JPH07318631A

JPH07318631A - 方位弁別システム

Info

Publication number: JPH07318631A
Application number: JP11641194A
Authority: JP
Inventors: Yoshitada Tominaga; 美忠富永
Original assignee: NEC Engineering Ltd
Current assignee: NEC Engineering Ltd
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-08

Abstract

(57)【要約】【目的】音波の到来方向を弁別する方位弁別システム
における受波器を小型化する。【構成】｜Ｅ L｜及び｜Ｅ R｜のように、主極の偏角
が互いに異なる指向性パターンを生成して音波９０を受
信する。この受信出力のレベルを比較し、この比較結果
により音波の到来方向を弁別する。【効果】スプリットビーム方式の方位弁別システムで
必要となる受波エレメント群の音響中心位置のシフトが
不要になり、受波器を小型化できる。受波器を小型化で
きるため、システムを軽量化でき、コストを削減でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は方位弁別システムに関
し、特に音波の到来方向を弁別する方位弁別システムに
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ソーナには音波を放射して目標
物からの反射波を受波することにより目標物の方位を弁
別するアクティブソーナと、目標物から放射される音波
を受波することにより目標物の方位を弁別するパッシブ
ソーナとがある。

【０００３】従来、ソーナにおける目標物の方位の弁別
方式としては、スプリットビーム方式がある。これは２
つの指向性パターンによる夫々の受波出力の位相差によ
って方位を弁別する方式である。この方式によれば、受
波器が比較的小規模で簡易に装置を構成できることから
弁別方式として多用されている。

【０００４】この従来の方位弁別システムについて図面
を参照して説明する。

【０００５】図７は従来の方位弁別システムにおける受
波器の概略構成図である。図において、受波器１は５つ
の受波エレメント１１ａ〜１１ｅを含んで構成されてい
る。そして、これら５つの受波エレメント１１ａ〜１１
ｅは２つのグループに分けられて夫々図示せぬ増幅器に
接続されている。

【０００６】すなわち、受波エレメント１１ａ〜１１ｄ
の受波出力が第１のグループとして図示せぬ増幅器に入
力されて受波出力Ｅ Lθ（Ｅはベクトル、以下同じ）と
なり、受波エレメント１１ｂ〜１１ｅの受波出力が第２
のグループとして図示せぬ増幅器に入力されて受波出力
Ｅ Rθとなる。音響中心位置は、ＰＬ、ＰＲである。

【０００７】この場合、２つのグループの音響中心の位
置はエレメント間の距離Ｄだけシフトされており、これ
により２つのビームが形成される。図８にはこの２つの
ビームによる指向性パターンが示されている。図８にお
いて、受波エレメント１１ａ〜１１ｄのグループによる
指向性パターン｜Ｅ Lθ｜と受波エレメント１１ｂ〜１
１ｅのグループによる指向性パターン｜Ｅ Rθ｜とは同
一数のエレメントにより生成されるので同一のパターン
となる。

【０００８】ここで、受波器の正面方向を０度とし、音
波の到来方向をθとすると、２つのビームによる出力信
号には位相差が生じることになる。これを示したものが
図９である。

【０００９】すなわち、図９に示されているように音波
９０の到来方向をθ、その波長をλとすると、位相差ｅ
θ（電気角）は、ｅθ＝（２π／λ）Ｄｓｉｎθ …（１）となる。

【００１０】すると、式（１）より、音波の到来方向θ
と位相差ｅθとの関係は、図１０に示されているように
なるから、位相差ｅθがわかれば、音波の到来方向θが
求められることになる。

【００１１】以上がスプリットビーム方式による従来の
方位弁別システムである。なお、この従来システムに関
する公知技術としては特開昭５９―２２５３７３号公報
がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方位弁
別システムにおいては、２つのビームを生成する必要が
あるため、間隔を空けて受波エレメントを配置しなれば
ならない。したがって、その間隔の長さ分だけ受波器が
大きくなるという欠点がある。

【００１３】この間隔は弁別の感度から一義的に決まる
ため、ビーム幅が広くても良い等の条件で各エレメント
個々を小さくすることができても、受波器全体を小型化
することができない。

