(57)【要約】【課題】本発明の合成開口探査装置の課題は、航走体の位置ずれによる影響を除去して精度の良い画像を得て高精度の探査を行うことにある。【解決手段】水中を移動する航走体に搭載した送波器から音波を送り出し、探査対象で反射して戻ってきた音波を受けて前記探査対象の情報を得るとともに、航走体を移動させながら複数点で送受波を行う第１の手段と、各送受波点毎にその送受波点で受けた探査対象の情報を音波の送受波時間分だけ戻して合成して探査情報の再生画像を得る第２の手段と、各送受波点において航走体が送受波点からずれる複数の離散点を設定するとともに、これら各離散点における音波の送受波時間を夫々演算し、且つ各送受波点にわたり各離散点における送受波時間を組合せて探査情報の再生画像が最大となる組合せを求めて、各送受波点における航走体の実際の位置を求める第３の手段とを具備することを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中を移動する航走体に搭載した送波器から音波を送り出し、探査対象で反射して戻ってきた前記音波を受けて前記探査対象の情報を得るとともに、前記航走体を移動させながら複数の送受波点で前記送受波を行う第１の手段と、前記各送受波点毎にその送受波点で受けた前記探査対象の情報を夫々音波の送受波時間分だけ戻して合成して前記探査対象の情報の再生画像を得る第２の手段と、前記各送受波点において夫々前記航走体が前記送受波点からずれる複数の離散点を設定するとともに、これら各離散点における音波の送受波時間を夫々演算し、且つ前記各送受波点にわたり各離散点における送受波時間を組合せて前記探査情報の再生画像の信号が最大となる組合せを求めて、前記各送受波点における前記航走体の実際の位置を求める第３の手段とを具備することを特徴とする合成開口探査装置。
【請求項２】
前記第３の手段において前記各送受波点の各離散点における音波の送受波時間を演算するに際して、前記航走体に搭載されて前記航走体の姿勢を検出する姿勢検出器が得た情報を用いることを特徴とする請求項１に記載の合成開口探査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水中音響探査に用いる合成開口探査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に海などの水中での探査には音響を利用したソナーが用いられている。特に最近では、探査対象をモニタ画像に再生して視覚化する合成開口探査装置（合成開口ソナー）が提案され、水中探査にこの装置の適用が検討されている（例えば非特許文献１参照。）。この合成開口探査装置の適用は、海底の地形探査（画像化）、海中の浮遊物、沈底物、埋設物などの探査などが挙げられる。
【０００３】
この合成開口探査装置は、水中を移動する航走体に搭載した送波器から音波を送り出し、探査対象で反射して戻ってきた音波を受けて探査対象の情報を得るとともに、航走体を移動させながら複数点で前記音波の送波および受波を行い、各送受波点毎にその送受波点で受けた探査対象の情報を夫々音波の送受波時間分だけ戻して合成して探査対象の情報の二次元的な再生画像を得るものである。この合成開口探査装置では、航走体が水平な直線上を移動する直線移動を前提とし、すなわち各送受波点が夫々水平な直線上に位置することを前提としている。
【０００４】
【非特許文献１】
飯坂譲二監修  日本写真測量学会編  「合成開口レーダ画像ハンドブック」    朝倉書店出版、１９９８年５月２０日発行。第４２頁ないし第４６頁）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際には水中を移動する航走体は潮流や波浪の影響などにより動揺を生じて予め設定した直線上を移動することが困難で、上下方向、左右方向、前後方向へ横ずれ（並進）したり、旋回したりして移動すべき直線からずれることが多い。すなわち、航走体は各送受波点においてその位置がずれていることが多い。すなわち、実際には航走体が直線上の送受波点からずれたずれ点から送波および受波している。
【０００６】
ところが、合成開口探査装置では、受波信号に基づいた探査対象の画像の再生に際して航走体が直線移動することを前提としている。すなわち、航走体が直線上の送受波点で送波および受波していることを前提としている。この結果、実際に航走体が探査対象に対して送受波する時間は、直線上に位置する送受波点から探査対象に対して送受波する時間とは異なることになる。
【０００７】
このため、探査対象の画像の再生に際して各送受波点で受けた探査対象の情報を、夫々直線上に位置する送受波点を基準にして送受波時間分だけ戻して合成しても、探査対象の情報を共通な座標軸を基準にして合成することができず、精度の良い画像を再生することができない。
【０００８】
