JP3055526B2 - レーザー誘導による合成開口海底監視ソーナーシステム - Google Patents
レーザー誘導による合成開口海底監視ソーナーシステムInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、海底監視ソーナー
システムに関し、特にレーザー誘導部を有する合成開口
海底監視ソーナーシステムに関する。
システムに関し、特にレーザー誘導部を有する合成開口
海底監視ソーナーシステムに関する。
【従来の技術】従来の合成開口レーダを使用した地殻変
動計測システムの一例が,「村上 真之、干渉合成開口
レーダーによる地殻変動の計測，Ｏ ＰＬＵＳ Ｅ、No.2
08，９４頁〜１００頁，１９９７年３月」に記載されて
いる。図９は、この従来の地核変動計測システムを示し
ており、合成開口レーダーを使用し、異なった時期に同
一の軌道上を航行してレーダー観測を行うことにより、
同一地表に対して複数回のデータを収得する。
動計測システムの一例が,「村上 真之、干渉合成開口
レーダーによる地殻変動の計測，Ｏ ＰＬＵＳ Ｅ、No.2
08，９４頁〜１００頁，１９９７年３月」に記載されて
いる。図９は、この従来の地核変動計測システムを示し
ており、合成開口レーダーを使用し、異なった時期に同
一の軌道上を航行してレーダー観測を行うことにより、
同一地表に対して複数回のデータを収得する。
【０００２】地殻変動や新たに設置された構造物などが
最初に観測した時期以降に生じた場合、２番目以降の観
測データと最初の観測データは一致しなくなり、両者の
差は位相差及び画像の差として現れる。この差を検出す
ることにより、変化が生じた箇所や変動量の推定が可能
となる。
最初に観測した時期以降に生じた場合、２番目以降の観
測データと最初の観測データは一致しなくなり、両者の
差は位相差及び画像の差として現れる。この差を検出す
ることにより、変化が生じた箇所や変動量の推定が可能
となる。
【０００３】又、従来のソーナーを使用した海底捜索シ
ステムの一例が、Michael P. Bruce,“A Processing Re
quirement and Resolution Capability Comparison of
Side-Scan and Synthetic-Aperture Sonars,” IEEE Jo
urnal of Oceanic Engineering, vol.17, NO.1, pp.106
-113, Jan.’92）」に示されている。この海底捜索シス
テムは、無人潜水艇などに設置された合成開口ソーナー
を使用し、一定期間で音波の送受信を繰り返すことによ
って目標からの反響音を記録し、後段において合成開口
処理を行うことによって等価的なラインアレイを構成す
る。この等価的ラインアレイにより詳細な方位分解能を
得ることが可能である。
ステムの一例が、Michael P. Bruce,“A Processing Re
quirement and Resolution Capability Comparison of
Side-Scan and Synthetic-Aperture Sonars,” IEEE Jo
urnal of Oceanic Engineering, vol.17, NO.1, pp.106
-113, Jan.’92）」に示されている。この海底捜索シス
テムは、無人潜水艇などに設置された合成開口ソーナー
を使用し、一定期間で音波の送受信を繰り返すことによ
って目標からの反響音を記録し、後段において合成開口
処理を行うことによって等価的なラインアレイを構成す
る。この等価的ラインアレイにより詳細な方位分解能を
得ることが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のシステムでは、次のような問題がある。第一の
問題点は、前記従来の地殻変動計測システムは、合成開
口レーダを使用しているため、水中に対して適用するこ
とが不可能である。これは、一般に電波が水中を伝搬出
来ないことに起因する。また、上記の合成開口レーダー
を、音波を用いる合成開口ソーナーに置換して水中への
適用を図った場合、次のような問題がある。すなわち、
合成開口ソーナーが海流などの影響により動揺し、「山
口 功、合成開口ソーナーのプラットフォーム動揺に対
する特性評価、電子情報通信学会１９９６年総合大会予
稿集、基礎・境界、A-319、１９９６年３月」や、「山
口功、加藤 順一、船体動揺時における合成開口ソーナ
ー画像の劣化特性評価、電子情報通信学会１９９７年ソ
サイエティ大会予稿集、基礎・境界、１９９７年９月」
に示されるように、ソーナー画像が著しく劣化するた
め、上記地殻変動計測システムの様に複数の測定データ
を比較することは困難である。
た従来のシステムでは、次のような問題がある。第一の
問題点は、前記従来の地殻変動計測システムは、合成開
口レーダを使用しているため、水中に対して適用するこ
とが不可能である。これは、一般に電波が水中を伝搬出
来ないことに起因する。また、上記の合成開口レーダー
を、音波を用いる合成開口ソーナーに置換して水中への
適用を図った場合、次のような問題がある。すなわち、
合成開口ソーナーが海流などの影響により動揺し、「山
口 功、合成開口ソーナーのプラットフォーム動揺に対
する特性評価、電子情報通信学会１９９６年総合大会予
稿集、基礎・境界、A-319、１９９６年３月」や、「山
口功、加藤 順一、船体動揺時における合成開口ソーナ
ー画像の劣化特性評価、電子情報通信学会１９９７年ソ
サイエティ大会予稿集、基礎・境界、１９９７年９月」
に示されるように、ソーナー画像が著しく劣化するた
