JPS63177087A - パツシブ受波器による距離算出回路 - 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〕 本発明はパッシブソーナーに関し、特に海中に配置され
た２つの無指向性受波器で受信される信号から、それぞ
れの受波器と海中の音源との距離及び前記音源の深度を
算出する、距離算出回路に関する。

〔従来の技術〕

従来、２つの無指向性受波器で受信された信号からは、
それぞれの信号間の時間遅延を算出することＫより、そ
れぞれの受波器と音源との距離差が求まシ、遠距離音場
と仮定できる場合に前記距離差から音源方位を求めるこ
とはできたが、音源までの距離を求めることはできなか
った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べた様に、２つのパッシブ受波器では音源の方位
は検出できるが、音源までの距離は検出できない、従っ
て音源位置を局限できないという欠点があった。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による距離算出回路は、２つの受波器て受信され
たそれぞれの受信信号の自己相関関数を算出する２つの
相関回路と、前記２つの受信信号間の相互相関関数を算
出する相関回路と、前記２つの自己相関関数が極大値を
とる位置をそれぞれ検出する２つの極大位置検出回路と
、前記相互相関関数が最大値をとる最大位置検出回路と
、前記２つの極大位置検出回路及び最大位置検出回路そ
れぞれの出力と前記２つの受波器それぞれの深度と音速
とから音源の深度及び前記２つの受波器それぞれと音源
との水平距離を算出する関数演算回路とを有している。

〔実施例〕

まず本発明の原理について、図面を用いて説明する。第
３図は海域中における、２つの受波器と音源との関係を
示す図であり、（ａ）は上方から見た図であり、ｔｂ）
は側方から見た図である。

受波器４１は深度ｄの位置に置かれ、受波器４２は、受
波器４１から水平に距離ｌたけ離れた所の深度ｄ′の位
置に置かれ、音源４３は、受波器４１及び４２から、水
平にそれぞれ距離ｒ及びｒ′だけ離れた所の深度ｄｓの
位置にあるものとする。このとき、ｒ、ｒ’及びｄｓは
未知である。

音源４３から放射された信号は、それぞれの受波器４１
及び４２に、伝搬距離ｒ１及びｒｌで直接伝搬する経路
５１及び５３と、伝搬距離ｒ２及びｒ≦で海面反射によ
って伝搬する経路５２及び５４とが存在する。ここで伝
搬距離ｒ□１２６　ｒ’２はそれぞれ、次の１式、２式
、３式、４式の様になる。

１式：　ｒ：＝　ｒ”＋（ｄ−ｄｓ）”２式：　ｒ：＝
ｒ”＋（ｄ＋ｄｓ）” ３式：ｒＨ２＝ｒｔ２＋＜ｄｔ−ｄＳ）２４式：ｒ／１
２＝ビ”＋（ｄ’＋ｄｓ）”次にΔｒ　＝　ｒ２−ｒｌ
、　Δｒ’　＝ｒ≦−ｒ；　、Δｒ、＝：ｒ１−ｒ；と
置くと、１式、２式、３式、４式から音源の深度ｄｓ及
び、受波器４１及び４２と音源との水平距離ｒ及びｒ′
はそれぞれ次の５式、６式、７式で表される。

６式：　ｒ＝　　（４ｄ　−Δｒ　）（４ｄｓ　−Δｒ
　）／２Δｒ７式：ｒ′＝（４ｄ″−Δｒ’　）（４ｄ
ｓ　−Δｒ’　）／２Δｒ′従って、深度ｄ及びｄ′は
既知なのでΔｒ、Δｒ’／、Δｒ工が求まると、深度ｄ
ｓを得ることができ、また距離ｒ及びｒ′を得ることが
でき次に、音源４３から放射される信号をｘ（ｔ）と置
くと、受波器４１及び４２で受信される信号Ｙａ　（ｔ
）及びｙｂ（ｔ）は、それぞれ８式及び９式の様になる
。

ｒｌｒ。

８式：　Ｙａ（ｔ）＝　ａｌｘ　（ｔ　−−）　＋ａ、
ｘ　（ｔ−、−）弓　　　　　弓 ９式：　Ｙｂ（ｔ）＝　ｂ、ｘ　（ｔ　−−）　＋ｂ２
ｘ　（ｔ−；−）に こで、Ｃは音速である。８式及び９式のそれぞれ、右辺
第１項は直接伝搬する信号の成分で、右辺第２項は、海
面反射によシ伝搬する信号の成分である。信号の減衰は
海面反射による伝搬の方が大きく伝搬距離も海面反射に
よる伝搬の方が長いので、１　＞　ａ、）ａ、）０　、
１＞ｂ、＞ｂ２＞０となシ、次にＹａ（ｔ）とＹｂ（ｔ
）の、自己相関関数をそれぞれＣａ（τＬ　Ｃｂ（τ）
とし、相互相関関数をＣａｂ（τ）とすると、それぞれ
次の１０式、１１式、１２式の様になる。

