JP6299092B2 - 水中音響センサの計測装置および計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の振動子を備えた水中音響センサの性能を計測する計測装置および計測方法に関する。

水上船舶や潜水艦、水中や海底の物体を捜索、探知、測距するソーナ（ＳＯＮＡＲ：Ｓｏｕｎｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒａｎｇｉｎｇ）は、水中を伝播する音波を利用した水中音響センサを備えている。

水中音響センサは、前面に音響ゴムを配置し、そこに振動子を数十個配列された構造になっている。水中音響センサが水中に出力された音波を受信するとき、信号の強度が方向によって異なる性質がある。水中音響センサの指向性パターンは、検査項目の一つである。エンドユーザは、ソーナの用途によって、所望の指向性パターンを有する。水中音響センサは、エンドユーザのニーズを満たす性能が求められる。

水中で受波器の指向性パターンを計測する技術が特許文献１（特開平０４−１１５１７８号公報号公報）に開示されている。この技術は、回転する旋回台あるいは移動手段に受波器を設置し、受波器の受信レベルを計測して指向性パターンを計算することできる。

特開平０４−１１５１７８号公報

エンドユーザは、受信する信号の受信感度の高いセンサを要求するときもあれば、広い計測範囲のセンサを要求するときもある。複数の振動子を備えた水中音響センサは、使用する振動子の組み合わせを変えると、指向性合成パターンを変えることができる。使用する振動子の数を増やすと正面の感度が高くなり受信感度が必要な用途に適し、振動子の数を減らすと正面の感度は低くなるが広い計測範囲の用途に適する。また、使用する振動子毎に感度のバラツキもあるので、製造した水中音響センサの製品検査をしている。水中音響センサの製造者は、ユーザに水中音響センサの指向性パターンを提供するために、製造した水中音響センサの振動子の組み合わせ毎に指向性合成パターンを計測する。計測する指向性合成パターンは、振動子の数が約６０個になると約２００種類になるので、組み合わせ毎に計測すると膨大な時間がかかる。

本発明の目的は、この課題を解決した水中音響センサの計測装置および計測方法を提供することにある。

本発明は、複数の振動子を備えた水中音響センサの性能を計測する計測装置において、テスト信号を送信する送波器と、前記水中音響センサを所定の位置に配置する機構と、前記テスト信号を発生する発信器と、前記発信器および前記機構を操作する装置コントローラと、前記装置コントローラからの前記水中音響センサの位置情報と前記水中音響センサからの複数の振動子データを含む受信信号とを関連付けるデータコントローラと、前記位置情報と前記受信信号を記録する記録器と、前記記録器の複数の振動子データから複数の性能を計算する計算機と、を備えていることを特徴とする。

本発明は、複数の振動子を備えた水中音響センサの性能を計測する計測方法において、前記水中音響センサを所定の位置に配置する手順と、テスト信号を送信する手順と、前記水中音響センサの位置情報と複数の振動子データを含む受信信号とを関連付ける手順と、前記位置情報と前記受信信号を記録する手順と、記録された前記複数の振動子データから複数の性能を計算する手順と、を含むことを特徴とする。

本発明の水中音響センサの計測装置および計測方法は、水中音響センサの計測時間を短縮することができる。

本発明の第１の実施形態における水中音響センサの計測装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態における複数の振動子を備えた水中音響センサの構成例を示す図である。 本発明の第１の実施形態における記録器と計算機の詳細な動作を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における水中音響センサの計測装置の構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、第１の実施形態における水中音響センサの計測装置は、装置コントローラ１０５と、旋回台装置１０２と、発信器１０４と、送波器１０３と、データコントローラ１０６と、記録器１０７と、計算機１０８とを備えている。

