特許 6484105 音響観測装置及び音源方位推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6484105

(24)【登録日】2019年2月22日

(45)【発行日】2019年3月13日

(54)【発明の名称】音響観測装置及び音源方位推定方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/808 20060101AFI20190304BHJP

【ＦＩ】

   G01S3/808

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-101004(P2015-101004)

(22)【出願日】2015年5月18日

(65)【公開番号】特開2016-217806(P2016-217806A)

(43)【公開日】2016年12月22日

【審査請求日】2018年4月2日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 平成２６年１１月２０日 公益社団法人日本船舶海洋工学会発行の「日本船舶海洋工学会講演会論文集 第１９号」の２０１４Ａ−ＧＳ１−５にて公開した。 平成２６年１１月２０日 平成２６年秋季講演会２０１４Ａ−ＧＳ１−５にて公開した。

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）経済産業省 平成２４年度補正ものづくり中小企業・小規模事業者試作開発等支援補助金による特許出願である。

(73)【特許権者】

【識別番号】505127721

【氏名又は名称】公立大学法人大阪府立大学

(73)【特許権者】

【識別番号】508049190

【氏名又は名称】タキオニッシュホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】有馬 正和

【審査官】 安井 英己

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１２８９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２１５４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２４４２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１８１９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４７５４２８２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ １／７２− １／８２，

Ｇ０１Ｓ ３／００− ３／７４，

Ｇ０１Ｓ ３／８０− ３／８６，

Ｇ０１Ｓ ５／００− ５／１４，

Ｇ０１Ｓ ５／１８− ５／３０，

Ｇ０１Ｓ ７／５２− ７／６４，

Ｇ０１Ｓ １５／００−１５／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

受信器がｘ−ｙ−ｚ座標系の任意の位置に少なくとも４つ配置された受信部と、
音源から前記各受信器に到達する時間差を実測値時間差データとして求める測定部と、
前記座標系の原点を中心とする仮想球面上の任意の点の接平面からの音波が、前記各受信器に到達する時間差を理論値時間差データとして全方位において予め求めておいた記憶部と、
該記憶部の理論値時間差データと前記測定部の実測値時間差データとの比較評価により音源の方位を推定する推定部とを有する音響観測装置。

【請求項2】

前記推定部は、前記理論値時間差データと実測値時間差データとを比較してその誤差の総和が最も小さくなる前記点を音源方位と推定する請求項１記載の音響観測装置。

【請求項3】

ＧＰＳと３軸デジタルコンパスが設けられ、該ＧＰＳと３軸デジタルコンパスにより前記受信部のｘ−ｙ−ｚ座標系方位を、地球の座標系方位に補正する補正部を有する請求項１または２記載の音響観測装置。

【請求項4】

前記受信部から離れた位置に２つの受信器を有した第２受信部を設け、該第２受信部と前記受信部とにより得られたデータを基にして、音源までの距離を推定する距離推定部を有する請求項１〜３のいずれか一つに記載の音響観測装置。

【請求項5】

受信器がｘ−ｙ−ｚ座標系の任意の位置に少なくとも４つ配置された受信部を有し、音源から前記各受信器に到達する時間差を実測値時間差データとして求め、
前記座標系の原点を中心とする仮想球面上の任意の点の接平面からの音波が、前記各受信器に到達する時間差を理論値時間差データとして全方位において予め求めておき、
該理論値時間差データと前記実測値時間差データとの比較評価により音源の方位を推定する音源方位推定方法。

【請求項6】

前記比較評価は、前記理論値時間差データと実測値時間差データとを比較してその誤差の総和が最も小さくなる前記点を音源方位と推定する請求項５記載の音源方位推定方法。

【請求項7】

ＧＰＳと３軸デジタルコンパスが設けられ、該ＧＰＳと３軸デジタルコンパスにより前記推定したｘ−ｙ−ｚ座標系方位を、地球の座標系方位に補正する請求項５または６記載の音源方位推定方法。

【請求項8】

前記受信部から離れた位置に２つの受信器を有した第２受信部を設け、該第２受信部と前記受信部とにより得られたデータを基にして、音源までの距離を推定する請求項５〜７のいずれか一つに記載の音源方位推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、音源の方位を同定する音響観測装置及び音源方位の推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

