(57)【要約】【課題】曳航アレイが非直線状になっても整相方位を地図上で固定できるとともに、整相方位を容易に特定できる、曳航式ソーナー等を提供する。【解決手段】コンパス３４１〜３４ｎが受波器２１１〜２１ｎの位置の偏移量を計測し、その偏移量に基づき座標算出回路３５が受波器２１１〜２１ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。そのため、受波器２１１〜２１ｎが直線状に並んでいなくても、受波器２１１〜２１ｎの位置が座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）として正確に捉えられる。そして、それらの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき遅延量算出回路３６は受波器２１１〜２１ｎが特定の方位からの音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出し、これらの遅延量ｔ１〜ｔｎになるように整相回路３７１〜３７ｎは受波器２１１〜２１ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える。【選択図】図１
2008261727.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波を受信して電気信号に変換する複数の受波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる整相装置において、
前記各受波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、
この偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各受波器の座標を算出する座標算出部と、
この座標算出部で算出された前記各受波器の座標に基づき、前記各受波器が特定の方位からの前記音波を受信するように遅延量を算出する遅延量算出部と、
この遅延量算出部で算出された遅延量になるように、前記各受波器で変換された前記電気信号の位相を整える整相部と、
を備えたことを特徴とする曳航式ソーナーの整相装置。
【請求項２】
前記偏移量センサは、前記各受波器に設けられたコンパスであり、
前記座標算出部は、前記各コンパスで計測された偏移量である方位の情報と既知である前記各受波器間の長さとに基づき、幾何学的に前記各受波器の座標を算出する、
請求項１記載の曳航式ソーナーの整相装置。
【請求項３】
電気信号を音波に変換して送信する複数の送波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる整相装置において、
前記各送波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、
この偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各送波器の座標を算出する座標算出部と、
この座標算出部で算出された前記各送波器の座標に基づき、前記各送波器が特定の方位へ前記音波を送信するように遅延量を算出する遅延量算出部と、
この遅延量算出部で算出された遅延量になるように、前記各送波器で変換される前記電気信号の位相を整える整相部と、
を備えたことを特徴とする曳航式ソーナーの整相装置。
【請求項４】
前記偏移量センサは、前記各送波器に設けられたコンパスであり、
前記座標算出部は、前記各コンパスで計測された偏移量である方位の情報と既知である前記各送波器間の長さとに基づき、幾何学的に前記各送波器の座標を算出する、
請求項３記載の曳航式ソーナーの整相装置。
【請求項５】
電気信号を音波に変換して送信する動作と音波を受信して電気信号に変換する動作とを切り替え可能な複数の送受波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる整相装置において、
前記各送受波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、
この偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各送受波器の座標を算出する座標算出部と、
この座標算出部で算出された前記各送受波器の座標に基づき、前記各送受波器が特定の方位へ前記音波を送信するように、又は前記各送受波器が特定の方位からの前記音波を受信するように、遅延量を算出する遅延量算出部と、
この遅延量算出部で算出された遅延量になるように、前記各送受波器で前記音波に変換される前記電気信号の位相又は前記各送受波器で前記音波から変換された前記電気信号の位相を整える整相部と、
を備えたことを特徴とする曳航式ソーナーの整相装置。
【請求項６】
請求項１又は２記載の整相装置と、前記曳航アレイと、
を備えたことを特徴とする曳航式ソーナー。
【請求項７】
請求項３又は４記載の整相装置と、前記曳航アレイと、
を備えたことを特徴とする曳航式ソーナー。
【請求項８】
音波を受信して電気信号に変換する複数の受波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる整相方法において、
前記各受波器の位置の偏移量を計測し、
この計測された偏移量に基づき前記各受波器の座標を算出し、
この算出された前記各受波器の座標に基づき、前記各受波器が特定の方位からの前記音波を受信するように遅延量を算出し、
この算出された遅延量になるように、前記各受波器で変換された前記電気信号の位相を整える、
ことを特徴とする曳航式ソーナーの整相方法。
【請求項９】
電気信号を音波に変換して送信する複数の送波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる整相方法において、
前記各送波器の位置の偏移量を計測し、
この計測された偏移量に基づき前記各送波器の座標を算出し、
この算出された前記各送波器の座標に基づき、前記各送波器が特定の方位へ前記音波を送信するように遅延量を算出し、
この算出された遅延量になるように、前記各送波器で変換される前記電気信号の位相を整える、
ことを特徴とする曳航式ソーナーの整相方法。
【請求項１０】
音波を受信して電気信号に変換する複数の受波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイと、前記各受波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、コンピュータと、を有する曳航式ソーナーに用いられる整相プログラムであって、
前記偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各受波器の座標を算出する座標算出手段と、
この座標算出手段で算出された前記各受波器の座標に基づき、前記各受波器が特定の方位からの前記音波を受信するように遅延量を算出する遅延量算出手段と、
この遅延量算出手段で算出された遅延量になるように、前記各受波器で変換された前記電気信号の位相を整える整相手段と、
を前記コンピュータに機能させることを特徴とする曳航式ソーナーの整相プログラム。
【請求項１１】
電気信号を音波に変換して送信する複数の送波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイと、前記各送波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、コンピュータと、を有する曳航式ソーナーに用いられる整相プログラムであって、
前記の偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各送波器の座標を算出する座標算出手段と、
この座標算出手段で算出された前記各送波器の座標に基づき、前記各送波器が特定の方位へ前記音波を送信するように遅延量を算出する遅延量算出手段と、
この遅延量算出手段で算出された遅延量になるように、前記各送波器で変換される前記電気信号の位相を整える整相手段と、
を前記コンピュータに機能させることを特徴とする曳航式ソーナーの整相プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曳航式ソーナーの受波ビーム又は送波ビームの整相技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水中で目標が発生する音を、直線状に配列された受波器群から成る曳航アレイで受信して処理し、その音の受信方向から目標の存在と方向を探知する、曳航式パッシブソーナーが知られている（例えば特許文献１）。図１９は、従来の曳航式ソーナーの一例を示すブロック図である。図２０は、従来の曳航式ソーナーの使用状態を示す平面図である。以下、図１９及び図２０に基づき説明する。
【０００３】