め、上記地殻変動計測システムの様に複数の測定データ
を比較することは困難である。
【０００５】この合成開口ソーナーの動揺を補正するた
めに、例えば「H. D. Griffiths et.al，“Interferome
tric synthetic aperture sonar for high-resolution
3-Dmapping of the seabed”IEE Proceedings of Rada
r, Sonar and Navigation, vol.144, No.2, pp100, Apr
il 1997」に示されるような数種類のアルゴリズムが提
案されているが、補正は未だ不十分である。
めに、例えば「H. D. Griffiths et.al，“Interferome
tric synthetic aperture sonar for high-resolution
3-Dmapping of the seabed”IEE Proceedings of Rada
r, Sonar and Navigation, vol.144, No.2, pp100, Apr
il 1997」に示されるような数種類のアルゴリズムが提
案されているが、補正は未だ不十分である。
【０００６】本発明の目的は、水中において海底の地殻
変動や構造変化を精度よく検出することができる、合成
開口ソーナーを用いた海底観測システムを提供すること
にある。
変動や構造変化を精度よく検出することができる、合成
開口ソーナーを用いた海底観測システムを提供すること
にある。
【０００７】本発明の他の目的は、船体動揺によるソー
ナー画像の劣化が低減できる、合成開口ソーナーを用い
た海底観測システムを提供することにある。
ナー画像の劣化が低減できる、合成開口ソーナーを用い
た海底観測システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】本発明による海底監視ソ
ーナーシステムは、従来の地殻変動計測システムにおけ
る合成開口レーダーの部分を合成開口ソーナーに置換
し、更に、ソーナーを搭載する船体の動揺補正のために
レーザー誘導部を設け、船体動揺を自動制御することを
特徴としている。より具体的には、ソーナー針路上の最
終地点に設置された第１のレーザー送受信部と、船体上
に設置される第２のレーザー送受信部及び姿勢制御部を
有する。
ーナーシステムは、従来の地殻変動計測システムにおけ
る合成開口レーダーの部分を合成開口ソーナーに置換
し、更に、ソーナーを搭載する船体の動揺補正のために
レーザー誘導部を設け、船体動揺を自動制御することを
特徴としている。より具体的には、ソーナー針路上の最
終地点に設置された第１のレーザー送受信部と、船体上
に設置される第２のレーザー送受信部及び姿勢制御部を
有する。
【０００８】第１のレーザー送受信部は、ソーナーを搭
載した船体の針路上における最終地点に設置され、その
空中部より想定針路上に誘導用レーザー光線を照射す
る。姿勢制御部は、第１のレーザー送受信部からの誘導
用レーザーが第２のレーザー送受信部において受信でき
るように船体の進行方位、深度及び姿勢を制御する。
載した船体の針路上における最終地点に設置され、その
空中部より想定針路上に誘導用レーザー光線を照射す
る。姿勢制御部は、第１のレーザー送受信部からの誘導
用レーザーが第２のレーザー送受信部において受信でき
るように船体の進行方位、深度及び姿勢を制御する。
【０００９】一旦誘導用レーザー光線を受信した後は、
その方位、深度及び姿勢を初期情報として誘導用レーザ
ーが常に最大感度にて受信できるように船体が制御さ
れ、進行する。第２のレーザー送受信部は、誘導用レー
ザーと異なる波長を有する測距用レーザーを、誘導用レ
ーザー受信により得られた制御情報に基づいて第１のレ
ーザー送受信部へ送信し、第１のレーザー送受信部で増
幅されて再放射されたレーザーを受信する。
その方位、深度及び姿勢を初期情報として誘導用レーザ
ーが常に最大感度にて受信できるように船体が制御さ
れ、進行する。第２のレーザー送受信部は、誘導用レー
ザーと異なる波長を有する測距用レーザーを、誘導用レ
ーザー受信により得られた制御情報に基づいて第１のレ
ーザー送受信部へ送信し、第１のレーザー送受信部で増
幅されて再放射されたレーザーを受信する。
【００１０】受信された測距用レーザーの往復伝搬時
間、及び受信時の方位並びに深度により、船体の現在位
置が計算され、距離、方位及び姿勢情報と共に姿勢制御
部へ伝達される。姿勢制御部は船体の動揺量を計算し、
合成開口ソーナーのデータ補正部に、動揺、距離及び針
路情報を伝達すると共に、船体の動揺及び針路補正量を
計算し、常に第１のレーザー送受信部方向に船体が進む
様に制御する。
間、及び受信時の方位並びに深度により、船体の現在位
置が計算され、距離、方位及び姿勢情報と共に姿勢制御
部へ伝達される。姿勢制御部は船体の動揺量を計算し、
合成開口ソーナーのデータ補正部に、動揺、距離及び針
路情報を伝達すると共に、船体の動揺及び針路補正量を
計算し、常に第１のレーザー送受信部方向に船体が進む
様に制御する。
【００１１】従って、合成開口ソーナーは、設定された
直線コース上を動揺の影響を補正しながら進むことが可
能になり、複数回の測定を同一コース上で実施すること
ができるので、位相差や画像の差を誤差無く検出するこ
とが可能になる。又、動揺、距離及び針路情報を合成開
口ソーナーのデータ補正部に伝達するので、船体制御が
不安定になり想定針路からはずれた場合でも、動揺の補
正を合成開口ソーナーにおいて実施する事が出来るとい
う効果が得られる。
直線コース上を動揺の影響を補正しながら進むことが可
