(57)【要約】  時間反転インパルス性応答に従って水中音を送信し、所定の位置における増幅音をもたらすスイマー（泳者）を拒否するための方法およびシステム。増幅音は水中のスイマーに対し障壁を形成するための十分なピーク圧および/またはインパルス範囲を有する。
2007535032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の位置における増幅音を供給するためのシステムであって、
電気インパルス性信号を供給するためのインパルス性信号発生器と、
インパルス性信号発生器に結合され、第１の位置および第２の位置の選択された１つに配置され、電気インパルス性信号に従って音響インパルス性信号を送信する第１の音響プロジェクタと、
音響インパルス性信号に応答してハイドロホン信号を供給するために第１の位置および第２の位置の選択されていない１つに配置されるハイドロホンと、
第１の位置から第２の位置への時間反転音響インパルス性信号応答に従ってハイドロホン信号の時間反転形を生成する、波形プロセッサと、
ハイドロホン信号の時間反転形に従って音響信号を送信するために第１の位置に配置され、第２の位置から離れかつ近接したピーク圧よりも実質的に大きいピーク圧、および第２の位置から離れかつ近接したインパルス範囲よりも実質的に大きいインパルス範囲のうち少なくとも１つを有する音を第２の位置においてもたらす、第２の音響プロジェクタと、
を備えたシステム。
【請求項２】
請求項１のシステムにおいて、電気インパルス性信号は概してsinc（シンク
関数信号の振幅特性を有する、システム。
【請求項３】
請求項２のシステムにおいて、sinc関数信号は約２５０Hzに制限される概して平坦周波数スペクトラム帯を有する、システム。
【請求項４】
請求項１のシステムにおいて、電気インパルス性信号は概してガウス関数信号の振幅特性を有する、システム。
【請求項５】
請求項１のシステムにおいて、電気インパルス性信号は正弦曲線信号を含むシステム。
【請求項６】
請求項１のシステムにおいて、
ハイドロホン信号を受信し予備的処理をするための音響受信機と、
予備的処理をされたハイドロホン信号をデジタル化された信号としてデジタル化するために音響受信機に結合された波形アナライザと、
デジタル化信号をデジタル化された時間反転信号として時間反転するための時間反転プロセッサと、
を備えた、波形プロセッサ。
【請求項７】
請求項６のシステムにおいて、さらに
デジタル化された時間反転信号をアナログ時間反転信号に変換する波形発生器と、
アナログ時間反転信号を増幅する増幅器と、
を備えた、波形プロセッサ。
【請求項８】
請求項１のシステムにおいて、第２の位置における音は、第２の位置から少なくとも3dB re 1μPa離れかつ近接したピーク圧よりも大きなピーク圧を有する、システム。
【請求項９】
請求項１のシステムにおいて、第２の位置における音はピーク圧、および人に十分に不快なインパルス範囲、のうち少なくとも１つを有する、システム。
【請求項１０】
請求項１のシステムにおいて、第２の位置は第１の位置から少なくとも１０メートル離れており、第２の位置の音ピーク圧は少なくとも185dB re 1μPaである、システム。
【請求項１１】
請求項１のシステムにおいて、第２の音響プロジェクタは複数の時間反転音響信号を送信するために適用され、複数の時間反転音響信号の内選択された１つはハイドロホン信号の時間反転形に従う、システム。
【請求項１２】
所定の位置における増幅音を生成する方法であって、
電気インパルス性信号を生成し、
電気インパルス性信号に従って第１の位置および第２の位置のうち選択された１つで音響インパルス性信号を送信し、
第１の位置および第２の位置の内選択されなかった１つにおける音響インパルス性信号に起因する音圧を受信し、
受信された音圧に従って第１の位置から第２の位置への音響インパルス性応答を決定し、
音響インパルス性応答を時間反転し、
時間反転音響インパルス性応答に従って第１の位置における音響信号を送信し、第２の位置から離れ、かつ近接したピーク圧よりも実質的に大きいピーク圧と、第２の位置から離れ、かつ近接したインパルス範囲よりも実質的に大きいインパルス範囲の内少なくとも１つを有する音を第２の位置においてもたらす、
ことを含む、方法。
【請求項１３】
請求項１２の方法において、電気インパルス性信号は概してsinc関数信号の振幅特性を有する、方法。
【請求項１４】
請求項１３の方法において、sinc関数信号は概して約２５０Ｈｚに制限された平坦周波数スペクトラム帯を有する、方法。
【請求項１５】
請求項１２の方法において、電気インパルス性信号は概してガウス関数信号の振幅特性を有する、方法。
【請求項１６】
請求項１２の方法において、電気インパルス性信号は正弦曲線信号を備えた、方法
【請求項１７】
請求項１２の方法において、第２の位置における音は、少なくとも3dB re 1μPaで第２の位置から離れかつ近接した音ピーク圧よりも大きいピーク圧を有する、方法。
【請求項１８】
請求項１２の方法において、第２の位置における音は、人に十分不快なピーク圧およびインパルス範囲の少なくとも１つを有する、方法。
【請求項１９】
請求項１２の方法において、第２の位置は第１の位置から少なくとも１０メートル離れ、第２の位置における音ピーク圧は少なくとも185dB re 1μPaである、方法。
【請求項２０】
請求項１２の方法において、音響信号を送信することは第１の位置における複数の音響信号を送信することを含み、複数の音響信号のうち選択された１つは時間反転音響インパルス性応答に従う、方法。
【請求項２１】
所定の位置における増幅音を供給するシステムであって、
第１の位置と第２の位置の間の音響インパルス性応答を予測し、音響インパルス性応答の時間反転形を生成する波形プロセッサと、
第１の位置において配置され、音響インパルス性応答の時間反転形に従って音響信号を送信し、第２の位置から離れかつ近接したピーク圧より実質的に大きいピーク圧と、第２の位置から離れかつ近接したインパルス範囲より実質的に大きいインパルス範囲、のうち少なくとも１つを有する音を第２の位置でもたらす、音響プロジェクタ、
を備えた、システム。
【請求項２２】
請求項２１のシステムにおいて、波形プロセッサは音響インパルス性応答を予測するためのインパルス応答予測プロセッサと、
音響インパルス性応答の時間反転形を生成するためにインパルス性応答予測プロセッサに結合されている時間反転プロセッサと、
を備えたシステム。
【請求項２３】
請求項２２のシステムにおいて、波形プロセッサはさらに、
音響インパルス性応答の時間反転形をアナログ時間反転信号に変換するための波形発生器と、
アナログ時間反転信号を増幅するための増幅器、
とを備えたシステム。
【請求項２４】
請求項２１のシステムにおいて、第２の位置における音ピーク圧は、第２の位置から少なくとも3dB re 1μPa離れかつ近接した音ピーク圧よりも大きい、システム
【請求項２５】
所定の位置における増幅音を生成する方法であって、
第１の位置と第２の位置の間の音響インパルス性応答を予測し、
音響インパルス性応答を時間反転し、
時間反転音響インパルス性応答に従って第１の位置における音響信号を送信し、第２の位置から離れ、かつ近接したピーク圧よりも実質的に大きいピーク圧と、第２の位置から離れ、かつ近接したインパルス範囲よりも実質的に大きいインパルス範囲、の内少なくとも１つを有する音を第２の位置においてもたらす、
ことを含む、方法。
【請求項２６】
請求項２５の方法において、第２の位置から少なくとも3dB re 1μPa離れかつ近接した音ピーク圧よりも大きいピーク圧を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音響システムに関し、特にはスイマー(泳者)が接近するのを防ぐために水中音を用いる方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水中スイマーによる接近から高価格資産（HVA）を保護する必要性が高まっている。高価格資産は、例えば船舶、油田プラットフォーム、水路によって接近可能なその他設備を含む。
