(57)【要約】【課題】１セットの音波通信装置（第１の音波通信装置と第２の音波通信装置）を用いて、音波を受波したことに対する応答を送信しながら、２種類以上のデータの送受信を行う音波通信方法及び音波通信システムを提供する。【解決手段】音波通信システム１は、第１の音波通信装置３と第２の音波通信装置５とから構成されている。第１の音波通信装置３から、第１の音波を第２の音波通信装置５に送波し、第２の音波通信装置５から、応答として、次の第１の音波を受波するまでの間、送波期間と休止期間とを１周期とする第２の音波を一定周期で連続して第１の音波通信装置３に送波する。第２の音波を受波した第１の音波通信装置は、第１の音波の送波から第２の音波の受波までに要した時間、及び、送波期間の長さに基づいて、次の第１の音波が第２の音波通信装置５で受波できる送波時期を決定し、該送波時期に次の第１の音波を第２の音波通信装置５に送波する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の音波通信装置と第２の音波通信装置との間で音波の衝突を生じさせることなく音波通信を行う音波通信方法であって、
前記第１の音波通信装置から、第１の音波を前記第２の音波通信装置に送波し、
前記第１の音波を受波した前記第２の音波通信装置から、前記第１の音波を受波したことに対する応答として、次の前記第１の音波を受波するまでの間、送波期間と休止期間とを１周期とする第２の音波を一定周期で連続して前記第１の音波通信装置に送波し、
前記第２の音波を受波した前記第１の音波通信装置は、前記第１の音波の送波から前記第２の音波の受波までに要した時間、及び、前記送波期間の長さに基づいて、前記第２の音波通信装置が前記第２の音波を送波しているときの前記休止期間に次の第１の音波が前記第２の音波通信装置で受波できる送波時期を決定し、該送波時期に前記次の第１の音波を前記第２の音波通信装置に送波することを特徴とする音波通信方法。
【請求項２】
前記第２の音波通信装置は、前記休止期間内で前記次の第１の音波を受波したときに、該休止期間内において、次の前記送波期間で前記次の第１の音波と前記第２の音波が衝突するか否かを判定し、前記次の第１の音波と前記第２の音波が衝突すると判定したときに、前記第２の音波の送波を停止する請求項１に記載の音波通信方法。
【請求項３】
前記第１の音波には、前記次の第１の音波の送波時間長情報が含まれており、
前記第２の音波通信装置は、前記送波時間長情報に基づいて、前記次の第１の音波と前記第２の音波が衝突するか否かを判定し、前記次の第１の音波と前記第２の音波が衝突すると判定したときに、前記第２の音波の送波を停止する請求項１に記載の音波通信方法。
【請求項４】
前記第１の音波通信装置及び前記第２の音波通信装置の少なくとも一方が、移動体に搭載されている請求項１に記載の音波通信方法。
【請求項５】
前記第１の音波及び前記第２の音波が水中を伝搬する請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の音波通信方法。
【請求項６】
第１の音波通信装置と第２の音波通信装置との間で音波の衝突を生じさせることなく音波通信を行う音波通信システムであって、
前記第１の音波通信装置は、
第１通信データを変換して第１の信号を発生させる第１信号発生部と、
前記第１の信号を第１の音波を発生させるための第１音波信号に変調する第１変調部と、
前記第１の音波を送波する第１送波時期を決定する第１送波時期決定部と、
前記第１送波時期決定部が決定した前記第１送波時期に、前記第１音波信号に基づいて前記第１の音波を前記第２の音波通信装置に対して送波する第１送波器と、
前記第２の音波通信装置から、前記第１の音波の応答として送波される第２の音波を受波し、第２音波信号を受信する第１受波器と、
前記第１受波器で受信した前記第２音波信号を信号処理可能な第２の信号に復調する第１復調部と、
前記第２の信号を受信して所定の信号処理をする第１信号受信器とからなり、
前記第２の音波通信装置は、
第２通信データを変換して第２の信号を発生させる第２信号発生部と、
前記第２の信号を第２の音波を発生させるための第２音波信号に変調する第２変調部と、
