(57)【要約】【課題】水中においても伝搬可能かつ海底からの残響(反射音)の影響を受けない非音響信号によるデータの送受信を行うことができ、音響を用いる場合と比較して安定して通信することの可能な、非音響モデム及びそれを用いた通信システムを提供する。【解決手段】端末又は計測機器等１から一方の非音響モデム筐体２へ元データである元データ電気信号３を入力する。変調器４は、元データ電気信号３を受信し、元データ電気信号３を所定の変調方式により変調後電気信号５に変換する。信号増幅器６は、変調後電気信号５を、十分な磁界を発生させることができる増幅後電気信号７に変換する。増幅後電気信号７をソレノイドコイル８に通電し、磁界信号９として他方の非音響モデムに向けて送信する。磁界信号９は、例えば周波数１ｋＨｚ以下の交流信号である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入力した電気信号を非音響信号に変換して送信する送信部と、
非音響信号を受信し、電気信号に変換して外部に出力する受信部と、
を備えることを特徴とする、非音響モデム。
【請求項２】
請求項１に記載の非音響モデムにおいて、前記非音響信号が水中電界信号である、非音響モデム。
【請求項３】
請求項２に記載の非音響モデムにおいて、前記受信部は電界センサを含む、非音響モデム。
【請求項４】
請求項１に記載の非音響モデムにおいて、前記非音響信号が磁界信号であり、前記送信部はコイルを含み、前記受信部は磁界センサを含む、非音響モデム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の非音響モデムにおいて、
前記送信部及び前記受信部に電力を供給する電源部をさらに備え、
前記送信部と前記受信部と前記電源部とが筐体の内部に収納された構造である、非音響モデム。
【請求項６】
第１の送信部及び第１の受信部を備える第１の非音響モデムと、
第２の送信部及び第２の受信部を備える第２の非音響モデムとを備え、
前記第１の送信部は、外部から入力した電気信号を非音響信号に変換して送信し、
前記第２の受信部は、前記第１の送信部から送信された非音響信号を受信し、電気信号に変換して外部に出力し、
前記第２の送信部は、外部から入力した電気信号を非音響信号に変換して送信し、
前記第１の受信部は、前記第２の送信部から送信された非音響信号を受信し、電気信号に変換して外部に出力することを特徴とする、通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中等で使用可能な非音響モデム及びそれを用いた通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモデムは、コンピュータ等の端末や計測機器のデータ送受信を行うために、端末等に接続して、電話回線や光回線等を用いた有線あるいは電波を用いた無線といった手段によりデータの送受信を行うものである。
【０００３】
水中においてデータの送受信を行うためには、まずモデムや端末等に防水処理を施した上で陸上と同様に有線で通信することが考えられるが、通信範囲は有線が敷設できる範囲に限定され、例えば移動体からの通信は不可能である。また、電波等無線での通信については、水中では電波が使用不可能である。
【０００４】
他に水中における電波以外の無線での通信手段としては、海底探査等広く使用されている音響を用いたモデムがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１０７０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の手段では、特に浅海域において海底からの反射音の影響により、安定して通信できなくなる問題点がある。
【０００７】
本発明はこうした状況を認識してなされたものであり、その目的は、水中においても伝搬可能かつ海底からの残響(反射音)の影響を受けない非音響信号によるデータの送受信を行うことができ、音響を用いる場合と比較して安定して通信することの可能な、非音響モデム及びそれを用いた通信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、非音響モデムである。この非音響モデムは、
外部から入力した電気信号を非音響信号に変換して送信する送信部と、
非音響信号を受信し、電気信号に変換して外部に出力する受信部と、
を備えることを特徴としている。
【０００９】
ある態様の非音響モデムにおいて、前記非音響信号が水中電界信号であるとよい。
【００１０】
この場合、前記受信部は電界センサを含むとよい。
【００１１】
ある態様の非音響モデムにおいて、前記非音響信号が磁界信号であり、前記送信部はコイルを含み、前記受信部は磁界センサを含むとよい。
【００１２】
ある態様の非音響モデムにおいて、
前記送信部及び前記受信部に電力を供給する電源部をさらに備え、
前記送信部と前記受信部と前記電源部とが筐体の内部に収納された構造であるとよい。
【００１３】
本発明の別の態様は、通信システムである。この通信システムは、
第１の送信部及び第１の受信部を備える第１の非音響モデムと、
第２の送信部及び第２の受信部を備える第２の非音響モデムとを備え、
前記第１の送信部は、外部から入力した電気信号を非音響信号に変換して送信し、
前記第２の受信部は、前記第１の送信部から送信された非音響信号を受信し、電気信号に変換して外部に出力し、
前記第２の送信部は、外部から入力した電気信号を非音響信号に変換して送信し、
