JPS6296878A - 音波伝搬シミュレーション方法 - Google Patents
音波伝搬シミュレーション方法Info
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- JPS6296878A JPS6296878A JP60236451A JP23645185A JPS6296878A JP S6296878 A JPS6296878 A JP S6296878A JP 60236451 A JP60236451 A JP 60236451A JP 23645185 A JP23645185 A JP 23645185A JP S6296878 A JPS6296878 A JP S6296878A
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Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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、水中の音波伝搬特性を解析する音波伝搬シミ
ュレーション方式に関し、特に音線理論に基づいたンミ
ュレーション方式に関するものである。
ュレーション方式に関し、特に音線理論に基づいたンミ
ュレーション方式に関するものである。
(従来の技術)
従来のこの種の技術は、「成層媒体内の波動」(L、M
、Brekhovskikh著、 rWaves in
LayeredMadla J第2版、 Acade
mic Press (米国)発行。
、Brekhovskikh著、 rWaves in
LayeredMadla J第2版、 Acade
mic Press (米国)発行。
第192−199頁)、及び(日本音響学会講演論文集
、56[10)(昭和56年10月)。
、56[10)(昭和56年10月)。
1−6−15.尾崎俊二著、「低周波カットオフ効果の
音線理論への一導入法」2頁535)に記載されている
。
音線理論への一導入法」2頁535)に記載されている
。
ソーナー等の海洋音響機器の性能は、その運用現場の海
洋環境により、大きく変化する。したがって、機器の効
果的運用のために、海洋中の音波伝搬特性を把握するこ
とは重要であり、種々の音波伝搬モデルが開発されてい
る。
洋環境により、大きく変化する。したがって、機器の効
果的運用のために、海洋中の音波伝搬特性を把握するこ
とは重要であり、種々の音波伝搬モデルが開発されてい
る。
音線モデルもその1つである。角周波数ωの単位強度の
無指向性点音源による音場は、媒質特性が水平方向に変
化しなり場合、多重経路の累積和として次式のように表
わされる。
無指向性点音源による音場は、媒質特性が水平方向に変
化しなり場合、多重経路の累積和として次式のように表
わされる。
X
^ G
で
ここで、座標系として円筒座標系(r、φ、z)を用い
、音源直上の海面を原点として、2軸を深さ方向にとっ
ている。音源位置は(o、o、zS)。
、音源直上の海面を原点として、2軸を深さ方向にとっ
ている。音源位置は(o、o、zS)。
受波器位置は(r 、 o 、 z、 )とした。nは
音線が経路の最下点(海底または下側の転回点)を通過
する回数、νは音線のタイプ(音源から上下いずれの方
向に放射されるか、受波点に上下いずれの方向から到来
するかによシ定まる)を表わすパラメータであシ、ωλ
は波数の水平成分を表わす。またr鵠hλ)は音線の最
上点(海面または上側の転回点)および最下点での境界
条件に関係する関数であシ、F(1′)(z8;λs
ω) ) ”2’(zR;λ、ω)は音場の深度変化に
関係する関数である。以下ではλを音線パラメータと呼
ぶことにする。
音線が経路の最下点(海底または下側の転回点)を通過
する回数、νは音線のタイプ(音源から上下いずれの方
向に放射されるか、受波点に上下いずれの方向から到来
するかによシ定まる)を表わすパラメータであシ、ωλ
は波数の水平成分を表わす。またr鵠hλ)は音線の最
上点(海面または上側の転回点)および最下点での境界
条件に関係する関数であシ、F(1′)(z8;λs
ω) ) ”2’(zR;λ、ω)は音場の深度変化に
関係する関数である。以下ではλを音線パラメータと呼
ぶことにする。
F(1″)(zR;λ、ω)、FI2&′)(zll;
λ、ω)はともに、次の方程式を満足する。
λ、ω)はともに、次の方程式を満足する。
82F(z;λ、 9))/az2+J(c−2(z)
−λ:1F(Z;λ、(7))=0ここでc(z)は媒
質中の音速分布である。
−λ:1F(Z;λ、(7))=0ここでc(z)は媒
質中の音速分布である。
(3)式を解き、関数F(z ;λ、ω)を求めるのは
かなり複雑であり、音速プロファイルの形によっては解
析群が得られない場合がある。そのため従来は、簡単な
近似手法として、次のWKBの1次近似の形がよく用い
られている。
かなり複雑であり、音速プロファイルの形によっては解
析群が得られない場合がある。そのため従来は、簡単な
近似手法として、次のWKBの1次近似の形がよく用い
られている。
F±(z;λ、ω)= Cc (z)−λ2)−1′4
exp(土用(z、、z;λ)〕(4u ここで陥は基準深度であ)、通常は音線の最上点深度が
とられる。位相項の復号は−が上向き、十が下向きの波
を表わす。
exp(土用(z、、z;λ)〕(4u ここで陥は基準深度であ)、通常は音線の最上点深度が
