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【発明の名称】 水中音響探査方法及び水中音響探査システム
【発明者】 【氏名】吉住 和洋
【住所又は居所】長崎県長崎市深堀町5丁目717番1号 三菱重工業株式会社長崎研究所内

【氏名】高木 茂
【住所又は居所】長崎県長崎市深堀町5丁目717番1号 三菱重工業株式会社長崎研究所内

【要約】 【課題】探査するターゲットの形状の如何にかかわらず、当該ターゲットからの反射波を常に良好に受波してこれに基づく良質の音響探査情報を得ることができる水中音響探査方法を提供する。

【解決手段】相互の位置関係を把握しつつ水中2を航走する複数台の水中航走体1a、1bの一つに送受波器4を、他の水中航走体4bに受波器6をそれぞれ搭載し、送受波器4から発射した音波に基づく反射波F、Eを送受波器4とともに受波器6でも、受波タイミングを同期させて受波し、各送受波器4乃至受波器6毎に反射波F、Eに基づく信号を処理することにより、複数台の水中航走体1a、1bで重複する領域の各探査情報を収集する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに送受波器を、残りの水中航走体に受波器をそれぞれ搭載し、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を当該送受波器とともに他の受波器でも、受波タイミングを同期させて受波し、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項2】 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、個別に割り当てた周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、各送受波器から発射したそれぞれ固有の周波数の音波に基づく反射波を、各送受波器で、受波タイミングを同期させて受波し、さらに前記各反射波を、各周波数毎に、また各受信器毎に選択するとともに、選択した各周波数毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項3】 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、各送受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項4】 〔請求項1〕乃至〔請求項3〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、得られた各探査情報のうち、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項5】 〔請求項1〕乃至〔請求項3〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、得られた各探査情報の各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成することを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項6】 〔請求項1〕乃至〔請求項5〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、水中通信により各水中航走体で収集した探査情報の授受を行うことを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項7】 〔請求項1〕乃至〔請求項6〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、探査方法は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した探査情報を基準座標を基準として重畳して合成する合成開口探査方法であることを特徴とする水中音響探査方法。
【請求項8】 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに搭載する送受波器と、残りの水中航走体にそれぞれ搭載する複数の受波器と、前記送受波器及び各受波器で、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項9】 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれに割り当てられた固有の周波数の音波を発射する一方、各音波の反射波を受波する複数の送受波器と、各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、受波した反射波を各周波数成分毎に分離し、分離した各周波数成分毎に反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項10】 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器と、各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器毎に各反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項11】 