(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに送受波器を、残りの水中航走体に受波器をそれぞれ搭載し、
前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を当該送受波器とともに他の受波器でも、受波タイミングを同期させて受波し、
各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項２】
水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、個別に割り当てた周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、
各送受波器から発射したそれぞれ固有の周波数の音波に基づく反射波を、各送受波器で、受波タイミングを同期させて受波し、
さらに前記各反射波を、各周波数毎に、また各受信器毎に選択するとともに、選択した各周波数毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項３】
水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、
各送受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項４】
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、
得られた各探査情報のうち、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項５】
〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、
得られた各探査情報の各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項６】
〔請求項１〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、
水中通信により各水中航走体で収集した探査情報の授受を行うことを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項７】
〔請求項１〕乃至〔請求項６〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、
探査方法は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した探査情報を基準座標を基準として重畳して合成する合成開口探査方法であることを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項８】
水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに搭載する送受波器と、
残りの水中航走体にそれぞれ搭載する複数の受波器と、
前記送受波器及び各受波器で、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項９】
水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれに割り当てられた固有の周波数の音波を発射する一方、各音波の反射波を受波する複数の送受波器と、
各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、受波した反射波を各周波数成分毎に分離し、分離した各周波数成分毎に反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項１０】
水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器と、
各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器毎に各反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項１１】
〔請求項８〕乃至〔請求項１０〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、
各処理系で得られた各探査情報を入力し、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成する最大レベル画像表示処理手段を有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項１２】
〔請求項８〕乃至〔請求項１０〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、
各処理系で得られた各探査情報を入力し、各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成する平均画像表示処理手段を有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項１３】
〔請求項８〕乃至〔請求項１２〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、
各水中航走体の処理系で処理して得る各探査情報を水中通信により送信又は受信する送信機又は受信機を有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項１４】
