JP4984638B2

JP4984638B2 - マルチスタティックソーナー及びその表示方法

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Publication number: JP4984638B2
Application number: JP2006135682A
Authority: JP
Inventors: 晃司小田
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2006-05-15
Filing date: 2006-05-15
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-05-15
Also published as: JP2007304071A

Description

本発明は、アクティブソーナーのＢスコープ表示方式に関し、特に送信点と受信点の位置が異なるマルチスタティックソーナーにおける受信信号の表示方式に関する。

アクティブソーナーのＢスコープ表示において、受信信号を表示する場合、横軸が方位、縦軸が距離である直交座標形式で表示するものであり、図６（ａ），（ｂ）に示すものが知られている。従来のモノスタティックアクティブソーナーでは、パルス送信する送信点と、目標からの反射パルスを受信する受信点とが同じ位置に設定されている。すなわち、送信点（かつ受信点）と目標との間の同経路を往復伝搬すると考えられ、目標からの反射パルスを受信した際の映像は、伝搬速度である音速の１／２に沿った掃引速度で、パルス送信のタイミングに合わせて全方位一様に表示画面の下から上に掃引することにより、目標（反射点）の方位距離に対応した直交座標上に表示される。

また、送信点と受信点が異なる位置関係にあり、目標からの反射パルスを送信点とは異なる位置の受信点で受信する構成となっているマルチスタティックアクティブソーナーにおいては、モノスタティックアクティブソーナーでのＢスコープ表示とほぼ同様な表示形態であり、受信映像信号を、横軸が方位、縦軸を受信時刻に置き換えた直交座標形式で表示するものとして、図７に示すものが知られている。これは特許文献１に記載されているものである。図７は、横軸が受信方位、縦軸が受信時刻の直交座標であり、座標中の数値及び数値に対応した曲線は受信点からの距離を示すものである。この受信点からの距離は図８に示すとおり、受信方位と受信時刻の関係により算出されたものであり、同一時刻の受信においても受信方位により距離が変化することを示している。方位毎に受信信号を時刻毎に順次表示させ、表示された受信信号の受信方位と受信時刻に応じて距離を求めるというものである。算出方法は、特許文献１の明細書に記載されている。
特開２００１−７４８３６号

マルチスタティックソーナーでは、送信点と受信点が異なる位置関係にあり、目標からの反射パルスを送信点とは異なる位置の受信点で受信する構成となっている。

このため、従来のモノスタティックアクティブソーナーで用いるＢスコープ表示での掃引方式をそのまま用いると、同一時刻の受信においても受信方位によって距離が異なるという特性上、表示される受信信号の映像から距離を求めることは不可能である。

また、縦軸を受信時刻に置き換えた直交座標形式で、各方位での受信信号を時刻毎に順次表示させ、受信信号の受信方位と受信時刻に応じた距離を求める方式についても、表示画面上の方位方向毎に距離が一様ではなく、従来のモノスタティックアクティブソーナーで用いるＢスコープ表示と比べて、目標の位置関係、動静の把握が難しい。例えば、複数の目標からの反射パルスを受信して表示された場合、これら目標の位置関係を直感的に把握することが困難であり、また、受信点や目標に動きがある状態で、目標からの反射パルスを複数探信によって補足追尾する場合、目標の動静を直感的に把握することが困難となる。

本発明の目的は、送信点と異なる位置の受信点における受信信号に対し、受信方位と受信時刻の関係を考慮した掃引方式を用い、従来のモノスタティックアクティブソーナーのＢスコープ表示と同様に受信映像信号を、横軸が方位、縦軸が距離である直交座標形式で表示することにより、その位置及び動静を容易に視認できるマルチスタティックソーナーを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係るマルチスタティックソーナーは、送信予定時刻情報を入力として送信タイミングを制御する第１の手段と、前記制御された送信タイミングで水中にパルスを送信する第２の手段と、前記第２の手段とは異なる位置に存在し、前記第２の手段から送信された音響信号を受信する第３の手段と、前記音響信号の受信点から見た方位および距離とで形成する直交座標上に、前記音響信号に基づく映像を掃引し表示する第４の手段を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、送信予定時刻情報を入力として送信タイミングを制御し、その制御された送信タイミングで水中にパルスを送信する。送信点と異なる受信点では、前記パルスに基づく水中の音響信号を受信し、受信点からみた受信方位および距離とで形成する直交座標上に、前記音響信号に基づく映像を掃引し表示する。

