JPS63124984A - 水中音響測位装置 - 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〕 本発明は水中音響測位装置に関し、特に海中雑音と温度
変化ならびに回路構成精度等の影響による測位精度の劣
化の改＠を図った水中音響測位装置に関する。

〔従来の技術〕

２個の受波器による受信信号相互間の位相差にもとづい
て到来音波の方位を知多水中目標の方位を計測する水中
音響測位装置はよく知られている。

第３図は２個の受波器を利用する水中音響測位の原理図
である。

いま、音波が方位角γで入射したとすると△ＲＩＲ２Ｄ
に関して次の（１）式が成立する。ここでＲ，１および
几２は２個の受波器の音響中心、ＤはＲ１に入射する音
波に対し几２から下らした垂線の下である。

（１）式においてλは音波の波長であシ、φは受波器凡
１．凡２の出力位相差である。つまシφは音波の行程差
αに対応する位相差である。

（１）式から容易に次の（２）式が得られる。

方位角γは位相差φを知れば容易に求まる。さらにこの
位相差は前述した行程差αを進行する音波の時間差にも
対応し、従って２つの受波器の出力の時間差からも方位
角γが求められる。

さて、このような原理にもとづいて運用される水中音響
測位装置としても種種の型式のものが利用されている。

これら種種の従来の水中音響測位装置のうち、測位精度
を改善し、しかも回路構成を簡素化しうるものとして「
特開昭６Ｏ−３３０７２Ｊの「水中音響測位装置」が開
示されている。

上述した水中音響測位装置の内容を要約すると次の通り
である。

すなわち、２個の受波器の受信信号のうち一方の受信信
号は固定遅延回路で固定遅延量全付与し、また他方の受
信信号は遅延量が可変の可変遅延回路を通して出力し、
この２つの遅延回路の出力の位相差を検出する。この位
相差は２つの受信信号の位相差を示すものであシ、電圧
に変換されたあと積分回路を利用して積分され電圧制御
型発振器（以後■ＣＯと略称する）の制御電圧とされる
。

かくして位相差に対応する周波数を得ると、この周波数
を前記可変遅延回路にフィードバックしてそのクロ、り
として利用して遅延量を変化せしめ、２つの遅延回路の
出力の遅延時間を同一とするように制御する。このよう
にしてフィードパ、クルーズによって常に２つの遅延回
路の出力位相差を零とするように制御することによって
フィードバック閉ループの安定化、従ってＳ／Ｎ（信号
／雑音）比の改善を図シ、閉ループ安定時における積分
回路の出力に対するＶＣＯ出力を電圧変換し、位相差に
対応するこの出力電圧にもとづいて位相差を算出する。

こうして、フィードバック制御による簡単な回路を利用
して位相差を求め（２）式等から水中目標の方位を決定
している。なお、上述した例を含み従来の水中音響測位
装置に関する詳細内容は前述した［ｔ￥ｆ開昭６Ｏ−３
３０７２Ｊにも詳述されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した従来の水中音響測位装置は、それ以前の水中音
Ｖ測位装置の持つ基本的問題点を改善するものとして提
供さｎたものであるが、しかも次のような問題点を含ん
でいる。

すなわち、２つの受波器の受信信号には当然のことなが
ら雑音が含まれている。しかも、よく知られる如く、水
中音響における雑音はレベル変動の激しい場合が極めて
多い。こうした背景条件から、２つの受信信号に含まれ
る雑音成分は互いに著しく異る場合が多く、このような
相異る雑音を含む２つの受信信号を対象とする位相比較
にもとづいて算出される測位精度は、Ｓ／Ｎの低下と相
俟って劣化することが避けられないという欠点がある。

また、方位角算出に利用する信号はｖＣＯの出力周波数
に依存し、従ってＶＣＯ自体の温度特性による測位精度
の劣化も避けられないほか通常アナログ的に構成される
ｖＣＯには回路構成精度にも自ら限界があり、従ってそ
の動作精度にも限界があるという問題があり、かかる温
度、ｆ＊変度上問題を排除しようとして動作直線性ある
いは動作精度に対する要求を高めることは回路自体の複
雑化を招くという新たな問題を惹起する。

