JPS62108171A

JPS62108171A - 受波器位置のキヤリプレ−シヨン方式

Info

Publication number: JPS62108171A
Application number: JP24794985A
Authority: JP
Inventors: Masao Igarashi; 正夫五十嵐; Hideki Sugimori; 秀樹杉森
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1985-11-07
Filing date: 1985-11-07
Publication date: 1987-05-19

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、空間上に配列した複数の相対位置？。

位置が既知な複数の信号源又は移動可能な信号源を用い
て推定する、パンシプソーナーやアクテイブソーナーに
おける受波器位置のキャリブレーション方式に関する。

（従来の技術）信号源からの信号を空間上に配列された複数の受波器で
受信し、該受信信号の受波器間における到達時間差から
該信号源の方位、距離１依置およびそれら変化率などを
推定する信号源の状態推定装置がパン／プソーナーやア
クテイプソーナーで広く用いられている。

このような装置においては、前記受波器の相対位置が既
知であるという前提のもとに、信号源から各受波器まで
の信号の伝搬時間又は各受波器間における伝搬時間差情
報を用いて、前記受波器配列を基準とした信号源の方位
、レンジ及びそれら変化率等を求めている。

従って、該受波器の相対位置に誤差が存在する場合には
、該誤差により信号源の状態推定にも誤差を生ずること
になる。このため、予め該受波器の相対位置を正確に求
めておくことが、装置全体の性能を高める上で重要であ
る。

通常、該受波器は艦船等のプラットホーム上に取付けら
れるので、該受波器の相対位置は予め既知であるとして
も問題のない場合が多い。しかし。

パッシブ方式による信号源状態の推定や、アクティブ方
式による高精度な信号源状態の推定の場合には、受波器
及びプラットホームの製造精度の制約により生ずる相対
位置誤差が無視できず、この場合には実海域において位
置の既知な信号源を用いて該受波器の相対位置を更正（
キヤリプレーショ／）することが必要となる。

例えば、３つの受波器を用い２組の伝搬時間差から信号
源の位置を推定するパッシブレンジングと呼ばれる信号
源状態推定装置では、必要とする信号源位置精度を得る
ためには、受波器配列間隔の１０−４〜ｌ０−５０オー
ダの精度で受波器の相対位置を決めておく必要がるシ、
該間隔を仮にＬＯｆｉとすると０．１〜１朋のオーダで
決めなければならない。

第７図は１位置の既知な信号源を用いる受波器位置のキ
ャリブレーションの原理を説明する幾可的な関係図であ
る。図で、１．、Ｌ２　は各々受波器、２３，２□、・
・＋−Ｊ−１＋−３，・・、２Ｎは各々サーベイ点、Ｘ
、Ｙは原点を受波器１１上に置く直角座標系のＸ、Ｙ軸
、ｘ２は該直角座標系における受波器１２ノ位置ヘクト
ル、×８（１）、×８（２）、・・、×８（ｊ−１）　
、　ｘｓ（ｊｌ　、　−、Ｘ５ｆＮｌハ各’ｒ　該Ｍ角
座標系におけるサーベイ点２１，２□、・・・＋　−３
−ｔ　ｌ　−３＋　　＋２Ｎの位置ベクトル、γ３（ｊ
）は受波器ＩＩと前記第ｊ番目す−ベイ点２ｊ′ｆｔ結
ぶ直線の長さく以下サーベイレンジという）、θ５（ｊ
）は該直線がＸ軸となす角度、γ２（Ｊ）は受波器１□
と前記第ｊ番目す−ベイ点２ｊｆ結ぶ直線の長さである
。ここでは、受波器１１．１□及びサーベイ点２ｊ：（
ｊ＝１．・１．Ｎ）は全てＸ、Ｙ平面上にある場合のみ
を考え、前記位置ベクトル×２及びＸｓ（ｊ）：　　（
ｊ　＝１．・・、Ｎ）は各々Ｘ２　＝　（Ｘ２　、　ｙ
２）　　、Ｘｓ（］）＝　（Ｘｓ（ｊｌ　、ｙｓ’ｊｌ
）”：（ｊ＝１．・・、Ｎ）の２次元ベクトルで表わす
ものとする。ただし添字Ｔはベクトルの転置を示す。サ
ーベイ点２ｊ　’　（ｊ　＝　１　、・・・、Ｎ）は受
波器位置のキャリブレーションに用いる信号源の位置情
報及び前記伝搬時間差等のデータ（以下、サーベイデー
タという）ｆｆ：得たときの信号源の位置を示す点であ
る。

第７図において、サーベイ点２ｊ　　に置かれた信号源
から送信された信号は距離γ３（ｊ）及びγ２（ｊｌｋ
伝搬して受波器１１．１□　に到達する。信号の伝搬圧
変をＣとすれば、受波器１．全基準とする受波器１□の
該信号の受信時間差τ２（ｊ）はτｚ（ｊ）＝（γｄｊ
）−γ５（ｊ））／Ｃであり、又ベクトルのノルムｅ　
Ｉｆ・１１で表わすとγ２　（ｊ）＝　Ｉｆ　ｘ３（ｊ
）　　Ｘ２　Ｉｔ　、γｓ　（ｊ）＝　Ｉｆ　Ｘｓ（ｊ
ｌ　ｉｔであるから、前記サーベイデータＸ５（ｊ）、
τ２（ｊＩ（ｊ＝１．・・、Ｎ）と受波器１２の位置ベ
クトル×２との間には次のＮ個の方程式が成り立つ。

