JP2020068500A - Underwater communication system and underwater communication method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海中等において水中通信を行う水中通信システムおよび水中通信方法に関し、たとえば、魚網に設置された送信器と漁船に設置された受信器との間で魚網の深度等の情報を送受信する際に用いて好適なものである。 The present invention relates to an underwater communication system and an underwater communication method for performing underwater communication in the sea, for example, transmitting and receiving information such as the depth of a fish net between a transmitter installed on a fish net and a receiver installed on a fishing boat. It is suitable for use in this case.
従来、所定の情報を水中通信するため水中通信システムが、旋網漁等において利用されている。たとえば、魚網に設置された送信器から漁船に設置された受信器に対して、魚網の深度や水温、海底との距離等の情報が随時送信され、これらの情報が受信器側の表示部に表示される。漁船の操作者は、これらの情報を参照することにより、漁を効率的に進めることができる。 Conventionally, an underwater communication system for underwater communication of predetermined information has been used in purse seine fishing or the like. For example, the transmitter installed on the fishnet sends information such as the depth of the fishnet, water temperature, and the distance to the seabed to the receiver installed on the fishing boat at any time, and this information is displayed on the receiver's display. Is displayed. The operator of the fishing boat can proceed with the fishing efficiently by referring to these information.
以下の特許文献1には、同期信号、参照信号および情報信号を、パケット信号として、発信器から受信器に超音波で送信する水中通信システムが記載されている。この水中通信システムでは、同期信号が、参照信号および情報信号と識別可能に変調される。参照信号は、周波数が既知の正弦波信号に設定される。また、情報信号は、魚網の深度や水温等を示す送信情報に応じて変調される。 The following Patent Document 1 describes an underwater communication system in which a synchronization signal, a reference signal and an information signal are transmitted as ultrasonic waves from a transmitter to a receiver as packet signals. In this underwater communication system, the synchronization signal is modulated so as to be distinguishable from the reference signal and the information signal. The reference signal is set to a sine wave signal with a known frequency. Further, the information signal is modulated according to transmission information indicating the depth of the fishnet, the water temperature, and the like.
受信器側では、受信した参照信号の周波数と既知の周波数とに基づいて、参照信号のドップラーシフトが検出される。そして、検出されたドップラーシフトに基づいて情報信号の周波数が補正され、補正後の周波数に基づいて、送信情報が取得される。これにより、漁船と魚網との間の相対移動に基づくドップラー効果の影響が抑制され、受信器側において送信情報が正確に取得され得る。 On the receiver side, the Doppler shift of the reference signal is detected based on the frequency of the received reference signal and the known frequency. Then, the frequency of the information signal is corrected based on the detected Doppler shift, and the transmission information is acquired based on the corrected frequency. Thereby, the influence of the Doppler effect based on the relative movement between the fishing boat and the fishnet is suppressed, and the transmission information can be accurately acquired at the receiver side.
しかしながら、上記のような水中通信システムでは、他船に設置された魚群探知機やスキャニングソナー等からの信号が受信信号に干渉して、受信信号が適正に取得されないことが起こり得る。この場合、たとえば、参照信号に干渉が生じると、参照信号に基づくドップラーシフトを適正に検出できなくなる。その結果、受信器側において情報信号に基づく送信情報を適正に取得できず、深度等の表示ができなくなることが起こり得る。 However, in the underwater communication system as described above, a signal from a fish finder, a scanning sonar, or the like installed on another ship may interfere with the received signal, and the received signal may not be properly acquired. In this case, for example, if interference occurs in the reference signal, the Doppler shift based on the reference signal cannot be properly detected. As a result, the receiver may not be able to properly acquire the transmission information based on the information signal, and the depth or the like may not be displayed.
かかる課題に鑑み、本発明は、干渉等により受信信号に不具合が生じても、受信信号から情報信号に基づく情報を適正に取得することが可能な水中通信システムを提供することを目的とする。 In view of such a problem, it is an object of the present invention to provide an underwater communication system that can appropriately acquire information based on an information signal from a received signal even if a problem occurs in the received signal due to interference or the like.
本発明の第1の態様は水中通信システムに関する。この態様に係る水中通信システムは、同期信号と情報信号とを含むパケット信号を超音波信号として水中に送信する送信器と、前記超音波信号を受波する受波器と、前記受波された信号から前記同期信号を検出する同期信号検出部と、前記同期信号の検出タイミングに基づいて、前記情報信号を参照するためのゲートを生成するゲート生成部と、前記ゲート内の前記情報信号の推定周波数を算出する周波数推定部と、前記同期信号の第1検出タイミングと、前記同期信号の前記第1検出タイミングよりも前の検出タイミングである第2検出タイミングとに基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する周波数補正部と、を備える。 A first aspect of the invention relates to an underwater communication system. The underwater communication system according to this aspect includes a transmitter that transmits a packet signal including a synchronization signal and an information signal into the water as an ultrasonic signal, a wave receiver that receives the ultrasonic signal, and the received wave. A synchronization signal detection unit that detects the synchronization signal from a signal, a gate generation unit that generates a gate for referring to the information signal based on the detection timing of the synchronization signal, and an estimation of the information signal in the gate Estimation of the information signal based on a frequency estimation unit that calculates a frequency, a first detection timing of the synchronization signal, and a second detection timing that is a detection timing earlier than the first detection timing of the synchronization signal. A frequency correction unit that corrects the frequency.
ここで、周波数補正部は、たとえば、前記第1検出タイミングと前記第2検出タイミングとに基づいて算出されたドップラーシフト値に基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正するよう構成され得る。ドップラーシフト値は、前記第2検出タイミングと前記パケット信号の送信周期とに基づいて設定された同期信号の予測タイミングと、前記第1検出タイミングとの差分に基づいて取得され得る。 Here, the frequency correction unit may be configured to correct the estimated frequency of the information signal based on the Doppler shift value calculated based on the first detection timing and the second detection timing, for example. The Doppler shift value can be acquired based on the difference between the predicted timing of the synchronization signal set based on the second detection timing and the transmission cycle of the packet signal and the first detection timing.
本発明の第2の態様は、水中通信方法に関する。この態様に係る水中通信方法は、同期信号と情報信号とを含むパケット信号を超音波信号として水中に送信し、前記超音波信号を受波し、前記受波された信号から前記同期信号を検出し、前記同期信号の検出タイミングに基づいて、前記情報信号を参照するためのゲートを生成し、前記ゲート内の前記情報信号に基づいて、前記情報信号の推定周波数を算出し、前記同期信号の第1検出タイミングと、前記同期信号の前記第1検出タイミングよりも前の検出タイミングである第2検出タイミングとに基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する。 A second aspect of the present invention relates to an underwater communication method. In the underwater communication method according to this aspect, a packet signal including a synchronization signal and an information signal is transmitted in water as an ultrasonic signal, the ultrasonic signal is received, and the synchronization signal is detected from the received signal. Then, based on the detection timing of the synchronization signal, to generate a gate for referring to the information signal, based on the information signal in the gate, to calculate the estimated frequency of the information signal, The estimated frequency of the information signal is corrected based on the first detection timing and the second detection timing which is the detection timing before the first detection timing of the synchronization signal.
本発明の第3の態様は、受信器に関する。この態様に係る受信器は、受波器を介して超音波信号として受波された同期信号と情報信号とを含むパケット信号から前記同期信号を検出する同期信号検出部と、前記同期信号の検出タイミングに基づいて、前記情報信号を参照するためのゲートを生成するゲート生成部と、前記ゲート内の前記情報信号の推定周波数を算出する周波数推定部と、前記同期信号の第1検出タイミングと、前記同期信号の前記第1検出タイミングよりも前の検出タイミングである第2検出タイミングとに基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する周波数補正部と、を備える。 A third aspect of the invention relates to a receiver. A receiver according to this aspect includes a synchronization signal detection unit that detects the synchronization signal from a packet signal including a synchronization signal and an information signal received as an ultrasonic signal via a wave receiver, and the detection of the synchronization signal. A gate generation unit that generates a gate for referring to the information signal based on the timing, a frequency estimation unit that calculates an estimated frequency of the information signal in the gate, and a first detection timing of the synchronization signal, A frequency correction unit that corrects the estimated frequency of the information signal based on a second detection timing that is a detection timing earlier than the first detection timing of the synchronization signal.
上記態様によれば、同期信号の第1検出タイミングと第2検出タイミングとに基づいて、周波数推定部により算出された情報信号の推定周波数が補正される。よって、干渉等により参照信号に不具合が生じても、情報信号に基づく情報を適正に取得することができる。 According to the above aspect, the estimated frequency of the information signal calculated by the frequency estimation unit is corrected based on the first detection timing and the second detection timing of the synchronization signal. Therefore, even if a defect occurs in the reference signal due to interference or the like, the information based on the information signal can be properly acquired.
本発明の第4の態様は水中通信システムに関する。この態様に係る水中通信システムは、所定の変調がなされた同期信号と、既知の周波数の参照信号と、送信情報に応じて変調された情報信号とを含むパケット信号を超音波信号として水中に送信する送信器と、受波器で受信された前記パケット信号から前記同期信号を検出する同期信号検出部と、前記同期信号の検出タイミングに基づいて、前記参照信号および前記情報信号を参照するためのゲートを生成するゲート生成部と、前記各ゲート内の前記参照信号および前記情報信号の推定周波数を算出する周波数推定部と、前記参照信号の推定周波数と前記既知の周波数とに基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する周波数補正部と、を備える。ここで、前記ゲート生成部は、前記同期信号が検出されない場合に、過去の前記参照信号の推定周波数と前記既知の周波数とに基づいて算出した過去のドップラーシフト値に基づいて、前記同期信号の検出タイミングを設定する。 A fourth aspect of the invention relates to an underwater communication system. The underwater communication system according to this aspect transmits a packet signal, which includes a synchronization signal subjected to predetermined modulation, a reference signal of a known frequency, and an information signal modulated according to transmission information, as an ultrasonic signal in water. A transmitter, a synchronization signal detector that detects the synchronization signal from the packet signal received by the receiver, and based on the detection timing of the synchronization signal, for referring to the reference signal and the information signal A gate generation unit that generates a gate, a frequency estimation unit that calculates an estimated frequency of the reference signal and the information signal in each gate, and the information based on the estimated frequency of the reference signal and the known frequency. A frequency correction unit that corrects the estimated frequency of the signal. Here, the gate generation unit, when the synchronization signal is not detected, based on a past Doppler shift value calculated based on the estimated frequency of the past reference signal and the known frequency, the synchronization signal of the synchronization signal. Set the detection timing.
