位相共役波による長距離水中音響通信

• Project/Area Number: 16686050
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Naval and maritime engineering
• Research Institution: Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology
• Principal Investigator: 志村 拓也 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋工学センター, 研究員 (80359140)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥28,860,000 (Direct Cost: ¥22,200,000、Indirect Cost: ¥6,660,000); Fiscal Year 2006: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2005: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000); Fiscal Year 2004: ¥15,730,000 (Direct Cost: ¥12,100,000、Indirect Cost: ¥3,630,000)
• Keywords: 位相共役波 / 時間反転波 / 水中環境 / 音響通信 / 実験 / デジタル通信 / 適応等化器 / 水中音響 / マルチパス / 適応フィルタ / ディジタル通信 / 低周波音源

Research Abstract

位相共役波とは、点音源から発信した音波をアレイで受信し、その受信した信号を時間反転した信号(=位相共役波、時間反転波)をアレイから逆に送信すると、元の音源の位置(焦点)に音波が収束するという現象である。この位相共役波の鋭い収束性などの特長を生かして、長距離水平方向の音響通信に適用するための研究を行っている。
第1回目の実海域試験では、アレイ側の送波器に不具合が発生し、点からアレイへの通信(Passiveな位相共役通信)のみしか実施できなかったが、第2回目の試験では、この不具合を解消し、点とアレイ間の双方向の位相共役通信、すなわち、Active及び、Passiveの位相共役通信の実海域試験を行うことができた。実験は、駿河湾の水深約1,100mの海域で10kmの距離で行い、以下のような良好な結果を得ることができた。
・位相共役波による通信では、上記の条件下で、エラーの無い復調ができたが、適応等化器のみによって復調を行おうとした場合には、通信を行うことができなかった。よって、従来の方法では、通信が行えないような条件下であっても、位相共役波を用いることによって、通信が可能になることを実証することができた。
・さらに、位相共役波を用いればより少ない個数の送受波アレイによって通信が行えることを示すことができた。
・環境の変動(主に音速分布の時間変化や流れなど)がある場合、位相共役波は原理的にそうした変動に対応できない。そこで、本研究では、位相共役波の収束効果に、適応等化器の動的補償を組み合わせた方法を提案し、これまでシミュレーションによって検証を行ってきたが、今回の実験で、そのような変動がある場合にも、復調ができることを実海域で示すことができた。

Research Products

• [Journal Article] Time-Reversal Communication with Moving Source-Receiver in shallow water (2006)
  • Author(s): 志村拓也, 越智 寛, 渡邊佳孝
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Vol.45, No.5B Pages: 4847-4852
• [Journal Article] Research on Doppler Effect to Time-Reversal Communication (2006)
  • Author(s): 志村拓也, 越智 寛, 渡邊佳孝
  • Journal Title: The proceedings of the 8th European Conference on Underwater Acoustics (ECUA2006) Vol. II Pages: 879-884
• [Journal Article] 位相共役波による音響通信の第1回実海域試験 (2006)
  • Author(s): 志村拓也, 越智 寛, 渡邊佳孝
  • Journal Title: 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム 講演論文集 27 Pages: 27-28
• [Journal Article] Basic study on time-reversal communication in shallow water with high frequency (2006)
  • Author(s): 志村拓也, 越智 寛, 渡邊佳孝
  • Journal Title: The proceeding CD-ROM of Techno-Ocean 2006 / 19th JASNAOE Ocean Engineering Symposium
• [Journal Article] Experiment of time-reversal communication in deep ocean (2006)
  • Author(s): 志村拓也, 越智 寛, 渡邊佳孝
  • Journal Title: The Journal of Acoustical Society of America (The proceedings of the 4th joint meeting of ASA and ASJ) Vol. 120, No. 5, Pt. 2 Pages: 3008-3008
• [Journal Article] A fundamental study on the application of passive time reversal to acoustic communication (2005)
  • Author(s): 志村 拓也
  • Journal Title: The proceeding of Forum Acousticum 2005 Pages: 267-271
• [Journal Article] Basic Research on Time-Reversal Waves in Deep Ocean for Long Acoustic Communication (2005)
  • Author(s): 志村 拓也
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Vol.44, No.6B Pages: 4722-4728
  • NAID: 130004534228
• [Journal Article] Passiveな位相共役音響通信の基礎検討 (2005)
  • Author(s): 志村 拓也
  • Journal Title: 海洋音響学会2005年度研究発表会講演論文集 Pages: 87-90
• [Journal Article] Active Time Reversalによる音響通信の基礎研究 (2005)
  • Author(s): 志村 拓也
  • Journal Title: 海洋音響学会誌 32・4 Pages: 16-25
  • NAID: 130004291790
• [Journal Article] Basic study on active time reversal communication in shallow water (2005)
  • Author(s): 志村 拓也
  • Journal Title: Acoustical Science and Technology(日本音響学会英文誌) 26・6 Pages: 526-529
  • NAID: 110003143604
• [Journal Article] ドップラー効果を考慮した位相共役音響通信の基礎検討 (2005)
  • Author(s): 志村 拓也
  • Journal Title: 超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム 講演論文集 第26回 Pages: 177-178
• [Journal Article] Active Time Reversalによる長距離水平音響通信の基礎研究 (2004)
  • Author(s): 志村拓也, 越智 寛, 渡邊佳孝
  • Journal Title: 電子情報通信学会技術研究報告US2004-32〜38 104 Pages: 7-12
  • NAID: 110003174544
• [Journal Article] Activeな時間反転波音響通信の基礎検討 (2004)
  • Author(s): 志村拓也, 越智 寛, 渡邊佳孝
  • Journal Title: 日本音響学会2004年秋季研究発表会講演論文集 Pages: 1317-1318
• [Journal Article] 北極海プロファイルにおける時間反転波の収束 (2004)
  • Author(s): 志村拓也, 越智 寛, 渡邊佳孝
  • Journal Title: 第25回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム講演論文集 Pages: 453-454
• [Journal Article] Research on acoustic positioning and estimation of sound velocity profile using time reversal waves (2004)
  • Author(s): Takuya SHIMURA
  • Journal Title: The Proceedings of European Conference on Underwater Acoustics (ECUA) 2004 Pages: 249-254
• [Journal Article] A Basic Research on the Long Horizontal Active Time Reversal Communication (2004)
  • Author(s): Takuya SHIMURA, Yoshitaka WATANABE, Hiroshi OCHI
  • Journal Title: Proceedings of Oceans2004 Pages: 2220-2224