JPH09269369A

JPH09269369A - 音響リモートセンシング装置

Info

Publication number: JPH09269369A
Application number: JP8078576A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Masuzawa; 裕鱒沢; Kageyoshi Katakura; 景義片倉; Akihisa Fukami; 明久深見
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】送受波器の変位による整相条件の変動を補正
する整相装置を提供する。【解決手段】ソーナー１５００は、船体１５０１に固
定された球形送受波器から、音波１５０５を海底構造物
１５０３や魚群１５０２等の目的対象に向けて送波し、
音波の送波領域内で走査点（受信点）を順次異なる点に
設定して、目的対象から反射波を受波音軸１５０６に関
する受信信号として得て、整相加算処理、検波処理を行
ない映像化する。船体は、海上の波１５０４による動
揺、船体の航行移動によりソーナーと目的対称との間に
相対変位が生じ、受波音軸１５０６の方位が受波音軸１
５０７の方位に変化しても、相対変位を検出して、受波
音軸１５０６の形成に使用した変換器にかえ、送受波整
相装置により受波音軸１５０７を形成する変換器を選択
して、目的対象からの反射信号を受波する。【効果】送受波器の対称性を利用し効率よく整相処理
データを発生できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ソーナー等の音波
を用いた映像化装置、及び音響リモートセンシングのた
めの技術に関わり、特に音波を送受波する送受波器の変
位による整相条件の変動を補正する整相装置を備える音
響リモートセンシング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のアクティブソーナーに代表される
音響リモートセンシング装置は、水中や被検体内の空間
に送波器により波動エネルギを放射し、複数の受波器に
より対象からの反射波を受波器により受信して、空間内
の情報を得ている。送波器、及び受波器には複数の電気
・音響変換器が配列されており、通常、電気・音響変換
器は磁歪振動子や圧電振動子で構成される。

【０００３】受波器を構成する各電気・音響変換器で受
信される信号は、遅延処理等の信号の時間移動に相当す
る処理により、互いの信号の位相差を補償してから加算
する整相加算処理を受ける。整相加算処理により、所定
の方位、距離からの反射信号を選択的に検出でき、受信
信号を連続的に処理して空間内の所定領域を走査でき
る。整相加算処理により複数の走査を行ない、計測対象
とする空間を映像化するソーナー技術は、海底の形状や
水中の航走体を探知、可視化する技術として既に広く知
られている。

【０００４】上記従来技術では、ソーナーは、船体の底
等に取付けられた送波器を用いて、海底構造物や魚群等
に向けて音を放射し、海底構造物等からの反射波は、受
波器により受信され、受波器から得られる受信信号は、
整相加算処理や検波処理され、表示器の輝度信号とな
り、水中の空間情報を映像化している。船体は、海上の
波による動揺や航行による移動のために、ソーナーと海
底構造物等の対象物体との位置関係に常に相対的変位が
生じる。ソーナーと対象物体との間に相対的な変位があ
る状況にも、常に静止した対象物体の映像を得るには、
ソーナーの送受波器の方位や音波の伝搬距離の変化の影
響を補正する必要がある。

【０００５】従来技術では、上記相対的変位により生じ
る送受波器の方位や音波の伝搬距離の変化の影響の補正
は、機械的方法により行なっていた。従来技術の機械的
方法では、船体の移動、動揺により生じる変位を検出
し、検出された変位に基づいて、船体の移動、動揺に追
従して、送波器（受波器）の送波面（受波面）の向きを
制御するため、送波器（受波器）を複数方位において方
向制御する機械的な複数の軸回転機構により、送波器
（受波器）が送波（受波）する音波の音軸方向を機械的
に制御し、音波の指向角度の補正を行ない、１００から
２００チャネル程度からなる送波器（受波器）により、
送波器（受波器）が静止している場合と近似的に同じ信
号処理を行ない、ほぼ静止した画像を得ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、電気・音響変
換器は、電気エネルギーと機械エネルギーの双方向変換
が可能な変換器とし、送波器と受波器が同一の構成で兼
用される場合がある。以下、本明細書では、送波と受波
が兼用される構成も、別々の送波器と受波器を総称する
場合も、「送受波器」と表現するものとする。また、
「送波器」の表現は、送波と受波が兼用される「送受波
器」において、送波状態にある送受波器と、送波専用の
構成である本来の送波器の意味とを包含し、「受波器」
の表現においても、送波と受波が兼用される「送受波
器」において、受波状態にある送受波器と、受波専用の
構成である本来の受波器の意味とを包含するものとす
る。さらに、以下の説明では、「電気・音響変換器」を
単に「送受波器」と表現する。

【０００７】上記従来技術では、送波器（受波器）の方
位を変化させて、送波器（受波器）の音波の送波（受
波）方向を機械的に制御する。複数の軸回転機構の複雑
な機械構造体は、サーボモーター系等を含むため全体の
重量は数トンにも達し、機械構造体の動作に対して全体
の慣性が大きく、船体の急激な変位や、送受信を行なう
方位の機敏な変更に追随できず、時間遅れが生じるとい
う問題があった。また、機械構造体は、重量が大きいば
かりでなく、全体寸法も２〜３ｍにわたり、取扱、保守
に手間がかかるという問題もあった。

【０００８】上記の追従の遅れの問題を改善するため
に、船体の変位による補正や送受信を行なう方位の機敏
な変更を全て電子的に実現する方法が考えられる。電子
的方法では、走査すべき全ての方位に対して所望の送受
信感度を確保するために、３次元表面（例えば、球形
や、円筒形）に送受信面をもつ送受波器が必要となり、
送受波器は非常に多数の変換器を配列する必要があり、
上記電子的方法には、以下の問題がある。

【０００９】（１）音波の送受信における信号処理で
は、多数のチャネル信号の各々に対して、送受波器全体
の変位による補正を行なう。各チャネル信号に付与すべ
き整相のための遅延時間量は全て、逐次演算により補正
するので、補正のための演算量は多大になる。

【００１０】（２）各変換器が配置される空間座標と、
音波を送受信する方向と、送受波器が変位した後の位置
の座標とを用いて計算しなければならない遅延時間の補
正値を、反射波の受信中に実時間の計算により、変換器
毎に個別に発生させる方法では、非常に多くの演算量を
必要とする。

【００１１】（３）全ての変換器の位置関係に対応する
補正値を記憶手段（メモリ）に記憶する構成では、記憶
情報量が多く、また、記憶手段からの読み出し速度を確
保するために、記憶手段を併設して実効読み出し速度を
向上させる必要があるため、回路規模は決して小さくな
らない。

【００１２】（４）遅延時間の補正を含む整相回路は、
一度の受信で１００以上の受信方向に対して並列動作さ
せる必要があり、整相回路を複数併設して遅延時間の補
正値を演算する信号処理装置としても、回路規模が膨大
となる。以上、説明した問題のために、従来の集積化技
術では、上記電子的方法は実装の点で実現が困難であっ
た。

【００１３】本発明の目的は、上記問題点を鑑み、整相
遅延時間の補正演算量を効率的に減少させて、信号処理
装置全体の規模を小さくして、ソーナー等の音波を用い
た映像化装置、及び音響リモートセンシングのための整
相装置を実現し、電子的方法により音波を送受波する送
受波器の変位による整相条件の変動を補正する整相装置
を備える音響リモートセンシング装置を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は音響リーモート
センシング装置において、球面状の３次元表面の上に多
数個の変換器を対称性を満たすように配列する球面アレ
イからなる球面状アレイ送受波器を使用すること、球面
状アレイ送受波器の高い対称性を利用し、非常に少ない
遅延データ量を使用して整相処理のためのデータを効率
良く生成すること、外部から送受波器に加わる変位を実
時間検出し、検出された変位に基づいて受波音軸方向が
いつも目的とする走査点（受信点）を向くように、受信
動作させる変換器を変位に応じて選択制御して遅延デー
タを生成し、実時間で変位の影響を除いて目的とする走
査点（受信点）からの反射信号を受信する整相装置に特
徴がある。

