JP3151466B2 - ハイドロアコースチック通信装置およびその通信の方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は対の装置間の空間的分離
を決定するために使用されるハイドロアコースチックパ
ルスを伝達受信する装置に関する。更に特定すれば、望
ましい実施例の発明はデジタル−信号処理を使用し、形
状と地震位置を決定する目的のための牽引したハイドロ
フォン流の長手に沿って公知の位置にて展開された高周
波ハイドロアコースチックトランシーバに関する。

【０００２】

【従来の技術】油やガスをトラップさせようとする地震
学的形成の調査において、オフシャア（沖合）地震学探
査業界は船の背後にハイドロフォンのアレイを牽引して
大洋下の地球の地殻の外層を調査する。間欠的にアコー
スチックエネルギー源を発火させ、地殻形成からのアコ
ースチックエネルギーの反射に対するハイドロフォンの
応答を記録し、地震的ハイドロフォンデータを処理す
る。ハイドロフォンアレイは、その深さを制御されたス
トリーマ内に線形的に配設してある。ストリーマ、数キ
ロメートルの長さであるものは、又ストリーマの頭端に
結んだヘッドブイと、表面参照物として尾端に尾部ブイ
とを含む。

【０００３】歴史的には、ハイドロフォンを含む唯一の
ストリーマは調査中に探査船から展開された。調査の精
度は他の事柄の間にて、ハイドロフォンの形状見積の精
度とストリーマ上の公知位置（ｐｏｉｎｔ）の位置決め
精度に依存する。

【０００４】形状を見積れる１つの方法はストリーマを
機械的にモデルし、各種牽引速度と周囲条件下の動的パ
フォーマンスを計算して行える。見積精度は勿論モデル
としてのみ良い。ストリーマに沿って磁気コンパスと深
みセンサを置くことはストリーマ形状見積に改善を示し
た。ストリーマの部分の深さと磁気ヘッディングを表す
データは分布されたコンパスと深さセンサから、ストリ
ーマ形状の瞬時計算と後に詳述する処理用の原データの
蓄積用の牽引船上のコントローラへ送られる。精密形状
見積はこうして実現される。

【０００５】ストリーマの形状を見積るのに重要なもの
はその位置を測地学参照値に船上のスポットを結びつけ
るのに使用される。レーザの如き、精密な光学的位置決
めシステムは、測地学的参照値に前部ブイを結びつける
のに使用される。その位置を固定するために尾部ブイ上
のラジオ位置決めレシーバを持たせることも一般的であ
る。ブイに関して分布されたコンパスと深さセンサの位
置は次いでストリーマのモデルとブイ鎖に基づいて見積
られる。モデル内不精密性はブイからストリーマへの測
地学的参照値を伝達するのに完全な誤差を生むこととな
る。実に、光学的位置に決めシステムは荒れ模様の天候
では劣る。

【０００６】油とガスの探査のおける重要な利点は、三
次元的地震探査の発展であり、しばしば１個以上のハイ
ドロフォンを使用する。一隻又は複数隻の船の後に牽引
された多重ストリーマにより、より地震学的ハイドロフ
ォンデータを１個のストリーマよりもぐっと短い時間内
に集められる。そして探査原価を大幅に下げることにな
る。多重ストリーマにより、互いに関してとアコースチ
ック源に関してハイドロフォンストリーマの精密な位置
見積は本質的なものである。幸いにも、多少平行に牽引
された多重ストリーマは互いに関して、船に関して、ア
コースチック源に関して、銃に関して及びアコースチッ
クレンジング手段によりブイに関して、ストリーマの位
置を決定するために好適な地理を提供する。アコースチ
ック源上の、船上の、ブイ上のストリーマに沿って配置
した個々のハイドロアコースチックトランシーバによ
り、トランシーバにより伝達され、隣りのトランシーバ
により受信されるパルスのアコースチック伝達時間は船
上のコントローラにテレメータされ、船上では位置解決
は遂行され、原データは更に処理するために記憶され
る。水中の音の速度を使用して、コントローラは伝達時
間を位置解決を発展させるのに対のトランシーバ間の空
間的分離に変換する。ラジオ位置決めシステムから、ア
レイに沿って配した深さセンサとコンパスからの情報に
より、位置解決は完全となる。

【０００７】１個以上のストリーマを使用して典型的三
次元調査ランにおいて、牽引船は、調査域にて多少定速
にて多少一定のヘッディングを追従する。波、風、電流
及び船速とヘッディングの永久の変化は連続的にストリ
ーマの形状に影響を及ぼす。間欠的に、例えば各１０秒
毎に、アコースチック源、又は銃を発射する。圧縮空気
のインパルスは水中に圧送されて泡を作り出す。泡の衰
弱はアコースチックパルスが水中に放射し、地中に放射
される。地殻構造のパルスの反射はハイドロフォンによ
り拾われ、これら反射を表わすデータは船上のコントロ
ーラへ送られる。銃の各発射をしたアコースチックエコ
ーが検出される関連した間隔はショットポイントとして
公知である。各ショットポイントのために完全な位置解
決を遂行するに十分なデータが得られることが重要であ
る。各々に沿って配されたアコースチックトランシーバ
により長いストリーマの群のために、多くのアコースチ
ック範囲を測定しなければならない。理論において、測
定すべき全ての範囲が、ストリーマかその形状と位置を
変えるチャンスを有する前に同時に決定できれば最良で
ある。不幸にも、実際上それは不可能である。アイデア
は次いで各トランシーバにとって高い仕事量を要求す
る、できるだけ少ない時間内に全てのアコースチック範
囲を測定することである。

【０００８】一対のトランシーバ間の分離は通常１方向
又は２方向範囲のいずれかにより測定される。１方向範
囲において、第１のトランシーバは時間ｔ_ｓにてハイド
ロアコースチックパルスを伝達する。パルスは時間ｔ_ｒ
にて他のトランシーバにより受信される所の水中に伝播
する。時間差ｔ_ｒ−ｔ_ｓは２個のトランシーバの空間分
離に比例する。精密な１方向範囲測定にとって、トラン
シーバ両方のタイマは近接して同期しなければならな
い。理由は値ｔ_ｓは伝達トランシーバにより決定され、
他方値ｔ_ｒは受信トランシーバにより決定される。２方
向範囲において、各トランシーバはパルスを伝達し、時
間ｔ_１ｓにて第１が、ｔ_２ｓにて第２が、第１は時間ｔ
_１ｒにて第２のパルスを受信し、第２が時間ｔ_２ｒにて
第１のパルスを受信する。両方のトランシーバのタイマ
が同期していなくても、空間分離は、［（ｔ_１ｒ−ｔ
_１ｓ）＋（ｔ_２ｒ−ｔ_２ｓ）］１／２に比例する。理由
は、タイマ間のオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）が減算によ
り除去されるからである。従って、一方向範囲に要され
る精密な同期は二方向範囲システムにおいては必要でな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】２方向範囲システムは
１方向範囲内の同期問題を避けるが、２方向範囲計画に
おける各トランシーバはより処理しなければならない。
即ち各トランシーバは、測定中に含まれる各範囲の間の
パルスを受信しなければならない。受信パルスの到着時
間と伝達したパルスの伝達時間又はそれらの差異は各シ
ョットポイントのための船上のコントローラにテレメー
タされなければならない。多くの範囲の測定に含まれる
トランシーバにとって、多くのデータは処理されなけれ
ばならない。従って、高い仕事量を備えたトランシーバ
のみが２方向範囲システム内にて効果的に使用できる。

【００１０】従って、本発明の目的は精密な時間同期を
必要としない２方向アコースチック範囲用に要される高
仕事量が可能なハイドロアコースチックトランシーバを
提供することである。

【００１１】範囲システム上の全てのトランシーバが唯
一の周波数を伝達する場合には、各種範囲を測定する唯
一の方法は時分割マルチプレキシングであり、即ち異な
るトランシーバが伝達した２個のパルスが同時にいかな
るレシーバに到着しないように伝達をよろめかせること
である。計画的な不快感を伝達させるのに加えて、前記
要求は長時間多くの範囲を測定することになり、それは
位置解決に誤差をもたらす。

