JP7558136B2

JP7558136B2 - Acoustic simulation equipment for testing

Info

Publication number: JP7558136B2
Application number: JP2021183925A
Authority: JP
Inventors: 浩蔵石前; 誠杉本; 英史高橋; 諒山▲崎▼; 雅也中田; 幸治松下; 岳史石田; 高行黒川; 孝嗣小林; 昌之上杉; 忠幸柴崎; 孝弘工藤; 潤小倉
Original assignee: ジェイ・アール・シー特機株式会社; 防衛装備庁長官
Priority date: 2021-11-11
Filing date: 2021-11-11
Publication date: 2024-09-30
Anticipated expiration: 2041-11-11
Also published as: JP2023071267A

Description

本発明は、試験用音響模擬装置に関し、特に、超音波が伝搬する環境を評価するための装置に関する。 The present invention relates to an acoustic simulation device for testing, and in particular to a device for evaluating the environment in which ultrasonic waves propagate.

水中に超音波を送信し、目標物で反射した超音波を受信することで、その目標物を検出するソーナーが広く用いられている。ソーナーは船舶に搭載され、他の船舶や潜水船を検出する用途で用いられることが多い。 Sonar is widely used to detect targets by transmitting ultrasonic waves underwater and receiving the ultrasonic waves reflected by the target. Sonar is often installed on ships and used to detect other ships and submarines.

ソーナーの性能を評価するためには性能評価装置が用いられる。性能評価装置は、船舶に曳航される移動体に搭載される。ソーナーは、性能評価装置に向けて超音波を送信する。性能評価装置は、ソーナーから送信された超音波を受信したときに、反射波を模した擬似反射超音波を送信する。ソーナーは擬似反射超音波を受信し、目標物を検出する処理と同様の処理を擬似反射超音波に対して実行する。ソーナーの保守点検を行う者は、擬似反射超音波に対して実行された処理の結果に基づいて、ソーナーの性能を評価する。例えば、擬似反射超音波を受信することで、予め定められた位置に性能評価装置が検出された場合には、ソーナーによる目標物検出性能が十分であると判断される。 A performance evaluation device is used to evaluate the performance of a sonar. The performance evaluation device is mounted on a mobile body towed by a ship. The sonar transmits ultrasonic waves toward the performance evaluation device. When the performance evaluation device receives the ultrasonic waves transmitted from the sonar, it transmits pseudo-reflected ultrasonic waves that mimic the reflected waves. The sonar receives the pseudo-reflected ultrasonic waves and performs processing on the pseudo-reflected ultrasonic waves similar to the processing used to detect targets. A person who performs maintenance and inspection of the sonar evaluates the performance of the sonar based on the results of the processing performed on the pseudo-reflected ultrasonic waves. For example, if the performance evaluation device is detected at a predetermined position by receiving the pseudo-reflected ultrasonic waves, it is determined that the target detection performance of the sonar is sufficient.

以下の特許文献１には、本発明に関連する装置として超音波水中レスポンダが記載されている。この超音波水中レスポンダは、船舶から送信された超音波を受信し、対応する超音波を送信するものであり、船舶の測位に用いられる。 The following Patent Document 1 describes an ultrasonic underwater responder as a device related to the present invention. This ultrasonic underwater responder receives ultrasonic waves transmitted from a ship and transmits corresponding ultrasonic waves, and is used to determine the ship's position.

特開平０４－２９０８１号公報Japanese Patent Application Publication No. 04-29081

近年では、目標物で反射した超音波を複数の船舶で受信することで、目標物の検出確率および位置検出精度を高めたソーナーシステムが用いられている。複数の船舶で受信された超音波に関するデータは、人工衛星を利用した無線通信によって各船舶または特定の船舶に送信される。データを受信した船舶ではデータに対する解析が行われ、目標物の位置等が求められる。このようなソーナーシステムにおいても上述の性能評価装置が用いられる。 In recent years, sonar systems have been used that increase the probability of detecting targets and the accuracy of detecting their positions by having multiple ships receive ultrasonic waves reflected from the target. Data related to the ultrasonic waves received by multiple ships is transmitted to each ship or to a specific ship via wireless communication using artificial satellites. The ships that receive the data analyze the data to determine the target's position, etc. The performance evaluation device described above is also used in such sonar systems.

ソーナーシステムにおいて性能評価装置が用いられる場合、１つの船舶が、性能評価装置を搭載した船舶に向けて超音波を送信する。それに応じて性能評価装置から送信された擬似反射超音波が複数の船舶で受信される。擬似反射超音波に関するデータは、人工衛星を利用した無線通信によって各船舶または特定の船舶に送信され、目標物を検出する性能が評価される。 When a performance evaluation device is used in a sonar system, one ship transmits ultrasonic waves toward a ship equipped with the performance evaluation device. In response, the simulated reflected ultrasonic waves transmitted from the performance evaluation device are received by multiple ships. Data on the simulated reflected ultrasonic waves is transmitted to each ship or to a specific ship via wireless communication using a satellite, and the performance of detecting targets is evaluated.

ところで、各船舶で受信される擬似反射超音波の大きさが十分でない等、受信超音波の特性に問題がある場合、ソーナーシステムの性能評価を行うことが困難となる。すなわち、ソーナーシステムの性能そのものに問題があるのか、擬似反射超音波が伝搬する環境等に問題があるのかの判断が保守点検を行う者にとって困難となる。したがって、ソーナーシステムの性能評価に際しては、超音波の伝搬環境を併せて評価することが望まれる。 However, if there is a problem with the characteristics of the received ultrasound, such as the size of the pseudo reflected ultrasound received by each ship being insufficient, it becomes difficult to evaluate the performance of the sonar system. In other words, it becomes difficult for those performing maintenance and inspection to determine whether there is a problem with the performance of the sonar system itself or with the environment in which the pseudo reflected ultrasound propagates. Therefore, when evaluating the performance of a sonar system, it is desirable to also evaluate the ultrasound propagation environment.

本発明は、水中の超音波の伝搬環境を評価することを目的とする。 The purpose of the present invention is to evaluate the underwater ultrasonic propagation environment.

本発明は、船舶に搭載される試験用音響模擬装置において、複数の他船舶のそれぞれに搭載されたソーナーから送信され、水中を伝搬する超音波を受信する受波器と、前記受波器で受信された超音波に対する擬似反射超音波を水中に送信する送波器と、を備え、複数の前記他船舶のうちの少なくとも１つに搭載された前記ソーナーが、自らが取得した評価データと、人工衛星を介して他の前記他船舶から取得した前記評価データとに基づいて、前記試験用音響模擬装置についての測位をし、前記評価データは、前記他船舶に搭載された前記ソーナーで前記擬似反射超音波が受信された時刻、および前記他船舶に搭載された測位受信機によって取得された前記他船舶の位置情報を少なくとも含むデータであり、前記試験用音響模擬装置は、さらに、複数の前記他船舶のうちの少なくとも１つに搭載された前記ソーナーで取得された前記試験用音響模擬装置についての測位結果を、前記人工衛星を介して受信する衛星通信装置と、自らについての測位をする第２の測位受信機と、複数の前記他船舶のうちの少なくとも１つに搭載された前記ソーナーで取得された前記試験用音響模擬装置についての測位結果と、前記第２の測位受信機による測位結果とを表示する表示装置と、を備えることを特徴とする。 The present invention relates to a test acoustic simulator mounted on a ship, the test acoustic simulator comprising: a receiver for receiving ultrasonic waves transmitted from sonars mounted on each of a plurality of other ships and propagating through the water; and a transmitter for transmitting underwater pseudo reflected ultrasonic waves corresponding to the ultrasonic waves received by the receiver, the sonar mounted on at least one of the plurality of other ships determines the position of the test acoustic simulator based on evaluation data acquired by the sonar itself and the evaluation data acquired from the other ships via an artificial satellite, and the evaluation data includes the time when the pseudo reflected ultrasonic waves were received by the sonar mounted on the other ships, and the evaluation data includes the time when the pseudo reflected ultrasonic waves were received by the sonar mounted on the other ships, and the evaluation data includes the time when the pseudo reflected ultrasonic waves were received by the sonar mounted on the other ships. The data includes at least the position information of the other ship acquired by a positioning receiver mounted on the other ship, and the test acoustic simulator further comprises a satellite communication device that receives, via the artificial satellite, the positioning results for the test acoustic simulator acquired by the sonar mounted on at least one of the other ships, a second positioning receiver that performs positioning for itself, and a display device that displays the positioning results for the test acoustic simulator acquired by the sonar mounted on at least one of the other ships and the positioning results by the second positioning receiver .

望ましくは、前記衛星通信装置は、前記人工衛星との間で通信を行い、地上通信回線に接続されたコンピュータに通信接続され、試験海域に関する試験海域情報を、前記地上通信回線に接続された情報源サーバから、前記コンピュータおよび前記人工衛星を介して取得し、前記試験用音響模擬装置は、前記試験海域情報を海図上に表示する。 Desirably, the satellite communication device communicates with the satellite and is communicatively connected to a computer connected to a terrestrial communication line, and obtains test sea area information regarding the test sea area from an information source server connected to the terrestrial communication line via the computer and the satellite, and the test acoustic simulator displays the test sea area information on a nautical chart .

