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小型移動体に搭載可能な広角音響レンズを用いる海中同時通信・測位システムの開発

Research Project

Project/Area Number 23K26311
Project/Area Number (Other) 23H01617 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 24020:Marine engineering-related
Research InstitutionUniversity of Tsukuba

Principal Investigator

海老原 格  筑波大学, システム情報系, 准教授 (80581602)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 若槻 尚斗  筑波大学, システム情報系, 教授 (40294433)
水谷 孝一  筑波大学, システム情報系, 研究員 (50241790)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,720,000 (Direct Cost: ¥14,400,000、Indirect Cost: ¥4,320,000)
Fiscal Year 2026: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Keywords水中音響通信 / マルチパス / 音響レンズ / ドップラー
Outline of Research at the Start

小型移動体に搭載可能な海中通信・測位技術を実現するために,複数の通信相手に狙いを定めて同時に信号を送受信すると同時に,通信相手の方位・距離を計測できる,新しい通信・測位システムを確立する.これまで確立してきた技術を基盤とする音響レンズ通信機を構築するとともに,通信相手の方位・距離を計測する測位機能を新しく実装する.それらを海中同時通信・測位システムとして統合し,実験を繰り返して完成度を高めることで,目的を達成する.

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,小型移動体に搭載可能な海中通信・測位技術を実現するために,複数の通信相手に狙いを定めて同時に信号を送受信すると同時に,通信相手の方位・距離を計測できる,新しい通信・測位システムを確立するものである.
2023年度は,これまで確立してきた技術を基盤とする低解像度の水中音響レンズシステムを構築するとともに,通信相手の方位と距離を計測する機能の有効性を検討した.水中音響レンズが有している複数の振動子における受信信号の強度に着目し,焦点分布の重心を見つけることで,信号の到来方向を正確に推定する方法を提案し,その有効性をシミュレーションを用いて検証した.その結果,方位角分解能が10度のレンズシステムを使用した場合でも,約4度の誤差で信号の到来方向が推定できることを明らかにした.
また,マルチユーザ通信として,通信相手が1ユーザから3ユーザに増加した場合の影響を評価したところ,ユーザー数が増加するにつれて,誤差の最大値が若干増加するものの,大きな問題にはならないことを確認した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の計画通り,音響レンズが有している音源方向測定能力を活用して,通信相手の方位を計測する仕組みを実現することが出来たため.

Strategy for Future Research Activity

当初の計画通り,水中音響レンズシステムの最適化を行うと共に,これまで確立した要素技術を基盤に音響レンズ通信機を構築していく.

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] LoS およびNLoS 環境におけるパラボラアンテナを用いた水中音響通信のシミュレーション2024

    • Author(s)
      茅根涼太郎,海老原格,佐藤裕治,若槻尚斗,前田祐佳,水谷孝一
    • Journal Title

      海洋音響学会誌

      Volume: 51 Pages: 1-11

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Measurement of distance and speed between transmitter and receiver using propagation time of underwater acoustic communication signals with orthogonal signal division multiplexing2024

    • Author(s)
      Ishijima Ryoichi、EBIHARA Tadashi、WAKATSUKI Naoto、Maeda Yuka、MIZUTANI Koichi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: - Issue: 5 Pages: 057001-057001

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad378e

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhancing azimuth estimation in low-resolution underwater acoustic lens systems for advanced communication and positioning2024

    • Author(s)
      Sato Yuji、Ebihara Tadashi、Urasaki Naomasa、Mizutani Koichi、Wakatsuki Naoto
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 63 Issue: 5 Pages: 05SP07-05SP07

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad3fc8

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Performance Evaluation of Orthogonal Signal Division Multiplexing Schemes with Large Delay and Doppler Spread in Underwater Acoustic Communication Channel2024

    • Author(s)
      Naomasa Urasaki, Masatoshi Yano, Tadashi Ebihara and Naoto Wakatsuki
    • Journal Title

      Proc. RISP Int. Workshop Nonlinear Circuits, Commun. Sig. Process. (NCSP2024)

      Volume: - Pages: 180-183

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Performance Improvement of Underwater Acoustic Communication and Ranging System Using Orthogonal Signal Division Multiplexing2024

    • Author(s)
      Ryoichi Ishijima, Tadashi Ebihara, Naoto Wakatsuki, Yuka Maeda and Koichi Mizutani
    • Journal Title