装置コントローラ１０５は、旋回台装置１０２および発信器１０４を操作する。

旋回台装置１０２は、装置コントローラ１０５からの操作に従い、複数の振動子を備えた水中音響センサ１０１を所定の位置に配置する。

水中音響センサ１０１は、規格に基づいて作成された供試体である。

装置コントローラ１０５は、データコントローラ１０６へ、水中音響センサ１０１の旋回角および俯角の位置情報を送る。

発信器１０４は、装置コントローラ１０５からの操作に従い、テスト信号を発生し、送波器１０３に送る。

送波器１０３は、テスト信号を水中音響センサ１０１に送信する。

所定の位置に配置された水中音響センサ１０１が送波器１０３からのテスト信号を受信すると、データコントローラ１０６は、水中音響センサ１０１の複数の振動子データを含む受信信号を受け取る。

データコントローラ１０６は、位置情報と複数の振動子データを含む受信信号を関連付けて、記録器１０７へ送る。記録器１０７は、位置情報と受信信号を記録する。

計算機１０８は、複数の振動子データを含む受信信号から、複数の指向性合成パターンを計算する。

図２は、本発明の第１の実施形態における複数の振動子を備えた水中音響センサの構成例を示す図である。

図２は、図１の水中音響センサ１０１の正面図であり、図１の送波器１０３の方向から水中音響センサ１０１を見た図である。

図２に示すように、水中音響センサ１０１は、前面に振動子２０１〜２０９がアレイ状に９個配置された構造である。振動子の番号は、水中音響センサのチャネル番号である。実際、水中音響センサの振動子の数は６０個程度である。説明を簡略にするため、振動子の数を９個にしている。

振動子２０１〜２０９は、送波器１０３からのテスト信号を振動子毎に受信するので、水中音響センサは、１回の受信で９チャネル分の信号を受信する。よって、９チャネル分の受信信号を、データコントローラ１０６へ送っている。

次に、本実施形態の動作の説明をする。

装置コントローラ１０５は、旋回台装置１０２を操作して、水中音響センサ１０１を所定の旋回角および俯角に配置する。

装置コントローラ１０５は、発信器１０４を操作して、テスト信号を発振させ、信号を送波器１０３へ送る。

送波器１０３は、テスト信号を、水中音響センサ１０１に向かって送信する。

９個の振動子を備えた水中音響センサ１０１は、送波器１０３からのテスト信号を９チャネル分受信する。

データコントローラ１０６は、９チャネル分の受信信号を受け取る。

装置コントローラ１０５は、データコントローラ１０６へ、旋回角および俯角の位置情報を送る。

データコントローラ１０６は、旋回角および俯角の位置情報と９チャネル分の振動子データを含む受信信号を関連付けて記録器１０７へ送り、記録器１０７は、旋回角および俯角の位置情報と受信信号を記録する。

水中音響センサ１０１の指向性パターンを出力するために、旋回角および俯角を適宜変化させて、動作を繰り返す。以上の１連の計測が完了すれば、別の水中音響センサの計測を開始してもよい。

計算機１０８は、記録器１０７から旋回角および俯角の位置情報と９チャネル分の受信信号のデータを受け取り、複数の指向性合成パターンを計算する。

次に、本実施形態の記録器と計算機の詳細な動作の説明をする。

図３は、本発明の第１の実施形態における記録器と計算機の詳細な動作を説明する図である。

図３に示すように、計算機１０８は、記録器１０７から位置情報と関連付けられた９チャネル分の受信信号のデータを受け取る。この受信信号のデータは、チャネル番号１から９までの９種類の振動子データを有している。

計算機は、予め３つの振動子の組み合わせを保持している。実際、振動子の数が約６０個のとき、計算機は約２００の組み合わせを保持している。説明を簡略にするため、振動子の組み合わせの数を３つにしている。

