JPH02141134A - 空中、水中通信の中継方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 空中の電波通信と水中の超音波通信の中継方法に関し、 水中での超音波通信に指向性を持たせることによって雑
音を押さえて信号と雑音の比を大きくすることができる
空中、水中通信の中継方法を提供することを目的とし、 空中の電波通信と水中の超音波通信を、アンテナを空中
側に、また、トランスデユーサを水中側に設けて水面に
浮かせた中継ブイを利用して中継する方法であって、 中継ブイに複数のトランスデユーサを設置しておき、各
トランスデユーサから得られる受信音波信号を遅延制御
して各トランスデユーサ間の受信時間差を零にした後加
算して電波送信に供する一方、アンテナから得られる電
波信号を送信音波信号に変換して各トランスデユーサに
分配するとともに、各トランスデユーサからの発信が上
記時間差を持つように遅延制御して超音波送信に供する
構成とし、 更に、空中、水中通信の中継方法において、所定時間以
上、通信が跡絶えたときに水中の超音波発信源からパイ
ロット信号を発信して超音波送信に使用する時間差を更
新する構成とした。

〔産業上の利用分野〕

この発明は空中、水中通信の中継方法に関し、特に空中
の電波通信と水中の超音波通信の中継方法に関するもの
である。

よって可能になるが、この場合、水中での電波の減衰が
大きく、遠距離通信が不可能であり、且つアンテナが長
くなる等の欠点があるため現実には殆ど使用されていな
い。

そこで、空中では電波を、水中では超音波を使用する方
法が研究されている。

この方法は第４図に示すように空中側にアンテナ１１を
、また、水中側にトランスデユーサ１２を備えた中継ブ
イ１を水上に浮かせておき、潜水艦３から発信される超
音波をトランスデユーサ１２で受信し、得られた電気信
号に基づいてアンテナ１１より電波送信する一方、航空
機２からの電波をアンテナ１１で受信し、得られた電気
信号に基づいてトランスデユーサ１２で超音波に変換し
て潜水１１ｉ！３に送信するものである。

（従来技術〕 空中、例えば航空機から水中、例えば潜水艦に対しであ
るいは、その逆の方向への電波による直接の通信は極め
て長い波長の電波を用いることに〔発明が解決しようと
する課題〕 水中では中継ブイ１のトランスデユーサ１２と潜水艦２
のトランスデユーサとの間に直接伝搬する直接音に加え
て、海底にある種々の障害物、例えば岩や藻等に反射し
直接音よりは時間ｔｏ遅れて入射する第５図に示すよう
な反射音も伝搬され、また、波の音、魚の鳴き声等があ
るため雑音が多い。更に、水面にある中継ブイ１は潮流
や風等で移動するので、指向性のあるトランスデユーサ
１２が使用できず、従って減衰が大きいため良好な通信
をすることが困難であった。

この発明は上記従来の事情に鑑みて提案されたものであ
って、水中での超音波通信に指向性を持たせることによ
って雑音を押さえて信号と雑音比を大きくすることがで
きるとともに、潮流や風による中継ブイの移動にかかわ
らず指向性を維持することができる空中、水中通信の中
継方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は上記目的を達成するために以下の手段を採用
している。すなわち、第１図に示すように空中の電波通
信と水中の超音波通信を、アンテナ１１を空中側に、ま
た、トランスデユーサ１２を水中側に投映て水面に浮か
せた中継ブイ１を利用して中継する方法であって、中継
ブイ１に複数（ｎ＞のトランスデユーサ１２−ｋ　（ｋ
　：　１〜ｎの整数〕を設置しておき、各トランスデユ
ーサ１２−ｋから得られる受信音波信号を遅延制御して
各トランスデユーサ１２−に間の受信時間差Ｔｒを零に
して加算し、電波送信に供する一方、アンテナ１１から
得られる電波信号を送信音波信号に変換して各トランス
デユーサ１２−ｋに分配するとともに、各トランスデユ
ーサ１２−ｋからの発信が上記時間差Ｔｒを持つように
遅延制御して超音波送信に供するようにしたものである
。

上記方法において通信が所定時間以上に跡絶えると水中
の超音波発信源からパイロット信号を発信して、超音波
送信に使用する時間差Ｔｒを更新する。

〔作　用〕 超音波は各トランスデユーサ１２−にの位置に応じた時
間差Ｔｒで入力されて電気信号たる受信音波信号に変換
される。ここで、各トランスデユーサ１２−ｋから得ら
れる受信音波信号を、該受信音波信号の中量も遅れて入
力される受信音波信号に位相を合わせるように遅延制御
して加算すると、合成音波信号はトランスデユーサ１２
−にの数（ｎ）倍され、雑音成分は電力合成されるので
Ｆ倍になる。従って、単一のトランスデユーサ１２−ｋ
を用いた場合に比して強い指向性が与えられることにな
り、信号・雑音比＆Ｆ倍となって改善され、アンテナ１
１より電波送信されることになる。

