JPH10293168A - 受波指向性合成装置 - Google Patents

受波指向性合成装置

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JPH10293168A
JPH10293168A JP11515297A JP11515297A JPH10293168A JP H10293168 A JPH10293168 A JP H10293168A JP 11515297 A JP11515297 A JP 11515297A JP 11515297 A JP11515297 A JP 11515297A JP H10293168 A JPH10293168 A JP H10293168A
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有司 小澤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ソーナーの受波ビームをスペーステーパー方
式による指向性合成で形成する場合少ない受波素子数で
所要のビーム特性を形成し受波器の小型,軽量化を図
る。 【解決手段】 指向性合成のための位相整合に必要な位
相遅延回路を位相遅延回路(1)1及び位相遅延回路(2)2の
2段構成とし、1段目の位相遅延回路(1)1では、各受波
素子からの受波信号に対し、受波素子ごとに対応して設
定する仮想位置にも受波素子があると見做せる遅延量Δ
αを与え、2段目の位相遅延回路(2)2では、整相面まで
の遅延量を仮想位置の受波信号に対しても与えることで
受波指向性合成に使用する信号を見かけ上倍増し、しか
も原構成の少ない受波素子で所要のビームを形成して受
波器の小型,軽量化を確保する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は受波指向性合成装置
に関し、特に受波指向性合成における受波素子利用の柔
軟性を拡大したスペーステーパー方式で運用する受波器
の受波ビーム形成に必要な指向性合成を行う受波指向性
合成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のソーナー装置では、特定の音源方
位へ音源周波数に適合した鋭いスプリットビームを形成
することで、正確な音源方位検出に加えて整相に使用す
る素子を減らしたり(例えば、特開平7−167935
号公報)、受波素子の切り替え方法を簡素化することで
受波器の小型化を図ったもの(例えば、特開平1−25
3676号公報)等が小型,軽量化を意図したものとし
て紹介されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の受波指
向性合成装置には、次のような問題点がある。即ち、従
来の受波指向性合成装置で採られている種々の改善手法
では、受波素子の個数自体を減少させて装置の小型,軽
量化を行うことができないということである。その理由
は、整相に使用する素子を限定しても、全方位を捜査対
象とする限り受波素子数は全方位に対応できる個数が必
要であり、また受波素子の切り替え方法を変更しても素
子自体の個数は変わらないためである。
【0004】また、上述した従来の受波指向性合成装置
では、形成すべき受波指向性に対する付加特性としての
サイドローブ抑圧や主ローブの先鋭化等の付加処理を、
付加的影響を生ずることなく独立的に処理することはで
きず、また後方180°範囲の配列受波素子は指向性合
成には利用されない等の受波素子の利用効率の問題もあ
るので、配列全受波素子を対象として最適の組合わせの
ものを選択して上述した付加処理を伴う受波指向性合成
の最適化を図った、いわゆるスペーステーパー(space T
aper) 方式と呼ばれる受波指向性合成装置も紹介されて
いるが、この方式における必要受波素子の個数も従来の
受波器に比して同等もしくはそれ以上の個数が必要とな
るという問題点があった。
【0005】本発明の目的は、上述した問題点を解決
し、受波素子の個数を圧縮し、小型,軽量化を確保し、
かつ所望の受波ビームを最適に形成しうるスペーステー
パー方式の受波指向性合成装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明は次の手段構成を有する。即ち、本発明の
受波指向性合成装置は、運用条件に基づいて配列した複
数の受波素子を有する受波器の受波ビーム形成のための
指向性合成に必要な位相整相処理に、前記複数の受波素
子を選択的に使用するスペーステーパー方式の受波指向
性合成装置において、前記複数の受波素子ごとに仮想的
に受波素子を配設した位置として設定する仮想位置と前
記複数の受波素子との距離に対応する遅延量を前記複数
の受波素子の出力のそれぞれに付与する第1の位相遅延
回路と、前記位相整相処理における位相整合面としての
整相面での位相を同一位相とすべき遅延量を前記複数の
受波素子の出力と前記第1の位相遅延回路の出力とに対
して付与する第2の位相遅延回路と、前記第2の位相遅
延回路の出力を対象として前記受波ビーム形成に必要な
出力選択を行うスペーステーパー処理を行うスペーステ
ーパー処理回路と、前記スペーステーパー処理回路の出
力する信号の加算処理に基づいて前記受波ビーム形成に
必要な整相ビーム信号を出力する信号加算回路とを備え
る。
【0007】また、本発明の受波指向性合成装置は、前
記受波器の有する複数の受波素子の配列を、横断面を同
心円状の平面配列とした多重円筒形状構成を有する。
【0008】また、本発明の受波指向性合成装置は、前
記仮想位置が、前記同心円状の平面配列におけるそれぞ
れの同心円上の受波素子ごとに同一条件で設定した構成
を有する。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明の受波指向性合成装置は、
図1に示す如く、受波指向性合成のため受波素子出力に
対して付与すべき位相遅延を、位相遅延回路(1)1
と、位相遅延回路(2)2との2段階で行っている。1
段目の位相遅延回路(1)1では、各受波素子が、合成
すべき受波指向性の形成に最適な位置としての仮想位置
で音を受けたと想定した場合に相当する遅延量を各受波
素子からの受信信号に付与し、2段目の位相遅延回路
(2)2では、所定の整相面で各受信信号を同相に位相
整相するための遅延量を、元の受波素子からの出力にか
けるとともに、1段目の位相遅延回路(1)1の出力に
対しても仮想位置に受波素子があると仮定した場合に相
当する遅延量をかける。
