JP2023119610A - Waveform calculation system, waveform calculation method, and program for waveform calculation method - Google Patents

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Abstract

To meet the demand for a waveform calculation system, a waveform calculation method, and a program for the waveform calculation method that calculate a received-wave waveform that is faithful to a change of relative distance due to the movement of a target and a sonar over time.SOLUTION: The waveform calculation system calculates a received-wave waveform that represents the sound pressure of the wave received by a sonar and the wave transmitted from a target. The waveform calculation system comprises: a control device that calculates a relative distance between the target and the sonar, for each wave transmission time at which a wave is transmitted from the target to the sonar, and calculates a received-wave waveform convoluting an impulse response that represents a sound wave propagation per wave transmission time into a transmitted-wave waveform from the target at the corresponding wave transmission time; and an impulse response calculation device that calculates an impulse response per wave transmission time on the basis of the calculated relative distance per wave transmission time.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ソーナーで受信する音波の音圧である波形を算出する波形算出システム、波形算出方法および波形算出方法のプログラムに関するものである。 The present invention relates to a waveform calculation system, a waveform calculation method, and a waveform calculation method program for calculating a waveform, which is the sound pressure of sound waves received by a sonar.

海洋中を伝搬する音波を受波することによってターゲットの存在を検出するためにソーナーが用いられている。ソーナーは、海洋中のターゲットから放射された音波を受波してターゲットの存在を検出するパッシブソーナーと、ソーナー音源から送波した音波がターゲットで散乱した散乱波を受波してターゲットの存在を検出するアクティブソーナーとに分類される。従来、このようなソーナーの性能を評価するために、ソーナーでの受波音圧の時系列である受波波形を模擬することが行われている。 Sonar is used to detect the presence of targets by receiving sound waves that propagate through the ocean. There are two types of sonar: passive sonar that receives sound waves emitted from targets in the ocean and detects the presence of targets; It is classified as an active sonar that detects. Conventionally, in order to evaluate the performance of such a sonar, simulating a received wave waveform, which is a time series of sound pressure received by the sonar, has been performed.

ターゲットとソーナーとの位置関係が時間変化しない場合、ターゲットからソーナーまでの音波伝搬は、線形時不変なシステムとみなすことができる。パッシブソーナーの受波波形を模擬する場合、ソーナーでの受波波形は、インパルスを送波したときの受波波形であるインパルス応答と、ターゲットから放射された音波の送波波形との畳み込みによって得られる。インパルス応答は、各種の音波伝搬モデルを使って計算した相対距離での音圧の周波数特性を逆フーリエ変換することによって得られる。このとき、音波伝搬モデルとして、例えばノーマルモードモデル(非特許文献1参照)、および放物型方程式モデル(非特許文献2参照)等が用いられる。 If the positional relationship between the target and the sonar is time-invariant, the acoustic wave propagation from the target to the sonar can be considered a linear time-invariant system. When simulating the waveform received by a passive sonar, the waveform received by the sonar is obtained by convolving the impulse response, which is the waveform received when an impulse is transmitted, with the transmitted waveform of the sound wave emitted from the target. be done. Impulse responses are obtained by inverse Fourier transforming frequency characteristics of sound pressure at relative distances calculated using various sound wave propagation models. At this time, for example, a normal mode model (see Non-Patent Document 1), a parabolic equation model (see Non-Patent Document 2), etc. are used as the sound wave propagation model.

また、電子計算機などのコンピュータを使って受波波形を模擬する場合には、離散化されたインパルス応答が離散逆フーリエ変換によって算出され、算出結果と離散化された送波波形との畳み込みによって離散化された受波波形が算出される。 When a computer such as an electronic calculator is used to simulate the received waveform, the discretized impulse response is calculated by the inverse discrete Fourier transform, and the discretized impulse response is obtained by convolving the calculation result with the discretized transmitted waveform. A converted received wave waveform is calculated.

一方、ソーナーの性能評価のためには、ターゲットとソーナーとが共に移動している状態での受波波形を模擬する必要がある。このとき、ターゲットとソーナーとの相対距離が変化することにより、インパルス応答も変化することから、ターゲットからソーナーまでの音波伝搬は、時不変のシステムとみなすことができない。 On the other hand, in order to evaluate the sonar performance, it is necessary to simulate the received wave waveform in the state where the target and the sonar are moving together. At this time, since the impulse response changes as the relative distance between the target and the sonar changes, the acoustic wave propagation from the target to the sonar cannot be regarded as a time-invariant system.

そこで、一般的な時変フィルタの考え方を受波波形の模擬に適用し、ターゲットとソーナーとの相対距離の変化によるインパルス応答の変化を含んだ受波波形を畳み込みにより算出する方法が提案されている。この算出方法は、ある受波時刻において、相対距離に対するインパルス応答を送波波形に畳み込むことで、当該受波時刻での瞬時音圧である受波波形を算出する。 Therefore, a method has been proposed in which the concept of a general time-varying filter is applied to the simulation of the received waveform, and the received waveform including changes in the impulse response due to changes in the relative distance between the target and the sonar is calculated by convolution. there is This calculation method calculates a received wave waveform, which is the instantaneous sound pressure at a given wave receiving time, by convolving an impulse response with respect to a relative distance into a transmitted wave waveform.

F. B. Jensen 他, “5 Normal Modes,” in Computational Ocean Acoustics (Second Edition), 2011F. B. Jensen et al., “5 Normal Modes,” in Computational Ocean Acoustics (Second Edition), 2011 F. B. Jensen 他, “6 Parabolic Equations,” in Computational Ocean Acoustics (Second Edition), 2011F. B. Jensen et al., “6 Parabolic Equations,” in Computational Ocean Acoustics (Second Edition), 2011

しかしながら、上記の算出方法では、ある受波時刻における相対距離に対する1つのインパルス応答を畳み込んでいる。そのため、異なる時刻に送波された音が異なる相対距離を伝搬し、ソーナーで同時に受波される現象を表すことができないという問題点がある。そのため、時間経過に伴うターゲットおよびソーナーの移動による相対距離の変化に忠実な受波波形を算出する波形算出システム、波形算出方法および波形算出方法のプログラムが望まれている。 However, in the above calculation method, one impulse response is convoluted with respect to the relative distance at a certain reception time. Therefore, there is a problem that the phenomenon that sounds transmitted at different times propagate over different relative distances and are simultaneously received by the sonar cannot be represented. Therefore, there is a demand for a waveform calculation system, a waveform calculation method, and a waveform calculation method program for calculating a received wave waveform faithful to changes in relative distance due to movement of the target and sonar over time.

本発明に係る波形算出システムは、ソーナーによって受波された、ターゲットから送波された音圧である受波波形を算出する波形算出システムであって、前記ターゲットから前記ソーナーに対して送波する送波時刻毎に、前記ターゲットと前記ソーナーとの間の相対距離を算出するとともに、前記送波時刻毎の音波伝搬を表すインパルス応答を、対応する前記送波時刻における前記ターゲットからの送波波形に畳み込んで受波波形を算出する制御装置と、算出された前記送波時刻毎の前記相対距離に基づき、前記送波時刻毎の前記インパルス応答を算出するインパルス応答算出装置とを備えるものである。 A waveform calculation system according to the present invention is a waveform calculation system for calculating a received wave waveform, which is sound pressure received by a sonar and transmitted from a target, wherein waves are transmitted from the target to the sonar. For each wave transmission time, the relative distance between the target and the sonar is calculated, and an impulse response representing sound wave propagation at each wave transmission time is converted into a wave transmission waveform from the target at the corresponding wave transmission time. and an impulse response calculation device for calculating the impulse response for each transmission time based on the calculated relative distance for each transmission time. be.

また、本発明に係る波形算出方法は、ソーナーによって受波された、ターゲットから送波された音圧である受波波形を算出する波形算出方法であって、前記ターゲットから前記ソーナーに対して送波する送波時刻毎に、前記ターゲットと前記ソーナーとの間の相対距離を算出し、算出された前記送波時刻毎の前記相対距離に基づき、前記送波時刻毎のインパルス応答を算出し、前記送波時刻毎の前記インパルス応答を、対応する前記送波時刻における前記ターゲットからの送波波形に畳み込んで受波波形を算出するものである。 Further, a waveform calculation method according to the present invention is a waveform calculation method for calculating a received wave waveform, which is sound pressure received by a sonar and transmitted from a target, wherein the waveform is transmitted from the target to the sonar. calculating the relative distance between the target and the sonar for each wave transmission time, and calculating an impulse response for each wave transmission time based on the calculated relative distance for each wave transmission time; A received wave waveform is calculated by convolving the impulse response at each wave transmission time with the wave transmission waveform from the target at the corresponding wave transmission time.

また、本発明に係る波形算出方法のプログラムは、ソーナーによって受波された、ターゲットから送波された音圧である受波波形を算出する波形算出方法のプログラムであって、前記ターゲットから前記ソーナーに対して送波する送波時刻毎に、前記ターゲットと前記ソーナーとの間の相対距離を算出し、算出された前記送波時刻毎の前記相対距離に基づき、前記送波時刻毎のインパルス応答を算出し、前記送波時刻毎の前記インパルス応答を、対応する前記送波時刻における前記ターゲットからの送波波形に畳み込んで受波波形を算出する処理をコンピュータに行わせるものである。 Further, a waveform calculation method program according to the present invention is a waveform calculation method program for calculating a received wave waveform, which is sound pressure received by a sonar and transmitted from a target, wherein calculating the relative distance between the target and the sonar at each transmission time of transmitting waves to the target, and based on the calculated relative distance at each transmission time, an impulse response at each transmission time is calculated, and the impulse response for each wave transmission time is convoluted with the wave transmission waveform from the target at the corresponding wave transmission time to calculate the received wave waveform.

以上のように、本発明によれば、送波時刻毎のインパルス応答を、対応する送波時刻における送波波形に畳み込んで受波波形を算出することにより、ソーナーとターゲットとの間の相対距離の時間変化に応じてインパルス応答が算出される。これにより、時間経過に伴うターゲットおよびソーナーの移動による相対距離の変化に忠実な受波波形を算出することができる。 As described above, according to the present invention, the received waveform is calculated by convolving the impulse response at each transmission time with the transmission waveform at the corresponding transmission time. An impulse response is calculated according to the time change of the distance. As a result, it is possible to calculate a received wave waveform faithful to changes in relative distance due to movement of the target and sonar over time.

送波波形に畳み込まれる系列の作成について説明するための概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining creation of a sequence to be convolved with a transmission waveform; 実施の形態1に係る波形算出システムの構成の一例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of the configuration of a waveform calculation system according to Embodiment 1; FIG. 図2の波形算出システムの構成の一例を示すハードウェア構成図である。3 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the waveform calculation system of FIG. 2; FIG. 図2の波形算出システムの構成の他の例を示すハードウェア構成図である。3 is a hardware configuration diagram showing another example of the configuration of the waveform calculation system of FIG. 2; FIG. 実施の形態1に係る波形算出システムによる波形算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an example of the flow of waveform calculation processing by the waveform calculation system according to Embodiment 1; 実施の形態2に係る波形算出システムの構成の一例を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of a waveform calculation system according to Embodiment 2; FIG. 実施の形態2に係る波形算出システムによる波形算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing an example of the flow of waveform calculation processing by the waveform calculation system according to Embodiment 2; 実施の形態3に係る波形算出システムの構成の一例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of a waveform calculation system according to Embodiment 3; FIG. 実施の形態3に係る波形算出システムによる波形算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。10 is a flow chart showing an example of the flow of waveform calculation processing by the waveform calculation system according to Embodiment 3; 実施の形態4に係る波形算出システムの構成の一例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an example of the configuration of a waveform calculation system according to Embodiment 4; FIG. 実施の形態4に係る波形算出システムによる波形算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。14 is a flow chart showing an example of the flow of waveform calculation processing by the waveform calculation system according to Embodiment 4;

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本発明は、以下の各実施の形態に示す構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを含むものである。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. In addition, the present invention includes all possible combinations of the configurations shown in the following embodiments. Also, in each figure, the same reference numerals denote the same or corresponding parts, which are common throughout the specification.

実施の形態1.
本実施の形態1に係る波形算出システムについて説明する。本実施の形態1に係る波形算出システムは、ソーナーで受波するターゲットからの音圧の波形を模擬するものである。
Embodiment 1.
A waveform calculation system according to the first embodiment will be described. The waveform calculation system according to the first embodiment simulates the waveform of the sound pressure received by a sonar from a target.

