(57)【要約】【課題】合成開口処理を行う信号処理器の処理負荷を低減し、処理速度を高速化すること。【解決手段】本開示の合成開口ソーナー（２）は、音波の送受波を行う送受波器（１０１）と、送受波器（１０１）で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う信号処理器（１０２）と、を備える。信号処理器（１０２）は、参照テーブルを選択し、データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、２次元ＦＦＴの出力から、選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、抽出した要素に対して、選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する。【選択図】図１６
2019191045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音波の送受波を行う送受波器と、
前記送受波器で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う信号処理器と、を備え、
前記信号処理器は、
参照テーブルを選択し、
前記データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、
前記２次元ＦＦＴの出力から、前記選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、
前記抽出した要素に対して、前記選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、
前記乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、
前記２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する、
合成開口ソーナー。
【請求項２】
前記信号処理器は、
メモリを備え、
複数の前記参照テーブルが保存された外部記憶装置に接続され、
前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択し、前記選択した参照テーブルを前記メモリに読込んで使用する、
請求項１に記載の合成開口ソーナー。
【請求項３】
前記外部記憶装置には、処理パラメータ毎に生成された複数の前記参照テーブルが保存されており、
前記信号処理器は、前記処理パラメータに応じて、前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択する、
請求項２に記載の合成開口ソーナー。
【請求項４】
水中音速を計測する音速センサを備え、
前記処理パラメータは、水中音速以外は固定とされ、
前記外部記憶装置には、前記水中音速毎に生成された複数の前記参照テーブルが保存されており、
前記信号処理器は、前記音速センサにて計測された水中音速に応じて、前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択する、
請求項３に記載の合成開口ソーナー。
【請求項５】
前記信号処理器は、前記音速センサにて計測された水中音速に応じて選択した参照テーブルと共に、当該参照テーブルの前及び／又は後の参照テーブルを、前記メモリに読込んで保持する、
請求項４に記載の合成開口ソーナー。
【請求項６】
前記テーブル係数は、補間係数に対し、前記合成開口処理に使用するレプリカ及び参照関数を予め乗算した形式の係数である、
請求項１から５のいずれか１項に記載の合成開口ソーナー。
【請求項７】
前記参照テーブルに含まれるインデックス及びテーブル係数は、前記２次元ＦＦＴのＦＦＴポイント数と同じ要素数の行列形式である、
請求項１から６のいずれか１項に記載の合成開口ソーナー。
【請求項８】
前記送受波器は、水中航走体の左右両舷にそれぞれ設けられ、
前記信号処理器は、左右両舷の前記送受波器で受波された受波音波のデータのそれぞれに対して、前記合成開口処理を行う、
請求項１から７のいずれか１項に記載の合成開口ソーナー。
【請求項９】
送受波器で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う合成開口ソーナーの信号処理方法であって、
参照テーブルを選択し、
前記データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、
前記２次元ＦＦＴの出力から、前記選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、
前記抽出した要素に対して、前記選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、
前記乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、
前記２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する、
合成開口ソーナーの信号処理方法。
【請求項１０】
コンピュータを、
送受波器で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う信号処理手段として機能させる信号処理プログラムであって、
