(57)【要約】【課題】海底に着底する水中航走体を効率よく検出すること。【解決手段】到来方位算出部３４１は複数の到来方位Ｓを算出する。距離算出部３４２は、複数の到来方位Ｓの各々に対応して、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄを算出する。ＧＰＳ受信部２５０は、音響センサ絶対位置情報Ｐを取得する。反響音位置情報算出部３４３は、音響センサ絶対位置情報Ｐと、複数の到来方位Ｓと、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとに基づいて、複数の反響音絶対位置情報ＰＳを算出する。そして、水中航走体検出装置１０００は、反響音位置情報算出部３４３により算出される複数の反響音絶対位置情報ＰＳに基づいて、水中航走体５００等の海底突起物を検出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中内で探信音を第１の所定時間毎に送信し、水中内で前記探信音が海底面に着底する水中航走体を含む海底突起物に衝突する時に生じる反響音を受信する音響センサと、
前記反響音が前記音響センサに入射する方位である複数の到来方位を第２の所定時間毎に算出する到来方位算出部と、
前記到来方位算出部により前記第２の所定時間毎に算出される前記複数の到来方位の各々に対応して、前記反響音と前記音響センサとの間の複数の距離を前記第２の所定時間毎に算出する距離算出部と、
前記音響センサの絶対的な位置を示す音響センサ絶対位置情報を前記第１の所定時間毎に取得するＧＰＳ受信部と、
前記ＧＰＳ受信部により前記第１の所定時間毎に取得される前記音響センサ絶対位置情報と、前記到来方位算出部により前記第２の所定時間毎に算出される前記複数の到来方位と、前記距離算出部により前記第２の所定時間毎に算出される前記反響音と前記音響センサとの間の複数の距離とに基づいて、前記反響音の絶対的な位置を示す複数の反響音絶対位置情報を前記第１の所定時間毎に算出する反響音位置情報算出部と、
前記反響音位置情報算出部により算出される前記複数の反響音絶対位置情報に基づいて、前記海底突起物を検出する海底突起物検出装置。
【請求項２】
前記反響音位置情報算出部により算出される前記複数の反響音絶対位置情報を重畳させて表示提供する表示部をさらに備え、
前記表示部により重畳して表示提供される前記複数の反響音絶対位置情報のうちで、表示密度が低い位置情報に基づいて、前記水中航走体を検出する請求項１に記載の海底突起物検出装置。
【請求項３】
音響センサが水中内で探信音を第１の所定時間毎に送信する探信音送信ステップと、
前記音響センサが、水中内で前記探信音が海底面に着底する水中航走体を含む海底突起物に衝突する時に生じる反響音を受信する反響音受信ステップと、
前記反響音が前記音響センサに入射する方位である複数の到来方位を前記第２の所定時間毎に算出する到来方位算出ステップと、
前記到来方位算出ステップで前記第２の所定時間毎に算出される前記複数の到来方位の各々に対応して、前記反響音と前記音響センサとの間の複数の距離を前記第２の所定時間毎に算出する距離算出ステップと、
前記音響センサの絶対的な位置を示す音響センサ絶対位置情報を前記第１の所定時間毎に取得する音響センサ絶対位置情報取得ステップと、
前記音響センサ絶対位置情報取得ステップで前記第１の所定時間毎に取得される前記音響センサ絶対位置情報と、前記到来方位算出ステップで前記第２の所定時間毎に算出される前記複数の到来方位と、前記距離算出ステップにより前記第２の所定時間毎に算出される前記反響音と前記音響センサとの間の複数の距離とに基づいて、前記反響音の絶対的な位置を示す複数の反響音絶対位置情報を前記第１の所定時間毎に算出する反響音位置情報算出ステップと、
前記反響音位置情報算出ステップで算出される前記複数の反響音絶対位置情報に基づいて、前記海底突起物を検出する水中航走体検出ステップとを含む海底突起物検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底突起物検出装置および海底突起物の検出方法に関し、水中内で海底面に着底する水中航走体等の海底突起物を検出するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な水中航走体検出装置では、水中航走体が航走する際に放射する音波を検出することにより、水中航走体を検出していた。
【０００３】
なお、関連技術として、例えば、特許文献１および特許文献２に記載された技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０１４７５号公報
【特許文献２】特開平０６−２８９１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年、大陸棚などの浅い海の海底に水中航走体を着底させる可能性が懸念されている。水中航走体が海底に着底すると、スクリュー音などの音波を放射しないため、水中航走体を容易に検出することができないという問題があった。
【０００６】
また、ソナーの音響センサでは、海底に着底する水中航走体からの反響音と、海底からの反響音とを区別することができないため、水中航走体を検出することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、海底に着底する水中航走体等の海底突起物を検出することが困難であるという課題を解決する水中航走体検出装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の海底突起物検出装置は、水中内で探信音を第１の所定時間毎に送信し、水中内で前記探信音が海底面に着底する水中航走体を含む海底突起物に衝突する時に生じる反響音を受信する音響センサと、前記反響音が前記音響センサに入射する方位である複数の到来方位を第２の所定時間毎に算出する到来方位算出部と、前記到来方位算出部により前記第２の所定時間毎に算出される前記複数の到来方位の各々に対応して、前記反響音と前記音響センサとの間の複数の距離を前記第２の所定時間毎に算出する距離算出部と、前記音響センサの絶対的な位置を示す音響センサ絶対位置情報を前記第１の所定時間毎に取得するＧＰＳ受信部と、前記ＧＰＳ受信部により前記第１の所定時間毎に取得される前記音響センサ絶対位置情報と、前記到来方位算出部により前記第２の所定時間毎に算出される前記複数の到来方位と、前記距離算出部により前記第２の所定時間毎に算出される前記反響音と前記音響センサとの間の複数の距離とに基づいて、前記反響音の絶対的な位置を示す複数の反響音絶対位置情報を前記第１の所定時間毎に算出する反響音位置情報算出部と、
