(57)【要約】【課題】構成の複雑化を招くことなく、目標物からの音響信号を検出する確度の向上を図る。【解決手段】本発明の信号処理装置は、音源から発せられ、水中を伝搬する音響信号を受信する受波器の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出する方位算出部１１０と、方位算出部１１０の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出する方位密度算出部１２０と、方位密度算出部が算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う比較部１３０と、複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると比較部１３０が判定した方位からの信号を、音源からの音響信号として検出する検出部１４０とを有する。【選択図】図２
2015215175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音源から発せられ、水中を伝搬する音響信号を受信する受波器の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出する方位算出部と、
前記方位算出部の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出する方位密度算出部と、
前記方位密度算出部が算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う比較部と、
前記複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると前記比較部が判定した方位からの信号を、前記音源からの音響信号として検出する検出部とを有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の信号処理装置において、
前記検出部は、前記音響信号の到来方位を検出し、
前記比較処理が行われると、該比較処理により方位密度が閾値以上であると判定された領域における、方位密度が最大となる方位である第１の方位、および、前記領域の中央の方位である第２の方位を特定し、前記特定した第１の方位および第２の方位のうち、前回の検出タイミングにおいて検出した到来方位に近い方位を、今回の検出タイミングにおける到来方位として検出することを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】
請求項２記載の信号処理装置において、
前記比較部は、各閾値を用いた比較処理の比較結果において、該閾値より大きい閾値以上である方位密度を無効とすることを特徴とする信号処理装置。
【請求項４】
音源から発せられ、水中を伝搬する音響信号を受信する受波器の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出し、
前記方位の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出し、
前記算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行い、
前記複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると判定した方位からの信号を、前記音源からの音響信号として検出することを特徴とする信号処理方法。
【請求項５】
請求項４記載の信号処理方法において、
前記音響信号の到来方位を検出し、
前記比較処理が行われると、該比較処理により方位密度が閾値以上であると判定された領域における、方位密度が最大となる方位である第１の方位、および、前記領域の中央の方位である第２の方位を特定し、前記特定した第１の方位および第２の方位のうち、前回の検出タイミングにおいて検出した到来方位に近い方位を、今回の検出タイミングにおける到来方位として検出することを特徴とする信号処理方法。
【請求項６】
請求項５記載の信号処理方法において、
各閾値を用いた比較処理の比較結果において、該閾値より大きい閾値以上である方位密度を無効とすることを特徴とする信号処理方法。
【請求項７】
音源から発せられ、水中を伝搬する音響信号を受信する受波器と、
前記受波器の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出する方位算出部と、
前記方位算出部の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出する方位密度算出部と、
前記方位密度算出部が算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う比較部と、
前記複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると前記比較部が判定した方位からの信号を、前記音源からの音響信号として検出する検出部とを有することを特徴とするソーナー装置。
