特開 2023-28225 伝搬遅延時間算出装置、伝搬遅延時間算出システム、伝搬遅延時間算出方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023028225

(43)【公開日】2023-03-03

(54)【発明の名称】伝搬遅延時間算出装置、伝搬遅延時間算出システム、伝搬遅延時間算出方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/52 20060101AFI20230224BHJP

   G01S 15/50 20060101ALI20230224BHJP

【ＦＩ】

G01S7/52 U

G01S15/50

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021133794

(22)【出願日】2021-08-19

(71)【出願人】

【識別番号】000000295

【氏名又は名称】沖電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001461

【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】木原 将吾

【テーマコード（参考）】

5J083

【Ｆターム（参考）】

5J083AC28

5J083AC30

5J083AD01

5J083AD09

5J083AD30

(57)【要約】

【課題】計算コストを抑制しながら、伝搬遅延時間を精度よく算出する伝搬遅延時間算出装置を得る。
【解決手段】送波器および受波器の一方または両方が移動する場合に送波器から任意の時刻に送波された波が受波器へ到来するまでの伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出装置であって、上記時刻における送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて暫定伝搬遅延時間を求める第１の伝搬計算手段と、暫定伝搬遅延時間における受波器平均速度を求める平均速度計算手段と、受波器平均速度と上記時刻における送波器位置および受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間推定手段と、上記時刻における送波器位置から推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、計算モデルを用いて算出する第２の伝搬計算手段と、を有する。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送波器および受波器の一方または両方が移動する場合に前記送波器から任意の時刻に送波された波が前記受波器へ到来するまでの伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出装置であって、
前記時刻における送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を求める第１の伝搬計算手段と、
前記暫定伝搬遅延時間における前記受波器の平均速度である受波器平均速度を求める平均速度計算手段と、
前記受波器平均速度と前記時刻における前記送波器位置および前記受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間推定手段と、
前記時刻における前記送波器位置から前記推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、前記計算モデルを用いて算出する第２の伝搬計算手段と、
を有する伝搬遅延時間算出装置。

【請求項2】

前記平均速度計算手段は、
前記受波器平均速度を算出するための時間区間として前記暫定伝搬遅延時間を使用する、
請求項１に記載の伝搬遅延時間算出装置。

【請求項3】

前記暫定伝搬遅延時間における前記受波器位置に対して補間処理を行って、前記暫定伝搬遅延時間経過後の前記受波器の位置である補間受波器位置を算出する受波器位置補間手段を有し、
前記平均速度計算手段は、
前記時刻における前記受波器位置と前記補間受波器位置との距離を前記暫定伝搬遅延時間で除算して前記受波器平均速度を算出する、
請求項１に記載の伝搬遅延時間算出装置。

【請求項4】

前記第２の伝搬計算手段によって算出された前記伝搬遅延時間の精度の妥当性を判定する判定手段を有し、
前記判定手段は、
前記伝搬遅延時間の精度が妥当でないと判定した場合、前記伝搬遅延時間を前記暫定伝搬遅延時間として更新し、
前記平均速度計算手段は、
前記判定手段によって更新された暫定伝搬遅延時間に基づいて前記受波器平均速度を算出する、
請求項１～３のいずれか１項に記載の伝搬遅延時間算出装置。

【請求項5】

前記判定手段は、
前記送波器位置から前記予測される受波器位置までの間の伝搬遅延時間と前記受波器平均速度から算出された前記推定伝搬遅延時間とに基づく値を前記妥当性の判定指標に使用する、
請求項４に記載の伝搬遅延時間算出装置。

【請求項6】

前記判定手段は、
前記判定指標の変化度を前記妥当性の判定に使用する、
請求項５に記載の伝搬遅延時間算出装置。

【請求項7】

送波器および受波器の一方または両方が移動する場合に前記送波器から任意の時刻に送波された波が前記受波器へ到来するまでの伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出システムであって、
前記時刻における送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を求める第１の伝搬計算手段と、
前記暫定伝搬遅延時間における前記受波器の平均速度である受波器平均速度を求める平均速度計算手段と、
前記受波器平均速度と前記時刻における前記送波器位置および前記受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間推定手段と、
前記時刻における前記送波器位置から前記推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、前記計算モデルを用いて算出する第２の伝搬計算手段と、
を有する伝搬遅延時間算出システム。

【請求項8】

送波器および受波器の一方または両方が移動する場合に前記送波器から任意の時刻に送波された波が前記受波器へ到来するまでの伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出方法であって、
前記時刻における送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を求めるステップと、
前記暫定伝搬遅延時間における前記受波器の平均速度である受波器平均速度を求めるステップと、
前記受波器平均速度と前記時刻における前記送波器位置および前記受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出するステップと、
前記時刻における前記送波器位置から前記推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、前記計算モデルを用いて算出するステップと、
を有する伝搬遅延時間算出方法。

【請求項9】

送波器および受波器の一方または両方が移動する場合に前記送波器から任意の時刻に送波された波が前記受波器へ到来するまでの伝搬遅延時間を算出するコンピュータに、
前記時刻における送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を求める第１の伝搬計算手段と、
前記暫定伝搬遅延時間における前記受波器の平均速度である受波器平均速度を求める平均速度計算手段と、
前記受波器平均速度と前記時刻における前記送波器位置および前記受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間推定手段と、
前記時刻における前記送波器位置から前記推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、前記計算モデルを用いて算出する第２の伝搬計算手段と、を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、波の伝搬を模擬するシミュレータにおいて、送波器および受波器の一方または両方が移動する場合の伝搬遅延時間を計算する伝搬遅延時間算出装置、伝搬遅延時間算出システム、伝搬遅延時間算出方法、およびその方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、音源から受波点への波の伝搬を模擬するシミュレータなどにおいて、波の伝搬遅延およびドップラー効果による周波数シフトを模擬した信号を生成する装置が知られている。また、解析対象の波が電波の場合について、電波を海面に発射し、その反射波を測定して、海流の流れなどの海象情報を観測するレーダー装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に開示されたレーダー装置は、製品開発過程において、性能評価に上記シミュレータが使用されることがある。上記シミュレータにおいて、音波の伝搬による遅延時間およびドップラー効果による周波数シフトの双方を反映した受波信号を模擬して生成する際、ある時刻で送信された波の伝搬遅延時間を計算する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１－８３９９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、伝搬遅延時間を精度よく計算しようとすると、伝搬遅延時間を考慮した真の受波時刻における受波器位置との間の伝搬計算を行わなければならず、計算コストが大きくなるという課題がある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る伝搬遅延時間算出装置は、送波器および受波器の一方または両方が移動する場合に前記送波器から任意の時刻に送波された波が前記受波器へ到来するまでの伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出装置であって、前記時刻における送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を求める第１の伝搬計算手段と、前記暫定伝搬遅延時間における前記受波器の平均速度である受波器平均速度を求める平均速度計算手段と、前記受波器平均速度と前記時刻における前記送波器位置および前記受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間推定手段と、前記時刻における前記送波器位置から前記推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、前記計算モデルを用いて算出する第２の伝搬計算手段と、を有するものである。

