JP2000147093A - 音響計測装置及び該装置を構成する自己位置計測機能付きケーブル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 確実、高精度に音響を発する移動体の運動を
計測することができる安価な音響計測装置及び該装置を
構成する自己位置計測機能付きケーブル。 【解決手段】 音響計測装置１００は、信号の伝送可能
な、例えば、電話線を必要に応じて鋼線等により補強し
たケーブル１１０の途中に複数のジャイロ１２０を固定
し、一端にデータ処理部１３０を接続し、さらに、ケー
ブル１１０の途中の任意の位置に１または複数の音響セ
ンサが接続されて構成される。音響センサは、データ処
理部１３０を接続したケーブル端の反対側の他端側に設
けてもよく、また、ジャイロ１２０と同位置に設けても
よい。ジャイロ１２０は、３次元的な方向を計測するこ
とができる３軸ジャイロであり、データ処理部１３０
は、各ジャイロ１２０からの３次元方向の各データに基
づいて、各ジャイロ１２０の位置、音響センサの位置を
正確に演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、音響計測装置及び
該装置を構成する自己位置計測機能付きケーブルに係
り、特に、水中移動体からの音響信号を検出するために
使用して好適な音響計測装置及び該装置を構成する自己
位置計測機能付きケーブルに関する。

【０００２】

【従来の技術】水中移動体からの音響信号を検出するた
めに使用される音響計測装置に関する従来技術として、
例えば、「Ｒ.Ｊ.Ｕrick 著 “水中音響の原理”共立出
版, 1978」等に記載された技術が知られている。一般
に、水中移動体からの音響信号を検出する音響計測装置
は、なるべく広い領域に渡った範囲から望みの種類の音
源をとらえるため、媒質の圧力変動である音波を圧電素
子等により電気信号として検出する種々の形態の音響セ
ンサが使用されている。

【０００３】図１１は従来技術による音響計測装置にお
ける音響センサの種々の使用形態を説明する図である。
図１１において、４６０は水面、９１０は船底固定型セ
ンサ、９２０は曳航型センサ、９３０はブイ型センサ、
９４０は水底設置型センサ、９５０は水底である。

【０００４】図１１に示すように、音響計測装置におけ
る音響センサの使用形態としては、船の船底等に設けた
プラットフォームに固定されて使用する船体固定型セン
サ９１０、大きなセンサを船で引っ張って使用される曳
航型センサ９２０、水面に浮かぶブイ等の下部に設置し
て使用されるブイ型センサ９３０、水面付近では聞こえ
ない音をとらえるために水底９５０に設置して使用され
る水底設置型センサ９４０等がある。

【０００５】前述した各種の形態で使用される音響セン
サは、１つの素子であってもよいが、一般には、複数の
素子が各種の形状に配置されて構成されている。そし
て、これらの音響センサからの検出データは、データ処
理装置により処理されて、音源の運動、主に位置と速度
とのデータとして検出されるが、この処理のために、音
響センサの位置データが明確になっていることが必要で
ある。

【０００６】図１２は水中、特に、海水中を伝わる音波
の特性について説明する図であり、次に、この図を参照
して、海水中を伝わる音波の特性について説明する。図
１２において、７１０は音源、７２０は音響センサ、７
３０は音波伝播経路、７４０は音波が届かない領域であ
る。

【０００７】いま、図１２に示すように、水面４６０か
ら任意の深さの位置Ｂに、水中移動体等の音響を発生す
る音源７１０があり、また、位置Ｂから離れた水面４６
０から任意の深さの位置Ａに、音源７１０からの音響信
号を検出するための音響センサ７２０が設置されている
ものとする。

【０００８】音源７１０から発せられた音響信号は、水
中を伝わって音響センサ７２０により検出される筈であ
るが、媒質の不均一性などのために音響センサ７２０に
届かず検出することができない場合がある。すなわち、
媒質が海水である場合、海水の深さ方向に対する塩分濃
度の変化、温度の変化等により、音源７１０からの音響
信号は、音波伝播経路７３０として示すように、水中で
屈折し、また、水面等で反射する。これにより、水中に
は、この音響信号が、音波として届かない領域７４０が
生じる。

【０００９】この結果、音源７１０と音響センサ７２０
との間の距離が非常に近いにもかかわらず、音響センサ
７２０に音響信号が届かない領域７４０が生じる場合が
あり、音響センサ７２０がこの領域にあると、音響セン
サ７２０は、音源７１０の存在を検出できないことにな
る。この現象は、音源７１０と音響センサ７２０とが水
面下の浅い場所にある場合に顕著であり、音源７１０、
音響センサ７２０の少なくとも一方が深い場所にあれ
ば、お互いに音の届かない領域に入る可能性が少ないこ
とが知られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前述した海水中を伝わ
る音波の特性から理解できるように、前述したような音
波伝播状況の下で音源を確実に検出するためには、音響
センサを水底に固定するか水面から吊すなどして深い場
所に設置する必要がある。

