JP2648689B2 - 水中音源方向検出装置 - Google Patents

水中音源方向検出装置

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JP2648689B2
JP2648689B2 JP29611494A JP29611494A JP2648689B2 JP 2648689 B2 JP2648689 B2 JP 2648689B2 JP 29611494 A JP29611494 A JP 29611494A JP 29611494 A JP29611494 A JP 29611494A JP 2648689 B2 JP2648689 B2 JP 2648689B2
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献児 西條
英樹 蒲
成和 松永
信一 佐山
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BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
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BOEICHO GIJUTSU KENKYU HONBUCHO
Oki Electric Industry Co Ltd
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水中音源方向検出装置
に関し、特にグレーディングローブによる誤検出を防止
する水中音源方向検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】水中における音源の位置を探知するソー
ナーの一種類として水平直線状アレイ受波器(以下直線
状アレイという)がある。この直線状アレイというの
は、一般に低周波音受信用のパッシブ型の受波器を等間
隔に配置し、各受波器に位相又は遅延時間の分布を課し
て、目的の指向性を形成するようにするものであり、例
えば、これらの位相又は遅延時間の分布がでたらめな場
合は特定の方向へ指向する波面は生じないが、ある方位
角へ波面がそろうように一次関数状の遅延分布を与える
と、波面が揃う。つまり、遅延分布を一次関数状に変え
ると任意の方向に指向性の主極をもってゆくことができ
るものであった。そして、例えば目標とする音源が低い
合成される波面を考えると、それらがあいまいさなく決
まるためには、各受波器の間隔が最も重要であり、でき
るだけ精度よく作製していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、送波器
と直線状アレイを組み合せて、目標の位置を探知するバ
イスタティックな使い方をする場合、等間隔の受波器を
配列した直線状アレイというのは、送信される音の波長
λと配列間隔dとの関係がd/λ>1/2となると、い
くつかの副次成分(以下グレーディングローブという)
が生じる。例えば、目標音源が低い周波数(d/λ<1
/2)を発生している間は、グレーディングローブが発
生することはないが、高い周波数の音(d/λ>1/
2)を発生する間は、どうしてもグレーディングローブ
が発生する。すなわち、目標とする音源から高い周波数
の音(d/λ>1/2)が放射されると、主極以外にも
副極があることになるため、副極及び主極方向に物標が
あることになり、目標を特定できないことになる。従っ
て、高い周波数の音が目標音源から発生されても、又は
低い周波数の音であっても、真の物標の方向を検出でき
ることが望ましい。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる水中音源
方向検出装置は、直線状アレイと送音器とを水中に置
き、送音器が所定時間間隔で所定の間、基準信号を直線
状周波数変調し、変調に応じた音波を水中に向かって送
信する。直線状アレイの等間隔に直線状に配列された複
数の受波器が送信された音波を受信する。整相器は、直
線状アレイの複数の受波器からの複数の受信信号を入力
し、それぞれの受信信号を、受信された方位毎に整相す
る。蓄積器群の各蓄積器はその方位に対応する受信信号
が入力したとき、その受信信号の受信時間が直線状周波
数変調時間と同じ時間のとき、その受信信号を蓄積す
る。検出器は、蓄積器に、受信信号が蓄積されたとき
は、その蓄積器の方向に物標があることを知らせる。
【0005】
【作用】本発明においては、直線状アレイと送音器とを
水中に置き、送音器が所定時間間隔で所定の間、基準信
号を直線状周波数変調し、変調に応じた音波を水中に向
かって送信する。直線状アレイの等間隔に直線状に配列
された複数の受波器が送信された音波を受信し、送信さ
れた音波が高い周波数のときは、グレーディングローブ
を有した指向性となり、周波数が低いときはグレーディ
ングローブがない主極のみを有した指向性となる。この
ような指向性の変化に伴う方位毎の受信信号が整相器に
よって整相され、蓄積器群の各蓄積器によって、受信信
号が入力しても、その受信信号の受信時間が直線状周波
数変調時間と同じ時間のときのみ蓄積される。そして、
検出器は、蓄積器に、受信信号が蓄積されたときは、そ
の蓄積器の方向に物標があることを知らせる。
【0006】
【実施例】
実施例1 図1は実施例1の概略構成図である。図において、1は
無指向性の受波器を等間隔に直線状に配列した水平直線