前記第２の音波を送波する第２送波時期を決定する第２送波時期決定部と、
前記第２送波時期決定部が決定した前記第２送波時期に、前記第２音波信号に基づいて前記第２の音波を前記第１の音波通信装置に対して送波する第２送波器と、
前記第１の音波を受波し、前記第１音波信号を受信する第２受波器と、
前記第２受波器で受信した前記第１音波信号を信号処理可能な前記第１の信号に復調する第２復調部と、
前記第１の信号を受信して所定の信号処理をする第２信号受信器とからなり、
前記第２送波時期決定部は、前記第２の音波を送波する送波期間と前記第２の音波の送波を休止する休止期間とを１周期とし、一定周期で連続して前記第２の音波を送波するように、前記第２送波時期を決定し、
前記第１送波時期決定部は、前記第１の音波の送波から前記第２の音波の受波までに要した時間、及び、前記送波期間の長さに基づいて、前記第２の音波通信装置の前記休止期間に前記第２の音波通信装置で受波されるように、次の第１の音波を送波する前記第１送波時期を決定することを特徴とする音波通信システム。
【請求項７】
前記第２送波時期決定部は、前記休止期間内で次の第１の音波を受波したときに、該休止期間内において、次の前記送波期間で前記次の第１の音波と前記第２の音波が衝突するか否かを判定し、前記次の第１の音波と前記第２の音波が衝突すると判定したときに、前記第２の音波の送波を停止する請求項６に記載の音波通信システム。
【請求項８】
前記第１の音波には、次の第１の音波の送波時間長情報が含まれており、
前記第２送波時期決定部は、前記送波時間長情報に基づいて、前記次の第１の音波と前記第２の音波が衝突するか否かを判定し、前記次の第１の音波と前記第２の音波が衝突すると判定したときに、前記第２の音波の送波を停止する請求項６に記載の音波通信システム。
【請求項９】
前記第１の音波通信装置及び前記第２の音波通信装置の少なくとも一方が、移動体に搭載されている請求項６に記載の音波通信システム。
【請求項１０】
前記第１の音波及び前記第２の音波が水中を伝搬する請求項６乃至９のいずれか１項に記載の音波通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２台の音波通信装置間で音波の衝突を生じさせることなく音波通信を行う音波通信方法及び音波通信システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
音波通信や音響通信と呼ばれる、音波を利用した無線データ通信（以下、「音波通信」）の開発が行われている。電波は媒質の無い真空中でも伝搬するのに対して、音波の伝搬には媒質となる物質が必要である。そのため、音波通信は、地上では、空気を媒質として通信を行い、水中では、水を媒質として通信を行っている。水中では電波の減衰が著しいため、水中での無線データ通信は、多くの場合、音波通信を用いている。
【０００３】
なお、本明細書において、「音波」とは、媒質を伝搬する疎密波（弾性振動波）全般を指すものであり、可聴域のみならず、非可聴域の超音波等も含むものである。
【０００４】
母船とＡＵＶ（Autonomous Underwater Vehicle：自律型無人潜水機）を用いて行う海底調査システムでも、音波通信が利用されている（特許文献１・特開２００９−２２７０８６号公報）。特許文献１に示された海底調査システムでは、ＡＵＶの位置を測位するための測位装置のセット（相対位置計測部１１と信号送信部２１）と、母船とＡＵＶの間で無線データ通信を行うための通信装置のセット（第１通信部１３と第２通信部２２）を備えている。すなわち、従来は、送受信を行うデータの種類に応じたセットの通信装置を備えており、特許文献１のシステムでは、２セットの通信装置を備えている。ＡＵＶ側の２つの通信装置は、相互に干渉しないように、それぞれ離されて配置されている。母船側も同様である。
【０００５】
最近では小型のＡＵＶの開発が盛んに行われている。小型のＡＵＶの場合、２つの通信装置を十分に離して配置することができない。そこで、１セットの通信装置を用いて２種類以上のデータの送受信を行うことが検討されている。例えば、特許文献２（特開平３−２４５６２６号公報）に示された音波通信システムでは、受信側の復調器の初期パラメータを設定するためのトレーニング信号に先立って測位用信号を送信することで、測位用装置を併用しなくても済むようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２７０８６号公報
