JPH08304538A - 音波伝搬時間測定値の補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 送受波器の位置ずれで生ずる音波伝搬時間の
変動を正確に求めて、音波伝搬時間の補正をする。 【構成】 海中に配置された送受波器対の各基準位置と
距離に関する閾値とを基準位置データメモリ１３に書込
み、送波器の基準位置と受波器の基準位置間の固有音線
を音速場データを用いて演算処理部１７で計算し、それ
を固有音線データメモリ１４に書込む。送受波器間の音
響信号が観測される毎に、観測時での各送受波器の位置
に最も近くかつ閾値で指定する範囲内にある基準位置を
選択する。選択した基準位置と送受波器の位置から、各
送受波器の位置ずれで生ずる音波伝搬時間の変動の大き
さを演算処理部１７で求める。求められた音波伝搬時間
の変動の大きさに基づき、送受波器で観測された音波伝
搬時間が補正される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海洋音響トモグラフィ
における音波伝搬時間測定値の補正方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献；JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH,90[C5]（1985
-9-20)、BRUCE D.CORNUELLE 著、“Simulations of Aco
ustic Tomography Array Performance With Untracked
or Drifting Sources and Receivers ”P.9O79-9088 海洋音響トモグラフィー・システムは、音波の送受波器
対を海洋に設置し、それら送受波器対間を音波が伝搬す
る時間を測定する。その測定された音波伝搬時間に基づ
いて、海洋の環境変化等を推定する。従来の海洋音響ト
モグラフィ・システムにおいては、推定の誤差を小さく
するために、以下に述べる方法によって、送波器及び受
波器の位置のずれによって生ずる音波伝搬時間の変動の
大きさを求めていた。トモグラフィ・データは、個別の
経路に沿って伝搬する複数の音響信号の到達時刻データ
からなっている。音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）の海中を通
って送波器から受波器まで伝搬する音響信号は、海洋の
流れ等の内部波を無視すれば、数多くの取り得る音線経
路のうちの一つの経路Γ_K （＝１，２，…，Ｋ，…）に
沿って進む。これらの音線経路は、海中の音速場によっ
て決まる。

【０００３】音線経路Γ_K において、測定された送波器
と受波器間の音波の伝搬時間Ｄ_K （ｔ）は、次の（１）
式で与えられる。

【数１】 但し、ｓは音線経路Γ_K に沿った弧の長さである。Ｅ_K
はさまざまな原因による音波伝搬時間の変動の大きさ全
体を表す項であり、時計のずれによる変動Ａ_K（ｔ）、
送受波器の位置のずれによる変動Ｂ_K （ｔ）、及び内部
波がピーク位置に与える影響やピーク位置そのものの不
確さによる変動ε_K （ｔ）、といった種々の変動の伝搬
時間Ｄ_K （ｔ）への寄与の総和である。海洋の音速場が
変化すれば、音波の伝搬時間も変化する。この変化が小
さければ、伝搬時間Ｄ_K （ｔ）を求める式（１）は、も
との状態ｃ_o （ｘ，ｙ，ｚ）を用いた１次式の形に書く
ことができる。例えば、音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を次
の（２）式のように書くことにする。 ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝ｃ_o （ｘ，ｙ，ｚ）＋ｃ^* （ｘ，ｙ，ｚ，ｔ） ・・・（２） もとの状態ｃ_o における音線経路をΓ^o _K 、伝搬時間を
Ｄ^o _K とすると、音速の変動量ｃ^* は音速ｃ_o に比べて
小さいので、１次の項までをとれば、伝搬時間の変動量
Ｄ^* _K は、次の（３）式のようになる。なお、変動量Ｄ
^* _K は、観測された伝搬時間Ｄ_K のうちの、変動による
成分であり、（４）式で表される。

【数２】 （３）式は線形であるから、データ・セット｛Ｄ^* _K }
からｃ^* を推定するのに標準的な逆問題解析手法を用い
ることができる。

【０００４】図２は、送受波器の位置のずれを示す図で
ある。この図２には、複数の音線Г_K-1 ，Г_K ，Г_K+1
と、送波器ｉと受波器ｊの位置が示されている。送波器
ｉの位置（Ｘ_i ，Ｙ_i ，Ｚ_i ）を示すベクトルをＩで表
し、受波器ｊの位置（Ｘ_j ，Ｙ_j ，Ｚ_j ）を示すベクト
ルをＪで表すことにする。送受波器ｉ，ｊの動きや錨の
位置のオフセットによる送波器ｉから受波器ｊヘの経路
Γ_K についての音波の伝搬時間の変動の大きさＢ_K は、
次の（５）式に示すように、先験的に仮定した初期位置
Ｉ^o ，Ｊ^o からの送受波器ｉ，ｊのずれの大きさＩ^* 及
びＪ^* の１次関数として表すことができる。

【数３】 但し、 Ｘ^* _i ＝Ｘ_i −Ｘ^o _i Ｙ^* _i ＝Ｙ_i −Ｙ^o _i Ｚ^* _i ＝Ｚ_i −Ｚ^o _i Ｘ^* _j ＝Ｘ_j −Ｘ^o _j Ｙ^* _j ＝Ｙ_j −Ｙ^o _j Ｚ^* _j ＝Ｚ_j −Ｚ^o _j Ｂ_K ；送受波器の位置のずれによって生ずる音波伝搬時
間の変動の大きさ Ｄ_K ；送波器ｉから受波器ｊへの経路Γ_K についての音
波伝搬時間測定値 ｉ；送波器の番号 ｊ；受波器の番号 ｋ；音線の番号 （Ｘ^o _i ，Ｙ^o _i ，Ｚ^o _i ）；送波器ｉの初期位置Ｉ^o （Ｘ^o _j ，Ｙ^o _j ，Ｚ^o _j ）；受波器ｊの初期位置Ｊ^o （Ｘ_i ，Ｙ_i ，Ｚ_i ）；送波器ｉの移動後の位置Ｉ （Ｘ_j ，Ｙ_j ，Ｚ_j ）；受波器ｊの移動後の位置Ｊ （Ｘ^* _i ，Ｙ^* _i ，Ｚ^* _i ）；送波器ｉの位置のずれの
大きさＩ^* （Ｘ^* _j ，Ｙ^* _j ，Ｚ^* _j ）；受波器ｊの位置のずれの
大きさＪ^* （５）式の偏微分は、異なる座標への音線計算によって
も見積もることができる。しかし、単純な変動を仮定す
れば、次の（６ａ），（６ｂ），（６ｃ），（６ｄ）式
に示すように、これらの量を解析的に計算できることに
なる。まず、水平成分を、水平方向の距離に依存した伝
搬時間成分と個々のｘ座標或いはｙ座標に依存した水平
方向の距離成分との２つに分ける。

【数４】 但し、 Ｈ_K ；送受波器間の水平方向の距離成分 Ｈ_K ² ＝（Ｘ_j −Ｘ_i ）² ＋（Ｙ_j −Ｙ_i ）² ， Ｈ_K ＝｛（Ｘ_j −Ｘ_i ）² ＋（Ｙ_j −Ｙ_i ）² ｝^1/2 図３は、送波器から受波器への方位と距離の定義を示す
図である。

【０００５】この図３には、送波器ｉと受波器ｊの位置
と東西南北の方位が示されている。図３を用いることに
より、水平位置についての距離の偏微分は、単純な幾何
計算によって求められる。例えば、送波器ｉから真東を
０として受波器ｊを見た方位をφとすると、次の（７
ａ），（７ｂ），（７ｃ），（７ｄ）式のようになる。
東西方向にｘ軸をとり、東を正とする。同様に、南北方
向をｙ軸にとり、北を正とする。