能になり、複数回の測定を同一コース上で実施すること
ができるので、位相差や画像の差を誤差無く検出するこ
とが可能になる。又、動揺、距離及び針路情報を合成開
口ソーナーのデータ補正部に伝達するので、船体制御が
不安定になり想定針路からはずれた場合でも、動揺の補
正を合成開口ソーナーにおいて実施する事が出来るとい
う効果が得られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の形態を示
す構成図である。図１において、本海底監視ソーナーシ
ステムは、レーザー誘導部１０と、水中航走部２０と、
後処理部３０とを有する。レーザー誘導部１０は、第１
のレーザー送受信部１１と、第２のレーザー送受信部１
２と、姿勢制御部１３とから構成される。水中航走部２
０は、合成開口ソーナー２１と、データ収録部２６と、
第２のレーザー送受信部１２及び、姿勢制御部１３とで
構成される。
す構成図である。図１において、本海底監視ソーナーシ
ステムは、レーザー誘導部１０と、水中航走部２０と、
後処理部３０とを有する。レーザー誘導部１０は、第１
のレーザー送受信部１１と、第２のレーザー送受信部１
２と、姿勢制御部１３とから構成される。水中航走部２
０は、合成開口ソーナー２１と、データ収録部２６と、
第２のレーザー送受信部１２及び、姿勢制御部１３とで
構成される。
【００１３】ここで、第２のレーザー送受信部１２と姿
勢制御部１３が、レーザー誘導部１０と重複しているの
は、第１のレーザー送受信部１１が海上に設置されるの
に対して、第２のレーザー送受信部１２及び姿勢制御部
１３が船上に設置されるからである。従って、レーザー
誘導部１０の構成要素は原則として一カ所に設置される
ことはない。後処理部３０はデータ処理部３１と表示処
理部３２にて構成される。合成開口ソーナー２１は更
に、送受信部２２、距離圧縮処理部２３、方位圧縮処理
部２４、データ補正部２５から構成される。
勢制御部１３が、レーザー誘導部１０と重複しているの
は、第１のレーザー送受信部１１が海上に設置されるの
に対して、第２のレーザー送受信部１２及び姿勢制御部
１３が船上に設置されるからである。従って、レーザー
誘導部１０の構成要素は原則として一カ所に設置される
ことはない。後処理部３０はデータ処理部３１と表示処
理部３２にて構成される。合成開口ソーナー２１は更
に、送受信部２２、距離圧縮処理部２３、方位圧縮処理
部２４、データ補正部２５から構成される。
【００１４】次に、図１に示されるシステムの動作につ
いて説明する。レーザー誘導部１０において、第１のレ
ーザー送受信部１１は、合成開口ソーナー２１を搭載し
た水中えい航体や水中航走体（以下、船体と称する）の
最終針路地点に設置され、空中から、予め設定された針
路方向に誘導用レーザー光線を照射する。姿勢制御部１
３は、レーザー送受信部１１から照射された誘導用レー
ザー光線が船体から空中に伸張されたレーザー送受信部
１２において受信できるように船体の姿勢、深度及び針
路を制御する。誘導用レーザー光線がレーザー送受信部
１２において一旦受信されたら、姿勢制御部１３は、常
に最大感度で受信できるように船体を制御し、姿勢、深
度及び針路を維持する。
いて説明する。レーザー誘導部１０において、第１のレ
ーザー送受信部１１は、合成開口ソーナー２１を搭載し
た水中えい航体や水中航走体（以下、船体と称する）の
最終針路地点に設置され、空中から、予め設定された針
路方向に誘導用レーザー光線を照射する。姿勢制御部１
３は、レーザー送受信部１１から照射された誘導用レー
ザー光線が船体から空中に伸張されたレーザー送受信部
１２において受信できるように船体の姿勢、深度及び針
路を制御する。誘導用レーザー光線がレーザー送受信部
１２において一旦受信されたら、姿勢制御部１３は、常
に最大感度で受信できるように船体を制御し、姿勢、深
度及び針路を維持する。
【００１５】レーザー送受信部１２は、誘導用レーザー
光線を受信した後、その受信方向に存在するレーザー送
受信部１１に向けて誘導用レーザー光線と異なる波長の
測距用レーザー光線を照射する。この測距用レーザー光
線はレーザー送受信部１１にて増幅された後に、レーザ
ー送受信部１２に向けて再照射される。レーザー送受信
部１２では、戻ってきた測距用レーザー光線の往復伝搬
時間と受信方位から最終針路地点に位置するレーザー送
受信部１１と測距用レーザー受信時点における船体の間
の距離及び針路情報を計算し、姿勢情報と共に姿勢制御
部１３へ伝達する。
光線を受信した後、その受信方向に存在するレーザー送
受信部１１に向けて誘導用レーザー光線と異なる波長の
測距用レーザー光線を照射する。この測距用レーザー光
線はレーザー送受信部１１にて増幅された後に、レーザ
ー送受信部１２に向けて再照射される。レーザー送受信
部１２では、戻ってきた測距用レーザー光線の往復伝搬
時間と受信方位から最終針路地点に位置するレーザー送
受信部１１と測距用レーザー受信時点における船体の間
の距離及び針路情報を計算し、姿勢情報と共に姿勢制御
部１３へ伝達する。
【００１６】姿勢制御部１３は、誘導用レーザー光線の
射線上に船体針路を維持する様に船体を制御すると同時
に、レーザー送受信部１２から得られた距離及び針路情
報並びに姿勢情報を用いて初期想定針路からのずれを計
算し、船体針路を追加修正すると共に、動揺・距離・針
路情報として合成開口ソーナー２１及び、データ収録部
２６へ送出する。
射線上に船体針路を維持する様に船体を制御すると同時
に、レーザー送受信部１２から得られた距離及び針路情
報並びに姿勢情報を用いて初期想定針路からのずれを計
算し、船体針路を追加修正すると共に、動揺・距離・針