音響信号の発生源の方位を検出する装置として、例えば「海棲哺乳類モリタリングシステム」として、下記非特許文献１に記載のものが公知である。また、４つのマイクロフォンを用いて各マイクロフォンへの音の到達時間差により音源方位を推定するものとして、下記特許文献１に記載のものが公知である。さらに、下記特許文献２には、ｘ−ｙ座標系に配置された複数のマイクを用いて、音源Ｐ（ｘ，ｙ）から発せられた音が各マイクに到達するときの各マイク間の音の到達時間差を用いて、連立方程式を解いて音源位置Ｐ（ｘ，ｙ）を求める技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６‐１９４７００号公報

【特許文献2】特開平１０−２２７８４９号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】株式会社ＳＧＫシステム技研の製品カタログ「海棲哺乳類モリタリングシステム」第５版 ２０１２．１０．２２〈URL:http://www.sgktec.co.jp/pdf/location%20system/Monitoring.pdf〉

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

前記従来技術に基づけば、４つのマイクロフォンを用いて音源方位を特定することは可能である。しかし、４つのマイクロフォンの内、２つの組み合わせで、マイクロフォン間の到達時間差の組み合わせは６通りができることになる。音源方位の特定は、この６つの連立方程式を同時に満たす解を求めることであるが、実測データの到達時間差には誤差等が含まれ、この連立方程式の解を得ることは極めて困難で、「解なし」となる場合があった。

【0006】

そこで、本発明は、連立方程式を解くことなく、音源方位を推定できる音響観測装置及び音源方位の推定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するため、本発明は、次の手段を講じた。即ち、本発明の音響観測装置は、受信器がｘ−ｙ−ｚ座標系の任意の位置に少なくとも４つ配置された受信部と、音源から前記各受信器に到達する時間差を実測値時間差データとして求める測定部と、前記座標系の原点を中心とする仮想球面上の任意の点の接平面からの音波が、前記各受信器に到達する時間差を理論値時間差データとして全方位において予め求めておいた記憶部と、該記憶部の理論値時間差データと前記測定部の実測値時間差データとの比較評価により音源の方位を推定する推定部とを有する。

【0008】

前記推定部は、前記理論値時間差データと実測値時間差データとを比較してその誤差の総和が最も小さくなる前記点を音源方位と推定するものとするのが好ましい。

【0009】

ＧＰＳと３軸デジタルコンパスが設けられ、該ＧＰＳと３軸デジタルコンパスにより前記受信部のｘ−ｙ−ｚ座標系方位を、地球の座標系方位に補正する補正部を有するものとするのが好ましい。

【0010】

前記受信部から離れた位置に２つの受信器を有した第２受信部を設け、該第２受信部と前記受信部とにより得られたデータを基にして、音源までの距離を推定する距離推定部を有するものとするのが好ましい。

【0011】

本発明の音源方位推定方法は、受信器がｘ−ｙ−ｚ座標系の任意の位置に少なくとも４つ配置された受信部を有し、音源から前記各受信器に到達する時間差を実測値時間差データとして求め、前記座標系の原点を中心とする仮想球面上の任意の点の接平面からの音波が、前記各受信器に到達する時間差を理論値時間差データとして全方位において予め求めておき、該理論値時間差データと前記実測値時間差データとの比較評価により音源の方位を推定する。

【0012】

前記比較評価は、前記理論値時間差データと実測値時間差データとを比較してその誤差の総和が最も小さくなる前記点を音源方位と推定するのが好ましい。

【0013】

ＧＰＳと３軸デジタルコンパスが設けられ、該ＧＰＳと３軸デジタルコンパスにより前記推定したｘ−ｙ−ｚ座標系方位を、地球の座標系方位に補正するのが好ましい。

【0014】

前記受信部から離れた位置に２つの受信器を有した第２受信部を設け、該第２受信部と前記受信部とにより得られたデータを基にして、音源までの距離を推定するのが好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、連立方程式を解くことなく、音源の方位を推定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施の形態を示す海中音響観測装置の正面図である。

【図2】受信部の斜視図である。

【図3】音源方位の推定原理を示す説明図である。

【図4】音響観測装置の座標系と地球基準の座標系の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に示すものは、シャチやイルカなど、鯨類に代表される海棲哺乳類が発する音を水中において観測する海中音響観測装置である。

【0018】

この音響観測装置は、受信部１を有し、この受信部１には、４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４がｘ−ｙ−ｚ座標系の任意の位置に配置されている。この受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４は、水中の音波を受信するハイドロフォンである。

