(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標の送信音を受信する複数の受波チャンネルを備える直線状の受波ラインアレイと、
目標へ応答音を送信する複数の送波チャンネルを備える直線状の送波ラインアレイと、
各受波チャンネル及び送波チャンネルと接続され、受波チャンネルからの受信信号に基づいて送波チャンネルへの送信信号の生成を行う送受信器と、
を具備し、
前記受波ラインアレイと送波ラインアレイとは直交して設けられ、いずれか片方のラインアレイは鉛直方向に展開され、
前記送受信器は、
前記受波チャンネルからの受信信号の各々を記憶する記憶装置と、
前記記憶装置が記憶した前記受信信号を、模擬対象のエコーの形状に応じたパターンに従って合成して前記送信信号を生成する送信信号生成回路と、
を具備することを特徴とする音響標的。
【請求項２】
前記受波チャンネルのうち少なくとも１チャンネルにおいてラインアレイに対して直交する平面内での受信信号の位相差を検出する位相検出回路を具備し、
前記送受信器は、前記位相検出回路が検出した位相差に基づいて前記送信信号の遅延量を決定することを特徴とする請求項１に記載の音響標的。
【請求項３】
目標の送信音を受信する複数の受波チャンネルを備える直線状の受波ラインアレイと、目標へ応答音を送信する複数の送波チャンネルを備える直線状の送波ラインアレイと、を具備し、前記受波ラインアレイと送波ラインアレイとは直交して設けられ、いずれか片方のラインアレイは鉛直方向に展開される音響標的の送信信号生成方法であって、
前記受波チャンネルからの受信信号の各々を記憶し、
記憶した前記受信信号を、模擬対象のエコーの形状に応じたパターンに従って合成して前記送波チャンネルへの送信信号を生成する
ことを特徴とする送信信号生成方法。
【請求項４】
目標の送信音を受信する複数の受波チャンネルを備える直線状の受波ラインアレイと、目標へ応答音を送信する複数の送波チャンネルを備える直線状の送波ラインアレイと、を具備し、前記受波ラインアレイと送波ラインアレイとは直交して設けられ、いずれか片方のラインアレイは鉛直方向に展開される音響標的を制御するコンピュータに、
前記受波チャンネルからの受信信号の各々を記憶させ、
記憶した前記受信信号を、模擬対象のエコーの形状に応じたパターンに従って合成して前記送波チャンネルへの送信信号を生成させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響標的、送信信号生成方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブソーナーに対してソーナー目標におけるエコーを模擬する音響標的について幾つかの技術が提案されている。
例えば、特許文献１に示されるような、複数の受波器と送波器が直線状に配置されたえい航アレイを用いる音響標的が知られている。この音響標的では、受波アレイにおいて受信した信号を複数の送波器より目標検出角度に応じた遅延をつけながら送信する。
これにより、えい航アレイと目標が存在する平面内における目標での音波の反射を模擬し、水平面方向と奥行き方向の情報を得ることが出来る２次元ソーナーに対する音響標的として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−７１８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるような、複数の受波器と送波器が直線状に配置されたえい航アレイを用いる音響標的では、クロスファンビームを用いた３次元ソーナーに対応することは出来ない。ここで、クロスファンビームを用いた３次元ソーナーは、目標の水平面方向の情報と奥行き方向の情報に加えて鉛直方向の情報を取得する。ところが、上記の複数の受波器と送波器が直線状に配置されたえい航アレイを用いる音響標的では、目標での反射を鉛直方向について模擬することは出来ない。従って、この音響標的では、３次元ソーナーに対して実際のエコーに類似した信号を送信することが出来ない。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決することのできる音響標的、送信信号生成方法およびプログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、本発明の一態様による音響標的は、目標の送信音を受信する複数の受波チャンネルを備える直線状の受波ラインアレイと、目標へ応答音を送信する複数の送波チャンネルを備える直線状の送波ラインアレイと、各受波チャンネル及び送波チャンネルと接続され、受波チャンネルからの受信信号に基づいて送波チャンネルへの送信信号の生成を行う送受信器と、を具備し、前記受波ラインアレイと送波ラインアレイとは直交して設けられ、