JPS6262633A - 水中通話機 - Google Patents

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〕 本発明は水中通話機に関し、特に通話距離延伸に伴なう
通話品質の劣化の防止を図った水中通話機に関する。

〔従来の技術〕

音波伝搬を利用し水中での通話を行なう水中通話機はよ
く知られている。

この水中通話機は水中通信を行なう相手方の送受波ビー
ムを容易に捕捉しうるように通常かなりの広角度の送、
受波指向性を利用しており、たとえば３ｄＢ（デシベル
）レベル低下で規定される指向幅が１００度程鹿の広角
度のものも珍しくない。

水中通話における通信の形式としてはＳＳＢ（Ｓｉｎｇ
ｌｅ　５ｉｄｅ　Ｂａｎｄ　）変調方式を利用するもの
が基本的に多用されており、現実には８　Ｋ　Ｈｚの搬
送波を音声信号で振幅変調しＳＳＢ上側帯波変調方式と
するものがほぼ主流となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

近時、水中通話機は数１０００ｍ以上に及ぶ深深度海洋
探査、あるいは海洋開発規模の拡大等の原因で通話距離
の塊大が要求されている。

しかし従来用いられている広角度指向性の送受波器を用
いて通話距離を増大させることは海底及び海面からの反
射や船体などから放射される雑音を含めて受波すること
となり必然的にＳ（信号）Ｎ（雑音）比の低下をもたら
し通話品質の低下が避けられないという問題、送信電力
の増大によってＳ／Ｎの改善を図ろうとすれば、水中通
話機の大型化並びに消費電力の増大に二る不経済性とい
う欠点がある。

また単に送受波ビームの指向性を尖鋭にして実効的な送
波レベルの増大と雑音の低下を図っても通話機域の狭小
化を招くという欠点がある。

本発明はこれらの欠点を解決するために、送受波ビーム
指向幅を尖鋭にしてＳＮ比の改善を行うことによる通話
距離の延伸を図り、かつ送受波ビーム指向方向を自動又
は手操作によって変更させることにより送受波ビームを
通話相手方にむけることを特徴とし、その目的は良好な
通話を可能とするにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の装置は、水中通話機において、送受波ビームの
指向方向を通話相手の送受波器方向に合致せしめるよう
に制御する送受波ビーム方向制御手段を備えて構成され
る。

〔実施例〕

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の水中通話機の第１の実施例の構成を示
すブロック図である。この第１の実施例は送受波ビーム
の方向を電子的に制御せんとするものでありその構成は
次のとおりである。

第１の実施例の構成は送受話部１．送受波ビーム制御部
２．送信部３．送受切替部４．送受波部５及び受信部６
を備えて構成される。

送受話部１は通話音声を入力し所定の帯域設定を施した
のち送受波ビーム制御部２に供給する。

送受波ビーム制御部２は、送波ビーム整相部２１゜制御
部２２および受波ビーム整相部２３を備えて構成され１
．送受話部１から供給された送波音声は送波ビーム整相
部２１に入力する。

送波ビーム整相部２１は同じプラットホームに搭載した
位置決定システム等から制御部２を介して入力するかも
しくは手操作入力により入力した通話相手の方位角θ、
俯角ψに関するデータに対応して送波ビームの方向を次
のようにして（θ。

ψ）に設定する。

この第１の実施例ならびに後述する第２〜第４の実施例
では、送波ビームは通常の水中通話機に比し十分に尖鋭
で、しかも尖鋭過ぎるため搭載プラットホームの動揺修
正までは必要としないという観点から約３０度の指向幅
（３ｄＢ低下幅）に設定している。このような指向性を
持たせた送波ビームを全運用通話角度範囲約９０度の立
体角範囲内で（θ、ψ）に対応してその指向性中心方向
を向けるようにするのが送波ビーム整相部２１の動作で
ある。

この送波ビーム整相部２１は送受波部５を構成する送受
兼用の複数の送受波器と同数の移相器をもつＸ軸方向整
相回路と、同じく同数の移相器をもつＸ軸方向整相回路
とを有し、これら移相器の数は本実施例の場合それぞれ
１６個である。

つまり送受波部５は１６個の送受波器を有するが、これ
ら１６個の送受波器は縦、横それぞれ４個ずつの４行４
列の平面配列で送受波面を構成し、搭載プラットホーム
の海面下所定の位置に所定の姿勢で装備されている。す
なわち、４行４列の計１６個の送受波器は、第５図に示
す如くＸ軸方向に４行、Ｙ軸方向に４列で配列される。

なお、送波ビームの制御は、Ｘ軸方向の制御とＹ軸方向
の制御管独立に行うものであるから、第６図に示す如く
Ｘ軸方向制御角αとＹ軸方向制御角βを整相回路で偏向
させることができる。しかしながら第６図から判る通り
、このＸ軸方向制御角α、Ｙ軸方向制御角βは、送波ビ
ームを制御すべき方位角θ、俯角ψに対応していない。

