JPH07117583B2 - 水平直線形受波器アレイ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、海中において使用され
る水平直線形受波器アレイに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の水平直線形受波器アレイ
として、例えば特公平１−２５０３１号公報に開示され
たものがある。図６はその側面図を示しており、図にお
いて１は海面、２はこの海面に浮かべたブイ、３は吊下
ケーブル、４は終端回路であって、この終端回路４は吊
下ケーブル３を介してブイ２から吊下されている。

【０００３】５は一端を前記終端回路４に接続したアレ
イケーブル、６〜１４は受波器アレイを構成する受波器
で、これらの受波器６〜１４はアレイケーブル５に所定
の間隔で設けられ、その中央に位置する受波器１０には
図示しないコンパスが設けられており、そして前記アレ
イケーブル５の他端には、ドローグ１５が設けられてい
る。

【０００４】この構成において、前記受波器６〜１４か
ら成る受波器アレイは、海流を利用して水平でかつ直線
状に展長させるもので、このときドローグ１５は海流に
対する抵抗体として働き、受波器アレイの展長を助ける
役目をする。展長した受波器６〜１４は海中の測定目標
から到来した音波を受信し、その受信信号はアレイケー
ブル５を介して終端回路４に集められ、終端回路４にて
多重化される。

【０００５】この多重化信号は、吊下ケーブル３を介し
てブイ２に送られ、ブイ２に設けられている図示しない
無線装置により図示しない観測局に電波として送られ
る。尚、受波器１０に設けられたコンパスは、受波器ア
レイの展長方向の磁気方位を測定するために用いられ、
そのコンパス信号は受波器６〜１４の受信信号と同様に
アレイケーブル５，終端回路４，吊下ケーブル３を介し
てブイ２内の無線装置に送られ、観測局に送信される。

【０００６】観測局では、前記無線装置によりブイ２か
ら送られてきた多重化信号を信号処理装置により分離復
調し、受波器６〜１４の受信信号を所定の音響的構造つ
まり予め定められた各受波器の直線位置に従って整相処
理を行い、最もＳ／Ｎ比がよいビーム出力で聴音する。
また、前記コンパスの信号は受波器アレイの展長方向の
磁気方位を表すので、最もＳ／Ｎ比がよくなる位相出力
の角度を絶対的方位角に変換するために用いられ、これ
により得られる整相出力の円錐形指向性パターンによっ
て測定目標の概略の絶対的方位を測定することができ
る。

【０００７】ところで、このような水平直線形受波器ア
レイは、全長が数百メートルに及ぶ長さとなるので、海
中施設当初はブイ２及び終端回路４の近傍に止め、所定
の深度に到達した時点で海流を利用し、水平でかつ直線
状に展長させるが、展長後の水平直線性を保つために受
波器６〜１４及びドローグ１５の比重は、海水の比重に
近い値に設定されている。

【０００８】また、アレイケーブル５は、受波器６〜１
４の受信信号、及びコンパスのコンパス信号と終端回路
４とを電気的に接続するだけでなく、受波器６〜１４の
音響的位置決めも行っている。すなわち、受波器６と受
波器７の間のアレイケーブル５は、水平でかつ直線状に
展長した状態で受波器６と受波器７との間隔を所定の直
線的間隔に定め、同様に受波器１３と受波器１４までア
レイケーブル５はそれぞれの受波器間隔を定めるものと
なっている。

【０００９】図７は前記のように吊下される水平直線形
受波器アレイの海流による展長を説明する図で、図中、
横軸は流速を表し、縦軸は深度を表している。深度零メ
ートルにおける流速は海面流速と呼ばれており、深度毎
の海流速度の流速分布示は実線で示した通りである。海
流の速度は、一般的に海面に近い浅い深度では速く、深
度が深くなるに従って遅くなり、海面下数百メートルの
深度では海面に比べてかなり遅くなる。

