(57)【要約】【課題】必要以上に長い送受波器の使用を防止可能な合成開口ソーナーシステムおよび送受波器の長さ制御方法を提供する。【解決手段】送受信器１１は、長さが可変であり、ＰＲＦ調整器１４は、送受波器１１の長さを、検査対象物を調査するための調査条件に基づいて決定し、開口長制御部１７は、送受波器１１の長さを、その決定された長さに調整する。【選択図】図１
2008039555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の速度で移動しながら周期的に音波を送信し検査対象物にて反射された該音波を受信した際に信号を出力する送受波器と、前記送受波器から出力された信号を合成して前記検査対象物の映像を得る処理部と、を含む合成開口ソーナーシステムにおいて、
前記送受波器は、長さが可変であり、
前記検査対象物を調査するための調査条件を受け付け、前記調査条件に基づいて前記送受波器の長さを決定する調整器と、
前記送受波器の長さを、前記調整器にて決定された長さに調節する制御器と、を含むことを特徴とする合成開口ソーナーシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の合成開口ソーナーシステムにおいて、
前記調査条件は、前記送受波部に所定数だけ設定される予定の分割開口の長さと、前記移動の方向の分解能が前記分割開口の長さの半分であること、を含み、
前記調整器は、前記送受波器の長さを、前記分割開口の長さの半分に対して前記所定数に１を加えた値を乗じた値に決定し、前記決定された長さの送受波器に、前記所定数の分割開口を、前記分割開口の長さの半分だけずらしながら設定する、合成開口ソーナーシステム。
【請求項３】
所定の速度で移動しながら周期的に音波を送信し検査対象物にて反射された該音波を受信した際に信号を出力する長さが可変の送受波器と、前記送受波器から出力された信号を合成して前記検査対象物の映像を得る処理部と、を含む合成開口ソーナーシステムが行う送受波器の長さ制御方法であって、
前記検査対象物を調査するための調査条件を受け付け、前記調査条件に基づいて前記送受波器の長さを決定する決定ステップと、
前記送受波器の長さを、前記決定された長さに調節する調整ステップと、を含む送受波器の長さ制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の送受波器の長さ制御方法において、
前記調査条件は、前記送受波部に所定数だけ設定される分割開口の長さと、前記移動の方向の分解能が前記分割開口の長さの半分であること、を含み、
前記決定ステップでは、前記送受波器の長さを、前記分割開口の長さの半分に対して前記所定数に１を加えた値を乗じた値に決定し、
前記決定された長さの送受波器に、前記所定数の分割開口を、前記分割開口の長さの半分だけずらしながら設定する設定ステップをさらに含む、送受波器の長さ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、合成開口ソーナーシステムおよび送受波器の長さ制御方法に関し、例えば、高速移動しながら使用される海底探索用合成開口ソーナーシステムおよび送受波器の長さ制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海底探索用の合成開口ソーナーシステムが知られている。
【０００３】
合成開口ソーナーシステムは、複数の音波送受信素子が直線上に配列され等速直線移動される小口径の送受波器を有し、直線上を移動する送受波器は、周期的に音波の送受信を繰り返す。
【０００４】
合成開口ソーナーシステムは、直線上を移動する送受波器が受信した音波を、その音波を受信したときの送受波器の位置に基づいて合成していくことによって、送受波器を直線上に並べて形成される合成開口で音波の送受信を行った場合と同様の高分解能の画像を得る。
【０００５】
図６は、特許文献１（特開平１０−１４２３３３号公報）に記載の合成開口ソーナーシステムを示したブロック図である。なお、この合成開口ソーナーシステムの詳細は、特許文献１に記載されているため、以下では、この合成開口ソーナーシステムを簡単に説明する。
【０００６】
図６において、この合成開口ソーナーシステムは、送受波部１００、距離圧縮処理部２００、レンジカーバチャ補正部３００、アジマス圧縮処理部４００、および、表示処理部５００を含む。
【０００７】
送受波部１００は、送受波器１０１と、送信器１０２と、送信制御器１０３と、ＰＲＦ調整器１０４と、受信器１０５と、分割開口切替器１０６と、を含む。
【０００８】
送受波器１０１は、直線上に配列された複数の音響変換素子（音波送受信素子）にて形成される開口部を有する。
【０００９】
開口部は、一つの送受信用分割開口と、複数の受信用分割開口と、に区分される。
【００１０】
音響変換素子は、送信器１０２で作られた電気信号である送信信号を音波信号に変換して送信し、また、その音波信号が物体（検査対象物）で反射されることによって受信地点に戻ってくる音波のエコー信号を受信し、その音波のエコー信号を電気信号のエコー信号に変換し、電気信号のエコー信号を受信器１０５に出力する。
