(57)【要約】【課題】高データレートで移動目標を抽出し、算出する移動目標の位置、距離および速度を精度よく得ること。【解決手段】異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波部と、目標から反射した、複数のチャープ波の反射波を受波して、受波信号を出力する受波部と、受波信号に対して、チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成するヘテロダイン処理部と、ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、移動目標を抽出する移動目標抽出部と、を備える。【選択図】  図１
2015172510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波手段と、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波して、受波信号を出力する受波手段と、
前記受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成するヘテロダイン処理手段と、
前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、移動目標を抽出する移動目標抽出手段と、
を備える情報処理装置。
【請求項２】
前記送波手段が送波する前記チャープ波の周波数帯または周期を制御する制御手段をさらに備える請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】
前記移動目標抽出手段は、前記一対の周波数の中間周波数から、前記移動目標までの距離を演算する目標距離演算手段を有する請求項１または２に記載の情報処理装置。
【請求項４】
前記移動目標抽出手段は、中間周波数の変化量に基づいて、前記移動目標の速度を演算する移動速度演算手段を有する請求項１乃至３のいずれか1項に記載の情報処理装置。
【請求項５】
前記異なる複数のチャープ波は、互いに周波数帯が重ならない同じ変調幅のＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波とを含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報処理装置。
【請求項６】
前記デュアルスイープ信号は、その周波数帯が乗算する前記チャープ波の周波数帯と重ならないように生成される請求項１乃至５のいずれか１項に記載の情報処理装置。
【請求項７】
前記ヘテロダイン処理手段は、前記受波信号を各チャープ波の周波数帯に対応する成分に分離して、分離した成分ごとに前記各チャープ波のデュアルスイープ信号によりヘテロダイン処理を行なって、各ヘテロダイン処理の結果を加算することによって、前記ビート周波数を生成する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の情報処理装置。
【請求項８】
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波ステップと、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波して、受波信号を出力する受波ステップと、
前記受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成するヘテロダイン処理ステップと、
前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、移動目標を抽出する移動目標抽出ステップと、
を含む情報処理装置の制御方法。
【請求項９】
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波ステップと、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波して、受波信号を出力する受波ステップと、
前記受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成するヘテロダイン処理ステップと、
前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、移動目標を抽出する移動目標抽出ステップと、
をコンピュータに実行させる情報処理装置の制御プログラム。
【請求項１０】
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波装置と、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波して、移動目標を抽出する受波装置と、
を備え、
前記受波装置は、
前記反射波を受波して、受波信号を出力する受波手段と、
前記受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成するヘテロダイン処理手段と、
前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、前記移動目標を抽出する移動目標抽出手段と、
を有する移動目標抽出システム。
【請求項１１】
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波ステップと、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波した受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成し、前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、移動目標を抽出する移動目標抽出ステップと、
を含む移動目標抽出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送波したチャープ波の反射波に基づいて移動目標を抽出するための、移動目標抽出システム、移動目標抽出方法、情報処理装置およびその制御方法と制御プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において、高いデータレートを持つソナー送受信方式として、線形変調した送信信号（以下、チャープ波）を一定周期で連続送信しながら、送信信号と受信信号との周波数差（以下、ビート周波数と呼ぶ）から、目標距離と目標速度とを求めるＣＴＦＭ（Continuous Transmitter Frequency Modulated）ソナーが知られている。ＣＴＦＭソナーでは、静止目標に対する送波としてはチャープ波を用いることで、高データレートに目標距離を得られることが知られている。しかし、チャープ波を用いた場合、送信信号と受信信号との差が逆転する時間帯（以下、ブラインドゾーンと呼ぶ）においては、正しい目標距離が求められないことが知られており、このブラインドゾーンが待ち時間となることでデータレートの低下が問題であった。
【０００３】
これに対し、特許文献１には、チャープ形状の送信信号と受信信号とが逆転するブラインドゾーンにおいて、受信信号と差分を行なう送信信号を１周期ずらすことで、ブラインドゾーンでも高データレートで正しいビート周波数を得る技術が開示されている。
【０００４】
また、移動目標に対してはビート周波数にドップラシフトが含まれることから、上記チャープ波では純粋な距離分のビート周波数が得られないため、目標の正確な位置を知ることができない。これに対し、特許文献２には、ＵＰチャープ波の後にＤＯＷＮチャープ波を組み合わせた波をただのチャープ波の代りに用いることで、目標の正確な距離と速度を求めることが開示されている。さらに、特許文献２には、ＵＰチャープとＤＯＷＮチャープとが対称となった２つの山なりの波を、同時に送波することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６３−２０８７７９号公報
【特許文献２】特開平０３−１６２８３７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、特許文献２の２つの波は同じ周波数帯において周波数がＵＰ／ＤＯＷＮするので、目標から反射した反射波の受信信号を周波数フィルタで明瞭に分離することが難しく、かつ、移動目標の２つのビート周波数は同じ周波数を中心に逆方向に変化するので、算出する移動目標の位置や、距離または速度の精度が落ちてしまう。
【０００７】
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る情報処理装置は、