【請求項８】
請求項７記載のソーナー装置において、
前記検出部は、前記音響信号の到来方位を検出し、
前記比較処理が行われると、該比較処理により方位密度が閾値以上であると判定された領域における、方位密度が最大となる方位である第１の方位、および、前記領域の中央の方位である第２の方位を特定し、前記特定した第１の方位および第２の方位のうち、前回の検出タイミングにおいて検出した到来方位に近い方位を、今回の検出タイミングにおける到来方位として検出することを特徴とするソーナー装置。
【請求項９】
請求項８記載のソーナー装置において、
前記比較部は、各閾値を用いた比較処理の比較結果において、該閾値より大きい閾値以上である方位密度を無効とすることを特徴とするソーナー装置。
【請求項１０】
コンピュータに、
音源から発せられ、水中を伝搬する音響信号を受信する受波器の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出する処理と、
前記方位の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出する処理と、
前記算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う処理と、
前記複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると判定した方位からの信号を、前記音源からの音響信号として検出する処理と、を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置、信号処理方法、ソーナー装置、および、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水中（水面を含む）に存在する潜水艦や機雷などの目標物の位置（方位）を検出するために、水中を伝搬する音響信号を受信するソーナー装置が一般的に用いられている。ソーナー装置の１つとして、水中の音源（目標物）から発せられた音響信号を受信するパッシブ型のソーナー装置がある。
上述したような目標物から発せられる音響信号には、エンジン音などの狭帯域信号（ナローバンド信号）や、フローノイズ、キャビテーションノイズなどの広帯域信号（ブロードバンド信号）がある。フローノイズとは、目標物の航行中に生じる流体の圧力変動に起因する音響信号である。また、キャビテーションノイズとは、目標物の航行中に生じる水泡に起因する音響信号である。
ソーナー装置の受信信号の聴音や、その受信信号に対する信号分析を行なうことで、受信信号に含まれる目標物からの音響信号を検出し、その音響信号が到来する方位を目標物の位置（方位）として検出することができる。上述した信号分析の方法としては、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を用いる方法がある。この方法は、ソーナー装置の受信信号を区切る時間窓をずらしながら、時間窓毎に信号をフーリエ変換する短時間ＦＦＴを行なう方法である。しかし、短時間ＦＦＴでは、ブロードバンド信号のような広帯域信号の検出は困難である。
【０００３】
特許文献１（特開２０１４−３２０８２号公報）には、ソーナー装置の受信信号に含まれるブロードバンド信号を検出する方法が開示されている。
特許文献１に開示されている方法では、まず、ソーナー装置の受信信号を所定の時間窓で区切り、区切った時間窓毎の信号をフーリエ変換して周波数スペクトルが生成される。次に、生成された各周波数スペクトルが示す方位が算出され、算出された各周波数スペクトルが示す方位に基づいて、各方位の方位密度が算出される。なお、ある方位の方位密度は、その方位から信号が到来する確率密度を示すものであり、その方位から到来する、周波数の異なる信号を累計したような値である。上述したように、ブロードバンド信号は、広帯域な信号であり、ブロードバンド信号が到来する方位の方位密度は高くなる。
特許文献１に開示されている方法では、各方位の方位密度を示す方位密度分布と所定の閾値とを比較し、方位密度が閾値以上である方位からの信号をブロードバンド信号として検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−３２０８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１０は、方位密度分布をヒストグラム形式で示した図である。図１０においては、横軸が方位を示し、縦軸が方位密度を示している。
特許文献１に開示されている方法では、図１０に示すように、方位密度分布と所定の閾値ＴＨとを比較し、方位密度が閾値以上である方位からの信号がブロードバンド信号として検出される。しかし、特許文献１に開示されている方法では、方位密度分布との比較は、１つの閾値に対してしか行われない。そのため、方位密度が閾値より小さい領域に目標物からの音響信号が含まれていても、その音響信号を検出することができず、目標物の位置（方位）の検出精度が低下するという問題がある。
