(57)【要約】【課題】受信機から入力される狭帯域信号から、自己雑音を含まない信号を検出すること。【解決手段】入力信号に対して、所定のサンプル時刻ｔの時間毎に得られる方位ｍのビーム、周波数ｎのビンにおける信号強度Ｘｔ（ｍ、ｎ）に基づいて、方位及び周波数方向にピークを検出するとともに、前記ピークの時間的なつながりであるラインのレベルに基づいて、ステータスを「検出」として判定するステータス判定手段４を有する狭帯域信号検出装置において、前記ラインが予め定めた条件に適合する場合に、前記ステータス判定手段４の判定結果から自己雑音２４に関するラインを除去する不要信号除去手段を有する。【選択図】    図1
2010085120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号に対して、所定のサンプル時刻ｔ（ｔ＝１、２、・・・）の時間毎に得られる方位ｍ（ｍ＝１、２、・・・Ｍ）のビーム、周波数ｎ（ｎ＝１、２、・・・Ｎ）のビンにおける信号強度Ｘｔ（ｍ、ｎ）に基づいて、方位及び周波数方向にピークを検出するとともに、前記ピークの時間的なつながりであるラインのレベルに基づいて、ステータスを「検出」として判定するステータス判定手段を有する狭帯域信号検出装置において、
前記ラインが予め定めた条件に適合する場合に、自己雑音と判断して、前記ステータス判定手段の判定結果から当該ラインを除去する不要信号除去手段を有することを特徴とする狭帯域信号検出装置。
【請求項２】
前記不要信号除去手段は、前記入力信号の前記ラインの周波数をｆｘとし、予め定めた除去対象帯域の下限周波数をｆdel_min及び上限周波数をｆdel_maxとすると、
ｆdel_min≦ｆx≦ｆdel_max                              ・・・（１）
の条件を満たす場合、前記ラインを除去対象とすることを特徴とする請求項１記載の狭帯域信号検出装置。
【請求項３】
前記不要信号除去手段は、前記除去対象とするラインの情報を登録することを特徴とする請求項２記載の狭帯域信号検出装置。
【請求項４】
前記不要信号除去手段は、前記（１）式による除去対象帯域を複数設定することを特徴とする請求項２記載の狭帯域信号検出装置。
【請求項５】
前記不要信号除去手段は、前記ラインの周波数をビン精度に丸め込み、周波数がビン番号ｎx（１≦ｎx≦Ｎ）に含まれるラインの数Ｎcount［ｎx］と、予め定めた基準値Ｎsame_freqにおいて、
Ｎcount［ｎx］≧Ｎsame_freq                            ・・・（２）
なる条件を満たす場合、前記ラインを除去対象とすることを特徴とする請求項１記載の狭帯域信号検出装置。
【請求項６】
前記不要信号除去手段は、予め定めたαβトラッキングの時定数γtrckと、前記ラインが前回周期ｔ−１にて算出したαβトラッキングの予測方位ｍprevと、前記ラインが現周期ｔにて統合したピークの観測方位ｍmeasureを用いて、
σinno（ｔ）＝γtrck×（ｍprev−ｍmeasure）２＋（１−γtrck）×σinno（ｔ−１）
・・・（３）
なる方法により、前記ラインのαβトラッキングにおける方位イノベーション（方位の予測値と観測値の差分）の２乗平滑値σinno（ｔ）を算出し、また、
信号レベルの平滑化に対する予め定めた時定数γpowと、前記ラインが統合したピークのレベルＸt（ｍx，ｎx）と、前記ラインが統合したピークの方位に相当するビーム幅Ｗxを用いて、
Ｐsmooth（ｔ）＝γpow×Ｘt（ｍx，ｎx）＋（１−γpow）×Ｐsmooth（ｔ−１）
・・・（４）
σSN（ｔ）＝｛Ｗx／Ｐsmooth（ｔ）｝２                  ・・・（５）
なる方法により、当該ラインの方位分散理論値σSN（ｔ）を算出し、
かつ、前記ラインのαβトラッキングにおける方位イノベーションの２乗平滑値σinno（ｔ）と、前記ラインの方位分散理論値σSN（ｔ）と、予め定めた基準値ηvarより、
σinno（ｔ）／σSN（ｔ）≧ηvar                        ・・・（６）
なる条件を満たす場合、前記ラインを除去対象とすることを特徴とする請求項１記載の狭帯域信号検出装置。
【請求項７】
入力信号に対して、所定のサンプル時刻ｔ（ｔ＝１、２、・・・）の時間毎に得られる方位ｍ（ｍ＝１、２、・・・Ｍ）のビーム、周波数ｎ（ｎ＝１、２、・・・Ｎ）のビンにおける信号強度Ｘｔ（ｍ、ｎ）に基づいて、方位及び周波数方向にピークを検出し、前記ピークの時間的につながりとしてのラインに基づいて、ステータスを「検出」として判定するステータス判定工程を含む狭帯域信号検出方法において、
前記ラインが予め定めた条件に適合する場合に、自己雑音と判断して、前記ステータス判定工程の判定結果から当該ラインを除去する不要信号除去工程を含むことを特徴とする狭帯域信号検出方法。
【請求項８】
前記不要信号除去工程は、前記入力信号の前記ラインの周波数をｆxとし、予め定めた除去対象帯域の下限周波数をｆdel_min及び上限周波数をｆdel_maxとすると、
ｆdel_min≦ｆx≦ｆdel_max                              ・・・（１）
の条件を満たす場合、前記ラインを除去対象とすることを特徴とする請求項７記載の狭帯域信号検出方法。
【請求項９】
前記不要信号除去工程は、前記除去対象とするラインの情報を登録する工程を含むことを特徴とする請求項８記載の狭帯域信号検出方法。
【請求項１０】
前記不要信号除去工程は、前記（１）式による除去対象帯域を複数設定する工程を含むことを特徴とする請求項８記載の狭帯域信号検出方法。
【請求項１１】
前記不要信号除去工程は、前記ラインの周波数をビン精度に丸め込み、周波数がビン番号ｎＸ（１≦ｎＸ≦Ｎ）に含まれるラインの数Ｎcount［ｎx］と、予め定めた基準値Ｎsame_freqにおいて、
Ｎcount［ｎx］≧Ｎsame_freq                            ・・・（２）
なる条件を満たす場合、前記ラインを除去対象とすることを特徴とする請求項７記載の狭帯域信号検出方法。
【請求項１２】