【００１５】詳細に説明すると本発明の音響リモートセ
ンシング装置は、（１）電気・音響変換を行なう複数の
変換器からなり、音波を送波して反射波を受信する送受
波器と、既知の位置にある送受波器の既知の位置からの
変位を検出する変位検出手段と、上記変換器が受信する
音波の整相条件を上記変位に基づいて補正する遅延補正
手段と、補正された整相条件に基づいて、上記変換器に
よる音波の受信信号を時間移動する遅延整相手段とを有
する装置、（２）電気・音響変換を行なう複数の変換器
からなり、音波を送波して反射波を受信する送受波器
と、既知の位置にある送受波器の既知の位置からの変位
を検出する変位検出手段と、上記送受波器が受信を行な
う走査点から、上記変換器が受信する音波の伝搬時間差
を、上記変位に基づき補正して整相信号処理を行う手段
とを有する装置、（３）電気・音響変換を行なう複数の
変換器からなり、音波を送波して反射波を受信する送受
波器と、既知の位置にある送受波器の既知の位置からの
変位を検出する変位検出手段と、上記変位による、上記
送受波器が受信する音波の音軸の方向の変化の検出、及
び上記走査点との間の計測距離を検出する音軸検出手段
と、上記音軸の方向の変化、及び上記変換器の相互の空
間位置関係に基づいて決定される相対遅延時間と、上記
計測距離を音波が伝搬するに要する伝搬時間とを加算し
て、上記変換器に付与する遅延時間を求める遅延補正手
段と、上記遅延時間を上記変換器が受信する信号に付与
して加算を行なう遅延整相手段とを有する装置、（４）
電気・音響変換を行なう複数の変換器からなり、音波を
送波して音波の走査点からの反射波を、所定の口径内の
上記変換器により受波音軸を形成して受信する送受波器
と、既知の位置にある送受波器の既知の位置からの変位
を検出する変位検出手段と、上記変位による、上記送受
波器が受信する音波の音軸の方向の変化の検出、及び上
記走査点との間の計測距離を検出する音軸検出手段と、
上記受波音軸の方向の変化に基づいて、上記所定の口径
の位置とは異なる位置の口径内の変換器により、上記受
波音軸とは異なる方向に受波音軸を形成して、上記走査
点からの上記反射信号を受信する整相処理を行なう手段
とを有する装置、（５）電気・音響変換を行なう複数の
変換器からなり、音波を送波して音波の走査点からの反
射波を、所定の口径位置の上記変換器により受波音軸を
形成して受信する送受波器と、既知の位置にある送受波
器の既知の位置からの変位を検出する変位検出手段と、
上記変位による、上記送受波器が受信する音波の音軸の
方向の変化の検出、及び上記走査点との間の計測距離を
検出する音軸検出手段と、上記計測距離を音波が伝搬す
るに要する伝搬時間に、上記音軸の方向の変化、上記変
換器の相互の空間位置関係、及び上記伝搬時間に基づい
て決定される相対遅延時間を加算して得る遅延時間を、
上記受波音軸の方向の変化に基づいて選択された、上記
所定の口径の位置とは異なる口径内の各変換器に付与
し、上記受波音軸とは異なる方向に受波音軸を形成し
て、上記走査点からの上記反射信号を受信する整相処理
を行なう手段とを有する装置、（６）電気・音響変換を
行なう複数の変換器からなり、音波を送波して音波の走
査点からの反射波を、所定の口径位置の上記変換器によ
り受波音軸を形成して受信する送受波器と、上記走査点
及び送受波器の位置を表わす計測空間座標系において、
既知の位置にある上記送受波器の上記既知の位置からの
変位を検出する変位検出手段と、上記送受波器に設定さ
れる送受波器座標系の原点と上記走査点を結ぶ音軸の方
向を、上記計測空間で検出された上記変位に基づいて、
上記送受波器座標系での音軸の方向へ変換すること、及
び上記送受波器座標系の原点と上記走査点との間との計
測距離の検出とを行なう音軸検出手段と、上記計測距離
を音波が伝搬するに要する伝搬時間に、上記音軸の方向
の変化、上記変換器の相互の空間位置関係、及び上記伝
搬時間に基づいて決定される相対遅延時間を加算して得
る遅延時間を、上記受波音軸の方向の変化に基づいて選
択された、上記所定の口径の位置とは異なる口径内の各
変換器に付与する遅延補正手段と、上記遅延時間に基づ
いて、上記受波音軸とは異なる方向に受波音軸を形成し
て、上記走査点からの上記反射信号を受信する整相処理
を行なう手段とを有し、上記変位を受けた上記送受波器
座標系の原点と上記走査点を結ぶ音軸の方向での受信を
行なう装置、（７）（６）の装置において、上記遅延補
正手段は、実質的な無限遠点から見た上記各変換器の送
受波面の中心までの距離の相互の差と音波の伝搬速度と
から、上記相対遅延時間を求めること、（８）（６）の
装置において、上記送受波器は対称軸を有し、上記送受
波器座標系の所定の座標軸を上記対称軸として、上記遅
延補正手段は、上記各変換器の送受波面の中心から上記
対称軸に垂直な面への垂線の長さの相互の差と音波の伝
搬速度とから、上記相対遅延時間を求めること、（９）
（６）の装置において、上記送受波器は回転対称軸を有
し、上記送受波器座標系の所定の座標軸を上記回転対称
軸として、上記各変換器の送受波面の中心が、上記回転
対称軸に垂直な半径の異なる円の周上の回転対称を満た
す複数の座標点に配置され、上記遅延補正手段は、上記
半径の異なる円の周上に配置される上記変換器毎に、上
記相対遅延時間を求めること、（１０）（９）の装置に
おいて、上記遅延補正手段は、上記半径の異なる円毎
に、上記回転対称を満たす複数の座標点の一部の座標点
の近傍に配置される上記変換器に、同一の上記相対遅延
時間を付与すること、（１１）（６）の装置において、
上記送受波器は回転対称軸を有し、上記変位に基づいて
変換された上記送受波器座標系での音軸の方向が、上記
回転対称軸の周りの回転方向でなす角度Λと、上記回転
対称軸となす角度Γとにより定まる方向の近傍にある上
記複数の変換器の何れかにに付与される上記相対遅延時
間が求められ、上記相対遅延時間は、上記角度Λの方向
に回転角度δ毎に同一の値であること、（１２）（６）
の装置において、上記送受波器は、上記送受波器座標系
の所定の座標軸を、上記送受波器のｎ＞２（ｎは所定の
整数）を満たすｎ回回転対称軸として有し、上記各変換
器の送受波面の中心が、上記ｎ回回転対称軸に垂直な半
径の異なる円の周上の回転対称を満たす複数の座標点に
配置され、上記遅延補正手段は、上記各変換器の送受波
面の中心が配置される上記座標点の、上記ｎ回回転対称
軸の周りの回転方向での角度位置指数を、角度δ＝２π
／ｎを単位として表わした指数λと、上記送受波器座標
系の原点と上記半径の異なる円の各円周上の点とを結ぶ
線分が、上記ｎ回回転対称軸となす角度に対して与える
指数γとにより、上記各座標点に互いに重複しない指数
の組（λ、γ）を付与し、上記変位に基づいて変換され
た上記送受波器座標系での音軸の方向が、上記ｎ回回転
対称軸の周りの回転方向でなす角度Λと、上記回転対称
軸となす角度Γとにより定まる方向の近傍にある上記変
換器に付与される上記相対遅延時間が求められ、上記角
度Λを上記角度δで除して整数商λ１を求め、指数γを
同一として、γで定まる上記円の周上の座標点に対する
円周上の位置関係から、指数λを所定の回転方向にλ１
だけ循環して置き換えること、（１３）（１２）の装置
において、上記遅延補正手段は記憶手段を具備し、上記
記憶手段は、上記相対遅延時間を上記指数の組（λ、
γ）とともに、記憶すること、（１４）（１２）の装置
において、上記遅延補正手段は記憶手段を具備し、上記
記憶手段は、上記角度δ以下の上記上記角度Λと所定の
範囲の上記角度Γとを離散的な角度として求めた上記相
対遅延時間を、上記指数の組（λ、γ）とともに、記憶
すること、（１５）（１４）の装置において、上記記憶
手段は、上記角度δ以下の上記角度Λと所定の範囲の上
記角度Γを使用して上記記憶手段の格納番地を指定し
て、上記相対遅延時間、及び上記座標点に付与される上
記指数の組（λ、γ）を上記格納番地に格納すること、
（１６）（１２）から（１５）のいずれかの装置におい
て、上記回転対称軸と上記座標点の各々とを含む第１の
平面群の中の隣接する２平面のなす角を２等分する第２
の平面群の何れかの平面群に関して、上記複数の座標点
の各々は対称であり、上記遅延補正手段が求める上記相
対遅延時間、又は上記指数の組（λ、γ）のデータ量
を、上記複数の座標点の各座標点が満たす対称性により
減少させること、（１７）（１６）の装置において、上
記角度Λが、上記第１の平面群、又は上記第２の平面群
のいずれかの平面群の１つに含まれ、上記角度Λに依存
する上記相対遅延時間、又は上記指数の組（λ、γ）の
データ量を減少させること、（１８）（１２）から（１
５）のいずれかの装置において、上記送受波器座標系の
原点を含み上記回転対称軸に直交する平面に関して、上
記複数の座標点の各座標点を鏡像、又は回映の対称性を
満たす座標位置に設定して、上記相対遅延時間、又は上
記指数の組（λ、γ）のデータ量を、上記複数の座標点
の各座標点が満たす対称性により減少させること、（１
９）（９）から（１８）のいずれかの装置において、上
記複数の座標点の各座標点が上記送受波器座標系の原点
を中心とする同一の球面上に配置されること、（２０）
（９）から（１９）のいずれかの装置において、音波の
波長の１／２以下の距離内に位置する上記座標点の複数
に、同一の上記相対遅延時間を付与する上記変換器を配
置すること、（２１）（１２）から（１８）のいずれか
の装置において、上記遅延補正手段は、上記角度Λ、上
記角度Γ、及び上記計測距離の値を各々中心値として、
上記角度Λ、上記角度Γ、及び上記計測距離を各々所定
の範囲で増加及び減少させて、複数の上記相対遅延時
間、又は上記指数の組（λ、γ）を生成すること、（２
２）（２１）の装置において、上記増加させる所定の範
囲と上記減少させる所定の範囲とが異なること、（２
３）（５）から（２２）のいずれかの装置において、上
記相対遅延時間を複数の時間区間に分割し、上記時間区
間毎に同じ相対遅延時間を付与し上記指数の組（λ、
γ）に共通の相対遅延時間を対応させること、等に特徴
を有する。

【００１６】以上説明した本発明では、例えば、船体に
固定された球形送受波器から、音波を目的対象に向けて
送波し、音波の送波領域内で走査点（受信点）を順次異
なる点に設定して、目的対象から反射波を受波音軸に関
する受信信号として得て、整相加算処理、検波処理を行
ない映像化する装置を構成する。船体は、海上の波によ
る動揺、船体の航行移動によりソーナーと目的対象との
間に相対変位が生じ、受波音軸の方位が異なる方位に変
化しても、送受波器の相対変位を実時間検出して、変位
前の受波音軸の形成に使用した変換器にかえ、送受波整
相装置により目的対象をねらう受波音軸を形成する新た
な変換器を選択し、上記変位による受波音軸の方向の変
位を実時間で修正して、目的対象からの反射信号を常に
正確に受波できる。

