JP3562493B2 - ソーナー探知範囲予察システム、方法及びプログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中における潜水艦等の対象物を探知するソーナーの探知性能を予測するためのソーナー探知範囲予察システム、方法及びこのシステムにおけるコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水中を伝搬する音波によりその水中に存在する潜水艦等の対象物を探知するソーナー（ＳＯＮＡＲ：音響探知機）の探知可能な範囲（以下、探知範囲と言う）を予測（以下、予察という）する方法として、例えば、ソーナーが使用される海中の音速分布を用いて予察する方法があり、その場合、音速分布は水温、塩分濃度、深度等の影響因子により変動するものとしていた。
【０００３】
図５は従来のソーナーの探知範囲を予察する手順を示す。
まず、艦艇や航空機等からＢＴ（水温鉛直分布測定器）やＸ−ＢＴ等を海面に投入し、ＢＴが自沈しながら水温を測定して図５（ａ）のような深度−水温分布を得る。次に、（ｂ）によりこの深度−水温分布データとその海域における塩分濃度データから音速分布を求め、この音速分布から所定の計算式やパラメータにより探知予察計算を行う。これにより、（ｃ）のような音響減衰特性におけるソーナーの最小検知レベルが得られる距離Ｒを求める。
【０００４】
そして、（ｄ）に示すように観測地点Ｏを中心とする半径Ｒの円内は水温が略一定であると見做し、これをその深度におけるソーナーの探知範囲Ａとして決定する。従って、この探知範囲Ａ内に敵潜水艦等の対象物があれば、ソーナーにより探知可能であるとしていた。
【０００５】
また、図５（ｅ）に示すように、一定範囲の海域を複数の観測点で観測して、それぞれ半径Ｒの複数の探知範囲Ａで埋まるようにすることにより、その海域の探知範囲としていた。
以上のように、従来はソーナーの探知予察計算に関する音響因子として音速分布のみを用いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ソーナーの探知範囲は、音速分布の他にも、例えば、水深分布、吸収損失、海面反射損失、海底反射損失、彼我深度・位置等々の様々な要因（以下、音響因子と言う）により変化するものである。さらに、これらの音響因子は、時間・場所等の海洋の４次元空間で変化する水温分布、塩分分布、海流分布、海底地形、海底地質、海上の気象、生物、ソーナーの音響特性、雑音等の時間的に定常的及び非定常的な様々な影響因子により決定されるものであり、これらの影響因子により図５（ｃ）の減衰特性曲線の傾きが変化する。このため、実際の探知範囲は図５（ｅ）のような単純な円形パターンではなく、図６（ａ）のように複雑なパターンを有し、かつそのパターンが非定常的な様々な影響因子により刻々と変化するものとなっている。また、一定の海域についても、図６（ｂ）のようにそれぞれ形状の異なる複数の探知範囲Ａが存在することになる。
【０００７】
このため、図６（ａ）（ｂ）においては、例えばＢ、Ｃで示す位置が探知範囲における死角になり、この位置に敵の潜水艦がいた場合は探知不能になり、失探の原因になるという問題があった。従来は、このような死角に入った敵潜水艦からの攻撃に対して常に不安があったが、単純なパターンとして決定した探知範囲には不確実性がつきものであるというあきらめがあった。
【０００８】
また、従来では、図６（ａ）（ｂ）に示すような複雑なパターンを有する探知範囲を求めようとすると、非常に多くの観測点を必要とする等の理由により、実現は非常に困難であり、ソーナーの探知範囲を単純な円形パターンで近似するしか方法がなかった。
【０００９】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、ソーナーの探知範囲を高精度に予察することにより、ソーナーの信頼性の向上を図ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるソナーの探知範囲予察システムは、上記目的を達成するために、海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値を取得すると共に、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子の予測モデルから予測情報を取得する情報取得手段と、現場海域における実際の海洋・気象・音響環境情報と、ソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報とを収集する計測値収集手段と、前記収集された実際の海洋・気象・音響情報を用いて前記取得した統計値及び予測情報に対して同化処理を施す同化処理手段と、前記同化処理された環境情報と前記実測情報に基づいて所定の音響因子を算出する音響因子計算手段と、想定される目標の位置・深度を入力し、ソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出する目標音源モデル手段と、前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算する探知予察計算手段とを備えたものである。
【００１１】
また、本発明によるソーナー探知範囲予察方法は、海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値を取得すると共に、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子の予測モデルから予測情報を取得し、現場海域における実際の海洋・気象・音響環境情報と、ソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報とを収集し、収集した実際の海洋・音響情報を用いて前記取得した統計値及び予測情報に対して同化処理を施し、同化処理された環境情報と前記実測情報に基づいて所定の音響因子を算出し、想定される目標の位置・深度を入力してソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出し、前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明によるプログラムは、海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値を取得すると共に、