JP2014093676A

JP2014093676A - 通信装置及び通信方法

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Publication number: JP2014093676A
Application number: JP2012243432A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Morioka; 宏之森岡
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-11-05
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2032-11-05
Also published as: JP6051787B2

Abstract

【課題】通信環境の依存性を小さくし、かつ、移動する通信目標であっても当該通信目標を追尾して通信できるようにする。
【解決手段】通信目標からの音波を受波して、その信号を受信信号として出力すると共に、入力した送信信号に基づき音波を送波する送受波器をｎ個の（ｎは２以上の正の整数である）備える送受波部と、送受波部に送信信号を出力すると共に、送受波部で受波して得られた受信信号を受信して復調する信号処理部と、を備え、信号処理部は、ｎ個の受信信号から通信目標の方位を検出して、この方位検出結果に基づき整相データを作成して出力すると共に、通信目標との通信方式を決定して、この通信方式を方式データとして出力する信号・方位検出回路と、整相データに基づき通信目標に送波する音波ビームが当該通信目標の方向に一致するように、ｎ個の位相の異なる送信信号を送受波部に出力する送信ユニットと、整相データに基づきｎ個の受信信号の位相を調整して復調する受信ユニットと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信装置及び通信方法に関する。

水中通信装置では、任意の方向に通信できるように無指向性の音波が送波される。しかし無指向の音波を用いた場合、その受波信号には大きなノイズや残響の影響が含まれて通信品質が低下する問題がある。そこで、送波方向に指向性を設けて、ノイズ等を抑えることが考えられるが、この場合は通信目標を追尾する機能を備えていないと、通信の欠損や中断が発生する。

例えば、特開平０３−２４５６２５号公報には、母船と水中移動と一体に搭載した送受波器のビームパターンを互いに指向方向に向けるように制御する提案がなされている。

特開平０３−２４５６２５号公報

しかしながら、特開平０３−２４５６２５号公報にかかる提案は、通信方式が固定であるため、通信環境の変化に応じてＳＮ比が変化した場合、正確な通信が行えないことがある。

即ち、通信環境には種々の原因によるノイズ等が存在する。従って、固定の通信方式がノイズの影響を受け易い場合には、通信品質が低下する。

そこで、本発明の主目的は、通信環境の依存性を小さくし、かつ、移動する通信目標であっても当該通信目標を追尾して通信できる通信装置及び通信方法を提供することである。

上記課題を解決するため、通信装置にかかる発明は、通信目標からの音波を受波して、その信号を受信信号として出力すると共に、入力した送信信号に基づき音波を送波する送受波器をｎ個の（ｎは２以上の正の整数である）備える送受波部と、送受波部に送信信号を出力すると共に、送受波部で受波して得られた受信信号を受信して復調する信号処理部と、を備え、信号処理部は、ｎ個の受信信号から通信目標の方位を検出して、この方位検出結果に基づき整相データを作成して出力すると共に、通信目標との通信方式を決定して、この通信方式を方式データとして出力する信号・方位検出回路と、整相データに基づき通信目標に送波する音波ビームが当該通信目標の方向に一致するように、ｎ個の位相の異なる送信信号を送受波部に出力する送信ユニットと、整相データに基づきｎ個の受信信号の位相を調整して復調する受信ユニットと、を備える。

また、通信方法にかかる発明は、ｎ個（ｎは２以上の正の整数である）の送受波器により通信目標からの音波を受波して、その信号を受信信号として出力すると共に、入力した送信信号に基づき音波を送波する送受波手順と、送受波手順で音波を送波する際に用いる送信信号を出力すると共に、送受波手順で受波して得られた受信信号を受信して復調する信号処理手順と、を備え、信号処理手順は、ｎ個の受信信号から通信目標の方位を検出する手順、この方位検出結果に基づき整相データを作成して出力する手順、通信目標との通信方式を検出して、この検出結果を方式データとして出力する手順を含む信号・方位検出手順と、整相データに基づき通信目標に送波する音波ビームが当該通信目標の方向となるように、ｎ個の位相の異なる送信信号を送受波手順に出力する送信ユニット手順と、整相データに基づきｎ個の受信信号の位相を調整して復調する受信ユニット手順と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、通信方式や通信方向を通信相手との通信結果に応じて設定するので、通信環境の依存性が抑えられると共に、移動する通信目標であっても当該通信目標を追尾して通信できるようになり、通信品質を向上させることができる。