以上のように本発明によれば、受信信号を、横軸が方位、縦軸が距離である直交座標形式の表示画面に受信方位と受信時刻の関係を考慮した掃引方式を用いて受信信号を表示するため、送信点と異なる位置の受信点における目標からの反射パルスである受信信号を、受信点からみた方位、距離に対応させて映像の表示を行い、位置関係を容易に視認することができる。

また、複数の目標からの反射パルスを受信して表示された場合、これら目標同士の位置関係を直感的に把握することができる。また、受信点や目標に動きがある状態で、目標からの反射パルスを複数探信によって補足追尾する場合、目標の動静を直感的に把握することができる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
図１に示すように、本発明の実施形態１では、送信点の位置に送信プラットフォーム１を配置し、送信点と異なる位置の受信点に受信プラットフォーム２を配置している。

送信プラットフォーム１は図１に示すように、通信部１１と、諸元入出力部１２と、送信部１３とを有している。

送信プラットフォーム１の通信部１１は、受信プラットフォーム２側の通信部２１との間に通信を行い、受信プラットフォーム２側の通信部２１からの送信予定時刻情報を諸元入出力部１２へ出力する機能と、諸元入出力部１２から入力する送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報を受信プラットフォーム２側の通信部２１に出力する機能とを有している。

諸元入出力部１２は、送信プラットフォーム１の位置及び時刻情報を外部より取得する機能と、通信部１１からの前記送信予定時刻情報を入力として送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報を通信部１１に出力する機能と、通信部１１からの前記送信予定時刻情報と、外部から取得した時刻情報とを送信部１３へ出力する機能を有している。

送信部１３は、諸元入出力部１２からの時刻情報と送信予定時刻情報を入力として、送信予定時刻情報に定められている時刻に合せて水中にパルスを送信する機能を有している。

受信プラットフォーム２は図１に示すように、通信部２１と、諸元入出力部２２と、受信部２３と、制御部２４と、演算部２５と、表示部２６とを有している。

受信プラットフォーム２の通信部２１は、送信プラットフォーム１側の通信部１１との間に通信を行い、諸元入出力部２２から入力する送信予定時刻情報を送信プラットフォーム１側の通信部１１に出力する機能と、送信プラットフォーム１側の通信部１１から出力される送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報を取得する機能を有している。

諸元入出力部２２は、音速情報と、受信プラットフォーム２の位置及び時刻情報とを外部から取得する機能と、送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報を通信部２１より入力し、その位置情報を演算部２５に出力する機能と、制御部２４より入力する送信予定時刻情報を通信部２１に出力する機能を有している。

受信部２３は、方位毎に音響信号を受信し、その受信信号を映像信号に変換して表示部２６に出力する機能を有している。

制御部２４は、送信予定時刻情報を外部より入力し前記送信予定時刻情報として演算部２５に出力する機能と、前記送信予定時刻情報を諸元入出力部２２に出力する機能を有している。

演算部２５は、制御部２４から入力する送信予定時刻情報と、諸元入出力部２２より入力する音速情報と、送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報と、送信時刻における受信プラットフォーム２の位置情報を用いて受信方位毎に掃引速度を計算して掃引制御信号を作成し、その掃引制御信号を表示部２６に出力する機能を有している。

表示部２６は、受信部２３から入力する方位毎の映像信号を演算部２５から入力する掃引制御信号に基いて、受信方位毎に制御された掃引速度により受信点から見た受信方位および距離とで形成する直交座標上に映像を掃引して表示する機能を有している。

