JP6073556B2 - Underwater vehicle detection apparatus and underwater vehicle detection method - Google Patents
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Description
本発明は、水中航走体検出装置および水中航走体の検出方法に関し、水中内に存在する水中航走体（例えば、潜水艦など。）から生じる音波を利用するものに関する。 The present invention relates to an underwater vehicle detection apparatus and an underwater vehicle detection method, and relates to an apparatus using sound waves generated from an underwater vehicle (for example, a submarine) existing in water.
一般的な水中航走体検出装置２０００について、図に基づいて説明する。図１５は、一般的な水中航走体検出装置２０００の構成を示すブロック図である。
A general underwater
図１５に示されるように、水中航走体検出装置２０００は、音響センサ２１０と、ローパスフィルタ（Low-pass filter：以下、ＬＰＦと称する。）２２０と、アナログ／デジタル（Analog/Digital：以下、Ａ／Ｄと称する。）変換部２３０と、高速フーリエ変換部（Fast Fourier Transform：以下、ＦＦＴと称する。）２４０と、積分部２５０と、雑音平均処理部２６０と、表示部２７０とを有する。
As shown in FIG. 15, the underwater
音響センサ２１０は、水中に配置されており、水中に存在する水中航走体（不図示）から生じる音波を電気信号に変換する。ＬＰＦ２２０は、高域周波数成分を取り除き、低域周波数成分のみを通過させる。Ａ／Ｄ変換部２３０は、ＬＰＦ２２０から入力される電気信号の低域周波成分について、アナログ信号の電圧をデジタルの数値に変換する。
The
ＦＦＴ２４０は、音響センサ２１０の受信信号の周波数成分を分析する。より具体的には、ＦＦＴ２４０は、電気信号の低域周波数成分のデジタル値を、所定の周波数成分毎（例えば１Ｈｚ毎）の電気信号に変換する。積分部２５０は、ＦＦＴ２４０の出力値を時間積分する。
The FFT 240 analyzes the frequency component of the reception signal of the
雑音平均処理部２６０は、積分部２５０の出力値に対して雑音の平均化処理を行う。より具体的には、雑音平均処理部２６０は、雑音に対する信号平均値の比率である信号対雑音比（Signal-to-Noise ratio：以下Ｓ／Ｎ比と称する。）を所定の周波数成分毎に算出する。
The
ここで、Ｓ／Ｎ比が大きい周波数成分は、例えばエンジン音、モーター回転音、冷却水ポンプ作動音およびスクリュー回転音などの推進機械の動作音（機械音とも呼ばれる。）の周波数に対応していることが知られている。 Here, the frequency component having a large S / N ratio corresponds to the frequency of propulsion machine operation sound (also called mechanical sound) such as engine sound, motor rotation sound, cooling water pump operation sound, and screw rotation sound. It is known that
このため、水中航走体検出装置２０００は、雑音平均処理部２６０により算出される所定の周波数成分毎のＳ／Ｎ比に基づいて、水中航走体の存在を検出する。すなわち、水中航走体検出装置２０００は、まず、所定の周波数成分毎にＳ／Ｎ比を算出する。そして、大きなＳ／Ｎ比が特定の周波数成分に集中している場合に、水中航走体が音響センサ２１０から所定の距離内に存在すると判断する。
For this reason, the underwater
図１６は、表示部２７０による表示例を示す図であって、推進機械の作動音が大きい例を示す模式図である。図１６に示されるように、表示部２７０は、縦軸に時間、横軸を周波数として、Ｓ／Ｎ比の強度の変化を点により濃淡を付けて表示する。点表示の濃淡は、信号強度を表している。ここでは、表示部２７０は、Ｓ／Ｎ比が大きいほど濃く、Ｓ／Ｎ比が小さいほど薄く表示するものとする。図１６に示されるように、複数の特定の周波数成分において濃い線ａ、ｂ、ｃおよびｄが表示される。
FIG. 16 is a diagram illustrating a display example by the
このように、水中航走体検出装置２０００は、ＦＦＴ２４０による周波数分析と、雑音平均処理部２６０による雑音平均処理とによって、所定の周波数成分毎のＳ／Ｎ比を算出する。次に、水中航走体検出装置２０００は、Ｓ／Ｎ比を所定の周波数毎に表示部２７０に濃淡を付けて点表示する。そして、水中航走体検出装置２０００では、特定の周波数成分に濃い表示が表示部２７０の画面に表れるか否かにより、水中航走体の存在の有無を検出している。
As described above, the underwater
なお、関連技術として、例えば、音響センサ（指向性パッシブソノブイ）により得られる信号からカージオイド指向性を形成して、音源の方位を検出する技術が、特許文献１に開示されている。 As a related technique, for example, Patent Document 1 discloses a technique for forming a cardioid directivity from a signal obtained by an acoustic sensor (directive passive sonobuoy) and detecting the direction of a sound source.
しかしながら、近年、静音処理や防音処理などの工夫が水中航走体に施されてきている。このため、前述した推進機械の動作音（例えばエンジン音、モーター回転音、冷却水ポンプ作動音およびスクリュー回転音など）が静粛化する傾向にある。 However, in recent years, devices such as silent processing and soundproof processing have been applied to underwater vehicles. For this reason, the operation sound (for example, engine sound, motor rotation sound, cooling water pump operation sound, screw rotation sound, etc.) of the propulsion machine described above tends to be quiet.
