JP2720834B2 - 音響通信装置 - Google Patents
音響通信装置Info
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- JP2720834B2 JP2720834B2 JP7157062A JP15706295A JP2720834B2 JP 2720834 B2 JP2720834 B2 JP 2720834B2 JP 7157062 A JP7157062 A JP 7157062A JP 15706295 A JP15706295 A JP 15706295A JP 2720834 B2 JP2720834 B2 JP 2720834B2
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波を用いて通信を
行う音響通信装置に関し、特に水中のように反射波の干
渉が生ずる環境下における通信を行う超音波を用いた音
響通信装置に関する。
行う音響通信装置に関し、特に水中のように反射波の干
渉が生ずる環境下における通信を行う超音波を用いた音
響通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水中に配置された観測ステーションや水
中移動体と水上の観測船や母船との間で通信を行う場
合、超音波を用いた音響通信装置が用いられている。
中移動体と水上の観測船や母船との間で通信を行う場
合、超音波を用いた音響通信装置が用いられている。
【０００３】従来、この種の水中における通信を目的と
する超音波を用いた音響通信装置は、通信を行う両者の
相対位置が移動しても相互の送受波器のビーム範囲内に
存在するように、それぞれの送受波器のビーム幅を広く
している。このため、送受波器が広範囲からのノイズを
入力してしまうため通信品質の劣化を招来していた。ま
た、通信内容を秘密にしたい場合にも不都合であった。
する超音波を用いた音響通信装置は、通信を行う両者の
相対位置が移動しても相互の送受波器のビーム範囲内に
存在するように、それぞれの送受波器のビーム幅を広く
している。このため、送受波器が広範囲からのノイズを
入力してしまうため通信品質の劣化を招来していた。ま
た、通信内容を秘密にしたい場合にも不都合であった。
【０００４】そこで、このような問題を回避するため、
ビームの指向範囲を狭めた狭ビームを用いて、ビームパ
ターンを互いの指向方向に向けて通信を行う音響通信装
置が提案されている。
ビームの指向範囲を狭めた狭ビームを用いて、ビームパ
ターンを互いの指向方向に向けて通信を行う音響通信装
置が提案されている。
【０００５】水中に配置された観測ステーションと水上
の観測船との間の通信を例として説明すると、まず、観
測船がＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）等の航法装置を用いて観測ステーショ
ンに近い位置に移動する。そして、観測船から観測ステ
ーションが存在すると考えられるいくつかの方向にセン
サーデータ要求コマンドを超音波信号として送波する。
の観測船との間の通信を例として説明すると、まず、観
測船がＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ
Ｓｙｓｔｅｍ）等の航法装置を用いて観測ステーショ
ンに近い位置に移動する。そして、観測船から観測ステ
ーションが存在すると考えられるいくつかの方向にセン
サーデータ要求コマンドを超音波信号として送波する。
【０００６】観測ステーションは、センサーデータ要求
コマンドの超音波信号を受波すると、まず、当該信号の
送波された方向を算出する。そして、観測結果であるセ
ンサーデータをＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｓｙ Ｓｈｉｆ
ｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号やＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉ
ｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号に変換し、算出した観測船の
方向に向けて送波する。
コマンドの超音波信号を受波すると、まず、当該信号の
送波された方向を算出する。そして、観測結果であるセ
ンサーデータをＦＳＫ（Ｆｒｅｑｕｅｎｓｙ Ｓｈｉｆ
ｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号やＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉ
ｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）信号に変換し、算出した観測船の
方向に向けて送波する。
【０００７】観測船は、センサーデータの超音波信号を
受波すると、当該信号の送波された方向を算出する。こ
れ以後の通信は、算出された観測ステーションの方向に
向けて行うこととなる。また、受波した超音波信号は、
復調してセンサーデータとして取得する。この種の技術
としては、例えば特許公開公報、平３−２４５６２５号
に開示された技術がある。
受波すると、当該信号の送波された方向を算出する。こ
れ以後の通信は、算出された観測ステーションの方向に
向けて行うこととなる。また、受波した超音波信号は、
復調してセンサーデータとして取得する。この種の技術
としては、例えば特許公開公報、平３−２４５６２５号
に開示された技術がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の音響通信装置は、直接受信する信号と水面等で反射さ
れた反射波の信号との干渉により発生するデータエラー
を低減するため、超音波信号の送受波器のサイドローブ
を十分に抑え、かつ指向性ビームを可能な限り幅の狭い
