JP2015175776A

JP2015175776A - Detection device, underwater detection device, detection method, and detection program

Info

Publication number: JP2015175776A
Application number: JP2014053587A
Authority: JP
Inventors: クレタンドリアン; Dorian Cretin
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-10-05

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a grading lobe irrespective of an element layout and at low cost.SOLUTION: There is configured a detection device 1c comprising: an intensity spectrum calculation unit 23 for calculating, on the basis of a received signal S(x, t), an intensity spectrum P(θ, ω) of the received signal in a two-dimensional region specified by an azimuth direction θ in which the received signal S(x, t) arrives and a frequency ω included in the received signal; a comparison unit 24 for comparing a subject signal based on a frequency domain intensity spectrum that is an intensity spectrum in each azimuth direction among the intensity spectra P(θ, ω) calculated by the intensity spectrum calculation unit 23 and reference information that is the object to be compared with the subject signal; and an echo intensity reduction unit 25 for reducing the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum in accordance with the result of comparison by the comparison unit 24.

Description

本発明は、到来波の到来方向を推定するための探知装置、水中探知装置、探知方法、及び探知プログラムに関するものである。 The present invention relates to a detection device, an underwater detection device, a detection method, and a detection program for estimating an arrival direction of an incoming wave.

従来から、送信された超音波又は電磁波のエコー（到来波）の到来方向を推定するための探知装置が知られている。そして、このような探知装置として、例えば特許文献１には、帯域が非常に広い信号を用いることによってグレーティングローブを低減する旨の記載がなされている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a detection device for estimating an arrival direction of transmitted ultrasonic waves or electromagnetic wave echoes (arrival waves) is known. As such a detection device, for example, Patent Document 1 describes that a grating lobe is reduced by using a signal having a very wide band.

米国特許第５３５１０５３号明細書US Pat. No. 5,315,053

ところで、上述のように帯域が非常に広い信号を取り扱う装置の場合、広帯域の信号に対応可能な装置が必要となるため、その構造が複雑になってしまう。 By the way, in the case of a device that handles a signal having a very wide band as described above, a device that can handle a wide-band signal is required, and the structure becomes complicated.

また、グレーティングローブを抑圧するためには、素子間の間隔を半波長以下にすることが、一般的に知られている。しかし、そうすると、多くの素子が必要となるため、装置が高価格になってしまう。 In order to suppress grating lobes, it is generally known that the spacing between elements is equal to or less than a half wavelength. However, if so, many devices are required, and the device becomes expensive.

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、素子の配列に関わらず、且つ低コストでグレーティングローブを低減することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce grating lobes at a low cost regardless of the arrangement of elements.

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る探知装置は、複数の受信素子で受信された音波又は電磁波から生成される受信信号を処理することにより物標を探知する探知装置であって、前記受信信号に基づき、該受信信号が到来する方位方向と該受信信号に含まれる周波数とで特定される２次元領域における、前記受信信号の強度スペクトラムを算出する強度スペクトラム算出部と、前記強度スペクトラム算出部で算出された前記強度スペクトラムのうちの、各前記方位方向における強度スペクトラムである周波数領域強度スペクトラムに基づく対象信号と、該対象信号の比較対象となる参照情報とを比較する比較部と、前記比較部での比較結果に応じて前記周波数領域強度スペクトラムのエコー強度を低減するエコー強度低減部と、を備えている。 (1) In order to solve the above problems, a detection device according to an aspect of the present invention detects a target by processing a reception signal generated from a sound wave or electromagnetic wave received by a plurality of reception elements. An intensity spectrum calculation unit that calculates an intensity spectrum of the received signal in a two-dimensional region specified by the azimuth direction from which the received signal arrives and a frequency included in the received signal based on the received signal The target signal based on the frequency domain intensity spectrum, which is the intensity spectrum in each of the azimuth directions, of the intensity spectrum calculated by the intensity spectrum calculation unit and the reference information to be compared with the target signal And the echo intensity for reducing the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum according to the comparison result of the comparison unit It is provided with a reduced portion.

（２）好ましくは、前記比較部は、前記対象信号を、前記参照情報としての所定値と比較する。 (2) Preferably, the comparison unit compares the target signal with a predetermined value as the reference information.

（３）更に好ましくは、前記比較部は、前記対象信号としての前記周波数領域強度スペクトラムを、前記所定値と比較する。 (3) More preferably, the comparison unit compares the frequency domain intensity spectrum as the target signal with the predetermined value.

（４）更に好ましくは、前記比較部は、前記周波数領域強度スペクトラムに含まれる複数のサンプルのそれぞれのエコー強度と前記所定値とを比較し、該所定値よりも小さいサンプルの数を複数の前記周波数領域強度スペクトラム毎にカウントするカウント部を有し、前記エコー強度低減部は、前記カウント部でカウントされた前記サンプルの数が所定数よりも多い場合、当該サンプルを含む周波数領域強度スペクトラムのエコー強度を低減する。 (4) More preferably, the comparison unit compares the echo intensity of each of a plurality of samples included in the frequency domain intensity spectrum with the predetermined value, and sets the number of samples smaller than the predetermined value to the plurality of the samples. A count unit that counts for each frequency domain intensity spectrum, and when the number of samples counted by the count unit is greater than a predetermined number, the echo intensity reduction unit echoes the frequency domain intensity spectrum including the sample. Reduce strength.

（５）好ましくは、前記探知装置は、前記周波数領域強度スペクトラムの各周波数における強度のヒストグラムである強度ヒストグラムを生成する強度ヒストグラム生成部を更に備え、前記比較部は、前記対象信号としての前記強度ヒストグラムを、前記参照情報と比較する。 (5) Preferably, the detection device further includes an intensity histogram generation unit that generates an intensity histogram that is an intensity histogram at each frequency of the frequency domain intensity spectrum, and the comparison unit includes the intensity as the target signal. A histogram is compared with the reference information.

（６）好ましくは、前記探知装置は、前記強度スペクトラムのサイドローブの強度を低減するサイドローブ低減部、を更に備え、前記比較部は、前記サイドローブ低減部によってサイドローブの強度が低減された前記強度スペクトラムのうちの前記周波数領域強度スペクトラムに基づく前記対象信号と、前記参照情報とを比較する。 (6) Preferably, the detection device further includes a side lobe reduction unit that reduces the intensity of the side lobe of the intensity spectrum, and the comparison unit has the side lobe intensity reduced by the side lobe reduction unit. The target signal based on the frequency domain intensity spectrum of the intensity spectrum is compared with the reference information.

（７）好ましくは、前記探知装置は、各前記受信信号をフーリエ変換するフーリエ変換部を更に備え、前記強度スペクトラム算出部は、前記フーリエ変換部でフーリエ変換された前記受信信号に対して適応ビームフォーミング法を用いることにより、前記強度スペクトラムを算出する。 (7) Preferably, the detection device further includes a Fourier transform unit that performs a Fourier transform on each received signal, and the intensity spectrum calculation unit applies an adaptive beam to the received signal that has been Fourier transformed by the Fourier transform unit. The intensity spectrum is calculated by using a forming method.

（８）好ましくは、前記エコー強度低減部は、前記比較部での比較結果に応じて前記周波数領域強度スペクトラムのエコー強度をゼロにする。 (8) Preferably, the echo intensity reduction unit sets the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum to zero according to the comparison result in the comparison unit.

（９）好ましくは、前記探知装置は、音波又は電磁波を送信する少なくとも１つの送信素子と、前記送信素子から送信された音波又は電磁波のエコーを受信する前記複数の受信素子と、を更に備えている。 (9) Preferably, the detection device further includes at least one transmission element that transmits a sound wave or an electromagnetic wave, and the plurality of reception elements that receive an echo of the sound wave or the electromagnetic wave transmitted from the transmission element. Yes.

（１０）更に好ましくは、前記探知装置は、複数の前記送信素子、及び前記複数の受信素子としての複数の送受信素子を更に備えている。 (10) More preferably, the detection apparatus further includes a plurality of transmitting elements and a plurality of transmitting / receiving elements as the plurality of receiving elements.

（１１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る水中探知装置は、前記探知装置としての水中探知装置であって、前記複数の送受信素子としての複数の超音波振動子、を有するトランスデューサと、前記強度スペクトラム算出部で算出された前記強度スペクトラムに基づくエコー画像を表示する表示部と、を更に備える。 (11) In order to solve the above-described problem, an underwater detection device according to an aspect of the present invention is an underwater detection device as the detection device, and includes a plurality of ultrasonic transducers as the plurality of transmitting and receiving elements. And a display unit that displays an echo image based on the intensity spectrum calculated by the intensity spectrum calculation unit.

（１２）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る探知方法は、複数の受信素子で受信された音波又は電磁波から生成される受信信号を処理することにより物標を探知する探知方法であって、前記受信信号に基づき、該受信信号が到来する方位方向と該受信信号に含まれる周波数とで特定される２次元領域における、前記受信信号の強度スペクトラムを算出するステップと、前記強度スペクトラムを算出するステップで算出された前記強度スペクトラムのうちの、各前記方位方向における強度スペクトラムである周波数領域強度スペクトラムに基づく対象信号と、該対象信号の比較対象となる参照情報とを比較するステップと、前記対象信号と前記参照情報とを比較するステップでの比較結果に応じて前記周波数領域強度スペクトラムのエコー強度を低減するステップと、を含む。 (12) In order to solve the above problem, a detection method according to an aspect of the present invention is a detection method for detecting a target by processing a reception signal generated from a sound wave or electromagnetic wave received by a plurality of reception elements. A method of calculating an intensity spectrum of the received signal in a two-dimensional region specified by an azimuth direction from which the received signal arrives and a frequency included in the received signal based on the received signal; Of the intensity spectrum calculated in the step of calculating the intensity spectrum, the target signal based on the frequency domain intensity spectrum, which is the intensity spectrum in each of the azimuth directions, is compared with the reference information to be compared with the target signal. And the frequency domain intensity spectrum according to a comparison result in the step of comparing the target signal with the reference information. Comprising the steps of reducing the echo intensity of the ram, the.