前記信号処理手段は、
参照テーブルを選択し、
前記データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、
前記２次元ＦＦＴの出力から、前記選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、
前記抽出した要素に対して、前記選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、
前記乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、
前記２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する、
信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水中航走体に搭載される合成開口ソーナー（Synthetic Aperture Sonar：ＳＡＳ）及びその信号処理方法、並びに信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
合成開口ソーナーは、低周波音響に固有の問題である空間分解能の低さを、合成開口処理により改善したソーナーであり、海面等の精密な画像を取得するために使用されている。合成開口ソーナーの合成開口処理は、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３３３４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、合成開口ソーナーの合成開口処理は、計算量が比較的多い。そのため、合成開口処理を行う信号処理器の処理負荷が大きく、処理時間を要し、リアルタイム化の阻害要因となっていた。
【０００５】
また、合成開口処理の処理時間を短縮するために、信号処理器に高速・高性能なＣＰＵ（Central Processing Unit）を採用すると、消費電力増大を招いていた。密閉空間である水中航走体の内部で合成開口処理を実行する場合、消費電力の増大は、内部温度の上昇につながるため、合成開口ソーナーの安定運用の観点からも看過し得ない要因となっていた。
【０００６】
本開示の目的は、上述した課題を解決し、合成開口処理を行う信号処理器の処理負荷を低減し、処理速度を高速化することができる合成開口ソーナー及びその信号処理方法、並びに信号処理プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様による合成開口ソーナーは、
音波の送受波を行う送受波器と、
前記送受波器で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う信号処理器と、を備え、
前記信号処理器は、
参照テーブルを選択し、
前記データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、
前記２次元ＦＦＴの出力から、前記選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、
前記抽出した要素に対して、前記選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、
前記乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、
前記２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する。
【０００８】
一態様による合成開口ソーナーの信号処理方法は、
送受波器で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う合成開口ソーナーの信号処理方法であって、
参照テーブルを選択し、
前記データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、
前記２次元ＦＦＴの出力から、前記選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、
前記抽出した要素に対して、前記選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、
前記乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、
前記２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する。
【０００９】
一態様による信号処理プログラムは、
コンピュータを、
送受波器で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う信号処理手段として機能させる信号処理プログラムであって、
前記信号処理手段は、
参照テーブルを選択し、
前記データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、
前記２次元ＦＦＴの出力から、前記選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、
