(57)【要約】【課題】エコー信号に含まれる残響信号を、より確実に低減でき、且つ、エコー信号に含まれる所望エコー成分を、より確実に検出できる、エコー信号処理装置、水中探知装置、レーダ装置、エコー信号処理方法、及びエコー信号処理プログラムを提供する。【解決手段】エコー信号処理装置４は、残響推定部４１を備える。残響推定部４１は、受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られる複数の受信信号レベルｘ（ｎ）を用いて、複数の残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を算出する。具体的には、残響推定部４１は、受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、残響信号レベルに関連付けられた第１参照信号レベルｚ１（ｎ）を算出する。残響推定部４１は、受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、受信信号レベルｘ（ｎ）と、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）との関係に基づいて、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を算出可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られる複数の受信信号レベルを用いて、複数の前記受信信号レベルのそれぞれに含まれる残響信号レベルの推定結果としての、複数の残響推定信号レベルを算出する、残響推定部と、
複数の前記受信信号レベルについて、それぞれ、対応する前記残響推定信号レベルに基づくゲイン係数を設定する、ゲイン係数設定部と、
複数の前記受信信号レベルに、対応する前記ゲイン係数をそれぞれ乗算する乗算部と、を備え、
前記残響推定部は、前記受信信号レベル毎に、前記残響信号レベルに関連付けられた参照信号レベルを算出し、且つ、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルと、対応する前記参照信号レベルとの関係に基づいて、前記残響推定信号レベルを算出可能であることを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエコー信号処理装置であって、
前記残響推定部は、複数の前記受信信号レベルを平滑化するフィルタを含み、
前記フィルタは、所定のフィルタ係数によって、複数の前記受信信号レベルを平滑化する度合いを設定されており、
前記残響推定部は、平滑化された前記受信信号レベルを、前記参照信号レベルとして使用可能であることを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載のエコー信号処理装置であって、
前記残響推定部は、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルと対応する前記参照信号レベルとの大小関係を判定する、大小判定部を有し、
前記残響推定部は、前記大小判定部の判定結果に基づいて、前記フィルタ係数を設定し、
前記フィルタは、前記フィルタ係数を用いて、複数の前記受信信号レベルを平滑化し、この平滑化によって得られた信号レベルを、前記残響推定信号レベルとして出力することを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエコー信号処理装置であって、
前記フィルタは、
前記受信信号レベルが、対応する前記参照信号レベルよりも小さい場合、前記フィルタ係数として所定の第１の値を用いて、前記残響推定信号レベルを算出し、
前記受信信号レベルが、対応する前記参照信号レベルよりも大きい場合、前記フィルタ係数として、前記第１の値よりも平滑化を大きくする第２の値を用いて、前記残響推定信号レベルを算出することを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載のエコー信号処理装置であって、
前記フィルタは、前記フィルタ係数として前記第２の値を用いて、前記参照信号レベルを算出することを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のエコー信号処理装置であって、
前記残響推定部は、レベル判定部を含み、
前記レベル判定部は、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルがサンプリングされた第１時刻よりも過去の第２時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルに対応する前記残響推定信号レベルに関連する第１しきい値と、前記第１時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルとの関係を判定し、
前記残響推定部は、前記第１時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルが前記第１しきい値より大きい場合、前記第２時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルにおける前記残響推定信号レベルを、前記第１時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルにおける前記残響推定信号レベルとして用いることを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項７】
請求項６に記載のエコー信号処理装置であって、
前記残響推定部は、前記第１時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルが前記第１しきい値より小さい場合、前記受信信号レベルと、対応する前記参照信号レベルとの関係に基づいて、前記残響推定信号レベルを算出可能であることを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載のエコー信号処理装置であって、
前記第１しきい値は、前記第２時刻でサンプリングされた前記受信信号における前記残響推定信号レベルに比例する値と、所定の第１補正定数と、を加算した値であることを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項９】
請求項８に記載のエコー信号処理装置であって、
前記エコー信号処理装置は、前記第１補正定数を算出する、第１補正定数算出部を更に備え、
前記第１補正定数算出部は、複数の前記受信信号レベルを平滑化して得られた予備推定信号レベルに基づいて、前記第１補正定数を設定することを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載のエコー信号処理装置であって、
前記ゲイン係数設定部は、前記受信信号レベルが、前記残響推定信号レベルに関連する所定の第２しきい値より大きい場合、前記ゲイン係数を一定の値に設定することを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエコー信号処理装置であって、
前記ゲイン係数設定部は、前記受信信号レベルが所定の第２しきい値より小さい場合、前記受信信号レベルが小さいほど、前記ゲイン係数を小さく設定することを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１に記載のエコー信号処理装置であって、
前記第２しきい値は、前記残響推定信号レベルに比例する値と、所定の第２補正定数と、を加算した値であることを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載のエコー信号処理装置であって、
前記エコー信号処理装置は、前記第２補正定数を算出する、第２補正定数算出部を更に備え、
前記第２補正定数算出部は、複数の前記受信信号レベルを平滑化処理して得られた予備推定信号レベルに基づいて、前記第２補正定数を設定することを特徴とする、エコー信号処理装置。
【請求項１４】
水中に超音波を送信するとともに、水中からの信号を受信する送受波器と、
前記送受波器に送信波を出力するとともに、前記送受波器で受信された前記信号を所定の時間間隔でサンプリングして受信信号を生成する送受信装置と、
請求項１乃至請求項１３の何れか１項に記載のエコー信号処理装置と、
を備える、水中探知装置。
【請求項１５】
空中に電磁波を送信するとともに、空中からの信号を受信する送受波器と、
前記送受波器に送信波を出力するとともに、前記送受波器で受信された前記信号を所定の時間間隔でサンプリングして受信信号を生成する送受信装置と、
請求項１乃至請求項１３の何れか１項に記載のエコー信号処理装置と、
を備える、レーダ装置。
【請求項１６】
受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られる複数の受信信号レベルを用いて、複数の前記受信信号レベルのそれぞれに含まれる残響信号レベルの推定結果としての、複数の残響推定信号レベルを算出する、残響推定ステップと、
複数の前記受信信号レベルについて、それぞれ、対応する前記残響推定信号レベルに基づくゲイン係数を設定する、ゲイン係数設定ステップと、
複数の前記受信信号レベルに、対応する前記ゲイン係数をそれぞれ乗算する乗算ステップと、を含み、
前記残響推定ステップでは、前記受信信号レベル毎に、前記残響信号レベルに関連付けられた参照信号レベルを算出し、且つ、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルと、対応する前記参照信号レベルとの関係に基づいて、前記残響推定信号レベルを算出することを特徴とする、エコー信号処理方法。
【請求項１７】
受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られる受信信号の複数の受信信号レベルを用いて、複数の前記受信信号レベルのそれぞれに含まれる残響信号レベルの推定結果としての、複数の残響推定信号レベルを算出する、残響推定ステップと、
複数の前記受信信号レベルについて、それぞれ、対応する前記残響推定信号レベルに基づくゲイン係数を設定する、ゲイン係数設定ステップと、
複数の前記受信信号レベルに、対応する前記ゲイン係数をそれぞれ乗算する乗算ステップと、をコンピュータに実行させ、
前記残響推定ステップでは、前記受信信号レベル毎に、前記残響信号レベルに関連付けられた参照信号レベルを算出し、且つ、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルと、対応する前記参照信号レベルとの関係に基づいて、前記残響推定信号レベルを算出することを特徴とする、エコー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、エコー信号処理装置、水中探知装置、レーダ装置、エコー信号処理方法、及びエコー信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スキャニングソナー又はサーチライトソナー等の水中探知装置は、送受波器を備えている。送受波器は、水中に超音波を送信した後、物標からの反射波であるエコーを受信する。そして、水中探知装置は、受信したエコーに基づいて、魚群等、水中の情報に関する画像を生成し、表示装置にその画像を表示する。
【０００３】
送受波器によって受信されるエコーには、大きく分けて所望エコーと残響とがある。所望エコーとは、魚群、漁網、及び航跡等からのエコーであり、表示装置に表示されるべきエコーを意味する。また、残響（Reverberation）とは、海面、海底、及びプランクトン等からのエコーであり、表示装置に表示されない方が好ましいエコーを意味する。なお、一般的には、所望エコーのレベルは、当該所望エコーの周囲の残響のレベルよりも大きい。
【０００４】
ところで、水中を伝播する超音波は、その伝播する距離にしたがって減衰する。よって、水中探知装置は、この減衰を補償するために、エコーに対してＴＶＧ（Time Varied Gain）処理を行う。すなわち、水中探知装置は、受信信号に対して、その受信信号の伝搬距離にしたがって増大するゲインを乗算する。これにより、近方からのエコーを遠方からのエコーと同等のレベルで、表示装置に表示することができる。
【０００５】
しかしながら、残響が長時間にわたって継続する場合、ＴＶＧ処理を受信信号に行うと、時間とともに残響レベルが増大する。一方、表示装置が識別可能に表示できる信号レベルには限界（上限値）がある。したがって、残響レベルがこの上限値に達してしまうと、残響と所望エコーとの識別が困難になってしまうという問題がある。
【０００６】
このような問題に対して、非特許文献１には、受信信号の振幅値が大きい場合には、ゲインの増大を停止する方法が開示されている。このように、残響を低減するために調整されたゲインは、ＲＣＧ（Reverberation Controlled gain）と呼ばれている。
【０００７】
