(57)【要約】【課題】より正確な雑音強度を測定することができる雑音強度測定装置などを得る。【解決手段】音に係る複数の信号を処理して得られた音圧強度に基づき、雑音に係る音圧とみなすことができる音圧を有する１つ以上の整相方位を基準方位として選択する初期基準選択部１１２と、基準方位における音圧の分布と判定対象方位における音圧の分布とが近似しているかどうかを判定し、判定対象方位の音圧が、雑音に係る音圧かまたは信号が含まれる音圧かを判定する雑音方位検出部１１３と、雑音に係る音圧であると判定された整相方位に対しては、音圧強度の時間における平均から雑音強度を算出し、信号を含む音圧であると判定された整相方位に対しては、整相方位を挟む方位にある、雑音に係る音圧であると判定された２つの整相方位における音圧強度から、雑音強度を算出し、前記雑音強度から雑音強度を算出する雑音強度算出部１１４とを備えるものである。【選択図】図１
2020012694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受波器が受信した音に係る複数の信号を処理し、時間および整相方位に対して得られた音圧による音圧強度に基づき、雑音に係る前記音圧とみなすことができる前記音圧を有する１つ以上の前記整相方位を、基準方位として選択する初期基準選択部と、
前記基準方位における前記音圧の分布と判定対象となる前記整相方位における前記音圧の分布とが近似しているかどうかを判定し、判定に基づいて、前記判定対象となる前記整相方位となる判定対象方位の前記音圧が、前記雑音に係る前記音圧かまたは信号が含まれる前記音圧かを判定する雑音方位検出部と、
前記雑音に係る前記音圧であると判定された前記整相方位の前記音圧に対しては、前記音圧強度の時間における平均から雑音強度を算出し、信号を含む前記音圧であると判定された前記整相方位の前記音圧に対しては、該整相方位を挟む方位にある、前記雑音に係る前記音圧であると判定された２つの前記整相方位における前記音圧強度から前記雑音強度を算出する雑音強度算出部と
を備える雑音強度測定装置。
【請求項２】
前記初期基準選択部は、連続した複数の前記整相方位における前記音圧の平均強度が最も小さくなる方位を、前記基準方位として選択する処理を行う請求項１に記載の雑音強度測定装置。
【請求項３】
前記雑音方位検出部は、前記基準方位の前記音圧強度に対して、前記基準方位の前記音圧強度との差が最も小さい未判定の前記整相方位を前記判定対象方位とし、前記判定対象となる前記整相方位における前記音圧の強度が、前記雑音に係る前記音圧によるものと判定したときには、前記基準方位に前記判定対象となる前記整相方位を含め、前記判定対象方位との差が最も大きい前記整相方位を前記基準方位から除き、前記基準方位と前記判定対象方位とを逐次更新する処理を行う請求項１または請求項２に記載の雑音強度測定装置。
【請求項４】
前記雑音方位検出部は、前記判定対象方位における前記音圧が、前記雑音に係る前記音圧であるかまたは信号を含む前記音圧であるかを判定する際、前記基準方位における前記音圧強度が、カイ二乗分布に従うとして、前記判定対象方位における前記音圧強度の分布との近似を判定する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の雑音強度測定装置。
【請求項５】
前記雑音方位検出部は、前記判定対象方位における前記音圧が、前記雑音に係る前記音圧であるかまたは信号を含む前記音圧であるかを判定する際、前記基準方位における複素音圧の実部と虚部とが正規分布に従うとして、前記判定対象方位における前記複素音圧の分布との近似を判定する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の雑音強度測定装置。
【請求項６】
前記雑音方位検出部は、前記判定対象方位における前記音圧が、前記雑音に係る前記音圧であるかまたは信号を含む前記音圧であるかを判定する際、前記音圧強度または複素音圧の実部と虚部との分布が、前記基準方位における前記音圧強度または複素音圧の実部と虚部との分布と近似しているかどうかを、前記基準方位の分布における確率密度関数を仮定せずに判定する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の雑音強度測定装置。
【請求項７】
前記雑音方位検出部は、コルモゴロフ−スミルノフ検定を用いて、２つの分布の近似を判定する請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の雑音強度測定装置。
【請求項８】
前記雑音強度算出部は、前記２つの前記整相方位における前記音圧強度に基づいて、補間処理を行って、信号を含む前記音圧であると判定された前記整相方位における前記雑音強度を算出する請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の雑音強度測定装置。
【請求項９】
前記雑音強度算出部は、前記２つの前記整相方位のうち、信号を含む前記音圧であると判定された前記整相方位に近い前記整相方位の前記音圧強度から、前記雑音強度を算出する請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の雑音強度測定装置。