[従来の受波波形の算出]
まず、本実施の形態1に係る波形算出システムについて説明する前に、従来からある受波波形の算出方法について説明する。
[Conventional calculation of received waveform]
First, before explaining the waveform calculation system according to the first embodiment, a conventional method for calculating a received wave waveform will be explained.

まず、背景技術の項でも説明したように、ターゲットとソーナーとの位置関係が時間変化しない場合、ターゲットからソーナーまでの音波伝搬は、線形時不変なシステムとみなすことができる。ソーナーとしてパッシブソーナーを想定し、ソーナーの受波波形を模擬する場合、時刻tにおける受波波形x(t)は、式(1)で表すことができる。すなわち、受波波形x(t)は、インパルスを送波したときの受波波形であるインパルス応答h(t,r)と、ターゲットから放射された音波の送波波形s(t)との畳み込みによって得られる。式(1)において、「r」はターゲットとソーナーとの間の相対距離を示す。 First, as explained in the background section, if the positional relationship between the target and the sonar does not change over time, the acoustic wave propagation from the target to the sonar can be considered a linear time-invariant system. Assuming a passive sonar as the sonar and simulating the received wave waveform of the sonar, the received wave waveform x(t) at time t can be expressed by Equation (1). That is, the received waveform x(t) is the convolution of the impulse response h(t, r), which is the received waveform when the impulse is transmitted, and the transmitted wave waveform s(t) of the sound wave emitted from the target. obtained by In equation (1), "r" denotes the relative distance between the target and sonar.

Figure 2023119610000002
Figure 2023119610000002

インパルス応答h(t,r)は、ノーマルモードプログラムなどの音波伝搬モデルを用いて算出した相対距離rでの音圧の周波数特性p(f,r)を、式(2)で示されるように逆フーリエ変換することによって得られる。式(2)において、「f」は音波の周波数を示す。 The impulse response h(t, r) is the frequency characteristic p(f, r) of the sound pressure at the relative distance r calculated using a sound wave propagation model such as a normal mode program, as shown by equation (2). It is obtained by inverse Fourier transform. In equation (2), "f" indicates the frequency of the sound wave.

Figure 2023119610000003
Figure 2023119610000003

また、電子計算機等のコンピュータを用いた受波波形の模擬では、離散化されたインパルス応答h(tk,r)(k=0,1,2,・・・,K-1)が、式(3)で示されるように離散逆フーリエ変換によって算出される。式(3)において、「K」はインパルス応答の時刻サンプル数を示し、「N」は送波波形および受波波形の時刻サンプル数を示す。また、「t」はインパルス応答h(t,r)のサンプル時刻を示し、「f」は音圧の周波数特性p(f,r)のサンプル周波数を示す。 In the simulation of the received wave waveform using a computer such as an electronic computer, the discretized impulse response h(t k, r) (k = 0, 1, 2, ..., K-1) is expressed by the formula It is calculated by inverse discrete Fourier transform as shown in (3). In equation (3), "K" indicates the number of time samples of the impulse response, and "N" indicates the number of time samples of the transmitted and received waveforms. “t k ” indicates the sampling time of the impulse response h(t k , r), and “f n ” indicates the sampling frequency of the sound pressure frequency characteristic p(f n , r).

Figure 2023119610000004
Figure 2023119610000004

そして、算出した離散化されたインパルス応答h(tk,r)と、離散化された送波波形s(τμ)(μ=0,1,2,・・・,N-1)との畳み込みにより、式(4)に示されるように離散化された受波波形x(t)(m=0,1,2,・・・,N-1)が算出される。式(4)において、「t」は受波波形x(t)のサンプル時刻である受波時刻を示す。また、「μ」は送波時刻のインデックスを示し、「τμ」は送波波形s(τμ)のサンプル時刻である送波時刻を示す。 Then, the calculated discretized impulse response h(t k, r) and the discretized transmitted waveform s(τ μ ) (μ=0, 1, 2, . . . , N-1) By convolution, the discretized received waveform x(t m ) (m=0, 1, 2, . . . , N−1) is calculated as shown in Equation (4). In Equation (4), “t m ” indicates the received wave time, which is the sample time of the received wave waveform x(t m ). Also, "μ" indicates the index of the transmission time, and "τ μ " indicates the transmission time, which is the sampling time of the transmission waveform s (τ μ ).

Figure 2023119610000005
Figure 2023119610000005

式(3)および式(4)において、予め決めた時刻のサンプリング間隔を「Δt」とした場合、インパルス応答h(t,r)のサンプル時刻tは、「t=kΔt」と表すことができる。また、受波時刻tは「t=mΔt」、送波時刻τμは「τμ=μΔt」、周波数特性p(f,r)のサンプル周波数fは「f=n/(KΔt)」と、それぞれ表すことができる。 In equations (3) and (4), when the sampling interval at the predetermined time is "Δt", the sample time tk of the impulse response h( tk , r) is expressed as " tk = kΔt". be able to. Further, the wave receiving time t m is "t m = mΔt", the wave transmitting time τ μ is "τ μ = μΔt", and the sample frequency f n of the frequency characteristic p(f n , r) is "f n = n/( KΔt)”, respectively.

なお、ここでは、インパルス応答h(t,r)のサンプル時刻tは、0以上の値を有するものとして定義する。これは、式(3)から得られるインパルス応答h(t,r)がターゲットからソーナーまでの音波伝搬の周波数特性を表すとともに、伝搬に要する時間に相当する遅延を表すフィルタとなっているためである。さらには、ターゲットとソーナーとが異なる位置に存在している限り、音波の伝搬に要する時間は、常に0より大きいためである。 Here, the sample time t k of the impulse response h(t k ,r) is defined as having a value of 0 or greater. This is because the impulse response h(t k , r) obtained from Equation (3) represents the frequency characteristics of sound wave propagation from the target to the sonar and is a filter representing the delay corresponding to the time required for propagation. is. Furthermore, as long as the target and the sonar exist at different positions, the time required for sound wave propagation is always greater than zero.

ここで、式(4)における右辺の加算範囲の下限値μ(L)および上限値μ(U)について説明する。ターゲットからソーナーまで音波が伝搬する場合には、直接波の他に海面や海底で反射する経路等の複数の経路が存在する。この場合の伝搬時間は経路毎に異なるため、ソーナーでは、それぞれの経路に対応する複数の時刻にインパルス応答を受波することになる。したがって、インパルス応答の時刻サンプル数Kは、サンプル時刻の最大値「(K-1)Δt」に、複数の経路を介して受波することによる遅延が十分含まれる程度であればよい。 Here, the lower limit value μ (L) and the upper limit value μ (U) of the addition range on the right side of equation (4) will be described. When a sound wave propagates from a target to a sonar, there exist a plurality of paths other than the direct wave, such as paths reflected on the surface of the sea and the bottom of the sea. Since the propagation time in this case differs for each path, the sonar receives impulse responses at a plurality of times corresponding to each path. Therefore, the number of time samples K of the impulse response should be such that the maximum value "(K-1)Δt" of the sample time sufficiently includes the delay caused by receiving waves through a plurality of paths.

一方、送波波形s(τμ)および受波波形x(t)の時刻サンプル数Nは、ユーザが所望する時間だけの大きさが必要である。そして、インパルス応答の時刻サンプル数Kと、送波波形の時刻サンプル数Nとの間には、通常、「K<N」の関係がある。また、上述したように、インパルス応答は、サンプル時刻tが「t≧0」となる範囲の値しか持たない。 On the other hand, the number of time samples N of the transmitted waveform s(τ μ ) and the received waveform x(t m ) must be as large as the time desired by the user. There is usually a relationship of "K<N" between the number K of time samples of the impulse response and the number N of time samples of the transmitted waveform. In addition, as described above, the impulse response only has values in the range where the sample time tk satisfies ' tk ≧0'.

したがって、インパルス応答h(t,r)を「-∞<t<∞」の範囲で考える場合、「t<0」および「t>tK-1=(K-1)Δt」となる時刻tに対しては、インパルス応答h(t、r)は、「h(t,r)=0」とする。このことは、式(4)において「t-τμ<0(つまり、m-μ<0)」または「t-τμ>tK-1(つまり、m-μ>K-1)」となるmおよびμに対しては右辺の加算は行わないことによって実現される。 Therefore, when the impulse response h(t, r) is considered in the range of "-∞<t<∞", the time t , the impulse response h(t,r) is set to "h(t,r)=0". This means that “t m −τ μ <0 (that is, m−μ<0)” or “t m −τ μ >t K−1 (that is, m−μ>K−1) in equation (4) ] is realized by not performing the addition on the right side for m and μ.

以上のことから、式(4)における右辺の加算範囲の下限値μ(L)は、「μ(L)=max(0,m-K+1)」となり、上限値μ(U)は、「μ(U)=min(m,N-1)」となる。ここで、関数「max(X,Y)」は、2つの変数XおよびYのうちの大きい変数による値を出力する関数である。また、関数「min(X,Y)」は、2つの変数のうちの小さい変数による値を出力する関数である。 From the above, the lower limit μ (L) of the range of addition on the right side of equation (4) is “μ (L) = max (0, m−K+1)”, and the upper limit μ (U) is “μ (U) = min(m, N-1)”. Here, the function "max(X, Y)" is a function that outputs the value of the larger of the two variables X and Y. Also, the function "min(X, Y)" is a function that outputs the value of the smaller of the two variables.

ところで、ソーナーの性能評価を行うためには、ターゲットとソーナーとが共に移動している状態での受波波形を模擬する必要がある。このとき、相対距離rが時々刻々と変化することによってインパルス応答h(t,r)も変化するため、ターゲットからソーナーまでの音波伝搬は、時不変のシステムとみなすことができない。 By the way, in order to evaluate the performance of a sonar, it is necessary to simulate a received wave waveform in a state in which both the target and the sonar are moving. At this time, since the impulse response h(t k , r) changes as the relative distance r changes from moment to moment, the acoustic wave propagation from the target to the sonar cannot be regarded as a time-invariant system.

このような場合には、一般的な時変フィルタの考え方を受波波形の模擬に適用する。すなわち、受波波形は、式(5)に基づき算出される。式(5)において、「rtm」は、受波時刻tに対応する相対距離である。これにより、受波時刻t毎に異なるインパルス応答h(t,rtm)が畳み込まれ、相対距離の変化によるインパルス応答の変化を含んだ受波波形が算出される。 In such a case, the concept of a general time-varying filter is applied to simulate the received waveform. That is, the received wave waveform is calculated based on Equation (5). In Equation (5), "r tm " is the relative distance corresponding to the received wave time t m . As a result, a different impulse response h( tk , rtm ) is convoluted for each wave reception time tm , and a received wave waveform including a change in impulse response due to a change in relative distance is calculated.

Figure 2023119610000006
Figure 2023119610000006

このように、式(5)は、ある受波時刻tにおいて、送波波形s(τμ)(μ=μ(L),μ(L)+1,・・・,μ(U))に相対距離rtmに対するインパルス応答h(t,rtm)を畳み込んで受波時刻tでの瞬時音圧である受波波形x(t)を算出する式となっている。 In this way, Equation (5) gives the transmitted waveform s(τ μ ) (μ=μ (L) , μ (L) +1 , . It is a formula for calculating the received wave waveform x(tm) , which is the instantaneous sound pressure at the received wave time tm , by convolving the impulse response h( tk , rtm ) with respect to the relative distance rtm .

ここで、ターゲットからソーナーまでの音波伝搬を考えると、送波時刻τμのそれぞれの時刻にターゲットから送波された瞬時音圧である送波波形s(τμ)がソーナーまで伝搬する相対距離は、送波時刻のインデックスμによって異なる。これは、送波時刻が経過するに従って、ターゲットとソーナーとが移動しているからである。 Here, considering the sound wave propagation from the target to the sonar, the relative distance that the transmitted wave waveform s(τ μ ), which is the instantaneous sound pressure transmitted from the target at each transmission time τ μ , propagates to the sonar varies depending on the transmission time index μ. This is because the target and sonar are moving as the wave transmission time elapses.