〔請求項8〕乃至〔請求項10〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系で得られた各探査情報を入力し、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成する最大レベル画像表示処理手段を有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項12】 〔請求項8〕乃至〔請求項10〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系で得られた各探査情報を入力し、各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成する平均画像表示処理手段を有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項13】 〔請求項8〕乃至〔請求項12〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各水中航走体の処理系で処理して得る各探査情報を水中通信により送信又は受信する送信機又は受信機を有することを特徴とする水中音響探査システム。
【請求項14】 〔請求項8〕乃至〔請求項13〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した反射信号に基づく情報を各位置の情報とともに処理するとともに、各位置での探査情報を、基準座標を基準として重畳し、これらの結果をそれぞれ合成する合成開口探査処理部であることを特徴とする水中音響探査システム。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水中音響探査方法及び水中音響探査システムに関し、特に送波した音波を当てるターゲットの形状に起因して送波側への反射波の戻り成分が小さい場合に適用して有用なものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、海底の地形を探査する場合、音響を利用したソナーが汎用されている。特に、最近では、探査対象をモニタ画像に再生して視覚化する合成開口探査装置が提案され、これの適用が検討されている。この合成開口探査装置とは、水中を航走する水中航走体に音波の送波器及び受波器を搭載し、水中航走体を航走させながら送波器で海底等の探査対象に向けて音波を送出するとともに、探査対象から反射して戻ってくる音波を受波器で受信し、その時間から距離を演算して探査対象の二次元的な画像をモニタ上に再生するものである。
【0003】図4は海底を探査対象とした場合における合成開口探査の原理を概念的に示す説明図である。同図に示すように、水中航走体1は、水中2を航走するものである。図4に示す場合は、海底3に平行に、図中の右方から左方に向かって航走している。ここで、水中航走体1は音響探査装置を搭載しており、その送受波器4が本体の腹部に取り付けてあり、海底3に向けて音波を発射するとともに、海底3で反射した音波を受波するようになっている。図4では、A、B、Cの各位置で音波を発射するとともに、各位置A乃至Cでの反射波を受波している。すなわち、当該音響探査装置は水中航走体1の水中航走に伴い海底3に向けて間欠的に音波を発射しながら反射波に含まれる情報を処理することにより海底3の様子を可視化してモニタ(図示せず。)上に再生する。
【0004】ここで、送波器からは所定周波数(通常、数十kHz)の音波をパルスで変調して間欠的に送波する。また、音響探査装置の受波器のセンサ部分は、多数(数十個乃至百数十個)のセンシング素子を、例えば格子状に配設して所定の平面若しくは曲面を形成し、この平面若しくは曲面の全体で反射波を受波するようになっている。合成開口探査方法では、各位置A乃至Cで検出した海底3の情報を、水中航走体1の航走速度、方向及び音波の発射間隔時間等を加味して処理することにより、各位置A乃至Cでの情報を合成するようになっている。すなわち、例えば位置Aにおける送受波器4を原点として基準座標を形成し、この基準座標の原点に位置B、Cの座標を合わせ込むことにより各位置B、Cで同定したターゲット5を基準座標における位置に変換して表すことができる。このように複数位置A乃至Cでの情報を合成することにより、前記センサを構成する平面若しくは曲面が水中航走体1の航走方向に実効的に拡張され、このように拡張された平面若しくは曲面に対応するセンシング素子を実効的に有するセンサ部とすることができる。ちなみに、センシング素子の数が多ければ、それだけ探査精度は向上する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の如き合成開口探査に限るものではないが、水中航走体の送波器から音波を発射し、探査対象のターゲットから反射されて戻ってくる音波を受波して所定の処理をする音響探査においては次のような問題を生じている。すなわち、図5に示すように、ターゲット5の形状によっては、水中2を航走する水中航走体1の送受波器4から発射した送波Dの反射成分の殆どが反射波Eとして送受波器4側とは関係のない方向へ反射され、送受波器4側への戻り成分である反射波Fが小さくなる場合を生起する。この場合には、送受波器4で受波した反射波Fによる音波のレベルが小さく、十分明瞭なターゲット5の情報を得ることができないので、その分解像度も悪化する。かかる現象は、ターゲット5の表面が平坦である場合等に発生する。例えば、探査対象である海底3のターゲット5が平板状の人工構造物である場合である。