とられる。位相項の復号は−が上向き、十が下向きの波
を表わす。
(2)式中のF♀> 、 rayゝはνの値によりF−
、F+のいずれかの形をとる。たとえば音線のタイプν
を第3図にn = 1の例で示すように シー1:音源から下向きに出て、受波点に下から到来す
る。
、F+のいずれかの形をとる。たとえば音線のタイプν
を第3図にn = 1の例で示すように シー1:音源から下向きに出て、受波点に下から到来す
る。
シー2:音源から下向きに出て、受波点に上から到来す
る。
る。
シ=3:音源から上向きに出て、受渡点に下から到来す
る。
る。
ν=4=音源から上向きに出て、受波点に上から到来す
る。
る。
というように定義すると、FClv)F(2′)はν=
1〜4について、それぞれ次のように表わされる。
1〜4について、それぞれ次のように表わされる。
ここで
である。また、
h (z s s Z R;λ、ω)=f(zs;λ、
ω) f (z n ;λ、ω)(8)であシ、f(z
;λ、ω)はF±(z:λ、ω)の振幅項を表わす。
ω) f (z n ;λ、ω)(8)であシ、f(z
;λ、ω)はF±(z:λ、ω)の振幅項を表わす。
(6)式を(2)式に代入すると、
が得られる。(9)式の積分は一般に解析的に解くこと
はできず、通常はλをサウンド・チャネルに対応した区
間に分割して区間ととに停留位相近似や数値積分などを
用いて計算される。その際、λの適当な間隔のサンプル
値に対応した音線の計算が必要になる。
はできず、通常はλをサウンド・チャネルに対応した区
間に分割して区間ととに停留位相近似や数値積分などを
用いて計算される。その際、λの適当な間隔のサンプル
値に対応した音線の計算が必要になる。
(発明が解決しようとする問題点)
しかしF(I′′) 、 F(2′)を(4)式で近似
することは、次の2つの問題点を持っている。
することは、次の2つの問題点を持っている。
1) (4)式の右辺第1項はλ→c−’(z)とす
ると無限大になシ、g+算できなくなる。またλ= c
”−’(z)の近傍で近似精度が急速に悪くなる。
ると無限大になシ、g+算できなくなる。またλ= c
”−’(z)の近傍で近似精度が急速に悪くなる。
2) Fオ(z;λ、ω)の振幅の周波数依存性が(
4)式の近似では失われてしまう。
4)式の近似では失われてしまう。
したがって、周波数カットオフ効果等も表わすことがで
きない。
きない。
従来の音線モデルでは、この問題を次のようにして逃が
れていた。
れていた。
1)λ= c−’(z)の近傍の微小範囲のλについて
は音線計算を行わない。
は音線計算を行わない。
2)周波数カットオフ効果の補正を個々の音線につき行
う。
う。
しかし、この方法でもλ−c−’(z)の近傍での精度
の劣化は解消されず、さらに、λ−c−’(z)の近傍
の微小範囲を計算しないことで音場の一部が計算されな
いという別の誤差を生むことになる。また、カットオフ
効果の補正値は音速プロファイルc(z)とω、λとの
関係だけで決まシ、音源や受波点深度に対する依存性は
表わせないという問題があった。
の劣化は解消されず、さらに、λ−c−’(z)の近傍
の微小範囲を計算しないことで音場の一部が計算されな
いという別の誤差を生むことになる。また、カットオフ
効果の補正値は音速プロファイルc(z)とω、λとの
関係だけで決まシ、音源や受波点深度に対する依存性は
表わせないという問題があった。
この発明は、以上述べた転回点近傍で計算不能が生じた
シ、近似誤差が拡大したシする問題点、および周波数カ
ットオフ効果等音場の周波数依存性を十分に表わせない
という問題点を除去し、簡単な処理で高い精度が実現で
きる実用的な音波伝搬シミュレーション方式を提供する
ことを目的とする。
シ、近似誤差が拡大したシする問題点、および周波数カ
ットオフ効果等音場の周波数依存性を十分に表わせない
という問題点を除去し、簡単な処理で高い精度が実現で
きる実用的な音波伝搬シミュレーション方式を提供する
ことを目的とする。
(問題点を解決するための手段)
前記目的を達成するための本発明の特徴は、不均質な媒
質中の音波伝搬現象をシミュレートする音線理論に基づ
く音波伝搬シミュレーション方式において、深度関数計
算手段により、音線パラメータのサンプル値に対応した
深度関数の振幅値を、転回点から音源および受波点深度
までの位相積分値の低次関数の積として算出し、深度関
数計算手段によって得られた周波数依存性を有する深度
関数の振幅値に従って音場計算を行う音波伝搬シミュレ
ーション方式にある。
質中の音波伝搬現象をシミュレートする音線理論に基づ
く音波伝搬シミュレーション方式において、深度関数計
算手段により、音線パラメータのサンプル値に対応した
深度関数の振幅値を、転回点から音源および受波点深度
までの位相積分値の低次関数の積として算出し、深度関
数計算手段によって得られた周波数依存性を有する深度
関数の振幅値に従って音場計算を行う音波伝搬シミュレ
ーション方式にある。
(作用)
入力データ及び初期設定値に従って発生する音線パラメ
ータに従って、基本経路及び深度関数が計算され、これ
らの出力を入力として音場計算手段によシ音鳩のシミュ
レーションが行なわれる。
ータに従って、基本経路及び深度関数が計算され、これ
らの出力を入力として音場計算手段によシ音鳩のシミュ
レーションが行なわれる。
深度関数計算手段は、音線ノjラメータのサンプル値に
対応した深度関数の振幅値を、転回点から音源及び受波
点深度までの位相積分値の低次関数の積として算出し、
