(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め想定された海洋環境データを実海洋環境データにより補正し、海洋環境を予察する機上海洋予察装置において、
該機上海洋予察装置全体を制御する制御部と、実測された水温データを前記機上海洋予察装置へ取り込むデータ入力部と、予察海域を水平および深度方向にメッシュ状に細分化した各格子点における水温データの集合を水温データパターンとする複数の水温データパターンを格納する海洋環境データベースと、前記データ入力部や前記海洋環境データベース等からのデータを一時的に記憶するメモリ部と、前記データ入力部からの実測水温データおよび前記海洋環境データベースからの水温データとの相違が最小になるような水温データパターンを選択する使用データ判定部と、前記データ入力部からの実測水温データを使用して前記使用データ判定部で選択した水温データパターンの各格子点の水温データを補正する同化処理部と、該同化処理部からの出力を使用して海洋予察を実行する予察処理部と、該予察処理部からの出力を表示する表示手段とを備えることを特徴とする機上海洋予察装置。
【請求項２】
予め想定された海洋環境データを実海洋環境データにより補正し、海洋環境を予察する機上海洋予察装置において、
該機上海洋予察装置全体を制御する制御部と、実測された水温データを前記機上海洋予察装置へ取り込むデータ入力部と、該データ入力部および海洋環境データベース等からのデータを一時的に記憶するメモリ部と、前記データ入力部からの実測水温データおよび前記海洋環境データベースからの水温データとの相違が最小になるような水温データパターンを選択する使用データ判定部と、前記データ入力部からの実測水温データを使用して、前記使用データ判定部で選択した水温データパターンの各格子点の水温データを補正する同化処理部と、該同化処理部からの出力を使用して海洋予察を実行する予察処理部と、該予察処理部からの出力を表示する表示手段と、機外設備として用意され、複数の水温データパターンを格納する外部海洋環境データベースとデータの交換を可能とする外部通信手段とを備えることを特徴とする機上海洋予察装置。
【請求項３】
前記メモリ部に記憶された複数の水温データパターンから、実測すべき地点を算出する初期測定地点リコメンド部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の機上海洋予察装置。
【請求項４】
前記メモリ部に記憶された前記同化処理部の計算結果から、追加で実測すべき地点を算出する追加測定地点リコメンド部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の機上海洋予察装置。
【請求項５】
前記メモリ部に記憶された複数の水温データパターンから、実測すべき地点を算出する初期測定地点リコメンド部と、前記メモリ部に記憶された前記同化処理部の計算結果から、追加で実測すべき地点を算出する追加測定地点リコメンド部とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の機上海洋予察装置。
【請求項６】
前記制御部に接続され、各種入力を行うキーボード等の入力装置を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の機上海洋予察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は機上海洋予察装置、特に想定された海洋環境に実海洋環境のデータを同化した情報を使用して海洋環境を予察する機上海洋予察装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
海洋予察装置又は関連技術の従来例は、例えば実開昭６２−１７６７７５号公報の「探知予察装置」、特開平６−１９４１６５号公報の「海面状況測定装置および飛しょう体高度設定装置」、特開平１０−６２５４０号公報の「音速変動共分散行列の生成装置」、特開平６−１０９４７２号公報の「予察計算処理器」、特開平６−３０８２２８号公報の「ノーマルモード理論による音波伝搬損失値算出方式」および特開昭６２−２１１５０７号公報の「海底深度マップによる船位測定装置」等に開示されている。
【０００３】
上述した特開平６−１０９４７２号公報に開示される予察計算処理器を図１２に示す。この機上海洋予察装置のブロック図は、入力部１０１、伝搬損失算出部１０２、シグナルエクセス算出部１０３、探知距離算出部１０４および表示部１０５により構成される。図１２において、入力部１０１は、ソーナー諸元情報、環境条件および計算範囲を入力する。これらデータに基づき、算出部１０２は、指定海域を水平方向と深度方向に分割したときに得られる各格子単位に伝搬損失の平均値を算出する。シグナルエクセス算出部１０３は、各格子単位にシグナルエクセス値を算出する。探知距離算出部１０４は、この算出された各格子のシグナルエクセス値に基づき、各格子深度毎に海底残響支配領域における探知距離を算出する。表示部１０５は、探知距離算出部１０４の算出結果を表示する。
【０００４】