実施形態にかかる通信装置のブロック図である。通信目標から通信装置への通信手順を示すフローチャートである。通信装置から通信目標への通信手順を示すフローチャートである。受信した信号に帯域制限をかけたときの効果を示す図で、（ａ）は帯域制限をかける前の受信回路信号を示す図、（ｂ）は帯域制限をかけた後の受信回路信号を示す図である。変調マップによる通信方式の決定を説明する図で、（ａ）は変調マップを示す図、（ｂ）は変調マップに対応付された通信方式を示す図である。音波の到来方位を検出する際に、受信した信号に帯域制限をかけてＳＮ比を向上させたときの図で、（ａ）は帯域制限をかける前の受信回路信号を示す図、（ｂ）は帯域制限をかけた後の受信回路信号を示す図である。通信音の信号に対して帯域制限をかけた際の効果を示す図で、（ａ）は帯域制限をかける前の信号レベルを示す図、（ｂ）は帯域制限をかけた後の信号レベルを示す図である。受信した信号に帯域制限をかけることによるエラーレートの改善や伝送量の向上を示す図で、（ａ）はエラーレートの改善効果を示す図、（ｂ）は伝送量の向上を示す図である。受信した信号に帯域制限をかけた際の通信音帯域における送波音圧向上を示す図で、（ａ）は無指向性の音波の音圧レベルを示す図、（ｂ）は指向性が設定された音波の音圧レベルを示す図である。受信した信号に帯域制限をかけた際の通信音帯域における信号レベル向上を示す図で、（ａ）は無指向性の音波の信号レベルを示す図、（ｂ）は指向性が設定された音波の信号レベルを示す図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる通信装置２のブロック図である。通信装置２は、送受波部２Ａと信号処理部２Ｂとを主要構成とする。

このような通信装置２は、海底に設置されて、水中を移動する自律型の無人水中航走体や海底に設置された他の通信装置２との間で水中音響を用いた通信を行う。なお、本実施形態においては、通信装置２を水中での通信に用いる場合を例に説明するが、水中に限定するものではないことを予め付言する。また、通信装置２の通信相手（通信目標）３として無人水中航走体を例にするが、これに限定されない。また、通信相手の機能について特に限定しないが、少なくとも後述するように通信方位や通信方式の決定手順が行える機能を持つことを前提とする。従って、通信目標３が通信装置２の機能を含む場合を排除しない。

送受波部２Ａは、複数の送波機能と受波機能とを併せ持つｎ個（ｎは正の整数）の送受波器１（１＿１〜１＿ｎ）を備える。そして、音波を送波する際には、信号処理部２Ｂから送信信号Ｇ７が送受波部２Ａに出力される。送受波部２Ａは、この送信信号Ｇ７を音波に変換して送波する。一方、到来した音波を受波すると、受波した音波による信号が受信信号Ｇ８として信号処理部２Ｂに入力する。そして、ｎ個の送受波器１にそれぞれ入力するｎ個の信号の位相に応じた方位に指向性を持たせることが可能になっている。

また、信号処理部２Ｂは、送信信号Ｇ７を送受波部２Ａに出力する送信ユニット４ａ、送受波部２Ａからの受信信号Ｇ８を復調する受信ユニット４ｂ、信号・方位検出回路２８、切替器２９を含んでいる。送信ユニット４ａは、送信回路２１、送信側可変整相回路２２、変調回路２３を含み、受信ユニット４ｂは、受信回路２４、受信側可変整相回路２６、復調回路２７を含んでいる。

変調回路２３は、信号・方位検出回路２８からの方式データＧ１に基づいて通信目標３に伝送する内蔵データの信号（入力信号）Ｇ２を変調して、これを変調信号Ｇ３として送信側可変整相回路２２に出力する。なお、方式データＧ１は、変調方式やデータレートの情報を含んでいる。