前記抽出した要素に対して、前記選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、
前記乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、
前記２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する。
【発明の効果】
【００１０】
上述の態様によれば、合成開口処理を行う信号処理器の処理負荷を低減し、処理速度を高速化することができる合成開口ソーナー及びその信号処理方法、並びに信号処理プログラムを提供できるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態に係る合成開口ソーナーの構成例を示す図である。
【図２】実施の形態に係る参照テーブルの例を示す図である。
【図３】関連技術に係る合成開口処理のフローの例を示すフロー図である。
【図４】図３のステップＳ１０４のレプリカ及び参照関数の乗算処理の例を示す図である。
【図５】図３のステップＳ１０５〜Ｓ１０７のＳｔｏｌｔ補間処理の例を示す図である。
【図６】図３のステップＳ１０５のインデックスの計算処理の例を示す図である。
【図７】図３のステップＳ１０５の補間係数の計算処理の例を示す図である。
【図８】図３のステップＳ１０６の要素の抽出処理の例を示す図である。
【図９】図３のステップＳ１０７の補間係数の乗算処理の例を示す図である。
【図１０】図３のステップＳ１０５〜Ｓ１０７のＳｔｏｌｔ補間処理に適用可能な最近傍法の例を示す図である。
【図１１】実施の形態に係る合成開口ソーナーによる合成開口処理のフローの例を示すフロー図である。
【図１２】図１１のステップＳ２０３の参照テーブルの読込処理の例を示す図である。
【図１３】図１１のステップＳ２０５の要素の抽出処理の例を示す図である。
【図１４】図１１のステップＳ２０６のテーブル係数の乗算処理の例を示す図である。
【図１５】実施の形態に係る合成開口ソーナーによる参照テーブルの読込方法の例を示す図である。
【図１６】実施の形態を概念的に示した合成開口ソーナーの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本開示の実施の形態について説明する。なお、以下の記載及び図面は、説明の明確化のため、適宜、省略及び簡略化がなされている。また、以下の各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
【００１３】
＜実施の形態の構成＞
まず、図１を参照して、本実施の形態に係る合成開口ソーナー１の構成例について説明する。本実施の形態に係る合成開口ソーナー１は、ＲＡＷデータを取得しながら航走する水中航走体の内部で、リアルタイムに合成開口処理を実行するものであるとする。また、本実施の形態に係る合成開口ソーナー１は、左舷と右舷とで送波波形を変えて音波を送受波することで、左右両舷のＳＡＳ画像を生成するものであるとする。また、本実施の形態に係る合成開口ソーナー１は、水中音速を計測するセンサ（後述の音速センサ１３）を備え、ＲＡＷデータ取得時の水中音速を参照できるものであるとする。
【００１４】
図１に示されるように、本実施の形態に係る合成開口ソーナー１は、送受波器１１Ｌ，１１Ｒと、送受信器１２と、音速センサ１３と、信号処理器１４と、外部記憶装置１５と、を備えている。
【００１５】
送受波器１１Ｌ，１１Ｒは、音波の送受波を行うものである。送受波器１１Ｌは、水中航走体の左舷側に設けられ、送波波形１の音波を送波する。また、送受波器１１Ｒは、水中航走体の右舷側に設けられ、送波波形２の音波を送波する。
【００１６】
送受信器１２は、左舷の送受波器１１Ｌで受波された受波音波をＲＡＷデータに変換する共に、右舷の送受波器１１Ｒで受波された受波音波をＲＡＷデータに変換し、左舷及び右舷のＲＡＷデータを、それぞれ独立に信号処理器１４に出力する。
【００１７】
音速センサ１３は、水中音速を計測するセンサであり、計測した水中音速を信号処理器１４に出力する。
【００１８】
信号処理器１４は、ＣＰＵ及びメモリからハードウェア構成され、そのメモリ上に、後述のアルゴリズムを有する信号処理プログラムがソフトウェア実装される。すなわち、信号処理器１４の機能は、ＣＰＵが、メモリに記憶された信号処理プログラムを読み出し実行することにより、実現される。
【００１９】
信号処理器１４は、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）等の外部記憶装置１５に接続され、外部記憶装置１５との間でファイルを入出力可能な構成となっている。この外部記憶装置１５に予め生成した複数の参照テーブルをファイル形式で保存しておく。
【００２０】
参照テーブルの内容は、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）ポイント数、送波波形、水中音速、内挿方式などの処理パラメータに依存した内容となる。ただし、水中音速以外の処理パラメータは固定とすることで、参照テーブルの総数を節約できる。
【００２１】
