JPH10170638A - 水中音響模擬装置 - Google Patents
水中音響模擬装置Info
- Publication number
- JPH10170638A JPH10170638A JP34241296A JP34241296A JPH10170638A JP H10170638 A JPH10170638 A JP H10170638A JP 34241296 A JP34241296 A JP 34241296A JP 34241296 A JP34241296 A JP 34241296A JP H10170638 A JPH10170638 A JP H10170638A
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- Japan
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 装置構成が簡単で、且つ条件変更が容易にで
き水中音響の模擬範囲の広い、安価な水中音響模擬装置
を提供する。 【解決手段】 音源モデル１１は、実際の水中の音源が
発する水中音波を模擬し、且つ前記音源の音響特性に応
じて特性を変化させた電気信号である模擬音波信号Ｕを
出力する。水中伝搬モデル１２は、実際の水中における
音波伝搬特性を模擬した電気的伝搬特性を有しており、
模擬音波信号Ｕに対し前記電気的伝搬特性による特性変
化を与えて模擬信号Ｖを出力する。受波器モデル１３
は、実際の水中の受波器の水中音響／電気信号変換特性
を模擬した電気変換特性を有しており、模擬信号Ｖを前
記電気変換特性に応じて電気信号Ｗに変換する。ディジ
タル電気信号Ｗは変換器１４によりアナログの電気信号
６ａに変換されて信号処理装置８に送られる。
き水中音響の模擬範囲の広い、安価な水中音響模擬装置
を提供する。 【解決手段】 音源モデル１１は、実際の水中の音源が
発する水中音波を模擬し、且つ前記音源の音響特性に応
じて特性を変化させた電気信号である模擬音波信号Ｕを
出力する。水中伝搬モデル１２は、実際の水中における
音波伝搬特性を模擬した電気的伝搬特性を有しており、
模擬音波信号Ｕに対し前記電気的伝搬特性による特性変
化を与えて模擬信号Ｖを出力する。受波器モデル１３
は、実際の水中の受波器の水中音響／電気信号変換特性
を模擬した電気変換特性を有しており、模擬信号Ｖを前
記電気変換特性に応じて電気信号Ｗに変換する。ディジ
タル電気信号Ｗは変換器１４によりアナログの電気信号
６ａに変換されて信号処理装置８に送られる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中音響模擬装置
に係り、とくにソナーシステムの信号処理装置が受信す
る電気信号を、電気的なシステム構成により模擬的に生
成できるようにした水中音響模擬装置に関するものであ
る。
に係り、とくにソナーシステムの信号処理装置が受信す
る電気信号を、電気的なシステム構成により模擬的に生
成できるようにした水中音響模擬装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来より、水中で用いられるソナーシス
テムの性能試験等を、実際の海等ではなく陸上の試験場
で行うために、水中音響模擬装置が用いられている。図
５は従来技術の水中音響模擬装置であり、巨大な水槽１
に水２を溜め、実際の音源が発する水中音波と同様な水
中音波３を発する模擬信号発生器４を、水２の中に入れ
ている。一方、ソナーシステムの受波器５も水２の中に
入れている。受波器５は振動子５ａを備えており、水中
音波３を受信して振動子５ａが振動すると、受信した水
中音波３に対応した電気信号６を出力する。ソナーシス
テムの信号処理装置８は、水槽１の外に設置されてお
り、電気信号６を受けて信号処理演算をして模擬信号発
生器４の位置等を求める。
テムの性能試験等を、実際の海等ではなく陸上の試験場
で行うために、水中音響模擬装置が用いられている。図
５は従来技術の水中音響模擬装置であり、巨大な水槽１
に水２を溜め、実際の音源が発する水中音波と同様な水
中音波３を発する模擬信号発生器４を、水２の中に入れ
ている。一方、ソナーシステムの受波器５も水２の中に
入れている。受波器５は振動子５ａを備えており、水中
音波３を受信して振動子５ａが振動すると、受信した水
中音波３に対応した電気信号６を出力する。ソナーシス
テムの信号処理装置８は、水槽１の外に設置されてお
り、電気信号６を受けて信号処理演算をして模擬信号発
生器４の位置等を求める。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の水中音響模擬装置では、巨大な水槽１及び大量の水