【請求項１０】
前記雑音強度算出部が算出した前記雑音強度をデータとして記憶する雑音データベースをさらに備える請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の雑音強度測定装置。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の雑音強度測定装置と、
該雑音強度測定装置が算出した前記雑音強度に基づいて、雑音レベルおよび信号余剰を算出する信号余剰算出部を有する水測予察器と
を備える信号処理システム。
【請求項１２】
水中における雑音強度を測定する方法であって、
複数の受波器が受信した音に係る複数の信号を処理し、時間および整相方位に対して得られた音圧による音圧強度に基づき、雑音に係る前記音圧とみなすことができる前記音圧を有する１つ以上の前記整相方位を、基準方位として選択する基準選択工程と、
前記基準方位における前記音圧の分布と判定対象となる前記整相方位における前記音圧の分布とが近似しているかどうかを判定し、判定に基づいて、前記判定対象となる前記整相方位となる判定対象方位の前記音圧が、前記雑音に係る前記音圧かまたは信号が含まれる前記音圧かを判定する雑音方位検出工程と、
前記雑音に係る前記音圧であると判定された前記整相方位の前記音圧に対しては、前記音圧強度の時間における平均から前記雑音強度を算出し、信号を含む前記音圧であると判定された前記整相方位の前記音圧に対しては、該整相方位を挟む方位にある、前記雑音に係る前記音圧であると判定された２つの前記整相方位における前記音圧強度から前記雑音強度を算出する雑音強度算出工程と
を有する雑音強度測定方法。
【請求項１３】
複数の受波器が受信した音に係る複数の信号を処理し、時間および整相方位に対して得られた音圧による音圧強度に基づき、雑音に係る前記音圧とみなすことができる前記音圧を有する１つ以上の前記整相方位を、基準方位として選択する基準選択工程と、
前記基準方位における前記音圧の分布と判定対象となる前記整相方位における前記音圧の分布とが近似しているかどうかを判定し、判定に基づいて、前記判定対象となる前記整相方位となる判定対象方位の前記音圧が、前記雑音に係る前記音圧かまたは信号が含まれる前記音圧かを判定する雑音方位検出工程と、
前記雑音に係る前記音圧であると判定された前記整相方位の前記音圧に対しては、前記音圧強度の時間における平均から雑音強度を算出し、信号を含む前記音圧であると判定された前記整相方位の前記音圧に対しては、該整相方位を挟む方位にある、前記雑音に係る前記音圧であると判定された２つの前記整相方位における前記音圧強度から前記雑音強度を算出する雑音強度算出工程と
をコンピュータに行わせる雑音強度測定方法のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、雑音強度測定装置、雑音強度測定方法および雑音強度測定方法のプログラム並びに信号処理システムに関するものである。特に、ソーナーを用いた探知予察を行う水測予察器などにおいて使用する雑音強度の測定に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
水測予察器は、式（１）または式（２）で示される信号余剰ＳＥを用いて、ソーナーの探知能力を予測する。式（１）は、パッシブソーナーが用いられた場合の信号余剰ＳＥを表している。また、式（２）は、アクティブソーナーが用いられた場合の信号余剰ＳＥを表している。ここで、ＳＬ（Ｔ）は、目標から放射される信号の音源レベルを表す。また、ＴＬは、目標とソーナーの間の音波伝搬損失を表す。さらに、ＮＬは、整相出力雑音強度を表す。また、ＤＴは、検出いき値を表す。検出いき値とは、目標を確率５０％で検出するのに必要な信号対雑音比である。また、ＳＬ（Ｓ）は、アクティブソーナーが放射する探信音の音源レベルを表す。そして、ＴＳは、目標のターゲットストレングスである。ＳＥ＝０のとき、検出確率は５０％である。信号余剰ＳＥの値が大きくなるほど、検出の可能性は高まるものと予測することができる。
【０００３】
【数１】
2020012694.tif 000003
【０００４】
【数２】
2020012694.tif 000004
【０００５】
信号余剰ＳＥを正確に見積もるためには、式（１）および式（２）の右辺の各項を正確に見積もる必要がある。ここで、整相出力された雑音レベルＮＬを正確に見積もる手段として、ソーナーの運用中に、当該ソーナーによって測定される雑音による音圧強度の値を、海域ごとにデータにして、データベースとして記憶しておく。そして、演算の際、該当する海域における雑音レベルＮＬのデータを、データベースから抽出して、使用することが考えられる。このとき、測定される音圧レベルに、目標から放射される信号、付近を偶然通りかかった航行船舶からの放射雑音などが含まれていると、当該海域の定常的な雑音強度に比べて高いレベルの音圧強度が、雑音レベルＮＬのデータとしてデータベースに記憶されてしまうことになる。