その一方で、水中航走体は、水中を航走している時に、水（海水、淡水またはこれらを含む混合水など）が該水中航走体の船体に衝突する際に生じる摩擦音波等の広帯域放射音を発生する。この摩擦音波等の広帯域放射音は、推進機械の動作音のように、特定の周波数成分の音波とならず、広い範囲の周波数成分にわたって微弱に生じる音波であることが知られている。 On the other hand, an underwater vehicle, such as frictional sound waves generated when water (seawater, fresh water, or mixed water containing these) collides with the hull of the underwater vehicle, Generates broadband radiated sound. It is known that the broadband radiated sound such as the frictional sound wave is not a sound wave of a specific frequency component like the operation sound of the propulsion machine, but is a sound wave generated weakly over a wide range of frequency components.
このため、近年、一般的な水中航走体検出装置２０００では、推進機械の動作音のＳ／Ｎ比は効率よく表示部２７０に表示されない。
For this reason, in recent years, in the general underwater
水中航走体検出装置２０００の表示部２７０による表示例を示す図として、図１７に、推進機械の作動音が小さい例を示す模式図を示す。図１７では、図１６と異なり、特定の周波数成分において濃い表示が全く見られない。
As a diagram showing a display example by the
このように、一般的な水中航走体検出装置２０００では、静音処理や防音処理などの工夫が水中航走体に施された結果、推進機械の動作音におけるＳ／Ｎ比に基づいて、水中航走体の存在を検出できないことがあるという問題があった。
As described above, in the general underwater
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、推進機械の動作音（例えばエンジン音、モーター回転音、冷却水ポンプ作動音およびスクリュー回転音など）が小さい場合に、水中航走体の存在を検出が困難であるという課題を解決する水中航走体検出装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to reduce the operating noise of the propulsion machine (for example, engine noise, motor rotation noise, cooling water pump operation noise, screw rotation noise, etc.). In this case, it is an object of the present invention to provide an underwater vehicle detection apparatus that solves the problem that it is difficult to detect the presence of an underwater vehicle.
本発明の水中航走体検出装置は、水中内に存在する水中航走体から生じる音波を電気信号に変換する音響センサと、前記電気信号に基づいて、前記カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する指向性形成部と、前記指向性形成部により形成された前記カージオイド型指向性に基づいて、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率である指向性比率を、前記所定の周波数成分毎に算出する前記指向性比率算出部と、前記指向性比率算出部により前記所定の周波数成分毎に算出された前記指向性比率を合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を表す指向性比率分布を生成する指向性比率分布生成部とを備える。 An underwater vehicle detection apparatus according to the present invention includes an acoustic sensor that converts sound waves generated from an underwater vehicle existing in water into an electric signal, and the cardioid directivity is set to a predetermined frequency based on the electric signal. A directivity ratio that is a ratio of the signal level in the maximum sensitivity direction and the signal level in the minimum sensitivity direction based on the directivity forming section formed for each component and the cardioid directivity formed by the directivity forming section. The directivity ratio calculation unit for calculating the predetermined frequency component and the directivity ratio calculated for the predetermined frequency component by the directivity ratio calculation unit are combined to generate a directivity for each frequency component. A directivity ratio distribution generation unit that generates a directivity ratio distribution representing the distribution of the sex ratio.
また、本発明の水中航走体の検出方法は、水中内に存在する水中航走体から生じる音波を電気信号に変換する電気信号変換ステップと、前記電気信号に基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する指向性形成ステップと、前記指向性形成ステップにより形成された前記カージオイド型指向性に基づいて、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率である指向性比率を、前記所定の周波数成分毎に算出する指向性比率算出ステップと、前記指向性比率算出ステップにより前記所定の周波数成分毎に算出された前記指向性比率を合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を表す指向性比率分布を生成する指向性比率分布生成ステップとを含む。 The underwater vehicle detection method of the present invention includes an electric signal conversion step for converting sound waves generated from an underwater vehicle existing in the water into an electric signal, and a cardioid directivity based on the electric signal. Is formed at a ratio of the signal level in the maximum sensitivity direction and the signal level in the minimum sensitivity direction based on the cardioid type directivity formed by the directivity formation step. A directivity ratio calculating step for calculating a certain directivity ratio for each of the predetermined frequency components, and the directivity ratio calculated for each of the predetermined frequency components by the directivity ratio calculating step are combined to generate a frequency component. A directivity ratio distribution generating step of generating a directivity ratio distribution representing the distribution of directivity ratios for each.
本発明にかかる水中航走体検出装置によれば、水中航走体の推進機械の動作音が小さい場合であっても、水中航走体と水（海水、淡水またはこれらの混合水）との摩擦音等の広帯域放射音から、水中航走体を効率よく検出できる。 According to the underwater vehicle detection apparatus according to the present invention, even when the operation sound of the underwater vehicle propulsion machine is small, the underwater vehicle and water (seawater, fresh water, or a mixture thereof) An underwater vehicle can be detected efficiently from broadband radiation such as frictional sound.
