JPH0120395B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に波エネルギ源及びセンサの組
合せ装置と散乱素子の場との間の相対速度の測
定、更に具体的に云えば、海底か或るいは船舶か
ら予定の距離又は深さの範囲内にある水塊に対す
る水上又は潜水船舶の速度を測定する速度測定用
ソナー装置に関する。

従来、ソナー方式に基づく船舶の速度測定装置
はドツプラー方式を用いており、普通は４つのソ
ナー送信器及び受信器を用いる。この内の２つは
前後方向平面内で鉛直に対して外向きの角度に配
置し、同じ様に２つを船の横方向平面内で角度を
つけて配置する。この時船舶が移動すると、各々
のビームのエコー、即ち、反射信号の周波数にド
ツプラー偏移が起る。例えば、船舶が前向きに移
動する場合、前方に向けられたビームのエコーは
上向きにドツプラー偏移が起り、後向きに送られ
たビームのエコーは下向きに周波数偏移が起る。
船舶が横方向に移動する場合にも、同様なドツプ
ラー偏移が起り、前後方向並びに横方向の両方の
速度測定が出来る。

全般的にこういう種類のドツプラー式速度測定
用ソナー装置は広く用いられており、多くの船舶
の速力測定用に非常に効果を発揮している。然
し、こういう装置は或る制約があつて、その為に
他の面に於ける効用が減ずる。こういう制約とし
ては、ビームの方向に影響され易いこと、従つて
海底の散乱特性に対する較正が或る区域と別の区
域で異なることがあること、並びに較正が、例え
ば水温の変化による局部的な音速の変化に影響さ
れ易いことが挙げられる。更に、幅の狭いビーム
を必要とする為、ピツチ（縦揺れ）及びロール
（横揺れ）率が大きい時や、伝播遅延が長い時、
送受信パターンが重なる様に保証するのが困難に
なることがある。送受信ビームのパターンに対す
る比較的厳しい条件、並びにこういうパターンを
達成するのに必要な送受信器配列の寸法が比較的
大きいことによつても、この他の制約が出て来
る。

米国特許第3147477号において全く異なる速度
測定方式が提案された。この米国特許は、固定の
散乱素子の全体に対する波エネルギ源及びセンサ
の組合せ装置の速度を推定する為に、相関
（correlation）の測定を用いることを初めて提案
した。この米国特許は、速度測定の為にレーダー
又は無線周波数波を使つて、対地航空機速度測定
装置を詳しく説明したが、音波を使つて水上船舶
並びに潜水艦の速度を測定することも説明した。
この米国特許に記載されている様に、使われる波
エネルギの周波数又はそれを送受信する媒質の組
成に関係なく、相関形センサの動作は基本的には
同じである。

相関形ソナーは、海底か、或いは船と海底との
中間にある或る容積の水のいずれかによつて構成
された散乱素子の全体から後方散乱された音響エ
ネルギの独特な性格に基づいて作用する。こうい
う散乱素子が、海底に向けて垂直方向下向きに送
出されたソナー送信器からのビームによつて照射
され、それが送信器の近くで船上に設けられた同
じ向きの２つ又は更に多くの受信器まで反射され
て来る。

この様な非常に多数の海底の散乱素子から反射
されたエコーすなわち反射エネルギが、船舶の近
辺に干渉の場を形成する。船舶が不動であつて連
続的な波形を送信している場合、この場は不動で
あつて連続的である。船舶が移動していれば、連
続的な場が船舶から見ると、船舶の実際の速度の
２倍の速度で、船舶に対して後向きに移動してい
る様に見える。この場の移動は、船舶が移動する
と、船舶より前方にある散乱素子までの距離が減
少するのに対し、後方の散乱素子までの距離が増
加し、散乱素子を含む面が船舶の真下の点を中心
として回転する効果が生ずることを考えれば、最
も容易に説明出来よう。これによつて場の見かけ
の後向きの移動が生ずる。

船舶の縦軸線に沿つて相隔たる１対の下向きの
受信変換器又は水中聴音器がこの場を感知し、後
側の水中聴音器の出力が、水中聴音器の間の間隔
（ｓ）を、式T_d＝ｓ／2Vに従つて、船舶の速度
（）の２倍で除した値に等しい時間（T_d）だけ
遅延していることを別にすれば、同一の出力波形
を発生する。この為、遅延時間又は水中聴音器の
間の距離を一定に保ちながら、これらのパラメー
タの他方を調節して、最大の相関が得られる（こ
れは、２つの水中聴音器で同一又は略同一の出力
波形が得られることによつて表わされる）様に
し、この最大の相関が得られた時の変数の値を測
定することにより、これらのパラメータについて
上に挙げた式から、船舶の速度を容易に決定する
ことが出来る。

連続的に送信する波形の代りに、パルス形送信
を使う場合、同様な場が形成されるが、これは時
間的に変化する特性を持つと共に、空間的にも変
化する特性を持つ。この為、相隔たる水中聴音器
で受信した信号を幾通りかの異なる方法で相関さ
せることが出来るが、これは後で更に詳しく説明
する。

本発明の相関形速度センサは、前掲米国特許の
原理に基づいているが、音波又は超音波エネルギ
と、一定の２次元の配列に配置された複数個の受
信変換器とを用いた船舶用の相関形速度センサを
特に対象としている。本発明では、或る期間にわ
たり、幾つかの受信変換器が受信した種々のエコ
ーの間の相互相関の測定により、相対速度の幾つ
かの成分が測定される。

本発明の相関形速度センサは、ドツプラー方式
の装置並びに他の公知の相関形ソナー装置に較べ
て、重要な利点がある。このセンサは、ビーム
幅、伝播損失並びにロール及びピツチ率に対する
条件が制約とならないので、任意の水深で動作す
る様に設計することが出来る。水平方向の速度成
分に関する限り、速度測定の較正並びに精度は、
受信変換器配列内の変換器の間の間隔の測定値と
時間の測定値だけに関係し、音の伝播速度並びに
海底の散乱特性に無関係である。更に、広い送信
帯域幅を使うことにより、ドツプラー方式の場合
に普通達成し得るよりも一層大きな時間―帯域幅
の積が得られ、統計的な変動が平滑される。

本発明を実施した好ましい／実施例では、少な
くとも１つの送信変換器と、速度測定を行おうと
する相対移動方向（海底のような散乱素子の場に
対する相対的な移動方向）に沿つて相隔たる複数
個の受信変換器又は水中聴音器とを含むソナー変
換器の固定の配列を設ける。船舶、潜水艦及びそ
の他の海上輸送機関の速度記録をつける為、全て
の変換器は垂直方向下向きにし、少なくとも２つ
の受信変換器は船舶の縦軸線に沿つて隔て、他の
２つをそれに対して垂直方向に隔てる。送信変換
器を付勢して、少なくとも２回の同一の送信を行
なう。すなわち、少なくとも２つの同じ波形の相
次ぐパルスを発生する。これら２つのパルスの間
の期間は精密に確認することの出来るものにす
る。

船舶が海底の散乱素子に対して移動している
時、相次ぐ２つのエコーは同一の波形を持たない
のが普通である。然し、２つのエコーの内の２番
目を、１番目に対して正しい間隔に設けた別の水
中聴音器で受信した場合、２つの水中聴音器で受
信した信号の相関が最大になる様な、パルス間期
間と２つの水中聴音器の間の間隔との或る組合せ
がある。すなわち、水中聴音器間の間隔が船舶の
水平方向速度及びパルス間期間と適切な関係を持
つ場合、１番目の送信をこの１対の内の前側の水
中聴音器で受信したエコーは、２番目の送信から
この対の後側の水中聴音器が受信したエコーと略
同一の波形を有する。

２つの水中聴音器で受信した波形の同一性すな
わち相関を最大にする様にパルス間期間を絶えず
調節し直す代りに、本発明の相関形ソナー装置
は、パルス間期間を近似的に設定するだけであ
り、対応する船舶の移動距離が変換器の間隔に正
確な関係を持つ様な値にパルス間期間を保つ様な
ことはしない。

その代りに、前後方向の変換器間の間隔の種々
の組合せに対して相関の測定を行ない、その各々
の測定値を、空間―時間相関関数の１つの標本と
して扱う。この相関関数の形は既知の量又は測定
量から計算することが出来る。この関数のピーク
値の位置を、曲線の当てはめ（curve fitting）法
によつて推定し、この位置からパルス間期間を倍
数とした船舶の速度ベクトルを求める。水平方向
の速度成分に関する限り、この較正は音の伝播速
度並びに散乱素子の特性に無関係であり、水中聴
音器間の間隔並びに測定された遅延時間の既知の
精度のみに関係する。この両方のパラメータは高
い精度で決定することが出来る。

前向きの速度成分だけでなく、横方向の速度成
分をも求めるには、平面状の配列として適当に相
隔てた変換器からの出力信号を使つて、曲線の当
てはめ処理を２次元で行なうだけでよい。本発明
では、垂直方向の速度成分が存在すると、相関関
数のピーク値は、２つの送信パルスの間の時間的
な隔たりとは若干異なる相関遅延時間の所で発生
するので、垂直方向の速度成分が存在する場合、
その大きさも求めることが出来る。

この小さな時間差により、相関関数のピーク値
の位置を時間の関数として突止めることによつ
て、垂直方向の速度を測定することが出来、それ
と同時に配列の平面内に於ける相関関数のピーク
値の位置によつて、水平方向の２つの速度成分が
得られる。この為、簡単な２次元の配列だけを使
い、２つ又は更に多くのパルスから成る１つのパ
ルス列だけを送信しながら、完全な速度の測定が
出来る。これらの測定値を羅針儀と共に使つて、
真の座標に於ける速度情報が得られる。船の運動
に対する補正をする為、船のロール及びピツチを
測定する１対の傾斜計又はその他の手段も使うこ
とが出来る。他の用途では、このソナーは慣性航
法装置に対する速度入力を供給することが出来
る。