送信側可変整相回路２２には、信号・方位検出回路２８からの方式設定用信号Ｇ４（初期信号Ｇ４＿１、認識信号Ｇ４＿２、方式音信号Ｇ４＿３）、及び整相データＧ５、変調回路２３からの変調信号Ｇ３が入力する。そして整相データＧ５に基づき方位設定用信号Ｇ４及び変調信号Ｇ３に対して位相差を与えて、ｎ個の送信側整相出力信号Ｇ６を出力する。

このとき、位相調整は、送波用の通信用可変ビーム（音波ビーム）Ｂ１の主軸Ｐが通信目標３の方位と一致するように、当該方位を示す整相データＧ５に基づき方位設定信号Ｇ４や変調信号Ｇ３に位相差を与える。これにより、通信目標３が移動していても、常に当該通信目標３を追尾して通信できるようになる。

送信回路２１は、送信側可変整相回路２２からのｎ個の送信側整相出力信号Ｇ６を増幅して切替器２９を介して送受波部２Ａに出力する。

受信回路２４は、送受波部２Ａからの受信信号Ｇ８の電力増幅を行い、受信回路信号Ｇ９として受信側可変整相回路２６及び信号・方位検出回路２８に出力する。なお、送信回路２１や受信回路２４には、増幅した信号が飽和しないようにゲイン調整機能が設けられている。

受信側可変整相回路２６は、ｎ個の受信回路信号Ｇ９に対して位相調整を行い、加算する。このときの位相調整は、送受波方位（通信目標３の方位）を再現するように、整相データＧ５に基づきｎ個の受信回路信号Ｇ９の位相差を調整する。即ち、ｎ個の送受波器１からの信号がなす受波方位が主軸Ｐに向くように、各受信回路信号Ｇ９の位相を調整する。

復調回路２７は、信号・方位検出回路２８からの方式データＧ１に従って受信側整相出力信号Ｇ１０を復調して、通信目標３が伝送した内蔵データを復元する。

信号・方位検出回路２８は、ｎ個の受信回路信号Ｇ９に対して帯域制限を行いＳＮ比の向上を図る。そして、帯域制限された受信回路信号Ｇ９に対して閾値処理することで、初期信号音Ｂ１＿１や認識信号音Ｂ１＿２等に対応した信号のピークを検出する。このピーク値は、受波方位に依存して変化するので、最大のピーク値を示す方位を通信目標３の方位とする。

また、信号・方位検出回路２８は、帯域制限された受信回路信号Ｇ９から受波した信号のＳＮ比を検出する。そして、このＳＮ比を用いて、予め設定された（内蔵された）変調マップを参照して通信方式（変調方式や伝送レート）を決定する。この通信方式は、方式データＧ１として変調回路２３及び復調回路２７に出力される。このように通信方式を実際の通信を行って決定するので、通信環境に応じた高品質な通信が行えるようになる。

切替器２９は、送受波部２Ａを送波器として機能させる場合には送受波部２Ａと送信回路２１とを接続し、受波器として機能させる場合には送受波部２Ａと受信回路２４とを接続する。

次に、通信装置２と通信目標３との間で行われる通信手順を説明する。図２は、通信目標３から通信装置２への通信手順を示すフローチャートである。

ステップＳＡ１，ＳＡ２：通信目標３は、図示しないセンサ等により取得した内蔵データを通信装置２に伝送するために、所定の周波数の音波Ｂ２を送波する。なお、この音波Ｂ２には、初期信号音Ｂ２＿１、認識信号音Ｂ２＿２、通信音Ｂ２＿３が含まれ、これらの各音が順次送波される。この段階では、初期信号音Ｂ２＿１が送波される。なお、初期信号音Ｂ２＿１の周波数は固定（以下、Ｆ１と記載する）、認識信号音Ｂ２＿２の周波数は固定（以下、Ｆ２と記載する）である。また、通信音Ｂ２＿３の周波数は、後述する手順に従い決定された周波数である。

通信目標３からの初期信号音Ｂ２＿１は、水中を伝搬して送受波部２Ａにより受波される。送受波部２Ａは、受波した初期信号音Ｂ２＿１を電気信号に変換し、初期受信信号Ｇ８＿１として信号処理部２Ｂに出力する。このとき、切替器２９は、受信状態（送受波部２Ａと受信回路２４とが接続された状態）であるので、初期受信信号Ｇ８＿１は受信回路２４に入力する。なお、送受波部２Ａはｎ個の送受波器１により構成されるので、初期受信信号Ｇ８＿１もｎ個存在する。

