JP2007192830A - 音響システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アレイ送受波素子との同時的かつ独立した電気的インタフェースにより、最小限のサポート回路を要しながら、アレイ面に垂直な2つの平面方向において傾斜した複数の送信および受信ビームの形成を可能にする。堅固に保持される送受波器材料の固体円板の接合層を増分的にダイシングすることによって上記の送受波器アレイを経済的かつ精確に製造する方法も開示される。
【選択図】図4
Description
定するソナー(例えば、前方スキャニングソナー)、海底マッピングソナーなどがある。
の円錐状の送信/受信ビームが使用される。音響技術では公知であるこの構成はヤヌス構成と呼ばれ、2組細い円錐状ビームが、対称的に外方に傾斜され、比較的大きく外開きしている(一般に60°)円錐の円周の表面上に90°毎に配置されている。すなわち、通常60°程度の中心角を持つ円錐の円周上に、4個のビームが互いに対称に外方に傾斜するように均等に配置されている。現在、この4ビーム構成を得るために用いることができる送受波器技術には、4ピストン送受波器または1対の一次元フェーズドアレイ送受波器(すなわち、音響ビームが1平面のみにおいて形成されるアレイ)のアセンブリ(組立体)が含まれる。
これらのアレイでは一般に、送受波素子の全部を電気的に並列に接続させる。ビーム角度のアライメントは主にピストンの正しい位置決めによって得られる。このようなアレイに関する短所には、1)送受波器を支持するために、大型で重い機械的構造を必要とする、2)表面形状が凹凸であるので、滑らかな流体力学形状とするためには、平面形状を有する厚い音響的透明材料をアセンブリの前面に付設しなければならない、3)ビームを形成
するために大きなアパーチャを要する、4)速度を正確に測定するには送受波器表面における音速が既知でなければならない、といった点が含まれる。
に含まれる種々の周波数が種々の角度方向で送受波器から分散され、結果的にビームを拡大させる。フェーズドアレイ技術は、信号帯域幅が約3%未満である場合にのみ細いビームを形成する。これは狭帯域ADVS用途には適切であるが、ほぼ8〜16倍のファクタを有する現在の広周波数帯域ADVSシステム(例えば、米国特許第5,483,499号「広周波数帯域音響ドプラカレントプロファイラ」参照)に関する帯域幅には不充分である。
するために加算される。この技法における主な短所は、より複雑になる送信および受信ビーム形成器である。
各素子は、一体に接合されるべき多様な材料の複数の層から構成されなければならない。従って、約800個(32×32)の多層素子のアレイは、上述の設計を経済的に実現可能にするためにコスト効果的な方式で精確に組み立てられる必要がある。これを行うために、この複雑なアレイを製作する改良された方法が開示され、その方法では、複数の円柱形円板(各々は最終アレイと等しい直径を有する)が、全部の製造段階で切り込まれた素子が固体層によって堅固に保持されるように工程の各段階で平行なダイヤモンド刃カッタにより部分的に切り込まれ、順番に接合される。完了すると、アレイは、必要な精度で所要の形態に内部的にダイシングされ、機械的に剛性で音響的に透明な前面および固体支持円板によって形状が保たれる。
以下、全図において類似番号は類似部品を示す。この節の説明は、機能の説明、ハードウエアの説明および製作の説明という項目に分けて説明する。
1.機能の説明
二次元送受波器アレイの好ましい実施態様のブロック図を図4に示す。典型的なプレーナ音響送受波器アレイの機器構成100が図示されている。個々のアレイ素子102は、前面列104および背面行106に沿って相互に接続されている。アレイ素子102は、2軸送信/受信(T/R)スイッチ118を介して、関係するビーム形成器108および110に接続されている。送信ビーム形成器108および受信ビーム形成器110は、位相遅延または時間遅延のいずれか一方のビーム形成網であってもよい。この説明のために使用する座標系は、X軸方向の行106、Y軸方向の列104および表面116に垂直なZ軸によって示されている。