次に、図１２に示す予察計算処理器の動作を説明する。入力部１０１は、送波レベル、周波数、音源深度およびビーム幅等のソーナー諸元情報と、水深に対する水温データ等の環境条件と、水平距離および水深についての計算範囲の情報と、海底深度と、目標深度とを入力する。これらの入力値（データ）を使用して、伝搬損失算出部１０２は、予察対象となるソーナー装置の送波器から一定間隔の俯角毎に設定した音線に沿って一定距離間隔のサンプリング点毎に伝搬損失および入射補角を算出する。そして、指定海域を水平方向および深度方向に格子状に分割したときに得られる各格子単位に伝搬損失の平均値を算出する。シグナルエクセス算出部１０３は、各格子単位に海底残響支配領域のシグナルエクセス値を算出する。探知距離算出部１０４は、これらを比較して探知距離を算出し、表示部１０５へ表示する。
【０００５】
また、図１３は、上述した特開平６−３０８２２８号公報に開示する従来の機上海洋予察装置の一例を示すブロック図である。この装置は、事前計算部２０１、位置計算部２０２、伝搬損失値計算部２０３および諸元ファイル２０４により構成される。事前計算部２０１は、予察海域のメッシュ毎のＢＴ、水深、底質、周波数等の諸元データを諸元ファイル２０４から読み出す。そして、メッシュ毎に境界条件を設定して、周波数別に近似法（例えば、ＷＢＴ近似法）でモード数ｎ＝１〜Ｎ（正整数）次のモードまで、下記の波動方程式（１）を解く。
【数１】
0003589186.tif 000002
但し、ｐは音圧、ｃは音速、ｚは深度およびｔは時間である。
【０００６】
位置計算部２０２は、音源と受波器の２点間の通過メッシュならびに各通過メッシュ毎の通過距離および通過深度を計算し、音波伝搬損失値計算部２０３へ出力する。音波伝搬損失値計算部２０３は、位置計算部２０２および事前計算部２０１の算出結果から、下記式（２）および（３）にて音波伝搬損失値を算出する。
【数２】
0003589186.tif 000003
但し、Ｋは通過メッシュ数、ｕ（ｊ，ｎ，Ｄ）は振幅、ｊ（ｍ，ｆ）はノーマルモード識別番号、ｍは通過メッシュ番号、ｆは周波数、Ｄは深度およびｒはメッシュ内通過距離である。
Ｌｏｓｓ（ｆ）＝２０ＬｏｇＰ（ｆ）＋α（ｆ）Ｒ            （３）
但し、Ｌｏｓｓ（ｆ）は音波伝搬損失値、αは吸収損失係数およびＲは音源・受波器間距離である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した如き従来技術には、次の如き幾つかの課題を有する。第１に、予察精度を高めるためには、多数の地点における水深に対する水温データを実測する必要があるということである。その理由は、実測データを使用して想定データを補正する手段が設けられていないためである。実態と異なる想定データを入力した場合には、予察精度が落ちるため、実測データのみを使用せざるを得ない。少ない地点の実測データでは、海洋環境を正確に反映できない危険性がある。
【０００８】
第２に、どの地点における水温データを取得すれば効果的に予察が可能になるか判断できない。これにより、多くの測定を無駄に実施したり、実際の海洋状況を正確に把握できない危険性が生じる。その理由は、過去の海洋環境の特性を利用する手段が設けられていないことおよび現在の海洋環境を考慮して追加で水温データを取得すべき地点をリコメンドする手段が設けられていないためである。
【０００９】
【発明の目的】
従って、本発明の目的は、少ない計測地点での水深に対する水温データから、高精度な海洋環境予察を実施する機上海洋予察装置を提供することである。本発明の他の目的は、水温データを測定すべき地点を算出し、使用者に表示することで効率的なデータ取得が可能となる機上海洋予察装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の機上海洋予察装置は、予め想定された海洋環境データを実海洋環境データにより補正して、海洋環境を予察する装置であって、この機上海洋予察装置全体を制御する制御部と、実測された水温データを機上海洋予察装置へ取り込むデータ入力部と、予察海域を水平および深度方向にメッシュ状に細分化した各格子点における水温データの集合を水温データパターンとする複数の水温データパターンを格納する海洋環境データベースと、データ入力部および海洋環境データベース等からのデータを一時的に記憶するメモリ部と、データ入力部からの実測水温データおよび海洋環境データベースからの水温データの相違が最小になるような水温データパターンを選択する使用データ判定部と、データ入力部からの実測水温データを使用して使用データ判定部で選択した水温データパターンの各格子点の水温データを補正する同化処理部と、この同化処理部からの出力を使用して海洋予察を実行する予察処理部と、この予察処理部からの出力を表示する表示手段を備える。
【００１１】