受信回路２４は、初期受信信号Ｇ８＿１が飽和するのを避けながら増幅して、受信側可変整相回路２６及び信号・方位検出回路２８に受信回路信号Ｇ９として出力する。

ステップＳＡ３：この時点で受信側可変整相回路２６に入力している整相データＧ５は、ｎ個の受信回路信号Ｇ９に対して無指向性の初期信号ビームＢ３を形成するような値（初期値）である。

受信側可変整相回路２６は、音波を無指向性の状態で受波したとしたときのｎ個の受信回路信号Ｇ９を再現して、これを加算して１つの受信側整相出力信号Ｇ１０を出力する。この受信側整相出力信号Ｇ１０は、信号・方位検出回路２８及び復調回路２７に入力する。従って、信号・方位検出回路２８には、受信側可変整相回路２６からの受信側整相出力信号Ｇ１０と受信回路２４からの受信回路信号Ｇ９が入力することになる。

初期信号音は、周波数Ｆ１の音波と規定されている。そこで、信号・方位検出回路２８は、受信回路信号Ｇ９（この場合は初期信号音Ｂ２＿１に対する受信回路信号である）に対してバンドパスフィルタを用いて周波数Ｆ１の周波数帯域に帯域制限をかける。

図４は、この帯域制限の効果を示す図で、図４（ａ）は帯域制限をかける前の受信回路信号Ｇ９の信号レベルを示す図、図４（ｂ）は帯域制限をかけた後の受信回路信号Ｇ９の信号レベルを示す図である。図４から明らかなように、バンドパスフィルタにより周波数Ｆ１の帯域以外の帯域で受信回路信号Ｇ９の信号レベルが抑圧されて、この周波数Ｆ１に対応した信号が明瞭になっている。即ち、周波数Ｆ１の信号と、他の帯域の信号とのＳＮ比が改善（ＳＮ１→ＳＮ２）している。このようにＳＮ比が改善するため、閾値処理により初期受信信号Ｇ８＿１（初期信号音Ｂ２＿１による信号）が正確に検出できるようになる。

ステップＳＡ３：信号・方位検出回路２８は、検出された初期受信信号Ｇ８＿１のピークレベルが最大となる方位を音波の到来方位とする。

ステップＳＡ４：次に、信号・方位検出回路２８は、音波の到来方位から整相データＧ５を生成して送信側可変整相回路２２、受信側可変整相回路２６に出力する。この整相データＧ５は、到来方位に通信用ビームＢ１の主軸を一致させるために送信側可変整相回路２２が位相調整する際に用いるデータである。

送信側可変整相回路２２は、この整相データＧ５に基づき到来方位に通信用可変ビームＢ１の主軸Ｐを一致させるためにｎ個の位相差を算出する。そして、この位相差を用いて変調回路２３からの変調信号Ｇ３の位相を調整して、それぞれ位相の異なるｎ個の送信側整相出力信号Ｇ６を生成して、送信回路２１に出力する。送信回路２１は、送信側整相出力信号Ｇ６を増幅して、送信信号Ｇ７として切替器２９を介して送受波部２Ａに出力する。これにより、主軸Ｐが通信目標３の方向に一致した通信用可変ビームＢ１が送受波部２Ａから送波できるようになる。

ステップＳＡ５，ＳＡ６：次に、信号・方位検出回路２８は、認識信号Ｇ４＿２（周波数Ｆ２）を送信側可変整相回路２２に出力する。

この認識信号Ｇ４＿２は、送信側可変整相回路２２を経て送信回路２１に入力し、この送信回路２１で電力増幅されて、切替器２９を介して送受波部２Ａに出力される。そして、この送受波部２Ａから認識信号音Ｂ１＿２として通信目標３に送波される。通信目標３は、認識信号音Ｂ１＿２を検出する。

ステップＳＡ７，ＳＡ８：通信目標３は、認識信号音Ｂ１＿２を検出すると、再度初期信号音Ｂ２＿１を送出する。初期信号音Ｂ２＿１は、通信装置２で受波され、上述した手順に従い受信回路２４により受信回路信号Ｇ９に変換される。そして、受信回路信号Ｇ９は、受信側可変整相回路２６及び信号・方位検出回路２８に出力される。

