(57)【要約】【課題】  簡易な構成で、海域の状況の変化に適用でき、水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する水中音響伝送方法と水中音響伝送装置とを提供しようとする。【解決手段】  従来の水中の二点間でデータ伝送する水中音響伝送方法にかわって、二点のうちの一方でパルス状の試験送信音響を送信する試験送信工程と、二点のうちの他方で前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を受信する試験受信工程と、一方でデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響を送信する本番送信工程と、他方で前記第一送信音響が水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響を抽出し復調してデータを得る本番受信工程と、を備え、前記第一信号長さが前記試験送信音響の直接波と該直接波の次に現れる残響波との間に位置する時間帯の時間長さより短くするものとした。【選択図】    図６
2006217112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する水中音響伝送方法であって、  
第一点と第二点のうちの一方でパルス状の試験送信音響を送信する試験送信工程と、
第一点と第二点のうちの他方で前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を受信する試験受信工程と、
第一点でデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響を送信する本番送信工程と、
第二点で前記第一送信音響が水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響を抽出し復調してデータを得る本番受信工程と、
を備え、
前記第一信号長さＴｓ１が前記試験受信音響の時間軸上で前記試験送信音響の直接波と該直接波の次に現れる残響波との間に位置する第一時間帯の時間長さである第一時間長さＴ１より短い、
ことを特徴とする水中音響伝送方法。
【請求項２】
前記本番送信工程が第一点で前記第一送信音響を送信した後の第一ガード時間Ｔｎ１だけ経過後にデータを変調して得られた第二信号長さＴｓ２を持つ第二送信音響を送信し、
前記本番受信工程が第二点で前記第一送信音響と前記第二送信音響とが水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響と前記第二送信音響とを抽出し復調してデータを得て、
前記第二信号長さＴｓ２が前記試験受信音響を時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させて得られた仮想受信音響において重畳された前記試験送信音響の直接波の後の前記第一ガード時間Ｔｎ１経過後に位置し音響レベルＬ１以下の音響レベルを維持する第二時間帯の時間長さである第二時間長さＴ２より短く、
前記音響レベルＬ１が第二点で前記受信音響からデータを復調可能なレベルである、
ことを特徴とする請求項１に記載の水中音響伝送方法。
【請求項３】
変調・復調方式がОＦＤＭ方式であって、
前記第一時間幅Ｔｓ１が単位シンボルの時間長さＴｓの整数倍である、
ことを特徴とする請求項１に記載の水中音響伝送方法。
【請求項４】
変調・復調方式がОＦＤＭ方式であって、
前記本番送信工程が送信する複数の搬送波のうち少なくとも一つを特定搬送波とし該特定搬送波の振幅値を一定の値に固定し、
前記本番受信工程が受信する前記特定搬送波の振幅値を基準振幅値として用いて複数の搬送波の各々の振幅から音響レベルの減衰の影響を除去する、
ことを特徴とする請求項１に記載の水中音響伝送方法。
【請求項５】
水中での第一点の位置または第二点の位置が所定の範囲を超えて変化したときに、前記試験送信工程と前記試験受信工程とを再度実施して前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新する試験伝送更新工程を、
備えることを特徴とする請求項１に記載の水中音響伝送方法。
【請求項６】
前記本番受信工程でのデータの復調にエラー発生が増えたときに、前記試験送信工程と前記試験受信工程とを再度実施して前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新する試験伝送更新工程を、
備えることを特徴とする請求項１に記載の水中音響伝送方法。
【請求項７】
水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する水中音響伝送装置であって、  
第一点で水中音響を送信しまた受信することをできる第一データ伝送装置と、
第二点で水中音響を送信しまた受信することをできる第二データ伝送装置と、
を備え、
第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの一方がパルス状の試験送信音響を送信し、
第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの他方が前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を受信し、
第一データ伝送装置がデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響を送信し、
第二データ伝送装置が前記第一送信音響が水中を伝搬して生じた受信音響を受信し前記受信音響の中から前記第一送信音響を抽出し復調してデータを得て、
前記第一信号長さＴｓ１が前記試験受信音響の時間軸上で前記試験送信音響の直接波と該直接波の次に現れる残響波との間に位置する第一時間帯の時間長さである第一時間長さＴ１より短い、
ことを特徴とする水中音響伝送装置。
【請求項８】
前記第一データ伝送装置が前記第一送信音響を送信した後の第一ガード時間Ｔｎ１だけ経過後にデータを変調して得られた第二信号長さＴｓ２を持つ第二送信音響を送信し、
前記第二データ送信装置が前記第一送信音響と前記第二送信音響とが水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響と前記第二送信音響とを抽出し復調してデータを得て、
前記第二信号長さＴｓ２が前記試験受信音響を時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させて得られた仮想受信音響において重畳された前記試験送信音響の直接波の後の前記第一ガード時間Ｔｎ１経過後に位置し音響レベルＬ１以下の音響レベルを維持する第二時間帯の時間長さである第二時間長さＴ２より短く、
前記音響レベルＬ１が第二点で前記受信音響からデータを復調可能なレベルである、
ことを特徴とする請求項７に記載の水中音響伝送装置。
【請求項９】
第一データ伝送装置と第二データ伝送装置の変調・復調方式がОＦＤＭ方式であって、
前記第一時間幅Ｔｓ１が単位シンボルの時間長さＴｓの整数倍である、
ことを特徴とする請求項７に記載の水中音響伝送装置。
【請求項１０】
第一データ伝送装置と第二データ伝送装置の変調・復調方式がОＦＤＭ方式であって、
前記第一データ伝送装置が送信する複数の搬送波のうち少なくとも一つを特定搬送波とし該特定搬送波の振幅値を一定の値に固定し、
前記第二データ伝送装置が受信する前記特定搬送波の振幅値を基準振幅値として用いて複数の搬送波の各々の振幅から音響レベルの減衰の影響を除去する、
ことを特徴とする請求項７に記載の水中音響伝送装置。
【請求項１１】
水中での第一点の位置または第二点の位置が所定の範囲を超えて変化したときに、
第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの一方がパルス状の試験送信音響を再度送信し、
第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの他方が前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を再度受信し、