路情報として合成開口ソーナー２１及び、データ収録部
２６へ送出する。
【００１７】上記のレーザー誘導部１０の動作におい
て、姿勢情報は船体に搭載されているジャイロによっ
て、深度は深度計によって計測されるものとするが、こ
れらは、従来より公知のジャイロあるいは深度計によっ
て構成することができるので、詳細な説明は省略する。
て、姿勢情報は船体に搭載されているジャイロによっ
て、深度は深度計によって計測されるものとするが、こ
れらは、従来より公知のジャイロあるいは深度計によっ
て構成することができるので、詳細な説明は省略する。
【００１８】図２は、以上に示したレーザー誘導部１０
の動作を示すフローチャートである。図２において、Ｆ
１及びＦ２は、それぞれレーザー送受信部１１及び船体
の準備作業を、Ｆ３は針路設定のための誘導レーザー光
線照射を、Ｆ４は誘導レーザー光線をレーザー送受信部
１２で受信できるように船体の針路・深度・姿勢を制御
して誘導レーザー光線をサーチする行程を表している。
Ｆ５では、受信した誘導レーザー光線の方位に針路をロ
ックする。Ｆ６からＦ９では、船体の現在位置及び初期
設定針路からのずれを算出するための手順が示されてい
る。
の動作を示すフローチャートである。図２において、Ｆ
１及びＦ２は、それぞれレーザー送受信部１１及び船体
の準備作業を、Ｆ３は針路設定のための誘導レーザー光
線照射を、Ｆ４は誘導レーザー光線をレーザー送受信部
１２で受信できるように船体の針路・深度・姿勢を制御
して誘導レーザー光線をサーチする行程を表している。
Ｆ５では、受信した誘導レーザー光線の方位に針路をロ
ックする。Ｆ６からＦ９では、船体の現在位置及び初期
設定針路からのずれを算出するための手順が示されてい
る。
【００１９】Ｆ６は船体に設置されているレーザー送受
信部１２からレーザー送受信部１１に対して測距用レー
ザー光線を照射する。この時、測距用レーザー光線は誘
導用レーザー光線と波長が異なるものを用いる。Ｆ７で
は、レーザー送受信部１１で受信した測距用レーザー光
線を増幅し、レーザー送受信部１２へ再輻射する。Ｆ８
では、Ｆ６とＦ７の結果得られる測距用レーザー光線の
往復伝搬時間を光速で除して、針路最終地点と現在の船
体位置間の距離を計算すると同時に、測距用レーザーが
受信された方位から船体の針路情報を計算する。Ｆ９で
は、Ｆ８で得られた情報を基に、想定針路と現在針路と
のずれを計算して針路を修正すると共に、後段における
処理のための補助情報として、距離・針路・動揺データ
を送出する。誘導用レーザー光線の受信が途中途切れた
場合は、Ｆ４以降の動作を繰り返し実施する。
信部１２からレーザー送受信部１１に対して測距用レー
ザー光線を照射する。この時、測距用レーザー光線は誘
導用レーザー光線と波長が異なるものを用いる。Ｆ７で
は、レーザー送受信部１１で受信した測距用レーザー光
線を増幅し、レーザー送受信部１２へ再輻射する。Ｆ８
では、Ｆ６とＦ７の結果得られる測距用レーザー光線の
往復伝搬時間を光速で除して、針路最終地点と現在の船
体位置間の距離を計算すると同時に、測距用レーザーが
受信された方位から船体の針路情報を計算する。Ｆ９で
は、Ｆ８で得られた情報を基に、想定針路と現在針路と
のずれを計算して針路を修正すると共に、後段における
処理のための補助情報として、距離・針路・動揺データ
を送出する。誘導用レーザー光線の受信が途中途切れた
場合は、Ｆ４以降の動作を繰り返し実施する。
【００２０】姿勢制御部１３における針路制御手段とし
ては、カルマンフィルタを用いた針路予測による船体姿
勢制御等、従来より知られている種々の手法を採用する
ことができるので、詳細な説明は省略する。
ては、カルマンフィルタを用いた針路予測による船体姿
勢制御等、従来より知られている種々の手法を採用する
ことができるので、詳細な説明は省略する。
【００２１】図１において、水中航走部２０は、レーザ
ー送受信部１２と、姿勢制御部１３と、合成開口ソーナ
ー２１と、データ収録部２６とを備えている。レーザー
送受信部１２と、姿勢制御部１３は、レーザー誘導部１
０の構成要素となっている。
ー送受信部１２と、姿勢制御部１３と、合成開口ソーナ
ー２１と、データ収録部２６とを備えている。レーザー
送受信部１２と、姿勢制御部１３は、レーザー誘導部１
０の構成要素となっている。
【００２２】合成開口ソーナー２１は、送受信部２２
と、距離圧縮処理部２３と、方位圧縮処理部２４と、デ
ータ補正部２５とによって構成される。この合成開口ソ
ーナー２１は、サイドルッキングソーナーの一形態を有
しており、船体の両舷から音波を発し、海底からの反響
音を受信して処理を行うことによってソーナー画像を得
ている。
と、距離圧縮処理部２３と、方位圧縮処理部２４と、デ
ータ補正部２５とによって構成される。この合成開口ソ
ーナー２１は、サイドルッキングソーナーの一形態を有
しており、船体の両舷から音波を発し、海底からの反響
音を受信して処理を行うことによってソーナー画像を得
ている。
【００２３】送受信部２２は、音波と電気信号とを相互
に変換する送受波器と、送信器と、受信器より構成さ
れ、音波の送受信を定期的に繰り返す。距離圧縮処理部
２３では、音波発射方向の分解能を得るために、マッチ
ドフィルタ処理を行う。方位圧縮処理部では、船体進行
方向と平行な方向の分解能を向上させるためにマッチド
フィルタ処理を行う。合成開口ソーナー２１の構成にお
いて、送受信部２２，距離圧縮処理部２３及び方位圧縮
処理部２４は、従来より公知の合成開口ソーナーを用い
ることができるので、ここでは詳細な説明は省略する。
に変換する送受波器と、送信器と、受信器より構成さ
れ、音波の送受信を定期的に繰り返す。距離圧縮処理部