振動子の組み合わせ１では、チャネル番号１から９のデータを加算して、指向性合成パターン１の結果を出力する。

振動子の組み合わせ２では、チャネル番号１から６のデータを加算して、指向性合成パターン２の結果を出力する。

振動子の組み合わせ３では、チャネル番号１から３のデータを加算して、指向性合成パターン１の結果を出力する。

計算機１０８は、位置情報と関連付けられた９チャネル分の受信信号データから、３つの振動子の組み合わせに対応した３つの指向性合成パターンの結果を出力できる。

以上説明したように、本発明の複数の振動子を備えた水中音響センサの計測装置は、１連の計測で位置情報と複数の振動子データの受信信号を関連付けて記録器に記録しているため、振動子の組み合わせ数が多くても、組み合わせ毎に計算し指向性合成パターンを出力しているので、水中音響センサの計測時間を短縮できる。

別の効果として、計測の作業と計算の作業を平行に行うことが可能なので、作業時間を短縮することができる。

更に、計測結果をデータベース化して記録しているので、量産品における品質上のバラツキ管理を行うことができる。

更に、計算機が加算する時、チャネル毎に係数を与えて計算することが可能なので、最適な指向性合成パターンを形成できる。

更に、データのフィルターの処理を行う信号処理ソフトの検証に、記録された計測結果を使用できるので、信号処理ソフトの開発に利用できる。

更に、送波器と複数の振動子を備えた水中音響センサは、深度が深くて、高い圧力を受ける水中の計測環境でも利用が可能である。

更に、水中音響センサの計測装置は、旋回角および俯角を適宜変化させて指向性パターンを計測するだけでなく、テスト信号を変化させて受信感度を計測することも可能である。

尚、本願発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更、変形して実施することが出来る。

１０１ 水中音響センサ
１０２ 旋回台装置
１０３ 送波器
１０４ 発信器
１０５ 装置コントローラ
１０６ データコントローラ
１０７ 記録器
１０８ 計算機
２０１〜２０９ 振動子

Claims (6)

1. 複数の振動子を備えた水中音響センサの性能を計測する計測装置において、
   テスト信号を送信する送波器と、
   前記水中音響センサを所定の位置に配置する機構と、
   前記テスト信号を発生する発信器と、
   前記発信器および前記機構を操作する装置コントローラと、
   前記装置コントローラからの前記水中音響センサの位置情報と前記水中音響センサからの複数の振動子が出力する複数の振動子データを含む受信信号とを関連付けるデータコントローラと、
   前記位置情報と前記受信信号を記録する記録器と、
   前記記録器に記録された前記位置情報に関連付けられた前記受信信号に含まれる前記複数の振動子データを出力する前記複数の振動子のうち、計測する性能毎の振動子の所定の組み合わせに基づいて複数の異なる前記性能を計算する計算機と、を備えていることを特徴とする水中音響センサの計測装置。
2. 前記機構は、前記水中音響センサを回転させて所定の旋回角および俯かせて所定の俯角に配置させる装置であって、前記計算機は、前記水中音響センサの指向性の性能を計算することを特徴とする請求項１に記載の水中音響センサの計測装置。
3. 前記送波器は、水中にあることを特徴とする請求項１または２に記載の水中音響センサの計測装置。
4. 複数の振動子を備えた水中音響センサの性能を計測する計測方法において、
   前記水中音響センサを所定の位置に配置する手順と、
   テスト信号を送信する手順と、
   前記水中音響センサの位置情報と前記複数の振動子が出力する複数の振動子データを含む受信信号とを関連付ける手順と、
   前記位置情報と前記受信信号を記録する手順と、
   記録された前記位置情報に関連付けられた前記受信信号に含まれる前記複数の振動子データを出力する前記複数の振動子のうち、計測する性能毎の振動子の所定の組み合わせに基づいて複数の異なる前記性能を計算する手順と、
   を含むことを特徴とする水中音響センサの計測方法。
5. 水中音響センサの指向性の計測方法であって、前記水中音響センサを回転させて所定の旋回角および俯かせて所定の俯角に配置させる手順を含むことを特徴とする請求項４に記載の水中音響センサの計測方法。
6. 水中音響センサの感度の計測方法であって、前記テスト信号を変化させ、前記水中音響センサの受信感度の性能を計算する手順を含むことを特徴とする請求項５に記載の水中音響センサの計測方法。

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