望ましくは、前記受波器で受信された超音波を解析し、受信超音波プロファイルを含む自船舶評価データを生成する信号処理部を備え、前記衛星通信装置は、前記自船舶評価データを、前記人工衛星を介して管理コンピュータまたは前記他船舶に送信する。 Desirably, the satellite communication device is equipped with a signal processing unit that analyzes the ultrasonic waves received by the receiver and generates ship-own evaluation data including a received ultrasonic profile, and the satellite communication device transmits the ship-own evaluation data to a management computer or the other ship via the artificial satellite.

望ましくは、前記他船舶に関する情報を受信するＡＩＳ受信機を備え、前記他船舶に関する情報に基づいて、前記受波器で受信される雑音を解析する雑音解析部を備え、前記雑音に関する情報を表示する。 Preferably, the navigation system is provided with an AIS receiver that receives information regarding the other ship, and a noise analysis unit that analyzes noise received by the receiver based on the information regarding the other ship, and displays information regarding the noise.

また、本発明の関連技術は、水中を伝搬する超音波を受信し受信信号を出力する受波器と、信号処理部であって、前記受信信号をサンプリングするサンプリング部と、前記サンプリング部から時間経過と共に順次出力されるサンプル値を順次記憶する演算メモリと、前記演算メモリから読み出されたサンプル値群と、基準サンプル値群との相関演算を実行し相関値を求める相関演算部と、を備える信号処理部と、前記相関値が所定条件を満たしたときに、擬似反射超音波を水中に送信する送波器と、を備え、前記信号処理部は、再構成可能集積回路を含むことを特徴とする。 In addition, a related technology of the present invention comprises a receiver that receives ultrasonic waves propagating through water and outputs a received signal, a signal processing unit that includes a sampling unit that samples the received signal, an arithmetic memory that sequentially stores sample values output from the sampling unit over time, and a correlation calculation unit that performs a correlation calculation between a group of sample values read out from the arithmetic memory and a group of reference sample values to obtain a correlation value, and a transmitter that transmits simulated reflected ultrasonic waves into water when the correlation value satisfies a predetermined condition, wherein the signal processing unit includes a reconfigurable integrated circuit.

マルチソーナーシステムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a multi-sonar system. 性能評価を行うときのマルチソーナーシステムの構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a multi-sonar system when performance evaluation is performed. 試験用音響模擬装置の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a test acoustic simulator. 擬似反射機能を実現する構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a configuration for realizing a pseudo reflection function. 信号処理部、演算メモリ、相関演算部および基準信号メモリの具体的な構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing specific configurations of a signal processing unit, a calculation memory, a correlation calculation unit, and a reference signal memory. サンプリング部の機能ブロックを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of a sampling unit. 擬似反射超音波のサンプル値が生成される過程を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a process in which sample values of simulated reflected ultrasound are generated.

（１）マルチソーナーシステムの構成
図１には本発明の基本となる技術に係るマルチソーナーシステムの構成が示されている。マルチソーナーシステムは、複数の船舶１０－１～１０－４のそれぞれに搭載されたソーナー１～４、および無線通信機１５を備えている。無線通信機１５は、例えば、人工衛星に搭載されたものであってよい。 (1) Configuration of the Multi-Sonar System Figure 1 shows the configuration of a multi-sonar system according to the technology that forms the basis of the present invention. The multi-sonar system includes sonars 1 to 4 mounted on multiple ships 10-1 to 10-4, respectively, and a wireless communication device 15. The wireless communication device 15 may be mounted on an artificial satellite, for example.

マルチソーナーシステムによって目標物１２を検出する処理について説明する。複数の船舶のうちの１つである船舶１０－１に搭載されたソーナー１は、超音波１８を送信する。超音波１８は潜水船等の目標物１２で反射する。反射超音波２０は、船舶１０－１～１０－４のそれぞれに搭載されたソーナー１～４で受信される。各ソーナー１～４は、例えば、超音波が受信された時刻、受信された超音波（受信超音波）の大きさ、受信超音波が到来した方位、受信超音波のＳ／Ｎ比（雑音の大きさに対する受信超音波の大きさの比率）、受信超音波の時間波形等を測定する。 The process of detecting a target 12 using a multi-sonar system will now be described. A sonar 1 mounted on a ship 10-1, which is one of multiple ships, transmits ultrasonic waves 18. The ultrasonic waves 18 are reflected by a target 12, such as a submarine. The reflected ultrasonic waves 20 are received by sonars 1 to 4 mounted on each of the ships 10-1 to 10-4. Each sonar 1 to 4 measures, for example, the time the ultrasonic waves are received, the magnitude of the received ultrasonic waves (received ultrasonic waves), the direction from which the received ultrasonic waves arrive, the S/N ratio of the received ultrasonic waves (the ratio of the magnitude of the received ultrasonic waves to the magnitude of the noise), the time waveform of the received ultrasonic waves, etc.

各ソーナー１～４はＧＰＳ受信機（Global Positioning System）を備えており、搭載先の船舶の位置情報を取得する。各ソーナー１～４は、超音波が受信された時刻（超音波受信時刻）、位置情報および超音波到来方位を含む評価データを生成する。ソーナー２～４は、評価データを無線通信機１５に送信する。無線通信機１５は、ソーナー２～４のそれぞれから送信された評価データを受信し、各評価データをソーナー１に送信する。 Each sonar 1-4 is equipped with a GPS (Global Positioning System) receiver and acquires position information of the ship on which it is installed. Each sonar 1-4 generates evaluation data including the time the ultrasonic wave was received (ultrasound reception time), position information, and ultrasonic arrival direction. Sonars 2-4 transmit the evaluation data to wireless communication device 15. Wireless communication device 15 receives the evaluation data transmitted from each of sonars 2-4 and transmits each evaluation data to sonar 1.

ソーナー１は、情報集計装置としての機能を有する。すなわち、ソーナー１は、ソーナー２～４のそれぞれから送信された評価データから、超音波受信時刻、および船舶の位置情報を抽出する。ソーナー１は、自らの超音波受信時刻および位置情報と、各評価データから抽出した超音波受信時刻および位置情報に基づいて目標物１２の位置を測定する。 Sonar 1 functions as an information collection device. That is, sonar 1 extracts ultrasonic reception time and ship position information from the evaluation data transmitted from each of sonars 2 to 4. Sonar 1 measures the position of target 12 based on its own ultrasonic reception time and position information, and the ultrasonic reception time and position information extracted from each evaluation data.

なお、ソーナー２～４は、受信超音波の時間波形、大きさ、Ｓ／Ｎ比等を示す受信超音波プロファイルを評価データに含ませてもよい。この場合、ソーナー１は、ソーナー２～４のそれぞれから送信された評価データから受信超音波プロファイルを抽出し、自船舶についての受信超音波プロファイルと共に自らの表示装置に表示してもよい。この場合、ソーナー１における操作者は、各ソーナー１～４で生成された受信超音波プロファイルを参照することで、ソーナーシステムの性能を評価する。 The sonars 2 to 4 may include in the evaluation data a received ultrasonic profile indicating the time waveform, magnitude, S/N ratio, etc. of the received ultrasonic waves. In this case, the sonar 1 may extract a received ultrasonic profile from the evaluation data transmitted from each of the sonars 2 to 4 and display it on its own display device together with the received ultrasonic profile for its own ship. In this case, the operator of the sonar 1 evaluates the performance of the sonar system by referring to the received ultrasonic profile generated by each of the sonars 1 to 4.

図２には、本発明の実施形態に係るマルチソーナーシステムの構成が示されている。本実施形態に係るマルチソーナーシステムは、図１に示されたシステムにソーナーの性能評価のための、その他の機能を追加したものである。図２には、性能評価が行われる場合の船舶の配置が示されている。この例では、図１において目標物１２があった位置の水上に評価用船舶１０－５が配置されている。評価用船舶１０－５には本発明の実施形態に係る試験用音響模擬装置５が搭載されている。 Figure 2 shows the configuration of a multi-sonar system according to an embodiment of the present invention. The multi-sonar system according to this embodiment is the system shown in Figure 1 to which other functions for evaluating sonar performance have been added. Figure 2 shows the arrangement of ships when a performance evaluation is performed. In this example, an evaluation ship 10-5 is placed on the water at the position where the target 12 was located in Figure 1. The evaluation ship 10-5 is equipped with a test acoustic simulator 5 according to an embodiment of the present invention.

