JP7449286B2 - ソナー用信号マルチプレクサ - Google Patents
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Description
-水上部分と呼ばれ、一般に船舶等の水上艇又は航空機に搭載される第一の部分。水上部分は、水中への投入が意図されていないことを意味すると理解されている。これは、潜水艦等の潜水艇での使用に適合しないわけではない。この部分は少なくとも、ソナーの水中部分により発せられたパワー信号と、水中部分への電源供給を可能にする信号の生成を行う。また、これは潜水部分との通信データの交換に必要な電子機器も含む。有利な点として、水中部分により取得された信号を、発信源の検出のために分析するのに必要なデジタル電子機器を有することもできる。
-水中に沈められて水中でソナー信号を送信することが意図されることから水中部分と呼ばれる第二の部分。この部分は主として、水中信号の送受信を可能にする音響トランスデューサで構成される。これはまた、水中信号の取得、そのデジタル化、及び水上部分へのその送信に必要な電子機器も含む。
-高パワーアナログ信号である送波信号。これらの信号は水上部分により生成され、水中部分の音響トランスデューサにより発せられることが意図される。例として、Sonar Flashの場合、発せられる信号は2500Vrmsの交流電圧で10kWのパワーを有する。
-ソナーの水中部分のために確実に電源供給する電源供給信号。この信号は一般に、直流信号又は低周波数交流信号(50Hz~400Hz)である。
-ソナーの2つの部分間の通信データの送信を可能にし、特に、1つの方向には水中部分のための管理及び制御/コマンドデータを送信し、もう1つの方向にはソナーの水中部分の状態に関する情報とデジタル化された取得信号を送信する双方向信号。
-それによって第一の部分が電源を第二の部分に送信する、電源供給信号と呼ばれる一方向信号、
-第一の部分によって第二の部分へと、それらが音波の形態で発信されるようにするために送信される、送波信号と呼ばれるアナログ一方向信号、及び
-2つの部分間で交換される通信データを搬送する双方向信号
を含む。
-電源供給信号と送波信号を通過させ、通信データを搬送する信号の伝播を制限するように構成されたインダクタであって、一方の側で電気キャリアケーブルと、反対側で送波信号を生成するための、及び電源供給信号を生成するための要素との間に接続される前記インダクタと、
-通信データを搬送する信号を通過させ、電源供給信号と送波信号の伝播を制限するように構成されたフィルタであって、電気キャリアケーブルと通信データを搬送する信号の発生器との間に接続された前記フィルタと、
を含む。
-送波信号を通過させ、通信データを搬送する信号の伝播を制限するように構成されたインダクタであって、電気キャリアケーブルと1つ又は複数の発信音響トランスデューサとの間に接続される前記インダクタと、
-通信データを搬送する信号を通過させ、電源供給信号と送波信号の伝播を制限するように構成されたフィルタであって、電気キャリアケーブルと、通信データを搬送する信号を変調/復調するための素子との間に接続された前記フィルタと、
を含む。
非限定的な例として挙げられる以下の説明を読めば、また、下記のような添付の図面から、本発明はよりよく理解され、その他の特徴と利点はより明らかとなるであろう。
-電源供給信号210。この信号は、ソナーの水中部分の動作を確実にするためのものである。これは一般に直流信号であるが、数十Hzの周波数を有する交流信号と同等にできる。信号は、ソナーの水上部分201がエネルギー貯蔵手段(バッテリ)を有していればそれによって生成されることも、又はソナーが連結される外部電源から供給されることも同等にできる。
-送波信号211。これらは、ソナーの水中部分により水中で音波の形態で発せられることが意図される電気信号である。これらの信号は、高周波数(典型的に、1kHz~数百kHz)で送信される高パワー信号である。送波信号211は、数十キロワットに到達し得る高パワーを搬送する。送波信号211の電流の強度を限定するために、電圧は数千ボルトを超えることがあり得る。送波信号は、ソナーの第一の部分により生成され、次に音響トランスデューサを使用してそれらを発信するソナーの第二の部分へと送信される。並びに