ここに、制御部２４，諸元入出力部２５，通信部１１及び２１，諸元入出力部１２により、送信予定時刻情報を入力として送信タイミングを制御する第１の手段が構成される。送信部１３により、前記制御された送信タイミングで水中にパルスを送信する第２の手段が構成される。受信部２３により、前記第２の手段とは異なる位置に存在し、前記第２の手段から送信された音響信号を受信する第３の手段が構成される。諸元入出力部１２及び２２，通信部１１及び２１、制御部２４，演算部２５，表示部２６により、前記音響信号の受信点から見た方位および距離とで形成する直交座標上に、前記音響信号に基づく映像を掃引し表示する第４の手段が構成される。

次に、図１を参照して本発明の実施形態１の動作について詳細に説明する。

図２（ａ）のステップＳ１において、受信プラットフォーム２の制御部２４は、送信予定時刻情報を外部から入手し、その情報に基づいて、送信プラットフォーム１の送信部１３によるパルス送信の送信タイミングを制御するための送信予定時刻情報を緒元入出力部２２に出力する。

図２（ａ）のステップＳ２において、受信プラットフォーム２の通信部２１は、前記諸元入出力部２２からの前記送信予定時刻情報を受け取ると、その送信予定時刻情報を送信プラットフォーム１の通信部１１に送信する。

図２（ａ）のステップＳ３において、諸元入出力部１２は、送信プラットフォーム１の位置及び時刻情報を外部より取得し、通信部１１からの前記送信予定時刻情報と、外部から取得した時刻情報とを送信部１３へ出力する。

図２（ａ）のステップＳ４において、送信部１３は、前記諸元入出力部１２から送信予定時刻情報及び時刻情報を受け取ると、送信予定時刻情報に併せてパルスを送信する。

図２（ａ）のステップＳ５において、送信部１３がパルスを送信する場合、諸元入出力部１２は、パルスを送信した送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報を通信部１１に出力する。送信プラットフォーム１の通信部１１は、前記送信プラットフォーム１の位置情報を受け取ると、その位置情報を受信プラットフォーム２の通信部２１に送信する。

諸元入出力部２２は、音速情報と、受信プラットフォーム２の位置及び時刻情報とを外部から取得し、送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報を通信部２１より入力し、その位置情報を演算部２５に出力する。

図２（ｂ）のステップＳ６において、受信部２３は、方位毎に音響信号を受信し、その受信信号を映像信号に変換して表示部２６に出力する。

図２（ｂ）のステップＳ７において、演算部２５は、制御部２４から入力する送信予定時刻情報と、諸元入出力部２２より入力する音速情報と、送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報と、送信時刻における受信プラットフォーム２の位置情報を用いて、受信点からみた受信方位および距離とで形成する直交座標上に映像信号を表示部２６で掃引表示させる際の掃引制御信号を演算部２５で作成する。

掃引制御信号は、制御部２４より得られる送信予定時刻情報と、諸元入出力部１２において外部より入力し通信部１１、通信部２１、諸元入出力部２２を経て得られる送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報と、諸元入出力部２２において外部より入力して得られる受信プラットフォーム２の位置及び時刻情報と、送信予定時刻情報から求める送信時刻における受信プラットフォーム２の位置情報とを基に送信時刻における送信点から受信点の距離を求め、更に諸元入出力部２２において外部より入力して得られるパルスの水中での伝搬速度である音速情報により受信方位毎に時間に対する掃引距離を計算して作成する。

図２（ｂ）のステップＳ８において、表示部２６は、受信部２３から入力する方位毎の映像信号を演算部２５から入力する掃引制御信号に基いて、受信方位毎に制御された掃引速度により受信点から見た受信方位および距離とで形成する直交座標上に映像を掃引して表示する。

以上のように本発明の実施形態１によれば、受信信号を、横軸が方位、縦軸が距離である直交座標形式の表示画面に受信方位と受信時刻の関係を考慮した掃引方式を用いて受信信号を表示するため、送信点と異なる位置の受信点における目標からの反射パルスである受信信号を、受信点からみた方位、距離に対応させて映像の表示を行い、位置関係を容易に視認することができる。

（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２を示すブロック図である。図３に示す本発明の実施形態２では、図１に示す実施形態１の受信プラットフォーム２の構成に検出部２７を備えたことを特徴とするものである。

