JPH0614119B2 - 音響方位計測装置 - Google Patents
音響方位計測装置Info
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- JPH0614119B2 JPH0614119B2 JP27653887A JP27653887A JPH0614119B2 JP H0614119 B2 JPH0614119 B2 JP H0614119B2 JP 27653887 A JP27653887 A JP 27653887A JP 27653887 A JP27653887 A JP 27653887A JP H0614119 B2 JPH0614119 B2 JP H0614119B2
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- Japan
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- sound wave
- wave sensor
- azimuth
- signal
- measuring device
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、音響方位計測装置に係り、とくに広帯域にわ
たって音波の到来方向の方位を計測する音響方位計測装
置に関する。
たって音波の到来方向の方位を計測する音響方位計測装
置に関する。
従来、この種の計測装置では、原理が比較的簡単で構成
が単純であることから、第１０図(1)(2)の実線で示すよ
うな二つの直交したダイポール指向性の信号を出力する
ハイドロホンアレイから成る音波センサ手段を用いて、
第９図に示す構成により方位測定が行われていた。
が単純であることから、第１０図(1)(2)の実線で示すよ
うな二つの直交したダイポール指向性の信号を出力する
ハイドロホンアレイから成る音波センサ手段を用いて、
第９図に示す構成により方位測定が行われていた。
この第９図において、ハイドロホンアレイから成る音波
センサ手段５０の出力は、信号分離回路５１へ送られ、
続いて位相及び象限検出回路５２及び方位演算回路５３
を備えた演算手段５４によって測定方位が特定され方位
信号として出力されるようになっている。
センサ手段５０の出力は、信号分離回路５１へ送られ、
続いて位相及び象限検出回路５２及び方位演算回路５３
を備えた演算手段５４によって測定方位が特定され方位
信号として出力されるようになっている。
しかしながら、ダイポールの指向性は、ハイドロホンア
レイに内在する電気音響変換素子の寄生振動やハイドロ
ホンの支持構造により特徴付けられる固有振動，或いは
ハイドロホン間の反射に基づく指向性の乱れ等により、
広帯域にわたって正しくコサイン（余弦）又はサイン
（正弦）の関数形となるダイポール指向性を維持するこ
とが困難であり、一部の周波数帯域においては、第１０
図(1)(2)の破線で示すような指向性パターンの変化，す
なわち指向性幅が大きくなったり、小さくなったりする
現象を生じる。このため、目標物からの反射信号又は送
信信号等が検知されたり検知されなかったりするという
不都合が生じていた。
レイに内在する電気音響変換素子の寄生振動やハイドロ
ホンの支持構造により特徴付けられる固有振動，或いは
ハイドロホン間の反射に基づく指向性の乱れ等により、
広帯域にわたって正しくコサイン（余弦）又はサイン
（正弦）の関数形となるダイポール指向性を維持するこ
とが困難であり、一部の周波数帯域においては、第１０
図(1)(2)の破線で示すような指向性パターンの変化，す
なわち指向性幅が大きくなったり、小さくなったりする
現象を生じる。このため、目標物からの反射信号又は送
信信号等が検知されたり検知されなかったりするという
不都合が生じていた。
このような指向性パターンが変化する特異な周波数にお
いては、二つの直交するダイポール指向性は変化の方向
が同じに現れるため、その結果における方位誤差，すな
わちダイポール指向性から計測した測定方位と実際の方
位の差は第１１図に示すように，９０゜の方位角度内で
１サイクルとなるような一定の周期性を示している。
いては、二つの直交するダイポール指向性は変化の方向
