JPH1114751A - 航跡検知方法及び航跡検知装置 - Google Patents

航跡検知方法及び航跡検知装置

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JPH1114751A
JPH1114751A JP16983997A JP16983997A JPH1114751A JP H1114751 A JPH1114751 A JP H1114751A JP 16983997 A JP16983997 A JP 16983997A JP 16983997 A JP16983997 A JP 16983997A JP H1114751 A JPH1114751 A JP H1114751A
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Akira Otsubo
詮 大坪
Akira Ishibashi
公 石橋
Tatsuo Suetsugu
辰雄 末続
Norihiro Kuroda
悟弘 黒田
Norimitsu Hoshi
則光 星
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Japan Steel Works Ltd
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広帯域な音源により航跡内の気泡群による航
跡情報を効率良く得られる航跡検知装置を提供するこ
と。 【解決手段】 この航跡検知装置は、追尾検知時に自体
の放射雑音を含む航跡の内外における気泡群の有無に応
じた水中音波を受波して受信信号に変換する受波器2b
と、受信信号のレベルに応じて受信処理信号を出力する
受信器3bとから成り、受信器3bには、検波回路13
aからの検波信号のレベルの変化に応じて平均化した平
均化信号を出力する平均化回路14と、平均化信号に応
じて検波信号のレベルの変化を判定するための閾値設定
信号を出力する閾値設定回路15と、検波信号のレベル
の変化が閾値設定信号のレベルを超過したものを航跡外
信号として出力する比較回路16と、航跡外信号を反転
した航跡内信号を受信処理信号として出力する反転回路
17aとが備えられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中音響を用いて
水中又は水上の目標航走体の航跡及びその方向を追尾検
知する航跡検知方法及び航跡検知装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、水中や水上での目標航走体を検知
する装置としては、目標航走体に送信音波を発射し、そ
こで反射して戻ったエコー(送信音波の目標航走体から
反射された受信音波)を受信して目標を探知するアクテ
ィブソーナーや、目標航走体の放射雑音を受信して目標
を探知するパッシブソーナー等が知られている。
【0003】又、最近では、このような目標航走体の航
跡を検知する方法として、アクティブソーナーを応用す
ることが検討されている。これは航跡を構成する水中気
泡群に関して、アクティブソーナーにおける送信音波に
対する反射率が高く、検知するために必要なレベルのエ
コーを得ることができるためである。このような用途の
アクティブソーナーは、自走航走体に搭載されると共
に、一般に自走航走体の前方先端部に取り付けられた電
気音響変換器の送受波器で送信音波,エコーの送受を行
ない、前方の航跡を航跡の外側から検知することにな
る。
【0004】因みに、パッシブソーナーの場合では信号
源となる水中気泡群の放射雑音が殆ど無いため、航跡の
検知への応用は困難なものとなっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述したアクティブソ
ーナーを目標航走体の航跡検知に適用した場合、送信音
波の周波数帯域が狭いため、航跡内の大きさが種々異な
った気泡群のエコーを得ようとすると、気泡の共振周波
数が広帯域に及んで不規則に分散していることや、航跡
の時間経過に従って気泡群の水に対する体積比率が低下
すること等の要因により、反射率が低下して十分なエコ
ーが得られないという問題がある。
【0006】そこで、送信音波を広帯域化したとして
も、自走航走体であるが故に制限される電源容量からは
十分な送信音波の音圧レベルが得られず、結果として十
分なエコーが得られなくなってしまう。
【0007】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、広帯域な音源によ
り航跡内の気泡群による航跡情報を効率良く得られる航
跡検知方法及び航跡検知装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水中又
は水面上で航走して気泡群を航跡として発生する目標航
走体を水中音波を用いて自走航走体により追尾検知する
航跡検知方法において、自走航走体側では、追尾検知時
に自体の放射雑音を受波受信すると共に、気泡群を含ま
ない航跡の外にあっては水中音波の伝搬損失である拡散
損失及び吸収損失に対応する受信レベルを検出し、該気
泡群を含む該航跡の内にあっては該水中音波の伝搬損失
である吸収損失に対応する受信レベルを検出することに
より、該航跡の内における該受信レベルが該航跡の外に
おける該受信レベルに比べて大きく減少することに基づ
いて該自走航走体が該航跡内にあることを検知する航跡
検知方法が得られる。
