(57)【要約】  ソーダシステム用のトランスデューサ（１２）のアレイ、および、モノスタティックソーダシステムにおけるアレイ（１０）の運転。アレイ（１０）は、多数の個別の音響トランスデューサ（１２）から成る。各トランスデューサ（１２）は、大気中に音を放射し、大気によって反射された放射音を検出する。トランスデューサ（１２）は、略円形の断面形状を有する。トランスデューサ（１２）は略平面に、かつ、略六方グリッド充填配置に配設される。
2010521650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソーダシステム用のトランスデューサのアレイであって、大気中に音を放射し、大気によって反射された放射音を検出する複数の個別の音響トランスデューサを含み、
トランスデューサが、略平面に、かつ、略六方グリッド充填配置に配置されていることを特徴とするアレイ。
【請求項２】
密接して配置された本質的に同等のトランスデューサの列を複数含み、列の長手軸に直交する方向において隣接する列のトランスデューサが、トランスデューサの幅の約半分だけ互いにずれていることを特徴とする請求項１記載のアレイ。
【請求項３】
トランスデューサが略六角形の外周形状を規定することを特徴とする請求項２記載のアレイ。
【請求項４】
アジマスにおいて約１２０゜離間した３本の順次続くビームを生成するように運転されることを特徴とする請求項２記載のアレイ。
【請求項５】
１つの列を成すトランスデューサが本質的に同じ周波数で調和して運転され、順次続く各列の運転が直前の列に対して一様に位相シフトされて、トランスデューサの面に対して高度において傾斜したビームを創生することを特徴とする請求項４記載のアレイ。
【請求項６】
列から列への位相シフトが約６０゜であることを特徴とする請求項５記載のアレイ。
【請求項７】
ビーム角度幅がビーム主軸からビーム半強度点まで約５゜であることを特徴とする請求項４記載のアレイ。
【請求項８】
３本のビームの各々が主ビーム軸に沿って送られ、３本のビーム主軸が本質的に同じ高度にあることを特徴とする請求項４記載のアレイ。
【請求項９】
ビーム主軸がトランスデューサの面の法線から約１０゜の高度にあることを特徴とする請求項８記載のアレイ。
【請求項１０】
ビーム主軸がトランスデューサの面の法線から１１．２゜の高度にあることを特徴とする請求項９記載のアレイ。
【請求項１１】
トランスデューサホーンが略円形の断面形状を有することを特徴とする請求項１記載のアレイ。
【請求項１２】
少なくとも３６個のトランスデューサを含むことを特徴とする請求項１記載のアレイ。
【請求項１３】
トランスデューサが少なくとも７列に配置されていることを特徴とする請求項１２記載のアレイ。
【請求項１４】
アレイが６辺を規定し、６辺の各々が少なくとも４個のトランスデューサを含むことを特徴とする請求項１３記載のアレイ。
【請求項１５】
各辺の後の列が少なくとも５個のトランスデューサを含み、その後の３列が各々少なくとも６個のトランスデューサを含み、これら３列の後の列が少なくとも５個のトランスデューサを含み、最後列が少なくとも４個のトランスデューサを含むことを特徴とする請求項１４記載のアレイ。
【請求項１６】
本質的に同等の複数のビームを生成するように運転されることを特徴とする請求項１記載のアレイ。
【請求項１７】
ビーム各々の角度幅がビーム主軸からビーム半強度点まで約５゜であることを特徴とする請求項１６記載のアレイ。
【請求項１８】
トランスデューサのアクティブ領域が少なくともアレイ面積の約９０％を含むことを特徴とする請求項１記載のアレイ。
【請求項１９】
トランスデューサがホーンツイータであることを特徴とする請求項１記載のアレイ。
【請求項２０】
トランスデューサが円形の断面を規定することを特徴とする請求項１９記載のアレイ。
【請求項２１】
トランスデューサは直径が約３インチあることを特徴とする請求項２０記載のアレイ。
【請求項２２】
トランスデューサがプラスチックコーンを有することを特徴とする請求項１記載のアレイ。
【請求項２３】
トランスデューサのコーンがポリカーボネートであることを特徴とする請求項２２記載のアレイ。
【請求項２４】
ソーダシステム用のトランスデューサのアレイであって、大気中に音を放射し、大気によって反射された放射音を検出する複数の個別の音響トランスデューサを含み、