【０００３】
二つの問題が高まる必要性を生じている。第１に、水中スイマーが爆発物またはその他装置を用いてＨＶＡへ損傷を与え、故障を引き起こすことができるおそれがある。例えば、損傷を与えようとしているテロリストスイマーは、船舶の船体に水中爆発物を設置することができる。第２に、いくつかの軍用プラットフォームは水中スパイ行為を受けやすい。例えば、潜水艦は例えばプロペラの形状および特徴といった、機密の形状および特徴を有し、潜水艦がドックにいる間は水中スイマーによって観察される可能性がある。
【０００４】
能動および受動ソナー・システムは水中スイマーを含む水中の物体を検出し、類別することができると知られている。しかしながら、単なる水中スイマーの検出や類別は、水中スイマーがHVAに接近することを防止することはできない。
【０００５】
知られているように、高ピーク圧低周波数水中音は、スイマーを、特に、水中のスイマーに対して、水中音の周波数およびピーク圧に従って、不快にし、方向感覚を失わせ、無力化し、損傷を与えることができる。高ピーク圧低周波数水中音は水中スイマーの聴覚に影響を及ぼすだけでなく、水中スイマーの内蔵に影響を与え、痛み、または破壊さえ引き起こすことができる。
【０００６】
また、知られているように、水中動物は大きな水中音によっても影響を受ける。例えば、いくつかの軍艦で使用されている能動ソナー・システムは十分なピーク圧の低周波数音を生成し、海洋哺乳類を方向を失わせたり、殺生したりすることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はスイマーによる接近から水中または水中近くの高価格資産（HVA）を保護するために適応されるスイマー拒否のために用いられるシステムを供給する。スイマー拒否用システムは、水中音源を有し、その水中音源から離れた所定の位置で高ピーク圧および/または、高インパルス範囲（以下により詳しく述べる）を有する増幅音を生成可能な高音圧レベル（SPL）における所定の波形を送信するとともに、他の位置では音ピーク圧および/またはインパルス範囲を最小にする。増幅音は所定の位置において、スイマーを不快にし、方向感覚を失わせ、無力化し、損傷を与えることが可能であるのに対し、他の位置では、音ピーク圧は人間または海洋哺乳類への脅威が殆ど無いよう十分に低いといった特徴を有する。従って、増幅音は海洋生物への脅威を低減させる一方、高価格資産にスイマーが接近することを阻止するのに役立つ。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、所定の位置における増幅音を供給するためのシステムは、電気インパルス信号を供給するためのインパルス性信号発生器を含む。第１の音響プロジェクタはインパルス性信号発生器に結合されており、第１の位置および第２の位置の選択された１つに配置され、電気インパルス性信号に従って音響インパルス性信号を送信する。ハイドロホンは第１の位置および第２の位置の選択されていない一方に配置され、音響インパルス性信号に応答してハイドロホン信号を供給する。該システムは更に、波形プロセッサを含み、第１の位置から第２の位置への時間反転音響インパルス性信号応答に従って、ハイドロホン信号の時間反転形（version）を生成する。第２の音響プロジェクタは、第１の位置に配置され、ハイドロホン信号の時間反転形に従って音響信号を送信し、その結果、第２の位置から離れかつ近接したピーク圧よりも実質的に大きなピーク圧と、第２の位置から離れかつ近接したインパルス範囲よりも実質的に広いインパルス範囲の内少なくとも１つを有する音を第２の位置にもたらす。
【０００９】
本発明の別の局面によれば、所定の位置において増幅音を生成する方法は、電気インパルス性信号を生成し、該電気インパルス性信号に従って第１の位置および第２の位置のうち選択された１つで音響インパルス性信号を送信し、第１の位置および第２の位置のうち選択されなかった一方において音響インパルス性信号からの音圧を受信し、受信した音圧に従って第１の位置から第２の位置への音響インパルス性応答を判定し、音響インパルス性応答を時間反転し、時間反転音響インパルス性応答にしたがって第１の位置において音響信号を送信し、その結果、第２の位置から離れかつ近接したピーク圧よりも実質的に大きなピーク圧と、第２の位置から離れかつ近接したインパルス範囲よりも実質的に広いインパルス範囲の内少なくとも１つを有する音を第２の位置においてもたらす、ことを含む。
【００１０】
さらに、本発明の別の局面によれば、所定の位置において増幅音を供給するシステムは、波形プロセッサを含み、第１の位置と第２の位置の間の音響インパルス性応答を予測し、音響インパルス性応答の時間反転形を生成する。該システムはまた、第１の位置に配置された音響プロジェクタを含み、時間反転音響インパルス性応答に従って音響信号を送信し、第２の位置から離れかつ近接したピーク圧よりも実質的に大きなピーク圧と、第２の位置から離れかつ近接したインパルス範囲よりも実質的に広いインパルス範囲の内少なくとも１つを有する音を第２の位置においてもたらす。
【００１１】
さらに、本発明の別の局面によれば、所定の位置において増幅音を生成する方法は、第１の位置と第２の位置の間の音響インパルス性応答を予測し、音響インパルス性応答を時間反転し、時間反転音響インパルス性応答に従って第１の位置において音響信号を送信し、第２の位置から離れかつ近接したピーク圧よりも実質的に大きなピーク圧と、第２の位置から離れかつ近接したインパルス範囲よりも実質的に広いインパルス範囲の内少なくとも１つを有する音を第２の位置においてもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
スイマー拒否用システムについて述べる前に、いくつかの予備概念および用語を説明する。ここに用いられているように、「インパルス性信号」の語は、事実上インパルスである電気信号または音響信号のいずれかを記述するために用いられ、必ずしも完全なインパルスではない。知られているように、完全なインパルス信号は無限に短い持続期間を有する。ここで説明されるインパルス信号は以下に示すように、有限の持続期間と、特定の振幅特性を有する。インパルス信号はガウス振幅特性を有する信号、および短期間の正弦曲線(sinusoid)を含むが、sinc（シンク）関数の振幅特性を有する信号に限られない。
【００１３】
ここに用いられるように、「インパルス性応答」の語はインパルス性信号に対する媒体の応答を記述するために用いられている。例えば、以下に記載するように、海洋中の２つの位置間のインパルス性応答は、ある位置でインパルス性信号を送信し、他の位置で結果として生ずる信号を受信することによって決定される。
【００１４】
ここに用いられるように、「インパルス範囲」はインパルス性信号の振幅特性に対応する曲線の下の領域を記述するために用いられている。曲線の下の領域は、ピーク圧のレベルから周囲のノイズ、例えば海洋周囲のノイズに対応したレベルまでとして決定される。それゆえ、インパルス範囲はインパルス性信号に関連するピーク圧とインパルス性信号の時間幅または持続期間の両方に関連することが理解されるであろう。図３および図３Ａと関連する説明から、持続期間（即ち、インパルス性信号の幅）は最大振幅を有するマルチパスの到着と関連した最小マルチパス時間分離を超えるべきでないことが理解されるであろう。
【００１５】
ここに用いられるように、「増幅音」の語は、増幅音区域から離れかつ近接した位置に発生する音よりもより高いピーク圧および/またはより高いインパルス範囲を有する区域（増幅区域または増幅音区域も同様）において発生する音をいう。
【００１６】
ここに用いられるように、「発生点（ＰＯＯ）」は、音響インパルス性信号が発生する水中の位置をいう。音響インパルス性信号は水中における第１の位置と第２の位置の間にある音響伝達関数（インパルス性応答）を決定するために用いられる。第１の位置は高ピーク圧音響プロジェクタ（ＨＰＡＰ）の位置に対応し、第２の位置は増幅音が発生する所定の位置に対応する。
