(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（A）音源装置で、第1音響プローブ波を生成して、該第1音響プローブ波を前記音源装置から計測処理装置に送る第1ステップと、
（B）該計測処理装置で、前記第1音響プローブ波を基にして生成した音響位相共役波を、前記音源装置に送る第2ステップと、
（C）前記音響位相共役波を基準プローブ波に変換して、前記音源装置の記憶部に保存する第3ステップと、
（D）前記音源装置で第2音響プローブ波を生成して、該第2音響プローブ波を該音源装置から前記計測処理装置に送る第4ステップと、
（E）該計測処理装置で、前記第2音響プローブ波を基にして、時間波形の形状を変化させずに位相を時間軸上にシフトした位相変調量が段階的に異なる複数の音響変調位相共役波を生成して、該複数の音響変調位相共役波を位相変調量の大きさの順序に従って順次前記音源装置に送る第5ステップと、
（F）前記位相変調量が異なる複数の音響変調位相共役波を複数の計測プローブ波に変換し、該計測プローブ波のそれぞれと前記記憶部から読み出した前記基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成して、該干渉波のうちで振幅が最小である干渉波を生じさせた前記計測プローブ波の位相変調量を確定させ、該位相変調量を、位相と距離との換算式（１）を用いて距離の値に換算して出力する第6ステップとを含む、
ΔＬ＝（Δ°／３６０°）λ          （１）
ここで、位相変動量が３６０°に相当する距離変動量ΔＬはλに等しく、前記距離変動量ΔＬは、前記干渉波の振幅が最小となる微小角Δ°から求め、前記音響プローブ波の海水中での波長λは、前記音響プローブ波の平均速度ｖ、周波数をｆとした場合での式
λｆ＝ｖによって求める、
ことを特徴とする距離変動計測方法。
【請求項２】
前記第1ステップが、
（A1）前記音源装置のプローブ波生成部で第1送信電気プローブ波を生成するステップと、
（A2）該第1送信電気プローブ波を前記第1音響プローブ波に変換するステップと、
（A3）該第1音響プローブ波を前記計測処理装置に送るステップと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の距離変動計測方法。
【請求項３】
前記第2ステップが、
（B1）前記第1音響プローブ波を第1受信電気プローブ波に変換するステップと、
（B2）該第1受信電気プローブ波を第1電気位相共役波に変換するステップと、
（B3）該第1電気位相共役波を前記音響位相共役波に変換するステップと、
（B4）該音響位相共役波を前記音源装置に送るステップと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の距離変動計測方法。
【請求項４】
前記第4ステップが、
（D1）前記音源装置の前記プローブ波生成部で第2送信電気プローブ波を生成するステップと、
（D2）該第2送信電気プローブ波を前記第2音響プローブ波に変換するステップと、
（D3）該第2音響プローブ波を前記計測処理装置に送るステップと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の距離変動計測方法。
【請求項５】
前記第5ステップが、
（E1）前記第2音響プローブ波を第2受信電気プローブ波に変換するステップと、
（E2）該第2受信電気プローブ波を第2電気位相共役波に変換するステップと、
（E3）該第2電気位相共役波を基にして、位相変調量が段階的に異なる複数の電気変調位相共役波を順次生成するステップと、
（E4）該複数の電気変調位相共役波を順次前記音響変調位相共役波に変換するステップと、
（E5）該複数の音響変調位相共役波を位相変調量の大きさの順に従って、順次時間を隔てて前記音源装置に送るステップと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の距離変動計測方法。
【請求項６】
第1及び第2音響プローブ波を生成して計測処理装置に送波するとともに、該計測処理装置から送られた音響位相共役波を基準プローブ波に変換して記憶部に保存し、複数の音響変調位相共役波を複数の計測プローブ波に変換して該計測プローブ波のそれぞれと前記記憶部から読み出した前記基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成し、振幅が最小である干渉波を生じさせた前記計測プローブ波の位相変調量を確定させ、該位相変調量を位相と距離との換算式（１）を用いて距離の値に換算して出力する音源装置と、
ΔＬ＝（Δ°／３６０°）λ          （１）
ここで、位相変動量が３６０°に相当する距離変動量ΔＬはλに等しく、前記距離変動量ΔＬは、前記干渉波の振幅が最小となる微小角Δ°から求め、前記音響プローブ波の海水中での波長λは、前記音響プローブ波の平均速度ｖ、周波数をｆとした場合での式
λｆ＝ｖによって求める、
前記第1音響プローブ波を基にして生成した前記音響位相共役波を、前記音源装置に送波するとともに、前記第2音響プローブ波を基にして、時間波形の形状を変化させずに位相を時間軸上にシフトした位相変調量が段階的に異なる前記複数の音響変調位相共役波を生成して、該複数の音響変調位相共役波を位相変調量の大きさの順序に従って順次前記音源装置に送る計測処理器を具えて構成される計測処理装置と
を具えることを特徴とする距離変動計測システム。
【請求項７】
前記計測処理装置が、複数の前記計測処理器を具えて構成されることを特徴とする請求項6に記載の距離変動計測システム。
【請求項８】
前記音源装置が、
第1及び第2送信電気プローブ波を生成するプローブ波生成部と、
該第1及び第2送信電気プローブ波をそれぞれ前記第1及び第2音響プローブ波に変換し、かつ前記音響位相共役波及び前記音響変調位相共役波を、それぞれ前記基準プローブ波及び前記計測プローブ波に変換する第1トランスジューサーと、
前記基準プローブ波を保存し、かつ前記位相と距離との換算手段を記憶する記憶部と、
複数の前記計測プローブ波のそれぞれと前記記憶部から読み出した前記基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成して、振幅が最小である干渉波を生じさせた前記計測プローブ波を特定しその位相変調量を確定させる信号干渉/最小点検出部と、
前記記憶部から前記位相と距離との換算手段を読み出して、前記位相変調量を、該換算手段を用いて距離の値に換算して出力する干渉情報等出力部と
を具えることを特徴とする請求項6又は7に記載の距離変動計測システム。
【請求項９】
前記計測処理器が、
前記第1及び第2音響プローブ波をそれぞれ第1及び第2受信電気プローブ波に変換し、かつ第1電気位相共役波及び電気変調位相共役波をそれぞれ音響位相共役波及び音響変調位相共役波に変換する第2トランスジューサーと、
前記第1及び第2受信電気プローブ波をそれぞれ前記第1電気位相共役波及び第2電気位相共役波に変換する時間反転部と、
前記第2電気位相共役波に位相変調を施して前記電気変調位相共役波を生成する変調共役波生成部と
を具えることを特徴とする請求項6又は7に記載の距離変動計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位相共役波を利用して2点間の距離の変動を計測する方法及びその方法を実現するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地震予知につながる計測の一つとして地殻の歪計測がある。地球表面の地殻を構成するプレート同士が接する境界では、互いのプレート間の変位が歪エネルギーとして蓄積される。この歪エネルギーが地震発生の原因となるため、二つのプレートが接する境界を挟む地殻の変位を、精密に計測する方法が必要とされている。二つのプレートが接する境界が海中に存在する場合には、海中において海底の地殻変位を精密に計測することが必要となる。
【０００３】
通常、海底の地殻変位が生じる速度は、非常に緩やかであり、かつその変位量は年間数センチメートル以下と微小である。従って、計測時間間隔は、1ヶ月あるいは1年程度で十分であるが、数センチメートル以下の変位量が計測可能である計測精度（以後「十分な計測精度」ということもある。）を以って、海中における地殻変位を計測する必要がある。
【０００４】
従来、海中を伝播する音波（以後、単に「音波」ということもある。）の伝播時間を基にして、海底の2点間の距離を計測する試みが行われている（例えば、非特許文献1参照）。
【０００５】
しかしながら、この方法は、音波の伝播経路に、海流、水塊、渦、等の不均質が存在することによって、音波の伝播時間が影響を受けやすいという問題がある。すなわち、上述の不均質が存在することによって、海底の一方の点から他方の点に至る音波の伝播経路は数多く存在可能となり、2点間を伝播する音波の正確な伝播時間を計測することは困難であり、この2点間の距離も正確に測ることはできない。
【０００６】
また、この方法は、2点間の実際の距離（以後、「絶対距離」ということもある。）を計測する方法であるため、2点間の距離が大きくなるに従って計測誤差も増大する。このため、数センチメートル以下の変位量を十分な計測精度を以って地殻変位を計測することは困難であった。
【非特許文献１】浅田  昭「海底地殻変動観測研究の新たな取り組み−AUVを用いた観測と将来構想−」2005年度第1回海洋音響学会懇話会、平成17年（2005年）6月9日講演予稿
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明は、距離の計測対象となる海底の2点間に、海流、水塊、渦、等の不均質が存在しても、この2点間の距離変動を十分な計測精度を以って計測することが可能である方法及びこの方法を実現するためのシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以後の説明においては、混乱を避けるために、次のように用語を使い分けることもある。すなわち、電気的な波としてのプローブ波を電気プローブ波、音波としてのプローブ波を音響プローブ波、とそれぞれ区別して記載することもある。電気的な波としての位相共役波を電気位相共役波、音波の状態の位相共役波を音響位相共役波と、それぞれ区別して記載することもある。音源装置の内部で生成される電気プローブ波を送信電気プローブ波、音源装置から送波された音響プローブ波を計測処理装置の内部で変換して得られる電気プローブ波を受信電気プローブ波、とそれぞれ区別して記載することもある。電気的な波としての変調位相共役波を電気変調位相共役波、音波としての変調位相共役波を音響変調位相共役波、とそれぞれ区別して記載することもある。
【０００９】
上記問題を解決するため、この発明の距離変動計測方法は、次に示すステップを含む。
（A）音源装置で、第1音響プローブ波を生成して、第1音響プローブ波を音源装置から計測処理装置に送る第1ステップ
（B）計測処理装置で、第1音響プローブ波を基にして生成した音響位相共役波を、音源装置に送る第2ステップ
（C）音響位相共役波を基準プローブ波に変換して、音源装置の記憶部に保存する第3ステップ
（D）音源装置で第2音響プローブ波を生成して、第2音響プローブ波を音源装置から計測処理装置に送る第4ステップ