例示した曳航式ソーナー７０は、パッシブソーナーであり、曳航船７１によって水中又は水面を曳航される曳航アレイ８０と、曳航船７１内に設置される信号処理装置９０とに分けられる。曳航アレイ８０は、音波Ｓ１〜Ｓｎを受信して電気信号ｓ１〜ｓｎに変換する複数の受波器８１１〜８１ｎが、ケーブル８２で連結されたものである。信号処理装置９０は、整相装置９１、加算回路９２、表示部９３等を備えている。整相装置９１は、遅延量設定回路９４及び整相回路９５１〜９５ｎを備えている。遅延量設定回路９４は、受波器８１１〜８１ｎが特定の方位からの音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように、遅延量ｔ１〜ｔｎを設定する。整相回路９５１〜９５ｎは、遅延量設定回路９４で算出された遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、受波器８１１〜８１ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える。加算回路９２は、位相φ１〜φｎが整えられた電気信号ｓ１'〜ｓｎ'を加算して合算信号ｓｓとして、ＬＣＤなどの表示部９３へ出力する。
【０００４】
ここで、北を示す０°からΔθ°刻みに各方位からの受波ビーム７２の音波Ｓ１〜Ｓｎを各受波器８１１〜８１ｎが受信するには、遅延量設定回路９４はΔθ°ごとに異なる遅延量ｔ１〜ｔｎを設定する。このようにして加算回路９２からΔθ°ごとに異なる合算信号ｓｓが得られ、これが表示部９３で表示されると、各方位ごとの受波ビーム７２の強さを示すレーダーチャートとなる。
【０００５】
図２１は、従来の曳航式ソーナーにおける整相の原理を示す説明図である。以下、図１９乃至図２１に基づき説明する。
【０００６】
受波器８１１〜８１ｎが直線状に０°の方位に並んでいるとき、整相方位７３を時計回りに６０°の方位とした場合について考える。まず、図２１［１］に示すように、受波器８１１〜８１ｎを整相方位７３と逆向きに仮想的に移動させ、受波器８１１〜８１ｎを整相方位７３と直交する方向に直線状に並べる。このとき、受波器８１１〜８１ｎの移動前後の距離をそれぞれｄ１〜ｄｎ（ただしｄ１＝０とする。）とし、音速をｖとすると、遅延量はそれぞれｔ１＝ｄ１／ｖ，ｔ２＝ｄ２／ｖ，…，ｔｎ＝ｄｎ／ｖで与えられる。
【０００７】
つまり、整相回路９５１〜９５ｎは、各受波器８１１〜８１ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎをそれぞれ遅延量ｔ１〜ｔｎだけ遅らせると、整相方位７３から来た受波ビーム７４に対して同時に電気信号ｓ１'〜ｓｎ'を出力することになる。これにより、電気信号ｓ１'〜ｓｎ'が加算された合算信号ｓｓを強められるので、曳航アレイ８０が整相方位７３に指向性を有することになる。
【０００８】
このように、曳航式ソーナー７０は、曳航針路を基準とした相対方位に向けて各受波ビームを整相しており、そのビーム方位が安定していることを前提として、遠距離目標からの微弱な信号に対する長時間の積分を行って初探知を得ている。
【０００９】
【特許文献１】特許第２５３３２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述の曳航式ソーナー７０は、相対方位での受波ビームの整相と長時間積分を行っている。これは、曳航船７１が同一針路を直線状に航行することによって曳航アレイ８０を直線状に保ちつつ、受波ビームの方位が地図上で固定された状態になっていることを前提としている。
【００１１】
ここで、図２１［２］に示すように、曳航船７１が回頭すると、曳航アレイ８０が曲がって直線状でなくなる。しかし、遅延量ｔ１〜ｔｎは回頭の有無に関係なく変わらないので、図示するように整相方位７３を６０°に保てなくなる。
【００１２】
また、図２１［３］に仮想線で示すように、遅延量ｔ１〜ｔｎに対応する整相方位は、６０°（整相方位７３）だけでなく、−６０°（整相方位７３'）にも存在する。つまり、曳航アレイ８０の指向性は左右対称となる。そのため、方位判定のために、曳航船７１が回頭して曳航アレイ８０を直線状にした後、受波ビームの整相と長時間積分をもう一度行う必要がある。
【００１３】
このように、曳航式ソーナー７０では、初探知を得た後に左右判定のために曳航船７１が回頭すると、曳航アレイ８０の形状が変形して受波ビームの方位がずれるため、地図上で固定された方位への長時間積分が中断され、探知状況の悪化を招くという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、曳航アレイが非直線状になっても整相方位を地図上で固定できるとともに、整相方位を容易に特定できる、曳航式ソーナー等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る整相装置は、音波を受信して電気信号に変換する複数の受波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる。そして、本発明に係る整相装置の特徴は、前記各受波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、この偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各受波器の座標を算出する座標算出部と、この座標算出部で算出された前記各受波器の座標に基づき、前記各受波器が特定の方位からの前記音波を受信するように遅延量を算出する遅延量算出部と、この遅延量算出部で算出された遅延量になるように、前記各受波器で変換された前記電気信号の位相を整える整相部と、を備えたことにある（請求項１）。
【００１６】
偏移量センサが各受波器の位置の偏移量を計測し、その偏移量に基づき座標算出部が各受波器の座標を算出する。そのため、各受波器が直線状に並んでいなくても、各受波器の位置が座標として正確に捉えられる。そして、それらの座標に基づき遅延量算出部は各受波器が特定の方位からの音波を受信するように遅延量を算出し、これらの遅延量になるように整相部は各受波器で変換された電気信号の位相を整える。このように、従来は曳航アレイの形状に関係なく整相方位に対応する唯一の遅延量を設定していたのに対して、本発明では常に整相方位が一定になるように曳航アレイの形状に応じて遅延量を変えている。そのため、本発明によれば、曳航船の回頭等によって曳航アレイが非直線状になっても整相方位を地図上で固定できる。また、従来は、曳航アレイが直線状になっているときの整相方位を採用するため、二つの整相方位のどちらであるかを判定する作業が必要であった。これに対し、本発明では、曳航アレイが非直線状であるときの整相方位を採用することにより、その整相方位は一つだけになるので、整相方位を判定する必要がない。なお、ここでいう「音波」とは、どのような周波数の振動も含み、もちろん超音波も含むものとする。
【００１７】
このとき、前記偏移量センサは、前記各受波器に設けられたコンパスであり、前記座標算出部は、前記各コンパスで計測された偏移量である方位の情報と既知である前記各受波器間の長さとに基づき、幾何学的に前記各受波器の座標を算出する、としてもよい（請求項２）。コンパスによって各受波器の方位がわかり、各受波器間の距離が既知であれば、三角測量の原理によって各受波器の座標が計算できる。したがって、コンパスという簡素な機器によって、各受波器の座標が得られる。
【００１８】
本発明に係る曳航式ソーナーは、本発明に係る整相装置と、前記曳航アレイと、を備えたことを特徴とする（請求項６）。本発明に係る曳航式ソーナーによれば、本発明に係る整相装置を備えたことにより、曳航アレイが非直線状になっても整相方位を地図上で固定できるとともに、整相方位を判定する作業を不要にできる。
【００１９】
本発明に係る整相方法は、音波を受信して電気信号に変換する複数の受波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる。そして、本発明に係る整相方法の特徴は、前記各受波器の位置の偏移量を計測し、この計測された偏移量に基づき前記各受波器の座標を算出し、この算出された前記各受波器の座標に基づき、前記各受波器が特定の方位からの前記音波を受信するように遅延量を算出し、この算出された遅延量になるように、前記各受波器で変換された前記電気信号の位相を整える、ことにある（請求項８）。
【００２０】
本発明に係る整相プログラムは、音波を受信して電気信号に変換する複数の受波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイと、前記各受波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、コンピュータと、を有する曳航式ソーナーに用いられる。そして、本発明に係る整相プログラムの特徴は、前記偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各受波器の座標を算出する座標算出手段と、この座標算出手段で算出された前記各受波器の座標に基づき、前記各受波器が特定の方位からの前記音波を受信するように遅延量を算出する遅延量算出手段と、この遅延量算出手段で算出された遅延量になるように、前記各受波器で変換された前記電気信号の位相を整える整相手段と、を前記コンピュータに機能させることにある（請求項１０）。