本発明は、航走体の動揺に伴うずれによる影響を除去して精度の良い画像を得て高精度の探査を行うことができる合成開口探査装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の合成開口探査装置は、水中を移動する航走体に搭載した送波器から音波を送り出し、探査対象で反射して戻ってきた前記音波を受けて前記探査対象の情報を得るとともに、前記航走体を移動させながら複数の送受波点で前記送受波を行う第１の手段と、前記各送受波点毎にその送受波点で受けた前記探査対象の情報を夫々音波の送受波時間分だけ戻して合成して前記探査対象の情報の再生画像を得る第２の手段と、前記各送受波点において夫々前記航走体が送受波点からずれる複数の離散点を設定するとともに、これら各離散点における音波の送受波時間を夫々演算し、且つ前記各送受波点にわたり各離散点における送受波時間を組合せて前記探査情報の再生画像が最大となる組合せを求めて、前記各送受波点における前記航走体の実際の位置を求める第３の手段とを具備することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について図１ないし図１０を参照して説明する。この実施の形態は合成開口探査装置を搭載した航走体を水中で移動させながら複数回に送受波を行い海中、海底における探査対象の存在を探査するものである。
【００１１】
本発明の合成開口探査装置の構成について図１を参照して説明する。図１は合成開口探査装置の構成を概略的に示すブロック図である。この合成開口探査装置は図２に示すように水中１０２を移動する航走体（潜水艦、潜航艇など）１０１に搭載されており、送受波部１と制御演算部２とを備えている。
【００１２】
送受波部１は、探査対象へ向けて音波を送り出す１個もしくは複数の送波器１１と、探査対象で反射した音波を受ける複数の受波器２１を有している。送波器１１は探査対象の位置を予め推定するために１個である。受波器２１は探査対象で反射した音波を広い範囲で受けるために複数個のものを格子状に並べて面を構成している。また、送波器１１はアンプ１２を介して信号生成器１３に接続されている。各受波器１３はアンプ２２およびフィルタ２３を介してアナログ−デジタル変換器２４に接続されている。なお、送受波部１は請求項１の発明における第１の手段に相当する。
【００１３】
制御演算部２は、繰り返し演算部３１と送波タイミング回路３２と受波信号並列−直列変換器３３を有している。繰り返し演算部３１は、再生演算回路４１と、この再生演算回路４１に接続される送受波点座標軸設定回路４２と、再生演算回路４１に接続される表示回路４３と、この表示回路４３に接続される表示装置４４とを有している。送波タイミング回路３２と受波信号並列−直列変換器３３は繰り返し演算部３１の再生演算回路４１に接続されている。なお、制御演算部２は請求項１の発明における第２の手段と第３の手段に相当する。
【００１４】
航走体１０１に姿勢検出器５１が搭載され、この姿勢検出器５１は再生演算回路４１に接続されている。姿勢検出器５１とは航走体１０１のローリング、ピッチング、ヨーイングの角度情報と前後、左右、上下の並進情報の検出器であり、具体的にはジャイロコンパス、速度計などが挙げられる。
【００１５】
本発明の合成開口探査装置を用いて水中探査を行う場合について図２ないし図８を参照して説明する。
【００１６】
先ず、合成開口探査装置の基本的な動作について図１を参照して説明する。音波を海底１０３へ送り出すに際しては、音波タイミング回路３２が信号生成器１３と再生演算回路４１に対して信号を出力する。
【００１７】
送受波部１では、音波タイミング回路３２からの信号を受けた信号生成器１３が信号を出力してアンプ１２を介して送波器１１へ送る。送波器１１は信号生成器１３からの信号を受けて音波を図２に示すように水中１０２を通して海底１０３へ向けて送り出す。音波は目標物１０４を含む海底１０３で反射する。
【００１８】
複数の受波器２１は目標物１０４を含む海底１０３で反射した音波を夫々受波する。これにより海底１０３のある範囲で反射した音波を面の領域で受波する。各受波器２１で受波した音波は夫々アンプ２２およびフィルタ２３を介して並列のアナログ信号としてアナログ−デジタル変換器２４へ送り、この変換器２４によりデジタ信号に変換する。この受波信号は目標物１０４を含む海底１０３の情報である。
【００１９】
制御演算部２ではアナログ−デジタル変換器２４によりデジタ信号に変換された各受波器２１からの受波信号を受波信号並列−直列変換器３３により直列のデジタル信号に変換して再生演算回路４１に送り込む。再生演算回路４１は音波タイミング回路３２が出力するタイミング信号に合わせて受波信号を処理する。すなわち、受波信号に含まれる情報を処理して目標物１０４を含む海底１０３の様子を画像処理して再生画像信号として表示回路４３に出力する。表示回路４３は表示装置４４で目標物１０４を含む海底１０３の様子を表示する。
【００２０】