水中音速は、最小値／最大値及びステップが定められ、信号処理器１４は、音速センサ１３にて計測された水中音速を、例えば、Ｃ（−Ｍ）、Ｃ（−Ｍ＋１）、・・・、Ｃ（０）、Ｃ（１）、・・・、Ｃ（Ｍ）の合計２Ｍ＋１個の離散値で近似する。参照テーブルは、水中音速以外の処理パラメータを固定する場合、合計２Ｍ＋１個の水中音速毎に予め生成し、外部記憶装置１５に保存しておく。本実施の形態では、左舷と右舷とで送波波形が異なるため、図２に示されるように、参照テーブルの総数は、２×（２Ｍ＋１）個となる。
【００２２】
また、図２に示されるように、参照テーブルは、インデックス及びテーブル係数が含まれている。インデックス及びテーブル係数はいずれも、後述の２Ｄ−ＦＦＴ（２次元ＦＦＴ）のＦＦＴポイント数と同じ要素数の行列形式となっている。
【００２３】
信号処理器１４は、左舷及び右舷のＲＡＷデータのそれぞれに対して、合成開口処理を行う。その際、信号処理器１４は、合成開口処理毎に、外部記憶装置１５に保存された複数の参照テーブルの中から、処理パラメータに応じた最適な参照テーブルを選択し、選択した参照テーブルをメモリに読込んで使用する。水中音速以外の処理パラメータを固定とする場合は、信号処理器１４は、音速センサ１３にて計測された水中音速を近似した水中音速Ｃに応じた参照テーブルを選択する。なお、本実施の形態に係る参照テーブルを使用した合成開口処理については後述する。
【００２４】
＜実施の形態の動作＞
以下、本実施の形態に係る合成開口ソーナー１による合成開口処理について説明する。ここでは、対比のために、関連技術に係る合成開口処理についても合わせて説明する。なお、以下では、Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ  Ｄｏｍａｉｎアルゴリズムによる合成開口処理を例に挙げて説明する。また、水中音速以外の処理パラメータは固定するものとする。
【００２５】
＜関連技術に係る合成開口処理のフロー＞
まず、図３を参照して、関連技術に係る合成開口処理のフローについて説明する。
図３に示されるように、まず、水中音速の平均を算出し、これを水中音速Ｃとする（ステップＳ１０１）。
続いて、レプリカＲ（ｉ）及び参照関数φ（ｉ，ｊ）を計算する（ステップＳ１０２）。ここで、レプリカＲ（ｉ）は、送波波形をＦＦＴしたスペクトルである。また、参照関数φ（ｉ，ｊ）は、ｒ−ｕ領域を２Ｄ−ＦＦＴしたｋｒ（ｉ）−ｋｕ（ｊ）領域での空間チャープ参照関数である。また、ｒはレンジ方向距離、ｋｒ（ｉ）は、レンジ方向波数であり、ｉ≦ＮＲである（ＮＲ＝レンジ方向ＦＦＴポイント数）。また、ｕはアジマス方向距離、ｋｕ（ｊ）は、アジマス方向波数であり、ｊ≦ＮＡである（ＮＡ＝アジマス方向ＦＦＴポイント数）。
【００２６】
続いて、ＲＡＷデータを、２Ｄ−ＦＦＴして、ｒ−ｕ領域からｋｒ（ｉ）−ｋｕ（ｊ）領域に変換する（ステップＳ１０３）。ＲＡＷデータの２Ｄ−ＦＦＴにより、図４に示されるように、ｋｒ（ｉ）−ｋｕ（ｊ）座標上のスペクトルＡ０（ｉ，ｊ）が得られる。
【００２７】
続いて、スペクトルＡ０（ｉ，ｊ）にレプリカＲ（ｉ）を乗算し、さらに、参照関数φ（ｉ，ｊ）を乗算する（ステップＳ１０４）。レプリカＲ（ｉ）及び参照関数φ（ｉ，ｊ）の乗算により、最終的に、図４に示されるように、スペクトルＡ（ｉ，ｊ）が得られる。
【００２８】
続いて、不等間隔リサンプリング処理であるＳｔｏｌｔ補間を行う。Ｓｔｏｌｔ補間は、図５に示されるように、座標変換［ｋｒ（ｉ），ｋｕ（ｊ）］→［ｋｘ（ｉ），ｋｙ（ｊ）］を適用した後のスペクトルＢ（ｉ，ｊ）を求める処理である。
【００２９】
ｋｒ（ｉ）はｋｘ座標のグリッド点上に写像されるとは限らないため、ｋｘ座標のグリッド点上のスペクトルＢ（ｉ，ｊ）は、補間により求める必要がある。この補間方法はいくつかの例があるが、以下では、最も一般的な線形補間法を例に挙げて説明する。
【００３０】
まず、インデックス及び補間係数αを計算する（ステップＳ１０５）。具体的には、図６に示されるように、水中音速Ｃに基づく写像［ｋｒ，ｋｕ］→［ｋｘ’，ｋｙ’］により、ｋｘ’（ｉ）インデックス（ｉ＝１〜ＮＲ）を得る。続いて、図７に示されるように、ｋｘ（ｉ）の前後のｋｘ’を抽出し（この例では、ｋｘ’（ｉ），ｋｘ’（ｉ＋１））、補間係数αを計算する。
【００３１】
続いて、図８に示されるように、スペクトルＡ（ｉ，ｊ）から、ｋｘ’インデックスに対応する要素（この例では、Ａ（ｉ，ｊ），Ａ（ｉ＋１，ｊ））を抽出する（ステップＳ１０６）。
続いて、図９に示されるように、補間係数αと要素Ａ（ｉ，ｊ），Ａ（ｉ＋１，ｊ）との乗算を行い、以下のスペクトルＢ（ｉ，ｊ）を得る（ステップＳ１０７）。
Ｂ（ｉ，ｊ）＝α・Ａ（ｉ，ｊ）＋（１−α）・Ａ（ｉ＋１，ｊ）
以上でＳｔｏｌｔ補間処理が終了する。
【００３２】
続いて、スペクトルＢ（ｉ，ｊ）を、２Ｄ−ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform）して、ｋｘ（ｉ）−ｋｙ（ｊ）領域からｘ−ｙ領域に変換する（ステップＳ１０８）。
その後、２Ｄ−ＩＦＦＴの出力を、ＳＡＳ画像に画像化する（ステップＳ１０９）。
【００３３】
以上の同じ処理を、左舷のＲＡＷデータと右舷のＲＡＷデータについて独立に行う。ただし、本実施の形態のように、左舷と右舷とで送波波形が異なる場合は、左舷と右舷とで処理パラメータは異なる。具体的には、上記のレプリカが左舷と右舷とで異なる。
【００３４】
なお、Ｓｔｏｌｔ補間処理に適用される、線形補間法以外の補間方法としては、最近傍法及びＮ次補間法等が挙げられる。
