JP2003307565A

JP2003307565A - 音響標的

Info

Publication number: JP2003307565A
Application number: JP2002112001A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nagakura; 博長倉; Shuji Kumabe; 周二隈部
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】小型でコストのかからない音響標的を提供す
ること。【解決手段】音響標的（１）の受波器（１０）と送波
器（２０）は互に近接して配置され、それぞれ導電ケー
ブル（１１、２１）により制御ボックス（１００）内の
信号変換装置（３０）と接続されている。信号変換装置
は、受送波重複防止回路（４０）、ターゲット・ストレ
ングス設定回路（５０）、遅延時間設定回路（６０）、
ドップラシフト設定回路（７０）、パルス伸張回路（８
０）を含んでいる。受送波重複防止回路は、受波器作動
中は送波器を不作動にし、送波器作動中は受波器を非作
動にするので、受波器と送波器は近接して配置されても
ハウリングをおこさない。ターゲット・ストレングス設
定回路、遅延時間設定回路、ドップラシフト設定回路、
パルス伸張回路は分析処理をおこなわないので消費電力
が少なく、バッテリ（１１０）を小さくできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ソナーの性能評価
試験および操作訓練のための音響標的に関する。

【０００２】

【従来の技術】艦船、特に軍用艦船にはソナーが装備さ
れることが多い。ソナーの開発にあたっては、ソナーが
要求される性能、すなわち標的の状況を確実に捉えるこ
とができるかどうかを評価しなければならない。このた
めに、何回も標的艦等をともなって海上で大掛かりな試
験をおこなうと多大の工数がかかってしまう。

【０００３】また、艦船にソナーを装着した場合は、操
作者がソナーの操作に習熟するように訓練をおこなわな
ければならないが、この訓練のために何回も標的艦等を
ともなって海上で大掛かりな試験をおこなうと多大の工
数がかかってしまう。そこで、ソナーを作動させたとき
に、実際の標的と同じような反射音を発生する音響標的
が開発され、海上で大掛かりな試験をしなくてもよいよ
うにされている。

【０００４】ところで、音響標的は、入力音波を受けて
入力電気信号に変換する受波器と、受波器の受けた入力
電気信号をもとに所望の出力音波に変換可能な出力電気
信号を発生する信号変換装置と、信号変換装置からの電
気信号を音波に変換して出力音波を発信する送波器とを
有する。ここで、受波器はマイクロフォンであり、送波
器はスピーカであるので、これらを近接して配置すると
ハウリングをおこす。そこで従来の音響標的では、受波
器と送波器の距離を大きくして配置したり、あるいは、
受波器と送波器に、それぞれ、重複しないように指向性
をもたせる、というような構造にしている。

【０００５】また、従来の音響標的では、受波信号をＡ
／Ｄ変換し、それをＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッ
サ）でＦＦＴ（高速フーリエ変換器）等で高速演算処理
して送波信号を生成し、それをＤ／Ａ変換して送信する
ようにされている。そのために、消費電力が大きく、大
容量のバッテリを必要とし、その結果、装置全体が大き
く、重いものとなり、コストも大きい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、小型でコストのかからない音響標的を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、音響標的であって、ソナーの発信した入力音波を受
けて電気的な入力信号に変換する受波器と、受波器から
の電気的な入力信号を所望の出力音波に変換可能な電気
的な出力信号に変換する信号変換装置と、信号変換装置
からの電気的な出力信号を音波に変換して出力音波を発
信する送波器と、信号変換装置、受波器、送波器を駆動
する電力を供給する電力供給手段を具備し、信号変換装
置が受波器と送波器の作動時間が重ならないようにする
受送波重複防止手段を含み、受波器と送波器が近接配置
されている、ことを特徴とする音響標的が提供される。
このように構成される音響標的は受送波重複防止手段で
受波器と送波器の作動時間が重ならないようにされてい
るので近接配置してもハウリングの発生するおそれがな
い。