【００１１】
送受波器１０１は、プラットフォームに搭載された状態で、例えば、船または水中航走体に曳航されることによって、直線コース上を等速で移動しながら一定の時間間隔で音波の送受信を繰り返す。以下、この音波の送受信の繰り返し間隔をパルス繰り返し周期と称し、その逆数をパルス繰り返し周波数（以下「ＰＲＦ」と称する）と呼ぶ。
【００１２】
ＰＲＦ調整器１０４は、ＰＲＦを規定する要求諸元を受け付ける。
【００１３】
要求諸元は、海底地形等の検査対象物を調査するための調査条件であり、送受波器１０１の移動速度Ｖ、音速Ｃ、分割開口長Ｄ、アジマス分解能がＤ／２以下であること、ビーム（音波）の最大捜索距離がＲｍ以上であること、を含む。なお、「アジマス」は、送受波器１０１の移動方向を示す。
【００１４】
合成開口ソーナーのＰＲＦに関する条件は、２Ｖ／Ｄ’≦ＰＲＦ≦Ｃ／（２Ｒｍ）であり、要求諸元によって規定される。なお、Ｄ’は、送受波器１０１の開口長である。
【００１５】
ＰＲＦ調整器１０４は、音波の送受信を行わない冗長部分が送受波器１０１の定位置に現れるように、ＰＲＦ（要求諸元）を調整する。例えば、ＰＲＦ調整器１０４は、アジマス分解能をＤ／２に固定した状態で最大捜索距離Ｒｍを変更してＰＲＦを調整する。
【００１６】
まず、ＰＲＦ調整器１０４は、ＰＲＦに関する条件に基づいて、ＰＲＦを、ＰＲＦ＝Ｃ／（２Ｒｍ）から求める。
【００１７】
続いて、ＰＲＦ調整器１０４は、ＰＲＦに関する条件に基づいて、Ｄ’を、Ｄ’＝２Ｖ／ＰＲＦ＝４Ｖ・Ｐｍ／Ｃから求める。なお、パルス繰り返し周期の間に送受波器１０１が移動する距離は、Ｄ’／２となる。
【００１８】
続いて、ＰＲＦ調整器１０４は、要求されるアジマス分解能Ｄ／２を満たすために必要な分割開口数（マルチ送信数）Ｎを、Ｎ＝[Ｄ’／Ｄ]ＮＬＩから求める。なお、[Ｘ／Ｙ]ＮＬＩは、ＸをＹで除した結果の余りが０ならば、そのときの商を、一方、その余りが０でないなら、そのときの商より大きい最小の整数を求める演算を表す。
【００１９】
続いて、ＰＲＦ調整器１０４は、送受波器１０１の開口長Ｄ’を、分割開口長ＤのＮ倍であるＤ’’に調整し、それに伴い、Ｒｍを、Ｄ’’＝Ｎ・Ｄ＝４Ｖ・Ｒｍ’／Ｃが成り立つようにＲｍ’に調整する。
【００２０】
続いて、ＰＲＦ調整器１０４は、Ｒｍ’を用いて、ＰＲＦを再計算してＰＲＦ’を求める。具体的には、ＰＲＦ調整器１０４は、ＰＲＦ’＝２Ｖ／（Ｎ・Ｄ）＝Ｃ／（２Ｒｍ’）の式を用いて、ＰＲＦ’を求める。
【００２１】
続いて、ＰＲＦ調整器１０４は、ＰＲＦ’の調整により必要となる送受波器１０１の開口長Ｄｍを、Ｄｍ＝（Ｎ＋１）・Ｄ／２から求める。
【００２２】
また、ＰＲＦ調整器１０４は、Ｎ個の分割開口（送受信用分割開口と受信用分割開口を含む。）が、分割開口の長さ方向に半分ずつずれて、開口長Ｄｍの送受波器１０１に並ぶように、Ｎ個の分割開口を、開口長Ｄｍの送受波器１０１に設定する。
【００２３】
図７は、ＰＲＦ調整器１０４によって複数の分割開口が設定された送受波器１０１の移動の様子を示した説明図である。なお、図７では、分割開口の数（マルチ送受信数）は、４となっている。
【００２４】
送受波器１０１は、最大開口長Ｄ’を有し、音波の送信周期の間に、Ｄ’／２の距離を移動して、次の送受信位置へ移る。
【００２５】
図７において、送受波器１０１の縦方向の大きさは無視し、送受波器１０１は水平方向（図７に示した移動方向ａ）にのみ移動するものとする。
【００２６】
ＰＲＦ調整器１０４は、送受波器１０１の開口部上に、開口長Ｄの分割開口Ａ１１〜Ａ１４を、開口長Ｄの半分（Ｄ／２）の間隔をあけて設定する。なお、分割開口Ａ１１は送受信用分割開口として用いられ、分割開口Ａ１２〜Ａ１４は受信用分割開口として用いられる。
【００２７】
図７（ａ）は、ＰＲＦ調整が行われない場合の送受波器１０１の移動の様子を示した説明図である。図７（ａ）では、送受波器１０１の移動間隔Ｄ’／２が、分割開口間隔Ｄ／２の整数倍でない。このため、送受波器位置Ｐ１での分割開口Ａ１４と、次の送受波器位置Ｐ２での分割開口Ａ１１と、の間隔が、Ｄ／２となるためには、送受波器１０１上に冗長部Ａ３が必要となる。
【００２８】
図７（ｂ）は、ＰＲＦ調整が行われた場合の送受波器１０１の移動の様子を示した説明図である。図７（ｂ）では、不要開口部Ａ２（冗長部）が送受波器１０１の特定の位置に現れる。
【００２９】
図６に戻って、ＰＲＦ調整器１０４は、ＰＲＦ’、および、Ｎ個の分割開口の設定位置（送受信用分割開口の設定位置と受信用分割開口の設定位置）を、制御データとして、送信制御器１０３と分割開口切替器１０６に出力する。
【００３０】
送信制御器１０３は、ＰＲＦ調整器１０４から制御データを受け付け、また、送信信号諸元を受け付ける。送信信号諸元は、送信パルス幅ＰＷを含む。
【００３１】
送信制御器１０３は、その制御データと、送信パルス幅ＰＷとを、送信制御信号として、送信器１０２に出力する。
【００３２】
送信器１０２は、送信制御器１０３から送信制御信号を受け付け、その送信制御信号に基づいて送信信号を作成し、その送信信号を増幅し、その増幅された送信信号を送受波器１０１の送受信用分割開口へ送出する。