（１３）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る探知プログラムは、複数の受信素子で受信された音波又は電磁波から生成される受信信号を処理することにより物標を探知するための探知プログラムであって、前記受信信号に基づき、該受信信号が到来する方位方向と該受信信号に含まれる周波数とで特定される２次元領域における、前記受信信号の強度スペクトラムを算出するステップと、前記強度スペクトラムを算出するステップで算出された前記強度スペクトラムのうちの、各前記方位方向における強度スペクトラムである周波数領域強度スペクトラムに基づく対象信号と、該対象信号の比較対象となる参照情報とを比較するステップと、前記対象信号と前記参照情報とを比較するステップでの比較結果に応じて前記周波数領域強度スペクトラムのエコー強度を低減するステップと、をコンピュータに実行させる。 (13) In order to solve the above-described problem, a detection program according to an aspect of the present invention detects a target by processing a reception signal generated from a sound wave or electromagnetic wave received by a plurality of reception elements. And calculating the intensity spectrum of the received signal in a two-dimensional region specified by the azimuth direction from which the received signal arrives and the frequency included in the received signal, based on the received signal. A target signal based on a frequency domain intensity spectrum which is an intensity spectrum in each of the azimuth directions of the intensity spectrum calculated in the step of calculating the intensity spectrum, and reference information to be compared with the target signal. The circumference is determined according to a comparison result in the step of comparing and the step of comparing the target signal and the reference information. To execute the steps of reducing the echo intensity of a few regions intensity spectrum, to the computer.

本発明によれば、素子の配列に関わらず、且つ低コストでグレーティングローブを低減できる。 According to the present invention, the grating lobe can be reduced regardless of the arrangement of the elements and at a low cost.

本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the underwater detection apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図１に示す水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal processing part of the underwater detection apparatus shown in FIG. ビームフォーミング部で算出される信号に基づく強度スペクトラム（方位及び周波数領域の強度スペクトラム）の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the intensity spectrum (intensity spectrum of an azimuth | direction and a frequency domain) based on the signal calculated in a beam forming part. 図３に示す強度スペクトラムにおける、−３０°の方位における強度スペクトラム（周波数領域強度スペクトラム）を示す図である。It is a figure which shows the intensity spectrum (frequency domain intensity spectrum) in the -30 degree direction in the intensity spectrum shown in FIG. 図３に示す強度スペクトラムにおける、３０°の方位における周波数領域強度スペクトラムを示す図である。It is a figure which shows the frequency domain intensity spectrum in a 30 degree azimuth | direction in the intensity spectrum shown in FIG. 方位及び時間領域強度スペクトラム算出部で算出された強度スペクトラムＰ（θ，ｔ）に基づく、ある時刻における方位領域の強度スペクトラムＰ（θ）を示す図である。It is a figure which shows the intensity | strength spectrum P ((theta)) of the azimuth | direction area | region in a certain time based on the intensity | strength spectrum P ((theta), t) calculated by the azimuth | direction and the time area | region intensity spectrum calculation part. 図１に示す水中探知装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the underwater detection apparatus shown in FIG. 図７に示すステップＳ１０に含まれる各ステップを説明するためのフローチャートであって、ＧＬ低減処理について説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating each step contained in step S10 shown in FIG. 7, Comprising: It is a flowchart for demonstrating a GL reduction process. グレーティングローブの除去が行われていない状態の強度スペクトラムＰ（θ）を示す図であって、図６に対応させて示す図である。It is a figure which shows intensity spectrum P ((theta)) in the state where the removal of a grating lobe is not performed, Comprising: It is a figure shown corresponding to FIG. 変形例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal processing part of the underwater detection apparatus which concerns on a modification. 図１０に示す信号処理部の分割部によって生成される複数の分割受信信号の生成過程について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the production | generation process of the some division | segmentation received signal produced | generated by the division part of the signal processing part shown in FIG. 図１０に示す信号処理部の結合部によって生成される信号の生成過程について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the production | generation process of the signal produced | generated by the coupling | bond part of the signal processing part shown in FIG. 変形例に係る水中探知装置で設定される窓関数について説明するための図であって、図１１に対応させて示す図である。It is a figure for demonstrating the window function set with the underwater detection apparatus which concerns on a modification, Comprising: It is a figure shown corresponding to FIG. 変形例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal processing part of the underwater detection apparatus which concerns on a modification. 強度ヒストグラムの例を示す図であって、図１５（Ａ）は、図４に示す周波数領域強度スペクトラムから生成された強度ヒストグラム、図１５（Ｂ）は、図５に示す周波数領域強度スペクトラムＰ_θ＝３０（ω）から生成された強度ヒストグラム、である。FIG. 15A shows an example of an intensity histogram, FIG. 15A shows an intensity histogram generated from the frequency domain intensity spectrum shown in FIG. 4, and FIG. 15B shows a frequency domain intensity spectrum P _θ shown in FIG. _{= 30} is an intensity histogram generated from (ω). 変形例に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radar apparatus which concerns on a modification. 変形例に係るパッシブソナーの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the passive sonar which concerns on a modification. 変形例に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the underwater detection apparatus which concerns on a modification.

本発明の実施形態に係る水中探知装置について、図を参照して説明する。本発明の実施形態に係る探知装置としての水中探知装置１は、水中の物標（例えば魚群）を探知するためのソナーとして用いられる。水中探知装置１は、例えば漁船等の船舶に装備される。 An underwater detection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. An underwater detection device 1 as a detection device according to an embodiment of the present invention is used as a sonar for detecting an underwater target (for example, a school of fish). The underwater detection device 1 is installed in a ship such as a fishing boat.

［構成］
図１は、本発明の実施形態に係る水中探知装置１の構成を示すブロック図である。水中探知装置１は、図１に示すように、トランスデューサ２と、送受信装置３と、信号処理部１０と、操作・表示装置４と、を備えている。 [Constitution]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an underwater detection device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the underwater detection device 1 includes a transducer 2, a transmission / reception device 3, a signal processing unit 10, and an operation / display device 4.

トランスデューサ２は、複数の超音波振動子２ａを有している。各超音波振動子２ａは、超音波を送信可能な送信素子、及び超音波を受信可能な受信素子、として設けられている。トランスデューサ２では、各超音波振動子２ａが、電気信号を超音波に変換して、所定のタイミング毎に水中へ超音波を送信するとともに、各方位から帰来する超音波を受信して該超音波を電気信号に変換する。 The transducer 2 has a plurality of ultrasonic transducers 2a. Each ultrasonic transducer 2a is provided as a transmitting element capable of transmitting ultrasonic waves and a receiving element capable of receiving ultrasonic waves. In the transducer 2, each ultrasonic transducer 2 a converts an electrical signal into an ultrasonic wave, transmits the ultrasonic wave to water at every predetermined timing, and receives an ultrasonic wave coming back from each direction to receive the ultrasonic wave. Is converted into an electrical signal.

トランスデューサ２では、複数の超音波振動子２ａが、例えば一例として、円筒の外周面に沿って、隣接する超音波振動子２ａと所定の間隔（超音波の半波長等）をあけて、マトリックス状に配列される。しかし、複数の超音波振動子２ａの配列方法は、これに限らない。具体的には、球面又は多面体の外周面に沿って、或いは、直線状に配列されていてもよい。また、隣接する超音波振動子２ａとの間隔は、所定の間隔でなく、ランダムに配置されていてもよい。 In the transducer 2, for example, a plurality of ultrasonic transducers 2 a are arranged in a matrix shape with a predetermined interval (half wavelength of ultrasonic waves, etc.) between adjacent ultrasonic transducers 2 a along the outer peripheral surface of the cylinder. Arranged. However, the arrangement method of the plurality of ultrasonic transducers 2a is not limited to this. Specifically, it may be arranged along the outer peripheral surface of the spherical surface or polyhedron, or linearly. Further, the interval between the adjacent ultrasonic transducers 2a is not a predetermined interval but may be randomly arranged.

送受信装置３は、送受切替部５と、送信部６と、受信部７とを備えている。送受切替部５は、送信時には、送信部６からトランスデューサ２に送信信号が送られる接続に切り替える。また、送受切替部５は、受信時には、トランスデューサ２によって超音波から変換された電気信号がトランスデューサ２から受信部７に送られる接続に切り替える。 The transmission / reception device 3 includes a transmission / reception switching unit 5, a transmission unit 6, and a reception unit 7. The transmission / reception switching unit 5 switches to a connection in which a transmission signal is transmitted from the transmission unit 6 to the transducer 2 at the time of transmission. The transmission / reception switching unit 5 switches to a connection in which an electrical signal converted from an ultrasonic wave by the transducer 2 is sent from the transducer 2 to the reception unit 7 at the time of reception.

送信部６は、操作・表示装置４において設定された条件に基づいて生成した送信信号を、送受切替部５を介してトランスデューサ２に対して出力する。 The transmission unit 6 outputs a transmission signal generated based on the conditions set in the operation / display device 4 to the transducer 2 via the transmission / reception switching unit 5.

受信部７は、トランスデューサ２が受信した信号を増幅し、増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部７は、デジタル信号に変換された受信信号を、信号処理部１０に対して出力する。 The receiver 7 amplifies the signal received by the transducer 2 and A / D converts the amplified received signal. Thereafter, the receiving unit 7 outputs the received signal converted into the digital signal to the signal processing unit 10.

信号処理部１０は、受信部７から出力される受信信号を処理し、物標の映像信号を生成する処理を行う。信号処理部１０の構成については、詳しくは後述する。 The signal processing unit 10 processes the reception signal output from the reception unit 7 and generates a target video signal. The configuration of the signal processing unit 10 will be described later in detail.

操作・表示装置４は、信号処理部１０から出力された画像信号に応じた画像（例えばＰＰＩ画像）を表示画面に表示する。ユーザは、当該ＰＰＩ画像を見て、自船を中心とした全方位（３６０度方向）における海中の状態（単体魚、魚群の有無等）を推測することができる。また、操作・表示装置４は、種々の入力キー等の入力手段を備えており、音波の送受信、信号処理、又は映像表示に必要な種々の設定又は種々のパラメータ等を入力できるように構成されている。 The operation / display device 4 displays an image (for example, a PPI image) corresponding to the image signal output from the signal processing unit 10 on the display screen. The user can estimate the underwater state (single fish, the presence or absence of a school of fish, etc.) in all directions (360-degree direction) around the ship by looking at the PPI image. The operation / display device 4 includes input means such as various input keys, and is configured to input various settings or various parameters necessary for transmission / reception of sound waves, signal processing, or video display. ing.