２が必要であり、設備が大きくなり、また建設や維持の
ために大きな費用がかかっていた。更に水中伝搬特性
（水の温度等）を簡単に変えることはできず、条件を色
々に変えて各種条件下での特性を求めることは難しかっ
た。
来の水中音響模擬装置では、巨大な水槽１及び大量の水
２が必要であり、設備が大きくなり、また建設や維持の
ために大きな費用がかかっていた。更に水中伝搬特性
（水の温度等）を簡単に変えることはできず、条件を色
々に変えて各種条件下での特性を求めることは難しかっ
た。
【０００４】本発明は、上記の点に鑑み、装置構成が簡
単で且つ条件変更が容易にできる安価な水中音響模擬装
置を提供することを目的とする。
単で且つ条件変更が容易にできる安価な水中音響模擬装
置を提供することを目的とする。
【０００５】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。
の実施の形態において明らかにする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の水中音響模擬装置は、水中の音源が発する
水中音波を模擬し、且つ前記音源の音響特性に応じて特
性を変化させた電気信号である模擬音波信号を出力する
音源モデルと、水の音波伝搬特性を模擬した電気的伝搬
特性を有しており、前記音源モデルから送られてきた模
擬音波信号に対し前記電気的伝搬特性による特性変化を
与えて出力する水中伝搬モデルと、水中の受波器の水中
音響／電気信号変換特性を模擬した電気変換特性を有し
ており、前記水中伝搬モデルから出力された信号を前記
電気変換特性に応じて変換し、変換した信号をソナーシ
ステムの信号処理装置に向けて送る受波器モデルとを具
備することを特徴とする。
に、本発明の水中音響模擬装置は、水中の音源が発する
水中音波を模擬し、且つ前記音源の音響特性に応じて特
性を変化させた電気信号である模擬音波信号を出力する
音源モデルと、水の音波伝搬特性を模擬した電気的伝搬
特性を有しており、前記音源モデルから送られてきた模
擬音波信号に対し前記電気的伝搬特性による特性変化を
与えて出力する水中伝搬モデルと、水中の受波器の水中
音響／電気信号変換特性を模擬した電気変換特性を有し
ており、前記水中伝搬モデルから出力された信号を前記
電気変換特性に応じて変換し、変換した信号をソナーシ
ステムの信号処理装置に向けて送る受波器モデルとを具
備することを特徴とする。
【０００７】本発明の水中音響模擬装置においては、音
源モデルから水中音波を模擬した電気信号である模擬音
波信号を出力し、水中伝搬モデルでは水の音波伝搬特性
を模擬した電気的伝搬特性により模擬音波信号に特性変
化を与え、受波器モデルでは受波器の水中音響／電気信
号変換特性を模擬した電気変換特性により、水中伝搬モ
デルから送られてくる信号を変換し、変換した信号をソ
ナーシステムの信号処理装置に送るようにしている。
源モデルから水中音波を模擬した電気信号である模擬音
波信号を出力し、水中伝搬モデルでは水の音波伝搬特性
を模擬した電気的伝搬特性により模擬音波信号に特性変
化を与え、受波器モデルでは受波器の水中音響／電気信
号変換特性を模擬した電気変換特性により、水中伝搬モ
デルから送られてくる信号を変換し、変換した信号をソ
ナーシステムの信号処理装置に送るようにしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水中音響模擬
装置の実施の形態を図面に従って説明する。なお従来技
術と同一部分には同一符号を付して説明をする。
装置の実施の形態を図面に従って説明する。なお従来技
術と同一部分には同一符号を付して説明をする。
【０００９】図１は本発明の実施の形態を示すブロック
図である。本実施の形態では、高速ディジタル計算機１
０により、音源モデル１１、水中伝搬モデル１２及び受
波器モデル１３が形成されている。高速ディジタル計算
機１０の出力信号（ディジタル信号）は、ディジタル／
アナログ変換器１４によりアナログの電気信号６ａに変
換されて、ソナーシステムの信号処理装置８に送られ
る。また信号処理装置８にはソナーシステムの受波器５
が接続されている。
図である。本実施の形態では、高速ディジタル計算機１
０により、音源モデル１１、水中伝搬モデル１２及び受
波器モデル１３が形成されている。高速ディジタル計算
機１０の出力信号（ディジタル信号）は、ディジタル／
アナログ変換器１４によりアナログの電気信号６ａに変
換されて、ソナーシステムの信号処理装置８に送られ
る。また信号処理装置８にはソナーシステムの受波器５
が接続されている。
【００１０】上記音源モデル１１は、水中の音源が発す