【数５】 但し、φは送波器からみた受波器の方位（正の方向は、
反時計方向。真東＝０とする）であり、 φ＝ｔａｎ^-1（（Ｙ_j −Ｙ_i ）/ （Ｘ_j −Ｘ_i ）） の関係を有している。一方、水平距離方向及び垂直方向
の位置に依存した伝搬時間成分の大きさは、音線が有限
幅をもち、かつ、その等位相面が音線経路Г_K の方向に
垂直であると仮定することで、近似的に求めることがで
きる。

【０００６】図４は、送受波器の周囲の音線と等位相線
を示す図である。送受波器ｉ，ｊの位置ずれによって生
じる伝搬時間の増分は、音波の伝搬における図４中の等
位相線ＥＦ_o が、送受波器ｉまたはｊに到達する時間で
あると仮定する。音線経路Г_K が送受波器ｉ，ｊの近傍
で局所的に直線と見做せると仮定すれば、次の（８
ａ），（８ｂ），（９）式が得られる。

【数６】 但し、 θ_Ki；送波器ｉの初期位置Ｉ^o における経路Γ_K の水平
面に対する角度（下向きの音線と水平面とのなす角を
正、上向きの音線と水平面とのなす角を負とする） θ_Kj；受波器ｊの初期位置Ｊ^o における経路Γ_K の水平
面に対する角度（下向きの音線と水平面とのなす角を
正、上向きの音線と水平面とのなす角を負とする） ｃ_i ；送波器ｉの初期位置Ｉ^o における局所的な音速 ｃ_j ；受波器ｊの初期位置Ｊ^o における局所的な音速 ここで、これらの式が次の仮定の上に成り立っていると
いうことに注意しなくてはならない。即ち、音線が同定
されており、送波器ｉでの音波の放射角θ_Kiと受波器ｊ
での音波の入射角θ_Kjの両方が既知であるという仮定で
ある。

【０００７】結局、（５）〜（９）式より、送受波器
ｉ，ｊの位置のずれによって生ずる音波伝搬時間の変動
の大きさＢ_K は次の（１０）式のように表される。

【数７】 以上のことから、送波器の初期位置Ｉ^o における音線Γ
_K の接線Ｌとこの接線Ｌに垂直で移動後の送波器位置Ｉ
を含む平面交点Ｐ_Kiから、初期位置Ｉ^o に至る線分Γ^S
_K に沿って伝搬する音波の伝搬時間Ｔ^S _K （ｔ）は、次
の（１１）式で与えられることがわかる。

【数８】 同様に、受波器の初期位置Ｊ^o における音線Γ_K の接線
Ｌとこの接線Ｌに垂直で移動後の受波器位置Ｊを含む平
面交点Ｐ_Kjから、初期位置Ｊ^o に至る線分Γ^R _K に沿っ
て伝搬する音波の伝搬時間Ｔ^R _K （ｔ）は、次の（１
２）式で与えられることがわかる。そして、（１０）〜
（１２）式から、送波器ｉ及び受波器ｊの位置のずれに
よって生ずる音波伝搬時間の変動の大きさＢ_K が、（１
３）式として求められている。

【数９】

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上述
べた方法では、送波器ｉ及び受波器ｊの位置のずれが大
きくなるにしたがって、求められた音波伝搬時間の変動
の大きさと実際の変動の大きさとの差が増大するという
問題点があった。即ち、送波器の初期位置Ｉ^o から受波
器の初期位置Ｊ^o に至る音線Γｋに沿って伝搬する音波
の実際の伝搬時間Ｔ_K （ｔ）は、（１）式から、次の
（３１）式のように表される。同様に、送波器ｉの移動
後の位置Ｉから受波器ｊの移動後の位置Ｊに至る音線Γ
^D _K に沿って伝搬する音波の実際の伝搬時間Ｔ
^D _K （ｔ）は、次の（３２）式で表される。

【数１０】 （３１），（３２）式から、送受波器ｉ，ｊの位置のず
れによって生ずる音波伝搬時間の実際の変動の大きさＵ
_K （ｔ）は、次の（３３）式のように書け、その実際の
変動の大きさＵ_K と従来の方法によって求められた変動
の大きさＢ_K との差Ｖ_K （ｔ）は、（１３）及び（３
３）式から、（３４）式のようになる。

【数１１】 （３４）式からわかるように、送波器ｉ及び受波器ｊの
位置のずれが大きくなるにしたがって、以下の（ａ）〜
（ｃ）のようなことが起こる。

【０００９】（ａ） 送波器ｉの初期位置Ｉ^o における
音速ｃ_i と実際の音速場における送波器の移動後の位置
Ｊ付近の音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）との差が増大する。
そのため、（３４）式の第１項の積分と第４項の積分の
一部、即ち、点Ｐ_Kiから初期位置Ｉ^o に至る直線経路Γ
^S _K に沿って求められる一定の音速ｃ_i を用いた積分
と、音線Γ^D _K に沿って求められる位置及び時間に依存
した音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いた積分のうち、送
波器ｉの移動後の位置Ｉから初期位置Ｉ^o 付近までの積
分との差が増大する。 （ｂ） 送波器ｉの初期位置Ｉ^o から受波器ｊの初期位
置Ｊ^o に至る音線経路Γ_K と送波器ｉの移動後の位置Ｉ
から受波器ｊの移動後の位置Ｊに至る音線経路Γ^D _K の
ずれが増大する。そのため、（３４）式の第２項の積分
と第４項の積分の一部、つまり、初期位置Ｉ^o から初期
位置Ｊ^o に至る音線Γ_K に沿って求められる音速ｃ
（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いた積分と、音線Γ^D _K に沿っ
て求められる音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いた積分の
うち、送波器ｉの移動後の位置Ｉ付近から受波器ｊの移
動後の位置Ｊ付近までの積分との差が増大する。 （ｃ） 受波器ｊの初期位置Ｊ^o における音速ｃ_j と実
際の音速場における受波器ｊの移動後の位置Ｊ付近の音
速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）との差が増大する。そのため、
（３４）式の第３項の積分と第４項の積分の一部、即
ち、初期位置Ｊ^oから点Ｐ_KJに至る直線経路Γ^R _K に沿
って求められる一定の音速ｃ_j を用いた積分と、音線Γ
^R _K に沿って求められる位置及び時間に依存した音速ｃ
（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いた積分のうち、初期位置Ｊ^o
付近から移動後の位置Ｊまでの積分との差が増大する。 以上のことから、送受波器ｉ，ｊの位置のずれによって
生ずる音波伝搬時間の実際の変動の大きさＵ_K と、従来
の方法によって求められた変動の大きさＢ_K との差Ｖ_K
が増大する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、海中に配置された送波器と受波器を有
し、該送波器と受波器間の複数の音線経路に沿って伝搬
する音響信号の伝搬時間をそれぞれ観測し該海中におけ
る音速に影響するパラメータの変化を推定する海洋音響
トモグラフィー・システムで使用され、前記伝搬時間を
観測した時点の前記送波器及び前記受波器の位置を用い
て該送波器または受波器の位置ずれによって生じる前記
各伝搬時間の変動の大きさを求め、その伝搬時間の変動
の大きさで前記観測された各伝搬時間を補正する音波伝
搬時間測定値の補正方法において、次のよう方法を講じ
ている。即ち、本発明の音波伝搬時間測定値の補正方法
では、前記送波器と前記受波器からの距離に関する閾値
を予めそれぞれ設定し、前記海中に前記送波器及び前記
受波器の移動する範囲に基準位置を設定し、前記音響信
号が観測される毎に前記送波器及び前記受波器に一番近
くかつ前記閾値の範囲内にある前記基準位置をそれぞれ
選択し、該選択された各基準位置と該観測時点での該送
波器及び該受波器の位置とのずれから前記各伝搬時間の
変動の大きさを求める。ここで、前記閾値の範囲内にあ
る前記基準位置が存在しないときには、その時点での前
記送波器及び前記受波器の位置を新たな基準位置として
設定し、前記各伝搬時間の変動の大きさを求めるように
している。