前記第１の受信部は、前記第２の送信部から送信された非音響信号を受信し、電気信号に変換して外部に出力することを特徴とする。
【００１４】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法やシステムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水中においても伝搬可能かつ海底からの残響(反射音)の影響を受けない非音響信号によるデータの送受信を行うことができ、音響を用いる場合と比較して安定して通信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る非音響モデム及びそれを用いた通信システムの機能ブロック図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る非音響モデム及びそれを用いた通信システムの機能ブロック図。
【図３】実施の形態の非音響モデム及びそれを用いた通信システムの実際の使用例を示す模式的説明図その１。
【図４】実施の形態の非音響モデム及びそれを用いた通信システムの実際の使用例を示す模式的説明図その２。
【図５】実施の形態の非音響モデム及びそれを用いた通信システムの実際の使用例を示す模式的説明図その３。
【図６】実施の形態の非音響モデム及びそれを用いた通信システムの実際の使用例を示す模式的説明図その４。
【図７】実施の形態の非音響モデム及びそれを用いた通信システムの実際の使用例を示す模式的説明図その５。
【図８】実施の形態の非音響モデム及びそれを用いた通信システムの実際の使用例を示す模式的説明図その６。
【図９】実施の形態の非音響モデム及びそれを用いた通信システムの実際の使用例を示す模式的説明図その７。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を詳述する。なお、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材等には同一の符号を付し、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は発明を限定するものではなく例示であり、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１８】
(第１の実施の形態：磁界信号による通信)
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る非音響モデム及びそれを用いた通信システムの機能ブロック図である。ここでは、２つの非音響モデム間で磁界信号により通信する場合について説明する。なお、各ブロックは、ハードウエアやソフトウエア又はそれらの協働によって実現される。
【００１９】
各々の非音響モデムは、変調器４と、信号増幅器６と、ソレノイドコイル８と、磁界センサ１０と、信号処理器１２と、復調器１４とを備え、それらが不図示の電源部と共に防水性の非音響モデム筐体２内に収納されたものである。変調器４と信号増幅器６とソレノイドコイル８とが送信部を構成し、磁界センサ１０と信号処理器１２と復調器１４とが受信部を構成し、電源部は送信部及び受信部に電力を供給する。
【００２０】
通信の流れは次のとおりである。端末又は計測機器等１から一方の非音響モデム筐体２へ元データである元データ電気信号３を入力する。変調器４は、元データ電気信号３を受信し、元データ電気信号３を所定の変調方式により変調後電気信号５に変換する。信号増幅器６は、変調後電気信号５を、十分な磁界を発生させることができる増幅後電気信号７に変換する。増幅後電気信号７をソレノイドコイル８に通電し、磁界信号９として他方の非音響モデムに向けて送信する。磁界信号９は、水中での減衰が少ない周波数領域、例えば周波数１ｋＨｚ以下の交流信号である。
【００２１】
他方の非音響モデムにおいては、磁界センサ１０により磁界信号９を受信し、雑音補償前電気信号１１に変換する。信号処理器１２は、雑音補償前電気信号１１から地磁気雑音等を除去してデータ部分のみ抽出し、雑音補償後電気信号１３へと変換する。復調器１４は、変調器４における変調方式に対応した復調方式により雑音補償後電気信号１３を復調後電気信号１５へ変換し、非音響モデム筐体２の外部にある端末又は計測機器等１に送信する。
【００２２】
磁界センサ１０としては１軸もしくは２軸磁界センサを用いることも可能であるが、３軸ベクトル磁界センサ又はスカラー全磁界センサを用いることで、非音響モデムの動揺又は移動等により互いの非音響モデムの向きや相対位置が変化しても、非音響モデムのソレノイドコイル８から出力される磁界信号９を確実に検出することができる。
【００２３】
信号処理器１２における地磁気雑音の除去方法としては例えば、地磁気測定用の磁界センサを別に設けて差分を取る方法や、角度センサによって北向きとの角度を導出し地磁気を計算して差し引く方法が挙げられる。
【００２４】
本実施の形態によれば、水中においても伝搬可能かつ海底からの残響(反射音)の影響を受けない磁界信号９によるデータの送受信を行うことができ、音響を用いる場合と比較して安定して通信することが可能となる。
【００２５】
なお、磁界信号の伝搬特性は水中、地中及び空中で違いがないことから、本実施の形態の非音響モデムについては、水中水中間だけではなく、水中空中間、水中地中間、空中地中間においても利用可能である。このことは、水中空中間、水中地中間、空中地中間での通信では音響信号は伝搬特性が大きく異なるために用いることが不可能である点と比較したメリットである。
【００２６】
(第２の実施の形態：水中電界信号による通信)