る水中音波を模擬した電気信号である模擬音波信号Ｕを
出力する。しかも、音源の音響特性（周波数特性、信号
レベル、指向特性等）に応じて模擬音波信号Ｕの電気的
特性を変えて、模擬音波信号Ｕを出力することができ
る。
る水中音波を模擬した電気信号である模擬音波信号Ｕを
出力する。しかも、音源の音響特性（周波数特性、信号
レベル、指向特性等）に応じて模擬音波信号Ｕの電気的
特性を変えて、模擬音波信号Ｕを出力することができ
る。
【００１１】上記水中伝搬モデル１２は、水の音波伝搬
特性（伝搬損失、伝搬経路、反射、散乱等）を模擬した
電気的伝搬特性を有しており、入力された模擬音波信号
Ｕの電気的特性を変えて、模擬音波信号Ｖとして出力す
る。この模擬音波信号Ｖの電気的特性は、実際に水中を
伝搬してきて水中の受波器に入力される水中音波の音響
特性を示したものとなっている。
特性（伝搬損失、伝搬経路、反射、散乱等）を模擬した
電気的伝搬特性を有しており、入力された模擬音波信号
Ｕの電気的特性を変えて、模擬音波信号Ｖとして出力す
る。この模擬音波信号Ｖの電気的特性は、実際に水中を
伝搬してきて水中の受波器に入力される水中音波の音響
特性を示したものとなっている。
【００１２】受波器モデル１３は、水中に備えた受波器
の水中音響／電気信号変換特性（指向性、変換感度、各
振動子間の相関等）を模擬した電気変換特性を有してお
り、模擬音波信号Ｖを電気信号Ｗに変換する。電気信号
Ｗの電気的特性は、受波器５が水中に設置されて水中音
波を受けたときに出力する電気信号の特性と同様なもの
となっている。
の水中音響／電気信号変換特性（指向性、変換感度、各
振動子間の相関等）を模擬した電気変換特性を有してお
り、模擬音波信号Ｖを電気信号Ｗに変換する。電気信号
Ｗの電気的特性は、受波器５が水中に設置されて水中音
波を受けたときに出力する電気信号の特性と同様なもの
となっている。
【００１３】次に、上述した各モデル１１，１２，１３
の特性や設定した数式モデルを、具体的に説明する。な
お図２は設定条件等も一緒に示した説明図であり、図
１、図２を参照しつつ説明する。
の特性や設定した数式モデルを、具体的に説明する。な
お図２は設定条件等も一緒に示した説明図であり、図
１、図２を参照しつつ説明する。
【００１４】まずはじめに音源モデル１１について説明
する。この音源モデル１１における音源信号の生成過程
には、線形予測法を用いる。線形系による信号の生成過
程を図３に示し、入力信号は線形系を通って出力信号と
なる。線形系のモデルには、自己回帰モデルを採用す
る。この線形入出力関係の離散システムは、ＩＩＲ型フ
ィルタと呼ばれ、図２のようにＩＩＲ型フィルタに白色
雑音及び音源周波数特性を表すパワースペクトルＰmが
与えられている。ｐ次の自己回帰モデルでは、信号の入
出力関係は次式（１）に示すようになる。
する。この音源モデル１１における音源信号の生成過程
には、線形予測法を用いる。線形系による信号の生成過
程を図３に示し、入力信号は線形系を通って出力信号と
なる。線形系のモデルには、自己回帰モデルを採用す
る。この線形入出力関係の離散システムは、ＩＩＲ型フ
ィルタと呼ばれ、図２のようにＩＩＲ型フィルタに白色
雑音及び音源周波数特性を表すパワースペクトルＰmが
与えられている。ｐ次の自己回帰モデルでは、信号の入
出力関係は次式（１）に示すようになる。
【００１５】
【数１】
【００１６】線形予測係数ａk及びゲイン定数δは、音
源のパワースペクトルＰmを与えれば次式（２）の方程
式（ユール・ウォーカの方程式と呼ばれている）を解く
ことによって得られる。
源のパワースペクトルＰmを与えれば次式（２）の方程
式（ユール・ウォーカの方程式と呼ばれている）を解く
ことによって得られる。
【００１７】
【数２】
【００１８】また、図２のように、ＩＩＲ型フィルタの
出力に音源指向性が付加され、この音源指向性には音
源、受波器運動条件が与えられる。音源の指向性をベア
リング角φ及びエレベーション角θの関数Ｂs（θ，
φ）で表すと、音源信号は次式（３）のようになる。な
お図４に音源及び受波器の座標を示し、ｘ，ｙ，ｚは音
源に固定された座標系、φはベアリング角でｚ軸回りの
回転角、θはピッチ角でｘｙ平面となす角、ｘ′,ｙ′,
ｚ′は受波器に固定された座標系、φ′はベアリング角
でｚ′軸回りの回転角、θ′はピッチ角でｘ′ｙ′平面
となす角、ｒは２つの座標系の原点間距離を示してい
る。
出力に音源指向性が付加され、この音源指向性には音
源、受波器運動条件が与えられる。音源の指向性をベア
リング角φ及びエレベーション角θの関数Ｂs（θ，
φ）で表すと、音源信号は次式（３）のようになる。な
お図４に音源及び受波器の座標を示し、ｘ，ｙ，ｚは音