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波手段と、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波して、受波信号を出力する受波手段と、
前記受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成するヘテロダイン処理手段と、
前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、移動目標を抽出する移動目標抽出手段と、
を備える。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る情報処理装置の制御方法は、
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波ステップと、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波して、受波信号を出力する受波ステップと、
前記受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成するヘテロダイン処理ステップと、
前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、移動目標を抽出する移動目標抽出ステップと、
を含む。
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る情報処理装置の制御プログラムは、
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波ステップと、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波して、受波信号を出力する受波ステップと、
前記受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成するヘテロダイン処理ステップと、
前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、移動目標を抽出する移動目標抽出ステップと、
をコンピュータに実行させる。
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明に係る移動目標抽出システムは、
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波装置と、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波して、移動目標を抽出する受波装置と、
を備え、
前記受波装置は、
前記反射波を受波して、受波信号を出力する受波手段と、
前記受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成するヘテロダイン処理手段と、
前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、前記移動目標を抽出する移動目標抽出手段と、
を有する。
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明に係る移動目標抽出方法は、
異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波する送波ステップと、
目標から反射した、前記複数のチャープ波の反射波を受波した受波信号に対して、前記チャープ波のそれぞれのデュアルスイープ信号をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数を生成し、前記ビート周波数の周波数スペクトルにおいて、所定時間間隔における差分が閾値を超える一対の周波数に基づいて、移動目標を抽出する移動目標抽出ステップと、
を含む。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高データレートで移動目標を抽出し、算出する移動目標の位置、距離および速度を精度よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る情報処理装置の構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態に係る情報処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態に係る信号発生器の機能構成を示すブロック図である。
【図２Ｃ】本発明の第２実施形態に係る信号発生用パラメータテーブルの構成を示す図である。
【図３Ａ】本発明の第２実施形態に係る送波および受波したチャープ波の周波数変化を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の第２実施形態に係る前段フィルタのパラメータテーブルを示す図である。
【図４Ａ】本発明の第２実施形態に係る受波信号の処理結果を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の第２実施形態に係る受波信号の詳細な処理結果を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の第２実施形態に係る後段フィルタのパラメータテーブルを示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るヘテロダイン処理後のビート周波数の周波数スペクトルを示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るゼロドップラフィルタの機能構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るゼロドップラフィルタによる処理を説明するビート周波数の周波数スペクトルを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る演算部のパラメータテーブルを示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る情報処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る情報処理装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１Ａ】本発明の第２実施形態に係るチャープ波送波処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１Ｂ】本発明の第２実施形態に係るヘテロダイン信号生成処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１Ｃ】本発明の第２実施形態に係るヘテロダイン処理の手順を示すフローチャートである。
【図１１Ｄ】本発明の第２実施形態に係るゼロドップラ処理の手順を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る送波する他のチャープ波の周波数変化の例を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の第３実施形態に係る情報処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１３Ｂ】本発明の第３実施形態に係る信号発生器の機能構成を示すブロック図である。
【図１３Ｃ】本発明の第３実施形態に係る信号発生用パラメータテーブルの構成を示す図である。
【図１３Ｄ】本発明の第３実施形態に係る制御部の送波制御テーブルの構成を示す図である。
【図１４】本発明の第３実施形態に係る送波および受波したチャープ波の周波数変化を示す図である。
【図１５】本発明の第４実施形態に係る情報処理装置の機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、本明細書で使用される「チャープ波」は、周波数が線形的に変化する波である。ここでは、線形に周波数が上昇する波を「ＵＰチャープ波」、線形に周波数が下降する波を「ＤＯＷＮチャープ波」と称す。ＵＰチャープ波やＤＯＷＮチャープ波のみを繰り返す波と区別して、ＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波とを繰り返す波を「鋸状のチャープ波」と称す。「ディアルスイープ信号」は、チャープ波の周波数変化の倍の周波数帯を２倍の周期で線形的に変化する信号である。ここでは、線形に周波数が上昇する信号を「ＵＰデュアルスイープ信号」、線形に周波数が下降する信号を「ＤＯＷＮデュアルスイープ信号」と称す。また、「ビート周波数」は、周波数が僅かに異なる２つの波が干渉して、振幅がゆっくり周期的に変わる合成波の周波数である。本例では、受波したチャープ波に対応する受波信号と送波したチャープ波に対応するヘテロダイン用信号を積算するヘテロダイン処理をし、その演算結果の周波数差分に相当する「うなりの周波数」を意味する。ここで、「ヘテロダイン用信号」には、「ディアルスープ信号」が含まれる。
