JP6051787B2 - Communication apparatus and communication method - Google Patents
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Description
本発明は、通信装置及び通信方法に関する。 The present invention relates to a communication device and a communication method.
水中通信装置では、任意の方向に通信できるように無指向性の音波が送波される。しかし無指向の音波を用いた場合、その受波信号には大きなノイズや残響の影響が含まれて通信品質が低下する問題がある。そこで、送波方向に指向性を設けて、ノイズ等を抑えることが考えられるが、この場合は通信目標を追尾する機能を備えていないと、通信の欠損や中断が発生する。 In the underwater communication device, an omnidirectional sound wave is transmitted so that communication can be performed in an arbitrary direction. However, when an omnidirectional sound wave is used, there is a problem in that the received signal includes the influence of large noise and reverberation and communication quality deteriorates. Therefore, it is conceivable to provide directivity in the transmission direction to suppress noise and the like. However, in this case, if the function for tracking the communication target is not provided, communication loss or interruption occurs.
例えば、特開平03−245625号公報には、母船と水中移動と一体に搭載した送受波器のビームパターンを互いに指向方向に向けるように制御する提案がなされている。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 03-245625 proposes a method for controlling the beam patterns of a transmitter / receiver mounted integrally with a mother ship and underwater movement so that they are directed toward each other.
しかしながら、特開平03−245625号公報にかかる提案は、通信方式が固定であるため、通信環境の変化に応じてSN比が変化した場合、正確な通信が行えないことがある。 However, since the proposal according to Japanese Patent Laid-Open No. 03-245625 has a fixed communication method, accurate communication may not be performed when the SN ratio changes according to changes in the communication environment.
即ち、通信環境には種々の原因によるノイズ等が存在する。従って、固定の通信方式がノイズの影響を受け易い場合には、通信品質が低下する。 That is, there are noises and the like due to various causes in the communication environment. Therefore, when the fixed communication method is easily affected by noise, the communication quality deteriorates.
そこで、本発明の主目的は、通信環境の依存性を小さくし、かつ、移動する通信目標であっても当該通信目標を追尾して通信できる通信装置及び通信方法を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a communication device and a communication method that can reduce the dependence on the communication environment and can track and communicate even with a moving communication target.
上記課題を解決するため、通信装置にかかる発明は、通信目標からの音波を受波して、その信号を受信信号として出力すると共に、入力した送信信号に基づき音波を送波する送受波器をn個の(nは2以上の正の整数である)備える送受波部と、送受波部に送信信号を出力すると共に、送受波部で受波して得られた受信信号を受信して復調する信号処理部と、を備え、信号処理部は、n個の受信信号から通信目標の方位を検出して、この方位検出結果に基づき整相データを作成して出力すると共に、通信目標との通信方式を決定して、この通信方式を方式データとして出力する信号・方位検出回路と、整相データに基づき通信目標に送波する音波ビームが当該通信目標の方向に一致するように、n個の位相の異なる送信信号を送受波部に出力する送信ユニットと、整相データに基づきn個の受信信号の位相を調整して復調する受信ユニットと、を備える。 In order to solve the above-described problems, an invention according to a communication apparatus is provided with a transducer that receives a sound wave from a communication target, outputs the signal as a reception signal, and transmits the sound wave based on the input transmission signal. A transmitter / receiver provided with n (n is a positive integer of 2 or more), and a transmission signal is output to the transmitter / receiver, and a reception signal obtained by receiving and receiving the signal is received and demodulated. A signal processing unit that detects the azimuth of the communication target from the n received signals, creates and outputs phasing data based on the azimuth detection result, and communicates with the communication target. A signal / azimuth detection circuit that determines the communication method and outputs the communication method as method data, and n sound waves transmitted to the communication target based on the phasing data match the direction of the communication target. Outputs transmission signals with different phases to the transmitter / receiver That comprises a transmitting unit, a receiving unit for demodulating adjusts the phase of the n received signals based on the phasing data.
また、通信方法にかかる発明は、n個(nは2以上の正の整数である)の送受波器により通信目標からの音波を受波して、その信号を受信信号として出力すると共に、入力した送信信号に基づき音波を送波する送受波手順と、送受波手順で音波を送波する際に用いる送信信号を出力すると共に、送受波手順で受波して得られた受信信号を受信して復調する信号処理手順と、を備え、信号処理手順は、n個の受信信号から通信目標の方位を検出する手順、この方位検出結果に基づき整相データを作成して出力する手順、通信目標との通信方式を検出して、この検出結果を方式データとして出力する手順を含む信号・方位検出手順と、整相データに基づき通信目標に送波する音波ビームが当該通信目標の方向となるように、n個の位相の異なる送信信号を送受波手順に出力する送信ユニット手順と、整相データに基づきn個の受信信号の位相を調整して復調する受信ユニット手順と、を含むことを特徴とする。 In addition, the invention according to the communication method receives a sound wave from a communication target by n transmitters / receivers (n is a positive integer of 2 or more), outputs the signal as a received signal, and inputs it. The transmission / reception procedure for transmitting sound waves based on the transmitted signal and the transmission signal used when transmitting the sound waves in the transmission / reception procedure are received, and the reception signal obtained by receiving in the transmission / reception procedure is received. And a signal processing procedure for demodulating the signal, the procedure for detecting the azimuth of the communication target from n received signals, the procedure for generating and outputting phasing data based on the azimuth detection result, the communication target The signal / azimuth detection procedure including the procedure for detecting the communication method and outputting the detection result as method data, and the sound beam transmitted to the communication target based on the phasing data is in the direction of the communication target N transmissions with different phases To the transmission unit procedure for outputting a signal for transmission and reception waves procedure, a receiving unit procedures for demodulating adjusts the phase of the n received signals based on the phasing data, comprising a.