前記反響音位置情報算出部により算出される前記複数の反響音絶対位置情報に基づいて、前記海底突起物を検出する。
【０００９】
また、本発明の海底突起物の検出方法は、音響センサが水中内で探信音を第１の所定時間毎に送信する探信音送信ステップと、前記音響センサが、水中内で前記探信音が海底面に着底する水中航走体を含む海底突起物に衝突する時に生じる反響音を受信する反響音受信ステップと、前記反響音が前記音響センサに入射する方位である複数の到来方位を前記第２の所定時間毎に算出する到来方位算出ステップと、前記到来方位算出ステップで前記第２の所定時間毎に算出される前記複数の到来方位の各々に対応して、前記反響音と前記音響センサとの間の複数の距離を前記第２の所定時間毎に算出する距離算出ステップと、前記音響センサの絶対的な位置を示す音響センサ絶対位置情報を前記第１の所定時間毎に取得する音響センサ絶対位置情報取得ステップと、前記音響センサ絶対位置情報取得ステップで前記第１の所定時間毎に取得される前記音響センサ絶対位置情報と、前記到来方位算出ステップで前記第２の所定時間毎に算出される前記複数の到来方位と、前記距離算出ステップにより前記第２の所定時間毎に算出される前記反響音と前記音響センサとの間の複数の距離とに基づいて、前記反響音の絶対的な位置を示す複数の反響音絶対位置情報を前記第１の所定時間毎に算出する反響音位置情報算出ステップと、前記反響音位置情報算出ステップで算出される前記複数の反響音絶対位置情報に基づいて、前記海底突起物を検出する水中航走体検出ステップとを含んでいる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる海底突起物検出装置によれば、海底に着底する水中航走体等の海底突起物を効率よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における水中航走体検出装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における水中航走体検出装置の使用例を概念的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における水中航走体検出装置の使用例を概念的に示す図である。
【図４】発明の実施の形態における水中航走体検出装置の使用例を概念的に示す図である。
【図５】音響センサと反響音の位置関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における水中航走体検出装置の表示部による表示例を簡略的に示す模式図である。
【図７】本発明の実施の形態における水中航走体検出装置の表示部による表示例を簡略的に示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態における水中航走体検出装置の動作フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００の構成について、図に基づいて説明する。なお、水中航走体検出装置１０００は、本発明の海底突起物検出装置に対応する。
【００１３】
図１は、水中航走体検出装置１０００の構成を示すブロック図である。図２は、水中航走検出装置１０００の使用例を概念的に示す図である。
【００１４】
図１に示されるように、水中航走体検出装置１０００の各構成要素は、音響センサ１００と、ブイ（buoy）２００と、航空機３００とに、搭載される。
【００１５】
水中航走体検出装置１０００は、例えば図２に示されるように、使用される。すなわち、水中航走体検出装置１０００のうち、音響センサ１００はブイ２００に取り付けられる。なお、ブイ２００は浮標とも呼ばれる。ブイ２００は、電池で作動する小型ソナーでもある。そして、音響センサ１００を取り付けた状態で、ブイ２００を海面４００上に浮かばせる。
【００１６】
航空機３００は、後述するように、ブイ２００に搭載された海上無線通信部２４０との間で、無線通信を行う。
【００１７】
図２に示されるように、水中航走体５００が海底６００に着底している場合を想定する。なお、以下の説明では、水中航走体５００が海底６００に完全に着底せずに海底６００に近接して配置している場合も、水中航走体５００が海底６００に着底している場合に含まれるものとする。水中航走体５００等の海底突起物の具体例として、例えば、沈没船、潜水船、機雷などが挙げられる。
【００１８】
後で詳しく説明するように、航空機３００から送信される指示に従って、ブイ２００内で探信音ＷＡが生成される。そして、探信音ＷＡは、音響センサ１００から海中に向けて送信される。その後、探信音ＷＡは、海底６００に着底している水中航走体５００や海底６００に衝突し、この衝突時に反響音ＷＢが生じる。すなわち、この反響音ＷＢには、検出対象である水中航走体５００等の海底突起物から反射される反響音と、海底６００から反射される反響音とが、含まれる。
【００１９】
そして、音響センサ１００が反響音ＷＢを受信し、当該反響音ＷＢをブイ２００内へ送信する。航空機３００は、後述するように、ブイ２００へ送信された反響音ＷＢを取得し、これを分析等して、水中航走体５００等の海底突起物を検出する。
【００２０】
なお、図２では、探信音ＷＡが水中航走体５００に衝突した際に生じた反響音ＷＢを例示している。このとき、図２に示されるように、反響音の影ＷＸが生じる。この反響音の影ＷＸは、海底６００に着底している水中航走体５００を含む海底突起物が存在する場合に生じる。すなわち、水中航走体５００等の海底突起物のうちで、探信音ＷＡが衝突する側と比較して反響音ＷＢが小さい領域が、反響音の影ＷＸとして、探信音ＷＡが衝突する側と反対側に生じる。
【００２１】
ここで、音響センサ１００が吊り下がられたブイ２００は、海面４００上に浮かんでいるため、潮流や海流によって移動する。これにより、ブイ２００に吊り下がる音響センサ１００も、同じように、移動する。
【００２２】