［信号処理部の構成］
図２は、信号処理部１０の構成を示すブロック図である。信号処理部１０は、図２に示すように、ＦＦＴ処理部１１と、ビームフォーミング部１２と、強度スペクトラム算出部１３と、比較部１４と、ＧＬ低減フィルタ１５と、ＩＦＦＴ処理部１６と、方位及び時間領域強度スペクトラム算出部１７と、を備えている。この信号処理部１０は、例えば、図示しないＣＰＵ、ＦＰＧＡ、及びメモリなどのデバイスで構成される。例えば、ＣＰＵがメモリから信号処理プログラムを読み出して実行することにより、ＦＦＴ処理部１１、ビームフォーミング部１２、強度スペクトラム算出部１３、比較部１４、ＧＬ低減フィルタ１５、ＩＦＦＴ処理部１６、及び方位及び時間領域強度スペクトラム算出部１７として機能させることができる。 [Configuration of signal processor]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the signal processing unit 10. As shown in FIG. 2, the signal processing unit 10 includes an FFT processing unit 11, a beam forming unit 12, an intensity spectrum calculation unit 13, a comparison unit 14, a GL reduction filter 15, an IFFT processing unit 16, and an azimuth direction. And a time domain intensity spectrum calculation unit 17. The signal processing unit 10 includes, for example, devices such as a CPU, FPGA, and memory (not shown). For example, when the CPU reads out and executes a signal processing program from the memory, the FFT processing unit 11, the beam forming unit 12, the intensity spectrum calculation unit 13, the comparison unit 14, the GL reduction filter 15, the IFFT processing unit 16, and the azimuth and It can function as the time domain intensity spectrum calculation unit 17.

ＦＦＴ処理部１１は、受信部７から出力される受信信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform、高速フーリエ変換）処理を行う。これにより、各超音波振動子２ａに対応する時間領域の受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）（但し、ｘ＝ｘ_１，ｘ_２，…。ｘ_１，ｘ_２，…は、それぞれ、各超音波振動子に対応）が、周波数領域の信号である周波数領域信号Ｓ（ｘ，ω）に変換される。 The FFT processing unit 11 performs an FFT (Fast Fourier Transform) process on the reception signal output from the receiving unit 7. Thus, the received signal S in the time domain corresponding to each of the ultrasonic transducers 2a (x, t) _{_{(where, x = x 1, x 2}} , ... .x 1, x 2, ... , respectively, each of the ultrasonic Is converted into a frequency domain signal S (x, ω), which is a frequency domain signal.

ビームフォーミング部１２は、ＦＦＴ処理部１１で生成された周波数領域信号Ｓ（ｘ，ω）に対して、適応ビームフォーミング法を用いたビームフォーミングを行う。これにより、ビームフォーミング部１２は、受信信号が帰来する方位方向θと、該受信信号に含まれる周波数ωとで特定される２次元領域における信号Ｓ’（θ，ω）を算出する。 The beam forming unit 12 performs beam forming using the adaptive beam forming method on the frequency domain signal S (x, ω) generated by the FFT processing unit 11. Thereby, the beam forming unit 12 calculates a signal S ′ (θ, ω) in a two-dimensional region specified by the azimuth direction θ from which the received signal returns and the frequency ω included in the received signal.

そして、ビームフォーミング部１２が、上述のように適応ビームフォーミング法を用いたビームフォーミングを行うことにより、メインビームの両側（方位方向における両側）に発生するサイドローブのエコー強度が低減される。すなわち、本実施形態に係る水中探知装置１では、ビームフォーミング部１２は、サイドローブの強度を低減するサイドローブ低減部としても機能する。 The beam forming unit 12 performs the beam forming using the adaptive beam forming method as described above, thereby reducing the echo intensity of the side lobes generated on both sides (both sides in the azimuth direction) of the main beam. That is, in the underwater detection device 1 according to the present embodiment, the beam forming unit 12 also functions as a side lobe reduction unit that reduces the strength of the side lobe.

なお、ビームフォーミング部１２で用いられる適応ビームフォーミング法としては、例えば、Ｃａｐｏｎ法、ＭＵＳＩＣ法、Ｐｒｏｎｙ法等が挙げられる。しかし、これに限らず、その他の適応ビームフォーミング法を用いることもできる。これらの適応ビームフォーミング法は、公知であるため、その説明を省略する。 Examples of the adaptive beam forming method used in the beam forming unit 12 include the Capon method, the MUSIC method, and the Prony method. However, the present invention is not limited to this, and other adaptive beamforming methods can be used. Since these adaptive beamforming methods are known, the description thereof is omitted.

図３は、強度スペクトラム算出部１３で算出される強度スペクトラムの一例を示す図である。強度スペクトラム算出部１３は、ビームフォーミング部１２で算出された、θとωとで特定される２次元領域における信号Ｓ’（θ，ω）から、図３に示すような方位及び周波数領域の強度スペクトラムＰ（θ，ω）を算出する。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an intensity spectrum calculated by the intensity spectrum calculation unit 13. The intensity spectrum calculation unit 13 calculates the intensity in the azimuth and frequency domain as shown in FIG. 3 from the signal S ′ (θ, ω) calculated in the beam forming unit 12 in the two-dimensional domain specified by θ and ω. A spectrum P (θ, ω) is calculated.

図３において、３０度付近に出現している直線状の高強度の信号は、メインローブである。一方、比較的広い方位領域に亘って出現している曲線状の高強度の信号は、グレーティングローブである。図３に示すように、メインローブが出現する方位方向θは、周波数ωの値によらずほぼ一定である。これに対して、グレーティングローブが出現する方位方向θは、周波数ωによって異なる。 In FIG. 3, a linear high-intensity signal appearing at around 30 degrees is a main lobe. On the other hand, a curved high-intensity signal appearing over a relatively wide azimuth region is a grating lobe. As shown in FIG. 3, the azimuth direction θ in which the main lobe appears is almost constant regardless of the value of the frequency ω. On the other hand, the azimuth direction θ in which the grating lobe appears varies depending on the frequency ω.

比較部１４は、強度スペクトラム算出部１３で算出された方位及び周波数領域強度スペクトラムＰ（θ，ω）のうちの、各方位方向（例えば、θ＝−９０°，−８９．９°，…，９０°）における強度スペクトラムである周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）を、参照情報としての閾値Thr（所定値）と比較する。 The comparison unit 14 includes each azimuth direction (for example, θ = −90 °, −89.9 °,...) Among the azimuth and frequency domain intensity spectrum P (θ, ω) calculated by the intensity spectrum calculation unit 13. A frequency domain intensity spectrum P _θ (ω), which is an intensity spectrum at 90 °), is compared with a threshold value Thr (predetermined value) as reference information.

具体的には、比較部１４は、詳しくは後述する図４又は図５に示すように、所定間隔で設定される各周波数ω_１，ω_２，…ω_Ｎにおけるサンプル（対象信号）Ｐｔ_１，Ｐｔ_２，…，Ｐｔ_Ｎでのエコー強度Ｐ_θ（ω_ｎ）（但し、ｎ＝１，２，…，Ｎ）と、上述した閾値Thrとを比較する。なお、当該閾値Thrとしては、例えば一例として、上記適応ビームフォーミング法の出力の最小値であるσ_ＤＬ ^２に基づく値が用いられる。具体的には、当該最小値σ_ＤＬ ^２に所定のマージンを考慮に入れた値等が用いられる。 Specifically, as shown in detail in FIG. 4 or FIG. 5 described later, the comparison unit 14 samples (target signals) Pt ₁ , Pt ₁ , Pt ₁ , _{N at} each frequency ω ₁ , ω ₂ ,. The echo intensity P _θ (ω _n ) (where n = 1, 2,..., N) at Pt ₂ ,..., Pt _N is compared with the threshold value Thr. As the threshold Thr, for example, a value based on σ _DL ² that is the minimum value of the output of the adaptive beamforming method is used as an example. Specifically, a value that takes a predetermined margin into consideration for the minimum value σ _DL ² is used.

比較部１４は、カウント部１４ａを有している。比較部１４は、上述した複数のサンプルＰｔ_１，Ｐｔ_２，…，Ｐｔ_Ｎを前記閾値Thrと比較し、いずれが大きいかを判定する。そして、カウント部１４ａは、前記閾値Thrよりも値が小さいサンプルの数をカウントし、当該カウント数をＧＬ低減フィルタ１５に通知する。 The comparison unit 14 has a count unit 14a. The comparison unit 14 compares the plurality of samples Pt ₁ , Pt ₂ ,..., Pt _N with the threshold value Thr and determines which is larger. Then, the count unit 14a counts the number of samples having a value smaller than the threshold value Thr, and notifies the GL reduction filter 15 of the count number.

図４及び図５は、所定の方位方向における周波数領域強度スペクトラムの一例を示す図であって、図４は、図３に例示する方位及び周波数領域強度スペクトラムにおける、−３０度方向の周波数領域強度スペクトラムＰ_{θ＝−３０}（ω）を示す図、図５は、３０度方向の周波数領域強度スペクトラムＰ_θ＝３０（ω）を示す図、である。 4 and 5 are diagrams illustrating an example of the frequency domain intensity spectrum in a predetermined azimuth direction. FIG. 4 illustrates the frequency domain intensity in the −30 degrees direction in the azimuth and frequency domain intensity spectrum illustrated in FIG. 3. FIG. 5 is a diagram showing a spectrum P _{θ = −30} (ω), and FIG. 5 is a diagram showing a frequency domain intensity spectrum P _{θ = 30} (ω) in the direction of 30 degrees.

図４を参照して、比較部１４は、−３０度方向の周波数領域強度スペクトラムＰ_{θ＝−３０}（ω）を対象とし、周波数ω_１，ω_２，…ω_Ｎのそれぞれにおける該強度スペクトラムＰ_{θ＝−３０}（ω）のエコー強度と、閾値Thrとを比較する。そして、カウント部１４ａは、Ｐ_{θ＝−３０}（ω_ｎ）＜Thr（ｎ＝１，２，…Ｎ）となるサンプル数をカウントする。図４の場合、カウント部１４ａは、当該サンプル数を１３とカウントする。 Referring to FIG. 4, the comparator 14, -30 degree direction in the frequency domain intensity spectrum P _{theta = -30} a (omega) is intended, the frequency ω _1, ω _2, ... ω said intensity spectrum P in each of the _N The echo intensity of _{θ = −30} (ω) is compared with the threshold value Thr. Then, the counting unit 14a counts the number of samples satisfying P _{θ = −30} (ω _n ) <Thr (n = 1, 2,... N). In the case of FIG. 4, the counting unit 14 a counts the number of samples as 13.

