(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサで構成されるセンサアレイで受信し、分析幅Δfで周波数分割されたセンサ信号を用いて、整相方位に最大感度を有する１次ビームと前記整相方位に零感度を有する複数の０次ビームとを生成し、前記複数の０次ビームの適応フィルタにおけるフィルタリング結果を前記１次ビームから減算して適応整相ビームを得ることにより前記整相方位以外の方位から到来する信号を適応的に除去した適応整相結果を出力する周波数領域適応整相器と、
複数のセンサで構成されるセンサアレイで受信し、分析幅Δfで周波数分割されたセンサ信号を用いて、整相方位に最大感度を有する１次ビームを生成し、前記１次ビームを整相した１次ビーム整相結果を出力する周波数領域整相器と、
前記周波数領域適応整相器の適応整相結果と前記周波数領域整相器の１次ビーム整相結果のそれぞれに対して、分析幅Δνの詳細な周波数分析を実施して適応整相出力周波数分析結果と１次ビーム整相出力周波数分析結果とを生成する周波数分析器と、
前記適応整相出力周波数分析結果を用いて、周波数分析結果の分析幅Δf毎の背景レベルを推定して適応整相出力背景レベル結果を生成する背景レベル算出器と、
前記適応整相出力背景レベル結果を用いて、S/N比の劣化部分を検出し、該S/N比の劣化部分の劣化ビン情報を生成する劣化部分判定器と、
前記劣化ビン情報に基づいて、前記適応整相出力周波数分析結果のS/N比の劣化部分を前記１次ビーム整相出力周波数分析結果に置き換えて適応整相出力周波数分析結果を生成し、出力端子に出力する周波数分析出力埋込処理器と、
を備えていることを特徴とする適応整相出力周波数分析装置。
【請求項２】
前記１次ビーム整相出力周波数分析結果を用いて整相出力背景レベル結果を生成し、該整相出力背景レベル結果と前記適応整相出力背景レベル結果とを用いて、前記劣化部分判定器の劣化ビン情報に基づいて背景レベル調整係数を計算する背景レベル調整器を備え、
前記周波数分析出力埋込処理器は、前記劣化部分判定器の劣化ビン情報と前記背景レベル調整器の背景レベル調整係数に基づいて、前記適応整相出力周波数分析結果のS/N比の劣化部分を、レベル調整を実施した前記１次ビーム整相出力周波数分析結果に置き換えることを特徴とする請求項１記載の適応整相出力周波数分析装置。
【請求項３】
前記背景レベル調整器は、前記１次ビーム整相出力周波数分析結果に対して、積分時間τの積分を実施することで周波数分析結果の平均パワーである１次ビーム整相出力積分結果を生成する長時間積分器と、
前記１次ビーム整相出力積分結果に対して、分析幅Δf毎に積分パワーの中央値を計算することで周波数分析結果の分析幅Δf毎の背景レベルである１次ビーム整相出力背景レベル結果を生成する背景レベル推定器と、
前記１次ビーム整相出力背景レベル結果と前記適応整相出力背景レベル結果とを用いて、前記劣化部分判定器の劣化ビン情報に基づいて前記周波数分析出力埋込処理器での埋め込み処理に使用するための背景レベル調整係数を計算する調整係数算出器と、
を備えていることを特徴とする請求項２記載の適応整相出力周波数分析装置。
【請求項４】
複数のセンサで構成されるセンサアレイで受信し、分析幅Δfで周波数分割されたセンサ信号を用いて、整相方位に最大感度を有する１次ビームと前記整相方位に零感度を有する複数の０次ビームとを生成し、前記複数の０次ビームの適応フィルタにおけるフィルタリング結果を前記１次ビームから減算して適応整相ビームを得ることにより前記整相方位以外の方位から到来する信号を適応的に除去した適応整相結果を出力する周波数領域適応整相器と、
複数のセンサで構成されるセンサアレイで受信し、分析幅Δfで周波数分割されたセンサ信号を用いて、整相方位に最大感度を有する１次ビームを生成し、前記１次ビームを整相した１次ビーム整相結果を出力する周波数領域整相器と、
前記適応整相結果のS/N比の劣化部分を前記１次ビーム整相結果に置き換えを実施して埋込済み適応整相結果を生成する整相出力埋込処理器と、
前記埋込済み適応整相結果に対して、分析幅Δνの詳細な周波数分析を実施して適応整相出力周波数分析結果を生成し、出力端子に出力する周波数分析器と、
前記周波数分析器が前記整相出力埋込処理器からの前記埋込済み適応整相結果に対して、分析幅Δνの詳細な周波数分析を実施して生成した適応整相出力周波数分析結果を用いて、周波数分析結果の分析幅Δf毎の背景レベルを推定して適応整相出力背景レベル結果を生成する背景レベル算出器と、
前記適応整相出力背景レベル結果を用いて、S/N比の劣化部分の劣化ビン情報を生成する劣化部分判定器とを備え、
前記整相出力埋込処理器は、前記劣化部分判定器によって生成された前記劣化ビン情報に基づいて、前記適応整相結果のS/N比の劣化部分を前記１次ビーム整相結果に置き換えを実施することを特徴とする適応整相出力周波数分析装置。
【請求項５】
前記適応整相出力背景レベル結果と前記劣化ビン情報とから背景レベル調整係数を計算し、前記劣化ビン情報と前記背景レベル調整係数に基づいて、前記適応整相出力周波数分析結果における１次ビーム整相結果が埋め込まれた周波数ビン部分の背景レベルを調整して、その結果を出力端子に出力する背景レベル調整器を備えていることを特徴とする請求項４記載の適応整相出力周波数分析装置。
【請求項６】
前記劣化部分判定器は、
前記適応整相出力背景レベル結果に対して、分析幅Δf毎に周波数幅Δfn(＞Δf)内の移動平均値を計算して、移動平均値を正規化係数として生成する周波数方向移動平均器と、
前記適応整相出力背景レベル結果を前記正規化係数で除算することで背景レベルの正規化を実施して適応整相出力正規化結果を生成する正規化器と、
前記適応整相出力正規化結果に対して、あらかじめ設定した閾値を超える部分をS/N比の劣化部分として検出し、該S/N比の劣化部分の劣化ビン情報を生成する劣化情報検出器と、
を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の適応整相出力周波数分析装置。
【請求項７】
前記劣化部分判定器は、前記劣化情報検出器で生成した劣化ビン情報に対して、外部情報入力端子から入力した外部埋込情報を用いて劣化ビン情報の修正・変更を実施し、修正・変更を実施した劣化ビン情報を生成する埋込情報入力器を備えていることを特徴とする請求項６に記載の適応整相出力周波数分析装置。
【請求項８】
前記背景レベル算出器は、
前記適応整相出力周波数分析結果に対して、積分時間τの積分を実施することで周波数分析結果の平均パワーである適応整相出力積分結果を生成する長時間積分器と、
前記適応整相出力積分結果に対して、分析幅Δf毎に積分パワーの中央値を計算することで周波数分析結果の分析幅Δf毎の背景レベルである適応整相出力背景レベル結果を生成する背景レベル推定器と、
を備えていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の適応整相出力周波数分析装置。
【請求項９】
前記劣化部分判定器は前記周波数方向移動平均器の代わりに、
前記適応整相出力背景レベル結果に対して、分析幅Δf毎に空間方向の背景レベル結果の統計量を計算することで背景雑音レベルを推定し、推定した背景雑音レベルを正規化係数として生成する空間方向背景レベル推定器を備えていることを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の適応整相出力周波数分析装置。
【請求項１０】
前記空間方向背景レベル推定器の前記統計量は、空間方向の背景レベル結果の中央値、最小値又は平均値のいずれかであることを特徴とする請求項９記載の適応整相出力周波数分析装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の適応整相出力周波数分析装置を、複数の整相方位に対応して複数段並列に設けたことを特徴とする適応整相出力周波数分析システム。
【請求項１２】
