長期海中観測を想定した水中音響通信による高精度時刻同期手法の開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25630403
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Research Institution: Tokyo University of Marine Science and Technology
• Principal Investigator: 近藤 逸人 東京海洋大学, 海洋科学技術研究科, 准教授 (40361802)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: ソーナー / 水中音響通信 / 時刻同期 / DSP / FPGA

Research Abstract

地球環境問題や資源問題を背景として海洋における長期観測の重要性が強調され、海中に分散配置される観測ノードや移動プラットフォームなど、複数ノード間の時刻同期が重要な技術課題として注目されている。本研究の目的は、水中音響通信技術とチップスケール原子時計を使って、海中で分散独立する観測システム間で高精度な時刻同期（絶対時刻と基準周波数の同期）を実現する手法を開発することにある。本研究は、ソーナーおよび水中音響通信の技術と、デジタル・シグナル・プロセッサ（DSP）の技術を応用して融合することにより、水中機器間の高精度な時刻同期を実現しようとするところに特色があり、海底資源探査などのアプリケーションに向けて将来実用化されることが期待される。
今年度は、水中音響による高精度時刻同期手法を提案するとともに、水中音響の観点からコンピュータ・シミュレーションをおこない、要求する時刻同期精度の実現に必要となる音響システムの仕様について詳細に検討した。さらに、この結果を受けてテストシステムの詳細設計を実施し、この設計に基づいてテストシステムを構築した。テストシステムは、DSP、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（FPGA）、デジタル・アナログコンバータ、アナログ・デジタルコンバータからなる回路基板と、増幅装置およびトランスデューサから構成した。
構築したシステムが正常に動作することを確認する意味から、FPGAのみにプログラムを実装して、ひとつの回路基板に送信と受信を行わせる構成とし、送波用トランスデューサと受波用トランスデューサの距離を変化させて、基本的なバースト波を送受信する水槽実験を実施し、送信、受信の信号遅延時間がどの程度のばらつきを有するか検証した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度計画していたテストシステム構築に関して、理論検討、詳細設計、製作、テストプログラムの実装を実施し、水槽実験によりシステムが正常に動作することの確認を行い、さらに信号の遅延時間を計測可能であることを検証することができたため。

Strategy for Future Research Activity

今後は、目指す時刻同期精度を実現するための信号処理手法を開発してプログラムを実装し、まずはひとつの回路基板で入出力を行って検証したのち、これをふたつの相対する試験装置として構築し直し、水槽実験によって時刻同期手法の検証を行う。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

プログラムの実装作業に人件費、謝金の計上と、実験、打ち合わせのために国内旅費および消耗品を計上していたが、大学内のマンパワーによりプログラムを実装し、同じく大学内の小水槽で実験を実施したことにより実験旅費が発生せず、消耗品について運営費交付金により賄ったため。
プログラムの実装作業で学内マンパワーで賄いきれない部分の外注と、実験作業補助謝金。およびソーナー業者との研究打ち合わせ、実験に伴う国内旅費と消耗品購入にあてる。