前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新する、
ことを特徴とする請求項７に記載の水中音響伝送装置。
【請求項１２】
前記本番受信工程でのデータの復調にエラー発生が増えたときに、
第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの一方がパルス状の試験送信音響を再度送信し、
第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの他方が前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を再度受信し、
前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新する、
備ことを特徴とする請求項７に記載の水中音響伝送装置。
【請求項１３】
第一伝送装置と第二伝送装置の変調・復調方式が複数の搬送波を用いる方式であって、
前記第一データ伝送装置が第一点に位置し水中に音響を放射する複数の送波器を有し、
複数の前記送波器の各々の共振周波数が複数の前記搬送波の各々の周波数に略一致する、
ことを特徴とする請求項７に記載の水中音響伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に位置する２点間で水中音響を用いてデータを伝送する水中音響伝送方法と水中音響伝送装置に係る。特に、浅海域でも使用できる水中音響伝送方法と水中音響伝送装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水中でのデータ伝送には水中音響が用いられる。浅海域における水中音響を用いるデータ伝送にとっては、海底や海面などの媒質の境界面において発生する音波の反射と散乱により生ずる残響が大きな障害となる。
送信器が水中に水中音響を送信すると、周囲に伝搬した水中音響が海底や海面などで反射を繰り返して、所定の時間だけ残響が継続する。
この残響の影響をさけるために、残響の音響レベルが背景ノイズに隠れてしまう時間帯のみを用いて間欠的にデータ伝送を実行し、その他の時間帯では送信を休止する間欠伝送が持ちいられる。
また、この残響の発生は、送信点、受信点、及び周囲環境の幾何学的位置関係、送波器・受波器の指向性、用いる音響周波数などによって変わるために、一時はエラーなくデータ伝送ができていても、ある時からエラー発生が頻発してデータ伝送をできなくなることがある。
【０００３】
従来は、この残響の影響を避けるために、１回のデータ送信と次のデータ送信の間にガード時間を置き、残響の音響レベルが所定の値以下になるのを待って間欠的にデータを伝送していた。オペレータが、このガード時間を経験的に定めていた。
また、その場合の送信信号の変調方式として、短い信号の受信に適合する、受信側での搬送波同期が不要なＭＦＳＫ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）、ＤＰＳＫ（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）などが用いられた。
また、１回のデータ送信と次のデータ送信の間のガード時間が固定であるため、送信点と受信点の位置関係がデータ伝送に有利な方向に変化しても、伝送効率を改善できなかった。
また、変調方式がＭＦＳＫ、ＤＰＳＫであるために伝送速度が制限され、伝送情報量を今以上に多くできなかった。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−５５７０７号
【特許文献２】特開２０００−２０６２２８号
【特許文献３】Ｔｈｅ  ｓｔａｔｅ  оｆ  ｔｈｅ  ａｒｔ  ｉｎ  ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ  ａｃоｕｓｔｉｃ  ｔｅｌｅｍｅｔｒｙ，  ”Оｃｅａｎｉｃ  Ｅｎｇ．”，  ＶОｌ．２５，  Ｎо．１，  ＩＥＥＥＪ，  Ｊａｎｕａｒｙ  ２０００，  ｐ．４−２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、簡易な構成で、海域の状況の変化に適用でき、水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する水中音響伝送方法と水中音響伝送装置とを提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係る水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する水中音響伝送方法を、第一点と第二点のうちの一方でパルス状の試験送信音響を送信する試験送信工程と、第一点と第二点のうちの他方で前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を受信する試験受信工程と、第一点でデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響を送信する本番送信工程と、第二点で前記第一送信音響が水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響を抽出し復調してデータを得る本番受信工程と、を備え、前記第一信号長さＴｓ１が前記試験受信音響の時間軸上で前記試験送信音響の直接波と該直接波の次に現れる残響波との間に位置する第一時間帯の時間長さである第一時間長さＴ１より短い、ものとした。
【０００７】
上記本発明の構成により、第一点と第二点のうちの一方でパルス状の試験送信音響を送信し、第一点と第二点のうちの他方で前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を受信し、前記第一信号長さＴｓ１が前記試験受信音響の時間軸上で前記試験送信音響の直接波と該直接波の次に現れる残響波との間に位置する第一時間帯の時間長さである第一時間長さＴ１より短く、第一点でデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響を送信し、第二点で前記第一送信音響が水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響を抽出し復調してデータを得るので、第一点で送信された第一送信音響が残響波と重ならずに第二点で受信され、受信音響の中から第一送信音響の抽出を容易にでき、第一点と第二点との間でエラーの少ないデータ伝送をすることができる。
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する水中音響伝送装置を、第一点で水中音響を送信しまた受信することをできる第一データ伝送装置と、第二点で水中音響を送信しまた受信することをできる第二データ伝送装置と、を備え、第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの一方がパルス状の試験送信音響を送信し、第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの他方が前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を受信し、第一データ伝送装置がデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響を送信し、第二データ伝送装置が前記第一送信音響が水中を伝搬して生じた受信音響を受信し前記受信音響の中から前記第一送信音響を抽出し復調してデータを得て、前記第一信号長さＴｓ１が前記試験受信音響の時間軸上で前記試験送信音響の直接波と該直接波の次に現れる残響波との間に位置する第一時間帯の時間長さである第一時間長さＴ１より短い、ものとした。
【０００９】
