(57)【要約】【課題】  反射面におけるエネルギー反射を考慮し、より現実に近い場の伝搬特性を計算することができる伝搬計算方法、装置等を得る。【解決手段】  場において海水等の媒質を伝搬する音波等の弾性波の伝搬特性を、弾性振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線理論に基づいて計算する伝搬特性計算方法において、場に設定した音線を中心として広がったエネルギーが海底面等の反射面において反射したエネルギーによる鏡像音線音場等の反射伝搬特性を音場計算器３−ｂ、補間器４−ｂによって計算し、場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と、反射伝搬特性とを加算器７が加算するものである。【選択図】        図１
2007003271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
場において媒質を伝搬する弾性波の伝搬特性を、振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線理論に基づいて計算する伝搬特性計算方法において、
前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーが反射面において反射したエネルギーによる反射伝搬特性を計算する工程と、
前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と、前記反射伝搬特性とを加算する工程と
を少なくとも有することを特徴とする伝搬特性計算方法。
【請求項２】
場において媒質を伝搬する弾性波の伝搬特性を、振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線理論に基づいて計算する伝搬特性計算方法において、
前記場に設定した音線に対し、前記エネルギーを反射する反射面を表す直線を挟んで線対称となる鏡像による音線を計算して設定し、該鏡像による音線に基づいて、前記場に設定した受波線における反射伝搬特性を計算する工程と、
前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる前記受波線における伝搬特性と、前記反射伝搬特性とを加算する工程と
を少なくとも有することを特徴とする伝搬特性計算方法。
【請求項３】
場において媒質を伝搬する弾性波の伝搬特性を、振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線理論に基づいて計算する伝搬特性計算方法において、
前記場に設定した受波線に対し、前記エネルギーを反射する反射面を表す直線を挟んで線対称となる鏡像受波線を計算して設定し、前記場に設定した音線に基づいて、該鏡像受波線における反射伝搬特性を計算する工程と、
前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と、前記反射伝搬特性とを加算する工程と
を少なくとも有することを特徴とする伝搬特性計算方法。
【請求項４】
凹凸面の前記反射面の各頂点を表す座標に基づいて、最小自乗法により前記反射面を表す直線を算出することを特徴とする請求項２又は３記載の伝搬特性計算方法。
【請求項５】
場において媒質を伝搬する弾性波の伝搬特性を、振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線理論に基づいて計算する伝搬特性計算方法において、
前記場に設定した音線に対し、前記音線上の点において、音線進行方向を一方の軸に設定した直交座標系の他方の軸が、前記反射面を表す線分との交点の座標、反射する軸方向を算出する工程と、
前記交点の座標及び前記反射する軸に基づいて、前記場に設定した受波線における反射伝搬特性を計算する工程と、
前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と、前記反射伝搬特性とを加算する工程と
を少なくとも有することを特徴とする伝搬特性計算方法。
【請求項６】
音線に対し、前記音線上の点において、音線進行方向を一方の軸に設定した直交座標系の他方の軸が、前記反射面を表す直線と交わる角度を反射入射角として算出する工程と、
あらかじめ定めた前記反射入射角と前記反射面における前記エネルギーの反射損失との関係に基づいて、算出した前記反射入射角に対して決定した係数を前記音線上の点に基づいて算出した前記反射伝搬特性に乗じた値から、新たな反射伝搬特性を算出する工程と
をさらに有し、該新たな反射伝搬特性と、前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性とを加算することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の伝搬特性計算方法。
【請求項７】
計算した前記反射伝搬特性に対し、あらかじめ定められた前記反射面の反射損失に基づく係数を乗じて算出した新たな反射伝搬特性と、前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性とを加算することを特徴とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の伝搬特性計算方法。
【請求項８】
前記媒質を海水、前記弾性波を音波、前記反射面を海底として、ガウシアンビームトレーシング法による海中における音場の伝搬特性を計算することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の伝搬特性計算方法。
【請求項９】
弾性波による振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線を設定し、該音線上の点における、振動発生源からの伝搬経路長と伝搬時間とを計算してデータを生成する音線計算手段と、
前記音線上の点の座標並びに前記振動発生源からの伝搬経路長及び前記伝搬時間のデータに基づいて、設定した受波線における、前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性を計算してデータを生成する音線伝搬特性計算手段と、
前記エネルギーを反射する反射面を表す直線を挟んで線対称となる鏡像による音線を設定し、該鏡像による音線上の点における伝搬経路長と伝搬時間とを計算し、データを生成する鏡像音線計算手段と、
前記鏡像による音線上の点の座標並びに前記伝搬経路長及び前記伝搬時間のデータに基づいて、設定した受波線における反射伝搬特性を計算してデータを生成する反射伝搬特性計算手段と、
前記音線伝搬特性計算手段が生成したデータと前記反射伝搬特性計算手段とが生成したデータに基づいて、前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と、前記反射伝搬特性とを加算した伝搬特性のデータを生成する加算手段と
を少なくとも備えることを特徴とする伝搬特性計算装置。
【請求項１０】
弾性波による振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線を設定し、該音線上の点における、振動発生源からの伝搬経路長と伝搬時間とを計算してデータを生成する音線計算手段と、
音線上の点の座標並びに前記振動発生源からの伝搬経路長及び前記伝搬時間のデータに基づいて、設定した受波線における、前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性を計算してデータを生成する音線伝搬特性計算手段と、
前記受波線に対し、前記エネルギーを反射する反射面を表す直線を挟んで線対称となる鏡像受波線を設定する鏡像受波線算出手段と、
前記音線に基づく前記鏡像受波線における反射伝搬特性を計算する反射伝搬特性計算手段と、
前記音線伝搬特性計算手段が生成したデータと前記反射伝搬特性計算手段とが生成したデータに基づいて、前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と、前記反射伝搬特性とを加算した伝搬特性のデータを生成する加算手段と