この結果の周波数依存性を有する深度関数の振幅値に従
って音場計算手段が音場計算を行なう。深度関数は転回
点付近でも発散したり不定になることのない安定な精度
のよい関数で近似される。
対応した深度関数の振幅値を、転回点から音源及び受波
点深度までの位相積分値の低次関数の積として算出し、
この結果の周波数依存性を有する深度関数の振幅値に従
って音場計算手段が音場計算を行なう。深度関数は転回
点付近でも発散したり不定になることのない安定な精度
のよい関数で近似される。
(発明の原理)
まず、本発明の詳細な説明する。(4)式による近似は
位相については転回点の近傍でも十分な精度が保たれて
いるので、振幅項について、精度を改善することを考え
る。音源または受波点が上側の転回点の近傍にある場合
を例にとシ説明する。
位相については転回点の近傍でも十分な精度が保たれて
いるので、振幅項について、精度を改善することを考え
る。音源または受波点が上側の転回点の近傍にある場合
を例にとシ説明する。
転回点陥の近傍で音速が
c−2(z)=c;2(1−2g(z−Zu)/(!Q
) CLOの形で近似できるものとする。ここでc
−o=λ である。このとき、次の置き換え a3=−2gω2/C♂ 、 η=−a(z−z)
αカを行うと、(3)式は次のAt ryの方程式に書
き改められる。
) CLOの形で近似できるものとする。ここでc
−o=λ である。このとき、次の置き換え a3=−2gω2/C♂ 、 η=−a(z−z)
αカを行うと、(3)式は次のAt ryの方程式に書
き改められる。
a2v7a y)2−17F = O(A(4)式に対
応する(イ)式の解はAi ry関数を用いて、次の形
で与えられる。
応する(イ)式の解はAi ry関数を用いて、次の形
で与えられる。
Fth(z ;λ、GJ) =(πω/a)v[:Bi
(η)±1At(1):I Q1位相は(4)式の位
相項で近似できるものとし、振幅項のみを考えると、振
幅は次式のように表わすことができる。
(η)±1At(1):I Q1位相は(4)式の位
相項で近似できるものとし、振幅項のみを考えると、振
幅は次式のように表わすことができる。
f(z;λ、ω)=(πω/a)1/2〔B12(η)
+A?(η):11/2 α力ここで、a、ηを別の
形で表わすことを考える。
+A?(η):11/2 α力ここで、a、ηを別の
形で表わすことを考える。
00式を(5)式に代入すると、
したがって、αめ、(ト)式より、次式を得る。
また、α0,09式から
・=・〔・−2(・)−λ2)”/(−η)17 α
力が得られる。09式をα◆式に代入すると、f(z;
λ、ω)=π”(V/[” l!−2(Z)−λ2刀’
CBt2(η)−hAイ(η))IAα→ を得る。
力が得られる。09式をα◆式に代入すると、f(z;
λ、ω)=π”(V/[” l!−2(Z)−λ2刀’
CBt2(η)−hAイ(η))IAα→ を得る。
01式は、ηを介して角周波数ωの関数となっておシ、
また(c (Z)−λ2)−1/4の項の転回点付近
での増大は、(−η)174の項によシ相殺されて、従
来の方法の問題点は基本的に解消される。また、ηを0
9式の形で与えたことにより、音速分布が01式からは
ずれた部分でも用いることができる。しかし、α枠穴の
振幅項中の(−η/I:c−2(z)−λ2))1/a
の部分はλ=c−’(z)とすると不定になってしまう
ため、別の形で表現することが必要である。これは09
式を01式に代入すると容易に得られる。
また(c (Z)−λ2)−1/4の項の転回点付近
での増大は、(−η)174の項によシ相殺されて、従
来の方法の問題点は基本的に解消される。また、ηを0
9式の形で与えたことにより、音速分布が01式からは
ずれた部分でも用いることができる。しかし、α枠穴の
振幅項中の(−η/I:c−2(z)−λ2))1/a
の部分はλ=c−’(z)とすると不定になってしまう
ため、別の形で表現することが必要である。これは09
式を01式に代入すると容易に得られる。
したがって、ηの値によって、α枠、(至)式を使い分
けるようにすれば、関数F±(z;λ)を精度よく求め
ることができ、それを(2)式に代入することによって
音場を高精度でシミュレートすることができる。
けるようにすれば、関数F±(z;λ)を精度よく求め
ることができ、それを(2)式に代入することによって
音場を高精度でシミュレートすることができる。
ここで01式の計算をさらに簡略化することを考える。
次式の形におく。
f(z;λ、ω)=p(η)(c−2(z)−λ2)−
174゜そうするとp(η)は次のように表わされる。
174゜そうするとp(η)は次のように表わされる。
p(η)=+r”(−η)v4(Bi2(17)+At
2(+7))” Hpをηでなく次の位相積分値 2 3、/! 勾 ζ=ωQ(−2z;λ)=i(−η) の関数としてプロットすると第4図のようになる。
2(+7))” Hpをηでなく次の位相積分値 2 3、/! 勾 ζ=ωQ(−2z;λ)=i(−η) の関数としてプロットすると第4図のようになる。
第4図かられかるようにp(ζ)はこの非常に滑らかな
関数になっており、この値が大きくなると1に漸近して
いく。すなわち、α枠式は(4)式の振幅項に漸近する
。pをζでなくηの関数と考えても、同様のことが言え
る。したがって、p(ζ)またはp(η)を簡単な関数
形で近似しておけば、(イ)式により高精度のf(z;
λ、ω)を容易に計算することができる。