ものにする必要がある。このため、観測船や観測ステー
ションに搭載する通信用のハードウェアの規模が大きく
なるという欠点があった。
の音響通信装置は、直接受信する信号と水面等で反射さ
れた反射波の信号との干渉により発生するデータエラー
を低減するため、超音波信号の送受波器のサイドローブ
を十分に抑え、かつ指向性ビームを可能な限り幅の狭い
ものにする必要がある。このため、観測船や観測ステー
ションに搭載する通信用のハードウェアの規模が大きく
なるという欠点があった。
【０００９】また、十分に幅の狭い指向性ビームを用い
るため、観測船と観測ステーションの指向性ビームを相
互に正確に向かい合わせることが困難であるという欠点
があった。
るため、観測船と観測ステーションの指向性ビームを相
互に正確に向かい合わせることが困難であるという欠点
があった。
【００１０】本発明は、上記従来の欠点を解消し、反射
波を原因とするデータエラーを低減し、かつ指向性ビー
ムの方向の決定が容易な音響通信装置を提供することを
目的とする。
波を原因とするデータエラーを低減し、かつ指向性ビー
ムの方向の決定が容易な音響通信装置を提供することを
目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るため、本発明は、電気信号を超音波信号に変換して送
波し、受波した超音波信号を電気信号に変換する送受波
手段を備える音響通信装置において、受波した受信信号
のうち他の音響通信装置から送波された後１回以上の反
射を経て受波した反射波による受信信号の受信レベルを
低減する反射波低減手段を備える。
るため、本発明は、電気信号を超音波信号に変換して送
波し、受波した超音波信号を電気信号に変換する送受波
手段を備える音響通信装置において、受波した受信信号
のうち他の音響通信装置から送波された後１回以上の反
射を経て受波した反射波による受信信号の受信レベルを
低減する反射波低減手段を備える。
【００１２】また、他の態様では、前記反射波低減手段
が、受波した信号のうち既知の周波数およびパルス幅の
信号を解析して前記他の超音波通信装置から直接受波し
た直接波の入射時刻と反射波の入射時刻との間の遅延時
間および前記反射波の入射角を算出する手段と、前記算
出した反射波の遅延時間と入射角とに基づいて受信信号
のうち反射波による受信信号を区別して低減する手段と
を備える構成としている。
が、受波した信号のうち既知の周波数およびパルス幅の
信号を解析して前記他の超音波通信装置から直接受波し
た直接波の入射時刻と反射波の入射時刻との間の遅延時
間および前記反射波の入射角を算出する手段と、前記算
出した反射波の遅延時間と入射角とに基づいて受信信号
のうち反射波による受信信号を区別して低減する手段と
を備える構成としている。
【００１３】また、他の態様では、指向性を備えた指向
性ビームと無指向性の無指向ビームとからなる受波ビー
ムを形成する手段をさらに備え、前記反射波低減手段
が、受波した信号のうち既知の周波数およびパルス幅の
信号を解析して前記他の超音波通信装置から直接受波し
た直接波の入射時刻と反射波の入射時刻との間の遅延時
間および前記反射波の入射角を算出する手段と、前記無
指向ビームにて受信した受信信号から前記指向性ビーム
にて受信した受信信号を減算して該受信信号中の反射波
成分を抽出する手段と、前記算出した反射波の遅延時間
と入射角とに基づいて前記抽出された反射波成分の受信
レベルを算出し前記受信信号から減算する手段とを備え
る構成としている。
性ビームと無指向性の無指向ビームとからなる受波ビー
ムを形成する手段をさらに備え、前記反射波低減手段
が、受波した信号のうち既知の周波数およびパルス幅の
信号を解析して前記他の超音波通信装置から直接受波し
た直接波の入射時刻と反射波の入射時刻との間の遅延時
間および前記反射波の入射角を算出する手段と、前記無
指向ビームにて受信した受信信号から前記指向性ビーム
にて受信した受信信号を減算して該受信信号中の反射波
成分を抽出する手段と、前記算出した反射波の遅延時間
と入射角とに基づいて前記抽出された反射波成分の受信
レベルを算出し前記受信信号から減算する手段とを備え
る構成としている。
【００１４】上記目的を達成する他の音響通信装置で
は、電気信号を超音波信号に変換して送波する送波手段
を備えた第１のユニットと該第１のユニットから送波し
た超音波信号を受波し電気信号に変換する受波手段を備
えた第２のユニットとからなる音響通信装置において、
前記第１のユニットが、あらかじめ設定された周波数お
よびパルス幅の試験信号を送信する試験信号送信手段
と、目的のデータを送信するデータ送信手段とを備え、
前記第２のユニットが、受波した受信信号のうち前記第
１のユニットから送波された後１回以上の反射を経て受
波した反射波による受信信号の受信レベルを低減する反
射波低減手段と、該反射波低減手段によって反射波を低
減された受信信号から前記目的のデータを取得するデー
タ取得手段とを備え、前記反射波低減手段が、前記第１
のユニットから送信された試験信号を解析して前記第１
のユニットから直接受波した直接波の入射時刻と反射波
の入射時刻との間の遅延時間および前記反射波の入射角
を算出する手段と、前記算出した反射波の遅延時間と入
射角とに基づいて前記第１のユニットから送信されたデ
ータの受信信号のうち反射波による受信信号を区別して
低減する手段とを備える。
は、電気信号を超音波信号に変換して送波する送波手段
を備えた第１のユニットと該第１のユニットから送波し
た超音波信号を受波し電気信号に変換する受波手段を備
えた第２のユニットとからなる音響通信装置において、
前記第１のユニットが、あらかじめ設定された周波数お
よびパルス幅の試験信号を送信する試験信号送信手段
と、目的のデータを送信するデータ送信手段とを備え、
前記第２のユニットが、受波した受信信号のうち前記第
１のユニットから送波された後１回以上の反射を経て受