【0009】又、本発明によれば、上記航跡検知方法に
おいて、自走航走体が気泡群の概ね連続して連らなるも
のの延在方向に沿って該気泡群を複数回交叉したときの
該交叉毎に得られる放射雑音に関する受信レベルの変化
に基づいて目標航走体の進行方向を検知する航跡検知方
法が得られる。
【0010】一方、本発明によれば、水中又は水面上で
航走して気泡群を航跡として発生する目標航走体を水中
音波を用いて追尾検知する自走航走体に備えられる航跡
検知装置において、追尾検知時に自体の放射雑音を含む
航跡の内外における気泡群の有無に応じた水中音波を受
波して受信信号に変換する受波器と、受信信号のレベル
に応じて受信処理して受信処理信号を出力する受信器と
を備え、更に、受信器は、受信信号における放射雑音を
増幅整形して雑音整形信号を出力する電圧増幅回路と、
雑音整形信号を帯域濾波して濾波信号を出力する帯域濾
波回路と、濾波信号を検波して検波信号を出力する検波
回路と、検波信号のレベルの変化に応じて平均化した平
均化信号を出力する平均化回路と、平均化信号に応じて
検波信号のレベルの変化を判定するための基準閾値設定
に要する閾値設定信号を出力する閾値設定回路と、検波
信号及び閾値設定信号を比較して該検波信号のレベルの
変化が該閾値設定信号のレベルを超過したものを航跡外
信号として出力する比較回路と、航跡外信号を反転した
航跡内信号を受信処理信号として出力する反転回路とか
ら成る航跡検知装置が得られる。
【0011】又、本発明によれば、水中又は水面上で航
走して気泡群を航跡として発生する目標航走体を水中音
波を用いて追尾検知する自走航走体に備えられる航跡検
知装置において、追尾検知時に自体の放射雑音を含む航
跡の内外における気泡群の有無に応じた水中音波を受波
して受信信号に変換する受波器と、受信信号のレベルに
応じて受信処理して受信処理信号を出力する受信器とを
備え、更に、受信器は、受信信号における放射雑音を増
幅整形して雑音整形信号を出力する電圧増幅回路と、雑
音整形信号を帯域濾波して濾波信号を出力する帯域濾波
回路と、濾波信号を検波して検波信号を出力する第1の
検波回路と、検波信号のレベルに応じて動作して該レベ
ルが所定の閾値を超過しているときに航跡外信号を出力
する双安定マルチバイブレータと、航跡外信号を反転し
て航跡内信号を出力する反転回路と、航跡外信号の入力
に応じて増幅切り替え指令信号を切り替え出力する切替
回路と、増幅切り替え指令信号の有無に応じて濾波信号
の低いレベルのものだけを高利得で増幅整形して濾波整
形信号を出力する利得可変増幅回路と、濾波整形信号を
検波して低レベル検波信号を出力する第2の検波回路
と、航跡内信号に関して低いレベルのものだけを低レベ
ル検波信号に基づいて平均化換算して平均化信号を出力
するゲート回路と、航跡内信号に関して低いレベルのも
のだけの繰返し回数を計数して計数信号を出力する計数
回路と、航跡内信号に関して低いレベルのものだけを積
分した結果を示す第1の累積信号を出力する第1の積分
回路と、平均化信号を積分した結果を示す第2の累積信
号を出力する第2の積分回路と、第1の累積信号及び第
2の累積信号を割算した結果を示す割算信号を出力する
割算回路と、計数信号を参照して割算信号から回次毎の
平均レベルを順次記憶すると共に、1回次遅れで読出し
て回次平均レベル信号を出力する回次平均処理回路と、
回次平均レベル信号を参照して割算信号から回次毎に1
回次前の平均レベルとの差を計算した減算信号を受信処
理信号として出力する減算回路とから成る航跡検知装置
が得られる。
【0012】更に、本発明によれば、水中又は水面上で
航走して気泡群を航跡として発生する目標航走体を水中
音波を用いて追尾検知する自走航走体に備えられる航跡
検知装置において、追尾検知時に自体の放射雑音を含む
航跡の内外における気泡群の有無に応じた水中音波を受
波して受信信号に変換する受波器と、受信信号のレベル
に応じて受信処理して受信処理信号を出力する受信器と
を備え、更に、受信器は、受信信号における放射雑音を
増幅整形して雑音整形信号を出力する電圧増幅回路と、
雑音整形信号を帯域濾波して濾波信号を出力する帯域濾
波回路と、濾波信号を増幅整形して濾波整形信号を出力
する利得可変増幅回路と、濾波信号をレベル検出してレ
ベル検出信号を出力するレベル検出回路と、レベル検出
信号に応じて利得可変増幅回路における増幅整形を連続
的に制御するための利得制御信号を出力する利得調整電
圧回路と、利得制御信号をデジタル化したデジタル利得
制御信号を利得演算及び計時,回次計数した結果を用い
て濾波整形信号をデジタル化したデジタル濾波整形信号
のレベルを演算処理により補正して得た回次間減算信号
を受信処理信号として出力するデジタル信号処理回路と
から成る航跡検知装置が得られる。
【0013】加えて、本発明によれば、上記航跡検知装
置において、デジタル信号処理回路は、演算処理として
デジタル濾波整形信号をフーリエ変換して周波数分析を
行うフーリエ変換演算回路を含む航跡検知装置が得られ
る。
【0014】
【作用】本発明の航跡検知方法では、自走航走体の放射
雑音を音源として利用するため、非常に広帯域の送信音
波を得ることができ、このために航跡内に存在する大き
さの種々異なった気泡群が示す気泡共振による吸収減衰
を広帯域に及んで得ることができる。気泡を含む水中音
波の減衰係数は気泡の大きさで決まる共振周波数で極大
値を示し、その値は水の単位体積当りの気泡の体積比率