〔請求項８〕乃至〔請求項１３〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、
各処理系は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した反射信号に基づく情報を各位置の情報とともに処理するとともに、各位置での探査情報を、基準座標を基準として重畳し、これらの結果をそれぞれ合成する合成開口探査処理部であることを特徴とする水中音響探査システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水中音響探査方法及び水中音響探査システムに関し、特に送波した音波を当てるターゲットの形状に起因して送波側への反射波の戻り成分が小さい場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、海底の地形を探査する場合、音響を利用したソナーが汎用されている。特に、最近では、探査対象をモニタ画像に再生して視覚化する合成開口探査装置が提案され、これの適用が検討されている。この合成開口探査装置とは、水中を航走する水中航走体に音波の送波器及び受波器を搭載し、水中航走体を航走させながら送波器で海底等の探査対象に向けて音波を送出するとともに、探査対象から反射して戻ってくる音波を受波器で受信し、その時間から距離を演算して探査対象の二次元的な画像をモニタ上に再生するものである。
【０００３】
図４は海底を探査対象とした場合における合成開口探査の原理を概念的に示す説明図である。同図に示すように、水中航走体１は、水中２を航走するものである。図４に示す場合は、海底３に平行に、図中の右方から左方に向かって航走している。ここで、水中航走体１は音響探査装置を搭載しており、その送受波器４が本体の腹部に取り付けてあり、海底３に向けて音波を発射するとともに、海底３で反射した音波を受波するようになっている。図４では、Ａ、Ｂ、Ｃの各位置で音波を発射するとともに、各位置Ａ乃至Ｃでの反射波を受波している。すなわち、当該音響探査装置は水中航走体１の水中航走に伴い海底３に向けて間欠的に音波を発射しながら反射波に含まれる情報を処理することにより海底３の様子を可視化してモニタ（図示せず。）上に再生する。
【０００４】
ここで、送波器からは所定周波数（通常、数十ｋＨｚ）の音波をパルスで変調して間欠的に送波する。また、音響探査装置の受波器のセンサ部分は、多数（数十個乃至百数十個）のセンシング素子を、例えば格子状に配設して所定の平面若しくは曲面を形成し、この平面若しくは曲面の全体で反射波を受波するようになっている。合成開口探査方法では、各位置Ａ乃至Ｃで検出した海底３の情報を、水中航走体１の航走速度、方向及び音波の発射間隔時間等を加味して処理することにより、各位置Ａ乃至Ｃでの情報を合成するようになっている。すなわち、例えば位置Ａにおける送受波器４を原点として基準座標を形成し、この基準座標の原点に位置Ｂ、Ｃの座標を合わせ込むことにより各位置Ｂ、Ｃで同定したターゲット５を基準座標における位置に変換して表すことができる。このように複数位置Ａ乃至Ｃでの情報を合成することにより、前記センサを構成する平面若しくは曲面が水中航走体１の航走方向に実効的に拡張され、このように拡張された平面若しくは曲面に対応するセンシング素子を実効的に有するセンサ部とすることができる。ちなみに、センシング素子の数が多ければ、それだけ探査精度は向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如き合成開口探査に限るものではないが、水中航走体の送波器から音波を発射し、探査対象のターゲットから反射されて戻ってくる音波を受波して所定の処理をする音響探査においては次のような問題を生じている。すなわち、図５に示すように、ターゲット５の形状によっては、水中２を航走する水中航走体１の送受波器４から発射した送波Ｄの反射成分の殆どが反射波Ｅとして送受波器４側とは関係のない方向へ反射され、送受波器４側への戻り成分である反射波Ｆが小さくなる場合を生起する。この場合には、送受波器４で受波した反射波Ｆによる音波のレベルが小さく、十分明瞭なターゲット５の情報を得ることができないので、その分解像度も悪化する。かかる現象は、ターゲット５の表面が平坦である場合等に発生する。例えば、探査対象である海底３のターゲット５が平板状の人工構造物である場合である。
【０００６】
本発明は、上記現状に鑑み、探査するターゲットの形状の如何にかかわらず、当該ターゲットからの反射波を常に良好に受波してこれに基づく良質の音響探査情報を得ることができる水中音響探査方法及び水中音響探査システムを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【０００８】
１）  水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに送受波器を、残りの水中航走体に受波器をそれぞれ搭載し、
前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を当該送受波器とともに他の受波器でも、受波タイミングを同期させて受波し、
各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集すること。
【０００９】
