JPH028226Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （技術分野） 本考案はソナー装置における目標の方位検出を
行なう水中目標方位検出回路に関する。

（従来技術） 従来、水中における目標（主として艦船）の方
位を検出する方法としては、目標の発する音を利
用し、第１図のように距離ｄ離れて設けられた受
波器１１，１２間に入る音波の位相差を測定し、
音波の到来方向を検出する方法が知られている。

この図において、間隔ｄで配置された２個の受
波器１１，１２を用いて、目標の音を受信する
と、その出力信号の間には、次式に示すような位
相差を生ずる。

＝2π／λ・ｄ・cosθ …(1) ここで、θは受波器１１，１２の配置軸からの
目標方位角、λは音波の水中での波長（＝Ｃ／
：Ｃ＝水中の音速、＝周波数）である。

この電気的位相差を位相差測定回路（電気回
路）を用いて検出していた。しかし、実際の海中
においては、波、風、水中生物等によつて引き起
こされる雑音（海中雑音と呼ばれる）のため、目
標からの音波の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）がある
有限の値となり、位相測定回路で無視できない大
きさの誤差やバラツキを生じることが多く、その
ため音波の到来方向の検出も相当の誤差やバラツ
キを伴うという欠点があつた。

（考案の目的） 本考案の目的は、このような欠点を除き、多数
の鋭いサイドローブを持つ指向性パターンを用い
ることにより、目標方位の検出誤差やバラツキを
小さくした水中目標方位検出回路を提供すること
にある。

（考案の構成） 本考案の水中目標方位検出回路は、所定間隔に
おかれた二個の受波器からの受波信号のうちの第
１の周波数₁をそれぞれ抽出する第１および第２
のバンドパスフイルタと、これら第１および第２
のバンドパスフイルタの各出力を加算する第１の
加算回路と、前記各受波信号のうちｎ／ｎ＋１₁（ｎ は自然数）の関係にある第２の周波数₂をそれぞ
れ抽出する第３および第４のバンドパスフイルタ
と、この第３のバンドパスフイルタの出力に遅延
制御信号により可変される遅延を与える可変遅延
回路と、この可変遅延回路の出力と前記第４のバ
ンドパスフイルタの出力とを加算する第２の加算
回路と、これら第１および第２の加算回路の出力
を受けこれら加算出力のピークを重なるように前
記遅延制御信号を形成する遅延制御回路とを含み
構成される。

（実施例） 以下図面により本考案を詳細に説明する。

第２図は本考案の実施例を含むブロツク図であ
る。この実施例は、受波器１１，１２で受けた受
波信号のうち周波数₁をそれぞれとり出すバンド
パスフイルタ１，２と、これらバンドパスフイル
タ１，２の各出力の加算回路５と、その受波信信
のうち周波数₂をそれぞれとり出すバンドパスフ
イルタ３，４と、このバンドパスフイルタ３の出
力を制御信号によつて可変遅延させる可変遅延回
路７と、この可変遅延回路７の出力とバンドパス
フイルタ４の出力とを加算する加算回路６と、こ
れら加算回路５，６の出力を制御して遅延制御信
号をつくりかつ検出信号をとり出す遅延制御回路
８とから構成される。なお、９は検出信号の出力
端子である。

本考案における方位測定には、２つの周波数
₁，₂を使用することを特徴とする。この２つの
周波数₁，₂は、受波器１１，１２の間隔ｄに対
しｄ＝nλ₁，ｄ＝（ｎ＋１）λ₂（但しλ₁＝Ｃ／₁ λ
₂
＝Ｃ／₂）の関係があるとする。このように受波
器の間隔を広くとると、例えば、第３図（ｎ＝
５）のように、多数の鋭いサイドロープが出る。
このようにnλ₁＝（ｎ＋１）λ₂の関係にある場合
のサイドロープ数は、波長λ₂が波長λ₁のサイドロ
ーブより１つ多く、λ₁のサイドローブの間にλ₂の
サイドローブが入る形となる。このときの各指向
性DD₁，DD₂は、それぞれ次のように表わされ
る。

ここで周波数₁における受波器１１，１２の受
波信号S₁，S₂は次式のようになる。

S₁＝Ｓ，S₂＝Sexpj〔2π／λ₁dcosθ〕したがつて加 算回路５の出力SS₁の次のようになる。

SS₁＝Ｓ〔１＋expj｛2π／λ₁dcosθ｝〕 ｜SS₁｜＝｜2cos〔１／２｛2π／λ₁dcosθ｝〕｜ この式から指向性DD₁は、DD₁＝｜cos（〔π／λ₁ dcosθ）｜となり、ｄ＝nλ₁を代入すると次式が得
られる。

DD₁＝｜cos（nπcosθ）｜ …(1) 同様にして、周波数₂についての指向性DD₂も
次式のようになる。

DD₂＝｜cos〔π／λ₂dcosθ−π／λ₂Ｃ・τ｝｜ ＝｜cos〔π／λ₂（dcosθ−Ｃ・τ）｝｜ ここでτは、可変遅延回路の遅延時間とする。
この式をｄ＝（ｎ＋１）λ₂，λ₂＝ｎ／ｎ＋１λ₁，T₁ ＝１／₁を用いて変形すると次式で得られる。

DD₂＝｜cos｛ｎ＋１／nλ₁π（nλ₁cosθ−Ｃ・τ）
｝｜＝｜cos｛（ｎ＋１）πcosθ −ｎ＋１／ｎ Ｃ／λ₁τ・π｝｜＝｜cos｛（
ｎ＋１）π×（cosθ−１／ｎ τ／T₁）｝｜…(2) ここで可変遅延回路の遅延量τを変化させたと
きの２つの指向性のピークの重なり方は、DD₁＝
DD₂として次のようになる。

