(57)【要約】【課題】  水底下の物体の探査に加えて、その材質等による類別を行えるようにする。【解決手段】  水中航走体１に、所要の帯域幅に亘り周波数を変化させた低周波を送波できる低周波音源２と、探査対象物体７による低周波の散乱波９を受波する受波器３と、受波器３で受波された散乱波９を解析する信号処理器５と、航法装置６を搭載して、水底下物体の探査類別装置を形成する。信号処理器５にて、受波器３で受波された低周波の周波数パターンを、予め形状、大きさ、材質、板厚等が既知の物体で得られる散乱波の周波数パターンを蓄積したデータベースと照合することで、水底下に埋もれた人工物である探査対象物体の検出と、その形状、大きさ等の類別を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送波器と受波器と航法装置を備えた航走体における上記送波器より、水底下物体へ周波数を所要の帯域で変化させた低周波を送波し、該低周波の上記水底下物体による該低周波の散乱波を上記受波器にて受波し、該受波器にて受波された散乱波の周波数パターンを、予め形状、大きさ、材質、板厚が既知の物体による散乱波の周波数パターンが蓄積してあるデータベースと照合することで、探査対象物体の検出、及び、その形状、大きさ等の類別を行うようにすることを特徴とする水底下物体の探査類別方法。
【請求項２】
送波器と航法装置を備えた航走体における上記送波器より、水底下物体へ周波数を所要の帯域で変化させた低周波を送波し、該低周波の上記水底下物体による該低周波の散乱波を、受波器と航法装置を備えた航走体における受波器にて受波し、該受波器にて受波された散乱波の周波数パターンを、予め形状、大きさ、材質、板厚が既知の物体による散乱波の周波数パターンが蓄積してあるデータベースと照合することで、探査対象物体の検出、及び、その形状、大きさ等の類別を行うようにすることを特徴とする水底下物体の探査類別方法。
【請求項３】
送波器より送波する低周波として、周波数が少しずつ異なるパルス波を、２０キロヘルツ以下の帯域幅をカバーできるように送波する低周波、又は、周波数変調により或る程度の周波数帯域幅を持つパルス波を、２０キロヘルツ以下の帯域幅をカバーできるように送波する低周波を用いるようにする請求項１又は２記載の水底下物体の探査類別方法。
【請求項４】
航法装置を備えた水上又は水中航走体に、周波数を所要の帯域で変化させた低周波を送波するための送波器と、受波器を搭載し、更に、上記送波器より送波する低周波が水底下物体により散乱された状態で受波器に受波される周波数パターンを、予め形状、大きさ、材質、板厚が既知の物体による散乱波の周波数パターンが蓄積してあるデータベースと照合して、探査対象物体の検出と、その形状、大きさ等の類別を行うようにした解析手段を備えてなる構成を有することを特徴とする水底下物体の探査類別装置。
【請求項５】
送波器と受波器を、航法装置を備えた航走体に個別に搭載するようにした請求項４記載の水底下物体の探査類別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水底下に埋没している物体の形状、大きさ等を類別するために用いる水底下物体の探査類別方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中や水底に存在する物体の大きさや形状を計測するための手段としては、音響映像による探査が広く一般的に用いられている。
【０００３】
これは、送波器（音波源）より数十〜数百ｋＨｚの高周波を、指向性の高いビーム状に収束させて対象物に照射し、物体より反射して上記音波源と同一位置においた受波器にて戻る反射波を受信することにより、上記送波器による高周波の照射から受波器による反射波の受信までに要した時間情報を基に、反射点までの距離を測定し、この反射点の位置情報を多数集積することで音響映像を作成して、水中や水底に存在する物体の探査を行ったり、物体の大きさや形状についての情報を視覚的に得ることができるものとされている。
【０００４】
ところで、水底下、すなわち、水底の砂、泥、礫等の固体部分に埋もれている物体、たとえば、人工物の探査が必要とされることがある。
【０００５】
しかし、上記数十〜数百ｋＨｚの高周波は、水底下には透過し難いという特性を有しているため、上記従来の音響映像による探査手法では、水底下に埋もれた物体の探査を行い難く、しかも、得られる音響映像はノイズが多くて物体の形状が判別が難しい。したがって、水底下の物体の探知は困難である。