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子の予測モデルから予測情報を取得する情報取得処理と、現場海域における実際の海洋・気象・音響環境情報と、ソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報とを収集する計測値収集処理と、前記収集された実際の海洋・気象・音響情報を用いて前記取得した統計値及び予測情報に対して行う同化処理と、前記同化処理された環境情報と前記実測情報に基づいて所定の音響因子を算出する音響因子計算処理と、想定される目標の位置・深度を入力し、ソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出する目標音源モデル処理と、前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算する探知予察計算処理とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００１３】
【作用】
従って、本発明によれば、海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値と、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子のモデル情報に対して、現場海域における実際の海洋・気象・気象・音響環境情報を用いて同化処理を施すことにより、現場海域の実際の状況を反映した精度の高い情報を得ることができる。また、ソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報と同化処理された環境情報に基づいて伝搬損失、残響、雑音等の所定の音響因子を算出すると共に、想定される目標の位置・深度を入力してソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出し、前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算することにより、様々の影響因子を考慮に入れた探知予察計算を行うので、精度の高い探知範囲を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図４は本実施の形態によるソーナー探知範囲予察システムで用いられる音響因子及び音響因子に係わる影響因子を示す。
図４において、主な音響因子は、伝搬損失、残響、雑音と、後述する目標音源モデルとなる放射雑音、我と目標のソーナーの機械的性能（環境には左右されないシステム固有のもの、但し、ソーナーの運転方法においては、いくつかの固定的な値を選択する）、送波レベル、指向性利得、信号処理利得、認識デファレンシャル、ターゲットストレングスを含む。各音響因子はさらにツリー状に複数の音響因子からなる。さらに、これらの音響因子はそれぞれ影響因子の影響を受ける。
【００１５】
例えば、伝搬損失における音響因子の１つである音速分布は、水温分布と塩分濃度分布という影響因子により変動し、他の音響因子である水深分布は彼我位置という影響因子により変動する。また、残響における音響因子の１つである海面散乱は、風速・風向／波高・波向／周波数という影響因子により変動する。以下、同様にして各音響因子はそれぞれの影響因子により変動する。これらの影響因子には、時間的に定常的なものと非定常的なものとがある。定常的な影響因子としては、例えば海底地形、海底地質等の場所が異なれば変化するが時間的には変化しないもの等がある。非定常的な影響因子としては、例えば水温分布、生物分布等の場所は同じでも時間的に変化するもの等がある。
【００１６】
図１は図４の音響因子及び影響因子を用いる本実施の形態によるソーナー探知範囲予察システムを示すブロック図である。
本システムは、図１の表示装置１２０で表示されるように、ソーナーの探知範囲Ａを３次元情報として予察し、これを表示して可視化するようにしたものである。図１に示される探知範囲Ａは、従来のような円形の単純な予察パターンではなく、定常的、非定常的な影響因子に応じて刻々と変化する複雑精細な立体的形状を有する予察パターンとなっている。これによって高精度に潜水艦等の対象物（目標）を探知することができる。
【００１７】
さらに、上記予察パターンを表示して可視化する際に、この予察パターンで探知した潜水艦等の目標の位置やソーナー自身の位置をシンボルマーク１５０、１６０で表示するようにしてもよい。
【００１８】
尚、本実施の形態は、ソーナー自身が音波を発射して対象物からの反射波を捉えるアクティブ・ソーナーと、対象物が発生する音波を検知するパッシブ・ソーナーに適用することができる。
【００１９】
次に、図１の各部について説明する。
データベース部１０は、海洋ＤＢ１１、音響ＤＢ１２で構成されている。海洋ＤＢ１１には、海洋に関する定常的な情報、例えば、海底地形、底質等の統計値が格納されている。音響ＤＢ１２には、音響に関する定常的な情報、例えば、吸収損失、体積散乱及びソーナー自己雑音等の統計値が格納されている。
【００２０】
予測モデル部２０は、ソーナーを搭載した艦艇、ブイ等のプラットホームの運動や、海洋環境及び音響環境等の空間的にも時間的にも変動する影響因子を予測する各種モデル２１〜２４で構成されている。
海洋循環モデル２１は、海洋空間の流れ、水温・塩分等を予測する。波浪モデル２２は、海面の波高・波の向き・周期を予測する。風モデル２３は、海上の風向・風速・周期等を予測する。プラットホーム運動モデル２４は、上記各モデル２１〜２３で予測された海洋環境に応じたプラットホーム運動を予測する。尚、これらのモデル２１〜２４の他にも必要に応じて他の予測モデルを設けることにより、さらに精度を向上させることができる。
【００２１】
影響因子計測部３０は、非定常的な影響因子を計測するもので、実際にソーナーを運用する海域において、ソーナー運用前及び運用中に環境計測センサ、プラットホーム運動センサ、人工衛星等により計測した実際の海洋・気象及び音響環境情報を収集すると共に、プラットホーム上の雑音を発生する種々の機器（艦艇等におけるエンジン等の主機、その他の機械音を発生する補機等）の運転状況や、機器の運転モニタ情報、ソーナーの運転情報等を収集し、さらに、ＧＰＳ等からプラットホームの位置情報や彼我位置等を収集する。尚、彼我位置の彼の位置は、例えば適当な初期値を与えておき、ソーナーが探知する毎にフィードバックされて更新される。
