(57)【要約】【課題】目標検出する際の誤警報確率を低減し、目標方位、目標距離及び目標速度を精度良く算出可能な目標検出装置を提供すること。【解決手段】波動を所定の周期で照射された目標からの波動信号を受信する送受波器１２と、受信信号からスプリットビームを含む複数本の指向性ビームを形成する装置１４と、取り込んだ複数本の指向性ビームの各々の出力信号を周波数領域に変換し、得られた周波数領域上の各周波数に対応する信号レベル及び信号方位から、レベル閾値及び方位分散閾値を用いて目標判定を行なう目標検出処理装置１５と、波動を照射してから、目標判定に至った波動信号が到来するまでの時間を基に、目標までの距離を算出し、更に、上記所定の周期での前回と今回の送信によって得られた同一検出目標の目標方位及び目標距離と上記所定の周期とから、検出目標の目標速度を算出する装置１６とが備えられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標とする物体に向けて波動を所定の第１の周期で照射し、更に、上記目標からの反射成分を含む波動信号を受信する手段と、
上記手段が受信した受信信号からスプリットビームを含む複数本の指向性ビームを形成する手段と、
上記複数本の指向性ビームの各々の出力信号を所定の第２の周期で取り込む手段と、
取り込んだ出力信号を周波数領域に変換する手段と、
周波数領域上の各周波数に対応する信号レベルを検出する手段と、
周波数領域上の各周波数に対応する信号方位を算出する手段と、
検出した各周波数に対応する信号レベルを時間方向に整列させる手段と、
算出した各周波数に対応する信号方位を時間方向に整列させる手段と、
整列した信号レベル及び信号方位を所定の期間取り込む手段と、
上記所定の期間に取り込んだ信号レベルの平均値を算出する手段と、
上記所定の期間に取り込んだ信号方位の分散値を算出する手段と、
算出した平均値がレベル閾値より高く、かつ算出した分散値が方位分散閾値より低い信号が波動信号となる目標を検出目標と判定する手段と、
波動を照射してから、目標判定に至った波動信号が到来するまでの時間を基に、上記検出目標までの距離を目標距離として算出する手段とを具備してなり、
目標判定に至った信号方位を目標方位とし、上記目標距離及び上記目標方位を目標検出情報として出力することを特徴とする目標検出装置。
【請求項２】
請求項１において、
目標判定に至った周波数領域上の周波数から目標の対向速度を算出する手段と、
上記複数本の指向性ビームに含まれる少なくとも２本の指向性ビームからそれぞれ上記目標検出情報が得られる場合に、上記目標方位と上記対向速度とから上記少なくとも２本の指向性ビームから得られる検出目標が同一であるか否かを判定し、同一と判定されたときに、上記少なくとも２本の指向性ビームからの目標方位を信号レベルによって重み付けし、重み付けされた目標方位の平均を平均目標方位として算出する手段とを備え、
算出された平均目標方位を上記目標検出情報の目標方位とすることを特徴とする目標検出装置。
【請求項３】
請求項１において、
上記所定の第１の周期での前回の送信によって得られた検出目標と今回の送信によって得られた検出目標とが同一であるか否かを判定する手段と、
同一と判定されたときに、前回の送信によって得られた検出目標の目標距離及び目標方位と今回の送信によって得られた検出目標の目標距離及び目標方位と上記第１の周期とから、検出目標の目標速度を算出する手段とを備え、
上記目標速度を上記目標検出情報に含めて出力することを特徴とする目標検出装置。
【請求項４】
請求項３において、
上記目標検出情報である上記目標距離、上記目標方位及び上記目標速度を表示する表示装置を備えていることを特徴とする目標検出装置。
【請求項５】
目標とする物体に向けて波動を所定の第１の周期で照射し、更に、上記目標からの反射成分を含む波動信号を受信する送受波器と、
上記送受波器が受信した受信信号からスプリットビームを含む複数本の指向性ビームを形成するビーム形成装置と、
上記複数本の指向性ビームの各々の出力信号を第２の周期で取り込み、取り込んだ出力信号を周波数領域に変換することによって得られる周波数領域上の各周波数に対応する信号レベル及び信号方位から、レベル閾値及び方位分散閾値を用いて目標判定を行ない、目標判定に至った信号方位を目標方位として定める目標検出処理装置と、