また、特許文献２には、残響が存在している場合でも所望エコーを確実に視認可能な画像を生成するための水中探知装置が開示されている。この水中探知装置は、自船から所定のレンジ（距離）における、信号レベルの平均値を算出する。但し、水中探知装置は、一定以上の突出して大きな信号レベルを除いて、上記の平均値を算出する。そして、この水中探知装置は、この平均値に基づいて、レベル変換される信号レベルの上限値となる変換最大レベルを決定する。そして、水中探知装置は、検出された信号レベルのうち、上記変換最大レベル以下の信号レベルを、検出された信号レベルよりも低い信号レベルに変換する。
【０００８】
上記特許文献２に記載の構成によると、信号レベルの低いエコーとしての残響は、より低い信号レベルに変換される。また、信号レベルの高いエコーとしての所望エコーは、信号レベルを低下されない。これにより、表示装置において、所望エコーと、残響とを、より大きく異なる色や明るさで、明確に識別できるように表示できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａ．Ａ．  Ｗｉｎｄｅｒ，”ＩＩ．Ｓｏｎａｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，”ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｓｏｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，”Ｖｏｌ．ｓｕ−２２，ｐｐ．２９１−３３２，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  １９７５．
【特許文献２】特開２００８−２４１３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
例えば、海底等の残響源が広範囲に亘って存在し、且つ、当該残響源よりも遠方に、魚群等の所望エコー源が存在する場合を考える。この場合、所望エコー源は、水中探知装置からの距離が遠いため、水中探知装置で受信される際の所望エコーの信号レベルは、微弱である。一方で、ＲＣＧ機能が動作した場合、遠方からのエコーに対するゲイン（増幅率）の増大は、妨げられる。このため、所望エコーの信号レベルは、十分に増幅されない。したがって、表示装置において、所望エコーは、明確に表示されず、オペレータは、所望エコーを視認し難い。
【００１１】
また、例えば、水中探知装置の周囲に大規模な魚群が存在する場合を考える。この場合、水中探知装置によって検出される信号レベルは、全般的に高くなる。このため、特許文献２に記載の水中探知装置では、この信号レベルの平均値は、魚群からの所望エコーの信号レベルに近い値となる。このため、この水中探知装置は、所望エコーの信号レベルを低減してしまう。また、この水中探知装置は、水中探知装置からのレンジが同一である受信ビームに対しては、方位に拘わらず、同一のレベル変換処理を行う。このため、残響レベルが、方位によって異なる場合には、最適なレベル変換を行えない。
【００１２】
そこで、本発明は、エコー信号に含まれる残響信号を、より確実に低減でき、且つ、エコー信号に含まれる所望エコー成分を、より確実に検出できる、エコー信号処理装置、水中探知装置、レーダ装置、エコー信号処理方法、及びエコー信号処理プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るエコー信号処理装置は、残響推定部と、ゲイン係数設定部と、乗算部と、を備える。前記残響推定部は、受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られる複数の受信信号レベルを用いて、複数の前記受信信号レベルのそれぞれに含まれる残響信号レベルの推定結果としての、複数の残響推定信号レベルを算出する。前記ゲイン係数設定部は、複数の前記受信信号レベルについて、それぞれ、対応する前記残響推定信号レベルに基づくゲイン係数を設定する。前記乗算部は、複数の前記受信信号レベルに、対応する前記ゲイン係数をそれぞれ乗算する。前記残響推定部は、前記受信信号レベル毎に、前記残響信号レベルに関連付けられた参照信号レベルを算出し、且つ、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルと、対応する前記参照信号レベルとの関係に基づいて、前記残響推定信号レベルを算出可能である。
【００１４】
（２）好ましくは、前記残響推定部は、複数の前記受信信号レベルを平滑化するフィルタを含む。前記フィルタは、所定のフィルタ係数によって、複数の前記受信信号レベルを平滑化する度合いを設定されている。前記残響推定部は、平滑化された前記受信信号レベルを、前記参照信号レベルとして使用可能である。
【００１５】
（３）より好ましくは、前記残響推定部は、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルと対応する前記参照信号レベルとの大小関係を判定する、大小判定部を有する。前記残響推定部は、前記大小判定部の判定結果に基づいて、前記フィルタ係数を設定する。前記フィルタは、前記フィルタ係数を用いて、複数の前記受信信号レベルを平滑化し、この平滑化によって得られた信号レベルを、前記残響推定信号レベルとして出力する。
【００１６】
（４）より好ましくは、前記フィルタは、前記受信信号レベルが、対応する前記参照信号レベルよりも小さい場合、前記フィルタ係数として所定の第１の値を用いて、前記残響推定信号レベルを算出する。また、前記フィルタは、前記受信信号レベルが、対応する前記参照信号レベルよりも大きい場合、前記フィルタ係数として、前記第１の値よりも平滑化を大きくする第２の値を用いて、前記残響推定信号レベルを算出する。
【００１７】
（５）より好ましくは、前記フィルタは、前記フィルタ係数として前記第２の値を用いて、前記参照信号レベルを算出する。
【００１８】
（６）好ましくは、前記残響推定部は、レベル判定部を含む。前記レベル判定部は、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルがサンプリングされた第１時刻よりも過去の第２時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルに対応する前記残響推定信号レベルに関連する第１しきい値と、前記第１時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルとの関係を判定する。前記残響推定部は、前記第１時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルが前記第１しきい値より大きい場合、前記第２時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルにおける前記残響推定信号レベルを、前記第１時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルにおける前記残響推定信号レベルとして用いる。
【００１９】
（７）より好ましくは、前記残響推定部は、前記第１時刻でサンプリングされた前記受信信号レベルが前記第１しきい値より小さい場合、前記受信信号レベルと、対応する前記参照信号レベルとの関係に基づいて、前記残響推定信号レベルを算出可能である。
【００２０】
（８）好ましくは、前記第１しきい値は、前記第２時刻でサンプリングされた前記受信信号における前記残響推定信号レベルに比例する値と、所定の第１補正定数と、を加算した値である。
【００２１】
（９）より好ましくは、前記エコー信号処理装置は、前記第１補正定数を算出する、第１補正定数算出部を更に備える。前記第１補正定数算出部は、複数の前記受信信号レベルを平滑化して得られた予備推定信号レベルに基づいて、前記第１補正定数を設定する。
【００２２】
（１０）好ましくは、前記ゲイン係数設定部は、前記受信信号レベルが、前記残響推定信号レベルに関連する所定の第２しきい値より大きい場合、前記ゲイン係数を一定の値に設定する。
【００２３】
（１１）より好ましくは、前記ゲイン係数設定部は、前記受信信号レベルが所定の第２しきい値より小さい場合、前記受信信号レベルが小さいほど、前記ゲイン係数を小さく設定する。
【００２４】
（１２）好ましくは、前記第２しきい値は、前記残響推定信号レベルに比例する値と、所定の第２補正定数と、を加算した値である。
【００２５】
（１３）より好ましくは、前記エコー信号処理装置は、前記第２補正定数を算出する、第２補正定数算出部を更に備える。前記第２補正定数算出部は、複数の前記受信信号レベルを平滑化処理して得られた予備推定信号レベルに基づいて、前記第２補正定数を設定する。
【００２６】
（１４）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知装置は、送受波器と、送受信装置と、前記エコー信号処理装置と、を備える。前記送受波器は、水中に超音波を送信するとともに、水中からの信号を受信する。前記送受信装置は、前記送受波器に送信波を出力するとともに、前記送受波器で受信された前記信号を所定の時間間隔でサンプリングして受信信号を生成する。
【００２７】
（１５）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るレーダ装置は、送受波器としてのアンテナと、送受信装置と、前記エコー信号処理装置と、を備える。前記送受波器は、空中に電磁波を送信するとともに、空中からの信号を受信する。前記送受信装置は、前記送受波器に送信波を出力するとともに、前記送受波器で受信された前記信号を所定の時間間隔でサンプリングして受信信号を生成する。
【００２８】
（１６）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るエコー信号処理方法は、残響推定ステップと、ゲイン係数設定ステップと、乗算ステップと、を含む。前記残響推定ステップでは、受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られる複数の受信信号レベルを用いて、複数の前記受信信号レベルのそれぞれに含まれる残響信号レベルの推定結果としての、複数の残響推定信号レベルを算出する。前記ゲイン係数設定ステップでは、複数の前記受信信号レベルについて、それぞれ、対応する前記残響推定信号レベルに基づくゲイン係数を設定する。前記乗算ステップでは、複数の前記受信信号レベルに、対応する前記ゲイン係数をそれぞれ乗算する。前記残響推定ステップでは、前記受信信号レベル毎に、前記残響信号レベルに関連付けられた参照信号レベルを算出し、且つ、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルと、対応する前記参照信号レベルとの関係に基づいて、前記残響推定信号レベルを算出する。
【００２９】
（１７）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るエコー信号処理プログラムは、コンピュータに、残響推定ステップと、ゲイン係数設定ステップと、乗算ステップと、を実行させる。前記残響推定ステップでは、受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られる複数の受信信号レベルを用いて、複数の前記受信信号レベルのそれぞれに含まれる残響信号レベルの推定結果としての、複数の残響推定信号レベルを算出する。前記ゲイン係数設定ステップでは、複数の前記受信信号レベルについて、それぞれ、対応する前記残響推定信号レベルに基づくゲイン係数を設定する。前記乗算ステップでは、複数の前記受信信号レベルに、対応する前記ゲイン係数をそれぞれ乗算する。前記残響推定ステップでは、前記受信信号レベル毎に、前記残響信号レベルに関連付けられた参照信号レベルを算出し、且つ、前記受信信号レベル毎に、前記受信信号レベルと、対応する前記参照信号レベルとの関係に基づいて、前記残響推定信号レベルを算出する。
【発明の効果】
【００３０】
エコー信号に含まれる残響信号を、より確実に低減でき、且つ、エコー信号に含まれる所望エコー成分を、より確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１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】受信ビーム形成部で生成された受信信号を示すグラフであり、残響推定信号も示している。
【図３】残響推定部の構成を示すブロック図である。
【図４】予備推定部の構成を示すブロック図である。
【図５】補正定数算出部の構成を示すブロック図である。
【図６】予備推定部の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。
【図７】補正定数算出部における処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。
【図８】残響推定部の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。
【図９】ゲイン算出部の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る水中探知装置の残響推定部の構成を示すブロック図である。
