(57)【要約】【課題】探知装置において、アレイの形状に拘わらず、複数の方位から帰来する到来波を互いに分離する。【解決手段】探知装置１では、送信素子アレイ１０における複数の送信素子Ａｍｎのそれぞれから、各送信素子Ａｍｎが配列される方位方向に応じて設定される周波数のパルス波Ｐｍｎが送信される。また、探知装置１では、到来方向推定部３１によって、複数のタイミングで複数の受信素子Ａｍｎが得た受信信号に基づいて、到来波の到来方向が推定される。【選択図】図１
2014238347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来波の到来方向を推定する探知装置であって、
複数の送信素子を有する送信素子アレイと、
前記複数の送信素子のそれぞれから、各前記送信素子が配列される方位方向に応じて設定される周波数のパルス波を送信させる送信制御部と、
前記パルス波の反射波を受信する複数の受信素子を有する受信素子アレイと、
各タイミングで前記複数の送信素子から送信された前記パルス波の反射波から複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号、に基づいて、前記到来波の到来方向を推定する到来方向推定部と、
を備えることを特徴とする、探知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の探知装置において、
前記到来方向推定部は、前記複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号に基づく時間平均相関行列、の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部を有し、該固有ベクトルに基づいて前記到来波の到来方向を推定することを特徴とする、探知装置。
【請求項３】
請求項２に記載の探知装置において、
前記到来方向推定部は、前記複数のタイミングのそれぞれで前記複数の受信素子が得た受信信号、に基づく相関行列を算出する相関行列算出部と、該相関行列算出部で算出された複数の相関行列を平均して前記時間平均相関行列を算出する時間平均処理部と、を有し、
前記固有ベクトル算出部は、前記時間平均処理部で算出された前記時間平均相関行列の前記固有ベクトルを算出することを特徴とする、探知装置。
【請求項４】
請求項２に記載の探知装置において、
前記到来方向推定部は、前記複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号で構成されるデータ行列、を生成するデータ行列生成部を更に備え、
前記固有ベクトル算出部は、前記データ行列生成部で生成された前記データ行列を特異値分解することにより得られる特異ベクトルに基づいて前記固有ベクトルを算出することを特徴とする、探知装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記到来方向推定部は、前記固有ベクトルに基づいてビームフォーミングを行い、前記到来波の到来方向を推定することを特徴とする、探知装置。
【請求項６】
請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記到来方向推定部は、前記固有ベクトルに基づいて適応ビームフォーミングを行い、前記到来波の到来方向を推定することを特徴とする、探知装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記複数の送信素子及び前記複数の受信素子の少なくとも一方は、円環、多角形、円筒、多角筒、若しくは球面、又はそれらを組み合わせた形状の表面上に配列されていることを特徴とする、探知装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記送信制御部は、前記複数の送信素子のうち最も低い周波数のパルス波が設定された送信素子から、該複数の送信素子の配列方向のいずれか一方側に向かって順に高くなる周波数のパルス波を、各前記送信素子に送信させることを特徴とする、探知装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記複数の送信素子は、
前記複数の送信素子のうち最も低い周波数のパルス波を送信する第１送信素子と、
前記複数の送信素子のうち最も高い周波数のパルス波を送信する第２送信素子と、
を有し、
前記送信制御部は、前記第１送信素子から、前記複数の送信素子の配列方向のいずれか一方側に向かって前記第２送信素子まで順に高くなり、且つ、前記第１送信素子から、前記配列方向の他方側に向かって前記第２送信素子まで順に高くなる周波数のパルス波を、各前記送信素子に送信させることを特徴とする、探知装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の探知装置において、
前記送信素子アレイ及び前記受信素子アレイとして設けられる送受信素子アレイと、
前記複数の送信素子及び前記複数の受信素子として設けられる複数の送受信素子と
を備えていることを特徴とする、探知装置。
【請求項１１】
到来波の到来方向を推定する探知方法であって、
送信素子アレイが有する複数の送信素子のそれぞれから、該複数の送信素子のそれぞれが配列される方位方向に応じて設定される周波数のパルス波を送信させるステップと、
受信素子アレイが有する複数の受信素子で前記パルス波の反射波を受信するステップと、
各タイミングで前記複数の送信素子から送信された前記パルス波の反射波から複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号に基づいて、前記到来波の到来方向を推定するステップと、
を含むことを特徴とする、探知方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の探知方法において、
前記到来方向を推定するステップは、前記複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号に基づく時間平均相関行列、の固有ベクトルを算出するステップを含み、該固有ベクトルに基づいて前記到来波の到来方向を推定することを特徴とする、探知方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の探知方法において、
前記到来方向を推定するステップは、
前記複数のタイミングのそれぞれで前記複数の受信素子が得た受信信号、に基づく相関行列を算出するステップと、
前記相関行列を算出するステップで算出された複数の相関行列を平均して前記時間平均相関行列を算出するステップと、を更に含み、
前記固有ベクトルを算出するステップは、前記時間平均相関行列を算出するステップで算出された前記時間平均相関行列の前記固有ベクトルを算出することを特徴とする、探知方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の探知方法において、
前記到来方向を推定するステップは、前記複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号で構成されるデータ行列、を生成するステップを更に含み、