上記本発明の構成により、第一データ伝送装置が第一点で水中音響を送信しまた受信することをでき、第一データ伝送装置が第二点で水中音響を送信しまた受信することをでき、第一点と第二点のうちの一方でパルス状の試験送信音響を送信し、第一点と第二点のうちの他方で前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を受信し、前記第一信号長さＴｓ１が前記試験受信音響の時間軸上で前記試験送信音響の直接波と該直接波の次に現れる残響波との間に位置する第一時間帯の時間長さである第一時間長さＴ１より短く、第一点でデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響を送信し、第二点で前記第一送信音響が水中を伝搬して生じた受信音響を受信し前記受信音響の中から前記第一送信音響を抽出し復調してデータを得るので、第一点で送信された第一送信音響が残響波と重ならずに第二点で受信され、受信音響の中から第一送信音響の抽出を容易にでき、第一点と第二点との間でエラーの少ないデータ伝送をすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように本発明に係る水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する水中音響伝送方法と水中音響伝送装置は、その構成により、以下の効果を有する。
予め、一方でパルス状の試験音響を送信して、他方で試験音響を受信して、直接波と次に現れる残響波の間にある残響の小さい第一時間帯の第一時間長さＴ１を得て、Ｔ１より短い第一信号長さＴｓ１を決定し、本番送信で、第一点でＴｓ１を持つ第一送信音響を送信するので、第一点で送信された第一送信音響が残響波と重ならずに第二点で受信され、受信音響の中から第一送信音響の抽出を容易にでき、第一点と第二点との間でエラーの少ないデータ伝送をすることができる。
従って、簡易な構成で、海域の状況の変化に適用でき、水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する水中音響伝送方法と水中音響伝送装置とを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る水中音響伝送方法のいくつかの実施形態を説明する。本発明は、以下に記載の実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組合わされた態様を含む。
【００１２】
本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法は、前記本番送信工程が第一点で前記第一送信音響を送信した後の第一ガード時間Ｔｎ１だけ経過後にデータを変調して得られた第二信号長さＴｓ２を持つ第二送信音響を送信し、前記本番受信工程が第二点で前記第一送信音響と前記第二送信音響とが水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響と前記第二送信音響とを抽出し復調してデータを得て、前記第二信号長さＴｓ２が前記試験受信音響を時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させて得られた仮想受信音響において重畳された前記試験送信音響の直接波の後の前記第一ガード時間Ｔｎ１経過後に位置し音響レベルＬ１以下の音響レベルを維持する第二時間帯の時間長さである第二時間長さＴ２より短く、前記音響レベルＬ１が第二点で前記受信音響からデータを復調可能なレベルである。
上記実施形態の構成により、前記第二信号長さＴｓ２が前記試験受信音響を時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させて得られた仮想受信音響において重畳された前記第一送信音響の直接波の後の前記第一ガード時間Ｔｎ１経過後に位置し前記音響レベルＬ１以下の音響レベルを維持する第二時間帯の時間長さである第二時間長さＴ２より短く、第一点でデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響を送信した後の第一ガード時間Ｔｎ１だけ経過後にデータを変調して得られた第二信号長さＴｓ２を持つ第二送信音響を送信し、第二点で前記第一送信音響と前記第二送信音響とが水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響と前記第二送信音響とを抽出し復調してデータを得るので、第一点で送信された第二送信音響が残響波と重ならずに第二点で受信され、前記受信音響の中から第一送信音響と第二送信音響との抽出を容易にでき、第一点と第二点との間でエラーの少ないデータ伝送をすることができる。
【００１３】
本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法は、変調・復調方式がОＦＤＭ方式であって、前記第一時間長さＴｓ１が単位シンボルの時間長さＴｓの整数倍である。
上記実施形態の構成により、前記第一信号長さＴｓ１がОＦＤＭ方式の単位シンボルの時間長さＴｓの整数倍であるので、第一時間長さＴ１が前記第一信号長さＴｓ１より短くなる事態が生じて単位シンボルに残響が重ならない限り、第一点と第二点との間でエラーの少ないデータ伝送をすることができる。
【００１４】
本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法は、変調・復調方式がОＦＤＭ方式であって、前記本番送信工程が送信する複数の搬送波のうち少なくとも一つを特定搬送波とし該特定搬送波の振幅値を一定の値に固定し、前記本番受信工程が受信する前記特定搬送波の振幅値を基準振幅値として用いて複数の搬送波の各々の振幅から音響レベルの減衰の影響を除去する。
上記実施形態の構成により、第一点で送信する第一送信音響の前記特定搬送波の振幅幅が固定され、第二点で受信した受信音響の中の第一送信音響の各搬送波の振幅から特定搬送波の振幅値を用いて音響レベルの減衰の影響を除去するので、第二点で受信した受信音響から抽出した第一送信音響の音圧が大きく減衰していた場合でも、第一点と第二点との間でエラーの少ないデータ伝送をすることができる。
【００１５】
本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法は、水中での第一点の位置または第二点の位置が所定の範囲を超えて変化したときに、前記試験送信工程と前記試験受信工程とを再度実施して前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新する試験伝送更新工程を、
備える。
上記実施形態の構成により、水中での第一点の位置または第二点の位置が所定の範囲を超えて変化したときに、前記試験送信工程と前記試験受信工程とを再度実施して前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新するので、前記第一時間長さＴ１の変化に応じて新たな前記第一信号長さＴｓ１を決定できる。
【００１６】
本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法は、前記本番受信工程でのデータの復調にエラー発生が増えたときに、前記試験送信工程と前記試験受信工程とを再度繰り返して前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新する試験伝送更新工程を、備える。
上記実施形態の構成により、前記本番受信工程でのデータの復調にエラー発生が増えたときに、前記試験送信工程と前記試験受信工程とを再度繰り返して前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新するので、第一時間長さＴ１が前記第一信号長さＴｓ１より短くなる事態が生じて前記第一送信音響に残響が重なった場合でも、前記第一時間長さＴ１の変化に応じてて新たな前記第一信号長さＴｓ１を決定できる。
【００１７】
以下に、本発明の係る水中音響伝送装置のいくつかの実施形態を説明する。本発明は、以下に記載の実施形態のいずれか、またはそれらの中の二つ以上が組合わされた態様を含む。
【００１８】