この態様によれば、同期信号検出部においてパケット信号から同期信号が検出されない場合、過去の参照信号の推定周波数と既知の周波数とに基づいて同期信号の検出タイミングが設定される。よって、干渉等により同期信号に不具合が生じても、情報信号に基づく情報を適正に取得することができる。 According to this aspect, when the synchronization signal detection unit does not detect the synchronization signal from the packet signal, the synchronization signal detection timing is set based on the estimated frequency of the past reference signal and the known frequency. Therefore, even if a problem occurs in the synchronization signal due to interference or the like, the information based on the information signal can be properly acquired.
以上のとおり、本発明によれば、干渉等により受信信号に不具合が生じても、受信信号から情報信号に基づく情報を適正に取得することが可能な水中通信システムを提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an underwater communication system that can appropriately acquire information based on an information signal from a received signal even if a problem occurs in the received signal due to interference or the like.
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。 The effects and significance of the present invention will be more apparent from the description of the embodiments below. However, the embodiment described below is merely an example for embodying the present invention, and the present invention is not limited to what is described in the embodiment below.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の実施形態には、旋網漁等に用いられる水中通信システムに本発明を適用した例が示されている。但し、以下の実施形態は、本発明の一実施形態あって、本発明は、以下の実施形態に何ら制限されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiment shows an example in which the present invention is applied to an underwater communication system used for purse seine fishing or the like. However, the following embodiment is one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment.
<実施形態1>
図1(a)は、水中通信システム1の構成を示す図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1A is a diagram showing the configuration of the underwater communication system 1.
図1(a)に示すように、水中通信システム1は、送信器2と、受波器3と、受信器4とを備える。受波器3と受信器4により受信装置5が構成される。送信器2は、魚網に設置され、受波器3と受信器4は、漁船に設置される。受波器3は、たとえば、漁船の底部に設置され、受信器4は、漁船の船内に設置される。1つの魚網に複数の送信器2が設置され得る。この場合、送信器2ごとに受波器3が設置される。受波器3は、送信器2から送信された超音波信号を受信し、受信した超音波信号を電気信号(以下、「受信信号」という)に変換して受信器4に供給する。受信器4は、受信信号を処理して、魚網の深度等の情報を表示部に表示させる。 As shown in FIG. 1A, the underwater communication system 1 includes a transmitter 2, a wave receiver 3, and a receiver 4. The wave receiver 3 and the receiver 4 constitute a receiving device 5. The transmitter 2 is installed in a fish net, and the wave receiver 3 and the receiver 4 are installed in a fishing boat. The wave receiver 3 is installed, for example, at the bottom of the fishing boat, and the receiver 4 is installed inside the fishing boat. A plurality of transmitters 2 can be installed in one fish net. In this case, the wave receiver 3 is installed for each transmitter 2. The wave receiver 3 receives the ultrasonic signal transmitted from the transmitter 2, converts the received ultrasonic signal into an electric signal (hereinafter referred to as “received signal”), and supplies the electric signal to the receiver 4. The receiver 4 processes the received signal and displays information such as the depth of the fishnet on the display unit.
送信器2は、制御部11と、水温計12と、水圧計13と、送受波器14と、送波器15と、電圧検出回路16と、電池17とを備えている。制御部11は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理回路とメモリとを備え、メモリに保持されたプログラムに従って、各部を制御する。水温計12は、送信器2の設置位置における海中の温度を計測する。水圧計13は、送信器2の設置位置における海中の圧力を計測する。
The transmitter 2 includes a
送受波器14は、海底に向けて超音波を送信するとともに、海底で反射されたエコーを受信する。超音波を送信してからエコーを受信するまでの時間を計測することにより、魚網から海底までの距離が求められる。送波器15は、水温、水圧および海底までの距離や、電池17の電圧等を含む情報を、超音波信号として、受波器3に送信する。電圧検出回路16は、電池17の電圧を検出する。電池17は、送信器2の各部に電源を供給する。
The transmitter /
図1(b)は、送信器2から送信されるパケット信号のフォーマットを示す図である。 FIG. 1B is a diagram showing a format of a packet signal transmitted from the transmitter 2.
図1(b)に示すフォーマットのパケット信号が制御部11により生成される。生成されたパケット信号は、超音波信号として、送波器15から海中に送信される。パケット信号は、所定の変調がなされた同期信号と、既知の周波数の参照信号と、送信情報に応じて変調された情報信号とを含む。
The packet signal having the format shown in FIG. 1B is generated by the
図1(b)では、便宜上、1つのパケット信号に情報信号が2つ含まれた例が示されているが、1つのパケット信号に含まれる情報信号の数は、これに限られるものではない。たとえば、1つのパケット信号に情報信号が3つ以上含まれてもよい。パケット信号における各信号の配置順序は、図1(b)の例に限られるものではない。たとえば、参照信号の前に情報信号が配置されてもよい。 In FIG. 1B, an example in which two information signals are included in one packet signal is shown for convenience, but the number of information signals included in one packet signal is not limited to this. . For example, one packet signal may include three or more information signals. The arrangement order of each signal in the packet signal is not limited to the example of FIG. For example, the information signal may be placed before the reference signal.
同期信号は、送信器2と受信器4との間で通信の同期をとるための信号である。同期信号は、たとえば、瞬時周波数が連続的に変化するリニアFM信号である。同期信号の変調方式は、リニアFMに限られるものではなく、参照信号および情報信号と識別可能である限りにおいて、適宜、変更可能である。 The synchronization signal is a signal for synchronizing communication between the transmitter 2 and the receiver 4. The synchronization signal is, for example, a linear FM signal whose instantaneous frequency continuously changes. The modulation method of the synchronization signal is not limited to the linear FM, and can be appropriately changed as long as it can be distinguished from the reference signal and the information signal.
参照信号は、所定周波数の正弦波信号である。情報信号は、上記水温や水圧などの情報(以下、「送信情報」という)の値に応じた周波数の正弦波信号である。すなわち、情報信号は、送信情報で周波数変調された信号である。情報信号の周波数は、送信情報の値に対応する周波数に固定される。パケット信号は、一定周期で、送波器15から水中に送信される。
The reference signal is a sine wave signal having a predetermined frequency. The information signal is a sine wave signal having a frequency corresponding to the value of the information such as water temperature and water pressure (hereinafter, referred to as “transmission information”). That is, the information signal is a signal that is frequency-modulated with the transmission information. The frequency of the information signal is fixed to the frequency corresponding to the value of the transmission information. The packet signal is transmitted underwater from the
図2は、受信器4の構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the receiver 4.
なお、図2には、受信器4の回路系の構成が機能ブロックとして示されている。これらの機能ブロックは、プログラムに従って処理を実行する信号処理回路(プロセッサー)により実現され得る。たとえば、図2に示した構成のうち、周波数変換部21および表示部30以外の各部の機能は、信号処理回路(プロセッサー)100の処理により実現され得る。信号処理回路100は、必ずしも、1つのハードウエアでなくてもよく、複数のハードウエアにより構成されてもよい。
Note that FIG. 2 shows the configuration of the circuit system of the receiver 4 as functional blocks. These functional blocks can be realized by a signal processing circuit (processor) that executes processing according to a program. For example, in the configuration shown in FIG. 2, the functions of the respective units other than the
周波数変換部21は、受波器3から入力される受信信号の中心周波数を、所定の中間周波数に変換する。また、周波数変換部21は、受信信号に重畳されたノイズ成分の除去や、受信信号の増幅も行う。上述のように、複数組の送信器2と受波器3とが用いられ、各組で超音波信号の中心周波数が互いに異なる場合に、受信器4での信号処理を共通化するために、周波数変換部21において、周波数変換が行われる。したがって、この点を考慮する必要がない場合は、周波数変換を行わずに、受信信号そのものをサンプリングするようにしてもよい。この場合、周波数変換部21は省略される。
The
A/D変換器22は、周波数変換部21から入力される受信信号を一定のサンプリングレートでサンプリングしてデジタル信号に変換する。
The A /
直交検波部23は、A/D変換器22から出力されるデジタル信号から、受信信号の複素包絡線系列を生成し、生成した複素包絡線系列のサンプリングレート(データレート)を所定の割合(間引き比)で低減して出力する。ここでは、出力される複素包絡線系列の実部がI[n]で表され、虚部はQ[n]で表される。
The
直交検波部23は、実部符号変換部231と、虚部符号変換部232と、間引きフィルタ233、234とを備える。実部符号変換部231は、複素包絡線系列の実部を生成し、虚部符号変換部232は、複素包絡線系列の虚部を生成する。間引きフィルタ233、234は、それぞれ、実部符号変換部231および虚部符号変換部232の出力系列に対して、ローパスフィルタとリサンプル(間引き)の操作を施す。これにより、各出力系列のサンプリングレートが低減する。このようにサンプリングレートが低減するので、以降の信号処理の負荷が軽減される。
The
なお、直交検波部23のより詳細な処理については、たとえば、特許文献1に記載の処理と同様であるので、ここではその説明を割愛する。直交検波部23の詳細な説明として、特許文献1の記載が参照により取り込まれ得る。
Note that the more detailed processing of the
同期信号検出部24は、直交検波部23から入力される複素包絡線系列I[n]、Q[n]から、同期信号を検出する。同期信号検出部24は、マッチドフィルタ部241と、バッファメモリ242と、最大値検出部243とを備える。
The
マッチドフィルタ部241は、実部系列生成部241aと、虚部系列生成部241bと、絶対値計算部241cとを備える。実部系列生成部241aと虚部系列生成部241bとが、複素マッチドフィルタを構成する。実部系列生成部241aは、複素マッチドフィルタの出力の実部系列Imf[n]を生成し、虚部系列生成部241bは、複素マッチドフィルタの出力の虚部系列Qmf[n]を生成する。絶対値計算部241cは、実部系列Imf[n]と虚部系列Qmf[n]とから、絶対値系列D[n]を生成する。
The matched
具体的には、マッチドフィルタ部241は、直交検波部23から入力される複素包絡線系列I[n]、Q[n]に対して、上述の同期信号に対応する複素マッチドフィルタ処理を施し、処理結果として絶対値系列D[n]を出力する。同期信号にかかる複素包絡線系列I[n]、Q[n]のデータ数と等しくなるように、マッチドフィルタのフィルタ長が決められている。マッチドフィルタ部241は、後述するフィルタ係数計算部26から供給される実部および虚部用のフィルタ係数を用いて、受信信号の波形と同期信号の想定される波形との相関処理を行い、これら波形の相関度を示す絶対値系列D[n]を出力する。これらのフィルタ係数は、マッチドフィルタ内に同期信号にかかる全ての複素包絡線系列I[n]、Q[n]が揃ったときに、絶対値系列D[n]の値が最大となるように設定されている。
Specifically, the matched
なお、マッチドフィルタ部241のより詳細な処理については、たとえば、特許文献1に記載の処理と同様であるので、ここではその説明を割愛する。マッチドフィルタ部241の詳細な説明として、特許文献1の記載が参照により取り込まれ得る。
The more detailed processing of the matched
バッファメモリ242は、上記の絶対値系列D[n]の一部分を一時的に記憶する。具体的には、バッファメモリ242は、同期信号を含み得る所定時間幅の範囲(以下、「検出範囲」という)について、絶対値系列D[n]を一時的に記憶する。検出範囲は、後述のように、1周期前のパケット信号において検出された同期信号の検出タイミングに基づいて、ゲート生成部25により設定される。
The
最大値検出部243は、バッファメモリ242に記憶された検出範囲内における絶対値系列D[n]の最大値を抽出し、抽出した最大値が所定値以上である場合に、この最大値に対応するタイミング(以下、「同期信号検出タイミング」という)をゲート生成部25に出力する。同期信号検出タイミングは、上述のマッチドフィルタ部241の特性から、同期信号と参照信号の境界に相当するタイミングとなる。同期信号検出タイミングは、ゲート生成部25においてメモリに保持され、さらに、周波数補正部28に出力される。上記条件を満たす絶対値系列D[n]が存在しない場合、最大値検出部243は、その旨を示す信号を同期信号検出タイミングに代えてゲート生成部25に出力する。
The maximum
ゲート生成部25は、同期信号検出タイミングを基準として、参照信号のゲートおよび情報信号のゲートの開始タイミングと終了タイミングとを算出し、算出した各タイミングを周波数推定部27に出力する。また、ゲート生成部25は、同期信号検出タイミングにパケット周期を加算したタイミング(以下、「同期信号予測タイミング」という)を算出し、算出した同期信号予測タイミングを、周波数補正部28に出力する。さらに、ゲート生成部25は、算出した同期信号予測タイミングを中心に、時間の戻る方向および時間が進む方向にそれぞれ同一時間幅を設定して、上述の検出範囲を算出し、算出した検出範囲をバッファメモリ242に出力する。
The
図3は、同期信号によりゲートおよび検出範囲を設定する方法の一例を模式的に示す図である。 FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of a method of setting a gate and a detection range by a synchronization signal.