【００２２】
ここでは、この影響因子計算部３０からは、プラットホーム運動、風、海流、気温等に関する計測情報を含む実際の海洋・気象・音響環境情報３１と、上記機器の運転状況情報、運転モニタ情報、ソーナー運転情報、位置情報、彼我位置情報等のソーナー及び機器に関する実測情報３２が出力されるものとする。
【００２３】
現場同化処理部４０は、データベース部１０及び予測モデル部２０からソーナーを運用する海域における、海洋や音響環境及びプラットホーム運動に関する統計情報や予測情報を取得すると共に、影響因子計測部３０から実際の海洋・気象・音響環境情報３１を取得する。そして、この情報３１を用いて、上記取得した統計情報や予測情報に対してナッジング処理、カルマンフィルタ処理を用いた同化処理を施すことにより、統計情報や予測情報を現場海域の状況に応じて修正し、精度の向上を図る。
【００２４】
音響因子変換部５０は、影響因子計測部３０から実測情報３２を取得し、これに基づいて音響ＤＢ１２を検索し、検索結果を各機器に対応する雑音情報（周波数、レベル等）に変換すると共に、ソーナーの運転情報から、ソーナーの周波数、信号処理利得、送波レベル、指向性利得等のソーナー性能に関するソーナーパラメータを抽出する。また、入力された目標の位置・深度と計測されたプラットホーム位置情報から、彼我の相対位置（方位、距離）等を算出する。
【００２５】
音響因子計算部６０では、現場同化処理部４０で同化処理された海洋・気象・音響環境情報、及び音響因子変換部５０からの雑音情報、ソーナーパラメータに基づいて予察計算に必要な図４の伝搬損失、残響、雑音等の音響因子を算出する。
【００２６】
このために音響因子計算部６０には、図２に示すように、音速分布算出部６１、吸収損失算出部６２、海面反射損失算出部６２、海底反射損失算出部６４が設けられ、これらの算出結果により伝搬損失を求める伝搬損失算出部６５が設けられている。また、海面散乱算出部６６、海底散乱算出部６７、体積散乱算出部６８が設けられ、これらの算出結果と上記伝搬損失により残響を求める残響算出部６９が設けられている。
【００２７】
また、流体雑音算出部７０、砕波雑音算出部７１、外板振動雑音算出部７２、主機雑音算出部７３、補機雑音算出部７４、吐出音算出部７５が設けられ、これらの算出結果によりソーナー自己雑音を求めるソーナー自己雑音算出部７６が設けられている。また、船舶雑音算出部７７、沿岸雑音算出部７８、海面雑音算出部７９、生物雑音算出部８０が設けられ、これらの算出結果により周囲雑音を求める周囲雑音算出部８１が設けられている。さらに、上記ソーナー自己雑音と周囲雑音とにより雑音を求める雑音算出部８２が設けられている。
【００２８】
この音響因子計算部６０の動作は、図４の音響因子及び影響因子のツリーに基づいて行われる。例えば、音速分布算出部６１では、同化処理された情報と図４の伝搬損失における音速分布の影響因子である水温分布と塩分濃度分布から３次元の音速を算出する。また、海面散乱算出部６３では、同化処理された情報と図４の残響における海面散乱の影響因子である風速・風向／波高・波向／周波数から海面散乱を算出する。
【００２９】
また、伝搬損失算出部６５、残響算出部６９、雑音算出部８２は、それらの前段の各算出部の算出結果が入力されると共に、音響因子変換部５０から図４のツリーに従った所定の情報が入力される。例えば、伝搬損失算出部６５には、算出部６１〜６４から音速分布、水深分布、海面反射損失、海底反射損失が入力されると共に、音響因子計算部５０から吸収損失／周波数、彼我深度が入力される。同様に残響算出部６９には、算出部６５〜６８から伝搬損失、海面散乱、体積散乱が入力されると共に、音響処理計算部５０からソーナー音のパルス長、送波レベル、指向性利得／相対方位／周波数が入力される。
【００３０】
次に、目標音源モデル部９０は、想定される目標の位置・深度が入力されると共に、音響因子変換部５０からソーナーパラメータ等が入力され、これらに基づいて目標の音響的な特徴をモデルにより算出する。目標の音響的な特徴とは、パッシブ・ソーナーでは、目標の出す図４の放射雑音であり、アクティブ・ソーナーでは、反射強度（ターゲットストレングス）である。
【００３１】
３次元探知予察計算部１００は、音響因子計算部６０、音響因子変換部５０及び目標音源モデル部９０から入力された情報に基づいて予察計算を実施し、３次元での探知範囲距離を予測する。即ち、まず、上記入力情報に基づいて図３に示すような３次元の格子点を作成し、この格子点の１つに音源を置いて、この音源に隣接する格子点で音がどのようになるかを順次計算することにより、ソーナーの探知範囲を３次元で示す探知範囲情報を作成することができる。
【００３２】
次に、表示処理部１１０により上記３次元探知範囲情報を所定形式の表示信号に変換することにより、表示装置１２０において予察パターンとしての探知範囲Ａが３次元座標に表示され、可視化することができる。
【００３３】
本実施の形態によれば、ソーナー探知範囲に影響を与える図４に示す時間的に定常的、非定常的な様々な音響因子及び影響因子を全て考慮に入れた探知予察計算を行っているので、図１及び図６（ａ）に示すような精細なパターンを有するソーナー探知範囲Ａを高精度に予察することができる。また、この探知範囲Ａを複数求めることにより、図６（ｂ）のように一定海域における探知範囲を高精度に予察することができる。
【００３４】
また、探知予察計算を行う場合、例え同化データ（実際に観測したデータ）がなくても、モデルや高精度なデータベースを用いることにより、予察精度を向上させることができる。また、環境モデルの予測値を使用することにより、事前に高精度なソーナーの探知性能の予測が可能となる。
【００３５】
また、探知予察計算で得られる上記３次元探知範囲情報を表示装置１２０により表示することにより、図示のように探知範囲Ａが海洋空間において精細な立体パターンとして可視化できるので、使用者が直観的に非常に認識し易くなり、ソーナーの探知範囲を定性的に把握することができる。
さらに、可視化された予察パターンにおいてソーナーが探知した潜水艦等の目標の位置をシンボルマーク１５０として表示することにより、使用者は目標を直観的に認識して迅速に対応することができる。さらに、ソーナー自身の位置をシンボルマーク１６０として表示してもよい。
【００３６】