波動を照射してから、目標判定に至った波動信号が到来するまでの時間を基に、上記目標判定によって定められた目標までの距離を目標距離として算出し、更に、上記所定の第１の周期での前回の送信によって得られた検出目標の目標方位及び目標距離と、今回の送信によって得られた前回と同じ検出目標の目標方位及び目標距離と上記第１の周期とから、検出目標の目標速度を算出する目標距離及び目標速度算出装置と、
上記目標検出処理装置が定めた上記目標方位と、上記目標距離及び目標速度算出装置が算出した上記目標距離及び上記目標速度とを表示する表示装置とを具備してなることを特徴とする目標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目標とする移動及び静止物体に向けて波動を照射し、該目標からの反射成分を含む波動信号から目標を検出する目標検出装置に係り、該目標に関する諸情報を算出して後、算出結果を画面表示する目標検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
目標を検出するために、通常、目標からの反射成分を含む波動信号が用いられる。特に目標の方位を算出する手法として、２本の受信ビームを形成するスプリットビーム方式がある。スプリットビームによる各々の受信信号の位相差によって方位が算出される。スプリットビーム方式において、２組のスプリットビームを用い、信号対雑音比の良、悪により２組のいずれかを選択して検出確度を上げるようにしたソナー表示装置の例が特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１４７０９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、目標からの反射成分を含む波動信号から目標を検出する手法として、波動信号における目標のレベル及び持続時間に基づく目標らしさから検出する手法がある。また、目標の方位を算出する上述のスプリットビーム方式は、比較的小規模な装置構成で実現可能であることから多用されている。ところが、この方式では、目標方位と指向性ビーム中心方位とのずれや雑音の影響により方位計算誤差が生じ、同一目標が異なる指向性ビームにおいて検出されるという問題点や、目標方位以外の信号を検出する可能性があり、誤警報確率低減が課題となる。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、目標検出する際の誤警報確率を低減し、目標方位、目標距離及び目標速度を精度良く算出可能な目標検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の目標検出装置は、目標とする物体に向けて波動を所定の第１の周期で照射し、更に、上記目標からの反射成分を含む波動信号を受信する手段と、上記手段が受信した受信信号からスプリットビームを含む複数本の指向性ビームを形成する手段と、上記複数本の指向性ビームの各々の出力信号を所定の第２の周期で取り込む手段とを具備する。本発明の目標検出装置は、それに加えて、取り込んだ出力信号を周波数領域に変換する手段と、周波数領域上の各周波数に対応する信号レベルを検出する手段と、周波数領域上の各周波数に対応する信号方位を算出する手段と、検出した各周波数に対応する信号レベルを時間方向に整列させる手段と、算出した各周波数に対応する信号方位を時間方向に整列させる手段と、整列した信号レベル及び信号方位を所定の期間取り込む手段と、上記所定の期間に取り込んだ信号レベルの平均値を算出する手段と、上記所定の期間に取り込んだ信号方位の分散値を算出する手段と、算出した平均値がレベル閾値より高く、かつ算出した分散値が方位分散閾値より低い信号が波動信号となる目標を検出目標と判定する手段とを具備する。本発明の目標検出装置は、更にそれに加えて、波動を照射してから、目標判定に至った波動信号が到来するまでの時間を基に、上記検出目標までの距離を目標距離として算出する手段とを具備し、目標判定に至った信号方位を目標方位とし、上記目標距離と上記目標方位とを目標検出情報として出力することを特徴とする。検出目標の判定がレベル閾値及び方位分散閾値を用いて行なわれるので、誤警報確率を低減することができ、目標方位、目標距離及び目標速度を精度良く算出することが可能になる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、算出した信号レベルの平均値が閾値より高く、かつ算出した方位の分散値が閾値より低い信号を目標と判定するので、誤警報確率を低減することができ、目標方位、目標距離及び目標速度を精度良く算出することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係る目標検出装置を図面に示した実施形態を参照して更に詳細に説明する。本実施形態においては、ソナーへ適用した際の形態を述べる。