次に合成開口探査方法により海底１０３の様子を探査する方法について図２ないし図５を参照して説明する。合成開口探査方法は、航走体を移動させながら複数の送受波点で探査対象に対して音波の送受波を行い、各点で得た探査対象の情報を合成して画像化するものである。
【００２１】
図２は航走体１０１を移動させて複数の送受波点で音波の送受波を行う状態を模式的に示している。この実施の形態は図２に示すように航走体１０１を水中１０２で移動させて複数の送受波点で夫々海底１０３に対して音波の送波および受波を行い、目標物（例えば海底から上側へ突出する突出するもの）１０４の存在を調べようとするものである。
【００２２】
航走体１０１が水平な直線Ｌに沿って移動しながら、この直線Ｌの上の適宜間隔を存して設定した複数の送受波点、例えばＡ、Ｂ、Ｃの３点で夫々目標物１０４を含む海底１０３に向けて音波を送波し、目標物１０４を含む海底１０３で反射した音波を受波して探査を行う。すなわち、探査を行う場合には、目標物１０４が存在すると考えられるある広さの領域を予め推定して設定し、この領域に対して複数の送受波点Ａ、Ｂ、Ｃで夫々音波の送受を行う。なお、図２では航走体１０１は左側から右側へ移動する。音波タイミング回路３２は各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ毎に夫々音波を送波するように送波時刻を設定して信号を出力する。
【００２３】
このようにして航走体１０１を移動しながら各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃで夫々音波の送受波を行い目標物１０４を含む海底１０３の情報を得る。図３は各送受波点において対象とする海底１０３の領域を模式的に示す図である。図３に示すように送受波点Ａでは航走体１０１が目標物１０４に対して移動方向下流側に位置し、送受波点Ｂでは航走体１０１が目標物１０４に対して真上に位置し、送受波点Ｃでは航走体１０１が目標物１０４に対して移動方向上流側に位置する。このため、各送受波点Ａ、Ｃでは夫々対象領域において目標物１０４が端部に位置し、送受波点Ｂでは対象領域において目標物１０４が中央部に位置する。
【００２４】
図４（ａ）ないし（ｃ）は夫々海底１０３の様子を示す再生画像を模式的に示す図である。図４の（ａ）は送受波点Ａの再生画像、（ｂ）は送受波点Ｂの再生画像、（ｃ）は送受波点Ｃの再生画像である。
【００２５】
ここで、再生演算回路４１では次に述べる演算処理を行う。図２に示すように各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃにおいて航走体１０１に搭載した送波器１１および受波器２１により海底１０３の目標物１０４に対して音波を送波および受波するに要する時間（送受波時間）をτＡ、τＢ、τＣとする。この送受波時間τＡ、τＢ、τＣは音波の送波および受波に要する距離（送波距離Ｒ＋受波距離Ｒ＝２Ｒ）を音速（Ｖ＝１５００ｍ／ｓ）で除したものである。音波の送波および受波に要する距離は各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃにおいて移動直線Ｌ上の基準座標から目標物１０４までの距離を推定したものである。
【００２６】
図５（ａ）ないし（ｃ）は夫々各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃにおける受波信号の波形を示すもので、大きく立ち上がっている部分が目標物１０４を示している。すなわち、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃにおいて目標物１０４の部分は送波時点から夫々送受波時間τＡ、τＢ、τＣだけ夫々離れている。
【００２７】
そこで、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃにおける受波信号を同一座標に対して送受波時間τＡ、τＢ、τＣ分を戻して揃えて合成してみる。この結果、図２および図３に示す位置に目標物１０４がある場合には、図５（ａ）ないし（ｃ）の破線で示すように各受信信号の目標物を示す部分の位相が重なって信号の和が信号数の倍数に増大する。目標物１０４が存在しない場合には信号が無い。目標物１０４が互いに異なる位置にある場合には、送受波時間および信号の位相がずれるために信号の和が大きくならない。送受波点座標設定回路４２で設定した信号を再生演算回路４１に入力して各受波信号の座標の設定を行う。
【００２８】
そして、再生演算回路４１ではこの合成した再生画像信号を表示回路４３に出力して表示装置４４で表示する。
【００２９】
このようにして各送受波点の情報を合成することにより、複数の受波器２１が構成する受波面を航走体１０１の移動方向に実質的に拡張することができる。
【００３０】
この合成開口探査方法は航走体１０１が直線移動することを前提とするが、実際には航走体１０１が移動する時に潮流などの影響により動揺が生じて、この動揺により各送受波点で直線Ｌから外れることが多い。ここで、動揺とは航走体１０１が直線Ｌに対して上下方向、左右方向に移動することと、直線Ｌに対して旋回することを指している。