【００１７】
第１の実施態様において、ＰＯＯは第２の位置にある。即ち、高ピーク圧音響プロジェクタからの音が増幅される所定の位置にある。また、音響インパルス性信号は、ＰＯＯから高ピーク圧音響プロジェクタの位置である第１の位置に向かって送信される。第１の実施態様は図１とともに示される。
【００１８】
第２の実施態様においては、ＰＯＯは第１の位置にある。即ち、高ピーク圧音響プロジェクタの位置にあり、音響インパルス性信号はＰＯＯから増幅音が供給される所定の位置である、第２の位置に向かって送信される。第２の実施態様は図１Ｂとともに示される。
【００１９】
上述した２つの実施態様において、第１および第２の位置の間の音響伝達関数（インパルス性応答）を決定するために、音響インパルス性信号はＰＯＯで発生される。ＰＯＯは第１の位置または第２の位置のどちらでもよい。
【００２０】
ＰＯＯに位置する低ピーク圧音響プロジェクタは低ピーク圧音響インパルス性信号を発生するために以下のように記述される。一方で、他の実施態様においては、ＰＯＯに位置する低ピーク圧音響プロジェクタもまた高ピーク圧音響インパルス性信号を発生できることを理解すべきである。
【００２１】
高ピーク圧音響プロジェクタが高ピーク圧音を発生するために以下のように記述される。一方で、高ピーク圧音響プロジェクタが低ピーク圧音を発生する場合、増幅音もまた、所定の位置において結果として生じさせることができる。
【００２２】
図１を参照すると、スイマー拒否用システム１０は、水中スイマー１４による接近から、船舶４８等の高価格資産を保護することができる。スイマー拒否用システム１０は、比較的高いピーク圧時間反転音響信号３４を水中１２へ送信することのできる第１の位置４１における、高ピーク圧音響プロジェクタ（ＨＰＡＰ）４２に結合されている波形プロセッサ４４を含む。ある特定の実施態様においては、高ピーク圧音響プロジェクタ４２はケーブル３６で波形プロセッサ４４に結合されている。
【００２３】
時間反転音響信号３４の詳細の特徴は、図３−４Ａ、６および７に関連してより詳細に記載されている。しかしながら、音響プロジェクタ４２によって水中１２に放出されるとき、時間反転音響信号３４は、高ピーク圧音響プロジェクタ４２から離れた第２（所定）の位置３１において受信されるピーク圧、および/または音のインパルス範囲が比較的高くなるようにし、一方、所定の位置３１から離れかつ近接した他の位置で受信される音のピーク圧、および/またはインパルス範囲は比較的低いという特徴を有すると言うにとどめておく。
【００２４】
スイマー拒否用システム１０は波形プロセッサ４４に結合されている第１の位置４１におけるハイドロホン４０もまた含む。ある特定の実施態様においては、ハイドロホン４０はケーブル３８で波形プロセッサ４４に結合される。
【００２５】
所定の位置３１におけるインパルス性信号発生器２４は低ピーク圧音響プロジェクタ２８に結合され、電気インパルス性信号を発生し、第２の位置３１における発生点（ＰＯＯ）と第１の位置４１における高ピーク圧音響プロジェクタ４２の間の音響伝達関数を決定するために用いられる低ピーク圧音響インパルス性信号３０を供給することができる。
【００２６】
インパルス性信号発生器２４は、海底３２に、例えばケーブル２２および錨１６で固定されているフロート２０上に配置されている。無線周波数（ＲＦ）送信機１８はインパルス性信号発生器２４に結合され、ＲＦ受信機４６で受信される船舶４８へＲＦ信号１９を送信することができる。
【００２７】
時間反転音響信号３４の特徴は、第２（所定）の位置３１と、高ピーク圧音響プロジェクタ４２の位置である第１の位置４１間の、音響伝達関数（インパルス性応答）に従って決定される。
【００２８】
伝達関数（インパルス性応答）は一般に相反的である。すなわち、所定の位置３１において発生し、第１の位置４１（例えばハイドロホン４０によって）にて受信される音の伝達関数は第１の位置４１において発生し、第２（所定）の位置３１において受信される音の伝達関数と同じになる傾向がある。従って、ある特定の実施態様において、伝達関数は、所定の位置３１におけるＰＯＯで、低ピーク圧音響プロジェクタ２８を用いて低ピーク圧音響インパルス性信号３０を発生することによって、また例えばハイドロホン４０を用いて第１の位置４１において結果として生じた音を受信することによって、決定される。
【００２９】
伝達関数および対応する時間反転音響信号３４は数式で記載できる。低ピーク圧音響プロジェクタ２８によって、第２の位置３１において発生する信号からの、第１の位置４１（例えばハイドロホン４０）にて受信される音圧レベルは、以下のように示される。
【００３０】
【数１】
2007535032.tif 000003
【００３１】
ここで、F(f)は低ピーク圧音響プロジェクタ２８によって発生される低ピーク圧音響インパルス性信号３０、ｚは高ピーク圧音響プロジェクタ４２の深度、ｚｓは低ピーク圧音響プロジェクタ２８の深度、rnは低ピーク圧音響プロジェクタ２８と高ピーク圧音響プロジェクタ４２（即ちハイドロホン４０）間の水平幅、tは時間、ｆは周波数、Hは低ピーク圧音響プロジェクタ２８から高ピーク圧音響プロジェクタ４２（即ちハイドロホン４０）への音の伝搬についての伝達関数（インパルス性応答）である。
【００３２】
他の方向、即ち、高ピーク圧音響プロジェクタ４２から、高ピーク圧音響プロジェクタから水平距離rkにある任意の点へ、伝搬する音圧レベルは以下のように示される。
【００３３】
【数２】
2007535032.tif 000004
【００３４】
高ピーク圧音響プロジェクタ４２によって生成される信号(〜)F（z,zs,rk,f）は以下のように示される。
【００３５】
【数３】
2007535032.tif 000005
【００３６】
ここで、H＊（z,zs,rn,f）は伝達関数H（z,zs,rk,f）の複素共役、F*(f)は元々低ピーク圧音響プロジェクタ２８によって生成された音信号F(f) の複素共役である。信号(〜)F（z,zs,rn,f）は、低ピーク圧音響プロジェクタ２８によって元々生成され、高ピーク圧音響プロジェクタ４２の位置におけるハイドロホン４０において受信されるソース信号F(f)の時間反転形であることが理解されるであろう。
【００３７】
低ピーク圧音響プロジェクタ２８で、任意の低ピーク圧音響インパルス性信号３０、F(f)を発生することが可能であることを認識すべきである。しかしながら、低ピーク圧音響プロジェクタ２８によって送信された低ピーク圧音響インパルス性信号３０がインパルス性信号のときのみ、高ピーク圧および/または高インパルス範囲を有する所望の位置（即ち所定の位置３１）で増幅音が生じ、その増幅音は、ピーク圧が低減し、および/またはその位置から離れたインパルス範囲を低減する結果となる。
【００３８】
高ピーク圧音響プロジェクタ４２によって生成された特定の時間反転音響信号３４は、特定の高ピーク音圧レベル、および/または所定の位置３１における特定の高インパルス範囲をもたらす。さらに、所定の位置３１の空間的な広がりは比較的小さい。換言すると、増幅音は小区域のみに存在し、それ故、人間や海洋哺乳類を傷つける可能性は低減する。これらの特徴をもたらす時間反転音響信号３４は第２（所定）の位置３１と、高ピーク圧音響プロジェクタ４２の位置である第１の位置４１との間の、時間反転形伝達関数である。インパルス性応答（または伝達関数と同等）は低ピーク圧音響インパルス性信号３０によって発生することにより、かつハイドロホン４０で結果として生じた音響信号を受信することにより、決定される。
【００３９】
音響インパルス性信号３０に応答してハイドロホン４０における受信された音響信号は、図２と関連して以下に記載されている音響インパルス性信号３０の様々な反射（マルチパス）に加えて、直接経路信号を含み、共に所望のインパルス性応答を形成する。時間反転音響信号３４の性質は、以下図３−４Ａに関連する説明でより明らかとなるであろう。