【特許文献２】特開平３−２４５６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２の音波通信システムでは、測位用信号及びトレーニング信号は、送信側から受信側に一方的に送信されるものであり、受信側から送信した信号に対する応答はなく、受信側で送信側の方位のみを検出するものである。そのため、測位用信号及びトレーニング信号が受信されたのかの確認は行わないシステムである。
【０００８】
本発明の目的は、１セットの音波通信装置（第１の音波通信装置と第２の音波通信装置）を用いて、音波を受波したことに対する応答を送信しながら、２種類以上のデータの送受信を行う音波通信方法及び音波通信システムを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、第１の音波が、第１の音波通信装置に対する第２の音波通信装置の相対位置を測位するための測位信号を含む場合に、測位回数を増やして、第２の音波通信装置の位置をより細かく把握することができる音波通信方法及び音波通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の音波通信方法は、第１の音波通信装置と第２の音波通信装置との間で音波の衝突を生じさせることなく音波通信を行う方法である。第１の音波通信装置から、第１の音波を第２の音波通信装置に送波し、第１の音波を受波した第２の音波通信装置から、第１の音波を受波したことに対する応答として、次の第１の音波を受波するまでの間、送波期間と休止期間とを１周期とする第２の音波を一定周期で連続して第１の音波通信装置に送波し、第２の音波を受波した第１の音波通信装置は、第１の音波の送波から第２の音波の受波までに要した時間、及び、送波期間の長さに基づいて、第２の音波通信装置が第２の音波を送波しているときの休止期間に次の第１の音波が第２の音波通信装置で受波できる送波時期を決定し、該送波時期に次の第１の音波を第２の音波通信装置に送波する。
【００１１】
このように、第１の音波通信装置が送波する第１の音波を第２の音波通信装置で受波し、これに対する応答として第２の音波通信装置が第２の音波を連続して送波する。そして、第２の音波の休止期間を狙って、次の第１の音波が送波される。したがって、第１の音波、及び、次の第１の音波と、第２の音波とを衝突させることなく、送波・受波が可能となる。
【００１２】
なお、「第１の音波」、及び、「次の第１の音波」とは、第１の音波通信装置が送波する音波を指すものであり、第１の音波、及び、次の第１の音波が同一種類のデータに基づくものであってもよく、第１の音波、及び、次の第１の音波が異なる種類のデータに基づくものであってもよい。また、複数の「第２の音波」も同様に、それぞれ同一種類のデータに基づくものであってもよく、異なる種類のデータに基づくものであってもよい。
【００１３】
例えば、第１の音波が、第１の音波通信装置を搭載した母船に対する第２の音波通信装置を搭載した移動体の相対位置を測位するためのインタロゲーション信号に基づくものであった場合、第２の音波は、インタロゲーション信号に対するインタロゲーション応答信号であってもよい。
【００１４】
インタロゲーション信号を利用すれば、第１の音波の送波から第２の音波を受波までに要した時間と水中を伝搬する音波の伝搬速度（約１５００ｍ／ｓ）に基づいて相対位置を求めることができる。第１の音波通信装置がインタロゲーション応答信号を受波してから次の第１の音波を送波する場合、水中を進む音波の伝搬速度が約１５００ｍ／ｓであるため、例えば、第１の音波通信装置と第２の音波通信装置が３０００ｍ離れていた場合には、第１の音波の送波から第２の音波の受波まで４秒以上かかってしまい、移動体の細かな動きを把握することができない。これに対して、本発明では、連続的に第２の音波を送波することで、測位回数を増加させることができ、移動体の位置をより細かく知ることができるようになる。