２）  水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、個別に割り当てた周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、
各送受波器から発射したそれぞれ固有の周波数の音波に基づく反射波を、各送受波器で、受波タイミングを同期させて受波し、
さらに前記各反射波を、各周波数毎に、また各受信器毎に選択するとともに、選択した各周波数毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集すること。
【００１０】
３）  水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、
各送受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集すること。
【００１１】
４）  上記１）乃至３）の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、
得られた各探査情報のうち、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成すること。
【００１２】
５）  上記１）乃至３）の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、
得られた各探査情報の各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成すること。
【００１３】
６）  上記１）乃至５）の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、
水中通信により各水中航走体で収集した探査情報の授受を行うこと。
【００１４】
７）  上記１）乃至６）の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、
探査方法は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した探査情報を基準座標を基準として重畳して合成する合成開口探査方法であること。
【００１５】
８）  水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに搭載する送受波器と、
残りの水中航走体にそれぞれ搭載する複数の受波器と、
前記送受波器及び各受波器で、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有すること。
【００１６】
９）  水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれに割り当てられた固有の周波数の音波を発射する一方、各音波の反射波を受波する複数の送受波器と、
各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、受波した反射波を各周波数成分毎に分離し、分離した各周波数成分毎に反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有すること。
【００１７】
１０）  水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、
相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器と、
各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器毎に各反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有すること。
【００１８】
１１）  上記８）乃至１０）の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、
各処理系で得られた各探査情報を入力し、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成する最大レベル画像表示処理手段を有すること。
【００１９】
１２）  上記８）乃至１０）の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、
各処理系で得られた各探査情報を入力し、各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成する平均画像表示処理手段を有すること。
【００２０】
１３）  上記８）乃至１２）の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、
各水中航走体の処理系で処理して得る各探査情報を水中通信により送信又は受信する送信機又は受信機を有すること。
【００２１】
１４）  上記８）乃至１３）の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、
各処理系は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した反射信号に基づく情報を各位置の情報とともに処理するとともに、各位置での探査情報を、基準座標を基準として重畳し、これらの結果をそれぞれ合成する合成開口探査処理部であること。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２３】