【図１１】受信ビーム形成部で生成された受信信号を示すグラフであり、残響推定信号も示している。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る水中探知装置の残響推定部の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る残響推定部における処理の流れの一例を説明するためフローチャートである。
【図１４】受信信号を示すグラフであり、残響推定信号も示している。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る水中探知装置の残響推定部の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の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。
【図１７】比較例の構成を示すブロック図である。
【図１８】実施例１〜３、及び比較例のそれぞれにおける、受信信号及び残響推定信号を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下では図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００３３】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１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。本実施形態の水中探知装置は、例えば、漁船などの船舶に備えられている。以下では、水中探知装置を備えている船舶を「自船」という。なお、第１実施形態では、水中探知装置としてスキャニングソナーを例に説明する。
【００３４】
図１に示すように、本実施形態に係る水中探知装置１は、送受波器２、送受信装置３、エコー信号処理装置４、及び表示装置５を備えている。尚、水中探知装置１は、表示装置５を備えていなくてもよい。この場合、水中探知装置１は、エコー信号処理装置４から出力した表示用データＤ１（ｎ）を、外部の表示装置で表示させる構成とすることができる。
【００３５】
［送受波器］
送受波器２は、超音波を送受信する機能を有し、自船の船底に取り付けられている。なお、送受波器２は、略円筒形状であって、その軸方向が垂直方向に沿い、半径方向が水平方向に沿うように配置されている。
【００３６】
詳細には、送受波器２は、略円筒形状の筐体と、この筐体の外周面に取り付けられた複数の超音波振動子と、を有している。超音波振動子は、超音波を水中に送信するとともに、水中からのエコー信号を受信し、このエコー信号を電気信号に変換して受信信号を生成する。なお、本実施形態において、送受波器２は、筐体が円筒形の場合を示したけれども、形状は特に限定されず、例えば、球形等のように他の形状とすることもできる。
【００３７】
送受波器２によって受信されるエコーは、主に、所望エコーと、残響と、を含んでいる。所望エコーとは、魚群、漁網、及び航跡等からのエコーであり、表示装置に表示されるべきエコーを意味する。また、残響（Reverberation）とは、海面、海底、及びプランクトン等からのエコーであり、表示装置に表示されない方が好ましいエコーを意味する。本実施形態では、所望エコーのレベルは、当該所望エコーの周囲の残響のレベルよりも大きいとの前提で、説明する。
【００３８】
［送受信装置］
送受信装置３は、送受切替部３１、送信信号生成部３２、増幅部３３、Ａ／Ｄ変換部３４、及び受信ビーム形成部３５を有している。
【００３９】
送受切替部３１は、送信信号生成部３２からの送信信号を送受波器２に出力するとともに、送受波器２からの受信信号を増幅部３３に出力する。
【００４０】
送信信号生成部３２は、送受切替部３１を介して、送受波器２の各振動子へ送信信号を所定の周期で出力する。この送信信号により、各振動子が駆動され、送受波器２から自船回りの各方位に、超音波が放射される。
【００４１】
増幅部３３は、送受切替部３１を介して送られてきた、送受波器２の各振動子からの受信信号を増幅する。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換部３４は、増幅部３３によって増幅された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。これにより、アナログの受信信号は、デジタルの受信信号に変換される。詳細には、Ａ／Ｄ変換部３４は、増幅部３３により増幅処理された受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして、デジタルの受信信号を生成する。なお、各時刻における受信信号のレベルは、送受波器２が出力した電気信号の瞬時値を示している。この電気信号の瞬時値としては、例えば、電圧（単位：Ｖ）を例示することができる。
【００４３】
受信ビーム形成部３５は、Ａ／Ｄ変換部３４によってデジタル化された受信信号に対して、遅延処理を行うことで各受信信号の位相を整相する。また、受信ビーム形成部３５は、整相した各受信信号に対して、ガウス関数又はハニング窓等によって決定されるウェイト値を乗算する。そして、受信ビーム形成部３５は、これらの受信信号を合成することによって、方位毎に指向性の強い受信信号（受信ビーム）を生成する。
【００４４】
図２は、受信ビーム形成部３５で生成された受信信号Ｓ１を示すグラフである。図２では、後述する残響推定部４１で生成される残響推定信号Ｓ２も示している。図２では、横軸は、受信信号Ｓ１のサンプリング開始からの時刻ｎを示している。この時間は、自船からの距離に比例する。即ち、受信信号Ｓ１のサンプリング時刻が遅いほど、自船からの距離が遠い位置からの信号であることを示す。図２のグラフの縦軸は、信号レベルを示している。
【００４５】
受信信号Ｓ１は、離散信号である。受信信号Ｓ１のレベルとしての受信信号レベルｘ（ｎ）は、エコーの強さに応じた値を有している。時刻ｎとして、ｎ＝０，１，２，…（Ｎ−１）が規定されている。ｎ＝０は、受信信号Ｓ１のサンプリング開始時点の時刻を示す。また、ｎの値が１つ増えるごとに、サンプリングの時間間隔に等しい時間が経過していることを示す。即ち、受信信号レベルｘ（ｎ）は、時刻ｎに対応する位置からのエコーの強さを示している。ｎ＝（Ｎ−１）は、受信信号Ｓ１のサンプリング終了時の時刻を示す。各受信信号レベルｘ（０）、…、ｘ（Ｎ−１）は、それぞれ、個別の値として処理される。
【００４６】
図２では、受信信号Ｓ１の包絡線が、示されている。この包絡線は、各時刻ｎでの受信信号レベルｘ（ｎ）を示す点を繋ぐ線である。受信信号Ｓ１は、時刻ｎ＝０と、時刻ｎ＝（Ｎ−１）との中間の時刻において、受信信号レベルｘ（ｎ）の大きな領域を含んでいる。この領域は、所望エコー信号領域Ｓ１１であり、魚群等の所望エコーの存在を示している。また、受信信号Ｓ１は、残響信号領域Ｓ１２を含んでいる。残響信号領域Ｓ１２は、受信信号Ｓ１のうち所望エコーを含んでいない信号の領域である。図１及び図２に示すように、受信ビーム形成部３５で生成された受信信号Ｓ１は、エコー信号処理装置４へ出力される。
【００４７】
［エコー信号処理装置］
エコー信号処理装置４は、自船の周囲の方位毎に生成された受信信号Ｓ１を処理するように構成されている。エコー信号処理装置４は、１つの受信信号Ｓ１のそれぞれの時刻ｎにおける受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、個別にゲイン係数ｇ（ｎ）を設定する。また、エコー信号処理装置４は、各時刻ｎにおける受信信号レベルｘ（ｎ）に、個別に設定されたゲイン係数ｇ（ｎ）を乗算する。これにより、エコー信号処理装置４は、表示装置５に出力するための表示用データＤ１（ｎ）を生成する。表示装置５は、表示用データＤ１（ｎ）で特定される画像を表示する。このような構成により、表示装置５は、残響が確実に抑制され、且つ、所望エコーが明瞭に示された画像を表示することができる。
【００４８】
エコー信号処理装置４は、残響推定部４１と、ゲイン係数設定部４２と、出力制御部（乗算部）４３と、予備推定部４４と、補正定数算出部（第１補正定数算出部、第２補正定数算出部）４５と、を有している。
【００４９】
残響推定部４１は、受信信号Ｓ１に基づいて、残響推定信号Ｓ２を生成する。受信信号Ｓ１は複数の受信信号レベルｘ（ｎ）で構成され、残響推定信号Ｓ２は複数の残響推定信号レベルｙ１（ｎ）で構成される。残響推定部４１は、受信信号レベルｘ（ｎ）毎に処理を施すことにより、残響信号レベルの推定結果としての、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を出力する。即ち、残響推定部４１は、１つの受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、１つの残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を算出する。この残響推定信号Ｓ２のレベルは、残響信号のレベルに比例するように設定されている。
【００５０】
残響推定部４１は、受信信号Ｓ１の所望エコー信号領域Ｓ１１についての残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を、所望エコーの影響を排除して、算出できる。以下、残響推定部４１に関する、より具体的な構成を説明する。
【００５１】
図３は、残響推定部４１の構成を示すブロック図である。図２及び図３に示すように、残響推定部４１は、第１比較部（レベル判定部）５１と、第１フィルタ制御部５２と、第１フィルタ演算部５３と、第２比較部（大小判定部）５４と、平滑フィルタ部５５と、を有している。
【００５２】
第１比較部５１は、処理対象の受信信号レベルｘ（ｎ）と、残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）に関連付けられた第１しきい値Ｔｈ１と、を比較するために設けられている。この受信信号レベルｘ（ｎ）は、第１時刻にサンプリングされた受信信号レベルである。残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）は、処理対象の受信信号レベルｘ（ｎ）がサンプリングされた時刻の直前の過去の第２時刻でサンプリングされた受信信号レベルｘ（ｎ−１）における、残響推定信号レベルである。具体的には、第１比較部５１は、第１時刻における受信信号レベルｘ（ｎ）を参照する。また、第１比較部５１は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）に関連する第１しきい値Ｔｈ１を、参照する。第１比較部５１は、これらの第１しきい値Ｔｈ１と、受信信号レベルｘ（ｎ）との関係を判定する。
【００５３】
より具体的には、第１比較部５１は、受信信号レベルｘ（ｎ）を読み出すように構成されている。また、第１比較部５１は、第１フィルタ演算部５３と接続されており、残響推定レベルｙ１（ｎ）を受け入れるように構成されている。第１比較部５１は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を記憶する。第１比較部５１は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を、受信信号レベルｘ（ｎ＋１）の処理時に用いる。即ち、第１比較部５１は、受信信号レベルｘ（ｎ）を処理する際には、１つ前の時刻（ｎ−１）における残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）を用いる。
【００５４】
第１比較部５１は、過去の残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）に関連する値として、第１しきい値Ｔｈ１を設定する。第１比較部５１は、受信信号レベルｘ（ｎ）≧第１しきい値Ｔｈ１が成立するか否かを判定する。即ち、第１比較部５１は、下記式（１）が成立するか否かを判定する。
ｘ（ｎ）≧Ｔｈ１・・・・・（１）
換言すれば、第１比較部５１は、受信信号レベルｘ（ｎ）が、残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）よりも著しく大きいか否かを判定する。
【００５５】
上記式（１）が成立する場合とは、例えば、送受波器２が、受信信号Ｓ１の所望エコー信号領域Ｓ１１の立ち上がりエッジを検出した場合である。この場合、受信信号Ｓ１が、残響信号領域Ｓ１２から所望エコー信号領域Ｓ１１に移行することで、受信信号レベルｘ（ｎ）は、急峻に上昇する。一方、残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）は、後述するように、平滑化処理されたデータであるので、急峻には上昇しない。上記（１）式が成立する場合の受信信号レベルｘ（ｎ）は、所望エコー信号領域Ｓ１１の信号レベルとして扱われる。
【００５６】
本実施形態では、第１しきい値Ｔｈ１は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）に基づいて、適宜設定される。本実施形態では、第１しきい値Ｔｈ１は、下記（２）式によって表される。
Ｔｈ１＝ａ１×ｙ１（ｎ−１）＋ｂ１・・・・・（２）
【００５７】
