JP4703052B2

JP4703052B2 - 模擬水中音響信号発生装置

Info

Publication number: JP4703052B2
Application number: JP2001224831A
Authority: JP
Inventors: 和憲北村
Original assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Precision Co Ltd
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: JP2003036020A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は模擬水中音響信号発生装置に係り、特に模擬規模及び条件の変更に柔軟に対処可能な模擬水中音響信号発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水中を航行する航走体の所在を探索するために、航走体が航行する際に発生する音響信号をソーナーによって収集し、収集された音響信号の波形、ドップラー特性等の解析結果に基づいて航走体の所在を特定する技術は周知である。そして、収集された音響信号の解析には高度な技術が要求されるため、日常の訓練が必要であることも周知である。
【０００３】
しかし、実際の水中航走体及びソーナーを使用して訓練を行うことは費用がかかるだけでなく、再現性、訓練条件設定能力等が厳しく制約される。
【０００４】
そこで、模擬水中音響信号発生装置と実際の音響信号解析装置を組み合わせ、任意の条件下で繰り返し訓練を実施することが一般的である。
【０００５】
図１は従来の訓練装置の構成図であって、模擬水中音響信号発生装置１０と実際の音響信号解析装置１１とから構成される。なお、模擬水中音響信号発生装置１０と音響信号解析装置１１の間はアナログ信号で結合され、そのチャンネル数は訓練に使用するソーナーの数に等しく、通常約４０である。
【０００６】
そして、模擬水中音響信号発生装置１０は、ホストコンピュータ１００と音響信号発生部１０１で構成されている。
【０００７】
ホストコンピュータ１００は、模擬条件及び航走体の音響特性の設定を行うだけでなく、航走体が発生する音響信号を模擬的に発生するとともに、この音響信号の水中伝播特性のシミュレーションも実行する。
【０００８】
又音響信号発生部１０１は、水中を伝播してきた音響信号をソーナー単位に合成し、アナログ信号に変換して音響信号解析装置１１に出力する。さらに、模擬規模に応じてアナログ信号のオン／オフの制御も実行する。
【０００９】
模擬水中音響信号発生装置１０では、同時に約８台の航走体の音響信号を生成する必要があるが、一台の航走体からは約５０種類の音響信号が生成される。
【００１０】
従って、水中の伝播特性のシミュレーションは、
８（航走体の数）×５０（音響信号数／１台の航走体）×４０（ソーナー数）
＝１６０００
の経路について実行することが必要となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来は伝播特性をホストコンピュータ１００で実行していたため、ホストコンピュータ１００と音響信号発生部１０１の間を合計１６０００チャンネルのパラレル高速バスで接続していた。
【００１２】
従って、模擬条件を大幅に変更しようとしたとき、例えば１つの航走体が発生する音響信号数を１００種類に変更しようとしたときには、高速バスのチャンネル数を増加することが必要となるのでハードウエアの改造を伴うため、変更には時間と費用がかかることとなる。
【００１３】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、模擬規模及び条件の変更に柔軟に対応可能な模擬水中音響信号発生装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る模擬水中音響信号発生装置は、模擬条件を設定する模擬条件設定部と、少なくとも１つの模擬音響信号発生部であって模擬条件設定部で設定された模擬条件に基づいて複数の模擬音響信号を発生する模擬音響信号発生部と、模擬音響信号発生部で発生された模擬音響信号を模擬条件設定部で設定された出力チャンネルに出力するチャンネル選択部と、模擬条件設定部、模擬水中音響信号発生部及びチャンネル選択部を相互に接続するシリアルバスを具備する。
【００１５】
本発明にあっては、模擬条件設定部、模擬水中音響信号発生部及びチャンネル選択部が、相互にシリアルバスで結合される。
【００１６】