【００１４】すなわち、ソーナの使用環境においては無
相関の周囲雑音や特定音源からの雑音等、外乱要素が大
きく、これらをいかに避けて真の信号を効率良く受信す
るか（ＳＮ比の向上）が課題である。この観点からはビ
ームは所定の方位に高い感度を有し、かつシャープな指
向幅と抑制された副極とを有するいわゆペンシルビーム
が理想となる。

【００１５】しかし、指向幅をシャープにすることと副
極を抑制することとはビームを生成する上で相反する性
質がある。つまり、両者は、一方を良くすると他方が劣
化する関係にある。よって、両者とも所定の条件を達成
するためにはエレメント群の総体の外形寸法を大きくす
る必要がある。

【００１６】このように、ビームの生成について、設計
条件のトレードオフによりエレメント群の小型化を図っ
たとしても、これらの音響中心位置をシフトさせて間隔
を空ける必要があるため、その間隔がさらに受波器を大
きくするという欠点がある。この欠点は上述した特開昭
５９―２２５３７３号公報によっても解決することはで
きない。

【００１７】本発明は上述した従来技術の欠点を解決す
るためになされたものであり、その目的は受波器を小型
化することのできる方位弁別システムを提供することで
ある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明による方位弁別シ
ステムは、音波の到来方向を弁別する方位弁別システム
であって、主極の偏角が互いに異なる第１及び第２の指
向性パターンを有する第１及び第２の受波エレメント群
により音波を受信する第１及び第２の受信手段と、これ
ら第１及び第２の受信手段の受信出力のレベルを比較す
る比較手段とを含み、この比較結果により音波の到来方
向を弁別することを特徴とする。

【００１９】

【作用】主極の偏角が互いに異なる第１及び第２の指向
性パターンを有する第１及び第２の受波エレメント群に
より音波を受信し、これら第１及び第２の受信手段の受
信出力のレベルを比較する。この比較結果により音波の
到来方向を弁別する。

【００２０】第１の指向性パターン及び前記第２の指向
性パターンは、両主極の偏角が正負一対となるように形
成する。

【００２１】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。

【００２２】図１は本発明による方位弁別システムの第
１の実施例の構成を示すブロック図である。図におい
て、本発明の第１の実施例による方位弁別システムは、
複数の受波エレメントからなる受波器１と、この受波出
力を増幅する増幅器２と、この増幅出力を整相する整相
回路３及び４とを含んで構成されている。

【００２３】また、本実施例による方位弁別システム
は、互いに同一の帯域瀘波特性を有し整相回路３及び４
の整相出力を帯域瀘波するための瀘波回路５及び６と、
この瀘波出力を保持する保持回路７及び８と、この保持
出力同士をレベル比較する比較回路１０と、保持回路７
及び８並びに比較回路１０に同期信号を供給する制御回
路９とを含んで構成されている。

【００２４】本実施例における受波器１は、図２に示さ
れているように４つの受波エレメント１１ａ〜１１ｄを
含んで構成されている。そして、その受波エレメント１
１ａ〜１１ｄによる受波出力１００は全て増幅器に入力
される。この受波器１では、先述したスプリットビーム
方式の場合とは異なり、左右２つのグループを構成して
おらず、音響中心位置をシフトさせる必要がない。な
お、図２において図７と同等部分は同一符号により示さ
れている。

【００２５】図１に戻り、増幅器２で増幅された受波器
１の受波出力は整相回路３、４に入力され、ここで後述
するフェージング（ｐｈａｓｉｎｇ）処理が行われる。
この処理により主極の偏角が左方向及び右方向に互いに
逆方向となるような信号が出力される。この処理後の左
右の信号は瀘波回路５、６に入力され、所定の周波数帯
域外の雑音がカットされた後保持回路７、８に入力され
る。

【００２６】保持回路７、８においては、制御回路９か
らの同期信号により左右の信号が同時にサンプリングさ
れ、そのレベルを保持して出力する。同時にサンプリン
グすることによって音波伝搬の変動や目標物の移動によ
る誤差の発生を防ぐことができる。

【００２７】保持回路７、８の保持出力はレベル比較回
路１０に入力されて、左右の信号のレベルが比較され
る。左右の信号のうち音波到来方位の出力が大きくなる
ので、レベル比較回路１０でレベルの大小を比較判定す
れば音波到来方位を特定することができる。

