(57)【要約】  本発明は、ソナー送信手段に関し、特に、全方向性音波送信の実行を可能にする、送信手段に関する。本発明は、出力信号の波長よりも大きな、長さＬの、曳航される線状アンテナであって、複数のＰ個の投射器によって構成され、投射器の間の間隔は実質的に／２未満である、線状アンテナを使用して、全方向性送信を実行するための方法に関する。本発明の方法は、主として、共通出力信号から生じる出力信号を各投射器に適用することにあり、前記共通信号はアンテナ内の投射器の位置に依存する非線形項を含む法則に従って表される遅延を割り当てられ、前記法則の適用は送出チャートの開口角が修正されることを可能にする。本発明は、特に、実質的に同じ直径の送信および受信アンテナを具備するソナー探知システムであって、それらの送信および受信アンテナを、同一のウィンチ上に巻き取ることが、それらを分離する必要なしに可能である、ソナー探知システムの実装を可能にする。
2009534970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＰ個の投射器（５１）からなる、送信される信号の波長λよりも大きな長さＬの、曳航される線状アンテナによって、全方向性送信を達成するための方法であって、前記方法は、投射器（５１）の間の間隔が実質的にλ／２未満である場合に、共通送信信号から生じる送信信号が各投射器に適用され、前記共通信号には遅延τ（ｘ）が割り当てられ、前記遅延の式は、前記アンテナ内の前記投射器の位置ｘの関数としての非線形法則に従い、前記法則の適用は、送信パターンの開口角が調節されることを可能にすることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記アンテナを構成する前記投射器（５１）が、λ／２よりも実質的に少ない距離だけ、実質的に相互に等距離で隔てられている場合、前記アンテナの中央を基準にした、前記投射器の前記位置ｘの関数としての、前記信号に適用される前記遅延法則は、
τ（ｘ）＝αｘ２
の形式の２次の法則である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記投射器（５１）が、中央から端に向かって減少する距離であって、前記距離は実質的にλ／２未満である距離だけ、相互に隔てられている場合、前記アンテナの中央を基準にした、前記投射器の前記位置ｘの関数としての、前記信号に適用される前記遅延法則は、
【数１】
2009534970.tif 000012
の形式である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記信号に適用される遅延τ’（ｘ）は、前記送信される信号の中心周波数に対応する周期Ｔ０を法とする前記遅延τ（ｘ）に等しく、値τ’（ｘ）は、τ１からτＱまでのＱ個のレベルにわたって量子化される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記投射器についての前記遅延の前記量子化された値τｉがＴ０／２だけ異なる、前記投射器は、給電線の極性を単に逆にすることによって、同じ給電ペアを介して給電され、必要とされる給電線のペアの数は、したがって、Ｑ／２に等しい、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記線状アンテナの中央部の投射器のいくつかは、隣接する投射器のペアにグループ化され、最外部の投射器は、前記アンテナの中央を基準にして対称的な投射器のペアにグループ化され、ペアを構成している前記投射器は、同じ信号τｉ（５２、５３）を使用して給電され、前記グループは、前記中央部の投射器のみを使用した扇型の送信、または、前記投射器のすべてを使用した全方向性送信、のいずれを達成することも可能にする、請求項１、２、４および５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法を実行するための送信アンテナであって、各投射器（５１）が導線の特定のペア（６２）を介して給電される場合、所与の数Ｎの給電信号（６３）によって前記投射器に給電するためのスイッチング手段（６１）を含み、前記数Ｎは、前記アンテナを構成する投射器の前記数Ｐよりも小さいことを特徴とする、送信アンテナ。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法を実行するための送信アンテナであって、上方および下方に送信されるエネルギーを最小にするように、鉛直方向で重ね合わされた２つの線状アンテナ（９２、９３）を含み、前記２つのアンテナは、平均波長λの半分に実質的に等しい距離だけ隔てられ、したがって、水面に向けて、または海底に向けての、鉛直方向のエネルギーの送信を制限することを可能にする、送信アンテナ。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法を実行するために好適な、指向性線状受信アンテナ（７３）と線状送信アンテナ（７１）とを具備する音波探知システムであって、前記線状送信および受信アンテナは、集成体が自動的にウィンチ上に巻き取られることが可能なように、実質的に同じ直径を有する、音波探知システム。
【請求項１０】
前記線状送信アンテナ（７１）は、フレックステンションタイプの円筒形の投射器（８１）から構成されたアンテナであり、そして、前記線状受信アンテナ（７３）は、ハイドロホントリプレットからなるアンテナである、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