図3の例では、同期信号検出タイミングtd1から時間T1が経過したときのタイミングが、参照信号に設定されるゲートの開始タイミングts1に設定され、開始タイミングts1から時間ΔT1が経過したタイミングが、このゲートの終了タイミングte1に設定される。また、開始タイミングts1から時間T2が経過したときのタイミングが、1つ目の情報信号に設定されるゲートの開始タイミングts2に設定され、開始タイミングts2から時間ΔT1が経過したタイミングが、このゲートの終了タイミングte2に設定される。さらに、開始タイミングts2から時間T3が経過したときのタイミングが、2つ目の情報信号に設定されるゲートの開始タイミングts3に設定され、開始タイミングts3から時間ΔT1が経過したタイミングが、このゲートの終了タイミングte3に設定される。 In the example of FIG. 3, the timing when the time T1 has elapsed from the synchronization signal detection timing td1 is set to the gate start timing ts1 set in the reference signal, and the timing when the time ΔT1 has elapsed from the start timing ts1 is It is set at the end timing te1 of the gate. Further, the timing when the time T2 has elapsed from the start timing ts1 is set to the start timing ts2 of the gate set in the first information signal, and the timing when the time ΔT1 has elapsed from the start timing ts2 is the timing of this gate. The end timing te2 is set. Further, the timing when the time T3 has elapsed from the start timing ts2 is set to the gate start timing ts3 set in the second information signal, and the timing when the time ΔT1 has elapsed from the start timing ts3 is the timing of this gate. The end timing te3 is set.
こうして、参照信号のゲートは、参照信号の後半部分に設定され、情報信号のゲートは、情報信号の後半部分に設定される。このように参照信号のゲートを設定することにより、海底あるいは海面で反射したのち到来した同期信号が、参照信号のゲート内に混在することを防ぐことができる。同様に、上記のように情報信号のゲートを設定することにより、海底あるいは海面で反射したのち到来した参照信号が、1つ目の情報信号のゲート内に混在することを防ぐことができる。2つ目の情報信号についても、同様である。 Thus, the gate of the reference signal is set to the latter half of the reference signal, and the gate of the information signal is set to the latter half of the information signal. By setting the gate of the reference signal in this manner, it is possible to prevent the synchronization signal that has arrived after being reflected on the sea floor or the sea surface from being mixed in the gate of the reference signal. Similarly, by setting the gate of the information signal as described above, it is possible to prevent the reference signal arriving after being reflected on the sea floor or the sea surface from being mixed in the gate of the first information signal. The same applies to the second information signal.
また、同期信号検出タイミングtd1からパケット信号の送信周期Tpが経過したタイミングが、次のパケット信号における同期信号予測タイミングtp1に設定される。そして、同期信号予測タイミングtp1を中心に、時間の戻るおよび時間が進む方向にそれぞれ同一時間幅ΔT11を設定したタイミングが、検出範囲の開始タイミングts11および終了タイミングte11に設定される。時間幅ΔT11は、想定され得るドップラーシフトが生じても、同期信号が検出され得る時間幅に設定される。 The timing at which the transmission period Tp of the packet signal has elapsed from the synchronization signal detection timing td1 is set as the synchronization signal prediction timing tp1 in the next packet signal. Then, the timings at which the same time width ΔT11 is set in the time return and time advance directions centering on the synchronization signal prediction timing tp1 are set as the detection range start timing ts11 and end timing te11. The time width ΔT11 is set to a time width in which the synchronization signal can be detected even if the possible Doppler shift occurs.
図2に戻り、周波数推定部27は、ゲート生成部25から入力される参照信号および情報信号のゲート内の複素包絡線系列I[n]、Q[n]に対して、DFT(離散フーリエ変換)とスペクトル補間(補完処理)とを施すことにより、参照信号および情報信号の推定周波数を算出する。ここで算出される推定周波数は、ドップラーシフトが生じた周波数、すなわち受信周波数である。周波数推定部27は、参照信号および情報信号の周波数の推定値を周波数補正部28に出力する。また、周波数推定部27は、参照信号の周波数の推定値をゲート生成部25に出力する。
Returning to FIG. 2, the
なお、周波数推定部27のより詳細な処理については、たとえば、特許文献1に記載の処理と同様であるので、ここではその説明を割愛する。周波数推定部27の詳細な説明として、特許文献1の記載が参照により取り込まれ得る。
Note that the more detailed processing of the
周波数補正部28は、参照信号の既知の周波数と、周波数推定部27により算出された参照信号の推定周波数(周波数の推定値)とに基づいて、周波数推定部27により算出された情報信号の推定周波数(周波数の推定値)を補正する。ここで、情報信号の補正後の推定周波数をfic、参照信号の既知の周波数をfp、周波数推定部27により算出された参照信号の推定周波数をfpe、周波数推定部27により算出された情報信号の推定周波数をfieとすると、補正後の推定周波数ficは、以下の式により算出される。
The
fic=fie・fp/fpe …(1) fic = pie · fp / fpe (1)
式(1)で算出される推定周波数ficは、ドップラーシフトが除去された情報信号の周波数であり、理想的には、情報信号の送信時の周波数と等しくなる。 The estimated frequency fic calculated by the equation (1) is the frequency of the information signal from which the Doppler shift has been removed, and ideally becomes equal to the frequency when the information signal is transmitted.
なお、ここでは、補正後の推定周波数ficが、周波数をfp、fpe、fieから直接求められたが、参照信号の既知の周波数fpと、周波数推定部27により算出された参照信号の推定周波数fpeとに基づいて、参照信号の推定周波数のドップラーシフト値を求め、求めたドップラーシフト値に基づいて、情報信号の推定周波数fieが補正されてもよい。
Here, the corrected estimated frequency fic is obtained directly from the frequencies fp, fpe, and fie, but the known frequency fp of the reference signal and the estimated frequency fpe of the reference signal calculated by the
数値変換部29は、補正された情報信号の推定周波数を送信情報の値に変換する。変換後の値は、表示部30に出力される。表示部30は、受信した送信情報の値(水圧や水温など)を表示する。たとえば、水圧から換算された魚網深度が表示部30に表示される。
The
フィルタ係数計算部26は、参照信号の既知の周波数と、周波数推定部27により算出された参照信号の推定周波数とに基づいて、上述のマッチドフィルタの実部および虚部のフィルタ係数を算出する。フィルタ係数計算部26は、算出したフィルタ計数をメモリに保持するとともにマッチドフィルタ部241に供給する。
The filter
なお、フィルタ係数計算部26のより詳細な処理については、たとえば、特許文献1に記載の処理と同様であるので、ここではその説明を割愛する。フィルタ係数計算部26の詳細な説明として、特許文献1の記載が参照により取り込まれ得る。
Note that the more detailed processing of the filter
図4(a)、(b)は、水中通信システム1において行われる通信処理の基本的な流れを示すフローチャートである。図4(a)の処理は、送信器2において行われ、図4(b)の処理は、受波器3および受信器4において行われる。 4A and 4B are flowcharts showing a basic flow of communication processing performed in the underwater communication system 1. The process of FIG. 4A is performed in the transmitter 2, and the process of FIG. 4B is performed in the receiver 3 and the receiver 4.
まず、図4(a)を参照して、送信器2の制御部11は、水温計12、水圧計13および送受波器14を制御して、水温、水圧および海底までの距離を検出する(S1A)。制御部11は、検出結果に基づき送信情報を生成し(S2A)、生成した送信情報に応じた情報信号を含むパケット信号を超音波信号として水中に送信する(S3A)。パケット信号には、上記のように、同期信号と参照信号が含まれている。制御部11は、一定周期(送信周期Tp)で、S1A〜S3Aの処理を繰り返し実行する。
First, referring to FIG. 4A, the
図4(b)を参照して、受信器4は、送信器2から送信された超音波信号を、受波器3を介して受信する(S1B)。これに応じて、受信器4の同期信号検出部24が、上記のように、受信信号から同期信号を検出する(S2B)。さらに、受信器4のゲート生成部25が、上記のように、同期信号の検出結果(同期信号検出タイミング)に基づいて参照信号および情報信号のゲートを生成し、さらに、次の同期信号の予測タイミング(同期信号予測タイミング)と検出範囲を設定する(S3B)。
With reference to FIG. 4B, the receiver 4 receives the ultrasonic signal transmitted from the transmitter 2 via the receiver 3 (S1B). In response to this, the
そして、受信器4の周波数推定部27が、ゲート内の参照信号および情報信号に対し周波数を推定し(S4B)、さらに、周波数補正部28が、参照信号の推定周波数に基づいて情報信号の推定周波数を補正する(S5B)。続いて、受信器4の数値変換部29が、情報信号の推定周波数を数値に変換し、変換した数値を表示部30に表示させる(S6B)。受信器4は、受信信号の受信に応じて、S1B〜S6Bの処理を繰り返し実行する。
Then, the
ところで、水中通信システム1では、他船に設置された魚群探知機やスキャニングソナー等からの信号が、受信信号に干渉することが起こり得る。これにより、同期信号または参照信号が適正に取得されないことが起こり得る。この場合、参照信号に基づくドップラーシフトの検出を適正に行えなくなり、あるいは、同期信号に基づくゲートの設定を適正に行えなくなる。その結果、受信器4側において情報信号に基づく送信情報を適正に取得できず、深度等の誤表示や表示の欠落等が起こり得る。 By the way, in the underwater communication system 1, a signal from a fish finder, a scanning sonar, or the like installed on another ship may interfere with a received signal. As a result, the synchronization signal or the reference signal may not be properly acquired. In this case, the Doppler shift detection based on the reference signal cannot be properly performed, or the gate setting based on the synchronization signal cannot be properly performed. As a result, the transmission information based on the information signal cannot be properly acquired on the receiver 4 side, and erroneous display of the depth and the like, missing of the display, and the like may occur.