      Proc. RISP Int. Workshop Nonlinear Circuits, Commun. Sig. Process. (NCSP2024)

      Volume: - Pages: 287-290

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Investigation of Characteristics of Underwater Acoustic Channel and Quality of Underwater Acoustic Communication in Line-of-Sight and Non-Line-of-Sight Environments2023

    • Author(s)
      Waki Takuya、Hara Yuto、Ebihara Tadashi、Wakatsuki Naoto、Mizutani Koichi
    • Journal Title

      Journal of Signal Processing

      Volume: 27 Issue: 6 Pages: 179-188

    • DOI

      10.2299/jsp.27.179

    • ISSN
      1342-6230, 1880-1013
    • Year and Date
      2023-11-01
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 水中音響レンズにおけるエバネッセント場の影響2023

    • Author(s)
      田邊昭子,佐藤裕治,海老原格,若槻尚斗,水谷孝一
    • Journal Title

      海洋音響学会誌

      Volume: 50 Pages: 56-66

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Performance Evaluation of Orthogonal Signal Division Multiplexing Schemes with Large Delay and Doppler Spread in Underwater Acoustic Communication Channel2024

    • Author(s)
      Naomasa Urasaki, Masatoshi Yano, Tadashi Ebihara and Naoto Wakatsuki
    • Organizer
      RISP Int. Workshop Nonlinear Circuits, Commun. Sig. Process. (NCSP2024)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Performance Improvement of Underwater Acoustic Communication and Ranging System Using Orthogonal Signal Division Multiplexing2024

    • Author(s)
      Ryoichi Ishijima, Tadashi Ebihara, Naoto Wakatsuki, Yuka Maeda and Koichi Mizutani
    • Organizer
      RISP Int. Workshop Nonlinear Circuits, Commun. Sig. Process. (NCSP2024)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 遅延・ドップラー広がりがガードインターバルとガードバンドを超えるマルチパス環境下における水中音響通信システムの特性2023

    • Author(s)
      矢野将捷,海老原格,若槻尚斗,水谷孝一
    • Organizer
      海洋音響学会2023年度研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 臨界角を超えた凸形状の補正板を用いるシュミットカメラの設計と集束特性2023

    • Author(s)
      佐藤裕治,海老原格,田邊昭子,水谷孝一,若槻尚斗
    • Organizer
      海洋音響学会2023年度研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 水中音響通信における時間ダイバーシティと周波数ダイバーシティの比較2023

    • Author(s)
      石島諒一,海老原格,若槻尚斗,水谷孝一
    • Organizer
      日本音響学会音楽音響研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 見通し領域と見通し外領域における水中音響通信路の特性計測2023

    • Author(s)
      脇拓哉,原優人,海老原格,若槻尚斗,水谷孝一
    • Organizer
      日本音響学会2023年秋季研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 直交信号分割多重を用いる水中音響通信信号の伝搬時間計測による送受信機間の距離計測2023

    • Author(s)
      石島諒一,海老原格,若槻尚斗,前田祐佳,水谷孝一
    • Organizer
      第44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
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチパス環境におけるパラボラ反射鏡を用いる水中音響通信のシミュレーション2023

    • Author(s)
      茅根涼太郎,海老原格,佐藤裕治,若槻尚斗,前田祐佳,水谷孝一
    • Organizer
      第44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
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 見通し内と見通し外の水中音響通信路における遅延広がりとドップラー広がりの計測2023

    • Author(s)
      脇拓哉,原優人,海老原格,若槻尚斗,水谷孝一
    • Organizer
      第44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
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 大きな遅延・ドップラー広がりが存在する環境における直交信号分割多重方式の性能評価2023

    • Author(s)
      浦崎直将,矢野将捷,海老原格,若槻尚斗,前田祐佳,水谷孝一
    • Organizer
      第44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
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 広角音響レンズを用いる水中音響測位の検討2023

    • Author(s)
      佐藤裕治,海老原格,浦崎直将,水谷孝一,若槻尚斗
    • Organizer
      第44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
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 直交信号分割多重方式を用いる水中音響通信・測距システムの検討2023

    • Author(s)
      石島諒一,海老原格,若槻尚斗,前田祐佳,水谷孝一
    • Organizer
      IEEE主催2023年度第2回学生研究発表会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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