そこで、これらの影響を抑えるために、従来は、複数の整相方位に対する雑音強度を測定し、それらの平均レベルまたは最小レベルを、その海域の雑音レベルＮＬとして、データベースに記憶していた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Richard P. Hodges, "2. The Sonar Equations," in Underwater acoustics: analysis, design, and performance of sonar (John Wiley & Sons, Ltd, 2010)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、雑音レベルＮＬとして、平均レベルを用いた場合でも、目標からの信号、航行船舶からの放射雑音などの影響を完全に抑えることはできない。このため、実際の雑音強度よりも高い強度によるレベルを雑音レベルＮＬとして使用することにより、目標を検出する可能性を低く見積もってしまうという問題点があった。また、平均レベルまたは最小レベルを用いると、雑音強度が整相方位ごとに異なる場合に、その方位特性を考慮した見積もりができないという問題点があった。
【０００８】
そこで、より正確な雑音レベルを得られる雑音強度を測定することができる雑音強度測定装置、雑音強度測定方法および雑音強度測定方法のプログラム並びに信号処理システムの実現が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明に係る雑音強度測定装置は、複数の受波器が受信した音に係る複数の信号を処理し、時間および整相方位に対して得られた音圧による音圧強度に基づき、雑音に係る音圧とみなすことができる音圧を有する１つ以上の整相方位を、基準方位として選択する初期基準選択部と、基準方位における音圧の分布と判定対象となる整相方位における音圧の分布とが近似しているかどうかを判定し、判定に基づいて、判定対象となる整相方位となる判定対象方位の音圧が、雑音に係る音圧かまたは信号が含まれる音圧かを判定する雑音方位検出部と、雑音に係る音圧であると判定された整相方位の音圧に対しては、音圧強度の時間における平均から雑音強度を算出し、信号を含む音圧であると判定された整相方位の音圧に対しては、整相方位を挟む方位にある、雑音に係る音圧であると判定された２つの整相方位における音圧強度から雑音強度を算出する雑音強度算出部とを備えるものである。
【００１０】
また、発明に係る信号処理システムは、雑音強度測定装置と、雑音強度測定装置が算出した雑音強度に基づいて、雑音レベルおよび信号余剰を算出する信号余剰算出部を有する水測予察器とを備えるものである。
【００１１】
また、発明に係る雑音強度測定方法は、水中における雑音強度を測定する方法であって、複数の受波器が受信した音に係る複数の信号を処理し、時間および整相方位に対して得られた音圧による音圧強度に基づき、雑音に係る音圧とみなすことができる音圧を有する１つ以上の整相方位を、基準方位として選択する基準選択工程と、基準方位における音圧の分布と判定対象となる整相方位における音圧の分布とが近似しているかどうかを判定し、判定に基づいて、判定対象となる整相方位となる判定対象方位の音圧が、雑音に係る音圧かまたは信号が含まれる音圧かを判定する雑音方位検出工程と、雑音に係る音圧であると判定された整相方位の音圧に対しては、音圧強度の時間における平均から雑音強度を算出し、信号を含む音圧であると判定された整相方位の音圧に対しては、整相方位を挟む方位にある、雑音に係る音圧であると判定された２つの整相方位における音圧強度から雑音強度を算出する雑音強度算出工程とを有するものである。
【００１２】
また、発明に係る雑音強度測定方法のプログラムは、複数の受波器が受信した音に係る複数の信号を処理し、時間および整相方位に対して得られた音圧による音圧強度に基づき、雑音に係る音圧とみなすことができる音圧を有する１つ以上の整相方位を、基準方位として選択する基準選択工程と、基準方位における音圧の分布と判定対象となる整相方位における音圧の分布とが近似しているかどうかを判定し、判定に基づいて、判定対象となる整相方位となる判定対象方位の音圧が、雑音に係る音圧かまたは信号が含まれる音圧かを判定する雑音方位検出工程と、雑音に係る音圧であると判定された整相方位の音圧に対しては、音圧強度の時間における平均から雑音強度を算出し、信号を含む音圧であると判定された整相方位の音圧に対しては、整相方位を挟む方位にある、雑音に係る音圧であると判定された２つの整相方位における音圧強度から雑音強度を算出する雑音強度算出工程とをコンピュータに行わせるものである。
【発明の効果】
【００１３】