＜第１の実施の形態＞
図１は本発明の第１の実施の形態に係る水中音響探査方法を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態は２台の水中航走体１ａ、１ｂを水中２で航走させて所定の探査を行うものである。ここで、水中航走体１ａ、１ｂのうち、水中航走体１ａは送受波器４を搭載しているが、水中航走体１ｂは受波器６のみを搭載している。
【００２４】
本形態では、かかる２台の水中航走体１ａ、１ｂを航走させながら適宜、水中航走体１ａの送受波器４から海底３に向けて音波を発射する。図中の符号Ｄでこのときの送波を表している。そして、送波毎に送受波器４及び受波器６で反射波を受波する。この受波は、各水中航走体１ａ、１ｂの送受波器４及び受波器６でそのタイミングが一致するように調整してやる。
【００２５】
ここで、図１中に示すような平板状のターゲット５に送波Ｄが当たって反射した場合、水中航走体１ａの方向に戻る反射波Ｅはそのレベルが非常に小さいが、水中航走体１ｂの方向に向かう反射波Ｆは十分大きな音波レベルを有している。水中航走体１ａ、１ｂにそれぞれ搭載する探査装置は送受波器４又は受波器６を介して取り込んだ音波信号を処理してターゲット５を含む海底３の情報を収集する。
【００２６】
各水中航走体１ａ、１ｂで個別に収集した情報は陸上に持ち帰り、陸上の作業で両情報を比較する等の所定の処理をすることにより、海底３の探査結果を再生する。一方、水中航走体１ｂで処理して得る情報を水中通信により水中航走体１ａに送信し、水中航走体１ａにおいて、その処理情報と突き合わせる等の所定の処理をすることにより、海底３の探査結果を収集しても良い。ここで、両情報の選択方法としては、１）両情報中、各画素（送受波器４又は受波器６のセンサ部の画素に対応する；以下同じ。）毎に反射波Ｆ、Ｅに基づく信号レベルを比較し、そのレベルが大きい方を選択する方法、２）各画素毎に検出した信号レベルを平均化して再生する方法等が考えられる。何れの方法を採った場合でも、一台の水中航走体１ａで収集した反射波Ｆによる情報よりも正確で、その分高解像度の情報を得ることができる。当然、水中航走体１ａ、１ｂの収集した情報を個別に並列に再生処理した後、何れか一方を選択するようにしても良い。
【００２７】
なお、各水中航走体１ａ、１ｂが受波した各位置の位置情報は、少なくとも相対的な位置関係においては別途検出して特定してあり、この位置情報と前記受波情報が一体となって完全な探査情報を構成する。
【００２８】
かかる本形態によれば、ターゲット５が平板等の特殊な形状（特定方向への反射波のみが特別大きくそれ以外の方向への反射成分が極端に少なくなるような形状；以下同じ。）であっても、反射波Ｅ、Ｆを異なる位置で受波しているので、送受波器４側に反射される反射波Ｆの成分が十分なレベルを有していなくても、受波器６で受波する反射波Ｅが十分なレベルを有している場合も多い。すなわち、少なくとも一方で受波する反射波Ｅ、Ｆは十分なレベルを有している確率が高い。この結果、十分良質な探査情報を得ることができる。
【００２９】
＜第２の実施の形態＞
図２は本発明の第２の実施の形態に係る水中音響探査方法を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態は２台の水中航走体１ａ、１ｂを水中２で航走させて所定の探査を行うものである。ここで、水中航走体１ａ、１ｂは何れも送受波器４ａ、４ｂを搭載している。なお、図２中、図１と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３０】
本形態では、２台の水中航走体１ａ、１ｂを航走させながら適宜、水中航走体１ａ、１ｂの送受波器４ａ、４ｂから海底３に向けて音波を発射する。ここで、音波が拡散する領域、すなわち探査領域は両者で重複するように調整しておく。また、図中の符号Ｄが送受波器４ａの送波、符号Ｇが送受波器４ｂの送波である。そして、送波毎に送受波器４ａ、４ｂで反射波Ｈ、Ｅを受波する。この受波は、各水中航走体１ａ、１ｂの送受波器４ａ、４ｂでそのタイミングがそれぞれ一致するように調整してやる。
【００３１】
ここで、送受波器４ａ、４ｂによる送波方法は次の２種類が考えられる。一つは、送受波器４ａ、４ｂ毎に異なる送波周波数の音波を割り当て、受波側ではフィルタを通過させることにより反射波Ｅ、Ｈを各周波数成分毎に分離する方法である。いわゆる周波数分割方式である。このときは送受波器４ａ、４ｂで同時に音波（送波Ｄ、Ｇ）を発射する。また、各反射波に基づく出力信号には送受波器４ａ、４ｂの送波Ｄ、Ｇの各周波数成分が混在するので、かかる出力信号を処理する際には、両成分をフィルタで分離し、各周波数成分毎に並列に同様の処理を行う。他の一つは、送受波器４ａ、４ｂ毎に異なる送波タイミングを交互に割り当て、受波側では割り当てられた送波タイミングに同期させて受波タイミングを調整する方法である。いわゆる時分割方式である。このときは、例えば送受波器４ａから先ず送波Ｄを発射し、この反射波Ｅ及び反射波Ｆ（図１参照。）を送受波器４ｂ、４ａで同時に受波するとともに、次の送波タイミングで送受波器４ｂから送波Ｇを発射し、この反射波Ｈ等（送波Ｇに対応するＨ以外の反射波は図示していない。）を送受波器４ａ、４ｂで同時に受波する。
【００３２】