また、本発明の機上海洋予察装置は、予め想定された海洋環境データを実海洋環境データにより補正し、海洋環境を予察する装置であって、この機上海洋予察装置全体を制御する制御部と、実測された水温データを機上海洋予察装置へ取り込むデータ入力部と、このデータ入力部および海洋環境データベース等からのデータを一時的に記憶するメモリ部と、データ入力部からの実測水温データおよび海洋環境データベースからの水温データの相違が最小になるような水温データパターンを選択する使用データ判定部と、データ入力部からの実測水温データを使用して、使用データ判定部で選択した水温データパターンの各格子点の水温データを補正する同化処理部と、この同化処理部からの出力を使用して海洋予察を実行する予察処理部と、この予察処理部からの出力を表示する表示部と、機外設備として用意され、複数の水温データパターンを格納する機外海洋環境データベースとデータの交換を可能にする外部通信手段を備える。
【００１２】
更に、本発明の機上海洋予察装置の好適実施形態によると、上述したメモリ部に記憶された複数の水温データパターンから、実測すべき地点を算出する初期測定地点リコメンド部又は／およびメモリ部に記憶された同化処理部の計算結果から、追加で実測すべき地点を算出する追加測定地点リコメンド部を備える。また、制御部に接続され、各種入力を行うキーボード等の入力装置を備える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による機上海洋予察装置の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
先ず、図１は、本発明による機上海洋予察装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。この機上海洋予察装置は、制御部１、データ入力部２、海洋環境データベース３、メモリ部４、使用データ判定部５、同化処理部６、予察処理部７、入力装置８および表示手段９により構成される。
【００１５】
次に、図１に示す機上海洋予察装置の各構成要素の機能を説明する。制御部１は、機上海洋予察装置全体を制御する。データ入力部２は、水深および水温の実測データを機上海洋予察装置へ取り込む。海洋環境データベース３は、予察海域を水平および深度方向にメッシュ状に細分化した各格子点における水温データを複数パターン格納する。メモリ部４は、データ入力部２や海洋環境データベース３等からのデータを一時的に記憶する。使用データ判定部５は、データ入力部２からの実測水温データと海洋環境データベース３からの水温データとの相違が最小になるような水温データパターンを選択する。同化処理部６は、データ入力部２からの実測水温データを使用して、使用データ判定部５で選択した水温データパターンの各格子点の値を補正する。予察処理部７は、同化処理部６からの出力を使用して海洋予察を実行する。表示手段９は、予察処理部７からの出力を表示する。入力装置８は、キーボード等であり、各種データの入力を行う。
【００１６】
次に、図２乃至図５を参照して、図１に示す機上海洋予察装置の動作を説明する。図２（Ａ）および（Ｂ）は、予め海洋環境データベース３に登録された水温データパターン例である。所定の海域を３次元メッシュに区切り、各格子点に対する水温データ（ＸＮｉ、ＹＮｊ、ＺＮｋ、ＴＮｉｊｋ）が登録されている。同一時刻における各地点の水温データの集まりを水温データパターンとし、図２（Ａ）は水温パターン（１）を示し、図２（Ｂ）は水温パターン（Ｎ）を示す。図２に示す如く、複数時刻の水温データパターン（１〜Ｎ）が存在する。入力装置８より予察海域が指定されると、その海域に該当する水温データパターン全てが海洋環境データベース３よりメモリ部４へ格納される。
【００１７】
図３は、データ入力部２へ入力される、水深および水温のデータを測定する計測ブイを使用して実測された水温データ例である。緯度・経度に対し、深度毎の水温データ（ＴＺ０、ＴＺ１、、、ＴＺｋ）の集合である。入力装置８より実測データ取り込み要求が入力されると、この実測された水温データがデータ入力部２を介してメモリ部４へ格納される。
【００１８】
次に、実測値から使用する水温データパターンを選択する動作を説明する。使用データ判定部５は、メモリ部４に格納された実測水温データおよび水温データパターンを比較し、実海洋環境に最も近い水温データパターンを選択する。実測された水温データに対し、各水温データパターンのデータとの距離で重み付けした最小２乗誤差を算出し、誤差の総計ＥＮが最も小さい水温データパターンを選択する。算出式は以下である。
【数３】
0003589186.tif 000004
但し、Ｌｉｊｋｌは格子点（Ｘｉ，Ｙｊ，Ｚｋ）と実測地点（Ｘ，Ｙ，Ｚｌ）との距離である。
この計算を、メモリ部４に格納された水温データパターン全てに対して実行することにより、各水温データパターン毎の誤差の総計が得られる。そして、総計が最小となる水温データパターンを選択する。
【００１９】
次に、実測値を使用して水温データパターンを算出する動作を説明する。同化処理部６は、使用データ判定部５で選択された水温データパターンに対し、実測データを使用して同化処理を実行する。格子点（Ｘｉ，Ｙｊ，Ｚｋ）における同化処理後の値ＴＳＮｉｊｋは、以下の式で求める。
【数４】
0003589186.tif 000005
但し、Ｗｍは重み係数、Ｌｍは同化する格子点と観測点の距離、Ｌは観測点数、Ｒは予察範囲およびＴＺｍａｘは計測データの最大値である。
