(57)【要約】【課題】  トランジェント信号の周波数帯域外に大きなパワーの雑音源が存在する場合でもトランジェント信号が検出できるようにする。【解決手段】  フーリエ変換された信号をＰＤＡＧＣ処理して、当該信号を正規化した正規化信号を出力すると共に、信号から音源の方位を算出して方位信号として出力する信号処理ユニットと、正規化信号と方位信号との少なくとも１つを周波数加算して、継続時間の短い信号を抽出した雑音除去信号を生成出力する雑音除去ユニットと、雑音除去信号に基づき画像を表示する表示部と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フーリエ変換された信号をＰＤＡＧＣ処理して、当該信号を正規化した正規化信号を出力すると共に、前記信号から音源の方位を算出して方位信号として出力する信号処理ユニットと、
前記正規化信号と前記方位信号との少なくとも１つを周波数加算して、継続時間の短い信号を抽出した雑音除去信号を生成出力する雑音除去ユニットと、
前記雑音除去信号に基づき画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とするパッシブソーナー装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパッシブソーナー装置であって、
前記雑音除去ユニットは、
前記正規化信号と前記方位信号との少なくとも１つを周波数加算して度数信号として出力する加算部と、
前記度数信号の平均値を算出し、前記度数信号から当該平均値を減算して雑音除去信号として出力する減算部と、
予め設定された閾値より大きい前記雑音除去信号を抽出して抽出信号として出力する信号検出部と、
を備えることを特徴とするパッシブソーナー装置。
【請求項３】
請求項２に記載のパッシブソーナー装置であって、
前記加算部は、前記正規化信号から前記度数信号を算出する際に、所定の時間間隔で前記正規化信号のレベルを加算したレベル度数を導出して、所定時間にわたるレベル度数分布を算出して出力することを特徴とするパッシブソーナー装置。
【請求項４】
請求項２に記載のパッシブソーナー装置であって、
前記加算部は、前記方位信号から前記度数信号を算出する際に、所定の方位範囲に含まれる方位信号を加算した方位度数を導出して、所定方位範囲にわたる方位度数分布を算出して出力することを特徴とするパッシブソーナー装置。
【請求項５】
請求項２乃至４のいずれか１項に記載のパッシブソーナー装置であって、
前記表示部は、前記減算部からの雑音除去信号を画像表示すると共に、前記信号検出部からの前記抽出信号を画像で表示し、又は文字情報で表示することを特徴とするパッシブソーナー装置。
【請求項６】
フーリエ変換された信号をＰＤＡＧＣ処理して、当該信号を正規化した正規化信号を出力すると共に、前記信号から音源の方位を算出して方位信号として出力する信号処理手順と、
前記正規化信号と前記方位信号との少なくとも１つを周波数加算して、継続時間の短い信号を抽出した雑音除去信号を生成出力する雑音除去手順と、
前記雑音除去信号に基づき画像を表示する表示手順と、を含むことを特徴とするトランジェント信号処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載のトランジェント信号処理方法であって、
前記雑音除去手順は、
前記正規化信号と前記方位信号との少なくとも１つを周波数加算して度数信号として出力する加算手順と、
前記度数信号の平均値を算出し、前記度数信号から当該平均値を減算して雑音除去信号として出力する減算手順と、
予め設定された閾値より大きい前記雑音除去信号を抽出して抽出信号として出力する信号検出手順と、を含むことを特徴とするトランジェント信号処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載のトランジェント信号処理方法であって、
前記加算手順は、前記正規化信号から前記度数信号を算出する際に、所定の時間間隔で前記正規化信号のレベルを加算したレベル度数を導出して、所定時間にわたるレベル度数分布を算出して出力することを特徴とするトランジェント信号処理方法。
【請求項９】
請求項７に記載のトランジェント信号処理方法であって、
前記加算手順は、前記方位信号から前記度数信号を算出する際に、所定の方位範囲に含まれる方位信号を加算した方位度数を導出して、所定方位範囲にわたる方位度数分布を算出して出力することを特徴とするトランジェント信号処理方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載のトランジェント信号処理方法であって、
前記表示手順は、前記減算手順からの雑音除去信号を画像表示すると共に、前記信号検出手順からの前記抽出信号を画像で表示し、又は文字情報で表示することを特徴とするトランジェント信号処理方法。
【請求項１１】
フーリエ変換された信号をＰＤＡＧＣ処理して、当該信号を正規化した正規化信号を出力すると共に、前記信号から音源の方位を算出して方位信号として出力する信号処理ステップと、