本発明の実施形態２は、音速値を外部から入力するのではなく、送信部１３において送信されたパルスの直接波を受信部２３で受信し、この直接波の受信時刻より送信点と受信点間の直接伝搬時間を求め、送信点と受信点間の距離により音速を導出するものである。

すなわち、図３に示す諸元入出力部２２において、外部より入力して得る情報は、受信プラットフォーム２の位置及び時刻情報のみとなり、音速情報は入力されない。

検出部２７は、諸元入出力部２２、受信部２３、制御部２４、演算部２５と接続され、諸元入出力部２２より送信時刻における送信プラットフォーム１の位置情報と、送信時刻における受信プラットフォーム２の位置情報を入力し、制御部２４より送信時刻通知を入力し、受信部２３より受信信号を入力し、送信されたパルスの直接波を検出すると共にその時刻を抽出し、送信点と受信点間の直接伝搬時間を求め、更に送信点と受信点の位置情報から求める距離により音速を算出し、算出された音速情報を演算部２５に出力する。

本発明の実施形態２によれば、外部から音速情報を入力する手段を設けることなく、逐次現場で音速値を直接求めて掃引制御信号を作成することができ、表示される目標の距離の誤差を抑えることができるという利点を有している。

次に、具体例を用いて、本発明の実施形態１，２の動作を詳細に説明する。

図１に示す本発明の実施形態１において、受信プラットフォーム２の制御部２４においてキーボード等により外部から送信予定時刻ｔxの情報を入力し、その情報を送信予定時刻情報として諸元入出力部２２に出力し、通信部２１、通信部１１、諸元入出力部１２を経て、送信部１３に配信する。また、諸元入出力部１２において外部から入力される時刻情報ｔnを送信部１３に逐次出力し、送信部１３において時刻情報ｔn＝送信予定時刻ｔxとなったときに水中にパルスを送信する。

また、諸元入出力部１２において送信プラットフォーム１の位置情報を時刻情報ｔnと対をなして外部より入力し、送信時刻すなわち時刻情報ｔn＝送信予定時刻ｔxにおける送信プラットフォーム１の位置Ｓが通信部１１、通信部２１、諸元入出力部２２を経て、演算部２５に配信する。

同様に諸元入出力部２２において受信プラットフォーム２の位置情報を時刻情報ｔnと対をなして外部より入力し、送信時刻すなわち時刻情報ｔn＝送信予定時刻ｔxにおける受信プラットフォーム２の位置Ｒが演算部２５に配信される。また、諸元入出力部２２において外部より音速値の情報を入力し、その音速値の情報を演算部２５に配信する。

受信プラットフォーム２の受信部２３は、水中の音響信号を受信して方位毎の受信信号を映像信号に変換して、その映像信号を表示部２６へ出力する。

ここで、受信点から見た、目標の反射パルスの受信方位と、受信時間と目標までの距離の関係を図４に基づいて説明する。

送信予定時刻ｔ_xにおける送信位置Ｓと受信位置Ｒ間の距離（直接波伝搬距離）Ｄｓｒ及び音速値Ｃとから、送信位置Ｓで送信したパルスの直接波が受信位置Ｒに到達するまでの時間（直接波伝搬時間）ｔ_ｄは、（１）式で求める。
ｔ_d＝Ｄｓｒ／Ｃ（１）

また、送信位置Ｓで送信してからパルスが目標Ｔに反射して受信位置Ｒに到達するまでの時間をｔ、送信位置Ｓから目標Ｔまでの伝搬時間をｔ_st、パルスが目標Ｔに反射してから受信位置Ｓに到達するまでの時間をｔ_tr、目標Ｔと受信位置Ｒの距離をＤ_tr、受信位置Ｒから見た目標Ｔの方位をθとすると、
ｔ＝ｔ_st＋ｔ_tr （２）
ｔ_st＝｛（ｔ_d−ｔ_tr×ｃｏｓθ）²＋（ｔ_tr×ｓｉｎθ）² ｝^(１／２) （３）
（２）式に（３）式を代入してｔ_trについて解くと
ｔ_tr＝（ｔ² −ｔ_d ² ）／{２×（ｔ−ｔ_d ×ｃｏｓθ）} （４）
ここで、目標Ｔと受信位置Ｒの距離Ｄ_trは、
Ｄ_tr＝ｔ_tr×Ｃ（５）
（５）式に（４）式を代入すると
Ｄ_tr＝［（ｔ² −ｔ_d ² ）／{２×（ｔ−ｔ_d ×ｃｏｓθ）}］×Ｃ（６）
となり、受信位置Ｒから見た目標Ｔまでの距離Ｄ_trは、送信位置Ｓで送信してからパルスが目標Ｔに反射して受信位置Ｒに到達するまでの時間ｔと受信位置Ｒから見た目標Ｔの方位θの関数で求める。