【００１０】このような海域に前記水平直線形受波器ア
レイを吊下する場合、受波器アレイは図中の示した漂流
速度で流されることになり、このとき受波器アレイの各
部は、その深度毎に図７の破線で示した相対的流速を受
けて図６に示した展長姿勢となる。つまり、水平直線形
受波器アレイは約数百メートルのアレイ深度における相
対的流速を受けて展長することになる。

【００１１】一般的に海面流速は１メートル／秒程度で
あることが知られており、従って、海面下数百メートル
のアレイ吊下深度における相対的流速は０．３メートル
／秒程度となる。この場合、例えばアレイケーブル５の
全長が２００メートルあるとすると、相対的流速に従っ
て受波器アレイが直線状に展長するためには、 ２００メートル÷０．３メートル／秒＝６６７秒≒１１
分 の時間がかかることになり、数百メートルの受波器アレ
イを展長させることになれば、１０数分から２０分以上
の時間が必要となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したようにこ
の種の水平直線形受波器アレイは、展長に長時間を要す
ることになるが、しかしながら充分でかつ一定の流速が
得られない海域では、時間をかけて受波器アレイを展長
させても、海中での受波器アレイの姿勢が水平でかつ直
線状にならず、受波器アレイの各受波器を所期の直線的
位置に保てないことがある。

【００１３】そのため、このような状態で測定目標から
の到来音波を受信して観測局で位相処理を行うと、所望
の指向性パターンが得られず、その結果Ｓ／Ｎ比を向上
させることができなくなり、かつ測定目標の方位の測定
が困難になるという問題があった。本発明は、このよう
な問題を解決するためになされたもので、受波器アレイ
の各受波器を所期の直線的位置に保てない場合でも、Ｓ
／Ｎ比を向上させることができ、かつ測定目標の方位を
確実に測定することができる水平直線形受波器アレイを
実現することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、第１の発明は、海面に浮かべたブイから吊下ケーブ
ルを介して終端回路を吊下し、この終端回路に一端を接
続したアレイケーブルに設けられた複数の受波器から成
る受波器アレイを海流を利用して展長させる水平直線形
受波器アレイにおいて、前記終端回路の位置に前記各受
波器で受信させて水平方向における受波器間隔を検出す
るためのインパルス音を発射するインパルス音源を配置
したことを特徴とする。

【００１５】また、第２の発明は、海面に浮かべたブイ
から吊下ケーブルを介して終端回路を吊下し、この終端
回路に一端を接続したアレイケーブルに設けられた複数
の受波器から成る受波器アレイを海流を利用して展長さ
せる水平直線形受波器アレイにおいて、前記終端回路の
位置に前記各受波器で受信させて水平方向における各受
波器の間隔を検出するためのインパルス音を発射する第
１のインパルス音源を配置し、かつ前記各受波器で受信
させて、各受波器が所期の水平位置から鉛直方向に偏位
している量を検出するためのインパルス音を発射する第
２のインパルス音源を前記第１のインパルス音源から吊
下したことを特徴とする。

【００１６】

【作用】このような構成を有する第１の発明は、海面に
浮かべたブイから吊下ケーブルを介して終端回路と共に
受波器アレイを吊下した後、インパルス音源からインパ
ルス音を発射すると、このインパルス音が各受波器で時
間差を持って受信されるので、観測局側でこの時間差か
ら各受波器の間隔を検出して、それに基づいて整相処理
を行えば、受波器アレイの各受波器を所期の直線的位置
に保てない場合でも、Ｓ／Ｎ比を向上させることがで
き、かつ測定目標の方位を確実に測定することができ
る。

【００１７】また、第２の発明は、海面に浮かべたブイ
から吊下ケーブルを介して終端回路と共に受波器アレイ
を吊下した後、第２のインパルス音源からインパルス音
を発射すると、各受波器が水平に展長した場合に比べて
鉛直方向に偏位した位置で展長している場合は、インパ
ルス音が第１のインパルス音源と第２のインパルス音源
との間隔に依存した異なる時間差を持って受信されるの
で、観測局側でこの時間差から各受波器が鉛直方向に偏
位した位置で展長していることを検出でき、これにより
各受波器が水平に展長するまで待って第１の発明のよう
に第１のインパルス音源を利用して整相処理を行う等の
処置を講じられるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることがで
き、かつ目標の方位を測定することができる。

