JP2017227489A - 試験システム、波形シミュレータ装置、試験方法およびプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
通常、圧電振動子を用いて構成された送波器へ送信する電気信号および受波器から受信する電気信号は、信号処理機にて、フィルタ、サンプリングレート変換、ビット深度変換、信号処理、積分計算、四則計算を用いて処理される。ここで、送波器とは、水中で音波を送波する装置である。また、受波器とは、水中で音波を受波する装置である。
信号処理機が具備する各信号処理ブロックには、処理動作を決定するためのパラメータが存在する。そのパラメータの最適値は、実施に使用するもしくは実際に使用するものに近い送受波器と信号処理器(以下、送受波器実機と称する)を接続し、それらを水中に配置し、画像を生成するのに適したターゲットを水中に配置して、実際に近い動作をさせることにより生成される出力画面(以下、ソナー画面と称する)を確認しながら信号処理システムのチューニングするのが通常である。
図13に示した信号処理システム1−1は、送信信号生成部1−2と、送信I/F1−3と、受信I/F1−4と、受信処理部1−5と、画像生成部1−6とを有している。また、水槽1−7には、送波器1−8と、受波器1−10とが存在する。
送信信号生成部1−2は、送波する信号を生成する。送信信号生成部1−2は、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ上で稼働するソフトウェアにより、チューニング作業者が所望のデジタル送信波形(正弦波、チャープ信号等)を生成する。送信波形は、後述する水中での送波、受波において、反射が十分に無視できる、自遊空間とみなせるように、時間幅を短く設定されたパルスでなければならない。
送信I/F1−3は、送信信号生成部1−2が生成したデジタル信号波形をアナログ波形へと変換した上で、電圧/電力増幅する。具体的には、送信I/F1−3は、送信信号生成部1−2が生成したデジタル信号波形を、D/A(Digital/Analog)コンバータを用いてアナログ波形へ変換し、電力増幅器(アンプ)を用いて、最終的に送波器が必要とする電圧および電力まで増幅し、プラグ、コネクタ及びケーブルを介して送波器1−8へ送信する。
受信I/F1−4は、受波器1−10が音響電気変換した受信信号を電気的に受けるためのインタフェース機能を持つ。受信I/F1−4には、プラグ、コネクタ、ケーブル、低ノイズプリアンプ、およびA/D(Analog/Digital)コンバータ等が含まれる。受信I/F1−4は、最終的には受信信号をデジタル信号として、後段の受信処理部1−5へ送出する。
受信処理部1−5は、受信I/F1−4から送出されたデジタル信号に対して信号処理を行う。受信処理部1−5が行う信号処理としては、フィルタ処理、サンプリングレート変換、ビット深度変換、指向性合成、TS(Target strength)変換、TVG(Time Varied Gain)補正などが挙げられる。この信号処理により、受信I/F1−4から送出されたデジタル信号が、画像の画素値へ変換される。
画像生成部1−6は、ソナー画像を表示する。受信処理部1−5が生成した画素値データに基づいて、表示する画像を生成する。
送波器1−8は、目標物1−9に対して送信波形を音波として放射する。水中送波器は、一般的に圧電素子で構成されることが多い。
目標物1−9は、ソナーで画像化するための目標物(対象物)であり、送波された音波を受波器に対して反射するものである。目標物1−9は、簡素な形状から複雑な形状、また仕様内で想定される最も大きな寸法から、最も小さな寸法までの諸所の目標物を用意してチューニングすることが望ましい。実際には、水槽1−7の大きさとかかる人手の制約上、用意できる目標物1−9は限られる。
受波器1−10は、目標物1−9からの反射音波を受信する。
図13に示した形態においては、チューニングを屋内の水槽にて行う場合を想定しているが、実際の使用環境により近い条件でのチューニングを行うために、海上にてチューニング作業を行うこともある。
送波器1−8は、長手方向(図14中の左右方向)に圧電素子が複数チャンネルアレイされているものとする。送波器1−8の搭載部分のフレーム2−1の背面には、図13に示した送信I/F1−3とケーブル等を介して、送信I/F1−3と接続できるように送波器コネクタ2−4が設けられている。フレーム2−1の表面側は水中で水と接するが、この表面をウレタンなどでモールド処理されており、フレーム2−1内部、送波器1−8内部に水が浸入することがないように防水加工されている。
受波器1−10は、構造自体は送波器1−8と同様である。受波器1−10のアレイ方向は送波器1−8と垂直(図中の上下方向)であり、図14に示した例では、送波器1−8と受波器1−10とがL字型に配置されているものとする。また、受波器1−10の搭載部分のフレーム2−1の背面には、図13に示した受信I/F1−4とケーブル等を介して、受信I/F1−4と接続できるように受波器コネクタ2−5が設けられている。
モールド3−1は、送受波器全体の防水を保つためのモールドであり、ウレタン等の材料が用いられる。
樹脂層3−2と圧電セラミックス3−4とを交互に配置することによりコンポジット振動子を形成する。コンポジット振動子を用いることで、単体の圧電セラミックスよりも音響インピーダンスを低く抑えることができる。そのため、このような構造は、水との音響インピーダンスマッチング整合に有利となる。また、海中で大きな水圧がかかった際の耐水圧設計も容易となる。また、図15に示した例では、圧電セラミックスは断面図の上下方向に分極され、縦振動子として使用される。