【００１２】本発明の他の目的は選択的な特徴を有する
ハイドロアコースチックパルスを伝達し受信することが
できるトランシーバを提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のハイドロアコー
スチック通信装置は、オフショア地震探査システム用の
ハイドロアコースチック通信装置において、ハイドロア
コースチックパルスの水中移転受信用のハイドロアコー
スチックから電気エネルギートランスデューサ／トラン
シーバへのハイドロアコースチックエネルギーと、設定
された形状のパルスとキャリア周波数内の電気信号を処
理するために作動するハイドロアコースチックパルスエ
ネルギーを受信送信するためのトランスデューサに直結
した電子システムと、前記トランスデューサの受信した
パルスの形状を決定し、前記設定された形状のパルスと
キャリア周波数のパルスと識別するための前記電気シス
テム内のパルス形状決定手段と、前記設定された形状の
パルスとキャリア周波数を有するために識別されたトラ
ンスデューサにてハイドロアコースチックパルスの到着
時間を決定するための前記電気システム内のタイミング
手段と、前記到着時間と異なる時間にて前記トランスデ
ューサから移転（伝達）するためのキャリア周波数と前
記設定された形状のパルスの波形を創出するための上記
電気システム内のパルス合成手段と、からなることを特
徴とするものである。またこのハイドロアコースチック
通信装置は、前記２個のトランスデューサの各々の間か
ら他方へのパルス伝達時間を測定し平均して、２個の前
記ハイドロアコースチック通信装置の各々内にてそれぞ
れ連結された前記２個のトランスデューサ用の分離距離
を創出するために前記地震探査システム内の２路レンジ
ング手段を特徴とし、さらに測地参照値に前記装置の位
置を結ぶ手段と前記複数のトランスデューサを各々担持
する複数個のストリーマを牽引する容器を有し、前記測
地参照値が容器上の位置であることを特徴とするもので
ある。また本発明のハイドロアコースチック通信の方法
は、オフショア地震学的探査システムにおけるハイドロ
アコースチック通信の方法において、水中位置に配備さ
れた電気エネルギートランスデューサ／トランシーバに
おけるハイドロアコースチックパルスを伝達しかつ受信
し、設定された形状のパルスとキャリア周波数内にて前
記トランスデューサ位置における電子的ハイドロアコー
スチックエネルギーパルスを処理し、受信したハイドロ
アコースチックエネルギーパルスの形状を電子的に決定
し、設定された形状のパルスとキャリア周波数を識別
し、前記設定された形状のパルスとキャリア周波数を有
する識別したパルスの到着を計時し、識別したパルスの
到着時間からの設定された時間遅れにて前記トランスデ
ューサから伝達のために前記設定された形状のパルスの
応答ハイドロアコースチック波形とキャリア周波数を合
成し伝達することを特徴とするものである。またこの通
信の方法は、２個のトランスデューサにて受信したパル
スの到着時間を比較して２個のトランスデューサ間の空
間を決定することを特徴とし、さらに船の後に牽引され
た複数個のストリーマの各々において複数個の前記トラ
ンスデューサを直結し、かつトランスデューサにて識別
したパルスの到着時間を比較してトランスデューサの位
置を決定する工程とを含むことを特徴とするものであ
る。

【００１４】

【作用】本発明装置は、狭いハイドロアコースチックパ
ルスを伝達し、装置の対間にて空間的分離を測定する目
的のために受信したハイドロアコースチックパルスの到
着の時間決定のために提供したものである。装置の一例
は地震学的調査の精度を改善するためにハイドロフォン
ストリーマの位置と形状を見積るためのアコースチック
レンジングシステム（ａｃｏｕｓｔｉｃ ｒａｎｇｉｎ
ｇ ｓｙｓｔｅｍ）の部分として使用されるハイドロア
コースチックトランシーバである。前記レンジングシス
テムにおいて、個々のトランシーバは銃、ヘッドブイ、
尾部ブイ、ブイからひかれた隠れた牽引魚、牽引船のハ
ル（ｈｕｌｌ）上のハイドロフォンストリーマ沿いに各
種ポイントに装着してある。船上の、ある種の処理装置
である、コントローラはシステムの操作を制御し、通信
リンク上にトランシーバからデータを収集する。

【００１５】受信位置のスイッチにより、トランシーバ
は他のトランシーバからのパルスを聞く。受信路は電気
エネルギーをその入力にてデジタル語のシーケンス又は
サンプルにその出力にて変換する。サンプリングアナロ
グ−デジタルコンバータの如き変換手段へ、トランスデ
ューサ上にあたるハイドロアコースチックエネルギーの
電気エネルギー見本を伝導する。望ましい実施例におい
て、受信路は海洋環境にて重要な低周波ノイズを減衰す
るためのハイパスフィルタを含む。デジタルサンプルの
シーケンスから検出手段は他の同様なトランシーバから
伝達されたパルスの存在を検出し、パルスは公知の特徴
（特性）を有する。望ましい実施例において、公知の特
性はパルスとそのキャリア周波数の形状であり、検出手
段はデジタル−信号−処理（ＤＳＰ）集積回路（ＩＣ）
内に実現された多重チャンネルデジタルフィルタであ
る。

【００１６】ＲＯＭ又はＲＡＭの如きメモリ内に記憶さ
れた、デジタルフィルタの係数は、約５０ＫＨｚから約
１００ＫＨｚのチャンネル、又は５つの公知のキャリア
周波数の１つの上に公知の形状のパルスを検出するため
に形成される。デジタルフィルタは、フィルタの係数に
よりデジタルサンプルのシーケンスを修正して、各チャ
ンネル上のパルスを検出する。関連する最大関連値はフ
ィルタ代表検出パルスからであり、関連値の振幅はそれ
らの信号強度を示す。パルスの到着時間を表わす、パル
ス検出におけるタイマ手段の時間計時はメモリ内に保管
される。検出手段は同様に受信パルスの各々の信号強度
を保管する。到着時間と８パルス迄の信号強度は保管さ
れる。

【００１７】トランスデューサはトランシーバの電気伝
達路に接続されるが、トランシーバは公知の形状とキャ
リア周波数のハイドロアコースチックパルスを出力す
る。望ましい実施例において、１パルスは５つのキャリ
ア周波数の１つに各ショットポイントのために伝達され
る。パルスはショットポイントレートにて合成器内にて
デジタル的に合成される。タイマと協働するカウント比
較手段はレジスタ内に記憶された値とタイマカウントを
比較して伝達間隔を決定する。望ましい実施例におい
て、タイマのカウントはそのカウントがレジスタ内のカ
ウントと一致する時にゼロにリセットされる。受信パル
スの到着時間は伝達時間として参照される。デジタル的
に合成されたパルスは１２ビットデジタル−アナログコ
ンバータによりアナログシグナルに変換され、デジタル
スイッチングノイズを減衰させるためにバンドパスフィ
ルタと、パルスのパワーを他のトランシーバにより検出
されるに十分なレベルにパルスのパワーを増大させるた
めのパワーアンプを含む電気的伝達路によりトランスデ
ューサに伝導される。パルスはトランスデューサにより
水中に合成される。望ましい実施例において、伝達／受
信スイッチは各ショットポイント間隔の間約５００マイ
クロ秒の間伝達位置内にある。パワーをセーブするため
に、パワーアンプは短い伝達時間の間のみスイッチオン
される。

【００１８】望ましい実施例において、デジタル−アナ
ログコンバータを除くタイマ、比較手段、検出手段、及
び合成手段はＤＳＰチップ、その支持回路及びその操作
機械コードにより、実現される。ＤＳＰチップは多重チ
ャンネルデジタルマッチドフィルタを与えるに必要な如
き、多くの数学的及び論理的操作を迅速に遂行すること
ができるので使用される。ＤＳＰチップにより、高仕事
量、近同時的２路アコースチックレンジングは良好なマ
ルチパス拒絶を２個以上のストリームに与えることが可
能である。

【００１９】典型的な応用において、トランシーバは各
種位置にて、ストリーマに装着され、ヘッドとテールブ
イに、銃に、牽引魚に、船のハルに装着される。展開前
にストリーマは船のデッキ上にまだあるが、各トランシ
ーバは通信リンク上にコントローラにより形成される。
形成される係数は；（ａ）伝達周波数、（ｂ）質問間
隔、即ち伝達速度；（ｃ）伝達時間、即ち質問間隔の起
点又はマスター同期リセット時に起きる、タイマをゼロ
にリセットに関係値を伝達する時間、（ａ）受信窓開放
時間及び閉鎖時間、即ち質問間隔の起点に関する各受信
パルス用の受信間隔、（ｃ）受信チャンネル数（又はキ
ャリア周波数）：（ｆ）受信検出閾値、（ｇ）受信時間
測定値、形成可能な係数は、レジタル内に記憶される。
８つのレジスタは項目ｄ−ｇの対応セッティングにより
画成される限界に見合う各ショットポイントに８パルス
迄の受信を許す、項目ｄ−ｇの各項目に予約される。更
に、各トランシーバは設定されたチャンネル上にパルス
の受信時のみに選択したチャンネル上にパルスを伝達す
る応答器として形成されうる。応答器は船上でコントロ
ーラと共に、何ら通信リンクを有さない、テールブイの
如き、システム内の位置にて使用される。リンク上の通
信はパーティーライン上の各トランシーバとコントロー
ラ間である。各トランシーバ内のマイクロコントローラ
は通信を司どり、ＤＳＰチップによりアクセス可能なレ
ジスタ内に形成係数を記憶する。望ましい実施例におい
て、マルチパス干渉は、一度それが検出されると、設定
されたパルスの間受信間隔を終了させて拒絶される。

【００２０】展開とレンジング（ｒａｎｇｉｎｇ）中
に、船上のコントローラは緩やかに通信リンク上にしば
しば各トランシーバ毎に同期する。２路レンジングが実
施されると、数ミリ秒内の同期は充分であり通信リンク
上にて実施できる。各ショットポイントにとって、トラ
ンシーバは到着時間と、船上のコントローラに８パルス
迄の信号強度データは送り戻す。コントローラでは処理
され、ハイドロフォンストリーマの位置と形状の深さ解
決を更に記憶する。