【００１８】

【実施例】以下に図面を参照して実施例を説明する。図
１は本発明による水平直線形受波器アレイの第１の実施
例を示す側面図で、ここでは受波器アレイの各受波器が
所期の直線的位置に充分展長されず、アレイケーブルが
水平方向に弛んだ状態を示している。

【００１９】図において１は海面、２はブイ、３は吊下
ケーブル、４は終端回路、５はアレイケーブル、６〜１
４は受波器アレイを構成する受波器、１５はドローグ
で、これらは従来のものと同じ構成要素であり、また中
央に位置する受波器１０には図示しないコンパスが設け
られていることも従来と同様である。１６は終端回路４
から吊下されたインパルス音源で、終端回路４に電気的
に接続されている。

【００２０】図２はこのインパルス音源１６の内部構成
を示す側断面図で、図において２９はインパルス音源１
６の筐体、３０はこの筐体２９の内部の空気室、３１は
コイルバネ、３２はこのコイルバネ３１の一端に取り付
けられたロッドであり、前記コイルバネ３１の他端は筐
体２９内部に固定されている。３３は前記ロッド３２の
所定位置に固定された衝撃体、３４は前記ロッド３２の
自由端をロックするストッパで、このストッパは図示し
ない駆動機構により動作するものとなっている。

【００２１】このインパルス音源１６からのインパルス
音は次のように発生する。すなわち、観測局からの指令
信号あるいはタイマー等によって前記駆動機構が起動す
るとストッパ３４がロッド３２の自由端から外れて、ロ
ッド３２がコイルバネ３１の力により点線で示したよう
に回転し、これによりロッド３２に取り付けた衝撃体３
３が筐体２９の内壁面に衝突してインパルス音を海中に
発射する。

【００２２】尚、終端回路４と受波器６との間隔は、終
端回路４とインパルス音源１６の間隔に比べて充分大き
くして、インパルス音がアレイケーブル５に沿って伝播
するように設定し、また、所定の大きさのインパルス音
を発生させるために少なくとも筐体２９及び衝撃体３３
は金属製とすることが望ましい。次に上述した構成の作
用について説明する。

【００２３】まず、海面１に浮かべたブイ２から吊下ケ
ーブル３を介して終端回路４を吊下し、この終端回路４
に接続したアレイケーブル５に所定の間隔で設けられた
受波器６〜１４から成る受波器アレイを海流により展長
させる。このときドローグ１５は海流に対する抵抗体と
して働き、受波器アレイの展長を助ける役目をすること
は既に述べた通りである。

【００２４】しかしながら、充分でかつ一定の流速が得
られない海域では、時間をかけて受波器アレイを展長さ
せても、海中での受波器アレイの姿勢が水平でかつ直線
状にならず、受波器アレイの各受波器を所期の直線的位
置に保てないことがある。そこで、本実施例では、終端
回路４と共に受波器アレイを吊下した後、一定時間経過
してから、図示しない観測局からの指令信号あるいはタ
イマー等によって前記のようにインパルス音源１６から
海中にインパルス音を発射し、このインパルス音を各受
波器６〜１４で受信する。

【００２５】図３は前記各受波器６〜１４におけるイン
パルス音の受信波形を示す説明図である。この図に見ら
れるように受波器６に対して受波器７は時間Ｔ1 だけ遅
れてインパルス音源１６からのインパルス音を受信し、
受波器７に対して受波器８は時間Ｔ2 だけ遅れて前記イ
ンパルス音を受信し、以下同様に受波器１３まで順次受
信時間が遅れ、受波器１４は受波器１３に対しては時間
Ｔ8 だけ遅れてインパルス音を受信する。