コンピュータにおいて、請求項１〜１０のいずれかに記載の適応整相出力周波数分析装置、又は、請求項１１記載の適応整相出力周波数分析システムの機能を実現させるための適応整相出力周波数分析プログラム。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれかに記載の適応整相出力周波数分析装置、又は、請求項１１記載の適応整相出力周波数分析システムを用いたパッシブソーナー。
【請求項１４】
請求項１〜１０のいずれかに記載の適応整相出力周波数分析装置、又は、請求項１１記載の適応整相出力周波数分析システムを用いたアクティブソーナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、パッシブソーナー等で目標の方位推定等を行うために、直線又は円周上等に配置された複数の音響センサで受信された音響信号（音波）から干渉波を適応的に除去することにより目標信号のみを抽出し、その目標信号を詳細に周波数分析して目標信号の周波数特性を観測する適応整相出力周波数分析装置、適応整相出力周波数分析システム及び適応整相出力周波数分析プログラム並びにパッシブソーナーもしくは、アクティブソーナーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は本願発明の先行技術として本件出願人の先願である先行技術の適応整相装置を示す。
かかる適応整相装置は、センサ信号入力端子INからのセンサ信号に対して適応整相を実施して適応整相結果を出力する周波数領域適応整相器１と、センサ信号入力端子からのセンサ信号に対して従来からの１次ビームの整相を実施して整相結果を出力する周波数領域整相器２と、周波数領域適応整相器１からの適応フィルタ係数に対して劣化判定を実施して判定結果を出力する劣化判定器１３と、劣化判定器１３からの判定結果を用いて周波数領域適応整相器１からの適応整相結果と周波数領域整相器２からの整相結果のどちらか一方の整相結果を選択して出力端子OUTに出力するセレクタ１４とで構成されている。
以下、適応整相をABF（Adaptive BeamForming の略称）、従来整相をCBF（Conventional BeamForming の略称）と呼ぶ。
【０００３】
以下に、前記適応整相装置の動作を説明する。
周波数領域適応整相器１は、センサアレイで受信して分析幅ΔfでFFT（高速フーリエ変換）、ウエーブレット変換等したセンサ信号をセンサ信号入力端子INから入力し、センサ信号を用いて整相方位に最大感度を有する１次ビーム（プライマリビーム）と整相方位に零感度を有する複数の０次ビーム（参照ビーム）とを生成し、複数の０次ビームを入力とした適応フィルタにおけるフィルタリング結果を１次ビームから減算することで、整相方位以外の方位から到来する信号を適応的に除去したABF結果を生成し、ABF結果をセレクタ１４に出力し、適応フィルタにおける適応フィルタ係数を劣化判定器１３に出力する。
周波数領域整相器２は、センサ信号入力端子INからセンサアレイで受信されたセンサ信号を入力し、センサ信号を用いて整相方位に最大感度を有する１次ビームを生成し、生成した１次ビームをCBF結果としてセレクタ１４に出力する。
【０００４】
劣化判定器１３は、周波数領域適応整相器１からの適応フィルタ係数を用いて、ABF結果における所望信号のS/N比の劣化（レベル低下と背景レベル上昇）[以下、「S/N比の劣化」と称する]の有無を判定し、所望信号が劣化しないと判定した場合には第１の信号を、所望信号が劣化すると判定した場合には第２の信号を判定信号としてセレクタ１４に出力する。
セレクタ１４は、劣化判定器１３からの判定信号と、周波数領域適応整相器１からのABF結果と、周波数領域整相器２からのCBF結果を入力し、判定信号が第１の信号の場合にはABF結果を選択して出力端子OUTに出力し、判定信号が第２の信号の場合にはCBF結果を選択してABF結果として出力端子OUTに出力する。
【０００５】
以上の動作により、ABF結果における所望信号のS/N比の劣化を周波数領域適応整相器１内の適応フィルタ係数を用いて判定し、その判定結果に応じてABF結果とCBF結果のいずれかを選択して出力することで、所望信号のS/N比の劣化が生じたABF結果を後段に出力しないようにし、所望信号のS/N比の劣化が低減されたABF結果を後段に出力する。
また別の技術においては、劣化判定器１３において周波数領域適応整相器１からの０次ビームと１次ビームとのレベル差を用いてABF結果における所望信号のS/N比の劣化を判定し、セレクタ１４において判定結果に応じてABF結果とCBF結果を選択して出力端子に出力する。
なお、本件出願人の先願である適応整相装置の従来例として特許文献１がある。
【特許文献１】特開２００３−２３２８４９号公報（第１頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、センサアレイを構成する各音響センサの位置誤差、各センサ信号の振幅や位相のバラツキ、音響センサのいずれかの故障等が原因で、センサ信号に振幅や位相のバラツキ（誤差）が発生する。
先行技術の適応整相装置において、そのセンサ信号に振幅や位相のバラツキ（誤差）があり、所望信号が非常にS/N比が良い狭帯域信号の場合、周波数領域適応整相器１の出力であるABF結果において、所望信号のS/N比の劣化が生じてしまうが、そのABF結果における所望信号のS/N比の劣化を周波数領域適応整相器１内の適応フィルタにおける適応フィルタ係数を用いて判定し、その判定結果に応じてABF結果とCBF結果を選択して出力することにより、所望信号のS/N比の劣化を低減した適応整相器出力を生成している。
また、別の技術では、ABF結果における所望信号のS/N比の劣化を周波数領域適応整相器１内の０次ビーム（参照ビーム）と１次ビームとのレベル差から判定し、その判定結果に応じてABF結果とCBF結果を選択して出力することにより、所望信号のS/N比の劣化を低減した適応整相器出力を生成している。
【０００７】
しかしながら、上記先行技術の適応整相装置においては、所望信号のS/N比の劣化の判定精度向上に限界があり、周波数領域適応整相器１本来の干渉信号の除去効果と所望信号のS/N比の劣化の低減効果とのトレードオフの細かな調整[ある周波数帯域では所望信号のS/N比の劣化の低減効果を優先し、同時に別の周波数帯域では干渉信号の除去効果を優先するというような細かな判定の設定]が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る適応整相出力周波数分析装置は、複数のセンサで構成されるセンサアレイで受信し、分析幅Δfで周波数分割されたセンサ信号を用いて、整相方位に最大感度を有する１次ビームと前記整相方位に零感度を有する複数の０次ビームとを生成し、前記複数の０次ビームの適応フィルタにおけるフィルタリング結果を前記１次ビームから減算して適応整相ビームを得ることにより前記整相方位以外の方位から到来する信号を適応的に除去した適応整相結果を出力する周波数領域適応整相器と、複数のセンサで構成されるセンサアレイで受信し、分析幅Δfで周波数分割されたセンサ信号を用いて、整相方位に最大感度を有する１次ビームを生成し、前記１次ビームを整相した１次ビーム整相結果を出力する周波数領域整相器と、前記周波数領域適応整相器の適応整相結果と前記周波数領域整相器の１次ビーム整相結果のそれぞれに対して、分析幅Δνの詳細な周波数分析を実施して適応整相出力周波数分析結果と１次ビーム整相出力周波数分析結果とを生成する周波数分析器と、前記適応整相出力周波数分析結果を用いて、周波数分析結果の分析幅Δf毎の背景レベルを推定して適応整相出力背景レベル結果を生成する背景レベル算出器と、前記適応整相出力背景レベル結果を用いて、S/N比の劣化部分を検出し、該S/N比の劣化部分の劣化ビン情報を生成する劣化部分判定器と、前記劣化ビン情報に基づいて、前記適応整相出力周波数分析結果のS/N比の劣化部分を前記１次ビーム整相出力周波数分析結果に置き換えて適応整相出力周波数分析結果を生成し、出力端子に出力する周波数分析出力埋込処理器とを備えて構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は以上説明したとおり、周波数領域適応整相器の適応整相結果の出力に対する周波数分析器による分析幅Δνの詳細な周波数分析結果である適応整相出力周波数分析結果に基づいて背景レベル算出器が分析幅Δν毎の背景レベルを推定して適応整相出力背景レベル結果を生成し、劣化部分判定器が適応整相出力背景レベル結果を用いてS/N比の劣化部分を検出し、さらに該S/N比の劣化部分の劣化ビン情報を生成し、周波数分析出力埋込処理器が前記劣化ビン情報に基づいて、前記適応整相出力周波数分析結果のS/N比の劣化部分を周波数領域整相器の１次ビーム整相結果の出力に対する周波数分析器による分析幅Δνの詳細な周波数分析結果である１次ビーム整相出力周波数分析結果に置き換える埋込処理を実施して適応整相出力周波数分析結果として出力することで、S/N比の劣化低減と干渉信号除去効果のトレードオフの細かな調整を以前よりもきめ細かに実施することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図、図２はＡＢＦ出力周波数分析結果とＣＢＦ出力周波数分析結果を示す波形図、図３は同適応整相出力周波数分析装置の各処理器の出力結果を示す波形図である。
