(57)【要約】【課題】距離方向に音速プロファイルが変化するような環境に対応した２次元音線理論において、表層伝搬のカットオフ効果による音圧の減衰を考慮した音圧を求めることができる音圧計算方法及びその装置を得る。【解決手段】複数のサンプル距離riおける音速の深度特性(Zij,Cij)の情報に基づき、表層内を拘束されて伝搬する音線の拘束部分を検出するステップと、検出した音線の拘束部分についてのカットオフ効果による減衰量αを求めるステップと、２次元音線理論に基づき、任意の距離における第１の音圧を音線から求めるステップと、第１の音圧と減衰量αとに基づき、任意の距離における第２の音圧を求めるステップとを有するものである。【選択図】図１
2008045988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元音線理論を用いて水中を伝搬する音波の音圧を計算する音圧計算方法において、
複数のサンプル距離における音速の深度特性の情報に基づき、表層内に拘束されて伝搬する音線の拘束部分を検出するステップ（以下、検出ステップという）と、
検出した前記音線の拘束部分についてのカットオフ効果による減衰量を求めるステップ（以下、減衰量を求めるステップという）と、
前記２次元音線理論に基づき、任意の距離における第１の音圧を求めるステップと、
前記第１の音圧と前記減衰量とに基づき、前記任意の距離における第２の音圧を求めるステップと
を有することを特徴とする音圧計算方法。
【請求項２】
前記検出ステップは、
前記音速の深度特性のサンプル距離における前記音速の深度特性と、前記音線の音線経路のサンプル距離における音速及び水面に対する該音線の角度とに基づき、前記音線経路のサンプル距離における音線が、前記表層内に拘束されているか否かを判定するステップを
少なくとも有することを特徴とする請求項１記載の音圧計算方法。
【請求項３】
前記減衰量を求めるステップは、
前記音線の音線経路のサンプル距離における音速の深度特性と、前記音波の周波数とに基づき、前記音線経路のサンプル距離における単位距離当たりの減衰量を求めるステップと、
前記単位距離当たりの減衰量に基づき、音源から前記音線経路のサンプル距離までの前記減衰量の累積値を求めるステップと
を少なくとも有することを特徴とする請求項１又は２記載の音圧計算方法。
【請求項４】
前記検出ステップは、
前記音速の深度特性のサンプル距離における音速の深度特性に基づき、距離・深度空間を複数のセルに分割するステップと、
前記音速の深度特性のサンプル距離における音速の深度特性に基づき、前記表層の底に位置する前記セルを検出するステップと、
前記音線が前記セル内を通過する部分であるセグメントの端点の距離における音速の深度特性と、前記セグメント端点における音速及び水面に対する該音線の角度とに基づき、前記セグメントが前記表層に拘束されているか否かを判定するステップと
を少なくとも有することを特徴とする請求項１記載の音圧計算方法。
【請求項５】
前記減衰量を求めるステップは、
前記音線が前記セル内を通過する部分であるセグメントの端点における前記音速の深度特性と、前記音波の周波数とに基づき、前記セグメントにおける単位距離当たりの減衰量を求めるステップと、
前記単位距離当たりの減衰量に基づき、音源から前記任意の距離までの前記減衰量の累積値を求めるステップと
を少なくとも有することを特徴とする請求項１又は４記載の音圧計算方法。
【請求項６】
前記減衰量を求めるステップは、
あらかじめ決めた複数の距離における音速の深度特性を求め、求めた音速の深度特性と音源の周波数とに基づき、前記あらかじめ決めた複数の距離それぞれにおける単位距離当たりの減衰量であるサンプル減衰量を求めるステップと、
前記サンプル減衰量に基づき、前記音線の音線経路のサンプル距離までの減衰量の累積値を求めるステップと
を少なくとも有することを特徴とする請求項１又は４記載の音圧計算方法。
【請求項７】
２次元音線理論を用いて水中を伝搬する音波の音圧を計算する音圧計算方法において、
複数のサンプル距離における音速の深度特性の情報に基づき、距離・深度空間を複数のセルに分割し、分割した各セルに対する音速の補間係数を求めるステップと、