で２（ｊ）＝　　　（ＩＩＸｓ（ｊ）　　Ｘｚｌｌ−１
１Ｘｓ（ｊ）Ｉｔ）　　　二　　（ｊ＝１゜・・・、Ｎ
）　　　　＋１１従って、Ｎ≧２のサーベイデータＸ５（ｊｔ　、τ２（
ｊ）：　（ｊ＝１　、・・・、Ｎ）が与えられれば、前
記式（１）から、受波器１２の位置ベクトルＸ２ｔ”求
めることができる。一般にはＮ＞２とし、最小二乗法等
によって該位置ベクトルＸｚ’ｔ”求める。

第７図の説明は、受波器個数が２つの場合を示したが、
受波器個数が一般にＭ個になったとしても、受波器１．
以外の各受波器に対応した数だけの前記式（１１と同様
の関係式が得られるので、受波器個数が２個の場合と基
本的な差違はない。このため、以下の説明では第７図に
示すような、受波器個数が２つの場合のみについて述べ
る。

第８図は、前記時間差τ２（ｊ）の測定に、相互相関器
と最大点検出器を用いる相互相関法による時間差測定装
置を示す機能ブロック図でら９．第８図で３．．３２は
各々受波器１．．１２　　の出力信号が入力される入力
端子、４．　、４．は増幅器、５．．５□はフィルタ、
６は掛算器、７は積分器、８は最大点検出器、９は出力
端子である。

第８図で受波器１１．１□で受信される信号は各各増幅
器４Ｉ、４□で適正なレベルにまで増幅された後、フィ
ルタ５７，５□　によって適正な帯域幅に帯域制限及び
等化され、掛算器６の入力ξｌ（ｊ：ｔ）、ξｚ（ｊ：
ｔ）となる。ここでξ＋（、＋　：１）。

ξ２（ｊ：ｔ）は前記第ｊ番目のサーベイ点２ｊ　に前
記音源があるときの時刻ｔにおけるフィルタ５．。

５□の出力であることを示している。掛算器６は該ξｌ
（Ｊ’ｔ）とξ２（ｊ：ｔ）の積を算出し、積分器７は
適正な時間幅Ｌｔにわたって算分器７の出力を平滑化す
ることにより前記出力ξｌ（Ｊ’ｔ）とξ２（ｊ：ｔ）
の相互相関関数Ｒ（ｊ：μ２）＝ｔ＋Ｉ４ｆ　　　ξＩ（Ｊ：ｔ）・ξ（ｊ　：を−μ２）　ｄｔ
　を求め、最を大点検出器８は該相関関数Ｒ（ｊ：μ２）を最大とする
μ２を求め、該μ２全前記時間差の測定値τ２（ｌとし
て出力端子９に出力する。

第９図は、この相関関数Ｒ（ｊ：μ２）と該相関関数の
最大点と時間差の測定値τ２（Ｊ）との関係を示す説明
図である。

さて既述のように、前記サーベイデータＸｓＵ。

τ２ｆｊ）：（ｊ　＝１　、・・・、Ｎ）が完全て既知
であれば。

すなわち該データに誤差が含まれなければ、前記式（１
）から受波器位置ベクトル×２も誤差なく求められ、受
波器位置のキャリブレーションは完全に行なわれる。

しかし、サーベイデータＸ５（ｊｌ、τ２（ｊｔ　：　
（ｊ　＝■、・・・、Ｎ）も何らかの方法で測定しなけ
ればならないから、一般に該サーベイデータても誤差が
葺特に受波器１１．１２　で受信される信号は水中音波
であるから、該受波器が取付られているプラントフオー
ムから放射される雑音や海中に存在する自然背景雑音（
Ａｍｂｉａｕｔ　Ｎｏ１ｓｅ　）の影響を受け、この結
果前記サーベイデータの中の時間差情報τ２（ｊ）：　
（ｊ＝１、−、　Ｎ）にはこの・雑音による測定誤差が
存在することになる。

このため、前記式（１）に基づいて求められる受波器位
置ベクトル×２の推定値、すなわちキャリブレーション
結果にも誤差を生ずることになる。

従来のキャリブレーションにおいては、前記キヤリブレ
ーションデータの一部であるサーベイ点２ｊにおける信
号源位置ベクトルＸｓ　（ｊｌの測定精度が、キヤリプ
レーショ／終了後の信号源状態推定時における信号源位
置の必要推定精度と比較しである程度以上高ければ、前
記式（１）に基づいて求められる受波器位置ベクトルＸ
２の推定精度は実用上充分であると前走に立ち、前記サ
ーベイ点位置誤差と前記時間差誤差の両者を考慮してサ
ーベイポイント２ｊ’　（Ｊ　＝ｌ　ｌ・・・、Ｎ）ｅ
配列する前記サーベイレンジγ８（ｊ）のとり方に対す
る合理的な基準がなかった。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、信号に水中音波を用いるソーチー／ステ
ムでは一般に周囲雑音が高いので前記サーベイレンジγ
８（ｊ）の選び方によっては前記時間差τ２（ｊ）の測
定値に大きな誤差を生じ、又前記サーベイ点の位置ベク
トルｘｓ　（ｊ）の誤差の影響のし方も変るので、前記
キャリブレーション誤差に大きな誤差を生ずることにな
ったり、又場合によっては実用に耐えなくなり必要な精
度が得られるまでキャリプレーンヨンを繰返さなければ
ならなくなるという欠点があった。