（E）計測処理装置で、第2音響プローブ波を基にして、時間波形の形状を変化させずに位相を時間軸上にシフトした位相変調量が段階的に異なる複数の音響変調位相共役波を生成して、複数の音響変調位相共役波を位相変調量の大きさの順序に従って順次音源装置に送る第5ステップ
（F）複数の音響変調位相共役波を複数の計測プローブ波に変換し、計測プローブ波のそれぞれと記憶部から読み出した基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成して、干渉波のうちで振幅が最小である干渉波を生じさせた計測プローブ波の位相変調量を確定させ、位相変調量を、位相と距離との換算手段を用いて距離の値に換算して出力する第6ステップを有することを特徴とする。
【００１０】
更に、上述の第1、第2、第4及び第5ステップを、それぞれ以下のようなサブステップを含んで構成するのが好適である。
【００１１】
すなわち、第1ステップは、次の3つのサブステップを含んで構成するのが好適である。
（A1）音源装置のプローブ波生成部で第1送信電気プローブ波を生成するステップ
（A2）第1送信電気プローブ波を第1音響プローブ波に変換するステップ
（A3）第1音響プローブ波を計測処理装置に送るステップ。
【００１２】
第2ステップは、次の4つのサブステップを含んで構成するのが好適である。
（B1）第1音響プローブ波を第1受信電気プローブ波に変換するステップ
（B2）第1受信電気プローブ波を第1電気位相共役波に変換するステップ
（B3）第1電気位相共役波を音響位相共役波に変換するステップ
（B4）音響位相共役波を音源装置に送るステップ。
【００１３】
第4ステップは、次の3つのサブステップを含んで構成するのが好適である。
（D1）音源装置のプローブ波生成部で第2送信電気プローブ波を生成するステップ
（D2）第2送信電気プローブ波を第2音響プローブ波に変換するステップ
（D3）第2音響プローブ波を計測処理装置に送るステップ。
【００１４】
第5ステップは、次の5つのサブステップを含んで構成するのが好適である。
（E1）第2音響プローブ波を第2受信電気プローブ波に変換するステップ
（E2）第2受信電気プローブ波を第2電気位相共役波に変換するステップ
（E3）第2電気位相共役波を基にして、位相変調量が段階的に異なる複数の電気変調位相共役波を順次生成するステップ
（E4）複数の電気変調位相共役波を順次音響変調位相共役波に変換するステップ
（E5）複数の音響変調位相共役波を位相変調量の大きさの順に従って、順次時間を隔てて音源装置に送るステップ。
【００１５】
上述の距離変動計測方法を実現させるためのシステムは、次のように構成される。すなわち、この発明の距離変動計測システムは、音源装置と計測処理装置とを具えている。計測処理装置は単一の計測処理器のみでも構成することができるが、一般的には複数の計測処理器を具えて構成する。
【００１６】
音源装置は、第1及び第2音響プローブ波を生成して計測処理装置に送波するとともに、計測処理装置から送られた音響位相共役波を基準プローブ波に変換して記憶部に保存する。また、音源装置は、複数の音響変調位相共役波を複数の計測プローブ波に変換し、計測プローブ波のそれぞれと記憶部から読み出した基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成して、振幅が最小である干渉波を生じさせた計測プローブ波の位相変調量を確定させる。そして、音源装置は、位相変調量を位相と距離との換算手段を用いて得られた距離の値を出力する。
【００１７】
ここでは、音源装置との用語は、上述したように、第1及び第2音響プローブ波を生成する機能、及び基準プローブ波と計測プローブ波とを干渉させて干渉波の振幅から距離の値を出力する機能等の複数の機能を有する装置としての意味で使用する。また、計測処理装置との用語は、計測処理器を複数アレイ状に集合させて構成される装置との意味で使用するが、例外的に計測処理器一つだけから構成されている場合も計測処理装置に含める。また、計測処理器との用語は、後述するように、音響位相共役波及び音響変調位相共役波を生成し、音源装置に送波する等の複数の機能を有する機能ブロックとしての意味で使用する。
【００１８】
音源装置は、プローブ波生成部と、第1トランスジューサーと、記憶部と、信号干渉/最小点検出部と、干渉情報等出力部とを具えて構成するのが好適である。
【００１９】
ここで、プローブ波生成部は、第1及び第2送信電気プローブ波を生成する。第1トランスジューサーは、第1及び第2送信電気プローブ波をそれぞれ第1及び第2音響プローブ波に変換し、かつ音響位相共役波及び音響変調位相共役波を、それぞれ基準プローブ波及び計測プローブ波に変換する。記憶部は、基準プローブ波を保存し、かつ位相と距離との換算手段を記憶する。信号干渉/最小点検出部は、複数の計測プローブ波のそれぞれと記憶部から読み出した基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成して、振幅が最小である干渉波を生じさせた計測プローブ波を特定しその位相変調量を確定させる。干渉情報等出力部は、記憶部から位相と距離との換算手段を読み出して、位相変調量を換算手段を用いて距離の値に換算して出力する。
【００２０】
計測処理装置は、第1音響プローブ波を基にして生成した音響位相共役波を、音源装置に送波するとともに、第2音響プローブ波を基にして位相変調量が段階的に異なる複数の音響変調位相共役波を順次生成して、複数の音響変調位相共役波を位相変調量の大きさの順序に従って順次音源装置に送る。
【００２１】
計測処理装置は、第2トランスジューサーと、時間反転部と、変調共役波生成部とを具えて構成するのが好適である。
【００２２】
ここで、第2トランスジューサーは、第1及び第2音響プローブ波をそれぞれ第1及び第2受信電気プローブ波に変換し、かつ第1電気位相共役波及び電気変調位相共役波をそれぞれ音響位相共役波及び音響変調位相共役波に変換する。時間反転部は、第1及び第2受信電気プローブ波をそれぞれ第1電気位相共役波及び第2電気位相共役波に変換する。変調共役波生成部は、第2電気位相共役波に位相変調を施して電気変調位相共役波を生成する。
【００２３】
上述のプローブ波生成部で生成された第1及び第2送信電気プローブ波は、音源装置に具えられる第1トランスジューサーによって第1及び第2音響プローブ波に変換される。従って、第1及び第2送信電気プローブ波と第1及び第2音響プローブ波の両者の時間波形は相似形状である。また、第1及び第2送信電気プローブ波あるいは第1及び第2音響プローブ波等のプローブ波は、正弦波からなるトーンバースト波を利用することができる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明の距離変動計測方法は、上述したように(A)第1ステップ、(B)第2ステップ及び(C)第3ステップ、(D)第4ステップ、(E)第5ステップ、(F)第6ステップ、を具えている。
【００２５】
これによれば、第1から第3ステップにおいて、第1音響プローブ波が音源装置から計測処理装置に送られて、ここで位相共役処理がされて音響位相共役波として音源装置に送り返される。音源装置では、音響位相共役波が電気的な位相共役波である基準プローブ波に変換された上で、この基準プローブ波が記憶装置に保存される。
【００２６】
従来の計測法と同様に、音響プローブ波が音源装置から送波されると、海面や海底で何度も反射され、更に海水の不均質によって散乱や屈折を受けて計測処理装置に到達する。そのため、音響プローブ波は空間的にも時間的にも広がって、音源装置から最初に送波された形状とは大きく異なるため、到達時間を正確に読み取ることができない。
【００２７】
そこで、この発明では、この広がった音響プローブ波に位相共役処理を施して再放射する。その音波は空間的にも時間的にも縮まって、音源装置の位置では最初に送波した形と同じになる。ある時間経過後、再度音響プローブ波を送波し、計測処理装置で位相共役処理を施して再放射すると、音源の位置に前回得られたものと同じ形の音波が得られる。しかし、この時間経過中に、地殻変動により音源装置と計測処理装置との間の距離が変化していれば、二つの波に時間差が生じるので音源装置と計測処理装置の間が変化した距離を求めることができる。この理由を、まず位相共役波とはいかなる波であるかについて説明して、位相共役波の持つ性質に基づいて説明する。
【００２８】
位相共役波とは、ある波と同一の空間的振幅分布を持ち、その波と進行方向が逆である波を言い、時間反転波と呼称されることもある。音源装置から発した音波を複数の計測処理器から構成される計測処理装置で受信して、その受信した音波を時間軸上で逆転させることによって、受信した音波に対する位相共役波を生成して、この位相共役波をこの計測処理装置から送波すると、元の音源装置の位置（受波点）に音波は収束する。この場合受波点は、音波の焦点となっている。すなわち、位相共役波による収束は、計測処理装置を発した位相共役波が元の音源装置の位置である受波点に到達するまでに生成される反射波及び屈折波が、時間的及び空間的に集まることによって実現される現象である。
【００２９】
この現象を別の観点で説明すると、次のようになる。位相共役波を計測処理装置から発信すると、反射波及び屈折波等を含めた音波伝播の現象が、音源装置から音波が送波された時とは時間が反転して起こるので、元の音源装置の位置において、音波が送波された時とは進行方向が逆向きになって受信される。すなわち、位相共役波は、音圧の空間的分布形状が同一であって、進行方向だけが逆向きの音波であるから、音源装置から送波された時と同一の空間形状で、元の音源装置の位置に戻ってくることになり、音波が焦点に収束する。
【００３０】
この結果、音源装置で受波される音響位相共役波は、時間的及び空間的に広がった状態ではないため、音源装置と計測処理装置との距離を、音響プローブ波の伝播時間あるいは位相を基にして正解に計測することが可能となる。この発明の距離変動計測方法においては、後述するように、音源装置と計測処理装置との距離を、音響位相共役波の位相を基にして計測する。  上述したように、第1から第3ステップにおいて、基準プローブ波が音源装置の記憶装置に保存される。基準プローブ波は、後述する計測プローブ波との干渉波の生成に利用される。この干渉波の振幅から音源装置と計測処理装置との距離の相対的な変動量が求められる。
【００３１】
次に、第4から第6ステップにおいて、複数の計測プローブ波が生成されて、これらの計測プローブ波と上述の基準プローブ波とが順次干渉させられて干渉波が生成され、この干渉波の振幅が求められる。干渉波の振幅から音源装置と計測処理装置との距離の変動量が求められる。  まず、第4ステップにおいて、第2音響プローブ波が音源装置から計測処理装置に送られ、第5ステップにおいて、第2音響プローブ波を基にして位相変調量が段階的に異なる複数の音響変調位相共役波が生成される。
【００３２】
第5ステップにおいて、計測処理装置では、位相共役処理とともに位相共役性を損なわないで、第2受信電気プローブ波の位相に段階的に順次変調を加えることが可能である。その結果、音源装置で受波される音響変調位相共役波の位相を段階的に変化させて送ることが可能となる。すなわち、計測処理装置から音源装置に向けて、位相を段階的に順次変化させた複数の音響変調位相共役波を正確に伝送することが可能となる。
【００３３】
ここで、位相共役性を損なわないで、第2受信電気プローブ波の位相に対して変調を加えるとの意味を説明する。これは、第2受信電気プローブ波を時間反転し、それをフーリエ変換して得られる周波数スペクトルを変更せずに、第2受信電気プローブ波の位相を変調することを意味している。