【００２１】

【実施例】さて第１図を参照して、本発明の装置のブロ
ック線図も図示してある。トランスデューサ２０は水中
で受信したアコースチックエネルギーを受信電気エネル
ギーに変換するし、相互に電気パルスをアコースチック
パルスに変換し、それらを水中に結合する。トランスデ
ューサの一例は５０ＫＨｚから１００ＫＨｚのかなり平
らな応答を有するセラミック球体であり、多少多方向的
ビームパターンである。トランスデューサ２０は交互に
電気伝達路２２又は電気受信路２４の何れかに、Ｔ／Ｒ
（伝達／受信）スイッチ２６により接続してある。望ま
しい実施例のＴ／Ｒスイッチは電機的単極二投リレーで
あり、それはソリッドステートスイッチを含むものの他
の形成のスイッチも使用できるものとする。

【００２２】第１図に示す如き受信位置内のＴ／Ｒスイ
ッチ２６により、トランスデューサは電気受信路２４に
接続してある。受信路内には実質的電圧ゲインを与える
アクチブハイパスフィルタ２８を含む。望ましい実施例
において、ハイパスフィルタ２８は第４オーダのバター
ウォース（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ）フィルタで約４０
ＫＨｚの遮断周波数を有し、約３００の電圧ゲインを有
する。フィルタはノイズを０−５０ＫＨｚ範囲に減衰す
る。望ましい実施例はゲインを有するアクチブフィルタ
を使用するが、パッシブハイパスフィルタと共にゲイン
ステージとして別のプリアンプを使用することもでき
る。ハイパスフィルタ２８の出力にて濾過された電気エ
ネルギーはサンプルされ、１２ビット出力を与えるサン
プリングＡ／Ｄ（アナログ−デジタル）コンバータ３０
によりデジタルサンプルのシーケンスに変換される。サ
ンプリングレートは分周器３２の出力周波数_ｆｓにより
決定される。分周器はオシレータ３４からのクロック信
号の源により、それに印加される入力周波数_ｆ１を分周
する。望ましい実施例においてオシレータ周波数_ｆ１は
２０ＭＨｚである。分周器３２は１００ＫＨｚのサンプ
リングレート_ｆｓのために２００のファクタにより分周
する。こうして、Ａ／Ｄコンバータ３０は秒当り１００
０００サンプルのレートにて新しいサンプルを与える。

【００２３】望ましい実施例のＡ／Ｄコンバータ３０か
らの１２ビットデジタルサンプルは双方向性データバス
３８上のプロセサ３６により読取りされる。Ａ／Ｄコン
バータ３０からの変換信号４０の端期はプロセサ３６に
デジタルサンプルが読取りできることを伝える。プロセ
サは次いでＡ／ＤコンバータにＡ／Ｄ読取り制御信号４
２を伴ったバス３８へデジタルサンプルを出力するよう
コマンドする。プログラムされたプロセサはデジタルサ
ンプルのシーケンスから公知の特性を有するアコースチ
ックパルスの存在を検出するための手段として多重チャ
ンネルデジタルマッチドフィルタを装備する。検出の詳
細は後述する。

【００２４】トランスデューサ２０はプロセサ３６から
伝達／受信制御ライン４４により選択された電気的伝達
路２２に接続される。プロセサの制御下にて合成された
電気信号は水中にて合成されるためにトランスデューサ
に伺うことができる。伝達されるべきパルスの合成に
は、プロセサ３６がデータバス３８上に１２ビットデジ
タル語のシーケンスを出力する。望ましい実施例におい
て、設定されたパルスのシーケンスは約２００デジタル
語を含む。秒当り４０００００語のレートにて出力され
る連続語により、全体のシーケンスは約０．５ｍｓに渡
り、それが伝達パルスの時間である。シーケンスからの
連続デジタル語はデータバス３８から、プロセサからＤ
／Ａラッチ信号４６により４００ＫＨｚのレートにより
１２ビットＤ／Ａコンバータ（デジタル−アナログ）の
入力にラッチされる。Ｄ／Ａコンバータはその入力にて
１２ビットデジタル語をその出力にてアナログ電圧に変
換する。Ｄ／Ａコンバータのアナログ出力はその変換時
間、即ち変換起点に始まる間隔とその完成にて終る間隔
である間には画成されず、デグリッチャ回路５２が使用
される。変換時間中には、デグリッチャ５２はその出力
を大地に短絡させる。Ｄ／Ａコンバータ５０の出力は安
定しているが、デグリッチャ５２はＤ／Ａコンバータの
出力を直にローパス再築フィルタ５６に通過させる。ラ
ッチ４８を経たプロセサコントロールＴ−のデグリッチ
ャ制御ライン５４は交互に大地とＤ／Ａコンバータ５０
の出力間に適切にデグリッチャ５２の出力をスイッチす
る。ローパスフィルタ５６は、デジタルスイッチングノ
イズのほとんどを除去して、デグリッチャ５２の出力を
平滑する。望ましい実施例において、フィルタ５６はパ
ッシブ第３オーダベッセル（Ｂｅｓｓｅｌ）フィルタで
あり、パルスの周波数範囲上にて最小の相歪を与える。
フィルタ５６の出力における波形は所望の同成パルスの
それである。

【００２５】フィルタからの合成パルスはドライバ５８
とパワーアンプ６０を含む、電気伝達路２２上のトラン
スデューサ２０に伝導される。ドライバ５８は低電圧ア
ナログ部に高圧パワーアンプ６０からバッファするため
に働く。望ましい実施例において、ドライバ５８は又合
成パルスにこの電圧ゲインをも与える。約５０−１００
ＫＨｚの操作周波数範囲で３２ｄＢのゲインで名目１０
０オーム負荷のパワーアンプ６０はパルスを伝達用パワ
ーレベルに増幅する。

【００２６】通信インターフェース３７により、プロセ
サ３６はライン６１Ａにより外部コントローラ５９と通
信できる。トランスミッタとレシーバ形態を画成する係
数はコントローラにて選択され、プロセサ３６に送信さ
れ、そのメモリ内に記憶される。コントローラは又６１
Ａ上のパーティラインにより又は別のライン６１Ｂによ
りインターフェース上の６１Ｎにより同様の回路の多重
性内のプロセサとプロセサ３６を同期できる。更に、受
信パルスの到着時間と信号強度はインターフェース３７
上の外部コントローラ５９に送信される。プロセサ３６
は又深さを測定するための圧力トランスデューサと海水
の温度を測定するための温度トランスデューサの如きセ
ンサを含むデータ取得モジュール３５により集められた
データを読む。データ取得モジュールからのデータは通
信インターフェース３７上の外部コントローラに送られ
る。

【００２７】伝達パルスの合成は図１のプロセサ３６と
そのメモリ内に記憶された操作プログラムにより制御さ
れる。図２のフローチャートは伝達パルスを合成させる
ために使用される伝達サブル−ラインを描く。パルスを
伝達する時間になると、伝達サブル−ラインは招かれ、
プログラム実施は図２のステップ６２にジャンプする。
先ず、キャリア周波数に対応する、デジタル語のシーケ
ンス又は伝達係数Ｃ_Ｎ（ｉ）又はチャンネルＮ、その上
に伝達されるべきパルス又は伝達形成レジスタ内の値に
基づいて選択される。伝達形成レジスタは図１の通信イ
ンターフェース３７上にプログラムできるプロセサのメ
モリ内の位置である。望ましい実施例におンネルＮ＝１
〜５を画成し、又はそれぞれのキャリア周波数５５ＫＨ
ｚ、６５ＫＨｚ、７５ＫＨｚ、８５ＫＨｚ及び９５ＫＨ
ｚを画成する。０である第６の可能な値はパルスの伝達
ができない。例えば、伝達形成レジスタが値３を含む
と、７５ＫＨｚのキャリア周波数を備えるパルスは合成
される。

【００２８】伝達係数の正しいシーケンスが選択される
と、データポインタｉはステップ６４内にてゼロにな
り、選択されたシーケンスＣ_Ｎ（ｏ）の第１メンバーに
ポイントする。次いで、ステップ６６により、第１図の
デグリッチャ５２はラッチ４８とＤ／Ａ変換を期待する
制御ライン５４を経て短絡される。ｉ番目尾伝達係数Ｃ
_Ｎ（ｉ）はバス３８にのり、ラッチ４８とＤ／Ａ制御ラ
イン４６を経てＤ／Ａコンバータ５０の入力にラッチさ
れ、変換が始まる。プロセサは次いで、変換終了に十分
な時間の間、ステップ６０に遅らす。遅延後に、デグリ
ッチャの出力における短絡は断続され、ステップ７２内
に示した如くＤ／Ａコンバータの出力に出力を接続す
る。ステップ７４により、データポインタｉは次いでシ
ーケンス内の係数ＸＭＴＣＮＴの総数と比較される。望
ましい実施例において、ＸＭＴＣＮＴは２０３である。
データポインタが総数より小さいと、実施はステップ７
６迄続く。さもなければ、全体のシーケンスが変換され
パルス合成が完了し、実施がステップ８０と８２と共に
続き、それがデクリッチャを短絡から外して主招待プロ
グラムへの実施に戻ることを示す。データポインタｉは
ステップ７６にて増大され、次の連続伝達係数迄示す。
他のプロセサ遅延は実施がステップ６６により回復する
前に、ステップ７８により挿入される。ステップ７０と
７８の遅延は、パルス合成中に、デグリッチャが半分の
時間短絡され、他の半分の時間だけＤ／Ａコンバータの
安定出力に接続されるように選択される。遅延は更に、
望ましい実施例において、ステップ６６−７８から画成
され、６６に戻るループの１つの横断が４００ＫＨｚの
出力サンプルレートのために２．５マイクロ秒だけかか
る。５つのシーケンスＣ_Ｎ（ｉ）はプロセサ３６のメモ
リ内に記憶される。合成信号は他のセットに変化するた
めにはメモリ内の値を変えるだけを要求する。前記変化
は通信インターフェース３７上にてさえもできる。アナ
ログシステムにおいて、ハードウェアはリプレースしな
ければならない。

