JP2012108122A - Submarine audio/video system - Google Patents
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Abstract
【課題】合成開口技術とインターフェロメトリ技術を用い、海底面及び海底面上、及び海底面下の物体の三次元画像を高分解能で生成可能な海底音響映像システムを提供する。
【解決手段】海中を航行するプラットフォーム60に取り付けられ、航行する方向に垂直な向きで海底面に第1探査波を照射する送波器72と、航行する方向に垂直な方向、且つ前記第1探査波の照射方向に交差する方向に配列され、反射波をそれぞれ受波する受波アレイ74と、反射波から合成開口処理情報を生成する合成開口演算処理部と、前記プラットフォーム60の位置情報を生成する慣性航法装置と、合成開口処理済みの反射波同士の位相差に基づいて反射波の到来角を算出するとともに、前記到来角と、前記位置情報と、に基づいて反射波の反射源の三次元の位置を算出するインターフェロメトリ演算部と、を有する。
【選択図】図1Provided is a submarine acoustic image system capable of generating a three-dimensional image of an object at the bottom of the sea, on the sea bottom, and under the sea bottom with high resolution by using a synthetic aperture technique and an interferometry technique.
A transmitter is attached to a platform for navigating in the sea and irradiates a first exploration wave to the bottom of the sea in a direction perpendicular to the direction of navigating, a direction perpendicular to the direction of navigating, and the first The received wave array 74 that receives the reflected waves and is arranged in a direction intersecting the irradiation direction of the exploration wave, the synthetic aperture calculation processing unit that generates the synthetic aperture processing information from the reflected waves, and the position information of the platform 60 The arrival angle of the reflected wave is calculated based on the inertial navigation device to be generated and the phase difference between the reflected waves subjected to the synthetic aperture processing, and the reflection source of the reflected wave is calculated based on the angle of arrival and the position information. An interferometry calculation unit that calculates a three-dimensional position.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、合成開口技術を用いた海底音響映像システムに係り、特に海底下に埋没した物体の位置及び形状を検知可能な海底音響映像システムに関する。 The present invention relates to a submarine audio video system using a synthetic aperture technique, and more particularly to a submarine audio video system capable of detecting the position and shape of an object buried under the seabed.
海上や海底に施設を建設するに先立って、その海域の海底面や海底面下において爆弾・機雷等の有害危険物の探査・回収が行なわれる。海底面上にある物体、及び海底面下に埋没している物体を検知する従来技術としては、磁気探査技術がある。磁気探査技術とは、例えば一定の間隔で配置され差動接続された2つの磁気コイルが検知する磁気の差分により局所磁場を検出し、局所磁場を発生させる物体を探査するものである。しかし、磁気探査は、反応の強弱で物体の有無を確認する技術であるが、数メートルの位置誤差を含み、海底面上に露出しているか海底面下に埋没しているかの区別は困難であり、大きさや形状の特定も困難である。よって磁気異常が検知されても、そこで実際に有害危険物が発見される確率は著しく低かった。 Prior to the construction of the facility on the ocean floor or the ocean floor, exploration / recovery of harmful hazardous materials such as bombs and mines is carried out on the ocean floor and below the ocean floor. As a conventional technique for detecting an object on the seabed and an object buried under the seabed, there is a magnetic exploration technique. In the magnetic exploration technique, for example, a local magnetic field is detected based on a magnetic difference detected by two magnetic coils that are arranged at a constant interval and differentially connected, and an object that generates the local magnetic field is searched. However, magnetic exploration is a technology that confirms the presence or absence of an object based on the strength of the reaction, but it includes a position error of several meters, and it is difficult to distinguish whether it is exposed on the seabed or buried under the seabed. It is difficult to specify the size and shape. Therefore, even if a magnetic anomaly was detected, the probability that a hazardous hazardous substance was actually found there was extremely low.
そこで、海底面及び海底面下の物体の形状を認識できる技術として水中音響による合成開口ソーナー技術が注目されている。合成開口ソーナー技術は、海中を航行する移動体に搭載した送受信装置において、移動によって時々刻々取得される複数のデータを、ある場所でのデータの再構成(ホログラム画像の形成)に利用することで、画像の分解能の向上を図る技術である。そして、海底面及び海底面下のデータを得るには海中に音波を照射して、その反射波を受信する必要があるが、海底面下のデータを得るには海底面下に音波を透過させるため、数十KHzあるいはそれ以下の低周波の音波を照射する必要がある。さらに物体の形状を高い分解能で認識するためには様々な技術が必要とされる。例えば、特許文献1においては、海底堆積層の音波伝播時間と、堆積層がない場合の音波伝播時間との時間差をソーナー受信信号のリサンプリング、もしくは合成開口処理におけるカーバチャ形状の補正として与えることで、海底堆積層が存在することによる合成開口処理後画像中の対象物の輝度・コントラストをフォーカスの評価指標として位置精度、描画の分解能を向上させる技術が開示されている。 Therefore, a synthetic aperture sonar technique based on underwater acoustics has attracted attention as a technique for recognizing the shape of an object at the bottom of the seabed and under the seafloor. Synthetic aperture sonar technology uses a plurality of data that is acquired from time to time in a transmitting / receiving device mounted on a moving body that travels in the sea to reconstruct data (formation of a hologram image) at a certain location. This is a technique for improving the resolution of an image. In order to obtain data on the ocean floor and below the ocean floor, it is necessary to irradiate the ocean with sound waves and receive the reflected waves. To obtain data below the ocean floor, the sound waves are transmitted below the ocean floor. Therefore, it is necessary to irradiate a sound wave having a low frequency of several tens of KHz or lower. Furthermore, various techniques are required to recognize the shape of an object with high resolution. For example, in Patent Document 1, the time difference between the sound wave propagation time of the seabed sedimentary layer and the sound wave propagation time when there is no sedimentary layer is given as resampling of the sonar received signal or correction of the curvature shape in the synthetic aperture processing. Further, a technique for improving the position accuracy and the resolution of drawing using the brightness and contrast of an object in an image after synthetic aperture processing due to the presence of a seabed sedimentary layer as a focus evaluation index is disclosed.
ここで、特許文献1を含め、従来技術においては、海中を航行する移動体にソーナーと慣性航法装置を取り付け、慣性航法装置による位置情報と、ソーナーが得た反射波の情報から合成開口画像を得ていた。しかし、慣性航法装置による位置情報は時間経過とともにその誤差が増大するため、合成開口画像を高い分解能で得ることは困難であった。このため検出された音波が海底面下で反射されたものである場合、音波を反射する物体の形状の特定、位置・深さの算出が困難であった。 Here, in the prior art including Patent Document 1, a sonar and an inertial navigation device are attached to a moving body that navigates in the sea, and a synthetic aperture image is obtained from position information obtained by the inertial navigation device and reflected wave information obtained by the sonar. I was getting. However, the position information obtained by the inertial navigation device increases in error over time, so it is difficult to obtain a synthetic aperture image with high resolution. Therefore, when the detected sound wave is reflected under the sea bottom, it is difficult to specify the shape of the object that reflects the sound wave and to calculate the position and depth.
そこで本発明は、上記問題点に着目し、合成開口技術とインターフェロメトリ技術を用い、海底面及び海底面上の物体の三次元画像、及び海底面下の物体の三次元画像を高分解能で生成可能な海底音響映像システムを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention pays attention to the above-mentioned problems, and uses synthetic aperture technology and interferometry technology to obtain a high-resolution 3D image of an object on the seabed and the seabed and an object below the seabed at a high resolution. An object of the present invention is to provide a submarine audiovisual system that can be generated.
上記目的を達成するため、本発明に係る海底音響映像システムは、第1には、海中を航行するプラットフォームに取り付けられ、前記プラットフォームが航行する方向に垂直な向きで海底面に第1探査波を照射する送波器と、前記プラットフォームに取り付けられ、前記プラットフォームの航行する方向に垂直な方向、且つ前記第1探査波の照射方向に交差する方向に配列され、前記第1探査波の反射波をそれぞれ受波する複数の受波器と、前記第1探査波の反射波から合成開口処理情報を生成する合成開口演算処理部と、前記プラットフォームに取り付けられ、前記プラットフォームの位置情報を生成する慣性航法装置と、前記合成開口処理情報を構成する合成開口処理済みの第1探査波の反射波同士の位相差に基づいて前記第1探査波の反射波の到来角を算出するとともに、前記到来角と、前記位置情報と、に基づいて前記第1探査波の反射波の反射源の三次元の位置を算出するインターフェロメトリ演算部と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a submarine audiovisual system according to the present invention is first attached to a platform navigating in the sea, and a first exploration wave is applied to the bottom surface in a direction perpendicular to the direction in which the platform navigates. A transmitter to be irradiated; and a transmitter mounted on the platform, arranged in a direction perpendicular to a direction in which the platform navigates, and in a direction intersecting with the irradiation direction of the first exploration wave, and reflecting the reflected wave of the first exploration wave A plurality of receivers each receiving a wave, a synthetic aperture calculation processing unit that generates synthetic aperture processing information from the reflected wave of the first exploration wave, and inertial navigation that is attached to the platform and generates position information of the platform And the first exploration wave based on the phase difference between the reflected waves of the synthetic exploration processed first exploration wave constituting the synthetic aperture processing information. An interferometry calculating unit that calculates an arrival angle of a wave and calculates a three-dimensional position of a reflection source of the reflected wave of the first exploration wave based on the arrival angle and the position information; It is characterized by having.
上記構成により、合成開口技術とインターフェロメトリ技術を併用して、反射波の反射源の三次元の位置を算出することができる。また反射波は海底面上の物体のみならず海底面より上でも反射する。よって、これを全ての位置情報に対応して算出することにより、反射波の反射源となる海底面上に配置され物体及び海底面より上の三次元画像を生成することが可能な海底音響映像システムとなる。 With the above configuration, the three-dimensional position of the reflection source of the reflected wave can be calculated by using the synthetic aperture technique and the interferometry technique together. Reflected waves are reflected not only on objects on the sea floor but also above the sea floor. Therefore, by calculating this corresponding to all position information, an ocean bottom acoustic image that can generate a three-dimensional image above the object and the object placed on the sea bottom, which is the reflection source of the reflected wave. System.
第2には、前記第1探査波は、海底面下に透過可能な波長帯域を有し、前記合成開口処理情報は、海底面上で反射された海底面反射波の情報と、海底面下で反射された海底下反射波の情報と、を有し、前記インターフェロメトリ演算部は、前記海底下反射波と、前記海底下反射波と同一の到来角を有する前記海底面反射波と、の前記受波器への到達時間の時間差に基づいて、前記合成開口処理情報から、前記海底面反射波の情報と、前記海底下反射波の情報と、をそれぞれ抽出するとともに前記時間差の情報を生成し、前記海底下反射波と同一の到来角を有する前記海底面反射波の反射位置を算出することにより、前記海底下反射波の海底面上の通過位置の情報を算出し、前記位置情報と、前記通過位置の情報と、前記時間差の情報と、に基づいて前記海底下反射波の反射源の三次元の位置を算出可能とすることを特徴とする。 Second, the first exploration wave has a wavelength band that can be transmitted below the sea floor, and the synthetic aperture processing information includes information on the sea bottom reflected wave reflected on the sea bottom, Information on the submarine reflected wave reflected at the seafloor, and the interferometry computing unit includes the submarine reflected wave and the submarine reflected wave having the same angle of arrival as the submarine reflected wave. Based on the time difference of the arrival time of the receiver to the receiver, the information on the bottom reflected wave and the information on the submarine reflected wave are respectively extracted from the synthetic aperture processing information and the information on the time difference is extracted. Generating and calculating the reflection position of the bottom reflected wave having the same angle of arrival as the reflected wave from the bottom of the sea, thereby calculating information on the passing position of the reflected wave from the bottom of the sea on the bottom of the sea; And the passing position information and the time difference information. There are characterized by a can be calculated three-dimensional position of the reflection source of the seabed reflected wave.
上記構成により、合成開口技術とインターフェロメトリ技術を併用して、海底下反射波の反射源の位置、深さを算出することができる。そして、これを全ての位置情報に対応して算出することにより、海底下反射波の反射源となる海底面下に埋没した物体の形状と、その位置、深さを表す三次元画像を生成することが可能な海底音響映像システムとなる。 With the above configuration, it is possible to calculate the position and depth of the reflection source of the submarine reflected wave by using the synthetic aperture technique and the interferometry technique in combination. Then, by calculating this corresponding to all position information, a three-dimensional image representing the shape, position, and depth of the object buried under the sea floor, which is the reflection source of the submarine reflected wave, is generated. It becomes a submarine audiovisual system that can do this.
第3には、前記プラットフォームに取り付けられ、海底面で反射する第2探査波を前記プラットフォームの航行する方向に垂直な方向、且つ前記第1探査波の照射方向に交差する方向に照射し、前記第2探査波の反射波を受波する高周波送受波器を有し、前記インターフェロメトリ演算部は、前記第2探査波の反射波から生成される高周波海底面情報を用いて前記合成開口処理情報から前記海底下反射波の情報を抽出することを特徴とする。 Third, irradiate a second exploration wave attached to the platform and reflected from the sea floor in a direction perpendicular to the direction of navigation of the platform and a direction intersecting the irradiation direction of the first exploration wave, A high-frequency transmitter / receiver that receives a reflected wave of the second exploration wave, and the interferometry calculating unit uses the high-frequency sea bottom information generated from the reflected wave of the second exploration wave The information on the reflected wave under the seabed is extracted from the information.
上記構成により、合成開口処理情報から海底面反射波の情報と海底下反射波の情報と、の抽出が困難である場合、海底面下には透過しない第2探査波の反射波に基づいた高周波海底面情報を用いて、合成開口処理情報から海底下反射波の情報を識別することができる。 With the above configuration, when it is difficult to extract the information on the reflected sea bottom wave and the information on the sea floor reflected wave from the synthetic aperture processing information, the high frequency based on the reflected wave of the second exploration wave that does not pass below the sea floor. By using the sea bottom information, it is possible to identify the information on the reflected submarine reflected wave from the synthetic aperture processing information.
第4には、前記受波器は、前記プラットフォームが航行する方向に垂直な方向、且つ前記第1探査波の照射方向に交差する方向に3つ以上配列されたことを特徴とする。
上記構成により、受波器で検出される第1探査波の反射波の到来角の分解能を高めることができるとともに、合成開口処理情報のノイズを抑制することができる。
Fourthly, three or more receivers are arranged in a direction perpendicular to a direction in which the platform navigates and in a direction intersecting with the irradiation direction of the first exploration wave.
With the above configuration, it is possible to increase the resolution of the arrival angle of the reflected wave of the first exploration wave detected by the receiver, and to suppress noise in the synthetic aperture processing information.
第5には、海上に配置されるとともに前記プラットフォームに測位用音響信号(質問信号)を送信し、前記プラットフォームから反射された前記測位用音響信号の反射信号(質問信号に対する返信信号)を受信して前記プラットフォームとの相対位置の情報を算出する測位手段を有し、前記測位手段は、前記相対位置の情報と、GPS測位に基づく前記測位手段の地理情報と、により前記プラットフォームの測位情報を生成して前記慣性航法装置に出力し、前記慣性航法装置は、前記測位情報により前記位置情報を更新することを特徴とする。 Fifth, the sound signal for positioning (question signal) is transmitted to the platform while being placed on the sea, and the reflected signal (response signal for the question signal) of the sound signal for positioning reflected from the platform is received. Positioning means for calculating information on the relative position with respect to the platform, and the positioning means generates positioning information on the platform based on the information on the relative position and geographic information of the positioning means based on GPS positioning. And output to the inertial navigation device, and the inertial navigation device updates the position information with the positioning information.
上記構成により、慣性航法装置は、相対位置の情報及びGPS測位に基づく地理情報の精度で生成された測位情報により位置情報を更新することができる。よって、合成開口処理情報及び三次元画像において慣性航法装置の位置情報の誤差による分解能の劣化を抑制し、海底面及び海底面上の物体の三次元画像、及び海底面下の物体の三次元画像を高分解能で生成することが可能な海底音響映像システムとなる。 With the above configuration, the inertial navigation apparatus can update the position information with the positioning information generated with the accuracy of the geographical information based on the information on the relative position and the GPS positioning. Therefore, in synthetic aperture processing information and 3D images, resolution degradation due to errors in the position information of the inertial navigation system is suppressed, and 3D images of objects on the seabed and the seabed and objects below the seabed are displayed. Can be generated with high resolution.