【００１７】本発明では、電子的方法により音波を送受
波する送受波器の変位による整相条件の変動を補正する
ので、機械的可動部は全く不要となり、全体の重量も数
百Ｋｇ程度に減少できる。送受波器は、球表面に１００
０から１００００チャネル程度の非常に多数の変換器を
配列するが、多数の変換器の配列の対称性を利用して、
効率よく整相処理データを発生でき、整相遅延時間の補
正演算量を効率的に減少させて、信号処理装置全体の規
模を小さくできる。この結果、小型、軽量な音響リモー
トセンシング装置が実現できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の音響リモートセン
シング装置による海底探査を説明する図である。図１に
示すように、ソーナー１５００は、船体１５０１の底等
に固定され取付けられた送受波器（３次元表面（例え
ば、球形、円筒形）に送受信面をもつ送受波器を使用す
るが、構成の詳細は後で詳細に説明する）を用いて、海
底構造物１５０３や魚群１５０２等の対象物体に向けて
音波１５０５を送波し、音波の送波領域内で受信を行な
う走査点（受信点）を順次異なる点に設定して、海底構
造物１５０３等からの反射波を、送受波器により受波音
軸１５０６に関する受信信号を得て、整相加算処理、検
波処理を行ない表示器の輝度信号として、水中の空間情
報を映像化する。船体１５０１は、海上の波１５０４に
よる動揺や船体の航行による移動のために、ソーナーと
対象物体との位置関係に相対的変位が生じ、例えば、受
波音軸１５０６の方位が受波音軸１５０７の方位に変化
して目的とする対象物体からの反射信号が得られなくな
る。

【００１９】本発明の音響リモートセンシング装置で使
用する整相装置（構成は後で詳細に説明する）では、ソ
ーナーと対象物体と間に相対的な変位がある場合にも、
送波、及び受波音軸方向を電子的方法により制御して音
波を送受波して、上記変位による送受波器の方位や音波
の伝搬距離の変化の影響を補正して、常に静止した対象
物体の映像を得る。即ち、本発明の音響リモートセンシ
ング装置では、ソーナー１５００は、船体１５０１の底
等に固定されており、音波の送受は方向を機械的に制御
せず電子的に制御して、受波音軸１５０６の形成に使用
した複数の変換器にかえて、送受波整相装置により受波
音軸１５０７を形成するための複数の変換器を選択し
て、目的とする対象物体からの反射信号を受波する。

【００２０】図２は本発明における、送受波器が変位を
受けた場合の、送受波器と受信を行なう走査点との相対
関係を説明する図である。送受波器、及び受信を行なう
走査点の位置を表わす、所定の位置に基準原点Ｐをもつ
座標系ＸＹＺにおいて、Ｏ（ＯＸ，ＯＹ，ＯＺ）は送受
波器の設定された送受波器座標系ｘｙｚの原点、Ｑ（Ｑ
Ｘ，ＱＹ，ＱＺ）は受信を行なう走査点（受信点）を表
わす。点Ｑは点Ｏから、送受波器の大きさに比較して、
十分遠方にあり、点Ｑと点Ｏとを結ぶ線分は受信音軸８
２である。１００は送受波器の回転対称軸である。な
お、点Ｏ、点Ｑは座標系ＸＹＺにおいて既知であるとす
る（走査点Ｑは予め座標系ＸＹＺで与えられ、送受波器
が受ける変位は、後で説明するように変位検出手段によ
り検出され既知である）。なお、図２では簡単のため
に、送受波器の本体は図示せずその原点Ｏ、Ｏ’のみを
示した。

【００２１】ここで、船体、即ち送受波器が変位８５を
受け、点ＯがＯ’（ＯＸ’，ＯＹ’，ＯＺ’）に移動し
たとする。座標系ｘｙｚは、一般に並進（船体の移動に
よる）変位、回転変位からなる変位を受けた結果、座標
系ｘ’ｙ’ｚ’に移動（変位）する。この結果、変位を
受ける前の受信音軸８２の方位は、８２’の方位に移動
（変位）し、目的とする走査点Ｑからの反射信号を受信
できなくなる。本発明では、送受波器が点Ｏから点Ｏ’
に変位を受けても、変位を受けた後の点Ｏ’と点Ｑを通
る受波音軸８３を、後で詳細に説明する送受波器の構成
と、受波整相装置の構成により、形成して目的とする走
査点Ｑからの反射信号を受信する。この原理を以下に説
明する。以下の説明では、点Ａから点Ｂを結ぶベクトル
を《ＡＢ》により表わすことにする。図２に示す点Ｐ、
点Ｏ、点Ｑ、点Ｏ’の各点を結ぶベクトルの間の関係か
ら、受波音軸８３を表わすベクトル《Ｏ’Ｑ》は、例え
ば（数１）により与えられる。

【００２２】

【数１】《Ｏ’Ｑ》＝《ＰＱ》−《ＰＯ》−《ＯＯ’》＝《ＯＱ》−《ＯＯ’》 …（数１）即ち、《Ｏ’Ｑ》は既知のベクトルから導かれる。送受
波器の構成、受波音軸の生成、及び送受波整相装置の詳
細は後で説明する。

【００２３】図３は本発明の音響リモートセンシング装
置による海底探査の原理を説明する図である。図３にお
いて、座標系ＸＹＺ、ｘｙｚ，点Ｑ、１００は、図２と
同じである。図は、船体が点Ｏ（ＯＸ，ＯＹ，ＯＺ）か
ら点Ｏ”（ＯＸ”，ＯＹ”，ＯＺ”）に移動（当然なが
ら、並進運動、回転運動を含む）８４して、走査点を点
Ｑから既知の位置（座標系ＸＹＺで既知の位置にある）
８６にある点Ｑ”（ＱＸ”，ＱＹ”，ＱＺ”）からの反
射波を，受波音軸８８を形成して受信することを示して
いる。図３に示す点Ｐ、点Ｏ、点Ｑ、点Ｏ”、点Ｑ”の
各点を結ぶベクトルの間の関係から、受波音軸８８を表
わすベクトル《Ｏ”Ｑ”》は、例えば（数２）により与
えられる。

【００２４】

【数２】《Ｏ”Ｑ”》＝《ＯＱ》−《ＯＯ”》＋《ＱＱ”》＝《ＯＱ》−《ＯＯ”》＋《ＰＱ》−《ＰＱ”》 …（数２）図２と同様に、点Ｏ、点Ｑは座標系ＸＹＺにおいて既知
であり、さらに、船体の移動は検出され既知であり、走
査点Ｑ”は予め座標系ＸＹＺで与えられるので、点
Ｏ”、点Ｑ”も既知であり、《Ｏ”Ｑ”》は既知のベク
トルから導かれる。１００は送受波器の回転対称軸であ
る。予め座標系ＸＹＺで与えられる走査点からの反射信
号を順次受信して、海底探査を実行できる。図３におい
て、点Ｏ”において送受波器が変位を受けた場合にも、
図２で説明した方法により受信音軸８８が常に走査点
Ｑ”を通るようにできる。なお、図３では簡単のため
に、送受波器の本体は図示せずその原点Ｏ、Ｏ”のみを
示した。

【００２５】図４は本発明の音響リモートセンシング装
置の基本構成を示すブロック図である。送受波器１６０
１に配列される各変換器は、遅延整相手段１６０２に接
続され、送信信号１６０８、及び受信信号１６０７が各
変換器に入出力される。受信信号１６０７は遅延整相手
段１６０２において整相加算処理され映像表示手段１６
０３に出力される。変位検出手段１６０４は、ある走査
点からの反射信号の受信において、送受波器１６０１の
並進変位、回転変位を含む変位を実時間で検出し、変位
情報（並進変位、回転変位を各々表わす）計測値を音軸
検出手段１６０５に出力する。以下、変位検出手段１６
０４が出力する「変位情報」とは、ある走査点からの反
射信号の受信の開始時点における送受波器の位置を初期
位置とし、反射信号の受信中に変位により送受波器の位
置が変化したとき、変位を受けた後の送受波器の位置と
初期位置の変化分（並進、及び回転変化を含む）を表わ
すものとする。

【００２６】音軸検出手段１６０５が出力する音軸の方
向（音波の送受信方向）に対応して、遅延補正手段１６
０６は、送受波器１６０１の変換器毎に定まる相対遅延
時間（この相対遅延時間は、音軸の方向と送受波器の面
との交叉点の近傍領域にある複数の変換器の各々に対し
て与えられる相対的な遅延時間であり、実時間処理によ
り計算されるか、受信信号の信号処理に必要なパラメー
タとして予め計算されて記憶手段に記憶されているが、
詳細は後で説明する）を記憶手段（図示せず）から選択
する。また、音軸検出手段１６０５は、送信点、又は受
信点（受信点、走査点）までの距離を、海水等の伝搬媒
体の音速から伝搬時間に換算して、遅延補正手段１６０
６に出力する。遅延補正手段１６０６は、相対遅延時間
と伝搬時間から、各変換器に与える遅延時間情報を計算
し、遅延整相手段１６０２に出力する。

【００２７】図４に示す各手段を具体的に実現する例に
ついて以下詳細に説明する。まず、変位検出手段につい
て説明する。変位検出手段の具体的実現方法としては、
各種ジャイレータや航法装置を組み合わせて用いること
ができる。複数の人工衛星の電波を基準に行う座標計測
装置や、海底や水中の微小反射体に対するドプラ効果を
利用した速度計測値の時間積分、圧電振動子を用いた加
速度検出値の時間積分を元にした圧電ジャイレータ等、
機械的、電子的手段を組み合わせて使用できる。図５
から図１１は、送受波器を構成する変換器の好適な配置
を示す図である。図５において、（ａ）、（ｂ）は、各
変換器の送受波面の中心座標の位置により、変換器の空
間配置例を示す。原点Ｏを通り、直交座標軸ｘ、ｙ、ｚ
をとり、ｚ軸を回転対称軸１００とする。回転対称軸１
００を中心とする円１１０、１１１〜１１７の各円周上
に各変換器の送受波面の中心座標（・点で図示）が配置
される。例えば、中心座標１２１、１２２は、二つの変
換器に対応し、中心点１２０をもつ円１１２の円周上に
存在する。円１１３はｘｙ平面にある。図５（ａ）の例
では、円周を２０等分した位置に、送受波面の中心座標
が配置され、中心座標１２１、１２２と中心点１２０が
なす角度δは１８度である。図５（ａ）、（ｂ）におい
て、各変換器の送受波面の中心座標は、中心座標が配置
される円周と、この円周上での角度位置で分類でき各変
換器の送受波面の中心座標を指数を用いて表わせる。