本発明は、平面状の配列に配置されていて、そ
の内の少なくとも２つが配列の平面に平行な速度
成分を測定しようとする方向に沿つて隔たつてい
る複数個の受信変換器素子と、予定のパルス間期
間だけ隔たる少なくとも２つの同一のパルスで構
成されたパルス列を送出すパルス送信器とを用い
た速度測定用相関形ソナー装置であつて、受信変
換器に帰還する即ち送り返されるエコーを同時に
標本化し、これらの標本をデイジタル化する回路
と、遅延時間の長さを前記パルス間期間の倍数に
等しくして、前記パルスの内の１つのパルスから
の時間遅延した標本と前記パルスの内のその後の
１つのパルスからの時間遅延しない標本を使つ
て、１組の複素相関の測定値を計算する回路と、
これらの複素相関値の各々が標本求めた１対の変
換器の間のベクトル間隔を表わす位置に対応する
様に各々の複素相関値を処理し、これらの標本に
対する曲線の当てはめにより相関関数を求め、こ
うしてベクトル空間内に於ける相関の大きさのピ
ーク値の位置を決定する処理装置と、この相関の
大きさのピーク値の位置に従つて近似的に次に続
くパルス列に対する前記予定のパルス間期間を調
節する制御回路と、各々の移動方向に沿つた相関
の大きさのピーク値の位置の成分を前記予定のパ
ルス間期間の２倍で除すことにより、各移動方向
に於ける速度の値を出力として取出す出力回路と
を設けたことを特徴とする速度測定用相関形ソナ
ー装置を提供する。

次に本発明を図面に示した実施例について説明
する。

本発明の速度測定用相関形ソナーは、前掲米国
特許に記載された原理に従つて動作する第１図及
び第２図に示した基本的な相関形センサを最初に
考察すると、最も理解し易い。第１図では、船舶
１１が垂直方向下向きに、海底１５に向けられた
音波又は超音波送信器１３を持つている。この音
が海底の多数の点で散乱され、その各々の点が未
知の振幅及び位相を持つ個別の源として作用す
る。このような散乱素子の全体を海底にある音源
の大きな配列とみなすことが出来、これが音を船
の近辺まで再び放射する。この配列は、不規則な
位相を持ち、不規則なローブ（lobe）から成るパ
ターンを放射する。従つて、音の強度は空間内の
点によつて変化する。船舶が不動である場合、こ
の強度パターンは空間的に固定であり、時間的に
も大体不変である。

船舶が第１図で右に移動すると、船舶の現在位
置の右側にある散乱素子に達するまでに音波が通
る距離は短くなるが、船舶の位置より左側にある
他の散乱素子までの距離は長くなる。散乱素子の
配列全体の放射特性に関する限り、その影響は、
海底が小さな角度だけ回転したことゝ同様であ
る。第１図で見ると、この回転は船舶の真下にあ
る海底の一点の周りで反時計廻りである。この
為、船舶の水平方向の移動の第１次的な影響は、
船舶の近辺に於ける海底から散乱された音の場
が、その形を保つているが、船舶の前方への移動
につれて後向きに移動する様に見えることであ
る。船体では、音の場のこの見かけの後向きの移
動は、船の前向きの速度と同じ速度である。従つ
て、全体的な効果として、海底に対する船舶の速
度の正確に２倍の速度で、音の場が船体に対して
移動する様に見える。

この音の場の相対的な移動速度は、船体の縦軸
線に沿つて相隔たる２つの水中聴音器又は変換器
１７，１９が受信した波形を比較することによつ
て測定することが出来る。この比較は、２つの変
換器の信号出力を掛合せ、その結果を平均し、こ
うして測定された相関関数のピーク値を検出する
こと等により、相互相関によつて行なわれる。こ
のような相関処理が第２図に示されている。

今述べた様に２つの受信変換器を配置すると、
横流れがないと仮定すれば、いずれも空間的に同
じ通路をたどり、従つて夫々から見た音の強度の
変化は同じであり、従つて関連した受信器２０に
より、時間的にずれているが同じ出力波形が発生
される。前側の変換器１７は、後側の変換器１９
よりも先にこの音の強度パターンに出合う。２１
に示す様な可変遅延線を前側の変換器１７の出力
に入れると、この遅延時間を調節して、２つの波
形を一致させるか、又は少なくとも相関器２３で
感知するときの波形間の同一性を最大にすること
が出来る。このように相関を最大にする遅延時間
は、音の場が受信変換器間の間隔に等しい距離を
移動するのに要する時間に等しい。或るいは同じ
ことであるが、この遅延時間は、船舶がこの距離
の半分を移動するのに要する時間に等しい。

受信変換器間の間隔を一定にし、遅延時間を変
えて前述の様に相関が最大になるようにしてもよ
いし、或いは遅延時間を一定にし、受信変換器間
の間隔を変えてもよい。いずれの場合も、前向き
の速度Vxは次の式で表わされる。

Vx＝ｓ／2T_d (1) こゝでｓは受信変換器間の間隔、T_dは相関さ
せる為に、前側の変換器の信号チヤンネルに導入
しなければならない遅延時間の長さである。

こゝで注意すべき重要なことは、この相関用の
遅延時間がエコーの帰還時間に直接的な関係がな
いことである。浅い海では、このエコーの時間は
相関用の遅延時間より短いのが普通であり、深い
海では、一層長いのが普通である。いずれの場合
も、相関を最大にする遅延時間は、受信変換器間
の間隔と船舶の速度だけに関係する。

以上の説明は、連続数（CW）を送信すると仮
定している。パルス式送信でも、海底の散乱素子
から船舶の近辺までの反射によつて、同様な音の
強度パターンが発生され、このパターンは、船舶
が不動であれば不動であり、船舶が移動すれば移
動することは、前に説明した通りである。然し、
この場合、音の場はエポツク時間、即ち送受信サ
イクル内の時間の関数でもある。

従つて、相隔たつた受信変換器が相異なる時刻
に同一の波形を感知するという考えはパルス式送
信でもそのまゝ有効であるが、今度は１つの送信
サイクルから得られた波形を別の送信サイクルか
ら得られた波形と比較しなければならない。つま
り、エコーの相関に使う遅延時間の値は送信に無
関係に選ぶことが出来ず、送信の合間の時間に関
係する。こういう１つの関係では、周期的な波形
を用いる時、パルス繰返し周期は、相隔たる受信
変換器に帰還する相次ぐパルスの間の相関が最大
になる様な遅延時間の値に正確に等しくする。

第３図は短いパルスを送信するこの様な装置で
発生し得る典型的な波形を示している。受信エコ
ーは送信パルスより長く、異なる距離の所にある
数多くの異なる散乱素子がエコーを送り返すの
で、振幅が各々のパルス内で変動する。各々の受
信変換器で感知したエコー信号の振幅は、船体が
移動しているとき、音の場に対して受信変換器が
移動するので、パルス毎にも変動する。同じ又は
別の変換器のいずれかから、相次ぐサイクルに空
間的に同じ点で取出したエコー信号の振幅の値
は、同じ移動する音の場の標本を構成し、従つて
類似する。この為、相隔たる２つの変換器は、そ
の両者の一方の出力信号に適正な遅延時間をもた
せると、音の場の同じ点を標本化することが出
来、従つてそれらの出力の相関は非常に大きくな
る。相関が最大の点では、遅延時間はパルス繰返
し周期又はこの周期の倍数に丁度等しくなり、こ
の為パルス繰返し周期が船舶の速度の測定値にな
る。この様な速度測定では、当然にパルス繰返し
周期を精密に且つ連続的に調節し得ることが必要
である。

第４図は、この様なパルス繰返し周期の制御を
必要としないで、相関の大きさのピーク値の位置
を決定する方法を例示している。パルス間期間は
判つていなければならないが、繰返し周期は精々
粗い制御を必要とするだけであり、速度測定の精
度を犠性にせずに、その調節をデイジタルに量子
化することが出来る。第４図で、１個の前側受信
変換器２５及び複数個の後側受信変換器２７が、
船舶の縦軸線に沿つて相隔てて線形配列として並
べられている。前側受信変換器からの信号を遅延
させ、全体的に第２図に示すのと同じ信号処理方
法を用いて、但し一定の値の遅延時間を用いて、
５つの後側受信変換器の夫々からの信号と相関さ
せる。

或る仮定の水平速度で、パルスの周期に等しい
か又はその倍数に等しい選ばれた遅延時間を使う
と、前側受信変換器から、船舶の速度に遅延時間
を乗じた値の２倍に等しい距離の所で、相関の大
きさがピーク値を持つことが判る。このような相
関関数の形は計算することが出来るが、これは典
型的には第４図の下側部分に破線で示す曲線の様
になる。この図に示す様に、前側受信変換器と、
後側受信変換器配列の長さに沿つてた相関の大き
さのピーク値の生じる位置との間の間隔は
2NTrVxで与えられる。この式で、Trはパルス
繰返し周期であり、Ｎは相関値のピーク値が後側
受信変換器配列の長さの範囲内の一点に生ずる様
に選ばれた整数である。