次に、図３および図４を用いて、音響センサ１００およびブイ２００が移動する例を説明する。図３および図４は、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置の使用例を概念的に示す図である。図３は、海面４００に対して略垂直方向に切断した断面図である。図４は、海面４００に対して略垂直方向から見た上面図である。
【００２３】
図３および図４に示されるように、音響センサ１００およびブイ２００が、潮流や海流によって、矢印Ｊ方向に移動している。この場合、ブイ２００および音響センサ１００を基準とした反響音ＷＢの相対的な位置は、矢印Ｊの方向の移動量に応じて変化する。このとき、図３に示されるように、反響音の影ＷＸの領域も変化する。
【００２４】
以上、図３および図４を用いて、音響センサ１００およびブイ２００が移動する例を説明した。
【００２５】
前述の通り、反響音ＷＢには、検出対象である水中航走体５００等の海底突起物からの反響音と、海底６００から反射される反響音とが、含まれる。しかしながら、反響音ＷＢを音響センサ１００で受信して、この反響音ＷＢを単に検出しても、水中航走体５００等の海底突起物と、海底６００の物体から反射される反響音とを区別することができないため、水中航走体５００等の海底突起物を検出することができない。
【００２６】
このため、本発明の実施の形態では、反響音ＷＢを用いて、反響音の影ＷＸを抽出することにより、水中航走体５００を検出する。このとき、単数の反響音ＷＢの情報だけでは反響音の影ＷＸを抽出することは困難である。また、音響センサ１００が吊り下げられたブイ２００は、上述の通り、潮流や海流によって移動する。よって、単に、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の距離や、反響音ＷＢが音響センサ１００に入射する角度である到来方位を、後述の表示部３５０に一時的に表示しても、海底６００に着底しているような水中航走体５００等の海底突起物などの反響音の影ＷＸを抽出して、水中航走体５００等の海底突起物を検出することはできない。
【００２７】
そこで、本発明の実施の形態では、以下の記載で詳細に説明するように、音響センサ１００の移動分を補正しつつ、所定時間毎に変化する複数の反響音ＷＢの位置を算出し、これら複数の反響音ＷＢを重畳表示することにより、反響音の影ＷＸを抽出して水中航走体５００等の海底突起物を検出している。
【００２８】
なお、図２では、水中航走体検出装置１０００が海水中に存在する水中航走体５００等の海底突起物を検出する例を示した。一方、水中航走体検出装置１０００は、海水、淡水またはこれらの混合水の中に存在する水中航走体５００等の海底突起物も検出することができる。以下の説明では、特に断りがない場合、水は海水、淡水またはこれらの混合水の全てを包括的に含むものとする。
【００２９】
図１に戻って、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００は、音響センサ１００と、ブイ２００と、航空機３００とを有する。
【００３０】
まず、音響センサ１００の構成を説明する。
【００３１】
図１に示されるように、音響センサ１００は、ブイ２００と接続されている。また、音響センサ１００は、圧電素子１１０と、送受信切替部１２０とを備えている。
【００３２】
圧電素子１１０は、電気信号と音波の相互切り換えを行う。圧電素子１１０は、後述の増幅部２１０が電気信号を出力している場合、電気信号を探信音ＷＡに変換して第１の所定時間ＴＡ毎（例えば、ＴＡ＝１０秒とする。）に所定出力時間（例えば１秒）の長さで、水中内に送信する。圧電素子１１０は、後述の増幅部２１０が電気信号を出力していない場合、反響音ＷＢを前記第１の所定時間ＴＡ毎に受信して、この反響音ＷＢを電気信号に変換する。ここで、反響音ＷＢには、上述の通り、検出対象である水中航走体５００等の海底突起物から反射される反響音と、海底６００から反射される反響音とを含まれる。すなわち、反響音ＷＢとは、水中内で探信音ＷＡが海底６００面に着底する水中航走体５００を含む海底突起物（不図示）に衝突する時に生じる音と、水中内で探信音ＷＡが海底６００面に衝突する時に生じる音の双方を含む音をいう。
【００３３】
送受信切替部１２０は、圧電素子１１０の接続先を、ブイ２００の増幅部２１０および海上無線通信部２４０のうちいずれかに、切り替える。圧電素子１１０が探信音ＷＡを送信している場合、送受信切替部１２０は、圧電素子１１０とブイ２００の増幅部２１０とを電気的に接続する。圧電素子１１０が反響音ＷＢを受信している場合、送受信切替部１２０は、圧電素子１１０とブイ２００の海上無線通信部２４０とを無線電波によって接続する。このとき、送受信切替部１２０は、圧電素子１１０により受信される反響音ＷＢを、海上無線通信部２４０へ無線電波により送信する。
【００３４】
以上、圧電素子１００の構成を説明した。
【００３５】
次に、ブイ２００の構成を説明する。
【００３６】
図１に示されるように、ブイ２００は、増幅部２１０と、Ｄ／Ａ（Digital/ Analog）変換部２２０と、送信波形生成部２３０と、海上無線通信部２４０と、ＧＰＳ受信部と２５０を備えている。
【００３７】
図１に示されるように、増幅部２１０は、Ｄ／Ａ変換部２２０に接続されている。また、増幅部２１０は、音響センサ１００の送受信切替部１２０に接続されている。増幅部２１０は、Ｄ／Ａ変換部２２０によりデジタルアナログ変換されたアナログ信号の電力を増幅して、これを送受信切替部１２０へ出力する。
【００３８】
図１に示されるように、Ｄ／Ａ変換部２２０は、増幅部２１０および送信波形生成部２３０に接続されている。Ｄ／Ａ変換部２２０は、送信波形生成部２３０により生成される送信波形のデジタルデータをデジタルアナログ変換してアナログ信号を生成し、これを増幅部２１０へ出力する。
【００３９】
図１に示されるように、送信波形生成部２３０は、Ｄ／Ａ変換部２２０および海上無線通信部２４０に接続されている。送信波形生成部２３０は、後述の航空機３００の操作部３１０の操作情報に従って、音響センサ１００から送信される探信音ＷＡの信号波形データを生成し、これをＤ／Ａ変換部２２０へ出力する。
【００４０】
