(57)【要約】【課題】本発明は、海底の地殻変動を音響信号によって観測する水中音響測位システムに関するものである。【解決手段】本発明の水中音響測位システムは、船上局の音響トランスデューサからそれぞれの海底局に向けて一定の時間差をもって送信された音響信号を海底局で受信する。前記海底局は、前記音響信号の届いた順序で前記船上局に返信する。前記船上局は、前記船上局に設けられているＧＰＳによって、正しい位置が算出される。前記返信された測距信号は、前記ＧＰＳの位置と合わせて前記海底局の正しい位置が算出される。前記算出された結果は、前記海底局の位置がどの様に移動または変化したかを地上で判断することができ、地震を予測するデータとするものである。また、本発明の水中音響測位システムは、既設の海底局を使用できるとともに短時間で、海水温度および塩分濃度の変化等に左右されことが少なく、正確で、しかもデータの収集効率を向上させることができる。【選択図】図１
2015064207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としたＧＰＳを備えている船上局から送信した音響信号を海底に設置された複数の海底局でそれぞれ受信し、それぞれの海底局から前記音響信号を前記船上局へ送信することによって、前記海底局の位置データの取得密度を向上して収集することができる水中音響測位システムにおいて、
前記船上局からＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、・・・たとえば、 256bit からなるＭ系列コード）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・たとえば、512bitからなるＭ系列コード）からなる音響信号をそれぞれの前記海底局に対して一定の時間差をもって送信する船上局送信部と、
前記船上局送信部からの音響信号をそれぞれ受信するとともに、前記全ての海底局に予め決められた同じＩＤコードＳ６を前記測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）に付し、前記船上局から送信した前記音響信号が届いた順に返信信号を送信する海底局送受信部と、
前記それぞれの海底局からの前記返信信号（前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍ１、Ｍ２、・・・）を受信する船上局受信部と、
前記船上局受信部において、前記返信信号（前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍ１、Ｍ２、・・・）およびＧＰＳからの位置信号を基にして、前記海底局の位置を決める演算を行うデータ処理装置と、
から少なくとも構成されていることを特徴とする水中音響測位システム。
【請求項２】
前記ＩＤコードの送信を開始してから測距信号の送信終了までの時間ｎは、０．４秒以上であり、前記測距信号の送信終了から次のＩＤコードの送信開始までの時間は、２．６秒以下であることを特徴とする請求項１に記載された水中音響測位システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底の地殻変動等を音響信号によって観測する水中音響測位システムに関するものである。本発明は、船上局と海底局との間の距離を正確に測ることにより、海底の地殻変動を観測し、前記観測したデータを船上局または陸上で演算処理して、前記海底の地殻変動の程度を知ることができる水中音響測位システムに関するものである。また、本発明の水中音響測位システムは、短時間に多くのより正確なデータを得ることができるとともに、既設の海底局のＩＤコードを変更することなく、海底局に対する位置データの取得密度を向上させることができるものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳの電波あるいは光は、海底に正確に届かないため、前記海底における地殻変動の程度を観測することが困難であった。前記海底における地殻変動は、船上局の位置をＧＰＳで決定し、船上局から海底局に向けて発射された音響信号の返信信号を前記船上局で受信することによって測定が可能である。しかし、前記音響信号の海中における音速は、海水温度、塩分濃度等によって、時々刻々と変化するため、時間的および空間的に正確に把握することが困難であった。一方、船上局に設置された観測装置は、船自体がローリング、ピッチング、およびヨーイングの少なくとも３方向の動きをしており、音響信号を発射する船上局の音響トランスデューサの位置を正確に決定することが困難であった。
【０００３】
