(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディッピングソナー（１１）が備えるように意図された全方向性アンテナであり、前記アンテナ（１４；４０；５０）の長手軸（２０）の周りに形成される複数の基本送信リング（２１）と、前記長手軸（２０）の周りに分布する複数のハイドロフォン（２２）とを備え、水に浸漬されるように意図されるアンテナ（１４；４０；５０）であって、前記ハイドロフォン（２２）が前記基本送信リング（２１）から分離され、前記ハイドロフォン（２２）および前記基本送信リング（２１）が前記アンテナ（１４；４０；５０）内に互いに固定されるアンテナ（１４；４０，５０）において、前記基本送信リング（２１）および前記ハイドロフォン（２２）が、前記長手軸（２０）に沿って測定された同一の高さ（Ｈ）に沿って連結されることと、前記基本送信リング（２１）および前記ハイドロフォン（２２）が、８ｋＨｚ未満の動作周波数で動作することと、前記基本送信リング（２１）が占める前記長手軸（２０）の周りの第１の最小筒状体積（２３）が直径Ｄ１を有し、前記ハイドロフォン（２２）が占める前記長手軸（２０）の周りの第２の最小筒状体積（２４）が直径Ｄ２を有し、２つの前記直径Ｄ１とＤ２との絶対値の差が、前記２つの直径Ｄ１とＤ２のうちの最小のものの３０％未満のままであることと、２つの前記体積の直径比が、前記アンテナ（１４；４０，５０）が動作中であるか、格納位置にあるかにかかわらず一定であることと、前記長手軸（２０）に垂直な水平面（Ｐ）内、または前記長手軸（２０）を含む鉛直面（Ｖ）内における隣接するハイドロフォン（２２）が、λ／３未満離間しており、λが前記動作周波数の波長であり、前記ハイドロフォン（２２）が、前記水平面（Ｐ）内の前記長手軸（２０）の周りに形成されたリング内に分布し、２つのハイドロフォン（２２）間の、水平方向の間隔と呼ばれる間隔（ｐ２）が、問題の直径を横切る、２個の隣接するハイドロフォン間の弦の長さであることとを特徴とする全方向性アンテナ。
【請求項２】
前記ハイドロフォン（２２）が、前記送信リング（２１）に固定される棒（５１）上に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記ハイドロフォン（２２）が、前記長手軸（２０）の周りに形成されるリング内に分布することを特徴とする、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記基本送信リング（２１）および前記ハイドロフォンリング（２２）が、前記高さ（Ｈ）に沿って交互に配置されることを特徴とする、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記ハイドロフォン（２２）が、前記基本送信リング（２１）上に重ね合わされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記基本送信リング（２１）および前記ハイドロフォンリング（２２）が、２つの端部（２６、２７）間の前記長手軸（２０）に沿って延在する管（２５）を形成することと、前記アンテナ（１４，４０，５０）が、前記管（２５）を閉じる２つの構造体（２８、２９）を備え、前記２つの構造体（２８、２９）それぞれが、前記管（２５）の前記端部（２６、２７）のうちの一方にあることとを特徴とする、請求項３または４に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記基本送信リング（２１）の内壁が、液体状態の流体と接触していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記アンテナ（４０）が浸漬される水を、前記基本送信リング（２１）の内壁に沿って流すことができる開口部（４１）を備えることを特徴とする、請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記開口部（４１）が、前記送信リング（２１）間に配置されることを特徴とする、請求項８に記載のアンテナ。
【請求項１０】
ケーブル（１３）と、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアンテナ（１４）とを備え、前記アンテナ（１４；４０，５０）が、前記ケーブル（１３）から吊るされる、ディッピングソナー（１１）。
【請求項１１】