ここで、ｘ（ｔ）がｔ＝ＴのときにＡ、ｔへＴのときに
０と仮定すると％Ｘ（す、　Ｙａ（ｔ）、　Ｙｂ（ｔＪ
はそれぞれ第４図に示す様になシ、Ｃａ（ｒｌ、　Ｃｂ
（ｒｌ　、　Ｃａｂ（７１はそれぞれ第５図に示す様に
なる。

この様に、　Ｃａ（τ）は、τ＝０で最大値をと９、τ
＝±（’ｚ　　’ｌ）／Ｃ（これを±τ。と置く）で極
大値をとる関数とな、り、　ｃｂ（τ）は、τ＝０で最
大値をとシ、τ＝±”ｚ　　’ｒ）／ｃ　（これを±τ
Ｊと置く）で極大値をとる関数となシ、Ｃａｂ（τ社Ｓ
τ＝−（ｒ、−ｒ’、）／Ｃにれを一τ□と置く）で最
大値を取る関数となる。従って、τ。、τ≦、τ１を算
出することによシ、ｂｒ　（＝Ｃｒ。）　、Δｒ’（＝
Ｃｒ５　）　、ｂｒ１（＝Ｃｒ１）を得ることができ、
これによって、５式、６式及び７式から深度ｄｓ、距離
ｒ及びｒ′を得ることができる。

距離ｒ及びｒ′が得られると、第３図（ａ）から分かる
様に、音源４３の位置を局限することができる。

次に本発明の実施例について、図画を用いて説明する。

第１図は本発明による距離算出回路の基本構成を示すブ
ロック図である。本発明による距離算出回路は、相関演
算回路２１．２２及び２３と、極大位置検出回路２４及
び２５と、最大位置検出回路２６と、関数演算回路２７
とからなシ、相関演算回路２１及び２２は、時間ｔの関
数であるＹａ（り及びｙｂ（ｔ）の自己相関関数Ｃａ（
τ１及びｃｂ（τ１をそれぞれ算出する機能を持ち、相
関演算回路２３はＹａｌｔｌとｙｂ　（ｔ）との相互相
関関数Ｃａｂ（τ）を算出する機能を持ち、極大位置検
出回路２４及び２５は、自己相関関数Ｃａ（τ）及びｃ
ｂ（τ）がτ〉０で極大値をとるときのτの値τ。及び
τ６をそれぞれ算出する機能を持ち、最大位置検出回路
２６は相互相関関数Ｃａｂ（τ）が最大値をとるときの
での値−τ１を算出する機能を持ち、関数演算回路２７
はτ。、τ≦、τ、と音速Ｃ９受波器深度ｄ及びｄ′か
ら、音源深度ｄｓ。

距離ｒ及びｒ′を算出し出力する機能を有する。

本発明の距離算出回路の動作は、お互いに水平距離ｊだ
け離れた位置にそれぞれ深度ｄ及びｄ′の位置に配置さ
れ九受波器４１及び４２で受信された時間ｔの関数であ
るＹａ（ｔ）及びｙｂ（ｇが入力端子１及び２からそれ
ぞれ入力され、相関演算回路２１及び２２でＹａ　（ｔ
ｌ及びｙｂ（ｔ）の自己相関関数Ｃａ（τ）及びｃｂ（
τ）がそれぞれ算出され、相関演算回路２３でＹａ（ｔ
）とｙｂ　（ｔ）の相互相関関数Ｃａｂ（ｒｌが算出さ
れ、極大位置検出回路２４及び２５で自己相関関数Ｃａ
（τ）及びｃｂ（τ）がτ〉Ｏで最大の極大値をとると
きのτの値τ。及びτ。′がそれぞれ出力され、最大値
量検出回路２６で相互相関関数Ｃａｂ（ｒｌが最大値を
とるときのτの値τ□が出力され、関数演算回路２７で
τ。、τ５及びτ□と入力端子３から入力される音速Ｃ
と入力端子４及び５からそれぞれ入力される受波器深度
ｄ及びｄ′とから、Δｒ＝Ｃτ。、Δτ′＝Ｃτ６及び
Δｒ工＝Ｃτ、の関係を用い５式。