発明によれば、複数の信号による音圧強度に基づいて、雑音方位検出部が、判定対象方位の音圧が、雑音による音圧かまたは信号が含まれる音圧かを判定する。雑音強度算出部は、雑音による音圧であると判定した方位については、音圧強度の時間における平均から雑音強度を算出し、信号が含まれる音圧と判定した方位については、その方位を挟む方位において算出された雑音強度から雑音強度を算出する。このため、不要な信号が含まれない雑音強度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る雑音強度測定装置１００を中心とする信号処理システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る、更新前の判定対象方位の音圧が雑音に係る音圧であると判定したときの雑音方位検出部１１３の更新について説明する図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る、更新前の判定対象方位の音圧に信号が含まれていると判定したときの雑音方位検出部１１３の更新について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ、説明する。ここで、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る雑音強度測定装置１００を中心とする信号処理システムの構成を示す図である。図１において、ソーナーが有する受波器アレイ１０は、音を受波して、音圧に係る受信信号に変換する複数の受波器（ハイドロフォン。図示せず）を有する。図１に示すように、実施の形態１においては、受波器アレイ１０と雑音強度測定装置１００とは、通信可能に接続されているものとする。受波器アレイ１０は、複数の受波器がそれぞれ受信した信号を、Ａ／Ｄ変換などによりデジタル信号に変換して雑音強度測定装置１００に送る。雑音強度測定装置１００は、受波器アレイ１０からの信号に基づいて、雑音の音圧に係る雑音強度を算出し、雑音強度の値をデータとして、海域ごとに記憶する。水測予察器２００は、ソーナーの探知能力を予測する。
【００１７】
実施の形態１に係る雑音強度測定装置１００は、演算処理装置１１０および記憶装置１２０を有する。そして、演算処理装置１１０は、一次処理部１１１、初期基準選択部１１２、雑音方位検出部１１３および雑音強度算出部１１４を有する。また、記憶装置１２０は、雑音データベース１２１を有する。水測予察器２００は、信号余剰算出部２１０を有する。
【００１８】
演算処理装置１１０の一次処理部１１１は、受波器アレイ１０が有する複数のハイドロフォンで測定した音に係る信号に対して、周波数分析および整相処理の工程を行い、音圧強度ｐｉｊｋ（音圧強度ｐと表記する場合もある）を出力する。初期基準選択部１１２は、音圧強度ｐｉｊｋを入力し、各周波数ｆｋに対して、基準選択工程を行い、初期基準方位のインデックスＭｋ１（０），Ｍｋ２（０），…，ＭｋＬ（０）を算出して出力する。雑音方位検出部１１３は、雑音方位検出工程を行い、音圧強度ｐおよび初期基準方位のインデックスＭｋ１（０），Ｍｋ２（０），…，ＭｋＬ（０）を入力し、整相方位φｊおよび周波数ｆｋに対する雑音フラグＦｊｋを算出して出力する。雑音強度算出部１１４は、雑音強度算出工程を行い、音圧強度ｐおよび雑音フラグＦｊｋを入力し、整相方位φｊおよび周波数ｆｋに対する雑音強度Ｎｊｋを算出して出力し、記憶装置１２０が有する雑音データベース１２１に記憶させる。
【００１９】
また、水測予察器２００の信号余剰算出部２１０は、雑音データベース１２１から雑音強度Ｎｊｋを読み出し、雑音レベルＮＬを算出する。そして、信号余剰ＳＥｊｋを算出して出力する。一次処理部１１１、初期基準選択部１１２、雑音方位検出部１１３、雑音強度算出部１１４および信号余剰算出部２１０が行う信号処理については、後でさらに詳しく説明する。
【００２０】
ここで、通常、演算処理装置１１０および信号余剰算出部２１０は、たとえば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を中心とするコンピュータなどの制御演算処理を行う装置で構成されている。そして、演算処理装置１１０は、各部が行う雑音強度測定方法の手順を、あらかじめプログラム化したものを実行して、各部の処理を実現する。ここで、たとえば、記憶装置１２０が、プログラムのデータを有する。ただし、これに限定するものではなく、各部を別個に専用機器（ハードウェア）で構成してもよい。
【００２１】
記憶装置１２０の雑音データベース１２１は、周波数および方位に対する雑音強度を保持するデータベースである。ここで、記憶装置１２０は、演算処理装置１１０の処理に係るデータを記憶する装置である。記憶装置１２０は、データを一時的に記憶できるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などの揮発性記憶装置（図示せず）およびハードディスク、データを長期的に記憶できるフラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置（図示せず）を有する。
【００２２】
上述した各部の処理などについて、さらに詳しく説明する。一次処理部１１１は、時間ｔｉ（ｉ＝１，２，…，Ｉ）において、一般的なアレイ信号処理による、周波数分析および整相処理を行う。ここで、周波数分析により得られるサンプル周波数および整相処理により得られる整相方位は、それぞれ周波数ｆｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）および整相方位φｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ）で表される。そして、一次処理部１１１は、時間ｔｉ（ｉ＝１，２，…，Ｉ）、整相方位φｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ）および周波数ｆｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）に対して得られる複素音圧の実部と虚部とを、それぞれｐｉｊｋ（Ｒｅａｌ）およびｐｉｊｋ（Ｉｍａｇ）とする。そして、複素音圧から得られる音圧強度ｐｉｊｋ（ｉ＝１，２，…，Ｉ、ｊ＝１，２，…，Ｊ、ｋ＝１，２，…，Ｋ）は、ｐｉｊｋ＝［ｐｉｊｋ（Ｒｅａｌ）］２＋［ｐｉｊｋ（Ｉｍａｇ）］２となる。一次処理部１１１は、算出した音圧強度ｐｉｊｋを出力する。