本発明によれば、通信方式や通信方向を通信相手との通信結果に応じて設定するので、通信環境の依存性が抑えられると共に、移動する通信目標であっても当該通信目標を追尾して通信できるようになり、通信品質を向上させることができる。 According to the present invention, since the communication method and communication direction are set according to the communication result with the communication partner, the dependency of the communication environment is suppressed, and even if the communication target moves, the communication target is tracked. Communication becomes possible, and communication quality can be improved.
本発明の実施形態を説明する。図1は、本実施形態にかかる通信装置2のブロック図である。通信装置2は、送受波部2Aと信号処理部2Bとを主要構成とする。
An embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram of a communication device 2 according to the present embodiment. The communication device 2 includes a transmission / reception unit 2A and a
このような通信装置2は、海底に設置されて、水中を移動する自律型の無人水中航走体や海底に設置された他の通信装置2との間で水中音響を用いた通信を行う。なお、本実施形態においては、通信装置2を水中での通信に用いる場合を例に説明するが、水中に限定するものではないことを予め付言する。また、通信装置2の通信相手(通信目標)3として無人水中航走体を例にするが、これに限定されない。また、通信相手の機能について特に限定しないが、少なくとも後述するように通信方位や通信方式の決定手順が行える機能を持つことを前提とする。従って、通信目標3が通信装置2の機能を含む場合を排除しない。
Such a communication device 2 is installed on the seabed, and performs communication using underwater acoustics with an autonomous unmanned underwater vehicle that moves underwater and other communication devices 2 installed on the seabed. In addition, in this embodiment, although the case where the communication apparatus 2 is used for underwater communication is described as an example, it is added in advance that the present invention is not limited to underwater. Moreover, although the unmanned underwater vehicle is taken as an example as the communication partner (communication target) 3 of the communication device 2, it is not limited to this. Further, although there is no particular limitation on the function of the communication partner, it is assumed that it has at least a function capable of determining the communication direction and communication method as described later. Therefore, the case where the
送受波部2Aは、複数の送波機能と受波機能とを併せ持つn個(nは正の整数)の送受波器1(1_1〜1_n)を備える。そして、音波を送波する際には、信号処理部2Bから送信信号G7が送受波部2Aに出力される。送受波部2Aは、この送信信号G7を音波に変換して送波する。一方、到来した音波を受波すると、受波した音波による信号が受信信号G8として信号処理部2Bに入力する。そして、n個の送受波器1にそれぞれ入力するn個の信号の位相に応じた方位に指向性を持たせることが可能になっている。
The transmitter / receiver unit 2A includes n (n is a positive integer) transmitter / receiver 1 (1_1 to 1_n) having both a plurality of transmission functions and reception functions. When transmitting the sound wave, the transmission signal G7 is output from the
また、信号処理部2Bは、送信信号G7を送受波部2Aに出力する送信ユニット4a、送受波部2Aからの受信信号G8を復調する受信ユニット4b、信号・方位検出回路28、切替器29を含んでいる。送信ユニット4aは、送信回路21、送信側可変整相回路22、変調回路23を含み、受信ユニット4bは、受信回路24、受信側可変整相回路26、復調回路27を含んでいる。
The
変調回路23は、信号・方位検出回路28からの方式データG1に基づいて通信目標3に伝送する内蔵データの信号(入力信号)G2を変調して、これを変調信号G3として送信側可変整相回路22に出力する。なお、方式データG1は、変調方式やデータレートの情報を含んでいる。
The
送信側可変整相回路22には、信号・方位検出回路28からの方式設定用信号G4(初期信号G4_1、認識信号G4_2、方式音信号G4_3)、及び整相データG5、変調回路23からの変調信号G3が入力する。そして整相データG5に基づき方位設定用信号G4及び変調信号G3に対して位相差を与えて、n個の送信側整相出力信号G6を出力する。
The transmission side variable phasing circuit 22 includes a method setting signal G4 (initial signal G4_1, recognition signal G4_2, method sound signal G4_3) from the signal /
このとき、位相調整は、送波用の通信用可変ビーム(音波ビーム)B1の主軸Pが通信目標3の方位と一致するように、当該方位を示す整相データG5に基づき方位設定信号G4や変調信号G3に位相差を与える。これにより、通信目標3が移動していても、常に当該通信目標3を追尾して通信できるようになる。
At this time, the phase adjustment is performed based on the azimuth setting signal G4 based on the phasing data G5 indicating the azimuth so that the main axis P of the transmission variable beam (sound beam) B1 for transmission coincides with the azimuth of the
送信回路21は、送信側可変整相回路22からのn個の送信側整相出力信号G6を増幅して切替器29を介して送受波部2Aに出力する。 The transmission circuit 21 amplifies the n transmission-side phasing output signals G6 from the transmission-side variable phasing circuit 22 and outputs the amplified signals to the transmission / reception unit 2A via the switch 29.