前記正規化信号と前記方位信号との少なくとも１つを周波数加算して、継続時間の短い信号を抽出した雑音除去信号を生成出力する雑音除去ステップと、
前記雑音除去信号に基づき画像を表示する表示ステップと、を含むことを特徴とするトランジェント信号処理プログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のトランジェント信号処理プログラムであって、
前記雑音除去ステップは、
前記正規化信号と前記方位信号との少なくとも１つを周波数加算して度数信号として出力する加算ステップと、
前記度数信号の平均値を算出し、前記度数信号から当該平均値を減算して雑音除去信号として出力する減算ステップと、
予め設定された閾値より大きい前記雑音除去信号を抽出して抽出信号として出力する信号検出ステップと、を含むことを特徴とするトランジェント信号処理プログラム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のトランジェント信号処理プログラムであって、
前記加算ステップは、前記正規化信号から前記度数信号を算出する際に、所定の時間間隔で前記正規化信号のレベルを加算したレベル度数を導出して、所定時間にわたるレベル度数分布を算出して出力することを特徴とするトランジェント信号処理プログラム。
【請求項１４】
請求項１２に記載のトランジェント信号処理プログラムであって、
前記加算ステップは、前記方位信号から前記度数信号を算出する際に、所定の方位範囲に含まれる方位信号を加算した方位度数を導出して、所定方位範囲にわたる方位度数分布を算出して出力することを特徴とするトランジェント信号処理プログラム。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載のトランジェント信号処理プログラムであって、
前記表示ステップは、前記減算ステップからの雑音除去信号を画像表示すると共に、前記信号検出ステップからの前記抽出信号を画像で表示し、又は文字情報で表示することを特徴とするトランジェント信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッシブソーナー装置、トランジェント信号処理方法及びその信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パッシブソーナーは、水中（水面含む）に存在する目標が発生する音波を捉え、目標の存在と目標位置（方位）算出する装置である。このような受信音波には、目標が発する音の中で時間的に連続しない、又は、短い時間だけ継続する過渡音がある。以下、受信音波による信号を受信信号、過渡音による信号をトランジェント信号と記載する。
【０００３】
このようなトランジェント信号の分析手法には、２つの代表的な手法が知られている。１つの手法は、フーリエ変換（ＦＦＴ）により周波数分析する方法である。特に、トランジェント信号を分析する場合は、継続時間が短いために短時間ＦＦＴといわれる方法が用いられる。他の一つは、受信信号を検波してパワー分析する方法である。
【０００４】
特開平１０−１７７０６６号公報においては、パワー分析を用いてトランジェント信号を検出する技術が開示されている（を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７７０６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、トランジェント信号の周波数帯域外に大きなパワーの雑音が存在する場合は、パワー分析によるトランジェント信号の検出が困難であった。
【０００７】
そこで、本発明の主目的は、トランジェント信号の周波数帯域外に大きなパワーの雑音源が存在する場合でもトランジェント信号が検出できるようにしたパッシブソーナー装置、トランジェント信号処理方法及びその信号処理プログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、パッシブソーナー装置に係る発明は、フーリエ変換された信号をＰＤＡＧＣ処理して、当該信号を正規化した正規化信号を出力すると共に、信号から音源の方位を算出して方位信号として出力する信号処理ユニットと、正規化信号と方位信号との少なくとも１つを周波数加算して、継続時間の短い信号を抽出した雑音除去信号を生成出力する雑音除去ユニットと、雑音除去信号に基づき画像を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、トランジェント信号処理方法にかかる発明は、フーリエ変換された信号をＰＤＡＧＣ処理して、当該信号を正規化した正規化信号を出力すると共に、信号から音源の方位を算出して方位信号として出力する信号処理手順と、正規化信号と方位信号との少なくとも１つを周波数加算して、継続時間の短い信号を抽出した雑音除去信号を生成出力する雑音除去手順と、雑音除去信号に基づき画像を表示する表示手順と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