第２の発明に係る模擬水中音響信号発生装置は、模擬音響信号発生部が、各々が、一隻の水中航走体が発生する少なくとも一種類の音響信号を模擬する少なくとも１つの航走体発生音響信号生成部と、航走体発生音響信号生成部で生成された音響信号に対して付加されるノイズを模擬するための乱数を生成する乱数生成部と、航走体発生音響信号生成部で生成され乱数生成部で生成された乱数によってノイズが付加された音響信号に対して水中伝播特性を付与する水中伝播特性付与部と、アクティブブイの発射する音響信号及びミクスサウンドを模擬するアクティブブイ・ミクスサウント模擬部と、水中伝播特性付与部で水中伝播特性が付与された音響信号及びアクティブブイ・ミクスサウント模擬部で模擬されたアクティブブイ発射音及びミクスサウンドをパッシブブイの音響信号検出特性に基づいて信号形式を変換する信号形式変換部と、信号形式変換部で信号形式が変換された音響信号、アクティブブイ発射音及びミクスサウンドをシリアル信号に変換してチャンネル選択部に転送する転送部と、各部を相互に接続するバスを具備する。
【００１７】
本発明にあっては、模擬音響信号発生部が、機能モジュールをパラレルバス結合して構成される。
【００１８】
第３の発明に係る模擬水中音響信号発生装置は、航走体発生音響信号生成部、乱数生成部、水中伝播特性付与部、アクティブブイ・ミクスサウント模擬部、及び信号形式変換部が、パイプライン構造を有する。
【００１９】
本発明にあっては、模擬音響信号発生部の主要部がパイプライン構成される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図２は本発明に係る模擬水中音響信号発生装置を適用した訓練装置の構成図であって、本発明に係る模擬水中音響信号発生装置２と実際の音響信号解析装置１１で構成される。なお、模擬水中音響信号発生装置２と音響信号解析装置１１の間はアナログ信号で結合され、チャンネル数は訓練に使用するソーナーの数であり、通常約４０である。
【００２１】
模擬水中音響信号発生装置２は、１組のホストコンピュータ２０、４組の音響信号発生部２１１〜２１４、及び１組のチャンネル選択部２２から構成される。
【００２２】
ホストコンピュータ２０は、いわゆるパーソナルコンピュータであって、模擬条件及び航走体の音響特性を設定する。
【００２３】
４組の音響信号発生部２１１〜２１４は全て同一の構成を有し、それぞれが航走体の発生する音響信号を発生し、水中の音響伝播特性を模擬するとともに、水中音響信号の合成を実行する。
【００２４】
チャンネル選択部２２はディジタル信号をアナログ信号に変換するとともに、出力端子への割り付けを制御する。
【００２５】
図３は１つの音響信号発生部２１１の詳細構成図であって、１枚のマスターカードａ、１枚のデータ転送カードｂ、及び１２枚の信号処理カードｃ１〜ｃ１２で構成される。
【００２６】
１２枚の信号処理カード中の４枚ｃ１〜ｃ４はそれぞれ乱数発生処理、水中伝播特性模擬処理、ＡＣＴ／ＭＳＣ処理、及び音響信号形式変換処理を実行し、残りの８枚の信号処理カードｃ５〜ｃ１２は８台の航走体のそれぞれが発生する約５０種類の音響信号の模擬信号を生成する。
【００２７】
即ち、第１の信号処理カードｃ１は、第５〜１２の８枚の信号処理カードｃ５〜ｃ１２で生成される音響信号を変調するための乱数を発生する。
【００２８】
第５〜１２の８枚の信号処理カードｃ５〜ｃ１２で生成された音響信号はオーディオバスを介して第２の信号処理カードｃ２に伝送されるが、第２の信号処理カードｃ２は信号処理カードｃ５〜ｃ１２で生成された音響信号が水中を伝播する際の水中伝播特性を模擬する。
【００２９】
水中伝播特性が付与された音響信号はオーディオバスを介して第３の信号処理カードｃ３に伝送される。そして、第３の信号処理カードｃ３は、水中伝播特性が付与された音響信号を、ソノブイが受信し音響信号解析装置１１に送信する信号に変換する。
【００３０】
この信号はオーディオバスを介してデータ転送カードｂに転送されるが、データ転送カードｂは音響信号をシリアル信号に変換してチャンネル選択部に送信する。
【００３１】
なお、第４の信号処理カードｃ４は、アクティブブイ及びミクスサウンドを模擬するものであって、模擬信号はオーディオバスを介して水中伝播特性模擬処理を行う第２の信号処理カードｃ２及び信号形式を変更する第３の信号処理カードｃ３に伝送される。
【００３２】
さらに、マスターカードａはホストコンピュータと制御バスによってバス結合され、ホストコンピュータに設定された訓練条件に基づいて信号処理カード及びチャンネル選択カードに設定するパラメータを算出して、各カードに伝送する。
【００３３】
図４は信号処理カードのハードウエア構成図であって、いわゆるパイプライン構成を採用している。