本発明の問題は上述した欠点を除去し、方位角算出に利
用する信号２ＶＣＯの出力とするのに代えて可変遅延回
路入出力間の位相差情報を利用することによシ、低Ｓ／
Ｎ状態にあっての受信信号相互間の雑音成分の相違にも
とづく測位精度の劣化、ならびに構成回路の温度特性、
動作精度にもとづく測位精度劣化の影響を根本的に排除
しうる簡素な構成の水中音響測位装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の装置は、同一特性を有する２個の受波器を互い
に平行かつ同一列線上に配置しこれら２個の受波器の出
力位相差にもとづき水中目標の方位を測位する水中音響
測位装置において、前記２個の受波器のうちいずれか一
方の第１の受波器の出力に対してはあらかじめ設定する
固定遅延量を付与するとともに他方の第２の受波器に対
しては前記２個の受波器の出力位相差を補償するような
可変遅延量を付与する遅延付与手段と、この遅延付与手
段を介して出力する前記２個の受波器の出力位相差を検
出しつつこれを電圧値に変換して積分した積分値として
出力する位相差検出手段と、この位相差検出手段の出力
する前記積分値のレベルに対応する周波数もしくは電圧
を有する遅延時間制御信号を発生したうえこの遅延時間
制御信号によって前記遅延付与手段における可変遅延量
を制御しつつ前記２個の受波器の出力位相差を補償せし
める可変遅延量制御手段と、前記遅延付与手段における
可変遅延量付与の前後における信号間の位相差を検出し
つつこの位相差に対応する電圧変換値にもとづき水中目
標の方位ｔｇ出する目標方位算出手段とを備えて構成さ
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図は本発明の一実施例を示すブロック図である。第
１図に示す実施例の構成は、第１の受波器１−１．第２
の受波器１−２．可変遅延器２゜固定遅延器３９位相差
検出器４．積分器５．ＶＣ０６および方位算出器７を備
えて構成される。

第１０受波器１−１と第２０受波器１−２は同−特性含
有し互いに平行かつ同一列線上に配置され、第１の受波
器１−１は受波入力を受けるとこれを電気信号に変換し
受信信号として可変遅延器２に供給する。一方、第２の
受波器１−２による受信信号は固定遅延器３に供給され
る。

可変遅延器２と固定遅延器３は遅延付与手段を構成し、
固定遅延器３は入力した受信信号に固定遅延量τ０を付
与する。また、可変遅延器２は入力した受信信号に対し
、後述する遅延時間制御信号６０１の制御のもとに２つ
の受信信号の位相差を打消すような可変遅延量を付与す
る。この可変遅延量は、２つの受信信号の位相差に対応
する遅延量を仮シにτとし、かつ第１の受波器１−１に
よる受信信号の位相の方が進んでいるとすると、この第
１の受波器１−１の受信信号を（−τ＋τＧ）だけ遅延
させ、従ってこれら２つの遅延器の出力がいずれもτ０
の遅延量全付与されるように制御される。このような可
変遅延量の制御を行なうのに必要な遅延時間制御信号は
、後述するように２つの受信信号の位相差を利用するこ
とによって得られる。なお、上記２つの遅延器は、シフ
トレジスタ、あるいはＣＣＤ　（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕ
ｐｌｅｄ　Ｄｅ−ｖｉｃｅ　）の如き電荷転送素子を利
用するアナログディレィジインいずれを利用しても差支
えないが本実施例ではシフトレジスタを利用している。

可変遅延器２と固定遅延器３の出力は位相差検出器４に
供給される。

位相差検出器４は積分器５とともに位相差検出手段を構
成し、位相差検出回路４は可変遅延器２と固定遅延器３
の出力の位相差を検出したうえこれを対応するレベルの
電圧値に変換して出力する。

