JP5317177B2 - 目標物探知装置及び目標物探知制御プログラム、目標物探知方法 - Google Patents
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Description
C.Prada, S. Manneville, D. Spoliansky, and M. Fink, "Docomposion of the time reversal operator: detection and selective focusing on two scatterers", J. Acoust. Soc. Am. 99, 2067-2076 (1996)
前記目標物から前方に散乱される前方散乱波を用いることにより、前記目標物を探知するものであり、
伝搬環境内に音波パルスを送波する音源と、
前記伝搬環境内に存在する物体から前方に散乱される前方散乱波を受波する領域に配置した変換器アレイと、
障害物が伝搬環境に存在する状態で前記変換器アレイが受波した参照音場での参照信号と、前記障害物に加えて目標物が伝搬環境に存在する状態で前記変換器アレイが受波した混合音場での混合信号とをベクトル加算処理することにより、前記前方散乱波の信号のみを抽出する加算処理部と、
前記加算処理部がベクトル加算処理で抽出した前記前方散乱波の信号を受取り、前記参照音場の判定にパッシブ位相共役を適用することで、音源から変換器アレイまでの伝搬環境で位相共役性が成立しているかをチェックする位相共役判定部と、
前記位相共役判定部で位相共役性が成立していると判定したことを条件として、前記前方散乱波に対してタイムリバーサル処理を施して、時間反転させた時間反転信号を生成する時間反転処理部とを含むこと特徴とする。
コンピュータに、
障害物が伝搬環境に存在する状態で変換器アレイが受波した参照音場での参照信号と、前記障害物に加えて目標物が伝搬環境に存在する状態で変換器アレイが受波した混合音場での混合信号とをベクトル加算処理することにより、前記前方散乱波の信号のみを抽出する機能と、
前記参照音場の判定にパッシブ位相共役を適用することで、音源から変換器アレイまでの伝搬環境で位相共役性が成立しているかをチェックし、位相共役性が成立していることを条件として、前記抽出した前方散乱波に対してタイムリバーサル処理を施して、時間反転させた時間反転信号を生成する機能とを実行させることを特徴とする。
前記目標物から前方に散乱される前方散乱波を用いることにより、前記目標物を探知するものであり、
伝搬環境内に音波パルスを送波し、
障害物が伝搬環境に存在する状態で前記変換器アレイが受波した参照音場での参照信号と、前記障害物に加えて目標物が伝搬環境に存在する状態で前記変換器アレイが受波した混合音場での混合信号とをベクトル加算処理することにより、前記前方散乱波の信号のみを抽出し、
前記参照音場の判定にパッシブ位相共役を適用することで、音源から変換器アレイまでの伝搬環境で位相共役性が成立しているかをチェックし、位相共役性が成立していることを条件として、前記前方散乱波に対してタイムリバーサル処理を施して、時間反転させた音波パルスを生成することを特徴とする。
文献 D. R. Dowling, “Acoustic pulse compression using passive phase-conjugate processing” J. Acoust. Soc, Am. 95, 1450-1458(1994)
(1)障害物(海山)Bが存在する浅海でのタイムリバーサル音場;
図2に示したように、障害物の一種である海山Bが存在する浅海3に、音源4と変換器アレイ5を対峙して配置する。水深は100mで海山Bの高さは海底3bから50mである。音源4から海山Bまでの距離は1km、音源4から変換器アレイ5までの距離は3kmである。深度50mの音源4から、中心周波数500Hzのトーンバースト波(音波パルス)を放射する。放射された音波パルスを変換器アレイ5の各素子5aで受波して、その受信した信号に時間反転処理を施した、いわゆるタイムリバーサル波を全素子5aから同時に放射する。放射されたタイムリバーサル波の振幅分布を図8に示す。なお、図8を含めて、以下に示す音波パルスの振幅分布を示す図において、音源4からの音波パルスの音圧が強い部分は白色で示し、音圧が弱い部分は黒色で示し、その中間強度の音圧をその強さに比例して白色に近づくように階調を付けた灰色で示してある。また、音波パルスの振幅分布を示す図では、縦軸に深度(m)、横軸に距離(km)を取っている。
次に、図2に示す海山Bが存在する浅海3中に目標物1を置き、そのときのタイムリバーサル音場を求める。探知対象である目標物1の位置は音源から1.5km、深度70mで、その材質は鉄で、その大きさは縦横2mである。この目標物1は音源4から見た場合、海山Bの陰影部にあり、従来のソーナーでは探知出来ない。この伝搬環境でのタイムリバーサル音場を図9に示す。
音源4からの進行波6と目標物1からの前方散乱波の分離については、上述した基本原理の節で述べている。この原理に基づいて、目標物1からの前方散乱波2のみのタイムリバーサル音場を求める。
前記(3)項に示した手法は複数の目標物1が存在する場合にも有効である。海山Bのない平坦な伝搬環境3中に、二つの目標物1a、1bを鉛直に配置する。目標物1a,1bの距離は音源4から1.5kmで、一方の目標物1aの深度は40m、他方の目標物1bの深度は60mである。前記(3)項に示した進行波6を消去する方法で作成したタイムリバーサル音場を図11に示す。
