JPH0571898A - 音響標的装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エコー成分の振幅を変化さすことにより、各
エコー成分の時間間隔だけでなく、振幅についても実際
のエコーに類似させることが可能な優れた音響標的装置
を得ることを目的とする。 【構成】 本発明の音響標的装置は、第１の直線アレイ
をｉ個の受波器と、その受波器と受波器との間にｎ／ｉ
（ｎ＞ｉ）個の送波器を配置した構成とし、受信順番判
定器９がｉ個の受波器の受信順番を判定し方向検出手段
が到来方向を検出し、ｎ個の遅延回路がその順番に基づ
く音響データを各送波チャネル毎に遅延させ、ｎ個の振
幅制御手段がシュミレータ音の振幅の重み係数により、
振幅を設定することにより振幅及び遅延時間を制御して
ｎ個の送波器からシュミレートした音を送信するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は音響標的装置に関し、特
に直線アレイを用いてもシュミレート音を実際のエコー
に極めて類似させる音響標的装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、アクティブソーナーの標的を音響
的にシュミレートする方式として、音源から受信したア
クティブパルス音をそのまま受信するいわゆるエコーリ
ピータを複数個配置した直線アレイ方式が一般的であ
る。このような方式を用いたものとして下記にようなも
のがある。

【０００３】図５は従来の音響標的装置のエコーリピー
タの概略構成図である。図において、Ａ〜Ｎは後述する
エコーリピータを搭載したユニットであり、それぞれ曳
航ケーブルによって所定の間隔で直線アレイ状に接続さ
れたものである。また、エコーリピータは以下に示す構
成を有するものである。

【０００４】１はアクティブパルス音を複数の受信する
無指向性の受波器、２は受波器１からの受信信号から音
源からの信号（以下アクティブパルス音信号という）の
みを検出する信号検出回路、３は信号検出回路２からの
アクティブパルス音信号から特徴を抽出する信号特徴抽
出回路、４は信号特徴抽出回路３からのアクティブパル
ス音信号を増幅して再生する信号再生回路、５は信号再
生回路４からのアクティブパルス音信号を音波にして送
出する送波器である。

【０００５】上記のように構成された従来の音響標的装
置について以下に動作を説明する。この場合は、エコー
リピート機能の動作をユニット１を例に説明する。

【０００６】例えば任意の方向から到来する音源からの
アクティブパルス音は無指向性の受波器１で受信され、
信号検出器２によりアクティブパルス音が検出される。

【０００７】次に、検出されたアクティブパルス音は信
号特徴抽出器３に入力され、中心周波数、振幅、パルス
幅等のパルス音の特徴が抽出され、その特徴に基づき、
信号再構成器４により、信号が再成され、送波器５から
エコーとして送信される。

【０００８】以上の動作をするユニットが複数個独立に
曳航ケーブルで所定の間隔を有して直線的に配置されて
いるので、あたかも実標的にアクティブパルスを照射し
たときに得られるエコーに近似したエコーが得られ、斜
め方向から音波が入射してた場合にも、伝搬的経路差に
よって生ずるマルチエコーも再現していた。

【０００９】図６は従来の方式による疑似エコー生成過
程を説明する図である。同図は、音源からのアクティブ
パルス音の波面ＸがユニットＡに到達した時刻ｔｘを基
準とすると、ユニットＡのエコーリピータでの信号再生
に処理時間τｏを必要とし、処理時間τｏ遅れてエコー
Ｒ１が生成される。

【００１０】また、ユニットＢではエコーリピータでの
受信時刻はｔｘからτ２遅延し、ユニットＢで生成され
たエコーＲ２が時刻ｔｘのときの基準とされる波面Ｘの
位置を通過するのはｔｘから２τ＋τｏ遅延した時刻と
なる。同様にユニットＮで生成されたエコーＲＮはｔｘ
から２τＮ＋τｏ遅延する。