【００２８】即ち、図５（ｂ）に示すように、円１１２
の円周に配置される中心座標と原点Ｏを結ぶ線分が回転
対称軸１００となす角から得られるΓ’を規定し、回転
対称軸１００を中心にもつ円を特定する整数指数γと、
各円周上での中心座標を基準角度位置から回転角度Λ’
により表わし、各中心座標を特定する整数指数λとを用
い、全ての中心座標を指数座標（λ，γ）により特定で
きる。例えば、図５（ｂ）において、円１１１、１１
２、１１３、１１４、１１５は、各々γ＝２、１、０、
−１、−２で特定でき、円１１２の中心１２０と中心座
標１２１を結ぶ線分を基準角度位置として、円１１２の
円周上の中心座標１２４、１２１、１２２、１２７は、
各々、等しいγ＝１をもち、λ＝−１、０、１、２の整
数指標をもつ点として特定できる。同様に、中心座標１
２５、１２３、１２６の指数座標（λ，γ）は、各々
（−１，０）、（０，０）、（−１，−１、）である。

【００２９】さらに上記の各変換器の送受波面の中心座
標を、特定の指数（λ０，γ０）と指数の変化分（ｄ
λ，ｄγ）との和を用いて指定できる。例えば、図５
（ｂ）において、（λ０，γ０）として中心座標１２３
をとると、中心座標１２７では指数の変化分（ｄλ，ｄ
γ）は（２，１）であり、中心座標１２７は（λ０＋
２，γ０＋１）により特定できる。

【００３０】図６は、図５に示す各中心座標に送受波面
をもつ変換器を配置した送受波器の外観を示す図であ
る。図６（ａ）、（ｂ）は、各々回転軸中心に視点を上
下に変えて示した図である。変換器２１０、２１１は、
図５（ａ）、（ｂ）における中心座標１２１、１２２に
対応している。また、斜線をつけた複数の変換器２２０
は、変換器の送受波の中心が図５（ａ）、（ｂ）の円１
１２の円周上に配置される一群の変換器を示す。各変換
器の送受波面の中心は、送受信する音波の波長の１／２
以内の距離に配置する。また、図６において、複数の変
換器が回転対称軸１００に垂直な複数の平面群で分割で
きるよう、変換器の形状を長方形、台形とし、配置した
が、この配置と形状は必須条件ではない。図５（ａ）、
（ｂ）の円１１０、１１１〜１１７の特定の一つの円周
上に配置される各変換器の送受波面が、回転対称軸１０
０の方向に占める範囲を、他の円周上に配置される各変
換器の範囲と重なる配置としてももよい。さらに、各変
換器の形状は台形や長方形に限らず互いに形状が異なっ
てもよい。なお、本発明の装置で使用される音波の周波
数、約数百Ｈｚ〜数百ＫＨｚである。また、送受波器の
代表的な大きさは、半径が（２０〜３０）ｃｍ〜（２〜
３）ｍの球形状を有し、上記変換器の代表的な寸法は
（２〜３）ｃｍ角以下であり、送受波器は約５０００〜
８０００の変換器から構成される。

【００３１】図７は、図５に示す各中心座標を、回転対
称軸の周りの回転方向に関し同一角度で分割した方向に
配置した送受波器の外観を示す図である。図７に示す変
換器の配置をとると、送受波器を回転対称軸を含む平面
で等角度間隔のブロック単位に分割して、複数の変換器
からなるブロック単位を形成して組み立てればよいの
で、送受波器の組立、補修が簡素に行える。また、図７
に示す送受波器は、回転対称軸１００を通り、直交する
２つの面３０１、３０２に関して、変換器の配列が互い
に左右対称（鏡像）となる点に特徴がある。送受波器と
面３０１、３０２との交線を３１０、３１１により示
す。

【００３２】図８は、図５に示す各中心座標を、原点を
通り回転対称軸に直交する面について上下同一の配置と
した送受波器の外観を示す図である。図５に示す送受波
面の中心座標を、原点Ｏを通り回転対称軸１００に直交
する面４０１（ｘｙ平面に一致し、４１０は受波器との
交線）について上下同一の配置とした例であり、ｘｙ平
面の上下に配置される中心座標は回映対称を満足してい
る。必須の構成用件ではないが、図８では、図７と同様
に回転対称軸の周りの回転方向に関する左右対称も生じ
るように配置されている。図７に示したような回転方向
の分割の場合と同様に、図８に示すように変換器を上下
対称な配置にすると、回転対称軸１００の直交方向にも
送受波器を２分割してブロック化できる。図８の構成で
は、さらに回転方向の対称性を利用して、図７の場合と
同様に、２分割したブロックをさらに細かい単位のブロ
ックにでき、送受波器の組立、補修の点で有利である。

【００３３】図９は、図８において、各変換器の送受波
面の中心座標を所定の半径の球面上に配置した送受波器
の外観を示す図である。図９は、図８での各変換器の配
置を特殊にした場合に相当する。図９の構成の送受波器
では、変換器の配列の回転対称軸と送受波方向の音軸と
のなす角度が、送受波の際に送受波器の位置に変位が生
じて傾いても、送受波において同時に用いる複数の変換
器の有効面積を、送受波毎にほぼ等しくできる。例え
ば、当初、音軸５０１に関して行なっていた送受信が、
送受波器の位置に変位が生じ、変位により回転対称軸１
００が傾き、後で詳細に説明するように、変位に対応し
て音軸５０１の方向を変化させ、音軸５０２や音軸５０
３に関する送受信を行なう必要が生じたとする（白丸で
示す点５１１、５１２、５１３は、各々送受信の音軸５
１０、５０２、５０３と球面との交点であり、上述の指
標点である。）。

【００３４】このとき、円周５２１に含まれる複数の変
換器を用いて送受信する時の送受信感度は、各々円周５
２２、５２３に含まれる複数の変換器を用いてほぼ等し
く再現できる。理解の便を図るため、図９では、回転対
称軸の周りの回転方向と、回転対称軸に直交する方向で
の分割数が少ないので、音軸の各位置５１１、５１２、
５１３での有効送受波面積は変動するが、分割数を十分
多く増せば有効送受波面積の変動幅が十分無視できるこ
とは自明である。

【００３５】図１０は、図５に示す各変換器の送受波面
の中心座標に、回転対称軸の両方向に新たに変換器の送
受波面の中心座標を追加配置した送受波器の外観を示す
図である。図１０に示す複数の変換器６００は、図５に
示す送受波面の中心座標に対して、回転対称軸１００の
両端（上下）方向に新たに送受波面の中心座標を追加し
た構成である。この追加した変換器は、回転対称軸の周
りの回転方向に隣接する２つの中心座標に配置される変
換器に隣あう関係にある点に特徴がある。

【００３６】図１０において、斜線をつけた変換器が、
追加された変換器６０１、及び６０２である。変換器６
０１、及び６０２は各々、回転対称軸１００の回りに回
転対称な位置に配置されているが、他の各変換器が２０
回回転対称を満たすのに対して、変換器６０１、及び６
０２は１０回回転対称を満たす座標点に配置されてい
る。このような変換器の配置は、変換器を２０回回転対
称を満たす位置に配置した場合の送受波面が、音波の波
長に比べて１／２以下に近接しているため、整相精度と
の比較を鑑み、２０の公約数１０をもって１０回回転対
称を満たす位置に配置した。

【００３７】図５に示す２０回回転対称を満たす位置の
２回の回転移動毎に、変換器６０１、及び６０２を配置
して、あたかも２０回回転対称を満たす位置にあるよう
に見なす。このような変換器の配置を行なうと、回転対
称軸１００からの半径が小さい円周上に複数の変換器を
詰めて配列する場合に、音波の波長に比べて不必要に細
かく変換器を配列しないので、送受信を行なう信号処理
チャネル数の利用効率がよい。

【００３８】図５から図１０で例示した変換器を配置す
る送受波面の中心座標の全てに変換器を配置する必要は
なく、中心座標の一部に変換器を配置しない構成でもよ
い。例えば、回転対称軸の回りの回転対称を満たす全て
の座標点に変換器を配列せず、部分的に限られた角度範
囲にある回転対称を満たす座標点に限定して変換器を配
列可能である。

【００３９】次に、上述のように配置される複数の変換
器からなる送受波器を用いる場合に、効率的に整相処理
を行なう方法について説明する。以下、音軸とは、十分
に送受波器から離れた遠方にある、送受信点、又は送受
信方位上の点と、送受波器の座標系の原点Ｏとを結ぶ直
半線、又は線分を指すものとする。

【００４０】図１１は、図９と同様の対称性を満たすよ
うに配置された複数の変換器からなる送受波器を用いた
場合の、整相処理における指標点の移動を説明する図で
ある。図１１（ａ）では、送受波器が水平に位置し音軸
８２が紙面の手前に伸びた状態とする。音軸８２に垂直
な平面群として、送波時に離反、又は受波時に接近する
各時刻の波面が、送受波器７０の表面と交わる曲線は、
ほぼ、円周７２１、７２２〜７２５の一部として示され
る。但し、送受波器７０の表面と交わる曲線は、送受波
器のなす面が球の一部でない形状の場合には、異なる曲
線群となる。

【００４１】整相処理では、時間的に連続する二つの波
面（等位相面）の間に、各変換器の送受波面の中心座標
が位置する点での信号は、同時刻の信号として同時に送
受信する。例えば、図１１（ａ）の斜線を施した各変換
器での信号は、各変換器の送受信面の中心座標が、各時
刻の波面が（等位相面）、送受波器７０の表面と交わる
曲線である円周７２１、７２２の間に含まれるので、同
じ時刻の信号として処理される。