したがって与えられた方位角θ、俯角ψに対し、整相回
路の偏向角α、βへの変換が必要である。この角度変換
は幾何学演算で簡単に行なうことができ、実際には第１
及び第２の実施例における送波ビーム整相部及び受波ビ
ーム整相部で行なう。以下、送受波ビームの方向を電子
的に制御する第１及び第２の実施例においては、（θ、
ψ）と（α、β）の角度変換がなされているものとして
説明する。

第１の実施例では４個づつの「行」の単位で送波ビーム
にＸ角αを、また４個づつ「列」の単位で送波ビームに
Ｙ角βを次のようにして付与している。

すなわち、Ｘ軸方向整相回路の１６個の移相器はそれぞ
れ送受波部５０１６個の送受波器の４行に対応し「行」
単位で次のような公知のＸ軸方向整相を行い送波ビーム
をα度偏向させる。

いまＸ軸方向整相回路に属する１６個の移相器を４個づ
つ４群に分け、うち１群を基準「行」用として同一位相
に設定する。基準「行」はどの行を利用してもかまわな
いが本実施例では配列面の最右端の「行」を基準「行」
としている。次に他の３群の移相器には群ごとにＴ−ｄ
−５１ｎα、Ｔ・２ｄ・ｓｉｎα及び丁・３ｄ−ｓｉｎ
αの移相量を与える。

ここでαは配列送受波器のＹ軸方向中心間隔、λは送波
音波の波長である。このような移相量を与えられた１６
個の送受波器は行方向すなわちＸ軸方向にα度その送波
ビーム方向を傾けることはよく知られている。

次にＸ軸方向整相回路は前述のＸ軸方向整相回路の１６
個の移相器出力を「列」単位の４個づつの４群に対応し
て分類したうえ、これらの「列」単位でＸ軸方向整相回
路の場合と全く同様な手法で送波ビームにＹ角βを与え
る整相を実施する。

こうして、Ｘ−Ｙ軸方向整相を行った１６チヤンネルの
送波ビーム整相部２１の出力は送信部３に供給され、所
定の搬送波周波数を利用する所定のレベルのＳＯＢ上側
帯波変調波として送受切替部４を介して送受波部５に供
給され、１６個の送受波器によって形成される半値幅３
０度の送波ビームの指向中心が所望の方位角θ、俯角ψ
方向に偏向した状態で送波ビームとなって水中に放射さ
れる。

前述した方位角θ、俯角ψはプラットホームに搭載する
位置決定システム等によって得られた通話相手方のプラ
ットホームの位置情報に基づいて設定されるが、もし位
置決定システム等が利用できないときは後述するように
手操作人力で受話レベル最大な方向をさがしながら制御
部２２を介して設定する。。

送受話部５．送受切替部４を介して通話相手方からの通
話を受話するときも送波時と全く同様に受波ビームを（
θ、ψ）の方向に向ける必要がある。

受信部６によって所定のレベルになった１６個の送受波
器からの受信信号には通話相手方からの音声通話信号の
ほかに通常は送話者の位置を相手に知らせるだめのパイ
ロット信号も含まれる。このパイロット信号はあらかじ
め設定された形式のパルス信号が利用される。

受波ビーム整相部２３は、送波ビーム整相部２１と全く
同様な１６個づつの移相器を有するＸ軸方向整相回路と
Ｘ軸方向整相回路のほか加算回路を有し、受波時におけ
る送受波部５の１６個の送受波器の出力を「行」単位な
らびに「列」単位で送波ビーム整相部２１と全く同様な
手法でＸ軸方向整相引続いてＹ軸方向整相したのち加算
回路で加算し送受話部１に受話信号として供給する。

この受波ビーム整相において受波ビームに付与すべき方
位角及び俯角も送波ビームの場合と同じく、絶えず更新
される通話相手方の方位角θ及び俯角ψであり、これは
位置決定システムから制御部２２を介して供給されるか
、もしくは最大受信方向に関する（θ、ψ）が制御部２
２で手操作入力による方向決定を介して行われ、パイロ
ット信号等の受話信号が最大となる（θ、ψ）が所望の
指向方向として決定される。

こうして送受波ビームを常に通話相手に指向させながら
狭ビームによる通話が可能となり、しかもこの場合狭ビ
ーム化による通話距離の大幅な延伸が可能となる。

たとえば、半値幅が仮に約９０度の場合の指向性利得は
、円形ピストン振動子の場合に換算して約６ｄＢである
が、これを約３０度とするとその指向性利得は１６ｄＢ
で約１０ｄＩ３増大する。このことは当然送波電力の実
効的増大を意味し、電力比で１０倍増大したことと等価
になりその分だけ通話距離も高ＳＮ比のもとで増大する
こととなる。