源に固定された座標系、φはベアリング角でｚ軸回りの
回転角、θはピッチ角でｘｙ平面となす角、ｘ′,ｙ′,
ｚ′は受波器に固定された座標系、φ′はベアリング角
でｚ′軸回りの回転角、θ′はピッチ角でｘ′ｙ′平面
となす角、ｒは２つの座標系の原点間距離を示してい
る。
【００１９】
【数３】
【００２０】次に水中伝搬モデル１２について説明す
る。図２のように水中伝搬モデル１２には音源、受波器
運動条件が与えられ、伝搬損失ＰLOSSは、球面拡散と海
水の吸収損失の２要素を考慮すると、次式（４）で表す
ようになる。なお、音波は音源から放射状に伝わるモデ
ルとしているが、実際の水中ではもっと複雑である。
る。図２のように水中伝搬モデル１２には音源、受波器
運動条件が与えられ、伝搬損失ＰLOSSは、球面拡散と海
水の吸収損失の２要素を考慮すると、次式（４）で表す
ようになる。なお、音波は音源から放射状に伝わるモデ
ルとしているが、実際の水中ではもっと複雑である。
【００２１】
【数４】
【００２２】次に受波器モデル１３について説明する。
図２のように受波器モデル１３には音源、受波器運動条
件が与えられ、受波器の各振動子の指向性を、ベアリン
グ角φ′及びエレベーション角θ′の関数ＢRi（θ′,
φ′）で表す。なおｉは振動子の番号を示す。なお座標
系は前述した図４に示すとおりである。
図２のように受波器モデル１３には音源、受波器運動条
件が与えられ、受波器の各振動子の指向性を、ベアリン
グ角φ′及びエレベーション角θ′の関数ＢRi（θ′,
φ′）で表す。なおｉは振動子の番号を示す。なお座標
系は前述した図４に示すとおりである。
【００２３】各受波器振動子に入力する信号の位相差を
受波器モデル１３に含ませ位相差をΦiとする。位相差
Φiは、音源と各受波器振動子までの距離の違いからく
る時間差Δｔiから次式（５）によって求められる。
受波器モデル１３に含ませ位相差をΦiとする。位相差
Φiは、音源と各受波器振動子までの距離の違いからく
る時間差Δｔiから次式（５）によって求められる。
【００２４】
【数５】
【００２５】水中音波の強さが電圧値に変換されると
き、その変換係数をＫiとする。以上の特性の受波器モ
デルから出力される電気信号Ｗは、次式（６）で表わさ
れる。
き、その変換係数をＫiとする。以上の特性の受波器モ
デルから出力される電気信号Ｗは、次式（６）で表わさ
れる。
【００２６】
【数６】
【００２７】本実施の形態では、音源モデル１１の特性
を変えることにより、各種音源に対する電気信号６ａを
得ることができる。また水中伝搬モデル１２の特性を変
えることにより、各種水域条件での電気信号６ａを得る
ことができる。例えば水中での音波の伝わり方は水中温
度分布により大きく影響されるが、水中温度分布に応じ
て水中伝搬モデル１２の特性を設定するだけで水中音響
状態特性を調べることができる。更に、受波器モデル１
３の特性を変えることにより、各種受波器に対する電気
信号６ａを得ることができる。
を変えることにより、各種音源に対する電気信号６ａを
得ることができる。また水中伝搬モデル１２の特性を変
えることにより、各種水域条件での電気信号６ａを得る
ことができる。例えば水中での音波の伝わり方は水中温
度分布により大きく影響されるが、水中温度分布に応じ
て水中伝搬モデル１２の特性を設定するだけで水中音響
状態特性を調べることができる。更に、受波器モデル１
３の特性を変えることにより、各種受波器に対する電気
信号６ａを得ることができる。
【００２８】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
音源や水中音波の伝搬特性や受波器の変換特性を数式モ
デル化して水中音響模擬装置を構成したため、各種条件
下における電気信号出力を、電気的処理のみで得ること
ができ、数式モデルに柔軟性を持たせることにより、水
中音響の模擬範囲が拡大する。また電気的装置のみで構
成できるので装置構成が簡略化し、コスト低減となる。
音源や水中音波の伝搬特性や受波器の変換特性を数式モ
デル化して水中音響模擬装置を構成したため、各種条件
下における電気信号出力を、電気的処理のみで得ること
ができ、数式モデルに柔軟性を持たせることにより、水
中音響の模擬範囲が拡大する。また電気的装置のみで構
成できるので装置構成が簡略化し、コスト低減となる。
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】上記実施の形態の特性や条件を示すブロック図
である。
である。
【図３】信号の生成過程モデルを示すブロック図であ
る。
る。
【図４】座標系を示す説明図である。