受信回路24は、送受波部2Aからの受信信号G8の電力増幅を行い、受信回路信号G9として受信側可変整相回路26及び信号・方位検出回路28に出力する。なお、送信回路21や受信回路24には、増幅した信号が飽和しないようにゲイン調整機能が設けられている。
The
受信側可変整相回路26は、n個の受信回路信号G9に対して位相調整を行い、加算する。このときの位相調整は、送受波方位(通信目標3の方位)を再現するように、整相データG5に基づきn個の受信回路信号G9の位相差を調整する。即ち、n個の送受波器1からの信号がなす受波方位が主軸Pに向くように、各受信回路信号G9の位相を調整する。
The reception-side variable phasing circuit 26 performs phase adjustment on the n reception circuit signals G9 and adds them. In this phase adjustment, the phase difference of the n reception circuit signals G9 is adjusted based on the phasing data G5 so as to reproduce the transmission / reception wave direction (the direction of the communication target 3). That is, the phase of each receiving circuit signal G9 is adjusted so that the receiving direction formed by the signals from the
復調回路27は、信号・方位検出回路28からの方式データG1に従って受信側整相出力信号G10を復調して、通信目標3が伝送した内蔵データを復元する。
The
信号・方位検出回路28は、n個の受信回路信号G9に対して帯域制限を行いSN比の向上を図る。そして、帯域制限された受信回路信号G9に対して閾値処理することで、初期信号音B1_1や認識信号音B1_2等に対応した信号のピークを検出する。このピーク値は、受波方位に依存して変化するので、最大のピーク値を示す方位を通信目標3の方位とする。
The signal /
また、信号・方位検出回路28は、帯域制限された受信回路信号G9から受波した信号のSN比を検出する。そして、このSN比を用いて、予め設定された(内蔵された)変調マップを参照して通信方式(変調方式や伝送レート)を決定する。この通信方式は、方式データG1として変調回路23及び復調回路27に出力される。このように通信方式を実際の通信を行って決定するので、通信環境に応じた高品質な通信が行えるようになる。
Further, the signal /
切替器29は、送受波部2Aを送波器として機能させる場合には送受波部2Aと送信回路21とを接続し、受波器として機能させる場合には送受波部2Aと受信回路24とを接続する。
The switch 29 connects the transmitting / receiving unit 2A and the transmitting circuit 21 when the transmitting / receiving unit 2A functions as a transmitting device, and connects the transmitting / receiving unit 2A and the receiving
次に、通信装置2と通信目標3との間で行われる通信手順を説明する。図2は、通信目標3から通信装置2への通信手順を示すフローチャートである。
Next, a communication procedure performed between the communication device 2 and the
ステップSA1,SA2: 通信目標3は、図示しないセンサ等により取得した内蔵データを通信装置2に伝送するために、所定の周波数の音波B2を送波する。なお、この音波B2には、初期信号音B2_1、認識信号音B2_2、通信音B2_3が含まれ、これらの各音が順次送波される。この段階では、初期信号音B2_1が送波される。なお、初期信号音B2_1の周波数は固定(以下、F1と記載する)、認識信号音B2_2の周波数は固定(以下、F2と記載する)である。また、通信音B2_3の周波数は、後述する手順に従い決定された周波数である。
Steps SA1 and SA2: The
通信目標3からの初期信号音B2_1は、水中を伝搬して送受波部2Aにより受波される。送受波部2Aは、受波した初期信号音B2_1を電気信号に変換し、初期受信信号G8_1として信号処理部2Bに出力する。このとき、切替器29は、受信状態(送受波部2Aと受信回路24とが接続された状態)であるので、初期受信信号G8_1は受信回路24に入力する。なお、送受波部2Aはn個の送受波器1により構成されるので、初期受信信号G8_1もn個存在する。
The initial signal sound B2_1 from the
受信回路24は、初期受信信号G8_1が飽和するのを避けながら増幅して、受信側可変整相回路26及び信号・方位検出回路28に受信回路信号G9として出力する。
The
ステップSA3: この時点で受信側可変整相回路26に入力している整相データG5は、n個の受信回路信号G9に対して無指向性の初期信号ビームB3を形成するような値(初期値)である。 Step SA3: The phasing data G5 inputted to the receiving side variable phasing circuit 26 at this time is a value (initial value) that forms an omnidirectional initial signal beam B3 with respect to the n receiving circuit signals G9. Value).
受信側可変整相回路26は、音波を無指向性の状態で受波したとしたときのn個の受信回路信号G9を再現して、これを加算して1つの受信側整相出力信号G10を出力する。この受信側整相出力信号G10は、信号・方位検出回路28及び復調回路27に入力する。従って、信号・方位検出回路28には、受信側可変整相回路26からの受信側整相出力信号G10と受信回路24からの受信回路信号G9が入力することになる。
The reception-side variable phasing circuit 26 reproduces n reception circuit signals G9 when a sound wave is received in a non-directional state, and adds them to obtain one reception-side phasing output signal G10. Is output. The reception side phasing output signal G10 is input to the signal /
初期信号音は、周波数F1の音波と規定されている。そこで、信号・方位検出回路28は、受信回路信号G9(この場合は初期信号音B2_1に対する受信回路信号である)に対してバンドパスフィルタを用いて周波数F1の周波数帯域に帯域制限をかける。
The initial signal sound is defined as a sound wave having the frequency F1. Therefore, the signal /
図4は、この帯域制限の効果を示す図で、図4(a)は帯域制限をかける前の受信回路信号G9の信号レベルを示す図、図4(b)は帯域制限をかけた後の受信回路信号G9の信号レベルを示す図である。図4から明らかなように、バンドパスフィルタにより周波数F1の帯域以外の帯域で受信回路信号G9の信号レベルが抑圧されて、この周波数F1に対応した信号が明瞭になっている。即ち、周波数F1の信号と、他の帯域の信号とのSN比が改善(SN1→SN2)している。このようにSN比が改善するため、閾値処理により初期受信信号G8_1(初期信号音B2_1による信号)が正確に検出できるようになる。 4A and 4B are diagrams showing the effect of the band limitation. FIG. 4A shows the signal level of the reception circuit signal G9 before band limitation, and FIG. 4B shows the band level after band limitation. It is a figure which shows the signal level of the receiving circuit signal G9. As is apparent from FIG. 4, the signal level of the reception circuit signal G9 is suppressed in a band other than the frequency F1 band by the bandpass filter, and the signal corresponding to the frequency F1 is clear. That is, the SN ratio between the signal of the frequency F1 and the signal of the other band is improved (SN1 → SN2). Since the S / N ratio is improved in this way, the initial reception signal G8_1 (the signal based on the initial signal sound B2_1) can be accurately detected by threshold processing.