【００４０】
上述したインパルス性応答（伝達関数）を決定するため、無限に短い持続期間を有すると知られている完全なインパルスを発生することは実行上、または物理的に不可能である。しかしながら、一般に、sinc関数の振幅特徴を有する帯域制限パルスはインパルスを近似するために用いられる。時間領域におけるインパルスと同等の周波数領域は、無限帯域幅を有するフラットな（すなわち一定の）周波数スペクトラムであることが当業者に理解されるであろう。また、周波数スペクトラムが帯域制限されるよう、フラットな周波数スペクトラムが周波数領域においてフィルタ処理される場合、時間領域において生じた信号はsinc関数（[sin(x)/x]）であることが理解されるであろう。それゆえ、sinc関数は帯域制限平坦周波数スペクトラム(band limited flat frequency spectrum)に対応し、インパルスを近似するために利用される。ある特定の実施態様において、sinc関数音響インパルスは1kHzより下の周波数、例えば250Hzに制限された平坦周波数スペクトラム帯域に従って生成される。
【００４１】
それゆえ、動作中、インパルス性信号発生器２４は、低ピーク圧音響プロジェクタ２８を駆動するために利用される複数の電気sinc関数（または一般にインパルス性信号）を生成し、低ピーク圧音響インパルス性信号３０を生成する。音響インパルス性信号３０は様々な音響パス経由で水中１２を通って伝搬し、それら各経路に関連する音響インパルス性信号３０の変形はハイドロホン４０によって受信される。ハイドロホン４０によって受信される全受信信号は、当初送信された音響インパルス性信号３０よりも長い持続期間を有する。
【００４２】
波形プロセッサ４４はハイドロホン４０によって受信された信号を分析し、第２（所定）の位置３１と、高ピーク圧音響プロジェクタ４２の位置にある第１の位置４１との間に形成される音響チャネルの伝達関数、即ち時間領域における帯域制限インパルス性応答を決定することができる。波形プロセッサ４４はまた、インパルス性応答の時間反転形に従って時間反転電気信号を生成することができる。高ピーク圧音響プロジェクタ４２は時間反転電気信号に従って時間反転音響信号３４を生成することができる。波形プロセッサ４４は図１Ａに関連してより詳細に記述される。上述したように、高ピーク圧音響プロジェクタ４２は第１の位置４１と、第２（所定）の位置３１の間のインパルス性応答の時間反転形を送信する。その結果、比較的高いピーク圧および/または所定の位置３１における大きなインパルス範囲を有する増幅音、所定の位置３１から離れかつ近接して低減された音ピーク圧、および/またはインパルス範囲をもたらす。
【００４３】
上述したように、時間反転音響信号３４は本来インパルス的ではないことを認識すべきである。即ち、実質的な時間範囲を有する。しかしながら、比較的短い持続期間を有する時間反転音響信号３４が所定の位置３１に到着するとき、本来、一般には時間反転音響信号はインパルス的であることもわかるであろう。これらの特徴は以下、図２−４の考察の中でより明らかになるであろう。
【００４４】
ある特定の実施態様において、高ピーク圧音響プロジェクタ４２は１つの時間反転音響信号３４を生成する。他の実施態様において、高ピーク圧音響プロジェクタ４２は、反復レート、例えば１Hzで、１よりも多い時間反転音響信号３４を生成する。
【００４５】
低ピーク圧音響プロジェクタ２８は160から215dB re１μPaの幅でピーク音圧を有する音響インパルス性信号３０を生成できる。高ピーク圧音響プロジェクタ４２は160から215dB re１μPaの幅でピーク音圧レベルを有する時間反転音響信号３４を生成できる。ある実施態様においては、所定の位置３１における増幅音は、所定の位置から離れかつ近接した区域より少なくとも3dB上でピーク圧を有することができる。ある実施態様においては、第２の位置３１は第１の位置４１から少なくとも１０メートル離れ、第２の位置３１における音ピーク圧は少なくとも185dB re 1μPaである。
【００４６】
音が増幅される所定の位置３１は、高ピーク圧音響プロジェクタ４２の周囲の方位方向では概略同一の海底の特徴に従い、一般に高ピーク圧音響プロジェクタ４２の周囲に、連続または不連続の方位へ広がりを有することができる。海底の特徴は、深さに限定されず、傾斜や、海底の種類（例えば、岩、砂など）を含む。
【００４７】
スイマー拒否用システム１０は、低ピーク圧音響プロジェクタ２８を有する投錨されている１つのフロート２０、インパルス性信号発生器２４、RF送信機１８、および１つの第２（所定）の位置３１を有すると記載されている。一方、他の実施態様においては、関連する低ピーク圧音響プロジェクタ、インパルス性信号発生器、RF送信機を有する２以上のフロートは、増幅音を有する２以上の位置を供給するために利用される。例えば、１つの特定の実施態様において、低ピーク圧音響プロジェクタ、インパルス性信号発生器、RF送信機をそれぞれ有する１２のフロートが用いられ、各フロートは船舶４８に対し異なる範囲、および/または異なる方位に配置される。それぞれ１２の低ピーク圧音響プロジェクタのうち各１つとハイドロホン４０のハイドロホン４０の間にあるインパルス性応答の時間反転形と関連する、１２の低ピーク圧音響プロジェクタを有し、波形プロセッサ４４は、１２の対応する音響信号を受信でき、よって、１２の伝達関数（インパルス性応答）および１２の電気信号を発生することができる。従って、高ピーク圧音響プロジェクタは、１２の所定の位置において増幅音をもたらし、１２の時間反転音響信号を発生できる。１２の音響信号は１つの信号の中で、または連続して同時に生成され、水中のスイマーに対し１以上の障壁（barrier）を形成することができる。他の実施態様においては、１２より上または１２未満の低ピーク圧音響プロジェクタが供給される。
【００４８】
また、他の実施態様において、１よりも多い低ピーク圧音響プロジェクタ２８はケーブル２６に吊され、従って、１よりも多い低ピーク圧音響プロジェクタは実質的に水中１２において異なる深度で垂直に整列しており、増幅音を有する位置の整列した２以上の深度を設ける。例えば、ある特定の実施態様においては、スイマー拒否用システム１０は１２の垂直に整列した低ピーク圧音響プロジェクタを含むことができる。１２の低ピーク圧音響プロジェクタを有する場合、波形プロセッサ４４は１２の信号を受信し、それによって１２の伝達関数（インパルス性応答）および１２の対応する電気信号を生成できる。また、それぞれは１２の低ピーク圧音響プロジェクタのそれぞれ１つとハイドロホン４０との間のインパルス性応答（またはインパルス性信号から受信された圧力）の時間反転形に関連する、従って、高ピーク圧音響プロジェクタは１２の垂直に整列した所定の位置における増幅音をもたらし、１２の時間反転音響信号を生成できる。１２の音響信号は１つの信号中に同時に、または連続して生成され、水中のスイマーへ広がる方位に垂直の障壁を形成する結果となる。他の実施態様においては、１２より上のまたは１２未満の低ピーク圧音響プロジェクタが供給される。
【００４９】
さらに、他の実施態様においては、波形プロセッサ（例えば１６０）に関連するそれぞれ１２のハイドロホン（例えば４０）は、船舶４８に対し異なる範囲、および/または異なる方位、および/または異なる深度に配置される。よって、１２のハイドロホンを有する場合、各関連する波形プロセッサは、１２の伝達関数のそれぞれ１つ、および１２の電気信号のそれぞれ１つをそれぞれ生成し、それぞれは、１２のハイドロホンのそれぞれ１つと低ピーク圧音響プロジェクタ２８の間のインパルス性応答の時間反転形に関連する。この配置で、高ピーク圧音響プロジェクタは１２のハイドロホンの位置の１以上に配置され、所定の場所３１に対する各伝達関数に従いそれぞれ時間反転音響信号を生成することができ、所定の位置３１における増幅音をもたらす。他の実施態様において、１２より上または１２未満のハイドロホンおよび高ピーク圧音響プロジェクタが供給される。