第２図は本発明の第２の実り例の構成を示すブロック図
である。

第２図に示す第２の実施例は位置決定システムが利用で
きないとき、通話相手方に対する送受波ビームを自動的
に設定しうるものであり電子的ビ−ム制御方式である。

送受話部１．送信部３．送受切替部４．送受波部５．受
信部６．送受波ビーム制御部７及びビーム方向決定部８
を備えて構成される。これらの構成内容のうち送受波制
御部７の内蔵する受波整相出力切替部７１及びビーム方
向決定部８以外はすべて第１図に示す第１の実施例の構
成内容の同記号のものと同一であり、これらに関する詳
細な説明は省略する。

第２図において、送受波部５から出力された１６チヤン
ネルの受波信号は送受切替部４を介して受信部６に供給
されそれぞれ所定のレベルに増幅されたのちビーム方向
決定部８に供給される。

ビーム方向決定部８は、９個の整相回路８１−１〜８１
−９と受信レベル比較回路８２とを備え、受信部６から
供給される出力は９個の整相回路８１−１〜８１−９の
それぞれに１６チヤンネルづつ供給される。

この９個の整相回路のそれぞれは、方位角約９０度の運
用通話角度範囲を立体角約３０度の９個のブリホームド
ビーム（Ｐｒｅ−ｆｏｒｍｅｄ　ｂｅａｍ　）でカバー
することができるようにそれぞれ予め設定する固定方向
に指向せしめるための整相を行うものである。

このようなプリホームドビームは近時各種ンーナー等で
多用されつつあるが、要は送受波部を構成する複数の送
受波器素子相互間に配列条件、所望の指向角度等に基づ
いて決定される位相差を与えて位相合成された固定の指
向方向、いわゆるプリホームドビームを送受波に利用す
るものである。

第２図の実施例の場合、運用覆滅が立体角で約９０度で
あるのでこれを約３０度の立体角を持つ受波ビーム９個
で立体的にカバーしている。

整相回路８１−１〜８１−９はそれぞれ受信部６から供
給される１６チヤンネルの受信出力を利用し上述した目
的に合致する９個のプリホームドビーム角ｄｌｓｄ２ｖ
−−−ｄｇを有する約３０度の受波ビームを第１図の実
施例の送受波ビーム監相と同様な手法で形成する。

こうして形成されたプリホームドビームを介して得られ
た９個の受波整相出力は受信レベル比較回路８２及び送
受波ビーム制御部７の受波整相出力切替部７１に供給さ
れる。

受信レベル比較回路８２は、入力した９個の受波整相出
力のレベルを比較し、その最大のレベルを出力する整相
回路番号と、そのブリホームドビーム角とを含む最大レ
ベル整相回路情報を制御部２２に供給する。

制御部２２は入力した最大レベル整相回路情報のうちブ
リホームドビーム角に対応する方位角θと俯角ψとを送
波ビーム整相部２１に供給するとともに、整相回路番号
を受波整相出力切替部７１に供給し、最大出力整相回路
出力を送受話部１に供給することにより自動的に送受波
ビームの自動的指向を実行する。

第３図は本発明の第３の実施例の構成を示すブロック図
である。

第３図に示す第３の実施例は複数送受波器切替を利用す
る送受波ビーム切替であり、送受話部１、送信部３、送
受切替部４、受信部６、切替部９、送受波部１０−１〜
１０−９、受信レベル比較回路１１及び切替制御部１２
を備えて構成され、これらのうち送受話部１．送信部３
．送受切替部４及び受信部６は第１図の場合と全く同一
であるのでこれらに関する詳細な説明は省略する。

第３図において、９個の送受波部１ｏ−１〜１０−９は
それぞれ約３０度の指向幅を有し、送受波ビームの運用
覆域約９０度を立体的にカバーする角度に装備される。

つまシ送受波部１０−１〜１０−９は第２図に示す第２
の実施例における９個のプリホームド受信ビームのそれ
ぞれの方位角及び俯角に対応する方向に向けて固定され
る。

こうしてビームを電子的に偏向させる代り偏向させるべ
き方向に各送受波部の送受波面を向けて固定する。

通話相手方からの受波信号は、これら９個の送受波部を
介して切替部９に供給され、この切替部９からさらにそ
の出力が受信レベル比較回路１１に供給される。

受信レベル比較回路１１はこれら９個の受波出力レベル
を比較しその最大なものの送受波部の番号を指定する送
受液部番号指定信号を切替制御部１２に送出する。

切替制御部１２はこうして受けた送受波番号指定信号に
対応する送受波部の出力を送受切替部４を介して受信部
６に供給せしめるための切替信号を出力し当該送受波部
の出力を送受切替部４に送出させる。