前記ケーブル（１３）を巻き付けたり、巻き出したりすることができるウィンチ（１２）をさらに備えることを特徴とする、請求項１０に記載のディッピングソナー（１１）。
【請求項１２】
コンピュータ（１５）と、請求項１〜９のいずれか一項に記載のアンテナ（１４）とを備え、前記コンピュータ（１４）が、ソナービーム形成を実行するように構成され、ビーム形成パラメータが、アンテナ較正誤差（１４）に対してロバストな適応処理形式による空間相関雑音の共分散に基づいて算出される、ディッピングソナー（１１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に対潜水艦戦で実施される、ソナー探知の全般的な分野に関する。より詳細には、本発明は、ヘリコプタから実施される「ディッピングソナー」と呼ばれる機上ソナーの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
対潜水艦戦活動では、所与の領域内にある水中の潜水艦を探知することができるように、ソナー、特にアクティブソナーが一般に使用される。この状況において、機上プラットフォームが潜水艦に対して高い移動性を有するため、このようなプラットフォーム、飛行機またはヘリコプタからのソナーの配備は、特に有効であることが証明されている。
【０００３】
したがって、海上哨戒機は、音響センサ、時には送信器、および、航空機との通信用継電器として働くＶＨＦシステムからなるソノブイを配備する。
【０００４】
類似の方法で、ヘリコプタもまた、ケーブルによってそれらのプラットフォーム、すなわちヘリコプタに連結されるソナー送信器および受信器を実施するために使用されてもよい。次いで、これらは「ディッピングソナー」と呼ばれる。ケーブルに連結された水中のサブアセンブリを以下、アンテナと呼ぶ。アンテナは、ソナー送信器および受信器自体、ならびに場合によっては、送信器および受信器に関連する電子機器を備える。アンテナはまた、環境センサを備えてもよい。
【０００５】
これらのアンテナのプラットフォームから水中への浸漬、一旦浸されたアンテナの制御、およびアンテナの回収は、ヘリコプタ内部に配置されたウィンチによって実行される。アンテナの配備機能および回収機能に加えて、ウィンチケーブルは一般に、ソナー信号と、音響伝達および受信器の動作に必要な電力とを伝達する。さらに、音響信号を発生させ、また受信した音響データを処理するのに必要な機器が、ヘリコプタ上に配置される。
【０００６】
最新の潜水艦の高められた音響ステルス性には、低周波で動作する高出力ソナーに向けて用いられる探知技術の進化が必要となっている。この進化は、ソナーを形成する様々なサブアセンブリの寸法および質量の増加につながる。例えば、アンテナについては、その動作周波数を低下させると、その寸法が増加する傾向にあった。例えば、音波受信器またはハイドロフォンが、動作中に展開するアーム上に配置されるアンテナが開発されている。ソナー動作位相間で、アームは折り返され、ウィンチによって格納位置と呼ばれる位置に巻き戻されたアンテナは、ヘリコプタ内部に収容される。ソナーのサブアセンブリをすべてヘリコプタ内部に収容するのは難しいことがある。アンテナは、方位角の点では全方向性で、仰角の点では指向性であるように略筒状であり、アンテナを支えるケーブルによって吊るされる。ソナーの最大上下寸法は、アンテナの頂部へのケーブルの取り付けを加えなければならないアンテナの高さによって、および少なくとも部分的に、ケーブルが受け得る最小曲率半径に直径が依存するウィンチ滑車によって、制限される。この寸法は、高さの点でヘリコプタ内に適合可能でなければならない。
【０００７】
ソナーサブアセンブリの質量の増加に関して、これは、輸送機がそのソナーで実行することができる任務の期間に影響を与える。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、類似の音響性能を保持しつつ、ディッピングソナーにおける特定のサブアセンブリの嵩および質量、特にアンテナの質量および高さを低減することを目的とする。本発明はまた、特定のサブアセンブリ、特にアンテナの複雑さを軽減することを目的とする。より具体的には、本発明は、ハイドロフォンを支える多関節アームを省略することができる。