ステップSA3: 信号・方位検出回路28は、検出された初期受信信号G8_1のピークレベルが最大となる方位を音波の到来方位とする。
Step SA3: The signal /
ステップSA4: 次に、信号・方位検出回路28は、音波の到来方位から整相データG5を生成して送信側可変整相回路22、受信側可変整相回路26に出力する。この整相データG5は、到来方位に通信用ビームB1の主軸を一致させるために送信側可変整相回路22が位相調整する際に用いるデータである。
Step SA4: Next, the signal /
送信側可変整相回路22は、この整相データG5に基づき到来方位に通信用可変ビームB1の主軸Pを一致させるためにn個の位相差を算出する。そして、この位相差を用いて変調回路23からの変調信号G3の位相を調整して、それぞれ位相の異なるn個の送信側整相出力信号G6を生成して、送信回路21に出力する。送信回路21は、送信側整相出力信号G6を増幅して、送信信号G7として切替器29を介して送受波部2Aに出力する。これにより、主軸Pが通信目標3の方向に一致した通信用可変ビームB1が送受波部2Aから送波できるようになる。
The transmission-side variable phasing circuit 22 calculates n phase differences in order to make the main axis P of the communication variable beam B1 coincide with the arrival direction based on the phasing data G5. Then, using this phase difference, the phase of the modulation signal G3 from the
ステップSA5,SA6: 次に、信号・方位検出回路28は、認識信号G4_2(周波数F2)を送信側可変整相回路22に出力する。
Steps SA5 and SA6: Next, the signal /
この認識信号G4_2は、送信側可変整相回路22を経て送信回路21に入力し、この送信回路21で電力増幅されて、切替器29を介して送受波部2Aに出力される。そして、この送受波部2Aから認識信号音B1_2として通信目標3に送波される。通信目標3は、認識信号音B1_2を検出する。
The recognition signal G4_2 is input to the transmission circuit 21 via the transmission-side variable phasing circuit 22, amplified in power by the transmission circuit 21, and output to the transmission / reception unit 2A via the switch 29. And it transmits to the
ステップSA7,SA8: 通信目標3は、認識信号音B1_2を検出すると、再度初期信号音B2_1を送出する。初期信号音B2_1は、通信装置2で受波され、上述した手順に従い受信回路24により受信回路信号G9に変換される。そして、受信回路信号G9は、受信側可変整相回路26及び信号・方位検出回路28に出力される。
Steps SA7 and SA8: When the
ステップSA9,SA10: 信号・方位検出回路28は、バンドパスフィルタによる帯域制限をかけた後のSN比(図4(b)に示すSN2に対応)を変調マップと照合して変調方式及び伝送レートを決定する。図5は、このような変調マップを例示した図である。なお、図5(a)は、縦軸にSN比、横軸に周波数を取った変調マップを示す図、図5(b)は各マップ点(□領域)に対応付けされた通信方式をテーブル表示した図である。そして、図4(a)に示すように検出されたSN比がSN2の場合、図5(a)から最良の周波数(通信環境に最も適した周波数)がF5であることがわかる。そして、図5(b)から周波数F5の場合の通信方式がGMSK変調で、4800BPSのレートであることがわかる。以下の説明では、このようにして求めた周波数をFxとする。
Steps SA9 and SA10: The signal /
この変調マップは、理論検討やシミュレーションにより事前に取得されて、通信装置2及び通信目標3に共有データとして格納されている。
This modulation map is acquired in advance by theoretical examination or simulation, and is stored as shared data in the communication device 2 and the
このようにして決定された通信方式を示す方式音信号G4_3が、信号・方位検出回路28から送信側可変整相回路22に出力され、上述した整相処理を経て送信回路21、切替器29を介して送受波部2Aから通信目標3に向けて方式音B1_3として送波される。
A system sound signal G4_3 indicating the communication system determined in this way is output from the signal /
ステップSA11,SA12: 通信目標3は方式音B1_3を受波すると、当該方式音B1_3から周波数Fxを検出し、変調マップに照合する。この照合により、通信方式を判断して、設定される。
Steps SA11 and SA12: When the
ステップSA13,SA14: そして、通信目標3は設定された通信方式に基づき内蔵データを変調し、通信音B2_3(周波数Fx)として送波する。通信装置2は、この通信音B2_3を受波して、通信目標3が伝送した内蔵データが復調される。以上により、通信目標3から通信装置2への通信が可能になる。
Steps SA13 and SA14: The
次に、図3を参照して通信装置2から通信目標3への通信手順を説明する。図3は、通信装置2から通信目標3への通信手順を示すフローチャートである。
Next, a communication procedure from the communication device 2 to the
ステップSB1,SB2: 先ず、信号・方位検出回路28は、初期信号G4_1を送信側可変整相回路22に出力する。このとき整相データG5が初期化されているので、送信側可変整相回路22は、無指向性の初期信号ビームB3を構成する形で送信側整相出力信号G6を送信回路21に出力する。そして、送信回路21は、この送信側整相出力信号G6を電力増幅し、切替器29を送信回路21側に切り替えて、送受波部2Aに送信信号G7として出力する。送受波部2Aは、送信信号G7を周波数F1の初期信号音B1_1として送波する。通信目標3は、この初期信号音B1_1を受波する。
Steps SB1, SB2: First, the signal /
ステップSB3,SB4: 通信目標3は、初期信号音B1_1を受波すると、周波数F2の認識信号音B2_2を送波する。この認識信号音B2_2は、通信装置2により受波されて、認識受信信号G8_2として受信回路24に入力する。受信回路24は、認識受信信号G8_2を増幅して受信回路信号G9として受信側可変整相回路26及び信号・方位検出回路28に出力する。
Steps SB3 and SB4: When the