前記不要信号除去工程は、前記除去対象とするラインの情報を登録する工程を含むことを特徴とする請求項１１記載の狭帯域信号検出方法。
【請求項１３】
前記不要信号除去工程は、予め定めたαβトラッキングの時定数γtrckと、前記ラインが前回周期ｔ−１にて算出したαβトラッキングの予測方位ｍprevと、前記ラインが現周期ｔにて統合したピークの観測方位ｍmeasureを用いて、
σinno（ｔ）＝γtrck×（ｍprev−ｍmeasure）２＋（１−γteck）×σinno（ｔ−１）
・・・（３）
なる方法により、前記ラインのαβトラッキングにおける方位イノベーション（方位の予測値と観測値の差分）の２乗平滑値σinno（ｔ）を算出し、また、
信号レベルの平滑化に対する予め定めた時定数γpowと、前記ラインが統合したピークのレベルＸt（ｍx，ｎx）と、前記ラインが統合したピークの方位に相当するビーム幅Ｗxを用いて、
Ｐsmooth（ｔ）＝γpow×Ｘt（ｍx，ｎx）＋（１−γpow）×Ｐsmooth（ｔ−１）
・・・（４）
σSN（ｔ）＝｛Ｗx／Ｐsmooth（ｔ）｝２                  ・・・（５）
なる方法により、当該ラインの方位分散理論値σSN（ｔ）を算出し、
かつ、前記ラインのαβトラッキングにおける方位イノベーションの２乗平滑値σinno（ｔ）と、前記ラインの方位分散理論値σSN（ｔ）と、予め定めた基準値ηvarより、
σinno（ｔ）／σSN（ｔ）≧ηvar                        ・・・（６）
なる条件を満たす場合、前記ラインを除去対象とすることを特徴とする請求項７記載の狭帯域信号検出方法。
【請求項１４】
前記不要信号除去工程は、前記除去対象とするラインの情報を登録する工程を含むことを特徴とする請求項１３記載の狭帯域信号検出方法。
【請求項１５】
請求項８、請求項１１又は請求項１３記載の狭帯域信号検出方法のうちいずれか複数を含むことを特徴とする狭帯域信号検出方法。
【請求項１６】
水中目標物から発する水中発生音波を受信する受信機と、前記受信機で受信した受信信号を信号処理して信号検出する信号処理部と、前記信号処理部で検出した検出信号をもとに表示する表示機を有する信号検出装置において、
前記信号処理部は、前記受信信号に自己雑音に関する予め定めた信号周波数帯域に自己雑音信号が含まれている場合に、前記受信信号から前記自己雑音信号を除去して前記検出信号とすることを特徴とする狭帯域信号検出装置。
【請求項１７】
水中目標物から発する水中発生音波を受信する受信機と、前記受信機で受信した受信信号を信号処理して信号検出する信号処理部と、前記信号処理部で検出した検出信号をもとに表示する表示機を有する信号検出装置において、
前記信号処理部は、前記受信信号に、船体の複数の経路を伝搬して複数方位から同時に受信機に入力される同一周波数の自己雑音信号が含まれている場合に、前記受信信号から前記自己雑音信号を除去して前記検出信号とすることを特徴とする狭帯域信号検出装置。
【請求項１８】
水中目標物から発する水中発生音波を受信する受信機と、前記受信機で受信した受信信号を信号処理して信号検出する信号処理部と、前記信号処理部で検出した検出信号をもとに表示する表示機を有する信号検出装置において、
前記信号処理部は、前記受信信号に、受信機からみた方位が時間的に定まらない自己雑音信号が含まれている場合に、前記受信信号から前記自己雑音信号を除去して前記検出信号とすることを特徴とする狭帯域信号検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音波等の入力信号を受信する信号検出装置に関し、特に受信した入力信号から不要信号を除去する信号検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、水中目標物が発生する水中発生音波を受信機で受信し、表示機に表示する信号検出装置は以下に示すものがある。図１０は従来の信号検出装置のブロック図であり、図１１は従来の信号検出装置の動作を示すフローチャートである。
【０００３】
従来の信号検出装置の概略は、入力音響信号に対して、所定のサンプル時刻ｔ（ｔ＝１，２，・・・）の時間毎に整相及び周波数分析を施し、これにより得られる方位ｍ（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ）のビーム、周波数ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）のビンにおける信号強度Ｘｔ（ｍ，ｎ）に基づいて、狭帯域信号の検出を判定するものである。
【０００４】
図１０、図１１において、受信機７は水中目標物が発生する水中発生音波を受信し、信号処理を行なう処理装置８へ送る。処理装置８におけるデータ入力手段１では、受信機７からの入力信号から、サンプル時刻ｔにおける信号強度分布データＸｔ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ、ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を作成する（Ｓ５０１）。
【０００５】
次に、ピーク判定、検出手段２において、各信号強度分布データＸｔ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ、ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）に対し、ピークであるか否かを判定する（Ｓ５０２）。ここで、ピークであることの条件は、ビーム方向及びビン方向に見て両隣のデータより大きく、かつ所望のピーク判定閾値Ｖth1よりも大きいことである。
【０００６】
Ｘｔ（ｍ−１，ｎ）＜Ｘｔ（ｍ，ｎ）かつＸｔ（ｍ，ｎ）＞Ｘｔ（ｍ＋１，ｎ）
・・・（１）
Ｘｔ（ｍ，ｎ−１）＜Ｘｔ（ｍ，ｎ）かつＸｔ（ｍ，ｎ）＞Ｘｔ（ｍ，ｎ＋１）
・・・（２）
Ｘｔ（ｍ，ｎ）≧Ｖth1                                    ・・・（３）
上記条件（１）、（２）、（３）を満たすとピーク検出と判定する（Ｓ５０３）。
【０００７】