図１に示されるように、海上無線通信部２４０は、送信波形生成部２３０およびＧＰＳ受信部２５０に接続されている。また、海上無線通信部２４０は、音響センサ１００の送受信切替部１２０との間で、無線電波により通信を行う。さらに、海上無線通信部２４０は、航空機３００の機上無線通信部３２０との間で、無線電波により通信を行う。海上無線通信部２４０は、音響センサ１００の送受信切替部１２０から送信される反響音ＷＢを無線電波によって受信する。また、海上無線通信部２４０は、受信した反響音ＷＢを、航空機３００の機上無線通信部３２０へ無線電波によって送信する。
【００４１】
図１に示されるように、ＧＰＳ受信部２５０は、海上無線通信部２４０に接続されている。ＧＰＳ受信部２５０は、音響センサ１００の絶対的な位置を示す音響センサ絶対位置情報（緯度および経度）を前記第１の所定時間ＴＡ毎に取得する。また、ＧＰＳ受信部２５０は、前記第１の所定時間ＴＡ毎に取得する音響センサ絶対位置情報を、海上無線通信部２４０を介して、航空機３００の機上無線通信部３２０へ出力する。すなわち、ＧＰＳ受信部２５０は、まず、前記第１の所定時間ＴＡ毎に取得する音響センサ絶対位置情報を、海上無線通信部２４０へ出力する。そして、海上無線通信部２４０は、前記第１の所定時間ＴＡ毎に取得する音響センサ絶対位置情報を、航空機３００の機上無線通信部３２０へ無線電波により通信を行う。
【００４２】
以上、ブイ２００の構成を説明した。
次に、航空機３００の構成を説明する。
【００４３】
図１に示されるように、航空機３００は、操作部３１０と、機上無線通信部３２０と、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換部３３０と、計算処理部３４０と、表示部３５０とを備えている。
【００４４】
図１に示されるように、操作部３１０は、機上無線通信部３２０に接続されている。操作部３１０は、操作員による操作信号の入力を受け付ける。例えば、操作員が探信音ＷＡを音響センサ１００から送信したい場合、操作員は、操作部３１０を用いて、探信音ＷＡを音響センサ１００に送信させる送信操作信号を入力することができる。
【００４５】
図１に示されるように、機上無線通信部３２０は、操作部３１０およびＡ／Ｄ変換部３３０に接続している。機上無線通信部３２０は、ブイ２００の海上無線通信部２４０との間で、無線電波により通信を行う。
【００４６】
図１に示されるように、Ａ／Ｄ変換部３３０は、機上無線通信部３２０および計算処理部３４０に接続されている。Ａ／Ｄ変換部３３０は、海上無線通信部２４０から機上無線通信部３２０を介して入力されるデータ（例えば、反響音ＷＢの電気信号）をアナログデジタル変換して、デジタルデータを生成する。
【００４７】
図１に示されるように、計算処理部３４０は、Ａ／Ｄ変換部３３０および表示部３５０に接続されている。計算処理部３４０は、到来方位算出部３４１と、距離算出部３４２と、反響音位置情報算出部３４３とを備えている。
【００４８】
到来方位算出部３４１は、複数の到来方位Ｓを第２の所定時間ＴＢ毎（例えば２ミリ秒）に算出する。ここで、到来方位とは、反響音ＷＢが音響センサ１００に入射する方位である。なお、反響音ＷＢについて、到来方位Ｓを到来方位算出部３４１により算出することはできるが、方位毎の音波の大きさを算出することはできない。
【００４９】
距離算出部３４２は、前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓの各々に対応して、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄを前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。ここでは、後で図５を用いて詳しく説明する通り、受信までの時間が長いほどに、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の距離が大きいと考えて、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄを算出している。
【００５０】
反響音位置情報算出部３４３は、ＧＰＳ受信部２５０により前記第１の所定時間ＴＡ毎に取得される音響センサ絶対位置情報Ｐと、到来方位算出部３４１により前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓと、距離算出部３４２により前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出される反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとに基づいて、反響音ＷＢの絶対的な位置を示す複数の反響音絶対位置情報ＰＳを前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。
【００５１】
次に、図５を用いて、複数の到来方位Ｓと、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄと、音響センサ絶対位置情報Ｐと、複数の反響音絶対位置情報ＰＳとの関係について、説明する。図５は、音響センサと反響音の位置関係の一例を示す図である。
【００５２】
図５に示されるように、音響センサ１００およびブイ２００は、軌跡Ｇに沿って移動しているものとする。また、音響センサ１００の絶対的な位置を示す音響センサ絶対位置情報Ｐ（緯度／経度）は、第１の所定時間ＴＡ（ここでは、ＴＡ＝１０秒とする）毎に、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４と変化するものとする。なお、音響センサ１００の絶対的な位置情報（音響センサ絶対位置情報）と、ブイ２００の絶対的な位置情報は、同じであるものとする。すなわち、音響センサ１００はブイ２００にワイヤー等で吊されているため、厳密には音響センサ１００とブイ２００の絶対的な位置情報は異なるが、反響音ＷＢの絶対的な位置情報を算出するうえで誤差の範囲であるから、ここでは、音響センサ１００の絶対的な位置情報（音響センサ絶対位置情報）とブイ２００の絶対的な位置情報は同じとする。
【００５３】
なぜなら、水中航走体５００が海底６００に着底できるのは、一般的に大陸棚などの浅い海なので、ブイ２００と音響センサ１００の垂直距離は１００ｍ程度であり、水平方向のずれは更に短い距離と考えられる。音響センサ１００の移動は、海中の潮流および海流ならびに海上の風浪の影響によるものであり、その移動速度は最大でも時速１０Ｋｍ程度である。