【００２３】
初期基準選択部１１２は、各周波数ｆｋに対して、次に説明するような処理を行うことによって、音圧強度ｐｉｊｋが、雑音による音圧の強度であるとみなせるＬ個（Ｌ≧１）の連続した方位を、周波数ｆｋごとに選択する。まず、各整相方位φｊに対して、式（３）で示すように、音圧強度ｐｉｊｋの時間による平均値ｐｊｋを算出する。ここで、平均は、相加平均であるものとして説明する（以下、同じ）。
【００２４】
【数３】
2020012694.tif 000005
【００２５】
次に、ｐｊｋの平均値である平均強度を、ｊ＝１〜Ｌ，ｊ＝２〜Ｌ＋１，…，ｊ＝Ｊ−Ｌ＋１〜ＪのそれぞれＬ個に対して算出する。そして、各周波数ｆｋに対して、平均強度が最小となるＬ個のインデックスを、初期の基準方位のインデックスＭｋ１（０），Ｍｋ２（０），…，ＭｋＬ（０）として出力する。これは、目標物および付近の航行船舶は、数少ない方位に存在するため、全ての方位に目標物などによる信号が含まれていることはなく、音圧強度ｐｉｊｋの小さな方位には、信号は含まれないと考えることを意味する。初期基準選択部１１２の後段となる雑音方位検出部１１３は、初期の基準方位の音圧強度ｐを基準に、その他の方位における音圧強度ｐが、雑音に係る音圧によるものかまたは信号を含む音圧によるものかを判定する。
【００２６】
雑音方位検出部１１３は、各周波数ｆｋに対して、方位インデックスｊに対する音圧強度ｐが雑音とみなせると判定すると、雑音フラグＦｊｋを１とする。また、目標、船舶などの信号が含まれると判定すると、雑音フラグＦｊｋを０とする。そして、結果となる雑音フラグＦｊｋを出力する。まず、雑音方位検出部１１３は、基準方位のインデックスＭ１（１），Ｍ２（１），…，ＭＬ（１）を、それぞれ初期の基準方位のインデックスＭｋ１（０），Ｍｋ２（０），…，ＭｋＬ（０）とする。その方位インデックスｊに対する音圧強度ｐは、雑音に係る音圧とみなせるものとして、雑音フラグＦＭ１（１）ｋ，ＦＭ２（１）ｋ，…，ＦＭＬ（１）ｋを、全て１にする。また、未判定の整相方位φｊを判定対象とし、判定対象となる方位（判定対象方位）のインデックスｍ（１）を、Ｍ１（１）−１とする。以降では、判定対象方位と基準方位とを逐次更新しながら、基準方位に対する音圧強度ｐを基準として、判定対象方位の音圧強度ｐが、雑音に係る音圧によるものかまたは信号を含む音圧によるものかを判定する。ここで、方位インデックスｊの括弧内の数字は、更新の繰り返し回数を表す。
【００２７】
雑音方位検出部１１３は、式（４）に基づいて、基準方位に対する音圧強度ｐの平均値ｑを計算する。そして、式（５）で表される自由度２のカイ二乗分布の確率密度関数のパラメータσを、式（６）に基づいて算出する。
【００２８】
【数４】
2020012694.tif 000006
【００２９】
【数５】
2020012694.tif 000007
【００３０】
【数６】
2020012694.tif 000008
【００３１】
そして、雑音方位検出部１１３は、判定対象方位の音圧強度ｐの時間系列ｐ１ｍ（１）ｋ，ｐ２ｍ（１）ｋ，…，ｐＩｍ（１）ｋの分布が、式（４）、式（５）および式（６）で表される自由度２のカイ二乗分布に近い（近似している）かどうかを判定する。雑音方位検出部１１３は、自由度２のカイ二乗分布に近いと判定すれば、雑音フラグＦｍ１（１）ｋを１とする。近くないと判定すれば、雑音フラグＦｍ１（１）ｋを０とする。
【００３２】
ここで、実数値の系列から生成される分布がある確率密度関数で表される分布に近いかどうかを判定する方法として、たとえば、コルモゴロフ−スミルノフ検定（以下、Ｋ−Ｓ検定と呼ぶ）を用いることができる。Ｋ−Ｓ検定は、２つの分布が等しいという帰無仮説の下での有意確率を、２つの累積分布関数の差から算出する。そして、有意確率があらかじめ設定した有意水準より小さい場合には、帰無仮説を棄却する（２つの分布は異なると判定する）ものである。ここでは、Ｋ−Ｓ検定を用いて判定するものとしたが、Ｋ−Ｓ検定に限定するものではない。２つの分布が等しいかどうかを判定できる方法であれば、どのような方法を用いてもよい。
【００３３】
次に、雑音方位検出部１１３は、判定対象方位および基準方位を更新する。更新する判定対象方位は、インデックスを１だけ減算した、ｍ（２）＝ｍ（１）−１とする。併せて、基準方位も更新し、判定対象方位のインデックスｍ（２）に近いＬ個の方位が基準となるようにする。
【００３４】
図２は、この発明の実施の形態１に係る、更新前の判定対象方位の音圧が雑音に係る音圧であると判定したときの雑音方位検出部１１３の更新について説明する図である。図２では、Ｌ＝５の場合における更新のイメージについて示している。更新前の判定対象方位のインデックスｍ（１）に対する音圧強度ｐの雑音フラグＦｍ１（１）ｋが、雑音フラグＦｍ１（１）ｋ＝１である場合には、雑音方位検出部１１３は、基準方位のインデックスに、更新前の判定対象方位を加える。そして、雑音方位検出部１１３は、判定対象方位との差が最も大きい基準方位は、基準方位から除く。すなわちＭ１（２），Ｍ２（２），…，ＭＬ（２）を式（７）のようにする。