【００２９】図１のＡ／Ｄコンバータからのデジタルサ
ンプルのシーケンスからアコースチックパルスの存在を
検出する手段はプロセサ３６により実施される相関ルー
チンにより実現される。Ａ／Ｄコンバータ３０は、オシ
レータ３４と分周器３２によりセットされる如き１００
ＫＨｚのレートにて新しいデジタルサンプルを創る。各
変換の完了時に、Ａ／Ｄコンバータは変換ライン４０の
端部上のプロセサ３６に送信し、ライン４０はプロセサ
がすぐに遮断サービスルーチンを実施するようにさせ
る。図４のＡ／Ｄリードと称されるルーチンはＡ／Ｄコ
ンバータがデジタルサンプルを、Ａ／Ｄリードライン４
２上の信号によりデータバス３８上に乗せる。プロセサ
は次いでサンプルを読み、円形バッファ８３内の次の可
能な位置をそのメモリ内にて記憶する。望ましい実施例
の円形バッファ８３は５０サンプルを保持する。バッフ
ァが満たされると、次のサンプルは５０サンプルの最古
のものを交換するので、バッファは常に５０の最新サン
プルと保持する。図４のステップ１２４は前のプログラ
ムに実施に戻る前のこの操作を遂行し、ステップ１２６
に示される如きのものである。このポイントにて、伝達
パルスは０．５ｍｓパルスを創生すると共に、４００Ｋ
Ｈｚレートにて約２００の係数により合成される。わず
か１００ＫＨｚにてレシーバ内のＡ／Ｄコンバータはサ
ンプルするので、５０連続サンプルは０．５ｍｓ間隔の
スパンに渡る。０．５ｍｓはパルスの幅である。より多
くの伝達係数はローパス再築フィルタ５６を実現するた
めに要求されるハードウェアを簡単にするために使用さ
れる。

【００３０】相関検出器は図３にフローチャートした検
出ハーチンによりプロセサ３６内にて履行される。図面
も簡単にするために、図３のフローチャートは１本のチ
ャンネル上のパルスの検出用に描いてある。事実、検出
ルーチンは５本のチャンネル迄の上に同時に遂行でき
る。ルーチンの第１ステップ８４は受信データポインタ
ｊをゼロにし、ポインタは検出ルーチンの起動に関する
カウントインダックスとして使用される。ステップ８６
にて、プロセサはタイマ遮断を待つ、それは各０．１ｍ
ｓ毎に起り、又は１０ＫＨｚのレートにて起る。タイマ
遮断ルーチンは図４にフローチャートしてある。タイマ
遮断が起り、Ａ／Ｄコンバータが読まれると、実施はス
テップ８８と９０に続き、ステップは相関ポインタＫ、
相関アキュムレータｙｉ（ｊ）とｙｑ（ｊ）をゼロにす
る。反復的実施されるステップ９２、９４、９６と９８
は相内及び四次元相関の５０のほとんどの最近の入力サ
ンプルｘ（ｊ）、ｊ＝−４９〜０を遂行し、５０相内相
関係数ｈｉ（ｋ）と５０四次元係数ｈｑ（ｋ）を設定さ
れた４チャンネルとして伴う。係数はプロセサのメモリ
内に記憶される。５００係数の統計は５つのチャンネル
をカバーするために記憶される。重大なハードウェアの
変化なしに伝達係数ＣＮが修正される丁度その時に、そ
のように相関係数もできる。後述のように、係数は各チ
ャンネル用の伝達パルスの公知の形状を表す。ステップ
９２、９４、９６と９８の反復は相関ポインタに、それ
は各反復毎に増大されるが伝達パルスシーケンス内の値
の数の１／４に達する迄続く。望ましい実施例におい
て、ＸＭＴＣＮＴ＝２０３であり、ＸＭＴＣＮＴ／４＝
５０である。従って、各相関アキュムレータは５０ター
ムの数を表す。標準の数学的語義において、相内相関
は、ｙｉ（ｊ）＝Σ［ｘ（ｊ−ｋ）ｈｉ（ｋ）］により
与えられ、四次元相関はｙｑ（ｊ）＝Σ［ｘ（ｊ−ｋ）
ｈｑ（ｋ）］で与えられる。但し統計は０〜４９のＫ上
である。

【００３１】相関計算が終ると、実施はステップ１００
と共に続き、ステップ１００は鈍相関値ｙ（ｊ）、相内
と四次元相関値、又はｙｉ（ｊ）とｙｑ（ｊ）の平方統
計の平方根のベクトル統計を計算する。ステップ１０２
において、鈍相関値はプロセサのメモリ内の受信形態レ
ジスタ内の選択可能な値である。受信閾値ＴＨＬＤと比
較される。鈍相関値が閾値より小さいと、鈍相関値ｙ
（ｊ）はステップ１０４にてゼロにセットされる。何れ
の場合にも、実施はステップ１０６迄続き、最大相関値
を決定する。ステップ１０６において、最新鈍相関値ｙ
（ｊ）は前の最大ピーク値ｐ（ｊ−１）と比較される。
最新値が大きければそれはｐ（ｊ）内の前の値を交換す
る。さもなければ、前の値ｐ（ｊ−１）はｐ（ｊ）内に
置かれる。こうしてｐ（ｊ）は未だ計算されない最大相
関を含む。ピーク鈍相関値が既に検出されると、ステッ
プ１０８はステップ１１０、１１２、１１４及び１１６
内にて履行されたピーク検出器をバイパスさせる。ピー
ク鈍相関値が未だ検出されないと実施はステップ１１０
に進み、それは最大相関値ｐ（ｊ）と、最新鈍相関値ｙ
（ｊ）とを比較する。ｙ（ｊ）がｐ（ｊ）より小さい
と、相関値は減少し始め、電流ｙ（ｊ）はピーク以上の
第１の値である。ピークが検出され、装置が応答器とし
て操作されると、タイマの計時はゼロにリセットされ、
実施はステップ１１１、１１３及び１２２に示す如く、
招待ルーチンに戻る。ピークが検出され、操作が標準の
場合には、実施はステップ１１２に進み、それはＰＬＳ
ＴＩＭと称されるプロセサのメモリ内の位置内に、ピー
ク（ｊ−１）と一致するデータポインタの値を記憶す
る。新しい相関値が計算される各時間毎にデータポイン
タは増大されるので、即ち各０．１ｍｓ毎に、データポ
インタは同期的な計時を作るタイマとして働く。ステッ
プ１１２は最大相関値に計時を与える手段を提供し、検
出ルーチンの起動に関してパルスの到着の時間を示す。
そのピーク相関値ｐ（ｊ）である、受信パルスの信号強
度はステップ１１４のプロセサのメモリ内の位置ＰＬＳ
ＬＶＬに記憶される。ステップ１１６はＳＫＩＰフラグ
をセットし、ピークが決定されたことを示す。ステップ
１０８と１１０の決定の結果にかかわらず、実施はステ
ップ１１８と共に回復し、設定されたチャンネル上のパ
ルス検出が完了したか否かを決定する。プロセサのメモ
リ内のレシーバ形成レジスタは、相関検出ルーチンが設
定されたチャンネル上で操作する検出ルーチンの起動の
間に受信間隔を画成する値ＲＣＶＣＮＴを含む。データ
ポインタｊがＲＣＶＣＮＴの値に達すると、プログラム
実施は、ステップ１２２内にその前に走るルーチンに戻
る。さもなければ、データポインタｊはステップ１２０
内にて増大され、実施はステップ８６にループバックし
て、次の相関値を計算する。ステップ１００により遂行
される平方根関数は到着時間の決定に影響を与えずに除
去することができることがは判った。ステップが除外さ
れると鈍相関値は単に相関値を平方し、閾値は同様に平
方されるべきである。望ましい実施例の平方根ステップ
１００の目的は入力サンプルとして同じユニットに鈍相
関値をスケールするためである。