上述した問題は、ソーナー装置の受信信号の信号対雑音比（ＳＮ比：Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）が低下した場合により顕著になる。水中には、目標物から発せられる音響信号以外に、波、風、雨、生物などに起因する雑音が存在する。これらの雑音の影響で、ソーナー装置の受信信号のＳＮ比が低下する。ソーナー装置の受信信号のＳＮ比が低下すると、方位密度分布のピークも小さくなることが多い。
ソーナー装置の受信信号のＳＮ比が低下し、方位密度分布のピークが小さくなると、図１１に示すように、方位密度分布全体が閾値ＴＨ以下になることがある。この場合、特許文献１に開示されている方法では、受信信号に目標物からの音響信号が含まれていても、音響信号を検出できず、目標物の位置（方位）の検出精度が低下する。
【０００６】
なお、方位密度分布をＢＴＲ（Ｂｅａｒｉｎｇ  Ｔｉｍｅ  Ｒｅｃｏｒｄｓ）と称される、時間・方位表示形式で示すことで、目標物の位置情報（方位）を検出する方法もある。
図１２は、方位密度分布をＢＴＲ形式で示した図である。図１２においては、横軸が方位を示し、縦軸が時刻を示している。上述したＢＴＲを用いた方法では、図１２に示すように、プロット点の分散が小さくなる方位が音源（目標物）からの音響信号の到来方位として検出される。しかし、ソーナー装置の受信信号のＳＮ比が低下すると、図１３に示すように、プロット点の分散が大きくなる。そのため、ＢＴＲを用いた方法でも、目標物の位置（方位）の検出精度が低下する。
【０００７】
ソーナー装置の受信信号のＳＮ比を向上させるために、音響信号を受信する受波器をアレイ状に複数設けることが考えられる。しかし、受波器をアレイ状に複数設けることは、ソーナー装置の構成の複雑化を招き、サイズ、コストも増加してしまう。
本発明の目的は、ソーナー装置の構成の複雑化を招くことなく、目標物からの音響信号を検出する確度の向上を図ることができる信号処理装置、信号処理方法、ソーナー装置、および、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】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の信号処理装置は、
音源から発せられ、水中を伝搬する音響信号を受信する受波器の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出する方位算出部と、
前記方位算出部の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出する方位密度算出部と、
前記方位密度算出部が算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う比較部と、
前記複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると前記比較部が判定した方位からの信号を、前記音源からの音響信号として検出する検出部とを有する。
【０００９】
上記目的を達成するために本発明の信号処理方法は、
音源から発せられ、水中を伝搬する音響信号を受信する受波器の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出し、
前記方位の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出し、
前記算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行い、  前記複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると判定した方位からの信号を、前記音源からの音響信号として検出する。
【００１０】
上記目的を達成するために本発明のソーナー装置は、
音源から発せられ、水中を伝搬する音響信号を受信する受波器と、
前記受波器の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出する方位算出部と、
前記方位算出部の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出する方位密度算出部と、
前記方位密度算出部が算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う比較部と、
前記複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると前記比較部が判定した方位からの信号を、前記音源からの音響信号として検出する検出部とを有する。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明のプログラムは、
コンピュータに、
音源から発せられ、水中を伝搬する音響信号を受信する受波器の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出する処理と、
前記方位の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出する処理と、