【００３４】
一般にプローブ波は多数の周波数成分で構成されている。プローブ波を構成する周波数の異なるそれぞれのフーリエ成分に対して同一の大きさとなる位相変化を与えれば、プローブ波の周波数スペクトルを変化させないで、プローブ波の位相を変調することが可能となる。この場合、これら全てのフーリエ成分の位相ずれは同じでも、それぞれのフーリエ成分に対する時間軸上のずれの大きさは異なる。しかしながら、プローブ波を構成する周波数の異なるそれぞれのフーリエ成分に対して同一の大きさとなる位相変化を与えても、プローブ波の周波数スペクトルは変化しない。
【００３５】
第2受信電気プローブ波を時間反転してから、第2受信電気プローブ波を時間領域から周波数領域に変換する。周波数領域において上述の位相変換を与えて後に、再び時間領域に変換すると、変換されて得られる電気変調位相共役波の時間波形は、上述の第2受信電気プローブ波の時間波形と変わらない。これは、周波数スペクトルの形状が、位相変調の前後において変化がないので、位相変調がなされた後の周波数スペクトルを時間領域の波として変換して得られる電気変調位相共役波の時間波形は、上述の第2受信電気プローブ波と同一の時間波形となることが結論される。
【００３６】
すなわち、第2受信電気プローブ波を位相共役処理（時間反転処理）して得られる第2電気位相共役波に対して、この第2電気位相共役波を位相変調して得られる電気変調位相共役波は、その位相共役性が損なわれていない。
【００３７】
このように、この発明の距離変動計測方法は、位相共役波が本来有している、元の音源装置の位置に収束する性質が利用されている。従って、第1及び第2音響プローブ波である音波が海中の伝播条件等によって、その波形が変化した場合であっても、計測処理装置から音源装置に向けて送られる音響位相共役波及び音響変調位相共役波が、これら第1及び第2音響プローブ波を送波した時点での音源装置の位置に収束する。従って、計測処理装置から音源装置に向けて、音響位相共役波及び音響変調位相共役波の位相変調量を正確に保ったまま伝送することが可能となる。
【００３８】
上述したように、複数の音響変調位相共役波は、位相変調量を正確に保ったまま、計測処理装置から、その位相変調量の大きさの順序に従って順次音源装置に送られる。第6ステップにおいて、基準プローブ波とこれら複数の音響変調位相共役波から変換された計測プローブ波とが順次干渉させられて干渉波が生成され、これら複数の干渉波のうちで振幅が最小である干渉波を生じさせた計測プローブ波の位相変調量から、音源装置と計測処理装置との相対的な距離の変動量が求められる。従って、音源装置と計測処理装置との間の水中音波の往復時間から求められる絶対距離を求める方法と異なり、音源装置と計測処理装置との間の絶対距離が大きくなることに従って、計測誤差が増大するということもない。
【００３９】
この発明の距離変動計測方法は、音源装置と計測処理装置とを具える距離変動計測システムで実現される。第1、第3、第4及び第6ステップは、音源装置で実現可能であり、第2及び第5ステップは、計測処理装置で実現可能である。
【００４０】
更に、この発明の距離変動計測方法は、上述したように、第1ステップを3つのサブステップを含んで構成し、第2ステップを4つのサブステップを含んで構成し、第4ステップを3つのサブステップを含んで構成し、及び第5ステップを5つのサブステップを含んで構成することが可能である。
【００４１】
第1ステップを構成する、サブステップA1では、第1送信電気プローブ波が生成されるが、これは音源装置に具えられるプローブ波生成部を中心に実行される。サブステップA2では、第1送信電気プローブ波が第1音響プローブ波に変換されるが、これは音源装置に具えられる第1トランスジューサーで実行される。サブステップA3では、音源装置から第1音響プローブ波が計測処理装置に送られる。
【００４２】
従って、第1ステップでは、上述のサブステップA1からA3が実行されることによって、結果的に、音源装置から計測処理装置に第1音響プローブ波が送波される。
【００４３】
第2ステップを構成する、サブステップB1では、第1音響プローブ波が第1受信電気プローブ波に変換されるが、これは計測処理装置に具えられる第2トランスジューサーで実行される。サブステップB2では、第1受信電気プローブ波が第1電気位相共役波に変換されるが、これは計測処理装置に具えられる時間反転部を中心に実行される。サブステップB3では、第1電気位相共役波が音響位相共役波に変換されるが、これは計測処理装置に具えられる第2トランスジューサーで実行される。サブステップB4では、計測処理装置から音響位相共役波が音源装置に送られる。
【００４４】
従って、第2ステップでは、上述のサブステップB1からB4が実行されることによって、結果的に、第1音響プローブ波を基にして生成された音響位相共役波が、計測処理装置から音源装置に送波される。
【００４５】
第3ステップでは、後のステップである計測プローブ波と干渉させて干渉波を生成するステップを実行するために、音響位相共役波が基準プローブ波に変換されて、音源装置の記憶部に保存される。
【００４６】
第4ステップを構成する、サブステップD1では、第2送信電気プローブ波が生成されるが、これは音源装置に具えられるプローブ波生成部を中心に実行される。サブステップD2では、第2送信電気プローブ波が第2音響プローブ波に変換されるが、これは音源装置に具えられる第1トランスジューサーで実行される。サブステップD3では、音源装置から第2音響プローブ波が計測処理装置に送られる。
【００４７】
第5ステップを構成するサブステップE1では、第2音響プローブ波が第2受信電気プローブ波に変換されるが、これは計測処理装置に具えられる第2トランスジューサーで実行される。サブステップE2では、第2受信電気プローブ波が第2電気位相共役波に変換されるが、これは計測処理装置に具えられる時間反転部を中心に実行される。サブステップE3では、第2電気位相共役波を基にして、位相変調量が段階的に異なる複数の電気変調位相共役波が生成されるが、これは計測処理装置に具えられる変調共役波生成部を中心に実行さる。サブステップE4では、複数の電気変調位相共役波が順次音響変調位相共役波に変換されるが、これは計測処理装置に具えられる第2トランスジューサーで実行される。サブステップE5では、複数の音響変調位相共役波が位相変調量の大きさの順に従って、順次時間を隔てて音源装置に送られる。
【００４８】
従って、第5ステップでは、上述のサブステップE1からE5が実行されることによって、結果的に、第2音響プローブ波を基にして位相変調量が段階的に異なる複数の音響変調位相共役波が生成されて、この複数の音響変調位相共役波が、位相変調量の大きさの順序に従って順次音源装置に送波される。
【００４９】
第6ステップでは、複数の音響変調位相共役波が複数の計測プローブ波に変換されるが、これは第1トランスジューサーで実行される。また、計測プローブ波のそれぞれと記憶部から読み出された基準プローブ波とが順次干渉させられて干渉波が生成され、この干渉波のうちで振幅が最小である干渉波を生じさせた計測プローブ波が特定されその位相変調量が確定されるが、これは音源装置が具える信号干渉/最小点検出部によって実行される。また、位相変調量が、位相と距離との換算手段を用いて距離の値に換算して出力されるが、これは音源装置が具える干渉情報等出力部によって実行さされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、ブロック構成図等は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明を図示例に限定するものではない。また、この発明の構成例を示すブロック構成図等は、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示してある。
【００５１】
＜位相共役波を用いる距離変動計測＞
図1を参照して、海底に設置された定点間の距離変動を計測する例を取り上げて、この発明の位相共役波を利用する距離変動計測方法の原理の基本的な事項について説明する。図1は、海中定点間の距離の変動計測方法の説明に供する図であり、一方の海中定点である音源装置10と他方の海中定点である計測処理装置20とが、それぞれ海側プレート16の上面である海底面28と、陸側プレート22の上面である海底面26に設置されている様子を示している。
【００５２】
地球表面の地殻を構成する海側プレート16と陸側プレート22とが接する境界は、概略、図1に示す構造となっている。海側プレート16はマントル18の上にあり、プレート24と図に示すように接している。海側プレート16と陸側プレート22とが接する境界では、海側プレート16の中に矢印を付した方向に、陸側プレート22に対して海側プレート16が移動することによって、海側プレート16が陸側プレート22の下側に潜り込むという活動が起こっている。
【００５３】
この結果、海側プレート16と陸側プレート22とが接する境界の近傍（図1において破線で囲った部分）の、陸側プレート22及び海側プレート16に歪が加わる。この歪の大きさが閾値を越えた段階で、一気に陸側プレート22及び海側プレート16の歪が解消される。このとき急激に陸側プレート22及び海側プレート16が変位することによって地震が発生する。陸側プレート22に対する海側プレート16の滑り移動量が歪の大きさを反映するので、マントル18の上に乗っている海側プレート16の上面である海底面28上の定点と、マントル24の上に乗っている陸側プレート22の上面である海底面26上の定点との間の距離の変動を計測することによって、陸側プレート22及び海側プレート16に加わっている歪の大きさを見積もることが可能となる。
【００５４】
そこで、海底面28上の定点に音源装置10を設置し、海底面26上の定点に計測処理装置20を設置して、音源装置10と計測処理装置20間の距離を計測する。図1に示すように、音源装置10及び計測処理装置20は海水14中に設置されることになるので、海水14に不均質が存在しても、音源装置10と計測処理装置20間の距離の変動を正確に計測するための方策を講じなければならない。
【００５５】
また、陸側プレート22及び海側プレート16に加わっている歪の大きさを見積もるためには、音源装置10と計測処理装置20間の絶対距離を正確に知る必要はなく、音源装置10と計測処理装置20との距離の変動量を知ることで十分である。従って、位相共役波を利用して、この位相共役波の位相の変動量から音源装置10と計測処理装置20間の距離の変動を計測するのが好適である。位相共役波を利用すれば、上述したように、海水14に不均質が存在しても計測結果に影響を与えず、また、位相共役波の位相の変化量からは、絶対距離が正確に計測できなくとも、距離の変動量は正確に計測できるからである。
【００５６】
音源装置10から音響プローブ波S（第1及び第2音響プローブ波）が計測処理装置20に向けて送波され、計測処理装置10から音響位相共役波Rあるいは音響変調位相共役波Rが音源装置20にむけて送波される様子を示している。以後、第1及び第2音響プローブ波の双方を指す場合には、単に音響プローブ波と記載することもある。
【００５７】