また、図５を参照して、比較部１４は、上述の場合と同様、３０度方向の周波数領域強度スペクトラムＰ_θ＝３０（ω）を対象とし、周波数ω_１，ω_２，…ω_Ｎのそれぞれにおける該強度スペクトラムＰ_θ＝３０（ω）のエコー強度と、閾値Thrとを比較する。そして、カウント部１４ａは、Ｐ_θ＝３０（ω_ｎ）＜Thrとなるサンプル数をカウントする。図５の場合、カウント部１４ａは、当該サンプル数を０とカウントする。 Further, with reference to FIG. 5, the comparison unit 14, as with the above, and in the 30 degree direction frequency domain intensity spectrum P _{theta = 30} and (omega) of interest, the frequency omega _1, omega _2, of ... omega _N The echo intensity of the intensity spectrum P _{θ = 30} (ω) in each is compared with the threshold value Thr. Then, the counting unit 14a counts the number of samples satisfying P _{θ = 30} (ω _n ) <Thr. In the case of FIG. 5, the count unit 14a counts the number of samples as zero.

ＧＬ低減フィルタ１５は、図３に示す方位及び周波数領域強度スペクトラムに含まれるグレーティングローブ（Grating Lobe、ＧＬ）を低減する。具体的には、ＧＬ低減フィルタ１５は、カウント部１４ａでカウントされたサンプルのカウント数が、所定数（本実施形態の場合、例えば一例として１０）よりも多い場合、該サンプルが含まれる周波数領域強度スペクトラムの強度をゼロにする。 The GL reduction filter 15 reduces a grating lobe (GL) included in the orientation and frequency domain intensity spectrum shown in FIG. Specifically, when the number of samples counted by the counting unit 14a is greater than a predetermined number (in this embodiment, for example, 10 as an example), the GL reduction filter 15 includes a frequency region in which the sample is included. Set the intensity spectrum to zero.

ここで、ＧＬ低減フィルタ１５が、上述のような処理を行うことにより、グレーティングローブを低減できる理由について説明する。図３に示すように、グレーティングローブが出現する方位方向は、周波数によって異なっている。よって、カウント部１４ａが、図４に示す周波数領域強度スペクトラムＰ_{θ＝−３０}（ω）を対象として上述のようなカウントを行うと、カウント数が多くなる。当該カウント数を受けて、ＧＬ低減フィルタ１５が、方位方向が−３０度の周波数領域強度スペクトラムＰ_{θ＝−３０}（ω）の強度をゼロにすることで、−３０度で出現するグレーティングローブを除去することができる。そして、ＧＬ低減フィルタ１５は、各方位方向の周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）について同様の処理を行うことで、全方位に亘ってグレーティングローブをゼロにする。 Here, the reason why the GL reduction filter 15 can reduce the grating lobe by performing the above-described processing will be described. As shown in FIG. 3, the azimuth direction in which the grating lobe appears varies depending on the frequency. Therefore, when the counting unit 14a performs the above-described counting for the frequency domain intensity spectrum P _{θ = −30} (ω) illustrated in FIG. 4, the number of counts increases. In response to the count, the GL reduction filter 15 reduces the intensity of the frequency domain intensity spectrum P _{θ = −30} (ω) whose azimuth direction is −30 degrees to zero, so that the grating lobe appearing at −30 degrees can be obtained. Can be removed. Then, the GL reduction filter 15 performs the same processing on the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) in each azimuth direction, thereby setting the grating lobe to zero over all azimuths.

一方、ＧＬ低減フィルタ１５が、上述のような処理を行っても、メインローブの強度はゼロにはならず、そのままの強度が維持される。これは、図３に示すように、メインローブが出現する方位方向が、周波数ωによらず概ね同じであるためである。具体的には、カウント部１４ａが、図５のような、方位方向が３０度の周波数領域強度スペクトラムＰ_θ＝３０（ω）を対象として上述のようなカウントを行うと、カウント数が非常に少なくなる。当該カウント数を受けて、ＧＬ低減フィルタ１５が、方位方向が３０度の周波数領域強度スペクトラムＰ_θ＝３０（ω）の強度をそのまま維持することで、メインローブの強度がそのまま維持される。 On the other hand, even if the GL reduction filter 15 performs the above processing, the strength of the main lobe does not become zero, and the strength is maintained as it is. This is because, as shown in FIG. 3, the azimuth direction in which the main lobe appears is substantially the same regardless of the frequency ω. Specifically, when the counting unit 14a performs the above-described counting for the frequency domain intensity spectrum P _{θ = 30} (ω) whose azimuth direction is 30 degrees as shown in FIG. Less. In response to the count, the GL reduction filter 15 maintains the intensity of the frequency domain intensity spectrum P _{θ = 30} (ω) whose azimuth direction is 30 degrees as it is, so that the intensity of the main lobe is maintained as it is.

従って、ＧＬ低減フィルタ１５は、図３に示す方位及び周波数領域強度スペクトラムからメインローブを維持しつつ、グレーティングローブのみを除去する。 Therefore, the GL reduction filter 15 removes only the grating lobe while maintaining the main lobe from the azimuth and frequency domain intensity spectrum shown in FIG.

ＩＦＦＴ処理部１６は、ＧＬ低減フィルタ１５によってグレーティングローブが除去された信号に対してＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform、逆高速フーリエ変換）処理を行う。これにより、グレーティングローブが除去された状態における、方位領域及び時間領域の信号Ｓ’（θ，ｔ）が生成される。 The IFFT processing unit 16 performs an IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) process on the signal from which the grating lobe has been removed by the GL reduction filter 15. Thereby, the signal S ′ (θ, t) in the azimuth region and the time region in a state where the grating lobe is removed is generated.

方位及び時間領域強度スペクトラム算出部１７は、ＩＦＦＴ処理部１６で生成された方位領域及び時間領域の信号Ｓ’（θ，ｔ）から、方位領域及び時間領域で特定される２次元領域の強度スペクトラムＰ（θ，ｔ）を算出する。そして、信号処理部１０は、当該強度スペクトラムＰ（θ，ｔ）から画像信号を生成し、該画像信号を操作・表示装置４に出力する。 The azimuth and time domain intensity spectrum calculation unit 17 uses the azimuth and time domain signals S ′ (θ, t) generated by the IFFT processing unit 16 to determine the intensity spectrum of the two-dimensional area specified by the azimuth and time domains. P (θ, t) is calculated. The signal processing unit 10 generates an image signal from the intensity spectrum P (θ, t) and outputs the image signal to the operation / display device 4.

図６は、方位及び時間領域強度スペクトラム算出部１７で算出された強度スペクトラムＰ（θ，ｔ）に基づく、ある時刻ｔにおける方位領域の強度スペクトラムＰ（θ）を示す図である。図６に示すように、本実施形態に係る水中探知装置１では、３０°付近に現れるメインローブを維持しつつ、−３０°付近に現れていたグレーティングローブ（図３参照）を除去できる。 FIG. 6 is a diagram illustrating the intensity spectrum P (θ) of the azimuth region at a certain time t based on the intensity spectrum P (θ, t) calculated by the azimuth and time domain intensity spectrum calculation unit 17. As shown in FIG. 6, the underwater detection device 1 according to the present embodiment can remove the grating lobe (see FIG. 3) that appeared near −30 ° while maintaining the main lobe that appears near 30 °.

［動作］
図７は、水中探知装置１の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、水中探知装置１の動作について説明する。 [Operation]
FIG. 7 is a flowchart for explaining the operation of the underwater detection device 1. Below, operation | movement of the underwater detection apparatus 1 is demonstrated.

まず、ステップＳ１で、トランスデューサ２から水中へ向かってパルス波が送信される。具体的には、送信部６は、ステップＳ１で、各超音波振動子２ａからパルス波が送信されるように、トランスデューサ２に送信信号を出力する。パルス波は、所定時刻毎に、全方位に、各超音波振動子２ａから一斉に送信される。 First, in step S1, a pulse wave is transmitted from the transducer 2 toward the water. Specifically, the transmission unit 6 outputs a transmission signal to the transducer 2 so that a pulse wave is transmitted from each ultrasonic transducer 2a in step S1. The pulse wave is transmitted simultaneously from each ultrasonic transducer 2a in all directions at every predetermined time.

次に、ステップＳ２で、トランスデューサ２が反射波を受信する。これらの反射波から得られた受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）は、受信部７によってデジタル信号に変換された後、信号処理部１０に出力される。 Next, in step S2, the transducer 2 receives the reflected wave. The reception signal S (x, t) obtained from these reflected waves is converted into a digital signal by the reception unit 7 and then output to the signal processing unit 10.

次に、ステップＳ３で、ＦＦＴ処理部１１は、受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）に対してＦＦＴ処理を行う。これにより、周波数領域の信号である周波数領域信号Ｓ（ｘ，ω）が生成される。 Next, in step S3, the FFT processing unit 11 performs an FFT process on the received signal S (x, t). As a result, a frequency domain signal S (x, ω) that is a frequency domain signal is generated.

次に、ステップＳ４で、ビームフォーミング部１２は、周波数領域信号Ｓ（ｘ，ω）に対して、適応ビームフォーミング法を用いたビームフォーミングを行う。これにより、ビームフォーミング部１２では、θとωとで特定される２次元領域における信号Ｓ’（θ，ω）を算出する。 Next, in step S4, the beam forming unit 12 performs beam forming using the adaptive beam forming method on the frequency domain signal S (x, ω). Thereby, the beam forming unit 12 calculates a signal S ′ (θ, ω) in a two-dimensional region specified by θ and ω.

次に、ステップＳ５で、強度スペクトラム算出部１３が、ビームフォーミング部１２で算出された信号Ｓ’（θ，ω）から、方位及び周波数領域強度スペクトラムＰ（θ，ω）を算出する。 Next, in step S5, the intensity spectrum calculation unit 13 calculates the azimuth and frequency domain intensity spectrum P (θ, ω) from the signal S ′ (θ, ω) calculated by the beam forming unit 12.