【0006】本発明は、上記現状に鑑み、探査するターゲットの形状の如何にかかわらず、当該ターゲットからの反射波を常に良好に受波してこれに基づく良質の音響探査情報を得ることができる水中音響探査方法及び水中音響探査システムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【0008】1) 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに送受波器を、残りの水中航走体に受波器をそれぞれ搭載し、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を当該送受波器とともに他の受波器でも、受波タイミングを同期させて受波し、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集すること。
【0009】2) 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、個別に割り当てた周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、各送受波器から発射したそれぞれ固有の周波数の音波に基づく反射波を、各送受波器で、受波タイミングを同期させて受波し、さらに前記各反射波を、各周波数毎に、また各受信器毎に選択するとともに、選択した各周波数毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集すること。
【0010】3) 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、各送受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集すること。
【0011】4) 上記1)乃至3)の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、得られた各探査情報のうち、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成すること。
【0012】5) 上記1)乃至3)の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、得られた各探査情報の各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成すること。
【0013】6) 上記1)乃至5)の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、水中通信により各水中航走体で収集した探査情報の授受を行うこと。
【0014】7) 上記1)乃至6)の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、探査方法は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した探査情報を基準座標を基準として重畳して合成する合成開口探査方法であること。
【0015】8) 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに搭載する送受波器と、残りの水中航走体にそれぞれ搭載する複数の受波器と、前記送受波器及び各受波器で、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有すること。
【0016】9) 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれに割り当てられた固有の周波数の音波を発射する一方、各音波の反射波を受波する複数の送受波器と、各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、受波した反射波を各周波数成分毎に分離し、分離した各周波数成分毎に反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有すること。
【0017】10) 水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器と、各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器毎に各反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有すること。
【0018】11) 上記8)乃至10)の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系で得られた各探査情報を入力し、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成する最大レベル画像表示処理手段を有すること。
【0019】12) 上記8)乃至10)の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系で得られた各探査情報を入力し、各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成する平均画像表示処理手段を有すること。