このような可動部を避けることによって、ソナーの信頼性が向上する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的のために、本発明の主題は、ディッピングソナーが備えるように意図された全方向性アンテナであって、アンテナの長手軸の周りに形成される複数の基本送信リングと、長手軸の周りに分布する複数のハイドロフォンとを備え、水に浸漬されるように意図されるアンテナであって、ハイドロフォンが基本送信リングから分離され、ハイドロフォンおよび基本送信リングがアンテナ内に固定されるアンテナであって、基本送信リングおよびハイドロフォンリングが、長手軸に沿って測定された同一の高さに沿って連結されることと、基本送信リングおよびハイドロフォンが、８ｋＨｚ未満の動作周波数で動作することと、基本送信リングが占める長手軸の周りの第１の最小筒状体積と、ハイドロフォンが占める長手軸の周りの第２の最小筒状体積とが、３０％未満の直径比を有することと、２つの体積の直径比が、アンテナが動作中であるか、格納位置にあるかにかかわらず一定であることとを特徴とする、アンテナである。
【００１０】
ソナーアンテナの帯域は、ハイドロフォンの動作周波数に関連する。本発明によるアンテナは、８ｋＨｚ未満の動作周波数で動作し得る。別の言い方をすれば、基本送信リングおよびハイドロフォンは、８ｋＨｚ未満の動作周波数で動作する。有利には、６ｋＨｚ未満、または４ｋＨｚ未満の周波数にも下げることができる。
【００１１】
音波の送信および受信の両方を実行することができる、用語Ｔｏｎｐｉｌｚと一般に呼ばれる音響部品が存在する。８ｋＨｚ未満の周波数に対しては、この種の部品は嵩張りすぎるであろう。そしてアンテナは、ディッピングソナー、特にヘリコプタに搭載されるディッピングソナーに適さないであろう。低周波での動作には、送信リングをハイドロフォンから分離することが有利である。
【００１２】
低周波ディッピングソナーアンテナの先行技術では、特に筒状アンテナでは、送信リングは、ハイドロフォンの体積から分離されている体積を占める。用語「体積」は、凸状外形を有する空間を意味すると理解される。対照的に、本発明によれば、基本送信リングおよびハイドロフォンは連結され、すなわち、送信リングが占める体積およびハイドロフォンが占める体積が、共有部分を有する。ハイドロフォンおよび送信リングの分布は、規則的であってもよいし、規則的でなくてもよい。基本送信リングとハイドロフォンリングとを連結することにより、音響送信器および受信器それぞれが、より大きい体積にわたって分布することができる。
【００１３】
より具体的には、基本送信リングが占める第１の最小筒状体積、およびハイドロフォンが占める第２の最小筒状体積が画定される。これらの２つの体積は、送信リングまたはハイドロフォンを含む、可能な限り最小の筒である。
【００１４】
有利には、長手軸に垂直な水平面内、または長手軸を含む鉛直面内におけるハイドロフォンの位相中心からの突出部が、λ／３未満離間しており、λは動作周波数の波長である。水平面内のハイドロフォン間の距離を小さくすることによって、方位角の点でアンテナの指向性を改善し、鉛直面内のハイドロフォン間の距離を小さくすることによって、仰角の点でアンテナの指向性を改善することができる。アンテナが意図される任務に応じて、一方の指向性または他方の指向性を有利にすることが選択されてもよい。言うまでもなく、両平面内においてハイドロフォン間の距離を小さくすることができる。
【００１５】
本発明の別の主題は、本発明によるアンテナを備えるソナーである。有利には、ソナーは、ソナービーム形成を実行するように構成されたコンピュータを備え、ビーム形成パラメータは、アンテナ較正誤差に対してロバストな適応処理形式による空間相関雑音の共分散に基づいて算出される。
【００１６】
言うまでもなく、本発明は、ヘリコプタが備えるソナーに限定されない。本発明によるディッピングソナーを備えた輸送機は、いかなる性質のものであってもよい。ディッピングソナーの質量を低減することによって、例えば、本発明によるソナーをドローンに備えることができる。
【００１７】
例として挙げる一実施形態の、添付図面で図示する詳細な説明を読むことで、本発明が一層よく理解され、さらに利点が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ディッピングソナーを備えたヘリコプタを示す。
【図２ａ】図１のソナーに属するアンテナの第１の実施形態を示す。
【図２ｂ】図１のソナーに属するアンテナの第１の実施形態を示す。
【図２ｃ】図１のソナーに属するアンテナの第１の実施形態を示す。
