JPS61218971A - 指向性ソノブイ信号の復調回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水（海）中音響探知装置に用いられ、水（海
）中に投下した指向性ソノブイからの変調信号を受信し
、この変調信号を復調した結果から水（海）中に存在す
る目標の方位を探知する指向性ソノブイ信号の復調回路
に関する。

〔従来の技術〕

まず、一般的な指向性ソノブイシステムでの変復調と方
位検知方法について記述する。

第３図に指向性ソノブイの変ｖ４原理を示す０図中、１
６はオムニ受波器、１７はコザイ／受波器。

１８はナイン受波器、１９はてい倍トランス、２０は９
０’位相回路、２１は発振回路、２２及び２３は乗算回
路、２４は周波数てい倍回路、２５は混合回路を示す。

ツノブイの零度軸に対して角度θをなす方位θから入射
する目標信号Ａ（ｔ）とするとオムニ受波器１６の出力
でわるオムニ信号６９は、 （オムニ信号６９　）　＝　Ａ（ｔ）　　　　　　−（
１）となる。

コサイン受波器１７は、方位θについてソノブイの零度
軸に対してｃｏｓａの指向性を有しておシ、方位ｄから
入射する目標信号Ａ　（ｔ）に対してコサイン受波器１
７が出力するコサイン受波着出カフ０は。

（コサイン受波着出カフ０）＝べｔ）・ＣｏＳａ−（２
）となる。

サイン受波器１８は、方位θについてソノブイの零度軸
に対してＳｉｎθの指向性を有しておシ、方位θから入
射する目標信号Ａ　（ｔ）　Ｋ対してサイン受波器１８
が出力するサイン受波缶出カフ１は、（ｆ′イン受受波
出出カフ１　）−Ａｃｔ）−８ｉｎ　Ｉ　　−（３）と
なる。

発振回路２１は、正弦波信号７２としてＣＯ８／ス１９
によりて周波数てい倍されるとともに、位相情報として
ソノブイの零度軸の磁方位φが加えられてコサイン搬送
波７３となる。従ってコサイン搬送波７３は、 （コサイン搬送波７３　）＝ＣＯ８（ｗｔ＋９０’十φ
）〜（４）となる。

コサイン搬送波信号７３は、９０°位相シフト回路２０
によって位相を変えられて、次の（５）弐に示すサイン
搬送波７４となる。

（サイン搬送波７４）閣ＣｏＳ（ｗｔ＋１８０＠十φ）
　−（５）乗算回路２２及び２３ではコサイン受波着出
カフ０とコサイン搬送波７３及びサイン受波缶出カフ１
とナイン搬送り！、７４を乗算して、それぞれ次の（６
）、（方式に示すコサイン信号７５及びナイン信号７６
奢出力する。

（コサイン信号７５）＝べｔ）−ＣｏＳａ、ＣＯＣ０８
（＋９０°十φ）（サイン信号７６）＝Ａ（ｔ）　　Ｓ
ｉｎθＣＯＣ０８（＋１８０°十φ）発振回路２１はま
た、次の（８）弐に示す周波数パイロット７７を出力す
る。

（Ｊ”Ｉ　波数ハイ”　ｙ　）　７７　）　＋Ｐ　ＣＯ
８（ｉ　ｔ＋’）　　　（３）ここでＰ及びｒは定数で
おる。ただしｒは個々のソノブイで値が異なる０周波数
パイロット７７は周波数てい倍回路２４で２倍の周波数
にてい倍されて、次の（９）式に示す位相パイロット７
８となる。

（位相パイロット７８）＝Ｐ　　ＣＯ８ｖｒｔ　　　−
（９）混合回路５１は、オムニ信号６９、コサイン信号
７５、サイン信号７６、位相パイロット７８及び周波数
パイロット７７を混合して、次のＣ１式に示す複合信号
５１を出力する。

一〇ｌ ０１式に含まれるコサイン信号７５とサイン信号７６は
目標信号の方位０を含むためにディレクシ璽ナルバンド
と呼ばれ、三角関数の公式によ）合成されて下式となる
。

一一αυ この式においてＡ　（ｔ）は通常は帯域を持った信号で
あるために複合信号５１のスペクトルは第４図の様にな
る。

この複合信号５１は、無線周波数に変調されて伝送され
、受信側すなわち水中音響探知装置側で検波されて、複
合信号５１にもどされる。

第５図に、複合信号５１の復調原理を示す０図中２６は
位相パイロット再生回路、２７及び２８は乗算回路、２
９ないし３１は直流阻止形の低域通過フィルタ、３２及
び３３は２倍増幅回路である。