本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００の構成について、図に基づいて説明する。
The configuration of the underwater
図１は、水中航走体検出装置１０００の構成を示すブロック図である。図２は、水中航走検出装置１０００の使用例を概念的に示す図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the underwater
図１に示されるように、水中航走体検出装置１０００は、音響センサ１１０と、信号処理部５００と、表示部１８０とを含んで構成される。信号処理部５００は、ＬＰＦ１２０と、Ａ／Ｄ変換部１３０と、ＦＦＴ１４０と、指向性形成部１５０と、指向性比率算出部１６０と、指向性比率分布生成部１７０とを含んで構成される。ＦＦＴ１４０は、本発明の信号変換処理部に相当する。
As shown in FIG. 1, the underwater
水中航走体検出装置１０００は、例えば図２に示されるように、使用される。すなわち、水中航走体検出装置１０００のうち、音響センサ１１０はブイ４００に取り付けられる。そして、音響センサ１１０を取り付けた状態で、ブイ４００を海面２００上に浮かばせる。水中航走体検出装置１０００のうち、信号処理部５００および表示部１８０は、船上や陸地上や航空機上に配置される。そして、水中航走体検出装置１０００は、海中に存在する水中航走体３００を検出する。なお、水中航走体３００の具体例として、例えば、潜水艦、潜水船、魚雷などが挙げられる。
The underwater
また、図２では、水中航走体検出装置１０００が海水中に存在する水中航走体３００を検出する例を示した。一方、水中航走体検出装置１０００は、海水、淡水またはこれらの混合水の中に存在する水中航走体３００も検出することができる。以下の説明では、特に断りがない場合、水は海水、淡水またはこれらの混合水の全てを包括的に含むものとする。
Moreover, in FIG. 2, the example which the underwater
図１に戻って、音響センサ１１０は、水中に存在する水中航走体３００から生じる音波を電気信号に変換する。音響センサ１１０は、水中に配置される。
Returning to FIG. 1, the
信号処理部５００は、音響センサ１１０および表示部１８０に接続されている。ここで、信号処理部５００と音響センサ１１０は、無線通信または有線通信によって通信接続されている。図１では、信号処理部５００と音響センサ１１０が、有線通信により通信接続された例を示している。一方、図２では、信号処理部５００と音響センサ１１０が、無線通信により通信接続された例を示している。この場合は、音響センサ１１０には送信部（不図示）が設けられ、信号処理部５００には受信部（不図示）が設けられる。信号処理部５００は、音響センサ１１０により変換された電気信号を受け取り、この電気信号を用いて水中航走体３００を検出するための信号処理を行う。
The
ＬＰＦ１２０は、音響センサ１１０およびＡ／Ｄ変換部１３０に接続されている。ＬＰＦ１２０は、音響センサ１１０から受け取る電気信号の高域周波数成分を取り除き、低域周波数成分のみを通過させる。
The
Ａ／Ｄ変換部１３０は、ＬＰＦ１２０およびＦＦＴ１４０に接続されている。Ａ／Ｄ変換部１３０は、入力される電気信号をアナログ−デジタル変換する。より具体的には、Ａ／Ｄ変換部１３０は、ＬＰＦ１２０から入力される電気信号の低域周波数成分について、アナログ信号の電圧をデジタルの数値に変換する。
The A /
ＦＦＴ１４０は、Ａ／Ｄ変換部１３０および指向性形成部１５０に接続されている。ＦＦＴ１４０は、音響センサ１１０の受信信号の周波数成分を分析する。より具体的には、ＦＦＴ１４０は、電気信号の低域周波数成分のデジタル値を、所定の周波数成分毎（例えば１Ｈｚ毎）の電気信号に変換する。
The
指向性形成部１５０は、所定の周波数成分毎の電気信号に基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する。
The
ここで、カージオイド型指向性を形成する方法について、さらに具体的に説明する。図３は、カージオイド型指向性を形成する方法を説明するための図である。図３では、水中航走体検出装置１０００のうち、音響センサ１１０、ＬＰＦ１２０、Ａ／Ｄ変換部１３０および指向性形成部１５０を示している。なお、Ａ／Ｄ変換部１３０と指向性形成部１５０との間には、図１に示したように、ＦＦＴ１４０が設けられるが、図３では、説明の便宜上、ＦＦＴ１４０を省略している。
Here, the method of forming the cardioid directivity will be described more specifically. FIG. 3 is a diagram for explaining a method of forming cardioid directivity. FIG. 3 shows the
図３に示されるように、音響センサ１１０は、Ｘ軸指向性音響センサ１１１と、Ｙ軸指向性音響センサ１１２と、無指向性音響センサ１１３とを含んで構成されている。
As shown in FIG. 3, the
図４は、Ｘ軸指向性音響センサ１１１の感度レベルを概略的に示す図である。図５は、Ｙ軸指向性音響センサ１１２の感度レベルを概略的に示す図である。図６は、無指向性音響センサ１１３の感度レベルを概略的に示す図である。なお、図４〜図６では、縦軸は南−北（South-North）方向を示し、横軸は東−西（East-West）方向を示している。
FIG. 4 is a diagram schematically showing the sensitivity level of the X-axis directional
図４に示されるように、Ｘ軸指向性音響センサ１１１は、東方向および西方向に強い感度レベルを有している。図５に示されるように、Ｙ軸指向性音響センサ１１２は、南方向および北方向に強い感度レベルを有している。図６に示されるように、無指向性音響センサ１１３は、全方向に亘ってほぼ同一の感度レベルを有している。なお、音響センサ１１０内には方位磁針（不図示）が設けられている。そして、Ｘ軸指向性音響センサ１１１、Ｙ軸指向性音響センサ１１２および無指向性音響センサ１１３の設置方向は、音響センサ１１０内に搭載された方位磁針によって、調整される。
As shown in FIG. 4, the X-axis directional
図３に戻って、Ｘ軸指向性音響センサ１１１は、水中に存在する水中航走体３００から生じる音波のうち東西方向成分を、電気信号に変換する。この電気信号をＥＷ信号とする。Ｘ軸指向性音響センサ１１１は、ＥＷ信号をＬＰＦ１２０へ出力する。
Returning to FIG. 3, the X-axis directional
Ｙ軸指向性音響センサ１１２は、水中に存在する水中航走体３００から生じる音波のうち南北方向成分を、電気信号に変換する。この電気信号をＳＮ信号とする。Ｙ軸指向性音響センサ１１２は、ＳＮ信号をＬＰＦ１２０へ出力する。