【0020】13) 上記8)乃至12)の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各水中航走体の処理系で処理して得る各探査情報を水中通信により送信又は受信する送信機又は受信機を有すること。
【0021】14) 上記8)乃至13)の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した反射信号に基づく情報を各位置の情報とともに処理するとともに、各位置での探査情報を、基準座標を基準として重畳し、これらの結果をそれぞれ合成する合成開口探査処理部であること。
【0022】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【0023】<第1の実施の形態>図1は本発明の第1の実施の形態に係る水中音響探査方法を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態は2台の水中航走体1a、1bを水中2で航走させて所定の探査を行うものである。ここで、水中航走体1a、1bのうち、水中航走体1aは送受波器4を搭載しているが、水中航走体1bは受波器6のみを搭載している。
【0024】本形態では、かかる2台の水中航走体1a、1bを航走させながら適宜、水中航走体1aの送受波器4から海底3に向けて音波を発射する。図中の符号Dでこのときの送波を表している。そして、送波毎に送受波器4及び受波器6で反射波を受波する。この受波は、各水中航走体1a、1bの送受波器4及び受波器6でそのタイミングが一致するように調整してやる。
【0025】ここで、図1中に示すような平板状のターゲット5に送波Dが当たって反射した場合、水中航走体1aの方向に戻る反射波Eはそのレベルが非常に小さいが、水中航走体1bの方向に向かう反射波Fは十分大きな音波レベルを有している。水中航走体1a、1bにそれぞれ搭載する探査装置は送受波器4又は受波器6を介して取り込んだ音波信号を処理してターゲット5を含む海底3の情報を収集する。
【0026】各水中航走体1a、1bで個別に収集した情報は陸上に持ち帰り、陸上の作業で両情報を比較する等の所定の処理をすることにより、海底3の探査結果を再生する。一方、水中航走体1bで処理して得る情報を水中通信により水中航走体1aに送信し、水中航走体1aにおいて、その処理情報と突き合わせる等の所定の処理をすることにより、海底3の探査結果を収集しても良い。ここで、両情報の選択方法としては、1)両情報中、各画素(送受波器4又は受波器6のセンサ部の画素に対応する;以下同じ。)毎に反射波F、Eに基づく信号レベルを比較し、そのレベルが大きい方を選択する方法、2)各画素毎に検出した信号レベルを平均化して再生する方法等が考えられる。何れの方法を採った場合でも、一台の水中航走体1aで収集した反射波Fによる情報よりも正確で、その分高解像度の情報を得ることができる。当然、水中航走体1a、1bの収集した情報を個別に並列に再生処理した後、何れか一方を選択するようにしても良い。
【0027】なお、各水中航走体1a、1bが受波した各位置の位置情報は、少なくとも相対的な位置関係においては別途検出して特定してあり、この位置情報と前記受波情報が一体となって完全な探査情報を構成する。
【0028】かかる本形態によれば、ターゲット5が平板等の特殊な形状(特定方向への反射波のみが特別大きくそれ以外の方向への反射成分が極端に少なくなるような形状;以下同じ。)であっても、反射波E、Fを異なる位置で受波しているので、送受波器4側に反射される反射波Fの成分が十分なレベルを有していなくても、受波器6で受波する反射波Eが十分なレベルを有している場合も多い。すなわち、少なくとも一方で受波する反射波E、Fは十分なレベルを有している確率が高い。この結果、十分良質な探査情報を得ることができる。
【0029】<第2の実施の形態>図2は本発明の第2の実施の形態に係る水中音響探査方法を概念的に示す説明図である。同図に示すように、本形態は2台の水中航走体1a、1bを水中2で航走させて所定の探査を行うものである。ここで、水中航走体1a、1bは何れも送受波器4a、4bを搭載している。なお、図2中、図1と同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【0030】本形態では、2台の水中航走体1a、1bを航走させながら適宜、水中航走体1a、1bの送受波器4a、4bから海底3に向けて音波を発射する。ここで、音波が拡散する領域、すなわち探査領域は両者で重複するように調整しておく。また、図中の符号Dが送受波器4aの送波、符号Gが送受波器4bの送波である。そして、送波毎に送受波器4a、4bで反射波H、Eを受波する。この受波は、各水中航走体1a、1bの送受波器4a、4bでそのタイミングがそれぞれ一致するように調整してやる。
【0031】ここで、送受波器4a、4bによる送波方法は次の2種類が考えられる。一つは、送受波器4a、4b毎に異なる送波周波数の音波を割り当て、受波側ではフィルタを通過させることにより反射波E、Hを各周波数成分毎に分離する方法である。いわゆる周波数分割方式である。このときは送受波器4a、4bで同時に音波(送波D、G)を発射する。また、各反射波に基づく出力信号には送受波器4a、4bの送波D、Gの各周波数成分が混在するので、かかる出力信号を処理する際には、両成分をフィルタで分離し、各周波数成分毎に並列に同様の処理を行う。他の一つは、送受波器4a、4b毎に異なる送波タイミングを交互に割り当て、受波側では割り当てられた送波タイミングに同期させて受波タイミングを調整する方法である。いわゆる時分割方式である。このときは、例えば送受波器4aから先ず送波Dを発射し、この反射波E及び反射波F(図1参照。)を送受波器4b、4aで同時に受波するとともに、次の送波タイミングで送受波器4bから送波Gを発射し、この反射波H等(送波Gに対応するH以外の反射波は図示していない。)を送受波器4a、4bで同時に受波する。