また、マルチソーナーシステムは、人工衛星１６、および地上に設置された地上通信回線１４を備えている。地上通信回線１４は、インターネット等、複数のコンピュータ（サーバ）によって構成される通信回線であってよい。人工衛星１６は、試験用音響模擬装置５およびソーナー１～４のそれぞれとの間で無線通信を行うと共に、地上通信回線１４に接続された管理コンピュータ１７との間で通信を行う。これによって、人工衛星１６は、試験用音響模擬装置５およびソーナー１～４を地上通信回線１４に接続された管理コンピュータ１７に接続する。試験用音響模擬装置５およびソーナー１～４は、人工衛星１６を介して地上通信回線１４に接続された管理コンピュータ１７に接続され、相互に情報を共有する。 The multi-sonar system also includes an artificial satellite 16 and a terrestrial communication line 14 installed on the ground. The terrestrial communication line 14 may be a communication line consisting of multiple computers (servers), such as the Internet. The artificial satellite 16 performs wireless communication with each of the test acoustic simulator 5 and the sonars 1 to 4, and also performs communication with a management computer 17 connected to the terrestrial communication line 14. As a result, the artificial satellite 16 connects the test acoustic simulator 5 and the sonars 1 to 4 to the management computer 17 connected to the terrestrial communication line 14. The test acoustic simulator 5 and the sonars 1 to 4 are connected to the management computer 17 connected to the terrestrial communication line 14 via the artificial satellite 16, and share information with each other.

マルチソーナーシステムの性能評価について説明する。複数の船舶のうちの１つである船舶１０－１に搭載されたソーナー１は超音波１８を送信する。評価用船舶１０－５に搭載された試験用音響模擬装置５は、超音波を受信すると、擬似反射超音波２２を送信する。擬似反射超音波２２は、船舶１０－１～１０－４のそれぞれに搭載されたソーナー１～４で受信される。 The performance evaluation of a multi-sonar system will be described. A sonar 1 mounted on one of the multiple ships, ship 10-1, transmits ultrasonic waves 18. A test acoustic simulator 5 mounted on the evaluation ship 10-5 receives the ultrasonic waves and transmits simulated reflected ultrasonic waves 22. The simulated reflected ultrasonic waves 22 are received by sonars 1 to 4 mounted on the ships 10-1 to 10-4, respectively.

図１を参照して説明したように、ソーナー１～４のそれぞれは、目標物を検出する場合の処理と同様の処理を擬似反射超音波２２に対して実行する。これによって、ソーナー１は、評価用船舶１０－５の位置を測定する。 As described with reference to FIG. 1, each of the sonars 1 to 4 performs processing on the simulated reflected ultrasound 22 similar to the processing performed when detecting a target. In this way, the sonar 1 measures the position of the evaluation vessel 10-5.

ソーナー１は、評価用船舶１０－５についての測位結果を、人工衛星１６および地上通信回線１４を介して試験用音響模擬装置５に送信する。評価用船舶１０－５に搭乗したソーナー評価者は、ソーナー１で求められた評価用船舶１０－５の位置に基づいて、ソーナーシステムの性能を評価する。すなわち、ソーナー１で求められた評価用船舶１０－５の位置が、試験用音響模擬装置５に搭載されたＧＰＳ受信機で計測された位置に一致した場合あるいは誤差範囲内の位置である場合には、ソーナーシステムによる性能が十分であると評価される。試験用音響模擬装置５によって、マルチソーナーシステムが目標物の位置を求める精度等が評価され得る。 The sonar 1 transmits the positioning results for the evaluation vessel 10-5 to the test acoustic simulator 5 via the artificial satellite 16 and the ground communication line 14. The sonar evaluator on board the evaluation vessel 10-5 evaluates the performance of the sonar system based on the position of the evaluation vessel 10-5 determined by the sonar 1. In other words, if the position of the evaluation vessel 10-5 determined by the sonar 1 matches the position measured by the GPS receiver mounted on the test acoustic simulator 5 or is within the error range, the performance of the sonar system is evaluated as sufficient. The test acoustic simulator 5 can evaluate the accuracy with which the multi-sonar system determines the position of a target, etc.

同様の処理によって、ソーナー２～４は評価用船舶１０－５の位置を測定してよい。この場合、ソーナー２～４は、評価用船舶１０－５についての測位結果を、人工衛星１６および地上通信回線１４を介して試験用音響模擬装置５に送信する。評価用船舶１０－５に搭乗したソーナー評価者は、各ソーナーで求められた評価用船舶１０－５の位置に基づいて、ソーナーシステムの性能を評価する。 The sonars 2 to 4 may measure the position of the evaluation vessel 10-5 using similar processing. In this case, the sonars 2 to 4 transmit the positioning results for the evaluation vessel 10-5 to the test acoustic simulator 5 via the artificial satellite 16 and the ground communication line 14. The sonar evaluator on board the evaluation vessel 10-5 evaluates the performance of the sonar system based on the position of the evaluation vessel 10-5 determined by each sonar.

ソーナー１～４は、それぞれにおいて受信された超音波についての評価データを、人工衛星１６を介して地上通信回線１４に接続された管理コンピュータ１７に送信する。これによって、試験用音響模擬装置５およびソーナー１～４は、ソーナー１～４で受信された超音波についての評価データを地上通信回線１４に接続された管理コンピュータ１７を介して共有する。試験用音響模擬装置５およびソーナー１～４は、人工衛星１６および地上通信回線１４を介して、管理コンピュータ１７が記憶する評価データ等の情報を取得してよい。なお、試験用音響模擬装置５およびソーナー１～４は、管理コンピュータ１７を介さずに人工衛星１６を介して直接通信し、評価データ等の情報を相互に共有してもよい。 The sonars 1-4 each transmit evaluation data on the ultrasonic waves received to the management computer 17 connected to the terrestrial communication line 14 via the artificial satellite 16. As a result, the test acoustic simulator 5 and the sonars 1-4 share the evaluation data on the ultrasonic waves received by the sonars 1-4 via the management computer 17 connected to the terrestrial communication line 14. The test acoustic simulator 5 and the sonars 1-4 may acquire information such as evaluation data stored in the management computer 17 via the artificial satellite 16 and the terrestrial communication line 14. The test acoustic simulator 5 and the sonars 1-4 may also communicate directly via the artificial satellite 16 without going through the management computer 17, and share information such as evaluation data with each other.

（２）試験用音響模擬装置の構成
図３には、船舶に搭載される試験用音響模擬装置の構成が示されている。試験用音響模擬装置は、船舶２４に搭載される船上装置１００と、曳航体２６に搭載される曳航部１０２とを備えている。 (2) Configuration of the Test Acoustic Simulator The configuration of the test acoustic simulator mounted on a ship is shown in Fig. 3. The test acoustic simulator includes an on-board unit 100 mounted on the ship 24 and a towing unit 102 mounted on the towing body 26.

曳航体２６は、船舶２４によって曳航される移動体である。曳航体２６は、ワイヤ等によって船舶２４に結合されており、水上に浮遊しまたは水中に吊り下げられる。 The towing body 26 is a moving body to be towed by the ship 24. The towing body 26 is connected to the ship 24 by a wire or the like, and floats on the water or is suspended in the water.

船上装置１００は、信号処理部２８、ＧＰＳ受信機３０、ＡＩＳ受信機３２（Automatic Identification System）、衛星通信装置３４、海図表示装置３６および水上センサ群４０を備えている。 The shipboard device 100 is equipped with a signal processing unit 28, a GPS receiver 30, an AIS receiver 32 (Automatic Identification System), a satellite communication device 34, a nautical chart display device 36, and a group of surface sensors 40.

海図表示装置３６は、海図画像に船舶の位置を表示する装置であり、ＥＣＤＩＳ（Electronic Chart Display and Information System）とも称される。海図表示装置３６は、海図に限らず、テキストデータ等の一般的な情報を表示してもよい。ＧＰＳ受信機３０は、測位衛星から送信された測位信号を受信し、搭載先の船舶（自船舶）の位置情報を求め海図表示装置３６に出力する。ＡＩＳ受信機３２は、他船舶から送信された他船舶情報を随時受信し海図表示装置３６に出力する。また、ＡＩＳ受信機３２は自船舶情報を随時送信する。他船舶情報および自船舶情報には、船舶のＩＤ、位置情報、航行速度、航行方向、大きさ（排水量）、重量等が含まれる。 The chart display device 36 is a device that displays the ship's position on a chart image, and is also called ECDIS (Electronic Chart Display and Information System). The chart display device 36 may display general information such as text data, not limited to charts. The GPS receiver 30 receives positioning signals transmitted from positioning satellites, obtains position information of the ship on which it is mounted (own ship), and outputs it to the chart display device 36. The AIS receiver 32 receives other ship information transmitted from other ships at any time and outputs it to the chart display device 36. The AIS receiver 32 also transmits own ship information at any time. The other ship information and own ship information include the ship's ID, position information, sailing speed, sailing direction, size (displacement), weight, etc.

衛星通信装置３４は人工衛星１６との間で通信を行い、地上通信回線１４に接続された管理コンピュータ１７に海図表示装置３６を通信接続する。 The satellite communication device 34 communicates with the artificial satellite 16 and connects the nautical chart display device 36 to the management computer 17 connected to the ground communication line 14.

水上センサ群４０は、温度センサ、湿度センサ、風向センサ、風速センサ等を含んでよく、船舶２４における温度、湿度、風向、風速等を検出してよい。各センサは、検出値を信号処理部２８に出力する。 The surface sensor group 40 may include a temperature sensor, a humidity sensor, a wind direction sensor, a wind speed sensor, etc., and may detect the temperature, humidity, wind direction, wind speed, etc. on the ship 24. Each sensor outputs the detection value to the signal processing unit 28.