【００１１】従って、十分遠方でこのユニットからのエ
コーを受信して生成した疑似エコーの合成波Ｒは各ユニ
ットの位置に音響散乱点を有する構造体からのエコーと
類似する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
式では入射方向が変化した場合、合成エコーＲの成分Ｒ
１，Ｒ２、…ＲＮの時間間隔はシュミレートできるが、
各成分の振幅は一定であり、常にＮ個の等振幅の成分で
構成されたエコーとなる。とくに入射方向が曳航ソーナ
ーの直線アレイの前方または後方であるとき、実際の構
造体では音波の到来する側の構造体の先端部からのエコ
ーだけが支配的となり、その他の部分からのエコーはほ
とんど生じないので、実エコーとシュミレートしたエコ
ーは相当に異なるという問題があった。

【００１３】本発明では以上述べたどの入射方向に対し
ても各ユニットから送信されるエコーの成分が不変であ
り、実エコーに対する近似度が低いという問題を除去す
るため、入射方向に応じて各ユニットから送信されるエ
コー成分の振幅を変化さすことにより、各エコー成分の
時間間隔だけでなく、振幅についても実際のエコーに類
似させることが可能な優れた音響標的装置を得ることを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる音響標的
装置は、音源からの音波を受信するｉ個の受波器が所定
の間隔を有して配置され、受波器と受波器との間にｎ／
ｉ（ｎ＞ｉ）個の送波器を配置し，ｎチャンネルの音波
を送信する第１の直線アレイと、ｉ個の受波器からの音
響信号をそれぞれ入力し、音響データに変換してｉ個の
メモリに記憶するｉ個の音響データ格納手段と、ｉ個の
受波器からの音響信号を入力し、受信順番を判定し、受
信順番に基づく順番を知らせる受信順番判定器と、受信
順番判定器の順番に基づいて、対応するメモリから音響
データを選択して出力するセレクタと、ｉ個の受波器か
らの音響信号を入力し、該音響信号の到来方向を検出す
る到来方向検出器と、到来方向検出器からの到来方向に
基づいて、予め記憶しているｎチャンネル毎の遅延時間
を読み設定する遅延時間設定手段と、到来方向検出器か
らの到来方向に基づいて、予め記憶しているシュミレー
タ音の振幅重み係数をｎチャンネル毎に設定する振幅重
み係数設定手段と、セレクタからの音響データをそれぞ
れが入力し、遅延時間設定手段からのチャンネル毎の遅
延時間に基づいて、音響データをそれぞれ遅延させて出
力するｎ個の遅延回路と、ｎ個の遅延回路からの音響デ
ータをそれぞれが入力し、アナログ信号に変換した後
で、振幅重み係数設定手段のｎチャンネル毎の振幅重み
係数に基づいて振幅を制御し、対応するｎ個の送波器に
それぞれ出力するｎ個の振幅制御手段とを備えたもので
ある。

【００１５】また、音源からの音波を受信するｎ個の受
波器が所定の間隔を有して配置され、ｎ−１番目の受波
器に所定の間隔を有して先端部に１個の送波器を接続し
て、ｎチャンネルの音波を送信する第２の直線アレイ
と、ｎ個の振幅制御手段に代えて、振幅重み係数設定手
段のｎチャンネル毎の振幅重み係数とｎ個の遅延回路か
らの遅延された音響データとをそれぞれ乗算した後に、
加算して振幅を制御し、アナログ信号に変換して先端部
の送波器に出力する振幅制御手段とからなるものであ
る。

【００１６】

【作用】本発明においては、所定の間隔を有したｉ個の
受波器と、その受波器と受波器との間にｎ／ｉ（ｎ＞
ｉ）個の送波器を配置し，ｎチャンネルの音波を送信す
る第１の直線アレイに音源からの音が受信されると、音
響データ格納手段が音響信号をそれぞれ入力し、音響デ
ータに変換してｉ個のメモリに記憶する。また、受信順
番判定器が受信順番を判定し、受信順番に基づく順番を
知らせる。

【００１７】さらに、到来方向検出器が知らせられた順
番に基づいて、対応するメモリから音響データを選択し
てｎ個の遅延回路する。

【００１８】次に、遅延時間設定手段が到来方向に基づ
いて、予め記憶しているｎチャンネル毎の遅延時間を読
み対応する遅延回路の設定する。

【００１９】そして、振幅重み係数設定手段は到来方向
に基づいて、予め記憶しているシュミレータ音の振幅重
み係数をｎチャンネル毎に対応する振幅制御手段に設定
する。

