JP5704327B2 - Horizontal distance calculation system and horizontal distance calculation method for calculating horizontal distance to underwater object - Google Patents
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Description
この発明は、水平距離算出システム及び水平距離算出方法に係り、とくに、海洋内に音波を放射し、水中物体からの反響音を受信して、音源から水中物体までの水平距離を算出する水平距離算出システム及び水平距離算出方法に関する。 The present invention relates to a horizontal distance calculation system and a horizontal distance calculation method, and in particular, a horizontal distance that radiates sound waves into the ocean, receives reverberation from an underwater object, and calculates a horizontal distance from the sound source to the underwater object. The present invention relates to a calculation system and a horizontal distance calculation method.
従来より、海洋内に音波を放射し、水中物体(水中目標物)からの反響音を受信することによって、海洋内に潜在する水中物体を捜索するソナーシステムとして、音波の屈折の大きい音波伝搬を利用して音源から水中物体までの音波伝搬時間を測定し、この音波伝搬時間に基づいて、音源から水中物体までの水平距離を算出する水平距離算出システムが広く知られている。 Conventionally, as a sonar system that searches for underwater objects in the ocean by radiating sound waves into the ocean and receiving echoes from underwater objects (underwater targets) A horizontal distance calculation system that measures a sound wave propagation time from a sound source to an underwater object and calculates a horizontal distance from the sound source to the water object based on the sound wave propagation time is widely known.
上述の水平距離算出システムでは、一般的に、次述の算出システムによって水中物体までの水平距離を求めている。すなわち、予め音波が放射される水中深度における水温を測定しておき、この測定結果に基づいて、海洋における音速の算出式を示すLeroyの式等を用いて、次の式(1)によって所定の水中深度における音速c[m/s]を求める。 In the horizontal distance calculation system described above, the horizontal distance to the underwater object is generally obtained by the following calculation system. That is, the water temperature at the depth of water in which sound waves are radiated is measured in advance, and based on this measurement result, the following equation (1) is used to obtain a predetermined A sound speed c [m / s] at a depth in water is obtained.
c[m/s]
=1493.0+3(θ−10)−0.006(θ−10)2−0.04(θ−18)2+1.2(S−35)−0.01(θ−18)(S−35)+D/61.0 (1)
ただし、θは水温[℃]、Sは塩分濃度[ppt]、Dは深度[m]である。
c [m / s]
= 1493.0 + 3 (θ-10) −0.006 (θ−10) 2 −0.04 (θ−18) 2 +1.2 (S−35) −0.01 (θ−18) (S−35) ) + D / 61.0 (1)
However, (theta) is water temperature [degreeC], S is salt concentration [ppt], D is depth [m].
そして、求められた音速c[m/sec]を距離算出時の設定音速Vs[m/sec]とする。すなわち、c[m/sec]=Vs[m/sec]とする。 Then, the obtained sound speed c [m / sec] is set as the sound speed Vs [m / sec] set when calculating the distance. That is, c [m / sec] = Vs [m / sec].
次に、水中物体までの音波伝搬時間T[sec]を計測し、式(2)のように、設定音速Vs[m/s]と音波伝搬時間T[sec]とを乗算して、水中物体までの水平距離R[m/s]を算出する。 Next, the sound wave propagation time T [sec] to the underwater object is measured, and the set sound speed Vs [m / s] and the sound wave propagation time T [sec] are multiplied as shown in Expression (2) to obtain the underwater object. The horizontal distance R [m / s] is calculated.
R[m/s]=Vs[m/s]×T[sec] (2) R [m / s] = Vs [m / s] × T [sec] (2)
上述の水中物体までの水平距離の算出システムでは、一定の音波放射深度における音速で音源から水中物体まで音波が伝搬すると仮定して、音源から水中物体までの音波伝搬時間によって水中物体までの水平距離R[m/s]を算出している。すなわち、音波は音源から水中物体まで等速で水平に伝搬すると仮定して、水中物体までの水平距離R[m/s]を算出している。しかしながら、水中における実際の音波は、水温や水中深度などによって音線(音波伝搬経路)の屈折度合や音速が変化しながら、音源から水中物体まで伝搬する。 In the above-mentioned system for calculating the horizontal distance to an underwater object, it is assumed that the sound wave propagates from the sound source to the underwater object at a sound velocity at a constant sound radiation depth, and the horizontal distance to the underwater object is determined by the sound wave propagation time from the sound source to the underwater object. R [m / s] is calculated. That is, the horizontal distance R [m / s] to the underwater object is calculated on the assumption that the sound wave propagates horizontally from the sound source to the underwater object at a constant speed. However, the actual sound wave in water propagates from the sound source to the underwater object while the refraction degree and sound speed of the sound ray (sound wave propagation path) vary depending on the water temperature, the water depth, and the like.
図7及び図8を参照して、水中における音波の複雑な伝搬状況について説明する。なお、図7は、水中における典型的な音速プロファイルを示す図であり、横軸は音速、縦軸は水深を示している。また、図8は、図7に示す典型的な音速プロファイルによって発生する音波の水中における伝搬経路を示す図であり、横軸は距離、縦軸は水深を示している。 With reference to FIG.7 and FIG.8, the complicated propagation condition of the sound wave in water is demonstrated. FIG. 7 is a diagram showing a typical sound speed profile in water, where the horizontal axis indicates sound speed and the vertical axis indicates water depth. FIG. 8 is a diagram showing a propagation path of sound waves generated by the typical sound velocity profile shown in FIG. 7 in water, where the horizontal axis represents distance and the vertical axis represents water depth.