本発明は、前記サーベイデータの中の時間差で２（ｊ）
の誤差（以下１時間差誤差という）がキャリブレーショ
ン誤差に与える影響と前記サーベイ点位置ベクトルＸ５
ｆｊ）：　（ｊ＝　１　、・・、Ｎ）の誤差（以下サー
ベイ点位置誤差）がキャリブレーション誤差に与える影
響が前記サーベイレンジによって変化し、かつ両者の変
化のし方が異なること全利用することにより、キャリブ
レーション誤差すなわち受波器１２の位置ベクトル×２
の推定誤差を極力小さくしようとするものであり、ます
受波器の周囲雑音レベルと信号源ノベル及びサーベイレ
ンジから前記時間差誤差を推定し、該時間差誤差とサー
ベイ点位置誤差及びサーベイレンジから前記キャリブレ
ーション誤差金子測して、該キャリブレーション誤差を
最小とするサーベイレンジ又は予め定めたスレ７ユホー
ルド値以下となるサーベイレンジを求め、該レンジを実
際のサーベイレンジとして前記サーベイデータを収集し
ようとするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明は、空間上に配列した複数の受波器の相対位置を
、空間上の点に配列した信号源の位置情報と該信号源か
らの信号が前記受波器に到達する時間差情報との２種類
の情報からなるサーベイデータから求める受波器位置の
キャリブレーション方式に係る。

本発明は上記受波器位置のキャリブレーション誤差にお
いて、以下の各手段を具備して構成される。

相関時間差測定手段は、前記時間差を前記受波器の受信
信号の間の相関関数が最大となる時間差から求める。

周囲雑音パワア測定手段は、前記受波器の近傍における
周囲雑音のパワアを測定する。

時間差誤差算出手段は、周囲雑音パワア測定手段で測定
した周囲雑音のパワアと、前記受波器における信号源信
号の受信信号のパワアと、前記相関時間差測定手段に関
する定数とから、前記相関時間差測定手段で一測定され
る時間差の誤差を予め算出する。

キャリブレーション誤差算出手段は、該算出された時間
差誤差と、前記信号源位置情報に含まれる誤差と、前記
サーベイデータの収集時に空間上に配列する音源点数と
、該音源の分布の方位角情報とから、前記キャリブレー
ションにより求められる前記受波器の位置誤差であるキ
ャリブレーション誤差を、前記受波器全基準とする前記
信号源配列点距離でおるサーベイレンジがほぼ一定の仮
定のもとに予め算出する。

最適サーベイレンジ推定手段は、キャリブＶ−ンヨ／誤
差算出手段で算出されるキャリブレーション誤差が最小
となる前記サーベイレンジか、又は予め定めたスレシュ
ホールド値以下となるサーベイレンジを求める〇そして、前記サーベイデータを収集するに当って、前記
信号源の配列Ａｔ前記最適サーベイレンジ推定手段で求
めたレンジ上に置き、該配列に従って収集したサーベイ
データ全円いて前記受波器位置を求める。

（作用）複数の受波器からの受信信号は相関時間差測定手段に供
給され、該手段により信号源からの信号が受波器に到達
する時間差（τ２　（ｊｌ　）が求められる。このとき
に用いられる定数（Ｈ（ω）、Ｌｔ）は時間差算出手段
に送出される。また、受波器の近傍の周囲雑音のパワア
（Ｎ（ω））が周囲雑音パワア測定手段により求められ
る。

上記定数（Ｈ（ａ＋１　、　Ｉ４　）及び周囲雑音のパ
ワア（Ｎ（ω））は受信信号のパワア（Ｓ（ω））とと
もに時間差誤差算出手段に供給され、該手段により前記
時間差（τ２　（ｊ）　）の誤差（σｆ２）が予め算出
される。

このようにして算出された誤差（στ２）はキャリプレ
ーンヨン誤差算出手段に供給される。該手段はこのほか
に、信号源位置情報に含まれる誤差（σ８′）と、サー
ベイデータの収集時に空間上に配列する音源点数ぎ）と
、この音源の分布の方位角情報（θ５（ｊ））とを入力
し、これらの情報からキャリブレーション誤差（ｅｘ）
ｉ求める。

このようＫして求められたキャリブレーション誤差（ｅ
ｘ）が最小となるサーベイレンジか、又は予め定めたフ
レシュホールド値以下となるサーベイレンジが最適サー
ベイレンジ推定手段により求められる。

そして、サーベイデータを収集するに当って。

前記信号源の配列点を上記求められたサーベイレンジ上
に置き、この配列に従って収集したサーベイデータを用
いて前記受波器位置（Ｘ２）が求められる。

（実施例）本発明の一実施例を説明するに先立ち、まず本発明の原
理について説明する。

本発明は、以下の■〜■の原理に基づくものである。

■　前記式（１）から、サーベイデータτｚ（ｊ）、　
Ｘ５（ｊ）：（ｊ＝１．・・、Ｎ）に含まれる誤差を各
々Δτｚ（ｊ）、ΔＸ　ｓ　（ｊ）＝　（ΔＸ５（ｊ）
、Δｙｓ（ｊ））　：　（ｊ　＝１、・・・、Ｎ）、該
サーベイデータの誤差により生ずる受波器１２の位置ベ
クトル×２に生ずる推定誤差をΔｘ２＝〔ΔＸ２　＋Δ
ｙ２〕７とすると、該サーベイデータの誤差が充分に小
さくかつサーベイ点数Ｎが２以上でＮ２２であれば１次
の関係が成り立つ。

ΔＸ２＝ＡΔＴ＋ＢΔＹ（２）ただし。

ΔＴ全〔Δτ２ｉｌ＋、・・・・・・、Δτ２（Ｎ））
”二Ｎ次元ベクトル　　　（３） ΔＹ　＝　ＣΔｘ３Ｔｕ＋　、　−＝　、　Δｘ８（Ｎ
））：２Ｎ次元ベクトル　　（４）であり、ＡとＢは前記位置ベクトル×２及び×８（ｊ）
　：　（ｊ　＝　１　、−　、　Ｎ　）によって決まる
係数行列で、各々２ＸＮ行列、２Ｘ２Ｎ行列である。