【図２ｄ】図１のソナーに属するアンテナの第１の実施形態を示す。
【図３】図１のソナーに属するアンテナの第２の実施形態を示す。
【図４】図１のソナーに属するアンテナの第３の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
明瞭にするために、様々な図において、同じ要素には同じ参照符号を付す。
【００２０】
図１は、水の上でホバリングしているヘリコプタ１０を示す。ヘリコプタ１０には、アクティブディッピングソナー１１が備えられる。このタイプのソナーは、特に、潜水物体を探知し、分類することができる。
【００２１】
ソナー１１は、ヘリコプタ１０上に設置されたウィンチ１２と、ケーブル１３と、図１において水中に示す全方向性アンテナ１４とを本質的に備える。アンテナ１４は、ケーブル１３から吊るされ、アンテナ１４を沈めることが所望される深さに応じて、ウィンチ１２により、ケーブル１３を巻き付けたり、巻き出したりすることができる。ウィンチによってまた、アンテナ１４をヘリコプタ１０内部に巻き戻すことができる。ソナー１１はまた、ヘリコプタ１０に搭載された電子機器（図示せず）を備える。この機器によって、特に音波を発生させるために、また送信波のエコーとして受信した波を利用するためにソナーを操作することができる。この機器によってまた、アンテナ１４に電力を供給することができる。
【００２２】
ケーブル１３は、２つの機能を果たし、まずは、アンテナ１４を機械的に支持し、続いて、ヘリコプタ１０上に位置付けされた電子機器をアンテナ１４に電気的に接続する。電気的接続は、電力の供給、および、アンテナ１４への、またはアンテナ１４から生じるデータの送信を含む。代替方法として、輸送機と電気的に接続しない自律型アンテナ１４を製造することができ、その時、ケーブルは支持のみ行う。次いで、アンテナ１４は、例えば電池の形態である、それ自体の電源を有する。例えば電波によって、データを送信するための手段が実施されてもよい。
【００２３】
ソナー１１は、例えば、ウィンチ１２の基部に位置付けされたコンピュータ１５を備える。コンピュータ１５は、アンテナ１４に送信されるデータを生成し、またアンテナ１４からのデータを処理するように構成される。コンピュータ１５は、特に、ソナービーム形成を実行するように構成される。コンピュータ１５は、例えば、ウィンチ１２上に配置されたスリップリングを介してケーブル１３に接続される。コンピュータ１５は、ソナー画像を見ることができるスクリーンに接続されることが有利である。コンピュータ１５は、例えば、命令を含むメモリと、ソナービーム形成を算出することを可能にする命令を実行することができるプロセッサとを備える。
【００２４】
図２ａ、図２ｂ、図２ｃおよび図２ｄは、アンテナ１４の第１の実施形態を示す。図２ａは、アンテナ１４の能動部分の外側の図を示す。図２ｂおよび図２ｃはアンテナ１４の断面を図示し、図２ｄはアンテナ１４の斜視図を示す。
【００２５】
アンテナ１４は、本質的には筒状である。アンテナ１４は、長手軸２０に沿って延在する。アンテナ１４がそれ自体の重量でケーブル１３によって吊るされると、ケーブル１３もまた、長手軸２０に沿って延在する。
【００２６】
アンテナ１４の能動部分は、音声送信器および受信器から形成される。送信器は、軸２０の周りに形成される基本音波送信リング２１から形成され、受信器は、軸２０の周りに形成されたリング内に分布するハイドロフォン２２から形成される。基本送信リング２１の例示的実施態様は、例えば、欧州特許第０７９９０９７Ｂ１号明細書に記載されている。ハイドロフォン２２は、軸２０の周りに均一に分布する。ハイドロフォン２２は、例えば、ポリウレタン系樹脂内で絶縁され、または可撓性エンベロープ内に収容された油浴に浸される。
【００２７】
本発明によれば、基本送信リング２１およびハイドロフォンリング２２は、長手軸２０に沿って測定された同一の高さＨに沿って分布する。このように全高Ｈにわたって分布することにより、ハイドロフォンに対して、仰角の点で音響受信の指向性を改善することができる。
【００２８】
図２ｂは、鉛直面と呼ぶ、長手軸２０を含む平面Ｖにおけるアンテナ１４の断面を示し、図２ｃは、水平面と呼ぶ、長手軸２０に垂直な平面Ｐにおけるアンテナ１４の断面を示す。
【００２９】