関数になっており、この値が大きくなると1に漸近して
いく。すなわち、α枠式は(4)式の振幅項に漸近する
。pをζでなくηの関数と考えても、同様のことが言え
る。したがって、p(ζ)またはp(η)を簡単な関数
形で近似しておけば、(イ)式により高精度のf(z;
λ、ω)を容易に計算することができる。
一方、(至)式は音速プロファイルが次式c””(z)
= 、−2(1−2gj(z−zj)/cj’l t
2・≦2≦zj+1 * j =1 、・・・、N
(至)コ の形で表わされている場合には、さらに簡単になる。転
回点がj層内(J≦zu≦zj+、)にある場合を考え
る。(至)式を2で微分し整理すると、3 (ハ) ac(z)/az=gje3(z)/cj(ハ)式にz
=z、を代入すると、次式を得る。
= 、−2(1−2gj(z−zj)/cj’l t
2・≦2≦zj+1 * j =1 、・・・、N
(至)コ の形で表わされている場合には、さらに簡単になる。転
回点がj層内(J≦zu≦zj+、)にある場合を考え
る。(至)式を2で微分し整理すると、3 (ハ) ac(z)/az=gje3(z)/cj(ハ)式にz
=z、を代入すると、次式を得る。
g=ae(−)/aZ=gj(Cjλ) (ハ)(
イ)式をα1式に代入すると、2がj層内にある場合に
は、 となることがわかる。
イ)式をα1式に代入すると、2がj層内にある場合に
は、 となることがわかる。
(ハ)式中のCB、2(η)十A、’(η)−+1/2
の項はηまたはこの極めて滑らかな関数となり、1次式
等の低次式で十分近似できる。したがって、(2)式は
各層ごとにζ(またはη)の低次式として近似できるこ
とになる。
の項はηまたはこの極めて滑らかな関数となり、1次式
等の低次式で十分近似できる。したがって、(2)式は
各層ごとにζ(またはη)の低次式として近似できるこ
とになる。
したがって、深度2が転回点深度陥と同じ層内にある場
合には、振幅項として(ハ)式を用い、異なった層内に
ある場合にはα枠式を用いることにすれば、簡単な計算
で精度のよい深度関数値を得ることができる。
合には、振幅項として(ハ)式を用い、異なった層内に
ある場合にはα枠式を用いることにすれば、簡単な計算
で精度のよい深度関数値を得ることができる。
音源または受波器深度2が下側の転回点深度2゜の近く
にある場合にも、同様の方法で精度のよい深度関数値が
得られる。この場合、ζおよびη&1次のようになる。
にある場合にも、同様の方法で精度のよい深度関数値が
得られる。この場合、ζおよびη&1次のようになる。
ζ=ωQ(z、z、1;λ)=ω(Q(zu、z、;λ
) Q(zIJ、z;λ)〕(社) (ハ) (実施例) 次に本発明の実施例について説明する。第1図は、本発
明の詳細な説明図である。図において1は環境条件、角
周波数等のデータの入力端子、2は前記入力端子1から
の入力データに基づき音速プロファイル、音波の減衰係
数、海面・海底損失等を設定する初期設定手段、3は前
記初期設定手段2から送られる音速プロファイルおよび
音源/受波器深度情報に基づき、音場計算に用いる音線
パラメータλのサンプル値を発生させる音線ノやラメー
タ発生手段、4は前記初期設定手段2から送られる音速
プロファイル、音源/受波器深度情報、および前記音線
ノクラメータ発生手段3から送られる音線パラメータλ
に基づき、音線の基本経路に関する量を算出する基本経
路計算手段、5は前記初期設定手段2から送られる音源
および受波器深度情報および角周波数情報、および前記
基本経路計算手段4から送られるλ 、転回点の層番号
、およびQ(zu、zs;λ)、Q(z、、zB;λ)
s Q (z、−2,;λ)の値から、深度関数の振
幅を算出する深度関数計算手段、6は前記初期設定手段
2から送られる角周波数ω、音波の減衰係数、海面・海
底損失、前記音線パラメータ発生手段3から送られる音
線i4ラメータλ、前記基本経路計算手段4から送られ
る基本経路に関する種々の量、および前記深度関数計算
手段5から送られる深度関数の振幅を用い、音場を計算
する音場計算手段、7は前記音場計算手段6で得られた
音場計算結果を出力する出力端子である。
) Q(zIJ、z;λ)〕(社) (ハ) (実施例) 次に本発明の実施例について説明する。第1図は、本発
明の詳細な説明図である。図において1は環境条件、角
周波数等のデータの入力端子、2は前記入力端子1から
の入力データに基づき音速プロファイル、音波の減衰係
数、海面・海底損失等を設定する初期設定手段、3は前
記初期設定手段2から送られる音速プロファイルおよび
音源/受波器深度情報に基づき、音場計算に用いる音線
パラメータλのサンプル値を発生させる音線ノやラメー
タ発生手段、4は前記初期設定手段2から送られる音速
プロファイル、音源/受波器深度情報、および前記音線
ノクラメータ発生手段3から送られる音線パラメータλ
に基づき、音線の基本経路に関する量を算出する基本経
路計算手段、5は前記初期設定手段2から送られる音源
および受波器深度情報および角周波数情報、および前記
基本経路計算手段4から送られるλ 、転回点の層番号
、およびQ(zu、zs;λ)、Q(z、、zB;λ)
s Q (z、−2,;λ)の値から、深度関数の振
幅を算出する深度関数計算手段、6は前記初期設定手段
2から送られる角周波数ω、音波の減衰係数、海面・海
底損失、前記音線パラメータ発生手段3から送られる音
線i4ラメータλ、前記基本経路計算手段4から送られ