この送信ビーム形成器108は、(送受波器素子のそのラインの電気的インピーダンスに関して)低インピーダンス電源からの電気的送信駆動信号を供給する。受信モードにある場合、アレイラインはT/Rスイッチを介して受信ビーム形成器110と接続される。この受信ビーム形成器110は、XおよびYの各ラインの信号用アースに(送受波器素子のそのラインの電気的インピーダンスに対して)低い電気的インピーダンスの経路を付与しつつ、送受波器ラインから電気信号を受信する。
各X軸行106に存在する電気信号は、各行の全部の素子の受信電気信号の総和を表す。大半の従来のソナー受信増幅器は、受信送受波器に高インピーダンスの負荷をかける。しかし、本発明の二次元アレイを適用することによって、受信中に低インピーダンス負荷を付与する受信ビーム形成器において使用するための増幅器が開発された。これは、X軸およびY軸のラインの各々を、受信ビーム形成器内の受信前置増幅器で仮想アースノード(アースと同電位であるが、アースと直接的には接続されていないポイント)に接続することによって実現される。各仮想アースノードに流れる信号電流は、列または行における全部のセラミック素子からの信号電流の総和である。列から信号を受信する際、列信号は、全部の行の仮想アースが呈する低インピーダンス負荷によって、同時に受信する行信号とは独立している。同様に、行から信号を受信する場合、全部の列の仮想アースが呈する低インピーダンス負荷のために、この行信号は同時に受信されている列信号から独立している。
面)で傾斜音響送信ビームを形成する。同時かつ独立して、Y列に供給された位相遅延または時間遅延信号はX方向(XZ平面)で傾斜音響送信ビームを生成する。受信モード動作では、X行で受信された電気信号は、位相遅延または時間遅延され、X行の受信ビーム形成器で結合されY方向の傾斜受信音響ビームを生成する。同時かつ独立して、Y列で受信されY側ビーム形成器で結合された信号は、X方向で傾斜受信音響ビームを生成する。このようにして、X軸およびY軸の電気的および音響的信号の重ね合わせによって、送信および受信の両モードにおいて単一のプレーナアレイからの二次元音響ビーム形成が達成される。
フェーズドアレイ動作
移相ビーム形成器による上述の二次元アレイの16(4×4)素子サブセットの動作を図5および図6に示す。単一の(狭周波数帯域の)周波数fで、波長λ=c/f(ここでcは流体媒体中の音の伝搬速度)のロングトーンバースト音響信号の受信において、X方向でかつZ軸(Zはアレイ面の垂直線または図の平面の垂直線である)に関して角度θ202で入射する音線の波先200は、Y軸(前面)列のラインアレイ204の各々に異なる距離で伝わるので、異なる時間に、そして一般には異なる位相でラインアレイ204の各々にぶつかる。図5に示す通り、隣り合うラインアレイ(α)206の間の経路長差は、次式表される素子の中心間距離(d)に関係する。
隣り合うラインアレイ間の波先の到着時間差(τ)は次式の通りである。
それらの素子間の間隔が着信する狭帯域信号の半波長に一致する距離(d=λ/2)である場合、着信した信号の波長を用いて表現される経路長差は次式によって与えられる。
着信する角度(θ)が30°の場合、
α=(λ/2)sin30=λ/4;
これは、着信する狭周波数帯域の信号について90°の素子間角移相に対応する。従って、狭帯域パルスが前述したような、裏で低インピーダンスの仮想アース208に結合された全部のY軸ラインアレイによって受信される場合、4個のY軸ラインアレイの組に沿った受信電気信号の位相は、それぞれ、0°、90°、180°および270°となる。
る音線の波先について、4個の信号にで90°課された移相の正弦(波)を反転し、それらの信号を加算することによって形成することができる。4個の信号位相の組は4個のラインアレイの付加的な組について反復されるので、±30°で干渉縞をさらに拡大するために、4個のラインアレイの全部の組からの信号を加算することによって、より大形のアレイを実現することができる。4個のラインアレイの付加的な組が上述の通り使用されると、±30°方向に沿った音響信号利得が増加するか、またはこれに伴い、アレイの付加的な組が加えられるにつれて、当該方向でのビーム幅が縮小する。