【００３３】
具体的には、送信器１０２は、ＰＲＦ’に応じた周期で、送信パルス幅ＰＷの送信信号を生成し、その送信信号を増幅し、その増幅された送信信号を、送受信用分割開口が設定された位置にある音響変換素子に出力する。
【００３４】
送受信用分割開口の設定位置にある音響変換素子は、送信器１０２で作られた送信信号を音波信号に変換して送信する。
【００３５】
送受信用分割開口および受信用分割開口の設定位置にある音響変換素子は、送受信用分割開口から送信され物体で反射されて受信地点に戻ってきた音波のエコー信号を受信し、その音波のエコー信号を電気信号のエコー信号に変換し、その電気信号のエコー信号を受信器１０５に出力する。
【００３６】
受信器１０５は、送受波器１０１が有する複数の音響変換素子からのエコー信号を受信し、各エコー信号を増幅およびＡ／Ｄ変換した後に分割開口切替器１０６に出力する。
【００３７】
分割開口切替器１０６は、ＰＲＦ調整器１０４から制御データを受け付け、その制御データに含まれる、送受信用分割開口および受信用分割開口の設定位置に基づいて、受信器１０５から提供されるエコー信号を処理する。
【００３８】
具体的には、まず、分割開口切替部１０６は、分割開口が設定されている音響変換素子からのエコー信号を、音響変換素子ごとに一旦保持する。
【００３９】
その後、分割開口切替部１０６は、その保持しているエコー信号を、制御データにて示された分割開口ごとに区分し、その区分されたエコー信号を加算し、その加算結果を距離圧縮部２００に出力する。
【００４０】
具体的には、分割開口切替部１０６は、分割開口ごとに区分された各エコー信号を、分割開口の位置に合わせて加算（合成）する。よって、その加算結果は、各分割開口をその位置に基づいて合成して得られた合成開口が受信したエコー信号に対応する。
【００４１】
距離圧縮処理部２００は、送受波部１００から受信したエコー信号（加算結果）と予め用意されている参照信号（送信レプリカ信号）との相関をとることにより、エコー信号を音波信号の送信方向に対して圧縮して距離分解能を上げるものであり、ＦＦＴ処理部２０１、ＩＦＦＴ処理部２０２、送信レプリカ信号作成部２０３、および、ＦＦＴ処理部２０４を含む。
【００４２】
距離圧縮処理部２００の相関処理では、ＦＦＴ処理部２０１が、エコー信号をＦＦＴ処理し、ＦＦＴ処理部２０４が、送信レプリカ信号作成部２０３にて作成された送信レプリカ信号をＦＦＴ処理する。よって、エコー信号と送信レプリカ信号が、周波数領域信号に変換される。その後、それら周波数領域信号が乗算される。ＩＦＦＴ処理部２０２は、その乗算出力に逆ＦＦＴ（ＩＦＦＴ）処理を実施し、周波数領域信号を時間領域信号に戻す。
【００４３】
レンジカーバチャ補正部３００は、各分割開口での音波信号（エコー信号）の受信時刻が同期するように、距離圧縮処理部２００の出力を補正するものであり、時間シフト処理部３０１と、分割開口伝搬時間計算部３０２と、を含む。
【００４４】
分割開口伝搬時間計算部３０２は、送受波器１０１の移動経過時刻を受け付け、その移動経過時刻から、送受信用分割開口が音波信号を送信してから受信用分割開口がエコー信号を受信するまでの経過時間を計算し、その経過時間から、ビーム焦点位置（音波信号を反射した物体の位置）を計算する。
【００４５】
また、分割開口伝搬時間計算部３０２は、送受波器１０１の移動速度と、送受波器１０１上の各分割開口の位置と、をさらに受け付け、その移動経過時刻、その移動速度、および、その各分割開口の位置から、送受波器１０１が移動している直線上での分割開口の位置を計算する。
【００４６】
また、分割開口伝搬時間計算部３０２は、音波信号が送受信用分割開口から送信されビーム焦点位置で反射されて各受信用分割開口に戻ってくるまでの往復伝搬時間を、分割開口ごとに計算する。
【００４７】
また、分割開口伝搬時間計算部３０２は、ビーム焦点位置までの距離が最も短くなる合成開口中心から送信されビーム焦点位置で反射されて合成開口中心に戻ってくるまでの基準往復伝搬時間も計算する。
【００４８】
分割開口伝搬時間計算部３０２は、分割開口ごとに計算された往復伝搬時間と、基準往復伝搬時間と、の差分を、分割開口ごとに計算し、その差分を、その分割開口に対するレンジカーバチャ補正時間として、時間シフト処理部３０１に出力する。
【００４９】
時間シフト処理部３０１は、距離圧縮処理部２００の出力に含まれる各分割開口のエコー信号を、その分割開口に対応するレンジカーバチャ補正値分だけシフト（例えば、位相補正）して、各分割開口部でのエコー信号の受信時刻を同期させる。
【００５０】
図８は、分割開口とビーム焦点位置間の往復伝搬距離を説明するための説明図である。
【００５１】
図８において、Ｒ0は合成開口中心Ｏからビーム焦点位置Ｘまでの距離を示し、Ｒctは送受信用分割開口Ｙからビーム焦点位置Ｘまでの距離を示し、Ｒcrmはビーム焦点位置Ｘから受信用分割開口Ｚまでの距離を示す。また、Ｌctは送受信用分割開口位置Ｙｐから合成開口中心Ｏまでの距離を示し、Ｌcrmは受信用分割開口位置Ｘｐから合成開口中心Ｏまでの距離を表す。ここで、Ｒ0は合成開口面Ｓからビーム焦点位置Ｘまでの最短距離を示しており、ビーム焦点位置Ｘは合成開口面Ｓの垂線上に存在する。