【００３５】
【数７】
2020012694.tif 000009
【００３６】
図３は、この発明の実施の形態１に係る、更新前の判定対象方位の音圧に信号が含まれていると判定したときの雑音方位検出部１１３の更新について説明する図である。図３では、Ｌ＝５の場合の更新のイメージについて示している。更新前の判定対象方位のインデックスｍ（１）に対する音圧強度ｐの雑音フラグＦｍ１（１）ｋが、雑音フラグＦｍ１（１）ｋ＝０である場合には、基準方位のインデックスを維持し、Ｍｌ（２）＝Ｍｌ（１）（ｌ＝１，２，…，Ｌ）とする。これによって、信号が含まれる方位を基準方位に加えないようにする。
【００３７】
雑音方位検出部１１３は、基準方位の音圧強度ｐからパラメータσを算出して、分布の近さの判定を行い、その結果によって、雑音フラグＦｍ１（２）ｋを１または０とする。そして、判定対象方位を更新し、雑音フラグＦｍ１（２）ｋの結果に応じて基準方位を更新する。このようにして、判定対象方位のインデックスが小さくなる方向に判定を繰り返す。
【００３８】
以上のような繰り返しを、ｗ−１回繰り返した結果、ｗ回目の更新で、判定対象方位のインデックスがｍ（ｗ）＝ｍ（ｗ−１）−１＝０となったら、基準方位のインデックスＭ１（ｗ），Ｍ２（ｗ），…，ＭＬ（ｗ）を、それぞれ初期の基準方位のインデックスとする。初期の基準方位のインデックスは、Ｍｋ１（０），Ｍｋ２（０），…，ＭｋＬ（０）となる。そして、判定対象方位のインデックスｍ（ｗ）を、ＭＬ（ｗ）＋１として、前述したことと同様の処理を行い、パラメータσの算出および分布の近さの判定を行う。そして、今度はインデックスを大きくする方向に判定対象方位を更新し、ｍ（ｗ＋１）＝ｍ（ｗ）＋１とする。基準方位については、雑音フラグＦｍ（ｗ）ｋ＝１となった場合には、ｍ（ｗ）を基準方位に加え、判定対象方位との差が最も大きい基準方位は基準方位から除く。すなわち、Ｍ１（ｗ＋１），Ｍ２（ｗ＋１），…，ＭＬ（ｗ＋１）を、式（８）のようにする。
【００３９】
【数８】
2020012694.tif 000010
【００４０】
一方、雑音フラグＦｍ（ｗ）ｋ＝０となった場合には、基準方位のインデックスは更新せず、Ｍｌ（ｗ＋１）＝Ｍｌ（ｗ）（ｌ＝１，２，…，Ｌ）とすることによって、信号が含まれる方位を基準方位に加えないようにする。そして、雑音方位検出部１１３は、基準方位の音圧強度ｐからパラメータσを算出して、分布の近さの判定を行い、その結果によって、雑音フラグＦｍ１（２）ｋを１または０とする。そして、判定対象方位を更新し、雑音フラグＦｍ１（２）ｋの結果に応じて基準方位を更新する。このようにして、判定対象方位のインデックスが大きくなる方向に判定を繰り返す。雑音方位検出部１１３は、インデックスがＪ＋１となったら、処理の繰り返しを停止する。
【００４１】
雑音強度算出部１１４は、入力された雑音フラグＦｊｋ（ｊ＝１，２，…，Ｊ、ｋ＝１，２，…，Ｋ）の値に応じて、雑音強度Ｎｊｋを、次に説明するようにして算出し、結果をデータとして、雑音データベース１２１に格納する。まず、方位インデックスｊおよび周波数インデックスｋに対する音圧強度ｐが、雑音による音圧の強度とみなされ、雑音フラグＦｊｋ＝１である場合には、雑音強度Ｎｊｋを、次式（９）に基づいて算出する。
【００４２】
【数９】
2020012694.tif 000011
【００４３】
次に、方位インデックスｊおよび周波数インデックスｋに対する音圧強度ｐに、信号による音圧が含まれており、雑音フラグＦｊｋ＝０である場合には、音圧強度ｐからは雑音強度Ｎｊｋを算出することができない。そこで、次に説明する手順により、雑音とみなされた最も近い方位の雑音強度Ｎｊｋから、当該整相方位および周波数に対する雑音強度Ｎｊｋを算出する。
【００４４】
雑音強度算出部１１４は、方位インデックスｊに対して、ｍ＝ｊ−１，ｊ−２，…の順に、Ｆｍｋの値を確認し、最初にＦｍｋ＝１となった方位インデックスを、ｍ１とする。また、方位インデックスｊに対して、ｍ＝ｊ＋１，ｊ＋２，…の順にＦｍｋの値を確認し、最初にＦｍｋ＝１となった方位インデックスを、ｍ２とする。そして、方位インデックスｊにおける雑音強度Ｎｊｋを、２つの雑音強度の値Ｎｍ１ｋおよびＮｍ２ｋから算出する。算出の方法については、特に限定するものではないが、たとえば、式（１０）で表される線形補間の式に基づいて、雑音強度算出部１１４は補間処理を行い、雑音強度Ｎｊｋを算出することができる。また、方位の近い方の雑音強度の値を、当該方位の雑音強度Ｎｊｋとしてもよい。
【００４５】
【数１０】
2020012694.tif 000012
【００４６】
ここで、インデックスｍ１またはｍ２のいずれか一方の値が見付からなかった場合には、もう一方の方位インデックスにおける雑音強度を、式（１１）に示すように、方位インデックスｊにおける雑音強度Ｎｊｋとする。雑音方位検出部１１３において、初期の基準方位における雑音フラグＦｊｋを１と設定しており、少なくともｍ１またはｍ２のいずれか一方は存在する。したがって、雑音強度算出部１１４は、上述した方法によって、雑音強度Ｎｊｋを算出することができる。