前記算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う処理と、
前記複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると判定した方位からの信号を、前記音源からの音響信号として検出する処理と、を実行させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ソーナー装置の構成の複雑化を招くことなく、目標物からの音響信号を検出する確度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態のソーナー装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の信号処理装置の構成を示すブロック図である。
【図４】特許文献１における信号の検出方法と図３に示す決定部における信号の検出方法とを説明するための図である。
【図５】図３に示す信号処理装置の動作の概要を説明するための図である。
【図６】図３に示す閾値判定部の動作を説明するための図である。
【図７】図３に示す特定部の動作を説明するための図である。
【図８】図３に示す決定部の動作を説明するための図である。
【図９】図３に示す無効化部の動作を説明するための図である。
【図１０】方位密度分布をヒストグラム形式で示した図である。
【図１１】方位密度分布をヒストグラム形式で示した図である。
【図１２】方位密度分布をＢＴＲ形式で示した図である。
【図１３】方位密度分布をＢＴＲ形式で示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態のソーナー装置１０の構成を示すブロック図である。
図１に示すソーナー装置１０は、受波器１１と、信号処理装置１００とを備える。ソーナー装置１０は、潜水艦や機雷などの水中の音源（目標物）から発せられた音響信号を受信し、受信信号に基づいて目標物の位置（方位）を検出する、いわゆる、パッシブ型のソーナー装置である。
受波器１１は、水中の音源から発せられた音響信号を受信し、受信信号を信号処理装置１００に出力する。
信号処理装置１００は、受波器１１の受信信号に含まれる音源（目標物）からの音響信号を検出し、その目標物の位置（方位）を検出する。
【００１６】
次に、信号処理装置１００の構成について、図２に示すブロック図を参照して説明する。
図２に示す信号処理装置１００は、方位算出部１１０と、方位密度算出部１２０と、比較部１３０と、検出部１４０とを有する。
方位算出部１１０には、図２においては不図示の受波器１１から受信信号が入力される。
方位算出部１１０は、受波器１１の受信信号の周波数スペクトルが示す方位を算出する。
方位密度算出部１２０は、方位算出部１１０の算出結果に基づいて、所定の方位毎の、音響信号が到来する確率密度を示す方位密度を算出する。
比較部１３０は、方位密度算出部１２０が算出した各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う。
検出部１４０は、複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると比較部１３０が判定した方位からの信号を、音源（目標物）からの音響信号として検出する。
【００１７】
このように、本実施形態の信号処理装置１００は、各方位の方位密度を算出する方位密度算出部１２０と、各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う比較部１３０とを有する。また、信号処理装置１００は、複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると比較部１３０が判定した方位からの信号を、音源（目標物）からの音響信号として検出する検出部１４０とを有する。
そのため、ある方位の方位密度が閾値より小さく、その閾値に対する比較処理では検出されなかった音響信号を、閾値を複数設けることにより、その閾値より小さい閾値に対する比較処理を行なうことで検出することができるので、目標物からの音響信号を検出する確度を向上させることができる。また、ソーナー装置１０に複数の受波器１１を設ける必要が無いため、ソーナー装置の構成の複雑化を招くこともない。
【００１８】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態の信号処理装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態の信号処理装置２００は、第１の実施形態の信号処理装置１００と同様に、ソーナー装置１０に備えられ、受波器１１の受信信号に含まれる音源（目標物）からの音響信号を検出し、目標物の位置（方位）を検出する。
【００１９】
図３に示す信号処理装置２００は、周波数分析部２１０と、方位算出部２２０と、方位密度算出部２３０と、前処理部２４０と、比較部２５０と、検出部２６０と、表示処理部２７０とを有する。