そこで、本実施形態では、干渉等により同期信号または参照信号に不具合が生じた場合にも、情報信号の送信情報を適正に取得するための構成が設けられている。以下、この構成について説明する。 Therefore, in the present embodiment, a configuration is provided for appropriately acquiring the transmission information of the information signal even when a problem occurs in the synchronization signal or the reference signal due to interference or the like. The configuration will be described below.
まず、受信信号中の同期信号に不具合が生じた場合に、同期信号の検出タイミング(同期信号検出タイミング)を補完するための構成について説明する。この構成は、ゲート生成部25に設けられている。
First, a configuration for complementing the detection timing of the synchronization signal (synchronization signal detection timing) when a failure occurs in the synchronization signal in the received signal will be described. This structure is provided in the
図5(a)は、図4(b)のステップS3Bにおいて行われるゲート生成処理の処理フローを示すフローチャートである。 FIG. 5A is a flowchart showing the processing flow of the gate generation processing performed in step S3B of FIG. 4B.
ゲート生成部25は、同期信号検出部24(最大値検出部243)から同期信号の検出結果を取得すると(S11)、同期検出結果に基づいて、同期検出が適正に行えたか否かを判定する(S12)。
When the
上記のように最大値検出部243は、バッファメモリ242に記憶された検出範囲内における絶対値系列D[n]の最大値を抽出し、抽出した最大値が所定値以上である場合に、最大値に対応するタイミングである同期信号検出タイミングを、同期検出結果として、ゲート生成部25に出力し、この条件が満たされない場合は、その旨を示す信号を、同期検出結果として、ゲート生成部25に出力する。
As described above, the maximum
同期検出結果として同期信号検出タイミングを取得した場合(S12:YES)、ゲート生成部25は、同期検出結果として取得した同期信号検出タイミングをそのまま同期信号の検出タイミングに設定する(S13)。他方、同期検出結果として同期信号検出タイミングを取得しなかった場合(S12:NO)、ゲート生成部25は、過去のドップラーシフト値から同期検出タイミングを補完する(S14)。
When the synchronization signal detection timing is acquired as the synchronization detection result (S12: YES), the
上記のように、ゲート生成部25は、周波数推定部27から参照信号の推定周波数を随時、取得している。ゲート生成部25は、参照信号の推定周波数を取得するごとに、推定周波数と参照信号の既知の周波数とに基づいて、参照信号のドップラーシフト値を算出し、算出したドップラーシフト値をメモリに保持する。
As described above, the
ステップS14において、ゲート生成部25は、前回設定した同期検出タイミングにパケット信号の周期Tpを加算して求めた同期予測タイミング、すなわち、今回の同期信号に対する同期予測タイミングを、前回の参照信号について算出したドップラーシフト値で補正して同期検出タイミングを求め、求めた同期検出タイミングを、今回の同期信号に対する同期検出タイミングとして設定する。
In step S14, the
ここで、同期予測タイミングとドップラーシフト値とに基づいて同期検出タイミングを算出する方法について説明する。 Here, a method of calculating the synchronization detection timing based on the synchronization prediction timing and the Doppler shift value will be described.
たとえば、送信器2の送信周波数をf(Hz)、受波器3の受信周波数をf’(Hz)、送信器2の移動速度をvs(m/s)、受波器3の移動速度をv0(m/s)、水中の音速をV(m/s)とすると、以下の関係式が成立する。 For example, the transmission frequency of the transmitter 2 is f (Hz), the reception frequency of the receiver 3 is f '(Hz), the moving speed of the transmitter 2 is vs (m / s), and the moving speed of the receiver 3 is Let v0 (m / s) and the speed of sound in water be V (m / s), the following relational expression holds.
ここで、送信器2の移動速度vsをゼロとし、受波器3の移動速度v0を送信器2と受波器3の相対速度vとして扱うと、ドップラーシフト値Δf(Hz)は、以下の式で求められる。 Here, if the moving speed vs of the transmitter 2 is zero and the moving speed v0 of the wave receiver 3 is treated as the relative speed v of the transmitter 2 and the wave receiver 3, the Doppler shift value Δf (Hz) is as follows. It is calculated by the formula.
さらに、パケット信号の送信周期をTp、受信信号のサンプリング周期をts、同期信号予測タイミングに対する同期検出タイミングのズレをnとすると、上記式(3)は、以下の式に変形される。 Further, assuming that the transmission cycle of the packet signal is Tp, the sampling cycle of the reception signal is ts, and the deviation of the synchronization detection timing from the synchronization signal prediction timing is n, the above equation (3) is transformed into the following equation.
ここで、サンプリング周期tsは、図2に示した間引きフィルタ233、234で間引かれた後の受信信号のサンプリング周期である。また、ズレnは、このサンプリング周期におけるサンプルタイミングの数により、同期信号予測タイミングに対する同期検出タイミングのズレを規定したものである。
Here, the sampling period ts is the sampling period of the received signal after being thinned out by the thinning
上記式(4)において、周波数fは、参照信号の送信周波数として既知であり、サンプリング周期tsおよびパケット信号の送信周期Tpも装置の動作条件として既知である。したがって、参照信号の推定周波数に基づき、上記式(1)を用いてドップラーシフト値Δf(補正後の推定周波数ficと補正前の推定周波数fieの差)が求まれば、これを式(4)に代入することにより、ズレnを算出できる。 In the above formula (4), the frequency f is known as the transmission frequency of the reference signal, and the sampling period ts and the transmission period Tp of the packet signal are also known as the operating conditions of the device. Therefore, if the Doppler shift value Δf (difference between the estimated frequency fic after correction and the estimated frequency fie before correction) is obtained using the above equation (1) based on the estimated frequency of the reference signal, this is given by equation (4) The deviation n can be calculated by substituting into
ゲート生成部25は、図5(a)のステップS14において、1パケット前のドップラーシフト値を式(4)に適用してズレnを求め、求めたズレnを今回の同期信号の同期信号予測タイミングに対し加算して、今回の同期信号の同期信号検出タイミングを取得する。こうして、同期信号検出タイミングの補完が行われる。
In step S14 of FIG. 5A, the
ステップS13、S14の何れかにより同期検出タイミングを設定した後、ゲート生成部25は、設定した同期検出タイミングに基づき、次の同期信号の同期予測タイミングを算出し、さらに、次の同期信号の検出範囲を設定する。次の同期信号の同期予測タイミングは、同期検出タイミングにパケット信号の送信周期Tpを加算して求められる。また、検出範囲は、図3に示したように、同期予測タイミングに時間幅ΔT11を加算および減算することにより求められる。ゲート生成部25は、求めた同期予測タイミングと検出範囲をメモリに保持する。さらに、ゲート生成部25、同期予測タイミングを周波数推定部27に出力し、検出範囲をバッファメモリ242に出力する。
After setting the synchronization detection timing in any of steps S13 and S14, the
また、ゲート生成部25は、ステップS13、S14の何れかにより設定した同期検出タイミングに基づき、参照信号のゲートと情報信号のゲートを設定する(S16)。こうして、同期検出結果に応じた処理が終了する。ゲート生成部25は、ステップS11において同期検出結果を取得するごとに、同様の処理を繰り返し実行する。
Further, the
なお、図5(a)の処理では、式(4)に基づくドップラーシフト値の算出がゲート生成部25において行われたが、ドップラーシフト値の算出が周波数補正部28において行われてもよい。この場合、周波数補正部28は、算出したドップラーシフト値を随時、ゲート生成部25に出力し、ゲート生成部25は、入力されたドップラーシフト値をメモリに保持する。ゲート生成部25は、メモリに保持した1パケット前のドップラーシフト値を用いて、ステップS14と同様の処理により、同期検出タイミングを算出して補完する。
In the process of FIG. 5A, the calculation of the Doppler shift value based on the equation (4) is performed by the
次に、受信信号中の参照信号に不具合が生じた場合に、受信信号のドップラーシフト値を補完するための構成について説明する。この構成は、周波数補正部28に設けられている。
Next, a configuration for complementing the Doppler shift value of the received signal when a defect occurs in the reference signal in the received signal will be described. This configuration is provided in the
図5(b)は、図4(b)のステップS5Bにおいて行われる周波数補正処理の処理フローを示すフローチャートである。 FIG. 5B is a flowchart showing the processing flow of the frequency correction processing performed in step S5B of FIG. 4B.