を少なくとも備えることを特徴とする伝搬特性計算装置。
【請求項１１】
前記各伝搬特性計算手段は、
前記音線上の複数の点に基づいて伝搬特性を計算してデータを生成する音場計算器と、
該音場計算器が計算した前記各点に基づく伝搬特性を補間して、前記伝搬特性を計算してデータを生成する補間器と
で構成することを特徴とする請求項９又は１０記載の伝搬特性計算装置。
【請求項１２】
前記反射面を表す複数の点の座標に基づいて、前記反射面を表す直線を計算し、データを生成する反射面近似器を有することを特徴とする請求項９〜１１記載の伝搬特性計算装置。
【請求項１３】
弾性波による振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線を設定し、該音線上の点における、振動発生源からの伝搬経路長と伝搬時間とを計算してデータを生成する音線計算手段と、
音線上の点の座標並びに前記振動発生源からの伝搬経路長及び前記伝搬時間のデータに基づいて、設定した受波線における、前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性を計算してデータを生成する音線伝搬特性計算手段と、
前記場に設定した音線に対し、前記音線上の点において、音線進行方向を一方の軸に設定した直交座標系の他方の軸が、前記反射面を表す線分との交点の座標、反射する軸方向を計算してデータを生成する軸計算手段と、
前記交点の座標及び前記反射する軸に基づいて、前記場に設定した受波線における反射伝搬特性を計算し、データを生成する反射伝搬特性計算手段と、
前記音線伝搬特性計算手段が生成したデータと前記反射伝搬特性計算手段とが生成したデータに基づいて、前記音線に基づく前記受波線における伝搬特性と前記反射伝搬特性とを加算した伝搬特性のデータを生成する加算手段と
を備えることを特徴とする伝搬特性計算装置。
【請求項１４】
音線上において音線進行方向を一方の軸に設定した直交座標系の他方の軸が前記反射面を表す直線と交わる角度を反射入射角として算出し、データを生成する反射損失計算手段と、
あらかじめ定めた前記反射面における前記エネルギーの反射損失と前記反射入射角との関係に基づいて、前記反射損失計算手段が生成した前記反射入射角のデータから係数を決定し、該係数を前記反射伝搬特性に乗じて新たな反射伝搬特性を算出してデータを生成する反射損失積算手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の伝搬特性計算装置。
【請求項１５】
計算した前記反射伝搬特性に対し、あらかじめ定められた前記反射面の反射損失に基づく係数を乗じて新たな反射伝搬特性を算出し、データを生成する反射損失積算手段をさらに備えることを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の伝搬特性計算装置。
【請求項１６】
場において媒質を伝搬する弾性波の伝搬特性を、振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線理論に基づいて計算する伝搬特性計算方法のプログラムにおいて、
前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーが反射面において反射したエネルギーによる反射伝搬特性を計算処理する工程と、
前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と前記反射伝搬特性とを加算処理する工程と
をコンピュータに行わせることを特徴とする伝搬特性計算方法のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は媒質による弾性波の伝搬特性を計算する方法等に関するものである。特に海水を媒質として音波が伝搬する場合に、海底において波（エネルギー）の反射を考慮したものである。
【背景技術】
【０００２】
水中、特に海水中の音波の伝搬は、海水中での音波の屈折や、海面、海底での反射によって複雑な特性を示す。これらの現象を模擬し、水中の音波伝搬特性を計算する代表的なモデルとして、音線モデル、ノーマルモデル、放物線型方程式モデル等がある。ここで、例えば、音線モデルの一種であるガウシアンビームモデルを用いたガウシアンビームトレーシング法は、（古典）音線モデルに固有の現象である影領域で音圧０、焦線領域で音圧が無限大となる問題を補った方法である（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】M. B. Porter and H. P. Bucker, “Gaussian beam tracing for computing acoustic fields,” J. Acoust. Soc. Am. 82, 1349-1359(1987).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の方法は、音線を中心としたガウス分布状のエネルギーの拡がりを仮定して計算を行う。ここで、例えば、海底付近を通過する音線における伝搬特性の計算を行う場合、計算上、一部のエネルギー成分が海底境界（海底面）を越えた位置に分布されることがあるが、従来は海底境界の存在を無視して計算が行われていた。本来、海底境界を越える部分のエネルギー成分は、海底面において反射され、水中に折り返されて再度伝搬する。したがって、エネルギーの反射を無視した計算を行うことは、音場の伝搬特性計算における精度の劣化を招くことになる。
【０００４】
そこで、海底面等、反射面におけるエネルギー反射を考慮し、より現実に近い伝搬特性を計算することができる伝搬計算方法、装置等の実現が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る伝搬特性計算方法は、場において媒質を伝搬する弾性波の伝搬特性を、振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線理論に基づいて計算する伝搬特性計算方法において、場に設定した音線を中心として広がったエネルギーが反射面において反射したエネルギーによる反射伝搬特性を計算する工程と、前記場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と、反射伝搬特性とを加算する工程とを有するものである。
【０００６】
また、本発明に係る伝搬特性計算装置は、弾性波による振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線を設定し、該音線上の点における、振動発生源からの伝搬経路長と伝搬時間とを計算してデータを生成する音線計算手段と、音線上の点の座標並びに振動発生源からの伝搬経路長及び伝搬時間のデータに基づいて、設定した受波線における、場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性を計算してデータを生成する音線伝搬特性計算手段と、エネルギーを反射する反射面を表す直線を挟んで線対称となる鏡像音線を設定し、該鏡像音線上の点における伝搬経路長と伝搬時間とを計算し、データを生成する鏡像音線計算手段と、鏡像音線上の点の座標並びに伝搬経路長及び伝搬時間のデータに基づいて、設定した受波線における反射伝搬特性を計算してデータを生成する反射伝搬特性計算手段と、音線伝搬特性計算手段が生成したデータと反射伝搬特性計算手段とが生成したデータに基づいて、場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と、反射伝搬特性とを加算した伝搬特性のデータを生成する加算手段とを少なくとも備えるものである。
【０００７】