一方、アンテナ１より得られる電気信号たる電波信号は
送信音波信号に変換されて各トランスデユーサ１２−ｋ
から上記超音波入力時の時間差Ｔｒで送信されるように
する。これによって、受信位Ｒ（潜水艦位置）で各トラ
ンスデユーサ１２−ｋから発信された超音波の位相が一
致し、上記電波から超音波への変換の場合と同様超音波
の受信位置では信号成分がｎ倍、雑音成分力ｆ−倍にな
り、強い指向性が与えられたことになる。

水中の超音波発信源から所定時間ごとにパイロット信号
を送信すると上記時間差Ｔｒは適時最適の値に更新され
る。

〔実施例〕

第１図はこの発明を実施する中継ブイ１の一実施例を示
すものである。空中側にはアンテナ１１が配置される一
方、水中側には２つのトランスデユーサ１２−１．１２
−２が所定間隔ｌを保って配置され、上記アンテナ１１
には送受切替スイッチ１３が、更に、各トランスデユー
サ１２−１．１２−２にはそれぞれ送受切替スイッチ１
４−１．１４−２がそれぞれ接続され、上記各切替スイ
ッチ１４−１．１４−２．１３は通常各受信端子ａ１、
ａｔＳａ！側にＯＮになっている。各トランスデユーサ
１２−１．１２−２側の切替スイッチ１４−１．１４−
２の各受信端子ａｌ、ａ２とアンテナ１１側の切替スイ
ッチ１３の送受端子ｂ３との間には以下に詳しく説明す
る超音波・電波変換回路２０が設けられ、また、アンテ
ナ１１側の切替スイッチ１３の受信端子ａ３と各トラン
スデユーサ１２−１、工２−２側の切替スイッチ１４−
１．１４−２の送受端子す、、ｂ、との間には電波・超
音波変換回路３０が挿入される。

以下、第２図、第３図のタイミング図を併用して更に詳
しく説明する。潜水艦等水中の超音波発信源から出力さ
れた超音波が上記２つのトランスデューサエ２−１．１
２−２に入力されると、該超音波は電気信号たる受信音
波信号に変換され音波受信回路２１−１．２１−２で第
２図（ａ）　（ｂ）に示す受信音波信号Ｅｒｌ　、Ｅｒ
ｔとなって受信遅延回路２２−１．２２−２に入力され
る。一方、上記受信音波信号Ｅｒｌ、Ｅｒ２は時間差検
出回路２３に入力され、ここで再受信音波信号Ｅｒ、、
Ｅｒｔの時間差ＴｒＣｍ式参照〕が検出され、該時間差
Ｔｒに基づいて上記受信遅延回路２２−１．２２−２の
遅延時間を制御する。

Ｔｒ＝１　ｃ　ｏ　ｓθ／　ｖ　…（１）すなわち、受
信遅延回路２２−２の遅延時間を零としておき受信遅延
回路２２−１の遅延時間をＴｒとする。その結果、第２
図（Ｃ）　（ｄ＞に示すように受信音波信号ｆ３．ｒ、
に対してＴｄ＋Ｔｒ　（Ｔｄ　：受信遅延回路２２−１
．２２−２の固有遅延時間）遅れた受信音波信号Ｅ’　
ｒ　、Ｅ　ｄ　ｚを得る。

これ等受信音波信号Ｅｄ＋、Ｅｄｚは加算回路２４に入
力されて加算され、第２図（Ｉｌりに示す合成音波信号
Ｅｓを得る。この合成音波信号Ｅｓの信号成分は２倍と
なり雑音成分は電力合成されるので汀倍となって信号・
雑音比は単独のトランスデユーサ１２を用いた場合Ｃ倍
に改善されたことになる。

一方、前記時間差検出回路２３の出力は電波送信制御回
路２６に入力され、該電波送信制御回路２６によって電
波送信回路２５の電源スィッチをＯＮするとともに、通
常は受信端子ａ、にＯＮになっているアンテナ１１側の
切替スイッチ１３を送信端子す、にＯＮする。この状態
で上記のようにして得られた合成音波信号Ｅｓは加算回
路２４Ｖ：起首彼の迷反 内で検波され、電波送信回路２５に入力され搬送波を変
調してアンテナ１１より発信される。

次にアンテナ１１より入力された電波は通常受信端子ａ
、にＯＮになっている送受切替スイッチ１３を介して電
波受信回路３１に入力され、ここで検波増幅されて音波
送信回路３２に入力されるとともに、音波送信制御回路
３５にも入力される。

この音波送信制御回路３５は音波送信回路３２の電源ス
ィッチをＯＮにするとともに、通常は受信端子ａｌ　、
ａｌにＯＮになっている各トランスデユーサ１２−１．
１２−２の送受切替スイッチ１４−１．１４−２を送信
端子す、　、ｂ、にＯＮする。