複数のＰ個の投射器からなる、長さＬの、曳航される線状アンテナ（１０２）によって、水平面内での全方向性送信を達成するための方法であって、前記アンテナは水平と鉛直との間の任意の航行姿勢で曳航される方法において、遅延が適用された、共通送信信号から生じる送信信号が各投射器に給電され、前記遅延の値は、前記アンテナ内での前記投射器の位置の関数としての非線形法則に従い、前記法則は、鉛直を基準にした前記アンテナの傾きにおいて要求されるとおりに、インソニファイされる扇型の開口を修正するために、搬送船（１０１）の速度に応じて自動的に定義されることを特徴とする、方法。
【請求項１２】
前記非線形法則は、条件：
θｓｅｃｔｏｒ>θｉｎｃｌ＋θｐｒｏｐ
を満たす送信パターンの、開口角θｓｅｃｔｏｒを得るために定義され、上式中、θｉｎｃｌは、水平に対する前記アンテナの傾きの角度を表し、そして、θｐｒｏｐは、当該の送信方向を表す、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超低周波の曳航されるアクティブソナーのための、伝送システムの分野に関する。それらのソナーは、水中探知のために水上船舶によって使用され、そして、水中の脅威に対して船舶を保護する機能を有する。本発明は、さらに、複数の要素的投射器（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ  ｐｒｏｊｅｃｔｏｒｓ）を含む線状アンテナからの全方向性送信を、投射器および送信される信号のための電力供給を最適化することによって確実にするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水上船舶が保護されることを確実にするためには、そのソナーは、遠く離れた、そして空間内の全方向における脅威（主に潜水艦）を、探知することが可能でなければならない。この探知は、さらに、さまざまな環境条件下で実施されることが可能でなければならない。
【０００３】
それらの探知要件は、１メートル程度の長い波長に対応する、低周波において動作するソナーシステムが使用されなければならないことを意味している。
【０００４】
十分な指向性を得るための、受信アンテナの寸法は、一般に、数十メートルである。さらに、水中での音速のプロファイルの性質は、特定の条件下では、送信および受信アンテナが、探知のための最適化された深さに浸漬されることが可能であることを必要とする。これは、表面近くの領域内での音速の傾き（ｓｐｅｅｄ−ｏｆ−ｓｏｕｎｄ  ｇｒａｄｉｅｎｔｓ）が、かなり大きな負の値となる、夏の間は、特に当てはまる。
【０００５】
動作周波数と、受信アンテナの必要な寸法と、システムの浸漬の深さを選択する能力とに関連する、これらの要件の組み合わせは、既存のシステムまたは開発中のシステムにおいて、配備および回収が比較的容易な、巻き取られることが可能な、曳航される線状アンテナの、受け入れのための使用を、結果としてもたらす。送信機能自体は、曳航される本体内に組み込まれた、別の、特殊なアンテナによって達成される。この送信アンテナは、無指向性で、そして全方向性送信が達成されることを可能にしてもよく、あるいは、わずかに指向性で、そして例えば、水平面を覆うように、２つ〜４つの扇型（ｓｅｃｔｏｒｓ）にわたって送信してもよい。
【０００６】
すべての場合に、送信のための、この特殊なアンテナの使用は、さまざまな制約を発生させる。第１のタイプの制約は、システムの実装と関係があり、特に、送信アンテナを含む、曳航される本体を、配備および回収する操作と関係があり、その操作には、送信アンテナを水中に配置し、そして水中から回収するための特殊なシステムが必要とされる。別のタイプの制約は、送信アンテナを含む、曳航される本体に関連する抗力からなり、その抗力の大きさは、曳航ケーブルのサイズを、そして、したがって、システムの重量を決定する。
【０００７】
これらの制約を解消するための１つの解決策は、やはり線状でありかつ巻き取り可能である送信アンテナを製造すること、および、このアンテナを、全空間を均一にインソニファイすることを可能にするように構成することにある。
【０００８】
番号２８２２９６０のもとで公開された仏国特許文献は、線状送信アンテナと線状受信アンテナとを含み、２つのアンテナはほぼ同じ直径を有する、「曳航される低周波水中探知システム（Ｔｏｗｅｄ  ｌｏｗ−ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）」を開示している。特に、この文献は、ＲＤＴモードと呼ばれる、回転指向性モード（ｒｏｔａｔｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  ｍｏｄｅ）で動作している、送信チャネルを形成することによって、全空間をインソニファイするための方法を記載しており、ＲＤＴモードにおいては、各投射器に、チャネルの平均ポインティング方向の関数である遅延が割り当てられた、送信される信号が給電される。その文献によれば、送信される信号には、送信チャネルが拡張されることを可能にする遅延がさらに割り当てられ、前記遅延は、適合された位相または遅延法則、例えば、２次のタイプの法則によって定義される。同様の信号が、全空間を覆うように、遅延を切り換えることによって、複数の方向に相次いで送信される。送信の扇型は広いので、投射器の数よりもはるかに少ない数の扇型で十分である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
指向性の、または扇型の送信で、あるいはＲＤＴモードで動作しているそのようなシステムは、主として２つのタイプの欠点を有する。
【００１０】
