JPH0441312B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は船舶等から発生した音波を受信してそ
の存在の検出や方位の測定等を行なうのに適した
水中聴音機に関するものである。

（従来技術） 従来のこの種の装置は水面と平行な面（以下、
水平面と称す。）上で零感度となる８の字型指向
性を有し、該指向性によりトラフイツク性海中雑
音を抑圧し、海面及び海底からの多重経路波を受
信して信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を高め聴音を行な
つていた。一般に深海域における音波伝搬では音
源と聴音機との間の距離が中程度（10〜20マイ
ル）までは多重経路波が支配的であるが、30マイ
ル程度を遠距離では集束帯（コンバーゼンス・ゾ
ーン）波が発生し、聴音の為にはこの集束帯波が
最も有効となる。ところが、該集束帯波は、例え
ばRobert J.Urick「principles of underwater
sound」（McGraw−Hill Book Company、
pp151〜154）に記載されているように水面と平
行な方向（以下、水平方向と称す。）よりわずか
に下方（約−10゜）又は上方（約＋10゜）から、即
ち前記８の字型指向性の零感度に近い方向より到
来するため、前記装置では該集束帯波をＳ／Ｎ比
良く受信できず、従つて中距離までは有効である
が、遠距離では不利となる欠点があつた。

（発明の目的） 本発明は前記従来の欠点を除去し、中距離から
遠距離までの範囲で有効な水中聴音機を実現する
ことを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明は前記目的を達成するため、水中に、奇
数個の無指向性受波器を水面に対して垂直な直線
上で且つ中心の受波器に対して他の両側の受波器
が対称となる様に配列し、また該無指向性受波器
の配列の中心位置の近傍に、２個のダイポール型
指向性受波器を各々の最大感度軸が水面と平行な
方向で互いに90度ずれるように配置するととも
に、前記無指向性受波器の各出力を水面と平行な
面上で零感度となる８の字型指向性を造る第１の
ビームーフオーマ及び水面と平行な方向よりわず
かに下方又は上方に向けたブローサイド型指向性
を造る第２のビームフオーマに供給し、これらの
両出力のうちの一方を所定の基準周波数で周波数
変換して他方の出力と加算し第１の出力とし、ま
た前記ダイポール型指向性受波器の各出力を各々
その出力とその出力を前記基準周波数で周波数変
換したものとを加算して第２及び第３の出力とし
たことを特徴とするものである。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すもので、図
中、１〜７は無指向性受波器、８，９はダイポー
ル型指向性受波器、１０〜１４は増幅器、１５，
１６，１９，２８，２９，３２，３９，４６，５
１は加算器、１７，３０，３６，４０，４３，４
８は低域フイルタ（LPF）、１８，３１は高域フ
イルタ（HPF）、２１，２２，２３，２４，２
５，２６，２７は移相器（PSC）、３７，４４，
４９は平衡変調回路（BM）３８，４５，５０は
帯域フイルタ（BPF）、４１は発振器（OSC）、
４２，４７，５２は出力端子、５３は水面、５４
は水底、５５は水中である。

前記無指向性受波器１〜７は水中５５内にて水
面に対して垂直な直線上に受波器１を中心として
その両側に距離ｄ１をおいて受波器２及び３が配
置され、距離ｄ２をおいて受波器４及び５が配置
され、また距離ｄ３をおいて受波器６及び７が配
置されている。またダイポール型指向性受波器
８，９は無指向性受波器１〜７の配列の中心位置
の近傍に、その最大感度軸が共に水平方向となり
且つ互いに90度ずれるように配置されている。

増幅器１０〜１４、加算器１５，１６，１９、
低域フイルタ１７及び高域フイルタ１８は第１の
ビームフオーマ２０を構成するもので、増幅器１
０は受波器１の出力を−α倍し、また増幅器１
１，１２，１３，１４はそれぞれ受波器２，３，
４，５の出力を1/2α倍する。加算器１５は前記
増幅器１０，１３及び１４の出力を加算し距離ｄ
２で定まる、より周波数の低い領域における第２
図に示す如き水平面上で零感度の８の字型指向性
の出力を得る。また加算器１６は前記増幅器１
０，１１及び１２の出力を加算し距離ｄ１で定ま
る、より周波数の高い領域における８の字型指向
性の出力を得る。加算器１５及び１６の出力はそ
れぞれ低域フイルタ１７及び高域フイルタ１８を
介して加算器１９で加算合成され、前記同様の８
の字型指向性に対応する出力を得る。