次に、方位−周波数追尾手段３では、前回周期ｔ−１にて、後述する更新又は新規生成されたピークの時間的つながり（以下「ライン」という）に対し、前記ピーク判定、検出手段２において検出された現周期ｔのピークを統合させるか否かを判定する（Ｓ５０４）。ここでの統合の判定基準は、当該ラインにて予め算出した予測座標（ｍprev，ｎprev）を基準とし、所望の方位差ｍserch、周波数差ｎserchの範囲内にピークの座標（ｍ，ｎ）が収まることである。
（ｍprev−ｍserch）≦ｍ≦（ｍprev＋ｍserch）            ・・・（４）
（ｎprev−ｎserch）≦ｎ≦（ｎprev＋ｎserch）            ・・・（５）
【０００８】
ここで、方位に関する予想座標ｍprevの算出方法として、カルマンフィルタやαβトラッキング法を用いられることが多い。また、周波数に関する予測座標ｎprevの算出方法として、カルマンフィルタやαβトラッキング法を用いる方法の他に、前回周期ｔ−１における周波数で置き換えることもある。
【０００９】
なお、各ラインは情報として、ステータス（「未検出」、「検出」、「失探」のいずれか）と信号レベル平滑値を持つ。現周期ｔのピークは、上記条件（４）、（５）を満たせば統合させる（Ｓ５０６）。一方、現周期ｔのピークは、上記条件（４）、（５）を満たさない場合、即ち、どのラインにも統合されなかったものが、新規ラインとなる（Ｓ５０５）。新規ラインとなったときの初期値は、ステータスが「未検出」、信号レベル平滑値が０である。
【００１０】
次に、ステータス判定手段４では、まず、前記方位−周波数追尾手段３にて更新又は新規生成された各ラインの信号レベルの平滑化を行なう（Ｓ５０７）。当該ラインの現周期ｔにおける信号レベル平滑値Ｐsmooth（ｔ）は、統合したピークのレベルＸｔ（ｍ，ｎ）、信号レベル平滑値の前回値Ｐsmooth（ｔ−１）及び信号レベルの平滑化の所望の時定数αを用いて、次式により算出される。
Ｐsmooth（ｔ）＝α×Ｘｔ（ｍ，ｎ）＋（１−α）×Ｐsmooth（ｔ−１）
・・・（６）
次に、前記ステータス判定手段４では、信号レベル平滑値Ｐsmooth（ｔ）と所望のライン検出閾値Ｖｔｈ２を大小比較する（Ｓ５０８）。
【００１１】
比較の結果
Ｐsmooth（ｔ）≧Ｖth2                                 ・・・（７）
の場合、ラインのステータスは次の通り更新される（Ｓ５０９）。
・       「未検出」の場合、「検出」に更新する。
・       「検出」の場合、「検出」のまま継続する。
一方、Ｐsmooth（ｔ）＜Ｖth2                             ・・・（８）
の場合、ラインのステータスは次の通り更新される（Ｓ５１０）。
【００１２】
・       「未検出」の場合、「未検出」のまま継続する。
・       「検出」の場合、「失探」に更新する。
ここで、ステータスが「失探」となったラインはクリアされる。そして、ステータスが「検出」のラインの情報のみ次の表示処理手段６へ送出される。
【００１３】
表示処理手段６では、前記ステータス判定手段４から受け取ったライン情報を時間的に蓄積して、時間×方位の２次元空間上での濃淡画像として表示機９へ送り、表示機９ではこれを表示する。以上に説明したステップ５０１からステップ５１１が処理周期毎に繰り返し実行される（Ｓ５１２）。
【００１４】
なお、特開平５−１４２３３５号公報（特許文献１）には、ソーナー装置に関して、自船が発する雑音を低減する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平５−１４２３３５号公報
【非特許文献１】"Detection and Estimation of Frequency-Random Signals",R.D.Short and J.P.Toomey, IEEE Transactions on Information Theory, Vol.IT-28,No.6, Nov.1982
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら前記図１０、図１１に示した従来技術において、エンジンや推進器等を搭載した艦船の場合、自身の艦体機構から発せられる雑音（以下「自己雑音」という）もセンサに入力される。その結果、本来検出対象としている目標信号に加え、自己雑音も不要な信号として検出されることになり、目標信号との区別ができなくなってしまうという問題があった。このような問題点を回避するための方法として、艦船の静粛化が考えられるが、大型のエンジンや推進器を搭載する船体の静粛化には限界がある。
【００１６】
そこで本発明が解決しようとする課題は、受信機から入力される狭帯域信号からラインとして検出し、検出したラインの中から自己雑音を除去することにより、自己雑音を含まない信号を検出することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、入力信号に対して、所定のサンプル時刻ｔ（ｔ＝１、２、・・・）の時間毎に得られる方位ｍ（ｍ＝１、２、・・・Ｍ）のビーム、周波数ｎ（ｎ＝１、２、・・・Ｎ）のビンにおける信号強度Ｘｔ（ｍ、ｎ）に基づいて、方位及び周波数方向にピークを検出するとともに、前記ピークの時間的につながりとしてのラインに基づいて、ステータスを「検出」として判定するステータス判定手段を有する狭帯域信号検出装置において、前記ラインが予め定めた条件に適合する場合に、前記ステータス判定手段の判定結果から自己雑音に関するラインを除去する不要信号除去手段を有することを特徴とする狭帯域信号検出装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、検出されたラインの中から自己雑音と考えられるラインを除去することができるので、本来検出対象としている目標信号を表示することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施の形態）