■　サーベイ点２ｊ：（ｊ＝１．・・・、Ｎ）のサーベ
イレンジすなわち第７図におけるγ５ｆｊ）　ｋ各ｊに
対してほぼ同じ値にとりγ５（ｊＨγＳ　（Ｊ＝　１　
＋・、Ｎ）とすると、前記式［３）　、　＋４＋で与え
られる誤差ΔＴ、ΔＹ　の統計量に対して、一般に次の
関係が成り立つ。

くΔＴＴ・ΔＹ　＞　；　ＯＩ５１くΔＴＴ、Δ”＞”＝ＩｚＮ・ａｔ２．１２Ｎ　　　　
　（６１くΔＹＴ・ΔＹ＞たＩＮ・σ８２　　　　　　
　（７まただし、〈・〉は期待値を示し、１２Ｎは２Ｎ
ｘ２Ｎの単位行列、ＩＮはＮＸＮの単位行列。

στ２及びσ８′はサーベイデータの誤差の分散で、σ
τ２は前記時間差の誤差の分散、σ３′は前記サーベイ
点の位置ベクトルの各座標の誤差の分散であり、サーベ
イデータの収集中周囲雑音レベルはほぼ一定であると仮
定している。

■　前記式（２）〜（７）の関係から５前記誤差Δｘ２
　　の共分散〈ΔＸ２　　・ΔＸ２＞は次式で与えられ
る。

くΔｘ２・ΔＸ２＞＝　（ＡＡ　）στ＋（ＢＢ　）σ
５２（８）■　前記式（８）から、前記誤差Δｘ２のｘ
、ｙ成分の分散の和ｅｘ全くΔ弓＞＋＜Δｙう〉は次式
で与えられる。

ｅｘ＝　（ｔｒａｃｅ（Ａ　Ａ　））・σｒ”＋（ｔｒ
ａｃｅ（Ｂ　Ｂ　））・σｓ２＝ξτ・στ２＋ξ３・
σ８”　　　　　（９まただし。

ξτ全ｔｒａｃｅ　（Ａ　Ａ　）　　　　　　　　　　
（１０１ξ８会ｔｒａｃｅ　（Ｂ　Ｂ　）　　　　　　
　　　　　　α１）であり、ξ７．ξ８は各々前記位置
ベクトルＸ２とｘｓ（ｊ）：（ｊ＝ｔ、・・・、Ｎ）で
与えられるスカラ量である。以下ξ７は時間差誤差倍率
係数。

ξ３はサーベイ位置誤差倍率係数と呼ぶ。

■　前記■におけるサーベイレンジに対する制約γ８（
ｊ）たγＢ　’　（ｊ”　Ｌ　＋・・・、Ｎ）をおいて
、前記式〇（１，αＤで与えられる誤差倍率係数ξτ、
ξ。

を算出すると、　　ＩＩ　Ｎ２１１　＜＜　ｒｓすなわ
ち受波器１２と１．の間隔と比べてサーベイレンジγ８
が充分に長いとき１次のように与えられる。

ξτたｆ（θｉ：ｔ＝ｔ、・・・、　Ｎ　）　　　　　
　１２まただし、ｆ（・）９ｇ（・）はいずれも第７図
に示すサーベイ点２ｊのＸ軸に関する方位角度θｉ　の
みｉで決まる関数である。

上記式（ｎＪ　、　（１３１は１時間差誤差倍率係数ξ
τはサーベイレンジγ８に対して変化せず一定であるの
に対し、サーベイ位置誤差倍率係数ξ３はサーベイレン
ジγ８の２乗に反比例して減少することを表わしている
。第１Ｏ図はβ全γＳ／　ＩＩ　Ｎ２　Ｉｔに対するξ
τの計算例、第１１図はβに対するξ８の計算例である
。なお、計算条件はｉ）　　Ｘ２＝（Ｎ２．　Ｏ）　　
、　従ッテ１ｌＸ２１１＝ｌｘ２１＋ＤＮ＝５．すなわ
ちサーベイ点数を５１１１）θ、（１１＝−４５°、θ
３ｆ２１＝　−２２，５°、θ３ｆ３）＝０°。

θｓ　（４１＝　２２．５°、θ８（５１＝　４５゜と
した場合である。

■　一方、第８図に示す相関法による時間差測定におい
ては、前記時間差誤差の分散στ２は次式％式％ここで、ωは角周波数で周波数をｆとして、ω＝２πｆ
であシ、Ｈ（ω）は受波器１．．１２．増幅器４、　、
４２　及びフィルタ５．　、５ｔ　で決まる受信系の伝
達関数、Ｎ１（ωｌ、Ｎｔ（ω）は受波器１．　、１２
で受信される周囲雑音のパワアスペクトラム、Ｓ（ω）
は該受波器で受信される信号源信号のパワアスペクトラ
ムでろる。