【００３１】
図６は航走体１０１が送受波点において移動直線Ｌからずれた状態を模式的に示す図である。この図では送受波点として４個の送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを設定し、航走体１０１がずれる例として各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて上下方向に並進（横ずれ）してずれている状態を示している。
【００３２】
航走体１０１が゛動揺して送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて直線Ｌの座標からずれた座標にあると、送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける航走体１０１と目標物１０４との間の距離が、移動直線Ｌ上の座標にある航走体１０１と目標物１０４との間の距離とは異なり、従って図６に示すように航走体１０１と目標物１０４との間における音波の送受波時間τＡ、τＢ、τＣ、τＤも、航走体１０１が移動直線Ｌ上の座標にある場合とは異なる。このため、前述のように各送受波点における受波信号を夫々基準座標に対して送受波時間分戻した場合、本来各受波信号の目標物の部分が重なる場合であっても重ならない状態が生じ、各送受波点の画像を精度良く合成して再生することができない。
【００３３】
本発明はこの航走体の動揺による位置のずれに伴う画像の精度低下を抑えるもので、再生演算回路４１において航走体の動揺による位置の変動に対処する処理を行う。
【００３４】
この処理の考え方について説明する。航走体１０１に動揺が無い場合、または航走体１０１の座標（送波器１１および受波器２１の座標）が完全に把握されていて航走体１０１と目標物１０４との間の正確な距離が算出可能な場合には、理想的には各送受波点の受波信号を合成すると、各受波信号の和は送波回数倍の大きさとなる。従って、受波信号の再生演算を行う場合、送波器１１および受波器２１の座標を移動直線Ｌからのずれ分を考慮して演算を行えば良い。このずれ分をΔＸとし、先ず初期値を入力して再生演算を行い、次にずれ分ΔＸを一定値変化させて再度再生演算を行う。ずれ分が正しければ目標物からの信号は位相ずれすることなく重畳されて、再生信号は最大値となるはずである。そこで、再生信号の大きさを評価パラメータとして、評価パラメータが最大になるようなずれ分ΔＸを求める。
【００３５】
これにより航走体１０が各送受波点において移動直線Ｌ上の座標からずれた位置にある場合、各送受波点の受波信号を夫々のずれ分を含んで合成することができ、各受波信号の和が送波回数の倍数となり、画像を精度良く再生することができる。また、各送受波点において直線上の座標からずれた位置にある航走体１０１の実際の座標を推定することができる。
【００３６】
再生演算回路４１は前記の考え方に基づいて航走体１０１に動揺して移動直線Ｌからずれることを考慮してずれ分ΔＸを求める再生演算処理を行う。これをループ演算という。この再生演算処理の方法について図７ないし図１０を参照して説明する。
【００３７】
図７は航走体の上下方向に沿う並進によるずれ分を求める方法を説明する図で、図６に基づいて各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける移動直線Ｌの基準点座標と、航走体が実際に位置するずれ点点座標（移動直線Ｌの座標からずれた位置にある座標）を示している。図７において、ＡＯ、ＢＯ、ＣＯ、ＤＯは各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで移動直線Ｌ上に設定した基準点座標である。δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤは、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて基準点座標ＡＯ、ＢＯ、ＣＯ、ＤＯに対して上方向および下方向に夫々一定間隔で設定したずれ刻み分である。ＡＳ、ＢＳ、ＣＳ、ＤＳは各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで航走体１０１が実際に位置するずれ点座標（移動直線Ｌの座標からずれた位置にある実際点座標＝離散点）である。ΔＸＡ、ΔＸＢ、ΔＸＣ、ΔＸＤは、移動直線Ｌに対する航走体１０１の実際のずれ分、すなわち基準点標ＡＯ、ＢＯ、ＣＯ、ＤＯとずれ点座標ＡＳ、ＢＳ、ＣＳ、ＤＳとの間の距離を示している。
【００３８】