以下、第１の実施の形態について説明する。図２は水中目標物が発生する水中発生音波と自己雑音との関係を示す説明図である。同図（ａ）は第１の実施の形態に関する水中発生音波と自己雑音について示す。水中目標物２１から発生する水中発生音波２１−１は、艦船２２に搭載される受信機７により受信する。受信機７は自己のエンジン２３から発せられる自己雑音２４についても受信することになる。第１の実施の形態は、自己雑音２４は自身の艦体機構に依存する特定の周波数を有するということに関係するものである。
【００２０】
図１は第１の実施の形態に関する狭帯域信号検出装置のブロック図である。図３は第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。図１、図３において、受信機７は水中目標物２１が発生する水中発生音波２１−１を受信し、処理装置８へ送る。処理装置８におけるデータ入力手段１では、受信機７からの入力信号から、サンプル時刻ｔにおける信号強度分布データＸｔ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ、ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を作成する（Ｓ１０１）。
【００２１】
次に、ピーク判定、検出手段２において、各信号強度分布データＸｔ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ、ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）に対し、ピークであるか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで、ピークであることの条件は、ビーム方向及びビン方向に見て両隣のデータより大きく、かつ所望のピーク判定閾値Ｖｔｈ１よりも大きいことである。
Ｘｔ（ｍ−１，ｎ）＜Ｘｔ（ｍ，ｎ）かつＸｔ（ｍ，ｎ）＞Ｘｔ（ｍ＋１，ｎ）
・・・（１）
Ｘｔ（ｍ，ｎ−１）＜Ｘｔ（ｍ，ｎ）かつＸｔ（ｍ，ｎ）＞Ｘｔ（ｍ，ｎ＋１）
・・・（２）
Ｘｔ（ｍ，ｎ）≧Ｖth1                                    ・・・（３）
上記条件（１）、（２）、（３）を満たすとピーク検出と判定する（Ｓ１０３）。
【００２２】
次に、方位−周波数追尾手段３では、前回周期ｔ−１にて更新又は新規生成されたピークの時間的つながり（以下「ライン」という）に対し、前記ピーク判定、検出手段２において検出された現周期ｔのピークを統合させるか否かを判定する（Ｓ１０４）。ここでの統合の判定基準は、当該ラインにて予め算出した予測座標（ｍprev，ｎprev）を基準とし、所望の方位差ｍserch、周波数差ｎserchの範囲内にピークの座標（ｍ，ｎ）が収まることである。
【００２３】
（ｍprev−ｍserch）≦ｍ≦（ｍprev＋ｍserch）             ・・・（４）
（ｎprev−ｎserch）≦ｎ≦（ｎprev＋ｎserch）              ・・・（５）
ここで、方位に関する予想座標ｍprevの算出方法として、カルマンフィルタやαβトラッキング法を用いられることが多い。また、周波数に関する予測座標ｎprevの算出方法として、カルマンフィルタやαβトラッキング法を用いる方法の他に、前回周期ｔ−１における周波数で置き換えることもある。
【００２４】
なお、各ラインは情報として、ステータス（「未検出」、「検出」、「失探」のいずれか）と信号レベル平滑値を持つ。現周期ｔのピークは、上記条件（４）、（５）を満たせば統合させる（Ｓ１０６）。一方、現周期ｔのピークは、上記条件（４）、（５）を満たさない場合、即ち、どのラインにも統合されなかったものが、新規ラインとなる（Ｓ１０５）。新規ラインとなったときの初期値は、ステータスが「未検出」、信号レベル平滑値が０である。
【００２５】
次に、ステータス判定手段４では、まず、前記方位−周波数追尾手段３にて更新又は新規生成された各ラインの信号レベルの平滑化を行なう（Ｓ１０７）。当該ラインの現周期ｔにおける信号レベル平滑値Ｐsmooth（ｔ）は、統合したピークのレベルＸｔ（ｍ，ｎ）、信号レベル平滑値の前回値Ｐsmooth（ｔ−１）及び信号レベルの平滑化の所望の時定数αを用いて、次式により算出される。
Ｐsmooth（ｔ）＝α×Ｘｔ（ｍ，ｎ）＋（１−α）×Ｐsmooth（ｔ−１）
・・・（６）
次に、前記ステータス判定手段４では、信号レベル平滑値Ｐsmooth（ｔ）と所望のライン検出閾値Ｖth2を大小比較する（Ｓ１０８）。
【００２６】
比較の結果
Ｐsmooth（ｔ）≧Ｖth2                                 ・・・（７）
の場合、ラインのステータスは次の通り更新される（Ｓ１０９）。
・       「未検出」の場合、「検出」に更新する。
・   
「検出」の場合、「検出」のまま継続する。
【００２７】
一方、Ｐsmooth（ｔ）＜Ｖth2                             ・・・（８）
の場合、ラインのステータスは次の通り更新される（Ｓ１１０）。
・           「未検出」の場合、「未検出」のまま継続する。
・           「検出」の場合、「失探」に更新する。
ここで、ステータスが「失探」となったラインはクリアされる。そして、ステータスが「検出」のラインの情報のみ次の帯域周波数不要信号除去手段１５へ送出される。
【００２８】
前記帯域周波数不要信号除去手段１５は、前記ステータス判定手段４からのライン（水中発生音波２１−１及び自己雑音２４を含む）から、前記自己雑音２４を除去する。即ち、帯域周波数不要信号除去手段１５は、前記ステータス判定手段４にて検出されたラインのうち、ラインの除去対象として予め定めた帯域（以下「除去対象帯域」という）の帯域内である周波数のラインを除去対象とする。予め定めた除去対象帯域は、前記艦船２２の艦体機構から発生する特定の周波数の信号を事前に調査した上で決定する。ここで除去対象帯域をｆdel_min〜ｆdel_max［Ｈｚ］とした場合、周波数がｆｘであるラインの除去条件は次の通りである。
＜ライン除去条件＞