前記(4)項において、前記(3)項に示した手法は複数の目標物1が存在する場合にも有効であることが証明された。しかしながら、目標物1の配置によっては、進行波6以外に目標としない物体Mからの前方散乱波の影響を受けるため、音波パルスの振幅分布が不明確になる場合もある。
すなわち音場計算部11は、時間反転処理部8からの時間反転させた音波パルスを受取り、その音波パルスのタイムリバーサル音場を式(3)に基づいて計算する(図5のステップ103)。
式(3)において、Gω,t,zはそれぞれ、グリーン関数,時間,深度である。rは変換器アレイ5から計算点までの距離を示す。Sr(ω)は変換器アレイ5から送波される音波パルスの周波数スペクトル、ωは角周波数である。
2 前方散乱波
3 伝搬環境
4 音源
5 変換器アレイ
7 加算処理部
8 時間反転処理部
9 音場計算部
10 音響定数部
11 音場計算部
12 目標物判定部
S1 参照信号
S2 混合信号
Claims (6)
- 伝搬環境内に存在する目標物を探知する目標物探知装置であって、
前記目標物から前方に散乱される前方散乱波を用いることにより、前記目標物を探知するものであり、
正位相の音波パルスを参照音場の伝搬環境に送波し、前記正位相の音波パルスと逆位相関係の音波パルスを混合音場の伝搬環境に送波する音源と、
前記伝搬環境内に存在する物体から前方に散乱される前方散乱波を受波する領域に配置した変換器アレイと、
障害物が伝搬環境に存在する状態で前記変換器アレイが受波した参照音場での参照信号と、前記障害物に加えて目標物が伝搬環境に存在する状態で前記変換器アレイが受波した混合音場での混合信号とをベクトル加算処理することにより、前記前方散乱波の信号のみを抽出する加算処理部と、
前記加算処理部がベクトル加算処理で抽出した前記前方散乱波の信号を受取り、前記参照音場の判定にパッシブ位相共役を適用することで、音源から変換器アレイまでの伝搬環境で位相共役性が成立しているかをチェックする位相共役判定部と、
前記位相共役判定部で位相共役性が成立していると判定したことを条件として、前記前方散乱波に対してタイムリバーサル処理を施して、時間反転させた時間反転信号を生成する時間反転処理部とを含むことを特徴とする目標物探知装置。 - 前記変換器アレイから放射されるタイムリバーサル音場の計算に必要な音響定数を生成する音響定数生成部と、
前記時間反転処理部が生成した時間反転信号と、前記音響定数生成部が生成した音響定数とに基づいて、前記時間反転信号の音波パルスを放射した際のタイムリバーサル音場を計算する音場計算部と、
前記音場計算部が計算した前記タイムリバーサル音場における音波パルスの振幅分布から目標物を判別する目標物判別部とを有する請求項1に記載の目標物探知装置。 - 伝搬環境内に存在する目標物の探知を制御する目標物探知制御プログラムであって、
前記目標物から前方に散乱される前方散乱波を用い、正位相の音波パルスを参照音場の伝搬環境に送波し、前記正位相の音波パルスと逆位相関係の音波パルスを混合音場の伝搬環境に送波することにより前記目標物を探知する際に、
コンピュータに、
障害物が伝搬環境に存在する状態で変換器アレイが受波した参照音場での参照信号と、前記障害物に加えて目標物が伝搬環境に存在する状態で変換器アレイが受波した混合音場での混合信号とをベクトル加算処理することにより、前記前方散乱波の信号のみを抽出する機能と、
前記参照音場の判定にパッシブ位相共役を適用することで、音源から変換器アレイまでの伝搬環境で位相共役性が成立しているかをチェックし、位相共役性が成立していることを条件として、前記抽出した前方散乱波に対してタイムリバーサル処理を施して、時間反転させた時間反転信号を生成する機能とを実行させることを特徴とする目標物探知制御プログラム。 - 前記コンピュータに、
前記変換器アレイから放射されるタイムリバーサル音場の計算に必要な音響定数を生成する機能と、
前記時間反転信号と、前記音響定数とに基づいて、前記時間反転信号の音波パルスを放射した際のタイムリバーサル音場を計算する機能と、
前記タイムリバーサル音場における音波パルスの振幅分布から目標物を判別する機能とを実行させる請求項3に記載の目標物探知制御プログラム。 - 伝搬環境内に存在する目標物を探知する目標物探知方法であって、
前記目標物から前方に散乱される前方散乱波を用いることにより、前記目標物を探知するものであり、
正位相の音波パルスを参照音場の伝搬環境に送波し、前記正位相の音波パルスと逆位相関係の音波パルスを混合音場の伝搬環境に送波し、
障害物が伝搬環境に存在する状態で前記変換器アレイが受波した参照音場での参照信号と、前記障害物に加えて目標物が伝搬環境に存在する状態で前記変換器アレイが受波した混合音場での混合信号とをベクトル加算処理することにより、前記前方散乱波の信号のみを抽出し、
前記参照音場の判定にパッシブ位相共役を適用することで、音源から変換器アレイまでの伝搬環境で位相共役性が成立しているかをチェックし、位相共役性が成立していることを条件として、前記前方散乱波に対してタイムリバーサル処理を施して、時間反転させた音波パルスを生成することを特徴とする目標物探知方法。 - 前記変換器アレイから放射されるタイムリバーサル音場の計算に必要な音響定数を生成し、
前記時間反転信号と、前記音響定数とに基づいて、前記時間反転信号の音波パルスを放射した際のタイムリバーサル音場を計算し、
前記タイムリバーサル音場における音波パルスの振幅分布から目標物を判別する請求項5に記載の目標物探知方法。
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