従って、ビーム角度は周波数に依存しており、受信波または発信波が広帯域スペクトルを有する場合、主ローブビームパターンの角はそれに応じて拡大することになる。ビームの拡大を生じるこの帯域幅のために、上述のフェーズドアレイ技法は、広帯域スペクトル(一般に搬送波周波数の20〜50%)を伴う信号を送信する広帯域ADVSではうまく働かない。広帯域信号を伴う二次元アレイ技法を使用するには、以下の節で説明する、代替的な時間遅延ビーム形成技法を要する。
時間遅延アレイの動作
前述の通り、速度cかつZ方向に対して角度θでX方向に進行する入射音線の波先は、隣り合うラインアレイ間の経路長差のために異なる時間に異なるY軸の前面ラインアレイ位置にぶつかる。経路長差αは、dsinθに等しいことを示した。対応する経路長時間遅延差(τ)は(dsinθ)/cである。フェーズドアレイは、狭帯域信号にのみ適応する素子間位相遅延を補償するビーム形成器を使用するのに対し、時間遅延アレイは、より広い周波数帯域の信号に適応する素子間時間遅延を補償するビーム形成器を使用する。
この式より、この時、ビーム角度は音響周波数と独立であり、従って広い周波数スペクトルにより空間において空間的に拡大しないことがわかる。この広帯域能力は、前述の移相技法に優る時間遅延技法の第1の利点である。
移相法を使用する際には4個の個別の移相のみ要するのに対し、各個別のラインアレイ間で個別の時間遅延素子が要求されるからである。32素子の時間遅延網は32素子アレイが必要であり、それにより、同じ大きさの対応するフェーズドアレイよりも時間遅延アレイの方が著しく複雑となる。(広帯域動作環境における狭峻ビームを形成できる能力に加え)時間遅延法のさらなる利点は、ビーム角θが単一の一定のアレイ物理構成に関してsin-1(cτ/d)によって決定されるので、各軸における複数の傾斜ビームが、各ビームの組について異なる組の時間遅延を用いることにより容易に形成できることである。この概念は図9に示す。この例では、4つの傾斜角θでZ軸552に関して対称に方向づけられた4組の4ビームの組合せ550が4組のXおよびYビーム形成器(BF1X〜BF4X、554およびBF1Y〜BF4Y、556)を用いて得られ、各組は基本時間遅延アレイについて上述のように動作する。
2.ハードウエアの説明
上述からわかる通り、本発明は、様々な搬送波周波数、ビーム特性および信号
帯域幅の能力を備える2個の傾斜ビームの多数の組合せを生成して実施できる。
本節において説明する特定の好ましいハードウエアの実施態様は、前節で機能に関して説明した、ADVS用途での使用のための2軸の各々において150kHz搬送波周波数で2個の狭峻なビーム幅の広帯域ビームを生成する時間遅延ビーム形成器を使用する。
受信モード動作における全部のXラインおよびYラインの仮想アース低インピーダンス負荷は、相対的に低インピーダンスの送受波器ラインアレイと結合された時に低ノイズ値を有する高利得差動前置増幅器810によって実施されている。
XおよびYの送受波器ラインアレイは高入力インピーダンスの差動前置増幅器の負端子と接続され、正端子は信号用アース812と接続され、帰還インピーダンス814は低インピーダンス前置増幅器出力と負入力端子との間に接続されている。これは、送受波器ラインアレイがそのラインアレイの電気インピーダンスに等しい電源インピーダンス816を入力信号に付与する、公知の反転動作増幅器構成(増幅器の得られる利得は電源インピーダンス816への帰還インピーダンスの比の負数に比例する)を成す。増幅器の開ループ利得が、帰還抵抗器と各150kHzラインアレイの電源インピーダンス(約200Ω)
との比によって決定される閉ループ利得よりも相当大きい場合、入力端子間電圧は受信信号に対して低くなる。増幅器の正端子が接地されているので、負端子も増幅器のループ動作によってほとんど地電位に維持される。従って、負端子入力808は“仮想”アースとみなされる。
を示している。この送信ビーム形成器の時間遅延は、回路を単純にし、正確なクロック信号により決定される精確な時間遅延を得るために、ディジタル回路および矩形波形によって得られる。TB1およびTB2 850は、4個の音響ビームによって送信される周波
数での矩形波形である。32個の行の各々について、TB1およびTB2 850は、(