トランスデューサのアクティブ領域が、アレイ面積の約９０％を含むことを特徴とするアレイ。
【請求項２５】
ソーダシステム用のトランスデューサのアレイであって、大気中に音を放射し、大気によって反射された放射音を検出する複数の個別の音響トランスデューサを含み、
トランスデューサが、略平面に、かつ、６辺を規定し、密接して配置されたた本質的に同等のトランスデューサの列を複数含む略六方グリッド充填配置に配置されており、列の長手軸に直交する方向において隣接する列のトランスデューサが、トランスデューサの幅の約半分だけ互いにずれており、少なくとも３個のトランスデューサがグリッド充填配置の６辺の各々を規定し、
アレイが、アジマスにおいて約１２０゜離間した対称な３本の本質的に同等な順次続くビームを生成するように運転され、１つの列を成すトランスデューサが本質的に同じ周波数で調和して運転され、順次続く各列の運転が直前の列に対して一様に位相シフトされて、トランスデューサの面に対して高度において傾斜したビームを創生することを特徴とするアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波検知および測距（ソーダ）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーダシステムは、風速などの大気現象を検知するために、音波を使用する。モノスタティックソーダは、単一の装置から指向性音波パルスを送信し、反射信号を検知することによって動作する。フェーズドアレイ・モノスタティックソーダは、電子手段によって異なる方向において音波ビームを放射し受けるために、音響トランスデューサ群を採用する。これは、アレイに含まれる個々のトランスデューサから送信される信号の位相を変化させ、大気から反射されて戻る信号をトランスデューサが検知するように、サンプリング処理の位相を変化させることによって達成される。アレイ自体は、動作中、物理的に静止したままである。この手法は米国特許第４５５８５９４号に記載されており、その開示は参照によって本明細書に取り込まれる。
【０００３】
フェーズドアレイ手法は、送信信号の指向性強度密度、および受信信号に対するアレイの指向性感度が、単一のトランスデューサで実現可能なものに比べて著しく狭く、適切な電子機器で様々な方向に向けることが可能な一次ビーム幅を有する、という利点を有する。
【０００４】
モノスタティックソーダシステムは、通常、トランスデューサが、米国特許第４５５８５９４号の図２，４および５に示されているように、行と列に並ぶ矩形グリッド充填配置に配列されたトランスデューサのアレイを使用する。これらのアレイは、アレイの面に垂直な１本と、高度においてアレイに対して傾斜し、アジマスにおいて互いに９０゜異なる２本とを含む、３本の順次続くビームを放射するように、運転される。矩形グリッド間隔は、トランスデューサが円形のとき、アレイの約２７％を空き空間として残し、その結果、音圧がアレイ全体にわたって均一でなくなり、測定誤差の可能性が生じる。また、これは音圧の最大強度を本来的に低下させ、これによってアレイの精度および感度が低下する。さらに、非対称な音波ビームの使用は非対称な検出という結果となり、これは測定および演算の誤差をもたらす。
【発明の概要】
【０００５】
本発明は、ソーダシステム用の音響トランスデューサアレイの配置、ならびに、改善された大気検出を達成するアレイ運転のシステムおよび方法を含む。一態様において、本発明は、多くの音響トランスデューサを、従来の矩形グリッド充填配置ではなく、略六方グリッド充填配置のアレイにすることを含む。この発明的なアレイは、好ましくは、モノスタティックソーダシステムにおいて使用される。他の態様において、本発明は、９０°離間した２方向の列ではなく、１２０°離間した３方向の列で順次運転されるフェーズドアレイとして、トランスデューサを運転する。この運転様式は、主軸がアジマスにおいて互いに１２０°離間した３本の順次続く音波ビームを実現する。好ましくは、ビームは各々同じ高度にある。３本のビームの主軸が、アレイの中心に頂点が位置し鉛直方向を向いた仮想の円錐の表面の周りに、均等に離間する結果となる。
【０００６】