る基本経路に関する種々の量、および前記深度関数計算
手段5から送られる深度関数の振幅を用い、音場を計算
する音場計算手段、7は前記音場計算手段6で得られた
音場計算結果を出力する出力端子である。
この装置の動作原理を説明する。初期設定手段2は、入
力端子1から環境条件等の計算条件が入力されると、音
速プロファイルに関数近似を施し。
力端子1から環境条件等の計算条件が入力されると、音
速プロファイルに関数近似を施し。
(ハ)式の右辺の
の計算を行う。また、角周波数ωの音波の海面・海底損
失特性、減衰係数を算出する。さらに、音源、受波器深
度の音速es p cnおよび層番号j8゜JRを決定
する。初期設定手段2は、これらの計算を終えると、音
速foファイルと音源/受波器深度情報を音線パラメー
タ発生手段3、および基本経路計算手段4に、音源、受
波点の音速の逆2乗cstcm および層番号js
t jaを基本経路計算手段4および深度関数計算手段
5に、角周波数ωを深度関数計算手段5および音場計算
手段6に、そして、音波の減衰係数、海面・海底損失等
を音場計算手段6に送る。
失特性、減衰係数を算出する。さらに、音源、受波器深
度の音速es p cnおよび層番号j8゜JRを決定
する。初期設定手段2は、これらの計算を終えると、音
速foファイルと音源/受波器深度情報を音線パラメー
タ発生手段3、および基本経路計算手段4に、音源、受
波点の音速の逆2乗cstcm および層番号js
t jaを基本経路計算手段4および深度関数計算手段
5に、角周波数ωを深度関数計算手段5および音場計算
手段6に、そして、音波の減衰係数、海面・海底損失等
を音場計算手段6に送る。
音線グラメータ発生手段3では、初期設定手段2から送
られた音速プロファイル、および音源、受波器深度に基
づき、適当な個数の音線ノ4ラメータλのサンプル値λ
、、l=1.・・・2Mを決定し、基本経路計算手段4
および音場計算手段6に送る。
られた音速プロファイル、および音源、受波器深度に基
づき、適当な個数の音線ノ4ラメータλのサンプル値λ
、、l=1.・・・2Mを決定し、基本経路計算手段4
および音場計算手段6に送る。
基本経路計算手段4では、初期設定手段2から音速プロ
ファイルと音源、受波器深度情報を、そして音線パラメ
ータ発生手段3から音線ノ4ラメータλ、 、 1=1
、・・・9Mを送られると、t=1からMまで順に、
次の処理を行う。
ファイルと音源、受波器深度情報を、そして音線パラメ
ータ発生手段3から音線ノ4ラメータλ、 、 1=1
、・・・9Mを送られると、t=1からMまで順に、
次の処理を行う。
1)音線の最上端陥、および最下端2.が含まれる層番
号jua J6を求める。
号jua J6を求める。
2)音線の3つの基本経路に関する種々の量の計算を行
う。
う。
3つの基本経路の例としては、
a)音線の最上点陥から音源深度z3まで、b)音線の
最上点陥から受波点深度ZRまで、C)音線の最上点z
uから最下点2.までの3つがある。この3つの基本経
路のそれぞれについて、次の3つの量、 a)水平距離 r(λ1) b)水平距離rのλによる微分値 ar/θλ1よC)
(5)式のQ(−2z: λi)を求めておけば、
音源深度と受波深度とを結ぶ、音源パラメータλiの任
意の音線に関する量は、これらの量の線形結合として表
わすことができる。
最上点陥から受波点深度ZRまで、C)音線の最上点z
uから最下点2.までの3つがある。この3つの基本経
路のそれぞれについて、次の3つの量、 a)水平距離 r(λ1) b)水平距離rのλによる微分値 ar/θλ1よC)
(5)式のQ(−2z: λi)を求めておけば、
音源深度と受波深度とを結ぶ、音源パラメータλiの任
意の音線に関する量は、これらの量の線形結合として表
わすことができる。
3)基本経路に関する計算結果のすべての量を音場計算
手段6に送るとともに、jup j、1 eλ2Nおよ
びQについての計算結果を深度関数計算手段5に転送す
る。
手段6に送るとともに、jup j、1 eλ2Nおよ
びQについての計算結果を深度関数計算手段5に転送す
る。
深度関数計算手段5では初期設定手段2から送られた音
源受波点深度情報、角周波数情報、および基本経路計算
手段4から送られたjup j、1 tλ2.。
源受波点深度情報、角周波数情報、および基本経路計算
手段4から送られたjup j、1 tλ2.。
およびQ(z、、zs、λ1)IQ(Zu、ZII;λ
、 ) 、 Q(Z、。
、 ) 、 Q(Z、。
zd:λi)を用いて、音源および受波点深度における
この値を求め、α→または(ハ)式および(8)式を用
いてh (Z8# ZR;λ4.ω)を計算する。計算
を終えると、深度関数計算手段5はh (z s y
z n sλ1.ω)の値を音場計算手段6に送る。
この値を求め、α→または(ハ)式および(8)式を用
いてh (Z8# ZR;λ4.ω)を計算する。計算
を終えると、深度関数計算手段5はh (z s y
z n sλ1.ω)の値を音場計算手段6に送る。
音場計算手段6は、初期設定手段2から送られた角周波
数、海面・海底反射特性、および減衰係数、音線パラメ
ータ発生手段3から送られた音線パラメータのサンプル
値λ、、1==l、・・・w M y 基本経路計算手
段4から送られた基本経路に関する前記の種々の量、お
よび深度関数計算手段5から送られた深度関数h (z
B g ZR;λ1.ω) s l = 1 p・・・
2Mを用いて、(1) 1 (2)式によシ音場の計算