【０００６】
一方、低周波は水底下に透過し易いという特性を有しているという点に鑑みて、送波器より低周波を水底下に向けて照射し、該水底下に埋もれている物体からの反射波が受波器にて受信される場合に、上記と同様に送波器による低周波の照射から受波器による反射波の受信までに要した時間情報を基に、水底に埋もれている物体の探査を行うようにする手法が従来提案されてきている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００７】
しかし、低周波は波長が大きいため分解能が低下する。そのために、上記従来の水底下物体の探査方法では、上記高周波を用いた場合に得られる音響映像のように探査対象物体の形状を視覚的に捉えることは難しいという問題が生じていた。
【０００８】
そこで、本出願人は、形状や水底への埋もれ状況にかかわらず、所望形状の水中資源（物体）を発見することができるようにするための手法として、水中での探査方向に向けて音波を照射し、その探査方向の周辺の複数個所で未知の水中資源からの散乱波を受波し、これら複数個所でのマルチスタティック計測で受波した散乱波の到達時間、散乱波受波レベル及び散乱パターンに基き、該散乱の原因となった未知の水中資源の所在、及び、その水中資源の形状、姿勢を推定するようにする水中資源探査方法を提案している。更に、上記音波として、２０ｋＨｚ以下の低周波を用いることも提案している（たとえば、特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開平４−１３９８８号公報
【特許文献２】特開２００２−３１１１３６号公報
【特許文献３】特開２００４−１８４２６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、水底に埋もれた物体を探査する場合に、特に探査目的となる物体が人工的な弾性物体から出来ている場合、形状、大きさ、材質、板厚に応じて固有振動を有するため、或る特定の周波数の音波に対して非常に散乱波のレベルが高くなるという特性を有する。
【００１１】
この特性を用いることにより人工物であることの見分けがつけやすくなり、散乱波の周波数パターンを蓄積してあるデータベースと照合することにより、探査および類別作業の作業効率を大幅に高めることが可能になると考えられる。
【００１２】
そこで、本発明は、水底下物体の探査や、該水底下物体の形状の検出に加えて、人工的な弾性物体に対し、散乱波の周波数パターンを用いることにより探査および類別作業の作業効率を大幅に高めることができる水底下物体の探査類別方法及び装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、送波器と受波器と航法装置を備えた航走体における上記送波器より、水底下物体へ周波数を所要の帯域で変化させた低周波を送波し、該低周波の上記水底下物体による該低周波の散乱波を上記受波器にて受波し、該受波器にて受波された散乱波の周波数パターンを、予め形状、大きさ、材質、板厚が既知の物体による散乱波の周波数パターンが蓄積してあるデータベースと照合することで、探査対象物体の検出、及び、その形状、大きさ等の類別を行うようにする水底下物体の探査類別方法とする。
【００１４】
又、請求項２に対応して、送波器と航法装置を備えた航走体における上記送波器より、水底下物体へ周波数を所要の帯域で変化させた低周波を送波し、該低周波の上記水底下物体による該低周波の散乱波を、受波器と航法装置を備えた航走体における受波器にて受波し、該受波器にて受波された散乱波の周波数パターンを、予め形状、大きさ、材質、板厚が既知の物体による散乱波の周波数パターンが蓄積してあるデータベースと照合することで、探査対象物体の検出、及び、その形状、大きさ等の類別を行うようにする水底下物体の探査類別方法とする。
【００１５】
更に、上記各構成において、送波器より送波する低周波として、周波数が少しずつ異なるパルス波を、２０キロヘルツ以下の帯域幅をカバーできるように送波する低周波、又は、周波数変調により或る程度の周波数帯域幅を持つパルス波を、２０キロヘルツ以下の帯域幅をカバーできるように送波する低周波を用いるようにする。
【００１６】