が同じに現れるため、その結果における方位誤差，すな
わちダイポール指向性から計測した測定方位と実際の方
位の差は第１１図に示すように，９０゜の方位角度内で
１サイクルとなるような一定の周期性を示している。
このため、上記第９図の従来例においては、特異な周波
数における方位誤差が増大するという不都合が生じてい
た。
数における方位誤差が増大するという不都合が生じてい
た。
本発明の目的は、かかる従来例の有する不都合を改善
し、特に方位誤差が増加するのを有効に抑制し、広帯域
にわたって高精度の音波到来方位を測定することのでき
る音響方位計測装置を提供することにある。
し、特に方位誤差が増加するのを有効に抑制し、広帯域
にわたって高精度の音波到来方位を測定することのでき
る音響方位計測装置を提供することにある。
本発明では、同一円周上の８箇所に音波センサ部を均等
に配設して成る音波センサ手段を備えている。また、こ
の音波センサ手段内の対称位置に配設された一対の音波
センサ部とこれに直交する方向の一対の音波センサ部の
４箇所で第一の組とすると共に，この第一の組に対して
４５度の配設方位差を有する直交二対の４箇所で第二の
組とし，且つこれら各４箇所で受信される到来音波に係
る信号に基づいて各対の差信号によって得られる４個の
ダイポール指向性信号と，各対の和信号により得られる
１個の無指向性信号との合計５個の検出信号を出力する
信号分離回路を装備している。この信号分離回路の各出
力に基づいて到来音波の方位を各組について演算した
後、二組の平均方位を演算して出力する演算手段とを備
えている、等の構成を採っている。これによって、前述
した目的を達成しようとするものである。
に配設して成る音波センサ手段を備えている。また、こ
の音波センサ手段内の対称位置に配設された一対の音波
センサ部とこれに直交する方向の一対の音波センサ部の
４箇所で第一の組とすると共に，この第一の組に対して
４５度の配設方位差を有する直交二対の４箇所で第二の
組とし，且つこれら各４箇所で受信される到来音波に係
る信号に基づいて各対の差信号によって得られる４個の
ダイポール指向性信号と，各対の和信号により得られる
１個の無指向性信号との合計５個の検出信号を出力する
信号分離回路を装備している。この信号分離回路の各出
力に基づいて到来音波の方位を各組について演算した
後、二組の平均方位を演算して出力する演算手段とを備
えている、等の構成を採っている。これによって、前述
した目的を達成しようとするものである。
以下、本発明の一実施例を図面に従って説明する。
第１図の実施例は、同一円周上の少なくとも８箇所に音
波センサ部を均等に配設して成る音波センサ手段しての
ハイドロホンアレイ１と、前記各音波センサ部の内の対
称位置に配設された音波センサ部を一組として後述する
如く一方の側の少なくとも４筒所で受信される到来音波
に係る信号及び無指向性信号をそれぞれ分離し５個の検
出信号として出力する信号分離回路２と、この信号分離
回路２の出力に基づいて到来する音波の方位を演算し特
定する演算手段３とを備えている。
波センサ部を均等に配設して成る音波センサ手段しての
ハイドロホンアレイ１と、前記各音波センサ部の内の対
称位置に配設された音波センサ部を一組として後述する
如く一方の側の少なくとも４筒所で受信される到来音波
に係る信号及び無指向性信号をそれぞれ分離し５個の検
出信号として出力する信号分離回路２と、この信号分離
回路２の出力に基づいて到来する音波の方位を演算し特
定する演算手段３とを備えている。
ハイドロホンアレイ１は、外部から到来する音波を受け
て内部の音響電気変換素子としての円筒状圧電素子によ
り、電気信号に変換する。この円筒状圧電素子の構造，
配列等については後述するが、多種多様の方式があるた
め、基本構成の範囲においては、少なくともハイドロホ
ンアレイ１と信号分離回路２により、第２図ないし第４
図に示す０゜方向直交ダイポール指向性と無指向性及び
第３図に示す４５゜方向直交ダイポール指向性の各信号
を引き出す。
て内部の音響電気変換素子としての円筒状圧電素子によ
り、電気信号に変換する。この円筒状圧電素子の構造，
配列等については後述するが、多種多様の方式があるた
め、基本構成の範囲においては、少なくともハイドロホ
ンアレイ１と信号分離回路２により、第２図ないし第４
