JP2003161773A - 水中音響伝播特性模擬のための装置、方法及びプログラム - Google Patents
水中音響伝播特性模擬のための装置、方法及びプログラムInfo
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Abstract
能な水中音響伝播特性模擬のための装置、方法及びプロ
グラムを提供する。 【解決手段】 設定された模擬水域の音速並びに音源の
深度及び音圧に基づいて、音線法により伝播経路及び伝
播時間が、ノーマルモード法により伝播損失が計算され
る。伝播損失は統計処理され、中心値と中心値周りの変
動成分に分解され、変動成分の標準偏差が計算される。
ソナーの受信機の座標が入力されると、伝播時間及び中
心値である屈折に起因する伝播損失に基づいて受信信号
が計算されるとともに、変動成分の標準偏差が干渉に起
因する伝播損失のゆらぎ幅として出力される。
Description
擬のための装置、方法及びプログラムに係り、特に少な
い計算量で模擬精度を向上することの可能な水中音響伝
播特性模擬のための装置、方法及びプログラムに関す
る。
信する音波の障害物による反射波を受信して障害物を認
識するアクティブソナー、又は障害物自体が発信する音
響信号を受信して障害物を認識するパッシブソナーを使
用して障害物の有無並びに位置及び大きさを認識してい
る。
要であるが、水中走行体を実際に水中走行させて取扱い
習熟のための訓練、あるいはソナーの性能評価を行うこ
とは費用がかかるだけでなく、同一条件化で繰り返し訓
練又は評価を行うことが困難であるため、従来から水中
音響伝播特性模擬装置を使用して訓練又は評価が行われ
ている。
に至る音波の伝播経路及び音波の伝播時間並びに水中の
伝播損失によって決定される。そして従来の水中音響伝
播特性模擬装置においては、いわゆる音線法によって伝
播経路、伝播時間及び伝播損失によって求めていた。
によれば伝播経路及び伝播時間は比較的簡易な計算によ
り正確に求めることができるものの、音線が極めて疎あ
るいは密である領域において伝播損失を正確に求めるこ
とは困難である。
るが、音線法ではこのゆらぎを模擬することは不可能で
あった。
ける伝播損失を正確に求める方法としてはノーマルモー
ド法が周知であるが、ノーマルモード法により伝播経路
及び伝播時間を計算すると、計算量は膨大となる。
果であって、音線法は伝播経路並びに伝播時間の計算に
は適しているものの、伝播損失を厳密に計算することは
困難である。これに対し、ノーマルモード法は伝播損失
を厳密に計算できるものの、伝播経路及び伝播時間の計
算には時間がかかることが判る。
あって、伝播経路及び伝播時間を音線法で算出し、伝播
損失をノーマルモード法で算出することにより少ない計
算量で模擬精度を向上することの可能な水中音響伝播特
性模擬のための装置、方法及びプログラムを提供するこ
とを目的とする。
響伝播特性模擬のための装置は、水質及び水中音源に関
するパラメータを入力するパラメータ入力手段と、パラ
メータ入力手段から入力されたパラメータに基づいて音
線法により伝播経路及び伝播時間を計算する伝播経路・
伝播時間計算手段と、パラメータ入力手段から入力され
たパラメータに基づいてノーマルモード法により前記伝
播経路・伝播時間計算手段で計算された伝播経路に対応
する伝播損失を計算する伝播損失計算手段と、伝播経路
・伝播時間計算手段で計算された伝播経路及び伝播時間
と伝播損失計算手段で計算された伝播損失を記憶する記
憶手段と、受信位置に関するパラメータを入力する受信
位置パラメータ入力手段と、該水中音源から発生された
音の、受信位置パラメータ入力手段で入力された受信位
置における受信信号を計算する受信信号計算手段を具備
する。
する音波の伝播経路及び伝播時間は音線法により計算さ
れ、伝播損失はノーマルモード法により計算される。
ための装置は、伝播損失計算手段が、計算された伝播損
失の中心値と該中心値周りの変動成分に分解する伝播損
失分解手段と、伝播損失分解手段で分解された変動成分
の標準偏差を計算する標準偏差計算手段を具備する。
の中心値周りの変動成分に分解され、それぞれを屈折に
起因する伝播損失及び干渉に起因する伝播損失とみな
す。
ための装置は、伝播損失計算手段が、該水中音源が発生
する音の周波数の1/10から1/100の周波数を使
用して伝播損失を計算する。
音源が発生する音の周波数の1/10から1/100の
周波数を使用して計算される。
特性模擬装置の構成図であって、ソナーの性能評価を行
う場合を示す。
種のディジタル計算機であって、バス100を中心とし