なお、前記（１４１式は、前記伝達関数Ｈ（ω）通過帯
域ｆ１〜ｆ２の帯域制限フィルタで近似的できてで表わ
され、前記パワアスペクトラムＮ、（ω）。

Ｎ２（ω）、Ｓ（ω）が該帯域ｆ１〜ｆ２内で一定と見
なせＮ、［ω１＝Ｎ２（ω）＝Ｎ、Ｓ（ω１＝８　と近
似できる場合には次式のようになる。

ここで、Ｗは前記通過帯域の帯域幅でＷ＝　ｆ２ｆｔ、
ｆｏは中心周波数でｆ、　＝　ｆ、　＋Ｗ／２　　であ
る。

■　次に、前記受波器と前記信号源との距離がγ８（ｊ
）のとき、前記信号源信号の受波器１１．１□における
パワアスペクトラムＳ（ω）は次式で与えられる。

Ｓ（・）＝　−Ｔｓｏ（ｍ）ＸＩＯ−”””Ｓ　　　　
、１ηγＳここで、Ｓｏ（ω）は信号源から送信される信号のパワ
アスベクトル、α（（１）は海水中における吸収損失係
数である。前記式αηはまた１両辺の１０を底とする対
数をとることにより一般に用いられる次式％式％のように表わされ、右辺第２項は信号の伝搬に伴う拡散
損失、第２項は吸収損失と呼ばれる量である。

例えばバノンプソーナーが対象とする周波数帯である数
十Ｈ２から数ＫＨ２の帯域内における吸収損失係数α（
ω）の値はおおよそ０．０００２〜０．２　ｄＢ　／　
Ｋｍのオーダであり、一方前記式（１９第２項の拡散損
失はサーベイレンジが２倍変る毎に６ｄＢ　　づつ変化
する。従ってサーベイレンジγＳとして数十粕以下を考
えれば、受波器１．　、１２におけるパワアスペクトル
Ｓ（ω）はほぼサーベイレンジγ８の２乗に仮比例して
減少する。

■　従って、前記式（１４１又は＋１６）で与えられる
前記時間差誤差の分散σ７′はほぼサーベイレンジγ３
の２乗に比例して増大し、この結果前記式（９）で与え
られる前記キャリブレーション誤差ｅＸの時間差誤差に
起因する成分ξτστ２もほぼサーベイレンジγ８の２
乗に比例して増大することになる。

従って、前記サーベイ点位置誤差の分散σ８′が前記サ
ーベイレンジγ８に対して変化しない場合や、変化する
としても前記時間差誤差の分散σ７２の変化と比較して
変化の度合が少ない場合は、■。

■、■の関係から、前記式（９）で与えられるキャリプ
レー７ヨ／誤差ｅｘｔ最小とするサーベイレンジγ８が
存在することになる。第１２図は、この関係を示す説明
図である。第１０図において１時間差誤差によって生ず
るキャリブレーション誤差の分散ξアσ、′はほぼサー
ベイレンジγ３の２乗に比例して増大するので、サーベ
イ点位置誤差に上って生ずるキャリブレーション誤差の
分散ξ８σ８′がサーベイレンジγ８　に対して減少す
る限りは。

すなわちサーベイ点位置誤差の分散σ８′がサーベイレ
ンジγ８の２乗以下の階乗に比例する限りは、該ξτσ
７２とξ３σ８′の和であるキャリブレーション誤差ｅ
ｚｆ最小とするサーベイレンジγ８が存在することにな
る。

本発明は以上■〜■の原理を受波器位置のキャリブレー
ションに導入したものであり、まずサーベイレンジγ、
と角度分布θｊ：（ｊ＝１．・・・、Ｎ）から前記誤差
倍率係数ξτ、ξ８を、またサーベイレンジγ、と信号
源信号のパワアスペクトラムＳｏ（ω）から受波器にお
ける受信信号のパワアスペクトラムＳ（ω）を算出し１
次に該受波器近傍ておける周囲雑音のパワアスペクトラ
ムｎ（ｃｃ＋）’ｌ”計測することによシ時間差誤差の
分散στ２を算出し、該στ２に起因するキャリブレー
ション誤差ξτστ２とサーベイ点位置誤差に起因する
キャリブレーション誤差ξ８σ８′の和ｅｘ＝ξτστ
２＋ξ８σ８′ヲ算出することにより、該ｅｘが最小と
なるサーベイレンジ又は予め定めたスレシユホールド値
以下となるサーベイレンジを、サーベイデータの収集に
先だって行うとしたものである。

次に１本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施ＶＡＵｔ：示す機能ブロッ
ク図であって、１２は前記第８図に示した相関時間差測
定装置、１３は信号源位置測定装置、１４は信号源信号
パワアレジスタ、１５は吸収損失係数レジスタ、１６は
受信信号パワア算出器、１７は周囲雑音パワア推定器、
１８は受波器、１９は時間差誤差算出器、２０はサーベ
イ点位置誤差レジスタ、２１はキャリブレーション誤差
算出器、２２は入力端子、２３は最小点検出器、２４は
第１の出力端子、２５はサーベイデータ記憶器、２６は
受波器位置算出器、２７は第２の出力端子である。第１
図において受波器１、。

１２の出力信号は前記第８図において詳細に説明した相
関時間差測定装置１２に入力され１時間差の測定値τ２
（ｊ）がサーベイデータ記憶器部に出力される。また、
信号源位置測定装置１３は信号源の位置ベクトルを測定
し、測定した位置ベクトルＸ５（ｊｌをサーベイデータ
記憶器５に出力する。該測定値で２ｆｊ）、　Ｘ５（ｊ
）：　（ｊ　＝１．・・・、Ｎ）はキャリブレーション
のためのサーベイデータとして用いられるが、本実施例
の場合は後述するキャリブレーション誤差ｅＸｆ最小と
するサーベイレンジγ３．ｍを予め算出し、該γ３．ｍ
上に前記信号源位置を配列して、該信号源位置において
前記サーベイデータτ２（ｊ）　、　Ｘ５（ｊ）：　（
ｊ＝　ｔ　、・・・、Ｎ）を測定する。