第１の欠点は、扇型送信モードに関連しており、そのモードでは、いかなるアンテナの場合とも同様に、各投射器が、送信される遅延させられた信号を供給する供給導線のペアを介して、独立に給電されることが必要とされる。これは、多数の投射器を使用することが望ましい場合は特に、曳航ケーブル内の多数のペアを結果としてもたらす。
【００１１】
第２の欠点は、ＲＤＴタイプの送信モードを使用しても、インソニファイされる扇型を回転させることによって、全方向性のカバレージが得られるということである。
【００１２】
所与の全送信時間にわたって、各扇型における送信の期間は減少させられる。全方向性送信の場合よりもレベルは高いが、ドップラ分解能は期間に依存するため、ドップラ効果を利用する伝送コードの場合は、ドップラ分解能に劣化がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の１つの目的は、真に全方向性の送信を達成するために、線状アンテナを使用することを可能にする、解決策を提供することである。
【００１４】
この目的のための、本発明の１つの主題は、アンテナの全長にわたって、後に述べるように、適切に間隔があけられた、複数のＰ個の投射器からなる、長さＬの曳航される線状アンテナによって、全方向性送信を達成するための方法であり、この方法は、遅延（その値は、アンテナ内の投射器の位置の関数としての変化法則に従う）が割り当てられた、送信される共通送信信号から生じる信号を、各投射器に適用することにある。
【００１５】
本発明による方法を実行する好ましい手段によれば、投射器が実質的に等距離で隔てられ、そして十分に接近している、すなわち、λ／２よりも実質的に少ない距離だけ間隔があけられているアンテナ上で、信号に適用される、アンテナの中央を基準にした投射器の位置ｘの関数としての遅延法則は、次の形式の２次の法則である。
τ（ｘ）＝αｘ２
【００１６】
本発明による方法を実行する１つの特定の手段によれば、投射器が実質的に等距離で隔てられ、そして十分に接近しているアンテナ上で、信号に適用される、アンテナの中央を基準にした投射器の位置ｘの関数としての、遅延の変化法則は、次の形式である。
【数１】
2009534970.tif 000003
【００１７】
本発明によれば、信号に適用される遅延τ’（ｘ）は、送信される信号の中心周波数に対応する周期Ｔ０を法とする（ｍｏｄｕｌｏ）遅延τ（ｘ）に等しく、τ’（ｘ）の値は、τ１からτＱまでのＱ個のレベルにわたって量子化される。
【００１８】
本発明によれば、投射器についての遅延の量子化された値τｉがＴ０／２だけ異なる、投射器は、有利には、給電線の同じペアを介して、給電線の極性を単に逆にすることによって給電され、必要とされる給電線のペアの数は、したがって、有利には、Ｑ／２に等しい。
【００１９】
本発明による方法を実行する別の手段によれば、中央部の投射器のいくつかは、隣接する投射器のペアにグループ化され、最外部の投射器は、アンテナの中央を基準にして対称的な投射器のペアにグループ化される。ペアを構成している投射器は、したがって、同じ信号τｉを使用して給電される。それらのグループは、有利には、中央部の投射器のみを使用した扇型の送信、または、すべての投射器を使用した全方向性送信の、いずれを達成することも可能にする。
【００２０】
本発明の別の主題は、本発明による方法の最適化された実行に好適な線状アンテナであって、投射器の間隔が非線形法則に従う線状アンテナであり、その特徴は、有利には、達成される遅延τｉの数を最小にし、一方、同じ遅延τｉを割り当てられた信号が給電されるトランスデューサの数を最適化することを可能にする。
【００２１】
本発明のさらに別の主題は、複数のＰ個の投射器からなる、長さＬの、曳航される線状アンテナによって、このアンテナが水平と鉛直との間で傾けられるように曳航される場合に、水平面内での全方向性送信を達成するための方法である。この方法によれば、各投射器には、遅延が適用された、共通送信信号から生じる送信信号が給電され、前記遅延の値は、アンテナ内の投射器の位置の関数としての非線形法則に従う。本発明によれば、この法則は、水平面内でのインソニファイが全方向性のままとなるような開口の扇型を有する、扇型の送信を得るように定義される。
【００２２】
本発明による方法によって提供される本質的な利点は、この方法が、さまざまな扇型を相次いでインソニファイすることによる全方向性送信ではなく、送信の全期間にわたる、同じ信号の、全方向性送信を可能にするということであり、これは、アンテナの全長にわたって分布させられ、そして少数の給電ペアによって給電される、連続した投射器を含む線状アンテナによって得られ、給電ペアの数は、さらに、アンテナを構成する投射器の数に依存しない。
【００２３】
本発明のさまざまな態様の特徴および利点は、添付の図面に関連付けられた以下の説明により明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
最初に、図１および図２について述べる。
【００２５】
上述のように、空間内の扇型をインソニファイするために、複数の投射器から構成された長さＬの線状アンテナが使用されてもよいということが、従来技術から知られている。この送信は、可変遅延τ（ｘ）が適用された、共通送信信号から生じる信号を、各投射器に給電することによって達成され、可変遅延の変化法則は、アンテナの軸を基準とした所望のポインティング方位角θの関数としての、線形法則である。したがって、アンテナの中央点から距離ｘに位置する投射器に適用される遅延は、次の一般式を有する。
【数２】
2009534970.tif 000004
上式で、ｃは、水中での音速を表す。
【００２６】
本発明による方法は、第１に、投射器に給電するために使用される信号に、アンテナの中央を基準にした当該の投射器の位置ｘの関数である非線形遅延法則τ（ｘ）を適用することであって、その法則の式は当該の線形アンテナの構造に応じて異なる、ことにある。