また、海底の歪み調査は、多くの海底局を設置して、地殻変動による地震の予知を長い間に渡って行っている。前記海上保安庁の設置した海底局は、自分の呼び出されたＩＤコードによって、測距信号を送り返すようになっていた。前記海上保安庁が設置した海上局は、既に相当な数に及んでいる。前記水中音響測位システムは、既製のシステムが利用できるというメリットがある代わりに、船上局からＩＤコードおよび測距信号を送信した後、海底局で受信し、前記測距信号に全て同じＩＤコードを付けて返信するようになっていた。前記データの送受信時間は、長くかかるため、海水温度および塩分濃度の変化が一定でない場合が多く、正確なデータを得ることができなかった。
【０００４】
そこで、本出願人の提案した特願２０１３−１０２０９７号（平成２５年５月１４日出願）にかかる発明において、船上局は、それぞれの海上局に対して、同じＩＤコードと同じ測距信号を一斉に送り、前記海上局からそれぞれ別々のＩＤコードと前記同じ測距信号を船上局に返信していた。前記水中音響測位システムは、送受信が一斉に行われるため、測定にかかる時間が短縮でき、正確なデータを多く得ることができる。しかし、前記水中音響測位システムは、前記海上保安庁が設置した海底局に付けられているＩＤコードをそのまま利用することができないという問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１８９９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記公報（特開平８−１８９９６９号公報）に記載された発明において、船上局は、海底局の一つに向けてＩＤコードＳ１および測距信号Ｍを送信する。海底局は、応答信号として、ＩＤコードＳ６（海上保安庁によって予め決められている）および測距信号Ｍを前記船上局に送信する。同様にして、前記船上局は、他の海底局へと順次送受信をそれぞれ行う。前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍは、たとえば、１０秒の時間差をもって各海底局から前記船上局に送信される。このような船上局と海底局とのデータの送受信は、時間がかかるだけでなく、最初の海底局で得たデータと、最後の海底局で得たデータとが海水温度および塩分濃度と、船の位置および傾き（ピッチング等）等により異なる状態であるため、正確性を欠くという欠点があった。
【０００７】
図６および図７は従来の別の例（特願２０１３−１０２０９７号  平成２０１３年５月１４日出願）で、前記欠点を除去するための水中音響測位システムである。図６および図７において、水中音響測位システムは、ＧＰＳを備えている船上局６１の船底にトランスジューサ６１１が設けられており、海底に複数の海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）が敷設されている。前記船上局６１は、少なくとも船の位置を正確に知るためのＧＰＳと前記海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）に向かって信号を送受信するトランスジューサ６１１を備えている。前記船上局６１は、前記トランスジューサ６１１から発振された音響信号を海底局６２に送信した後、前記海底局６２から返信された前記音響信号を前記船上局６１で受信するシステムになっている。
【０００８】
前記海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）から前記返信された音響信号は、前記音響トランスデューサ６１１によって受信された後、前記船上局６１に設けられているＧＰＳによって、前記海底局６２の位置を算出する。なお、前記ＧＰＳは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としているものとする。前記観測は、たとえば、数カ月置きに行うことにより、前記海底局６２の位置がどの様に変化したかを判断することができるものである。
【０００９】
前記水中音響測位システムは、前記船上局６１から海底に設置された複数の海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）に向かって、前記音響トランスデューサ６１１から一斉に音響信号（ＩＤコードＳ０および測距信号Ｍ）を送信する。その後、前記トランスデューサ６１１からの前記音響信号を受信した海底局６２は、船上局６１に向かってほぼ一斉に応答データを送る。前記船上局６１で受信した各海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）の音響信号（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・およびＭ）は、それぞれの位置（距離）により少し違う時間差をもってそれぞれ収集される。前記各データは、図示されていないデータ処理装置により処理することにより、前記海底局６２の位置情報を得ることができる。前記従来例の水中音響測位システムは、船上局６１からの一回の呼び出しで、各海底局６２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）から測定結果がほぼ一斉に戻って来るため、海水温度、塩分濃度等の条件が時々刻々と変わる前のデータを効率良く得ることができる。