【００３４】
即ち、それぞれがＡバッファとＢバッファを並列に配置した構成を有する３組のバッファ対４０１〜４０３、３つの入力切り替え型スイッチ（以下Ｉ型スイッチ）４０４〜４０６、３つの出力切り替え型スイッチ（以下Ｏ型スイッチ）４０７〜４０９、及び２つのＤＳＰ（ディジタル・シグナル・プロセッサ）４１０〜４１１から構成される。
【００３５】
第１のＩ型スイッチ４０４の共通端子はオーディオバスＡに接続され、２つの切り替え端子はそれぞれ第１のバッファ対４０１のＡバッファ及びＢバッファに接続される。第１のバッファ対４０１のＡバッファ及びＢバッファの出力は第１のＯ型スイッチ４０７の２つの切り替え端子に接続される。
【００３６】
第１のＤＳＰ４１０が第１のＯ型スイッチ４０７の共通端子と第２のＩ型スイッチ４０５の共通端子間に設置される。
【００３７】
以下同様に、第２のバッファ対４０２、第２のＯ型スイッチ４０８、第２のＤＳＰ４１１、第３のＩ型スイッチ４０６、第３のバッファ対４０３、及び第３のＯ型スイッチ４０９が直列に接続される。そして、第３のＯ型スイッチ４０９の共通端子はオーディオバスＢに接続される。
【００３８】
３つのＩ型スイッチ４０４〜４０６、及び３つのＯ型スイッチ４０７〜４０９はクロックによって、Ｉ型スイッチ４０４〜４０６が共通端子と第１の切り替え端子が接続された状態にあるときは、Ｏ型スイッチ４０７〜４０９は共通端子と第２の切り替え端子が接続された状態に制御される。逆に、Ｉ型スイッチ４０４〜４０６が共通端子と第２の切り替え端子が接続された状態にあるときは、Ｏ型スイッチ４０７〜４０９は共通端子と第１の切り替え端子が接続された状態に制御される。
【００３９】
そして、ＤＳＰに、乱数発生、音響信号発生、水中伝播特性模擬、及び音響信号形式変換の処理を実行するプログラムをロードすることにより、信号処理カードは上述したそれぞれの機能を果たす。
【００４０】
図５はデータ転送カードのハードウエア構成図であって、データ転送カードｂは、パラレル／シリアル変換部ｂ１と転送クロックジェネレータｂ２を有する。
【００４１】
転送クロックジェネレータｂ２はマスタクロックジェネレータで生成されるマスタクロックに基づいてデータ転送用のクロックを生成する。
【００４２】
パラレル／シリアル変換部ｂ１は、第５〜１２の８枚の信号処理カードｃ５〜ｃ１２で生成され、オーディオバスを介してパラレルに転送されてきた音響信号をシリアル信号に変換し、転送クロックジェネレータｂ２で生成された転送用クロックに同期して出力する。
【００４３】
図６は音響信号発生部２１１内のオーディオバスの接続図であって、第１の信号処理カードｃ１は、第９〜第１２の信号処理カードｃ９〜ｃ１２とはオーディオバスＡ１によって、第５から第８の信号処理カードｃ５〜ｃ８とはオーディオバスＢ１によって接続される。そして、第５〜第１２の信号処理カードｃ５〜ｃ１２は、それぞれ第１の信号処理カードｃ１で生成された乱数によって変調された音響信号を発生する。
【００４４】
第５〜第１２の信号処理カードｃ５〜ｃ１２と第２の信号処理カードｃ２とはオーディオバスＡ２によって接続され、第５〜第１２の信号処理カードｃ５〜ｃ１２で生成された音響信号は第２の信号処理カードｃ２に伝送され、音響信号の水中伝播特性の模擬が実行される。
【００４５】
また、第２〜第４の信号処理カードｃ２〜ｃ４は相互にオーディオバスＢ２で接続され、水中伝播特性が付与された音響信号の形式が第３の信号処理カードｃ３で変更されるとともに、第４の信号処理カードでアクティブブイ及びミクスサウンドの模擬が行われる。
【００４６】
データ伝送カードｂは、第４の信号処理カードｃ４とはオーディオバスＡ３で、第３の信号処理カードｃ３とはオーディオバスＢ３で接続され、音響信号をチャンネル選択部に送出する。
【００４７】
図７は音響信号発生部２１１の動作の同期をとるためのクロックの波形図であって、Ｆ₁は第５〜１２の８枚の信号処理カードｃ５〜ｃ１２で生成される音響信号の更新周期を規定すると共に、音響信号をサンプリングするために使用される。
【００４８】
Ｆ₂はＦ₁の８倍の周波数を有し、Ｆ₁と同じく音響信号のサンプリングに使用される。
【００４９】
Ｆ₃及びＦ₄はＦ₁の５１２倍の周波数を有し、Ｆ₄はＦ₃に対して１／４周期遅れ位相を有する。そして、信号発生部におけるデータ転送は、Ｆ₃及びＦ₄をクロック信号と同期して行われる。
【００５０】
図８はチャンネル選択部のハードウエア構成図であって、チャンネル選択部２２は２つのチャンネル選択カード２２１及び２２２で構成されるが、２つのチャンネル選択カード２２１及び２２２は同一のハードウエア構成を有し、相互にオーディオバス２２３で接続されている。