好ましくは、対称な（円形の）アクチュエータおよびホーンを有するトランスデューサを本発明に採用して、各トランスデューサについては本来的な指向性がないようにする。本発明の効果の１つは、各トランスデューサによって包囲される領域がトランスデューサアクチュエータ、トランスデューサホーンおよびそれらに関連する音響分散パターンの円形状に近似するアレイを、アレイの略六方グリッド充填配置が創生することである。このトランスデューサ充填配置は、ホーン間の空間の好ましからぬ音響特性を本来的に低下させ、これは、アレイの前面全体にわたる音圧の均一性を向上させる。均一性の向上は、向けられたビームの外周を超える音の放射を減少させ、また、対称的に、オフビーム音に対する受信モードでのアレイの感度も低下させる。
【０００７】
他の利点は、略六方トランスデューサグリッド充填配置が、一定面積内に、トランスデューサが行と列とに整列される矩形グリッド間隔で採用可能なトランスデューサよりも多くのトランスデューサを採用することを、可能にすることである。この発明的なアレイのトランスデューサ充填密度は、また、アレイの前面全体にわたる音圧の均一性と強度とを向上させる。
【０００８】
他の利点は、３本のビームが１２０゜離間するように向けられて、ビームが伝播するアジマス方向の各々について物理的に対称なアレイの運転様式が、３本の順次続く音波ビームに基づくソーダ運転を物理的に対称にすることである。これは、ソーダ筐体を対称な形状にすることを可能にし、ソーダ筐体の対称な形状は、送信および受信の両方において、対称な形状の音波ビームを生成する。したがって、筐体との相互作用によって創生される歪は、本来的に３方向全てに加わる。これは、非対称運転に由来する測定誤差および演算誤差を減少させる。
【０００９】
さらに他の利点は、３本のビームを１２０゜離間させるアレイの運転が、いずれか１本のビームの中心と天頂とが成すいかなる最大角についても、各ビームの中心間の角を最大にすることを可能にすることである。各ビームと天頂との間の角を増大させると、大気の影響によってデータ収集の精度と信頼性とが低下するのに対し、ビーム間の角を増大させると精度が向上するので、この構成は、従来技術に比べて向上したデータ収集の精度を有する。
【００１０】
本発明は、ソーダシステム用のトランスデューサのアレイであって、大気中に音を放射し、大気によって反射された放射音を検出する複数の個別の音響トランスデューサを含み、トランスデューサが、略平面に、かつ、略六方グリッド充填配置に配置されているアレイを提供する。このアレイは、密接して配置された本質的に同等のトランスデューサの列を複数含み、列の長手軸に直交する方向において隣接する列のトランスデューサが、トランスデューサの幅の約半分だけ互いにずれているとよい。トランスデューサ自体が略六角形の外周形状を規定するとよい。トランスデューサホーンが略円形の断面形状を有するとよい。
【００１１】
アレイは、好ましくは、少なくとも３６個のトランスデューサを含む。トランスデューサが少なくとも７列に配置されているとよい。グリッドパターンの６辺の各々が、少なくとも３個のトランスデューサで規定されるとよく、４個のトランスデューサで規定されるのが好ましい。一実施形態においては、第１の列（アレイの辺を成す列）が４個のトランスデューサを含み、各辺の後の列が５個のトランスデューサを含み、その後の３列が各々６個のトランスデューサを含み、これら３列の後の列が５個のトランスデューサを含み、最後列が４個のトランスデューサを含む。
【００１２】
アレイは、好ましくは、アジマスにおいて約１２０゜離間した３本の順次続くビームを生成するように運転される。１つの列を成すトランスデューサが、好ましくは、本質的に同じ周波数で調和して運転され、順次続く各列の運転が直前の列に対して一様に位相シフトされて、トランスデューサの面に対して高度において傾斜したビームを創生する。列から列への位相シフトが約６０゜であるとよい。ビーム角度幅がビーム主軸からビーム半強度点まで約５゜であるとよい。３本のビームの各々が主ビーム軸に沿って送られ、３本のビーム主軸が本質的に同じ高度にあるとよい。ビーム主軸がトランスデューサの面の法線から約１０゜の高度にあるとよい。具体的な実施形態においては、ビーム高度は法線から１１．２゜である。アレイは、好ましくは、本質的に同等の複数のビームを生成するように運転され、ビーム各々の角度幅は、好ましくは、ビーム主軸からビーム半強度点まで約５゜である。