前記音速の補間係数と前記音速の深度特性とに基づき、音源から所定の放射角で放射された音波の音線経路のサンプル距離に対する深度を求めるステップと、
前記音線経路のサンプル距離における前記音速の深度特性と、前記音線経路上の各サンプル距離における音速及び水面に対する該音線の角度とに基づき、
前記音線経路上の各サンプル距離における音線が、水面直下の音速勾配が正である表層内に拘束されているか否かを判定するステップと、
前記音線経路のサンプル距離における音速の深度特性と前記音波の周波数とに基づき、前記表層に拘束されていると判定された音線の各サンプル距離における単位距離当たりの減衰量を求めるステップと、
前記音線経路のサンプル距離における単位距離当たりの減衰量に基づき、前記音線経路のサンプル距離までの減衰量の累積値を求めるステップと、
前記２次元音線理論に基づき、前記音線経路のサンプル距離における第１の音圧を求め、前記第１の音圧と前記減衰量の累積値とに基づき、前記音線経路のサンプル距離における第２の音圧を求めるステップと
を有することを特徴とする音圧計算方法。
【請求項８】
２次元音線理論を用いて水中を伝搬する音波の音圧を計算する音圧計算方法において、
複数のサンプル距離における音速の深度特性の情報に基づき、距離・深度空間を複数のセルに分割し、分割した各セルに対する音速の補間係数を求めるステップと、
前記音速の補間係数と前記音速の深度特性とに基づき、音源から所定の放射角で放射された音波の音線経路を求め、前記音線経路が前記セル内を通過する部分であるセグメントの端点における、音線の深度及び水面に対する音線の角度を求めるステップと、
前記複数のサンプル距離における音速の深度特性に基づき、水面直下の音速勾配が正である表層の底に位置する前記セルを検出するステップと、
検出した前記表層の底に位置するセルの位置と、前記セグメントの端点の距離における音速の深度特性と、前記セグメントの端点における音線の音速及び水面に対する該音線の角度とに基づき、前記セグメントにおける音線が、前記表層内に拘束されているか否かを判定するステップと、
前記表層に拘束されていると判定された前記セグメント端点における前記音速の深度特性と、前記音波の周波数とに基づき、前記セグメントにおける単位距離当たりの減衰量を求めるステップと、
前記単位距離当たりの減衰量に基づき、音源から任意の距離までの減衰量の累積値を求めるステップと、
前記２次元音線理論に基づき、前記任意の距離における第１の音圧を求め、前記第１の音圧と前記減衰量の累積値とに基づき、前記任意の距離における第２の音圧を求めるステップと
を有することを特徴とする音圧計算方法。
【請求項９】
２次元音線理論を用いて水中を伝搬する音波の音圧を計算する音圧計算方法において、
複数のサンプル距離における音速の深度特性の情報に基づき、距離・深度空間を複数のセルに分割し、分割した各セルに対する音速の補間係数を求めるステップと、
前記音速の補間係数と前記音速の深度特性とに基づき、音源から所定の放射角で放射された音波の音線経路を求め、前記音線経路が前記セル内を通過する部分であるセグメントの端点における、音線の深度及び水面に対する音線の角度を求めるステップと、
前記複数のサンプル距離における音速の深度特性に基づき、水面直下の音速勾配が正である表層の底に位置する前記セルを検出するステップと、
検出した前記表層の底に位置するセルの位置と、前記セグメントの端点の距離における音速の深度特性と、前記セグメントの端点における音線の音速及び水面に対する該音線の角度とに基づき、前記セグメントにおける音線が、前記表層内に拘束されているか否かを判定するステップと、
あらかじめ決めた複数の距離における音速の深度特性を求め、求めた音速の深度特性と音源の周波数とに基づき、前記あらかじめ決めた複数の距離それぞれにおける単位距離当たりの減衰量であるサンプル減衰量を求めるステップと、
前記サンプル減衰量に基づき、前記音源から任意の距離までの減衰量の累積値を求めるステップと、
前記２次元音線理論に基づき、前記任意の距離における第１の音圧を求め、前記第１の音圧と前記減衰量の累積値とに基づき、前記任意の距離における第２の音圧を求めるステップと
