(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源からの音響信号を受信しその受信信号を周波数分析して周波数対方位表示を行う方位表示回路であって、
所定周波数幅に対応する方位を選択して前記周波数対方位表示を行う表示制御手段を含んでおり、
前記表示制御手段は、前記周波数分析した結果より信号到来方位を算出する方位算出手段と、前記周波数分析した結果より目標信号を検出する目標信号検出手段と、この目標信号検出手段で検出された目標信号に基づき目標信号の周波数幅を算出する周波数幅算出手段と、前記方位算出手段で算出された信号到来方位と前記周波数幅算出手段で算出された周波数幅に基づき、その周波数幅に含まれる信号到来方位のみを表示器に表示させる方位信号選択手段とを含み、
前記周波数幅算出手段は、前記目標信号検出手段で検出された目標信号の周波数フィッティング関数を算出し、その周波数フィッティング関数と予め設定された受信信号の周波数幅決定レベルとから前記目標信号の周波数幅を算出することを特徴とする方位表示回路。
【請求項２】
音源からの音響信号を受信しその受信信号を周波数分析して周波数対方位表示を行う方位表示回路であって、
所定周波数幅に対応する方位を選択して前記周波数対方位表示を行う表示制御手段を含んでおり、
前記表示制御手段は、前記周波数分析した結果より信号到来方位を算出する方位算出手段と、前記周波数分析した結果より目標信号を検出する目標信号検出手段と、この目標信号検出手段で検出された目標信号に基づき目標信号の周波数幅を算出する周波数幅算出手段と、前記方位算出手段で算出された信号到来方位と前記周波数幅算出手段で算出された周波数幅に基づき、その周波数幅に含まれる信号到来方位のみを表示器に表示させる方位信号選択手段とを含み、
さらに前記表示制御手段は、前記周波数分析した結果に基づき前記表示器に周波数対レベル表示を行い、
前記周波数幅算出手段は、前記目標信号検出手段で検出された目標信号の周波数フィッティング関数を算出し、その周波数フィッティング関数と予め設定された受信信号の周波数幅決定レベルとから前記目標信号の周波数幅を算出することを特徴とする方位表示回路。
【請求項３】
前記周波数幅算出手段は、信号検出周波数セル及び隣接するセルのレベルから二次関数をフィッティングにより算出する二次関数フィッティングと、この二次関数フィッティングで算出された二次関数と予め設定された受信信号の周波数幅決定レベルとから前記目標信号の周波数幅を算出する周波数幅設定回路と、全ての周波数セルに対し前記算出された周波数幅に対応する周波数セルのみを選択する判定ゲート回路とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の方位表示回路。
【請求項４】
前記表示制御手段は、前記周波数分析した結果の各周波数分解能セルをそのセル毎に時間軸方向に積分する積分回路をさらに含み、前記方位算出手段は前記積分回路での積分結果より信号到来方位を算出することを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の方位表示回路。
【請求項５】
前記音源からの音響信号を無指向性受波器及び指向性受波器で受信した受信信号に対し各々周波数分析を行うことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の方位表示回路。
【請求項６】
前記音響信号は周波数分析する周波数分解能より広い周波数幅を有することを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の方位表示回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は方位表示回路に関し、特に周波数幅を持った音響信号の周波数対方位表示を行う方位表示回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の方位表示回路の一例を示す構成図である。図６を参照して、音源からの音響信号Ｓを周波数分析する周波数分析回路６１と、周波数分析結果から到来方位を算出する方位算出回路６２と、設定されたレベルであるスレッショルド６６から周波数分析結果の閾値を判定する閾値判定回路６５と、この判定結果から到来方位算出結果出力を選択する方位信号選択回路６３と、周波数分析結果及び選択された到来方位算出結果を表示する表示器６４とから構成される。