【００２７】
したがって、アンテナの全長にわたって均等に分布させられた投射器からなるアンテナの場合、式［１］によって与えられる線形遅延法則に、アンテナの中央を基準にした投射器の位置ｘの関数としての、非線形の、例えば２次の、法則τ（ｘ）を重ね合わせることによって、図１において、実線として、曲線１１に示すもののような指向性パターンを得るように、送信ビームは拡張されてもよい。この法則の一般式は、
τ（ｘ）＝αｘ２      ［２］
であり、上式で、
【数３】
2009534970.tif 000005
である。
【００２８】
係数αは、ここでは、得ることが所望される送信パターンの開口角に関する。一般に、次の形式の係数αが選択される。
α＝β×２π／（λＬ）      ［３］
上式で、λは、波長であり、βは、所望の送信パターンの開口角を決定する、値が［０，１．５］の間隔内にある係数を表す。
【００２９】
図１の曲線１１は、３２個の等間隔の投射器を含む線状アンテナを使用して得られる送信パターンと、式［２］による２次の遅延法則τ（ｘ）の、送信信号への適用とに対応する。
【００３０】
図２の曲線２１は、図１に示すパターン１１を得るために、アンテナの中央に対応する共通基準信号に適用される、遅延τ（ｘ）の、当該の投射器の関数としての、変化法則を表す。ここでの法則は、等距離で隔てた３２個の投射器を含む線状アンテナの場合が示されている。
【００３１】
同様に、アンテナに沿って不等ピッチで分布させられた投射器を含むアンテナの場合、送信ビームは、式［１］によって与えられる線形遅延法則に、アンテナの中央を基準にした投射器の位置ｘの関数としての式が、次の式によって与えられる、非線形法則τ（ｘ）を重ね合わせることによって拡張されてもよい。
【数４】
2009534970.tif 000006
上式で、
【数５】
2009534970.tif 000007
である。
【００３２】
上述の２つの場合、全方向性ビームが、適切な遅延法則を適用することによって、ただし、アンテナに沿った投射器の分布に関して特定の事前措置が取られるという条件で、得られる。
【００３３】
その理由は、一定ピッチｄ（ｘ）を有する等間隔の投射器を含むアンテナの場合、変数ｕ＝ｃｏｓθの関数として示される指向性パターン（θは、当該の方向と送信ビームの方向との間の角度である（ｕ＝ｃｏｓθは、−１から＋１まで変化する））は、λ／ｄに等しい周期を有する周期的パターンであるということが、従来技術から知られているからである。
【００３４】
したがって、指向性パターンの法外な変動をもたらすエイリアシングを回避するために、ピッチｄは、周知のように、全方向性送信の場合、次の式を満たさなければならない。
【数６】
2009534970.tif 000008
上式で、Ｕｔは、ｕスペース内で表される指向性パターンの移行帯（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ  ｂａｎｄ）を表す。
【００３５】
この条件は、等間隔の投射器を有するアンテナについての、一般的な場合、λ／２よりもわずかに短いピッチｄを有する、アンテナに沿った投射器の使用を、通常はもたらす。しかし、式［２］によって記述されるもののような遅延法則が使用される場合、移行帯Ｕｔは、寸法的に
【数７】
2009534970.tif 000009
としてふるまい、これは、アンテナ内の投射器の数によっては、投射器の分布に、λ／４〜λ／３という近接した間隔を採用するということを意味している。
【００３６】
式［４］によって記述されるもののような遅延法則が信号に適用される、等間隔ではないセンサを有するアンテナという、特定の場合には、条件［５］は、最も密集した、アンテナの最外部の投射器に適用される。移行帯Ｕｔは、やはり、寸法的に
【数８】
2009534970.tif 000010
としてふるまい、これは、ピッチｄ（ｘ＝Ｌ／２）について、アンテナの投射器の数によっては、λ／４〜λ／３という近接した間隔を有するということを意味している。
【００３７】
投射器の間の間隔に対して課されるこの条件は、使用されるアンテナの構造に、そして、したがって、本発明による方法の有効性に影響を及ぼす、必須条件である。その理由は、この投射器間隔条件が守られない場合、それによって生じる指向性パターンのエイリアシングのせいで、送信信号は、もはやすべての方向において同じではなく、そして、したがって、もはや真に全方向性ではないからである。
【００３８】
次に、図３および図４について述べる。
【００３９】
アクティブソナーで使用される送信信号は、中心周波数Ｆ０を中心とした、帯域幅Ｂを有する信号であるため、本発明による方法は、第２に、適用される遅延法則を、Ｔ０＝１／Ｆ０を法とする（ｍｏｄｕｌｏ）その遅延法則の式によって近似することにある。したがって、例えば、均等に分布させられた（ｅｑｕｉｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ）投射器を有するアンテナの場合に、投射器に適用される遅延は、次のように表される。
τ’（ｘ）＝αｘ２［ｍｏｄｕｌｏ  Ｔ０］      ［６］
【００４０】
この、Ｔ０を法とする遅延法則は、次の形式の、信号に適用される位相法則によって、より単純に表される。
Φ（ｘ）＝２πＦ０τ（ｘ）      ［７］
【００４１】
チャネルを形成するように選択された遅延法則τ（ｘ）の場合、狭帯域近似と呼ばれるこの近似は、次の、比較的制限的であり、そして信号の帯域幅Ｂをアンテナ長Ｌに結び付ける条件が満たされているならば、許容できる。
Ｂ<<ｃ／Ｌ      ［８］
上式で、ｃは、伝搬媒質内での音速を表す。