【００１０】
前記水中音響測位システムは、ＩＤコードおよび測距信号を一斉に送るとともに、一斉に船上局で受信するため、短時間で多くのデータを取得でき、効率を良くすることができた。しかし、前記海底局６２は、データを返信する際に、異なるＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・）がそれぞれ付けられている。前記水中音響測位システムにおいて、異なるＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、・・・）が付けられている海底局は、現在海底に設置されている設備を利用することができないため、新たにＩＤコードの異なる海底局を設置する必要があった。前記新たな海底局を設置するということは、莫大な費用と労力が必要となり、データの正確性と費用のどちらを選択するか非常に難しい問題をもっている。
【００１１】
近年（東北大震災の後）、大地震の発生する確率が大きくなっている。前記大地震は、海底の地殻変動を正確に観察することにより、予想することが近い将来可能になって来ている。前記海底の地殻変動は、電波あるいは光による観測が不可能であるため、音響信号を使用する以外に手段が無かった。しかし、前記音響信号の速度は、前述のように、海水温度、塩分濃度、船上局の状態等によって変化するだけでなく、時間的および空間的に派生するいろいろな雑音を拾い易い状況にある。
【００１２】
以上のような課題を解決するために、本発明は、船上局からの異なるＩＤコードおよび測距信号をそれぞれの海底局へ一定の時間差をもって送信するとともに、前記海上局から同じＩＤコードおよび異なる前記測距信号が届いた順に返信信号として送信することにより、前記船上局でそれぞれ受信した後、解析することにより、誤差の少ない地殻変動を調べることができる水中音響測位システムを提供することを目的とする。また、本発明は、船上局と海底局との間において、ＩＤコードおよび測距信号をそれぞれ海底局へ一定の時間差をもって送受信した後、これらの信号を解析することにより、誤差が更に少ない地殻変動を調べることができる水中音響測位システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（第１発明）
第１発明の水中音響測位システムは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としたＧＰＳを備えている船上局から送信した音響信号を海底に設置された複数の海底局でそれぞれ受信し、それぞれの海底局から前記音響信号を前記船上局へ送信することによって、前記海底局の位置データの取得密度を向上して収集することができるものであり、前記船上局からＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、・・・たとえば、 256bit からなるＭ系列コード）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・たとえば、512bitからなるＭ系列コード）からなる音響信号をそれぞれの前記海底局に対して一定の時間差をもって送信する船上局送信部と、前記船上局送信部からの音響信号をそれぞれ受信するとともに、前記全ての海底局に予め決められた同じＩＤコードＳ６を前記測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）に付し、前記船上局から送信した前記音響信号が届いた順に返信信号を送信する海底局送受信部と、前記それぞれの海底局からの前記返信信号（前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍ１、Ｍ２、・・・）を受信する船上局受信部と、前記船上局受信部において、前記返信信号（前記ＩＤコードＳ６および測距信号Ｍ１、Ｍ２、・・・）およびＧＰＳからの位置信号を基にして、前記海底局の位置を決める演算を行うデータ処理装置と、から少なくとも構成されている。
【００１４】
（第２発明）
第２発明の水中音響測位システムは、前記ＩＤコードの送信を開始してから測距信号の送信終了までの時間ｎは、０．４秒以上であり、前記測距信号の送信終了から次のＩＤコードの送信開始までの時間は、２．６秒以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、・・・）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）は、船上局から一定の時間差をもって海底局に送信された後、それぞれの海底局から同じＩＤコードＳ６を付けるとともに、それぞれの海底局に測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）が届いた順に返信することにより、短時間で、多くの観測点から地殻変動を知るための正確なデータを得ることができる。