整合層3−3は、圧電セラミックス3−4とモールド3−1との間の音響インピーダンスが整合しやすくなるように使用する整合層である。一般的に整合層3−3は、エポキシ、ポリイミド等の硬質の樹脂材料が用いられる。ここで、圧電セラミックス3−4単体の音響インピーダンスが
バッキング第1層3−5およびバッキング第2層3−6は、背面に弾性波が抜けるのを防止するためのバッキング層である。低インピーダンスのバッキング第1層3−5と、高インピーダンスのバッキング第2層3−6とを組み合わせることで、振動子からバッキング第2層3−6間での多重反射を起こさせて、背面への弾性波の抜けを防止する。
ワイヤ3−7およびコネクタ3−8は、圧電セラミックス3−4の電気的接続を行うためのものである。
マルチナロービーム方式とは、送受波各々の複数のビームを別々の方向に走査させ(多くの場合直交させる)、その格子を形成することにより、格子の各点に目標物が存在するか否かをその反射した音波のレベルにより判定する方式である。
まず、ある特定の周波数においての送受波ビームの形成について説明する。自由空間におけるビームの形成については送波、受波ともに完全に共通である。それは、電気音響変換の可逆性および自由空間における偏微分方程式(定常音場を記述するヘルムホルツ方程式など楕円型偏微分方程式も当然ながら含む)の基本解、すなわちグリーン関数の相反性に基づいて数学的に保証される。
図19に示すように、ビームステアリングの方向を以下のように記載している。
・左→右: 送波ビームのステアリング方向
・上→下: 受波ビームのステアリング方向
送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する送波音場シミュレータと、
前記送波音場シミュレータが計算した送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する目標物シミュレータと、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する受波音場シミュレータと、
前記目標物シミュレータが計算した反射音場遠方界と、前記受波音場シミュレータが計算した受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する受波音圧統合計算部と、
前記受波音圧統合計算部が計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する受波音波時間波形変換部とを有する。
また、本発明の波形シミュレータ装置は、
送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する送波音場シミュレータと、
前記送波音場シミュレータが計算した送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する目標物シミュレータと、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する受波音場シミュレータと、
前記目標物シミュレータが計算した反射音場遠方界と、前記受波音場シミュレータが計算した受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する受波音圧統合計算部と、
前記受波音圧統合計算部が計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する受波音波時間波形変換部とを有する。
また、本発明の試験方法は、
送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する処理と、
前記送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する処理と、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する処理と、
前記反射音場遠方界と前記受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する処理と、
前記計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する処理とを行う。
また、本発明のプログラムは、
コンピュータに実行させるためのプログラムであって、
送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する手順と、
前記送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する手順と、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する手順と、
前記反射音場遠方界と前記受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する手順と、
前記計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する手順とを実行させる。
(第1の実施形態)
送信信号生成部8−2は、送波する信号を生成する。送信信号生成部8−2は、DSP、FPGA、CPU等のプロセッサ上で稼働するソフトウェアにより、チューニング作業者が所望のデジタル送信波形(正弦波、チャープ信号等)を生成する。送信波形は、水中での送波、受波において、反射が十分に無視できる、自遊空間とみなせるように、時間幅を短く設定されたパルスでなければならない。