が10-4〜10-5の場合、概ね1〜10[dB/cm]
程度である。即ち、受波器を放射雑音源から約1m程離
せば、水中音波の減衰量として100〜1000[d
B]という大きなレベル差を得ることができるので、放
射雑音の小さくない10dB前後の変動はレベル差検出
に支障を来たすことはなく、気泡群である航跡を容易に
検知することができる。又、気泡の共振による急峻な減
衰特性はその気泡の量を敏感に反映して変化するため、
気泡の生成後に暫時減少する気泡の変化を十分なレベル
差として得ることができるため、航跡の方向を容易に検
出することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の航
跡検知方法及び航跡検知装置について、図面を参照して
詳細に説明する。
【0016】最初に、本発明の航跡検知方法の概要を簡
単に説明する。この航跡検知方法は、水中又は水面上で
航走して気泡群を航跡として発生する目標航走体を水中
音波を用いて自走航走体により追尾検知する際、自走航
走体側では、追尾検知時に自体の放射雑音を受波受信す
ると共に、気泡群を含まない航跡の外にあっては水中音
波の伝搬損失である拡散損失及び吸収損失に対応する受
信レベルを検出し、気泡群を含む航跡の内にあっては水
中音波の伝搬損失である吸収損失に対応する受信レベル
を検出することにより、航跡の内における受信レベルが
航跡の外における受信レベルに比べて大きく減少するこ
とに基づいて自走航走体が航跡内にあることを検知する
ものである。但し、ここで目標航走体に関する進行方向
の検知は、自走航走体が気泡群の概ね連続して連らなる
ものの延在方向に沿って気泡群を複数回交叉したときの
交叉毎に得られる放射雑音に関する受信レベルの変化に
基づいて行う。
【0017】図1は、この航跡検知方法を説明するため
に示した簡易様態図であり、同図(a)は航跡8a外に
おける自走航走体1a側の様態に関するもの,同図
(b)は航跡8a内における自走航走体1a側の様態に
関するものである。
【0018】図1(a)を参照すれば、自走航走体1a
においては、目標航走体を追尾するためのエンジン等が
放射雑音源5となるため、ここでは自体に装備した受波
器2a,受信器3aによって放射雑音波4を受信しなが
ら航走する。ここで受信される放射雑音は、放射雑音源
5から受波器2aまでの伝搬経路6による距離を水中音
波の伝搬損失(Ao )で減衰した周波数成分のレベルを
有する。航跡のない通常の水中における伝搬損失
(Ao )は、距離に比例して減衰する拡散損失と、距離
と周波数の二乗とに比例して減衰する吸収損失とから成
るが、吸収損失を与える減衰係数は10kHzから10
0kHzの範囲で約0.5[dB/km]から50[d
B/km]程度であり、水中通話器や測深儀等の水中音
響装置はこの範囲及び前後の減衰係数による伝搬損失を
持っている。
【0019】このような自走航走体1aが図1(b)に
示されるように、気泡群を含む航跡8a内に入ると、航
跡8内の気泡群による減衰係数の大きな上昇により吸収
損失が増大し、こうした場合の伝搬損失(Ai )は大き
な減衰を示すようになって放射雑音波4を大きく減衰さ
せる。
【0020】この値は上述したように気泡の体積比率が
10-4〜10-5で概ね100〜1000[dB/m]で
あるから、航跡8aのない場合の値に対してデシベル
(dB)で2000倍以上の減衰係数の比になり、これ
による伝搬損失のレベル変化分解能を10dB程度とし
ても気泡の体積比率で10-6〜10-7以下の差異まで検
出できることを示している。
【0021】一般に、伝搬経路6の距離は短かく、その
距離における拡散損失は吸収損失に比べて十分小さいの
で、航跡8a内での伝搬損失(Ai )は吸収損失,即
ち、減衰係数そのものと見做して良く、伝搬損失
(Ai )のレベル差や固有周波数の損失変化は気泡の体
積比率の変化を示す。
【0022】従って、図2に示されるように、航跡8b
に対して一地点にある自走航走体1b[伝搬損失
(Ao )]が追尾移動した結果、他の地点での自走航走
体1c[伝搬損失(A1 )]や別の地点での自走航走体
1d[伝搬損失(A2 )]が航跡8bに対して2点で交
叉したとき、放射雑音の受信出力は異なった様相を呈す
るものとなる。
【0023】図3は、この航跡検知方法に係る航跡8b
内の周波数(kHz)に対する受信出力OR (dB)を
説明するために示した特性図であり、同図(a)は自走
航走体側が目標航走体から遠い航跡8b内の位置にある
場合(自走航走体1c)に関するもの,(b)は自走航
走体側が目標航走体から近い航跡8b内の位置にある場
合(自走航走体1d)に関するものである。
【0024】即ち、図3(a)を参照すれば、時間を経
て気泡群の少なくなった他の地点での自走航走体1cに
おける受信出力E1 (V1 ),E1 (V2 )は、航跡8
b外での受信出力E0 (V1 ),E0 (V2 )からの低
下が小さくなっているのに対し、図3(b)を参照すれ
ば、時間を経ないために気泡群が多い別の地点での自走
航走体1dにおける受信出力E2 (V1 ),E
2 (V2 )は、航跡8b外での受信出力E0 (V1 ),
0 (V2 )からの低下が大きくなっている。
【0025】この2点間の受信出力E1 (V1 ),E1
(V2 )並びにE2 (V1 ),E2(V2 )を比較する
ことにより、航跡が作られつつある方向,即ち、目標航
走体の航跡8b上での方向を判定できる。
【0026】尚、自走航走体の速度Vが大きくなると放