第6には、前記測位手段は、前記測位用音響信号(質問信号)の反射信号(返信信号)を受信するとともに、前記反射信号の互いに直交する3方向の位相差を検出する受波手段を有し、前記位相差に基づいて前記相対位置の情報を生成することを特徴とする。
これにより、狭い海域においても大掛かりな装置を用いることなく、測位手段とプラットフォームとの相対位置を算出することが可能な海底音響映像システムとなる。
Sixthly, the positioning means receives a reflected signal (reply signal) of the positioning acoustic signal (question signal) and receives a wave receiving means for detecting a phase difference in three directions orthogonal to each other of the reflected signal. And generating the relative position information based on the phase difference.
Thereby, even in a narrow sea area, a submarine audio video system capable of calculating the relative position between the positioning means and the platform without using a large-scale device is obtained.
第7には、海上に配置されるとともに前記プラットフォームに測位用音響信号をそれぞれ送信し、前記プラットフォームから反射された前記測位用音響信号(質問信号)の反射信号(返信信号)の戻り時間をそれぞれ算出する複数の測位手段を有し、複数の前記測位手段のいずれか1つは、各測位手段で算出された前記戻り時間の情報と、前記複数の測位手段のうち少なくとも1以上の前記測位手段のGPS測位に基づく地理情報と、に基づいて前記プラットフォームの測位情報を生成して前記慣性航法装置に出力し、前記慣性航法装置は、前記測位情報により前記位置情報を更新することを特徴とする。
これにより、プラットフォームの位置情報を算出することが可能な海底音響映像システムとなる。
Seventh, the sound signals for positioning are transmitted to the platform while being arranged at sea, and the return times of the reflected signals (reply signals) of the sound signals for positioning (question signals) reflected from the platform are respectively set. A plurality of positioning means for calculating, wherein any one of the plurality of positioning means includes information on the return time calculated by each positioning means and at least one of the positioning means among the plurality of positioning means; And generating the positioning information of the platform based on the geographical information based on the GPS positioning and outputting the positioning information to the inertial navigation device, and the inertial navigation device updates the position information with the positioning information. .
Thereby, it becomes a submarine audio visual system which can calculate the position information of a platform.
第8には、前記プラットフォームにはトランスポンダが配置され、前記トランスポンダは、前記測位用音響信号を質問信号として受信し、前記測位用音響信号の反射信号として返信信号を送信することを特徴とする。
上記構成により、測位用音響信号の反射信号を大きな強度で送信することができ、測位手段を用いたプラットフォームの測位情報の生成を容易に行うことができる。
Eighth, a transponder is disposed on the platform, and the transponder receives the positioning acoustic signal as a question signal and transmits a return signal as a reflection signal of the positioning acoustic signal.
With the above-described configuration, the reflected signal of the positioning acoustic signal can be transmitted with high intensity, and the platform positioning information using the positioning means can be easily generated.
第9には、前記測位手段は、前記測位手段を移動させるアクチュエータを有し、前記プラットフォームと前記測位手段との相対位置が一定となるように前記アクチュエータの出力を調整可能とすることを特徴とする。
これにより、プラットフォームと測位手段との相対位置の変動を抑制し、相対位置の情報の誤差を抑制することが可能な海底音響映像システムとなる。
Ninth, the positioning means includes an actuator for moving the positioning means, and the output of the actuator can be adjusted so that the relative position between the platform and the positioning means is constant. To do.
Thereby, it becomes a submarine audio visual system which can suppress the fluctuation | variation of the relative position of a platform and a positioning means, and can suppress the error of the information of a relative position.
第10には、前記プラットフォームに測位用音響信号をそれぞれ送信し、前記プラットフォームから反射された前記測位用音響信号の反射信号の戻り時間をそれぞれ算出する複数の測位手段が海底に固定され、各測位手段で算出された前記戻り時間の情報と、各測位手段の位置情報と、に基づいて前記プラットフォームの測位情報を生成して前記慣性航法装置に出力し、前記慣性航法装置は、前記測位情報により前記位置情報を更新することを特徴とする。
これにより、測位手段の位置を既知とすることができるので、GPS測位に基づく地理情報を用いることなく、外部でプラットフォームの測位情報を生成することが可能な海底音響映像システムとなる。
Tenth, a plurality of positioning means for transmitting a positioning acoustic signal to the platform and calculating a return time of the reflected signal of the positioning acoustic signal reflected from the platform are fixed to the seabed. Generating the platform positioning information based on the return time information calculated by the means and the position information of each positioning means, and outputting the positioning information to the inertial navigation device. The inertial navigation device uses the positioning information. The position information is updated.
Thereby, since the position of the positioning means can be known, it becomes a submarine acoustic image system capable of generating the positioning information of the platform outside without using the geographical information based on the GPS positioning.
本発明に係る海底音響映像システムによれば、慣性航法装置による位置情報をGPS測位に基づく地理情報により更新するため、合成開口処理情報(合成開口画像)及び三次元画像の分解能の劣化を抑制することができ、海底面上の物体のみならず、海底面下に埋没した物体を識別することができるとともに、その形状の特定や、位置・深さの算出を行なうことができる。 According to the submarine acoustic video system according to the present invention, since the position information obtained by the inertial navigation device is updated with geographical information based on GPS positioning, deterioration in resolution of the synthetic aperture processing information (synthetic aperture image) and the three-dimensional image is suppressed. It is possible to identify not only an object on the sea floor but also an object buried under the sea floor, and it is possible to specify the shape and calculate the position and depth.
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
図1に本実施形態の海底音響映像システムの概要を示し、図1(a)は本実施形態の海底音響映像システムの概要(正面図)、図1(b)は表層追尾ブイとプラットフォームの底面図、図1(c)は海底音響映像システムの部分詳細図である。また図2に送波器から照射される第1探査波の照射範囲、高周波送受波器から照射される第2探査波の照射範囲を示す。 FIG. 1 shows an outline of the submarine audiovisual system of the present embodiment, FIG. 1A is an outline (front view) of the submarine audiovisual system of the present embodiment, and FIG. 1B is a bottom surface of the surface tracking buoy and the platform. FIG. 1 and FIG. 1C are partial detailed views of the submarine audiovisual system. FIG. 2 shows the irradiation range of the first exploration wave irradiated from the transmitter and the irradiation range of the second exploration wave irradiated from the high frequency transducer.
本実施形態の海底音響映像システム10は、観測船12と、海上に浮かんだ状態で配置されるとともにアクチュエータにより移動可能な測位手段となる表層追尾ブイ28と、海中を航行するプラットフォーム60と、を有する。観測船12には無線LAN端末14(PC、モニタ)が備えられている。そして表層追尾ブイ28は、無線LAN端末30、音響モデム46等を有する。またプラットフォーム60にも音響モデム62が備えられている。 The undersea acoustic imaging system 10 of the present embodiment includes an observation ship 12, a surface tracking buoy 28 that is arranged in a floating state and can be moved by an actuator, and a platform 60 that navigates in the sea. Have. The observation ship 12 is provided with a wireless LAN terminal 14 (PC, monitor). The surface tracking buoy 28 includes a wireless LAN terminal 30, an acoustic modem 46, and the like. The platform 60 is also provided with an acoustic modem 62.
よって、観測船12に設けられた無線LAN端末14と、表層追尾ブイ28に設けられた無線LAN端末30は、無線LAN16により双方向通信が可能となっている。また、表層追尾ブイ28に設けられた音響モデム46とプラットフォーム60に設けられた音響モデム62は、通信信号58(音波)により双方向通信が可能となっている。なお上述の通信信号58、後述の質問信号108(測位用音響信号)、後述の返信信号108a(測位用音響信号の反射波)、後述の第1探査波92及び第2探査波93は、互いに干渉しない周波数を有するものとする。 Therefore, the wireless LAN terminal 14 provided on the observation ship 12 and the wireless LAN terminal 30 provided on the surface tracking buoy 28 can communicate with each other via the wireless LAN 16. In addition, the acoustic modem 46 provided on the surface tracking buoy 28 and the acoustic modem 62 provided on the platform 60 are capable of bidirectional communication using a communication signal 58 (sound wave). The communication signal 58, the question signal 108 (positioning acoustic signal) described later, the reply signal 108a (reflection wave of the positioning acoustic signal) described later, the first search wave 92 and the second search wave 93 described later are It shall have a frequency that does not interfere.
観測船12に設置された無線LAN端末14は、PC(パーソナルコンピュータ)やモニタ(不図示)、マウス(不図示)、キーボード(不図示)等により構成されている。さらに無線LAN端末14はインターフェース(不図示)を通じてプラットフォーム60を操縦するハンドル(不図示)に接続されている。そして無線LAN端末14は、無線LAN16を介して表層追尾ブイ28、プラットフォーム60に対して様々な指示を与えることができる。なお観測船12は、表層追尾ブイ28及びプラットフォーム60から十分離れた位置に待機し、観測船12のエンジン音等、後述の反射波92a、反射波93aのノイズの原因を発生させないようにする。 The wireless LAN terminal 14 installed on the observation ship 12 includes a PC (personal computer), a monitor (not shown), a mouse (not shown), a keyboard (not shown), and the like. Further, the wireless LAN terminal 14 is connected to a handle (not shown) that controls the platform 60 through an interface (not shown). The wireless LAN terminal 14 can give various instructions to the surface tracking buoy 28 and the platform 60 via the wireless LAN 16. The observation ship 12 stands by at a position sufficiently away from the surface tracking buoy 28 and the platform 60 so as not to cause the noise of the reflected wave 92a and the reflected wave 93a described later, such as the engine sound of the observation ship 12.
表層追尾ブイ28は、プラットフォーム60の測位情報54を算出してプラットフォーム60側に送信するものである。また表層追尾ブイ28は、プラットフォーム60と一定の距離を保つように移動するものである。このため表層追尾ブイ28には、トランスデューサ32、スラスタ44、GPS受信器40が設置されている。 The surface layer tracking buoy 28 calculates the positioning information 54 of the platform 60 and transmits it to the platform 60 side. The surface tracking buoy 28 moves so as to maintain a certain distance from the platform 60. Therefore, a transducer 32, a thruster 44, and a GPS receiver 40 are installed on the surface tracking buoy 28.
また表層追尾ブイ28には、質問信号108を送信する質問信号送波器64が取り付けられ、プラットフォーム60に配置されたトランスポンダ61に向けて質問信号108を送信する。 The surface tracking buoy 28 is attached with an interrogation signal transmitter 64 that transmits an interrogation signal 108, and transmits the interrogation signal 108 toward the transponder 61 arranged on the platform 60.
測位手段となるトランスデューサ32は、SSBL(Super Short Base Line)方式により表層追尾ブイ28とプラットフォーム60との相対位置を算出するために用いるものである。トランスデューサ32は、互いに直交する3つの方向、例えばX軸方向(アジマス方向)、Y軸方向(グランドレンジ方向)、Z軸方向(鉛直方向)の互いに異なる位置に配置され、トランスポンダ61から送信された返信信号108aを受信する複数の受波素子(不図示)により構成されている。そして受波素子(不図示)により、受信した返信信号108aのX軸方向、Y軸方向、Z軸方向の位相差を算出して、この位相差に基づいて表層追尾ブイ28とプラットフォーム60との相対位置を算出することができる。このようにSSBL音響測位システムを使用することにより、狭い海域においても大掛かりな装置を用いることなく、表層追尾ブイ28とプラットフォーム60との相対位置を算出することができる。 The transducer 32 serving as positioning means is used to calculate the relative position between the surface tracking buoy 28 and the platform 60 by the SSBL (Super Short Base Line) method. The transducers 32 are arranged at different positions in three directions orthogonal to each other, for example, the X-axis direction (azimuth direction), the Y-axis direction (ground range direction), and the Z-axis direction (vertical direction), and transmitted from the transponder 61. It is composed of a plurality of receiving elements (not shown) that receive the reply signal 108a. Then, a phase difference in the X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction of the received reply signal 108a is calculated by a wave receiving element (not shown), and the surface layer tracking buoy 28 and the platform 60 are calculated based on this phase difference. The relative position can be calculated. By using the SSBL acoustic positioning system in this manner, the relative position between the surface tracking buoy 28 and the platform 60 can be calculated without using a large-scale device even in a narrow sea area.
アクチュエータとなるスラスタ44は、表層追尾ブイ28を海面上で移動させるものである。そしてスラスタ44は、後述のように対応する出力パラメータ56(図6参照)を調整することにより表層追尾ブイ28を移動、回転させる。 The thruster 44 serving as an actuator moves the surface tracking buoy 28 on the sea surface. The thruster 44 moves and rotates the surface tracking buoy 28 by adjusting the corresponding output parameter 56 (see FIG. 6) as described later.
これにより表層追尾ブイ28は、X軸方向(アジマス方向)、X軸に垂直なY軸方向(グランドレンジ方向)の並進運動のほか、X軸及びY軸に垂直なZ軸(鉛直方向)を回転軸とする回転運動を行なうことができる。 As a result, the surface tracking buoy 28 moves in the X-axis direction (azimuth direction), the Y-axis direction (ground range direction) perpendicular to the X-axis, and the Z-axis (vertical direction) perpendicular to the X-axis and Y-axis. Rotational motion can be performed about the rotation axis.
プラットフォーム60は、基本的には海中を一定の速度で一定の方向に向かって進行するものである。プラットフォーム60にはスラスタ112が取り付けられ、プラットフォーム60に対してX軸方向(アジマス方向)のサージ(前後)、Y軸方向(グランドレンジ方向)のスウェイ(左右)、Z軸方向(鉛直方向)のヒーブ(上下)の並進運動を行なわせることができる。このうちプラットフォーム60が後述の第1探査波92、第2探査波93を照射する際に航行する方向はアジマス方向となる。 The platform 60 basically proceeds in the sea in a constant direction at a constant speed. A thruster 112 is attached to the platform 60. A surge (front-rear) in the X-axis direction (azimuth direction), a sway (left-right) in the Y-axis direction (ground range direction), and a Z-axis direction (vertical direction) with respect to the platform 60. Heave (up and down) translation can be performed. Among these, the direction of navigation when the platform 60 irradiates a first exploration wave 92 and a second exploration wave 93 described later is an azimuth direction.
またスラスタ112は、プラットフォーム60に対してロール(X軸回転)、ピッチ(Y軸回転)、ヨー(Z軸回転)の回転運動を行なわせることができる。そしてプラットフォーム60の運動は、予め入力された航行プログラムの情報、あるいは観測船12の無線LAN端末14等から入力される信号によりスラスタ112の出力を制御して行なうことができる。 Further, the thruster 112 can cause the platform 60 to perform roll (X-axis rotation), pitch (Y-axis rotation), and yaw (Z-axis rotation) rotational movements. The movement of the platform 60 can be performed by controlling the output of the thruster 112 based on the navigation program information input in advance or the signal input from the wireless LAN terminal 14 of the observation ship 12 or the like.
さらにプラットフォーム60には、トランスポンダ61、慣性航法装置68(図7参照)、ドップラー速度計70が取り付けられている。トランスポンダ61は、質問信号送波器64から送信された質問信号108を受信すると、返信信号108aを送信するものである。このトランスポンダ61を配置することにより返信信号108a(測位用音響信号の反射信号)を大きな強度で送信することができ、表層追尾ブイ28を用いたプラットフォーム60の後述の測位情報54の生成を容易に行うことができる。 Further, a transponder 61, an inertial navigation device 68 (see FIG. 7), and a Doppler velocimeter 70 are attached to the platform 60. When the transponder 61 receives the interrogation signal 108 transmitted from the interrogation signal transmitter 64, the transponder 61 transmits a reply signal 108a. By disposing the transponder 61, the reply signal 108a (reflection signal of the positioning acoustic signal) can be transmitted with a large intensity, and the generation of the positioning information 54 described later of the platform 60 using the surface tracking buoy 28 is facilitated. It can be carried out.