【０００９】
図１に本実施形態の全体の構成を示す。
【００１０】
図１において、送信器１１は、送信すべき電気信号を生成し出力する。送受波器１２は、送信器１１が出力した電気信号を音波に変換して水中へ送波すると共に、水中からの到来音波を受信し電気信号へ変換する。音波は周期Δｔ(所定の第１の周期)で時間ｔ１の間だけ送波される。受信は、音波が送波されない時間（Δｔ−ｔ１）の間に周期Δｔよりも短い周期、即ち所定の第２の周期Δｔ２で繰り返し行なわれる。即ち、受信は、次の送波が行なわれるまで、ｋ回｛但し、ｋ＝（Δｔ−ｔ１）／Δｔ２｝行なわれる。
【００１１】
受信器１３は、１回の受信毎に、送受信器１２が出力した電気信号を電力増幅し、更に、増幅後の電気信号に対してディジタル変換を行ない、変換された信号を出力する。ｋ回の受信によって、変換された信号は信号列となる。
【００１２】
受信においては、送受波器１２が送波する音波の送波角度を複数に分割した狭い角度毎に受信角度が設けられ、狭い受信角度を持つ複数の指向性ビームが形成される。即ち、ビーム形成装置１４は、予め形成すべき複数の指向性ビームの各方位を読み込み、受信器１３が出力した信号列から読み込んだ方位の数だけ指向性ビームを形成する処理を行ない、指向性ビーム本数分の各信号列を出力する。指向性ビームは、スプリットビーム方式に基づいて形成される。
【００１３】
目標検出処理装置１５は、指向性ビーム本数分の各信号列を入力して目標検出の処理を行なう。図２に目標検出処理装置１５の構成を示す。目標検出処理装置１５は、周波数変換処理部１５１、方位算出処理部１５２、目標検出処理部１５３及び同一目標統合処理部１５４を含んで成る。
【００１４】
周波数変換処理部１５１は、ビーム形成装置１４からの出力データを周波数領域に変換する。方位算出処理部１５２は、周波数領域上の各周波数に対応する信号方位を算出する。信号方位は、各時点ｔにおいてθ（ｔ）で表される。
【００１５】
信号方位θ（ｔ）は、スプリットビーム間の位相差φ（ｔ）を求め、スプリットビーム間距離をｄ（ｍ）、音速をＣ（ｍ／ｓ）及び送信周波数をＦｓ（Ｈｚ）とすると、式（１）で算出される。
【００１６】
【数１】
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【００１７】
目標検出処理部１５３は、算出された信号方位を入力して、目標の判定を行なう。図３に目標検出処理部１５３の構成を示す。目標検出処理部１５３は、周波数領域上の各周波数に対応する信号レベルを時間方向に整列させる周波数毎信号レベル整列処理部１５３１と、算出した各周波数に対応する信号方位を時間方向に整列させる周波数毎方位整列処理部１５３２と、整列した信号レベル及び信号方位を一定期間取り込み、取り込んだ信号レベルの平均値を算出する信号レベル平均処理部１５３３と、取り込んだ信号方位の分散値を算出する信号方位分散値算出処理部１５３４とを有する。平均を求める上記の一定期間、即ち所定の期間は、ｊ＜ｋとして、ｊΔｔ２で表される。
【００１８】
目標判定処理部１５３５において、算出した平均値がレベル閾値より高く、かつ算出した分散値が方位分散閾値より低い信号を目標と判定される。目標判定の後に、対向速度算出処理部１５３６において、目標と判定された検出周波数から、対向速度が算出される。
【００１９】
検出周波数をＦ０（Ｈｚ）とすると、対向速度Ｖｄ（ｍ／ｓ）は式（２）によって算出される。
【００２０】
【数２】
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【００２１】
次に、同一目標統合処理部１５４は、目標からの反射信号が、同時刻に複数本（ｎ本）の指向性ビーム出力信号に含まれても、目標方位、対向速度により探信内同一目標判定を行なう同一目標判定部と、同一目標である場合には信号レベルによる重み付け方位平均を算出する方位平均算出部を有し、目標検出情報を唯一特定する。