前記固有ベクトルを算出するステップは、前記データ行列を生成するステップで生成された前記データ行列を特異値分解することにより得られる特異ベクトルに基づいて前記固有ベクトルを算出することを特徴とする、探知方法。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の探知方法において、
前記到来方向を推定するステップは、前記固有ベクトルに基づいてビームフォーミングを行い、前記到来波の到来方向を推定することを特徴とする、探知方法。
【請求項１６】
請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の探知方法において、
前記到来方向を推定するステップは、前記固有ベクトルに基づいて適応ビームフォーミングを行い、前記到来波の到来方向を推定することを特徴とする、探知方法。
【請求項１７】
到来波の到来方向を推定するための探知プログラムであって、
送信素子アレイが有する複数の送信素子のそれぞれから、該複数の送信素子のそれぞれが配列される方位方向に応じて設定される周波数のパルス波を送信させるステップと、
受信素子アレイが有する複数の受信素子で前記パルス波の反射波を受信するステップと、
各タイミングで前記複数の送信素子から送信された前記パルス波の反射波から複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号に基づいて、前記到来波の到来方向を推定するステップと、
を含むことを特徴とする、探知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受信素子アレイで受ける到来波の到来方向を推定して物標を探知する探知装置、到来波の到来方向を推定して物標を探知する探知方法及びそのための探知プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、物標で反射される超音波又は電磁波の到来方向を推定して物標の探知を行う探知装置が知られている。このような探知装置として、例えば特許文献１には、方位別に異なる周波数の超音波信号を送信するための送信制御手段と、方位別に周波数選択して所定方位の受信信号を得るための受信制御手段とを備えた超音波送受信装置が開示されている。これにより、他の方位からの反射信号を実質的に受けないようにできるため、グレーティングローブ及びサイドローブにより虚像が生じるのを防止できる。
【０００３】
また、同じ周波数の超音波信号を各方位に送信し、該超音波信号の反射波から得られる受信信号に対して適宜処理を行うことにより物標を探知することも、一般的に知られている。この場合、例えば非特許文献１に開示されるような空間平均法を用いると、相関行列の相関性を低く（すなわち、相関行列のランクを高く）できるため、複数の方位から帰来する到来波を分離しやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１６４２９０号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】菊間信良著「アレーアンテナによる適応信号処理」科学技術出版、１９９８年１１月２５日、Ｐ１６３〜Ｐ１７０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のような空間平均法は、アレイから、平行移動しても同じ配列となるサブアレイを複数取り出せる場合（例えば、同一素子による等間隔リニアアレイ等の場合）に適用することができる。
【０００７】
一方、平行移動しても同じ配列となる複数のサブアレイを取り出せないアレイ（例えば円環に沿って配列されたアレイ等）については、上記空間平均法を適用することができない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、アレイの形状に拘わらず、複数の方位から帰来する到来波を互いに分離することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る探知装置は、到来波の到来方向を推定する探知装置であって、複数の送信素子を有する送信素子アレイと、前記複数の送信素子のそれぞれから、各前記送信素子が配列される方位方向に応じて設定される周波数のパルス波を送信させる送信制御部と、前記パルス波の反射波を受信する複数の受信素子を有する受信素子アレイと、各タイミングで前記複数の送信素子から送信された前記パルス波の反射波から複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号に基づいて、前記到来波の到来方向を推定する到来方向推定部と、を備える。
【００１０】
（２）好ましくは、前記到来方向推定部は、前記複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号に基づく時間平均相関行列、の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部を有し、該固有ベクトルに基づいて前記到来波の到来方向を推定する。
【００１１】
（３）更に好ましくは、前記到来方向推定部は、前記複数のタイミングのそれぞれで前記複数の受信素子が得た受信信号、に基づく相関行列を算出する相関行列算出部と、該相関行列算出部で算出された複数の相関行列を平均して前記時間平均相関行列を算出する時間平均処理部と、を有し、前記固有ベクトル算出部は、前記時間平均処理部で算出された前記時間平均相関行列の前記固有ベクトルを算出する。
【００１２】
（４）好ましくは、前記到来方向推定部は、前記複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号で構成されるデータ行列、を生成するデータ行列生成部を更に備え、
前記固有ベクトル算出部は、前記データ行列生成部で生成された前記データ行列を特異値分解することにより得られる特異ベクトルに基づいて前記固有ベクトルを算出する。
【００１３】
（５）好ましくは、前記到来方向推定部は、前記固有ベクトルに基づいてビームフォーミングを行い、前記到来波の到来方向を推定する。
【００１４】
（６）好ましくは、前記到来方向推定部は、前記固有ベクトルに基づいて適応ビームフォーミングを行い、前記到来波の到来方向を推定する。
【００１５】
（７）好ましくは、前記複数の送信素子及び前記複数の受信素子の少なくとも一方は、円環、多角形、円筒、多角筒、若しくは球面、又はそれらを組み合わせた形状の表面上に配列されている。
【００１６】
（８）好ましくは、前記送信制御部は、前記複数の送信素子のうち最も低い周波数のパルス波が設定された送信素子から、該複数の送信素子の配列方向のいずれか一方側に向かって順に高くなる周波数のパルス波を、各前記送信素子に送信させる。
【００１７】
（９）好ましくは、前記複数の送信素子は、前記複数の送信素子のうち最も低い周波数のパルス波を送信する第１送信素子と、前記複数の送信素子のうち最も高い周波数のパルス波を送信する第２送信素子と、を有し、前記送信制御部は、前記第１送信素子から、前記複数の送信素子の配列方向のいずれか一方側に向かって前記第２送信素子まで順に高くなり、且つ、前記第１送信素子から、前記配列方向の他方側に向かって前記第２送信素子まで順に高くなる周波数のパルス波を、各前記送信素子に送信させる。
【００１８】
（１０）好ましくは、前記探知装置は、前記送信素子アレイ及び前記受信素子アレイとして設けられる送受信素子アレイと、前記複数の送信素子及び前記複数の受信素子として設けられる複数の送受信素子と、を備えている。