The Y-axis directional acoustic sensor 112 converts the north-south direction component of the sound wave generated from the underwater vehicle 300 existing in water into an electrical signal. This electrical signal is referred to as an SN signal. The Y-axis directional acoustic sensor 112 outputs an SN signal to the
無指向性音響センサ１１３は、水中に存在する水中航走体３００から生じる音波のうち全方向成分を、電気信号に変換する。この電気信号をＯＭＮＩ信号とする。無指向性音響センサ１１３は、ＯＭＮＩ信号をＬＰＦ１２０へ出力する。
The omnidirectional
図３に示されるように、ＬＰＦ１２０は、ＥＷ信号用ＬＰＦ１２１と、ＳＮ信号用ＬＰＦ１２２と、ＯＭＮＩ信号用ＬＰＦ１２３とを含んで構成されている。
As illustrated in FIG. 3, the
ＥＷ信号用ＬＰＦ１２１は、Ｘ軸指向性音響センサ１１１と接続されている。ＥＷ信号用ＬＰＦ１２１は、Ｘ軸指向性音響センサ１１１から、ＥＷ信号を受け取る。ＥＷ信号用ＬＰＦ１２１は、ＥＷ信号の高域周波数成分を取り除き、低域周波数成分のみを通過させる。そして、ＥＷ信号用ＬＰＦ１２１は、ＥＷ信号の低域周波数成分をＡ／Ｄ変換部１３０へ出力する。
The
ＳＮ信号用ＬＰＦ１２２は、Ｙ軸指向性音響センサ１１２と接続されている。ＳＮ信号用ＬＰＦ１２２は、Ｙ軸指向性音響センサ１１２から、ＳＮ信号を受け取る。ＳＮ信号用ＬＰＦ１２２は、ＳＮ信号の高域周波数成分を取り除き、低域周波数成分のみを通過させる。そして、ＳＮ信号用ＬＰＦ１２２は、ＳＮ信号の低域周波数成分をＡ／Ｄ変換部１３０へ出力する。
The
ＯＭＮＩ信号用ＬＰＦ１２３は、無指向性音響センサ１１３と接続されている。ＯＭＮＩ信号用ＬＰＦ１２３は、無指向性音響センサ１１３から、ＯＭＮＩ信号を受け取る。ＯＭＮＩ信号用ＬＰＦ１２３は、ＯＭＮＩ信号の高域周波数成分を取り除き、低域周波数成分のみを通過させる。そして、ＯＭＮＩ信号用ＬＰＦ１２３は、ＯＭＮＩ信号の低域周波数成分をＡ／Ｄ変換部１３０へ出力する。
The
図３に示されるように、Ａ／Ｄ変換部１３０は、ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部１３１と、ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部１３２と、ＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部１３３とを含んで構成されている。
As shown in FIG. 3, the A /
ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部１３１は、ＥＷ信号用ＬＰＦ１２１に接続されている。ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部１３１は、ＥＷ信号用ＬＰＦ１２１から入力されるＥＷ信号の低域周波数成分について、アナログ信号の電圧をデジタルの数値に変換する。ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部１３１は、ＥＷ信号の低域周波数成分のデジタル値を、ＦＦＴ１４０（図３にて不図示。図１を参照。）を介して、指向性形成部１５０へ出力する。
The EW signal A /
ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部１３２は、ＳＮ信号用ＬＰＦ１２２に接続されている。ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部１３２は、ＳＮ信号用ＬＰＦ１２２から入力されるＳＮ信号の低域周波数成分について、アナログ信号の電圧をデジタルの数値に変換する。ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部１３２は、ＳＮ信号の低域周波数成分のデジタル値を、ＦＦＴ１４０（図３にて不図示。図１を参照。）を介して、指向性形成部１５０へ出力する。
The SN signal A /
ＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部１３３は、ＯＭＮＩ信号用ＬＰＦ１２３に接続されている。ＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部１３３は、ＯＭＮＩ信号用ＬＰＦ１２３から入力されるＯＭＮＩ信号の低域周波数成分について、アナログ信号の電圧をデジタルの数値に変換する。ＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部１３３は、ＯＭＮＩ信号の低域周波数成分のデジタル値を、ＦＦＴ１４０（図３にて不図示。図１を参照。）を介して、指向性形成部１５０へ出力する。
The OMNI signal A /
なお、図３では省略しているが、ＦＦＴ１４０は、上述の通り、ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部１３１、ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部１３２およびＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部１３３の各々から入力される各デジタル値を、所定の周波数成分毎（例えば１Ｈｚ毎）の電気信号にそれぞれ変換する。
Although not shown in FIG. 3, the
指向性形成部１５０は、ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部１３１、ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部１３２およびＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部１３３からＦＦＴ１４０を介して入力される各電気信号に基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する。
The
ここで、カージオイド指向性は、式（１）の通り、算出される。式（１）において、θはカージオイド指向性の最大感度方向の方位角、Ｆ（θ）はそのカージオイド指向性を付加した出力である。 Here, the cardioid directivity is calculated as shown in Equation (1). In equation (1), θ is the azimuth angle in the maximum sensitivity direction of the cardioid directivity, and F (θ) is an output with the cardioid directivity added.