【００１１】図１１により説明した従来技術の各種使用
形態の音響センサについてみると、船体固定型センサ９
１０、曳航型センサ９２０は、水面下の浅い位置に設置
されるため、音源が浅い位置にある場合に、音源からの
音波が届かない領域に入る可能性が高く、音源の検出を
行うことができない場合があるという問題点を有してい
る。

【００１２】また、ブイ型センサ９３０は、水面下の浅
い位置に設置されるため、前述と同様な問題点を有して
いると共に、ブイがアンカー等により係留されている場
合でも、海流等によりブイの位置が変わり、音響センサ
の位置を特定しにくいため、高精度に音源移動体の運動
を算出することが困難であるという問題点を有してい
る。

【００１３】さらに、水底設置型センサは、センサの回
収、再利用がしにくくデータ送受信の方法も限られるた
め、運用上の費用が高くなりやすいという問題点を有し
ている。

【００１４】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、確実に、かつ、高精度に音響を発する移動
体の運動を計測することができる安価な音響計測装置及
び該装置を構成する自己位置計測機能付きケーブルを提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、信号伝達を行う機能を持つケーブルと、ケーブルの
一端に接続されたデータ処理部と、ケーブル上に固定さ
れた１または複数の音響センサとを備えた音響計測装置
において、ケーブル上に固定された複数のジャイロを備
え、各ジャイロが方向データを前記データ処理部に送
り、前記データ処理部が前記ジャイロからの方向データ
とジャイロ間隔とによりケーブル上の各点の３次元的な
相対位置を算出することにより達成される。

【００１６】また、前記目的は、前記ケーブルの一端に
ＧＰＳ装置をさらに備えることにより達成される。

【００１７】また、前記目的は、前記ケーブルを、一端
または両端に接続装置を備えたケーブルユニットを複数
接続して構成することにより達成される。

【００１８】また、前記目的は、前記ケーブルを流体の
流れまたは移動体で牽引することにより、前記複数の音
響センサを分散配置し、前記データ処理部が、複数の音
響センサからの検出信号と、前記算出された検出ープル
上の各点の位置情報とにより、観測目標の運動を３次元
的に計測することにより達成される。

【００１９】さらに、前記目的は、前記ジャイロまたは
音響センサのそれぞれが、自ジャイロまたは自センサか
らのデータ送信の際、識別子として所定の値を持つ数値
をデータに添付し、また、データを隣接するジャイロま
たは音響センサに中継する際、データの中継方向に応じ
て前記識別子の値に±１加算を行うことにより達成され
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明による音響計測装置
及び該装置を構成する自己位置計測機能付きケーブルの
実施形態を図面により詳細に説明する。

【００２１】図１は本発明の第１の実施形態による音響
計測装置の構成を説明する図、図２は自己位置計測機能
付きケーブルにより音響センサの位置を算出することが
できることの原理を説明する図、図３は音響センサの自
己位置算出の手順を説明する図である。図１、図２にお
いて、１００は音響計測装置、１１０はケーブル、１２
０はジャイロ、１３０はデータ処理部である。

【００２２】本発明の第１の実施形態による音響計測装
置１００は、図１に示すように、信号の伝送可能な、例
えば、電話線を必要に応じて鋼線等により補強したケー
ブル１１０の途中に複数のジャイロ１２０を固定し、一
端にデータ処理部１３０を接続し、さらに、図１には示
していないが、ケーブル１１０の途中の任意の位置に１
または複数の音響センサが接続されて構成される。音響
センサは、データ処理部１３０を接続したケーブル端の
反対側の他端側に設けてもよく、また、ジャイロ１２０
と同位置に設けてもよい。

【００２３】ケーブル１１０の途中に設けられるジャイ
ロ１２０は、３次元的な方向を計測することができる３
軸ジャイロであり、データ処理部１３０は、ケーブル１
１０の途中に設けられるジャイロ１２０からの３次元方
向の各データに基づいて、各ジャイロ１２０の位置、音
響センサの位置を正確に演算することができる。なお、
データ処理部１３０におけるジャイロ１２０の位置、音
響センサの位置の演算の処理手順入力ついては図３を参
照して後述する。また、本発明の第１の実施形態におい
て、図１に示すようなケーブル１１０、複数のジャイロ
１２０、データ処理部１３０のみを含んだ構成物を自己
位置計測機能付きケーブルと呼ぶこととする。