【０００３】
次に動作を説明する。周波数分析回路６１では、音響信号を無指向性受波器及び方位方向に東西、南北と指向性を有する２種の指向性受波器で受信した計３種の受信信号に対し各々周波数分析を実施する。方位算出回路６２では、周波数分析した指向性受波信号結果のレベル比及び、指向性受波信号と無指向性受波信号の位相差より信号到来方位を算出する。
【０００４】
閾値判定回路６５では、スレッショルド６６によるオペレータが設定した閾値に相当するレベル信号であるか否かを周波数分析回路６１の処理結果である無指向性受波信号の周波数分析結果に対し判定し、閾値を越えた信号について、周波数セル情報として抽出し、方位信号選択回路６３では、この抽出された周波数セル情報に相当する、方位算出回路６２で算出した信号到来方位を選択する。表示器６４では、周波数分析回路６１の処理結果である無指向性受波信号の周波数処理結果を周波数対レベル情報として表示すると共に、方位信号選択回路６３で選択された信号到来方位を周波数対方位表示として表示する。このとき、周波数対レベル表示と周波数対方位表示の周波数セルは対応しており、周波数対方位表示では、Ｂスコープとして周波数対レベル表示で示されるレベルに相当する輝度で表示される。
【０００５】
図７は表示器の表示例を示す図である。周波数対レベル表示７１（図７（Ａ）参照）では周波数分析結果が表示され、周波数対方位表示７２（図７（Ｂ）参照）では、信号到来方位がドット状にＢスコープ表示される。なお、図７（Ｂ）では輝度の高い信号、即ちレベル大の信号を大径の黒丸で表示し、輝度の低い信号、即ちレベル小の信号を小径の黒丸で表示している。これは後述する図８，９，１０及び４でも同様である。
【０００６】
周波数対レベル表示７１においてオペレータがスレッショルドを設定することで、スレッショルドレベル以上のレベルに相当する周波数セルの方位が、周波数対方位表示７１に表示される。従って、図７の例で示す設定では、周波数対方位表示７２において信号到来方位が全ての周波数セルに対し表示されていない。
【０００７】
一方、この種の方位表示回路の他の一例が特開平５−３２４４３２号公報（以下、文献１という）に開示されている。さらに、目標信号と雑音との識別を容易にする技術の一例が特開平９−２１１１１０号公報（以下、文献２という）及び特開平９−３０４５００号公報（以下、文献３という）に開示されている。
【０００８】
文献２開示の技術は、所定周波数幅及び所定到来方位幅で規定される矩形範囲をメッシュ状に分割して得られる分析窓の個々について、方位信号の出現頻度が閾値を越えているか否かを調べ、越えているものを表示する、というものである。文献３開示の技術は、一定時間区間の方位値の分散を計算し、その分散値をスレショルドと比較し、分散大を雑音、分散小を信号と判定する、というものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術（図６及び図７参照）の第１の問題点は、オペレータの設定するスレッショルドレベルによって周波数対方位表示における目標の認識デファレンシャル（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）が低下する点である。その理由は、以下のとおりである。
【００１０】
スレッショルドを下げると、雑音成分の方位も周波数対方位表示に表示され、目標が雑音等に埋もれ認識しにくくなる問題点がある。この状況を図８の表示器の他の表示例を示す図に示す。図８を参照して、周波数対レベル表示８１において表示される周波数分析結果のうち、目標は目標周波数幅８３で示されるが、設定されているスレッショルドレベルが低いために、周波数対方位表示８２では雑音成分の表示ドット（図８（Ｂ）の小径黒丸）と共に目標成分の表示ドット（図８（Ｂ）の大径黒丸）が表示され目標を認識しづらい。