又、請求項４に対応して、航法装置を備えた水上又は水中航走体に、周波数を所要の帯域で変化させた低周波を送波するための送波器と、受波器を搭載し、更に、上記送波器より送波する低周波が水底下物体により散乱された状態で受波器に受波される周波数パターンを、予め形状、大きさ、材質、板厚が既知の物体による散乱波の周波数パターンが蓄積してあるデータベースと照合して、探査対象物体の検出と、その形状、大きさ等の類別を行うようにした解析手段を備えてなる構成を有する水底下物体の探査類別装置とする。
【００１７】
更に、上記構成において、送波器と受波器を、航法装置を備えた航走体に個別に搭載するようにした構成とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。  
（１）送波器と受波器と航法装置を備えた航走体における上記送波器より、水底下物体へ周波数を所要の帯域で変化させた低周波を送波し、該低周波の上記水底下物体による該低周波の散乱波を上記受波器にて受波し、該受波器にて受波された散乱波の周波数パターンを、予め形状、大きさ、材質、板厚が既知の物体による散乱波の周波数パターンが蓄積してあるデータベースと照合することで、探査対象物体の検出、及び、その形状、大きさ等の類別を行うようにする水底下物体の探査類別方法及び装置としてあるので、水底下に存在する人工物である探査対象物体の存在を検出することができ、更に、該探査対象物体の形状、大きさ等を類別することができる。特に、物体が人工的な弾性物体から出来ている場合、形状、大きさ、材質、板厚に応じて固有振動を有することを利用して、散乱波の周波数パターンを蓄積してあるデータベースと照合することにより、人工物であることの見分けがつけやすくなり、探査および類別作業の作業効率を大幅に高めることが可能になる。  
（２）送波器と航法装置を備えた航走体における上記送波器より、水底下物体へ周波数を所要の帯域で変化させた低周波を送波し、該低周波の上記水底下物体による該低周波の散乱波を、受波器と航法装置を備えた航走体における受波器にて受波し、該受波器にて受波された散乱波の周波数パターンを、予め形状、大きさ、材質、板厚が既知の物体による散乱波の周波数パターンが蓄積してあるデータベースと照合することで、探査対象物体の検出、及び、その形状、大きさ等の類別を行うようにする水底下物体の探査類別方法及び装置とすることにより、海中における送受波器と水底下物体との位置関係を自由に設定できる。そのため、水中航走体を、水底下物体のまわりを回るように航走させた状態で、送波を行うことで、水底下物体の形状や姿勢による散乱波のレベルが高い方向を見出して、この散乱波のレベルが高い方向で散乱波の計測を行わせるようにすることができる。又、受波器と航法装置を備えた航走体を複数用意して、探査対象となる水底下物体の周りを囲むように配置させた状態にて、送波器と航法装置を備えた水中航走体における上記送波器より低周波を送波させて、該低周波の上記探査対象となる水底下物体による散乱波を、該探査対象となる水底下物体の周りを囲むように配してある上記複数の水中航走体の受波器で受波させることができるようになる。このため、上記探査対象となる水底下物体の形状や姿勢にかかわらず、該探査対象となる水底下物体の散乱波を高いレベルで検出することが可能になり、該散乱波の周波数パターンの解析を良好に行うことができるようになる。  
（３）送波器より送波する低周波として、周波数が少しずつ異なるパルス波を、２０キロヘルツ以下の帯域幅をカバーできるように送波する低周波、又は、周波数変調により或る程度の周波数帯域幅を持つパルス波を、２０キロヘルツ以下の帯域幅をカバーできるように送波する低周波を用いるようにすることにより、上記（１）及び（２）に示した如き水底下物体による散乱波の周波数パターンを容易に得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１乃至図３は本発明の水底下物体の探査類別方法及び装置を示すもので、以下のような構成としてある。
【００２１】
すなわち、本発明の水底下物体の探査類別装置は、図１及び図２に示す如く、航走体としての水中航走体１に、送波器としての低周波音源２と、受波器３と、該受波器３で受波した信号を増幅するアンプ４と、該アンプで増幅した上記受波信号を解析するための解析手段としての信号処理器５を搭載する。更に、上記水中航走体１には、自己の位置と探査対象物体７との位置関係を特定できる航法装置６を備えてなる構成とする。
【００２２】
