(57)【要約】【課題】航行しながらでも海域の水中音速分布を連続的に計測することを可能にする方法を提供する。【解決手段】船舶Ａの音波発信部１で音波を発信し、音波発信時刻計測部２で音波発信時刻を計測し、船舶Ｂの音波受信部５で音波を受信し、音波受信時刻計測部６で音波受信時刻を計測する。各々の船舶の位置を位置計測部３、７で計測し、各々の時刻と位置を情報送信部６、８で情報処理を行う船舶Ｃに送信し、船舶Ｃの情報受信部９で受信後、音速分布計算部１０でインバージョン法を用いて音速分布を計算し、これを音速分布表示部１１で表示する。以上の手段を連続的に使用することにより、連続的かつ広域に音速分布を把握する。【選択図】        図１
2004309265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが水中音波探信儀を備えた複数の船舶を被測定海域に配置し、特定の一隻の船舶から発信された音波を他の船舶で受信するとともに、各船舶の位置及び音波発信時刻、音波受信時刻に基づき、これらの船舶が存在する海域における音速分布を推定することを特徴とするマルチスタティック水中音速計測方法。
【請求項２】
水中にｎ層の層構造を仮定し、各層の音速Ｖｉと層厚Ｚｉ（ｉ＝１〜ｎ）を、
【数１】
2004309265.tif 000006
（Ｌは、音波を発信した船舶の位置と音波を受信した船舶の位置から求められた音源距離、Ｔは、音波を発信した時刻から音波を受信した時刻までの伝搬時間）
により、インバージョン法を用いて計算することによって、前記海域における音速分布を推定することを特徴とする請求項１に記載のマルチスタティック水中音速計測方法。
【請求項３】
前記複数の船舶を移動させながら、前記測定を繰り返すことにより海域の音速分布を海域の移動に従って連続的に推定することを特徴とする請求項１または２に記載のマルチスタティック水中音速計測方法。
【請求項４】
音波発信部と、該音波発信部が音波を発信した時刻を計測する発信時刻計測部と、前記音波発信部が音波を発信したときの位置を計測する音波発信位置計測部と、前記音波発信部が音波を発信したときの発信時刻情報と発信位置情報とを送信する発信情報送信部とを搭載した第１の船舶と、
前記音波発信部から水中に発信された音波を受信する音波受信部と、前記音波発信部から水中に発信された音波を受信した時刻を計測する受信時刻計測部と、前記音波受信部が前記音波を受信した位置を計測する音波受信位置計測部と、前記音波受信部が音波を受信したときの受信時刻情報と受信位置情報とを送信する受信情報送信部とを搭載した第２の船舶と、
前記発信情報送信部と前記受信情報送信部から送信された前記各情報を受信する情報受信部と、該情報受信部で受信された情報に基づいて前記第１及び第２の船舶が位置する海域の水中音速分布を計算する音速分布計算部と、該音速分布計算部で計算された水中音速分布を表示する音速分布表示部とを有していることを特徴とするマルチスタティック水中音速計測方式。
【請求項５】
前記第２の船舶は複数存在することを特徴とする請求項４に記載のマルチスタティック水中音速計測方式。
【請求項６】
前記情報受信部、前記音速分布計算部および前記音速分布表示部は、第３の船舶に搭載されていることを特徴とする請求項４または５に記載のマルチスタティック水中音速計測方式。
【請求項７】
前記音速分布計算部は、水中にｎ層の層構造が仮定されたとき、各層の音速Ｖｉと層厚Ｚｉ（ｉ＝１〜ｎ）を、
【数１】
2004309265.tif 000007
（Ｌは、音波を発信した前記第１の船舶の位置と音波を受信した前記第２の船舶の位置から求められた音源距離、Ｔは、前記音波を発信した時刻から前記音波を受信した時刻までの伝搬時間）
により、インバージョン法を用いて計算することによって、前記海域における音速分布を推定する手段を備えていることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のマルチスタティック水中音速計測方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海域の水中音速分布を計測する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海域の音速分布を計測する方法としては、海域の鉛直温度分布を計測し、間接的に水中音速を推定する方法、船舶からセンサを海底まで降ろしながら任意の水深における音速度を測定する方法（例えば特許文献２参照）、あるいは、送波器と受波器を所定間隔離間して配置し、送波器が水面下に向かって音波を発信し、受波器は所定方向にそれぞれ受信ビームを指向させ、音波を発信した時刻から各指向ビームにおいて音波を受信した時刻に基づいて音波の水中伝搬速度分布を測定する方法（例えば特許文献１参照）等がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５８−２７０３４号公報
【特許文献２】
特開平１０−３２５８７１号公報
【発明が解決しようとする課題】