-双方向通信信号212。下りリンクで(すなわち、ソナーの水上部分201から水中部分202へ)送信されるデータは基本的に、コンフィギュレーションデータに対応し、上りリンクで(すなわち、ソナーの水中部分から水上部分へ)送信されるデータは主として、ソナーの水中部分により取得、増幅、及びおそらくデジタル化される音響信号とその部分の状態に関するデータとに対応する。したがって、通信データを搬送する双方向信号の上りリンク及び下りリンクで送信されるデータ量は対称ではなく、ビットレートの需要は上りリンク上のほうが下りリンク上より大きい。ソナーの水上部分201は、通信データを搬送する信号の生成(変調、符号化)及び受信(復調、復号)に必要な電子部品を有する。上下リンクは、TDD(時分割複信(Time-Division Duplex))等の当業者の間で知られている方法によって同じスペクトルリソースを共有することも、又は各々がFDD(周波数分割複信(Frequency-Division Duplex))等の既知の方法に従って専用に割り当てられる周波数バンドを有することもできる。これらは、信号210及び211より高いキャリア周波数で送信される。
-全ての信号が同じ送信線を使用するため、電気キャリアケーブル203の直径と重量を制御できる。それゆえ、単純な同軸ケーブル又はツイステッドペアが送信線の役割を果たすことができる。
-装置は、その水中部分に電気機械的切替素子(例えば、パワーリレイ等)の実装を必要としないため、その体積、その重量、そのコストが削減され、また、信号の送信及び切替素子の同期も必要としないため、システムの信頼性が向上し、システムが単純化される。すると、水中部分から制御回路を排除できる。
-電源供給信号220の時間的連続性が確保され、すると水中部分はエネルギー貯蔵要素(バッテリ)の使用を省くことができ、それによってその体積、その重量、そのコストが削減され、その信頼性が向上する。
-通信データ222の時間的連続性が確保され、これは、搬送されるデータ量及びしたがって、水中部分の音響センサの数を増大できることを意味する。
-上述の利点の全てにより、ソナーの水中部分の重量と嵩及びしたがって、その流体力学的性能のほか、電気キャリアケーブルのサイズ及びその中に繰り込む必要のあるドラムの大きさも縮小できる。
i.L3は、ハイパスフィルタ320をデチューニングしないように、通信データを搬送する信号によって使用される最低周波数でケーブル203の特性インピーダンスよりはるかに高いインピーダンスを有していなければならない。
ii.L3のインピーダンスは、1つ又は複数の発信音響トランスデューサにおいてパワーが失われすぎないように、送波信号の周波数で高すぎてはならない。
iii.L1のインピーダンスは、通信データを搬送する信号によって使用される最低周波数でケーブル203の特性インピーダンスよりはるかに高く、且つ送波信号の周波数でL3のそれよりはるかに高くなければならない。
iv.L1及びL3の値は、発信音響トランスデューサTrのチューニング/マッチングを行うように選択されなければならない。
Claims (11)
- ソナーであって、第一の部分(201)と、第二の部分(202)であって、前記第二の部分を機械的に支持し、前記ソナーの前記2つの部分が、
-それによって前記第一の部分が電源を前記第二の部分に送信する、電源供給信号(210、220)と呼ばれる一方向信号、
-前記第一の部分によって前記第二の部分へと、それらが音波の形態で発信されるようにするために送信される、送波信号(211、221)と呼ばれるアナログ一方向信号、及び
-前記2つの部分間で交換される通信データを搬送する双方向信号(212、222)
を含む信号を交換できるように構成された電気キャリアケーブルにより連結された第二の部分と、を含むソナーにおいて、
-前記第一の部分は、前記電源供給信号、前記送波信号、及び前記通信データを搬送する信号が前記電気キャリアケーブル上で同時に異なる周波数バンドで送信されるように構成される信号結合手段(213)を含み、