【００５１】
各チャンネル選択カード２２１（又は２２２）は、２組のシリアル信号受信部２２ａ及び２２ｃ並びに２組のクロック信号受信部２２ｂ及び２２ｄを有する。
【００５２】
２組のシリアル信号受信部２２ａ及び２２ｃの出力はチャンネル切り替え部２２ｅに接続され、チャンネル切り替え部２２ｅには、アナログ音響信号のチャンネル数（例えば１０）のディジタル／アナログ変換部２２ｆが接続されている。
【００５３】
チャンネル切り替え部２２ｅは、ホストコンピュータ２０によって制御バスを介して制御され、音響信号解析装置１１に供給する音響信号を模擬条件に応じて切り替えることを可能としている。
【００５４】
図９はチャンネル選択部回りの接続図であって、シリアル信号受信部２２ａは、４つの音響発生部２１１〜２１４からシリアル信号である音響信号を受信し、クロック信号受信部２２ｂで受信されたクロック信号に基づいて音響信号をパラレル信号に再変換する。
【００５５】
そして、ホストコンピュータ２０の指令に基づいてＤＳＰ２２ｆはチャンネル切り替え部２２ｅを制御し、音響信号をＤ／Ａ変換部２２ｆに導く。そして、音響信号はアナログ信号に変換され、音響信号解析装置１１に出力される。
【００５６】
【発明の効果】
第１の発明に係る模擬水中音響信号発生装置によれば、機能ごとに独立したハードウエアで構成され、各機能は相互にシリアルバス結合されるため、模擬規模及び条件の変更に柔軟に対応することが可能となるだけでなく、最終段までディジタル処理されるため外部からの雑音混入を確実に防止することが可能となる。
【００５７】
第２の発明に係る模擬水中音響信号発生装置によれば、音響信号発生部は機能ごとに独立したハードウエアで構成され、各機能はパラレルバス結合されるため、音響信号を発生する航走体の数の増減に柔軟に対応することが可能となる。
【００５８】
第３の発明に係る模擬水中音響信号発生装置によれば、音響信号発生部は大部分がパイプライン構造で構成されるため、高速度で高精度の模擬信号を発生することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の訓練装置の構成図である。
【図２】本発明に係る模擬水中音響信号発生装置を適用した訓練装置の構成図である。
【図３】１つの音響信号発生部の詳細構成図である。
【図４】信号処理カードのハードウエア構成図である。
【図５】データ転送カードのハードウエア構成図である。
【図６】オーディオバス接続図である。
【図７】クロックの波形図である。
【図８】チャンネル選択部のハードウエア構成図である。
【図９】チャンネル選択部回りの接続図である。
【符号の説明】
２…模擬水中音響信号発生装置
２０…ホストコンピュータ
２１１、２１２、２１３、２１４…音響信号発生部
２２…チャンネル選択部
１１…音響信号解析装置

Claims

模擬条件を設定する模擬条件設定部と、
少なくとも１つの模擬音響信号発生部であって、前記模擬条件設定部で設定された模擬条件に基づいて複数の模擬水中音響信号を発生する模擬音響信号発生部と、
前記模擬音響信号発生部で発生された模擬水中音響信号を、前記模擬条件設定部で設定された出力チャンネルに出力するチャンネル選択部と、
前記模擬条件設定部、模擬音響信号発生部及びチャンネル選択部を相互に接続するシリアルバスを具備し、
前記模擬音響信号発生部が、
各々が、一隻の水中航走体が発生する少なくとも一種類の音響信号を模擬する少なくとも１つの航走体発生音響信号生成部と、
前記航走体発生音響信号生成部で生成された音響信号に対して付加されるノイズを模擬するための乱数を生成する乱数生成部と、
前記航走体発生音響信号生成部で生成され、前記乱数生成部で生成された乱数によってノイズが付加された音響信号に対して水中伝播特性を付与する水中伝播特性付与部と、
アクティブブイの発射する音響信号及びミクスサウンドを模擬するアクティブブイ・ミクスサウンド模擬部と、
前記水中伝播特性付与部で水中伝播特性が付与された音響信号及び前記アクティブブイ・ミクスサウンド模擬部で模擬されたアクティブブイ発射音及びミクスサウンドをパッシブブイの音響信号検出特性に基づいて信号形式を変換する信号形式変換部と、
前記信号形式変換部で信号形式が変換された音響信号、アクティブブイ発射音及びミクスサウンドをシリアル信号に変換して前記チャンネル選択部に転送する転送部と、
前記各部を相互に接続するパラレルバスと、を具備することを特徴とする模擬水中音響信号発生装置。
前記航走体発生音響信号生成部、乱数生成部、水中伝播特性付与部、アクティブブイ・ミクスサウンド模擬部、及び信号形式変換部が、パイプライン構造を有する請求項１に記載の模擬水中音響信号発生装置。