【００２６】これらの遅れ時間Ｔ1 〜Ｔ8 は、 受波器間隔÷音速（海中では約１５００メートル／秒） に相当しているので、各受波器の間隔を表すことにな
る。但し、受波器アレイが充分に展長していない場合、
各受波器の間隔は、充分に展長した場合の間隔よりも短
く、従って図３のインパルス音の受信の遅れ時間Ｔ1 〜
Ｔ8 も受波器アレイが充分に展長した場合よりも小さな
値となる。

【００２７】このようにして各受波器６〜１４により受
信されたインパルス音は、受信パルス信号としてアレイ
ケーブル５，終端回路４，吊下ケーブル３を介してブイ
２内の無線装置に送られ、観測局に送信される。従っ
て、観測局の信号処理装置でこの受信パルス信号の間隔
から受波器間隔を検出し、それに基づいてその後受波器
６〜１４により受信される測定目標からの受信信号を整
相することにより、受波器アレイの各受波器６〜１４が
所期の直線的位置まで展長していない場合でも、受波器
アレイの音響的構造に従った指向性パターンが得られ、
Ｓ／Ｎ比を向上させ、かつ目標の方位を測定することが
可能となる。

【００２８】この場合の観測局の信号処理装置を図４を
用いて説明する。図４は観測局に設けられる信号処理装
置のブロック図で、図において１８は整相器、１９〜２
７はインパルス検出器、２８はパルス間隔計算器であ
る。この構成は、前記ブイ２の無線装置により送られて
きた各受波器６〜１４の受信信号を整相器１８に供給し
て整相出力を得る点では従来と同様であるが、本発明で
は前記のようにインパルス音源１６を設けているため、
信号処理装置にインパルス検出器１９〜２７とパルス間
隔計算器２８を設けた構成としており、これにより受波
器６〜１４の受信信号のうちのインパルス音をインパル
ス検出器１９〜２７で検出して、パルス間隔計算器２８
により各受波器６〜１４の受波器間隔の短縮率を算出
し、この算出した短縮率のデータを整相器１８に送り、
このデータに基づいて整相器１８で整相処理を行う。

【００２９】更に詳しく説明すると、インパルス検出器
１９〜２７は図３で説明した各受波器６〜１４の受信パ
ルス信号の前縁を検出して、その検出信号をパルス間隔
計算器２８に送る。パルス間隔計算器２８はインパルス
検出器１９〜２７から送られてきた各検出信号間の遅れ
時間Ｔ1 〜Ｔ8 を測定して、海中で所期の間隔に展長し
ていない各受波器６〜１４の直線的間隔を測定し、アレ
イケーブル５の長さにより定まる所期の直線的受波器間
隔に対する短縮率を計算して整相器１８に供給する。

【００３０】この短縮率は所期の間隔に展長していない
各受波器６〜１４の平均的でかつ直線的な間隔の短縮さ
れる割合を表すもので、通常約５０％から１００％の間
の値となる。整相器１８は前記パルス間隔計算器２８か
ら受け取った短縮率に従ってディレーライン等の整相パ
ラメーターを変化，校正して整相処理を行い整相出力Ｂ
1 〜ＢM を得る。

【００３１】ここで、受波器アレイの各受波器６〜１４
が海中で所期の間隔に展長していない場合のアレイ軸に
沿った直線的な受波器間隔は平均的に短縮率分だけ短く
なるので、対象とする音響周波数帯域において整相出力
Ｂ1 〜ＢM の指向性パターンのビーム幅は広くなるが、
測定上問題にはならない。従って、これによれば前記の
ように受波器アレイの各受波器６〜１４が所期の直線的
位置まで展長していない場合でも、受波器アレイの音響
的構造に従った指向性パターンが得られ、Ｓ／Ｎ比を向
上させ、かつ目標の方位を測定することが可能となる。

【００３２】図５は本発明による水平直線形受波器アレ
イの第２の実施例を示す側面図で、前記インパルス音源
１６を第１のインパルス音源とし、この第１のインパル
ス音源１６の下方に同様の構造の第２のインパルス音源
１７を間隔ｄだけ離して鉛直に垂下されるように配置し
て、終端回路４と電気的に接続した構成としたものであ
る。