【００１１】
この状況を回避するために、スレッショルドを高めに設定することで目標のみの方位を表示させようとするが、目標の信号発生メカニズム、伝搬経路等の影響により、目標の音響信号が持つ周波数的に分布する信号は、中心周波数をピークとした二次曲線的に分布し、レベルが下がる傾向であることから、周波数分析する周波数分解能より目標の周波数分布幅が広い場合には、ピーク周波数付近の方位のみ表示されることになり、方位表示のドット数が少なくなる。この状況を図９の表示器の他の表示例を示す図に示す。図９を参照して、周波数対レベル表示９１において表示される周波数分析結果のうち、目標は目標周波数幅９３で示されるが、設定されているスレッショルドレベルが高いために、周波数対方位表示９２では目標のピーク周波数付近の表示のみであり、表示されるドット数が少ない。
【００１２】
目標は、ほぼ同一方位に表示されることから、方位ドットが多いと、点から面積で認識され認識デファレンシャルが向上するが、ドットが少ないと認識デファレンシャルが低下する。
【００１３】
第２の問題点は、オペレータの設定するスレッショルドレベルのみでは周波数対方位表示における雑音成分の表示を除去しきれなく、目標を認識しにくい点である。その理由は、雑音レベルが高い、もしくは目標レベルと同等の場合、目標が表示される範囲でスレッショルドレベルを設定しても雑音成分は除去されないために、周波数対方位表示においても雑音の方位がドットとして表示され、目標認識の妨げになってしまうためである。この状況を図１０の表示器の他の表示例を示す図に示す。図１０を参照して、周波数対レベル表示１０１において表示される周波数分析結果のうち、スレッショルドレベルを高めに設定しても、目標周波数幅１０３で示される目標も雑音も同等のレベルであるがために、周波数対方位表示１０２では雑音成分の表示ドットと同様の状況で表示されるため、目標を認識しずらい。
【００１４】
そこで本発明の目的は、文献１乃至３記載の技術とは全く異なる構成により、目標とする方位ドットの数を従来よりも多く表示することができ、かつ雑音成分の表示を従来よりも少なくすることができ、もって信号到来方位の認識デファレンシャルを向上させることができる方位表示回路を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、音源からの音響信号を受信しその受信信号を周波数分析して周波数対方位表示を行う方位表示回路であって、その方位表示回路は所定周波数幅に対応する方位を選択して前記周波数対方位表示を行う表示制御手段を含んでおり、前記表示制御手段は、前記周波数分析した結果より信号到来方位を算出する方位算出手段と、前記周波数分析した結果より目標信号を検出する目標信号検出手段と、この目標信号検出手段で検出された目標信号に基づき目標信号の周波数幅を算出する周波数幅算出手段と、前記方位算出手段で算出された信号到来方位と前記周波数幅算出手段で算出された周波数幅に基づき、その周波数幅に含まれる信号到来方位のみを表示器に表示させる方位信号選択手段とを含み、前記周波数幅算出手段は、前記目標信号検出手段で検出された目標信号の周波数フィッティング関数を算出し、その周波数フィッティング関数と予め設定された受信信号の周波数幅決定レベルとから前記目標信号の周波数幅を算出することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、所定周波数幅に対応する方位のみを表示するため、目標とする方位ドットの数を従来よりも多く表示することができ、かつ雑音成分の表示を従来よりも少なくすることができ、もって信号到来方位の認識デファレンシャルを向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る方位表示回路の最良の実施の形態の構成図である。図１を参照して、方位表示回路は周波数分析回路１と、方位算出回路２と、方位信号選択回路３と、表示器４と、信号検出回路５と、周波数幅スレショルド６と、周波数幅算出回路７とから構成される。周波数分析回路１は、音源からの音響信号Ｓの周波数分析を行い、方位算出回路２と信号検出回路５に出力する。