【００１５】
ただし、第２の音波が複数波であるのに対して、第１の音波は１波であるため、２波目以降の第２の音波は移動体が移動した後の音波であり、時間的なずれが生じており、補正を必要とする。次の第１の音波は、インタロゲーション信号に基づくものでもよく、また、他の信号に基づくものでもよい。
【００１６】
次の第１の音波の送波時間の長さによっては、第２の音波と次の第１の音波が衝突してしまう可能性がある。そこで、第２の音波通信装置は、休止期間内で次の第１の音波を受波したときに、該休止期間内において、次の送波期間で次の第１の音波と第２の音波が衝突するか否かを判定し、次の第１の音波と第２の音波が衝突すると判定したときに、第２の音波の送波を停止してもよい。
【００１７】
また、第１の音波に、次の第１の音波の送波時間長情報が含まれている場合には、第２の音波通信装置は、送波時間長情報に基づいて、次の第１の音波と第２の音波が衝突するか否かを判定し、次の第１の音波と第２の音波が衝突すると判定したときに、第２の音波の送波を停止してもよい。
【００１８】
このようにすれば、次の第１の音波の送波時間長が長い場合でも、第２の音波の送波を停止することで、次の第１の音波を確実に受波できるようにすることができる。
【００１９】
第１の音波通信装置及び第２の音波通信装置は、いずれもどのようなものに搭載してもよい。例えば、母船（必ずしも有人の船舶に限られるものではなく、ＡＳＶ（Autonomous Surface Vehicle：無人水上船舶）やブイも含む）とＡＵＶの組み合わせ、ＡＵＶ同士の組み合わせ、ＡＵＶと水底設置物の組み合わせ等が考えられ、また、他には、地上設置物と気球等、地上における組み合わせも考えることが可能である。なお、少なくとも一方が移動体に搭載されていれば、第２の音波を連続して送波する効果がより発揮される。
【００２０】
上述のように、本発明の方法の使用環境は特に限定されるものではないが、第１の音波及び第２の音波が水中を伝搬する場合に特に有効である。
【００２１】
本発明は、第１の音波通信装置と第２の音波通信装置との間で音波の衝突を生じさせることなく音波通信を行う音波通信システムとしても表現することが可能である。
【００２２】
第１の音波通信装置は、第１通信データを変換して第１の信号を発生させる第１信号発生部と、第１の信号を第１の音波を発生させるための第１音波信号に変調する第１変調部と、第１の音波を送波する第１送波時期を決定する第１送波時期決定部と、第１送波時期決定部が決定した第１送波時期に、第１音波信号に基づいて第１の音波を第２の音波通信装置に対して送波する第１送波器と、第２の音波通信装置から、第１の音波の応答として送波される第２の音波を受波し、第２音波信号を受信する第１受波器と、第１受波器で受信した第２音波信号を信号処理可能な第２の信号に復調する第１復調部と、第２の信号を受信して所定の信号処理をする第１信号受信器とからなる。
【００２３】
第２の音波通信装置は、第２通信データを変換して第２の信号を発生させる第２信号発生部と、第２の信号を第２の音波を発生させるための第２音波信号に変調する第２変調部と、第２の音波を送波する第２送波時期を決定する第２送波時期決定部と、第２送波時期決定部が決定した第２送波時期に、第２音波信号に基づいて第２の音波を第１の音波通信装置に対して送波する第２送波器と、第１の音波を受波し、第１音波信号を受信する第２受波器と、第２受波器で受信した第１音波信号を信号処理可能な第１の信号に復調する第２復調部と、第１の信号を受信して所定の信号処理をする第２信号受信器とからなる。
【００２４】
そして、第２送波時期決定部は、第２の音波を送波する送波期間と第２の音波の送波を休止する休止期間とを１周期とし、一定周期で連続して第２の音波を送波するように、第２送波時期を決定し、第１送波時期決定部は、第１の音波の送波から第２の音波の受波までに要した時間、及び、送波期間の長さに基づいて、第２の音波通信装置の休止期間に第２の音波通信装置で受波されるように、次の第１の音波を送波する第１送波時期を決定する。
【００２５】