尚、ａ１は、所定の係数であり、例えば、２又は３程度に設定される。この定数ａ１は、図示しない操作部をユーザが操作することによって、調整可能とされていてもよい。また、ｂ１は、所定の第１補正定数であり、補正定数算出部４５（図１参照）によって、算出される。
【００５８】
第１比較部５１は、比較結果に基づいて、出力制御信号Ｆ１を出力可能である。本実施形態では、上記（１）式が成立する場合、即ちｘ（ｎ）≧Ｔｈ１である場合、第１比較部５１は、出力制御信号Ｆ１をＯＮにする。
【００５９】
一方、上記式（１）が成立しない場合、即ち、ｘ（ｎ）＜Ｔｈ１である場合、第１比較部５１は、出力制御信号Ｆ１をＯＦＦにする。
【００６０】
第１フィルタ制御部５２は、第１フィルタ演算部５３を制御するために設けられている。第１フィルタ制御部５２は、出力制御信号Ｆ１と、後述する係数制御信号Ｆ２とに基づいて、第１フィルタ演算部５３を制御する。
【００６１】
第１フィルタ演算部５３は、受信信号レベルｘ（ｎ）を用いて、残響信号レベルに関連付けられた第１演算結果ｃ１（ｎ）を算出するように構成されている。第１演算結果ｃ１（ｎ）は、後述する第１参照信号レベルｚ１（ｎ）、又は残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として用いられる。
【００６２】
第１フィルタ演算部５３は、第１出力選択部５６と、第１フィルタ５７と、第１係数選択部５８と、を有している。
【００６３】
第１出力選択部５６は、第１フィルタ５７で算出された演算結果ｃ１（ｎ）を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）又は第１参照信号レベルｚ１（ｎ）として出力するように構成されている。また、第１出力選択部５６は、過去の残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）を記憶している。
【００６４】
出力制御信号Ｆ１がＯＮである場合、第１出力選択部５６は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を、過去の残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）と同じ値に設定する。即ち、第１出力選択部５６は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として、ｙ１（ｎ−１）と同じ値を、第１比較部５１及び平滑フィルタ部５５へ出力する。
【００６５】
一方、出力制御信号Ｆ１がＯＦＦである場合、第１出力選択部５６は、第１フィルタ５７の演算結果ｃ１（ｎ）を、一旦、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）として、第２比較部５４へ出力する。第１出力選択部５６は、その後、第２比較部５４の比較結果に応じて、第１フィルタ５７がフィルタ係数αを変えて算出する演算結果（詳細後述）か、あるいは前記演算結果ｃ１（ｎ）を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として設定する。第１出力選択部５６は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を、第１比較部５１及び平滑フィルタ部５５へ出力する。
【００６６】
第１フィルタ５７は、受信信号レベルｘ（ｎ）に対して平滑化処理を施すことで、第１演算結果ｃ１（ｎ）を算出するように構成されている。本実施形態では、第１フィルタ５７は、ＩＩＲフィルタ（Infinite Impulse Response Filter）である。
【００６７】
尚、本実施形態では、第１フィルタ５７は、ＩＩＲフィルタであるけれども、この通りでなくてもよい。第１フィルタ５７は、受信信号レベルｘ（ｎ）に対して平滑化処理を施すことができればよく、例えば、ＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）であってもよい。尚、ＩＩＲフィルタを用いた場合、ＦＩＲフィルタを用いた場合の演算量よりも少ない演算量で、ＦＩＲフィルタと同様の効果を得ることができる。
【００６８】
第１フィルタ５７は、乗算器６１と、加算器６２と、遅延器６３と、乗算器６４と、を有している。
【００６９】
乗算器６１には、受信信号レベルｘ（ｎ）と、第１フィルタ係数αと、が入力される。第１フィルタ係数αは、第１係数選択部５８で設定される。乗算器６１は、α×ｘ（ｎ）を算出し、算出結果を、加算器６２へ出力する。
【００７０】
遅延器６３は、第１フィルタ５７の第１演算結果ｃ１（ｎ）を受け付けるように構成されている。遅延器６３は、第１演算結果ｃ１（ｎ）を受け付けてから単位時間が経過した後に、第１演算結果ｃ１（ｎ）を、直近の過去の第１演算結果ｃ１（ｎ−１）として、乗算器６４へ出力する。尚、時刻ｎ＝０時点では、ｃ１（ｎ−１）＝ｘ（０）として設定されている。
【００７１】
乗算器６４は、（１−α）×第１演算結果ｃ１（ｎ−１）を算出し、この乗算結果を、加算器６２へ出力する。第１フィルタ係数αは、第１係数選択部５８で設定される。
【００７２】
加算器６２は、乗算器６１で算出されたα×ｘ（ｎ）に、乗算器６４で算出された（１−α）×ｃ１（ｎ−１）を加算する。即ち、第１演算結果ｃ１（ｎ）は、下記式（３）で表される。
ｃ１（ｎ）＝α×ｘ（ｎ）＋（１−α）×ｃ１（ｎ−１）・・・・・（３）
ここで、第１フィルタ係数αは、０≦α≦１である。第１フィルタ係数αは、受信信号レベルｘ（ｎ）を平滑化する度合いを設定する係数である。第１フィルタ係数αが小さいほど、受信信号レベルｘ（ｎ）を平滑化する度合いは、大きく設定される。第１フィルタ５７は、第１フィルタ係数αに基づいて、受信信号レベルｘ（ｎ）を平滑化する度合いを設定される。
【００７３】
第１係数選択部５８は、第１フィルタ係数αを選択（設定）するために設けられている。本実施形態では、第１係数選択部５８は、第１フィルタ係数αとして、第１の値α１、及び第２の値α２を設定可能である。α１は、α２よりも大きく設定されている（α１＞α２）。第１係数選択部５８は、選択した値α１又はα２を、各乗算器６１，６４へ出力する。
【００７４】
式（３）から明らかなように、フィルタ係数αの値がα１である場合、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動に対する、第１演算結果ｃ１（ｎ）の変動の応答性が高くなり、この変動を平滑化する効果が小さくなる。この場合、第１演算結果ｃ１（ｎ）を残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として用いると、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動に対する、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）の応答性を高くできる。よって、受信信号Ｓ１が、所望エコー信号領域Ｓ１１から残響信号領域Ｓ１２に移行する時刻において、第１フィルタ係数αの値をα１にすることが好ましい。これにより、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動に対して、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を、より応答性よく変動させることができる。
【００７５】
一方、式（３）から明らかなように、第１フィルタ係数αの値がα２である場合、第１演算結果ｃ１（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動を抑制した、安定性の高い値となり、この変動に対する応答性が、小さくなる。この場合、第１演算結果ｃ１（ｎ）を残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として用いると、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動に対して、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）が過度に変動することを抑制できる。よって、残響信号領域Ｓ１２の受信信号レベルｘ（ｎ）が処理されている場合は、基本的には、第１フィルタ係数αの値は、α２であることが好ましい。
【００７６】
第１係数選択部５８は、第１フィルタ制御部５２から出力される係数制御信号Ｆ２に応じて、第１フィルタ係数αを設定する。第１係数選択部５８は、係数制御信号Ｆ２がＯＮである場合に、第１フィルタ係数αの値をα１に設定するように構成されている。また、第１係数選択部５８は、係数制御信号Ｆ２がＯＦＦである場合に、第１フィルタ係数αの値をα２に設定するように構成されている。
【００７７】
第１フィルタ５７は、第１フィルタ係数αとして、α１、又はα２を用いて算出した第１演算結果ｃ１（ｎ）を、第１出力選択部５６へ出力する。第１出力選択部５６は、平滑化された受信信号レベルｘ（ｎ）としての第１演算結果ｃ１（ｎ）を、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）として、第２比較部５４へ出力する。
【００７８】
第２比較部５４は、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）と、受信信号レベルｘ（ｎ）と、を用いて、比較処理を行うように構成されている。具体的には、第２比較部５４は、受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、受信信号レベルｘ（ｎ）と、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）との大小関係を判定（比較）する。第２比較部５４は、下記式（４）が成立するか否かを判定する。
ｘ（ｎ）＜ｚ１（ｎ）・・・・・（４）
【００７９】
上記式（４）が成立する場合、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）よりも大きい。このため、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）がそのまま残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として設定されると、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）よりも大きくなってしまう。即ち、残響がエコーより大きいと推定されていることとなり、現実に則していない。したがって、上記式（４）が成立する場合は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を、受信信号レベルｘ（ｎ）に迅速に近づける必要がある。
【００８０】
具体的には、第２比較部５４は、係数制御信号Ｆ２をＯＮにする。この場合、第１フィルタ制御部５２は、第１フィルタ係数αの値がα１となるように、第１係数選択部５８を制御する。
【００８１】
一方、上記式（４）が成立しない場合、即ち、ｘ（ｎ）≧ｚ１（ｎ）である場合、第２比較部５４は、係数制御信号Ｆ２をＯＦＦにする。係数制御信号Ｆ２がＯＦＦであるとき、第１フィルタ制御部５２は、フィルタ係数αの値がα２となるように、第１係数選択部５８を制御する。尚、ｘ（ｎ）＞ｚ１（ｎ）である場合は、残響レベルがエコーレベル以下であると推定されていることとなり、現実に則している。よって、この場合、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）を、そのまま残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として使用できる。
【００８２】
平滑フィルタ部５５は、例えば移動平均フィルタであり、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を平滑化して出力する。
【００８３】
以上の構成により、出力制御信号Ｆ１がＯＮである場合、残響推定部４１は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）＝ｙ１（ｎ−１）を示すデータを、ゲイン係数設定部４２へ出力する。一方、出力制御信号Ｆ１がＯＦＦである場合、残響推定部４１は、係数制御信号Ｆ２に応じて、第１フィルタ係数αを設定する。
【００８４】
係数制御信号Ｆ２がＯＮである場合、残響推定部４１は、第１フィルタ係数αの値がα１で演算された第１演算結果ｃ１（ｎ）を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として、ゲイン係数設定部４２へ出力する。一方、係数制御信号Ｆ２がＯＦＦである場合、残響推定部４１は、第１フィルタ係数αの値がα２で演算された第１演算結果ｃ１（ｎ）を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として、ゲイン係数設定部４２へ出力する。
【００８５】