２３では、音波発射方向の分解能を得るために、マッチ
ドフィルタ処理を行う。方位圧縮処理部では、船体進行
方向と平行な方向の分解能を向上させるためにマッチド
フィルタ処理を行う。合成開口ソーナー２１の構成にお
いて、送受信部２２，距離圧縮処理部２３及び方位圧縮
処理部２４は、従来より公知の合成開口ソーナーを用い
ることができるので、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２４】データ補正部２５は、想定針路と現在の船
体位置の誤差から生じる、目標反響音伝搬時間の誤差を
補正する。データ収録部２６は、合成開口ソーナー２１
の出力と、姿勢制御部１３からの動揺・距離・針路情報
を保存する。
体位置の誤差から生じる、目標反響音伝搬時間の誤差を
補正する。データ収録部２６は、合成開口ソーナー２１
の出力と、姿勢制御部１３からの動揺・距離・針路情報
を保存する。
【００２５】次に、図３〜図６を用いて、データ補正部
２５の動作について説明する。図３は、送受波器（船
体）の位置と目標位置との関係を示す図である。図３に
おいて、Ｒｏは合成開口の中心から目標までの距離、Δ
Ｒｋは位置ｋにおける送受波器と目標までの距離から、
Ｒｏを減じた差分である。
２５の動作について説明する。図３は、送受波器（船
体）の位置と目標位置との関係を示す図である。図３に
おいて、Ｒｏは合成開口の中心から目標までの距離、Δ
Ｒｋは位置ｋにおける送受波器と目標までの距離から、
Ｒｏを減じた差分である。
【００２６】船体が想定針路上を航走している場合、即
ち、誘導レーザーの光軸に沿って進行している場合、こ
の差分距離の音波伝搬時間ΔＲｋ／Ｃは、図４の実線に
示されるように送受波器の位置に対して一定の曲線を描
く。ここで、Ｃは音速である。もし船体が動揺の影響を
受け、図３の破線で示される針路を取ったならば、その
伝搬時間差は、図４の点線で示されるように、上記想定
針路の場合の曲線からずれた曲線となる。
ち、誘導レーザーの光軸に沿って進行している場合、こ
の差分距離の音波伝搬時間ΔＲｋ／Ｃは、図４の実線に
示されるように送受波器の位置に対して一定の曲線を描
く。ここで、Ｃは音速である。もし船体が動揺の影響を
受け、図３の破線で示される針路を取ったならば、その
伝搬時間差は、図４の点線で示されるように、上記想定
針路の場合の曲線からずれた曲線となる。
【００２７】想定針路を進んだ場合に得られる合成開口
ソーナー画像例を図５に、動揺の影響を受けた合成開口
画像例を図６に示す。両者の比較から明らかなように、
動揺の影響によって目標画像が大きく歪む。
ソーナー画像例を図５に、動揺の影響を受けた合成開口
画像例を図６に示す。両者の比較から明らかなように、
動揺の影響によって目標画像が大きく歪む。
【００２８】データ補正部２５では、姿勢制御部１３よ
り得られた動揺・距離・針路情報より、図４に例示され
る想定針路と被動揺針路の伝搬時間差分を求め、メモリ
ー等の補助記憶に溜められたデータを時間シフトするこ
とにより、被動揺針路で得られたソーナー受信信号が、
あたかも想定針路で進んでいるように補正する。即ち、
被動揺針路で得られたデータを時間的にシフトさせて、
想定針路上のデータと見なせるように補正する処理を行
う。動揺データ補正により、従来技術による動揺未対応
の合成開口ソーナー処理手法が適用でき、画像歪みのな
いソーナー画像を得ることが可能となる。
り得られた動揺・距離・針路情報より、図４に例示され
る想定針路と被動揺針路の伝搬時間差分を求め、メモリ
ー等の補助記憶に溜められたデータを時間シフトするこ
とにより、被動揺針路で得られたソーナー受信信号が、
あたかも想定針路で進んでいるように補正する。即ち、
被動揺針路で得られたデータを時間的にシフトさせて、
想定針路上のデータと見なせるように補正する処理を行
う。動揺データ補正により、従来技術による動揺未対応
の合成開口ソーナー処理手法が適用でき、画像歪みのな
いソーナー画像を得ることが可能となる。
【００２９】図１において、後処理部３０は、データ処
理部３１と、表示処理部３２で構成される。データ処理
部３１は、データ収録部２６から、１回目の測定と２回
目以降の測定によって得られた合成開口ソーナーデータ
を取得して比較を行い、両者の差異を検出する。差違の
検出はソーナー画像に２次元相関処理を行っても良い
し、従来の合成開口レーダーを使用した地殻変動システ
ムのように、位相を比較してコンタマップの形式で表示
する事も可能である。表示処理部３２は、データ処理部
３１に処理されたデータを監視者の欲する任意の画像に
変換して表示する。後処理部３０の動作は当業者に公知
であり、本発明はその公知技術を使用しているので、そ
の詳細な構成は省略する。
理部３１と、表示処理部３２で構成される。データ処理
部３１は、データ収録部２６から、１回目の測定と２回
目以降の測定によって得られた合成開口ソーナーデータ
を取得して比較を行い、両者の差異を検出する。差違の
検出はソーナー画像に２次元相関処理を行っても良い
し、従来の合成開口レーダーを使用した地殻変動システ
ムのように、位相を比較してコンタマップの形式で表示
する事も可能である。表示処理部３２は、データ処理部
３１に処理されたデータを監視者の欲する任意の画像に
変換して表示する。後処理部３０の動作は当業者に公知
であり、本発明はその公知技術を使用しているので、そ
の詳細な構成は省略する。
【００３０】なお、上記実施例において、レーザー送受
信部１１及びレーザー送受信部１２は空中で送受信する
ものとして説明したが、レーザー光として緑・青系のス
ペクトルを有するレーザーを用いれば、レーザー送受信
部１１及びレーザー送受信部１２を水中に配置して送受