慣性航法装置68は、一定の時間間隔で加速度情報を生成し、さらにそれを積分することにより速度情報、位置情報を生成して後述の記憶部84(図7参照)に出力する。また慣性航法装置68は、後述のようにプラットフォーム60の姿勢情報を生成して後述の記憶部84(図7参照)に出力する。 The inertial navigation device 68 generates acceleration information at a constant time interval, further integrates it to generate speed information and position information, and outputs them to the storage unit 84 (see FIG. 7) described later. In addition, the inertial navigation device 68 generates the posture information of the platform 60 as described later and outputs it to the storage unit 84 (see FIG. 7) described later.
ドップラー速度計70は、X軸方向、Y軸方向の速度情報を生成するものである。ドップラー速度計70は、例えばレーザ光を被測定物である海底面の同一位置に対して速度方向(X軸方向、Y軸方向)の前方側と後方側から照射し、その散乱光を受光部(不図示)で受け、散乱光の波長変化の大きさを検出することにより海底とプラットフォーム60との相対速度の成分を抽出している。 The Doppler speedometer 70 generates speed information in the X-axis direction and the Y-axis direction. The Doppler velocimeter 70 irradiates, for example, laser light from the front side and the rear side in the speed direction (X-axis direction and Y-axis direction) with respect to the same position on the sea bottom, which is the object to be measured, The component of the relative velocity between the sea floor and the platform 60 is extracted by detecting the magnitude of the wavelength change of the scattered light.
プラットフォーム60には、海中や海底を静止画若しくは動画として撮影するカメラ104(図6参照)や、水圧により水深を測る水深計106(図6参照)が取り付けられる場合もあり、観測船12側に海中や海底を静止画若しくは動画を表すカメラ104の情報、水深を示す水深計106の情報を出力することもできる。 The platform 60 may be equipped with a camera 104 (see FIG. 6) for taking a picture of the sea and the sea bottom as a still image or a moving image, and a water depth gauge 106 (see FIG. 6) for measuring the water depth by water pressure. It is also possible to output information of the camera 104 that represents a still image or moving image of the sea or the seabed, and information of the depth meter 106 that indicates the water depth.
さらにプラットフォーム60には、図1に示すようにプレート60aが取り付けられる場合があり、そのプレート60aは図2に示すように、その法線をアジマス方向(プラットフォーム60の進行方向)に垂直に向けた状態で海底に向けて一定の角度(スラントレンジ方向)(オフナディア角:φ)に向くように固定されている。 Furthermore, there is a case where a plate 60a is attached to the platform 60 as shown in FIG. 1, and the plate 60a has its normal line oriented perpendicularly to the azimuth direction (advancing direction of the platform 60) as shown in FIG. It is fixed so as to face a certain angle (slant range direction) (off nadir angle: φ) toward the seabed in the state.
そして、図1に示すように、送波器72、受波器となる受波アレイ74、高周波送受波器76は、それぞれの音波の照射方向、受波方向をプレート60aの法線と同様にアジマス方向に垂直に向けた状態で海底に向けて一定の角度(スラントレンジ方向、オフナディア角:φ)に向くようにして設置される(図2参照)。図1等においては、送波器72、受波アレイ74、高周波送受波器76はプレート60aに取り付けられているが、これらの構成要素が上述の向きでプラットフォーム60に配置される限り、これらの構成要素を必ずしもプレート60aに取り付ける必要はない。送波器72は、第1探査波92を海底に向けて照射し、受波アレイ74は海底で反射された第1探査波92(図3参照)の反射波92a(図3参照)を受信する。 As shown in FIG. 1, the transmitter 72, the receiver array 74 serving as a receiver, and the high-frequency transmitter / receiver 76 have the same direction of sound wave irradiation and reception as in the normal line of the plate 60a. It is installed so as to face a certain angle (slant range direction, off-nadir angle: φ) toward the seabed in a state perpendicular to the azimuth direction (see FIG. 2). In FIG. 1 and the like, the transmitter 72, the receiving array 74, and the high-frequency transmitter / receiver 76 are attached to the plate 60a. However, as long as these components are arranged on the platform 60 in the above-described orientation, It is not always necessary to attach the components to the plate 60a. The transmitter 72 irradiates the first exploration wave 92 toward the seabed, and the receiving array 74 receives the reflected wave 92a (see FIG. 3) of the first exploration wave 92 (see FIG. 3) reflected by the seabed. To do.
図1(c)に示すように、受波アレイ74(受波器)は複数(図では5個)の受波素子をアジマス方向に一列に並べて形成されている。また本実施形態において、受波アレイ74は、プラットフォーム60の航行する方向(アジマス方向)に垂直な方向(図1(c)参照)、且つ第1探査波92の照射方向(スラントレンジ方向)に交差する方向(図3参照)に間隔を置いて複数配置されている。よって反射波92aの情報は受波素子ごとに生成され、互いに識別可能な状態で後述の記憶部84(図7参照)に記憶されることになる。 As shown in FIG. 1C, the receiving array 74 (receiver) is formed by arranging a plurality (five in the figure) of receiving elements in a line in the azimuth direction. In the present embodiment, the receiving array 74 is arranged in a direction (see FIG. 1C) perpendicular to the direction (azimuth direction) in which the platform 60 navigates and in the irradiation direction (slant range direction) of the first exploration wave 92. A plurality are arranged at intervals in the intersecting direction (see FIG. 3). Therefore, the information of the reflected wave 92a is generated for each wave receiving element, and is stored in a storage unit 84 (see FIG. 7) described later in a state where the information can be distinguished from each other.
本実施形態では、反射波92aの情報に対して合成開口処理を行うことによりアジマス方向の分解能を高めることができる。ここで受波素子のアジマス方向の長さをLとすると、合成開口処理情報(合成開口画像)の理論上のアジマス方向の分解能はL/2となる。また送波器72は、周波数変調(例えばチャープ変調)を掛けた状態でレンジ方向にパルス状の第1探査波92を照射することができる。そして、第1探査波92の反射波92aの情報の圧縮操作を行なうことによりレンジ方向の分解能を高めることができる。ここで、合成開口処理情報とは、上述の方法により分解能を高めた後述の反射波92bの情報(反射波92bの強度や位相等の時系列の情報)をプラットフォーム60の位置情報(海底の地理情報)に対応して生成し、探査範囲に含まれる全ての位置情報に反射波92bの情報を対応させたものである。なお合成開口処理及び周波数変調は従来技術なのでその説明を省略する。 In the present embodiment, the resolution in the azimuth direction can be increased by performing synthetic aperture processing on the information of the reflected wave 92a. Here, when the length of the receiving element in the azimuth direction is L, the theoretical resolution in the azimuth direction of the synthetic aperture processing information (synthetic aperture image) is L / 2. The transmitter 72 can irradiate the pulsed first exploration wave 92 in the range direction with frequency modulation (for example, chirp modulation) applied. Then, the resolution in the range direction can be increased by compressing the information of the reflected wave 92a of the first exploration wave 92. Here, the synthetic aperture processing information refers to information on a reflected wave 92b (time series information such as the intensity and phase of the reflected wave 92b), which will be described later, with improved resolution by the above-described method, and position information (geographical information on the seabed). Information) and the information of the reflected wave 92b is made to correspond to all the position information included in the search range. Since synthetic aperture processing and frequency modulation are conventional techniques, explanations thereof are omitted.
第1探査波92は、数十kHz或いはそれ以下と低周波であり、海底面下にも透過可能な程度の低周波である。よって海底面下に物体が埋没している場合には第1探査波92はその物体により反射する。すなわち、反射波92aは、海底面で反射された成分と海底面下で反射された成分とを有する。しかし、第1探査波92は海底面においてかなりの部分が反射されるため、海底面で反射された成分の強度は強くなるが海底面下で反射された成分の強度は小さいものとなる。 The first exploration wave 92 has a low frequency of several tens of kHz or less and a low frequency that can be transmitted under the seabed. Therefore, when an object is buried under the sea bottom, the first exploration wave 92 is reflected by the object. That is, the reflected wave 92a has a component reflected at the sea bottom and a component reflected below the sea bottom. However, since a considerable portion of the first exploration wave 92 is reflected on the sea bottom, the intensity of the component reflected on the sea bottom increases, but the intensity of the component reflected below the sea bottom decreases.
従来技術のように受波アレイ74が一つの場合は、第1探査波92が照射されてからその反射波92aを受波アレイ74が受波するまでの戻り時間から、反射源となる物体までの距離は測定可能であるが、その方向、すなわち反射源の位置の測定は不可能である。そこで、本実施形態においては、後述のように、送波器72、複数の受波アレイ74を用いたインターフェロメトリ技術により、合成開口処理情報を構成する第1探査波92の反射波92b(合成開口処理済みの反射波)の到来角を算出する。 When there is only one wave receiving array 74 as in the prior art, from the return time until the wave receiving array 74 receives the reflected wave 92a after the first exploration wave 92 is irradiated, from the object to be the reflection source Can be measured, but its direction, i.e. the position of the reflection source, cannot be measured. Therefore, in the present embodiment, as will be described later, the reflected wave 92b (the first exploration wave 92 constituting the synthetic aperture processing information is formed by the interferometry technique using the transmitter 72 and the plurality of receiving arrays 74. The angle of arrival of the reflected wave (synthetic aperture processed) is calculated.
高周波送受波器76は、海底面からの反射波を受波して高周波海底面情報を生成するものである。よって高周波送受波器76は、殆どが海底面下には透過せず海底面で反射される周波数を有する第2探査波93(図7参照)を海底に向けて一定の照射角度(スラントレンジ方向)で照射し、その反射波93a(図5参照)を受信する。また図2に示すように、高周波送受波器76は、送波器72と同様の照射角を有し、アジマス方向に非常に狭い角度で、レンジ方向に広い角度(ニアレンジ〜ファーレンジ)で第2探査波93を照射可能となっている。よって高周波海底面情報は、第2探査波93のアジマス方向の幅に対応したアジマス方向の分解能を有し、反射波93aの強度の時系列の時間分解能に対応したレンジ方向の分解能を有する。 The high-frequency transmitter / receiver 76 receives a reflected wave from the sea bottom and generates high-frequency sea bottom information. Therefore, the high-frequency transmitter / receiver 76 directs the second exploration wave 93 (see FIG. 7) having a frequency that is hardly transmitted below the seabed and reflected by the seabed toward the seabed at a certain irradiation angle (slant range direction). ) And the reflected wave 93a (see FIG. 5) is received. As shown in FIG. 2, the high frequency transducer 76 has an irradiation angle similar to that of the transducer 72, and has a very narrow angle in the azimuth direction and a wide angle in the range direction (near range to far range). 2 The exploration wave 93 can be irradiated. Therefore, the high-frequency seabed information has resolution in the azimuth direction corresponding to the width of the second exploration wave 93 in the azimuth direction, and resolution in the range direction corresponding to time-series temporal resolution of the intensity of the reflected wave 93a.
図3にインターフェロメトリの原理を示す。図3に示すように、送波器72、受波アレイ74はレンジ方向及びアジマス方向に垂直な方向に間隔を置いて並んで配置されている。 FIG. 3 shows the principle of interferometry. As shown in FIG. 3, the transmitter 72 and the receiving array 74 are arranged side by side in the direction perpendicular to the range direction and the azimuth direction.
まず受波アレイ74が2つの場合について考える。送波器72から第1探査波92が照射されると、反射源となるターゲットOにおいて第1探査波92は球面波状に反射され、ターゲットOから受波アレイ74までの距離が十分にある場合には反射波92b(92a)はほぼ平面波となって受波アレイ74に到達する。しかし各受波アレイ74とターゲットOとの距離は互いに異なるため、各受波アレイに反射波92b(92a)が到達する時間、すなわち反射波92b(92a)の位相が異なる。よって、受波アレイ74間で生じる反射波92bの位相差に基づいて反射波92bの到来角(α)を算出することができ、さらに受波アレイ74への第1探査波92の戻り時間に基づいてターゲットOの三次元の位置(平面位置、深さ)を算出することができる。 First, consider the case where there are two receiving arrays 74. When the first exploration wave 92 is irradiated from the transmitter 72, the first exploration wave 92 is reflected in a spherical wave shape at the target O serving as a reflection source, and there is a sufficient distance from the target O to the wave receiving array 74. The reflected wave 92b (92a) reaches the receiving array 74 as a substantially plane wave. However, since the distance between each receiving array 74 and the target O is different from each other, the time for the reflected wave 92b (92a) to reach each receiving array, that is, the phase of the reflected wave 92b (92a) is different. Therefore, the arrival angle (α) of the reflected wave 92b can be calculated based on the phase difference of the reflected wave 92b generated between the receiving arrays 74, and the return time of the first exploration wave 92 to the receiving array 74 can be calculated. Based on this, the three-dimensional position (plane position, depth) of the target O can be calculated.
また上述のように送波器72、受波アレイ74は、プレート60a上に置かれている場合でも互いに異なる位置に配置されているため、ターゲットOから反射された反射波92bは受波アレイ74間において必ず位相差が生じる。よって位相差の生じない信号があった場合には、これをノイズとして除去することが可能となる。以上の演算は後述のインターフェロメトリ演算部80において演算可能である。 Further, as described above, even when the transmitter 72 and the receiving array 74 are placed on the plate 60a, they are arranged at different positions, so that the reflected wave 92b reflected from the target O is received by the receiving array 74. There is always a phase difference between the two. Therefore, if there is a signal with no phase difference, it can be removed as noise. The above calculation can be performed in an interferometry calculation unit 80 described later.
ここで、受波アレイ74間の寸法が、レンジ方向の範囲(ニアレンジ〜ファーレンジ)において検出される反射波92bの位相差が2πを超えないように狭く設定されている場合は、検出される位相差は必ず2π以下となるので反射源の到来方向を算出することができるが、その分解能は高くはない。一方、受波アレイ74間の寸法が上述の範囲を超えて広く設計されている場合は、反射源の到来方向を算出するための分解能は高くなるが、検出される位相差は周回成分(2nπ、n:整数)を有することになるので、反射源の方向を示す解が複数存在し、反射源の方向を一義的に算出することは不可能となる。そこで本実施形態においては、受波アレイ74を3つ配置(4つ以上でもよい)している。 Here, when the dimension between the receiving arrays 74 is set so narrow that the phase difference of the reflected wave 92b detected in the range in the range direction (near range to far range) does not exceed 2π, it is detected. Since the phase difference is always 2π or less, the arrival direction of the reflection source can be calculated, but the resolution is not high. On the other hand, when the dimension between the receiving arrays 74 is designed widely beyond the above-mentioned range, the resolution for calculating the arrival direction of the reflection source is high, but the detected phase difference is a circular component (2nπ). , N: integer), there are a plurality of solutions indicating the direction of the reflection source, and it is impossible to uniquely calculate the direction of the reflection source. Therefore, in the present embodiment, three receiving arrays 74 are arranged (four or more may be used).
図3に示すように、送波器72と受波アレイ74(A、B,C)との位置関係は既知であり、これらは一直線上に並んで配置されているとする。そして受波アレイ74(A)と受波アレイ74(B)との間隔は、受波する反射波同士の位相差が2πを超えないように狭く設定されているものとする。一方、受波アレイ74(A)と受波アレイ(C)との間隔は、受波する反射波同士の位相差が2πを超えるように広く設定されているものとする。そして上述同様に受波アレイ74(A、B、C)は、ほぼ平面波となった反射波92b(反射波92a)をそれぞれ互いに異なる位相で受信する。 As shown in FIG. 3, it is assumed that the positional relationship between the transmitter 72 and the receiving array 74 (A, B, C) is known, and these are arranged in a straight line. The interval between the receiving array 74 (A) and the receiving array 74 (B) is set to be narrow so that the phase difference between the received reflected waves does not exceed 2π. On the other hand, it is assumed that the interval between the receiving array 74 (A) and the receiving array (C) is set wide so that the phase difference between the received reflected waves exceeds 2π. In the same manner as described above, the receiving array 74 (A, B, C) receives the reflected wave 92b (reflected wave 92a), which is substantially a plane wave, at different phases.