曳航部１０２は、受波器４２、送波器４４および水中センサ群４６を備える。受波器４２は試験用音響模擬装置に到来した超音波を受信し、受信信号を信号処理部２８に出力する。送波器４４は、信号処理部２８から出力された送信信号に基づいて擬似反射超音波を送信する。 The towing unit 102 includes a receiver 42, a transmitter 44, and a group of underwater sensors 46. The receiver 42 receives ultrasonic waves arriving at the test acoustic simulator and outputs the received signal to the signal processor 28. The transmitter 44 transmits simulated reflected ultrasonic waves based on the transmission signal output from the signal processor 28.

水中センサ群４６は圧力センサ等を備え、船舶２４下方または周辺の水圧を検出する。水中センサ群４６に含まれる各センサは、検出値を信号処理部２８に出力する。 The underwater sensor group 46 includes a pressure sensor and the like, and detects the water pressure below or around the vessel 24. Each sensor included in the underwater sensor group 46 outputs a detection value to the signal processing unit 28.

（３）試験用音響模擬装置の構成および動作
ソーナーシステムの性能評価を行うときにおける試験用音響模擬装置の動作について説明する。受波器４２は超音波を受信すると、受信超音波に基づく受信信号を信号処理部２８に出力する。信号処理部２８は、受波器４２から受信信号が出力されたことに応じて送信信号を生成し、送波器４４に出力する。送波器４４は、送信信号に基づく擬似反射超音波を送信する。 (3) Configuration and Operation of the Test Acoustic Simulator The operation of the test acoustic simulator when evaluating the performance of a sonar system will be described. When the receiver 42 receives ultrasonic waves, it outputs a reception signal based on the received ultrasonic waves to the signal processing unit 28. In response to the reception signal being output from the receiver 42, the signal processing unit 28 generates a transmission signal and outputs it to the transmitter 44. The transmitter 44 transmits simulated reflected ultrasonic waves based on the transmission signal.

また、信号処理部２８は、受信信号に対する解析を行って、上述のように定義された評価データ（自船舶評価データ）を生成し、海図表示装置３６に出力する。信号処理部２８は、水上センサ群４０および水中センサ群４６から各検出値を取得し、海図表示装置３６に出力する。 The signal processing unit 28 also analyzes the received signal to generate evaluation data (own ship evaluation data) defined as described above, and outputs it to the nautical chart display device 36. The signal processing unit 28 acquires each detection value from the surface sensor group 40 and the underwater sensor group 46, and outputs it to the nautical chart display device 36.

海図表示装置３６は、他船舶から発せられ受波器４２で受信される雑音の大きさを算出してもよい。一般に、他船舶から自船舶に到来する雑音の大きさは、自船舶の位置、他船舶の位置、他船舶の排水量、および他船舶の航行速度によって求められる。海図表示装置３６は、ＡＩＳ受信機３２およびＧＰＳ受信機３０によって取得された他船舶情報および自らの位置情報に基づいて、自船舶の位置、他船舶の位置、排水量、および他船舶の航行速度を取得し、受波器４２で受信される雑音の大きさを算出してよい。このように、海図表示装置３６は、他船舶に関する情報に基づいて、受波器４２で受信される雑音を解析する雑音解析部３８を備えている。 The nautical chart display device 36 may calculate the magnitude of noise emitted from other ships and received by the receiver 42. In general, the magnitude of noise arriving at the ship from other ships is determined by the position of the ship, the position of the other ships, the displacement of the other ships, and the sailing speed of the other ships. The nautical chart display device 36 may obtain the position of the ship, the position of the other ships, the displacement, and the sailing speed of the other ships based on the other ship information obtained by the AIS receiver 32 and the GPS receiver 30 and its own position information, and calculate the magnitude of noise received by the receiver 42. In this way, the nautical chart display device 36 is equipped with a noise analysis unit 38 that analyzes the noise received by the receiver 42 based on the information about the other ships.

衛星通信装置３４は、人工衛星１６を介して、地上通信回線１４に接続された情報源サーバから試験海域の温度、海面温度、海象、風浪等についての試験海域情報を取得し、海図表示装置３６に出力する。ここで情報源サーバは、試験海域情報をデータベースとして有するインターネットサーバであってよい。 The satellite communication device 34 acquires test sea area information on the temperature, sea surface temperature, ocean conditions, wind waves, etc. of the test sea area from an information source server connected to the terrestrial communication line 14 via the artificial satellite 16, and outputs the information to the nautical chart display device 36. Here, the information source server may be an Internet server that has the test sea area information as a database.

海図表示装置３６は、自船解析データを生成する。自船解析データには、水上センサ群４０による各検出値、海図表示装置３６が求めた他船舶から到来する雑音の大きさ、風浪による雑音の大きさ、自船で受信された超音波に対する評価データ、自船舶の位置情報等が含まれてよい。 The nautical chart display device 36 generates own ship analysis data. The own ship analysis data may include each detection value from the group of surface sensors 40, the magnitude of noise coming from other ships determined by the nautical chart display device 36, the magnitude of noise due to wind waves, evaluation data for ultrasonic waves received by the own ship, and position information of the own ship.

衛星通信装置３４は、図１に示された人工衛星１６との間で通信を行い、地上通信回線１４に接続された管理コンピュータ１７に海図表示装置３６を通信接続する。これによって、海図表示装置３６は、ソーナー１～４で取得された評価データ、他の船舶におけるソーナーで測定された船舶２４の位置情報を、地上通信回線１４に接続された管理コンピュータ１７から取得する。また、海図表示装置３６は、自船解析データを管理コンピュータ１７に送信し、ソーナー１～４と共に、管理コンピュータ１７において自船解析データを参照可能としてよい。 The satellite communication device 34 communicates with the artificial satellite 16 shown in FIG. 1, and communicatively connects the nautical chart display device 36 to the management computer 17 connected to the ground communication line 14. As a result, the nautical chart display device 36 obtains evaluation data acquired by sonars 1-4 and position information of the ship 24 measured by sonars on other ships from the management computer 17 connected to the ground communication line 14. The nautical chart display device 36 also transmits own ship analysis data to the management computer 17, and may make the own ship analysis data available for reference in the management computer 17 along with sonars 1-4.

海図表示装置３６は、操作者の操作に応じて、信号処理部２８、ＧＰＳ受信機３０、ＡＩＳ受信機３２および衛星通信装置３４から出力された情報を表示する。例えば、海図上に各船舶の位置、各船舶において取得された評価データ、各船舶において取得された評価データによって求められる船舶２４の測位結果等のうち少なくともがいずれか海図表示装置３６に表示されてもよい。さらに、地上通信回線１４に接続された管理コンピュータ１７から取得された試験海域の温度、海面温度、海象、風浪等についての情報が表示されてよい。また、海図表示装置３６は、自船解析データ等、自らが生成した情報を表示してもよい。 The chart display device 36 displays information output from the signal processing unit 28, GPS receiver 30, AIS receiver 32, and satellite communication device 34 in response to the operator's operation. For example, at least one of the following may be displayed on the chart display device 36: the position of each ship on the chart, the evaluation data acquired by each ship, and the positioning result of the ship 24 determined from the evaluation data acquired by each ship. Furthermore, information on the temperature, sea surface temperature, sea conditions, wind waves, etc. of the test sea area acquired from the management computer 17 connected to the ground communication line 14 may be displayed. The chart display device 36 may also display information generated by itself, such as own ship analysis data.

なお、マルチソーナーシステムにおける管理コンピュータは、地上通信回線１４に接続されたコンピュータの他、複数の船舶のいずれかに搭載された船舶搭載コンピュータであってもよい。この場合、試験用音響模擬装置における衛星通信装置３４は、人工衛星１６との間で通信を行い、船舶搭載コンピュータを搭載した船舶の衛星通信装置との間で通信を行う。試験用音響模擬装置における衛星通信装置３４は、人工衛星１６との間の通信を介して、管理コンピュータとしての船舶搭載コンピュータに海図表示装置３６を通信接続する。 The management computer in the multi-sonar system may be a computer connected to the ground communication line 14, or an onboard computer installed on one of the multiple ships. In this case, the satellite communication device 34 in the test acoustic simulator communicates with the artificial satellite 16, and communicates with the satellite communication device of the ship that is equipped with the onboard computer. The satellite communication device 34 in the test acoustic simulator communicatively connects the chart display device 36 to the onboard computer serving as the management computer via communication with the artificial satellite 16.

（４）効果
本実施形態に係る試験用音響模擬装置によれば、他の船舶から送信された評価データに含まれる評価情報が海図表示装置３６に表示される。これによって、各船舶で受信される擬似反射超音波の大きさが十分でない等、受信超音波の特性に問題がある場合における判断が保守点検を行う者にとって容易となる。すなわち、ソーナーシステムの性能そのものに問題があるのか、擬似反射超音波が伝搬する環境等に問題があるのかの判断が容易となる。 (4) Effects According to the test acoustic simulator of this embodiment, the evaluation information contained in the evaluation data transmitted from other ships is displayed on the chart display device 36. This makes it easier for a maintenance and inspection person to determine if there is a problem with the characteristics of the received ultrasonic waves, such as the magnitude of the pseudo reflected ultrasonic waves received by each ship being insufficient. In other words, it becomes easier to determine whether there is a problem with the performance of the sonar system itself, or with the environment in which the pseudo reflected ultrasonic waves are propagating.

