JPS62213437A - 水中音響通信装置 - Google Patents

水中音響通信装置

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JPS62213437A
JPS62213437A JP5487886A JP5487886A JPS62213437A JP S62213437 A JPS62213437 A JP S62213437A JP 5487886 A JP5487886 A JP 5487886A JP 5487886 A JP5487886 A JP 5487886A JP S62213437 A JPS62213437 A JP S62213437A
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JP
Japan
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antenna
azimuth
receiver
wide
acoustic communication
Prior art date
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Pending
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JP5487886A
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English (en)
Inventor
Masao Igarashi
正夫 五十嵐
Akio Kaya
賀谷 彰夫
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

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】 ”’of Technology (1980−7−7
)に開示されている。
第2図は、前記文献に開示されている水中音響通信の方
式を示す概念図であシ、1は海面、2は母船、3は広ビ
ーム送波器、4は第1の広ビーム受波器、5は無人潜水
船、6は第2の広ビーム受波器、7は狭ビーム送波器、
8は第1の伝送路、9は第2の伝送路である。第1の伝
送路8は、前記広ビーム送波器3と第2の広ビーム受波
器6を結ぶ伝送路であり、前記文献の場合、該第10伝
第他図は、前記文献で開示されている内容をよ14は受
信増幅器、15は第2の復調及び復号器、I6は受信増
幅器、17は第1の復調及び復号器、18は情報出力端
子、19はビーム制御情報入力端子、20は第2の符号
及び変調器、21は送信増幅器である。本文献で開示さ
れている方法では、前記ビーム制御情報入力端子19か
ら入力される’ north/5outh”制御信号と
east7west”制御信号は、第2の符号及び変調
器20で9.5 kHzとム受波器6で受波され、第2
の復調及び復号器15で復調及び復号され、該信号は前
記ビームフォーマ12に入力される。狭ビーム送波器7
は4×8の送波器素子からなるアレイであシ、該ビーム
フォーマ12は、第1の符号及び変調器11のの制御、
すなわちビームフォーマ12の時間遅延i の制御に、前記第2の復調器及び復号器15の出、す゛ 力信号が用いられる。
〉 以上、説明したように、本文献で開示されている水中音
響通信では ■ 水中音響通信で特に問題となる、海面、海底及び他
の反射体からの反射によって生ずるマルチパスの影響を
減する。
■ 送波器開口面積を゛広くとることにより、送波音圧
レベルを高くし、結果的に受信信号の信号ビーム送波器
7のビーム主軸が母船2の方向に常に向くように、母船
2の側からの制御信号によって該ビーム方向を制御しよ
うとするものである。
また、前記文献で開示されている方法では、前記ビーム
制御情報入力端子19から入力される♂−ム制御信号は
、ジョイステイクによりマニュアするので、時間遅れが
大きい、精度良くビーム主軸合せができないなどの理由
により、送波器ビー1、ム幅を充分に狭くすることがで
きず、従ってマル”−’)チパスの影響を充分低くでき
ない、搬送周波数が高くなるにつれて、すなわち搬送波
の波長が短かくなるにつれて充分高い送波音圧レベルを
出せない、という問題がある。
この発明は、以上述べた ■ ビーム制御のだめの時間遅れが大きい■ ビーム制
御の精度が低い ■ 充分高い送波音圧レベルを出せないの問題点を除去
又は低減し、よシ狭ビームな送波器の使用を可能とする
ことによって、マルチ/−Pスの影響をよシ少なくし、
かつ動画像の伝送等、高レートの音響通信で必要となる
高い搬送波周波数においても、高い送波音圧レベルを出
すことができるというすぐれた音響通信方式を提供する
ことを目的とする。
(問題を解決するための手段) 本発明は、音波を伝送媒体として通信を行なう器とを同