信させることも可能である。その場合、レーザー送受信
部１１及びレーザー送受信部１２は水中に配置されるの
で、より深い海底の監視を容易に実施することができ
る。
信部１１及びレーザー送受信部１２は空中で送受信する
ものとして説明したが、レーザー光として緑・青系のス
ペクトルを有するレーザーを用いれば、レーザー送受信
部１１及びレーザー送受信部１２を水中に配置して送受
信させることも可能である。その場合、レーザー送受信
部１１及びレーザー送受信部１２は水中に配置されるの
で、より深い海底の監視を容易に実施することができ
る。
【００３１】図７は、本発明の第２の実施の形態を示す
構成図である。この第２の実施の形態も、第１の実施の
形態と同様に、レーザー誘導部１１０と、水中航走部１
２０と、後処理部１３０によって構成されるが、レーザ
ー誘導部１１０及び水中航走部１２０の構成の一部が変
更されている。すなわち、レーザー誘導部１１０は、第
１のレーザー送受信部１１１と、第２のレーザー送受信
部１１２と、姿勢制御部１１３と、船体位置計測部１１
４と、無線機１１５と、無線機１１６から構成される。
構成図である。この第２の実施の形態も、第１の実施の
形態と同様に、レーザー誘導部１１０と、水中航走部１
２０と、後処理部１３０によって構成されるが、レーザ
ー誘導部１１０及び水中航走部１２０の構成の一部が変
更されている。すなわち、レーザー誘導部１１０は、第
１のレーザー送受信部１１１と、第２のレーザー送受信
部１１２と、姿勢制御部１１３と、船体位置計測部１１
４と、無線機１１５と、無線機１１６から構成される。
【００３２】次に、その動作について説明する。まず、
レーザー送受信部１１１は、測距用レーザーを想定針路
付近に方位及び俯仰角を変えながら照射し、船体に設置
されたレーザー送受信部１１２からの戻りレーザーをサ
ーチする。レーザー送受信部１１２は、測距用レーザー
を受信できたならばそれを増幅し、レーザー送受信部１
１１へ再輻射する。レーザー送受信部１１１は、再輻射
されたレーザーを常に最大感度で受信できるようにレー
ザーの発射方向を制御し、その発射方向、俯仰角とレー
ザーの往復伝搬時間より計測される船体への距離を、船
体位置計測部１１４へ伝達する。
レーザー送受信部１１１は、測距用レーザーを想定針路
付近に方位及び俯仰角を変えながら照射し、船体に設置
されたレーザー送受信部１１２からの戻りレーザーをサ
ーチする。レーザー送受信部１１２は、測距用レーザー
を受信できたならばそれを増幅し、レーザー送受信部１
１１へ再輻射する。レーザー送受信部１１１は、再輻射
されたレーザーを常に最大感度で受信できるようにレー
ザーの発射方向を制御し、その発射方向、俯仰角とレー
ザーの往復伝搬時間より計測される船体への距離を、船
体位置計測部１１４へ伝達する。
【００３３】船体位置計測部１１４は、レーザー送受信
部１より得られたデータを基に、想定針路と船体の現在
位置との誤差を求め、船体へ指示するための方向・姿勢
修正用情報を作成する。船体位置計測部１１４による船
体位置計算は、図８に示されるように円筒座標系におい
て得られる。作成された修正用情報は無線機１１５を介
し、無線にて船上に設置された無線機１１６へ伝送され
る。
部１より得られたデータを基に、想定針路と船体の現在
位置との誤差を求め、船体へ指示するための方向・姿勢
修正用情報を作成する。船体位置計測部１１４による船
体位置計算は、図８に示されるように円筒座標系におい
て得られる。作成された修正用情報は無線機１１５を介
し、無線にて船上に設置された無線機１１６へ伝送され
る。
【００３４】姿勢制御部１１３は、無線によって指示さ
れた方向・姿勢修正用情報に基づいて船体の姿勢及び針
路を補正制御すると同時に、合成開口ソーナー１２２及
びデータ収録部１２６に修正情報を伝達する。水中航走
部における合成開口ソーナー１２２及び、データ収録部
１２６は第一の実施形態における合成開口ソーナー２２
及びデータ収録部２６と同等の動作をする。
れた方向・姿勢修正用情報に基づいて船体の姿勢及び針
路を補正制御すると同時に、合成開口ソーナー１２２及
びデータ収録部１２６に修正情報を伝達する。水中航走
部における合成開口ソーナー１２２及び、データ収録部
１２６は第一の実施形態における合成開口ソーナー２２
及びデータ収録部２６と同等の動作をする。
【００３５】このように、第２の実施の形態では、船体
の位置を計算して動揺補正用のデータを算出するフェー
ズが水中航走部に存在しないため、姿勢制御部１１３に
使用される演算装置の負荷を低減することが可能である
ばかりでなく、艤装空間の低減にも有効である。これ
は、船体が無人潜行艇のように小型かつ艤装スペースが
少ない場合に有効である。
の位置を計算して動揺補正用のデータを算出するフェー
ズが水中航走部に存在しないため、姿勢制御部１１３に
使用される演算装置の負荷を低減することが可能である
ばかりでなく、艤装空間の低減にも有効である。これ
は、船体が無人潜行艇のように小型かつ艤装スペースが
少ない場合に有効である。
【００３６】本構成においてレーザー送受信部１１２
は、測距用レーザーを増幅して送り返すだけの機能なの
で、レーザー光線の伝達距離が許容されるのであれば、
ミラーに置換する事も可能である。これにより、水中航
走部の艤装スペースが更に低減される。
は、測距用レーザーを増幅して送り返すだけの機能なの
で、レーザー光線の伝達距離が許容されるのであれば、
ミラーに置換する事も可能である。これにより、水中航
走部の艤装スペースが更に低減される。
【００３７】又、本構成において、データ収録部１２６
は水中航走部１２２に設置されているが、艤装空間の低