ステップＳＡ９，ＳＡ１０：信号・方位検出回路２８は、バンドパスフィルタによる帯域制限をかけた後のＳＮ比（図４（ｂ）に示すＳＮ２に対応）を変調マップと照合して変調方式及び伝送レートを決定する。図５は、このような変調マップを例示した図である。なお、図５（ａ）は、縦軸にＳＮ比、横軸に周波数を取った変調マップを示す図、図５（ｂ）は各マップ点（□領域）に対応付けされた通信方式をテーブル表示した図である。そして、図４（ａ）に示すように検出されたＳＮ比がＳＮ２の場合、図５（ａ）から最良の周波数（通信環境に最も適した周波数）がＦ５であることがわかる。そして、図５（ｂ）から周波数Ｆ５の場合の通信方式がＧＭＳＫ変調で、４８００ＢＰＳのレートであることがわかる。以下の説明では、このようにして求めた周波数をＦｘとする。

この変調マップは、理論検討やシミュレーションにより事前に取得されて、通信装置２及び通信目標３に共有データとして格納されている。

このようにして決定された通信方式を示す方式音信号Ｇ４＿３が、信号・方位検出回路２８から送信側可変整相回路２２に出力され、上述した整相処理を経て送信回路２１、切替器２９を介して送受波部２Ａから通信目標３に向けて方式音Ｂ１＿３として送波される。

ステップＳＡ１１，ＳＡ１２：通信目標３は方式音Ｂ１＿３を受波すると、当該方式音Ｂ１＿３から周波数Ｆｘを検出し、変調マップに照合する。この照合により、通信方式を判断して、設定される。

ステップＳＡ１３，ＳＡ１４：そして、通信目標３は設定された通信方式に基づき内蔵データを変調し、通信音Ｂ２＿３（周波数Ｆｘ）として送波する。通信装置２は、この通信音Ｂ２＿３を受波して、通信目標３が伝送した内蔵データが復調される。以上により、通信目標３から通信装置２への通信が可能になる。

次に、図３を参照して通信装置２から通信目標３への通信手順を説明する。図３は、通信装置２から通信目標３への通信手順を示すフローチャートである。

ステップＳＢ１，ＳＢ２：先ず、信号・方位検出回路２８は、初期信号Ｇ４＿１を送信側可変整相回路２２に出力する。このとき整相データＧ５が初期化されているので、送信側可変整相回路２２は、無指向性の初期信号ビームＢ３を構成する形で送信側整相出力信号Ｇ６を送信回路２１に出力する。そして、送信回路２１は、この送信側整相出力信号Ｇ６を電力増幅し、切替器２９を送信回路２１側に切り替えて、送受波部２Ａに送信信号Ｇ７として出力する。送受波部２Ａは、送信信号Ｇ７を周波数Ｆ１の初期信号音Ｂ１＿１として送波する。通信目標３は、この初期信号音Ｂ１＿１を受波する。

ステップＳＢ３，ＳＢ４：通信目標３は、初期信号音Ｂ１＿１を受波すると、周波数Ｆ２の認識信号音Ｂ２＿２を送波する。この認識信号音Ｂ２＿２は、通信装置２により受波されて、認識受信信号Ｇ８＿２として受信回路２４に入力する。受信回路２４は、認識受信信号Ｇ８＿２を増幅して受信回路信号Ｇ９として受信側可変整相回路２６及び信号・方位検出回路２８に出力する。

ステップＳＢ５：信号・方位検出回路２８は、受信回路信号Ｇ９から認識信号音Ｂ２＿２の到来方位、すなわち通信目標３の方位を検出する。これらの手順は先に説明した方位検出手順と同じである。図６は、到来方位の検出の際に、帯域制限をかけてＳＮ比を向上させたときの図で、図６（ａ）は帯域制限をかける前の受信回路信号Ｇ９を示す図、図６（ｂ）は帯域制限をかけた後の受信回路信号Ｇ９を示す図である。図６から明らかなように、バンドパスフィルタにより周波数Ｆ１以外の帯域で受信回路信号Ｇ９の信号レベルが抑圧されて、この周波数Ｆ２の帯域信号が明瞭になっている。即ち、周波数Ｆ２の信号と、他の帯域の信号とのＳＮ比が改善（ＳＮ３→ＳＮ４）している。そこで、このＳＮ比が改善した信号に対して、閾値処理を行い、ピーク値が最大となる方位を検出する。