【００２０】次に、ｎ個の遅延回路はチャンネル毎の遅
延時間に基づいて、音響データをそれぞれ遅延させて、
ｎ個の振幅制御手段に出力する。

【００２１】すると、ｎ個の振幅制御手段はｎ個の遅延
回路からの音響データをそれぞれが入力し、アナログ信
号に変換した後で、振幅重み係数設定手段のｎチャンネ
ル毎の振幅重み係数に基づいて振幅を制御し、対応する
直線アレイの送波器にそれぞれ出力する。

【００２２】

【実施例】図１は本発明の音響標的装置の第１の実施例
の概略構成図である。図において、Ｒ＃１〜Ｒ＃３はそ
れぞれ所定の間隔を有して曳航ケーブルに配置されるた
受波器、Ｓ＃１〜Ｓ＃ｉは受波器Ｒ＃１と受波器Ｒ＃２
の間に所定の間隔で配置された送波器、Ｓ＃ｉ＋１〜Ｓ
＃Ｎは受波器Ｒ＃２と受波器Ｒ＃３の間に所定の間隔で
配置された送波器である。６は本発明の音響標的装置に
用いられる回路部を有するユニットである。

【００２３】同図は、３個の受波器を曳航ケーブル（以
下直線アレイという）の両端と中央に配置し、その間に
Ｎ個の送波器を配置したものである。

【００２４】図２は本発明の音響標的装置の回路部の概
略構成図である。図において、Ｒ＃１〜Ｒ＃３及びＳ＃
１〜Ｓ＃Ｎは図１と同様なものであり、７−１〜７−３
は受波器＃Ｒ１〜受波器＃Ｒ３で受信されたアクティブ
パルス音をそれぞれディジタル信号に変換するアナログ
−デジタル変換器（以下ＡＤＣという）である。

【００２５】８ー１〜８−３は波形メモリであり、ＡＤ
Ｃ７−１〜ＡＤＣ７−３からのアクティブパルス音信号
をそれぞれ入力し、後述する受信順序判定器からの制御
信号によりデータ読込みを停止し、波形を一時記憶する
ものである。この波形メモリとＡＤＣを総称して音響デ
ータ格納手段に対応するものである。

【００２６】９は受信順序判定器であり、最初にアクテ
ィブパルス音を受信した受波チャネル（Ｒ＃１〜Ｒ＃
３）がどれであるかを判定し、判定結果を後述するセレ
クタに送出すると共に、パルス長を監視し、パルスの後
端で波形メモリ８−１〜波形メモリ８−３の波形メモリ
に対してそれぞれ制御信号を送出するものである。

【００２７】１０はセレクタであり、受信順序判定器９
からの受波チャネルの判定結果に基づき、３チャネルの
波形メモリ８−１〜波形メモリ８−３のいずれかを選択
し、波形メモリからデータを読み出し、後述する複数の
遅延回路に送出するものである。

【００２８】１１は方向検出器であり、受信器６−１〜
受信器６−３で受信されたアクティブパルス音の相互の
時間差を検出し、音波の到来方向を算出して知らせるも
のである。

【００２９】１２は遅延時間データメモリであり、予め
送波チャネル毎の方位に対する遅延時間データが格納さ
れ、方位検出器１１から入力される方位情報を制御信号
として入力し、その方位に対応する送波チャネル１から
Ｎチャネルの遅延時間データをメモリから読み出し、チ
ャネル毎に後述する複数の遅延回路に送出するものであ
る。

【００３０】１３は振幅重み係数データメモリであり、
送波チャネル１からＮチャネルの振幅重み係数データが
予め記憶され、方向検出器１１からの方位情報を制御信
号として入力し、その方位に対応する送波チャネル１か
らＮチャネルの振幅重み係数データをメモリから読み出
し、チャネル毎に対応するＡＭＰに送出するものであ
る。

