(57)【要約】【課題】安定した信号検出性能を保持しつつ検出精度を上げて信号検出時刻の時間分解能を向上することが可能なアクティブソーナー装置等を提供すること。【解決手段】受信信号を、信号送信部１で生成した直線周波数変調波のパルスからなる送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリングした後にフーリエ変換を行ってエコー信号を検出し、最大のレベルの検出された時刻部分の信号のみを切り出すサンプリング変換処理手段４と、このサンプリング変換処理手段４で切り出した受信信号と送信信号との相互相関を演算するレプリカ相関処理手段５とを備えたことを特徴とする。【選択図】図１
2008232861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスからなる送信信号の変化率と同様に変化させたサンプリング周波数に基づいて、受信した水中反射エコーの受信信号をサンプリング変換してエコー信号およびその位置の検出を行うエコー信号検出手段と、このエコー信号検出手段で検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し手段とを備え、
この切り出したエコー信号部分を対象とし且つ前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行い、これにより前記エコー信号の信号検出時刻を算出するレプリカ相関処理手段を備えたことを特徴としたアクティブソーナー装置。
【請求項２】
時刻と共に周波数が変化する周波数変調波のパルスからなる送信信号を音波に変換して発信する信号送信部と、目標からの反射音波を含む水中音響信号を受波し電気信号に変換して受信信号とする信号受信部と、この受信信号を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行うレプリカ相関部を備えたレプリカ相関処理手段とを有し、このレプリカ相関処理手段が、前記送信信号の発信時からの遅延時間を求めて前記目標との距離を計測処理するように構成されたアクティブソーナー装置にあって、
前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換して前記受信信号からエコー信号およびその位置を検出するエコー信号検出手段と、このエコー信号検出手段で検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し手段とを設け、
前記レプリカ相関処理手段が、前記受信信号切り出し手段で切り出した領域のエコー信号を前記レプリカ相関処理の対象としたことを特徴とするアクティブソーナー装置。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載のアクティブソーナー装置において、
前記エコー信号検出手段を、前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換するサンプリング変換部と、このサンプリング変換された擬似的なＣＷ信号を短時間フーリエ変換するフーリエ変換部と、前記受信信号に対して予め一定の切り出し幅を設定して順次シフトさせると共にその都度前記ＣＷ信号を切り出して各変換部を作動させ周波数とレベルの異なる複数のエコー信号を生成する切り出しエコー生成部と、この切り出しエコー生成部で生成される複数の切出しエコーの内の最大レベルのエコーをエコー信号として特定し検出する信号検出部とを含む構成としたことを特徴とするアクティブソーナー装置。
【請求項４】
前記請求項１，２又は３に記載のアクティブソーナー装置において、
前記エコー信号検出手段に、当該エコー信号検出手段の出力信号を取り込んで前記エコー信号の前記送信信号に対するドップラーシフト量を算出するドップラーシフト量算出部を併設し、
前記レプリカ相関処理手段は、前記レプリカ信号の生成に際し、前記ドップラーシフト量算出部から出力されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正した補正レプリカ信号を生成する補正レプリカ信号生成機能を備えていることを特徴としたアクティブソーナー装置。
【請求項５】
前記請求項４に記載のアクティブソーナー装置において、
前記ドップラーシフト量算出部は、前記切り出しエコー生成部で生成される複数の切出しエコーを相互に補間して当該補間曲線の頂点位置を特定すると共にこの特定された頂点位置を前記エコー信号の検出時刻とする信号受信時刻検出機能と、この検出された時刻に対応する周波数を前記複数の切出しエコーの周波数より補間して生成するエコー周波数補間機能と、このエコー周波数補間機能が作動して得られる補間周波数と前記送信信号における下限周波数との差を算出しこれをドップラーシフト量とするシフト量算出機能とを備えていることを特徴としたアクティブソーナー装置。
【請求項６】
前記請求項４に記載のアクティブソーナー装置において、
前記レプリカ相関処理手段は、
前記ドップラーシフト量算出部から出力されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数を補正した補正レプリカ信号を生成する補正レプリカ信号生成部と、前記受信信号切り出し手段で切り出したエコー信号部分を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行って当該二つの信号の時系列の相関度を求めるレプリカ相関部と、このレプリカ相関によって得られた相関度データにあってそのレベルが予め想定した閾値を越えた信号が位置する時刻を検出時刻とする時刻算出部と、を備えていることを特徴としたアクティブソーナー装置。
【請求項７】
パルスからなる送信信号の変化率と同様に変化させたサンプリング周波数に基づいて、受信した水中反射エコーの受信信号をサンプリング変換してエコー信号およびその位置を検出するエコー信号検出工程と、
この検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し工程とを備え、
この切り出したエコー信号部分を対象とし且つ前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行うと共に、これにより前記エコー信号の信号検出時刻を算出するレプリカ相関処理工程を備えたことを特徴としたソーナー用受信信号処理方法。
【請求項８】
時刻と共に周波数が変化する周波数変調波のパルスからなる送信信号を音波に変換して発信し、目標物からの反射音波を含む水中音響信号を受波し電気信号に変換して受信信号とした後、当該受信信号を対象としてレプリカ相関処理手段によって前記送信信号をレプリカ信号としたレプリカ相関処理を行い、これにより前記送信信号の発信時からの遅延時間を求めて前記目標との距離を計測するアクティブソーナー用受信信号処理方法において、
前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換して前記受信信号からエコー信号を検出するエコー信号検出工程と、このエコー信号検出工程で検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し工程と、この受信信号切り出し工程で切り出した領域のエコー信号を前記レプリカ相関処理の対象として前記レプリカ相関処理手段がレプリカ相関処理を実行するレプリカ相関処理工程とを備えたことを特徴とするソーナー用受信信号処理方法。
【請求項９】
前記請求項７又は８に記載のソーナー用受信信号処理方法において、