移相器２１〜２７、加算器２８，２９，３２、
低域フイルタ３０及び高域フイルタ３１は第２の
ビームフオーマ３３を構成するもので、移相器２
１〜２７はそれぞれ受波器１〜７の各出力に距離
ｄ１，ｄ２，ｄ３に応じて第３図に示すような時
間の進み又は遅れ量を付加し水平方向より下方約
10度に位相を揃えた信号とする。加算器２８は移
相器２１，２４，２５，２６及び２７の出力を加
算し距離ｄ２及びｄ３で定まる、より低周波にお
ける第４図に示す如き水平方向より下方約10度、
ビームを傾けたブロードサイド型指向性の出力を
得る。また加算器２９は移相器２１，２２，２
３，２４及び２５の出力を加算し距離ｄ１及びｄ
２で定まる、より高周波における水平方向より下
方約10度傾けたブロードサイド型指向性の出力を
得る。加算器２８及び２９の出力はそれぞれ低域
フイルタ３０及び高域フイルタ３１を介して加算
器３２で加算合成され、前記同様の水平方向より
下方約10度傾けたブロードサイド型指向性に対応
する出力を得る。

前記第１のビームフオーマ２０の出力は低域フ
イルタ４０を介して加算器３９に送出され、また
第２のビームフオーマ３３の出力は低域フイルタ
３６を介して平衡変調回路３７に送出される。こ
こで、低域フイルタ３６，４０の通過帯域は低域
フイルタ１７，３０と異なり、高域フイルタ１８
及び３１を通つて出力される加算器１６及び２９
の信号をも通過帯域とするものである。前記低域
フイルタ３６の出力は平衡変調回路３７により発
振器４１の発生する基準周波数fo分だけ周波数変
換され、帯域フイルタ３８に送出される。而して
該帯域フイルタ３８の出力ａ１は加算器３９にて
低域フイルタ４０の出力ａ２と加算され第５図に
示す周波数分布を有する信号（第１の出力）とし
て端子４２より出力される。

一方、ダイポール型指向性受波器８の出力は前
記低域フイルタ３６（または４０）と同一の低域
フイルタ４３に送出され、その出力は平衡変調回
路４４に送出されるとともに加算器４６に送出さ
れる。前記平衡変調回路４４に入力された信号は
前記基準周波数fo分だけ周波数変換され帯域フイ
ルタ４５に送出される。該帯域フイルタ４５の出
力は加算器４６にて低域フイルタ４３より直接入
力された信号と加算され、第５図に示すものと同
様な周波数分布をもつ信号（第２の出力）として
端子４７より出力される。

またダイポール型指向性受波器９の出力も同様
に前記低域フイルタ３６（または４０）と同一の
低域フイルタ４８に送出され、平衡変調回路４９
にて基準周波数fo分だけ周波数変換され、帯域フ
イルタ５０に送出され、加算器５１にて低域フイ
ルタ４８よりの直接の出力と加算され第５図と同
様な周波数分布の信号（第３の出力）として端子
５２より出力される。

このように構成されているため、８の字型指向
性の出力とともに水平方向より下方約10度傾けた
ブロードサイド型指向性の出力を同時に得ること
ができ、中程度から遠距離までの船舶等の目標の
音をＳ／Ｎ比良く検出でき、また受波器８及び９
の出力も８の字型指向性の出力と水平方向より下
方約10度傾いたブロードサイド型指向性の出力
（これらは共に水平面上では無指向性である。）の
周波数分布に対応して得られるので、中距離から
遠距離までの目標の方位を検出するために使用す
ることができる。

なお、前記実施例では第２のビームフオーマの
出力として、水平方向より下方約10度傾けたブロ
ードサイド型指向性の出力を得るようになした
が、水平方向より上方約10度傾けたブロードサイ
ド型指向性の出力を得るようになしても良く、そ
の場合でも同様な効果が得られる。また、前記実
施例では無指向性受波器の総数が７個で、第１の
ビームフオーマ２０の増幅器の総数が５個、第２
のビームフオーマ３３の移相器の総数が７個の場
合を示しているが、前記受波器の個数を増し、こ
れに対応して前記増幅器、移相器等の個数を増せ
ば、更に広帯域化でき、また特に第２のビームフ
オーマにおいてはそのビーム幅を狭くすることが
できる。また、低域フイルタ３６（または４３，
４８）と平衡変調回路３７（または４４，４９）
と帯域フイルタ３８（または４５，５０）による
周波数変換は基準周波数foの副搬送波を用いた
SSB振幅変調と同一技術であり、他の回路方式も
利用できる。