ｆdel_min≦ｆｘ≦ｆdel_max                            ・・・（９）
【００２９】
また、帯域周波数不要信号除去手段１５が設定する除去対象帯域は１つとは限らず、複数設定してもよい。その場合、前記ラインは少なくとも１つ以上の除去対象帯域の帯域内であることを満たす場合に除去対象となる。
【００３０】
更に、帯域周波数不要信号除去手段１５は、除去対象とした周波数のラインを登録してもよい。除去対象として登録されたラインは次周期以降も引き続き、追尾処理は行われるが、一度除去対象として登録されたラインは以降、ステータスが「失探」になりクリアされるまで除去対象とする。
【００３１】
図３において、ステップ１０９にて検出されたラインが、予め定めたラインの除去対象帯域の帯域内であるかどうか判定される（ステップ１１１）。除去対象帯域の帯域内であればラインを除去対象として、表示処理手段６には出力しない（Ｓ１１２）。なお、除去対象として登録されたラインがある場合は、ステップ１１１は、除去対象として登録されたラインと同じかどうかの判定になる。
【００３２】
表示処理手段６では、前記帯域周波数不要信号除去手段１５から受け取ったライン情報を時間的に蓄積して、時間×方位の２次元空間上での濃淡画像として表示機９へ送り(Ｓ１１３)、表示機９ではこれを表示する。以上に説明したステップ１０１からステップ１１３が処理周期毎に繰り返し実行される（Ｓ１１４）。
【００３３】
以上説明したように、第１の実施の形態では、予め定めた除去対象帯域内に周波数が含まれるラインを除去対象とするため、表示処理手段６へは送出されず表示機９には表示されない。その結果、同画像にはそれ以外のラインの検出結果のみが表示されることとなる。つまり、艦船２２の艦体機構から特定の周波数の信号が発生することを事前に調査した上で、検出対象から除くことにより、残りのラインを本来の目標信号として残すことが可能となる。
【００３４】
また、その拡張性として、除去対象帯域を任意の帯域幅で複数設定することも可能である。即ち、有効帯域を１つしか設定できないバンドパスフィルタに比べて、より柔軟な設計が可能となる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。図２（ｂ）は第２の実施の形態に関する水中発生音波２１−１と自己雑音２４について示す。水中目標物２１から発生する水中発生音波２１−１は、艦船２２に搭載される受信機７により受信する。受信機７は自己のエンジン２３から発せられる自己雑音２４についても受信する。第２の実施の形態は、１箇所の発生源例えばエンジン２３から生じた自己雑音２４が艦体機構を介するため、受信機７から見て同一周波数のラインが複数方位に同時に検出されるということに関係するものである。
【００３６】
図４は第２の実施の形態に関する狭帯域信号検出装置のブロック図である。図５は第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。以下第２の実施の形態の説明において、前記第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号にて示し、その説明は前記第１の実施の形態の説明を援用する。
【００３７】
即ち図４において、受信機７、データ入力手段１、ピーク判定、検出手段２、方位―周波数追尾手段３、ステータス判定手段４及び表示機９は第１の実施の形態と同様に動作する。同図において、同一周波数ビン不要信号除去手段２５は、前記ステータス判定手段４からのライン（水中発生音波２１−１及び自己雑音２４を含む）から、前記自己雑音２４を除去する。即ち、同一周波数ビン不要信号除去手段２５は、前記ステータス判定手段４にて検出されたラインの周波数をビン精度に丸め込み、周波数がビン番号ｎｘ（１≦ｎｘ≦Ｎ）に含まれるラインの数ｎcount［ｎx］が予め定めた基準値ｎsame_freqに達している場合、周波数がビン番号ｎxに含まれるラインを除去対象とする。
＜ライン除去条件＞
Ｎcount〔ｎx〕≧Ｎsame_freq                         ・・・（１０）
【００３８】
詳述すると、一般に信号成分（ライン）の周波数の値は、周波数分析結果（ＦＦＴ等）からピーク点を中心した３ビンのデータを用いた放物線補間等の手法により、高精度な浮動小数値として算出することが可能である。しかしながら、周波数が完全に一致することが極めて稀になってしまい、同一周波数と判断することが困難になってしまう。そのため、本実施の形態では、周波数の値をビンの精度に落とした（丸め込んだ）状態で一致するか否かを判定する。
【００３９】
例えば、周波数分解能が１ＨｚのＦＦＴ結果から、あるラインの周波数が１００．２Ｈｚであり、また別のラインの周波数が９９．８Ｈｚである場合、これら２ラインの周波数をビン精度に落とした（即ち、丸め込んだ）結果、どちらの周波数も１００Ｈｚとみなし、周波数が一致すると判定する。即ち、この場合、１００Ｈｚのビンに含まれるラインが２本存在することになる。
【００４０】
このように周波数がビン番号ｎｘに含まれるラインを除去対象とすることは、艦体機構中の特定の箇所から発生する自己雑音２４が船体の複数の経路を伝搬して受信機７に入力されるような、同一信号が複数方位に同時に検出されるケースについて検出対象から除くことになる。
【００４１】
なお、同一周波数ビン不要信号除去手段２５は、除去対象とした周波数のラインを登録してもよい。除去対象として登録されたラインは次周期以降も引き続き、追尾処理は行われるが、一度除去対象として登録されたラインは以降、ステータスが「失探」になりクリアされるまで除去対象とする。
【００４２】
表示処理手段６では、前記同一周波数ビン不要信号除去手段２５から受け取ったライン情報を時間的に蓄積して、時間×方位の２次元空間上での濃淡画像として表示機９へ送り、表示機９ではこれを表示する。
【００４３】