【００１６】
本発明によれば、前記船上局からのＩＤコードおよび測距信号は、一定の時間差をもって海底局に送信された後、前記海底局から全て同じＩＤコードＳ６を付けて返信されるため、既設の海底局を利用することができ、音響信号の送受信にかかる時間を短縮することができるだけでなく、安価で正確なデータを短時間で収集することが可能である。
【００１７】
本発明によれば、ＩＤコードの送信を開始してから測距信号の送信終了までの時間を規定することにより、送受信にかかる全体の時間を短くして、海水温度および塩分濃度と、船の位置および傾き（ピッチング等）等による影響を少なくすることができた。
【００１８】
本発明によれば、ＩＤコードと測距信号との間において、音響信号の歪みを考慮した最低の時間を設けることにより、全計測にかかる時間を短くしている。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は本発明の実施例で、ＩＤコードと測距信号を所定の時間差をもって海底局に送信する例を説明するための概略図である。
【図２】図２は本発明の実施例で、それぞれの海底局において、返信に同じＩＤコードを付けたそれぞれの測距信号を船上局に返信する例を説明するための概略図である。
【図３】図３は本発明の実施例で、船上局からＩＤコードおよび測距信号を送信し、前記信号の届いた順序に応答した返信信号を船上局で受信した例を説明するための図である。
【図４】図４は本発明と同じ方式で信号を送った場合におけるＭ系列重複信号データに関する水槽試験を説明するためのブロック構成図である。
【図５】図５は本実施例によって実際に得られた重複した測距信号によっても、良好な相関処理結果が得られたことを説明するための図である。
【図６】図６は従来例で、ＩＤコードおよび測距信号を船上局から海底局に送信し、前記海底局が応答して前記船上局で受信する例を説明するための図である。
【図７】図７は従来例で、海底局から船上局に一斉に返信した例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１発明）
本発明の水中音響測位システムは、船上局の音響トランスデューサからそれぞれの海底局に向けて一定の時間差をもって送信されたＩＤコードおよび測距信号を海底に設置されたそれぞれのＩＤコードを持った海底局で受信する。前記一定の時間差は、船上局から互いに混信しない程度の一定時間で、かつ、互いに混信しない最低の時間としている。その後、前記それぞれの音響信号（ＩＤコードおよび測距信号）は、それぞれの海底局に届いた順序で直ちに前記船上局に返信される。一方、前記船上局は、前記船上局に設けられているＧＰＳによって、正しい位置が算出される。前記返信された測距信号は、前記ＧＰＳの位置と合わせて前記海底局の正しい位置が算出される。なお、前記ＧＰＳは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としている。前記算出された結果は、前記海底局の位置がどの様に移動または変化したかを地上で判断することができ、地震を予測するデータとするものである。
【００２１】
本発明の水中音響測位システムは、海底局において、既に敷設されている海底局のＩＤコードをそのまま利用することができるだけでなく、ＩＤコードと測距信号との送受信密度を向上させることにより、前記海底局の位置データの取得密度を向上して収集することができるものである。また、本発明の水中音響測位システムは、新たな海底局を設置する必要がなく、海上保安庁が敷設した既設のものを利用できるため、莫大な費用あるいは手間を要することがない。本発明は、既に敷設されている海底局が同じＩＤコードを使用すること、および測距信号を異なるものとすることで、全体の測定時間を短くするだけでなく、正確かつ安価な測定データを得ることが可能になった。
【００２２】
本発明の水中音響測位システムは、前記ＧＰＳを備えている船上局から海底に設置された複数の海底局に向かって、前記音響トランスデューサからＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、・・・たとえば、 256bit からなるＭ系列コード）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・たとえば、512bitからなるＭ系列コード）からなる音響信号をそれぞれの前記海底局に対して一定の時間差をもって直ちに送信する。前記船上局送信部からの音響信号は、それぞれ決められたＩＤコードの海底局によって受信される。前記それぞれの海底局は、予め決められた同じＩＤコードＳ６が付けられるとともに、前記船上局から送信されたそれぞれ異なるコードが付けられた測距信号を届いた順に返信する。前記船上局は、ＩＤコードが同じであっても測距信号が異なるコードになっているため、識別が容易にできる。