図１において、周波数領域適応整相器１は、センサ信号をセンサ信号入力端子を介して入力し、分析幅Δfでの適応整相を実施し、適応整相結果を周波数分析器３に出力する。以下、適応整相をABF（Adaptive BeamForming の略称）と呼ぶ。
周波数領域整相器２は、センサ信号をセンサ信号入力端子INを介して入力し、分析幅Δfでの従来の１次ビームの整相を実施し、１次ビーム整相結果を周波数分析器4に出力する。以下、１次ビーム整相をCBF（Conventional BeamForming の略称）と呼ぶ。
周波数分析器３は、分析幅ΔfのABF結果に対して複素FFTを用いて分析幅Δν(＜Δf)の詳細な周波数分析を実施して周波数分析結果を生成し、その結果のABF出力周波数分析結果を背景レベル算出器５の長時間積分器５ａと周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
【００１１】
周波数分析器４は、分析幅ΔfのCBF結果に対して複素FFT等を用いて分析幅Δν(＜Δf)の詳細な周波数分析を実施して周波数分析結果を生成し、その結果のCBF出力周波数分析結果を周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
長時間積分器５ａは、ABF出力周波数分析結果に対し積分時間τの積分を実施することで周波数分析結果の平均パワーを計算し、その計算のABF出力積分結果を背景レベル推定器５ｂに出力する。
背景レベル推定器５ｂは、ABF出力積分結果に対し分析幅Δf毎の中央値を計算し、その計算結果をABF出力背景レベル結果として劣化部分判定器６の周波数方向移動平均器６ａと正規化器６ｂとに出力する。
【００１２】
周波数方向移動平均器６ａは、ABF出力背景レベル結果に対して移動平均値を分析幅Δf毎に計算し、その結果をABF出力正規化係数として正規化器６ｂに出力する。
正規化器６ｂは、分析幅Δf毎にABF出力正規化係数でABF出力背景レベル結果を除算し、その結果をABF出力正規化結果として劣化情報検出器６ｃに出力する。
劣化情報検出器６ｃは、ABF出力正規化結果に対して閾値処理を実施し、閾値Thを超える周波数ビンをS/N比の劣化部分として検出し、検出したS/N比の劣化部分の劣化ビン情報を周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
周波数分析出力埋込処理器７は、劣化ビン情報に基づいて、ABF出力周波数分析結果におけるS/N比の劣化部分にCBF出力周波数分析結果の埋め込みを実施し、その結果のABF出力周波数分析結果を出力端子OUTに出力する。
【００１３】
次に、本発明の実施の形態１の適応整相出力周波数分析装置の動作について説明する。
その動作の説明の前に図２と図３について説明する。
図２の実線は複素FFTを用いてABF結果を詳細に周波数分析した結果のABF出力周波数分析結果を示し、図２の破線は複素FFTを用いてCBF結果を詳細に周波数分析した結果のCBF出力周波数分析結果を示している。
図３は本発明の実施の形態１の適応整相出力周波数分析装置の各処理器の出力結果の例を示している。なお、図２のABF出力周波数分析結果の特性は、図３のABF出力周波数分析結果におけるS/N比の劣化部分を拡大した特性である。
そして、図２を見ると、ABF出力周波数分析結果の分析幅Δfの範囲（☆の劣化ビン部分）において所望信号のレベル低下（ABF出力SL ＜ CBF出力SL）と背景レベル上昇（ABF出力NL ＞ CBF出力NL）が発生していることが分かる。
そこで、本発明では、以下の各処理器の一連の動作によってABF出力周波数分析結果のS/N比の劣化部分の検出と、S/N比の劣化部分に対するCBF出力周波数分析結果の埋め込み処理が実施されることとなる。
【００１４】
周波数領域適応整相器１は、センサアレイ等で受信して分析幅ΔfでFFTしたセンサ信号をセンサ信号入力端子INを介して入力し、センサ信号を用いて整相方位に最大感度を有する１次ビームと整相方位に零感度を有する複数の０次ビームとを生成し、複数の０次ビームを入力とした適応フィルタにおけるフィルタリング結果を１次ビームから減算してABF結果Dabf(t,bn,m)を生成し、そのABF結果Dabf(t,bn,m)を周波数分析器３に出力する。
ここで、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
【００１５】
周波数領域整相器２は、センサアレイ等で受信されたセンサ信号を分析幅ΔfでFFTしたセンサ信号をセンサ信号入力端子INを介して入力し、センサ信号を用いて整相方位に最大感度を有する１次ビームを生成し、その１次ビームをCBF結果Dcbf(t,bn,m)として周波数分析器４に出力する。
ここで、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
【００１６】
周波数分析器３は、周波数領域適応整相器１の出力であるABF結果Dabf(t,bn,k)に対し、複素FFTを用いて分析幅Δν(＝Δf／Nν)の詳細な周波数分析を実施し、その結果のABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)を長時間積分器５ａと周波数分析出力埋込処理器７とに出力する。
ここで、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
【００１７】
周波数分析器４は、周波数領域整相器２の出力であるCBF結果Dcbf(t,bn,k)に対し、複素FFTを用いて分析幅Δν(＝Δf／Nν)の詳細な周波数分析を実施し、その結果のCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)を周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
ここで、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
【００１８】
長時間積分器５ａは、周波数分析器３の出力であるABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)に対し(1)式を用いて積分時間τでの積分を行い、その結果のABF出力積分結果Fabf(t,bn,k)を背景レベル推定器５ｂに出力する。(1)式での積分は、積分定数αによって積分時間τが設定される指数積分を実施している。
図３に示すように、長時間積分器５ａにおいて積分を実施することでABF出力積分結果のレベル分布は安定し、その結果、劣化情報検出器６ｃでのS/N比の劣化部分（図２中の☆部分、図３中の☆部分）の検出を安定させている。
k=[(m-1)×Nν＋1, (m-1)×Nν＋2,・・・, (m-1)×Nν＋Nν]
Fabf(t,bn,k)＝α・Eabf(t,bn,k)＋(1-α)・Fabf(t-1,bn,k)