周波数補正部28は、周波数推定部27から参照信号の周波数の推定結果を取得すると(S21)、推定結果に基づいて、推定の適否を判定する(S22)。本実施形態では、参照信号の周波数を適正に推定できたか否かの判定が、周波数推定部27において行われる。周波数推定部27は、参照信号の周波数を適正に推定できた場合、推定結果として、参照信号の推定周波数を周波数補正部28に出力する。他方、参照信号の周波数を適正に推定できなかった場合、周波数推定部27は、推定結果として、その旨を示す信号を周波数補正部28に出力する。
When the
図6(a)は、周波数推定部27によって行われる参照信号の推定周波数の適否を判定する処理を示すフローチャートである。
FIG. 6A is a flowchart showing the processing performed by the
周波数推定部27は、参照信号の推定周波数が正常範囲内であること(S31)、前回の推定周波数に対する今回の推定周波数の変化量が閾値未満であること(S32)、および参照信号のS/Nが閾値未満であること(S33)を条件として、参照信号の推定周波数が適正であるか否かを判定する。ステップS31〜S33の全てがYESの場合、周波数推定部27は、周波数の推定が適正であるとして、参照信号の推定周波数を周波数補正部28に出力する(S34)。他方、ステップS31〜S33の少なくとも1つがNOの場合、周波数推定部27は、周波数の推定が不適正であるとして、その旨を示す信号を周波数補正部28に出力する(S35)。
The
図5(b)に戻り、参照信号の推定結果として参照信号の推定周波数を取得した場合(S22:YES)、周波数補正部28は、取得した参照信号の推定結果と参照信号の既知の周波数とに基づき、上記式(1)を用いて、参照信号のドップラーシフト値を算出する(S23)。他方、参照信号の推定結果として参照信号の推定周波数を取得しなかった場合(S22:NO)、周波数補正部28は、同期検出タイミングに基づいてドップラーシフト値を補完する(S24)。
Returning to FIG. 5B, when the estimated frequency of the reference signal is acquired as the estimation result of the reference signal (S22: YES), the
具体的には、ステップS24において、周波数補正部28は、ゲート生成部25から取得した同期信号予測タイミングと同期信号検出タイミングとのズレnを求め、求めたズレnを上記式(4)に適用して、参照信号のドップラーシフト値Δfを算出する。
Specifically, in step S24, the
図7の上段は、ドップラーシフトの影響がない場合の受信信号の状態を示し、図7の中段および下段は、ドップラーシフトの影響がある場合の受信信号の状態を示す。便宜上、1パケット前の同期信号検出タイミングtd1’は、上段、中段、下段において揃えられている。 The upper part of FIG. 7 shows the state of the received signal when there is no influence of the Doppler shift, and the middle and lower parts of FIG. 7 show the state of the received signal when there is the influence of the Doppler shift. For the sake of convenience, the synchronization signal detection timing td1 'one packet before is aligned in the upper stage, the middle stage, and the lower stage.
図7の中段の例では、ドップラーシフトの影響により受信信号が時間軸方向に縮まっているため、同期信号予測タイミングtp1に対して同期信号検出タイミングtd1が早まっている。この場合、ズレnは負の値となる。これに対し、図7の下段の例では、ドップラーシフトの影響により受信信号が時間軸方向に伸びているため、同期信号予測タイミングtp1に対して同期信号検出タイミングtd1が遅延している。この場合、ズレnは正の値となる。周波数補正部28は、こうして求めたズレnを上記式(4)に適用して、参照信号のドップラーシフト値Δfを算出する。
In the example in the middle part of FIG. 7, since the received signal is contracted in the time axis direction due to the influence of Doppler shift, the synchronization signal detection timing td1 is advanced with respect to the synchronization signal prediction timing tp1. In this case, the deviation n has a negative value. On the other hand, in the example in the lower part of FIG. 7, since the received signal extends in the time axis direction due to the influence of Doppler shift, the synchronization signal detection timing td1 is delayed with respect to the synchronization signal prediction timing tp1. In this case, the deviation n has a positive value. The
ステップS23、S24の何れかによりドップラーシフト値を設定した後、周波数補正部28は、設定したドップラーシフト値に基づき、情報信号の推定周波数を補正する。これにより、情報信号の推定周波数に対するドップラーシフトの影響が抑制される。こうして、情報信号の推定周波数を補正する処理が終了する。周波数補正部28は、ステップS21において参照信号の周波数の推定結果を取得するごとに、同様の処理を繰り返し実行する。
After setting the Doppler shift value in any of steps S23 and S24, the
なお、図5(b)の処理では、式(4)に基づくドップラーシフト値の算出が周波数補正部28において行われたが、ドップラーシフト値の算出がゲート生成部25において行われてもよい。この場合、ゲート生成部25は、算出したドップラーシフト値を随時、周波数補正部28に出力し、周波数補正部28は、入力されたドップラーシフト値を用いて、ステップS24において、ドップラーシフト値を補完する。
In the processing of FIG. 5B, the Doppler shift value is calculated by the
また、図5(b)のステップS22の判定において、さらに、図6(b)の判定処理が追加されてもよい。図6(b)の判定処理は、周波数推定部27から参照信号の周波数の推定値が周波数補正部28に出力された場合、すなわち、周波数推定部27において参照信号の周波数が適正に推定されたと判定された場合に、追加的に行われる。
Further, in the determination of step S22 of FIG. 5B, the determination process of FIG. 6B may be added. The determination process of FIG. 6B is performed when the
図6(b)において、周波数補正部28は、周波数推定部27から入力された参照信号の推定周波数と既知の周波数とに基づいて、参照信号のドップラーシフト値DS1を取得する(S41)。この処理は、図5(b)のステップS23と同様である。次に、周波数補正部28は、ゲート生成部25から入力された同期信号検出タイミングと同期信号予測タイミングとに基づいて、ドップラーシフト値DS2を取得する(S42)。この処理は、図5(b)のステップS24と同様である。なお、ステップS41、42の順番は逆でもよい。
In FIG. 6B, the
そして、周波数補正部28は、ドップラーシフト値DS1、DS2の差の絶対値が閾値を超えるか否かを判定する(S43)。差の絶対値が閾値を超える場合(S43:YES)、周波数補正部28は、参照信号の推定周波数が不適正である判定する(S44)。この場合、図5(b)のステップS22の判定はNOとなる。他方、差の絶対値が閾値を超えない場合(S43:NO)、周波数補正部28は、参照信号の推定周波数が適正であると判定する。この場合、図5(b)のステップS22の判定はYESとなる。
Then, the
図6(b)の判定を行うことにより、たとえば、図6(a)の処理において参照信号の推定周波数が正常範囲内にある場合であっても、ドップラーシフト値DS1、DS2との間の乖離が大きい場合に、参照信号の推定周波数が適正でないと判定され、同期検出タイミングに基づくドップラーシフト値を用いて情報信号の周波数が補正される。これにより、情報信号に応じた送信情報をより正確に取得することができる。 By performing the determination of FIG. 6B, for example, even when the estimated frequency of the reference signal is within the normal range in the process of FIG. 6A, the deviation between the Doppler shift values DS1 and DS2 is obtained. Is large, it is determined that the estimated frequency of the reference signal is not appropriate, and the frequency of the information signal is corrected using the Doppler shift value based on the synchronization detection timing. As a result, the transmission information corresponding to the information signal can be acquired more accurately.
なお、図6(a)の判定処理に代えて、図6(b)の判定処理が行われてもよく、図6(a)のステップS31〜S33の何れかの判定処理と図6(b)の判定処理が組み合わされてもよい。 Note that the determination process of FIG. 6B may be performed instead of the determination process of FIG. 6A, and the determination process of any one of steps S31 to S33 of FIG. The determination processing of) may be combined.
<実施形態の効果>
本実施形態によれば、以下の効果が奏され得る。
<Effect of Embodiment>
According to this embodiment, the following effects can be achieved.
図5(b)を参照して説明したように、同期信号検出タイミングと、過去の同期信号検出タイミングとに基づいて、周波数推定部27により算出された情報信号の推定周波数が補正される。具体的には、図5(b)のステップS24、S25に示したように、同期信号検出部24により検出された同期信号検出タイミングと過去の(本実施形態では1パケット前の)同期信号検出タイミングとに基づいて算出されたドップラーシフト値に基づいて、周波数推定部27により算出された情報信号の推定周波数が補正される。ここで、ドップラーシフト値は、過去の(1パケット前の)同期信号検出タイミングとパケット信号の送信周期Tpとに基づいて設定された同期信号予測タイミングと、同期信号検出部24により検出された同期信号検出タイミングとの差分に基づいて、上記式(4)により取得される。よって、干渉等により参照信号に不具合が生じても、情報信号に基づく送信情報を適正に取得することができる。
As described with reference to FIG. 5B, the estimated frequency of the information signal calculated by the
図5(b)に示したように、周波数補正部28は、周波数推定部27により算出された参照信号の推定周波数と既知の周波数とに基づいて情報信号の推定周波数を補正できない場合に(S22:NO)、同期信号検出タイミングにより補完されたドップラーシフト値(S24)に基づいて、情報信号の推定周波数を補正する(S24)。これにより、参照信号の推定周波数に基づく情報信号の推定周波数の補正プロセスを有効に利用しながら、同期信号検出タイミングにより補完されたドップラーシフト値を用いた情報信号の推定周波数の補正を行うことができる。
As illustrated in FIG. 5B, when the
なお、本実施形態では、同期信号検出タイミングにより情報信号の推定周波数を補正できるため、情報信号の推定周波数を補正する観点からは、必ずしも、参照信号は必須ではない。よって、この観点からは、参照信号がパケット信号から省略されてもよい。但し、本実施形態では、図5(a)に示したように、受信信号から同期信号が検出できなかった場合に、参照信号に基づくドップラーシフト値により、同期信号検出タイミングが設定される。よって、この観点からは、パケット信号に参照信号が含まれていることが必要となる。本実施形態では、参照信号と同期信号が互いに相補的に働くことにより、干渉等により何れか一方に不具合が生じても、情報信号に応じた送信情報が正確に取得され得るとの効果が奏される。 In this embodiment, since the estimated frequency of the information signal can be corrected by the synchronization signal detection timing, the reference signal is not always necessary from the viewpoint of correcting the estimated frequency of the information signal. Therefore, from this viewpoint, the reference signal may be omitted from the packet signal. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 5A, when the sync signal cannot be detected from the received signal, the sync signal detection timing is set by the Doppler shift value based on the reference signal. Therefore, from this viewpoint, it is necessary that the packet signal includes the reference signal. In the present embodiment, the reference signal and the synchronization signal work in a complementary manner to each other, so that the transmission information according to the information signal can be accurately acquired even if a problem occurs in one of them due to interference or the like. To be done.