【００２３】
全ての海底局が同じＩＤコードＳ６を付けるということは、既に海底に設置されている海底局のシステムをそのまま利用できるというメリットがある。本発明の水中音響測位システムは、各ＩＤコードおよび測距信号の間の時間を短くしただけでなく、既設の海底局に付けられたＩＤコードを使用することができるため、海水温度および塩分濃度の変化等に左右されることが少なく、得られたデータが正確で、しかもデータの収集効率が高い。
【００２４】
前記海底局送受信部は、前記船上局送信部からの音響信号をそれぞれ受信し、予め決められた同じＩＤコードＳ６を送信するため、新たに海底局を設けた場合と比較して、莫大な費用と手間を倹約することができる。また、前記船上局受信部は、前記それぞれの海底局に届いた順に直ちに返送するため、全体の測定時間を短縮することが可能になった。
【００２５】
前記船上局において、受信したデータは、船上または地上に持ち帰り、データ処理装置によって、前記海底局の位置を決める演算を行う。本発明の水中音響測位システムは、一定の時間差で、かつ、最小の時間差をもって、それぞれの音響信号を送り、前記データの届いた順に直ちに送り返すことにより、音響信号の送信から受信するまでのトータル時間を短くすることができるため、海水温度および塩分濃度の変化等の影響が少ない短時間に効率的にデータを多く収集することができる。なお、一般的に、船上局送信部と船上局受信部とは、船上局に設けられた一体の送受信装置であり、説明の都合上別々にして記載している。
【００２６】
本発明の前記ＩＤコード（Ｍ系列コード−２５６bit ）および測距信号（Ｍ系列コード−５１２bit ）は、予め決められた異なるビット数から構成されているため、船上局で受信したＩＤコードおよび測距信号が混信することなく、正確なデータを数多く得ることができる。また、本発明の水中音響測位システムは、音響信号の伝播速度が遅い（海中で、１５００ｍ／sec ）にもかかわらず、信号の送信から受信までに入る雑音を少なくすることができる。
【００２７】
（第２発明）
第２発明の水中音響測位システムは、ＩＤコードおよび測距信号の時間を規定している。前記ＩＤコードと測距信号とを足した時間は、ＩＤコードが 256bit からなるＭ系列コードであるため、０．１秒必要である。また、前記測距信号は、512bitからなるＭ系列コードであるため、０．２秒が必要である。前記ＩＤコードおよび測距信号との間は、これらの信号が機械的なものであるため、０．１秒が必要である。そこで、前記ＩＤコードと測距信号を足した時間ｎは、最低、０．４秒以上である。また、前記信号が機械的なものであるため、最初の測距信号が終了した時間と、次ぎのＩＤコードの間に多少時間を設けることが必要であり、最初の測距信号が終了した後、次ぎのＩＤコードの送信開始までの時間は、本発明において、２．６秒以下の長さであることが望ましいということが判った。
【００２８】
本発明の水中音響測位システムの前記時間は、標準的なものであり、雑音等によっても、ＩＤコードと測距信号とが混信しない時間である。これらの時間は、できるだけ少なくする方が良い。しかし、前記音響信号は、機械的な歪みを利用しているため、前記時間を設けることにより、振動の安定およびＡＧＣ（ゲインコントロール）等の遅れ等に対処している。
【００２９】
本発明の水中音響測位システムにおいて、船上局と海底局との間で行われる一回の送受信にかかるトータル時間は、７秒から１０秒の間が望ましい。たとえば、前記海底局が５０００ｍの位置にある場合、船上局−海底局−船上局の間の距離は、最長で往復１００００ｍ程度であり、データの保存時間を加えると７秒＋３秒＝１０秒であることが望ましい。前記時間は、長すぎると、全データを収集する時間がかかり過ぎる。前記水中音響測位システムは、海上の過酷な労働条件の基に行われているため、１０秒が最適の時間である。
【実施例】
【００３０】
図１は本発明の実施例で、ＩＤコードと測距信号を所定の時間差をもって海底局に送信する例を説明するための概略図である。図２は本発明の実施例で、それぞれの海底局において、返信に同じＩＤコードを付けたそれぞれの測距信号を船上局に返信する例を説明するための概略図である。図１および図２において、水中音響測位システムは、ＧＰＳを備えている船上局１１の船底にトランスジューサ１１１が設けられており、海底に複数の海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）が敷設されている。船上局１１は、少なくとも船の位置を正確に知るためのＧＰＳと前記海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）に向かって送受信できるトランスジューサ１１１とを備えている。
【００３１】