このような相関関数の最大値（ピーク値）の位
置を突止めるための基本的な方法をを本発明の相
関形速度センサで使う。パルス送信を使い、毎回
の送信はパルス間の期間が精密に判つている様な
２つ又は更に多くの同一のパルスで構成される。
パルス間期間は船舶の速度の関数として調節する
が、この調節は精密ではなく近似的に行なえばよ
く、従来の装置の様に、船舶の速度の直接的な測
定値となる様なパルス間期間すなわちパルス繰返
し速度に頼らない。この為、速度測定の精度が、
パルス繰返し速度を制御する精度によつて影響さ
れず、パルス間期間を段階的に調節して、装置を
デイジタル形で実現するのを容易にすることが出
来る。

第５図には本発明の送受信変換器配列がとり得
る１つの形式が示されている。図示の様な配列の
形状で、配列に対して遠い場に不動の一組の海底
散乱素子があると仮定すると、受信変換器で得ら
れるエコーの形は、送信及び受信変換器の両方が
それらの実際の場所の中点にあつた場合と同じに
なることを示すことが出来る。この中点になると
いう関係から、散乱素子に対する位置を特徴とす
る多数のエコーを同時に得ることが出来る。更
に、これが、間隔と船舶の移動の補償の間の関係
を定めた式(1)に倍数２が現われる理由にもなる。

これを例示する為、第５図は、パルス送信中に
送信変換器２５が占める位置を実線で示してあ
り、それによつて得られるエコーが、やはり実線
で示した位置にある受信変換器配列に後で入射す
る。送信変換器と各々の受信変換器との間の中点
が小さい円で表わした点で示されており、これは
観察されたエコーによつて特徴づけられた位置を
表わす。これらの中点は点の配列を形成し、その
向きは受信変換器配列と同じであるが、その寸法
は受信変換器配列の半分である。

異なる送信によつて得られたエコーの間に相関
が生じる理由を説明する為、第５図に小さな×で
示した別の一組の中点を考えることが出来る。こ
の第２組は、１対のパルスの内の１番目のパルス
の送信及び受信の中点であり、これに対して第１
組はこの対の２番目のパルスの送受信の中点を表
わす。この１番目のパルスを送出す際の送信変換
器の位置が破線で示してある。この場合の受信変
換器の位置は第５図に示してないが、送信変換器
と同じ様に変位する。両方の中点の組が船舶の速
度で空間中を移動する。

送信された１対のパルスからのエコーの間の相
関の期待値（すなわち、移動方向及び距離が既知
の場合に求めたエコー間の相関値の平均として予
期される値）は、対応する対の中点の間の空間中
での隔たりの関数であり、これらの点が互いに接
近している場合にだけ、相関が大きい。一方の組
の任意の点と他方の組の任意の点の間の距離は、
これらの点の間のベクトル変位ｖ→Ｔの既知の関数
であるから、相関の期待値もｖ→Ｔの既知の関数で
ある。相関の測定値と受信変換器間の既知の間隔
とに対して、曲線の当てはめアルゴリズムを適用
することにより、ｖ→Ｔが推定される。

実際には、ｖ→Ｔの代りに、２ｖ→Ｔを使う方が便
利である。これは、この量が変換器間の間隔に直
接的な関係を持つからである。送信中の船舶の速
度（Vx）と受信中の速度（Vr）の値が異なるこ
とを見込んで、更に、等間隔の送信パルスの列中
の次の隣合つたパルスでなく、ｍ番目のパルスを
使う可能性をみて、解くべきベクトル変位は（ｖ→
ｘ＋ｖ→ｒ）mTである。

この為、複数の既知の点（すなわち、各々、実
際の空間内の２つの受信変換器の間の物理的な間
隔を、ベクトル空間内で表わす点）で得られた測
定値に基づいて、相関関数のピーク値の位置を推
定することにより、速度が決定される。水平平面
内で限定されたこの様な一組の点は、配列が水平
の平面状配列であると仮定して（普通はそうであ
る）、受信変換器配列内で考え得る種々の対の変
換器の間のベクトル間隔を表わす。

第６図は第５図配列に対して得られるベクトル
空間内での点を示している。多くの点は二通り以
上の方法で得られる。例えば、＋ｘ方向の２つの
間隔は、変換器５に対する変換器２、又は変換器
６に対する変換器４にいずれかとして得られる。
第６図の空間的な標本点は、実際の受信変換器の
位置ではなく、変換器の位置の差を表わし、図示
のように、ベクトル2vTrは、等しい大きさを持
つ相関値を表わす等値線（Contour）の内の最も
大きい値の等値線によつて示されている様な相関
が最大の点と原点とを結ぶ線によつて規定され
る。

この発明を実施する際、このような相関関数の
ピーク値の位置を決定することが必要であるが、
このピータ値の位置の決定は、曲線の当てはめ法
によつて行なわれる。この方法が第７図の線図に
１次元で例示されている。この場合、距離σ＝
σ_nの位置で最大値を持つ空間的な相関関数が、
３つの異なる距離σ₁、σ₂、σ₃の所で標本化される
ことが示されている。関数の形が判つているか、
又はその全体的な形が今の様に予測し得る場合、
図示の様に測定値に対して曲線をあてはめること
により、ピーク値の位置σ_nは測定値から容易に
推定することが出来る。この様な曲線の当てはめ
処理は、例えば第６図に示す様に変換器間の間隔
が２次元にわたつている場合、更に一般に云い表
わすことが出来る。間隔の関数としての期待され
る相関の大きさは、速度に比例した変位を別にす
ると、速度に無関係な関数である。速度がゼロの
時、この関数は原点に１個のピーク値を持ち、原
点の周りに対称的であり、その幅並びに全体的な
形は、主に送受信ビーム幅から、装置の形状によ
つて計算することが出来る。台（船体）が散乱の
場に対して相対的に移動している時、この移動が
普通は水平である受信変換器の配列の平面に対し
て平行な速度で構成されると仮定すると、関数の
形は、2vTだけ変位することを別にすれば、変わ
らない。従つて、相関のピーク値の座標をσ_x、σ_y
とすれば、速度成分はv_x＝σ_x／2T、v_y＝σ_y／2T
である。

曲線の当てはめによつてσ_x及びσ_yを決定し、こ
うしてv_x及びv_yを計算することが出来る様にする
方法は、周知の幾つかの数学的な方法のどれを用
いてもよい。データに対して曲線の当てはめを行
なうための関数は、或る程度数学的に簡単である
ものが選ばれる。例えば抛物線の形を使うことが
出来るが、これはピーク値の近くでしか、物理的
なモデルに対してよい近似にならない。ガウス関
数の方が更に適しており、物理的な状況に非常に
適切に合う。

曲線の当てはめ方法は、多数の点に対して統計
的にあてはめることができ、或いは少数の点、普
通は３個の点に正確にあてはめることができる。
精度の観点からは前者が好ましいが、後者は多く
の用途にとつて適切であり、それ程多くの計算を
必要としない。統計的な方法の場合、選ばれた判
断基準が最適になる様に変数（σ_x及びσ_y、v_x及び
v_y）を調節するアルゴリズムを使う。例えば、
各々の標本点に於ける相関の大きさの間の差の自
乗の和並びにその点に於ける関数の値を最小限に
することが出来る。この様な最小自乗平均の判断
基準は、文献に記載されている周知の方法に通ず
るものである。

また後者の正確なあてはめの場合、２次元の一
組のデータをこれから説明する様に、夫々３つの
点から成る２つの１次元の組に変換する。次に、
各々の次元で別々に曲線の当てはめを行なう。あ
てはめる曲線は３つの変数の関数として書かれ
る。次にこの方法は、３つの式及び３つの未知数
を同時に解くように換算する。以下説明するアル
ゴリズムはこの方法に基づいているが、これは２
次元でなく３次元の場合であり、その理由も後で
説明する。

或る用途では、水平方向の２つの成分の他に、
船舶の速度の垂直成分も必要になることがある。
少なくとも理論的には、３次元の配列を使えば、
今述べた方法により、垂直部分を含めて、船舶の
速度の３つの成分全部が得られるが、空間的な３
つの次元を用いた受信配列は一般的には実用的で
はない。然し、垂直成分を含めた全体的な速度
は、次に説明する方法によつて測定することが出
来る。垂直速度成分、或いは更に正確に云えば、
ビーム方向（正確に垂直でない場合は、これは近
似的である）に沿つた垂直成分が、送信波形に対
し、受信波形の若干の収縮又は膨張を招く。この
現象は、正弦波に適用すると、普通のドツプラー
効果になるが、こゝでは送信パルスのパルス間期
間に対する、その受信パルスのパルス間期間の変
化とみなすのが最もよい。

時間差で表わした垂直速度又はビーム方向の速
度は次の式で表わされる。

v_z＝ｃ／2Tr△Ｔ (2) ここでTrは送信中のパルス間期間であり、△
Ｔはパルス間期間の変化であり、ｃは音の伝播速
度である。（ここで使うべき音の伝播速度は、若
干異なる方向に進む波が組合さるので、普通の値
とは理論的には若干異なるが、その差はごく小さ
い）。時間△Ｔ、従つて速度成分v_zは、位相又は
振幅の２種類のデータの内のいずれか一方を使う
ことにより、又は両方の種類を組合せることによ
つて決定することが出来る。

位相データは、搬送波周波数に対する信号の位
相情報を保つ様な形で、受信信号を処理すること
によつて得られる。この場合、測定された相関値
は位相及び大きさを持つ複素数として扱うのが便
利である。大きさの値は前述の様に前向き及び横
方向の速度成分を求める為に、即ち更に具体的に
云えば、曲線の当てはめにより、相関のピーク値
の座標σ_x、σ_yを決定し、従つて受信変換器配列の
平面内での速度成分v_x、v_yを決定する為に使うこ
とが出来る。それを行なつた後、ピーク値の位置
での複素相関関数の位相φ_cの推定値を求めること
が出来る。この為、複素相関値に戻り、ピーク値
の近くでの複素数の値の重みをつけた和の位相を
計算する。この代りに、曲線の当てはめ処理自体
は、単に大きさの代りに複素数の値を使つて、ピ
ーク値の所での複素相関の推定値を求めることが
出来る。