例えば、各船舶が存在する水域の水温分布を海図表示装置３６に表示することで、次のような効果が得られる。一般に、水中の超音波の伝搬速度は、水温が高いほど速く、水深が深いほど速い。水面付近では、超音波の伝搬速度を定める要素は、水深よりも水温の方が支配的である。水面付近では、水深が深いほど水温が低くなるため、深いほど伝搬速度が遅くなる。 For example, by displaying the water temperature distribution in the water area where each ship is present on the nautical chart display device 36, the following effects can be obtained. In general, the propagation speed of ultrasonic waves in water is faster the higher the water temperature and the deeper the water. Near the water surface, the factor that determines the propagation speed of ultrasonic waves is water temperature rather than water depth. Near the water surface, the deeper the water, the lower the water temperature, so the deeper the water, the slower the propagation speed.

一方、ある程度の水深を超えると水温は一定となるため、超音波の伝搬速度を定める要素は水深が支配的となる。ある程度の水深を超えた領域では、深いほど伝搬速度が速くなる。 On the other hand, once the water reaches a certain depth, the temperature remains constant, and so the water depth becomes the dominant factor in determining the propagation speed of ultrasound. In areas beyond a certain depth, the deeper the water, the faster the propagation speed becomes.

したがって、超音波の伝搬速度は、水面から深い方向に向かうにつれて遅くなってある程度の水深となったところで極小値となり、さらに深い領域に向かうにつれて速くなる。超音波には、伝搬速度が遅くなる領域に向かって屈折する性質がある。そのため、超音波は、伝搬速度が極小値となる領域付近に形成されるダクト領域を上下に屈折しながら伝搬する。 Therefore, the propagation speed of ultrasonic waves slows down as they move deeper from the water surface, reaching a minimum at a certain depth, and then increases as they move deeper. Ultrasonic waves have the property of refracting toward areas where the propagation speed is slower. Therefore, ultrasonic waves propagate while refracting up and down through the duct area that is formed near the area where the propagation speed is at a minimum.

ところが、水温が極端に高い場合には、超音波が鉛直に水底に向かってしまいダクト領域が形成されず、長距離の伝搬が不可能となる場合がある。このようなシャドウゾーンの発生は、ソーナーシステムの動作に影響を及ぼす。 However, when the water temperature is extremely high, the ultrasonic waves may travel vertically toward the bottom of the water, preventing the formation of a duct area and making long-distance propagation impossible. The occurrence of such shadow zones affects the operation of the sonar system.

本実施形態に係る超音波評価装置によって、各船舶が存在する水域の水温分布を表示することで、シャドウゾーンが発生する可能性がある水域が操作者に示される。 The ultrasonic evaluation device according to this embodiment displays the water temperature distribution in the water area where each ship is present, thereby showing the operator the water area where a shadow zone may occur.

また、各船舶で受信された擬似反射超音波のＳ／Ｎ比と、他船舶に到来する雑音の大きさが表示された場合には、表示されたＳ／Ｎ比が、ソーナーシステムの性能を示すのか、他船舶からの雑音の影響を受けたものであるのかの判断が操作者にとって容易となる。 In addition, if the S/N ratio of the simulated reflected ultrasound received by each ship and the magnitude of the noise reaching other ships are displayed, the operator can easily determine whether the displayed S/N ratio indicates the performance of the sonar system or is influenced by noise from other ships.

（５）応用実施形態
図４には、信号処理部２８について、受波器４２から受信信号が出力されてから、送波器４４に送信信号が出力されるまでの擬似反射機能を示すブロック図が示されている。信号処理部２８は、サンプリング部５０、演算メモリ５２、基準信号メモリ５４、相関演算部５６、および送信信号生成部５８を備えている。信号処理部２８はプロセッサを用いて構成されてもよい。この場合、プログラムを実行することで、サンプリング部５０、相関演算部５６、および送信信号生成部５８の各機能が実現される。演算メモリ５２および基準信号メモリ５４は、プロセッサとは別に設けられたメモリであってよい。 (5) Application embodiment Fig. 4 shows a block diagram of the pseudo-reflection function of the signal processing unit 28 from when a received signal is output from the receiver 42 to when a transmission signal is output to the transmitter 44. The signal processing unit 28 includes a sampling unit 50, an arithmetic memory 52, a reference signal memory 54, a correlation calculation unit 56, and a transmission signal generation unit 58. The signal processing unit 28 may be configured using a processor. In this case, the functions of the sampling unit 50, the correlation calculation unit 56, and the transmission signal generation unit 58 are realized by executing a program. The arithmetic memory 52 and the reference signal memory 54 may be memories provided separately from the processor.

信号処理部２８を構成するプロセッサには、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）、リアルタイムプロセッサ等、製造後にユーザが回路構成を設定できる再構成可能集積回路が用いられてよい。この場合、ＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）等、グラフィック型言語によって回路設計を行うことが可能な開発環境を実現するコンピュータシステムが導入されてよい。これによって、集積回路と入出インターフェースの両方を搭載したハードウェアを採用することが可能となり、基板等を最初から設計しなくてもよく、開発時間が短縮される。また、ＬａｂＶＩＥＷが導入された場合には、複数の開発環境下での設計手法を技術者が習得する必要がないため、開発期間が短縮される。 The processor constituting the signal processing unit 28 may be a reconfigurable integrated circuit such as an FPGA (field-programmable gate array) or a real-time processor, whose circuit configuration can be set by the user after manufacture. In this case, a computer system that provides a development environment in which circuits can be designed using a graphic language such as LabVIEW (registered trademark) may be introduced. This makes it possible to employ hardware equipped with both an integrated circuit and an input/output interface, and eliminates the need to design boards and the like from scratch, thereby shortening development time. Furthermore, when LabVIEW is introduced, the development period is shortened because engineers do not need to learn design methods under multiple development environments.

サンプリング部５０は、受波器４２から出力された受信信号を所定のサンプリング時間間隔（サンプリング周期）でサンプリングし、１サンプリング周期が経過するごとに１つの受信サンプル値を演算メモリ５２に出力する。演算メモリ５２には、最大Ｎ個の受信サンプル値が記憶される。ただし、Ｎは記憶個数を示す正の整数である。演算メモリ５２が記憶する受信サンプル値の個数がＮ個に満たないときは、演算メモリ５２は、サンプリング部５０が時間経過と共に順次出力する受信サンプル値を順次記憶する。演算メモリ５２が記憶する受信サンプル値の個数がＮ個となったときは、演算メモリ５２は、最も先に記憶された１つの受信サンプル値を削除した上で、受波器４２から新たに出力された１つの受信サンプル値を記憶する。 The sampling unit 50 samples the received signal output from the receiver 42 at a predetermined sampling time interval (sampling period), and outputs one received sample value to the calculation memory 52 every sampling period. A maximum of N received sample values are stored in the calculation memory 52, where N is a positive integer indicating the number of stored values. When the number of received sample values stored in the calculation memory 52 is less than N, the calculation memory 52 sequentially stores the received sample values sequentially output by the sampling unit 50 over time. When the number of received sample values stored in the calculation memory 52 reaches N, the calculation memory 52 deletes the oldest stored received sample value and stores the newly output received sample value from the receiver 42.

すなわち、演算メモリ５２は、第Ｎ番目の記憶領域に記憶されていた受信サンプル値を削除して、第Ｎ－１番目の記憶領域に記憶されていた受信サンプル値を第Ｎ番目の記憶領域に記憶させる。また、演算メモリ５２は、第Ｎ－２番目の記憶領域に記憶されていた受信サンプル値を第Ｎ－１番目の記憶領域に記憶させる。・・・・・演算メモリ５２は、第１番目の記憶領域に記憶されていた受信サンプル値を第２番目の記憶領域に記憶させ、新たに受波器４２から出力された受信サンプル値を第１番目の記憶領域に記憶させる。 That is, the calculation memory 52 deletes the received sample value stored in the Nth storage area, and stores the received sample value stored in the N-1th storage area in the Nth storage area. The calculation memory 52 also stores the received sample value stored in the N-2th storage area in the N-1th storage area. ...The calculation memory 52 stores the received sample value stored in the first storage area in the second storage area, and stores the new received sample value output from the receiver 42 in the first storage area.

相関演算部５６は、演算メモリ５２からＮ個の受信サンプル値からなる受信サンプル値群を読み出す。また、相関演算部５６は、基準信号メモリ５４からＮ個の基準サンプル値からなる基準サンプル値群を読み出す。基準サンプル値群は、基準信号がサンプリング時間間隔でＮ個にサンプリングされたものである。 The correlation calculation unit 56 reads out a received sample value group consisting of N received sample values from the calculation memory 52. The correlation calculation unit 56 also reads out a reference sample value group consisting of N reference sample values from the reference signal memory 54. The reference sample value group is the reference signal sampled into N values at a sampling time interval.

