音，音速プロファイル等の各データが、例えば入力部３から水中物体捜索支援装置１の演算処理部２に入力される。
【００６１】
更に、入力部３からは、水中物体の物体情報である水中物体の種類，形状，材質，音反射率，予測水深等，送信装置３０の発信位置等，および発信する音波の送波出力レベル、の各データが演算処理部２に入力される。
【００６２】
ここで、上記入力部３から入力される捜索海域６０及び環境情報の各種指定データは、実際の捜索海域において測定されたデータ、例えば、風速計測器による風速値、波高計測器による波高値、雑音計測器による周囲雑音のデータでもよいが、インターネット上で公開されているものや、特定機関から入手可能な海底地形データを可視表示した画面に基づいてオペレータが入力したデータでもよい。
【００６３】
図７において説明した音波伝搬の解析により、図１に示した音波伝搬領域算定手段１１は、入力された音速プロファイル情報に基づいて、送信装置３０から発信される音波の伝搬領域として、図３にクロスハッチングで示す第１エリアが算定される。
【００６４】
又、図１に示した演算処理部２の水中物体予測位置特定手段１２は、入力部３から入力された予測深度Ｄをｚ１とすると、予測深度Ｄ（ｚ１）近傍の２つの範囲である矢印６３の範囲及び矢印６４の範囲を、第１エリア内の水中物体の存在位置として予測し仮設定する。
【００６５】
図４は、水中物体予測位置特定手段１２によって仮設定された仮想の５つの水中物体４０（４０ａ乃至４０ｅ）の予測位置を含む捜索海域（仮想捜索海域）を、海面側（上空）から見た図である。
【００６６】
次に、演算処理部２は、入力部３から入力された送信側の音波伝搬計算パラメータとして、上記した発信位置や音波の送波出力レベルの他に、各仮想水中物体４０の水平位置及び水深位置、送信深度、送信周波数、及び送信指向性を設定する。
例えば、仮想水中物体４０ｃが指定された場合には、水中物体予測位置特定手段１２は、海面側から見た場合の仮想水中物体４０ｃの平面位置Ｈ（ｘ１，ｙ１）、垂直断面から見た水深位置Ｄ（ｚ１）の入力により、仮想水中物体４０ｃの水中内における三次元位置Ｐ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）が設定される。
【００６７】
図１に示した伝搬方位設定手段１３は、図３に示したクロスハッチングの第１エリア内を通って、仮想水中物体４０ｃの位置Ｐ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）に到達する伝搬経路の方位を設定する機能を備えている。
【００６８】
図４において、送信装置３０（発信位置）は、仮想音波Ｓｆｃを、伝搬方位設定手段１３によって設定された方位に従った伝搬経路を通って、実線の矢印で示すように水中物体４０ｃに向けて発信するように機能する。そして、図１に示した伝搬損失取得手段１９は、予め入力された前記環境情報（水深、水質、音速プロファイル等）に基づいて発信位置から仮想水中物体４０ｃに至る伝搬経路の伝搬損失（ＴＬ１）を取得する。
【００６９】
ここで、伝搬方位設定手段１３は、図３に示したクロスハッチングの第１エリア内を通って、水中物体４０ｃ以外の４つの水中物体４０ａ、４０ｂ、４０ｄ、４０ｅの各予測位置に到達する伝搬経路の方位についても設定する機能を備えている。又、伝搬損失取得手段１９は、伝搬方位設定手段１３によって設定された各方位の伝搬経路の伝搬損失を取得するように機能する。
【００７０】
この仮想水中物体４０ｃに到達した仮想音波Ｓｆｃは、図４で点線の矢印で示すように、仮想水中物体４０ｃによって様々な方位に反射される。反射波の方位及び強さ（レベル）は、入力部３から入力された物体情報である実際の捜索対象である水中物体の種類、形状、材質、音反射率、予測水深等、及び環境情報である水深、水質、音速プロファイル等の影響を受ける。
【００７１】
図１に示したターゲットストレングス取得手段１８は、入力部３から入力される物体情報に含まれるターゲットストレングス（ＴＳ）、即ち、仮想水中物体４０ｃへの入力音圧レベルと仮想水中物体４０ｃからの反射音圧レベルとのレベル差を取得する。反射音圧レベルのほうが入力音圧レベルより大きい場合には、ターゲットストレングス（ＴＳ）は正の値となる。一方、反射音圧レベルのほうが入力音圧レベルより小さい場合には、ターゲットストレングス（ＴＳ）は負の値となる。
【００７２】
図５は、水中物体４０ｃからの仮想反射波の伝搬経路の範囲を示す捜索海域６０の垂直断面図である。図７において説明した音波伝搬の解析により、水中物体４０ｃからの仮想反射波の伝搬経路は図５に示すクロスハッチングの第２エリア内に限られ、他の範囲には伝搬しない。
【００７３】