を有することを特徴とする音圧計算方法。
【請求項１０】
２次元音線理論を用いて水中を伝搬する音波の音圧を計算する音圧計算装置において、
複数のサンプル距離における音速の深度特性の情報に基づき、距離・深度空間を複数のセルに分割し、分割した各セルに対する音速の補間係数を求めるセル分割器と、
前記音速の補間係数と前記音速の深度特性とに基づき、音源から所定の放射角で放射された音波の音線経路のサンプル距離に対する深度を求める音線経路計算器と、
前記音線経路のサンプル距離における前記音速の深度特性と、前記音線経路上の各サンプル距離における音速及び水面に対する該音線の角度とに基づき、前記音線経路上の各サンプル距離における音線が、水面直下の音速勾配が正である表層内に拘束されているか否かを判定するトラップ判定器と、
前記音線経路のサンプル距離における音速の深度特性と前記音波の周波数とに基づき、前記表層に拘束されていると判定された音線の各サンプル距離における単位距離当たりの減衰量を求める単位距離減衰量計算器と、
前記音線経路のサンプル距離における単位距離当たりの減衰量に基づき、前記音線経路のサンプル距離までの減衰量の累積値を求める減衰量計算器と、
前記２次元音線理論に基づき、前記音線経路のサンプル距離における第１の音圧を求め、前記第１の音圧と前記減衰量の累積値とに基づき、前記音線経路のサンプル距離における第２の音圧を求める音圧計算器と
を備えたことを特徴とする音圧計算装置。
【請求項１１】
２次元音線理論を用いて水中を伝搬する音波の音圧を計算する音圧計算装置において、
複数のサンプル距離における音速の深度特性の情報に基づき、距離・深度空間を複数のセルに分割し、分割した各セルに対する音速の補間係数を求めるセル分割器と、
前記音速の補間係数と前記音速の深度特性とに基づき、音源から所定の放射角で放射された音波の音線経路を求め、前記音線経路が前記セル内を通過する部分であるセグメントの端点における、音線の深度及び水面に対する音線の角度を求める音線経路計算器と、
前記複数のサンプル距離における音速の深度特性に基づき、水面直下の音速勾配が正である表層の底に位置する前記セルを検出する表層セル検出器と、
検出した前記表層の底に位置するセルの位置と、前記セグメントの端点の距離における音速の深度特性と、前記セグメントの端点における音線の音速及び水面に対する該音線の角度とに基づき、前記セグメントにおける音線が、前記表層内に拘束されているか否かを判定するセグメントトラップ判定器と、
前記表層に拘束されていると判定された前記セグメント端点における前記音速の深度特性と、前記音波の周波数とに基づき、前記セグメントにおける単位距離当たりの減衰量を求める単位距離減衰量計算器と、
前記単位距離当たりの減衰量に基づき、音源から任意の距離までの減衰量の累積値を求める減衰量計算器と、
前記２次元音線理論に基づき、前記任意の距離における第１の音圧を求め、前記第１の音圧と前記減衰量の累積値とに基づき、前記任意の距離における第２の音圧を求める音圧計算器と
を備えたことを特徴とする音圧計算装置。
【請求項１２】
２次元音線理論を用いて水中を伝搬する音波の音圧を計算する音圧計算装置において、
複数のサンプル距離における音速の深度特性の情報に基づき、距離・深度空間を複数のセルに分割し、分割した各セルに対する音速の補間係数を求めるセル分割器と、
前記音速の補間係数と前記音速の深度特性とに基づき、音源から所定の放射角で放射された音波の音線経路を求め、前記音線経路が前記セル内を通過する部分であるセグメントの端点における、音線の深度及び水面に対する音線の角度を求める音線経路計算器と、
前記複数のサンプル距離における音速の深度特性に基づき、水面直下の音速勾配が正である表層の底に位置する前記セルを検出する表層セル検出器と、
検出した前記表層の底に位置するセルの位置と、前記セグメントの端点の距離における音速の深度特性と、前記セグメント端点における音線の音速及び水面に対する該音線の角度とに基づき、前記セグメントにおける音線が、前記表層内に拘束されているか否かを判定するセグメントトラップ判定器と、