てCPU101、メモリ102、制御卓用インターフェ
イス103及びソナーインターフェイス104から構成
される。そして制御卓用インターフェイス103には制
御卓11が、ソナーインターフェイス104にはソナー
12が接続される。
のであり、音源の位置、深度、発生音圧及びソナー受信
機の座標等を設定する。メモリ102内に記憶されてい
る水中音響伝播特性模擬ルーチンはCPU101で実行
され、ソナーインターフェイス104を介してソナー1
2に対してソナー12の受信機が受信する音響信号を出
力する。
ローチャートであって、ステップ21で制御卓11から
模擬領域の水質に関するパラメータ(温度、塩分濃度
等)、並びに音源に関するパラメータ(音源深度、音源
音圧等)を設定する。そして、ステップ22で音線法に
より伝播経路及び伝播時間を算出する。
に距離軸(r軸)、下向きに深度軸(d軸)をとる。な
お、原点は音源S直上の水面とする。
とに格子状に分割し、音源Sと各格子点(ri,dj)を
結ぶ伝達経路について伝播時間τ(ri,dj)を算出す
る。
り、音源Sから格子点(ri,dj)に至る伝達経路の伝
播損失の厳密解L(ri,dj)を算出する。
失の計算結果であって、音波周波数をf、2f及び4f
とした場合を示す。この図から判るように、音波の周波
数が高くなると伝播損失の深さ方向の変動周波数は高く
なるものの、伝播損失の深さ方向平均値の形状及び平均
値周りの変動幅は変化しない。これに対し、ノーマルモ
ード法による伝播損失の計算時間は、音波周波数のほぼ
二乗に比例して長くなる。
に使用する音波の周波数の1/10〜1/100の周波
数を使用することが、伝播損失の計算精度を損なわずに
計算時間を短縮するうえで有利である。例えば伝播損失
計算に使用する音波周波数を実際の周波数の1/10と
すれば、計算時間を1/100に短縮することが可能と
なる。
る屈折に起因する伝播損失Lr だけでなく、直接波と水
面もしくは水底で反射した反射波の干渉に起因する伝播
損失Li も厳密に計算される。従って、格子点を特定す
れば屈折に起因する伝播損失Lr 及び干渉に起因する伝
播損失Li を重畳した伝播損失は、一義的に定まる。し
かし実際にはソナー受信機の受信信号は、ある値を中心
にゆらぎを有しており、一義的には定まるものではな
い。
図5の分解処理の説明図に示すように、伝播損失の厳密
解L(ri,dj)を統計処理して中心値と変動成分に分
解し、中心値を屈折に起因する伝播損失Lr(ri,
dj)と、変動成分を反射波の干渉に起因する伝播損失
Li (ri,dj)とみなす。
距離rを固定し、深度を水面から水底まで変化させた場
合の伝播損失L(ri,dj)を中心値及び変動成分に分
解し、それぞれを屈折に起因する伝播損失Lr(ri,d
j)及び反射波の干渉に起因する伝播損失Li(ri,
dj)とし、さらに反射波の干渉に起因する伝播損失Li
(ri,dj)の標準偏差σ(ri,dj)を計算する。
dj)毎に伝播時間τ(ri,dj)並びに屈折に起因す
る伝播損失Lr (ri,dj)及び反射波の干渉に起因す
る伝播損失Li (ri,dj)の標準偏差σ(ri,dj)
を記憶してこのルーチンを終了する。
能線図であって、音線解析によって伝播経路及び伝播時
間が計算されて、そしてノーマルモード解析によって計
算された伝播損失の厳密解は統計処理されて屈折に起因
する伝播損失と干渉に起因する伝播損失の標準偏差に分
解されてメモリ102に設けられた模擬情報テーブルに
記憶される。そして、このテーブルからソナーの受信機
の位置に対応した座標に記憶されている伝播時間、屈折
に起因する伝播損失及び干渉に起因する伝播損失の標準
偏差を読み出すことにより、受信信号を決定することが
できる。
チャートであって、ステップ71で制御卓11から受信
位置座標を入力する。
報テーブルから受信位置座標に対応した伝播時間、屈折
に起因する伝播損失及び干渉に起因する伝播損失の標準
偏差を読み出し、ステップ73でソナー受信器の受信信
号の中心値及び標準偏差を計算する。そして、ステップ
74で受信信号を出力してこのルーチンを終了する。
装置、方法及びプログラムによれば、伝播経路及び伝播
時間を音線法により計算し、伝播損失をノーマルモード
法により計算することにより、少ない計算量で高い精度
で伝播特性を模擬することが可能となる。
置、方法及びプログラムによれば、ノーマルモード法に
より計算された伝播損失は、統計処理により屈折に起因
する伝播損失である中心値と干渉に起因する伝播損失で
ある変動成分に分解することができるので、より現実的
な模擬を行うことが可能となる。
置、方法及びプログラムによれば、実際の音波周波数の