【００１９】
（１１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る探知方法は、送信素子アレイが有する複数の送信素子のそれぞれから、該複数の送信素子のそれぞれが配列される方位方向に応じて設定される周波数のパルス波を送信させるステップと、受信素子アレイが有する複数の受信素子で前記パルス波の反射波を受信するステップと、各タイミングで前記複数の送信素子から送信された前記パルス波の反射波から複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号に基づいて、前記到来波の到来方向を推定するステップと、を含む。
【００２０】
（１２）好ましくは、前記到来方向を推定するステップは、前記複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号に基づく時間平均相関行列、の固有ベクトルを算出するステップを含み、該固有ベクトルに基づいて前記到来波の到来方向を推定する。
【００２１】
（１３）更に好ましくは、前記到来方向を推定するステップは、前記複数のタイミングのそれぞれで前記複数の受信素子が得た受信信号、に基づく相関行列を算出するステップと、前記相関行列を算出するステップで算出された複数の相関行列を平均して前記時間平均相関行列を算出するステップと、を更に含み、前記固有ベクトルを算出するステップは、前記時間平均相関行列を算出するステップで算出された前記時間平均相関行列の前記固有ベクトルを算出する。
【００２２】
（１４）好ましくは、前記到来方向を推定するステップは、前記複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号で構成されるデータ行列、を生成するステップを更に含み、前記固有ベクトルを算出するステップは、前記データ行列を生成するステップで生成された前記データ行列を特異値分解することにより得られる特異ベクトルに基づいて前記固有ベクトルを算出する。
【００２３】
（１５）好ましくは、前記到来方向を推定するステップは、前記固有ベクトルに基づいてビームフォーミングを行い、前記到来波の到来方向を推定する。
【００２４】
（１６）好ましくは、前記到来方向を推定するステップは、前記固有ベクトルに基づいて適応ビームフォーミングを行い、前記到来波の到来方向を推定する。
【００２５】
（１７）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る探知プログラムは、送信素子アレイが有する複数の送信素子のそれぞれから、該複数の送信素子のそれぞれが配列される方位方向に応じて設定される周波数のパルス波を送信させるステップと、受信素子アレイが有する複数の受信素子で前記パルス波の反射波を受信するステップと、各タイミングで前記複数の送信素子から送信された前記パルス波の反射波から複数のタイミングで前記複数の受信素子が得た受信信号に基づいて、前記到来波の到来方向を推定するステップと、を含む。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、アレイの形状に拘わらず、複数の方位から帰来する到来波を互いに分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す水中探知装置のトランスデューサの概略形状を模式的に示す図である。
【図３】トランスデューサを軸方向から視た場合における超音波振動子の配列の一例を示す模式図である。
【図４】図３に示すトランスデューサの各超音波振動子から送信されるパルス波の波形の一例を示す波形図である。
【図５】各超音波振動子の周方向における位置と、各超音波振動子から送信されるパルス波の周波数との関係を示すグラフである。
【図６】空間平均処理及び時間平均処理について説明するための模式図である。
【図７】図１に示す水中探知装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】各タイミングで受信される受信信号に含まれる複数の反射波の位相について説明するための図である。（Ａ）は、本実施形態とは異なり各超音波振動子から同じ周波数のパルス波が送信された場合の反射波の波形を示す図であり、（Ｂ）は、各超音波振動子から異なる周波数のパルス波が送信された場合の反射波の波形を示す図である。
【図９】変形例に係る水中探知装置の各超音波振動子の周方向における位置と、各超音波振動子から送信されるパルス波の周波数との関係を示すグラフである。
【図１０】変形例に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】変形例に係る水中探知装置における、各超音波振動子の周方向における位置と、各超音波振動子から送信されるパルス波の周波数との関係を示すグラフである。
【図１２】変形例に係る水中探知装置における、各超音波振動子の周方向における位置と、各超音波振動子から送信されるパルス波の周波数との関係を示すグラフである。
【図１３】変形例に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】図１３に示す水中探知装置の動作を示すフローチャートである。
【図１５】変形例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態に係る探知装置、探知方法、及び探知プログラムについて、図を参照して説明する。
【００２９】
本発明の実施形態に係る水中探知装置１は、水中の物標（例えば魚群）を探知するために用いられる。水中探知装置１は、例えば漁船等の船舶に装備される。
【００３０】
［構成］
図１は、本発明の実施形態に係る水中探知装置１の構成を示すブロック図である。水中探知装置１は、図１に示すように、トランスデューサ１０と、送信機１１と、送受切替部１５と、受信機２０と、操作・表示装置４０とを備えている。
【００３１】
トランスデューサ１０は、超音波の送受信を行うため、例えば、船底に装備されて海中に露出されている。本実施形態におけるトランスデューサ１０は、送信素子アレイ及び受信素子アレイの双方として動作する送受信素子アレイとして設けられている。
【００３２】
図２は、本実施形態におけるトランスデューサ１０の概略形状を模式的に示す図である。トランスデューサ１０は、円筒状に形成されている。トランスデューサ１０は、送信素子及び受信素子の双方として動作する送受信素子として設けられている超音波振動子Ａｍｎ（ｍ＝１，２，…，Ｍ、ｎ＝１，２，…，Ｎ）を複数、有している。トランスデューサ１０では、複数の超音波振動子Ａｍｎが、トランスデューサ１０の円筒形状の表面上に配列されている。具体的には、複数の超音波振動子Ａｍｎは、軸方向、及び周方向（方位方向）に等間隔に配列されている。本実施形態では、超音波振動子Ａｍｎは、軸方向にＭ個、周方向にＮ個、配列されている。すなわち、トランスデューサ１０は、（Ｍ×Ｎ）個の超音波振動子を有している。各超音波振動子Ａｍｎは、電気信号を超音波に変換して水中に超音波を送信するとともに、受信した超音波を電気信号（エコー信号）に変換する。
【００３３】