アレイ(以下直線状アレイという)である。直線状アレ
イ1の各受波器は音を受信すると、電気信号(以下受波
信号という)に変換して出力する。2はLFM式送音器
である。LFM式送音器2は、所定間隔毎に送信周波数
をその間隔内の時間の経過に伴って、高周波数にしてい
くLFM(Liner Frequency Modu
lation)方式が採用され、少なくとも音の周波数
は配列間隔dと音の波長の比が0.5以下又は0.5以
上になるようにされている。3は整相器である。整相器
3は直線状アレイ1の各受波器に対応して備えられた遅
延器を制御して、目的の指向性を形成し、受波信号a〜
受波信号iが入力する毎に、その位相を遅延器によって
整相して合成して出力する。この出力信号は受信強度と
方位(90度〜−90度)とを対応させた関数信号であ
る。
【0007】4は蓄積部(以下積分部という)である。
積分部4は方位に対応する蓄積器(以下積分器という)
を備え、それぞれ方位に対応する出力信号を入力し、そ
れぞれの積分器4a〜積分器4bは、対応する方位の出
力信号が入力する毎に、積分して蓄積し、制御信号の入
力に伴って蓄積値を出力する。この積分のときの、時定
数τは、グレーディングローブによって発生する周波数
の受信信号を除去する時定数の範囲にされている。つま
り、受信信号の受信時間が直線状周波数変調時間より長
い時間のとき、その受信信号を蓄積するのである。5は
検出器である。検出器5は所定時間間隔毎に各積分器4
a〜積分器4nからの蓄積データを出力させる制御信号
を積分部4に出力し、蓄積データが蓄積されていた場合
は、信号有りと判定する。この信号有り無しの判定は、
ノイズ等があるため、所定レベル以上の蓄積値になった
ときに信号有りとする。6は検出器5からの判定結果に
基づいた方向に物標を表示させる表示器である。
【0008】上記のように構成された水中音源方向検出
装置について以下に説明する。図2は目標音源から音の
周波数が低いときの指向性の説明図である。同図は、L
FM式送音器2が低い周波数の音(d/λ=0.5)を
発生しているときの、直線状アレイの指向性であり、図
2の(a)に示すように、主極14とされた箇所のみに
指向性を備えている。また、図2の(b)は、直線状ア
レイ1が図2の(a)のときに、目標音源からの音レベ
ルを示しており、一つのピークのみが得られている。例
えば主極14が直線状アレイ1の中央にされた場合は、
0度方向に目標音源があることになる。図3は目標音源
からの音が高い周波数のときの指向性の説明図である。
図において、16はグレーディングローブである。同図
は、LFM式送音器2が高いい周波数の音(d/λ=
1.5)を発生しているときの、直線状アレイ1の指向
性であり、図3の(a)に示すように、主極14とされ
た箇所の他にグレーディングローブを有した指向性とな
っている。また、図3の(b)は、直線状アレイ1が図
3の(a)のときに、目標音源からの音レベルを示して
おり、3つのピークが得られている。
【0009】例えば、LFM式送音器2を駆動しながら
直線状アレイ1を曳航すると、LFM式送音器2からの
送信音は時間の経過に伴って、低い方から高い方に変化
した周波数の音を発生する。つまり、初めは低い周波数
音であるから指向性は図2のような指向性になってい
る。従って、物標が下にあって、その物標がLFM式送
音器2からの送信音波が物標にあたって反射した場合
は、検出可能となる。次に、LFM式送音器2からの送
信音が高い周波数になったときは、直線状アレイー1の
指向性能は図3のようになるが受音レベルが高いため
に、少なくとも目標音源からの音は検出可能であるが、
グレーディングローブが発生するため、方位を特定でき
ない。しかし、LFM式送音器2からの送信音が高い周
波数になったとしても、その時間は一瞬である。従っ
て、グレーディングローブが発生した方位に対応する積
分器に受音信号が出力されたとしも、積分器4a〜4n
は時定数が設定されているため、この時定数以上の時
間、その方向から音が発生しなければ蓄積されないこと
になる。
【0010】つまり、本当にその方向から音が発生して
いなければ、グレーディングローブによる音として除去
されることになる。従って、目標音源が低い周波数音
(d/λ>1/2)又は高い周波数音(d/λ<1/
2)を発生しても検出可能であるから、検出範囲が広帯
域になる。すなわち、主極をある一定方向に向けた時
は、グレーディングローブが発生する方向は受波器間隔
が一定のため、整相の対象となる送信周波数によって決
まるものである。整相の対象となる周波数つまりLFM
音源の送信周波数は時間によって変化するためグレーデ
ィングローブの方向は時間により変化する。これに対し
LFM音源の方向は一定であり時間的に変化しない。し
たがって、グレーディングローブの方向がLFM音源の
方向と一致する時間は一瞬にすぎない。このため、LF
M音源の周波数掃引時間を積分器出力がグレーディング
ローブによる受信信号レベルによって影響されないよう
に、充分に早くすれば、積分器出力は主極方向からの出
力となる。
【0011】したがって、直線状アレイ1の主極14を
ある方向に向け、LFM式送音器2により送信されたd
/λ>1/2以上の広帯域LFM信号を直線状アレイ1
により受信した時、積分部4より出力される信号は、す
でに述べたようにグレーディングローブの影響はないの
で、検出器5により信号有と判定され表示器6に信号到