いずれの場合も、位相の推定値φ_cは、それを搬
送波の１サイクルの持続時間と関係づけることに
よつて、時間に変換すると、式(2)で使う時間差に
なる。即ち、 △Ｔ＝φ_c／2πf₀ (3) ここでf₀は搬送波周波数である。この様に位相
情報を使うと、非常に正確なv_zの推定値が得られ
るが、v_zを測定しようとする値の範囲が、2πラジ
アンの位相又は搬送波の１サイクルに対応する値
を越える場合、推定値は曖味になる。場合によつ
ては、特に垂直速度の所望の範囲が小さく、かな
り幅の広いビームを使う時、この曖味さは問題と
はならず、垂直速度を決定する為に位相情報だけ
を使うことが出来る。

垂直速度v_zを決定する為に使うことが出来るも
う一方の種類のデータは、振幅情報であり、これ
はv_x及びv_yに使うのと同じ種類の情報である。一
般的に、振幅情報は、v_zを決定する為に使う時、
位相情報程正確ではないが、曖味さが生じないと
いう利点がある。振幅データは、振幅検出信号
（又は包絡線検出信号）を相関させることによつ
て、或いは複素信号を相関させ、その後前述の様
に複素相関値の大きさを保有することによつて行
なわれた相関の測定値である。この後者の方法
は、実数信号を存在する搬送波と相関させ、次に
相関値の包絡線を使うことに相当する。２つの場
合、即ち、信号の振幅の相関と、相関の大きさを
使うことゝは、同等ではなく、実際には受信器の
設計の点で、夫々に一長一短があるが、データ処
理並びに測定精度の点でみると、結果は同様であ
る。

振幅情報を利用する為、２つ又は更に多くの相
異なる遅延時間に対して相関の測定をし、毎回の
測定は３次元の相関関数の標本として扱う。この
相関関数のピーク値の位置は曲線の当てはめ法に
よつて推定し、これにより船舶の全体の速度ベク
トルにパルス間期間を乗じた値が求められる。パ
ルス間期間Trとは異なる遅延時間Ｔを使うと、
或る影響があるが、これはたとえて云えば、最初
は配列の平面内にある一組の標本点が、配列に対
して略法線方向の波が伝播する方向に量ｃ（Ｔ―
Tr）だけ移動することである。この時、幾つか
の等間隔の遅延時間を使うと、３次元の配列は水
平な層で構成され、１つの層内の点は大体、必ず
しも正確ではないが、その直ぐ下の層内にある対
応する点の真上にある。

第８図はこの配列を垂直に切断した図を表わ
す。伝播方向をz′軸で示してあり、これは真の垂
直軸ｚに対してｚ方向に若干傾いていると仮定し
ている。普通、鉛直からの実効的なビーム軸線
z′の偏差は小さく、無視してよい場合が多いが、
以下説明する速度アルゴリズムはそれを考慮に入
れる。

相関関数の形が第８図でも典型的な等値線で示
してある。垂直速度を得るには、既知の形及び未
知の時間変位を仮定して、曲線の当てはめによ
り、相関のピーク値を突止め、それから前に述べ
た水平速度成分の場合と大体同様に、垂直速度ベ
クトルを決定する。

振幅情報を使つて垂直速度を測定する際に、高
い精度を達成する為、広帯域受信器を使うと共
に、非常に短いパルス又は広帯域の符号化波形の
いずれかを送信することが必要である。垂直速度
の測定に対する条件が、高い精度、並びに測定し
ようとする数値の広い範囲の両方の点で厳しい場
合、振幅情報及び位相情報の両方を使い、その結
果を組合せて１つの測定値にすることが望ましい
ことがある。この場合、振幅情報から△Ｔの粗い
推定値が得られ、位相から精密な推定値が求めら
れる。この後の方の推定値は曖味さがあり、その
為単独では使うことが出来ないが、前者はこの位
相の曖味さを解決する様に、即ち、△Ｔの値を搬
送波の１サイクル以内まで決定する様に正確にす
ることが出来る。次に２つの値を組合せて、正確
な最終的な値が得られる。後で説明するデイジタ
ル形の構成では、式(3)の位相φ_cを使つて、△Ｔの
２進表示の最下位デイジツトを決定すると共に、
曲線の当てはめ方法により、大きさのデータによ
つて再上位のデイジツトを決定し、こうして最終
的な結果に全く曖味さがでない様にする。本発明
の相関形ソナー速度センサは、アナログ又はデイ
ジタル処理のいずれを使つても実施することが出
来る。然し、所要の信号処理が比較的複雑である
為、処理系列の比較的早期に、アナログ・デイジ
タル変換を行ない、マイクロプロセツサ又は普通
ミニ・コンピユータと呼ばれる小形の汎用計算機
のいずれかを含むデイジタル装置を使つて、大量
の処理を行なうことが一般的には望ましい。この
構成が第９図に示されている。

第９図では、図示の変換器集成体が送信変換器
３１と、４角に配置された４つの受信変換器３３
乃至３６とで構成され、送信変換器がこの４角の
近くに配置されていることが認められよう。この
形の受信変換器の配列はＴ配列内の素子の間の多
くの間隔と同一のベクトル間隔が、４角の４個の
配列内にある変換器素子の間にも見られる点で、
第５図に示すＴ形と機能的に同様である。即ち、
この様な配列の形により、第１０図に示す一組の
ベクトル間隔が得られるが、これは、数は減少し
ているが、第６図と同様である。

送信変換器３１は、送信信号発生器４５からの
信号により変調器４３で変調された搬送周波数f₀
で、送信電力増幅器によつて駆動される。送信波
形は典型的には２つの同一のパルスで構成され、
２番目のパルスは１番目のパルスから正確に既知
の時間間隔Trだけ遅れて開始される。この波形
は２つより多くのパルスで構成してもよく、変調
の符号がパルス毎に精密に繰返される限り、いろ
いろな異なる方法で変調又は符号化することが出
来る。全体として送信波形を構成する２つ又は更
に多くのこの様なパルスの列が、一層長い時間間
隔T_pをおいて繰返されるのが普通である。時間
間隔T_p及びTr並びに搬送波周波数f₀、パルス列
の形並びに各々のパルスの持続時間は、いずれも
クロツク発生器及び制御装置４７内にあるタイミ
ング回路によつて制御され、この装置が後で説明
する様にマイクロプロセツサ４９によつて制御さ
れる。

時間間隔Trは、船舶の速度を含む判断基準を
用いて、マイクロプロセツサによつて選択され、
典型的には0.1秒程度にすることが出来る。時間
間隔T_pは、主に水深を含む判断基準によつて選
択され、水深に応じて、１秒未満から10秒又はそ
れ以上に変化することがある。

各々の受信変換器３３乃至３６が前置増幅器
（PA）５１に接続され、それに続いて帯域波器
（BP）５３と、１対の同期復調器又は位相感知形
検出器５４及び５５があり、その夫々の出力に復
調信号の同相成分（）及び直角成分（Ｑ）が発
生される。各対の復調器は、送信器の搬送波周波
数f₀で、位相が90゜異なる基準電圧によつて駆動
され、こうして所望の及びＱ成分を発生する。

復調器からの同相及び直角信号出力が低域波
器（LP）５７に通され、次にアナログ・デイジ
タル変換器６１に印加される。この変換器は、図
示の様に、クリツパ又は制限回路の形をとること
が出来、入力信号を２レベル即ち１ビツトに量子
化する。こうして量子化され又はデイジタル化さ
れた信号がブロツク６３で示す複素相関器に送ら
れ、そこで各々の送受信サイクル中の予定の時間
からの標本の組が貯蔵され、マイクロプロセツサ
４９で速度アルゴリズムの作用を受けて、所望の
水平及び垂直速度成分を発生する。

この代りになる受信器としては、普通の振幅又
は包絡線検波器を使うことが出来る。この形式の
受信器を使うことが第３図では実際に考えられて
いる。これは利点と欠点がある。位相情報は利用
することが出来ないが、水平速度を求めることが
出来、十分に短いパルス又は広い帯域幅を使え
ば、垂直速度も得られる。

前に述べた様に、既知の点で得られた測定値に
基づいて、相関関数のピーク値の位置を推定する
ことにより、速度が決定される。これらの点は水
平方向には、受信変換器の間のベクトル間隔とし
て、即ち前後方向及び舷側方向の間隔の組合せと
して限定されている。速度を推定するには、遅延
させていない変換器信号（ｉ）とRAM６５で時
間T_kだけ遅延させた変換器信号（ｊ）との間の
複素相関関数の測定値R_ij（T_k）を最初に用いる。
これらの測定値は、及びＱ信号の組全体を遅延
RAM（ランダム・アクセス記憶装置）６５で処
理し、次に各々の受信変換器の信号の遅延した値
及び遅延させない値を相関させ、即ちその重みを
つけた積をとることによつて取出される。RAM
６５により導入される遅延時間T_kはクロツク発
生器及び制御装置４７によつて制御され、通常パ
ルス繰返し周期Ｔに等しくされ、且つ標本化時間
間隔T_sの倍数に等しくされる。

相関の測定値を得るのに必要な計算は、信号標
本の積を加算することである。この構成では、
各々の標本が複素数であり、２つの実数値で構成
される。各々の複素数の積は４つの実数の積を含
む。各々の実数値が１ビツトに量子化され、これ
は符号ビツトとみなすことが出来る。次に各々の
実数の積が排他的オア論理操作にかけられ、これ
は普通のデイジタル形乗算動作により実施するの
がずつと簡単である。