【００３２】ソフトウェアタイマは図４にフローチャー
トしたタイマ遮断ルーチンにより回復される。ルーチン
は毎０．１ｍｓ毎に、又は１０ＫＨｚのレートにて走
る。図１のオシレータ３４はクロック信号源であり、そ
れに対してタイマルーチンの実施レートが参照される。
タイマルーチンが走る毎に、ステップ１３０に示す如く
ＴＩＭＥＲをラベルされた位置にてプロセサのメモリ内
にタイムカウントは記憶される。タイムカウントが最大
タイムカウントＴＣＮＴに達すると、タイムカウントは
ステップ１２８と１３６内に示す如くゼロにリセットさ
れる。更に、マスタ同期コマンドを受信すると、タイム
カウントはゼロにリセットされ、マスタ同期はクリアさ
れるので、タイマルーチンは、ステップ１３２と１３４
にて示す如くタイムカウントをゼロにリセット保持はし
ない。図１の通信インターフェース上に送信されたマス
タ同期コマンドは互いに装置を同期させるために使用さ
れ、通常は各ショットポインタ毎である。各ショットポ
インタ毎に装置が同期しないと、ＴＣＮＴは伝達レート
もセットする質問間隔を画成する。

【００３３】伝達と検出のルーチンの計画は図５に示し
た主ルーチンにより取扱われる。主ルーチンは再びリセ
ットしない限り、リセット上に走りかつループ内にて走
り続ける。先ず、ステップ１４０により、ゼロを表すデ
ジタル語は図１のデータバス４６上に置かれ、ラッチ４
８によりラッチ制御ライン４６によりＤ／Ａコンバター
タ５０の入力にラッチされる。次いで、ステップ１４２
はＴ／Ｒスイッチ２６を制御ライン４４を経て、その受
信位置にリセットする。プログラム実施は次いでループ
の起動、ステップ１４４に入る。タイマ遮断（各０．１
ｍｓ）が起きると、ループは一度だけ実施される。先
ず、伝達位置にＴ／Ｒスイッチをセットする時間である
と、ルーチンはステップ１４６内にて決定する。もしそ
うならば、ステップ１４８でもそうする。ステップ１５
０内にて、タイムカウントＴＩＭＥＲは合成とパルスＸ
ＭＴＴＩＭの伝達を始める時間と比較される。マッチす
れば、図２に示す。伝達サブルーチンはステップ１５２
内にて実施するために招ばれる。伝達する時間でない場
合又は伝達ルーチンが実施を終了した場合には、ステッ
プ１５４はＴ／Ｒスイッチ２６を受信位置にリセットす
る時間かを決定する。もしそうならば、ステップ１５６
はスイッチをリセットする。望ましい実施例において、
Ｔ／Ｒスイッチは、合成信号が終了できることを確実に
するに十分な時間、又は丁度０．５ｍｓ以上伝達位置内
に維持される。Ｔ／Ｒスイッチは受信位置にて時間の残
りである。ステップ１５８において、タイムカウントＴ
ＩＭＥＲは設定された受信チャンネル上の受信間隔の開
放を表す値ＲＣＶＴＩＭと比較される。マッチすれば、
図３に示す、検出サブルーチンはステップ１６０により
実施するために招ばれる。さもなければ又は検出サブル
ーチン終了後に、ループはステップ１４４に再起動され
る。

【００３４】単純化のために、ここで話すフローチャー
トは単一のチャンネル上の描写検出にて画かれている。
事実、望ましい実施例において、５本のチャンネル迄の
上での同時検出は可能である。更に８パルス検出迄の事
柄は各ショットポイント毎に捕えられる。８パルス検出
の事柄はプリセット条件を表す８レシーバ形成レジスタ
内の値により画成される。８レジスタはプロセサのメモ
リ内にある。望ましい実施例において、８レシーバ形成
レジスタの各々は下記を含む。 （ａ） 検出ルーチンにて使用される相内及び四次元相
関係数を選択する、レシーバチャンネル数。 （ｂ） ピーク検出に使用される最小相関値を画成す
る、受信閾値（ＴＨＣＤ）。 （ｃ） 検出ルーチンが走る受信窓の起動を画成する受
信窓開放時間（ＲＣＶＴＩＭ）。 （ｄ） ＲＣＶＴＩＭに関する（ｃ）の受信窓の終期を
画成する受信窓閉鎖時間（ＲＣＶＣＮＴ）、及び （ｅ） 上記（ａ）−（ｄ）により画成されたパルスの
受信に応答してのみ伝達により自律的応答器として、装
置が操作するビット画成。

【００３５】望ましい実施例に使用される他のプリセッ
ト可能なレジスタは下記を含む。 （ａ） 伝達チャンネルＮと対応係数Ｃ_Ｎ（ｉ）を選択
する、伝達形成レジスタ。 （ｂ）タイムカウントモジュラスである、値（ＴＣＮ
Ｔ）を含む質問間隔レジスタ。従ってＴＩＭＥＲはＴＣ
ＮＴに等しく。ＴＩＭＥＲはゼロにリセットされて、伝
達間隔を再起動させる。 （ｃ） 伝達間隔（ＴＩＭＥＲ＝０）の起動に関して伝
達時間を決定する、値（ＶＭＴＴＩＭ）を含む、オフセ
ットタイムレジスタ。及び （ｄ） 遅延のパルスの到着時間を修正し、さもなけれ
ばそのためではない測定値（ＣＡＬＴＩＭ）を含む、カ
リブレーションレジスタ。

【００３６】８レシーバ形成レジスタの各々によりセッ
トされた条件により８パルス迄の各々を検出すると、各
々の到着時間（ＰＬＳＴＩＭ）と信号強度（ＰＬＳＬＶ
Ｌ）はメモリ内に記憶される。到着時間は８受信タイム
レジスタの１つの内に記憶され、信号強度は８信号強度
レジスタの１つの内に記憶される。８受信時間及び信号
強度レジスタは８受信形成レジスタと対応する。到着時
間は、（ＲＣＶＴＩＭ＋ＰＬＳＴＩＭ−ＸＭＴＴＩＭ＋
ＣＡＬＴＩＭ）により伝達時間ＸＭＴＴＩＭに関して計
算される。

【００３７】直接アコースチック路は反射路より短いの
で、直接路上のパルスは反射路上のパルスより前に検出
器に到着する。各受信時間内の第１の鈍相関値を選択し
て、検出ルーチンはマルチパス問題を解決する。

【００３８】プリセット可能なレジスタは図１の通信イ
ンターフェース３７上の外部コントローラにより形成さ
れる。受信タイム及び信号強度レジスタ内の値は、解決
アコースチック範囲内に使用される通信インターフェー
ス３７上のコントローラへ送信される。

【００３９】前述の如く、伝達信号セットは５キャリア
周波数：５５ＫＨｚ、６５ＫＨｚ、７５ＫＨｚ、８５Ｋ
Ｈｚ及び９５ＫＨｚ上の０．５ｍｓパルスから成る。実
際のパルス形状は反復技術パークス−マクレラン（Ｐａ
ｒｋｓＭｃＣｌｅｌｌａｎ）数学として公知で、１９７
５年プレンチスホール、オッペンハイムとシェーファに
よるデジタルシグナルプロセシングの本に記載されたも
のにより実現される。パークス−マクレラン数学は、有
限パルス形状用に、所望の周波数スペクトルに最適の近
似を取る。数学の実際の出力は等しい時間の振幅を表す
係数のセットである。幾つかの範囲のものが信号セット
を設計するのに使用された。第１に、有限長、狭いパル
スが空間解決を最大にし、マルチパス干渉を最小にする
ために望ましい。第２に、クロスチャンネル干渉を避け
るためにレシーバにより要求されるチャンネル空間は、
設定されたトランスデューサがレンジングシステムのよ
り弾力的操作のために多くのチャンネルを扱うことがで
きるように小さくあるべきだ。当技術において、伝達信
号の設定されたセットのための最良のレシーバはマッチ
ドフィルタレシーバである。マッチドフィルタはそのイ
ンパルス応答がそれがマッチされる信号と同じ形状を有
するが時間的に逆のものであるフィルタとして画成され
る。同一の時間逆転した対称的な伝達パルスのために、
インパルス応答はそれがマッチされる信号の形状と同一
である。同様に対称的伝達パルスのために、マッチドフ
ィルタレシーバはパルスの周波数スペクトルに同一の周
波数反応を有する。こうして、レシーバの所望の周波数
応答の選択は又パルスの周波数スペクトルをもセットす
る。マッチドフィルタの別のポイントは、逆時間インパ
ルス応答が実現できないので、線形アナログシステム内
では実現できない。

【００４０】図６には、設定された受信チャンネルの所
望の周波数応答１７０と実際の応答１７２はパークス−
マクレラン発生したパルス形状に望ましいものとして近
似のものである。所望の周波数応答１７０はキャリア周
波数にて０ｄＢピークから隣りのチャンネルのキャリア
周波数にて８０ｄＢに下がり、それ以上の所では８０ｄ
Ｂに一定して残る減じる対称的三角形形状を有すること
ができる。実際の応答１７２は６０ｄＢの悪い場合のク
ロスチャンネル拒絶を実際に生む所望値に近似する。良
好なクロスチャンル拒絶はレシーバチャンネルがわずか
１０ＫＨｚにより分離されうるものであり、１個の高周
波トランスデューサを使用できる。レシーバチャンネル
の実際の周波数応答１７２は、それがマッチされるパル
スのもの同じであり、約１０ＫＨｚである。図７ａは５
チャンネルの所望の周波数応答のオーバラップと、５０
ＫＨｚから１００ＫＨｚの可能なスペクトルの効率的な
使用を示す。アナログ器具において、５つの独立したバ
ンドパスフィルタが要求され、各々は多くのコンポーネ
ントから成っている。