これに対して、式(5)の算出式は、ある受波時刻tにおける相対距離rtmに対する1つのインパルス応答を畳み込んでいる。そのため、異なる時刻に送波された音が異なる相対距離を伝搬し、ソーナーで同時に受波される現象が表すことができないものとなっている。 On the other hand, the calculation formula (5) convolves one impulse response with respect to the relative distance rtm at a given wave reception time tm . Therefore, the phenomenon that sounds transmitted at different times propagate over different relative distances and are simultaneously received by the sonar cannot be expressed.

そこで、本実施の形態1に係る波形算出システムでは、時間経過に伴うターゲットおよびソーナーの移動による相対距離の変化に忠実な受波波形を算出する。 Therefore, in the waveform calculation system according to the first embodiment, a received wave waveform is calculated that is faithful to changes in relative distance due to movement of the target and sonar over time.

[波形算出方法の原理]
次に、本実施の形態1に係る波形算出方法の原理について説明する。上述したように、式(5)の算出式は、ある受波時刻tに受波される瞬時音圧の受波波形x(t)を算出する際に、ターゲットでの送波時刻τμに対する送波波形s(τμ)にインパルス応答を畳み込むものとなっている。
[Principle of Waveform Calculation Method]
Next, the principle of the waveform calculation method according to the first embodiment will be explained. As described above, the formula (5) is used to calculate the received wave waveform x(t m ) of the instantaneous sound pressure received at a given wave receiving time t m . The impulse response is convolved with the transmitted waveform s(τ μ ) for μ .

これに対して、ターゲットからソーナーまでの音波伝搬を考えると、送波波形s(τμ)に畳み込むインパルス応答は、ターゲットとソーナーとの間の相対距離の変化を表したものとする必要がある。したがって、本実施の形態1では、式(5)の算出式におけるインパルス応答の2つの変数のうち、変数rtmを、式(6)に示すように、変数rτμに置き替える。式(6)において、「rτμ」は送波時刻τμに対応する相対距離を示す。 In contrast, considering sound wave propagation from the target to the sonar, the impulse response convoluted with the transmitted waveform s(τ μ ) should represent the change in the relative distance between the target and the sonar. . Therefore, in the first embodiment, of the two variables of the impulse response in the formula (5), the variable r tm is replaced with the variable r τμ as shown in formula (6). In Equation (6), "r τμ " indicates the relative distance corresponding to the transmission time τ μ .

Figure 2023119610000007
Figure 2023119610000007

式(6)は、ある受波時刻tでの瞬時音圧x(t)を算出する場合に、相対距離rτμに対する「μ(U)-μ(L)+1」個のインパルス応答h(t,rτμ)からそれぞれ係数h(t-τμ,rτμ)を1つずつ取り出して作成した系列を送波波形s(τμ)に畳み込むものとなっている。 When calculating the instantaneous sound pressure x(t m ) at a given wave reception time t m , Equation (6) is used to calculate “μ (U) −μ (L) +1” impulse responses h A sequence created by extracting one coefficient h(t m −τ μ , r τμ ) from (t k , r τ μ ) is convoluted with the transmitted wave waveform s(τ μ ).

図1は、送波波形に畳み込まれる系列の作成について説明するための概略図である。図1において、横方向に並んだ丸印は、「μ=μ(L),μ(L)+1,・・・,μ(U)」のそれぞれに対するインパルス応答の系列を示す。送波波形s(τμ)に畳み込む系列は、これらの「μ(U)-μ(L)+1」個のインパルス応答から黒丸の値を1つずつ取り出すことによって作成される。このようにすることで、ターゲットから異なる時刻に送波された音が異なる相対距離を伝搬してソーナーで同時に受波される現象を表すことができる。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the generation of a sequence to be convolved with a transmission waveform. In FIG. 1, circles arranged in the horizontal direction indicate sequences of impulse responses corresponding to "μ=μ (L) , μ (L) +1, . . . , μ (U) ". A sequence to be convolved with the transmitted waveform s(τ μ ) is created by taking out the values of the black circles one by one from these “μ (U) −μ (L) +1” impulse responses. By doing so, it is possible to express the phenomenon that sounds transmitted from the target at different times propagate over different relative distances and are simultaneously received by the sonar.

ここで、式(6)に示す畳み込みを行う場合には、受波時刻tを「m=0,1,・・・,N-1」と変化させながら、それぞれのmで右辺の和を計算する。この場合には、「μ=μ(L),μ(L)+1,・・・,μ(U)」に対応する「μ(U)-μ(L)+1」個のインパルス応答h(t,rτμ)を保持しておく必要がある。 Here, when performing the convolution shown in Equation (6), while changing the wave reception time t m to "m = 0, 1, ..., N-1", the sum of the right side at each m is calculate. In this case, “μ ( U ) −μ ( L ) +1” impulse responses h(t k , r τμ ) must be retained.

次に、μを「μ=1,2,・・・,N-1」と変化させながら、それぞれのμに対して式(7)で表される算出を行う。式(7)において、「ξμ(t)」は、送波時刻τμに送波された瞬時音圧s(τμ)が相対距離rτμだけ伝搬し、ソーナーで受波された受波波形を示す。なお、以下では、この受波波形を「瞬時受波波形」と称して説明する。そして、得られた瞬時受波波形ξμ(t)を用いて、予め0で初期化した受波波形x(t)の記憶領域に、式(8)に示すように蓄積する。 Next, while changing μ to “μ=1, 2, . In Equation (7), “ξ μ (t m )” is the instantaneous sound pressure s(τ μ ) transmitted at the transmission time τ μ propagates by the relative distance r τμ and is received by the sonar. wave waveform. In the following description, this received waveform will be referred to as an "instantaneous received waveform". Then, using the obtained instantaneous received waveform ξ μ (t m ), it is stored in the memory area of the received waveform x(t m ) initialized to 0 in advance as shown in Equation (8).

Figure 2023119610000008
Figure 2023119610000008

Figure 2023119610000009
Figure 2023119610000009

ここで、式(7)におけるmの範囲が「μ≦m≦min(μ+K-1,N-1)」であるのは、インパルス応答h(t,rτμ)が「t=0≦t≦tK-1」を満足する時刻tに対してのみ値を持ち、それ以外では値が「0」と考えるためである。式(7)および式(8)により、受波波形x(t)を算出する際に保持するインパルス応答h(t,rτμ)は、それぞれのインデックスμに対しての1つの系列でよい。 Here, the range of m in equation (7) is “μ≦m≦min (μ+K−1, N−1)” because the impulse response h(t, r τμ ) is “t 0 =0≦t This is because it has a value only at the time t that satisfies ≦t K−1 , and is considered to have a value of “0” at other times. According to equations (7) and (8), the impulse response h( tk , rτμ ) held when calculating the received waveform x( tm ) is one series for each index μ. good.

[波形算出システム100の構成]
図2は、本実施の形態1に係る波形算出システムの構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように、波形算出システム100は、制御装置10、インパルス応答算出装置20および瞬時受波波形算出装置30を備えている。このような波形算出システム100は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータ等の演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイス等のハードウェアで構成されている。
[Configuration of Waveform Calculation System 100]
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the waveform calculation system according to the first embodiment. As shown in FIG. 2 , the waveform calculation system 100 includes a control device 10 , an impulse response calculation device 20 and an instantaneous received wave waveform calculation device 30 . Such a waveform calculation system 100 is composed of an arithmetic unit such as a microcomputer that implements various functions by executing software, or hardware such as a circuit device that supports various functions.

制御装置10は、海洋環境条件、シナリオ、および送波時刻τμにおける送波波形の瞬時音圧s(τμ)が入力される。制御装置10は、インパルス応答算出装置20および瞬時受波波形算出装置30との間で各種データのやりとりを行うとともに、受波波形x(t)を算出する。制御装置10の具体的な動作については、後述する。 The control device 10 receives the ocean environment conditions, the scenario, and the instantaneous sound pressure s(τ μ ) of the transmitted wave waveform at the transmitted wave time τ μ . The control device 10 exchanges various data with the impulse response calculation device 20 and the instantaneous received wave waveform calculation device 30, and calculates the received wave waveform x(t m ). A specific operation of the control device 10 will be described later.

海洋環境条件は、海洋中の音速プロファイルおよび水深を示す情報である。また、音速プロファイルは、複数の深度と音速との組(z,c)で表される音速の深度特性である。シナリオは、ターゲットとソーナーとの時刻毎の位置を示す情報である。 Marine environmental conditions are information indicating the sound velocity profile and water depth in the ocean. Also, the sound speed profile is a depth characteristic of sound speed represented by a plurality of sets of depths and sound speeds (z l , c l ). A scenario is information indicating the positions of the target and the sonar at each time.

インパルス応答算出装置20は、制御装置10から海洋環境条件および相対距離rτμが入力される。インパルス応答算出装置20は、入力された海洋環境条件および相対距離rτμに基づき、インパルス応答h(t,rτμ)を算出する。そして、インパルス応答算出装置20は、算出したインパルス応答h(t,rτμ)を制御装置10に対して出力する。 The impulse response calculation device 20 receives the marine environment condition and the relative distance r τμ from the control device 10 . The impulse response calculator 20 calculates an impulse response h(t k , r τμ ) based on the input marine environment condition and relative distance r τμ . The impulse response calculation device 20 then outputs the calculated impulse response h(t k , r τμ ) to the control device 10 .

瞬時受波波形算出装置30は、制御装置10からインパルス応答h(t,rτμ)および送波波形の瞬時音圧s(τμ)が入力される。瞬時受波波形算出装置30は、入力されたインパルス応答h(t,rτμ)および送波波形の瞬時音圧s(τμ)に基づき、瞬時受波波形ξμ(t)を算出する。そして、瞬時受波波形算出装置30は、算出した瞬時受波波形ξμ(t)を制御装置10に対して出力する。 The instantaneous received wave waveform calculator 30 receives the impulse response h(t k , r τμ ) and the instantaneous sound pressure s(τ μ ) of the transmitted waveform from the control device 10 . The instantaneous received wave waveform calculator 30 calculates an instantaneous received wave waveform ξ μ (t m ) based on the input impulse response h(t k , r τ μ ) and the instantaneous sound pressure s(τ μ ) of the transmitted waveform. do. Then, the instantaneous received wave waveform calculation device 30 outputs the calculated instantaneous received wave waveform ξ μ (t m ) to the control device 10 .

図3は、図2の波形算出システムの構成の一例を示すハードウェア構成図である。波形算出システム100の各装置によって実行される各種機能がハードウェアで実行される場合、図2の波形算出システム100は、図3に示すように、処理回路21で構成される。図2の波形算出システム100において、制御装置10、インパルス応答算出装置20および瞬時受波波形算出装置30によって実行される各機能は、処理回路21により実現される。 FIG. 3 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the waveform calculation system of FIG. When various functions performed by each device of the waveform calculation system 100 are performed by hardware, the waveform calculation system 100 of FIG. 2 is configured with a processing circuit 21 as shown in FIG. In waveform calculation system 100 of FIG. 2 , each function executed by control device 10 , impulse response calculation device 20 , and instantaneous received waveform calculation device 30 is realized by processing circuit 21 .

各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路21は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。波形算出システム100は、制御装置10、インパルス応答算出装置20および瞬時受波波形算出装置30の各部の機能それぞれを処理回路21で実現してもよいし、各部の機能を1つの処理回路21で実現してもよい。 When each function is performed by hardware, the processing circuit 21 is, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination of these. The waveform calculation system 100 may realize the function of each part of the control device 10, the impulse response calculation device 20, and the instantaneous received waveform calculation device 30 by the processing circuit 21, or the functions of each part may be realized by one processing circuit 21. may be realized.

図4は、図2の波形算出システムの構成の他の例を示すハードウェア構成図である。波形算出システム100の各装置によって実行される各種機能がソフトウェアで実行される場合、図2の波形算出システム100は、図4に示すように、プロセッサ22およびメモリ23で構成される。波形算出システム100において、制御装置10、インパルス応答算出装置20および瞬時受波波形算出装置30の各機能は、プロセッサ22およびメモリ23により実現される。 FIG. 4 is a hardware configuration diagram showing another example of the configuration of the waveform calculation system of FIG. When various functions performed by each device of the waveform calculation system 100 are performed by software, the waveform calculation system 100 of FIG. 2 is configured with a processor 22 and a memory 23 as shown in FIG. In waveform calculation system 100 , each function of control device 10 , impulse response calculation device 20 , and instantaneous received waveform calculation device 30 is implemented by processor 22 and memory 23 .