-前記第二の部分は、前記電気キャリアケーブル上で送信された前記信号の各々の回復を可能にする分離手段(223)と、1つ又は複数の発信音響トランスデューサ(Tr)と、前記1つ又は複数の発信音響トランスデューサのためのチューニング/マッチング手段(L1)と、を含む
ことを特徴とするソナー。 - 前記結合手段は、前記送波信号を前記電源供給信号と連結するように構成されるコンポーネント(TR1、C1)を含む、請求項1に記載のソナー。
- 送波信号を前記電源供給信号と連結するように構成される前記コンポーネントは、前記送波信号の電圧を上げて、これらを電源供給信号と結合するように構成された変圧器(TR1)を含む、請求項2に記載のソナー。
- 前記結合手段は、前記電気キャリアケーブル(203)への前記信号の伝播を案内するように構成されたコンポーネント(L2、311)を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のソナー。
- 前記電気キャリアケーブル(203)への前記信号の伝播を案内するように構成された前記コンポーネントは、
-前記電源供給信号(210)と前記送波信号(211)を通過させ、前記通信データを搬送する前記信号(212)の伝播を制限するように構成されたインダクタ(L2)であって、一方の側の前記電気キャリアケーブルと反対側の前記送波信号を生成するための要素(TX)及び前記電源供給信号を生成するための要素(A1)との間に接続されるインダクタ(L2)と、
-前記通信データを搬送する前記信号を通過させ、前記電源供給信号と前記送波信号の伝播を制限するように構成されたフィルタ(311)であって、前記電気キャリアケーブルと前記通信データを搬送する前記信号の発生器(310)との間に接続されたフィルタ(311)と、
を含む、請求項4に記載のソナー。 - 前記分離手段(223)は、前記電源供給信号を前記電気キャリアケーブル(203)により搬送されるその他の信号から分離し、前記1つ又は複数の音響トランスデューサの前記チューニング/マッチングに寄与するように構成される、請求項1~5のいずれか1項に記載のソナー。
- 前記電源供給信号を前記その他の信号から分離し、前記1つ又は複数の音響トランスデューサの前記チューニング/マッチングを行うように構成されるインダクタ(L1)は、前記1つ又は複数の音響トランスデューサと並列に取り付けられ、前記電気キャリアケーブル(203)と、直列に取り付けられるコンデンサ(C2)との間に接続され、前記電源供給信号は前記コンデンサの端子において回復される、請求項6に記載のソナー。
- 前記電源供給信号を前記その他の信号から分離し、前記1つ又は複数の音響トランスデューサの前記チューニング/マッチングを行うように構成されるインダクタ(L1)は、前記電源供給信号(220)を通過させ、前記通信データを搬送する前記信号(222)と前記送波信号(221)の伝播を制限するように構成される、請求項6又は7に記載のソナー。
- 前記分離手段(223)は、
-前記送波信号(221)を通過させ、前記通信データを搬送する前記信号(222)の伝播を制限するように構成されたインダクタ(L3)であって、前記電気キャリアケーブル(203)と前記1つ又は複数の発信音響トランスデューサ(Tr)との間に接続されるインダクタ(L3)と、
-前記通信データを搬送する前記信号を通過させ、前記電源供給信号(211)と前記送波信号の伝播を制限するように構成されたフィルタ(320)であって、前記電気キャリアケーブルと、前記通信データを搬送する前記信号を変調/復調するための素子(321)との間に接続されたフィルタ(320)と、
を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載のソナー。 - 前記通信データを搬送する前記信号はゼロ平均変調により変調される、請求項1~9のいずれか1項に記載のソナー。
- 前記通信データを搬送する前記信号は直交周波数分割多重化により変調される、請求項1~10のいずれか1項に記載のソナー。
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