【００５０】
１２の高ピーク圧音響プロジェクタを有する上記実施態様において、ある特定の配置では、１２の高ピーク圧音響プロジェクタは、それぞれ時間反転音響信号３４を生成し、それぞれ適切な時間が遅延するため、それらは所定の位置３１において強め合うように加算され、所定の位置３１において非常に高いピーク圧インパルス性信号を供給する。他の配置においては、１２の高ピーク圧音響プロジェクタはそれぞれ時間反転音響信号３４を生成し、それぞれ適切な時間が遅延するため、それらは異なる時間に所定の位置３１に到着し、所定の位置３１において、例えば４５Ｈｚと１７０Ｈｚの間の繰返し率を有する複数の高ピーク圧信号（繰返し率を有する）を供給する。さらに、他の配置においては、１２の高ピーク圧音響プロジェクタはそれぞれ時間反転音響信号３４を生成し、それぞれ適切な時間が遅延し、所定の位置３１において受信される高ピーク圧信号の非インパルス性であるより長い持続期間を供給する。他の配置においては、１２の高ピーク圧音響プロジェクタの内１以上は、２以上の時間反転音響信号３４を生成することができる。
【００５１】
上述したように、１２の高ピーク圧音響プロジェクタに適用される上述した時間遅延は、a)第２（所定）の位置３１において受信される非常に高いピーク圧インパルス性信号、b)第２（所定）の位置３１において受信される複数の高ピーク圧インパルス性信号（繰返し率を有する）、またはc）増幅音が第２（所定）の位置３１において受信される間の長い持続期間、を結果としてもたらすことができると理解されるであろう。ある実施態様において、第２の位置３１に表れる音の持続期間は１２０と３６０msecの間である。
【００５２】
１２の高ピーク圧音響プロジェクタを有する上述した各配置において、所定の位置３１において結果として受信される信号は、第１の位置４１と第２の位置３１の間の伝達関数（インパルス性応答）を得るために用いられる音響インパルス性信号３０のインパルス範囲に基づいて調整される。例えば、１２の高ピーク圧音響プロジェクタはそれぞれ適切な時間遅延するため、それらは所定の場所３１において強め合うように加わる。伝達関数（インパルス性応答）を得るために用いられるインパルス性信号３０のインパルス範囲が短い持続期間を有するよう調整される場合、送信された時間反転音響信号３４は所定の位置３１において受信される短い持続期間を有する信号をもたらす。逆に、伝達関数を得るために用いられるインパルス性信号３０のインパルス範囲がより長い持続期間を有するように調整されると、関連する時間反転音響信号３４は所定の位置３１において受信されるより長い持続期間を有する信号をもたらす。このようにして、所定の位置において受信される信号は最も高い振幅のマルチパスが到着する間、例えばおよそ１０から３０ミリ秒の、時間差に対応する値を有する所定の持続期間を有するように調整される。
【００５３】
各上述の信号は、スイマーに対し特定の効果を有する。例えば、繰返し率を有する信号はスイマーの器官内に共鳴を励起するために使用され、損傷の大きい生理的な共鳴効果をもたらす。他の例では、単一のインパルス性信号は、十分に高いピーク圧とインパルス範囲を有する場合、生理器官の破壊を引き起こすことができる。
【００５４】
POOと高ピーク圧音響プロジェクタ４２間の伝達関数は、第２（所定）の位置３１から第１の位置４１、即ちハイドロホン４０への音響インパルス性信号３０を生成することによって取得されるよう記述される。一方、該伝達関数は実質的に相反であることが理解されるであろう。従って、図１Bとともに以下に記述される他の実施態様においては、伝達関数は第１の位置４１から第２（所定）の位置３１への音響インパルス性信号３０を生成することによって等しく取得される。低電力音響インパルス伝搬のいずれかの方向、および伝達関数の決定のため、受信された音は図２と関連して示されるように、複数の音響経路をたどる。
【００５５】
しかしながら、他の実施態様においては、さらにインパルス性応答は測定されるよりむしろ予測される。既知のように、音速プロファイル（sound velocity profile）、水柱深度、音周波数、かすめ（grazing）角、表面の粗さ、底の粗さ、底の種類で音伝搬を予測可能な音響モデルを生成することが可能である。従って、いくつかまたは全てのこれらのパラメータが既知であれば、インパルス性応答は測定されるよりむしろ予測される。この特定の配置は図１Dおよび１Eに示される。
【００５６】
低ピーク圧音響プロジェクタ２８は投錨されたフロート２０によって支えられていると示されているが、他の実施態様においては、低ピーク圧音響プロジェクタ２８は、所定の位置３１に一時的に配置されているだけである。例えば、インパルス伝達関数が決定される間、低ピーク圧音響プロジェクタ２８は小さな水上艦艇で、所定の場所３１に一時的に配置される。
【００５７】
スイマー拒否用システム１０は、異なる動作モードを有することが可能である。例えば、所定の位置３１を船舶４８に比較的近く、例えば、船舶４８から２９メートルにすることができる。例えば、このような近区域の所定の位置３１は、水中のスイマーの存在を知ることなく、時間反転高ピーク圧音３４が連続的にまたは断続的に発生する非変更モード（non-altered mode）で用いられる。近区域の所定の位置３１は、海洋動物に対し、損害見込みを低減させる一方、水中のスイマーに障壁を設ける。
【００５８】
他の動作モードでは、他のソナーシステム（示されていない）が、スイマー拒否用システム１０が作動可能、または上述した非変更モードから変更モードへ変更可能な時に、水中のスイマーの検出を提供できる。変更モードにおいて、スイマー拒否用システム１０は船舶４８から比較的離れた、例えば、船舶４８から５０３メートル、所定の位置３１を設定し、入ってくる水中スイマーに対し長い範囲の障壁を提供する。
【００５９】
低ピーク圧音響インパルス性信号３０はsinc関数であると上述したが、一方で、他の実施態様においては、低ピーク圧音響インパルス性信号３０は、ガウス振幅特性を有する信号を含むが、それに限られない任意のインパルス性信号であり、かつ短持続期間の正弦曲線である。
【００６０】
ここで図１Aに言及すると、例えば、図１に示される波形プロセッサ４４に類似する例示的な波形プロセッサ１００は、ハイドロホン、例えば図１のハイドロホン４０からの受信信号１０６に適合する音響受信機１０８を含む。また、波形プロセッサ１００は、波形アナライザ１１０、時間反転プロセッサ１１２、波形発生器１１４および増幅器１１６を含む。
【００６１】
動作中、ハイドロホン信号１０６は、それらが適切に増幅されフィルタリングされる音響受信機１０８へ供給される。波形アナライザ１１０は音響受信機１０８からの増幅されたハイドロホン信号１０９を受信し、RF受信機、例えば図１のRF受信機４６からのタイミング信号１０４を受信し、そして増幅されたハイドロホン信号１０９を分析する。例えば、ある特定の実施態様においては、波形アナライザ１１０は増幅ハイドロホン信号１０９をサンプリングし、デジタル化する。タイミング信号１０４はRF送信機（例えば図１のRF送信機１８）を経由してRF受信機へ送信される。
【００６２】
波形アナライザ１１０は、デジタル化されたハイドロホン信号１１１を時間反転し時間反転デジタル化(degitized)ハイドロホン信号１１３を供給する、時間反転プロセッサ１１２へデジタル化ハイドロホン信号１１１を供給する。例えば、ある特定の実施態様において、時間反転プロセッサ１１２は波形アナライザ１１０によって供給されるデジタル化ハイドロホン信号１１１の一連のデジタル化サンプルを時間反転することができる。
【００６３】
波形発生器１１４は時間反転デジタル化ハイドロホン信号１１３を受信し、時間反転アナログ信号１１５を供給する。例えば、ある特定の実施態様においては、波形発生器１１４は、時間反転プロセッサ１１２によって供給される時間反転デジタル化ハイドロホン信号１１３を時間反転アナログ信号１１５へ変換する。増幅器１１６は波形発生器１１４によって供給される時間反転アナログ信号１１５の振幅を上げる。増幅された信号１１８は高ピーク圧音響プロジェクタ、例えば図１の高ピーク圧音響プロジェクタ４２へ供給される。