図２中に示すような平板状のターゲット５に送受波器４ａからの送波Ｄが当たって反射した場合、水中航走体１ａの方向に戻る反射波（図２には図示しないが、図１の反射波Ｆ）はそのレベルが非常に小さいが、水中航走体１ｂの方向に向かう反射波Ｅは十分大きな音波レベルを有している。同様に、平板状のターゲット５に送受波器４ｂからの送波Ｇが当たって反射した場合、水中航走体１ａの方向に戻る反射波（図示せず。）はそのレベルが非常に小さいが、水中航走体１の方向に向かう反射波Ｈは十分大きな音波レベルを有している。
【００３３】
このように、本形態においては、航走位置が異なる双方の水中航走体１ａ、１ｂの送受波器４ａ、４ｂからそれぞれ音波を発射するようにしたので、両送受波器４ｂ、４ａで受波する反射波Ｅ、Ｈが何れも十分なレベルを有する確率が高い。
【００３４】
反射波Ｅ、Ｈを送受波器４ｂ、４ａで受波した後の処理は、図１に基づく第１の実施の形態と同様に行う。すなわち、各水中航走体１ａ、１ｂで個別に収集した情報を陸上に持ち帰り、陸上の作業で両情報を比較する等の所定の処理をすることにより、海底３の探査結果を再生しても良いし、また水中航走体１ａ、１ｂで処理して得る各情報を水中通信により相互に送信し、相互の情報を突き合わせる等の所定の処理をすることにより、海底３の探査結果を再生しても良い。ここで、両情報の選択方法としては、前記第１の実施の形態と同様に、１）両情報中、各画素毎に信号レベルを比較し、そのレベルが大きい方を選択する方法、２）各画素毎に検出した信号レベルを平均化して再生する方法等が考えられる。何れの方法を採った場合でも、一台の水中航走体１ａで収集した反射波Ｆによる情報よりも正確で、その分高解像度の情報を得ることができる。当然、水中航走体１ａ、１ｂの収集した情報を個別に並列に再生した後、何れか一方を選択するようにしても良い。
【００３５】
なお、各水中航走体１ａ、１ｂが受波した各位置の位置情報は、第１の実施の形態と同様に、少なくとも相対的な位置関係においては別途検出して特定してあり、この位置情報と前記受波情報が一体となって完全な探査情報を構成する。
【００３６】
かかる本形態によれば、ターゲット５が特殊な形状であっても、異なる位置からの送波Ｄ、Ｇに基づく反射波Ｅ、Ｈを、その各レベルが十分大きくなるような位置で相互に補完しつつ受波することができる。したがって、図１に示す第１の実施の形態の場合よりもさらに良質の探査情報を得ることができる。
【００３７】
なお、上記第１及び第２の実施の形態では、水中航走体１ａ、１ｂが２台の場合について説明したが、これに限るものではない。複数台であれば良く、その数が増えればその分精度乃至解像度は向上する。また、探査対象は海面であっても良い。この場合には、送受波器４、４ａ、４ｂ及び受波器６は水中航走体１ａ、１ｂの上面に固着して音波を上方に向けて発射するとともに、上方で反射した反射波を受波する。さらに、水中航走体１ａ、１ｂは、単独で水中を航走するものに限らず、船舶の船底に固着する等の方法により当該船舶と一体的に航走するものであっても良い。
【００３８】
＜第３の実施の形態＞
上述の如き水中音響探査方法のうち、第１の実施の形態に係る水中音響探査方法は図３に示すような水中音響探査システムで実現し得る。これを第３の実施の形態として説明する。
【００３９】
図３は、本形態に係る水中音響探査システムの、特に反射信号の処理系を示すブロック線図である。同図に示すように、本システムは、水中航走体１ａには送受波器４（図１参照。以下同じ。）を、また水中航走体１ｂには受波器６（図１参照。以下同じ。）をそれぞれ搭載する場合のものであり、水中航走体１ａに搭載する処理系Ｉと、航走体１ｂに搭載する処理系ＩＩとを有している。処理系Ｉは、センサ部１１、音波信号分割部１２、画像再生部１３及び画像合成部１４を有している。同様に、処理系ＩＩも、センサ部１５、音波信号分割部１６、画像再生部１７及び画像合成部１８を有している。
【００４０】
センサ部１１、１５は多数のセンシング素子を平面的に配設して構成したものであり、図４に示すものと変わるところはない。すなわち、各センシング素子が反射波等の音波を受波してそのレベルに応じた電気信号である音波信号を送出する。したがって、センサ部１１、１５からは、送受波器４が送波する各時間毎に反射波Ｆ、Ｅ（図１参照。以下同じ。）に対応するレベルの音波信号が間欠的に送出される。ここで、水中航走体１ａ側には、水中通信を行うための送信機１９を有するとともに、水中航走体１ｂ側には、送信機１９が送波した所定の信号を受波するための受信機２０を有している。かくして、センサ部１１、１５における受波タイミングが同期するよう、両センサ部１１、１５における受波タイミングを調整している。
【００４１】
音波信号分割部１２、１６は、反射波である音波を各送波時間毎に、それぞれ受波された時間ｔｎ  （ｎ＝１，２，・・・；以下同じ。）の情報とともに画像再生部１３、１７にそれぞれ送出する。この結果、画像処理部１３、１７には各時間ｔｎ  毎の反射波の情報が取り込まれる。さらに、画像再生部１３、１７では、別途検出する各時間ｔｎ  における水中航走体１ａ、１ｂの各位置座標の情報に基づき基準座標に対するターゲット５（図１参照。以下同じ。）の合わせ込みを行う。この結果、各時間ｔｎ  毎の仮想画像上に基準座標に変換したターゲット５を再生することができる。このようにして処理系Ｉ及び処理系ＩＩで個別に得る情報をそのまま画像合成部１４、１８で個別に合成する。すなわち、各処理系Ｉ、ＩＩで合成開口探査に伴う共通の処理を行う。このように、各処理系Ｉ、ＩＩで個別に行う合成開口探査のための処理は、既知のそれと殆ど変わるところはない。ただ、本形態では、さらに各処理系Ｉ、ＩＩで行った処理結果を合成してより解像度の高い情報として提供すべく工夫している。具体的には次の通りである。