（ｎ＋１）π（cosθ−１／ｎ τ／T₁）±lπ ＝nπcosθ （ｌ＝０，１，２…） cosθ＝ｎ＋１／ｎ τ／T₁±ｌ …(3) ここで次の(4)式の範囲について測的を行なうと
すると、(5)式の様にサイドローブの重なる方位角
θは遅延量τにより一意的に決まる。

0゜＜θ90゜，０τｎ／ｎ＋１T₁ …(4) cosθ＝ｎ＋１／ｎ τ／T₁ …(5) 第３図，第４図はｎ＝５の場合の指向性図で、
第３図はτ＝０の場合、第４図はθ＝66゜のサイ
ドローブの重なるように遅延量τを与えた場合の
パターンである。このように(4)式の範囲で遅延量
τを変化させると、0゜θ90゜の範囲の任意の
サイドローブを重ねることができ、他のサイドロ
ーブのピークが重なることはない。これはｎ＝５
のときだけでなくｎが大きくなりサイドローブの
数が多くなり鋭くなつても同様であり、重なるサ
イドローブのピークはただ１個所である。

したがつて、第２図の回路構成において可変遅
延回路７の遅延量τを可変して入力のピークが重
つた時の遅延量τを出力すればよい。

この水中目標方位検出回路の動作は次のように
なる。受波器１１，１２によつて受波した信号は
バンドパスフイルタ１〜４により周波数₁と₂に
分けられる。受波器からの信号のうち周波数₁成
分はそれぞれバンドパスフイルタ１，２を通つて
加算回路５によつて加算される。この加算出力
は、例えば第４図における実線の指向性をもつた
ものの出力である。

今、ｎ＝５、目標方位θ＝66゜のときを考える
サイドローブのピークからの入力があるとき、周
波数₂成分の加算回路６の出力はもう一つの指向
性からの出力である。ここで可変遅延回路７の遅
延量τを変化させると、指向性のピークが移動し
ていき、順次周波数₁のビームのピークと重なつ
ていくが、ある遅延量τの値になると方位θ＝
66゜の₁のピークと重なりはじめ、目標音源より
の信号が受かりはじめ、サイドローブとサイドロ
ーブとが重なつてピークとなる。このときの遅延
制御及び検出回路８から遅延量τの値が出力さ
れ、周波数₁のどのサイドローブで目標信号を受
波しているかがわかり、あらかじめ既知である周
波数₁の指向性から音波の到来方向を正確に知る
ことができる。

もし、音波の到来方向がθ＝60゜であれば、第
４図から明らかなように周波数₁のビームでは信
号が受信できないか、かなり弱くなつてしまう。
このように受波信号がサイドローブにかからない
場合は、うまく測的できないが、この様な領域は
式(1)，(2)中のｎを大きくしてサイドローブの数を
増していくことにより減らすことができる。

以上説明したように、本考案においては、各周
波数の指向性のサイドローブを利用することによ
つて目標音波の到来方向を検出するので、その検
出誤差、バラツキや分解能は、サイドローブの数
やその鋭さに依存する。これは式(1)，(2)の中のｎ
を大きくすればするほどサイドローブの数が増加
するのでその指向性の鋭さはより大きくなる。ま
た、従来の位相検出回路の様に信号のＳ／Ｎ比に
よつて検出の誤差やバラツキ、分解能が大きく影
響を受けることはなく、本考案では目標信号がそ
のサイドローブにより受信できたかどうかにより
検出を行なうので原理的にはほとんどＳ／Ｎ比の
影響を受けなくて済み、式(1)，(2)中のｎを大きく
とればとるほど方位検出精度を向上させることが
できる。

なお、可変遅延回路７は可変遅延線やCCDな
どを用いた遅延回路が用いられるが、この可変遅
延回路７への遅延制御を行う遅延制御及び検出回
路８としては、二個の加算出力をモニターしなが
らこれらの重なりを見て操作者が遅延量を設定し
ても良いし、またマイクロプロセツサなどを用い
て制御してもよい。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案は、２つの周波数
を用いることによつて互にずれた多数の鋭いサイ
ドローブを作り、どのサイドローブから信号が受
かつているかを見つけることによつて、目標音波
が到来方向を検出するので、従来の位相検出回路
による目標方位の検出に大きな誤差バラツキ要因
としてあつたＳ／Ｎ比の影響をほとんど受けない
ようにでき、かつ検出誤差、バラツキ、分解能を
小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の方位検出方式の原理を説明する
構成図、第２図は本考案の一実施例を示すブロツ
ク図、第３図、第４図は第２図においてτ＝０お
よびθ＝66゜でサイドローブを重なるようにした
τにおける指向性パターン図である。 図において、１，２，３，４……バンドパスフ
イルタ、５，６……加算回路、７……可変遅延回
路、８……遅延制御及び検出回路、９……出力端
子、１１，１２……受波器、である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 所定間隔おかれた二個の受波器からの受波信号
   のうちの第１の周波数₁をそれぞれ抽出する第１
   および第２のバンドパスフイルタと、これら第１
   および第２のバンドパスフイルタの各出力を加算
   する第１の加算回路と、前記各受波信号のうち
   ｎ／ｎ＋１₁（ｎは自然数）の関係にある第２の周波 数₂をそれぞれ抽出する第３および第４のバンド
   パスフイルタと、この第３のバンドパスフイルタ
   の出力に遅延制御信号により可変される遅延を与
   える可変遅延回路と、この可変遅延回路の出力と
   前記第４のバンドパスフイルタの出力とを加算す
   る第２の加算回路と、これら第１および第２の加
   算回路の出力を受けこれら各出力のピーク値を重
   なるように前記遅延制御信号を形成する遅延制御
   回路とを含む水中目標方位検出回路。