【００１６】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としての情報処理装置１００について、図１を用いて説明する。情報処理装置１００は、チャープ波を送波してその反射波を受波することにより目標を抽出する装置である。
【００１７】
図１に示すように、情報処理装置１００は、送波部１１０と、受波部１２０と、ヘテロダイン処理部１３０と、移動目標抽出部１４０と、を含む。送波部１１０は、異なる複数のチャープ波１１１を送波する。受波部１２０は、目標１５０から反射した、異なる複数のチャープ波の反射波１１２を受波して、受波信号１２１を出力する。ヘテロダイン処理部１３０は、受波信号１２１に対して、チャープ波１１１のそれぞれのデュアルスイープ信号１１３をヘテロダイン信号として乗算して、ビート周波数１３１を生成する。移動目標抽出部１４０は、ビート周波数１３１の周波数スペクトルにおける周波数の変化に基づいて、移動目標１５１を抽出する。
【００１８】
本実施形態によれば、異なる周波数帯の複数のチャープ波を送波することにより、高データレートで移動目標を抽出し、算出する移動目標の位置、距離および速度を精度よく得ることができる。
【００１９】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る情報処理装置につい説明する。本実施形態に係る情報処理装置は、周波数帯が異なる（重ならない）複数のチャープ波として、ＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波とを送波し、反射波の受波信号からＵＰチャープ波の反射波とＤＯＷＮチャープ波の反射波とを分離して、それぞれ独立にヘテロダイン処理を行なう。そして、ヘテロダイン処理結果を合成してその周波数スペクトルを取り、移動目標の抽出を行なう。
【００２０】
《前提技術》
本実施形態の前提技術として、チャープ信号の目標からの反射波に対するヘテロダイン処理によって、目標までの目標距離を求める技術について、概略を説明する。ここで、ＵＰチャープ波の場合、目標位置に対応するビート周波数をｆbとし、送信信号をｆTとし、受信信号をｆRとすれば、ビート周波数ｆbは、復調処理により以下の関係で求まる。ＤＯＷＮチャープ波の場合、は送信信号と受信信号を入れ替える。
【００２１】
ｆb ＝ ｆT-ｆR
この際、目標距離をＲとし、音速をＣとし、戻り時間をΔtとすれば、Ｒ=Ｃ×Δt／２である。また、通常のＦＭ波では、パルス長をＴとし、振幅をＢとした場合、その周波数変化αは、α＝Ｂ／Ｔであり、これにより目標距離Ｒは、ビート周波数ｆbを得ることでｆb／Δt＝αであることに注意すれば、以下の関係により求めることができる。
【００２２】
Ｒ ＝ Ｃ×Δt／２ ＝ (Ｃ×ｆb)／２α ＝ (Ｃ×ｆb×Ｔ)／２Ｂ
《情報処理装置の機能構成》
図２Ａは、本実施形態に係る情報処理装置２００の機能構成を示すブロック図である。なお、情報処理装置２００は、ＣＴＦＭソナー装置として使用される。
【００２３】
情報処理装置２００は、図２Ａに示すように、送波部２１０と、受波部２２０と、ヘテロダイン処理部２３０と、移動目標抽出部２４０と、を備える。
【００２４】
送波部２１０は、送波器２１１と、送波処理器２１２、ＤＡＣ(digital to analog converter)２１３と、信号発生器２１４とを含む。なお、本例では、信号発生器２１４は、ヘテロダイン処理部２３０においても兼用される。また、受波部２２０は、受波器2２２１と、前段処理器２２２と、ＡＤＣ(analog to digital converter)とを含む。またヘテロダイン処理部２３０は、信号発生器２１４と、ＵＰ用前段フィルタ２３１と、ＤＯＷＮ用前段フィルタ２３２と、ＵＰミクサ２３３と、ＤＯＷＮミクサ２３４と、ＵＰ用後段フィルタ２３５と、ＤＯＷＮ用後段フィルタ２３６と、加算器２３７とを含む。また、移動目標抽出部２４０は、ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)２４１と、ゼロドップラフィルタ２４２と、目標距離演算部２４３とを含む。なお、目標距離演算部２４３は、移動目標についての処理の一例を代表として示しており、移動目標に対するビート周波数のスペクトログラムの生成および表示、移動目標の移動速度演算やドップラ効果の影響補正などの演算をも含むものである。
【００２５】
（信号発生器の機能構成）
図２Ｂは、本実施形態に係る信号発生器２１４の機能構成を示すブロック図である。なお、図２Ｂの信号発生器２１４の機能構成はその一例であって、これに限定されない。すなわち、信号発生器２１４は、周波数帯の異なる送波用の複数のチャープ波のための信号と、送波した複数のチャープ波に対応してヘテロダイン処理に好適なデュアルスイープ信号と、を発生できるものであれば、構成は限定されない。
【００２６】
信号発生器２１４は、チャープ波の信号を生成する信号生成部２５１と、信号生成部２５１で生成するチャープ波の周波数帯および周期を記憶するチャープ波テーブル２５２と、を有する。また、信号発生器２１４は、信号生成部２５１からの信号に基づいて周波数帯の異なる複数のチャープ波を生成する発振器２５３および２５４と、発振器２５３および２５４の出力波を合成する合成器２５５とを有する。
【００２７】
また、信号発生器２１４は、デュアルスイープ信号生成部２６１と、ＵＰデュアルスイープ信号の低周波側の発振器２６４と、ＵＰデュアルスイープ信号の高周波側の発振器２６５と、ＵＰ波合成器２６６と、を含む。また、信号発生器２１４は、ＤＯＷＮデュアルスイープ信号の低周波側の発振器２６７と、ＤＯＷＮデュアルスイープ信号の高周波側の発振器２６８と、ＤＯＷＮ波合成器２６９と、を含む。
【００２８】
デュアルスイープ信号生成部２６１は、デュアルスイープ信号テーブル２６２を有し、送波された複数のチャープ波に基づいて、それぞれのチャープ波と周波数帯が重ならないデュアルスイープ信号を生成する。発振器２６４と発振器２６５は、デュアルスイープ信号生成部２６１からの出力に従って、少なくとも送波されたＵＰチャープ波とは重ならないが、ＵＰチャープ波とスペクトログラムの形状が同様の信号を生成する。ＵＰ波合成器２６６は、発振器２６４と発振器２６５との出力を合成して、少なくとも送波されたＵＰチャープ波と周波数帯が重ならないＵＰデュアルスイープ信号を出力する。一方、発振器２６７と発振器２６８は、デュアルスイープ信号生成部２６１からの出力に従って、少なくとも送波されたＤＯＷＮチャープ波とは重ならないが、ＤＯＷＮチャープ波とスペクトログラムの形状が同様の信号を生成する。ＤＯＷＮ波合成器２６９は、発振器２６７と発振器２６８との出力を合成して、少なくとも送波されたＤＯＷＮチャープ波と周波数帯が重ならないＤＯＷＮデュアルスイープ信号を出力する。
【００２９】
（信号発生用パラメータテーブル）
図２Ｃは、本実施形態に係る信号発生用パラメータテーブル２５０の構成を示す図である。図２Ｃの信号発生用パラメータテーブル２５０は、チャープ波テーブル２５２とデュアルスイープ信号テーブル２６２とを含み、チャープ波およびデュアルスイープ信号を生成するためのパラメータを記憶する。
【００３０】
チャープ波テーブル２５２は、チャープ波の周期であるパルス長２７１と、ＵＰチャープ波２７２の基準周波数および変調幅と、ＤＯＷＮチャープ波２７３の基準周波数および変調幅と、を記憶する。なお、図２Ｃに示すように、ＵＰチャープ波２７２とＤＯＷＮチャープ波２７３とが重ならないように、基準周波数および変調幅が設定されている。
【００３１】
デュアルスイープ信号テーブル２６２は、使用ミクサ２８１に対応付けて、ヘテロダイン用の第１変調信号２８２の基準周波数および変調幅と、ヘテロダイン用の第２変調信号２８３の基準周波数および変調幅と、を記憶する。なお、図２Ｃに示すように、第１変調信号２８２と第２変調信号２８３とは周波数帯が連続する、ヘテロダイン用のデュアルスイープ信号を形成する。
【００３２】
《情報処理装置の処理》
以下、上記図２Ａの情報処理装置２００の構成による移動目標抽出処理について説明する。
【００３３】
《送波処理および受波処理》