このため、図１に示した伝搬方位設定手段１３は、仮想水中物体４０ｃの位置Ｐ（ｘ１，ｙ１，ｚ１）から反射される仮想反射波の複数の方位を第２エリア内に設定する。
【００７４】
例えば、図１に示した入力部３から受信装置を配置する水深の範囲がＤ（ｚ１）から海面６１に近いＤ（ｚ２）の間であると指定されたときは、伝搬方位設定手段１３は、第２エリア内のＤ（ｚ１）を底面としＤ（ｚ２）を上面とする略台形の円錐状の立体水域の範囲６５内に仮想反射波の複数の方位を設定する。
【００７５】
図１の示した受信位置暫定設定手段１４は、図４に示す暫定受信位置５０を、前述した反射波Ｓｒｃの１つの方位における受信装置の暫定受信位置として設定する。
【００７６】
また、水中物体捜索支援装置１は、入力部３から入力された受信側の音波伝搬計算パラメータである環境情報（水深、水質、音速プロファイル等）を、メモリ（図示せず）に保持している。
【００７７】
これにより、図１に示した伝搬損失取得手段１９は、その環境情報に基づいて仮想水中物体４０ｃから暫定受信位置５０に至る伝搬経路の伝搬損失（ＴＬ２）を取得することが可能となる。
【００７８】
ここで、伝搬方位設定手段１３は、設定した方位を表示部４の画面に表示し、オペレータによって選択された方位を再設定する構成にしてもよい。この場合には、受信装置の配置位置の範囲を限定することで、受信位置暫定設定手段１４の処理及び伝搬損失取得手段１９の処理を簡潔にして、水中物体捜索支援装置１のより高速な処理を可能にする。
【００７９】
次に、図１に示した受信位置決定手段１５は、５つの予測位置の仮想水中物体４０ａ乃至４０ｅからの仮想反射波の受信レベルを暫定受信位置で算定して、その受信レベルに基づいて受信装置の配置位置を決定する。
【００８０】
この場合において、受信位置決定手段１５は、仮想音波の発信レベル（Ｌｔ）、伝搬損失取得手段１９によって取得された伝搬損失ＴＬ１（第１伝搬損失）及び伝搬損失ＴＬ２（第２伝搬損失）、ターゲットストレングス取得手段１８によって取得されたＴＳにより、暫定受信位置での受信レベル（Ｌｒ）を算出する。
【００８１】
更に、受信位置決定手段１５における受信レベル算出手段２０は、分布情報取得手段２１により各予測位置に対応する複数の暫定受信位置の分布情報を取得し、分布情報加算手段２２によりその複数の予測位置に対応する複数の分布情報を加算し、極大位置検出手段２３により加算分布情報の中で複数の予測位置以外の位置で受信レベルが極大となる極大位置を検出しその極大位置を受信装置の配置位置として決定する。
【００８２】
また、受信位置決定手段１５は、決定された受信装置の配置位置を表示部４の画面に表示する。従って、オペレータは、表示された受信装置の配置位置を実際の受信装置の最適な位置として明確に把握することができる。
【００８３】
ここで、水中物体捜索支援装置１を構成する演算処理部２（仮想音波発信手段１０乃至受信位置決定手段１５）は、電子回路等のハードウェアで構成しても、或いは、ＣＰＵ（Central Processing Unit ）と、ＣＰＵが実行するプログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）及びＣＰＵのワークエリアであるＲＡＭ（Random Access Memory）等とを有するコンピュータであってもよい。
【００８４】
（演算処理部２の処理動作）
次に、水中物体捜索支援装置１の演算処理部２の全体的な演算処理動作を、図６の水中物体捜索支援の手順を示すフローチャートに基づいて説明する。
【００８５】
図６において、演算処理部２は、入力部３を介してインターネット又は特定機関から取り込んだ海底地形データを可視化した画面から、外部指令に従って捜索海域を指定する（ステップＳ１０１）。
次に、演算処理部２は、入力部３を介して、海洋環境情報である音速プロファイルを、又風速，波高，海底質を，更には周囲雑音を風速計又は雑音計測器からの値にて、それぞれ取り込んで保持し、更に、外部からの指示に従って、水中物体の存在予測深度、ターゲットストレングスを設定し、これによって、上記捜索海域に対する仮想捜索海域が実際の状態に近い環境条件が設定されることとなる（ステップＳ１０２）。
【００８６】
続いて、演算処理部２は、水中物体の存在予測位置（図３に示す第１エリアの範囲）を外部からの指示に従って設定する。この場合、この水中物体の存在予測位置については、ランダムな位置に演算処理部２自信が自由に設定するように構成してもよい（ステップＳ１０３）。
次に、演算処理部２は、送信装置の発信位置（図３に示した送信装置３０の位置）を、外部からの指示に従って設定する（ステップＳ１０４）。同時に、演算処理部２は、送信側の音波伝搬計算パラメータである送信深度，送信周波数，送信レベル，送信指向性などのパラメータを、外部からの指令に従って設定する（ステップＳ１０５）。