【００２４】図１に示すような本発明の第１の実施形態
の音響計測装置によれば、ケーブルを用いることにより
音響センサを水中の深い場所に設置することができるの
で、音響センサが音源となる移動体からの音が届かない
領域に入る可能性が少なくなり、音源となる移動体を確
実に検出することが可能となる。

【００２５】次に、図２を参照して、ケーブル１１０の
途中に設けられるジャイロ１２０からの３次元方向の各
データに基づいて、各ジャイロ１２０の位置、音響セン
サの位置を正確に演算することができることを説明す
る。

【００２６】図２には本発明の実施形態による音響計測
装置１００が水中に吊り下げられ、水流により装置が湾
曲した状態になった場合の装置１００の一部を拡大して
見た様子を示している。この場合に、ケーブル１１０が
ある程度張っていてジャイロ１２０がある程度密に並ん
でいれば、あるジャイロ１２０の近傍でのケーブル１１
０の接線方向は、そのジャイロ１２０の示す方向８１０
にほぼ等しい。従って、ケーブル１１０上の２点の相対
位置は、各ジャイロ位置でのケーブル接線方向単位ベク
トルとジャイロ間隔との積和として近似計算することが
できる。例えば、ジャイロ１、ジャイロ２、……、ジャ
イロｎが等間隔に並んでいる場合、ジャイロ１とジャイ
ロｎとの相対位置は、数１で示す式（１）により計算す
ることができる。

【００２７】

【数１】

【００２８】但し、数１において、ｕｋはｋ番目のジャ
イロの示す方向の単位ベクトル、ｄはジャイロ間隔であ
る。各ｕｋのデータは、ケーブルに埋め込んだ信号線を
経由してデータ処理部で取得することができる。

【００２９】前述において、ジャイロ１が水面近くにあ
りその絶対位置が予め何等かの方法で判っているとする
と、水中にある任意の位置のジャイロとジャイロ１との
相対位置が求められることになり、また、この相対位置
とジャイロ１の絶対位置位置とから任意の位置にあるジ
ャイロの絶対位置を求めることができる。さらに、本発
明の実施形態による音響計測装置１００は、すでに説明
したように、ケーブルの最下端を含む任意の位置に１ま
たは複数の音響センサを備えているが、音響センサの絶
対位置は、音響センサの近くにあるジャイロの絶対位置
と、そのジャイロの示す方向の単位ベクトルと、そのジ
ャイロと音響センサとの間のケーブルの長さとから求め
ることができる。

【００３０】前述したように、図１に示す本発明の実施
形態の音響計測装置によれば、移動体が発する音響信号
を検出して移動体の運動を計測するために必要な音響セ
ンサの３次元的な位置を精度よく得ることができ、これ
により、音源となる移動体の運動を高精度に算出するこ
とができる。また、前述した本発明の実施形態による音
響計測装置は、装置を構成するジャイロ、ケーブル等の
部品がいずれも安価であり、ケーブルにジャイロやセン
サを固定する等の製造工程も簡単であり、しかも、水底
固定型のセンサに比べ回収や再利用が容易であるため、
装置全体の製造コスト及び運用コストを安価とすること
ができる。

【００３１】次に、図３に示すフローを参照して、音響
計測装置の自己位置算出の処理手順を説明する。

【００３２】（１）まず、ケーブルを鉛直に設置し、そ
の状態での各ジャイロの向きを基準方向として、各ジャ
イロを適切に初期化する。この初期化は、例えば、図１
に示す本発明の実施形態の場合、音響計測装置をその一
端より水中に降ろしていくとき等に実施されればよい
（ステップ１０１０）。

【００３３】（２）その後、各ジャイロは、自らの向き
を観測する。観測されるのは、ステップ１０１０で初期
化された基準方向からの相対的な向きである（ステップ
１０２０）。

【００３４】（３）各ジャイロは、ステップ１０１０で
観測した観測データである自ジャイロの向きを、ケーブ
ル１１０を介してデータ処理部１３０に転送する。観測
データの発信元をデータ信号部１３０に識別させるため
に各種の方法を用いることができるが、例えば、パソコ
ンのＳＣＳＩ機器を接続する場合と同様に、各ジャイロ
に予め識別子を与えておき、観測データと共に、この識
別子をデータ処理部１３０に転送するようにすればよ
く、図８により後述するような方法を使用することもで
きる（ステップ１０３０）。