いずれか片方のラインアレイは鉛直方向に展開され、前記送受信器は、前記受波チャンネルからの受信信号の各々を記憶する記憶装置と、前記記憶装置が記憶した前記受信信号を、模擬対象のエコーの形状に応じたパターンに従って合成して前記送信信号を生成する送信信号生成回路と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の一態様による送信信号生成方法は、目標の送信音を受信する複数の受波チャンネルを備える直線状の受波ラインアレイと、目標へ応答音を送信する複数の送波チャンネルを備える直線状の送波ラインアレイと、を具備し、前記受波ラインアレイと送波ラインアレイとは直交して設けられ、いずれか片方のラインアレイは鉛直方向に展開される音響標的の送信信号生成方法であって、前記受波チャンネルからの受信信号の各々を記憶し、記憶した前記受信信号を、模擬対象のエコーの形状に応じたパターンに従って合成して前記送波チャンネルへの送信信号を生成することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一態様によるプログラムは、目標の送信音を受信する複数の受波チャンネルを備える直線状の受波ラインアレイと、目標へ応答音を送信する複数の送波チャンネルを備える直線状の送波ラインアレイと、を具備し、前記受波ラインアレイと送波ラインアレイとは直交して設けられ、いずれか片方のラインアレイは鉛直方向に展開される音響標的を制御するコンピュータに、前記受波チャンネルからの受信信号の各々を記憶させ、
記憶した前記受信信号を、模擬対象のエコーの形状に応じたパターンに従って合成して前記送波チャンネルへの送信信号を生成させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クロスファンビームを用いた３次元のソーナーに対応した応答を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態における音響標的の構成を示す概略構成図である。
【図２】同実施形態における音響標的の回路構成を示す概略ブロック図である。
【図３】同実施形態において、受波チャンネルの各々が受波を検出して受信信号を出力するタイミングと、送波チャンネルの各々が送信回路からの送信信号に基づいて音波を送波するタイミングとを示すタイミングチャートである。
【図４】同実施形態における送信信号生成のフローを示す説明図である。
【図５】同実施形態おいて、セレクタが行う受信信号の選択の例を示す説明図である。
【図６】同実施形態の変形例における音響標的の構成を示す概略構成図である。
【図７】音響標的における本発明の最小構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態における音響標的の構成を示す概略構成図である。同図において、音響標的１００は、受波ラインアレイ１と、送波ラインアレイ２と、水中航走体３と、送受信器４とを具備する。本実施形態の音響標的１００は、水中自走式の音響標的として構成されている。
【００１２】
受波ラインアレイ１は、鉛直方向（重力の方向）に展開され、Ｒ１〜Ｒｍ（ｍは正整数）のｍチャンネルの受波チャンネルを有する。送波ラインアレイ２は、水平方向に展開され、Ｔ１〜Ｔｎ（ｎは正整数）のｎチャンネルの送波チャンネルを有する。受波ラインアレイ１と送波ラインアレイ２とは９０度で交わるように配置されており、受波ラインアレイ１と送波ラインアレイ２とで、送受波アレイを構成している。
【００１３】
受波ラインアレイ１中の受波チャンネルＲａには受波素子が水平方向に複数配されており、各素子間の位相差を検出する事が可能である。
また、受波ラインアレイ１を鉛直にし、送波ラインアレイ２水平にした状態で牽引する水中航走体３の内部に送受信器４が配置されている。
【００１４】
図２は、音響標的１００の回路構成を示す概略ブロック図である。
同図では、図１に示した各部のうち受波ラインアレイ１と、送波ラインアレイ２と、送受信器４とが示されている。受波ラインアレイ１は、受波チャンネルＲ１〜Ｒｍを具備し、送波ラインアレイ２は、送波チャンネルＴ１〜Ｔｎを具備する。送受信器４は、受波チャンネル毎に設けられた受信回路５およびアナログ／デジタルコンバータ（以下、「Ａ／Ｄコンバーター」または「ＡＤＣ」と表記する）６と、送波チャンネル毎に設けられた送信信号生成回路９および送信回路１０と、受波チャンネルの各々と送波チャンネルの各々とを接続して配置された記憶装置７および送受信制御回路８とを具備する。同図において、図１の各部と同一の部分には同一の符号（１、２、４、Ｒ１〜Ｒｍ、Ｔ１〜Ｔｎ）を付している。
【００１５】
受波チャンネルＲ１〜Ｒｍの各々は、音波を受波してアナログの電気信号に変換し、受信回路５に出力する。