減のためそれを無線機に置き換え、合成開口ソーナー１
２１及び姿勢制御部１１３のデータを無線で後処理部へ
伝送する構成に変更することも可能である。
は水中航走部１２２に設置されているが、艤装空間の低
減のためそれを無線機に置き換え、合成開口ソーナー１
２１及び姿勢制御部１１３のデータを無線で後処理部へ
伝送する構成に変更することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】本発明は、合成開口ソーナーを用いて水
中を探査し、同一針路上のデータを異なる時期に複数回
計測して差違を検出しているので、水中において海底の
地殻変動や構造変化を精度よく検出することができる。
中を探査し、同一針路上のデータを異なる時期に複数回
計測して差違を検出しているので、水中において海底の
地殻変動や構造変化を精度よく検出することができる。
【００３９】また、レーザー誘導部を設け、船体を想定
針路上に維持できるよう制御すると共に、動揺補正処理
を合成開口ソーナーに適用しているので、船体動揺によ
る合成開口データの劣化を低減することができる。
針路上に維持できるよう制御すると共に、動揺補正処理
を合成開口ソーナーに適用しているので、船体動揺によ
る合成開口データの劣化を低減することができる。
【図１】本発明の海底監視ソーナーシステムの、第１の
実施の形態を示すブロック図である。
実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１のレーザー誘導部１０の動作を示すフロー
チャートである。
チャートである。
【図３】図１の合成開口ソーナー２１の送受波器位置と
目標からの伝搬路差を説明するための図である。
目標からの伝搬路差を説明するための図である。
【図４】図１の水中航走部２０が想定針路を通過した場
合と、動揺の影響を受けた針路を進んだ場合に生じる伝
搬時間差の違いを説明するグラフである。
合と、動揺の影響を受けた針路を進んだ場合に生じる伝
搬時間差の違いを説明するグラフである。
【図５】図１の水中航走部２０が、想定針路を通過した
場合に得られる目標の合成開口ソーナー画像の例を示す
図である。
場合に得られる目標の合成開口ソーナー画像の例を示す
図である。
【図６】図１の水中航走部２０が、動揺の影響をうけて
進んだ場合に得られる目標の合成開口ソーナー画像の例
を示す図である。
進んだ場合に得られる目標の合成開口ソーナー画像の例
を示す図である。
【図７】本発明の海底監視ソーナーシステムの、第２の
実施の形態を示すブロック図である。
実施の形態を示すブロック図である。
【図８】第２の実施の形態における、船体の現在位置計
算を説明するための図である。
算を説明するための図である。
【図９】従来の、合成開口レーダーを用いた地殻変動計
測システムの構成を示す図である。
測システムの構成を示す図である。
１０ レーザー誘導部 １１ レーザー送受信部１ １２ レーザー送受信部２ １３ 姿勢制御部 ２０ 水中航走部 ２１ 合成開口ソーナー ２２ 送受信部 ２３ 距離圧縮処理部 ２４ 方位圧縮処理部 ２５ データ補正部 ２６ データ収録部 ３０ 後処理部 ３１ データ処理部 ３２ 表示処理部 １１０ レーザー誘導部 １１１ レーザー送受信部１ １１２ レーザー送受信部２ １１３ 姿勢制御部 １１４ 船体位置計測部 １１５ 無線機 １１６ 無線機 １２０ 水中航走部 １２１ 合成開口ソーナー １２２ 送受信部 １２３ 距離圧縮処理部 １２４ 方位圧縮処理部 １２５ データ補正部 １２６ データ収録部 １３０ 後処理部 １３１ データ処理部 １３２ 表示処理部 Ｆ１ レーザー送受信部１設置手順 Ｆ２ 水中航走部初期位置設定手順 Ｆ３ 誘導用レーザー照射手順 Ｆ４ 誘導用レーザー受信手順 Ｆ５ 針路制御手順 Ｆ６ 測距用レーザー発射手順 Ｆ７ 測距用レーザー再輻射手順 Ｆ８ 修正用情報計算手順 Ｆ９ 針路修正手順 Ｒ０ 合成開口中心と目標間の距離 ΔＲｋ 位置ｋにおける送受波器と目標間の距離 Ｌｓ 合成開口長
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 7/00 - 7/64 G01S 13/00 - 15/96
Claims (8)
- 【請求項１】 海底の地殻変動や構造変化を監視するシ
ステムにおいて、レーザー誘導部と、合成開口ソーナー
及びデータ収録部を有し前記レーザー誘導部によって誘
導制御される水中航走部と、後処理部とから構成され、
前記水中航走部が同一針路上を複数回通過して得た観測
データを比較することにより、海底の地殻変動や構造変
化を検出することを特徴とする海底監視ソーナーシステ
ム - 【請求項２】 前記レーザー誘導部は、想定針路の最終
地点に設置された第１のレーザー送受信部と、前記水中
航走部に設けられた第２のレーザー送受信部及び姿勢制
御部から構成され、前記姿勢制御部は、前記第２のレー
ザー送受信部が、前記第１のレーザー送受信部から想定
針路の海面上に照射されたレーザー光線を受信したと
き、前記レーザー光線が常に最大感度で受信できるよう
に前記水中航走部の針路及び姿勢の制御を行うことを特
徴とする請求項１記載の海底監視ソーナーシステム。 - 【請求項３】 前記レーザー誘導部は、想定針路の最終
地点の水中に設置された第１のレーザー送受信部と、前
記水中航走部に設けられた第２のレーザー送受信部及び
姿勢制御部から構成され、前記姿勢制御部は、前記第２
のレーザー送受信部が、前記第１のレーザー送受信部か
ら水中の想定針路に照射されたレーザー光線を受信した
とき、前記レーザー光線が常に最大感度で受信できるよ
うに前記水中航走部の針路及び姿勢の制御を行うことを