ステップＳＢ６，ＳＢ７：その後、検出された方位に通信用可変ビームＢ１の主軸Ｐが一致するように、整相データＧ５が作成されて、送信側可変整相回路２２に出力される。送信側可変整相回路２２は、この整相データＧ５に基づき位相の異なるｎ個の送信側整相出力信号Ｇ６を生成して送信回路２１に出力する。送信回路２１は送信側整相出力信号Ｇ６を増幅して送信信号Ｇ７として切替器２９を介して送受波部２Ａに出力する。送受波部２Ａは、この送信信号Ｇ７を認識信号音Ｂ１＿２として、通信目標３に向けて送波する。

ステップＳＢ８、ＳＢ９：通信目標３は、認識信号音Ｂ１＿２を受波すると、周波数Ｆ１の初期信号音Ｂ２＿１を通信装置２に再度送波する。

ステップＳＢ１０〜ＳＢ１２：通信装置２は、この初期信号音Ｂ２＿１を受波すると、先に説明した手順に従い変調マップと照合して通信方式を決定、設定する。そして、決定された通信方式を知らせる方式音Ｂ１＿３を通信目標３に送波する。

ステップＳＢ１３，ＳＢ１４：通信目標３は方式音Ｂ１＿３を受波すると、その内容に従い通信方式の設定を行い、通信装置２からの通信音Ｂ１＿４の受波待ちとなる。

ステップＳＢ１５：通信装置２は、方式音Ｂ１＿３を送波した後、一定時間（通信目標３が通信方式の設定を完了するまでの時間）の経過後に入力信号Ｇ２を変調回路２３で変調し、送信側可変整相回路でｎ個の送信側整相出力信号Ｇ６を作成する。そして、これらの送信側整相出力信号Ｇ６が送信回路２１で増幅され、切替器２９を介して送受波部２Ａから通信音Ｂ１＿４として送波する。

このように、水中通信を実施する際に、通信目標側に指向性を向けることができるため、例えば通信音が帯域を持つ場合でも、図７に示すようにＳＮ比を向上させることができる。従って、通信品質が向上する。なお、図７は、通信音に対応する信号に対して帯域制限を掛けた場合の効果を示す図で、図７（ａ）は帯域制限をかける前の信号レベルを示す図、図７（ｂ）は帯域制限をかけた後の信号レベルを示す図である。帯域制限をかける前の信号のＳＮ比（ＳＮ５）に対して帯域制限をかけた後の信号のＳＮ比（ＳＮ６）は大きくなり、閾値処理により通信音の信号が明瞭に検出できることが解る。

また、各種変調方式において、ＳＮが改善されるので、図８に示すように、エラーレートの改善や伝送量の向上が可能になる。図８（ａ）はエラーレートの改善効果を示す図であり、図８（ｂ）は伝送量の向上を示す図である。いずれの場合においても、ＳＮ比の改善（ＳＮ５，ＳＮ７→ＳＮ６，ＳＮ８）によりエラーレートが改善し、伝送量が向上していることがわかる。

さらに、通信目標３に指向性を向けることができるため、図９及び図１０に示すように通信音帯域における送波音圧が向上する。図９（ａ）は、無指向性の音波の音圧レベルを示す図、図９（ｂ）は指向性が設定された音波の音圧レベルを示す図である。また、図１０（ａ）は、無指向性の音波の信号レベルを示す図、図１０（ｂ）は指向性が設定された音波の信号レベルを示す図である。これらの図から解るように指向性を設定することで、音圧レベルが増大（αは増大量を示す）している。この音圧レベルの増大量αは、ＳＮ比の改善をもたらして、上述したエラーレートの大幅な改善や伝送量の大幅な向上が可能になる。