受信回路５は、受波チャンネルＲ１〜Ｒｍの各々からの受信信号の増幅とフィルタ処理を行い、得られた電気信号をＡ／Ｄコンバーター６に出力する。
Ａ／Ｄコンバーター６は、受信回路５からのアナログの電気信号をデジタルデータ（デジタルの電気信号）に変換する。Ａ／Ｄコンバーター６は、デジタルデータに変換した各チャンネルの信号を、記憶装置７と送受信制御回路８とに出力する。
【００１６】
送受信制御回路８は、受信信号に対する受信判定処理と、送信タイミングの制御処理を実施する。
送信信号生成回路９は、送受信制御回路８の制御に従って、記憶装置７の記憶している情報に基づいて送信信号を生成し、得られた送信信号を送信回路１０に出力する。
送信回路１０は、送信信号生成回路９からの送信信号に対して高出力増幅器及びインピーダンス整合を行い、得られた送信信号を送波器１１へ出力する。
送波チャンネルＴ１〜Ｔｎの各々は、送信回路１０からの送信信号（電気信号）を音波に変換して送波する。
【００１７】
また、位相検出回路１２は、受波チャンネルＲ１〜Ｒｍのうち位相検出が可能な受波チャンネルＲａに接続されており、複数の受波素子で受信した信号の間の位相差を検出して、送受信制御回路８へ出力する。
送受信制御回路８は、位相検出回路１２が検出した位相差情報から受信信号の音源方位を算出する。
【００１８】
図３は、受波チャンネルＲ１〜Ｒｍの各々が受波を検出して受信信号を出力するタイミングと、送波チャンネルＴ１〜Ｔｎの各々が送信回路１０からの送信信号に基づいて音波を送波するタイミングとを示すタイミングチャートである。同図に示すタイミングの制御は、送受信制御回路８が行う。
【００１９】
各受波チャンネルＲ１〜Ｒｍが受信信号ＳｉｇＲ１〜ＳｉｇＲｍを受信すると、位相検出回路１２が受波チャンネルＲａの複数の受波素子で受信した信号の間の位相差を検出して、送受信制御回路８へ出力する。そして、送受信制御回路８は、位相検出回路１２が検出した位相差に基づいて受信信号の音源方位を算出し、算出した音源方位に基づいて、送信信号ＳｉｇＴ１〜ＳｉｇＴｎの各々に対する遅延量を決定する。そして、送受信制御回路８は、受波チャンネルＲ１〜Ｒｍの受波タイミングと、決定した遅延量とに基づいて、送信信号生成回路９が送信信号を生成するタイミングを制御する。
【００２０】
図４は、送信信号生成のフローを示す説明図である。同図に示す送信信号生成は、送信信号生成回路９が行う。
同図に示す受信信号ＳｉｇＲ１〜ＳｉｇＲｍは、記憶装置７が一時的に保存している受信信号である。記憶装置７は、受波チャンネルＲ１〜Ｒｍの各々が出力した受信信号を、受信回路５およびＡ／Ｄコンバーター６を介して取得して、受信信号毎に記憶する。
【００２１】
セレクタ１４は、記憶装置７が記憶している受信信号ＳｉｇＲ１〜ＳｉｇＲｍの各々を選択的に透過させ、透過させた受信信号を加算器１５へ出力する。
加算器１５は、セレクタ１４からの受信信号を加算して送信信号ＳｉｇＴＸ（Ｘは、１≦Ｘ≦ｎの正整数）を生成する。送信信号生成回路９は、送信信号ＳｉｇＴ１〜ＳｉｇＴｎの各々について（すなわち、送波チャンネルＴ１〜Ｔｎの各々について）、図４に示す送信信号生成処理を行う。
【００２２】
図５は、セレクタ１４（図４）が行う受信信号の選択の例を示す説明図である。
同図に示す格子状の領域の行が受信信号ＳｉｇＲ１〜ＳｉｇＲｍを示し、列がＳｉｇＴ１〜ＳｉｇＴｎを示している。
図中のハッチングされていない箇所は、セレクタ１４が透過させない信号（従って、加算器１５（図４）が加算処理を実施しない信号）を示す。一方、ハッチングされている箇所（領域Ａ１１に含まれる箇所）は、セレクタ１４が透過させる信号（従って、加算器１５が加算処理を実施する信号）を示す。
【００２３】
送波チャンネルＴ１〜Ｔｎが送信する送信信号ごとに、加算器１５が加算する受信信号を変化させる事で、クロスファン方式の３次元ソーナーに対応する任意の形状のエコーを模擬ずることが可能となる。
模擬するエコーの形状は、図５を参照して説明したセレクタ１４の信号選択パターンとして、予め送受信器内４が記憶しておく。
【００２４】
以上のように、受波ラインアレイ１と送波ラインアレイ２とが直交して設けられ、いずれか片方のラインアレイは鉛直方向に展開される。そして、送受信器４は、受波ラインアレイ１の各受波チャンネル、及び、送波ラインアレイ２の送波チャンネルと接続され、受波チャンネルからの受信信号に基づいて送波チャンネルへの送信信号の生成を行う。
これにより、水平方向および奥行き方向に限らず鉛直方向に応じた音波を送波することができる。
【００２５】
より具体的には、クロスファン方式の３次元ソーナーが発した音波の深度毎の周波数を受波チャンネルＲ１〜Ｒｍが受信し、送受信器４は、各周波数の信号を合成して送信信号を生成し、送波チャンネルＴ１〜Ｔｎに音波にて送波させる。従って、送波チャンネルＴ１〜Ｔｎは、ソーナーが発した音波に基づいて、模擬する目標の深度に応じた周波数の音波を送波できる。すなわち、音響標的１００は、平面方向と奥行き方向とに加えて鉛直方向を表現することができ、３次元ソーナーに対応した応答を出力することができる。