【０００８】請求項２の発明によれば、音響標的であっ
て、ソナーの発信した入力音波を受けて電気的な入力信
号に変換する受波器と、受波器からの電気的な入力信号
を所望の出力音波に変換可能な電気的な出力信号に変換
する信号変換装置と、信号変換装置からの電気的な出力
信号を音波に変換して出力音波を発信する送波器と、信
号変換装置、受波器、送波器を駆動する電力を供給する
電力供給手段を具備し、信号変換装置が、入力信号の分
析処理を含まない非分析型造波回路により構成されてい
る音響標的が提供される。このように構成される音響標
的は信号変換装置の消費電力が小さい。

【０００９】請求項３の発明によれば、請求項１または
２の発明において、信号変換装置が、入力音波に対する
出力音波の強さであるターゲット・ストレングスを調整
可能なターゲット・ストレングス設定回路を含む音響標
的が提供される。

【００１０】請求項４の発明によれば、請求項１または
２の発明において、信号変換装置が、入力音波の受波時
刻に対する出力音波の送波時刻を調整可能な遅延時間設
定回路を含む音響標的が提供される。

【００１１】請求項５の発明によれば、請求項１または
２の発明において、信号変換装置が、入力音波の周波数
に対して出力音波の周波数を変更可能なドップラシフト
設定回路を含む音響標的が提供される。

【００１２】請求項６の発明によれば、請求項１または
２の発明において、信号変換装置が、入力音波に対して
出力音波のパルス幅、パルス長さを変更可能なパルス伸
張回路を含む音響標的が提供される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本
発明の実施の形態を説明する。図１が本発明の音響標的
を説明する図であって、音響標的１は、艦艇３に装着さ
れているソナー２が発信する音波を受波して（したがっ
て、ソナー２はアクティブソナーである）、その受波し
た音波をもとにしてソナー２に向けて発信する音波を生
成して発信するものであって、大きくは、海中に位置せ
しめられる受波器１０および送波器２０と海底に設置さ
れる制御ボックス１００から構成される。

【００１４】受波器１０および送波器２０は、互いに近
接して配置されており、それぞれ導電ケーブル１１、２
１により制御ボックス１００内の信号変換装置３０と接
続されているが、導電ケーブル１１，２１は１つに束ね
られている。また上方に延びるワイヤ２１０により海面
上を浮遊する浮子２００と接続されていて接地場所が不
明になるのを防止している。

【００１５】制御ボックス１００内には、信号変換装置
３０の他に、バッテリ１１０が配設されていて、バッテ
リ１１０から供給される電力によって信号変換装置３
０、および、信号変換装置３０に接続される受波器１０
および送波器２０が駆動される。図２は、信号変換装置
３０の構成を示す図であって、信号変換装置３０は、受
送波重複防止回路４０、ターゲット・ストレングス設定
回路５０、遅延時間設定回路６０、ドップラシフト設定
回路７０、パルス伸張回路８０を含んでいる。

【００１６】以下、各回路について説明する。初めに、
受送波重複防止回路４０について説明する。これは、特
に回路図は示さないが、前述したように、受波器１０は
マイクロフォンであり、送波器２０はスピーカであるの
で、周知のように両者を近接させて使用するとハウリン
グが発生する。そこでこのハウリングを防止するもので
あって、受波器１０の作動中は送波器２０にマスクを施
して非作動にし、逆に送波器２０の作動中は受波器１０
にマスクを施して非作動にさせるものである。

【００１７】図３は上記のように構成されている受送波
重複防止回路４０の作動を説明する図であって、このよ
うにすることにより、ハウリングが発生しないので、受
波器１０と送波器２０を近接配置することができ、また
指向性をもたせる構造とする必要がないので、受波器１
０と送波器２０をコンパクトに納めることができ、装置
を簡単で小型のものにすることができる。

【００１８】次にターゲット・ストレングス設定回路５
０について説明する。ターゲット・ストレングスは入力
音波に対する出力音波の強さであり、反射の強さを表わ
すものであり、標的が大きい場合、硬い場合には、ター
ゲット・ストレングスは大きくなり、標的が小さい場
合、柔らかい場合には、小さくなる。したがって、これ
を変化させることによって、大きい、あるいは、小さい
標的、硬い、あるいは、小さい標的を捉えた場合を表現
できる。