【0032】図2中に示すような平板状のターゲット5に送受波器4aからの送波Dが当たって反射した場合、水中航走体1aの方向に戻る反射波(図2には図示しないが、図1の反射波F)はそのレベルが非常に小さいが、水中航走体1bの方向に向かう反射波Eは十分大きな音波レベルを有している。同様に、平板状のターゲット5に送受波器4bからの送波Gが当たって反射した場合、水中航走体1aの方向に戻る反射波(図示せず。)はそのレベルが非常に小さいが、水中航走体1の方向に向かう反射波Hは十分大きな音波レベルを有している。
【0033】このように、本形態においては、航走位置が異なる双方の水中航走体1a、1bの送受波器4a、4bからそれぞれ音波を発射するようにしたので、両送受波器4b、4aで受波する反射波E、Hが何れも十分なレベルを有する確率が高い。
【0034】反射波E、Hを送受波器4b、4aで受波した後の処理は、図1に基づく第1の実施の形態と同様に行う。すなわち、各水中航走体1a、1bで個別に収集した情報を陸上に持ち帰り、陸上の作業で両情報を比較する等の所定の処理をすることにより、海底3の探査結果を再生しても良いし、また水中航走体1a、1bで処理して得る各情報を水中通信により相互に送信し、相互の情報を突き合わせる等の所定の処理をすることにより、海底3の探査結果を再生しても良い。ここで、両情報の選択方法としては、前記第1の実施の形態と同様に、1)両情報中、各画素毎に信号レベルを比較し、そのレベルが大きい方を選択する方法、2)各画素毎に検出した信号レベルを平均化して再生する方法等が考えられる。何れの方法を採った場合でも、一台の水中航走体1aで収集した反射波Fによる情報よりも正確で、その分高解像度の情報を得ることができる。当然、水中航走体1a、1bの収集した情報を個別に並列に再生した後、何れか一方を選択するようにしても良い。
【0035】なお、各水中航走体1a、1bが受波した各位置の位置情報は、第1の実施の形態と同様に、少なくとも相対的な位置関係においては別途検出して特定してあり、この位置情報と前記受波情報が一体となって完全な探査情報を構成する。
【0036】かかる本形態によれば、ターゲット5が特殊な形状であっても、異なる位置からの送波D、Gに基づく反射波E、Hを、その各レベルが十分大きくなるような位置で相互に補完しつつ受波することができる。したがって、図1に示す第1の実施の形態の場合よりもさらに良質の探査情報を得ることができる。
【0037】なお、上記第1及び第2の実施の形態では、水中航走体1a、1bが2台の場合について説明したが、これに限るものではない。複数台であれば良く、その数が増えればその分精度乃至解像度は向上する。また、探査対象は海面であっても良い。この場合には、送受波器4、4a、4b及び受波器6は水中航走体1a、1bの上面に固着して音波を上方に向けて発射するとともに、上方で反射した反射波を受波する。さらに、水中航走体1a、1bは、単独で水中を航走するものに限らず、船舶の船底に固着する等の方法により当該船舶と一体的に航走するものであっても良い。
【0038】<第3の実施の形態>上述の如き水中音響探査方法のうち、第1の実施の形態に係る水中音響探査方法は図3に示すような水中音響探査システムで実現し得る。これを第3の実施の形態として説明する。
【0039】図3は、本形態に係る水中音響探査システムの、特に反射信号の処理系を示すブロック線図である。同図に示すように、本システムは、水中航走体1aには送受波器4(図1参照。以下同じ。)を、また水中航走体1bには受波器6(図1参照。以下同じ。)をそれぞれ搭載する場合のものであり、水中航走体1aに搭載する処理系Iと、航走体1bに搭載する処理系IIとを有している。処理系Iは、センサ部11、音波信号分割部12、画像再生部13及び画像合成部14を有している。同様に、処理系IIも、センサ部15、音波信号分割部16、画像再生部17及び画像合成部18を有している。
【0040】センサ部11、15は多数のセンシング素子を平面的に配設して構成したものであり、図4に示すものと変わるところはない。すなわち、各センシング素子が反射波等の音波を受波してそのレベルに応じた電気信号である音波信号を送出する。したがって、センサ部11、15からは、送受波器4が送波する各時間毎に反射波F、E(図1参照。以下同じ。)に対応するレベルの音波信号が間欠的に送出される。ここで、水中航走体1a側には、水中通信を行うための送信機19を有するとともに、水中航走体1b側には、送信機19が送波した所定の信号を受波するための受信機20を有している。かくして、センサ部11、15における受波タイミングが同期するよう、両センサ部11、15における受波タイミングを調整している。