図３Ａは、本実施形態に係る送波および受波したチャープ波の周波数変化を示す図である。
図２Ａにおいて、信号発生器２１４において、線形変調されたＣＴＦＭ用の送波信号２１４ａを発生させる。ここで発生される波は、図３Ａに示すような、ＵＰチャープ波３０１とＤＯＷＮチャープ波３１１との組合せであり、パルス長Ｔと変調幅Ｂとは一定である。この時ＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波との周波数帯は、上下逆でも問題ない。
【００３４】
ここで、線形変調されたＣＴＦＭ用の送波信号はパルス長Ｔごとに周期的に繰り返されるが、パルス長Ｔの１パルス分の波の名称をそれぞれＵＰチャープ波３０１とＤＯＷＮチャープ波３１１と呼ぶものとする。またこの時のＵＰチャープ波による受波信号はＵＰ受波信号３０２、ＤＯＷＮチャープによる受波信号はＤＯＷＮ受波信号３１２であり、それぞれ移動目標に対しては逆符号のドップラシフトを含んでいる。
【００３５】
信号発生器２１４において作られた信号は、ＤＡＣ２１３において、ディジタル／アナログ変換される。送波処理器２１２は、ローパスフィルタにより、ＤＡＣ２１３でデジダルの送波信号データをアナログ変換時に発生する高周波分の不要信号を除去したのち、アンプにより、電力を増幅して遠距離まで届くようにする。送波器２１１は、本実施形態においては、送波処理器２１２で増幅された電気信号を音響信号に変換し、水中に音波として送信信号を放射する。
【００３６】
水中に放射された音波は、様々な距離にある対象物（海底や海面、移動目標等）に到達後反射し、往復の伝搬時間分の遅延時間を持って受波器２２１で受信される。この際に得られる海中から反射して戻ってくる反射音（受波信号）は伝搬時間による損失や反射損失によって、送波器２１１から出力されたときより音響レベルとして減衰している。ここで、目標からの反射音をエコーと呼び、目標以外の対象物からの反射音を残響と呼び、それ以外に常時存在する不要音を雑音と呼ぶ。
【００３７】
受波器２２１において音波として受波された音響信号や雑音、残響は電気信号に変換される。前段処理器２２２において、受波器２２１で電気信号に変換された反射音データの電力を増幅する。次に、ＡＤＣ２２３において、アナログ電気信号として入力される受波信号はディジタル電気信号に変換される。また、この時、ＡＤＣ２２３においてサンプリングされる際にエリアシングが発生しないように、ＡＤＣ２２３が持つサンプリング周波数の２分の１以上の周波数を、前段処理器２２２のローパスフィルタにおいて除去しておくことが普通である。
【００３８】
ＡＤＣ２２３のディジタル出力データは、本例ではヘテロダイン処理部２３０に含まれるＵＰ用前段フィルタ２３１とＤＯＷＮ用前段フィルタ２３２とによって、ＵＰチャープ領域の受波信号とＤＯＷＮチャープ領域の受波信号とにそれぞれフィルタリング分離され、時間的に平行しつつ別処理に分岐する。その為、ここからはＵＰチャープ波の受波信号とＤＯＷＮチャープ波の受波信号とに対して、それぞれ個々の処理を実施する。
【００３９】
（前段フィルタのパラメータ）
図３Ｂは、本実施形態に係る前段フィルタのパラメータテーブル３２０を示す図である。前段フィルタのパラメータテーブル３２０は、使用する複数のチャープ波に対応して、フィルタリングの周波数帯を設定するために使用される。
【００４０】
前段フィルタのパラメータテーブル３２０は、前段フィルタの種類３２１と使用したチャープ波３２２とに対応付けて、分離周波数帯３２３を記憶する。なお、使用したチャープ波３２２により、各フィルタが複数の分離周波数帯を有してよい。また、使用するチャープ波が３つ以上の場合には、反射したチャープ波の受波信号を分離するために必要な数のフィルタが準備される。
【００４１】
《受波信号のヘテロダイン処理》
図４Ａは、本実施形態に係る受波信号の処理結果を示す図である。
【００４２】
ＵＰチャープの領域に分離されたＵＰ受波信号３０２は、ＵＰミクサ２３３に入力される。この時、信号発生器２１４からミクサ用の変調信号であるＵＰデュアルスイープ信号２１４ｂが作成され、ＵＰ受波信号と乗算することで、ＵＰデュアルスイープ信号２１４ｂとＵＰ受波信号とのビート周波数が計算される。
【００４３】
図４Ａの左図にあるように、送信パルス長Ｔに戻ってくるＵＰ受波信号３０２に対してはビート信号のビート周波数が求まる。一方、送信パルス長Ｔの外側で戻ってくるブラインドゾーンにおけるＵＰ受波信号３０２に対しては、次の探信の送信パルスしか存在しないため、そのままではビート信号のビート周波数が求まらない。しかし、図４ＡのＵＰチャープ波３０１から中間周波数ｆm分および(ｆm＋Ｂ)上にシフトされた、送信パルス長の２倍となる周期２Ｔのデュアルスイープ信号４０１をヘテロダイン信号として用いることで、ブラインドゾーンにおいてもビート信号４０３を時間的に連続して求めることができる。ＵＰ用後段フィルタ２３５は、図４Ａに示すバンドパスフィルタ４０４であり、ＵＰミクサ２３３において得られたビート信号４０３以外の和周波成分や不用帯域の周波数成分を除去する。
【００４４】
ここで、得られたＵＰチャープ波の受波信号に対するビート信号４０３のビート周波数ｆb'(up)と実際意味を持つビート周波数ｆb(up)との間には以下の関係がある。
【００４５】
ｆb(up) ＝ ｆb'(up) − ｆm
ここで、ｆmは中間周波数であり、ＵＰミクサ２３３において変調に用いたヘテロダイン用信号を高周波側にシフトした周波数である。
【００４６】
また、この時、図４Ａにあるように、１つのチャープ信号時間内においてドップラにより目標位置が変化する場合、ビート周波数は時間に応じて変化する（図４Ａのｆdp）。そのため、実際は以下のように記載できる。
【００４７】
ｆb(up) ＝ ｆb(up)[t]
一方、ＵＰチャープ領域と同様に、ＤＯＷＮミクサ２３４においては、信号発生器２１４においてＤＯＷＮチャープ波を低周波側にシフトして得られる変調幅のデュアルスイープ信号４１１と、ＤＯＷＮ領域におけるＤＯＷＮ受波信号３１２とが乗算される。そして、ＤＯＷＮ用後段フィルタ２３６（図４Ａのフィルタ帯域４１４）による不用帯域の除去により、ビート周波数が同時に得られる。ただし、低周波側のシフトにおいて帯域が取れない場合は、逆に上側にシフトして得られるビート周波数を変調幅から引いてもよい。
【００４８】
ＤＯＷＮチャープ波の受波信号から直接得られるビート周波数４１３をｆb'(dn)とし、中間周波数をｆm’とし、本来の意味があるビート周波数をｆb(dn)とすれば、ＵＰチャープの場合と同様に、
ｆb(dn) ＝ ｆb'(dn) ＋ ｆm’
ｆb(dn) ＝ ｆb(dn)[t]
となる。
【００４９】
加算器２３７においては、ＵＰチャープ領域の受波信号とＤＯＷＮチャープ領域の受波信号とで得られるビート周波数が同時刻で加算される。一般的に、この時点における処理された信号ｆb(up/dn)[t]は、移動目標が１つだと仮定すると移動目標に対するビート周波数が２種類とその他の固定目標が含まれている。ＵＰビート周波数とＤＯＷＮビート周波数との加算値をｆb(up/dn)とすれば、
ｆb(up/dn)[t] ＝ ｆb(up)[t] ＋ ｆb(dn)[t]
となる。
【００５０】
（受波信号の詳細な処理結果）
図４Ｂは、本実施形態に係る受波信号の詳細な処理結果を示す図である。なお、図４Ｂには、ＵＰチャート波の処理もＤＯＷＮチャート波の処理も基本的に同様であるので、ＤＯＷＮチャート波の受波信号処理のみを詳細に示す。
【００５１】
図４Ｂの上段は、本実施形態に係るＤＯＷＮ受波信号３１２およびＤＯＷＮヘテロダイン用のデュアルスイープ信号４１１の周波数を示す図である。なお、ＤＯＷＮヘテロダイン用のデュアルスイープ信号４１１は、ＤＯＷＮ受波信号３１２に周波数帯が重ならない低高周波数帯に設定されているが、高周波数帯に設定されてもよい。かかる周波数帯は、周波数の使用帯域ができるだけ広がらないように選択される。
【００５２】
図４Ｂの中段４２０は、ＤＯＷＮ受波信号３１２とＤＯＷＮヘテロダイン用のデュアルスイープ信号４１１とを乗算したヘテロダイン結果のビート周波数を示す図である。ヘテロダイン結果には、目標からの信号を表わすビート周波数４２１以外に、和周波成分や不用帯域の周波数成分４２２が含まれており、これらが後段フィルタにより除去される。
【００５３】
図４Ｂの下段４３０は、ＵＰ受波信号３０２の処理も加えた、本実施形態に係るヘテロダイン処理結果のビート周波数を示す図である。図４Ｂには、ＵＰ受波信号３０２とＵＰヘテロダイン用のデュアルスイープ信号４０１とのヘテロダイン処理により生成して不要周波数が除去されたビート周波数４３１と、ＤＯＷＮ受波信号３１２とＤＯＷＮヘテロダイン用のデュアルスイープ信号４１１とのヘテロダイン処理により生成して不要周波数が除去されたビート周波数４２１と、が合成されて出力されている。