【００５４】
このような場合に、到来方位算出部３４１は、第２の所定時間ＴＢ（例えば２ミリ秒）毎に受信した音波の到来方向を算出する。例えば任意の絶対位置座標Ｘからの反響音の到来方位および距離（反響音ＷＢと音響センサ１００との間の距離）は、Ｐ１の時点では、到来方位Ｓ１、距離Ｄ１として検出される。同様に、Ｐ２の時点では、到来方位Ｓ２、距離Ｄ２として検出される。Ｐ３の時点では、到来方位Ｓ３、距離Ｄ３として検出される。Ｐ４の時点では、到来方位Ｓ４、距離Ｄ４として検出される。
【００５５】
また、距離算出部３４２は、前記第２の所定時間ＴＢ（例えば２ミリ秒）毎に算出される複数の到来方位について、音響センサ１００が探信音ＷＡを送信後、ＴＢ周期毎に音響センサ１００からの距離がＴＢ×水中音速Ｃ（Ｃ＝約１５００ｍ／秒）の絶対位置座標Ｘからの反響音として距離を前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。例えばＴＢ＝２ｍｓｅｃ（２ミリ秒）の場合、反響音ＷＢの到来方位は１．５ｍ毎に算出する。
【００５６】
そして、反響音位置情報算出部３４３は、ＧＰＳ受信部２５０により前記第１の所定時間ＴＡ毎に取得される音響センサ絶対位置情報Ｐと、到来方位算出部３４１により前記所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓと、距離算出部３４２により前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出される反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとに基づいて、反響音ＷＢの絶対的な位置を示す複数の反響音絶対位置情報ＰＳ（緯度／経度）を前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。
【００５７】
本発明では、音響センサ１００について、水平の南北方向と東西方向の2つの指向性からなる圧電素子を有する簡易な音響センサ１００を想定しているので、ＴＢ周期毎に算出する反響音ＷＢの到来方位はひとつである。
【００５８】
もし、多数の圧電素子をアレイ状に配置した高機能の音響センサ１００であれば、複数のビーム指向性を合成してＴＢ×Ｃの距離毎かつ方位毎の反響音絶対位置ＰＳ毎の反響音の大きさを算出可能である。
【００５９】
本発明では、コストの安い簡易型の音響センサ１００を使用して、複数の探信音ＷＡに対する反響音ＷＢの絶対位置情報ＰＳを得ることにより、反響音の影ＷＸを検出することを目的としている。
【００６０】
なお、海底６００が平坦であり、水中航走体５００のような突起物が存在しない場合、ＴＢ周期毎に算出される反響音ＷＢの到来方位は雑音によるものであり、反響音絶対位置情報ＰＳはランダムな方位と距離のデータとなる。
【００６１】
水中航走体５００のような海底突起物が存在する場合は、反響音絶対位置情報ＰＳについて、反響音の影ＷＸの位置に該当する方位および距離の位置からの反響音ＷＢを算出することはないので、ランダムとは異なる規則性が生じる。
【００６２】
以上の通り、図５を用いて、複数の到来方位Ｓと、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄと、音響センサ絶対位置情報Ｐと、複数の反響音絶対位置情報ＰＳとの関係について、説明した。
【００６３】
図１に戻って、表示部３５０は、計算処理部３４０に接続されている。表示部３５０は、反響音位置情報算出部３４３により算出される複数の反響音絶対位置情報ＰＳを重畳させて表示提供する。表示部３５０は、コンピュータグラフィックスを用いて、複数の反響音絶対位置情報ＰＳを濃淡またはカラーで表示する。より具体的には、表示部３５０は、経度および緯度でその位置を示す複数の反響音ＷＢに関して、複数の反響音絶対位置情報ＰＳ（複数の反響音ＷＢの絶対位置データ）を重ね合わせて、複数の反響音ＷＢの各々が存在する位置の密度を濃淡または色彩の違いで表現する。このとき、反響音の影ＷＸは、複数の反響音ＷＢの各々が存在する位置の密度が低い領域に、出現する。このため、表示部３５０に表示提供される情報のうち、複数の反響音ＷＢの各々が存在する位置の密度が低い領域を抽出することにより、反響音の影ＷＸを検出することができ、この結果、水中航走体５００等の海底突起物を検出することができる。表示部３５０は、液晶表示装置や有機ＥＬ（Electro-Luminescence）表示装置などで構成される。
【００６４】
図６および図７は、水中航走体検出装置１０００の表示部３５０による表示例を簡略的に示す模式図である。図６は、表示部３５０に、反響音位置情報算出部３４３により１回目に算出された反響音絶対位置情報ＰＳを表示した例を示す。図７は、表示部３５０に、反響音位置情報算出部３４３により１回目〜２０回目までに算出された２０個の反響音絶対位置情報ＰＳを重畳して表示した例を示す。
【００６５】
また、図６および図７では、ＴＢ＝２ｍｓｅｃの場合、音響センサからの距離が１．５ｍ離れる毎に１つの方位を計算していることを前提とした。図６および図７において、縦軸および横軸ともに、距離（ｍ）を示す。
【００６６】
図６に示されるように、表示部３５０の表示画面には、移動前の音響センサ１００およびブイ２００の位置ともに、経度および緯度が固定された位置に出現する反響音の影ＷＸがかすかに表示される。また、図７に示されるように、表示部３５０の表示画面には、移動前後の音響センサ１００およびブイ２００の位置ともに、経度および緯度が固定された位置に出現する反響音の影ＷＸがより明瞭に表示される。これにより、表示部３５０を視認することで反響音の影ＷＸの位置を検出することができ、この反射音の影ＷＸの位置に水中航走体５００等の水中突起物が存在すると検出することができる。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００の構成について説明した。
【００６８】
次に、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００の動作について、図に基づいて説明する。
【００６９】
図８は、水中航走体検出装置１０００の動作フローを示す図である。
【００７０】