図に示す０゜方向直交ダイポール指向性と無指向性及び
第３図に示す４５゜方向直交ダイポール指向性の各信号
を引き出す。
信号分離回路２は、本装置の基本構成から０゜方向直交
ダイポール指向性信号分離回路２ａと＋４５゜方向直交
ダイポール指向性信号分離回路２ｂ及び無指向性信号分
離回路２ｃとにより構成されている。ハイドロホンアレ
イ１内の素子の構造，配列等によって直接０゜方向と４
５゜方向の直交ダイポール指向性及び無指向性の各信号
の一部が出力されるとき、その信号に対応する信号分離
回路の部分が省略できる。
ダイポール指向性信号分離回路２ａと＋４５゜方向直交
ダイポール指向性信号分離回路２ｂ及び無指向性信号分
離回路２ｃとにより構成されている。ハイドロホンアレ
イ１内の素子の構造，配列等によって直接０゜方向と４
５゜方向の直交ダイポール指向性及び無指向性の各信号
の一部が出力されるとき、その信号に対応する信号分離
回路の部分が省略できる。
演算手段３は、前述した信号分離回路２の出力に基づい
て到来音波の方位を演算し特定する機能を有している。
この演算手段３は、具体的には、前述した各直交ダイポ
ール出力と無指向性出力とに基づいて到来音波の象限領
域を判定する象限判定機能と、各直交ダイポール出力の
出力レベルの比に基づいて到来音波の方位を算出する方
位算出機能と、０゜方向直交ダイポール出力及び４５゜
方向直交ダイポール出力に基づいて，各直交ダイポール
指向性のビーム幅に起因した到来音波の方向測定誤差を
補正する方位誤差補正機能とを備えている。
て到来音波の方位を演算し特定する機能を有している。
この演算手段３は、具体的には、前述した各直交ダイポ
ール出力と無指向性出力とに基づいて到来音波の象限領
域を判定する象限判定機能と、各直交ダイポール出力の
出力レベルの比に基づいて到来音波の方位を算出する方
位算出機能と、０゜方向直交ダイポール出力及び４５゜
方向直交ダイポール出力に基づいて，各直交ダイポール
指向性のビーム幅に起因した到来音波の方向測定誤差を
補正する方位誤差補正機能とを備えている。
これを更に詳述すると、信号分離回路２から出力された
０゜方向直交ダイポール指向制信号（第２図(1)(2)及び
無指向性信号（第４図）は、第１図における第１の位相
象限検出手段３ａと第１の方位演算回路４ａに入力さ
れ、ダイポールの１ビームが０゜方向にある場合の測定
方位θｍを算出される。
０゜方向直交ダイポール指向制信号（第２図(1)(2)及び
無指向性信号（第４図）は、第１図における第１の位相
象限検出手段３ａと第１の方位演算回路４ａに入力さ
れ、ダイポールの１ビームが０゜方向にある場合の測定
方位θｍを算出される。
同様に、４５゜方向直交ダイポール指向性信号（第３図
(1)(2)及び無指向性信号（第４図）は、第１図における
第２の位相象限検出回路３ｂと第２の方位演算回路４ｂ
に入力され、ダイポールの１ビームが４５゜方向にある
場合の測定方位θｎが算出される。
(1)(2)及び無指向性信号（第４図）は、第１図における
第２の位相象限検出回路３ｂと第２の方位演算回路４ｂ
に入力され、ダイポールの１ビームが４５゜方向にある
場合の測定方位θｎが算出される。
二つの測定方位（θｍ，θｎ）と真方向（θ）との差す
なわち方位誤差ΔθｍとΔθｎは、ダイポール指向性の
パターンがコサイン又はサイン関数のパターンから大き
く変化する特異な周波数において、方位に対し一定の周
期性をもって現れる。例えば、０゜方向直交ダイポール
指向性と４５゜方向直交ダイポール指向性のビーム幅が
共に広くなった場合、夫々の方位誤差は第２図(2)，第
３図(2)のようになる。
なわち方位誤差ΔθｍとΔθｎは、ダイポール指向性の
パターンがコサイン又はサイン関数のパターンから大き
く変化する特異な周波数において、方位に対し一定の周
期性をもって現れる。例えば、０゜方向直交ダイポール
指向性と４５゜方向直交ダイポール指向性のビーム幅が
共に広くなった場合、夫々の方位誤差は第２図(2)，第
３図(2)のようになる。
この方位誤差パターンが生じる理由は、まず二つの測定
方位共に直交するダイポール指向性のパターン形状が等
しく且つ切れ込みレベルが十分低ければ、二つのダイポ
ール指向性信号出力が等しくなる方位とダイポール指向
性の切れ込み方位とにおいて誤差は最小となる。従っ