射雑音が大きくなり、その結果として受信出力OR (d
B)も大きくなって観測可能なレベル範囲が増大するた
め、ここでの航跡検知方法は高速な程、性能が良くなる
という長所がある。
【0027】図4は、この航跡検知方法を適用した実施
例1に係る航跡検知装置の基本構成を示したブロック図
である。又、図5はその主要部分における信号波形を時
間tに対する電圧Vの関係で示したタイミングチャート
であり、同図(a)は濾波信号に関するもの,同図
(b)は検波信号に関するもの,同図(c)は航跡外信
号に関するもの,同図(d)は航跡内信号に関するもの
である。
【0028】この航跡検知装置は、水中又は水面上で航
走して気泡群を航跡として発生する目標航走体を水中音
波を用いて追尾検知する自走航走体に備えられるもの
で、追尾検知時に自体の放射雑音を含む航跡の内外にお
ける気泡群の有無に応じた水中音波を受波して受信信号
に変換する受波器2bと、受信信号のレベルに応じて受
信処理して受信処理信号を出力する受信器3bとから成
っている。
【0029】このうち、受信器3bは、受信信号におけ
る放射雑音を増幅整形して雑音整形信号を出力する電圧
増幅回路11aと、雑音整形信号を帯域濾波して濾波信
号を出力する帯域濾波回路12aと、濾波信号を検波し
て検波信号を出力する検波回路13aと、検波信号のレ
ベルの変化に応じて平均化した平均化信号を出力する平
均化回路14と、平均化信号に応じて検波信号のレベル
の変化を判定するための基準閾値設定に要する閾値設定
信号を出力する閾値設定回路15と、検波信号及び閾値
設定信号を比較して検波信号のレベルの変化が閾値設定
信号のレベルを超過したものを航跡外信号として出力す
る比較回路16と、航跡外信号を反転した航跡内信号を
受信処理信号として出力する反転回路17aとを備えて
いる。
【0030】この航跡検知装置では、受波器2bで受波
した放射雑音の音波を電気信号に変換した受信信号を受
信器3bへ送出し、受信器3bでは航跡内外で変化する
受波器2bからの受信信号を信号処理して受波器2bが
航跡の内にあるか、或いは外にあるかを示す受信処理信
号を出力する。
【0031】受信器3bに入力された受信信号は、電圧
増幅回路11a及び帯域濾波回路12aで増幅整形,濾
波され、図5(a)に示されるような航跡内外で変化す
る濾波信号となる。
【0032】この濾波信号は検波回路13aを経て図5
(b)に実線で示されるような包絡線の検波信号に変換
されるが、更にこの検波信号からは平均化回路14及び
閾値設定回路15を経て図5(b)に点線で示されよう
な航跡内外での両レベルの中間に位置すると共に、短時
間での変動の少ない基準レベル(ET )の閾値設定信号
が生成される。
【0033】閾値設定回路15には航跡内で検波回路1
3aからの検波信号の出力が低レベルになるため、基準
レベル(ET )の下限値を補償するために閾値下限レベ
ル入力端子19が設けられており、この入力端子19へ
入力される閾値下限レベルは外部から与えられるが、こ
の閾値下限レベルが自走航走体の速度で制御された信号
とすれば一層検知確率の高い信号処理を行うことができ
る。
【0034】閾値設定回路15からの閾値設定信号及び
検波回路13aからの検波信号は比較回路16に入力さ
れ、比較回路16では閾値設定信号の基準レベル
(ET )を越えた検波信号を図5(c)に示されるよう
な航跡外を示す航跡外信号として出力する。この航跡外
信号は反転回路17aに入力され、ここで反転処理が行
われた結果、図5(d)に示されるような航跡内を示す
航跡内信号に変換され、反転回路17aの航跡内信号出
力端子18aから出力される。
【0035】図6は、上述した航跡検知方法を適用した
実施例2に係る航跡検知装置の基本構成を示したブロッ
ク図である。又、図7はその主要部分における信号波形
を時間tに対する電圧Vの関係で示したタイミングチャ
ートであり、同図(a)は濾波信号に関するもの,同図
(b)は検波信号に関するもの,同図(c)は航跡外信
号に関するもの,同図(d)は航跡内信号に関するも
の,同図(e)は平均化信号に関するもの,同図(f)
は累積信号に関するもの,同図(g)は割算信号に関す
るもの,同図(h)は回次平均レベル信号に関するも
の,同図(i)は減算信号に関するものである。
【0036】この航跡検知装置は、図4で説明した実施
例1の装置の場合と同様な受波器2cを有するが、受信
器3cに関してはアナログ系回路構成により航跡交叉2
点間の受信出力差を出すための受信処理を行うようにな
っている。
【0037】即ち、ここでの受信器3cは、受信信号に
おける放射雑音を増幅整形して雑音整形信号を出力する
電圧増幅回路11bと、雑音整形信号を帯域濾波して濾
波信号を出力する帯域濾波回路12bと、濾波信号を検
波して検波信号を出力する第1の検波回路13bと、検
波信号のレベルに応じて動作してレベルが所定の閾値を
超過しているときに航跡外信号を出力する双安定マルチ
バイブレータ20と、航跡外信号を反転して航跡内信号
を出力する反転回路17bと、航跡外信号の入力に応じ
て増幅切り替え指令信号を切り替え出力する切替回路7
と、増幅切り替え指令信号の有無に応じて濾波信号の低
いレベルのものだけを高利得で増幅整形して濾波整形信
号を出力する利得可変増幅回路21aとを備えている。
【0038】又、この受信器3cは、濾波整形信号を検
波して低レベル検波信号を出力する第2の検波回路13
cと、航跡内信号に関して低いレベルのものだけを低レ