【００４７】
【数１１】
2020012694.tif 000013
【００４８】
信号余剰算出部１１５は、雑音データベース１２１から、方位インデックスｊおよび周波数インデックスｋにおける雑音強度Ｎｊｋを読み出し、式（１２）に基づいて、雑音レベルＮＬｊｋを算出する。そして、式（１）または式（２）のソーナー方程式における雑音レベルＮＬの値として式（１２）の結果を用いて、整相方位φｊおよび周波数ｆｋに対する信号余剰ＳＥｊｋを算出する。式（１３）は、パッシブソーナーが用いられた場合の信号余剰ＳＥｊｋである。また、式（１４）は、アクティブソーナーが用いられた場合の信号余剰ＳＥｊｋである。
【００４９】
【数１２】
2020012694.tif 000014
【００５０】
【数１３】
2020012694.tif 000015
【００５１】
【数１４】
2020012694.tif 000016
【００５２】
ここで、ＳＬｋ（Ｔ）は、周波数ｆｋに対する目標放射雑音の音源レベルである。また、ＴＬｊｋは、整相方位φｊおよび周波数ｆｋに対する音波伝搬損失である。さらに、ＳＬｋ（Ｓ）は、周波数ｆｋに対する探信音の音源レベルである。そして、ＴＳｋは、周波数ｆｋに対するターゲットストレングスである。ここで、このときＳＬｋ（Ｔ）、ＴＬｊｋ、ＳＬｋ（Ｓ）、ＴＳｋおよびＤＴは、あらかじめ設定しておくか、何らかの手段で算出しておくようにする。たとえば、ＳＬｋ（Ｔ）およびＴＳｋは、目標に関するデータベースに格納してあるものを使用する。また、ＴＬｊｋは、音波伝搬モデルにより算出する。そして、ＳＬｋ（Ｓ）およびＤＴは、ソーナーに関するデータベースに格納してあるものを使用するといった形態が考えられる。
【００５３】
以上のように、実施の形態１の雑音強度測定装置１００によれば、初期基準選択部１１２において、得られた複数の整相方位φｊにおける音圧強度ｐのうち、最小の音圧強度ｐを、雑音による音圧の強度であるものとして、初期の基準方位とする。そして、雑音方位検出部１１３において、初期の基準方位を基準方位とした上で、基準方位に隣接する整相方位φｊを判定対象方位とし、判定対象方位の音圧強度ｐに対して、基準方位における音圧強度ｐの分布との近さを判定する。そして、雑音強度算出部１１４は、音圧強度ｐが、雑音による音圧の強度と判定された整相方位φｊに対しては、音圧強度ｐｉｊｋの時間における平均値を雑音強度Ｎｊｋとする。また、信号が含まれていると判定された整相方位φｊに対しては、その整相方位φｊを挟む最も近い雑音と判定された２つの整相方位φｊの雑音強度から補間して雑音強度Ｎｊｋを算出する。以上の処理を行うことで、目標および付近の航行船舶からの信号が含まれていない雑音強度Ｎｊｋを得ることができるので、信号余剰算出部１１５は、雑音レベルＮＬおよび信号余剰ＳＥｊｋをより正確に算出することができる。
【００５４】
また、実施の形態１の雑音強度測定装置１００では、雑音の複素音圧の実部ｐｉｊｋ（Ｒｅａｌ）と虚部ｐｉｊｋ（Ｉｍａｇ）とが、それぞれ平均０の正規分布に従うとき、その強度（実部の二乗と虚部の二乗の和）の分布は、自由度２のカイ二乗分布に従うことを利用する。雑音方位検出部１１３は、判定対象方位の音圧強度ｐの分布と、カイ二乗分布との近さを判定することによって、音圧強度ｐが、雑音による音圧の強度かまたは信号が含まれた音圧の強度であるかを判定することができる。
【００５５】
実施の形態２．
ここでは、実施の形態２における雑音強度測定装置１００について説明する。実施の形態２における雑音強度測定装置１００の構成は、実施の形態１で説明したことと同様である。実施の形態１の雑音強度測定装置１００では、一次処理部１１１から音圧強度ｐｉｊｋが出力され、その分布によって、初期基準選択部１１２が、初期の基準方位を選択する。そして、雑音方位検出部１１３が、音圧強度ｐｉｊｋが、雑音によるものであるか信号が含まれるものであるかを判定した。実施の形態２の雑音強度測定装置１００は、一次処理部１１１から複素音圧が出力され、複素音圧の実部ｐｉｊｋ（Ｒｅａｌ）と虚部ｐｉｊｋ（Ｉｍａｇ）との分布によって、判定を行うものである。具体的には、基準方位のインデックスＭ１，Ｍ２，…，ＭＬに対して、複素音圧の実部ｐｉｊｋ（Ｒｅａｌ）と虚部ｐｉｊｋ（Ｉｍａｇ）との全ての値の標準偏差ｓを、式（１５）に基づいて算出する。
【００５６】
【数１５】
2020012694.tif 000017
【００５７】
そして、判定対象方位のインデックスｍに対する複素音圧の実部と虚部による系列ｐ１ｍｋ（Ｒｅａｌ），ｐ２ｍｋ（Ｒｅａｌ），…，ｐＩｍｋ（Ｒｅａｌ），ｐ１ｍｋ（Ｉｍａｇ），ｐ２ｍｋ（Ｉｍａｇ），…，ｐＩｍｋ（Ｉｍａｇ）の分布が、式（１６）の確率密度関数で表される正規分布に近いかどうかを判定する。
【００５８】
【数１６】
2020012694.tif 000018
【００５９】