各機能がソフトウェアで実行される場合、波形算出システム100において、制御装置10、インパルス応答算出装置20および瞬時受波波形算出装置30の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ23に格納される。プロセッサ22は、メモリ23に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。 When each function is executed by software, in the waveform calculation system 100, the functions of the control device 10, the impulse response calculation device 20, and the instantaneous received waveform calculation device 30 are realized by software, firmware, or a combination of software and firmware. be done. Software and firmware are written as programs and stored in the memory 23 . The processor 22 realizes the function of each part by reading and executing the program stored in the memory 23 .

メモリ23として、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable and Programmable ROM)およびEEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ23として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、CD(Compact Disc)、MD(Mini Disc)およびDVD(Digital Versatile Disc)等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。 Examples of the memory 23 include nonvolatile or volatile semiconductor memories such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable and Programmable ROM) and EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM). is used. As the memory 23, for example, a removable recording medium such as a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a CD (Compact Disc), an MD (Mini Disc), and a DVD (Digital Versatile Disc) may be used.

このように、波形算出システム100は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって、上述した各機能を実現することができる。 Thus, the waveform calculation system 100 can realize each function described above by hardware, software, firmware, or a combination thereof.

[波形算出システム100の動作]
図5は、本実施の形態1に係る波形算出システムによる波形算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、ステップS1において、制御装置10は、受波波形x(t)の値をすべて0で初期化する。
[Operation of Waveform Calculation System 100]
FIG. 5 is a flowchart showing an example of the flow of waveform calculation processing by the waveform calculation system according to the first embodiment. First, in step S1, the control device 10 initializes all the values of the received waveform x(t m ) to zero.

ステップS2において、制御装置10は、入力されたシナリオに基づき、時刻τμに対応する相対距離rτμを算出する。ここで、制御装置10は、式(9)に基づき相対距離rτμを算出する。式(9)において、Pμ (T)は、時刻τμに対応するターゲットの水平位置を表すベクトルを示す。また、Pμ (S)は、時刻τμに対応するソーナーの水平位置を表すベクトルを示す。このとき、ソーナーの水平位置Pμ (S)は時刻τμでの位置でもよいし、時刻τμに送波された音波を受波する位置としてもよい。 In step S2, the control device 10 calculates the relative distance r τμ corresponding to the time τμ based on the input scenario. Here, the control device 10 calculates the relative distance r τμ based on Equation (9). In Equation (9), P μ (T) denotes a vector representing the horizontal position of the target corresponding to time τ μ . P μ (S) denotes a vector representing the horizontal position of the sonar corresponding to time τ μ . At this time, the horizontal position P μ (S) of the sonar may be the position at time τ μ or the position at which the sound wave transmitted at time τ μ is received.

Figure 2023119610000010
Figure 2023119610000010

次に、制御装置10は、入力された海洋環境条件と、算出した相対距離rτμとをインパルス応答算出装置20に対して出力する。ステップS3において、インパルス応答算出装置20は、制御装置10から入力された海洋環境条件および相対距離rτμに基づき、インパルス応答h(t,rτμ)を算出する。 Next, the control device 10 outputs the input marine environment conditions and the calculated relative distance r τμ to the impulse response calculation device 20 . In step S3, the impulse response calculator 20 calculates an impulse response h( tk , rτμ ) based on the marine environment condition and the relative distance rτμ input from the control device 10. FIG.

具体的には、インパルス応答算出装置20は、入力された海洋環境条件を用い、音波伝搬モデルによって相対距離rτμに対する音圧の周波数特性p(f,rτμ)を算出する。そして、インパルス応答算出装置20は、式(3)に基づいてインパルス応答h(t,rτμ)を算出する。インパルス応答算出装置20は、算出したインパルス応答h(t,rτμ)を制御装置10に対して出力する。 Specifically, the impulse response calculation device 20 uses the inputted marine environment conditions and calculates the frequency characteristic p(f n , r τμ ) of the sound pressure with respect to the relative distance r τμ by the sound wave propagation model. Then, the impulse response calculator 20 calculates the impulse response h(t k , r τμ ) based on Equation (3). The impulse response calculation device 20 outputs the calculated impulse response h(t k , r τμ ) to the control device 10 .

制御装置10は、インパルス応答h(t,rτμ)を受け取ると、入力された送波波形の瞬時音圧s(τμ)と、インパルス応答算出装置20から受け取ったインパルス応答h(t,rτμ)とを瞬時受波波形算出装置30に対して出力する。 When the control device 10 receives the impulse response h(t k , r τμ ), the instantaneous sound pressure s(τ μ ) of the inputted transmitted waveform and the impulse response h(t k , r τμ ) to the instantaneous received waveform calculator 30 .

ステップS4において、瞬時受波波形算出装置30は、制御装置10から入力された送波波形の瞬時音圧s(τμ)およびインパルス応答h(t,rτμ)に基づき、瞬時受波波形ξμ(t)を算出する。具体的には、瞬時受波波形算出装置30は、式(7)に基づき、入力された送波波形の瞬時音圧s(τμ)とインパルス応答h(t,rτμ)とから瞬時受波波形ξμ(t)を算出する。瞬時受波波形算出装置30は、算出した瞬時受波波形ξμ(t)を制御装置10に対して出力する。 In step S4, the instantaneous received wave waveform calculator 30 calculates the instantaneous received wave waveform based on the instantaneous sound pressure s(τ μ ) and the impulse response h(t k , r τμ ) of the transmitted waveform input from the control device 10. Calculate ξ μ (t m ). Specifically, the instantaneous received wave waveform calculating device 30 calculates an instantaneous sound pressure s(τ μ ) of the input transmitted wave waveform and the impulse response h(t k , r τμ ) based on the equation (7). Received waveform ξμ(t m ) is calculated. The instantaneous received wave waveform calculator 30 outputs the calculated instantaneous received wave waveform ξ μ (t m ) to the control device 10 .

ステップS5において、制御装置10は、瞬時受波波形算出装置30から受け取った瞬時受波波形ξμ(t)を受波波形x(t)の記憶領域に加算する。すなわち、制御装置10は、式(10)に示すように、受波波形x(t)に瞬時受波波形ξμ(t)を加算した結果を改めて受波波形x(t)とおくことにより、受波波形x(t)の記憶領域を更新する。 In step S5, the control device 10 adds the instantaneous received wave waveform ξ μ (t m ) received from the instantaneous received wave waveform calculating device 30 to the storage area of the received wave waveform x(t m ). That is, as shown in equation (10), the control device 10 adds the instantaneous received waveform ξ μ (t m ) to the received wave waveform x(t m ) as the received wave waveform x(t m ). , the storage area of the received waveform x(t m ) is updated.

Figure 2023119610000011
Figure 2023119610000011

ステップS6において、制御装置10は、すべての送波時刻のインデックスμについて、ステップS2~ステップS5の処理を行ったか否かを判断する。すべての送波時刻のインデックスμについて処理を行っていない場合(ステップS6:No)、制御装置10はインデックスμをインクリメントし、処理がステップS2に戻る。そして、すべての送波時刻のインデックスμについてステップS2~ステップS5の処理が行われる。 In step S6, the control device 10 determines whether or not the processes of steps S2 to S5 have been performed for all transmission time indexes μ. If the index μ of all transmission times has not been processed (step S6: No), the control device 10 increments the index μ, and the process returns to step S2. Then, the processing of steps S2 to S5 is performed for all transmission time indexes μ.

一方、すべての送波時刻のインデックスμについて処理が行われた場合(ステップS6:Yes)、すなわち、送波時刻τμのそれぞれの時刻毎にステップS2~ステップS5の処理が行われた場合には、一連の処理が終了する。 On the other hand, if the processing has been performed for the index μ of all wave transmission times (step S6: Yes), that is, if the processing of steps S2 to S5 has been performed for each time of the wave transmission time τ μ ends a series of processes.

このように、式(10)に示す加算が送波時刻のインデックスμのそれぞれ「μ=0,1,・・・,N-1」に対して行われる。これにより、それぞれのインデックスμに対する瞬時受波波形ξμ(t)が受波波形x(t)の記憶領域に累積され、式(8)に示す計算が実現される。 In this way, the addition shown in equation (10) is performed for each of the transmission time indices μ, ie, μ=0, 1, . . . , N−1. As a result, the instantaneous received wave waveform ξ μ (t m ) for each index μ is accumulated in the received wave waveform x(t m ) storage area, and the calculation shown in Equation (8) is realized.

なお、この場合の瞬時受波波形ξμ(t)は、式(7)によって算出されたサイズNの系列であるが、式(7)で0以外の値が得られるmの範囲は「μ≦m≦min(μ+K-1,N-1)」であり、その後に式(10)によって加算される範囲も同じである。
しがたって、瞬時受波波形ξμ(t)の記憶領域のサイズをインパルス応答の長さと同じKとし、式(10)の加算の範囲を「μ≦m≦min(μ+K-1,N-1)」としてもよい。
Note that the instantaneous received wave waveform ξ μ (t m ) in this case is a series of size N calculated by the equation (7), but the range of m in which a value other than 0 is obtained in the equation (7) is " μ≦m≦min(μ+K−1, N−1)”, and the range added by equation (10) thereafter is the same.
Therefore, the size of the storage area for the instantaneous received waveform ξ μ (t m ) is set to K, which is the same as the length of the impulse response, and the range of addition in Equation (10) is set to “μ≦m≦min (μ+K−1, N -1)”.

このように、図5に示す処理が行われることにより、瞬時受波波形算出装置30において式(7)に基づき算出された瞬時受波波形ξμ(t)は、制御装置10において式(10)に基づき累積される。そして、式(6)に示す畳み込みが実現されることにより、受波波形x(t)が算出される。 In this way, by performing the processing shown in FIG. ). Then, the received waveform x(t m ) is calculated by realizing the convolution shown in Equation (6).

以上のように、本実施の形態1に係る波形算出システム100は、送波時刻毎のインパルス応答を、対応する送波時刻における送波波形に畳み込んで受波波形を算出する。これにより、ソーナーとターゲットとの間の相対距離の時間変化に応じてインパルス応答が算出される。そのため、時間経過に伴うターゲットおよびソーナーの移動による相対距離の変化に忠実な受波波形を算出することができる。 As described above, the waveform calculation system 100 according to the first embodiment calculates the received waveform by convolving the impulse response at each transmission time with the transmission waveform at the corresponding transmission time. Thereby, an impulse response is calculated according to the time change of the relative distance between the sonar and the target. Therefore, it is possible to calculate a received wave waveform faithful to changes in relative distance due to movement of the target and sonar over time.

また、波形算出システム100は、式(7)および式(10)によって受波波形を算出することにより、ある受波時刻に対する畳み込みにおいて、畳み込まれるインパルス応答を送波時刻における相対距離の変化に対応したものにすることができる。そのため、ターゲットから異なる時刻に送波された音が、異なる相対距離を伝搬してソーナーで同時に受波される現象を表現することができる。 In addition, the waveform calculation system 100 calculates the received wave waveform according to the equations (7) and (10), and converts the convoluted impulse response to the change in the relative distance at the wave transmission time in the convolution with respect to a certain wave reception time. It can be made compatible. Therefore, it is possible to represent a phenomenon in which sounds transmitted from the target at different times propagate at different relative distances and are received by the sonar at the same time.

実施の形態2.
次に、本実施の形態2について説明する。本実施の形態2では、ターゲットとソーナーとの相対距離の変化による遅延の変化が大きい場合にのみ、インパルス応答を算出する点で、実施の形態1と相違する。なお、本実施の形態2において、実施の形態1と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
Embodiment 2.
Next, Embodiment 2 will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in that the impulse response is calculated only when the change in the delay due to the change in the relative distance between the target and the sonar is large. It should be noted that, in the second embodiment, the same reference numerals are assigned to the parts that are common to the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

上述した実施の形態1では、送波時刻τμのそれぞれのインデックスμ毎にインパルス応答h(t,rτμ)を算出している。ここで、ターゲットおよびソーナーのそれぞれの移動速度が小さく、相対距離rτμの変化が小さい場合には、インパルス応答h(t,rτμ)の変化も小さいと考えることができる。そのため、このような場合には、すべてのインデックスμに対してインパルス応答h(t,rτμ)を算出する必要はない。 In Embodiment 1 described above, the impulse response h(t k , r τμ ) is calculated for each index μ of the transmission time τ μ . Here, when the moving speed of each of the target and the sonar is small and the change in relative distance r τμ is small, it can be considered that the change in impulse response h(t k , r τμ ) is also small. Therefore, in such a case, it is not necessary to calculate impulse responses h(t k , r τμ ) for all indices μ.