相関演算部５６は、受信サンプル値群と基準サンプル値群との相関演算を実行して相関値を求め、送信信号生成部５８に出力する。送信信号生成部５８は、相関値が所定の閾値を超えたときは送信信号を生成し、送信信号を送波器４４に出力する。送波器４４は、送信信号に基づく擬似反射超音波を水中に送信する。 The correlation calculation unit 56 performs a correlation calculation between the received sample value group and the reference sample value group to obtain a correlation value, and outputs the correlation value to the transmission signal generation unit 58. When the correlation value exceeds a predetermined threshold, the transmission signal generation unit 58 generates a transmission signal and outputs the transmission signal to the wave transmitter 44. The wave transmitter 44 transmits pseudo reflected ultrasound based on the transmission signal into the water.

従来の相関演算では、予めメモリに記憶されたサンプル値は、他の別のメモリに移し換えて記憶された上で、当該他の別のメモリにおいて新たなサンプル値が追加され、他の別のメモリから相関演算のためにサンプル値群が読み出されることが一般的であった。そのため、一旦メモリに記憶されたサンプル値群を他のメモリに移し換えて記憶させる処理に長時間を要していた。 In conventional correlation calculations, sample values previously stored in a memory are typically transferred and stored in another memory, new sample values are added to the other memory, and a group of sample values is read from the other memory for the correlation calculation. As a result, the process of transferring and storing a group of sample values once stored in a memory in another memory takes a long time.

本実施形態に係る演算メモリ５２では、記憶された受信サンプル値の個数がＮ個となったときは、最も先に記憶された１つの受信サンプル値が削除された上で、サンプリング部５０から新たに出力された１つの受信サンプル値が記憶される。これによって、先に記憶されたサンプル値群を別のメモリに記憶し換える必要がなく、相関値を求める処理が迅速となる。したがって、評価用の超音波を受信してから擬似反射超音波を送信するまでの処理が迅速に行われる。 In the calculation memory 52 according to this embodiment, when the number of stored reception sample values reaches N, the first one stored reception sample value is deleted and the new one output from the sampling unit 50 is stored. This eliminates the need to re-store the previously stored sample value group in another memory, and speeds up the process of finding the correlation value. Therefore, the process from receiving the evaluation ultrasound to transmitting the simulated reflected ultrasound is performed quickly.

図５には、演算メモリ５２、相関演算部５６、および基準信号メモリ５４の具体的な構成が示されている。図３に示されている構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。 Figure 5 shows the specific configuration of the calculation memory 52, correlation calculation unit 56, and reference signal memory 54. The same components as those shown in Figure 3 are given the same reference numerals and their description is omitted.

演算メモリ５２は、４つの部分演算メモリ５２１～５２４に分割されている。部分演算メモリ５２１～５２４は並列に処理を実行する。部分演算メモリ５２１～５２４は、別々のプロセッサによって構成されてもよい。演算メモリ５２には、４の倍数Ｎ＝４ｋ個の受信サンプル値が記憶される。部分演算メモリ５２４には、最も先に記憶された受信サンプル値～第ｋ番目に記憶された受信サンプル値が記憶される。部分演算メモリ５２３には、第ｋ＋１番目～第２ｋ番目に記憶された受信サンプル値が記憶される。部分演算メモリ５２２には、第２ｋ＋１番目～第３ｋ番目に記憶された受信サンプル値が記憶される。部分演算メモリ５２１には、第３ｋ＋１番目～第４ｋ番目に記憶された受信サンプル値が記憶される。 The calculation memory 52 is divided into four partial calculation memories 521 to 524. The partial calculation memories 521 to 524 execute processing in parallel. The partial calculation memories 521 to 524 may be configured with separate processors. The calculation memory 52 stores a number of received sample values, N being a multiple of 4 = 4k. The partial calculation memory 524 stores the earliest stored received sample value to the kth stored received sample value. The partial calculation memory 523 stores the k+1th to 2kth stored received sample values. The partial calculation memory 522 stores the 2k+1th to 3kth stored received sample values. The partial calculation memory 521 stores the 3k+1th to 4kth stored received sample values.

基準信号メモリ５４は、４つの部分基準メモリ５４１～５４４に分割されている。部分基準メモリ５４４には、最も先の時刻の基準サンプル値～第ｋ番目の時刻の基準サンプル値が記憶される。部分基準メモリ５４３には、第ｋ＋１番目～第２ｋ番目の時刻の基準サンプル値が記憶される。部分基準メモリ５４２には、第２ｋ＋１番目～第３ｋ番目の時刻の基準サンプル値が記憶される。部分基準メモリ５４１には、第３ｋ＋１番目～第４ｋ番目の時刻の基準サンプル値が記憶される。 The reference signal memory 54 is divided into four partial reference memories 541 to 544. The partial reference memory 544 stores the reference sample value from the earliest time to the reference sample value from the kth time. The partial reference memory 543 stores the reference sample values from the k+1th to 2kth times. The partial reference memory 542 stores the reference sample values from the 2k+1th to 3kth times. The partial reference memory 541 stores the reference sample values from the 3k+1th to 4kth times.

相関演算部５６は、４つの部分演算部５６１～５６４を備える。部分演算部５６ｉは、部分演算メモリ５２ｉに記憶されている受信サンプル値群（部分サンプル値群）と、部分基準メモリ５４ｉに記憶されている基準サンプル値群（部分基準サンプル値群）との部分相関値Ｃｉを求める。ただし、ｉは１～４の整数である。相関演算部５６は、部分演算部５６１～５６４によって求められた部分相関値Ｃ１～Ｃ４を合成して最終的な相関値を求め、送信信号生成部５８に出力する。部分演算部５６１～５６４によって求められた部分相関値Ｃ１～Ｃ４を合成する処理には、部分相関値Ｃ１～Ｃ４を加算合計する処理、部分相関値Ｃ１～Ｃ４の相乗平均値を求める処理、部分相関値Ｃ１～Ｃ４の加算平均値を求める処理等がある。 The correlation calculation unit 56 includes four partial calculation units 561 to 564. The partial calculation unit 56i calculates a partial correlation value Ci between the reception sample value group (partial sample value group) stored in the partial calculation memory 52i and the reference sample value group (partial reference sample value group) stored in the partial reference memory 54i. Here, i is an integer from 1 to 4. The correlation calculation unit 56 synthesizes the partial correlation values C1 to C4 calculated by the partial calculation units 561 to 564 to calculate a final correlation value, and outputs the final correlation value to the transmission signal generation unit 58. The process of synthesizing the partial correlation values C1 to C4 calculated by the partial calculation units 561 to 564 includes a process of adding up the partial correlation values C1 to C4, a process of calculating the geometric mean value of the partial correlation values C1 to C4, a process of calculating the additive mean value of the partial correlation values C1 to C4, and a process of calculating the additive mean value of the partial correlation values C1 to C4.

本実施形態では、部分演算メモリ５２１～５２４が並列に処理を実行するため、相関値が迅速に求められる。なお、ここでは、演算メモリ５２、基準信号メモリ５４および相関演算部５６のそれぞれが４つに分割された実施形態が示された。演算メモリ５２、基準信号メモリ５４および相関演算部５６は、任意の個数に分割されてよい。 In this embodiment, the partial calculation memories 521 to 524 execute processing in parallel, so that the correlation value is quickly found. Note that here, an embodiment is shown in which the calculation memory 52, the reference signal memory 54, and the correlation calculation unit 56 are each divided into four. The calculation memory 52, the reference signal memory 54, and the correlation calculation unit 56 may be divided into any number of units.

このように、本実施形態に係る試験用音響模擬装置は、水中を伝搬する超音波を受信し受信信号を出力する受波器４２と、受信信号に対する相関処理によって相関値を求める信号処理部２８と、相関値が所定条件を満たしたときに、擬似反射超音波を水中に送信する送波器４４と、を備え、信号処理部２８は、受信信号をサンプリングするサンプリング部５０と、サンプリング部５０から時間経過と共に順次出力されるサンプル値を順次記憶する演算メモリ５２と、演算メモリ５２から読み出されたサンプル値群と、基準サンプル値群との相関演算を実行し相関値を求める相関演算部５６と、を備えることを特徴とする。 As described above, the test acoustic simulator according to this embodiment includes a receiver 42 that receives ultrasonic waves propagating underwater and outputs a received signal, a signal processor 28 that determines a correlation value by performing correlation processing on the received signal, and a transmitter 44 that transmits simulated reflected ultrasonic waves into the water when the correlation value satisfies a predetermined condition. The signal processor 28 is characterized by including a sampling unit 50 that samples the received signal, an arithmetic memory 52 that sequentially stores sample values sequentially output over time from the sampling unit 50, and a correlation calculator 56 that performs correlation calculations between the sample value group read from the arithmetic memory 52 and the reference sample value group to determine the correlation value.

望ましくは、演算メモリ５２は、予め定められた記憶個数のサンプル値を記憶し、当該記憶個数のサンプル値が記憶されているときに、新たなサンプル値がサンプリング部５０から出力されたときは、最も先に記憶されたサンプル値を削除して、当該新たなサンプル値を記憶する。 Preferably, the calculation memory 52 stores a predetermined number of sample values, and when the number of sample values is stored and a new sample value is output from the sampling unit 50, the calculation memory 52 deletes the sample value stored first and stores the new sample value.