来方向を表示した方向は音源の方向となる。上記実施例
1では、LFM式音発生器の周波数を低いほうか高い方
としたが逆にしてもよい。
【0012】実施例2 上記実施例1では、船舶に曳航させるとしたが、船舶に
曳航させないで、直線状アレイを水面付近に配置させて
もよい。図4は実施例2の概略構成図である。図におい
て、1〜5は上記と同様なものである。22は検出器5
が検出した方位を増幅して電波にして送信するブイであ
る。24は浮きである。同図に示すように、検出器5か
らの方位を電波にして送信するため、曳航しなくとも、
LFM式送音器2を駆動すると、LFM式送音器2から
の送信音は時間の経過に伴って、低い方から高い方に変
化した周波数の音を発生する。つまり、初めは低い周波
数音であるから受音レベルが期待できないが、指向性は
図2のような指向性になっている。従って、目標音源が
下にあって、その目標音源がLFM式送音器2からの送
信音の周波数に同調した低い音を発生している場合は、
誤りなく十分に検出可能となる。
【0013】次に、LFM式送音器2からの送信音が高
い周波数になったときは、直線状アレイ1の指向性能は
図3のようになるが受音レベルが高いために、少なくと
も目標音源からの音は検出可能であるが、グレーディン
グローブが発生するため、方位を特定できない。しか
し、LFM式送音器2からの送信音が高い周波数になっ
たとしても、その時間は一瞬である。従って、グレーデ
ィングローブが発生した方位に対応する積分器に受音信
号が出力されたとしも、積分器4a〜4nは時定数が設
定されているため、この時定数以上の時間、その方向か
ら音が発生しなければ蓄積されないことになる。つま
り、本当にその方向から音が発生していなければ、グレ
ーディングローブによる音として除去されることにな
る。従って、船舶等が航行できない水域にでも配置でき
るため、狭い水域にいる物標の音を検出できる。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、直線状ア
レイと直線状周波数変調した音波を送出する送音器とを
近づけて水中に置き、直線状アレイが送信された音波を
受信したときには、音波が高い周波数のときは、グレー
ディングローブを有した指向性、周波数が低いときはグ
レーディングローブがない主極のみを有した指向性とな
るようにし、この指向性の変化に伴う方位毎の受信信号
の受信時間が直線状周波数変調時間より長い時間のとき
のみ蓄積されるようにしたことにより、グレーディング
ローブによって一瞬発生する受信信号は除去される、グ
レーディングローブによる信号方位の誤検知を防げるの
で、例え低周波用に受波器を配列した直線状アレイであ
って、物標が高い周波数の音を発生させたとしても、結
果として検出する音波の周波数帯域が拡大しているた
め、真の物標の方向を検出できるという効果が得られて
いる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1の概略構成図である。
【図2】目標音源から音の周波数が低いときの指向性の
説明図である。
【図3】目標音源からの音が高い周波数のときの指向性
の説明図である。
【図4】実施例2の概略構成図である。
【符号の説明】
1 直線状アレイ 2 LFM式送音器 3 整相器 4 積分部 5 検出器 6 表示器 16 グレーディングローブ 22 ブイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 成和 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電 気工業株式会社内 (72)発明者 佐山 信一 東京都港区虎ノ門1丁目7番12号 沖電 気工業株式会社内

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定時間間隔で所定の間、基準信号を直
    線状周波数変調し、該変調に応じた音波を水中に向かっ
    て放射する送音器と、 前記送音器の近くにあって、複数の受波器が等間隔に直
    線状に配列された直線状アレイと、 前記直線状アレイの複数の受波器からの複数の受信信号
    を入力し、それぞれの受信信号を、受信された方位毎に
    整相する整相器と、 前記方位毎に備えられ、該方位に対応する受信信号が入
    力したとき、その受信信号の受信時間が前記直線状周波
    数変調時間より長い時間のとき、その受信信号を蓄積す
    る蓄積器群と、 前記蓄積器に、受信信号が蓄積されたときは、その蓄積
    器の方向に物標があることを知らせる検出器とを有する
    ことを特徴とする水中音源方向検出装置。
  2. 【請求項2】 前記直線状周波数変調時間より長い時間
    は、前記受波器の配列間隔と前記送音器からの音波の波
    長との比が0.5以上となる時間であることを特徴とす
    る請求項1記載の水中音源方向検出装置。
  3. 【請求項3】 前記検出器に検知結果を送信する送信器
    を接続することを特徴とする請求項1記載の水中音源方
    向検出装置。
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JP6100655B2 (ja) * 2013-09-18 2017-03-22 株式会社小野測器 音源探査装置
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