この場合も、次の第１の音波の送波時間長が長く、第２の音波と次の第１の音波が衝突してしまう可能性がある場合には、第２送波時期決定部は、休止期間内で次の第１の音波を受波したときに、該休止期間内において、次の送波期間で次の第１の音波と第２の音波が衝突するか否かを判定し、次の第１の音波と第２の音波が衝突すると判定したときに、第２の音波の送波を停止してもよい。ここで、「第２の音波の送波を停止」とは、第２の送波器から音波を発しない状態のことをいい、例えば、デジタル変調の場合には、搬送波のみの送波も停止することをいう。
【００２６】
また、第１の音波には、次の第１の音波の送波時間長情報が含まれている場合には、第２送波時期決定部は、送波時間長情報に基づいて、次の第１の音波と第２の音波が衝突するか否かを判定し、次の第１の音波と第２の音波が衝突すると判定したときに、第２の音波の送波を停止してもよい。
【００２７】
第１の音波通信装置及び第２の音波通信装置は、いずれもどのようなものに搭載してもよいが、少なくとも一方が移動体に搭載されていれば、第２の音波を連続して送波する効果がより発揮される。
【００２８】
また、本発明の音波通信システムは、第１の音波及び第２の音波が水中を伝搬する場合に特に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施の形態の音波通信システムの一例を示すブロック図である。
【図２】第１の音波通信装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】第２の音波通信装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】音波通信システムによる通信の例を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して本発明の音波通信方法及び音波通信システムの実施の形態を詳細に説明する。
【００３１】
［音波通信システムの全体構成］
図１は、本発明の実施の形態の音波通信システム１の一例を示すブロック図である。音波通信システム１は、母船とＡＵＶからなる海底調査システムに備えられた通信システムである。音波通信システム１は、母船に搭載された第１の音波通信装置３と、ＡＵＶに搭載された第２の音波通信装置５とから構成されている。なお、上述の通り、「母船」とは、必ずしも有人の船舶に限られるものではなく、ＡＳＶ（無人水上船舶）やブイも含むものである。
【００３２】
第１の音波通信装置３は、第１信号発生部７と、第１変調部９と、第１送波時期決定部１１と、第１送波器１３と、第１受波器１５と、第１復調部１７と、第１信号受信器１９とから構成されている。第２の音波通信装置５は、第１の音波通信装置３とハードウェア的な構成は同等であり、第２信号発生部２１と、第２変調部２３と、第２送波時期決定部２５と、第２送波器２７と、第２受波器２９と、第２復調部３１と、第２信号受信器３３とから構成されている。第１の音波通信装置３は、母船本体ＭＳの底部から音波を送波または受波するように母船本体ＭＳに装着されている。第２の音波通信装置５は、ＡＵＶの本体ＭＢから音波を送波または受波するように本体ＭＢに装着されている。
【００３３】
第１信号発生部７は、母船本体ＭＳ内の指令装置からの指令によって、指令装置で生成した第１通信データを電気信号に変換して第１の信号を発生させる。本実施の形態では、第１の信号には、母船に対するＡＵＶの相対位置を測位するためのインタロゲーション信号、ＡＵＶの航行を制御するためのＤＬ（ダウンリンク）信号、ＡＵＶの絶対位置を測位するためのＩＳＳＢＬ（Inverse Super Short Baseline）信号等の複数種類の信号が含まれる。音波通信では、送信できるデータ量が少ないので、必要に応じて、データの符号化をしてもよい。また、データに誤りが発生した場合の検出・訂正のための仕組みをデータに組み込んでもよい。
【００３４】