水温データパターンの各格子点の値に対して、上述した計算を実行することにより、実測データで同化した水温データパターンを得ることができる。
【００２０】
次に、図４は、同化処理後の水温データパターンのイメージ図である。同化処理部６で算出された水温データパターンは、メモリ部４に格納され、海洋環境データベース３へ新規に登録することが可能である。最後に、センサ性能を計算する予察処理の動作を説明する。予察処理部７は、同化処理部６で得られた同化処理された水温データ分布と、入力装置８から入力された予察処理に必要なパラメータ（ソノブイ敷設パターンおよび目標情報等）を使用して、探知可能エリアを算出し、結果を表示手段９へ出力する。予察処理は、水温データパターンを処理パラメータとして使用する予察処理方式であればよく、例えば上述した特開平６−１０９４７２号公報および特開平６−３０８２２８号公報に開示された方法が使用できる。
【００２１】
図５は、上述した予察処理部７により計算された計算結果を表示手段９へ出力したイメージ図である。図５（Ａ）は、断面内音線図であり、（Ｂ）は水平面内探知エリアを示す。
【００２２】
次に、図６は、本発明による機上海洋予察装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。尚、上述した図１の構成要素と対応する構成要素には、便宜上、対応する参照符号を使用する。図６に示す第２実施形態は、制御部１、データ入力部２、海洋環境データベース３、メモリ部４、使用データ判定部５、同化処理部６、予察処理部７、入力装置８および表示手段９を有する点で、上述した図１の第１実施形態と同様である。しかし、第２実施形態では、水温データパターンを選択するためにどの地点の水温データを実測すべきかを計算する初期測定地点リコメンド部１０を有する点で第１実施形態と異なる。
【００２３】
図６に示す本発明の第２実施形態の動作を、特に第１実施形態と異なる部分について説明する。メモリ部４に、指定海域の水温データパターンが複数読み込まれているところまでは第１実施形態と同じである。入力装置８より、初期測定地点計算のコマンドが入力されると、制御部１より初期測定地点リコメンド部１０が起動される。そして、各水温データパターンの同一格子点におけるデータの分散σｉｊｋと、同一緯度、経度における各深度の分散を平均したσｉｊとを次式により計算する。
【数５】
0003589186.tif 000006
但し、Ｔｉｊｋは、（Ｘｉ，Ｙｊ，Ｚｋ）における水温データパターン（１〜Ｎ）の平均値である。
【００２４】
上述した計算結果を表示手段９へ出力する。図７は、表示手段９の表示例であり、分散の平均値を表現している。分散の大きい地点（即ち、図７中のＸ、Ｙ座標（２、３）および（４、４）の地点）の水温データを測定することで、より実環境に近い水温データパターンを選択できるようになる。
【００２５】
次に、図８は、本発明による機上海洋予察装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。図８の機上海洋予察装置も、制御部１、データ入力部２、海洋環境データベース３、メモリ部４、使用データ判定部５、同化処理部６、予察処理部７、入力装置８および表示手段９を有する点で図１および図６に示す第１および第２実施形態と同様である。しかし、図８に示す第３実施形態は、同化処理後のデータに対し、予察精度を向上させるために何処の水温データを実測すべきかを計算する追加測定地点リコメンド部１１を有する点で異なる。
【００２６】
図８に示す本発明による機上海洋予察装置の第３実施形態の動作を、特に上述した第１実施形態の動作と異なる部分について説明する。メモリ部４に同化処理部６の結果が格納されているところまでは、上述した第１実施形態と同様である。入力装置８より、追加測定地点計算のコマンドが入力されると、制御部１より追加測定地点リコメンド部１１が起動される。そして、同化処理後の水温データパターンに対して、温度変化の大きい地点を算出する。ここで、温度変化が他に比べて大きいことが判断できれば良く、変化量Ｖｉｊｋおよび同一緯度、経度における各深度の変化量を平均したＶｉｊの算出式としては、例えば下記の式（７）がある。図９は、Ｖｉｊｋを算出するのに必要な格子点のイメージ図である。
【数６】
0003589186.tif 000007
但し、Ｐは（Ｘｉ，Ｙｊ，Ｚｋ）に隣接する格子点の数である。
【００２７】
図１０は、表示手段９に表示された、上述した計算結果の１例であり、変化量の平均を表現している。変化量の大きい地点（即ち、図１０のＸ、Ｙ座標（２、４）の地点）の水温データを測定する。そして、同化処理部６により再度同化処理を実行することで、一層実環境に近い予察結果を得ることができるようになる。
【００２８】
次に、図１１は、本発明による機上海洋予察装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。図１１に示す第４実施形態は、制御部１、データ入力部２、メモリ部４、使用データ判定部５、同化処理部６、予察処理部７、入力装置８および表示手段９を有する点で、上述した第１実施形態と同様である。しかし、地上等の機外に外部海洋環境データベース２３を用意し、機外との通信手段として外部通信手段２１、２２を有する点で異なる。