図５において、ステップ２０１からステップ２１０までの動作は前記第１の実施の形態におけるステップ１０１からステップ１１０までの動作と同じである。同図において、ステップ２０９にて検出されたラインの周波数をビン精度に丸め込み、周波数がビン番号ｎx（１≦ｎx≦Ｎ）に含まれるラインの数ｎcount［ｎx］が予め定めた基準値ｎsame_freqに達しているかどうか判定される（Ｓ２１１）。除去対象であれば表示処理手段６には出力しない（Ｓ２１２）。なお、除去対象として登録されたラインがある場合は、ステップ２１１は、除去対象として登録されたラインと同じかどうかの判定を行なうと同時に、ｎcount［ｎx］へのカウント対象としても扱う。更に、ステータスが「検出」であり、かつ除去対象でないラインのみを結果表示するように表示処理を行なう（Ｓ２１３）。以上のステップ２０１からステップ２１３が処理周期毎に繰り返し実行される（Ｓ２１４）。
【００４４】
以上説明したように、第２の実施の形態では、各ラインの周波数をビン精度に丸め込んだ結果として、周波数が同一ビン内に含まれるラインの数が予め定めた基準値に達している場合、その該当するラインを除去対象として扱うため、表示処理へは送出されず、表示機９には表示されない。その結果同画像にはそれ以外のラインの検出結果のみが表示されることとなる。
【００４５】
これは、艦体機構中の特定の箇所から発生する自己雑音２４が船体の複数の経路を伝搬して受信機７に入力されるような、同一周波数の信号が複数方位に同時に検出されるケースについて検出対象から除くことになり、それ以外のラインを本来の目標信号として残すことが可能となる。つまり、パンドパスフィルタのような既知の周波数を除去対象とする手法とは異なり、複数方位に同時に検出されるといった条件に着目するという新規の観点により、周波数が未知のケースにおいてもラインの除去が可能となる。
【００４６】
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態について説明する。図２（ｃ）は第３の実施の形態に関する水中発生音波と自己雑音について示す。水中目標物２１から発生する水中発生音波２１−１は、艦船２２に搭載される受信機７により受信する。受信機７は自己のエンジン２３から発せられる自己雑音２４についても受信する。第３の実施の形態は、自己雑音２４が艦体機構を介するため、その経路（即ち受信機７からみた方位）は定まらず、更に、船体の振動具合等でその経路が揺らぐということに関係するものである。
【００４７】
図６は第３の実施の形態に関する狭帯域信号検出装置のブロック図である。図７は第３の実施の形態の動作を示すフローチャートである。以下第３の実施の形態の説明において、前記第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号にて示し、その説明は前記第１の実施の形態の説明を援用する。
【００４８】
即ち図６において、受信機７、データ入力手段１、ピーク判定、検出手段２、方位―周波数追尾手段３、ステータス判定手段４及び表示機９は第１の実施の形態と同様に動作する。同図において、方位不定不要信号除去手段３５は、前記ステータス判定手段４からのライン（水中発生音波２１−１及び自己雑音２４を含む）から、前記自己雑音２４を除去する。即ち、方位不定不要信号除去手段３５は、前記ステータス判定手段４にて検出された各ラインについて、それぞれ次の２つの評価値（σinno（ｔ）とσSN（ｔ））の算出結果の比が予め定めた基準値ηvarを上回っている場合、そのラインを除去対象とする。
【００４９】
ここで、各ラインに対して算出する評価値の１つ目（σinno（ｔ））は、αβトラッキングにおける方位イノベーション（方位の予測値と観測値の差分）の２乗値をトラッキングの時定数γtrckにより時間的に平滑化した値である。例えば、当該ラインにおいて前回周期ｔ−１にて算出した現周期ｔの予測方位をｍprev、統合したピークの観測方位をｍmeasureとした場合、現周期ｔにおける方位イノベーションの２乗平滑値σinno（ｔ）は次式で求められる。
σinno（ｔ）＝γtrck×（ｍprev−ｍmeasure）２＋（１−γtrck）×σinno（ｔ−１）                                                    ・・・（１１）
【００５０】
次に評価値の２つ目（σSN（ｔ））は、当該ラインの現周期ｔにおける信号レベルＰsmooth（ｔ）と統合したピークの方位に相当するビーム幅Ｗｘから算出する方位分散理論値でσSN（ｔ）ある。ここで、現周期ｔにおける信号レベルＰsmooth（ｔ）は当該ラインが統合したピークのレベルを時間的に平滑化した値であり、統合したピークのレベルＸｔ（ｍx，ｎx）及び予め定めた時定数γpowを用いて式（１２）により求められる。
Ｐsmooth（ｔ）＝γpow×Ｘｔ（ｍx，ｎx）＋（１−γpow）×Ｐsmooth（ｔ−１）                                                    ・・・（１２）
【００５１】
また、方位分散理論値でσSN（ｔ）は式（１３）により求められる。
σSN（ｔ）＝｛Ｗｘ／Ｐsmooth（ｔ）｝２               ・・・（１３）
以上より、式（１４）を満たすラインを除去対象とする。
＜ライン除去条件＞
σinno（ｔ）／σSN（ｔ）≧ηvar                     ・・・（１４）
【００５２】
詳述すると、式（１４）の左辺の分母は、受信機７に入射した信号成分（ライン）の方位の分散の理論値であり、信号のＳＮ比と検出方位に該当するビーム幅から算出され、ＳＮ比が高いほど方位の分散（時間的な方位のばらつき）が小さくなる。一方、左辺の分子は、ラインの方位の実測値に基づく追尾結果から求めた方位のばらつき具合である。これも船体外からの入射信号であればＳＮ比が高いほど小さくなるが、自己雑音成分であればＳＮ比に関係なく方位が不安定のままである。本実施の形態では、この２つの評価量が同等の値になるか、それとも大きな差異を有するのかで、そのラインが船体外からの入射信号かそれとも自己雑音成分なのかを判定する。
【００５３】
なお、方位不定不要信号除去手段３５は、除去対象とした周波数のラインを登録してもよい。除去対象として登録されたラインは次周期以降も引き続き、追尾処理は行われるが、一度除去対象として登録されたラインは以降、ステータスが「失探」となりクリアされるまで除去対象とする。