【００１１】

【作用】本発明によれば、以上のように音波伝搬時間測
定値の補正方法を構成したので、送波器と受波器間の複
数の音線経路に沿って伝搬する音響信号の伝搬時間が観
測され、海中における音速に影響するパラメータの変化
が、海洋音響トモグラフィー・システムで推定される。
音波伝搬時間測定値の補正方法により、伝搬時間を観測
した時点での送波器及び受波器の位置が用いられ、送波
器または受波器の位置ずれによって生じる各伝搬時間の
変動の大きさが求められる。そして、その求めた伝搬時
間の変動の大きさで、測定された伝搬時間が補正され
る。ここで、本発明の音波伝搬時間測定値の補正方法で
は、送波器と受波器からの距離に関する閾値を、予め設
定している。海中に送波器及び受波器の移動する範囲に
基準位置が設定され、音響信号が観測される毎に送波器
及び受波器に一番近くかつその閾値の範囲内にある基準
位置が選択される。即ち、観測時点でそれら各送波器と
受波器に一番近い基準位置がそれぞれ選択される。選択
された各基準位置と観測時点での送波器及び受波器の位
置とのずれから、各伝搬時間の変動の大きさが求められ
る。そして、閾値の範囲内にある基準位置が存在しない
ときには、その時点での送波器及び受波器の位置が新た
な基準位置として設定され、各伝搬時間の変動の大きさ
が求められる。従って、前記課題を解決できるのであ
る。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の実施例を示す海洋音響トモ
グラフィー・システムの構成図である。このシステム
は、トモグラフィー・データ等を入出力するデータ入出
力部１０と、データの書込み及び読出しを行う観測デー
タメモリ１１と、音速場データメモリ１２と、基準位置
データメモリ１３と、固有音線データメモリ１４と、測
定データメモリ１５と、補正データメモリ１６と、演算
を行う演算処理部１７とを備えている。データ入出力部
１０と各メモリ１１〜１６と演算処理部１７は、共通の
バス１８を介して接続されている。以下に、海洋音響ト
モグラフィーの処理の概略［Ｉ］と、送受波器の位置ず
れを基準位置を用いて補正する本実施例の音波伝搬時間
変動の補正方法［ＩＩ］を説明する。

【００１３】［Ｉ］ 海洋音響トモグラフィーの処理の
概略 図５は海洋音響トモグラフィの処理のフローチャートあ
る。図５中のステップＳ２１〜Ｓ３１の処理を行うこと
で、観測対象海域の水温分布が得られる。ステップＳ２１ 水温等のデータ観測 海洋音響トモグラフィ・システムの観測装置を設置する
海域について、海中の音速を求めるために必要なデータ
である水温や塩分濃度等を観測する。ステップＳ２２ 音速場の生成 ステップＳ２１で観測された水温や塩分濃度等等のデー
タを用いて、初期値の音速場を生成する。音速場とは、
場として定義された範囲内の任意の点（ｘ，ｙ，ｚ）に
おいて音速ｃ_o （ｘ，ｙ，ｚ）を知ることのできる領域
である。このとき、海洋音響トモグラフィ・システムの
図示しない送波器Ｓｖｒと受波器Ｒｃｖの配置位置が音
速場に含まれるように、場の範囲を設定する。

【００１４】ステップＳ２３ 初期位置の設定 各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖを実際に設置した位置をそれ
ぞれ測定し、それら送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの初期位置
Ｓ^o ，Ｒ^o としてそれぞれ設定する。このとき、送波器
Ｓｖｒの初期位置をＳ^o （Ｘ^o _S ，Ｙ^o _S ，Ｚ^o _S ）、
及び受波器Ｒｃｖの初期位置をＲ^o （Ｘ^o _R ，Ｙ^o _R ，
Ｚ^o _R ）とする。トモグラフィ観測では、送波器Ｓｖｒ
から発信された音響信号を遠方の受波器Ｒｃｖに到達さ
せるために、それら送受波器Ｓｖｒ，ＲｃｖをSOFAR チ
ャネルと呼ばれる深度約1000〜1500m の海中に係留す
る。係留の方法は、海底にアンカーを設置し、そのアン
カーに浮力材を取り付けた送波器Ｓｖｒまたは受波器Ｒ
ｃｖをケーブルで繋ぐ。そして、各送受波器Ｓｖｒ，Ｒ
ｃｖの深度が1000〜1500m になるようにケーブルの長さ
を調節することで、送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖを海中に浮
遊させる方法が一般的である。従って、海流等の影響に
より、観測期間中に送波器Ｓｖｒ及び受波器Ｒｃｖは、
アンカーを中心としてケーブルの長さを半径とする球面
に沿って移動すると考えられる。

【００１５】ステップＳ２４ 固有音線計算 ステップＳ２２で生成された音速場のデータを用いて、
送波器Ｓｖｒの初期位置Ｓ^o から受波器Ｒｃｖの初期位
置Ｒ^o に至る固有音線計算を行い、各音線経路Γ
^o _K （但し、ｋは音線経路の番号）について、音波伝搬
時間Ｄ^o _K と送波器Ｓｖｒの位置における音波の放射角
度θ_KSとを、それぞれ求める。そして、受波器Ｒｃｖの
位置における音波の受波角度θ_KRもそれぞれ求める。こ
こで、固有音線とは、各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの位置
と海中の音速によって決まる音響信号の伝搬経路で、一
般に複数存在する。音波伝搬時間Ｄ^o _K は、次の（４
１）式によって求められるので、送波器Ｓｖｒの初期位
置Ｓ^o から受波器Ｒｃｖの初期位置Ｒ^o に至る音線経路
Γ^init _K に沿って伝搬する音波の実際の伝搬時間Ｔ^init
_K は、（４１）式と同様にして（４２）式で与えられ
る。

【数１２】 但し、ｓ；音線経路Γ^o _K に沿った弧の長さステップＳ２５ 測定データの取込み 測定された受信データ及び該受信データを測定した時点
での送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの位置のデータを取込む。
このとき、送波器Ｓｖｒの位置をＳ（Ｘ_S ，Ｙ_S ，
Ｚ_S ）、及び受波器Ｒｃｖの位置をＲ（Ｘ_R ，Ｙ_R ，Ｚ
_R ）とする。ここで、受信データとは、送波器Ｓｖｒに
おける音響信号の送信時刻を時刻零とし、この時刻から
の経過時間及び受波器Ｒｃｖにおける受信信号の強度の
変化を記録したものである。トモグラフィ観測における
音響信号は、送受波器の位置と海中の音速場ｃ（ｘ，
ｙ，ｚ）によって決まる複数の音線経路に沿って伝搬す
るので、受信信号の中に強度が大きくなるピークが複数
見られる。或るピーク位置での音波伝搬時間をＤとすれ
ば、Ｄは次の（４３）式によって表される。

【数１３】 ここで、Γ^D は伝搬時間Ｄで受波器に到達した音響信号
が通った音線経路、ｓは音線経路Γ^D に沿った弧の長さ
である。又、Ｅはさまざまな原因による音波伝搬時間の
変動の大きさ全体を表す項であり、種々の変動の伝搬時
間Ｄへの寄与の総和である。