信号源信号パワアレジスタ１４は前記信号源信号のパワ
アスペクトラムＳ。（ω）をω領域上の適当な間隔で記
憶し、必要に応じて該記憶値を受信信号パワア算出器１
６に出力する。又吸収損失係数レジスタ１５は前記伝搬
損失に関係する吸収損失係数α（ω）をω領域上の適当
な間隔で記憶し、必要に応じて該記憶値を前記受信信号
パワア算出器１６に出力する。受信信号パワア算出器１
６は前記適当な間隔の各ωにおける受信信号のパワアス
ペクトラム５（ａ＝）　ｋ前記Ｓ。（ω）とα（ω）金
円いて各サーベイレンジγＳ　に対して、前記式〇ηに
より算出し、該算出値Ｓ　（ａｌｌを時間差誤差算出器
１９に出力する。

周囲雑音パワア推定器１７は受波器ＩＩ、１□の近傍に
置かれた受波器１８の出力信号から、受波器近傍の周囲
雑音のパワアスペクトラムＮ（ω）を推定する。該推定
に当っては前記信号源からの信号の送信は中断される。

周囲雑音のパワアスペクトラムＮ（ａｌｌの推定は高速
フーリエ変換（ＦＦＴ　）等を用いた周波数分析等によ
シ求めることができる。時間差誤差算出器１９は受信信
号パワア算出器１６の出力Ｓ（ω）と１周囲雑音パワア
推定器１７の出力α（ω）と。

相関時間差測定装置１２から出力される該測定装置の定
数である前記伝達関数Ｈ（ω）及び積分時間幅Ｉ４　　
とから、前記時間差誤差の分散στ２を各サーベイレン
ジγ８　に対して前記式〇〇又はα９により算出する。

サーベイ点位置誤差レジスタ印は信号源位置測定装置１
３で測定される位置座標の誤差の分散σ８′を記憶し、
必要に応じて該記憶値をキャリブレーション誤差算出器
２１に出力する。キャリブレーション誤差算出器２１は
時間差誤差算出器１９の出力σ７′と、サーベイ点位置
誤差レジスタ加の出力σ８′と、入力端子ｎから入力さ
れる前記サーベイデータ数Ｎ及びサーベイレンジｒＳ上
の方位角分布θ５ｆｊ）：　（ｊ＝ｔ　、・・、Ｎ）と
から、前記キャリブレーション誤差ｅＸヲ各サーベイレ
ンジγ８に対して前記式（９）〜（１１１により算出す
る。最小点検出器ηは前記キャリブレーション誤差算出
器２１の出力ｅＸの中で該ｅｘｔ”最小とするサーベイ
レンジγＳの値γＢ　、　ｍ　ｆ求める。最小点検出器
乙の出力γ８゜厘は第１の出力端子２４に出力される。

サーベイデータ記憶器５は前記サーベイデータを記憶す
る記憶器であり、サーベイレンジが前記γ８１．上に配
列された信号源位置Ｘ５（ｊ）＝　（γＢ、ｓｍ”ｃＯ
３θ５（ｊ）。

γ３　、　ｊｌｌｌｌ　”　ｓｉＨθ５（ｊ））　　、
（ｊ＝ｔ　、−、Ｎ）におけるサーベイデータＸ５（ｊ
）、τ２（ｊ）　：　（ｊ　＝　ｔ　、・・・。

Ｎ）を記憶する。また、受波器位置算出器２６は該サー
ベイデータＸ５（ｊ）　、τ２（ｊｌ：（ｊ＝１．・・
・、Ｎ）を用いて前記式（１）に基づいて受波器１□の
位置ベクトルの推定値×２ヲ算出し、第２の出力端子２
７は該推定値Ｘ２１”キャリブレーション結果として出
力する出力端子である。

第２図はキャリブレーション誤差算出器２１の詳細な実
施例であり、４０はサーベイ点位置誤差レジ時間差誤差
の分散σ７′の入力端子、４２は入力端子ｎから前記サ
ーベイデータ数Ｎとサーベイレンジγ８上の方位角分布
θ５（ｊ）：　（ｊ＝１　、・・・、Ｎ）を入力する入
力端子、４５はサーベイ位置誤差倍率係数算出器、４６
は時間差誤差倍率係数算出器、４７は第１の掛算器、４
８は第２の掛算器、４９は加算器、５０はキャリブレー
ション誤差算出器２１の出力端子である。第２図におい
てサーベイ位置誤差倍率係数算出器４５は適当な間隔で
選んだサーベイレンジγ８と、前記サーベイデータ数Ｎ
及び方位角分布θ５ｆｊ）：　（ｊ＝ｔ　、、＝　、Ｎ
）から前記式（１１）又は（１３１Ｋ基づいてサーベイ
位置誤差倍率係数ξ３を算出し、時間差誤差倍率係数算
出器ｌ１５は前記サーベイデータ数Ｎ及び方位角分布θ
５（ｊ）：　（ｊ　＝１　、・・、Ｎ）から前記式（１
０１又はｕ２に基づいて時間差誤差倍率係数ξτを算出
する。第１の掛算器４６は前記サーベイ位置誤差倍率洪
響善孝孫数ξ、と前記サーベイ位置誤差の分散σ８′と
の積を算出し、第２の掛算器４７は前記時間差誤差倍率
係数ξτ　と前記時間差誤差の分散στ２との積全算出
する。加算器４８は第１の掛算器４６の出力ξ８・σ８
′と第２の掛算器４７の出力ξτ・στ２の和を算出し
て、第ｍ番目サーベイレンジにおけるキャリブレーショ
ン誤差ｅ）（（ホ）＝ξ８・σｓ２＋ξ・σ２を算出し
、出力端子４９に出力する。