また、信号処理部２Ｂや通信目標３に変調マップを予め格納するので、通信環境のＳＮに応じた伝送効率の良い通信方式に設定することが可能になる。

また、図５に示したように初期信号音を周波数Ｆ１、認識信号音を周波数Ｆ２、方式音を周波数Ｆ３〜Ｆｎのように、それぞれ異なる周波数を割り当て、動作シーケンス毎に使用すべき周波数を設定するため、帯域制限が容易に行えるようになる。これにより、ＳＮ比の改善が図れ、信号間の混信をさけることができると共に、遠距離であるために信号レベルが低い信号でも検出が容易になる。

さらに、初期信号音は無指向性で待ち受けを実施するため、幅広い通信目標の位置を検出することができる。

なお、上記説明においては、通信方式の決定は通信装置２側で行っているが、同じ機能を通信目標３に持たせて、先に通信方式を決定した方式で通信するようにしても良い。

また、上記説明では、初期信号音は１種類としているが、複数間の通信を行う際に複数の周波数の音をアドレス音として特定の通信目標３を呼び出すことが可能である。例えば、３つの周波数Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃを使用し、通信装置２はＦａとＦｂとの周波数、通信装置はＦａとＦｃとの周波数、通信目標３はＦｂとＦｃとの２つの周波数の組み合わせで３アドレスを判別するよういにしても良い。

また、高速で移動する通信目標の場合、初期信号音の周波数検出を、ドップラ効果を予測する範囲に広げて待ち受けし、到来した初期信号音の周波数を計測、ドップラ偏移ΔＶを計測、以降の認識信号音・方式音・通信音の周波数をΔＶの周波数偏移を加味して処理を行うことができる。

また、上記説明では、通信装置２が方式音を送波した後、一定時間経過後に通信音を送波しているが、通信目標３から方式設定完了を知らせる信号を受信したことを条件としても良い。

さらに、海中で特定方向からのノイズが存在する場合や特定方向に通信を行いたい秘匿性を要する場合にも、これらの方向に対応した指向性を設定することで、ノイズ存在方向を避けた指向性の形成や通信先に絞り込んだ指向性形成も可能である。

なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。例えば、主軸Ｐを決定する際に、寿はした音波の位相差から主軸を決定しても良い。

１送受波器
２通信装置
２Ａ送受波部
２Ｂ信号処理部
３通信目標
４ａ送信ユニット
４ｂ受信ユニット
２１送信回路
２２送信側可変整相回路
２３変調回路
２４受信回路
２６受信側可変整相回路
２７復調回路
２８信号・方位検出回路