【００４１】伝達パルスユンビロープ１８０のプロット
と９５ＫＨｚのキャリア周波数１８２上の伝達パルスは
図８に示してある。プロットの各々は約２００値であ
る。望ましい実施例２０３を使用の場合には、２０３値
の各々がエンビロープ用にプロットされ、Ｃ_Ｅ（ｉ）と
設計され、各チャンネルの伝達係数は、Ｃ_Ｎ（ｉ）＝Ｃ
_Ｅ（ｉ）Ｃ_ｏｓ［Ｚπ（ｆ_Ｎ／ｆ_ｔ）ｉ］で表され、ｆ
_ｔ＝４００ＫＨｚ、伝達サンプリング周波数、ｆ_Ｎ＝チ
ャンネルＮ用のキャリア周波数、及びｉは−１０１から
＋１０１へ走る。プロセサ３６はチャンネル５上の伝達
パルスを合成し、例えば連続的係数Ｃ_５（ｉ）をＤ／Ａ
コンバータ５０へ秒単位にて４０００００係数のレート
にて送信される。結果は示された形状１８２を有する伝
達パルスであるが、更に再築フィルタ５６により平滑に
される。最高重要な伝達周波数（１００ＫＨｚ）のそれ
の４倍のレートにて変換されたデジタル語からパルスを
合成して、デジタルスイッチングノイズは、第３オーダ
ローパスベッセルフィルタ５６により効果的に除去され
る。ベッセルフィルタは濾過プロセス内の相歪を最小に
するために使用される。より遅い変換レートはより複雑
で高原価のより高いオーダのフィルタを要求する。

【００４２】望ましい実施例のパルスエンビロープは、
約０．５ｍｓの総時間を有するが、そのエネルギーのほ
とんどは、パルスエンビロープの中心をプラケットする
０．１ｍｓ窓内である。従って、約０．１ｍｓの時間解
決を実現できるが、それは海水中の約０．１５ｍの空間
的解決に対応する。狭いパルスは又約０．１ｍｓに等し
い路長内の差異のために反射パルスから所望のパルスを
解決することができる。そして、検出器が直接パルスと
反射パルス間を区別でき、マルチパス問題を効果的に除
去できる。

【００４３】サンプルデータレシーバの設計上の一般規
則はサンプリング周波数が別名として公知のものを避け
るために受信されるべき信号内に存在する最高周波数の
少なくとも２倍であるべきである。別名とは現象であ
り、他の周波数ｆ_６にてサンプルされた周波数コンポー
ネントｆ_ａ、但しｆ_６＜２_ｆａが周波数ｆ_３＝ｆ_ｂ−ｆ
_ａにシフトされたコンポーネントであると思われる。他
の周波数成分が実際にｆ_３にあると、シフトされた成分
（コンポーネント）により別名される。２つの独立した
成分を区別することはできる。一般規則が望ましい実施
例に従うと、Ａ／Ｄコンバータ３０のサンプリング周波
数ｆｓは約２００ＫＨｚであるべきだ。前記高いサンプ
リング周波数は５チャンネルレシーバ回復が困難にな
る。望ましい実施例において、公知の周波数シフト特性
は、より遅いサンプリング周波数を許すという利点があ
る。１００ＫＨｚのレートにて５０ＫＨｚから１００Ｋ
Ｈｚのバンドを占める信号のアンダーサンプリングはそ
れら信号を０Ｈｚから５０ＫＨｚのバンドにシフトす
る。事実、５０ＫＨｚ以上のスペクトルは約５０ＫＨｚ
（サンプリング周波数の半分）にたたまれる。作業する
ためのこのアンダーサンプリング技術のために、ハイパ
スフィルタ２８は０Ｈｚから５０ＫＨｚバンドを別名を
避けるためにプレサンプルしたエネルギーを除去するた
めに使用される。約４０ＫＨｚの遮断周波数はパスバン
ド内の相歪を最小にし、ストップバンド内のノイズを十
分に減衰する。図７ａの５０ＫＨｚ−１００ＫＨｚスペ
クトルは図７ｂの０Ｈｚ−５０ＫＨｚスペクトルに変換
される。１００ＫＨｚにてサンプルされると、５５ＫＨ
ｚの伝達チャンネル１キャリア周波数はシフトしたスペ
クトル内の周波数４５ＫＨｚとして現れる。他のチャン
ネルのキャリア周波数は；チャンネル２−３５ＫＨｚ、
チャンネル３−２５ＫＨｚ、チャンネル４−１５ＫＨｚ
及びチャンネル５−５ＫＨｚとして現れる。海水により
高周波数の天然濾過と１２ｄＢ／オクターブトランスデ
ューサロールオフ（１００ＫＨｚ以上の）は、０−５０
ＫＨｚバンド内に偶数高ノイズ周波数の別名の効果を最
小にする。

【００４４】２０３、４００ＫＨｚ係数から合成された
伝達パルスは１００ＫＨｚレートにてレシーバ内にサン
プルされ、相内及び四次元シーケンスの５０係数各々に
対して相関される。相内及び四次元レシーバ係数ｈｉ
（ｋ）とｈｑ（ｋ）は図９にプロットしてある。係数ｈ
ｉ（ｋ）の相内シーケンスは、エンビロープのピークと
一致するそのピークと共に５ＫＨｚサイン波形によりエ
ンビロープ８０の形状を乗算して発生され、０．０１ｍ
ｓ毎のスペースの結果の波形１９０の５０サンプルを選
択して発生される。四次元係数は同様に発生するが、エ
ンビロープ１８０は９０°シフトさせた５ＫＨｚサイン
波形により乗算される。結果のシーケンスｈｑ（ｋ）の
プロット１９２は図９に示してある。

【００４５】図１０に示す四次元検出計画は、コリレー
タ２００と２０２内の５０係数ｈｉ（ｋ）とｈｑ（ｋ）
の２つのシーケンスに対して０．５ｍｓスパンのＡ／Ｄ
コンバータ３０から５０連続サンプルｘ（ｋ）を相関さ
せる（Ａ／Ｄコンバータ３０を除いて、図１０の残りの
ブロックはプログラムコード内にて回復される）。結果
の相関値ｙｉ（ｊ）とｙｑ（ｊ）は平方器２０４内にて
平方され、加算器２０６内に加算される。最後に、鈍相
関値ｙ（ｊ）は平方根ブロック２０８により得られる。
平方根ブロック２０８は、鈍相関値をサンプル入力とし
て同じユニット単にスケールするために使用される。検
出計画内のマッチドフィルタを使用する大きな利点は、
ｙ（ｊ）シーケンスが伝達パルスエンビロープの自動相
関関数である。対称的パルスの自動相関関数の興味ある
特性は、それも対称的であるが２倍程広い。シーケンス
ｙ（ｊ）により画成された自動相関関数は時間で２倍程
広いので、その周波数スペクトルはパルスのそれの約半
分である。伝達パルスの各々のバンド幅が約１０ＫＨｚ
であり、自動相関関数のバンド幅を約５４ＫＨｚにさせ
ることを覚えておくべきである。従って、相関計算は相
関関数の別名を避けるために１０ＫＨｚのレートｆ_ｋに
てのみ実施される必要がある。こうして、マッチドフィ
ルタレシーバを使用する場合の利点は、コリレータの出
力が非マッチドフィルタレシーバにおけるバンド幅の２
倍の代りに、伝達信号のバンド幅と同じレートにてサン
プルされうる。利点は必要とされる相関計算の数を大幅
に減らす。パルスの到着をスパンする鈍相関値ｙ（ｊ）
の典型的シーケンスは図１１にプロットしてある。図１
１のプロット値のエンビロープは伝達パルスエンビロー
プの自動相関関係を描き、パルスの２倍の幅である。図
１０図のピーク検出器２０９はシーケンスから最大値ｙ
（ｊ）を選択し、シーケンスはパルスの到着を表す。多
重チャンネルシステムの多くの計算の遂行はプロセサが
高性能であることを要求する。望ましい実施例におい
て、デジタル−信号−プロセシング（ＤＳＰ）１Ｃは伝
達パルスを合成するために使用され、受信パルスを検出
するために使用される。前記ＤＳＰチップの例はＤＳＰ
５６０００でイリノイ州、シャームバーグのモトロー
ラ、インクが製造したものである。更にＤＳＰチップを
軽負荷にするために、それはより効率的に遂行できる
し、低コストマイクロコントローラは他の機能、例えば
タイミング、通信インターフェース３７上の通信及びデ
ータ取得モジュール３５の読取りなどを扱うために使用
される。前記アイクロコントローラの例は、又イリノイ
州シャームバークのモトローラ、インクが製造した、モ
トローラＭＣ６８ＨＣ１１Ａｌである。こうして、望ま
しい実施例のプロセサ３６はパルス合成と検出用のＤＳ
Ｐチップ、一般的な入力／出力、タイミング、通信及び
制御用のマイクロコントローラ及びそれら関連メモリか
ら成る。