以上説明した実施の形態においては、ソーナーの探知対象物（目標）として、潜水艦を例として説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば魚群探知、漂流物探知等様々な対象物に対して適用することができる。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態によるコンピュータが実行するためのプログラムについて説明する。
図１におけるソーナー探知範囲予察システムにおけるコンピュータシステムのＣＰＵが実行するためのプログラムは、本発明によるプログラムを構成する。
【００３８】
このプログラムを格納するための記録媒体としては、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ、磁気記録媒体等を用いることができ、これらをＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、メモリカード等に構成して用いてよい。
【００３９】
また上記記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部のＲＡＭ等の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものも含まれる。
【００４０】
また上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから伝送媒体を介して、あるいは伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されるものであってもよい。上記伝送媒体とは、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体をいうものとする。
【００４１】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００４２】
従って、このプログラムを図１のシステム又は装置とは異なるシステム又は装置において用い、そのシステム又は装置のコンピュータがこのプログラムを実行することによっても、上記実施の形態で説明した機能及び効果と同等の機能及び効果を得ることができ、本発明の目的を達成することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ソーナーの探知範囲を高精度に３次元で予察することができるので、失探の可能性を低減しソーナーの信頼性を高めることができる。また、探知範囲を立体的な形状として可視化できるので、見やすく、分かりやすいものとなる。さらに、可視化された予察パターン内でソーナーが探知した目標位置をシンボルマークで表示することにより、目標が認識し易くなり、迅速に対応することができる。また、ソーナー自身の位置をシンボルマークで表示することにより、探知現場におけるソーナーの位置を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるソーナー探知範囲予察システムを示すブロック図である。
【図２】図１の音響因子計算部の構成を示すブロック図である。
【図３】３次元探知予察計算により距離データを得る様子を示す構成図である。
【図４】本発明で用いられるソーナー探知予察に関する音響因子及び音響因子に係わる外乱因子をツリー状に示す構成図である。
【図５】従来のソーナー探知範囲を予察する手順を示す構成図である。
【図６】実際のソーナー探知範囲を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ データベース部
１１ 海洋ＤＢ
１２ 音響ＤＢ
２０ 予測モデル部
２１ プラットホーム運動モデル
２２ 海洋循環モデル
２３ 波浪モデル
２４ 風モデル
３０ 外乱因子計算部
３１ 実際の海洋・音響環境情報
３２ 実測情報
４０ 現場同化処理部
５０ 音響因子変換部
６０ 音響因子計算部
６５ 伝搬損失算出部
６９ 残響算出部
８２ 雑音算出部
９０ 目標音源モデル部
１００ ３次元探知予察計算部
１１０ 表示処理部
１２０ 表示装置
１５０、１６０ シンボルマーク
Ａ ソーナーの探知範囲
Ｒ 距離データ
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中における潜水艦等の対象物を探知するソーナーの探知性能を予測するためのソーナー探知範囲予察システム、方法及びこのシステムにおけるコンピュータに実行させるためのプログラムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水中を伝搬する音波によりその水中に存在する潜水艦等の対象物を探知するソーナー（ＳＯＮＡＲ：音響探知機）の探知可能な範囲（以下、探知範囲と言う）を予測（以下、予察という）する方法として、例えば、ソーナーが使用される海中の音速分布を用いて予察する方法があり、その場合、音速分布は水温、塩分濃度、深度等の影響因子により変動するものとしていた。
【０００３】
図５は従来のソーナーの探知範囲を予察する手順を示す。
まず、艦艇や航空機等からＢＴ（水温鉛直分布測定器）やＸ−ＢＴ等を海面に投入し、ＢＴが自沈しながら水温を測定して図５（ａ）のような深度−水温分布を得る。次に、（ｂ）によりこの深度−水温分布データとその海域における塩分濃度データから音速分布を求め、この音速分布から所定の計算式やパラメータにより探知予察計算を行う。これにより、（ｃ）のような音響減衰特性におけるソーナーの最小検知レベルが得られる距離Ｒを求める。
【０００４】
そして、（ｄ）に示すように観測地点Ｏを中心とする半径Ｒの円内は水温が略一定であると見做し、これをその深度におけるソーナーの探知範囲Ａとして決定する。従って、この探知範囲Ａ内に敵潜水艦等の対象物があれば、ソーナーにより探知可能であるとしていた。
【０００５】
また、図５（ｅ）に示すように、一定範囲の海域を複数の観測点で観測して、それぞれ半径Ｒの複数の探知範囲Ａで埋まるようにすることにより、その海域の探知範囲としていた。