ここで受波アレイ74(A)と受波アレイ74(C)との間は、受波アレイ74(A)と受波アレイ74(B)との間より長いので、到来角(α)を算出するための分解能は高くなるが、その解は上述の理由により複数あるので到来角(α)を一義的に算出することは不可能である。しかし受波アレイ74(A)と受波アレイ74(B)との間では低い分解能でありながら、上述の理由により到来角(α)を一義的に算出することができる。したがって、受波アレイ74(A)と受波アレイ74(C)との間で検出される位相差から算出される複数の到来角(α)のうち、受波アレイ74(A)と受波アレイ74(B)との間で検出される位相差から算出される到来角(α)に最も近いものを選択することにより、到来角(α)を高分解能で算出することができ、到来角(α)と反射波92bの戻り時間に基づいてターゲットOの三次元の位置(平面位置、深さ)を算出することができる。 Here, the distance between the receiving array 74 (A) and the receiving array 74 (C) is longer than that between the receiving array 74 (A) and the receiving array 74 (B). Although the resolution for calculation is high, there are a plurality of solutions for the above-described reason, and therefore it is impossible to calculate the arrival angle (α) uniquely. However, although the resolution is low between the receiving array 74 (A) and the receiving array 74 (B), the arrival angle (α) can be uniquely calculated for the above-described reason. Therefore, among the plurality of arrival angles (α) calculated from the phase difference detected between the receiving array 74 (A) and the receiving array 74 (C), the receiving array 74 (A) and the receiving wave By selecting the one closest to the arrival angle (α) calculated from the phase difference detected with respect to the array 74 (B), the arrival angle (α) can be calculated with high resolution. Based on (α) and the return time of the reflected wave 92b, the three-dimensional position (plane position, depth) of the target O can be calculated.
さらに受波アレイ74を4つ以上並列に並べた場合は、算出された複数の高分解能の角度のうち、これより一段低分解能となる角度に最も近い角度を選択する作業を繰り返すことにより、さらに高分解能な到来角を一義的に算出することができる。 Further, when four or more receiving arrays 74 are arranged in parallel, by repeating the operation of selecting the angle closest to the angle at which the resolution is one step lower than the calculated high resolution angles, A high-resolution angle of arrival can be uniquely calculated.
本実施形態においては複数の受波アレイ74で受信した反射波92aに基づいて合成開口処理情報(反射波92b)を生成することになる。そして各合成開口処理情報を構成する反射波92bにおいて、隣接する各受波アレイ74間の位相差のいずれかがゼロになる場合、隣接する各受波アレイ74間の位相差に基づいて算出されたターゲットの位置を示す複数の解が互いに著しく異なる場合等は、その位相差の根拠となる反射波92bをノイズとして除去することができる。したがって、このインターフェロメトリ技術を用いることによりノイズの少ない高精度な三次元画像(合成開口画像)を生成することができる。以上の演算は、後述のインターフェロメトリ演算部80において行なう。 In the present embodiment, synthetic aperture processing information (reflected wave 92b) is generated based on the reflected wave 92a received by the plurality of receiving arrays 74. If any of the phase differences between adjacent receiving arrays 74 is zero in the reflected wave 92b constituting each synthetic aperture processing information, it is calculated based on the phase difference between adjacent receiving arrays 74. When a plurality of solutions indicating the positions of the targets are significantly different from each other, the reflected wave 92b that is the basis for the phase difference can be removed as noise. Therefore, by using this interferometry technique, a highly accurate three-dimensional image (synthetic aperture image) with less noise can be generated. The above calculation is performed in an interferometry calculation unit 80 described later.
以上のように、合成開口技術とインターフェロメトリ技術を併用して、反射波92bの反射源の三次元の位置を算出することができる。また反射波92bは海底面より上の物体でも反射するが海底面で最も強く反射する。よって、これを全ての位置情報に対応して算出することにより、反射波92bの反射源となる海底面より上に配置された物体及び海底面の三次元画像を生成することができる。 As described above, the three-dimensional position of the reflection source of the reflected wave 92b can be calculated by using the synthetic aperture technique and the interferometry technique in combination. The reflected wave 92b is also reflected by an object above the sea bottom, but is reflected most strongly at the sea bottom. Therefore, by calculating this corresponding to all the position information, it is possible to generate a three-dimensional image of the object and the sea bottom disposed above the sea bottom as a reflection source of the reflected wave 92b.
ところで、海底面下に埋没した反射源となる物体がある場合、反射波92bは海底面下からも反射されることになる。そして、第1探査波92の反射波92bは海底面で反射される成分(海底面反射波92d:図4)が最も多く、また海底面下で反射された成分であって前記海底面反射波92dと同一の到来角で到来したもの(海底下反射波92c:図4)は、前記海底面反射波92dより時間的に後に受波アレイ74に到達する。よって、反射波92bは海底面反射波92dと海底下反射波92cとを有するが、両者を互いに識別することは可能である。しかし、音波は海底面で屈折するため、上述の方法では、海底下反射波92cの本来の位置、深さを算出することはできない。そこで、本実施形態においては、反射波92bの情報から、海底面上で反射された海底面反射波92dの情報と、海底面下で反射された海底下反射波92c(サブボトム反射波)の情報をそれぞれ抽出して、海底面下で反射された反射波の反射源の位置を算出する。 By the way, when there is an object to be a reflection source buried under the sea bottom, the reflected wave 92b is also reflected from under the sea bottom. The reflected wave 92b of the first exploration wave 92 has the largest component reflected from the sea bottom (the sea bottom reflected wave 92d: FIG. 4), and is the component reflected below the sea bottom. What has arrived at the same angle of arrival as 92d (submarine reflected wave 92c: FIG. 4) arrives at the receiving array 74 in time after the seafloor reflected wave 92d. Therefore, the reflected wave 92b has a sea bottom reflected wave 92d and a submarine reflected wave 92c, but they can be distinguished from each other. However, since the sound wave is refracted at the sea bottom, the above-described method cannot calculate the original position and depth of the submarine reflected wave 92c. Therefore, in the present embodiment, from the information of the reflected wave 92b, the information of the sea bottom reflected wave 92d reflected on the sea bottom and the information of the submarine reflected wave 92c (sub-bottom reflected wave) reflected under the sea bottom. Are extracted, and the position of the reflection source of the reflected wave reflected under the sea floor is calculated.
図4に海底面下に反射源となる物体が埋没している場合の音波の伝播経路を示す。また図5に、第1探査波の反射波の情報と、第2探査波の反射波の情報とを比較した図を示す。上述のようにインターフェロメトリ技術により反射波92b(海底面反射波92d、海底下反射波92c)の到来角αとその戻り時間が算出される。一方、送波器72及び受波アレイ74の傾きβ(プレート60aの傾き)はプラットフォーム60への取り付け時に既知であり、またβの変化量も慣性航法装置68が算出する姿勢情報により求められるため、反射波92bの進行方向と海底面とのなす角θを算出することができる。 FIG. 4 shows a propagation path of a sound wave when an object as a reflection source is buried under the sea bottom. FIG. 5 shows a comparison between information on the reflected wave of the first exploration wave and information on the reflected wave of the second exploration wave. As described above, the arrival angle α and the return time of the reflected wave 92b (the sea bottom reflected wave 92d, the submarine reflected wave 92c) are calculated by the interferometry technique. On the other hand, the inclination β (inclination of the plate 60 a) of the transmitter 72 and the receiving array 74 is known when attached to the platform 60, and the change amount of β is also obtained from the attitude information calculated by the inertial navigation device 68. The angle θ formed between the traveling direction of the reflected wave 92b and the sea bottom can be calculated.
しかし、海底下反射波92cは海底面で屈折するため、実際のターゲットOの位置は、図4に示すような位置にあり、インターフェロメトリの演算においては、海底面での屈折を考慮しない場合、見かけ上ターゲットO’から反射された海底下反射波92cについて到来角α、戻り時間を算出することとなる。 However, since the submarine reflected wave 92c is refracted at the bottom of the sea, the actual target O is positioned as shown in FIG. 4, and the interferometry calculation does not take into account the refraction at the bottom of the sea. The arrival angle α and the return time are calculated for the reflected submarine wave 92c reflected from the target O ′.
一方、第1探査波92はレンジ方向(ニアレンジ〜ファーレンジ)に照射されているので、その範囲における海底面(例えばA、B、C、D、Eの位置)を反射源とする海底面反射波92dが発生している。 On the other hand, since the 1st exploration wave 92 is irradiated in the range direction (near range-far range), the sea bottom reflection which uses the sea bottom (for example, the position of A, B, C, D, E) in the range as a reflection source. A wave 92d is generated.
さらに海底面反射波92dには、海底面で反射し、海底面下で反射した海底下反射波92cと同じ角度θで受波アレイ74に到達したものが存在する(図4ではA)。すなわち図4において海底下反射波92cの海底面での通過位置は、同一の到来角αで受波アレイ74に到達した海底面反射波92dの反射位置と一致する。さらに受波アレイ74(プラットフォーム60)の位置は慣性航法装置68により算出される。 Further, the sea bottom reflected wave 92d includes a wave that reaches the receiving array 74 at the same angle θ as the submarine reflected wave 92c reflected from the sea bottom and reflected below the sea bottom (A in FIG. 4). That is, in FIG. 4, the passage position of the submarine reflected wave 92c on the bottom surface coincides with the reflection position of the bottom surface reflected wave 92d that has reached the receiving array 74 at the same arrival angle α. Further, the position of the receiving array 74 (platform 60) is calculated by the inertial navigation device 68.
したがって、海底面反射波92dの情報を用いて海底面反射波92dが反射したAを算出することが可能となり、Aと一致する海底下反射波92cの海底面の通過位置(屈折位置)の情報を算出することができる。さらに水中での音速v1、海底面下を構成する土壌中での音速v2を用いることにより、ターゲットOの位置を算出することができる。 Therefore, it is possible to calculate A reflected by the sea bottom reflected wave 92d using information on the sea bottom reflected wave 92d, and information on the passage position (refractive position) of the sea bottom reflected wave 92c that coincides with A on the sea bottom. Can be calculated. Furthermore, the position of the target O can be calculated by using the sound velocity v1 in water and the sound velocity v2 in the soil that forms the bottom of the seabed.
図4に示すように、受波アレイ74から位置Aまでの距離Rは、音波の伝播速度v1とAから受波アレイ74までの戻り時間t1との積により求めることができる。ここでv1は海中の音速を測定することで既知となり、t1は図5における海底下反射波92cと同一の到来角の海底面反射波92dの情報の受波アレイ74の到達時間から算出することができる。したがって、海底面上のAの位置は、慣性航法装置68により既知となっている受波アレイ74(プラットフォーム60)の位置と、θ、v1、t1、により算出することができる。 As shown in FIG. 4, the distance R from the receiving array 74 to the position A can be obtained by the product of the propagation velocity v1 of the sound wave and the return time t1 from A to the receiving array 74. Here, v1 is known by measuring the speed of sound in the sea, and t1 is calculated from the arrival time of the receiving array 74 of the information of the bottom reflected wave 92d having the same angle of arrival as the reflected wave 92c below the seabed in FIG. Can do. Therefore, the position of A on the sea bottom can be calculated from the position of the receiving array 74 (platform 60) known by the inertial navigation device 68 and θ, v1, and t1.
また海底下反射波92cがターゲットOからAまで到達する時間t2は、図5に示すように、海底下反射波92cの情報と、Aにおける海底面反射波92dの情報と、の受波アレイ74の到達時間の時間差をとることにより求めることができる。したがって、ターゲットOからAまでの距離rは、海底面下を構成する土壌中での音速v2と、t2と、の積により算出することができる。このv2は実際に測定することにより既知となる。 Also, the time t2 when the submarine reflected wave 92c reaches from the target O to A is, as shown in FIG. 5, a receiving array 74 of information on the submarine reflected wave 92c and information on the submarine reflected wave 92d in A. It can be obtained by taking the time difference of the arrival times. Therefore, the distance r from the target O to A can be calculated by the product of the sound velocity v2 in the soil that forms the bottom of the seabed and t2. This v2 becomes known by actual measurement.
また海底下反射波92cの海底面に対するなす角θ’は、θ、v1、v2が既知となっているため、スネルの法則等を用いることにより算出することができる。 In addition, the angle θ ′ formed by the reflected submarine reflected wave 92c with respect to the sea bottom can be calculated by using Snell's law and the like because θ, v1, and v2 are known.
したがって、ターゲットOの位置は、既知となったAの位置、r、θ’を用いて算出することができ、ターゲットOの海底面からの深さも、r、θ’を用いて算出することができる。そして、これを全ての位置情報に対応して算出することにより、海底下反射波92cの反射源となる海底面下に埋没した物体の画像と、その位置、深さを算出することができる。以上の演算はインターフェロメトリ演算部80において行なうことができる。 Therefore, the position of the target O can be calculated using the position of A that has become known, r, θ ′, and the depth of the target O from the sea bottom can also be calculated using r, θ ′. it can. Then, by calculating this corresponding to all the position information, it is possible to calculate the image of the object buried under the sea bottom, which is the reflection source of the submarine reflected wave 92c, and its position and depth. The above calculation can be performed in the interferometry calculation unit 80.
ところで、探査対象となる海底面の起伏が激しい場合や、海底の土壌の質により、海底面において第1探査波92の反射波92a(92b)の強度が小さくなり、海底面で反射した海底面反射波92dを特定することが困難となる場合がある。すなわち、受波アレイ74において受波される第1探査波92の反射波92bから、A、B、C、D、Eにおける海底面反射波92dの情報と、図4、5に示されるターゲットOからの海底下反射波92cの情報と、を互いに識別して抽出することが困難となる場合がある。 By the way, when the undulations of the sea bottom to be surveyed are severe, or due to the quality of the soil on the sea bottom, the intensity of the reflected wave 92a (92b) of the first exploration wave 92 on the sea bottom decreases, and the sea bottom reflected on the sea bottom is reflected. It may be difficult to specify the reflected wave 92d. That is, from the reflected wave 92b of the first exploration wave 92 received by the receiving array 74, information on the sea bottom reflected wave 92d in A, B, C, D, E and the target O shown in FIGS. In some cases, it is difficult to identify and extract the information of the reflected submarine reflected wave 92c from the ocean.
そこで本実施形態では、高周波送受波器76により第2探査波93を第1探査波92同様に海底に照射し、合成開口処理情報と同様に高周波海底面情報を生成する。ここで、高周波海底面情報とは、反射波93aの強度の時系列の情報等をプラットフォーム60の位置情報(海底の地理情報)に対応して生成し、探査範囲に含まれる全ての位置情報に反射波93aの情報を対応させたものである。 Therefore, in the present embodiment, the high-frequency transducer 76 irradiates the seabed with the second exploration wave 93 in the same manner as the first exploration wave 92, and generates high-frequency seabed information as in the synthetic aperture processing information. Here, the high-frequency seabed information is generated by generating time-series information of the intensity of the reflected wave 93a corresponding to the position information (geographic information of the seabed) of the platform 60, and includes all the position information included in the search range. The information of the reflected wave 93a is made to correspond.