【００４２】等位相面による変換器の組分け（どの変換
器の信号を同じ時刻の信号として処理してよいのかを行
なうための変換器の組分け）は、送受波器設定される座
標系ｘｙｚでの音軸の方位で変化し、音軸の上に定める
指標点７２０の位置で常に決定できるといってよく、指
標点の位置は、音軸上の原点Ｏから所定の距離Ｌにある
であるとして定義できる。送受波器が変位を受け、送受
波器（回転対称軸１００）の方位が変化すると、音軸８
２も座標系ｘｙｚでの方位が変化し、指標点７２０の位
置も別の点に移動する。

【００４３】一方、送受波器全体の並進変位により、送
受波器と音軸方向の焦点（走査点）との距離変化が生じ
る。上記の等位相面の間の位置関係は保ったまま、音軸
方向の焦点（走査点）と座標系ｘｙｚの原点Ｏ（又は指
標点７２０）との間の距離を求め、各等位相のもつ位相
（又は伝搬距離差）の補正を共通のオフセット値の変更
で行なえる。

【００４４】他の例として、図１１（ｂ）の配置を考え
る。送受波器７０の回転対称軸１００が傾いている場合
でも、音軸８３と指標点７３０が新たに定義される。音
軸８３と指標点７３０により定まる等位相面が、変換器
７０の表面と交わる曲線は円周７３１、７３２〜７３５
の一部として示される。ここで、音軸８３の回りに送受
波器を回転させても、等位相面による変換器の組分けは
変化しない。変換器の組分けは、図５のΛ’とΓ’の場
合と全く同様に定義できる、指標点の位置の回転対称軸
１００の周りの回転角度Γと、回転対称軸となす角度Λ
と依存する。

【００４５】想定する等位相面の間の距離は一定である
必要もなく、目的の整相処理の性能に従って決めれる。
指標点の位置と複数の等位相面により分けられた変換器
の各組には、指標点の位置や原点Ｏを基準に、伝搬時間
差（位相差）を予め決定できる。同時に、指標点（音
軸）の位置を基準とした各変換器の位置が、どの伝搬時
間差で代表する群に含まれるかを予め求めておける。な
お、この組分けは、等位相面間の距離を無限に短くすれ
ば、指標点（音軸位置）と各変換器の中心との間の相対
的位置関係と、相対的位置関係に対応した伝搬時間差に
なることは言うまでもない。

【００４６】図１１に示す送受波器の各変換器は、回転
対称軸１００の周りの回転対称を満たす位置毎に同じ相
対的位置関係で並ぶ（即ち、回転対称を満たす位置は等
しい角度（図５（ａ）に示す角度δ）の間隔で並ぶ）。
このことから、図５（ａ）に示す角度δの範囲内で、指
標点の位置に依存する伝搬時間差を求めておき、もとめ
られた伝搬時間差を回転対称軸１００の周りの回転角δ
毎の角度の範囲に適用できる。この方法では、各伝搬時
間差と、この各伝搬時間差が付与されるべき各変換器
を、各変換器の相対的位置関係で指定できる。即ち、指
標点の位置と変換器の間の相対的位置関係（ｄλ，ｄ
γ）の組と、この組に対応させる伝搬時間差をメモリに
記憶しておけば、指標点との相対的位置関係は、指標点
の位置に対応した指数λ０を基準にした（λ０＋ｄλ，
ｄγ）の組で特定できる。指数λ０は、角度δ、指標点
の位置の回転軸の周りの回転角度Λとから、Λ／δを整
数化して決定ができる。このような指数の変更による座
標点の選択の仕方は、次のように例えることができる。
同じ指数γを有する座標点は共通の円周上に等しい角度
間隔に並ぶ。円周を紐、座標点を玉に見たてると、全体
は数珠の輪であり、指数λ０を中心に（λ０＋ｄλ、ｄ
γ）を特定することは、前述の数珠の輪を玉の数λ０だ
け回転して、新たに番号付けを更新する作業に例えるこ
とができる。玉がλ＝１からλ＝ｎまでｎ個番号付けさ
れているならば、繋がっているのであれば、指数λ０＝
２の回転により、（ｎ−１）番の玉（座標点）は、１番
の番号が指定される。そのような番号周期ｎの循環指定
を行う数珠の輪が複数個、回転軸の周囲をまわり、同時
に多数の玉（座標点）に指数を再指定して、座標点に伝
搬時間差を個別に付与する。

【００４７】回転対称軸と音軸がなす角度Γが変化する
方向に、指標点の位置が変化すると、異なる角度Γ毎
に、指標点との相対的位置関係の組と、この組に対応さ
せる伝搬時間差が必要になる。しかし、変換器が、図
８、図９で示すような、原点Ｏを通り回転軸に直交する
面で鏡像配置、又は回映配置であれば、メモリに記憶す
べき組の数（指標点の位置の数、角度Γの設定数）は半
減する。

【００４８】また、図７の配置において、面３０１、３
０２に関して左右対称である。指標点（音軸）が面３０
１、３０２に含まれる場合に、回転角度方向の指数λを
発生するためには絶対値ｄλに正負の符号を付加して、
指標点との相対的位置関係は、指標点の位置に対応した
指数λ０を基準に、各々、（λ０＋│ｄλ│，ｄγ）、
（λ０−│ｄλ│，ｄγ）の組で特定できる。この場
合、記憶すべき指数と伝搬時間差の組の数（指標点の位
置の数）をさらに半減できる。

【００４９】さらに、目的とする整相処理の要求する音
波の指向性に応じて、回転対称を満たす位置の数ｍを十
分に多くとり、指標点を面３０１、３０２に代表され
る、回転対称を満たす位置の面内に配置するだけで十分
となる。この時、各指標点に対応する指数（ｄλ，ｄ
γ）と伝搬時間差の組の総数は、回転角度Λの方向に関
し、１つか２つに減少できる。

【００５０】また、角度Γにより、指標点の位置と指
数、伝搬時間差の組を選択するが、角度Γを無限に細か
くする必要はなく、目的とする整相処理の要求する音波
の指向性に応じて、指標点を配置する角度位置の数を必
要十分な数にできる。従って、角度Γ方向の各指標点の
位置を順次に整数指数γｓに対応させて扱える。

【００５１】以上の整相処理においては、指標点（音
軸）の位置検出が必須である。以下に指標点（音軸）の
検出方法と上述の整数指数（λ０，γｓ）の発生手段の
構成例を、送受波器の変位の、並進変位成分（ＯＸ，Ｏ
Ｙ，ＯＺ）と回転変位の角度成分（Ψ、φ、θ）に分け
て説明する。

【００５２】図１２は、送受波器の変位の並進変位成分
（ＯＸ，ＯＹ，ＯＺ）を求める方法を説明する図であ
る。図１２では、変位を受けた後の送受波器の空間位置
を示し、基本的には図２と同一であり、図２の記載のう
ち変位を受ける前の送受波器の空間位置は省略し、座標
ｘ’ｙ’ｚ’→座標ｘｙｚとし、Ｏ’（ＯＸ’，Ｏ
Ｙ’，ＯＺ’）→Ｏ（ＯＸ，ＯＹ，ＯＺ）と変更して記
載した。図２で説明したように、送受波器、及び受信を
行なう走査点の位置を表わす、所定の位置に基準原点Ｐ
をもつ座標系ＸＹＺにおいて、Ｏ（ＯＸ，ＯＹ，ＯＺ）
は送受波器の設定された送受波器座標系ｘｙｚの原点、
Ｑ（ＱＸ，ＱＹ，ＱＺ）は受信を行なう走査点（受信
点）を表わす。点Ｑは点Ｏから、送受波器８１の大きさ
に比較して、十分遠方にある。１００は送受波器の回転
対称軸である。点Ｑと点Ｏとを結ぶ受信音軸ベクトル８
３大きさΣは、座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）＝（ＱＸ−Ｏ
Ｘ，ＱＹ−ＯＹ，ＱＺ−ＯＺ）の各成分の二乗和平方根
で計算できる。Σを媒体の（例えば、海水）音速で除し
た値は、指標点８３−１（又は、原点Ｏ）と焦点Ｑとの
間の伝搬時間差を求めるのに必要である。

【００５３】また、送受波器の変位の回転変位の角度成
分（Ψ，φ，θ）は、送受波器８１自身が変位を受ける
前の位置に比較して、原点Ｏを中心にどのような向き
（方位に）に変化したかを示す。音軸ベクトル８３の向
きは、基準原点Ｐに対する上述の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ
１）で与えられる。音軸ベクトル８３の座標を座標系ｘ
ｙｚへ変換して、上述の指標点の位置８３−１に対応さ
せて基準とする指数（λ０，γ０）を得る。なお、図１
２では、さらに、変位を受ける前の受信音軸ベクトル８
２’、及び指標点８２−１を模式的に示し、送受波器が
変位を受ける前後では、指標点の位置が異なる用に制御
され、異なる変換器により受信音軸ベクトルが形成さ
れ、送受波器が変位を受けても、逐次変位が検出され常
に目的とする受信を行なう走査点（受信点）からの反射
信号を得ることを示している。

【００５４】図１３は、基準原点Ｐに関して定める音軸
ベクトル８３の座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を原点Ｏに関
して定める座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）に変換する手順の
一例を説明する図である。例えば、送受波器全体の向き
（方位）が、図１３（ａ）に示すような位置にあったと
する。送受波器が変位を受ける前の向きに対して、図１
３（ｂ）に示すようにｚ軸（回転対称軸）の回りに角度
θ、その後、図１３（ｃ）に示すようにｙ軸の回りに角
度φ、さらに続いて図１３（ｄ）に示すようにｘ軸の回
りに角度Ψだけ回転した結果であるとすれば、これらの
座標回転を順次逆に戻す回転操作の演算から、基準原点
Ｐに関して定める音軸ベクトル８３の座標（Ｘ１，Ｙ
１，Ｚ１）を原点Ｏに関して定める座標（ｘ１，ｙ１，
ｚ１）に変換できる。この方法の手順による変換式は
（数３）で示される。