Ｆ（θ）＝［ＯＭＮＩ信号］＋［ＥＷ信号］×ｃｏｓθ＋［ＳＮ信号］×ｓｉｎθ・・・（１） F (θ) = [OMNI signal] + [EW signal] × cos θ + [SN signal] × sin θ (1)
なお、式（１）において、ＯＭＮＩ信号、ＥＷ信号およびＳＮ信号は、ＬＰＦ１２０により高域周波数成分が除去され、Ａ／Ｄ変換部１３０によりアナログ−デジタル変換され、さらにＦＦＴ１４０により所定の周波数成分毎に変換された信号である。
In Equation (1), the OMNI signal, the EW signal, and the SN signal are subjected to analog-digital conversion by the A /
このように、指向性形成部１５０は、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成できる。
In this way, the
図７に、指向性形成部１５０の出力の一例として、カージオイド型指向性を概略的に示す。図７には、最大感度方向および最小感度方向を示している。最大感度方向とは、カージオイド型指向性の各データのうちで最大値を示す方向をいう。最小感度方向とは、カージオイド型指向性の各データのうちで最小値を示す方向をいう。図７の例では、カージオイド型指向性の最大感度方向は真東であり、カージオイド型指向性の最小感度方向は真西である。
FIG. 7 schematically shows the cardioid directivity as an example of the output of the
ここで、カージオイド型指向性の感度を示す曲線をカージオイド型指向性曲線Ｇと呼ぶことにする。さらに、最大感度方向を示す直線を最大感度方向線と呼び、最小感度方向を示す直線を最小感度方向線と呼ぶことにする。図７では、南北方向線ＳＮと東西方向線ＥＷの交点をＯとし、最大感度方向線をＯＨ、最小感度方向線をＯＬで示す。なお、図７では、カージオイド指向性の最大感度方向は真東であるので、最大感度方向線ＯＨは東西方向線ＥＷと重なる。同様に、カージオイド指向性の最小感度方向は真西であるので、最小感度方向線ＯＬは東西方向線ＥＷと重なる。 Here, a curve indicating the sensitivity of the cardioid type directivity is referred to as a cardioid type directivity curve G. Further, a straight line indicating the maximum sensitivity direction is referred to as a maximum sensitivity direction line, and a straight line indicating the minimum sensitivity direction is referred to as a minimum sensitivity direction line. In FIG. 7, the intersection of the north-south direction line SN and the east-west direction line EW is represented by O, the maximum sensitivity direction line is represented by OH, and the minimum sensitivity direction line is represented by OL. In FIG. 7, since the maximum sensitivity direction of the cardioid directivity is true east, the maximum sensitivity direction line OH overlaps with the east-west direction line EW. Similarly, since the minimum sensitivity direction of the cardioid directivity is right west, the minimum sensitivity direction line OL overlaps the east-west direction line EW.
次に、カージオイド型指向性の最大感度方向の方位角θと、カージオイド型指向性曲線Ｇとの関係について、図に基づいて説明する。 Next, the relationship between the azimuth angle θ in the maximum sensitivity direction of the cardioid type directivity and the cardioid type directivity curve G will be described with reference to the drawings.
図８は、カージオイド型指向性を概略的に示す図であって、特に、カージオイド型指向性の最大感度方向の方位角θと、カージオイド型指向性曲線Ｇとの関係を説明するための図である。 FIG. 8 is a diagram schematically showing the cardioid type directivity, and in particular, for explaining the relationship between the azimuth angle θ in the maximum sensitivity direction of the cardioid type directivity and the cardioid type directivity curve G. FIG.
図８に示されるように、カージオイド型指向性の最大感度方向線ＯＨと東西方向線ＥＷとがなす角を、式（１）のカージオイド型指向性の最大感度方向の方位角θであるとする。このとき、例えばカージオイド型指向性の最大感度方向が真東である場合はθ＝０（°）となる。カージオイド指向性の最大感度方向が真北である場合、θ＝９０（°）となる。カージオイド指向性の最大感度方向が真西である場合、θ＝１８０（°）となる。 As shown in FIG. 8, the angle formed by the maximum sensitivity direction line OH of the cardioid type directivity and the east-west direction line EW is the azimuth angle θ in the maximum sensitivity direction of the cardioid type directivity of Expression (1). And At this time, for example, if the maximum sensitivity direction of the cardioid directivity is true east, θ = 0 (°). When the maximum sensitivity direction of the cardioid directivity is true north, θ = 90 (°). When the maximum sensitivity direction of the cardioid directivity is right west, θ = 180 (°).
指向性形成部１５０は、カージオイド型指向性の最大感度方向の方位角θを変更しながら、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成できる。
The
指向性比率算出部１６０は、指向性形成部１５０および指向性比率分布生成部１７０に接続されている。指向性比率算出部１６０は、指向性形成部１５０により形成されたカージオイド型指向性に基づいて、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率である指向性比率を、所定の周波数成分毎に算出する。
The directivity
ここで、カージオイド型指向性曲線Ｇと最大感度方向線ＯＨの交点をＭ１とする。同様に、カージオイド型指向性曲線Ｇと最小感度方向線ＯＬ２の交点Ｍ２とする。この場合において、指向性比率Ｚは、次の式（２）のように算出される。 Here, the intersection of the cardioid directivity curve G and the maximum sensitivity direction line OH is defined as M1. Similarly, an intersection M2 of the cardioid directivity curve G and the minimum sensitivity direction line OL2 is set. In this case, the directivity ratio Z is calculated as in the following equation (2).