て、このような場合、方位誤差のパターンは８方位にお
いてゼロクロスする。
方位共に直交するダイポール指向性のパターン形状が等
しく且つ切れ込みレベルが十分低ければ、二つのダイポ
ール指向性信号出力が等しくなる方位とダイポール指向
性の切れ込み方位とにおいて誤差は最小となる。従っ
て、このような場合、方位誤差のパターンは８方位にお
いてゼロクロスする。
次に、二つの方位誤差について同じ方向における誤差の
符号が反転する理由は次のとおりである。
符号が反転する理由は次のとおりである。
直交した二つのダイポール指向性から測定方位を算出す
る場合、方位誤差に大きく影響する指向性パターンの位
置は指向係数０．５から０の間であり、この位置は切れ
込み方位の前後にある。そして、ダイポール指向性の指
向幅が両方向について広くなると、切れ込み方位の前後
における測定方位は夫々のビーム方位に近づくように方
位誤差を生じる。その結果、切れ込み方位の前後におい
て、方位誤差の符号が異なるようになる。従って、９０
゜毎に切れ込み方位のある３０゜方向直交ダイポール指
向性と４５゜回転させた４５゜方向直交ダイポール指向
性とでは、切れ込み方位の前後関係が反転し、結果とし
て同じ方位における双方の方位誤差の符号が反転する。
る場合、方位誤差に大きく影響する指向性パターンの位
置は指向係数０．５から０の間であり、この位置は切れ
込み方位の前後にある。そして、ダイポール指向性の指
向幅が両方向について広くなると、切れ込み方位の前後
における測定方位は夫々のビーム方位に近づくように方
位誤差を生じる。その結果、切れ込み方位の前後におい
て、方位誤差の符号が異なるようになる。従って、９０
゜毎に切れ込み方位のある３０゜方向直交ダイポール指
向性と４５゜回転させた４５゜方向直交ダイポール指向
性とでは、切れ込み方位の前後関係が反転し、結果とし
て同じ方位における双方の方位誤差の符号が反転する。
かくして二つの測定方位（θｍ，θｎ）を第１図の平面
値演算回路５で平均化することで方位に対する一定の周
期性を有する方位誤差をなくすことができ、周期性のな
い方位誤差が残って第５図のような方位誤差パターンと
なり、方位計測の精度が向上する。
値演算回路５で平均化することで方位に対する一定の周
期性を有する方位誤差をなくすことができ、周期性のな
い方位誤差が残って第５図のような方位誤差パターンと
なり、方位計測の精度が向上する。
第６図は、本実施例における音波センサ手段部分の具体
例を示すブロック図である。ハイドロホンアレイ１は、
円筒状圧電体７ａと８等分した内面電極８ａ〜８ｈ及び
円筒状の外面電極９ａとから成り、９本の信号線によっ
て信号分離回路１０に接続されている。
例を示すブロック図である。ハイドロホンアレイ１は、
円筒状圧電体７ａと８等分した内面電極８ａ〜８ｈ及び
円筒状の外面電極９ａとから成り、９本の信号線によっ
て信号分離回路１０に接続されている。
信号分離回路１０の中は、ハイドロホンアレイ１の内面
の対向電極を逆接続して得られるダイポール指向性信号
を中継し、同時に対向電極を順接続して無指向性信号を
得るためのセンタータップを有する４ヶのトランス１０
ａ〜１０ｄで構成されている。
の対向電極を逆接続して得られるダイポール指向性信号
を中継し、同時に対向電極を順接続して無指向性信号を
得るためのセンタータップを有する４ヶのトランス１０
ａ〜１０ｄで構成されている。
信号分離された０゜方向直交ダイポール指向性信号すな
わち（θｍ），（θｍ）と無指向性信号、及び４
５゜方向直交ダイポール指向性信号すなわち（θｎ＋
４５），（θｎ＋４５）は、アンプ１１ａ〜１１ｅで
増幅されてから位相検出回路１２ａ〜１２ｄ及び象限検
出回路１４ａ〜１４ｂで象限決定される。方位演算に必
要な信号はアナログ／ディジタル変換器１３ａ〜１３ｆ
でディジタル信号に変換されてから演算部１５ａ〜１５
ｃに入力して平均測定方位θを出力する。
わち（θｍ），（θｍ）と無指向性信号、及び４
５゜方向直交ダイポール指向性信号すなわち（θｎ＋
４５），（θｎ＋４５）は、アンプ１１ａ〜１１ｅで
増幅されてから位相検出回路１２ａ〜１２ｄ及び象限検
出回路１４ａ〜１４ｂで象限決定される。方位演算に必
要な信号はアナログ／ディジタル変換器１３ａ〜１３ｆ