前記船上局１１は、トランスジューサ１１１から発振された音響信号（ＩＤコードおよび測距信号）を海底局１２に向けて一定の時間差をもって送信する。前記ＩＤコードは、それぞれの海底局１２によって異なるＳ１、Ｓ２、・・・が付けられている。また、前記測距信号は、それぞれの海底局１２によって異なるＭ１、Ｍ２、・・・が付けられている。前記海底局１２は、前記船上局１１から送信された前記音響信号を受信した後、届いた順に前記船上局１１へ同じＩＤコードＳ６と異なる測距信号（Ｍ１、Ｍ２、・・・）を返信する。
【００３２】
前記海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）から前記返信された音響信号は、前記音響トランスデューサ１１１によって受信された後、前記船上局１１に設けられているＧＰＳによって、前記海底局１２の位置を算出する。なお、前記ＧＰＳは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としているものとする。前記観測は、たとえば、数カ月置きに行うことにより、前記海底局１２の位置がどの様に変化したかを判断することができるものである。
【００３３】
図３は本発明の実施例で、船上局からＩＤコードおよび測距信号を送信し、前記信号の届いた順序に応答した返信信号を船上局で受信した例を説明するための図である。図３において、海底局ｍ１に送信される音響信号は、ＩＤコードＳ１と測距信号Ｍ１からなり、船上局１１から海底局１２へ送信される。前記ＩＤコードＳ１は、Ｍ系列コード（２５６bit ）で、前記測距信号Ｍ１は、Ｍ系列コード（５１２bit ）であり、同じ系列で異なるビット数から構成されているため、船上局１１で受信したＩＤコードおよび測距信号が混信することなく、正確なデータを数多く得ることができる。また、本実施例の水中音響測位システムは、音響信号の海中での伝播速度が遅い（海中で、１５００ｍ／sec ）にもかかわらず、信号の送信から受信までに入る雑音を少なくすることができる。
【００３４】
前記Ｍ系列コードは、人工的な規則に基づいて生成された疑似ランダム信号である。これらの信号は、自己相関値が鋭いピークを示すと同時に自分以外との相関値が極めて低いという性質を持っている。そのため、前記信号は、周辺雑音等により受信信号が不明瞭な場合であっても、相関処理により伝搬時間を正しく判別することができるという利点を有している。
【００３５】
本実施例の水中音響測位システムは、前記ＧＰＳを備えている船上局１１から海底に設置された複数の海底局１２に向かって、前記音響トランスデューサ１１１から一定の時間差をもって音響信号（ＩＤコードＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・および測距信号Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）を送信する。その後、前記トランスデューサ１１１からの前記音響信号を受信した海底局１２は、前記音響信号の届いた順に船上局１１に向かって応答データを送る。前記海底局１２からの音響信号は、前記海底局に付けられた共通のＩＤコードＳ６と、それぞれ異なり、前記船上局１１から送られて来た測距信号（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）とを返信する。前記船上局１１は、前記音響信号（Ｓ６およびＭ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）をそれぞれの位置（距離）により少し違う時間差をもってそれぞれ収集する。
【００３６】
前記各データは、図示されていないデータ処理装置により処理することにより、既に、海上保安庁が敷設している既製の海底局１２を使用して、その位置情報を正確に、しかも早く得ることができる。前記ＩＤコードは、Ｍ系列コード（２５６bit ）であるため、０．１秒、前記測距信号は、Ｍ系列コード（５１２bit ）であるため、０．２秒、最低必要であることが実験により判った。また、前記ＩＤコード（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・）および測距信号（Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）との間は、これらの信号が機械的な歪みを利用しているため、０．１秒必要であることが判った。そこで、船上局１１から海底局に送る音響信号にかかる時間ｎは、前記ＩＤコード、スペース、測距信号の合計時間で、最低、０．４秒以上である。また、前記測距信号の送信終了から次のＩＤコードの送信開始までの時間は、前記スペースを考慮して、２．６秒以下の長さであることが望ましいということが判った。
【００３７】