【００２１】
本発明に係る整相装置は、電気信号を音波に変換して送信する複数の送波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる。そして、本発明に係る整相装置の特徴は、前記各送波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、この偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各送波器の座標を算出する座標算出部と、この座標算出部で算出された前記各送波器の座標に基づき、前記各送波器が特定の方位へ前記音波を送信するように遅延量を算出する遅延量算出部と、この遅延量算出部で算出された遅延量になるように、前記各送波器で変換される前記電気信号の位相を整える整相部と、を備えている（請求項３）。
【００２２】
偏移量センサが各送波器の位置の偏移量を計測し、その偏移量に基づき座標算出部が各送波器の座標を算出する。そのため、各送波器が直線状に並んでいなくても、各送波器の位置が座標として正確に捉えられる。そして、それらの座標に基づき遅延量算出部は各送波器が特定の方位へ音波を送信するように遅延量を算出し、これらの遅延量になるように整相部は各送波器で変換される電気信号の位相を整える。このように、従来は曳航アレイの形状に関係なく整相方位に対応する唯一の遅延量を設定していたのに対して、本発明では常に整相方位が一定になるように曳航アレイの形状に応じて遅延量を変えている。そのため、本発明によれば、曳航船の回頭等によって曳航アレイが非直線状になっても整相方位を地図上で固定できる。また、従来は、曳航アレイが直線状になっているときの整相方位を採用するため、二つの整相方位が存在した。これに対し、本発明では、曳航アレイが非直線状であるときの整相方位を採用することにより、その整相方位は一つだけになるので、一つの方位にのみ音波を送信できる。なお、ここでいう「音波」とは、どのような周波数の振動も含み、もちろん超音波も含むものとする。
【００２３】
このとき、前記偏移量センサは、前記各送波器に設けられたコンパスであり、前記座標算出部は、前記各コンパスで計測された偏移量である方位の情報と既知である前記各送波器間の長さとに基づき、幾何学的に前記各送波器の座標を算出する、としてもよい（請求項４）。コンパスによって各送波器の方位がわかり、各送波器間の距離が既知であれば、三角測量の原理によって各送波器の座標が計算できる。したがって、コンパスという簡素な機器によって、各送波器の座標が得られる。
【００２４】
本発明に係る曳航式ソーナーは、本発明に係る整相装置と、前記曳航アレイと、を備えたことを特徴とする（請求項７）。本発明に係る曳航式ソーナーによれば、本発明に係る整相装置を備えたことにより、曳航アレイが非直線状になっても整相方位を地図上で固定できるとともに、ただ一つの整相方位へ音波を送信することが可能となる。
【００２５】
本発明に係る整相方法は、電気信号を音波に変換して送信する複数の送波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる。そして、本発明に係る整相方法の特徴は、前記各送波器の位置の偏移量を計測し、この計測された偏移量に基づき前記各送波器の座標を算出し、この算出された前記各送波器の座標に基づき、前記各送波器が特定の方位へ前記音波を送信するように遅延量を算出し、この算出された遅延量になるように、前記各送波器で変換される前記電気信号の位相を整える、ことを特徴とする（請求項９）。
【００２６】
本発明に係る整相プログラムは、電気信号を音波に変換して送信する複数の送波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイと、前記各送波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、コンピュータと、を有する曳航式ソーナーに用いられる。そして、本発明に係る整相プログラムの特徴は、前記の偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各送波器の座標を算出する座標算出手段と、この座標算出手段で算出された前記各送波器の座標に基づき、前記各送波器が特定の方位へ前記音波を送信するように遅延量を算出する遅延量算出手段と、この遅延量算出手段で算出された遅延量になるように、前記各送波器で変換される前記電気信号の位相を整える整相手段と、を前記コンピュータに機能させることにある（請求項１１）。
【００２７】
本発明に係る整相装置は、電気信号を音波に変換して送信する動作と音波を受信して電気信号に変換する動作とを切り替え可能な複数の送受波器がケーブルで連結されて成る曳航アレイを備えた曳航式ソーナーに用いられる。そして、本発明に係る整相装置の特徴は、前記各送受波器の位置の偏移量を計測する偏移量センサと、この偏移量センサで計測された偏移量に基づき前記各送受波器の座標を算出する座標算出部と、この座標算出部で算出された前記各送受波器の座標に基づき、前記各送受波器が特定の方位へ前記音波を送信するように、又は前記各送受波器が特定の方位からの前記音波を受信するように、遅延量を算出する遅延量算出部と、この遅延量算出部で算出された遅延量になるように、前記各送受波器で前記音波に変換される前記電気信号の位相又は前記各送受波器で前記音波から変換された前記電気信号の位相を整える整相部と、を備えたことにある（請求項５）。
【００２８】
まず、電気信号を音波に変換して送信する送波器として、送受波器を動作させる。このとき、偏移量センサが各送受波器の位置の偏移量を計測し、その偏移量に基づき座標算出部が各送受波器の座標を算出する。そのため、各送受波器が直線状に並んでいなくても、各送受波器の位置が座標として正確に捉えられる。そして、それらの座標に基づき遅延量算出部は各送受波器が特定の方位へ音波を送信するように遅延量を算出し、これらの遅延量になるように整相部は各送受波器で変換される電気信号の位相を整える。このように、従来は曳航アレイの形状に関係なく整相方位に対応する唯一の遅延量を設定していたのに対して、本発明では常に整相方位が一定になるように曳航アレイの形状に応じて遅延量を変えている。そのため、本発明によれば、曳航船の回頭等によって曳航アレイが非直線状になっても整相方位を地図上で固定できる。また、従来は、曳航アレイが直線状になっているときの整相方位を採用するため、二つの整相方位が存在した。これに対し、本発明では、曳航アレイが非直線状であるときの整相方位を採用することにより、その整相方位は一つだけになるので、一つの方位にのみ音波を送信できる。
【００２９】
続いて、音波を受信して電気信号に変換する受波器として、送受波器を動作させる。このとき、偏移量センサが各送受波器の位置の偏移量を計測し、その偏移量に基づき座標算出部が各送受波器の座標を算出する。そのため、各送受波器が直線状に並んでいなくても、各送受波器の位置が座標として正確に捉えられる。そして、それらの座標に基づき遅延量算出部は各送受波器が特定の方位からの音波を受信するように遅延量を算出し、これらの遅延量になるように整相部は各送受波器で変換された電気信号の位相を整える。このように、従来は曳航アレイの形状に関係なく整相方位に対応する唯一の遅延量を設定していたのに対して、本発明では常に整相方位が一定になるように曳航アレイの形状に応じて遅延量を変えている。そのため、本発明によれば、曳航船の回頭等によって曳航アレイが非直線状になっても整相方位を地図上で固定できる。また、従来は、曳航アレイが直線状になっているときの整相方位を採用するため、二つの整相方位のどちらであるかを判定する作業が必要であった。これに対し、本発明では、曳航アレイが非直線状であるときの整相方位を採用することにより、その整相方位は一つだけになるので、整相方位を判定する必要がない。
【００３０】
以上のように、曳航式ソーナーは、送受波器が音波を送信するとともに戻ってきた音波を受信することにより、アクティブソーナーとして動作する。なお、ここでいう「音波」とは、どのような周波数の振動も含み、もちろん超音波も含むものとする。
【００３１】
次に、本発明について要約する。従来の曳航式ソーナーは、相対方位での受波ビーム整相と長時間積分を行っており、これは、曳航艦が同一針路を直線状に航行することによって曳航アレイを直線状に保ちつつ、受波ビームの方位が地図上で固定された状態になっていることを前提としている。しかし、初探知を得た後に左右判定のために回頭すると、曳航アレイの形状が変形して受波ビームの方位がずれるため、地図上で固定された方位への長時間積分が中断され、探知状況の悪化を招くという問題がある。そこで、本発明に係る曳航式ソーナーでは、リアルタイムの各受波器位置偏移量を計測するコンパス等の偏移量センサ、センサ計測値から各受波器座標を算出する座標算出回路、各受波器座標から遅延量を算出する遅延量算出回路、遅延量により整相を行う整相回路を有し、曳航によって変化する曳航アレイの形状にかかわらず地図上で固定した方向の受波ビームを形成することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、曳航アレイの形状に応じて各受波器に対する遅延量を変えることにより、常に整相方位を一定にできるので、曳航アレイが非直線状になっても整相方位を地図上で固定できる。また、曳航アレイが非直線状であるときの整相方位を採用することにより、その整相方位は一つだけになるので、整相方位を判定する作業を不要にできる。