【図５】従来技術を示すブロック図である。
５ 受波器 ６，６ａ 電気信号 ８ 信号処理装置 １０ 高速ディジタル計算機 １１ 音源モデル １２ 水中伝搬モデル １３ 受波器モデル １４ ディジタル／アナログ変換器
Claims (1)
- 【請求項１】 水中の音源が発する水中音波を模擬し、
且つ前記音源の音響特性に応じて特性を変化させた電気
信号である模擬音波信号を出力する音源モデルと、 水の音波伝搬特性を模擬した電気的伝搬特性を有してお
り、前記音源モデルから送られてきた模擬音波信号に対
し前記電気的伝搬特性による特性変化を与えて出力する
水中伝搬モデルと、 水中の受波器の水中音響／電気信号変換特性を模擬した
電気変換特性を有しており、前記水中伝搬モデルから出
力された信号を前記電気変換特性に応じて変換し、変換
した信号をソナーシステムの信号処理装置に向けて送る
受波器モデルとを具備することを特徴とする水中音響模
擬装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34241296A JP2866930B2 (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 水中音響模擬装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34241296A JP2866930B2 (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 水中音響模擬装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10170638A true JPH10170638A (ja) | 1998-06-26 |
| JP2866930B2 JP2866930B2 (ja) | 1999-03-08 |
Family
ID=18353537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34241296A Expired - Lifetime JP2866930B2 (ja) | 1996-12-09 | 1996-12-09 | 水中音響模擬装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2866930B2 (ja) |
Cited By (10)
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|---|---|---|---|---|
| KR100338191B1 (ko) * | 1999-10-16 | 2002-05-24 | 김징완 | 워터터널의 소음 계측방법 |
| KR100338190B1 (ko) * | 1999-10-16 | 2002-05-24 | 김징완 | 워터터널의 소음 계측기 |
| JP2010107241A (ja) * | 2008-10-28 | 2010-05-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 音響画像シミュレーション装置、方法、及びプログラム |
| KR100962670B1 (ko) | 2008-05-09 | 2010-06-11 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 모의 항적 신호 발생 장치 및 방법 |
| KR101131435B1 (ko) | 2010-12-15 | 2012-03-29 | 국방과학연구소 | 소나 시험 장치 및 이를 구비하는 소나 시험 시스템 |
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| JP2012198091A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Nec Corp | 物体検出支援システム、制御方法、及びプログラム |
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| JP2023071267A (ja) * | 2021-11-11 | 2023-05-23 | ジェイ・アール・シー特機株式会社 | 試験用音響模擬装置 |
-
1996
- 1996-12-09 JP JP34241296A patent/JP2866930B2/ja not_active Expired - Lifetime
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