ベル検波信号に基づいて平均化換算して平均化信号を出
力するゲート回路22と、航跡内信号に関して低いレベ
ルのものだけの繰返し回数を計数して計数信号を出力す
る計数回路24と、航跡内信号に関して低いレベルのも
のだけを積分した結果を示す第1の累積信号を出力する
第1の積分回路23aと、平均化信号を積分した結果を
示す第2の累積信号を出力する第2の積分回路23b
と、第1の累積信号及び第2の累積信号を割算した結果
を示す割算信号を出力する割算回路25と、計数信号を
参照して割算信号から回次毎の平均レベルを順次記憶す
ると共に、1回次遅れで読出して回次平均レベル信号を
出力する回次平均処理回路と、回次平均レベル信号を参
照して割算信号から回次毎に1回次前の平均レベルとの
差を計算した減算信号を受信処理信号として出力する減
算回路29とを備えている。
【0039】この航跡検知装置では、受波器2cから受
信器3cに入力された受信信号が電圧増幅回路11b及
び帯域濾波回路12bで増幅整形,濾波され、図7
(a)に示されるような航跡内外で変化する濾波信号と
なる。
【0040】この濾波信号は第1の検波回路13bを経
て図7(b)の実線で示されるような検波信号に変換さ
れ、航跡内外の相違による検波回路13bからの検波信
号の出力の有無に応じて双安定マルチバイブレーター2
0を動作させる。これにより、双安定マルチバイブレー
ター20は図7(c)に示されるような航跡外を示す航
跡外信号を出力する。
【0041】一方、帯域濾波回路12bから出力される
濾波信号は利得可変増幅回路21aで増幅されるが、利
得可変増幅回路21aは双安定マルチバイブレーター2
0から出力される航跡外信号があるときには切替回路7
から出力される増幅切り替え指令信号を受けて低い増幅
利得となり、航跡外信号が無いときの航跡内を示す航跡
内信号であるときには高い増幅利得となるように濾波信
号を可変増幅整形して濾波整形信号を出力する。こうし
て所定以上のレベルで増幅整形された濾波整形信号は、
第2の検波回路13cで検波されて低レベル検波信号に
変換されてからゲート回路22へ送出される。
【0042】他方、双安定マルチバイブレーター20か
ら出力された航跡外信号は反転回路17bを経て図7
(d)に示されるような航跡内信号に変換され、この航
跡内信号がゲート信号としてゲート回路22へ送出され
る。ゲート回路22では航跡内信号に関して低いレベル
のものだけを低レベル検波信号に基づいて平均化換算し
て図7(e)に示すような航跡内の包絡線の平均化信号
を出力する。
【0043】又、反転回路17bからの航跡内信号は、
第1の積分回路23aに入力されてここで平均化に用い
る時間に変換した第1の累積信号として出力される他、
計数回路24にも入力されてここで交叉回次の繰り返し
回数を計数した計数信号に変換されて出力されたり、或
いは受信器3cに設けられた航跡内信号出力端子18b
から外部へ出力される。
【0044】ゲート回路22から出力された航跡内の平
均化信号は第2の積分回路23bで積分されて図7
(f)に示すような第2の累積信号として出力され、積
分回路23aから出力された時間を表わす第1の累積信
号と共に割算回路25へ送出される。割算回路25では
第1の累積信号及び第2の累積信号を割算し、図7
(g)に示されるように、その結果として、これらの平
均レベルを表わす割算信号を出力する。
【0045】この平均レベルを示す割算信号は減算回路
29及び書込切替回路26へ送出され、書込切替回路2
6では計数回路24からの計数信号が示す回次数が上る
毎に割算信号から回次毎の平均レベルを記憶回路27
a,27bに交互に記憶更新させるように切り替え動作
する。又、読出切替回路28では計数回路24からの計
数信号が示す回次により1回次遅れで記憶回路27a,
27bからそれぞれ記憶された平均レベルのデータを含
む記憶信号を読み出して図7(h)に示されるような回
次平均レベル信号として減算回路29へ送出する。従っ
て、書込切替回路26及び読出切替回路28と共に、記
憶回路27a,27bを合わせた回路構成は、合わせて
計数信号を参照して割算信号から回次毎の平均レベルを
順次記憶すると共に、1回次遅れで読出して回次平均レ
ベル信号を出力する回次平均処理回路として働く。
【0046】これにより、減算回路29には記憶回路2
7a,27bを介さないで交叉回次及びその同一時間の
平均レベルを含む割算信号と、記憶回路27a,27b
を介することで1回次遅れとなった回次平均レベル信号
とが入力され、回次平均レベル信号を参照して割算信号
から回次毎に1回次前の平均レベルとの差を計算するこ
とにより、図7(i)に示されるような減算信号を受信
処理信号として航跡方向信号端子30aへ出力する。
尚、この減算信号における二つの平均レベルの差は、目
標航走体に関する航跡内の気泡群における進行方向を示
すものとなる。
【0047】図8は、上述した実施例2に係るアナログ
系航跡検知装置の要部構成をデジタル系に置換した実施
例3に係る航跡検知装置の基本構成を示したブロック図
である。
【0048】即ち、この航跡検知装置は、図6に示した
アナログ系の航跡検知装置における一部の回路構成を共
通して使用し、デジタル信号処理回路33を設けて利得
調整方法及び利得調整の補償方法を相違させたものであ
るが、目的とする航跡交叉2点間の受信出力差を出すた
めの受信処理は同様な機能となっている。
【0049】具体的に云えば、この航跡検知装置は、実