そこで、本実施の形態2では、相対距離の変化による遅延、すなわちターゲットからソーナーまでの伝搬時間の変化を推定し、遅延の変化が大きい場合にのみ、インパルス応答h(t,rτμ)を算出する。そして、算出したインパルス応答h(t,rτμ)を保存インパルス応答h(0)(t)として保持しておき、遅延の変化が小さい場合には、保持した保存インパルス応答h(0)(t)をインパルス応答h(t,rτμ)として使用する。 Therefore, in the second embodiment, the delay due to the change in the relative distance, that is, the change in the propagation time from the target to the sonar is estimated, and the impulse response h(t k , r τμ ) is calculated only when the change in delay is large. calculate. Then, the calculated impulse response h(t k , r τμ ) is stored as the stored impulse response h (0) (t k ), and when the delay change is small, the stored stored impulse response h (0) (t k ) as the impulse response h(t k ,r τμ ).

あるインデックスμに対する遅延の変化を示す遅延変化量ΔTは、式(11)に基づき算出される。式(11)において、「rτμ」は送波時刻τμにおける相対距離を示す。また、「r(0)」は、送波時刻τμよりも前にインパルス応答の変化が大きいと判断されてインパルス応答を算出した送波時刻における相対距離を示す。以下では、「r(0)」を「基準相対距離」と称して説明する。 A delay change amount ΔT, which indicates a change in delay with respect to a certain index μ, is calculated based on equation (11). In Equation (11), "r τμ " indicates the relative distance at the transmission time τ μ . Also, "r (0) " indicates the relative distance at the wave transmission time at which the impulse response was calculated after it was determined that the change in the impulse response was large before the wave transmission time τ μ . In the following description, “r (0) ” will be referred to as a “reference relative distance”.

Figure 2023119610000012
Figure 2023119610000012

式(11)において、右辺の分子「|rτμ-r(0)|」は、時間経過による相対距離の変化の大きさを表し、この相対距離の変化の大きさを群速度gで除算したものが遅延変化量ΔTと定義されている。ここで、群速度とは、音速の水平成分を示し、例えば一定の音速cの媒質中をふ角θで伝搬する経路の群速度はccosθと表される。「θ=0」の水平に近いふ角で伝搬する経路ほど群速度は大きくなり、その値は音速に近づく。 In equation (11), the numerator "|r τμ −r (0) |" on the right side represents the magnitude of change in relative distance over time, and this magnitude of change in relative distance is divided by group velocity g. is defined as the amount of delay variation ΔT. Here, the group velocity indicates the horizontal component of the speed of sound. For example, the group velocity of a path propagating at an angle θ in a medium having a constant sound speed c is expressed as c cos θ. The group velocity increases as the path propagates at an angle closer to the horizontal where θ=0, and its value approaches the speed of sound.

本実施の形態2では、遅延変化量ΔTが予め設定された許容量よりも大きい場合には、送波時刻τμにおいてあらためてインパルス応答h(t,rτμ)を算出する。一方、遅延変化量ΔTが許容量よりも小さい場合には、以前にインパルス応答の変化が大きいと判断されて算出し、保持した保存インパルス応答h(0)(t)を送波時刻τμでのインパルス応答h(t,rτμ)の代わりに使用する。このようにすることで、すべてのインデックスμに対してインパルス応答を算出する必要がないため、計算量を削減することができる。 In the second embodiment, when the delay change amount ΔT is larger than the preset allowable amount, the impulse response h(t k , r τμ ) is calculated again at the transmission time τ μ . On the other hand, when the delay change amount ΔT is smaller than the allowable amount, the stored impulse response h (0) (t k ), which was previously calculated and held, is changed to the transmission time τ μ instead of the impulse response h(t k , r τμ ) at . By doing so, it is not necessary to calculate impulse responses for all indices μ, so the amount of calculation can be reduced.

なお、インパルス応答には、複数の経路に相当する遅延が含まれており、遅延の変化は複数の経路のそれぞれに対して存在する。ここでは、群速度gとして音速cが用いられることにより、複数の経路のうち受波波形に対する影響が大きい水平に近い角度で伝搬する経路の遅延変化量ΔTを推定する。 Note that the impulse response includes delays corresponding to a plurality of paths, and delay variations exist for each of the plurality of paths. Here, by using the sound velocity c as the group velocity g, the delay change amount ΔT of the path that propagates at an angle close to the horizontal, which has a large influence on the received waveform, among the plurality of paths is estimated.

[波形算出システム200の構成]
図6は、本実施の形態2に係る波形算出システムの構成の一例を示すブロック図である。図6に示すように、波形算出システム200は、制御装置11、インパルス応答算出装置20、瞬時受波波形算出装置30および遅延変化量算出装置40を備えている。このような波形算出システム200は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータ等の演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイス等のハードウェアで構成されている。
[Configuration of Waveform Calculation System 200]
FIG. 6 is a block diagram showing an example of the configuration of the waveform calculation system according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the waveform calculation system 200 includes a control device 11, an impulse response calculation device 20, an instantaneous received waveform calculation device 30, and a delay variation calculation device 40. FIG. Such a waveform calculation system 200 is composed of an arithmetic unit such as a microcomputer that implements various functions by executing software, or hardware such as a circuit device that supports various functions.

制御装置11は、海洋環境条件、シナリオ、および送波時刻τμにおける送波波形の瞬時音圧s(τμ)が入力される。制御装置11は、インパルス応答算出装置20、瞬時受波波形算出装置30および遅延変化量算出装置40との間で各種データのやりとりを行うとともに、受波波形x(t)を算出する。制御装置11の具体的な動作については、後述する。 The control device 11 receives the ocean environment conditions, the scenario, and the instantaneous sound pressure s(τ μ ) of the transmitted wave waveform at the transmitted wave time τ μ . The control device 11 exchanges various data with the impulse response calculator 20, the instantaneous received wave waveform calculator 30, and the delay variation calculator 40, and calculates the received wave waveform x(t m ). A specific operation of the control device 11 will be described later.

遅延変化量算出装置40は、制御装置11から基準相対距離r(0)、群速度gおよび相対距離rτμが入力される。遅延変化量算出装置40は、入力された基準相対距離r(0)、群速度gおよび相対距離rτμに基づき、遅延変化量ΔTを算出する。そして、遅延変化量算出装置40は、算出した遅延変化量ΔTを制御装置11に対して出力する。 The delay variation calculator 40 receives the reference relative distance r (0) , the group velocity g, and the relative distance r τμ from the controller 11 . The delay change amount calculator 40 calculates the delay change amount ΔT based on the input reference relative distance r (0) , group velocity g and relative distance r τμ . Then, the delay change amount calculation device 40 outputs the calculated delay change amount ΔT to the control device 11 .

[波形算出システム200の動作]
図7は、本実施の形態2に係る波形算出システムによる波形算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、実施の形態1における処理と共通する処理については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
[Operation of Waveform Calculation System 200]
FIG. 7 is a flow chart showing an example of the flow of waveform calculation processing by the waveform calculation system according to the second embodiment. It should be noted that the same reference numerals are assigned to processes that are common to the processes in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

制御装置11は、ステップS1の処理を実行した後、ステップS11において、基準相対距離r(0)を「r(0)=∞」で初期化するとともに、群速度gを「g=c」で初期化する。ステップS11の処理をソフトウェアで実行する場合、一般に、プログラム言語では「∞(無限大)」を意味する定数が定義されている。したがって、制御装置11は、基準相対距離r(0)を初期化する際に、予め定義された定数を用いればよい。音速cは、例えば、複数の深度と音速の組で表される音速プロファイル(z,c)(l=0,1,2,・・・,L-1)の音速値の平均としてもよいし、音速値の最大値または最小値としてもよい。また、音速cは、例えば、「c=1500m/s」といった音速の一般的な値を用いてもよい。 After executing the process of step S1, the control device 11 initializes the reference relative distance r (0) to "r (0) =∞" and sets the group velocity g to "g=c" in step S11. initialize. When the process of step S11 is executed by software, a constant meaning "∞ (infinity)" is generally defined in the programming language. Therefore, the control device 11 may use a predefined constant when initializing the reference relative distance r (0) . Sound speed c is, for example, an average of sound speed values of sound speed profiles (z l , c l ) (l = 0, 1, 2, ..., L-1) represented by a plurality of pairs of depths and sound speeds Alternatively, it may be the maximum or minimum value of sound velocity values. For the speed of sound c, a general value of speed of sound such as “c=1500 m/s” may be used.

初期化した基準相対距離r(0)および群速度gは、後述するステップS12で遅延変化量ΔTを算出する際に使用される。このとき、算出される遅延変化量ΔTの値は、音速cに設定される値によって変化するが、海洋中の音速は、およそ1450m/sから1550m/sの間の値をとる。そのため、設定される音速cによる遅延変化量ΔTの変化は、高々その値の10%程度であり、遅延変化量ΔTの算出精度としては十分である。 The initialized reference relative distance r (0) and group velocity g are used when calculating the delay change amount ΔT in step S12, which will be described later. At this time, the value of the calculated delay change amount ΔT varies depending on the value set for the speed of sound c, but the speed of sound in the ocean takes a value between approximately 1450 m/s and 1550 m/s. Therefore, the change in the delay change amount ΔT due to the set sound velocity c is at most about 10% of that value, which is sufficient for the calculation accuracy of the delay change amount ΔT.

ステップS2の処理の後、制御装置11は、基準相対距離r(0)および群速度g、ならびに、ステップS2で算出した相対距離rτμを遅延変化量算出装置40に対して出力する。ステップS12において、遅延変化量算出装置40は、入力された基準相対距離r(0)、群速度gおよび相対距離rτμに基づき、遅延変化量ΔTを算出する。そして、遅延変化量算出装置40は、算出した遅延変化量ΔTを制御装置11に対して出力する。 After the process of step S2, the control device 11 outputs the reference relative distance r (0) , the group velocity g, and the relative distance r τμ calculated in step S2 to the delay change amount calculation device 40 . In step S12, the delay change amount calculator 40 calculates the delay change amount ΔT based on the input reference relative distance r (0) , group velocity g, and relative distance r τμ . Then, the delay change amount calculation device 40 outputs the calculated delay change amount ΔT to the control device 11 .

ステップS13において、制御装置11は、入力された遅延変化量ΔTが大きいか否かを判断する。具体的には、制御装置11は、予め設定された定数αに基づき、式(12)を用いて遅延変化量ΔTの大きさを判断する。 In step S13, the control device 11 determines whether or not the input delay change amount ΔT is large. Specifically, the control device 11 determines the magnitude of the delay change amount ΔT using equation (12) based on a preset constant α.

Figure 2023119610000013
Figure 2023119610000013

遅延変化量ΔTが式(12)を満たす場合、すなわち、遅延変化量ΔTが定数α以上である場合(ステップS13:Yes)、制御装置11は、インパルス応答の変化が大きいと判断する。そして、処理がステップS3に移行し、制御装置11は、インパルス応答h(t,rτμ)を算出する。 If the delay change amount ΔT satisfies the equation (12), that is, if the delay change amount ΔT is equal to or greater than the constant α (step S13: Yes), the control device 11 determines that the change in impulse response is large. Then, the process proceeds to step S3, and the control device 11 calculates the impulse response h( tk , rτμ ).

一方、遅延変化量ΔTが式(12)を満たさない場合、すなわち、遅延変化量ΔTが定数α未満である場合(ステップS13:No)、制御装置11は、インパルス応答の変化は小さいと判断する。そして、処理がステップS4に移行する。このとき、制御装置11は、すでに保持している保存インパルス応答h(0)(t)をインパルス応答h(t,rτμ)として使用する。 On the other hand, if the delay change amount ΔT does not satisfy the equation (12), that is, if the delay change amount ΔT is less than the constant α (step S13: No), the control device 11 determines that the change in the impulse response is small. . Then, the process moves to step S4. At this time, the controller 11 uses the stored impulse response h (0) (t k ) already stored as the impulse response h(t k , r τμ ).