上述のように、第2探査波93は海底面下には透過せず、海底面で反射されるが、海底面における反射特性は音波の周波数によらず同様となる。よって、合成開口処理情報のうち海底面反射波92dにより構成される海底面で反射された成分は、第2探査波93の反射波93aによる高周波海底面情報と同様の海底面情報を持つ。よって、図4におけるA、B、C、D、Eが海底面反射波92dの反射源になっているのであれば、第2探査波93の反射波93aの反射源にもなっている。したがって、高周波海底面情報を構成する反射波93aの情報を反射波92bの情報に対応させることにより海底面反射波92dの情報を特定した上で、図5に示される海底面反射波92dの情報と第2探査波93の反射波93aの情報の差分をとることにより、海底面下で反射した海底下反射波92cの情報を抽出することができる。そして海底下反射波92cの情報と到来角が一致する海底面反射波92dの情報を用い、上述同様に海底下反射波92cの反射源の位置及び海底面からの深さを算出することができる。 As described above, the second exploration wave 93 does not transmit below the sea bottom and is reflected by the sea bottom, but the reflection characteristics at the sea bottom are the same regardless of the frequency of the sound wave. Therefore, the component reflected by the sea bottom reflected wave 92d in the synthetic aperture processing information has sea bottom information similar to the high frequency sea bottom information by the reflected wave 93a of the second exploration wave 93. Therefore, if A, B, C, D, and E in FIG. 4 are the reflection sources of the sea bottom reflected wave 92d, they are also the reflection sources of the reflected wave 93a of the second exploration wave 93. Therefore, the information on the reflected sea wave 92d shown in FIG. 5 is identified after the information on the reflected sea wave 92d is specified by associating the information on the reflected wave 93a constituting the high frequency sea floor information with the information on the reflected wave 92b. By taking the difference between the reflected wave information 93a and the reflected wave 93a of the second exploration wave 93, it is possible to extract the information of the reflected submarine reflected wave 92c reflected under the sea floor. Then, using the information on the bottom reflected wave 92d whose arrival angle matches the information on the reflected submarine reflected wave 92c, the position of the reflection source of the reflected submarine reflected wave 92c and the depth from the bottom can be calculated in the same manner as described above. .
図6に本実施形態の海底音響画像システムの一例となるブロック図を示す。観測船12に設けられた無線LAN端末14(PC、モニタ)は、上述のスラスタ112を一定の出力で駆動させる信号を、無線LAN16、通信信号58を介して出力し、プラットフォーム60を任意の進行方向、回転方向に移動させることができる。なお、探査中はプラットフォーム60がアジマス方向に一定の速度で進行できるように各スラスタ112の出力を調整するものとする。またプラットフォーム60に取り付けられたカメラ104の情報、水深計106の値の情報は、通信信号58、無線LAN16を介して受信して無線LAN端末14(モニタ)に表示され、探査前、探査中、探査後において作業者が観測できるようになっているものとする。また無線LAN端末14は、プラットフォーム60側に探査開始、探査終了の信号を出力することができる。 FIG. 6 shows a block diagram as an example of the submarine acoustic image system of the present embodiment. The wireless LAN terminal 14 (PC, monitor) provided in the observation ship 12 outputs a signal for driving the above-described thruster 112 with a constant output via the wireless LAN 16 and the communication signal 58, and the platform 60 is arbitrarily advanced. Direction and rotational direction. Note that during the search, the output of each thruster 112 is adjusted so that the platform 60 can travel at a constant speed in the azimuth direction. Information on the camera 104 attached to the platform 60 and information on the value of the depth gauge 106 are received via the communication signal 58 and the wireless LAN 16 and displayed on the wireless LAN terminal 14 (monitor). It is assumed that the operator can observe after the exploration. The wireless LAN terminal 14 can output a search start signal and a search end signal to the platform 60 side.
また、無線LAN端末14には、合成開口処理演算部78が搭載され、後述の記憶部84に記憶された第1探査波92の反射波92aの情報、位置情報、姿勢情報を用いて合成開口処理情報を生成する。さらに、無線LAN端末14にはインターフェロメトリ演算部80が搭載され、記憶部84に記憶された第2探査波93の反射波93aの情報、位置情報、姿勢情報と、合成開口処理情報(反射波92b)を用いて海底面上または海底面下の反射源の三次元画像を生成する。 In addition, the wireless LAN terminal 14 includes a synthetic aperture processing calculation unit 78, and uses the information on the reflected wave 92 a of the first exploration wave 92 stored in the storage unit 84, which will be described later, the positional information, and the posture information. Generate processing information. Further, the wireless LAN terminal 14 includes an interferometry calculation unit 80, and information on the reflected wave 93a of the second exploration wave 93 stored in the storage unit 84, position information, posture information, and synthetic aperture processing information (reflection) A wave 92b) is used to generate a three-dimensional image of the reflection source on or below the seabed.
表層追尾ブイ28の無線LAN端末30は、観測船12側から各種信号が入力されると、これらを音響モデム46に出力する。また無線LAN端末30は、音響モデム46から各種情報が入力されると、これらを観測船12の無線LAN端末14に出力する。 The wireless LAN terminal 30 of the surface tracking buoy 28 outputs these signals to the acoustic modem 46 when various signals are input from the observation ship 12 side. Further, when various information is input from the acoustic modem 46, the wireless LAN terminal 30 outputs them to the wireless LAN terminal 14 of the observation ship 12.
制御部31は、無線LAN端末14から探査開始の信号が入力されると、一定の周期(例えば水晶発振器の発振信号を分周器で所定の周波数に分周したもの)でトリガ信号を質問信号送波器64、動揺計測装置33、戻り時間演算部35、GPS受信器40にそれぞれ出力し、探査停止の信号が入力されるとトリガ信号の出力を停止する。質問信号送波器64は、制御部31からトリガ信号が周期的に入力されると、質問信号108を周期的に送信する。 When an exploration start signal is input from the wireless LAN terminal 14, the control unit 31 sends a trigger signal as an inquiry signal at a fixed period (for example, a frequency signal obtained by dividing the oscillation signal of a crystal oscillator by a frequency divider). Output to the transmitter 64, the oscillating measurement device 33, the return time calculation unit 35, and the GPS receiver 40, respectively, and when the search stop signal is input, the output of the trigger signal is stopped. When the trigger signal is periodically input from the control unit 31, the interrogation signal transmitter 64 periodically transmits the interrogation signal 108.
トランスデューサ32は、トランスポンダ61から送信された返信信号108aを受信すると、位相差の情報48を相対位置情報演算部36に出力するととともに、トリガ信号を戻り時間演算部35に出力する。戻り時間演算部35は、制御部31からのトリガ信号とトランデューサ32からのトリガ信号の時間差から質問信号108が送信されてから返信信号108aを受信するまでの戻り時間を算出し、戻り時間の情報を相対位置情報演算部36に出力する。 Upon receiving the reply signal 108 a transmitted from the transponder 61, the transducer 32 outputs phase difference information 48 to the relative position information calculation unit 36 and outputs a trigger signal to the return time calculation unit 35. The return time calculation unit 35 calculates the return time from when the query signal 108 is transmitted until the return signal 108a is received from the time difference between the trigger signal from the control unit 31 and the trigger signal from the transducer 32, and the return time is calculated. Information is output to the relative position information calculation unit 36.
相対位置情報演算部36は、戻り時間演算部35から入力される戻り時間の情報と、トランスデューサ32から入力された位相差の情報48と、予め入力された海中での音波の伝播速度の情報と、に基づいて表層追尾ブイ28とプラットフォーム60との相対位置の情報50を算出し、相対位置の情報50を測位情報演算部38及び駆動制御部42に出力する。 The relative position information calculation unit 36 includes return time information input from the return time calculation unit 35, phase difference information 48 input from the transducer 32, and pre-input information on the propagation speed of sound waves in the sea. , The relative position information 50 between the surface tracking buoy 28 and the platform 60 is calculated, and the relative position information 50 is output to the positioning information calculation unit 38 and the drive control unit 42.
動揺計測装置33は、例えば、アジマス方向(X軸方向)を回転軸とする回転、及びスラントレンジ方向(Y軸方向)を回転軸とする回転に対して水平を維持可能な部材(部材)を有するジンバル構造体(不図示)と、鉛直方向(Z軸方向)を回転軸とする回転を検知するコンパス(不図示)を有している。ここで、ジンバル構造体(不図示)は、例えば、表層追尾ブイ28が水平となっているときの表層追尾ブイ28と前述の部材(不図示)との相対位置を基準として、表層追尾ブイ28のX軸方向及びY軸方向の傾斜(回転)を、前記相対位置の変化として算出することができる。そして、動揺計測装置33は、ジンバル構造体(不図示)及びコンパス(不図示)から、表層追尾ブイ28のX軸回り(ロール)、Y軸回り(ピッチ)、Z軸回り(ヨー)の回転位置を示す姿勢情報を生成するとともに、姿勢情報を常時更新している。さらに、動揺計測装置33は、制御部31からトリガ信号が入力されると最新の姿勢情報49を測位情報演算部38に出力する。 The fluctuation measuring device 33 is, for example, a member (member) capable of maintaining horizontal with respect to rotation about the rotation axis in the azimuth direction (X-axis direction) and rotation about the slant range direction (Y-axis direction). It has a gimbal structure (not shown) and a compass (not shown) that detects rotation about the vertical direction (Z-axis direction) as a rotation axis. Here, the gimbal structure (not shown) is, for example, the surface tracking buoy 28 based on the relative position between the surface tracking buoy 28 and the above-described member (not shown) when the surface tracking buoy 28 is horizontal. The tilt (rotation) in the X-axis direction and the Y-axis direction can be calculated as a change in the relative position. The fluctuation measuring device 33 rotates the surface tracking buoy 28 around the X axis (roll), the Y axis (pitch), and the Z axis (yaw) from the gimbal structure (not shown) and the compass (not shown). While generating posture information indicating the position, the posture information is constantly updated. Furthermore, when the trigger signal is input from the control unit 31, the motion measurement device 33 outputs the latest posture information 49 to the positioning information calculation unit 38.
GPS受信器40は、GPS衛星からの電波を受信することにより一定の周期でGPS測位に基づく地理情報52を更新しているが、制御部31からトリガ信号を受信することにより最新の地理情報52を測位情報演算部38に出力する。 The GPS receiver 40 updates the geographic information 52 based on GPS positioning at a constant cycle by receiving radio waves from GPS satellites, but receives the trigger signal from the control unit 31 to update the latest geographic information 52. Is output to the positioning information calculation unit 38.
測位情報演算部38は、相対位置の情報50を地理情報52及び姿勢情報49に関連付けて測位情報54を生成する。すなわち相対位置の情報50を地理情報52が有する地理座標に基づいて座標変換するとともに、姿勢情報49により表層追尾ブイ28の傾き(回転)による地理情報52の誤差を補正することによりプラットフォーム60の測位情報54を生成し、音響モデム46に出力する。 The positioning information calculation unit 38 generates positioning information 54 by associating the relative position information 50 with the geographical information 52 and the posture information 49. That is, the coordinate information of the relative position information 50 is converted based on the geographic coordinates of the geographic information 52, and the position of the platform 60 is determined by correcting the error of the geographic information 52 due to the inclination (rotation) of the surface tracking buoy 28 by the attitude information 49. Information 54 is generated and output to the acoustic modem 46.
駆動制御部42は、予め入力された表層追尾ブイ28とプラットフォーム60との設定相対位置の情報と、相対位置情報演算部36から入力された相対位置の情報50との差分に基づき、表層追尾ブイ28とプラットフォーム60との実際の相対位置が設定相対位置となるように、さらに表層追尾ブイ28がプラットフォーム60に対して一定の方向を向くように各スラスタ44に出力パラメータ56を出力する。 The drive control unit 42, based on the difference between the preset relative position information of the surface tracking buoy 28 and the platform 60 input in advance and the relative position information 50 input from the relative position information calculation unit 36, The output parameter 56 is output to each thruster 44 so that the surface tracking buoy 28 faces a fixed direction with respect to the platform 60 so that the actual relative position between the platform 28 and the platform 60 becomes the set relative position.
これにより、表層追尾ブイ28はプラットフォーム60の移動に伴って上述の設定相対位置及び方向を保つように向きを修正しつつ海上を移動することができる。よって、表層追尾ブイ28は、プラットフォーム60との間で一定の方向・距離を維持するように回転・移動し、プラットフォーム60を追尾することができる。 Thereby, the surface tracking buoy 28 can move on the sea while correcting the direction so as to keep the above-mentioned set relative position and direction as the platform 60 moves. Therefore, the surface layer tracking buoy 28 can be rotated and moved so as to maintain a certain direction and distance from the platform 60 to track the platform 60.
音響モデム46は、無線LAN端末30及び測位情報演算部38から入力された信号や情報を、通信信号58を介してプラットフォーム60の音響モデム62に出力する。また音響モデム46は、プラットフォーム60の音響モデム62から入力された信号や情報を無線LAN端末30に出力する。 The acoustic modem 46 outputs signals and information input from the wireless LAN terminal 30 and the positioning information calculation unit 38 to the acoustic modem 62 of the platform 60 via the communication signal 58. The acoustic modem 46 outputs the signal and information input from the acoustic modem 62 of the platform 60 to the wireless LAN terminal 30.
プラットフォーム60に取り付けられた音響モデム62は、音響モデム46から入力された信号や情報を画像生成部66やスラスタ112に出力し、画像生成部66やカメラ104、水深計106から出力された信号や情報を音響モデム46に出力する。 The acoustic modem 62 attached to the platform 60 outputs signals and information input from the acoustic modem 46 to the image generation unit 66 and the thruster 112, and outputs signals and signals output from the image generation unit 66, the camera 104, and the water depth gauge 106. Information is output to the acoustic modem 46.
図7に画像生成処理の一例となるブロック図を示す。画像生成部66は、制御部67、慣性航法装置68、ドップラー速度計70、送波器72、受波アレイ74、高周波送受波器76、記憶部84を包含する。 FIG. 7 shows a block diagram as an example of image generation processing. The image generation unit 66 includes a control unit 67, an inertial navigation device 68, a Doppler velocimeter 70, a transmitter 72, a reception array 74, a high frequency transmitter / receiver 76, and a storage unit 84.
制御部67は、探査開始の信号を受信すると、慣性航法装置68、ドップラー速度計70、送波器72、受波アレイ74、高周波送受波器76を起動させ、探査終了の信号を受信するとこれらを停止させる。また制御部67は、探査開始の信号の受信後で探査終了の信号を受信する前までは、制御部31と時間的な同期がとられたトリガ信号を送波器72、受波アレイ74、高周波送受波器76に周期的に送信する。さらに、制御部67は、測位情報54が入力されると、これを慣性航法装置68に出力する。 The control unit 67 activates the inertial navigation device 68, the Doppler velocimeter 70, the transmitter 72, the receiving array 74, and the high-frequency transmitter / receiver 76 when receiving the search start signal, and receives the search end signal. Stop. The control unit 67 transmits a trigger signal synchronized with the control unit 31 in time after receiving the search start signal and before receiving the search end signal, to the transmitter 72, the receiving array 74, The signal is periodically transmitted to the high frequency transducer 76. Further, when the positioning information 54 is input, the control unit 67 outputs the positioning information 54 to the inertial navigation device 68.
ドップラー速度計70は一定の更新時間でプラットフォーム60の速度情報を生成し、慣性航法装置68に速度情報を出力する。
慣性航法装置68は、一定の更新時間ごとにプラットフォーム60の並進方向(X軸、Y軸、Z軸)の加速度を検出し、速度情報と位置情報を生成する。また慣性航法装置68は、最新の加速度情報、速度情報、位置情報を保持するとともに記憶部84に出力する。
The Doppler speedometer 70 generates speed information of the platform 60 at a constant update time, and outputs the speed information to the inertial navigation device 68.
The inertial navigation device 68 detects acceleration in the translation direction (X axis, Y axis, Z axis) of the platform 60 at regular update times, and generates velocity information and position information. The inertial navigation device 68 holds the latest acceleration information, velocity information, and position information and outputs them to the storage unit 84.
慣性航法装置68においては、速度情報、位置情報は積分により生成されるため、積分定数に起因する誤差が時間経過とともに増大することになる。
そこで、慣性航法装置68においては、ドップラー速度計70から速度情報を入力し、また制御部67から測位情報54を入力し、慣性航法装置68の速度情報と位置情報を更新する。
In the inertial navigation device 68, since the speed information and the position information are generated by integration, the error due to the integration constant increases with time.
Therefore, in the inertial navigation device 68, speed information is input from the Doppler speedometer 70, and positioning information 54 is input from the control unit 67, and the speed information and position information of the inertial navigation device 68 are updated.
さらに、慣性航法装置68においては、動揺計測装置33と同様にジンバル構造体(不図示)、コンパス(不図示)を有している。そして、これらの構成要素からプラットフォーム60のX軸回り(ロール)、Y軸回り(ピッチ)、Z軸回り(ヨー)の回転位置を示す姿勢情報を生成するとともに、一定の更新時間ごとに姿勢情報を更新して記憶部84に記憶している。 Further, the inertial navigation device 68 has a gimbal structure (not shown) and a compass (not shown), like the motion measurement device 33. Then, posture information indicating the rotational positions of the platform 60 around the X axis (roll), the Y axis (pitch), and the Z axis (yaw) is generated from these components, and the posture information is set at regular update times. Is updated and stored in the storage unit 84.