前記エコー信号検出工程を、前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換する第１の工程と、このサンプリング変換された擬似的なＣＷ信号を短時間フーリエ変換する第２の工程と、前記受信信号に対して予め一定の切り出し幅を設定して順次シフトさせると共にその都度前記ＣＷ信号を切り出して各変換部を作動させ周波数とレベルの異なる複数のエコー信号を生成する第３の工程と、この第３の工程で生成される複数の切出しエコーの内の最大レベルのエコーをエコー信号として特定し検出する第４の工程とを含む構成としたことを特徴とするソーナー用受信信号処理方法。
【請求項１０】
前記請求項７，８又は９に記載のソーナー用受信信号処理方法において、
前記エコー信号検出工程に、当該エコー信号検出工程での出力信号を取り込んで前記エコー信号のドップラーシフト量を算出するドップラーシフト量算出工程を併設し、
前記レプリカ相関処理に際して使用される前記レプリカ信号を、前記ドップラーシフト量算出工程で算出されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正して成る補正レプリカ信号としたことを特徴としたソーナー用受信信号処理方法。
【請求項１１】
前記請求項１０に記載のソーナー用受信信号処理方法において、
前記ドップラーシフト量算出工程は、前記エコー信号検出工程の第３の工程で生成される複数の切り出しエコーを相互に補間して当該補間曲線の頂点位置を特定すると共にこの特定された頂点位置を前記エコー信号の検出時刻とする信号受信時刻検出工程と、この検出された時刻に対応する周波数を前記複数の切出しエコーの周波数より補間して生成するエコー周波数補間工程と、このエコー周波数補間工程が作動して得られる補間周波数と前記送信信号における下限周波数との差を算出しこれをドップラーシフト量とするシフト量算出工程とを含んで構成されていることを特徴としたソーナー用受信信号処理方法。
【請求項１２】
前記請求項１０又は１２に記載のソーナー用受信信号処理方法において、
前記レプリカ相関処理工程は、
前記ドップラーシフト量算出工程で出力されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正した補正レプリカ信号を生成する補正レプリカ信号生成工程と、前記受信信号切り出し工程で切り出したエコー信号部分を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行って当該二つの信号の時系列の相関度を求める相関度演算工程と、この相関度演算工程によって得られた相関度データにあってそのレベルが予め想定した閾値を越えた信号が位置する時刻を検出時刻とする時刻算出工程と、を含む構成内容としたことを特徴とするソーナー用受信信号処理方法。
【請求項１３】
パルスからなる送信信号の変化率と同様に変化させたサンプリング周波数に基づいて、受信した水中反射エコーの受信信号をサンプリング変換してエコー信号およびその位置を検出するエコー信号検出機能、この検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し機能、この切り出したエコー信号部分を対象とし且つ前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行うと共にこれにより前記エコー信号の信号検出時刻を算出するレプリカ相関処理機能、をコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とするソーナー用受信信号処理プログラム。
【請求項１４】
時刻と共に周波数が変化する周波数変調波のパルスからなる送信信号を音波に変換して発信する信号送信部と、目標からの反射音波を含む水中音響信号を受波し電気信号に変換して受信信号とする信号受信部と、この受信信号を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行うレプリカ相関部を備えたレプリカ相関処理手段とを有し、このレプリカ相関処理手段が、前記送信信号の発信時からの遅延時間を求めて前記目標との距離を計測処理するように構成したアクティブソーナー装置にあって、前記受信信号処理部が備えているコンピュータに、
前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換して前記受信信号からエコー信号およびその位置を検出処理するエコー信号検出機能、このエコー信号検出機能が稼働して検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し機能、及びこの受信信号切り出し機能が作動して切り出した領域のエコー信号を前記レプリカ相関処理の対象として前記レプリカ相関処理を行うレプリカ相関処理機能、
を実行させるようにしたことを特徴とするソーナー用受信信号処理プログラム。
【請求項１５】
前記請求項１３又は１４に記載のソーナー用受信信号処理プログラムにおいて、
前記エコー信号検出機能が、前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換する第１の処理機能と、このサンプリング変換された擬似的なＣＷ信号を短時間フーリエ変換する第２の処理機能と、前記受信信号に対して予め一定の切り出し幅を設定して順次シフトさせると共にその都度前記ＣＷ信号を切り出して各変換部を作動させ周波数とレベルの異なる複数のエコー信号を生成する第３の処理機能と、この第３の処理機能で生成される複数の切出しエコーの内の最大レベルのエコーをエコー信号として特定し検出する第４の処理機能とを含む構成としたことを特徴とするソーナー用受信信号処理プログラム。
【請求項１６】
前記請求項１３、１４又は１５に記載のソーナー用受信信号処理プログラムにおいて、
前記エコー信号検出機能が稼動して検出される信号を取り込んで前記エコー信号のドップラーシフト量を算出するドップラーシフト量算出機能を設け、
前記レプリカ相関処理機能の実行に際しては、前記ドップラーシフト量算出機能が稼動して算出されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正することにより生成される補正レプリカ信号を、前記レプリカ相関処理に使用される前記レプリカ信号とするように構成したことを特徴とするソーナー用受信信号処理プログラム。
【請求項１７】
前記請求項１６に記載のソーナー用受信信号処理プログラムにおいて、
前記ドップラーシフト量算出機能は、前記エコー信号検出機能における第３の処理機能が稼働して検出される複数の切り出しエコーを相互に補間して当該補間曲線の頂点位置を特定すると共にこの特定された頂点位置を前記エコー信号の検出時刻とする信号受信時刻検出機能と、この検出された時刻に対応する周波数を前記複数の切出しエコーの周波数より補間して生成するエコー周波数補間機能と、このエコー周波数補間機能が作動して得られる補間周波数と前記送信信号における下限周波数との差を算出しこれをドップラーシフト量とするシフト量算出機能とを含んで構成されていることを特徴としたソーナー用受信信号処理プログラム。
【請求項１８】
前記請求項１６又は１７に記載のソーナー用受信信号処理プログラムにおいて、
前記レプリカ相関処理機能は、