【００１９】図４はそのターゲット・ストレングス設定
回路１０の一例を示す図であって、電圧制御アンプ５１
を有し、これにＴＳ（ターゲット・ストレングス）設定
デジタル信号をＤ／Ａ変換器５２でアナログ電圧に変換
したゲイン制御電圧を印加して入力信号に対する出力信
号のゲインを調整するものである。

【００２０】図５の（Ａ）は上記のターゲット・ストレ
ングス設定回路５０のターゲット・ストレングスの設定
を大きくした場合の作用を示し、（Ｂ）はターゲット・
ストレングス設定回路１０のターゲット・ストレングス
の設定を大きくした場合の作用を示している。これを電
圧制御アンプにの上段は入力波に対して出力波を大きく
した場合、中段は入力波に対して出力波を同等にした場
合、下段は入力波に対して出力波を小さくした場合をそ
れぞれ示している。

【００２１】次に、遅延時間設定回路６０について説明
するが、これは入力音波を受波してから出力音波を送波
するまでの遅れ時間を調整するものである。ソナーと標
的の距離が近ければソナーが音波を発信してからその反
射波を受信するまでの時間は短く、逆に、ソナーと標的
の距離が遠ければソナーが音波を発信してからその反射
波を受信するまでの時間は長くなる。したがって、遅延
時間を調整することにより、ソナーと標的の距離を色々
な値に表現することができる。

【００２２】図６が上記のような作用をおこなうための
遅延設定回路６０の一例を示す図であって、音響工学上
のデジタルディレイ回路の一種であって、入力波をロー
パスフィルタ（ＬＰＦ）６１を通してからＡ／Ｄ変換器
６２でＡ／Ｄ変換し、それに、遅延設定信号をデコーダ
６２、Ｓ−ＲＡＭ（スタティックラム）６３、Ｒ／Ｗ制
御ゲート６４等を介して加え、Ｄ／Ａ変換器６４でＤ／
Ａ変換してローパスフィルタ（ＬＰＦ）６５を通して出
力波とするものである。

【００２３】図７は上記の遅延設定回路により色々と遅
延時間を変えた場合の作動を示し、（Ａ）のようにする
ことにより標的までの距離が小さい場合を、（Ｂ）のよ
うにすることにより標的までの距離が中程度の場合を、
（Ｃ）のようにすることにより標的までの距離が大きい
場合を表現することができる。

【００２４】そして、さらに、これを時間的に変化させ
ることにより、標的が接近している、あるいは、遠ざか
っている状態を、表現することができる。すなわち、あ
る時刻における遅延時間に対して、その後のある時刻に
おける遅延時間を小さくした場合は標的が接近している
状況を表現することができる。逆に、ある時刻における
遅延時間に対して、その後のある時刻における遅延時間
を大きくした場合は標的が遠ざかっている状況を表現す
ることができる。

【００２５】図８が上記のような使い方を示す図であっ
て、図８の（Ａ）のようにすることにより標的が接近し
ている場合を表現し、（Ｂ）のようにすることにより標
的が離反している（遠ざかる）場合を表現することがで
きる。

【００２６】次に、ドップラシフト設定回路７０につい
て説明する。これは音源が接近する場合は周波数が高く
なり、離反する（遠ざかる）場合は周波数が低くなると
いう、ドップラ効果を応用して、入力音波の周波数に対
して出力音波の周波数を変更し、標的が接近している場
合、および、離反している場合を、図８に示したように
ある時間毎に遅延時間を変化させることなく、一回の信
号で表現するものである。

【００２７】図９がドップラシフト設定回路７０の一例
であって、音響工学上の直交変復調回路の一種であっ
て、入力信号のＩ成分にはｃｏｓ波をローパスフィルタ
（ＬＰＦ）７１を挟んで２回乗算し、Ｑ成分にはｓｉｎ
波をｃｏｓ波をローパスフィルタ（ＬＰＦ）７２を挟ん
で２回乗算して、再び両者を加算するものである。この
ようにすることにより、出力音波の周波数を入力音波の
周波数と異なるものにすることができる。

【００２８】図１０が、上記のドップラシフト設定回路
７０を使用した例を示す図であって、図１０の（Ａ）は
入力音波の周波数（ＮｋＨｚ）に対して出力音波の周
波数を高く（Ｎ＋α ｋＨｚ）した場合を示し、（Ｂ）
は入力音波の周波数（ＮｋＨｚ）に対して出力音波の
周波数を低く（Ｎ−β ｋＨｚ）した場合を示してい
る。そして、前者は対象物体が接近している場合を表現
し、後者は対象物体が遠ざかっている場合を表現する。