【００１６】ステップＳ２６ 音線同定 ステップＳ２４の固有音線計算によって得られた音波伝
搬時間データの全体｛Ｄ^o _K ｝を、測定された受信デー
タと比較して、音線同定処理を行う。音線同定とは、固
有音線計算によって得られた各音波伝搬時間｛Ｄ^o _K ｝
を、測定された受信データ中の信号強度のピークにおけ
る音波伝搬時間の一つ一つにそれぞれ対応付けする処理
である。固有音線計算によって得られた音波伝搬時間Ｄ
^o _K に対応付けされた一つの音波伝搬時間データＤをＤ
_K と書くことにする。（４３）式と同様に、Ｄ_K は次の
（４４）式のように表される。また、この時の送波器Ｓ
ｖｒの位置Ｓから受波器Ｒｃｖの位置Ｒに至る音線経路
Γ^D _K に沿って伝搬する音波の実際の伝搬時間Ｔ
^D _K は、（４５）式で与えられる。

【数１４】 但し、Ｅ_K ；誤差ステップＳ２７ 誤差の補正 （４４）式における誤差Ｅ_K は、逆問題解析手法を用い
た音速変動量の推定の精度を低下させる。この誤差Ｅ_K
のうち、各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの位置のずれによる
誤差Ｂ_K を次の（４６）式で求める。

【数１５】 但し、 Ｘ^* _S ＝Ｘ_S −Ｘ^o _S Ｙ^* _S ＝Ｙ_S −Ｙ^o _S Ｚ^* _S ＝Ｚ_S −Ｚ^o _S Ｘ^* _R ＝Ｘ_R −Ｘ^o _R Ｙ^* _R ＝Ｙ_R −Ｙ^o _R Ｚ^* _R ＝Ｚ_R −Ｚ^o _R φ＝ｔａｎ^-1（（Ｙ_R −Ｙ_S ）/ （Ｘ_R −Ｘ_S ）） ｃ_s ＝ｃ_o （Ｘ^o _S ，Ｙ^o _S ，Ｚ^o _S ） ｃ_R ＝ｃ_o （Ｘ^o _R ，Ｙ^o _R ，Ｚ^o _R ） ここで、Ｘ_s ＝Ｘ_R のとき、Ｙ_R ＞Ｙ_s ならばφ＝π／
２とし、Ｙ_R ＜Ｙ_s ならばφ＝−π／２とする。又、Ｙ
_s ＝Ｙ_R のとき、Ｘ_R ＞Ｘ_s ならばφ＝０、Ｘ_R ＜Ｘ_s
ならばφ＝±πとする。誤差Ｅ_K からＢ_K を除くことに
より、送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの位置のずれによる誤差
が減少する。又、他の原因による誤差に対しても、それ
ぞれの寄与の大きさを求め、求められた値をＥ_K から除
くことにより誤差が減少する。

【００１７】このようにして補正を行った後に、残った
誤差の大きさ全体をＥ^* _K で表せば、（４４）式は次の
（４７）式のように書ける。但し、Ｂ_K 以外の誤差の寄
与の総和をε_K で表す。

【数１６】 但し、 Ｅ^* _K ＝Ｅ_K −Ｂ_K −ε_K ここで、送波器Ｓｖｒの初期位置Ｓ^o における音線経路
Γ^init _K の接線と、該接線に垂直で移動後の送波器Ｓｖ
ｒの位置Ｓを含む平面との交点から、送波器Ｓｖｒの初
期位置Ｓ^o に至る線分Γ^SO _K に沿って伝搬する音波の伝
搬時間Ｔ^SO _K は、次の（４８）式で与えられる。同様
に、受波器Ｒｃｖの初期位置Ｒ^ORにおける音線経路Γ
^init _K の接線と、該接線に垂直で移動後の受波器Ｒｃｖ
の位置Ｒを含む平面との交点から、受波器Ｒｃｖの初期
位置Ｒ^o に至る線分Γ^OR _K に沿って伝搬する音波の伝搬
時間Ｔ^OR _K は、（４９）式で与えられる。そして、（４
６）式、 （４８）式及び（４９）式から、送受波器Ｓ
ｖｒ，Ｒｃｖの位置ずれによって生ずる音波伝搬時間の
変動の大きさＢ_K が、（５０）式のように表される。

【数１７】 ステップＳ２８ 伝搬時間差の算出 ステップＳ２６の音線同定処理によって対応付けられて
補正されたＤ^* _K とＤ^o _K から、次の（５１）式により
両者の差δＤ_K を求める。 δＤ_K ＝Ｄ^* _K −Ｄ^o _K ・・・（５１） （４１）式及び（４７）式から、（５１）式は次の（５
２）式となり、さらに、（５３），（５４）式と仮定す
れば、（５１）式は（５５）式となる

【数１８】 ステップＳ２９ 逆問題解析 （５５）式中のδＤ_K ，Γ^o _K ，ｃ_o は既知であるか
ら、標準的な逆問題解析手法を用いて、音速変動量ｃ^*
を推定する。ステップＳ３０ 音速場に変動量を付加 音速ｃ_o （ｘ，ｙ，ｚ）及び推定された音速変動量ｃ^*
（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）から、次の（５６）式を用いて音速
ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を求める。 ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝ｃ_o （ｘ，ｙ，ｚ）＋ｃ^* （ｘ，ｙ，ｚ，ｔ） ・・・（５６） ステップＳ３１ 音速を水温に換算 （５６）式で求められた音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）と、
既に観測されている塩分濃度等のデータを用いて、音速
を水温に換算する。ステップＳ３２ 繰り返し 新たな音響信号データが観測されるごとに、ステップＳ
２５の測定データの取込み処理からステップＳ３１の音
速を水温に換算する処理までを繰り返し行う。 ［ＩＩ］ 送受波器の位置ずれを基準位置を用いて補正
する本実施例の音波伝搬時間変動の補正方法 図６は、図１の海洋音響トモグラフィー・システムの動
作を示すフローチャートである。海洋音響トモグラフィ
ーの誤差の補正を行う処理において、（４６）式の
Ｘ^o，Ｙ^o ，Ｚ^o を固定している場合、送受波器Ｓｖ
ｒ，Ｒｃｖの位置のずれが大きいと、補正が適正となら
ない。本実施例では図６中の処理ステップＳ４１〜Ｓ５
３を行うことで、補正の適正化を行う。

【００１８】ステップＳ４１ データの書込み処理 海洋音響トモグラフィ・システムの観測装置を設置する
対象海域で、海中の音速を求めるために必要なデータで
ある水温や塩分濃度等のデータを、データ入出力部１０
を介して観測データメモリ１１に書込む。ステップＳ４２ 音速場の生成処理 観測データメモリ１１からデータを読出し、演算処理部
１７により対象海域の音速場を生成する。生成された音
速場を音速場データメモリ１２に書込む。このとき、海
洋音響トモグラフィ・システムの送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃ
ｖの設置位置、及び各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの位置が
ずれた場合でも、それらの全ての位置が音速場に含まれ
るように場の範囲を設定して音速場を生成する。ステップＳ４３ 基準位置の設定処理 各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの初期位置を基準位置として
それぞれ設定し、それらを基準位置データメモリ１３に
書込む。基準位置とは、各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの位
置のずれの大きさ、及び位置のずれによって生ずる音波
伝搬時間の変動の大きさを求める際に、基準となる位置
である。この時点での送波器Ｓｖｒの位置Ｓ
¹ （Ｘ¹ _S ，Ｙ¹ _S ，Ｚ¹ _S ）を、送波器Ｓｖｒの１番
目の基準位置とする。同様に、受波器Ｒｃｖの位置Ｒ¹
（Ｘ¹ _R ，Ｙ¹ _R ，Ｚ¹ _R ）を、受波器Ｒｃｖの１番目
の基準位置とする。