送受切替部１５は、送信時には、送信機１１からトランスデューサ１０に送信信号（パルス波）が送られる接続に切り替える。また、送受切替部１５は、受信時には、トランスデューサ１０によって超音波から変換された電気信号がトランスデューサ１０から受信機２０に送られる接続に切り替える。
【００３４】
送信機１１は、操作・表示装置４０において設定された条件に基づいてパルス波を生成する。また、送信機１１は、送受切替部１５を介して、該パルス波が所定時刻毎に各超音波振動子Ａｍｎから送信されるように、該パルス波をトランスデューサ１０に対して出力する。このパルス波により、各超音波振動子Ａｍｎが駆動され、トランスデューサ１０から所定時刻毎に、各方位にパルス波（超音波）が放射される。
【００３５】
送信機１１は、送信制御部１１ａを有している。送信制御部１１ａは、複数の超音波振動子Ａｍｎのそれぞれから、各超音波振動子Ａｍｎが配列される方位方向に応じて設定された周波数のパルス波を送信させる。本実施形態では、送信制御部１１ａは、異なる方位に配列された各超音波振動子Ａｍｎから、互いに周波数が異なるパルス波Ｐｍｎを送信させる。このパルス波Ｐｍｎについては、詳しくは後述する。
【００３６】
受信機２０は、増幅部２１と、Ａ／Ｄ変換部２２と、信号処理装置３０とを有している。増幅部２１は、（Ｍ×Ｎ）個の超音波振動子Ａｍｎのそれぞれから送受切替部１５を介して送られてきた電気信号を増幅して（Ｍ×Ｎ）個の受信信号をＡ／Ｄ変換部２２に対して出力する。Ａ／Ｄ変換部２２は、増幅部２１から出力される受信信号をＩＱ検波等により複素デジタル信号に変換し、この複素デジタル信号に変換後の受信信号を信号処理装置３０に出力する。
【００３７】
信号処理装置３０は、到来方向推定部３１を有している。到来方向推定部３１は、Ａ／Ｄ変換部２２から出力される受信信号を処理して角度スペクトラムＰ（θ）を生成するとともに、該角度スペクトラムＰ（θ）に基づき到来波の到来方向および強度を推定する処理を行う。また、信号処理装置３０は、角度スペクトラムＰ（θ）に基づいて映像信号を生成する処理を行う。信号処理装置３０は、生成した映像信号を操作・表示装置４０に出力する。到来方向推定部３１については、詳しくは後述する。
【００３８】
操作・表示装置４０は、表示部４１と、操作部４２とを有している。表示部４１は、映像信号に応じた映像を表示画面に表示する。操作部４２は、例えば種々の入力キーなどを有し、超音波の送受信や映像表示に必要な種々の設定や種々のパラメータなどを入力できるように構成されている。
【００３９】
［各超音波振動子から送信されるパルス波について］
上述のように、本実施形態におけるトランスデューサ１０の超音波振動子Ａｍｎは、それぞれ、互いに周波数の異なるパルス波Ｐｍｎを送信する。具体的には、周方向に配列された各超音波振動子Ａｍ１、Ａｍ２、…、ＡｍＮから、互いに周波数の異なるパルス波Ｐｍ１、Ｐｍ２、…、ＰｍＮが送信される。なお、軸方向に配列された各超音波振動子Ａ１ｎ、Ａ２ｎ、…、ＡＭｎからは、同じ周波数のパルス波Ｐｍｎが送信される。
【００４０】
図３は、トランスデューサ１０を軸方向から視た場合における超音波振動子の位置関係を示す模式図であり、図４は、図３に示す各超音波振動子から送信されるパルス波の波形図である。図３に示すように、各超音波振動子Ａｍ１、Ａｍ２、…、Ａｍ８は、一例として、周方向に等間隔となるように８個、配列されている。そして、各超音波振動子Ａｍ１、Ａｍ２、…、Ａｍ８からは、所定の時間間隔で、パルス波Ｐｍ１、Ｐｍ２、…、Ｐｍ８が送信される。
【００４１】
送信機１１は、図４に示すように、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８から、周波数ｆ１〜ｆ８（ｆ１＜ｆ２＜…＜ｆ８）のパルス波Ｐｍ１〜Ｐｍ８が所定のタイミング毎に送信されるように、トランスデューサ１０に送信信号を出力する。本実施形態では、送信機１１は、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８から送信されるパルス波Ｐｍ１〜Ｐｍ８の周波数ｆ１〜ｆ８が、ある超音波振動子（本実施形態ではＡｍ１）を基準として超音波振動子の配列方向の一方側（本実施形態では、時計回り方向側）に向かって順に高くなるように、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８に送信信号を出力する。
【００４２】
なお、図４では、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８から送信されるパルス波Ｐｍ１〜Ｐｍ８の周波数ｆ１〜ｆ８の違いを明確にするために、各パルス波Ｐｍ１〜Ｐｍ８の周波数ｆ１〜ｆ８の差を極端に図示している。実際には、各パルス波の周波数の一例として、例えば、最も周波数の低いパルス波Ｐｍ１の周波数を５５ｋＨｚ、最も周波数の高いパルス波Ｐｍ８の周波数を５６ｋＨｚに設定できる。
【００４３】
図５は、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８の周方向における位置と、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８から送信されるパルス波Ｐｍ１〜Ｐｍ８の周波数ｆ１〜ｆ８との関係を示すグラフである。周波数ｆ１〜ｆ８は、図５に示すように、超音波振動子Ａｍ１を基準とし、図３における時計回り方向に沿って超音波振動子Ａｍ８に至るまで、直線的に増加している。これにより、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８から送信されるパルス波Ｐｍ１〜Ｐｍ８の周波数ｆ１〜ｆ８は、互いに異なり、且つ、隣接する超音波振動子のパルス波との周波数差が小さくなるように設定される。なお、本実施形態では、トランスデューサ１０の周方向において、隣接する超音波振動子のうち周波数の差が他よりも大きい部分、具体的には超音波振動子Ａｍ８とＡｍ１との間の部分は、自船の船尾の方向を向くように設定される。
【００４４】
［到来方向推定部］
到来方向推定部３１は、受信信号を処理して到来波の到来方向および強度を推定する処理を行う。以下、到来方向推定部３１について詳細に説明する。
【００４５】
到来方向推定部３１は、図１に示すように、相関行列算出部３２と、空間平均処理部３３と、時間平均処理部３４と、到来波演算部３５とを備えている。この到来方向推定部３１は、例えば図示しないＣＰＵ、ＦＰＧＡ、及びメモリなどのデバイスで構成される。例えば、ＣＰＵがメモリからプログラムを読み出して実行することにより、相関行列算出部３２と、空間平均処理部３３と、時間平均処理部３４と、到来波演算部３５との機能を構成することができる。
【００４６】
図６は、以下で説明する相関行列の算出、空間平均処理、及び時間平均処理について説明するための模式図である。到来方向推定部３１の各超音波振動子Ａｍｎが時刻ｔで受信する受信信号をｘｋ（ｔ）とすると、時刻ｔにおける超音波振動子の複素受信信号をまとめて入力ベクトルｘ（ｔ）で表すことができ、ｘ（ｔ）＝［ｘ１（ｔ）、ｘ２（ｔ）、・・・、ｘｋ（ｔ）］Ｔである。到来方向推定部３１では、まず、上記入力ベクトルｘ（ｔ）から、複数のサブアレイを作成する。具体的には、到来方向推定部３１は、図６に示すように、所定の方位範囲Φに含まれる超音波振動子について、軸方向に連続する超音波振動子を軸方向に１つずつずらしながら、複数個のサブアレイＳｕｂｂ（ｔａ）（ａ＝１，２，…，Ａ、ｂ＝１，２，…，Ｂ）を取り出す。このサブアレイＳｕｂｂ（ｔａ）は、各時刻において抽出される。なお、ここでは、入力ベクトルｘ（ｔ）を構成する各超音波振動子Ａｍｎの受信信号のサンプリング時刻が、同時刻となるように設定しているが、これに限らない。例えば、マルチプレクサを使って、１つのＡ／Ｄ変換器で全ての超音波振動子Ａｍｎをサンプリングする場合、サンプリング時刻に多少の差が発生する。しかし、このような場合であっても、本発明の技術を利用することができる。