【００５４】
表示処理手段６では、前記方位不定不要信号除去手段３５から受け取ったライン情報を時間的に蓄積して、時間×方位の２次元空間上での濃淡画像として表示機９へ送り、表示機９ではこれを表示する。
【００５５】
図７において、ステップ３０１からステップ３１０までの動作は前記第１の実施の形態におけるステップ１０１からステップ１１０までの動作と同じである。同図において、ステップ３０９にて検出された各ラインについて、それぞれ前記２つの評価値（σinno（ｔ）とσSN（ｔ））の算出結果の比が予め定めた前記基準値ηvarを上回っているかどうか判定される（Ｓ３１１）。上回っていれば除去対象であり、表示処理手段６には出力しない（Ｓ３１２）。なお、除去対象として登録されたラインがある場合は、ステップ３１１は、除去対象として登録されたラインと同じかどうかの判定になる。更に、ステータスが「検出」であり、かつ除去対象でないラインのみを結果表示するように表示処理を行なう（Ｓ３１３）。以上のステップ３０１からステップ３１３が処理周期毎に繰り返し実行される（Ｓ３１４）。
【００５６】
以上説明したように、第３の実施の形態では、各ラインに対し、αβトラッキングにおける方位イノベーション（方位の予測値と観測値の差分）の２乗値の時間方向の平滑値と、信号レベル及び統合したピークの方位に相当するビーム幅から算出する方位分散理論値を用い、両者の比が予め定めた基準値以上である場合、そのラインを除去対象として扱うため、表示処理へは送出されず、表示されない。その結果、同画像にはそれ以外のラインの検出結果のみが表示されることとなる。
【００５７】
つまり、船内から発せられた自己雑音２４が船体を自在に介することで、センサから見た入射角が時間的に不安定であるラインとなって検出されるケースについて検出対象から除くことになり、それ以外のラインを本来の目標信号として残すことが可能となる。
【００５８】
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は前記第１の実施の形態から前記第３の実施の形態のうち、いずれか複数を組み合わせたものである。図８は第４の実施の形態に関する狭帯域信号検出装置のブロック図である。図９は第４の実施の形態の動作を示すフローチャートである。以下第４の実施の形態の説明において、前記第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号にて示し、その説明は前記第１の実施の形態の説明を援用する。
【００５９】
即ち図８において、受信機７、データ入力手段１、ピーク判定、検出手段２、方位―周波数追尾手段３、ステータス判定手段４及び表示機９は第１の実施の形態と同様に動作する。同図において、帯域周波数不要信号除去手段１５−１は第１の実施の形態における帯域周波数不要信号除去手段１５と同様に機能する。同一周波数ビン不要信号除去手段２５−１は前記第２の実施の形態における同一周波数ビン不要信号除去手段２５と同様に機能する。方位不定不要信号除去手段３５−１は前記第３の実施の形態における方位不定不要信号除去手段３５と同様に機能する。これら帯域周波数不要信号除去手段１５−１、同一周波数ビン不要信号除去手段２５−１及び方位不定不要信号除去手段３５−１はいずれか複数の組み合わせであればよい。これらは互いに独立して動作するため、接続の順序が入れ替わっても処理結果への影響はない。
【００６０】
表示処理手段６では、帯域周波数不要信号除去手段１５−１、同一周波数ビン不要信号除去手段２５−１及び方位不定不要信号除去手段３５−１から受け取ったライン情報を時間的に蓄積して、時間×方位の２次元空間上での濃淡画像として表示機９へ送り、表示機９ではこれを表示する。
【００６１】
図９において、ステップ４０１からステップ４１０までの動作は前記第１の実施の形態におけるステップ１０１からステップ１１０までの動作と同じである。同図において、ステップ４０９にて検出された各ラインについて、前記第１〜第３の実施の形態におけるステップ１１１、２１１又は３１１のいずれか複数の動作を行ない除去対象かどうかの判定を行なう（Ｓ４１１）。但し、除去対象かどうかの判定結果は、各ラインに対し、前記第１〜第３の実施の形態毎に別々に登録するものとし、いずれかの実施の形態１つでも除去対象と判定された場合には、当該ラインは除去対象とみなすものとする。
【００６２】
除去対象であれば表示処理手段６には出力しない（Ｓ４１２）。なお、除去対象として登録されたラインがある場合は、ステップ４１１は次のようになる。即ち、ステップ１１１及びステップ３１１については、除去対象として登録されたラインと同じかどうかの判定になる。一方、ステップ２１１については、除去対象として登録されたラインと同じかどうかの判定を行うと同時に、ｎcount［ｎx］へのカウント対象としても扱う。また、除去対象として登録されたラインは次周期以降も引き続き、追尾処理は行われるが、一度除去対象として登録されたラインは以降、ステータスが「失探」になりクリアされるまで除去対象とする。
【００６３】
ステータスが「検出」であり、かつ除去対象でないラインのみを結果表示するように表示処理を行なう（Ｓ４１３）。以上のステップ４０１からステップ４１３が処理周期毎に繰り返し実行される（Ｓ４１４）。
【００６４】
以上説明したように、第４の実施の形態では、第１〜第３の実施の形態にて説明した、自己雑音２４の不要信号除去手段１５−１、２５−１、３５−１を任意に組み合わせる。これにより、いずれか１つの方式にて除去対象として判定できなかった自己雑音２４に対して、また別の方式にて除去対象として判定するため、第１〜第３の各実施の形態と比べて、自己雑音除去効果がより大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施の形態に関する狭帯域信号検出装置のブロック図である。
【図２】水中目標物が発生する水中発生音波と自己雑音との関係を示す説明図である。
【図３】第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図４】第２の実施の形態に関する狭帯域信号検出装置のブロック図である。