【００３３】
換言すると、第１の効果は、曳航アレイの形状の変化にかかわらず、地図上で固定の方向に安定して受波ビームを形成できるため、曳航船の航走状態に左右されず、長時間積分の信号処理利得を維持できる。第２の効果は、曳航船が蛇行を行い曳航アレイの形状を意図的に曲線にした場合、左右対称ではない別々の受波ビームを地図上で固定の方向に安定して形成できるため、信号を継続的に捕らえつつ、回頭動作を行うことなく目標方位の判別ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
図１は、本発明に係る整相装置及び曳航式ソーナーの第一実施形態を示すブロック図である。図２は、図１の曳航式ソーナーの使用状態を示す平面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００３５】
曳航式ソーナー１０は、パッシブソーナーであり、曳航船１１によって水中又は水面を曳航される曳航アレイ２０と、曳航船１１内に設置される信号処理装置３０とに分けられる。曳航アレイ２０は、音波Ｓ１〜Ｓｎを受信して電気信号ｓ１〜ｓｎに変換する複数の受波器２１１〜２１ｎが、ケーブル２２で連結されたものである。信号処理装置３０は、整相装置３１、加算回路３２、表示部３３等を備えている。受波器２１１〜２１ｎと信号処理装置３０とは、ケーブル２２を介して電気的に接続されている。
【００３６】
整相装置３１は、コンパス３４１〜３４ｎ、座標算出回路３５、遅延量算出回路３６、整相回路３７１〜３７ｎ等を備えている。これらの座標算出回路３５、遅延量算出回路３６及び整相回路３７１〜３７ｎは、例えばハードウェア記述言語によって設計されたディジタル回路などによって実現される。
【００３７】
受波器２１１〜２１ｎは、圧電素子、磁歪素子、マイクロフォンなどの一般的なパッシブソーナー用部品でよく、必要に応じて増幅回路などが付設される。
【００３８】
コンパス３４１〜３４ｎは、受波器２１１〜２１ｎに一個ずつ設けられ、受波器２１１〜２１ｎの位置の偏移量を計測する偏移量センサとして動作する。コンパス３４１〜３４ｎの種類としては、磁針とロータリエンコーダとを組み合わせたものや、ジャイロコンパスなどがある。コンパス３４１〜３４ｎも、ケーブル２２を介して信号処理装置３０に電気的に接続されている。
【００３９】
座標算出回路３５は、コンパス３４１〜３４ｎで計測された偏移量に基づき受波器２１１〜２１ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。具体的には、コンパス３４１〜３４ｎで計測された偏移量である受波器２１１〜２１ｎの方位θ１〜θｎと既知である受波器２１１〜２１ｎ間の長さＬ１〜Ｌｎとに基づき、幾何学的に受波器２１１〜２１ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。この座標の算出方法については、後で詳しく述べる。
【００４０】
遅延量算出回路３６は、座標算出回路３５で算出された受波器２１１〜２１ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき、受波器２１１〜２１ｎが特定の方位からの音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出する。
【００４１】
整相回路３７１〜３７ｎは、遅延量算出回路３６で算出された遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、受波器２１１〜２１ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える。この整相回路３７１〜３７ｎは、移相器とも呼ばれ、フェイズドアレイに用いられる一般的な回路である。
【００４２】
加算回路３２は、位相φ１〜φｎが整えられた電気信号ｓ１'〜ｓｎ'を加算して合算信号ｓｓとして、ＬＣＤなどの表示部３３へ出力する。
【００４３】
ここで、北を示す０°からΔθ°刻みに各方位からの受波ビーム１２の音波Ｓ１〜Ｓｎを受波器２１１〜２１ｎが受信するには、遅延量算出回路３６はΔθ°ごとに異なる遅延量ｔ１〜ｔｎを設定する。このようにして加算回路３２からΔθ°ごとに異なる合算信号ｓｓが得られ、これが表示部３３で表示されると、各方位ごとの受波ビーム１２の強さを示すレーダーチャートとなる。
【００４４】
図３は、図１の整相装置における整相の原理を示す説明図である。以下、図１乃至図３に基づき説明する。
【００４５】
受波器２１１〜２１ｎが直線状に並んでいるときは、整相装置３１の動作は従来と同じである。ここでは、受波器２１１〜２１ｎが非直線状に屈曲して並んでいるとき、整相方位１３を時計回りに６０°の方位とした場合について考える。まず、図３［１］に示すように、遅延量算出回路３６は、受波器２１１〜２１ｎを整相方位１３と逆向きに仮想的に移動させ、受波器２１１〜２１ｎを整相方位１３と直交する方向に直線状に並べる。そして、受波器２１１〜２１ｎの移動前後の距離をそれぞれｄ１〜ｄｎ（ただしｄｎ＝０とする。）とし、音速をｖとすると、遅延量はそれぞれｔ１＝ｄ１／ｖ，ｔ２＝ｄ２／ｖ，…，ｔｎ＝ｄｎ／ｖで与えられる。このとき、受波器２１１〜２１ｎの移動前の座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）は座標算出回路２５によって得られているので、これを用いれば受波器２１１〜２１ｎの移動前後の距離ｄ１〜ｄｎも幾何学的に求められる。
【００４６】
つまり、整相回路３７１〜３７ｎは、受波器２１１〜２１ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎをそれぞれ遅延量ｔ１〜ｔｎだけ遅らせると、整相方位１３から来た受波ビーム１４に対して同時に電気信号ｓ１'〜ｓｎ'を出力することになる。これにより、電気信号ｓ１'〜ｓｎ'が加算された合算信号ｓｓを強められるので、曳航アレイ２０が整相方位１３に指向性を有することになる。
【００４７】
また、このときの遅延量ｔ１〜ｔｎに対応する整相方位は、６０°の整相方位１３だけである。図３［２］に仮想線で示すように、−６０°の整相方位１３'は、受波器２１１〜２１ｎの移動前後の距離ｄ１'〜ｄｎ'が６０°の整相方位１３の場合と異なるため、遅延量ｔ１〜ｔｎに対応しなくなるからである。
【００４８】
次に、本実施形態の整相装置の作用及び効果について、図１乃至図３に基づき説明する。
【００４９】
コンパス３４１〜３４ｎが受波器２１１〜２１ｎの位置の偏移量を計測し、その偏移量に基づき座標算出回路３５が受波器２１１〜２１ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。そのため、受波器２１１〜２１ｎが直線状に並んでいなくても、受波器２１１〜２１ｎの位置が座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）として正確に捉えられる。そして、それらの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき遅延量算出回路３６は受波器２１１〜２１ｎが特定の方位からの音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出し、これらの遅延量ｔ１〜ｔｎになるように整相回路３７１〜３７ｎは受波器２１１〜２１ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える。
【００５０】
このように、従来は曳航アレイの形状に関係なく整相方位に対応する唯一の遅延量を設定していたのに対して、本実施形態では常に整相方位が一定になるように曳航アレイ２０の形状に応じて遅延量ｔ１〜ｔｎを変えている。そのため、本実施形態によれば、曳航船１１の回頭等によって曳航アレイ２０が非直線状になっても整相方位１３を地図上で固定できる。
【００５１】
また、従来は、曳航アレイが直線状になっているときの整相方位を採用するため、二つの整相方位のどちらであるかを判定する作業が必要であった。これに対し、本実施形態では、曳航アレイ２０が非直線状であるときの整相方位１３を採用することにより、その整相方位は一つだけになるので、整相方位を判定する必要がない。なお、ここでいう「音波」とは、どのような周波数の振動も含み、もちろん超音波も含むものとする。
【００５２】