施例1及び実施例2と同様な受波器2dを有する他、受
信器3dにも各実施例と同様な電圧増幅回路11c,帯
域濾波回路12c,及び利得可変増幅回路21cが備え
られている。
【0050】この受信器3dの場合、その他にアナログ
系回路構成として、濾波信号をレベル検出してレベル検
出信号を出力するレベル検出回路31と、レベル検出信
号に応じて利得可変増幅回路21bにおける増幅整形を
連続的に制御するための利得制御信号を出力する利得調
整電圧回路32とが備えられている。
【0051】又、上述したデジタル信号処理回路33
は、利得制御信号をデジタル化したデジタル利得制御信
号を利得演算及び計時,回次計数した結果を用いて濾波
整形信号をデジタル化したデジタル濾波整形信号のレベ
ルを演算処理により補正して得た回次間減算信号を受信
処理信号として出力する。
【0052】このため、デジタル信号処理回路33は、
利得可変増幅回路21bからの濾波整形信号をA/D変
換してデジタル濾波整形信号を出力する第1のA/D変
換回路34aと、利得調整電圧回路32からの利得制御
信号をA/D変換してデジタル利得制御信号を出力する
第2のA/D変換回路34bと、基準クロックパルスを
発生するクロックパルス発生回路35と、基準クロック
パルスに従ってデジタル濾波整形信号を高速フーリエ変
換(FFT)して周波数分析した周波数分析信号を出力
するフーリエ変換(FFT)演算回路36と、基準クロ
ックパルスに従ってデジタル利得制御信号に基づいて利
得演算,計時,回次計数を行って各種の指示信号を発生
する利得演算/計時/回次計数回路37と、利得演算/
計時/回次計数回路37による利得演算の結果に応じた
指示信号を受けてアドレス制御信号を発生するアドレス
制御回路39とを備えている。尚、利得演算/計時/回
次計数回路37の指示信号には航跡内信号も含まれ、こ
の航跡内信号は航跡内信号出力端子18cへ送出され
る。
【0053】又、デジタル信号処理回路33は、利得演
算/計時/回次計数回路37による利得演算の結果に応
じた指示信号及びアドレス制御信号を受けて周波数分析
信号のレベルを補正してレベル補正信号を出力するレベ
ル補正書込回路38と、レベル補正信号の補正値を記憶
する記憶回路27cと、利得演算/計時/回次計数回路
37による計時/回次の結果に応じた指示信号及びアド
レス制御信号を参照して補正値を示す記憶信号に従った
回次間減算を行って回次間減算信号を受信処理信号とし
て航跡方向信号端子30bへ出力する読出回次間減算回
路40とを備えている。尚、この回次間減算信号におけ
る二つの平均レベルの差も目標航走体に関する航跡内の
気泡群における進行方向を示すものとなる。
【0054】この航跡検知装置の場合、基本機能は実施
例2の装置と同等であるが、特に利得可変増幅回路21
bを自動利得制御回路(AGC)等の利得調整電圧回路
32で連続的に制御することで航跡内での受信レベルを
精度良く検出することができる他、利得の精度を上げる
ために多段的に制御することもできる。何れにしても後
段のデジタル信号処理回路33で利得制御信号を取り込
んでレベル補正の演算処理を行わせるように構成され
る。又、航跡内での受信レベルを示す濾波整形信号がそ
のままA/D変換回路34aでデジタル変換された後、
フーリエ変換(FFT)演算回路36で周波数分析され
るため、航跡内の気泡群における気泡の大きさに対応す
る共振周波数で受信レベルの変化を観測できる。この結
果、航跡内の気泡の体積比率が小さい場合,即ち、航跡
生成後の時間経過の大きい遠方の航跡内の気泡群であっ
ても検出できる。更に、デジタル信号処理回路33を使
用することにより記憶容量の増大が容易である上、1回
次遅れの平均レベル差だけでなく、種々の演算や統計処
理が可能となるため、航跡方向の判定確度を高くするこ
とができる。
【0055】
【発明の効果】以上に述べた通り、本発明によれば、自
走航走体側で追尾検知時に自体の放射雑音を受波,受信
し、その受信出力が航跡内に入ると共に急激かつ大幅に
減少することを利用して自走航走体が航跡内にあること
を検知すると共に、自走航走体が気泡群の連らなるもの
の延在方向に沿って気泡群を複数回交叉したときの交叉
毎に得られる放射雑音に関する受信レベルの変化に基づ
いて目標航走体の進行方向を検知するので、広帯域な音
源により航跡内の気泡群による航跡情報を効率良く得ら
れてS/N,即ち、検知確率の高い航跡検知が可能とな
る他、目標航走体の進行方向を確実性高く検知できる航
跡検知方法及び航跡検知装置が具現化されるようにな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の航跡検知方法を説明するために示した
簡易様態図であり、(a)は航跡外における自走航走体
側の様態に関するもの,(b)は航跡内における自走航
走体側の様態に関するものである。
【図2】本発明の航跡検知方法に含まれる目標航走体に
関する進行方向の検知を説明するために示した状態図で
ある。
【図3】本発明の航跡検知方法に係る航跡内の周波数に
対する受信出力を説明するために示した特性図であり、
(a)は自走航走体側が目標航走体から遠い航跡内の位
置にある場合に関するもの,(b)は自走航走体側が目
標航走体から近い航跡内の位置にある場合に関するもの
である。
【図4】本発明の航跡検知方法を適用した実施例1に係
る航跡検知装置の基本構成を示したブロック図である。
【図5】図4に示す航跡検知装置の主要部分における信