図８に示されるように、まず、航空機３００に搭乗している操作員は、操作部３１０を用いて、探信音ＷＡを音響センサ１００に送信させる送信操作信号を入力する（ステップ：ＳＴＥＰ（以下、単にＳＴと称する）１）。送信操作信号は、機上無線通信部３２０に入力される。機上無線通信部３２０は、送信操作信号を、ブイ２００の海上無線通信部２４０へ送信する。海上無線通信部２４０は、送信操作信号を受信し、これを送信波形生成部へ出力する。
【００７１】
次に、図８に示されるように、送信波形生成部２３０は、操作部３１０の操作情報（送信操作信号）に従って、音響センサ１００から送信される探信音ＷＡの信号波形データを生成する（ＳＴ２）。そして、送信波形生成部２３０は、探信音ＷＡの信号波形データをＤ／Ａ変換部２２０へ出力する。
【００７２】
次に、図８に示されるように、Ｄ／Ａ変換部２２０は、送信波形生成部２３０により生成される送信波形のデジタルデータをデジタルアナログ変換してアナログ信号（探信音ＷＡ）を生成する（ＳＴ３）。また、Ｄ／Ａ変換部２２０は、生成されたアナログ信号を増幅部２１０へ出力する。
【００７３】
次に、図８に示されるように、増幅部２１０は、Ｄ／Ａ変換部２２０によりデジタルアナログ変換された探信音ＷＡのアナログ信号の電力を増幅する（ＳＴ４）。また、増幅部２１０は、増幅された探信音ＷＡのアナログ信号の電力を、音響センサ１００の送受信切替部１２０を介して、圧電素子１１０へ出力する。
【００７４】
次に、図８に示されるように、音響センサ１００の圧電素子１１０が、増幅部２１０が電気信号を出力している場合、探信音ＷＡの信号を、第１の所定時間ＴＡ毎（例えば、１０秒毎）に、所定出力時間（例えば１秒）の長さで、水中へ送信する（ＳＴ５）。
【００７５】
次に、図８に示されるように、圧電素子１１０は、増幅部２１０が電気信号を出力していない場合、反響音ＷＢを前記第１の所定時間ＴＡ毎に受信して、この反響音ＷＢを電気信号に変換する。そして、圧電素子１１０は、反響音ＷＢの信号を、送受信切替部１２０を介して、ブイ２００の海上通信部２４０へ向けて出力する（ＳＴ６）。ここで、反響音ＷＢには、上述の通り、検出対象である水中航走体５００等の海底突起物から反射される反響音と、海底６００から反射される反響音とを含まれる。すなわち、反響音ＷＢとは、水中内で探信音ＷＡが海底６００面に着底する水中航走体５００を含む海底突起物（不図示）に衝突する時に生じる音と、水中内で探信音ＷＡが海底６００面に衝突する時に生じる音の双方を含む音をいう。
【００７６】
次に、図８に示されるように、ブイ２００では、海上無線通信部２４０が、反響音ＷＢの信号を受信し、受信した反響音ＷＢの信号を、機上無線通信部３２０を介してＡ／Ｄ変換部３３０へ出力する（ＳＴ７）。すなわち、まず、海上無線通信部２４０が、反響音ＷＢの信号を受信する。次に、海上無線通信部２４０が、反響音ＷＢの信号を、航空機３００の機上無線通信部３２０へ送信する。そして、機上無線通信部３２０が、反響音ＷＢの信号を受信する。最後に、機上無線通信部３２０が、反響音ＷＢの信号を、Ａ／Ｄ変換部３３０へ出力する。
【００７７】
次に、図８に示されるように、航空機３００では、Ａ／Ｄ変換部３３０が、反響音ＷＢの信号をデジタルデータに変換する（ＳＴ８）。また、Ａ／Ｄ変換部３３０が、反響音ＷＢのデジタルデータ信号を計算処理部３４０へ出力する。
【００７８】
次に、図８に示されるように、計算処理部３４０は、前記第２の所定時間ＴＢ毎に複数の到来方位Ｓと、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとを前記第２の所定時間ＴＢ（例えば２ミリ秒）毎に算出する（ＳＴ９）。
【００７９】
次に、ＧＰＳ受信部２５０は、音響センサ絶対位置情報（緯度および経度）を前記第１の所定時間ＴＡ毎に取得し、海上無線通信部２４０が、ＧＰＳ受信部２５０により取得された音響センサ絶対位置情報（緯度および経度）を、機上無線通信部３２０へ前記第１の所定時間ＴＡ毎に送信する（ＳＴ１０）。なお、音響センサ絶対位置情報は、前述の通り、ブイ２００および音響センサ１００の絶対的な位置を示す。
【００８０】
また、計算処理部３４０は、ＴＡ周期で更新する音響センサ絶対位置情報Ｐと、ＴＢ周期で算出した複数の到来方位Ｓおよび反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとに基づいて、複数の反響音絶対位置情報ＰＳを第１の所定時間ＴＡ毎に算出する（ＳＴ１１）。ここで、到来方位とは、前述の通り、反響音ＷＢが音響センサ１００に入射する方位である。音響センサ絶対位置情報Ｐは、音響センサ１００の絶対的な位置を、緯度および経度で示す。また、反響音絶対位置情報ＰＳは、反響音ＷＢの絶対的な位置を、緯度および経度で示す。
【００８１】
すなわち、計算処理部３４０の到来方位算出部３４１は、ＴＡ周期で送信される探信音ＷＡに対する反響音ＷＢにおける複数の到来方位Ｓを第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。
【００８２】
計算処理部３４０の距離算出部３４２は、前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓの各々に対応して、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄを前記所定時間ＴＢ毎に算出する。
【００８３】
計算処理部３４０の距離算出部３４２は、前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓの各々に対応して、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄを前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。
【００８４】