６式及び７式の演算を行い、音源深度ｄａ、受波器４１
及び４２と音源４３との水平距離ｒ及びｒ′をそれぞれ
算出し、音源深度ｄｓが出力端子８から取り出され、水
平距離ｒ及びｒ′が出力端６及び７からそれぞれ取シ出
されるものである。

第２図は第１図の関数演算回路２７の一実施例を示すブ
ロック図である。第２図の関数演算回路は、乗算回路３
１．３２及び３３とｄｓ算出回路３４とｒ算出回路３５
とｒ′算出回路３６とから構成される。乗算回路３１．
３２及び３３は入力データ１２１，１２２及び１２３と
入力データ１２４とのそれぞれの積１２５，１２６及び
１２７とを算出する機能を有し、ｄｓ算出回路３４は積
１２５゜１２６及び１２７と入力データ１２８及び１２
９とから５式の演算を行い演算結果１３０を出力する機
能を有し、ｒ算出回路３５は１２５，１２８及び１３０
とから６式の演算を行い演算結果１３１を出力する機能
を有し　ｒ／算出回路３６は１２６゜１２９及び１３０
とから７式の演算を行い演算結果１３２を出力する機能
を有している。

第２図の関数演算回路の動作は、第１図の極大位置検出
回路２４及び２５の出力１０６及び１０７であるτ０及
びｒｊが人出端子１１及び１２からそれぞれ入力され、
第１図の最大位置検出回路２６の出力１０８であるτ１
が入力端子１３から入力され、音速Ｃが入力端子１４か
ら入力され、乗算回路３１゜３２．３３でて。、τ６．
τ１と音速Ｃとの積Δｒ、Δｒ　′。

ｂｒ１である積１２５，１２６，１２７がそれぞれ算出
され、ｄｓ算出回路３４で積１２５，１２６，１２７で
あるΔｒ、Δｒ／、Δｒ０と入力端子１５．１６からそ
れぞれ入力される受波器深度ｄ　、　ｄ’とから、式５
の演算を行い、深度ｄｓである演算結果１３０を出力し
、ｒ算出回路３５でΔｒ（積１２５）、受波器深度ｄ（
入力データ１２８）、深度ｄｓ　（演算結果１３０）か
ら６式の演算を行い、距離ｒである演算結果１３１を出
力し　ｒ／算出回路３６でΔｒ′（積１２６）、受波器
深度ｄ′（入力データ１２９）。

深度ｄｓ（演算結果１３０）から７式の演算を行い、距
離ｒ′である演算結果１３２を出力する機能を有する。

５式の演算は、四則演算だけなので、第２図のｄｓ算出
回路３４は、加算回路、減算回路１乗算回路及び除算回
路によシ容易に構成することができる。６式及び７式の
演算は、四則演算と平方根演算だけなので、第２図のｒ
算出回路３５及びｒ′算出回路３６は、加算回路、減算
回路９乗算回路。

除算回路及び平方根演算回路によシ容易に構成できる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明は、２つのパッシブ受波器の受
信信号から、音源の深度及び前記２つの受波器それぞれ
と音源との距離を求めることによシ、音源の位置を局限
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の距離算出回路の構成を示すブロック図
、第２図は第１図の関数演算回路２７の一実施例を示す
プクック図、第３図、第４図及び第５図は本発明の距離
算出回路の原理説明図である。 １．２，３，４．５・・・入力端子、６，７．８・・・
出力端子、１１，１２，１３，１４，１５．１６・・・
入力端子、１７．１８．１９・・・出力端子、２１，２
２，２３・・・相関演算回路、２４．２５・・・極大位
置検出回路、２６・・・最大位置検出回路、２７・・・
関数演算回路、３１　、３２゜３３・・・乗算回路、３
４・・・ｄｓ算出回路、３５・・・ｒ算出回路、３６・
・・ｒ′算出回路、４１，４２・・・受波器、４３・・
・音源、５１，５２，５３．５４・・・伝搬経路。 代理人　弁理士　　内　原　　　晋 第１図 第２図 （久） （ｂ） 懲３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２つの受波器で受信された２つの受信データからそれぞ
   れの自己相関関数を算出する２つの相関回路及び前記２
   つの受信データの相互相関関数を算出する相関演算回路
   と、前記２種の自己相関関数の極大位置を検出する２つ
   の極大位置検出回路と、前記相互相関関数の最大位置を
   検出する最大位置検出回路と、前記２つの受波器の深度
   と前記２つの極大位置検出回路の出力と前記最大位置検
   出回路の出力と音速とから、音源深度と２つの受波器そ
   れぞれと音源との水平距離とを算出する関数演算回路と
   を有するパッシブ受波器による距離算出回路。