前記ドップラーシフト量算出機能によって算出されて出力されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正した補正レプリカ信号を生成する補正レプリカ信号生成機能と、前記受信信号切り出し機能によって切り出したエコー信号部分を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行って当該二つの信号の時系列の相関度を求める相関度演算機能と、この相関度演算機能によって得られた相関度データにあってそのレベルが予め想定した閾値を越えた信号が位置する時刻を検出時刻とする時刻算出機能と、を含む構成内容としたことを特徴とするソーナー用受信信号処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブソーナー装置等に係り、特に直線状周波数変調信号を用いたアクティブソーナー装置、ソーナー用受信信号処理方法、及びその信号処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブソーナー装置は、自ら音波を発生して送波し、受信した信号を信号処理し、受信信号に含まれる目標物からの反射波（エコー信号）に基づいて当該目標物の方位と距離とを特定する水中音響装置のことをいう。
従来のアクティブソーナー装置では、受信信号からエコー信号を検出する方法として、レプリカ相関が用いられている。レプリカ相関とは、標本となる信号（レプリカ信号）と入力信号の相関度を計算する信号処理方式であり、相互相関とも呼ばれる。アクティブソーナー装置では、送信信号をレプリカ信号として受信した信号との相関度を計算し、エコー信号の検出を行う。
【０００３】
このとき、入力信号に対して時間をずらしながらレプリカ相関を繰り返すことにより、波形がもっとも類似した時刻で相関度の最大値が現れる。送信信号には、周波数が線形に変調された直線状周波数変調（ＬＦＭ：Linear Frequency Modulation ）信号と、一定周波数連続波（ＣＷ：Continues Wave) 信号の２種類が主に用いられている。ここで、時間と共にその周波数が直線状に変化するＬＦＭ信号を用いると、目標からの反射波が微弱であっても、信号処理により、信号対雑音（ＳＮ）比の向上が可能になる。
【０００４】
一方、目標が移動している場合、目標から反射したエコー信号は目標と観測点との相対的な速度によって、伝搬する音波の周波数が異なって観測される。この現象をドップラーシフトと言う。ＬＦＭ信号によるレプリカ相関を用いたアクティブソーナー装置では、ドップラーシフト発生時において、目標に入力される入力信号とレプリカ信号の間に差異が生じてしまい、相関度が小さくなる。そのために、ＳＮ比が小さい場合に検出が困難になり、探知領域を狭めてしまうという問題がある。
一方、目標との相対速度やドップラーシフトの検出には、単一の周波数成分しか持たないＣＷ信号を用いたほうが容易に検出できる。
【０００５】
このような問題を解決してドップラーシフト発生時においても信号検出を容易にすることを目標として、いくつかの従来技術が報告されている。
例えば、パルス幅の中間で周波数が増加から減少へ、または減少から増加へ反転するＬＦＭ信号の送信をおこない、増加周波数ＬＦＭ受信信号に対してレプリカ相関と減少周波数ＬＦＭ受信信号に対してレプリカ相関の２つのレプリカ相関による検出結果の時間差で受信信号のドップラーシフトを計測する方法が報告されている（特許文献１参照）。
また、周波数が上昇するＬＦＭ信号と下降するＬＦＭ信号の２つのＬＦＭ信号を送波し、受波した２つの信号の時間を揃えて相関処理をおこない、ドップラーシフトの影響を除去する方法が報告されている（特許文献２参照）。
【０００６】
更に、入力信号のうち、ＬＦＭ受信帯域を複数に分割し、分割された各帯域の信号成分を検波し、検波信号のレベルを所定のレベルと比較して、１又は０のビット信号に変換し、そのパルス列の順序により、ドップラーシフトを検出する技術（特許文献３参照）、送信信号を同一周波数幅だけ高い周波数と低い周波数にシフトした２つの信号による２つのレプリカ信号を利用してＬＦＭ信号のレプリカ相関を行うことにより、２つの相関結果の一定時間における最大振幅値の比からドップラーシフトを含むエコー信号を求める技術（特許文献４参照）、正のドップラーシフト、負のドップラーシフト、ドップラーシフトなしの３つのレプリカ信号と入力信号（受信信号）を相関処理し、３つの相関結果を３値補間（ラグランジュ補間）することにより、目標のドップラーシフトを計測する技術（特許文献５参照）なども報告されている。
【０００７】
また、ＬＦＭ信号を用いたものではないが、複数のパルスビームをＰＲＦ（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｆｒｅｑｅｎｃｙ）で送受信してそのレベルを時系列に配列することによってドップラ周波数波形を再現する技術（特許文献６参照）、順次入力される反射エコー信号をつなぐことによって疑似的な連続波を生成し、この疑似連続波をフーリエ変換することによって高い周波数分解能を実現できるようにする技術（特許文献７参照）などが報告されている。
【０００８】
【特許文献１】特開昭５９−２２５３７５号公報
【特許文献２】特開平０８−１１４６７２号公報
【特許文献３】特開平０３−１１５８７９号公報
【特許文献４】特開平０３−２４２５８６号公報
【特許文献５】特開平０７−１２０５５３号公報
【特許文献６】特開２０００−１６２３１７号公報
【特許文献７】特開２０００−３５２５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、従来のアクティブソーナー装置は、ドップラーシフトに対応するために種々の対応策がとられている。
しかしながら、特許文献１及び２に示された方法は増加周波数及び減少周波数の二種類のＬＦＭ信号を送波する必要がある。特許文献３に示される方法は複数の受信帯域を設けるために複数のフィルターや検波回路を用意する必要がある。又、特許文献４及び５に示された方法は複数のレプリカ信号を発生させる用意をせねばならない。更に、特許文献６及び７に示された方法では、複雑な信号処理が必要になる。
このように、いずれをとっても、回路構成が複雑になり、ハードウェアが増大しコストアップにつながるという不都合があった。
【００１０】
〔本発明の目的〕
本発明は、上記従来例に有する不都合を改善して、安定した信号検出性能を保つと共に受信信号の検出精度を上げて信号検出時刻の時間分解能を向上させることが可能なアクティブソーナー装置、ソーナー用受信信号処理方法、及びその信号処理プログラムを提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のアクティブソーナー装置は、パルスからなる送信信号の変化率と同様に変化させたサンプリング周波数に基づいて、受信した水中反射エコーの受信信号をサンプリング変換してエコー信号およびその位置の検出を行うエコー信号検出手段と、このエコー信号検出手段で検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し手段とを備え、この切り出したエコー信号部分を対象とし且つ前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行い、これにより前記エコー信号の信号検出時刻を算出するレプリカ相関処理手段を備えたことを特徴とする（請求項１）。
これにより、サンプリング変換を用いてエコー信号がある部分を検出し、その部分をレプリカ相関によって処理することで信号検出時刻を精度よく安定に検出することが可能なアクティブソーナー装置を実現することができる。
【００１２】