【0007】

本発明に係る伝搬遅延時間算出システムは、送波器および受波器の一方または両方が移動する場合に前記送波器から任意の時刻に送波された波が前記受波器へ到来するまでの伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出システムであって、前記時刻における送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を求める第１の伝搬計算手段と、前記暫定伝搬遅延時間における前記受波器の平均速度である受波器平均速度を求める平均速度計算手段と、前記受波器平均速度と前記時刻における前記送波器位置および前記受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間推定手段と、前記時刻における前記送波器位置から前記推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、前記計算モデルを用いて算出する第２の伝搬計算手段と、を有するものである。

【0008】

本発明に係る伝搬遅延時間算出方法は、送波器および受波器の一方または両方が移動する場合に前記送波器から任意の時刻に送波された波が前記受波器へ到来するまでの伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間算出方法であって、前記時刻における送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を求めるステップと、前記暫定伝搬遅延時間における前記受波器の平均速度である受波器平均速度を求めるステップと、前記受波器平均速度と前記時刻における前記送波器位置および前記受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出するステップと、前記時刻における前記送波器位置から前記推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、前記計算モデルを用いて算出するステップと、を有するものである。

【0009】

本発明に係るプログラムは、送波器および受波器の一方または両方が移動する場合に前記送波器から任意の時刻に送波された波が前記受波器へ到来するまでの伝搬遅延時間を算出するコンピュータに、前記時刻における送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を求める第１の伝搬計算手段と、前記暫定伝搬遅延時間における前記受波器の平均速度である受波器平均速度を求める平均速度計算手段と、前記受波器平均速度と前記時刻における前記送波器位置および前記受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出する伝搬遅延時間推定手段と、前記時刻における前記送波器位置から前記推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、前記計算モデルを用いて算出する第２の伝搬計算手段と、を実行させるものである。

【発明の効果】

【0010】

本発明においては、送波器および受波器の一方または両方が加速度を伴う任意の運動を行っても、送波器と受波器との間の運動を仮の伝搬遅延時間に相当する時間区間の受波器平均速度による等速直線運動に置き換えられる。そのため、送波時刻の送波器位置と複数の受波時刻の受波器位置との組み合わせを考えずに、１回の伝搬計算で真の受波時刻に近似した受波時刻を推定することができる。その結果、計算コストを抑制しながら、伝搬遅延時間を精度よく算出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】模擬対象の音波を送波する送波器および音波を受波する受波器の位置ベクトルの時間変化の一例を示す模式図である。

【図2】比較例１による伝搬遅延時間算出方法の手順を示すフローチャートである。

【図3】受波時刻ズレの探索例を示す表である。

【図4】比較例２の伝搬遅延時間算出方法を説明するためのイメージ図である。

【図5】実施の形態１に係る伝搬遅延時間算出装置の一構成例を示す図である。

【図6】図５に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。

【図7】図６に示した送波器位置メモリが記憶する情報の一例を示す図である。

【図8】図６に示した受波器位置メモリが記憶する情報の一例を示す図である。

【図9】図６に示した受波器速度メモリが記憶する情報の一例を示す図である。

【図10】図６に示した伝搬情報メモリが記憶する情報の一例を示す図である。

【図11】実施の形態１に係る伝搬遅延時間算出方法を説明するためのイメージ図である。

【図12】実施の形態１に係る伝搬遅延時間算出方法の手順を示すフローチャートである。

【図13】１次元の加速度運動の対勢の例を示す図である。

【図14】実施の形態１において、図１３に示す例における各時刻の各種の値を示す表である。

【図15】実施の形態２に係る伝搬遅延時間算出装置の制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。

【図16】実施の形態２に係る伝搬遅延時間算出方法の手順を示すフローチャートである。

【図17】実施の形態２において、図１３に示す例における各時刻の各種の値を示す表である。

【図18】実施の形態１に係る伝搬遅延時間算出装置の別の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

実施の形態１．
本実施の形態１の伝搬遅延時間算出装置は、波の伝搬を模擬するシミュレータにおいて、送波器および受波器の一方または両方が移動する場合、波の伝搬による遅延時間である伝搬遅延時間を計算する装置である。具体的には、伝搬遅延時間算出装置は、送波器から放射された音がある媒質中を伝搬し受波器へと到来した受波信号を模擬する疑似信号生成処理において、ある時刻に送波器から送波された音波が受波器に到来するまでにかかる伝搬遅延時間を求める。これにより、伝搬による遅延時間およびドップラー効果による周波数シフトの双方を反映した受波信号を模擬的に生成できる。

【0013】

本実施の形態１の伝搬遅延時間算出装置の構成を説明する前に、伝搬遅延時間算出装置が模擬する対象となる波について、音の伝搬を例として説明する。なお、式および表において、種々のパラメータを示すギリシャ文字またはローマ字についてベクトルを表す文字を太字で表記（ベクトル表記）しているが、文章中では、ベクトル表記を省略する。

【0014】

図１は、模擬対象の音波を送波する送波器および音波を受波する受波器の位置ベクトルの時間変化の一例を示す模式図である。図１に示すように、送波器および受波器が移動する場合、送波器の位置ベクトルｐ_ｓおよび受波器の位置ベクトルｐ_ｒが時間変化する状況を考慮する。

【0015】

各時刻の送波器について位置ベクトルｐ_ｓ（ｔ）および速度ベクトルｖ_ｓ（ｔ）、ならびに各位置における音速ｃ（ｐ）は、事前に与えられているものとする。各時刻の受波器について、位置ベクトルｐ_ｒ（ｔ）および速度ベクトルｖ_ｒ（ｔ）と、各位置における音速ｃ（ｐ）とは、事前に与えられているものとする。ｐは任意の位置ベクトルを意味する。各ベクトルの添え字のｓは送波器（ｓｏｕｒｃｅ）を意味し、添え字のｒは受波器（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）を意味する。

【0016】

次に、本実施の形態１の伝搬遅延時間算出装置による伝搬遅延時間算出方法を理解しやすくするために、２つの比較例を説明する。

【0017】

図１をモデルにして、送波器から放射された音がある媒質中を伝搬し受波器へと到来した受波信号を模擬する疑似信号を生成する場合、ある時刻に送波器から送波された音波が受波器に到来するまでにかかる伝搬遅延時間を求めることで、伝搬による遅延時間およびドップラー効果による周波数シフトの双方を反映した受波信号を模擬することができる。