【００５４】
（後段フィルタのパラメータテーブル）
図４Ｃは、本実施形態に係る後段フィルタのパラメータテーブル４４０を示す図である。なお、後段フィルタのパラメータテーブル４４０は、ＵＰ用後段フィルタ２３５およびＤＯＷＮ用後段フィルタ２３６のパラメータを含んでいるが、それぞれ別に記憶してもよい。一方、前段フィルタのパラメータテーブル３２０と一緒にフィルタパラメータとして記憶してもよい。
【００５５】
後段フィルタのパラメータテーブル４４０は、後段フィルタの種類４４１と、送波する使用チャープ波４４２と、ヘテロダイン処理に用いる使用デュアルスイープ信号４４３と、に対応して、フィルタリングする周波数帯４４４を記憶する。なお、使用チャープ波４４２や使用デュアルスイープ信号４４３に対応して、周波数帯４４４を複数記憶してもよい。
【００５６】
《移動目標抽出処理》
ヘテロダイン処理により得られたビート周波数信号ｆb(up/dn)[t]は、ＦＦＴ２４１において周波数軸に変換され、ゼロドップラフィルタ２４２に入力される。
【００５７】
（スペクトログラム処理）
図５は、本実施形態に係るヘテロダイン処理後のビート周波数の周波数スペクトルを示す図である。ここで、図５は、ドップラを持つ移動目標とドップラを持たない静止目標とに対する、１つの時間に対するビート周波数軸上の信号のイメージである。
【００５８】
本情報処理装置２００においては、ＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波とのそれぞれに対して同時にビート周波数を得ることができる。今、移動目標の速度が一定（速度＝一定）である場合、ＵＰビート周波数のスペクトル５０１とＤＯＷＮビート周波数のスペクトル５０２とには、それぞれにドップラシフトｆd(up)とｆd(dn)が含まれる。ここで、チャープ信号は時間ごとに周波数が異なるため、実際はｆd(up)やｆd(dn)内でも時間ごとに値が変化するが、実際に分離は困難なためｆd(up)とｆd(dn)とは一定とする。この時、ドップラシフトと送信周波数との間には、以下の関係がある。
【００５９】
ｆd(up) ＝ (２Ｖ/Ｃ) ｆc(up)
ｆd(dn) ＝ (２Ｖ/Ｃ) ｆc(dn)
ｆc(up)、ｆc(dn)は、それぞれＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波の既知な中心周波数である。この時、これらの差をｆc(up)−ｆc(dn) ＝ Ｄｆとすれば、以下の関係が成り立つ。
【００６０】
ｆd(up)−ｆd(dn) ＝ (２Ｖ/Ｃ)×Ｄf
これらドップラシフトと実際の距離に対応する目標のビート周波数fbとの関係は、図５の通りである。移動目標は、ドップラシフトｆd(up)とｆd(dn)を持つため、通常各時間（ＦＦＴ２４１の実行単位時間）において得られる目標のスペクトルは、ＵＰビート周波数ｆb(up)とＤＯＷＮビート周波数ｆb(dn)とのペアになる。
【００６１】
一方、静止目標であれば、ドップラシフトｆdは“０”であるため、得られる目標のビート周波数のスペクトル５０３は１つのみである。目標の真位置に対応するビート周波数ｆb[n]と、本送波を用いて得られるＵＰチャープ波のビート周波数ｆb(up)[n]と、ＤＯＷＮチャープ波のビート周波数ｆb(dn)[n]とは、ＵＰおよびＤＯＷＮのドップラシフトがそれぞれ一定とすれば、以下のような関係となる。
【００６２】
ｆb(up)[n] ＝ ｆb[n] − ｆd(up)
ｆb(dn)[n] ＝ ｆb[n] ＋ ｆd(dn)
また、この時の目標距離Ｒ[n]に対応するビート周波数ｆb[n]は、ドップラにより変化するため、以下のような関係にある。ここで、α＝Ｂ／Ｔである。
【００６３】
ｆb[n] ＝ ２αＲ[n]／Ｃ
一方、上記のＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波、およびそれぞれのドップラシフトの関係から、ビート周波数ｆb[n]は以下のようにも記載できる。
【００６４】
ｆb[n] ＝ (ｆb(up)[n] ＋ ｆb(dn)[n])／２
＝ ｆb(up/dn)[n]／２
＝ (ｆb(up)[n] ＋ ｆb(dn)[n] ＋ ｆd(up) − ｆd(dn))／２
＝ (ｆb(up)[n] ＋ ｆb(dn)[n])／２ ＋ (Ｖ／Ｃ)×Ｄf
【００６５】
（ゼロドップラフィルタ処理）
図６は、本実施形態に係るゼロドップラフィルタ２４２の機能構成を示すブロック図である。
【００６６】
図２ＡのＦＦＴ２４１による処理後のｎ番目の出力データがＦＦＴ出力データ[n]２４１ａである。この時、このデータはそのまま移動フィルタの入力データ[n]６０２として使用される。一方で、ここでは１つ前のＦＦＴ処理データである遅延データ[n-1]６０３を、ゼロドップラなしの信号をフィルタリングするゼロドップラフィルタとして使用する。減算器６０４において、入力データ[n]６０２から遅延データ[n-1]６０３が減算され、その所定時間間隔に置ける差分結果が処理後データ[n]２４２ａとして出力される。
【００６７】
すなわち、
ｆb(up/dn)処理後[n] ＝ ｆb(up/dn)[n] − ｆb(up/dn)[n-1] ＋ (Ｖ／Ｃ)×Ｄf
なお、ここでは、１つ前の処理データのみをフィルタとして使用した例を示したが、海中のマルチパスによる静止目標の揺らぎを考慮する場合等、ドップラによるビート周波数の変化程度に応じて、複数段の過去のデータを平均化したものをフィルタとして用いる等も有効である。
【００６８】
図７は、本実施形態に係るゼロドップラフィルタによる処理を説明するビート周波数の周波数スペクトルを示す図である。
【００６９】
本情報処理装置２００で得られる受波信号の中には、検出したい移動目標に加えて、海底地形や海面等の多数の静止目標が存在する。静止目標はあらゆる距離に存在し、静止目標のビート周波数７０１としてビート周波数軸上に現れる。これらの多くは音響では残響、レーダ等ではクラッタと呼ばれ、目標信号の検出を妨げる不要な信号である。ここでは、例としてこれらの静止目標である近距離目標と遠距離目標のビート周波数をそれぞれｆb1、ｆb2とする。この例であるように、一般的に静止目標は遠距離であるほど伝搬損失や反射の影響によりレベルが下がるが、マルチパスの影響によりビート周波数は一般的に広がる分布を持つためこのような形になる。
【００７０】
一方、移動目標であるＵＰチャープ波のビート周波数７０２とＤＯＷＮチャープ波のビート周波数７０３と（逆もありえる）は、それぞれ大きさが同じで向きが逆のドップラシフトを持つ。そのため、時間と共に逆方向に周波数シフトし、その関係は既に述べたとおりｆb(up)[n]およびｆb(dn)[n]とｆdとの関係で記載される。
【００７１】
ゼロドップラフィルタをかけられたビート周波数のデータは、最後に目標距離演算部２４３に入力される。この際、ゼロドップラフィルタ２４２により、一般的に、入力データでは、静止目標のスペクトルレベルが移動目標の２つの一対のビート信号のレベルよりも小さいものになる。
【００７２】
このように静止目標のレベルを低減したビート周波数のスペクトルに対し、閾値処理等を行なうことで、移動目標の２つの一対のビート周波数を取り出すことができる。この時、本来の目標の位置に対応するｎ番目のビート周波数をｆb[n]とすれば、前述の関係から、
ｆb処理後[n] ＝ (ｆb(up)処理後[n] ＋ ｆb(dn)処理後[n])／２ ＋ (Ｖ／Ｃ)×Ｄf
＝ ２αＲ[n]／Ｃ
となる。
【００７３】
結局このビート周波数から得られる移動目標の距離は、以下の通りである。
Ｒ[n] ＝ ｆb処理後[n]×Ｃ／２α
【００７４】
さらに、中間周波数の変化量に基づいて、移動目標の速度を演算することができる。また、チャープ波の送波方向（受波方向）と、時系列の移動目標の距離Ｒ[n]とに基づいて、ドップラ影響を補償した移動目標の速度を演算することができる。
【００７５】
（演算部のパラメータ）
図８は、本実施形態に係る演算部のアルゴリズム／パラメータテーブル８００を示す図である。演算部のアルゴリズム／パラメータテーブル８００は、図２Ａの目標距離演算部２４３を始めとする演算部が使用する。
【００７６】
演算部のアルゴリズム／パラメータテーブル８００は、各演算対象８０１に対応付けて、少なくとも１つの演算用アルゴリズム８０２および演算用パラメータ８０３を記憶する。なお、複数の演算用アルゴリズム８０２および演算用パラメータ８０３を有する場合、同じ演算対象８０１に対してもデータの取得条件に適応して選択される。
【００７７】
《情報処理装置のハードウェア構成》