一のプラットホームに設けた受信側アンテナと、複数の
受波器素子を有し前記広ビーム送波器から送波された測
位用信号を受波する広指向性ビーム・ぞターンを有する
広ビーム受波器アレイ−と、前記受信側アンテナの広ビ
ーム受波器に情報゛を送波する狭指向性ビームパターン
を有する狭ビーム送波器とを同一のプラットホームに設
けた送信側アンテナと、前記複数の受波器素子から出力
される測位用信号により前記送信側アンテナを基準とし
た前記受信側アンテナの相対方位を推定する方位角推定
器と、前記方位角推定器で推定した(作用) 受信側アンテナの広ビーム送波器にょシ送波された測位
用信号を送信側アンテナの広ビーム受波の位相差又はエ
ンベロープの受信時間差を求め前記送信側アンテナを基
準とした前記受信側アンチ制御する。これによ少時間的
な遅れがなく、かっ゛高精度に前記狭ビーム送波器のビ
ーム方向を制御することができる。
・(°゛実施例) はじめに、この発明の原理について説明する。
第4図は本発明の原理を示す幾何的な説明図であシ、3
1は送信側アンテナ、32は狭ビーム送波器、33は受
波器アレイ、331.33□、333は受波器素子、3
4は受信側アンテガ、35は広ビーム受波器、36は広
ビーム送波器、(x、y)は受波器アレイ33面上に原
点を置き該受波器アレイ33に固定された直角座標系、
θ工、θアは座標軸X、Yに関する受信側アンテナ方向
の方向余弦角である。
送信側アンテナ3Iは、情報伝送の送信側になシ、狭ビ
ーム送波器32から適当に変調された情報を、適当に選
ばれた搬送周波数fcで送波する。
送波された信号は受信側アンテナ34上の広ビーム受波
器35で受波され、復調及び復号されて情報が再生され
る。
一方、受信側アンテナ34上の広ビーム送波器間及び受
波器素子33.と333間の位相差又は受信信号エンベ
ロープの受信時間差が求められ、該位相差又はエンベロ
ープの受信時間差から、前△  △ 記方向余弦角θ工、θ、の推定値θ工、θアが求められ
る。
送信側アンテナの方向は、前記方向余弦角の推定値会、
愈に基づいて、前記狭ビーム送波器32の主軸が前記受
信側アンテナ34上の広ビーム受波器方向を向くように
制御する。この方法によυ、時間的な遅れなく、かつ高
精度にビーム方向の制御が可能となる。
なお、以上の説明では、第4図に示すように、受波器ア
レイ33の受波器素子数は3であシ、受波器素子33.
は原点、332はX軸上、333はY軸上にあると仮定
したが、一般にはX、Y面上に任意に配列したN個のア
レイでもよい。以下、第4図のような受波器アレイの場
合だけを説明の対象とする。
第1図は、本発明の実施例を示す機能ブロック図であシ
、50は測位用信号源、5zは送信増幅器、52は方位
角推定器、53はアンテナ方位制上:の受波器アレイ3
3を用いて、該受波器アレイ33からみた受信側アンテ
ナの方位角θ工、θアを推定するための測位用信号を発
生する。該信号は送信増幅器51で増幅され、広ビーム
送波器36から送波される。該信号は受波器アレイ33
で受一 、ヶゎ1.つ。っヵ1.□□6,2よお)シ;1前記方
位角θ工、θアの推定値θ工、θ、が求められる。アン
テナ方位制御器53は該推定値会、、勾に基づいて、送
信側アンテナ31の方位を制御し、愈=900かつf=
9o°が保たれるようにする。
と比べて充分に短かいものと仮定し、θ工=90°、θ
ア=90°であれば前記狭ビーム送波器32のビーム主
軸は近似的に広ビーム受波器35の方向と一致すると考
えてよいものとする。
ニー、13は増幅器、421.422 .423は帯域
制限フィルタ、43..432は位相差検出器、44、
.442は方位角算出器、451.452は出力端子、
S t (t) 、S2 (t) 、83 (t)は入
力信号、会、会は位置差推定値である。
入力端子40I 、40..403には、前記受波器ア
レイ33の受波器素子331 .332  。
333の出力信号81(t) 、5z(t) 、53(
t)が入力される。該入力信号S 1(t) 、S 2
 (t) 、S s (t)は増幅器411  + 4
12 1413で適正なレベルまで増幅された後、必要
な周波数成分のみを通過させる帯域制限フィルタ421
  r 422 1423・テ帯域制限され、位相差検
出器431.43□において各々S z (t)とS 
t (t)間の位相差φ工と83 (t)とS s (
t)の位相差φアの推定値G 、 fIが推定される。
前記受波器アレイ33の受波器素子331と332間の
配列間隔をdx、受波器素子331と333間の配列間
隔をdyとすると φ工=2πfpdzccgθx/C(1)φアズ2πf
pdy邸θy/c        (2)ただし、f、
は前記測位用信号源50で発生される測位用信号の中心
周波数、Cは音波の伝搬速度の関係があるので、方位角
算出器441は上記(1)会を用いて算出し、同様に方
位角算出器442は、上記(2)式の関係を用いて、 のように、θ の推定値会をのを用いて算出する。