周波数分析部２１０には、図３においては不図示の受波器１１から受信信号が入力される。
周波数分析部２１０は、受波器１１の受信信号を所定の時間窓で区切り、区切った時間窓毎の信号をフーリエ変換して周波数スペクトルを生成し、方位算出部２２０に出力する。なお、周波数分析部２１０は、例えば、所定の検出タイミングごとに、上述した処理を行う。
方位算出部２２０は、周波数分析部２１０から出力された各周波数スペクトルが示す方位を算出し、算出結果を方位密度算出部２３０に出力する。
方位密度算出部２３０は、方位算出部２２０から出力された、各周波数スペクトルが示す方位に基づいて、所定の方位毎の方位密度を算出し、算出結果を前処理部２４０に出力する。なお、上述したように、ある方位の方位密度は、その方位から信号が到来する確率密度を示すものであり、その方位から到来する、周波数の異なる信号を累計したような値である。
前処理部２４０は、方位密度算出部２３０から出力された各方位の方位密度を示す方位密度分布に対して、平滑化、あるいは、移動平均の算出といった前処理を行い、処理後の方位密度分布を比較部２５０に出力する。このような前処理を行なうことで、誤検出の可能性を低減することができる。
比較部２５０は、前処理部２４０から出力された方位密度分布に示される各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行い、比較結果を検出部２６０に出力する。
検出部２６０は、複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると比較部２５０が判定した方位からの信号を、音源（目標物）からの音響信号として検出し、その音響信号の到来方位を目標物の位置（方位）として検出する。検出部２６０は、検出結果を表示処理部２７０に出力する。
表示処理部２７０は、検出部２６０の検出結果を、オペレータが監視する監視装置の表示部（不図示）に表示させる表示処理を行なう。
【００２０】
次に、比較部２５０および検出部２６０の構成について説明する。
比較部２５０は、複数の閾値判定部２５１（２５１−１，２５１−２，２５１−３・・・）と、複数の無効化部２５２（２５２−２，２５２−３・・・）とを有する。検出部２６０は、複数の特定部２６１（２６１−１，２６１−２，２６１−３・・・）と、複数の決定部２６２（２６２−１，２６２−２，２６２−３・・・）とを有する。
【００２１】
閾値判定部２５１−１と、特定部２６１−１と、決定部２６２−１とは、対応して設けられており、水中の音源からの音響信号、および、その音響信号の到来方位を検出する１段目の処理ユニット２８０−１を構成する。
また、閾値判定部２５１−２と、無効化部２５２−２と、特定部２６１−２と、決定部２６２−２とは、対応して設けられており、２段目の処理ユニット２８０−２を構成する。
また、閾値判定部２５１−３と、無効化部２５２−３と、特定部２６１−３と、決定部２６２−３とは、対応して設けられており、３段目の処理ユニット２８０−３を構成する。
以下、同様にして、複数の処理ユニットが構成されている。
【００２２】
前処理部２４０から出力された方位密度分布は、閾値判定部２５１−１，２５１−２，２５１−３・・・に入力される。
閾値判定部２５１は、前処理部２４０から入力された方位密度分布に示される各方位の方位密度と所定の閾値ＴＨとを比較する比較処理を行なう。
具体的には、閾値判定部２５１−１は、入力された方位密度分布に示される各方位の方位密度と所定の閾値ＴＨ１とを比較し、比較結果を方位密度分布とともに、特定部２６１−１に出力する。また、閾値判定部２５１−１は、比較結果を後段の処理ユニット２８０−２に含まれる無効化部２５２−２に出力する。
閾値判定部２５１−２は、入力された方位密度分布に示される各方位の方位密度と、閾値ＴＨ１より小さい所定の閾値ＴＨ２とを比較し、比較結果を方位密度分布とともに、無効化部２５２−２に出力する。また、閾値判定部２５１−２は、比較結果を、後段の処理ユニット２８０−３に含まれる無効化部２５２−３に出力する。
閾値判定部２５１−３は、前処理部２４０から入力された方位密度分布に示される各方位の方位密度と、閾値ＴＨ２より小さい所定の閾値ＴＨ３とを比較し、比較結果を方位密度分布とともに無効化部２５２−３に出力する。また、閾値判定部２５１−２は、比較結果を、図３においては不図示の後段の処理ユニット２８０に含まれる無効化部２５２に出力する。
このように、後段の処理ユニット２８０に含まれる閾値判定部２５１程、比較処理を行なう閾値は小さい。
【００２３】
無効化部２５２は、対応する閾値判定部２５１から比較結果が入力されると、その比較結果に示される、所定の閾値以上であると判定された方位密度のうち、前段の処理ユニット２８０に含まれる閾値判定部２５１が所定の閾値以上であると判定した方位密度を無効とする無効化処理を行なう。
具体的には、無効化部２５２−２は、閾値判定部２５１−２が閾値ＴＨ２以上であると判定した方位密度のうち、閾値判定部２５１−１が閾値ＴＨ１以上であると判定した方位密度を無効とする。
無効化部２５２−３は、閾値判定部２５１−３が閾値ＴＨ３以上であると判定した方位密度のうち、閾値判定部２５１−２が閾値ＴＨ２以上であると判定した方位密度を無効とする。