また、本発明に係る伝搬特性計算方法のプログラムは、場において媒質を伝搬する弾性波の伝搬特性を、振動に基づくエネルギーの伝搬経路を表す音線理論に基づいて計算する伝搬特性計算方法のプログラムにおいて、場に設定した音線を中心として広がったエネルギーが反射面において反射したエネルギーによる反射伝搬特性を計算処理する工程と、場に設定した音線を中心として広がったエネルギーによる伝搬特性と、前記反射伝搬特性とを加算処理する工程とをコンピュータに行わせるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、場において媒質を伝搬する弾性波の２次元における伝搬特性を音線理論で計算を行う際、反射面において反射したエネルギーに基づく反射伝搬特性を、音線を中心として広がったエネルギーの伝搬特性に加算して、最終的な伝搬特性を算出するようにしたので、場における反射面での反射の影響も十分考慮した上で、伝搬特性を計算することができる。例えば、海中での音波の伝搬特性を計算する場合に、海底境界の存在が無視されることなく、海底面におけるエネルギーの反射が考慮されるので、より高精度な音場の伝搬特性計算を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る音場伝搬特性計算方法を実現する伝搬特性計算装置のブロック図である。図１において、１は入力端子、２は音線計算器、３−ａ及び３−ｂは音場計算器、４−ａ及び４−ｂは補間器、６は海底鏡像音線算出器、７は加算器、５は出力端子である。ここで本実施の形態以後の実施の形態における伝搬特性計算装置では、海水を媒質として伝搬する音波の伝搬特性を計算してデータを生成するものとする。
【００１０】
入力端子１は、環境条件や計算条件等、音場の伝搬特性（以後、これを音場ということにする）を計算するために必要となるパラメータ（データ）を含む信号を装置内に入力する（以下、パラメータ等、各種データを含む信号を入力、出力することをデータを入力、出力するという）ための端子である。音線計算器２は、入力端子１を介して入力されたパラメータに基づいて計算を行い、音線経路ｓ、伝搬時間τ、ビーム幅δα、音線放射角度α及び音線俯角θｓi のデータを生成する。また、海底鏡像音線計算器６は海底鏡像に基づく音線経路ｓ’、伝搬時間τ’、ビーム幅δα’、海底鏡像音線放射角α’及び海底鏡像音線に基づく俯角θｓ'i（以下、海底鏡像音線俯角θｓ'iという）のデータを生成する。
【００１１】
音場計算器３−ａ及び３−ｂは、音線経路ｓ、伝搬時間τ等に基づいて、ある受波深度Ｚ上の点における音場を計算し、データを生成する。また、補間器４−ａ及び４−ｂは、音場計算器３−ａ、３−ｂによる点での音場に基づいて補間計算を行い、（音場計算器３−ａ及び３−ｂが計算していない）受波深度Ｚ上の任意の点における音場のデータをそれぞれ生成する。ここで、音場計算器３−ａは音源（振動発生源）から発せられた音波によって、音線を中心に、例えばガウス分布状に広がったエネルギーによって直接形成される音場（以下、実音場という）を計算してｕ（Ｓ，Ｎ）のデータを生成し、補間器４−ａは補間計算によりｕ（Ｒ，Ｚ）のデータを生成する、実音線の音場計算手段となる。また、音場計算器３−ｂは音線の海底鏡像に基づく、反射による音場 （以下、海底鏡像音場という）を計算してｕ'（Ｓ'，Ｎ'） のデータを生成し、補間器４−ｂは補間計算によりｕ'（Ｒ，Ｚ） のデータを生成する、反射による音場計算手段となる。加算器７は、補間器４−ａ及び４−ｂからそれぞれ出力された音場のデータに基づいて加算を行い、計算結果（最終的な音場）のデータを生成する。出力端子５は加算器７が加算した計算結果のデータを出力する。
【００１２】
ここで、伝搬特性計算装置の詳細な処理動作について説明を行う前に、ガウシアンビームトレーシング法の原理について説明する。音源から角周波数ω（＝２πｆ、ｆは周波数）、音線放射角度（俯仰角）αで放射された音波は、音線に沿った座標変数ｓと音線座標に直交する座標変数ｎにおいて、次式（１）で表される音場ｕを生成する。
【００１３】
【数１】
2007003271.tif 000003
【００１４】
（１）式において、Σは音線毎の加算を表す。また、ｃ0 は基準音速、ｃ（ｓ）は座標（ｓ，０）における音速、τは伝搬時間を表す。さらに、δαはビーム幅であり、α1 からα2 の間にＮ本の音線を発生させるとき次式（２）で表される。
δα＝（α2−α1）／（Ｎ−１）                                  …（２）
【００１５】
また、ｐ（ｓ）、ｑ（ｓ）については次式（３）で表される関係で結ばれる。（３）式において、ｃnnは音速ｃ（ｓ，ｎ）のｎに関する２階微分を表す。
【００１６】
【数２】
2007003271.tif 000004
【００１７】
ここで、ｓ＝０においてｐ（０）、ｑ（０）は次式（４）で表される。（４）式におけるεは次式（５）で表される。
Ｐ（０）＝１，ｑ（０）＝ｊε                                    …（４）
ε＝２ｃ02／ω（δα）2                                         …（５）
【００１８】
音速ｃ0 の一様な媒質中では、式（４）を初期条件として式（３）を解くことにより、次式（６）が得られる。ここでは考えを簡単にするため、以下、一様な媒質を例として説明する。
Ｐ（ｓ）＝１，ｑ（ｓ）＝ｃ0ｓ＋ｊε                             …（６）
【００１９】
（１）式において、加算項はｎ＝０、すなわち、音線の軸を中心にガウス分布関数で重み付けされた複素関数となっている。一様な媒質では（６）式を（１）式に代入することによって分散σ2 が計算できる。この分散σ2 は次式（７）で表される。
【００２０】
【数３】
2007003271.tif 000005
【００２１】
図２は設定した音線と海底面を表す線分との関係を表す図である。図２にはガウシアンビームモデルにおける強度分布（エネルギー分布）も表している。（７）式の右辺第１項は、音線経路ｓの２乗に比例して音が発散していく成分であり、１本の音線が影響を及ぼす空間が伝搬距離とともに広がっていくことを意味する。これは点音源から音が発散していく現象を表しているものと解釈できる。一方、第２項は、周波数と音線の放射間隔に依存する成分であり、音線の放射間隔の開口をもつ２次音源から放射される音波の指向性を計算している項と解釈できる。この項は音線経路ｓに依存しないために音源近傍では支配的となるが、遠方へ行くにつれて第１項が支配的になる。このような拡がった音波のエネルギー成分の一部が海底面で反射されることになる。以下の実施の形態では、反射を考慮した精度の高い音場を計算しようとするものである。
【００２２】
次に第１の実施の形態における伝搬特性計算装置の各手段（機器）の計算処理等の動作について説明する。最初に、入力端子１を介して、外部の装置等から、少なくとも周波数ｆ、音源深度Ｚｓ、受波深度Ｚ、海中の音速分布、海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ）、（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）、音源からの音線放射角度最小値α1 及び最大値α2 及び音線本数Ｎのパラメータが入力される。ここで、受波深度Ｚは水平距離Ｒに平行で深度Ｚの位置にある受波線（受波点の集まり）となる直線を表す。また、海底地形データの２点を結ぶことにより、海底地形は１本の直線として表される。
【００２３】
音線計算器２は、入力端子１からパラメータが入力されると、パラメータに基づいて、複数の音線の音線経路ｓを計算し、音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）（ｉ＝１，２，…，ｎ）における伝搬時間τi （ｉ＝１，２，…，ｎ）、経路長Ｓi （ｉ＝１，２，…，ｎ）、音線俯角θｓi （ｉ＝１，２，…，ｎ）、ビーム幅δα及び音線放射角度αを計算し、各データを生成する。ここで音線放射角度αについては、音線放射角度最小値α1 及び最大値α2 間をビーム幅δα間隔で刻むことで求めることができる。そして、音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）、計算した伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα、音線放射角度α及び音線俯角θｓi のデータ並びに受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ）、（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）を音場計算器３−ａ及び海底鏡像音線計算器６に出力する。