最近傍法は、図１０に示されるように、ｋｘに最も近いｋｘ’に対応する要素で置き換えるものである。この例では、ｋｘ（ｉ）に最も近いのはｋｘ’（ｉ＋１）なので、Ｂ（ｉ，ｊ）＝Ａ（ｉ＋１，ｊ）となる。
【００３５】
一方、Ｎ次補間法は、ｋｘ（ｉ）を区間内に含むＮ＋１点のｋｘ’及びＡを使ってＢ（ｉ，ｊ）を計算するものである。なお、Ｎ次補間法の図示及び具体的な計算方法の説明は省略する。
【００３６】
このように、関連技術に係る合成開口処理では、Ｓｔｏｌｔ補間などの不等間隔リサンプリング処理を計算で行っているため、計算量が比較的多かった。そのため、合成開口処理を行う信号処理器の処理負荷が大きく、処理時間を要し、リアルタイム化の阻害要因となっていた。
【００３７】
＜実施の形態に係る合成開口処理のフロー＞
続いて、図１１を参照して、本実施の形態に係る合成開口ソーナー１による合成開口処理のフローについて説明する。
図１１に示されるように、まず、信号処理器１４は、音速センサ１３にて計測された水中音速の平均を算出し、算出した水中音速の平均を、上述の合計２Ｍ＋１個の離散値のいずれかで近似し、これを水中音速Ｃとする（ステップＳ２０１）。
【００３８】
続いて、信号処理器１４は、メモリに現在読込んでいる参照テーブルを変更するか否かを判断する（ステップＳ２０２）。ここでは、水中音速Ｃに応じた参照テーブルをメモリに現在読込んでいなければ、参照テーブルを変更すると判断する。
【００３９】
信号処理器１４は、参照テーブルを変更する場合（ステップＳ２０２のＹｅｓ）、外部記憶装置１５から新たに参照テーブルを読込む（ステップＳ２０３）。なお、本実施の形態に係る参照テーブルの読込方法の詳細については後述する。
【００４０】
ここで、水中音速Ｃに応じた参照テーブルには、水中音速Ｃに応じたｋｘ’インデックスと、水中音速Ｃに応じた、補間係数に替わるテーブル係数Ｔ（ｉ，ｊ）と、が含まれている。そのため、以降に、ｋｘ’インデックスに対応する要素を抽出すれば、補間計算が可能となる。
【００４１】
直線補間の場合、１点を補間計算に必要なサンプルは２個である。よって、図１２に示されるように、テーブル係数Ｔ（ｉ，ｊ）も２個必要である（この例では、Ｔ１（ｉ，ｊ）、Ｔ２（ｉ，ｊ）のペアでＢ（ｉ，ｊ）を計算する）。
【００４２】
テーブル係数Ｔ（ｉ，ｊ）は、２Ｄ−ＦＦＴの出力であるＡ０（ｉ，ｊ）からＢ（ｉ，ｊ）を算出するための係数であり、関連技術に係るフローに基づき、以下の定義で予め計算し保存しておく。
Ｔ１（ｉ，ｊ）＝α・Ａ（ｉ，ｊ）／Ａ０（ｉ，ｊ）＝α・Ｒ（ｉ）・φ（ｉ，ｊ）
Ｔ２（ｉ，ｊ）＝（１−α）・Ａ（ｉ＋１，ｊ）／Ａ０（ｉ＋１，ｊ）
＝（１−α）・Ｒ（ｉ＋１）・φ（ｉ＋１，ｊ）
このように、テーブル係数Ｔ（ｉ，ｊ）は、補間係数αに対し、使用するレプリカＲ（ｉ）及び参照関数φ（ｉ，ｊ）を予め乗算した形式の係数となる。
【００４３】
続いて、信号処理器１４は、送受信器１２から得られたＲＡＷデータを、２Ｄ−ＦＦＴして、ｒ−ｕ領域からｋｒ（ｉ）−ｋｕ（ｊ）領域に変換する（ステップＳ２０４）。
【００４４】
続いて、信号処理器１４は、関連技術に係るレプリカ及び参照関数の乗算処理（ステップＳ１０４）及びＳｔｏｌｔ補間処理（ステップＳ１０５〜Ｓ１０７）に相当する処理を行い、ｋｘ（ｉ），ｋｙ（ｊ）のスペクトルＢ（ｉ，ｊ）を求める。以下では、補間方法として、関連技術に係るフローと同様に、線形補間法を例に挙げて説明する。
【００４５】
まず、信号処理器１４は、図１３に示されるように、２Ｄ−ＦＦＴの出力であるＡ０（ｉ，ｊ）から、ｋｘ’インデックスに対応する要素（この例では、Ａ０（ｉ，ｊ），Ａ０（ｉ＋１，ｊ））を抽出する（ステップＳ２０５）。
続いて、信号処理器１４は、図１４に示されるように、テーブル係数Ｔ１（ｉ，ｊ），Ｔ２（ｉ，ｊ）と要素Ａ０（ｉ，ｊ），Ａ０（ｉ＋１，ｊ）との乗算を行い、以下のスペクトルＢ（ｉ，ｊ）を得る（ステップＳ２０６）。
Ｂ（ｉ，ｊ）＝Ｔ１（ｉ，ｊ）・Ａ０（ｉ，ｊ）＋Ｔ２（ｉ，ｊ）・Ａ０（ｉ＋１，ｊ）
以上で、関連技術に係るレプリカ及び参照関数の乗算処理及びＳｔｏｌｔ補間処理に相当する処理が終了する。
【００４６】
続いて、信号処理器１４は、スペクトルＢ（ｉ，ｊ）を、２Ｄ−ＩＦＦＴして、ｋｘ（ｉ）−ｋｙ（ｊ）領域からｘ−ｙ領域に変換する（ステップＳ２０７）。
その後、信号処理器１４は、２Ｄ−ＩＦＦＴの出力を、ＳＡＳ画像に画像化し（ステップＳ２０８）、ＳＡＳ画像を外部記憶装置１５に保存する。
【００４７】
以上の同じ処理を、左舷のＲＡＷデータと右舷のＲＡＷデータについて独立に行う。ただし、本実施の形態では、左舷と右舷とで送波波形が異なるため、左舷と右舷とで処理パラメータは異なる。具体的には、上記のレプリカが左舷と右舷とで異なる。
【００４８】
＜実施の形態に係る参照テーブルの読込方法＞
続いて、図１５を参照して、本実施の形態に係る合成開口ソーナー１による参照テーブルの読込方法について説明する。
図１５に示されるように、水中音速Ｃは、時間経過に伴い変化する場合がある（図中の折れ線を参照）。そこで、信号処理器１４は、水中音速Ｃの変化に対応するため、現在の水中音速Ｃに応じて選択した参照テーブルだけでなく、その参照テーブルの前及び／又は後の参照テーブルも、外部記憶装置１５から予めメモリに読込み、保持しておく。
【００４９】