図１に示すように、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）と、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）と、の関係に基づいて、受信信号レベルｘ（ｎ）に乗じるゲイン係数ｇ（ｎ）を算出するように構成されている。ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）に基づくゲイン係数ｇ（ｎ）を、算出する。
【００８６】
本実施形態では、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）が所定の第２しきい値Ｔｈ２より大きいか否かを判定する。即ち、ゲイン係数設定部４２は、下記式（６）が成立するか否かを判定する。
ｘ（ｎ）＞Ｔｈ２・・・・・（５）
【００８７】
第２しきい値Ｔｈ２は、下記式（６）によって算出される。
Ｔｈ２＝ａ２×ｙ１（ｎ）＋ｂ２・・・・・（６）
【００８８】
尚、ａ２は、所定の係数であり、適宜設定される。この係数ａ２は、図示しない操作部材をユーザが操作することによって、調整可能とされていてもよい。また、ｂ２は、所定の第２補正定数であり、補正定数算出部４５によって、算出される。
【００８９】
受信信号レベルｘ（ｎ）＞第２しきい値Ｔｈ２である場合、受信信号レベルｘ（ｎ）は、所望エコー信号領域Ｓ１１の信号レベルであると考えられる。したがって、この場合、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）を低減させないように、ゲイン係数ｇ（ｎ）を設定する。具体的には、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）に拘らず、ゲイン係数ｇ（ｎ）＝１を設定する。このように、受信信号Ｓ１のうち、所望エコー信号領域Ｓ１１については、受信信号レベルｘ（ｎ）を変更しないようなゲイン係数ｇ（ｎ）が設定される。
【００９０】
一方、受信信号レベルｘ（ｎ）≦第２しきい値Ｔｈ２である場合、受信信号レベルｘ（ｎ）は、残響信号領域Ｓ１２の信号レベルであると考えられる。したがって、この場合、ゲイン係数設定部４２は、ゲイン係数ｇ（ｎ）を、１未満に設定する。より具体的には、ゲイン係数設定部４２は、ゲイン係数ｇ（ｎ）を、受信信号レベルｘ（ｎ）に応じて設定する。本実施形態では、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）が小さいほど、ゲイン係数ｇ（ｎ）を、より小さい値に設定する。ゲイン係数設定部４２は、算出したゲイン係数ｇ（ｎ）を、出力制御部４３へ出力する。
【００９１】
出力制御部４３は、受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、対応するゲイン係数ｇ（ｎ）を乗算すること等によって、表示用データＤ１（ｎ）を生成するように構成されている。表示用データＤ１（ｎ）は、画面の対応する位置に、受信信号レベルｘ（ｎ）×ゲイン係数ｇ（ｎ）であるレベルに応じた色を表示させるデータである。出力制御部４３は、表示用データＤ１（ｎ）を、表示装置５に出力する。
【００９２】
表示装置５は、例えば、カラー表示可能な液晶ディスプレイである。表示装置５は、出力制御部４３からの表示用データＤ１（ｎ）を読み込み、この読み込んだ表示用データＤ１（ｎ）によって特定される画像を表示するように構成されている。これにより、表示装置５は、自船の周囲に存在する物標を示す画像を、表示する。
【００９３】
前述したように、本実施形態では、残響推定部４１で用いられる第１補正定数ｂ１と、ゲイン係数ｇ（ｎ）の設定に用いられる第２補正定数ｂ２とは、補正定数算出部４５によって算出される。補正定数算出部４５は、予備推定部４４で推定されたデータとしての予備推定信号レベルｙ２（ｎ）を基に、各補正定数ｂ１，ｂ２を算出するように構成されている。以下では、予備推定部４４及び補正定数算出部４５の構成を説明する。
【００９４】
図４は、予備推定部４４の構成を示すブロック図である。図１及び図４に示すように、予備推定部４４は、予備推定信号の信号レベルとしての、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）を算出するように構成されている。予備推定信号は、受信信号Ｓ１に含まれる残響信号に概ね比例する信号である。予備推定信号は、受信信号Ｓ１に基づいて推定される離散信号である。
【００９５】
予備推定部４４は、第２フィルタ制御部７１と、第２フィルタ演算部７２と、第３比較部７３と、を有している。
【００９６】
第２フィルタ制御部７１は、第２フィルタ演算部７２を制御するために設けられている。第２フィルタ制御部７１は、後述する第２係数制御信号Ｆ３に基づいて、第２フィルタ演算部７２を制御する。
【００９７】
第２フィルタ演算部７２は、受信信号レベルｘ（ｎ）を用いて、第２参照信号レベルｚ２（ｎ）と、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）と、を算出するように構成されている。
【００９８】
第２フィルタ演算部７２は、第２出力選択部７４と、第２フィルタ７５と、第２係数選択部７６と、を有している。
【００９９】
第２出力選択部７４は、第２フィルタ７５で算出された第２演算結果ｃ２（ｎ）を、第２参照信号レベルｚ２（ｎ）、又は予備推定信号レベルｙ２（ｎ）として出力するように構成されている。
【０１００】
第２出力選択部７４は、まず、第２演算結果ｃ２（ｎ）を、第２参照信号レベルｚ２（ｎ）として、第３比較部７３へ出力する。第２出力選択部７４は、その後、第２比較部７３の比較結果に応じて、第２フィルタ７５がフィルタ係数を変えて算出する演算結果（詳細後述）か、あるいは前記ｃ２（ｎ）を、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）として、出力する。
【０１０１】
第２フィルタ７５の構成は、第１フィルタ５７（図３参照）と同様の構成である。よって、第２フィルタ７５については、第１フィルタ５７と異なる構成について主に説明し、第１フィルタ５７と同様の構成についての詳細な説明は、省略する。第２フィルタ７５は、受信信号レベルｘ（ｎ）に平滑化処理を施すことで、第２演算結果ｃ２（ｎ）を算出する。
【０１０２】
第２フィルタ７５は、乗算器８１と、加算器８２と、遅延器８３と、乗算器８４と、を有している。
【０１０３】
乗算器８１には、受信信号Ｓ１（受信信号レベルｘ（ｎ））と、第２フィルタ係数βと、が入力される。第２フィルタ係数βは、第２係数選択部７６で設定される。乗算器８１は、β×ｘ（ｎ）を算出し、この算出結果を、加算器８２へ出力する。
【０１０４】
遅延器８３は、第２フィルタ７５の第２演算結果ｃ２（ｎ）を受け付けるように構成されている。遅延器８３は、第２演算結果ｃ２（ｎ）を受け付けてから単位時間が経過した後に、第２演算結果ｃ２（ｎ）を、直近の第２演算結果ｃ２（ｎ−１）として、乗算器８４へ出力する。尚、時刻ｎ＝０の時点では、ｃ２（ｎ−１）＝ｘ（０）に設定される。
【０１０５】
乗算器８４は、（１−β）×第２演算結果ｃ２（ｎ−１）を算出し、この算出結果を、加算器８２へ出力する。第２フィルタ係数βは、第２係数選択部７６で設定される。
【０１０６】
加算器８２は、乗算器８１で算出されたβ×ｘ２（ｎ）に、乗算器８４で算出された（１−β）×ｃ２（ｎ−１）を加算する。即ち、第２演算結果ｃ２（ｎ）は、下記式（７）で表される。
ｃ２（ｎ）＝β×ｘ２（ｎ）＋（１−β）×ｃ２（ｎ−１）・・・・・（７）
ここで、第２フィルタ係数βは、０≦β≦１である。第２フィルタ係数βは、受信信号レベルｘ（ｎ）を平滑化する度合いを決定する係数である。第２フィルタ係数βが小さいほど、受信信号レベルｘ（ｎ）を平滑化する度合いは大きい。第２フィルタ７５は、第２フィルタ係数βに基づいて、受信信号レベルｘ（ｎ）を平滑化する度合いを設定される。
【０１０７】
第２係数選択部７６は、第２フィルタ係数βを選択（設定）するために設けられている。本実施形態では、第２係数選択部７６は、第２フィルタ係数βとして、２つの値β１，β２を設定可能である。β１は、β２よりも大きく設定されている（β１＞β２）。第２係数選択部７６は、選択した値β１又はβ２を、各乗算器８２，８４へ出力する。
【０１０８】
第２係数選択部７６は、係数制御信号Ｆ３に基づいて、第２フィルタ係数βを設定する。第２係数選択部７６は、係数制御信号Ｆ３がＯＮである場合に、β＝β１を設定するように構成されている。また、第２係数選択部７６は、係数制御信号Ｆ３がＯＦＦである場合に、β＝β２を設定するように構成されている。
【０１０９】
第２フィルタ７５は、まずβ＝β２を用いて算出した第２演算結果ｃ２（ｎ）を、第２出力選択部７４へ出力する。前述したように、第２出力選択部７４は、第２演算結果ｃ２（ｎ）を、第２参照信号レベルｚ２（ｎ）として、第３比較部７３へ出力する。
【０１１０】
第３比較部７３は、第２参照信号レベルｚ２（ｎ）と、受信信号レベルｘ（ｎ）と、を用いて、比較処理を行うように構成されている。具体的には、第３比較部７３は、下記式（８）が成立するか否かを判定する。
ｘ（ｎ）＜ｚ２（ｎ）・・・・・（８）
【０１１１】
上記式（８）が成立する場合、第３比較部７３は、第２係数制御信号Ｆ３をＯＮにする。即ち、第３比較部７３は、第２係数制御信号Ｆ３を、第２フィルタ制御部７１へ出力する。第２係数制御信号Ｆ３がＯＮであるとき、第２フィルタ制御部７１は、第２フィルタ係数βの値がβ１となるように、第２係数選択部７６を制御する。この場合、第２フィルタ演算部７２は、設定された第２フィルタ係数β１を用いて、第２演算結果ｃ２（ｎ）を算出し、この演算結果ｃ２（ｎ）を、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）として、補正定数算出部４５へ出力する。
【０１１２】
一方、上記式（８）が成立しない場合、即ち、ｘ（ｎ）≧ｚ２（ｎ）である場合、第３比較部７３は、第２係数制御信号Ｆ３をＯＦＦにする。第２係数制御信号Ｆ３がＯＦＦであるとき、第２フィルタ制御部７１は、第２フィルタ係数βがβ２となるように、第２係数選択部７６を制御する。この場合、第２出力選択部７４は、β＝β２で算出された第２参照信号レベルｚ２（ｎ）を、そのまま、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）として、補正定数算出部４５へ出力する。
【０１１３】
図５は、補正定数算出部４５の構成を示すブロック図である。図１及び図５に示すように、補正定数算出部４５は、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）を用いて、第１補正定数ｂ１と、第２補正定数ｂ２と、を算出する。
【０１１４】
補正定数算出部４５は、基準値算出部９１と、乗算器９２と、乗算器９３と、を有している。
【０１１５】
基準値算出部９１は、補助定数ｂ１，ｂ２の算出に用いる基準値ｂ０を算出するために設けられている。本実施形態では、基準値算出部９１は、各予備推定信号レベルｙ２（０），…，ｙ２（Ｎ−１）の平均値を、基準値ｂ０として算出する。尚、基準値ｂ０は、受信信号Ｓ１の各受信信号レベルｘ（ｎ）の中央値（median）であってもよい。
【０１１６】
乗算器９２は、基準値ｂ０に、所定の定数ｅ１を乗算することで、第１補助定数ｂ１を算出する。即ち、ｂ１＝ｂ０×ｅ１である。また、乗算器９３は、基準値ｂ０に、所定の定数ｅ２を乗算することで、第２補助定数ｂ２を算出する。即ち、ｂ２＝ｂ０×ｅ２定数ｅ１，ｅ２は、それぞれ、適宜設定される値である。各定数ｅ１，ｅ２は、一定の値であってもよいし、オペレータによって変更可能な変数であってもよい。
【０１１７】
乗算器９２は、第１補助定数ｂ１を、残響推定部４１の第１比較部５１（図３参照）へ出力する。また、乗算器９３は、第２補助定数ｂ２を、ゲイン係数設定部４２へ出力する。
【０１１８】
［エコー信号処理装置の動作］
次に、エコー信号処理装置４における処理の流れの一例について説明する。エコー信号処理装置４は、以下に示すフローチャートの各ステップを図示しないメモリから読み出して実行する。このプログラムは、外部からインストールできる。このインストールされるプログラムは、例えば記録媒体に格納された状態で流通する。
【０１１９】
以下では、（１）予備推定部４４における処理の流れ、（２）補正定数算出部４５における処理の流れ、（３）残響推定部４１における処理の流れ、（４）ゲイン係数設定部４２における処理の流れ、の順に説明する。尚、出力制御部４３における処理の流れは、前述したとおりであり、且つ簡易であるので、フローチャートを用いた説明は、省略する。また、各フローチャートでは、ｎ＝０から処理が開始される。
【０１２０】
まず、（１）予備推定部４４における処理の流れを説明する。図６は、予備推定部４４の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。以下では、フローチャート以外にも、図１〜図５を適宜参照しながら、説明を行う。
【０１２１】
図６に示すように、予備推定部４４は、まず、受信ビーム形成部３５から、受信信号Ｓ１を読み出す（ステップＳ１０１）。次に、予備推定部４４は、第２参照信号レベルｚ２（ｎ）を算出する（ステップＳ１０２）。具体的には、第２係数選択部７６は、第２フィルタ係数β＝β２を設定する。第２フィルタ７５は、上記式（７）に従って、第２演算結果ｃ２（ｎ）を算出する。第２演算結果ｃ２（ｎ）は、第２出力選択部７４によって、第２参照信号レベルｚ２（ｎ）として、第３比較部７３へ出力される。