【0010】上述した仮想位置とは、合成すべき受波指
向性におけるサイドローブ抑圧、主ビームの尖鋭化等、
指向性合成と共に確保する装置の運用目的に応じて、受
波器を構成している配列受波素子の配置位置を最適なも
のとすべく原位置よりそれぞれ定量だけ同一平面上で仮
想的にシフトして設定した受波素子の仮想的配設位置で
あり、このような仮想位置に各受波素子が存在するもの
と想定の下に、例えば、付随的悪影響を回避した最適な
サイドローブ抑圧を図った受波指向性の形成が可能とな
る。
【0011】このような仮想位置に対する仮想的な受波
素子の設定によって、実際の受波素子を配設することな
く必要とする受波信号を設定し得て、所定の整相面での
位相整合(整相)とともにサイドローブ抑圧の強調もし
くは主ローブの尖鋭化などの付加特性も確保される。こ
れら仮想位置には元来、実際の受波素子が配置されるの
が基本的スペーステーパー方式であるが、本発明では仮
想の(計算上の)受波素子があるものと見做して受波器
の所要数を1/2となし、これによって受波器の小型,
軽量化を確保したものとしている。このようにして、受
波指向性合成に使用する素子が実際の素子数の倍あるよ
うに処理することができることを基本的な発明の実施の
形態としている。
【0012】
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図
である。図1に示す実施例の構成は、第1の位相遅延回
路としての位相遅延回路(1)1と、第2の位相遅延回
路としての位相遅延回路(2)2と、位相遅延回路
(2)2の出力に対して受波ビーム合成に必要な選択処
理を施すスペーステーパー処理回路3及び所望の受波ビ
ーム出力を得る信号加算回路4とを備える。
【0013】次に、本実施例の動作について説明する
が、動作に先立ってスペーステーパー方式の整相につい
て説明する。スペーステーパー方式とは、配列された多
数の受波素子から、整相処理に使用する受波素子を選択
的に使用することにより所要の受波ビームを形成する方
式で、選択できる受波素子が多いほど所要のビームに近
づける受波素子の組合せが得やすくなる。図3に、2重
円筒形状に受波素子5−1〜5−8及び6−1〜6−8
を配列してなる受波器に対してスペーステーパー方式の
整相を施す場合の概念図を示す。出力信号の位相を同位
相に整合すべき面としての整相面7に対して、配列され
た受波素子のうち、×印をつけた受波素子の出力信号
は、所望の指向性形成には不要で使用していない。使用
する受波素子に対して、整相面7で受波信号が同相とな
るように各素子の位置に応じた遅延量Δθを付与して同
位相となして加算することで指向性を得る。この処理を
式で表現すると次の数式1のようになる。
【0014】
【数1】
【0015】再び図1に戻って、図2を併せ参照しつつ
実現例の説明を続行する。図2は図3と同様な2重円筒
状に配列された受波素子に対する仮想位置設定例を示す
図である。図2に△印で示す各仮想位置8−1〜8−8
及び9−1〜9−8はそれぞれ、関連する各受波素子
に、属する同心円ごとに同じ遅延量Δαを付与して最適
特性の指向性ビームを形成する場合を例としている。こ
の場合の、×印の受波素子による受波信号は、指向性合
成には使用しないものとして選択から排除される。
【0016】図1の位相遅延回路(1)1では各受波素
子による受波素子出力を、仮想位置8−1〜8−8で受
波した場合の遅延量Δαを付与する。このことは、図2
の△印の位置に各受波素子があると仮想的に見做すこと
によって行われる。図1の位相遅延回路(2)2では、
各受波素子の出力信号を、図2の整相面7で同相となる
ように整合をとるために遅延量Δθを与えると同時に、
位相遅延回路(1)1からの出力信号に対しても同様
に、各仮想位置から整相面7までの距離に対応した、位
相整合のための遅延量Δγを付与する。
【0017】スペーステーパー処理回路3では所要の整
相ビームを得るため使用する受波信号の選択を行う。図
2の×印の素子からの受波信号は使用しない。この場
合、仮想位置の受波信号も本来そこに受波素子があるも
のと見做して同様に扱う。信号加算回路4ではスペース
テーパー処理回路3で選択された受波信号を加算し整相
ビーム信号を出力する。以上を式で表現すると次の数式
2のようになる。
【0018】
【数2】
【0019】このようにして、仮想位置の位相整合を付
与した所望の特性の指向性合成が可能となり、仮想位置
に仮想配置した受波素子の位相整合重畳によって、合成
指向性のサイドローブ抑圧や主ビームの尖鋭化等の機能
付加が、原受波器の受波素子の利用のみに限定して確保
可能となる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、所定の配
列形式で配列した受波素子のそれぞれの出力に対するス
ペーステーパー方式による指向性合成を行う受波指向性
合成装置において、合成指向性に与えるサイドローブ抑
圧や主ビームの尖鋭化等の付加特性を確保すべく仮想位
置に受波素子対応で受波素子を仮想的に設定することに
より、受波素子で構成する受波器を著しく小型かつ軽量
化することができる効果を有する。この効果が得られる
理由は、実装している受波素子に対して倍の受波素子を
使用したのと実効的に同様な指向性合成を行うことがで
きるため、受波素子を減らせると同時に受信回路も半分
にできるためである。
【0021】効果の例として、図4の(c),(d)に
2重円筒状に受波素子を配列した受波器に本発明の実施
例を施した場合と、図4の(a),(b)に4重円筒状
に受波素子を配列した受波器にスペーステーパー方式に
より受波指向性合成を実施した場合のシミュレーション
結果を示す。図4のシミュレーション結果からも、例え
ば2重円筒配列でも倍構成の4重円筒配列の受波器とほ
ぼ同様の特性を有する指向性ビームを合成できることが
わかる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図2】スペーステーパー方式による従来の整相処理の
説明図である。
【図3】本発明の一実施例における整相処理の説明図で
ある。
【図4】本発明の効果のシミュレーション例を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 位相遅延回路(1) 2 位相遅延回路(2) 3 スペーステーパー処理回路 4 信号加算回路 5−1〜5−8 受波素子 6−1〜6−8 受波素子 7 整相面 8−1〜8−8 仮想位置 9−1〜9−8 仮想位置