位相パイロット再生回路２６は、複合信号５１に含まれ
ている位相パイロット成分Ｐ　Ｃ０８ｗｔを抽出し、そ
の振幅を正規化し、位相を９０−回して次の０３式に示
すナイン再生パイロット７９を、また位相を１８０°回
して次の峙式に示すコサイン再生パイロット８０を出力
する。

（サイン再生パイロ２ドア９）−−８ｉｎ（ｗｔ＋ｅ）
−Ｏ３（ｘｔイン再生バ（Ｏｙ）８０）−−ＣＯ８（ｗ
ｔ＋ｃ）　　　Ｏ３このＣ４，６１式で、Ｃは位相パイ
ロット再生回路の位相再生誤差である。直流阻止形の低
域通過フィルター２９ないし３１は第４図におけるオム
ニ成分のみを通過させる特性のものとする。

従って低域通過フィルタ２９からのオムニ復調信号８１
には、αυ弐に示す複合信号５１中の人（１）のみが出
力され、オムニ復調信号８１は下式となる。

（オムニ復調信号８１）−べｔ）　　　　　　　　−Ｃ
１４）乗算回路２７の出力信号８２としては、（出力信
号８２）＝（複合信号５１）Ｘ（サイン再生パイロット
７９）＝（ＡＣｔト−４１）Ｓ　ｉ　ｎ　（ｗｔ＋θ→
−φ）＋Ｐ　　ｃｏｓ　　ｗｔ＋Ｐ　　ｃｏｓ（’ｔ＋
ｒ））（−８ｉｎ（ｗｔ＋ｅ）ｊ ｗ　−Ｓｉｎ　ｗｔ＋ｅ　＋Ａ［ｔ）Ｓｉｎ（ｗｔ＋６
十φ）Ｓｉｎ（ｗｔ＋ｅ） −Ｐ　ｃｏｓ　Ｗｔ　　Ｓｉｎ　ｗｔ十ｅ）−Ｐ　ｃｏ
ｓ手二県５竺ツーαＳ が得られる。　（１５弐において下線を付した項線すべ
て後段の直流阻止形低域通過フィルタ３０で除去される
ので省略するとαり式は、下式となる。

（出力信号８２　）　＝Ａ（ｔ）Ｂｉｎ（ｗｔ＋θ＋φ
）Ｓｉｎ（ｗｔ十ｅ）出力信号８２は、低域通過フィル
タ３ｏによって、式Ｉ′中の下線の成分を除去されて信
号８４となシ、２倍増幅回路３２で２倍に増幅されて下
式のＮ５（ｌ調信号８６となる。

（ＮＳ復調信号８６　）　＝Ａ（ｔ）Ｓ　ｉｎ　（ｗｔ
＋θ十φ−Ｃ）　　αの乗算回路２８の出力信号８３と
しては、（出力信号８３）−（複合信号５１）Ｘ（コサ
イン再生パイ０７トＢ　□　）　−（Ａ（ｔ）−Ａ、［
ｔ）Ｓ　ｉｎ　（ｗｔ＋Ｑ＋φ）＋Ｐ　００８　ｗｔ＋
Ｐ　Ｃ０８ （￥ｔ　＋ｒ月（−Ｃ０８（ｗｔ＋ｅ）Ｊ＝−−Ａ（ｔ
）Ｃｏｓ　（ｗｔ＋ｅ）−會＝Ｊへ１（重）！ｉｉｎ（
ｗｔ十〇十φ）Ｃｏｓ（ｗｔ＋ｅ） が得られる。　（１’７）式において下線を付した項は
すべて後段の直流阻止形低域通過フィルター３１で除去
されるので省略するとα９式は下式となる。

（出力信号８３　）　＝　Ｍ、ｔｆ３　ｉｎ　（ｗｔ＋
θ＋φ）Ｃｏｓ（ｗｔ＋ｅ）出力信号８３は、低域通過
フィルタ３１によって輝げの下線部分を除去されて信号
８５となシ、２倍増幅回路で２倍に増幅されて下式のＥ
Ｗ［ｌｉｉ信号８７となる。

（ＥＷ復調信号８７）−４す５ｉｎ（θ十←ｅ＞　　−
ａｓ位相再生誤差Ｃがゼロの場合の各後論信号８１゜８
６および８７とそれぞれの指向性パター７’ｋｍＧ図（
ａ）〜（Ｃ）に示す、８６図（ａ）に示すオムニ指向性
パターンは全力位に対してｌ、第６図（ｂ）および（Ｃ
）それぞれに示すＮＳ指向性パターン及びＥＷ指向性パ
ターンは、ンノプイの零度軸の磁方位φとンノブイの零
度軸に対する目標信号の方位θの和すなわち目標信号の
磁方位（θ＋φ）に対してコサイン及びサインの指向性
を持つ０図中の＋・−はその象限から到来する目標信号
人（１）に対して復調後の出力がオムニ復調信号８１と
同相（ト）になるか逆相θになるかを示している。