【0019】

前記受信部１は、保持部２の下部に設けられている。保持部２は、船や海中ロボットなどの母船（図示省略）に、チェーンやロープなどの固定部材３を介して保持されている。また保持部２と母船とはケーブル４で接続されている。このケーブル４はヘッドホン（図示省略）を接続するためのものであり、取外し自在であるが、後で説明する制御部を母船側に設ける場合の信号ケーブルとして利用できる。

【0020】

前記受信部１の４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４は、制御部５に電気的に接続され、制御部５は表示部（図示省略）にも接続されている。

【0021】

前記制御部５は、音源からの音波が前記各受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に到達する時間差を実測値時間差データとして求める測定部６を有する。制御部５は、前記座標系の原点ｏを中心とする仮想球面上の任意の点Ｐの接平面からの音波が、前記各受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に到達する時間差を理論値時間差データとして全方位において予め求めておいた記憶部７を有する。該記憶部７の理論値時間差データと前記測定部６の実測値時間差データとの比較評価により音源の方位を推定する推定部８を有する。

【0022】

図１においては、前記制御部５は保持部２に設けられているように表示されているが、制御部５の全部または一部は、母船側に設けられていてもよい。

【0023】

前記保持部２は、円筒状体に形成されたアルミ製の容器であり、その内部に気密室が設けられ、この気密室に前記制御部５の一部または全部が収納されている。

【0024】

図２に前記受信部１の詳細を示すように、前記受信部１は、前記保持部２の下端面に取り付けられた上部アーム９を有する。該上部アーム９に連結部材１０を介してその下方に下部アーム１１が連結されている。上部アーム９の両端部に２つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２が設けられ、下部アーム１１の両端部に２つの受信器ＣＨ３、ＣＨ４が設けられている。これら４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４を有する海中音響観測装置を４ｃｈ−ＵＰＡＭＳ（Underwater Passive Acoustic Monitoring System）と呼ぶ。

【0025】

前記円筒状体の保持部２の軸心をｚ軸とし、このｚ軸に直交する平面内の直交座標軸をｘ軸、ｙ軸とする。このｘ−ｙ−ｚ座標系の原点ｏは、上部アーム９と下部アーム１１の中間点に設けられ、上部アーム９は、ｘ軸に平行に、下部アーム１１は、ｙ軸に平行に設けられている。

【0026】

４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４のｘ−ｙ−ｚ座標位置は、表１に示すとおりである。表中の単位はメートル（ｍ）である。なお、ｚ軸は図１における下方をプラス方向としている。

【0027】

【表1】

【0028】

図２における太い矢印が音源方向である。音源方向角は仰角αと方位角βで表される。仰角αは、ｚ軸に対する角度であり、緯度と呼ばれることがある。方位角βはｘ軸に対する角度であり、経度と呼ばれることがある。

【0029】

前記測定部６における実測時間差データにつき説明する。
音源方向の推定原理は、前記特許文献１（特開２００６‐１９４７００号公報）の段落００３０に示されている。しかし、本実施の形態では、このような原理を用いて音源方位を推定するものではない。

【0030】

本実施の形態では、以下の方法で推定する。
すなわち、前記受信部１の４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に対して所定の角度で音波が到達する場合、各受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４における到達時間差が生じる。測定部６において、各受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４が受信する受信波を、４チャンネルレコーダ（Ｈ６，ＺＯＯＭコーポレイション製）でサンプリングする。サンプリング周波数は９６ｋＨｚであり、解像度は２４ビットである。

【0031】

即ち、各受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４の受信波形を、データ点の間隔が１／９６０００秒でサンプリングし、到達時間差（ＴＤＯＡ）を整数値（サンプリング番号）で与える。

【0032】

表２は、到達時間差（ＴＤＯＡ）の例である。

【0033】

【表2】

【0034】

前記表２の例では、受信器ＣＨ１に最初に音波が到達し、次いで４サンプリング遅れて受信器ＣＨ３及びＣＨ４に到達し、１０サンプリング遅れて受信器ＣＨ２に音波が到達していることを示している。１サンプリングは１／９６０００秒である。

【0035】

前記測定部６の実測値時間差データとは、前記表２に示すものである。
前記記憶部７は、ある方向から来る音に対し、４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に到達する時間差を、全方位にわたって予め求めておき、この時間差を理論値時間差データとして記憶しておく部分である。