【００２４】
図３は音場計算器３−ａで行われる計算処理の概念を表した図である。音場計算器３−ａには、音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）、伝搬時間τi 、経路長Ｓi 及び音線俯角θｓi のデータ並びに受波深度Ｚ、海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ）、（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）、ビーム幅δα及び音線放射角度αが音線計算器２から入力される。音場計算器３−ａは、それらのデータに基づいて、音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）について、音線に沿って設定した座標系（音源を原点とし、音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）における音線進行方向をｓi 軸、ｓi 軸に対して垂直な方向をｎi 軸としたｓi −ｎi 平面の直交座標系）を設定する。そして、ｎi 軸が受波深度Ｚを表す直線と交わる受波深度Ｚ上の受波点（Ｓi ，Ｎi ）の座標を計算する。さらに、上述した（１）式に基づいて、受波点（Ｓi ，Ｎi ）における実音場ｕ（Ｓi ，Ｎi ）を計算し、生成した実音場ｕ（Ｓi ，Ｎi ）及び受波深度Ｚのデータを補間器４に出力する。
【００２５】
図４は補間器４−ａにおいて行われる補間方法の一例を表す図である。音場計算器３からデータが入力されると、補間器４−ａは、受波深度Ｚ上の任意の水平距離Ｒにおける音場ｕ（Ｒ，Ｚ）を補間計算し、生成した実音場ｕ（Ｒ，Ｚ）のデータを出力する。本実施の形態では、実音場ｕ（Ｓj ，Ｎj ）と実音場ｕ（Ｓj+1 ，Ｎj+1 ）によって挟まれる任意の水平距離Ｒにおける実音場ｕ（Ｒ，Ｚ）を、線形補間により計算するものとする。
【００２６】
図５は海底鏡像音線の一例を表す図である。一方、音線計算器２から音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）、伝搬時間τi 、ビーム幅δα、音線放射角度α及び音線俯角θｓi のデータ並びに受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）が海底鏡像音線計算器６にも入力される。海底鏡像音線計算器６は、音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）について、次式（８）に基づいて海底面を表す直線を挟んで線対称となる点（ｒ'i，ｚ'i）を計算し、海底鏡像音線（上に位置する点）のデータを生成する。ここで、Ｄi は音線経路上の座標（ｒi ，ｚi ）の位置における水深を表す。
ｒ'i＝ｒi ＋（Ｄi −ｚi ）ｓｉｎ２θ
ｚ'i＝Ｄi ＋（Ｄi −ｚi ）ｃｏｓ２θ                            …（８）
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（ｚｄ1 −ｚｄ2 ）／（ｒｄ1 −ｒｄ2 ）｝
（ｉ＝１，２，…，ｎ）
【００２７】
そして、海底鏡像音線上の各点（ｒ'i，ｚ'i）における伝搬時間τ'i、経路長Ｓ'i、ビーム幅δα’、音線放射角度α’及び海底鏡像音線俯角θｓ'iを次式（９）に基づいて計算し、データを生成する。海底鏡像音線上の各点（ｒ'i，ｚ'i）、伝搬時間τ'i、経路長Ｓ'i、ビーム幅δα’、音線放射角度α’及び海底鏡像音線俯角θｓ'iのデータ並びに受波深度Ｚのデータを音場計算器３−ｂに出力する。
τ’i ＝τi 
Ｓ’i ＝Ｓi 
δα’＝δα
α’＝−α
θｓ'i＝−θｓi                                                   …（９）
（ｉ＝１，２，…，ｎ）
【００２８】
図６は音場計算器３−ｂにおける計算処理の概念を表す図である。音場計算器３−ｂは、海底鏡像音線計算器６から海底鏡像音線上の各点（ｒ'i，ｚ'i）、伝搬時間τ'i、経路長Ｓ'i、ビーム幅δα’、音線放射角度α’及び海底鏡像音線俯角θｓ'iのデータ並びに受波深度Ｚのデータが入力されると、音場計算器３−ａと同様に、海底鏡像音線経路上の各点（ｒ'i，ｚ'i）について、海底鏡像音線に沿った座標系における受波点の座標（Ｓ'i，Ｎ'i）（ｉ＝１，２，…，ｎ）を計算する。そして、受波点（Ｓ'i，Ｎ'i）における海底鏡像音場ｕ'（Ｓ'i，Ｎ'i） を、（１）式に基づいて計算し、生成した海底鏡像音場ｕ'（Ｓ'i，Ｎ'i） 及び受波深度Ｚのデータを補間器４−ｂに出力する。
【００２９】
補間器４−ｂは、音場計算器３−ｂから海底鏡像音場ｕ'（Ｓ'i，Ｎ'i） 及び受波深度Ｚのデータが入力されると、補間器４−ａと同様に、補間器４−ａにおいて実音場を計算した座標（Ｒ，Ｚ）と同じ座標の海底鏡像音場ｕ'（Ｒ，Ｚ） を計算し、データを生成する。そして、海底鏡像音場ｕ'（Ｒ，Ｚ） のデータを加算器７に出力する。
【００３０】
加算器７は、次式（１０）に基づいて実音場ｕ（Ｒ，Ｚ）と海底鏡像音場ｕ'（Ｒ，Ｚ） とを加算し、その計算結果である音場の伝搬特性Ｕ（Ｒ，Ｚ）のデータを生成して出力端子５を介して出力する。出力端子５から出力されたＵ（Ｒ，Ｚ）のデータは、例えば、表示装置（図示せず）による表示、記憶装置（図示せず）による記憶等が行われる。そして、受波深度Ｚを変更すると、受波線が深度方向にスキャンすることになるため、測定対象の海域における音場が得られる。
Ｕ（Ｒ，Ｚ）＝ｕ（Ｒ，Ｚ）＋ｕ'（Ｒ，Ｚ）                     …（１０）
【００３１】
以上のように実施の形態１によれば、海底鏡像音線算出器６、音場計算器３−ｂ、補間器４−ｂ及び加算器７を備え、音源からの音線に対して、海底面を表す直線に対して線対称となる海底鏡像音線を計算し、その海底鏡像音線に対して伝搬特性を計算し、音源からの音線に基づく伝搬特性と加算して音場における伝搬特性を計算するようにしたので、本来、海底面での反射によって海中に折り返される、音波の広がり成分の影響を十分考慮した音場の伝搬特性を計算することができる。そのため、海底境界の存在が無視され、海底面におけるエネルギーの反射が考慮されない従来技術と比較して、より高精度な音場の伝搬特性計算を行い、データを生成することができる装置を得ることができる。さらに補間器４−ａ、４−ｂによる補間を行うことで受波点間を補間計算することで、音場計算器では計算されなかった点の音場計算を行い、データを生成することができる。
【００３２】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２に係る伝搬特性計算装置を表す図である。図７において、図１と同じ符号を付している機器は、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行うので説明を省略する。実施の形態２における伝搬特性計算装置は、海底鏡像音線計算器６の代わりに、海底鏡像受波線算出器８を備えた構成としている。海底鏡像受波線算出器８は、海底地形を表す直線を挟んで受波深度Ｚを表す直線と線対称となる直線（以下、海底鏡像受波線という）を海底面下に設定する計算を行う。
【００３３】
次に本実施の形態における伝搬特性計算装置の動作について説明する。ここでは実施の形態１の装置と異なる部分について説明する。音線計算器２は、音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）及び計算した伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα、音線放射角度α及び音線俯角θｓi 並びに受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ）、（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）を、海底鏡像受波線算出器８に出力する。音場計算器３−ａ、補間器４−ａの処理動作については、実施の形態１と同様の処理動作を行う。