望ましくは、相関演算部５６は、演算メモリ５２に記憶されたサンプル値群を分割して得られる複数の部分サンプル値群と、基準サンプル値群を分割して得られる複数の部分基準サンプル値群と、に対応して設けられた複数の部分演算部（５６１～５６４）を備え、各部分演算部（５６１～５６４）は、自らに対応する部分サンプル値群と、自らに対応する部分基準サンプル値群との相関演算を実行して部分相関値を求め、相関演算部５６は、複数の部分演算部（５６１～５６４）によって求められた複数の部分相関値を合成して、相関値を求める。 Preferably, the correlation calculation unit 56 includes a plurality of partial calculation units (561-564) corresponding to a plurality of partial sample value groups obtained by dividing the sample value group stored in the calculation memory 52 and a plurality of partial reference sample value groups obtained by dividing the reference sample value group, each partial calculation unit (561-564) performs a correlation calculation between the partial sample value group corresponding to itself and the partial reference sample value group corresponding to itself to obtain a partial correlation value, and the correlation calculation unit 56 combines the plurality of partial correlation values obtained by the plurality of partial calculation units (561-564) to obtain a correlation value.

望ましくは、信号処理部２８は船舶に搭載され、受波器４２および送波器４４は、船舶に曳航される曳航体２６に搭載される。 Preferably, the signal processing unit 28 is mounted on the ship, and the receiver 42 and transmitter 44 are mounted on a towing body 26 that is towed by the ship.

試験用音響模擬装置は、目標物が移動しているときの反射超音波を模した擬似反射超音波を送信する機能を有している。目標物が移動しているときの実際の反射超音波は、ドプラ効果によって、ソーナーが送信する超音波に対して周波数がシフトしている。そこで、試験用音響模擬装置は、自らがあたかも所定の速度で移動しているかのように周波数が変化した擬似反射超音波を送信する。 The test acoustic simulator has the function of transmitting pseudo reflected ultrasound that mimics the reflected ultrasound when a target is moving. When a target is moving, the actual reflected ultrasound is frequency shifted due to the Doppler effect compared to the ultrasound transmitted by the sonar. Therefore, the test acoustic simulator transmits pseudo reflected ultrasound with a changed frequency, as if the simulator itself were moving at a specified speed.

ソーナーの性能評価では、低速で移動する目標物に対する検出性能を評価することがある。低速で移動する目標物を想定した場合、擬似反射超音波の周波数を変化させる幅（擬似的なドプラシフト周波数）が非常に小さくなってしまい、試験用音響模擬装置を構成することが困難となる場合があった。 When evaluating sonar performance, it is sometimes necessary to evaluate the detection performance of targets moving at slow speeds. When assuming targets moving at slow speeds, the range over which the frequency of the simulated reflected ultrasound is changed (the simulated Doppler shift frequency) becomes very small, which can make it difficult to construct a test acoustic simulation device.

そこで、試験用音響模擬装置は、次のような処理によって擬似反射超音波を生成する。すなわち、試験用音響模擬装置は、受信信号を第１時間間隔でサンプリングし、これによって得られたサンプル値が第１時間間隔で時間軸上に配列された第１サンプル値群を評価データの生成等の受信信号の解析に用いる。試験用音響模擬装置は、これとは別に、受信信号を第１時間間隔とは異なる第２時間間隔でサンプリングし、これによって得られたサンプル値が第１時間間隔で時間軸上に配列された第２サンプル値群を生成する。試験用音響模擬装置は、第２サンプル値群に対して補間処理を施して送信信号を生成し、この送信信号に基づいて擬似反射超音波を送信する。 The test acoustic simulator generates simulated reflected ultrasound by the following process. That is, the test acoustic simulator samples the received signal at a first time interval, and uses a first sample value group in which the sample values obtained thereby are arranged on the time axis at the first time interval for analyzing the received signal, such as generating evaluation data. Separately from this, the test acoustic simulator samples the received signal at a second time interval different from the first time interval, and generates a second sample value group in which the sample values obtained thereby are arranged on the time axis at the first time interval. The test acoustic simulator performs an interpolation process on the second sample value group to generate a transmission signal, and transmits the simulated reflected ultrasound based on this transmission signal.

図６には、サンプリング部５０の機能ブロックが示されている。サンプリング部５０は、第１サンプリング部５０１および第２サンプリング部５０２を備えている。第１サンプリング部５０１は、受波器４２から出力された受信信号を所定の第１時間間隔Ｔ１でサンプリングし、基本サンプリング周期が経過するごとに１つの受信サンプル値を演算メモリ５２、あるいは受信信号の解析を行う構成要素に出力する。 Figure 6 shows the functional blocks of the sampling unit 50. The sampling unit 50 includes a first sampling unit 501 and a second sampling unit 502. The first sampling unit 501 samples the received signal output from the receiver 42 at a predetermined first time interval T1, and outputs one received sample value to the calculation memory 52 or a component that analyzes the received signal every time a basic sampling period elapses.

第１サンプリング部５０１から第２サンプリング部５０２には、時間経過と共に順次、上記の受信サンプル値が出力される。第２サンプリング部５０２は、第１サンプリング部５０１から出力された受信サンプル値に基づいて、受信信号を第２時間間隔Ｔ２でサンプリングしたリサンプル値を生成する。例えば、第２サンプリング部５０２は、時系列で連なる受信サンプル値を補間してアナログ信号を生成し、そのアナログ信号を第２時間間隔Ｔ２でサンプリングすることで時系列で連なるリサンプル値を生成する。 The above-mentioned received sample values are output sequentially from the first sampling unit 501 to the second sampling unit 502 over time. The second sampling unit 502 generates resample values by sampling the received signal at a second time interval T2 based on the received sample values output from the first sampling unit 501. For example, the second sampling unit 502 generates an analog signal by interpolating the received sample values that are successive in time series, and samples the analog signal at the second time interval T2 to generate resample values that are successive in time series.

第２時間間隔Ｔ２は、擬似反射超音波に擬似的に発生させるドプラシフト周波数ｆｓに応じて第１時間間隔Ｔ１を変化させたものである。第２時間間隔Ｔ２は、受信超音波の周波数ｆ１、第１時間間隔Ｔ１、および指定ドプラシフト周波数ｆｓによって次のように表される。 The second time interval T2 is obtained by varying the first time interval T1 according to the Doppler shift frequency fs that is generated in the simulated reflected ultrasound. The second time interval T2 is expressed as follows using the frequency f1 of the received ultrasound, the first time interval T1, and the specified Doppler shift frequency fs:

（数１）Ｔ２＝Ｔ１・（１＋ｆｓ／ｆ１） (Equation 1) T2 = T1 (1 + fs/f1)

なお、サンプリング前の受信信号が第１サンプリング部５０１から第２サンプリング部５０２に出力されてもよい。この場合、第２サンプリング部５０２は、受信信号を直接、第２時間間隔Ｔ２でサンプリングしたリサンプル値を生成する。第２サンプリング部５０２は、第２時間間隔Ｔ２とは異なる基本サンプリング周期（第１時間間隔Ｔ１）が経過するごとに１つのリサンプル値を送信信号生成部５８に出力する。送信信号生成部５８は、第２サンプリング部５０２から出力された各リサンプル値を補間して送信信号を生成し、送波器４４に出力する。送波器４４は、送信信号に基づいて擬似反射超音波を水中に送信する。 The received signal before sampling may be output from the first sampling unit 501 to the second sampling unit 502. In this case, the second sampling unit 502 generates resample values by directly sampling the received signal at the second time interval T2. The second sampling unit 502 outputs one resample value to the transmission signal generating unit 58 every time a basic sampling period (first time interval T1) different from the second time interval T2 elapses. The transmission signal generating unit 58 generates a transmission signal by interpolating each resample value output from the second sampling unit 502, and outputs the transmission signal to the wave transmitter 44. The wave transmitter 44 transmits simulated reflected ultrasound into water based on the transmission signal.

図７（ａ）には、第１サンプリング部５０１から出力される受信サンプル値７０が黒丸によって示されている。横軸は時間を示し、縦軸は信号の大きさを示す。実線で示された曲線は、サンプリング前の受信信号７２を示す。受信信号７２は、第１時間間隔Ｔ１でサンプリングされ、時系列で配列された受信サンプル値７０が得られる。 In FIG. 7(a), the received sample values 70 output from the first sampling unit 501 are indicated by black circles. The horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates the signal magnitude. The solid curve indicates the received signal 72 before sampling. The received signal 72 is sampled at the first time interval T1, and received sample values 70 arranged in chronological order are obtained.