【0036】

図３は理論値時間差データを求めるための原理を示す図面である。
前記受信部１におけるｘ−ｙ−ｚ座標系の原点ｏを中心とする仮想球面Ｂを描く。この球面座標系で点Ｐは、Ｐ（1，α，β）と表現することができる。1（イチ）は仮想球面の単位半径（単位はメートル（ｍ））である。

【0037】

前記仮想球面Ｂ上の任意の点Ｐの方向（無限遠）から飛んできた水中の音波は、図２の太い矢印として４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に到達する。この矢印（音波）は、任意の点Ｐが与えられたとき、その点Ｐにおける接平面Ｓに直交するように到達する。４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４のｘ−ｙ−ｚ座標系における位置は（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）で表現できる。ここで添え字のｉは、受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４の番号（１〜４）である。（ｘ_ｉ，ｙ_ｉ，ｚ_ｉ）は表１に示すように既知である。したがって、接平面Ｓの方程式が求まれば、幾何学的な関係によって４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４から接平面におろした足Ｌの長さが求まる。

【0038】

表３は、４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４から接平面Ｓにおろした足Ｌの長さを示している。即ち、各受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４から接平面Ｓまでの距離テーブルである。

【0039】

表３は、点Ｐとして仰角αが０度から３度まで、方位角βが０度と１度が示されているのみであるが、実際は、仰角αは１８０度まで方位角βは３６０度までの全方位にわたって求められている。

【0040】

【表3】

【0041】

表４は、音波が４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に到達する距離の差を示すテーブルの一部である。

【0042】

例えば、前記表３における仰角α＝１度、方位角β＝３度の場合、距離が一番短いのは、ＣＨ３の０．９４２２であるので、一番最初に音波が到達するのはＣＨ３となる。したがって、表４においては、仰角α＝１度、方位角β＝３度の場合、ＣＨ３に対する距離差となり、ＣＨ１：０．１１３４、ＣＨ２：０．１１７６、ＣＨ３：０．００００、ＣＨ４：０．０００２となる。単位はｍである。

【0043】

【表4】

【0044】

表５は、理論値時間差データのテーブルの一部である。
前記表４における仰角α＝１度、方位角β＝３度の場合のＣＨ１を例にとって、表５のデータにつき説明する。

【0045】

表４においてはＣＨ１のＣＨ３に対する距離差は０．１１３４ｍである。この距離を水中での音速１，５００ｍ／ｓで割った値０．００００７５６ｓｅｃが時間差となる。しかし、前記表２に示す実測値時間差は、９６ｋＨｚのサンプリングのコマ数なので、これに合わせるため、０．００００７５６を９６，０００倍して７．２５７６（単位：サンプリング）とする。この値が表５に示された数値である。なお、サンプリング数は整数値であるが、表５においては、計算値として小数点以下が表示されている。実際には、整数値とみなされる。

【0046】

この数値のテーブルが、全方位において予め求められ、理論値時間差データとして前記記憶部７に収納されている。

【0047】

【表5】

【0048】

前記推定部８は、前記記憶部７の理論値時間差データと前記測定部６の実測値時間差データとを比較評価することにより音源の方位を推定する。

【0049】

前記評価は、数１に示す式（１）の評価関数ｅを用いて評価する。

【0050】

【数1】

【0051】

具体例として、前記表２に示す実測値時間差データに基づき比較評価を説明する。
前記表２に示す実測値時間差データは、０，１０，４，４（これは、音波がＣＨ１に最初に到達して、その後４サンプリングだけ遅れてＣＨ３とＣＨ４に同時に到達し、最後に１０サンプリングだけ遅れてＣＨ２に到達したことを表している。）がエクセル（Ｅｘｃｅｌ）表計算の入力値欄に入れられると、前記式（１）に基づき、前記表５に示す理論値時間差データとの最小自乗法による誤差計算される。例えば，仰角α＝１度、方位角β＝３度の場合、前記式（１）のeの値を計算すると、
｛（0-7.2576）^2+(10-7.5253)^2+(4-0)^2+(4-0.0140)^2｝^(0.5)=9.6634
となる。