【００２９】次にパルス伸張回路８０について説明す
る。これは、入力音波に対して出力音波のパルス幅、パ
ルス長さを変更するものであて、このパルス伸張回路８
０は音波が大きな物体に当たった場合は入力波に対して
出力波が長引くという現象を表現するためのものであ
る。

【００３０】図１１に示すのが、パルス伸張回路８０の
一例であって、この回路は音響工学上の残響（エコー）
を得るためのリバーブ回路の一種であって、もとの波形
をアンプ８１で適宜増幅し、遅延器８２を介して加算器
８３で加算し、包絡線発生回路８４で形を整えるもので
ある。このような回路を使用することにより、例えば、
図１２に示すように、初から終わりまで振幅幅が同じで
あった入力波を、初と終わりの振幅が小さく中間の振幅
が大きい紡錘形の出力波に変更することができる。

【００３１】以上説明してきたターゲット・ストレング
ス設定回路５０、遅延設定回路６０、ドップラシフト設
定回路７０、パルス伸張回路８０は適宜組み合わせて使
用することができる。

【００３２】そして、上記の各回路は、非分析処理型の
回路で、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）を用いて入力信号
を分析処理してそれをＤＳＰ（デジタルシグナルプロセ
ッサ）で処理して出力信号を生成するものではない。し
たがって、消費電力が小さく、その結果、バッテリ１１
０を小さくすることができ装置全体を小形化でき、コス
トも安くなる。

【００３３】そして、各回路において、入力波に対して
出力波をどのようにするか設定値の調整が必要である
が、本実施の形態のように制御ボックス１００を海底に
残置する場合には設定置を変更する場合には海底から引
き上げて設定値を所望の値に調整して再び海底に残置す
る。

【００３４】それに対して、図１に一点鎖線で示すよう
に、作業船４を配置して作業船４と制御ボックス１００
をケーブル３００で結びこのケーブル４００を介して信
号変換装置３０内の各回路の設定値を変更することもで
きる。あるいは、図示はしないが、設定値変更用の音波
を発信して音波を介して設定値の変更をおこなうことも
できる。

【００３５】次に、この音響標的１の用途について説明
する。（１）ソナーの開発ソナーの開発時に、ソナーが所期の性能を有しているか
どうかを確認する必要がある。この際、毎回、標的、例
えば潜水艦等を出動させると、多大なと時間と費用がか
かってしまうが、この音響標的を使用することにより、
例えば、水槽等において試験することも可能であって、
大幅に時間、費用を節約することができる。（２）ソナーの操作の訓練艦船にソナーを装着した場合、作業者をソナーの操作に
習熟させるために訓練が必要である。そのために毎回、
標的、例えば潜水艦等を出動させると、多大なと時間と
費用がかかってしまうが、この音響標的を使用すること
により、容易に色々な状況を再現することができる。（３）軍用艦に利用した場合の実戦における敵の欺瞞
（所謂デコイ）詳述はしないが、上述した各回路の作用により自艦の状
態を敵に誤認させることができる。

【００３６】なお、水中におけるアクティブソナーに対
する音響標的を例にして説明をしたが、本発明の考え方
は、空中における音響ソナー、あるいは電波によるレー
ダに応用することも可能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明は音響標的に関し、ソナーの発信
した入力音波を受けて電気的な入力信号に変換する受波
器と、受波器からの電気的な入力信号を所望の出力音波
に変換可能な電気的な出力信号に変換する信号変換装置
と、信号変換装置からの電気的な出力信号を音波に変換
して出力音波を発信する送波器と、信号変換装置、受波
器、送波器を駆動する電力を供給する電力供給手段を具
備する音響標的であるが、請求項１の発明では、信号変
換装置が受波器と送波器の作動時間が重ならないように
する受送波重複防止手段を含み、受波器と送波器が近接
配置されている。したがって、ハウリングが発生する恐
れがないため、受送波重複防止手段で受波器と送波器の
作動時間が重ならないようにされているので受波器と送
波器を近接配置でき小形化できる。また、請求項２の発
明では、信号変換装置を、入力信号の分析処理を含まな
い非分析型造波回路により構成され、消費電力が小さく
でき、その結果、電力供給手段の容量も小さくできるの
で全体を小形化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体構成を示す図である。