また、送波信号もこの送受波部を介して放射されかくし
て常に最大送受波レベル方向を保持しつつ送受波が可能
となる。

第４図は本発明の第４の実施例の構成を示すブロック図
である。

第４図に示す第４の実施例は送受話部１．送信部３．送
受切替部４．受信部６のほか送受波ビーム制御部１３を
備えて構成され、これらのうち送受波ビーム制御部１３
以外はすべて第１の実施例の場合と同様であり、これら
に関する詳細な説明は省略する。

第４図に示す第４の実施例は、送受波ビーム方向を機械
的に制御する方式でありこの送受波ビーム指向制御を行
なうものが送受波ビーム制御部１３である。

送受波ビーム制御部１３は制御部１３１．傾斜駆動部１
３２および送受波部１３３を備えて構成される。

位置決定システム等によって取得した通話相手に関する
方位角、俯角情報（θ、ψ）が制御部１３１に入力され
ると制御部１３１はこれら角度情報に対応するレベルの
傾斜駆動信号を発生しこれを傾斜駆動部１３２に供給す
る。

傾斜駆動部１３２は送受波部１３３と結合構造１３０１
を介して結合され送受波部１３３は立体角約３０度の送
受波ビームにより立体角約９０度の覆域空間範囲をカバ
ーしうるように自由度を付与されて傾斜運動を行なう。

本実施例の場合、結合構造１３０１はこのような傾斜運
動を行なうことができるジンバル構造としている。

傾斜駆動部１３２は結合構造１３０１を介して送受波部
１３３を（θ、ψ）の方向に傾斜駆動せしめ、こうして
機械的ビーム制御が実行される。

なお、この機械的ビーム制御において位置決定システム
等による（θ、ψ）情報が得られない場合には手操作入
力によって制御部１３１に方位角俯角情報を与えつつ送
受話部１の最大出力に対応した方向に送受波部１３３を
向けることができる。

以上のようにして第１および第２の実施例における電子
的ビーム制御方式、第３の実施例における複数送受波器
切替方式、第４の実施例における機械的ビーム制御方式
いずれによっても通常の送受波ビーム指向幅を大幅に尖
鋭にしてＳ／Ｎ改善を図りつつ通話距離の大幅な延伸を
図れる水中通話を可能ならしめるための送、受波ビーム
指向動作が可能となる。

なお、本第１乃至第４の実施例においては運用通話覆域
は約９０度、利用送受波ビームの指向幅を約３０度とし
ているがこれらは水中通話機の運用目的を勘案して任意
に設定しうるものである。

〔発明の効果〕 以上説明した如く本発明によれば、送受波ビームの指向
方向を通話相手の送受波器方向に合致せしめるように制
御する手段を備えて水中通話を行なうことにより、通話
距離を大幅に延伸するとともに８／Ｎ改善による大幅な
通話品質の改善を図った水中通話機が実現できるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成を示すブロック図
、第２図は本発明の第２の実施例の構成を示すブロック
図、第３図は本発明の第３の実施例の構成を示すブロッ
ク図、第４図は本発明の第４の実施例の構成を示すブロ
ック図、第５図は送受波器の配列を示す図、第６図は方
位角、俯角に対するＸ軸角、Ｙ軸角の関係を示す図であ
る。 １・・・・・・送受話部、２・−・・・・送受波ビーム
制御部、３・・・・・・送信部、４・・・・・・送受切
替部、５・・・・・・送受波部、６・・・・・・受信部
、７・・・・−・送受波ビーム制御部、８・・・・・・
ビーム方向決定部、９・・・・・・切替部、　１０−１
〜１０−９・・・・・・送受波部、１１・・・・・・受
信レベル比較回路、１２・・−・・・切替制御部、１３
・・・・・・送受波ビーム制御部、２１・・・・・・送
波ビーム整相部、２２・・・・・・制御部、２３・・・
・・・受波ビーム整相部、７１・・・・・・受波整相出
力切替部、５ｉ−ｉ〜８１−９・・・・・・整相回路、
８２・・・・・受信レベル比較回路、１３１・・・・・
・制御部、１３２・・・・・・傾斜駆動部、１３３・・
・・・・送受波部。 、−１゛＼ 代理人　弁理士　　内　原　　　日２゜ゝ−−−− （４扛ｆＬｉＪ！：定システムノ 茅　１　国 ３１　　　）　　　圀 第　４　図 〆軸 ＄　５　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水中通話機において、送受波ビームの指向方向を通話相
   手の送受波器方向に合致せしめるように制御する送受波
   ビーム方向制御手段を備えて水中通話を行なうことを特
   徴とする送受波ビーム方向可変式水中通話機。