波した反射波による受信信号の受信レベルを低減する反
射波低減手段と、該反射波低減手段によって反射波を低
減された受信信号から前記目的のデータを取得するデー
タ取得手段とを備え、前記反射波低減手段が、前記第１
のユニットから送信された試験信号を解析して前記第１
のユニットから直接受波した直接波の入射時刻と反射波
の入射時刻との間の遅延時間および前記反射波の入射角
を算出する手段と、前記算出した反射波の遅延時間と入
射角とに基づいて前記第１のユニットから送信されたデ
ータの受信信号のうち反射波による受信信号を区別して
低減する手段とを備える。
【００１５】また、他の態様では、前記第２のユニット
が、指向性を備えた指向性ビームと無指向性の無指向ビ
ームとからなる受波ビームを形成する手段をさらに備
え、前記反射波低減手段が、前記無指向ビームにて受信
した受信信号から前記指向性ビームにて受信した受信信
号を減算して前記データの受信信号中の反射波成分を抽
出する手段と、前記算出した反射波の遅延時間と入射角
とに基づいて前記抽出されたデータの受信信号における
反射波成分の受信レベルを算出し前記データの受信信号
から減算する手段とを備える構成としている。
が、指向性を備えた指向性ビームと無指向性の無指向ビ
ームとからなる受波ビームを形成する手段をさらに備
え、前記反射波低減手段が、前記無指向ビームにて受信
した受信信号から前記指向性ビームにて受信した受信信
号を減算して前記データの受信信号中の反射波成分を抽
出する手段と、前記算出した反射波の遅延時間と入射角
とに基づいて前記抽出されたデータの受信信号における
反射波成分の受信レベルを算出し前記データの受信信号
から減算する手段とを備える構成としている。
【００１６】
【作 用】本発明によれば、反射波低減手段が、既知の
周波数およびパルス幅の信号を用いて反射波の受波の遅
延時間と入射角とを算出し、これに基づいて受信信号か
ら反射波成分の受信レベルを低減することができる。ま
た、無指向ビームと指向性ビームとの受信信号を比較す
ることにより受信信号の中から反射波成分を容易に抽出
することができる。
周波数およびパルス幅の信号を用いて反射波の受波の遅
延時間と入射角とを算出し、これに基づいて受信信号か
ら反射波成分の受信レベルを低減することができる。ま
た、無指向ビームと指向性ビームとの受信信号を比較す
ることにより受信信号の中から反射波成分を容易に抽出
することができる。
【００１７】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の１実施例による音響通信
装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施例で
は、図２に示す様に、音響通信装置を海底等の水中に配
置された観測ステーションと海上の観測船とに搭載し、
観測ステーションによる観測データ（センサーデータ）
を観測船に送信する場合を例として説明する。
て説明する。図１は、本発明の１実施例による音響通信
装置の構成を示すブロック図である。なお、本実施例で
は、図２に示す様に、音響通信装置を海底等の水中に配
置された観測ステーションと海上の観測船とに搭載し、
観測ステーションによる観測データ（センサーデータ）
を観測船に送信する場合を例として説明する。
【００１８】図示のように、本実施例の音響通信装置
は、観測船に搭載されたデータの受信を主目的とする音
響通信装置１０と、観測ステーションに搭載されたデー
タの送信を主目的とする音響通信装置２０とからなる。
は、観測船に搭載されたデータの受信を主目的とする音
響通信装置１０と、観測ステーションに搭載されたデー
タの送信を主目的とする音響通信装置２０とからなる。
【００１９】観測船に搭載された音響通信装置１０は、
超音波信号を送信および受信するＮチャンネル送受波器
アレイ１１と、観測ステーションから送られたセンサー
データを受信するためのＮチャンネルプリアンプ１２、
整相器１３、受信した超音波信号が送信された方向を算
出するビーム方向演算器１４、反射波の受信レベルを低
減する反射波低減回路１５、および復調器１６と、観測
ステーションにセンサーデータの送信を要求するセンサ
ーデータ要求コマンドを送信するための整相器１７およ
びＮチャンネルパワーアンプ１８とを備える。
超音波信号を送信および受信するＮチャンネル送受波器
アレイ１１と、観測ステーションから送られたセンサー
データを受信するためのＮチャンネルプリアンプ１２、
整相器１３、受信した超音波信号が送信された方向を算
出するビーム方向演算器１４、反射波の受信レベルを低
減する反射波低減回路１５、および復調器１６と、観測
ステーションにセンサーデータの送信を要求するセンサ
ーデータ要求コマンドを送信するための整相器１７およ
びＮチャンネルパワーアンプ１８とを備える。
【００２０】Ｎチャンネル送受波器アレイ１１は、超音
波信号の送受を行う送受波器を配列して構成され、電気
信号を超音波信号にして送波したり、超音波信号を受波
して電気信号に変換したりする。チャンネル数Ｎの値
は、一般的に４（２×２）、９（３×３）、１６（４×
４）、２５（５×５）等である。幅の狭いシャープなビ
ームを得るためには大きな値をとることとなるが、本実
施例では、従来のビームパターンを互いの指向方向に向
けて通信を行う技術において必要とされるようなシャー
プなビームは必要ない。したがって、チャンネル数の値
も比較的小さい値であってもよい。
波信号の送受を行う送受波器を配列して構成され、電気
信号を超音波信号にして送波したり、超音波信号を受波
して電気信号に変換したりする。チャンネル数Ｎの値
は、一般的に４（２×２）、９（３×３）、１６（４×
４）、２５（５×５）等である。幅の狭いシャープなビ
ームを得るためには大きな値をとることとなるが、本実
施例では、従来のビームパターンを互いの指向方向に向
けて通信を行う技術において必要とされるようなシャー
プなビームは必要ない。したがって、チャンネル数の値