図7に示すように、典型的な音速プロファイル1は、混合層2と、水温躍層3と、深海等温層4とによって構成されている。混合層2は、海面上を吹く風の作用で形成される等温水の層であり、音速プロファイル1は正の傾きを有し、二つの異なる媒体中における進行波の屈折現象の法則を示すスネルの法則に基づいて、音波は上向きに屈折しながら伝搬する。
As shown in FIG. 7, a typical
また、水温の深度傾度が大きい層である水温躍層3は、水深の深度の増加と共に音速プロファイル1が減少する負の傾きを持つ層であり、スネルの法則に基づいて音波は下向きに屈折しながら伝搬する。また、深海等温層4は主に圧力の影響を受けて深度の増加と共に音速プロファイル1が増加する正の傾きを持つ層であり、スネルの法則から音波は上向きに屈折しながら伝搬する。すなわち、これらの音速プロファイル1の傾きから、水中における音波は単純に直進するのではなく、上向きまたは下向きに屈折しながら水中を伝搬することになる。
Further, the water temperature jump layer 3 which is a layer having a large water temperature gradient is a layer having a negative gradient in which the
したがって、図7に示す典型的な音速プロファイル1によって発生する図8に示す水中における音波の伝搬経路について、艦船から発する音波を例に挙げて説明すると、自艦の送信位置5から送信される音波の垂直方向に対する放射角度によって、さまざまな伝搬経路が発生する。その代表例として、図8に示すように、音波が混合層2内を上向きに屈折しながら伝搬し、海面7で反射されて、再度、上向きに屈折しながら伝搬する現象を繰り返すSurface Duct伝搬経路8と、音波が海底6で反射して海面7に達するBottom Bounce伝搬経路9と、音波が水温躍層3内で下向きに屈折し、さらに深海等温層4内で上向きに屈折されることにより、海底6に当たらないで海面7に達するConvergence Zone伝搬経路10とがある。
Therefore, the propagation path of the sound wave in water shown in FIG. 8 generated by the typical
このように、自艦の送信位置5から送信された音波は単純に直進して伝搬するのではなく、Surface Duct伝搬経路8、Bottom Bounce伝搬経路9、及びConvergence Zone伝搬経路10のように、複雑な経路によって伝搬される。このために、式(2)を用いて、設定音速Vs[m/sec]×音波伝搬時間T[sec]から水中物体までの水平距離R[m/s]を算出する単純な算出方法では、水中物体までの水平距離の算出誤差が大きくなってしまう。
As described above, the sound wave transmitted from the transmission position 5 of the ship does not simply travel straight, but is complicated like the Surface
そこで、水中物体までの水平距離の算出誤差を小さくするために、音線(音波の伝搬経路)の屈折度合や音速の変化を考慮した水中物体までの水平距離の算出システムが種々提案されている。例えば、海水の深度ごとの水温分布データに基づいて目標物体までの音波伝搬経路を算出すると共に、該音波伝搬経路を微小な一定間隔に区切った上で水中物体までの水平距離と伝搬時間とを計算する音波伝搬経路計算手段と、前記計算された水平距離と伝搬時間とによって、目標物体までの距離算出のファクターとして用いる水平方向の平均音速を計算する平均音速計算手段と、実際に測定された目標物体までの音波伝搬時間と前記計算された平均音速とにより水中物体までの水平距離を算出する目標水平距離計算手段とから構成される水中物体の水平距離算出システムが提供されている(例えば、特許文献1参照)。この水平距離算出システムによれば、目標物体までの水平距離の算出誤差を低く抑えることができる。 Therefore, in order to reduce the calculation error of the horizontal distance to the underwater object, various systems for calculating the horizontal distance to the underwater object in consideration of the refraction degree of the sound ray (acoustic wave propagation path) and the change in sound velocity have been proposed. . For example, the sound wave propagation path to the target object is calculated based on the water temperature distribution data for each seawater depth, and the horizontal distance to the under water object and the propagation time are calculated after dividing the sound wave propagation path into minute constant intervals. A sound wave propagation path calculating means for calculating, an average sound speed calculating means for calculating an average sound speed in a horizontal direction used as a factor for calculating a distance to a target object, based on the calculated horizontal distance and propagation time, and actually measured There is provided a horizontal distance calculation system for an underwater object comprising target horizontal distance calculation means for calculating a horizontal distance to the underwater object based on a sound wave propagation time to the target object and the calculated average sound speed (for example, Patent Document 1). According to this horizontal distance calculation system, the calculation error of the horizontal distance to the target object can be kept low.
また、関連技術として、船舶Aと船舶Bの位置をGPS(Global Positioning System)によって算出し、さらに、船舶Aが水中物体に音波を発信した発信時刻と船舶Bが当該水中物体から音波を受信した受信時刻とに基づいて音波の伝搬時間を算出することにより、水中物体の位置を高精度に測定する技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。さらに、音速勾配が不連続である境界があっても、分割区域ごとに音線径路(音波伝搬径路)を補正することにより、音源から水中の目標物に発信した音波の音線径路を正確に算出する技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, as related technologies, the positions of the ship A and the ship B are calculated by GPS (Global Positioning System), and the transmission time when the ship A transmits the sound wave to the underwater object and the ship B receives the sound wave from the underwater object. A technique for measuring the position of an underwater object with high accuracy by calculating the propagation time of a sound wave based on the reception time is disclosed (for example, see Patent Document 2). Furthermore, even if there is a boundary where the sound velocity gradient is discontinuous, the sound ray path of the sound wave transmitted from the sound source to the target in water can be accurately determined by correcting the sound ray path (sound propagation path) for each divided area. A technique for calculating is disclosed (for example, see Patent Document 3).
しかしながら、音速プロファイルは水中における距離方向に対して全く同じになることはなく、距離ごとに混合層の水中深度が異なっている。したがって、測定距離間において一定の混合層で水中物体までの水平距離を算出した場合には算出誤差が生じる。また、水温躍層と深海等温層の傾きが異なるため、特許文献1で提案された水中物体の水平距離算出システムにおいては、自艦の送信位置のみの音速プロファイルを用いているため、実際の音波伝搬経路と比較すると水平距離に算出誤差が発生してしまう。
However, the sound velocity profile does not become exactly the same in the distance direction in water, and the depth of the mixed layer in water varies with distance. Therefore, a calculation error occurs when the horizontal distance to the underwater object is calculated with a constant mixed layer between the measurement distances. Moreover, since the inclination of the water temperature climatic layer and the deep sea isothermal layer are different, the horizontal distance calculation system of the underwater object proposed in
また、日本周辺海域は太平洋の西岸となり、地球の自転の影響から黒潮や親潮に代表される比較的強い海流が生じる特異海域であり、それぞれの海流の周辺では、暖かい海流が主流から切り離されて暖水塊となったり、冷たい海流が主流から切り離されて冷水塊となったりするように、海流は乱流のように複雑な分布をとることが知られている。このため、自艦の送信位置のみの音速プロファイルを用いて算出する水平距離算出システムでは、水平距離に算出誤差が生じてしまう。 In addition, the sea around Japan is the west coast of the Pacific Ocean, and it is a unique sea area where relatively strong currents represented by the Kuroshio and Oyashio currents are generated due to the rotation of the earth. Around each current, warm currents are separated from the mainstream. It is known that the ocean current has a complex distribution like a turbulent flow so that it becomes a warm water mass or a cold ocean current is separated from the main current to become a cold water mass. For this reason, in the horizontal distance calculation system that calculates using the sound velocity profile of only the transmission position of the ship, a calculation error occurs in the horizontal distance.