【図２】信号変換装置の構成を示す図である。

【図３】受送波重複防止回路の作用を説明する図であ
る。

【図４】ターゲット・ストレングス設定回路の例を示す
図である。

【図５】ターゲット・ストレングス設定回路の作用を示
す図であって、（Ａ）は入力波に対して出力波を大きく
する場合を示し、（Ｂ）は入力波に対して出力波を小さ
くする場合を示している。

【図６】遅延時間設定回路の例を示す図である。

【図７】遅延時間設定回路の作用を示す図であって、
（Ａ）は入力波と出力波の時間差が小さい場合で、目標
物体までの距離が小さい場合を表現し、（Ｂ）は入力波
と出力波の時間差が中程度の場合で、目標物体までの距
離が中程度の場合を表現し、（Ｃ）は入力波と出力波の
時間差が大きい場合を示し、目標物体までの距離が大き
いを表現している。

【図８】遅延時間設定回路の別の作用を示す図であっ
て、（Ａ）は入力波と出力波の時間差が徐々に小さくな
る場合で、目標物体が接近している場合を表現し、
（Ｂ）は入力波と出力波の時間差が徐々に大きくなる場
合で、目標物体が離反する（遠ざかる）表現している。

【図９】ドップラシフト設定回路の例を示す図である。

【図１０】ドップラシフト設定回路の作用を示す図であ
って、（Ａ）は入力波に比べ出力波の周波数が高くなる
場合で、目標物体が接近している場合を表現し、（Ｂ）
は入力波に比べ出力波の周波数が高くなる場合で、目標
物体が離反する（遠ざかる）場合を表現している。

【図１１】パルス伸張回路の例を示す図である。

【図１２】パルス伸張回路の作用を示す図である。

【符号の説明】

１…音響標的２…ソナー１０…受波器２０…送波器３０…信号変換装置４０…受送波重複防止回路５０…ターゲット・ストレングス設定回路６０…遅延時間設定回路７０…ドップラシフト設定回路８０…パルス伸張回路

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】音響標的であって、ソナーの発信した入力音波を受けて電気的な入力信号に
変換する受波器と、受波器からの電気的な入力信号を所
望の出力音波に変換可能な電気的な出力信号に変換する
信号変換装置と、信号変換装置からの電気的な出力信号
を音波に変換して出力音波を発信する送波器と、信号変
換装置、受波器、送波器を駆動する電力を供給する電力
供給手段を具備し、信号変換装置が受波器と送波器の作動時間が重ならない
ようにする受送波重複防止手段を含み、受波器と送波器
が近接配置されている、ことを特徴とする音響標的。
【請求項２】音響標的であって、ソナーの発信した入力音波を受けて電気的な入力信号に
変換する受波器と、受波器からの電気的な入力信号を所
望の出力音波に変換可能な電気的な出力信号に変換する
信号変換装置と、信号変換装置からの電気的な出力信号
を音波に変換して出力音波を発信する送波器と、信号変
換装置、受波器、送波器を駆動する電力を供給する電力
供給手段を具備し、信号変換装置が、入力信号の分析処理を含まない非分析
型造波回路により構成されている、ことを特徴とする音
響標的。
【請求項３】信号変換装置が、入力音波に対する出力
音波の強さであるターゲット・ストレングスを調整可能
なターゲット・ストレングス設定回路を含むことを特徴
とする請求項１または２に記載の音響標的。
【請求項４】信号変換装置が、入力音波の受波時刻に
対する出力音波の送波時刻を調整可能な遅延時間設定回
路を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の音
響標的。
【請求項５】信号変換装置が、入力音波の周波数に対
して出力音波の周波数を変更可能なドップラシフト設定
回路を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の
音響標的。
【請求項６】信号変換装置が、入力音波に対して出力
音波のパルス幅、パルス長さを変更可能なパルス伸張回
路を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の音
響標的。