送信I/F8−3は、送信信号生成部8−2が生成したデジタル信号波形をアナログ波形へと変換した上で、電圧/電力増幅する。具体的には、送信I/F8−3は、送信信号生成部8−2が生成したデジタル信号波形を、D/Aコンバータを用いてアナログ波形へ変換し、電力増幅器(アンプ)を用いて、最終的に送波器が必要とする電圧および電力まで増幅し、送波器をシミュレートする受波波形シミュレータシステム8−7へ送信する。
受信I/F8−4は、受波波形シミュレータシステム8−7から送信されてきた受波音圧時間波形である信号を電気的に受けるためのインタフェース機能を持つ。受信I/F8−4には、プラグ、コネクタ、ケーブル、低ノイズプリアンプ、およびA/Dコンバータ等が含まれる。受信I/F8−4は、最終的には受信信号をデジタル信号として、後段の受信処理部8−5へ送出する。
受信処理部8−5は、受信I/F8−4から送出されたデジタル信号に対して信号処理を行う。受信処理部8−5が行う信号処理としては、フィルタ処理、サンプリングレート変換、ビット深度変換、指向性合成、TS変換、TVG補正などが挙げられる。この信号処理により、受信I/F8−4から送出されたデジタル信号が、画像の画素値へ変換される。
画像生成部8−6は、ソナー画像を画像評価システム8−15へ送信する。このとき、画像生成部8−6は、受信処理部8−5が生成した画素値データに基づいて、表示する画像を生成して、画像評価システム8−15へ送信する。
ここで、送波音場シミュレータ8−8と、目標物シミュレータ8−9と、受波音場シミュレータ8−10と、受波音圧統合計算部8−11とで、フーリエ領域シミュレータ8−12を構成する。フーリエ領域シミュレータ8−12は、所定の計算帯域内のある単一周波数成分に関して逐次計算を行い、最終的には帯域内の周波数成分について計算する。受波音波時間波形変換部8−13は、受波音圧統合計算部8−11から出力された帯域内の全周波数成分に関する計算結果を、逆フーリエ変換の因果律を考慮した上で時間波形に変換する。また、受波波形シミュレータシステム8−7内部の全ての計算においては、送受波器から目標物が波長に比して十分に遠く離れていること(レイリー距離の2倍以上)を前提として、遠方界計算を行うものである。実際のソナーにおいても、遠方界とみなせる距離で使用されることがほとんどである。そのため、このような仮定と近似とが可能である。なお、受波波形シミュレータシステム8−7を構成する各要素は、各々が1つのCPU、DSP、FPGA等のプロセッサ上でソフトウェア的に構築することも可能であるし、各々が互いに異なるプロセッサで構築することも可能である。フーリエ領域シミュレータ8−12は、単一のフーリエ成分に分けて、所定の帯域内の全てのフーリエ成分について計算を行う。このフーリエ領域シミュレータは、フーリエ変換領域において、送波の各々のビームステアリング角度に対して、受波器の各チャンネルの受波音圧を計算するようにループもしくは並列計算を行う。
送波音場シミュレータ8−8は、送信I/F8−3から送出された送信信号と、送波器の配置座標情報と水中音速等の物理定数とに基づいて、送波音場の遠方界を計算する。
目標物シミュレータ8−9は、送波音場シミュレータ8−8が計算した送波音場と送波器の配置座標情報と水中音速等の物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する。
受波音場シミュレータ8−10は、受波器が目標物に作り出す受波音場を計算する。受波音場シミュレータ8−10は、受波器の各点もしくは各チャンネルに、単位振動速度を与えることにより音場を計算し、それをグリーン関数の相反性を利用して受波音場の指向性関数として解釈することで受波音場を求める。
受波音圧統合計算部8−11は、目標物シミュレータ8−9の計算結果と受波音場シミュレータ8−10の計算結果とを入力し、受波器の各チャンネルが受ける音圧を統合的に計算する。受波音圧統合計算部8−11は、受波器の各チャンネルが受ける音圧計算結果を、全帯域内周波数成分について集めて整理する。実際の計算としては、受波音圧統合計算部8−11は、巨大な行列計算を行う。
受波音波時間波形変換部8−13は、フーリエ領域シミュレータ8−12から送出されたデータに基づいて、逆フーリエ変換を用いて受波音波の時間波形を計算する。
基準画像生成部8−14は、受波波形シミュレータシステム8−7内部のデータのみで生成される基準的な画像データを生成する。
画像S/N比計算評価部8−16は、画像S/N比計算評価機であり、基準画像生成部8−14が生成した基準的な画像データと、評価対象となる信号処理システム8−1が生成した画像データとを比較し、後述の定義に基づき画像のS/N比を計算評価する。
目標物9−2は、探査の対象となる目標物である。図2中では、適当な楕円体として示している。目標物9−2および海底面9−4上のサフィックスをiで表す。
目標物による海底面の陰面9−3は、目標物9−2の海底面9−4への陰面である。このほかに、目標物9−2上である点が別の点に作る陰面もあるが、図2中では割愛している。陰面については、後述の目標物シミュレータの項目で簡単に説明する。
受波器面9−5は、目標物9−2から反射してきた反射音を受信する。受波器面9−5上の点のサフィックスをkで表す。送波器面9−1と、受波器面9−5とは、同一平面上にあっても、互いに異なる平面上にあっても良い。
図3において、送波器として図14に示した送波器1−8を想定し、80×2以上のグリッドメッシュを用意し、その中の40×1チャンネル分のみに振動速度を与えるものとする。塗りつぶした部分が振動速度分布を与えた部分のイメージである。1チャンネル分を2×2グリッド以上に分割してメッシュグリッドを生成するように設定している。また、設定する振動速度分布は図16に示したChebyshev窓を仮定する。