この場合、第１の受渡器１−１および第２の受波器１−
２の２つの受信信号が同位相、すなわち水中目標を２つ
の受波器の正面方向に捕捉したときは、位相差検出器４
の２人力はいずれも同位相の状態となシ、従って位相差
は零である。この結集積分器５の出力も零となる。また
２つの受信信号間に位相差があるとき、すなわち水中目
標がある入射角を持って捕捉されたときは、位相差検出
器４の２人力はこの位相差を検出したうえこれを電圧値
に変換して積分器５に供給する。

積分器５はこうして入力する電圧値表現の位相差を積分
しつつＶＣＯ６に供給する。

ＶＣＯ６は可変遅延量制御手段を構成し、積分器５から
供給される積分出力電圧によって制御され所定の周波数
の信号を発生する。ＶＣＯ６の発生周波数は積分器５の
出力が零のとき、あらかじめ設定するｆ、でありこのｆ
ｏｋ中心とし最大値ｆ　ｍａｘから最小値ｆｍｉｎの範
囲に互って直線性を持って変化するように設定されてい
る。ここにｆ　ｍａｘおよびｆｍｉｎは、受波入力の右
および左方の最大運用入射角に対応する周波数である。

ＶＣＯ６の出力は遅延時間制御信号６０１として可変遅
延器２に供給される。

シフトレジスタを利用する可変遅延器３は、遅延時間制
御信号６０１の周波数をクロックとして利用し、その遅
延ｔ’ｊｃｆｍａｘからｆｍｉｎの周波数に対応して変
化せしめる。この結果、可変遅延器２の遅延量はにτ十
τ０）に設定される。ここにτはｆｍａｘからｆｍｉｎ
の範囲の周波数に対応して変化する可変値であり、τ０
は前述した如く固定遅延器３の固定遅延量、さらにτの
復号は第１の受波器１−１の出力が第２の受波器１−２
の出力が第２０受波器１−２の出力に対し進み位相か、
遅れ位相かによって決定さｎる。

このような可変遅延制御を介して可変遅延器２と固定遅
延器３の遅延量は常にτ０に収れんするように制御さ扛
、位相検出器４の出力は零となりフィードバック閉ルー
プは安定状態を保持し、積分器５の出力はこの状態でそ
の累加状態を停止して一定値を保持し、従来はこの状態
でのＶＣＯの出力値を利用し、こｎを電圧変換し方位算
出を行なっているがこれには前述した如き問題点が存在
する。

第２図は第１図の実施例における受信信号位相差と遅延
時間制御信号の周波数との関係を示す動作特性図である
。

第１および第２の受波器１−１および１−２の配列正面
方向から音波が到来すると位相差検出器４の出力、従っ
て積分器５の出力は０となり、この時の遅延時間制御信
号６０１の周波数はｆｏに設定される。また、音波の到
来方向が測位方位範囲の右限界であり第１の受波器１−
１の受信信号の方が進み位相で位相差がφｍａｘである
ときの周波数はｆｍａｘであり、さらに測位方位範囲の
左限界方向から音波が到来し第１の受波器１−１の方が
遅れ位相で位相差がφｍｉｎであるときは周波数がｆｍ
ｉｎに設定さｎることを示している。

ふたたび第１図に戻って実施例の説明を続行する。第１
図の実施例では方位算出に必要な信号は可変遅延器２の
入出方間位相差を利用し、この位相差の電圧変換値から
方位算出を行なっている。

可変遅延器２の出力は前述した如く、固定遅延器３の出
力と同遅延量すなわち同位相に制御される。従って可変
遅延器２の入出力間の位相差は第１の受波器１−１と第
２の受波器１−２による受信信号の位相差に対応する。

方位算出器７は目標方位算出手段を構成し、可変遅延器
２の入出力信号を入力しつつ両者間の位相差を検出し、
これを対応する電圧に変換したうえこの電圧を利用して
（２）式等にもとづく演算を実施し方位角を算出する。