このため、自艦の送信位置のみならず、僚艦やソノブイ(吊り下げ式ソナー内蔵無線浮標)などによって計測された複数の音速プロファイルを用いて、水中物体までの水平距離を算出する方法が知られている。しかし、この測定方法でも、観測時間や費用の制約などから、計測可能な音速プロファイルの観測水平密度は粗く、その上、観測誤差や音波伝搬中のゆらぎ等の影響を受けるため、複数の音速プロファイルを用いて算出された水平距離においても水中物体までの水平距離に算出誤差が含まれてしまう。 For this reason, there is a known method of calculating the horizontal distance to an underwater object using not only the sending position of the ship but also multiple sound velocity profiles measured by a consort ship or Sonobui (a suspended buoy with built-in sonar). Yes. However, even with this measurement method, the observed horizontal density of the measurable sound velocity profile is rough due to observation time and cost constraints, and in addition, it is affected by observation errors and fluctuations during sound wave propagation. Even in the horizontal distance calculated using, a calculation error is included in the horizontal distance to the underwater object.
また、特許文献2の技術においては、音波の発信元及び受信先の位置と音波伝搬時間とに基づいて水中物体の位置を測定することはできるが、水温や潮流の変化による音波伝搬経路の補正や、混合層、水温躍層、及び海等温層の水中深度による音波伝搬経路の補正が行われていないので、水中物体までの水平距離に算出誤差が生じてしまう。さらに、特許文献3の技術においては、音速勾配が不連続である境界があっても音線径路(音波伝搬径路)を正確に算出することができるが、この音線径路に基づいてどのようにして水中物体までの距離を算出するかについては開示されていないので、水中物体までの水平距離を正確に算出する技術に展開することはできない。
In the technique of
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、距離方向に音速プロファイルが変化する海洋においても、水中物体までの水平距離の算出誤差を極力小さくすることができる水中物体までの水平距離算出システム及び水平距離算出方法を提供することを第1の目的としている。
また、この発明は、音波伝搬経路の観測誤差や音波伝搬中のゆらぎの影響による水中物体までの水平距離の算出誤差を極力小さくすることができる水中物体までの水平距離算出システム及び水平距離算出方法を提供することを第2の目的としている。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and in the ocean where the sound speed profile changes in the distance direction, the horizontal distance calculation to the underwater object that can minimize the calculation error of the horizontal distance to the underwater object. A first object is to provide a system and a horizontal distance calculation method.
Further, the present invention provides a horizontal distance calculation system and a horizontal distance calculation method for an underwater object capable of minimizing a calculation error of a horizontal distance to the underwater object due to an observation error of a sound wave propagation path and a fluctuation during sound wave propagation. The second purpose is to provide the above.
上記課題を解決するために、この発明の第1の構成は、音波の送受信によって、水中物体までの水平距離を算出するための水平距離算出システムに係り、水中の層ごとに異なる音波伝搬特性を示す音速プロファイルと送信物体から音波が送信された送信時刻と受信物体が前記送信物体から送信された音波を受信した受信時刻とから算出された音波伝搬時間とに基づいて、横軸の水平距離と縦軸の水深とであらわされる、前記受信物体としての前記水中物体までの音波伝搬経路を算出する音波伝搬経路算出手段と、前記送信物体の水面上の位置と前記受信物体の水面上の位置をそれぞれ測定する位置測定手段と、該位置測定手段が測定した前記送信物体及び前記受信物体の水面上の位置に基づいて、前記送信物体と前記受信物体との間の計測水平距離を算出する計測水平距離算出手段と、前記音波伝搬経路算出手段が算出した音波伝搬経路に基づいて前記送信物体と前記受信物体との間の算出水平距離を算出する算出水平距離算出手段と、前記計測水平距離算出手段が算出した計測水平距離と前記算出水平距離算出手段が算出した算出水平距離とに基づいて、前記音波伝搬経路算出手段が算出した音波伝搬経路を補正して補正後音波伝搬経路を生成する音波伝搬経路補正手段とを備えてなると共に、該音波伝搬経路補正手段が補正した補正後音波伝搬経路に基づいて、前記水中物体までの水平距離を算出することを特徴としている。 In order to solve the above problem, a first arrangement of the invention, the transmission and reception of sound waves, relates to a horizontal distance calculation system for calculating the horizontal distance to underwater objects, different sound propagation for each layer in water characteristics based on the sound propagation time calculated from the reception time of receiving the waves transmitted from the receiving object is the transmission object and transmission time wave sound velocity profile from the transmission object is transmitted indicating a horizontal axis represented by the depth of the horizontal distance and the vertical axis, and the sound propagation path calculation means for calculating the sound propagation path to the previous SL underwater objects as the receiving object, the position and the receiving object on the water surface before Symbol transmission object a position measuring means for measuring a position on the water surface, respectively, based on the position on the water surface of the transmission object and the receiving object the position measuring means to measure, measure water between the transmission object and the receiver object Distance and measuring horizontal distance calculating means for calculating, and calculating the horizontal distance calculating means for calculating the calculated horizontal distance between the receiving object and the transmission object based on wave propagation path the sound wave propagation path calculation means has calculated, based on the calculated horizontal distance the counted measuring horizontal distance calculating unit horizontal distance as measurement is calculated the calculated horizontal distance calculation means has calculated, corrected by correcting the sound propagation path, wherein the wave propagation path calculation means has calculated A sound wave propagation path correcting unit that generates a sound wave propagation path, and calculating a horizontal distance to the underwater object based on the corrected sound wave propagation path corrected by the sound wave propagation path correction unit. Yes.