これにより慣性航法装置68が記憶部84に出力する速度情報、位置情報は、それぞれの更新時間の間隔に対応して誤差が一定の範囲に抑制されるため、後述の合成開口演算処理部78において高い分解能の合成開口処理情報(合成開口画像)を生成することができ、後述のインターフェロメトリ演算部80においては位置情報、姿勢情報により反射源の三次元の位置を正確に算出することができる。 As a result, the speed information and the position information output from the inertial navigation device 68 to the storage unit 84 are suppressed within a certain range corresponding to the respective update time intervals. High-resolution synthetic aperture processing information (synthetic aperture image) can be generated, and the interferometry calculation unit 80 (to be described later) can accurately calculate the three-dimensional position of the reflection source based on position information and posture information. .
送波器72は、制御部67から入力されるトリガ信号に従って一定の時間間隔で第1探査波92を海底に向けて照射するとともに、照射時刻の情報を記憶部84に出力する。 The transmitter 72 irradiates the first exploration wave 92 toward the seabed at regular time intervals according to the trigger signal input from the control unit 67 and outputs information on the irradiation time to the storage unit 84.
受波アレイ74は、制御部67から入力されるトリガ信号を受けると第1探査波92の反射波92aの情報(反射波92aの強度や位相等の時系列の情報)を生成して記憶部84に出力する。このとき反射波92aの情報にはトリガ信号が入力された時刻の情報(ゼロ点の時刻の情報)が含まれている。よってトリガ信号の周期は、反射波92a(後述の反射波93a)を受波アレイ74が時間方向で完全に受信するまでの期間、すなわち受波アレイ74が検知する反射波92aの強度がゼロになるまでの期間より長く設定する必要がある。また反射波92aの情報は、慣性航法装置68の加速度情報、速度情報、位置情報、姿勢情報と時刻同期を取り記憶部84に記憶される。 When receiving the trigger signal input from the control unit 67, the receiving array 74 generates information on the reflected wave 92a of the first exploration wave 92 (time-series information such as the intensity and phase of the reflected wave 92a) and stores it. 84. At this time, the information of the reflected wave 92a includes information on the time when the trigger signal is input (time point information on the zero point). Therefore, the period of the trigger signal is a period until the receiving array 74 completely receives the reflected wave 92a (a reflected wave 93a described later) in the time direction, that is, the intensity of the reflected wave 92a detected by the receiving array 74 is zero. It is necessary to set longer than the period until. The information of the reflected wave 92 a is stored in the storage unit 84 in synchronization with the acceleration information, velocity information, position information, and posture information of the inertial navigation device 68.
高周波送受波器76は、制御部67から入力されるトリガ信号に従って一定の時間間隔で第2探査波93を海底に向けて照射する。そして高周波送受波器76は、第2探査波93の反射波93aを受信し、トリガ信号を受信した時刻の情報と反射波の強度等の時系列情報を有する反射波93aの情報を生成して記憶部84に出力する。また、反射波93aの情報は、慣性航法装置68の加速度情報、速度情報、位置情報、姿勢情報と時刻同期をとり記憶部84に記憶される。なお、反射波93aの情報を位置情報及び姿勢情報に対応づけることにより高周波海底面情報を生成することができる。 The high frequency transmitter / receiver 76 irradiates the second exploration wave 93 toward the seabed at regular time intervals according to the trigger signal input from the control unit 67. Then, the high frequency transmitter / receiver 76 receives the reflected wave 93a of the second exploration wave 93, generates information of the reflected wave 93a having time series information such as the time information when the trigger signal is received and the intensity of the reflected wave. The data is output to the storage unit 84. The information of the reflected wave 93a is stored in the storage unit 84 in time synchronization with the acceleration information, speed information, position information, and posture information of the inertial navigation device 68. Note that high-frequency seabed information can be generated by associating information on the reflected wave 93a with position information and posture information.
このようにして得られた反射波92aの情報、反射波93aの情報、加速度情報、速度情報、位置情報、姿勢情報は、プラットフォーム60を海上に引き上げた上で記憶部84から取り出され、例えば無線LAN端末14の記憶領域(不図示)に入力される。 The information on the reflected wave 92a, the information on the reflected wave 93a, the acceleration information, the speed information, the position information, and the posture information obtained in this manner are taken out from the storage unit 84 after the platform 60 is lifted to the sea. The data is input to a storage area (not shown) of the LAN terminal 14.
合成開口演算処理部78は、反射波92aの情報、位置情報、姿勢情報等を用いて合成開口処理情報を生成して無線LAN端末14の記憶領域(不図示)に記録する。この合成開口処理情報は、アジマス方向及びレンジ方向の分解能が高められた第1探査波92の反射波92bにより構成されている。なお、合成開口処理情報の生成の際に、合成開口演算処理部78は、周波数変調された第1探査波92の反射波92aの情報をもとに、上述のレンジ方向の分解能を高めることができる。 The synthetic aperture calculation processing unit 78 generates synthetic aperture processing information using the information of the reflected wave 92a, position information, posture information, and the like, and records it in a storage area (not shown) of the wireless LAN terminal 14. This synthetic aperture processing information is composed of a reflected wave 92b of the first exploration wave 92 with enhanced resolution in the azimuth direction and the range direction. When generating the synthetic aperture processing information, the synthetic aperture calculation processing unit 78 increases the resolution in the above-described range direction based on the information of the reflected wave 92a of the first exploration wave 92 that has been frequency-modulated. it can.
ところで、合成開口演算処理部78は、反射波92aの情報に表れる反射波92aの信号の時間分解能に対応した加速度情報、速度情報、位置情報、姿勢情報を生成して高精度な合成開口処理情報を生成する必要がある。そこで合成開口演算処理部78は、慣性航法装置68の更新時間に係る時間分解能で生成された加速度情報、速度情報、位置情報、姿勢情報を、多項式等による近似曲線により近似して、慣性航法装置68の更新時間より短い時間間隔の加速度情報、速度情報、位置情報、姿勢情報を近似曲線から抽出(内挿)することができる。すなわち、反射波92aの信号の時間分解能に対応する加速度情報、速度情報、位置情報、姿勢情報を生成して合成開口処理を行うことができる。これにより、合成開口処理情報から生成される合成開口画像の歪みを抑制し分解能を向上させることができる。 By the way, the synthetic aperture calculation processing unit 78 generates acceleration information, velocity information, position information, and posture information corresponding to the time resolution of the signal of the reflected wave 92a appearing in the information of the reflected wave 92a to generate highly accurate synthetic aperture processing information. Must be generated. Therefore, the synthetic aperture calculation processing unit 78 approximates the acceleration information, speed information, position information, and posture information generated with the time resolution related to the update time of the inertial navigation device 68 by an approximate curve such as a polynomial, and the inertial navigation device. It is possible to extract (interpolate) acceleration information, speed information, position information, and posture information with a time interval shorter than 68 update times from the approximate curve. That is, the synthetic aperture processing can be performed by generating acceleration information, velocity information, position information, and posture information corresponding to the time resolution of the signal of the reflected wave 92a. Thereby, the distortion of the synthetic aperture image generated from the synthetic aperture processing information can be suppressed and the resolution can be improved.
インターフェロメトリ演算部80は、複数の合成開口処理情報中に包含される反射波92bの情報の位相差から反射波92bの到来角(図4参照)を算出して反射波92bの反射源の三次元の位置を算出する。ここで、第1探査波92は周期的に照射されるが、一の時刻に照射された第1探査波92の反射波92a(反射波92b)同士の位相差を算出する。これを合成開口処理情報全体に行なうことにより反射波92bの反射源となる物体の映像とその深さ情報(Z軸方向の情報)を加えた三次元画像となる三次元画像の情報を生成して無線LAN端末14の記憶領域(不図示)に記憶する。 The interferometry calculating unit 80 calculates the arrival angle (see FIG. 4) of the reflected wave 92b from the phase difference of the information of the reflected wave 92b included in the plurality of synthetic aperture processing information, and determines the reflection source of the reflected wave 92b. Calculate the three-dimensional position. Here, although the first exploration wave 92 is irradiated periodically, the phase difference between the reflected waves 92a (reflected waves 92b) of the first exploration wave 92 irradiated at one time is calculated. By performing this processing on the entire synthetic aperture processing information, information on a three-dimensional image that is a three-dimensional image obtained by adding an image of an object that is a reflection source of the reflected wave 92b and depth information (information in the Z-axis direction) is generated. And stored in a storage area (not shown) of the wireless LAN terminal 14.
また、インターフェロメトリ演算部80は、合成開口処理情報から海底面反射波92dの情報と、海底下反射波92cの情報を抽出し、上述の方法により海底下反射波92cの反射源の三次元の位置を算出する。そして、これを合成開口処理情報全体に行なうことにより海底下反射波92cの反射源となる物体の映像とその深さ情報(Z軸方向の情報)を加えた三次元画像となる三次元画像の情報を生成して無線LAN端末14の記憶領域(不図示)に記憶する。ここで、インターフェロメトリ演算部80は、合成開口処理情報から海底面反射波92dの情報の抽出が困難であると判断した場合には、反射波93aの情報、位置情報、姿勢情報を用いて高周波海底面情報を生成し、これを合成開口処理情報に対応させて合成開口処理情報から海底面反射波92dの情報を抽出する。 Further, the interferometry calculation unit 80 extracts the information of the sea bottom reflected wave 92d and the information of the submarine reflected wave 92c from the synthetic aperture processing information, and the three-dimensional reflection source of the submarine reflected wave 92c by the above-described method. The position of is calculated. Then, by performing this on the entire synthetic aperture processing information, the image of the object that is the reflection source of the submarine reflected wave 92c and the depth information (information in the Z-axis direction) are added to the three-dimensional image. Information is generated and stored in a storage area (not shown) of the wireless LAN terminal 14. Here, when the interferometry calculating unit 80 determines that it is difficult to extract the information of the sea bottom reflected wave 92d from the synthetic aperture processing information, it uses the information of the reflected wave 93a, the position information, and the attitude information. High-frequency sea bottom information is generated, and the information of the sea bottom reflected wave 92d is extracted from the synthetic aperture processing information in correspondence with the synthetic aperture processing information.
ここで、インターフェロメトリ演算部80は、一の合成開口処理情報を構成する反射波92b(一の時刻に照射された第1探査波92の反射波92b)と、この反射波とほぼ同時刻に受信した反射波であって他の合成開口処理情報を構成する反射波92b(一の時刻に照射された第1探査波92の反射波92b)と、の位相差がゼロになる場合は、その位相差の根拠となる反射波92bの信号をノイズとして除去することができる。また、いずれかの位相差が他の位相差に比べて極端に異なる場合、各位相差に基づいて算出された反射源の位置が互いに著しく異なる場合等であっても、同様に反射波92bの信号をノイズとして除去することができる。 Here, the interferometry calculation unit 80 is substantially the same time as the reflected wave 92b (the reflected wave 92b of the first exploration wave 92 irradiated at one time) constituting one synthetic aperture processing information. When the phase difference between the reflected wave 92b (the reflected wave 92b of the first exploration wave 92 irradiated at one time) and the reflected wave 92b that constitutes other synthetic aperture processing information is zero, The signal of the reflected wave 92b that becomes the basis of the phase difference can be removed as noise. Similarly, even if one of the phase differences is extremely different from the other phase differences, or even when the positions of the reflection sources calculated based on each phase difference are significantly different from each other, the signal of the reflected wave 92b is similarly obtained. Can be removed as noise.
上記構成のもと、第1実施形態の海底音響映像システム10の動作について、その一例を説明する。まず、表層追尾ブイ28を海上に浮かせた状態で設置し、プラットフォーム60を海中に導入する。そして作業者は、モニタ(不図示)に映し出される海中・海底面の映像や水深の情報をもとに、無線LAN端末14に付属するハンドル(不図示)等を操作しながらプラットフォーム60を、探査範囲(測定対象エリア)において最初に第1探査波92等を照射する位置まで誘導する。 An example of the operation of the submarine audiovisual system 10 of the first embodiment will be described based on the above configuration. First, the surface tracking buoy 28 is installed in a state of floating on the sea, and the platform 60 is introduced into the sea. Then, the operator searches for the platform 60 while operating the handle (not shown) attached to the wireless LAN terminal 14 based on the underwater / underwater image and water depth information displayed on the monitor (not shown). In the range (measurement target area), the first exploration wave 92 and the like are first guided to the irradiation position.
そしてプラットフォーム60を所定の方向に走らせ、無線LAN端末14から探査開始の信号を送信することにより探査を開始する。プラットフォーム60に設置された送波器72は第1探査波92を海底に向けて周期的(遂次的)に照射してその反射波92aを受波アレイ74で受信して反射波92aの情報を記憶部84に記憶する。またプラットフォーム60に設置された高周波送受波器76は、第2探査波93を海底に向けて照射し、その反射波93aを受信して反射波93aの情報を記憶部84に記憶する。 Then, the platform 60 is run in a predetermined direction, and the search is started by transmitting a search start signal from the wireless LAN terminal 14. The transmitter 72 installed on the platform 60 irradiates the first exploration wave 92 periodically (successively) toward the seabed, receives the reflected wave 92a by the receiving array 74, and receives information on the reflected wave 92a. Is stored in the storage unit 84. The high frequency transducer 76 installed on the platform 60 irradiates the second exploration wave 93 toward the seabed, receives the reflected wave 93a, and stores the information of the reflected wave 93a in the storage unit 84.
一方、表層追尾ブイ28は、探査開始により質問信号108を周期的(遂次的)にプラットフォーム60に送信してその返信信号108aを受信し、位相差の情報48、戻り時間の情報、地理情報52等に基づいてプラットフォーム60の測位情報54を生成して、これをプラットフォーム60に出力する。 On the other hand, the surface layer tracking buoy 28 periodically transmits the interrogation signal 108 to the platform 60 at the start of the search and receives the reply signal 108a, and receives the phase difference information 48, the return time information, and the geographical information. Based on 52 etc., the positioning information 54 of the platform 60 is generated and output to the platform 60.
さらにプラットフォーム60に設置された慣性航法装置68は、探査開始により加速度情報、速度情報、位置情報、姿勢情報を生成して記憶部84に記憶する。そして慣性航法装置68において保持された速度情報は、ドップラー速度計70から入力される速度情報で上書きされ、位置情報は、表層追尾ブイ28から送信された測位情報54により上書きされる。そしてプラットフォーム60が探査範囲を全て航行したのちに引き上げ、記憶部84に記憶された反射波92aの情報、反射波93aの情報、加速度情報、速度情報、位置情報、姿勢情報を無線LAN端末14(PC)の記憶領域(不図示)に記憶する。 Further, the inertial navigation device 68 installed on the platform 60 generates acceleration information, velocity information, position information, and posture information when the search starts, and stores them in the storage unit 84. The speed information held in the inertial navigation device 68 is overwritten with the speed information input from the Doppler velocimeter 70, and the position information is overwritten with the positioning information 54 transmitted from the surface tracking buoy 28. Then, after the platform 60 has navigated the entire search range, the information on the reflected wave 92a, the information on the reflected wave 93a, the acceleration information, the speed information, the position information, and the attitude information stored in the storage unit 84 are transmitted to the wireless LAN terminal 14 ( PC) is stored in a storage area (not shown).
次に合成開口処理開始により、合成開口演算処理部78は反射波92aの情報、位置情報、姿勢情報に基づいて合成開口処理情報を生成して無線LAN端末14(PC)の記憶領域(不図示)に記憶する。 Next, when the synthetic aperture processing is started, the synthetic aperture calculation processing unit 78 generates synthetic aperture processing information based on the information of the reflected wave 92a, position information, and posture information, and stores the storage area (not shown) of the wireless LAN terminal 14 (PC). ).