【００３５】（４）方位、間隔積和を演算して、各ジャ
イロの位置、音響センサの位置を決定する。すなわち、
ケーブル上の点の位置（ここではケーブル上の所定の基
準点からのケーブル上での距離のこと）をｓ、ケーブル
上の点の３次元的位置をｘ＝ｘ（ｓ）、ケーブル上の点
の接線方向単位ベクトルをｔ＝（ｄｘ／ｄｓ）／｜ｄｘ
／ｄｓ｜（＝ｄｘ／ｄｓ）とする。ｓ、ｘ、ｔの間には
ｘ（ｓ）＝∫ｔ・ｄｓ＋積分定数の関係がある。また、
ｋ番目のジャイロの位置ｓ＝ｓｋは各ｋについて既知で
あり、そこでのケーブルの接線方向単位ベクトルｔ＝ｔ
ｋはジャイロの向きのデータから分かる。そこで、２個
のジャイロｉ、ｊ（ｉ＜ｊ）間の相対位置ｘ（ｓｉ）−
ｘ（ｓｊ）は、数２で示す式（２）の積和演算により近
似計算することができる。

【００３６】

【数２】

【００３７】ジャイロの観測精度が高く、かつ、前述の
積分をより高精度に計算したい場合、例えば、よく知ら
れたＮewton-Ｃotesの公式（分点が等間隔の一連の積和
型の数値積分公式；「岩波数学辞典」第２版６６９ペー
ジ参照）を用いればよい。

【００３８】以上の処理を行うことにより、データ処理
部１３０は、ケーブル上の２点間の３次元的相対位置を
算出することができ、図１に示す音響計測装置の水面上
の絶対位置が判れば、各ジャイロの絶対位置を求めるこ
とができる。なお、前述では、ジャイロ相互間の３次元
的相対位置を算出するとして説明したが、音響センサの
位置についても、前述したジャイロの位置から算出する
ことができる（ステップ１０４０、１０５０）。

【００３９】図４は本発明の第２の実施形態による音響
計測装置の構成を説明する図である。図４において、２
００は本発明の第２の実施形態による音響計測装置、２
１０はＧＰＳ装置であり、他の符号は図１の場合と同一
である。

【００４０】図４に示す本発明の第２の実施形態による
音響計測装置２００は、図１により説明した本発明の第
１の実施形態による音響計測装置１００のケーブルの一
端にＧＰＳ装置２１０を付加して構成したものである。
ＧＰＳ装置２１０の具体的な取り付け位置は、水面位置
にあるデータ処理部１３０と同位置であってよい。ＧＰ
Ｓ装置２１０は、よく知られているように、地球を周回
している人工衛星からの電波を受信して、正確な絶対位
置を検出することができるものである。

【００４１】前述した本発明の第２の実施形態による音
響計測装置２００は、ＧＰＳ装置２１０を備えることに
より、自己絶対位置の計測が可能になり、これにより、
音響計測装置２００を構成するジャイロを持つケーブル
上の各点の３次元的な絶対位置を計測するすることがで
きる。すなわち、この本発明の第２の実施形態は、ＧＰ
Ｓ２１０の位置（＝ケーブルの一端の位置）からケーブ
ル上の各点までの相対位置を図１により説明した本発明
の第１の実施形態の場合と同様に得ることができるの
で、ＧＰＳ２１０により得られる絶対位置と前述の相対
位置とを加えることにより、ケーブル上の各点の３次元
的な絶対位置を算出することができる。

【００４２】なお、本発明の第２の実施形態において、
図１の実施形態により説明したように、ケーブル１１
０、複数のジャイロ１２０、データ処理部１３０のみを
含んだ構成物にＧＰＳ装置１３０を付加したものは、自
己絶対位置計測機能付きケーブルと呼ぶことができるも
のとなる。

【００４３】図５は前述で説明した本発明の第１、第２
の実施形態により使用する自己位置計測機能付きケーブ
ルをユニット化する場合のコネクタの構造を説明する図
である。図５において、３００はケーブルユニット、３
１０はコネクタ（オス）、３２０はコネクタ（メス）、
３３０はゴムチューブである。

【００４４】図１、図４により説明した本発明の第１、
第２の実施形態による音響計測装置は、水面から吊り下
げて、その最下部が水中のかなり深い場所になるように
設置されて使用されるので、全体を一体として構成する
と、その取り扱い、保守等が困難になることが考えられ
る。

【００４５】図５に示すケーブルユニット３００は、こ
のような問題を解決するためのもので、自己位置計測機
能付きケーブルを所定の長さに切断、分割して構成し、
その両端にパソコンのケーブル、電話のモジュラーケー
ブル等に用いられるものに類似のロック機構付きコネク
タ（オス）３１０及びコネクタ（メス）３２０による接
続装置を付加し、その周りをゴムチューブ３３０等によ
り密閉して構成される。ユニットの接続部位は、張力に
耐える、信号を伝達する、浸水を防ぐの３条件が最低限
必要であるが、ロック機構付きのコネクタ３１０、３２
０により、前述の張力に耐える、信号を伝達するという
条件を満たすことができ、また、コネクタの周りをゴム
チューブ３３０で密閉することにより浸水を防ぐという
条件を満たすことができる。