【００３４】
図８は海底鏡像受波線算出器８の処理により計算される海底鏡像受波線を表す図である。海底鏡像受波線算出器８は、受波深度Ｚを表す直線に対する海底鏡像受波線を次式（１１）に基づいて計算する。そして、海底鏡像受波線、音線経路上の各点（ｒi ，ｚi ）、伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα、音線放射角度α及び音線俯角θｓi のデータを音場計算器３−ｂに出力する。Ｄ0 は海底地形データから求めた音源位置における水深を表す。
ｚ＝Ａ・ｒ＋Ｂ                                                …（１１）
Ａ＝ｔａｎ（２θ）
Ｂ＝Ｚ−（Ｚ−Ｄ0 ）・ｔａｎ（２θ）／ｔａｎθ
θ＝ａｒｃｔａｎ｛（ｚｄ1 −ｚｄ2 ）／（ｒｄ1 −ｒｄ2 ）｝
【００３５】
図９は音場計算器３−ｂにおける計算処理の概念を表す図である。音場計算器３−ｂは、海底鏡像受波線算出器８から海底鏡像受波線、音線経路上の各点（ｒi ，ｚi ）、伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα、音線放射角度α及び音線俯角θｓi のデータが入力されると、音場計算器３−ａの処理と同様に、音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）について、音線に沿って設定した座標系を設定する。そして、ｎi 軸が海底鏡像受波線と交わる海底鏡像受波点（Ｓ''i ，Ｎ''i ）（ｉ＝１，２，…，ｎ）の座標を計算する。さらに、海底鏡像受波点（Ｓ''i ，Ｎ''i ）における海底鏡像音場ｕ''（Ｓ''i ，Ｎ''i ）を、（１）式に基づいて計算し、海底鏡像音場ｕ''（Ｓ''i ，Ｎ''i ）及び海底鏡像受波線のデータを補間器４−ｂに出力する。
【００３６】
補間器４−ｂは、音場計算器３−ｂから各海底鏡像音場ｕ''（Ｓ''i ，Ｎ''i ）及び海底鏡像受波線のデータが入力されると、補間器４−ａと同様の動作を行い、補間器４−ａにおいて音場を計算した座標（Ｒ，Ｚ）の海底地形を表す直線を挟んで線対称な点（Ｒ''，Ｚ''）における海底鏡像音場ｕ''（Ｒ''，Ｚ''）を補間計算し、海底鏡像音場ｕ''（Ｒ''，Ｚ''）のデータを加算器７に出力する。
【００３７】
加算器７は、次式（１２）に基づき実音場ｕ（Ｒ，Ｚ）と海底鏡像音場ｕ''（Ｒ''，Ｚ''） とを加算し、その計算結果であるＵ（Ｒ，Ｚ）のデータを生成して出力端子５を介して出力する。
Ｕ（Ｒ，Ｚ）＝ｕ（Ｒ，Ｚ）＋ｕ''（Ｒ''，Ｚ''）                …（１２）
【００３８】
以上のように実施の形態２によれば、海底鏡像受波線算出器８を備え、海底鏡像受波線算出器８が、受波深度Ｚを表す直線（受波線）について、海底地形を表す直線を挟んで線対称となる海底鏡像受波線を求め、音場計算器３−ｂが、音線に沿って設定した座標系に基づいて海底鏡像受波線上における海底鏡像受波点（Ｓ''i ，Ｎ''i ）を計算し、さらに海底鏡像音場ｕ''として計算するようにし、音場の伝搬特性Ｕ（Ｒ，Ｚ）を計算し、データを生成することができるので、実施の形態１のように、海底鏡像音線上の点（ｒ'i，ｚ'i）を求め、さらに海底鏡像音場ｕ（Ｓ'i，Ｎ'i）を計算する方法に比べて、全体の計算処理量がより少なく、音場の伝搬特性を計算するまでの処理速度が速い伝搬特性計算装置を得ることができる。
【００３９】
実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３に係る伝搬特性計算装置を表す図である。図１０において、図１と同じ符号を付している手段は、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行うので説明を省略する。実施の形態３における伝搬特性計算装置は、音線計算器２と海底鏡像音線計算器６との間に海底地形近似器９を設けたものである。海底地形近似器９は、海底地形が３以上の海底地形データにより、複数の連続する線分により表される（つまり、凹凸を有している）場合に、その海底地形を直線近似する計算を行う。
【００４０】
次に本実施の形態における伝搬特性計算装置の動作について説明する。ここでは実施の形態１の装置と異なる部分について説明する。実施の形態３では、実施の形態１の２つの海底地形データに代わって、凹凸として表される３以上の海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ），…，（ｒｄm ，ｚｄm ）（ｍ＞２（≧３））が入力端子１から入力される。音線計算器２は、音線経路ｓ上の各点の座標（ｒi ，ｚi ）、伝搬時間τi 、経路長Ｓ'i、ビーム幅δα、音線放射角度α及び音線俯角θｓi のデータ並びに受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ），…，（ｒｄm ，ｚｄm ）を、海底地形近似器９に出力する。
【００４１】
図１１は海底地形近似器９の処理による、近似した海底地形の概念を表す図である。海底地形近似器９には、音線計算器２から音線経路ｓ上の各点の座標（ｒi ，ｚi ）及び伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα、音線放射角度α及び音線俯角θｓi 及び受波深度Ｚ及び複数の連続する線分として表される海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ），…，（ｒｄm ，ｚｄm ）が入力される。海底地形近似器９は、海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ），…，（ｒｄm ，ｚｄm ）（ｍ＞２）を最小自乗法に基づいて直線近似し、海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ'1），（ｒｄm ，ｚｄ'm）を生成する。最小自乗法については、一般的に用いられている方法を適用することができるので、ここでは説明を省略する。以上のようにして得られた（ｒｄ1 ，ｚｄ'1）と（ｒｄm ，ｚｄ'm）とを通る直線が海底地形を表す直線となる。
【００４２】
そして、生成した海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ'1），（ｒｄm ，ｚｄ'm）並びに音線経路上の各点の座標（ｒi ，ｚi ）、伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα、音線放射角度α及び音線俯角θｓi 及び受波深度Ｚのデータを鏡像音線計算器６に出力する。以後の各手段（機器）の処理動作については、実施の形態１、２で説明したことと同様の処理を行うので説明を省略する。
【００４３】
以上のように実施の形態３によれば、複数の連続する線分で海底地形が表されている場合に、海底地形近似器９が、複数の海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ），…，（ｒｄm ，ｚｄm ）に基づいて、最小自乗法により、海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ'1），（ｒｄm ，ｚｄ'm）で表される近似した１つの直線（線分）で海底地形を表すようにしたので、より現実の音場の海底地形に近い海底地形データを用いて音場の伝搬特性を計算する装置を得ることができる。
【００４４】
実施の形態４．
図１２は本発明の実施の形態４に係る伝搬特性計算装置を表す図である。図１２において、図１と同じ符号を付している手段は、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行うので説明を省略する。実施の形態４における伝搬特性計算装置は、音場計算器３−ｂと補間器４−ｂとの間に、海底反射損失積算器１１を設けて構成したものである。図１２の海底反射損失の入力端子１０からは海底反射損失のパラメータが入力される。