32ビットシフトレジスタ852を用いて得られる)適切な時間遅延の後に加算回路851によって加算され、送信増幅器854を経て32個のアレイ行に供給される。送信増幅器の矩形波出力信号に関係する調波は、送受波器アレイの行または列856の帯域通過特性によって減衰されるので、送信信号は基本送信周波数が支配的となる。送信増幅器は、送受波器を駆動する際に低出力インピーダンスを有する低インピーダンスFETのプッシュ/プル出力段858によって実施されている。受信モード動作では、プッシュ/プル段の両方をオフにすることによって高出力インピーダンス負荷が供給される。
3.製作の説明
本発明の別の側面は、経済的な方法で当該の複数ビームのソナーにおける使用に適し、素子間の精確な幾何学的関係を保持する送受波器アレイを製造する独自の方法に関する。この方法について以下の各段落で詳細に説明する。
素子が要求される。こうした多数の小形の個別部品をアレイに組み立てることは実際的ではないので、素子は、ダイシング中およびその後において各々の原位置に残存され、前述の通り電気的に接続されるようにしなければならない。それ故、セラミック素子、ガラス繊維、音響透過性フレキシブル印刷回路(FPC)および支持材を単に貼り合わせ、その後に所要数の部品に切断することはできない。素子間の精確な幾何学的関係を保持する2軸送受波器アレイを製造するための信頼でき経済的な方法が要求される。
4.次に、ダイヤモンドカッタを使用して、XおよびY方向で、Z軸によって規定されるその厚さの半分まで送受波器アレイブランク700の背面を切り込む。
5.X軸導体ホイル(X−FPC)の薄層704をブランク700の背面に接合する。
6.支持材層700をX−FPC704の背面に接合する。
7.ブランク700の前面をXおよびY方向で残りの厚さ(Z方向)について切り込む。8.Y軸導体ホイル(Y−FPC)の薄層702をセラミック/X−FPCアセンブリの前面に接合する。
9.最後に、切り込まれたガラス繊維整合層/ウレタン層アセンブリ706,708およびセラミック/FPC/支持体アセンブリ700,702,704,710を、図示のように一体に接合する。
以上の詳細な説明により、各種実施態様に適用される本発明の新規の基本的特徴を図示、解説および指摘したが、例示した装置または工程の形態および詳細において多様な省略、代替および変更が、本発明の範囲を逸脱することなく当業者によって行い得ることが理解されるであろう。
《その他》
本実施形態は、以下の態様を含む。
(態様1)音響システムであって、 第1次元で行に、第2次元で列に電気的に接続され
、且つ、前記行と列とはそれぞれ電気的に独立されて、単一の二次元アレイを形成するように構成された複数の送受波素子と、 前記アレイ面の外方へ、前記第1次元に対して垂
直に発射される音響ビームによる第1の平面を形成する第1のビーム形成回路であって、この第1のビーム形成回路は前記第2次元の各送受波素子と電気的に接続されており、前記各列に入力される信号を遅延させるものである、そのような第1のビーム形成回路と、
前記アレイ面の外方へ、前記第2次元に対して垂直に発射される音響ビームによる第2
の平面を形成する第2のビーム形成回路であって、この第2のビーム形成回路は前記第1次元の各送受波素子と電気的に接続されており、前記各行に入力される信号を遅延させるものである、そのような第2のビーム形成回路とを有し、 これにより、少なくとも2平
面の音響ビームを形成可能とする音響システム。
(態様3)前記送受波素子は、円形,楕円形,または多角形の形状より成る一群から選択される形を形成するように配置されている態様1記載の音響システム。
(態様4)前記行および前記列は相互に直交している態様1記載の音響システム。
(態様5)前記各送受波素子は、円形,楕円形,または多角形の形状より成る一群から選択される表面横断面を有する態様1記載の音響システム。
(態様6)前記送受波素子は、各素子の中心線間距離が、水中測定された前記アレイの前面におけるシステムの音響搬送波の波長の1/2となるように、前記アレイ内で配置されている態様1記載の音響システム。
(態様7)前記第1および第2のビーム形成回路は複数のビットシフトレジスタを含む態様1記載の音響システム。
(態様8)各送受波素子は対称な表面形状を有する態様1記載の音響システム。
(態様9)前記第1および第2のビーム形成回路は、システムが信号を受信する際に前記全ての行および列のそれぞれに対して仮想アース負荷インピーダンスを付与する態様1記載の音響システム。