【0052】

この結果が表６に示されるように表示部の表示画面（図示省略）に表示される。なおこの表６は、一部を示すもので、実際は全方位にわたって表示される。

【0053】

【表6】

【0054】

前記表６の表の枠外の上側及び左側の数値は、その仰角、方位角における評価関数ｅの最小値が示され、その中での最小値が着色表示され、上記の例では「３．６０６２」が着色表示されるので、その交点の仰角５９度、方位角０度が最小値であるということが分かる。

【0055】

すなわち、前記表２の入力値によれば、式（１）に示す評価関数ｅの値が最も小さくなる仰角と方位角は、仰角５９度、方位角０度で、そのときのeの値が３．６０６２というものである。

【0056】

そして、表７に示すように表示画面（図示省略）に音源方位の推定結果が表示される。

【0057】

【表7】

【0058】

前記評価関数ｅの値が３．６と大きいので、推定結果は好ましいものではない。
前記式（１）に示すようにｅの値が１以下の場合に推定誤差を許容できると考えるのが妥当である。

【0059】

すなわち、４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４への音波の到達時間差（ＴＤＯＡ）を整数値（サンプリング番号）で与えるとすると、誤差は±０．５サンプルと考えられる。理論値と実測値の最大許容誤差を１サンプルとすると、４つの総合評価は、前記式（１）のように１となり、この評価が１を超える場合は、推定精度に問題があることを表す。

【0060】

以上の説明から明らかのように、前記推定部８は、前記理論値時間差データと実測値時間差データとを比較してその誤差の総和が最も小さくなる前記点を音源方位と推定するものである。

【0061】

なお、鯨類の鳴音信号をスプライン補間などで疑似的にサンプリング周波数を高めてやることで、推定精度を高めることができる。

【0062】

上記実施の形態によれば、方程式を解いて方位を推定するのではなく、予期される到達時間差との誤差を最小にする方位を選択的に推定することで、瞬時に可能解を得ることができる。また、その誤差から推定精度を評価することもできる。さらに、従来のようにサンプリング周波数を高くする（５００ｋＨｚ）ものに比べ、９６ｋＨｚの低い周波数でも推定可能となる。

【0063】

本実施の形態では、さらに、前記保持部２に、ＧＰＳ１２（ＧＴ−７２３Ｆ，ＣａｎＭｏｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社製）と３軸デジタルコンパス１３（ＯＳ５０００ＵＳ，ＯｃｅａｎＳｅｒｖｅｒ Ｔｅｃｎｏｌｏｇｙ社製）が設けられている。このＧＰＳ１２と３軸デジタルコンパス１３は、保持部２の頂部に設けられたジュラコン（プラスチック）製のドーム１４内に収納されている。保持部２はアルミ製であるので、ＧＰＳの信号を受信することができないので、ドーム１４内にＧＰＳ受信機が収納されている。このＧＰＳ１２と３軸コンパス１３により前記受信部１のｘ−ｙ−ｚ座標系方位を、地球の座標系方位に補正する補正部１５が形成されている。

【0064】

図４に示すものは、地球基準の座標系Ｏ_Ｅ―Ｘ_Ｅ，Ｙ_Ｅ，Ｚ_Ｅおよび４ｃｈ−ＵＰＡＭＳの固定座標系ｏ―ｘ，ｙ，ｚの関係を示す図面である。

【0065】

固定座標系ｏ_Ｅ―ｘ_Ｅ，ｙ_Ｅ，ｚ_Ｅは、その原点ｏ_Ｅが４ｃｈ−ＵＰＡＭＳの座標系ｏ―ｘ，ｙ，ｚの原点ｏと完全に一致するように、地球基準の座標系Ｏ_Ｅ―Ｘ_Ｅ，Ｙ_Ｅ，Ｚ_Ｅに平行である。軸Ｘ_Ｅおよび軸ｘ_Ｅは北を指し、軸Ｙ_Ｅおよび軸ｙ_Ｅは東を指し、軸Ｚ_Ｅ及び軸ｚ_Ｅは海底を垂直に指している。

【0066】

ヨー角ψ、ロール角φ、及びピッチ角θは、３軸デジタルコンパス１３から得られた。音源方向の単位方向ベクトル［ｕ，ｖ，ｗ］は、オイラー角を用いた数２に示す式（２）によって単位方向ベクトル［Ｕ，Ｖ，Ｗ］に変換される。

【0067】

【数2】

【0068】

表８は、小型鯨類の鳴音が４つの受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に到達する時間差から音源方向角（仰角α、方位角β）を推定し、それを補正部１５で補正した結果を示す表である。