図４は、図１の整相装置における受波器の座標検出方法を示す説明図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００５３】
コンパス３４１，…は、受波器２１１，…に一個ずつ設けられ、受波器２１１，…の方位θ１，…を出力する。方位θ１，…は、北を０°としたときの値であり、反時計回りを正とする。受波器２１１〜２１ｎ間の長さＬ１〜Ｌｎは既知である。例えば曳航船１１を原点（０，０）とした場合、受波器２１１の座標（ｘ１，ｙ１）は、（Ｌ１sinθ１，−Ｌ１cosθ１）で与えられる。同様にして、受波器２１２の座標（ｘ２，ｙ２）は、（ｘ１＋Ｌ２sinθ２，ｙ１−Ｌ２cosθ２）で与えられ、ｍ番目の受波器２１ｍの座標（ｘｍ，ｙｍ）は（ｘm-1＋Ｌｍsinθｍ，ｙm-1−Ｌｍcosθｍ）で与えられる。
【００５４】
本実施形態によれば、コンパス３４１，…という簡素な機器によって、受波器２１１，…の座標（ｘ１，ｙ１），…が容易に得られる。
【００５５】
次に、本実施形態の整相装置及び曳航式ソーナーについて、図１乃至図３に基づき、更に詳しく説明する。
【００５６】
図２に示すように、曳航式ソーナー１０は、曳航船１１に曳航される曳航アレイ２０と、曳航船１１内に載置された信号処理装置３０とから成る、パッシブソーナーである。曳航アレイ２０を構成する受波器２１１〜２１ｎからの出力信号が、ケーブル２２を通過して信号処理装置３０に送られる。信号処理装置３０に送られた信号は、図１に示すように、整相回路３７１〜３７ｎ（遅延時間等を与える）で処理されて加算され、受波ビーム出力である合算信号ｓｓとなる。
【００５７】
整相装置３１は、偏移量センサとしてのコンパス３４１〜３４ｎと、コンパス３４１〜３４ｎからの計測値に基づいて受波器２１１〜２１ｎの位置情報を求める座標算出回路３５と、その位置計算に基づいて受波ビーム１２ごとに地図上の固定方向からの音波に位相が合うように遅延量（遅延時間）を算出する遅延量算出回路３６と、遅延量算出回路３６からの遅延量で整相する整相回路３７１〜３７ｎとを備える。
【００５８】
整相装置３１及び曳航式ソーナー１０の動作を説明する。整相（遅延時間等）の計算について、曳航アレイ２０面に対して６０°方向に整相する場合を考える。
【００５９】
まず、従来技術について説明する。図２１［１］に示すように、曳航アレイ８０が直線の場合、到来音波は受波器８１１〜８１ｎで受信する。この信号に対して、図中の矢印で示す距離ｄ１〜ｄｎ分に相当する音波が伝わる時間ｔ１〜ｔｎを遅らせると、整相面で受信した場合と同様になる。また、図２１［２］に示すように、曳航アレイ８０が曲面の場合、曳航アレイ８０が直線で一定方向に向いていると仮定して、図２１［１］の場合と同じ遅延量ｔ１〜ｔｎを与えて整相する。そのため、整相面が曲面となって所望の方向に整相できない。
【００６０】
これに対して、本実施形態では、曳航アレイ２０の位置を計算して整相面が一定の向きになるよう遅延量ｔ１〜ｔｎを与え整相を行う。このように、変化する曳航アレイ２０の位置に対して、整相面を固定するようにその遅延量ｔ１〜ｔｎを対応して与えることにより、受波ビーム１２の方向を地図上で固定することができる。
【００６１】
次に本発明に係る整相方法の第一実施形態について、図１乃至図４に基づき説明する。
【００６２】
本実施形態の整相方法は、前述の整相装置３１の動作として説明した内容と同じである。つまり、本実施形態の整相方法は、音波Ｓ１〜Ｓｎを受信して電気信号ｓ１〜ｓｎに変換する複数の受波器２１１〜２１ｎと、受波器２１１〜２１ｎがケーブル２２で連結されて成るとともに曳航船１１に曳航される曳航アレイ２０と、を有する曳航式ソーナー１０に用いられる。そして、本実施形態の整相方法の特徴は、受波器２１１〜２１ｎの方位θ１〜θｎを計測し、方位θ１〜θｎに基づき受波器２１１〜２１ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出し、座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき、受波器２１１〜２１ｎが特定の方位からの音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出し、遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、受波器２１１〜２１ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整えることにある。
【００６３】
本実施形態の整相方法の作用及び効果は、前述の整相装置３１の作用及び効果と同じである。
【００６４】
図５は、本発明に係る整相プログラムの第一実施形態によって動作するコンピュータのハードウェアの一例を示すブロック図である。以下、図５を中心に、図１及び図２を参照しつつ説明する。
【００６５】
本実施形態の整相プログラム１５ａは、図１の整相装置３１の座標算出回路３５、遅延量算出回路３６及び整相回路３７１〜３７ｎと同じように、コンピュータ１５を機能させるものである。つまり、整相プログラム１５ａは、音波Ｓ１〜Ｓｎを受信して電気信号ｓ１〜ｓｎに変換する複数の受波器２１１〜２１ｎと、受波器２１１〜２１ｎがケーブル２２（図２）で連結されて成るとともに曳航船１１（図２）に曳航される曳航アレイ２０（図２）と、受波器２１１〜２１ｎの方位θ１〜θｎを計測するコンパス３４１〜３４ｎと、信号処理装置３０（図２）内に設けられたコンピュータ１５と、を有する曳航式ソーナー１０（図２）に用いられる。
【００６６】
コンピュータ１５は、ＣＰＵ１５１、ＲＡＭ１５２、ＲＯＭ１５３、バス１５４、入出力インタフェース１５５等から成る一般的なマイクロコンピュータである。整相プログラム１５ａは、ハードディスクなどの外部記憶装置（図示せず）からＲＡＭ１５２内にロードされている。ＣＰＵ１５１は、ＲＡＭ１５２から整相プログラム１５ａの命令を順次読み込み、その命令を解釈してデータの加工及び移動を実行する。
【００６７】
図６は、図５のコンピュータの機能の一例を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００６８】
整相プログラム１５ａの特徴は、コンパス３４１〜３４ｎで計測された受波器２１１〜２１ｎの方位θ１〜θｎに基づき受波器２１１〜２１ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する座標算出手段３５ａと、座標算出手段３５ａで算出された座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき、受波器２１１〜２１ｎが特定の方位からの音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出する遅延量算出手段３６ａと、遅延量算出手段３６ａで算出された遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、受波器２１１〜２１ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える整相手段３７ａとを、コンピュータ１５に機能させることにある。これに加え、整相プログラム１５ａは、図１の加算回路３２と同じように、加算手段３２ａをコンピュータ１５に機能させる。すなわち、加算手段３２ａは、整相手段３７ａで位相φ１〜φｎが整えられた電気信号ｓ１'〜ｓｎ'を、加算して合算信号ｓｓとして表示部３３へ出力する。
【００６９】
図７は、図５のコンピュータの動作の一例を示すフローチャートである。以下、図５乃至図７に基づき説明する。
【００７０】
受波器２１１〜２１ｎが直線状に並んでいるときは、コンピュータ１５の動作は従来と同じである。ここでは、受波器２１１〜２１ｎが非直線状に屈曲して並んでいるときについて、コンピュータ１５の動作を説明する。
【００７１】
まず、座標算出手段３５ａは、コンパス３４１〜３４ｎから受波器２１１〜２１ｎの方位θ１〜θｎを入力し（ステップ１０１）、方位θ１〜θｎに基づき受波器２１１〜２１ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する（ステップ１０２）。
【００７２】
続いて、遅延量算出手段３６ａは、特定の方位Ｄをθｏ°に設定し（ステップ１０３）、座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき、受波器２１１〜２１ｎが方位Ｄからの音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出する（ステップ１０４）。続いて、整相手段３７ａは、遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、受波器２１１〜２１ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える（ステップ１０５）。続いて、加算手段３２ａは、位相φ１〜φｎが整えられた電気信号ｓ１'〜ｓｎ'を、加算して合算信号ｓｓとして表示部３３へ出力する（ステップ１０６）。