(態様10)前記第1および第2のビーム形成回路は、システムが信号を送信する際に前記全ての行および列のそれぞれに対して低電源インピーダンスを付与する態様1記載の音響システム。
(態様11)前記送受波素子の行および列は、第Pの行および列を各々相互接続することによりP組の素子に電気的に接続され、 前記第1および第2のビーム形成回路は、これ
らのP組の行および列のそれぞれと電気的に接続されている態様1記載の音響システム。
するプレーナアレイに配置された複数の送受波素子であり、これら送受波素子の前記各行は前記アレイの第1の面に沿って電気的に接続され、前記各列は前記アレイの第2の面に沿って電気的に接続されている、そのような複数の送受波素子と、 前記行と電気的に接
続された第1の送信/受信ビーム形成器と、 前記列と電気的に接続され、前記第1のビ
ーム形成器と電気的に独立して動作する第2の送信/受信ビーム形成器と、 前記第1お
よび第2のビーム形成器と前記行および列との間でそれぞれ電気的に接続された送信/受信スイッチとを有し、 前記スイッチの送信設定により、送信ビームを形成するために、
前記第1および第2のビーム形成器が、時間遅延または位相遅延された信号を、それぞれ、前記送受波素子の前記行および列に対して供給可能としており、 前記スイッチの受信
設定により、前記第1および第2のビーム形成器が信号を前記行および列の送受波器素子からそれぞれ受信可能にし、前記行および列からの信号は、それぞれ、時間遅延または位相遅延されており、受信ビームを形成するために結合される送受波器。
記載の送受波器。
(態様14)前記送受波素子は、円形,楕円形,または多角形の形状より成る一群から選択される形を形成するように配置されている態様12記載の送受波器。
(態様15)前記行および列は相互に直交している態様12記載の送受波器。
(態様16)前記各送受波素子は、円形,楕円形,または多角形の形状より成る一群から選択される表面横断面を有する態様12記載の送受波器。
(態様17)前記送受波素子が、各素子の中心線間距離が、水中測定されたアレイの前面におけるシステムの音響搬送波の波長の1/2となるように、前記アレイ内で配置されている態様12記載の送受波器。
(態様18)前記第1および第2のビーム形成回路は、複数のビットシフトレジスタを含む態様12記載の送受波器。
(態様19)各送受波器素子は対称な表面形状を有する態様12記載の送受波器。
(態様20)前記第1および第2のビーム形成回路が、前記送信/受信スイッチが信号を受信するように配置された場合に、前記全ての行および列のそれぞれに対して仮想アース負荷インピーダンスを付与する態様12記載の送受波器。
(態様21)前記第1および第2のビーム形成回路が、前記送信/受信スイッチが信号を送信するように配置された場合に、前記全ての行および列のそれぞれに対して低電源インピーダンスを付与する態様12記載の送受波器。
(態様22)前記送受波素子の行および列は、第Pの行および列を各々相互接続することによりP組の素子に電気的に接続され、 前記第1および第2のビーム形成回路は、これ
らのP組の行および列のそれぞれと電気的に接続されている態様12記載の送受波器。
ーム形成器と、前記列と電気的に接続された第2の送信/受信ビーム形成器と、前記第1および第2のビーム形成器と前記行および列との間でそれぞれ電気的に接続された送信/受信スイッチとを有するものである、そのような方法であって、 前記送信/受信スイッ
チを送信設定に設定する工程と、 送信ビームを形成するために、時間遅延または位相遅
延されている,あるいは別態様の信号を、前記第1および第2のビーム形成器から前記送受波素子の行および列にそれぞれ供給する工程と、 前記送信/受信スイッチを受信設定
に設定する工程と、 受信ビームを形成するために、送受波器素子の行および列からの信
号を時間遅延または位相遅延させて、前記第1および第2のビーム形成器に供給させる工程とを含むことを特徴とする方法。
(態様25)前記送受波素子は、円形,楕円形,または多角形の形状より成る一群から選択される形を形成するように配置されている態様23記載の方法。
(態様26)前記行および列h相互に直交している態様23記載の方法。
(態様27)各送受波素子が円形,楕円形,または多角形の形状より成る一群から選択される表面横断面を有する態様23記載の方法。