【００４６】図５に示すようなケーブルユニット３００
を複数本接続し、データ処理部１３０を接続することに
より、また、必要であればさらにＧＰＳ装置２１０を接
続することにより、図１または図４により説明した音響
計測装置を構成することができる。

【００４７】なお、この場合、ジャイロ１２０は、コネ
クタ内に設けてもよく、あるいは、各ユニットのケーブ
ル内に設けてもよい。また、音響センサも、コネクタと
同一位置、あるいは、ユニットのケーブルの任意の位置
に設ければよい。さらに、音響計測装置全体のジャイ
ロ、音響センサの配置構成によっては、ジャイロだけを
備えたケーブルユニット、音響センサだけを備えたケー
ブルユニット、ジャイロも音響センサも備えないケーブ
ルユニットを用意しておき、それらのケーブルユニット
を任意に組み合わせて接続するようにすることもでき
る。

【００４８】また、前述したようなケーブルユニットを
多数接続して音響計測装置を構成した場合のデータ伝達
処理は、図３により説明したと同様に行うことが可能で
あり、あるいは、図８により後述するような方法を使用
することもできる。

【００４９】図５により説明したケーブルユニットを利
用することにより、本発明の第１、第２の実施形態によ
る音響計測装置と同等の機能を実現することができる。
そして、この場合、ケーブルユニットが均質であり、接
続個数に制限もないので、製造・販売・購入・運用を無
駄なく柔軟に行うことができる。

【００５０】図６は本発明の第３の実施形態による音響
計測装置の構成を説明する図であり、図６において、４
００は音響計測装置、４２０はジャイロまたはジャイロ
＋音響センサ、４４０は浮子、４５０は重りであり、他
の符号は図１の場合と同一である。

【００５１】図６に示す本発明の第３の実施形態による
音響計測装置４００は、前述した本発明の第１または第
２の実施形態による音響計測装置、あるいは、図５によ
り説明したケーブルユニットを複数接続して構成した音
響計測装置に、浮子４４０と重り４５０とを付加して構
成したものである。

【００５２】音響計測装置の設置場所の水流が乱れて渦
を巻いたりしている状況があるような場合、浮子４４０
と重り４５０を付加することにより、それらを付加しな
い場合に比較して確実にケーブル１１０に張力を与える
ことができる。このため、音響計測装置４００のケーブ
ル１１０は、ケーブルが流された場合にも、図２により
説明したように局所的に直線とみなすことができ、前述
で説明した自己位置計算方法を適用することができ、ケ
ーブル上の各点の位置を正確に求めることができる。

【００５３】ケーブル上の所定の位置に設けられる音響
センサ４２０は、例えば、音響周波数センサであり、異
種のセンサが混在していてもよい。また、音響センサ及
びジャイロの取り付け位置は、同一であっても異なって
いてもよい。但し、センサとジャイロとが離れている
と、その間でケーブルがねじれることがあるので、例え
ば、音響センサとして方位センサを用いる場合には、音
響センサの位置にジャイロを設けることが望ましい。

【００５４】また、前述した本発明の第３の実施形態に
よる音響計測装置のデータ伝達処理は、図３により説明
したと同様に行うことが可能であり、あるいは、図８に
より後述するような方法を使用することもできる。そし
て、各音響センサは、ケーブルを通じてデータ処理部１
３０に観測データを出力する。また、センサ位置にジャ
イロがない場合、センサ位置Ｘは、Ｘ＝Ｘ０＋ｄ・ｕと
して計算することができる。但し、Ｘ０は最寄りのジャ
イロの位置、ｕはＸ０でのケーブル接線方向単位ベクト
ル（ジャイロ方向からわかる）、ｄはセンサＸからジャ
イロＸ０までの距離（共にケーブル上の所定の位置にあ
るので距離がわかる）である。

【００５５】前述した本発明の第３の実施形態による音
響計測装置によれば、アレイ状にケーブル１１０上に配
置した各センサから情報を得ると共にその３次元的な位
置を知ることができ、これにより、音源となる移動体の
運動の計測を高精度に行うことができる。また、音響セ
ンサ（受波器）を深い場所に設置することができるの
で、悪天候時等に水面で発生する雑音による悪影響を受
けることを防止することができる。