【００４２】
処理系ＩＩの画像合成部１８の出力信号として得られる合成開口探査情報Ｓ２  は、送信機２１を介して水中通信により水中航走体１ａ側の処理系Ｉに送信される。この音波信号は処理系Ｉの受信機２２で受波される。
【００４３】
処理系Ｉには、固有の構成要素としてスイッチ手段２３、個別画像表示処理部２４、平均画像表示処理部２５、最大レベル画像表示処理部２６、スイッチ手段２７及びモニタ２８を有している。スイッチ手段２３は、処理系Ｉの画像合成部１４の出力信号として得られる合成開口探査情報Ｓ１  及び前記合成開口探査情報Ｓ２  、又は合成開口探査情報Ｓ１  若しくは開口探査情報Ｓ２  の何れか一方を、個別画像表示処理部２４、平均画像表示処理部２５又は最大レベル画像表示処理部２６の何れか一つに選択的に供給するためのものである。個別画像表示処理部２４では、合成開口探査情報Ｓ１  、Ｓ２  を入力してこれらを個別に表示処理する。平均画像表示処理部２５では、両合成開口探査情報Ｓ１  、Ｓ２  中、各画素（センサ部１１、２０の各画素に対応する；以下同じ。）毎に検出した信号レベルを平均化して表示処理を行う。最大レベル画像表示処理部２６では、両合成開口探査情報Ｓ１  、Ｓ２  中、各画素毎に検出した信号レベルを比較し、そのレベルが大きい方を選択して表示処理を行う。スイッチ手段２７では、個別画像表示処理部２４、平均画像表示処理部２５又は最大レベル画像表示処理部２６の何れかで表示処理した情報の一つを選択してモニタ２８に供給する。モニタ２８では、表示処理された何れかの情報を再生して可視化する。
【００４４】
なお、上記第３の実施の形態に係る水中音響探査システムにおいては、水中航走体１ａ、１ｂ同士の水中通信により水中航走体１ｂの合成開口探査情報を水中航走体１ａに送信して、この水中航走体１ａで所定の選択処理を行うようにしたが、必ずしもこのように構成する必要はない。少なくとも、水中航走体１ａ、１ｂでそれぞれ個別に反射波Ｆ、Ｅを受波し、これに基づく合成開口情報を収集することができるシステムとなっていれば良い。この場合には各水中航走体１ａ、１ｂで個別に収集した情報を陸上に持ち帰り、陸上の作業で両情報を比較する等の所定の処理を行う。
【００４５】
さらに、上述の如き水中音響探査方法のうち、第２の実施の形態に係る水中音響探査方法も図３に示すような水中音響探査システムに準じた反射信号の処理系で実現し得る。すなわち、時分割方式の場合（送波Ｄ、Ｇ（図１参照。以下同じ。）が同一周波数の場合）には、図３に示す処理系Ｉの送信機１９及び処理系ＩＩの受信機２０が何れも送受信機となり、相互に受信タイミングの同期をとるように構成すれば良い。
【００４６】
一方、周波数分割方式の場合（送波Ｄ、Ｇが異なる周波数の場合）には、図３に示す処理系Ｉのセンサ部１１では、送波Ｄ、Ｇに対応する周波数の反射波が混在して受波されるので、このセンサ部１１の出力側に両周波数の信号をそれぞれ選択するフィルタを設け、各フィルタに対応させて、２系統の処理系（音波信号分割部１２、画像再生部１３及び画像合成部１４）を構成する必要がある。そして、当該処理系の画像合成部１４の出力信号を、図３に示す平均画像表示処理部２５又は最大レベル画像表示処理部２６で処理して出力するように構成する。処理系ＩＩに関しても全く同様の構成として２系統の処理を並列に行う。
【００４７】
このような各２系統づづの並列処理系で処理した出力信号は、第３の実施の形態における合成開口探査情報Ｓ１  及び合成開口探査情報Ｓ２  に対応する２種類の合成開口探査情報として直接又は水中通信を利用して図３のスイッチ手段２３に供給すれば、その後の処理を第３の実施の形態に示す場合と全く同様に行うことができる。勿論、水中航走体１ａ、１ｂで個別に合成開口探査情報を収集するシステムとして構築し、両合成開口探査情報の比較は陸上等で行うようにしても良い。
【００４８】
さらに、上述の説明では、水中航走体が２台、すなわち受波信号の処理系が  ２系統の場合について説明したが、その数は当然これに限定する必要はない。水中航走体の数及びこれに搭載する送受波器及び受波器、又は送受波器の数は必要に応じ増加させることができる。この場合には水中航走体の数に対応させて前記受波信号の処理系も並列的に増加させれば良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに送受波器を、残りの水中航走体に受波器をそれぞれ搭載し、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を当該送受波器とともに他の受波器でも、受波タイミングを同期させて受波し、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集するので、
送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。
この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、送受波器側への反射波の戻り成分が少ない場合でも、良好に探査対象の情報を収集することができ、高分解能の探査が可能になる。
【００５０】
