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公開番号2025129672
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-05
出願番号2024026457
出願日2024-02-26
発明の名称音波伝搬計算方法、音波伝搬計算プログラム及び音波伝搬計算装置
出願人沖電気工業株式会社
代理人弁理士法人きさ特許商標事務所
主分類G01S 7/526 20060101AFI20250829BHJP(測定;試験)
要約【課題】伝搬角度に対する計算角度の過不足を抑制し、計算精度と計算量の観点から効率的に計算を実施することができる音波伝搬計算方法、音波伝搬計算プログラム及び音波伝搬計算装置を提供することを目的とする。
【解決手段】音波伝搬計算方法は、Split-Step Pade法を用いたPE(Parabolic Equation)法によって音圧を計算する音波伝搬計算方法であって、計算距離によって異なる近似次数及び距離刻みを含む最適パラメータを求める最適パラメータ算出ステップと、最適パラメータを用いて近似係数を算出する近似係数算出ステップと、近似係数を用いて音圧を計算する音圧算出ステップと、を含む。
【選択図】図11
特許請求の範囲【請求項１】
Ｓｐｌｉｔ－ＳｔｅｐＰａｄｅ法を用いたＰＥ（Parabolic Equation）法によって音圧を計算する音波伝搬計算方法であって、
計算距離によって異なる近似次数及び距離刻みを含む最適パラメータを求める最適パラメータ算出ステップと、
前記最適パラメータを用いて近似係数を算出する近似係数算出ステップと、
前記近似係数を用いて前記音圧を計算する音圧算出ステップと、を含む音波伝搬計算方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記最適パラメータ算出ステップは、
前記計算距離における支配的なエネルギーを含む俯仰角範囲である伝搬角度に応じて前記最適パラメータを算出するステップを含む請求項１に記載の音波伝搬計算方法。
【請求項３】
前記最適パラメータ算出ステップは、
１ステップ前の計算距離における前記音圧を含む鉛直音場から計算角度を算出するステップと、
前記計算角度から前記近似次数と前記距離刻みの最適な組み合わせを取得するステップと、を含む請求項２に記載の音波伝搬計算方法。
【請求項４】
前記計算角度を算出するステップは、
前記鉛直音場をフーリエ変換して波数特性を算出するステップと、
全波数空間における波数特性のエネルギーに対する特定の波数空間における波数特性のエネルギーの比率に基づき前記計算角度を算出するステップと、を含む請求項３に記載の音波伝搬計算方法。
【請求項５】
前記計算角度を算出するステップは、
前記鉛直音場を鉛直アレイの入力とした場合の整相出力を算出するステップと、
全整相方位における前記整相出力のエネルギーに対する特定の整相方位における前記整相出力のエネルギーの比率に基づき前記計算角度を算出するステップと、を含む請求項３に記載の音波伝搬計算方法。
【請求項６】
前記組み合わせを取得するステップは、
前記計算角度と、角度テーブルとを用いて前記組み合わせを取得するステップを含み、
前記角度テーブルは、前記計算角度における位相誤差が許容範囲内となる前記近似次数と前記距離刻みとの前記組み合わせが予め設定されたものである請求項３に記載の音波伝搬計算方法。
【請求項７】
前記最適パラメータ算出ステップは、
次に前記最適パラメータ算出ステップを実施する計算距離であるパラメータ更新距離を算出するステップを含む請求項３に記載の音波伝搬計算方法。
【請求項８】
前記パラメータ更新距離を算出するステップは、
前回の前記パラメータ更新距離に距離間隔を加算することで前記パラメータ更新距離を算出するステップを含み、
前記距離間隔は、予め設定された固定値に基づいて算出される請求項７に記載の音波伝搬計算方法。
【請求項９】
前記パラメータ更新距離を算出するステップは、
前回の前記パラメータ更新距離に距離間隔を加算することで前記パラメータ更新距離を算出するステップを含み、
前記距離間隔は、現在の前記計算角度と前回の前記計算角度との差である角度変化に応じて増減する値である請求項７に記載の音波伝搬計算方法。
【請求項１０】
前記パラメータ更新距離を算出するステップは、