【００４６】図１２を参照すると、２本の海中ハイドロ
フォンストリーマ２２２Ａと２２２Ｂを引く地震牽引船
の平面図を示してある。ヘッドブイ２２６Ａとテイルブ
イ２３０はストリーマ２２２Ａの先端と後に夫々牽引さ
れている。浮いているブイ２２６Ａと２３０Ａは海中ス
トリーマ２２２Ａの端部をマーキングする表面参照とし
て使用される。ストリーマ２２２Ｂは同様にそのヘッド
ブイ２２６Ｂとそのテイルブイ２３０Ｂによりマークし
てある。本発明の装置を含む、ハイドロアコースチック
トランシーバポッド２３６Ａ−ＪはＰＯＳＩＴＩＯＮＳ
＃２−４にて海中ストリーマ２２２Ａと２２２Ｂに装着
して示してあり、ＰＯＳＩＴＩＯＮ＃１にてヘッドブイ
２２６Ａと２２６Ｂに装着してあり、ＰＯＳＩＴＩＯＮ
＃５にて、テイルブイ２３０Ａと２３０Ｂに装着してあ
る。図１２の図示を単純化する目的のために、トランシ
ーバ２３６Ａ−Ｊは唯２本のストリーマ２２２Ａと２２
２Ｂ及びそれらのブイ２２６Ａ−Ｂと２３０Ａ−Ｂに装
着して示してある。典型的地震調査において、別のトラ
ンシーバも牽引船２２００ハルと空気鈍２３４に取付け
てある。これら別のトランシーバは典型的に外部コント
ローラに通信リンクにより接続してあるが、もし適切な
らば応答器として操作される。更に海の縦方向熱プロフ
ィルブイはブイ上のトランシーバとストリーマ上のそれ
らとの間のアコースチック路を排除する場合に、魚牽引
装備トランシーバはブイの下に牽引されてリレーアコー
スチック路を完全にする。更に、２本以上のストリーマ
が展開され、その長手に沿って分配した図１２に示した
のよりより多くのトランシーバを各々が備えている。典
型的な３Ｋｍストリーマはその長手沿いに約６本のトラ
ンシーバを有する。ストリーマに直に取付けた、トラン
シーバ２３６Ｂ、Ｃ、Ｄ及び２３６Ｇ_１Ｈ_１Ｉは、スト
リーマ２２２Ａと２２２Ｂ内の通信ラインを介しての牽
引船上のコントローラと通信できる。ほとんどの適用の
場合に、ブイはいかなる電気接続を牽引器沿いに無し
に、ストリーマに牽引してある。従って、ブイに装着し
たトランシーバは通常はコントローラと通信できない。
図示の目的のために、図１２のトランシーバ２３６Ａ、
Ｅ、ＦとＪはコントローラと通信できない。ブイに装備
したトランシーバは応答器として形成され、応答器は指
定したチャンネル上のパルスの検出時のみに伝達する。
図１２の点線はトランシーバ２３６の対間の範囲を表
す。典型的な展開において、ストリーマ２２２Ａ上の全
てのトランシーバは同じチャンネル上に伝達でき、スト
リーマ２２２Ｂの全てのトランシーバは他のチャンネル
上に伝達できる。ブイ内の応答器は、それが上に伝達す
るにつれて、同じチャンネル上にパルスの受信に応答し
て伝達するように形成してある。応答器を除いて、各ト
ランシーバはその隣りのトランシーバからパルスを受信
するように形成してある。例えば、トランシーバ２３６
Ｂは２３６Ａ、Ｃ、Ｆ、Ｇ及びＨから５個のパルスを受
信するように形成してある。パルス伝達時間は同じトラ
ンシーバにて同時に到着することから同じチャンネル上
のパルスを妨げるためによろめく。典型的な展開におい
て、互いに直に横切るトランシーバは多少、一緒に先ず
船に最寄りのものに、次いて船から最遠のものを介して
伝達する。

【００４７】望ましい実施例における一対のトランシー
バ間の範囲は精密な同期コマンドの必要をさけるために
２路レンジングにより測定される。２路レンジングにお
いて、各トランシーバはパルスを伝達する。ｔ_ｉｘ参照
の時間に第１をトランシーバ＃１５のタイマに、第２を
時間ｔ_２ｘにトランシーバ＃２１のタイマに参照づけ
る。第１は第２のパルスを時間ｔ_１ｒ受信し、第２は第
１のパルスを時間ｔ_２ｒに受信する。２本のトランシー
バのタイマが同期していなくても、範囲は、［（ｔ_１ｒ
−ｔ_１ｘ）＋（＋ｔ_２ｒ−ｔ_２ｘ）］／２に釣合う。理
由は２個のタイマ間のオフセット（ｏｆｆｓｅｔ）は減
算により除去されるからである。トランシーバ＃１内の
時差（ｔ_１ｒ−ｔ_１ｘ）とトランシーバ＃２内の（ｔ
_２ｒ−ｔ_２ｘ）は外部コントローラへ通信インターフェ
ース３７上に送信された値である。外部コントローラは
次いでＣ［（ｔ_１ｒ−ｔ_１ｘ）＋（ｔ_２ｒ−ｔ_２ｘ）］
／２として範囲を計算する。但しＣは海中の音速であ
る。詳述した計算は牽引船２２０上の外部コントローラ
と通信できるトランシーバ２３６Ｄと２３６Ｉ間の図１
２の範囲２４０に印加される。

【００４８】トランシーバと応答器間の範囲の決定には
計算は異なる。同じストリーマ上のトランシーバ＃３と
応答器＃４間の範囲には、そこでは応答器はトランシー
バ＃３からパルスの検出に応答して伝達するように形成
してあるが、範囲２４２は［（ｔ_３ｉ−ｔ_３ｒ）−
ｔ_ｄ］／２に釣合う。外部コントローラへトランシーバ
＃３が報告する差異（ｔ_３ｒ−ｔ_３ｘ）はトランシーバ
＃３のパルス伝達と応答器＃４からのパルス受信用の時
間である。パルスの応答器の検出とその続く伝達間の全
ての応答に固有の、ＸＭＴＴＩＭ＋ＣＡＬＴＩＭに等し
い遅延ｔ_ｄはコントローラにより知られ、範囲の計算に
配慮される。この計算はトランシーバ２３６Ｄと応答器
２３６Ｅ（図１２）間の範囲２４２に適用される。

【００４９】トランシーバ２３６Ｄと応答器２３６Ｊ間
の範囲については、応答器は２３６Ｄ以外のトランシー
バからのパルスの検出に応答して伝達する。即ちトラン
シーバ２３６Ｉからである。計算はより複雑となる。こ
の場合に使用される範囲等式の形式を単純化するため
に、トランシーバ２３６Ｉを参照するためにＩの尾符号
を使用し、応答器２３６Ｊを参照するのにＪの尾符号を
使用するし、応答器２３６Ｄを参照するのにＤの尾符号
を使用する。

【００５０】範囲２４４は下記に釣合う： （ｔＩ_ｒＪ−ｔＩ_ｘ）−（ｔ_ＩｒＤ−ｔ_２ｘ）−ｔ_ｄ−
［（ｔ_Ｄｒ５−ｔ_Ｄｘ−ｔ_ｄ］／２＋［（ｔ_ＩｒＤ−ｔ
_Ｉｘ）＋（ｔ_ＤｒＩ−ｔ_Ｄｘ）］／２、但し、（ｔ
_ＩｒＪ−ｔ_Ｉｘ）は２３６Ｉからのパルスの伝達時間に
関して応答器２３６Ｊからのパルスの２３６Ｉに到着時
間である。

【００５１】（ｔ_ＩｒＤ−ｔ_Ｉｘ）は２３６Ｉからのパ
ルスの伝達時間に関してトランシーバ２３６Ｄからのパ
ルスの２３６Ｉの到着時間である。

【００５２】（ｔ_ＤｒＪ−ｔ_Ｄｘ）は２３６Ｄからのパ
ルスの伝達時間に関する応答器２３６Ｊからのパルスの
２３６Ｄの到着時間である。

【００５３】（ｔ_ＤｒＪ−ｔ_Ｄｘ）は２３６Ｄからのパ
ルス伝達時間に関するトランシーバ２３６Ｉからのパル
スの２３６Ｄに到着時間であり。ｔ_ｄはパルスの受信と
伝達間の応答の固有の遅れである。

【００５４】（ ）内の語義は通信インターフェースを
経た外部コントローラへ送信された到着時間であり、ｔ
_ｄは公知の値である。これら語義から、外部コントロー
ラは範囲２４４を計算できる。