【００５６】図７は前述までに説明した本発明の実施形
態による音響計測装置を水流を利用して、あるいは、移
動体により曳航してケーブルを鉛直状から外れるように
流し、これにより音源としての移動体の３次元的な運動
を計測する方法を説明する図であり、以下、これについ
て説明する。図７に使用する音響計測装置は、図６に説
明した構成の音響計測装置４００に準じるものでよく、
用いられる音響センサの種類、個数は任意である。

【００５７】音響計測装置４００は、流れのある水（例
えば海）の中に設置されるる。この場合、図７に示すよ
うに、水流５１０により多くの場合センサの配置が直線
から外れることになる。この結果、音響計測装置４００
のケーブル上に設けられる複数の音響センサの位置は、
それぞれ、３次元的に異なったものとなり、しかも、前
述で説明したように、それぞれの音響センサの位置は、
正確に把握されていることになる。このように異なった
位置にある各音響センサからの検出信号を処理すること
により、音源としての移動体の３次元的な運動を正確に
計測することができる。

【００５８】なお、図７では、各センサが鉛直面内の曲
線上にあるように描かれているが、センサが一直線上に
さえなければ、音源としての移動体の３次元的な運動を
正確に計測することができ、センサの配置は、例えば、
水平面内であってもよいし、また、一平面内でなくても
よい。

【００５９】従来、１本のケーブルに配置された複数の
音響センサにより構成されるセンサアレイによる３次元
的運動の計測は困難であり、また、位置を特定しにくい
深い場所に設置したセンサを用いた運動の計測はさらに
困難であった。しかし、前述したように、本発明の実施
形態による音響計測装置を、水流を積極的に利用するよ
うに使用することにより、１本のケーブルに配置された
複数の音響センサにより構成されるセンサアレイで音源
となる移動体の３次元的な運動を計測することができ
る。これにより、運動計測のために複数地点にセンサを
設置する手間を不要とすることができる。

【００６０】図８は前述までに説明した本発明の実施形
態による音響計測装置における複数のジャイロまたは音
響センサとデータ処理部との間でのデータ伝達方法を説
明する図であり、以下、これについて説明する。

【００６１】データ処理部１３０は、ジャイロまたは音
響センサからのデータを受信すると、そのデータを発信
した発信元のジャイロまたは音響センサを識別する必要
がある。また、データ処理部１３０は、ジャイロまたは
音響センサに指示を与えるために、指示の対象となるジ
ャイロまたは音響センサを指定する必要がある。一般に
は、このような場合に、各ジャイロまたは音響センサの
それぞれに固有の識別子を予め与えておき、伝送データ
にこの識別子を付加する方法が使用される。

【００６２】図８により説明する本発明のデータ伝送方
法の例は、各ジャイロまたは音響センサのそれぞれに固
有の識別子を与えることなく、データ発信元を識別し、
あるいは、指示対象を指定することができるようにした
ものである。このことは、特に、図５により説明したよ
うに、ジャイロ、音響センサの少なくとも一方を持つ、
あるいは、どちらも持たないケーブルユニットを任意に
必要な数だけ接続して音響計測装置を構成する場合、ジ
ャイロ、音響センサのそれぞれに固有の識別子を与えな
い方が、音響計測装置全体の構成を簡単とすることがで
きるという効果を得るために有効である。

【００６３】説明の簡単化のために音響計測装置は、ｎ
個のジャイロまたは音響センサを含んで構成されている
ものとする。また、ケーブル上でデータ処理部１３０に
近い側を「上流」、遠い側を「下流」と呼ぶことにす
る。

【００６４】ケーブルに設けられているジャイロまたは
音響センサは、自分のデータを出力する機能、上流から
のデータを下流に転送する機能、下流からのデータを上
流に転送する機能、上流からの自己宛のデータを識別し
て取り込む機能とを有している。

【００６５】そして、各ジャイロまたは音響センサは、
(ａ)自分がデータを出力するとき識別子「０」をデータ
本体に付加した識別子付きデータ６１０を上流に流し、
(ｂ)上流から下流にデータを転送するとき、データ本体
の内容を変更することなく、識別子を１減少させ、(ｃ)
下流から上流にデータを転送するとき、データ本体の内
容を変更することなく、識別子を１増加させ、(ｄ)上流
から受け取ったデータの識別子の値が「０」の場合、そ
のデータ本体を取り込み、そのデータに応じた適切な動
作を行う。

【００６６】この結果、データ処理部１３が受け取るデ
ータには、それを発したジャイロまたは音響センサが上
流から数えて何個めかを示す識別子が付けられたことに
なり、データ処理部１３は、これにより、データの発信
元を識別することができる。また、データ処理部１３
は、識別子の値として「ｎ」を付けた指示データを下流
に流せば、上流から数えてｎ番目のジャイロまたは音響
センサでの識別子の値が「０」となるので、ｎ番目のジ
ャイロまたは音響センサがその指示を受け取ることにな
る。