も比較的小さい値であってもよい。
【００２１】Ｎチャンネルプリアンプ１２は、Ｎチャン
ネル送受波器アレイ１１で受波した受信信号を前置増幅
する。整相器１３は、一定の指向性を有する狭ビームと
無指向ビームとからなる受波ビームを形成する。そし
て、Ｎチャンネルプリアンプ１２で増幅した受信信号の
うち、当該超音波信号の送波元の方向を指向する狭ビー
ムで受波した信号（狭ビーム受信信号１０１）を抽出す
る。ビーム方向演算器１４は、Ｎチャンネルプリアンプ
１２、整相器１３を介して入力した受信信号に基づいて
当該超音波信号が送信された方向を算出する。なお、観
測船と観測ステーションとの相対位置は常に変化するの
で、整相器１３およびビーム方向演算器１４による狭ビ
ーム受信信号１０１のフィードバックと狭ビーム方向の
設定は随時行う。
ネル送受波器アレイ１１で受波した受信信号を前置増幅
する。整相器１３は、一定の指向性を有する狭ビームと
無指向ビームとからなる受波ビームを形成する。そし
て、Ｎチャンネルプリアンプ１２で増幅した受信信号の
うち、当該超音波信号の送波元の方向を指向する狭ビー
ムで受波した信号（狭ビーム受信信号１０１）を抽出す
る。ビーム方向演算器１４は、Ｎチャンネルプリアンプ
１２、整相器１３を介して入力した受信信号に基づいて
当該超音波信号が送信された方向を算出する。なお、観
測船と観測ステーションとの相対位置は常に変化するの
で、整相器１３およびビーム方向演算器１４による狭ビ
ーム受信信号１０１のフィードバックと狭ビーム方向の
設定は随時行う。
【００２２】反射波低減回路１５は、Ｎチャンネルプリ
アンプ１２で増幅された受信信号（無指向ビーム受信信
号１０２）と整相器１３にて抽出された狭ビーム受信信
号１０１とを入力し、受信信号のうち、観測ステーショ
ンの音響通信装置２０から直接受波した直接波による受
信信号と海面等で反射した後受波した反射波による受信
信号とを区別し、反射波による受信信号を低減する。反
射波による受信信号の低減の動作については後述する。
アンプ１２で増幅された受信信号（無指向ビーム受信信
号１０２）と整相器１３にて抽出された狭ビーム受信信
号１０１とを入力し、受信信号のうち、観測ステーショ
ンの音響通信装置２０から直接受波した直接波による受
信信号と海面等で反射した後受波した反射波による受信
信号とを区別し、反射波による受信信号を低減する。反
射波による受信信号の低減の動作については後述する。
【００２３】復調器１６は、反射波低減回路１５によっ
て反射波を低減された信号を復調する。これによって観
測ステーションにおける観測結果であるセンサーデータ
を取得することができる。
て反射波を低減された信号を復調する。これによって観
測ステーションにおける観測結果であるセンサーデータ
を取得することができる。
【００２４】整相器１７は、一定の指向性を有する送波
ビーム（狭ビーム）を形成し、観測ステーションにセン
サーデータの送信を要求するセンサーデータ要求コマン
ドを送信するためのビームフォーミングを行う。なお、
整相器１７によるビームフォーミングの方向は、整相器
１３およびビーム方向演算器１４による受波ビームの狭
ビーム方向の設定をフィードバックして制御する。Ｎチ
ャンネルパワーアンプ１８は、整相器１７でビームフォ
ーミングしたセンサーデータ要求コマンドの信号を電力
増幅してＮチャンネル送受波器アレイ１１に送る。
ビーム（狭ビーム）を形成し、観測ステーションにセン
サーデータの送信を要求するセンサーデータ要求コマン
ドを送信するためのビームフォーミングを行う。なお、
整相器１７によるビームフォーミングの方向は、整相器
１３およびビーム方向演算器１４による受波ビームの狭
ビーム方向の設定をフィードバックして制御する。Ｎチ
ャンネルパワーアンプ１８は、整相器１７でビームフォ
ーミングしたセンサーデータ要求コマンドの信号を電力
増幅してＮチャンネル送受波器アレイ１１に送る。
【００２５】観測ステーションに搭載された音響通信装
置２０は、超音波信号を送信および受信するＮチャンネ
ル送受波器アレイ２１と、観測船から送られたセンサー
データ要求コマンドを受信するためのＮチャンネルプリ
アンプ２２、整相器２３、および受信した超音波信号が
送信された方向を算出するビーム方向演算器２４と、観
測船にセンサーデータを送信するための変調器２５、整
相器２６、およびＮチャンネルパワーアンプ２７と、観
測船の音響通信装置１０における反射波の低減を実行す
るために用いる反射波トレーニング信号を発生する反射
波トレーニング信号発生回路２８とを備える。
置２０は、超音波信号を送信および受信するＮチャンネ
ル送受波器アレイ２１と、観測船から送られたセンサー
データ要求コマンドを受信するためのＮチャンネルプリ
アンプ２２、整相器２３、および受信した超音波信号が
送信された方向を算出するビーム方向演算器２４と、観
測船にセンサーデータを送信するための変調器２５、整
相器２６、およびＮチャンネルパワーアンプ２７と、観
測船の音響通信装置１０における反射波の低減を実行す
るために用いる反射波トレーニング信号を発生する反射
波トレーニング信号発生回路２８とを備える。
【００２６】Ｎチャンネル送受波器アレイ２１、Ｎチャ
ンネルプリアンプ２２、整相器２３、ビーム方向演算器
２４、整相器２６、およびＮチャンネルパワーアンプ２
７は、それぞれ音響通信装置１０のＮチャンネル送受波
器アレイ１１、Ｎチャンネルプリアンプ１２、整相器１
３、ビーム方向演算器１４、整相器１７、およびＮチャ
ンネルパワーアンプ１８と同様である。
ンネルプリアンプ２２、整相器２３、ビーム方向演算器
２４、整相器２６、およびＮチャンネルパワーアンプ２
７は、それぞれ音響通信装置１０のＮチャンネル送受波
器アレイ１１、Ｎチャンネルプリアンプ１２、整相器１
３、ビーム方向演算器１４、整相器１７、およびＮチャ
ンネルパワーアンプ１８と同様である。
【００２７】変調器２５は、センサーデータをＦＳＫ