指向性比率Ｚ＝（最大感度方向の信号レベル）／（最小感度方向の信号レベル）
＝（ＯＭ１の長さ）／（ＯＭ２の長さ）・・・（２）
Directivity ratio Z = (Signal level in the maximum sensitivity direction) / (Signal level in the minimum sensitivity direction)
= (Length of OM1) / (Length of OM2) (2)
ただし、ＯＭ１とＯＭ２は、最大感度方向線ＯＨの方向に水中航走体が存在する場合に、水中航走体から放射された音波についてのみ適用される。 However, OM1 and OM2 are applied only to the sound wave emitted from the underwater vehicle when the underwater vehicle is present in the direction of the maximum sensitivity direction line OH.
実際の最大感度方向の信号レベル及び最小感度方向の信号レベルには、水中の無指向性雑音が含まれる。 The actual signal level in the maximum sensitivity direction and the signal level in the minimum sensitivity direction include omnidirectional noise in water.
このようにして、指向性比率算出部１６０は、指向性形成部１５０により形成されたカージオイド型指向性に基づいて、指向性比率Ｚを、所定の周波数成分毎に算出する。
In this way, the directivity
このとき、指向性比率算出部１６０は、カージオイド型指向性の最大感度方向の方位角θを所定の角度毎に変更しながら指向性比率Ｚを算出する。そして、指向性比率算出部１６０は、指向性比率Ｚの算出結果、指向性比率Ｚを所定の周波数成分毎に算出する。
In this case, directivity
図１に戻って、指向性比率分布生成部１７０は、指向性比率算出部１６０および表示部１８０に接続されている。指向性比率分布生成部１７０は、指向性比率算出部１６０により所定の周波数成分毎に算出された指向性比率Ｚを合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を表す指向性比率分布を生成する。
Returning to FIG. 1, the directivity ratio
表示部１８０は、指向性比率分布生成部１７０に接続されている。表示部１８０は、指向性比率分布生成部１７０により生成された指向性比率分布を表示する。
The
次に、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００の動作について、図に基づいて説明する。
Next, the operation of the underwater
図９は、水中航走体検出装置１０００の動作フローを示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing an operation flow of the underwater
図９に示されるように、まず、音響センサ１１０は、水中に存在する水中航走体３００から生じる音波を取得する（ステップ：ＳＴＥＰ（以下、単にＳと称する）９０１）。
As shown in FIG. 9, first, the
次に、音響センサ１１０は、取得した音波を電気信号に変換する（Ｓ９０２）。音響センサ１１０は、電気信号をＬＰＦ１２０へ出力する。Ｓ９０２は、本発明の電気信号変換ステップに相当する。
Next, the
このとき、音響センサ１１０内では、図３を用いて説明したように、Ｘ軸指向性音響センサ１１１、Ｙ軸指向性音響センサ１１２および無指向性音響センサ１１３の各々が、ＥＷ信号、ＳＮ信号およびＯＭＮＩ信号をそれぞれ生成する。
At this time, in the
ＬＰＦ１２０は、音響センサ１１０から受け取る電気信号の高域周波数成分を取り除き、低域周波数成分のみを通過させる（Ｓ９０３）。ＬＰＦ１２０は、電気信号の低域周波数成分をＡ／Ｄ変換部１３０へ出力する。
The
このとき、ＬＰＦ１２０内では、図３を用いて説明したように、ＥＷ信号用ＬＰＦ１２１、ＳＮ信号用ＬＰＦ１２２およびＯＭＮＩ信号用ＬＰＦ１２３の各々が、ＥＷ信号、ＳＮ信号およびＯＭＮＩ信号の高域周波数成分を取り除き、各信号の低域周波数成分のみを通過させる。
At this time, in the
Ａ／Ｄ変換部１３０は、ＬＰＦ１２０から入力される電気信号をアナログ−デジタル変換する（Ｓ９０４）。すなわち、Ａ／Ｄ変換部１３０は、ＬＰＦ１２０から入力される電気信号の低域周波数成分について、アナログ信号の電圧をデジタルの数値に変換する。Ａ／Ｄ変換部１３０は、アナログ−デジタル変換後の電気信号をＦＥＴ１４０へ出力する。
The A /
このとき、Ａ／Ｄ変換部１３０内では、図３を用いて説明したように、ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部１３１、ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部１３２およびＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部１３３の各々が、ＥＷ信号、ＳＮ信号およびＯＭＮＩ信号の低域周波数成分について、アナログ−デジタル変換する。
At this time, within the A /
次に、ＦＥＴ１４０は、Ａ／Ｄ変換部１３０から入力される電気信号の低域周波数成分のデジタル値を、所定の周波数成分毎（例えば１Ｈｚ毎）の電気信号に変換する（Ｓ９０５）。ＦＥＴ１４０は、変換後の電気信号を指向性形成部１５０へ出力する。
Next, the
このとき、ＦＦＴ１４０は、図３を用いて説明したように、ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部１３１、ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部１３２およびＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部１３３の各々から入力される各デジタル値を、所定の周波数成分毎（例えば１Ｈｚ毎）の電気信号にそれぞれ変換する。
At this time, the
指向性形成部１５０は、ＦＦＴ１４０から入力される所定の周波数成分毎の電気信号に基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する（Ｓ９０６）。より具体的には、指向性形成部１５０は、図３〜図８を用いて説明したように、ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部１３１と、ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部１３２と、ＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部１３３から入力される各電気信号に基づいて、カージオイド型指向性（図７および図８を参照）を所定の周波数成分毎に形成する。指向性形成部１５０は、カージオイド型指向性を指向性比率算出部１６０へ出力する。Ｓ９０６は、本発明の指向性形成ステップに相当する。
The
次に、指向性比率算出部１６０は、指向性形成部１５０により形成されたカージオイド型指向性に基づいて、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率である指向性比率を、所定の周波数成分毎に算出する（Ｓ９０７）。Ｓ９０７は、本発明の指向性比率算出ステップに相当する。
Next, the directivity