計測処理装置20は、合計7つの計測処理器20-1〜20-7が鉛直方向に直線的に連なって配列されて構成されている。図１においては、合計7つの計測処理器から構成されている計測処理装置20を示しているが、必ずしも計測処理器の個数は7つに限られるものではない。また、計測処理装置20を構成する計測処理器が、鉛直方向に一列に配置されているが、このように一列に配置する必要はなく、配置の形状は任意でよい。計測処理装置20が具える計測処理器の個数は多いほど、後述する位相共役波の収束性能が高まり、距離変動計測精度が高くなるが、計測処理装置20が大型化しその製造及び海中への設置作業が大掛かりになる。
【００５８】
一方計測処理装置20が具える計測処理器の個数が少なければ、計測処理装置20の製造及びその設置作業が軽減される代わりに、位相共役波の収束性が悪くなり、距離変動計測精度は低下する。従って、計測処理装置20を構成する計測処理器の個数は、位相共役波の収束性能が十分であって、かつ計測処理装置20の製造及び海中への設置作業が十分に行えるように、水深や、音源装置10と計測処理装置20との距離等に応じて、必要にして十分な数とする。
【００５９】
音源装置10から送波される音響プローブ波Sは、海底面26及び28や海水面12によって反射され(反射波)、あるいは海水14の音速分布の不均一等に起因して屈折(屈折波)し、また、海水14中に存在する音波散乱物等に散乱、回折されて（散乱波、回折波）、計測処理装置20を構成する各計測処理器（計測処理器20-1から20-7）に到達する。以下の説明において、上述した反射波、屈折波、回折波、散乱波を含めて、マルチパス波と呼称されることもある。
【００６０】
音源装置10から音響プローブ波Sが発信されると、海水14を伝播中にマルチパス波を生成しつつ、計測処理装置20近傍では、音源装置10から発信された直後の音響プローブ波Sとは波面が変形した音響プローブ波となって計測処理装置20で受信される。
【００６１】
図2(A)及び(B)に、音源装置10と計測処理装置20間の水中での音波の音圧の空間的分布形状を示す。図2(A)は、音源装置10と計測処理装置20間の全体にわたる音波の音圧の空間的分布形状を示し、図2(B)は、音源装置10の近傍の音波の音圧の空間的分布形状を拡大して見やすくして示してある。
【００６２】
音圧が強い部分を白色で示し、音圧が弱い部分を黒色で示して、その中間強度の音圧をその強さに比例して白色に近づくように諧調をつけた灰色で示してある。図2(A)及び(B)において、横軸は距離をm単位で表示してあり、縦軸は水深をm単位で表示してある。図2(A)においてNで示す破線の長方形で囲われた内部に計測処理装置20が配置されている。また、図2(A)及び(B)において、Mで示す位置が、音源装置10が配置されている位置である。横軸上（水深100 mの位置）が海底面に対応する。図2(A)及び(B)から、音響位相共役波が音源装置10の位置に収束していることが見て取れる。また、音源装置10と計測処理装置20との間隔を5 kmに設定してある。
【００６３】
音源装置10の位置に、音響位相共役波が完全に収束するためには、音源装置10と計測処理装置20との途中の、音波の伝播に対して、反射、屈折、回折、散乱等の効果を与える要素が、音響プローブ波が音源装置10から送波されて計測処理装置20で受波された過程と、音響位相共役波及び音響変調位相共役波が計測処理装置20から送波されて音源装置10で受波される過程とが、同一の状態であることが必要である。
【００６４】
例えば、海流等に起因して、海水14の屈折率分布が、音響プローブ波が音源装置10から送波されて計測処理装置20で受信された時と、音響位相共役波及び音響変調位相共役波が計測処理装置20から送波されて音源装置10で受波された時とで異なっていれば、音響位相共役波及び音響変調位相共役波は、完全には収束しない。しかしながら、音響プローブ波が計測処理装置20で受波されてから、音響位相共役波及び音響変調位相共役波が発信されるまでの時間はそれほど長くはなく、実際は、海水14の屈折率分布等、音波の伝播に対して、反射、屈折、回折、散乱等の効果を与える要素が大きくその状況を変えていることはない。
【００６５】
次に、音源装置10から送波される第1音響プローブ波の時間波形と、計測処理装置20から送波されてくる音響位相共役波の時間波形がどのようになるかを、図3(A)及び(B)を参照して説明する。図3(A)及び(B)には、それぞれ、第1音響プローブ波を生成するための基となった第1送信電気プローブ波の時間波形、及び音響位相共役波の時間波形を元に変換されて生成された電気位相共役波（後に説明する基準プローブ波）の時間波形とを示す。図3(A)及び(B)の横軸は、時間を秒単位で目盛って表示してあり、縦軸は、音圧の振幅を任意スケールで目盛って示してある。
【００６６】
図3(A)に示す第1送信電気プローブ波は、音源装置10から送波される第1音響プローブ波の元になる第1送信電気プローブ波の時間波形の一例を示す図である。この第1送信電気プローブ波は、後述するように、音源装置10に具えられた第1トランスジューサーによって第1音響プローブ波に変換されて、音源装置10から計測処理装置20向けて送波される。この例の場合、図3(A)に示すように、第1送信電気プローブ波は、正弦波8周期分からなる電気的波であるので、音源装置10から送波される第1音響プローブ波も正弦波8周期分からなるトーンバースト波となる。
【００６７】
図3(B)に示す電気位相共役波（後に説明する基準プローブ波）は、計測処理装置20から送波される音響位相共役波の元になる第1電気位相共役波の時間波形の一例を示す図である。この第1電気位相共役波は、後述するように、計測処理装置20に具えられた第2トランスジューサーによって音響位相共役波に変換されて、計測処理装置20から音源装置10向けて送波される。この例の場合、図3(B)に示すように、第1電気位相共役波は、正弦波8周期分からなる電気的波であるので、計測処理装置20から送波される音響位相共役波も正弦波8周期分からなるトーンバースト波となる。
【００６８】
図3(A)に表されている第1送信電気プローブ波の時間波形に対して、図3(B)に示されている電気位相共役波の時間波形は、ほとんど変化していない。すなわち、電気位相共役波を構成する、一つ一つの正弦波の振幅が数パーセント揺らいでいるだけである。また、電気位相共役波の開始時点（横軸0.50秒付近）、及び終了時点（横軸0.52秒付近）に小さな波の成分が現れているが、この小さな波の振幅は、電気位相共役波の振幅の数パーセント以下である。電気位相共役波の振幅の揺らぎ、及び電気位相共役波の開始時点（横軸0.50秒付近）と終了時点（横軸0.52秒付近）とに現れている小さな波の成分は、雑音成分である。
【００６９】
すなわち、これら雑音成分は、計測処理装置20を構成する計測処理器の個数を増大させることによって、低減することができる。位相共役波を利用する距離変動計測システムを構築する場合、上述の雑音成分の大きさをどの程度以下に設定すべきかについての設計指針に対応させて、計測処理装置20を構成する計測処理器の個数を選定することが必要である。
【００７０】
ここで、第1段階として、音源装置10から音響プローブ波Sを計測処理装置20に送って、音響位相共役波Rを生成して音源装置10に送り返して、基準プローブ波（以後の説明においては、第1段階で得られる電気位相共役波を基準プローブ波と記載する。）して保存する。この後、音源装置10と計測処理装置20の間隔（「定点間の距離」ということもある。）が数センチ程度変動した場合を考える。定点間の距離が変動した後、第2段階として、音源装置10から再び音響プローブ波を計測処理装置20に送って、音響位相共役波を生成して音源装置10に送り返して、同様に電気位相共役波を得たとする。
【００７１】
以後、第2段階で得られる電気位相共役波（第2段階で得られる電気位相共役波は、位相変調が施されているので、電気変調位相共役波と記載することもある。）を計測プローブ波と記載する。基準プローブ波と計測プローブ波とでは、定点間の距離に変動があれば、そのパルス形状にも変化が見られるであろうが、パルス形状に現れる変化量は小さく正確に把握することは困難である。そこで、基準プローブ波と計測プローブ波との間の微小な変化量を数値的に読み取るために、干渉法を利用する。
【００７２】
図4は、音源装置10で受波された音響位相共役波及び音響変調位相共役波が変換されて得られる基準プローブ波及び計測プローブ波の時間波形図である。横軸は時間を秒単位で目盛って示してあり、縦軸は任意スケールで振幅を示してある。
【００７３】
図4において、記号(a)〜(j)を付して示した全部で10個の波形は、それぞれ(a)から順に、計測処理装置20において施された位相変調量が、弧度法表示でπ/4位相に相当する量ずつ変化させた場合に対する、基準プローブ波及び計測プローブ波の時間波形を示している。すなわち、記号(a)を付して示す波形は、計測処理装置20から送られる音響変調位相共役波の位相変調量を5π/4とした場合の、音源装置10において受信される計測プローブ波の時間波形を示している。同様に記号(b)から記号(j)付して示す波形は、それぞれ音響変調位相共役波の位相変調量を、4π/4、3π/4、2π/4、π/4、0、-1π/4、-2π/4、-3π/4及び-4π/4とした場合の計測プローブ波の時間波形を示している。基準プローブ波は、位相変調量が0である記号(f)付して示す波形と同一である。
【００７４】
図4に示すように、記号(a)から記号(j)を付して示すそれぞれの波形は、その位相が時間軸上でシフトしているだけであり、これらの時間波形の形状そのものは変化していないことが読み取れる。このことは、音源装置10から送波された第2音響プローブ波の形状を壊さずに、計測処理装置20から音源装置10に対して位相情報を送ることができたことを意味している。
【００７５】
また、音源装置10から送波された第2音響プローブ波の形状を壊さずに位相情報が伝送できるということは、第2音響プローブ波の形状に依存せずに計測処理装置から音源装置に対して位相情報を送ることができることをも意味している。すなわち、図4に示す例では、正弦波からなるトーンバースト波を利用した場合を示しているが、音響プローブ波としては、正弦波に限定されるものではない。
【００７６】
一般的に、プローブ波（送信電気プローブ波及び音響プローブ波）としては、フーリエ変換して得られる周波数スペクトルを変更せずに、位相のみを変調することができる波形であれば利用可能である。すなわち、プローブ波を構成する周波数の異なる全てのフーリエ成分に対して同一の大きさの位相変化を与えることが可能であれば、いかなる波形の波であっても、プローブ波として利用することが可能である。
【００７７】
この発明の距離計測方法は、基準プローブ波を予め得ておいて、この基準プローブ波と計測プローブ波との干渉波の振幅から距離変動量を求める方法である。基準プローブ波は、計測基準となるある年月日のある時刻に取得して、音源装置10が具えている記憶装置に記憶させておく。すなわち、計測基準となるある年月日に、この発明の距離変動計測方法の第1から第3ステップを実行しおく（第1段階）。そしてこの基準プローブ波を取得してから、半年あるいは一年程度の後に計測プローブ波を取得して、予め取得してあった基準プローブ波と計測プローブ波との干渉波を生成する。すなわち、第1から第3ステップを予め実行しておいて、半年あるいは一年程度の後に第4から第6ステップを実行する（第2段階）。
【００７８】