また、上記課題を解決するため、本発明のアクティブソーナー装置は、時刻と共に周波数が変化する周波数変調波のパルスからなる送信信号を音波に変換して発信する信号送信部と、目標からの反射音波を含む水中音響信号を受波し電気信号に変換して受信信号とする信号受信部と、この受信信号を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行うレプリカ相関部を備えたレプリカ相関処理手段とを有し、このレプリカ相関処理手段が、前記送信信号の発信時からの遅延時間を求めて前記目標との距離を計測処理するように構成されたアクティブソーナー装置にあって、前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換して前記受信信号からエコー信号およびその位置を検出するエコー信号検出手段と、このエコー信号検出手段で検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し手段とを設け、前記レプリカ相関処理手段が、前記受信信号切り出し手段で切り出した領域のエコー信号を前記レプリカ相関処理の対象とする、という構成を採っている（請求項２）。
【００１３】
これにより、安定した信号検出が可能で、エコー信号が検出された時刻部分だけを切り出してレプリカ相関処理を行えるので、信号処理区間以外の雑音の影響を除き、信号の検出閾値を下げても誤って誤警報を検出することをなくすことができ、さらに信号処理区間を狭くできるので信号検出時刻の時間分解能を向上することが可能なアクティブソーナー装置を実現することができる。
【００１４】
ここで、前記エコー信号検出手段を、前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換するサンプリング変換部と、このサンプリング変換された擬似的なＣＷ信号を短時間フーリエ変換するフーリエ変換部と、前記受信信号に対して予め一定の切り出し幅を設定して順次シフトさせると共にその都度前記ＣＷ信号を切り出して各変換部を作動させ周波数とレベルの異なる複数のエコー信号を生成する切り出しエコー生成部と、この切り出しエコー生成部で生成される複数の切出しエコーの内の最大レベルのエコーをエコー信号として特定し検出する信号検出部とを含む構成としても良い（請求項３）。
これにより、エコー信号の位置を正確に割り出して、その部分だけを切り出すことが可能なエコー信号検出手段を実現することができる。
【００１５】
また、前記エコー信号検出手段に、当該エコー信号検出手段の出力信号を取り込んで前記エコー信号の前記送信信号に対するドップラーシフト量を算出するドップラーシフト量算出部を併設し、前記レプリカ相関処理手段は、前記レプリカ信号の生成に際し、前記ドップラーシフト量算出部から出力されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正した補正レプリカ信号を生成する補正レプリカ信号生成機能を備えた構成としても良い（請求項４）。
これにより、ドップラー発生時においてもレプリカ相関処理による検出時刻のずれを補正することができ信号検出時刻の精度を向上することができる。
【００１６】
ここで、前記ドップラーシフト量算出部は、前記切り出しエコー生成部で生成される複数の切出しエコーを相互に補間して当該補間曲線の頂点位置を特定すると共にこの特定された頂点位置を前記エコー信号の検出時刻とする信号受信時刻検出機能と、この検出された時刻に対応する周波数を前記複数の切出しエコーの周波数より補間して生成するエコー周波数補間機能と、このエコー周波数補間機能が作動して得られる補間周波数と前記送信信号における下限周波数との差を算出しこれをドップラーシフト量とするシフト量算出機能とを備えた構成としても良い（請求項５）。
これにより、サンプリング変換部で演算によりドップラーシフト量を求めてレプリカ相関処理を補正することが可能なアクティブソーナー装置を実現することができる。
【００１７】
また、前記レプリカ相関処理手段は、前記ドップラーシフト量算出部から出力されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数を補正した補正レプリカ信号を生成する補正レプリカ信号生成部と、前記受信信号切り出し手段で切り出したエコー信号部分を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行って当該二つの信号の時系列の相関度を求めるレプリカ相関部と、このレプリカ相関によって得られた相関度データにあってそのレベルが予め想定した閾値を越えた信号が位置する時刻を検出時刻とする時刻算出部と、を備えた構成にしても良い（請求項６）。
これにより、相関演算に用いるレプリカ信号を補正することで、ドップラーシフトがある場合でも、相関度の検出精度を高め、レプリカ相関処理での信号検出時刻の時間分解能を向上することが可能なアクティブソーナー装置を実現することができる。
【００１８】
上記課題を解決するため、本発明のソーナー用受信信号処理方法は、パルスからなる送信信号の変化率と同様に変化させたサンプリング周波数に基づいて、受信した水中反射エコーの受信信号をサンプリング変換してエコー信号およびその位置を検出するエコー信号検出工程と、この検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し工程とを備え、この切り出したエコー信号部分を対象とし且つ前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行うと共に、これにより前記エコー信号の信号検出時刻を算出するレプリカ相関処理工程を備えたことを特徴とする（請求項７）。
これにより、サンプリング変換を用いてエコー信号がある部分を検出し、その部分をレプリカ相関によって処理することで信号検出時刻を精度よく安定に検出することが可能なソーナー用受信信号処理方法を実現することができる。
【００１９】
上記課題を解決するため、本発明のソーナー用受信信号処理方法は、時刻と共に周波数が変化する周波数変調波のパルスからなる送信信号を音波に変換して発信し、目標からの反射音波を含む水中音響信号を受波し電気信号に変換して受信信号とした後、当該受信信号を対象としてレプリカ相関処理手段によって前記送信信号をレプリカ信号としたレプリカ相関処理を行い、これにより前記送信信号の発信時からの遅延時間を求めて前記目標との距離を計測するアクティブソーナー用受信信号処理方法において、前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換して前記受信信号からエコー信号を検出するエコー信号検出工程と、このエコー信号検出工程で検出されたエコー信号部分を前記送信信号から切り出す受信信号切り出し工程と、この受信信号切り出し工程で切り出した領域のエコー信号を前記レプリカ相関処理の対象として前記レプリカ相関処理手段がレプリカ相関処理を実行するレプリカ相関処理工程とを備えたことを特徴とする（請求項８）。
【００２０】
これにより、エコー信号が検出された時刻部分だけを切り出してレプリカ相関処理を行うことで安定した信号検出が可能で、信号処理区間以外の雑音の影響を除き、信号の検出閾値を下げても誤って誤警報を検出することをなくすことができ、さらに信号処理区間を狭くできるので信号検出時刻の時間分解能を向上することが可能なソーナー用受信信号処理方法を実現することができる。
【００２１】
ここで、前記エコー信号検出工程を、前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換する第１の工程と、このサンプリング変換された擬似的なＣＷ信号を短時間フーリエ変換する第２の工程と、前記受信信号に対して予め一定の切り出し幅を設定して順次シフトさせると共にその都度前記ＣＷ信号を切り出して各変換部を作動させ周波数とレベルの異なる複数のエコー信号を生成する第３の工程と、この第３の工程で生成される複数の切出しエコーの内の最大レベルのエコーをエコー信号として特定し検出する第４の工程とを含む構成としたことを特徴とする（請求項９）。