【０１２２】
第３比較部７３は、受信信号レベルｘ（ｎ）が、第２参照信号レベルｚ２（ｎ）未満であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。ｘ（ｎ）＜ｚ２（ｎ）である場合（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、第３比較部７３は、第２係数制御信号Ｆ３をＯＮにする（ステップＳ１０４）。一方、受信信号レベルｘ（ｎ）≧第２参照信号レベルｚ２（ｎ）である場合（ステップＳ１０４でＮＯ）、第３比較部７３は、第２係数制御信号Ｆ３をＯＦＦにする（ステップＳ１０５）。
【０１２３】
次に、第２係数選択部７６は、第２フィルタ係数βを設定する（ステップＳ１０６）。具体的には、第２係数制御信号Ｆ３がＯＮである場合、第２係数選択部７６は、β＝β１を設定する。一方、第２係数制御信号Ｆ３がＯＦＦである場合、第２係数選択部７６は、β＝β２を維持する。
【０１２４】
次に、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）が算出される（ステップＳ１０７）。第２係数制御信号Ｆ３がＯＦＦである場合、第２出力選択部７４は、ステップＳ１０２で算出された第２演算結果ｃ２（ｎ）を、そのまま予備推定信号レベルｙ２（ｎ）として出力（算出）する。
【０１２５】
一方、第２係数制御信号Ｆ３がＯＮである場合、第２フィルタ７５は、第２フィルタβ＝β１で、第２演算結果ｃ２（ｎ）を再度算出する。第２出力選択部７４は、この演算結果ｃ２（ｎ）を、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）として、出力する。
【０１２６】
次に、第２フィルタ制御部７１は、ｎ＝（Ｎ−１）であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ｎ＜（Ｎ−１）である場合（ステップＳ１０８でＮＯ）、第２フィルタ制御部７１は、ｎをインクリメントする（ステップＳ１０９）。この場合、予備推定部４４は、ステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理を繰り返す。
【０１２７】
ステップＳ１０２〜Ｓ１０８の処理がＮ回繰り返されると、第２フィルタ制御部７１は、ｎ＝Ｎ−１であると判定する（ステップＳ１０８でＹＥＳ）。これにより、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）の算出が完了する。
【０１２８】
次に、（２）補正定数算出部４５における処理の流れの一例を説明する。図７は、補正定数算出部４５における処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。図７に示すように、補正定数算出部４５の基準値算出部９１は、まず、予備推定信号レベルｙ２（ｎ）のデータを、予備推定部４４から読み出す（ステップＳ２０１）。
【０１２９】
次に、基準値算出部９１は、基準値ｂ０を算出する（ステップＳ２０２）。本実施形態では、予備推定信号レベルｙ２（０），…，ｙ２（ｎ−１）の平均値を、基準値ｂ０として算出する。次に、乗算器９２は、基準値ｂ０×係数ｅ１＝第１補正定数ｂ１を算出する（ステップＳ２０３）。また、乗算器９３は、基準値ｂ０×係数ｅ２＝第２補正定数ｂ２を算出する（ステップＳ２０４）。
【０１３０】
次に、（３）残響推定部４１における処理の流れを説明する。図８は、残響推定部４１の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。まず、残響推定部４１は、受信信号Ｓ１を、受信ビーム形成部３５から読み出す（ステップＳ３０１）。また、残響推定部４１は、第１補正定数ｂ１を、補正定数算出部４５から読み出す（ステップＳ３０２）。
【０１３１】
次に、残響推定部４１の第１比較部５１は、受信信号レベルｘ（ｎ）が、第１しきい値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０３）。第１しきい値Ｔｈ１は、前述したように、式（２）、即ちＴｈ１＝ａ１×ｙ１（ｎ−１）＋ｂ１から求まる。第１しきい値Ｔｈ１は、例えば、第１比較部５１によって算出されている。尚、時刻ｎ＝０の場合、例えば、ｙ１（ｎ−１）＝ｘ（０）が適用される。
【０１３２】
受信信号レベルｘ（ｎ）≧第１しきい値Ｔｈ１である場合（ステップＳ３０３でＹＥＳ）、第１比較部５１は、出力制御信号Ｆ１を、ＯＮにする（ステップＳ３０４）。この場合、第１フィルタ演算部５３の第１出力選択部５６は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）と同じ値を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として設定する（ステップＳ３０５）。
【０１３３】
次いで、残響推定部４１は、ｎ＝Ｎ−１であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。ｎ＜Ｎ−１である場合（ステップＳ３０６でＮＯ）、第１フィルタ制御部５２は、ｎをインクリメントし（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０３の処理を再び行う。
【０１３４】
ステップＳ３０３において、受信信号レベルｘ（ｎ）＜第１しきい値Ｔｈ１である場合（ステップＳ３０３でＮＯ）、第１比較部５１は、出力制御信号Ｆ１を、ＯＦＦにする（ステップＳ３０８）。この場合、第１フィルタ演算部５３は、第１フィルタ係数αをα２として設定して、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）を算出する（ステップＳ３０９）。具体的には、第１フィルタ演算部５３は、上記のα２を用いて、第１演算結果ｃ１（ｎ）を算出する。そして、第１出力選択部５６は、この第１演算結果ｃ１（ｎ）を、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）として、第２比較部５４へ出力する。
【０１３５】
第２比較部５４は、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）と、受信信号レベルｘ（ｎ）と、の大小関係を比較する（ステップＳ３１０）。ｘ１（ｎ）＜ｚ１（ｎ）である場合（ステップＳ３１０でＹＥＳ）、第２比較部５４は、係数制御信号Ｆ２をＯＮにする（ステップＳ３１１）。
【０１３６】
この場合、第１フィルタ係数αをα１にして、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）が算出される（ステップＳ３１２）。具体的には、第１係数選択部５８は、第１フィルタ係数αをα１に設定する。そして、第１フィルタ５７は、このα１を用いて、第１演算結果ｃ１（ｎ）を、算出する。第１出力選択部５６は、この第１演算結果ｃ１（ｎ）を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として、出力する。
【０１３７】
一方、ステップＳ３１０で、ｘ１（ｎ）≧ｚ１（ｎ）である場合（ステップＳ３１０でＮＯ）、第２比較部５４は、係数制御信号Ｆ２をＯＦＦにする（ステップＳ３１３）。
【０１３８】
この場合、第１フィルタ係数αの値をα２にして、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）が算出される。即ち、本実施形態では、第１出力選択部５６は、ステップＳ３０９で算出された第１演算結果ｃ１（ｎ）を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として出力する（ステップＳ３１４）。
【０１３９】
ステップＳ３０５、ステップＳ３１２又はステップＳ３１４で残響推定信号レベルｙ１（ｎ）が算出された後、ステップＳ３０６の処理が行われる。ステップＳ３０６において、ｎ＝Ｎ−１であると判定された場合（ステップＳ３０６でＹＥＳ）、各残響推定信号レベルｙ１（ｎ）は、平滑フィルタ部５５によって、平滑化され（ステップＳ３１５）、ゲイン係数設定部４２へ出力される。
【０１４０】
次に、残響推定部４１で算出された残響推定信号レベルｙ１（ｎ）について、説明する。図２及び図８に示すように、ステップＳ３０３で、ｘ（ｎ）≧Ｔｈ１と判定された場合、受信信号レベルｘ（ｎ）は、所望エコーの存在を示す程度に十分に大きい。この場合、残響推定部４１は、受信信号Ｓ１のうちの、所望エコー信号領域Ｓ１１を処理していることとなる。この場合の残響推定信号レベルｙ１（ｎ）は、ステップＳ３０５で算出されている。即ち、この場合の残響推定信号レベルｙ１（ｎ）＝ｙ１（ｎ−１）である。
【０１４１】
一方、ステップＳ３０３で、ｘ（ｎ）＜Ｔｈ１と判定される場合、受信信号レベルｘ（ｎ）からは、明らかに所望エコーが存在していると判定することはできない。この場合は、第１フィルタ係数αとして、α１又はα２を用いたフィルタ処理（ステップＳ３１２、又はステップＳ３１４）によって、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）が算出される。
【０１４２】
より具体的には、受信信号レベルｘ（ｎ）＜第１参照信号レベルｚ１（ｎ）である場合、第１フィルタ係数αの値は、α１に設定される。この場合、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動に対する応答性を高くされた演算によって、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）が算出される（ステップＳ３１２）。この処理（ステップＳ３１２）によって算出された残響推定信号レベルｙ１（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）に対する追従性が高くされている。
【０１４３】
また、受信信号レベルｘ（ｎ）≧第１参照信号レベルｚ１（ｎ）である場合、第１フィルタ係数αの値は、α２に設定される（ステップＳ３１３）。この場合、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動に対する変動を抑制された、安定性の高い演算によって、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）が算出される（ステップＳ３１４）。この残響推定信号レベルｙ１（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動に対する過度な変動が抑制されており、高い安定性を有している。
【０１４４】
次に、（４）ゲイン係数設定部４２における処理の流れを説明する。図９は、ゲイン係数設定部４２の処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。ゲイン係数設定部４２は、まず、各残響推定信号Ｓ２を、ゲイン係数設定部４２から読み出す（ステップＳ４０１）。次に、ゲイン係数設定部４２は、補正定数ｂ２を、補正定数算出部４５から読み出す（ステップＳ４０２）。
【０１４５】
次に、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）が、第２しきい値Ｔｈ２より大きいか否かを判定する（ステップＳ４０３）。尚、第２しきい値Ｔｈ２は、前述したように、式（６）であるＴｈ２＝ａ２×ｙ１（ｎ）＋ｂ２によって、算出される。
【０１４６】
受信信号レベルｘ（ｎ）＞Ｔｈ２の場合（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、ゲイン係数設定部４２は、ゲイン係数ｇ（ｎ）＝１を設定する（ステップＳ４０４）。一方、受信信号レベルｘ（ｎ）≦Ｔｈ２の場合（ステップＳ４０３でＮＯ）、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）に応じたゲイン係数ｇ（ｎ）を、設定する（ステップＳ４０５）。この場合、ゲイン係数ｇ（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）が小さいほど、小さくなるように設定される。
【０１４７】
ゲイン係数設定部４２は、ゲイン係数ｇ（ｎ）を設定した後、ｎ＝Ｎ−１であるか否かを判定する（ステップＳ４０６）。ｎ＜Ｎ−１である場合（ステップＳ４０６でＮＯ）、ゲイン係数設定部４２は、ｎをインクリメントし（ステップＳ４０７）、再び、ステップＳ４０３〜Ｓ４０６の処理を行う。
【０１４８】
一方、ｎ＝Ｎ−１である場合（ステップＳ４０６でＹＥＳ）、ゲイン係数設定部４２は、ｎ＝０時刻から、Ｎ−１時刻までの各時刻におけるゲイン（ｎ）を算出していることとなる。この場合、ゲイン係数設定部４２の処理は完了する。
【０１４９】
［プログラム］