Fabf(1,bn,k)＝α・Eabf(1,bn,k)              (1)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
α：積分定数（積分時間τより計算される）
【００１９】
背景レベル推定器５ｂは、長時間積分器５ａの出力であるABF出力積分結果Fabf(t,bn,k)に対し(2)式を用いて分析幅Δf毎の中央値を計算し、その結果をABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)として周波数方向移動平均器６ａと正規化器６ｂに出力する。
図３に示すように、背景レベル推定器５ｂにおいては、積分結果の分析幅Δf毎の中央値を計算することで、分析幅Δf毎の背景レベルの代表値を推定する。
k=[(m-1)×Nν＋1, (m-1)×Nν＋2,・・・, (m-1)×Nν＋Nν]
Gabf(t,bn,m)＝Ｍed[ Fabf(t,bn,k) ]                  (2)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
Ｍed[]：メジアン処理関数（[]内のデータ値列の中央値を出力する関数）
【００２０】
周波数方向移動平均器６ａは、背景レベル推定器５ｂの出力であるABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)に対し、(3)式を用いて周波数方向に移動平均値を計算することで背景雑音レベルを推定し、その結果をABF出力正規化係数C(t,bn,m)として正規化器６ｂに出力する。
(3)式では、移動平均周波数幅Δfn、移動平均周波数間隔Δfdによって移動平均処理を行い、センサ信号に含まれる背景雑音レベルを推定している。
【００２１】
【数１】
0004821201.tif 000002
【００２２】
正規化器６ｂは、背景レベル推定器５ｂの出力であるABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)に対し、周波数方向移動平均器６ａの出力であるABF出力正規化係数C(t,bn,m)を用いて、(4)式により正規化を行い、その結果をABF出力正規化結果H(t,bn,m)として劣化情報検出器６ｃに出力する。
図３に示すように、正規化器６ｂにおいては、ABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)をABF出力正規化係数C(t,bn,m)により除算することで、ABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)を全周波数帯域（m＝1,2,3,・・・,Nf）に渡って正規化している。
この正規化により、センサ信号に含まれる背景雑音レベルが劣化情報検出器６ｃにおいてS/N比の劣化部分として誤検出されることを防ぎ、その結果、劣化情報検出器６ｃでのS/N比の劣化部分（図３中の☆部分）の検出を安定させている。
H(t,bn,m)＝Gabf(t,bn,m)/C(t,bn,m)          (4)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
【００２３】
劣化情報検出器６ｃは、正規化器６ｂの出力であるABF出力正規化結果H(t,bn,m)に対し、(5)式により正規化レベルが劣化ビン検出閾値Thを超える周波数ビンをS/N比の劣化部分として検出し、検出したS/N比の劣化部分の劣化ビン情報J(t,bn,m)を周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
図３に示すように、ABF出力正規化結果H(t,bn,m)におけるS/N比の劣化部分のレベルが、劣化していない前後周波数ビンのレベルよりも大きく現れる。劣化情報検出器６ｃでは、あらかじめ設定された閾値で処理することによってS/N比の劣化部分を検出することができる。
J(t,bn,m)＝1  ,  if H(t,bn,m) >= Th
J(t,bn,m)＝0  ,  if H(t,bn,m) < Th      (5)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
Th:劣化ビン検出閾値
【００２４】
周波数分析出力埋込処理器７は、周波数分析器3の出力であるABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)に対し、周波数分析器４の出力であるCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)を用いて、(6)式により劣化情報検出器６ｃの出力である劣化ビン情報J(t,bn,m)に基づいてABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)のS/N比の劣化部分にCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)の同ビン部分を埋め込み、その結果のS/N比の劣化のない干渉信号の除去されたABF出力周波数分析結果Iabf(t,bn,k)を出力端子OUTに出力する。
k=[(m-1)×Nν＋1, (m-1)×Nν＋2,・・・, (m-1)×Nν＋Nν]
Iabf(t,bn,k)＝Ecbf(t,bn,k)     ,  if J(t,bn,m)＝1
Iabf(t,bn,k)＝Eabf(t,bn,k)    ,  if J(t,bn,m)＝0      (6)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
出力端子OUTには、例えばディスプレイ表示処理が接続される。ディスプレイ表示処理においては、横軸に周波数、縦軸にサンプルとし、分析結果レベルを濃淡表示（Ｂスコープ表示）することで、オペレータにABF出力周波数分析結果Iabf(t,bn,k)を提示する。
【００２５】
以上詳細に説明したように、実施の形態１では、周波数領域適応整相器１のABF結果の出力に対する周波数分析器３による分析幅Δνの詳細な周波数分析結果であるABF出力周波数分析結果に基づいて背景レベル算出器５が分析幅Δf毎の背景レベルを推定して適応整相出力背景レベル結果を生成し、劣化部分判定器６が適応整相出力背景レベル結果を用いてS/N比の劣化部分を検出し、さらにS/N比の劣化部分のビン番号の劣化ビン情報を生成し、周波数分析出力埋込処理器７が前記劣化ビン情報に基づいて、前記ABF出力周波数分析結果のS/N比の劣化部分を周波数領域整相器２のCBF結果の出力に対する周波数分析器４による分析幅Δνの詳細な周波数分析結果であるCBF出力周波数分析結果に置き換える埋込処理を実施して適応整相出力周波数分析結果として出力することで、S/N比の劣化低減と干渉信号除去効果のトレードオフの細かな調整を以前よりもきめ細かに実施することができることとなった。
【００２６】
実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図である。
この実施の形態２は、図１の実施の形態１における周波数分析器４と周波数分析出力埋込処理器７との接続の間に、新たに背景レベル調整器８（長時間積分器８ａと背景レベル推定器８ｂと調整係数算出器８ｃで構成されている）を設けたものである。
以下に、実施の形態１と異なる部分について説明する。
周波数分析器４は、分析幅ΔfのCBF結果に対して複素FFT等を用いて分析幅Δν(＜Δf)の詳細な周波数分析を実施して周波数分析結果を生成し、その結果のCBF出力周波数分析結果を背景レベル調整器８の長時間積分器８ａと周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
また、背景レベル算出器５の背景レベル推定器５ｂは、ABF出力積分結果に対し分析幅Δf毎の中央値を計算し、その結果をABF出力背景レベル結果として周波数方向移動平均器６ａと正規化器６ｂと調整計数算出器８ｃに出力する。
【００２７】