【００２６】
また、位相検出回路１２は、前記受波チャンネルＲ１〜Ｒｍのうち少なくとも１チャンネルにおいてラインアレイに対して直交する平面内での受信信号の位相差を検出する。そして、送受信器４は、位相検出回路１２が検出した位相差に基づいて送信信号の遅延量を決定する。
これにより、音響標的１００は、ソーナーの位置に応じて、奥行き方向をより正確に表現し得る。
【００２７】
また、記憶装置７が、受波チャンネルＲ１〜Ｒｍからの受信信号の各々を記憶し、送信信号生成回路９は、記憶装置７が記憶した受信信号を、模擬対象のエコーの形状に応じたパターンに従って合成して送信信号を生成する。
これにより、上述したように、送信信号生成回路９は、模擬対象のエコーの形状に応じたパターンに従って受信信号を選択し（選択的に透過させ）、選択した信号を加算する（重ね合わせる）という簡単な処理で送信信号を生成することができる。
【００２８】
なお、受波ラインアレイ１と送波ラインアレイ２とは、およそ９０度の角度で配置されていればよく、正確に９０度を為す必要はない。また、受波ラインアレイ１、送波ラインアレイ２の各々は、およそ直線状に設けられていればよく、厳密に直線形状を為す必要はない。
【００２９】
次に、本実施形態における音響標的１００の変形例である、音響標的２００について説明する。音響標的１００が水中自走式の音響標的であるのに対し、音響標的２００は静止式の音響標的である。
【００３０】
図６は、本変形例における音響標的の構成を示す概略構成図である。同図において、音響標的２００は、受波ラインアレイ１７と、送波ラインアレイ１８と、送受信器１９と、浮標２０とを具備する。
受波ラインアレイ１７は、受波ラインアレイ１（図１）と同様、鉛直方向（重力の方向）に展開され、Ｒ１〜Ｒｍのｍチャンネルの受波チャンネルを有する。送波ラインアレイ１８は、送波ラインアレイ２（図１）と同様、水平方向に展開され、Ｔ１〜Ｔｎ（ｎは正整数）のｎチャンネルの送波チャンネルを有する。受波ラインアレイ１７と送波ラインアレイ１８とは９０度で交わるように配置されており、受波ラインアレイ１７と送波ラインアレイ１８とで、送受波アレイを構成している。
【００３１】
受波ラインアレイ１７中のいずれか１チャンネルには、受波チャンネルＲａ（図１）と同様、受波素子が水平方向に複数配されており、各素子間の位相差を検出する事が可能である。
また、浮標２０が、受波ラインアレイ１７を鉛直にし、送波ラインアレイ１８水平にした状態で、受波ラインアレイ１７および送波ラインアレイ１８を吊り下げて保持しており、浮標２０は、さらに、送受信器１９も吊り下げて保持している。
【００３２】
かかる構成において、受波ラインアレイ１７、送波ラインアレイ１８、送受信器１９は、それぞれ、図１の受波ラインアレイ１、送波ラインアレイ２、送受信器４と同様の機能を有する。これにより、音響標的２００は、受波チャンネルＲ１〜Ｒｍが検出した音波に対して、音響標的１００の場合と同様に送信信号を生成し、送波チャンネルＴ１〜Ｔｎから音波を送波する。
【００３３】
次に、図７を参照して、音響標的１００における本発明の最小構成について説明する。
図７は、音響標的１００における本発明の最小構成を示す構成図である。
同図を参照すると、図１に示す各部のうち、受波ラインアレイ１と、送波ラインアレイ２と、送受信器４とが示されている。かかる構成において、図１の場合と同様、受波ラインアレイ１と送波ラインアレイ２とが直交して設けられ、いずれか片方のラインアレイは鉛直方向に展開される。そして、送受信器４は、受波ラインアレイ１の各受波チャンネル、及び、送波ラインアレイ２の送波チャンネルと接続され、受波チャンネルからの受信信号に基づいて送波チャンネルへの送信信号の生成を行う。
これにより、水平方向および奥行き方向に限らず鉛直方向に応じた音波を送波することができる。
【００３４】
なお、送受信器４および１９の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１、１７  受波ラインアレイ
２、１８  送波ラインアレイ
３  水中航走体
４、１９  送受信器
５  受信回路
６  ＡＤコンバーター
７  記憶装置
８  送受信制御回路
９  送信信号生成回路
１０  送信回路
１２  位相検出回路
１４  セレクタ
１５  加算器
２０  浮標
１００、２００  音響標的
【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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