【００１９】ステップＳ４４ 固有音線計算処理 基準位置データメモリ１３から基準位置のデータを読出
し、演算処理部１７により送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓ¹
から受波器の基準位置Ｒ¹ に至る固有音線計算を行う。
そして、各音線経路Γ¹¹ _K について、音波伝搬時間Ｄ¹¹
_K と、送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓ¹ における音波の放射
角θ¹¹ _KSと、受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ¹ における音波
の受波角θ¹¹ _KRを求めて、固有音線データメモリ１４に
書込む。ステップＳ４５ ずれの大きさの設定処理 観測時の送波器Ｓｖｒの位置とその位置に最も近い基準
位置間のずれの大きさに対する閾値と、受波器Ｒｃｖの
位置とその位置に最も近い基準位置間のずれの大きさに
対する閾値とを、設定する。これらの設定された閾値を
基準位置データメモリ１３に書込む。送波器Ｓｖｒに関
する閾値の大きさは、該送波器Ｓｖｒの移動範囲内であ
れば、どの様な値でも構わない。同様に受波器Ｒｃｖに
関する閾値も、該受波器Ｒｃｖの移動範囲内であればど
の様な値でも構わない。ステップＳ４６ 測定データの取込み処理 測定された受信データ及び該受信データを測定した時点
における各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの位置のデータＳ
（Ｘ_S ，Ｙ_S ，Ｚ_S ），Ｒ（Ｘ_R ，Ｙ_R ，Ｚ_R ）を取込
み、測定データメモリ１５に書込む。ステップＳ４７ 基準位置の選処理択 先ず、基準位置データメモリ１３に記憶されている各基
準位置Ｓⁿ （Ｘⁿ _S ，Ｙⁿ _S ，Ｚⁿ _S ）及びＲ^m （Ｘ^m
_R ，Ｙ^m _R ，Ｚ^m _R ）を読出す。また、測定データメモ
リ１５から送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの観測時の位置Ｓ
（Ｘ_S ，Ｙ_S ，Ｚ_S ），Ｒ（Ｘ_R ，Ｙ_R ，Ｚ_R ）を、そ
れぞれ読出す。

【００２０】次に、演算処理部１７により、各基準位置
に対する送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖのの位置のずれの大き
さＳ^*n（Ｘ^*n _S ，Ｙ^*n _S ，Ｚ^*n _S ），Ｒ^*m（Ｘ^*m _R ，Ｙ
^*m _R，Ｚ^*m _R ）を求め、その結果から、各送受波器Ｓｖ
ｒ，Ｒｃｖの観測時の位置と各基準位置の間の距離｛ｒ
ⁿ _S ｝，｛ｒ^m _R ｝をそれぞれ求める。更に、各距離
｛ｒⁿ _S ｝，｛ｒ^m _R ｝のうちの最も小さな値をとる場
合の番号ｎ，ｍを測定データメモリ１５に書込む。この
番号ｎ，ｍに対応する基準位置が、送受波器Ｓｖｒ，Ｒ
ｃｖの観測時の位置にそれぞれ最も近い基準位置であ
る。但し、 Ｘ^*n _S ＝Ｘ_S −Ｘⁿ _S Ｙ^*n _S ＝Ｙ_S −Ｙⁿ _S Ｚ^*n _S ＝Ｚ_S −Ｚⁿ _S Ｘ^*m _R ＝Ｘ_R −Ｘ^m _R Ｙ^*m _R ＝Ｙ_R −Ｙ^m _R Ｚ^*m _R ＝Ｚ_R −Ｚ^m _R ｒⁿ _S ＝（（Ｘ^*n _S ）² ＋（Ｙ^*n _S ）² ＋
（Ｚ^*n _S ）² ））^1/2 ｒ^m _R ＝（（Ｘ^*m _R ）² ＋（Ｙ^*m _R ）² ＋
（Ｚ^*m _R ）² ））^1/2 である。ステップＳ４８ 閾値との比較処理 測定データメモリ１５から、送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの
観測時の位置にそれぞれ最も近い基準位置からの距離デ
ータｒⁿ _S ，ｒ^m _R を読出す。続いて、基準位置データ
メモリ１３から各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖに関する閾値
をそれぞれ読出し、それら閾値と各距離データｒⁿ _S ，
ｒ^m _R とを比較する。送波器Ｓｖｒのずれの大きさが、
閾値よりも大きいか、または、受波器Ｒｃｖのずれの大
きさが閾値よりも大きい場合には、処理はステップＳ４
９に進む。送波器Ｓｖｒのずれの大きさの閾値よりも、
距離データｒⁿ _S が小さく、かつ受波器Ｒｃｖのずれの
大きさの閾値よりも、距離データｒ^m _R が小さい場合、
処理はステップＳ５１に進む。

【００２１】ステップＳ４９ 基準位置の増設処理 送波器Ｓｖｒのずれの大きさの閾値よりも距離データｒ
ⁿ _S が大きいとき、測定された該送波器Ｓｖｒの位置の
データＳ（Ｘ_S ，Ｙ_S ，Ｚ_S ）を測定データメモリ１５
から読出し、これを送波器Ｓｖｒの新たな基準位置とし
て基準位置データメモリ１３に書込む。その時点まで
に、設定された送波器Ｓｖｒの基準位置の個数がＮであ
る場合、送波器Ｓｖｒの位置Ｓ（Ｘ_S ，Ｙ_S ，Ｚ_S ）
を、Ｎ＋１番目の基準位置Ｓ^N+1 （Ｘ^N+1 _S ，
Ｙ^N+1 _S ，Ｚ^N+1 _S ）とする。さらに、距離｛ｒⁿ _S ｝
のうち最も小さな値をとる番号としてＮ＋１を、｛ｒⁿ
_S ｝のうち最も小さい値としてｒ^N+1 _S （＝０）を、そ
れぞれ測定データメモリ１５に書込む。受波器Ｒｃｖの
ずれの大きさの閾値よりも距離データｒ^m _R が大きいと
き、測定された該受波器Ｒｃｖの位置のデータＲ
（Ｘ_R ，Ｙ_R ，Ｚ_R ）を測定データメモリ１５から読出
し、これを受波器Ｒｃｖの新たな基準位置として基準位
置データメモリ１３に書込む。その時点までに、設定さ
れた受波器Ｒｃｖの基準位置の個数がＭである場合、受
波器Ｒｃｖの位置Ｒ（Ｘ_R ，Ｙ_R ，Ｚ_R ）を、Ｍ＋１番
目の基準位置Ｒ^M+1 （Ｘ^M+1 _S ，Ｙ^M+1 _S ，Ｚ^M+1 _S ）
とする。さらに、距離｛ｒ^m _R ｝のうち最も小さな値を
とる番号としてＮ＋１を、｛ｒ^m _R ｝のうち最も小さい
値としてｒ^M+1 _R （＝０）を、それぞれ測定データメモ
リ１５に書込む。