この例は、３つの参照テーブルをメモリに常に保持する例である。初回は、現在の水中音速Ｃに応じて選択した参照テーブル及びその前後の参照テーブルをメモリに読込んで保持し、選択した参照テーブルを処理に適用する。次回以降は、現在の水中音速が、参照テーブルを保持している水中音速の範囲内であれば、参照テーブルの新規の読込みは行わず（処理に適用する参照テーブルは適宜変更）、範囲外となったら、現在の水中音速に応じて選択した参照テーブルを新規にメモリに読込み、処理に適用する。
【００５０】
具体的には、この例では、初回（１回目）の水中音速はＣ（０）である。そのため、信号処理器１４は、Ｃ（０）及びその前後のＣ（−１），Ｃ（１）の参照テーブルをメモリに読込み、Ｃ（０）の参照テーブルを処理に適用する。
続く２回目の水中音速もＣ（０）である。そのため、信号処理器１４は、参照テーブルの新規の読込みは行わず、Ｃ（０）の参照テーブルを継続して処理に適用する。
【００５１】
続く３回目の水中音速はＣ（−１）に変化しているが、Ｃ（−１）は、参照テーブルを保持しているＣ（−１）〜Ｃ（１）の範囲内である。そのため、信号処理器１４は、参照テーブルの新規の読込みは行わず、処理に適用する参照テーブルをＣ（−１）の参照テーブルに変更する。
続く４回目の水中音速もＣ（−１）である。そのため、信号処理器１４は、参照テーブルの新規の読込みは行わず、Ｃ（−１）の参照テーブルを継続して処理に適用する。
【００５２】
続く５回目の水中音速はＣ（−２）に変化しており、Ｃ（−２）は、参照テーブルを保持しているＣ（−１）〜Ｃ（１）の範囲外である。そのため、信号処理器１４は、Ｃ（−２）の参照テーブルを新規にメモリに読込み、Ｃ（１）の参照テーブルをメモリから削除する。そして、信号処理器１４は、処理に適用する参照テーブルをＣ（−２）の参照テーブルに変更する。
６回目以降の処理についての説明は省略する。
【００５３】
上述したように、本実施の形態によれば、信号処理器１４は、参照テーブルを選択し、ＲＡＷデータに対して、２Ｄ−ＦＦＴを実行し、２Ｄ−ＦＦＴの出力から、参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、抽出した要素に対して、参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、乗算の結果に対して、２Ｄ−ＩＦＦＴを実行し、２Ｄ−ＩＦＦＴの出力を画像化する。
【００５４】
このように、本実施の形態によれば、関連技術では処理負荷の大きかった、Ｓｔｏｌｔ補間などの不等間隔リサンプリング処理を、計算ではなく、参照テーブルの参照に置き換えている。これにより、合成開口処理の計算量が減るため、信号処理器１４の処理負荷を低減し、処理速度を高速化することができる。その結果、リアルタイム化に寄与し得る。また、信号処理器１４に高速・高性能なＣＰＵを採用する必要がないため、信号処理器１４の低消費電力化が可能となる。
【００５５】
また、本実施の形態によれば、参照テーブルとして、処理パラメータに基づき生成した複数の参照テーブルを予め生成し、外部記憶装置１５に保存しておき、信号処理器１４は、合成開口処理毎に、処理パラメータに応じた最適な参照テーブルを選択し、メモリに読み込んで使用する。これにより、信号処理器１４の処理速度と共に画像性能も合わせて担保することが可能となる。
【００５６】
また、本実施の形態によれば、水中音速以外の処理パラメータは固定とすることで、参照テーブルの総数を節約できる。
また、本実施の形態によれば、信号処理器１４は、水中音速に応じて選択した参照テーブルと共に、その参照テーブルの前及び／又は後の参照テーブルも、外部記憶装置１５からメモリに読込んで保持しておく。これにより、水中音速が時間経過に伴い変化する場合においても、参照テーブルを外部記憶装置１５から読込む頻度や負荷を低減することが可能となる。
【００５７】
＜実施の形態の概念＞
続いて、図１６を参照して、上述の実施の形態を概念的に示した合成開口ソーナー２の構成例について説明する。図１６に示されるように、合成開口ソーナー２は、送受波器１０１及び信号処理器１０２を備えている。
【００５８】
送受波器１０１は、音波の送受波を行う。送受波器１０１は、送受波器１１Ｌ，１１Ｒに対応する。
信号処理器１０２は、送受波器１０１で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う。信号処理器１０２は、信号処理器１４に対応する。そのため、信号処理器１０２は、信号処理器１４による合成開口処理と同様の合成開口処理を行う。
【００５９】
すなわち、信号処理器１０２は、参照テーブルを選択し、送受波器１０１で受波された受波音波のデータに対して、２次元ＦＦＴを実行し、２次元ＦＦＴの出力から、選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、抽出した要素に対して、選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する。
【００６０】
以上、実施の形態を参照して本開示を説明したが、本開示は上記の実施の形態に限定されるものではない。本開示の構成や詳細には、本開示のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００６１】