さらにインターフェロメトリ演算の開始により、インターフェロメトリ演算部80は、上述のように合成開口処理情報、反射波93aの情報、位置情報、姿勢情報を用いて、高周波海底面画像、三次元画像の情報を生成して無線LAN端末14(PC)の記憶領域(不図示)に記憶する。もちろん、無線LAN端末14(PC)の記憶領域(不図示)に記憶された情報は、全てPC付属のモニタ(不図示)上に描画することができる。 Furthermore, by starting the interferometry calculation, the interferometry calculation unit 80 uses the synthetic aperture processing information, the information on the reflected wave 93a, the position information, and the posture information as described above to generate a high-frequency seabed image and a three-dimensional image. Information is generated and stored in a storage area (not shown) of the wireless LAN terminal 14 (PC). Of course, all the information stored in the storage area (not shown) of the wireless LAN terminal 14 (PC) can be drawn on a monitor (not shown) attached to the PC.
ここで合成開口処理情報から生成される合成開口画像、三次元画像を十分な分解能で生成するためには、位置情報の誤差が小さくなることが必要である。しかし、従来技術のように慣性航法装置による位置情報を用いた場合、その位置情報の誤差(ドリフト誤差)が時間経過とともに増大するため、合成開口画像及び三次元画像において十分な分解能を得ることはできない。しかし、本実施形態においては、表層追尾ブイ28とプラットフォーム60との相対位置の情報50を、表層追尾ブイ28のGPS測位に基づく地理情報52と、表層追尾ブイ28の姿勢情報49とに対応づけた測位情報54を生成し、これを慣性航法装置68が保持する位置情報に上書きする。よって時間経過とともに位置情報の誤差が増大することはなく、位置の誤差は、地理情報52、姿勢情報49、相対位置の情報50の誤差の範囲に留まるため、合成開口画像及び三次元画像において、画像の分解能を高めることができる。 Here, in order to generate a synthetic aperture image and a three-dimensional image generated from the synthetic aperture processing information with sufficient resolution, it is necessary to reduce the error of the position information. However, when the position information obtained by the inertial navigation system is used as in the prior art, the position information error (drift error) increases with time, so that sufficient resolution can be obtained in the synthetic aperture image and the three-dimensional image. Can not. However, in the present embodiment, the relative position information 50 between the surface tracking buoy 28 and the platform 60 is associated with the geographical information 52 based on the GPS positioning of the surface tracking buoy 28 and the attitude information 49 of the surface tracking buoy 28. The positioning information 54 is generated and overwritten on the position information held by the inertial navigation device 68. Therefore, the position information error does not increase with time, and the position error remains within the error range of the geographic information 52, the posture information 49, and the relative position information 50. Therefore, in the synthetic aperture image and the three-dimensional image, The resolution of the image can be increased.
なお、本実施形態において、質問信号送波器64は表層追尾ブイ28から進行方向前向き、かつ斜め下方に向けて質問信号108を送信する。よって、表層追尾ブイ28は俯角45°〜60°の角度をもってプラットフォーム60を追尾する位置に来るように移動させることが好適である。 In this embodiment, the interrogation signal transmitter 64 transmits the interrogation signal 108 from the surface tracking buoy 28 forward in the traveling direction and obliquely downward. Therefore, it is preferable that the surface layer tracking buoy 28 is moved so as to come to a position where the platform 60 is tracked at a depression angle of 45 ° to 60 °.
上述の実施形態においては、GPS受信器40を搭載した表層追尾ブイ28を用いたSSBL方式による測位情報54をプラットフォームに送信する旨説明してきた。しかし、プラットフォーム60側に前述の測位情報54を送信し、位置情報を更新させ、分解能の高い測位情報54を確保する構成はこれに限定されない。例えば、表層追尾ブイとプラットフォームの相対位置の算出において測位手段を有する浮体を用いた相対距離計測による三次元測位手法を用いることも可能である。この場合、測位手段となる表層追尾ブイが複数配設されるとともに測位用音響信号をプラットフォームにそれぞれ送信して、測位用音響信号の反射信号の戻り時間をそれぞれ算出する。そして各表層追尾ブイのGPS測位に基づく地理情報と、反射信号の戻り時間の情報(各表層追尾ブイとプラットフォームとの距離)と、に基づいて、プラットフォームの測位情報を生成する構成とすればよい。 In the above-described embodiment, it has been described that the positioning information 54 by the SSBL method using the surface tracking buoy 28 equipped with the GPS receiver 40 is transmitted to the platform. However, the configuration in which the positioning information 54 described above is transmitted to the platform 60 side, the position information is updated, and the positioning information 54 with high resolution is secured is not limited thereto. For example, it is also possible to use a three-dimensional positioning method based on relative distance measurement using a floating body having positioning means in calculating the relative position between the surface tracking buoy and the platform. In this case, a plurality of surface tracking buoys serving as positioning means are provided, and positioning acoustic signals are transmitted to the platform, respectively, and return times of the reflected signals of the positioning acoustic signals are calculated. Then, the platform positioning information may be generated based on the geographical information based on the GPS positioning of each surface tracking buoy and the information on the return time of the reflected signal (distance between each surface tracking buoy and the platform). .
例えば、基準となる第1の表層追尾ブイ(不図示)と、それ以外の第2の表層追尾ブイ(不図示)、第3の表層追尾ブイ(不図示)を用いる。第1乃至第3の表層追尾ブイは、互いに一定の間隔を置いて海上に配置されるとともに、それぞれGPS測位に基づく地理情報を生成する。また第1乃至第3の表層追尾ブイは、それぞれ互いに周波数の異なる第1乃至第3の質問信号(測位用音響信号)をプラットフォームに向けて送信する。一方、プラットフォーム60には、第1の質問信号を受信して第1の返信信号を出力する第1のトランスポンダ(不図示)と、第2の質問信号を受信して第2の返信信号を出力する第2のトランスポンダ(不図示)と、第3の質問信号を受信して第3の返信信号を出力する第3のトランスポンダ(不図示)と、が配置されている。ここで、第1乃至第3の返信信号(測位用音響信号の反射信号)は互いに異なる周波数を有している。そして、第1の表層追尾ブイは第1の返信信号のみを受信可能とし、第2の表層追尾ブイは第2の返信信号のみを受信可能とし、第3の表層追尾ブイは第3の返信信号のみを受信可能とする構成を有している。 For example, a reference first surface tracking buoy (not shown), other second surface tracking buoy (not shown), and third surface tracking buoy (not shown) are used. The first to third surface layer tracking buoys are arranged on the sea at regular intervals and generate geographic information based on GPS positioning. The first to third surface layer tracking buoys transmit first to third interrogation signals (positioning acoustic signals) having different frequencies from each other toward the platform. On the other hand, the platform 60 receives a first interrogation signal (not shown) that receives a first interrogation signal and outputs a first reply signal, and outputs a second interrogation signal after receiving the second interrogation signal. A second transponder (not shown) that receives the third interrogation signal and outputs a third reply signal is arranged. Here, the first to third return signals (reflection signals of positioning acoustic signals) have different frequencies. The first surface tracking buoy can receive only the first reply signal, the second surface tracking buoy can receive only the second reply signal, and the third surface tracking buoy can receive the third reply signal. Only to receive the signal.
そして、各表層追尾ブイは、各質問信号を送信して各トランスポンダから各返信信号を受信するまでの戻り時間を算出する。第2、第3の表層追尾ブイは、それぞれGPS測位に基づく地理情報と、戻り時間の情報を第1の表層追尾ブイに送信する。第1の表層追尾ブイは、各表層追尾ブイで算出された戻り時間の情報と、水中での音速と、各表層追尾ブイのGPS測位に基づく地理情報と、に基づいて第1の表層追尾ブイとプラットフォームとの第1の相対位置の情報を算出する。そして、この第1の相対位置の情報を第1の表層追尾ブイのGPS測位に基づく地理情報に対応づけて測位情報を生成し、これをプラットフォームに送信すればよい。 Each surface layer tracking buoy calculates a return time from when each interrogation signal is transmitted until each reply signal is received from each transponder. The second and third surface tracking buoys respectively transmit geographical information based on GPS positioning and return time information to the first surface tracking buoy. The first surface tracking buoy is based on the return time information calculated by each surface tracking buoy, the speed of sound in water, and the geographical information based on the GPS positioning of each surface tracking buoy. And the first relative position information of the platform is calculated. Then, the positioning information is generated by associating the information on the first relative position with the geographic information based on the GPS positioning of the first surface tracking buoy, and this may be transmitted to the platform.
なお、各表層追尾ブイは姿勢情報を生成可能とし、例えば各表層追尾ブイのGPS測位による地理情報を姿勢情報により補正することができる。また、基準となる表層追尾ブイとプラットフォームに測位情報を送信する表層追尾ブイとが互いに異なっていても良い。また測位情報の誤差を抑制するため、各表層追尾ブイにおいて、各表層追尾ブイを基準とした上述の測位情報を生成し、その平均値をプラットフォーム側に送信しても良い。 Each surface tracking buoy can generate posture information. For example, geographic information obtained by GPS positioning of each surface tracking buoy can be corrected by the posture information. Further, the reference surface tracking buoy and the surface tracking buoy for transmitting positioning information to the platform may be different from each other. Further, in order to suppress errors in the positioning information, in each surface layer tracking buoy, the above-described positioning information based on each surface layer tracking buoy may be generated, and the average value thereof may be transmitted to the platform side.
一方、第1の表層追尾ブイでは、第1の相対位置の情報と入力された第2、第3の表層追尾ブイのGPS測位に基づく地理情報を用いて、第2の表層追尾ブイとプラットフォームとの第2の相対位置の情報を生成して第2の表層追尾ブイに送信し、第3の表層追尾ブイとプラットフォームとの第3の相対位置の情報を生成して第3の表層追尾ブイに送信する。 On the other hand, in the first surface tracking buoy, the second surface tracking buoy and the platform are obtained by using the first relative position information and the geographical information based on the GPS positioning of the input second and third surface tracking buoys. The second relative position information is generated and transmitted to the second surface tracking buoy, and the third relative position information between the third surface tracking buoy and the platform is generated and transmitted to the third surface tracking buoy. Send.
そして、各表層追尾ブイは、各表層追尾ブイとプラットフォームとの相対位置が予め決められた位置関係となるように、入力された各相対位置の情報にもとづいて各表層追尾ブイに取り付けられたスラスタの出力を調整する。これにより、各表層追尾ブイは、移動するプラットフォームに対して一定の距離を保って追尾することができる。 Each surface tracking buoy has a thruster attached to each surface tracking buoy based on the information on each relative position so that the relative position between each surface tracking buoy and the platform has a predetermined positional relationship. Adjust the output of. Thus, each surface layer tracking buoy can be tracked with a certain distance from the moving platform.
上記変形例は、表層追尾ブイごとにGPS測位に基づく地理情報を取得するものであるが、表層追尾ブイ(測位手段)同士の相対位置が固定されている、或いは表層追尾ブイ(測位手段)同士の相対位置が測定可能であれば、GPS測位に基づいた地理情報は1つでよい。例えば、1つの表層追尾ブイから互いに垂直になる方向に伸ばした3つのアームの先端に測位用音響信号を送受信する素子(測位手段)をそれぞれ配置し、上述の相対距離計測による三次元測位手法と同じ方法でプラットフォームとの相対位置を算出する方式(SBL:Short Base Line)を用い、表層追尾ブイのGPS測位に基づく地理情報とSBL方式による相対位置の情報から測位情報を算出して、測位情報をプラットフォーム側に出力してもよい。 In the above modification, geographical information based on GPS positioning is acquired for each surface tracking buoy, but the relative position between surface tracking buoys (positioning means) is fixed, or between surface tracking buoys (positioning means). If the relative position of can be measured, only one piece of geographic information based on GPS positioning is sufficient. For example, the elements (positioning means) for transmitting / receiving positioning acoustic signals are arranged at the tips of three arms extending in a direction perpendicular to each other from one surface tracking buoy, respectively, and the above-described three-dimensional positioning method based on relative distance measurement Using the same method to calculate the relative position with the platform (SBL: Short Base Line), the positioning information is calculated from the geographical information based on the GPS positioning of the surface tracking buoy and the relative position information by the SBL method. May be output to the platform side.
また、追尾をしない測位手段を3つ用いてプラットフォームの測位を行なうことも可能である。すなわち測位手段を海底に固定してプラットフォームの測位を行なうことが可能である。例えば、測位手段を着底構造物として海底に固定し、その位置を予め測定して各測位手段の位置情報を得る。そして各測位手段において、各測位手段から質問信号が送信されプラットフォームからの返信信号を受信するまでの戻り時間(プラットフォームとの相対位置)を算出し、各測位手段の位置情報と、各測位手段により算出された相対位置から、プラットフォームの測位情報を生成してプラットフォームに出力すればよい。これにより、各測位手段は移動することはないので、GPS測位情報を用いることなく、プラットフォームの測位情報を生成することができる。なお、測位手段として着底構造物を用いる場合はLBL(Long Base Line)方式となる。 It is also possible to perform platform positioning using three positioning means that do not track. In other words, the platform can be positioned with the positioning means fixed to the seabed. For example, the positioning means is fixed to the sea bottom as a landing structure, and the position is measured in advance to obtain position information of each positioning means. Then, in each positioning means, a return time (relative position with respect to the platform) until the inquiry signal is transmitted from each positioning means and a reply signal is received from the platform is calculated, and the position information of each positioning means and each positioning means From the calculated relative position, platform positioning information may be generated and output to the platform. Thereby, since each positioning means does not move, it is possible to generate the platform positioning information without using the GPS positioning information. In addition, when using a bottoming structure as a positioning means, it becomes a LBL (Long Base Line) system.
本実施形態においては、図6に示すように、表層追尾ブイ28(質問信号送波器64)から質問信号108を送信し、プラットフォーム60に配置されたトランスポンダ61がこれを受信して返信信号108aを送信し、表層追尾ブイ28(トランスデューサ32)が返信信号108aを受信する構成を前提として説明してきたが、これに限定されない。すなわちプラットフォーム60にはトランスポンダ61を配置せず、表層追尾ブイ28から測位用音響信号(質問信号108)を送信し、プラットフォーム60の筐体で反射した測位用音響信号の反射信号を表層追尾ブイ28(トランスデューサ32)が受信する方式としてもよい。すなわち、測位用音響信号の反射信号がトランスポンダ61から送信される返信信号108aに対応することになる。よって、測位用音響信号(質問信号108)の反射信号とは、プラットフォーム108の筐体に物理的に反射して得られる反射信号と、トランスポンダ61が質問信号108を受信して情報処理的に送信する返信信号108aと、を包含するものとなる。また、本実施形態において、第2探査波93を送受信する高周波送受波器76は音波を用いていたが、レーザ光のような電磁波を第2探査波として照射可能なものを用いても良い。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the interrogation signal 108 is transmitted from the surface layer tracking buoy 28 (interrogation signal transmitter 64), and the transponder 61 arranged in the platform 60 receives the response signal 108a. Has been described on the assumption that the surface tracking buoy 28 (transducer 32) receives the return signal 108a, but is not limited thereto. In other words, the transponder 61 is not disposed on the platform 60, the positioning acoustic signal (question signal 108) is transmitted from the surface tracking buoy 28, and the reflected signal of the positioning acoustic signal reflected by the platform 60 housing is reflected on the surface tracking buoy 28. A method in which the (transducer 32) receives may be used. That is, the reflected signal of the positioning acoustic signal corresponds to the return signal 108 a transmitted from the transponder 61. Therefore, the reflection signal of the positioning acoustic signal (question signal 108) is a reflection signal obtained by physically reflecting the housing of the platform 108, and the transponder 61 receives the inquiry signal 108 and transmits it in an information processing manner. Reply signal 108a to be included. In the present embodiment, the high-frequency transducer 76 that transmits and receives the second exploration wave 93 uses sound waves. However, an apparatus that can irradiate electromagnetic waves such as laser light as the second exploration waves may be used.