まず、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて基準点座標ＡＯ、ＢＯ、ＣＯ、ＤＯに対する航走体１のずれ分の最大値を上方向および下方向に夫々予め想定する。各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて、夫々基準点座標ＡＯ、ＢＯ、ＣＯ、ＤＯと予め推定した航走体１０１のずれ分の最大値との間の範囲に、上方向および下方向に一定間隔でずれ刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤを設定する。
【００３９】
そして、これら各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて夫々上方向および下方向の各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤについて、目標物１０４までの距離を推定して、各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤと目標物１０４との間における音波の送波および受波に要する時間を求める。この送受波時間は基準点座標ＡＯ、ＢＯ、ＣＯ、ＤＯと目標物１０４との間の送受波時間とは異なる。
【００４０】
各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの上方向および下方向の各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤについて、夫々各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで得た受波画像進号を、共通の座標軸に対して前記音波の送受波時間分だけ戻す演算処理を行う。
【００４１】
次いで、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける上方向および下方向の各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤの全てを、他の送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける上方向および下方向の各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤと互いに組合せる組合せを夫々設定する。そして、これら全ての各組合せついて、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける上方向および下方向の刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤ毎に、夫々前記の受波画像信号を送受波時間分だけ戻す演算処理で選られた受波画像信号を組合せて合成する演算処理を行う。すなわち、上方向および下方向のずれ成分である各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤの画像（目標物１０４を含む海底１０３の画像）を送受波時間だけ戻したものを互いに合成して再生する演算処理を、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤの全ての組合せについて行う。
【００４２】
この演算処理により各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける受波画像信号の組合せにおいて、目標物１０４の部分が最大の大きさとなる受波画像信号の組合せを求める。すなわち、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤにおける送受波時間だけ戻した画像（目標物１０４を含む海底１０３の画像）を組合せる全ての組合せのなかから目標物１０４の部分が最大となる画像が最大となる組合せを求める。
【００４３】
この時に得られる各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおけるずれ分である各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤの組合せが、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて、航走体１０１が移動直線Ｌ上の基準点座標ＡＯ、ＢＯ、ＣＯ、ＤＯに対してずれ量ΔＸＡ、ΔＸＢ、ΔＸＣ、ΔＸＤをもって実際にずれた位置であるずれ点座標ＡＳ、ＢＳ、ＣＳ、ＤＳの組合せである。すなわち、ずれ量ΔＸＡ、ΔＸＢ、ΔＸＣ、ΔＸＤを求めることができる。
【００４４】
ところで、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤの夫々において、航走体１０１の姿勢（自由度）としてピッチング、ローリングおよびヨーイングを組込む必要があり、各刻み分δＸＡ、δＸＢ、δＸＣ、δＸＤにおいて夫々航走体１０１の姿勢（自由度）としてピッチング、ローリングおよびヨーイングのある範囲における複数の値を設定する。これは次に述べる理由による。すなわち、計算負荷を低減させるためである。