【００４５】
上述した実施の形態では、海底での反射においてエネルギーの損失（以下、海底反射損失という）は生じないものとし、無視していた。しかしながら、一般に、海底質によっては海底反射損失が無視できないことがある。そこで、本実施の形態は、海底反射損失積算器１１を備え、海底反射損失を考慮した海底鏡像音場ｕ２'（Ｓ'i，Ｚ'i）を計算し、データを生成しようとするものである。
【００４６】
次に本実施の形態における伝搬特性計算装置の動作について説明する。ここでは実施の形態１の装置と異なる部分について説明する。音線計算器２、海底鏡像音線算出器６、音場計算器３−ａ、３−ｂの処理動作については、実施の形態１と同様の処理動作を行う。
【００４７】
海底損失積算器１１には、音場計算器３−ｂから海底鏡像音場ｕ'（Ｓ'i，Ｚ'i） 及び受波深度Ｚのデータが入力される。さらに、入力端子１０を介し、例えば外部の機器から、対象となる海域（音場）の海底反射損失ＢＬ［ｄＢ］のデータが入力される。海底損失積算器１１は、次式（１３）に基づいて、海底鏡像音場ｕ２'（Ｓ'i，Ｚ'i） を計算し、データを生成する。そして、海底鏡像音場ｕ２'（Ｓ'i，Ｚ'i） 及び受波深度Ｚのデータを補間器４−ｂに出力する。以後の各手段については、実施の形態１で説明した処理と同様の処理を行うので説明を省略する。
【００４８】
【数４】
2007003271.tif 000006
【００４９】
以上のように実施の形態４によれば、海底損失積算器１１を備え、音場計算器３−ｂが計算した海底鏡像音場ｕ'（Ｓ'i，Ｚ'i） に海底反射損失ＢＬに基づいた（１３）式に示す劣化量を表す係数を乗して算出し、生成した海底鏡像音場ｕ２'（Ｓ'i，Ｚ'i） のデータと実音場のデータとを加算し、音場の伝搬特性のデータを生成するようにしたので、より精度よく、現実に近い音場の伝搬特性を計算することができる装置を得ることができる。
【００５０】
実施の形態５．
図１３は本発明の実施の形態５に係る伝搬特性計算装置を表す図である。図１３において、図１と同じ符号を付している手段は、実施の形態１で説明したことと同様の動作を行うので説明を省略する。本実施の形態における伝搬特性計算装置は、音場計算器３−ｂの代わりに第２音場計算器１３を備えたものである。そして、音線計算器２と第２音場計算器１３との間に第２海底鏡像音線計算器１２を備えたものである。さらには、海底反射損失計算器１５を新たに備え、第２音場計算器１３と補間器４−ｂとの間に第２海底反射損失積算器１４を備えたものである。
【００５１】
第２海底鏡像音線計算器１２は、実施の形態１で説明した海底鏡像音線計算器６が出力するデータに加え、海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ）、（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）を出力する点で海底鏡像音線計算器６と異なる。第２音場計算器１３は、音場計算器３−ｂが行う計算に加え、音線に沿った座標系において設定した各ｎi 軸が海底地形を表す線分に対して入射する角度θｒｅｆi （つまり、伝搬したエネルギーが海底に入射する角度。以下、海底入射角θｒｅｆi という）（ｉ＝１，２，…ｎ）を計算する。また、２つの出力系統を有し、第２海底反射損失積算器１４と海底反射損失計算器１５とにデータを出力することができる。特に海底反射損失計算器１５には海底入射角θｒｅｆi のデータを出力する。また、第２海底反射損失算出器１４は、音場計算器３−ｂによって計算した音場と固定の海底反射損失を掛け合わせる海底反射損失積算器１１とは異なり、第２音場計算器１３によって計算した海底鏡像音場と該音場に対応して海底反射損失計算器１５が計算した海底反射損失とを乗算して新たな海底鏡像音場のデータを生成する。
【００５２】
次に実施の形態５の伝搬特性計算装置の動作について、上述の実施の形態１及び４と異なる動作を行う部分について説明する。第２海底鏡像音線計算器１２は、実施の形態１における海底鏡像音線計算器６と同様の処理を行って海底鏡像音線を生成する。そして、該海底鏡像音線上の各点（ｒ'i，ｚ'i）、伝搬時間τ'i、経路長Ｓi 、ビーム幅δα’、音線放射角度α’及び海底鏡像音線俯角θｓ'iのデータ並びに受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）を第２音場計算器１３に出力する。
【００５３】
図１４は第２音場計算器１３における計算処理の概念を表す図である。第２音場計算器１３には、第２海底鏡像音線計算器１２から、海底鏡像音線上の各点（ｒ'i，ｚ'i）、伝搬時間τ'i、経路長Ｓi 、ビーム幅δα’、音線放射角度α’及び海底鏡像音線俯角θｓ'iのデータ並びに受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）が入力される。第２音場計算器１３は、実施の形態１の音場計算器３−ｂと同様の処理動作を行い、海底鏡像音線経路上の各点について、海底鏡像音線に沿った座標系における受波点（Ｓ'i，Ｎ'i）を計算する。そして、受波点（Ｓ'i，Ｎ'i）における海底鏡像音場ｕ'（Ｓ'i，Ｎ'i） を、（１）式により計算し、該音場ｕ'（Ｓ'i，Ｎ'i） 及び受波深度Ｚのデータを第２海底反射損失積算器１４に出力する。さらに、海底鏡像音線上の各点（ｒ'i，ｚ'i）について、図１４に示すように、海底鏡像音線に沿った座標系におけるｎ'1軸、ｎ'2軸、…、ｎ'n軸が海底地形を表す線分と交わる角度である、海底入射角θｒｅｆi を計算し、そのデータを海底反射損失計算器１５に出力する。
【００５４】
図１５は海底反射損失と海底入射角との関係の一例をグラフとして表した図である。海底反射損失計算器１５には、第２海底鏡像音場算出器１３から海底入射角θｒｅｆi が入力される。一方、入力端子１０を介して、図１５に示すような海底反射損失の入射角度特性等のデータ（以降、海底反射損失データという）が入力される。海底反射損失計算器１５は、入力されたそれぞれの海底入射角θｒｅｆ1 、θｒｅｆ2 、…、θｒｅｆn に対応する海底反射損失ＢＬ1 ，ＢＬ2 ，…，ＢＬn を海底反射損失データから補間計算し、データを生成する。そして、海底反射損失ＢＬi （ｉ＝１，２，…，ｎ）のデータを第２海底反射損失積算器１４に出力する。
【００５５】
また、第２海底反射損失積算器１４には、第２海底鏡像音場計算器１３から音場ｕ'（Ｓ'i，Ｎ'i） 及び受波深度Ｚのデータが入力される。さらに海底反射損失計算器１５から海底反射損失ＢＬi が入力される。第２海底反射損失積算器１４は、次式（１４）に基づいて、海底鏡像音場ｕ３'（Ｓ'i，Ｚ'i） を計算してデータを生成し、海底鏡像音場ｕ３'（Ｓ'i，Ｚ'i） 及び受波深度Ｚを補間器４−ｂに出力する。以後の各手段については、実施の形態１で説明した処理と同様の処理を行うので説明を省略する。
【００５６】
【数５】
2007003271.tif 000007
【００５７】
以上のように実施の形態５によれば、第２海底反射損失積算器１４及び海底反射損失計算器１５を備え、あらかじめ定められた海底反射損失ＢＬと海底入射角θｒｅｆとの関係に基づいて、海底反射損失計算器１５が、各受波点（Ｓ'i，Ｎ'i）に基づく海底反射損失ＢＬ1 ，ＢＬ2 ，…，ＢＬn のデータを生成し、第２海底反射損失積算器１４が、海底鏡像音場ｕ'（Ｓ'i，Ｚ'i） に海底反射損失ＢＬi に基づいた（１４）式に示す劣化量を表す係数を乗して計算し、生成した海底鏡像音場ｕ３'（Ｓ'i，Ｚ'i） のデータと実音場のデータとを加算し、音場の伝搬特性のデータを生成するようにしたので、より精度よく、現実に近い音場の伝搬特性を計算することができる装置を得ることができる。実施の形態４では海底反射損失は固定値であったが、本実施の形態では海底反射角に応じた海底反射損失に基づく係数を乗ずるようにしたので、より精度よく、現実に近い音場の伝搬特性を計算することができる装置を得ることができる。ここでは海底鏡像音線に基づいて海底入射角θｒｅｆi を計算したが、音線に基づいて海底入射角θｒｅｆi を定めるようにしてもよい。