信号検出回路５（文献１参照）では音響信号Ｓの周波数分析結果から目標信号を検出する。周波数幅算出回路７では、検出された信号の周波数フィッティング関数を求め、周波数幅スレショルド６で設定された周波数幅決定レベルを周波数幅として算出する。方位算出回路２では、周波数分析結果より信号到来方位を算出する。方位信号選択回路３では、算出された信号到来方位のうち、周波数幅として算出された方位のみを選択する。表示器４では、周波数分析結果を周波数対方位表示する他、選択された方位を周波数対方位表示としてＢスコープ表示する。なお、音響信号Ｓは周波数分析する周波数分解能より広い周波数幅を有する信号である。
【００１８】
図２は本実施の形態における図１の信号検出周波数幅算出回路７の構成図である。図２を参照して、信号検出周波数幅算出回路７は、周波数幅設定回路２２と、二次関数フィッティング２３と、判定ゲート回路２４とから構成される。二次関数フィッティング２３では、信号検出周波数セル及び隣接するセルのレベルから二次関数をフィッティングにより求める。周波数幅設定回路２２では、求められた二次関数フィッティングに対し、周波数幅スレッショルドで決定するレベルよりその周波数幅を算出する。判定ゲート回路２４では、全ての周波数セルに対し、算出された周波数幅に対応する周波数セルのみを選択する。
【００１９】
図３は、本実施の形態における周波数幅算出の概念図である。図３を参照して、目標信号は信号周波数３２のような特性であり、信号周波数のピーク３３を中心に分布する。この特性を二次関数３１の分布特性にフィッティングさせ、周波数幅決定レベル３４に対応した周波数幅３５と算出する。
【００２０】
図４は、本実施の形態における図１の表示器４の表示例である。周波数対レベル表示４１では周波数分析結果が表示され（図４（Ａ）参照）、周波数対方位表示４２では信号到来方位が輝度変調されたドット状にＢスコープ表示される（図４（Ｂ）参照）。本表示例では、目標周波数幅４３に対応する周波数セルの方位が処理結果として表示されることを示している。
【００２１】
次に、図１の回路の動作について、同図を参照して説明する。周波数分析回路１では、音響信号Ｓを無指向性受波器及び方位方向に東西、南北と指向性を有する２種の指向性受波器で受信した計３種の受信信号に対し、あらかじめ設定された周波数分解能に従い、各々周波数分析を実施する。方位算出回路２では、２種の指向性受波器受信信号の周波数分析結果に対して、相互のレベル比及び、２種各々の指向性受波器受信信号の周波数分析結果と無指向性受波器受信信号の周波数分析結果より信号の位相差を求めることで音響信号到来方位を算出する。
【００２２】
無指向性受波器受信信号の周波数分析結果から信号検出回路５（文献１参照）を用いて、目標の検出を実施する。信号検出周波数幅算出回路７では、目標信号の周波数セルと隣接する周波数セルの信号レベルから二次関数フィッティングにより目標信号の分布関数を算出する。周波数幅スレッショルド６では、オペレータが設定した周波数幅を決定する検出された目標のピークレベルに対する減衰量を周波数幅決定レベルとして、信号検出周波数算出回路７に出力する。信号検出周波数算出回路７では、先に求めた分布関数に対し、周波数幅決定レベルより、検出信号周波数幅を求め、周波数分析回路１で周波数分析した周波数分解能セルから信号周波数幅に対応する周波数セルを抽出する。
【００２３】
方位選択回路３では、信号到来方位の各周波数セルに対し、信号検出周波数幅算出回路７で求めた周波数セルに対応するかを判定し、対応する場合のみ、目標信号の信号到来方位として選択する。従って、目標信号の周波数幅の周波数セルと音響信号到来方位の周波数セルは一致する。
【００２４】
表示器４では、図４の表示例に示されるように、無指向性受波器受信信号の周波数処理結果を周波数対レベル表示４１に表示すると共に、方位信号選択回路３で選択された信号到来方位を周波数処理結果レベルで輝度変調し、周波数対方位表示４２にドット状にＢスコープ表示する。このとき、周波数対レベル表示と周波数対方位表示の周波数セルは対応しており、周波数セルの分解能は周波数分析回路１で周波数分析した周波数分解能のセルに対応する。従って、周波数対方位表示で表示される信号到来方位は、目標周波数幅４３に対応する範囲の周波数セルに対してのみ表示される。
【００２５】
【実施例】
次に、実施例について説明する。図５は、本発明の実施例の構成図である。図５を参照して、方位表示回路は、周波数分析回路５１と、積分回路５２と、方位算出回路５３と、方位信号選択回路５４と、表示器５５と、信号検出回路５６と、周波数幅スレッショルド５７とから構成される。
【００２６】
周波数分析回路５１は、音源からの音響信号Ｓの周波数分析を行い、積分回路５２と信号検出回路５６に出力する。積分回路５２は、時間軸方向に各周波数分解能セル毎に積分を実施する。信号検出回路５６（特開平５−３２４４３２参照）では音響信号Ｓの周波数分析結果から目標信号を検出する。信号検出周波数幅算出回路５８では、検出された信号の周波数フィッティング関数を求め、周波数幅スレッショルド５７で設定されたレベルを周波数幅として算出する。方位算出回路５３では、周波数分析後の積分結果より信号到来方位を算出する。方位信号選択回路５４では、算出された信号到来方位のうち、周波数幅として算出された方位のみを選択する。表示器５５では、周波数分析結果を周波数対方位表示する他、選択された方位を周波数対方位表示としてＢスコープ表示する。
【００２７】
次に、図５の回路の動作について同図を参照して説明する。周波数分析回路５１では、音響信号Ｓを無指向性受波器及び方位方向に東西、南北と指向性を有する２種の指向性受波器で受信した計３種の受信信号に対し、設定されている周波数分解能１Ｈｚで、各々周波数分析を実施する。対象となる音響信号Ｓの周波数範囲が０〜５ｋＨｚの場合は５０００個の周波数セルに分析される。積分回路５２では、この周波数分析結果に対し、各セル毎に時間軸方向に積分処理を実施するが、具体的には、移動平均処理を行う。周波数分析結果出力サイクルが１秒の場合、最新結果から過去１００秒分の周波数分析結果を周波数セル毎に加算後、１００で割った値を積分結果とする。
【００２８】
方位算出回路５３では、２種の指向性受波器受信信号の積分処理結果に対して、相互のレベル比及び、２種各々の指向性受波器受信信号の積分処理結果と無指向性受波器受信信号の積分処理結果より信号の位相差を求めることで信号到来方位を算出する。位相差から、方位３６０度を８つ（２２．５度）に分割した象限を求めた後、レベル比のアークタンジェント（Ａｔａｎ）を求めることで象限内の角度が求められ、対象となる象限、例えば第一象限であれば０度、第二象限であれば２２．５度といったようにオフセットを加えることで３６０度方向の方位に算出する。
【００２９】
位相差として、無指向性受波器受信信号の積分処理結果と北南方向指向性受波器受信信号の積分処理結果の関係である乗算結果符号が正、無指向性受波器受信信号の積分処理結果と東西方向指向性受波器受信信号の積分処理結果の関係である乗算結果符号が正、である場合の象限は第一象限であり、レベル比として、東西方向指向性受波器受信信号の積分処理結果を北南方向指向性受波器受信信号の積分処理結果で割り、アークタンジェント結果が１０の場合は、方位算出結果として１０度が得られる。そして、無指向性受波器受信信号の周波数分析結果から信号検出回路５６（文献１参照）を用いて目標信号を検出する。
【００３０】
又、信号検出周波数幅算出回路５８では、目標信号の周波数セル±２セルの信号レベルが入力される。この５個の信号レベルを二次関数フィッティングとして、  ｙ（ｘ）＝ａｘ２  ＋ｂｘ＋ｃ  …（１）
の二次関数に代入し、ａ，ｂ，ｃを求めることで目標信号の分布関数を算出する。信号検出周波数幅算出回路５８には、周波数幅スレッショルド５７から、オペレータが設定した周波数幅を決定する検出された目標のピークレベルに対する減衰量が周波数幅決定レベルとして入力され、この値を二次関数に代入し周波数幅を求める。分布関数が
ｙ（ｘ）＝−０．２ｘ２  ＋０．２ｘ＋１０  …（２）
と求められている場合で、オペレータが周波数決定レベルを−３ｄＢと設定していたなら、周波数分解能１Ｈｚ時、ピークレベル−３ｄＢ以上である周波数セル±４セルが周波数分析幅として求められる。この求められた周波数幅を周波数セル番号とし方位信号選択回路５４に出力する。
【００３１】
方位信号選択回路５４では、信号到来方位の各周波数セルに対し、信号検出周波数幅算出回路５８で求めた周波数セルに対応するか否かを判定し、対応する場合のみ選択する。周波数幅の周波数セルと信号到来方位の周波数セルは一致する。先に求めた周波数分析幅は周波数セル±４セルであることから、ここで判定され出力される信号到来方位も９セルとなる。
【００３２】
表示器５５では、無指向性受波器受信信号の周波数処理後の積分処理結果が周波数対レベル表示として表示されるとともに、方位信号選択回路５４で選択された信号到来方位を無指向性受波器受信信号の周波数処理後の積分処理結果レベルで輝度変調して、周波数対方位表示として表示器５５にＢスコープ表示される。このとき、周波数対レベル表示と周波数対方位表示の周波数セルは対応しており、周波数セルの分解能は周波数分析回路５１で周波数分析した周波数分解能に対応する。
【００３３】
周波数分解能が１Ｈｚで、分析帯域が０〜５ｋＨｚのため、いずれの表示でも横軸周波数には５０００セル分が表示され、方位は３６０度を１度きざみで表現するので、周波数対方位表示において３６０度分がドットとしての表示エリアになる。目標信号の周波数が１ｋＨｚで方位１０度の場合、周波数対レベル表示の全ての周波数セルには、周波数分析結果後の積分処理結果のレベルが表示されるが、周波数対方位表示には９９６セルから１００４セルに対してのみ方位ドットが表示され、その方位は１０度の位置にあり、１０００番目のセルである１ｋＨｚのドットの輝度が一番高く表示されることになる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、音源からの音響信号を受信しその受信信号を周波数分析して周波数対方位表示を行う方位表示回路であって、その方位表示回路は所定周波数幅に対応する方位を選択して前記周波数対方位表示を行う表示制御手段を含んで構成されるため、目標とする方位ドットの数を従来よりも多く表示することができ、かつ雑音成分の表示を従来よりも少なくすることができ、もって信号到来方位の認識デファレンシャルを向上させることができる。
【００３５】
即ち、検出した目標信号に対し周波数幅を決定し、その範囲の方位を周波数対方位表示により表示することで、周波数分解能よりも周波数幅の広い信号を表示することができ、ドットで表される方位表示が「かたまり」とした面積となることから、オペレータの認識デファレンシャルを向上させることができる。一般的に面積で表示された場合、その認識デファレンシャルは√３程度向上すると言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る方位表示回路の最良の実施の形態の構成図である。
【図２】本実施の形態における図１の信号検出周波数幅算出回路７の構成図である。
【図３】本実施の形態における周波数幅算出の概念図である。
【図４】本実施の形態における図１の表示器４の表示例である。
【図５】本発明の実施例の構成図である。
【図６】従来の方位表示回路の一例を示す構成図である。
【図７】表示器の表示例を示す図である。
【図８】表示器の他の表示例を示す図である。
【図９】表示器の他の表示例を示す図である。
【図１０】表示器の他の表示例を示す図である。
【符号の説明】
１，５１  周波数分析回路
２，５３  方位算出回路
３，５４  方位信号選択回路
４，５５  表示器
５，５６  信号検出回路
６，５７  周波数幅スレショルド
７，５８  信号検出周波数幅算出回路
２２  周波数幅設定回路
２３  二次関数フィッティング
２４  判定ゲート回路
５２  積分回路
【図１】
0003541348.tif 000002
【図２】
0003541348.tif 000003
【図３】
0003541348.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003541348.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003541348.tif 000011