【0018】

（比較例１）
比較例１の伝搬遅延時間算出方法を説明する。送波器および受波器が静止している場合、伝搬経路は静止している送波器位置から受波器位置までを考えればよい。しかし、送波器および受波器の一方または両方が移動している場合、図１に示すように、伝搬遅延時間の分だけ受波器位置が移動する。

【0019】

そこで、比較例１では、移動した受波器位置までの伝搬遅延時間を求めていく。図２は、比較例１による伝搬遅延時間算出方法の手順を示すフローチャートである。ｉは、送波時刻インデックスである。送波時刻インデックスｉは、一定の周期で模擬的に音波が送波器から送波される時刻を示す指標に相当する。送波時刻インデックスｉの初期値は０であり、送波時刻インデックスｉの最終インデックスである最終送波時刻インデックスをＬとする。

【0020】

ステップＳ５０２の伝搬遅延時間推定処理について、送波時刻インデックスｉ＝０の場合（ステップＳ５０１）を説明する。図３は、受波時刻ズレの探索例を示す表である。より正確に伝搬遅延時間を推定するためには、図３に示すように送波時刻ｔ_０の送波器位置ｐ_ｓ（ｔ_０）と送波時刻ｔ_０以降の各送波時刻ｔ_ｎの受波器位置ｐ_ｒ（ｔ_ｎ）との間の伝搬計算を行って伝搬遅延時間ｄ_{ｔ０，ｔｎ}を求める必要がある。伝搬遅延時間ｄ_{ｔ０，ｔｎ}は、例えば、Ｂｅｌｌｈｏｐモデル等の音線計算によって求めることができる。

【0021】

ここで、Ｂｅｌｌｈｏｐモデルは、海洋音響における音圧場を予測するための計算モデルであり、送波器位置および受波器位置を入力すると、その間の各伝搬経路（固有音線）の伝搬遅延時間、伝搬損失および到来角等を出力する計算モデルである。

【0022】

伝搬遅延時間ｄ_{ｔ０，ｔｎ}を使用して、次の式（１）のように、受波時刻ズレτ＾（０）が算出される。なお、式および表において、受波時刻ズレを、τの上に＾を付した記号で表している。

【0023】

【数1】

【0024】

式（１）は、送波時刻と想定され得る受波時刻との時間差と、想定され得る受波時刻における受波器位置までの伝搬遅延時間とが一致する伝搬遅延時間が、推定伝搬遅延時間として、選択されることを示している。図３を例に説明すると、太線の枠で囲まれた遅延時間が推定伝搬遅延時間として選択される。

【0025】

しかしながら、比較例１の方法は、式（１）を解くために、伝搬遅延時間ｄ_{ｔ０，ｔｎ}（ｎ＝０，１，・・・）を想定され得るｎの数だけ計算する必要があり、計算コストが大きくなる。

【0026】

（比較例２）
次に、比較例２の方法を、図２および図４を参照して説明する。比較例２は、２つの仮定を満たすと考え、式（１）の計算を代替する方法である。図４は、比較例２の伝搬遅延時間算出方法を説明するためのイメージ図である。

【0027】

仮定１として、受波器の移動について、図４のように時刻ｔ_０から時刻（ｔ_０＋τ＾（０））の間では、受波器の移動を速度ｖ_ｒの等速直線運動と仮定する。仮定２として、音の伝搬についても屈折を含めた任意の伝搬であってもよいが、受波器位置ｐ_ｒ（ｔ_０）から受波器位置ｐ_ｒ（ｔ_ｎ）の微小区間においては、等音速場の直線伝搬と仮定する。送波時刻ｔ_０における送波器位置ｐ_ｓ（ｔ_０）と送波時刻ｔ_ｎにおける受波器位置ｐ_ｒ（ｔ_ｎ）との間の距離ｌ_{ｔ０，ｔｎ}は、式（２）で表される。

【0028】

【数2】

【0029】

等速直線運動の仮定１から式（２）は式（３）に書き換えられる。

【0030】

【数3】

【0031】

続いて、次の式（４）を解いて、送波時刻ｔ_０における送波器位置ｐ_ｓ（ｔ_０）と送波時刻ｔ_ｎにおける受波器位置ｐ_ｒ（ｔ_ｎ）との間の距離ｌ_{ｔ０，ｔｎ}の伝搬にかかる時間が（ｔ_ｎ－ｔ_０）となる時間を求める。

【0032】

【数4】

【0033】

ここで、式（４）の右辺において、受波器速度ｖ_ｒが音の伝搬経路長に与える影響は、受波器位置付近で直進伝搬であれば音の伝搬方向｛ｐ_ｒ（ｔ_０）－ｐ_ｓ（ｔ_０）｝に対する射影成分として近似できる。そのため、式（４）の右辺を次の式（５）のように書きなおすことができる。

【0034】

【数5】

【0035】

式（４）および式（５）を整理すると、式（６）となる。

【0036】

【数6】

【0037】

このように、等速直線運動および等音速場の直進伝搬を仮定すると、推定伝搬遅延時間τ＾（０）は、受波器の移動方向ｖ_ｒと波の進む方向｛ｐ_ｒ（ｔ_０）－ｐ_ｓ（ｔ_０）｝との内積により、時刻ｔ_０における伝搬経路の変化を考慮して定式化することで求められる。このようにして、比較例２は、図２に示す手順を参照すると、送波時刻インデックスｉ＝０（ステップＳ５０１）のとき、ステップＳ５０２において、推定伝搬遅延時間τ＾（０）が算出される。

【0038】

ステップＳ５０３の伝搬計算処理において、送波器位置ｐ_ｓ（ｔ_０）と受波器位置ｐ_ｒ（ｔ_０＋τ＾（０））との間の伝搬遅延時間τ（０）がＢｅｌｌｈｏｐモデル等の音線計算によって算出される。その後、送波時刻インデックスｉを更新しながら（ステップＳ５０５）、送波時刻インデックスｉが最終送波時刻インデックスＬになるまで、ステップＳ５０２～Ｓ５０３の処理が繰り返される。

【0039】

上述したように、伝搬による遅延時間およびドップラー効果による周波数シフトの双方を反映した受波信号の模擬において、ある時刻で送信された波の伝搬遅延時間を正確に計算するためには、伝搬遅延時間を考慮した真の受波時刻における受波器位置との間の伝搬計算を行わなければならない。

【0040】

比較例１の方法は、送波時刻毎に送波時刻の送波器位置と受波器位置との間の組み合わせの数だけ伝搬計算を行って伝搬遅延時間を算出する必要があり、計算コストが大きくなるという課題がある。