【００３１】この振幅重み係数とは、音響標的装置とし
てシュミレートして送信するための音であり、任意に変
更できるものとする。

【００３２】１４−１〜１４−Ｎは遅延回路であり、シ
フトレジスタで構成され、セレクタ１０から入力された
波形データを、それぞれ遅延時間データメモリ１２から
の遅延時間データに応じた時間分遅延させて送出するも
のである。

【００３３】１５−１〜１５−Ｎはディジタル−アナロ
グ変換器（以下ＤＡＣという）であり、遅延回路１４−
１〜１４−Ｎからの波形データをアナログ信号に変換し
てＡＭＰ１６−１〜１６−Ｎの送出するものである。こ
のＤＡＣとＡＮＰを総称して振幅制御手段という。

【００３４】なお、遅延時間データ及び振幅重み係数の
出力タイミングはコントローラ（図示せず）が制御する
ものである。

【００３５】上記のように構成された音響標的装置につ
いて以下に動作を説明する。例えば音源からのアクティ
ブパルス音が受波器Ｒ＃１〜受波器Ｒ＃３で受信される
と、そのアクティブパルス音はＡＤＣ７−１〜ＡＤＣ７
−３でディジタル信号に変換され、波形全体を記憶する
に十分な容量を有した波形メモリ８−１〜波形メモリ８
−３に入力される。

【００３６】また、受波器Ｒ＃１〜受波器Ｒ＃３からア
クティブパルス音信号は受信順序判定器９に入力され、
最初にアクティブパルス音を受信した受波チャネル（Ｒ
＃１〜Ｒ＃３）がどれであるかを判定し、判定結果をセ
レクタ１０に送出すると共に、パルス長を監視し、パル
スの後端で波形メモリ８−１〜波形メモリ８−３の波形
メモリに対してそれぞれ制御信号を送出する。

【００３７】これにより、波形メモリ８−１〜波形メモ
リ８−３はデータの読込みを停止し、波形を一時記憶す
る。

【００３８】次に、セレクタ１０は受信順序判定器９か
らの最初にアクティブパルスを受信した受波チャネルの
判定結果に基づき、３チャネルの波形メモリ８−１〜８
−３のいずれかを選択して波形メモリからデータを読み
出し、遅延回路１４−１〜遅延回路１４−Ｎに送出す
る。

【００３９】また、方向検出器１１は受信器Ｒ＃１〜受
信器Ｒ＃３で受信される音源からのアクティブパルス音
信号の相互の時間差をそれぞれ検出し、音波の到来方向
を算出する。

【００４０】この音波の到来方向を算出方法は、たとえ
ば双曲線法を用いた場合、まず、受波器Ｒ＃１と受波器
Ｒ＃２の間の受信時間差τ１２及び受波器Ｒ＃２と受波
器Ｒ＃３の間の受信時間差τ２３を検出し次式により方
向θを計算する。

【００４１】

【数１】

【００４２】また、方向θの簡易算出方法として２個の
受波器の受信時間差τを検出し、次式で求める方法もあ
る。

【００４３】

【数２】

【００４４】また、方向検出器１１から送出された方位
算出結果は遅延時間データメモリ１２と振幅重み係数デ
ータメモリ１３に入力される。

【００４５】遅延時間データメモリ１２には、送波チャ
ネル毎の方位に対する遅延時間データが、また振幅重み
係数データメモリ１３には同様に方位に対する振幅重み
係数データが格納されているとする。

【００４６】これらのデータはシュミレートしようとし
ている実目標について計測またはモデルについて数値シ
ュミレーションにより求めた散乱強度の方位分布と遅延
時間の方位分布の結果に基づいて設定されている。

【００４７】方位結果が入力すると、遅延時間データメ
モリ１２では方位検出器１１から入力される方位情報に
対応する送波チャネル１からＮチャネルの遅延時間デー
タをメモリから読み出し、チャネル毎に遅延回路１４−
１〜１４−Ｎに送出する。

【００４８】そして、重み係数データメモリ１３では同
様にして入力される方位に対応する送波チャネル１から
Ｎチャネルの振幅重み係数データをメモリから読み出
し、チャネル毎にＡＭＰ１６−１からＡＭＰ１６−Ｎに
送出する。

