(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航走体で発生する音波を検出して音波信号として出力する音響センサと、
前記音波信号から、雑音に対する前記音波の比率がいき値未満となる周波数成分を、水上航走体が波を切ったときに発生する砕波音の有無を示す砕波音有無信号として抽出し、当該砕波音有無信号に基づいて、航走体が水上航走体か水中航走体かを表す表示情報を生成する制御部と、
前記表示情報を表示する表示部と、を有する航走体検出装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記音波信号を周波数領域の信号である周波数信号に変換する変換部と、
前記周波数信号の各周波数成分について、前記比率を求める算出部と、
前記周波数信号の各周波数成分のうち、前記比率が前記いき値以上となる周波数成分を砕波音外信号として特定する特定部と、
前記音波信号から前記砕波音外信号を取り除いて、前記砕波音有無信号を抽出する砕波音抽出部と、
前記砕波音有無信号に基づいて、前記表示情報を生成する生成部と、を有する、請求項１に記載の航走体検出装置
【請求項３】
前記算出部は、各周波数成分について、当該周波数成分を含む所定周波数領域内の周波数成分の平均値を前記雑音として求め、当該雑音に応じて前記比率を求める、請求項２に記載の航走体検出装置。
【請求項４】
前記生成部は、前記砕波音有無信号を時間領域の信号に変換して、前記表示情報を生成する、請求項２または３に記載の航走体検出装置。
【請求項５】
航走体で発生する音波を検出して音波信号として出力し、
前記音波信号から、雑音に対する前記音波の比率がいき値未満となる周波数成分を、水上航走体が波を切ったときに発生する砕波音有無信号として抽出し、
前記砕波音有無信号に基づいて、航走体が水上航走体か水中航走体かを表す表示情報を生成し、
前記表示情報を表示する、航走体検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航走体を検出する航走体検出装置に関し、特には、水上航走体および水中航走体を別々に検出する航走体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
潜水艦及び潜水艦から発射される魚雷等の水中航走体は、船舶にとって大きな脅威である。水中航走体を検出する技術としては、高速回転しているスクリューから発生する音波を検出し、その音波の発信源を水中航走体として検出する技術が実用化されている。しかしながら、モーターボート等の高速航走可能な水上航走体においても、スクリューが高速回転することがあるので、上記の技術では、高速航走可能な水上航走体を誤って水中航走体として検出してしまうことがあった。
【０００３】
これに対して特許文献１には、航走体の種類を判定することが可能な航走体監視装置が記載されている。
【０００４】
特許文献１に記載の航走体監視装置は、磁気、音響、水圧および水中電界等のシグネチャの時間変化を波形信号として検出する。また、航走体監視装置では、航走体から放射されるシグネチャに関するシグネチャ情報が、航走体の種類ごとにデータベース化されている。航走体監視装置は、検出した波形信号を上記のデータベースに基づいて分析して、航走体の種類を特定する。
【０００５】
したがって、特許文献１に記載の航走体監視装置では、水中航走体に応じたシグネチャ情報が適切にデータベース化されていれば、水中航走体の検出精度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２９０６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の航走体監視装置では、シグネチャ情報を予めデータベース化しなければならないため、水中航走体の検出精度を向上させるためには、水中航走体に応じたシグネチャ情報を予め知っておく必要がある。
【０００８】
しかしながら、特許文献１には、水中航走体に応じたシグネチャ情報に対する具体的な記載はない。また、水中航走体には様々な種類があるため、それらの水中航走体に応じたシグネチャ情報を予め全て知っておくことは困難である。したがって、特許文献１に記載の技術では、水中航走体の検出精度を向上させることは難しい。