以上の計算による、任意の点について、送波器が作る音場が計算される。
続いて、目標物シミュレータ8−9は、目標物および海底面のメッシュグリッドの各点にフィッティング近似していくことにより、目標物および海底面上における入射波の速度ポテンシャルを計算する。目標物シミュレータ8−9は、入射波の速度ポテンシャルに、反射係数を乗じることで、反射波の速度ポテンシャルを計算する。
目標物および海底面表面での反射波の速度ポテンシャルは、反射面に対する入射角度および入射媒質と反射物体との音響インピーダンスを用いて計算できる。以下、目標物上の点は・(i1)のように添字に「1」を付与し、海底面上の点については・(i2)のように添字に「2」を付与して記載するものとして、説明する。サフィックスと括弧書きとしているのは、文字の見やすさのためのみであり、下付けのサフィックスと意味の違いはない。
音源面の中心点を原点として、目標物の各点(ノード)の位置ベクトルを
すなわち、あるチャンネルに相当する領域η上の点kに対するグリーン関数は、
図5は、xyz座標系における送波(受波)面を示す図である。図5には、座標系12−2の、送波(受波)面12−1と角度φおよびθとが示されている。
(1)受音面のある1チャンネルに相当する各領域にDiracのデルタ関数、すなわち離散的には数値の1を与えて、目標物と海底面へのグリーン関数を計算する。具体的には、グリーン関数を任意の遠方点に対して計算できる多項式をフィッティングにより図5に示した角度φおよびθそれぞれについて係数情報の行列KφおよびKθを得る。行列Kは、(フィッティング次数)×(チャンネル数)の行列となる。
(2)上記(1)で求めたグリーン関数(行列KφおよびKθ)および式6の距離依存因子から、目標物と海底面の全ての点∪ΓPiへの指向性関数数値計算し、反射される速度ポテンシャルと掛け合わせる。
(3)上記(2)で計算した速度ポテンシャルを全て加え合わせて音圧に変換し、その受音チャンネルで受音する音圧とする。
以下、上記(1)〜(3)について数式を用いて説明する。グリーン関数のフィッティング係数情報について、フィッティング次数がn−1次、チャンネル数をkとすると、行列KφおよびKθは、以下のようになる。
(1)以下に示す式19の角周波数に対する行列について、式11〜式18に従い、受波音圧統合計算部8−11または受波音波時間波形変換部8−13が、受音面の各受音チャンネルで受ける音圧を計算する。なお、離散計算に当たっては、ナイキスト周波数帯域の全てを計算する必要はなく、信号を与える周波数帯域についてのみ各受音チャンネルの受ける速度ポテンシャルを計算し、信号の帯域外については全てのチャンネルの速度ポテンシャルを0とすれば良い。
(2)上記(1)の結果を逆フーリエ変換し、時間応答を計算する。
(3)上記(2)にて計算された時間応答において、非因果部分(左半分の)応答を削除し、右半分のみを実際の受波音圧波形として採用する。
以下において、サフィックスを下記の通り定義する。この定義は、上述したものと異なっている。時間列を
時間領域での音圧波形
このようにして計算された
(1)目標物存在エリアの定義:S/N比の定義に当たって、まず画像データ上で目標物の存在するエリア
(2)別条件で、計算した画像データ
(変形例)
図10に示した信号処理システム17−1が有する、送信信号生成部17−2、送信I/F17−3、受信I/F17−4、受信処理部17−5および画像生成部17−6はそれぞれ、図1に示した送信信号生成部8−2、送信I/F8−3、受信I/F8−4、受信処理部8−5および画像生成部8−6と同じものである。また、受波波形シミュレータシステム17−7が有する、フーリエ領域シミュレータ17−12および受波音波時間波形変換部17−13はそれぞれ、図1に示したフーリエ領域シミュレータ8−12および受波音波時間波形変換部8−13と同じものである。また、フーリエ領域シミュレータ17−12が有する、送波音場シミュレータ17−8、目標物シミュレータ17−9、受波音場シミュレータ17−10および受波音圧統合計算部17−11はそれぞれ、図1に示したフーリエ領域シミュレータ8−12が有する、送波音場シミュレータ8−8、目標物シミュレータ8−9、受波音場シミュレータ8−10および受波音圧統合計算部8−11と同じものである。
図10に示した画像評価システム17−15は、画像S/N比計算評価部17−16を有する。画像S/N比計算評価部17−16は、画像S/N比計算評価機であり、ある条件を用いて信号処理システム17−1が生成した基準画像17−14に基づいて、画像評価システムにて画像評価を行う。
(第2の実施の形態)
送波音場シミュレータ100は、送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する。目標物シミュレータ101は、送波音場シミュレータ100が計算した送波音場と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する。受波音場シミュレータ102は、受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する。受波音圧統合計算部103は、目標物シミュレータ101が計算した反射音場遠方界と、受波音場シミュレータ102が計算した受波音場とに基づいて、目標物への指向性関数を計算する。受波音波時間波形変換部104は、受波音圧統合計算部103が計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する。