τ　　　　τ 第３図は１本発明の第２の実施例を示す機能ブロック図
であり、第３図のあはサーベイ点位置誤差推定器である
。サーベイ点位置誤差推定器昂は信号源位置測定器１３
で計測されるサーベイレンジγＳに対する出力Ｘ５（ｉ
）の誤差の分散σ８′ヲ推定して、キャリプＶ−７ヨ／
誤差算出器１９に出力する。

前記第１の実施例は前記サーベイ位置誤差の分散が一定
とみなされる場合であったが、本第２の実施［ＩＪは該
誤差の分散がサーベイレンジγ３によって変化する場合
の本発明の実施例である。キャリブレーンヨン誤差算出
器１９はサーベイ点位置誤差推定器路から各サーベイレ
ッジγ８に対して算出される該サーベイ位置誤差の分散
σ、’ｆｔ用いて、第１の実施例と同様に前記キャリプ
レーンヨン誤差ｅＸを算出する。

第４図はサーベイ点位置誤差推定器路の詳細な実施例で
あり、５１は信号源位置測定装置１３の出力Ｘ８（ｉ）
が入力される入力端子、５２は第１の平滑器。

５３は加算器、５４はノルム２乗値算出器、５５は第２
の平滑器、５６はサーベイ位置誤差推定器路の出力端子
である。第４図において、第１の平滑器５２は、入力デ
ー３　Ｘ３　（ｉ）　ｆ　ｉ領域において平滑化する平
滑器でろシ、例えば平滑後のサーベイ位置データＸｓ’
ｋＸｓ＝（ΣＸ５（ｉ）　）／にのように算出して１繻
１出力する。加算器５３は前記入力データＸ５（ｉ）と前
記平滑後のサーベイ位置データ×８との差ΔＸ５（ｉ）
＝Ｘｓｆｉ）　−Ｘ８に算出り、　　／　ルム２　乗値
算出器５４は該ベクトルΔＸ５ｆｉ）のノルムの２乗値
ｆなわちＸ。

Ｙ成分の２乗ｆＤ　（１／２］ｌ’Ｘ５ｆｉ）　Ｉｆ”
　ｅｊＩ出ｆル。第２の平滑器５５は該ノルムの２乗値
（１／２）ＩＩΔＸ８（ｉ）ｌｌ”ｔ　ｉ領域において
平滑化する平滑器であり。

例えば該平滑後の出力（１／２　）　ＩＩΔＸ　Ｓ　Ｉ
ｆ　”すなわちサーベイ位置誤差の分散の推定値σｓ”
（ｍｌ’ｒσ８′■−て、出力端子％に出力する。

第５図は本発明の第３の実施例を示す機能構成図であり
、２９は比較器、３０は入力端子である。この実施例は
、前記第１実施例の最小点検出器２３ヲ比較器四でおき
かえたものであり、キヤリプレーショ／誤差算出器１９
で算出される、各サーベイレンジγ、におけるキャリプ
レーンヨン誤差ｅｘは、入力端子間から入力されるスレ
シュホールド値ｅｚ。

ｔｈと比較器四において比較され、該誤差の算出値ｅＸ
が該スレシユホールド値ｅｘ、ｔｈ以下になるときのサ
ーベイレンジ範囲γ８，１〜γ８，２が出力端子Ｕに出
力される。サーベイデータ記憶器５は、サーベイレンジ
γＳがγ３，１≦γＳ≦γ３，２となるようなサーベイ
レンジ上に配列された信号源位置Ｘ３（ｊ）＝　（γ５
・■θ５（ｊ）、γＢ　’　５１１１θ５（ｊｌ〕：　
（ｊ＝ｔ　、＝−。

Ｎ）におけるサーベイデータｘｓ（ｊ）、τ２（ｊ）　
：　（ｊ＝１．・・・、Ｎｉ記憶し、以下第１の実施例
と同様にしてキャリブレーション結果Ｘ２ｖ得る。

第６図は本発明の第４の実施例を示す機能構成図である
。この実施例は前記第３の実施例では前記サーベイ位置
誤差の分散がサーベイレンジγ８に対して一定と仮定で
きるような場合の実施例であるのに対して１本第４の実
施例は前記第２の実施例と同様該誤差の分散がサーベイ
レンジγ８　に対して変化するような場合の実施例であ
る。第４の実施例は第３の実施例のサーベイ位置誤差レ
ジスタ２０全前記第２の実施例のサーベイ位置誤差推定
器路でおきかえたものであシ、キャリブレーション誤差
算出器１９に入力されるサーベイ位置誤差の分散値が各
サーベイレッジγ８毎に変化するだけであシ、以下第３
の実施と同様にしてキャリブレーション結果×２ヲ得る
ことができる。

なお、以上説明した第１〜第４の実施１１Ｆ１１では、
受波器近傍の周囲雑音を受信するため、前記キャリブレ
ーションの対象となる受波器１１，１□とは異なる受波
器１８ヲ用いることとしているが、該周囲雑音を受信す
るための受波器として、受波器ｌ、。