第６図は本発明を適用した水中聴音システムを
示すもので、図中、６０は前述した水中聴音機、
６１は発信機、６２は伝送路、６３は受信機、６
４は信号処理装置である。水中聴音機６０より得
られた第１、第２及び第３の出力は送信機６１に
より、第１の出力はそのまま、第２及び第３の出
力はそれぞれ90度位相の異なる副搬送波で変調し
た後混合され１つの信号として伝送路６２に送出
される。受信機６３では低域フイルタを通して前
記第１の出力を再生し、また同時に送られる位相
基準信号から90度位相の異なつた２個の同期副搬
送波を作り、同期復調を行なうことにより前記第
２、第３の出力を再生し、これらを信号処理装置
６４へ送出する。なお、この伝送方式は例えば特
公昭53−22038号公報に詳細に説明されている。
信号処理装置６４では前記第１、第２及び第３の
出力のフーリエ変換Ｚ１，Ｚ２及びＺ３より、Ｚ
１とＺ２及びＺ３とのクロスペリオドグラムの実
数部と虚数部とを各々求め、これらを各々受波器
８及び９の特性の実数部と虚数部とに乗算した後
加算し、この値を累積加算した値Ａ及びＢを求
め、その符号及びＡとＢの間の商の値から到来波
の方位を求め、表示部に目標の存在とその方位を
示す。なお、前記方位の測定方法については例え
ば特公昭55−28514号公報に詳細に説明されてい
る。また、ここで水中聴音機６０の基準周波数fo
を従来の使用周波数帯域の中程に設定すれば信号
処理装置６４は従来のものをそのまま利用でき
る。

（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、水中に、
奇数個の無指向性受波器を水面に対して垂直な直
線上で且つ中心の受波器に対して他の両側の受波
器が対称となる様に配列し、また該無指向性受波
器の配列の中心位置の近傍に、２個のダイポール
型指向性受波器を各々の最大感度軸が水面と平行
な方向で且つ互いに90度ずれるように配置すると
ともに、前記無指向性受波器の各出力を水面と平
行な面上で零感度となる８の字型指向性を造る第
１のビームフオーマ及び水面と平行な方向よりわ
ずかに下方又は上方にビームを向けたブロードサ
イド型指向性を造る第２のビームフオーマに供給
し、これらの両出力のうちの一方を所定の基準周
波数で周波数変換して他方の出力と加算し第１の
出力とし、また前記ダイポール型指向性受波器の
各出力を各々その出力とその出力を前記基準周波
数で周波数変換したものとを加算して第２及び第
３の出力としたので、第１の出力より中距離から
遠距離までの船舶等の目標の音をＳ／Ｎ比良く検
出でき、その存在を検出でき、また第１、第２及
び第３の信号より中距離から遠距離までの目標の
方位を一台の信号処理装置で測定することができ
る等の利点がある。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の説明に供するもので、第１図は
本発明の水中聴音機の一実施例を示すブロツク
図、第２図は水平面上で零感度となる８の字型指
向性の説明図、第３図は第２のビームフオーマに
おける受波器出力の整相のようすを示す説明図、
第４図は水平よりわずかに下方にビームを向けた
ブロードサイド型指向性の説明図、第５図は第１
の周波数分布を示す説明図、第６図は本発明を適
用した水中聴音システムの説明図である。 １〜７……無指向性受波器、８，９……ダイポ
ール型指向性受波器、２０……第１のビームフオ
ーマ、３３……第２のビームフオーマ、３７，４
４，４９……平衡変調回路、４１……発振器、３
６，４６，５１……加算器、４２，４７，５２…
…出力端子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水中に、奇数個の無指向性受波器を水面に対
   して垂直な直線上で且つ中心の受波器に対して他
   の両側の受波器が対称となる様に配列し、 また該無指向性受波器の配列の中心位置の近傍
   に、２個のダイポール型指向性受波器を各々の最
   大感度軸が水面と平行な方向で且つ互いに90度ず
   れるように配置するとともに、 前記無指向性受波器の各出力を水面と平行な面
   上で零感度となる８の字型指向性を造る第１のビ
   ームフオーマ及び水面と平行な方向よりわずかに
   下方又は上方にビームを向けたブロードサイド型
   指向性を造る第２のビームフオーマに供給し、こ
   れらの両出力のうち一方を所定の基準周波数で周
   波数変換して他方の出力と加算し第１の出力と
   し、 また前記ダイポール型指向性受波器の各出力を
   各々その出力とその出力を前記基準周波数で周波
   数変換したものとを加算して第２及び第３の出力
   とした ことを特徴とする水中聴音機。