さらに、トランジェント信号処理プログラムに係る発明は、フーリエ変換された信号をＰＤＡＧＣ処理して、当該信号を正規化した正規化信号を出力すると共に、信号から音源の方位を算出して方位信号として出力する信号処理ステップと、正規化信号と方位信号との少なくとも１つを周波数加算して、継続時間の短い信号を抽出した雑音除去信号を生成出力する雑音除去ステップと、雑音除去信号に基づき画像を表示する表示ステップと、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、トランジェント信号の帯域外に大きなパワーの雑音源が存在する場合でもトランジェント信号が検出できるようになり、表示の視認性や信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るパッシブソーナー装置のブロック図である。
【図２】パッシブソーナー装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】受信信号に対してＰＤＡＧＣ処理を行い得られた正規化信号を示した図である。
【図４】ＰＤＡＧＣ処理の前後の信号（ＦＦＴ信号及び正規化信号）を模式的に示した分布図で、（ａ）はＰＤＡＧＣ処理前のＦＦＴ信号の周波数−時間分布、（ｂ）はＰＤＡＧＣ処理後の正規化信号の周波数−時間分布である。
【図５】ＰＤＡＧＣ処理の前後の信号を模式的に示した分布図、（ａ）はＰＤＡＧＣ処理前のＦＦＴ信号のレベル−周波数分布を示し、（ｂ）はＰＤＡＧＣ処理後の正規化信号のレベル−周波数分布を示した図である。
【図６】ＡＧＣ加算処理を説明する図で、（ａ）は図５（ｂ）で示したレベル分布図であり、（ｂ）は加算値を時間で示したレベル度数分布である。
【図７】セクタ加算処理を説明する図で、図７（ａ）は方位信号を示した図であり、図７（ｂ）は方位度数分布を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係るパッシブソーナー装置２のブロック図である。このパッシブソーナー装置２は、信号処理ユニット４、雑音除去ユニット６、表示部８を含んでいる。
【００１４】
信号処理ユニット４は、ＦＦＴ部１１、正規化部１２、方位計算部１３を含んでいる。そして、信号処理ユニット１０には、全方位からの信号を検出するオムニ（ＯＭＮＩ）信号、南北方向に指向性を持つＮＳ信号、東西方向に指向性を持つＥＷ信号を含む受信信号が入力する。そこで、信号処理ユニット１０は、受信信号に基づき正規化信号を生成すると共に、方位信号を生成して出力する。
【００１５】
雑音除去ユニット６は、加算部１４、減算部１５、信号検出部１６を含んでいる。そして、雑音除去ユニット６には正規化信号及び方位信号が入力して、これらの信号に対してＡＧＣ加算処理及びセクタ加算処理を行うことにより雑音が除去された雑音除去信号を生成し、またトランジェント信号を抽出した抽出信号を生成して出力する。
【００１６】
以下、各要素の詳細な構成及びその動作を図２に示すフローチャート及び図３〜図７を参照して説明する。
【００１７】
ステップＳ１：  ＦＦＴ部１１は、受信信号に対してＦＦＴ処理を行う。このＦＦＴ処理は、信号を所定の時間窓で切り取り、切り取った時間毎の受信信号を高速フーリエ変換することにより周波数スペクトルを導出する処理である。
【００１８】
ステップＳ２：  正規化部１２は、ＦＦＴ処理された信号の正規化を行い、これを正規化信号として出力する。この正規化方法としては公知の方法が適用できる。例えば、ＦＦＴ部１１で導出された周波数スペクトルの時間軸上での変動を抑制するため、入力した信号を所定の時定数で積分して正規化するポスト・デイテクト・オートマテック・ゲイン・コントロール（ＰＤＡＧＣ：Ｐｏｓｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）が適用できる。
【００１９】
即ち、このＰＤＡＧＣ処理は、周波数毎に予め設定した時間方向の指数移動平均（積分）を求め、その平均値でその周波数の振幅レベルを除算する等により、局所的な正規化を行う。そして、このような正規化を全ての周波数について順次実施する。このとき、周波数が低周波の場合は時定数を長い時間に設定し、高周波の場合は時定数を短い時間に設定することで、雑音の適切な除去が行える。このときＰＤＡＧＣ処理においてはフィルタを用いないので、簡単な構成で雑音除去が可能になる。
【００２０】
図３は、受信信号に対してＰＤＡＧＣ処理を行い得られた正規化信号を示した図である。また、図４は、ＰＤＡＧＣ処理の前後の信号（ＦＦＴ信号及び正規化信号）を模式的に示した分布図で、図４（ａ）はＰＤＡＧＣ処理前のＦＦＴ信号の周波数−時間分布、図４（ｂ）はＰＤＡＧＣ処理後の正規化信号の周波数−時間分布である。図５も図４と同様にＰＤＡＧＣ処理の前後の信号を模式的に示した分布図である。但し、図５（ａ）はＰＤＡＧＣ処理前のＦＦＴ信号のレベル−周波数分布を示し、図５（ｂ）はＰＤＡＧＣ処理後の正規化信号のレベル−周波数分布を示している。特に、図４から明瞭に解るように、ＦＦＴ信号に対してＰＤＡＧＣ処理を行うことにより、継続時間の長い信号が抑圧又は除去された（即ち、トランジェント信号が残った）、正規化信号が得られる。