を行う。計算結果は、出力端子7から出力される。
数、海面・海底反射特性、および減衰係数、音線パラメ
ータ発生手段3から送られた音線パラメータのサンプル
値λ、、1==l、・・・w M y 基本経路計算手
段4から送られた基本経路に関する前記の種々の量、お
よび深度関数計算手段5から送られた深度関数h (z
B g ZR;λ1.ω) s l = 1 p・・・
2Mを用いて、(1) 1 (2)式によシ音場の計算
を行う。計算結果は、出力端子7から出力される。
次に、前記深度関数計算手段5の実施例として09式お
よびに)式をそれぞれ次式のように近似した場合の実施
例について説明する。
よびに)式をそれぞれ次式のように近似した場合の実施
例について説明する。
p(ζ)=α2+β、ζ、ζに≦ζ≦ζに+1.に=1
.・・・、K(ト) 0■ ただし、ζに+、=■とする。
.・・・、K(ト) 0■ ただし、ζに+、=■とする。
第2図は深度関数計算手段5の実施例の説明図である。
図において、8は前記初期設定手段2からの入力端子、
9は前記基本経路計算手段4からの入力端子、10,1
1,12,13はそれぞれ角周波数ω、音源/受波点深
度の層番号、音源/受波点深度における音速の逆数の2
乗、および一式のaj、j=1.・・・、Nを格納する
レジスタ、14.15,16.17はそれぞれ、λ、、
Qs=Q (陥t za ”λ)およびQR=Q(zu
、zR;λ) t Qc=Q(zu#zd”λ)、およ
びjn2 j、1の値を格納するレジスタ、18,21
,23,29は加算器、19は比較器、20,28,3
1,33は乗算器、22は入力された値の一1/4乗を
求めるベキ乗器、24はこの値等によって振幅の計算に
用いる近似式を選択する近似関数判定器、25,26,
27は、それぞれζ、、に=1.・・・K、β、、に=
o、・・・。
9は前記基本経路計算手段4からの入力端子、10,1
1,12,13はそれぞれ角周波数ω、音源/受波点深
度の層番号、音源/受波点深度における音速の逆数の2
乗、および一式のaj、j=1.・・・、Nを格納する
レジスタ、14.15,16.17はそれぞれ、λ、、
Qs=Q (陥t za ”λ)およびQR=Q(zu
、zR;λ) t Qc=Q(zu#zd”λ)、およ
びjn2 j、1の値を格納するレジスタ、18,21
,23,29は加算器、19は比較器、20,28,3
1,33は乗算器、22は入力された値の一1/4乗を
求めるベキ乗器、24はこの値等によって振幅の計算に
用いる近似式を選択する近似関数判定器、25,26,
27は、それぞれζ、、に=1.・・・K、β、、に=
o、・・・。
K、α、、、に=1.・・・、にの値を格納しておくレ
ジスタ、30はa、および〔c(z)−λ2〕−一の値
を格コ 納しておくレジスタ、32は振幅関数値f (z s
;λ。
ジスタ、30はa、および〔c(z)−λ2〕−一の値
を格コ 納しておくレジスタ、32は振幅関数値f (z s
;λ。
ω)およびf (z n ;λ、ω)を格納するレジス
タ、そして34は結果の出力端子である。
タ、そして34は結果の出力端子である。
この装置の動作原理を説明する。まず、レジスタ群25
には、(1)式によるp(ζ)の曲線補間の境界値を、
またレジスタ群26.27には、それぞれ(1)式の補
間関数値の係数を格納しておく。入力端子8から入力さ
れたω、jllおよびjn t Cs およびc−2
ajs、ajBの情報はそれぞれレジスタ(群)t 10.11,12,13に格納される。入力端子9から
、λ1.Q8およびQR2Q9.juおよびjdの情報
を受けると、それぞれの値が、レジスタ(群)14.1
5,16,17に格納される。レジスタ15内のC8と
レジスター6内のQ。とは加算器18に送られ、Qo−
Q、が作り出されて、比較器19に送られる。比較器1
9は、加算器18から値が送られてくると、レジスター
5の内容Q、と比較し、小さい方の値を乗算器2oに送
り出すとともに、Q8≦Qc−Q、の場合はレジスター
7がらjuを、またQ、>Qc−C8の場合はレジスタ
ー7からj、をか算器23に送る。一方、レジスター1
の内容j8により、レジスタ群13から、j8番目の内
容a jaが選び出されてレジスタ30に格納される。
には、(1)式によるp(ζ)の曲線補間の境界値を、
またレジスタ群26.27には、それぞれ(1)式の補
間関数値の係数を格納しておく。入力端子8から入力さ
れたω、jllおよびjn t Cs およびc−2
ajs、ajBの情報はそれぞれレジスタ(群)t 10.11,12,13に格納される。入力端子9から
、λ1.Q8およびQR2Q9.juおよびjdの情報
を受けると、それぞれの値が、レジスタ(群)14.1
5,16,17に格納される。レジスタ15内のC8と
レジスター6内のQ。とは加算器18に送られ、Qo−
Q、が作り出されて、比較器19に送られる。比較器1
9は、加算器18から値が送られてくると、レジスター
5の内容Q、と比較し、小さい方の値を乗算器2oに送
り出すとともに、Q8≦Qc−Q、の場合はレジスター
7がらjuを、またQ、>Qc−C8の場合はレジスタ
ー7からj、をか算器23に送る。一方、レジスター1
の内容j8により、レジスタ群13から、j8番目の内
容a jaが選び出されてレジスタ30に格納される。
また加算器21はレジスター2および14から、それぞ
れC3およびλ、を読み出してC8−λ1 を作り出し
、ベキ乗器22に送る。ベキ乗器22は加算器21から
送られた情報を一一乗し、レジスタ30に格納する。