Claims

通信目標からの音波を受波して、その信号を受信信号として出力すると共に、入力した送信信号に基づき音波を送波する送受波器をｎ個の（ｎは２以上の正の整数である）備える送受波部と、
前記送受波部に送信信号を出力すると共に、前記送受波部で受波して得られた受信信号を受信して復調する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、
ｎ個の前記受信信号から前記通信目標の方位を検出して、この方位検出結果に基づき整相データを作成して出力すると共に、前記通信目標との通信方式を決定して、この通信方式を方式データとして出力する信号・方位検出回路と、
前記整相データに基づき前記通信目標に送波する音波ビームが当該通信目標の方向に一致するように、ｎ個の位相の異なる前記送信信号を前記送受波部に出力する送信ユニットと、
前記整相データに基づきｎ個の前記受信信号の位相を調整して復調する受信ユニットと、
を備えることを特徴とする通信装置。
請求項１に記載の通信装置であって、
前記送信ユニットは、
前記目標に送信する信号を前記方式データに基づき変調して、変調信号として出力する変調回路と、
前記整相データに基づき前記送受波部から送波される音波ビームが前記通信目標の方向に一致させるように各変調信号に位相差を与えたｎ個の送信側整相出力信号を出力する送信側可変整相回路と、
ｎ個の前記送信側整相出力信号を増幅して前記送受波部に出力する送信回路と、を備えることを特徴とする通信装置。
請求項２に記載の通信装置であって、
前記受信ユニットは、
前記送受波部からのｎ個の受信信号を増幅して受信回路信号として出力する受信回路と、
前記整相データに基づきｎ個の前記受信信号の位相を調整して、加算して得られた受信側整相出力信号を出力する受信側可変整相回路と、
前記受信側整相出力信号を前記方式データに基づき復調する復調回路と、を備えることを特徴とする通信装置。
請求項３に記載の通信装置であって、
前記信号・方位検出回路は、前記通信方式を検出する際に、前記受信回路信号に対して帯域制限をかけてＳＮ比を向上させた後、ピーク値が最も大きくなる方位を前記通信目標の方位として導出することを特徴とする通信装置。
請求項３又は４に記載の通信装置であって、
前記信号・方位検出回路は、前記通信方式を検出する際に、前記受信回路信号に対して帯域制限をかけてＳＮ比を向上させた後、ピーク値でのＳＮ比を用いて予め設定された変調マップから通信方式を決定することを特徴とする通信装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の通信装置であって、
前記信号・方位検出回路は、前記通信目標と行う通信の通信方式を決定するための所定の周波数の方式設定用信号を前記送信側可変整相回路に出力することを特徴とする通信装置。
ｎ個（ｎは２以上の正の整数である）の送受波器により通信目標からの音波を受波して、その信号を受信信号として出力すると共に、入力した送信信号に基づき音波を送波する送受波手順と、
前記送受波手順で音波を送波する際に用いる送信信号を出力すると共に、前記送受波手順で受波して得られた受信信号を受信して復調する信号処理手順と、を備え、
前記信号処理手順は、
ｎ個の前記受信信号から前記通信目標の方位を検出する手順、この方位検出結果に基づき整相データを作成して出力する手順、前記通信目標との通信方式を検出して、この検出結果を方式データとして出力する手順を含む信号・方位検出手順と、
前記整相データに基づき前記通信目標に送波する音波ビームが当該通信目標の方向となるように、ｎ個の位相の異なる前記送信信号を前記送受波手順に出力する送信ユニット手順と、
前記整相データに基づきｎ個の前記受信信号の位相を調整して復調する受信ユニット手順と、
を含むことを特徴とする通信方法。
請求項７に記載の通信方法であって、
前記送信ユニット手順は、
前記目標に送信する信号を前記方式データに基づき変調して、変調信号として出力する変調手順と、
前記変調信号からｎ個の変調信号を生成し、かつ、前記整相データに基づき前記送受波手順から送波される音波ビームが前記通信目標の方向に一致させるように各変調信号に位相差を与えたｎ個の送信側整相出力信号を出力する送信側可変整相手順と、
ｎ個の前記送信側整相出力信号を増幅して前記送受波手順に出力する送信手順と、を含むことを特徴とする通信方法。
請求項８に記載の通信方法であって、
前記受信ユニット手順は、
前記送受波手順からのｎ個の受信信号を増幅して受信手順信号として出力する受信手順と、
前記整相データに基づきｎ個の前記受信信号の位相を調整して、加算して得られた受信側整相出力信号を出力する受信側可変整相手順と、
前記受信側整相出力信号を前記方式データに基づき復調する復調手順と、を含むことを特徴とする通信方法。
請求項９に記載の通信方法であって、
前記信号・方位検出手順は、前記通信方式を検出する際に、前記受信手順信号に対して帯域制限をかけてＳＮ比を向上させる手順と、ピーク値の大きさから前記通信目標の方位を導出する手順と、を含むことを特徴とする通信方法。
請求項９又は１０に記載の通信方法であって、
前記信号・方位検出手順は、前記通信方式を検出する際に、前記受信手順信号に対して帯域制限をかけてＳＮ比を向上させた後、ピークを示す周波数を導出する手順と、導出された周波数を用いて予め設定された変調マップから通信方式を決定する手順と、を含むことを特徴とする通信方法。
請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の通信方法であって、
前記信号・方位検出手順は、前記通信目標と行う通信の通信方式を決定するための所定の方式設定用信号を出力する手順を含むことを特徴とする通信方法。
請求項１２に記載の通信方法であって、
前記方式設定用信号には、通信相手の存在を探知するために用いる初期信号、通信相手の存在を認識したことを知らせる認識信号、通信相手との通信方式を知らせる方式音信号の１つが少なくとも含まれ、かつ、前記初期信号を出力する際には、当該初期信号による音波を無指向性の音波として前記送受波手順から送波されるように前記整相データを作成することを特徴とする通信方法。