基準プローブ波を取得（第1段階）してから計測プローブ波を取得（第2段階）するまでの間に、音源装置10と計測処理装置20との間の距離に変動がなければ、位相変調量が180°(弧度法表示ではπ)である計測プローブ波との干渉波の振幅が0となる。しかし、この距離に変動があれば、この干渉波の振幅は0とはならず、位相変調量が180°とは異なる量の位相変調が施された計測プローブ波との干渉波の振幅が0となる。この計測プローブ波に施される変調量の値のうち180°との差に相当する位相量から、この間の音源装置10と計測処理装置20との間の距離の変動量が求められる。
【００７９】
従って、計測処理装置20で実行される第5ステップでは、第2音響プローブ波を基にして位相変調量が、例えば、180°、(180±δ)°、(180±2δ)°、(180±3δ)°、...、(180±Nδ)°（ここでNは十分に大きな整数である。）と段階的に異なる複数の音響変調位相共役波を生成して、この複数の音響変調位相共役波を位相変調量の大きさの順序に従って順次音源装置10に送られる。
【００８０】
ここでは、便宜的に位相変調量を等間隔（パラメータδ）で段階的に異なる値を採用したが、原理的には等間隔である必要はない。しかし、後述するように、干渉波の振幅等を計数して、その極小値を求める等の手段を講ずるためには、等間隔に設定するのが好都合である。以後の説明では、間隔δ°を等間隔に設定されている場合を想定して説明する。
【００８１】
また、この最小の位相変調量の間隔δ°が小さいほど原理的には計測精度が高まるが、パルスの波形歪によって計測制度の限界が生じる。従って、音源装置10と計測処理装置20との間の絶対距離や、この間の海底26や海水14の状況、あるいは計測処理装置20を構成する計測処理器の個数等によって定まる、最小の位相変調量の間隔を決める必要がある。
【００８２】
次に、図5を参照して、計測処理装置20から送られる音響変調位相共役波の位相変調量と、干渉波の振幅の関係について説明する。図5は、位相変調量に対する、干渉波（基準プローブ波と計測プローブ波との干渉によって得られる干渉波）の振幅の関係を示す図である。縦軸は干渉波の振幅を任意スケールで目盛って示してある。横軸は、位相変調量を角度に換算して微小角Δ°として示してある。図5において、計測処理装置20と音源装置10との間の距離に変動がない場合の干渉波の振幅を示し、距離が8.3 cm変動（後述するように、-10°の位相変動に対応する）した場合を破線で示してある。
【００８３】
ここで、微小角Δ°はNδ°であり、δ°の値を、位相変調量がほとんど連続的に変化しているように見える程度に十分に小さくとって示してある。従って、図5では、干渉波の振幅が位相変調量を連続的に変えた場合にどのように変化するかを示しているものと了解されたい。
【００８４】
上述したように、基準プローブ波が取得された時点（第1段階）から計測プローブ波が取得される時点（第2段階）までの間に、音源装置10と計測処理装置20との間の距離が変動していなければ、位相変調量が180°(弧度法表示ではπ)である計測プローブ波と、基準プローブ波（位相変調量が0°である。）との干渉波の振幅は0となるはずである。図5に示す干渉波の振幅は、計測プローブ波に対する位相変調量が180°である場合（微小角Δ°が0°である場合）を0°にとって、位相変調量が(180-Δ)°である計測プローブ波と基準プローブ波との干渉波の振幅を示してある。
【００８５】
微小角Δ°の値が、音源装置10と計測処理装置20との間の距離変動量に対応する。すなわち、音響プローブ波の周波数f及び速度vが与えられれば微小角Δ°の値から距離変動量が長さの単位に換算されて求められる。
【００８６】
計測処理装置20と音源装置10との間の距離に変動がない場合には、図5において実線で示すように、微小角Δ°の値が0°である計測プローブ波と基準プローブ波とはその位相が180°ずれて加え合わされるので干渉波の振幅は0となる。すなわち、微小角Δ°の値が0°で極小を取る。また、微小角Δ°の値が360°とした場合も、同様に計測プローブ波と基準プローブ波とはその位相が反対位相の関係であるので、干渉波の振幅は0となる。
【００８７】
一方、計測処理装置20と音源装置10との間の距離が変動している場合には、図5において破線で示すように、微小角Δ°の値が0°とは異なる位置（この場合は-10°の位置）に極小値をもつ曲線となっている。この破線で示す曲線においても、実線で示す曲線と同様に、極小位置は360°の間隔で現れる。この極小位置の0°からのずれ量（この場合は-10°）が計測処理装置20と音源装置10との間の距離変動量に対応する。
【００８８】
図5に示す例では、音源装置10と計測処理装置20との間の距離が5 km、周波数fが500 Hzである音響プローブ波が用いられたシミュレーション結果である。図5によれば、微小角Δ°の値を変化させたときの干渉波の振幅は、極大の付近では緩やかに変化するが、極小の付近では急激に変化することが分かる。すなわち、干渉波の振幅を表す曲線の極大値を与える上に凸の部分が緩やかに変化しているのに対して、極小値を与える下に凸の部分は急激に変化していることが見て取れる。従って、極小値をとる微小角Δ°の値は正確に求められる。距離変動量ΔLは、干渉波の振幅の極小の位置（極小を与える微小角Δ°の値）から求められるので、距離変動量の正確な計測には、好都合であることが分かる。
【００８９】
微小角Δ°の値と距離変動量ΔLとの関係は次のとおりである。音響プローブ波の海水中での波長をλ、平均速度をv、周波数をfとすれば、λf＝v、の関係があり、位相変調量が360°に相当する距離変動量ΔLはλに等しい。すなわち、
ΔL＝(Δ°/360°)λ          （1）
の関係がある。ΔLの正及び負の符号は、それぞれ距離が伸びた場合と、縮んだ場合とに対応している。
【００９０】
図5から、破線で示した干渉波の振幅が極小となる微小角Δ°の値は、-10°、350°であることが読み取れる。干渉波の振幅が極小となる微小角Δ°の値が-10°である場合の距離変動量の大きさΔLは、｜ΔL｜＝(10/360)×3（ｍ）＝8.3 cmであり、350°である場合の距離変動量の大きさΔLは、｜ΔL｜＝(350/360)×3（ｍ）＝291.7 cmとなる。ただし、音源装置10と計測処理装置20との間の、音波の平均速度を1500 m/sとした。すなわち音響プローブ波の海水中での波長λを3 m（＝v/f＝1500/500=3 m）とした。
【００９１】
地球表面の地殻を構成するプレート同士が接する境界では、一方のプレート（陸側プレート）に対して他方のプレート（海側プレート）が潜り込むように移動する活動が起こっているので、一般的に、プレート同士が接する境界を挟む2点間の距離は時間の経過とともに縮んで行く。従って、干渉波の振幅が極小となる微小角Δ°の値は負の値をとる。
【００９２】
以上説明したように、この発明の距離変動計測方法によれば、音源装置10と計測処理装置20との絶対距離を知らなくとも、両者の距離の変動量だけを正確に見積もることができる。地震予知に必要とされる地殻の歪量の値を知るには、音源装置10と計測処理装置20との絶対距離は必要とされず、両者の距離の変動量が知られれば十分である。従って、距離の変動量が正確に求められるこの発明の距離変動計測方法は、地震予知に必要とされる歪計測の方法として極めて有用な方法である。
【００９３】
＜距離変動の計測手順＞
図6から図12を参照して距離変動の計測手順について説明する。
【００９４】
図6は、この発明の距離変動計測方法を構成するステップを説明するためのフローチャートである。既に説明したように、この発明の距離変動計測方法は、第1ステップであるステップA、第2ステップであるステップB、第3ステップであるステップC、第4ステップであるステップD、第5ステップであるステップE、及び第6ステップであるスッテップFを含んで構成される。そして、第1から第6ステップのそれぞれが、サブステップを含んで構成される。特にステップAはサブステップA1からA3、ステップBはサブステップB1からB4、ステップDはサブステップD1からD3を、ステップEはサブステップE1からE5を、それぞれ含んで構成される。
【００９５】
図6は、第1から第6ステップについて、各ステップの処理の順序を示している。まず、この発明の距離変動計測方法の第1段階として、音源装置10においてステップAが実行され第1音響プローブ波が計測処理装置20に送られる。計測処理装置20ではステップBが実行され音響位相共役波が音源装置10に送られる。音源装置10ではステップCが実行され、音響位相共役波を基準プローブ波に変換して記憶部に保存される。第2段階として、音源装置10においてステップDが実行され第2音響プローブ波が計測処理装置20に送られる。計測処理装置20ではステップEが実行され音響変調位相共役波が音源装置10に送られる。音源装置10ではステップFが実行されて、距離の変動量が求められる。
【００９６】
図7は、ステップAの詳細なフローチャートである。ステップAは、音源装置10において実行されるステップであって、プローブ波生成部で第1送信電気プローブ波が生成され(サブステップA1)、第1送信電気プローブ波は第1音響プローブ波に変換されて(サブステップA2)、計測処理装置20に送波される(サブステップA3）。サブステップA2及びA3は第1トランスジューサーを中心にして実行される。
【００９７】
図8は、ステップBの詳細なフローチャートである。ステップBは、計測処理装置20において実行されるステップである。上述のサブステップA3が実行されることによって、音源装置10から送波された第1音響プローブ波は、第2トランスジューサーで第1受信電気プローブ波に変換され(サブステップB1)、時間反転部で第1電気位相共役波に変換される(サブステップB2)。第1電気位相共役波は、第2トランスジューサーで音響位相共役波に変換されて(サブステップB3)、音源装置10に送波される(サブステップB4)。
【００９８】
図9は、ステップCの詳細なフローチャートである。ステップCは、音源装置10において実行されるステップであって、上述のステップB4が実行されることによって、計測処理装置20から送波された音響位相共役波は、第1トランスジューサーで基準プローブ波に変換されて(サブステップC1)、音源装置10に具えられている第1記憶部に保存される(サブステップC2)。
【００９９】
図10は、ステップDの詳細なフローチャートである。ステップDから以降のステップは、この発明の距離変動計測方法の第2段階である。プローブ波生成部で第2送信電気プローブ波が生成され（サブステップD1）、第2送信電気プローブ波は第2音響プローブ波に変換されて（サブステップD2）、計測処理装置20に送波される（サブステップD3）。サブステップD2及びD3は第1トランスジューサーを中心にして実行される。
【０１００】
図11は、ステップEの詳細なフローチャートである。ステップEは、計測処理装置20において実行されるステップである。上述のステップD3が実行されることによって、音源装置10から送波された第2音響プローブ波は、第2トランスジューサーで第2受信電気プローブ波に変換され(サブステップE1)、時間反転部で第2電気位相共役波に変換される(サブステップE2)。計測処理装置20が具える変調共役波生成部で、位相変調量が段階的に異なる複数の電気変調位相共役波が生成され(サブステップE3)、第2トランスジューサーを中心にして、この複数の電気変調位相共役波は順次音響変調位相共役波に変換されて(サブステップE4)、位相変調量の大きさの順に従って、音源装置10に順次時間を隔てて送波される(サブステップE5)。