【００４９】次に、遅延回路１４−１〜遅延回路１４−
Ｎはセレクタ１０から入力された波形データを、遅延時
間データメモリ１２から遅延時間データに応じた時間分
遅延させ、ＤＡＣ１５−１〜ＤＡＣ１５−Ｎに送出す
る。

【００５０】ＤＡＣ１５−１〜ＤＡＣ１５−Ｎはディジ
タル−アナログ変換器であり、遅延回路１４−１〜遅延
回路１４−Ｎから入力された波形データをアナログ信号
に変換し、ＡＭＰ１６−１〜ＡＮＰ１６−Ｎに送出す
る。ＡＭＰＡＭＰ１６−１〜ＡＮＰ１６−Ｎはゲインコ
ントロール機能を有する増幅器である。入力されたアナ
ログ波形信号を、振幅重み係数データメモリ１３から入
力された送波チャネル１〜Ｎの振幅重み係数データに応
じて振幅制御し、送波器Ｓ＃１〜送波器Ｓ＃Ｎに送出す
ることにより、実標的に極めて近似したエコーが生成で
きる。

【００５１】図３は本発明の音響標的装置の第２の実施
例の概略構成図である。図において、Ｒ＃１〜Ｒ＃３及
びＳ＃１は上記図１と同様なものであり、受波器Ｒ＃１
〜受波器Ｒ＃３を所定の間隔を有して直列に配列し、先
端部に送波器Ｓ＃１を接続したものである。

【００５２】２０は第２の実施例のユニットであり、以
下に示す構成を有するものである。図４は第２の実施例
の回路部の概略構成図である。図において、７−１〜１
４−Ｎは上記と同様なものである。２１は畳み込み積分
器であり、遅延回路１４−１〜遅延回路１４−Ｎからの
遅延データを乗算器２２−１〜乗算器２２−Ｎがそれぞ
れ入力し、振幅重み係数データ１３からのチャンネル毎
の重み係数データに基づいて、乗算して加算器２３に出
力するものである。２４は加算器２３からのデジタル信
号をアナログ信号に変換して送波器Ｓ＃１に出力するデ
ジタル−アナログ変換器（以下ＤＡＣという）である。

【００５３】上記のように構成された音響標的装置の第
２の実施例について以下に動作を説明する。

【００５４】例えば、遅延回路１４−１〜遅延回路１４
−Ｎから遅延時間データが対応する乗算器２２−１〜乗
算器２２−Ｎに出力され、かつ振幅重み係数データ１３
からのチャンネル毎の振幅重み係数データがそれぞれ対
応する乗算器２２−１〜乗算器２２−Ｎに出力される
と、乗算器２２−１〜乗算器２２−Ｎは遅延時間データ
にチャンネル毎の振幅重み係数を乗算して振幅制御して
加算器２３に出力する。

【００５５】加算器２３は乗算器２２−１〜乗算器２２
−Ｎからの波形データを加算し、ＤＡＣ２４に出力す
る。ＤＡＣ２４は加算器２３からのデジタル信号をアナ
ログ信号に変換して送波器Ｓ＃１に出力する。送波器Ｓ
＃１はＤＡＣ２４から入力される波形データを音波とし
て送信する。

【００５６】このようにすることで、１個の送波器Ｓ＃
１でもシュミレータ音を実際のエコーに近似したものと
することができると共に、受信したアクティブパルス音
の振幅と時間遅延の操作しか行わないので、アクティブ
パルス音の信号の性質（ＰＣＷ、ＬＦＭなど）が送信毎
に変化しても正しく再現できる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、第１の直
線アレイを所定の間隔を有したｉ個の受波器と、その受
波器と受波器との間にｎ／ｉ（ｎ＞ｉ）個の送波器を配
置した構成とし，ｉ個の受波器の受信順番を判定すると
共に到来方向を検出し、その順番に基づく音響データを
各送波チャネル毎に、到来方向に基づいてあらかじめ設
定しておいたシュミレータ音の振幅の重み係数及び遅延
時間により、振幅と遅延時間を制御してｎ個の送波器か
らシュミレートした音を送信するようにしたので、どの
方向から音が到達してもシュミレートした音が実際の標
的により近似するという効果が得られている。