(態様28)前記送受波素子が、各素子の中心線間距離が、水中測定されたアレイの前面におけるシステムの音響搬送波の波長の1/2となるように、前記アレイ内で配置されている態様23記載の方法。
(態様29)前記第1および第2のビーム形成器は、複数のビットシフトレジスタを含む態様23記載の方法。
(態様30)各送受波器素子は対称な表面形状を有する態様23記載の方法。
(態様31)前記第1および第2のビーム形成器が、前記送信/受信スイッチが信号
を受信するように配置された場合に、前記全ての行および列のそれぞれに対して仮想アー
ス負荷インピーダンスを付与する態様23記載の方法。
(態様32)前記第1および第2のビーム形成器が、前記送信/受信スイッチが信号
を送信するように配置された場合に、前記全ての行および列のそれぞれに対して低電源インピーダンスを付与する態様23記載の方法。
(態様33)前記送受波素子の行および列は、第Pの行および列を各々相互接続することによりP組の素子に電気的に接続され、 前記第1および第2の送信/受信ビーム形成器
は、これらのP組の行および列のそれぞれと電気的に接続されている態様23記載の方法。
(態様34)前記プレーナアレイの行および列は、2平面において送信ビームまたは受信ビームのいずれか一方を同時に形成する態様23記載の方法。
第2の平行な面を有する送受波器ブランクを作製する工程と、 前記送受波器ブランクを
前記第1の面の1つ以上の次元でその厚さの半分まで切り込む工程と、 前記送受波器ブ
ランクの前記第1の面を、少なくとも前記素子の1個の電気接続を行うための剛性部材に接合する工程と、 前記送受波器ブランクに前記第2の面の1つ以上の次元で切り込む工
程であり、前記ブランクが完全に切断されるように、前記切り込みは前記第1の面の切り込みと空間的に合致するものであり、これにより、前記ブランクから個別の送受波素子を形成し、前記素子の各々は前記剛性の部材に接合される工程とを含む方法。
(態様37)前記送受波器ブランクの表面が、円形,楕円形,正方形,多角形,または長方形の形状より成る一群から選択される断面形状を有する態様35記載の方法。
平行な行およびM個の平行な列のプレーナアレイに配置された複数の送受波素子であり、これら送受波素子の前記各行は前記アレイの第1の面に沿って電気的に接続され、前記各列は前記アレイの第2の面に沿って電気的に接続されている、そのような複数の送受波素子と、 前記行と電気的に接続された第1の送信/受信ビーム形成器と、 前記列と電気的に接続され、前記第1のビーム形成器と電気的に独立して動作する第2の送信/受信ビーム形成器と、 前記第1および第2のビーム形成器と前記行および列との間でそれぞれ電
気的に接続された送信/受信スイッチとを有し、 前記プレーナアレイの前記第1および
第2の表面に垂直な方向に対して同一の傾斜角を有する複数の送信ビームを、前記第1および第2の直交平面内においてそれぞれ形成するために、前記スイッチの送信設定により、前記第1および第2のビーム形成器が、時間遅延または位相遅延された信号をそれぞれ前記行および列に対して供給可能としており、 前記スイッチの受信設定により、前記第
1および第2のビーム形成器が信号を前記行および列の送受波素子からそれぞれ受信可能にし、前記行および列からの信号は、それぞれ時間遅延または位相遅延されており、且つ、前記第1および第2の直交平面内において方向づけられた受信ビームを形成するために結合され、前記ビームは前記プレーナアレイの前記第1および第2の表面に垂直な方向に対して同一の傾斜角となっている圧電音響送受波器。
て第2の方向でM個の列で、電気接続された素子であって、前記第1および第2の面における前記接続は電気的に独立しており、これにより単一の二次元アレイを形成するように配置された複数の送受波素子と、 前記N個の行と電気的にインタフェースされた第1の
送信/受信ビーム形成器であり、前記各行との間で供給および受信される信号は、前記列
との間で同時に供給および受信される信号と電気的に独立している、第1の送信/受信ビーム形成器と、 前記第1の送信/受信ビーム形成器を送信モードで動作させる手段であ