このとき、指向性比率算出部１６０は、図８を用いて説明したように、カージオイド型指向性の最大感度方向の方位角θを所定の角度毎に変更しながら指向性比率Ｚを算出する。そして、指向性比率算出部１６０は、指向性比率Ｚの算出結果、指向性比率Ｚを所定の周波数成分毎に算出する。指向性比率算出部１６０は、所定の周波数成分毎に算出された指向性比率の算出結果を指向性比率分布生成部１７０へ出力する。
In this case, directivity
指向性比率分布生成部１７０は、指向性比率算出部１６０により所定の周波数成分毎に算出された指向性比率を合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を表す指向性比率分布を生成する（Ｓ９０８）。指向性比率分布生成部１７０は、指向性比率分布を表示部１８０へ出力する。Ｓ９０８は、指向性比率分布生成ステップに相当する。
The directivity ratio
表示部１８０は、指向性比率分布生成部１７０により生成された指向性比率分布を表示する（Ｓ９０９）。
The
図１０は、水中航走検出装置１０００の表示部１８０による表示例を簡略的に示す模式図である。ここでは、表示部１８０は、縦軸に時間、横軸を周波数として、指向性比率の時間経過による変化を点により濃淡を付けて表示するものとする。点表示の濃淡は、指向性比率の大きさを表している。ここでは、表示部１８０は、指向性比率の大きさが大きいほど濃く、指向性比率の大きさが小さいほど薄く表示するものとする。
FIG. 10 is a schematic diagram schematically showing a display example by the
図１０の例では、表示部１８０の表示画面において、周波数ｆ１〜ｆ２の間に帯状の濃い表示が表れた。この帯状の濃い表示は、水中航走体３００と水との摩擦音等の広帯域放射音の発生を、視覚的に認識できるものである。このように、水中航走体検出装置１０００によれば、音響センサ１１０から所定の距離内に水中航走体３００が存在することを検出することができる。なお、指向性比率の大きい信号は、カージオイド型指向性の最大感度方向における広帯域放射音であり、水中航走体３００と水との摩擦音等の広帯域放射音に対応する。
In the example of FIG. 10, on the display screen of the
ここで、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００による効果について、一般的な水中航走体検出装置２０００と対比しながら、図に基づいて具体的に説明する。
Here, the effects of the underwater
図１１は、一般的な水中航走体検出装置２０００にて、雑音平均によるＳ／Ｎ比を用いて、水中航走体３００を検出する原理を説明するための図であって、推進機械の作動音が周囲の音よりも大きい例を示す図である。
FIG. 11 is a diagram for explaining the principle of detecting the underwater vehicle 300 using a noise average S / N ratio in a general underwater
ここでは、図１５に示した水中航走体検出装置２０００を用いて、水中航走体３００を検出する場合を想定している。図１１では、水中航走体検出装置２０００が水中航走体３００から生じる音波を受信した際の「受信レベル」を縦軸に、「周波数」を横軸に設定している。
Here, it is assumed that the underwater vehicle 300 is detected using the underwater
図１１において、水中航走体の推進機械の作動音の周波数成分を、「対象周波数成分」と表している。水中航走体の推進機械の作動音が周囲の音よりも大きい場合、図１１に示されるように、当該対象周波数成分の受信レベルは他の雑音に対応する周波数成分の受信レベルと比較して突出して大きい。 In FIG. 11, the frequency component of the operation sound of the propulsion machine of the underwater vehicle is represented as “target frequency component”. When the operation sound of the propulsion machine of the underwater vehicle is larger than the surrounding sound, as shown in FIG. 11, the reception level of the target frequency component is compared with the reception level of the frequency component corresponding to other noise. Protruding and big.
そして、背景技術にて、図１１を用いて説明したように、水中航走体検出装置２０００では、水中航走体３００の推進機械の動作音におけるＳ／Ｎ比を算出し、この算出結果から水中航走体３００の存在を検出していた。
In the background art, as described with reference to FIG. 11, the underwater
ここで、Ｓ／Ｎ比は、次の式（３）に示すように算出される。 Here, the S / N ratio is calculated as shown in the following equation (3).
Ｓ／Ｎ比＝［対象周波数成分の受信レベル］÷（（［平均値Ａ］＋［平均値Ｂ］）÷２）・・・（３） S / N ratio = [reception level of target frequency component] / (([average value A] + [average value B]) / 2) (3)
式（３）において、対象周波数成分は、水中航走体３００の推進機械の作動音の周波数成分であり、図１１に示されるように、受信レベルが突出して大きい成分である。また、平均値Ａおよび平均値Ｂは、水中航走体３００の推進機械の作動音以外の雑音の受信レベルの平均値である。平均値Ａは、対象周波数成分よりも低い周波数成分の受信レベルの平均値である。平均値Ｂは、対象周波数成分よりも高い周波数成分の受信レベルの平均値である。 In Expression (3), the target frequency component is a frequency component of the operating sound of the propulsion machine of the underwater vehicle 300, and is a component with a large reception level as shown in FIG. The average value A and the average value B are average values of noise reception levels other than the operating sound of the propulsion machine of the underwater vehicle 300. The average value A is an average value of reception levels of frequency components lower than the target frequency component. The average value B is an average value of reception levels of frequency components higher than the target frequency component.