【００４７】
相関行列算出部３２は、各時刻におけるサブアレイＳｕｂｂ（ｔａ）のそれぞれについて、相関行列Ｒｓｕｂｂ（ｔａ）を算出する。相関行列Ｒｓｕｂｂ（ｔａ）は、次の（１）式で与えられる。
【００４８】
［数１］
Ｒｓｕｂｂ（ｔａ）＝Ｅ［Ｓｕｂｂ（ｔａ）ＳｕｂｂＨ（ｔａ）］    ・・・（１）
【００４９】
空間平均処理部３３は、各時刻ｔ（＝ｔ１，ｔ２，…，ｔＡ）における相関行列Ｒｓｕｂｂ（ｔａ）の空間平均を行って空間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔ）を算出する。具体的には、空間平均処理部３３は、図６に示すように、各時刻における相関行列（部分相関行列）Ｒｓｕｂ１（ｔａ），Ｒｓｕｂ２（ｔａ），…，ＲｓｕｂＢ（ｔａ）を平均する処理（空間平均処理）を行う。これにより、空間平均処理部３３は、時刻毎の空間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔａ）を算出する。
【００５０】
時間平均処理部３４は、図６に示すように、空間平均処理部３３で算出された、各時刻ｔ（＝ｔ１，ｔ２，…，ｔＡ）における空間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔ）（＝ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔ１），ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔ２），…，ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔＡ））を平均する処理（時間平均処理）を行う。これにより、時間平均処理部３４は、時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔを算出する。
【００５１】
到来波演算部３５は、時間平均処理部３４で算出された時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔに基づいてビームフォーミングを行い、到来波に関する演算を行う。到来波演算部３５は、角度スペクトラム計算部３６と、到来方向及び強度計算部３７とを有している。
【００５２】
角度スペクトラム計算部３６は、例えば、ＭＵＳＩＣ法を用いた数値計算によって時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出部として設けられている。また、角度スペクトラム計算部３６は、算出した固有ベクトルに基づいて角度スペクトラムＰ（θ）を得る。尚、ＭＵＳＩＣ法については、公知であるため詳細な説明は省略する。
【００５３】
到来方向及び強度計算部３７は、角度スペクトラム計算部３６で計算された角度スペクトラムＰ（θ）の解から、到来波の到来方向と強度とを計算する。計算例として、到来方向及び強度計算部３７は、角度スペクトラムＰ（θ）のピーク（極大値）の位置（方位θ）から到来方向の推定を行う。また、到来方向及び強度計算部３７は、この極大値から到来波の強度を計算する。到来方向及び強度計算部３７は、複数の時刻の入力ベクトルからそれぞれ求まる複数の角度スペクトラムＰ（θ）から映像信号を生成する。このように生成された映像信号は、操作・表示装置４０に出力される。
【００５４】
［動作］
図７は、水中探知装置１の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、水中探知装置１の動作について説明する。
【００５５】
まず、ステップＳ１で、トランスデューサ１０から水中へ向かってパルス波Ｐｍｎが送信される。具体的には、送信機１１は、ステップＳ１で、方位方向に配列された各超音波振動子Ａｍｎから方位毎に周波数の異なるパルス波Ｐｍｎが送信されるように、トランスデューサ１０に送信信号を出力する（図３及び図４参照）。パルス波Ｐｍｎは、所定のタイミング毎に、各超音波振動子Ａｍｎから一斉に送信される。
【００５６】
次に、ステップＳ２で、トランスデューサ１０が反射波を受信する。具体的には、各超音波振動子Ａｍｎは、ステップＳ２で、互いに周波数が異なる複数のパルス波Ｐｍｎにより生じる複数の反射波を受信する。すなわち、各超音波振動子Ａｍｎは、互いに周波数が異なる複数の反射波を受信する。これらの反射波から得られた入力ベクトルｘ（ｔ）は、到来方向推定部３１に出力される。各超音波振動子Ａｍｎは、各時刻ｔ１，ｔ２，…，ｔＡにおいて反射波を受信し、これらの反射波から得られた入力ベクトルｘ（ｔ１），ｘ（ｔ２）…ｘ（ｔＡ）は、随時、到来方向推定部３１に出力される。
【００５７】
次に、ステップＳ３で、相関行列算出部３２は、各入力ベクトルｘ（ｔ１），ｘ（ｔ２），…，ｘ（ｔＡ）から作成された複数のサブアレイＳｕｂｂ（ｔａ）から、各サブアレイＳｕｂｂ（ｔａ）に対応する相関行列ＲＳｕｂｂ（ｔａ）を算出する。
【００５８】
次に、ステップＳ４で、空間平均処理が行われる。具体的には、空間平均処理部３３は、ステップＳ４で、図６に示すように、各時刻における相関行列（部分相関行列）Ｒｓｕｂ１（ｔａ），Ｒｓｕｂ２（ｔａ），…，ＲｓｕｂＢ（ｔａ）を平均することにより、空間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔ）を算出する。この空間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔ）は、各時刻ｔ１，ｔ２，…，ｔＡ毎に算出される。
【００５９】
次に、ステップＳ５で、時間平均処理が行われる。具体的には、時間平均処理部３４は、ステップＳ４で算出された各時刻ｔ１，ｔ２，…，ｔＡにおける空間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔ１），ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔ２），…，ＲＡＶＥ_Ｓ（ｔＡ）を平均する（図６参照）。これにより、時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔが算出される。
【００６０】
次に、ステップＳ６及びステップＳ７において、ステップＳ５で算出された時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔに基づいてビームフォーミングを行い、到来波に関する演算を行う。
【００６１】
まず、ステップＳ６で、角度スペクトラム計算部３６は、ＭＵＳＩＣ法を用いて角度スペクトラムＰ（θ）を算出する。
【００６２】
次に、ステップＳ７で、到来方向及び強度計算部３７は、角度スペクトラムＰ（θ）のピーク（極大値）の位置（方位θ）から到来方向を推定する。また、到来方向及び強度計算部３７は、角度スペクトラムＰ（θ）から映像画像を生成する。