り、前記第1のビーム形成器は、各信号が時間遅延または位相遅延されているN個の電気信号の組を生成し、各電気信号を各自の送受波素子の行に供給し、それによって前記第1および第2の面に垂直な方向に対して外方へ傾斜し、前記第1の方向に垂直に方向づけられる平面内に配置される複数の送信音響ビームの組を形成する、そのような手段と、 前
記第1の送信/受信ビーム形成器を受信モードで動作させる手段であり、前記第1のビーム形成器は、前記N個の各行に入力される電気信号の組を受信し、各信号に対して時間遅延または位相遅延を適用し、このとき、得られた各行からの時間遅延または位相遅延信号は、前記第1および第2の面に垂直な方向に対して外方へ傾斜し、前記第1の方向に垂直に方向づけられる平面内に配置される複数の受信音響ビームの組を形成するために結合されるものである、そのような手段と、 前記第2の送信/受信ビーム形成器を送信モード
で動作させる手段であり、前記第2のビーム形成器は、各信号が時間遅延または位相遅延されているM個の電気信号の組を生成し、各電気信号を各自の送受波素子の列に供給し、それによって前記第1および第2の面に垂直な方向に対して外側へ傾斜し、前記第2の方向に垂直に方向づけられる平面内に配置される複数の送信音響ビームの組を形成する、そのような手段と、 前記第2の送信/受信ビーム形成器を受信モードで動作させる手段で
あり、前記第2のビーム形成器は、前記M個の各列に入力される電気信号の組を受信し、各信号に対して時間遅延または位相遅延を適用し、このとき、得られた時間遅延または位相遅延信号は、前記第1および第2の面に垂直な方向に対して外方へ傾斜し、前記第2の方向に垂直に方向づけられる平面内に配置される複数の受信音響ビームの組を形成するために結合されるものである、そのような手段とを有する電気音響システム。
Claims (10)
- 音響システムであって、
第1次元で行に、第2次元で列に電気的に接続され、且つ、前記行と列とはそれぞれ電気的に独立されて、単一の二次元アレイを形成するように構成された複数の送受波素子と、
前記アレイ面の外方へ、前記第1次元に対して垂直に発射される音響ビームによる第1の平面を形成する第1のビーム形成回路であって、この第1のビーム形成回路は前記第2次元の各送受波素子と電気的に接続されており、前記各列に入力される信号を遅延させるものである、そのような第1のビーム形成回路と、
前記アレイ面の外方へ、前記第2次元に対して垂直に発射される音響ビームによる第2の平面を形成する第2のビーム形成回路であって、この第2のビーム形成回路は前記第1次元の各送受波素子と電気的に接続されており、前記各行に入力される信号を遅延させるものである、そのような第2のビーム形成回路とを有し、
これにより、少なくとも2平面の音響ビームを同時に形成可能とする音響システム。 - 前記システムによって形成される音響ビームはヤヌス構成である請求項1記載の音響システム。
- 前記送受波素子は、円形,楕円形,または多角形の形状より成る一群から選択される形を形成するように配置されている請求項1または2に記載の音響システム。
- 前記行および前記列は相互に直交している請求項1から3のいずれか記載の音響システム。
- 前記各送受波素子は、円形,楕円形,または多角形の形状より成る一群から選択される表面横断面を有する請求項1から4のいずれかに記載の音響システム。
- 前記送受波素子は、各素子の中心線間距離が、水中測定された前記アレイの前面におけるシステムの音響搬送波の波長の1/2となるように、前記アレイ内で配置されている請求項1から5のいずれかに記載の音響システム。
- 前記第1および第2のビーム形成回路は複数のビットシフトレジスタを含む請求項1から6のいずれかに記載の音響システム。
- 各送受波素子は対称な表面形状を有する請求項1から7のいずれかに記載の音響システム。
- 前記第1および第2のビーム形成回路は、システムが信号を受信する際に前記全ての行および列のそれぞれに対して仮想アース負荷インピーダンスを付与する請求項1から8のいずれかに記載の音響システム。
- 前記第1および第2のビーム形成回路は、システムが信号を送信する際に前記全ての行および列のそれぞれに対して低電源インピーダンスを付与する請求項1から9のいずれかに記載の音響システム。
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