個々の複素相関は、第１１図に示すシフト・レ
ジスタ及び関連した論理装置によつて行なわれ
る。各々のシフト・レジスタ６７は、６つの入力
チヤンネルの内の１つからの遅延しない又はＱ
の値が送込まれており、夫々その出力を排他的オ
ア回路６９の１つの入力に供給する。この排他的
オア回路に対する他方の入力には、６つの入力チ
ヤンネルの内の同じ１つからの遅延させた値の
及びＱ出力がマルチプレクサ（MUX）を介して
供給される。同様な相関動作が同じチヤンネルか
らの他方の又はＱの遅延させない値に対して行
なわれ、２つの出力が７１で加算される。この動
作を別のシフト・レジスタ及び論理素子（図に示
してない）で、他の各々の入力チヤンネルに対し
て繰返し、遅延時間の値がT_kの時のベクトルR_ij
の完全な一組の複素数の値を求める。

今述べた動作で使われる標本化及びクロツク速
度は、船体より下方の予定の水深、例えば５メー
タ毎の距離に対応する相関値が発生され、相関ゲ
ート内に貯蔵される様に選ばれる。こういう値を
マイクロプロセツサ４９で使つて、海底の水深を
決定すると共に、様式を制御する。相関値の組全
体は、マイクロプロセツサからの制御信号並びに
アドレス制御及びMUX制御装置からの制御信号
でマルチプレクサ（MUX）を制御することによ
り、演算論理装置又は累算器７０を介して、
RAM７２及び７３で構成された振分け
（swinging）緩衝記憶装置のどちらか側に送込ま
れ、後でこれらのRAMから相関値をマイクロプ
ロセツサ４９に読出す。

相関関数のピーク値の推定位置をｘ、ｙ及びｚ
で取出すマイクロプロセツサ４９の動作が第１２
図のフローチヤートに詳しく示してある。この処
理動作の最初の工程は、前に説明した式(2)による
位相の計算に使われる相関のピーク値（R₀）の
推定値を導き出すことである。次に、各々の複素
数R_ij〓_Qを実数に変換し、図示の様にＤマトリク
スに配置した16個の値を取出す。選ばれた16個の
相関の大きさの値の内の図示のものゝ絶対値を平
均することにより、数値の数を９に減らし、ｘ及
びｙ方向の各々で３つにする。次に、ｘ及びｙ方
向に同じ位置を持つ標本を加算し、曲線にあては
める作業に使う為、３つの数から成る２つの組
A₁、A₂、A₃、B₁、B₂、B₃を取出す。第１２図
に示す関係は、各々の次元で抛物線関数に３点で
あてはめることを仮定している。

曲線の当てはめを行ない、次の式 ｘ＝1/2A₁−A₃／A₁−2A₂＋A₃ (4) を使つて補間することにより、ｘの所望の値を導
き出す。こうして導き出したｘの値が、変換器素
子の間の間隔を単位として測つたピーク値の位置
を表わす。この値を次の基本的な式に従つて速度
に変換する。

V_x＝C₁d／2Ts・ｘ／N_t (5) ここでC₁は定数であり、ｄは変換器間の間隔
であり、N_tは遅延時間期間中の標本化期間（標
本化時間間隔）の数であり、T_sは標本化時間間
隔である。

同じ処理を行なつて、ｙ方向の速度を導き出
す。次に、図示の式を用いて、ｚ方向の速度を計
算する。この式はこれ迄に計算した位相角φに基
づいている。各々の速度成分V_x、V_y、V_zが波
作業によつて平滑される。

速度アルゴリズムの最後の工程は、前の又は古
い値と異なつているかも知れないし、或いは異な
つていないかも知れない新しい整数値N_tを選択
することである。古い値を使つて前の送信中の送
信器のタイミングを制御し、波形又はパルスに対
する繰返し周期をN_tT_sにすると共に、受信時の
遅延時間を制御する為にも使い、遅延時間もN_t
T_sにした。前の値も前にそうしたのだが、新し
い値は、最も適した整数でない値を計算し、次に
それを整数に丸めることによつて選ばれる。上限
及び下限もプログラムする。具体的に説明する
と、速度成分の平滑後、第１２図に示すように、
ベクトル_xの大きさとベクトル_yの大きさとを
比較し、ベクトル_xの大きさがベクトル_yの大
きさより大きい場合は、ベクトル_xの大きさを
変数Ｖに挿入する。ベクトル_xの大きさがベク
トル_yの大きさより小さい場合には、ベクトル
Ｖ_yの大きさを変数Ｖに挿入する。このように変
数Ｖを決定した後、図に示すN_Tの計算式に従つ
て標本化期間の数の整数値（N_T）を計算する。
次いで計算した値（N_T）が６より小さいか否か
判定し、６より小さい場合は、計算した値の代り
に６を標本化期間の最小の数として用いる。計算
した値が６以上である場合には、計算した値が
256より大きいか否か判定する。256より大きい場
合は、計算した値の代りに256をN_Tとして用い
る。計算した値が256以下であれば、その値を新
しい値N_Tとしてそのまま用いる。第１２図には、
装置を初めてオンに転ずる時に下限が選択される
ことを含めてない。４つの受信変換器の４角の配
列の場合、最も適当な整数でない値は、普通の前
向きの巡航状態で、前方の受信変換器の間隔の半
分であるｘ＝−1/2の所に相関が得られる様にす
る。船舶が後進する場合、その条件はｘ＝1/2に
なり、横方向の速度が前後方向の速度を越える場
合、この条件はｙ＝1/2又はｙ＝−1/2になる。

再び第９図について説明すると、基本クロツク
１１１によつて装置の動作を同期させる。このク
ロツクは、クロツク発生器及び制御モジユール４
７により、所要のクロツク周波数を制御すると共
に、復調器５５に印加される局部発信信号をも制
御する。マイクロプロセツサ４９の出力は出力回
路１１２に示す様に、v_x、v_y、v_z及びN_tの計算値
を含むと共に、ブロツク１１３に示す様に、相関
器及び送信器を動作させる為の種々の制御信号を
含む。出力回路１１２に示すマイクロプロセツサ
の出力NTが送信信号発生器４５にある計数器１
１５を介して送信波順序化器１１７に印加され、
これによりパルスの長さ、各送信サイクルの対の
パルスの間の時間、並びにサイクルの間の時間を
含む送信器の動作パラメータを制御する。図示の
様に、「送信電力」出力が変換器駆動増幅器４１
をゲートする。

装置が世界の大抵の大洋区域全体にわたつて、
海底を基準として速度を測定する様に設計されて
いる場合、送信器の搬送波周波数は10乃至20キロ
ヘルツ、送信されるビーム幅は10乃至40゜にする
のが適当である。受信ビーム幅は送信ビーム幅の
大体２倍の幅に選ぶことが出来る。典型的には
各々の受信変換器は、例えば10乃至15センチの幅
（４角の場合）又は直径（丸い場合）を持つてい
てよく、間隔はこの幅又は直径より僅かだけ大き
くする。他方、装置が比較的浅い海でだけ海底を
追跡する様に設計されていて、深い海で水塊を追
跡する場合、ずつと高い周波数を選ぶことが出来
る。いずれの場合も、同じ程度のビーム幅が適し
ているが、これは、周波数を高くした装置の場
合、変換器をずつと小さい寸法に縮めることが出
来ることを意味してる。

前に述べた簡単な符号化していない２つのパル
スから成る波形を送信器の出力波形として満足に
使うことが出来るし、浅い海の様式で動作する時
には、それが好ましい波形であるが、深さが更に
深くなつた時、符号化された波形又はその他の一
層広帯域の波形の方が、相関法によつて一層正確
な速度の測定が出来る。これは、符号化された波
形は、同じ帯域幅を持つ符号化されていないも
の、即ち、持続時間の短い簡単なパルスに較べ
て、ピーク・エネルギの条件が低下することによ
るものである。帰還エコーを処理する時、この場
合は或る容積の水又は海底区域からの反射である
が、広帯域信号の細かい距離分解能により、エコ
ーが独立のセルに分解される。次に相関法によ
り、こういうセルを含めて距離範囲にわたる加算
が行なわれ、これによつて事実上測定値が平滑さ
れ、測定値の変動が減少する。

第１３図には、６つの受信変換器１２１乃至１
２６を逆Ｃ字形に配置し、送信変換器１２７の一
部分をこの逆Ｃ字形の中に配置した別の変換器配
列の形が示されている。Ｔ字形の配列の素子の間
にあるベクトル間隔の夫々と同一の素子の対のベ
クトル間隔が、逆Ｃ字形の配列の変換器素子の間
にも見られるという点で、この受信変換器配列の
形は、第５図に示したＴ字形と機能的に互換性が
あることを証明することが出来る。この為、第１
３図に示した形の配列は、第６図に示したものと
略同じ一組のベクトル間隔を発生する。

この配列に対する関連した信号処理も第９図に
示すものと同様であつてよいが、処理する受信変
換器の信号出力の値がずつと多数であるので、そ
れに対処する為、並びに後で説明する様に多数の
付加的な能力が持てる様にする為に必要に応じて
変更する。