【００５８】また、ｎ個の受波器が所定の間隔を有して
配置し、ｎ−１番目の受波器に所定の間隔を有して１個
の送波器を接続した第２の直線アレイとし、ｎチャンネ
ル毎の振幅重み係数とチャンネル毎の遅延された音響デ
ータとをそれぞれ乗算した後に、加算して振幅を制御
し、送波器に出力するようにしたので、構成が簡単とな
るという効果が得られている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音響標的装置の第１の実施例の概略構
成図である。

【図２】本発明の音響標的装置の回路部の概略構成図で
ある。

【図３】本発明の音響標的装置の第２の実施例の概略構
成図である。

【図４】第２の実施例の回路部の概略構成図である。

【図５】従来の音響標的装置のエコーリピータの概略構
成図である。

【図６】従来の方式による擬似エコー生成過程を説明す
る図である。

【符号の説明】

２ 信号検出回路 ３ 信号特徴抽出回路 ４ 信号再生回路 ７−１〜７−３ ＡＤＣ ８ー１〜８−３ 波形メモリ ９ 受信順序判定器 １０ セレクタ １１ 方向検出器 １２ 遅延時間データメモリ １３ 振幅重み係数データメモリ １４−１〜１４−Ｎ 遅延回路 １５−１〜１５−Ｎ ＤＡＣ Ｒ＃１〜Ｒ＃３ 送波器 Ｓ＃１〜Ｓ＃ｎ 受波器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 音源からの音波を受信するｉ個の受波器
   が所定の間隔を有して配置され、該受波器と受波器との
   間にｎ／ｉ（ｎ＞ｉ）個の送波器を配置し，ｎチャンネ
   ルの音波を送信する第１の直線アレイと、 前記ｉ個の受波器からの音響信号をそれぞれ入力し、音
   響データに変換してｉ個のメモリに記憶するｉ個の音響
   データ格納手段と、 前記ｉ個の受波器からの音響信号を入力し、受信順番を
   判定し、受信順番に基づく順番を知らせる受信順番判定
   器と、 前記受信順番判定手段の順番に基づいて、対応する前記
   メモリから音響データを選択して出力するセレクタと、 前記複数の受波器からの音響信号を入力し、該音響信号
   の到来方向を検出する到来方向検出器と、 前記到来方向検出器からの到来方向に基づいて、予め記
   憶しているｎチャンネル毎の遅延時間を読み設定する遅
   延時間設定手段と、 前記到来方向検出器からの到来方向に基づいて、予め記
   憶しているシュミレータ音の振幅重み係数をｎチャンネ
   ル毎に設定する振幅重み係数設定手段と、 前記セレクタからの音響データをそれぞれが入力し、前
   記遅延時間設定手段からのチャンネル毎の遅延時間に基
   づいて、該音響データをそれぞれ遅延させて出力するｎ
   個の遅延回路と、 前記ｎ個の遅延回路からの音響データをそれぞれが入力
   し、アナログ信号に変換した後で、前記振幅重み係数設
   定手段のｎチャンネル毎の振幅重み係数に基づいて振幅
   を制御し、対応する前記ｎ個の送波器にそれぞれ出力す
   るｎ個の振幅制御手段とを有することを特徴とする音響
   標的装置。
2. 【請求項２】 音源からの音波を受信するｎ個の受波器
   が所定の間隔を有して配置され、ｎ−１番目の受波器に
   所定の間隔を有して１個の送波器を接続して、ｎチャン
   ネルの音波を送信する第２の直線アレイと、 前記ｎ個の振幅制御手段に代えて、前記振幅重み係数設
   定手段のｎチャンネル毎の振幅重み係数と前記ｎ個の遅
   延回路からの遅延された音響データとをそれぞれ乗算し
   た後に、加算して振幅を制御し、アナログ信号に変換し
   て前記１個の送波器に出力する振幅制御手段とを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の音響標的装置。