また、ＩＤコードと測距信号との間に設けられた時間は、０．１秒としているが、標準的なものであり、多少の雑音等があっても、ＩＤコードと測距信号とが混信しない時間である。これらの時間は、できるだけ少なくする方が良い。しかし、前記音響信号は、機械的な歪みを利用しているため、前記時間を設けることにより、振動の安定およびＡＧＣ（ゲインコントロール）等の遅れ等に対処しているため、前記時間となっている。
【００３８】
また、前記海底局が５０００ｍの位置にある場合を考えると、最長で往復１００００ｍ程度であり、音響信号の伝播時間は、船上局−海底局−船上局と経由するため、データの保存時間を加えると約７秒＋３秒（保存時間）＝１０秒、この程度が望ましいことが判った。前記時間は、長すぎると、全データを収集する時間がかかり過ぎる。前記水中音響測位システムは、海上の過酷な労働条件の基に行われているため、１０秒が最適の時間である。
【００３９】
本実施例の水中音響測位システムは、船上局１１から一定の時間差をもって、各海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）に送信された音響信号が届いた順に返信信号として送信されるため、短時間に測距信号を収集でき、海水温度、塩分濃度等の条件が時々刻々と変わる前の正確なデータを効率良く得ることができる。すなわち、前記測距信号は、既設の海底局に設けられているＩＤコードをそのまま使用できるだけでなく、配置されている海底局の位置関係で決まる順序で返信されるため、収集にかかる時間を短くすることができる。また、前記海底局からの返信される測距信号は、既設のＩＤコードを使用しても、測距信号に異なるＩＤコードを付けているため、識別率を向上させることができた。
【００４０】
前記船上局１１の受信部（図示されていない）は、前記海底局１２（ｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、・・・）の送受信部（図示されていない）からそれぞれ送られて来た返信信号（Ｓ６およびＭ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）を受信する。前記船上局１１の受信部は、前記返信信号（Ｓ６およびＭ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・）、およびＧＰＳからの位置信号をデータとして記憶する。前記データは、船上局１１において、またはデータとして地上に持ち帰り、データ処理装置（図示されていない）によって、前記海底局１２の位置を決めるための演算処理が行われる。
【００４１】
本発明の水中音響測位システムは、一定の時間差をもって音響信号を送り、前記海底局に届いた順に返信信号を返信しているため、データの処理時間中に、海水温度、塩分濃度等の変化が少なく、短時間で効率的に、正確なデータを多く収集することができる。なお、一般的に、本実施例の船上局における送信部と、船上局における受信部とは、船上局に設けられた一体の送受信装置であり、説明の都合上別々にして記載している。
【００４２】
次ぎに、図４および図５を使用して、本発明の水槽実験の結果を説明する。図４はデータを得るための水槽実験を説明するためのブロック構成図である。図４において、試験水槽４１は、長さ２６５０ｍｍ×幅１７５０×水深６２０で、人工海水４１４（塩化ナトリウムを主成分にした食塩を真水に溶かし、約３５％の塩分濃度になるように調整したもの。）が充填されている。前記試験水槽４１の内部には、送信用ハイドロホン４１１および送信用ハイドロホン４１２が深さ２００ｍｍの所で、３００ｍｍ互いに離した状態で、入れられており、その中間部に、受信用ハイドロホン４１３が配置されている。
【００４３】
前記送信用ハイドロホン４１１、４１２は、送信装置４３の送信チャンネル１および送信チャンネル２がそれぞれ接続されている。前記受信用ハイドロホン４１３は、受信装置４２が接続されている。前記受信装置４２および送信装置４３は、Ａ／Ｄ変換ボードおよびＤ／Ａ変換ボードにより、必要な信号を試験水槽４１のハイドロホンにそれぞれ送るとともに、必要なデータを得ることができる。前記受信装置４２および送信装置４３は、データ処理装置４４に接続されている。前記送信装置４３および受信装置４２は、２００ｋ・／ｃｈとした。前記データ処理装置４４は、Ｍ系列信号送信処理、受信信号記録処理、および相関処理を行うものである。データ記憶装置４５は、データ処理装置４４によって得られた受信波形データを記憶保存するとともに、音響コードのデータベースを備えている。
【００４４】
図５は本実施例によって実際に得られた重複した測距信号によっても、良好な相関処理結果が得られたことを説明するための図である。図５（イ）および（ロ）は、図４の試験水槽４１において、測距信号Ｍ１および測距信号Ｍ２に同じＩＤコードＳ６を付けて、一定時間、たとえば、５０ｍｍセカンド遅らした場合の波形データが示されている。図５（ハ）は、前記（イ）および（ロ）が重複して受信された場合の波形データが示されている。図５（ニ）は、図５（ハ）の重複信号と同じものであるが、振幅方向（縦軸）を縮小して表示したものである。すなわち、図５（ハ）は、信号の形状を明確化するために縦軸を拡大している。