【００７３】
続いて、遅延量算出手段３６ａは、方位ＤにΔθ°を加えて新たな方位Ｄを設定する（ステップ１０７）。そして、遅延量算出手段３６ａ、整相手段３７ａ及び加算手段３２ａは、その新たな方位Ｄに対して、ステップ１０４〜１０７の処理を実行する。これらの動作はＤ＞θｅ°となるまで繰り返す（ステップ１０８）。これにより、各方位ごとの受波ビームの強さを示すレーダーチャートが得られる。例えば、θｏ°＝０°、θｅ°＝３６０°である。
【００７４】
本実施形態の整相プログラム１５ａの作用及び効果は、図１の整相装置３１の作用及び効果と同じである。
【００７５】
図８は、本発明に係る整相装置及び曳航式ソーナーの第二実施形態を示すブロック図である。図９は、図８の曳航式ソーナーの使用状態を示す平面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【００７６】
曳航式ソーナー４０は、アクティブソーナーの送信側であり、曳航船１１によって水中又は水面を曳航される曳航アレイ４１と、曳航船１１内に設置される信号処理装置４２とに分けられる。曳航アレイ４１は、電気信号ｓ１〜ｓｎを音波Ｓ１〜Ｓｎに変換して送信する複数の送波器４２１〜４２ｎが、ケーブル２２で連結されたものである。信号処理装置４２は、整相装置４３等を備えている。送波器４２１〜４２ｎと信号処理装置４２とは、ケーブル２２を介して電気的に接続されている。
【００７７】
整相装置４３は、コンパス３４１〜３４ｎ、座標算出回路３５、遅延量算出回路３６、整相回路３７１〜３７ｎ等を備えている。これらの座標算出回路３５、遅延量算出回路３６及び整相回路３７１〜３７ｎは、例えばハードウェア記述言語によって設計されたディジタル回路などによって実現される。コンパス３４１〜３４ｎ、座標算出回路３５、遅延量算出回路３６及び整相回路３７１〜３７ｎは、受波を送波に置き換えた点を除き、基本的な構成が図１の整相装置３１の各構成要素と同じであるので、それぞれ図１の各構成要素と同じ符号を付す。
【００７８】
送波器４２１〜４２ｎは、圧電素子、磁歪素子、スピーカなどの一般的なアクティブソーナー用部品でよく、必要に応じて駆動回路などが付設される。コンパス３４１〜３４ｎは、送波器４２１〜４２１ｎに一個ずつ設けられ、送波器４２１〜４２ｎの位置の偏移量を計測する偏移量センサとして動作する。
【００７９】
座標算出回路３５は、コンパス３４１〜３４ｎで計測された偏移量に基づき送波器４２１〜４２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。具体的には、コンパス３４１〜３４ｎで計測された偏移量である送波器４２１〜４２ｎの方位θ１〜θｎと既知である送波器４２１〜４２ｎ間の長さＬ１〜Ｌｎとに基づき、幾何学的に送波器４２１〜４２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。この座標の算出方法については、前述したとおりである。
【００８０】
遅延量算出回路３６は、座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき、送波器４２１〜４２ｎが特定の方位へ音波Ｓ１〜Ｓｎを送信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出する。
【００８１】
整相回路３７１〜３７ｎは、遅延量算出回路３６で算出された遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、送波器４２１〜４２ｎで変換される電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える。なお、遅延量ｔ１〜ｔｎの算出は図３を用いて説明した方法に準ずるが、遅延量ｔ１〜ｔｎが大きいほど位相を進ませる。
【００８２】
ここで、北を示す０°からΔθ°刻みに各方位へ送波ビーム４４の音波Ｓ１〜Ｓｎを各送波器４２１〜４２ｎが送信するには、遅延量算出回路３６はΔθ°ごとに異なる遅延量ｔ１〜ｔｎを設定する。
【００８３】
コンパス３４１〜３４ｎが送波器４２１〜４２ｎの方位θ１〜θｎを計測し、その方位θ１〜θｎに基づき座標算出回路３５が送波器４２１〜４２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。そのため、送波器４２１〜４２ｎが直線状に並んでいなくても、送波器４２１〜４２ｎの位置が座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）として正確に捉えられる。そして、それらの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき遅延量算出回路３６は送波器４２１〜４２ｎが特定の方位へ音波Ｓ１〜Ｓｎを送信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出し、これらの遅延量ｔ１〜ｔｎになるように整相回路３７１〜３７ｎは送波器４２１〜４２ｎで変換される電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える。
【００８４】
このように、従来は曳航アレイの形状に関係なく送波ビームの整相方位に対応する唯一の遅延量を設定していたのに対して、本実施形態では常に送波ビーム４４の整相方位が一定になるように曳航アレイ４１の形状に応じて遅延量ｔ１〜ｔｎを変えている。そのため、本実施形態によれば、曳航船１１の回頭等によって曳航アレイ４１が非直線状になっても送波ビーム４４の整相方位を地図上で固定できる。
【００８５】
また、従来は、曳航アレイが直線状になっているときの送波ビームの整相方位を採用するため、二つの整相方位が存在した。これに対し、本実施形態では、曳航アレイ４１が非直線状であるときの送波ビーム４４の整相方位を採用することにより、その整相方位は一つだけになるので、一つの方位にのみ音波Ｓ１〜Ｓｎを送信できる。
【００８６】
なお、ここでいう「音波」とは、どのような周波数の振動も含み、もちろん超音波も含むものとする。また、曳航式ソーナー４０はアクティブソーナーの送信側であるので、図示しないアクティブソーナーの受信側が別途存在する。更に、曳航式ソーナー４０は、名称をソーナーとしたが、これに限らず、例えば特定方向に音波を送信する曳航式音波送信装置として用いてもよい。
【００８７】
次に本発明に係る整相方法の第二実施形態について、図８及び図９に基づき説明する。
【００８８】
本実施形態の整相方法は、前述の整相装置４３の動作として説明した内容と同じである。つまり、本実施形態の整相方法は、電気信号ｓ１〜ｓｎを音波Ｓ１〜Ｓｎに変換して送信する複数の送波器４２１〜４２ｎと、送波器４２１〜４２ｎがケーブル２２で連結されて成るとともに曳航船１１に曳航される曳航アレイ４１と、を有する曳航式ソーナー４０に用いられる。そして、本実施形態の整相方法の特徴は、送波器４２１〜４２ｎの方位θ１〜θｎを計測し、方位θ１〜θｎに基づき送波器４２１〜４２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出し、座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき、送波器４２１〜４２ｎが特定の方位からの音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出し、遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、送波器４２１〜４２ｎで変換される電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整えることにある。
【００８９】
本実施形態の整相方法の作用及び効果は、前述の整相装置４３の作用及び効果と同じである。
【００９０】
図１０は、本発明に係る整相プログラムの第二実施形態によって動作するコンピュータのハードウェアの一例を示すブロック図である。以下、図１０を中心に、図８及び図９を参照しつつ説明する。
【００９１】
本実施形態の整相プログラム４５ａは、図８の整相装置４３の座標算出回路３５、遅延量算出回路３６及び整相回路３７１〜３７ｎと同じように、コンピュータ４５を機能させるものである。つまり、整相プログラム４５ａは、電気信号ｓ１〜ｓｎを音波Ｓ１〜Ｓｎに変換して送信する複数の送波器４２１〜４２ｎと、送波器４２１〜４２ｎがケーブル２２（図９）で連結されて成るとともに曳航船１１（図９）に曳航される曳航アレイ４１（図２）と、送波器４２１〜４２ｎの方位θ１〜θｎを計測するコンパス３４１〜３４ｎと、信号処理装置４２（図９）内に設けられたコンピュータ４５と、を有する曳航式ソーナー４０（図９）に用いられる。
【００９２】
コンピュータ４５は、ＣＰＵ１５１、ＲＡＭ１５２、ＲＯＭ１５３、バス１５４、入出力インタフェース１５５等から成る一般的なマイクロコンピュータである。整相プログラム４５ａは、ハードディスクなどの外部記憶装置（図示せず）からＲＡＭ１５２内にロードされている。ＣＰＵ１５１は、ＲＡＭ１５２から整相プログラム４５ａの命令を順次読み込み、その命令を解釈してデータ加工及び移動を実行する。