【００１３】
トランスデューサが略六角形の外周を有するとよい。トランスデューサのアクティブ領域が少なくともアレイ面積の約９０％を含むとよい。トランスデューサがホーンツイータであるとよい。トランスデューサが、好ましくは、円形の断面を規定する。トランスデューサは、好ましくは、直径が約３インチある。トランスデューサがプラスチックコーンを有するとよい。トランスデューサのコーンがポリカーボネートであるとよい。
【００１４】
本発明は、また、大気中に音を放射し、大気によって反射された放射音を検出する複数の個別の音響トランスデューサを含む、ソーダシステム用のトランスデューサのアレイであって、トランスデューサのアクティブ領域が、アレイ面積の約９０％を含むアレイを提供する。
【００１５】
本発明は、さらに、ソーダシステム用のトランスデューサのアレイであって、大気中に音を放射し、大気によって反射された放射音を検出する複数の個別の音響トランスデューサを含み、
トランスデューサが、略平面に、かつ、密接して配置された本質的に同等のトランスデューサの列を複数含む略六方グリッド充填配置に配置されており、列の長手軸に直交する方向において隣接する列のトランスデューサが、トランスデューサの幅の約半分だけ互いにずれており、少なくとも３個のトランスデューサがグリッドパターンの６辺の各々を規定し、アレイが、アジマスにおいて約１２０゜離間した対称な３本の本質的に同等な順次続くビームを生成するように運転され、１つの列を成すトランスデューサが本質的に同じ周波数で調和して運転され、順次続く各列の運転が直前の列に対して一様に位相シフトされて、トランスデューサの面に対して高度において傾斜したビームを創生するアレイを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
本発明の他の様々な目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して本発明をよりよく理解することによって、充分に判るであろう。図面において、類似の参照符号は複数の図にわたって同一または類似の部分を示している。
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態の３６個のトランスデューサ要素アレイの斜視図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従う図１のアレイの運転によって創生される第１のビームを表している。この図においては、見易くするために、ビームはアレイ自体よりもはるかに小さなスケールで示されている。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従う図１のアレイの駆動によって創生される第２のビームを表している。この図においては、見易くするために、ビームはアレイ自体よりもはるかに小さなスケールで示されている。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態に従う図１のアレイの駆動によって創生される第３のビームを表している。この図においては、見易くするために、ビームはアレイ自体よりもはるかに小さなスケールで示されている。
【図３Ａ】順次生成される図２Ａ〜図２Ｃのビームのうち、図２Ａのビームを生成するために運転されるアレイ要素列を示している。
【図３Ｂ】順次生成される図２Ａ〜図２Ｃのビームのうち、図２Ｂのビームを生成するために駆動されるアレイ要素列を示している。
【図３Ｃ】順次生成される図２Ａ〜図２Ｃのビームのうち、図２Ｃのビームを生成するために駆動されるアレイ要素列を示している。
【図４Ａ】図１のトランスデューサアレイ用のソーダ筐体の好ましい実施形態の斜視図である。
【図４Ｂ】図１のトランスデューサアレイ用のソーダ筐体の好ましい実施形態の別の斜視図である。
【図４Ｃ】図１のトランスデューサアレイ用のソーダ筐体の好ましい実施形態の上面図である。
【図４Ｄ】図４Ａ〜４Ｃに示した筐体の簡略模式断面図であり、音波ビーム経路を詳細に示している。
【図５】図４Ａ〜４Ｄに示したものと同じ一般設計の筐体におけるトランスデューサアレイの別の配置の上面図である。