【００２２】ステップＳ５０ 固有音線計算処理 （ａ） 送波器Ｓｖｒの基準位置だけを増設した場合、
まず、基準位置データメモリ１３から、最後に設定され
た送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ のデータを読出す。基準
位置データメモリ１３から受波器Ｒｃｖに対する基準位
置のデータを順に読出す。演算処理部１７を使用し、送
波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ から受波器Ｒｃｖの基準位置
Ｒ^m に至る固有音線計算を行い、各音線経路Γ^nm _K につ
いて、音線伝搬時間Ｄ^nm _K と送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓ
ⁿ における音波の放射角θ^nm _KSと、受波器Ｒｃｖの基準
位置Ｒ^m における音波の受波角度θ^nm _KRとをそれぞれ求
め、固有音線データメモリ１４に書込む。但し、ここで
の固有音線計算は、送波器Ｓｖｒの位置として最後に設
定された基準位置Ｓⁿ に対して、受波器の基準位置｛Ｒ
^m ｝のうちの一つ一つを、順に当てはめて行う。従っ
て、受波器の基準位置の個数がＭ個のときには、Ｍ回の
固有音線計算が行われる。

【００２３】（ｂ） 受波器Ｒｃｖの基準位置だけを増
設した場合、まず、基準位置データメモリ１３から、最
後に設定された受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m のデータを
読出す。基準位置データメモリ１３から送波器Ｓｖｒに
対する基準位置のデータを順に読出す。演算処理部１７
を使用し、送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ から受波器Ｒｃ
ｖの基準位置Ｒ^m に至る固有音線計算を行い、各音線経
路Γ^nm _K について、音線伝搬時間Ｄ^nm _K と送波器Ｓｖｒ
の基準位置Ｓⁿ における音波の放射角θ^nm _KSと、受波器
Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m における音波の受波角度θ^nm _KRと
をそれぞれ求め、固有音線データメモリ１４に書込む。
但し、この固有音線計算は、受波器Ｒｃｖの位置として
最後に設定された基準位置Ｒ^m に対して、送波器の基準
位置｛Ｓⁿ ｝のうちの一つ一つを、順に当てはめて行
う。従って、送波器の基準位置｛Ｓⁿ ｝の個数がＮ個の
ときには、Ｎ回の固有音線計算が行われる。

【００２４】（ｃ） 送波器と受波器の基準位置を共に
増設したときは、まず、基準位置データメモリ１３から
最後に設定された送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ のデータ
を読出す。そして、最後に設定された受波器Ｒｃｖの基
準位置Ｒ^M+1 を除く基準位置Ｒ^m のデータを順に読出
し、演算処理部１７で送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ から
受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m に至る固有音線計算を行
う。つまり、各音線経路Γ^nm _K について、音線伝搬時間
Ｄ^nm _K と送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ における音波の放
射角θ^nm _KSと、受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m における音
波の受波角度θ^nm _KRとをそれぞれ求め、固有音線データ
メモリ１４に書込む。このときの固有音線計算は、送波
器Ｓｖｒの位置として最後に設定された基準位置Ｓⁿ つ
まりＳ^N+1 を、受波器の最後を除く基準位置｛Ｒ^m ｝の
うちの一つ一つに、順に当てはめて行う。受波器Ｒｃｖ
の基準位置｛Ｒ^m ｝の個数がＭ＋１であれば、Ｍ回の固
有音線計算が行われる。

【００２５】次に、基準位置データメモリ１３から、最
後に設定された受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m のデータを
読出す。そして、最後に設定された送波器Ｓｖｒの基準
位置Ｓ^N+1 を除く基準位置Ｓⁿ のデータを順に読出し、
演算処理部１７で送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ から受波
器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m に至る固有音線計算を行う。つ
まり、各音線経路Γ^nm _K について、音線伝搬時間Ｄ^nm _K
と、送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ における音波の放射角
θ^nm _KSと、受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m における音波の
受波角度θ^nm _KRとをそれぞれ求め、それらを固有音線デ
ータメモリ１４に書込む。このときの固有音線計算は、
受波器Ｒｃｖの位置として最後に設定された基準位置Ｒ
^m つまりＲ^M+1 を、送波器の最後を除く基準位置
｛Ｓⁿ ｝のうちの一つ一つに、順に当てはめて行う。従
って、送波器Ｓｖｒの基準位置｛Ｓⁿ ｝の個数がＮ＋１
であれば、Ｎ回の固有音線計算が行われる。続いて、基
準位置データメモリ１３から、最後に設定された各送受
波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの基準位置Ｓⁿ ，Ｒ^m のデータを読
出し、演算処理部１７で送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ か
ら受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m に至る固有音線計算を行
う。各音線経路Γ^nm _K について、音線伝搬時間Ｄ
^nm _K と、送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ における音波の放
射角θ^nm _KSと、受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m における音
波の受波角度θ^nm _KRとをそれぞれ求め、それらを固有音
線データメモリ１４に書込む。このときの固有音線計算
は、送波器Ｓｖｒの位置として最後に設定された基準位
置Ｓⁿ つまりＳ^N+1 を、受波器Ｒｃｖの位置として最後
に設定された基準位置Ｒ^m つまりＲ^M+1 に、当てはめて
行うことになり、１回の固有音線計算になる。従って、
合計Ｎ×Ｍ＋１回の固有音線計算が行われ、送波器Ｓｖ
ｒと受波器Ｒｃｖのすべての基準位置間の固有音線計算
が、実行されたことになる。

【００２６】ステップＳ５１ 音線同定処理 データ入出力部１０を用いて、測定された送受波器Ｓｖ
ｒ，Ｒｃｖ間の受信データと該各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃ
ｖの観測時の位置Ｓ，Ｒに最も近い基準位置Ｓⁿ ，Ｒ^m
の番号ｎ，ｍを、測定データメモリ１５からそれぞれ読
出す。次に、データ入出力部１０を用いて、番号ｎの基
準位置Ｓⁿ から番号ｍの基準位置Ｒ^m に至る音線経路
｛Γ^nm _K ｝について、固有音線計算で得られた音波伝搬
時間データの全体｛Ｄ^nm _K ｝を固有音線データメモリ１
４から読出す。そして、前記受信データと音波伝搬時間
データの全体｛Ｄ^nm _K ｝とを比較して音線同定処理を行
う。音線同定処理の結果、各音波伝搬時間Ｄ^nm _K にそれ
ぞれ対応付けられた受信データ中の各ピーク位置での音
波伝搬時間データに、番号ｋを付加し、データ入出力部
１０を用いて測定データメモリ１５に書込む。このよう
にして書込まれた各ピーク位置での音波伝搬時間データ
をＤ_K と表すことにする。番号ｋは、同定されたすべて
のピーク位置での音波伝搬時間データについて書込まれ
る。ステップＳ５２ 誤差の補正処理 演算処理部１７で次の（５７）式を用い、各ピーク位置
での音波伝搬時間データＤ_K から、各送受波器Ｓｖｒ，
Ｒｃｖの位置のずれによる誤差Ｂ^nm _K とデータ入出力部
１０を用いて読込まれたＢ^nm _K 以外の誤差の寄与の総和
ε_K とを除いた伝搬時間Ｄ^* _K を求める。（５７）式で
伝搬時間Ｄ^* _K を求めるに先立ち、先ず、測定データメ
モリ１５から、受信データを測定した時点での各送受波
器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの位置Ｓ，Ｒのデータと、それらに最
も近い基準位置Ｓⁿ ，Ｒ^m の番号ｎ，ｍと、受信データ
中の各ピーク位置での音波伝搬時間データの全体
｛Ｄ_K ｝とを読出す。次に、基準位置データメモリ１３
から、番号ｎの送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ 及び番号ｍ
の受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m を読出す。更に、音速場
データメモリ１２から基準位置Ｓⁿ における音速ｃⁿ _s
と基準位置Ｒ^m における音速ｃ^m _R とを、読出す。これ
らのデータを用いて、（４６）式に対応する（５８）式
で誤差Ｂ^nm _K を算出する。