このように、定数αは遅延変化量ΔTの許容値を表し、インパルス応答を算出する際の計算量と、算出される受波波形の精度との間のトレードオフを調整する働きを有する。定数αを大きくするほど、式(12)を満足する機会が減るため、インパルス応答を算出する回数が減って計算量は少なくなるが、インパルス応答の変化に対する受波波形x(t)の精度が低下する。一方、定数αを小さくするほど、計算量は増加するが、インパルス応答の変化に対する受波波形x(t)の精度の低下が抑えられる。 Thus, the constant α represents the allowable value of the delay change amount ΔT, and has the function of adjusting the trade-off between the amount of calculation when calculating the impulse response and the accuracy of the calculated received waveform. As the constant α increases, the chances of satisfying equation (12) decrease, so the number of impulse response calculations decreases and the amount of calculation decreases . decreases. On the other hand, the smaller the constant α, the more the amount of calculation increases, but the lowering of the accuracy of the received wave waveform x(t m ) with respect to changes in the impulse response can be suppressed.

ここで、例えば時刻のサンプリング間隔Δtを用いて、「α=Δt」となるように定数αを設定した場合には、遅延変化量ΔTがインパルス応答h(t,rτμ)のサンプリング間隔Δtより小さければ、インパルス応答の変化を無視できると判断することになる。また、例えば送波波形の周波数帯域の上限fmaxに対して「α=1/fmax」とした場合、遅延変化量ΔTが送波波形の振動の1周期の時間長よりも小さければ、インパルス応答の変化を無視できると判断することになる。 Here, for example, using the time sampling interval Δt, when the constant α is set so that “α=Δt”, the delay change amount ΔT is the sampling interval Δt of the impulse response h(t k , r τμ ) If it is smaller, we will decide that the change in impulse response is negligible. Further, for example, when "α=1/f max " is set for the upper limit f max of the frequency band of the transmitted waveform, if the delay change amount ΔT is smaller than the time length of one period of oscillation of the transmitted waveform, the impulse You will decide that the change in response is negligible.

ステップS3の処理の後、ステップS14において、制御装置11は、ステップS3においてインパルス応答算出装置20で算出されたインパルス応答h(t,rτμ)を、保存インパルス応答h(0)(t)として保持する。次いで、ステップS15において、制御装置11は、基準相対距離r(0)を「r(0)=rτμ」によって更新する。 After the process of step S3, in step S14, the control device 11 converts the impulse response h(t k , r τμ ) calculated by the impulse response calculation device 20 in step S3 into the stored impulse response h (0) (t k ). Next, in step S15, the control device 11 updates the reference relative distance r (0) by "r (0) =r τμ ".

以下、実施の形態1と同様に、ステップS4~ステップS6の処理が実行される。なお、最初の時刻(μ=0)の際には、遅延変化量算出装置40から出力される遅延変化量ΔTは、式(11)によって算出されるが、基準相対距離r(0)が「∞」で初期化されていることから、遅延変化量ΔTも∞となり、式(12)の条件が必ず成立する。そのため、「μ=0」に対するインパルス応答h(t,rτμ)が必ず算出され、この算出結果が保存インパルス応答h(0)(t)に設定されている。 Thereafter, steps S4 to S6 are executed in the same manner as in the first embodiment. Note that at the first time (μ=0), the delay change amount ΔT output from the delay change amount calculation device 40 is calculated by Equation (11), but the reference relative distance r (0) is " ∞”, the delay change amount ΔT is also ∞, and the condition of equation (12) is always satisfied. Therefore, the impulse response h(t k , r τμ ) for "μ=0" is always calculated, and the result of this calculation is set as the stored impulse response h (0) (t k ).

以上のように、本実施の形態2に係る波形算出システム200は、式(11)によって遅延の変化の大きさを算出し、その遅延変化量ΔTが大きい、つまりインパルス応答の変化が大きいと判断されるときにのみインパルス応答h(t,rτμ)を算出する。これにより、インパルス応答の算出回数を減らすことができ、計算量を削減することができる。 As described above, the waveform calculation system 200 according to the second embodiment calculates the magnitude of the change in delay using equation (11), and determines that the delay change amount ΔT is large, that is, the change in impulse response is large. Compute the impulse response h(t k , r τμ ) only when As a result, the number of impulse response calculations can be reduced, and the amount of calculation can be reduced.

実施の形態3.
次に、本実施の形態3について説明する。本実施の形態3では、ターゲットとソーナーとの相対距離の変化による遅延の変化が大きい場合にのみ、インパルス応答を算出する点で、実施の形態1と相違し、遅延変化量ΔTの算出方法が実施の形態2と相違する。なお、本実施の形態3において、実施の形態1および2と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
Embodiment 3.
Next, the third embodiment will be described. The third embodiment differs from the first embodiment in that the impulse response is calculated only when the change in the delay due to the change in the relative distance between the target and the sonar is large. It differs from the second embodiment. In the third embodiment, parts common to those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

実施の形態2では、遅延変化量ΔTを算出する際に用いられる群速度gとして、音速プロファイルから算出した値を用いた。これは、ターゲットからソーナーまでの音波伝搬の複数の経路のうち、受波波形に与える影響が最も大きい経路が水平に近いふ角で伝搬する経路であると仮定したものである。 In the second embodiment, a value calculated from the sound speed profile is used as the group velocity g used when calculating the delay change amount ΔT. This is based on the assumption that among the multiple paths of sound wave propagation from the target to the sonar, the path that has the greatest influence on the received waveform is the path that propagates at an angle close to horizontal.

しかしながら、受波波形に与える影響が最も大きい経路が、水平に近いふ角で伝搬する経路とは限らない。そこで、実施の形態3では、算出したインパルス応答h(t,rτμ)に現れる遅延に基づき、水中の伝搬を模擬した結果から推定した推定群速度g(0)を用いて遅延変化量ΔTを算出する。 However, the path that has the greatest influence on the received waveform is not necessarily the path that propagates in a nearly horizontal angle. Therefore, in the third embodiment, based on the delay appearing in the calculated impulse response h(t k , r τμ ), the estimated group velocity g (0) estimated from the result of simulating propagation in water is used to determine the amount of delay change ΔT Calculate

ターゲットからソーナーまでの音波伝搬の複数の経路のうち、受波波形に対して最も影響の大きい経路の1つとして、インパルス応答の振幅が最大となる時刻に相当する経路が考えられる。本実施の形態3では、インパルス応答の振幅が最大となる時刻に基づき群速度を推定し、推定群速度g(0)を得る。 Among the plurality of paths of sound wave propagation from the target to the sonar, one of the paths having the greatest influence on the received waveform is the path corresponding to the time when the amplitude of the impulse response becomes maximum. In the third embodiment, the group velocity is estimated based on the time when the amplitude of the impulse response is maximum, and the estimated group velocity g (0) is obtained.

[波形算出システム300の構成]
図8は、本実施の形態3に係る波形算出システムの構成の一例を示すブロック図である。図8に示すように、波形算出システム300は、制御装置12、インパルス応答算出装置20、瞬時受波波形算出装置30および遅延変化量算出装置40を備えている。このような波形算出システム300は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータ等の演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイス等のハードウェアで構成されている。
[Configuration of Waveform Calculation System 300]
FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of a waveform calculation system according to the third embodiment. As shown in FIG. 8, the waveform calculation system 300 includes a control device 12, an impulse response calculation device 20, an instantaneous received waveform calculation device 30, and a delay variation calculation device 40. FIG. Such a waveform calculation system 300 is composed of an arithmetic unit such as a microcomputer that implements various functions by executing software, or hardware such as a circuit device that supports various functions.

制御装置12は、海洋環境条件、シナリオ、および送波時刻τμにおける送波波形の瞬時音圧s(τμ)が入力される。制御装置12は、インパルス応答算出装置20、瞬時受波波形算出装置30および遅延変化量算出装置40との間で各種データのやりとりを行うとともに、受波波形x(t)を算出する。制御装置12の具体的な動作については、後述する。 The control device 12 receives the marine environmental conditions, the scenario, and the instantaneous sound pressure s(τ μ ) of the transmitted wave waveform at the transmitted wave time τ μ . The control device 12 exchanges various data with the impulse response calculation device 20, the instantaneous received wave waveform calculation device 30, and the delay variation calculation device 40, and calculates the received wave waveform x(t m ). A specific operation of the control device 12 will be described later.

本実施の形態3において、遅延変化量算出装置40は、制御装置12から基準相対距離r(0)、推定群速度g(0)および相対距離rτμが入力される。遅延変化量算出装置40は、入力された基準相対距離r(0)、推定群速度g(0)および相対距離rτμに基づき、遅延変化量ΔTを算出し、算出した遅延変化量ΔTを制御装置12に対して出力する。 In the third embodiment, the delay variation calculation device 40 receives the reference relative distance r (0) , the estimated group velocity g (0) and the relative distance r τμ from the control device 12 . The delay change amount calculation device 40 calculates the delay change amount ΔT based on the input reference relative distance r (0) , estimated group velocity g (0) and relative distance r τμ and controls the calculated delay change amount ΔT. Output to device 12 .

[波形算出システム300の動作]
図9は、本実施の形態3に係る波形算出システムによる波形算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、実施の形態1および2における処理と共通する処理については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
[Operation of Waveform Calculation System 300]
FIG. 9 is a flowchart showing an example of the flow of waveform calculation processing by the waveform calculation system according to the third embodiment. It should be noted that the same reference numerals are assigned to processes that are common to the processes in Embodiments 1 and 2, and detailed description thereof will be omitted.

制御装置12は、ステップS1の処理を実行した後、ステップS21において、基準相対距離r(0)を「r(0)=∞」で初期化するとともに、推定群速度g(0)を、実施の形態2における群速度gと同様に「g(0)=c」で初期化する。 After executing the process of step S1, the control device 12 initializes the reference relative distance r (0) to "r (0) =∞" and executes the estimated group velocity g (0) in step S21. It is initialized with "g (0) =c" in the same way as the group velocity g in form 2 of .

ステップS2の処理の後、制御装置12は、基準相対距離r(0)および推定群速度g(0)、ならびに、ステップS2で算出した相対距離rτμを遅延変化量算出装置40に対して出力する。ステップS22において、遅延変化量算出装置40は、入力された基準相対距離r(0)、推定群速度g(0)および相対距離rτμに基づき、遅延変化量ΔTを算出する。そして、遅延変化量算出装置40は、算出した遅延変化量ΔTを制御装置12に対して出力する。 After the process of step S2, the control device 12 outputs the reference relative distance r (0) , the estimated group velocity g (0) and the relative distance r τμ calculated in step S2 to the delay variation calculation device 40. do. In step S22, the delay change amount calculator 40 calculates the delay change amount ΔT based on the input reference relative distance r (0) , estimated group velocity g (0) and relative distance r τμ . Then, the delay change amount calculation device 40 outputs the calculated delay change amount ΔT to the control device 12 .

また、本実施の形態3では、ステップS15で基準相対距離r(0)が更新された後、ステップS23において、制御装置12は、推定群速度g(0)を更新する。具体的には、まず、制御装置12は、算出したインパルス応答h(t,rτμ)の中から「|h(t,rτμ)|」が最大となるインデックスkを抽出する。このとき抽出されたインデックスkを、「k^」とする。 In the third embodiment, after the reference relative distance r (0) is updated in step S15, the control device 12 updates the estimated group velocity g (0) in step S23. Specifically, first, the control device 12 extracts an index k that maximizes "|h( tk , rτμ )|" from the calculated impulse response h( tk , rτμ ). The index k extracted at this time is assumed to be "k^".

インデックスk^の抽出は、「k=0」から「k=K-1」まで順次、「|h(t,rτμ)|」の大きさを確認することで実施できる。また、多くのプログラム言語では、配列の中で値が最大となるインデックス番号を抽出する標準的な関数があるため、この関数を用いてインデックスk^を抽出してもよい。 The index k^ can be extracted by sequentially checking the magnitude of "|h(t k ,r τμ )|" from "k=0" to "k=K−1". Moreover, since many programming languages have a standard function for extracting the index number with the maximum value in the array, this function may be used to extract the index k^.

インデックスk^が抽出されると、制御装置12は、式(13)に基づき、推定群速度g(0)を更新する。式(13)によって更新された推定群速度g(0)は、インパルス応答の中で受波波形に対する影響が最も大きい経路でターゲットからソーナーまで伝搬する音波の速度を意味する。 Once the index k^ is extracted, controller 12 updates the estimated group velocity g (0) based on equation (13). The estimated group velocity g (0) updated by equation (13) means the velocity of the sound wave propagating from the target to the sonar on the path that has the greatest influence on the received waveform in the impulse response.