【００８７】
即ち、演算処理部２は、仮想的に発信する仮想音波の送波出力レベル、各仮想水中物体の水平位置及び水深位置等を特定し、捜索海域の環境情報に従って発信位置からの仮想音波が到達すると判定した範囲（図３に示した第１エリアの範囲）内に、予め設定された物体情報に基づいて特定される仮想水中物体の５か所の予測位置（図４に示した仮想水中物体４０ａ乃至４０ｅの位置）を設定し、この設定された各予測位置に向かう仮想音波の方位を設定すると共に物体情報に基づいて各予測位置の仮想水中物体から反射される仮想反射波の複数の方位を特定する。
【００８８】
この場合、仮想捜索海域における音波伝搬領域の特定および仮想水中物体からの仮想反射波の方位等については、送信装置を稼働させることにより具体的にシミュレーションにて特定される。
【００８９】
このため、まず、予め設定された仮想捜索海域に設置され当該仮想捜索海域の一方から他方に向けて仮想音波を仮想音波発信手段１０が発信する（仮想音波発信処理工程）。次に、この発信された仮想音波の発信方向及び当該発信方向に係る前記仮想捜索海域の深さによって変化する音速プロファイル情報に基づいて、当該仮想捜索海域における音波伝搬領域を音波伝搬領域算定手段１１が算定する（音波伝搬領域算定工程）。
【００９０】
続いて、この算定された音波伝搬領域が算定されると、これを第１エリアとして表示部４に表示することが可能となり、これにより、オペレータに音波伝搬領域にかかる情報を知らしめることができ、支援装置としての重要な機能の一つが実行される。
そして、この第１エリア内の任意の一又は二以上の箇所に水中物体の存在位置を水中物体予測位置特定手段が予測して仮設定する（水中物体仮設定工程）。この場合の設定は、外部からの指令が入力された場合にこれによって実行される。
【００９１】
次に、この仮設定された水中物体の予測位置（例えば４０ｃ）に向けて伝搬する前記仮想音波の方位及び当該水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位が伝搬方位設定手段が特定され実行される（音伝搬方位設定工程）。
そして、この設定された前記仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域を第２エリアとして当該第２エリア内の任意の複数箇所を前記仮設定された各水中物体に対する受信位置として暫定的に定めて当該複数の受信位置に前記複数の受信装置を受信位置暫定設定手段が仮設定する（受信位置暫定設定工程）。
【００９２】
次に、演算処理部２は、指定された１つの仮想水中物体（図４に示した仮想水中物体４０ｃ）の存在予測位置に対象として、送波出力レベル（Ｌｔ）、第１，第２の各音波伝搬損失（ＴＬ１、ＴＬ２）、及びターゲットストレングス（ＴＳ）により、暫定受信位置での受信レベル（エコーレベル：Ｌｒ）を次式で算出し、その受信位置を推奨表示する（ステップＳ１０６）。
Ｌｒ＝Ｌｔ−ＴＬ１−ＴＬ２＋ＴＳ
ここで、送波出力レベル（Ｌｔ）は前述したステップＳ１０５で、ターゲットストレングス（ＴＳ）はステップＳ１０２で、それぞれ設定された値を使用する。
【００９３】
又、第１の音波伝搬損失（ＴＬ１）は、図３にて既に明らかのように、水中物体４０ｃの存在予測深度Ｄ（ｚ１）と水中物体４０ｃの存在予測位置Ｈとが交わる交点Ｐと送信装置３０の位置との距離に基づいて算定される。更に、第２の音波伝搬損失（ＴＬ２）は、図５で既に明らかのように、水中物体４０ｃで反射された反射音が届く領域６５の範囲内にあって受信深度Ｄ（ｚ１）のラインに基づいて算定される。そして、残りの方位についてエコーレベルＬｒを算出することにより、一つの水中物体４０ｃの存在予定位置Ｐについてのエコーレベルマップが演算処理部２で算定される。
【００９４】
このエコーレベルマップを全ての水中物体の存在予測位置に対して算出し、全ての水中物体の存在予測位置にかかるエコーレベルマップを加算することにより、エコーレベルのエナジーマップを作成することができる。これが、演算処理部２に備えられたエナジーマップ作成機能１５Ａである。
そして、この場合、水中物体の存在予測位置Ｈ以外でエコーレベルのエナジーマップが高くなる位置が、マルチスタティックソナーの運用において受信位置を配置するのに適した位置である。また、この時に推奨すべき受信位置としては、エナジーマップが高い位置を複数選択することにより、複数の位置を推奨することが可能となる。これが、演算処理部２に備えられた受信位置特定機能１５Ｂである。
【００９５】
次に、演算処理部２は、受信側の音波伝搬計算パラメータである受信深度，受信指向性，受信帯域幅，受信指向性利得，水質，音速プロファイル等のパラメータを設定する（ステップＳ１０７）。