劣化部分判定器６の劣化情報検出器６ｃは、ABF出力正規化結果に対して閾値処理を実施し、閾値Thを超える周波数ビンをS/N比の劣化部分として検出し、検出したS/N比の劣化部分の劣化ビン情報を調整係数算出器８ｃと周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
長時間積分器８ａは、CBF出力周波数分析結果に対し積分時間τの積分を実施することで周波数分析結果の平均パワーを計算し、その結果のCBF出力積分結果を背景レベル推定器８ｂに出力する。
背景レベル推定器８ｂは、CBF出力積分結果に対し分析幅Δf毎の中央値を計算し、その計算結果をCBF出力背景レベル結果として調整係数算出器８ｃに出力する。
調整係数算出器８ｃは、劣化ビン情報に基づいて、周波数分析出力埋込処理器７でのABF出力背景レベル結果に対するCBF出力周波数分析結果の埋め込み処理時に使用するための背景レベル調整係数を計算し、背景レベル調整係数をその周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
【００２８】
また、劣化部分判定器６の正規化器６ｂは、分析幅Δf毎にABF出力正規化係数でABF出力背景レベル結果を除算し、その結果をABF出力正規化結果として劣化情報検出器６ｃに出力する。
劣化情報検出器６ｃは、ABF出力正規化結果に対して閾値処理を実施し、閾値Thを超える周波数ビンをS/N比の劣化部分として検出し、検出したS/N比の劣化部分の劣化ビン情報を調整係数算出器８ｃと周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
周波数分析出力埋込処理器７は、背景レベル調整係数と劣化ビン情報に基づいて、ABF出力周波数分析結果におけるS/N比の劣化部分にCBF出力周波数分析結果の埋め込みを実施し、その結果のABF出力周波数分析結果を出力端子OUTに出力する。
【００２９】
次に、本発明の実施の形態２の適応整相出力周波数分析装置の動作について説明する。
以降は、実施の形態１と異なる部分について説明する。
周波数分析器４は、周波数領域整相器２の出力であるCBF結果Dcbf(t,bn,k)に対し、複素FFTを用いて分析幅Δν(＝Δf／Nν)の詳細な周波数分析を実施し、その結果のCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)を長時間積分器８ａと周波数分析出力埋込処理器７とに出力する。
ここで、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
【００３０】
背景レベル推定器５ｂは、長時間積分器５ａの出力であるABF出力積分結果Fabf(t,bn,k)に対し(2)式を用いて分析幅Δf毎の中央値を計算し、その結果のABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)を周波数方向移動平均器６ａと正規化器６ｂと背景レベル調整器８ｃに出力する。
劣化情報検出器６ｃは、正規化器６ｂの出力であるABF出力正規化結果H(t,bn,m)に対し、(5)式により正規化レベルが劣化ビン検出閾値Thを超える周波数ビンをS/N比の劣化部分として検出し、検出したS/N比の劣化部分の劣化ビン情報J(t,bn,m)を調整係数算出器８ｃと周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
【００３１】
長時間積分器８ａは、周波数分析器４の出力であるCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)に対し(7)式を用いて積分時間τでの積分を行い、その結果のCBF出力積分結果Fcbf(t,bn,k)を背景レベル推定器８ｂに出力する。(7)式での積分は、積分定数αによって積分時間τが設定される指数積分を実施している。
k=[(m-1)×Nν＋1, (m-1)×Nν＋2,・・・, (m-1)×Nν＋Nν]
Fcbf(t,bn,k)＝α・Ecbf(t,bn,k)＋(1-α)・Fcbf(t-1,bn,k)
Fcbf(1,bn,k)＝α・Ecbf(1,bn,k)          (7)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
α：積分定数（積分時間τより計算される）
【００３２】
背景レベル推定器８ｂは、長時間積分器８ａの出力であるCBF出力積分結果Fcbf(t,bn,k)に対し(8)式を用いて分析幅Δf毎の中央値を計算し、その結果のCBF出力背景レベル結果Gcbf(t,bn,m)を調整係数算出器８ｃに出力する。
k=[(m-1)×Nν＋1, (m-1)×Nν＋2,・・・, (m-1)×Nν＋Nν]
Gcbf(t,bn,m)＝Ｍed[ Fcbf(t,bn,k) ]        (8)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
Ｍed[]：メジアン処理関数（[]内のデータ値列の中央値を出力する関数）
【００３３】
調整係数算出器８ｃは、劣化情報検出器６ｃの出力である劣化ビン情報J(t,bn,m)に基づいて、背景レベル推定器５ｂの出力であるABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)と背景レベル推定器８ｂの出力であるCBF出力背景レベル結果Gcbf(t,bn,m)を用いて、周波数分析出力埋込処理器７がABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)のS/N比の劣化（レベル低下と背景レベル上昇）部分にCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)の同ビン部分を埋め込む時に使用する背景レベル調整係数K(t,bn,k)を(9)式により計算し、背景レベル調整係数K(t,bn,k)を周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
周波数分析出力埋込処理器７では、この背景レベル調整係数を用いて埋め込みを実施することにより、背景レベルにレベル段差のないABF出力周波数分析結果Iabf(t,bn,k)を生成することができる。
k=[(m-1)×Nν＋1, (m-1)×Nν＋2,・・・, (m-1)×Nν＋Nν]
NGabf(t,bn,m)＝{Gabf(t,bn,m−1)＋Gabf(t,bn,m＋1)}/2
K(t,bn,k)＝NGabf(t,bn,m)/Gcbf(t,bn,m)    ,  if J(t,bn,m)＝1
K(t,bn,k)＝1              ,  if J(t,bn,m)＝0                                                                                    (9)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
【００３４】
周波数分析出力埋込処理器７は、周波数分析器３の出力であるABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)と周波数分析器４の出力であるCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)とを用いて、(10)式により劣化情報検出器６ｃの出力である劣化ビン情報J(t,bn,m)と調整係数算出器８ｃの出力である背景レベル調整係数K(t,bn,k)とに基づいてABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)のS/N比の劣化部分にCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)の同ビン部分を埋め込み、その結果のS/N比の劣化のない干渉信号の除去されたABF出力周波数分析結果Iabf(t,bn,k)を出力端子に出力する。