詳述すると、上記低周波音源２は、所要の帯域幅で変化させた低周波を、指向性ビーム８として送波できるようにしてある。具体的には、上記低周波音源２は、たとえば、周波数が少しずつ異なるパルス波を、上記所要の帯域幅の全域をカバーできるように送波するか、又は、周波数変調により或る程度の周波数帯域幅を持つパルス波を、上記所要の帯域幅の全域をカバーできるように送波する機能を有する構成としてある。上記低周波の所要の帯域としては、２０キロヘルツ以下、たとえば、数キロヘルツ〜十数キロヘルツの帯域としてある。
【００２３】
上記受波器３は、上記低周波音源２より送波した低周波が水底下の所要の物体に当たって散乱するときの散乱波９を検出できるようにしてある。
【００２４】
上記信号処理器５は、上記受波器３で受波した散乱波９の周波数パターンを基に、探査対象物体７の検出と、検出された探査対象物体７の類別を行う機能を有するものとしてある。
【００２５】
ここで、上記信号処理機５における探査対象物体７の検出、及び、類別方法の原理について説明する。
【００２６】
水底下物体に、低周波音源２より水底下に透過し易い低周波を送波して、その散乱波９を受波器３で受波して計測すると、上記水底下物体が中空の弾性体のような人工物の場合は、固有振動を有するため、たとえば、図３に示す如き両端の閉塞した中空円筒形状の弾性体による散乱波（線Ａ）と、同形状のリジッドな物体による散乱波（線Ｂ）との比較からも明らかなように、或る特定の周波数の音波に対して非常に散乱波のレベルが高くなるという特性を有する。
【００２７】
このような現象は水底下の岩や石等の自然に存在する物体では生じないため、上記の特性を利用することにより、水底下物体が、人工物体であることを識別することができる。
【００２８】
更に、水底下物体が金属、ＦＲＰ等の弾性体の場合、物体の形状や大きさ、材質、板厚等の違いによっても、或る特定の周波数で散乱波のレベルが高くなったり、低くなったりする。
【００２９】
したがって、形状、大きさ、材質、板厚等が既知の各種の物体について、所要の帯域幅の範囲内における低周波についての散乱波の周波数に対するパターンを予め計測や数値計算により求めてデータベース化しておき、未知の探査対象物体７に対して上記低周波音源２より低周波を、その周波数を上記所要の帯域幅の範囲内で変化させながら送波したときに、上記受波器３で受波される散乱波９の周波数パターンを、上記データベースに蓄積されている各種物体についての散乱波の周波数パターンと比較して、よく一致する周波数パターンを検出することにより、上記未知の探査対象物体７の形状、大きさ等を類別することができるようにしてある。又、データベースに、よく一致する周波数パターンがない場合には、近い周波数パターンのデータを基に、未知の探査対象物体７の形状、大きさ等を近似的に求めるようにしてもよい。
【００３０】
更に、前記特許文献１に示されているように、水底下の探査対象物体７の形状や姿勢によっては、該探査対象物体７に対して或る方向から低周波を送波しても、探査対象物体７による散乱波が、上記低周波の送波された方向へ戻り難い場合がある。かかる点に鑑みて、本発明の水底下物体の探査類別装置では、探査対象物体７の散乱波の周波数パターンの計測精度を高めるために、低周波音源２より探査対象物体７へ低周波を送波して、その散乱波９を受波器３で受波して、周波数に対する散乱波レベルを信号処理器５にて記録し、この操作を水中航走体１の探査対象物体７に対する相対位置を何個所か変えながら計測するようにして、水中航走体１が散乱波の戻りが強い方向に配されている状態のときに計測される散乱波９の周波数パターンを基に、データベースとの比較を行うようにしてある。
【００３１】
上記において、低周波音源２と受波器３を搭載する航走体として水中航走体１を用いるようにしたのは、該水中航走体１が、風波等の外乱による影響を受け難く、航法装置を持つことにより位置を特定し易いという利点を有しているためである。
【００３２】
以上の構成としてある水底下物体の探査類別装置を使用する場合は、水中航走体１に搭載してある低周波音源２より、所要の方向へ向けて、周波数を所要の帯域幅で変化させた低周波を送波させる。この際、信号処理器５にて、受波器３に計測される上記送波した低周波の散乱波９に、或る特定の周波数パターンが検出される場合は、上記低周波音源２の送波方向に、人工物である探査対象物体７が存在することが検知される。
【００３３】
更に、水中航走体１の航法装置６により該水中航走体１の低周波音源２及び受波器３と、上記存在が検知された人工物である探査対象物体７との位置関係が特定された条件の下で、信号処理器５により上記受波器３により受波された探査対象物体７による散乱波９の周波数パターンがデータベースと照合されることにより、上記探査対象物体７の形状、大きさ等が類別されるようになる。