次に、ステップＳ１０で、比較部１４及びＧＬ低減フィルタ１５が、グレーティングローブＧＬを低減する処理であるＧＬ低減処理を行う。図８は、ステップＳ１０に含まれる各ステップを説明するためのフローチャートである。図８を参照して、ＧＬ低減処理について詳しく説明する。 Next, in step S10, the comparison unit 14 and the GL reduction filter 15 perform a GL reduction process that is a process of reducing the grating lobe GL. FIG. 8 is a flowchart for explaining each step included in step S10. The GL reduction process will be described in detail with reference to FIG.

まず、ステップＳ１１で、比較部１４は、方位及び周波数領域強度スペクトラムＰ（θ，ω）から、ある方位方向θ_ｎ（例えばθ＝−９０°）を設定し、当該方位方向における周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）を設定する。 First, in step S11, the comparison unit 14 sets a certain azimuth direction θ _n (for example, θ = −90 °) from the azimuth and frequency domain intensity spectrum P (θ, ω), and the frequency domain intensity spectrum in the azimuth direction. P _θ (ω) is set.

次に、ステップＳ１２で、比較部１４は、Ｐ_θ（ω）から、ある周波数ω_ｎのサンプルを、比較対象となる対象サンプルとして設定する。 Next, in step S12, the comparison unit 14 sets a sample of a certain frequency ω _n as a target sample to be compared from P _θ (ω).

次に、ステップＳ１３で、比較部１４は、周波数ω_ｎのときの周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）のエコー強度Ｐ_θ（ω_ｎ）と、閾値Thrとを比較する。Ｐ_θ（ω_ｎ）が閾値Thrよりも小さい場合（ステップＳ１３のＹｅｓ）、カウント部１４ａは、記憶されているカウント数（初期値は０）に１を足す（ステップＳ１４）。一方、Ｐ_θ（ω_ｎ）が閾値Thr以上の場合（ステップＳ１３のＮｏ）、カウント部１４ａは、記憶されているカウント数をそのまま維持する（ステップＳ１５）。 Next, in step S13, comparison section 14, the echo intensity P of the frequency omega frequency domain intensity spectrum P when the _{_{_{n θ (ω) θ (ω}}} n), is compared with a threshold Thr. When P _θ (ω _n ) is smaller than the threshold value Thr (Yes in step S13), the counting unit 14a adds 1 to the stored count number (initial value is 0) (step S14). On the other hand, when P _θ (ω _n ) is _{equal to} or greater than the threshold value Thr (No in step S13), the count unit 14a maintains the stored count number as it is (step S15).

次に、ステップＳ１６で、比較部１４は、比較対象となる対象サンプルの全てが比較されたか否かを判断する。具体的には、例えば、図４及び図５を参照して、ω_１，ω_２，…，ω_Ｎの全てについて上記比較が行われたか否かを判断する。全ての対象サンプルが比較された場合（ステップＳ１６のＹｅｓ）、ステップＳ１７に進む。一方、全ての対象サンプルの比較が終了していない場合（ステップＳ１６のＮｏ）、周波数ωを１つ、ずらす。すなわち、ω_ｎ＋１を新たなω_ｎとし（ステップＳ１８）、ステップＳ１３に戻る。 Next, in step S <b> 16, the comparison unit 14 determines whether or not all target samples to be compared have been compared. Specifically, for example, with reference to FIGS. 4 and _{_{5, ω 1, ω 2,}} ..., all of omega _N determines whether the comparison has been performed. When all the target samples have been compared (Yes in step S16), the process proceeds to step S17. On the other hand, when the comparison of all target samples is not completed (No in step S16), the frequency ω is shifted by one. That is, ω _{n + 1} is set as a new ω _n (step S18), and the process returns to step S13.

次に、ステップＳ１７で、記憶されているカウント数（カウント部１４ａによってカウントされた数）が、所定数を上回っているか否かが判断される。カウント数が所定数を上回っている場合（ステップＳ１７のＹｅｓ）、ＧＬ低減フィルタ１５は、Ｐ_θ（ω）＝０にする（ステップＳ１９）。一方、カウント数が所定数以下の場合（ステップＳ１７のＮｏ）、ＧＬ低減フィルタ１５は、Ｐ_θ（ω）をそのまま維持する（ステップＳ２０）。 Next, in step S17, it is determined whether or not the stored count number (the number counted by the counting unit 14a) exceeds a predetermined number. When the count number exceeds the predetermined number (Yes in Step S17), the GL reduction filter 15 sets P _θ (ω) = 0 (Step S19). On the other hand, when the count number is equal to or less than the predetermined number (No in step S17), the GL reduction filter 15 maintains P _θ (ω) as it is (step S20).

次に、ステップＳ２１では、全ての方位方向の周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）について、上述した比較及びカウントが行われたか否かが判断される。全方位方向の周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）について上記比較及びカウントが行われていた場合（ステップＳ２１のＹｅｓ）、ステップＳ６に進む。一方、上記比較及びカウントが行われていなかった場合（ステップＳ２１のＮｏ）、方位方向θを１つ、ずらす。すなわち、Ｐ_θ＋１（ω）を新たなＰ_θ（ω）とし（ステップＳ２２）、記憶されているカウント数をリセットした後（ステップＳ２３）、ステップＳ１２に戻る。 Next, in step S21, it is determined whether or not the comparison and counting described above have been performed for the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) in all azimuth directions. When the comparison and counting have been performed for the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) in all directions (Yes in step S21), the process proceeds to step S6. On the other hand, when the comparison and counting are not performed (No in step S21), the azimuth direction θ is shifted by one. That is, P _{θ + 1} (ω) is set as a new P _θ (ω) (step S22), the stored count number is reset (step S23), and the process returns to step S12.

上述したステップＳ１０の各工程（ステップＳ１１〜ステップＳ２３）が行われることで、メインローブに影響を与えることなく、全方位方向に関してグレーティングローブを除去できる。 By performing each process of step S10 described above (steps S11 to S23), the grating lobes can be removed in all azimuth directions without affecting the main lobes.

次に、図７を参照して、ステップＳ６では、ＩＦＦＴ処理部１６が、上述のようにしてグレーティングローブが除去された信号に対してフーリエ逆変換を行う。これにより、グレーティングローブが除去された状態における、方位領域及び時間領域の信号Ｓ’（θ，ｔ）が生成される。 Next, referring to FIG. 7, in step S6, IFFT processing unit 16 performs an inverse Fourier transform on the signal from which the grating lobes have been removed as described above. Thereby, the signal S ′ (θ, t) in the azimuth region and the time region in a state where the grating lobe is removed is generated.

最後に、ステップＳ７では、方位及び時間領域強度スペクトラム算出部１７が、方位領域及び時間領域の信号Ｓ’（θ，ｔ）から、方位領域及び時間領域で特定される２次元領域の強度スペクトラムＰ（θ，ｔ）を算出する。そして、信号処理部１０は、当該強度スペクトラムＰ（θ，ｔ）から画像信号を生成し、該画像信号を操作・表示装置４に出力する。 Finally, in step S7, the azimuth and time domain intensity spectrum calculation unit 17 calculates the intensity spectrum P of the two-dimensional area specified in the azimuth area and time domain from the signal S ′ (θ, t) in the azimuth area and time domain. (Θ, t) is calculated. The signal processing unit 10 generates an image signal from the intensity spectrum P (θ, t) and outputs the image signal to the operation / display device 4.

ところで、上述のようにグレーティングローブを除去する処理を行わないと、ユーザは、当該グレーティングローブを、魚群等の物標に起因する信号であると誤解してしまうおそれがある。図９は、グレーティングローブの除去が行われていない状態の強度スペクトラムＰ（θ）を示す図であって、図６に対応させて示す図である。図９では、３０°付近に生じるエコーによって、ユーザは、自船から３０°の位置に魚群等の物標が存在することを推測することができる。しかし、−３０°付近に生じるエコー（グレーティングローブ）によって、本来存在しないはずの物標が、−３０°方向に存在していると誤って認識してしまう可能性がある。 By the way, if the process for removing the grating lobe is not performed as described above, the user may misunderstand that the grating lobe is a signal caused by a target such as a school of fish. FIG. 9 is a diagram showing the intensity spectrum P (θ) in a state where the grating lobe is not removed, and is a diagram corresponding to FIG. In FIG. 9, the user can infer that a target such as a school of fish exists at a position of 30 ° from the ship by an echo generated near 30 °. However, an echo (grating lobe) generated near -30 ° may be erroneously recognized as a target that should not exist in the -30 ° direction.

これに対して、本実施形態に係る水中探知装置１では、上述のようにしてグレーティングローブを除去する処理を行っている。これにより、図６に示すように、グレーティングローブを完全に除去できるため、ユーザは、水中の物標を適切に推測することができる。 On the other hand, in the underwater detection device 1 according to the present embodiment, processing for removing the grating lobe is performed as described above. Thereby, as shown in FIG. 6, since the grating lobe can be completely removed, the user can appropriately estimate the target in water.

［効果］
以上のように、本実施形態に係る水中探知装置１では、トランスデューサ２で受信される受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）に基づいて方位方向θ毎に算出される周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）を、参照情報である閾値Thrと比較し、当該比較結果に応じて周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）のエコー強度を低減している。こうすると、例えば、上述した特許文献１のように帯域が非常に広い信号を取り扱う必要がなくなるため、装置の構造の複雑化を抑制でき、比較的低コストでグレーティングローブを低減できる。 [effect]
As described above, in the underwater detection device 1 according to the present embodiment, the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) calculated for each azimuth direction θ based on the received signal S (x, t) received by the transducer 2. Is compared with the threshold value Thr, which is reference information, and the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) is reduced according to the comparison result. In this case, for example, it is not necessary to handle a signal having a very wide band as in Patent Document 1 described above, so that the structure of the device can be prevented from being complicated, and the grating lobe can be reduced at a relatively low cost.

しかも、水中探知装置１によれば、超音波振動子２ａの配列に関係なく、グレーティングローブを低減できる。すなわち、隣接する超音波振動子２ａの間隔を大きく（例えば半波長以上）あけてもグレーティングローブを低減できる。よって、トランスデューサ２に用いられる超音波振動子２ａの数量を減らしても、グレーティングローブを低減できる。 Moreover, according to the underwater detection device 1, the grating lobes can be reduced regardless of the arrangement of the ultrasonic transducers 2a. That is, the grating lobe can be reduced even if the interval between adjacent ultrasonic transducers 2a is increased (for example, a half wavelength or more). Therefore, the grating lobe can be reduced even if the number of ultrasonic transducers 2a used in the transducer 2 is reduced.