図6(b)に示したように、周波数補正部28は、周波数推定部27により算出された参照信号の推定周波数と既知の周波数とに基づいて、ドップラーシフト値DS1を取得し(S41)、このドップラーシフト値DS1と、同期信号検出タイミングにより取得されたドップラーシフト値DS2(S42)との差異に基づいて、前記参照信号の推定周波数の適否を判定する(S43、S44)。そして、周波数補正部28は、参照信号の推定周波数が適正でない場合に、図5(b)のステップS24、S25において、同期信号検出タイミングから補完されたドップラーシフト値に基づいて、情報信号の推定周波数を補正する。これにより、不適正な参照信号の推定周波数に基づき情報信号の推定周波数が補正されることが防がれる。よって、情報信号に応じた送信情報をより正確に取得することができる。
As shown in FIG. 6B, the
図5(a)に示したように、ゲート生成部25は、同期信号検出部24により同期信号が検出されない場合に(S12:NO)、周波数推定部27により算出された過去の参照信号の推定周波数と既知の周波数とに基づいて算出した過去のドップラーシフト値に基づき、同期信号検出タイミングを設定する(S14)。具体的には、ゲート生成部25は、パケット信号の送信周期に基づいて設定される同期信号予測タイミングに対し、過去のドップラーシフト値に基づく時間ずれを適用して、同期信号検出タイミングを設定する。これにより、他の信号との干渉等によって同期信号が検出されない場合にも、参照信号および情報信号のゲートを設定できる(S16)。よって、情報信号に応じた通信情報を、途切れなく適正に表示させることができる。
As shown in FIG. 5A, when the synchronization
ここで、ゲート生成部25は、同期信号検出部24により同期信号が検出されない場合に、過去のドップラーシフト値から設定した同期信号検出タイミングに基づいて、受信信号に対する同期信号の検出範囲を、同期信号検出部24(バッファメモリ242)に対して設定する(S15)。これにより、次の同期信号を円滑に検出でき、同期信号検出タイミングに基づくゲートの設定処理が円滑に進められ得る。よって、情報信号に応じた通信情報を、途切れなく適正に表示させることができる。
Here, when the synchronization signal is not detected by the synchronization
なお、参照信号のドップラーシフト値は、過去の参照信号の推定周波数の変化傾向や、これら推定周波数に基づく過去のドップラーシフト値の変化傾向から予測することもできる。したがって、周波数補正部28は、過去の参照信号の推定周波数または過去の参照信号の推定周波数に基づく過去のドップラーシフト値に基づいて現在のドップラーシフト値を取得する処理をさらに実行してもよい。そして、この処理によってもドップラーシフト値を取得できない場合に、同期信号検出タイミングにより取得されたドップラーシフト値に基づいて、情報信号の推定周波数を補正するように、周波数補正部28が構成されてもよい。
The Doppler shift value of the reference signal can also be predicted from the change tendency of the estimated frequency of the reference signal in the past and the change tendency of the past Doppler shift value based on these estimated frequencies. Therefore, the
たとえば、受信信号に基づく処理が開始された直後は、過去の参照信号の推定周波数や過去のドップラーシフト値が存在しないため、これらに基づいて現在のドップラーシフト値を取得することができない。したがって、受信信号に基づく処理が開始されてから過去の参照信号に基づく処理によりドップラーシフト値が取得可能となるまでの期間において、同期信号検出タイミングにより算出されたドップラーシフト値に基づいて、情報信号の周波数を補正するように、周波数補正部28が構成されてもよい。
For example, immediately after the processing based on the received signal is started, the estimated frequency of the past reference signal and the past Doppler shift value do not exist, so the current Doppler shift value cannot be acquired based on these. Therefore, in the period from when the process based on the received signal is started until the Doppler shift value can be acquired by the process based on the past reference signal, based on the Doppler shift value calculated by the synchronization signal detection timing, the information signal The
<変更例>
上記実施形態において示されたドップラーシフト値の式(4)では、送信器2と受波器3との間の相対速度の変化(加速度)が考慮されていない。さらに、この加速度を考慮して、ドップラーシフト値が算出されてもよい。
<Example of change>
In the equation (4) of the Doppler shift value shown in the above embodiment, the change (acceleration) in the relative velocity between the transmitter 2 and the wave receiver 3 is not taken into consideration. Further, the Doppler shift value may be calculated in consideration of this acceleration.
この場合、ドップラーシフト値をΔfa、加速度をaとすると、式(4)は、以下のように修正される。 In this case, assuming that the Doppler shift value is Δfa and the acceleration is a, the equation (4) is modified as follows.
ここで、加速度aは、たとえば、参照信号の周波数から取得されたドップラーシフト値から相対速度を求め、求めた相対速度の変化傾向から取得され得る。 Here, the acceleration a can be obtained from, for example, the relative velocity obtained from the Doppler shift value obtained from the frequency of the reference signal, and the change tendency of the obtained relative velocity.
式(5)を用いることにより、より正確なドップラーシフト値が取得され得る。この場合、図6(a)のステップS43における閾値は、式(5)に応じた値に修正されればよい。 By using equation (5), a more accurate Doppler shift value can be obtained. In this case, the threshold value in step S43 of FIG. 6A may be modified to a value according to equation (5).
また、上記実施形態では、図5(b)のステップS23、S24において、ドップラーシフト値が周波数補正部28により算出されたが、情報信号の推定周波数の補正において、ドップラーシフト値は、必ずしも算出されなくてもよい。たとえば、同期信号検出タイミングと同期信号予測タイミングとに基づいて、直接、情報信号の推定周波数を補正するための補正値が算出されてもよく、あるいは、同期信号検出タイミングと同期信号予測タイミングとに基づいて、直接、補正後の情報信号の推定周波数が算出されてもよい。この場合、これらの算出式に、ドップラーシフト値の算出工程がマージされる。
Further, in the above embodiment, the Doppler shift value is calculated by the
<実施形態2>
実施形態2では、周波数推定部27において、さらに、他の信号の干渉等により参照信号および情報信号に重畳されたノイズ成分が除去される。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, the
図8は、実施形態2に係るパケット信号の構成と、ノイズ成分の除去の流れを概念的に示す図である。 FIG. 8 is a diagram conceptually showing the configuration of the packet signal according to the second embodiment and the flow of noise component removal.
図8に示すように、実施形態2では、パケット信号に、信号のない休止区間RTが含まれている。ゲート生成部25は、さらに、この休止区間RTに対してゲートを設定する。周波数推定部27は、休止区間RTに設定されたゲートについて、周波数スペクトルを取得する。休止区間RTには信号がないため、休止区間RTから取得された周波数スペクトルは、干渉波等によるノイズの周波数スペクトル(以下、「ノイズスペクトル」という)となる。ノイズスペクトルは、周波数推定部27により補間処理が行われる前の周波数スペクトルである。
As shown in FIG. 8, in the second embodiment, the packet signal includes a pause section RT in which there is no signal. The
周波数推定部27は、1〜3周期前のノイズスペクトルをスペクトル要素ごとに比較して、各スペクトル要素における最大値を取得し、取得したスペクトル要素ごとの最大値を組合せて、ノイズ成分の周波数スペクトル(以下、「除去スペクトル」という)を取得する。そして、周波数推定部27は、今回のパケット信号から取得した参照信号および情報信号の周波数スペクトル(補間処理前の周波数スペクトル)に対し、スペクトル要素ごとに、除去スペクトルのレベルを減算する。これにより、参照信号および情報信号の周波数スペクトルからノイズ成分が除去される。その後、周波数推定部27は、ノイズ除去後の参照信号および情報信号の周波数スペクトルに基づいて、参照信号および情報信号の推定周波数として取得する。
The
図9(a)〜(d)は、周波数推定部27におけるノイズ除去処理が適用された場合の周波数スペクトルの状態を検証した検証結果である。図9(a)〜(d)において、横軸は、スペクトル要素であり、縦軸は、各スペクトル要素のレベルである。横軸は、256階調に規格化されている。
9A to 9D are verification results for verifying the state of the frequency spectrum when the noise removal processing in the
ここでは、図9(a)に示す周波数スペクトルの元信号の波形に、図9(b)に示す周波数スペクトルの干渉波を重畳して重畳信号を生成した。この重畳信号にDFTを適用することで、図9(c)の周波数スペクトルが得られた。さらに、図9(b)の周波数スペクトルを除去スペクトルとして、スペクトル要素ごとに、図9(c)の重畳信号の周波数スペクトルに減算処理を施した。その結果、図9(d)の周波数スペクトルが得られた。 Here, the interference signal of the frequency spectrum shown in FIG. 9B is superimposed on the waveform of the original signal of the frequency spectrum shown in FIG. 9A to generate a superimposed signal. By applying DFT to this superimposed signal, the frequency spectrum of FIG. 9C was obtained. Further, the frequency spectrum of FIG. 9B is used as a removal spectrum, and the subtraction process is performed on the frequency spectrum of the superimposed signal of FIG. 9C for each spectrum element. As a result, the frequency spectrum of FIG. 9D was obtained.
図9(c)の周波数スペクトルでは、元信号のスペクトル要素以外に干渉波の周波数スペクトルが混在し、元信号のスペクトル要素以外のスペクトル要素のレベルが最大となっている。このため、この周波数スペクトルからは、元信号の周波数を適正に検出できない。これに対し、除去スペクトルを減算した後の周波数スペクトルでは、図9(d)のように、干渉波の周波数スペクトルが消失し、元信号の周波数スペクトルと同じスペクトル要素にピークが生じている。したがって、除去スペクトルを用いた減算処理を施すことにより、元信号の周波数を正確に検出できる。すなわち、除去スペクトルを用いた減算処理を施すことにより、参照信号および情報信号の推定周波数を正確に取得できることが確認できた。 In the frequency spectrum of FIG. 9C, the frequency spectrum of the interference wave is mixed in addition to the spectrum element of the original signal, and the level of the spectrum element other than the spectrum element of the original signal is maximum. Therefore, the frequency of the original signal cannot be properly detected from this frequency spectrum. On the other hand, in the frequency spectrum after subtraction of the removal spectrum, the frequency spectrum of the interference wave disappears and a peak appears in the same spectrum element as the frequency spectrum of the original signal, as shown in FIG. 9D. Therefore, the frequency of the original signal can be accurately detected by performing the subtraction process using the removal spectrum. That is, it was confirmed that the estimated frequencies of the reference signal and the information signal can be accurately acquired by performing the subtraction process using the removal spectrum.
図10は、ノイズ成分を除去した周波数スペクトルにより推定周波数を取得する処理を示すフローチャートである。この処理は、図4(b)のステップS4Bにおいて行われる。 FIG. 10 is a flowchart showing the process of acquiring the estimated frequency from the frequency spectrum from which the noise component has been removed. This process is performed in step S4B of FIG.
周波数推定部27は、参照信号または情報信号から周波数スペクトル(補間処理前の周波数スペクトル)を取得すると(S51)、1〜3パケット前の休止区間RTから取得したノイズスペクトルをメモリから取得する(S52)。次に、周波数推定部27は、取得した3つのノイズスペクトルからスペクトル要素ごとに最大値を検出し、検出した最大値を組み合わせて除去スペクトルを設定する(S53)。
When the
さらに、周波数推定部27は、ステップS11で取得した参照信号または情報信号から周波数スペクトルから、スペクトル要素ごとに除去スペクトルを減算する(S54)。そして、周波数推定部27は、減算後の周波数スペクトルに対し補完処理を施して、参照信号または情報信号の推定周波数を取得する(S55)。
Further, the
ステップS55では、まず、除去スペクトルを減算した後の周波数スペクトルにおいてレベルが最大となるスペクトル要素が検出される。次に、検出したスペクトル要素の付近の周波数帯において、除去スペクトルを減算する前の周波数スペクトルを用いて補完処理が行われる。そして、補間処理後の周波数スペクトルからレベルが最大となる周波数が探索され、探索された周波数が参照信号または情報信号の推定周波数として取得される。なお、補間処理には、たとえば、特許文献1に記載の補間処理は用いられ得る。 In step S55, first, the spectral element having the maximum level is detected in the frequency spectrum after the removal spectrum is subtracted. Next, in the frequency band in the vicinity of the detected spectral element, the complementing process is performed using the frequency spectrum before the subtraction spectrum is subtracted. Then, the frequency having the maximum level is searched from the frequency spectrum after the interpolation processing, and the searched frequency is acquired as the estimated frequency of the reference signal or the information signal. The interpolation process described in Patent Document 1 may be used for the interpolation process.