【数１９】 但し、 Ｘ^*n _S ＝Ｘ_S −Ｘⁿ _S Ｙ^*n _S ＝Ｙ_S −Ｙⁿ _S Ｚ^*n _S ＝Ｚ_S −Ｚⁿ _S Ｘ^*m _R ＝Ｘ_R −Ｘ^m _R Ｙ^*m _R ＝Ｙ_R −Ｙ^m _R Ｚ^*m _R ＝Ｚ_R −Ｚ^m _R φ＝ｔａｎ^-1（（Ｙ_R −Ｙ_S ）/ （Ｘ_R −Ｘ_S ）） ｃⁿ _s ＝ｃ_o （Ｘⁿ _S ，Ｙⁿ _S ，Ｚⁿ _S ） ｃ^m _R ＝ｃ_o （Ｘ^m _R ，Ｙ^m _R ，Ｚ^m _R ）ステップＳ５３ データの読出し データ入出力部１０を用いて、測定データメモリ１５か
ら受信データと、測定した時点での送受波器の位置にも
っとも近い基準位置の番号ｎ，ｍと受信データ中の各ピ
ーク位置での音波伝搬時間データの全体｛Ｄ_K ｝とを読
出す。更に、固有音線データメモリ１４から、番号ｎの
基準位置Ｓⁿ から番号ｍの基準位置Ｒ^mに至る音線経路
｛Γ^nm _K ｝についての、固有音線計算によって得られた
音波伝搬時間データの全体｛Ｄ^nm _K ｝を読出す。そし
て、ステップＳ２８の伝搬時間差の算出処理を行う。更
に、この処理の結果を用いて、ステップＳ２９の逆問題
解析処理からステップＳ３１の音速を水温に換算する処
理までを実行する。

【００２７】ステップＳ４６〜Ｓ５３ 繰り返し 新たな音響信号データが観測されるごとに、ステップＳ
４６の測定データの取込み処理からステップＳ５３のデ
ータの読出し処理までを繰り返し、一連の処理を終了す
る。以上の処理を行うので、本実施例では次のような効
果が期待できる。（４２）式及び（４５）式から、送受
波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの初期位置からのずれによって生ず
る音波伝搬時間の実際の変動の大きさＵ^o _K は、次の
（７１）式のように書ける。従って、変動の大きさＵ^o
_K と、（４６）式の方法によって求められた変動の大き
さＢ_K との差Ｖ^o _K は、（５０）式及び（７１）式か
ら、（７２）式のようになる。

【数２０】 一方、送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ から受波器Ｒｃｖの
基準位置Ｒ^m に至る音線経路Γ^st _K に沿って伝搬する音
波の実際の伝搬時間Ｔ^st _K は、（４２）式と同様にし
て、（７３）式で与えられる。そして、（７３）式及び
（４５）式から、送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの各基準位置
Ｓⁿ ，Ｒ^m からのずれによって生ずる音波伝搬時間の実
際の変動の大きさＵ^nm _K は、次の（７４）式のように書
ける。

【００２８】

【数２１】 また、（４８）式と同様にして、送波器Ｓｖｒの基準位
置Ｓⁿ における音線経路Γ^st _K の接線と該接線に垂直で
移動後の送波器位置Ｓを含む平面との交点から、該基準
位置Ｓⁿ に至る線分Γ^Sn _K に沿って伝搬する音波の伝搬
時間Ｔ^Sn _K は、次の（７５）式で与えられる。同様に、
受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ_m から該基準位置Ｒ_m におけ
る音線経路Γ^st _K の接線と、該接線に垂直で移動後の受
波器位置Ｒを含む平面との交点に至る線分Γ^mR _K に沿っ
て伝搬する音波の伝搬時間Ｔ^mR _Kは、（７６）式で与え
られる。

【００２９】

【数２２】 各（５８），（７５），（７６）式から、各送受波器Ｓ
ｖｒ，Ｒｃｖの基準位置Ｓⁿ ，Ｒ^m からのずれによって
生ずる音波伝搬時間の変動の大きさＢ^nm _K は、次の（７
７）式のように書ける。従って、音波伝搬時間の実際の
変動の大きさＵ^nm _K と、（５８）式の方法によって求め
られた変動の大きさＢ^nm _K との差Ｖ^nm _Kは、（７４）式
及び（７７）式から、（７８）式のようになる。

【００３０】

【数２３】 （７２）式と（７８）式が同一となるのは、ｎ＝０かつ
ｍ＝０の場合である。そうでないときは、以下の（ａ）
〜（ｃ）のようになる。

【００３１】（ａ） ｎ≠０のとき、送波器Ｓｖｒの初
期位置Ｓ^o よりも、基準位置Ｓⁿ の方が送波器Ｓｖｒの
移動後の位置Ｓに近いので、送波器Ｓｖｒの初期位置Ｓ
^o における音速ｃ_S と実際の音速場における送波器の移
動後の位置付近の音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）との差より
も、基準位置Ｓⁿ における音速ｃⁿ _S と実際の音速場に
おける送波器の移動後の位置付近の音速ｃ（ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ）との差の方が小さくなる。よって、（７２）式
の第１項における送波器Ｓｖｒの初期位置Ｓ^o での音線
経路Γ^init _K の接線と該接線に垂直で移動後の位置Ｓを
含む平面との交点から該初期位置Ｓ^o に至る直線経路Γ
^SO _K に沿って求められる一定の音速ｃ_S を用いた積分
と、第４項における音線経路Γ^D _K に沿って求められる
位置及び時間に依存した音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用
いた積分のうち、移動後の位置Ｓから初期位置Ｓ^o 付近
までの積分との差に対して、（７８）式の第１項におけ
る送波器Ｓｖｒの基準位置Ｓⁿ での音線経路Γ^st _K の接
線と該接線に垂直で移動後の送波器位置Ｓを含む平面と
の交点から基準位置Ｓⁿ に至る直線経路Γ^Sn _K に沿って
求められる一定な音速ｃⁿ _S を用いた積分と、第４項に
おいて音線経路Γ^D _K に沿って求められる音速ｃ（ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ）を用いた積分のうち、送波器Ｓｖｒの移動
後の位置から基準位置Ｓⁿ 付近までの積分との差の方
が、小さくなる。

【００３２】（ｂ） ｎ≠０，ｍ≠０のうち少なくとも
いずれか一方が成り立つとき、各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃ
ｖの初期位置Ｓ^o ，Ｒ^o よりも、基準位置Ｓⁿ ，Ｒⁿ の
方が送受波器の移動後の位置Ｓ，Ｒにそれぞれ近いの
で、送波器Ｓｖｒの初期位置Ｓ^o から受波器Ｒｃｖの初
期位置Ｒ^o に至る音線経路Γ^init _K と、送波器Ｓｖｒの
移動後の位置Ｓから受波器の移動後の位置Ｒに至る音線
経路Γ^D _K のずれの大きさよりも、基準位置Ｓⁿ から基
準位置Ｒⁿ に至る音線経路Γ^st _K と送波器の移動後の位
置Ｒから受波器の移動後の位置に至る音線経路Γ^D _K の
ずれの大きさの方が小さくなる。そのため、（７２）式
の第２項における送波器Ｓｖｒの初期位置Ｓ^o から受波
器Ｒｃｖの初期位置Ｒ^o に至る音線Γ^init _K に沿って求
められる音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いた積分と、第
４項の音線経路Γ^D _K に沿って求められる音速ｃ（ｘ，
ｙ，ｚ，ｔ）を用いた積分のうち、送波器Ｓｖｒの移動
後の位置Ｓ付近から受波器Ｒｃｖの移動後の位置Ｒ付近
までの積分との差に対して、（７８）式の送波器Ｓｖｒ
の基準位置Ｓⁿ から受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m に至る
音線経路Γ^stK に沿って求められる音速ｃ（ｘ，ｙ，
ｚ，ｔ）を用いた積分と、第４項において音線経路Γ^D
_K に沿って求められる音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用い
た積分のうち、移動後の位置Ｓ付近から移動後の位置Ｒ
付近までの積分との差の方が、小さくなる。