図９は、本実施形態に係る情報処理装置２００のハードウェア構成を示すブロック図である。
【００７８】
図９で、ＣＰＵ９１０は演算制御用のプロセッサであり、ＣＰＵ９１０がＲＡＭ９４０を使用しながらストレージ９５０に格納されたプログラムおよびモジュールを実行することで、図２Ａに示された情報処理装置２００の各機能構成部の機能が実現される。ＲＯＭ９２０は、初期データおよびプログラムなどの固定データおよびプログラムを記憶する。なお、ＣＰＵ９１０は１つに限定されず、複数のＣＰＵであっても、あるいは画像処理用のＧＰＵを含んでもよい。
【００７９】
ＲＡＭ９４０は、ＣＰＵ９１０が一時記憶のワークエリアとして使用するランダムアクセスメモリである。ＲＡＭ９４０には、本実施形態の実現に必要なデータを記憶する領域が確保されている。チャープ波の送波データ９４１は、送波部２１０が送波したチャープ波のＵＰかＤＯＷＮか、周波数帯、周期のデータである。受波信号データ９４２は、受波部２２０が受波した信号のデータである。ＵＰ／ＤＯＷＮ受波信号データ９４３は、前段フィルタによりＵＰ受波信号とＤＯＷＮ受波信号とに分離されたデータである。ＵＰ／ＤＯＷＮヘテロダイン信号データ９４４は、それぞれ送波したチャープ波に基づいて生成されたヘテロダイン処理に使用されるＵＰ／ＤＯＷＮデュアルスイープ信号のデータである。ヘテロダイン処理データ（ビート周波数）９４５は、ＵＰ／ＤＯＷＮヘテロダイン処理結果のビート周波数を表わすデータである。ゼロドップラ処理データ９４７は、ヘテロダイン処理結果のビート周波数をスペクトログラム処理した後、ゼロドップラ処理した結果のデータである。移動目標距離データ９４８は、ゼロドップラ処理データ９４７に基づいて算出された移動目標までの距離データである。移動目標速度データ９４９は、ゼロドップラ処理データ９４７に基づいて算出された移動目標の移動速度のデータである。
【００８０】
ストレージ９５０には、データベースや各種のパラメータ、あるいは本実施形態の実現に必要な以下のデータまたはプログラムが記憶されている。信号発生用パラメータテーブル２５０は、図２Ｃに示した、チャープ波テーブル２５２とデュアルスイープ信号テーブル２６２とを含むテーブルである。フィルタ用のパラメータテーブル３２０、４４０は、図３Ｂまたは図４Ｃに示した、前段または後段フィルタのパラメータを格納する。演算用のアルゴリズム／パラメータテーブル８００は、図８に示したように、オプションである目標距離や目標速度などの演算に使用するパラメータ、アルゴリズムを記憶する。
【００８１】
ストレージ９５０には、以下のプログラムが格納される。情報処理装置制御プログラム９５１は、本情報処理装置２００の全体を制御する制御プログラムである。送波生成モジュール９５２は、送波する周波数帯の異なる複数のチャープ波を生成するモジュールである。ヘテロダイン信号生成モジュール９５３は、送波した複数のチャープ波に対応するそれぞれ各チャープ波と周波数帯が重ならないデュアルスイープ信号を生成するモジュールである。ヘテロダイン処理モジュール９５４は、受波信号とデュアルスイープ信号とによりヘテロダイン処理を行ないビート周波数を求めるモジュールである。ゼロドップラフィルタモジュール９５５は、ビート周波数のスペクトログラムを生成した後、ゼロドップラ処理を行なうモジュールである。移動目標距離演算モジュール９５６は、ゼロドップラ処理を行なったビート周波数のスペクトログラムから移動目標までの距離を演算するモジュールである。移動目標速度演算モジュール９５７は、ゼロドップラ処理を行なったビート周波数のスペクトログラムから移動目標の速度を演算するモジュールである。
【００８２】
入出力インタフェース９６０は、入出力機器との入出力データをインタフェースする。入出力インタフェース９６０には、送波器２１１、受波器２２１、表示部９６１、キーボード、タッチパネル、ポインティンデバイスなどの操作部９６２、ＧＰＳ位置判定部９６３などが接続される。
【００８３】
なお、図９のＲＡＭ９４０やストレージ９５０には、情報処理装置２００が有する汎用の機能や他の実現可能な機能に関連するプログラムやデータは図示されていない。
【００８４】
《情報処理装置の処理手順》
図１０は、本実施形態に係る情報処理装置２００の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図９のＣＰＵ９１０がＲＡＭ９４０を使用して実行し、図２Ａの機能構成部を実現する。
【００８５】
情報処理装置２００は、ステップＳ１００１において、周波数帯の異なる複数のチャープ波を送波する。そして、情報処理装置２００は、ステップＳ１０３１において、送波した複数のチャープ波に対応するヘロダイン処理用のデュアルスイープ信号を生成する。ここで、送波したチャープ波がＵＰチャープ波およびＤＯＷＮチャープ波の場合には、送波したＵＰチャープ波に対応するＵＰデュアルスイープ信号を生成し、送波したＤＯＷＮチャープ波に対応するＤＯＷＮデュアルスイープ信号を生成する。
【００８６】
情報処理装置２００は、ステップＳ１００５において、送波されて目標で反射された複数のチャープ波を受波する。情報処理装置２００は、ステップＳ１００７において、受波信号を帯域分離、本例ではＵＰ受波信号とＤＯＷＮ受波信号とに帯域分離する。そして、情報処理装置２００は、ステップＳ１００９において、ＵＰ受波信号とＵＰデュアルスイープ信号とを乗算するＵＰヘテロダイン処理を実行する。また、情報処理装置２００は、ステップＳ１０１１において、ＤＯＷＮ受波信号とＤＯＷＮデュアルスイープ信号とを乗算するＤＯＷＮヘテロダイン処理を実行する。そして、情報処理装置２００は、ステップＳ１０１３において、ＵＰとＤＯＷＮのヘテロダイン結果を合成する。
【００８７】
情報処理装置２００は、ステップＳ１０１５において、ヘテロダイン処理結果のビート周波数のスペクトログラムを生成して、ゼロドップラ処理をしたビート周波数を出力する。そして、情報処理装置２００は、ステップＳ１０１７において、移動目標のビート周波数のスペクトログラムに基づき目標距離や目標速度を演算する。
【００８８】
（チャープ波送波処理）
図１１Ａは、本実施形態に係るチャープ波送波処理（Ｓ１００１）の手順を示すフローチャートである。
【００８９】
情報処理装置２００は、ステップＳ１１１１において、チャープ波テーブル２５２から第１チャープ波のパラメータ（ＵＰかＤＯＷＮか、周波数帯、周期）を取得する。そして、情報処理装置２００は、ステップＳ１１１３において、第１チャープ波を生成する。次に、情報処理装置２００は、ステップＳ１１１５において、チャープ波テーブル２５２から第１チャープ波と周波数帯が異なり、ＵＰ／ＤＯＷＮが逆の第２チャープ波のパラメータ（ＵＰかＤＯＷＮか、周波数帯、周期）を取得する。そして、情報処理装置２００は、ステップＳ１１１７において、第２チャープ波を生成する。
【００９０】
情報処理装置２００は、ステップＳ１１１９において、第１チャープ波と第２チャープ波とを送波する。なお、周波数帯が異なる条件を満たせば、上記２つのチャープ波の組み合わせ、あるいはチャープ波の数は本例に限定されない。
【００９１】
（ヘテロダイン信号生成処理）
図１１Ｂは、本実施形態に係るヘテロダイン信号生成処理（Ｓ１００３）の手順を示すフローチャートである。
【００９２】
情報処理装置２００は、ステップＳ１１２１において、送波した第１チャープ波および第２チャープ波、あるいはそのパラメータを取得する。情報処理装置２００は、ステップＳ１１２３において、第１チャープ波または第２チャープ波と周波数帯が重ならない第１チャープ波の第１コピー波と、第２チャープ波の第２コピー波とを生成する。なお、ここでコピー波とは、図４Ａのように、スペクトログラム上でその周波数変化の形状が同様であることを示すものであり、同じは波を意味しない。また、第１コピー波あるいは第２コピー波の周波数帯は複数のチャープ波の周波数帯に近いものとする。なお、本実施形態においては、チャープ波とヘテロダイン信号との周波数帯とが重ならないのが望ましいが、重なる場合を除外するものではない。
【００９３】
次に、情報処理装置２００は、ステップＳ１１２５において、送波された複数のチャープ波と周波数帯が重ならない、かつ、第１コピー波または第２コピー波と周波数帯が連続する第３コピー波と第４コピー波とを生成する。そして、情報処理装置２００は、ステップＳ１１２７において、第１コピー波と第３コピー波とを加えて、送波した複数のチャープ波と周波数帯が重ならない第１デュアルスイープ信号を生成する。また、情報処理装置２００は、ステップＳ１１２８において、第２コピー波と第４コピー波とを加えて、送波した複数のチャープ波と周波数帯が重ならない第２デュアルスイープ信号を生成する。情報処理装置２００は、ステップＳ１１２９において、生成した第１および第２デュアルスイープ信号をＵＰミクサ２３３またはＤＯＷＮミクサ２３４に出力する。