すなわち、見かけ上、受信点からパルスを送信したと考えると、受信点から見た見かけ上の伝搬速度は、時間と方位によって変化を伴うことを示している。

図１に示す演算部２５において（６）式を基に受信部２３で受信した受信方位毎に掃引制御信号を作成し、図５（ｂ）〜（ｄ）に示すとおり、横軸を受信方位、縦軸を受信点からの距離とで形成する直交座標とした表示画面上を受信方位θ１，θ２，θ３・・・θｎ毎に刻々と時刻に応じた距離を掃引する制御を行い、前記表示部２６において方位毎の受信信号の映像を掃引表示することにより、横軸を受信方位、縦軸を受信点からの距離とで形成する直交座標とした表示画面に受信した反射パルス信号を表示する。

次に、図３に示す本発明の実施形態２の動作を具体的に説明する。図３に示す本発明の実施形態２における諸元入出力部２２では、外部より入力して得る情報が受信プラットフォーム２の位置及び時刻情報のみとなり、音速情報が入力されない。

検出部２７は、諸元入出力部２２、受信部２３、制御部２４、演算部２５と接続されている。

送信部１３において、時刻情報ｔn＝送信予定時刻ｔxとなったときに水中にパルスを送信する。検出部２７において、受信部２３で受信した信号を入力し、送信されたパルスの直接到来波を検出するとともに、諸元入出力部２２より入力される時刻情報より直接到来時刻ｔ_d2を求め、さらに制御部２４より入力される送信予定時刻ｔ_xとにより、送信位置Ｓから受信位置Ｒへの直接伝搬時間ｔ_srを求める。

更に、検出部２７において、諸元入出力部２２より入力される送信時刻における送信位置Ｓ、受信位置Ｒにより送信位置Ｓと受信位置Ｒの距離ｄ_srを求め、直接伝搬時間ｔ_srとにより、音速Ｃ（Ｃ＝ｄ_sr／ｔ_sr）を求め、求められた音速Ｃの情報は、演算部２５に出力される。尚、これらの動作は送信の度に行われ、その他の動作は本発明の実施形態１と同様である。

このような動作により、外部から音速を入力する手段を設けることなく、逐次当該現場で音速値を直接求めて掃引制御信号を作成することができ、表示される目標の距離の誤差を抑えることが可能となる。

以上説明したように本発明によれば、水中にパルスを送信し、目標からの反射パルスを受信して水中物体の捜索や位置局限に用いるアクティブソーナーにおいて、送信点と異なる位置の受信点で反射パルスを受信するマルチスタティックソーナーの受信点における受信信号の表示装置などの用途に適用することができる。

本発明の実施形態１の構成を示す図である。（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態１の動作を説明するフローチャートである。本発明の実施形態２の構成を示す図である。本発明の実施形態１の動作の具体例を示す図である。本発明の実施形態１における受信方位対距離の表示例、及び掃引動作を示す図である。（ａ）は、従来のモノスタティックアクティブソーナーのＢスコープ表示を示す図、（ｂ）は掃引動作を示す図である。従来のバイスタティックアクティブソーナーの表示を示す図である。バイスタティックアクティブソーナーにおける位置関係及び受信時刻と受信距離の関係を示す図である。

符号の説明

１送信プラットフォーム
１１通信部
１２諸元入出力部
１３送信部
２受信プラットフォーム
２１通信部
２２諸元入出力部
２３送信部
２４制御部
２５演算部
２６表示部
２７検出部