上記音波送信回路３２は上記電波受信回路３１の出力で
搬送波に変調をかけて第３図（ａ）に示す送信音波信号
Ｅｔｏを得、該送信音波信号Ｅ　ｔ　ｏは送信遅延回路
３３−１．３３−２に分岐して入力される。該送信遅延
回路３３−１．３３−２は、上記時間差検出回路２３に
よって検出された時間差Ｔｒを記憶した遅延制御回路３
４によって、第３図（ｂ）　（ｅ）に示す、ように送信
遅延回路３３−１の出力Ｅｔ＋を送信遅延回路３３−２
の出力Ｅｔ、より時間Ｔｒ、また送信音波信号Ｅｔａよ
りＴｄ’＋Ｔｒ　（Ｔｄ’　　：送信遅延回路３３−１
．３３−２の固有遅延時間）遅れるように制御する。

これによって各トランスデユーサ１２−１．１２−２か
ら時間差Ｔｒを持った超音波が発信され、この２つの超
音波は受信点〔潜水艦位置〕で２倍に自然加算され、強
い指向性を発揮することになるとともに、雑音強さ！ｆ
倍になって単独のトランスデユーサを用いた場合よりも
信号・雑音比が５倍に改善されたことになる。

上記時間差検出回路２３の検出時間差Ｔｒはトランスデ
ユーサ１２−１．１２−２からの入力がある毎に変更さ
れ、遅延制御回路３４の記憶内容もその毎に更新される
。従って、通信が継続している以上、潮流や風の影響を
さほど受けないことになる。潜水艦３、飛行機２間の通
信が暫く跡絶え、その間に中継ブイ１が潮流や風の影響
を受けて移動した場合、遅延制御回路３４に記憶されて
いる時間差Ｔｒ、すなわち、前回の通信に使用された時
間差は実情に合わなくなっている。この状態で飛行ａ２
側から送信があっても上記のような充分な指向性を得る
ことはできない。

そこで、所定の時間以上通信が跡絶えたときは、潜水艦
３からパイロット信号を発信し、遅延制御回路３４の記
憶内容を更新しておくようにする。

第２図中、パイロット検出信号３６は、上記のように発
信されたパイロット信号を検出し、潜水艦３に返送する
。これによって、潜水艦３では遅延制御回路３４が正常
に作動しているか否かを確認できる。上記所定時間は潮
流速度や風速を考慮して定められることは勿論である。

尚、この種中継ブイ１は潜水艦側に装備しておいて、必
要なときに水面に浮上させて使用するのが通常の用法で
ある。

以上、トランスデユーサ１２が２個の場合について説明
したが、３個以上であっても実現可能なことは勿論であ
る。

〔発明の効果〕。

以上説明したようにこの発明は水中側に設けた複数のト
ランスデユーサからの入力音波信号に遅延制御を施して
時間差を零にしてから加え合わせて電波送伝し、また、
アンテナからの入力に対しても遅延制御して、各トラン
スデユーサから上記時間差を持たせて超音波送信するよ
うになっているので、水中での超音波の送受信に対して
指向性を持たせることができ、また、信号、雑音比を大
きくすることができ、良好な通信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する中継ブイのブロック図、第
２図は超音波・電波変換の状態を示すタイミング図、第
３図は電波・超音波変換の状態を示すタイミング図、第
４図は従来例の概念図、第５図は直接音と反射音のタイ
ミング図である。 図中、 １・・・中継ブイ、　　　　１１・・・アンテナ、（１
２−ｋ） ・・・トランスデユーサ （各ト ランスデューサ） Ｔｒ・・・時間差。 メ！Ｔ＃−４？Ｚ更コ嘆と？イξ２ノ″図第２図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 〔１〕空中の電波通信と水中の超音波通信を、アンテナ
   （１１）を空中側に、また、トランスデューサ（１２）
   を水中側に設けて水面に浮かせた中継ブイ（１）を利用
   して中継する方法であって、 中継ブイ（１）に複数（ｎ）のトランスデューサ（１２
   −ｋ）〔ｋ：１〜ｎの整数〕を設置しておき、各トラン
   スデューサ（１２−ｋ）から得られる受信音波信号を遅
   延制御して各トランスデューサ（１２−ｋ）間の受信時
   間差（Ｔｒ）を零にした後加算して電波送信に供する一
   方、アンテナ（１１）から得られる電波信号を送信音波
   信号に変換して各トランスデューサ（１２−ｋ）に分配
   するとともに、各トランスデューサ（１２−ｋ）からの
   発信が上記時間差（Ｔｒ）を持つように遅延制御して超
   音波送信に供することを特徴とする空中、水中通信の中
   継方法。 〔２〕請求項１に記載の空中、水中通信の中継方法にお
   いて、所定時間以上、通信が跡絶えたときに水中の超音
   波発信源からパイロット信号を発信して超音波送信に使
   用する時間差（Ｔｒ）を更新することを特徴とする空中
   、水中通信の中継方法。