【００６３】
そして、ステップＳ８で、操作・表示装置４０の表示部４１が、到来方向及び強度計算部３７で生成された映像信号による画像を表示する。
【００６４】
ところで、水中探知装置の探知可能エリアにおいて複数の物標が存在する場合、各物標に起因する到来波を分離するためには、相関行列の相関性を低くすることにより、複数の方位から帰来する到来波の相関性を低くすることが考えられる。そして、相関行列の相関性を低くするための手法として、例えば上述した非特許文献１に開示されるような空間平均法を用いることが、一般的に知られている。しかし、この空間平均法は、平行移動しても同じ配列となる複数のサブアレイを取り出せないアレイには適用できない。すなわち、本実施形態に係るトランスデューサ１０には、周方向については空間平均法を適用することができず、相関行列の相関性を十分に低くできない、すなわち相関行列のランクを十分に高くできない可能性がある。
【００６５】
例えば、本実施形態とは異なり、各超音波振動子から同じ周波数のパルス波が送信されるような場合には、図８（Ａ）に示すように、複数のタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３，…における受信信号のそれぞれに含まれる各反射波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の位相は、タイミング毎に同じになる。このような場合には、タイミング毎の受信信号に基づいて算出された各相関行列を平均しても、相関行列のランクを高くすることはできない。
【００６６】
これに対して、本実施形態に係る水中探知装置１では、方位によって周波数が異なるパルス波を送信するとともに、各タイミングで複数の超音波振動子Ａｍｎから送信されたパルス波の反射波から、複数のタイミングで受信される受信信号のそれぞれに基づいて算出される複数の相関行列を平均している。こうすると、図８（Ｂ）に示すように、複数のタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３，…における受信信号のそれぞれに含まれる各反射波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の位相が、タイミング毎に互いに異なってくる。従って、各タイミングにおける受信信号の相関行列を平均処理することで、相関行列のランクを高くすることができるため、複数の方位から帰来する到来波の相関性を低くできる。これにより、各到来波を互いに分離できる。
【００６７】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る水中探知装置１では、各超音波振動子Ａｍｎが配列された方位方向に応じて設定された周波数のパルス波が各超音波振動子Ａｍｎから送信されるとともに、複数のタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３，…で複数の超音波振動子Ａｍｎが得た受信信号に基づいて到来波の到来方位を推定している。こうすると、図８を用いて上述のように説明した通り、複数の物標のそれぞれに起因する各到来波の位相がタイミング毎に異なってくるため、各到来波を互いに分離しやすくなる。
【００６８】
従って、水中探知装置１では、アレイの形状に拘わらず、複数の方位から帰来する到来波を互いに分離することができる。
【００６９】
また、水中探知装置１では、複数のタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３，…で複数の超音波振動子Ａｍｎが得た受信信号に基づく時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有ベクトルに基づいて、到来波の到来方位を推定することができる。
【００７０】
また、水中探知装置１では、時間平均処理部３４によって算出された時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔを用いて、該時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有ベクトルを算出することができる。
【００７１】
また、水中探知装置１では、上述のように算出された時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔに基づいて、ＭＵＳＩＣ法等の適用ビームフォーミング法を用いることができる。
【００７２】
また、水中探知装置１は、円筒形状の表面上に配列された超音波振動子Ａｍｎを有するトランスデューサ１０を備えている。本実施形態のような周方向に平行移動しても同じ配列となる複数のサブアレイを取り出せないアレイには、周方向については空間平均法を適用することができず、従来は複数の方位から帰来する到来波を十分に分離できないことがあった。本実施形態によれば、このような到来波の分離を行いにくい形状のトランスデューサについても、複数の方位から帰来する到来波を十分に分離することができる。
【００７３】
また、水中探知装置１では、周方向に配列される各超音波振動子Ａｍｎから送信される周波数が、最も低い周波数のパルス波Ｐｍ１を送信する超音波振動子Ａｍ１から、該超音波振動子の配列方向の一方側に向かって順に高くなるように設定されている。こうすると、周方向に隣接する超音波振動子から送信されるパルス波の周波数差を小さくできるため、トランスデューサ１０において超音波が発生されない場所が発生してしまうこと、すなわちディップが発生してしまうことを抑制できる。
【００７４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００７５】
（１）上記実施形態では、周方向に配列される各超音波振動子から送信されるパルス波の周波数が、図５に示すように、周方向の一方向に向かって徐々に大きくなるように設定したが、これに限らず、以下に説明するように設定してもよい。
【００７６】
図９に、本変形例に係る水中探知装置の各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８の周方向における位置と、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８から送信されるパルス波Ｐｍ１〜Ｐｍ８の周波数ｆ１〜ｆ８との関係を示すグラフを示す。図９では、各超音波振動子から送信されるパルス波の周波数が、超音波振動子Ａｍ１（第１送信素子）を基準として、ある超音波振動子Ａｍ５（第２送信素子）まで周方向の一方向へ向かって順に増加した後、該超音波振動子Ａｍ５から同じ方向へ向かって超音波振動子Ａｍ１に至るまで順に減少するように設定されている。言い換えれば、本変形例では、パルス波の周波数が、超音波振動子Ａｍ１からＡｍ５まで周方向の一方向に向かって順に増加し、且つ、超音波振動子Ａｍ１からＡｍ５まで周方向の他方向に向かって順に高くなるように設定されている。こうすると、上記実施形態の場合のように周波数差が比較的大きくなる箇所（超音波振動子Ａｍ１とＡｍ５との間）をなくすことができる。これにより、トランスデューサ１０においてディップが発生してしまうことを抑制できる。
【００７７】