【００５５】

【数３】図１４は、本発明での角度Λ、及び角度Γを定義する図
である。変換後の座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）から、音軸
ベクトルが回転対称軸（ｚ軸）に関する回転角度Λと、
原点Ｏを含み、回転対称軸に直交する平面（ｘｙ平面）
となす角度Γとを計算する。図１４において、ｚ軸は回
転対称軸１００であり、送受波器は座標軸原点Ｏを中心
とする適当な半径の球１００１の上に並ぶものとする。
角度Γは、変換された後の音軸ベクトル１００３の比例
ベクトル１００２と、ベクトル１００２のｘｙ平面への
投影１０１１との間の角度で定義する。また、回転角度
Λはｘ軸を基準としｘ軸と投影１０１１との間の角度で
定義する。変換された後の音軸ベクトル１００３の各成
分に基づいて、（数４）（数５）で計算する。ここでｓ
ｇｎ（ｗ）は変数ｗの正負の符号に従い１、又は−１を
とる関数である。

【００５６】

【数４】 Γ＝ｓｉｎ~¹（ｚ１／Σ） …（数４）

【００５７】

【数５】 Λ＝ｓｉｇｎ（ｙ１）ｔａｎ~¹（ｙ１／ｘ１） …（数５）（数５）による角度Λから、指数λ０はΛ／δの整数化
で求まる。また、予め定義した対応関係に従って、角度
Γに対応する指数γｓが求まる。また、ベクトルの大き
さΣを媒体の音速で除して、受信を行なう走査点（受信
点）から原点Ｏまでに音波が伝搬するに要する伝搬時間
σが求まる。

【００５８】図１５は、本発明において、逐次入力され
る原点Ｏの座標（ＯＸ，ＯＹ，ＯＺ）と焦点Ｑの座標
（ＱＸ，ＱＹ，ＱＺ）、及び回転角度θ、φ、Ψが入力
として与えられる場合の、角度Γ、及び角度Λを求める
装置の構成例を示す図である。加算器１１０１、１１０
２、１１０３に対して、順次ＱＸ、ＱＹ、ＱＺが正値入
力、ＯＸ、ＯＹ、ＯＺが負値入力される。これらの加算
器の出力の各々は、分岐して、一方は複素乗算器１１１
１、１１１２の入力に、他方は二乗和平方根演算器１１
４０の入力となる。複素乗算器１１１１は、回転角度Ψ
の入力に従って、Ｙ、Ｚ成分の座標回転計算を行なう。
複素乗算器１１１２は、回転角度φの入力に従って、
Ｘ、Ｚ成分の座標回転計算を行なう。複素乗算器１１１
３は、回転角度θの入力に従って、Ｘ、Ｙ成分の座標回
転計算を行なう。これら計算は、（数３）の演算に相当
する。二乗和平方根演算器１１４０の出力Σと座標回転
出力ｘ１、ｙ１、ｚ１から、（数４）、（数５）により
計算が行われる。逆正接関数演算器１１２０は、入力ｘ
１、ｙ１から、角度に基づく指数λ０の絶対値を出力す
る。ｙ１の出力を見て符号付加器１１２１が正負の値と
して、目的の指数λ０を出力する。逆正弦関数演算器１
１３０は、入力ｚ１、Σから、角度に基づく指数γｓを
出力する。また、伝搬時間計算器１１５０により、入力
Σが音速値で除算され、伝搬時間σが出力される。

【００５９】図１６は図１５に示す複素乗算器１１１
１、１１１２、１１１３の構成例を示す図である。角度
値入力Πは上記の回転角度θ、φ、Ψの何れかに相当す
る。被回転座標入力（ξ，ζ）は、図１５の複素乗算器
１１１１での、加算器１１０２、１１０３の出力が相当
する。また、図１６の回転座標出力（α，β）は、図１
５の複素乗算器１１１３での出力ｘ１、ｙ１に相当す
る。角度値入力Πは、三角関数値を参照するためのアド
レスを発生するアドレス発生手段１３０１に入力され、
得られるアドレス出力は、余弦値発生手段１３０２、及
び正弦値発生手段１３０３の入力され、各々を乗算器１
３１１、１３１３、１３１２、１３１４に出力する。こ
れらの余弦値、正弦値と被回転座標入力ξ、ζとの乗算
が行われ、乗算結果が加算器１３２１、１３２２の出力
される。但し、ζと正弦値の積出力は加算器に正負反転
されて入力される。

【００６０】図１７は、図１５の３出力（指数λ０、γ
ｓ、伝搬時間σ）に基づいて行なう受信整相処理装置の
構成例を示す図である。送受波器１２４０での変換器の
配置は、図９で示すような最も対称性の高い配置とす
る。受信信号群ＡＰＣＴＲは、選択器１２５０により受
信口径に適するものが選択される。選択された信号は復
調回路１２６０により、直交するベースバンド信号とし
て周波数移動される。アナログ−ディジタル変換器１２
７０は、周波数移動された信号を標本化して波形記憶手
段１２８０へ逐次出力する。整相は、波形記憶手段１２
８０からの読み出しアドレスの変更による標本化時間単
位の遅延と、微小遅延加算部１２９０における、補間や
搬送波位相の回転処理により達成される。これらの処理
のために、逐次記憶された全ての信号の中から、目的と
する変換器に由来する信号を読み出すためのチャネルア
ドレスＣＡＤＲ、ＣＡＤＬと、標本化時間単位の遅延を
行なうための大遅延データＳＡＤが波形記憶手段１２８
０に入力される。また、微小遅延加算部１２９０へは、
波形記憶手段１２８０からの読み出しデータに対して与
えるべき微小遅延量に対応した微小遅延データＣＶＡＤ
が入力される。

【００６１】アドレスＣＡＤＲ、ＣＡＤＬ、大遅延デー
タＳＡＤ、微小遅延データＣＶＡＤは、λ０、γｓ、σ
により演算される。回転対称軸に対する角度Γに基づく
指数γｓは、指標点の位置を決定するため全てのデータ
発生の基準となる。γｓは参照アドレス発生手段１２０
１の入力され、出力である指標点アドレスＴＡＤは、相
対指標アドレスデータ発生手段１２０２と、相対遅延デ
ータ発生手段１２０３へ出力される。相対指標アドレス
データ発生手段１２０２は、指標点アドレスＴＡＤに基
づいて、等位相面の間に含まれ同じ伝搬位相差を与える
べき変換器の番号を、相対的な指数値として発生する。
相対的な指数値は、上記の変換器の間の相対的位置関係
（ｄλ，ｄγ）の組に相当し、指数値の絶対値だけを発
生する。データ（ｄλ，ｄγ）のうち、ｄγについて
は、符号反転器１２０４を通過する段階で必要に応じて
符号が反転される。

【００６２】γｓは符号反転器１２０４に入力され、γ
ｓの符号に従いｄγに与える符号を決定する。このこと
は、図９に示すように、送受波器を構成する変換器が上
下に対称な配置であり、指標点の位置が対称な位置にあ
るものは、ｄγの符号が反転した関係をもつことによ
る。符号反転器１２０４の処理をされた（ｄλ，ｄγ）
は、指標点の基準のλ０を中心とした、回転方向での左
右位置として複製するよう演算するために、信号のｄλ
部分を正値、負値に複製して、加算器１２１０、１２１
１に入力される。ｄγについては、何も演算は行われな
い。加算器１２１０の出力は（λ０＋ｄλ，ｄγ）は、
チャネルアドレス発生手段１２２１に入力される。チャ
ネルアドレス発生手段１２２１は、出力ＣＡＤＬを波形
記憶手段１２８０に出力し、変換器の由来の選択すべき
信号を決定する。加算器１２１１の出力、（λ０−ｄ
λ，ｄγ）はチャネルアドレス発生手段１２２０に入力
される。チャネルアドレス発生手段１２２０は、出力Ｃ
ＡＤＲを波形記憶手段１２８０に出力する。

【００６３】相対遅延データ発生手段１２０３の出力で
ある相対遅延データτは、各（ｄλ，ｄγ）に同期して
発生する。伝搬時間σと相対遅延データτは、加算器１
２１２により加算されて、遅延アドレス発生手段１２３
０に入力される。遅延アドレス発生手段１２３０は、加
算器１２１２の出力をもとに、標本化周期を単位とする
大遅延データＳＡＤと、微小遅延データＣＶＡＤとを発
生する。相対遅延データτは、指標点の原点Ｏからの距
離Ｌを考慮し、原点Ｏからの距離データに基づく計算値
に換算するが、指標点を全て同一の球面上に考える場合
には、指標点からの距離データとしても同じである。

【００６４】このような構成により、音軸に沿って到来
する一つの波面（等位相面）が、送受波器を通過する間
の受信信号を全て集めて整相加算できる。この整相加算
操作は、受信開始から順に所定の時刻間隔をおいて連続
的に繰り返される。

【００６５】図１８は、本発明における送信整相処理装
置の構成例を示す図である。

【００６６】図１８では図１７の受信信号処理部分であ
る復調回路１２６０、アナログ−ディジタル変換器１２
７０、波形記憶手段１２８０を、送波駆動回路１４０
３、ディジタル−アナログ変換器１４０２、波形制御記
憶手段１４０１で置き換えた構成である。図１７に示す
受信の場合と同様にして、波形制御記憶手段１４０１
に、チャネルアドレス出力ＣＡＤＬ、ＣＡＤＲ、大遅延
データＳＡＤ、微小遅延データＣＶＡＤが入力される。
ＳＡＤとＣＶＡＤより、微小遅延データＣＶＡＤの精度
に従って、各変換器に対してどの時刻に送波するかのシ
ーケンスが、波形制御記憶手段１４０１内に記録され
る。図示しない指令に従って送波を開始すると、波形制
御記憶手段１４０１内に記録されたシーケンスが高速に
読みだされ、ディジタル−アナログ変換器１４０２によ
り、アナログパルス信号に変換される。変換されたは送
波駆動回路１４０３に入力され、増幅されて各変換器の
駆動信号となり、選択器１２５０を経て送受波器１２４
０に出力される。