計算処理部３４０の反響音位置情報算出部３４３は、ＧＰＳ受信部２５０により前記所定時間ＴＡ毎に取得される音響センサ絶対位置情報Ｐと、到来方位算出部３４１により前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓと、距離算出部３４２により前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出される反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとに基づいて、複数の反響音絶対位置情報ＰＳを前記第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。反響音位置情報算出部３４３は、これらを前記第１の所定時間ＴＡ毎に音響センサ１００が探信音ＷＡの送信と反響音ＷＢの受信を繰り返すことによって、積分効果により、緯度および経度ごとの反響音絶対位置情報の平均値が算出する。
【００８５】
なお、計算処理部３４０の到来方位算出部３４１、距離算出部３４２および反響音位置情報算出部３４３は、図５を用いて説明したように、各値を第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。
【００８６】
次に、図８に示されるように、表示部３５０は、反響音位置情報算出部３４３により算出される複数の反響音絶対位置情報ＰＳ（緯度／経度）を、海図上に重畳させて表示提供する（ＳＴ１２）。
【００８７】
このとき、表示部３５０は、コンピュータグラフィックスを用いて、複数の反響音絶対位置情報ＰＳを濃淡またはカラーで表示する。より具体的には、表示部３５０は、経度および緯度でその位置を示す複数の反響音ＷＢに関して、複数の反響音絶対位置情報ＰＳ（複数の反響音ＷＢの位置データ）を重ね合わせて、複数の反響音ＷＢの各々が存在する位置の密度を濃淡または色彩の違いで表現する。
【００８８】
また、図７を用いて前述したように、表示部３５０の表示画面には、移動前後の音響センサ１００およびブイ２００の位置ともに、経度および緯度が固定された位置に出現する反響音の影ＷＸがより明瞭に表示される。
【００８９】
反響音の影ＷＸは、複数の反響音ＷＢの各々が存在する位置の密度が低い領域に、表れる。このため、表示部３５０に表示提供される情報のうち、複数の反響音ＷＢの各々が存在する位置の密度が低い領域を抽出することにより、反響音の影ＷＸを検出することができ、この結果、水中航走体５００等の海底突起物を検出することができる。
【００９０】
以上の通り、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００は、音響センサ１００と、到来方位算出部３４１と、距離算出部３４２と、ＧＰＳ受信部２５０と、反響音位置情報算出部３４３とを備えている。
【００９１】
音響センサ１００は、水中内で探信音ＷＡを第１の所定時間ＴＡ毎に送信し、水中内で探信音ＷＡが海底面に着底する水中航走体５００を含む海底突起物に衝突する時に生じる反響音ＷＢを受信する。到来方位算出部３４１は、反響音ＷＢが音響センサ１００に入射する方位である複数の到来方位Ｓを第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。距離算出部３４２は、到来方位算出部３４１により第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓの各々に対応して、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄを第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。ＧＰＳ受信部２５０は、音響センサ１００の絶対的な位置を示す音響センサ絶対位置情報Ｐを第１の所定時間ＴＡ毎に取得する。反響音位置情報算出部３４３は、ＧＰＳ受信部２５０により第１の所定時間ＴＡ毎に取得される音響センサ絶対位置情報Ｐと、到来方位算出部３４１により第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓと、距離算出部３４２により第２の所定時間ＴＢ毎に算出される反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとに基づいて、反響音ＷＢの絶対的な位置を示す複数の反響音絶対位置情報ＰＳを第１の所定時間ＴＡ毎に算出する。そして、水中航走体検出装置１０００は、反響音位置情報算出部３４３により算出される複数の反響音絶対位置情報ＰＳに基づいて、水中航走体５００等の海底突起物による音波の影ＷＸを検出する。
【００９２】
このように、到来方位算出部３４１は、反響音ＷＢが音響センサ１００に入射する方位である複数の到来方位Ｓを第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。また、距離算出部３４２は、第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓの各々に対応して、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄを第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。これにより、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄの各々と、複数の到来方位Ｓの各々とを取得できれば、音響センサ１００が音響センサ絶対位置情報Ｐの各々にいた時について、音響センサ１００を基準とした反響音ＷＢの相対的な位置情報を取得できる。
【００９３】
また、ＧＰＳ受信部２５０は、音響センサ１００の絶対的な位置を示す音響センサ絶対位置情報Ｐを第１の所定時間ＴＡ毎に取得する。また、反響音位置情報算出部３４３は、ＧＰＳ受信部２５０により第１の所定時間ＴＡ毎に取得される音響センサ絶対位置情報Ｐと、到来方位算出部３４１により第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓと、距離算出部３４２により第２の所定時間ＴＢ毎に算出される反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとに基づいて、反響音ＷＢの絶対的な位置を示す複数の反響音絶対位置情報ＰＳを第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。すなわち、反響音位置情報算出部３４３は、音響センサ絶対位置情報（緯度／経度）Ｐの各々に、音響センサ１００を基準とした反響音ＷＢの相対的な位置情報を加えることにより、第２の所定時間ＴＢ毎の複数の反響音絶対位置情報（緯度／経度）ＰＳを算出することができる。なお、上述の通り、音響センサ絶対位置情報（緯度／経度）Ｐは、ＧＰＳ受信部２５０により第１の所定時間ＴＡ毎に取得される。また、音響センサ１００を基準とした反響音ＷＢの相対的な位置情報は、到来方位算出部３４１により第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓと、距離算出部３４２により第２の所定時間ＴＢ毎に算出される反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとから、算出される。