再び第６図及び第８図について説明すると、こ
の配列では21個のベクトル間隔を利用することが
出来、前に述べた様に、３種類の異なる遅延時間
の値T_N-1、T_N及びT_N+1の各々に対して計算する
ことが、振幅情報を使つて垂直方向の速度ベクト
ルを取出す為に必要である。関連したマイクロプ
ロセツサの負荷を少なくする為、水平平面内の速
度間隔は、ベクトル空間内で相関のピーク値があ
ると予想される位置を中心とする３×３マトリク
スを除いた全てを除去することにより、９に減少
する。同様に、Ｎの値は垂直速度の予測に基づい
て選択する。これによつて３次元の格子又はマト
リクスが得られ、ｘ、ｙ及びｚ方向の各々に３つ
の相関標本が得られる。ここでｚは時間の次元を
表わす。マトリクスの中心に対するピーク値の位
置を推定する為、複素量R_ij（T_k）の大きさを３通
りの各々の方法で加算する。

最初に、ｘ方向に同じ位置を持つ全ての標本を
加算し、３つの数を発生し、それに対する曲線の
当てはめにより、ｘ方向におけるピーク値の位置
を突止める。次に他の２つの次元の各々について
も同じことを行なう。各々の和を形成する際、他
の２つの次元に於ける期待される相関に比例して
重みづけを行なう。各次元に於けるピーク値の位
置を求める式は、４つの素子から成る配列の場合
について第１２図に示した形式にすることが出来
る。これは、各次元でデータを抛物線を表わす式
に３点であてはめることに基づいている。前に述
べた様に、一定幅のパラメータを持つガウス関数
にあてはめることが好ましい。これは次の様に行
なう。例えばｘの次元を考える。同時に解くべき
３つの式は次の通りである。

A〓（X₀）＝ae^-k（−２−x₀）²＋ｂ (6) ここではは１、２、３の値をとる。ｋは幅パ
ラメータであり、ａ及びｂは定数であり、x₀は正
規化した時のピーク値の位置、即ち受信変換器間
の間隔を１に正規化した場合の位置である。

定数ａ及びｄを代数的に除去すると、次の式が
得られる。

x₁＝e^-2kx ₀−e^+2kx ₀／e^-2kx ₀−2e^+k＋e^-2kx ₀ (7) ここで x₁＝A₁−A₃／A₁−2A₂＋A₃ (8) x₁に対する式(8)は、ガウス関数の代りに抛物線
を使つた場合のピーク値に対するものと同じであ
る。従つて、第１段階として、前に使つた式を用
い、式(7)をx₀をx₁で表わす様に解くことにより、
x₁に対応する前の値をガウス関数に対応する値x₀
に変換することが出来る。これはテーブル照会手
順又はべき級数近似のいずれかを使うことによつ
て、容易に行なうことが出来る。いずれの場合
も、変数の値が異常に大きくなるのを避ける為
に、解を２つの部分に分けて発生し、一方はx₁を
変数とし、他方は1/x₁を変数とするのが最良であ
ることが判る。

前に述べた様に、相関が最大になる点を求める
ための曲線の当てはめ方法は、各次元でデータを
３点に正確にあてはめることに基づいて式を使う
代りに、多次元の一組の測定値に大体最もよくあ
てはまる様な最適化方法を使つて、有利に行なう
ことが出来る。

この最適化方法は、例えば最小自乗方式に基づ
いて行なうことが出来る。この場合、あてはめの
程度の目安は次の様に書くことが出来る。

Ｑ＝ 〓^I,J,K ｜A〓_JK−R〓_JK（σ_x、σ_y、σ_z）｜²(9) ここでσ_x、σ_y、σ_zはベクトル間隔の空間内での
ピーク値の位置の座標であり、A〓_JKは相関の一
組の測定値であり、R〓_JK（σ_x、σ_y、σ_z）は、この
データにあてはめようとする数学的な関数であ
る。これは添字で示す様なデータ点の座標と、括
弧内の変数によつて示す様なピーク値の位置の座
標との両方の関数である。更に具体的に云えば、
これは３次元関数であり、二組の座標の間の差の
３次元ガウス関数である。

座標σ_x、σ_yは配列の平面（xy平面）内の変位
を表わし、σ_zは、大抵はxy平面に対する法線方
向として扱うことが出来る方向の実効的な変位を
表わし、対の信号の間の遅延時間の測定量で次の
様に表わされる。

σ_z＝ｃ（Ｔ−T_n） (10) ここでｃは音速、Ｔは送信の合間の期間、T_n
は相関を最大にする遅延時間の値である。

Ｑを最小にする様な数値σ^_x、σ^_y、σ^_zを数値的に
解くアルゴリズムは、幾つかの周知の方法の内の
１つを使つてプログラムすることが出来る。所望
の速度成分は V_x＝σ^_x／2T (11) V_y＝σ^_y／2T (12) V_z＝σ^_z／2T （13） Ａ及びＲが複素数であつて、その為に振幅情報
のみならず位相情報を含む時、式(9)を最小にする
ことは出来るが、幾つかの局部的な最小値の点が
あり、その内の一番小さいもの、即ち全体の最小
値をみつける手段をとらなければならない。それ
をしてもよいが、一般的にもつと簡単な別の方法
は、大きさの情報を使つて最小限にし、次にその
後で位相情報を使うことである。この場合、あて
はめの程度の目安は次の様になる。

Ｑ＝ 〓 〓^I,J,K （｜（A〓_JK）｜−｜R〓_JK（σ_x、σ_y、σ_z）｜
）²
（14） この式を最小にするσ^_x、σ^_y、σ^_zを決定したら、
次の様に位相情報を使つて、このσ_zの値を更に精
密にすることが出来る。ピーク値の所での複素相
関R₀を次の様に推定する。

R₀＝Σ｜Ｒ^＊〓_JK（σ^_x、σ^_y、σ^_z）｜A〓_JK （15） この時推定した相関の位相は次の様になる。

φ＝tan−１（R₀の虚数部分／R₀の実数部分） （16） 次にσ^_zの値を次の様に増加する。

σ^_z＝Ｃ／f₀（φ／2π） （17） ここでf₀は搬送波周波数である。勿論、こうい
う式は、速度の垂直成分即ちｚ成分を必要としな
い場合、又はこの成分を振幅情報を使わずに、位
相情報から満足に導き出すことが出来る場合は、
更に簡単な形になる。

上記並びにその他の必要な計算を行なう為にマ
イクロプロセツサをプログラムする方法が第１４
図の縮図に示されている。この図はその或る制御
作用を含めた速度アルゴリズムを示している。図
示の様に、速度ベクトルR_ijT₁の計算値を貯蔵モ
ジユール７５に貯蔵し、それから前述の方法で、
ｘ、ｙ、及びＴの各々の次元に於けるピーク値の
位置の推定値をピーク位置推定モジユール７７で
導き出す。この時位相を前述の様に使つて、調整
モジユール７９でｚ又はＴの推定値の精密調整を
行なう。推定されたピーク値の位置には、オフセ
ツト及び倍率適用モジユール８１で適当なオフセ
ツト（片寄り）が加えられる。これはベクトル間
隔空間の中心からの選ばれた複素相関の大きさの
位置を表わす。モジユール８１ではまた適当な倍
率も適用される。

１回の送信に基づく速度測定の変動誤差が大き
すぎることがある。この為、この様な誤差を更に
少なくする為に、普通は何等かの平均化又は波
作用が望ましい。この波作用が予測波器８３
及び平滑波器８４によつて行なわれる。こうい
う波器は互いに別個であることが好ましいが、
必ずしもそうしなくてもよい。同じ波器を使つ
てもよいが、その目的は若干異なり、予測波器
に対しては、２つの極を持つ簡単な巡回形
（recursive）波器が適している。

この予測波器の出力は、これから説明する様
に、次の送信サイクルに対する速度推定過程を最
適にする為の付加的な作用をする。第６図で、倍
率を定めた速度ベクトルが、利用し得る標本点に
よつて囲まれた領域の縁に近すぎずに、その近く
に来る場合、最良の百分率精度が得られる。（ｘ、
ｙ平面内の）格子上の速度ベクトルの位置を制御
する倍率Ｔは、送信器のパルス繰返し間隔であ
り、第１２図について前に説明したのと同様に、
送信符号繰返し間隔選択モジユール８５の所で、
次の送信サイクルに使う為、１つの送信サイクル
の間の標本化時間間隔の整数倍として予め選ばれ
る。予測速度を使つて、Ｔの最適値を計算し、そ
れを標本化クロツク期間の整数倍に丸める。普通
の状態では、前向きの速度がこの制御作用をし、
Ｔは予測されたピーク値が約2.5の前側の間隔の
所に来る様に選ばれる。然し、横方向の成分が十
分大きければ、それが制御作用をし、Ｔは横方向
の間隔で約±0.75の範囲内に予測されたピーク値
を保つ様に選ばれる。

Ｔを選んだ後、次の計算に使う為、相関の標本
点を選ぶ。前に述べた様に、異なる対の変換器を
用いて、同じベクトル間隔を使うことが出来るこ
とが多い。こういう場合、とり得る１つの対を選
ぶのが普通であり、１つのチヤンネルが作用しな
い場合、別のものを選択する。

相関の標本点の選択が先験的（priori）相関ピ
ーク位置選定モジユール８７で行なわれ、この時
入力情報として、次の送信サイクルに対する間隔
Ｔの選ばれた値並びに相関のピーク値の位置を表
わす予測波器の出力を使う。この為、先験的相
関ピーク位置選定モジユールは、予測された次の
位置にある相関のピーク値の周りに来る様な一組
の標本点を選び、次の送信サイクルのエコーを処
理する時に使うのに、どの対の変換器を選択する
かを相関器に命令する。更にこのモジユールは、
測定された相関値に対して先験的重みづけ設定モ
ジユール９１で加えるべき先験的重みづけ値を制
御し、オフセツト設定モジユール８９から所要の
格子間隔のオフセツトを導入させ、そして次の送
信からのエコー帰還信号を処理する時に使うべき
遅延時間T_N、T_N-1、T_N+1をクロツク期間で表わ
したものを決定する。