周波数分析出力埋込処理器７では、この背景レベル調整係数K(t,bn,k)を用いて埋め込みを実施することにより、背景レベルにレベル段差のないABF出力周波数分析結果Iabf(t,bn,k)を生成することができる。
k=[(m-1)×Nν＋1, (m-1)×Nν＋2,・・・, (m-1)×Nν＋Nν]
Iabf(t,bn,k)＝Ecbf(t,bn,k)×K(t,bn,k)    ,  if J(t,bn,m)＝1
Iabf(t,bn,k)＝Eabf(t,bn,k)      ,  if J(t,bn,m)＝0
(10)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
【００３５】
以上詳細に説明したように、実施の形態２では、実施の形態１において新たに背景レベル調整器８（長時間積分器８ａと背景レベル推定器８ｂと調整係数算出器８ｃで構成されている）を追加することで、実施の形態１と比較して装置規模は大きくなってしまうが、以下に示す実施の形態１以上の効果が得られる。
実施の形態１では、周波数分析出力埋込処理器７の出力のABF出力周波数分析結果において、埋め込み部分のABF出力周波数分析結果と埋め込まれたCBF出力周波数分析結果との間で背景レベル差が生じ、その結果、オペレータが埋め込み部分の背景レベル差を信号として誤認識してしまう場合があった。
これに対して実施の形態２では、周波数分析器４と周波数分析出力埋込処理器７との間に、新たに背景レベル調整器８を設けることにより、周波数分析出力埋込処理器７において埋め込み部分のABF出力周波数分析結果と埋め込まれたCBF出力周波数分析結果との間で背景レベル差がなくなるように調整することができるようになり、オペレータが埋め込み部分の背景レベル差を信号として誤認識してしまうことを解消することができる。
【００３６】
実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図である。
この実施の形態３は、図１の実施の形態１における劣化部分判定器６を劣化部分判定器１６に置き換えたものである。
その劣化部分判定器１６は、実施の形態１の劣化部分判定器６における劣化情報検出器６ｃの後段に、埋込情報入力端子UJINが接続された埋込情報入力器１６ｄを設けたものである。
従って、劣化部分判定器１６は、周波数方向移動平均器１６ａ、正規化器１６ｂ、劣化情報検出器１６ｃ及び埋込情報入力器１６ｄで構成されることとなる。これら周波数方向移動平均器１６ａ、正規化器１６ｂ及び劣化情報検出器１６ｃの構成は実施の形態１の周波数方向移動平均器６ａ、正規化器６ｂ及び劣化情報検出器６ｃと同様である。
【００３７】
以降、実施の形態１と異なる部分について説明する。
埋込情報入力器１６ｄは、劣化情報検出器１６ｃからの劣化ビン情報と埋込情報入力端子UJINからの外部埋込情報とを用いて論理演算を実施し、その結果の劣化ビン情報を周波数分析出力埋込処理器７に出力する。
【００３８】
本発明の実施の形態３の適応整相出力周波数分析装置の動作について説明する。
以降、実施の形態１と異なる部分について説明する。
埋込情報入力器１６ｄは、劣化情報検出器１６ｃの出力である劣化ビン情報J(t,bn,m)と埋込情報入力端子UJINから入力した外部埋込情報JK(t,bn,m)との論理演算を計算し、論理演算結果を劣化ビン情報L(t,bn,m)として周波数分析出力埋込処理器７に出力する。例えば、劣化ビン情報J(t,bn,m)と外部埋込情報JK(t,bn,m)との論理積演算を実施する場合は、（11）式を用いる。
【００３９】
【数２】
0004821201.tif 000003
【００４０】
周波数分析出力埋込処理器７は、周波数分析器３の出力であるABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)と周波数分析器４の出力であるCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)とを用いて、(12)式により埋込情報入力器１６ｄの出力である劣化ビン情報L(t,bn,m)に基づいてABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)のS/N比の劣化部分にCBF出力周波数分析結果Ecbf(t,bn,k)の同ビン部分を埋め込み、その結果のS/N比の劣化のない干渉信号の除去されたABF出力周波数分析結果Iabf(t,bn,k)を出力端子に出力する。
k=[(m-1)×Nν＋1, (m-1)×Nν＋2,・・・, (m-1)×Nν＋Nν]
Iabf(t,bn,k)＝Ecbf(t,bn,k)     ,  if L(t,bn,m)＝1
Iabf(t,bn,k)＝Eabf(t,bn,k)    ,  if L(t,bn,m)＝0                                                                          (12)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
【００４１】
以上詳細に説明したように、実施の形態３では、実施の形態１において新たに埋込情報入力端子UJINと埋込情報入力器１６ｄを追加することで実施の形態１と比較して装置規模は大きくなってしまうが、以下に示す実施の形態１以上の効果が得られる。
実施の形態１では、劣化情報検出器６ｃの閾値処理において検出されないS/N比の劣化部分が、周波数分析出力埋込処理器７で埋め込み処理されることなく出力端子OUTに出力されてしまう場合があった。
これに対して実施の形態３では、劣化情報検出器１６ｃで検出されないS/N比の劣化部分の劣化ビン情報J(t,bn,m)をオペレータの指示（外部埋込情報）に基づく埋込情報入力器１６ｄによる埋込実施指示J(t,bn,m)=1で修正することで埋め込みを実施できるようになる。
また、劣化情報検出器１６ｃで検出されたS/N比の劣化部分の劣化ビン情報J(t,bn,m)をオペレータの指示（外部埋込情報）に基づく埋込情報入力器１６ｄによる埋込解除指示J(t,bn,m)=0で修正することで埋め込みを解除できるようになり、その結果、S/N比の劣化低減よりも干渉信号の除去効果を発揮することを優先させることができるようになるなど、オペレータや外部装置からの外部埋込情報（埋込解除／埋込実施指示）を柔軟に反映した周波数分析出力の埋め込み処理が可能となる。
【００４２】
実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図である。
この実施の形態４は、図１の実施の形態１における劣化部分判定器６を劣化部分判定器２６に置き換えたものである。
その劣化部分判定器２６は、実施の形態１の劣化部分判定器６の周波数方向移動平均器６ａを空間方向背景レベル推定器２６ａに置き換えたものである。
従って、劣化部分判定器２６は、空間方向背景レベル推定器２６ａ、正規化器２６ｂ及び劣化情報検出器２６ｃで構成されることとなる。これら正規化器２６ｂ及び劣化情報検出器２６ｃの構成は実施の形態１の正規化器６ｂ及び劣化情報検出器６ｃと同様である。
以下に、実施の形態１と異なる部分について説明する。
空間方向背景レベル推定器２６ａは、背景レベル算出器５の背景レベル推定器５ｂからのABF出力背景レベル結果に対し、周波数ビン毎に空間方向の統計処理を実施して背景雑音レベルを推定し、その結果をABF出力正規化係数として正規化器２６ｂに出力する。
【００４３】
本発明の実施の形態４の適応整相出力周波数分析装置の動作について説明する。
以降はの実施の形態１と異なる部分について説明する。
空間方向背景レベル推定器２６ａは、背景レベル推定器５ｂの出力であるABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)に対し、各周波数ビン毎に空間方向の背景レベル結果の統計量を計算することで背景雑音レベルを推定し、その結果をABF出力正規化係数C(t,m)として正規化器２６ｂに出力する。(13)式では、空間方向の統計量として中央値を用いている。
bn=[1,2,3,・・・,Nb]