【００３４】
このように、本発明の水底下物体の探査類別方法及び装置によれば、水底下に存在する人工物である探査対象物体１の存在の検出に加えて、該探査対象物体１の形状、大きさ等を類別することができる。
【００３５】
上記においては、形状、大きさ、材質、板厚等が既知の物体について、図３に線Ａで示したような所要の帯域幅の範囲内の周波数パターンをデータベースに蓄積しておき、探査対象物体７について得られた上記と同様の所要の帯域幅の範囲内の周波数パターンを、データベースと照合することで、該探査対象物体７の形状、大きさ、材質、板厚等を識別するものとして説明したが、受波器３で受波する散乱波９の信号の信号対ノイズ比を改善するために、物体の形状、大きさ、材質、板厚等に応じて散乱波のレベルが高くなる或る特定の周波数、たとえば、図３の線Ａの周波数パターンが得られる探査対象物体については、図３のＣの領域の周波数を予め選択して、その周辺の周波数の低周波を低周波音源１より探査対象物体７へ送波して、該探査対象物体７により散乱されて受波器３に受波される散乱波９のレベルが、上記低周波音源２より送波された低周波が探査対象物体７で散乱された後に受波器３へ戻るまでの伝播によって減衰した場合に想定されるレベルに比して、高くなっているか否かの判断を行うようにしてもよい。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、水中航走体１に搭載した信号処理器５にて、受波器３にて受波した散乱波９の周波数パターンの解析と、それに基づく探査対象物体７の形状、大きさ等を類別することに代えて、受波器３で受波した散乱波９のデータを、上記水中航走体１の母船等の船上に設けた解析装置、あるいは、地上に設けた解析装置へ送って、船上に設けた解析装置、あるいは、地上に設けた解析装置で、上記散乱波の周波数パターンの解析と、それに基づく探査対象物体７の形状、大きさ等の類別を行うようにしてもよい。
【００３７】
水中航走体１を、探査対象物体７のまわりを回るように航走させた状態で、低周波音源２からの所定の帯域内で周波数を変化させた低周波の送波と、探査対象物体１による散乱波９の受波器３での受波を行うことで、上記探査対象物体７の形状や姿勢による散乱波のレベルが高い方向を見出して、この散乱波のレベルが高い方向に水中航走体１を配した状態での散乱波の計測を行わせるようにしてもよい。更には、低周波音源２を搭載した水中航走体１とは別に、受波器３を備えた複数の水中航走体１を用意して、該受波器３を備えた複数の水中航走体１を探査対象物体７の周りを囲むように配置させた状態にて、低周波音源２を備えた水中航走体１の上記低周波音源２から探査対象物体７に向けて低周波を送波させて、該低周波の探査対象物体７による散乱波９を、探査対象物体７の周りを囲むように配してある上記複数の水中航走体１の受波器３で受波させるようにすることで、上記探査対象物体７の形状や姿勢に依存して散乱波のレベルが高くなる方向を見出して、この散乱波のレベルが高くなる方向での散乱波９の計測を行わせるようにしてもよい。このようにすれば、探査対象物体７の形状や姿勢にかかわらず、該探査対象物体７の散乱波９を高いレベルで検出できて、該散乱波９の周波数パターンの解析を良好に行うことができるようになる。
【００３８】
航走体としては、探査対象物体７に対する位置を特定し易いという観点からは水中航走体１を用いることが好ましいが、水上の航走体である船舶等を用いるようにしてもよい。
【００３９】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の水底下物体の探査類別方法及び装置の実施の一形態を示す概略切断側面図である。
【図２】図１に示すものにより水底下物体を探査している状態を示す概略正面図である。
【図３】中空弾性体による散乱波の周波数パターンを示す概要図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  水中航走体（航走体）
２  低周波音源（送波器）
３  受波器
５  信号処理器（解析装置）
６  航法装置
７  探査対象物体
９  散乱波
【図１】
2009162498.tif 000003
【図２】
2009162498.tif 000004
【図３】
2009162498.tif 000005