本発明の実施形態に係る水中音響伝送装置は、前記第一データ伝送装置が前記第一送信音響を送信した後の第一ガード時間Ｔｎ１だけ経過後にデータを変調して得られた第二信号長さＴｓ２を持つ第二送信音響を送信し、前記第二データ送信装置が前記第一送信音響と前記第二送信音響とが水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響と前記第二送信音響とを抽出し復調してデータを得て、前記第二信号長さＴｓ２が前記試験受信音響を時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させて得られた仮想受信音響において重畳された前記試験送信音響の直接波の後の前記第一ガード時間Ｔｎ１経過後に位置し音響レベルＬ１以下の音響レベルを維持する第二時間帯の時間長さである第二時間長さＴ２より短く、前記音響レベルＬ１が第二点で前記受信音響からデータを復調可能なレベルである。
上記実施形態の構成により、前記第二信号長さＴｓ２が前記試験受信音響を時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させて得られた仮想受信音響において重畳された前記試験送信音響の直接波の後の前記第一ガード時間Ｔｎ１経過後に位置し前記音響レベルＬ１以下の音響レベルを維持する第二時間帯の時間長さである第二時間長さＴ２より短く、第一点で前記第一送信音響を送信した後の第一ガード時間Ｔｎ１だけ経過後にデータを変調して得られた第二信号長さＴｓ２を持つ第二送信音響を送信し、第二点で前記第一送信音響と前記第二送信音響とが水中を伝搬して生じた受信音響を受信し該受信音響の中から前記第一送信音響と前記第二送信音響とを抽出し復調してデータを得るので、
第一点で送信された第二送信音響が残響波と重ならずに第二点で受信され、前記受信音響との中から前記第一送信音響と前記第二送信音響との抽出を容易にでき、第一点と第二点との間でエラーの少ないデータ伝送をすることができる。
【００１９】
本発明の実施形態に係る水中音響伝送装置は、第一データ伝送装置と第二データ伝送装置の変調・復調方式がОＦＤＭ方式であって、前記第一信号長さＴｓ１が単位シンボルの時間長さＴｓの整数倍である。
上記実施形態の構成により、前記第一信号長さＴｓ１がОＦＤＭ方式の単位シンボルの時間長さＴｓの整数倍であるので、第一時間長さＴ１が前記第一信号長さＴｓ１より短くなる事態が生じて単位シンボルに残響が重ならない限り、第一点と第二点との間でエラーの少ないデータ伝送をすることができる。
【００２０】
本発明の実施形態に係る水中音響伝送装置は、第一データ伝送装置と第二データ伝送装置の変調・復調方式がОＦＤＭ方式であって、前記第一データ伝送装置が送信する複数の搬送波のうち少なくとも一つを特定搬送波とし該特定搬送波の振幅値を一定の値に固定し、前記第二データ伝送装置が受信する前記特定搬送波の振幅値を基準振幅値として用いて複数の搬送波の各々の振幅から音響レベルの減衰の影響を除去する。
本実施形態の構成により、第一点で送信する複数の搬送波のうち少なくとも一つを特定搬送波とし該特定搬送波の振幅値を一定の値に固定し、第二点で受信した受信音響の中の第一送信音響の各搬送波の振幅から特定搬送波の振幅値を用いて音響レベルの減衰の影響を除去するので、第二点で受信した受信音響から抽出した第一送信音響の音圧が大きく減衰していた場合でも、第一点と第二点との間でエラーの少ないデータ伝送をすることができる。
【００２１】
本発明の実施形態に係る水中伝送装置は、水中での第一点の位置または第二点の位置が所定の範囲を超えて変化したときに、第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの一方がパルス状の試験送信音響を再度送信し、第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの他方が前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を再度受信し、前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新する。
上記実施形態の構成により、水中での第一点の位置または第二点の位置が所定の範囲を超えて変化したときに、試験送信音響の送信と前記試験受信音響の受信とを再度実施して、前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新するので、前記第一時間長さＴ１の変化に応じて新たな前記第一信号長さＴｓ１を決定できる。
【００２２】
本発明の実施形態に係る水中伝送装置は、前記本番受信工程でのデータの復調にエラー発生が増えたときに、第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの一方がパルス状の試験送信音響を再度送信し、第一データ伝送装置と第二データ伝送装置のうちの他方が前記試験送信音響が水中を伝搬して生じた試験受信音響を再度受信し、前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新する。
上記実施形態の構成により、前記本番受信工程でのデータの復調にエラー発生が増えたときに、試験送信音響の送信と前記試験受信音響の受信とを再度実施して、前記試験受信音響を新たな前記試験受信音響で更新するので、第一時間長さＴ１が前記第一信号長さＴｓ１より短くなる事態が生じて前記第一送信音響に残響が重なった場合でも、前記第一時間長さＴ１の変化に応じてて新たな前記第一信号長さＴｓ１を決定できる。
【００２３】
本発明の実施形態に係る水中伝送装置は、第一伝送装置と第二伝送装置の変調・復調方式が複数の搬送波を用いる方式であって、前記第一データ伝送装置が第一点に位置し水中に音響を放射する複数の送波器を有し、複数の前記送波器の各々の共振周波数が複数の前記搬送波の各々の周波数に略一致する。
上記実施形態の構成により、複数の送波器の各々の共振周波数と複数の搬送波の各々の搬送周波数が略一致するので、周波数帯域の全体に渡って効率の良い送波ができる。
【００２４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２５】
最初に、本発明の第一の実施形態に係る水中音響伝送装置１を、図を基に、説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る水中音響伝送装置の構成図である。図２は、本発明の実施形態に係るデータ伝送装置の構成図その１である。
【００２６】
水中音響伝送装置は、水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する装置であって、第一データ伝送装置１０と第二データ伝送装置２０とで構成される。
第一データ伝送装置１０は、第一点Ｐ１で水中音響を送信しまた受信することをできる装置である。例えば、第一データ伝送装置１０は、情報源３０から入力されたデータを変調した音響信号を水中に送信する。
第二データ伝送装置２０は、第二点Ｐ２で水中音響を送信しまた受信することをできる装置である。例えば、第二データ伝送装置２０は、受信した音響信号を復調して得たデータを情報端末４０に出力する。
【００２７】
一般に、第一データ伝送装置１０と第二データ伝送装置２０とは、双方向に送信と受信をすることが可能であるので、同一の構成をもつ。第一データ伝送装置１０と第二データ伝送装置２０の構成を、第一データ伝送装置１０の構成で説明する。
第一データ伝送装置１０は、通信制御器１１と変調器１２と送信器１３と送波器１４と復調器１５と受信器１６と受波器１７とで構成される。
通信制御器１１は、外部とデータをやり取りする機器である。
変調器１２は、通信制御器１１から与えられる伝送すべきデータを信号波形に変調する機器である。
送信器１３は、変調器１２の出力を音響信号に変換する機器であり、
送波器１４は、音響信号を変換し音響エネルギーを水中に放射する素子である。
一般的に、送信器１３と送波器１４との組合わせは、プロジェクタと呼称され、出力効率の高い共振周波数を持つ共振型である。
受波器１７は、水中から受けた音響エネルギーを音響信号に変換する素子である。
受信器１６は、音響信号を入力信号として復調器１５へ入力する機器である。
復調器１５は、入力信号を復調しデータを通信制御器１１へ出力する機器である。
一般に、受波器１７と受信器１６との組み合わせは、トランスデューサと呼称される。
【００２８】