【００９４】
（ヘテロダイン処理）
図１１Ｃは、本実施形態に係るヘテロダイン処理（Ｓ１００９、Ｓ１０１１）の手順を示すフローチャートである。なお、ＵＰおよびＤＯＷＮにおけるヘテロダイン処理は、入力信号と後段フィルタのパラメータが相違するのみで、同様であるので共通の処理手順として説明する。
【００９５】
情報処理装置２００は、ステップＳ１１３１において、受波信号を取得する。また、情報処理装置２００は、ステップＳ１１３３において、デュアルスイープ信号を取得する。そして、情報処理装置２００は、ステップＳ１１３５において、受波信号とデュアルスイープ信号とを乗算処理してビート周波数を生成する。その後、情報処理装置２００は、ステップＳ１１３７において、不要周波数を後段フィルタで除去する。
【００９６】
（ゼロドップラ処理）
図１１Ｄは、本実施形態に係るゼロドップラ処理（Ｓ１０１５）の手順を示すフローチャートである。
【００９７】
情報処理装置２００は、ステップＳ１１４１において、ビート周波数に対して高速フーリエ変換処理を行ない、周波数スペクトルを生成する。情報処理装置２００は、ステップＳ１１４３において、周波数スペクトルに基づいてスペクトログラムを生成する。そして、情報処理装置２００は、ステップＳ１１４５において、生成したスペクトログラムに対してゼロドップラ処理を行ない移動目標のビート周波数を出力する。
【００９８】
《他のチャープ波》
図１２は、本実施形態に係る送波する他のチャープ波の周波数変化の例を示す図である。なお、送波する複数のチャープ波の組み合わせは、周波数帯が異なっている条件を満たせば、本例に限定されない。また、複数のチャープ波間の周波数帯や周期は、ヘロダイン処理後の目標のみを抽出するための後段フィルタリング、ゼロドップラフィルタリング、ドップラ影響の算出、移動目標距離や移動目標速度の算出の速度と精度を高めるよう選択される。さらに、複数のチャープ波間の周波数帯や周期は、表示画面からの移動目標の目視、移動目標距離や移動目標速度の目視、ドップラ影響の目視などを容易にするように選択される。
【００９９】
図１２の第１送波例１２０１では、ＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波と異なる周波数帯でが互い違いに送波される。また、第２送波例１２０２では、ＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波とを繰り返す鋸状のチャープ波が異なる周波数帯で送波される。また、第３送波例１２０３では、３つのそれぞれＵＰ／ＤＯＷＮや、周波数帯、周期が異なるチャープ波が組み合わされている。
【０１００】
なお、図２Ｂのチャープ波の生成では、チャープ波テーブル２５２のパラメータに従ってそれぞれのチャープ波が生成されたが、図１２に示すように、複数のチャープ波の分離帯は帯域フィルタにより生成する方が調整が簡単である。
【０１０１】
本実施形態によれば、異なる周波数帯の複数のチャープ波、特にＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波とを送波することにより、高データレートで移動目標を抽出し、算出する移動目標の位置、距離および速度を精度よく得ることができる。
【０１０２】
すなわち、多くの静止目標が存在する状況において１パルス内で大きく距離が変化する高速な移動目標に対しても、正確に高データレートで目標位置を得ることができる。また、本情報処理装置における新送波方式によれば、移動目標に対する距離と速度情報を高データレートで得ることができるため、高い頻度で目標情報が必要な追尾のような場面でも確実な効果を得ることができる。加えて、１パルス範囲内において目標速度が変化する場合に対しても、目標位置と速度精度をほとんど失うことなく確実な情報を得ることが可能となる。また、複数の静止目標が存在する状況においても、移動目標を確実に検出することができる。
【０１０３】
例えば、送波の周期は距離に比例するため、ソナーのように遠距離を見るセンサでは送波の周期が非常に大きくなる（数１０秒以上）。そのため、同じ帯域でのＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波との繰り返しでは、移動する目標の速度に対して数１０秒以上のずれを生じるため、正確な目標速度および位置を再現することができない。さらには、ＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波との情報が揃うまで目標の速度と位置がわからないため、情報が得られる時間効率が悪い。これに対して、複数のチャープ波を異なる周波数帯とすることで、ＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波とのビート周波数を同時に得ることができるため、正確な目標速度と位置を高い時間効率で得ることができる。
【０１０４】
また、ゼロドップラフィルタにより、ＵＰチャープ波とＤＯＷＮチャープ波との同時送波および受波の同時処理により、時間的に高い利用効率のまま、不要である固定目標（ドップラがない）ものを落とすことができる。このようにすることで、ソナーの世界では不要な固定目標（海面や海底からの残響）を落とすことができる。さらに、ソナーの世界でより効果があることとしては、海面残響のような固定目標は実際には固定ではなく海面の揺らぎと共に動いているように見えるため、時間効率が悪いフィルタでは落とし切れない。しかし、高い時間効率でフィルタをかけることで、この海面の揺らぎよりも早くフィルタをかけ続けることで、揺らぎによる位置ずれを最小に抑えつつ、この海面残響を抑えることが期待できる。また、本実施形態のゼロドップラフィルタにおいては、１つ前の遅延データ[n-1]をフィルタとして使用しているが、固定残響の揺らぎに応じて、遅延データを過去ｋフレーム（ｋ≧２）の平均によりフィルタリング値を調整することで、より適切なフィルタを作ることができる。例えば、平均を（n-10,n-9,…,n-1）／10とすることで、より周期的な揺らぎを安定して落とすことができる。
【０１０５】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係る情報処理装置につい説明する。本実施形態に係る情報処理装置は、上記第２実施形態と比べると、送波するチャープ波の周波数帯や周期が取得したい情報に応じて制御できる点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１０６】
《情報処理装置の機能構成》
図１３Ａは、本実施形態に係る情報処理装置１３００の機能構成を示すブロック図である。なお、図１３Ａにおいて、図２Ａと同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【０１０７】
図１３Ａにおいて、図２Ａとの相違点は、信号発生器１３１４を制御して、送波するチャープ波の周波数帯や周期を変更すると共に、チャープ波の変更に伴ってヘテロダイン用のデュアルスイープ信号を変更する制御部１３３１を有する点である。なお、制御部１３３１は、他の機能構成部を制御してもよい。また、図１３Ａでは、制御部１３３１をヘテロダイン処理部１３３０内に図示したが、いずれに含まれても含まれずに外部に設けられてもよい。あるいは、図９のプログラムの変更によっても制御部１３３１を付加することができる。
【０１０８】
（信号発生器の機能構成）
図１３Ｂは、本実施形態に係る信号発生器１３１４の機能構成を示すブロック図である。なお、図１３Ｂにおいて、図２Ｂと同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【０１０９】
図１３Ｂにおいて、図２Ｂとの相違点は、制御部１３３１からの制御を受けて、チャープ波テーブル１３５２およびデュアルスイープ信号テーブル１３６２とが変更される点である。
【０１１０】
（信号発生用パラメータテーブル）
図１３Ｃは、本実施形態に係る信号発生用パラメータテーブル１３５０の構成を示すブロック図である。図１３Ｃの信号発生用パラメータテーブル１３５０は、チャープ波テーブル１３５２とデュアルスイープ信号テーブル１３６２とを含み、チャープ波およびデュアルスイープ信号を生成するためのパラメータを記憶する。
【０１１１】