【００５８】
実施の形態６．
図１６は本発明の実施の形態６に係る伝搬特性計算装置を表す図である。図１６において、図１と同じ符号を付している手段は、上述の実施の形態１〜５で説明したことと同様の動作を行うので説明を省略する。実施の形態６における伝搬特性計算装置は、海底折り返し音場計算器１６を備えている。海底折り返し音場計算器１６には、図１、図１３における第２音場計算器１３及び補間器４−ｂが内蔵されている。
【００５９】
図１７は海底折り返し音場計算器１６の構成を表す図である。図１７に示すように、海底折り返し音場計算器１６は、入力端子１７及び２０音線進行方向右側処理器１８、音線進行方向左側処理器１９、出力端子２１並びに加算器７−ｂを備えている。入力端子１７には、音線計算器２からのデータが入力される。また、入力端子２０には、入力端子１０と同じように海底反射損失データが入力される。出力端子２１からは海底鏡像音場ｕ'（Ｒ，Ｚ） のデータが出力される。
【００６０】
図１８は音線進行方向右側処理器１８、音線進行方向左側処理器１９の構成を表す図である。音線進行方向右側処理器１８、音線進行方向左側処理器１９は、上述した海底鏡像音線計算器６（第２海底鏡像音線計算器１２）の代わりに、それぞれｎ軸海底パラメータ計算器２３とｎ軸海底折り返し点計算器２４とを備えている。また、入力端子２２及び２５並びに出力端子２６を備えている。入力端子２２には、入力端子１７と同様に音線計算器２からのデータが入力される。また、入力端子２５には、入力端子１０、２０と同じように海底反射損失データが入力される。また、音線進行方向右側処理器１８の出力端子２６からは音場Ｕright（Ｒ，Ｚ） のデータが出力され、音線進行方向左側処理器１９の出力端子２６からは音場Ｕleft（Ｒ，Ｚ）のデータが出力される。
【００６１】
ｎ軸海底パラメータ計算器２３は、音線上の座標（ｒi ，ｚi ）及び音線俯角θｓi からｎi 軸を設定する。そして、さらに、海底面を表す線分との交点（反射点）の座標（Ｂｒi ，Ｂｚi ）及びｎi 軸の海底入射角θｒｅｆi を計算し、パラメータとする。ここで、音線の進行方向をｓi 軸としたときに、音線進行方向右側処理器１８のｎ軸海底パラメータ計算器２３では、右手座標系の方向にｎi 軸を設定する。一方、音線進行方向左側処理器１９のｎ軸海底パラメータ計算器２３では、左手座標系の方向にｎi 軸を設定する。そして、座標（Ｂｒi ，Ｂｚi ）及び海底入射角θｒｅｆi を計算できない（海底面との交点がない）と判断したｎi 軸については計算を行わない。ｎ軸海底折り返し点計算器２４は、座標（Ｂｒi ，Ｂｚi ）で折り返されたｎi 軸を設定する。そして、設定した海底折り返し後のｎi 軸と受波深度を表す直線との交点（ｒzi，Ｚ）を計算する。また、実施の形態１の加算器７を、加算器７−ａと７−ｂに分けて構成している。
【００６２】
図１９は音線と海底地形との関係を表す図である。上述の実施の形態では、ｎi 軸と海底地形を表す線分（直線）との反射点（交点）が１つとして説明した。ここで、音線及び海底地形が例えば図１９に示すような関係にある場合を考える。音線上のある点Ｓi において音線に沿った座標系を設定した場合、ｎi 軸の正負側双方（音線進行方向右側及び左側）にそれぞれ別の反射点（反射点１、反射点２）を持つ。その結果、反射点１において反射した（折り返された）音波のエネルギーと反射点２において反射した音波のエネルギーは、受波深度Ｚ（受波線）上の別の位置に伝搬する可能性が高くなる。そこで、実施の形態６は、音線進行方向右側（ここではｎi 軸の正方向とする）と左側（ここではｎi 軸の負方向とする）による伝搬特性を別々に計算し、加算する構成を提案するものである。
【００６３】
次に本発明の第６実施例を適用した伝搬特性計算装置の動作について、図１６、図１７及び図１８の図に沿って、実施の形態１〜５と異なる部分について説明する。ここでは、海底折り返し音場計算器１６の音線進行方向右側処理器１８の処理を主に説明する。
【００６４】
海底折り返し音場計算器１６には、音線計算器２から音線経路上の各点の座標（ｒi ，ｚi ）及び該座標（ｒi ，ｚi ）における音線俯角θｓi 及び伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα及び音線放射角度α及び受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）  ，…，（ｒｄm ，ｚｄm ）（ｍ＞２）が入力される。また、入力端子１０から海底反射損失データが入力される。入力されたデータは、さらに海底折り返し音場計算器１６の音線進行方向右側処理器１８及び音線進行方向左側処理器１９に入力される。
【００６５】
図２０はｎ軸海底パラメータ計算器２３の処理により計算する座標（Ｂｒi ，Ｂｚi ）及びｎi 軸の海底入射角θｒｅｆi の関係を表す図である。音線進行方向右側処理器１８のｎ軸海底パラメータ計算器２３は、音線計算器２から出力された音線経路上の各点の座標（ｒi ，ｚi ）及び該座標（ｒi ，ｚi ）における音線俯角θｓi 及び伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα及び音線放射角度α及び受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ），…，（ｒｄm ，ｚｄm ）（ｍ＞２）が入力されると、音線経路上の各点における音線に沿った座標系のｎi 軸を表す式を求めてｎi 軸を設定し、図２０に示すように、ｎi 軸と海底地形を表す線分との反射点（Ｂｒ1 ，Ｂｚ1 ），（Ｂｒ2 ，Ｂｚ2 ），…，（Ｂｒn ，Ｂｚn ）を計算し、データを生成する。さらに、海底地形データに基づいて、ｎi 軸と交点をもつ海底地形を表す線分の傾きを計算し、線分の傾きとｎi 軸の傾きとから、各ｎi 軸の海底入射角θｒｅｆ1 ，θｒｅｆ2 ，…，θｒｅｆn を計算し、データを生成する。ここで、ｎi 軸と海底地形を表す線分との反射点が存在しなかった場合は、計算を行わない。そして、ｎ軸海底パラメータ計算器２３は、音線経路上の各点の座標（ｒi ，ｚi ）及び該座標（ｒi ，ｚi ）における音線俯角θｓi 及び伝搬時間τi 及び経路長Ｓi 及び受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）  ，…，（ｒｄm ，ｚｄm ）（ｍ＞２）及び計算した反射点（Ｂｒ1 ，Ｂｚ1 ）及び海底入射角θｒｅｆiのデータをｎ軸海底折り返し点計算器２４に出力する。さらに海底入射角θｒｅｆiを海底反射損失計算器１５に出力する。
【００６６】
図２１はｎ軸海底折り返し点計算器２４の処理により計算する交点（ｒｚi ，Ｚ）の関係を表す図である。ｎ軸海底折り返し点計算器２４には、ｎ軸海底パラメータ計算器２３から音線経路上の各点の座標（ｒi ，ｚi ）及び該座標（ｒi ，ｚi ）における音線俯角θｓi 、伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα及び音線放射角度α並びに受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ）  ，…，（ｒｄm ，ｚｄm ）（ｍ＞２）及び計算した反射点（Ｂｒ1 ，Ｂｚ1 ）及び海底入射角θｒｅｆi のデータが入力される。
【００６７】
ｎ軸海底折り返し点計算器２４は、まず、各反射点で折り返されたｎi 軸を表す式を求める。そして、図２１に示すように、折り返し後のｎi 軸と受波深度Ｚを表す直線との交点（ｒz1，Ｚ），（ｒz2，Ｚ），…，（ｒzn，Ｚ）を計算する。そして、音線経路上の各点の座標（ｒi ，ｚi ）及び伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα及び音線放射角度α及び受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ），…，（ｒｄm ，ｚｄm ）（ｍ＞２）及びｎｉ  軸と海底地形を表す線分との交点（Ｂｒi ，Ｂｚi ）及び海底折り返し後のｎi 軸と受波深度を表す直線との交点（ｒｚi ，Ｚ）を音場計算器３−ｂに出力する。