【００６７】なお、前述した方法は、例えば、パソコン
の周辺機器を直列に接続する場合に、各機器の識別子を
自動的に決定するためにも使用することができる。これ
により、例えば、ＳＣＳＩ機器をホストアダプタに接続
する場合、従来、予め各機器に一意的なＩＤを与える必
要があったが、ＩＤを自動的に決定することができ手作
業によりＩＤを設定する必要をなくすことができる。

【００６８】図９は複数個の音響計測装置を使用して計
測を行う音響計測システムの構成例を説明する図であ
り、以下、これについて説明する。

【００６９】図９に示す音響計測システムは、図６によ
り説明した音響計測装置４００を複数個使用して音源で
ある移動体の検出を行うものである。そして、この例
は、音響計測装置４００に備えられるデータ処理部１３
０を全体で１個とし、各音響計測装置４００とデータ処
理部１３０との間を無線回線等により接続して、データ
処理部１３０が共通に使用されるように構成される。ま
た、データ処理部１３０は、複数の音響計測装置４００
のそれぞれのジャイロ、音響センサの全てに対する指示
を行い、それらからの計測データを収集して、音源であ
る移動体の検出を行う。この音源である移動体の運動の
算出処理は、図７により説明したと同様に行うことがで
きる。

【００７０】なお、前述した複数の音響計測装置４００
のそれぞれに設けられる音響センサは、それぞれ異なっ
たものでもよく、例えば、ある装置は音響送波器のみを
含み、また、ある装置は音響周波数センサと音響方位セ
ンサとが混在する等であってよい。さらに、図１１に説
明したような従来技術による音響センサを持つ音響計測
装置と混在させることも可能である。

【００７１】前述した例によれば、複数の音響計測装置
を広い範囲に分散配置することができるので、単独で使
用する場合に比較して観測目標を発見できる領域が広く
なり、また、使用する音響センサ数が増加し、従って情
報が増加するので、運動の解析精度を向上させることが
できる。また、音響送波器と音響受波器とを別々の音響
計測装置に含ませて構成した場合、受波の際に送波器の
残響による悪影響を低減することができる。

【００７２】図１０は本発明の実施形態により使用され
る前述した自己位置計測機能付きケーブルを使用した指
向性音源の構成例を説明する図である。図１０におい
て、１２１１、１２１２は音響送波器Ａ、Ｂである。

【００７３】前述までに説明した本発明の実施形態は、
自己位置計測機能付きケーブルに音響センサを設けて音
響計測装置を構成するとして説明したが、図１０に示す
例は、音響センサに代わって複数の音響送波器Ａ１２１
１、Ｂ１２１２を設けることにより、指向性音源を構成
した例である。

【００７４】音を発する処理は、受波におけるビームフ
ォーミングの逆を行えばよく、例えば、図１０に示すよ
うな配置の送波器を２個用いて方位θへの音を強めたい
とする。この場合、音響送波器Ａ１２１１、Ｂ１２１２
のそれぞれが発する音の波形を、以下の式（３）、
（４）に示すようなものとする。

【００７５】 Ａ・ｓｉｎ（ωｔ＋φ） ……（３） Ａ・ｓｉｎ（ω（ｔ＋Δ／Ｖ）＋φ） ……（４） 但し、式（３）、（４）において、ｔは時間、Ａは振
幅、ωは各周波数、φは初期位相、ｄは送波器Ａ、Ｂの
間隔、Δ＝ｄ・ｓｉｎ（θ）は各送波器からθ方向への
経路差、Ｖは音速である。

【００７６】前述のように、ある方位θへの音を強めた
い場合、２つの音響送波器のその方向の経路差に応じて
位相をずらした音を隣接する音響送波器から発すればよ
い。逆に方位θへの送波レベルを小さくするには、前述
において一方の音響送波器の音の位相を反転させればよ
い。図１０に示す例は、音響送波器を２つ設けたものと
しているが、音響送波器をさらに多数設けることによ
り、より指向性の鋭い音波を発するようにすることがで
きる。

【００７７】前述により、指定した方位に送波レベルが
大きい、あるいは、小さい指向性を持った音源を実現す
ることができる。このような音源と音響センサとを併用
することにより、反射型の音響計測装置を構成すること
ができる。また、この例の場合、反射波を使用して特定
の方位にある物体を重点的に観測したい場合、特定の方
位にある物体を観測したくない、あるいは、第３者に観
測されたくない場合等に使用して有用である。