実効的なビームの方向であるz′方向が鉛直方向
ｚからの偏差があつた場合、それに対する補正を
行なうことが出来る。これは、位相計算モジユー
ル９５、z′軸方向計算モジユール９７及びｚ方向
からのz′方向の偏差に対する補正を行なう補正モ
ジユール９９で行なわれる。まず遅延時間をゼロ
にした隣合つた変換器の対の間の相互相関を求め
る。２対はｙ方向に隔たり、３対はｘ方向に隔た
つている５つの隣合つた対を利用する。こういう
複素相関値から導き出した位相角が平均到着角度
に対する情報を供給する。そこで次の式を使つて
速度を補正する。

cosθ_x＝λφ_x／（2πd） （18） cosθ_y＝λφ_y／（2πd） （19） u_x＝u′_x＋u′_zcosθ_x （20） u_y＝u′_y＋u′_zcosθ_y （21） u_z＝u′_z〔１−cos²θ_x−cos²θ_y〕^1/2 （22） ここでφ_xは、ｘ方向に隔たる受信器の間の位
相差、φ_yはｙ方向に隔たる受信器の間の位相差
（２つの値の平均値）、λは波長、ｄは変換器間の
間隔、u′_x、u′_y、u′_z、は、傾き角度を無視して得
られる速度成分、u_x、u_y、u_z、は補正した速度成
分である。角度θ_x及びθ_yは夫々ｘ軸及びｙ軸に対
するz′の方向を定めるが、その余弦しか必要では
ないので、それ自身を計算する必要はない。

z′軸の鉛直からの偏差は２つの原因によつて起
ることが認められよう。その１つは、送信と受信
の間で起るビーム指向角の変位であり、もう１つ
は、海底に対して送信ビームが垂直に入射しない
ことに伴う入射角の関数としての海底の散乱強さ
の変化である。第１の偏差は距離並びに船舶のロ
ール及びピツチ率の関数であり、第２の偏差は海
底の種類並びに海底の勾配、及び船舶のロール、
ピツチ、横傾斜、トリムの関数である。普通、こ
ういう偏差は小さく、幾つかのロール及びピツ
チ・サイクルにわたつてデータの長期的な平均を
とる場合、特にその最終的な影響は小さい。然
し、希望によつては、平滑波器８４を介して出
力する前に、補正モジユール９９で速度の測定値
に補正をとり入れることが出来る。

チヤンネルの間での雑音の差も補正することが
出来る。相関の測定をする場合、クリツプした信
号（符号ビツトだけ）を使う。この方法は簡単で
あるばかりでなく、変換器の感度並びに増幅器の
利得に対して、測定値を正規化するという利点が
ある。然し、チヤンネルによつて雑音レベルに差
があると、幾分かのバイアス誤差が発生する惧れ
がある。この補正は、隣合つたチヤンネルの間の
遅延ゼロの相互相関の測定に基づいて行なわれ
る。これは垂直軸の偏差の補正に使うのと同じ測
定値であるが、この場合、複素相関値の位相角で
はなく、大きさを使う。この大きさを大きさ計算
モジユール１０１で計算し、それから雑音レベル
差補正モジユール１０３で任意に選んだ１つのチ
ヤンネルに対する各々のチヤンネルの実効的な信
号利得を決定して、倍率又は補正係数として使
う。

時間と共に変化し得る種々の関数を手動で制御
する代りに、自動的に制御する為、第１４図の速
度アルゴリズムは信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を測定
し、これを距離の関数として貯蔵する手段を貯蔵
モジユール１０５に含んでいる。この貯蔵情報を
様式選択モジユール１０７、相関器ゲート作動モ
ジユール１０９、及び送信器電力レベル制御モジ
ユール１１０で使うが、これは後で説明する。

前に述べた様に、この発明の相関形速度センサ
は、海底から離れた所、又は船舶と海底の間の或
る点にある水の容積を追跡することが出来る。こ
ういういろいろな様式を選択する様式制御の決定
は、主に距離又は時間の関数としての信号対雑音
比の測定値に基づいて行なわれる。Ｓ／Ｎ比は、
遅延時間をゼロにして、隣合つた受信変換器の間
の相互相関を測定することにより、相次ぐ距離増
分、例えば16フイート毎に対応する時間的な間隔
で測定する。

各々の送信サイクルに対する全ての測定が完了
した後、距離セルを走査して、水中反射の領域と
地面反射の領域とを確認する。この時送信電力も
利用し得る。１番目から始まつて、使つた電力レ
ベルに見合つた値まで続く隣接した距離セルを占
める為に、水中反射が必要である。地面反射は２
つ又は更に多くの隣接した距離セルを占める為に
必要であり、電力レベルが水中反射が起らない程
小さい場合にだけ、１番目から始めることが出来
る。起り得る地面反射の幾つかの領域を確認する
ことが出来る。この場合、一番遠いものが正しい
ものと仮定する。水中及び地面反射領域が確認さ
れた後、次の送信サイクルに対する様式の決定を
下す。

様式の選択、ゲート作動、電力レベルの制御の
各作用を自動制御でなく、手動制御にすれば、勿
論簡単になり、それが好ましいことがある。

変換器配列の形状、特に受信配列に於ける変換
器間の間隔の選択は、相関関数の幅、所望のビー
ム幅を達成するのに必要な開口、及び測定値の統
計的な変動を制限する為に必要な基本線を考慮に
入れて折合いとして決められる。一般的に、基本
線が長ければ長い程、即ち、変換器の間の間隔が
大きければ大きい程、この変動が小さい。

既に明らかであるが、１種類より多くの形式の
変換器から、所定の一組の素子間の間隔即ちベク
トル間隔を求めることが出来る。例えば、第５図
の６つの素子を用いたＴ字形で利用し得る７×３
のベクトル間隔から成る矩形の一組は、第１３図
の６つの素子を用いた逆Ｃ字形だけからでなく、
第１５図の８つの素子を用いた矩形並びに第１６
図の６つの素子を用いた形状からも利用すること
が出来る。

或る間隔を利用することが出来ることの他に、
特定の用途にとつて、他の因子の為に或る形状の
方が他の形状より望ましいことがある。例えば、
逆Ｃ字形はＴ字形より必要とする場所が少なくて
済む。第１５図の配列はかなりの冗長性を持つて
いる。即ち、殆んど全ての所望の間隔が１対より
多くの素子１２９から得られる。この特徴は、或
る変換器又は関連した増幅器に故障が発生して、
使えない場合、装置の動作を続する為に利用する
ことが出来る。考慮すべき別の因子、特に変換器
の物理的な寸法の為に割合高価になる様な周波数
の低い装置の場合に考慮すべき因子は、４つの変
器を４角にまとめて配置することが、別々の受信
器として使う為に適当であるだけでなく、それら
を並列に駆動して、適当な送信装置を形成するこ
とも出来る。第９図の４つの素子から成る形状だ
けでなく、第１６図及び第１７図に示す形状も、
上述のように使うことが出来る。

場合によつては、変換器を船体を通抜ける様に
取付け、ゲート弁を介して海面から取外し又は元
に戻すことが出来る様にするのが望ましいことが
ある。第１６図の配列の形状は、２つの離れた変
換器１３３，１３５の各々と１群の密な間隔の変
換器１３１との間に十分な間隔があつて、相隔た
る２つの変換器及び４個の１群に対し、別々のゲ
ート弁を設けることが出来る様になつている。第
１７図の４つの変換器１３７の群及び変換器１３
９，１４１もこの様に取付けることが出来る。第
１７図の場合、一組のベクトル間隔が６つの素子
から成る他の配列の場合に得られるものとは若干
異なるが、曲線の当てはめアルゴリズムをそれに
合う様に変更すれば、それでも十分適している。