【図６】本発明に従うトランスデューサアレイを運転するシステムの模式ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
モノスタティックソーダは、その動作の一部として、順次続く指向性音波ビームを用いる。個々の音響トランスデューサは、通常、球の表面に近似する広い波面で音を放射し、その音は、集音機構がなければ、ソーダ使用には適さない。図１において、密に充填され均一に離間したトランスデューサのアレイ１０は、個々のトランスデューサのビームよりも狭い一次ビームを効率よく創生する、波面の複雑な干渉パターンを生成することによって、集音を実現し得る。ビームの角発散はアレイ中のトランスデューサの数に関連し、トランスデューサが多いほど、一般に、狭いビームを創出することができる。ソーダ用途のために充分な狭さのビームを生成するには、通常、３２個ないし６０個のトランスデューサのアレイが適当であり、アレイ１０は、３６個のトランスデューサ１２を有している。各トランスデューサ１２は、円形のアクチュエータおよびホーンを有する。トランスデューサ１２は、いくつかの平行な列に密に充填されており（図１に示す発明の好ましい実施形態では７列であるが、この列数に限られない）、列に直交する方向において隣接する列のトランスデューサは、互いに、トランスデューサ直径の半分だけずれている。ここでは、この配置を略六方グリッド充填配置と呼ぶ。
【００１９】
各トランスデューサは、好ましくは、全体の周形状が六角形であり、長径３インチの円形アクティブホーン領域に密接する。トランスデューサは、六方グリッド充填配置を容易にするために外形が変更された、標準的圧電ホーン「ツイータ」要素に基づいている。トランスデューサの紙製コーンをプラスチック（好ましくはポリカーボネート）コーンに置き換えて、装置の耐天候性を向上させることができる。トランスデューサ１２には、装置への取付けおよび交換を簡便にするために、コネクタが設けられている。トランスデューサは、装置にとって好ましい約４０００（より具体的には４４２５）Ｈｚの動作周波数の音の、送信器および受信器の双方として効率よく動作するように設計されている。トランスデューサの大きさは、フェーズドアレイ技法が、妥当な数のトランスデューサを使用して、良好な指向性を有する音波ビームを創生し得るように設定されている。他の形状および種類のトランスデューサ要素は、効率よく六角形アレイに集結することができず、所望の動作周波数の送信器および受信器の双方として効率よく動作せず、露出した環境で動作する装置への取付けに適していない。
【００２０】
アレイの略六角形の外形、および、アレイの略六方グリッド充填配置はまた、機械装置を用いずにビームの向きを変えるために必要な指向性制御を可能にする。ビームの向きの変更は、トランスデューサを平行な列として順に駆動して、各列内のトランスデューサを互いに同相にし、列の各々を同一の波長で駆動し、列から列への位相シフトが連続しかつ等しくなるように駆動することによって達成される。列間で位相シフトがないならば、一次ビームは、アレイの面に対して直交する軸に沿って放射される。位相シフトが導入されると、干渉パターンが変化して、ビームはもはや鉛直ではない高度方向に導かれる（アレイが水平であると仮定する）。また、ビームは、各々の列を成すトランスデューサの並びに沿う軸に対して、直交する。したがって、トランスデューサを相対的な向きが異なる列として駆動することによって、所望のアジマス方向に向かうビームを創生することが可能である。
【００２１】
アレイ１０は、密充填されたトランスデューサの列を複数含む。各トランスデューサは、略六角形の外周形状を有する。この外周は、円形であるアクティブトランスデューサ領域に、密に外接する。六角形の外周は、第１に、アレイの集結を容易にするために存在する。アクティブトランスデューサ領域自体が六角形であれば、アレイ中の全ての不使用（つまり、音を生成しない）領域を排除するという、追加の利点も存在する。同様に、正方形のアクティブホーン領域を有し、隣接する列のトランスデューサがトランスデューサ幅の約半分だけずれている、本発明に従う正方形のトランスデューサは、従来技術の矩形配列のアレイと比べて、本発明の利点のいくつか（全てではない）を提供することが可能であろう。したがって、アレイは、それ自体、概して六角形である。