【００５２】
ＲctおよびＲcrmはそれぞれ次式で示される。
【００５３】
Ｒct＝（Ｒ02＋Ｌct2）1/2
Ｒcrm＝（Ｒ02＋Ｌcrm2）1/2
したがって、分割開口による往復伝搬距離は、Ｒct＋Ｒcrmで示され、合成開口中心Ｏにおける往復伝搬距離２Ｒ0との差ΔＲcrmは、ΔＲcrm＝（Ｒct＋Ｒcrm）−２Ｒ0で表される。
【００５４】
よって、レンジカーバチャ補正量Δｔcrmは、Δｔcrm ＝ΔＲcrm／Ｃで計算される。ここでＣは音速を示す。
【００５５】
合成開口を開始する位置を原点とすると、合成開口中心位置Ｏは、λ・Ｒ0／２Ｄで示される。なお、λは送信された音波信号の波長、Ｄは分割開口長である。
【００５６】
送受波器の送受信位置は、船体速度と送受波器移動経過時間との積で求められ、また、送受波器上のそれぞれの分割開口位置は、Ｄの倍数で定まっている。
【００５７】
したがって、分割開口伝搬時間計算部３０２は、送受波器の送受信位置を、船体速度と送受波器移動経過時間との積で求め、さらに、その送受波器上のそれぞれの分割開口位置を、Ｄを用いて求める。
【００５８】
また、分割開口伝搬時間計算部３０２は、ＬctおよびＬcrmを、各分割開口の送受信位置で計算し、その計算結果と音速を用いて、各開口位置におけるレンジカーバチャ補正量Δｔcrmを求める。時間シフト処理部３１は、この補正量に従って距離圧縮処理部２００の出力データを時間シフトし、レンジカーバチャ補正を行う。
【００５９】
図６に戻って、アジマス圧縮処理部４００は、レンジカーバチャ補正部３００の出力を、送受波器１０１の進行方向に対して圧縮してアジマス方向の分解能を上げるものであり、ＦＦＴ処理部４０１、ＩＦＦＴ処理部４０２、リファレンス作成部４０３、および、ＦＦＴ処理部４０４を含む。
【００６０】
レンジカーバチャ補正部３００の出力データは、各々の分割開口上で送信後経過時間に沿って処理されているので、分割開口を行、送信後経過時間を列とするマトリクス構造を有する。レンジカーバチャ補正部３００は、行の構成要素ごとに、列方向に処理を行っている。
【００６１】
これに対し、アジマス圧縮処理部４００は、各送信後経過時間に対応する分割開口上のデータに対して処理を行っている。つまり、アジマス圧縮処理部４００は、列の構成要素である各送信後経過時間に対して、行方向に処理を行っている。
【００６２】
具体的には、アジマス圧縮処理部４００は、レンジカーバチャ補正部３００の出力と、送信経過時間ごとに計算される分割開口方向のリファレンス信号との相関を取ることによって、送受波器移動方向の受信エコーパルス幅を圧縮する。
【００６３】
さらに言えば、アジマス圧縮処理部４００では、ＦＦＴ処理部４０１がレンジカーバチャ補正部３００の出力をＦＦＴ処理し、ＦＦＴ処理部４０４が、リファレンス作成部４０３にて作成された予測信号（リファレンス信号）をＦＦＴ処理する。よって、レンジカーバチャ補正部３００の出力と予測信号が、周波数領域信号に変換される。その後、それら周波数領域信号が乗算される。ＩＦＦＴ処理部４０２は、その乗算出力に逆ＦＦＴ処理を実施し、周波数領域信号を時間領域信号に戻す。
【００６４】
表示処理部５００は、アジマス圧縮処理された信号を画面に表示するものであり、表示処理器５０１、および、表示器５０２を含む。表示処理器５０１は、アジマス圧縮処理部４００の出力信号を検波し閾値処理等を行い、表示器５０２に画像を表示する。
【特許文献１】特開平１０−１４２３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００６５】
特許文献１に記載の合成開口ソーナーシステムでは、物理的な長さが変わらない送受波器が用いられている。
【００６６】
送受波器で必要となる開口長Ｄｍは、要求諸元（具体的には、分割開口長Ｄ）にしたがって変化するため、いろいろな長さの分割開口長Ｄに対応するためには、送受波器は、ある程度の長さを有する必要がある。このため、送受波器は、実際に必要となる開口長Ｄｍより長くなり、大型化してしまう。
【００６７】
送受波器が大型化すると、その送受波器を搭載するプラットフォームも大型化し、プラットフォームの大型化は、プラットフォームを搭載するビークルのペイロード（許容搭載重量）に影響を及ぼす。
【００６８】
例えば、ビークルとしてヘリコプターが使用された場合、ヘリコプターは、ペイロードの制限が厳しいため、大型のプラットフォームを搭載できない場合がある。
【００６９】
また、送受波器の大型化は、送受波器を搭載したプラットフォームの高速化を困難にする。
【００７０】
その理由は、プラットフォームが高速移動する場合、送受波器の開口部が長いほど、プラットフォームは、水の抵抗およびプラットフォームが生起する水流などの影響を大きく受けるからである。
【００７１】