【００６４】
上記配置で、波形プロセッサ１００は、図１と関連して上述したインパルス性応答を決定し、よって高ピーク圧音響プロジェクタ４２へ送信される増幅された時間反転信号を生成する。
【００６５】
波形プロセッサ１００は、図１に示されるようなシステムにおいて用いられるのが望ましく、該システムにおいて、インパルス性応答は所定の位置３１（図１）から第１の位置４１（図１）へ、即ち、ハイドロホン４０へ音響インパルス性信号３０を送出することによって決定される。従って、このような実施態様においては、POOは第２（所定）の位置３１である。
【００６６】
ここで、図１Bに言及すると、図１に示される略同一の構成要素は、類似の参照符号で表されている。低ピーク圧音響インパルス性信号３０は、第１の位置４１（POO）にて高ピーク圧音響プロジェクタ４２によって、または代わりに、図１に示される方向と逆の方向に、高ピーク圧音響プロジェクタ４２に近接した第１の位置４１における低ピーク圧音響プロジェクタ（示されていない）によって生成される。ハイドロホン１５６に到着する低ピーク圧音響インパルス性信号３０は、図２-４Ａと関連して更に説明する、様々な音響経路に沿って進行する。ハイドロホン１５６は音響受信機１５２へハイドロホン信号を供給する。ハイドロホン信号は、例えばＲＦ送信機１８でＲＦ信号１５４としてＲＦ受信機４６へ送信される。RF信号１５４は、RF信号１５４を波形プロセッサ１６０によって処理されるハイドロホン信号の複製（レプリカ）へ戻す変換をする、RF受信機４６によって受信される。波形プロセッサ１６０は以下の図１Cと関連して更に説明される。
【００６７】
ここで、図１Cに言及すると、図１Aに示される略同一の構成要素は、類似の参照符号で表されている。例えば図１Aに示される波形プロセッサ１６０と同様の例示的な波形プロセッサ２００は、RF受信機４６（図１B）ハイドロホン信号２０４の複製を受信する。ハイドロホン信号２０４は例えばRF信号１５４（図１B）に関連させることができる。ハイドロホン信号２０４の複製の波形プロセッサ２００による処理は図１Ａに関連して上述したように、実質的になされている。しかしながら、波形プロセッサ２００は波形アナライザ１１０と波形プロセッサ２００の出力ポート２１０の間に結合されるインパルス性信号発生器２０８を含むことができる。例えば、図１に示されるインパルス性信号発生器２４と類似のインパルス性信号発生器２０８は、高ピーク圧音響プロジェクタ４２（図１B）、または代わりに、高ピーク圧音響プロジェクタに近接した低ピーク圧音響プロジェクタ（示されていない）と共に、低ピーク圧音響インパルス性信号（sinc関数信号）を生成する。低ピーク圧音響インパルス性信号は図１Bの音響インパルス性信号３０と同じまたは類似する場合がある。タイミング信号２０６はインパルス性信号発生器２０８によって波形アナライザ１１０へ供給される場合がある。
【００６８】
波形プロセッサ２００は、好ましくは、図１Bに示されるようなシステム、ここではインパルス性応答が図１に示されるシステムとは反対の方向に音響インパルス性信号３０を送出することによって決定されるシステムで利用される。即ち、高ピーク圧音響プロジェクタ４２（図１B）の位置から所定の位置３１（図１B）におけるハイドロホン１５６の方向である。従って、このような実施態様においてはPOOは高ピーク圧音響プロジェクタ４２の位置にある。
【００６９】
ここで、図１Dについて言及すると、図１に示される略同一の構成要素は、類似の参照符号で表されている。スイマー拒否用システム２２０は第１の位置４１における高ピーク圧音響プロジェクタ４２を含む。高ピーク圧音響プロジェクタ４２は、ケーブル３６で波形プロセッサ２２２に結合されている。上述したように、第１の位置および第２の位置３１の間のインパルス性応答は（波形プロセッサ２２２によって）測定されるよりもむしろ予測される。従って、インパルス性応答を測定するために用いられる図１の他の構成要素はシステム２２０中に要求されない。
【００７０】
ここで図１Ｅについて言及すると、例示的な波形プロセッサ２４０は、例えば図１Ｄに示される波形プロセッサ２２２に類似する場合があるが、インパルス性応答予測プロセッサ２４４を含む。インパルス性応答予測プロセッサ２４４はインパルス性応答、例えば、図１Dの第１の位置４１と第２の位置３１との間のインパルス性応答を予測するように適応する。その予測は、音速プロファイルに限定されず、図１Ｄの第１の位置４１と第２の位置３１との間における幅に対する水柱深度、音周波数、かすめ角、表面の粗さ、底の粗さ、底の種類などを含む様々な要素に基づいてなされる。
【００７１】
動作中、インパルス性応答予測プロセッサ２４４はインパルス性応答に従ってデジタル化された信号２４５を生成する。時間反転プロセッサ２４６はデジタル化信号２４５を時間反転し、時間反転デジタル化信号２４７を供給する。
【００７２】
波形発生器２４８は時間反転デジタル化信号２４７を受信し、時間反転アナログ信号２４９を供給する。増幅器２５０は波形発生器２４８によって供給される時間反転アナログ信号２４９の振幅を上げる。増幅された信号２５２は高ピーク圧音響プロジェクタ、例えば図１の高ピーク圧音響プロジェクタ４２へ供給される。
【００７３】
上述の配置では、波形プロセッサ２４２は図１と関連して上述したインパルス性応答を予測し、よって高ピーク圧音響プロジェクタ４２へ送信される増幅された時間反転信号を生成する。
【００７４】
波形プロセッサ２４０は好ましくは、インパルス性応答が予測される図１Ｄに示されるようなシステムにおいて用いられる。
ここで、図２について言及すると、海面および海底は、２つの位置の間、例えば第２の位置（ＰＯＯ）と第１の位置（高ピーク圧音響プロジェクタＨＰＡＰの位置）との間にチャネルを形成する。これらの位置は例えば第２（所定）の位置３１（これもまたＰＯＯ）および、図１の高ピーク圧音響プロジェクタ（ＨＰＡＰ）の位置である第１の位置４１に対応することができる。発生点（ＰＯＯ）および高ピーク圧音響プロジェクタは、チャネル内の異なる深さにある場合があり、水平拒理rnで分離されている。図１と関連して上述したように、低ピーク圧音響プロジェクタ２８はPOOにおける音響インパルス性信号３０（図１）を生成し、所定の位置３１と高ピーク圧音響プロジェクタ４２との間のインパルス性応答を取得することができる。
【００７５】
音響経路は、直接（D）経路、表面反射（SR）経路、底（B）経路、表面-底（SB）経路、底-表面（BS）経路、および表面-底-表面（SBS）経路を含むが、それらに限定されない。他の経路は多数の表面および底の跳ね返りを有するように形成されるが、音のピーク圧は、底や表面の跳ね返りの数に正比例して徐々に低減されることは既知である。従って、明確化のため、多くの跳ね返りは示されていない。図２に示されているように、各経路は、Δ数字によって示される異なる時間遅延に関連付けられる。従って、当初送信された音インパルスの持続期間によって、HPAP位置に到着する総受信音は、複数の音パルスまたは時間伸張音パルスを含む。各受信パルスの性質は図３とともにより明らかになるであろう。
【００７６】
音は、表面を反射するとき、音周波数、かすめ角、表面の粗さ、表面の種類の関数として、エネルギーを失うことは知られている。例えば、高かすめ角（すなわちほぼ９０度）における泥の海底からの跳ね返り音は、かなりのエネルギーを失う傾向にある。一方、低かすめ角での砂の海底からの跳ね返り音は、殆どエネルギーを失わない傾向にある。海の状態が比較的なめらかだが、海の状態が粗さを増すにつれて、より多くのエネルギーを失う場合、海の表面からの音の反射は、全てのかすめ角でエネルギーの殆どを失う。更に、知られているように、海中へ伝搬する音は、あちこちで、または時々に変化可能な音速度中の変化に従って曲がる傾向がある。音速度分布、水柱深度、音周波数、かすめ角、表面の粗さ、底の粗さ、底の種類についてわかると、音伝搬を予測することのできる音響モデルを生成することができる。モデル結果は図５に示される。