【図５】第２の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図６】第３の実施の形態に関する狭帯域信号検出装置のブロック図である。
【図７】第３の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図８】第４の実施の形態に関する狭帯域信号検出装置のブロック図である。
【図９】第４の実施の形態の動作を示すフローチャートである。
【図１０】従来の信号検出装置のブロック図である。
【図１１】従来の信号検出装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１      データ入力手段
２      ピーク判定、検出手段
３      方位―周波数追尾手段
４      ステータス判定手段
１５    帯域周波数不要信号除去手段
２５    同一周波数ビン不要信号除去手段
３５    方位不定不要信号除去手段
【図１】
2010085120.tif 000003
【図２】
2010085120.tif 000004
【図３】
2010085120.tif 000005
【図４】
2010085120.tif 000006
【図５】
2010085120.tif 000007
【図６】
2010085120.tif 000008
【図７】
2010085120.tif 000009
【図８】
2010085120.tif 000010
【図９】
2010085120.tif 000011
【図１０】
2010085120.tif 000012
【図１１】
2010085120.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月3日(2008.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
入力信号に対して、所定のサンプル時刻ｔ（ｔ＝１、２、・・・）の時間毎に得られる方位ｍ（ｍ＝１、２、・・・Ｍ）のビーム、周波数ｎ（ｎ＝１、２、・・・Ｎ）のビンにおける信号強度Ｘｔ（ｍ、ｎ）に基づいて、方位及び周波数方向にピークを検出し、前記ピークの時間的なつながりであるラインのレベルに基づいて、ステータスを「検出」として判定するステータス判定工程を含む狭帯域信号検出方法において、
前記ラインが予め定めた条件に適合する場合に、自己雑音と判断して、前記ステータス判定工程の判定結果から当該ラインを除去する不要信号除去工程を含むことを特徴とする狭帯域信号検出方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
なお、各ラインは情報として、ステータス（「未検出」、「検出」、「失探」のいずれか）と信号レベル平滑値を持つ。現周期ｔのピークは、上記条件（４）、（５）を満たせばラインに統合させる（Ｓ５０６）。一方、現周期ｔのピークは、上記条件（４）、（５）を満たさない場合、即ち、どのラインにも統合されなかったものが、新規ラインとなる（Ｓ５０５）。新規ラインとなったときの初期値は、ステータスが「未検出」、信号レベル平滑値が０である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、入力信号に対して、所定のサンプル時刻ｔ（ｔ＝１、２、・・・）の時間毎に得られる方位ｍ（ｍ＝１、２、・・・Ｍ）のビーム、周波数ｎ（ｎ＝１、２、・・・Ｎ）のビンにおける信号強度Ｘｔ（ｍ、ｎ）に基づいて、方位及び周波数方向にピークを検出するとともに、前記ピークの時間的なつながりであるラインのレベルに基づいて、ステータスを「検出」として判定するステータス判定手段を有する狭帯域信号検出装置において、前記ラインが予め定めた条件に適合する場合に、前記ステータス判定手段の判定結果から自己雑音に関するラインを除去する不要信号除去手段を有することを特徴とする狭帯域信号検出装置である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
本発明によれば、検出されたラインの中から自己雑音と考えられるラインを除去することができるので、本来検出対象としている目標信号のみを表示することが可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
図１は第１の実施の形態に関する狭帯域信号検出装置のブロック図である。図３は第１の実施の形態の動作を示すフローチャートである。図１、図３において、受信機７は水中目標物２１が発生する水中発生音波２１−１を受信し、処理装置１８へ送る。処理装置１８におけるデータ入力手段１では、受信機７からの入力信号から、サンプル時刻ｔにおける信号強度分布データＸｔ（ｍ，ｎ）（ｍ＝１，２，・・・，Ｍ、ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を作成する（Ｓ１０１）。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
なお、各ラインは情報として、ステータス（「未検出」、「検出」、「失探」のいずれか）と信号レベル平滑値を持つ。現周期ｔのピークは、上記条件（４）、（５）を満たせばラインに統合させる（Ｓ１０６）。一方、現周期ｔのピークは、上記条件（４）、（５）を満たさない場合、即ち、どのラインにも統合されなかったものが、新規ラインとなる（Ｓ１０５）。新規ラインとなったときの初期値は、ステータスが「未検出」、信号レベル平滑値が０である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６４】
以上説明したように、第４の実施の形態では、第１〜第３の実施の形態にて説明した、自己雑音２４の不要信号除去手段１５−１、２５−１、３５−１を任意に組み合わせる。これにより、いずれか１つのみの方式にて除去対象として判定できなかった自己雑音２４に対して、また別の方式にて除去対象として判定するため、第１〜第３の各実施の形態と比べて、自己雑音除去効果がより大きくなる。