これにより、エコー信号の位置を正確に割り出して、レプリカ相関処理における検出時刻のずれをなくして信号検出時刻の精度を向上することが可能なソーナー用受信信号処理方法を実現することができる。
【００２２】
又、前記エコー信号検出工程に、当該エコー信号検出工程での出力信号を取り込んで前記エコー信号のドップラーシフト量を算出するドップラーシフト量算出工程を併設し、前記レプリカ相関処理に際して使用される前記レプリカ信号を、前記ドップラーシフト量算出工程で算出されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正して成る補正レプリカ信号としても良い（請求項１０）。
これにより、ドップラー発生時においても、レプリカ相関処理における検出時刻のずれを補正することができて信号検出時刻の精度の向上が可能なソーナー用受信信号処理方法を実現することができる。
【００２３】
更に、前記ドップラーシフト量算出工程は、前記エコー信号検出工程の第３の工程で生成される複数の切り出しエコーを相互に補間して当該補間曲線の頂点位置を特定すると共にこの特定された頂点位置を前記エコー信号の検出時刻とする信号受信時刻検出工程と、この検出された時刻に対応する周波数を前記複数の切出しエコーの周波数より補間して生成するエコー周波数補間工程と、このエコー周波数補間工程が作動して得られる補間周波数と前記送信信号における下限周波数との差を算出しこれをドップラーシフト量とするシフト量算出工程とを含んで構成されるようにしても良い（請求項１１）。
これにより、サンプリング変換部で演算によりドップラーシフト量を求めてレプリカ相関処理を補正することが可能なソーナー用受信信号処理方法を実現することができる。
【００２４】
また、前記レプリカ相関処理工程は、前記ドップラーシフト量算出工程で出力されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正した補正レプリカ信号を生成する補正レプリカ信号生成工程と、前記受信信号切り出し工程で切り出したエコー信号部分を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行って当該二つの信号の時系列の相関度を求める相関度演算工程と、この相関度演算工程によって得られた相関度データにあってそのレベルが予め想定した閾値を越えた信号が位置する時刻を検出時刻とする時刻算出工程と、を含む構成内容としても良い（請求項１２）。
これにより、相関演算に用いるレプリカ信号を補正することで、ドップラーシフトがある場合でも、相関度の検出精度を高め、レプリカ相関処理での信号検出時刻の時間分解能を向上することが可能なソーナー用受信信号処理方法を実現することができる。
【００２５】
上記課題を解決するため、本発明のソーナー用受信信号処理プログラムは、パルスからなる送信信号の変化率と同様に変化させたサンプリング周波数に基づいて、受信した水中反射エコーの受信信号をサンプリング変換してエコー信号およびその位置を検出するエコー信号検出機能、この検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し機能、この切り出したエコー信号部分を対象とし且つ前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行うと共にこれにより前記エコー信号の信号検出時刻を算出するレプリカ相関処理機能、をコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする（請求項１３）。
これにより、サンプリング変換を用いてエコー信号がある部分を検出し、その部分をレプリカ相関によって処理することで信号検出時刻を精度よく安定に検出することが可能なソーナー用受信信号処理プログラムを実現することができる。
【００２６】
上記課題を解決するため、本発明のソーナー用受信信号処理プログラムは、時刻と共に周波数が変化する周波数変調波のパルスからなる送信信号を音波に変換して発信する信号送信部と、目標からの反射音波を含む水中音響信号を受波し電気信号に変換して受信信号とする信号受信部と、この受信信号を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行うレプリカ相関部を備えたレプリカ相関処理手段とを有し、このレプリカ相関処理手段が、前記送信信号の発信時からの遅延時間を求めて前記目標との距離を計測処理するように構成したアクティブソーナー装置にあって、前記受信信号処理部が備えているコンピュータに、前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換して前記受信信号からエコー信号およびその位置を検出処理するエコー信号検出機能、このエコー信号検出機能が稼働して検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し機能、及びこの受信信号切り出し機能が作動して切り出した領域のエコー信号を前記レプリカ相関処理の対象として前記レプリカ相関処理を行うレプリカ相関処理機能、を実行させるようにしたことを特徴とする（請求項１４）。
【００２７】
これにより、エコー信号が検出された時刻部分だけを切り出してレプリカ相関処理を行うことで安定した信号検出が可能で、信号処理区間以外の雑音の影響を除き、信号の検出閾値を下げても誤って誤警報を検出することをなくすことができ、さらに信号処理区間を狭くできるので信号検出時刻の時間分解能を向上することが可能なソーナー用受信信号処理プログラムを実現することができる。
【００２８】
ここで、前記エコー信号検出機能が、前記受信信号を前記送信信号の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換する第１の処理機能と、このサンプリング変換された擬似的なＣＷ信号を短時間フーリエ変換する第２の処理機能と、前記受信信号に対して予め一定の切り出し幅を設定して順次シフトさせると共にその都度前記ＣＷ信号を切り出して各変換部を作動させ周波数とレベルの異なる複数のエコー信号を生成する第３の処理機能と、この第３の処理機能で生成される複数の切出しエコーの内の最大レベルのエコーをエコー信号として特定し検出する第４の処理機能とを含む構成としても良い（請求項１５）。
これにより、エコー信号の位置を正確に割り出して、レプリカ相関処理における検出時刻のずれをなくして信号検出時刻の精度を向上することが可能なソーナー用受信信号処理プログラムを実現することができる。
【００２９】
又、前記エコー信号検出機能が稼動して検出される信号を取り込んで前記エコー信号のドップラーシフト量を算出するドップラーシフト量算出機能を設け、前記レプリカ相関処理機能の実行に際しては、前記ドップラーシフト量算出機能が稼動して算出されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正することにより生成される補正レプリカ信号を、前記レプリカ相関処理に使用される前記レプリカ信号とするように構成しても良い（請求項１６）。
これにより、ドップラー発生時においても、レプリカ相関処理における検出時刻のずれを補正することができて信号検出時刻の精度の向上が可能なソーナー用受信信号処理プログラムを実現することができる。
【００３０】
更に、前記ドップラーシフト量算出機能は、前記エコー信号検出機能における第３の処理機能で生成される複数の切り出しエコーを相互に補間して当該補間曲線の頂点位置を特定すると共にこの特定された頂点位置を前記エコー信号の検出時刻とする信号受信時刻検出機能と、この検出された時刻に対応する周波数を前記複数の切出しエコーの周波数より補間して生成するエコー周波数補間機能と、このエコー周波数補間機能が作動して得られる補間周波数と前記送信信号における下限周波数との差を算出しこれをドップラーシフト量とするシフト量算出機能とを含んだ構成としても良い（請求項１７）。