でディジタル信号に変換されてから演算部１５ａ〜１５
ｃに入力して平均測定方位θを出力する。
ここで、ハイドロホンアレイは第７図のように内面電極
を円筒圧電体の長さ方向の上下に二分割し，上下電極を
４５゜回転させて夫々４等分する構造としてもよい。ま
た電極の分割は外面又は内外両面に行ってもよく、構造
上の条件は逆接続の出来る対向電極を４５゜間隔に４組
得られることである。
を円筒圧電体の長さ方向の上下に二分割し，上下電極を
４５゜回転させて夫々４等分する構造としてもよい。ま
た電極の分割は外面又は内外両面に行ってもよく、構造
上の条件は逆接続の出来る対向電極を４５゜間隔に４組
得られることである。
第８図に、本実施例におけるハイドロオンアレイについ
ての他の実施例を示す。この第８図に示すハイドロホン
アレイ１８は、無指向性のハイドロホン１６ａ〜１６ｋ
を円周上４５度間隔に８個配列し、円周の中心に１箇配
列する。
ての他の実施例を示す。この第８図に示すハイドロホン
アレイ１８は、無指向性のハイドロホン１６ａ〜１６ｋ
を円周上４５度間隔に８個配列し、円周の中心に１箇配
列する。
ダイポール指向性信号は、円周上の対向するハイドロホ
ンを信号分離回路１７の減算器１７ａ〜１７ｄで取り出
される。また、無指向性信号は、中心の１個のハイドロ
ホン１６ｋから直接取り出すようになっている。信号分
離回路１７の出力信号を処理する他のブロックについて
は第６図の場合と同様の構成となっている。
ンを信号分離回路１７の減算器１７ａ〜１７ｄで取り出
される。また、無指向性信号は、中心の１個のハイドロ
ホン１６ｋから直接取り出すようになっている。信号分
離回路１７の出力信号を処理する他のブロックについて
は第６図の場合と同様の構成となっている。
以上のように、本発明によると、直交ダイポール指向性
を用いた音響方位計測方式において前述した如く４５゜
方向の異なった二組の直交ダイポール指向性信号から測
定した二つの方位データを平均して測定方位を定めるよ
うにしたことから、方位誤差を有効に抑えることがで
き、これがため音響方位計測の方位測定精度を著しく高
めるとともに、安定した方位計測を行うことができると
いう従来にない優れた音響方位計測装置を提供すること
ができる。
を用いた音響方位計測方式において前述した如く４５゜
方向の異なった二組の直交ダイポール指向性信号から測
定した二つの方位データを平均して測定方位を定めるよ
うにしたことから、方位誤差を有効に抑えることがで
き、これがため音響方位計測の方位測定精度を著しく高
めるとともに、安定した方位計測を行うことができると
いう従来にない優れた音響方位計測装置を提供すること
ができる。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図
(1)(2)，第３図(1)(2)，第４図および第５図は各々第１
図の動作を示す説明図、第６図は第１図の具体的実施例
を示すブロック図、第７図は第６図中のハイドロホンア
レイの他の実施例を示す一部切り欠いた斜視図、第８図
は本発明の第２実施例を示すブロック図、第９図は従来
例を示すブロック図、第１０図(1)(2)ないし第１１図は
第９図の動作を示す説明図である。 １，１８……音波センサ手段としてのハイドロホンアレ
イ、２，１０，１７……信号分離回路、３……演算手
段、９ａ，９ｂ……外面電極、８ａ〜８ｈ，８ｋ〜８
ｎ，８ｑ〜８ｓ……内面電極、１６ａ，１６ｈ……無指
向性ハイドロホン。
(1)(2)，第３図(1)(2)，第４図および第５図は各々第１
図の動作を示す説明図、第６図は第１図の具体的実施例
を示すブロック図、第７図は第６図中のハイドロホンア
レイの他の実施例を示す一部切り欠いた斜視図、第８図
は本発明の第２実施例を示すブロック図、第９図は従来
例を示すブロック図、第１０図(1)(2)ないし第１１図は
第９図の動作を示す説明図である。 １，１８……音波センサ手段としてのハイドロホンアレ
イ、２，１０，１７……信号分離回路、３……演算手
段、９ａ，９ｂ……外面電極、８ａ〜８ｈ，８ｋ〜８
ｎ，８ｑ〜８ｓ……内面電極、１６ａ，１６ｈ……無指
向性ハイドロホン。
Claims (4)
- 【請求項１】同一円周上の８箇所に音波センサ部を均等
に配設して成る音波センサ手段を設け、 この音波センサ手段内の対称位置に配設された一対の音