【００６７】以上、本実施例では、球面上の半径が異な
る各リングの上に、１０００個から１００００個の変換
器を回転軸の周に回転対称を満足するように配列する、
球面状アレイ送受波器を構成して、この球面状アレイ送
受波器を走査させるのに好適な整相方法（球面状アレイ
整相法）、及び整相装置について説明した。本実施例の
球面状アレイ整相法では、球面状アレイ送受波器の高い
対称性を利用して、整相のためのデータを生成できるの
で、従来の整相方法に比較すると、非常に少ない遅延デ
ータ量を使用して整相処理が可能となる。例えば、約５
０００チャンネルからなる球面状アレイ送受波器を想定
する時、１チャンネル毎に遅延整相を行なう従来法で
は、遅延データ量は５ＧＢｙｔｅにも達するが、本実施
例の球面状アレイ整相法では、１６５Ｍｙｔｅ〜３３０
Ｍｙｔｅで済み、即ち従来法での遅延データ量の３〜７
％程度で済む（従来法の遅延データ量を９３％〜９６％
減少させたことに相当する）。

【００６８】本実施例では、約５０００チャンネルとい
う多数のチャンネルを扱うににもかかわらず、送受波器
における変換器の高い対象性を持つ配列を利用するの
で、効率良く遅延データを生成でき、送受波器の変位を
実時間検出して、検出された変位に基づいて、受波音軸
方向がいつも目的とする走査点（受信点）を向くよう
に、受信動作させる変換器を変位に応じて選択制御して
遅延データを生成し、実時間で変位の影響を除いて目的
とする走査点（受信点）殻の反射信号を受信できる。

【００６９】

【発明の効果】本発明によれば、多数の変換器を立体表
面（例えば、球面）に配置して、送受波器の変位を検出
して、この変位による影響を電子的に補正して送受波整
相をする。即ち、多数の変換器の配列の対称性を利用し
て、効率よく整相処理データを発生できる。整相遅延時
間の補正演算量を効率的に減少させて、信号処理装置全
体の規模を小さくでき、多数チャンネルを使用する音響
リモートセンシングのための整相装置を実現し、電子的
方法により音波を送受波する送受波器の変位による整相
条件の変動を補正できる整相装置を備えるソーナー等の
好適な音響リモートセンシング装置を提供できる。ま
た、小型、軽量な音響リモートセンシング装置が実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の音響リモートセンシング装置による海
底探査を説明する図。

【図２】本発明における、送受波器が変位を受けた場合
の送受波器と受信を行なう走査点との相対関係を説明す
る図。

【図３】本発明の音響リモートセンシング装置による海
底探査の原理を説明する図。

【図４】本発明の音響リモートセンシング装置の基本構
成を示すブロック図。

【図５】本発明の送受波器を構成する変換器の好適な配
置を示す図。

【図６】図５に示す各中心座標に送受波面をもつ変換器
を配置した送受波器の外観を示す図。

【図７】図５に示す各中心座標を、回転対称軸の周りの
回転方向に関し同一角度で分割した方向に配置した送受
波器の外観を示す図。

【図８】図５に示す各中心座標を、原点を通り回転対称
軸に直交する面について上下同一の配置とした送受波器
の外観を示す図。

【図９】図８において、各変換器の送受波面の中心座標
を所定の半径の球面上に配置した送受波器の外観を示す
図。

【図１０】図５に示す各変換器の送受波面の中心座標
に、回転対称軸の両方向に新たに変換器の送受波面の中
心座標を追加配置した送受波器の外観を示す図。

【図１１】図９と同様の対称性を満たすように配置され
た変換器からなる送受波器を用いた場合の、整相処理に
おける指標点の移動を説明する図。

【図１２】送受波器の変位の並進変位成分を求める方法
を説明する図。

【図１３】基準原点に関して定める音軸ベクトルの座標
（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）に変
換する手順の一例を説明する図。