以上のように、従来はソーナーの探知予察計算に関する音響因子として音速分布のみを用いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ソーナーの探知範囲は、音速分布の他にも、例えば、水深分布、吸収損失、海面反射損失、海底反射損失、彼我深度・位置等々の様々な要因（以下、音響因子と言う）により変化するものである。さらに、これらの音響因子は、時間・場所等の海洋の４次元空間で変化する水温分布、塩分分布、海流分布、海底地形、海底地質、海上の気象、生物、ソーナーの音響特性、雑音等の時間的に定常的及び非定常的な様々な影響因子により決定されるものであり、これらの影響因子により図５（ｃ）の減衰特性曲線の傾きが変化する。このため、実際の探知範囲は図５（ｅ）のような単純な円形パターンではなく、図６（ａ）のように複雑なパターンを有し、かつそのパターンが非定常的な様々な影響因子により刻々と変化するものとなっている。また、一定の海域についても、図６（ｂ）のようにそれぞれ形状の異なる複数の探知範囲Ａが存在することになる。
【０００７】
このため、図６（ａ）（ｂ）においては、例えばＢ、Ｃで示す位置が探知範囲における死角になり、この位置に敵の潜水艦がいた場合は探知不能になり、失探の原因になるという問題があった。従来は、このような死角に入った敵潜水艦からの攻撃に対して常に不安があったが、単純なパターンとして決定した探知範囲には不確実性がつきものであるというあきらめがあった。
【０００８】
また、従来では、図６（ａ）（ｂ）に示すような複雑なパターンを有する探知範囲を求めようとすると、非常に多くの観測点を必要とする等の理由により、実現は非常に困難であり、ソーナーの探知範囲を単純な円形パターンで近似するしか方法がなかった。
【０００９】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、ソーナーの探知範囲を高精度に予察することにより、ソーナーの信頼性の向上を図ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるソナーの探知範囲予察システムは、上記目的を達成するために、海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値を取得すると共に、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子の予測モデルから予測情報を取得する情報取得手段と、現場海域における実際の海洋・気象・音響環境情報と、ソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報とを収集する計測値収集手段と、前記収集された実際の海洋・気象・音響情報を用いて前記取得した統計値及び予測情報に対して同化処理を施す同化処理手段と、前記同化処理された環境情報と前記実測情報に基づいて所定の音響因子を算出する音響因子計算手段と、想定される目標の位置・深度を入力し、ソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出する目標音源モデル手段と、前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算する探知予察計算手段とを備えたものである。
【００１１】
また、本発明によるソーナー探知範囲予察方法は、海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値を取得すると共に、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子の予測モデルから予測情報を取得し、現場海域における実際の海洋・気象・音響環境情報と、ソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報とを収集し、収集した実際の海洋・音響情報を用いて前記取得した統計値及び予測情報に対して同化処理を施し、同化処理された環境情報と前記実測情報に基づいて所定の音響因子を算出し、想定される目標の位置・深度を入力してソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出し、前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算するようにしたものである。
【００１２】
また、本発明によるプログラムは、海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値を取得すると共に、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子の予測モデルから予測情報を取得する情報取得処理と、現場海域における実際の海洋・気象・音響環境情報と、ソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報とを収集する計測値収集処理と、前記収集された実際の海洋・気象・音響情報を用いて前記取得した統計値及び予測情報に対して行う同化処理と、前記同化処理された環境情報と前記実測情報に基づいて所定の音響因子を算出する音響因子計算処理と、想定される目標の位置・深度を入力し、ソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出する目標音源モデル処理と、前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算する探知予察計算処理とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
【００１３】
【作用】
従って、本発明によれば、海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値と、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子のモデル情報に対して、現場海域における実際の海洋・気象・気象・音響環境情報を用いて同化処理を施すことにより、現場海域の実際の状況を反映した精度の高い情報を得ることができる。また、ソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報と同化処理された環境情報に基づいて伝搬損失、残響、雑音等の所定の音響因子を算出すると共に、想定される目標の位置・深度を入力してソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出し、前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算することにより、様々の影響因子を考慮に入れた探知予察計算を行うので、精度の高い探知範囲を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図４は本実施の形態によるソーナー探知範囲予察システムで用いられる音響因子及び音響因子に係わる影響因子を示す。