【０００９】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、水中航走体の検出精度を向上させることが可能な航走体検出装置および航走体検出方法を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による航走体検出装置は、航走体で発生する音波を検出して音波信号として出力する音響センサと、前記音波信号から、雑音に対する前記音波の比率がいき値未満となる周波数成分を、水上航走体が波を切ったときに発生する砕波音の有無を示す砕波音有無信号として抽出し、当該砕波音有無信号に基づいて、航走体が水上航走体か水中航走体かを表す表示情報を生成する制御部と、前記表示情報を表示する表示部と、を有する。
【００１１】
また、本発明による航走体検出方法は、航走体で発生する音波を検出して音波信号として出力し、前記音波信号から、雑音に対する前記音波の比率がいき値未満となる周波数成分を、水上航走体が波を切ったときに発生する砕波音有無信号として抽出し、前記砕波音有無信号に基づいて、航走体が水上航走体か水中航走体かを表す表示情報を生成し、前記表示情報を表示する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水中航走体の検出精度を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態の水中航走体判別装置の構成を示す図である。
【図２】音響センサの設置場所および検出音波の一例を示す図である。
【図３】表示器の表示画面の一例を示す図である。
【図４】表示器の表示画面の他の例を示す図である。
【図５】水中航走体判別装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【図６】音響センサの設置場所および検出音波の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、同じ機能を有するものには同じ符号を付け、その説明を省略する場合がある。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態の航走体検出装置である水中航走体判別装置の構成を示す図である。図１において、水中航走体判別装置は、音響センサ１と、ＬＰＦ（Low Pass Filter）２と、Ａ／Ｄ変換部３と、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部４と、雑音平均化部５と、いき値検出部６と、砕波音抽出部７と、逆ＦＦＴ処理部８と、表示器９とをする。また、Ａ／Ｄ変換部３、ＦＦＴ処理部４と、雑音平均化部５と、いき値検出部６と、砕波音抽出部７および逆ＦＦＴ処理部８は、制御部１０を構成する。
【００１６】
音響センサ１は、水中の音波を検出し、その検出結果を電気信号に変換し、音波信号としてＬＰＦ２に出力する。ここで、音波信号は、時間領域のアナログ信号である。
【００１７】
図２は、音響センサ１の設置場所および検出音波の一例を示す図である。図２に示すように、音響センサ１は、水中に設けられ、通信ワイヤ１１を介して船舶１２と接続されている。また、通信ワイヤ１１の所定の位置には、海面１３に浮かぶブイ１４が備え付けられており、音響センサ１の位置が深くなり過ぎないように調整されている。表示器９および制御部１０は、図２では図示されていないが、船舶１２の内部に設けられているものとする。また、制御部１０は、通信ワイヤ１１を介して音響センサ１と通信可能に接続されている。
【００１８】
音響センサ１が検出する音波は、航走体で発生する航走体音波である。航走体音波には、海面１３を航走する海上航走体１５で発生する海上航走体音２１と、海中を航走する水中航走体１６で発生する水中航走体音２２とがある。海上航走体１５は、モーターボート等の船舶であり、水上航走体と呼ばれることもある。水中航走体１６は、潜水艦や魚雷等である。
【００１９】
海上航走体音２１は、海上航走体１５の機械音と、海上航走体１５が海面１３の波に衝突して、その波を切るときの発生する砕波音とを含む。また、水中航走体１６は通常、海面１３の波を切ることがないので、水中航走体音２２は、水中航走体１６の機械音を含むが、砕波音を含まない。なお、機械音とは、エンジンや推進器（スクリューなど）のような、航走体に備わった機械類から生じる音である。
【００２０】
機械音は、通常、ほぼ一定の周波数を有し、また、連続的に発生する。一方、砕波音は、通常、様々な周波数を有し、海上航走体１５が断続的に波を切るので、断続的に発生する。
【００２１】