【0041】

一方、比較例２の方法は、受波器の移動を等速直線運動と仮定し、伝搬遅延時間内の受波器の移動における音波の伝搬を等音速（直進伝搬）と仮定することで、組み合わせ問題を解かずに推定伝搬遅延時間を算出できる。しかし、受波器が加速度を伴う任意の運動を行う場合、式（６）において、ｖ_ｒを瞬時受波器速度とすると、送波器と受波器との距離が長くなるほど、また、運動の加速度が大きくなるほど、推定誤差が大きくなるという課題がある。

【0042】

これに対して、本実施の形態１の伝搬遅延時間算出方法は、加速度を伴う任意の運動に対して伝搬遅延時間を推定する方法において、位置および運動に応じた適応的なブロック長で平均した受波器速度ベクトルを用いて推定伝搬遅延時間を求めるものである。本実施の形態１によれば、多数の時刻ズレの組み合わせにおける送波器位置と受波器位置との間の伝搬計算を必要とせず、推定誤差を改善した推定伝搬遅延時間を求めることができ、計算コストを削減できる。

【0043】

本実施の形態１の伝搬遅延時間算出装置の構成を説明する。図５は、実施の形態１に係る伝搬遅延時間算出装置の一構成例を示す図である。

【0044】

伝搬遅延時間算出装置１は、コンピュータ等の情報処理装置である。図５に示すように、伝搬遅延時間算出装置１は、入力部２と、記憶部３と、制御部４と、出力部５とを有する。記憶部３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）装置である。出力部５は、例えば、ディスプレイ装置である。制御部４は、プログラムを記憶するメモリ１１と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２とを有する。メモリ１１は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。

【0045】

図６は、図５に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。制御部４は、第１の伝搬計算手段２１と、平均速度計算手段２２と、伝搬遅延時間推定手段２３と、第２の伝搬計算手段２４とを有する。ＣＰＵ１２がプログラムを実行することで、第１の伝搬計算手段２１、平均速度計算手段２２、伝搬遅延時間推定手段２３および第２の伝搬計算手段２４が構成される。

【0046】

記憶部３は、複数にメモリ領域が分割されている。図６に示す構成例において、記憶部３は、データを記憶させるメモリ領域として、送波器位置メモリ３１と、受波器位置メモリ３２と、受波器速度メモリ３３と、伝搬情報メモリ３４とを有する。以下では、送波器位置メモリ３１および受波器位置メモリ３２を「位置メモリ」と総称し、受波器速度メモリ３３を省略して「速度メモリ」と称する。

【0047】

各メモリの構成を説明する。図７は、図６に示した送波器位置メモリが記憶する情報の一例を示す図である。送波器位置メモリ３１は、図７に示す送波器位置情報を記憶している。送波器位置情報は、送波時刻インデックスｉに対応して、送波器位置ｐ_ｓが格納された情報である。図８は、図６に示した受波器位置メモリが記憶する情報の一例を示す図である。受波器位置メモリ３２は、図８に示す受波器位置情報を記憶している。受波器位置情報は、送波時刻インデックスｉに対応して、受波器位置ｐ_ｒが格納された情報である。

【0048】

図９は、図６に示した受波器速度メモリが記憶する情報の一例を示す図である。受波器速度メモリ３３は、図９に示す受波器速度情報を記憶している。受波器速度情報は、送波時刻インデックスｉに対応して、受波器速度ｖ_ｒが格納された情報である。図１０は、図６に示した伝搬情報メモリが記憶する情報の一例を示す図である。伝搬情報メモリ３４は、図１０に示す伝搬情報を記憶する。伝搬情報は、送波時刻インデックスｉに対応して、伝搬遅延時間τおよび伝搬損失ＴＬ（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｎ ｌｏｓｓ）が格納された情報である。伝搬損失ＴＬは、音源からの音波送波時を基準として、音波送波時からどれだけ振幅が減衰するかという振幅減衰量［ｄＢ］を意味する。

【0049】

次に、制御部４の構成を説明する。第１の伝搬計算手段２１は、送波時刻インデックスｉ、送波器位置メモリ３１の情報および受波器位置メモリ３２の情報を入力として、送波時刻における送波器位置および受波器位置から仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を算出する。第１の伝搬計算手段２１は、算出した暫定伝搬遅延時間を平均速度計算手段２２に出力する。

【0050】

平均速度計算手段２２は、第１の伝搬計算手段２１の出力である暫定伝搬遅延時間と、受波器速度メモリ３３の情報とを入力として、受波器の平均速度である受波器平均速度を算出する。平均速度計算手段２２は、受波器平均速度を算出するための時間区間として暫定伝搬遅延時間を使用する。平均速度計算手段２２は、算出した受波器平均速度を伝搬遅延時間推定手段２３に出力する。

【0051】

伝搬遅延時間推定手段２３は、平均速度計算手段２２の出力である受波器平均速度と、送波器位置メモリ３１の情報と、受波器位置メモリ３２の情報とを入力として、推定伝搬遅延時間を算出する。伝搬遅延時間推定手段２３は、推定伝搬遅延時間を第２の伝搬計算手段２４に出力する。

【0052】

第２の伝搬計算手段２４は、伝搬遅延時間推定手段２３の出力である推定伝搬遅延時間と、送波器位置メモリ３１の情報と、受波器位置メモリ３２の情報とを入力として、送波時刻における送波器位置から推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を算出する。これにより、精度の高い伝搬遅延時間が算出される。第２の伝搬計算手段２４は、算出した伝搬遅延時間を伝搬情報メモリ３４に書き込む。

【0053】

第１の伝搬計算手段２１、平均速度計算手段２２、伝搬遅延時間推定手段２３および第２の伝搬計算手段２４の各手段は、送波時刻インデックスｉを更新しながら、最終送波時刻インデックスＬまで処理を繰り返す。

【0054】

次に、本実施の形態１の伝搬遅延時間算出装置１の動作を説明する。図１１は、実施の形態１に係る伝搬遅延時間算出方法を説明するためのイメージ図である。図１２は、実施の形態１に係る伝搬遅延時間算出方法の手順を示すフローチャートである。

【0055】

比較例１および比較例２と同様に、音波の伝搬を例に、送波器および受波器の位置ベクトルが時間変化する状況での受波器の受信波形を模擬する疑似信号生成での伝搬遅延時間の算出方法を説明する。ここで、各時刻の送波器位置の情報は送波器位置メモリ３１に格納され、各時刻の受波器位置の情報は受波器位置メモリ３２に格納され、各時刻の受波器速度の情報は受波器速度メモリ３３に格納されているものとする。