図４において、主な音響因子は、伝搬損失、残響、雑音と、後述する目標音源モデルとなる放射雑音、我と目標のソーナーの機械的性能（環境には左右されないシステム固有のもの、但し、ソーナーの運転方法においては、いくつかの固定的な値を選択する）、送波レベル、指向性利得、信号処理利得、認識デファレンシャル、ターゲットストレングスを含む。各音響因子はさらにツリー状に複数の音響因子からなる。さらに、これらの音響因子はそれぞれ影響因子の影響を受ける。
【００１５】
例えば、伝搬損失における音響因子の１つである音速分布は、水温分布と塩分濃度分布という影響因子により変動し、他の音響因子である水深分布は彼我位置という影響因子により変動する。また、残響における音響因子の１つである海面散乱は、風速・風向／波高・波向／周波数という影響因子により変動する。以下、同様にして各音響因子はそれぞれの影響因子により変動する。これらの影響因子には、時間的に定常的なものと非定常的なものとがある。定常的な影響因子としては、例えば海底地形、海底地質等の場所が異なれば変化するが時間的には変化しないもの等がある。非定常的な影響因子としては、例えば水温分布、生物分布等の場所は同じでも時間的に変化するもの等がある。
【００１６】
図１は図４の音響因子及び影響因子を用いる本実施の形態によるソーナー探知範囲予察システムを示すブロック図である。
本システムは、図１の表示装置１２０で表示されるように、ソーナーの探知範囲Ａを３次元情報として予察し、これを表示して可視化するようにしたものである。図１に示される探知範囲Ａは、従来のような円形の単純な予察パターンではなく、定常的、非定常的な影響因子に応じて刻々と変化する複雑精細な立体的形状を有する予察パターンとなっている。これによって高精度に潜水艦等の対象物（目標）を探知することができる。
【００１７】
さらに、上記予察パターンを表示して可視化する際に、この予察パターンで探知した潜水艦等の目標の位置やソーナー自身の位置をシンボルマーク１５０、１６０で表示するようにしてもよい。
【００１８】
尚、本実施の形態は、ソーナー自身が音波を発射して対象物からの反射波を捉えるアクティブ・ソーナーと、対象物が発生する音波を検知するパッシブ・ソーナーに適用することができる。
【００１９】
次に、図１の各部について説明する。
データベース部１０は、海洋ＤＢ１１、音響ＤＢ１２で構成されている。海洋ＤＢ１１には、海洋に関する定常的な情報、例えば、海底地形、底質等の統計値が格納されている。音響ＤＢ１２には、音響に関する定常的な情報、例えば、吸収損失、体積散乱及びソーナー自己雑音等の統計値が格納されている。
【００２０】
予測モデル部２０は、ソーナーを搭載した艦艇、ブイ等のプラットホームの運動や、海洋環境及び音響環境等の空間的にも時間的にも変動する影響因子を予測する各種モデル２１〜２４で構成されている。
海洋循環モデル２１は、海洋空間の流れ、水温・塩分等を予測する。波浪モデル２２は、海面の波高・波の向き・周期を予測する。風モデル２３は、海上の風向・風速・周期等を予測する。プラットホーム運動モデル２４は、上記各モデル２１〜２３で予測された海洋環境に応じたプラットホーム運動を予測する。尚、これらのモデル２１〜２４の他にも必要に応じて他の予測モデルを設けることにより、さらに精度を向上させることができる。
【００２１】
影響因子計測部３０は、非定常的な影響因子を計測するもので、実際にソーナーを運用する海域において、ソーナー運用前及び運用中に環境計測センサ、プラットホーム運動センサ、人工衛星等により計測した実際の海洋・気象及び音響環境情報を収集すると共に、プラットホーム上の雑音を発生する種々の機器（艦艇等におけるエンジン等の主機、その他の機械音を発生する補機等）の運転状況や、機器の運転モニタ情報、ソーナーの運転情報等を収集し、さらに、ＧＰＳ等からプラットホームの位置情報や彼我位置等を収集する。尚、彼我位置の彼の位置は、例えば適当な初期値を与えておき、ソーナーが探知する毎にフィードバックされて更新される。
【００２２】
ここでは、この影響因子計算部３０からは、プラットホーム運動、風、海流、気温等に関する計測情報を含む実際の海洋・気象・音響環境情報３１と、上記機器の運転状況情報、運転モニタ情報、ソーナー運転情報、位置情報、彼我位置情報等のソーナー及び機器に関する実測情報３２が出力されるものとする。
【００２３】
現場同化処理部４０は、データベース部１０及び予測モデル部２０からソーナーを運用する海域における、海洋や音響環境及びプラットホーム運動に関する統計情報や予測情報を取得すると共に、影響因子計測部３０から実際の海洋・気象・音響環境情報３１を取得する。そして、この情報３１を用いて、上記取得した統計情報や予測情報に対してナッジング処理、カルマンフィルタ処理を用いた同化処理を施すことにより、統計情報や予測情報を現場海域の状況に応じて修正し、精度の向上を図る。
【００２４】
音響因子変換部５０は、影響因子計測部３０から実測情報３２を取得し、これに基づいて音響ＤＢ１２を検索し、検索結果を各機器に対応する雑音情報（周波数、レベル等）に変換すると共に、ソーナーの運転情報から、ソーナーの周波数、信号処理利得、送波レベル、指向性利得等のソーナー性能に関するソーナーパラメータを抽出する。また、入力された目標の位置・深度と計測されたプラットホーム位置情報から、彼我の相対位置（方位、距離）等を算出する。
【００２５】
音響因子計算部６０では、現場同化処理部４０で同化処理された海洋・気象・音響環境情報、及び音響因子変換部５０からの雑音情報、ソーナーパラメータに基づいて予察計算に必要な図４の伝搬損失、残響、雑音等の音響因子を算出する。
【００２６】
このために音響因子計算部６０には、図２に示すように、音速分布算出部６１、吸収損失算出部６２、海面反射損失算出部６２、海底反射損失算出部６４が設けられ、これらの算出結果により伝搬損失を求める伝搬損失算出部６５が設けられている。また、海面散乱算出部６６、海底散乱算出部６７、体積散乱算出部６８が設けられ、これらの算出結果と上記伝搬損失により残響を求める残響算出部６９が設けられている。
【００２７】