【００３３】（ｃ） ｍ≠０のとき、受波器Ｒｃｖの初
期位置Ｒ^o よりも基準位置Ｒ^m の方が移動後の位置Ｒに
近いので、該受波器Ｒｃｖの初期位置Ｒ^o における音速
ｃ_Rと、実際の音速場における受波器の移動後の位置Ｒ
付近の音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）との差よりも、基準位
置Ｒ^m における音速ｃ^m _R と実際の音速場における移動
後の位置Ｒ付近の音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）との差の方
が、小さくなる。そのため、（７２）式の第３項におけ
る受波器Ｒｃｖの初期位置Ｒ^o から該初期位置Ｒ^o での
音線経路Γ^init _K の接線と該接線に垂直で受波器Ｒｃｖ
の移動後の位置Ｒを含む平面との交点に至る直線経路Γ
^OR _K に沿って求められる一定な音速ｃ_R を用いた積分
と、第４項における音線経路Γ^D _K に沿って求められる
位置及び時間に依存した音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用
いた積分のうち、初期位置Ｒ^o 付近から移動後の位置Ｒ
までの積分との差に対して、（７８）式の第３項におい
て、受波器Ｒｃｖの基準位置Ｒ^m から該基準位置Ｒ^m で
の音線経路Γ^st _K の接線と該接線に垂直で該受波器の移
動後の位置Ｒを含む平面との交点に至る直線経路Γ^mR _K
に沿って求められる一定な音速ｃ^m _R を用いた積分と、
音線経路Γ^D _Kに沿って求められる位置及び時間に依存
した音速ｃ（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）を用いた積分のうちの基
準位置Ｒ^m 付近から移動後の位置Ｒまでの積分との差の
方が、小さくなる。

【００３４】即ち、本実施例によれば、各送受波器Ｓｖ
ｒ，Ｒｃｖの初期位置Ｓ^o ，Ｒ^o の他に、各送受波器Ｓ
ｖｒ，Ｒｃｖの基準位置Ｓⁿ ，Ｒ^m を設け、音響信号の
観測が行われた時点での送受波器位置Ｓ，Ｒに最も近い
基準位置Ｓⁿ ，Ｒ^m をそれぞれ選択して音波伝搬時間の
変動の大きさを求めている。そのため、各送受波器Ｓｖ
ｒ，Ｒｃｖの初期位置Ｓ^o ，Ｒ^o を用いて求めた場合よ
りも、求めた音波伝搬時間の変動の大きさと実際の音波
伝搬時間の変動の大きさとの差を、小さくすることがで
きる。即ち、（７２）式のＶ^o _K よりも（７８）式のＶ
^nm _K を小さくできる。また、位置Ｓ，Ｒに最も近い基準
位置Ｓⁿ ，Ｒ^m を求めて閾値で採否を決定し、かつ、基
準位置を増設することが可能なので、不適切な基準位置
を選択することがない。更に、それらの閾値は何時でも
変更が可能であり、例えば、各送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖ
を繋ぐケーブルの長さを変更した場合でも、対応が取れ
る。尚、本発明は上記実施例に限定されず、種々の変形
が可能である。その変形例としては、例えば次のような
ものがある。

【００３５】（ｉ） 上記実施例では、海底に設置した
アンカーから浮力材を取り付けた送受波器までをケーブ
ルで接続し、該送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖを海中に浮遊さ
せる設置方法に適用した例を説明したが、受信データを
測定した時点での送受波器Ｓｖｒ，Ｒｃｖの位置を観測
すれば、錨を下ろして停泊した船舶から送波器または受
波器を吊り下げるといった設置方法にも適用可能であ
る。 （ii） 上記実施例では，観測海域に送受波器をそれぞ
れ一個ずつ設置するシステムに適用した例を説明した
が、設置された複数の送受波器の中から一個ずつを選び
出して上記実施例の方法を順に適用し、全ての送受波器
の組み合わせについて処理を実行するようにしてもよ
い。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、送波器及び受波器の初期位置の他に該送波器及び
受波器の各基準位置をそれぞれ設定し、音響信号の観測
が行われた時点の該送波器及び受波器の位置に最も近い
基準位置をそれぞれ選択して送受波器の位置ずれによる
音波伝搬時間の変動の大きさを求めるようにしている。
そのため、送波器及び受波器の各初期位置から音波伝搬
時間の変動の大きさを求めた場合よりも、実際の音波伝
搬時間の変動の大きさに近くすることができ、該音波伝
搬時間の変動の大きさで補正された音波伝搬時間を用い
ることで、海洋音響トモグラフー・システムにおけるパ
ラメータの変化の推定を正確に行うことができる。ま
た、基準位置を選択する際に閾値を用いるので、常に適
正な基準位置が選択されることになり、海洋音響トモグ
ラフー・システムでのパラメータの変化の推定における
信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す海洋音響トモグラフィー
・システムの構成図である。

【図２】送受波器の位置のずれを示す図である。

【図３】送波器から受波器への方位と距離の定義を示す
図である。

【図４】送受波器の周囲の音線と等位相線を示す図であ
る。

【図５】海洋音響トモグラフィーの処理フローチャート
ある。

【図６】図１の海洋音響トモグラフィー・システムの動
作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ データ入出力部 １１ 観測データメモリ １２ 音速場データメモリ １３ 基準位置データメモリ １４ 固有音線データメモリ １５ 測定データメモリ １６ 補正データメモリ １７ 演算処理部 Ｓ４１ データ書込み処理 Ｓ４２ 音速場の生成処理 Ｓ４３ 基準位置の設定処理 Ｓ４４，Ｓ５０ 固有音線計算処理 Ｓ４５ ずれの大きさ設定処理 Ｓ４６ 測定データの取込み処理 Ｓ４７ 基準位置設定処理 Ｓ４８ 閾値との比較処理 Ｓ４９ 基準位置の増設処理 Ｓ５１ 音線同定処理 Ｓ５２ 誤差の補正処理 Ｓ５３ データの読出し処理

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 海中に配置された送波器と受波器を有
   し、該送波器と受波器間の複数の音線経路に沿って伝搬
   する音響信号の伝搬時間をそれぞれ観測し該海中におけ
   る音速に影響するパラメータの変化を推定する海洋音響
   トモグラフィー・システムで使用され、前記伝搬時間を
   観測した時点の前記送波器及び前記受波器の位置を用い
   て該送波器または受波器の位置ずれによって生じる前記
   各伝搬時間の変動の大きさを求め、その伝搬時間の変動
   の大きさで前記観測された各伝搬時間を補正する音波伝
   搬時間測定値の補正方法において、 前記送波器と前記受波器からの距離に関する閾値を予め
   それぞれ設定し、 前記海中に前記送波器及び前記受波器の移動する範囲に
   基準位置を設定し、 前記音響信号が観測される毎に前記送波器及び前記受波
   器に一番近くかつ前記閾値の範囲内にある前記基準位置
   をそれぞれ選択し、該選択された各基準位置と該観測時
   点での該送波器及び該受波器の位置とのずれから前記各
   伝搬時間の変動の大きさを求め、 前記閾値の範囲内にある前記基準位置が存在しないとき
   には、その時点での前記送波器及び前記受波器の位置を
   新たな基準位置として設定し、前記各伝搬時間の変動の
   大きさを求める、 ことを特徴とする音波伝搬時間測定値の補正方法。