れC3およびλ、を読み出してC8−λ1 を作り出し
、ベキ乗器22に送る。ベキ乗器22は加算器21から
送られた情報を一一乗し、レジスタ30に格納する。
乗算器20は比較器19から送られたQの最小値にレジ
スター0の内容ωを乗じてζを作シ、近似関数判定器2
4、および乗算器28に送る。加算器23はレジスター
1および17から送られた内容の差をとシ、その結果を
近似関数判定器24に送る。近似関数判定器24は次の
基準に基づいてレジスタ群26.27およびレジスタ3
oの内容を選び出し、それぞれ乗算器28、加算器29
および乗算器31に送る。
スター0の内容ωを乗じてζを作シ、近似関数判定器2
4、および乗算器28に送る。加算器23はレジスター
1および17から送られた内容の差をとシ、その結果を
近似関数判定器24に送る。近似関数判定器24は次の
基準に基づいてレジスタ群26.27およびレジスタ3
oの内容を選び出し、それぞれ乗算器28、加算器29
および乗算器31に送る。
1)ζ≧ζ2の場合、レジスタ群26の中から、β2を
、またレジスタ群27からα□を選び出し、また、レジ
スタ30から、(C8−2−λ、′)−一を選び出して
それぞれ乗算器28、加算器29および乗算器31に送
る。
、またレジスタ群27からα□を選び出し、また、レジ
スタ30から、(C8−2−λ、′)−一を選び出して
それぞれ乗算器28、加算器29および乗算器31に送
る。
・ 2)ζくζ、でかつ加算器23から送られてくる
内容がOの場合には、レジスタ群26からβ。を、レジ
スタ群27からαを、そして、レジスタ30からa j
sを選び出して、それぞれ乗算器28、加算器29、お
よび乗算器31に送る。
内容がOの場合には、レジスタ群26からβ。を、レジ
スタ群27からαを、そして、レジスタ30からa j
sを選び出して、それぞれ乗算器28、加算器29、お
よび乗算器31に送る。
3)ζくC2でかつ加算器23から送られてくる内容が
O以外の場合には、ζ□≦ζ≦ζい、を満足するを選び
出して、それぞれ乗算器28、加算器29、および乗算
器31に送る。
O以外の場合には、ζ□≦ζ≦ζい、を満足するを選び
出して、それぞれ乗算器28、加算器29、および乗算
器31に送る。
乗算器28は乗算器2oから送られた内容にレジスタ群
26から送られた内容を乗じてβ、ζを作シ。
26から送られた内容を乗じてβ、ζを作シ。
加算器29に送る。加算器29では、乗算器28から送
られた内容β□ζに、レジスタ27から送られたα□を
加え、(α2+β、ζ)を作って、乗算器31に送る。
られた内容β□ζに、レジスタ27から送られたα□を
加え、(α2+β、ζ)を作って、乗算器31に送る。
乗算器31は、加算器29から送られた内容に、レジス
タ30から送られた内容〔ajtたは(C8−2−λ、
2 )−1/4 :lを乗じ、f s ”” f (
Z s tλ、ω)を作シ出してレジスタ32に送る。
タ30から送られた内容〔ajtたは(C8−2−λ、
2 )−1/4 :lを乗じ、f s ”” f (
Z s tλ、ω)を作シ出してレジスタ32に送る。
レジスタ32にf8が送られると、音源深度に関する計
算が終了し、次は受波深度についての計算に移る。レジ
スタ11,12、および15は内容がそれぞれ1つずつ
シフトされ、音源に関する量と受波点に関する量とが入
れ替えられる。以下音源について行ったと同様の処理手
順によシf、=f (zn ;λ、ω)が計算されて、
結果がレジスタ32に送られてくる。レジスタ32は内
容が1つシフトされ、fl]とfRとが並ぶことになる
。乗算器33はレジスタ32にf、とfRの両方がそろ
うと、両者の積をとり、その結果h (’LB I Z
R;λ、ω)を出力端子34から出力して音場計算手段
6に送る。
算が終了し、次は受波深度についての計算に移る。レジ
スタ11,12、および15は内容がそれぞれ1つずつ
シフトされ、音源に関する量と受波点に関する量とが入
れ替えられる。以下音源について行ったと同様の処理手
順によシf、=f (zn ;λ、ω)が計算されて、
結果がレジスタ32に送られてくる。レジスタ32は内
容が1つシフトされ、fl]とfRとが並ぶことになる
。乗算器33はレジスタ32にf、とfRの両方がそろ
うと、両者の積をとり、その結果h (’LB I Z
R;λ、ω)を出力端子34から出力して音場計算手段
6に送る。
(発明の効果)
以上説明したように、本発明では深度関数を、転回点付
近でも発散したシネ定になることのない安定した精度の
よい関数で近似しているので、従来の方式の持つ、転回
点近傍で精度が悪くなる、周波数カットオフ効果を表わ
すことができない等の問題点を除くことができ適用周波
数範囲を大幅に拡大することができる。
近でも発散したシネ定になることのない安定した精度の
よい関数で近似しているので、従来の方式の持つ、転回
点近傍で精度が悪くなる、周波数カットオフ効果を表わ
すことができない等の問題点を除くことができ適用周波
数範囲を大幅に拡大することができる。
また、深度関数の近似を非常に簡単な処理にょシ実現し
ているので、従来の方式に比べて処理時間の増加はほと
んどなく、ソーナーの運用現場での性能評価等、実時間
性を要求されるシステムにも利用することができる。
ているので、従来の方式に比べて処理時間の増加はほと
んどなく、ソーナーの運用現場での性能評価等、実時間
性を要求されるシステムにも利用することができる。
第1図は本発明の実施例を示すプロ、り図、第2図は深