【図１４】本発明での角度Λ、及び角度Γを定義する
図。

【図１５】本発明において、角度Γ、及び角度Λを求め
る装置の構成例を示す図。

【図１６】図１５に示す複素乗算器の構成例を示す図。

【図１７】図１５の出力（λ０、γｓ、σ）に基づいて
行なう受信整相処理装置の構成例を示す図。

【図１８】本発明における送信整相処理装置の構成例を
示す図。

【符号の説明】

８２、８３、８８…受信音軸、８２’…変位を受けた受
信音軸、８４…船体の移動、８５…変位、８６…走査点
の移動、１００…回転対称軸、１１０、１１１〜１１７
…円、１２１、１２２…中心座標、１２０…中心点、８
１、７０、１２４０…送受波器、２１０、２１１、６０
０、６０１、６０２…変換器、２２０…変換器の列、３
１０…分割の中心を通る交線、３１１…送受器の分割切
り口となる交線、３０１…交線３１０を含む面、３０２
…交線３１１を含む面、４０１…ｘｙ平面、４１０…ｘ
ｙ平面と受波器との交線、５２１、５２２、５２３…口
径範囲を決める曲線、８３−１、８２−１５１１、５１
２〜５１３、７２０、７３０…指標点、１００２…音
軸、７２１、７２２〜７２５、７３１、７３２〜７３５
…円周、１００１…球、１０１１…ｘｙ平面への投影、
１００３…変換後の音軸ベクトル、１００２…変換後の
音軸ベクトルの比例ベクトル、１１０１、１１０２、１
１０３、１２１０、１２１１、１２１２…加算器、１１
１１、１１１２、１１１３…複素乗算器、１１４０…二
乗和平方根演算器、１１２１…符号付加器、１１２０…
逆正接関数演算器、１１３０…逆正弦関数演算器、１１
５０…伝搬時間計算器、１２０１…参照アドレス発生手
段、１２０２…相対指標アドレスデータ発生手段、１２
０３…相対遅延データ発生手段、ＴＡＤ…指標点アドレ
ス、１２０４…符号反転器、ＡＰＣＴＲ…受信信号群、
１２２０、１２２１…チャネルアドレス発生手段、ＳＡ
Ｄ…大遅延データ、ＣＶＡＤ…微小遅延データ、１２３
０…遅延アドレス発生手段、１２５０…選択器、１２６
０…復調回路、１２７０…アナログ−ディジタル変換
器、１２８０…波形記憶手段、１２９０…微小遅延加算
部、ＣＡＤＲ、ＣＡＤＬ…チャネルアドレス、１３０１
…アドレス発生手段、１３０２…余弦値発生手段、１３
０３…正弦値発生手段、１３１１、１３１２、１３１
３、１３１４…乗算器、１３２１、１３２２…加算器、
１４０１…波形制御記憶手段、１４０２…ディジタル−
アナログ変換器、１４０３…送波駆動回路、１５００…
ソーナー、１５０１…船体、１５０２…魚群、１５０３
…海底構造物、１５０４…波、１５０５…送波音波、１
５０６、１５０７…受信音軸、１６０１…送受波器、１
６０２…遅延整相手段、１６０３…映像表示手段接続、
１６０４…変位検出手段、１６０５…音軸検出手段、１
６０６…遅延補正手段、１６０７…受信信号、１６０８
…送信信号。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気・音響変換を行なう複数の変換器から
なり、音波を送波して反射波を受信する送受波器と、既
知の位置にある前記送受波器の前記既知の位置からの変
位を検出する変位検出手段と、前記変換器が受信する音
波の整相条件を前記変位に基づいて補正する遅延補正手
段と、前記補正された整相条件に基づいて、前記変換器
による音波の受信信号を時間移動する遅延整相手段とを
有することを特徴とする音響リモートセンシング装置。
【請求項２】電気・音響変換を行なう複数の変換器から
なり、音波を送波して反射波を受信する送受波器と、既
知の位置にある前記送受波器の前記既知の位置からの変
位を検出する変位検出手段と、前記送受波器が受信を行
なう走査点から、前記変換器が受信する音波の伝搬時間
差を、前記変位に基づき補正して整相信号処理を行う手
段とを有することを特徴とする音響リモートセンシング
装置。
【請求項３】電気・音響変換を行なう複数の変換器から
なり、音波を送波して反射波を受信する送受波器と、既
知の位置にある前記送受波器の前記既知の位置からの変
位を検出する変位検出手段と、前記変位による、前記送
受波器が受信する音波の音軸の方向の変化の検出、及び
前記走査点との間の計測距離を検出する音軸検出手段
と、前記音軸の方向の変化、及び前記変換器の相互の空
間位置関係に基づいて決定される相対遅延時間と、前記
計測距離を音波が伝搬するに要する伝搬時間とを加算し
て、前記変換器に付与する遅延時間を求める遅延補正手
段と、前記遅延時間を前記変換器が受信する信号に付与
して加算を行なう遅延整相手段とを有することを特徴と
する音響リモートセンシング装置。
【請求項４】電気・音響変換を行なう複数の変換器から
なり、音波を送波して音波の走査点からの反射波を、所
定の口径内の前記変換器により受波音軸を形成して受信
する送受波器と、既知の位置にある前記送受波器の前記
既知の位置からの変位を検出する変位検出手段と、前記
変位による、前記送受波器が受信する音波の音軸の方向
の変化の検出、及び前記走査点との間の計測距離を検出
する音軸検出手段と、前記受波音軸の方向の変化に基づ
いて、前記所定の口径の位置とは異なる位置の口径内の
変換器により、前記受波音軸とは異なる方向に受波音軸
を形成して、前記走査点からの前記反射信号を受信する
整相処理を行なう手段とを有することを特徴とする音響
リモートセンシング装置。
【請求項５】電気・音響変換を行なう複数の変換器から
なり、音波を送波して音波の走査点からの反射波を、所
定の口径位置の前記変換器により受波音軸を形成して受
信する送受波器と、既知の位置にある前記送受波器の前
記既知の位置からの変位を検出する変位検出手段と、前
記変位による、前記送受波器が受信する音波の音軸の方
向の変化の検出、及び前記走査点との間の計測距離を検
出する音軸検出手段と、前記計測距離を音波が伝搬する
に要する伝搬時間に、前記音軸の方向の変化、前記変換
器の相互の空間位置関係、及び前記伝搬時間に基づいて
決定される相対遅延時間を加算して得る遅延時間を、前
記受波音軸の方向の変化に基づいて選択された、前記所
定の口径の位置とは異なる口径内の各変換器に付与し、
前記受波音軸とは異なる方向に受波音軸を形成して、前
記走査点からの前記反射信号を受信する整相処理を行な
う手段とを有することを特徴とする音響リモートセンシ
ング装置。
【請求項６】電気・音響変換を行なう複数の変換器から
なり、音波を送波して音波の走査点からの反射波を、所
定の口径位置の前記変換器により受波音軸を形成して受
信する送受波器と、前記走査点及び前記送受波器の位置
を表わす計測空間座標系において、既知の位置にある前
記送受波器の前記既知の位置からの変位を検出する変位
検出手段と、前記送受波器に設定される送受波器座標系
の原点と前記走査点を結ぶ音軸の方向を、前記計測空間
で検出された前記変位に基づいて、前記送受波器座標系
での音軸の方向へ変換すること、及び前記送受波器座標
系の原点と前記走査点との間との計測距離の検出とを行
なう音軸検出手段と、前記計測距離を音波が伝搬するに
要する伝搬時間に、前記音軸の方向の変化、前記変換器
の相互の空間位置関係、及び前記伝搬時間に基づいて決
定される相対遅延時間を加算して得る遅延時間を、前記
受波音軸の方向の変化に基づいて選択された、前記所定
の口径の位置とは異なる口径内の各変換器に付与する遅
延補正手段と、前記遅延時間に基づいて、前記受波音軸
とは異なる方向に受波音軸を形成して、前記走査点から
の前記反射信号を受信する整相処理を行なう手段とを有
し、前記変位を受けた前記送受波器座標系の原点と前記
走査点を結ぶ音軸の方向での受信を行なうことを特徴と
する音響リモートセンシング装置。
【請求項７】請求項６に記載の音響リモートセンシング
装置において、前記遅延補正手段は、実質的な無限遠点
から見た前記各変換器の送受波面の中心までの距離の相
互の差と音波の伝搬速度とから、前記相対遅延時間を求
めることを特徴とする音響リモートセンシング装置。
【請求項８】請求項６に記載の音響リモートセンシング
装置において、前記送受波器は対称軸を有し、前記送受
波器座標系の所定の座標軸を前記対称軸として、前記遅
延補正手段は、前記各変換器の送受波面の中心から前記
対称軸に垂直な面への垂線の長さの相互の差と音波の伝
搬速度とから、前記相対遅延時間を求めることを特徴と
する音響リモートセンシング装置。
【請求項９】請求項６に記載の音響リモートセンシング
装置において、前記送受波器は回転対称軸を有し、前記
送受波器座標系の所定の座標軸を前記回転対称軸とし
て、前記各変換器の送受波面の中心が、前記回転対称軸
に垂直な半径の異なる円の周上の回転対称を満たす複数
の座標点に配置され、前記遅延補正手段は、前記半径の
異なる円の周上に配置される前記変換器毎に、前記相対
遅延時間を求めることを特徴とする音響リモートセンシ
ング装置。
【請求項１０】請求項９に記載の音響リモートセンシン
グ装置において、前記遅延補正手段は、前記半径の異な
る円毎に、前記回転対称を満たす複数の座標点の一部の
座標点の近傍に配置される前記変換器に、同一の前記相
対遅延時間を付与することを特徴とする音響リモートセ
ンシング装置。
【請求項１１】請求項６に記載の音響リモートセンシン
グ装置において、前記送受波器は回転対称軸を有し、前
記変位に基づいて変換された前記送受波器座標系での音
軸の方向が、前記回転対称軸の周りの回転方向でなす角
度Λと、前記回転対称軸となす角度Γとにより定まる方
向の近傍にある前記複数の変換器の何れかにに付与され
る前記相対遅延時間が求められ、前記相対遅延時間は、
前記角度Λの方向に回転角度δ毎に同一の値であること
を特徴とする音響リモートセンシング装置。
【請求項１２】請求項６に記載の音響リモートセンシン
グ装置において、前記送受波器は、前記送受波器座標系
の所定の座標軸を、前記送受波器のｎ＞２（ｎは所定の
整数）を満たすｎ回回転対称軸として有し、前記各変換
器の送受波面の中心が、前記ｎ回回転対称軸に垂直な半
径の異なる円の周上の回転対称を満たす複数の座標点に
配置され、前記遅延補正手段は、前記各変換器の送受波
面の中心が配置される前記座標点の、前記ｎ回回転対称
軸の周りの回転方向での角度位置指数を、角度δ＝２π
／ｎを単位として表わした指数λと、前記送受波器座標
系の原点と前記半径の異なる円の各円周上の点とを結ぶ
線分が、前記ｎ回回転対称軸となす角度に対して与える
指数γとにより、前記各座標点に互いに重複しない指数
の組（λ、γ）を付与し、前記変位に基づいて変換され
た前記送受波器座標系での音軸の方向が、前記ｎ回回転
対称軸の周りの回転方向でなす角度Λと、前記回転対称
軸となす角度Γとにより定まる方向の近傍にある前記変
換器に付与される前記相対遅延時間が求められ、前記角
度Λを前記角度δで除して整数商λ１を求め、指数γを
同一とする前記指数の組（λ、γ）に対し、γで定まる
前記円の周上の前記座標点の位置関係から指数γを所定
の回転方向にλ１だけ循環して置き換えることを特徴と
する音響リモートセンシング装置。
【請求項１３】請求項１２に記載の音響リモートセンシ
ング装置において、前記遅延補正手段は記憶手段を具備
し、前記記憶手段は、前記相対遅延時間を前記指数の組
（λ、γ）とともに、記憶することを特徴とする音響リ
モートセンシング装置。
【請求項１４】請求項１２に記載の音響リモートセンシ
ング装置において、前記遅延補正手段は記憶手段を具備
し、前記記憶手段は、前記角度δ以下の前記前記角度Λ
と所定の範囲の前記角度Γとを離散的な角度として求め
た前記相対遅延時間を、前記指数の組（λ、γ）ととも
に、記憶することを特徴とする音響リモートセンシング
装置。
【請求項１５】請求項１４に記載の音響リモートセンシ
ング装置において、前記記憶手段は、前記角度δ以下の
前記角度Λと所定の範囲の前記角度Γを使用して前記記
憶手段の格納番地を指定して、前記相対遅延時間、及び
前記座標点に付与される前記指数の組（λ、γ）を前記
格納番地に格納することを特徴とする音響リモートセン
シング装置。
【請求項１６】請求項１２から請求項１５のいずれかに
記載の音響リモートセンシング装置において、前記回転
対称軸と前記座標点の各々とを含む第１の平面群の中の
隣接する２平面のなす角を２等分する第２の平面群の何
れかの平面群に関して、前記複数の座標点の各々は対称
であり、前記遅延補正手段が求める前記相対遅延時間、
又は前記指数の組（λ、γ）のデータ量を、前記複数の
座標点の各座標点が満たす対称性により減少させること
を特徴とする音響リモートセンシング装置。
【請求項１７】請求項１６に記載の音響リモートセンシ
ング装置において、前記角度Λが、前記第１の平面群、
又は前記第２の平面群のいずれかの平面群の１つに含ま
れ、前記角度Λに依存する前記相対遅延時間、又は前記
指数の組（λ、γ）のデータ量を減少させることを特徴
とする音響リモートセンシング装置。
【請求項１８】請求項１２から請求項１５のいずれかに
記載の音響リモートセンシング装置において、前記送受
波器座標系の原点を含み前記回転対称軸に直交する平面
に関して、前記複数の座標点の各座標点を鏡像、又は回
映の対称性を満たす座標位置に設定して、前記相対遅延
時間、又は前記指数の組（λ、γ）のデータ量を、前記
複数の座標点の各座標点が満たす対称性により減少させ
ることを特徴とする音響リモートセンシング装置。
【請求項１９】請求項９から請求項１８のいずれかに記
載の音響リモートセンシング装置において、前記複数の
座標点の各座標点が前記送受波器座標系の原点を中心と
する同一の球面上に配置されることを特徴とする音響リ
モートセンシング装置。
【請求項２０】請求項９から請求項１９のいずれかに記
載の音響リモートセンシング装置において、音波の波長
の１／２以下の距離内に位置する前記座標点の複数に、
同一の前記相対遅延時間を付与する前記変換器を配置す
ることを特徴とする音響リモートセンシング装置。
【請求項２１】請求項１２から請求項１８のいずれかに
記載の音響リモートセンシング装置において、前記遅延
補正手段は、前記角度Λ、前記角度Γ、及び前記計測距
離の値を各々中心値として、前記角度Λ、前記角度Γ、
及び前記計測距離を各々所定の範囲で増加及び減少させ
て、複数の前記相対遅延時間、又は前記指数の組（λ、
γ）を生成することを特徴とする音響リモートセンシン
グ装置。
【請求項２２】請求項２１に記載の音響リモートセンシ
ング装置において、前記増加させる所定の範囲と前記減
少させる所定の範囲とが異なることを特徴とする音響リ
モートセンシング装置。
【請求項２３】請求項５から請求項２２のいずれかに記
載の音響リモートセンシング装置において、前記相対遅
延時間を複数の時間区間に分割し、前記時間区間毎に同
じ相対遅延時間を付与し前記指数の組（λ、γ）に共通
の相対遅延時間を対応させることを特徴とする音響リモ
ートセンシング装置。