従って、水中探知装置１では、超音波振動子２ａの配列に関わらず、且つ低コストでグレーティングローブを低減できる。 Therefore, in the underwater detection device 1, the grating lobes can be reduced at low cost regardless of the arrangement of the ultrasonic transducers 2a.

また、水中探知装置１では、周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）に基づく対象信号を、所定の値である閾値Thrと比較しているため、比較結果を容易に得ることができる。 Further, since the underwater detection device 1 compares the target signal based on the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) with the threshold value Thr that is a predetermined value, the comparison result can be easily obtained.

また、水中探知装置１では、周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）に含まれる対象信号としての各サンプルを閾値Thrと比較しているため、比較結果をより容易に得ることができる。 In addition, since the underwater detection device 1 compares each sample as the target signal included in the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) with the threshold value Thr, the comparison result can be obtained more easily.

また、水中探知装置１では、周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）の各サンプルのエコー強度と閾値Thrとを比較し、閾値Thrよりも値が小さいサンプルの数をカウントし、そのカウント数が所定数よりも多い場合、当該周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）のエコー強度を低減している。このように、前記カウント数と前記所定数との大小を比較することで、比較結果を容易に得ることができる。 The underwater detection device 1 compares the echo intensity of each sample of the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) with the threshold value Thr, counts the number of samples having a value smaller than the threshold value Thr, and the count number is predetermined. When the number is larger than the number, the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) is reduced. Thus, the comparison result can be easily obtained by comparing the count number with the predetermined number.

また、水中探知装置１では、サイドローブ低減部としても機能するビームフォーミング部１２がサイドローブの強度を低減する。これにより、Ｐ_θ（ω）に含まれるサイドローブによって上記カウント数が少なくなってしまうことを抑制できる。すなわち、本来であれば低減されるグレーティングローブがサイドローブに起因して残ってしまうことを回避できる。 In the underwater detection device 1, the beam forming unit 12 that also functions as a side lobe reduction unit reduces the strength of the side lobe. Thereby, it can suppress that the said count number decreases by the side lobe contained in P ( _theta ) ((omega)). That is, it can be avoided that the grating lobe that is originally reduced is left due to the side lobe.

また、水中探知装置１では、ビームフォーミング部１２が、適応ビームフォーミング法を用いたビームフォーミングを行っている。これにより、方位方向θと周波数ωとで特定される２次元領域において、分解能が高い信号Ｓ’（θ，ω）を算出することができる。 In the underwater detection device 1, the beam forming unit 12 performs beam forming using an adaptive beam forming method. Thereby, in the two-dimensional region specified by the azimuth direction θ and the frequency ω, a signal S ′ (θ, ω) with high resolution can be calculated.

また、水中探知装置１では、比較部１４での比較結果に応じて、周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）のエコー強度をゼロにしている。これにより、グレーティングローブを完全に除去することができる。 In the underwater detection device 1, the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) is set to zero according to the comparison result in the comparison unit 14. Thereby, the grating lobe can be completely removed.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.

（１）上記実施形態では、受信部７から出力された受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）について、各超音波振動子２ａから得られた受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）を時間領域全体に亘ってＦＦＴ処理を行っているが、これに限らない。具体的には、各受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）を時間領域において適切に分割し、分割された各受信信号Ｓ（ｘ，ｔ_ｊ）に対してフーリエ変換処理、すなわち、ＳＴＦＴ（Short-Time Fourier Transform）処理を行ってもよい。 (1) In the above embodiment, for the reception signal S (x, t) output from the reception unit 7, the reception signal S (x, t) obtained from each ultrasonic transducer 2a is spread over the entire time domain. Although FFT processing is performed, the present invention is not limited to this. Specifically, each received signal S (x, t) is appropriately divided in the time domain, and Fourier transform processing is performed on each divided received signal S (x, t _j ), that is, STFT (Short-Time). Fourier Transform) processing may be performed.

図１０は、本変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ａの構成を示すブロック図である。本変形例の信号処理部１０ａは、上記実施形態の信号処理部１０に含まれる各構成要素に加えて、分割部１８及び結合部１９、を有している。 FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of the signal processing unit 10a of the underwater detection device according to the present modification. The signal processing unit 10a of the present modification includes a dividing unit 18 and a combining unit 19 in addition to the components included in the signal processing unit 10 of the above embodiment.

図１１は、分割部１８によって生成される複数の分割受信信号Ｓ（ｘ，ｔ_ｊ）（但し、ｊ＝１，２，…，Ｊ）の生成過程について説明するための図である。分割部１８は、各超音波振動子２ａから得られた受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）を、複数の受信信号Ｓ（ｘ，ｔ_ｊ）に分割する。具体的には、分割部１８は、各受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）に対して所定の窓関数Ｗ_ｊをかけることにより、分割受信信号Ｓ（ｘ，ｔ_ｊ）を生成する。そして、分割部１８は、上記窓関数Ｗ_ｊを時間方向にスライドさせ、スライドされた各窓関数Ｗ_ｊを受信信号Ｓ（ｘ，ｔ）にかけることにより、複数の分割受信信号Ｓ（ｘ，ｔ_ｊ）を生成する。なお、本変形例で用いられる窓関数Ｗ_ｊは、図１１に示すような単発の矩形波に類似する波形であって、立ち上がり部分が緩やかに上昇し且つ立下り部分が緩やかに下降している波形である。 FIG. 11 is a diagram for explaining a generation process of a plurality of divided reception signals S (x, t _j ) (where j = 1, 2,..., J) generated by the dividing unit 18. The dividing unit 18 divides the reception signal S (x, t) obtained from each ultrasonic transducer 2a into a plurality of reception signals S (x, t _j ). Specifically, the dividing unit 18 generates a divided reception signal S (x, t _j ) by applying a predetermined window function W _j to each reception signal S (x, t). Then, the dividing unit 18 slides the window function W _j in the time direction, and applies each of the slid window functions W _j to the received signal S (x, t), thereby a plurality of divided received signals S (x, t _j ). Note that the window function W _j used in this modification is a waveform similar to a single rectangular wave as shown in FIG. 11, and the rising portion rises gently and the falling portion gently falls. It is a waveform.

ＦＦＴ処理部１１は、分割部１８で生成された複数の分割受信信号Ｓ（ｘ，ｔ_ｊ）に対して、上記実施形態の場合と同様のＦＦＴ処理を行う。これにより、ＦＦＴ処理部１１では、各超音波振動子２ａに対応する複数の周波数領域信号Ｓ（ｘ，ω_ｋ）（ｋ＝１，２，…Ｋ）が生成される。 The FFT processing unit 11 performs the same FFT processing as in the above embodiment on the plurality of divided reception signals S (x, t _j ) generated by the dividing unit 18. As a result, the FFT processing unit 11 generates a plurality of frequency domain signals S (x, ω _k ) (k = 1, 2,... K) corresponding to the ultrasonic transducers 2a.

ビームフォーミング部１２は、各超音波振動子２ａに対応する複数の周波数領域信号Ｓ（ｘ，ω_ｋ）のそれぞれに対して適応ビームフォーミング法を用いたビームフォーミングを行う。これにより、ビームフォーミング部１２では、θとωとで特定される２次元領域における複数の信号Ｓ’（θ，ω_ｋ）が生成される。 The beam forming unit 12 performs beam forming using an adaptive beam forming method on each of a plurality of frequency domain signals S (x, ω _k ) corresponding to each ultrasonic transducer 2a. As a result, the beam forming unit 12 generates a plurality of signals S ′ (θ, ω _k ) in the two-dimensional region specified by θ and ω.

強度スペクトラム算出部１３は、各信号Ｓ’（θ，ω_ｋ）から、各強度スペクトラムＰ（θ，ω_ｋ）を算出する。 The intensity spectrum calculation unit 13 calculates each intensity spectrum P (θ, ω _k ) from each signal S ′ (θ, ω _k ).

比較部１４は、各強度スペクトラムＰ（θ，ω_ｋ）のうちの各方位方向における周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω_ｋ）を、上記実施形態の場合と同様、閾値Thrと比較する。そして、カウント部１４ａが、上記実施形態の場合と同様のカウントを行い、当該カウント数をＧＬ低減フィルタ１５に通知する。 The comparison unit 14 compares the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω _k ) in each azimuth direction of each intensity spectrum P (θ, ω _k ) with the threshold value Thr, as in the above embodiment. Then, the count unit 14a performs the same count as in the above embodiment, and notifies the GL reduction filter 15 of the count number.

ＧＬ低減フィルタ１５は、上記実施形態の場合と同様、上記カウント数が所定数よりも多い場合、その周波数領域強度スペクトラムＰ（θ，ω_ｋ）の強度をゼロにする。 The GL reduction filter 15 sets the intensity of the frequency domain intensity spectrum P (θ, ω _k ) to zero when the count number is greater than a predetermined number, as in the case of the above embodiment.

ＩＦＦＴ処理部１６は、上記実施形態の場合と同様、ＧＬ低減フィルタ１５によってグレーティングローブが除去された各信号に対してＩＦＦＴ処理を行う。これにより、グレーティングローブが除去された状態における、方位領域及び時間領域の信号Ｓ’（θ，ｔ_ｊ）が生成される。 The IFFT processing unit 16 performs IFFT processing on each signal from which the grating lobe has been removed by the GL reduction filter 15 as in the case of the above embodiment. Thereby, the signal S ′ (θ, t _j ) in the azimuth domain and the time domain in a state where the grating lobe is removed is generated.

図１２は、結合部１９によって生成される信号Ｓ’（θ，ｔ）の生成過程について説明するための図である。結合部１９は、ＩＦＦＴ処理部１６で生成された複数の信号Ｓ’（θ，ｔ_ｊ）を結合する。具体的には、結合部１９は、複数の受信信号Ｓ’（θ，ｔ_ｊ）のそれぞれにおける時間方向の中心点により、結合された信号Ｓ’（θ，ｔ）を生成する。 FIG. 12 is a diagram for explaining a generation process of the signal S ′ (θ, t) generated by the combining unit 19. The combining unit 19 combines the plurality of signals S ′ (θ, t _j ) generated by the IFFT processing unit 16. Specifically, the combining unit 19 generates a combined signal S ′ (θ, t) based on the center point in the time direction of each of the plurality of reception signals S ′ (θ, t _j ).