波センサ部とこれに直交する方向の一対の音波センサ部
の４箇所で第一の組とすると共に，この第一の組に対し
て４５度の配設方位差を有する直交二対の４箇所で第二
の組とし，且つこれら各４箇所で受信される到来音波に
係る信号に基づいて各対の差信号によって得られる４個
のダイポール指向性信号と，各対の和信号により得られ
る１個の無指向性信号との合計５個の検出信号を出力す
る信号分離回路を装備し、 この信号分離回路の各出力に基づいて到来音波の方位を
各組について演算した後、二組の平均方位を演算して出
力する演算手段を備えていることを特徴とした音響方位
計測装置。 - 【請求項２】前記音波センサ手段を、円筒状圧電素子
と、この円筒状圧電素子の外周面に装着された円筒状の
外面電極と、前記円筒状圧電素子の内周面に中心部から
みて８等分されて装着された８つの内面電極とにより構
成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の音
響方位計測装置。 - 【請求項３】前記音波センサ手段を、円筒圧電素子と，
この円筒圧電素子の外周面に装着された円筒状の外面電
極と，前記円筒圧電素子の内周面に装着された内面電極
により形成し、 この内面電極を軸方向二段に分割するとともに、一段目
の内面電極を４等分し、二段目の内面電極を一段目から
４５度ずらした状態で４等分し、二段合計で分割数を８
等分に設定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の音響方位計測装置。 - 【請求項４】前記８個の各音波センサ部を無指向性のハ
イドロホンにより構成すると共に、この各音波センサ部
が配置された円周の中心部に無指向性のハイドロホンを
配設し、 前記演算手段が、円周上の各対のハイドロホン出力の差
信号により得られる４個のダイポール指向性信号と，前
記中心部からのハイドロホン出力とを入力し、無指向性
信号として二組の平均方位を演算し出力することを特徴
とした特許請求の範囲第１項記載の音響方位計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27653887A JPH0614119B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 音響方位計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27653887A JPH0614119B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 音響方位計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01118785A JPH01118785A (ja) | 1989-05-11 |
| JPH0614119B2 true JPH0614119B2 (ja) | 1994-02-23 |
Family
ID=17570870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27653887A Expired - Lifetime JPH0614119B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 音響方位計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0614119B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2713201B2 (ja) * | 1995-01-30 | 1998-02-16 | 日本電気株式会社 | 水中音響センサ |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP27653887A patent/JPH0614119B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01118785A (ja) | 1989-05-11 |
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