【００９３】
図１１は、図１０のコンピュータの機能の一例を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００９４】
整相プログラム４５ａの特徴は、コンパス３４１〜３４ｎで計測された送波器４２１〜４２ｎの方位θ１〜θｎに基づき送波器４２１〜４２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する座標算出手段３５ａと、座標算出手段３５ａで算出された座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき、送波器４２１〜４２ｎが特定の方位へ音波Ｓ１〜Ｓｎを送信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出する遅延量算出手段３６ａと、遅延量算出手段３６ａで算出された遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、送波器４２１〜４２ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える整相手段３７ａとを、コンピュータ４５に機能させることにある。
【００９５】
図１１は、図１０のコンピュータの動作の一例を示すフローチャートである。以下、図５乃至図７に基づき説明する。
【００９６】
送波器４２１〜４２ｎが直線状に並んでいるときは、コンピュータ４５の動作は従来と同じである。ここでは、送波器４２１〜４２ｎが非直線状に屈曲して並んでいるときについて、コンピュータ４５の動作を説明する。
【００９７】
まず、座標算出手段３５ａは、コンパス３４１〜３４ｎから送波器４２１〜４２ｎの方位θ１〜θｎを入力し（ステップ２０１）、方位θ１〜θｎに基づき送波器４２１〜４２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する（ステップ２０２）。
【００９８】
続いて、遅延量算出手段３６ａは、特定の方位Ｄをθｏ°に設定し（ステップ２０３）、座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき、送波器４２１〜４２ｎが方位Ｄへ音波Ｓ１〜Ｓｎを送信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出する（ステップ２０４）。続いて、整相手段３７ａは、遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、送波器４２１〜４２ｎで変換される電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える（ステップ２０５）。続いて、送波器４２１〜４２ｎは、位相φ１〜φｎが整えられた電気信号ｓ１〜ｓｎを、音波Ｓ１〜Ｓｎに変換して送信する（ステップ２０６）。
【００９９】
続いて、遅延量算出手段３６ａは、方位ＤにΔθ°を加えて新たな方位Ｄを設定する（ステップ２０７）。そして、遅延量算出手段３６ａ、整相手段３７ａ及び送波器４２１〜４２ｎは、その新たな方位Ｄに対して、ステップ２０４〜２０７の処理を実行する。これらの動作はＤ＞θｅ°となるまで繰り返す（ステップ２０８）。例えば、θｏ°＝０°、θｅ°＝３６０°である。
【０１００】
本実施形態の整相プログラム４５ａの作用及び効果は、図８の整相装置４３の作用及び効果と同じである。
【０１０１】
図１３は、本発明に係る整相装置及び曳航式ソーナーの第三実施形態を示すブロック図である。図１４は、図１３の曳航式ソーナーの使用状態を示す平面図である。以下、これらの図面に基づき説明する。
【０１０２】
曳航式ソーナー５０は、第一実施形態の曳航式ソーナー１０（図１）と第二実施形態の曳航式ソーナー４０（図８）とを組み合わせたアクティブソーナーであり、曳航船１１によって水中又は水面を曳航される曳航アレイ５１と、曳航船１１内に設置される信号処理装置５２とに分けられる。曳航アレイ５１は、電気信号ｓ１〜ｓｎを音波Ｓ１〜Ｓｎに変換して送信する動作と音波Ｓ１〜Ｓｎを受信して電気信号ｓ１〜ｓｎに変換する動作とを切り替え可能な複数の送受波器５２１〜５２ｎが、ケーブル２２で連結されたものである。信号処理装置５２は、整相装置５３等を備えている。送受波器５２１〜５２ｎと信号処理装置５２とは、ケーブル２２を介して電気的に接続されている。
【０１０３】
整相装置５３は、コンパス３４１〜３４ｎ、座標算出回路３５、遅延量算出回路３６、整相回路３７１〜３７ｎ、加算回路３２、表示部３３等を備えている。これらの座標算出回路３５、遅延量算出回路３６、整相回路３７１〜３７ｎは、例えばハードウェア記述言語によって設計されたディジタル回路などによって実現される。コンパス３４１〜３４ｎ、座標算出回路３５、遅延量算出回路３６、整相回路３７１〜３７ｎ、加算回路３２及び表示部３３は、受波を受波兼送波に置き換えた点を除き、基本的な構成が図１の整相装置３１の各構成要素と同じであるので、それぞれ図１の各構成要素と同じ符号を付す。
【０１０４】
送受波器５２１〜５２ｎは、圧電素子、磁歪素子、スピーカ兼マイクロフォンなどの一般的なアクティブソーナー用部品でよく、必要に応じて増幅回路や駆動回路などが付設される。コンパス３４１〜３４ｎは、送受波器５２１〜５２１ｎに一個ずつ設けられ、送受波器５２１〜５２ｎの位置の偏移量を計測する偏移量センサとして動作する。
【０１０５】
座標算出回路３５は、コンパス３４１〜３４ｎで計測された偏移量に基づき送受波器５２１〜５２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。具体的には、コンパス３４１〜３４ｎで計測された偏移量である送受波器５２１〜５２ｎの方位θ１〜θｎと既知である送受波器５２１〜５２ｎ間の長さＬ１〜Ｌｎとに基づき、幾何学的に送受波器５２１〜５２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。この座標の算出方法については、前述したとおりである。
【０１０６】
遅延量算出回路３６は、座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき、送受波器５２１〜５２ｎが特定の方位へ音波Ｓ１〜Ｓｎを送信するように、又は送受波器５２１〜５２ｎが特定の方位から音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように、遅延量ｔ１〜ｔｎを算出する。
【０１０７】
整相回路３７１〜３７ｎは、遅延量算出回路３６で算出された遅延量ｔ１〜ｔｎになるように、送受波器５２１〜５２ｎで音波Ｓ１〜Ｓｎに変換される電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎ又は送受波器５２１〜５２ｎで音波Ｓ１〜Ｓｎから変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える。
【０１０８】
まず、電気信号ｓ１〜ｓｎを音波Ｓ１〜Ｓｎに変換して送信する送波器として、送受波器５２１〜５２ｎを動作させる。コンパス３４１〜３４ｎが送受波器５２１〜５２ｎの方位θ１〜θｎを計測し、その方位θ１〜θｎに基づき座標算出回路３５が送受波器５２１〜５２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。そのため、送受波器５２１〜５２ｎが直線状に並んでいなくても、送受波器５２１〜５２ｎの位置が座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）として正確に捉えられる。そして、それらの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき遅延量算出回路３６は送受波器５２１〜５２ｎが特定の方位へ音波Ｓ１〜Ｓｎを送信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出し、これらの遅延量ｔ１〜ｔｎになるように整相回路３７１〜３７ｎは送受波器５２１〜５２ｎで変換される電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える。
【０１０９】
このように、本実施形態では、常に送波ビーム５４の整相方位が一定になるように、曳航アレイ５１の形状に応じて遅延量ｔ１〜ｔｎを変えている。そのため、曳航船１１の回頭等によって曳航アレイ５１が非直線状になっても、送波ビーム５４の整相方位を地図上で固定できる。また、曳航アレイ５１が非直線状であるときの送波ビーム５４の整相方位を採用することにより、その整相方位は一つだけになるので、一つの方位にのみ音波Ｓ１〜Ｓｎを送信できる。
【０１１０】