Figure 2023119610000014
Figure 2023119610000014

なお、本実施の形態3では、上述したように、実施の形態2における群速度gに代えて推定群速度g(0)が用いられる。そのため、ステップS12において、遅延変化量算出装置40は、式(14)を用いて遅延変化量ΔTを算出する。式(14)に示す遅延変化量ΔTの算出式は、式(11)における分母の群速度gを推定群速度g(0)に置き替えたものである。 In the third embodiment, as described above, the estimated group velocity g (0) is used instead of the group velocity g in the second embodiment. Therefore, in step S12, the delay change amount calculation device 40 calculates the delay change amount ΔT using equation (14). The formula (14) for calculating the delay change amount ΔT is obtained by replacing the denominator group velocity g in the formula (11) with the estimated group velocity g (0) .

Figure 2023119610000015
Figure 2023119610000015

以上のように、本実施の形態3に係る波形算出システム300は、遅延変化量算出装置40で遅延変化量ΔTを算出する際に用いられる群速度をインパルス応答h(t,rτμ)の振幅が最も大きい遅延tk^を用いて式(13)で算出する推定群速度g(0)とする。これにより、ターゲットからソーナーまでの複数の伝搬経路のうち受波波形に対して最も影響の大きい経路の群速度を得ることができ、影響の大きな経路が水平に近い角度で伝搬しない場合でも、受波波形x(t)を精度よく算出することができる。 As described above, in the waveform calculation system 300 according to the third embodiment, the group velocity used when calculating the delay change amount ΔT in the delay change amount calculation device 40 is Let the estimated group velocity g (0) calculated by equation (13) using the delay tk ^ with the largest amplitude be used. This makes it possible to obtain the group velocity of the path with the greatest influence on the received waveform among the multiple propagation paths from the target to the sonar, even if the path with the greatest influence does not propagate at an angle close to the horizontal. Waveform x(t m ) can be calculated with high accuracy.

実施の形態4.
次に、本実施の形態4について説明する。本実施の形態4では、相対距離の変化に加えて音速プロファイルの時間変化が遅延変化量ΔTに与える影響を考慮する点で、実施の形態1~3と相違する。なお、本実施の形態4において、実施の形態1~3と共通する部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
Embodiment 4.
Next, the fourth embodiment will be described. The fourth embodiment differs from the first to third embodiments in that it considers the influence of the time-varying change in the sound velocity profile on the delay change amount ΔT in addition to the change in the relative distance. In the fourth embodiment, the same reference numerals are given to the parts common to the first to third embodiments, and detailed description thereof will be omitted.

実施の形態4では、送波時刻τμに対して時間変化する音速プロファイル、つまり深度と音速との組(z,c(τμ))を考える。この場合、遅延変化量ΔTは、式(15)に基づき算出される。 In the fourth embodiment, consider a time-varying sound velocity profile with respect to the transmission time τ μ , that is, a set of depth and sound velocity (z l , c lμ )). In this case, the delay change amount ΔT is calculated based on equation (15).

Figure 2023119610000016
Figure 2023119610000016

式(15)では、右辺の絶対値記号の中の第1項と第2項とで分母の群速度の値が異なる。式(15)において、第2項の分母「g(0)」は、実施の形態3における推定群速度g(0)である。また、第1項の分母「gτμ」は、送波時刻τμでの群速度を示す補正群速度であり、式(16)に基づき推定群速度g(0)を補正したものである。式(16)において、「c(0)」は推定群速度g(0)を算出した送波時刻での音速を示す基準音速であり、「cτμ」は送波時刻τμでの音速である。 In Equation (15), the first and second terms in the absolute value symbol on the right side have different values of group velocity in the denominator. In Equation (15), the denominator “g (0) ” of the second term is the estimated group velocity g (0) in the third embodiment. The denominator “g τμ ” of the first term is the corrected group velocity indicating the group velocity at the transmission time τ μ , which is obtained by correcting the estimated group velocity g (0) based on Equation (16). In equation (16), “c (0) ” is the reference speed of sound indicating the speed of sound at the transmission time at which the estimated group velocity g (0) was calculated, and “c τμ ” is the speed of sound at the transmission time τ μ . be.

Figure 2023119610000017
Figure 2023119610000017

この補正群速度gτμは、送波時刻τμでの音速が推定群速度g(0)を算出した送波時刻での音速から変化している場合、群速度は音速の変化の比と同一の比で変化するものとして算出される。これは、一定音速の媒質の場合に群速度が音速に正比例していることを利用したものである。 This corrected group velocity g τμ is the same as the ratio of the change in sound velocity when the sound velocity at the transmission time τ μ changes from the sound velocity at the transmission time when the estimated group velocity g (0) is calculated. calculated as a change in the ratio of This utilizes the fact that the group velocity is directly proportional to the sound velocity in the case of a medium with a constant sound velocity.

ここで、送波時刻τμでの音速cτμは、例えば式(17)に基づき、送波時刻τμでの音速プロファイルの音速c(τμ)の深度インデックスlに関する平均値とする。なお、送波時刻τμでの音速cτμは、これに限られず、例えば時間に対する音速プロファイル(z,c(τμ))の各点を通る関数c(z,τμ)(0≦z≦zL-1)を考え、式(18)に基づき算出してもよい。 Here, the sound velocity c τμ at the wave transmission time τ μ is the average value of the sound velocity c lμ ) of the sound velocity profile at the wave transmission time τ μ with respect to the depth index l, based on, for example, Equation (17). In addition, the sound velocity c τ μ at the transmission time τ μ is not limited to this , for example, the function c (z, τ μ ) (0 ≦z≦z L−1 ), and may be calculated based on equation (18).

Figure 2023119610000018
Figure 2023119610000018

Figure 2023119610000019
Figure 2023119610000019

このように、遅延変化量ΔTは、式(15)および式(16)を用いて推定することにより、音速の変化による群速度の変化が加味される。そして、相対距離の変化だけでなく、群速度の変化によっても遅延が変化することを表すことができる。 Thus, by estimating the delay change amount ΔT using the equations (15) and (16), changes in the group velocity due to changes in the speed of sound are taken into consideration. Then, it can be expressed that the delay is changed not only by the change of the relative distance but also by the change of the group velocity.

[波形算出システム400の構成]
図10は、本実施の形態4に係る波形算出システムの構成の一例を示すブロック図である。図10に示すように、波形算出システム400は、制御装置13、インパルス応答算出装置20、瞬時受波波形算出装置30および遅延変化量算出装置41を備えている。このような波形算出システム400は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータ等の演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイス等のハードウェアで構成されている。
[Configuration of Waveform Calculation System 400]
FIG. 10 is a block diagram showing an example configuration of a waveform calculation system according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 10 , the waveform calculation system 400 includes a control device 13 , an impulse response calculation device 20 , an instantaneous received waveform calculation device 30 and a delay variation calculation device 41 . Such a waveform calculation system 400 is composed of an arithmetic unit such as a microcomputer that implements various functions by executing software, or hardware such as a circuit device that supports various functions.

制御装置13は、海洋環境条件、シナリオ、および送波時刻τμにおける送波波形の瞬時音圧s(τμ)が入力される。制御装置13は、インパルス応答算出装置20、瞬時受波波形算出装置30および遅延変化量算出装置41との間で各種データのやりとりを行うとともに、受波波形x(t)を算出する。なお、本実施の形態4において、制御装置13に入力される音速プロファイルは、送波時刻τμに対して変化する複数の深度と音速との組(z,c(τμ))で表される音速の深度特性である。 The control device 13 receives the ocean environment conditions, the scenario, and the instantaneous sound pressure s(τ μ ) of the transmitted wave waveform at the transmitted wave time τ μ . The control device 13 exchanges various data with the impulse response calculator 20, the instantaneous received wave waveform calculator 30, and the delay variation calculator 41, and calculates the received wave waveform x(t m ). In the fourth embodiment, the sound velocity profile input to the control device 13 is a set of a plurality of depths and sound velocities (z l , clμ )) that changes with respect to the transmission time τ μ It is the depth characteristic of the speed of sound represented.

遅延変化量算出装置41は、制御装置13から基準相対距離r(0)、推定群速度g(0)、相対距離rτμおよび補正群速度gτμが入力される。遅延変化量算出装置41は、入力された基準相対距離r(0)、推定群速度g(0)、相対距離rτμおよび補正群速度gτμに基づき、遅延変化量ΔTを算出し、算出した遅延変化量ΔTを制御装置13に対して出力する。 The delay variation calculator 41 receives the reference relative distance r (0) , the estimated group velocity g (0) , the relative distance r τμ and the corrected group velocity g τμ from the controller 13 . The delay variation calculator 41 calculates the delay variation ΔT based on the input reference relative distance r (0) , estimated group velocity g (0) , relative distance r τμ and corrected group velocity g τμ . A delay change amount ΔT is output to the control device 13 .

[波形算出システム400の動作]
図11は、本実施の形態4に係る波形算出システムによる波形算出処理の流れの一例を示すフローチャートである。なお、実施の形態1~3における処理と共通する処理については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
[Operation of Waveform Calculation System 400]
FIG. 11 is a flowchart showing an example of the flow of waveform calculation processing by the waveform calculation system according to the fourth embodiment. It should be noted that the same reference numerals are assigned to processes that are common to the processes in Embodiments 1 to 3, and detailed description thereof will be omitted.

ステップS21の処理の後、制御装置13は、ステップS31において、基準音速c(0)を初期化する。基準音速c(0)を初期化する値は、実施の形態3で推定群速度g(0)を初期化する値と同様であるものとする。 After the process of step S21, the control device 13 initializes the reference sound velocity c (0) in step S31. It is assumed that the value for initializing the reference sound velocity c (0) is the same as the value for initializing the estimated group velocity g (0) in the third embodiment.

また、ステップS2の処理の後、制御装置13は、送波時刻τμにおける音速プロファイルに基づき、音速cτμおよび補正群速度gτμを算出する。制御装置13は、例えば、送波時刻τμにおける音速プロファイルの音速値c(τμ)の平均値を音速cτμとして算出する。また、制御装置13は、音速cτμおよび基準音速c(0)に基づき、式(16)を用いて推定群速度g(0)を補正した補正群速度gτμを算出する。 After the process of step S2, the control device 13 calculates the sound velocity c τμ and the corrected group velocity g τμ based on the sound velocity profile at the wave transmission time τ μ . The control device 13 calculates, for example, the average value of the sound velocity values c lμ ) of the sound velocity profile at the transmission time τ μ as the sound velocity c τμ . Further, the control device 13 calculates a corrected group velocity g τμ obtained by correcting the estimated group velocity g (0) using equation (16) based on the sound velocity c τμ and the reference sound velocity c (0) .

次に、制御装置13は、基準相対距離r(0)、推定群速度g(0)および相対距離rτμ、ならびに、ステップS32で算出した補正群速度gτμを遅延変化量算出装置41に対して出力する。ステップS33において、遅延変化量算出装置41は、入力された基準相対距離r(0)、推定群速度g(0)、相対距離rτμおよび補正群速度gτμに基づき、遅延変化量ΔTを算出する。そして、遅延変化量算出装置41は、算出した遅延変化量ΔTを制御装置13に対して出力する。 Next, the control device 13 sends the reference relative distance r (0) , the estimated group velocity g (0) , the relative distance r τμ , and the corrected group velocity g τμ calculated in step S32 to the delay change amount calculating device 41. output. In step S33, the delay change amount calculator 41 calculates the delay change amount ΔT based on the input reference relative distance r (0) , estimated group velocity g (0) , relative distance r τμ and corrected group velocity g τμ . do. Then, the delay change amount calculation device 41 outputs the calculated delay change amount ΔT to the control device 13 .

また、ステップS13において、遅延変化量ΔTが式(12)を満たし、遅延変化量ΔTが定数α以上である場合(ステップS13:Yes)、制御装置13は、ステップS34において、インパルス応答h(t,rτμ)を算出する。このとき、インパルス応答算出装置20に入力する海洋環境条件のうちの音速プロファイルは、送波時刻τμでの音速プロファイル(z,c(τμ))となる。 Further, in step S13, if the delay change amount ΔT satisfies the equation (12) and is equal to or greater than the constant α (step S13: Yes), the control device 13, in step S34, controls the impulse response h(t k , r τμ ). At this time, the sound velocity profile among the marine environment conditions input to the impulse response calculator 20 is the sound velocity profile (z l , c lμ )) at the wave transmission time τ μ .