また、この発明の第2の構成は、音波の送受信によって、水中物体までの水平距離を算出するための水平距離算出方法に係り、水中の層ごとに異なる音波伝搬特性を示す音速プロファイルと送信物体から音波が送信された送信時刻と受信物体が前記送信物体から送信された音波を受信した受信時刻とから算出された音波伝搬時間とに基づいて、横軸の水平距離と縦軸の水深とであらわされる、前記受信物体としての前記水中物体までの音波伝搬経路を算出する音波伝搬経路算出処理と、前記送信物体の水面上の位置と前記受信物体の水面上の位置をそれぞれ測定する位置測定処理と、該位置測定処理で測定した前記送信物体及び前記受信物体の水面上の位置に基づいて、前記送信物体と前記受信物体との間の計測水平距離を算出する計測水平距離算出処理と、前記音波伝搬経路算出処理で算出した音波伝搬経路に基づいて前記送信物体と前記受信物体との間の算出水平距離を算出する算出水平距離算出処理と、前記計測水平距離算出処理で算出した計測水平距離と前記算出水平距離算出処理で算出した算出水平距離とに基づいて、前記音波伝搬経路算出処理で算出した音波伝搬経路を補正して補正後音波伝搬経路を生成する音波伝搬経路補正処理とを含んでなると共に、該音波伝搬経路補正処理で補正した補正後音波伝搬経路に基づいて、前記水中物体までの水平距離を算出することを特徴としている。 The second configuration of the invention, the transmission and reception of sound waves, relates to a horizontal distance calculation how to calculate the horizontal distance to underwater objects, sound velocity profile exhibiting different wave propagation characteristics for each layer in water The horizontal distance on the horizontal axis and the vertical axis based on the sound wave propagation time calculated from the transmission time when the sound wave is transmitted from the transmitting object and the reception time when the receiving object receives the sound wave transmitted from the transmitting object . represented by the water depth, and the sound propagation path calculating process for calculating the sound propagation path to the previous SL underwater objects as the receiving object, and a position above the water before Symbol transmitting object position on the water surface of the receiving object, respectively a position measuring process of measuring, based on the position on the water surface of the transmission object and the receiving object measured by the position measurement processing, and calculates the measured horizontal distance between the transmission object and the receiver object measuring Horizontal And a release calculation processing, calculating the calculated horizontal distance calculation processing for calculating the horizontal distance, horizontal distance calculated measuring the gauge between the receiving object and the transmission object based on wave propagation path calculated by the wave propagation path calculation process based on the calculated calculated horizontal distance between measuring horizontal distances calculated in processing by the calculation horizontal distance calculation processing, the corrected wave propagation path and corrects the sound propagation path calculated by the wave propagation path calculation processing generated together comprising a sound propagation path correction process for, based on the corrected sound propagation path correct complement in the wave propagation path correction process is characterized and Turkey to calculate the horizontal distance to the underwater objects .
この発明では、音線の屈折具合の変化と伝搬する深度ごとの音速の変化に対応するために、送信物体(例えば、自艦)の送信位置と受信物体(例えば、僚艦やソノブイ等)の受信位置にて、複数の音速プロファイルを計測する。計測された複数の音速プロファイルに基づいて、水中物体までの音波伝搬経路を算出すると共に、送信物体(例えば、自艦)から送信した送信時刻と送信物体から送信した送信音を受信物体(例えば、僚艦やソノブイ等)で受信した受信時刻とから算出した音波伝搬時間と、送信物体と受信物体の位置をGPS等で計測する。
それゆえ、この発明の構成によれば、算出した計測水平距離とを用いて、水中物体までの音波伝搬経路を補正するので、一段と正確に水中物体までの水平距離を算出することができ、水中物体までの水平距離の算出誤差を抑えることができる。
In the present invention, in order to cope with the change in the degree of refraction of sound rays and the change in sound velocity at each propagation depth, the transmission position of a transmission object (for example, own ship) and the reception position of a reception object (for example, a warship or a sonobuoy). A plurality of sound velocity profiles are measured. Based on the measured sound velocity profiles, the sound wave propagation path to the underwater object is calculated, and the transmission time transmitted from the transmitting object (for example, own ship) and the transmission sound transmitted from the transmitting object are received by the receiving object (for example, the consort ship) And the position of the transmitting object and the receiving object are measured by GPS or the like.
Therefore, according to the configuration of the present invention, since the sound wave propagation path to the underwater object is corrected using the calculated measurement horizontal distance, the horizontal distance to the underwater object can be calculated more accurately. The calculation error of the horizontal distance to the object can be suppressed.