【００７７】
ここで図３について言及すると、矢印が図２のPOOで送信された音（例えばsinc関数インパルス）の広帯域インパルスを送出した結果を示していると仮定すると、図３のグラフは異なる時間における図２の高ピーク圧音響プロジェクタ（HPAP）の位置に到着したインパルスを示す。各矢印、即ち音響経路および各対応する時間遅延は図２の異なる音響経路に関連付けられることに注意すべきである。送信されたインパルスが十分に短い持続期間（すなわち物理的広がりで）である場合、図示されるように、その到着は明瞭になるであろう。送信されるインパルスがより長い場合、その複数の到着は時間が全体的に不明確になり、より長い１つの受信信号となる。異なる経路からの到着間の相対的な時間は、図２に示されるように、Δ数字によって示される。
【００７８】
到着の相対位相は、ゼロまたは１８０度の相対位相を示す上向きまたは下向き矢印として示される。知られているように、水とは実質的に異なる音響インピーダンスを有する媒体、例えば表面で音が反射すると、音の位相は１８０度変化する。しかしながら、水と類似した音響インピーダンスを有する媒体、例えば泥の海底で音が反射すると、音の位相は反射に起因してはそれほど変化しない。したがって、１回の表面反射（SR、BS、SB）を有する経路は他の経路から位相がずれて受信されることが理解されるであろう。様々な経路は、POOと音響プロジェクタの位置との間の複雑な音響伝達関数を生成する傾向にある。
【００７９】
高音響周波数において、吸音は距離の強い関数である。しかしながら、比較的低い周波数比率のため、また比較的短い範囲比率において、吸音はそれほど重要な要素ではない。例えば、上述したように、ある特定の実施態様において、音インパルスは約２５０Ｈｚに制限される平坦周波数スペクトラム帯に対応した低ピーク圧音響プロジェクタ２８によって送信される。
【００８０】
ここで図３Ａに言及すると、時間反転信号が示され、図３の到着は時間が逆になっている。図４および４Ａにおいて、高ピーク圧音響プロジェクタ、例えば、図１の所定の位置３１における増幅信号をもたらす、図１の高ピーク音響プロジェクタ４２によって、時間反転信号の送信は示されるであろう。
【００８１】
時間反転信号は、受信された信号と比較して到着時間が逆の順序で、一連のパルスに対応している（図３）。しかしながら、上述したように、図３の到着時間が、不明確になると、同様に、時間反転信号は時間反転されるであろう単一のより長い信号となるであろう。
【００８２】
ここで図４に言及すると、時間反転した連続パルスを有する図３Aの時間反転信号は、ここで、逆方向である図２の高ピーク圧音響プロジェクタから所定の位置３１へ、図２の各音響経路上に伝搬するとして示される。
【００８３】
この例で予想されるように、表面-底-表面（SBS）経路は最も長い時間遅延Δ１＋Δ２＋Δ３＋Δ４＋Δ５を有する。位相は、予想通り、各表面跳ね返りにより位相を反転するように影響される。
【００８４】
ここで図４Ａに言及すると、図４の信号は図２のＰＯＯの位置、即ち図１の所定の位置３１で干渉して加算する傾向がある。図３Ａにおける元の時間反転信号の全てのパルスは、グラフの中心において同相で加算し、所定の位置３１における高ピーク圧音圧レベル、および/または高インパルス範囲を生成することがわかる。パルスは他の位置において同相では加算しない。従って、図３Aの時間反転信号は所定の位置３１における増幅音を供給する。
【００８５】
同様の効果は上述したように、図３の受信信号のパルスおよび図３Aの時間反転信号の対応するパルスが、一緒に時間が不明確になる場合に生成される。その場合、時間反転信号の送信は、同様に、所定の位置３１で干渉性の加算を供給するであろう。
【００８６】
海面や海底によって跳ね返るチャネル中の伝搬は図２-４Aと関連して示されるが、同様の原理は、２次元以上で跳ね返る任意の媒体における波動、および任意の跳ね返り波チャネルに適用され、その境界は波動場を反射したり拡散したりする。例えば、他の応用としては、波チャネルは建物内部に対応でき、従って媒体は空気となる。
【００８７】
ここで図５に言及すると、グラフ５００は２つの異なる送信された波形の範囲に対する音圧レベルのシミュレーションを表した曲線５０２，５０４を有する。曲線５０２は時間反転音響信号（例えば図１の３４）の送信を表し、該信号は高ピーク圧音響プロジェクタ、例えば図１における高ピーク圧音響プロジェクタ４２から５０３メートルの範囲に対応する波形を有する。５０３メートルにおける領域５０２aは、ほぼ１８メートルの広がりを有する領域において比較的高い音圧レベルを有する。レベル５０６より上の音圧レベルは水柱のスイマーを非常に不快にすることができる。
【００８８】
曲線５０４は、高ピーク圧音響プロジェクタ４２から２９メートル範囲に対応する波形を有する時間反転音響信号（例えば、図１の３４）の送信を表す。１８メートルの広がりを有する２９メートルにおける領域５０４ａは、領域５０２ａと同様に比較的高い音圧レベルを有する。高ピーク圧音響プロジェクタ４２によって送信された元の音圧レベルは、曲線５０４よりも曲線５０２の方が高い。
【００８９】
図１と関連して上述したように、ある特定の実施態様では、曲線５０２は警戒モードに対応でき、曲線５０４は非警戒モードに対応できる。
領域５０２Ａａおよび５０４ａから離れているが近接した他の範囲において、音圧レベル（およびピーク圧）は、高ピーク圧で異なる種類の波形を有する信号を送信することによって達せられるであろうレベルよりも低い。それゆえ、他の範囲において、人と海中哺乳動物は、他の種類の波形を有する信号によって影響されるほど影響を受けない。
【００９０】
ここで図６に言及すると、時間反転信号６０２は、高ピーク圧音響プロジェクタ４２（図１）によって水中に送出された時間領域信号に対応し、図５の曲線５０２をもたらす。また時間反転信号６０４は、高ピーク圧音響プロジェクタ４２によって水中に送出された時間領域信号に対応し、図５の曲線５０４をもたらす。いくつかのパルス（複数のインパルス）、例えばパルス６０２ａおよび６０２ｂは、時間反転信号６０２において明瞭であるが、時間反転信号６０４における全てのパルスは共に不明確である。ＰＯＯと高ピーク音響プロジェクタとの間（例えば図１のＰＯＯと高ピーク圧音響プロジェクタ４２との間）の様々な経路は短い範囲で比較的短い時間遅延を有するので、異なる音響経路からの到着は共に不明確になる傾向があることは予想される結果である。
【００９１】
ここで図７に言及すると、時間反転信号７０２は図６の時間領域信号６０４に対応し図５の曲線５０４をもたらす。そして時間反転信号７０４は、図６の時間領域信号６０２に対応し、図５の曲線５０６をもたらす。
【００９２】
図８，９は、スイマー拒否用システム１０、１５０（図１、１Ｂ）およびスイマー拒否用システム２２０（図１Ｄ）それぞれにおいて実行される以下の熟考された技術に対応するフローチャートを表していることを理解すべきである。長方形の要素（図８の要素８０２によって代表される）は、ここでは「プロセシング（処理）・ブロック」と示されているが、コンピュータ・ソフトウェア命令または命令グループを示す。ダイヤモンド型の要素は、ここでは「決定ブロック」と示され、コンピュータ・ソフトウェア命令、または命令グループを表し、プロセシング・ブロックによって表されたコンピュータ・ソフトウェア命令の実行に影響を及ぼす。
【００９３】