あらかじめ決めた複数の距離における音速の深度特性を求め、求めた音速の深度特性と音源の周波数とに基づき、前記あらかじめ決めた複数の距離それぞれにおける単位距離当たりの減衰量であるサンプル減衰量を求めるサンプル減衰量計算器と、
前記サンプル減衰量に基づき、前記音源から任意の距離までの減衰量の累積値を求める減衰量計算器と、
前記２次元音線理論に基づき、前記任意の距離における第１の音圧を求め、前記第１の音圧と前記減衰量の累積値とに基づき、前記任意の距離における第２の音圧を求める音圧計算器と
を備えたことを特徴とする音圧計算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次元音線理論を用いて水中を伝搬する音波の音圧を計算する音圧計算方法及びその装置に関し、特に、表層伝搬のカットオフ効果を考慮した音圧計算方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
音線理論を基にした２次元伝搬モデル（以下、２次元音線理論という）は、深度と距離に対して変化する海洋環境（音速分布及び水深）に対して音線経路を計算し、音場（音圧）を計算するものである。
【０００３】
例えば、ガウシアンビーム伝搬モデルでは式（１）により、音線の周りにガウス分布状の音圧の広がりを仮定し、個々の音線からの広がりによる音圧を加算することで任意の点での音圧（音場）を求める（例えば、非特許文献１、２参照）。
【０００４】
【数１】
2008045988.tif 000003
【０００５】
ここで、iは距離のインデックス、νは音線のインデックス、pνiはi番目の距離における音線νから決まる音圧、piはi番目の距離における音圧である。
【０００６】
また、音速の深度特性（以下、音速プロファイルともいう）の距離方向変化を表すために複数のサンプル距離に対して与えられた音速プロファイルに対して、深度・距離空間を三角形の領域に分割し、分割された領域毎に音線経路を計算する方法（セル法）がある（例えば、非特許文献３参照）。
【０００７】
水中（海中）の音波伝搬において、水面（海面）直下にみられる等温層などにより、水面直下の音速勾配が正である層（以下、表層という）が形作られた場合、表層内から水平に近い角度で放射された音は、上向きに屈折し、海面で反射を繰り返しながらこの表層の中を伝搬していく。この表層内で水平に近い方向に放射された音波は表層内に閉じ込められて伝搬する（以下、拘束又はトラップという）ため、減衰量が少なく、比較的遠距離まで伝搬してゆく。しかし、回折効果により音のエネルギーの一部は表層下に漏れ出し、表層内のエネルギーは距離に応じて次第に低下する。これはカットオフ効果と呼ばれる。音線理論においては、音場は音線の広がり度合いから計算されるため、回折効果でエネルギーが表層下に漏れ出すことによるエネルギーの低下は考慮されない。
【０００８】
１次元伝搬モデルにおいては、表層内にトラップされるような放射角の音線から求まる音場に、一定の減衰量をかけることによってカットオフ効果を表現することが可能である。即ち、表層の底の音速cl、放射角θ0及び放射点での音速c0に対して、
【０００９】
【数２】
2008045988.tif 000004
【００１０】
となる放射角で放射された音線は表層にトラップされる。ここで、スネルの法則より、音線上の点における音速c及び角度θに対して、
【００１１】
【数３】
2008045988.tif 000005
【００１２】
が成り立つ。
【００１３】
【非特許文献１】M. B. Porter and H. P. Bucker, "Gaussian beam tracing for computing ocean acoustic fields," J. Acoust. Soc. Am. 82 (4), 1987, pp.1349-1359.
【非特許文献２】H. Weinberg and R. E. Keenan, "Gaussian ray bundles for modeling high-frequency propagation loss under shallow-water conditions," J. Acoust. Soc. Am. 100 (3), 1996, pp.1421-1431.