また、プラットフォームが曳航される場合は、プラットフォームを曳航するために、大きな動力が必要となり、プラットフォームが自力推進する場合は、プラットフォームに搭載するエンジンが大きな推力を有していなければならない。プラットフォームを動かすために大きな動力が必要であるということは、合成開口ソーナーシステムの実現性に大きな制限を付す。また、水流の影響が大きい場合は、プラットフォームの制御方法も複雑になってしまう。
【００７２】
上記従来技術の問題点を鑑み、本発明の目的は、必要以上に長い送受波器の使用を防止可能な合成開口ソーナーシステムおよび送受波器の長さ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００７３】
上記目的を達成するために、本発明の合成開口ソーナーシステムは、所定の速度で移動しながら周期的に音波を送信し検査対象物にて反射された該音波を受信した際に信号を出力する送受波器と、前記送受波器から出力された信号を合成して前記検査対象物の映像を得る処理部と、を含む合成開口ソーナーシステムにおいて、前記送受波器は、長さが可変であり、前記検査対象物を調査するための調査条件を受け付け、前記調査条件に基づいて前記送受波器の長さを決定する調整器と、前記送受波器の長さを、前記調整器にて決定された長さに調節する制御器と、を含む。
【００７４】
また、本発明の送受波器の長さ制御方法は、所定の速度で移動しながら周期的に音波を送信し検査対象物にて反射された該音波を受信した際に信号を出力する長さが可変の送受波器と、前記送受波器から出力された信号を合成して前記検査対象物の映像を得る処理部と、を含む合成開口ソーナーシステムが行う送受波器の長さ制御方法であって、前記検査対象物を調査するための調査条件を受け付け、前記調査条件に基づいて前記送受波器の長さを決定する決定ステップと、前記送受波器の長さを、前記決定された長さに調節する調整ステップと、を含む。
【００７５】
上記発明によれば、送受信器は長さが可変であり、送受波器の長さが、検査対象物を調査するための調査条件に基づいて決定され、送受波器は、その決定された長さに調整される。
【００７６】
このため、必要以上に長い送受波器の使用を防止できる。よって、送受波器の大型化、および、送受波器を搭載するプラットフォームの大型化を防止でき、また、そのプラットフォームを搭載するビークルのペイロードの制限を緩和できる。また、プラットフォームの曳航または推進に必要な動力を小さくすることが可能となり、プラットフォームの制御の複雑化を避けることが可能になる。
【００７７】
なお、前記調査条件は、前記送受波器に所定数だけ設定される分割開口部の長さと、前記移動の方向の分解能が前記分割開口部の長さの半分であること、を含み、前記調整器は、前記送受波器の長さを、前記分割開口の長さの半分に前記所定数に１を加えた値を乗じた値に決定し、前記決定された長さの送受波器に、前記所定数の分割開口を、前記分割開口の長さの半分だけずらしながら設定することが好ましい。
【００７８】
上記発明によれば、音波の送受信に用いられない送受波器の冗長区間を調査条件に応じて削除でき、送受波器を短くすることが可能になる。
【発明の効果】
【００７９】
本発明によれば、必要以上に長い送受波器の使用を防止することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００８１】
図１は、本発明の一実施形態の合成開口ソーナーシステムを示したブロック図である。
【００８２】
図１において、本合成開口ソーナーシステムは、送受波部１０、距離圧縮処理部２０、レンジカーバチャ補正部３０、アジマス圧縮処理部４０、および、表示処理部５０を含む。
【００８３】
距離圧縮処理部２０は、ＦＦＴ処理部２１と、ＩＦＦＴ処理部２２と、送信レプリカ信号作成部２３と、ＦＦＴ処理部２４とを含む。なお、距離圧縮処理部２０は、図６に示した距離圧縮処理部２００と同一構成である。具体的には、ＦＦＴ処理部２１、ＩＦＦＴ処理部２２、送信レプリカ信号作成部２３およびＦＦＴ処理部２４のそれぞれは、図６に示したＦＦＴ処理部２０１、ＩＦＦＴ処理部２０２、送信レプリカ信号作成部２０３およびＦＦＴ処理部２０４のそれぞれと同一構成である。
【００８４】
レンジカーバチャ補正部３０は、時間シフト処理部３１と、分割開口伝搬時間計算部３２とを含む。なお、レンジカーバチャ補正部３０は、図６に示したレンジカーバチャ補正部３００と同一構成である。具体的には、時間シフト処理部３１および分割開口伝搬時間計算部３２のそれぞれは、図６に示した時間シフト処理部３０１および分割開口伝搬時間計算部３０２のそれぞれと同一構成である。
【００８５】
アジマス圧縮処理部４０は、ＦＦＴ処理部４１と、ＩＦＦＴ処理部４２と、リファレンス作成部４３と、ＦＦＴ処理部４４とを含む。なお、アジマス圧縮処理部４０は、図６に示したアジマス圧縮処理部４００と同一構成である。具体的には、ＦＦＴ処理部４１、ＩＦＦＴ処理部４２、リファレンス作成部４３およびＦＦＴ処理部４４のそれぞれは、図６に示したＦＦＴ処理部４０１、ＩＦＦＴ処理部４０２、リファレンス作成部４０３およびＦＦＴ処理部４０４のそれぞれと同一構成である。
【００８６】