チャープ波テーブル１３５２は、基本周波数と変調幅とパルス長とを有するＵＰチャープ波１３７２と、基本周波数と変調幅とパルス長とを有するＤＯＷＮチャープ波１３７３と、を記憶する。チャープ波テーブル１３５２は、さらに他のチャープ波を記憶できる。基本周波数と変調幅とパルス長とは、制御部１３３１により変更できる。図１３Ｃでは、一例として、ＤＯＷＮチャープ波が、ＵＰチャープ波に対して変調幅およびパルス長が共に２倍に設定された例が示されている。
【０１１２】
また、デュアルスイープ信号テーブル１３６２は、ＵＰミクサ２３３へのＵＰデュアルスイープ信号と、ＤＯＷＮミクサ２３４へのＤＯＷＮデュアルスイープ信号と、がそれぞれ対応するチャープ波に基づいて、制御部１３３１により設定されている。各使用ミクサ１３８１とＵＰチャープ波１３７２またはＤＯＷＮチャープ波１３７３に対応して、ヘテロダイン用の第１変調信号１３８２と、ヘテロダイン用の第２変調信号１３８３と、を記憶する。
【０１１３】
（送波制御テーブル）
図１３Ｄは、本実施形態に係る制御部１３３１の送波制御テーブル１３９０の構成を示す図である。送波制御テーブル１３９０は、制御部１３３１が送波するチャープ波の周波数帯や周期を取得したい情報に応じて制御するために使用するテーブルである。なお、図１３Ｄにおいて、送波制御テーブル１３９０は履歴を蓄積することで所望の結果を得ることができるチャープ波の周波数帯や周期などを制御する例を示すが、履歴から傾向や関数を求めて制御してもよい。
【０１１４】
送波制御テーブル１３９０は、使用するＵＰチャープ波１３９１と、使用するＤＯＷＮチャープ波１３９２と、ＵＰチャープ波１３９１とＤＯＷＮチャープ波１３９２との間の周波数間隔１３９３と、使用するヘテロダイン用信号１３９４とを記憶する。そして、送波制御テーブル１３９０は、その結果得られた、ビート周波数１３９５と、周波数スペクトル１３９６と、移動目標位置１３９７と、移動目標速度１３９８とを記憶する。さらに、送波制御テーブル１３９０は、得られた移動目標位置１３９７や移動目標速度１３９８の精度評価１３９９を記憶する。
【０１１５】
（送波および受波したチャープ波）
図１４は、本実施形態に係る送波および受波したチャープ波の周波数変化を示す図である。なお、図１４において、図３Ａと同様の送波には同じ参照番号を付して、説明を書略する。
【０１１６】
図１４においては、制御部１３３１が設定した図１３Ｃのチャープ波テーブル１３５２に従って、２倍の変調幅で２倍のパルス幅を有する送波されたＤＯＷＮチャープ波１４１１と、ＤＯＷＮ受波信号１４１２とが図示されている。
【０１１７】
本実施形態のように、スイープの周波数帯域や時間を制御して、移動目標のビート周波数の周波数スペクトル表示における点滅パタンを制御することにより、種々の現象を目視により判定できる。例えば、スイープの帯域を離して、スイープ幅を小さくすれば、距離精度は出ないけど、ドップラ効果の差がいつも見える表示ができる。また、図１４にあるように、帯域幅を１：２にして、周期も１：２にして、ＦＦＴ後に補正するなどの制御により、点滅の明るさだけでなく、位置のブレ幅からも移動目標の速度が分かる。
【０１１８】
すなわち、本実施形態によれば、捉えたい目標特性に応じて適切な送波を選択できる。そのため、高速目標に対しては速度をより正確に検出する目的で、スイープの傾きを少なくする。一方、低速度目標に対しては速度の影響は少ないとして、距離精度を高める目的でスイープの傾きを大きくとる。ＣＴＦＭ方式の特長として位置精度と速度精度が依存関係にあるため、速度が頻繁に変わる目標に対しては速度情報を正確に知らないと結果的に位置も大幅にずれてしまう。一方、速度が一定のような目標では、一度速度を求めてしまえば後はより高い精度で位置を知るように帯域を広くすることでより正確に位置を知ることができる。
【０１１９】
加えて、ソナーでは周波数によって高い周波数ほど減衰が大きく音波が遠くまで届かないため、遠距離目標に対しては帯域幅が小さく、送波周期が大きくスイープが小さいＵＰチャート波とＤＯＷＮチャート波とが有効である。これは性能面から言っても、遠距離目標では距離精度よりも速度精度の方が重要であるため、よりこの波が有効となる。
目標が近づいて来た中距離の場合、波形としては送波周期を距離に応じて短くすることで、帯域が同じでも必然的にスイープが大きくなり、速度精度から距離精度に重点を変化させることができる。
【０１２０】
さらに、目標が近距離であり目標速度がほとんど変化しないのであれば、最初にスイープの傾きが少ないＵＰチャート波とＤＯＷＮチャート波とで速度をはかれば、後は送信周期を目標距離に合わせて短くし、帯域も広げてよりスイープに傾きを持たせることで距離精度を上げることで、目標の位置に応じて最適な高効率のＣＴＦＭ処理を行うことが可能となる。なお、このときドップラは既にわかっているものを使用するものとする。
【０１２１】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係る情報処理装置につい説明する。本実施形態に係る情報処理装置は、上記第２実施形態および第３実施形態と比べると、情報処理装置において信号発生器を送波部とヘテロダイン部とが独立して有する点で異なる。その他の構成および動作は、第２実施形態または第３実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
【０１２２】
《情報処理装置の機能構成》
図１５は、本実施形態に係る情報処理装置１５００の機能構成を示すブロック図である。なお、図１５において、図２Ａと同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、説明を省略する。
【０１２３】
図１５において、図２Ａとの相違は、送波部１５１０が信号発生部１５１２を有し、ヘテロダイン処理部１５３０が送信発生部１５３４を有する点である。なお、信号発生部１５１２と送信発生部１５３４との構成は、図２Ｂまたは図１３Ｂをそれぞれの役割に切り分けた構成であるので、ここでは重複した説明を省略する。
【０１２４】
なお、図１５においては、送波部１５１０とヘテロダイン処理部１５３０とが独立するので、送波部１５１０を情報処理装置１５００から切り離して送波装置とし、残った構成を受波装置とすることもできる。すなわち、送波装置と受波装置とを備える移動目標抽出システムが構成される。
【０１２５】
本実施形態によれば、送波処理と受波処理とを独立して制御できるので、構成の変更が容易となる。さらに、送波装置と受波装置との分離も可能となる。
【０１２６】
［他の実施形態］
本実施形態の移動目標抽出方法は、ソナーや超音波測定器だけでなくレーダ等にも適用することができる。
【０１２７】
また、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明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。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。
【０１２８】
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）は本発明の範疇に含まれる。
【図１】
2015172510.tif 000003
【図２Ａ】
2015172510.tif 000004
【図２Ｂ】
2015172510.tif 000005
【図２Ｃ】
2015172510.tif 000006
【図３Ａ】
2015172510.tif 000007
【図３Ｂ】
2015172510.tif 000008
【図４Ａ】
2015172510.tif 000009
【図４Ｂ】
2015172510.tif 000010
【図４Ｃ】
2015172510.tif 000011
【図５】
2015172510.tif 000012
【図６】
2015172510.tif 000013
【図７】
2015172510.tif 000014
【図８】
2015172510.tif 000015
【図９】
2015172510.tif 000016
【図１０】
2015172510.tif 000017
【図１１Ａ】
2015172510.tif 000018
【図１１Ｂ】
2015172510.tif 000019
【図１１Ｃ】
2015172510.tif 000020
【図１１Ｄ】
2015172510.tif 000021
【図１２】
2015172510.tif 000022
【図１３Ａ】
2015172510.tif 000023
【図１３Ｂ】
2015172510.tif 000024
【図１３Ｃ】
2015172510.tif 000025
【図１３Ｄ】
2015172510.tif 000026
【図１４】
2015172510.tif 000027
【図１５】
2015172510.tif 000028