前記伝搬角度が前記計算角度よりも小さくなる距離を予測することで、前記パラメータ更新距離を算出するステップを含む請求項７に記載の音波伝搬計算方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中音響における音波伝搬を計算する音波伝搬計算方法、音波伝搬計算プログラム及び音波伝搬計算装置に関するものである。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、海洋中の音波伝搬特性の模擬は、音を使った海洋環境特性の推定又はターゲットから放射される音を使ったターゲット位置の推定等、様々な目的のために行われている。音波伝搬特性を模擬する方法の一つとして、「放物型方程式（Parabolic Equation）法（以下、「ＰＥ法」と適宜称する）」が知られている（例えば、非特許文献１参照）。ＰＥ法は、距離及び深度に対する音圧及び波数が満足するヘルムホルツ方程式から得られる関係に基づいて、距離について音圧を逐次的に求めるものである。
【０００３】
ＰＥ法のうち、近似を用いて音圧を求める方法として、「Ｓｐｌｉｔ－ＳｔｅｐＰａｄｅ法」が知られている（例えば、非特許文献２参照）。Ｓｐｌｉｔ－ｓｔｅｐＰａｄｅ法では、近似の度合いを設定することにより、算出される音圧の精度と、音圧を算出する際の計算量と、を調整することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
F. B. Jensen 他, “6 Parabolic Equations,” in Computational Ocean Acoustics （Second Edition）, 2011
石渡他， “浅海域音場解析のための放物型音波伝搬モデルの開発，” 日本音響学会誌, 57（12）, 2001
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
海中及び海底の音速プロファイル、海底の密度と減衰率、及び海底地形が距離で変化しない距離非依存環境で、且つ音速が深度に依存しない等音速環境における海中の音波伝搬の場合には、遠距離に伝搬するほど高俯角の成分は伝搬に寄与しなくなり、低俯角の成分が支配的になる性質がある。従来のＰＥ法では、この性質を用いて、音圧を求めたい伝搬距離における伝搬角度から計算角度を設定している。
【０００６】
しかしながら、距離非依存の等音速環境において、近距離から遠距離までの広い範囲の音圧を求めたい場合、遠距離において十分な精度で計算できることを条件に計算角度を狭くしてしまうと、近距離における高俯角の成分を考慮していないことから音波伝搬の計算精度を悪化させるという問題がある。一方で、近距離において十分な精度で計算できることを条件に計算角度を十分に広くとると、遠距離において本来計算する必要のない高俯角の成分の演算をすることにより計算負荷が高くなるという課題がある。
【０００７】
さらに、音速プロファイル又は海底地形が距離と共に変化する距離依存環境の場合には、大域的には距離と共に伝搬角度は狭くなるものの、伝搬角度が狭くなっていく特性が距離によって変化する。そのため、求めたい伝搬距離での伝搬角度を想定するのが難しくなるという課題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を背景としたものであり、伝搬角度に対する計算角度の過不足を抑制し、計算精度と計算量の観点から効率的に計算を実施することができる音波伝搬計算方法、音波伝搬計算プログラム及び音波伝搬計算装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る音波伝搬計算方法は、Ｓｐｌｉｔ－ＳｔｅｐＰａｄｅ法を用いたＰＥ（Parabolic Equation）法によって音圧を計算する音波伝搬計算方法であって、計算距離によって異なる近似次数及び距離刻みを含む最適パラメータを求める最適パラメータ算出ステップと、最適パラメータを用いて近似係数を算出する近似係数算出ステップと、近似係数を用いて音圧を計算する音圧算出ステップと、を含む。
【００１０】
本発明に係る音波伝搬計算プログラムは、上記音波伝搬計算方法を音波伝搬計算装置のプロセッサに実行させるものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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