【０１０１】
図12は、ステップFの詳細なフローチャートである。ステップFは、音源装置10において実行されるステップである。上述のステップE5が実行されることによって、計測処理装置20から送波された複数の音響変調位相共役波は、第1トランスジューサーを中心として、順次計測プローブ波に変換されて(サブステップF1)、信号干渉/最小点検出部において、基準プローブ波と計測プローブ波との干渉波が生成されてこの干渉波の振幅が順次計量され(サブステップF2)、干渉波の振幅が最小となる位相変調量が確定され、この位相変調量を距離の変動量に変換して、干渉情報等出力部から外部の距離変動情報取得機器に出力される（サブステップF3）。
【０１０２】
なお、第1段階が実行されてから第2段階が実行されるまでの期間は、距離変動計測の対象ごとにそれぞれ決められるが、例えば、図1を参照して説明した地殻の歪量の変動を計測するためにこの発明の距離変動計測方法を利用する場合には、数ヶ月、半年あるいは一年程度に設定される。
【０１０３】
《音源装置》
図13を参照して、音源装置10の構造とその機能について説明する。図13は、音源装置10の概略的ブロック構成図である。音源装置10は、音響プローブ波を生成して計測処理装置に送波する(ステップA、ステップD)とともに、計測処理装置20から送られた音響位相共役波を基準プローブ波に変換して第1記憶部に保存し(ステップC)、複数の音響変調位相共役波を複数の計測プローブ波に変換して計測プローブ波のそれぞれと記憶部から読み出した基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成し、振幅が最小である干渉波を生じさせた計測プローブ波の位相変調量を確定させ、位相変調量を位相と距離との換算手段を用いて得られた距離の変動量を出力する(ステップF)。
【０１０４】
音源装置10は、第1トランスジューサー34及びプローブ波生成/距離情報出力部30を基本構成として具えている。
【０１０５】
第1トランスジューサー34は、電気信号を音波信号に変換し、又音波信号を電気信号に変換する機能を有する。従って、第1トランスジューサー34によって、第1及び第2送信電気プローブ波が、それぞれ第1及び第2音響プローブ波35に変換される。
【０１０６】
以後、第1及び第2送信電気プローブ波を送信電気プローブ波51と記載し、第1及び第2音響プローブ波を音響プローブ波35と記載することもある。また混乱が生じない範囲で、第1及び第2送信電気プローブ波をそれぞれ区別する場合には、第1送信電気プローブ波51及び第2送信電気プローブ波51と記載することもある。同様に第1及び第2音響プローブ波を区別する場合には第1音響プローブ波35及び第2音響プローブ波35と記載することもある。
【０１０７】
また、音響位相共役波及び音響変調位相共役波が、それぞれ第1サブ受信電気位相共役波及び第1サブ受信電気変調位相共役波に変換される。以後、混乱が生じない範囲で、音響位相共役波及び音響変調位相共役波を音響変調位相共役波65と記載（音響位相共役波は位相変調量が0である音響変調位相共役波とみなす。）し、第1サブ受信電気位相共役波及び第1サブ受信電気変調位相共役波を第1サブ受信電気変調位相共役波59と記載（第1サブ受信電気位相共役波は位相変調量が0である第1サブ受信電気変調位相共役波とみなす。）することもある。
【０１０８】
また、受信電気位相共役波あるいは受信電気変調位相共役波においては、第1トランスジューサー34あるいは第1前置増幅器36からの出力を区別して説明しなければならない場合もある。このような場合には、第1あるいは第2サブ受信電気変調位相共役波等と「第1」、「第2」あるいは「サブ」という単語を付して区別して記載する場合もある。同様に、後述する送信電気プローブ波あるいは受信電気プローブ波等についても、「第1」、「第2」あるいは「サブ」という単語を付して区別して記載する場合もある。
【０１０９】
この第1トランスジューサー34には、市販の任意好適な構成の音響トランスジューサーを利用することができる。例えば、水中音響トランスジューサー等と称して市販されている。
【０１１０】
プローブ波生成/距離情報出力部30は、プローブ波生成/位相共役波処理部32及び第1制御装置56を具えて構成される。
【０１１１】
プローブ波生成/位相共役波処理部32は、音響位相共役波を基準プローブ波に変換して第1記憶部54に保存する機能(ステップCを実行する機能)を有している。また、プローブ波生成/位相共役波処理部32は、第1トランスジューサー34で複数の音響変調位相共役波を変換して生成された複数の計測プローブ波のそれぞれと、第1記憶部54から読み出した基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成する機能を有している。また、プローブ波生成/位相共役波処理部32は、振幅が最小である干渉波を生じさせた計測プローブ波の位相変調量を確定させ、位相変調量を位相と距離との換算手段を用いて得られた距離の変動値71を、音源装置10とは別に適宜設けられた距離変動情報取得機器70に出力する機能(ステップFを実行する機能)を有している。
【０１１２】
このプローブ波生成/位相共役波処理部32は、プローブ波生成部46、第1出力部48、第1入力部38、信号干渉/最小点検出部40、干渉情報等出力部44を具えている。そして、送信電気プローブ波を生成し、音響プローブ波35として送波する機能（サブステップA1からA3、及びサブステップD1からD3を実行する機能）は、プローブ波生成部46と第1出力部48とを中心として実現される。また、計測プローブ波のそれぞれと基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成する機能、及び、位相変調量を確定させ距離の変動値を算出して出力する機能（サブステップF1〜F3を実行する機能）は、第1入力部38、信号干渉/最小点検出部40、干渉情報等出力部44とを中心にして実現される。
【０１１３】
信号干渉/最小点検出部40は、以下に説明するように、複数の計測プローブ波のそれぞれと、第1記憶部52から読み出した基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成し、振幅が最小である干渉波を生じさせた計測プローブ波の位相変調量を確定させる。また、信号干渉/最小点検出部40は、この位相変調量を、位相と距離との換算手段を用いて距離の変動値として換算する。
【０１１４】
位相と距離との換算手段は、第1記憶部54に格納しておき、位相変調量を現実の距離（音源装置10と計測処理装置20との間隔の変動量）に変換する際に、適宜呼び出して利用される。位相と距離との換算手段とは、具体的一例としては、微小角Δ°の値と距離変動量ΔLとが上述の式（1）で与えられる関係として規定されており、Δ°の値が与えられれば、ΔLが出力されるプログラムである。
【０１１５】
第1制御装置56は、マイクロコンピュータで構成されている。この第1制御装置56は、第1指示部42、第1制御部52及び第1記憶部54を具えている。第1制御部52は、いわゆる中央演算処理装置（CPU: Central Processing Unit）で構成されていて、第1記憶部54に記憶されている処理プログラムに従って、プローブ波生成/位相共役波処理部32を制御する。第1記憶部54は、プローブ波生成/位相共役波処理部32を制御するための処理プログラムが記憶されており、またプローブ波生成/位相共役波処理部32において利用され、また、処理されるデータを一時的に保存する。すなわち、第1記憶部54は、上述したΔLが出力されるプログラムや、後述するプローブ波生成/位相共役波処理部32において処理される送信電気プローブ波51、受信電気変調位相共役波39、その他の所要のデータと制御情報を一時的に保存する。
【０１１６】
受信電気変調位相共役波39は、音響位相共役波が変換されて得られた電気的な波である場合には基準プローブ波であり、音響変調位相共役波が変換されて得られた電気的な波である場合には計測プローブ波である。以後、基準プローブ波と計測プローブ波と呼び方を区別しなければならない場合には、それぞれの場合に応じて受信電気変調位相共役波39を、基準プローブ波39、及び計測プローブ波39と記載することで区別する。基準プローブ波と計測プローブ波とを区別することなくいずれの場合にも成り立つ議論の場合には、受信電気変調位相共役波39と表記することとする。
【０１１７】
図13において、プローブ波生成/位相共役波処理部32と第1制御装置56とは双方向矢印で結んで示してあるが、これは、第1制御装置56の各構成要素との間で所要のデータのやり取りを行うことを示すとともに、第1制御部52でプローブ波生成/位相共役波処理部32の各構成要素の動作制御を行うことを概念的に表示したものである。
【０１１８】
プローブ波生成/距離情報出力部30が動作を開始すると、第1制御部52からの制御信号に応答してプローブ波生成/位相共役波処理部32の各構成要素が始動する。
【０１１９】
プローブ波生成部46は、第1及び第2サブ送信電気プローブ波を生成する。以後、第1及び第2サブ送信電気プローブ波の双方を指す場合には、単にサブ送信電気プローブ波と記載することもある。従って、プローブ波生成部46は、サブ送信電気プローブ波47を生成する。
【０１２０】
このプローブ波生成部46としては、市販の任意好適な構成の装置を使用すればよい。例えば、トーンバースト波等の出力波を任意に作成するためのソフトウエアを搭載している波形形成装置が市販されているので、これらの中から任意好適な構成の装置を選んで利用することができる（例えば、インターネット＜URL: http://www.toyo.co.jp/awg/ARB_SOFT.html＞（平成17年6月17日検索）参照）。
【０１２１】
上述した距離変動計測方法を実行する場合には、第1制御部52からのプローブ波生成指示信号に応じて、プローブ波生成部46は、第1サブ送信電気プローブ波47を生成する。第1サブ送信電気プローブ波47は、第1制御部52からのプローブ波転送指示信号に応じて、第1出力部48に送られる。第1出力部48では、後述するように、第1サブ送信電気プローブ波47を送波するタイミングが調整され、第2サブ送信電気プローブ波49として、第1増幅器50に送られる（ステップAが含むサブステップA1）。第2サブ送信電気プローブ波49が第1増幅器50に送られるタイミングは、第1トランスジューサー34が音響変調位相共役波65を受信している動作状態にないことを、第1入力部38からの動作信号を基にして第1制御部52が判断して、第1制御部52から、第1出力部に対して動作開始信号を送ることによって、調整される。
【０１２２】
第1出力部48から第1増幅器50に送られた第2サブ送信電気プローブ波49は、第1増幅器50によって、第1トランスジューサー34が動作可能であるレベルまで増幅され、送信電気プローブ波51として第1トランスジューサー34に送られる。送信電気プローブ波51は、第1トランスジューサー34によって、電気信号から音波信号である音響プローブ波35に変換される（サブステップA2及びD2）。そして、音響プローブ波35は、計測処理装置20に向けて送波される（サブステップA3及びD3）。
【０１２３】