【0056】

はじめに、制御部４は、送波時刻インデックスｉを０に初期化する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０２において、第１の伝搬計算手段２１は、次のようにして第１の伝搬計算処理を行う。第１の伝搬計算手段２１は、送波器位置メモリ３１の情報から、送波時刻インデックスｉに対応する送波器位置ｐ_ｓ（ｉ）＝［ｐ_ｓ，ｘ（ｉ），ｐ_ｓ，ｙ（ｉ），ｐ_ｓ，ｚ（ｉ）］を参照する。また、第１の伝搬計算手段２１は、受波器位置メモリ３２の情報から、送波時刻インデックスｉに対応する受波器位置ｐ_ｒ（ｉ）＝［ｐ_ｒ，ｘ（ｉ），ｐ_ｒ，ｙ（ｉ），ｐ_ｒ，ｚ（ｉ）］を参照する。そして、第１の伝搬計算手段２１は、ｐ_ｓ（ｉ）→ｐ_ｒ（ｉ）の間の仮の伝搬遅延時間τ’（ｉ）を求める。仮の伝搬遅延時間τ’（ｉ）が暫定伝搬遅延時間に相当する。例えば、Ｂｅｌｌｈｏｐモデル等の音線計算モデルを使用して暫定伝搬遅延時間を求めることができる。

【0057】

ステップＳ１０３において、平均速度計算手段２２は、次のようにして受波器平均速度計算処理を行う。平均速度計算手段２２は、受波器速度メモリ３３の情報から、ｖ_ｒ（ｉ），ｖ_ｒ（ｉ＋１），・・・，ｖ_ｒ（ｉ＋ｃｅｉｌ［τ’（ｉ）］）を参照する。そして、平均速度計算手段２２は、式（７）を用いて、受波器の平均速度ベクトルｖ_ｒ［ａｖｅ］を算出する。なお、式および表においては、受波器の平均速度ベクトルを、受波器速度ベクトルｖ_ｒの上に平均値を示す「－」を付した記号で表している。

【0058】

【数7】

【0059】

式（７）に示すｃｅｉｌ［・］は、正の無限大方向の切り上げ操作を意味する。また、Δｔは、位置メモリに格納されている位置の時間間隔、および速度メモリに格納されている速度の時間間隔である。式（７）によって、受波器平均速度を計算することで、送波時刻から受波時刻の時間区間の任意の運動が、受波器平均速度の等速直線運動に近似される。

【0060】

ステップＳ１０４において、伝搬遅延時間推定手段２３は、次のようにして伝搬遅延時間推定処理を行う。伝搬遅延時間推定手段２３は、式（６）において受波器速度ベクトルｖ_ｒを受波器平均速度ベクトルｖ_ｒ［ａｖｅ］に置き換えた式（８）を用いて、推定伝搬遅延時間τ＾（ｉ）を算出する。

【0061】

【数8】

【0062】

ステップＳ１０５において、第２の伝搬計算手段２４は、次のようにして第２の伝搬計算処理を行う。第２の伝搬計算手段２４は、送波時刻の送波器位置ｐ_ｓ（ｉ）と真の受波時刻の受波器位置ｐ_ｒ（ｉ＋ｒｏｕｎｄ［τ＾（ｉ）／Δｔ］）との間の伝搬遅延時間τ（ｉ）を、ステップＳ１０２と同様に、Ｂｅｌｌｈｏｐモデルの音線計算などによって算出する。ここで、ｒｏｕｎｄ［・］は四捨五入演算を意味する。第２の伝搬計算手段２４は、算出した伝搬遅延時間τ（ｉ）を、伝搬情報メモリ３４の伝搬情報において、送波時刻インデックスｉに対応するアドレスに格納する。

【0063】

ステップＳ１０６において、制御部４は、送波時刻インデックスｉが最終送波時刻インデックスＬであるか否かを判定する。判定の結果、送波時刻インデックスｉが最終送波時刻インデックスＬでない場合、制御部４は、送波時刻インデックスｉに１を加算し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０２の処理に戻る。このようにして、送波時刻インデックスｉを更新しながら、ステップＳ１０２～Ｓ１０５の処理を送波時刻インデックスｉが最終送波時刻インデックスＬになるまで繰り返す。

【0064】

本実施の形態１の伝搬遅延時間算出装置１による伝搬遅延時間算出方法の効果を説明する。図１２を参照して説明したように、本実施の形態１においては、送波器および受波器の一方または両方が加速度を伴う任意の運動を行っても、送波器と受波器との間の運動を、仮の伝搬遅延時間に相当する時間区間の受波器平均速度による等速直線運動に置き換える。これにより、送波時刻の送波器位置と複数の受波時刻の受波器位置との組み合わせを考えずに、１回の伝搬計算で真の受波時刻に近似した受波時刻を推定することができる。その結果、瞬時受波器速度を使用するよりも、伝搬遅延時間を高精度に求めることができる。

【0065】

本実施の形態１の効果の確認例として図１３を使用する。図１３は、１次元の加速度運動の対勢の例を示す図である。図１３においては、時刻ｔ＝０で送波器と受波器との間が９０００ｍ離れており、初期の受波器速度が０［ｍ／ｓ］であり、加速度を受波器が送波器から離れる方向に８［ｍ／ｓ^２］としている。

【0066】

図１４は、実施の形態１において、図１３に示す例における各時刻の各種の値を示す表である。文章中においては、式および表におけるノルム記号を絶対値記号で表記する。

【0067】

表の２行目の｜Ｐ_ｒ｜［ｍ］は、各時刻の受波器位置、すなわち送波器および受波器間の距離の真値である。表の３行目の｜ｖ_ｒ｜［ｍ／ｓ］は、各時刻における受波器速度の真値である。表の４行目のτ_真値［ｓ］は、各時刻で送波された音の伝搬遅延時間の真値である。表の５行目のτ_比較例［ｓ］は、各時刻で送波された音の伝搬遅延時間を比較例２の方法で求めた値である。表の６行目のτ_実１［ｓ］は、各時刻で送波された音の伝搬遅延時間を本実施の形態１の方法で求めた値である。

【0068】

また、表の７行目のＤ_真値［ｓ］は、各時刻で送波された音のドップラー係数の真値である。表の８行目のＤ_比較例［ｓ］は、各時刻で送波された音のドップラー係数を比較例２の方法で推定した値である。表の９行目のＤ_実１［ｓ］は、各時刻で送波された音のドップラー係数を本実施の形態１の方法で推定した値である。

【0069】

ここで、サンプリング周波数ｆｓ＝１ｋＨｚ、ブロック長Ｎｂ＝ｆｓ［ｓａｍｐｌｅ］とした場合、ドップラー係数Ｄは遅延誤差によるブロックの伸縮を表した式（９）を使用して求めている。