【００２１】
ステップＳ３：  方位計算部１３は、ＮＳ信号やＥＷ信号に基づきＯＭＮＩ信号のフーリエ変換による周波数スペクトルが示す方位を算出する。この算出結果は、方位信号として雑音除去ユニット６に出力される。
【００２２】
ステップＳ４：  加算部１４は、正規化信号又は方位信号を周波数加算して度数信号を出力する。このとき、正規化信号に対して周波数加算処理（以下、ＡＧＣ加算処理という）を行うか、方位信号に対して周波数加算処理（以下、セクタ加算処理という）を行うかは、ユーザによる選択指示が可能になっている。しかし、本実施形態はかかる構成に限定するものではなく、デフォルトとして両方の処理を自動的に行い、ユーザが表示部８における表示画面を見ながら選択できるようにしても良い。
【００２３】
（ＡＧＣ加算処理）
ユーザがＡＧＣ加算処理を選択した場合、加算部１４は図５（ｂ）に示すようなＰＤＡＧＣ処理による正規化信号を周波数について加算する。図６は、このことを説明する図で、図６（ａ）は図５（ｂ）で示したレベル分布図であり、図６（ｂ）は加算値（ＡＧＣ加算処理により得られた値）を時間で示したレベル度数分布を示している。
【００２４】
加算部１４は、全周波数にわたってレベルを加算（レベル度数）して加算値を算出し、この加算値を度数信号として出力する。なお、図６（ａ）は或時間での周波数に対するレベル分布を示し、この加算値（レベル度数）が図６（ｂ）における斜線に対応している。
（セクタ加算処理）
一方、ユーザがセクタ加算処理を選択した場合は、方位信号の周波数加算が行われて、度数信号が出力される。図７は、セクタ加算処理を説明する図である。以下、セクタ加算処理に得られた結果を方位度数、この方位度数分布を度数信号として出力する。図７（ａ）は方位信号を示した図であり、図７（ｂ）は方位度数分布を示した図である。なお、図７（ｂ）は、加算方位範囲を４５度とした場合を例示している。そして、例えば中心方位９０度は、方位６７．５度〜１１２．５度の範囲の加算値（方位度数）である。
【００２５】
以下、適宜、レベル度数及び方位度数を単に度数と記載する。
【００２６】
ステップＳ５：  減算部１５は、レベル度数又は方位度数の平均値（度数平均値）を算出して、レベル度数又は方位度数から度数平均値を減算する。
【００２７】
ＡＧＣ加算処理の場合、減算部１５は、レベル度数の時間に対する平均値を算出する。一方、セクタ加算処理の場合、減算部１５は、方位度数の中心方位に対する平均値を算出する。図６（ｂ）及び図７（ｂ）における点線は度数平均値を示している。
【００２８】
そして、減算部１５は、レベル度数又は方位度数から度数平均値を減算する。これにより、無指向性の雑音が除去された雑音除去信号を取得することができる。即ち、トランジェント信号の帯域外に大きなパワーの雑音源が存在する場合でもトランジェント信号が高精度に検出できるようになる。雑音除去信号は、信号検出部１６及び表示部８に出力される。
【００２９】
ステップＳ６：  信号検出部１６は、雑音除去信号に対して予め設定された閾値で、閾値処理を行う。そして、この閾値より大きい値の信号を抽出して、抽出信号として表示部８に出力される。抽出された信号は、トランジェント信号を示している。
【００３０】
ステップＳ７：  表示部８は、雑音除去信号や抽出信号を画像表示する。このとき、表示部８は雑音除去信号を画像表示すると共に、その上に抽出信号を画像表示する。抽出信号を画像表示することにより、トランジェント信号を強調して表示することが可能になる。無論、本実施形態は抽出信号を画像表示することに限定するものではなく、文字情報として表示しても良い。
【００３１】
そして、ユーザは表示をＡＧＣ加算処理に基づく画像を表示させるか、セクタ加算処理に基づく画像を表示させるかを加算部１４に指示する。これにより、ＡＧＣ加算処理に基づく画像が表示されている場合には、セクタ加算処理に基づく画像が表示できるようになる。
【００３２】
以上により、トランジェント信号の帯域外に大きなパワーの雑音源が存在する場合でもトランジェント信号が検出できるようになる。
【００３３】
また、ＡＧＣ加算処理とセクタ加算処理とに基づく画像が選択できるようになるため、ユーザの要求に適合した画像表示が可能になり、利便性が向上する。
【符号の説明】
【００３４】
２    パッシブソーナー装置
４    信号処理ユニット
６    雑音除去ユニット
８    表示部
１０    信号処理ユニット
１２    正規化部
１３    方位計算部
１４    加算部
１５    減算部
１６    信号検出部
【図１】
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【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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【図７】
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