【００３３】この実施例は、受波器アレイの各受波器６
〜１４が所期の直線的位置に充分展長されず、破線及び
黒丸で示したように各受波器６〜１４が水平に展長した
状態に対して、アレイケーブル５が鉛直方向に偏った状
態のとき有効なものであり、図５は例として下方に弛ん
だ状態を表している。すなわち、海面１に浮かべたブイ
２から吊下ケーブル３を介して終端回路４と共に受波器
アレイを吊下した後、一定時間経過してから、図示しな
い観測局からの指令信号あるいはタイマー等によって第
２のインパルス音源１７から海中にインパルス音を発射
し、このインパルス音を各受波器６〜１４で受信する。

【００３４】この場合、例えば受波器７及び８が、７ａ
及び８ａで示した水平の位置にあれば、その受信パルス
信号にｄ1 の距離差に相当する時間の遅れが生じるが、
アレイケーブル５が図５に示すように下方に弛んで受波
器７及び８が水平位置７ａ及び８ａより下がっている場
合は、ｄ2 の距離差に相当する時間の遅れとなる。つま
り、アレイケーブル５が図５の例のごとく下方に弛んで
受波器アレイが下がった位置にある場合、および逆に図
示していないが上方にふくらんだ位置にある場合、第２
のインパルス音源１７による各受波器６〜１４間の受信
パルス信号の時間の遅れは、受波器アレイが水平の状態
にあるときに対して、鉛直間隔ｄに依存した異なる値と
なる。

【００３５】一方、図４で説明した観測局側の信号処理
装置に設けられた整相器１８は、受波器アレイが水平で
かつ直線状にあると想定して、第１のインパルス音源１
６による各受波器６〜１４の受信パルス信号から得られ
る短縮率に基づいて整相処理を行うため、図５に示した
ようにアレイケーブル５が下方に弛んで受波器アレイが
下がった位置にある場合は、整相処理の中止あるいは別
の方法での処理が必要となる。

【００３６】従って、前記のように第１のインパルス音
源１６から鉛直に第２のインパルス音源１７を吊下し、
この第２のインパルス音源１７のインパルス音を各受波
器６〜１４で受信して、その受信パルス信号を図４に示
したインパルス検出器１９〜２７によりパルス間隔計算
器２８に入力して各受波器間隔を計算すれば、アレイケ
ーブル５が下方に弛んだり、上方にふくらんだりするこ
とに起因する各受波器６〜１４が水平位置より偏位した
量を検出できるので、例えば受波器アレイが水平に展長
するまで待ち、その後第１のインパルス音源１６からイ
ンパルス音を発射して、前記の整相処理を行うことでＳ
／Ｎ比を向上させ、かつ目標の方位を測定することが可
能となる。

【００３７】尚、上述した各実施例では、９個の受波器
６〜１４から成る受波器アレイについて説明したが、こ
れに限られるものではなく、受波器はこれより多い数の
配列とするのが一般的である。また、上述した各実施例
のインパルス音源１６，１７は図２に示したように筐体
２９内にコイルバネ３１，ロッド３２、衝撃体３３、ス
トッパ３４等を１組配置した構成としたものであるが、
これらを複数組設けることで複数回インパルス音を発射
する構成とすることも可能である。

【００３８】更に、上述した各実施例では、インパルス
音源１６を終端回路４と独立した形で設けたが、終端回
路４の筐体内にコイルバネ３１，ロッド３２、衝撃体３
３、ストッパ３４等配置して構成することも可能であ
り、更にまたインパルス音源１６，１７はコイルバネ３
１，ロッド３２、衝撃体３３、ストッパ３４等による機
械的なものでなく圧電式トランスジューサを用いても差
し支えない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の第１の発明
は、終端回路の位置に各受波器で受信させて水平方向に
おける受波器間隔を検出するためのインパルス音を発射
するインパルス音源を配置した構成として、海面に浮か
べたブイから吊下ケーブルを介して終端回路と共に受波
器アレイを吊下した後、インパルス音源からインパルス
音を発射すると、このインパルス音が各受波器で時間差
を持って受信されるため、観測局側でこの時間差から各
受波器の間隔を検出して、それに基づいて整相処理を行
えば、受波器アレイの各受波器を所期の直線的位置に保
てない場合でも、Ｓ／Ｎ比を向上させ、かつ目標の方位
を測定することができるという効果が得られる。