【0041】音波信号分割部12、16は、反射波である音波を各送波時間毎に、それぞれ受波された時間tn (n=1,2,・・・;以下同じ。)の情報とともに画像再生部13、17にそれぞれ送出する。この結果、画像処理部13、17には各時間tn 毎の反射波の情報が取り込まれる。さらに、画像再生部13、17では、別途検出する各時間tn における水中航走体1a、1bの各位置座標の情報に基づき基準座標に対するターゲット5(図1参照。以下同じ。)の合わせ込みを行う。この結果、各時間tn 毎の仮想画像上に基準座標に変換したターゲット5を再生することができる。このようにして処理系I及び処理系IIで個別に得る情報をそのまま画像合成部14、18で個別に合成する。すなわち、各処理系I、IIで合成開口探査に伴う共通の処理を行う。このように、各処理系I、IIで個別に行う合成開口探査のための処理は、既知のそれと殆ど変わるところはない。ただ、本形態では、さらに各処理系I、IIで行った処理結果を合成してより解像度の高い情報として提供すべく工夫している。具体的には次の通りである。
【0042】処理系IIの画像合成部18の出力信号として得られる合成開口探査情報S2 は、送信機21を介して水中通信により水中航走体1a側の処理系Iに送信される。この音波信号は処理系Iの受信機22で受波される。
【0043】処理系Iには、固有の構成要素としてスイッチ手段23、個別画像表示処理部24、平均画像表示処理部25、最大レベル画像表示処理部26、スイッチ手段27及びモニタ28を有している。スイッチ手段23は、処理系Iの画像合成部14の出力信号として得られる合成開口探査情報S1 及び前記合成開口探査情報S2 、又は合成開口探査情報S1 若しくは開口探査情報S2 の何れか一方を、個別画像表示処理部24、平均画像表示処理部25又は最大レベル画像表示処理部26の何れか一つに選択的に供給するためのものである。個別画像表示処理部24では、合成開口探査情報S1 、S2 を入力してこれらを個別に表示処理する。平均画像表示処理部25では、両合成開口探査情報S1 、S2 中、各画素(センサ部11、20の各画素に対応する;以下同じ。)毎に検出した信号レベルを平均化して表示処理を行う。最大レベル画像表示処理部26では、両合成開口探査情報S1 、S2 中、各画素毎に検出した信号レベルを比較し、そのレベルが大きい方を選択して表示処理を行う。スイッチ手段27では、個別画像表示処理部24、平均画像表示処理部25又は最大レベル画像表示処理部26の何れかで表示処理した情報の一つを選択してモニタ28に供給する。モニタ28では、表示処理された何れかの情報を再生して可視化する。
【0044】なお、上記第3の実施の形態に係る水中音響探査システムにおいては、水中航走体1a、1b同士の水中通信により水中航走体1bの合成開口探査情報を水中航走体1aに送信して、この水中航走体1aで所定の選択処理を行うようにしたが、必ずしもこのように構成する必要はない。少なくとも、水中航走体1a、1bでそれぞれ個別に反射波F、Eを受波し、これに基づく合成開口情報を収集することができるシステムとなっていれば良い。この場合には各水中航走体1a、1bで個別に収集した情報を陸上に持ち帰り、陸上の作業で両情報を比較する等の所定の処理を行う。
【0045】さらに、上述の如き水中音響探査方法のうち、第2の実施の形態に係る水中音響探査方法も図3に示すような水中音響探査システムに準じた反射信号の処理系で実現し得る。すなわち、時分割方式の場合(送波D、G(図1参照。以下同じ。)が同一周波数の場合)には、図3に示す処理系Iの送信機19及び処理系IIの受信機20が何れも送受信機となり、相互に受信タイミングの同期をとるように構成すれば良い。
【0046】一方、周波数分割方式の場合(送波D、Gが異なる周波数の場合)には、図3に示す処理系Iのセンサ部11では、送波D、Gに対応する周波数の反射波が混在して受波されるので、このセンサ部11の出力側に両周波数の信号をそれぞれ選択するフィルタを設け、各フィルタに対応させて、2系統の処理系(音波信号分割部12、画像再生部13及び画像合成部14)を構成する必要がある。そして、当該処理系の画像合成部14の出力信号を、図3に示す平均画像表示処理部25又は最大レベル画像表示処理部26で処理して出力するように構成する。処理系IIに関しても全く同様の構成として2系統の処理を並列に行う。
【0047】このような各2系統づづの並列処理系で処理した出力信号は、第3の実施の形態における合成開口探査情報S1 及び合成開口探査情報S2 に対応する2種類の合成開口探査情報として直接又は水中通信を利用して図3のスイッチ手段23に供給すれば、その後の処理を第3の実施の形態に示す場合と全く同様に行うことができる。勿論、水中航走体1a、1bで個別に合成開口探査情報を収集するシステムとして構築し、両合成開口探査情報の比較は陸上等で行うようにしても良い。
【0048】さらに、上述の説明では、水中航走体が2台、すなわち受波信号の処理系が2系統の場合について説明したが、その数は当然これに限定する必要はない。水中航走体の数及びこれに搭載する送受波器及び受波器、又は送受波器の数は必要に応じ増加させることができる。この場合には水中航走体の数に対応させて前記受波信号の処理系も並列的に増加させれば良い。
【0049】
【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項1〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに送受波器を、残りの水中航走体に受波器をそれぞれ搭載し、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を当該送受波器とともに他の受波器でも、受波タイミングを同期させて受波し、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集するので、送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、送受波器側への反射波の戻り成分が少ない場合でも、良好に探査対象の情報を収集することができ、高分解能の探査が可能になる。