第１変調部９は、第１の搬送波に対して変調を行い、第１の信号を第１の音波を発生させるための第１音波信号に変調する。変調方式は任意であるが、例えば、ＰＳＫ（Phase Shift Keying：位相偏移変調）方式、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying：周波数偏移変調）方式、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）方式等のデジタル変調でもよい。これにより、第１の信号は、第１の送波器１３を駆動して水中を効率よく伝送音波を発生するのに適した第１音波信号に変調される。
【００３５】
第１送波時期決定部１１は、第１の音波を送波する第１送波時期を決定する。送波時期については、後述する。
【００３６】
第１送波器１３は、第１送波時期決定部が決定した第１送波時期に、第１音波信号に基づいて第１の音波を第２の音波通信装置５に対して送波するスピーカに相当する。第１送波器１３は送波回路も含んでおり、必要に応じて、第１音波信号を電力増幅して送波する。
【００３７】
第１受波器１５は、第２の音波通信装置５から、第１の音波に対する応答として送波される第２の音波を受波し、第２音波信号として出力するマイクに相当する。第１受波器１５は、受波回路も含んでおり、必要に応じて、第２音波信号を増幅し、また、ノイズ除去を行ってもよい。
【００３８】
なお、送波器と受波器には、圧電セラミック振動子を送波素子または受波素子として備えた圧電型の送波器と受波器を用いることができる。圧電セラミック振動子は、圧力を加えて歪みを与えると電界を発生し、逆に電界を印加すると歪みまたは応力を発生する性質を有する材料である。そのため、１つの圧電セラミック振動子を送波器の送波素子としても、受波器の受波素子としても使用することが可能である。このように、１つの圧電セラミック振動素子だけを用いる機器は、送受波器と呼ばれる。
【００３９】
第１復調部１７は、第１受波器１５で受信した第２音波信号を信号処理可能な第２の信号に復調する。
【００４０】
第１信号受信器１９は、第２の信号を受信して所定の信号処理をして、母船本体ＭＳに送信する。誤り訂正符号化を施したものを第２の信号として送信し、第１信号受信器１９の信号処理で、誤り訂正処理を行ってもよい。また、符号化されている場合は、データの伸張処理も行う。
【００４１】
第２信号発生部２１は、ＡＵＶの本体ＭＢ内の指令装置からの指令によって、第２通信データを変換して第２の信号を発生させる。第２の信号には、第１の音波通信装置３から送信されたインタロゲーション信号に対する応答信号であるインタロゲーション応答信号、測定データ等のＵＬ（アップリンク）信号が含まれる。
【００４２】
第２変調部２３は、第２の搬送波に対して変調を行い、第２の信号を第２の音波を発生させるための第２音波信号に変調する。第１変調部９と同様、変調方式は任意であり、ＰＳＫ方式、ＦＳＫ方式、ＱＡＭ方式等のデジタル変調でもよい。第２送波時期決定部２５は、第２の音波を送波する第２送波時期を決定する。第２送波器２７は、第２送波時期決定部２５が決定した第２送波時期に、第２音波信号に基づいて第２の音波を第１の音波通信装置３に対して送波する。第２受波器２９は、第１の音波を受波し、第１音波信号を受信する。第２復調部３１は、第２受波器２９で受信した第１音波信号を信号処理可能な第１の信号に復調する。第２信号受信器３３は、第１の信号を受信して所定の信号処理をして、ＡＵＶの本体ＭＢに送信する。
【００４３】
［音波通信システムを用いた通信］
図２乃至図４を用いて、本実施の形態の音波通信方法を説明する。図２は、第１の音波通信装置（母船側）の動作の一例を示すフローチャートであり、図３は、第２の音波通信装置（ＡＵＶ側）の動作の一例を示すフローチャートであり、図４は、通信の例を示すタイムチャートである。図４は、母船側のタイムチャートと、ＡＵＶ側のタイムチャートに分けてあり、それぞれ、上段に送信、下段に受信を図示している。なお、図４は、説明の便宜上、音波の送波・受波のタイムチャートではなく、第１送波時期決定部１１及び第２送波時期決定部２５が決定した送波時期を送波としており、第１音波信号及び第２音波信号を受信した時期を受波として図示している。
【００４４】