この発明は、距離方向に音速プロファイルが変化する海洋において、現実的に取得可能な、数本程度の計測された音速プロファイルを用いることによって、水中物体までの水平距離の算出誤差を極力小さくすることができる水中物体までの水平距離算出システムを実現している。また、数本程度の計測された音速プロファイルを用いることによって、観測誤差や音波伝搬中のゆらぎの影響による水中物体までの水平距離の算出誤差を極力小さくすることができる水中物体までの水平距離算出システムを実現している。以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳細に説明する。 This invention minimizes the calculation error of the horizontal distance to an underwater object by using several measured sound speed profiles that can be actually obtained in the ocean where the sound speed profile changes in the distance direction. A system for calculating the horizontal distance to underwater objects that can be used. In addition, by using several measured sound velocity profiles, the horizontal distance to the underwater object can be minimized by minimizing the calculation error of the horizontal distance to the underwater object due to the effects of observation errors and fluctuations during sound wave propagation. The system is realized. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、この発明の第1の実施形態による水中物体までの水平距離算出システムについて説明する。
図1は、この発明の第1の実施形態による水中物体までの水平距離算出システムの構成を示すブロック図である。まず、全体構成から説明する。この水平距離算出システム20は、音波伝搬経路算出手段21と、音波伝搬時間算出手段22と、位置測定手段23と、計測水平距離算出手段24と、音波伝搬経路補正手段25とから構成されている。
First, a horizontal distance calculation system to an underwater object according to a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a system for calculating a horizontal distance to an underwater object according to the first embodiment of the present invention. First, the overall configuration will be described. The horizontal
次に、装置の各部について説明する。上記音波伝搬経路算出手段21は、水中の層ごとに異なる音波伝搬特性を示す音速プロファイルに基づいて、水中物体までの音波伝搬経路を算出する。上記音波伝搬時間算出手段22は、送信物体から音波が送信された送信時刻と受信物体が送信物体から送信された音波を受信した受信時刻とに基づいて、音波伝搬時間を算出する。上記位置測定手段23は、送信物体の水面上の位置と前記受信物体の水面上の位置をそれぞれ測定する。上記計測水平距離算出手段24は、位置測定手段23が測定した送信物体及び受信物体の水面上の位置に基づいて、送信物体と受信物体との間の計測水平距離を算出する。上記音波伝搬経路補正手段25は、計測水平距離算出手段24が算出した計測水平距離に基づいて、音波伝搬経路算出手段21が算出した音波伝搬経路を補正して補正後音波伝搬経路を生成する。上記構成において、音波伝搬経路補正手段25が補正した補正後音波伝搬経路に基づいて、水中物体までの水平距離を正確に算出する。
Next, each part of the apparatus will be described. The sound wave propagation path calculation means 21 calculates a sound wave propagation path to an underwater object based on a sound velocity profile that shows different sound wave propagation characteristics for each underwater layer. The sound wave propagation
図2は、この発明の第1の実施形態による水平距離算出システムの動作の流れの一例を示すフローチャートである。また、図3は、自艦位置で計測された水中における音速プロファイルを示す図であり、横軸は音速、縦軸は水深を示している。さらに、図4は、僚艦位置で計測された水中における音速プロファイルを示す図であり、横軸は音速、縦軸は水深を示している。また、図5は、自艦の送信位置からの音波が僚艦の受信位置へ伝搬されるConvergence Zone伝搬経路を示す図であり、横軸は距離、縦軸は水深を示している。さらに、図6は、自艦の送信位置から僚艦の受信位置までの、補正前と補正後のConvergence Zone伝搬経路を示す図であり、横軸は距離、縦軸は水深を示している。 FIG. 2 is a flowchart showing an example of the operation flow of the horizontal distance calculation system according to the first embodiment of the present invention. Moreover, FIG. 3 is a figure which shows the sound speed profile in the water measured in the ship's position, and the horizontal axis shows the sound speed and the vertical axis shows the water depth. Further, FIG. 4 is a diagram showing the underwater sound velocity profile measured at the position of the warship, where the horizontal axis indicates the sound velocity and the vertical axis indicates the water depth. FIG. 5 is a diagram showing a Convergence Zone propagation path in which sound waves from the transmitting position of the ship are propagated to the receiving position of the consort ship, where the horizontal axis indicates the distance and the vertical axis indicates the water depth. Further, FIG. 6 is a diagram showing the Convergence Zone propagation path before and after correction from the transmission position of the own ship to the reception position of the consort ship, with the horizontal axis indicating the distance and the vertical axis indicating the water depth.
以下、図2に示すフローチャートの流れにしたがって、この発明の第1の実施形態による水平距離算出システムの動作の流れを説明する。なお、適宜、図7、図8、図3、図4、図5、及び図6を参照してフローチャートの流れを説明する。以下の説明では、自艦及び僚艦が音速プロファイルを計測する場合について述べるが、ソノブイ等で音速プロファイルを計測してもよい。 The operation flow of the horizontal distance calculation system according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to the flowchart shown in FIG. The flow of the flowchart will be described with reference to FIGS. 7, 8, 3, 4, 5, and 6 as appropriate. In the following description, the case where the own ship and the consort ship measure the sonic profile will be described, but the sonic profile may be measured using a sonobuoy or the like.
図2において、まず、図5に示す自艦の送信位置5において自艦位置の音速プロファイル11を計測する。ここで計測された自艦位置の音速プロファイル11は図3に示す通りである(ステップS1)。次に、図3に示す自艦位置の音速プロファイル11のみを用いて、図8に示すように、Surface Duct伝搬経路8、Bottom Bounce伝搬経路9、及びConvergence Zone伝搬経路10の音線経路(音波伝搬径路)を計算する(ステップS2)。この音線経路の算出は、スネルの法則を基にした音線理論により算出することができ、伝搬時間と水平距離との関係が導かれる。
In FIG. 2, first, the
ここで、図7に示すSurface Duct伝搬経路8と、Bottom Bounce伝搬経路9と、Convergence Zone伝搬経路10とに基づいて、水平物体間の水平距離の算出誤差を抑えたい伝搬経路を特定する。ここでは、水平物体間の水平距離の算出誤差を抑えたい伝搬経路がConvergence Zone伝搬経路10に特定されたものとして説明を行う。
Here, based on the Surface
次に、ステップS2で特定したConvergence Zone伝搬経路10の伝搬経路上に僚艦やソノブイ等を配置する(ステップS3)。この説明では、図5に示すように、Convergence Zone伝搬経路10の伝搬経路上に僚艦の受信位置12に配置したものとする。
Next, a consort ship, a sonobuoy, etc. are arrange | positioned on the propagation path of the Convergence
次に、図5に示す僚艦の受信位置12において、僚艦位置の音速プロファイル13(図4参照)を計測する(ステップS4)。さらに、図3に示すように計測された自艦の送信位置5の音速プロファイル11と、図4に示すように計測された僚艦の受信位置12の音速プロファイル13とを用いて、距離方向に線形補間し、2つの音速プロファイルにて線形補間した音速プロファイルを、微小な一定距離間隔ごとにそれぞれ算出して保持しておく。なお、自艦の送信位置5の音速プロファイル11と僚艦の受信位置12の音速プロファイル13との間に、さらに、他艦やソノブイ等で計測した音速プロファイルを追加して、複数の音速プロファイルで線形補間して算出してもよい(ステップS5)。
Next, at the receiving
次に、音波伝搬経路算出手段21は、ステップS5で保持した微小な一定距離間隔ごとに算出した音速プロファイルを用いて、図5に示す音波伝搬経路10のように音線経路を計算する(ステップS6)。
Next, the sound wave propagation path calculation means 21 calculates a sound ray path like the sound
さらに、音波伝搬時間算出手段22は、自艦から送信した音波の送信時刻を、予め衛星通信や地上波電波等を用いて僚艦やソノブイ等に通達し、自艦からの送信音を僚艦やソノブイ等が受信した際に、受信時刻と予め通達された送信時刻とに基づいて、実際の音波伝搬に要した計測伝搬時間を算出する。また、位置測定手段23は、GPS等を用いて、自艦からの音波の送信時における正確な送信位置を計測しておき、この送信位置についても僚艦やソノブイ等に通達することにより、計測水平距離算出手段24は、送信時における自艦の位置と受信時にける僚艦やソノブイ等の位置から計測水平距離を算出する(ステップS7)。 Further, the sound wave propagation time calculation means 22 notifies the transmission time of the sound wave transmitted from the own ship to the consort ship and Sonobui in advance using satellite communication and ground wave radio waves, etc. Upon reception, the measurement propagation time required for actual sound wave propagation is calculated based on the reception time and the previously notified transmission time. Further, the position measuring means 23 measures the accurate transmission position at the time of transmission of the sound wave from the own ship using GPS or the like, and also notifies the communal ship, Sonobui, etc. about the transmission position, thereby measuring the horizontal distance. The calculation means 24 calculates the measured horizontal distance from the position of the own ship at the time of transmission and the position of a consort ship, sonobuoy, etc. at the time of reception (step S7).