なお、図10のステップS53では、3つのノイズスペクトルからスペクトル要素ごとに取得された最大値を組み合わせて除去スペクトルが構成されたが、必ずしも最大値でなくともよく、たとえば、平均値や中央値、あるいは各レベルに係数を乗じて算出した値を組み合わせて除去スペクトルが構成されてもよい。なお、発明者の検証によれば、最大値を用いる方法がノイズ成分の除去に最も効果的であった。 Note that in step S53 of FIG. 10, the removal spectrum is configured by combining the maximum values acquired for each spectrum element from the three noise spectra, but the removal spectrum may not necessarily be the maximum value, and, for example, an average value or a median value, Alternatively, the removal spectrum may be configured by combining values calculated by multiplying each level by a coefficient. According to the inventor's verification, the method using the maximum value is most effective in removing the noise component.
また、図10のステップS54では、参照信号または情報信号の周波数スペクトルから除去スペクトルがそのまま減算されたが、必ずしも減算でなくともよく、たとえば、除算や、除去スペクトルの各レベルに所定の係数を乗じたレベルを減算する手法が用いられてもよい。なお、発明者の検証によれば、除去スペクトルをそのまま減算方法がノイズ成分の除去に最も効果的であった。 Further, in step S54 of FIG. 10, the removal spectrum is directly subtracted from the frequency spectrum of the reference signal or the information signal, but the subtraction spectrum may not necessarily be subtraction, and for example, division or multiplication of each level of the removal spectrum by a predetermined coefficient may be performed. A method of subtracting different levels may be used. According to the verification by the inventor, the subtraction method of the removal spectrum as it is was most effective in removing the noise component.
また、図10のステップS54では、全てのスペクトル要素に対して一律に減算処理が適用されたが、参照信号または情報信号(元信号)の周波数スペクトルと除去スペクトルとのレベル差の絶対値が所定の閾値を超えるスペクトル要素については、除去スペクトルのレベルを元信号の周波数スペクトルから減算しないように、処理が修正されてもよい。すなわち、このようなスペクトル要素に対して減算が行われると、本来、推定周波数に対応すべきスペクトル要素のレベルが小さくなり過ぎて、推定周波数に対応するスペクトル要素を適正に抽出できないことが起こり得る。これを回避するために、上記のようにレベル差の絶対値が閾値を超えるスペクトル要素には、減算処理を適用しないように、ステップS54の処理が修正されてもよい。なお、この修正は、元信号の周波数スペクトルと除去スペクトルとのレベル差が正の値である場合のみ、すなわち、元信号の周波数スペクトルのレベルの方が高い場合のみ、適用されてもよい。 Further, in step S54 of FIG. 10, the subtraction process is uniformly applied to all the spectrum elements, but the absolute value of the level difference between the frequency spectrum of the reference signal or the information signal (original signal) and the removal spectrum is predetermined. For spectral elements above the threshold of, the process may be modified so that the level of the removed spectrum is not subtracted from the frequency spectrum of the original signal. That is, if subtraction is performed on such a spectral element, the level of the spectral element that should originally correspond to the estimated frequency becomes too small, and the spectral element corresponding to the estimated frequency may not be properly extracted. . In order to avoid this, the process of step S54 may be modified so that the subtraction process is not applied to the spectrum element whose absolute value of the level difference exceeds the threshold value as described above. Note that this modification may be applied only when the level difference between the frequency spectrum of the original signal and the removal spectrum is a positive value, that is, only when the level of the frequency spectrum of the original signal is higher.
また、図10の処理では、図8に示した処理と同様、1〜3パケット前の休止区間RTからノイズスペクトルが取得されたが、ノイズスペクトルを取得する休止区間RTの数はこれに限られるものではなく、たとえば、4つ以上のパケット信号の休止区間RTからノイズスペクトルが取得されてもよい。但し、休止区間RTの数が増えるほど、除去スペクトルと現在のノイズスペクトルとの間にずれが生じ易くなる。よって、除去スペクトルを生成するための休止区間RTの数は、上記のように3つ程度までに制限することが好ましい。 Further, in the process of FIG. 10, as in the process shown in FIG. 8, the noise spectrum is acquired from the pause period RT of one to three packets before, but the number of the pause periods RT from which the noise spectrum is obtained is limited to this. However, the noise spectrum may be acquired from, for example, a pause section RT of four or more packet signals. However, as the number of the rest sections RT increases, a deviation easily occurs between the removal spectrum and the current noise spectrum. Therefore, it is preferable to limit the number of pause sections RT for generating the removal spectrum to about three as described above.
なお、直前のパケット信号の休止区間RTから取得されたノイズスペクトルを、そのまま除去スペクトルとして用いて、参照信号または情報信号の周波数スペクトルに減算処理を施してもよい。但し、この場合は、水疱等の要因により、直前の休止期間において一時的に干渉波の受信が遮られたような場合に、参照信号または情報信号に重畳される干渉波の影響を抑制できなくなる場合がある。この観点から、除去スペクトルを生成するための休止区間RTの数は、上記のように3つ程度に設定することが好ましい。 It should be noted that the noise spectrum acquired from the pause period RT of the immediately preceding packet signal may be used as it is as the removal spectrum to perform the subtraction process on the frequency spectrum of the reference signal or the information signal. However, in this case, the influence of the interference wave superimposed on the reference signal or the information signal cannot be suppressed when the reception of the interference wave is temporarily blocked in the immediately preceding rest period due to factors such as blisters. There are cases. From this point of view, it is preferable to set the number of pause sections RT for generating the removal spectrum to about 3 as described above.
実施形態2によれば、上記のように、他の信号による干渉等によって参照信号または情報信号に重畳するノイズ成分が除去スペクトルを用いた処理により抑制されるため、参照信号または情報信号の推定周波数をより正確に取得できる。よって、情報信号に応じた通信情報を、より正確に表示させることができる。 According to the second embodiment, as described above, the noise component that is superimposed on the reference signal or the information signal due to interference by other signals or the like is suppressed by the processing using the removal spectrum, and thus the estimated frequency of the reference signal or the information signal Can get more accurately. Therefore, the communication information according to the information signal can be displayed more accurately.
なお、実施形態2の構成は、実施形態1に示した同期信号の補完処理(S14)およびドップラーシフト値の補完処理(S24)が省略される場合においても有効である。すなわち、図10の処理は、それ単独として、干渉等による検出信号の影響を有効に抑制し得るものである。 The configuration of the second embodiment is also effective when the synchronization signal complementing process (S14) and the Doppler shift value complementing process (S24) shown in the first embodiment are omitted. That is, the process of FIG. 10 alone can effectively suppress the influence of the detection signal due to interference or the like.
<その他の変更例>
上記実施形態1では、同期信号を検出するためにマッチドフィルタ処理が用いられたが、受信信号の波形と同期信号の想定される波形との相関処理を行うものであれば、他の方法を用いられてもよい。
<Other changes>
In the first embodiment, the matched filter processing is used to detect the synchronization signal, but another method may be used as long as it performs correlation processing between the waveform of the received signal and the expected waveform of the synchronization signal. You may be asked.
また、上記実施形態1では、最大値検出部243において、絶対値系列D[n]の最大値が抽出され、抽出された最大値が所定値以上である場合に、この最大値に対応するタイミングが同期検出タイミングとして取得されたが、絶対値系列D[n]のレベルの最大値に代えてS/Nの最大値を抽出し、S/Nの最大値が所定値以上であることを条件に、同期検出タイミングを取得してもよい。あるいは、絶対値系列D[n]のレベルの最大値を抽出した後、その抽出点におけるS/Nが所定値以上であるか否かによって、同期検出タイミングを取得してもよい。
In the first embodiment, the maximum
また、上記実施形態1では、直交検波部23から出力される複素包絡線系列を用いて同期信号の検出や周波数の推定が行われたが、受信信号を実部系列として処理するようにしてもよい。また、1つの受波器3で複数の送信器2からの信号を受信する構成であってもよい。この場合、送信器2ごとに受信器4が設置され、1つの受波器3で受信された信号が分配器によって対応する受信器4に分配される構成であってもよい。
Further, in the first embodiment, the synchronization signal is detected and the frequency is estimated using the complex envelope sequence output from the
さらに、上記実施形態1では、水中通信システム1が旋網漁に用いられる場合について説明したが、本発明は、これ以外の水中通信システムにも適用され得る。 Furthermore, although the case where the underwater communication system 1 is used for purse seine fishing has been described in the first embodiment, the present invention can be applied to other underwater communication systems.
また、上記実施形態2では、2つ目の情報信号の後に休止区間RTが配置されたが、休止区間RTの配置位置はこれに限られるものではなく、たとえば、参照信号と1つ目の情報信号との間に休止区間RTが配置されてもよい。 In the second embodiment, the pause section RT is arranged after the second information signal, but the arrangement position of the pause section RT is not limited to this. For example, the reference signal and the first information are arranged. A pause section RT may be arranged between the signal and the signal.
この他、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に記載の範囲で適宜種々の変更可能である。 Besides, the embodiment of the present invention can be variously modified as appropriate within the scope of the claims.