表示処理部５０は、表示処理器５１と、表示器５２とを含む。なお、表示処理部５０は、図６に示した表示処理部５００と同一構成である。具体的には、表示処理器５１および表示器５２のそれぞれは、図６に示した表示処理器５０１および表示器５０２のそれぞれと同一構成である。
【００８７】
送受波部１０は、送受波器１１と、送信器１２と、送信制御器１３と、ＰＲＦ調整器１４と、受信器１５と、分割開口切替器１６と、開口長制御器１７と、を含む。
【００８８】
なお、送信器１２は、図６に示した送信器１０２と同一構成であり、送信制御器１３は、図６に示した送信制御器１０３と同一構成であり、受信器１５は、図６に示した受信器１０５と同一構成であり、分割開口切替器１６は、図６に示した分割開口切替器１０６と同一構成である。
【００８９】
以下では、本実施形態の合成開口ソーナーシステムについて、図６に示した従来の合成開口ソーナーシステムと異なる点を中心に説明する。なお、受信部１５、分割開口切替部１６、距離圧縮処理部２０、レンジカーバチャ補正部３０、アジマス圧縮処理部４０、および、表示処理部５０で、処理部６０を構成する。処理部６０は、送受波器１１から出力された信号を合成して検査対象物の映像を得る。
【００９０】
送受波器１１には、直線上に配列された複数の音響変換素子（音波送受信素子）にて形成されている開口部が形成されている。送受波器１１は、長さが可変である。よって、開口部も、送受波器１１の長さの変化に応じて長さが変わる。
【００９１】
開口部は、一つの送受信用分割開口と、複数の受信用分割開口と、に区分される。
【００９２】
送受信用分割開口にある音響変換素子は、送信器１２で作られた送信信号を受け付けると、その送信信号を音波信号に変換して送信する。
【００９３】
送受信用分割開口にある音響変換素子および受信用分割開口にある音響変換素子は、送受信用分割開口にある音響変換素子から送信され物体で反射されて戻ってきた音波信号（エコー信号）を受信し、その音波のエコー信号を電気信号のエコー信号に変換して、その電気信号のエコー信号を受信器１５に出力する。
【００９４】
送受波器１１は、例えば、船、水中航走体、または、ヘリコプターにて曳航されるプラットフォームに搭載され、直線コース上を等速で移動しながら一定の時間間隔で音波の送受信を繰り返す。
【００９５】
ＰＲＦ調整器１４は、図６に示したＰＲＦ調整器１０４と同様の機能を有する。
【００９６】
ＰＲＦ調整器１４は、ＰＲＦを規定する要求諸元（検査対象物を調査するための調査条件）を受け付け、その要求諸元に基づいて、送受波器１１の長さ、すなわち、送受波器１１に設けられている開口部の長さを調整する。
【００９７】
例えば、要求諸元が、送受波部１１に所定数だけ設定される予定の分割開口の長さと、送受波器１１の移動の方向の分解能が分割開口の長さの半分であること、を含む場合、ＰＲＦ調整器１４は、送受波器１１の長さを、分割開口の長さの半分に、その所定数に１を加えた値を乗じた値に決定し、その決定された長さの送受波器１１に、その所定数の分割開口を、その分割開口の長さの半分だけずらしながら設定する。
【００９８】
開口長制御部１７は、送受波器１１の長さを、ＰＲＦ調整器１４にて決定された長さに調節する。
【００９９】
次に、動作を説明する。
【０１００】
図２は、図１に示した合成開口ソーナーシステムの動作を説明するためのフローチャートである。以下、図２を参照して、図１に示した合成開口ソーナーシステムの動作を説明する。
【０１０１】
まず、ＰＲＦ調整器１４は、要求諸元を受け付ける。要求諸元は、送受波器１１の移動速度Ｖ、音速Ｃ、分割開口長Ｄ、アジマス分解能がＤ／２以下であること、ビーム（音波）の最大捜索距離がＲｍ以上であること、を含む。合成開口ソーナーのＰＲＦに関する条件は、２Ｖ／Ｄ’≦ＰＲＦ≦Ｃ／（２Ｒｍ）であり、要求諸元によって規定される。なお、Ｄ’は、送受波器１１の最大開口長である。
【０１０２】
ＰＲＦ調整器１４は、要求諸元に基づいて、分割開口数（マルチ送受信数）、ＰＲＦ、および、送受波器１１の長さＤｍを計算し、また、分割開口を送受波器１１に設定する（ステップＳ１）。
【０１０３】
図３は、ステップＳ１でＰＲＦ調整器１４が動作を説明するためのフローチャートである。以下、図３を参照してステップＳ１を説明する。
【０１０４】
ＰＲＦ調整器１４は、冗長部分が送受波器１１の定位置に現れるように、ＰＲＦ（要求諸元）を調整する。例えば、ＰＲＦ調整器１４は、アジマス分解能をＤ／２に固定した状態で最大捜索距離Ｒｍを変更してＰＲＦを調整する。
【０１０５】
まず、ＰＲＦ調整器１４は、ＰＲＦに関する条件に基づいて、Ｄ’を、Ｄ’＝２Ｖ／ＰＲＦ＝４Ｖ・Ｒｍ／Ｃから求める（ステップＳ１１）。なお、パルス繰り返し周期の間に送受波器１１が移動する距離は、Ｄ’／２となる。
【０１０６】
続いて、ＰＲＦ調整器１４は、要求されるアジマス分解能Ｄ／２を満たすために必要な分割開口数Ｎを、Ｎ＝[Ｄ’／Ｄ]ＮＬＩから求める。（ステップＳ１２）。
【０１０７】
続いて、ＰＲＦ調整器１４は、送受波器１１の開口長Ｄ’を分割開口長ＤのＮ倍であるＤ’’に調整し、それに伴い、Ｒｍを、Ｄ’’＝Ｎ・Ｄ＝４Ｖ・Ｒｍ’／Ｃが成り立つようにＲｍ’に調整する（ステップＳ１３）。