次に、第一データ伝送装置１０と第二データ伝送装置２０とを用いて、第一点Ｐ１から第二点Ｐ２へ水中音響を伝送する場合を、図を基に、説明する。
図３は、本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の音響伝搬図である。図４は、本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の残響パターン図である。図５は、本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の利用時間の説明図である。
一般に、海域を、大陸棚より浅い海である浅海域と大陸棚より深い海である深海域とに区別する。浅海域において水中音響を用いてデータ伝送する場合には、海面Ｓと海底Ｂの存在を無視できないことが知られている。
浅海域における音波の送信点から受信点への伝搬経路の主なものは、直接伝搬路Ｚ０と海底・海面反射路Ｚ１、Ｚ２・・・である。ここで、伝搬経路における海面反射の回数がｍ、海底反射の回数がｎの海底・海面反射路を（ｍ、ｎ）パスと呼ぶ。直接伝搬路Ｚ０は、（０、０）パスと呼ぶ。従って、海面反射または海底反射の一方が、１回である海底・海面反射路は、（０、１）パス及び（１、０）パスと呼ばれる。海面反射および海底反射が各々１回である１回である海底・海面反射路は、（１、１）パスと呼ばれる。
【００２９】
図３は、（０、０）パスＺ０、（０、１）パスＺ２、及び（１、０）パスＺ１の様子を示す。
図４は、第一点（送信点）Ｐ１から搬送波周波数ｆｐの単一パルスの音響波が送信された際の、第二点（受信点）Ｐ２において受信される受信音響ＹＹの音響波形を模式的に示す。
最初に、（０、０）パスを通った音響Ｙ０が受信され、ついで、（１、０）パスと（０、１）パスを通過した音響Ｙ１、Ｙ２が受信され、（１、１）バスを通過した音響Ｙ３、Ｙ４が受信され、順次ｍ、ｎの和が大きなパスを通過した音響が受信される。
一般的に、音響Ｙ０’を直接波と呼び、音響Ｙ１、Ｙ２以降の受信音響を残響波と呼ぶ。
伝搬経路長さが長くなるにつれ、遅延時間が大きくなり、音響の海水への吸収損失が大きくなる。海面または海底での反射回数が増えるにつれて残響波の海面反射損失、海底反射損失が大きくなる。残響波の音響レベルは、遅延時間が長くなるにつれて、指数関数的に減少する。
吸収損失による音響レベルの減衰は、搬送周波数により大きく変化する。また、海面反射損失、海底反射損失による音響レベルの減衰は、海面の波浪の程度や海底の底質により、大きく変化する。
【００３０】
図４に示す受信音響ＹＹにおいて、（０、０）パスの音響Ｙ０’（直接波）の音響レベルをＬ０と呼ぶ。
第一時間長さＴ１は、（０、０）パスを経由した音響Ｙ０’（直接波）を受信してから最初の残響波を受信するまでの遅延時間である。
音響レベルＬ１は、データ伝送装置が受信音響から有意な残響波を抽出可能な残響波の音響レベルである。
時間長さＴ０は、直接波を受信してから残響波の音響レベルが音響レベルＬ１にまで下がるまでの時間である。
時間長さＴ０の中で第一時間長さＴ１のみをデータ伝送に使用することとするとＴ１／Ｔ０を、データ伝送のための利用時間率と呼称する。
η＝Ｔ１／Ｔ０                                        −−−−−−式（１）
【００３１】
次に、第一点Ｐ１と第二点Ｐ２とが浅海域にある場合の利用時間（理論上の第一時間長さ）Ｔ１’を推測する。
図５は、音響が第一点Ｐ１から第二点Ｐ２へ（０，０）パスと（１，０）パスを経由して伝搬する様子を示す。
Ｔ１’＝｛［（ｙ１＋ｙ２）２＋ｘ１２］１／２−［（ｙ１−ｙ２）２＋ｘ１２］１／２｝／ｃ
−−−−−−−式（２）
ここで、
第一深度ｙ１は、第一点Ｐ１（送信点）の深度である。
第二深度ｙ２は、第二点Ｐ２（受信点）の深度である。
水平距離ｘ１は、第一点Ｐ１と第二点Ｐ２との水平方向の距離である。
ｃは、音速である。
従って、ｙ１またはｙ２が０に近づくと利用時間Ｔ１’は０に近づき、利用時間率ηも０に近づく。ｙ１またはｙ２が海に近づいても同様な現象が生ずる。このことから、利用時間率を大きくするためには、第一点Ｐ１及び第二点Ｐ２を水深の２分の１程度の位置に設置することが望ましいことが分かる。
【００３２】
以下に、本発明の実施形態に係る第一の水中音響伝送方法を、本発明の実施形態に係る第一の水中音響伝送を用いる場合を例に、図を基に、説明する。
図６は、本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法のフローチャート図である。図７は、本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法のシーケンス図である。図８は、本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の音響チャート図その１である。
水中音響伝送方法は、水中に位置する第一点Ｐ１と第二点Ｐ２との間で水中音響を用いてデータを伝送する方法であって、試験送信工程Ｓ１０と試験受信工程Ｓ２０とパラメータ決定工程Ｓ３０と本番送信工程Ｓ４０と本番受信工程Ｓ５０と試験伝送更新工程Ｓ６０とで構成される。
【００３３】
試験送信工程Ｓ１０は、第一点と第二点のうちの一方でパルス状の試験送信音響を送信する工程である。
以下では、第一点Ｐ１でパルス状の試験送信音響を送信する場合を例に説明する。
第一データ伝送装置１０が、第一点Ｐ１で試験送信音響Ｙ０を送信する。
試験送信信号Ｙ０は、単一周波数の搬送波に乗った短時間の音響であってもよい。
例えば、試験送信音響は、矩形のエンベロープをもつ１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚの内の一つの周波数を持った音響である。
周波数は、第一点Ｐ１と第二点Ｐ２との距離による音響減衰を考慮して決定される。
【００３４】
試験受信工程Ｓ２０は、第一点と第二点のうちの他方で試験送信音響Ｙ０が水中を伝搬して生じた試験受信音響ＹＹを受信する工程である。
以下では、第二点Ｐ２で試験受信音響を受信する場合を例に説明する。
第二データ伝送装置２０は、第二点Ｐ２で試験受信音響ＹＹを受信する。
試験受信音響ＹＹは、試験送信音響Ｙ０が水中を伝搬して生じた音響であり、直接波Ｙ０と残響波Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３、Ｙ４・・・とで構成される。
【００３５】
パラメータ決定工程Ｓ３０は、試験送信工程Ｓ１０と試験受信工程Ｓ２０との結果を基に、後述する本番送信工程Ｓ４０と本番受信工程Ｓ５０とで使用するパラメータを決定する工程である。
パラメータとは、水中音響を伝送媒体としてデータ伝送するために変調・復調に用いる各種の数値である。
第一データ伝送装置１０又は第二データ伝送装置２０の一方または両方がパラメータ決定工程Ｓ３０を実施してよい。
パラメータ決定工程Ｓ３０は、パラメータ推定工程Ｓ３１とパラメータ送信工程Ｓ３２とＡＣＫ信号送信工程Ｓ３３とＣОＮＦＩＲＭ信号送信工程Ｓ３４とで構成される。
以下では、第二データ伝送装置２０がパラメータを推定して第一データ伝送装置１０にパラメータを送る場合を例に説明する。
【００３６】
パラメータ推定工程Ｓ３１は、試験受信音響ＹＹを解析して伝送に必要なパラメータを推定する工程である。
第二データ伝送装置２０は、試験受信音響ＹＹから第一信号長さＴｓ１と第一ガード時間Ｔｎ１とを推定する。
第一信号長さＴｓ１は、第一時間長さＴ１より短い時間である。  
第一時間長さＴ１は、試験受信音響ＹＹの時間軸上で試験送信音響Ｙ０の直接波Ｙ０’と直接波Ｙ０’の次に現れる残響波Ｙ１との間に位置し音響レベルＬ１以下の音響レベルを継続する第一時間帯Ｕ１の時間長さである。
音響レベルＬ１は、第二点で試験受信音響ＹＹから有意なデータを復調可能なレベルである。
具体的な第一信号長さＴｓ１の値は、音響の変調・復調方式を考慮して決定される。例えば、変調・復調方式がОＦＤＭ方式である場合には、第一信号長さＴｓ１は変調・復調方式の単位シンボルの時間長さＴｓの整数倍である。