【0070】

【数9】

【0071】

この例の場合、伝搬遅延時間τの推定において、例えば、時刻ｔ＝０において伝搬遅延時間の真値τ_真値が６．０９９２０［ｓ］に対して、比較例２で推定した伝搬遅延時間τ_比較例は６．０９６００［ｓ］で、３．２０［ｍｓ］の誤差がある。一方、本実施の形態１の方法により推定した伝搬遅延時間τ_実１［ｓ］は６．０９９１５［ｓ］であり、誤差を０．０５［ｍｓ］まで抑えることができている。

【0072】

さらに、ドップラー係数Ｄの推定では、ドップラー係数の真値Ｄ_真値が０．９６４７１に対して、比較例２で推定したドップラー係数Ｄ_比較例は０．９６５２８であり、本実施の形態１の方法により推定したドップラー係数Ｄ_実１は０．９６４７４である。

【0073】

この結果は、周波数の推定において、例えば、送信周波数が１ｋＨｚの場合、推定時刻ｔ＝０において、真値９６４．７１Ｈｚに対して、比較例２では９６５．２８Ｈｚとなり、およそ１１Ｈｚ程度の誤差が生じる。これに対して、本実施の形態１の方法では、９６４．７４Ｈｚとなり、誤差を０．０３Ｈｚまで抑えられる。特に、ドップラー係数の推定精度が重要になる音響通信およびアクティブソーナーの疑似信号生成において、意図した周波数変化を再現できる点で意味がある。

【0074】

本実施の形態１の伝搬遅延時間算出装置１は、第１の伝搬計算手段２１と、平均速度計算手段２２と、伝搬遅延時間推定手段２３と、第２の伝搬計算手段２４とを有する。第１の伝搬計算手段２１は、時刻ｔにおける送波器位置および受波器位置に予め決められた計算モデルを用いて仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間を求める。平均速度計算手段２２は、暫定伝搬遅延時間における受波器の平均速度である受波器平均速度を求める。伝搬遅延時間推定手段２３は、受波器平均速度と時刻ｔにおける送波器位置および受波器位置とから推定伝搬遅延時間を算出する。第２の伝搬計算手段２４は、時刻ｔにおける送波器位置から推定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの伝搬遅延時間を、計算モデルを用いて算出する。

【0075】

本実施の形態１は、受波器の移動の加速度が大きい場合ほど、または送波器と受波器との間の距離が遠いほど、想定される受波時刻を多数考えなければならない比較例１と比べて計算量抑制効果が大きい。一方、本実施の形態１は、伝搬遅延時間が経過する間の受波速度の変化に起因する伝搬遅延時間の推定誤差が大きい比較例２と比べて、推定精度をよく保つことができる。

【0076】

実施の形態２．
本実施の形態２は、伝搬遅延時間をより精度よく算出するものである。本実施の形態２においては、実施の形態１で説明した構成と同一の構成に同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0077】

本実施の形態２の伝搬遅延時間算出装置の構成を説明する。本実施の形態２の伝搬遅延時間算出装置１の全体構成は図５に示した構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。図１５は、実施の形態２に係る伝搬遅延時間算出装置の制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。

【0078】

制御部４ａは、図６に示した手段の他に、受波器位置補間手段２５、遅延誤差計算手段２６および判定手段２７を有する。本実施の形態２においては、記憶部３は図６に示した受波器速度メモリ３３を有していなくてもよい。

【0079】

受波器位置補間手段２５は、第１の伝搬計算手段２１の出力である仮の伝搬遅延時間である暫定伝搬遅延時間と受波器位置メモリ３２の情報とを入力として、暫定伝搬遅延時間における受波器位置に対して補間処理を行って、暫定伝搬遅延時間経過後の受波器の位置である補間受波器位置を算出する。受波器位置補間手段２５は、算出した補間受波器位置を平均速度計算手段２２に出力する。平均速度計算手段２２は、受波器位置補間手段２５の出力である補間受波器位置を入力として、受波器平均速度を算出する。平均速度計算手段２２は、算出した受波器平均速度を伝搬遅延時間推定手段２３に出力する。

【0080】

伝搬遅延時間推定手段２３は、平均速度計算手段２２の出力である受波器平均速度、送波器位置メモリ３１の情報、および受波器位置メモリ３２の情報を入力として、推定伝搬遅延時間を算出する。伝搬遅延時間推定手段２３は、算出した推定伝搬遅延時間を、第２の伝搬計算手段２４および遅延誤差計算手段２６に出力する。第２の伝搬計算手段２４は、伝搬遅延時間推定手段２３の出力である推定伝搬遅延時間と、送波器位置メモリ３１の情報と、受波器位置メモリ３２の情報とが入力されると、実施の形態１と同様にして、伝搬遅延時間を算出する。第２の伝搬計算手段２４は、算出した伝搬遅延時間を遅延誤差計算手段２６に出力する。

【0081】

遅延誤差計算手段２６は、伝搬遅延時間推定手段２３の出力である推定伝搬遅延時間と第２の伝搬計算手段２４の出力である伝搬遅延時間とが入力されると、遅延時間差を算出し、遅延時間差および伝搬遅延時間を判定手段２７に出力する。

【0082】

判定手段２７は、第２の伝搬計算手段２４によって算出された伝搬遅延時間の精度の妥当性を判定する。具体的には、判定手段２７は、遅延誤差計算手段２６の出力である遅延誤差および伝搬遅延時間が入力されると、遅延誤差が予め決められた条件を満たすか否かを判定する。遅延誤差が条件を満たさない場合、判定手段２７は、伝搬遅延時間を新たな暫定伝搬遅延時間として、受波器位置補間手段２５に出力する。判定手段２７は、遅延誤差が条件を満たすまで、伝搬遅延時間を暫定伝搬遅延時間として更新するために、受波器位置補間手段２５に出力する処理を繰り返す。一方、遅延誤差が条件を満たす場合、判定手段２７は、伝搬情報メモリ３４の伝搬情報に伝搬遅延時間を格納する。

【0083】

第１の伝搬計算手段２１、受波器位置補間手段２５、平均速度計算手段２２、伝搬遅延時間推定手段２３、第２の伝搬計算手段２４、遅延誤差計算手段２６および判定手段２７の各手段は、送波時刻インデックスｉを更新しながら、最終送波時刻インデックスＬまで処理を繰り返す。

【0084】

次に、本実施の形態２の伝搬遅延時間算出装置１の動作を説明する。図１６は、実施の形態２に係る伝搬遅延時間算出方法の手順を示すフローチャートである。本実施の形態２も、実施の形態１と同様に、音波の伝搬を例として、送波器および受波器の位置ベクトルが時間変化する状況下において、受波器の受信波形を模擬する疑似信号生成を考える。