【００９６】
前述したように、環境情報により仮想反射波が到達すると判定した範囲（図５に示した第２エリア）内で、前述したように仮想反射波の各方位における暫定受信位置が設定された。この前述したステップＳ１０６で推奨する受信位置は、簡易的な音波伝搬計算により推奨したものであり、精度よりも迅速設定を意図したものとなっている。このため、ここでは、前述したステップＳ１０５で設定された送信側の音波伝搬計算パラメータとステップＳ１０７で設定された受信側の音波伝搬計算パラメータとを用いて、音波伝搬計算を実施するようにした。
【００９７】
具体的には、仮設定された前記各水中物体に対応して前記受信位置暫定設定手段１４によって暫定的に仮設定された複数の受信位置での前記仮想反射波の受信レベル，前記仮想音波発信手段からの仮想音波の発信レベル，及び前記水中物体予測位置特定手段１２からの予測情報のそれぞれに基づいて、前記水中物体に対する前記複数の受信位置での各受信レベルを監視し、当該複数の受信位置における受信レベルの高い順に当該検出位置を前記複数の受信装置の配置位置として受信位置決定手段１５が決定するようにした。
【００９８】
即ち、予め設定された複数の各水中物体に対して、受信位置決定手段１５が、水中物体毎に前記複数の各受信装置の前記配置位置を仮設定して各受信装置毎の複数のエコーマップを作成し、これら作成した複数のエコーマップを重ね合わせて仮想反射波のエコーレベルのエナージマップを作成し、この作成されたエナージマップにおける前記受信レベルの極大位置を特定しその複数を前記受信装置の配置位置とするようにした。
これにより、推奨した受信位置で、水中物体を探知可能な領域を、精度良く表示部４を介して迅速に外部出力することができる（ステップＳ１０８：受信位置決定工程）。
【００９９】
そして、この場合、オペレータは、その推奨した受信位置での探知可能な領域を確認し、要すれば受信位置の微調整操作を行い、最終的な受信位置を特定する事が可能となっている。
【０１００】
このように、本実施形態におけるマルチスタティックソナー運用における受信位置の推奨方式は最適な受信位置を決定する時間の短縮化と共に、オペレータの負荷を軽減することができるという利点がある。
【０１０１】
ここで、上述した入力部３に入力されるデータの受信処理および前記演算処理部２による各種データの処理動作（各ステップおよび各処理工程）にあっては、その実行内容をプログラム化しコンピュータに実行させるように構成してもよい。
（実施形態の効果）
【０１０２】
以上のように、上記実施形態の水中物体捜索支援装置１によれば、発信する仮想音波の音波伝搬領域を音速プロファイル情報に基づいて算定し、その音波伝搬領域内の任意の複数箇所に水中物体の予測位置を仮設定し、仮設定された水中物体の予測位置に向けて伝搬する仮想音波の方位を設定すると共に水中物体で反射する複数の仮想反射波の各方位を設定し、仮想反射波の伝搬方向先に位置する音波伝搬領域内の任意の複数箇所を各水中物体に対する複数の受信装置として仮設定するので、仮設定された複数の受信装置の中からオペレータの操作により水中物体及び受信装置の最適な配置を設定することができる。
【０１０３】
更に、この場合において、仮設定された複数の受信位置の中から最高の受信レベルの受信位置を各水中物体に対する複数の受信装置の配置位置として決定するので、オペレータの操作を必要とすることなく、水中物体及び受信装置の最適な配置を設定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、マルチスタティックソナーシステムを製造する製造業や、その他これに関連する産業に適用可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１  水中物体捜索支援装置
２  演算処理部
３  入力部
４  表示部
１０  仮想音波発信手段
１１  音波伝搬領域算定手段
１２  水中物体予測位置特定手段
１３  伝搬方位設定手段
１４  受信位置暫定設定手段
１５  受信位置決定手段
１５Ａ  エナージマップ作成機能
１５Ｂ  受信位置特定機能
１８  ターゲットストレングス取得手段
１９  伝搬損失取得手段
２０  受信レベル算出手段
２１  分布情報取得手段
２２  分布情報加算手段
２３  極大位置検出手段
３０  送信装置
４０  水中物体
５０  暫定受信位置
６０  捜索海域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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