C(t,m)＝Ｍed[ Gabf(t,bn,m) ]          (13)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
Ｍed[]：メジアン処理関数（[]内のデータ値列の中央値を出力する関数）
【００４４】
正規化器２６ｂは、背景レベル推定器５ｂの出力であるABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)に対し、空間方向背景レベル推定器２６ａの出力であるABF出力正規化係数C(t,m)を用いて、(4)式により正規化を行い、その結果のABF出力正規化結果H(t,bn,m)を劣化情報検出器２６ｃに出力する。
【００４５】
以上詳細に説明したように、実施の形態４では、実施の形態１において新たに周波数方向移動平均器６ａを空間方向背景レベル推定器２６ａに置き換えることで、以下に示す実施の形態１以上の効果を得られる。
実施の形態１では、周波数方向移動平均器６ａの周波数方向の背景雑音レベル推定において、推定ビン範囲の下限ビン（ビン番号1）近傍や上限ビン（ビン番号Nf）近傍の推定精度が悪くなり、後段の劣化情報検出器６ｃにおいてABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)における背景雑音の周波数方向の局所的な盛り上がりを誤検出してしまい、周波数分析出力埋込処理器7においてS/N比の劣化部分であるとして誤って埋め込み処理を実施してしまうという問題があった。
これに対して実施の形態４では、空間方向背景レベル推定器２６ａの空間方向の統計量として中央値を用いて計算した背景レベル推定結果からABF出力正規化係数C(t,m)を算出することで実施の形態１の問題を回避し、その結果、S/N比の劣化部分の誤検出および誤った埋め込み処理実施を低減することができることとなった。
【００４６】
実施の形態５．
図７は本発明の実施の形態５の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図である。
実施の形態５は、実施の形態１における周波数分析器４を削除し、周波数分析出力埋込処理器７を削除した上で、周波数領域適応整相器１および周波数領域整相器２と周波数分析器３との間に周波数分析出力埋込処理器７と同等の機能を持った整相出力埋込処理器１０を設けたものである。
【００４７】
以降、実施の形態１と異なる部分について説明する。
周波数領域適応整相器１は、センサ信号をセンサ信号入力端子INを介して入力し、分析幅Δfでの適応整相を実施し、その適応整相結果を整相出力埋込処理器１０に出力する。以下、適応整相をABFと呼ぶ。
周波数領域整相器２は、センサ信号をセンサ信号入力端子INを介して入力し、分析幅Δfでの従来からの１次ビームの整相を実施し、その整相結果を整相出力埋込処理器１０に出力する。以下、１次ビーム整相をCBFと呼ぶ。
整相出力埋込処理器１０は、劣化情報検出器６ｃでサンプル処理されて予め求めておいた劣化ビン情報に基づき、周波数領域適応整相器１からのABF結果のS/N比の劣化部分に、周波数領域整相器２からのCBF結果の埋め込みを実施し、その結果のABF結果を周波数分析器３に出力する。
【００４８】
なお、サンプル処理による劣化ビン情報は次のようにして求めたものである。
周波数領域適応整相器１から出力され、整相出力埋込処理器１０を通過したＡＢＦ結果を周波数分析器３で周波数分析を実施して周波数分析結果を生成し、それ以降は実施の形態１と同様に背景レベル算出器５で適応整相背景レベル結果を生成し、劣化部分判定器６の劣化情報検出器６ｃで最終的に適応整相背景レベル結果を用いてS/N比の劣化部分を検出し、S/N比の劣化部分の劣化ビン情報を生成して求めておいたものである。
【００４９】
周波数分析器３は、分析幅ΔfのABF結果に対して複素FFTを用いて分析幅Δν(＜Δf)の詳細な周波数分析を実施して周波数分析結果を生成し、その結果のABF出力周波数分析結果を背景レベル算出器５の長時間積分器５ａと出力端子OUTとに出力する。
劣化部分判定器６の劣化情報検出器６ｃは、上記の如くサンプル処理されて予め求めておいた劣化ビン情報を整相出力埋込処理器１０に出力する。
【００５０】
本発明の実施の形態５の適応整相出力周波数分析装置の動作について説明する。
以降、実施の形態１と異なる部分について説明する。
周波数領域適応整相器１は、センサアレイ等で受信して分析幅ΔfでFFTしたセンサ信号をセンサ信号入力端子INを介して入力し、センサ信号を用いて整相方位に最大感度を有する１次ビームと整相方位に零感度を有する複数の０次ビームとを生成し、複数の０次ビームを入力とした適応フィルタにおけるフィルタリング結果を１次ビームから減算してABF結果Dabf(t,bn,m)を生成し、そのABF結果Dabf(t,bn,m)を整相出力埋込処理器１０に出力する。
ここで、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
【００５１】
周波数領域整相器２は、センサアレイ等で受信して分析幅ΔfでFFTしたセンサ信号をセンサ信号入力端子INを介して入力し、センサ信号を用いて整相方位に最大感度を有する１次ビームを生成し、その１次ビームをCBF結果Dcbf(t,bn,m)としてを整相出力埋込処理器１０に出力する。
ここで、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
【００５２】
整相出力埋込処理器１０は、周波数領域適応整相器1の出力であるABF結果Dabf(t,bn,m)と周波数領域整相器２の出力であるCBF結果DCBF(t,bn,m)とを用いて、(14)式により、劣化情報検出器６ｃの出力である劣化ビン情報J(t,bn,m)の予め求めておいた前回サンプル値J(t-1,bn,m)に基づいて、ABF結果Dabf(t,bn,m)のS/N比の劣化部分にCBF結果Dcbf(t,bn,m)の同ビン部分を埋め込み、その結果のABF結果DNabf(t,bn,m)を周波数分析器３に出力する。
【００５３】
【数３】
0004821201.tif 000004
【００５４】
周波数分析器３は、整相出力埋込処理器１０の出力であるABF結果DNabf(t,bn,m)に対し、複素FFTを用いて分析幅Δν(＝Δf／Nν)の詳細な周波数分析を実施し、その結果のABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)を出力端子OUTに出力する。
ここで、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
【００５５】
以上詳細に説明したように、実施の形態５では、整相出力埋込処理器１０を周波数分析器３に前置し、実施の形態１における２つの周波数分析器３、４の内の１つを削除して適応整相出力周波数分析装置を構成している。
このように構成することで、実施の形態５では、S/N比の劣化を検出したサンプルの処理から次に整相出力埋込処理器１０において劣化部分の埋め込み処理が実施される処理に遅延があり、かつ、１度検出されたサンプルとしての劣化部分は劣化ビン情報L(t,bn,m)が初期化されない限り、整相出力埋込処理器１０において埋め込み処理され続ける、といった動作の制約はあるが、実施の形態１と比較して１つの周波数分析器を削除することで、より小さいプログラムサイズ、システム規模で本発明を実現できる。
【００５６】
実施の形態６．
図８は本発明の実施の形態６の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図である。
実施の形態６は、実施の形態５において、新たに周波数分析器３と出力端子OUTの接続の間に背景レベル調整器１１を設けたものである。
以降、実施の形態５と異なる部分について説明する。
【００５７】
周波数分析器３は、分析幅ΔfのABF結果に対して複素FFTを用いて分析幅Δν(＜Δf)の詳細な周波数分析を実施して周波数分析結果を生成し、その結果のABF出力周波数分析結果を背景レベル算出器５の長時間積分器５ａと背景レベル調整器１１とに出力する。