【0069】

すなわち、鳴音の最初の４秒間のクリックスの推定方位角と３軸デジタルコンパスで得られたヨー角、ロール各、ピッチ角及びオイラー角による座標変換で補正した音源方位角を示している。

【0070】

【表8】

【0071】

上記実施の形態によれば、ＧＰＳ１２と３軸デジタルコンパス１３が搭載されているので、機材が風波によって流されたり、揺られたりしても、オイラー角による座標変換によって、正確な音源の位置と方位を求めることができる。

【0072】

更に本実施の形態では、前記受信部１から離れた位置に２つの受信器を有した第２受信部（図示省略）を設け、該第２受信部と前記受信部１とにより得られたデータを基にして音源までの距離を推定する距離推定部（図示省略）を有する。

【0073】

すなわち、４ｃｈ−ＵＰＡＭＳと、所定距離離れた場所に設けられた２ｃｈ−ＵＰＡＭＳとの組み合わせによって、音源の距離を求めるものである。

【0074】

上記実施の形態における４ｃｈ−ＵＰＡＭＳにより求めた音源の方位は，迎角と方位角であって、音源までの距離を求めることはできない。４つのハイドロフォンの相対位置を離すことで、音波の到達時間差を長くすることができ、音源方位の推定精度を高めることもでき、音源までの距離を求めることもできるが、実用上、音波は平行線としてハイドロフォンに届くので、上記実施の形態では、音源がせいぜい１ｍ程度以内にないと距離を推定することはできない。したがって、音源までの距離を求めるためには、別のアイデアが必要となる。

【0075】

そこで、４ｃｈ−ＵＰＡＭＳと、所定距離離れた場所に設けられた２ｃｈ−ＵＰＡＭＳとの組み合わせによって、音源の距離を求めるものである。４ｃｈ−ＵＰＡＭＳと２ｃｈ−ＵＰＡＭＳの位置関係は、対象とする音源の動きに応じて、水平方向に離しても良いし、鉛直方向に離しても良い。この音源距離を求める方法は、三角測量の原理に基づく。

【0076】

次に本実施の形態における音源方位推定方法につき説明する。
音源方位推定方法は、受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４がｘ−ｙ−ｚ座標系の任意の位置に少なくとも４つ配置された受信部１を有し、音源から前記各受信器ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に到達する時間差を実測値時間差データとして求め、前記座標系の原点を中心とする仮想球面上の任意の点の接平面からの音波が、前記各受信器に到達する時間差を理論値時間差データとして全方位において予め求めておき、該理論値時間差データと前記実測値時間差データとの比較評価により音源の方位を推定する。

【0077】

前記比較評価は、前記理論値時間差データと実測値時間差データとを比較してその誤差の総和が最も小さくなる前記点を音源方位と推定する。

【0078】

ＧＰＳ１２と３軸コンパス１３が設けられ、該ＧＰＳ１２と３軸コンパス１３により前記推定したｘ−ｙ−ｚ座標系方位を、地球の座標系方位に補正する。

【0079】

前記受信部１から離れた位置に２つの受信器を有した第２受信部を設け、該第２受信部と前記受信部１とにより得られたデータを基にして、音源までの距離を推定する。

【0080】

具体的な推定方法については、上記音響観測装置における方法と同じであるので、その詳細説明を援用する。

【0081】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

【0082】

例えば、音波とは、可聴音に限られず超音波や低周波音などの波動を意味する。また水中の音波に限らず、大気中の音源方位推定にも適用できる。４ｃｈ−ＵＰＡＭＳに限られず、１６ｃｈや３２ｃｈ、６４ｃｈでも適用可能である。本実施の形態では、仰角αと方位角βをともに１度ずつの分解能で、解析・評価を行っているが、５度あるいは１０度とすることも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0083】

本発明によれば、例えば、鯨類の頭数を正しく評価できるようになるので、海洋生態系の解明に役立てることができ、また、音源までの方位及び距離を推定することにより、海棲哺乳類の海中での詳細な行動を理解することができ、海洋生態系の保全や水産資源の持続的な管理に寄与できる。

【符号の説明】

【0084】

１ 受信部
６ 測定部
７ 記憶部
８ 推定部
１２ ＧＰＳ
１３ ３軸デジタルコンパス
１５ 補正部
ＣＨ１〜ＣＨ４ 受信器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】