さらに、ステップS23の処理の後、制御装置13は、ステップS35において、基準音速c(0)を「c(0)=cτμ」によって更新する。 Furthermore, after the process of step S23, the control device 13 updates the reference sound velocity c (0) by "c (0) =c τμ " in step S35.

以上のように、本実施の形態4に係る波形算出システム400は、遅延変化量ΔTを算出するための群速度が送波時刻τμに対して変化することに対応することによって、相対距離だけではなく音速プロファイルの時間変化によっても遅延が変化することを表すことができる。そして、音速プロファイルが時間変化する場合にも精度のよい受波波形x(t)を算出することができる。 As described above, the waveform calculation system 400 according to the fourth embodiment responds to changes in the group velocity for calculating the delay change amount ΔT with respect to the transmission time τμ , so that only the relative distance It can be expressed that the delay changes not only by the time change of the sound speed profile but also by the time change. Then, even when the sound velocity profile changes with time, the received waveform x(t m ) can be calculated with high accuracy.

以上、本発明の実施の形態1~4について説明したが、本発明は、上述した実施の形態1~4に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形または応用が可能である。従来技術および実施の形態1~4では、ターゲットから放射される音波をパッシブソーナーで受波したときの受波波形の模擬について説明したが、これはこの例に限られない。例えば、この波形算出システムは、あらゆる水中音源と、水中音源から放射される音波を受波するあらゆる受波器との組み合わせに対して適用することができる。具体的には、例えば、波形算出システムが水中音響通信の性能を評価する際の受波波形の模擬に用いられる場合には、パッシブソーナーにおけるターゲットが送信機となり、ソーナーが受信機となる。 As described above, Embodiments 1 to 4 of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above-described Embodiments 1 to 4, and various modifications or Application is possible. In the prior art and Embodiments 1 to 4, simulation of a received wave waveform when a passive sonar receives a sound wave emitted from a target has been described, but this is not limited to this example. For example, this waveform calculation system can be applied to any combination of any underwater sound source and any wave receiver that receives sound waves emitted from the underwater sound source. Specifically, for example, when the waveform calculation system is used to simulate a received wave waveform when evaluating the performance of underwater acoustic communication, the target in the passive sonar becomes the transmitter and the sonar becomes the receiver.

本実施の形態1~4では、ソーナーとしてパッシブソーナーを想定した場合について説明したが、これに限られず、波形算出システム100、200、300および400は、例えばアクティブソーナーを想定した場合にも適用することができる。アクティブソーナーにおいて、音波はソーナー音源からターゲットまで伝搬し、ターゲットで散乱した後、散乱した音波がターゲットからソーナー受波器まで伝搬する。したがって、式(3)で逆フーリエ変換する音圧の周波数特性p(f,r)は、アクティブソーナーの場合、式(19)で表される。式(19)において、「rS→T」はソーナー音源からターゲットまでの距離を示し、「rT→R」はターゲットからソーナー受波器までの距離を示す。また、「S(f)」は、ターゲットにおける散乱特性を示す。 In the first to fourth embodiments, a passive sonar is assumed as a sonar, but the waveform calculation systems 100, 200, 300, and 400 are not limited to this, and can be applied to, for example, an active sonar. be able to. In active sonar, sound waves propagate from a sonar source to a target, and after being scattered by the target, the scattered sound waves propagate from the target to a sonar receiver. Therefore, the frequency characteristic p(f n , r) of the sound pressure to be inverse Fourier transformed in Equation (3) is represented by Equation (19) in the case of active sonar. In equation (19), “r S→T ” denotes the distance from the sonar source to the target, and “r T→R ” denotes the distance from the target to the sonar receiver. Also, “S(f n )” indicates the scattering properties at the target.

Figure 2023119610000020
Figure 2023119610000020

このとき、遅延変化量ΔTの算出で用いられる相対距離rτμは、ソーナー音源からターゲットまでの距離rS→Tと、ターゲットからソーナー受波器までの距離rT→Rとの和であり、式(20)で示される。 At this time, the relative distance r τμ used in the calculation of the delay change amount ΔT is the sum of the distance r S → T from the sonar sound source to the target and the distance r T → R from the target to the sonar receiver, It is shown by Formula (20).

Figure 2023119610000021
Figure 2023119610000021

なお、従来技術および本実施の形態1~4では、説明を容易とするために、インパルス応答h(t,rτμ)がターゲットおよびソーナーのそれぞれの位置には依存せず、相対距離rだけに依存することとしている。このことは、音速プロファイルおよび水深が位置に依存しない場合に成立する。 In the prior art and Embodiments 1 to 4, for ease of explanation, the impulse response h(t k , r τμ ) does not depend on the respective positions of the target and the sonar, but only the relative distance r It is supposed to depend on This holds true if the sound velocity profile and water depth are position independent.

例えば、音速プロファイルおよび水深が位置に依存する場合には、ターゲットの位置とソーナーの位置とを結んだ距離と深度との関係を示す2次元断面上の音速プロファイルおよび水深を使用するとよい。具体的には、例えば非特許文献2に示すような距離依存型の伝搬モデルを使用して音圧の周波数特性p(f,r)を計算し、その結果からインパルス応答を算出すればよい。 For example, if the sound velocity profile and water depth depend on the position, it is preferable to use the sound velocity profile and water depth on a two-dimensional cross section that shows the relationship between the distance and depth connecting the target position and the sonar position. Specifically, for example, the frequency characteristic p(f n , r) of the sound pressure is calculated using a distance-dependent propagation model as shown in Non-Patent Document 2, and the impulse response is calculated from the result. .

これにより、異なる送波時刻に送波された音が、異なる海洋環境中を異なる相対距離を伝搬し、ソーナーで同時に受波される現象を表現することができる。ただし、実施の形態2~4における遅延変化量ΔTの算出においては、遅延の変化に対して相対距離の変化の影響が含まれるが、位置の変化の影響は無視することになる。 This makes it possible to represent a phenomenon in which sounds transmitted at different transmission times propagate at different relative distances in different marine environments and are simultaneously received by the sonar. However, in the calculation of the delay change amount ΔT in Embodiments 2 to 4, the influence of the relative distance change is included in the delay change, but the influence of the position change is ignored.

10、11、12、13 制御装置、20 インパルス応答算出装置、21 処理回路、22 プロセッサ、23 メモリ、30 瞬時受波波形算出装置、40、41 遅延変化量算出装置、100、200、300、400 波形算出システム。 10, 11, 12, 13 control device, 20 impulse response calculation device, 21 processing circuit, 22 processor, 23 memory, 30 instantaneous received waveform calculation device, 40, 41 delay variation calculation device, 100, 200, 300, 400 Waveform calculation system.

Claims (7)

ソーナーによって受波された、ターゲットから送波された音圧である受波波形を算出する波形算出システムであって、
前記ターゲットから前記ソーナーに対して送波する送波時刻毎に、前記ターゲットと前記ソーナーとの間の相対距離を算出するとともに、前記送波時刻毎の音波伝搬を表すインパルス応答を、対応する前記送波時刻における前記ターゲットからの送波波形に畳み込んで受波波形を算出する制御装置と、
算出された前記送波時刻毎の前記相対距離に基づき、前記送波時刻毎の前記インパルス応答を算出するインパルス応答算出装置と
を備える波形算出システム。
A waveform calculation system for calculating a received wave waveform, which is sound pressure received by a sonar and transmitted from a target,
A relative distance between the target and the sonar is calculated for each wave transmission time at which waves are transmitted from the target to the sonar, and an impulse response representing sound wave propagation at each wave transmission time is converted to the corresponding a control device for calculating a received wave waveform by convoluting the transmitted wave waveform from the target at the wave transmission time;
A waveform calculation system comprising: an impulse response calculation device that calculates the impulse response for each wave transmission time based on the calculated relative distance for each wave transmission time.
前記送波時刻毎の前記インパルス応答に、対応する前記送波時刻における前記送波波形を乗算して瞬時受波波形を算出する瞬時受波波形算出装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記受波波形に前記瞬時受波波形を累積して、新たな受波波形を算出する
請求項1に記載の波形算出システム。
further comprising an instantaneous received wave waveform calculating device that calculates an instantaneous received wave waveform by multiplying the impulse response at each of the transmitted wave times by the transmitted wave waveform at the corresponding transmitted wave time,
The control device is
2. A waveform calculation system according to claim 1, wherein said instantaneous received wave waveform is accumulated in said received wave waveform to calculate a new received wave waveform.
時間経過による前記相対距離の変化と群速度とに基づき定まる遅延変化量を算出する遅延変化量算出装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記遅延変化量が設定値以上である場合に、前記インパルス応答の変化が大きいと判断し、
前記インパルス応答算出装置は、
前記インパルス応答の変化が大きいと判断された場合に、前記インパルス応答を算出する
請求項1または2に記載の波形算出システム。
further comprising a delay change amount calculation device that calculates a delay change amount determined based on the change in the relative distance over time and the group velocity,
The control device is
determining that the change in the impulse response is large when the amount of delay change is greater than or equal to a set value;
The impulse response calculator,
3. The waveform calculation system according to claim 1, wherein the impulse response is calculated when it is determined that the change in the impulse response is large.
前記遅延変化量算出装置は、
前記相対距離の変化量を前記群速度で除算して前記遅延変化量を算出する
請求項3に記載の波形算出システム。
The delay change amount calculation device includes:
4. The waveform calculation system according to claim 3, wherein the amount of change in delay is calculated by dividing the amount of change in the relative distance by the group velocity.
前記遅延変化量算出装置は、
前記相対距離の変化量を、算出した前記インパルス応答の振幅が最大となる時刻における群速度である推定群速度で除算して前記遅延変化量を算出する
請求項3に記載の波形算出システム。
The delay change amount calculation device includes:
4. The waveform calculation system according to claim 3, wherein the change amount of the delay is calculated by dividing the change amount of the relative distance by an estimated group velocity, which is a group velocity at a time when the calculated impulse response has a maximum amplitude.
ソーナーによって受波された、ターゲットから送波された音圧である受波波形を算出する波形算出方法であって、
前記ターゲットから前記ソーナーに対して送波する送波時刻毎に、前記ターゲットと前記ソーナーとの間の相対距離を算出し、
算出された前記送波時刻毎の前記相対距離に基づき、前記送波時刻毎のインパルス応答を算出し、
前記送波時刻毎の前記インパルス応答を、対応する前記送波時刻における前記ターゲットからの送波波形に畳み込んで受波波形を算出する
波形算出方法。
A waveform calculation method for calculating a received wave waveform, which is sound pressure received by a sonar and transmitted from a target, comprising:
calculating a relative distance between the target and the sonar at each transmission time of transmitting waves from the target to the sonar;
calculating an impulse response for each wave transmission time based on the calculated relative distance for each wave transmission time;
A waveform calculation method for calculating a received waveform by convolving the impulse response for each of the wave transmission times with the waveform of the wave transmitted from the target at the corresponding wave transmission time.
ソーナーによって受波された、ターゲットから送波された音圧である受波波形を算出する波形算出方法のプログラムであって、
前記ターゲットから前記ソーナーに対して送波する送波時刻毎に、前記ターゲットと前記ソーナーとの間の相対距離を算出し、
算出された前記送波時刻毎の前記相対距離に基づき、前記送波時刻毎のインパルス応答を算出し、
前記送波時刻毎の前記インパルス応答を、対応する前記送波時刻における前記ターゲットからの送波波形に畳み込んで受波波形を算出する
処理をコンピュータに行わせる波形算出方法のプログラム。
A waveform calculation method program for calculating a received wave waveform, which is sound pressure received by a sonar and transmitted from a target, comprising:
calculating a relative distance between the target and the sonar at each transmission time of transmitting waves from the target to the sonar;
calculating an impulse response for each wave transmission time based on the calculated relative distance for each wave transmission time;
A waveform calculation method program for causing a computer to perform a process of calculating a received waveform by convolving the impulse response at each of the wave transmission times with the waveform of the wave transmitted from the target at the corresponding wave transmission time.
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