一方、計測処理装置20から送波された音響変調位相共役波65は、第1トランスジューサー34によって受波され、音波信号である音響変調位相共役波65は電気信号である第1サブ受信電気変調位相共役波59に変換されて、第1前置増幅器36に送られる。
【０１２４】
第1前置増幅器36では第1サブ受信電気変調位相共役波59が増幅されて第2サブ受信電気変調位相共役波37として第1入力部38に送られる。また、第1前置増幅器36は、音響プローブ波35を送波する際に、第1サブ受信電気変調位相共役波59に混入する可能性のあるエネルギーの大きな信号が、第1入力部38に入力されることを防ぐ役割も果たす。
【０１２５】
第1制御部52は、第1入力部38に第2サブ受信電気変調位相共役波37が入力されたことに応答して、予め第1記憶部54に記憶されているフィルタリング指示信号及びタイミング指示信号を読み出してきて、第1入力部38にフィルタリング指示信号を、及び第1出力部48にタイミング指示信号を送る。
【０１２６】
第1入力部38は、第2サブ受信電気変調位相共役波37に対する時間的なフィルタリングを行うように指示が与えられ、これと同時に、第1出力部48には、第1サブ送信電気プローブ波47を送波するタイミングの指示が与えられる。この指示に従って、第1入力部38では、第2サブ受信電気変調位相共役波37に対して時間的なフィルタリングが行われる。
【０１２７】
すなわち、このフィルタリング指示信号によって音響プローブ波35として計測処理装置20に送波したトーンバースト波の時間幅に等しい時間だけ信号を通過させ、それ以外の時間帯にある信号成分を遮断する、いわゆる時間窓によるフィルター処理が第1入力部38において実行される。一方、タイミング指示信号によって、第1出力部48からは、既に説明したとおり、第2サブ送信電気プローブ波49が出力される。第1トランスジューサー34によって受波される音響変調位相共役波65は、僅かであるが雑音成分が混ざっている。この雑音成分がこの時間窓によるフィルター処理によって第2サブ受信電気変調位相共役波37から除去される。
【０１２８】
第2サブ受信電気変調位相共役波37から雑音成分が除去されて、かつ増幅された受信電気変調位相共役波39が、第1入力部38から出力されて信号干渉/最小点検出部40に入力される。信号干渉/最小点検出部40では、以下に説明するように、基準プローブ波を第1記憶部54に保存するステップCが実行される。また、信号干渉/最小点検出部40では、複数の計測プローブ波のそれぞれと基準プローブ波とを順次干渉させて干渉波を生成し、振幅が最小である干渉波を生じさせた計測プローブ波の位相変調量を確定させ、距離の変動量を求めるステップFが実行される。
【０１２９】
第1制御部52は、信号干渉/最小点検出部40に受信電気変調位相共役波39が入力したことに応答して、信号干渉/最小点検出部40に対して、第1入力部38から出力される受信電気変調位相共役波39を第1記憶部54に取り込む指示を与える。
【０１３０】
音源装置10が、この発明の計測処理方法の第1段階のステップとして、音響位相共役波を受波した場合には、受信電気変調位相共役波39は基準プローブ波であるので、第1制御部52は、この受信電気変調位相共役波39を第1記憶部54の基準プローブ波格納エリアに取り込む指示を与える。一方、音源装置10が、第2段階のステップとして、音響変調位相共役波を受波した場合には、受信電気変調位相共役波39は計測プローブ波であるので、第1制御部52は、この受信電気変調位相共役波39を第1記憶部54の計測プローブ波格納エリアに取り込む指示を与える。もちろん、この場合には、位相変調量が段階的に異なる複数の計測プローブ波が順次送られてくるので、複数の計測プローブ波のそれぞれと位相変調量とが一対一の対応が付く形式で、第1記憶部54に記憶される。
【０１３１】
続いて、第1制御部52は、第1記憶部54に保存されている基準プローブ波と上述の複数の計測プローブ波とを読み出してきて信号干渉/最小点検出部40に提供する。そしてこれと同時に第1制御部52は、第1記憶部54に記憶されている干渉波を生成する手順に従って、基準プローブ波と複数の計測プローブ波とを順次干渉させて干渉波を順次計算して求める指示を信号干渉/最小点検出部40に与える。
【０１３２】
信号干渉/最小点検出部40では、複数の計測プローブ波のそれぞれに対して基準プローブ波との干渉波が生成されて、第1制御部52から出力される干渉波取り込み信号に呼応して、これら干渉波が順次一時的に第1記憶部54に記憶される。信号干渉/最小点検出部40では、引き続いて、第1制御部52から出力される干渉波振幅比較信号に呼応して、第1記憶部54から上述の干渉波が呼び出されて、振幅の大きさが最小である計測プローブ波に加えられた位相変調量41が、位相情報等出力部44に出力される。
【０１３３】
位相情報等出力部44では、第1制御部52から出力される変換作業開始信号に呼応して、第1記憶部54から、位相と距離との換算手段を呼び出して、信号干渉/最小点検出部40から入力された上述の位相変調量を距離変動量ΔLに換算するステップが実行される。このようにして換算して求められた距離変動量ΔLに関する情報は、第1記憶部54に記憶される。
【０１３４】
第1記憶部54に記憶されている、距離変動量ΔLに関する情報は、例えば、観測船等を音源装置10が設置されている領域に停泊させて、この観測船等に搭載されている距離変動情報取得機器70に転送させればよい。第1記憶部54に記憶されている距離変動量ΔLに関する情報を、距離変動情報取得機器70に転送させるには、次のように行う。
【０１３５】
距離変動情報取得機器70から、第1指示部42に対して送信指令信号を送り、送信指令信号を受信した第1指示部42から第1制御部52に対して、送信指令信号を送り、第1制御部52ではこの送信指令信号に応じて、第1記憶部54から距離変動量ΔLに関する情報を読み出して、干渉情報等出力部44に送る。干渉情報等出力部44は、第1制御部52からの送信指示信号を受けて、距離変動情報取得機器70に向けて、距離変動量ΔLに関する情報を転送させる。距離変動量ΔLに関する情報の受信が完了したら、距離変動情報取得機器70から、第1指示部42に対して送信終了信号を送り、第1制御部52ではこの送信終了信号に応じて、干渉情報等出力部44の距離変動量ΔLに関する情報転送動作を終了させる。
【０１３６】
《計測処理装置》
図14を参照して、計測処理装置20を構成する変換器の構成とその機能について説明する。計測処理装置20は、音源装置10から送波された音響プローブ波35を基にして音響変調位相共役波65を生成し、この音響変調位相共役波65を音源装置10に送る（ステップB及びEを実行する機能）機能を有している。
【０１３７】
計測処理装置20を構成する各計測処理器は、全て同一構成である。そこで、図14には、計測処理装置20を構成する一つの計測処理器を代表して、計測処理器20-1の概略的ブロック構成図を示す。計測処理器20-1は、第2トランスジューサー64及び位相共役波生成/送信装置60を基本構成要素として具えている。
【０１３８】
第2トランスジューサー64は、第1トランスジューサー34と同様に電気信号を音波信号に変換し、又音波信号を電気信号に変換する機能を有する。従って、第2トランスジューサー64によって、音響プローブ波35が第1サブ受信電気プローブ波57に変換され（サブステップB1及びE1）、また、送信電気変調位相共役波85が音響変調位相共役波65に変換される（サブステップB3及E4）。この第2トランスジューサー64は、第1トランスジューサー34と同様に通常の音響トランスジューサーの中から任意好適な構成のものを選んで利用することができる。
【０１３９】
位相共役波生成/送信装置60が動作を開始すると、第2制御部88からの制御信号に応答して位相共役波生成/位相変調部62の各構成要素が始動する。位相共役波生成/送信装置60は、位相共役波生成/位相変調部62及び第2制御装置92を具えて構成される。
【０１４０】
位相共役波生成/位相変調部62は、第2入力部68、時間反転部72、変調共役波生成部94、及び第2出力部82を具えて構成される。そして、位相共役波生成/位相変調部62は、音源装置10から送波された音響プローブ波35を受波して、音響プローブ波35に対する電気位相共役波73を生成する機能を有している。また、電気位相共役波73に位相変調を施して第2サブ送信電気変調位相共役波83を生成する機能を有している。
【０１４１】
第2制御装置92は、マイクロコンピュータで構成されている。第2制御装置92は、第2指示部86、第2制御部88及び第2記憶部90を具えている。第2制御部88は、いわゆる中央演算処理装置（CPU）で構成されていて、第2記憶部90に記憶させてある処理プログラムに従って、位相共役波生成/位相変調部62を制御する。第2記憶部90は、位相共役波生成/位相変調部62を制御するための処理プログラムが記憶されており、また位相共役波生成/位相変調部62において利用され、また、処理されるデータを一時的に記憶する。すなわち、第2記憶部90は、位相共役波生成/位相変調部62において処理される信号、例えば、受信信号である音響プローブ波35、電気位相共役波73、周波数スペクトル75、変調信号77、周波数変調波79及び第1サブ送信電気変調位相共役波81等を記憶する。
【０１４２】
図14において、位相共役波生成/位相変調部62と第2制御装置92とは双方向矢印で結んで示してあるが、これは、第2制御装置92の主要構成要素である第2制御部88と、位相共役波生成/位相変調部62を構成している各構成要素との間で所要のデータのやり取りを行うことを示すとともに、第2制御部88で位相共役波生成/位相変調部62の各構成要素の動作制御を行うことを概念的に表示したものである。
【０１４３】
音源装置10から送波された音響プローブ波35を受波してこの音響プローブ波35を基にして電気位相共役波73を生成する機能は、第2トランスジューサー64、第2前置増幅器66、第2入力部68及び時間反転部72によって実現される。
【０１４４】
音波信号である音響プローブ波35は、第2トランスジューサー64で受波されて、電気信号である第1サブ受信電気プローブ波57に変換されて第2前置増幅器66に入力される（サブステップB1及びE1）。第2前置増幅器66は、第1サブ受信電気プローブ波57を増幅して第2サブ受信電気プローブ波67として出力し、第2入力部68に入力する。また、第2前置増幅器66は、音響変調位相共役波65を送波する際に、第1サブ受信電気プローブ波57に混入する可能性のあるエネルギーの大きな信号が、第2入力部68に入力されることを防ぐ役割も果たす。
【０１４５】
第2制御部88は、第2入力部68に第2サブ受信電気プローブ波67が入力されたことに応答して、予め第2記憶部90に記憶されているフィルタリング指示信号及びタイミング指示信号を読み出してきて、第2入力部68にフィルタリング指示信号を、及び第2出力部82にタイミング指示信号を送る。
【０１４６】
すなわち、第2制御部88から、第2入力部68には、第2サブ受信電気プローブ波67に対する時間的なフィルタリングを行うように、指示が与えられ、これと同時に、第2出力部82には第1サブ送信電気変調位相共役波81を入力する指示が与えられる。この指示に従って、第2入力部68では、第2サブ受信電気プローブ波67に対して時間的なフィルタリングが行われる。すなわち、音響プローブ波35として送波されたトーンバースト波がマルチパスによって延伸した時間幅よりやや大きな時間だけ信号を通過させ、それ以外の時間帯にある信号成分を遮断する、いわゆる時間窓によるフィルター処理が第2入力部68において実行される。すなわち、第2サブ受信電気プローブ波67に混入されている雑音成分の一部がこの時間窓によるフィルター処理によって除去され、第3サブ受信電気プローブ波69として出力されて時間反転部72に入力される。