1/10〜1/100の周波数により伝播損失を計算す
ることができるので、伝播損失の計算時間を短縮するこ
とが可能となる。
図である。
トである。
である。
果である。
ある。
Claims (9)
- 【請求項1】 水質及び水中音源に関するパラメータを
入力するパラメータ入力手段と、 前記パラメータ入力手段から入力されたパラメータに基
づいて音線法により伝播経路及び伝播時間を計算する伝
播経路・伝播時間計算手段と、 前記パラメータ入力手段から入力されたパラメータに基
づいてノーマルモード法により前記伝播経路・伝播時間
計算手段で計算された伝播経路に対応する伝播損失を計
算する伝播損失計算手段と、 前記伝播経路・伝播時間計算手段で計算された伝播経路
及び伝播時間と前記伝播損失計算手段で計算された伝播
損失を記憶する記憶手段と、 受信位置に関するパラメータを入力する受信位置パラメ
ータ入力手段と、 該水中音源から発生された音の、前記受信位置パラメー
タ入力手段で入力された受信位置における受信信号を計
算する受信信号計算手段を具備する水中音響伝播特性模
擬のための装置。 - 【請求項2】 前記伝播損失計算手段が、 計算された伝播損失の中心値と該中心値周りの変動成分
に分解する伝播損失分解手段と、 前記伝播損失分解手段で分解された変動成分の標準偏差
を計算する標準偏差計算手段を具備する請求項1に記載
の水中音響伝播特性模擬のための装置。 - 【請求項3】 前記伝播損失計算手段が、 該水中音源が発生する音の周波数の1/10から1/1
00の周波数を使用して伝播損失を計算する請求項1又
は2に記載の水中音響伝播特性模擬のための装置。 - 【請求項4】 水質及び水中音源に関するパラメータを
入力するパラメータ入力段階と、 前記パラメータ入力段階で入力されたパラメータに基づ
いて音線法により伝播経路及び伝播時間を計算する伝播
経路・伝播時間計算段階と、 前記パラメータ入力段階で入力されたパラメータに基づ
いてノーマルモード法により前記伝播経路・伝播時間計
算段階で計算された伝播経路に対応する伝播損失を計算
する伝播損失計算段階と、 前記伝播経路・伝播時間計算段階で計算された伝播経路
及び伝播時間と前記伝播損失計算段階で計算された伝播
損失を記憶する記憶段階と、 受信位置に関するパラメータを入力する受信位置パラメ
ータ入力段階と、 該水中音源から発生された音の、前記受信位置パラメー
タ入力段階で入力された受信位置における受信信号を計
算する受信信号計算段階を具備する水中音響伝播特性模
擬のための方法。 - 【請求項5】 前記伝播損失計算段階が、 計算された伝播損失の中心値と該中心値周りの変動成分
に分解する伝播損失分解段階と、 前記伝播損失分解段階で分解された変動成分の標準偏差
を計算する標準偏差計算段階を具備する請求項4に記載
の水中音響伝播特性模擬のための方法。 - 【請求項6】 前記伝播損失計算段階が、 該水中音源が発生する音の周波数の1/10から1/1
00の周波数を使用して伝播損失を計算する請求項4又
は5に記載の水中音響伝播特性模擬のための方法。 - 【請求項7】 コンピュータを、 水質及び水中音源に関するパラメータを入力するパラメ
ータ入力手段、 前記パラメータ入力手段から入力されたパラメータに基
づいて音線法により伝播経路及び伝播時間を計算する伝
播経路・伝播時間計算手段、 前記パラメータ入力手段から入力されたパラメータに基
づいてノーマルモード法により前記伝播経路・伝播時間
計算手段で計算された伝播経路に対応する伝播損失を計
算する伝播損失計算手段、 前記伝播経路・伝播時間計算手段で計算された伝播経路
及び伝播時間と前記伝播損失計算手段で計算された伝播
損失を記憶する記憶手段、 受信位置に関するパラメータを入力する受信位置パラメ
ータ入力手段、及び該水中音源から発生された音の、前
記受信位置パラメータ入力手段で入力された受信位置に
おける受信信号を計算する受信信号計算手段として機能
させるための水中音響伝播特性模擬のためのプログラ
ム。 - 【請求項8】 前記伝播損失計算手段を、 計算された伝播損失の中心値と該中心値周りの変動成分
に分解する伝播損失分解手段、及び前記伝播損失分解手
段で分解された変動成分の標準偏差を計算する標準偏差
計算手段として機能させる請求項7に記載の水中音響伝
播特性模擬のためのプログラム。 - 【請求項9】 前記伝播損失計算手段が、 該水中音源が発生する音の周波数の1/10から1/1
00の周波数を使用して伝播損失を計算する請求項7又
は8に記載の水中音響伝播特性模擬のためのプログラ
ム。
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