長手軸２０を含む同一の鉛直面における２個の隣接するハイドロフォン２２を分離する間隔ｐ１が、画定され得る。断面図２ｃには、リングの周囲上に規則的に分布する、１２個のハイドロフォン２２のリングが現われる。ハイドロフォンの様々なリングは、同一であることが有利である。同一のリング内の２個の隣接するハイドロフォンを分離する間隔ｐ２が、画定される。間隔ｐ２は、各ハイドロフォン２２の位相中心を分離する。間隔ｐ２は、２個の隣接するハイドロフォンを分離するリングの周囲を横切る弦の長さによって画定される。間隔ｐ１およびｐ２は、規則的であることが有利である。しかしながら、間隔ｐ１およびｐ２の不規則な分布を選択することも可能である。
【００３０】
図２ａ、図２ｂ、図２ｃおよび図２ｄに示す例では、リング２１および２２は交互に配置される。より具体的には、基本送信リング２１の寸法およびハイドロフォンリング２２の寸法は、軸２０の周りの直径の点では実質的に同じである。基本送信リング２１およびハイドロフォンリング２２は、代替方法として互いの上に積み重ねられる。
【００３１】
最小体積と呼ぶ、基本送信リング２１が占める軸２０上の最小筒状体積には、参照符号２３を付す。軸２０の周りのその直径は、Ｄ１で表示する。最小体積と呼ぶ、ハイドロフォン２２が占める軸２０上の最小筒状体積には、参照符号２４を付す。軸２０の周りのその直径は、Ｄ２で表示する。直径Ｄ１とＤ２とは、３０％未満の比率を有する。別の言い方をすれば、２つの直径Ｄ１とＤ２との絶対値の差は、２つの直径Ｄ１とＤ２のうちの最小のものの３０％未満のままである。示す例では、直径Ｄ１は、直径Ｄ２より小さい。したがって、
（Ｄ２−Ｄ１）／Ｄ１＜３０％
が得られる。
【００３２】
有利には、アンテナの流体力学を改善するために、この比率は２０％未満、または１０％未満、理想的には５％未満であってもよい。
【００３３】
２つの体積２３と２４との直径比は、アンテナが動作中であるか、格納位置にあるかにかかわらず一定である。別の言い方をすれば、本アンテナは、低周波で動作するこのタイプのアンテナで知られる先行技術におけるような折畳アームを備えない。
【００３４】
有利には、基本送信リング２１およびハイドロフォンリング２２は、２つの端部２６と２７との間の長手軸２０に沿って延在する管２５を形成する。管は、最大直径Ｄ１またはＤ２（示す例ではＤ２）を有し、高さＨによって制限される。アンテナ１４は、管２５を閉じる２つの構造体２８および２９を備え、２つの構造体２８および２９それぞれは、管２５の端部２６および２７のうちの一方にある。したがって、管２５の内部は、アンテナ１４が浸漬される環境から隔離される。管２５の外表面の良好な防水性を保証し、また基本送信リング２１およびハイドロフォンリング２２を確実に機械的に保護するために、管２５の筒状外面は、例えばポリウレタン系材料などの弾性材料で覆われてもよい。２つの構造体２８および２９は、例えば成型されたアルミニウム合金から作られた一体型金属部品であってもよい。上部構造体２９は、特にウィンチ１２が動作中である時の昇降中に、水の中を移動しながら、アンテナ１４の流体力学を改善することができる鉛直フィンを備えてもよい。
【００３５】
基本送信リング２１の内部が、アンテナ１４が浸漬される環境から隔離される場合、送信リング２１は、空気がリング２１の内部に位置する技術によって動作する。この技術は、文献において、用語「エアバックリング」またはＡＢＲで知られる。
【００３６】
管２５は、その端部両方で閉じられると、内部に電子機器が位置付けられ得る耐水筐体を形成する。例として、アンテナ１４は、基本送信リング２１に接続された電子送信器３１と、ハイドロフォン２２に接続された電子受信器３２とを備える。送信器３１および受信器３２は、管２５内部に位置付けされる。例えば電池３３などの他の部品が、管２５内部に位置付けされてもよい。環境センサ３４も、管２５内部に配置されてもよい。
【００３７】
図３は、本発明によるアンテナ４０の第２の実施形態を示す。本実施形態では、ハイドロフォン２２は、各基本送信リング２１上に同心円状に配置される。基本送信リング２１は、ハイドロフォン２２のリング内部に配置される。第１の実施形態でのように、基本送信リング２１およびハイドロフォンリング２２は、高さＨに沿って分布する。
【００３８】
基本送信リング２１は、互いに接触するように位置付けすることができる。次いで、基本送信リング２１は、全高Ｈを占める。ハイドロフォンリング２２についても同様である。したがって、高さの点で非常に小型であるアンテナ４０が得られる。この構成では、管２５は、上記のように防水であってもよく、管２５の内部が、その中に電子機器を位置付けするために使用されてもよい。次いで、基本送信リング２１は、ＡＢＲ技術によって動作する。