Claims

送信点から送信パルスを目標に向けて送信し、前記目標からの反射パルスを送信点とは異なる位置の受信点で受信するマルチスタティックソーナーにおいて、
送信プラットフォームと受信プラットフォームとを有し、
前記送信プラットフォームは、
時刻情報と前記受信プラットフォームから送信される送信予定時刻の情報とを入力として、前記時刻情報と前記送信予定時刻とが一致した際に前記送信プラットフォームの位置情報を前記受信プラットフォームに向けて配信する諸元入出力部と、
前記時刻情報と前記送信予定時刻とが一致した際にパルスを送信する送信部とを含み、
前記受信プラットフォームは、
時刻情報と前記受信プラットフォームの位置情報との対と、前記送信プラットフォームの位置情報と、音速値の情報とを出力する諸元入出力部と、
前記パルスが目標で反射した反射パルスを受信して方位毎の受信信号を映像信号に変換して、その映像信号を表示部へ出力する受信部と、
前記諸元入出力部が出力する情報に基づいて、前記パルスの受信位置から見た目標までの距離を、前記送信位置で送信してからパルスが目標に反射して受信位置に到達するまでの時間と受信位置から見た目標の方位の関数で求め、その結果に基づいて、横軸を受信方位、縦軸を受信点からの距離とで形成する直交座標とした表示画面上を受信方位毎に刻々と時刻に応じた距離を掃引する制御を行い、前記表示部において方位毎の受信信号の映像を掃引表示することにより、横軸を受信方位、縦軸を受信点からの距離とで形成する直交座標とした表示画面に受信した反射パルス信号を表示する演算部とを含むことを特徴とするマルチスタティックソーナー。
前記受信プラットフォームに検出部を有し、
前記検出部は、前記受信部で受信した信号を入力し、前記送信されたパルスの直接到来波を検出するとともに、前記諸元入出力部より入力される時刻情報より直接波の到来時刻を求め、さらに前記制御部より入力される送信予定時刻とにより、送信位置から受信位置への直接伝搬時間を求めるものである、請求項１に記載のマルチスタティックソーナー。
更に、前記検出部は、前記諸元入出力部より入力される送信時刻における送信位置、受信位置により送信位置と受信位置の距離を求め、その求めた距離と直接波の到来伝搬時間とにより音速を求めるものである、請求項２に記載のマルチスタティックソーナー。
送信点から送信パルスを目標に向けて送信し、前記目標からの反射パルスを送信点とは異なる位置の受信点で受信し、目標をマルチスタティックソーナーの画面上に表示する表示方法において、
送信プラットフォームと受信プラットフォームとを有するマルチスタティックソーナーを用い、
前記送信プラットフォームにおいて、
時刻情報と前記受信プラットフォームから送信される送信予定時刻の情報とを入力として、前記時刻情報と前記送信予定時刻とが一致した際に前記送信プラットフォームの位置情報を前記受信プラットフォームに向けて配信し、前記時刻情報と前記送信予定時刻とが一致した際にパルスを送信し、
前記受信プラットフォームにおいて、
前記パルスが目標で反射した反射パルスを受信して方位毎の受信信号を映像信号に変換して、その映像信号を表示部へ出力し、
時刻情報と前記受信プラットフォームの位置情報との対と、前記送信プラットフォームの位置情報と、音速値の情報とに基づいて、前記パルスの受信位置から見た目標までの距離を、前記送信位置で送信してからパルスが目標に反射して受信位置に到達するまでの時間と受信位置から見た目標の方位の関数で求め、その結果に基づいて、横軸を受信方位、縦軸を受信点からの距離とで形成する直交座標とした表示画面上を受信方位毎に刻々と時刻に応じた距離を掃引する制御を行い、前記表示部において方位毎の受信信号の映像を掃引表示することにより、横軸を受信方位、縦軸を受信点からの距離とで形成する直交座標とした表示画面に受信した反射パルス信号を表示することを特徴とするマルチスタティックソーナーの表示方法。