図７（ｂ）には、第２サンプリング部５０２によって、第２時間間隔Ｔ２で受信信号７２をサンプリングして得られるリサンプル値７４が黒丸によって示されている。横軸は、受信信号７２の開始を０とし、第２時間間隔Ｔ２を１単位とする仮想的な時間軸を示し、縦軸は信号の大きさを示す。図７（ｂ）には、指定ドプラシフト周波数ｆｓが、－０．５ｆ１（－０．５／Ｔ１）である場合が示されている。この場合、（数１）に従い、第２時間間隔Ｔ２は、第１時間間隔Ｔ１の半分になる。 In FIG. 7(b), the resampled values 74 obtained by sampling the received signal 72 at the second time interval T2 by the second sampling unit 502 are shown by black circles. The horizontal axis indicates a virtual time axis in which the start of the received signal 72 is set as 0 and the second time interval T2 is set as 1 unit, and the vertical axis indicates the signal magnitude. FIG. 7(b) shows a case in which the specified Doppler shift frequency fs is -0.5f1 (-0.5/T1). In this case, according to (Equation 1), the second time interval T2 is half the first time interval T1.

図７（ｃ）には、第１サンプリング部５０１から基本サンプリング周期Ｔ１で出力される受信サンプル値７０が白丸によって示されている。また、第２サンプリング部５０２から基本サンプリング周期Ｔ１で出力されるリサンプル値７４が黒丸によって示されている。破線で示された曲線は受信信号７２を示し、実線で示された曲線は、リサンプル値７４を補間することで得られる送信信号７６を示す。このように、第２サンプリング部５０２からは、受信信号７２に対してドプラシフト周波数だけ周波数が変化した送信信号７６が出力される。 In FIG. 7(c), the received sample values 70 output from the first sampling unit 501 at the basic sampling period T1 are indicated by white circles. The resample values 74 output from the second sampling unit 502 at the basic sampling period T1 are indicated by black circles. The dashed curve indicates the received signal 72, and the solid curve indicates the transmitted signal 76 obtained by interpolating the resample values 74. In this way, the second sampling unit 502 outputs the transmitted signal 76 whose frequency has been changed by the Doppler shift frequency relative to the received signal 72.

本実施形態では、第１サンプリング部５０１がサンプル値を出力する周期、および第２サンプリング部５０２がリサンプル値を出力する周期は等しく、基本サンプリング周期Ｔ１である。送信信号のドプラシフト周波数は、第２時間間隔Ｔ２を調整することで調整される。第２時間間隔Ｔ２を調整する処理は、例えば、時間的に連続なアナログ信号を一旦メモリに記憶させた上で、時系列順に信号をサンプリングするときの仮想時間上の時間間隔を調整することで行われる。したがって、送信信号を生成する際に、リサンプル値を再生するためのサンプリング周期を調整する必要がなく、リサンプル値を再生するためのサンプリング周期は基本サンプリング周期Ｔ１でよい。そのため、試験用音響模擬装置が送信する擬似反射超音波の周波数の調整が容易となる。 In this embodiment, the period in which the first sampling unit 501 outputs sample values and the period in which the second sampling unit 502 outputs resample values are equal and are the basic sampling period T1. The Doppler shift frequency of the transmission signal is adjusted by adjusting the second time interval T2. The process of adjusting the second time interval T2 is performed, for example, by first storing a temporally continuous analog signal in a memory and then adjusting the time interval in virtual time when sampling the signal in chronological order. Therefore, when generating a transmission signal, there is no need to adjust the sampling period for reproducing the resample values, and the sampling period for reproducing the resample values can be the basic sampling period T1. This makes it easy to adjust the frequency of the simulated reflected ultrasound transmitted by the test acoustic simulator.

このように、本実施形態に係る試験用音響模擬装置は、水中を伝搬する超音波を受信し受信信号を出力する受波器４２と、受波器４２で受信された超音波に対する擬似反射超音波を水中に送信する送波器４４と、受信信号を第１時間間隔でサンプリングし、サンプル値を第１時間間隔で順次出力する第１サンプリング部５０１と、受信信号を第１時間間隔とは異なる第２時間間隔でサンプリングし、サンプル値を第１時間間隔で順次出力する第２サンプリング部５０２と、第２サンプリング部５０２から順次出力されるサンプル値に対して補間処理を施して、送信信号を生成する送信信号生成部５８と、を備え、送波器４４は、送信信号に基づいて擬似反射超音波を水中に送信することを特徴とする。 In this way, the test acoustic simulator according to this embodiment includes a receiver 42 that receives ultrasonic waves propagating underwater and outputs a received signal, a transmitter 44 that transmits pseudo reflected ultrasonic waves into water in response to the ultrasonic waves received by the receiver 42, a first sampling unit 501 that samples the received signal at a first time interval and sequentially outputs the sample values at the first time interval, a second sampling unit 502 that samples the received signal at a second time interval different from the first time interval and sequentially outputs the sample values at the first time interval, and a transmission signal generating unit 58 that performs an interpolation process on the sample values sequentially output by the second sampling unit 502 to generate a transmission signal, and the transmitter 44 is characterized in that it transmits pseudo reflected ultrasonic waves into water based on the transmission signal.

望ましくは、第１サンプリング部５０１、第２サンプリング部５０２、および送信信号生成部５８は、船舶に搭載され、受波器４２および送波器４４は、船舶に曳航される曳航体２６に搭載される。 Preferably, the first sampling unit 501, the second sampling unit 502, and the transmission signal generating unit 58 are mounted on the ship, and the receiver 42 and the transmitter 44 are mounted on a towing body 26 that is towed by the ship.

１０－１～１０－４，２４船舶、１０－５評価用船舶、１２目標物、１４地上通信回線、１５無線通信機、１６人工衛星、１７管理コンピュータ、１８超音波、２０反射超音波、２２擬似反射超音波、２６曳航体、２８信号処理部、３０ＧＰＳ受信機、３２ＡＩＳ受信機、３４衛星通信装置、３６海図表示装置、３８雑音解析部、４０水上センサ群、４２受波器、４４送波器、４６水中センサ群、５０サンプリング部、５０１第１サンプリング部、５０２第２サンプリング部、５２演算メモリ、５４基準信号メモリ、５６相関演算部、５８送信信号生成部、５２１～５２４部分演算メモリ、５４１～５４４部分基準メモリ、５６１～５６４部分演算部、７０受信サンプル値、７２受信信号、７４リサンプル値、７６送信信号、１００船上装置、１０２曳航部。 10-1 to 10-4, 24 ship, 10-5 evaluation ship, 12 target, 14 ground communication line, 15 radio communication device, 16 artificial satellite, 17 management computer, 18 ultrasonic wave, 20 reflected ultrasonic wave, 22 pseudo reflected ultrasonic wave, 26 towing body, 28 signal processing unit, 30 GPS receiver, 32 AIS receiver, 34 satellite communication device, 36 chart display device, 38 noise analysis unit, 40 surface sensor group, 42 wave receiver, 44 wave transmitter, 46 underwater sensor group, 50 sampling unit, 501 first sampling unit, 502 second sampling unit, 52 calculation memory, 54 reference signal memory, 56 correlation calculation unit, 58 transmission signal generation unit, 521 to 524 partial calculation memory, 541 to 544 partial reference memory, 561 to 564 partial calculation unit, 70 Received sample value, 72 received signal, 74 resample value, 76 transmitted signal, 100 on-board equipment, 102 towing unit.

Claims

In a test acoustic simulator installed on a ship,
A receiver that receives ultrasonic waves transmitted from sonars mounted on each of the other ships and propagating through the water;
a transmitter that transmits into water a pseudo reflected ultrasonic wave corresponding to the ultrasonic wave received by the receiver;
The sonar mounted on at least one of the plurality of other ships performs positioning of the test acoustic simulator based on evaluation data acquired by the sonar itself and the evaluation data acquired from the other other ships via an artificial satellite;
The evaluation data includes:
the data including at least the time when the pseudo reflected ultrasonic wave was received by the sonar mounted on the other vessel, and the position information of the other vessel acquired by a positioning receiver mounted on the other vessel,
The test acoustic simulator further comprises:
a satellite communication device that receives, via the artificial satellite , a positioning result for the test acoustic simulator obtained by the sonar mounted on at least one of the plurality of other ships;
a second positioning receiver for determining the position of the second positioning receiver;
A test acoustic simulator comprising: a display device that displays the positioning results for the test acoustic simulator obtained by the sonar mounted on at least one of the multiple other ships and the positioning results by the second positioning receiver .

2. The test acoustic simulator according to claim 1 ,
The satellite communication device includes:
A computer that communicates with the satellite and is connected to a ground communication line;
Obtaining test sea area information related to the test sea area from an information source server connected to the ground communication line via the computer and the artificial satellite;
The test acoustic simulator is characterized in that the test sea area information is displayed on a nautical chart.

3. The test acoustic simulator according to claim 1,
a signal processing unit that analyzes ultrasonic waves received by the receiver and generates ship evaluation data including a received ultrasonic profile;
The satellite communication device includes:
2. An acoustic simulator for testing, comprising: a control computer for controlling a ship of said vessel; a control computer for controlling said ship of said vessel;

4. The test acoustic simulator according to claim 1,
an AIS receiver for receiving information about the other vessel;
a noise analysis unit that analyzes noise received by the receiver based on the information about the other ship,
A test acoustic simulator that displays information about the noise.