これにより、図6に示すように、図3に示す自艦の送信位置5の音速プロファイル11と、図4に示す僚艦の受信位置12の音速プロファイル13とを用いて算出したConvergence Zone伝搬経路10の算出水平距離14に対して、音波伝搬経路補正手段25は、GPS等によって計測された正確な自艦の送信位置5と僚艦位置15とに基づいて算出された計測水平距離16を用いてConvergence Zone伝搬経路10を補正する。このときの補正方法は、単純に、計測水平距離16/算出水平距離14の割合を、Convergence Zone伝搬経路10で示す音線上の一定距離間隔ごとのポイントに対して乗じることにより、図6に示すように、補正後の音線(補正後のConvergence Zone伝搬経路)17を得ることができる(ステップS8)。
As a result, as shown in FIG. 6, the Convergence
例えば、Convergence Zone伝搬経路10上のあるポイントを(水平距離a、水深b)としたときは、(水平距離a×計測水平距離16/算出水平距離14、水深b)によって補正後のポイントを求めることができる。図6に示すように、この補正方法によって得られた補正後のConvergence Zone伝搬経路17は、音波の伝搬時間が分かれば、より正確な水平伝搬距離が判明する関係式となる。
For example, when a certain point on the Convergence
次に、自艦のソナーシステムは、水中物体(水中目標物)からの反響音を受信し、この反響音の受信時刻から自艦の送信時の送信時刻を引くことで水中物体までの伝搬時間を算出する(ステップS9)。そして、最後に、ステップS9で計測された水中物体までの伝搬時間を、ステップS8の音線補正で得られた補正後のConvergence Zone伝搬経路17における伝搬時間とすることにより、式(2)で示した水平伝搬距離の関係式である、水中物体までの水平距離R[m/s]=設定音速Vs[m/s]×音波伝搬時間T[sec]によって、水中物体までの水平伝搬距離を正確に算出することができる(ステップS10)。
Next, the ship's sonar system calculates the propagation time to the underwater object by receiving the echo sound from the underwater object (underwater target) and subtracting the transmission time at the time of the ship's transmission from the reception time of the echo sound. (Step S9). Finally, the propagation time to the underwater object measured in step S9 is set as the propagation time in the corrected Convergence
このように、この実施形態のソナーシステムでは、水中物体までの水平距離算出システムの動作の流れに従って、水中物体までの音波伝搬時間を計測し、この音波伝搬時間とこの時点における音速とによって水中物体までの水平距離を算出する。
それゆえ、音線の屈折具合の変化と伝搬する深度ごとの音速の変化に対応するために、自艦の送信位置で計測した音速プロファイルと僚艦やソノブイ等を用いて計測した音速プロファイル(したがって、複数の音速プロファイル)に基づいて、水中物体までの音波伝搬経路を正確に算出することができる。
As described above, in the sonar system of this embodiment, the sound wave propagation time to the underwater object is measured according to the operation flow of the horizontal distance calculation system to the underwater object, and the underwater object is determined based on the sound wave propagation time and the sound velocity at this time. The horizontal distance to is calculated.
Therefore, in order to respond to changes in the degree of refraction of sound rays and changes in sound speed at each propagation depth, sound speed profiles measured at the ship's transmission position and sound speed profiles measured using a consort ship, Sonobui, etc. The sound wave propagation path to the underwater object can be accurately calculated on the basis of the sound velocity profile.
また、自艦から音波を送信した送信時刻と自艦から送信された送信音を僚艦やソノブイ等が受信した受信時刻とから算出した計測伝搬時間と、自艦の送信位置と僚艦やソノブイ等の受信位置とをGPS等によって計測し、そこから算出した計測水平距離とを用いて水中物体までの音波伝搬経路を補正することにより、より正確に水中物体までの水平距離を算出することができるので、水中物体までの水平距離の算出誤差を低く抑えることができる。 In addition, the measured propagation time calculated from the transmission time when the sound wave was transmitted from the ship and the reception time when the transmission sound transmitted from the ship was received by the warship or sonobuoy, the transmission position of the ship and the reception position of the warship or sonobuoy The horizontal distance to the underwater object can be calculated more accurately by correcting the sound wave propagation path to the underwater object using the measured horizontal distance calculated from the GPS and the like. The calculation error of the horizontal distance can be kept low.