【００４５】
ここで、前述したように航走体１０１のずれ分を求める演算処理において航走体１０１の姿勢であるピッチング、ローリングおよびヨーイングの値を組込むために、航走体１０１に搭載した姿勢検出器（図１では５１で示す。）が検出した航走体１０１の姿勢情報を利用する。ピッチング、ローリングおよびヨーイングの値を設定する際に、姿勢検出器が検出した航走体１０１の実際の姿勢情報を基準にしてピッチング、ローリングおよびヨーイングの初期値および設定範囲を設定する。そうすれば、姿勢検出器の情報を目安として初期値および設定範囲を設定することができる。航走体１０１の実際の姿勢情報が無い場合には、ピッチング、ローリングおよびヨーイングの初期値および設定範囲を設定する際に、目安となるものが何も無いために初めから演算により初期値および設定範囲を設定していかなければならず、全面的に演算に依存することになる。このため、姿勢検出器の情報を利用してピッチング、ローリングおよびヨーイングの初期値および設定範囲を設定する場合には演算に依存する割合が減少する。姿勢検出器としては速度計、ジャイロコンパスなどがある。
【００４６】
姿勢検出器による姿勢情報を用いることによりずれ分を求める計算の量を低減することができる。例えば航走体１０１の角度情報（すなわち、ローリング、ピッチング、ヨーイング）について充分な情報が得られるならば、航走体１０１の再生画像＝ずれ分を求める演算において航走体１０１の旋回に係る姿勢（自由度）であるピッチング、ローリングおよびヨーイングの設定が不要となり、航走体１０１の並進（上下方向、左右方向および前後方向の横ずれ）に係る姿勢（自由度）であるサージング、ヒービングおよびスウェイングの設定のみを行えば良くなるので演算量は大幅に減少する。また、姿勢検出器による姿勢情報の精度が低い場合でも、姿勢検出器による姿勢情報を利用することによりずれ分の最大値を狭い範囲から算出することできるために、ある自由度におけるパラメータの変化量も狭い範囲から設定することができ演算量を減少させることができる。
【００４７】
前述したループ演算により航走体１０１のずれ量を求める場合に、各送受波点において並進および旋回毎にピッチング、ローリングおよびヨーイングについて夫々複数の値を設定して演算を行うので演算量が膨大な量となる。このため、評価パラメータである再生画像を最大にするような組合せについて、最小二乗法や遺伝的アルゴリズムを適用することで演算量の減少を図ることができる。
【００４８】
このようにして合成開口探査を行う場合に、再生画像が最大となるように航走体１０１の動揺によるずれ分を求めることにより、航走体１０１が各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて航走体１０１が移動する直線Ｌ上に位置する基準点座標ＡＯ、ＢＯ、ＣＯ、ＤＯからずれた位置にあるずれ点座標ＡＳ、ＢＳ、ＣＳ、ＤＳで目標物１０４に対して音波を送受波した受波信号を合成した再生画像を得ることができる。すなわち、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける航走体１０１のずれ分を含んだ精度の高い再生画像を得ることができる。また、各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで得た受波信号から各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける航走体１０１の実際の座標を推定することができる。
【００４９】
図８は再生画像信号が最大となった状態を示す線図で、この信号を航走体１０１が実際に基準点からずれた位置から音波を送受波して得た受波信号を合成した再生画像として求める。図９は再生画像信号を小さい状態を示す線図で、これは実際にずれた位置から音波を送受波して得た受波信号を合成した再生画像ではない。
【００５０】
さらに、推定した各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで得た受波信号から各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおける航走体１０１の実際の座標を用いて、基準点座標ＡＯ、ＢＯ、ＣＯ、ＤＯとのずれ分を考慮して、既に得た情報を再生画像を修正すれば再生画像の精度をさらに高めることができる。
【００５１】
なお、航走体１０１がずれた場合に精度が高い画像を再生するために、航走体１０１に移動を高度に制御することが考えられるが、この対策を実現するは実際面で費用、装備、操作などの点で実願が困難である。
【００５２】