水中音響探知装置ではＮＳ復調信号８６とオムニ復調信
号８１が同相（→か逆相（ハ）か及びＥＷ復調信号８７
とオムニ復調信号８１が同相（ト）か逆相０かから、目
標方位（θ＋φ）の象限を決定し、更にＮ３復詞信号８
６とＥＷ復調信号８７のレベルの比からアークタンジェ
ント計算を行なって、次の（１９式よシ目標方位を検知
する。

位相パイロット再生回路に位相再生誤差Ｃがある場合は
水中音響探知装置での方位計算結果は、（目標方位）　
＝　ｔａｎ−＋Ｗ となシ、位相再生誤差Ｃが直接に目標方位の誤差となる
。この様に、位相パイロット再生回路２６は指向性ソノ
ブイ信号の復調回路の性能、ひいては水中音響探知装置
の方位精度を決定する重要な部分である。

第７図は、従来の指向性ソノブイ信号の復調回路の位相
パイロット再生回路でおり、３４は帯域通過フィルタ、
３５は周波数てい倍回路、３６は位相シフト回路、３７
及び３８はコンパレータ回路、３９は位相比較回路、４
０は低域通過フィルタ、４１は増幅回路、４２は９０”
シフト回路、４３は反転増幅回路である。帯域通フィル
ター３４は、複合信号５１の中から周波数パイロット８
８のみを選択して出力する０周波数てい倍回路３５は、
この出力の周波数を２倍にするとともに振幅を正規化し
て内部パイロット８９を出力する。

（内部パイロット８９　）＝ＣＯ８（ｗｔ＋δ＞　　　
−ＣＯここでδは、複合信号５１に含まれる位相パイロ
ット７８と内部パイロット８９の位相差である。

位相シフト回路３６は内部パイロット８９０位相を制御
電圧９０に従りて遅らせたシ進めたりする。

位相シフト回路３６からの位相シフト回路出力９１はコ
ンパレータ回路３８で正負いずれであるかを示す２値信
号であるコンパレータ回路出力９２に変換されて位相比
較回路３９０入力となる。

一方、複合信号５１もコンパレータ回路３７で正負いず
れであるかを示す２値信号であるコンパレータ回路出力
９３に変換されて位相比較回路３９つ入力となる０位相
比較回路３・９はこれら２人力の間の位相差に和尚する
位相比較出力９４を出力する。コンパレータ回路出力９
３には位相パイロット７８以外の成分も含まれるために
位相比較出力９４にはそれらの影響による変動があるの
で、低域通過フィルタ４０でそれを除去する。その結果
位相差δに比例し、た位相差電圧９５が得られる。

この電圧は増幅回路４１で増幅されて制御電圧９０にな
る。制御電圧９０は位相差δを減少させる極性になって
おり、その結果位相差が少なくなる方向に帰還がかかる
。結極位相シフト回路出力９１は （位相シフト回路出力９１）＝ＣＯ８（Ｗｔ十Ｃ）　　
ｅのとなる。この出力は９０”位相シフト回路４２で位
相シフトされて、αり式に示したサイン再生パイロット
７９となるとともに、反転増幅回路４３で反転されてα
濠式に示したコサイン再生パイロット８０となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の指向性ソノブイ信号の復調回路の位相パ
イロット再生回路は位相差Ｃを検出して帰還をかける閉
ループ方式であシ、閉ループの利得すなわち位相差を検
出しそれを修正する方向に帰還をかける系の利得を大き
くすれば、いくらでも位相差Ｃを少さくする事ができる
はずであるが、閉ループの利得を上げると誘導等の雑音
の影響を受けやすくなって再生されたパイロットの位相
にジッタが生じたう発振したシするという弊害が生じる
。