本実施形態に係るプログラムは、コンピュータに、エコー信号処理装置４の処理を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施形態におけるエコー信号処理装置４と、信号処理方法と、を実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、残響推定部４１、ゲイン係数設定部４２、出力制御部４３、予備推定部４４、及び補正定数算出部４５として機能し、処理を行う。なお、エコー信号処理装置４は、このようにソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよいし、ハードウェアによって実現されてもよい。
【０１５０】
以上説明したように、水中探知装置１によると、残響推定部４１は、受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、残響信号レベルに関連付けられた第１参照信号レベルｚ１（ｎ）を算出する。この構成によると、残響推定部４１は、複数の受信信号レベルｘ（ｎ）について、個別に残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を算出した上で、ゲイン係数ｇ（ｎ）を設定する。このため、１つの受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、きめ細かくゲイン係数ｇ（ｎ）を設定できる。その結果、受信信号Ｓ１のうちの所望エコー信号領域Ｓ１１に対しては、ゲイン係数ｙ（ｎ）（増幅率）を、大きくできる。更に、受信信号Ｓ１のうちの残響信号領域Ｓ１２に対しては、ゲイン係数ｇ（ｎ）を、小さくできる。したがって、エコー信号処理装置４は、受信信号Ｓ１に含まれる残響信号を、より確実に低減でき、且つ、受信信号Ｓ１に含まれる所望エコー信号を、より確実に検出できる。
【０１５１】
しかも、残響推定部４１は、受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、受信信号レベルｘ（ｎ）と第１参照信号レベルｚ１（ｎ）との関係（ステップＳ３１０）に基づいて、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を設定可能である（ステップＳ３１２，Ｓ３１４）。その結果、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を、細かく算出できる。よって、受信信号Ｓ１に含まれる残響信号を、より正確に推定できる。即ち、エコー信号処理装置４は、受信信号Ｓ１に含まれる残響信号を、より確実に低減でき、且つ、受信信号Ｓ１に含まれる所望エコー信号を、より確実に検出できる。
【０１５２】
また、エコー信号処理装置４は、自船回りの方位方向において、方位毎の受信信号Ｓ１を処理している。これにより、残響信号レベルが方位によって異なる場合でも、残響信号を、細かく正確に推定することができる。その結果、エコー信号処理装置４は、残響信号を、より確実に低減するように、受信信号Ｓ１を処理することができる。
【０１５３】
また、エコー信号処理装置４は、ＴＶＧ（Time Varied Gain）処理に影響を与えない。ＴＶＧ処理は、水中を伝播する超音波が伝播距離の増大にしたがって減衰することに対して、この減衰を補償する処理である。より具体的には、ＴＶＧ処理は、受信信号に対して、この受信信号の伝搬距離にしたがって増大されたゲインを乗算する。これにより、遠方からのエコーを示す受信信号レベルを、近方からのエコーを示す受信信号レベルと同等になるように、処理することができる。エコー信号処理装置４は、このようなＴＶＧ処理に影響を与えないので、自船から遠方の所望エコーを示す受信信号を、低減させないようにできる。
【０１５４】
また、水中探知装置１によると、残響推定部４１は、第１フィルタ演算部５３で平滑化された受信信号レベルｘ（ｎ）を、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）として使用する。これにより、残響推定部４１は、受信信号レベルｘ（ｎ）に含まれる残響信号レベルを適切に考慮した、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）を算出できる。その結果、受信信号レベルｘ（ｎ）毎に、より適切なゲイン係数ｇ（ｎ）を設定できる。
【０１５５】
また、水中探知装置１によると、残響推定部４１は、第２比較部５４の判定結果（ステップＳ３１０）に基づいて、第１フィルタ係数αを設定する。また、残響推定部４１は、設定された第１フィルタ係数αを用いて算出した第１演算結果ｃ１（ｎ）を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として出力できる（ステップＳ３１２）。この構成によると、受信信号レベルｘ（ｎ）と、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）のどちらが大きいかという簡易な判定方法に基づいて、第１フィルタ係数αを設定できる。
【０１５６】
また、水中探知装置１によると、受信信号レベルｘ（ｎ）が、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）よりも小さい場合（ステップＳ３１０でＹＥＳ）、第１フィルタ演算部５３は、第１フィルタ係数αの値としてα１を用いて、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を算出する。また、受信信号レベルｘ（ｎ）が、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）よりも大きい場合（ステップＳ３１０でＮＯ）、第１フィルタ演算部５３は、第１フィルタ係数αの値としてα２を用いて、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を算出する。
【０１５７】
この構成によると、受信信号レベルｘ（ｎ）＜第１参照信号レベルｚ１（ｎ）である場合、エコー信号処理装置４は、受信信号レベルｘ（ｎ）＜残響信号レベルであると捉えていることになる。しかしながら、残響信号は、受信信号Ｓ１の一部であるため、実際には、受信信号Ｓ１レベル＜残響信号レベルとなり得ない。そこで、第１フィルタ演算部５３は、受信信号レベルｘ（ｎ）を平滑化する度合いを小さくするようなフィルタ係数α１で、平滑化処理を行う。これにより、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）に近づくように迅速に低減される。その結果、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を、実際の残響信号レベルに、より近くできる。
【０１５８】
例えば、所望エコー信号領域Ｓ１１を処理している状態から、残響信号領域Ｓ１２を処理している状態に移行した場合に、受信信号レベルｘ（ｎ）＜第１参照信号レベルｚ１（ｎ）となり易い。このような場合でも、上述したように、受信信号レベルｘ（ｎ）に含まれる残響信号レベルを、より正確に推定できる。
【０１５９】
また、受信信号レベルｘ（ｎ）＞第１参照信号レベルｚ１（ｎ）である場合、エコー信号処理装置４は、受信信号レベルｘ（ｎ）＞残響信号レベルであると捉えていることになる。このため、エコー信号処理装置４は、残響信号レベルを、比較的正確に推定できていると考えることができる。したがって、この場合、第１フィルタ演算部５３は、受信信号レベルｘ（ｎ）の平滑化の度合いを大きくした状態（第１フィルタ係数αとしてのα２）で、平滑化処理を行う。これにより、残響推定部４１は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を、より正確に算出できる。
【０１６０】
また、水中探知装置１によると、第１フィルタ演算部５３は、第１フィルタ係数αとしてのα２を用いた第１演算結果ｃ１（ｎ）を、第１参照信号レベルｚ１（ｎ）として用いることができる（ステップＳ３０９）。その上、第１フィルタ演算部５３は、この第１演算結果ｃ１（ｎ）を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）としても用いることが可能となる（ステップＳ３１４）。これにより、エコー信号処理装置４における計算負荷を、より低減できる。
【０１６１】
また、水中探知装置１によると、残響推定部４１は、受信信号レベルｘ（ｎ）が第１しきい値Ｔｈ１以上である場合、残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）を、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として用いる。この構成によると、受信信号レベルｘ（ｎ）が第１しきい値Ｔｈ１を超えている場合、受信信号レベルｘ（ｎ）は、急峻に大きくなっている。この場合、受信信号Ｓ１は、残響信号領域Ｓ１２から、所望エコー領域Ｓ１１に移行していると考えられる。この場合、残響推定部４１は、所望エコー信号領域Ｓ１１を処理する直前における残響推定信号レベルを、そのまま、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）として用いることができる。これにより、受信信号レベルｘ（ｎ）の急峻な増大にともなって、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）が、不必要に増大することを防止できる。したがって、ゲイン係数設定部４２において、所望エコー信号を含む受信信号Ｓ１についてのゲイン係数ｇ（ｎ）が、誤って小さく設定されることを防止できる。
【０１６２】
また、水中探知装置１によると、残響推定部４１は、受信信号レベルｘ（ｎ）が第１しきい値Ｔｈ１未満である場合（ステップＳ３０３でＮＯ）に、受信信号レベルｘ（ｎ）と、対応する第１参照信号レベルｚ１（ｎ）との関係に基づいて、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）を設定可能である。この構成によると、残響信号領域Ｓ１２が処理されている場合に、各受信信号レベルｘ（ｎ）に、きめ細かくゲイン係数ｇ（ｎ）を設定できる（ステップＳ３１２，Ｓ３１４）。その結果、残響推定部４１は、受信信号Ｓ１中の残響信号を、より確実に低減できる。
【０１６３】
また、水中探知装置１によると、第１しきい値Ｔｈ１は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ−１）に比例する値と、所定の第１補正定数ｂ１と、を加算した値である。この構成によると、残響推定部４１は、受信信号レベルｘ（ｎ）が急峻に増加しているか否かを、より正確に検出できる。
【０１６４】
また、水中探知装置１によると、補正定数算出部４５は、複数の受信信号レベルｘ（ｎ）を平滑化して得られた予備推定信号レベルｙ２（ｎ）に基づいて、第１補正定数ｂ１を設定する。この構成によると、第１しきい値Ｔｈ１を、送受信装置３の感度及び増幅率に応じた適正な値にできる。
【０１６５】
また、水中探知装置１によると、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）が第２しきい値Ｔｈ２より大きい場合（ステップＳ４０３でＹＥＳ）、受信信号レベルｘ（ｎ）に拘らず、ゲイン係数ｇ（ｎ）を、一定の値（本実施形態では、１）に設定する。この構成によると、受信信号レベルｘ（ｎ）が十分に大きい場合には、この受信信号レベルｘ（ｎ）は、所望エコーの存在を示していると考えられる。この場合、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）に拘わらず、十分に大きな、一定のゲイン係数ｇ（ｎ）を設定できる。これにより、所望エコー信号領域Ｓ１１の受信信号レベルｘ（ｎ）を、十分に大きくできる。
【０１６６】
一方、受信信号レベルｘ（ｎ）が第２しきい値Ｔｈ２以下である場合（ステップＳ４０３でＮＯ）、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）が小さいほど、ゲイン係数ｇ（ｎ）を小さく設定する。この構成によると、ゲイン係数設定部４２は、受信信号レベルｘ（ｎ）が小さいほど、ゲイン係数ｇ（ｎ）を小さく設定することで、残響信号領域Ｓ１２の受信信号レベルｘ（ｎ）を、より確実に低減できる。
【０１６７】
また、水中探知装置１によると、第２しきい値Ｔｈ２は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）に比例する値と、第２補正定数ｂ２と、を加算した値である。この構成によると、ゲイン係数設定部４２は、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）に対応した、適切な値を、第２しきい値Ｔｈ２として設定できる。
【０１６８】
また、水中探知装置１によると、補正定数算出部４５は、複数の受信信号レベルｘ（ｎ）を平滑化処理して得られた予備推定信号レベルｙ２（ｎ）に基づいて、第２補正定数ｂ２を設定する。この構成によると、第２しきい値Ｔｈ２を、送受信装置３の感度及び増幅率に応じた適正な値にできる。
【０１６９】
以上の次第で、水中探知装置１によると、魚群エコー信号等の、所望エコー信号は低減されず、残響信号は低減された結果としての表示用データＤ１（ｎ）を得ることができる。
【０１７０】
［第２実施形態］