（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）信号
またはＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎ
ｇ）信号に変調する。変調されたセンサーデータの信号
は、整相器２６でビームフォーミングされ、Ｎチャンネ
ルパワーアンプ２７で電力増幅されてＮチャンネル送受
波器アレイ２１に送られる。
（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）信号
またはＰＳＫ（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎ
ｇ）信号に変調する。変調されたセンサーデータの信号
は、整相器２６でビームフォーミングされ、Ｎチャンネ
ルパワーアンプ２７で電力増幅されてＮチャンネル送受
波器アレイ２１に送られる。
【００２８】反射波トレーニング信号発生回路１７は、
観測船の音響通信装置１０の反射波低減回路１５による
反射波の低減を実行するために用いる反射波トレーニン
グ信号を発生する。反射波トレーニング信号は、あらか
じめ設定された周波数およびパルス幅のパルス波であ
る。この反射波トレーニング信号は、センサーデータと
同様に整相器２６およびＮチャンネルパワーアンプ２７
を介してＮチャンネル送受波器アレイ２１に送られる。
観測船の音響通信装置１０の反射波低減回路１５による
反射波の低減を実行するために用いる反射波トレーニン
グ信号を発生する。反射波トレーニング信号は、あらか
じめ設定された周波数およびパルス幅のパルス波であ
る。この反射波トレーニング信号は、センサーデータと
同様に整相器２６およびＮチャンネルパワーアンプ２７
を介してＮチャンネル送受波器アレイ２１に送られる。
【００２９】ここで、音響通信装置１０の反射波低減回
路１５による反射波を低減する動作について説明する。
音響通信装置２０から反射波トレーニング信号が送波さ
れ、音響通信装置１０で受波すると、該反射波トレーニ
ング信号は、Ｎチャンネルプリアンプ１２から無指向ビ
ーム受信信号１０２として、整相器１３から狭ビーム受
信信号１０１として反射波低減回路１５に入力される。
路１５による反射波を低減する動作について説明する。
音響通信装置２０から反射波トレーニング信号が送波さ
れ、音響通信装置１０で受波すると、該反射波トレーニ
ング信号は、Ｎチャンネルプリアンプ１２から無指向ビ
ーム受信信号１０２として、整相器１３から狭ビーム受
信信号１０１として反射波低減回路１５に入力される。
【００３０】反射波低減回路１５は、まず、入力した反
射波トレーニング信号の受信信号を解析して直接波の受
波から反射波の受波までの遅延時間を算出する。反射波
は直接波よりも長い距離を経てＮチャンネル送受波器ア
レイ１１に受波されるため、図４に示すように、一定の
時間だけ遅れて受波される。反射波トレーニング信号
は、周波数およびパルス幅があらかじめ設定されている
ため、反射波の遅延時間Ｔｄを容易に算出することがで
きる。
射波トレーニング信号の受信信号を解析して直接波の受
波から反射波の受波までの遅延時間を算出する。反射波
は直接波よりも長い距離を経てＮチャンネル送受波器ア
レイ１１に受波されるため、図４に示すように、一定の
時間だけ遅れて受波される。反射波トレーニング信号
は、周波数およびパルス幅があらかじめ設定されている
ため、反射波の遅延時間Ｔｄを容易に算出することがで
きる。
【００３１】次に、無指向ビームにて受波する反射波の
受信レベルの値Ｒｍと狭ビームにて受波する反射波の受
信レベルの値Ｒｍ，ｎと狭ビームの指向性関数Ｄｎ
（θ）との関係、 Ｒｍ，ｎ＝Ｒｍ×Ｄｎ（θ） から反射波の入射角θを算出する。
受信レベルの値Ｒｍと狭ビームにて受波する反射波の受
信レベルの値Ｒｍ，ｎと狭ビームの指向性関数Ｄｎ
（θ）との関係、 Ｒｍ，ｎ＝Ｒｍ×Ｄｎ（θ） から反射波の入射角θを算出する。
【００３２】次に、音響通信装置２０からセンサーデー
タの超音波信号が送波され、音響通信装置１０で受波す
ると、該センサーデータの受信信号は、Ｎチャンネルプ
リアンプ１２から無指向ビーム受信信号１０２として、
整相器１３から狭ビーム受信信号１０１として反射波低
減回路１５に入力される。
タの超音波信号が送波され、音響通信装置１０で受波す
ると、該センサーデータの受信信号は、Ｎチャンネルプ
リアンプ１２から無指向ビーム受信信号１０２として、
整相器１３から狭ビーム受信信号１０１として反射波低
減回路１５に入力される。
【００３３】反射波低減回路１５は、まず、入力したセ
ンサーデータの受信信号のうち、無指向ビームの受信信
号Ｒｌ（ｔ）から狭ビームの受信信号Ｒｌ，ｎ（ｔ）を
減算する。図５に示すように、無指向ビームと狭ビーム
とでそれぞれ受信したセンサーデータの信号は、直接波
同士、反射波同士ではいずれも位相が一致している。ま
た、直接波の受信信号では、無指向ビーム受信信号の受
信レベルと狭ビーム受信信号の受信レベルとは原理的に
同一であるのに対し、反射波の受信信号では、狭ビーム
の指向性関数Ｄｎ（θ）によって、受信レベルが異な
る。したがって、無指向ビームの受信信号Ｒｌ（ｔ）か
ら狭ビームの受信信号Ｒｌ，ｎ（ｔ）を減算すれば、図
６に示すように、受信信号の反射波の成分のみを抽出す
ることができる。
ンサーデータの受信信号のうち、無指向ビームの受信信
号Ｒｌ（ｔ）から狭ビームの受信信号Ｒｌ，ｎ（ｔ）を
減算する。図５に示すように、無指向ビームと狭ビーム
とでそれぞれ受信したセンサーデータの信号は、直接波
同士、反射波同士ではいずれも位相が一致している。ま
た、直接波の受信信号では、無指向ビーム受信信号の受
信レベルと狭ビーム受信信号の受信レベルとは原理的に
同一であるのに対し、反射波の受信信号では、狭ビーム
の指向性関数Ｄｎ（θ）によって、受信レベルが異な
る。したがって、無指向ビームの受信信号Ｒｌ（ｔ）か
ら狭ビームの受信信号Ｒｌ，ｎ（ｔ）を減算すれば、図