【０１０８】
続いて、ＰＲＦ調整器１４は、Ｒｍ’を用いて、ＰＲＦを再計算してＰＲＦ’を求める。具体的には、ＰＲＦ調整器１４は、ＰＲＦ’＝２Ｖ／（Ｎ・Ｄ）＝Ｃ／（２Ｒｍ’）の式を用いて、ＰＲＦ’を求める（ステップＳ１４）。
【０１０９】
続いて、ＰＲＦ調整器１４は、ＰＲＦ’の調整により必要となる送受波器１１の開口長Ｄｍを、Ｄｍ＝（Ｎ＋１）・Ｄ／２から求める（ステップＳ１５）。
【０１１０】
また、ＰＲＦ調整器１４は、Ｎ個の分割開口（送受信用分割開口と受信用分割開口を含む。）がその長さ方向に半分だけずれるように、そのＮ個の分割開口を、開口長がＤｍである送受波器１１に設定する（ステップＳ１６）
図２に戻って、ＰＲＦ調整器１４は、続いて、ＰＲＦ’、および、Ｎ個の分割開口の設定位置（送受信用分割開口の設定位置と受信用分割開口の設定位置）を、制御データとして、送信制御器１３と分割開口切替器１６に出力する（ステップＳ２）。
【０１１１】
続いて、ＰＲＦ調整器１４は、必要となる送受波器１１の開口長Ｄｍを、開口長制御器１７に出力する（ステップＳ３）。
【０１１２】
開口長制御器１７は、開口長Ｄｍを受け付けると、送受波器１１の長さを開口長Ｄｍに調整する（ステップＳ４）。
【０１１３】
また、送信制御器１３は、ＰＲＦ調整器１４から制御データを受け付け、また、送信信号諸元である送信パルス幅ＰＷを受け付けると、その制御データと、送信パルス幅ＰＷとを、送信制御信号として、送信器１２に出力する（ステップＳ５）。
【０１１４】
送信器１２は、送信制御器１０３から送信制御信号を受け付けると、その送信制御信号に基づいて送信信号を作成し、その送信信号を増幅し、その増幅された送信信号を送受波器１１の送受信用分割開口へ送出する（ステップＳ６）。
【０１１５】
具体的には、送信器１２は、ＰＲＦ’に応じた周期で、送信パルス幅ＰＷの送信信号を生成し、その送信信号を増幅し、その増幅された送信信号を、送受信用分割開口の設定位置にある音響変換素子に出力する。
【０１１６】
送受信用分割開口の設定位置にある音響変換素子は、送信器１２で作られた送信信号を音波信号に変換して送信し、送受信用分割開口および受信用分割開口の設定位置にある音響変換素子は、送受信用分割開口の設定位置にある音響変換素子から送信され物体で反射されて受信地点に戻ってきた音波信号（エコー信号）を受信し、その音波のエコー信号を電気信号のエコー信号に変換して、その電気信号のエコー信号を受信器１５に出力する（ステップＳ７）。
【０１１７】
受信器１５は、送受波器１１が有する複数の音響変換素子からのエコー信号を受信すると、各エコー信号を増幅およびＡ／Ｄ変換した後に分割開口切替器１６に出力する（ステップＳ８）。
【０１１８】
分割開口切替器１６は、ＰＲＦ調整器１４から制御データを受け付け、その制御データに含まれる、送受信用分割開口および受信用分割開口の設定位置に基づいて、受信器１５から提供されるエコー信号を処理する（ステップＳ９）。
【０１１９】
具体的には、まず、分割開口切替部１６は、分割開口が設定されている音響変換素子からのエコー信号を、音響変換素子ごとに一旦保持する。
【０１２０】
その後、分割開口切替部１６は、その保持しているエコー信号を、制御データにて示された分割開口ごとに区分し、分割開口ごとに区分された各エコー信号を、分割開口の位置に合わせて加算（合成）する。よって、その加算結果は、各分割開口をその位置に基づいて合成して得られた合成開口が受信したエコー信号に対応する。
【０１２１】
以下の動作は、図６に示した合成開口ソーナーシステムと同様である。
【０１２２】
本実施例によれば、送受信器１１は、長さが可変であり、ＰＲＦ調整器１４は、送受波器１１の長さを、検査対象物を調査するための調査条件に基づいて決定し、開口長制御部１７は、送受波器１１の長さを、その決定された長さに調整する。
【０１２３】
このため、必要以上に長い送受波器１１の使用を防止できる。よって、送受波器１１の大型化、および、送受波器１１を搭載するプラットフォームの大型化を防止でき、また、そのプラットフォームを搭載するビークルのペイロードの制限を緩和できる。また、プラットフォームの曳航または推進に必要な動力を小さくすることが可能となり、プラットフォームの制御の複雑化を避けることが可能になる。
【０１２４】
また、本実施例では、調査条件は、送受波器１１に所定数だけ設定される予定の分割開口の長さと、送受波器１１の移動方向の分解能が分割開口の長さの半分であること、を含み、ＰＲＦ調整器１４は、送受波器１１の長さを、分割開口の長さの半分に前記所定数に１を加えた値を乗じた値に決定し、その決定された長さの送受波器１１に、前記所定数の分割開口を、分割開口の長さの半分だけずらしながら設定する。
【０１２５】
この場合、音波の送受信に用いられない送受波器の冗長区間を調査条件に応じて削除でき、送受波器１１を短くすることが可能になる。
【０１２６】
次に、送受波部１１の具体例を説明する。
【０１２７】
図４は、送受波器１１の一例を示した説明図である。
【０１２８】