図１０は前述したように合成開口探査装置において航走体のずれ分を求めて探査対象の画像を再生する処理の流れを概略的に示すフローチャートである。なお、このフローチャートでは送受波をＮ回行ったことを前提としている。また、航走体に送波器および受波器を搭載、送受波点に対する送受波座標は一定の関係にある。このフローチャートに基づいて処理の流れを説明する。
【００５３】
まず、Ｎ回分の受波信号を受け（ＳＰ１）、次いで各送波に対する送波点座標および航走体姿勢（角度）の初期値を設定する（ＳＰ２）。送波点座標と航走体姿勢の組合せは予め設定する。次いで、送波点座標と姿勢から受波点座標を算出する（ＳＰ３）。この時、航走体に搭載した姿勢検出器からの情報を受取り、この情報で値が判る項目があればこれを利用する（ＳＰ９）。この場合には（ＳＰ２）で取扱うパラメータが減少する。
【００５４】
次いで、受取った前記受波信号および算出した前記各座標を用いて再生演算を実施し（ＳＰ４）、次いで再生画像の評価値を算出して評価値の最大値を求める（ＳＰ５）。次いで送波点座標、受波点座標および姿勢を全てのケースについて演算したか、否かを調べ（ＳＰ６）、全てのケースについて演算していない場合には、算出した送波点座標、受波点座標および姿勢を更新し、（ＳＰ３）に戻って再度演算を行う（ＳＰ８）。全てのケースについて演算している場合には、評価値が最も良かった場合の再生画像が求める再生画像（解）とする（ＳＰ７）。
【００５５】
これまでは航走体１０１が各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて移動直線に対して上方向および下方向に並進（横ずれ）する場合について述べたが、移動直線Ｌに対して左方向および右方向に並進（横ずれ）する場合と、移動直線Ｌに対して旋回する場合についても同じ演算処理を行う。これにより左方向および右方向に並進（横ずれ）する場合と旋回する場合における最大の再生画像を求め、これにより各送受波点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおけるずれ分を求める。ここでも航走体１０１の姿勢（自由度）としてピッチング、ローリングおよびヨーイングのある範囲における複数の値を設定する。
【００５６】
なお、本発明は前述した実施の形態に限定されず、種々変形して実施することができる。
【００５７】
【発明の効果】
請求項１の発明の合成開口探査装置によれば、合成開口探査を行う場合に、航走体が各送受波点において航走体が移動する直線上の座標からからずれた位置で目標物に対して音波を送受波した受波信号を合成した再生画像を得ることができる。そして、各送受波点で得た受波信号から各送受波点における航走体の実際の座標を推定することができる。
【００５８】
請求項２の発明の合成開口探査装置によれば、合成開口探査を行う場合に航走体に搭載した姿勢検出器の情報を利用することにより、ピッチング、ローリングおよびヨーイングの初期値および設定範囲を設定する際に演算に依存する割合が減少して初期値および設定範囲を設定が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に合成開口探査装置における構成を概略的に示すブロック図。
【図２】同実施の形態の装置による合成開口探査を模式的に示す説明図。
【図３】同実施の形態の装置による合成開口探査を模式的に示す説明図。
【図４】同実施の形態の装置による合成開口探査により得られた画像を模式的に示す説明図。
【図５】同実施の形態の装置による合成開口探査により得られた受波信号の波形を示す線図。
【図６】同実施の形態の装置による合成開口探査において航走体の位置がずれた状態を模式的に示す説明図。
【図７】同実施の形態の装置による合成開口探査において航走体の位置がずれた分を求める方法を概略的に示す説明図。
【図８】同実施の形態の装置による合成開口探査において得られる再生画像信号を示す線図。
【図９】同実施の形態の装置による合成開口探査において得られる再生画像信号を示す線図。
【図１０】同実施の形態の装置による合成開口探査方法の工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…送受波部                  ２…制御演算部
１１…送波器                  ２１…受波器
３１…繰り返し演算部          ３２…送波タイミング回路
４１…再生演算回路            ４２…送受波点座標設定回路
４３…表示回路                ４４…表示器
５１…姿勢検出器
【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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【図９】
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【図１０】
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