このために、従来の回路では位相再生誤差の少ない高精
度の位相パイロット再生ができないという欠点がわった
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の位相パイロット再生回路は、指向性ソノブイの
複合信号Ｅｆすれる周波数パイロットを周波数てい倍し
＝Ｃ第１の内部パイロット信号を得る手段と、この第１
の内部パイロット信号と９０゜位相の異なる第２の内部
パイロット信号を得る手段と、前記第１および第２の内
部パイロット信号それぞれを前記複合信号に乗じて低域
通過フィルタを通すことによって前記複合信号に含まれ
る前記位相パイロットと前記第１または第２の内部パイ
ロットの位相差の正弦及び余弦を計算する手段と、この
位相差の正弦及び余弦を前記Ｍｌｉた。は第２の内部パ
イロットに乗じて加減算し前記位相パイロットと位相の
等しいバ・ｆロットを再生する手段とを含んで構成され
る。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の位相パーイロット再生回路
を示すものである。帯域通過フィルタ１５は、複合信号
５１から周波数パイロットを抽出して帯域通過フィルタ
出力６６として出力する。これは周波数てい倍回路１６
で２倍の周波数にされて下式の内部コサインパイロット
６７となる。

（内部コサインパイロット６７）−ＣＯ８（ｗｔ＋δ）
　−ぐの内部コサインパイロット６７は、９００シフト
回路１７で位相をシフトされ下式の内部サインパイロッ
ト６８となる。

（内部サイン７９０ツト６８）四Ｓｉｎ（ｗｔ＋δ）　
　−■◇ここでδは、複合信号５１に含まれる位相パイ
ロットと内部パイロットの位相差である０乗算回路１及
び２は、複合信号５１に内部コサインパイロット６７ま
たは内部サインパイロット６８を乗算して下式に示す乗
算出力５２及び５３として出力する。

乗算出力５２譚Ｐ　ＣＯ８ｗｔ＠ＣＯＣ０８（＋δ）乗
算出力５３−Ｐ　ＣＯ８ｗｔｅ８ｉｎ（ｗｔ＋δ）式（
へ）及びＱの中で下線を付加した成分は交流成分である
ため後段の低域通過フィルタ３．４で除去され、フィル
タ出力５４．５５には、直流成分−ＣＯＳδ及び”　５
ｉｎＪが出力される。なお、式（ハ）及硫（６）におい
ては、複合信号中の位相ノくイロット以外の成分は乗算
出力で交流成分しか持たず、後段のフィルタで除去され
るので省略しである。ブイルタ出力５４．５５は増幅回
路５及び６でＰ倍に増幅されて正規化されたＣＯ８δ信
号５６及びＳｉｎδ信号５７になる。

乗算回路７．８及び減算回路１１はＣＯ８δ信号５６．
８ｉｎＪ信号５７、内部コサインパイロット６７及び内
部ティ／パイロット６８０間で下式に示す計算を行なっ
て減算回路出力６２として出力する。

（減算回路出力６２）−（内部サインパイロット６８）
（ＣＯＳδ信号５６）−（内部コサインパイロット６７
）（Ｓｉｎδ信号５７） ａｓｇｓｉｎ（ｗｔ＋すｃｏｓδ−Ｃｏｄ（ｗｔ＋δ）
Ｓｉｎδｍｓｉｎ（ｗｔ＋δ−リ＝Ｓ　Ｉ　ｎ　、ｗ　
ｔ　　　−＠同様に乗算回路９，１０及び加算回路１２
はｃｏｓａ信号５５　Ｓｉｎδ信号５７、内部コサイン
パイロット６７及び内部サインパイロット６８の関で下
式に示す計算を行なって加算回路出力６３として出力す
る。

（加算回路出力６３）＝（内部コサインノ９０ッ）６７
）’（ＣＯＳδ信号５６）＋（内部サインパイロット６
８）（Ｓｉｎδ信号５７） −ＣＯ８（ｗｔ十δ）ＣＯＳＪ十Ｓｉｎ（ｗｔ十δ）Ｓ
ｉｎδ＝ＣＯ８（ｗｔ十δ−δ）＝ＣＯ８ｗｔ　　　−
（２０減算回路出力６２及び加算回路出力６３は反転増
幅回路１３及び１４で反転されて下式のサイン再生パイ
ロット６４及びコサイン再生パイロット６５になる。