例えば、上記の信号処理プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ（CD-Recordable）、ＣＤ−Ｒ／Ｗ（CD-ReWritable）、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、上記の信号処理プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されても良い。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００６２】
上記の実施の形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
音波の送受波を行う送受波器と、
前記送受波器で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う信号処理器と、を備え、
前記信号処理器は、
参照テーブルを選択し、
前記データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、
前記２次元ＦＦＴの出力から、前記選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、
前記抽出した要素に対して、前記選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、
前記乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、
前記２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する、
合成開口ソーナー。
（付記２）
前記信号処理器は、
メモリを備え、
複数の前記参照テーブルが保存された外部記憶装置に接続され、
前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択し、前記選択した参照テーブルを前記メモリに読込んで使用する、
付記１に記載の合成開口ソーナー。
（付記３）
前記外部記憶装置には、処理パラメータ毎に生成された複数の前記参照テーブルが保存されており、
前記信号処理器は、前記処理パラメータに応じて、前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択する、
付記２に記載の合成開口ソーナー。
（付記４）
水中音速を計測する音速センサを備え、
前記処理パラメータは、水中音速以外は固定とされ、
前記外部記憶装置には、前記水中音速毎に生成された複数の前記参照テーブルが保存されており、
前記信号処理器は、前記音速センサにて計測された水中音速に応じて、前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択する、
付記３に記載の合成開口ソーナー。
（付記５）
前記信号処理器は、前記音速センサにて計測された水中音速に応じて選択した参照テーブルと共に、当該参照テーブルの前及び／又は後の参照テーブルを、前記メモリに読込んで保持する、
付記４に記載の合成開口ソーナー。
（付記６）
前記テーブル係数は、補間係数に対し、前記合成開口処理に使用するレプリカ及び参照関数を予め乗算した形式の係数である、
付記１から５のいずれか１項に記載の合成開口ソーナー。
（付記７）
前記参照テーブルに含まれるインデックス及びテーブル係数は、前記２次元ＦＦＴのＦＦＴポイント数と同じ要素数の行列形式である、
付記１から６のいずれか１項に記載の合成開口ソーナー。
（付記８）
前記送受波器は、水中航走体の左右両舷にそれぞれ設けられ、
前記信号処理器は、左右両舷の前記送受波器で受波された受波音波のデータのそれぞれに対して、前記合成開口処理を行う、
付記１から７のいずれか１項に記載の合成開口ソーナー。
（付記９）
送受波器で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う合成開口ソーナーの信号処理方法であって、
参照テーブルを選択し、
前記データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、
前記２次元ＦＦＴの出力から、前記選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、
前記抽出した要素に対して、前記選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、
前記乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、
前記２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する、
合成開口ソーナーの信号処理方法。
（付記１０）
外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択し、前記選択した参照テーブルをメモリに読込んで使用する、
付記９に記載の合成開口ソーナーの信号処理方法。
（付記１１）
前記外部記憶装置には、処理パラメータ毎に生成された複数の前記参照テーブルが保存されており、
前記処理パラメータに応じて、前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択する、