上記した第1の実施形態では、図2のステップS7において、自艦が送信した音波を僚艦が受信して音波伝搬時間と計測水平距離を算出したが、この発明の第2の実施形態では、ステップS7において、自艦とは反対に、僚艦が送信した音波を自艦が受信することによって音波伝搬時間と計測水平距離を算出することができる。また、第1の実施形態では、図2のステップS2において、水平物体間の水平距離の算出誤差を抑えたい伝搬経路をConvergence Zone伝搬経路に特定した場合の音線経路(音波伝搬径路)を計算したが、第2の実施形態では、図2のステップS2において、水平物体間の水平距離の算出誤差を抑えたい伝搬経路を、Surface Duct伝搬経路やBottom Bounce伝搬経路に特定した場合でも、算出誤差を抑えて水中物体までの水平距離を正確に算出することができる。 In the above-described first embodiment, in step S7 in FIG. 2, the sound wave transmitted by the ship is received by the consort ship and the sound wave propagation time and the measured horizontal distance are calculated. However, in the second embodiment of the present invention, the step In S7, contrary to the own ship, the sound wave propagation time and the measured horizontal distance can be calculated by receiving the sound wave transmitted from the consort ship by the own ship. In the first embodiment, in step S2 in FIG. 2, the sound ray path (sound wave propagation path) is calculated when the propagation path for which the calculation error of the horizontal distance between horizontal objects is to be suppressed is specified as the Convergence Zone propagation path. However, in the second embodiment, even if the propagation path for which the calculation error of the horizontal distance between horizontal objects is to be suppressed is specified as the Surface Duct propagation path or the Bottom Bounce propagation path in step S2 of FIG. It is possible to accurately calculate the horizontal distance to an underwater object while suppressing the above.
このように、この実施形態の水平距離算出システムでは、音波伝搬経路を求める際に、音線の屈折具合の変化と伝搬する深度ごとの音速の変化に対応するために、自艦の送信位置と僚艦やソノブイ等を用いて複数の音速プロファイルを計測する。そして、計測した複数の音速プロファイルに基づいて、水中物体までの音波伝搬経路を算出する。その上、自艦から送信した送信時刻と自艦から送信した送信音を僚艦やソノブイ等で受信した受信時刻とに基づいて算出した音波伝搬時間と、自艦位置と僚艦やソノブイ等の位置をGPS等で計測し、そこから算出した計測水平距離を用いて水中物体までの音波伝搬経路を補正する。それゆえ、一段と正確に水中物体までの水平距離を算出することができる。 As described above, in the horizontal distance calculation system of this embodiment, when obtaining the sound wave propagation path, in order to cope with the change in the degree of refraction of the sound ray and the change in the sound velocity at each propagation depth, A plurality of sound velocity profiles are measured by using a sonobuoy or the like. Then, a sound wave propagation path to the underwater object is calculated based on the plurality of measured sound velocity profiles. In addition, the sound wave propagation time calculated based on the transmission time transmitted from the ship and the reception time received from the ship transmitted sound by the fellow ship or Sonobui, and the position of the ship and the position of the fellow ship or Sonobui using GPS or the like. Measure and correct the sound wave propagation path to the underwater object using the measured horizontal distance. Therefore, the horizontal distance to the underwater object can be calculated more accurately.
また、この発明に係る水中物体までの水平距離算出システムは、音波が伝搬する距離方向に音速プロファイルが変化する海洋において、現実的に取得が可能な、数本程度の計測された音速プロファイルを用いることにより、水中物体までの水平距離の算出誤差を極力小さくすることができる。 In addition, the horizontal distance calculation system to an underwater object according to the present invention uses several measured sound velocity profiles that can be practically acquired in the ocean where the sound velocity profile changes in the distance direction in which sound waves propagate. Thus, the calculation error of the horizontal distance to the underwater object can be minimized.
さらに、この発明に係る水中物体までの水平距離算出システムは、音速プロファイルの複数のデータを距離方向において線形補間することにより、観測誤差や音波伝搬中のゆらぎの影響による水中物体までの水平距離の算出誤差を極力小さくすることができる。また、自艦位置の音速プロファイルと僚艦位置の音速プロファイルの間にさらに他艦やソノブイ等で計測した音速プロファイルを追加して、複数の音速プロファイルで線形補間して水中物体までの水平距離を算出することにより水中物体までの水平距離の算出誤差をさらに小さくすることができる。 Further, the system for calculating the horizontal distance to an underwater object according to the present invention linearly interpolates a plurality of data of sound velocity profiles in the distance direction, thereby calculating the horizontal distance to the underwater object due to the influence of observation errors and fluctuations during sound wave propagation. Calculation errors can be minimized. In addition, the sound velocity profile measured by other ships, Sonobui, etc. is added between the sound velocity profile of the ship's position and the warship position, and the horizontal distance to the underwater object is calculated by linear interpolation with multiple sound velocity profiles. Thus, the calculation error of the horizontal distance to the underwater object can be further reduced.
また、この発明に係る水中物体までの水平距離算出システムは、Convergence Zone伝搬経路のみならず、Surface Duct伝搬経路やBottom Bounce伝搬経路を音波伝搬経路に特定した場合でも、水中物体までの水平距離の算出誤差を低く抑えることができる。 In addition, the horizontal distance calculation system to the underwater object according to the present invention is not limited to the Convergence Zone propagation path, and even when the Surface Duct propagation path and the Bottom Bounce propagation path are specified as the sound wave propagation path, the horizontal distance to the underwater object is calculated. Calculation errors can be kept low.
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、この発明の具体的に構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもそれらはこの発明に含まれる。例えば、上記の実施形態では海洋における水中物体までの水平距離算出システムについて述べたが、湖水における水中物体までの水平距離算出システムにも適用することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration of the present invention is not limited to these embodiments, and the design does not depart from the spirit of the present invention. These changes are included in the present invention. For example, in the above embodiment, the horizontal distance calculation system to the underwater object in the ocean has been described, but the present invention can also be applied to a horizontal distance calculation system to the underwater object in the lake water.
この発明の水中物体までの水平距離算出システムは、漁船における漁礁の探査や、艦船における沈没船の調査や潜水艦の探査などに有効に利用することができる。 The horizontal distance calculation system to an underwater object according to the present invention can be effectively used for exploration of fishing reefs in fishing boats, investigation of sunken ships in ships and exploration of submarines.