（２）上記実施形態では、いわゆるＭＵＳＩＣ法を用いて到来波に関する演算を行っているが、これに限らない。例えば、Ｃａｐｏｎ法など、その他の適用ビームフォーミング法を用いて到来波に関する演算を行ってもよい。更には、適用ビームフォーミング法ではないビームフォーミング法（例えば、マルチビーム法）を用いて到来波に関する演算を行ってもよい。
【００７８】
（３）上記実施形態に係る水中探知装置１は、略円筒状のトランスデューサ１０を備えているが、これに限らず、トランスデューサの形状は、円環、多角形、円筒、多角筒、若しくは球面、又はそれらを組み合わせた形状であってもよい。
【００７９】
（４）図１０に、変形例に係る水中探知装置２の構成を示すブロック図を示す。図１０に示すように、本変形例では、水中探知装置２を、空間平均処理部３３を省略して構成している。この場合、相関行列算出部３２で算出されたタイミング毎の相関行列に対して、時間平均処理部３４によって時間平均処理が行われる。
【００８０】
（５）図１１及び図１２に、変形例に係る水中探知装置の各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８の周方向における位置と、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８から送信されるパルス波Ｐｍ１〜Ｐｍ８の周波数ｆ１〜ｆ４との関係を示すグラフを示す。図１１及び図１２に示す変形例では、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８の配列は、上記実施形態のトランスデューサ１０と同様である。しかし、図１１及び図１２に示す変形例では、上記実施形態の場合と比べると、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８から送信されるパルス波の周波数が異なっている。
【００８１】
図１１及び図１２に示す各変形例では、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８には、該各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８が配列された方位方向に応じた周波数が設定されている。そして、各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８からは、設定された周波数のパルス波が送信される。
【００８２】
図１１に示す変形例では、超音波振動子Ａｍ１の方位方向を０度とした場合に、０度及び４５度の方位方向に配列された各超音波振動子Ａｍ１及びＡｍ２には、周波数ｆ１が割り当てられる。同様に、９０度及び１３５度の方位方向に配列されたＡｍ３及びＡｍ４にはｆ２が、１８０度及び２２５度の方位方向に配列されたＡｍ５及びＡｍ６にはｆ３が、２７０度及び３１５度の方位方向に配列されたＡｍ７及びＡｍ８にはｆ４が、それぞれ割り当てられる。
【００８３】
図１２に示す変形例では、図１１に示す変形例と同様、０度及び４５度の方位方向に配列されたＡｍ１及びＡｍ２にはｆ１が、９０度及び１３５度の方位方向に配列されたＡｍ３及びＡｍ４にはｆ２が、１８０度及び２２５度の方位方向に配列されたＡｍ５及びＡｍ６にはｆ３が、それぞれ割り当てられる。しかし、２７０度及び３１５度の方位方向に配列されたＡｍ７及びＡｍ８については、図１１に示す変形例の場合と異なり、ｆ２が割り当てられる。
【００８４】
このように、超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８が配列された方位領域毎に各超音波振動子Ａｍ１〜Ａｍ８から送信されるパルス波の周波数を設定しても、上記実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００８５】
（６）図１３に、変形例に係る水中探知装置３の構成を示すブロック図を示す。上記実施形態では、複数のタイミングｔ１，ｔ２，ｔ３，…で複数の超音波振動子Ａｍｎが得た受信信号に基づく時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔを算出し、該時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔから算出された固有ベクトルに基づいて到来波の到来方位を検出した。しかし、本変形例では、時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔ等の相関行列を算出することなく、該時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有ベクトルを算出している点において、上記実施形態と異なる。本変形例は、到来方向推定部３１ａが、時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔ等の相関行列を算出することなく該時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有ベクトルを算出するように構成されている。以下では、到来方向推定部３１ａの構成について主に説明し、その他の部分については説明を省略する。
【００８６】
図１３に示すように、本変形例に係る到来方向推定部３１ａは、データ行列生成部３８と、特異値分解部３９と、到来波演算部３５ａと、を有している。
【００８７】
データ行列生成部３８は、複数の時刻ｔ（ｔ＝ｔ１，ｔ２，…，ｔＡ）のそれぞれにおける入力ベクトルｘ（ｔ）からデータ行列Ｘを生成する。データ行列Ｘは、図６を参照して、次の式（２）で与えられる。
【００８８】
【数２】
2014238347.tif 000003
【００８９】
特異値分解部３９は、データ行列生成部３８で生成されたデータ行列Ｘを、次の式（３）のように分解（特異値分解）する。
【００９０】
［数３］
Ｘ＝ＵＳＶＨ    ・・・（３）
【００９１】
上式（３）において、Ｓは対角行列であり、その対角要素が特異値と呼ばれる。また、Ｕ及びＶは、列ベクトルが互いに直交するユニタリ行列であり、それぞれが特異ベクトルと呼ばれる。なお、式（３）におけるＵは左特異ベクトル、Ｖは右特異ベクトル、とも呼ばれる。
【００９２】
到来波演算部３５ａは、角度スペクトラム計算部３６ａと、到来方向及び強度計算部３７と、を有している。
【００９３】
角度スペクトラム計算部３６ａは、固有ベクトル算出部として設けられ、特異値分解部３９で算出された左特異ベクトルＵから、時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有ベクトルを算出する。また、角度スペクトラム計算部３６ａは、特異値分解部３９で算出された特異値から、時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有値を算出する。
【００９４】
ここで、データ行列Ｘと時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔとの関係は、次の式（４）で与えられる。
【００９５】
【数４】
2014238347.tif 000004
【００９６】