【００２９】
この第４実施形態の動作を、特に第１実施形態と異なる部分について説明する。入力装置８より予察海域が指定されると、外部通信手段２１、２２を通じて外部海洋環境データベース２３にアクセスする。そして、その海域に該当する水温データパターン全てを外部通信手段２１、２２を介して入手し、メモリ部４に格納する。また、同化処理部６の処理結果を外部通信手段２１、２２を介して外部海洋環境データベース２３に登録することができる。これにより、機内に図１に示す海洋環境データベース３を保有することなく、第１実施形態と同様の機能を有する。尚、上述した第２又は第３実施形態と機外設備を有する第４実施形態とを組み合わせてもよいこと勿論である。
【００３０】
以上、本発明による機上海洋予察装置の好適実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、本発明の機上海洋予察装置によると、次の如き実用上の顕著な効果が得られる。第１に、水温の実測データが少なくても、詳細な海洋予察を実行することができる。その理由は、海洋環境データベース３又は外部海洋環境データベース２３に複数の水温データパターンが登録されており、そこから最適なパターンを選択し、実測データを使用して同化処理を行うことにより、実際の環境に近い水温データを入手可能とするからである。第２に、効率的に実測データを取得し、高精度な予察処理を実行することができる。その理由は、複数の水温データパターンの特性や、同化処理後の水温データパターンの特性を考慮して、実測すべき地点を算出しているからである。第３に、運用を重ねることにより予察精度が向上する。その理由は、同化処理部６で計算した同化処理後の水温データ分布を新規に海洋環境データベース３又は外部海洋環境データベース２３へ登録可能としたからである。海洋環境データベース３又は外部海洋環境データベース２３に多種多様な状況を登録しておけば、より実際の海洋環境に近い水温データパターンを選択可能となり、同化処理部６の計算結果がより正確になるからである。第４に、外部海洋環境データベースを一元管理し、複数の機体において予察性能を同等にした運用が可能である。その理由は、外部海洋環境データベース２３を機外に設置し、全ての機体が同一の海洋環境データベースにアクセスする構成も可能にしたためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による機上海洋予察装置の第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す機上海洋予察装置の海洋環境データベースに登録されている複数の水温データパターン例である。
【図３】本発明による機上海洋予察装置における実測データ例である。
【図４】図１の機上海洋予察装置の動作を説明するためのイメージ図である。
【図５】図１の機上海洋予察装置による出力結果のイメージ図である。
【図６】本発明による機上海洋予察装置の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図７】図６に示す第２実施形態に係る出力例である。
【図８】本発明による機上海洋予察装置の第３実施形態の構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示す機上海洋予察装置の動作を説明するイメージ図である。
【図１０】図８に示す機上海洋予察装置の第３実施形態に係る出力例である。
【図１１】本発明による機上海洋予察装置の第４実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】従来の予察計算処理器の構成を示すブロック図である。
【図１３】従来の音波伝搬損失値算出方式の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１    制御部
２    データ入力部
３    海洋環境データベース
４    メモリ部
５    使用データ判定部
６    同化処理部
７    予察処理部
８    入力装置
９    表示手段
１０    初期測定地点リコメンド部
１１    追加測定地点リコメンド部
２１    外部通信手段
２３    外部海洋環境データベース
【図１】
0003589186.tif 000008
【図２】
0003589186.tif 000009
【図３】
0003589186.tif 000010
【図４】
0003589186.tif 000011
【図５】
0003589186.tif 000012
【図６】
0003589186.tif 000013
【図７】
0003589186.tif 000014
【図８】
0003589186.tif 000015
【図９】
0003589186.tif 000016
【図１０】
0003589186.tif 000017
【図１１】
0003589186.tif 000018
【図１２】
0003589186.tif 000019
【図１３】
0003589186.tif 000020