これにより、サンプリング変換部で演算によりドップラーシフト量を求めてレプリカ相関処理を補正することが可能なソーナー用受信信号処理プログラムを実現することができる。
【００３１】
ここで、前記レプリカ相関処理機能は、前記ドップラーシフト量算出機能によって算出されて出力されるドップラーシフト量に基づいて前記送信信号の周波数帯域を補正した補正レプリカ信号を生成する補正レプリカ信号生成機能と、前記受信信号切り出し機能によって切り出したエコー信号部分を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行って当該二つの信号の時系列の相関度を求める相関度演算機能と、この相関度演算機能によって得られた相関度データにあってそのレベルが予め想定した閾値を越えた信号が位置する時刻を検出時刻とする時刻算出機能と、を含む構成内容としても良い（請求項１８）。
これにより、相関演算に用いるレプリカ信号を補正することで、ドップラーシフトがある場合でも、相関度の検出精度を高め、レプリカ相関処理での信号検出時刻の時間分解能を向上することが可能なソーナー用受信信号処理プログラムを実現することができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は上述したように構成され機能するので、これによると、サンプリング変換方式により安定した信号検出を行うと共に信号検出のあった時刻部分のみ切り出してレプリカ相関を行うようにしたので、安定した信号検出性能を維持しつつ同時に信号検出時刻の時間分解能をより一層向上させることを可能としたアクティブソーナー装置、ソーナー用受信信号処理方法及びその信号処理プログラムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照にして説明する。
まず最初に、本発明に係るアクティブソーナー装置は、受信信号の処理に際し、サンプリング変換方式とレプリカ相関方式とを組み合わせて用いる点に特徴を有する。即ち、安定した信号検出性能を持つサンプリング変換方式により信号検出を行い、受信信号から検出のあった信号区間のみ切り出してレプリカ相関を行うことで、高い時間分解能を得ることができる。更に、サンプリング変換方式での信号検出結果からドップラーシフト量を求めてレプリカ信号を補正することにより、信号検出時刻の精度を向上させることができる。
【００３４】
［第１の実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態におけるアクティブソーナー装置の全体構成を示す。
この図１において、本第１の実施形態では、最初に本実施形態の要点を説明し、その後に具体的な内容を説明する。
まず、上記図１におけるアクティブソーナー装置は、パルスからなる送信信号の変化率と同様に変化させたサンプリング周波数に基づいて、受信した水中反射エコーの受信信号をサンプリング変換してエコー信号およびその位置の検出を行うエコー信号検出手段４０と、このエコー信号検出手段４０で検出されたエコー信号部分を前記受信信号から切り出す受信信号切り出し手段４６とを備えている。また、この切り出したエコー信号部分を対象とし且つ前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行い、これにより前記エコー信号の信号検出時刻を算出するレプリカ相関処理手段５を備えている。
このため、サンプリング変換を用いてエコー信号がある部分を検出し、その部分をレプリカ相関によって処理することで信号検出時刻を精度よく安定に検出することが可能となる。
【００３５】
これを更に詳述する。
本第１実施形態におけるアクティブソーナー装置は、図１に示すように、時刻と共に周波数が変化する周波数変調波のパルス信号（ＬＦＭ信号）からなる送信信号を音波に変換して発信する信号送信部１と、目標物２からの反射音波を含む水中音響信号を受波し電気信号に変換して受信信号とする信号受信部３と、この受信信号を対象とし前記送信信号をレプリカ信号としてレプリカ相関処理を行う前述したレプリカ相関処理手段５とを備えている。ここで、上記ＬＦＭ信号は、前述した従来例で開示したＬＦＭ信号と同一形態のもので、周波数が直線状に変化する周波数変調波の信号を意味する。
【００３６】
前述したレプリカ相関処理手段５と信号受信部３との間には、前記受信信号処理用のサンプリング変換処理手段４が装備されている。
このサンプリング変換処理手段４は、前述したＬＦＭ信号と同じ周波数変化率のサンプリング周期を計算するサンプリング周期計算部４１と、前述したエコー信号検出手段４０および受信信号切り出し手段４６とを含んで構成されている。
【００３７】
エコー信号検出手段４０は、前述した受信信号を前記送信信号（ＬＦＭ信号）の周波数変化率と同じ周波数変化率を持つサンプリング周波数でサンプリング変換するサンプリング変換部４２と、このサンプリング変換された擬似的なＣＷ信号を短時間フーリエ変換するフーリエ変換部４３と、前記受信信号に対して予め一定の切り出し幅を設定して順次シフトさせると共にその都度前記ＣＷ信号を切り出して各変換部を作動させ周波数とレベルの異なる複数のエコー信号を生成する切り出しエコー生成部４４と、この切り出しエコー生成部４４で生成される複数の切出しエコーの内の最大レベルのエコーをエコー信号として特定し検出する信号検出部４５とを備えている。
【００３８】
また、レプリカ相関処理手段５は、レプリカ信号を生成するレプリカ信号生成部５１、切り出した信号とレプリカ信号を用いてレプリカ相関をおこなうレプリカ相関部５２、レプリカ相関によって得られた相関度から信号検出時刻を算出する時刻算出部５３を備えている。符号６は、上記レプリカ相関処理手段５の各構成部材による受信信号の処理結果や信号検出結果を重畳表示する表示部を示す。
【００３９】
次に、上記第１実施形態の動作を図２のフローチャートに基づいて説明する。
まず、信号送信部１は電気信号としてのパルス状のＬＦＭ信号を生成する（ステップＳ１０１）。このＬＦＭ信号は、前述したように従来例におけるＬＦＭ信号と同一のもので、例えば、その中心周波数ｆｃは１〔ｋＨｚ〕、帯域幅Ｂは５０〔Ｈｚ〕、パルス幅Ｔは０．１〔ｍｓｅｃ〕で時間の経過と共に周波数が高くなるパルスである。信号送信部１は、これを電力増幅し、電気信号から音響信号に変換して、音波として水中に送信する（ステップＳ１０２）。
【００４０】
水中に放射された音波は目標物２で反射され、信号受信部３にて受信される。
信号受信部３では、反射波のエコー信号を含む水中音響信号を受波する（ステップＳ１０３）。このとき、目標物２が移動している場合、反射波はドップラーシフトして雑音とともに信号受信部３で受信される。
信号受信部３は、受波信号を電気信号に変換する。変換された受信電気信号は増幅された後、エコー信号を濾波できる帯域濾波フィルタで帯域濾波される。帯域濾波フィルタの帯域幅は、ドップラーシフトによる周波数の変動を考慮して、例えば９２５〔Ｈｚ〕から１０７５〔Ｈｚ〕までの１５０〔Ｈｚ〕を採る。
帯域濾波された信号は、予め決められたサンプリング周波数で信号受信部のＡ／Ｄ変換手段によってＡ／Ｄ変換される。サンプリング周波数は、例えば２０〔ｋＨｚ〕である（ステップＳ１０４）。こうしてＡ／Ｄ変換された受信電気信号は、デジタル信号となってサンプリング変換処理手段４に入力される。
【００４１】
次にサンプリング変換処理手段４の動作について説明する。