６に示すように、受信信号の反射波の成分のみを抽出す
ることができる。
【００３４】次に、反射波低減回路１５は、抽出した受
信信号の反射波成分を参照して、受信開始時刻ｔから遅
延時間Ｔｄだけ経過した後における狭ビーム受信信号Ｒ
ｌ，ｎ（ｔ＋Ｔｄ）の反射波成分の受信レベルＲｍ，ｎ
（ｔ＋Ｔｄ）を推定する。当該反射波成分の受信レベル
Ｒｍ，ｎ（ｔ＋Ｔｄ）は、 Ｒｍ，ｎ（ｔ＋Ｔｄ）＝｛Ｒｌ（ｔ＋Ｔｄ）−Ｒｌ，ｎ
（ｔ＋Ｔｄ）｝×Ｄｎ（θ）／｛１−Ｄｎ（θ）｝ で算出できる。
信信号の反射波成分を参照して、受信開始時刻ｔから遅
延時間Ｔｄだけ経過した後における狭ビーム受信信号Ｒ
ｌ，ｎ（ｔ＋Ｔｄ）の反射波成分の受信レベルＲｍ，ｎ
（ｔ＋Ｔｄ）を推定する。当該反射波成分の受信レベル
Ｒｍ，ｎ（ｔ＋Ｔｄ）は、 Ｒｍ，ｎ（ｔ＋Ｔｄ）＝｛Ｒｌ（ｔ＋Ｔｄ）−Ｒｌ，ｎ
（ｔ＋Ｔｄ）｝×Ｄｎ（θ）／｛１−Ｄｎ（θ）｝ で算出できる。
【００３５】そして、反射波低減回路１５は、狭ビーム
受信信号Ｒｌ，ｎ（ｔ）から反射波成分の推定値Ｒｍ，
ｎ（ｔ＋Ｔｄ）を減算することによって、反射波の受信
レベルの低減を行う。
受信信号Ｒｌ，ｎ（ｔ）から反射波成分の推定値Ｒｍ，
ｎ（ｔ＋Ｔｄ）を減算することによって、反射波の受信
レベルの低減を行う。
【００３６】次に、図３のタイムチャートを参照して本
実施例の動作について説明する。まず、観測船がＧＢＳ
（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅ
ｍ）等の航法装置を用いて観測ステーションの付近の海
上に移動する。そして、観測ステーションにセンサーデ
ータの送信を要求するセンサーデータ要求コマンドを生
成して、音響通信装置１０の整相器１７、Ｎチャンネル
パワーアンプ１８を介してＮチャンネル送受波器アレイ
１１に送り、観測ステーションが存在すると考えられる
いくつかの方向にセンサーデータ要求コマンドの超音波
信号を送波する。
実施例の動作について説明する。まず、観測船がＧＢＳ
（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅ
ｍ）等の航法装置を用いて観測ステーションの付近の海
上に移動する。そして、観測ステーションにセンサーデ
ータの送信を要求するセンサーデータ要求コマンドを生
成して、音響通信装置１０の整相器１７、Ｎチャンネル
パワーアンプ１８を介してＮチャンネル送受波器アレイ
１１に送り、観測ステーションが存在すると考えられる
いくつかの方向にセンサーデータ要求コマンドの超音波
信号を送波する。
【００３７】観測ステーションは、音響通信装置２０の
Ｎチャンネル送受波器アレイ２１でセンサーデータ要求
コマンドの超音波信号を受波すると、当該信号をＮチャ
ンネルプリアンプ２２で増幅し、整相器２３およびビー
ム方向演算器２４によって当該超音波信号の送波元であ
る観測船の音響通信装置１０のＮチャンネル送受波器ア
レイ１１の方向を算出する。そして、算出された音響通
信装置１０の方向に基づいて整相器２６を調整し、ビー
ムフォーミングを制御する。
Ｎチャンネル送受波器アレイ２１でセンサーデータ要求
コマンドの超音波信号を受波すると、当該信号をＮチャ
ンネルプリアンプ２２で増幅し、整相器２３およびビー
ム方向演算器２４によって当該超音波信号の送波元であ
る観測船の音響通信装置１０のＮチャンネル送受波器ア
レイ１１の方向を算出する。そして、算出された音響通
信装置１０の方向に基づいて整相器２６を調整し、ビー
ムフォーミングを制御する。
【００３８】次に、観測ステーションは、反射波トレー
ニング信号発生回路２８で反射波トレーニング信号を発
生し、整相器２６、Ｎチャンネルパワーアンプ２７を介
してＮチャンネル送受波器アレイ２１に送り、音響通信
装置１０に向けて送波する。そして、所定の時間をおい
た後、センサーデータを変調器２５でＦＳＫ信号または
ＰＳＫ信号に変換し、整相器２６、Ｎチャンネルパワー
アンプ２７を介してＮチャンネル送受波器アレイ２１か
ら音響通信装置１０に向けて送波する。
ニング信号発生回路２８で反射波トレーニング信号を発
生し、整相器２６、Ｎチャンネルパワーアンプ２７を介
してＮチャンネル送受波器アレイ２１に送り、音響通信
装置１０に向けて送波する。そして、所定の時間をおい
た後、センサーデータを変調器２５でＦＳＫ信号または
ＰＳＫ信号に変換し、整相器２６、Ｎチャンネルパワー
アンプ２７を介してＮチャンネル送受波器アレイ２１か
ら音響通信装置１０に向けて送波する。
【００３９】観測船は、音響通信装置１０のＮチャンネ
ル送受波器アレイ１１で反射波トレーニング信号を受波
すると、Ｎチャンネルプリアンプ１２、整相器１３を介
して反射波低減回路１５に受信信号を入力し、反射波の
遅延時間と入射角とを算出する。次に、Ｎチャンネル送
受波器アレイ１１でセンサーデータの超音波信号を受波
すると、Ｎチャンネルプリアンプ１２、整相器１３を介
して反射波低減回路１５に受信信号を入力し、反射波を
低減した後、復調器１６で受信信号を復調してセンサー
データを取得する。
ル送受波器アレイ１１で反射波トレーニング信号を受波
すると、Ｎチャンネルプリアンプ１２、整相器１３を介
して反射波低減回路１５に受信信号を入力し、反射波の
遅延時間と入射角とを算出する。次に、Ｎチャンネル送
受波器アレイ１１でセンサーデータの超音波信号を受波
すると、Ｎチャンネルプリアンプ１２、整相器１３を介
して反射波低減回路１５に受信信号を入力し、反射波を
低減した後、復調器１６で受信信号を復調してセンサー
データを取得する。
【００４０】以上好ましい実施例をあげて本発明を説明
したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば、本実施例では、音響通信装置をデー
タの送信を主目的とする音響通信装置とデータの受信を
主目的とする音響通信装置とに分けて説明したが、各音