ОＦＤＭ方式は、一定の周波数間隔で配置された数百本の搬送波を、それぞれ一定のシンボル期間でデジタル変調して伝送する方式である。ОＦＤＭ信号への変調は、通常、ポイント数Ｎｕの逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）が用いられる。データ伝送装置から送信される伝送信号の１シンボルは、ＩＦＦＴで変調されたＮｕサンプル点のОＦＤＭ信号からなる有効シンボル期間の信号（Ｂ＋ｂ）と有効シンボル期間の最後の一定期間の信号ｂを有効シンボル期間の前に複写したガードインターバル期間の信号ｂ’とで構成される。単位シンボルの時間長さは、有効シンボル期間の時間長さとガードインターバル期間の時間長さの和である。
第一ガード時間Ｔｎ１は、試験受信音響ＹＹを時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させて仮想受信音響を得て、その仮想受信音響において重畳された試験送信音響Ｙ０の直接波Ｙ０’の後から残響波の音響レベルが音響レベルＬ１に減衰するまでの時間長さである。
図８（Ａ）が、試験送信音響Ｙ０を示す。
図８（Ｂ）が、試験受信音響ＹＹを示す。
図８（Ｃ）が、仮想受信音響ＹＹ’を示す。
【００３７】
パラメータ送信工程Ｓ３２は、第一点または第二点の一方から他方へ推定したパラメータを送信する工程である。
以下では、第二データ伝送装置２０が第一データ伝送装置１０へパラメータを送信する場合を例に説明する。
第二データ伝送装置２０が第二点Ｐ２でパラメータを含む信号を音響送信する。この際の変調方式は、伝送速度が遅くても確実なものを選択することもできる。例えば、ＭＦＳＫ変調・復調方式やＤＰＳＫ変調・復調方式を用いることができる。
第一データ伝送装置１０は、所定の時間にパラメータを含む音響信号を受け取らないときは、スタートへ戻り、試験送信工程Ｓ１０を再度実施する。
【００３８】
ＡＣＫ信号送信工程Ｓ３３は、パラメータを誤り無く受信できたときに、第一点または第二点からＡＣＫ信号を送信する工程である。
第一データ伝送装置１０が、第一点で受信された音響信号からパラメータを含むデータを復調し、誤りチェックをおこない、誤りチェックに合格したら、ＡＣＫ信号を送信する。例えば、誤りチェックはパリティチェック、チェックサム等である。
誤りチェックに不合格のときは、第一データ伝送装置１０は、スタートへ戻り、試験送信工程Ｓ１０を再度実施する。
【００３９】
ＣОＮＦＩＲＭ信号送信工程Ｓ３４は、第一点Ｐ１または第二点Ｐ２のＡＣＫ信号を受信した側が、ＣОＮＦＩＲＭ信号を送信する工程である。
第二データ伝送装置２０は、ＡＣＫ信号を受け取ったら、ＣОＮＦＩＲＭ信号を送信する。
第一データ伝送装置１０は、所定の時間ＣОＮＦＩＲＭ信号を受け取らないときは、スタートへ戻り、試験送信工程Ｓ１０を再度実施する。
【００４０】
第一データ伝送装置１０がＣОＮＦＩＲＭ信号を受け取ると、パラメータ決定工程を終了し、本番送信工程Ｓ４０と本番受信工程Ｓ５０とへ移行する。
【００４１】
本番送信工程Ｓ４０は、第一点Ｐ１でデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響Ｗ０を送信する工程である。
第一データ伝送装置１０は、送信したいデータを変調して第一送信音響Ｗ０を得て、第一送信音響Ｗ０を送信する。
第一データ伝送装置１０は、第一送信音響Ｗ０を送信した後、第一ガード時間Ｔｎ１を経過した時に、送信したい次のデータをデータを変調して次の第一送信音響Ｗ０を得て、第一送信音響Ｗ０を送信する。
図８（Ｄ）が、第一送信音響Ｗ０を示す。
【００４２】
本番受信工程Ｓ５０は、第二点Ｐ２で第一送信音響Ｗ０が水中を伝搬して生じた受信音響ＷＷを受信し、受信音響ＷＷの中から第一送信音響Ｗ０を抽出し復調してデータを得る工程である。
第二データ伝送装置２０は、第二点Ｐ２で水中音響を受信し、水中音響中から第一送信音響Ｗ０を発見すると、第一信号長さＴｓ１だけの長さの音響を切りだして、復調しデータを得る。
第二データ伝送装置２０は、第一送信音響Ｗ０を切りだした後、第一ガード時間Ｔｎ１が経過した後に受信する次の第一送信音響Ｗ０を発見しようとする。
図８（Ｅ）が、受信音響ＷＷを示す。
【００４３】
上記の本番送信工程Ｓ４０と本番受信工程Ｓ５０とを継続するとことにより、データを第一点Ｐ１から第二点Ｐ２に水中音響を用いて伝送することができる。
【００４４】
試験伝送更新工程Ｓ６０は、所定の条件が成立したときに、試験送信工程Ｓ１０と試験受信工程Ｓ２０とを再度繰り返して試験受信音響ＹＹを新たな前記試験受信音響ＹＹで更新する工程である。
所定の条件とは、以下の条件である。
（１）水中での第一点の位置または第二点の位置が所定の範囲を超えて変化したとき
上述した式（２）を演算し、利用時間Ｔ１’を適時更新し、最新の試験送信音響を記録した際の利用時間Ｔ１’と現在の利用時間Ｔ１’との差が予め設定されたΔＴを越えたときである。
第一時間長さＴ１が長くなった場合に、第一時間長さＴ１に合わせて第一信号長さＴｓ１を長くすることで、伝送速度を上げることができる。
【００４５】
（２）本番受信工程でのデータの復調にエラー発生が増えたとき
第一点と第二点との関係が変化したり、海面状態が変化して、第一時間長さＴ１が第一信号長さＴｓ１より短くなると、受信音響ＷＷの中の第一送信音響Ｗ０に残響波が重なるので、第一送信音響Ｗ０を復調した際のエラーチェックでエラーが多発する。
第一時間長さＴ１が短くなった場合に、第一時間長さＴ１に合わせて第一信号長さＴｓ１を短くすることで、伝送精度を向上できる。
【００４６】
（３）予め設定された時間を経過したとき
予め設定された時間を経過したときに、海域条件等が変化したと推定し、試験受信音響ＹＹを新たな前記試験受信音響ＹＹで更新する。
【００４７】
次に、本発明の第二の実施形態に係る水中音響伝送方式を、説明する。
図９は、本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の音響チャート図その２である。
水中音響伝送方法は、水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する方法であって、試験送信工程Ｓ１０と試験受信工程Ｓ２０とパラメータ決定工程Ｓ３０と本番送信工程Ｓ４０と本番受信工程Ｓ５０と試験伝送更新工程Ｓ６０とで構成される。
試験送信工程Ｓ１０と試験受信工程Ｓ２０と試験伝送更新工程Ｓ６０との構成は、第一の実施形態に係る水中音響伝送方法のものと同じなので、説明を省略する。
【００４８】
パラメータ決定工程Ｓ３０は、パラメータ推定工程Ｓ３１とパラメータ送信工程Ｓ３２とＡＣＫ信号送信工程Ｓ３３とＣОＮＦＩＲＭ信号送信工程Ｓ３４とで構成される。
パラメータ送信工程Ｓ３２とＡＣＫ信号送信工程Ｓ３３とＣОＮＦＩＲＭ信号送信工程Ｓ３４との構成は、第一の実施形態に係る水中音響伝送方法のものと同じなので、説明を省略する。
以下では、第二データ伝送装置２０がパラメータを推定して第一データ伝送装置１０にパラメータを送る場合を例に説明する。
【００４９】
パラメータ推定工程Ｓ３１は、試験受信音響ＹＹを解析して伝送に必要なパラメータを推定する工程である。
第二データ伝送装置２０は、試験受信音響ＹＹから前記第一信号長さＴｓ１と第一ガード時間Ｔｎ１と第二信号長さＴｓ２と第二ガード時間Ｔｎ２とを推定する。
第一信号長さＴｓ１は、第一時間長さＴ１より短い時間である。  
第一時間長さＴ１は、試験受信音響ＹＹの時間軸上で試験送信音響Ｙ０の直接波Ｙ０’と直接波Ｙ０’の次に現れる残響波Ｙ１との間に位置し音響レベルＬ１以下の音響レベルを継続する第一時間帯Ｕ１の時間長さである。
前記第二信号長さＴｓ２は、第二時間長さＴ２より短い時間である。
第二時間長さＴ２は、試験受信音響ＹＹを時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させた第一仮想受信音響ＹＹ’を得て、第一仮想受信音響ＹＹ’において重畳された試験送信音響Ｙ０の直接波Ｙ０’の後の第一ガード時間Ｔｎ１経過後に位置し音響レベルＬ１以下の音響レベルを維持する第二時間帯Ｕ２の時間長さである。
言い換えると、第二時間長さＴ２は、試験受信音響ＹＹを時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させて第一仮想受信音響ＹＹ’を得て、第一仮想受信音響ＹＹ’において重畳された試験送信音響Ｙ０の直接波Ｙ０’の後に存在し音響レベルＬ１以下の音響レベルを維持する第二時間帯Ｕ２の時間長さである。そして、第一ガード時間Ｔｎ１は、重畳された試験送信音響Ｙ０の直接波Ｙ０’の後から第二時間帯Ｕ２の始まりまでの時間である。