【００３９】
代替方法として、この第２の実施形態では、基本送信リング２１の内壁が、液体状態の流体と接触している。この液体は、管２５内部に封入されてもよい。液体を存在させることによって、アンテナの音響性能を改善することができる。アンテナの質量を増加させることなく、液体を存在させる利点から利益を得るために、アンテナ１４が浸漬される水を基本送信リング２１の内壁と接触させることができる。この目的のために、アンテナ４０は、基本送信リング２１間に配置される開口部４１を備える。これらの開口部は、アンテナ４０が浸漬される水を、基本送信リング２１の内壁４２に沿って流すことができる。したがって、アンテナ１４が水中にない場合、アンテナの内部を浸す水はなくなり、アンテナの質量を増加させない。基本送信リング２１の内部が、アンテナ４０が浸漬される環境内に浸される場合、水が送信リング２１の周りを自由に流れる技術によって送信リング２１が動作する。この技術は、文献において、用語「フリーフラッドリング」またはＦＦＲで知られる。
【００４０】
開口部４１の存在を可能にするために、アンテナ４０は、２つの構造体２８および２９を連結する複数の支持体４４を備える。送信リング２１は、支持体４４に固定される。
【００４１】
図３では、開口部４１は放射状である。これらの開口部を構造体２８および２９にも作ることができる。
【００４２】
ＦＦＲ技術を実施することによって、送信リング２１の内部空間は、電子機器を送信リング２１内に位置付けするのにもはや利用することができず、電子機器は、構造体２８および２９内に作られた水密区画内に配置されてもよい。
【００４３】
ＦＦＲ技術は、管２５の内部を外部と連通させる１つまたは複数の開口部を設けることによって、図２ａ、図２ｂおよび図２ｃで示す第１の実施形態において実施されてもよい。
【００４４】
図４は、本発明によるアンテナ５０の第３の実施形態を示す。送信リング２１、ならびに２つの構造体２８および２９を再び示す。本実施形態では、ハイドロフォン２２は、リング内ではなく、送信リング２１に固定される棒５１上に配置される。棒５１は、長手軸２０と平行であってもよい。本実施形態では、支持体４４を棒５１から離した状態にしておくことができる。代替方法として、棒５１は、２つの構造体２８および２９を接続し、支持体４４に取って代わるように使用されてもよい。棒５１は、送信リング２１の内部、または外部に位置付けされてもよい。
【００４５】
様々な実施形態、特にＦＦＲ技術を実施する実施形態では、アンテナの流体力学的挙動を改善するために、アンテナを流線形にすることができる。
【００４６】
展開可能なアンテナの原理を捨てることは、アンテナ１４の小径化、ひいては、設定点方向に到来する信号の伝搬遅延を補償した後にハイドロフォン２２からの信号を合計することで形成されるビームの指向性図におけるメインローブの拡大につながる。したがって４ｋＨｚでは、１２本の展開可能なアームからなる、直径が７００ｍｍの筒状アンテナから、本発明に説明するような１２本の柱からなる、固定された筒形状を有する、直径が３００ｍｍの小型アンテナに切り替えると、軸２０に垂直な水平面内の−３ｄＢにおけるこの図の幅が２２°〜５２°になる。仰角の点でのこのような分解能の低下は、アンテナの展開可能なアームおよび小型アンテナの柱がそれぞれ、垂直軸２０に沿って１６０ｍｍ離間した４個のハイドロフォンからなる場合、等方性雑音の点でビーム形成出力、約−３ｄＢにおいて、信号対雑音比がより低くなるだけでなく、近くの目標物の角度位置の精度も３倍低下するため、問題を引き起こす。
【００４７】
本発明では、サブアレイ内の水平方向の間隔が半波長よりはるかに小さいことと、結果として、２個の隣接するハイドロフォンにおける周囲雑音が強く相関し、信号対雑音比を最大にするビーム形成を実行し、このようなビーム形成は、雑音が空間的に無相関である場合に信号対雑音比を最大にする先の従来のビーム形成とは異なることとが利用される。ベースバンドビーム形成の複雑な係数は、適応アンテナのよく知られた処理形式によって、雑音分散行列から算出されてもよい。先行技術によれば、分散行列は、周囲雑音の想定角度分布から算出されてもよく、またはアンテナからの信号に基づいて推定されてもよい。単位行列と、ハイドロフォンの出力における雑音の電力との積に等しい雑音分散行列のこの処理の特定の場合である従来の処理に対して、等方性雑音の信号対雑音比の利得、すなわち指向性利得は５ｄＢ増加し、水平面内の指向性図における−３ｄＢの開口部は２３°まで低下し、それによって、小型アンテナの指向性利得が、展開可能なアンテナの指向性利得よりも２ｄＢ高くなる。展開可能なアンテナでは、雑音の空間相関が低く、そのためにハイドロフォン間の間隔が半波長に近いため、このアンテナでの同じ適応処理によって、かろうじて１ｄＢを超える利得がもたらされるのみである。