また、実施の形態１の雑音強度測定装置１００では、一次処理部１１１の出力が、複素音圧から算出した音圧強度ｐｉｊｋであるとした。これは、高速フーリエ変換による周波数分析の結果を想定したものである。これを、帯域の狭い帯域通過フィルタを通して得られた実数振幅の結果を二乗し、高速フーリエ変換と同じサンプル数Ｒだけ加算して音圧強度とした場合について考える。その場合、雑音に係る音圧強度の分布は、式（１６）の確率密度関数で表される自由度Ｒのカイ二乗分布に従う。このため、雑音方位検出部１１３は、判定対象方位の音圧強度の時間系列の分布が、式（１７）で表される自由度Ｒのカイ二乗分布に近いかどうかを判定するとよい。
【００６０】
【数１７】
2020012694.tif 000019
【００６１】
実施の形態３．
ここでは、実施の形態３における雑音強度測定装置１００について説明する。実施の形態３における雑音強度測定装置１００の構成は、実施の形態１および実施の形態２で説明したことと同様である。実施の形態１および実施の形態２の雑音強度測定装置１００では、基準方位のインデックスＭ１，Ｍ２，…，ＭＬに対する音圧の分布が、カイ二乗分布または正規分布に従うと仮定した。そして、それらの確率密度関数と判定対象方位における音圧の分布との近さを判定するものであった。実施の形態３の雑音強度測定装置１００では、確率密度関数を仮定することなく、雑音方位検出部１１３が、基準方位における音圧の分布と判定対象方位における音圧の分布との近さを判定するようにしてもよい。たとえば、雑音方位検出部１１３は、それぞれの分布の平均値、標準偏差の差などによって、基準方位における音圧の分布と判定対象方位における音圧の分布との近さを判定するようにしてもよい。また、雑音方位検出部１１３は、前述したＫ−Ｓ検定などを用いて判定するようにしてもよい。
【００６２】
また、実施の形態１の雑音強度測定装置１００は、時間範囲ｔ１〜ｔＩにおける音圧強度の分布を、異なる方位間で比較することにより、音圧強度ｐｉｊｋが、雑音によるものかまたは信号が含まれたものであるかを判定するものであった。ほかにも、過去に同じ方位および周波数で雑音と判定された時間範囲の音圧の分布と直近の時間範囲ｔ１〜ｔＩにおける音圧の分布とを比較し、音圧強度が、雑音によるものかまたは信号が含まれたものであるかを判定してもよい。この比較においても、異なる方位間での比較と全く同じ方法を適用することができる。
【００６３】
実施の形態４．
ここでは、実施の形態４における雑音強度測定装置１００について説明する。実施の形態４における雑音強度測定装置１００の構成は、実施の形態１〜実施の形態３で説明したことと同様である。実施の形態１〜実施の形態３において説明した雑音強度測定装置１００は、一次処理部１１１〜雑音強度算出部１１４の処理によって算出した、信号などを含まない雑音強度Ｎｊｋを用いて、信号余剰算出部１１５が信号余剰ＳＥｊｋを算出するものであった。ここでは、雑音強度Ｎｊｋを信号検出に用いることについて説明する。
【００６４】
整相方位φｊおよび周波数ｆｋに対して、音圧強度Ｐｊｋが得られているものとする。一般に、信号検出においては、あるいき値ξに対して、式（１８）を満たせば、その整相方位φｊと周波数ｆｋに信号が存在すると判定される。ここで、いき値ξは、所望の検出確率および誤警報確率から設定される値である。また、＜Ｎ＞ｊｋは、整相方位φｊと周波数ｆｋとにおける雑音強度Ｎｊｋの期待値である。たとえば、式（１９）で示されるように、当該整相方位φｊの方位インデックスｊと周波数の周波数インデックスｋとに隣接する２Ｕ個の整相方位φｊおよび２Ｖ個の周波数ｆｋにおける音圧強度を平均することで、＜Ｎ＞ｊｋを推定することができる。
【００６５】
【数１８】
2020012694.tif 000020
【００６６】
【数１９】
2020012694.tif 000021
【００６７】
しかし、隣接する２Ｕ個の整相方位φｊおよび２Ｖ個の周波数ｆｋの中に、信号が含まれているときには、雑音強度ｊｋの期待値＜Ｎ＞ｊｋが大きく見積もられ、式（１７）による判定に誤りが生じることとなる。そこで、一次処理部１１１〜雑音強度算出部１１４の処理によって算出した雑音強度Ｎｊｋから、雑音強度の期待値＜Ｎ＞ｊｋを推定する。式（２０）で示されるように、当該整相方位φｊの方位インデックスｊと周波数ｆｋの周波数インデックスｋとに隣接する整相方位φｊおよび周波数ｆｋにおける雑音強度Ｎｊｋを平均することで、信号の影響を含まない雑音強度の期待値＜Ｎ＞ｊｋを推定する。
【００６８】
【数２０】
2020012694.tif 000022
【００６９】
ここで、横軸に周波数ｆｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）および整相方位φｊ（ｊ＝１，２，…，Ｊ）をとり、縦軸に、式（１７）の左辺の値をとったグラフを、ソーナー装置の操作員が信号検出の補助に用いる表示装置（図示せず）に表示することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１０  受波器アレイ
１００  雑音強度測定装置
１１０  演算処理装置
１１１  一次処理部
１１２  初期基準選択部
１１３  雑音方位検出部
１１４  雑音強度算出部
１１５  信号余剰算出部
１２０  記憶装置
１２１  雑音データベース
２００  水測予察器
２１０  信号余剰算出部
【図１】
2020012694.tif 000023
【図２】
2020012694.tif 000024
【図３】
2020012694.tif 000025