【非特許文献３】"Computational ocean acoustics, " AIP Press, 1994, pp.182-187.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、２次元伝搬モデルのように距離方向に音速プロファイルが変化するような環境を想定する場合には、表層の厚さが距離によって変化したり、表層が途中でなくなってしまったりするため、上述のように放射角だけで表層内にトラップされるかどうかを決定することができない。
したがって、距離方向に音速プロファイルが変化するような環境に対応した２次元音線理論において、表層伝搬のカットオフ効果による音圧の減衰を考慮した音圧を求めることができる音圧計算方法及びその装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る音圧計算方法は、複数のサンプル距離における音速の深度特性の情報に基づき、表層内に拘束されて伝搬する音線の拘束部分を検出するステップと、検出した前記音線の拘束部分についてのカットオフ効果による減衰量を求めるステップと、前記２次元音線理論に基づき、任意の距離における第１の音圧を求めるステップと、前記第１の音圧と前記減衰量とに基づき、前記任意の距離における第２の音圧を求めるステップとを有するものである。
【００１６】
また、本発明に係る音圧計算装置は、複数のサンプル距離における音速の深度特性の情報に基づき、距離・深度空間を複数のセルに分割し、分割した各セルに対する音速の補間係数を求めるセル分割器と、前記音速の補間係数と前記音速の深度特性とに基づき、音源から所定の放射角で放射された音波の音線経路のサンプル距離に対する深度を求める音線経路計算器と、前記音線経路のサンプル距離における前記音速の深度特性と、前記音線経路上の各サンプル距離における音速及び水面に対する該音線の角度とに基づき、前記音線経路上の各サンプル距離における音線が、水面直下の音速勾配が正である表層内に拘束されているか否かを判定するトラップ判定器と、前記音線経路のサンプル距離における音速の深度特性と前記音波の周波数とに基づき、前記表層に拘束されていると判定された音線の各サンプル距離における単位距離当たりの減衰量を求める単位距離減衰量計算器と、前記音線経路のサンプル距離における単位距離当たりの減衰量に基づき、前記音線経路のサンプル距離までの減衰量の累積値を求める減衰量計算器と、前記２次元音線理論に基づき、前記音線経路のサンプル距離における第１の音圧を求め、前記第１の音圧と前記減衰量の累積値とに基づき、前記音線経路のサンプル距離における第２の音圧を求める音圧計算器とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、表層内を拘束されて伝搬する音線の拘束部分を検出し、検出した音線の拘束部分の減衰量を求めることにより、距離方向に音速プロファイルが変化するような環境に対応した２次元音線理論において、表層伝搬のカットオフ効果による音圧の減衰を考慮した音圧を求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係るシステム構成図である。図１において、音速の深度特性（音速プロファイル）の情報が入力され、音速の深度特性に基づき距離・深度空間をセルに分割するセル分割器１、音源の放射角の情報が入力され、分割されたセルを基に音線経路を計算する音線経路計算器２、求められた音線経路上の点が表層にトラップされているかどうかを判定するトラップ判定器３、音源の周波数の情報が入力され、トラップされている点に対して単位距離当たりの減衰量を計算する単位距離減衰量計算器４、音線経路上の減衰量の累積値を計算する減衰量計算器５ａ、求まった減衰量の累積値を用いて音圧を計算する音圧計算器６である。
このような構成による本実施形態の動作を図１及び図２を用いて説明する。
【００１９】
図２は実施の形態１に係る距離・深度空間のセル分割の説明図である。セル分割器１には、複数の距離ri（以下、サンプル距離riという）に対する音速の深度特性(Zij,Cij)の情報が入力される。尚、複数のサンプル距離riに対する音速の深度特性は、例えば、海洋などの測定対象領域で、水平方向（距離）及び鉛直方向（深度）に離散的に測定された音速のデータである。
セル分割器１は、入力された複数のサンプル距離riに対する音速の深度特性(Zij,Cij)（iは距離のインデックス、jは深度のインデックス（以下、サンプル深度という））を用いて、距離・深度空間を後述する手順により、(ri,Zij)を頂点とする３角形のセルに分割し、そのセル内での音速の補間係数を求める。