響通信装置において、データの送信および受信を相互に
行うようにしてもよい。この場合、いずれの音響通信装
置にも、送信するデータを変調する変調器と、反射波ト
レーニング信号を生成する反射波トレーニング信号発生
回路と、受信信号から反射波の信号を低減する反射波低
減回路と、受信信号を復調する復調器とを備えることと
なる。
したが、本発明は必ずしも上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば、本実施例では、音響通信装置をデー
タの送信を主目的とする音響通信装置とデータの受信を
主目的とする音響通信装置とに分けて説明したが、各音
響通信装置において、データの送信および受信を相互に
行うようにしてもよい。この場合、いずれの音響通信装
置にも、送信するデータを変調する変調器と、反射波ト
レーニング信号を生成する反射波トレーニング信号発生
回路と、受信信号から反射波の信号を低減する反射波低
減回路と、受信信号を復調する復調器とを備えることと
なる。
【００４１】さらに、本発明の音響通信装置は、本実施
例のように２個の音響通信装置間における所定のデータ
の送受信のみならず、３個以上の音響通信装置間での通
話等の目的で利用できるのは言うまでもない。
例のように２個の音響通信装置間における所定のデータ
の送受信のみならず、３個以上の音響通信装置間での通
話等の目的で利用できるのは言うまでもない。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の音響通信
装置は、反射波の受波の遅延時間と入射角とを算出し、
これに基づいて受信信号から反射波成分の受信レベルを
低減することができるため、指向性ビーム（狭ビーム）
の幅が比較的広くても反射波の干渉等の影響によるデー
タエラーの発生が少ない。したがって、十分に狭い幅の
指向性ビームを形成するために観測船や観測ステーショ
ン等に搭載する通信用のハードウェアの規模が大きくな
ってしまうことを回避することができる。
装置は、反射波の受波の遅延時間と入射角とを算出し、
これに基づいて受信信号から反射波成分の受信レベルを
低減することができるため、指向性ビーム（狭ビーム）
の幅が比較的広くても反射波の干渉等の影響によるデー
タエラーの発生が少ない。したがって、十分に狭い幅の
指向性ビームを形成するために観測船や観測ステーショ
ン等に搭載する通信用のハードウェアの規模が大きくな
ってしまうことを回避することができる。
【００４３】また、比較的幅の広い指向性ビームを用い
ることができるため、観測船と観測ステーションの指向
性ビームをあまり正確に向かい合わせる必要がなく、指
向性ビームの方向の設定が容易である。
ることができるため、観測船と観測ステーションの指向
性ビームをあまり正確に向かい合わせる必要がなく、指
向性ビームの方向の設定が容易である。
【００４４】さらに、無指向ビームと指向性ビームとの
受信信号を比較することにより受信信号の中から反射波
成分を容易に抽出することができるため、受信信号中の
反射波の受信レベルの低減を容易に行うことができる。
受信信号を比較することにより受信信号の中から反射波
成分を容易に抽出することができるため、受信信号中の
反射波の受信レベルの低減を容易に行うことができる。
【図１】 本発明の１実施例による音響通信装置の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】 本実施例による通信状態を示す概略図であ
る。
る。
【図３】 本実施例の動作を示すタイムチャートであ
る。
る。
【図４】 本実施例における反射波トレーニング信号の
送信信号と受信信号との関係を示すチャートである。
送信信号と受信信号との関係を示すチャートである。
【図５】 本実施例における送信データと受信データと
の関係を示すチャートである。
の関係を示すチャートである。
【図６】 本実施例における受信データのうち反射波に
よる受信データと受信データから反射波による受信デー
タを低減した状態と取得したデータとの関係を示すチャ
ートである。
よる受信データと受信データから反射波による受信デー
タを低減した状態と取得したデータとの関係を示すチャ
ートである。
１０、２０ 音響通信装置 １１、２１ Ｎチャンネル送受波器アレイ １２、２２ Ｎチャンネルプリアンプ １３、１７、２３、２６ 整相器 １４、２４ ビーム方向演算器 １５ 反射波低減回路 １６ 復調器 １８、２７ Ｎチャンネルパワーアンプ ２５ 変調器 ２８ 反射波トレーニング信号発生回路
Claims (4)
- 【請求項１】 電気信号を超音波信号に変換して送波
し、受波した超音波信号を電気信号に変換する送受波手
段を備える音響通信装置において、 受波した受信信号のうち他の音響通信装置から送波され
た後１回以上の反射を経て受波した反射波による受信信
号の受信レベルを低減する反射波低減手段を備え、前記反射波低減手段が、 受波した信号のうち既知の周波数およびパルス幅の信号
を解析することにより前記他の超音波通信装置から直接
受波した直接波の入射時刻と反射波の入射時刻との間の
遅延時間および前記反射波の入射角を算出する手段と、 前記算出した反射波の遅延時間と入射角とに基づいて受
信信号のうち反射波による受信信号を区別して低減する
手段と を備える ことを特徴とする音響通信装置。 - 【請求項２】 指向性を備えた指向性ビームと無指向性
の無指向ビームとからなる受波ビームを形成する手段を
さらに備え、 前記反射波低減手段が、 受波した信号のうち既知の周波数およびパルス幅の信号
を解析することにより前記他の超音波通信装置から直接
受波した直接波の入射時刻と反射波の入射時刻との間の
遅延時間および前記反射波の入射角を算出する手段と、 前記無指向ビームにて受信した受信信号から前記指向性
ビームにて受信した受信信号を減算することにより該受
信信号中の反射波成分を抽出する手段と、 前記算出した反射波の遅延時間と入射角とに基づいて前