無効化部２５２は、無効化処理後の比較結果を対応する特定部２６１に出力する。
【００２４】
特定部２６１は、対応する閾値判定部２５１あるいは無効化部２５２から入力された比較結果に示される、方位密度が閾値以上である領域における、方位密度が最大となる方位αｍａｘ（第１の方位）を特定する。また、特定部２６１は、方位密度が閾値以上である領域おける中央の方位αｃｅｎｔｅｒ（第２の方位）を特定する。
具体的には、特定部２６１−１は、閾値判定部２５１−１から入力された比較結果に示される、方位密度が閾値ＴＨ１以上である領域において、方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒを特定する。
特定部２６１−２は、無効化部２５２−２から入力された比較結果に示される、方位密度が閾値ＴＨ２以上である領域において、方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒを特定する。上述したように、無効化部２５２−２が無効化処理を行なうことで、閾値ＴＨ２以上である方位密度のうち、閾値ＴＨ１以上である方位密度は無効とされている。そのため、特定部２６１−２は、特定部２６１−１と重複する方位を特定することはない。
特定部２６１−３は、閾値判定部２５１−３から入力された比較結果に示される、方位密度が閾値ＴＨ３以上である領域において、方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒを特定する。上述したように、無効化部２５２−３が無効化処理を行なうことで、閾値ＴＨ３以上である方位密度のうち、閾値ＴＨ２以上である方位密度は無効とされている。そのため、特定部２６１−２は、特定部２６１−１，２６１−２と重複する方位を特定することはない。
特定部２６１は、特定した方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒを、対応する決定部２６２に出力する。
【００２５】
決定部２６２は、対応する特定部２６１から入力された方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒのうち、前回の検出タイミングで検出した到来方位に近い方位からの信号を、音源（目標物）からの音響信号として検出し、その方位を今回の検出タイミングにおける到来方位として検出する。決定部２６２は、検出結果を表示処理部２７０に出力する。
【００２６】
図４（ａ）は、特許文献１における音響信号の到来方位の検出方法を示す図である。また、図４（ｂ）は、本実施形態における音響信号の到来方位の検出方法を示す図である。
図４（ａ）に示すように、特許文献１においては、前回の検出タイミングで検出された音響信号の到来方位（方位αｌａｓｔ）に関わりなく、方位密度が閾値ＴＨ以上である領域のうち、方位密度が最大となる方位αｍａｘが今回の検出タイミングでの音響信号の到来方位として検出される。この場合、検出タイミング毎に検出される音響信号の到来方位に大きな分散が生じることがある。
一方、本実施形態においては、決定部２６２は、方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒのうち、方位αｌａｓｔに近い方位が今回の検出タイミングでの音響信号の到来方位として検出される。図４（ｂ）の例では、方位αｌａｓｔに近い方位αｃｅｎｔｅｒが今回の検出タイミングにおける到来方位として検出される。そのため、検出タイミング毎に検出される音響信号の到来方位の分散を小さくすることができる。
【００２７】
次に、信号処理装置２００の動作について説明する。
まず、信号処理装置２００の動作の概要について、図５を参照して説明する。
図５（ａ）は、特許文献１における音響信号の検出方法の概要を示す図である。
特許文献１に開示されている方法では、図５（ａ）に示すように、方位密度分布と所定の閾値ＴＨとが比較される。そして、閾値ＴＨ以上である方位密度の領域４０１，４０２が抽出され、抽出された領域４０１，４０２において方位密度が最大となる方位から音響信号が到来すると検出される。
【００２８】
ここで、図５（ａ）に示す、ピーク値が閾値ＴＨより低い領域４０３に対応する方位からも、音源から音響信号が到来しているとする。特許文献１に開示されている方法では、１つの閾値ＴＨに対してしか比較処理が行われないため、領域４０３は抽出されない。そのため、領域４０３に対応する方位から音響信号が到来しているにも関わらず、特許文献１に開示されている方法では、この音響信号を検出することができない。
【００２９】
一方、本実施形態においては、図５（ｂ）に示すように、複数の閾値ＴＨ１，ＴＨ２，・・・を用いて比較処理が行われる。そのため、閾値ＴＨ１より小さい領域４０３についても、閾値ＴＨ２を用いた比較処理を行なうことで抽出することができる。したがって、ソーナー装置の受信信号に含まれる音源（目標物）からの音響信号を検出する確度の向上を図ることができる。なお、閾値ＴＨ１，ＴＨ２・・・は、例えば、所定の間隔で設定される。