【0085】

なお、図１６に示すステップＳ２０１およびＳ２０２の処理は、実施の形態１において図１２を参照して説明したステップＳ１０１およびＳ１０２と同様になるため、その詳細な説明を省略する。また、図１６に示すステップＳ２０５およびＳ２０６の処理は、実施の形態１において図１２を参照して説明したステップＳ１０４およびＳ１０５と同様になるため、その詳細な説明を省略する。

【0086】

ステップＳ２０３において、受波器位置補間手段２５は、より高精度に伝搬遅延時間を求めるために、次のようにして受波器位置補間処理を行う。受波器位置補間手段２５は、ステップＳ２０２の処理結果である暫定伝搬遅延時間τ’（ｉ）に対して、受波器位置メモリ３２の情報から、例えば、線形補間である式（１０）を用いて、暫定伝搬遅延時間を考慮した受波器位置を求める。この受波器位置が補間受波器位置に相当する。式（１０）において、ｆｌｏｏｒ［・］は切り捨て演算を意味する。

【0087】

【数10】

【0088】

ステップＳ２０４において、平均速度計算手段２２は、次のようにして受波器平均速度計算処理を行う。平均速度計算手段２２は、次の式（１１）を用いて、送波時刻における受波器位置から式（１０）によって算出される受波器位置までの距離を、暫定伝搬遅延時間τ’（ｉ）で除算することで、受波器平均速度ｖ_ｒを算出する。

【0089】

【数11】

【0090】

ステップＳ２０７において、遅延誤差計算手段２６は、次のようにして遅延誤差計算処理を行う。遅延誤差計算手段２６は、式（１２）を用いて、遅延誤差Δτを算出する。具体的には、遅延誤差計算手段２６は、推定伝搬遅延時間τ＾（ｉ）で補正した受波器位置ｐ_ｒ（ｉ＋ｒｏｕｎｄ［τ＾（ｉ）／Δｔ］）と送波器位置との間の伝搬遅延時間τ（ｉ）と、推定伝搬遅延時間τ＾（ｉ）との差の絶対値を、遅延誤差Δτとして算出する。

【0091】

【数12】

【0092】

ステップＳ２０８において、判定手段２７は、遅延誤差Δτと、予め設定された遅延時間精度閾値Ｔとを比較して、遅延誤差Δτが遅延時間精度閾値Ｔより小さいか否かを判定する。ステップＳ２０８の判定の結果、Δτ≧Ｔである場合、判定手段２７は、伝搬遅延時間τ（ｉ）の推定精度が不足していると判定する。そして、判定手段２７は、１回目に計算された暫定伝搬遅延時間τ’（ｉ）より精度が向上した伝搬遅延時間τ（ｉ）を新たな暫定伝搬遅延時間τ’（ｉ）として更新する。そして、判定手段２７は、更新した暫定伝搬遅延時間τ’（ｉ）を受波器位置補間手段２５に出力する。ステップＳ２０８の判定条件が満たされるまで、判定手段２７は、暫定伝搬遅延時間をより精度が高い値に更新する処理を繰り返す。

【0093】

一方、ステップＳ２０８の判定の結果、Δτ＜Ｔである場合、判定手段２７は、伝搬遅延時間が十分に真値に近づいたものと判定する。そして、判定手段２７は、伝搬遅延時間τ（ｉ）を伝搬情報メモリ３４の伝搬情報に書き込む。

【0094】

本実施の形態２の伝搬遅延時間算出装置１による伝搬遅延時間算出方法の効果を説明する。図１６を参照して説明したように、本実施の形態２においては、送波器および受波器の一方または両方が加速度運動を含む任意の運動であっても、推定伝搬遅延時間と推定した受波器位置までの伝搬遅延との誤差を使って、設定条件を満たすまで伝搬遅延時間の推定を繰り返す。そのため、実施の形態１の方法よりも計算コストは増えるものの、比較例１よりは計算コストを抑えて実施の形態１よりも伝搬遅延時間を高精度に推定できる。

【0095】

本実施の形態２の効果の確認例として、実施の形態１と同様に、図１３を使用する。図１７は、実施の形態２において、図１３に示す例における各時刻の各種の値を示す表である。文章中においては、式および表におけるノルム記号を絶対値記号で表記する。

【0096】

表の２行目の｜Ｐ_ｒ｜［ｍ］は、各時刻の受波器位置、すなわち送波器および受波器間の距離の真値である。表の３行目の｜ｖ_ｒ｜［ｍ／ｓ］は、各時刻における受波器速度の真値である。表の４行目の｜ｖ_ｒ｜_真値［ｍ／ｓ］は、各時刻で送波された音が受波されるまでの間の受波器の移動の平均速度の真値である。表の５行目の｜ｖ_ｒ｜_実１［ｍ／ｓ］は、各時刻で送波された音が受波されるまでの間の受波器の移動の平均速度を実施の形態１の方法で推定した値である。表の６行目の｜ｖ_ｒ｜_実２［ｍ／ｓ］は、各時刻で送波された音が受波されるまでの間の受波器の移動の平均速度を、本実施の形態２の判定処理（ステップＳ２０８）による繰り返し前の１回目に推定した値である。

【0097】

表の７行目のτ_真値［ｓ］は、各時刻で送波された音の遅延時間の真値である。表の８行目のτ_実１［ｓ］は、各時刻で送波された音の遅延時間を実施の形態１の方法で求めた値である。表の９行目のτ_実２［ｓ］は、各時刻で送波された音の遅延時間を本実施の形態２の方法で求めた値である。

【0098】

表の１０行目のＤ_真値は、各時刻で送波された音のドップラー係数の真値である。表の１１行目のＤ_実１は、各時刻で送波された音のドップラー係数を実施の形態１の方法で推定した値である。表の１２行目のＤ_実２は、各時刻で送波された音のドップラー係数を本実施の形態２の方法で推定した値である。

【0099】

ここで、サンプリング周波数ｆｓ＝１ｋＨｚ、ブロック長Ｎｂ＝ｆｓ［ｓａｍｐｌｅ］とした場合、ドップラー係数Ｄは遅延誤差によるブロックの伸縮を表した式（９）を使用して求めている。さらに、閾値Ｔ＝１ｍｓとして計算している。

【0100】

本実施の形態２においては、受波器の位置を式（１０）で線形補間を使って実施の形態１よりも正確に求めている。そのため、例えば、時刻ｔ＝１において、受波器平均速度の推定が１２．４ｍｍ／ｓだけ精度が向上する。

【0101】

伝搬遅延時間τの推定において、例えば、時刻ｔ＝０において、真値τ_真値が６．０９９２０ｓに対して、実施の形態１の方法で推定した伝搬遅延時間τ_実１は６．０９９１５ｓとなり、０．０５ｍｓの誤差にまで抑えることができている。一方、実施の形態２の方法で推定した伝搬遅延時間τ_実２は６．０９９２１ｓとなり、０．０１ｍｓの誤差にまで抑えることができている。