方位及び時間領域強度スペクトラム算出部１７は、ＩＦＦＴ処理部１６で生成された信号Ｓ’（θ，ｔ）から、上記実施形態の場合と同様、方位領域及び時間領域で特定される２次元領域の強度スペクトラムＰ（θ，ｔ）を算出する。そして、信号処理部１０は、当該強度スペクトラムＰ（θ，ｔ）から画像信号を生成し、該画像信号を操作・表示装置４に出力する。 The azimuth and time domain intensity spectrum calculation unit 17 uses the signal S ′ (θ, t) generated by the IFFT processing unit 16 to obtain a two-dimensional region specified by the azimuth region and the time region, as in the above embodiment. An intensity spectrum P (θ, t) is calculated. The signal processing unit 10 generates an image signal from the intensity spectrum P (θ, t) and outputs the image signal to the operation / display device 4.

（２）なお、上記変形例では、図１１に示すように、窓関数Ｗ_ｊを少しずつスライドさせたが、これに限らない。具体的には、例えば図１３に示すように、スライド前後での窓関数を互いに加算することにより生成される関数が（図１３の破線）、時間方向の所定範囲において一定の最大値となるように、窓関数Ｗ_ｊをスライドさせてもよい。こうすると、上記変形例の場合と比べると、時間方向における窓関数の数を少なくできるため、信号処理を高速化できる。なお、窓関数の形状及びスライド幅については、これらに限らず、その他の窓関数及びその他のスライド幅を用いることもできる。 (2) In the above modification, the window function W _j is slid little by little as shown in FIG. 11, but the present invention is not limited to this. Specifically, for example, as shown in FIG. 13, the function generated by adding the window functions before and after the slide to each other (broken line in FIG. 13) becomes a constant maximum value in a predetermined range in the time direction. _{Alternatively} , the window function W _j may be slid. In this case, the number of window functions in the time direction can be reduced as compared with the case of the above modification, so that the signal processing can be accelerated. Note that the shape and slide width of the window function are not limited thereto, and other window functions and other slide widths can be used.

（３）上記実施形態では、適応ビームフォーミング法を用いたビームフォーミングを行ったが、これに限らず、通常のビームフォーミングを行ってもよい。この場合、参照情報としての閾値は、上述した閾値Thrでなく、その他の適切な参照情報に設定される。 (3) In the above embodiment, beam forming using the adaptive beam forming method is performed. However, the present invention is not limited to this, and normal beam forming may be performed. In this case, the threshold value as reference information is set to other appropriate reference information instead of the above-described threshold value Thr.

（４）上記実施形態では、適応ビームフォーミング法を用いたビームフォーミングを行うことによりサイドローブが低減されているが、これに限らず、通常のビームフォーミングを行った後、サイドローブを低減してもよい。この場合、サイドローブを低減するための具体的手法は、どのような手法であってもよい。例えば一例として、チェビシェフ窓を用いてサイドローブを低減してもよい。 (4) In the above embodiment, side lobes are reduced by performing beam forming using the adaptive beam forming method. However, the present invention is not limited to this, and after performing normal beam forming, side lobes are reduced. Also good. In this case, any specific method for reducing the side lobes may be used. For example, as an example, side lobes may be reduced using Chebyshev windows.

（５）上記実施形態では、参照情報としての閾値Thrを、σ_ＤＬ ^２に基づいて設定しているが、この限りでなく、その他の値であってもよい。更には、所定値でなくとも、その他の参照情報（例えば、所定の関数）を用いてもよい。 (5) In the above embodiment, the threshold value Thr as reference information is set based on σ _DL ² , but is not limited to this and may be other values. Furthermore, other reference information (for example, a predetermined function) may be used instead of the predetermined value.

（６）上記実施形態では、ＧＬ低減フィルタ１５によって、グレーティングローブをゼロにする処理を行ったが、これに限らず、グレーティングローブを低減できればよい。 (6) In the above embodiment, the GL reduction filter 15 performs the process of setting the grating lobe to zero. However, the present invention is not limited to this, as long as the grating lobe can be reduced.

（７）上記実施形態では、周波数領域強度スペクトラムに基づく対象信号として、周波数領域強度スペクトラムそのものを用いているが、これに限らない。具体的には、対象信号として、強度値のヒストグラムを用いてもよい。 (7) Although the frequency domain intensity spectrum itself is used as the target signal based on the frequency domain intensity spectrum in the above embodiment, the present invention is not limited to this. Specifically, a histogram of intensity values may be used as the target signal.

図１４は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ｂの構成を示すブロック図である。本変形例の信号処理部１０ｂは、上記実施形態の信号処理部１０に含まれる各構成要素に加えて、強度ヒストグラム生成部２０を備えている。なお、本変形例の信号処理部１０ｂに含まれる比較部２１及びＧＬ低減フィルタ２２は、上記実施形態の比較部１４及びＧＬ低減フィルタ１５と動作が異なる。 FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of the signal processing unit 10b of the underwater detection device according to the modification. The signal processing unit 10b of the present modification includes an intensity histogram generation unit 20 in addition to the components included in the signal processing unit 10 of the above embodiment. Note that the comparison unit 21 and the GL reduction filter 22 included in the signal processing unit 10b of the present modification are different in operation from the comparison unit 14 and the GL reduction filter 15 of the above embodiment.

強度ヒストグラム生成部２０は、強度スペクトラム算出部１３で算出された方位及び周波数領域の強度スペクトラムＰ（θ，ω）から、各方位方向における強度スペクトラムである周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）を生成する。そして、強度ヒストグラム生成部２０は、各周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）（θ＝−９０°，−８９．９°，…，９０°）から、エコー強度のヒストグラム（強度ヒストグラム）を生成する。 The intensity histogram generation unit 20 generates a frequency domain intensity spectrum P _θ (ω), which is an intensity spectrum in each azimuth direction, from the azimuth and frequency domain intensity spectrum P (θ, ω) calculated by the intensity spectrum calculation unit 13. To do. Then, the intensity histogram generation unit 20 generates an echo intensity histogram (intensity histogram) from each frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) (θ = −90 °, −89.9 °,..., 90 °). .

図１５は、強度ヒストグラムの例を示す図であって、図１５（Ａ）は、図４に示す周波数領域強度スペクトラムＰ_{θ＝−３０}（ω）から生成された強度ヒストグラム、図１５（Ｂ）は、図５に示す周波数領域強度スペクトラムＰ_θ＝３０（ω）から生成された強度ヒストグラム、である。強度ヒストグラム生成部２０は、周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）を構成する各サンプルのエコー強度を検出する。そして、強度ヒストグラム生成部２０は、エコー強度毎にサンプルの数をカウントし、そのカウント値から強度ヒストグラムを生成する。 15 is a diagram illustrating an example of an intensity histogram, and FIG. 15A is an intensity histogram generated from the frequency domain intensity spectrum P _{θ = −30} (ω) illustrated in FIG. 4, and FIG. Is an intensity histogram generated from the frequency domain intensity spectrum P _{θ = 30} (ω) shown in FIG. The intensity histogram generation unit 20 detects the echo intensity of each sample constituting the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω). Then, the intensity histogram generation unit 20 counts the number of samples for each echo intensity, and generates an intensity histogram from the count value.

比較部２１は、強度ヒストグラム生成部２０で生成された強度ヒストグラムのカウント数の最大値を検出する。そして、比較部２１は、当該最大値のときのエコー強度を、予め設定された所定値（参照情報）と比較し、その比較結果をＧＬ低減フィルタ２２に通知する。 The comparison unit 21 detects the maximum value of the count number of the intensity histogram generated by the intensity histogram generation unit 20. Then, the comparison unit 21 compares the echo intensity at the maximum value with a predetermined value (reference information) set in advance, and notifies the GL reduction filter 22 of the comparison result.

ＧＬ低減フィルタ２２は、比較部２１において、前記最大値のときのエコー強度が所定値以下である旨の比較結果を受け取ると（例えば、図１５（Ａ）の場合）、当該周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）のエコー強度をゼロにする。これにより、ＧＬ低減フィルタ２２によってグレーティングローブが除去される。一方、ＧＬ低減フィルタ２２は、比較部２１において、前記最大値のときのエコー強度が所定値よりも高い旨の比較結果を受け取ると（例えば、図１５（Ｂ）の場合）、当該周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）のエコー強度をそのまま維持する。これにより、メインローブのエコー強度がそのまま維持される。 When the comparison unit 21 receives a comparison result indicating that the echo intensity at the maximum value is equal to or less than a predetermined value (for example, in the case of FIG. 15A), the GL reduction filter 22 receives the frequency domain intensity spectrum P. The echo intensity of _θ (ω) is set to zero. Thereby, the grating lobe is removed by the GL reduction filter 22. On the other hand, when the comparison unit 21 receives a comparison result indicating that the echo intensity at the maximum value is higher than a predetermined value (for example, in the case of FIG. 15B), the GL reduction filter 22 receives the frequency domain intensity. The echo intensity of the spectrum P _θ (ω) is maintained as it is. Thereby, the echo intensity of the main lobe is maintained as it is.

（８）なお、上記変形例では、比較部２１によって、強度ヒストグラムのカウント数が最大となるときのエコー強度と所定値とを比較したが、これに限らない。具体的には、比較部は、例えば一例として、強度ヒストグラムの面積のうち前記所定値以下の部分の面積と、予め設定された所定面積（参照情報）とを比較してもよい。そして、ＧＬ低減フィルタは、前記所定値以下の部分の面積が前記所定面積よりも大きい場合、その周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）のエコー強度をゼロにする。これにより、ＧＬ低減フィルタによってグレーティングローブが除去される。一方、ＧＬ低減フィルタは、前記所定値以下の部分の面積が前記所定面積以下の場合、その周波数領域強度スペクトラムＰ_θ（ω）のエコー強度をそのまま維持する。これにより、メインローブのエコー強度がそのまま維持される。 (8) In the above modification, the comparison unit 21 compares the echo intensity when the count number of the intensity histogram is maximum with a predetermined value, but the present invention is not limited to this. Specifically, for example, as an example, the comparison unit may compare the area of the portion below the predetermined value in the area of the intensity histogram with a predetermined area (reference information) set in advance. The GL reduction filter sets the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) to zero when the area of the portion below the predetermined value is larger than the predetermined area. Thereby, the grating lobe is removed by the GL reduction filter. On the other hand, the GL reduction filter maintains the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum P _θ (ω) as it is when the area of the portion equal to or smaller than the predetermined value is equal to or smaller than the predetermined area. Thereby, the echo intensity of the main lobe is maintained as it is.