図２に示すように、i番目のサンプル距離riとi+1番目のサンプル距離ri+1とにおける音速の深度特性に対して、海面から順にサンプル深度が近いものどうしを線で結ぶ。即ち、次の（ｉ）、（ii）を繰り返す。
（ｉ）図２（ａ）に示すように、Zi1とZi+1,2の深度差、Zi2とZi+1,1の深度差及びZi2とZi+1,2の深度差を比較し、最も深度差が小さくなる点どうしを線で結ぶ。
（ii）図２（ｂ）に示すように、線で結ばれたサンプル深度の、次のサンプル深度について、上記（ｉ）と同様の判定により次の線を決定する。
ただし、２つの音速の深度特性について、音速の極大点及び極小点がある場合は、深度差を計算する際、あらかじめ決めた深度ΔZを、求まった深度差からひき、極大点及び極小点が優先的に結ばれるようにする。
これまでの処理で、２つの距離の間が３角形または４角形の領域に分割されたことになる。そこで、４角形の領域となっているところについては、図２（ｃ）の破線で示すように、４角形の向かい合う頂点を線で結び、２つの三角形の領域に分割する。これを全ての隣り合うサンプル距離riの音速の深度特性について行なう。
【００２０】
次に、求まった各セルに対する音速の補間係数a、bz及びbrを、次の式（４）の連立方程式を解くことにより求め、音線経路計算器２へ音速の補間係数の情報を出力する。
【００２１】
【数４】
2008045988.tif 000006
【００２２】
ここで、ziはセルの頂点の深度、riはセルの頂点の距離、ciはセルの頂点での音速である。
【００２３】
次に、音線経路計算器２は、セル分割器１が求めた各セルの音速の補間係数a、bz並びにbr、与えられたサンプル距離ri及び音源での放射角θνを用いて、音線経路のサンプル距離Ri（以下、サンプル距離Riという）刻み毎の音線経路上の深度zνi及び角度θνiを計算し、求めた情報をトラップ判定器３及び減衰量計算器５ａへ出力する。
ここで、あるセル内の音速が、
【００２４】
【数５】
2008045988.tif 000007
【００２５】
で表されるとき、次のような座標変換を施す。
【００２６】
【数６】
2008045988.tif 000008
【００２７】
式（６）より、式（５）は次のように書き直すことができる。
【００２８】
【数７】
2008045988.tif 000009
【００２９】
これは、成層媒質（音速が距離に依存しない媒質）の音速の深度特性であり、従来から行われている音線経路の計算を行うことにより、任意の距離における音線経路上の深度及び角度を求めることができる。
【００３０】
トラップ判定器３は、求まったサンプル距離Riにおける音線経路上の深度zνi及び音線の角度θνiから、当該音線経路上のサンプル距離Riにおける点が表層にトラップされているかどうかを判定する。まず、音線経路のサンプル距離Riにおける音速の深度特性及び音線経路上の点における音速を求める。これは、セル分割の結果と各セル内における音速の補間係数とを用いることで求めることができる。次に、そのサンプル距離Riにおける音速の深度特性から表層の底の深度を求める。これは、海面から順に音速勾配を求め、海面直下の音速勾配が正のときに、音速勾配が正から負になる深度を求めればよい。ただし、求まった深度があらかじめ決めた値Δzよりも深い場合は表層としない。求まった音線経路上の点の深度が、求めた表層の底の深度よりも小さく、また音線経路上の当該点の角度θνiと表層の底の音速clとの関係が次式（８）を満たしていれば、その点は表層にトラップされていると判定する。
【００３１】
【数８】
2008045988.tif 000010
【００３２】
ここで、cは音線経路上の点における音速である。
【００３３】
単位距離減衰量計算器４は、音線経路の各サンプル距離Riにおける音速の深度特性と、与えられた音源の周波数ｆとから、単位距離あたりの減衰量αを求める。例えば、次のような式で求めることができる。尚、表層にトラップされていない点に対しては、減衰量αを０とする。
【００３４】
【数９】
2008045988.tif 000011
【００３５】
ここで、
【００３６】
【数１０】
2008045988.tif 000012
【００３７】
である。また、g1は海面での音速勾配で、
【００３８】
【数１１】
2008045988.tif 000013
【００３９】
である。ここで、c1は表層の上面（海面）における音速、c2は表層の底の音速、z2は表層の深度（厚さ）である。
【００４０】
減衰量計算器５ａは、音源から音圧を求める距離までの各サンプル距離Riにおける単位距離当たりの減衰量αに基づき、音源から音圧を求める距離Riまでの音線経路上の点に対して減衰量を加算し、減衰量の累積値である減衰の総量ανiを求める。