続いて、音波Ｓ１〜Ｓｎを受信して電気信号ｓ１〜ｓｎに変換する受波器として、送受波器５２１〜５２ｎを動作させる。このとき、コンパス３４１〜３４ｎが送受波器５２１〜５２ｎの位置の偏移量を計測し、その偏移量に基づき座標算出回路３５が送受波器５２１〜５２ｎの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）を算出する。そのため、送受波器５２１〜５２ｎが直線状に並んでいなくても、送受波器５２１〜５２ｎの位置が座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）として正確に捉えられる。そして、それらの座標（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）に基づき遅延量算出回路３６は送受波器５２１〜５２ｎが特定の方位からの音波Ｓ１〜Ｓｎを受信するように遅延量ｔ１〜ｔｎを算出し、これらの遅延量ｔ１〜ｔｎになるように整相回路３７１〜３７ｎは送受波器５２１〜５２ｎで変換された電気信号ｓ１〜ｓｎの位相φ１〜φｎを整える。
【０１１１】
このように、本実施形態では、常に受波ビーム５５の整相方位が一定になるように、曳航アレイ５１の形状に応じて遅延量ｔ１〜ｔｎを変えている。そのため、曳航船１１の回頭等によって曳航アレイ５１が非直線状になっても、受波ビーム５５の整相方位を地図上で固定できる。また、曳航アレイ５１が非直線状であるときの受波ビーム５５の整相方位を採用することにより、その整相方位は一つだけになるので、整相方位を判定する必要がない。
【０１１２】
以上のように、曳航式ソーナー５０は、送受波器５２１〜５２ｎが音波Ｓ１〜Ｓｎを送信するとともに戻ってきた音波Ｓ１〜Ｓｎを受信することにより、アクティブソーナーとして動作する。なお、整相装置５３等の各機能は、第一及び第二実施形態と同様に、コンピュータ及びそのプログラムによって実現してもよい。また、送受信の切り替え等は、一般のアクティブソーナーと同様に、コンピュータ及びそのプログラムによって制御してもよい。
【０１１３】
なお、本発明は、言うまでもなく、上記第一乃至第三実施形態に限定されるものではない。例えば、偏移量センサは、コンパスの代わりに、座標が既知の二個又は三個の送波器を用い、これらから受波器までの音波の到達時間を計測するようにしてもよい。また、受波器等の座標は、説明を簡潔にするために二次元座標を用いたが、例えばコンパスと深度計を使って三次元座標を検出するようにしてもよい。
【実施例１】
【０１１４】
図１５は、実施例及び比較例についてのシミュレーション条件を示す平面図である。図１６は直進時のシミュレーション結果を示す円グラフであり、図１６［１］が実施例、図１６［２］が比較例である。図１７は左旋回時のシミュレーション結果を示す円グラフであり、図１７［１］が実施例、図１７［２］が比較例である。図１８は右旋回時のシミュレーション結果を示す円グラフであり、図１８［１］が実施例、図１８［２］が比較例である。以下、実施例（本発明）として図１の整相装置、比較例（従来技術）として図１９の整相装置を取り上げ、それらのシミュレーション結果について図１５乃至図１８に基づき説明する。
【０１１５】
曳航アレイは全長３００ｍであり１ｍごとに受波器が配置され、使用周波数は５００Ｈｚとした。このとき、曳航アレイが図１５に示す軌跡をたどって運用されたとする。
【０１１６】
まず、直進の場合は、図１５に示すように、曳航アレイは直線になっている。そのため、図１６に示すように、実施例でも比較例でも受波ビームの状況は変わりがない。図１６では、曳航方向に対して６０°方向の受波ビームを示しているが、一般には前方及び後方の一部角度を除いて数十の受波ビームが形成される。
【０１１７】
続いて、左旋回の場合は、図１５に示すように、曳航アレイは曲線になっていて、曳航アレイの方向は直進時とは変わっている。そのため、図１７［２］に示すように、比較例における元の６０°方向の受波ビームは旋回方向にずれてしまっている。これに対し、実施例では、図１７［１］に示すように、受波ビームは地図上で固定となるので６０°方向に直進時とほぼ同じ形で維持されている。その一方、反対側（−６０°方向）は、位相が合わなくなったため、指向幅が広くなり感度も低下している。また、直進時に対称に現れた−６０°方向については、図１７［１］に点線で示すように、別の整相で受波ビームが作られて安定して−６０方向に受波ビームが作られる。したがって、直進時に音波の到来方向が右か左かわからなかったとすると、この左旋回時にその判別ができることになる。
【０１１８】
続いて、右旋回の場合は、図１５に示すように、曳航アレイは曲線になっていて、曳航アレイの方向は変わっている。そのため、図１８［２］に示すように、比較例におけるに受波ビームは旋回方向にずれてしまっている。これに対し、実施例では、図１８［１］に示すように、受波ビームは地図上で固定となるので、６０°方向及び−６０°方向の受波ビームは同じ形で維持されている。
【０１１９】
したがって、実施例によれば、曳航アレイの全行程で探知が継続され、左旋回時及び右旋回時にも受波ビームは直進時とほぼ同じ状態が維持される。このような状態で運用されると、図１７［１］の状態と図１８［１］の状態とを繰り返すことになるから、始めから右方向と左方向とを区別して受信できる。したがって、右か左かを判別するために旋回して再度探知する従来の手順は必要なくなり、それぞれの積分も中断することなく継続できるので、探知の機会及び精度ともに向上する。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明に係る整相装置及び曳航式ソーナーの第一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１の曳航式ソーナーの使用状態を示す平面図である。
【図３】図１の整相装置における整相の原理を示す説明図である
【図４】図１の整相装置における受波器の座標検出方法を示す説明図である。
【図５】本発明に係る整相プログラムの第一実施形態によって動作するコンピュータのハードウェアの一例を示すブロック図である。
【図６】図５のコンピュータの機能の一例を示すブロック図である。
【図７】図５のコンピュータの動作の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明に係る整相装置及び曳航式ソーナーの第二実施形態を示すブロック図である。
【図９】図８の曳航式ソーナーの使用状態を示す平面図である。
【図１０】本発明に係る整相プログラムの第二実施形態によって動作するコンピュータのハードウェアの一例を示すブロック図である。
【図１１】図１０のコンピュータの機能の一例を示すブロック図である。
【図１２】図１０のコンピュータの動作の一例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明に係る整相装置及び曳航式ソーナーの第三実施形態を示すブロック図である。
【図１４】図１３の曳航式ソーナーの使用状態を示す平面図である。
【図１５】実施例及び比較例についてのシミュレーション条件を示す平面図である。
【図１６】直進時のシミュレーション結果を示す円グラフであり、図１６［１］が実施例、図１６［２］が比較例である。
【図１７】左旋回時のシミュレーション結果を示す円グラフであり、図１７［１］が実施例、図１７［２］が比較例である。
【図１８】右旋回時のシミュレーション結果を示す円グラフであり、図１８［１］が実施例、図１８［２］が比較例である。
【図１９】従来の曳航式ソーナーの一例を示すブロック図である。
【図２０】従来の曳航式ソーナーの使用状態を示す平面図である。
【図２１】従来の曳航式ソーナーにおける整相の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２１】
１０，４０，５０  曳航式ソーナー
１１  曳航船
１２，５５  受波ビーム
２０，４１，５１  曳航アレイ
２１１〜２１ｎ  受波器
２２  ケーブル
３０，４２，５２  信号処理装置
３１，４３，５３  整相装置
３２  加算回路
３３  表示部
３４１〜３４ｎ  コンパス（偏移量センサ）
３５  座標算出回路（座標算出部）
３６  遅延量算出回路（遅延量算出部）
３７１〜３７ｎ  整相回路（整相部）
４２１〜４２ｎ  送波器
４４，５４  送波ビーム
５２１〜５２ｎ  送受波器
Ｓ１〜Ｓｎ  音波
ｓ１〜ｓｎ  電気信号
θ１〜θｎ  方位
（ｘ１，ｙ１）〜（ｘｎ，ｙｎ）  座標
ｔ１〜ｔｎ  遅延量
【図１】
2008261727.tif 000003
【図２】
2008261727.tif 000004
【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】
2008261727.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2008261727.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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