（９）上記実施形態及び上記変形例では、探知装置の一例として水中探知装置を挙げて説明したが、これに限らず、レーダ装置に適用することもできる。 (9) In the embodiment and the modification described above, the underwater detection device has been described as an example of the detection device. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to a radar device.

図１６は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１ａの構成を示すブロック図である。レーダ装置１ａは、海上の物標（例えば他船）を探知するために用いられる。レーダ装置１ａは、例えば漁船等の船舶に装備される。 FIG. 16 is a block diagram showing the configuration of the radar apparatus 1a according to the embodiment of the present invention. The radar apparatus 1a is used to detect a target (for example, another ship) on the sea. The radar device 1a is installed in a ship such as a fishing boat.

以下、レーダ装置１ａについて、上記実施形態に係る水中探知装置１と異なる点について主に説明し、上記水中探知装置１と同様の構成の説明については、図面において同一の符号を付すことで又は同一の符号を引用して説明することで、省略する。 Hereinafter, the radar device 1a will be described mainly with respect to differences from the underwater detection device 1 according to the above-described embodiment, and the same configuration as the underwater detection device 1 will be described by attaching the same reference numerals in the drawings. The description will be omitted by quoting the reference numeral.

図１６に示すように、レーダ装置１ａは、アレイアンテナ８と、送受信装置３と、信号処理部１０と、操作・表示装置４とを備えている。 As shown in FIG. 16, the radar apparatus 1 a includes an array antenna 8, a transmission / reception apparatus 3, a signal processing unit 10, and an operation / display apparatus 4.

アレイアンテナ８は、電磁波の送受信を行うため、例えば船上に装備されている。本変形例におけるアレイアンテナ８は、送信素子及び受信素子の双方として動作するアンテナ素子８ａを複数有している。 The array antenna 8 is equipped on a ship, for example, for transmitting and receiving electromagnetic waves. The array antenna 8 in this modification has a plurality of antenna elements 8a that operate as both transmitting elements and receiving elements.

そして、レーダ装置１ａの送受信装置３、信号処理部１０、及び操作・表示装置４は、送信信号（パルス波）及び受信信号として電磁波を取り扱う点を除き、上記実施形態に係る水中探知装置１の場合と同様に動作する。 The transmitter / receiver 3, the signal processor 10, and the operation / display device 4 of the radar apparatus 1 a handle the electromagnetic wave as a transmission signal (pulse wave) and a reception signal except for the underwater detection device 1 according to the above embodiment. Works as if.

従って、レーダ装置１ａによれば、上記実施形態に係る水中探知装置１の場合と同様、送信素子及び受信素子（アンテナ素子）の配列に関わらず、且つ低コストでグレーティングローブを低減できる。 Therefore, according to the radar apparatus 1a, the grating lobes can be reduced at a low cost regardless of the arrangement of the transmitting elements and the receiving elements (antenna elements) as in the case of the underwater detection apparatus 1 according to the above embodiment.

（１０）上記実施形態では、探知装置の一例として、自らが超音波を送信するとともに、物標に反射して帰来する超音波を処理するソナー（いわゆるアクティブソナー）を挙げて説明した。しかし、これに限らず、本発明は、図１７に示すような、複数の受信素子９ａを有する受波器９を備えたパッシブソナー１ｂに適用することもできる。 (10) In the above-described embodiment, as an example of the detection device, a sonar (so-called active sonar) that transmits ultrasonic waves and processes ultrasonic waves reflected and returned from the target has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a passive sonar 1b including a receiver 9 having a plurality of receiving elements 9a as shown in FIG.

（１１）上記実施形態では、探知装置の一例として、複数の送信素子及び複数の受信素子を有するトランスデューサ、エコー画像を表示する表示部、等を備えた水中探知装置１を例示した。しかし、これに限らず、本発明は、トランスデューサ及び表示部が省略された水中探知装置に適用することもできる。 (11) In the above embodiment, as an example of the detection device, the underwater detection device 1 including a transducer having a plurality of transmission elements and a plurality of reception elements, a display unit that displays an echo image, and the like is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to an underwater detection apparatus in which a transducer and a display unit are omitted.

図１８は、変形例に係る水中探知装置１ｃの構成を示すブロック図である。本変形例に係る水中探知装置１ｃは、図１８に示すように、強度スペクトラム算出部２３、比較部２４、及びエコー強度低減部２５、を有する信号処理部１０ｃ、を備えている。このような構成であっても、上記実施形態の場合と同様、受信素子の配列に関わらず、且つ低コストでグレーティングローブを低減できる。 FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration of an underwater detection device 1c according to a modification. As shown in FIG. 18, the underwater detection device 1 c according to the present modification includes a signal processing unit 10 c having an intensity spectrum calculation unit 23, a comparison unit 24, and an echo intensity reduction unit 25. Even with such a configuration, the grating lobes can be reduced at low cost regardless of the arrangement of the receiving elements, as in the case of the above embodiment.

本発明は、到来波の到来方向を推定するための探知装置、水中探知装置、探知方法、及び探知プログラムとして広く適用することができるものである。 The present invention can be widely applied as a detection device, an underwater detection device, a detection method, and a detection program for estimating the arrival direction of an incoming wave.

１，１ｃ水中探知装置（探知装置）
１ａレーダ装置（探知装置）
１ｂパッシブソナー（探知装置）
２ａ超音波振動子（受信素子、送信素子）
８ａアンテナ素子（受信素子、送信素子）
９ａ受信素子
１３，２３強度スペクトラム算出部
１４，２１，２４比較部
１５，２２，ＧＬ低減フィルタ（エコー強度低減部）
２５エコー強度低減部 1,1c Underwater detection device (detection device)
1a Radar device (detection device)
1b Passive sonar (detection device)
2a Ultrasonic transducer (receiving element, transmitting element)
8a Antenna element (receiving element, transmitting element)
9a Receiving element 13, 23 Intensity spectrum calculation unit 14, 21, 24 Comparison unit 15, 22, GL reduction filter (echo intensity reduction unit)
25 Echo intensity reduction part

Claims

A detection device that detects a target by processing reception signals generated from sound waves or electromagnetic waves received by a plurality of receiving elements,
Based on the received signal, an intensity spectrum calculating unit that calculates an intensity spectrum of the received signal in a two-dimensional region specified by an azimuth direction from which the received signal arrives and a frequency included in the received signal;
Comparison of comparing the target signal based on the frequency domain intensity spectrum, which is the intensity spectrum in each of the azimuth directions, of the intensity spectrum calculated by the intensity spectrum calculating unit with reference information to be compared with the target signal And
An echo intensity reduction unit that reduces the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum according to the comparison result in the comparison unit;
A detection device comprising:

The detection device according to claim 1,
The comparison unit compares the target signal with a predetermined value as the reference information.

The detection device according to claim 2,
The comparison unit compares the frequency domain intensity spectrum as the target signal with the predetermined value.

The detection device according to claim 3,
The comparison unit compares the echo intensity of each of a plurality of samples included in the frequency domain intensity spectrum with the predetermined value, and counts the number of samples smaller than the predetermined value for each of the plurality of frequency domain intensity spectra. Has a counting part to
The echo intensity reduction unit reduces the echo intensity of a frequency domain intensity spectrum including the sample when the number of the samples counted by the counting unit is larger than a predetermined number.

In the detection device according to claim 1 or 2,
An intensity histogram generating unit that generates an intensity histogram that is an intensity histogram at each frequency of the frequency domain intensity spectrum;
The said comparison part compares the said intensity histogram as the said target signal with the said reference information, The detection apparatus characterized by the above-mentioned.

The detection device according to any one of claims 1 to 5,
A side lobe reduction unit that reduces the intensity of the side lobe of the intensity spectrum;
The comparison unit compares the reference signal with the target signal based on the frequency domain intensity spectrum of the intensity spectrum in which the side lobe intensity is reduced by the side lobe reduction unit, Detecting device.

The detection device according to any one of claims 1 to 6,
A Fourier transform unit for Fourier transforming each received signal;
The detection apparatus according to claim 1, wherein the intensity spectrum calculation unit calculates the intensity spectrum by using an adaptive beam forming method for the reception signal Fourier-transformed by the Fourier transform unit.

The detection device according to any one of claims 1 to 7,
The echo intensity reduction unit sets the echo intensity of the frequency domain intensity spectrum to zero according to the comparison result in the comparison unit.

The detection device according to any one of claims 1 to 8,
At least one transmitting element for transmitting sound waves or electromagnetic waves;
The plurality of receiving elements that receive sound waves or electromagnetic wave echoes transmitted from the transmitting elements;
The detecting device further comprising:

The detection device according to claim 9,
A detecting apparatus, further comprising a plurality of transmitting elements and a plurality of transmitting / receiving elements as the plurality of receiving elements.

An underwater detection device as the detection device according to claim 10,
A transducer having a plurality of ultrasonic transducers as the plurality of transmitting and receiving elements;
A display unit that displays an echo image based on the intensity spectrum calculated by the intensity spectrum calculator;
An underwater detection device, further comprising:

A detection method for detecting a target by processing reception signals generated from sound waves or electromagnetic waves received by a plurality of receiving elements,
Based on the received signal, calculating an intensity spectrum of the received signal in a two-dimensional region specified by an azimuth direction from which the received signal arrives and a frequency included in the received signal;
Of the intensity spectrum calculated in the step of calculating the intensity spectrum, the target signal based on the frequency domain intensity spectrum that is the intensity spectrum in each of the azimuth directions is compared with the reference information to be compared with the target signal. And steps to
Reducing echo intensity of the frequency domain intensity spectrum according to a comparison result in the step of comparing the target signal and the reference information;
A detection method comprising:

A detection program for detecting a target by processing reception signals generated from sound waves or electromagnetic waves received by a plurality of receiving elements,
Based on the received signal, calculating an intensity spectrum of the received signal in a two-dimensional region specified by an azimuth direction from which the received signal arrives and a frequency included in the received signal;
Of the intensity spectrum calculated in the step of calculating the intensity spectrum, the target signal based on the frequency domain intensity spectrum that is the intensity spectrum in each of the azimuth directions is compared with the reference information to be compared with the target signal. And steps to
Reducing echo intensity of the frequency domain intensity spectrum according to a comparison result in the step of comparing the target signal and the reference information;
A detection program characterized by causing a computer to execute.