【００４０】また、第２の発明は、終端回路の位置に各
受波器で受信させて水平方向における各受波器の間隔を
検出するためのインパルス音を発射する第１のインパル
ス音源を配置し、かつ前記各受波器で受信させて、各受
波器が所期の水平位置から鉛直方向に偏位している量を
検出するためのインパルス音を発射する第２のインパル
ス音源を前記第１のインパルス音源から吊下した構成と
して、海面に浮かべたブイから吊下ケーブルを介して終
端回路と共に受波器アレイを吊下した後、第２のインパ
ルス音源からインパルス音を発射すると、各受波器が水
平に展長した場合に比べて鉛直方向に偏った位置で展長
している場合は、インパルス音が第１のインパルス音源
と第２のインパルス音源との間隔に依存した異なる時間
差を持って受信されるようにしているため、観測局側で
この時間差から各受波器が鉛直方向に偏った位置で展長
していることを検出でき、これによって各受波器が水平
に展長するまで待って第１の発明のように第１のインパ
ルス音源を利用して整相処理を行う等の処置を講じられ
るので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができ、かつ目標の
方位を測定することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による水平直線形受波器アレイの第１の
実施例を示す側面図である。

【図２】図１の実施例に用いられているインパルス音源
の内部構成を示す側断面図である。

【図３】図１の実施例における各受波器によるインパル
ス音の受信波形を示す説明図である。

【図４】観測局に設けられる信号処理装置のブロック図
である。

【図５】本発明による水平直線形受波器アレイの第２の
実施例を示す側面図である。

【図６】従来の水平直線形受波器アレイを示す側面図で
ある。

【図７】水平直線形受波器アレイの海流による展長を説
明する図である。

【符号の説明】

１ 海面 ２ ブイ ３ 吊下ケーブル ４ 終端回路 ５ アレイケーブル ６〜１４ 受波器 １５ ドローグ １６ インパルス音源（第１のインパルス音源） １７ インパルス音源（第２のインパルス音源）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｒ 1/44 ３３０ Ｈ Ｌ 9382−5Ｊ Ｇ０１Ｓ 7/52 Ｕ (72)発明者 大久保 克 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−108171（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 海面に浮かべたブイから吊下ケーブルを
   介して終端回路を吊下し、この終端回路に一端を接続し
   たアレイケーブルに設けられた複数の受波器から成る受
   波器アレイを海流を利用して展長させる水平直線形受波
   器アレイにおいて、 前記終端回路の位置に前記各受波器で受信させて水平方
   向における受波器間隔を検出するためのインパルス音を
   発射するインパルス音源を配置したことを特徴とする水
   平直線形受波器アレイ。
2. 【請求項２】 海面に浮かべたブイから吊下ケーブルを
   介して終端回路を吊下し、この終端回路に一端を接続し
   たアレイケーブルに設けられた複数の受波器から成る受
   波器アレイを海流を利用して展長させる水平直線形受波
   器アレイにおいて、 前記終端回路の位置に前記各受波器で受信させて水平方
   向における各受波器の間隔を検出するためのインパルス
   音を発射する第１のインパルス音源を配置し、 かつ前記各受波器で受信させて、各受波器が所期の水平
   位置から鉛直方向に偏位している量を検出するためのイ
   ンパルス音を発射する第２のインパルス音源を前記第１
   のインパルス音源から吊下したことを特徴とする水平直
   線形受波器アレイ。