【００２２】
略六方グリッド充填配置は、アレイの各アクティブ要素が、各トランスデューサホーンの円形状が占める実際の面積よりも約１０％大きいだけの、六角形の領域を占めるようにする。したがって、アレイ面積の約１０％だけが、音の生成または検出に関与しないことになる。これは、円形トランスデューサホーンが占める実際の面積よりも約２７％大きい正方形の領域を各円形トランスデューサが占める従来技術の矩形グリッドアレイ要素配列と、著しい対照をなす。本発明の六方グリッドアレイ充填配置は、所望の干渉パターンまたはアレイ全体にわたる音圧の均一性に寄与しないアレイ全体の面積を最小にする。円形のトランスデューサ同士の間の領域における空気の動きは、また、意図するビームとは異なる方向への音放射を創生する干渉パターンを創生し得る。不所望の放射は、ビームの方向を解明するソーダシステムの能力を低下させて、その測定性能を低下させる。不所望の放射は、また、木などの近隣の物体に当たるほど水平に出て、意図するビームの大気現象からの反射と同様またはより大きい規模のエコーを創生し得る。
【００２３】
本発明の六角形アレイは、６０゜ずつ離れた６つの放射軸に関して物理的に対称である。これは、トランスデューサがアレイ中で密に充填され、隣接する平行列がトランスデューサ幅の半分だけずれたトランスデューサを含む六角形の、６つの辺を成す６つの外列の各々に含まれる３つ以上のトランスデューサによって達成される。発明的である略六方グリッド充填配置は、頂点がアレイの中心に位置する仮想の鉛直コーンの周りに概ね対称であり、そのコーンの表面上に位置する一次ビーム軸に沿って放射する、３本ないし６本の概ね円錐形のビームを順に生成する動作を可能にする。好ましい実施形態は、１２０゜間隔で分離した３本のそのようなビームを創生する。ビームは、運転の方法によって定まる好ましい高度になる。そのようなビームを図２Ａ〜２Ｃに模式的に描写する。この描写はきわめて模式的であり、ビームの底部は概ねアレイの大きさの円形に近くなる。ビームの有効長は、アレイの直径の約４００倍である。このようなビームを生成するためのアレイの動作を、図３Ａ〜３Ｃに模式的に示す。この動作を達成するシステムの模式的ブロック図を、図６に示す。
【００２４】
たとえば、図２Ａに模式的に示したビーム１を生成するためには、列１を成すトランスデューサ４，９，１５および２１が特定の波形で駆動され；列２を成すトランスデューサ３，８，１４，２０および２７が、同一の波形で、ｎの位相差で駆動され；列３が列１から２ｎの位相差で駆動され；列４が列１から３ｎの位相差で駆動され；列５が４ｎの位相差で駆動され；列６が５ｎの位相差で駆動され；列７が６ｎの位相差で駆動される。ビーム２は、図３Ｂに示したように、第１の列を時計回りに１２０゜変えて、第１の列がトランスデューサ３３，３４，３５および３６を含むようにし、列２〜７を図示したようにし、同様の態様でアレイを動作させることで、生成される。ビーム３は、図３Ｃに示したように、第１の列をもう一度時計回りに１２０゜変えて、第１の列がトランスデューサ１，５，１０および１６を含むようにし、列２〜７も図示したようにし、もう一度同様の態様で各列を運転することで、同様に生成される。
【００２５】
図６に示すように、システム１５０は、トランスデューサ１〜Ｎのアレイ１５６に適切なトランスデューサ駆動信号を供給する位相制御およびスイッチ制御器１５４に、信号を供給する信号生成器１５２でこの運転を行う。トランスデューサアレイ１５６が受けたエコー信号は、受信部１５８および処理部１６０に送られ、処理部１６０はソーダシステムから導出され得る大気情報を出力する。ソーダ信号からの大気情報の導出は、この分野において公知であり、たとえば、米国特許第４５５８５９４号に記載されている。
【００２６】
システム１５０は、当業者にとって明らかなように、全てハードウェアとして、または、ハードウェアおよびファームウェアの組合せとして、構築することが可能である。好ましくは、システム１５０は、信号生成部１５２の全て、ならびに位相およびスイッチ制御部１５４の一部が、マイクロプロセッサおよびＤＳＰチップ内のファームウェアとして実現されることを除いて、ハードウェアで構築される。
【００２７】