第９図に戻つて、前に第９図について説明した
ことを続けると、出力回路１１２に出る出力、即
ち、前後方向、横方向及び垂直方向の船舶の速度
を夫々表わすv_x、v_y及びv_zの計算値が光放出ダイ
オード（LED）の配列の様な適当なオンライン
形の実時間デイジタル形読出装置（図に示してな
い）に対する入力信号として印加され、オペレー
タに表示される。出力回路１１２の信号は関連し
た航法装置に対する入力信号としても使うことが
出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は水上船舶に支持された従来の相関形ソ
ナー速度センサの動作原理を示す図、第２図は従
来の相関装置の図、第３図は典型的な動作波形を
示すグラフ、第４図は線形水中聴音器配列を用い
た相関形ソナー速度センサの動作原理を示す図、
第５図は平面状の水中聴音器配列を示す図、第６
図はベクトル空間に於ける空間―時間の相関を例
示する図で、第５図の配列に対する水平方向にず
れたデータ点を示している。第７図は相関が最大
値になる位置を決定する為の曲線の当てはめ方法
を例示する図、第８図はベクトル空間に於ける空
間と時間の相関関係を示す図で、水平方向並びに
垂直方向にずれたデータ点を示している。第９図
は関連した信号処理装置を含む相関形速度センサ
のブロツク図、第１０図は第９図の配列で得られ
た相関データ点を示す図、第１１図は第９図の装
置に使われる複素相関器のブロツク図、第１２図
は第９図の装置で速度を決定する為に使われる論
理的なフローチヤートを示す図、第１３図は配列
の別の形状を示す図、第１４図は第１３図の配列
に使うのに適した速度アルゴリズムを示す図、第
１５図乃至第１７図は配列の他の形状を示す図で
ある。 主な符号の説明 ３１…パルス送信器、３３，
３４，３５，３６…受信変換器、４５…送信信号
発生器、４９…マイクロプロセツサ、５１乃至６
１…標本化回路、６３…複素相関器、１１２…出
力回路、１１５…計数機、１１７…送信波順序化
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 波エネルギを伝播する媒質によつて散乱素子
   の場から隔てられた波エネルギ源及びセンサの組
   合せ装置の該散乱素子の場に対する相対的な速度
   を測定する装置に於て、 (a) 前記組合せ装置に含まれていて、ほぼ前記散
   乱素子の場の方を向いた指向性を持つ複数の波
   エネルギ変換器であつて、前記指向性の主軸に
   直角な平面内に既知の間隔で互いに隔たる少な
   くとも２つの受信変換器よりなる配列を含む複
   数の波エネルギ変換器と、 (b) 前記変換器の少なくとも１つを付勢して、予
   定のパルス繰返し周期を持つ第１及び第２のパ
   ルスよりなる波エネルギ・パルス列を送出させ
   る手段と、 (c) 前記散乱の場から前記受信変換器に送り返さ
   れたエコーを予定の標本化時間間隔で同時に標
   本化する手段と、 (d) 選ばれた複数の前記受信変換器で感知したエ
   コーの標本の内、前記第１のパルスからのエコ
   ーの標本を前記標本化時間間隔の整数倍に等し
   く且つ前記予定のパルス繰返し周期に等しい時
   間遅延させた時間遅延標本と、前記第２のパル
   スからのエコーの時間遅延させない標本とを用
   いて、一組の複素相関の測定値を計算する手段
   と、 (e) 前記複素相関の測定値の各々を位置の連続関
   数の標本として処理して、これらの標本の各々
   を、これらの標本を得た対の受信変換器の間の
   ベクトル間隔に等しい位置に関連させ、曲線の
   当てはめによりこれらの標本を前記連続関数に
   あてはめてベクトル空間内における相関の大き
   さのピーク値の位置を推定する手段と、 (f) 相対的な２つの移動方向の各々に沿つた前記
   相関の大きさのピーク値の位置の成分を前記パ
   ルス繰返し周期の２倍で除して、前記移動方向
   の各々における速度の値を出力として導き出す
   手段と、を有する速度測定装置。 ２ 波エネルギ源及びセンサの組合せ装置が波エ
   ネルギを伝播する媒質により散乱素子の場から隔
   てられ、該組合せ装置が波エネルギ送出手段、及
   び波エネルギ送出方向にほぼ直角な平面内に配置
   され且つ速度を測定しようとする１つまたは複数
   の方向に予定の間隔で相隔たる複数の波エネルギ
   受信変換器を含む場合に、該組合せ装置の該散乱
   素子の場に対する相対的な速度を測定するための
   方法に於て、 (a) 前記波エネルギ送出手段を付勢して、予定の
   パルス繰返し周期を持つ複数のパルスからなる
   波エネルギ・パルス列を前記散乱素子の場に向
   けて送出し、 (b) 前記散乱素子の場から各々の前記受信変換器
   に送り返されるエコーを感知し、 (c) 各々の前記受信変換器からのエコー信号を前
   記予定のパルス繰返し周期の約数に等しい標本
   化時間間隔で標本化して、第１組の複素標本を
   求め、 (d) 遅延手段により前記第１組の複素標本を前記
   パルス繰返し周期の倍数に等しい時間遅延させ
   て、前記第１組の複素標本に対して遅延した第
   ２組の複素標本を作り、 (e) 主に第１のパルスからのエコーで構成した遅
   延した組と主に第２のパルスからのエコーで構
   成した遅延しない組とを持つ２つ以上の受信変
   換器の各々からの前記第１組及び第２組の複素
   標本を前記標本化時間間隔の各々の期間中に複
   素相関器に供給し、前記第１組の複素標本と前
   記第２組の複素共役な複素標本との複素数の値
   を出力として形成して、各々の大きさが特定の
   対の受信変換器及び特定の遅延時間に関係した
   一組の相関値を発生し、 (f) 前記相関値の少なくとも幾つかを位置の連続
   関数の標本として処理して、１つの値に関係す
   る位置を、複素数の積を導き出した特定の受信
   変換器の対の内の一方の場所に対する該対の他
   方の場所によつて決定し、 (g) 前記標本を曲線の当てはめにより前記連続関
   数の大きさ又は実部にあてはめて、ベクトル空
   間内におけるピーク値の位置を指定し、 (h) 前記方向の各々に沿つた前記相関のピーク値
   の成分を前記予定のパルス繰返し周期の２倍で
   除して、前記各々の方向の速度の値を出力とし
   て導き出す、各工程を有する速度測定方法。 ３ 前記波エネルギ源及びセンサの組合せ装置と
   前記散乱素子の場との間の波エネルギの伝播方向
   とほぼ平行な方向に沿つた相対的な速度の値を導
   き出すため、前記相関のピーク値の所での前記複
   素相関の位相の値を求め、この位相の値を時間差
   に変換して、この時間から該相対的な速度の値を
   導き出す工程を含む特許請求の範囲第２項記載の
   速度測定方法。 ４ 前記相関のピーク値の所での前記位相の値が
   前記ピーク値の近くの複素相関値の重みづけした
   和として導き出される特許請求の範囲第３項記載
   の速度測定方法。 ５ 前記波エネルギ源及びセンサの組合せ装置と
   前記散乱素子の場との間の波エネルギの伝播方向
   とほぼ平行な方向に沿つた相対的な速度を導き出
   すため、前記複素相関値の実部を用いて曲線の当
   てはめを行なつて、該相対的な速度の直接的な推
   定値を求める工程を含む特許請求の範囲第２項記
   載の速度測定方法。 ６ 前記波エネルギ源及びセンサの組合せ装置と
   前記散乱素子の場との間の波エネルギの伝播方向
   とほぼ平行な方向に沿つた相対的な速度を導き出
   すために、前記標本化間隔に複数の小さい整数を
   乗じた値に等しい増加分だけそれぞれ前記パルス
   繰返し周期から異なる２つの以上の遅延時間の値
   に対して複数組の相関値を発生し、これらの相関
   値を位置の連続関数の標本として処理して、位置
   を前記変換器の対の相対的な場所によつて決定す
   ると共に、波の速度に前記遅延時間の増加分を乗
   じた積に等しい量だけ該対の一方の変換器の場所
   を波エネルギの伝播方向に実効的に変位させる様
   にし、これらの標本を曲線の当てはめにより前記
   連続関数にあてはめて該波エネルギの伝播方向に
   おける相関のピーク値の位置を決定し、このピー
   ク値の位置から該方向の速度の値を出力として導
   き出す工程を含む特許請求の範囲第２項記載の速
   度測定方法。 ７ 前記波エネルギ源及びセンサの組合せ装置と
   前記散乱素子の場との間の波エネルギの伝播方向
   とほぼ平行な方向に沿つた相対的な速度を導き出
   すため、振幅値を用いて時間の関数として相関の
   ピーク値の位置を大まかに表わす測定値を導き出
   し、この測定値に対する微調整として位相から導
   き出した相関のピーク値の位置を適用する工程を
   含む特許請求の範囲第２項記載の速度測定方法。 ８ 速度測定用相関形ソナー装置に於て、 (a) 平面状の配列に配置された複数の受信変換器
   であつて、該配列の平面に平行な速度成分を測
   定しようとする各方向に沿つてそれぞれ少なく
   とも２つの受信変換器が相隔てて設けられてい
   る複数の受信変換器と、 (b) 予定のパルス繰返し周期を持つ少なくとも２
   つの同じパルスからなるパルス列を送出する手
   段を含むパルス送信手段と、 (c) 前記受信変換器に戻つて来るエコーを前記パ
   ルス繰返し周期の約数に等しい予定の標本化時
   間間隔で同時に標本化して、第１組の複素標本
   を発生する手段と、 (d) 時間遅延手段、及び前記第１組の標本を該時
   間遅延手段に供給して、前記第１組の標本のそ
   れぞれに対して前記パルス繰返し周期に等しい
   時間遅延した第２組の標本を発生する手段と、 (e) 前記パルスの内の１つから得た前記の時間遅
   延した標本の組と前記パルスの内のその後の１
   つのパルスから得た前記の時間遅延しない標本
   の組とを用いて一組の複素相関の測定値を計算
   する手段と、 (f) これらの複素相関値の各々が標本を求めた１
   対の変換器の間のベクトル間隔を表わす位置に
   対応する様に各々の前記複素相関値を処理し、
   これらの標本に対する曲線の当てはめにより相
   関関数を求めて、ベクトル空間内における相関
   の大きさのピーク値の位置を決定する手段と、 (g) 前記相関の大きさのピーク値の位置に従つて
   近似的に次に続くパルス列に対する前記パルス
   繰返し周期を調節する手段と、 (h) 前記方向の各々に沿つた前記相関の大きさの
   ピーク値の位置の成分を前記パルス繰返し周期
   の２倍で除すことにより前記各々の方向の速度
   の値を出力として導き出す手段と、を有する速
   度測定用相関形ソナー装置。 ９ 前記相関のピーク値の位置を時間又は位相の
   関数として突止めることにより前記複素相関値の
   組から前記配列の平面に鉛直な方向の速度成分を
   導き出す手段を含む特許請求の範囲第８項記載の
   速度測定用相関形ソナー装置。 １０ 前記受信変換器の配列が四角に配置された
   少なくとも４つの変換器を有し、各変換器が送信
   及び受信機能を有する特許請求の範囲第８項記載
   の速度測定用相関形ソナー装置。