図１の説明に戻る。制御部１０は、音響センサ１から音波信号を受け付ける。制御部１０は、その音波信号から、雑音に対する航走体音波の比率である信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比：Signal/Noise比）が所定のいき値未満となる周波数成分を、砕波音の有無を示す砕波音有無信号として抽出する。そして、制御部１０は、砕波音有無信号に基づいて、航走体が水上航走体か水中航走体かを表す表示情報を生成する。より具体的には、制御部１０の各部が以下の処理を行う。
【００２２】
ＬＰＦ２は、音響センサ１から音波信号を受け付け、その音波信号に対してＬＰＦ処理を行う。ＬＰＦ処理は、後述のＡ／Ｄ変換処理の前処理であり、音波信号から高周波成分を除去する処理である。
【００２３】
Ａ／Ｄ変換部３は、ＬＰＦ処理が行われた音波信号に対してＡ／Ｄ変換処理を行い、音波信号をディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換処理は、アナログ信号の電圧をディジタルの数値に変換することで、アナログ信号をディジタル信号に変換する処理である。
【００２４】
ＦＦＴ処理部４は、単に変換部とも呼ばれ、Ａ／Ｄ変換処理が行われた音波信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を行い、音波信号を周波数領域の信号である周波数信号に変換する。
【００２５】
雑音平均化部５は、算出部とも呼ばれ、ＦＦＴ処理で変換された周波数信号の各周波数成分について、信号対雑音比を求める。
【００２６】
ここで、一つの周波数成分に着目すると、雑音平均化部５は、その着目した周波数成分である対象成分の近傍にある周波数成分の平均値を、対象成分に含まれる雑音として求め、その雑音に基づいて、対象成分の信号対雑音比を求める。そして、雑音平均化部５は、この処理を、全ての周波数成分に対して行うことで、各周波数成分の信号対雑音比を求める。対象成分の近傍の周波数成分は、対象成分を含む所定周波数領域内の周波数成分のことである。また、対象成分の近傍の周波数成分は、所定周波数領域内の周波数成分から対象成分を除いた周波数成分であってもよい。
【００２７】
いき値検出部６は、特定部とも呼ばれ、検出信号の各周波数成分のうち、雑音平均化部５にて求められた信号対雑音比がいき値以上の周波数成分を、砕波音外信号として特定する。
【００２８】
砕波音抽出部７は、ＦＦＴ処理で変換された周波数信号から、いき値検出部６にて特定された砕波音外信号を取り除くことで、周波数信号から砕波音有無信号を抽出する。
【００２９】
機械音は、上述のようにほぼ一定の周波数を有するので、大きな機械音が発生した場合、航走体音波内の特定の周波数成分が大きくなり、その周波数成分における信号対雑音比が高くなる。一方、砕波音は様々な周波数を有しているので、大きな砕波音が発生しても、通常、特定の周波数成分における信号対雑音比が高くなることはない。
【００３０】
このため、信号対雑音比がいき値以上の周波数成分である砕波音外信号は、比較的大きな機械音を示す信号となる。したがって、砕波音有無信号は、周波数信号から砕波音外信号が取り除かれた信号なので、航走体音波が海上航走体音２１の場合、砕波音と、比較的小さな機械音とを示す信号となり、航走体音波が水中航走体音２２の場合、比較的小さな機械音を示す信号となる。このため、砕波音有無信号は、砕波音の有無を示すことになる。
【００３１】
逆ＦＦＴ処理部８は、生成部とも呼ばれ、砕波音抽出部７で生成された砕波音有無信号に基づいて、航走体が水上航走体か水中航走体かを表す表示情報を生成する。より具体的には、逆ＦＦＴ処理部８は、砕波音有無信号に対して逆高速フーリエ変換（逆ＦＦＴ）処理を行い、砕波音有無信号を時間領域の信号に変換した信号を表示用情報として生成する。
【００３２】
表示器９は、表示部とも呼ばれ、逆ＦＦＴ処理部８にて生成された表示用信号を表示する。例えば、表示器９は、横軸を時間、縦軸を方位とし、表示用信号の信号強度を濃淡で表すグラフを用いて、表示用信号を表示する。方位は、音響センサ１から航走体を見た方位である。
【００３３】
方位は、例えば、それぞれ異なる位置に設けられた複数の受波器によって音響センサ１が構成される場合、各受波器の出力信号の時間差から求めることができる。しかしながら、このような音響センサ１の具体的な構成や方位検出のための具体的な処理は、本発明とは直接関係せず、また、当業者にはよく知られているので、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
図３および図４は、表示器９の表示画面の一例を示す図である。
【００３５】