度関数計算手段の実施例の説明図、第3図は音線の”4
つのタイプを示す説明図、第4図は関数p(ζ)の振舞
を示す説明図である。 1.8.9・・・入力端子、2・・・初期設定手段、3
・・・音線・ぐラメータ発生手段、4・・・基本経路計
算手段、5・・・深度関数計算手段、6・・・音場計算
手段、7.34・・・出力端子、10,13,14,1
6゜17.25,2.6,27,30・・・レジスタ(
群)、11.12,15.32・・・シフト・レジスタ
、18.21,23,29・・・加算器、19・・・比
較器、20.28,31,33・・・乗算器、22・・
・ベキ乗器、24・・・近似関数判定器◎ 沖電気工業株式会社 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − 海底 音線の説明図 @3図
度関数計算手段の実施例の説明図、第3図は音線の”4
つのタイプを示す説明図、第4図は関数p(ζ)の振舞
を示す説明図である。 1.8.9・・・入力端子、2・・・初期設定手段、3
・・・音線・ぐラメータ発生手段、4・・・基本経路計
算手段、5・・・深度関数計算手段、6・・・音場計算
手段、7.34・・・出力端子、10,13,14,1
6゜17.25,2.6,27,30・・・レジスタ(
群)、11.12,15.32・・・シフト・レジスタ
、18.21,23,29・・・加算器、19・・・比
較器、20.28,31,33・・・乗算器、22・・
・ベキ乗器、24・・・近似関数判定器◎ 沖電気工業株式会社 特許出願代理人 弁理士 山 本 恵 − 海底 音線の説明図 @3図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 不均質な媒質中の音波伝搬現象をシミュレートする音線
理論に基づく音波伝搬シミュレーション方式において、 深度関数計算手段により、音線パラメータのサンプル値
に対応した深度関数の振幅値を、転回点から音源および
受波点深度までの位相積分値の低次関数の積として算出
し、 深度関数計算手段によって得られた周波数依存性を有す
る深度関数の振幅値に従って音場計算を行うことを特徴
とする音波伝搬シミュレーション方式。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60236451A JPS6296878A (ja) | 1985-10-24 | 1985-10-24 | 音波伝搬シミュレーション方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP60236451A JPS6296878A (ja) | 1985-10-24 | 1985-10-24 | 音波伝搬シミュレーション方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6296878A true JPS6296878A (ja) | 1987-05-06 |
JPH052193B2 JPH052193B2 (ja) | 1993-01-11 |
Family
ID=17000940
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60236451A Granted JPS6296878A (ja) | 1985-10-24 | 1985-10-24 | 音波伝搬シミュレーション方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6296878A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106600808A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-04-26 | 深圳市倍量电子有限公司 | 硬币鉴别方法及其装置 |
CN107870034A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-04-03 | 宁波大学科学技术学院 | 一种基于相位差的水声声速测量方法 |
-
1985
- 1985-10-24 JP JP60236451A patent/JPS6296878A/ja active Granted
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106600808A (zh) * | 2016-12-09 | 2017-04-26 | 深圳市倍量电子有限公司 | 硬币鉴别方法及其装置 |
CN106600808B (zh) * | 2016-12-09 | 2022-12-02 | 深圳市倍量电子有限公司 | 硬币鉴别方法及其装置 |
CN107870034A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-04-03 | 宁波大学科学技术学院 | 一种基于相位差的水声声速测量方法 |
CN107870034B (zh) * | 2017-10-24 | 2019-12-24 | 宁波大学科学技术学院 | 一种基于相位差的水声声速测量方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH052193B2 (ja) | 1993-01-11 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |