(57)【要約】  本発明の課題は、波形情報を取得するにあたって、変調して送受信した信号や、物体に反射して強度が変動した信号においても、方位分解能や距離分解能の低下を抑えることができる技術を提供することである。本発明は、空間を伝播する波を受信する複数のセンサと、前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出手段とを有する。
2010113926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間を伝播する波を受信する複数のセンサと、
前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出手段と
を有することを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして波形情報を取得する取得手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記算出したサンプリングタイミングに近似するサンプリングタイミングでサンプリングして得られた前記波形情報を用いて、前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして取得できる波形情報を推測により取得する取得手段を有することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項４】
前記取得した波形情報を前記求めた到着時刻の差に基づいて調整し、方位毎及び距離毎の少なくとも一方の強度を求める測定手段を有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の測定装置。
【請求項５】
前記取得した波形情報毎に重み付けする重み付け手段を有することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の測定装置。
【請求項６】
取得する波形情報の周波数分布が変更されるように変調する変調手段を有することを特徴とする請求項２から請求項５のいずれかに記載の測定装置。
【請求項７】
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング時の強度とそのサンプリングタイミングの前後の強度とを比較し、比較の結果に応じて、波形情報を強度の変動量に基づいて修正する時間平滑化手段を有することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれかに記載の測定装置。
【請求項８】
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング毎に、前記波形情報の強度と、前記波形情報の波を受信したセンサに近傍するセンサが受信した波の波形情報の強度とを比較し、比較の結果に応じて、強度の差異に基づいて修正する空間平滑化手段を有することを特徴とする請求項２から請求項７のいずれかに記載の測定装置。
【請求項９】
前記測定した強度を用いて、多次元画像を生成する生成手段を有することを特徴とする請求項２から請求項８のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１０】
前記生成手段は、前記生成した多次元画像について、方位毎の指向性分布を用いてデコンボリューションして、高分解能の多次元画像を生成することを特徴とする請求項９に記載の測定装置。
【請求項１１】
空間を伝播する波を受信する複数のセンサと、
前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の位相差を求め、この位相差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出手段と
を有することを特徴とする測定システム。
【請求項１２】
空間を伝播する波をセンサで受信する受信ステップと、
前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出ステップと
を有することを特徴とする測定方法。
【請求項１３】
前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして波形情報を取得する取得ステップを有することを特徴とする請求項１２に記載の測定方法。
【請求項１４】
前記算出したサンプリングタイミングに近似するサンプリングタイミングでサンプリングして得られた前記波形情報を用いて、前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして取得できる波形情報を推測して取得する取得ステップを有することを特徴とする請求項１２に記載の測定方法。
【請求項１５】
前記取得した波形情報を前記求めた到着時刻の差に基づいて調整し、方位毎及び距離毎の少なくとも一方の強度を求める測定ステップを有することを特徴とする請求項１２又は請求項１４に記載の測定方法。
【請求項１６】
前記取得した波形情報毎に重み付けする重み付けステップを有することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれかに記載の測定方法。
【請求項１７】
取得する波形情報の周波数分布が変更されるように変調する変調ステップを有することを特徴とする請求項１３から請求項１６のいずれかに記載の測定方法。
【請求項１８】
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング時の強度とそのサンプリングタイミングの前後の強度とを比較し、比較の結果に応じて、波形情報を強度の変動量に基づいて修正する時間平滑化ステップを有することを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれかに記載の測定方法。
【請求項１９】
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング毎に、前記波形情報の強度と、前記波形情報の波を受信したセンサに近傍するセンサが受信した波の波形情報の強度とを比較し、比較の結果に応じて、強度の差異に基づいて修正する空間平滑化ステップを有することを特徴とする請求項１３から請求項１８のいずれかに記載の測定方法。
【請求項２０】
前記測定した強度を用いて、多次元画像を生成する生成ステップを有することを特徴とする請求項１３から請求項１９のいずれかに記載の測定方法。
【請求項２１】
前記生成ステップは、前記生成した多次元画像について、方位毎の指向性分布を用いてデコンボリューションして、高分解能の多次元画像を生成することを特徴とする請求項２０に記載の測定方法。
【請求項２２】
情報処理装置のプログラムであって、前記プログラムは前記情報処理装置に、
空間を伝播する波を受信するセンサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電波、音波、光波などの波動の波形情報のサンプリングタイミングを算出する測定装置、測定システム、測定方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電波や音波などの波形情報をレーダー、ソーナー、ライダーなどのセンサを用いて取得し、波源の強度の空間分布を求める方法が数多く提案されている。【０００３】
例えば、非特許文献１に示すように、ビームフォーマー法を始めとして様々な方法がある。非特許文献１には、ある時刻における各方位の分布であるが、これを時系列で取得し、波の速度をもとに波の到来時刻をセンサからの距離と読み替えることによって方位対距離の空間分布が得られる。更にこの空間分布を時系列で並べることによって時間分布が得られる。【０００４】
多くの方法は、指向性を得る際、センサを構成するセンサ素子の形状やセンサ素子間の相対位置を勘案して、センサ素子毎に取得した波形情報の位相を調整する。【０００５】
一方、これら波形情報について、時間軸上において連続したアナログ信号として処理されることが多かったが、最近は時間軸上において離散的にサンプリングしてディジタル信号として処理することが多くなってきた。ディジタル信号として処理できることにより様々な複雑なアルゴリズムを容易に適用できるようになった。非特許文献１に記載の方法も、このディジタル化を考慮した方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】菊間信良 著「アダプティブアンテナ技術」  オーム社出版、平成１５年１０月１０日、ｐｐ．１２２−１６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ディジタル信号として処理が行われる場合、波形情報は離散的にしかサンプリングされない。すなわち、波形情報が所望の位相においてサンプリングされていないことがほとんどである。そのため、ディジタル信号に対して位相を調整する際、例えば基準となるセンサ素子で定めたサンプリングタイミングと同一のサンプリングタイミングを含めて、ある一定時間の波形情報をフーリエ変換して複素数表現した位相を掛け合わせて位相を調整する。【０００８】
例えば、センサ素子Ｎの時刻ｔ０からｔ１にわたる波形情報をｆＮとし、位相をθずらすとする。この場合、ｆＮのフーリエ変換をＦＮとするならば、ＦＮｅｉθが位相調整された求めるべきフーリエ変換となる。ただしｉ２＝−１である。これは、所望の位相における波形情報を、サンプリングされた時刻での波形情報から外挿することに相当する。【０００９】
ところがこの外挿は周波数分布に時間変動が無いことを暗黙の前提としている。そのため、変調して送受信した信号や、物体に反射して強度が変動した信号では、外挿の精度が低下する。その結果、方位分解能や距離分解能が低下する場合がある。【００１０】
そこで、本発明は、波形情報を取得するにあたって、変調して送受信した信号や、物体に反射して強度が変動した信号においても、方位分解能や距離分解能の低下を抑えることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明は、測定装置であって、空間を伝播する波を受信する複数のセンサと、前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出手段とを有することを特徴とする。【００１２】
上記課題を解決するための本発明は、測定システムであって、空間を伝播する波を受信する複数のセンサと、前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出手段とを有することを特徴とする。【００１３】
上記課題を解決するための本発明は、測定方法であって、空間を伝播する波をセンサで受信する受信ステップと、前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出ステップとを有する。【００１４】
上記課題を解決するための本発明は、情報処理装置のプログラムであって、前記プログラムは前記情報処理装置に、空間を伝播する波を受信するセンサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出処理を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の効果は、レーダー、ソーナー、ライダーなどの波形情報を取得する装置において、変調して送受信した信号や、物体に反射して強度が変動した信号においても方位分解能や距離分解能の低下を抑えられることである。これは、位相を考慮したサンプリングタイミングで波形情報をサンプリングすることによって、正確な周波数分布を得られるからである。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第２の実施の形態の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第３の実施の形態の全体の構成を示すブロック図
【図４】本発明の第４の実施の形態の全体の構成を示すプロック図
【図５】本発明の第５の実施の形態の全体の構成を示すブロック図
【図６】本発明の第６の実施の形態の全体の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第７の実施の形態の全体の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、空間を伝播する、電波、音波、光波等の波動の波形情報を取得して、波形情報を取得するセンサの相対位置に基づいて、取得した波形情報をサンプリングするためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出する。これにより、変調して送受信した信号や、物体に反射して強度が変動した信号においても、方位分解能や距離分解能の低下を抑えることができる。尚、空間とは、大気中や水中等の実空間である。以下に、本発明の詳細について説明する。
【００１８】
〈第１の実施の形態〉
図１は、第１の実施の形態における測定システム（測定装置）のブロック図である。測定装置は、波形情報取得部１１と、最適サンプリング算出部１２と、サンプリング制御部１３と、整相部１４と、強度マッピング部１５とを有する。
【００１９】
波形情報取得部１１は、空間を伝播する電波、音波、光波などの波を受信する単独あるいは複数のセンサ素子と、センサ素子が受信した波をサンプリングするサンプリング部とを有するレーダー、ソーナー、ライダーなどである。波形情報取得部１１は、サンプリングタイミングを変更できるもので、各センサ素子が受波した波を、後述するサンプリング制御部１３によって設定されたサンプリングタイミングでサンプリングして波形情報を取得し、周波数分布を出力する。複数のセンサ素子が配置される場合、一般的には直線上に半波長間隔で配置されることが多いが、本発明では配置に制限は無いものとする。例えばリング上に配置しても良いし、球面上に配置しても良いし、結晶格子とよく似た形状の立体格子上に配置してもよい。また、センサ素子は同じ感度特性や波長特性を並べる場合が多いが、異なる感度特性、異なる波長特性のセンサ素子を並べてもよい。
【００２０】
最適サンプリング算出部１２は、あらかじめ指定してある方位分解能、又は距離分解能に応じて、方位毎、距離毎に最適なサンプリングタイミングを、センサ素子間の位置関係に基づいて算出する。各センサ素子の位置は、装置をセッティングするときにわかるので、各センサ素子の位置を示す位置情報は測定装置に予め記憶されている。
【００２１】
ここで、最適サンプリング算出部１２の詳細について説明する。例えば、複数あるセンサ素子のいずれか一つを基準と設定して、ある方位のある位置に波源があると想定する。波源に対して各センサ素子が、基準となるセンサ素子と比較してどれだけ近いか又は遠いかを示す相対位置（距離の違い）と波の速度とから、各センサ素子において同一位相の波の到来時刻の違いを算出する。そして、算出した到来時刻の違いから各センサ素子の最適サンプリングタイミングを求める。従って、最適サンプリング算出部１２が算出する最適サンプリングタイミングとは、基準センサ素子で受信された波の位相と基準センサ素子以外のセンサ素子で受信された波の位相とが同一となる波形情報が得られるタイミングである。サンプリングタイミングを算出する際の方位分解能については、全方位一様でなくてもよい。例えば正面は方位分解能を細かくとり、周辺は方位分解能を粗くとるという方法も考えられる。同様に距離分解能についても、一様でなくてもよい。例えば近距離の場合は細かくとり、遠距離の場合は粗くとるという方法も考えられる。尚、波源は、電波、音波、光波などの波を放射するもの、又は電波、音波、光波などの波を反射するものを指す。
【００２２】
サンプリング制御部１３は、上記最適なサンプリングタイミングで、受信した波の波形情報を取得するように波形情報取得部１１を制御する。また、サンプリング制御部１３は、基準センサ素子と他の各センサ素子との同一位相の波の到来時刻の違いを考慮して、各センサ素子が受信した波の波形情報を整合して加算するように整相部１４を制御する。
【００２３】
整相部１４は、サンプリング制御部１３の制御の元、サンプリング制御部１３からの基準センサ素子と他の各センサ素子との同一位相の波の到来時刻の違いに基づいて、各センサ素子が受信した波の波形情報を整合して加算するものである。最適サンプリング算出部１２で得られた各素子の最適のサンプリングタイミングで波形情報を、方位毎及び距離毎の少なくとも一方毎に取得する。そして、全センサ素子における波形情報を足し合わせて各方位又は各距離の強度を求める。波形情報を足し合わせるのは実空間であってもよいし周波数空間であってもよい。実空間で足し合わせた場合は、フーリエ変換などにより周波数空間での表現に変更し、送受信で用いる帯域の強度を求める。または実空間上、帯域通過フィルタなどにより、送受信で用いる帯域以外を削除した後、フーリエ変換などにより周波数空間での表現に変更して送受信で用いる帯域の強度を求める。周波数空間で足し合わせた場合も送受信で用いる帯域の強度を求める。各サンプリングタイミングでの強度を求めることにより、各方位及び各距離の強度が求まることになる。
【００２４】
強度マッピング部１５は、整相部１４が求めた各方位及び各距離の強度について、時系列でメモリに蓄える。更に、例えば方位と距離とを軸にして周波数分布をディスプレイ上に２次元あるいは３次元で周波数分布を表示する。２次元で表示する場合は例えば、一般的にＢスコープと言われるように、波形情報取得部１１を座標系の原点において、水平方位あるいは垂直方位と距離を座標軸とした極座標で表示することが考えられる。強度を濃淡で表現したり、擬似カラーで表現したりすると目視で区別できる。３次元で表示する場合も同様に極座標で表示することが考えられる。ディスプレイが２次元画像しか表示できない場合は、３次元画像を２次元に投影することになるので、ユーザの視点を自由に変更できると好ましい。時間変動については例えば動画として表示すると理解しやすい。
【００２５】
上記最適サンプリング算出部１２、サンプリング制御部１３、及び強度マッピング部１４は、ディジタル信号処理を行うことができる多種多様な装置で構成できる。例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）や大容量補助記憶装置や大容量メモリなどで構成されるボードコンピュータであってもよいし、一般的なパーソナルコンピュータやワークステーションであってもよい。強度マッピング部１４には更に強度の空間分布や時間分布を目視するためのディスプレイが備わっていてもよい。
【００２６】
続いて、図１を参照して本実施の形態の動作について説明する。
【００２７】
まず電波、音波、光波などの波は波形情報取得部１１によって受信され、保持される。
【００２８】
最適サンプリング算出部１２は、あらかじめ指定してある方位分解能、又は距離分解能に応じて、方位毎、距離毎に必要なサンプリングタイミングを、センサ素子間の位置関係及び波の速度に基づいて算出する。算出した最適サンプリングタイミングで受信した波の波形情報を取得するように波形情報取得部１１を制御する。また、サンプリング制御部１３は、基準センサ素子と他の各センサ素子との同一位相の波の到来時刻の違いを整相部１４に通知する。
【００２９】
整相部１４は、最適サンプリング算出部１２で得られた前記波形情報取得部１１の各素子での最適のサンプリングタイミングでの波形情報を方位毎及び距離毎に取り出し、サンプリング制御部１３による制御の元、全センサ素子について整合して足し合わせて強度を求める。
【００３０】
強度マッピング部１５は上記整相部１４で求まった各方位及び各距離の強度について、時系列毎にメモリに蓄える。更に、例えば方位と距離を軸としてディスプレイ上に２次元あるいは３次元で表示する。
【００３１】
尚、上記実施の形態では、波源からの相対位置と波の速度とに基づいて、最適サンプリングタイミングを算出していたが、これらの情報に、センサ素子の形状又は大きさ等の物理的情報、波の各波長成分、及び各振動数成分の少なくとも１つを加えて最適サンプリングタイミングを算出してもよい。また、上記説明では、同一位相の波の到来時刻の違いに基づいて、各センサ素子が受信した波の波形情報を整合、即ち位相を調整していたが、この到来時刻の違いから求めた位相差に基づいて整合してもよい。
【００３２】
上記本実施の形態によると、変調して送受信した信号や、物体に反射して強度が変動した信号においても方位分解能や距離分解能の低下を抑えられることである。これは、上記実施の形態は所望の方位分解能や距離分解能からセンサ素子毎に波の到来時刻の差から、位相を考慮した最適なサンプリングタイミングをあらかじめ算出しておき、算出したサンプリングタイミングで波形情報を取得できるように、波形情報取得部のサンプリングタイミングを制御しているためである。
【００３３】
〈第２の実施の形態〉
次に、本発明の第２の実施の形態について図を参照して詳細に説明する。第２の実施の形態は、波形情報取得部２１がサンプリングタイミングを変更できない構成の場合である。
【００３４】
図２を参照すると、本発明の第２の実施の形態は第１の実施の形態と類似した構成をしているが、サンプリング制御部が無く、最適サンプリング波形情報推定部２３が波形情報取得部２１と整相部２４の間に配置される。また、最適サンプリング算出部は該最適サンプリング波形情報推定部２３とのみ結びついている。波形情報取得部２１と最適サンプリング算出部２２と、整相部２４と強度マッピング部２５との動作は第１の実施の形態と同じである。上記第１の実施の形態と同じ構成については、詳細な説明を省略する。
【００３５】
波形情報取得部２１は、所定のサンプリングタイミングでサンプリングする。
【００３６】
最適サンプリング波形情報推定部２３は、最適サンプリング算出部２２で算出した最適サンプリングタイミングに近似するサンプリングタイミングでサンプリングして取得した波形情報を用いて、最適サンプリングタイミングでサンプリングして取得できる波形情報を推測する。
【００３７】
ここで、最適サンプリング波形情報推定部２３の詳細を説明する。
【００３８】
波形情報取得部２１は、サンプリングタイミングを変更することができない。従って、前記最適サンプリング算出部２２で得られた最適サンプリングタイミングの時刻を含む時間範囲のサンプリングタイミングを設定する。時間範囲については、ユーザがあらかじめ指定する。最適サンプリングタイミングを中心にする場合や、最適サンプリングタイミングを時間的に最後尾する場合が考えられる。最適サンプリングタイミングを時間的に最後尾とすることは、過去の波形情報から未来の最適サンプリングタイミングにおける波形情報を予測することに相当する。
【００３９】
次に設定した時間範囲内において、実際に波形情報取得部２１で設定可能な複数のサンプリングタイミングを求める。これらを準最適サンプリングタイミングとする。その後、各準最適サンプリングタイミングにおいてフーリエ変換などにより、各センサ素子が受信した波の波形情報である周波数分布を求める。
【００４０】
そしてユーザがあらかじめ定めた周波数分布変動モデルに従って、準最適サンプリングタイミングでの周波数分布から、最適サンプリングタイミングでの周波数分布を推測する。
【００４１】
推測する際、あらかじめ周波数分布変動のモデルを定めておき、モデルフィッティングする。例えば振幅変調や周波数変調や位相変調した波形情報を送受信する場合はその変調から周波数分布の変動は容易に推測できる。例えば線形な周波数変調の場合、周波数分布の周波数方向の変動は時間に関する一次関数で表現できる。また、物体に反射して強度変化する場合に対しても反射を電波や音波の物理法則に基づいてシミュレーションして推測することができる。シミュレーションする方法としては例えば波動方程式を差分方程式で展開したＦＤＴＤ法（Finite-difference time-domain method：時間領域差分法）を使うことが考えられる。あるいはより簡易なＰＥ（parabolic equation）法やノーマルモード法や音線理論などを適用してもよい。あるいはより単純に反射面で単峰状の関数がかかった形で振幅変調がかかるとみなしてもよい。なお、物体の反射による変調を考慮しない場合でも、送受信の際の意図した変調に追随するだけで従来よりも高精度に最適サンプリングタイミングでの波形情報を推測できる。
【００４２】
続いて、第２の実施の形態の動作について説明する。
【００４３】
上記第１の実施の形態と同じ処理を経て、最適サンプリングタイミングが算出される。
【００４４】
最適サンプリング波形情報推定部２３は、最適サンプリングタイミングを含む時間範囲のサンプリングタイミングを、ユーザによって指定された内容に沿うように設定する。更に、最適サンプリング波形情報推定部２３は、設定された時間範囲内において、実際に波形情報取得部２１で設定可能な複数の準最適サンプリングタイミングを求める。
【００４５】
最適サンプリング波形情報推定部２３は、求めた準最適サンプリングタイミングでサンプリングするように波形情報取得部２１を設定する。波形情報取得部２１は、設定された順最適サンプリングタイミングで、各センサ素子が受信した波の波形情報である周波数分布を求める。そして、最適サンプリング波形情報推定部２３は、ユーザがあらかじめ定めた周波数分布変動モデルに従って、準最適サンプリングタイミングでの周波数分布から、最適サンプリングタイミングでの周波数分布を推測する。
【００４６】
整相部２４は、最適サンプリング波形情報推定部２３で推測された波形情報を方位毎及び距離毎に取り出し、全センサ素子について足し合わせて強度を求める。
【００４７】
強度マッピング部２５は、上記整相部２４で求まった各方位及び各距離の強度について、時系列毎にメモリに蓄える。更に、例えば方位と距離を軸としてディスプレイ上に２次元あるいは３次元で表示する。
【００４８】
本実施の形態によると、サンプリングタイミングを自由に変更できない波形情報取得部であっても、最適なサンプリングタイミングの近傍のサンプリングタイミングで波形情報をもとに、最適なサンプリングタイミングにおける波形情報を精度よく推測できる。
【００４９】
〈第３の実施の形態〉
次に、本発明の第３の実施の形態について図３を参照して詳細に説明する。尚、本実施の形態は、上記第２の実施の形態に基づいて説明するが、第１の実施の形態に適用させても良い。
【００５０】
本実施の形態は、上記第２の実施の形態の波形情報取得部２１の後段に素子荷重部３６を配置している。
【００５１】
本第３の実施の形態において、波形情報取得部３１と最適サンプリング算出部３２と最適サンプリング波形情報推定部３３と整相部３４と強度マッピング部３５とについては本発明の第２の実施の形態と同じ動作をするため、詳細な説明は省略する。
【００５２】
素子荷重部３６は、波形情報取得部３１を構成するセンサ素子毎に波形情報に対し重みをかけ、方位分解能を向上させる。この重み付けは、適宜設定すればよいが、例えば非特許文献２に記載されている技術を用いても良い。（非特許文献２：海洋音響学会編「海洋音響の基礎と応用」  成山堂書店出版、平成１６年４月２８日、ｐｐ．６４−６５及びｐ．１６３）非特許文献２に記載されている重み付けの技術は、一般的にシェーディングと呼ばれる手法である。本実施の形態の重み付けは、非特許文献２に記載されているようにハニング関数やチェビシェフ多項式等をセンサ素子の出力に掛けることによって行われる。
【００５３】
続いて、第３の実施の形態の動作について説明する。
【００５４】
本実施の形態は、上記第２の実施の形態と同じ処理を経て、準最適サンプリングでサンプリングした波形情報が取得される。
【００５５】
素子荷重部３６は、各波形情報に対して重み付けをする。
【００５６】
最適サンプリング波形情報推定部３３は、重み付けされた各波形情報の周波数分布から、最適サンプリングタイミングでの周波数分布を推測する。
【００５７】
整相部３４は、最適サンプリング波形情報推定部３３で推定された波形情報を方位毎及び距離毎に取り出し、全センサ素子について足し合わせて強度を求める。
【００５８】
強度マッピング部３５は、上記整相部２４で求まった各方位及び各距離の強度について、時系列毎にメモリに蓄える。更に、例えば方位と距離を軸としてディスプレイ上に２次元あるいは３次元で表示する。
【００５９】
本実施の形態によると、第２の実施の形態同様に、サンプリングタイミングを自由に変更できない波形情報取得部であっても、最適なサンプリングタイミングの近傍のサンプリングタイミングで波形情報をもとに、最適なサンプリングタイミングにおける波形情報を精度よく推測できる。
【００６０】
〈第４の実施の形態〉
次に、本発明の第４の実施の形態について図４を参照して詳細に説明する。尚、本実施の形態は、上記第２の実施の形態に基づいて説明するが、第１又は第３の実施の形態に適用させても良い。
【００６１】
本実施の形態は、上記第２の実施の形態の波形情報取得部２１の前段に変調部４６を配置している。尚、詳細に説明すると、センサ素子の後段であり、センサ素子が受信した波をサンプリングするサンプリング部の前段である。
【００６２】
第４の実施の形態において、波形情報取得部４１と最適サンプリング算出部４２と最適サンプリング波形情報推定部４３と整相部４４と強度マッピング部４５については本発明の第２の実施の形態と同じ動作をするため、詳細な説明は省略する。
【００６３】
変調部４６は、センサ素子が受信した波に対し特定周波数の正弦波あるいは特定の変調のかけた正弦波をかけて変調し、帯域制限フィルタを通して周波数分布を変更する。
【００６４】
ここで、変調部４６の詳細について説明する。変調部４６は、受信した波に、例えば正弦波をかけてローパスフィルタを通す。これにより、受信した波の周波数は低くなり、波形情報取得部４１のサンプリングレートを下げることができる。また周波数が低くなると、波形情報の振幅の時間変化が小さくなるため、最適サンプリングタイミングでの波形情報を推測しやすくなる。
【００６５】
続いて、第４の実施の形態の動作について説明する。
【００６６】
変調部４６は、センサ素子が受信した波に対して変調を施し、帯域制限フィルタを通す。
【００６７】
波形情報取得部４１は、変調された波をサンプリングして波形情報を得る。
【００６８】
以降の処理は、上記実施の形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００６９】
本実施の形態によると、波形情報の振幅の時間変化が小さくなるため、最適サンプリングタイミングでの波形情報を推測しやすくなる。
【００７０】
〈第５の実施の形態〉
次に、本発明の第５の実施の形態について図５を参照して詳細に説明する。尚、本実施の形態は、上記第２の実施の形態に基づいて説明するが、第１、第３、又は第４の実施の形態に適用させても良い。
【００７１】
本実施の形態は、第２の実施の形態の波形情報取得部の直後に時間平滑化部５６を配置している。
【００７２】
第５の実施の形態において、波形情報取得部５１と最適サンプリング算出部５２と最適サンプリング波形情報推定部５３と整相部５４と強度マッピング部５５とについては本発明の第２の実施の形態と同じ動作をするため、詳細な説明は省略する。
【００７３】
時間平滑化部５６は、サンプリングタイミング毎に前後の波形情報の変動と比較して強度の値が急激に変動するならばノイズの影響が大きいとみなし前後の波形情報の変動から該サンプリングタイミングのより適切な値を推測する。推測する方法としては例えば取得した波形情報に対し、あらかじめ設定した時間範囲において、正弦波を最小２乗フィッティングし、各サンプリングタイミングにおける波形情報の値をフィッティングした値で置き換える。あるいは正弦波からのズレがあらかじめ設定したしきい値より大きい場合のみフィッティングした値で置き換えてもよい。尚、急激に変動するかの判断は、閾値を設定し、変動量が許容範囲かどうかで行う。
【００７４】
続いて、第５の実施の形態の動作について説明する。
【００７５】
上記実施の形態と同じ処理を経て、波形情報取得部５１は波形情報を取得する。
【００７６】
時間平滑化部５６は、サンプリングタイミング毎に前後の波形情報の変動と比較して値が急激に変動するならばノイズの影響が大きいとみなし前後の波形情報の変動から該サンプリングタイミングのより適切な値を推測して、波形情報を修正する。
【００７７】
以降の処理は、上記実施の形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００７８】
本実施の形態によると、ノイズの影響を考慮することができるので、方位分解能や距離分解能の低下を抑えることができる。
【００７９】
〈第６の実施の形態〉
次に、本発明の第６の実施の形態について図６を参照して詳細に説明する。尚、本実施の形態は、上記第２の実施の形態に基づいて説明するが、第１、第３、第４、又は第５の実施の形態に適用させても良い。
【００８０】
本実施の形態は、第２の実施の形態において波形情報取得部の直後に空間平滑化部６６を配置した場合について説明する。
【００８１】
本発明の第６の実施の形態において、波形情報取得部６１と最適サンプリング算出部６２と最適サンプリング波形情報推定部６３と整相部６４と強度マッピング部６５については本発明の第２の実施の形態と同じ動作をするため、詳細な説明は省略する。
【００８２】
空間平滑化部６６は、サンプリングタイミング毎に、そのセンサ素子に近傍する他センサ素子の波形情報と比較する。比較の結果、強度の値が大きく異なるならばノイズの影響が大きいとみなし近傍の他センサ素子の波形情報から該センサ素子のより適切な値を推測する。近傍と見なす範囲についてはあらかじめ設定しておく。推測する方法としては例えば、サンプリングタイミング毎の各センサ素子の波形情報を空間上に並べて２次元あるいは３次元の画像とみなし、画像処理でノイズ除去に用いられる移動平均やメディアンフィルタなどを適用する。ただしこれら処理を行う前に各素子で位相が同じとなるように調整する。位相を調整する方法としては例えばセンサ素子間で波形情報の相関をとることにより位相のずれを見出して調整することが考えられる。尚、強度が大きく異なるかの判断は閾値を設定し、他センサ素子の波形情報との差異が許容範囲かどうかで行う。
【００８３】
続いて、第６の実施の形態の動作について説明する。
【００８４】
上記実施の形態と同じ処理を経て、波形情報取得部６１は波形情報を取得する。
【００８５】
空間平滑化部６６は、サンプリングタイミング毎に、そのセンサ素子に近傍するセンサ素子の波形情報と比較して、強度の差異が大きいならばノイズの影響が大きいとみなし、近傍センサ素子の波形情報の変動から該サンプリングタイミングのより適切な値を推測して、波形情報を修正する。
【００８６】
以降の処理は、上記実施の形態と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００８７】
本実施の形態によると、ノイズの影響を考慮することができるので、方位分解能や距離分解能の低下を抑えることができる。
【００８８】
〈第７の実施の形態〉
次に、本発明の第７の実施の形態について図７を参照して詳細に説明する。尚、本実施の形態は、上記第２の実施の形態に基づいて説明するが、第１、第３、第４、第５、又は第６の実施の形態に適用させても良い。
【００８９】
本実施の形態は、第２の実施の形態において強度マッピング部の後段にデコンボリューション部７６を配置している。
【００９０】
第７の実施の形態において、波形情報取得部７１と最適サンプリング算出部７２と最適サンプリング波形情報推定部７３と整相部７４と強度マッピング部７５については本発明の第２の実施の形態と同じ動作をするため、詳細な説明は省略する。
【００９１】
デコンボリューション部７６は、強度マッピング部７５で得られた多次元画像について、方位毎の指向性分布を用いてデコンボリューションすることにより高分解能の多次元画像を算出する。方位毎の指向性分布についてはあらかじめ測定しておく。デコンボリューションの方法としては数多くの手法が提案されている。例えば、特許文献１で示されている方法を適用してもよい（特許文献１：特許第００３５１８０５６号）。ただしこれは一例であり、この方法に限るものではない。尚、デコンボリューション部７６にはより高分解能の多次元画像を表示するためのディスプレイが備わっているとよい。
【００９２】
上記実施の形態の処理と同じ処理を経て、強度マッピング部７５は多次元画像を得る。
【００９３】
デコンボリューション部７６は、強度マッピング部７５で得られた多次元画像について、方位毎の指向性分布を用いてデコンボリューションする。これにより、デコンボリューション部７６は、高分解能の多次元画像を算出する。
【００９４】
本実施の形態によると、方位分解能や距離分解能を高くできる。これは、方位毎に調整した位相におけるサンプリングタイミングでの波形情報を高い精度で得ることができるためである。その結果、方位毎の強度分布がより高精度となり、デコンボリューションを実施する場合においても、高精度な画像が得られる。
【００９５】
尚、上述した本発明の測定装置は、上記説明からも明らかなように、ハードウェアで構成することも可能であるが、コンピュータプログラムにより実現することも可能である。このような構成の場合、プログラムメモリに格納されているプログラムで動作するプロセッサによって、上述した実施の形態と同様の機能、動作を実現させる。尚、上述した実施の形態の一部の機能をコンピュータプログラムにより実現することも可能である。
【００９６】
また、上述した本発明の各構成部を別々の装置に設けて測定システムを構成させてもよい。
【００９７】
（付記１）
空間を伝播する波を受信する複数のセンサと、
前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出手段と
を有することを特徴とする測定装置。
【００９８】
（付記２）
前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして波形情報を取得する取得手段を有することを特徴とする付記１に記載の測定装置。
【００９９】
（付記３）
前記算出したサンプリングタイミングに近似するサンプリングタイミングでサンプリングして得られた前記波形情報を用いて、前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして取得できる波形情報を推測により取得する取得手段を有することを特徴とする付記１に記載の測定装置。
【０１００】
（付記４）
前記取得した波形情報を前記求めた到着時刻の差に基づいて調整し、方位毎及び距離毎の少なくとも一方の強度を求める測定手段を有することを特徴とする付記２又は付記３に記載の測定装置。
【０１０１】
（付記５）
前記取得した波形情報毎に重み付けする重み付け手段を有することを特徴とする付記２から付記４のいずれかに記載の測定装置。
【０１０２】
（付記６）
取得する波形情報の周波数分布が変更されるように変調する変調手段を有することを特徴とする付記２から付記５のいずれかに記載の測定装置。
【０１０３】
（付記７）
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング時の強度とそのサンプリングタイミングの前後の強度とを比較し、比較の結果に応じて、波形情報を強度の変動量に基づいて修正する時間平滑化手段を有することを特徴とする付記２から付記６のいずれかに記載の測定装置。
【０１０４】
（付記８）
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング毎に、前記波形情報の強度と、前記波形情報の波を受信したセンサに近傍するセンサが受信した波の波形情報の強度とを比較し、比較の結果に応じて、強度の差異に基づいて修正する空間平滑化手段を有することを特徴とする付記２から付記７のいずれかに記載の測定装置。
【０１０５】
（付記９）
前記測定した強度を用いて、多次元画像を生成する生成手段を有することを特徴とする付記２から付記８のいずれかに記載の測定装置。
【０１０６】
（付記１０）
前記生成手段は、前記生成した多次元画像について、方位毎の指向性分布を用いてデコンボリューションして、高分解能の多次元画像を生成することを特徴とする付記９に記載の測定装置。
【０１０７】
（付記１１）
空間を伝播する波を受信する複数のセンサと、
前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の位相差を求め、この位相差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出手段と
を有することを特徴とする測定システム。
【０１０８】
（付記１２）
前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして波形情報を取得する取得手段を有することを特徴とする付記１１に記載の測定システム。
【０１０９】
（付記１３）
前記算出したサンプリングタイミングに近似するサンプリングタイミングでサンプリングして得られた前記波形情報を用いて、前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして取得できる波形情報を推測により取得する取得手段を有することを特徴とする付記１１に記載の測定システム。
【０１１０】
（付記１４）
前記取得した波形情報を前記求めた到着時刻の差に基づいて調整し、方位毎及び距離毎の少なくとも一方の強度を求める測定手段を有することを特徴とする付記１２又は付記１３に記載の測定システム。
【０１１１】
（付記１５）
前記取得した波形情報毎に重み付けする重み付け手段を有することを特徴とする付記２から付記１４のいずれかに記載の測定システム。
【０１１２】
（付記１６）
取得する波形情報の周波数分布が変更されるように変調する変調手段を有することを特徴とする付記１２から付記１５のいずれかに記載の測定システム。
【０１１３】
（付記１７）
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング時の強度とそのサンプリングタイミングの前後の強度とを比較し、比較の結果に応じて、波形情報を強度の変動量に基づいて修正する時間平滑化手段を有することを特徴とする付記１２から付記１６のいずれかに記載の測定システム。
【０１１４】
（付記１８）
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング毎に、前記波形情報の強度と、前記波形情報の波を受信したセンサに近傍するセンサが受信した波の波形情報の強度とを比較し、比較の結果に応じて、強度の差異に基づいて修正する空間平滑化手段を有することを特徴とする付記１２から付記１７のいずれかに記載の測定システム。
【０１１５】
（付記１９）
前記測定した強度を用いて、多次元画像を生成する生成手段を有することを特徴とする付記１２から付記１８のいずれかに記載の測定システム。
【０１１６】
（付記２０）
前記生成手段は、前記生成した多次元画像について、方位毎の指向性分布を用いてデコンボリューションして、高分解能の多次元画像を生成することを特徴とする付記１９に記載の測定システム。
【０１１７】
（付記２１）
空間を伝播する波をセンサで受信する受信ステップと、
前記センサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出ステップと
を有することを特徴とする測定方法。
【０１１８】
（付記２２）
前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして波形情報を取得する取得ステップを有することを特徴とする付記２１に記載の測定方法。
【０１１９】
（付記２３）
前記算出したサンプリングタイミングに近似するサンプリングタイミングでサンプリングして得られた前記波形情報を用いて、前記算出したサンプリングタイミングでサンプリングして取得できる波形情報を推測して取得する取得ステップを有することを特徴とする付記２１に記載の測定方法。
【０１２０】
（付記２４）
前記取得した波形情報を前記求めた到着時刻の差に基づいて調整し、方位毎及び距離毎の少なくとも一方の強度を求める測定ステップを有することを特徴とする付記２１又は付記２３に記載の測定方法。
【０１２１】
（付記２５）
前記取得した波形情報毎に重み付けする重み付けステップを有することを特徴とする付記２２から付記２４のいずれかに記載の測定方法。
【０１２２】
（付記２６）
取得する波形情報の周波数分布が変更されるように変調する変調ステップを有することを特徴とする付記２２から付記２５のいずれかに記載の測定方法。
【０１２３】
（付記２７）
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング時の強度とそのサンプリングタイミングの前後の強度とを比較し、比較の結果に応じて、波形情報を強度の変動量に基づいて修正する時間平滑化ステップを有することを特徴とする付記２２から付記２６のいずれかに記載の測定方法。
【０１２４】
（付記２８）
前記取得した波形情報において、サンプリングタイミング毎に、前記波形情報の強度と、前記波形情報の波を受信したセンサに近傍するセンサが受信した波の波形情報の強度とを比較し、比較の結果に応じて、強度の差異に基づいて修正する空間平滑化ステップを有することを特徴とする付記２２から付記２７のいずれかに記載の測定方法。
【０１２５】
（付記２９）
前記測定した強度を用いて、多次元画像を生成する生成ステップを有することを特徴とする付記２２から付記２８のいずれかに記載の測定方法。
【０１２６】
（付記３０）
前記生成ステップは、前記生成した多次元画像について、方位毎の指向性分布を用いてデコンボリューションして、高分解能の多次元画像を生成することを特徴とする付記２９に記載の測定方法。
【０１２７】
（付記３１）
情報処理装置のプログラムであって、前記プログラムは前記情報処理装置に、
空間を伝播する波を受信するセンサの相対位置と前記波の速度とに基づいて、前記各センサが受信する波の到着時刻の差を求め、この到着時刻の差に基づいて、前記波の波形情報を取得するためのサンプリングタイミングをセンサ毎に算出するサンプリングタイミング算出処理を実行させることを特徴とするプログラム。
【０１２８】
以上好ましい実施の形態をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形し実施することが出来る。
【０１２９】
本出願は、２００９年３月３１日に出願された日本出願特願２００９−０８５９３２号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【０１３０】
１、２、３、４、５、６、７    測定システム
１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１    波形情報取得部
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２    最適サンプリング算出部
１３    サンプリング制御部
２３、３３、４３、５３、６３、７３    最適サンプリング波形情報推定部
１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４    整相部
１５、２５、３５、４５、５５、６５、７５    強度マッピング部
３６    素子荷重部
４６    変調部
５６    時間平滑化部
６６    空間平滑化部
７６    デコンボリューション部
【図１】
2010113926.tif 000003
【図２】
2010113926.tif 000004
【図３】
2010113926.tif 000005
【図４】
2010113926.tif 000006
【図５】
2010113926.tif 000007
【図６】
2010113926.tif 000008
【図７】
2010113926.tif 000009
【国際調査報告】
2010113926.tif 000010
2010113926.tif 000011