【００４５】
図５（ホ）に示された波形データは、丸点線によって囲まれている部分において、前記重複された受信信号の相関関係が識別できていることを示している。データ処理装置４４は、図５（イ）および（ロ）に示されている海底局からの重複した応答信号を、たとえば、フーリエ展開による公知の手段を使用して、図５（ハ）のような波形データを生成する。以上のような実験結果は、そのまま、実際の海上で処理を正確に行うことができることを意味している。
【００４６】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではない。そして、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項を逸脱することがなければ、種々の設計変更を行うことが可能である。本発明の船上局および海底局、送受信装置、あるいはデータ処理装置等は、公知の通信工学および音響工学技術から構成されるもので、特許請求の範囲を逸脱しないがぎり変形することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１１・・・船上局
１１１・・・トランスジューサ
１２（ｍ 1、ｍ２、ｍ３、・・・）・・・海底局
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・ＩＤコード
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、・・・測距信号
【図１】
2015064207.tif 000003
【図２】
2015064207.tif 000004
【図３】
2015064207.tif 000005
【図４】
2015064207.tif 000006
【図５】
2015064207.tif 000007
【図６】
2015064207.tif 000008
【図７】
2015064207.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月19日(2015.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
（第１発明）
第１発明の水中音響測位システムは、陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としたＧＰＳを備えている船上局から送信した音響信号を海底に設置された複数の海底局でそれぞれ受信し、それぞれの海底局から前記音響信号を前記船上局へ送信することによって、前記海底局の位置データの取得密度を向上して収集することができるものであり、前記船上局からＩＤコードおよび測距信号からなる音響信号をそれぞれの前記海底局に対して互いに混信しない最低の時間差をもって送信する船上局送信部と、前記船上局送信部からの音響信号をそれぞれ受信するとともに、前記全ての海底局に予め決められた同じＩＤコードを既存のＭ系列からなる測距信号に付し、前記船上局から送信した前記音響信号が届いた順に直ちに返信信号を送信する海底局送受信部と、前記それぞれの海底局からの前記返信信号を受信する船上局受信部と、前記船上局受信部において、前記返信信号およびＧＰＳからの位置信号を基にして、前記海底局の位置を決める演算を行うデータ処理装置と、から少なくとも構成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陸上におけるＧＰＳ観測データを基準としたＧＰＳを備えている船上局から送信した音響信号を海底に設置された複数の海底局でそれぞれ受信し、それぞれの海底局から前記音響信号を前記船上局へ送信することによって、前記海底局の位置データの取得密度を向上して収集することができる水中音響測位システムにおいて、
前記船上局からＩＤコードおよび測距信号からなる音響信号をそれぞれの前記海底局に対して互いに混信しない最低の時間差をもって送信する船上局送信部と、
前記船上局送信部からの音響信号をそれぞれ受信するとともに、前記全ての海底局に予め決められた同じＩＤコードを既存のＭ系列からなる測距信号に付し、前記船上局から送信した前記音響信号が届いた順に直ちに返信信号を送信する海底局送受信部と、
前記それぞれの海底局からの前記返信信号を受信する船上局受信部と、
前記船上局受信部において、前記返信信号およびＧＰＳからの位置信号を基にして、前記海底局の位置を決める演算を行うデータ処理装置と、
から少なくとも構成されていることを特徴とする水中音響測位システム。
【請求項２】
前記ＩＤコードの送信を開始してから測距信号の送信終了までの時間ｎは、０．４秒以上であり、前記測距信号の送信終了から次のＩＤコードの送信開始までの時間は、２．６秒以下であることを特徴とする請求項１に記載された水中音響測位システム。