なお、受波器アレイ33の受波器素子数が4個以上の場
合には、例えば文献、電子通信学会論文誌J65−A(
3)(1982)五十嵐、似鳥P、221−228又は
特開昭59−116562号公報に示すような方法によ
り、よシ高精度に方位角θ工、θアを推定することかで
きる。
第6図は、方位角推定器52の第2の実施例を示す機能
ブロック図であシ、461 *462,463はエンベ
ロープ検波器、471,472は時間差推定器、411
1.482は方位角算出器、τ工、τアは時間差推定値
である。なお、第6図において、第5図に示した構成要
素と同一のものは同一の符号を付しである。
エンベロープ検出器46! 、462.463は、各々
受信信号S1 (t) 、82 (t) 、53(t)
の帯域制限フィルタ” 1  r ” 2  r 42
3の出力のエンペ、―   τz = dzcas19
z/C(5)τy =dycosθy/c      
     (6)の関係があるので、方位角算出器4g
、は上記(5)式の関係を用いて のように、θ工の推定値舌)を、前記受信時間差推定値
τ工を用いて算出し、同様に方位算出器482は、上記
(6)式の関係を用いて へ のように、θの推定値θアを、前記受信時間差推へ 定値τアを用いて算出する。
なお、第6図に示す方位角推定器52の第2の実施例で
は、方位角の推定に信号エン40−グを用いるので、前
記測位用信号源50からは、パルス性信号を発生する必
要がある。
パルス性信号や連続信号等の任意の狭帯域信号を用いる
ことができる。
:1:・・・ (5発明の効果) ・1[以上詳細に説明したように、本発明によれば、9
パ 受信側アンテナに、情報受波用の広ビーム受波器に加え
て、測位信号送波用の広ビーム送波器を取シ付け、一方
送付側アンテナには情報送波用の狭ビーム送波器に加え
、測位用の受波器アレイを取シ付け、本来の通信である
情報伝送のチャネルに並行させて、送信側アンテナ面か
らみた受信側アンテナの方位を推定するための測位信号
送波チャネルをもうけたので、音波の伝搬遅延等に伴う
ビーム制御上の遅れが少なくなると同時に、高精度で方
位角推定ができるので、送波器のビームをよシ狭くする
ことが可能となシ、この結果■ マルチ・母スの影響を
よシ少なくすることが可能となる。
■ 送波器の開口面積は、ビーム幅に反比例するので、
送波器開口面積を広くとれ、従って高い音圧レベルを出
せる。
■ 狭ビーム送波器と受波器アレイを同一のブーい雑音
環境下におかれた場合でも高精度で方位角・の推定がで
きる。
1゛1などの効果を得ることが出来る。
は従来の水中音響通信の概念図、第3図は画策図1に示
す水中音響通信のプロ、り図、第4図は本発明の原理を
示す幾何的説明図、第5図は第1図に、示す方位角推定
器52の第1の実施例のプロ、り図、第6図は第1図に
示す方位角推定器52の第2の実施例のブロック図であ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)音波を伝送媒体として通信を行なう水中音響通信
    装置において、 (a)測位用信号を発生する測位信号発生器と、(b)
    前記測位用信号を送波する広指向性ビームパターンを有
    する広ビーム送波器と広指向性ビームパターンを有する
    広ビーム受波器とを同一のプラットホームに設けた受信
    側アンテナと、(c)複数の受波器素子を有し前記広ビ
    ーム送波器から送波された測位用信号を受波する広指向
    性ビームの広ビーム受波器アレイと、前記受信側アンテ
    ナの広ビーム受波器に情報を送波する狭指向性ビーム・
    パターンを有する狭ビーム送波器とを同一のプラットホ
    ームに設けた送信側アンテナと、 (d)前記複数の受波器素子から出力される測位用信号
    により前記送信側アンテナを基準とした前記受信側アン
    テナの相対方位を推定する方位角推定器と、 (e)前記方位角推定器で推定した相対方位に基づいて
    前記送信側アンテナの方向を前記狭ビーム送波器のビー
    ム主軸が前記受信側アンテナの広ビーム受波器の方向と
    常に一致するように制御するアンテナ方位制御器 とを備えたことを特徴とする水中音響通信装置。
  2. (2)前記方位角推定器が前記複数の受波器素子から出
    力された測位用信号間の位相差を検出して前記送信側ア
    ンテナを基準とした前記受信側アンテナの相対方位を推
    定する特許請求の範囲第1項記載の水中音響通信装置。
  3. (3)前記方位角推定器が前記複数の受波器素子から出
    力された測位用信号のエンベロープ間の受信時間差を検
    出して前記送信側アンテナを基準とした前記受信側アン
    テナの相対方向を推定する特許請求の範囲第1項記載の
    水中音響通信装置。
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