図４において、送受波器１１は、複数の音波送受波素子が直線上に配列された開口部１１Ａと、複数の音波送受波素子が直線上に配列され、開口部１１Ａと重なる位置から開口部１１Ａの音波送受信素子の配列方向Ｆにスライドする開口部１１Ｂと、を含む。
【０１２９】
開口部１１Ｂは、開口部１１Ａの音波送受信素子の配列方向Ｆと平行に設けられたレール１１Ｃ上を、モータ等の開口長制御部１７の制御によって、移動可能である。
【０１３０】
開口長制御器１７は、開口部１１Ａと開口部１１Ｂとで形成される送受波器１１の長さが、開口長Ｄｍになるまで、開口部１１Ｂをトロンボーンのように繰り出す。具体的には、開口長制御器１７は、Ｄｍから開口部１１Ａの開口長Ｄ１１Ａを差し引いて得られる値だけ、開口部１１Ｂを繰り出す。
【０１３１】
この場合、送受波器１１の長さは、開口部１１Ｂがスライドすることによって変更可能になる。
【０１３２】
なお、開口部１１Ｂは、開口部１１Ａの後ろに設けられたレール１１Ｃ上を移動するので、音波の経路差が生じるが、両者の差分は、幾何学的に認識できるので、その補正は容易である。
【０１３３】
図５は、送受波器１１の他の例を示した説明図である。
【０１３４】
図５において、送受波器１１は、複数の音波送受波素子が直線上に配列された開口部１１Ｄと、複数の音波受波素子が直線上に配列されたケーブル１１Ｅと、開口部１１Ｄと重なる位置に設けられ、ケーブル１１Ｅが巻かれ、ケーブル１１Ｅを開口部１１Ｄの音波送受信素子の配列方向Ｇと平行な方向に出し入れ自在な収納部１１Ｆと、を含む。
【０１３５】
ケーブル１１Ｅは、収納部１１Ｆがモータ等の開口長制御部１７にて回転されて、収納部１１Ｆから出される。
【０１３６】
開口長制御部１７は、開口部１１Ｄとケーブル１１Ｅとで形成される送受波器１１の長さが、開口長Ｄｍになるまで、収納部１１Ｆを回転させてケーブル１１Ｅを伸ばす。具体的には、開口長制御器１７は、Ｄｍから開口部１１Ｄの開口長Ｄ１１Ｄを差し引いて得られる値だけ、ケーブル１１Ｅを繰り出す。
【０１３７】
この場合、送受波器１１の長さは、ケーブル１１Ｅが収納部１１Ｆから出し入れされることによって変更可能になる。
【０１３８】
以上説明した実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
［産業上の利用可能性］
本発明の活用例として、ヘリコプターから曳航される合成開口ソーナーシステムが考えられる。
【０１３９】
ヘリコプターによる曳航は、ヘリコプターの機動性により、短時間で、水中地形（検査対象物）の観察または水中設置物（検査対象物）の捜索を実施できるため、水中地形の観察または水中設置物の捜索において、充分な時間がとれないときに、有効となる。
【０１４０】
ヘリコプターから安定して、合成開口ソーナーのプラットフォームである曳航体を制御するためには、秒速１０ｍ程度の移動速度が必要であると想定される。ヘリコプターは搭載できる曳航体の大きさに制限を有するため、本発明の様に大きさを可変できる機構が有効となる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の合成開口ソーナーシステムの実施の形態を示すブロック図である。
【図２】送受波部１０の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】ＰＲＦ調整器１４の計算を説明するためのフローチャートである。
【図４】送受波器１１の一例を示した説明図である。
【図５】送受波器１１の他の例を示した説明図である。
【図６】従来の合成開口ソーナーのシステム構成を示すブロック図である。
【図７】従来の合成開口ソーナーシステムにおける送受波部１００の移動を説明するための説明図である。
【図８】レンジカーバチャ補正を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【０１４２】
１０      送受波部
１１      送受波器
１２      送信器
１３      送信制御器
１４      ＰＲＦ調整器
１５      受信器
１６      分割開口切替器
１７      開口長制御器
２０      距離圧縮処理部
２１、２４、４１、４４      ＦＦＴ
２２、４２、      ＩＦＦＴ
２３      送信レプリカ信号作成部
３０      レンジカーバチャ補正部
３１      時間シフト処理部
３２      分割開口伝搬時間計算部
４０      アジマス圧縮処理部
４３      リファレンス作成部
５０      表示処理部
５１      表示処理器
５２      表示器
【図１】
2008039555.tif 000003
【図２】
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【図３】
2008039555.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008039555.tif 000007
【図６】
2008039555.tif 000008
【図７】
2008039555.tif 000009
【図８】
2008039555.tif 000010