【００７８】なお、一般に、音響センサ、音響送波器に
使用される音響変換素子は、センサとしても、送波器と
しても使用可能であり、図１０に示す例において、音響
送波器を時分割的に、音響センサと音響送波器とに使用
して、音響計測装置とすることもできる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、信
号線を埋め込みジャイロ数個を付加したケーブルを用
い、それに所望の音響センサを取り付けることにより、
確実、高精度に移動体の運動を計測することができる安
価な音響計測装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による音響計測装置の
構成を説明する図である。

【図２】自己位置計測機能付きケーブルにより音響セン
サの位置を算出することができることの原理を説明する
図である。

【図３】音響センサの自己位置算出の手順を説明する図
である。

【図４】本発明の第２の実施形態による音響計測装置の
構成を説明する図である。

【図５】本発明の実施形態により使用する自己位置計測
機能付きケーブルをユニット化する場合のコネクタの構
造を説明する図である。

【図６】本発明の第３の実施形態による音響計測装置の
構成を説明する図である。

【図７】本発明の実施形態による音響計測装置を水流を
利用して、ケーブルを直線状ではなく曲線状に流し、こ
れにより音源としての移動体の３次元的な運動を計測す
る方法を説明する図である。

【図８】本発明の実施形態による音響計測装置における
複数のジャイロまたは音響センサとデータ処理部との間
でのデータ伝達方法を説明する図である。

【図９】複数個の音響計測装置を使用して計測を行う音
響計測システムの構成例を説明する図である。

【図１０】本発明の実施形態により使用される自己位置
計測機能付きケーブルを使用した指向性音源の構成例を
説明する図である。

【図１１】従来技術による音響計測装置における音響セ
ンサの種々の使用形態を説明する図である。

【図１２】水中、特に、海水中を伝わる音波の特性につ
いて説明する図である。

【符号の説明】

１００、２００、４００ 音響計測装置 １１０ ケーブル １２０ ジャイロ １３０ データ処理部 ２１０ ＧＰＳ装置 ３００ ケーブルユニット ３１０ コネクタ（オス） ３２０ コネクタ（メス） ３３０ ゴムチューブ ４２０ ジャイロまたはジャイロ＋音響センサ ４４０ 浮子 ４５０ 重り ７１０ 音源 ７２０ 音響センサ ７３０ 音波伝播経路 ７４０ 音波が届かない領域 ４６０ 水面 ９１０ 船底固定型センサ ９２０ 曳航型センサ ９３０ ブイ型センサ ９４０ 水底設置型センサ ９５０ 水底 １２１１、１２１２ 音響送波器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 順一 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 Ｆターム(参考） 5J083 AC28 AD01 AD08 AD17 AE03 AF01 AF16 AF17 AF19 AG07 AG09 CA07 CA12

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号伝達を行う機能を持つケーブルと、
   ケーブルの一端に接続されたデータ処理部と、ケーブル
   上に固定された１または複数の音響センサとを備えた音
   響計測装置において、ケーブル上に固定された複数のジ
   ャイロを備え、各ジャイロは方向データを前記データ処
   理部に送り、前記データ処理部は前記ジャイロからの方
   向データとジャイロ間隔とによりケーブル上の各点の３
   次元的な相対位置を算出することを特徴とする音響計測
   装置。
2. 【請求項２】 前記ケーブルの一端にＧＰＳ装置をさら
   に備えることを特徴とする請求項１記載の音響計測装
   置。
3. 【請求項３】 前記ケーブルは、一端または両端に接続
   装置を備えたケーブルユニットを複数接続して構成され
   ることを特徴とする請求項１または２記載の音響計測装
   置。
4. 【請求項４】 前記ケーブルを流体の流れまたは移動体
   で牽引することにより、前記複数の音響センサを分散配
   置し、前記データ処理部は、複数の音響センサからの検
   出信号と、前記算出されたケーブル上の各点の位置情報
   とにより、観測目標の運動を３次元的に計測することを
   特徴とする請求項１、２または３記載の音響計測装置。
5. 【請求項５】 前記ジャイロまたは音響センサのそれぞ
   れは、自ジャイロまたは音響センサからのデータ送信の
   際、識別子として所定の値を持つ数値をデータに添付
   し、また、データを隣接するジャイロまたは音響センサ
   に中継する際、データの中継方向に応じて前記識別子の
   値に±１加算を行うことを特徴とする請求項１ないし４
   のうちいずれか１記載の音響計測装置。
6. 【請求項６】 信号伝達を行う機能を持つケーブルと、
   ケーブルの一端に接続されたデータ処理部と、ケーブル
   上に固定された複数のジャイロとを備えたことを特徴と
   する請求項１ないし５のうちいずれか１記載の音響計測
   装置を構成するために使用する自己位置計測機能付きケ
   ーブル。