式（４）において、ＸＸＨ＝Ｒ、とした場合、データ行列Ｘの特異値の２乗は、Ｒの固有値に等しい。また、データ行列Ｘの左特異ベクトルＵは、Ｒの固有ベクトルに等しい。角度スペクトラム計算部３６ａは、これらの関係を用いて、時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有値及び固有ベクトルを算出する。そして、角度スペクトラム計算部３６ａは、上述のように算出された固有値及び固有ベクトルに基づいて、角度スペクトラムＰ（θ）を得る。
【００９７】
到来方向及び強度計算部３７は、上記実施形態の場合と同様、角度スペクトラム計算部３６ａで計算された角度スペクトラムＰ（θ）の解から、到来波の到来方向と強度とを計算する。
【００９８】
［動作］
図１４は、水中探知装置３の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、水中探知装置３の動作について説明する。
【００９９】
まず、ステップＳ１１で、上記実施形態の場合と同様、トランスデューサ１０から水中へ向かってパルス波Ｐｍｎが送信される。具体的には、送信機１１は、ステップＳ１１で、方位方向に配列された各超音波振動子Ａｍｎから方位毎に周波数の異なるパルス波Ｐｍｎが送信されるように、トランスデューサ１０に送信信号を出力する。パルス波Ｐｍｎは、所定のタイミング毎に、各超音波振動子Ａｍｎから一斉に送信される。
【０１００】
次に、ステップＳ１２で、上記実施形態の場合と同様、トランスデューサ１０が反射波を受信する。具体的には、各超音波振動子Ａｍｎは、ステップＳ１２で、互いに周波数が異なる複数のパルス波Ｐｍｎにより生じる複数の反射波を受信する。すなわち、各超音波振動子Ａｍｎは、互いに周波数が異なる複数の反射波を受信する。これらの反射波から得られた入力ベクトルｘ（ｔ）は、到来方向推定部３１に出力される。各超音波振動子Ａｍｎは、各時刻ｔ１，ｔ２，…，ｔＡにおいて反射波を受信し、これらの反射波から得られた入力ベクトルｘ（ｔ１），ｘ（ｔ２）…ｘ（ｔＡ）は、随時、到来方向推定部３１ａに出力される。
【０１０１】
次に、ステップＳ１３で、データ行列生成部３８が、入力ベクトルｘ（ｔ１），ｘ（ｔ２）…ｘ（ｔＡ）から、式（２）に基づいてデータ行列Ｘを生成する。
【０１０２】
次に、ステップＳ１４で、特異値分解部３９が、ステップＳ１３で生成されたデータ行列Ｘを式（３）に基づいて特異値分解し、特異値及び特異ベクトルを算出する。
【０１０３】
次に、ステップＳ１５及びステップＳ１６で、角度スペクトラム計算部３６ａが角度スペクトラムＰ（θ）を算出する。具体的には、角度スペクトラム計算部３６ａは、ステップＳ１５で、ステップＳ１４で算出された特異値及び特異ベクトルから、時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有値及び固有ベクトルを算出する。そして、角度スペクトラム計算部３６ａは、ステップＳ１６で、上記固有値及び固有ベクトルから角度スペクトラムＰ（θ）を算出する。
【０１０４】
上述のように算出された角度スペクトラムＰ（θ）から、到来波の到来方向及び強度が推定される（ステップＳ１７）。そして、操作・表示装置４０の表示部４１が、到来方向及び強度計算部３７で生成された映像信号による画像を表示する（ステップＳ１８）。
【０１０５】
以上のように、本変形例によれば、時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔを算出することなく、該時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔの固有値及び固有ベクトルを求めることができる。すなわち、上記実施形態の場合とは異なるアプローチで、ランクが回復した相関行列（時間平均相関行列ＲＡＶＥ_Ｔ）の固有値及び固有ベクトルを算出することができる。これにより、上記実施形態の場合と同様、複数の方位から帰来する到来波を互いに分離することができる。
【０１０６】
（７）上記実施形態及び上記変形例では、探知装置の一例として水中探知装置を挙げて説明したが、これに限らず、レーダ装置に適用することもできる。
【０１０７】
図１５は、変形例に係るレーダ装置４の構成を示すブロック図である。レーダ装置４は、海上の物標（例えば他船）を探知するために用いられる。レーダ装置４は、例えば漁船等の船舶に装備される。
【０１０８】
以下、変形例に係るレーダ装置４について、上記実施形態と異なる点について主に説明し、上記実施形態と同様の構成の説明については、図面において同一の符号を付すことで又は同一の符号を引用して説明することで、省略する。
【０１０９】
［構成］
図１５に示すように、本変形例に係るレーダ装置４は、アンテナ１０ａと、送信機１１と、送受切替部１５と、受信機２０と、操作・表示装置４０とを備えている。
【０１１０】
アンテナ１０ａは、電磁波の送受信を行うため、例えば船上に装備されている。本変形例におけるアンテナ１０ａは、送信素子アレイ及び受信素子アレイの双方として動作する。アンテナ１０ａは、送信素子及び受信素子の双方として動作するアンテナ素子Ｂｌ（ｌ＝１，２，…，Ｌ）を複数有している。これらのアンテナ素子Ｂｌは、例えば、円環、多角形、円筒、多角筒、若しくは球面、又はそれらを組み合わせた形状の表面上に配列される。
【０１１１】
そして、本変形例のレーダ装置４の送信機１１、送受切替部１５、受信機２０、操作・表示装置４０は、送信信号（パルス波）及び受信信号として電磁波を取り扱う点を除き、上記実施形態に係る水中探知装置１の場合と同様に動作する。
【０１１２】
従って、本変形例に係るレーダ装置４によれば、上記実施形態の場合と同様、複数の方位から帰来する到来波を互いに分離することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明は、受信素子アレイで受ける到来波の到来方向を推定して物標を探知する探知装置、到来波の到来方向を推定して物標を探知する探知方法、及びそのための探知プログラムとして広く適用することができるものである。
【符号の説明】
【０１１４】
１，２，３    水中探知装置（探知装置）
４            レーダ装置（探知装置）
１０          トランスデューサ（送信素子アレイ、受信素子アレイ）
１０ａ        アンテナ（送信素子アレイ、受信素子アレイ）
１１ａ        送信制御部
３１，３１ａ  到来方向推定部
３２          相関行列算出部
３４          時間平均処理部
Ａｍｎ          超音波振動子（送信素子、受信素子）
Ｂｌ           アンテナ素子（送信素子、受信素子）
Ｐｍｎ          パルス波
【図１】
2014238347.tif 000005
【図２】
2014238347.tif 000006
【図３】
2014238347.tif 000007
【図４】
2014238347.tif 000008
【図５】
2014238347.tif 000009
【図６】
2014238347.tif 000010
【図７】
2014238347.tif 000011
【図８】
2014238347.tif 000012
【図９】
2014238347.tif 000013
【図１０】
2014238347.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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