サンプリング変換処理手段４では、サンプリング周期計算部４１で、送信したＬＦＭ信号のデータを用いて不均一なサンプリング周期を計算する（ステップＳ１０７）。サンプリング周期計算器４１は、送信信号発生器１から入力された送信信号の中心周波数，帯域幅，パルス幅，信号の種類，及びＡ／Ｄ変換手段でのサンプリング周波数をもとに、不均一なサンプリング周期を計算し、サンプリング変換部４２へ出力する。ここで、信号受信部３のＡ／Ｄ変換手段でのサンプリング周波数は予めサンプリング周期計算部４１に登録されているものとする。
【００４２】
サンプリング変換部４２では、Ａ／Ｄ変換された受信信号をその切り出し時刻部分（時間窓）を少しずつシフトさせながら取り込み（ステップＳ１０５）、サンプリング周期計算部４１での計算によって求められたサンプリング周期に従って、サンプリング変換する（ステップＳ１０６：サンプリング変換工程）。
ＬＦＭ信号をＣＷ信号に変換したときの変換後の周波数は任意に設定することができるが、本実施の形態ではＬＦＭ信号の下限周波数に変換するようにサンプリング周期が設定されている。このサンプリング変換部４２によってサンプリング変換されたエコー信号は、僅かに周波数帯域幅を持った擬似的なＣＷ信号となる。
【００４３】
フーリエ変換部４３では、サンプリング変換部４２でサンプリング変換された擬似的なＣＷ信号を短時間フーリエ変換し、結果を切り出しエコー生成部４４に出力する。切り出しエコー生成部４４ではサンプリング変換部４２によってサンプリング変換されたエコー信号を順次信号検出部４５へ出力する。
信号検出部４５は、フーリエ変換により得られた周波数スペクトルから、予め設定した閾値を越えるレベルの周波数成分を検出し、これをエコー信号として特定する（ステップＳ１０８）。
【００４４】
そうして、処理結果を信号切り出し手段４６に出力する。信号切り出し手段４６は現れた複数の検出結果のうち、エコー信号が全て含まれていてレベルが最大となる部分に相当する部分だけを受信信号から切り出し、切り出した受信信号をレプリカ相関処理手段５に入力する（ステップＳ１１０：信号切り出し工程）。
このサンプリング変換部４２によってサンプリング変換されたエコー信号はわずかに周波数帯域幅を持った擬似的なＣＷ信号となる。
このサンプリング変換処理手段４で、サンプリング変換部４２、フーリエ変換部４３、切り出しエコー生成部４４及び順次信号検出部４５でエコー信号検出手段４０を構成する。
【００４５】
このエコー信号検出の過程で、ステップＳ１０５で取り込んだ受信電気信号の時間長さが今回送波したＬＦＭ信号に対応してエコー信号を十分取り込める所定の時間幅以上になったかどうかを判定して（ステップＳ１０９）、所定の時間幅になるまで連続して取り込んで、ステップ１０５からステップ１０８の過程が繰り返される。
【００４６】
このサンプリング変換処理手段４の動作について、図３に基づいて更に具体的に説明する。
このサンプリング変換部４１は、信号を切り出す位置をシフトしながら連続的に信号処理を繰り返すループ処理によりサンプリング変換を実行する。図３の（ａ）においては信号の切り出し位置を横長の矩形で示している。
この場合、切り出し位置のシフト幅を切り出し幅より小さくした場合には、サンプリング信号において、前に切り出した信号とで重なりが生じる。重なりが生じた場合にはエコー信号が複数の処理結果に含まれるので、スペクトログラム表示を行うと、図３の（ｂ）に示すようにスペクトログラム上に周波数とレベルの異なるエコー信号の検出結果が複数現れる。図３の（ｂ）に示すこのスペクトログラムでは、横軸に時間を、縦軸に周波数をとって表し、表示の輝度が信号レベルとなっている。現れるエコー信号の検出結果の個数は、切り出し幅とシフト幅によって変化する。
【００４７】
そして、図３のように切り出し幅をパルス幅の２倍、シフト幅を切り出し幅の１／３倍とした場合には、エコー信号の検出結果が４個以上現れる。
ここで信号切り出し手段４６は、現れた複数の検出結果のうち、エコー信号が全て含まれていてレベルが最大となる時刻部分だけを受信信号から切り出す。切り出された信号はレプリカ相関処理手段５に入力される。
図３の（ｂ）に示すスペクトログラムの２つにレベルに対応するレプリカ相関処理結果として表れる相関度を、図３の（ｃ）および（ｄ）に例示する。
【００４８】
続いて、レプリカ相関処理手段５の動作について説明する。
レプリカ相関処理手段５では、まず、レプリカ信号生成部５１で、送信したＬＦＭ信号のデータを用いてレプリカ信号を生成する。
レプリカ相関部５２で、信号切り出し手段４５で切り出された信号と、生成されたレプリカ信号のレプリカ相関を演算し（図２、ステップＳ１１１：レプリカ相関処理工程）、２つの信号の時系列の相関度を求める。時刻算出部５３で、時系列の相関度データにおいて相関度のレベルが設定した閾値を越えた時刻をエコー信号検出時刻として算出する（ステップＳ１１２）。
そうして、処理結果をスペクトログラムとグラフにして、検出結果を重畳して表示部６に表示する（ステップＳ１１３）。
ステップＳ１０１からステップＳ１１３までの動作は連続して繰り返し実行されても良い。
【００４９】
本第１実施形態では、不均一なサンプリング周波数を用いて受信信号をサンプリング変換してエコー信号を検出するサンプリング変換方式と、切り出された受信信号とレプリカ信号とのレプリカ相関演算をおこない、信号の検出時刻を算出するレプリカ相関方式を組み合わせて用いている。
したがって、安定した信号検出性能を持つサンプリング変換方式によりエコー信号を正確に検出し、受信信号からエコー信号検出のあった信号区間のみ切り出してレプリカ相関を演算して高い時間分解能を得ることができる。
【００５０】
このようにすることで、エコー信号が全て含まれていてレベルが最大となる切り出し部分だけを取り出してレプリカ相関演算を行うことができ、レプリカ相関演算を行う信号データの範囲を狭く限ることで分解能を向上することができる。さらに、信号処理区間外で発生する誤警報を無視することができ、エコー信号の検出閾値を小さくしても誤警報の少ないエコー信号の検出ができる。
また、レプリカ相関演算はエコー信号検出時刻を連続的に検出するため、不連続な時間検出となるサンプリング変換方式のみ用いた場合よりも信号検出時刻の時間分解能と精度を向上することができる。
【００５１】
ここで、上述したアクティブソーナー装置の動作説明で開示した各工程での実行内容をプログラム化してコンピュータに実行させるように構成しても良い。このようにしても上述した第１実施形態における作用効果と同等の作用効果を得ることができる。
【００５２】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態を図４に基づいて説明する。
ここで、前述した図１の実施形態と同一の構成部材については同一の符号を用いるものとする。
【００５３】
この図２に示すアクティブソーナー装置は、水中にＬＦＭ信号を送信する信号送信部１、目標物２で反射したエコー信号を含む水中音響信号を受信する信号受信部３、受信信号をＬＦＭ信号と同じ周波数変化率で変化するサンプリング信号でサンプリング変換しフーリエ変換を行い最大レベルを検出した信号部分を切り出すと共にドップラーシフト量を算出するサンプリング変換処理手段７、ドップラーシフト量に応じた周波数補正を行った送信ＬＦＭ電気信号と切り出された信号部分とのレプリカ相関演算を行うレプリカ相関処理手段８、および処理結果や信号検出結果を重畳表示する表示部６から構成されている。
【００５４】
この実施の形態が図１に示した第１実施形態と異なる点は、サンプリング変換処理手段７にドップラーシフト量算出部（ドップラーシフト量算出手段）７７が付加されていること、レプリカ相関処理手段８でドップラーシフト量算出部７７が算出した結果に応じてレプリカ信号を補正している点である。