図２は、本発明の第２の実施形態に係る非音響モデム及びそれを用いた通信システムの機能ブロック図である。ここでは、２つの非音響モデム間で水中電界信号により通信する場合について説明する。なお、各ブロックは、ハードウエアやソフトウエア又はそれらの協働によって実現される。
【００２７】
各々の非音響モデムは、図１に示される第１の実施の形態のものと比較して、ソレノイドコイル８が電極対１６となり、非音響信号としての磁界信号９が水中電界信号１７となり、磁界センサ１０が電界センサ１８となった点において相違し、その他の点で一致している。
【００２８】
通信の流れは次のとおりである。端末又は計測機器等１から一方の非音響モデム筐体２へ元データである元データ電気信号３を入力する。変調器４は、元データ電気信号３を受信し、元データ電気信号３を所定の変調方式により変調後電気信号５に変換する。信号増幅器６は、変調後電気信号５を、十分な電界を発生させることができる増幅後電気信号７に変換する。増幅後電気信号７を電極対１６に通電し、水中電界信号１７として他方の非音響モデムに向けて送信する。水中電界信号１７は、水中での減衰が少ない周波数領域、例えば周波数１ｋＨｚ以下の交流信号である。
【００２９】
他方の非音響モデムにおいては、電界センサ１８により水中電界信号１７を受信し、雑音補償前電気信号１１に変換する。信号処理器１２は、雑音補償前電気信号１１から環境雑音等を除去してデータ部分のみ抽出し、雑音補償後電気信号１３へと変換する。復調器１４は、変調器４における変調方式に対応した復調方式により雑音補償後電気信号１３を復調後電気信号１５へ変換し、非音響モデム筐体２の外部にある端末又は計測機器等１に送信する。
【００３０】
電界センサ１８としては１軸もしくは２軸電界センサを用いることも可能であるが、３軸電界センサを用いることで、非音響モデムの動揺又は移動等により互いの非音響モデムの向きや相対位置が変化しても、非音響モデムの電極対１６から出力される水中電界信号１７を確実に検出することができる。
【００３１】
本実施の形態によれば、水中においても伝搬可能かつ海底からの残響(反射音)の影響を受けない水中電界信号１７によるデータの送受信を行うことができ、音響を用いる場合と比較して安定して通信することが可能となる。
【００３２】
なお、各実施の形態で、変調器４及び復調器１４における変復調方式は、陸上の有線回線の通信で用いられる各種変復調方式を利用できる。例えば水中における磁界又は電界の雑音状況や送受信したいデータの種類等により最適な変復調方式を用いればよい。
【００３３】
以下、実施の形態で説明した非音響モデム及びそれを用いた通信システムの実際の使用例を図面に従って説明する。
【００３４】
図３〜図９は、実施の形態で説明した非音響モデム及びそれを用いた通信システムの実際の使用例を示す模式的説明図である。図３は、非音響モデム２１を用いて水中移動体２３と海面１９に浮かぶ船体２４との間で非音響信号２２によりデータを通信しているものである。図４は、非音響モデム２１を用いて水中移動体２３同士で非音響信号２２によりデータを通信しているものである。図５は、非音響モデム２１を用いて水中移動体２３と海底２０上の海底計測機器２５との間で非音響信号２２によりデータを通信しているものである。図６は、非音響モデム２１を用いて船体２４と海底計測機器２５との間で非音響信号２２によりデータを通信しているものである。図７は、非音響モデム２１を用いて海底計測機器２５と航空機２６との間で非音響信号２２によりデータを通信しているものである。図８は、非音響モデム２１を用いて海底計測機器２５同士で非音響信号２２によりデータを通信しているものである。図９は、非音響モデム２１を用いて水中移動体２３と航空機２６との間で非音響信号２２によりデータを通信しているものである。なお、上記使用例のうち、図７及び図９のケースでは、非音響信号として水中電界信号を用いることはできず、第２の実施の形態で説明した磁界信号による通信のみ可能である。
【００３５】
以上、実施の形態を例に本発明を説明したが、実施の形態の各構成要素や各処理プロセスには請求項に記載の範囲で種々の変形が可能であることは当業者に理解されるところである。
【００３６】
第２の実施の形態では、水中電界信号１７を電界センサ１８で受信する場合を説明したが、電界センサ１８に替えて又は加えて磁界センサを設け、水中電界信号１７によって発生する磁界信号を受信する構成としてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  端末又は計測機器等
２  非音響モデム筐体
３  元データ電気信号
４  変調器
５  変調後電気信号
６  信号増幅器
７  増幅後電気信号
８  ソレノイドコイル
９  磁界信号
１０  磁界センサ
１２  信号処理器
１４  復調器
１６  電極対
１７  水中電界信号
１８  電界センサ
１９  海面
２２  非音響信号
２０  海底
２１  非音響モデム
２３  水中移動体
２４  船体
２５  海底計測機器
２６  航空機
【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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【図８】
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【図９】
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