ステップSB5: 信号・方位検出回路28は、受信回路信号G9から認識信号音B2_2の到来方位、すなわち通信目標3の方位を検出する。これらの手順は先に説明した方位検出手順と同じである。図6は、到来方位の検出の際に、帯域制限をかけてSN比を向上させたときの図で、図6(a)は帯域制限をかける前の受信回路信号G9を示す図、図6(b)は帯域制限をかけた後の受信回路信号G9を示す図である。図6から明らかなように、バンドパスフィルタにより周波数F1以外の帯域で受信回路信号G9の信号レベルが抑圧されて、この周波数F2の帯域信号が明瞭になっている。即ち、周波数F2の信号と、他の帯域の信号とのSN比が改善(SN3→SN4)している。そこで、このSN比が改善した信号に対して、閾値処理を行い、ピーク値が最大となる方位を検出する。
Step SB5: The signal /
ステップSB6,SB7: その後、検出された方位に通信用可変ビームB1の主軸Pが一致するように、整相データG5が作成されて、送信側可変整相回路22に出力される。送信側可変整相回路22は、この整相データG5に基づき位相の異なるn個の送信側整相出力信号G6を生成して送信回路21に出力する。送信回路21は送信側整相出力信号G6を増幅して送信信号G7として切替器29を介して送受波部2Aに出力する。送受波部2Aは、この送信信号G7を認識信号音B1_2として、通信目標3に向けて送波する。
Steps SB6 and SB7: Thereafter, the phasing data G5 is created so that the main axis P of the communication variable beam B1 coincides with the detected azimuth, and is output to the transmission-side variable phasing circuit 22. The transmission-side variable phasing circuit 22 generates n transmission-side phasing output signals G6 having different phases based on the phasing data G5 and outputs them to the transmission circuit 21. The transmission circuit 21 amplifies the transmission side phasing output signal G6 and outputs it as a transmission signal G7 to the transmission / reception unit 2A via the switch 29. The transmission / reception unit 2A transmits the transmission signal G7 toward the
ステップSB8、SB9: 通信目標3は、認識信号音B1_2を受波すると、周波数F1の初期信号音B2_1を通信装置2に再度送波する。
Steps SB8 and SB9: When the
ステップSB10〜SB12: 通信装置2は、この初期信号音B2_1を受波すると、先に説明した手順に従い変調マップと照合して通信方式を決定、設定する。そして、決定された通信方式を知らせる方式音B1_3を通信目標3に送波する。
Steps SB10 to SB12: When receiving the initial signal sound B2_1, the communication device 2 determines and sets a communication method by collating with the modulation map according to the procedure described above. Then, the system sound B1_3 notifying the determined communication system is transmitted to the
ステップSB13,SB14: 通信目標3は方式音B1_3を受波すると、その内容に従い通信方式の設定を行い、通信装置2からの通信音B1_4の受波待ちとなる。
Steps SB13 and SB14: When the
ステップSB15: 通信装置2は、方式音B1_3を送波した後、一定時間(通信目標3が通信方式の設定を完了するまでの時間)の経過後に入力信号G2を変調回路23で変調し、送信側可変整相回路でn個の送信側整相出力信号G6を作成する。そして、これらの送信側整相出力信号G6が送信回路21で増幅され、切替器29を介して送受波部2Aから通信音B1_4として送波する。
Step SB15: After transmitting the system sound B1_3, the communication device 2 modulates the input signal G2 with the
このように、水中通信を実施する際に、通信目標側に指向性を向けることができるため、例えば通信音が帯域を持つ場合でも、図7に示すようにSN比を向上させることができる。従って、通信品質が向上する。なお、図7は、通信音に対応する信号に対して帯域制限を掛けた場合の効果を示す図で、図7(a)は帯域制限をかける前の信号レベルを示す図、図7(b)は帯域制限をかけた後の信号レベルを示す図である。帯域制限をかける前の信号のSN比(SN5)に対して帯域制限をかけた後の信号のSN比(SN6)は大きくなり、閾値処理により通信音の信号が明瞭に検出できることが解る。 In this way, when performing underwater communication, directivity can be directed to the communication target side, so that, for example, even when the communication sound has a band, the SN ratio can be improved as shown in FIG. Accordingly, communication quality is improved. FIG. 7 is a diagram showing the effect when band limitation is applied to a signal corresponding to a communication sound. FIG. 7A is a diagram showing a signal level before band limitation, and FIG. ) Is a diagram showing a signal level after band limitation. It can be seen that the signal-to-noise ratio (SN6) of the signal after band-limiting is larger than the signal-to-noise ratio (SN5) of the signal before band-limiting, and the signal of the communication sound can be clearly detected by threshold processing.