１□のいずれかの受波器を用い、該受波器の出力信号を
周囲雑音パワア推定器１７に入力してもよい。

（発明の効果）以上説明したように本発明では、受波器位置のキャリプ
レーンヨンにおけるサーベイデータの収集に先だって、
受波器近傍の周囲雑音のパワアと受信信号のパワアから
相関時間差誤差を、サーベイレンジｒ８　に対して算出
し、該時間差誤差とサーベイ点位置誤差とからサーベイ
レンジγＳに対するキャリプレージョン誤差を算出する
ことにより該キャリプレーンヨン誤差を予測して、該予
測誤差を最小とするサーベイレンジ、又は予め定めたス
レシュホールド値以下となるサーベイレンジを求め、こ
のようにして求めたサーベイレンジ上に信号源を配列し
て、実際のキャリブレーションのためのサーベイデータ
全収集するので、精度の高い受波器位置のキャリブレー
ション全行うことができるとともに、むだなすなわち必
要な精度が達成できないようなサーベイデータの収集作
業を大幅に減すことができ、パソ／ブソーナーやアクテ
イプンーナーにおける受波器位置のキャリブレーション
に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す機能ブロック図、
第２図はキャリブレーション誤差算出器２１の詳細な例
を示す機能ブロック図、第３図は本発明の第２の実施例
を示す機能ブロック図、第４図はサーベイ点位置誤差推
定器路の詳細な例を示す機能ブロック図、第５図は本発
明の第３の実施例を示す機能ブロック図、第６図は本発
明の第４の実施例を示す機能ブロック図、第７図は受波
器位置のキャリブレーションの原理を説明する幾可的な
関係図、第８図は相関時間差測定装置の具体例を示す機
能ブロック図、第９図は相関時間差測定装置の作動の原
理を示す説明図、第１０図はサーベイレンジに対するサ
ーベイ位置誤差倍率係数の計算例を示す図、第１１図は
サーベイレンジに対する時間差誤差倍率係数の計算例を
示す図、及び第１２図はサーベイレンジに対するキャリ
ブレーション誤差の関係を示す説明図である。１１．１２　・・・受波器、２＋　＋　２２　＋・・・
、　２Ｎ・・・サーベイ点、４３，４□　・・増幅器、
　　５．　、５２・・・フィルタ、６・・掛算器、７・
・・積分器、８・・最大点検出器、　１２・・・相関時
間差測定装置、１３・・信号源位置測定装置。１４・・・信号源信号パヮアレジスタ、１５−　　吸収
損失係数レジスタ、１６・・受信信号パワア算出器、１
７・周囲雑音パワア推定器、１８・・受波器、１９・・
時間差誤差算出器、２０・・サーベイ点位置誤差レジス
タ、２１・・・キャリブレーション誤差算出器、久・・
最小点検出器、２５・・・サーベイデータ記憶器、２８
・・サーベイ点位置誤差推定器、２９・比較器、４５・
・・サーベイ位置誤差係数算出器、４６・・時間差倍率
係数算出器。４７・・第１の掛算器、４８・・第２の掛算器、４９・
・加算器。Ｆ？（・）泪ｒＪ時艮υ（１１定碧辷夏−４乍動の扉］璽１示１凹
纂９　図 ρ−らハｘ２１１ ρ−ｒ５／ＩＩＸパ号ベイレッジ”＃１に＋時間ゑ好過４１駁イ取叙丙計寒
介り′ｌｉ＆＋＋凹

Claims

【特許請求の範囲】

（１）空間上に配列した複数の受波器の相対位置を、空
間上の点に配列した信号源の位置情報と該信号源からの
信号が前記受波器に到達する時間差情報との２種類の情
報からなるサーベイデータから求める受波器位置のキャ
リブレーション方式において、前記時間差を、前記受波器の受信信号の間の相関関数が
最大となる時間差から求める相関時間差測定手段と、前記受波器の近傍における周囲雑音のパワアを測定する
周囲雑音パワア測定手段と、該周囲雑音パワア測定手段で測定した周囲雑音のパワア
と、前記受波器における信号源信号の受信信号のパワア
と、前記相関時間差測定手段に関する定数とから、前記
相関時間差測定手段で測定される時間差の誤差を予め算
出する時間差誤差算出手段と、該算出された時間差誤差と、前記信号源位置情報に含ま
れる誤差と、前記サーベイデータの収集時に空間上に配
列する音源点数と、該音源の分布の方位角情報とから、
前記キャリブレーションにより求められる前記受波器の
位置誤差であるキャリブレーション誤差を、前記受波器
を基準とする前記信号源配列点距離であるサーベイレン
ジがほぼ一定の仮定のもとに、予め算出するキャリブレ
ーション誤差算出手段と、該キャリブレーション誤差算出手段で算出されるキャリ
ブレーション誤差が最小となる前記サーベイレンジか、
又は予め定めたスレシユホールド値以下となるサーベイ
レンジを求める最適サーベイレンジ推定手段とを有し、前記サーベイデータを収集するに当つて、前記信号源の
配列点を前記最適サーベイレンジ推定手段で求めたレン
ジ上に置き、該配列に従つて収集したサーベイデータを
用いて前記受波器位置を求めることを特徴とする受波器
位置のキヤリブレーシヨン方式。
（２）前記周囲雑音パワア測定手段における周囲雑音の
パワアを測定するための信号として、キャリブレーショ
ンの対象となる複数の受波器の中のいずれかの受波器の
出力信号を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１
項に記載の受波器位置のキャリブレーション方式。
（３）前記周囲雑音パワア測定手段における周囲雑音の
パワアを測定するための信号として、キャリブレーショ
ンの対象となる受波器とは別の受波器の出力信号を用い
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の受波
器位置のキャリブレーション方式。
（４）前記信号源位置情報に含まれる誤差として、予め
測定又は算出された誤差を用いることを特徴とする特許
請求の範囲第１項に記載の受波器位置のキャリブレーシ
ョン方式。（５）前記信号源位置情報に含まれる誤差と
して、信号源位置の測定値から求めた誤差を用いること
を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の受波器位置
のキャリブレーション方式。