【0050】〔請求項2〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、個別に割り当てた周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、各送受波器から発射したそれぞれ固有の周波数の音波に基づく反射波を、各送受波器で、受波タイミングを同期させて受波し、さらに前記各反射波を、各周波数毎に、また各受信器毎に選択するとともに、選択した各周波数毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集するので、各送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。このとき各送受波器が送波する音波の周波数成分がそれぞれ異なり、同時に受波側では反射波を各周波数毎に分離しているので、何れの送受波器からの反射波であるかを峻別することができる。この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、音波を送波した送受波器側への当該音波の反射波の戻り成分が少ない場合でも、何れかの送受波器では十分大きな反射波を受波することができる。すなわち、〔請求項1〕に記載する発明の場合以上の高分解能の探査が可能になる。
【0051】〔請求項3〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器から海底等の探査対象に向けて音波を発射し、探査対象で反射した反射波を受波して処理することにより探査対象の形状等を探査する水中音響探査方法において、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器を搭載し、各送受波器毎に反射波に基づく信号を処理することにより、前記複数台の水中航走体で重複する領域の各探査情報を収集するので、各送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。このとき各送受波器が送波する音波の送波タイミングがそれぞれ異なるので、何れの送受波器からの反射波であるかを峻別することができる。この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、音波を送波した送受波器側への当該音波の反射波の戻り成分が少ない場合でも、何れかの送受波器では十分大きな反射波を受信することができる。すなわち、〔請求項1〕に記載する発明の場合以上の高分解能の探査が可能になる。
【0052】〔請求項4〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項3〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、得られた各探査情報のうち、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成するので、複数の位置で検出した最も解像度の高い情報を利用して探査情報を生成することができる。これにより全体として高分解能の探査情報を得る。
【0053】〔請求項5〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項3〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、得られた各探査情報の各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成するので、複数の位置で検出した平均レベルの情報を利用して探査情報を生成することができる。これにより全体として高分解能の探査情報を得る。
【0054】〔請求項6〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項5〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、水中通信により各水中航走体で収集した探査情報の授受を行うので、何れかの水中航走体に各探査情報を集中させることができる。この結果、当該水中航走体を介して高分解能の探査情報を収集することができる。
【0055】〔請求項7〕に記載する発明は、〔請求項1〕乃至〔請求項6〕の何れか一つに記載する水中音響探査方法において、探査方法は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した探査情報を基準座標を基準として重畳して合成する合成開口探査方法であるので、合成開口探査によりさらに高分解能の探査情報を収集できる。
【0056】〔請求項8〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体の一つに搭載する送受波器と、残りの水中航走体にそれぞれ搭載する複数の受波器と、前記送受波器及び各受波器で、前記送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器乃至受波器毎に反射波に基づく信号を処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有するので、送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、送受波器側への反射波の戻り成分が少ない場合でも、良好に探査対象の情報を収集することができ、高分解能の探査が可能になる。