背景レベル推定器５ａは、ABF出力積分結果に対し分析幅Δf毎の中央値を計算し、その計算結果をABF出力背景レベル結果として劣化部分判定器６の周波数方向移動平均器６ａと正規化器６ｂと背景レベル調整器１１とに出力する。
劣化情報検出器６ｃは、ABF出力正規化結果に対して閾値処理を実施し、閾値Thを超える周波数ビンをS/N比の劣化部分として検出し、検出したS/N比の劣化部分の劣化ビン情報を整相出力埋込処理器１０と背景レベル調整器１１とに出力する。
背景レベル調整器１１は、劣化情報検出器６ｃからの劣化ビン情報と背景レベル推定器６ｂからのABF出力背景レベル結果とに基づき、周波数分析器３からのABF出力周波数分析結果に対して背景レベルの調整を実施し、その結果のABF出力周波数分析結果を出力端子OUTに出力する。
【００５８】
本発明の実施の形態６の適応整相出力周波数分析装置の動作について説明する。
以降、実施の形態５と異なる部分について説明する。
周波数分析器３は、整相出力埋込処理器１０の出力であるABF結果DNabf(t,bn,m)に対し、複素FFTを用いて分析幅Δν(＝Δf／Nν)の詳細な周波数分析を実施し、その結果のABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)を長時間積分器５ａと背景レベル調整器１１とに出力する。
ここで、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
【００５９】
背景レベル推定器５ｂは、長時間積分器５ａの出力であるABF出力積分結果Fabf(t,bn,k)に対し(2)式を用いて分析幅Δf毎の中央値算出を行い、その結果のABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)を周波数方向移動平均器６ａと正規化器６ｂと背景レベル調整器１１に出力する。
劣化情報検出器６ｃは、正規化器６ｂの出力であるABF出力正規化結果H(t,bn,m)に対し、(5)式により正規化レベルが劣化ビン検出閾値Thを超える周波数ビンをS/N比の劣化部分として検出し、検出したS/N比の劣化部分の劣化ビン情報J(t,bn,m)を整相出力埋込処理器１０と背景レベル調整器１１に出力する。
【００６０】
背景レベル調整器１１は、周波数分析器３の出力である、S/N比の劣化部分にCBF出力周波数分析結果が埋め込まれたABF出力周波数分析結果Eabf (t,bn,k)に対して、背景レベル推定器５ｂの出力であるABF出力背景レベル結果Gabf(t,bn,m)と劣化情報検出器６ｃの出力である劣化ビン情報J(t,bn,m)の前回サンプル値J(t-1,bn,m)とに基づいて、(15)式によりABF出力周波数分析結果Eabf(t,bn,k)におけるCBF出力周波数分析結果が埋め込まれた周波数ビン部分の背景レベルを調整し、その結果のABF出力周波数分析結果Iabf(t,bn,k)を出力端子OUTに出力する。
背景レベル調整器１１では、背景レベル調整を実施することにより、背景雑音レベルにレベル段差のないABF出力周波数分析結果Iabf(t,bn,k)を生成することができる。
NGabf（t,bn,m）＝｛Gabf（t,bn,m−1）＋Gabf(t,bn,m＋1)}/2｝
k=[(m-1)×Nν＋1, (m-1)×Nν＋2,・・・, (m-1)×Nν＋Nν]
Iabf(t,bn,k)＝Eabf(t,bn,k)×{NGabf(t,bn,m)/Gabf(t,bn,m)}、if J(t-1,bn,m)＝1
Iabf(t,bn,k)＝Eabf(t,bn,k)  、                         if J(t-1,bn,m)＝0
(15)
ただし、
t：サンプル番号、t＝1,2,3,・・・
bn：ビーム番号、bn＝1,2,3,・・・,Nb
Nb：ABF結果もしくはCBF結果の全ビーム数
m：分析幅Δfでのビン番号、m＝1,2,3,・・・,Nf
Nf：ABF結果もしくはCBF結果の全ビン数
k：分析幅Δνでのビン番号、k＝1,2,3,・・・, Nf×Nν
Nν：周波数分析器での周波数分析数、Nν＝Δf/Δν
【００６１】
以上詳細に説明したように、実施の形態６では、実施の形態５において新たに背景レベル調整器１１を追加することで実施の形態５と比較して装置規模は大きくなってしまうが、以下に示す実施の形態５以上の効果が得られる。
実施の形態５では、整相出力埋込処理器１０の出力のABF結果において、埋め込み部分のABF結果と埋め込まれたCBF結果との間で背景レベル差が生じ、その結果、オペレータが埋め込み部分の背景レベル差を信号として誤認識してしまう場合があった。
これに対して実施の形態６では、背景レベル調整器１１において、整相出力埋込処理器１０で生じた埋め込み部分のABF結果と埋め込まれたCBF結果との間で背景レベル差がなくなるように調整することができるようになり、その結果、オペレータが埋め込み部分の背景レベル差を信号として誤認識してしまうことを解消することができる。
【００６２】
（４−７）（利用形態）の説明
上記実施の形態２を上記実施の形態１はもとより、実施の形態３、４に適用しても、実施の形態２と同じ効果が得られる。
上記実施の形態４の空間方向背景レベル推定器２６ａでは、空間方向の統計量として中央値を用いているが、最小値や平均値を用いても同様の効果が得られる。
また、実施の形態４を実施の形態２、３、５、６に適用しても、実施の形態４と同じ効果が得られる。
上記実施の形態１〜６においては、本発明を劣化部分判定器６などの各処理器で構成された適応整相出力周波数分析装置として説明したが、各処理器の機能を適応整相出力周波数分析プログラムとして記述することで、コンピュータ（信号処理プロセッサ、等）上で動作する適応整相出力周波数分析ソフトウェアとして実現することもできる。
上記実施の形態１〜６においては、周波数領域適応整相器１と周波数領域整相器２との２つの整相器で構成された適応整相出力周波数分析装置として説明したが、周波数領域適応整相器１内で生成する１次ビームをCBF結果として出力させて用いることで、CBF結果を出力する周波数領域整相器２を削除した構成（１つの適応整相器での構成）で、適応整相出力周波数分析装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図。
【図２】ＡＢＦ出力周波数分析結果とＣＢＦ出力周波数分析結果を示す波形図。
【図３】同適応整相出力周波数分析装置の各処理器の出力結果を示す波形図。
【図４】本発明の実施の形態２の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図。
【図５】本発明の実施の形態３の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図。
【図６】本発明の実施の形態４の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図。
【図７】本発明の実施の形態５の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図。
【図８】本発明の実施の形態５の適応整相出力周波数分析装置を示すブロック図。
【図９】先行の適応整相装置を示すブロック図。
【符号の説明】
【００６４】
１  周波数領域適応整相器、２  周波数領域整相器、３，４  周波数分析器、５  背景レベル算出器、５ａ  長時間積分器、５ｂ  背景レベル推定器、６  劣化部分判定器、６ａ  周波数方向移動平均器、６ｂ  正規化器、６ｃ  劣化情報検出器、７  周波数分析出力埋込処理器。
【図１】
0004821201.tif 000005
【図２】
0004821201.tif 000006
【図３】
0004821201.tif 000007
【図４】
0004821201.tif 000008
【図５】
0004821201.tif 000009
【図６】
0004821201.tif 000010
【図７】
0004821201.tif 000011
【図８】
0004821201.tif 000012
【図９】
0004821201.tif 000013