また、各種変調方式において、SNが改善されるので、図8に示すように、エラーレートの改善や伝送量の向上が可能になる。図8(a)はエラーレートの改善効果を示す図であり、図8(b)は伝送量の向上を示す図である。いずれの場合においても、SN比の改善(SN5,SN7→SN6,SN8)によりエラーレートが改善し、伝送量が向上していることがわかる。 In addition, since the SN is improved in various modulation schemes, as shown in FIG. 8, it is possible to improve the error rate and the transmission amount. FIG. 8A is a diagram showing the effect of improving the error rate, and FIG. 8B is a diagram showing the improvement of the transmission amount. In any case, it can be seen that the error rate is improved and the transmission amount is improved by improving the SN ratio (SN5, SN7 → SN6, SN8).
さらに、通信目標3に指向性を向けることができるため、図9及び図10に示すように通信音帯域における送波音圧が向上する。図9(a)は、無指向性の音波の音圧レベルを示す図、図9(b)は指向性が設定された音波の音圧レベルを示す図である。また、図10(a)は、無指向性の音波の信号レベルを示す図、図10(b)は指向性が設定された音波の信号レベルを示す図である。これらの図から解るように指向性を設定することで、音圧レベルが増大(αは増大量を示す)している。この音圧レベルの増大量αは、SN比の改善をもたらして、上述したエラーレートの大幅な改善や伝送量の大幅な向上が可能になる。
Furthermore, since directivity can be directed to the
また、信号処理部2Bや通信目標3に変調マップを予め格納するので、通信環境のSNに応じた伝送効率の良い通信方式に設定することが可能になる。
In addition, since the modulation map is stored in advance in the
また、図5に示したように初期信号音を周波数F1、認識信号音を周波数F2、方式音を周波数F3〜Fnのように、それぞれ異なる周波数を割り当て、動作シーケンス毎に使用すべき周波数を設定するため、帯域制限が容易に行えるようになる。これにより、SN比の改善が図れ、信号間の混信をさけることができると共に、遠距離であるために信号レベルが低い信号でも検出が容易になる。 Also, as shown in FIG. 5, different frequencies are assigned, such as frequency F1 for the initial signal sound, frequency F2 for the recognition signal sound, frequency F3 to Fn for the system sound, and the frequency to be used for each operation sequence is set. Therefore, it becomes possible to easily limit the bandwidth. As a result, the signal-to-noise ratio can be improved, interference between signals can be avoided, and even a signal with a low signal level can be easily detected because it is a long distance.
さらに、初期信号音は無指向性で待ち受けを実施するため、幅広い通信目標の位置を検出することができる。 Furthermore, since the initial signal sound is omnidirectional and waits, it is possible to detect a wide range of communication target positions.
なお、上記説明においては、通信方式の決定は通信装置2側で行っているが、同じ機能を通信目標3に持たせて、先に通信方式を決定した方式で通信するようにしても良い。
In the above description, the communication method is determined on the communication device 2 side. However, the
また、上記説明では、初期信号音は1種類としているが、複数間の通信を行う際に複数の周波数の音をアドレス音として特定の通信目標3を呼び出すことが可能である。例えば、3つの周波数Fa、Fb、Fcを使用し、通信装置2はFaとFbとの周波数、通信装置はFaとFcとの周波数、通信目標3はFbとFcとの2つの周波数の組み合わせで3アドレスを判別するよういにしても良い。
In the above description, one type of initial signal sound is used. However, when performing communication between a plurality of signals, it is possible to call a
また、高速で移動する通信目標の場合、初期信号音の周波数検出を、ドップラ効果を予測する範囲に広げて待ち受けし、到来した初期信号音の周波数を計測、ドップラ偏移ΔVを計測、以降の認識信号音・方式音・通信音の周波数をΔVの周波数偏移を加味して処理を行うことができる。 In addition, in the case of a communication target moving at high speed, the frequency detection of the initial signal sound is extended to the range in which the Doppler effect is predicted, the frequency of the incoming initial signal sound is measured, the Doppler deviation ΔV is measured, and the following The frequency of the recognition signal sound, the system sound, and the communication sound can be processed in consideration of the frequency shift of ΔV.
また、上記説明では、通信装置2が方式音を送波した後、一定時間経過後に通信音を送波しているが、通信目標3から方式設定完了を知らせる信号を受信したことを条件としても良い。
In the above description, after the communication device 2 transmits the system sound, the communication sound is transmitted after a lapse of a certain time. However, on condition that the
さらに、海中で特定方向からのノイズが存在する場合や特定方向に通信を行いたい秘匿性を要する場合にも、これらの方向に対応した指向性を設定することで、ノイズ存在方向を避けた指向性の形成や通信先に絞り込んだ指向性形成も可能である。 Furthermore, when there is noise from a specific direction in the sea or when confidentiality is required to communicate in a specific direction, the directivity corresponding to these directions can be set to avoid the noise direction. It is also possible to create directivity and narrow directivity.