【００５５】完全な位置解決における本質的な要素は範
囲測定時における各トランシーバの深さである。この理
由のために、望ましい実施例の図１のデータ取得モジュ
ール３５は圧力トランスデューサからプロセサ３６へ深
さ情報を移転でき、プロセサは情報を通信インターフェ
ース３５上の外部コントローラへ送信する。深さデータ
により、データ取得モジュールは温度情報を温度センサ
から提供でき、情報は同様に音の局部速度を見積るのに
使用される外部コントローラへ送信される。

【００５６】図１を再び参照すると、このシステムの発
明は、プロセサ３６に与えられた外部同期信号を使用し
て１路レンジングシステムとして使用できる。外部同期
信号はタイマの計時をゼロにリセットするために使用さ
れる。同期信号はプロセサの実施を遮断し、直ちにタイ
マの計時をゼロにリセットする。更に各トランシーバは
貢献するレシーバ又はトランスミッタして形成される。

【００５７】こうして、この点を装置とハイドロアコー
スチックポジショニングシステム用の方法を詳述した。
そして、本発明は前記特定の方法と装置に関して詳述し
たが、前記特定の参照は特許請求の範囲に記載したこと
以外の本発明の範囲に限定をもたらすものと考えてはな
らない。

【００５８】

【発明の効果】本発明はハイドロアコースチックエネル
ギーを電気エネルギー又はその逆に変換するためのトラ
ンスデューサを有するトランシーバを教示する。望まし
い実施例において、トランスデューサは約５０ＫＨｚか
ら約１００ＫＨｚに渡るバンド幅を有するセッラミック
球体である。トランスデューサは、伝達／受信スイッチ
により、トランシーバの電気伝達路又はその受信路の何
れかに交互に接続してある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置決定装置に使用される多重性トラ
ンシーバの１つのブロック図である。

【図２】トランシーバ内に配備したプロセッサのプログ
ラムを表すフローダイアグラムである。

【図３】図２の他の実施例を示すフローダイアグラムで
ある。

【図４】図２の更に他の実施例を示すフローダイアグラ
ムである。

【図５】図２の更に別の実施例を示すフローダイアグラ
ムである。

【図６】トランシーバのチャンネルの実際及び所望の周
波数応答を示す図である。

【図７ａ】５チャンネル目の伝達パルスの理想的な周波
数スペクトルを示す図である。

【図７ｂ】１００ＫＨｚの周波数にてアンダーサンプル
された５チャンネル用の受信パルスの理想的周波数スペ
クトラムを示す図である。

【図８】９５ＫＨｚキュリアとそのエンビロープ用の実
際の伝達パルスを示す図である。

【図９】１チャンネル用の５０相内及び四次元レシーバ
相関係数を示す図である。

【図１０】望ましい実施例に使用したパルス検出技術の
ブロックダイアグラムを示す図である。

【図１１】受信パルスのエンビロープ自動相関関数を示
す図である。

【図１２】本発明に使用したトランシーバの展開平面図
である。

【符号の説明】

２０ トランスデューサ ２２ 伝達路 ２４ 受信路 ２６ スイッチ ２８ ハイパスフィルタ ３０ コンバータ ３２ 分周器 ３４ オシレータ ３５ データ取得モジュール ３６ プロセサ ３７ 通信インターフェース ３８ データバス ４０ 変換信号 ４２ Ａ／Ｄ読取り制御信号 ４４ 制御ライン ４６ ラッチ信号 ４８ ラッチ ５０ コンバータ ５２ デクリッチャ回路 ５４ 制御ライン ５６ ローパス再築フィルタ ５８ ドライバ ５９ 外部コントローラ ６０ パワーアンプ ６１Ａ ライン ６１Ｂ ライン ６１Ｃ ライン ６１Ｄ ライン ６１Ｎ ライン ６２ ステップ ６４ ステップ ６６ ステップ ６８ ステップ ７０ ステップ ７２ ステップ ７４ ステップ ７６ ステップ ７８ ステップ ８０ ステップ ８２ ステップ ８３ 円形バッファ ８４ ステップ ８６ ステップ ８８ ステップ ９０ ステップ ９２ ステップ ９４ ステップ ９６ ステップ ９８ ステップ １００ ステップ １０２ ステップ １０４ ステップ １０６ ステップ １０８ ステップ １１０ ステップ １１１ ステップ １１２ ステップ １１３ ステップ １１４ ステップ １１６ ステップ １１８ ステップ １２０ ステップ １２２ ステップ １２４ ステップ １２６ ステップ １２８ ステップ １３０ ステップ １３２ ステップ １３４ ステップ １３６ ステップ １３８ ステップ １４０ ステップ １４２ ステップ １４４ ステップ １４６ ステップ １４８ ステップ １５０ ステップ １５２ ステップ １５４ ステップ １５６ ステップ １５８ ステップ １６０ ステップ １７０ 周波数応答 １７２ 実際の応答 １８０ 伝達パルスエンビロープ １８２ キャリア周波数 １９０ 波形 １９２ プロット ２００ コリレータ ２０２ コリレータ ２０４ 平方器 ２０６ 加算器 ２０８ 平方根ブロック ２０９ ピーク検出器 ２２０ 牽引船 ２２２Ａ 海中ハイドロフォンストリーマ ２２２Ｂ 海中ハイドロフォンストリーマ ２２６Ａ ヘッドブイ ２２６Ｂ テイルブイ ２３０Ａ ブイ ２３０Ｂ テイルブイ ２３４ 空気銃 ２３６Ａ トラシシーバ ２３６Ｂ トランシーバ ２３６Ｃ トランシーバ ２３６Ｄ トラシシーバ ２３６Ｅ トランシーバ ２３６Ｆ トランシーバ ２３６Ｇ トラシシーバ ２３６Ｈ トランシーバ ２３６Ｉ トランシーバ ２３６Ｊ トラシシーバ ２４０ 範囲 ２４２ 範囲 ２４４ 範囲

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 1/22 G01V 1/38 G08C 19/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オフショア地震探査システム用のハイド
   ロアコースチック通信装置において、 ハイドロアコースチックパルスの水中移転受信用のハイ
   ドロアコースチックから電気エネルギートランスデュー
   サ／トランシーバへのハイドロアコースチックエネルギ
   ーと、 設定された形状のパルスとキャリア周波数内の電気信号
   を処理するために作動するハイドロアコースチックパル
   スエネルギーを受信送信するためのトランスデューサに
   直結した電子システムと、 前記トランスデューサの受信したパルスの形状を決定
   し、前記設定された形状のパルスとキャリア周波数のパ
   ルスと識別するための前記電気システム内のパルス形状
   決定手段と、 前記設定された形状のパルスとキャリア周波数を有する
   ために識別されたトランスデューサにてハイドロアコー
   スチックパルスの到着時間を決定するための前記電気シ
   ステム内のタイミング手段と、 前記到着時間と異なる時間にて前記トランスデューサか
   ら移転（伝達）するためのキャリア周波数と前記設定さ
   れた形状のパルスの波形を創出するための上記電気シス
   テム内のパルス合成手段と、からなることを特徴とする
   ハイドロアコースチック通信装置。
2. 【請求項２】 ２個のトランスデューサの各々の間から
   他方へのパルス伝達時間を測定し平均して、２個の前記
   ハイドロアコースチック通信装置の各々内にてそれぞれ
   連結された前記２個のトランスデューサ用の分離距離を
   創出するために前記地震探査システム内の２路レンジン
   グ手段を特徴とする請求項１記載のハイドロアコースチ
   ック通信装置。
3. 【請求項３】 測地参照値に前記装置の位置を結ぶ手段
   と前記複数のトランスデューサを各々担持する複数個の
   ストリーマを牽引する容器を有し、前記測地参照値が容
   器上の位置であることを特徴とする請求項１記載のハイ
   ドロアコースチック通信装置。
4. 【請求項４】 オフショア地震学的探査システムにおけ
   るハイドロアコースチック通信の方法において、 水中位置に配備された電気エネルギートランスデューサ
   ／トランシーバにおけるハイドロアコースチックパルス
   を伝達しかつ受信し、 設定された形状のパルスとキャリア周波数内にて前記ト
   ランスデューサ位置における電子的ハイドロアコースチ
   ックエネルギーパルスを処理し、 受信したハイドロアコースチックエネルギーパルスの形
   状を電子的に決定し、設定された形状のパルスとキャリ
   ア周波数を識別し、 前記設定された形状のパルスとキャリア周波数を有する
   識別したパルスの到着を計時し、 識別したパルスの到着時間からの設定された時間遅れに
   て前記トランスデューサから伝達のために前記設定され
   た形状のパルスの応答ハイドロアコースチック波形とキ
   ャリア周波数を合成し伝達することを特徴とするハイド
   ロアコースチック通信の方法。
5. 【請求項５】 ２個のトランスデューサにて受信したパ
   ルスの到着時間を比較して２個のトランスデューサ間の
   空間を決定することを特徴とする請求項４記載のハイド
   ロアコースチック通信の方法。
6. 【請求項６】 船の後に牽引された複数個のストリーマ
   の各々において複数個の前記トランスデューサを直結
   し、かつトランスデューサにて識別したパルスの到着時
   間を比較してトランスデューサの位置を決定する工程と
   を含むことを特徴とする請求項４記載のハイドロアコー
   スチック通信の方法。