【0102】

さらに、ドップラー係数Ｄの推定では、真値Ｄ_真値が０．９６４７１であるのに対して、実施の形態１の方法で推定したドップラー係数Ｄ_実１は０．９６４７４であるが、実施の形態２の方法で推定したドップラー係数Ｄ_実２は０．９６４７０である。

【0103】

この結果は、周波数の推定において、例えば、送信周波数が１ｋＨｚの場合、推定時刻ｔ＝０において、真値９６４．７１Ｈｚに対して、実施の形態１の方法では９６４．７４Ｈｚとなり、誤差を０．０３Ｈｚまで抑えられた。一方、実施の形態２の方法では、９６４．７０Ｈｚとなり、誤差を０．０１Ｈｚまで抑えられている。

【0104】

時刻ｔ＞０において、実施の形態１の方法では、推定誤差が徐々に大きくなる傾向がある。これに対して、本実施の形態２によれば、追加の伝搬計算を１回行うと、推定誤差が抑制される。このことから、本実施の形態２のように、補間による受波器位置を使用した平均受波速度の算出および推定誤差判定による伝搬計算の繰り返しを行うことは、伝搬遅延時間を高精度に求める必要がある場合に有効である。

【0105】

上述の実施の形態１および２において、単体の情報処理装置の場合で説明したが、伝搬遅延時間を算出する演算装置は、複数の情報処理装置を有するシステムであってもよい。図１８は、実施の形態１に係る伝搬遅延時間算出装置の別の構成例を示すブロック図である。

【0106】

図１８に示す伝搬遅延時間算出システム１０は、情報処理装置１０１～１０３を有する。情報処理装置１０１～１０３は、インターネット等のネットワーク２００を介して互いに接続される。例えば、情報処理装置１０１は図６に示した記憶部３を有し、情報処理装置１０２は図６に示した第１の伝搬計算手段２１および平均速度計算手段２２を有し、情報処理装置１０３は図６に示した伝搬遅延時間推定手段２３および第２の伝搬計算手段２４を有する。この場合、本実施の形態１の伝搬遅延時間算出方法を実行するために必要な演算処理が複数の情報処理装置１０１～１０３で分散されるので、各情報処理装置の負荷が軽減し、演算処理のスピードを速くすることができる。

【0107】

なお、図１８を参照して、実施の形態１で説明した装置をシステムに適用する場合で説明したが、実施の形態２で説明した装置をシステムに適用してもよい。また、図１８は情報処理装置が３台の場合を示しているが、情報処理装置の台数は限定されない。

【0108】

（利用形態）
実施の形態１において、音の伝搬を例に説明したが、波であれば、例えば、レーダーでも適用可能である。

【0109】

実施の形態１では、図１２に示したステップＳ１０２の第１の伝搬計算処理およびステップＳ１０５の第２の伝搬計算処理において、Ｂｅｌｌｈｏｐモデルの音線計算を例に説明したが、始点および終点間の伝搬遅延時間を求められれば、計算速度を犠牲に、模擬精度を向上させた別の音線モデルまたはノーマルモードなどの波動モデルを使用してもよい。

【0110】

実施の形態１では、図１２に示したステップＳ１０３の受波器平均速度計算処理において、平均をとる区間を、ｉ～ｉ＋ｃｅｉｌ［τ’（ｉ）／Δｔ］までとしたが、位置関係に応じた時間τ’（ｉ）に応じた長さ程度となれば、切り上げ演算（ｉ～ｉ＋ｃｅｉｌ［τ’（ｉ）／Δｔ］）でなくても、切り捨て演算（ｉ～ｉ＋ｆｌｏｏｒ［τ’（ｉ）／Δｔ］）または四捨五入演算（ｉ～ｉ＋ｒｏｕｎｄ［τ’（ｉ）／Δｔ］）であってもよい。

【0111】

実施の形態１では、図１２に示したステップＳ１０３の受波器平均速度計算処理において、受波器速度系列から受波器平均速度を算出したが、受波器平均速度の算出方法はステップＳ１０３で説明した方法に限らない。例えば、計算コストと算出精度とのトレードオフによって、実施の形態２の図１６に示したステップＳ２０４で説明したように、受波器速度系列を用いずに、受波器補間位置と仮の伝搬遅延時間とから受波器平均速度を算出してもよい。

【0112】

実施の形態１において、予測される受波器位置を算出する方法として、受波器位置メモリ３２が記憶する受波器位置情報を参照して最も近い受波器位置を採用する場合で説明したが、実施の形態２で説明した補間位置を採用してもよい。

【0113】

実施の形態２においては、伝搬遅延時間の精度の妥当性の判定方法として、送波器位置から暫定伝搬遅延時間によって予測される受波器位置までの間の伝搬遅延時間と、受波器平均速度から算出された推定伝搬遅延時間との遅延誤差を判定指標とする場合で説明したが、判定指標は遅延誤差に限定されない。また、伝搬遅延時間の精度の妥当性の判定方法として、例えば、上述した遅延誤差の前回値からの変化度を使用してもよい。この場合、遅延誤差の前回値からの変化度が予め決められた閾値よりも大きいと、伝搬遅延時間の精度が妥当でないと判定する。伝搬遅延時間の精度の妥当性を判定できる判定指標であれば、任意の判定指標を採用できる。

【0114】

実施の形態２においては、受波器位置を求める式（１０）において、ｆｌｏｏｒ［τ’（ｉ）／Δｔ］を使用して説明したが、整数値に丸める関数であれば、ｒｏｕｎｄ［τ’（ｉ）／Δｔ］またはｃｅｉｌ［τ’（ｉ）／Δｔ］を使用してもよい。

【0115】

実施の形態２においては、線形補間によって平均受波位置を求めたが、例えば、計算コストと算出精度とのトレードオフによって、スプライン補間等の別の補間を使用してもよい。

【符号の説明】

【0116】

１ 伝搬遅延時間算出装置
２ 入力部
３ 記憶部
４、４ａ 制御部
５ 出力部
１０ 伝搬遅延時間算出システム
１１ メモリ
１２ ＣＰＵ
２１ 第１の伝搬計算手段
２２ 平均速度計算手段
２３ 伝搬遅延時間推定手段
２４ 第２の伝搬計算手段
２５ 受波器位置補間手段
２６ 遅延誤差計算手段
２７ 判定手段
３１ 送波器位置メモリ
３２ 受波器位置メモリ
３３ 受波器速度メモリ
３４ 伝搬情報メモリ
１０１ 情報処理装置
１０２ 情報処理装置
１０３ 情報処理装置
２００ ネットワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】