なお、上記各実施形態は本発明の好適な実施の一例であり、本発明はこれに限定されることはない。例えば、主軸Pを決定する際に、寿はした音波の位相差から主軸を決定しても良い。 Each of the above embodiments is an example of a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to this. For example, when the main axis P is determined, the main axis may be determined from the phase difference of the sound wave that has expired.
1 送受波器
2 通信装置
2A 送受波部
2B 信号処理部
3 通信目標
4a 送信ユニット
4b 受信ユニット
21 送信回路
22 送信側可変整相回路
23 変調回路
24 受信回路
26 受信側可変整相回路
27 復調回路
28 信号・方位検出回路
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記送受波部に送信信号を出力すると共に、前記送受波部で受波して得られた受信信号を受信して復調する信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、
n個の前記受信信号から前記通信目標の方位を検出して、この方位検出結果に基づき整相データを作成して出力すると共に、前記通信目標との通信方式を決定して、この通信方式を方式データとして出力する信号・方位検出回路と、
前記整相データに基づき前記通信目標に送波する音波ビームが当該通信目標の方向に一致するように、n個の位相の異なる前記送信信号を前記送受波部に出力する送信ユニットと、
前記整相データに基づきn個の前記受信信号の位相を調整して復調する受信ユニットと、
を備えることを特徴とする通信装置。 Receive a sound wave from a communication target, output a signal based on the sound wave as a received signal, and transmit / receive a sound wave based on the input transmission signal , where n is a positive integer of 2 or more, n and the number Bei obtain wave transceiver unit,
A signal processing unit that outputs a transmission signal to the transmission / reception unit and receives and demodulates a reception signal received by the transmission / reception unit, and
The signal processing unit
The direction of the communication target is detected from the n received signals, and phasing data is generated and output based on the direction detection result, and the communication method with the communication target is determined. A signal / azimuth detection circuit to output as method data;
A transmission unit that outputs the transmission signals having different n phases to the transmission / reception unit such that a sound beam transmitted to the communication target based on the phasing data matches the direction of the communication target;
A receiving unit that adjusts and demodulates the phases of the n received signals based on the phasing data;
A communication apparatus comprising:
前記送信ユニットは、
前記目標に送信する信号を前記方式データに基づき変調して、変調信号として出力する変調回路と、
前記整相データに基づき前記送受波部から送波される音波ビームが前記通信目標の方向に一致させるように各変調信号に位相差を与えたn個の送信側整相出力信号を出力する送信側可変整相回路と、
n個の前記送信側整相出力信号を増幅して前記送受波部に出力する送信回路と、を備えることを特徴とする通信装置。 The communication device according to claim 1,
The transmitting unit is
A modulation circuit that modulates a signal to be transmitted to the target based on the method data and outputs the modulated signal;
Transmission that outputs n transmission-side phasing output signals in which a phase difference is given to each modulation signal so that the sound beam transmitted from the transmission / reception unit matches the direction of the communication target based on the phasing data Side variable phasing circuit,
and a transmission circuit that amplifies the n transmission-side phased output signals and outputs the amplified signals to the transmission / reception unit.
前記受信ユニットは、
前記送受波部からのn個の受信信号を増幅して受信回路信号として出力する受信回路と、
前記整相データに基づきn個の前記受信信号の位相を調整して、加算して得られた受信側整相出力信号を出力する受信側可変整相回路と、
前記受信側整相出力信号を前記方式データに基づき復調する復調回路と、を備えることを特徴とする通信装置。 The communication device according to claim 2,
The receiving unit is
A receiving circuit that amplifies n received signals from the transmitting / receiving unit and outputs them as receiving circuit signals;
A receiving-side variable phasing circuit that adjusts the phases of the n received signals based on the phasing data and outputs a receiving-side phasing output signal obtained by addition; and
And a demodulating circuit that demodulates the receiving side phasing output signal based on the method data.
前記信号・方位検出回路は、前記通信方式を検出する際に、前記受信回路信号に対して帯域制限をかけてSN比を向上させた後、ピーク値が最も大きくなる方位を前記通信目標の方位として導出することを特徴とする通信装置。 The communication device according to claim 3,
When detecting the communication method, the signal / orientation detection circuit limits the band of the reception circuit signal to improve the SN ratio, and then determines the direction in which the peak value becomes the largest as the direction of the communication target. A communication apparatus characterized by being derived as follows.
前記信号・方位検出回路は、前記通信方式を検出する際に、前記受信回路信号に対して帯域制限をかけてSN比を向上させた後、ピーク値でのSN比を用いて予め設定された変調マップから通信方式を決定することを特徴とする通信装置。 The communication device according to claim 3 or 4,
When detecting the communication method, the signal / azimuth detection circuit is preliminarily set using the SN ratio at the peak value after band limiting is applied to the reception circuit signal to improve the SN ratio. A communication apparatus for determining a communication method from a modulation map.
前記信号・方位検出回路は、前記通信目標と行う通信の通信方式を決定するための所定の周波数の方式設定用信号を前記送信側可変整相回路に出力することを特徴とする通信装置。 The communication device according to any one of claims 2 to 5,
The signal / orientation detection circuit outputs a method setting signal of a predetermined frequency for determining a communication method of communication performed with the communication target to the transmission-side variable phasing circuit.