まず、送波音場シミュレータ100が、送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する(ステップS1)。続いて、目標物シミュレータ101が、送波音場シミュレータ100が計算した送波音場と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する(ステップS2)。また、受波音場シミュレータ102が、受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する(ステップS3)。このステップS2の処理と、ステップS3の処理とは、どちらを先に行っても構わない。
続いて、受波音圧統合計算部103が、目標物シミュレータ101が計算した反射音場遠方界と、受波音場シミュレータ102が計算した受波音場とに基づいて、目標物への指向性関数を計算する(ステップS4)。受波音波時間波形変換部104が、受波音圧統合計算部103が計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する(ステップS5)。
(付記1)
送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する送波音場シミュレータと、
前記送波音場シミュレータが計算した送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する目標物シミュレータと、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する受波音場シミュレータと、
前記目標物シミュレータが計算した反射音場遠方界と、前記受波音場シミュレータが計算した受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する受波音圧統合計算部と、
前記受波音圧統合計算部が計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する受波音波時間波形変換部とを有する試験システム。
(付記2)前記受波音圧統合計算部が計算した指向性関数に基づいて、基準画像を生成する基準画像生成部と、
前記受波音波時間波形変換部が計算した受波の時間波形に基づいて生成された画像を、前記基準画像生成部が生成した基準画像に基づいて評価する画像S/N比計算評価部とを有する、付記1に記載の試験システム。
(付記3)前記画像S/N比計算評価部は、前記基準画像を基準として、前記受波音波時間波形変換部が計算した受波の時間波形に基づいて生成された画像のSN(Signal−Noise)比を計算することで評価を行う、付記2に記載の試験システム。
(付記4)前記受波音圧統合計算部は、グリーン関数を用いて前記指向性関数を計算する、付記1から3のいずれか1項に記載の試験システム。
(付記5)前記送波音場シミュレータは、フーリエ変換を用いて、前記送波音場を計算し、
前記受波音場シミュレータは、フーリエ変換を用いて、前記受波音場を計算し、
前記受波音波時間波形変換部は、逆フーリエ変換を用いて、前記受波の時間波形を計算する、付記1から4のいずれか1項に記載の試験システム。
(付記6)送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する送波音場シミュレータと、
前記送波音場シミュレータが計算した送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する目標物シミュレータと、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する受波音場シミュレータと、
前記目標物シミュレータが計算した反射音場遠方界と、前記受波音場シミュレータが計算した受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する受波音圧統合計算部と、
前記受波音圧統合計算部が計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する受波音波時間波形変換部とを有する波形シミュレータ装置。
(付記7)送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する処理と、
前記送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する処理と、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する処理と、
前記反射音場遠方界と前記受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する処理と、
前記計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する処理とを行う試験方法。
(付記8)コンピュータに、
送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する手順と、
前記送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する手順と、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する手順と、
前記反射音場遠方界と前記受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する手順と、
前記計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する手順とを実行させるためのプログラム。