図１０は、本発明の第２実施形態に係る水中探知装置の残響推定部４１Ａの構成を示すブロック図である。図１１は、受信信号Ｓ１を示すグラフである。図１１では、残響推定部４１Ａで生成された残響推定信号Ｓ２Ａも示している。本実施形態では、残響推定部４１Ａに平滑フィルタ部５５が設けられていない。この点以外について、残響推定部４１Ａは、残響推定部４１と同様の構成を有している。
【０１７１】
図２及び図１１に示すように、残響推定信号Ｓ２Ａは、残響推定信号Ｓ２と比べて、若干荒い形状となっている。しかしながら、残響推定信号Ｓ２Ａにおいても、残響推定信号Ｓ２と略同様の波形が実現されている。即ち、残響推定部４１Ａは、残響推定部４１と同様に、残響信号を正確に推定できている。
【０１７２】
［第３実施形態］
図１２は、本発明の第３実施形態に係る水中探知装置の残響推定部４１Ｂの構成を示すブロック図である。図１３は、残響推定部４１Ｂにおける処理の流れの一例を説明するためフローチャートである。図１４は、受信信号Ｓ１を示すグラフである。図１４では、残響推定部４１Ｂで生成された残響推定信号Ｓ２Ｂも示している。
【０１７３】
図１２、図１３及び図１４に示すように、第３実施形態における残響推定部４１Ｂは、第１比較部５１を有していない。残響推定部４１Ｂは、出力制御信号Ｆ１が常にＯＦＦである場合の残響推定部４１の動作と同様に、動作する。また、残響推定部４１Ｂは、第１比較部５１を有していないため、第１補正定数ｂ１を用いない。以下、残響推定部４１Ｂの動作の詳細を説明する。
【０１７４】
図１３に示すフローチャートのステップは、図８に示す第１実施形態のフローチャートのうち、第１比較部５１における処理が省略されたステップとなっている。具体的には、残響推定部４１は、まず、受信信号Ｓ１を、受信ビーム形成部３５から読み出す（ステップＳ５０１）。
【０１７５】
以下、図１３のステップＳ５０２〜Ｓ５０７は、それぞれ、図８のステップＳ３０９〜Ｓ３１４と同様である。また、図１３のステップＳ５０８、Ｓ５０９は、それぞれ、図８のステップＳ３０６、Ｓ３０７と同様である。
【０１７６】
ステップＳ５０８において、ｎ＝Ｎ−１であると判定された場合（ステップＳ５０８でＹＥＳ）、残響推定信号レベルｙ１（ｎ）の算出は、完了する。
【０１７７】
次に、残響推定部４１Ｂによって、算出された残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）について、説明する。図１３及び図１４に示すように、残響推定部４１は、第１フィルタ係数αの値としてα１又はα２を用いたフィルタ処理（ステップＳ５０５、又はステップＳ５０７）によって、残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）を算出する。
【０１７８】
より具体的には、受信信号レベルｘ（ｎ）＜第１参照信号レベルｚ１（ｎ）である場合、第１フィルタ係数αの値としてα１が設定される。この場合、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動に対する応答性を高くされた演算によって、残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）が算出される（ステップＳ５０５）。この演算によって算出された残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）に対する追従性が高くされている。特に、所望エコー信号領域Ｓ１１から、残響信号領域Ｓ１２に切り替わる個所の近傍において、残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）を急峻に低下できている。
【０１７９】
また、受信信号レベルｘ（ｎ）≧第１参照信号レベルｚ１（ｎ）である場合（ステップＳ５０３でＮＯ）、第１フィルタ係数αの値としてα２が設定される。この場合、受信信号レベルｘ（ｎ）の変動を平滑化することによって、残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）が算出される（ステップＳ５０７）。この演算によって算出された残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）は、高い安定性を有している。
【０１８０】
このように、第３実施形態に係る水中探知装置の残響推定部４１Ｂは、第１比較部５１を有していない。しかしながら、第２比較部５４によって、第１フィルタ係数αが適宜変更されることにより、残響推定部４１Ｂは、より適切な残響推定信号Ｓ２Ｂを生成できる。
【０１８１】
［第４実施形態］
図１５は、本発明の第４実施形態に係る水中探知装置のエコー信号処理装置４Ｃの構成を示すブロック図である。図１５に示すように、残響推定部４１Ｃは、予備推定部４４と、補正定数算出部４５（図１参照）と、を有していない。残響推定部４１Ｃの残響推定部４１は、予め設定された固定値として、第１補正定数ｂ１を記憶している。また、残響推定部４１Ｃのゲイン係数設定部４２は、予め設定された固定値として、第２補正定数ｂ２を記憶している。残響推定部４１Ｃは、上記の構成以外、残響推定部４１（図１参照）と同様の構成を有している。
【０１８２】
このような構成であっても、残響推定部４１Ｃは、残響推定信号を、実際の残響信号に近い信号として生成することができる。
【０１８３】
以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明はこれらに限定されず、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。
【０１８４】
［変形例］
（１）上記実施形態において、水中探知装置はスキャニングソナーであるとして説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、水中探知装置は、サーチライトソナーであってもよい。なお、水中探知装置がサーチライトソナーである場合、受信ビーム形成部３５は不要である。また、水中探知装置は、魚群探知機であってもよい。
【０１８５】
（２）また、上述の実施形態では、本発明を水中探知装置に適用した場合の一例を説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、本発明のエコー信号処理装置を、レーダ装置に適用してもよい。
【０１８６】
図１６は、本発明の変形例に係るレーダ装置１０１の構成を示すブロック図である。レーダ装置１０１は、漁船等の船舶に備えられる舶用レーダである。レーダ装置１０１は、他船等の物標の探知に用いられる。
【０１８７】
レーダ装置１０１は、アンテナ（送受波器）１０２と、送受信装置１０３と、エコー信号処理装置４と、表示装置５と、を備えている。
【０１８８】
アンテナ１０２は、指向性の強いパルス状電波を送信及び受信可能なレーダアンテナである。アンテナ１０２は、例えば、船体のマストに取り付けられており、鉛直軸回りを回転可能に構成されている。アンテナ１０２は、パルス状電波の送信方向を変えながら（アンテナ角度を変えながら）、空中を進行する電波の送受信を繰り返し行うように構成されている。これにより、レーダ装置１０１は、自船周囲の平面上の物標を、３６０°にわたり探知することができる。アンテナ１０２へのパルス状電波の供給、及び、アンテナ１０２で受信された受信信号の処理は、送受信装置１０３によって行われる。
【０１８９】
送受信装置１０３は、アンテナ１０２へ送信波としての電磁波を出力するように構成されている。送受信装置１０３は、アンテナ１０２で受信された受信信号を、増幅処理する。また、送受信装置１０３は、増幅処理された受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして、受信信号Ｓ１と同様の受信信号を生成する。エコー信号処理装置４は、この受信信号を処理することにより、表示用データを生成する。表示装置５は、この表示用データによって特定される画像を表示する。
【０１９０】
このレーダ装置１０１によると、他船、及びブイ等からの所望エコーを低減することなく、クラッタ等の不要な信号（残響信号）は低減されるように、受信信号を処理することができる。
【実施例】
【０１９１】
試験例１：第１実施形態の残響推定部４１（図３参照）を、試験例１として作製した。
試験例２：第２実施形態の残響推定部４１Ａ（図１０参照）を、試験例２として作製した。
試験例３：第３実施形態の残響推定部４１Ｂ（図１２参照）を、試験例３として作製した。
比較例  ：図１７に示す残響推定部４１ｒを、比較例として作製した。
【０１９２】
図１７及び図１８に示すように、残響推定部４１ｒは、ＩＩＲフィルタからなる。残響推定部４１ｒは、残響推定信号レベルｙｒ１（ｎ）を算出する。具体的には、残響推定部４１ｒは、乗算器６１ｒと、加算器６２ｒと、遅延器６３ｒと、乗算器６４ｒと、を有している。乗算器６１ｒは、第１フィルタ係数αの値としてα２を、受信信号Ｓ１の受信信号レベルｘ（ｎ）に乗算する。また、乗算器６４ｒは、（１−α２）を、残響推定信号レベルｙ１ｒ（ｎ−１）に乗算する。この構成により、残響推定部４１ｒは、下記に示す残響推定信号レベルｙ１ｒ（ｎ）を算出する。
ｙ１ｒ（ｎ）＝α２×ｘ（ｎ）＋（１−α２）×ｙ１ｒ（ｎ−１）
【０１９３】
試験例１〜３、及び比較例のそれぞれについて、同一の受信信号Ｓ１から、残響推定信号を生成させた。結果を図１８に示す。図１８は、試験例１〜３、及び比較例のそれぞれにおける、受信信号及び残響推定信号を示すグラフ図である。
【０１９４】
図１８に示すように、比較例では、所望エコー信号領域Ｓ１１における、残響推定信号レベルｙ１ｒ（ｎ）が、時間の経過とともに増加している。そして、所望エコー信号領域Ｓ１１の後の残響信号領域Ｓ１２では、残響推定信号レベルｙ１ｒ（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）を完全に上回っている。しかしながら、残響信号は、受信信号Ｓ１の一部であるため、受信信号レベルｘ（ｎ）を超える残響推定信号レベルｙ１ｒ（ｎ）は、現実に則していない。したがって、比較例では、受信信号Ｓ１に含まれる残響信号を、正確に推定できていない。
【０１９５】
試験例３では、第１参照信号レベルが受信信号レベルｘ（ｎ）を上回っている間、第１フィルタ係数αに第１の値α１を用いて残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）が算出されている。即ち、パターン２の処理が実行されている。これにより、残響信号領域Ｓ１２のうち所望エコー信号領域Ｓ１１の直後の領域Ｓ１３において、残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）は、受信信号レベルｘ（ｎ）と略一致している。また、試験例３では、第１参照信号レベルが受信信号レベルｘ（ｎ）以下であるときは、比較例と同様に、第１フィルタ係数αに第２の値α２を用いて残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）が算出されている。即ち、パターン３の処理が実行されている。これにより、所望エコー信号を含まない領域においては、残響推定信号レベルｙ１Ｂ（ｎ）は、安定した低い値を示している。このように、試験例３では、残響信号を精度よく推定できていることが実証された。
【０１９６】
試験例２では、受信信号レベルｘ（ｎ）が第１しきい値Ｔｈ１以上であるときには、残響推定信号レベルｙ１Ａ（ｎ）の更新が停止されている。即ち、パターン１の処理が実行されている。これにより、所望エコー信号領域Ｓ１１では、残響推定信号レベルｙ１Ａ（ｎ）は、一定の低い値となっている。また、試験例２では、試験例３と同様に、第１参照信号レベルと受信信号レベルｘ（ｎ）との比較に基づいて、第１フィルタ係数αに第１の値α１あるいは第２の値α２を用いて残響推定信号レベルｙ１Ａ（ｎ）が算出されている。以上より、試験例２では、所望エコー信号の影響を排除することによって、残響信号を極めて精度よく推定できていることが実証された。
【０１９７】
また、試験例１では、実施例２の残響推定信号Ｓ２Ａに平滑フィルタ処理が施された残響推定信号Ｓ２が出力されている。このため、残響推定信号Ｓ２は、より滑らかな波形を示している。よって、実施例１では、残響信号を、より一層精度よく推定できていることが実証された。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
本発明は、エコー信号処理装置、水中探知装置、レーダ装置、エコー信号処理方法、及びエコー信号処理プログラムとして広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１９９】
４          エコー信号処理装置
４１        残響推定部
４２        ゲイン係数設定部
４３        出力制御部（乗算部）
ｇ（ｎ）    ゲイン係数
ｚ１（ｎ）  第１参照信号レベル（参照信号レベル）
Ｓ１        受信信号
ｘ（ｎ）    受信信号レベル
ｙ１（ｎ）  残響推定信号レベル
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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