【００２８】すなわち、図３を参照すると、本実施例の
方位弁別システムによる指向性パターン｜Ｅ L｜及び｜
Ｅ R｜は、正面方向Ｃに対して主極方向がＬ１である指
向性パターンと主極方向がＲ１である指向性パターンと
なる。そして、これらの指向性パターンは正面方向Ｃを
対称軸として線対称となる。なお、図３において図８、
図９と同等部分は同一符号により示されている。

【００２９】この図３に示されているような指向性パタ
ーンを形成することにより、レベル比較回路１０からの
出力である｜Ｅ R｜−｜Ｅ L｜と音波の到来方向θとは
図４に示されているような関係となる。したがって、レ
ベル比較回路１０からの出力である｜Ｅ R｜−｜Ｅ L｜
がわかれば、音波の到来方向θが求められることにな
る。この指向性パターンの生成は、整相回路３、４にお
けるフェージング処理によって行われる。

【００３０】ここで、整相回路３、４におけるフェージ
ング処理について説明する。

【００３１】上述したように、音波の到来方向により各
受波エレメントに到達する音波の位相が異なる。この位
相差は、上述の式（１）で求めることができる。したが
って、予め各受波エレメント間の位相差を打消すように
２つの整相回路３、４を構成すれば、図３に示されてい
るような２つの指向性パターンを形成することができる
のである。これら２つの指向性パターンを形成するため
の整相回路については、位相をずらして整相を行う構成
（位相整相）と遅延回路等により時間をずらして整相を
行う構成（遅延整相）とがあるが、本例ではいずれの構
成でも良い。

【００３２】例えば、前者にはＬＣＲによる周知の回路
があり、後者にはディレイラインを用いる周知の回路が
ある。

【００３３】以上のように、指向性パターンの形成にお
いてフェージング処理して正負（左右、上下等）逆方位
の偏角の対となるビームを生成し、これらビームによる
受波出力のレベル差によって方位を弁別することによ
り、音響中心位置をシフトさせる必要がなく、スプリッ
トビーム方式に比べて受波器を小型にすることができる
のである。

【００３４】なお、以上説明した第１の実施例において
制御回路９を削除し、かつ保持回路７、８の代わりに積
分回路を設けても他の方位弁別システムが構成できる。
このシステムは、音波伝搬が安定したフィールドで、か
つ目標物の移動速度が遅い場合における方位弁別に有効
である。

【００３５】また、レベル比較回路１０において単に大
小の判定をするのみではなく、さらにレベル差を定量的
に計測すれば、偏角０度付近の限られた範囲では方位を
定量的に計測することができる。

【００３６】一方、図５は本発明による方位弁別システ
ムの第２の実施例の構成を示すブロック図であり、図１
と同等部分は同一符号により示されている。図におい
て、本発明の第２の実施例による方位弁別システムは、
図１のシステムを基本構成とした上に瀘波回路１２及び
１３を追加したものである。これら瀘波回路１２及び１
３は互いに同一の帯域瀘波特性を有するが、その帯域瀘
波特性は瀘波回路５及び６のそれとは異なるものであ
る。本例では、瀘波回路１２及び１３の帯域瀘波特性が
瀘波回路５及び６のそれよりも高い特性であるものとす
る。

【００３７】かかる構成において、受波器１の受波出力
は増幅器２で増幅された後、整相回路３、４で整相され
る。この場合、周波数の異なる２種類の信号を整相する
必要があるため、整相回路３、４は位相整相ではなく遅
延整相を行う回路構成に限られる。

【００３８】整相後の出力は瀘波器５及び６並びに１２
及び１３に入力される。そして、瀘波回路５及び６では
低い帯域特性により瀘波が行われ、瀘波回路１２及び１
３では高い帯域特性により瀘波が行われる。以後の処理
は第１の実施例の場合と同様である。

【００３９】したがって、レベル比較回路のレベル差の
出力は、高い周波数のものと低い周波数のものとの２種
類があることになるが、その選択は保持回路７、８で行
われる。