あるいは、プロセシングおよび決定ブロックは、機能的に等価な回路、例えばデジタル信号プロセッサ回路、または特定の用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）によって実行されるステップを表す。フロー図は任意の特定のプログラム言語のシンタックスを表現しているのではない。むしろ、該フロー図は、機能的情報を示し、当業者が特定の装置に要求される処理を行うために、回路を組み立て、またはコンピュータ・ソフトウェアを生成するために必要となる。多くのルーティン・プログラムの要素、例えばループや変数の初期化、および一時的変数の使用、は示されていないことに留意すべきである。示されている特定のブロックのシーケンスは単に例証しているだけであり、ここに別の方法で示されていなければ、本発明の精神から離れないで変更可能であることは当業者に理解されるであろう。したがって、別の方法で述べられなければ、以下に説明されるブロックは順序が決まっていない。つまり、可能な場合は、該ステップは任意の都合の良いまたは所望の順序で実行される。
【００９４】
ここで図８に言及すると、スイマー拒否のための方法８００は図１のシステム１００および図１Ｂのシステム１５０と関連して用いられる。方法８００は、ブロック８０１で始まり、ここで帯域制限電気インパルス性信号、例えばsinc関数信号が生成される。ブロック８０２では、音響インパルス性信号は第２の位置、例えば図１の第２（所定）の位置３１（ＰＯＯ）からの電気インパルス性信号に従って生成される。ブロック８０４では、音は様々な音響経路、例えば第１の位置４１（図１）を経由して伝わった後に第１の位置で受信される。ブロック８０６では、第１および第２の位置の間の音響チャネルのインパルス性応答は、例えば図１の波形プロセッサ４４によって決定される。ブロック８０８では、ブロック８０６にて決定されるインパルス性応答は、例えば図１の波形プロセッサ４４によって時間反転される。ブロック８１０では、インパルス性応答の時間反転形に対応する信号は、第１の位置から高ピーク圧状態で、例えば図１の高ピーク圧音響プロジェクタ４２によって送信され、第２（所定）の位置、例えば図１の所定の位置３１における増幅音を得る。
【００９５】
上述したように、第１および第２位置の間の音響チャネルは一般に相反的であるので、他の実施態様においてブロック８０２のインパルス性信号は、第１の位置において生成され、第２の位置においてブロック８０４で受信される。同様の理由で、ブロック８１０で送信される音響信号は第１または第２の位置のいずれかで送信され、増幅音は他の位置で受信される。
【００９６】
ここで図９に言及すると、プロセス９００は図１Ｄのシステム２２０と関連して用いられる。方法９００は、第１の位置および第２の位置の間にある音響インパルス性応答が予測されるブロック９０２で始まる。ブロック９０４では、予測されたインパルス性応答は時間反転される。ブロック９０６では音響波形は、ブロック９０４で発生した時間反転インパルス性応答に従って第１の位置で送信され、第２の位置で増幅音をもたらす。
【００９７】
上述したように、本発明の方法およびシステムは海洋への適用に限られない。本発明の方法およびシステムはスイマー拒否のために適用すると記載されているが、多経路の伝搬状態が、波状現象を生じさせる任意の媒体に存在するときは必ず、所定の位置で増幅音が得られることは明らかである。例えば、壁の反射や空気中の多経路の音伝搬を有する劇場においては、一人の観客に向けた増幅音を生成し、一方で他の観客への音を低減することが可能であろう。他の例では、ホーム・シアター・システムは一人の聞き手の位置に増幅音を生成することができる。また、上記方法およびシステムは、波動伝搬拡散する媒体、例えば、超音波撮像システムで使用されているように実質的散乱を有する媒体、例えば人体、を通じて伝わる波状現象に適用される。
【００９８】
スイマー拒否用方法およびシステムは、所定の位置から離れた音発生位置で生成される音に応えて、所定の位置における増幅音を提供すると示し説明している。生成された音は所定の位置および音生成位置の間にある音響チャネルの時間反転インパルス性応答である。しかしながら、図１に示される式と関連して説明されるように、他の応用では、任意の他の音響信号（インパルス性信号以外）は、他の音響信号用に音響送信関数を得るためにもまた生成される。受信音は時間反転され送信される。この配置は所定の位置３１におけるより高い音圧レベルを得られる一方、インパルス信号に対するインパルス性応答を用いて得られるその場所から急速に減少する特性を有しない場合がある。
【００９９】
スイマー拒否用方法およびシステムの利点は水中のスイマー拒否に関して上述したが、スイマー拒否用システムは表面（海面）のスイマーを高価格資産から離し距離を保つためにもまた利用される。
【０１００】
本方法および本システムはスイマー拒否と関連して説明したが、また、増幅、即ち集中音が所定の位置で供給される本方法と本システムは、水以外の媒体における波動現象を含む他の応用でも利用されることが明らかであろう。本発明は、増幅音が音プロジェクタから離れた所定の位置で望まれる任意の応用に適用される。例えば、増幅音は医学的応用、例えば胆石破壊に利用される。他の例では、増幅音は地震に関する応用に適用できる。
【０１０１】
ここで引用される全ての参照文献は、参照により全体が採用される。
本発明の好適な実施態様について説明してきたが、これら概念を組み込んだ他の実施態様も利用されることは当業者に明らかとなるであろう。従って、これらの実施態様は開示された実施態様に制限されるべきではなく、むしろ請求項の精神および範囲によってのみ制限されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】波形プロセッサを有するスイマーを拒否用システムの特定の実施態様を示した図である。
【図１Ａ】図１の波形プロセッサのさらに詳細を示したブロック図である。
【図１Ｂ】波形プロセッサを有するスイマー拒否用システムの代替の実施態様の図である。
【図１Ｃ】図１Ｂの波形プロセッサのさらなる詳細を示したブロック図である。
【図１Ｄ】波形プロセッサを有するスイマー拒否用システムの他の代替の実施態様の図である。
【図１Ｅ】図１Ｄの波形プロセッサの更に詳細を示したブロック図である。
【図２】発生点（ＰＯＯ）と高ピーク圧音響プロジェクタ（ＨＰＡＰ）位置の間の様々な音響経路を示す図である。
【図３】音到着時間と、図２のＰＯＯで発生し、図２の高ピーク圧音響プロジェクタの位置に到着する音響インパルス性信号に関する振幅と、を示す図表である。
【図３Ａ】図３の音到着に関連する時間反転信号を示す図表である。
【図４】図２の高ピーク圧音響プロジェクタにおいて発生し、また図２に示される各音響経路に沿って所定の位置（図２のPOO）に到着する、図３Ａの時間反転波形からの音の到着を示す図表である。図４Ａは所定の位置における図４の音の総和を示す図表である。
【図５】２本の曲線としてシミュレートされた結果を示すグラフである。第１曲線は高ピーク圧音響プロジェクタによって送信された遠距離用に調整された第１の時間反転信号用範囲に対する音圧レベル（ＳＰＬ）を示し、第２曲線は高ピーク圧音響プロジェクタによって伝送された近距離用に調整された第２の時間反転信号用範囲に対するＳＰＬを示す。
【図６】図５のシミュレーションを生ずるように用いられる時間領域における、図５に関連する第１および第２の時間反転波形を示すグラフである。
【図７】図５のシミュレーションを生成する用に用いられた周波数領域における、図５に関連する第１および第２の時間反転波形を示すグラフである。
【図８】所定の位置において比較的高い音圧レベルで増幅音を発生する方法を示した図表である。
【図９】所定の位置において比較的高い音圧レベルで増幅音を発生する他の方法を示した図表である。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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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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【国際調査報告】
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