【００９４】
そして、反響音位置情報算出部３４３により第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の反響音絶対位置情報（緯度／経度）ＰＳを用いることにより、第２の所定時間ＴＢ毎に得られる反響音ＷＢを重ね合わせた分布を、緯度および経度で表すことができる。この結果、第２の所定時間ＴＢ毎に得られる反響音ＷＢを重ね合わせた分布のうちで、密度が少ない領域を、反響音の影ＷＸとして検出することができる。また、前述の通り、この反響音の影ＷＸは、海底６００に着底している水中航走体５００を含む海底突起物が存在する場合に生じる。すなわち、水中航走体５００等の海底突起物のうちで、探信音ＷＡが衝突する側と比較して反響音ＷＢが小さい領域が、反響音の影ＷＸとして、探信音ＷＡが衝突する側と反対側に生じる。したがって、第２の所定時間ＴＢ毎に得られる反響音ＷＢを重ね合わせた分布を、緯度および経度で表すことで、反響音の影ＷＸを検出することができ、この反射音の影ＷＸの位置に水中航走体５００が存在すると検出することができる。
【００９５】
以上の通り、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００によれば、海底６００に着底する水中航走体５００を効率よく検出することができる。
【００９６】
本発明の実施の形態における水中航走体装置１０００は、表示部３５０をさらに備えている。表示部３５０は、反響音位置情報算出部３４３により算出される複数の反響音絶対位置情報ＰＳを重畳させて表示提供する。これにより、操作員が表示部３５０に表示される複数の反響音絶対位置情報ＰＳを目視で確認することができる。そして、水中航走体装置１０００は、表示部３５０により重畳して表示提供される複数の反響音絶対位置情報ＰＳのうちで、表示密度が低い位置情報に基づいて、水中航走体５００を検出する。これにより、操作員が、目視によって表示密度の低い位置を見つけることにより、当該表示密度が低い位置に水中航走体５００が存在すると検出することができる。
【００９７】
本発明の実施の形態における水中航走体検出方法は、探信音送信ステップと、反響音受信ステップと、到来方位算出ステップと、距離算出ステップと、音響センサ絶対位置情報取得ステップと、反響音位置情報算出ステップと、水中航走体検出ステップとを含んでいる。
【００９８】
探信音送信ステップでは、音響センサ１００が水中内で探信音ＷＡを第１の所定時間ＴＡ毎に送信する。反響音受信ステップでは、音響センサ１００が、水中内で探信音ＷＡが海底面６００に着底する水中航走体５００を含む海底突起物に衝突する時に生じる反響音ＷＢを受信する。到来方位算出ステップでは、反響音ＷＢが音響センサ１００に入射する方位である複数の到来方位Ｓを第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。距離算出ステップでは、到来方位算出ステップで第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓの各々に対応して、反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄを第２の所定時間ＴＢ毎に算出する。音響センサ絶対位置情報取得ステップでは、音響センサ１００の絶対的な位置を示す音響センサ絶対位置情報Ｐを第１の所定時間ＴＡ毎に取得する。反響音位置情報算出ステップでは、音響センサ絶対位置情報取得ステップで第１の所定時間ＴＡ毎に取得される音響センサ絶対位置情報Ｐと、到来方位算出ステップで第２の所定時間ＴＢ毎に算出される複数の到来方位Ｓと、距離算出ステップにより第２の所定時間ＴＢ毎に算出される反響音ＷＢと音響センサ１００との間の複数の距離Ｄとに基づいて、反響音ＷＢの絶対的な位置を示す複数の反響音絶対位置情報ＰＳを第１の所定時間ＴＡ毎に算出する。水中航走体検出ステップでは、反響音位置情報算出ステップで算出される複数の反響音絶対位置情報ＰＳに基づいて、水中航走体５００を検出する。
【００９９】
このような水中航走体検出方法であっても、前述した水中航走体装置１０００と同様の効果を奏する。
【０１００】
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述各実施の形態に対して、さまざまな変更、増減、組合せを加えてもよい。これらの変更、増減、組合せが加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【０１０１】
１００    音響センサ
１１０    圧電素子
１２０    送受信切替部
２００    ブイ
２１０    増幅部
２２０    Ｄ／Ａ変換部
２３０    送信波形生成部
２４０    海上無線通信部
２５０    ＧＰＳ受信部
３００    航空機
３１０    操作部
３２０    機上無線通信部
３３０    Ａ／Ｄ変換部
３４０    計算処理部
３４１    到来方位算出部
３４２    距離算出部
３４３    反響音位置情報算出部
３５０    表示部
４００    海面
５００    水中航走体
６００    海底
ＷＡ    探信音
ＷＢ    反響音
ＷＸ    反響音の影
１０００    水中航走体検出装置
【図１】
2015064236.tif 000003
【図２】
2015064236.tif 000004
【図３】
2015064236.tif 000005
【図４】
2015064236.tif 000006
【図５】
2015064236.tif 000007
【図６】
2015064236.tif 000008
【図７】
2015064236.tif 000009
【図８】
2015064236.tif 000010