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 運用条件に基づいて配列した複数の受波
    素子を有する受波器の受波ビーム形成のための指向性合
    成に必要な位相整相処理に、前記複数の受波素子を選択
    的に使用するスペーステーパー方式の受波指向性合成装
    置において、前記複数の受波素子ごとに仮想的に受波素
    子を配設した位置として設定する仮想位置と前記複数の
    受波素子との距離に対応する遅延量を前記複数の受波素
    子の出力のそれぞれに付与する第1の位相遅延回路と、
    前記位相整相処理における位相整合面としての整相面で
    の位相を同一位相とすべき遅延量を前記複数の受波素子
    の出力と前記第1の位相遅延回路の出力とに対して付与
    する第2の位相遅延回路と、前記第2の位相遅延回路の
    出力を対象として前記受波ビーム形成に必要な出力選択
    を行うスペーステーパー処理を行うスペーステーパー処
    理回路と、前記スペーステーパー処理回路の出力する信
    号の加算処理に基づいて前記受波ビーム形成に必要な整
    相ビーム信号を出力する信号加算回路とを備えることを
    特徴とする受波指向性合成装置。
  2. 【請求項2】 前記受波器の有する複数の受波素子の配
    列を、横断面を同心円状の平面配列とした多重円筒形状
    構成を有することを特徴とする請求項1記載の受波指向
    性合成装置。
  3. 【請求項3】 前記仮想位置が、前記同心円状の平面配
    列におけるそれぞれの同心円上の受波素子ごとに同一条
    件で設定した構成を有することを特徴とする請求項2記
    載の受波指向性合成装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010078367A (ja) * 2008-09-24 2010-04-08 Fujitsu Ltd 広帯域レーダ装置
JP2021034776A (ja) * 2019-08-19 2021-03-01 株式会社オーディオテクニカ マイクロホン位置決定方法、マイクロホンアレイ、及びマイクロホンシステム

Cited By (3)

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