号波形を時間に対する電圧の関係で示したタイミングチ
ャートであり、(a)は濾波信号に関するもの,(b)
は検波信号に関するもの,(c)は航跡外信号に関する
もの,(d)は航跡内信号に関するものである。
【図6】本発明の航跡検知方法を適用した実施例2に係
る航跡検知装置の基本構成を示したブロック図である。
【図7】図6に示す航跡検知装置の主要部分における信
号波形を時間に対する電圧の関係で示したタイミングチ
ャートであり、(a)は濾波信号に関するもの,(b)
は検波信号に関するもの,(c)は航跡外信号に関する
もの,(d)は航跡内信号に関するもの,(e)は平均
化信号に関するもの,(f)は累積信号に関するもの,
(g)は割算信号に関するもの,(h)は回次平均レベ
ル信号に関するもの,(i)は減算信号に関するもので
ある。
【図8】図6に示す航跡検知装置要部のアナログ系回路
構成をデジタル系回路構成にした実施例3に係る航跡検
知装置の基本構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
1a,1b,1c,1d 自走航走体 2a,2b,2c,2d 受波器 3a,3b,3c,3d 受信器 4 放射雑音波 5 放射雑音源 7 切替回路 6 伝搬経路 8a,8b 航跡 11a,11b,11c 電圧増幅回路 12a,12b,12c 帯域濾波回路 13a,13b,13c 検波回路 14 平均化回路 15 閾値設定回路 16 比較回路 17a,17b 反転回路 18a,18b,18c 航跡内信号出力端子 19 閾値下限レベル入力端子 20 双安定マルチバイブレータ 21a,21b 利得可変増幅回路 22 ゲート回路 23a,23b 積分回路 24 計数回路 25 割算回路 26 書込切替回路 27a,27b,27c 記憶回路 28 読出切替回路 29 減算回路 30a,30b 航跡方向信号出力端子 31 レベル検出回路 32 利得調整電圧回路 33 デジタル信号処理回路 34a,34b A/D変換回路 35 クロックパルス発生回路 36 フーリエ変換(FFT)演算回路 37 利得演算/計時/回次計数回路 38 レベル補正書込回路 39 アドレス制御回路 40 読出回次間減算回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 公 神奈川県横浜市中区小港町1−1小港宿舎 405号 (72)発明者 末続 辰雄 長崎県長崎市飽の浦町一番一号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 黒田 悟弘 宮城県仙台市太白区郡山六丁目7番1号 株式会社トーキン内 (72)発明者 星 則光 宮城県仙台市太白区郡山六丁目7番1号 株式会社トーキン内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水中又は水面上で航走して気泡群を航跡
    として発生する目標航走体を水中音波を用いて自走航走
    体により追尾検知する航跡検知方法において、前記自走
    航走体側では、前記追尾検知時に自体の放射雑音を受波
    受信すると共に、前記気泡群を含まない前記航跡の外に
    あっては前記水中音波の伝搬損失である拡散損失及び吸
    収損失に対応する受信レベルを検出し、該気泡群を含む
    該航跡の内にあっては該水中音波の伝搬損失である吸収
    損失に対応する受信レベルを検出することにより、該航
    跡の内における該受信レベルが該航跡の外における該受
    信レベルに比べて大きく減少することに基づいて該自走
    航走体が該航跡内にあることを検知することを特徴とす
    る航跡検知方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の航跡検知方法において、
    前記自走航走体が前記気泡群の概ね連続して連らなるも
    のの延在方向に沿って該気泡群を複数回交叉したときの
    該交叉毎に得られる前記放射雑音に関する受信レベルの
    変化に基づいて前記目標航走体の進行方向を検知するこ
    とを特徴とする航跡検知方法。
  3. 【請求項3】 水中又は水面上で航走して気泡群を航跡
    として発生する目標航走体を水中音波を用いて追尾検知
    する自走航走体に備えられる航跡検知装置において、前
    記追尾検知時に自体の放射雑音を含む前記航跡の内外に
    おける前記気泡群の有無に応じた前記水中音波を受波し
    て受信信号に変換する受波器と、前記受信信号のレベル
    に応じて受信処理して受信処理信号を出力する受信器と
    を備え、更に、前記受信器は、前記受信信号における前
    記放射雑音を増幅整形して雑音整形信号を出力する電圧
    増幅回路と、前記雑音整形信号を帯域濾波して濾波信号
    を出力する帯域濾波回路と、前記濾波信号を検波して検
    波信号を出力する検波回路と、前記検波信号のレベルの
    変化に応じて平均化した平均化信号を出力する平均化回
    路と、前記平均化信号に応じて前記検波信号のレベルの
    変化を判定するための基準閾値設定に要する閾値設定信
    号を出力する閾値設定回路と、前記検波信号及び前記閾
    値設定信号を比較して該検波信号のレベルの変化が該閾
    値設定信号のレベルを超過したものを航跡外信号として
    出力する比較回路と、前記航跡外信号を反転した航跡内