〔請求項２〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、個別に割り当てた周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、各送受波器から発射したそれぞれ固有の周波数の音波に基づく反射波を、各送受波器で、受波タイミングを同期させて受波し、さらに前記各反射波を、各周波数毎に、また各受信器毎に選択するとともに、選択した各周波数毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集するので、
各送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。このとき各送受波器が送波する音波の周波数成分がそれぞれ異なり、同時に受波側では反射波を各周波数毎に分離しているので、何れの送受波器からの反射波であるかを峻別することができる。
この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、音波を送波した送受波器側への当該音波の反射波の戻り成分が少ない場合でも、何れかの送受波器では十分大きな反射波を受波することができる。すなわち、〔請求項１〕に記載する発明の場合以上の高分解能の探査が可能になる。
【００５１】
〔請求項３〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、各送受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集するので、
各送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。このとき各送受波器が送波する音波の送波タイミングがそれぞれ異なるので、何れの送受波器からの反射波であるかを峻別することができる。
この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、音波を送波した送受波器側への当該音波の反射波の戻り成分が少ない場合でも、何れかの送受波器では十分大きな反射波を受信することができる。すなわち、〔請求項１〕に記載する発明の場合以上の高分解能の探査が可能になる。
【００５２】
〔請求項４〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、得られた各探査情報のうち、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成するので、
複数の位置で検出した最も解像度の高い情報を利用して探査情報を生成することができる。これにより全体として高分解能の探査情報を得る。
【００５３】
〔請求項５〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項３〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、得られた各探査情報の各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成するので、
複数の位置で検出した平均レベルの情報を利用して探査情報を生成することができる。これにより全体として高分解能の探査情報を得る。
【００５４】
〔請求項６〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、水中通信により各水中航走体で収集した探査情報の授受を行うので、
何れかの水中航走体に各探査情報を集中させることができる。この結果、当該水中航走体を介して高分解能の探査情報を収集することができる。
【００５５】
〔請求項７〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項６〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、探査方法は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した探査情報を基準座標を基準として重畳して合成する合成開口探査方法であるので、
合成開口探査によりさらに高分解能の探査情報を収集できる。
【００５６】
〔請求項８〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに搭載する送受波器と、残りの水中航走体にそれぞれ搭載する複数の受波器と、前記送受波器及び各受波器で、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有するので、
送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。
この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、送受波器側への反射波の戻り成分が少ない場合でも、良好に探査対象の情報を収集することができ、高分解能の探査が可能になる。
【００５７】
〔請求項９〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれに割り当てられた固有の周波数の音波を発射する一方、各音波の反射波を受波する複数の送受波器と、各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、受波した反射波を各周波数成分毎に分離し、分離した各周波数成分毎に反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有するので、