【００２２】
唯一特定する目標の方位θａは、複数（ｎ個）の同一目標の方位がθ０からθｎであり、信号レベルがＡ０からＡｎであるとすると、式（３）で算出される。
【００２３】
【数３】
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【００２４】
以上のように目標が検出されてから、目標までの距離及び目標の移動速度が目標距離及び目標速度算出装置１６によって算出される。図４に、目標距離及び目標速度算出装置１６の構成を示す。目標距離及び目標速度算出装置１６は、目標距離算出処理部１６１、同一目標判定処理部１６２及び目標速度算出処理部１６３を含んで成る。
【００２５】
目標距離算出処理部１６１は、波動を照射してから指向性ビーム毎に出力信号の取り込みを開始するまでの時間から目標距離を算出する。同一目標判定処理部１６２は、時間Δｔだけ前の前回送信時が初検出の場合は目標速度対向成分から、初検出でない場合は、図５に示すように、前回送信時の目標の目標速度（後述する）から設定される同一目標判定距離範囲１６２２と、目標の運動能力から予め設定される同一目標判定方位範囲１６２３とを上記目標速度で示される目標運動方向１６２１を中心として設定し、距離範囲１６２２と方位範囲１６２３で囲まれた同一目標判定範囲を設定する。そして、同一目標判定処理部１６２は、今回送信時の目標の方位及び距離が設定した同一目標判定範囲内である場合、今回検出した目標は前回と同一であると判定する。目標速度若しくは目標速度対向成分をＶｄ（ｍ／ｓ）、送信周期をΔｔ（ｓ）とすると、同一目標判定距離範囲１６２２ΔＲは式（４）で算出される。
【００２６】
【数４】
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【００２７】
目標速度算出処理部１６３は、今回送信時に検出された目標の内、同一目標判定処理部１６２により前回と同一であると判定された目標の目標位置から、目標速度を算出する。図６に示すように、前回送信時に検出された目標１６３１の方位をθ１（ｄｅｇ）、距離をｒ１（ｍ）とし、今回送信時に検出された目標１６３２の方位をθ２（ｄｅｇ）、距離をｒ２（ｍ）とすると、目標速度１６３３は式（５）で算出される。
【００２８】
【数５】
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【００２９】
表示装置１７は、縦軸に距離、横軸に方位をとる画面上に、目標検出装置１５及び目標距離及び目標速度算出装置１６において検出した目標方位、目標距離を表示し、目標速度を文字で表示する。
【００３０】
以上、本実施形態により、目標の判定に一定時間間隔で取り込んだ複数の信号のレベル平均値と方位分散値が用いられるので、誤警報確率を低減することができ、目標方位、目標距離及び目標速度を精度良く算出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る目標検出装置の実施形態を説明するための構成図。
【図２】本実施形態に用いられる目標検出処理装置を説明するための構成図。
【図３】本実施形態に用いられる目標検出処理部を説明するための構成図。
【図４】本実施形態に用いられる目標距離及び目標速度算出装置を説明するための構成図。
【図５】同一目標判定方位範囲及び同一目標判定距離範囲を説明するための図。
【図６】目標速度の算出を説明するための図。
【符号の説明】
【００３２】
１１…送信器、１２…送受信器、１３…受信器、１４…ビーム形成装置、１５…目標検出処理装置、１６…目標距離及び目標速度算出装置、１５１…周波数変換処理部、１５２…方位算出処理部、１５３…目標検出処理部、１５４…同一目標統合処理部、１６１…目標距離算出処理部、１６２…同一目標判定処理部、１６３…目標速度算出処理部、１５３１…周波数毎信号レベル整列処理部、１５３２…周波数毎方位整列処理部、１５３３…信号レベル平均処理部、１５３４…信号方位分散値算出処理部、１５３５…目標判定処理部、１５３６…対向速度算出処理部。
【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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