8−2,17−2 送信信号生成部
8−3,17−3 送信I/F
8−4,17−4 受信I/F
8−5,17−5 受信処理部
8−6,17−6 画像生成部
8−7,17−7 受波波形シミュレータシステム
8−8,17−8,100 送波音場シミュレータ
8−9,17−9,101 目標物シミュレータ
8−10,17−10,102 受波音場シミュレータ
8−11,17−11,103 受波音圧統合計算部
8−12,17−12 フーリエ領域シミュレータ
8−13,17−13,104 受波音波時間波形変換部
8−14 基準画像生成部
8−15,17−15 画像評価システム
8−16,17−16 画像S/N比計算評価部
9−1 送波器面
9−2,14−1 目標物
9−3 目標物による海底面の陰面
9−4,14−2 海底面
9−5 受波器面
12−1 送波(受波)面
12−2 座標系
13−1 基準画像データ
13−2 基準画像目的物検知エリア
17−14 基準画像
Claims (8)
- 送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する送波音場シミュレータと、
前記送波音場シミュレータが計算した送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する目標物シミュレータと、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する受波音場シミュレータと、
前記目標物シミュレータが計算した反射音場遠方界と、前記受波音場シミュレータが計算した受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する受波音圧統合計算部と、
前記受波音圧統合計算部が計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する受波音波時間波形変換部とを有する試験システム。 - 請求項1に記載の試験システムにおいて、
前記受波音圧統合計算部が計算した指向性関数に基づいて、基準画像を生成する基準画像生成部と、
前記受波音波時間波形変換部が計算した受波の時間波形に基づいて生成された画像を、前記基準画像生成部が生成した基準画像に基づいて評価する画像S/N比計算評価部とを有する試験システム。 - 請求項2に記載の試験システムにおいて、
前記画像S/N比計算評価部は、前記基準画像を基準として、前記受波音波時間波形変換部が計算した受波の時間波形に基づいて生成された画像のSN(Signal−Noise)比を計算することで評価を行う試験システム。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の試験システムにおいて、
前記受波音圧統合計算部は、グリーン関数を用いて前記指向性関数を計算する試験システム。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の試験システムにおいて、
前記送波音場シミュレータは、フーリエ変換を用いて、前記送波音場を計算し、
前記受波音場シミュレータは、フーリエ変換を用いて、前記受波音場を計算し、
前記受波音波時間波形変換部は、逆フーリエ変換を用いて、前記受波の時間波形を計算する試験システム。 - 送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する送波音場シミュレータと、
前記送波音場シミュレータが計算した送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する目標物シミュレータと、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する受波音場シミュレータと、
前記目標物シミュレータが計算した反射音場遠方界と、前記受波音場シミュレータが計算した受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する受波音圧統合計算部と、
前記受波音圧統合計算部が計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する受波音波時間波形変換部とを有する波形シミュレータ装置。 - 送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する処理と、
前記送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する処理と、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する処理と、
前記反射音場遠方界と前記受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する処理と、
前記計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する処理とを行う試験方法。 - コンピュータに、
送信信号と送波器の配置座標と物理定数とに基づいて、送波音場を計算する手順と、
前記送波音場と前記送波器の配置座標と前記物理定数とに基づいて、目標物表面が作り出す反射音場遠方界を計算する手順と、
受波器の複数の点に対して単位振動速度を与えることで受波音場を計算する手順と、
前記反射音場遠方界と前記受波音場とに基づいて、前記目標物への指向性関数を計算する手順と、
前記計算した指向性関数に基づいて、受波の時間波形を計算する手順とを実行させるためのプログラム。
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