【００５０】
第二ガード時間Ｔｎ２は、試験受信音響ＹＹを時間軸上で第一信号長さＴｓ１だけ後方に移動しつつ重畳させて第一仮想受信音響ＹＹ’を得て、試験受信音響ＹＹを時間軸上で第二信号長さＴｓ２だけ後方に移動しつつ重畳させて第二仮想受信音響を得て、第一仮想受信音響に第二仮想受信音響を第一ガード時間Ｔｎ１だけ遅らせて重畳させた仮想受信音響ＹＹ’’を得て、その仮想受信音響ＹＹ’’において、第二信号長さＴｓ２を持つ試験送信音響Ｙ０の直接波Ｙ０’の後から、残響波の音響レベルが音響レベルＬ１に減衰するまでの時間長さである。
図９（Ｂ）が、試験受信音響ＹＹを示す。
図９（Ｃ）が、第一仮想受信音響ＹＹ’を示す。
図９（Ｄ）が、仮想受信音響ＹＹ’’を示す。
【００５１】
本番送信工程Ｓ４０は、第一点Ｐ１でデータを変調して得られて第一信号長さＴｓ１を持つ第一送信音響Ｗ０と前記第一送信音響を送信した後の第一ガード時間Ｔｎ１だけ経過後にデータを変調して得られた第二信号長さＴｓ２を持つ第二送信音響Ｗ０１とを送信する工程である。
第一データ伝送装置１０は、送信したいデータを変調して第一送信音響Ｗ０と第二送信音響Ｗ０１とを得て、第一送信音響Ｗ０と第二送信音響Ｗ０１とを送信する。
第一データ伝送装置１０は、第一送信音響Ｗ０を送信した後、第一ガード時間Ｔｎ１を経過した時に第二送信音響Ｗ０１を送信し、第二ガード時間Ｔｎ２を経過した時に送信したい次のデータを変調して次の第一送信音響Ｗ０と第二送信音響Ｗ０１とを得て、送信する。
図９（Ｅ）が、第一送信音響Ｗ０と第二送信音響Ｗ０１とを示す。
【００５２】
本番受信工程Ｓ５０は、第二点Ｐ２で第一送信音響Ｗ０と第二送信音響Ｗ０１とが水中を伝搬して生じた受信音響ＷＷを受信し、受信音響ＷＷの中から第一送信音響Ｗ０と第二送信音響Ｗ０１とを抽出し復調してデータを得る工程である。
第二データ伝送装置２０は、第二点Ｐ２で水中音響を受信し、水中音響中から第一送信音響Ｗ０を発見すると、第一信号長さＴｓ１だけの長さの音響を切りだして、復調しデータを得る。
第二データ伝送装置２０は、第一送信音響Ｗ０を切り出した後、第一ガード時間Ｔｎ１が経過した後に受信する次の第二送信音響Ｗ０１を発見すると、第二信号長さＴｓ２の長さの音響を切り出す。
その後、第二データ伝送装置２０は、第二ガード時間Ｔｎ２経過後に、次の第一送信音響Ｗ０を発見しようとする。
図９（Ｆ）が、受信音響を示す。
【００５３】
次に、本番送信工程Ｓ４０と本番受信工程Ｓ５０での、変調・復調方式を説明する。
周波数帯域Ｗ、時間幅Ｔの間に伝送可能なサンプル数Ｎは、以下の式で表される。
Ｎ＝２ＷＴ                                      −−−−−−−式（３）
各サンプルにより搬送されるデータ量は、そのサンプルの信号対雑音比により制限を受ける。
式（３）の上限に近いサンプル数を伝送できる変調方式として、単一キャリア（搬送波）のものではＱＡＭ（ＱＰＳＫを含む）、ＶＳＢ（残留側帯並）などがある。複数キャリアのものでは、直交ＱＡＭ（ОＦＤＭ：Оｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）、直交ＶＳＢ等がある。
浅海域での音響通信において高速データ伝送を実現しようとするなら、できるだけ広い周波数帯域を用いることが要になる。この周波数帯域を均一な特性を持つ単一チャンネルとして扱うのは次の理由により現実的でない。
理由１：通常の送波器は共振型であり、周波数帯域が狭い。
理由２：海水の吸収損失が周波数と共に増加するため、伝搬距離が長くなると高周波数の伝搬損失が増加する。
従って、複数キャリア（搬送波）の変調方式を採用し、状況に応じて適応的に搬送波毎の搬送するデータ量を変えてもよい。
【００５４】
複数キャリアの変調方式としては、直交ＱＡＭ、直交ＶＳＢが理論的に周波数利用効率のよい方式である。その他に、効率は少し低いが、直交しない通常の変調方式をスペクトラムが重ならない周波数分布により多チャンネル化して用いてもよい。高速伝送を目的とする場合には、周波数利用効率の高い直交ＱＡＭ、直交ＶＳＢを用いるのが適当である。
直交ＱＡＭは、サンプル・レートｆｓに等しい周波数間隔で複数の搬送波を配置し、各搬送波では２つのサンプルを直交させて搬送する。１つの搬送波で搬送される２つのサンプルは、ＱＡＭ変調されるため分離できる。他の搬送波で搬送されるサンプルとは、サンプル点において直交条件が満足されるため分離できる。
直交ＶＳＢは、サンプル・レートｆｓの２分の１に等しい周波数間隔で等間隔に複数の搬送波を配置し、各搬送波で１つのサンプルを搬送する。１つの搬送波で搬送されるサンプルはＶＳＢ変調される。他の搬送波で搬送されるサンプルとは、サンプル点において直交条件が満足されるため分離できる。各サンプルの占める周波数帯域は直交ＱＡＭより狭いが、周波数利用効率はほとんど同じである。
【００５５】
図１０は、直交ＱＡＭ、直交ＶＳＢの送信信号スペクトラムを示している。
ここで、搬送波の配置間隔Ｆｓを狭くし、チャンネル数を大きくするとサンプルの間隔Ｔｓａｍｐｌｅ＝１／ｆｓが広くなり、１サンプルを伝送するために必要な時間幅が広がる。データ伝送を実現しようとする環境において、想定される利用時間Ｔ１’の最小値をＴ１ｍｉｎとすると、少なくとも
Ｔｓａｍｐｌｅ＜Ｔ１ｍｉｎ                  −−−−−−−−式（４）
は必要であり、実用的にはＴｓａｍｐｌｅはＴ１ｍｉｎ  の数分の１であることが求められる。
試験送信工程Ｓ１０と試験受信工程Ｓ２０では、上記の多チャンネル信号のうち低速のチャンネルを選択し、そのチャンネルの１〜２サンプルを用いてもよい。
【００５６】
また、変調・復調方式にОＦＤＭ方式を選択した場合に、本番送信工程で複数のキャリア周波数のうち少なくとも一つを特定搬送波とし、特定搬送波の振幅値を一定の値に固定して送信し、本番受信工程で第二データ伝送装置が受信する特定搬送波の振幅値を基準振幅値として用いて複数の搬送波の各々の振幅から音響レベルの減衰の影響を除去してもよい。例えば、複数の搬送波の各々の振幅を基準振幅値で割る。
水中音響では、海水の塩分濃度や海面の波浪状況に影響され、音響レベルが減衰するので、この様にすると受信音響を復調してデータを得る際のエラーがすくなくなる。
また、本番送信工程で複数の搬送波のうちから２つの特定搬送波とし、２つの特定搬送波の振幅値を一定の値に固定して送信する。本番受信工程で２つの特定搬送数の振幅値を用いて搬送波毎の基準となる基準振幅値を生成し、その各々の基準振幅値で各々の搬送波の振幅から周波数毎の音響レベルの減衰の影響を除去してもよい。例えば、複数の搬送波の各々の振幅を周波数に対応する各々の基準振幅値で割る。
水中音響では、海水の塩分濃度や海面の波浪状況に影響され、音響レベルの減衰の程度が周波数毎に異なるので、この様にすると受信音響を復調してデータを得る際のエラーが少なくなる。
【００５７】
以下に、本発明の第二の実施形態に係る水中音響伝送装置１を、図を基に、説明する。
図１１は、本発明の実施形態に係るデータ伝送装置の構成図その２である。
【００５８】
水中音響伝送装置は、水中に位置する第一点と第二点との間で水中音響を用いてデータを伝送する装置であって、第一データ伝送装置１０と第二データ伝送装置２０とで構成される。
第一データ伝送装置１０が第一点Ｐ１に位置し水中に音響を放射する複数の送波器を有し、複数の送波器の各々の共振周波数がОＦＤＭ方式の複数のキャリア周波数の各々の周波数に略一致する。
一般に、第一データ伝送装置１０と第二データ伝送装置２０とは、双方向に送信と受信をすることが可能であるので、同一の構成をもつ。第一データ伝送装置１０と第二データ伝送装置２０の構成を、第一データ伝送装置１０の構成で説明する。
第一データ伝送装置１０は、通信制御器１１と変調器１２と送信器１３と送波器１４と復調器１５と受信器１６と受波器１７とで構成される。
通信制御器１１と復調器１５と受信器１６と受波器１７との構成は、本発明の第一の実施形態に係る水中音響伝送装置のものと同じなので、説明を省略する。