図３では、音響センサ１が水中航走体音２２を検出した際の表示画面例３１が示されている。水中航走体１６は砕波音を発生しないので、表示用信号は、比較的小さな機械音のみを示す信号となる。したがって、機械音は連続的に発生するので、表示画面例３１では、連続的な濃部３２が現れる。
【００３６】
図４では、音響センサ１が海上航走体音２１を検出した際の表示画面例４１が示されている。海上航走体１５は砕波音を発生するので、表示用信号は、砕波音と、比較的小さな機械音とを示す信号となる。したがって、砕波音は断続的に発生するので、表示画面例４１では、機械音に対応する連続的な濃部４２に加えて、砕波音に対応する断続的な濃部４３が現れ、横縞模様が見られる。
【００３７】
図３および図４で示されたように、ユーザは、表示画面に横縞模様が見られない濃部が現れていれば、水中航走体１６が船舶の近くに存在することが分かり、表示画面に横縞模様が見られる濃部が現れていれば、海上航走体１５が船舶の近くに存在することが分かる。
【００３８】
次に、水中航走体判別装置の動作について説明する。
【００３９】
図５は、本実施形態における水中航走体判別装置の動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【００４０】
先ず、音響センサ１は、水中の音波を検出し、その検出結果を電気信号に変換し、音波信号として通信ワイヤ１１を介してＬＰＦ２に出力する（ステップＳ５０１）。音波信号は、ＬＰＦ２で高周波成分が除去され（ステップＳ５０２）、Ａ／Ｄ変換部３でディジタル信号に変換されてＦＦＴ処理部４に入力される（ステップＳ５０３）。ディジタル信号の音波信号は、ＦＦＴ処理部４で周波数領域の周波数信号に変換され、雑音平均化部５および砕波音抽出部７のそれぞれに入力される（ステップＳ５０４）。
【００４１】
雑音平均化部５は、周波数信号の各周波数成分について信号対雑音比を求め、各周波数成分の信号対雑音比をいき値検出部６に入力する（ステップＳ５０５）。
【００４２】
いき値検出部６は、各周波数成分のうち、信号対雑音比がいき値以上の周波数成分を砕波音外信号として特定し、その特定した砕波音外信号を砕波音抽出部７に入力する（ステップＳ５０６）。
【００４３】
砕波音抽出部７は、ＦＦＴ処理部４から入力された周波数信号から、いき値検出部６から入力された砕波音外信号を取り除くことで、砕波音有無信号を抽出し、その砕波音有無信号を逆ＦＦＴ処理部８に入力する（ステップＳ５０７）。
【００４４】
逆ＦＦＴ処理部８は、砕波音有無信号を時間領域の表示用情報に変換し（ステップＳ５０８）、その表示用情報を表示器９に入力して、表示器９に表示させる（ステップＳ５０９）。
【００４５】
以上説明したように本実施形態によれば、音響センサ１は、航走体で発生する音波を検出して音波信号として出力する。制御部１０は、音波信号から、雑音に対する音波の比率である信号対雑音比がいき値未満となる周波数成分の信号を砕波音有無信号として抽出し、その砕波音有無信号に基づいて、航走体が水上航走体か水中航走体かを表す表示情報を生成する。表示器９は、その表示情報を表示する。
【００４６】
したがって、航走体が水上航走体か水中航走体かを表す表示情報が、信号対雑音比がいき値未満となる周波数成分である砕波音有無信号に基づいて生成されるので、水中航走体に応じたシグネチャ情報をデータベース化しなくても、航走体が水中航走体か否かを判断することが可能になり、水中航走体の検出精度を向上させることが可能になる。
【００４７】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【００４８】
例えば、表示情報は、航走体が水上航走体か水中航走体かを表しさえすれば、図３や図４で示した情報に限らず、適宜変更可能である。
【００４９】
また、音響センサ１は海中に設けられていたが、水中に設けられていればよく、例えば、河川や湖の中に設けられてもよい。また、音響センサ１は、図６で示すように船舶１２の船底に取り付けられてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１      音響センサ
２      ＬＰＦ
３      Ａ／Ｄ変換部
４      ＦＦＴ処理部
５      雑音平均化部
６      いき値検出部
７      砕波音抽出部
８      逆ＦＦＴ処理部
９      表示器
１０    制御部
【図１】
0005565865.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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