1 水中通信システム
2 送信器
3 受波器
4 受信器
5 受信装置
24 同期信号検出部
25 ゲート生成部
27 周波数推定部
28 周波数補正部
RT 休止区間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Underwater communication system 2 Transmitter 3 Receiver 4 Receiver 5
Claims (17)
前記超音波信号を受波する受波器と、
前記受波された信号から前記同期信号を検出する同期信号検出部と、
前記同期信号の検出タイミングに基づいて、前記情報信号を参照するためのゲートを生成するゲート生成部と、
前記ゲート内の前記情報信号の推定周波数を算出する周波数推定部と、
前記同期信号の第1検出タイミングと、前記同期信号の前記第1検出タイミングよりも前の検出タイミングである第2検出タイミングとに基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する周波数補正部と、を備える、
ことを特徴とする水中通信システム。 A transmitter that transmits a packet signal including a synchronization signal and an information signal underwater as an ultrasonic signal,
A receiver for receiving the ultrasonic signal,
A synchronization signal detection unit for detecting the synchronization signal from the received signal,
A gate generator that generates a gate for referring to the information signal based on the detection timing of the synchronization signal;
A frequency estimator for calculating an estimated frequency of the information signal in the gate,
A frequency correction unit that corrects the estimated frequency of the information signal based on a first detection timing of the synchronization signal and a second detection timing that is a detection timing earlier than the first detection timing of the synchronization signal, With
An underwater communication system characterized in that
前記周波数補正部は、前記第1検出タイミングと前記第2検出タイミングとに基づいて算出されたドップラーシフト値に基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 1,
The frequency correction unit corrects the estimated frequency of the information signal based on a Doppler shift value calculated based on the first detection timing and the second detection timing,
An underwater communication system characterized in that
前記ドップラーシフト値は、前記第2検出タイミングと前記パケット信号の送信周期とに基づいて設定された前記同期信号の予測タイミングと、前記第1検出タイミングとの差分に基づいて取得される、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 2,
The Doppler shift value is acquired based on a difference between the predicted timing of the synchronization signal set based on the second detection timing and the transmission cycle of the packet signal and the first detection timing.
An underwater communication system characterized in that
前記情報信号は、送信情報に応じて変調されており、
前記パケット信号は、既知の周波数の参照信号をさらに含み、
前記ゲート生成部は、前記第1検出タイミングに基づいて、前記参照信号を参照するための他のゲートをさらに生成し、
前記周波数推定部は、前記他のゲート内の前記参照信号の推定周波数をさらに算出し、
前記周波数補正部は、前記参照信号の推定周波数と前記既知の周波数とに基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正できない場合に、前記ドップラーシフト値に基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 2 or 3,
The information signal is modulated according to the transmission information,
The packet signal further includes a reference signal of known frequency,
The gate generator further generates another gate for referring to the reference signal based on the first detection timing,
The frequency estimation unit further calculates an estimated frequency of the reference signal in the other gate,
The frequency correction unit corrects the estimated frequency of the information signal based on the Doppler shift value when the estimated frequency of the information signal cannot be corrected based on the estimated frequency of the reference signal and the known frequency. To do
An underwater communication system characterized in that
前記周波数補正部は、前記参照信号の推定周波数と前記既知の周波数とに基づいて、他のドップラーシフト値を算出し、前記他のドップラーシフト値と、前記ドップラーシフト値との差分に基づいて、前記参照信号の推定周波数の適否を判定し、前記参照信号の推定周波数が適正でない場合に、前記ドップラーシフト値に基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 4,
The frequency correction unit, based on the estimated frequency of the reference signal and the known frequency, calculates another Doppler shift value, based on the difference between the other Doppler shift value and the Doppler shift value, Determine the suitability of the estimated frequency of the reference signal, if the estimated frequency of the reference signal is not correct, based on the Doppler shift value, correct the estimated frequency of the information signal,
An underwater communication system characterized in that
前記周波数補正部は、前記他のドップラーシフト値と、前記ドップラーシフト値との差分を所定の閾値と比較して、前記参照信号の推定周波数の適否を判定する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 5,
The frequency corrector compares the difference between the other Doppler shift value and the Doppler shift value with a predetermined threshold value to determine whether or not the estimated frequency of the reference signal is appropriate.
An underwater communication system characterized in that
前記ゲート生成部は、前記同期信号が検出されない場合に、過去の前記参照信号の推定周波数と前記既知の周波数とに基づいて算出した過去のドップラーシフト値に基づき、前記同期信号の検出タイミングを設定する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to any one of claims 4 to 6,
When the synchronization signal is not detected, the gate generation unit sets the detection timing of the synchronization signal based on a past Doppler shift value calculated based on a past estimated frequency of the reference signal and the known frequency. To do
An underwater communication system characterized in that
前記ゲート生成部は、前記パケット信号の送信周期に基づいて設定される前記同期信号の予測タイミングに対し、前記過去のドップラーシフト値に基づく時間ずれを適用して、前記同期信号の検出タイミングを設定する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 7,
The gate generation unit sets a detection timing of the synchronization signal by applying a time shift based on the past Doppler shift value to a prediction timing of the synchronization signal set based on a transmission cycle of the packet signal. To do
An underwater communication system characterized in that
受波器で受信された前記パケット信号から前記同期信号を検出する同期信号検出部と、
前記同期信号の検出タイミングに基づいて、前記参照信号および前記情報信号を参照するためのゲートを生成するゲート生成部と、
前記各ゲート内の前記参照信号および前記情報信号の推定周波数を算出する周波数推定部と、
前記参照信号の推定周波数と前記既知の周波数とに基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する周波数補正部と、を備え、
前記ゲート生成部は、前記同期信号が検出されない場合に、過去の前記参照信号の推定周波数と前記既知の周波数とに基づいて算出した過去のドップラーシフト値に基づいて、前記同期信号の検出タイミングを設定する、
ことを特徴とする水中通信システム。 A transmitter that transmits a packet signal containing a synchronization signal having a predetermined modulation, a reference signal of a known frequency, and an information signal modulated according to transmission information as an ultrasonic signal in water,
A synchronization signal detection unit that detects the synchronization signal from the packet signal received by the wave receiver,
A gate generator that generates a gate for referring to the reference signal and the information signal based on the detection timing of the synchronization signal;
A frequency estimator that calculates an estimated frequency of the reference signal and the information signal in each gate,
A frequency correction unit that corrects the estimated frequency of the information signal based on the estimated frequency of the reference signal and the known frequency,
The gate generation unit, when the synchronization signal is not detected, based on the past Doppler shift value calculated based on the estimated frequency of the reference signal in the past and the known frequency, the detection timing of the synchronization signal, Set,
An underwater communication system characterized in that
前記ゲート生成部は、前記パケット信号の送信周期に基づいて設定される前記同期信号の予測タイミングに対し、前記過去のドップラーシフト値に基づく時間ずれを適用して、前記同期信号の検出タイミングを設定する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 9,
The gate generation unit sets a detection timing of the synchronization signal by applying a time shift based on the past Doppler shift value to a prediction timing of the synchronization signal set based on a transmission cycle of the packet signal. To do
An underwater communication system characterized in that
前記ゲート生成部は、前記同期信号が検出されない場合に、前記過去のドップラーシフト値から設定した前記同期信号の検出タイミングに基づいて、次の前記同期信号の検出範囲を、前記同期信号検出部に対して設定する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 9,
The gate generation unit, when the synchronization signal is not detected, based on the detection timing of the synchronization signal set from the past Doppler shift value, the detection range of the next synchronization signal, to the synchronization signal detection unit Set for
An underwater communication system characterized in that
前記パケット信号は、信号のない休止区間を含み、
前記周波数推定部は、前記休止区間の信号に基づいて、前記情報信号のノイズ成分を抑制し、前記ノイズ成分抑制後の前記情報信号に基づいて、前記情報信号の推定周波数を算出する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to any one of claims 1 to 11,
The packet signal includes a signalless pause period,
The frequency estimating unit suppresses a noise component of the information signal based on the signal in the idle period, and calculates an estimated frequency of the information signal based on the information signal after the noise component suppression,
An underwater communication system characterized in that
前記周波数推定部は、前記休止区間の信号から前記ノイズ成分の周波数スペクトルを取得し、取得した前記ノイズ成分の周波数スペクトルを前記情報信号の周波数スペクトルから除去する処理を実行し、処理後の前記情報信号の周波数スペクトルに基づいて、前記情報信号の推定周波数を算出する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 12,
The frequency estimating unit acquires a frequency spectrum of the noise component from the signal of the pause interval, performs a process of removing the frequency spectrum of the acquired noise component from the frequency spectrum of the information signal, the information after processing Calculating an estimated frequency of the information signal based on a frequency spectrum of the signal,
An underwater communication system characterized in that
前記周波数推定部は、過去複数回の前記休止区間の信号から前記ノイズ成分の周波数スペクトルを取得する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 13,
The frequency estimating unit acquires the frequency spectrum of the noise component from the signals of the pause section of a plurality of past times,
An underwater communication system characterized in that
前記周波数推定部は、過去複数回の前記休止区間の信号の周波数スペクトルについて、スペクトル要素ごとに最大値を取得し、取得した前記スペクトル要素ごとの前記最大値を組合せて、前記ノイズ成分の周波数スペクトルを取得する、
ことを特徴とする水中通信システム。 The underwater communication system according to claim 14,
The frequency estimating unit acquires a maximum value for each spectrum element with respect to a frequency spectrum of a signal in the pause section of a plurality of past times, and combines the maximum values for each of the acquired spectrum elements to obtain a frequency spectrum of the noise component. To get the
An underwater communication system characterized in that
前記同期信号の検出タイミングに基づいて、前記情報信号を参照するためのゲートを生成するゲート生成部と、
前記ゲート内の前記情報信号の推定周波数を算出する周波数推定部と、
前記同期信号の第1検出タイミングと、前記同期信号の前記第1検出タイミングよりも前の検出タイミングである第2検出タイミングとに基づいて、前記情報信号の推定周波数を補正する周波数補正部と、を備える、
ことを特徴とする受信器。 A synchronization signal detection unit that detects the synchronization signal from a packet signal including a synchronization signal and an information signal received as an ultrasonic signal through a wave receiver,
A gate generator that generates a gate for referring to the information signal based on the detection timing of the synchronization signal;
A frequency estimator for calculating an estimated frequency of the information signal in the gate,
A frequency correction unit that corrects the estimated frequency of the information signal based on a first detection timing of the synchronization signal and a second detection timing that is a detection timing earlier than the first detection timing of the synchronization signal, With
A receiver characterized in that.
前記超音波信号を受波し、
前記受波された信号から前記同期信号を検出し、
前記同期信号の検出タイミングに基づいて、前記情報信号を参照するためのゲートを生成し、
前記ゲート内の前記情報信号に基づいて、前記情報信号の推定周波数を算出し、
前記同期信号の第1検出タイミングと、前記同期信号の前記第1検出タイミングよりも前の検出タイミングである第2検出タイミングとに基づいて、
前記情報信号の推定周波数を補正する、水中通信方法。 A packet signal including a synchronization signal and an information signal is transmitted underwater as an ultrasonic signal,
Receiving the ultrasonic signal,
Detecting the synchronization signal from the received signal,
Generating a gate for referring to the information signal based on the detection timing of the synchronization signal,
Calculating an estimated frequency of the information signal based on the information signal in the gate,
Based on a first detection timing of the synchronization signal and a second detection timing that is a detection timing before the first detection timing of the synchronization signal,
An underwater communication method for correcting an estimated frequency of the information signal.
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