    信号を前記受信処理信号として出力する反転回路とから
    成ることを特徴とする航跡検知装置。
  4. 【請求項4】 水中又は水面上で航走して気泡群を航跡
    として発生する目標航走体を水中音波を用いて追尾検知
    する自走航走体に備えられる航跡検知装置において、前
    記追尾検知時に自体の放射雑音を含む前記航跡の内外に
    おける前記気泡群の有無に応じた前記水中音波を受波し
    て受信信号に変換する受波器と、前記受信信号のレベル
    に応じて受信処理して受信処理信号を出力する受信器と
    を備え、更に、前記受信器は、前記受信信号における前
    記放射雑音を増幅整形して雑音整形信号を出力する電圧
    増幅回路と、前記雑音整形信号を帯域濾波して濾波信号
    を出力する帯域濾波回路と、前記濾波信号を検波して検
    波信号を出力する第1の検波回路と、前記検波信号のレ
    ベルに応じて動作して該レベルが所定の閾値を超過して
    いるときに航跡外信号を出力する双安定マルチバイブレ
    ータと、前記航跡外信号を反転して航跡内信号を出力す
    る反転回路と、前記航跡外信号の入力に応じて増幅切り
    替え指令信号を切り替え出力する切替回路と、前記増幅
    切り替え指令信号の有無に応じて前記濾波信号の低いレ
    ベルのものだけを高利得で増幅整形して濾波整形信号を
    出力する利得可変増幅回路と、前記濾波整形信号を検波
    して低レベル検波信号を出力する第2の検波回路と、前
    記航跡内信号に関して低いレベルのものだけを前記低レ
    ベル検波信号に基づいて平均化換算して平均化信号を出
    力するゲート回路と、前記航跡内信号に関して低いレベ
    ルのものだけの繰返し回数を計数して計数信号を出力す
    る計数回路と、前記航跡内信号に関して低いレベルのも
    のだけを積分した結果を示す第1の累積信号を出力する
    第1の積分回路と、前記平均化信号を積分した結果を示
    す第2の累積信号を出力する第2の積分回路と、前記第
    1の累積信号及び前記第2の累積信号を割算した結果を
    示す割算信号を出力する割算回路と、前記計数信号を参
    照して前記割算信号から回次毎の平均レベルを順次記憶
    すると共に、1回次遅れで読出して回次平均レベル信号
    を出力する回次平均処理回路と、前記回次平均レベル信
    号を参照して前記割算信号から回次毎に1回次前の平均
    レベルとの差を計算した減算信号を前記受信処理信号と
    して出力する減算回路とから成ることを特徴とする航跡
    検知装置。
  5. 【請求項5】 水中又は水面上で航走して気泡群を航跡
    として発生する目標航走体を水中音波を用いて追尾検知
    する自走航走体に備えられる航跡検知装置において、前
    記追尾検知時に自体の放射雑音を含む前記航跡の内外に
    おける前記気泡群の有無に応じた前記水中音波を受波し
    て受信信号に変換する受波器と、前記受信信号のレベル
    に応じて受信処理して受信処理信号を出力する受信器と
    を備え、更に、前記受信器は、前記受信信号における前
    記放射雑音を増幅整形して雑音整形信号を出力する電圧
    増幅回路と、前記雑音整形信号を帯域濾波して濾波信号
    を出力する帯域濾波回路と、前記濾波信号を増幅整形し
    て濾波整形信号を出力する利得可変増幅回路と、前記濾
    波信号をレベル検出してレベル検出信号を出力するレベ
    ル検出回路と、前記レベル検出信号に応じて前記利得可
    変増幅回路における前記増幅整形を連続的に制御するた
    めの利得制御信号を出力する利得調整電圧回路と、前記
    利得制御信号をデジタル化したデジタル利得制御信号を
    利得演算及び計時,回次計数した結果を用いて前記濾波
    整形信号をデジタル化したデジタル濾波整形信号のレベ
    ルを演算処理により補正して得た回次間減算信号を前記
    受信処理信号として出力するデジタル信号処理回路とか
    ら成ることを特徴とする航跡検知装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の航跡検知装置において、
    前記デジタル信号処理回路は、前記演算処理として前記
    デジタル濾波整形信号をフーリエ変換して周波数分析を
    行うフーリエ変換演算回路を含むことを特徴とする航跡
    検知装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101029048B1 (ko) 2009-02-20 2011-04-18 국방과학연구소 수상함의 기포항적에 대한 음향 및 영상 신호 특성의 상관관계 모델을 이용한 상대 신호의 특성 추정방법
KR20190017554A (ko) * 2017-08-11 2019-02-20 국방과학연구소 수중 영상 소나를 이용한 항적탐지 방법 및 장치

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KR20190017554A (ko) * 2017-08-11 2019-02-20 국방과학연구소 수중 영상 소나를 이용한 항적탐지 방법 및 장치

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