また、流体雑音算出部７０、砕波雑音算出部７１、外板振動雑音算出部７２、主機雑音算出部７３、補機雑音算出部７４、吐出音算出部７５が設けられ、これらの算出結果によりソーナー自己雑音を求めるソーナー自己雑音算出部７６が設けられている。また、船舶雑音算出部７７、沿岸雑音算出部７８、海面雑音算出部７９、生物雑音算出部８０が設けられ、これらの算出結果により周囲雑音を求める周囲雑音算出部８１が設けられている。さらに、上記ソーナー自己雑音と周囲雑音とにより雑音を求める雑音算出部８２が設けられている。
【００２８】
この音響因子計算部６０の動作は、図４の音響因子及び影響因子のツリーに基づいて行われる。例えば、音速分布算出部６１では、同化処理された情報と図４の伝搬損失における音速分布の影響因子である水温分布と塩分濃度分布から３次元の音速を算出する。また、海面散乱算出部６３では、同化処理された情報と図４の残響における海面散乱の影響因子である風速・風向／波高・波向／周波数から海面散乱を算出する。
【００２９】
また、伝搬損失算出部６５、残響算出部６９、雑音算出部８２は、それらの前段の各算出部の算出結果が入力されると共に、音響因子変換部５０から図４のツリーに従った所定の情報が入力される。例えば、伝搬損失算出部６５には、算出部６１〜６４から音速分布、水深分布、海面反射損失、海底反射損失が入力されると共に、音響因子計算部５０から吸収損失／周波数、彼我深度が入力される。同様に残響算出部６９には、算出部６５〜６８から伝搬損失、海面散乱、体積散乱が入力されると共に、音響処理計算部５０からソーナー音のパルス長、送波レベル、指向性利得／相対方位／周波数が入力される。
【００３０】
次に、目標音源モデル部９０は、想定される目標の位置・深度が入力されると共に、音響因子変換部５０からソーナーパラメータ等が入力され、これらに基づいて目標の音響的な特徴をモデルにより算出する。目標の音響的な特徴とは、パッシブ・ソーナーでは、目標の出す図４の放射雑音であり、アクティブ・ソーナーでは、反射強度（ターゲットストレングス）である。
【００３１】
３次元探知予察計算部１００は、音響因子計算部６０、音響因子変換部５０及び目標音源モデル部９０から入力された情報に基づいて予察計算を実施し、３次元での探知範囲距離を予測する。即ち、まず、上記入力情報に基づいて図３に示すような３次元の格子点を作成し、この格子点の１つに音源を置いて、この音源に隣接する格子点で音がどのようになるかを順次計算することにより、ソーナーの探知範囲を３次元で示す探知範囲情報を作成することができる。
【００３２】
次に、表示処理部１１０により上記３次元探知範囲情報を所定形式の表示信号に変換することにより、表示装置１２０において予察パターンとしての探知範囲Ａが３次元座標に表示され、可視化することができる。
【００３３】
本実施の形態によれば、ソーナー探知範囲に影響を与える図４に示す時間的に定常的、非定常的な様々な音響因子及び影響因子を全て考慮に入れた探知予察計算を行っているので、図１及び図６（ａ）に示すような精細なパターンを有するソーナー探知範囲Ａを高精度に予察することができる。また、この探知範囲Ａを複数求めることにより、図６（ｂ）のように一定海域における探知範囲を高精度に予察することができる。
【００３４】
また、探知予察計算を行う場合、例え同化データ（実際に観測したデータ）がなくても、モデルや高精度なデータベースを用いることにより、予察精度を向上させることができる。また、環境モデルの予測値を使用することにより、事前に高精度なソーナーの探知性能の予測が可能となる。
【００３５】
また、探知予察計算で得られる上記３次元探知範囲情報を表示装置１２０により表示することにより、図示のように探知範囲Ａが海洋空間において精細な立体パターンとして可視化できるので、使用者が直観的に非常に認識し易くなり、ソーナーの探知範囲を定性的に把握することができる。
さらに、可視化された予察パターンにおいてソーナーが探知した潜水艦等の目標の位置をシンボルマーク１５０として表示することにより、使用者は目標を直観的に認識して迅速に対応することができる。さらに、ソーナー自身の位置をシンボルマーク１６０として表示してもよい。
【００３６】
以上説明した実施の形態においては、ソーナーの探知対象物（目標）として、潜水艦を例として説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば魚群探知、漂流物探知等様々な対象物に対して適用することができる。
【００３７】
次に、本発明の実施の形態によるコンピュータが実行するためのプログラムについて説明する。
図１におけるソーナー探知範囲予察システムにおけるコンピュータシステムのＣＰＵが実行するためのプログラムは、本発明によるプログラムを構成する。
【００３８】
このプログラムを格納するための記録媒体としては、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ、磁気記録媒体等を用いることができ、これらをＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、メモリカード等に構成して用いてよい。
【００３９】
また上記記録媒体は、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部のＲＡＭ等の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持するものも含まれる。
【００４０】
また上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから伝送媒体を介して、あるいは伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されるものであってもよい。上記伝送媒体とは、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体をいうものとする。
【００４１】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【００４２】
従って、このプログラムを図１のシステム又は装置とは異なるシステム又は装置において用い、そのシステム又は装置のコンピュータがこのプログラムを実行することによっても、上記実施の形態で説明した機能及び効果と同等の機能及び効果を得ることができ、本発明の目的を達成することができる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ソーナーの探知範囲を高精度に３次元で予察することができるので、失探の可能性を低減しソーナーの信頼性を高めることができる。また、探知範囲を立体的な形状として可視化できるので、見やすく、分かりやすいものとなる。さらに、可視化された予察パターン内でソーナーが探知した目標位置をシンボルマークで表示することにより、目標が認識し易くなり、迅速に対応することができる。また、ソーナー自身の位置をシンボルマークで表示することにより、探知現場におけるソーナーの位置を知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるソーナー探知範囲予察システムを示すブロック図である。