【００３０】
次に、信号処理装置２００の動作の詳細について説明する。
受波器１１から受信信号が入力されると、周波数分析部２１０は、受信信号を所定の時間窓で区切り、区切った時間窓毎の信号をフーリエ変換して周波数スペクトルを生成する。
方位算出部２２０は、周波数分析部２１０が算出した各周波数スペクトルが示す方位を算出する。
方位密度算出部２３０は、方位算出部２２０が算出した各周波数スペクトルが示す方位に基づいて、各方位の方位密度を算出する。
前処理部２４０は、方位密度算出部２３０が算出した各方位の方位密度を示す方位密度分布に対して、所定の前処理を行い、処理後の方位密度分布を閾値判定部２５１−１，２５１−２，２５１−３・・・に出力する。
【００３１】
閾値判定部２５１−１は、入力された方位密度分布に示される各方位の方位密度と閾値ＴＨ１とを比較する比較処理を行なう。閾値判定部２５１−１の動作について、図６を参照して説明する。
図６（ａ）は、方位密度分布を模式的に示した図である。図６（ａ）においては、方位α０〜α１６の方位密度を示している。方位α０〜α１６の方位密度はそれぞれ、３，５，２０，５０，２０，１５，１０，１８，１５，１，３，１，６，７，８，７，３である。
閾値判定部２５１−１は、各方位の方位密度と閾値ＴＨ１とを比較し。方位α０〜α１６それぞれの方位密度が閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する。なお、以下では、閾値ＴＨ１は１０であるとする。また、以下では、閾値判定部２５１は、ある方位の方位密度が閾値ＴＨ以上である場合には、比較結果として“１”を出力し、ある方位の方位密度が閾値ＴＨ１より小さい場合には、比較結果として“０”を出力するものとする。
図６（ｂ）は、閾値判定部２５１−１の比較処理の結果を示す図である。
方位α２〜α８の方位密度は閾値ＴＨ１以上であるため、閾値判定部２５１−１は、方位α２〜α８に対応する比較結果として“１”を出力する。また、方位α０，α１，α９〜α１６の方位密度は閾値ＴＨ１より小さいため、閾値判定部２５１−１は、方位α９〜α１６に対応する比較結果として“０”を出力する。
【００３２】
特定部２６１−１は、閾値判定部２５１−１の比較結果に示される、方位密度が閾値ＴＨ１以上である領域から、方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒを特定する。特定部２６１−１の動作について、図７を参照して説明する。
特定部２６１−１は、閾値判定部２５１−１の比較結果が“１”を示す方位α２〜α８の領域Ａ１において、最も方位密度が大きい方位α３をαｍａｘとして特定する。また、特定部２６１−１は、領域Ａ１の中心の方位である方位α５の方位密度を方位αｃｅｎｔｅｒとして特定する。
【００３３】
決定部２６２−１は、特定部２６１−１が特定した方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒと、前回の検出タイミングで検出した到来方位とに基づいて、今回の検出タイミングにおける音響信号の到来方位、すなわち、音源（目標物）の方位を検出する。決定部２６２−１の動作を、図８を参照して説明する。
図８においては、前回の検出タイミングで検出された到来方位（以下、方位αｌａｓｔと称する）が方位α７であるとする。
決定部２６２−１は、特定部２６１−１から入力された方位αｍａｘ（α３）および方位αｃｅｎｔｅｒ（α５）のうち、方位αｌａｓｔに近い方位からの信号を、音源（目標物）からの音響信号として検出し、その方位を今回の検出タイミングにおける到来方位として検出する。上述したように、方位αｌａｓｔは方位α７であるため、決定部２６２−１は、方位α７に近い、方位α５からの信号を音源（目標物）からの音響信号として検出し、方位α５を今回の検出タイミングにおける到来方位として検出する。
【００３４】
２段目以降の処理ユニット２８０に含まれる閾値判定部２５１、特定部２６１および決定部２６２の動作はそれぞれ、閾値判定部２５１−１、特定部２６１−１、決定部２６２−１と同様であるため、説明を省略する。ただし、上述したように、各処理ユニット２８０に含まれる閾値判定部２５１が比較処理を行なう閾値はそれぞれ異なる。また、特定部２６１−２，２６１−３・・・は、特定部２６１−１と比較して、対応する無効化部２５２から出力された無効化処理後の比較結果に基づいて、方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒを特定する点が異なっている。以下では、２段目の処理ユニット２８０−２に含まれる無効化部２５２−２の動作について説明する。
【００３５】
無効化部２５２−２は、閾値判定部２５１−２が閾値ＴＨ２以上であると判定した方位密度のうち、閾値判定部２５１−１が閾値ＴＨ１以上であると判定した方位密度を無効とする無効化処理を行なう。無効化部２５２−２の動作を、図９を参照して説明する。