各送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。このとき各送受波器が送波する音波の周波数成分がそれぞれ異なり、同時に受波側では反射波を各周波数毎に分離しているので、何れの送受波器からの反射波であるかを峻別することができる。
この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、音波を送波した送受波器側への当該音波の反射波の戻り成分が少ない場合でも、何れかの送受波器では十分大きな反射波を受波することができる。すなわち、〔請求項８〕に記載する発明の場合以上の高分解能の探査が可能になる。
【００５８】
〔請求項１０〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器と、各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器毎に各反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有するので、
各送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。このとき各送受波器が送波する音波の送波タイミングがそれぞれ異なるので、何れの送受波器からの反射波であるかを峻別することができる。
この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、音波を送波した送受波器側への当該音波の反射波の戻り成分が少ない場合でも、何れかの送受波器では十分大きな反射波を受信することができる。すなわち、〔請求項８〕に記載する発明の場合以上の高分解能の探査が可能になる。
【００５９】
〔請求項１１〕に記載する発明は、〔請求項８〕乃至〔請求項１０〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系で得られた各探査情報を入力し、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成する最大レベル画像表示処理手段を有するので、
複数の位置で検出した最も解像度の高い情報を利用して探査情報を生成することができる。これにより全体として高分解能の探査情報を得る。
【００６０】
〔請求項１２〕に記載する発明は、〔請求項８〕乃至〔請求項１０〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系で得られた各探査情報を入力し、各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成する平均画像表示処理手段を有するので、
複数の位置で検出した平均レベルの情報を利用して探査情報を生成することができる。これにより全体として高分解能の探査情報を得る。
【００６１】
〔請求項１３〕に記載する発明は、〔請求項８〕乃至〔請求項１２〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各水中航走体の処理系で処理して得る各探査情報を水中通信により送信又は受信する送信機又は受信機を有するので、
何れかの水中航走体に各探査情報を集中させることができる。この結果、当該水中航走体を介して高分解能の探査情報を収集することができる。
【００６２】
〔請求項１４〕に記載する発明は、〔請求項８〕乃至〔請求項１３〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した反射信号に基づく情報を各位置の情報とともに処理するとともに、各位置での探査情報を、基準座標を基準として重畳し、これらの結果をそれぞれ合成する合成開口探査処理部であるので、
合成開口探査によりさらに高分解能の探査情報を収集できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水中音響探査方法を概念的に示す説明図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る水中音響探査方法を概念的に示す説明図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る水中音響探査システム（合成開口探査システム）の、特に反射信号の処理系を示すブロック線図である。
【図４】海底を探査対象とした場合における合成開口探査の原理を概念的に示す説明図である。
【図５】従来技術に係る音響ソナーによる探査態様をが概念的に示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ        水中航走体
２        水中
３        海底
４、４ａ、４ｂ        送受波器
５        ターゲット
６        受波器
Ｉ、ＩＩ        処理系
１１、１５        センサ部
１４、１８        画像合成部
１９、２１        送信機
２０、２２        受信機
２５        平均画像表示処理部
２６        最大レベル画像表示処理部
【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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