アレイ１０のトランスデューサ配置は、六角形アレイの６辺の各々に関して対称なので、３本のビームは本質的に互いに同等であり、唯一の違いは、ビームの主軸のアジマス方向である。このようなビームを６本まで創生することが可能である。図４Ａ〜４Ｃに示すように、ホーン状の筐体１００が、同じく対称形状とされ、筐体１００の中心鉛直軸１０５の周りに１２０゜ずつ離間した３つの同形のローブ１０２、１０４および１０６を規定する。
【００２８】
筐体１００において、アレイ１０は鉛直に配設され、鉛直から４５゜傾いて音ミラーとして機能する平坦面１１０に面する。図４Ｄの模式的断面図を参照されたい。この配置は、別の実施形態の上面図である図５に示すように、筐体の中央底部に水平に配設された同一のアレイ１０に、音響的に近似する。図４Ｄに示した鉛直アレイ配設は、トランスデューサに水、氷、雪または塵がたまるのを阻止する。
【００２９】
非限定の一実施形態において、各トランスデューサは直径が約３インチであり、アレイはおおよそ３インチの波長に相当する周波数で運転される。一般的な周波数は４４２５Ｈｚである。この波長の音は、大気中の乱気流および温度勾配で反射するとともに、乱気流および温度勾配を透過して伝播することが知られており、ソーダ動作には、これらの相反する特性が不可欠である。７列に配置された３６個のトランスデューサで構成された好ましいアレイでは、列から列への位相シフトは、トランスデューサの面の法線からの高度において約１０゜（より詳しくは、１１．２゜）のビーム傾斜を実現する約６０゜であり（つまり、約３．７５×１０−５秒）、主ビーム角度幅はビーム主軸から半強度点まで約５゜である。ビーム強度は、ビーム主軸から約１０゜に位置するヌルで約ゼロに低下する（ビーム全幅は約２０゜）。好ましくは、ハウジング１００の３つのローブの各々が規定する内面が、このヌルの位置付近に存在する。これは、主ビームの一部ではない望ましくない放射および望ましくない帰還信号の双方を妨害して抑えながら、主ビーム全体が大気検出に利用されることを可能にする。
【００３０】
図１に示したアレイの好ましい実施形態は、３６個のトランスデューサを有しているが、アレイの中央には、存在してもよいものの、トランスデューサが存在しない。これは、主として好ましい実施形態における電子回路に依存しており、電子回路は、サラウンド音響用途に通常使用される集積回路に則って設計されている。これらの回路は各々、３つの左チャンネルと３つの右チャンネルの計６つのチャンネルを有している。それゆえ、アレイの６０゜セグメントの各々は、これらの回路の１つによって、全部で６つの幾何的におよび電子的に同等な送信回路の区画として、整然と扱われ得る。３７番目のトランスデューサをアレイの中央に加えると、送信回路の設計にかなり複雑さが加わることになり、ファームウェアにも加わることになる。試験は、中央スピーカがユニットの指向性に大きな影響を及ぼすことはなく、せいぜい指向性を３％向上させるだけであることを示したが、中央スピーカは、コストと複雑さをおそらく１７％も増大させるであろう。したがって、中央スピーカを除外することは、コストと機能性との適当なトレードオフである。
【００３１】
本発明の使用および運転の方法のさらなる説明については、同じことが上記の説明から明らかになる。よって、使用および運転の方法についてのさらなる説明は行わない。
【００３２】
上記の説明に関しては、したがって、寸法、材料、形状、種類、動作周波数および波長、機能および運転方法、組立ておよび使用にバリエーションをもたらすための本発明の部品の最適な関係は、当業者にとって明白、明瞭であると理解すべきであり、図面に示し明細書に記載したものと等価な全ての関係は、本発明に包含されると意図されている。
【００３３】
したがって、前記は本発明の原理の例示に過ぎないと考えるべきである。さらに、当業者は多数の変形および変更を直ちに思いつくであろうから、本発明が、図示し記載した構成および運転そのものに限定されるものではなく、全ての適切な変形物および均等物は、本発明の範囲に入る。
【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３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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