【００６８】
音場計算器３−ｂには、ｎ軸海底折り返し点計算器２４から音線経路ｓ上の各点（ｒi ，ｚi ）及び伝搬時間τi 、経路長Ｓi 、ビーム幅δα及び音線放射角度α及び受波深度Ｚ及び海底地形データ（ｒｄ1 ，ｚｄ1 ），（ｒｄ2 ，ｚｄ2 ），…，（ｒｄm ，ｚｄm ）（ｍ＞２）及びｎi 軸と海底地形を表す線分との交点（Ｂｒi ，Ｂｚi ）及び海底折り返し後のｎi 軸と受波深度を表す直線との交点（ｒｚi ，Ｚ）が入力される。第２音場計算器１３は、入力された海底折り返し後のｎi 軸と受波深度を表す直線との交点（ｒｚi ，Ｚ）を、次式（１５）に基づいて音線に沿った座標系の点（Ｓ'''i ，Ｎ'''i ）に変換する。
【００６９】
【数６】
2007003271.tif 000008
【００７０】
点（Ｓ'''i ，Ｎ'''i ）における音場ｕ'''（Ｓ'''i ，Ｎ'''i ） を、上述した（１）式により計算し、該ｕ'''（Ｓ'''i ，Ｎ'''i ） 及び前記受波深度Ｚを海底反射損失積算器１４に出力する。海底反射損失積算器１４及び海底反射損失計算器１５の処理動作は、実施の形態４と同様の処理を行うため、説明は省略する。ここで、音線進行方向右側処理器１８の海底反射損失積算器１４から出力される音場をｕright（Ｓ'''i ，Ｎ'''i ） とする。
【００７１】
音線進行方向右側処理器１８の補間器４−ｂは、ｕright（Ｓ'''i ，Ｎ'''i ） に基づいて、受波深度Ｚ上の任意の水平距離Ｒにおける音場ｕright（Ｒ，Ｚ） を、上述したように補間によって計算し、音場Ｕright（Ｒ，Ｚ） のデータを生成して加算器７−ｂに出力する。
【００７２】
一方、音線進行方向左側処理器１９についても、上述した音線進行方向右側処理器１８と同様の処理を行い、受波深度Ｚ上の任意の水平距離Ｒにおける音場ｕleft（Ｒ，Ｚ）を、上述したように補間によって計算し、音場ｕleft（Ｒ，Ｚ）のデータを生成して加算器７−ｂに出力する。
【００７３】
加算器７−ｂは、音場Ｕright（Ｒ，Ｚ） 及び音場Ｕleft（Ｒ，Ｚ）のデータに基づいて加算を行い、海底鏡像音場ｕ'（Ｒ，Ｚ） のデータを加算器７−ａに出力する。他の各手段の処理は、第１実施例と同様の処理を行うので説明を省略する。
【００７４】
以上のように、実施の形態６によれば、複数の線分で表される海底地形に対し、音線に基づいて設定するｎi 軸の正負側双方（音線進行方向右側及び左側）に対してそれぞれ反射点がある場合に、各反射点において反射されるエネルギーに基づく音場をそれぞれ計算し、加算して音場の伝搬特性のデータを生成するようにしたので、より現実の音場に近い海底地形に基づく音場の伝搬特性を計算する装置を得ることができる。実施の形態３のように直線近似でない、より現実に近い海底地形に基づく音場の伝搬特性のデータを生成することができる。
【００７５】
実施の形態７．
上述の実施の形態においては、補間器４−ａ、補間器４−ｂ等が行う補間処理を線形補間としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば放物線補間、スプライン補間等の補間処理を行うようにしてもよい。特に補間を行う際の点数を増やして放物線補間等を実施することで、音場計算の精度向上をさらに図ることができる。
【００７６】
実施の形態８．
上述の実施の形態６では、実施の形態５と同様に、海底入射角に基づいて海底反射損失を計算するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、実施の形態４と同様に、固定の海底反射損失データを用いても構わない。
【００７７】
実施の形態９．
上述の実施の形態では、ガウシアンビームトレーシング法に基づいて、音源からの音波の伝搬におけるエネルギー分布がガウシアンビームモデルであることを前提にして説明したが、本発明はこれに限定するものではない。音線理論に属し、特に伝搬においてエネルギー分布の広がりを考慮するようなモデルであれば、他のモデルにおいても適用することができる。
【００７８】
実施の形態１０．
また、上述の実施の形態では、海水中を音波が伝搬する伝搬特性を装置が計算で求めたが、本発明はこれに限定するものではない。例えば、必ずしも海水が弾性波の伝達媒質でなく、他の固体、液体、気体であってもよいし、反射面が海底に限られるものではない。また、また、媒質中を伝搬する弾性波は音波である必要はなく、例えば超音波等でもよい。
【００７９】
実施の形態１１．
上述の実施の形態では、装置を各手段（機器）で構成し、ハードウェアにより、パラメータに基づく伝搬特性の計算を実現したが、例えば、装置をコンピュータ等のデータ処理装置で構成し、各手段が行うデータの処理をあらかじめプログラム化しておき、データ処理装置がプログラムを実行してデータ処理を行うことにより、音場の伝搬特性のデータ生成を実現するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る音場伝搬特性計算方法を実現する伝搬特性計算装置のブロック図である。
【図２】設定した音線と海底面を表す線分との関係を表す図である。
【図３】音場計算器３−ａで行われる計算処理の概念を表した図である。
【図４】補間器４−ａにおいて行われる補間方法の一例の概念を表した図である。
【図５】海底鏡像音線の一例を表す図である。
【図６】音場計算器３−ｂにおける計算処理の概念を表す図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る伝搬特性計算装置を表す図である。
【図８】海底鏡像受波線算出器８の処理により計算される海底鏡像受波線を表す図である。
【図９】音場計算器３−ｂにおける計算処理の概念を表す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る伝搬特性計算装置を表す図である。
【図１１】海底地形近似器９の処理による、近似した海底地形の概念を表す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る伝搬特性計算装置を表す図である。
【図１３】本発明の実施の形態５に係る伝搬特性計算装置を表す図である。
【図１４】第２音場計算器１３における計算処理の概念を表す図である。
【図１５】海底反射損失と海底入射角との関係の一例をグラフとして表した図である。
【図１６】本発明の実施の形態６に係る伝搬特性計算装置を表す図である。
【図１７】海底折り返し音場計算器１６の構成を表す図である。
【図１８】音線進行方向右側処理器１８、音線進行方向左側処理器１９の構成を表す図である。
【図１９】音線と海底地形との関係を表す図である。
【図２０】ｎ軸海底パラメータ計算器２３の処理により計算する座標（Ｂｒi ，Ｂｚi ）及びｎi 軸の海底入射角θｒｅｆi の関係を概念的に表す図である。
【図２１】ｎ軸海底折り返し点計算器２４の処理により計算する交点（ｒｚi ，Ｚ）の関係を表す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１、１０、１７、２０、２２、２５  入力端子
２  音線計算器
３−ａ、３−ｂ  音場計算器
４−ａ、４−ｂ  補間器
５、２１、２６  出力端子
６  海底鏡像音線算出器
７、７−ａ、７−ｂ  加算器
８  海底鏡像受波線算出器
９  海底地形近似器
１１  海底反射損失積算器
１２  第２海底鏡像音線算出器
１３  第２音場計算器
１４  第２海底反射損失積算器
１５  海底反射損失計算器
１６  海底折り返し音場計算器
１８  音線進行方向右側処理器
１９  音線進行方向左側処理器
２３  ｎ軸海底パラメータ計算器
２４  ｎ軸海底折り返し点計算器
【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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【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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