ドップラーシフト発生時においてレプリカ相関をおこなうと、相関度の最大値が小さくなるだけでなく、相関度が最大となる時間にずれが生じる。
図５と図６に、ドップラーシフトがある場合と無い場合におけるレプリカ相関処理結果の概念図を示す。ドップラーシフトが無い場合において、図５のように信号の開始位置で相関度が最大となるとすると、ドップラーシフトにより信号の周波数が低くなった場合には、図６のようにレプリカ信号の下限周波数と一致する場所において相関度の最大値が現れるため、真の信号位置との間にずれが生じる。
【００５５】
この問題を解決するために、サンプリング変換処理手段７の信号検出部７５にドップラーシフト量算出部７７を併設する。ここで、信号検出部７５は、受信信号切り出し手段７６とドップラーシフト算出部７７へ検出結果を出力する。ドップラーシフト量算出部７７は、この検出結果からドップラーシフト量を算出する。
【００５６】
ここで、ドップラーシフト量算出部７７でのドップラードップラーシフト量の算出方法を図７に基づいて説明する。
サンプリング変換部７２では、図７（ａ）に示すように信号の切り出し位置をシフトさせながらループ処理を行う（１）。このとき、シフト幅を切り出し幅よりも小さくしたときには、前に切り出した信号と重なりが生じる。重なりが生じた場合にはエコー信号が複数の処理結果に含まれるので、図７（ｂ）に示すようにスペクトログラム上に周波数とレベルの異なるエコー信号の検出結果が複数表れる（２）。
図７（ｃ）に示すように複数検出したエコー信号のレベルを補間するための補間曲線を描き、その頂点を求める（３）。そうして、頂点に対応する時刻を検出時刻ｔｐとして特定する（４）。
【００５７】
次に、図７（ｂ）に示すように、特定した検出時刻ｔｐに対応する周波数ｆｐを求める（５）。ここで得られた周波数は、信号切り出し位置と信号位置の不一致による周波数のずれを補正した周波数である。この周波数と、サンプリング変換の変換目標とする周波数との差がドップラーシフト量となる。
本第２実施形態では、送信したＬＦＭ信号の下限周波数との差を求めることになる。算出したドップラーシフト量をレプリカ信号生成部８１へ出力する。
【００５８】
ここで、レプリカ相関処理手段８での処理について説明する。
まず、補正レプリカ信号生成部８１で、送信信号のデータからレプリカ信号を生成する。このとき、ドップラーシフト量算出部７６で算出したドップラーシフト量を用いて、送信信号の周波数帯域をドップラーシフト量だけシフトして補正した補正レプリカ信号を生成する。
レプリカ相関部８２は、受信信号切り出し手段７６で切り出された受信電気信号の一部と、補正レプリカ信号生成部８１で補正して生成した補正レプリカ信号との相関度を計算し、時刻算出部８３へ処理結果を出力する。時刻算出部８３は、入力された時系列の相関度データから相関度のレベルが設定した閾値を越えた時刻をエコー信号検出時刻として算出し、表示部６に出力する。
【００５９】
ここで、信号処理区間の制限による効果を図８の説明図に沿って説明する。
図８の（ａ）のように、受信電気信号をループ処理し、全区間でレプリカ相関を実行した場合には、閾値を超えた雑音成分が検出されて誤警報となる。誤警報を少なくするには閾値を大きく設定しなければならないが、閾値を大きくするとエコー信号の検出がしにくくなってしまう。
【００６０】
これに対して、本実施形態のようにエコー信号の存在区間を絞り込んで信号処理区間を制限すると、信号処理区間外で発生する誤警報を無視することができる。そのため、図８の（ｂ）のように閾値を小さくしても誤警報が少なく、エコー信号の安定した検出ができる。
本第２実施形態の場合のように、ドップラーシフト量算出部７６で求めたドップラーシフト量を用いてレプリカ信号を補正した場合には、図３の（ｄ）に示すように相関度の最大値が高くなり、時間のずれも小さくなる。
【００６１】
表示部６に入力された処理結果は、横軸で時間，縦軸で周波数，輝度でレベルを表したスペクトログラムと，横軸を時間，縦軸を相関度，としたグラフを用いて表示され、信号検出結果と時刻検出結果がこれらのグラフ上に重畳表示される。
【００６２】
上述したように、本発明のアクティブソーナー装置は、不均一なサンプリング周波数を用いて受信信号をサンプリング変換してエコー信号を検出するサンプリング変換方式と、切り出された受信信号とレプリカ信号とのレプリカ相関演算を行い、信号の検出時刻を算出するレプリカ相関方式を組み合わせて用いている。
従って、安定した信号検出性能を持つサンプリング変換方式によりエコー信号検出を行うことができ、ドップラーシフト発生時でも安定した信号検出性能が得られる。更に、受信信号からエコー信号検出のあった信号区間のみ切り出して信号処理区間を制限して、レプリカ相関を行うことで、サンプリング変換方式のみを用いる場合よりも高い時間分解能と精度を得ることができる。
【００６３】
また、この第２の実施形態では、サンプリング変換方式での検出結果からドップラーシフト量を算出し、それによって、レプリカ信号を補正し、補正されたレプリカ信号を用いることでドップラーシフトによる信号検出時刻のずれを小さくする。これにより、ドップラーシフト発生時における信号検出時刻の精度を向上させることができる。
その他の構成およびその作用効果は前述した第１実施形態と同一となっている。
【００６４】
ここで、上述したアクティブソーナー装置の動作説明で開示した各工程での実行内容をプログラム化してコンピュータに実行させるように構成しても良い。このようにしても上述した第２実施形態における作用効果と同等の作用効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は以上のように構成され機能するので、アクティブソーナー装置、ことにＬＦＭ信号を用いたアクティブソーナー装置に利用が可能であり、それに関連する信号処理の産業分野で利用の可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明のアクティブソーナー装置の第１実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す第１実施形態の動作フローチャートである。
【図３】第１及び第２の実施形態におけるサンプリング変換処理手段の動作の説明図である。
【図４】本発明のアクティブソーナー装置の第２実施形態の全体構成を示すブロック図である。
【図５】第１実施形態でドップラーシフトが無い場合のレプリカ相関処理結果の概念図である。
【図６】第１実施形態でドップラーシフトが有る場合のレプリカ相関処理結果の概念図である。
【図７】第２実施形態のドップラーシフト量算出部でのドップラーシフト量の算出方法の説明図である。
【図８】第１及び第２の実施形態における信号処理区間の制限による効果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１  信号送信部
２  目標物
３  信号受信部
４，７  サンプリング変換処理手段
５，８  レプリカ相関処理手段
６  表示部
４０，７０  エコー信号検出手段
４１，７１  サンプリング周期計算部
４２，７２  サンプリング変換部
４３，７３  フーリエ変換部
４４，７４  切り出しエコー生成部
４５，７５  信号検出部
４６，７６  受信信号切り出し手段
７７  ドップラーシフト量算出部（ドップラーシフト量算出手段）
８１  補正レプリカ信号生成部
【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７】
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【図８】
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