海域の音速分布の測定を、船舶から水温計を用いて計測される鉛直温度分布から間接的に音速分布を推定する方法では、船舶を停止させた状態で計測しなければならないために航行しながら連続的に計測できないという問題点と、計測された点においてのみの値であって計測点においてしか精度が保証されないという問題点があった。
【０００４】
また、送波器と受波器を所定間隔離間して配置し、送波器が水面下に向かって音波を発信し、受波器は所定方向にそれぞれ受信ビームを指向させ、音波を発信した時刻から各指向ビームにおいて音波を受信した時刻に基づいて音波の水中伝搬速度分布を測定する方法では、高精度の指向性ビームを形成し得る受波器を用いる必要があり、また船舶に送波器と受波器を設けて測定する場合、船舶が移動しながら測定を行うと移動に伴い受波指向角度が変化してしまうため、船舶を停止させて状態で測定しないと精度が落ちるという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、航行しながらでも海域の水中音速分布を連続的に計測することを可能にする方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のマルチスタティック水中音速計測方式は、それぞれが水中音波探信儀を備えた複数の船舶を被測定海域に配置し、特定の一隻の船舶から発信された音波を他の船舶で受信するとともに、各船舶の位置及び音波発信時刻、音波受信時刻に基づき、これらの船舶が存在する海域における音速分布を推定することを特徴とする。
【０００７】
また、これらの船舶を移動させながら、この測定を繰り返すことにより連続的かつ広域に亘って海域の音速分布を推定することを特徴とする。
【０００８】
具体的には、本発明によるマルチスタティック水中音速計測方式は、船舶に搭載されて音波を発信する手段と、複数の船舶に搭載されて音波を受信する手段と、発信時刻を計測する手段と、船舶の位置を計測する手段と、音波の発信、受信に関連する情報を送受信する手段と、音速分布を計測する手段と、音速分布を表示する手段とを有する。
【０００９】
本発明では、例えば船舶Ａの音波発信部で音波を発信したときの時刻および音波を発信したときの船舶Ａの位置が、船舶Ａの音波発信時刻計測部および位置計測部で計測される。一方、船舶Ｂでは、船舶Ａの音波発信部から発信された音波を音波受信部で受信したときの時刻および受信したときの船舶Ｂの位置が、船舶Ｂの音波受信時刻計測部および位置計測部で計測される。これらの計測情報は船舶Ｃに送信され、船舶Ｃの情報受信部で受信後、音速分布計算部で音速分布をインバージョン法を用いて計算し、これを音速分布表示部で表示する。以上の計測を航行しながら繰り返し行うことにより、連続的かつ広域に音速分布を把握することが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を適用したマルチスタティック音速計測方式の実施形態を示すブロック図であり、船舶Ａに搭載された音波発信部１、発信時刻計測部２、位置計測部３、および情報送信部４と、船舶Ｂに搭載された音波受信部５、受信時刻計測部６、位置計測部７、および情報送信部８と、船舶Ｃに搭載された情報受信部９、音速分布計算部１０、および音速分布表示部１１とから構成される。
【００１１】
船舶Ａ，Ｂ，Ｃは互いに離れた位置で停止あるいは航行しており、船舶Ａの探信儀を構成する音波発信部１から水中に音波を発信する。発信時刻計測部２は、船舶Ａの音波発信部１が音波を発信した時刻を計測する。位置計測部３は、船舶Ａが音波を発信したときの船舶Ａの位置を計測する。位置計測には例えばＧＰＳが用いられる。情報送信部４は、音波発信部１が音波を発信した時刻情報と音波を発信したときの船舶Ａの位置情報を船舶Ｃに無線により送信する。
【００１２】
船舶Ｂの探信儀を構成する音波受信部５は、船舶Ａの音波発信部１から水中に発信された音波を受信する。受信時刻計測部６は、船舶Ｂの音波受信部１が船舶Ａの音波発信部１から水中に発信された音波を受信した時刻を計測する。位置計測部７は、船舶Ｂが船舶Ａから発信された音波を受信したときの船舶Ｂの位置を計測する。情報送信部８、音波受信部５が音波を受信した時刻情報と音波を受信したときの船舶Ｂの位置情報を船舶Ｃに無線により送信する。
【００１３】
船舶Ｃの情報受信部９は、船舶Ａの情報送信部４から受信した、音波発信部１が音波を発信した時刻情報および音波を発信したときの船舶Ａの位置情報と、船舶Ｂの情報送信部８から受信した、音波受信部５が音波を受信した時刻情報および音波を受信したときの船舶Ｂの位置情報とを受信する。音速分布計算部１０は、情報受信部９で受信されたこれらの情報に基づいて、船舶Ａと船舶Ｂが位置している海域の音速分布を計算する。音速分布表示部１１は、音速分布計算部１０で計算された音速分布を連続的に表示する。
【００１４】
図２は、探信儀を搭載した複数の船舶からなる船団によって、これらの船団が航行している海域における音速分布を計測する場合の概念図を示しており、図３は、水中における音波伝搬の概念図を示している。以下、本発明の動作について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図２に示すように、それぞれが探信儀を搭載した複数の船舶が船団を組んで航行している状態で、そのうちの一隻（船舶Ａ）の音波発信部１が音波発信を行い、他の船舶（船舶Ｂ）の音波受信部５が音波を受信する。また、これらの船舶のうち一隻（船舶Ｃ）が情報の処理を行うものとする。