前記送受波手順で音波を送波する際に用いる送信信号を出力すると共に、前記送受波手順で受波して得られた受信信号を受信して復調する信号処理手順と、を備え、
前記信号処理手順は、
n個の前記受信信号から前記通信目標の方位を検出する手順、この方位検出結果に基づき整相データを作成して出力する手順、前記通信目標との通信方式を検出して、この検出結果を方式データとして出力する手順を含む信号・方位検出手順と、
前記整相データに基づき前記通信目標に送波する音波ビームが当該通信目標の方向となるように、n個の位相の異なる前記送信信号を前記送受波手順に出力する送信ユニット手順と、
前記整相データに基づきn個の前記受信信号の位相を調整して復調する受信ユニット手順と、
を含むことを特徴とする通信方法。
n and reception waves from a communication target by the n transducer which was 2 or more positive integer, and outputs a signal by the sound wave as a reception signal, transmitting a sound wave based on a transmission signal input Transmit / receive procedure to
A signal processing procedure for outputting a transmission signal used when transmitting a sound wave in the transmission / reception procedure and receiving and demodulating a reception signal received by the transmission / reception procedure,
The signal processing procedure includes:
A procedure for detecting the azimuth of the communication target from the n received signals, a procedure for generating and outputting phasing data based on the azimuth detection result, a communication method with the communication target, and detecting the detection result Signal / azimuth detection procedure including the procedure to output as method data,
A transmission unit procedure for outputting the transmission signals having different n phases to the transmission / reception procedure so that a sound beam transmitted to the communication target based on the phasing data is in the direction of the communication target;
A receiving unit procedure for adjusting and demodulating the phase of the n received signals based on the phasing data;
A communication method comprising:
前記送信ユニット手順は、
前記目標に送信する信号を前記方式データに基づき変調して、変調信号として出力する変調手順と、
前記変調信号からn個の変調信号を生成し、かつ、前記整相データに基づき前記送受波手順から送波される音波ビームが前記通信目標の方向に一致させるように各変調信号に位相差を与えたn個の送信側整相出力信号を出力する送信側可変整相手順と、
n個の前記送信側整相出力信号を増幅して前記送受波手順に出力する送信手順と、を含むことを特徴とする通信方法。 The communication method according to claim 7, wherein
The transmission unit procedure is:
A modulation procedure for modulating a signal to be transmitted to the target based on the method data and outputting the modulated signal as a modulated signal;
N modulation signals are generated from the modulation signals, and a phase difference is set in each modulation signal so that a sound beam transmitted from the transmission / reception procedure matches the direction of the communication target based on the phasing data. A transmission-side variable phasing procedure for outputting the given n transmission-side phasing output signals;
and a transmission procedure for amplifying the n transmission-side phased output signals and outputting them to the transmission / reception procedure.
前記受信ユニット手順は、
前記送受波手順からのn個の受信信号を増幅して受信手順信号として出力する受信手順と、
前記整相データに基づきn個の前記受信信号の位相を調整して、加算して得られた受信側整相出力信号を出力する受信側可変整相手順と、
前記受信側整相出力信号を前記方式データに基づき復調する復調手順と、を含むことを特徴とする通信方法。 The communication method according to claim 8, comprising:
The receiving unit procedure is:
A reception procedure for amplifying n received signals from the transmission / reception procedure and outputting them as reception procedure signals;
A receiving-side variable phasing procedure for adjusting a phase of the n received signals based on the phasing data and outputting a receiving-side phasing output signal obtained by addition; and
And a demodulation procedure for demodulating the receiving side phasing output signal based on the method data.
前記信号・方位検出手順は、前記通信方式を検出する際に、前記受信手順信号に対して帯域制限をかけてSN比を向上させる手順と、ピーク値の大きさから前記通信目標の方位を導出する手順と、を含むことを特徴とする通信方法。 The communication method according to claim 9, comprising:
The signal / azimuth detection procedure derives the communication target azimuth from the procedure for improving the S / N ratio by limiting the bandwidth to the reception procedure signal and detecting the communication method and the peak value. And a communication method characterized by comprising:
前記信号・方位検出手順は、前記通信方式を検出する際に、前記受信手順信号に対して帯域制限をかけてSN比を向上させた後、ピークを示す周波数を導出する手順と、導出された周波数を用いて予め設定された変調マップから通信方式を決定する手順と、を含むことを特徴とする通信方法。 The communication method according to claim 9 or 10, wherein
The signal / azimuth detection procedure is derived from a procedure for deriving a frequency indicating a peak after improving the SN ratio by applying a band limitation to the reception procedure signal when detecting the communication method. And a procedure for determining a communication method from a modulation map set in advance using a frequency.
前記信号・方位検出手順は、前記通信目標と行う通信の通信方式を決定するための所定の方式設定用信号を出力する手順を含むことを特徴とする通信方法。 The communication method according to any one of claims 7 to 11,
The signal / orientation detection procedure includes a procedure for outputting a predetermined method setting signal for determining a communication method of communication performed with the communication target.
前記方式設定用信号には、通信相手の存在を探知するために用いる初期信号、通信相手の存在を認識したことを知らせる認識信号、通信相手との通信方式を知らせる方式音信号の1つが少なくとも含まれ、かつ、前記初期信号を出力する際には、当該初期信号による音波を無指向性の音波として前記送受波手順から送波されるように前記整相データを作成することを特徴とする通信方法。 The communication method according to claim 12, comprising:
The method setting signal includes at least one of an initial signal used to detect the presence of a communication partner, a recognition signal notifying that the communication partner has been recognized, and a method sound signal notifying the communication method with the communication partner. In addition, when outputting the initial signal, the phasing data is generated so that a sound wave based on the initial signal is transmitted as a non-directional sound wave from the transmission / reception procedure. Method.
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