【００４２】
しかし、全方向性送信を得るために使用される、式［２］または式［４］に対応するタイプの遅延法則の場合、近似［６］および［７］の、本発明による方法における使用が一般的に可能なように、条件［８］よりもはるかに制限的でない条件が適用される。
【００４３】
本発明による方法において、初期遅延法則に近付く遅延法則に置き換えることは、大きな利点を有する。その理由は、それにより、送信信号に適用される遅延の、可能性のある変化が、間隔［０；Ｔ０］（信号の位相の、０と２πとの間の変化）に制限されるからである。この有利な特徴は、図３に示す遅延曲線３１と、図４内の実線によって示す位相シフト曲線４１とによって示されており、これらの曲線は、図１内の曲線１１によって示す指向性パターンを有するアンテナに関連している。
【００４４】
本発明による方法は、第３に、アンテナを構成するさまざまな投射器について得られる遅延値を量子化することにある。本発明による方法を実行する好ましい手段では、遅延間隔［０；Ｔ０］が、Ｑ個の等間隔のレベルに分割される。次に、遅延の影響を受けた送信信号が各投射器に給電され、その遅延の値τｉ（ｘ）は、近似された値τ’（ｘ）に最も近い量子化された値である。したがって、本発明による方法では、遅延は、それにより、Ｑ個の状態にわたって量子化される。
【００４５】
本発明によれば、量子化レベルの数は、送信されるレベルの、方位角内での変動が、一定の必要条件を満たすようなものである。したがって、例えば、１６ステップにわたって行われる量子化の場合、方位角の関数としての、送信される信号レベルの予期される理論的変動は、±１．５ｄＢである。
【００４６】
適切に行われる量子化操作は、大きな利点を有する。その理由は、それにより、アンテナを構成する投射器の数がいくつであっても、すべての投射器に、制限された数のＱ個の信号が給電されることが可能になるからである（各信号は、可能なＱ個の遅延の中から、指定された遅延τｉを適用することによって、送信信号から導き出される）。可能な遅延値を量子化することによるこの制限は、有利には、すべての投射器に信号を給電するために必要とされる導線のペアの数が、Ｑ個のペアという最大数に制限されることを可能にする。これは、有利には、それらの遅延の実行を担当する手段の複雑さを制限し、そして、さらに、使用される導線の量を、そして、したがって、アンテナ給電ケーブルの重量を制限する。
【００４７】
図４内の点線曲線４２は、例として、曲線４１によって表される位相法則の、１２個の状態にわたる量子化を行うことによって得られた、位相変化法則を示す。曲線４１と４２とが実質的に重なっているという事実は、本発明による方法によって実行される量子化ステップの有利な性質を、この例を通して、明らかに実証しており、そのステップ自体は、非線形法則τ（ｘ）に狭帯域近似を適用した後にのみ可能である。
【００４８】
本発明による方法によって得られ、そして、アンテナによって送信される、信号の指向性パターンは、図１内の点線曲線１２によって表される。この曲線と、式［２］によって定義される非線形遅延法則を適用することにより得られる理論的曲線との間の、密接な類似性は、本発明による方法の有利な性質を同様に実証している。
【００４９】
したがって、本発明による方法を実行することは、その結果として、複数の投射器を含む線状アンテナによって、Ｑ個のみの給電信号（それらの信号のそれぞれは、採用されるＱ個の値から選択された遅延（または位相シフト）値を適用することによって、共通信号から生成される）をそれらの投射器に供給することによって、全方向性送信を直接達成する。ただし、以下の点を考慮することが有利である。所与の投射器に給電するために、共通給電信号に適用される遅延の期間を、半周期Ｔ０によって修正するために必要とされるのは、この投射器に給電している信号の極性を逆にすることだけであるという事実が考慮されるならば。この極性を逆にすることは、投射器の端子への給電線を切り換えることによって、容易に達成されてもよい。したがって、Ｑ個の信号の組は、［０；Ｔ０／２］の間で遅延させられた（または、０とπとの間で位相シフトさせられた）、同じ信号から生じるＱ／２個の給電信号を生成することによって、ケーブル内のＮ＝Ｑ／２個の給電ペアによって得ることが可能である。
【００５０】
そのような構成では、各ペアは、Ｑ／２個の対応する送信器回路用に特に調節が行われた、さまざまな数の送信トランスデューサに給電してもよい。
【００５１】
使用される給電信号の数Ｑは、必ずしも事前に固定されているとは限らず、そして、アンテナ内に含まれる投射器の総数に直接には依存しない。しかし、量子化ステップと関連付けられた近似の、指向性パターンへの影響の分析は、おおよそＱ＝１０〜２０の値の、遅延の数にわたる量子化が、許容できることを示している。そのような量子化は、すべての投射器に給電するための、曳航ケーブル内への、５〜１０の給電ケーブルペアの導入をもたらす。
【００５２】
本明細書で提示されている本発明は、したがって、有利には、遅延を適切に量子化することによって、曳航ケーブル内の給電ペアの数Ｎを合理的な方法で制限することを、そして、所望のレベルの全方向性送信のために必要なだけの数の投射器に給電することを可能にする。
【００５３】
指向性モードでは、加重は線形であり、そして、位相量子化は、上記（狭帯域近似）で示したように、次の条件によって制限されることに留意されたい。
Ｌ<<ｃ／Ｂ
【００５４】
しかし、本発明の主題を形成する、式［２］および［４］によって定義された遅延法則を使用する、全方向性モードでは、全方向性モードのための、線状アンテナの長さに対する制限は、それほど厳しくない。その制限は、次の条件によって与えられる。
Ｌ<<（４ｆ／Ｂ）・ｃ／Ｂ      ［９］