特徴とする請求項１記載の海底監視ソーナーシステム。 - 【請求項４】 前記姿勢制御部において得られた前記水
中航走部の姿勢制御信号から前記水中航走部の動揺量を
算出し、前記合成開口ソーナーによって得られた画像を
前記算出された動揺量によって補正することを特徴とす
る請求項２または３記載の海底監視ソーナーシステム。 - 【請求項５】 前記想定針路の最終地点に設置された第
１のレーザー送受信部と前記水中航走部に設置された第
２のレーザー送受信部との間のレーザー光の伝搬時間及
び受信方向と、前記水中航走部に設置された計測器から
得られる受信時の姿勢及深度情報とを用いて前記水中航
走部の現在位置を計算して前記想定針路からの誤差を求
め、該誤差を用いて前記合成開口ソーナー画像データの
補正を行うことを特徴とする請求項２または３記載の海
底監視ソーナーシステム。 - 【請求項６】 前記レーザー誘導部は、前記想定針路の
最終地点に設置された第１のレーザー送受信部と船体位
置計測部及び第１の無線機と、前記水中航走部に設けら
れた第２のレーザー送受信部と第２の無線機及び姿勢制
御部から構成され、前記水中航走部の針路及び姿勢の制
御を行うための情報を、前記船体位置計測部で作成し、
前記第１及び第２の無線機を介して前記姿勢制御部へ送
信することを特徴とする請求項１記載の海底監視ソーナ
ーシステム。 - 【請求項７】 前記第１のレーザー送受信部は、測距用
のレーザー光を前記水中航走部の想定針路付近で方位及
び俯仰角を変えながら照射し、前記第２のレーザー送受
信部からの戻り光を受信することにより、前記戻り光が
常に最大感度で受信できるように前記レーザー光の発射
方向を制御するとともに、前記最大感度で受信できる発
射方位、俯仰角、及び前記レーザー光の往復伝搬時間よ
り計測される前記水中航走部までの距離の各計測情報を
前記船体位置計測部へ伝達し、前記船体位置計測部は、
前記各計測情報に基づいて前記想定針路と前記水中航走
部の現在位置との誤差を求め、前記水中航走部の針路及
び姿勢の制御を行うための情報として、前記無線機によ
り前記水中航走部側へ送信することを特徴とする請求項
６記載の海底監視ソーナーシステム。 - 【請求項８】 前記第２のレーザー送受信部は、ミラー
によって構成されていることを特徴とする請求項６記載
の海底監視ソーナーシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10141953A JP3055526B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | レーザー誘導による合成開口海底監視ソーナーシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10141953A JP3055526B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | レーザー誘導による合成開口海底監視ソーナーシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337640A JPH11337640A (ja) | 1999-12-10 |
| JP3055526B2 true JP3055526B2 (ja) | 2000-06-26 |
Family
ID=15303978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10141953A Expired - Lifetime JP3055526B2 (ja) | 1998-05-22 | 1998-05-22 | レーザー誘導による合成開口海底監視ソーナーシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3055526B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102635064B1 (ko) | 2019-10-02 | 2024-02-08 | 나이키 이노베이트 씨.브이. | 일체형 루프가 있는 물품 및 그 제조 방법 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1887383B1 (en) * | 2004-11-24 | 2009-11-25 | Raython Company | Method and system for synthetic aperture sonar |
| CN110146896B (zh) * | 2019-05-29 | 2024-04-19 | 长江勘测规划设计研究有限责任公司 | 用于无压输水隧洞的无人巡视装备及方法 |
| CN115396027B (zh) * | 2022-10-31 | 2023-04-11 | 长春理工大学 | 一种飞机间测距通信一体化装置及方法 |
-
1998
- 1998-05-22 JP JP10141953A patent/JP3055526B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102635064B1 (ko) | 2019-10-02 | 2024-02-08 | 나이키 이노베이트 씨.브이. | 일체형 루프가 있는 물품 및 그 제조 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11337640A (ja) | 1999-12-10 |
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