【０１４７】
時間反転部72は、第3サブ受信電気プローブ波69を電気位相共役波73に変換する機能（サブステップB2及びE2を実行する機能）を有している。
【０１４８】
時間反転部72では、第3サブ受信電気プローブ波69に対する時間窓を設定して、時間軸を反転する。これは、送波されたトーンバースト波の時間軸上での幅に等しい時間だけ第3サブ受信電気プローブ波69を通過させ、通過した時間波形を第2記憶部90に時間の順序のとおりに一時的に記憶させる。第3サブ受信電気プローブ波69に対する時間窓を通過した全ての信号成分が第2記憶部90に記憶されたら、記憶された時間の順序とは逆に、時間的に最後に記憶された信号成分から順に時間的に最初に記憶された信号成分が最後になるように、第2記憶部90から信号成分を取り出して時間軸上に再配列する。この様な動作を時間反転部72と第2記憶部90との間で行うことによって、時間反転部72において、第3サブ受信電気プローブ波69とは時間軸が反転された電気位相共役波73が生成される。
【０１４９】
第1段階においては、電気位相共役波73は、第2制御部88から供給される第2出力部82への入力指示信号に基づいて、第2出力部82に入力され、第2サブ送信電気位相共役波83として出力される。第2サブ送信電気位相共役波83は、第2増幅器84によって、第2トランスジューサー64が動作可能である強度まで増幅されて、送信電気位相共役波85として第2増幅器84から出力される。送信電気位相共役波85は、第2トランスジューサー64によって、音響位相共役波65に変換されて（サブステップB3）音源装置10に送波される(サブステップB4)。
【０１５０】
第2段階においては、この電気位相共役波73は、第2制御部88から供給される第2出力部82への入力指示信号に基づいて、変調共役波生成部94に入力される。電気位相共役波73に位相変調量が段階的に異なる複数の第1サブ送信電気変調位相共役波81を生成する機能（サブステップE3を実行する機能）は、変調共役波生成部94によって実現される。複数の第1サブ送信電気変調位相共役波81は、第2出力部82に順次入力され、順に複数の第2サブ送信電気変調位相共役波83として出力される。複数の第2サブ送信電気変調位相共役波83は、第2増幅器84によって、第2トランスジューサー64が動作可能である強度まで増幅されて、送信電気変調位相共役波85として第2増幅器84から順次出力される。複数の送信電気変調位相共役波85は、第2トランスジューサー64によって、音響変調位相共役波65に順次変換されて（サブステップE4）音源装置10に送波される（サブステップE5）。
【０１５１】
変調共役波生成部94は、スペクトル解析部74、掃引位相生成部76、位相変調部78、及びパルス波生成部80を具えている。
【０１５２】
スペクトル解析部74は、電気位相共役波73をフーリエ変換して周波数スペクトルを求めて、周波数スペクトル75として出力する機能を有している。
【０１５３】
周波数スペクトル75は、位相変調部78に入力される。また、位相変調部78には、掃引位相生成部76から変調信号77も入力される。位相変調部78に周波数スペクトル75が入力したことに応答して、第2制御部88から、掃引位相生成部76に対して変調信号77を出力するように指示する出力指示信号が送られる。掃引位相生成部76は、この出力指示信号に基づいて周波数スペクトル75と同期させて変調信号77を位相変調部78に対して出力する。
【０１５４】
周波数スペクトル75と同期させて変調信号77を位相変調部78に対して出力するとは、より具体的に説明すると次のようになる。すなわち、スペクトル解析部74からは周波数スペクトル75が一定の時間間隔で位相変調部78に供給される。一方、掃引位相生成部76からは段階的に異なる変調量の変調信号77が変調量の大きさの順に従って、これも一定の時間間隔で位相変調部78に出力される。そこで、掃引位相生成部76から供給される変調信号77と、スペクトル解析部74から供給される周波数スペクトル75とが時間的にタイミングが合致して位相変調部78に供給されるように、第2制御部88からそれぞれ供給タイミング信号が、掃引位相生成部76及びスペクトル解析部74に供給される。
【０１５５】
位相変調部78に周波数スペクトル75及び変調信号77の一組が入力したことに応答して、位相変調部78では、周波数スペクトル75に対して変調信号77に基づいて位相変調が行われて、周波数変調波79が生成される。このような動作が、上述のタイミング信号に従って一定の時間間隔を置いて行われ、変調量が段階的に異なる複数の周波数変調波79が順次生成される。
【０１５６】
位相変調部78では、位相共役性を損なわないで、電気位相共役波73の位相に対して連続的に線形に変調が加えられる。これは、電気位相共役波73をフーリエ変換して得られる周波数スペクトル75を変更せずに、電気位相共役波73の位相を変調することを意味している。電気位相共役波73は多数の周波数成分で構成されている。そこで、位相変調部78では、電気位相共役波73を構成する周波数の異なる全てのフーリエ成分に対して同一の大きさの位相変化が与えられる。これら全てのフーリエ成分の位相変調量は同じでも、それぞれのフーリエ成分に対する時間軸上のずれの大きさは異なる。すなわち、位相変調部78では、電気位相共役波73の周波数スペクトルを変化させないで、電気位相共役波73の位相が変調されて、周波数変調波79として出力される。
【０１５７】
パルス波生成部80では、周波数変調波79が逆フーリエ変換されて第1サブ送信電気変調位相共役波81が生成されて出力される。第1サブ送信電気変調位相共役波81は、第2出力部82に入力される。計測処理装置20を構成する全ての計測処理器において、第2出力部82では、第1サブ送信電気変調位相共役波81に対して、それぞれ送波するタイミングが調整されて、第2増幅器84に第2サブ送信電気変調位相共役波83として送られる。
【０１５８】
第2出力部82で行われる上記のタイミング調整は、第2入力部68に第2サブ受信電気プローブ波67が入力されていない時間帯を、第2制御部88が判定して、その判定に基づいて、第2出力部82に対して、第2増幅器84への第2サブ送信電気変調位相共役波83入力許可信号を出す。そして、第2入力部68からは、第2サブ受信電気プローブ波67が入力されたことに応答して、第2サブ受信電気プローブ波67受信信号が第2制御部88に送られる。第2制御部88は、この受信信号が第2入力部68から送られていない時間帯を選んで、第2増幅器84への第2サブ送信電気変調位相共役波83入力許可信号を出す。第2サブ送信電気変調位相共役波83は、第2増幅器84への第2サブ送信電気変調位相共役波83入力許可信号が、第2制御部88から第2出力部82に対して出されるまでの間、第2記憶部90に保存される。
【０１５９】
第2増幅器84では、第2サブ送信電気変調位相共役波83を第2トランスジューサー64が動作するレベルまで増幅し、送信電気変調位相共役波85として第2トランスジューサー64に送る。第2トランスジューサー64では、送信電気変調位相共役波85が音響変調位相共役波65に変換されて（サブステップE4）、音源装置10に送波される（サブステップE5）。
【０１６０】
第2指示部86は、掃引位相生成部76に対して、掃引位相生成部76から供給すべき変調信号77に関する指示を行う機能を有している。すなわち、周波数スペクトル75に加える変調量を、どの範囲でどの程度の間隔に設定して供給するかの指示を与える。すなわち、掃引位相生成部76から供給すべき変調信号77に関する指示とは、パラメータδをいくらに設定するのが好適であるかに関する情報等であって、上述したように、音源装置10と計測処理装置20との間の絶対距離や、この間の海底面26及び28や海水14の状況、あるいは計測処理装置20を構成する計測処理器の個数等によって定まるパラメータに関する。
【０１６１】
従って、この発明の距離変動計測方法が適用される計測対象ごとに最適な条件が設定されなければならない。そこで、この発明の距離変動計測装置を海底に設置し、計測開始前には、第2指示部86に予め周波数スペクトル75に加える変調量に関するデータを設定しておく。第2指示部86に入力された位相情報は、第2制御部88を介して、掃引位相生成部76に送られて、入力された位相情報に対応する変調信号77が生成される。
【図面の簡単な説明】
【０１６２】
【図１】海中定点間の距離変動計測方法の説明に供する図である。
【図２】計測処理装置と音源装置間の音波の音圧分布を示す図である。
【図３】音源装置から送波される第1音響プローブ波の時間波形と、計測処理装置から送波されてくる音響位相共役波の時間波形を示す図である。
【図４】音源装置で受波した音響変調位相共役波の時間波形を示す図である。
【図５】位相変調量に対する基準プローブ波と計測プローブ波との干渉波の振幅の関係を示す図である。
【図６】この発明の距離変動計測方法のフローチャートである。
【図７】ステップAの詳細なフローチャートである。
【図８】ステップBの詳細なフローチャートである。
【図９】ステップCの詳細なフローチャートである。
【図１０】ステップDの詳細なフローチャートである。
【図１１】ステップEの詳細なフローチャートである。
【図１２】ステップFの詳細なフローチャートである。
【図１３】音源装置の概略的ブロック構成図である。
【図１４】計測処理装置を形成する計測処理器の概略的ブロック構成図である。
【符号の説明】
【０１６３】
10：音源装置
12：海水面
14：海水
16：海側プレート
18、24：マントル
20：計測処理装置
22：陸側プレート
26、28：海底面
30：プローブ波生成/距離情報出力部
32：プローブ波生成/位相共役波処理部
34：第1トランスジューサー
36：第1前置増幅器
38：第1入力部
40：信号干渉/最小点検出部
42：第1指示部
44：干渉情報等出力部
46：プローブ波生成部
48：第1出力部
50：第1増幅器
52：第1制御部
54：第1記憶部
56：第1制御装置
60：位相共役波生成/送信装置
62：位相共役波生成/位相変調部
64：第2トランスジューサー
66：第2前置増幅器
68：第2入力部
70：距離変動情報取得機器
72：時間反転部
74：スペクトル解析部
76：掃引位相生成部
78：位相変調部
80：パルス波生成部
82：第2出力部
84：第2増幅器
86：第2指示部
88：第2制御部
90：第2記憶部
92：第2制御装置
94：変調共役波生成部
【図１】
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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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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２】
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