上式で、ｆは周波数を表し、Ｂは送信される信号の帯域幅を表す。
【００５５】
ｆ>>Ｂなので、項４ｆ／Ｂは必ず１よりも大きく、したがって、アンテナ長の制限は、その結果、全方向性送信の場合、指向性放射の場合ほど厳しくはない。したがって、例えば、１．５ｋＨｚの中心周波数と、３００Ｈｚの帯域幅を有する信号が送信される場合、最大１００ｍであってもよい長さを有するアンテナを使用することが可能である。同じ中心周波数の、しかし、１ｋＨｚの帯域幅を有する信号の場合でも、９メートルに制限されたアンテナ長を使用することが可能である。
【００５６】
次に、図５について述べる。
【００５７】
以前の図において、特に図２において見られるように、式［２］によって定義される２次の遅延法則τ（ｘ）の場合、遅延の変化が最も急であるのは、アンテナの端に位置する投射器においてである。したがって、投射器の間の一定の間隔を維持しながら、最も急な遅延の変化を正しくサンプリングするという、二重の制約を表す条件［５］が、アンテナの中央から最も遠い投射器について、満たされていなければならない。
【００５８】
対照的に、最中央部の投射器に関しては、２倍の間隔が許容できるように見える。この観察は、中央区域内の特定の数の投射器が、２つの隣接した投射器からなるペアにグループ化されてもよいということを意味している。このペアリングは、有利には、投射器の数よりも少ない数の給電ケーブルペアを介してアンテナが給電されることを可能にする。さらに、アンテナの中央を基準にした遅延法則の対称性の結果として、対称の投射器は、同じペアを介して給電されることが可能であるということも見出された。本発明による方法を実行する好ましい手段が利用するのは、この有利な特徴であり、その１つの特定の例が図５に示されている。
【００５９】
実行の好ましい方法を適用するこの例では、約０．２０ｍの間隔を有してアンテナに沿って配置された、Ｐ＝３２個の投射器５１から構成されるアンテナを考慮する。中心動作周波数は、ここでは、Ｆ０＝１５００Ｈｚに等しい。図中で、投射器５１は、１〜３２の番号が付けられ、アンテナの中央は、投射器１６と１７との間に位置している。
【００６０】
７〜２６の番号が付けられた、２０個の中央部の投射器は、隣接した投射器のペアにグループ化される（（７，８）、（９，１０）．．．（２５，２６））。投射器の各ペアは、導線のペア５２を介して給電される。１〜６および２７〜３２の番号が付けられた、残りの１２個の側部の投射器は、中央を基準にして対称的にグループ化される（（１，３２）、（２，３１）．．．（６，２７））。投射器の各ペアは、同様に、導線のペア５３を介して給電される。
【００６１】
このタイプの実装の１つの利点は、アンテナは３２個の投射器から構成されているが、その信号給電には、１６の導線ペアのみが必要とされるということである。さらに、そのような実装においては、各導線ペアには、同じ数の投射器（２に等しい）を使用して負荷がかけられる。
【００６２】
本発明による方法を実行する好ましい手段の変形（図示せず）は、アンテナの中央領域の、ペアにグループ化された投射器を形成する、投射器のペアを、ペアにグループ化することにある。したがって、アンテナの中央点を基準にして対称的な投射器ペアは、それら自体がペアにグループ化される。その結果として、上記の例では、隣接する中央投射器の１０個のペアが、対称的なペアにグループ化される（［（７，８），（２５，２６）］、［（９，１０），（２３，２４）］、その他）。このようにして形成された各４個の投射器は、次に、電気導線のペアを介して給電され、そのため、この有利な変形では、有利には、中央部の２０個の投射器に給電するためには電気導線の５つのペアで、そして、アンテナ全体の給電のためには導線の１１のペアで十分である。
【００６３】
結果として、１１のみの状態にわたって量子化された２次の遅延法則を送信信号に適用することによって、線状アンテナを用いて全方向性送信が達成される。
【００６４】
本発明による方法を実行する、この好ましい代替の方法の、１つの有利な特徴は、その方法が、全方向性および指向性の両方の送信モードが使用されることを可能にするということである。
【００６５】
この二重機能は、例えば、送信信号が、周辺の投射器に給電するか、または中央部の投射器に給電するかによって、送信信号に適用される遅延の性質を単に区別することによって達成される。
【００６６】
したがって、Ｐ個の等間隔の投射器、例えば、４８個の投射器（その位置付けは条件［５］を満たす）を有する、線状アンテナが使用される場合、有利には、扇型の指向性送信と全方向性送信との両方を達成することが可能である。これを行うには、アンテナの中央部に配置された、偶数Ｐ１個の投射器、例えば２０個の投射器が、例えば選択され、それらの投射器は、隣接する投射器のＮ１（＝Ｐ１／２）個のペアにグループ化され、それらは独立した導線のＮ１個のペアを介して給電される。残りのＰ２（＝Ｐ−Ｐ１）個の投射器、当該の例では２８個の投射器は、アンテナの中央を基準にして対称的な、２つずつにグループ化されて、Ｎ２（＝Ｐ２／２）個のペアを形成し、Ｑ個（Ｑは、例えば１２に等しい）の状態にわたって量子化された遅延に対応する、Ｎ（＝Ｑ／２）個の追加のペアを介して給電される。
【００６７】
したがって、扇型の指向性モードにおける送信を達成するには、Ｐ１個の中央部の投射器が、式［１］によって定義される遅延法則τ（ｘ）に従うＮ１個の独立した信号を給電されて、所与の方向における送信パターンを構築することを可能にし、一方、外側のＰ２個の投射器は使用されない。同様に、全方向性モードにおける送信を達成するには、Ｐ個の投射器がすべて給電される。中央部のＰ１個の投射器は、式［２］によって定義されるタイプの２次の遅延法則による、Ｎ１個の信号を給電され、一方、外側のＰ２個の投射器は、Ｑ個の遅延状態τｉにわたって量子化された２次の遅延法則に対応する、Ｎ個の信号を給電される。