【００４８】
ソナーの先行技術では、少数のハイドロフォンの群が半波長より小さい間隔を有し、それらの信号は、その指向性図が所定方向においてゼロを有するカージオイドタイプのビーム形成によって組み合わされる。アンテナは、このタイプの複数の群からなってもよく、群同士の間隔の値は、ソナーの帯域の最高周波数において半波長に近い。本発明では、同一の垂直柱の隣接するハイドロフォン間の間隔ｐ１のように、２個の隣接するハイドロフォン間の水平方向の間隔ｐ２は、波長の３分の１であるλ／３未満、上記例では約λ／５であることが有利である。ハイドロフォン間の間隔を測定するために、それぞれのハイドロフォンの位相中心からの突出部が考慮される。波長は、水温および圧力などの多くのパラメータによって変わり得る。ハイドロフォン間の間隔を幾何学的に定義するために、水中での音波の速度ｃは１５００ｍ／ｓとみなす。波長λは、式λ＝ｃ／ｆで与えられる。円形断面のアンテナについては、２個のハイドロフォン間の水平方向の間隔は、問題の直径を横切る、２個の隣接するハイドロフォン間の弦の長さである。４ｋＨｚの動作周波数では、波長は０．３７５ｍである。したがって、この動作周波数では、２個の隣接するハイドロフォン間の水平方向の間隔は、λ／３未満、すなわち０．１２５ｍであることが有利である。４ｋＨｚで動作し、各水平面内に１２個のハイドロフォン２２を有する直径３００ｍｍの小型アンテナでは、約０．０８ｍすなわち約λ／５の間隔が得られる。
【００４９】
本発明者らの例における小型アンテナの柱が、最初に想定したような間隔が１６０ｍｍの４個のハイドロフォンではなく、間隔が８０ｍｍの７個のハイドロフォンからなり、柱の２つの端部ハイドロフォン間の高さが４８０ｍｍと等しいままである場合、従来の処理に対して、等方性周囲雑音の空間相関について最適化される処理の利得は、６ｄＢより高くなる。
【００５０】
ハイドロフォン間の間隔を狭くし、ビーム形成係数の算出において、等方性雑音の空間相関を考慮することよる指向性利得は、アンテナ較正誤差に特に敏感である。次いで、完全に較正されたアンテナに最適な形式と同じ形式によって算出される係数を有するビーム形成は、従来の処理の性能より低くなり得る性能を与え、この理由で、このタイプのアンテナは今まで使用されてこなかった。本発明では、この感度は、「適応ロバスト」形式と呼ばれる処理形式によってその負の効果を減衰させることを目的とする係数算出によって改善され得、「適応ロバスト」形式は、雑音分散行列に基づいたままであるが、ビーム方向におけるアンテナの応答の不確定さを考慮する。複数の係数算出の変形例が存在する。例えば、２００３年７月７日に発表されたＪｉａｎ  ＬＥＥによる論文「Ｏｎ  Ｒｏｂｕｓｔ  Ｃａｐｏｎ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｉａｇｏｎａｌ  Ｌｏａｄｉｎｇ」（ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，  Ｖｏｌ．５１  Ｎｏ．７）に記載される処理が使用されてもよい。例えば、利得が標準偏差１ｄＢであり、位相が１０°である、アンテナ較正が完全で、現実的な較正誤差に対して理想的な場合については、前述の例において、それぞれが４個のハイドロフォンを有する１２本のアームからなる直径７００ｍｍの展開可能なアンテナに対する、７個のハイドロフォンの１２本の柱からなる直径３００ｍｍの小型アンテナの指向性利得の利点は失われ、この場合、両アンテナは、ほとんど等価な指向性利得を有する。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３】
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【図４】
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