【００４１】
音圧計算器６は、減衰の総量ανi考慮した音圧を求める。２次元音線理論を用いて、減衰量を考慮しない場合に、音圧を求めるあるサンプル距離Riにおける音圧（本発明における第１の音圧に相当する）が各音線による音圧を加算することにより、
【００４２】
【数１２】
2008045988.tif 000014
【００４３】
として求まる場合、
【００４４】
【数１３】
2008045988.tif 000015
【００４５】
とすることで、カットオフ効果による減衰を考慮した音圧（本発明における第２の音圧に相当する）を求めることができる。
尚、iは距離のインデックス、νは音線のインデックス、pνiはi番目の距離における音線νから決まる音圧、piはi番目の距離における音圧である。
【００４６】
以上のように、サンプル距離Riにおける音線経路上の点が表層にトラップされているか否かを判定し、トラップされている点に対して減衰量を考慮することにより、距離方向に音速プロファイルが変化するような環境に対応した２次元音線理論において、表層伝搬のカットオフ効果による音圧の減衰を考慮して、音圧を精度良く求めることができる。
【００４７】
実施の形態２．
図３は実施の形態２に係るシステム構成図である。図３において、セル分割器１、音線経路計算器２、単位距離減衰量計算器４及び音圧計算器６は、実施の形態１におけるものと同じものであり、さらに、本実施の形態２においては、表層の底に相当するセルを検出する表層セル検出器７、音線経路のセグメントが表層にトラップされているかどうかを判定するセグメントトラップ判定器８、音線経路上の点における減衰量の累積値を計算する減衰量計算器５ｂにより構成されている。
このような構成による本実施の形態２の動作を図３〜図５を用いて説明する。尚、実施の形態１と同じ構成の動作は、上述した実施の形態１と同様である。
【００４８】
図４は実施の形態２に係る表層の底のセル検出の説明図、図５は実施の形態２に係るセグメントと表層トラップの説明図である。
音線経路計算器２は、サンプル距離Riに対する音線経路上の深度と共に、音線のセグメント端点の距離、深度及び角度を出力する。ここで、セグメントとは、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、音線が１つのセル内を通過する部分であり、セグメント端点とは音線とセルの各辺との交点のことである。
【００４９】
表層セル検出器７は、セルの両端のサンプル距離riにおける音速の深度特性から、表層の底のセルを検出する。まず、セルの両端のサンプル距離riそれぞれの音速の深度特性から表層の底の深度を求める。これは、図４（ａ）及び（ｃ）に示すように、海面直下の音速勾配が正のときに、音速勾配が正から負に変化する深度を求めれば良い（ci2 ，ci+1,4 ）。次に、図４（ｂ）に示すように、２つの音速の深度特性の表層の底（ci2 ，ci+1,4 ）でのサンプル深度どうしを結ぶ線が、セルの底の辺と共通になっているセルを検索し、それを表層の底のセルとする。ここで、どちらか一方の音速の深度特性にしか表層が無い場合は、その点を頂点とするセルの中で最も海面に近いセルを表層の底のセルとする。
【００５０】
セグメントトラップ判定器８は、音線の各セグメントに対して、そのセグメントが表層にトラップされているかどうかを判定する。まず、セグメント端点の距離・深度に対する音速を求める。次に、そのセグメントが通過しているセルが表層の底のセルよりも海面に近いセルかどうかを判定する。
表層の底よりも海面に近いセル（例えば、図５（ａ）、（ｂ））であれば、更に、そのセグメントの端点における音線の角度と音速の深度特性とからそのセグメントが表層にトラップされているかどうかを判定する。セグメントの両端について、端点での音線の角度θと音速c及び表層の底の音速clから、
【００５１】
【数１４】
2008045988.tif 000016
【００５２】
となっていれば、そのセグメントは表層にトラップされていると判定する。
また、表層の底のセルより深いセル（例えば、図５（ｃ））を通過するセグメントは、表層にトラップされていないと判断する。
【００５３】
次に、単位距離減衰量計算器４は、セグメントの端点の内、音源に近い方の端点（左端）における音速の深度特性と音源の周波数とから、そのセグメントにおける単位距離あたりの減衰量を求める。ここで、表層にトラップされていないと判定されたセグメントについては減衰量を０とする。
【００５４】
減衰量計算器５ｂは、音線経路上のサンプル距離Riまでの減衰量の累積値を求める。まず、サンプル距離Riに達するまでに通過する各セグメントに対して、単位距離あたりの減衰量にセグメントの端点間の距離をかけて、セグメント内での減衰量を求める。