【００４０】この２種類の出力による方位特性を示した
ものが図６である。この図に示されているように、本例
では図４の特性と異なり、高い周波数による出力ｆＨと
低い周波数による出力ｆＬとが現われる。高い周波数に
よる出力ｆＨでは波長が短いのでグレーティングサブ
（点音源同士の間隔より波長λが小さいときに生じる大
きな副極）等の影響により弁別できる範囲が狭くなる。
しかし、その反面弁別感度がよりシャープになるという
利点がある。したがって、装置の運用状況に応じてこの
方位特性の異なる２種類の出力を使い分ければ、方位弁
別効果的に行うことができるのである。

【００４１】以上のように、受波器のエレメントの全数
を使用してビームを形成しているので、エレメントのグ
ループ化による音響中心位置のシフトが不要になり、従
来のスプリットビーム方式に比べて受波器を小型にする
ことができる。この小型化の効果は、比較的規模の小さ
い受波器において顕著である。

【００４２】例えば、スプリットビーム方式において４
つのエレメントを用い、音響中心位置を各エレメントの
間隔の１つ分の長さとした場合を考える。この場合、本
発明を適用すれば音響中心位置のシフトが不要であるた
め受波器の長さがエレメント４個分で済むことになり、
ほぼ２０％の小型化が図れる。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、主極の偏
角が互いに異なる第１及び第２の指向性パターンにより
音波を受信し、これらの受信出力のレベルを比較して音
波の到来方向を弁別することにより、音響中心位置のシ
フトが不要になり受波器を小型化できるという効果があ
る。また、受波器を小型化できるため、システムを軽量
化でき、コストを削減できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による方位弁別システム
の構成を示すブロック図である。

【図２】図１の方位弁別システムにおける受波器の概略
構成図である。

【図３】図１の方位弁別システムにおける指向性パター
ンを示す図である。

【図４】図１の方位弁別システムにおける方位特性図で
ある。

【図５】本発明の第２の実施例による方位弁別システム
の構成を示すブロック図である。

【図６】図５の方位弁別システムにおける方位特性図で
ある。

【図７】従来の受波器の概略構成図である。

【図８】スプリットビーム方式の方位弁別システムにお
ける指向性パターンを示す図である。

【図９】スプリットビーム方式の方位弁別システムにお
ける出力信号の位相差の発生原理を示す図である。

【図１０】スプリットビーム方式の方位弁別システムに
おける位相差の特性図である。

【符号の説明】

１受波器２増幅回路３、４整相回路５、６、１２、１３瀘波回路７、８保持回路９制御回路１０レベル比較回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音波の到来方向を弁別する方位弁別シス
テムであって、主極の偏角が互いに異なる第１及び第２
の指向性パターンを有する第１及び第２の受波エレメン
ト群により音波を受信する第１及び第２の受信手段と、
これら第１及び第２の受信手段の受信出力のレベルを比
較する比較手段とを含み、この比較結果により音波の到
来方向を弁別することを特徴とする方位弁別システム。
【請求項２】前記第１及び第２の受信手段は、第１の
指向性パターン及び前記第２の指向性パターンの両主極
の偏角が正負一対となるように指向性パターンを形成せ
しめる指向性パターン形成回路とを含むことを特徴とす
る請求項１記載の方位弁別システム。
【請求項３】前記指向性パターン形成回路は、前記第
１の指向性パターンの主極方向からの到来音波による前
記第１の受波エレメント群相互間の受信位相を整相する
第１の整相回路と、前記第２の指向性パターンの主極方
向からの到来音波による前記第２の受波エレメント群相
互間の受信位相を整相する第２の整相回路とを含むこと
を特徴とする請求項２記載の方位弁別システム。
【請求項４】前記比較手段は、前記第１及び第２の受
信手段の受信出力を夫々保持する第１及び第２の保持手
段と、これら第１及び第２の保持手段の両保持出力のレ
ベルを比較する比較回路とを有することを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載の方位弁別システム。
【請求項５】前記指向性パターン形成回路は、互いに
等しい瀘波特性を有し前記第１及び第２の整相回路の整
相出力を夫々瀘波する第１及び第２の瀘波回路と、この
瀘波特性と異なる互いに等しい瀘波特性を有し前記第１
及び第２の整相回路の整相出力を夫々瀘波する第３及び
第４の瀘波回路とを更に含み、前記第１及び第２の瀘波
回路の両瀘波出力と前記第３及び第４の瀘波回路の両瀘
波出力とを択一的に前記第１及び第２の保持手段に入力
せしめることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
載の方位弁別システム。