【図２】図１の音響因子計算部の構成を示すブロック図である。
【図３】３次元探知予察計算により距離データを得る様子を示す構成図である。
【図４】本発明で用いられるソーナー探知予察に関する音響因子及び音響因子に係わる外乱因子をツリー状に示す構成図である。
【図５】従来のソーナー探知範囲を予察する手順を示す構成図である。
【図６】実際のソーナー探知範囲を示す構成図である。
【符号の説明】
１０ データベース部
１１ 海洋ＤＢ
１２ 音響ＤＢ
２０ 予測モデル部
２１ プラットホーム運動モデル
２２ 海洋循環モデル
２３ 波浪モデル
２４ 風モデル
３０ 外乱因子計算部
３１ 実際の海洋・音響環境情報
３２ 実測情報
４０ 現場同化処理部
５０ 音響因子変換部
６０ 音響因子計算部
６５ 伝搬損失算出部
６９ 残響算出部
８２ 雑音算出部
９０ 目標音源モデル部
１００ ３次元探知予察計算部
１１０ 表示処理部
１２０ 表示装置
１５０、１６０ シンボルマーク
Ａ ソーナーの探知範囲
Ｒ 距離データ
Claims (9)
- 海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値を取得すると共に、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子の予測モデルから予測情報を取得する情報取得処理と、
現場海域における実際の海洋・気象・音響環境情報と、ソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報とを収集する計測値収集手段と、
前記収集された実際の海洋・気象・音響情報を用いて前記取得した統計値及び予測情報に対して同化処理を施す同化処理手段と、
前記同化処理された環境情報と前記実測情報に基づいて所定の音響因子を算出する音響因子計算手段と、
想定される目標の位置・深度を入力し、ソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出する目標音源モデル手段と、
前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算する探知予察計算手段とを備えたことを特徴とするソーナー探知範囲予察システム。 - 前記所定の音響因子は、伝搬損失、残響、雑音の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載のソーナー探知範囲予察システム。
- 前記実際の海洋・気象・音響環境情報は、ソーナーが搭載されたプラットホームの運動情報を含むことを特徴とする請求項１記載のソーナー探知範囲予察システム。
- 前記実測情報は、プラットホームが有する機器の運転状況情報、機器の運転モニタ情報、ソーナー運転情報、ソーナーの位置情報の何れかであることを特徴とする請求項１、２又は３記載のソーナー探知範囲予察システム。
- 前記音響因子計算手段は、前記運転モニタ情報と音響に関する定常的な統計値に基づいて前記機器から発生する雑音情報を算出すると共に、前記運転状況情報からソーナーパラメータを抽出する音響因子変換手段と、前記雑音情報とソーナーパラメータに基づいて前記所定の音響因子を算出する算出手段とを有することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のソーナー探知範囲予察システム。
- 前記ソーナーパラメータは、ソーナーの周波数、送波レベル、信号処理利得、指向性利得の何れかであることを特徴とする請求項５記載のソーナー探知範囲予察システム。
- 前記探知予察計算手段により算出された３次元情報としてのソーナー探知範囲を予察パターンとして３次元表示する表示手段を設けたことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載のソーナー探知範囲予察システム。
- 海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値を取得すると共に、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子の予測モデルから予測情報を取得し、現場海域における実際の海洋・気象・音響環境情報とソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報とを収集し、収集した実際の海洋・気象・音響情報を用いて前記取得した統計値及び予測情報に対して同化処理を施し、同化処理された環境情報と前記実測情報に基づいて所定の音響因子を算出し、想定される目標の位置・深度を入力してソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出し、前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算することを特徴とするソーナー探知範囲予察方法。
- 海洋・気象及び音響に関する定常的な統計値を取得すると共に、海洋・気象及び音響に関する非定常的な影響因子の予測モデルから予測情報を取得する情報取得処理と、
現場海域における実際の海洋・気象・音響環境情報とソーナー及びソーナーを搭載するプラットホームに関する実測情報とを収集する計測値収集処理と、
前記収集された実際の海洋・気象・音響情報を用いて前記取得した統計値及び予測情報に対して行う同化処理と、
前記同化処理された環境情報と前記実測情報に基づいて所定の音響因子を算出する音響因子計算処理と、
想定される目標の位置・深度を入力し、ソーナーの音響的な特徴をモデルを用いて算出する目標音源モデル処理と、
前記算出された所定の音響因子と前記ソーナーの音響的な特徴と前記実測情報からソーナー探知範囲を３次元的に予察計算する探知予察計算処理とをコンピュータに実行させるためのプログラム。
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