【００６８】
したがって、特に、中央部の投射器に適用される遅延は、次の一般式によって定義されてもよい。
【数９】
2009534970.tif 000011
【００６９】
したがって、αが０に等しい場合は、方向θに沿って向けられた、扇型の送信が得られ、一方、αが２π／（λＬ）に等しい場合は、全方向性送信が得られる。
【００７０】
次に、図６について述べる。
【００７１】
図６によって示されている、本発明による方法を実行するこの代替の手段は、所望される送信のタイプに応じた送信信号を各投射器に供給するための、特定のスイッチング手段６１に関連付けられた、線状送信アンテナを含むソナーシステムを、さらに特に目的としている。この実行では、有利には、選択される送信モードが扇型であるか全方向性であるかを問わず、すべての投射器が使用される。これにより、最大の送信レベルを達成することが可能になる。ここで考慮される線状アンテナでは、各投射器６１は、特定の導線ペア６２を介して給電され、このペアに適用される給電信号は、同じ送信信号から生じるＮ個の給電信号６３であって、同じ送信信号に、所望の送信モードに対応する遅延法則に従って決定された遅延が適用された、Ｎ個の給電信号６３から、スイッチング手段６１によって選択される。
【００７２】
したがって、特に、以下を得ることが可能である。
−式［２］によって定義されるタイプの２次の遅延法則のみを適用することによる、最大レベルにおける全方向性モード。
−式［１０］によって定義されてもよい遅延法則τ（ｘ）を適用することによる、最大レベルにおける扇型モード。送信される扇型の開口は、式［１０］の２次成分によって生成され、送信方向θは、θの線形関数成分によって生成される。
−所与のポインティング角θについての、適用される遅延の線形変化を記述する、式［１］によって定義されてもよい遅延法則τ（ｘ）を適用することによる、最大レベルにおける本質的な指向性モード。
【００７３】
したがって、ここで考慮される第２のモードでは、所望の送信モードに従った遅延法則を有する、Ｎ個の給電信号６４が適用され、Ｎ個の信号は、制御信号６４に従って、スイッチング手段６１によって、投射器にわたって分布させられる。
【００７４】
次に、図７〜図９について述べる。
【００７５】
図７は、本発明による方法を実行することが可能なソナーシステムの例が装備された、アンテナの全体図を概略的に示す。このシステムでは、ほぼ水平であるように曳航される、線状送信アンテナ７１の後に、軽量要素（ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ  ｅｌｅｍｅｎｔ）７２と、線状受信アンテナ７３とが続く。軽量要素７２は、送信アンテナと受信アンテナとの間の機械的接続を確実にするという事実に加えて、受信アンテナ７３を運搬船から遠くに隔てるという機能も有する。線状受信アンテナ７３は、場合によっては、単純な線状アンテナであってもよく、あるいは、ハイドロホンのトリプレット（ｔｒｉｐｌｅｔｓ  ｏｆ  ｈｙｄｒｏｐｈｏｎｅｓ）を含む指向性アンテナであってもよい。集成体は、従来の線状受信アンテナのための、すでに海での使用に適格であるとされた方法（ａｌｒｅａｄｙ  ｓｅａ−ｑｕａｌｉｆｉｅｄ  ｍｅｔｈｏｄ）を使用した、オペレータの介入のない自動配備のための、トレーリングライン（ｔｒａｉｌｉｎｇ  ｌｉｎｅ）７４を備えている。
【００７６】
集成体の１つの可能な実施形態によれば、送信アンテナは、図８に示すもののような、円筒形のフレックステンション（ｆｌｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）投射器８１によって製造されてもよく、受信アンテナはトリプレットを有する線状アンテナであってもよい。集成体は、ことによると１００ｍｍ未満の、実質的に一定の直径を有し、そして、有利には、ウィンチ上に巻き取られてもよい。例えば、１２０ｍｍまたは１５０ｍｍの、より大きな直径の伝送セクションが、メモリタイプの巻き取りシステムによって対処されてもよい。
【００７７】
図９に示す、そのようなシステムの一実施形態では、少なくとも２つの、本発明による方法を使用して実装されたアンテナ９２、９３が、鉛直方向で重ね合わされて形成された、線状送信アンテナ９１を組み込むことが可能である。有利には、この構成は、例えば、全方向性送信の状況において、鉛直面内で、上方および下方に送信されるエネルギーを最小にすることを可能にする。
【００７８】
送信アンテナ９２と９３との間の間隔は、その場合、一般に、平均波長の半分である。この構成は、したがって、有利には、送信方向を問わず、水平面内にエネルギーを集中させることが可能である。
【００７９】
最後に、図１０について述べる。
【００８０】
図１０に示されている、本発明による送信方法の適用例は、傾斜姿勢で、またはさらには、実質的に鉛直姿勢で曳航されるリニアアレイによって、水平面内で全方向に送信することにある。この適用例では、本発明による方法は、送信信号に非線形遅延法則を適用することによる、可変送信パターン幅を有する扇型送信のために使用される。そのように設計される伝送システムは、例えばＵＳＶタイプの、ことによると自律型かつ無人の、小さな搬送船１０１によって操作されることが可能な、巻き取り可能な小直径システムである。これは、上述のものなどの線状送信アンテナ１０２（その内部構造は任意選択で重み付けされる）と、搬送船１０１が移動している場合でさえ、曳航される送信アンテナを可能な限り鉛直姿勢に保つための、重い、巻き取り可能な、末端要素（ｔａｉｌ  ｅｌｅｍｅｎｔ）１０３とを含む。