（サイン再生〕何ロット６４）＝　−８ｉｎ　ｗｔ　　
−Ｑ９）（コサイン再生パイロット６　Ｓ　）　＝　　
−ＣＯ８ｗｔ　−Ｇｑ）第２図は、本発明の第２の実施
例の位相パイロット再生回路であり、サイン再生パイロ
ット６４を出力する系統は第１図を同じでちるが、コサ
イン再生パイロット６５を出力する系統は、第１図にお
ける乗算回路９．１０及び加算回路１２及び反転増幅回
路１４を除去し、かわシに９０°位相シフト回路１５を
設けて、第１図における減算回路出力６２を９０°位相
シフトしてＧＯ）弐に示すコサイン再生パイロット６５
を求めるものである。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明の指向性ツノブイ信号の復調回
Ｎｒは１位相パイロットと周波数の等しい内部パイロッ
トを発生し、それと位相パイロットの位相差を算出し、
この位相差と内部パイロットから計算によって位相パイ
ロットと位相の等しい信号を合成する開ループ方式であ
シ、計算回路の精度を向上させれば再生位相パイロット
の位相誤差管いくらでも小さくする事ができ、高精度に
指向性ンノプイ信号を復調できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のブロック図、第２図は
本発明の第２の実施例のブロック図、第３図は一般的な
指向性ンノプイの変ｖ４原理を示すブロック図、第４図
は第３図に示す複合信号５１のスペクトル図、第５図は
複合信号５１の一般的な復調原理を示すブロック図、第
６図（ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ第５図に示す各復調信号
８１．８６および８７の指向性パターンを示す模式図、
第７図は従来の指向性ツノブイ信号の復調回路の位相パ
イロット再生回路である。 １、２．７．８．９．１０．２２．２３．２７．２８・
・・・・・乗算回路、３．４．２９．３０．３１．４０
・・・・・・低域通過フィルタ、５，６・・−・・・２
／Ｐ倍増幅回路、１１・・・・・・減算回路、１２・・
・・・・加算回路、１３．１４．４３・・・・・・反転
増幅回路、１５．３４・・・・・・帯域通過フィルタ、
１６．２６３５・・・・・・周波数てい倍回路、１７．
１５゜２０、４２・・・・・・９０°位相シフト回路、
１６・・・・・・オムニ受波器、１７・・・・・・コサ
イン受波器、１８・・・・・・サイン受波器、１９・・
・・・・てい倍ト２ンス、２１・・・・・・発振回路、
２５・・・・・・混合回路、２６・・・・・・位相パイ
ロット再生回路、３２，３３・・・・・・２倍増幅回路
、３７．３８・・・・・・コンパレータ回路、３６・・
・・・・位相シフト回路、３９・・・・・・位相比較回
路、４１・・・・・・増幅回路、５１・・・・・・複合
信号、５２．５３．８２．８３・・・・・・乗算出力、
５４．５５・・・・・・フィルタ出力、５６・・・・・
・ＣＯ８δ信号、５７・・・・・・Ｓｉｎδ信号、６２
・・・・・・減算回路出力、６３・・・・・・加算回路
出力、６４・・・・・・サイン再生パイロット、６５・
・・・・・コサイン再生パイロット、６６・・・・・・
帯域通過フィルタ出力、６７・川・・内部コサインパイ
ロット、６８・・・・・・内部サインパイロット、６９
・・・・・・オムニ信号％　７０・・・・・・コサイン
受波器出力、７１・・・・・・サイン受波器出力、７２
・・・・・・正弦波信号、７３・・・・・・コサイン搬
送波、７４・・・・・・サイン搬送波、７５・・・・・
・コサイン信号、７６・・・・・・サイン信号、７７．
８８・・・・・・周波数パイロット、７８・・・・・・
位相パイロット、７９・・・・・・サイン再生パイロッ
ト、８０・・・・・・コサイン再生パイロット、８１・
・・・・・オムニ復調信号、８４，８５・・・・・・低
域通過フィルタ出力、８６・・・・・・ＮＳ復調信号、
８７・・・・・・ＥＷ復調信号、８９・・・・・・内部
パイロット、９０・・・・・・制御電圧、９１・・・・
・・位相シフト回路出力、９２．９３・・・・・・コン
パレータ回路出力、９４・・・・・・位相比較出力、９
５・・・・・・位相差電圧・４．正 ’ｔ−柾 Ｘ？も、Ｌ斌 慮北 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 指向性ソノブイの複合信号に含まれる周波数パイロット
   を周波数てい倍して第１の内部パイロット信号を得る手
   段と、この第１の内部パイロット信号と９０°位相の異
   なる第２の内部パイロット信号を得る手段と、前記第１
   および第２の内部パイロット信号それぞれを前記復号信
   号に乗じて低域通過フィルタを通すことによって前記複
   合信号に含まれる前記位相パイロットと前記第１または
   第２の内部パイロットの位相差の正弦及び余弦を計算す
   る手段と、この位相差の正弦及び余弦を前記第１または
   第２の内部パイロットに乗じて加減算し前記位相パイロ
   ットと位相の等しいパイロットを再生する手段とを含む
   事を特徴とする指向性ソノブイ信号の復調回路。