まず、第１の音波通信装置３は、第１送波時期決定部１１が決定した任意の時刻ｔ１で、第１の信号に基づく第１の音波を送波する（ステップＳＴ１−１）。本実施の形態では、第１の音波は、インタロゲーション信号である第１の信号に基づく音波である。第２の音波通信装置５は、時刻ｔ２で第１の音波を受波すると（ステップＳＴ２−１）、第１の音波を受波したことに対する応答として、時刻ｔ３で第２の音波（インタロゲーション応答信号とＵＬ信号の組み合わせからなる第２の信号にもとづく音波）を送波する。第１の音波通信装置３は、時刻ｔ４で第２の音波を受波すると（ステップＳＴ１−２）、次に送信する第１の信号が存在するかの判定を行う（ステップＳＴ１−３）。図４に示した例では、複数回にわたって次に送信する第１の信号が存在しないため、第１の音波を送波することなく、複数波第２の音波を受波している。第２の音波は、図４の(a)期間に示すように、次の第１の音波を受波するまで、送波期間Ｔｐと休止期間Ｔｄとを１周期Ｔとして、一定周期で連続して送波される。第２の音波を受波する都度、第１の音波通信装置３に対する第２の音波通信装置５の相対位置を算出するようにすれば、測位回数を増加させることができ、移動体の位置をより細かく知ることができるようになる。なお、送波期間Ｔｐ中であっても、例えば、第２の信号に、休止期間を意味するのと同じデータを含めることで、見かけ上、休止期間Ｔｄを延ばすことを排除するものではない。
【００４５】
ステップＳＴ１−３で、第１の音波通信装置３が、次に送信する第１の信号があると判定すると、第１の音波通信装置３は、第２の音波を受波して（ステップＳＴ１−４）、その間に、次の第２の音波の休止期間Ｔｄを演算する（ステップＳＴ１−５）。すなわち、次の第１の音波が一定周期で連続して送波されている第２の音波の送波期間Ｔｐと衝突しないように次の第１の音波を送波するため、第１送波時期決定部１１が、第１の音波の送波から第２の音波の受波までに要した時間、及び、送波期間Ｔｐの長さに基づいて、次の第２の音波の休止期間Ｔｄを演算し、その期間に次の第１の音波が第２の音波通信装置５に到達するように、送波時期を決定する。第１の音波通信装置３は、第１送波時期決定部１１が決定した時刻ｔ５で、次の第１の信号に基づく第１の音波を送波する（ステップＳＴ１−６）。第２の音波通信装置５は、時刻ｔ６で次の第１の音波を受波すると（ステップＳＴ２−３）、当該次の第１の音波のヘッダ情報部分に含まれる送波時間長情報に基づいて、次の送波期間Ｔｐで、当該次の第１の音波と第２の音波が衝突するか否かを判定する（ステップＳＴ２−４）。衝突しないと判定したら、第２の音波通信装置５は、そのまま当該次の第１の音波の受波を継続する（ステップＳＴ２−５）。例えば、時刻ｔ６で受波した第１の音波は、第２の音波と衝突しないため、そのまま受波されている。なお、時刻ｔ５で送波された第１の音波は、インタロゲーション信号である第１の信号に基づく音波であるため、改めて第１の音波を受波したことに対する応答として、時刻ｔ７で第２の音波（インタロゲーション応答信号及びＵＬ信号である第２の信号にもとづく音波）を送波しているため、この休止期間は、休止期間Ｔｄよりも短い時間になっている。
【００４６】
ステップＳＴ２−４で、次の第１の音波と第２の音波が衝突すると判定したら、第２の音波通信装置５の第２送波時期決定部２５は、当該次の第１の音波を受波している間、第２の音波の送波を停止する（ステップＳＴ２−６、ＳＴ２−７）。例えば、時刻ｔ８で送波された次の第１の音波は、ＤＬ信号（またはＩＳＳＢＬ信号）に基づく音波であり、インタロゲーション信号よりもデータ量が多いため、送波時間が長い。そのため、第２の音波通信装置５は、時刻ｔ９で受波した第１の音波は、第２の音波と衝突すると判定し、当該第１の音波の受波の受波が完了するまで、第２の音波の送波を休止する。この例の場合には、第２の音波の送波を２波分休止しており、図４では、休止を示すため、信号を白抜きで示してある。第２の音波の送波を停止する間は、変調方式がＰＳＫ方式、ＦＳＫ方式やＱＡＭ方式等のデジタル変調方式の場合でも、搬送波（第２の搬送波）のみの送波も停止し、第２の送波器２９は音波を発しない状態となっている。なお、第１の音波通信装置３は、ＤＬ信号（またはＩＳＳＢＬ信号）に基づく音波を送波している間に第２の音波を２波分受波しているが、この第２の音波は、第１の音波通信装置３では復調できない音波となる。
【００４７】