記抽出された反射波成分の受信レベルを算出し前記受信
信号から減算する手段とを備えることを特徴とする請求
項１に記載の音響通信装置。 - 【請求項３】 電気信号を超音波信号に変換して送波す
る送波手段を備えた第１のユニットと該第１のユニット
から送波した超音波信号を受波し電気信号に変換する受
波手段を備えた第２のユニットとからなる音響通信装置
において、 前記第１のユニットが、あらかじめ設定された周波数お
よびパルス幅の試験信号を送信する試験信号送信手段
と、目的のデータを送信するデータ送信手段とを備え、 前記第２のユニットが、受波した受信信号のうち前記第
１のユニットから送波された後１回以上の反射を経て受
波した反射波による受信信号の受信レベルを低減する反
射波低減手段と、該反射波低減手段によって反射波を低
減された受信信号から前記目的のデータを取得するデー
タ取得手段とを備え、 前記反射波低減手段が、 前記第１のユニットから送信された試験信号を解析して
前記第１のユニットから直接受波した直接波の入射時刻
と反射波の入射時刻との間の遅延時間および前記反射波
の入射角を算出する手段と、 前記算出した反射波の遅延時間と入射角とに基づいて前
記第１のユニットから送信されたデータの受信信号のう
ち反射波による受信信号を区別して低減する手段とを備
えることを特徴とする音響通信装置。 - 【請求項４】 前記第２のユニットが、指向性を備えた
指向性ビームと無指向性の無指向ビームとからなる受波
ビームを形成する手段をさらに備え、 前記反射波低減手段が、 前記無指向ビームにて受信した受信信号から前記指向性
ビームにて受信した受信信号を減算して前記データの受
信信号中の反射波成分を抽出する手段と、 前記算出した反射波の遅延時間と入射角とに基づいて前
記抽出されたデータの受信信号における反射波成分の受
信レベルを算出し前記データの受信信号から減算する手
段とを備えることを特徴とする請求項３に記載の音響通
信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7157062A JP2720834B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 音響通信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7157062A JP2720834B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 音響通信装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08331065A JPH08331065A (ja) | 1996-12-13 |
| JP2720834B2 true JP2720834B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=15641385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7157062A Expired - Lifetime JP2720834B2 (ja) | 1995-05-30 | 1995-05-30 | 音響通信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2720834B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6432050B1 (en) * | 1997-12-30 | 2002-08-13 | Remon Medical Technologies Ltd. | Implantable acoustic bio-sensing system and method |
| US7283874B2 (en) | 2000-10-16 | 2007-10-16 | Remon Medical Technologies Ltd. | Acoustically powered implantable stimulating device |
| JP2010528814A (ja) | 2007-06-14 | 2010-08-26 | カーディアック ペースメイカーズ， インコーポレイテッド | 多素子音響再充電システム |
| US8593107B2 (en) | 2008-10-27 | 2013-11-26 | Cardiac Pacemakers, Inc. | Methods and systems for recharging an implanted device by delivering a section of a charging device adjacent the implanted device within a body |
| JP2019085703A (ja) * | 2017-11-01 | 2019-06-06 | 古河機械金属株式会社 | 海底鉱床の採掘システム、海底鉱床採掘用の採掘機および潜水機、並びに海底鉱床の採掘方法 |
| JP7168849B2 (ja) | 2018-11-22 | 2022-11-10 | 日本電信電話株式会社 | 水中音響通信システム及び受信装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5846713B2 (ja) * | 1975-06-23 | 1983-10-18 | 日本電気株式会社 | スイチユウセツチトランスポンダ |
-
1995
- 1995-05-30 JP JP7157062A patent/JP2720834B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08331065A (ja) | 1996-12-13 |
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