【００１６】
船舶Ａの音波発信部１が水中に音波を発信すると、音波発信の情報はただちに発信時刻計測部２及び位置計測部３に送られる。発信時刻計測部２は、音波発信の時刻を計測して蓄積する。位置計測部３は音波発信した時刻における船舶Ａの位置を計測する。船舶Ａの情報送信部４では、音波発信時刻と音波発信位置を船舶Ｃに送信する。
【００１７】
一方、各船舶Ｂの音波受信部５は、船舶Ａの音波送信部１から発せられ、水中を伝搬する音波を受信する。音波受信の情報はただちに受信時刻計測部６及び位置計測部７に送られる。受信時刻計測部６は、音波を受信した時刻を計測して蓄積する。位置計測部７は音波を受信した時刻における船舶Ｂの位置を計測する。船舶Ｂの情報送信部８は、音波を受信した時刻と船舶Ｂの位置を船舶Ｃに送信する。
【００１８】
船舶Ｃの情報受信部９は、船舶Ａの情報送信部４及び船舶Ｂの情報送信部８から送られる情報を受信する。船舶Ｃの音速分布計算部１０は音波を発信したときの船舶Ａの位置（Ｘａ、Ｙａ）とこの音波を受信したときの船舶Ｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）の位置から音源距離（船舶ＡとＢ間の距離）Ｌを次の式に基づき算出する。
【００１９】
【数２】
2004309265.tif 000003
【００２０】
また、受信時刻Ｔｂ、発信時刻Ｔａより、伝搬時間Ｔを次の式に基づき算出する。
【００２１】
【数３】
2004309265.tif 000004
【００２２】
図３に示すように、水中にｎ層（実施例ではｎ＝６）の層構造を仮定し、各層の音速と層厚を各々Ｖｉ、Ｚｉとすると、スネルの法則により、伝播時間Ｔと各層の音速Ｖｉと層厚Ｚｉには次の関係がある。
【００２３】
【数４】
2004309265.tif 000005
【００２４】
複数の船舶Ｂの計測データＬ、Ｔより、インバージョン法を用いることにより、伝搬経路３２となるようなＺｉ、Ｖｉを算出する。従って、層構造としてｎの値を大きくするほど多くの計測データＬ，Ｔが必要となる。
【００２５】
計測データＬ，Ｔは、音波を受信する船舶Ｂの数を増やすか、あるいは各船舶が移動しながら、多数回の音波発信、受信を繰り返すことにより、数式（３）を解くのに必要な任意の数得られるので、得られた計測データＬ，Ｔを数式（３）に代入すれば、インバージョン法によってＺｉ、Ｖｉを求めるのに必要な数の数式３が得られる。
【００２６】
船舶Ｃの音速分布表示装置１１は、音速分布計測装置１０で計算されたＺｉ、Ｖｉを表示する。以上の動作を航行中の船団において繰り返すことにより連続的かつ広域に音速分布を推定する。
【００２７】
なお、実施形態では、それぞれが探信儀を搭載した複数の船舶が船団を組んで航行している状態で、そのうちの一隻（船舶Ａ）の音波発信部１が音波発信を行い、他の船舶（船舶Ｂ）の音波受信部５が音波を受信し、これらの船舶のうち一隻（船舶Ｃ）が情報の処理を行う場合を想定しているが、水中音速の計測を行う海域に２隻の船舶を配置し、一方の船舶（船舶Ａ）から音波を発信し、他方の船舶（船舶Ｂ）がこの音波を受信するとともに、船舶Ａから音波発信時刻および船舶Ａの位置情報を受信することにより、船舶Ｂにおいて音速分布計測および音速分布表示を行うように構成することもできる。
【００２８】
この場合には音源距離と伝播時間を測定する操作を、海域内で両船舶を移動させながら所定回数実行することにより所定数の計測データＬ，Ｔを求める。これらの計測データＬ，Ｔを数式（３）に代入することにより所定数の数式（３）が得られるので、これらの数式からインバージョン法によりＺｉ、Ｖｉを求めることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の船舶からなる単位において、特定の一隻の船舶から発信された音波を他の船舶で受信するとともに、各船舶の位置及び発信、受信時間に基づき、各船舶間における水中音速分布を推定しているので、これら船舶が存在する海域における音速分布を推定することが可能であり、これらを繰り返すことにより連続的かつ広域に海域の音速分布を推定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】音波の送受信の概念図である。
【図３】音波伝搬の概念図である。
【符号の説明】
１  音波発信部
２  発信時刻計測部
３，７  位置計測部
５  音波受信部
６  受信時刻計測部
４，８  情報送信部
９  情報受信部
１０  音速分布計算部
１１  音速分布表示部
２１  船舶Ａ
２２  船舶Ｂ
２３  船舶Ｃ
３１  音源距離
３２  音波伝搬経路
【図１】
2004309265.tif 000008
【図２】
2004309265.tif 000009
【図３】
2004309265.tif 000010