【００８１】
したがって、アンテナは、水平に対して角度θｉｎｃｌを成すと考えられ、この角度は、搬送船１０１の速度とともに変化する。さらに、媒質内の伝搬条件によっては、遠距離における水柱（ｗａｔｅｒ  ｃｏｌｕｍｎ）の良好なインソニフィケーション（ｉｎｓｏｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）のためには、このインソニフィケーションが、水平１０４に対して角度±θｐｒｏｐを有して生成されることが必要と考えられる。したがって、上記の２つのパラメータが考慮に入れられた場合に、そして、水平面内での全方向性のインソニフィケーションを得るためには、アンテナに対する垂直の周囲の、インソニファイされる扇型の幅±θｓｅｃｔｏｒが、次の関係を満たすように、常時調節されなければならない。
θｓｅｃｔｏｒ>θｉｎｃｌ＋θｐｒｏｐ      ［１１］
【００８２】
角度θｓｅｃｔｏｒによって囲まれる方向内で実質的に一定の利得を有する、上記の条件を満たす送信ローブは、有利には、本発明による方法によって、２次の非線形遅延法則を適用することによって得られてもよく、この法則は、特に、インソニファイされる扇型内でほぼ一定の送信レベルを得ることを可能にする。全方向性レベルまでの、当該の角度θ、すなわちθｓｅｃｔｏｒの関数としての送信利得の変化１０５は、図９内で記号的に表されている。本発明による方法によって得られる、そのような広い送信ローブは、有利には、すべての投射器が従来方式で同時に送信する線状アンテナによって得られる、狭い−３ｄＢの開口を有する送信ローブよりも、はるかに良好に、そのようなシステムの動作制限に適合させられる。
【００８３】
移動する搬送船上に搭載された、かつ搬送船が移動している場合でさえも送信することが可能な、そのような伝送システムは、有利には、広い領域が迅速に、そして、非常にさまざまな角度において、インソニファイされることを可能にする。そのような伝送システムは、さらに、例えば、マルチスタティック受信モードで動作することによって、領域内の物体を見つけて分類するのを容易にする。
【００８４】
有利には、この方法で、本発明による方法を適用することによって、アンテナの上のより浅い深度において存在する水の部分を、局所的にインソニファイすることも可能である。これを行うために必要とされるのは、アンテナ１０２を鉛直に配置して、それによりθｉｎｃｌ＝０°にするために、搬送船１０１を不動にして固定させることだけである。このようにして、全方向性インソニフィケーションを使用して得られるレベルに比較して、より高いインソニフィケーションレベル（例えば、８ｄＢ）で、水のより大きな部分をインソニファイすることが可能である。
【００８５】
したがって、非限定的な例によって本明細書に記載したさまざまな実行からわかるように、本発明による方法は、線状アンテナによって、真に全方向性の送信を達成することを可能にするだけでなく、送信パターンの幅が、想定される適用例に有利に適合される、扇型の送信を達成することも可能にする。本発明による方法は、さらに、扇型送信モードと全方向性送信モードとの間を、構造のいかなる変更もなしに、順に交代させることが可能な、線状アンテナが設計されることも可能にする。特定の実行では、本方法は、使用される線状アンテナを構成する投射器に、送信信号を給電するために必要とされる、導線のペアの数を、非常に大幅に減少させることも可能にする。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】アンテナの全長にわたって均等に分布させられた投射器を含む、アンテナの指向性パターンであり、それらの指向性パターンは、送信信号に、従来方式の２次の遅延τ（ｘ）、または本発明による方法によって生成された遅延を適用することによって得られる。
【図２】図１内の実線によって示されているパターンを得るために、基準送信信号に適用される遅延τ（ｘ）の、当該の投射器の関数としての、変化法則である。
【図３】図２の遅延τ（ｘ）の変化法則の近似形である。
【図４】図３の遅延τ（ｘ）の変化法則に対応する、基準送信信号の位相の、連続的な、または量子化された変化の法則である。
【図５】本発明による方法を実行する代替の手段を示す。
【図６】本発明による方法を実行する代替の手段を示す。
【図７】本発明による方法を実行するためのアンテナを装備した、ソナーシステムの例に関連する図である。
【図８】本発明による方法を実行するためのアンテナを装備した、ソナーシステムの例に関連する図である。
【図９】本発明による方法を実行するためのアンテナを装備した、ソナーシステムの例に関連する図である。
【図１０】水平平面内で全方向に送信するための、本発明による方法を実行する１つの特定の例である。
【図１】
2009534970.tif 000013
【図２】
2009534970.tif 000014
【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】
2009534970.tif 000019
【図８】
2009534970.tif 000020
【図９】
2009534970.tif 000021
【図１０】
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【国際調査報告】
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2009534970.tif 000024
2009534970.tif 000025
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