【0057】〔請求項9〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれに割り当てられた固有の周波数の音波を発射する一方、各音波の反射波を受波する複数の送受波器と、各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、受波した反射波を各周波数成分毎に分離し、分離した各周波数成分毎に反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有するので、各送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。このとき各送受波器が送波する音波の周波数成分がそれぞれ異なり、同時に受波側では反射波を各周波数毎に分離しているので、何れの送受波器からの反射波であるかを峻別することができる。この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、音波を送波した送受波器側への当該音波の反射波の戻り成分が少ない場合でも、何れかの送受波器では十分大きな反射波を受波することができる。すなわち、〔請求項8〕に記載する発明の場合以上の高分解能の探査が可能になる。
【0058】〔請求項10〕に記載する発明は、水中を航走する水中航走体に搭載した送波器と、同様に前記水中航走体に搭載し、前記送波器から海底等の探査対象に向けて発射した反射波を受波して処理する反射波の処理系とを有し、前記送波器から発射した音波の反射波に基づき探査対象の形状等を探査する水中音響探査システムにおいて、相互の位置関係を把握しつつ水中を航走する複数台の水中航走体のそれぞれに搭載するとともに、それぞれ割り当てられた固有の時間に同一周波数の音波を発射する送受波器と、各送受波器で、各送受波器から発射した音波に基づく反射波を各受波タイミングを同期させて受波するとともに、各送受波器毎に各反射波に基づく信号をそれぞれ処理して各探査情報を生成する複数の処理系とを有するので、各送受波器が送波する音波の反射波を複数の位置で受信することができる。このとき各送受波器が送波する音波の送波タイミングがそれぞれ異なるので、何れの送受波器からの反射波であるかを峻別することができる。この結果、探査対象のターゲットが平板等の特殊な形状であって、音波を送波した送受波器側への当該音波の反射波の戻り成分が少ない場合でも、何れかの送受波器では十分大きな反射波を受信することができる。すなわち、〔請求項8〕に記載する発明の場合以上の高分解能の探査が可能になる。
【0059】〔請求項11〕に記載する発明は、〔請求項8〕乃至〔請求項10〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系で得られた各探査情報を入力し、反射波のレベルが最大レベルの情報に基づき探査情報を生成する最大レベル画像表示処理手段を有するので、複数の位置で検出した最も解像度の高い情報を利用して探査情報を生成することができる。これにより全体として高分解能の探査情報を得る。
【0060】〔請求項12〕に記載する発明は、〔請求項8〕乃至〔請求項10〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系で得られた各探査情報を入力し、各反射波のレベルを平均化して探査情報を生成する平均画像表示処理手段を有するので、複数の位置で検出した平均レベルの情報を利用して探査情報を生成することができる。これにより全体として高分解能の探査情報を得る。
【0061】〔請求項13〕に記載する発明は、〔請求項8〕乃至〔請求項12〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各水中航走体の処理系で処理して得る各探査情報を水中通信により送信又は受信する送信機又は受信機を有するので、何れかの水中航走体に各探査情報を集中させることができる。この結果、当該水中航走体を介して高分解能の探査情報を収集することができる。
【0062】〔請求項14〕に記載する発明は、〔請求項8〕乃至〔請求項13〕の何れか一つに記載する水中音響探査システムにおいて、各処理系は、水中航走体を航走させつつ各位置で収集した反射信号に基づく情報を各位置の情報とともに処理するとともに、各位置での探査情報を、基準座標を基準として重畳し、これらの結果をそれぞれ合成する合成開口探査処理部であるので、合成開口探査によりさらに高分解能の探査情報を収集できる。
【出願人】 【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【住所又は居所】東京都千代田区丸の内二丁目5番1号
【出願日】 平成14年1月30日(2002.1.30)
【代理人】 【識別番号】100078499
【弁理士】
【氏名又は名称】光石 俊郎 (外2名)
【公開番号】 特開2003−222677(P2003−222677A)
【公開日】 平成15年8月8日(2003.8.8)
【出願番号】 特願2002−21420(P2002−21420)