1 典型的な音速プロファイル
2 混合層
3 水温躍層
4 深海等温層
5 自艦の送信位置
6 海底
7 海面
8 Surface Duct伝搬経路
9 Bottom Bounce伝搬経路
10 Convergence Zone伝搬経路
11 自艦位置の音速プロファイル
12 僚艦の受信位置
13 僚艦位置の音速プロファイル
14 Convergence Zone伝搬経路の算出水平距離
15 GPS等により計測された正確な僚艦位置
16 計測水平距離
17 補正後のConvergence Zone伝搬経路
20 水中物体までの水平距離算出システム
21 音波伝搬経路算出手段
22 音波伝搬時間算出手段
23 位置測定手段
24 計測水平距離算出手段
25 音波伝搬経路補正手段
1 Typical
Claims (10)
水中の層ごとに異なる音波伝搬特性を示す音速プロファイルと送信物体から音波が送信された送信時刻と受信物体が前記送信物体から送信された音波を受信した受信時刻とから算出された音波伝搬時間とに基づいて、横軸の水平距離と縦軸の水深とであらわされる、前記受信物体としての前記水中物体までの音波伝搬経路を算出する音波伝搬経路算出手段と、
前記送信物体の水面上の位置と前記受信物体の水面上の位置をそれぞれ測定する位置測定手段と、
該位置測定手段が測定した前記送信物体及び前記受信物体の水面上の位置に基づいて、前記送信物体と前記受信物体との間の計測水平距離を算出する計測水平距離算出手段と、
前記音波伝搬経路算出手段が算出した音波伝搬経路に基づいて前記送信物体と前記受信物体との間の算出水平距離を算出する算出水平距離算出手段と、
前記計測水平距離算出手段が算出した計測水平距離と前記算出水平距離算出手段が算出した算出水平距離とに基づいて、前記音波伝搬経路算出手段が算出した音波伝搬経路を補正して補正後音波伝搬経路を生成する音波伝搬経路補正手段とを備えてなると共に、
該音波伝搬経路補正手段が補正した補正後音波伝搬経路に基づいて、前記水中物体までの水平距離を算出することを特徴とする水中物体までの水平距離算出システム。 A horizontal distance calculation system for calculating a horizontal distance to an underwater object by transmitting and receiving sound waves,
Different wave propagation speed of sound indicates the characteristic profile and the transmission object transmission time wave is transmitted from the receiving object sonic propagation time calculated from the reception time of receiving the waves transmitted from the transmission object for each layer of water based on the bets, represented by the depths of the horizontal distance and the vertical axis of the abscissa, and the sound propagation path calculation means for calculating the sound propagation path to the previous SL underwater objects as the receiving object,
A position measuring means for measuring a position on the water surface before Symbol transmitting object position on the water surface of the receiving object, respectively,
Based on the position on the water surface of the transmission object and the receiving object the position measuring means to measure, the measurement horizontal distance calculating means for calculating a measured horizontal distance between the transmission object and the receiver object,
A calculated horizontal distance calculating means for calculating a calculated horizontal distance between the transmitting object and the receiving object based on the sound wave propagation path calculated by the sound wave propagation path calculating means;
Based on the calculated horizontal distance the counted measuring horizontal distance calculating unit horizontal distance as measurement is calculated the calculated horizontal distance calculation means has calculated, corrected by correcting the sound propagation path, wherein the wave propagation path calculation means has calculated And a sound wave propagation path correcting means for generating a sound wave propagation path,
A horizontal distance calculation system for an underwater object, wherein a horizontal distance to the underwater object is calculated based on the corrected sound wave propagation path corrected by the sound wave propagation path correction means.
水中の層ごとに異なる音波伝搬特性を示す音速プロファイルと送信物体から音波が送信された送信時刻と受信物体が前記送信物体から送信された音波を受信した受信時刻とから算出された音波伝搬時間とに基づいて、横軸の水平距離と縦軸の水深とであらわされる、前記受信物体としての前記水中物体までの音波伝搬経路を算出する音波伝搬経路算出処理と、
前記送信物体の水面上の位置と前記受信物体の水面上の位置をそれぞれ測定する位置測定処理と、
該位置測定処理で測定した前記送信物体及び前記受信物体の水面上の位置に基づいて、前記送信物体と前記受信物体との間の計測水平距離を算出する計測水平距離算出処理と、
前記音波伝搬経路算出処理で算出した音波伝搬経路に基づいて前記送信物体と前記受信物体との間の算出水平距離を算出する算出水平距離算出処理と、
前記計測水平距離算出処理で算出した計測水平距離と前記算出水平距離算出処理で算出した算出水平距離とに基づいて、前記音波伝搬経路算出処理で算出した音波伝搬経路を補正して補正後音波伝搬経路を生成する音波伝搬経路補正処理とを含んでなると共に、
該音波伝搬経路補正処理で補正した補正後音波伝搬経路に基づいて、前記水中物体までの水平距離を算出することを特徴とする水中物体までの水平距離算出方法。 A horizontal distance calculation method for calculating a horizontal distance to an underwater object by transmitting and receiving sound waves,
Different wave propagation speed of sound indicates the characteristic profile and the transmission object transmission time wave is transmitted from the receiving object sonic propagation time calculated from the reception time of receiving the waves transmitted from the transmission object for each layer of water based on the bets, represented by the depths of the horizontal distance and the vertical axis of the abscissa, and the sound propagation path calculating process for calculating the sound propagation path to the previous SL underwater objects as the receiving object,
A position measurement processing for measuring the position of the water surface position and the receiving object on the water surface before Symbol transmission object, respectively,
Based on the position on the water surface of the transmission object and the receiving object measured by the position measurement processing, and measuring the horizontal distance calculation processing for calculating the measured horizontal distance between the receiving object and the transmission object,
A calculated horizontal distance calculation process for calculating a calculated horizontal distance between the transmission object and the reception object based on the sound wave propagation path calculated in the sound wave propagation path calculation process;
Based on the calculated horizontal distance calculated by the calculation horizontal distance calculation and measurement horizontal distance calculated by the horizontal distance calculation processing measuring the count, corrected to the sound propagation path calculated by the wave propagation path calculation processing And a sound wave propagation path correction process for generating a corrected sound wave propagation path ,
Based on the corrected sound propagation path correct complement in the wave propagation path correction, horizontal distance calculation method of the Turkey to calculate the horizontal distance to the underwater object to underwater objects characterized.
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