【００５９】
変調器１２は、通信制御器１１から与えられる伝送すべきデータを信号波形に変調する機器であり、Ｎ個の変調器１２ａ、・・・・で構成される。
送信器１３は、変調器１２の出力を音響信号に変換する機器であり、プロジェクタと呼称され、Ｎ個の送信機１３ａ・・・で構成される。
送波器１４は、音響信号を変換し音響エネルギーを水中に放射する素子であり、Ｎ個の送波器１４ａ・・・で構成される。
一般的に、送信器１３と送波器１４の組み合わせは、プロジェクタと呼称され、出力効率の高い共振周波数を持っている。
変調・復調方式が複数の搬送波Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５（図１０）を用いる方式である場合に、複数のプロジェクタの各々の共振周波数が、複数の搬送波の各々の搬送周波数に略一致させてもよい。例えば、第一送波器〜第五送波器１４ａ〜１４ｅの共振周波数が搬送波Ｃ１〜Ｃ５の搬送周波数に各々一致する。
一般的に、送波器は焼成して製造されるものであるので、その共振周波数を完全に希望する周波数に完ぺきに一致させることは困難であるので、複数のプロジェクタの各々の共振周波数と複数の搬送波の各々の搬送周波数とは、実用的な範囲で一致させる。
【００６０】
上述の実施形態の水中音響伝送方法と水中音響伝送装置とを用いれば、以下の効果を発揮する。
水中に位置する２点間で予め試験的にパルス状の試験送信をおこない、その試験受信音響から直接波の後の残響波のない時間長さを検出し、本番の送信において、その時間長さ内に納まるような信号長さを持つ送信音響にデータをのせて送信するので、受信された受信音響のなかでは、送信音響と残響波とが重ならず、受信音響から送信音響を容易に抽出でき、水中の２点間でエラーのすくない音響伝送をすることができる。
また、さらに受信音響の中から残響波のない次の時間帯をチェックし、最初の時間長さ内に納まるような信号長さを持つ送信音響と次の時間長さに納まる信号長さをもつ次の送信音響にデータをのせて送信するので、受信された受信音響のなかでは、送信音響と残響波とが重ならず、受信音響から送信音響を容易に抽出でき、水中の２点間でエラーのすくない音響伝送をすることができる。
また、本番の水中音響伝送にОＦＤＭ方式の変調・復調方式を用いるので、周波数利用率の高い水中音響伝送を実現できる。
また、本番の水中音響伝送にОＦＤＭ方式の変調・復調方式を用い、複数のシンボルを連ねて時間長さより短い送信音響を作り、送信するので、シンボルに残響波が重ならず、エラーがすくなく伝送効率のたかい水中音響伝送をすることができる。ここで、シンボルは、ОＦＤＭ方式でのデータのひとまとまりである。
また、所定の条件を満足した時に、試験送信工程と試験受信工程とを再度繰り返して試験受信音響を新たな試験受信音響で更新するので、海域の状況に適応した送信音響を送信でき、エラーがすくなく、伝送効率のよい水中音響伝送をすることができる。
また、所定の条件として、（１）水中での第一点の位置または第二点の位置が所定の範囲を超えて変化したとき、（２）本番受信工程でのデータの復調にエラー発生が増えたとき、（３）一定時間が経過したとき、等を選択することで、より適格に海域の状況に適応した送信音響を送信でき、エラーがすくなく、伝送効率のよい水中音響伝送をすることができる。
また、データ伝送装置に複数の送波器を設け、複数の送波器の共振周波数を複数の搬送波の各々の搬送周波数に略一致させたので、複数の周波数を用いる水中音響伝送をするのに、広い周波数帯域をより効率的に使用できる。
【００６１】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
第一データ伝送装置が試験送信音響を送信し第二データ伝送装置が試験受信音響を受信する例で説明したがこれに限定されず、例えば第二データ伝送装置が試験送信音響を送信し第一データ伝送装置が試験受信音響を受信してもよいし、両方を繰り返しても良い。音響の進む方向を表す音線の経路は理論上可逆性を有しており、この様にしても特に問題は生じない。
第二データ伝送装置がパラメータを推定する例で説明したがこれに限定されず、例えば、第二データ伝送装置がパラメータを推定してもよいし、両方でパラメータを推定してもよい。
また、試験送信工程で送信する試験送信音響を、データ伝送装置のウエークアップ信号を兼ねたものとしてもよい。ウエークアップ信号は、データ伝送装置の電力消費を押さえるためにスリープ状態にあるデータ伝送装置を始動させるための信号である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る水中音響伝送装置の構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係るデータ伝送装置の構成図その１である。
【図３】本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の音響伝搬図である。
【図４】本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の残響パターン図である。
【図５】本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の利用時間の説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法のフローチャート図である。
【図７】本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法のシーケンス図である。
【図８】本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の音響チャート図その１である。
【図９】本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の音響チャート図その２である。
【図１０】本発明の実施形態に係る水中音響伝送方法の周波数帯域図である。
【図１１】本発明の実施形態に係るデータ伝送装置の構成図その２である。
【符号の説明】
【００６３】
Ｓ  海面
Ｂ  海底
Ｐ１  第一点
Ｐ２  第二点
Ｕ１  第一時間帯
Ｕ２  第二時間帯
Ｚ０  直接伝搬路
Ｚ１  海底・海面反射路
Ｚ２  海底・海面反射路
Ｙ０  試験送信音響
Ｙ０’試験送信音響の直接波
Ｙ１  残響波
Ｙ２  残響波
ＹＹ  試験受信音響
ＹＹ’  仮想受信音響
ＹＹ’’仮想受信音響
Ｗ０  第一送信音響
Ｗ０１第二送信音響
ＷＷ  受信音響
Ｗ１  残響音響
Ｗ２  残響音響
Ｃ１  第一搬送波
Ｃ２  第二搬送波
Ｃ３  第三搬送波
Ｃ４  第四搬送波
Ｃ５  第五搬送波
Ｔｓ１  第一信号長さ
Ｔｓ２  第二信号長さ
Ｔｎ１  第一ガード時間
Ｔｎ２  第二ガード時間
Ｔ０  時間長さ
Ｔ１’利用時間
Ｔ１  第一時間長さ
１０  第一データ伝送装置
１１  通信制御器
１２  変調器
１３  送信器
１４  送波器
１４ａ  第一送波器
１４ｂ  第二送波器
１４ｃ  第三送波器
１４ｄ  第四送波器
１４ｅ  第五送波器
１５  復調器
１６  受信器
１７  受波器
２０  第二データ伝送装置
３０  情報源
４０  情報端末
Ｓ１０  試験送信工程
Ｓ２０  試験受信工程
Ｓ３０  パラメータ決定工程
Ｓ３１  パラメータ推定工程
Ｓ３２  パラメータ送信工程
Ｓ３３  ＡＣＫ信号送信工程
Ｓ３４  ＣОＮＦＩＲＭ信号送信工程
Ｓ４０  本番送信工程
Ｓ５０  本番受信工程
Ｓ６０  試験伝送更新工程
【図１】
2006217112.tif 000003
【図２】
2006217112.tif 000004
【図３】
2006217112.tif 000005
【図４】
2006217112.tif 000006
【図５】
2006217112.tif 000007
【図６】
2006217112.tif 000008
【図７】
2006217112.tif 000009
【図８】
2006217112.tif 000010
【図９】
2006217112.tif 000011
【図１０】
2006217112.tif 000012
【図１１】
2006217112.tif 000013