このようにして実施する測位回路は、可変遅延量制御の
ためのフィードバックループをＶＣＯ６の出力帰還の形
式で実施する点は従来例と同じであるが、方位算出に必
要な位相差対応電圧の確保を可変遅延器の入出力信号間
の位相差検出によって実施している点が従来例と根本的
に異っている。

このような位相差対応電圧の確保手法により、２つの受
波器の受信信号に含まれる雑音の相異性にもとづく測位
精度の劣化は根本的に排除され、また温度特性９回路構
成精度等にもとづく精度劣化の問題もほぼ排除されたも
のとすることが可能となる。

なお、本実施ではＶＣＯ６の出力する、受波器出力の位
相差に対応した周波数情報を利用して遅延時間制御信号
としているが、この代りに受波器出力の位相差に対応す
る電圧情報を利用する形式としても容易に実施しうる。

この場合はたとえば積分器５の出力を遅延時間制御信号
５０１とする。さらに可変遅延器２も電圧制御型の遅延
回路に変更することにより容易に実施することができる
。このような遅延回路は、たとえば次のようにしても実
施することができる。

すなわちＭＯＳ　ＦＥＴのゲートに遅延時間制御信号５
０１を与えドレインとソース間抵抗を変化せしめる。こ
の抵抗変化はゲートに印加する電圧のレベルに依存する
ものであり、従って位相差に対応して変化せしめること
となる。このようなＭＯＳ　　ＦＥＴを時定数回路の抵
抗エレメントとして設定する時定数を遅延量として利用
する形式で可変遅延時間の制御が可能となる。なおこの
場合、ＶＣｏ５は勿論不要となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、２個の受波器の出
力の位相差にもとづき水中目標の方位を測位する水中音
響測位装置において、方位角算出に利用する信号−２ｖ
　ｃ　ｏの出力に代えて可変遅延器入出力間の位相差情
報を利用することにより、低Ｓ／Ｈにおける受信信号相
互間の雑音成分の相異にもとづく測位精度の劣化、なら
びに構成回路の温度特性、動作精度にもとづく測位精度
劣化の影ｗ′ｆｅ根本的に排除しうる水中音響測位装置
が実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は第１
図の実施例における位相差と遅延時間制御信号の周波数
との関係を示す動作特性図、第３図は２個の受波器を利
用する水中音響測位の原理図である。 １−１．１−２・・・・・・受波器、２・・・・・・可
変遅延器、３・・・・・・固定遅延器、４・・・・・・
位相差検出器、５・・・・・・積分器、６・・・・・・
ＶＣｏ、７・・・・・・方位算出器。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋−パ。 ゛　　ハ　　、ノ′ ５−一一籟介・都・ 乙　　−−ＶＣθ γ　−一一→孜算式器 希　／　凹

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 同一特性を有する２個の受波器を互いに平行かつ同一列
   線上に配置しこれら２個の受波器の出力位相差にもとづ
   き水中目標の方位を測位する水中音響測位装置において
   、 前記２個の受波器のうちいずれか一方の第１の受波器の
   出力に対してはあらかじめ設定する固定遅延延量を付与
   するとともに他方の第２の受波器に対しては前記２個の
   受波器の出力位相差を補償するような可変遅延量を付与
   する遅延付与手段と、この遅延付与手段を介して出力す
   る前記２個の受波器の出力位相差を検出しつつこれを電
   圧値に変換して積分した積分値として出力する位相差検
   出手段と、この位相差検出手段の出力する前記積分値の
   レベルに対応する周波数もしくは電圧を有する遅延時間
   制御信号を発生したうえこの遅延時間制御信号によって
   前記遅延付与手段における可変遅延量を制御しつつ前記
   ２個の受波器の出力位相差を補償せしめる可変遅延量制
   御手段と、前記遅延付与手段における可変遅延量付与の
   前後における信号間の位相差を検出しつつこの位相差に
   対応する電圧変換値にもとづき水中目標の方位を算出す
   る目標方位算出手段とを備えて成ることを特徴とする水
   中音響測位装置。