［第１の音波通信装置に対する第２の音波通信装置の相対位置の演算］
インタロゲーション信号と、インタロゲーション信号に対するインタロゲーション応答信号に基づく、第１の音波通信装置３に対する第２の音波通信装置５の相対位置の演算を説明する。
【００４８】
図４に示すように、各パラメータを下記のように定義する：
ｔI：第１の音波通信装置３から第１の音波が、第２の音波通信装置５に到達するまでの時間
ＴＡＴ：ターンアラウンドタイム（第１の音波を受波してから第２の音波通信装置５から最初の第２の音波を送波するまでの時間）
ｔR（ｎ）：ｎ番目の第２の音波が、第１の音波通信装置３に到達するまでの時間
Ｔ：第２の音波の送波期間Ｔｐ＋休止期間Ｔｄ
すると、インタロゲーション信号に基づく第１の音波の送波から、ｎ番目のインタロゲーション応答信号に基づく第２の音波が返ってくる時間Ｔall（ｎ）は、次の式で表される：
Ｔall（ｎ）＝ｔI＋ＴＡＴ＋（ｎ−１）*Ｔ＋ｔR（ｎ）
最初の第２の音波（ｎ＝１）の場合には、
Ｔall（１）＝ｔI＋ＴＡＴ＋ｔR（１）
ｔI＝ｔR（１）と仮定すると、
ｔI＝ｔR（１）＝（Ｔall（１）−ＴＡＴ）／２
として、ｔI及びｔR（１）が求まる。したがって、ｔIまたはｔR（１）に水中での音波の伝搬速度（約１５００ｍ／ｓ）を掛けると、この時点での第１の音波通信装置３と第２の音波通信装置５の相対距離が求まる。
【００４９】
それ以降の第２の音波（ｎ＞１）の場合には、
ｔR（ｎ）＝Ｔall（ｎ）−ｔI−ＴＡＴ−（ｎ−１）*Ｔ
であり、これで求まるｔR（ｎ）に水中での音波の伝搬速度（約１５００ｍ／ｓ）を掛けると、その時点での第１の音波通信装置３と第２の音波通信装置５の相対距離が求まる。
【００５０】
第１の音波通信装置３に対する第２の音波通信装置５の方向を得る方法はここでは詳述しないが、第１及び第２受波器１５，２９を、複数の受波素子を配列したアレイで構成し、送波器側で全方向に送波された音波を受波することで、各受波素子での受波状況の差から方位を求めることが可能である。
【００５１】
このようにして求めた、相対距離及び方向によって、第１の音波通信装置３に対する第２の音波通信装置５の相対位置を求めることが可能である。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で変更が可能であるのは勿論である。
【００５３】
例えば、上記の例では、次の第１の信号のヘッダ情報部分に含まれる送波時間長情報に基づいて音波の衝突可能性を判定したが、先の第１の音波に、次の第１の音波の送波時間長情報を含めておき、この送波時間長情報に基づいて、次の第１の音波と第２の音波が衝突するか否かを判定してもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態は、母船とＡＵＶからなる海底調査システムに備えられた通信システムであるが、ＡＵＶ同士の組み合わせ、ＡＵＶと水底設置物の組み合わせ等が考えられる。さらには、地上設置物と気球等、地上における組み合わせも考えることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、１セットの音波通信装置（第１の音波通信装置と第２の音波通信装置）を用いて、音波を受波したことに対する応答を送信しながら、２種類以上のデータの送受信を行う音波通信方法及び音波通信システムを提供することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１  音波通信システム
３  第１の音波通信装置
５  第２の音波通信装置
７  第１信号発生部
９  第１変調部
１１  第１送波時期決定部
１３  第１送波器
１５  第１受波器
１７  第１復調部
１９  第１信号受信器
２１  第２信号発生部
２３  第２変調部
２５  第２送波時期決定部
２７  第２送波器
２９  第２受波器
３１  第２復調部
３３  第２信号受信器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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