次に、それらのセグメント内での減衰量を加算する。最後に、音圧を求める距離が属するセグメントについて、そのセグメントにおける単位距離あたりの減衰量に、そのセグメントの左端から当該音圧を求める距離までの距離をかけて、既に加算された減衰量に更に加算する。これで、当該音圧を求める距離までの減衰量の累積値である減衰量の総量ανiを求めることができる。
【００５５】
音圧計算器６は、減衰量計算器５ｂが求めた減衰量の総量ανiに基づき、上述した実施の形態１と同様に、カットオフ効果による減衰を考慮した音圧（本発明における第２の音圧に相当する）を求める。
【００５６】
以上のように、上記実施の形態１においては、音線経路のサンプル点の間で音線が表層にトラップされている状態からトラップされていない状態に変化する場合、またはその逆の変化があった場合に、その変化に応じた減衰量を求めることができなかったが、本実施の形態２においては、セグメント毎にトラップされているかどうかを判定することによって、音線経路のサンプル点とは無関係に減衰量を求めることができ、表層伝搬のカットオフ効果を考慮した音圧を精度良く求めることができる。
【００５７】
実施の形態３．
図６は実施の形態３に係るシステム構成図である。図６において、セル分割器１、音線経路計算器２、音圧計算器６、表層セル検出器７及びセグメントトラップ判定器８は、上記実施の形態１及び２におけるものと同じものであり、さらに、本実施の形態においては、あらかじめ決めた複数の距離における単位距離当たりの減衰量を求めるサンプル減衰量計算器９、音線経路上の任意の点における減衰量の累積値を求める減衰量計算器５ｃにより構成されている。
このような構成による本実施形態の動作を次に説明する。尚、実施の形態１又は２と同じ構成の動作は、上述した実施の形態１又は２と同様である。
【００５８】
サンプル減衰量計算器９は、あらかじめ決めた複数の距離における単位距離当たりの減衰量を求める。まず、あらかじめ決めた複数の距離における音速の深度特性を求める。次に、求まった音速の深度特性それぞれについて表層の底の深度を検出する。得られた表層の底の情報に対して、距離あたりの減衰量αを上記式（９）を用いて求める。
【００５９】
減衰量計算器５ｃは、音源から音圧を求める距離までの減衰量の累積値を求める。まず、当該音圧を求める距離までに通過するセグメントに対して、そのセグメントが表層にトラップされている場合は、そのセグメント内において、サンプル減衰量とサンプル距離Ri間の距離を掛けたものを加算する。各セグメント内の減衰量が求まったら、それらの減衰量を加算する。最後に、当該音圧を求める距離が属するセグメントに対して、セグメントの左端から当該音圧を求める距離までの間で、サンプル減衰量とサンプル距離Ri間隔をかけたものを加算し、既に加算された減衰量に加算することにより、当該音圧を求める距離までの減衰量の累積値である減衰量の総量ανiを求めることができる。
【００６０】
音圧計算器６は、減衰量計算器５ｃが求めた減衰量の総量ανiに基づき、上述した実施の形態１と同様に、カットオフ効果による減衰を考慮した音圧（本発明における第２の音圧に相当する）を求める。
【００６１】
以上のように、上記実施の形態２においては、１つのセグメント内で距離あたりの減衰量は一定であるとしたが、本実施の形態３では、セグメント内で音速の深度特性が変化することによって距離あたりの減衰量が変化することを考慮することにより、より精度の高い減衰量を求めることができ、音圧を精度良く求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施の形態１に係るシステム構成図である。
【図２】実施の形態１に係る距離・深度空間のセル分割の説明図である。
【図３】実施の形態２に係るシステム構成図である。
【図４】実施の形態２に係る表層の底のセル検出の説明図である。
【図５】実施の形態２に係るセグメントと表層トラップの説明図である。
【図６】実施の形態３に係るシステム構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  セル分割器、２  音線経路計算器、３  トラップ判定器、４  単位距離減衰量計算器、５ａ  減衰量計算器、５ｂ  減衰量計算器、５ｃ  減衰量計算器、６  音圧計算器、７  表層セル検出器、８  セグメントトラップ判定器、９  サンプル減衰量計算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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