付記１０に記載の合成開口ソーナーの信号処理方法。
（付記１２）
前記処理パラメータは、水中音速以外は固定とされ、
前記外部記憶装置には、前記水中音速毎に生成された複数の前記参照テーブルが保存されており、
音速センサにて計測された水中音速に応じて、前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択する、
付記１１に記載の合成開口ソーナーの信号処理方法。
（付記１３）
前記音速センサにて計測された水中音速に応じて選択した参照テーブルと共に、当該参照テーブルの前及び／又は後の参照テーブルを、前記メモリに読込んで保持する、
付記１２に記載の合成開口ソーナーの信号処理方法。
（付記１４）
前記テーブル係数は、補間係数に対し、前記合成開口処理に使用するレプリカ及び参照関数を予め乗算した形式の係数である、
付記９から１３のいずれか１項に記載の合成開口ソーナーの信号処理方法。
（付記１５）
前記参照テーブルに含まれるインデックス及びテーブル係数は、前記２次元ＦＦＴのＦＦＴポイント数と同じ要素数の行列形式である、
付記９から１４のいずれか１項に記載の合成開口ソーナーの信号処理方法。
（付記１６）
前記送受波器は、水中航走体の左右両舷にそれぞれ設けられており、
左右両舷の前記送受波器で受波された受波音波のデータのそれぞれに対して、前記合成開口処理を行う、
付記９から１５のいずれか１項に記載の合成開口ソーナーの信号処理方法。
（付記１７）
コンピュータを、
送受波器で受波された受波音波のデータに対して合成開口処理を行う信号処理手段として機能させる信号処理プログラムであって、
前記信号処理手段は、
参照テーブルを選択し、
前記データに対して、２次元ＦＦＴを実行し、
前記２次元ＦＦＴの出力から、前記選択した参照テーブルに含まれるインデックスに対応する要素を抽出し、
前記抽出した要素に対して、前記選択した参照テーブルに含まれるテーブル係数を乗算し、
前記乗算の結果に対して、２次元ＩＦＦＴを実行し、
前記２次元ＩＦＦＴの出力を画像化する、
信号処理プログラム。
（付記１８）
前記信号処理手段は、外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択し、前記選択した参照テーブルをメモリに読込んで使用する、
付記１７に記載の信号処理プログラム。
（付記１９）
前記外部記憶装置には、処理パラメータ毎に生成された複数の前記参照テーブルが保存されており、
前記信号処理手段は、前記処理パラメータに応じて、前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択する、
付記１８に記載の信号処理プログラム。
（付記２０）
前記処理パラメータは、水中音速以外は固定とされ、
前記外部記憶装置には、前記水中音速毎に生成された複数の前記参照テーブルが保存されており、
前記信号処理手段は、音速センサにて計測された水中音速に応じて、前記外部記憶装置に保存された複数の前記参照テーブルの中から参照テーブルを選択する、
付記１９に記載の信号処理プログラム。
（付記２１）
前記信号処理手段は、前記音速センサにて計測された水中音速に応じて選択した参照テーブルと共に、当該参照テーブルの前及び／又は後の参照テーブルを、前記メモリに読込んで保持する、
付記２０に記載の信号処理プログラム。
（付記２２）
前記テーブル係数は、補間係数に対し、前記合成開口処理に使用するレプリカ及び参照関数を予め乗算した形式の係数である、
付記１７から２１のいずれか１項に記載の信号処理プログラム。
（付記２３）
前記参照テーブルに含まれるインデックス及びテーブル係数は、前記２次元ＦＦＴのＦＦＴポイント数と同じ要素数の行列形式である、
付記１７から２２のいずれか１項に記載の信号処理プログラム。
（付記２４）
前記送受波器は、水中航走体の左右両舷にそれぞれ設けられており、
前記信号処理手段は、左右両舷の前記送受波器で受波された受波音波のデータのそれぞれに対して、前記合成開口処理を行う、
付記１７から２３のいずれか１項に記載の信号処理プログラム。
【符号の説明】
【００６３】
１  合成開口ソーナー
１１Ｌ，１１Ｒ  送受波器
１２  送受信器
１３  音速センサ
１４  信号処理器
１５  外部記憶装置
２  合成開口ソーナー
１０１  送受波器
１０２  信号処理器
【図１】
2019191045.tif 000003
【図２】
2019191045.tif 000004
【図３】
2019191045.tif 000005
【図４】
2019191045.tif 000006
【図５】
2019191045.tif 000007
【図６】
2019191045.tif 000008
【図７】
2019191045.tif 000009
【図８】
2019191045.tif 000010
【図９】
2019191045.tif 000011
【図１０】
2019191045.tif 000012
【図１１】
2019191045.tif 000013
【図１２】
2019191045.tif 000014
【図１３】
2019191045.tif 000015
【図１４】
2019191045.tif 000016
【図１５】
2019191045.tif 000017
【図１６】
2019191045.tif 000018