また本実施形態において、表層追尾ブイ28、とプラットフォーム60との信号や情報のやり取りを通信信号58により行う旨説明してきたが、これに限定されない。例えば表層追尾ブイ28とプラットフォーム60とを、プラットフォーム60の移動に干渉しない程度の十分長いケーブルで連結し、信号や情報のやり取りを行なうようにしても良い。同様に表層追尾ブイ28と観測船12との信号や情報のやりとりを無線LAN16によってではなく、表層追尾ブイ28と観測船12とをケーブルでつないで行っても良い。 In the present embodiment, it has been described that signals and information are exchanged between the surface tracking buoy 28 and the platform 60 using the communication signal 58, but the present invention is not limited to this. For example, the surface tracking buoy 28 and the platform 60 may be connected by a sufficiently long cable that does not interfere with the movement of the platform 60 to exchange signals and information. Similarly, exchange of signals and information between the surface tracking buoy 28 and the observation ship 12 may be performed not by the wireless LAN 16 but by connecting the surface tracking buoy 28 and the observation ship 12 with a cable.
さらに、プラットフォーム60と観測船12とをケーブルで接続し、記憶部84に記憶された反射波92aの情報、反射波93aの情報、加速度情報、速度情報、位置情報を、ケーブルを介して観測船12側に送信し、これらの情報を無線LAN端末14(PC)の記憶領域(不図示)に記憶できるようにしてもよい。
これにより、プラットフォーム60を引き上げることなく、記憶部84に記憶された情報を容易に観測船12側に送信することができる。もちろん、記憶部84に記憶された情報は、通信信号58、無線LAN16を経由して観測船12側に送信できるようにしてもよい。
Further, the platform 60 and the observation ship 12 are connected by a cable, and the information on the reflected wave 92a, the information on the reflected wave 93a, the acceleration information, the speed information, and the position information stored in the storage unit 84 are transmitted via the cable. The information may be stored in a storage area (not shown) of the wireless LAN terminal 14 (PC).
Thereby, the information memorize | stored in the memory | storage part 84 can be easily transmitted to the observation ship 12 side, without raising the platform 60. FIG. Of course, the information stored in the storage unit 84 may be transmitted to the observation ship 12 side via the communication signal 58 and the wireless LAN 16.
本実施形態において、観測船12と表層追尾ブイ28を用いているが、表層追尾ブイ28の構成要素を全て観測船12に搭載して、観測船12とプラットフォーム60からなる海底音響映像システム10としてもよい。この場合、プラットフォーム60による探査中は、観測船12はエンジンを停止させ、スラスタ44によりプラットフォーム60を追尾すればよい。ここで、スラスタ44は、観測船を移動させるパワーを有するとともに、測位用音響信号の送受波に影響を与えないように十分小さく設計されているものとする。そして、観測船12が測位手段となってプラットフォーム60の測位情報を生成し、測位情報をプラットフォーム60に送信すればよい。 In the present embodiment, the observation ship 12 and the surface tracking buoy 28 are used. However, all the components of the surface tracking buoy 28 are mounted on the observation ship 12, and the submarine acoustic image system 10 including the observation ship 12 and the platform 60 is provided. Also good. In this case, during the exploration by the platform 60, the observation ship 12 may stop the engine and track the platform 60 by the thruster 44. Here, it is assumed that the thruster 44 has a power for moving the observation ship and is designed to be sufficiently small so as not to affect the transmission / reception of the positioning acoustic signal. Then, the observation ship 12 serves as a positioning means to generate the positioning information of the platform 60 and transmit the positioning information to the platform 60.
さらに、本実施形態において、合成開口演算処理部78、インターフェロメトリ演算部80は、観測船12に配置された無線LAN端末14(PC、モニタ)内に搭載されたものとして説明してきた。しかし、本発明においては、これに限定されず、プラットフォーム60に配置してもよいし、陸上の施設内のPC等に搭載してもよい。 Furthermore, in this embodiment, the synthetic aperture calculation processing unit 78 and the interferometry calculation unit 80 have been described as being mounted in the wireless LAN terminal 14 (PC, monitor) arranged on the observation ship 12. However, the present invention is not limited to this, and it may be arranged on the platform 60 or mounted on a PC or the like in a land facility.
合成開口技術とインターフェロメトリ技術を用い、海底面及び海底面上の物体の三次元画像、及び海底面下の物体の三次元画像を高分解能で生成可能な海底音響映像システムとして利用できる。 Using the synthetic aperture technique and the interferometry technique, it can be used as a submarine acoustic image system capable of generating a high-resolution three-dimensional image of a seabed and an object on the seabed and a three-dimensional image of an object under the seabed.
10………海底音響映像システム、12………観測船、14………無線LAN端末、16………無線LAN、28………表層追尾ブイ、30………無線LAN端末、31………制御部、32………トランスデューサ、33………動揺計測装置、35………戻り時間演算部、36………相対位置情報演算部、38………測位情報演算部、40………GPS受信器、42………駆動制御部、44………スラスタ、46………音響モデム、48……位相差の情報、49………姿勢情報、50………相対位置の情報、52………地理情報、54………測位情報、56………出力パラメータ、58………通信信号、60………プラットフォーム、60a………プレート、61………トランスポンダ、62………音響モデム、64………質問信号送波器、66………画像生成部、67………制御部、68………慣性航法装置、70………ドップラー速度計、72………送波器、74………受波アレイ、76………高周波送受波器、78………合成開口演算処理部、80………インターフェロメトリ演算部、84………記憶部、92………第1探査波、92a………反射波、92b………反射波、92c………海底下反射波、92d………海底面反射波、93………第2探査波、93a………反射波、104………カメラ、106………水深計、108………質問信号、108a………返信信号、112………スラスタ。 10 ......... Submarine audio-visual system, 12 ......... Observation ship, 14 ......... Wireless LAN terminal, 16 ......... Wireless LAN, 28 ......... Tracking buoy, 30 ......... Wireless LAN terminal, 31 ... ... Control unit, 32 ... …… Transducer, 33 ......... Moving measurement device, 35 ......... Return time calculation unit, 36 ......... Relative position information calculation unit, 38 ......... Positioning information calculation unit, 40 ......... GPS receiver 42... Drive control unit 44... Thruster 46 46 acoustic modem 48 phase difference information 49 posture information 50 relative position information 52 ......... Geographic information, 54 ......... Positioning information, 56 ......... Output parameters, 58 ......... Communication signal, 60 ......... Platform, 60a ......... Plate, 61 ......... Transponder, 62 ......... Sound Modem, 64 ... Question signal transmitter, 6 ......... Image generation unit, 67 ......... Control unit, 68 ......... Inertial navigation device, 70 ......... Doppler speedometer, 72 ......... Transmitter, 74 ......... Receiving array, 76 ... ... High-frequency transducer, 78 ......... Synthetic aperture calculation processing unit, 80 ......... Interferometry calculation unit, 84 ......... Storage unit, 92 ......... First exploration wave, 92a ......... Reflected wave, 92b ......... Reflected wave, 92c ......... Submarine reflected wave, 92d ......... Submarine reflected wave, 93 ......... Second exploration wave, 93a ......... Reflected wave, 104 ... …… Camera, 106 ......... Depth gauge, 108 .... Question signal, 108a ... Reply signal, 112 ... ... Thruster.
Claims (10)
前記プラットフォームに取り付けられ、前記プラットフォームの航行する方向に垂直な方向、且つ前記第1探査波の照射方向に交差する方向に配列され、前記第1探査波の反射波をそれぞれ受波する複数の受波器と、
前記第1探査波の反射波から合成開口処理情報を生成する合成開口演算処理部と、
前記プラットフォームに取り付けられ、前記プラットフォームの位置情報を生成する慣性航法装置と、
前記合成開口処理情報を構成する合成開口処理済みの第1探査波の反射波同士の位相差に基づいて前記第1探査波の反射波の到来角を算出するとともに、前記到来角と、前記位置情報と、に基づいて前記第1探査波の反射波の反射源の三次元の位置を算出するインターフェロメトリ演算部と、を有することを特徴とする海底音響映像システム。 A transmitter attached to a platform for navigating in the sea, and irradiating a first exploration wave on the sea floor in a direction perpendicular to a direction in which the platform navigates;
A plurality of receivers attached to the platform, arranged in a direction perpendicular to the direction of navigation of the platform and intersecting the irradiation direction of the first exploration wave, each receiving a reflected wave of the first exploration wave. Waver,
A synthetic aperture calculation processing unit that generates synthetic aperture processing information from the reflected wave of the first exploration wave;
An inertial navigation device attached to the platform and generating position information of the platform;
The arrival angle of the reflected wave of the first exploration wave is calculated based on the phase difference between the reflected waves of the first exploration wave that has been subjected to the synthetic aperture processing that constitutes the synthetic aperture processing information, and the arrival angle and the position And an interferometry calculation unit that calculates a three-dimensional position of a reflection source of the reflected wave of the first exploration wave based on the information.
前記第1探査波は、海底面下に透過可能な波長帯域を有し、
前記合成開口処理情報は、
海底面上で反射された海底面反射波の情報と、海底面下で反射された海底下反射波の情報と、を有し、
前記インターフェロメトリ演算部は、
前記海底下反射波と、前記海底下反射波と同一の到来角を有する前記海底面反射波と、の前記受波器への到達時間の時間差に基づいて、前記合成開口処理情報から、前記海底面反射波の情報と、前記海底下反射波の情報と、をそれぞれ抽出するとともに前記時間差の情報を生成し、
前記海底下反射波と同一の到来角を有する前記海底面反射波の反射位置を算出することにより、前記海底下反射波の海底面上の通過位置の情報を算出し、
前記位置情報と、前記通過位置の情報と、前記時間差の情報と、に基づいて前記海底下反射波の反射源の三次元の位置を算出可能とすることを特徴とする海底音響映像システム。 The submarine audiovisual system according to claim 1,
The first exploration wave has a wavelength band that can be transmitted below the sea floor;
The synthetic aperture processing information is
Information on the bottom reflected wave reflected on the bottom of the sea and information on the bottom reflected bottom reflected on the bottom of the sea,
The interferometry computing unit is
Based on the time difference of the arrival time of the submarine reflected wave and the seafloor reflected wave having the same angle of arrival as the submarine reflected wave from the synthetic aperture processing information, the seabed Extracting the information of the surface reflected wave and the information of the submarine reflected wave respectively and generating the information of the time difference,
By calculating the reflection position of the reflected sea bottom wave having the same angle of arrival as the reflected wave under the sea floor, information on the passing position on the sea floor of the reflected sea bottom wave is calculated.
A submarine acoustic video system capable of calculating a three-dimensional position of a reflection source of the submarine reflected wave based on the position information, the passing position information, and the time difference information.
前記プラットフォームに取り付けられ、海底面で反射する第2探査波を前記プラットフォームの航行する方向に垂直な方向、且つ前記第1探査波の照射方向に交差する方向に照射し、前記第2探査波の反射波を受波する高周波送受波器を有し、
前記インターフェロメトリ演算部は、前記第2探査波の反射波から生成される高周波海底面情報を用いて前記合成開口処理情報から前記海底下反射波の情報を抽出することを特徴とする海底音響映像システム。 The submarine audiovisual system according to claim 2,
A second exploration wave attached to the platform and reflected from the sea floor is irradiated in a direction perpendicular to the navigation direction of the platform and in a direction intersecting the irradiation direction of the first exploration wave, and the second exploration wave It has a high-frequency transducer that receives reflected waves,
The interferometry calculation unit extracts information on the submarine reflected wave from the synthetic aperture processing information using high-frequency bottom information generated from the reflected wave of the second exploration wave. Video system.
前記受波器は、前記プラットフォームが航行する方向に垂直な方向、且つ前記第1探査波の照射方向に交差する方向に3つ以上配列されたことを特徴とする海底音響映像システム。 The submarine audiovisual system according to any one of claims 1 to 3,
Three or more receivers are arranged in a direction perpendicular to the direction in which the platform navigates and in a direction intersecting the irradiation direction of the first exploration wave.
海上に配置されるとともに前記プラットフォームに測位用音響信号を送信し、前記プラットフォームから反射された前記測位用音響信号の反射信号を受信して前記プラットフォームとの相対位置の情報を算出する測位手段を有し、
前記測位手段は、前記相対位置の情報と、GPS測位に基づく前記測位手段の地理情報と、により前記プラットフォームの測位情報を生成して前記慣性航法装置に出力し、
前記慣性航法装置は、前記測位情報により前記位置情報を更新することを特徴とする海底音響映像システム。 The submarine audiovisual system according to any one of claims 1 to 4,
Positioning means is disposed on the sea, transmits a positioning acoustic signal to the platform, receives a reflected signal of the positioning acoustic signal reflected from the platform, and calculates information on a relative position with respect to the platform. And
The positioning means generates positioning information of the platform based on the information on the relative position and geographic information of the positioning means based on GPS positioning, and outputs the generated positioning information to the inertial navigation device,
The submarine acoustic image system, wherein the inertial navigation device updates the position information with the positioning information.
前記測位手段は、
前記測位用音響信号の反射信号を受信するとともに、前記反射信号の互いに直交する3方向の位相差を検出する受波手段を有し、前記位相差に基づいて前記相対位置の情報を生成することを特徴とする海底音響映像システム。 The submarine audiovisual system according to claim 5,
The positioning means is
Receiving a reflected signal of the positioning acoustic signal and detecting a phase difference in three directions orthogonal to each other of the reflected signal, and generating information on the relative position based on the phase difference A submarine audiovisual system.
海上に配置されるとともに前記プラットフォームに測位用音響信号をそれぞれ送信し、前記プラットフォームから反射された前記測位用音響信号の反射信号の戻り時間をそれぞれ算出する複数の測位手段を有し、
複数の前記測位手段のいずれか1つは、各測位手段で算出された前記戻り時間の情報と、前記複数の測位手段のうち少なくとも1以上の前記測位手段のGPS測位に基づく地理情報と、に基づいて前記プラットフォームの測位情報を生成して前記慣性航法装置に出力し、
前記慣性航法装置は、前記測位情報により前記位置情報を更新することを特徴とする海底音響映像システム。 The submarine audiovisual system according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of positioning means arranged on the sea and transmitting positioning acoustic signals to the platform, respectively, and calculating return times of the reflected signals of the positioning acoustic signals reflected from the platform;
Any one of the plurality of positioning means includes: information on the return time calculated by each positioning means; and geographic information based on GPS positioning of at least one of the plurality of positioning means. Based on the generated positioning information of the platform and output to the inertial navigation device,
The submarine acoustic image system, wherein the inertial navigation device updates the position information with the positioning information.
前記プラットフォームにはトランスポンダが配置され、
前記トランスポンダは、前記測位用音響信号を質問信号として受信し、前記測位用音響信号の反射信号として返信信号を送信することを特徴とする海底音響映像システム。 The submarine audiovisual system according to any one of claims 1 to 7,
A transponder is arranged on the platform,
The transponder receives the positioning acoustic signal as a question signal and transmits a return signal as a reflection signal of the positioning acoustic signal.
前記測位手段は、
前記測位手段を移動させるアクチュエータを有し、
前記プラットフォームと前記測位手段との相対位置が一定となるように前記アクチュエータの出力を調整可能とすることを特徴とする海底音響映像システム。 The submarine audiovisual system according to any one of claims 5 to 8,
The positioning means is
An actuator for moving the positioning means;
A submarine acoustic image system characterized in that the output of the actuator can be adjusted so that the relative position between the platform and the positioning means is constant.
前記プラットフォームに測位用音響信号をそれぞれ送信し、前記プラットフォームから反射された前記測位用音響信号の反射信号の戻り時間をそれぞれ算出する複数の測位手段が海底に固定され、
各測位手段で算出された前記戻り時間の情報と、各測位手段の位置情報と、に基づいて 前記プラットフォームの測位情報を生成して前記慣性航法装置に出力し、
前記慣性航法装置は、前記測位情報により前記位置情報を更新することを特徴とする海底音響映像システム。 The submarine audiovisual system according to any one of claims 1 to 4,
A plurality of positioning means for transmitting each of the positioning acoustic signals to the platform and calculating return times of the reflected signals of the positioning acoustic signals reflected from the platform are fixed to the seabed,
Based on the return time information calculated by each positioning means and the position information of each positioning means, the platform positioning information is generated and output to the inertial navigation device,
The submarine acoustic image system, wherein the inertial navigation device updates the position information with the positioning information.
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