図９（ａ）は、閾値判定部２５１−２の比較結果を示す図である。なお、以下では、閾値ＴＨ２＝６であるとする。図６（ａ）に示すように、方位α２〜α８，α１２〜α１５の方位密度は閾値ＴＨ２以上であるため、閾値判定部２５１−２は、方位α２〜α８，α１２〜α１５に対応する比較結果として“１”を出力する。また、方位α０，α１，α１６の方位密度は閾値ＴＨ２より小さいため、閾値判定部２５１−２は、方位α０，α１，α１６に対応する比較結果として“０”を出力する。
無効化部２５２−２は、閾値判定部２５１−１が閾値ＴＨ１以上であると判定した方位密度を無効とする無効化処理を行なう。上述したように、閾値判定部２５１−１は、方位α２〜α８の方位密度が閾値ＴＨ１以上であると判定している。そのため、無効化部２５２−２は、図９（ｂ）に示すように、方位α２〜α８に対応する比較結果を無効化、すなわち、“１”から“０”に変更する。
無効化部２５２において、前段の処理ユニット２８０に含まれる閾値判定部２５１が閾値ＴＨ以上であると判定した方位密度を無効とする無効化処理を行なうことで、各処理ユニット２８０で重複して、音源（目標物）からの音響信号が検出されることを防ぐことができる。
なお、無効化処理としては、検出した信号の確率分布を推定し、方位密度分布から推定した信号の確率分布を取り除く処理を行なってもよい。要は、無効化処理が行われた領域が加味された状態で、方位密度分布が特定部２６０に入力されればよい。
【００３６】
このように、本実施形態の信号処理装置２００は、各方位の方位密度を算出する方位密度算出部２３０と、各方位の方位密度と所定の閾値とを比較する比較処理を、複数の閾値に対して行う比較部２５０とを有する。また、信号処理装置２００は、複数の閾値それぞれに対する比較処理において方位密度が閾値以上であると比較部２５０が判定した方位からの信号を、音源（目標物）からの音響信号として検出する検出部２６０とを有する。
【００３７】
そのため、ある方位の方位密度が閾値より小さく、その閾値に対する比較処理では検出されなかった音響信号を、閾値を複数設けることにより、その閾値より小さい閾値に対する比較処理を行なうことで検出することができるので、目標物からの音響信号を検出する確度を向上させることができる。また、ソーナー装置１０に複数の受波器１１を設ける必要が無いため、ソーナー装置の構成の複雑化を招くこともない。
また、本実施形態における信号の検出方法では、データの溜め込みが不要であるため、遅延を最小限に抑えることができ、リアルタイム性を高めることができる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、方位αｍａｘおよび方位αｃｅｎｔｅｒと、前回の検出タイミングにおける到来方位とを比較して、今回の検出タイミングにおける到来方位を検出する例を用いて説明したが、これに限られるものではない。変形例として、例えば、過去、複数回の検出タイミングにおいて検出された到来方位の平均値や最大値などと比較して、今回の検出タイミングにおける到来方位を検出するようにしてもよい。
また、無効化処理の方法は上述した方法に限られるものではない。例えば、方位密度分布のうち、閾値より大きく、山状になっている部分から特定の幅だけ拡張した範囲を無効化することとしてもよい。無効化処理を行なう範囲を拡張することで、誤検出が生じる可能性を低減することができる。
【００３９】
また、上述した実施形態においては、閾値ＴＨ１，ＴＨ２・・・は所定の間隔で設定される例を用いて説明したが、これに限られるものではない。例えば、閾値の設定方法としては、ソーナー装置が、音響信号を検出する状況に応じて、閾値を自動的に設定する方法がある。この方法では、ソーナー装置は、例えば、音響信号を検出する状況に応じて、閾値を設定するようにしてもよい。また、ソーナー装置は、音響信号を検出する状況に応じて設定される閾値を予め学習しておき、その学習の結果に基づいて、閾値を決定するようにしてもよい。
また、別の閾値の設定方法としては、複数の閾値は、例えば、オペレータが任意のタイミングで、手動で設定する方法もある。また、別の閾値の設定方法としては、良好な検出結果が得られる閾値を予めチューニングで求め、チューニングの結果から、閾値を設定する方法もある。また、上述した複数の方法を組み合わせて、閾値を設定してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１０    ソーナー装置
１１    受波器
１００，２００    信号処理装置
１１０，２２０    方位算出部
１２０，２３０    方位密度算出部
１３０，２５０    比較部
１４０，２６０    検出部
２１０    周波数分析部
２４０    前処理部
２５１    閾値判定部
２５２    無効化部
２６１    特定部
２６２    決定部
２７０    表示処理部
【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９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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