なお、式（３）は、対象周波数成分と、対象周波数成分以外の周波数成分の平均値との比率に基づいてＳ／Ｎ比を算出するため、雑音平均によるＳ／Ｎ比の算出式とも呼ばれる。 Since the S / N ratio is calculated based on the ratio between the target frequency component and the average value of the frequency components other than the target frequency component, the expression (3) is also referred to as an S / N ratio calculation formula based on noise average. .
式（３）によれば、水中航走体３００の推進機械の作動音が周囲の音よりも大きい場合には、当該水中航走体３００の推進機械の作動音に対応する特定の周波数成分について、Ｓ／Ｎ比が大きくなる。このため、水中航走体検出装置２０００であっても、Ｓ／Ｎ比から水中航走体３００の存在を検出できる。
According to Formula (3), when the operation sound of the propulsion machine of the underwater vehicle 300 is larger than the surrounding sound, the specific frequency component corresponding to the operation sound of the propulsion machine of the underwater vehicle 300 , The S / N ratio increases. For this reason, even the underwater
図１２は、一般的な水中航走体検出装置２０００にて、雑音平均によるＳ／Ｎ比を用いて、水中航走体３００を検出する原理を説明するための図であって、推進機械の作動音が周囲の音より同等か小さい例を示す図である。図１２では、受信レベルを縦軸に、周波数を横軸に設定している。
FIG. 12 is a diagram for explaining the principle of detecting the underwater vehicle 300 using a noise average S / N ratio in a general underwater
図１２に示されるように、水中航走体３００の推進機械の作動音が周囲の音よりも小さい場合には、図１１と異なり、受信レベルが突出して大きい周波数成分は表れない。また、図１２では、水中航走体３００と水の摩擦音等の広帯域放射音による影響によって、帯域全体に亘り受信レベルが大きくなっている。したがって、式（３）を用いて、Ｓ／Ｎ比を算出することができない。 As shown in FIG. 12, when the operation sound of the propulsion machine of the underwater vehicle 300 is smaller than the surrounding sound, unlike FIG. 11, the reception level protrudes and a large frequency component does not appear. Further, in FIG. 12, the reception level is increased over the entire band due to the influence of the broadband radiated sound such as the friction sound of the underwater vehicle 300 and water. Therefore, the S / N ratio cannot be calculated using Equation (3).
そこで、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００では、指向性比率算出部１６０にて、指向性比率を所定の周波数成分毎に算出している。なお、指向性比率は、式（２）で示したように、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率である。
Therefore, in the underwater
図１３および図１４は、水中航走体検出装置１０００にて、指向性比率を用いて、水中航走体３００を検出する原理を説明するための図である。
FIG. 13 and FIG. 14 are diagrams for explaining the principle of detecting the underwater vehicle 300 using the directivity ratio in the underwater
図１３では、カージオイド型指向性の最大感度方向の方位角θ＝αのときのカージオイド型指向性を示している。また、図１３では、カージオイド型指向性において、水中航走体３００および水の摩擦音等の広帯域放射音と、無指向性雑音との関係を模式的に示している。なお、カージオイド型指向性の最大感度方向の方位角θ＝αとする。 FIG. 13 shows the cardioid directivity when the azimuth angle θ = α in the maximum sensitivity direction of the cardioid directivity. FIG. 13 schematically shows the relationship between the omnidirectional noise and the broadband radiated sound such as the frictional sound of the underwater vehicle 300 and water in the cardioid directivity. It is assumed that the azimuth angle θ = α in the maximum sensitivity direction of the cardioid directivity.
θ＝αのとき、図１３に示されるように、水中航走体３００は、最大感度方向線ＯＨの延長線上に存在する。そして、カージオイド型指向性曲線Ｇにおいて、水中航走体３００から放射される水の摩擦音等の広帯域放射音の受信レベルの大きさが、ＯＭ１とＯＭ２の長さで表される。一方、無指向性の水中雑音の受信レベルは、方位に関係なく一定の受信レベルである。なお、ここでのＯＭ１およびＯＭ２は、図７および図８で示したＯＭ１およびＯＭ２と同じである。 When θ = α, as shown in FIG. 13, the underwater vehicle 300 is on an extension line of the maximum sensitivity direction line OH. In the cardioid directivity curve G, the magnitude of the reception level of the broadband radiated sound such as the water friction sound radiated from the underwater vehicle 300 is represented by the lengths of OM1 and OM2. On the other hand, the reception level of omnidirectional underwater noise is a constant reception level regardless of the direction. Here, OM1 and OM2 are the same as OM1 and OM2 shown in FIGS.
なお、図７を用いて説明したように、Ｍ１は、カージオイド型指向性曲線Ｇと最大感度方向線ＯＨの交点である。Ｍ２は、カージオイド型指向性曲線Ｇと最小感度方向線ＯＬの交点である。 As described with reference to FIG. 7, M1 is the intersection of the cardioid directivity curve G and the maximum sensitivity direction line OH. M2 is the intersection of the cardioid directivity curve G and the minimum sensitivity direction line OL.
図１４では、特に、水中航走体検出装置１０００の指向性比率分布生成部１７０により生成された指向性比率分布の一例を示している。なお、指向性比率分布は、前述の通り、指向性比率算出部１６０により所定の周波数成分毎に算出された指向性比率を合成して得られ、周波数成分毎の指向性比率の分布を表すものである。図１４では、指向性比率を縦軸に、周波数を横軸に設定している。
In FIG. 14, in particular, an example of the directivity ratio distribution generated by the directivity ratio
図１４に示されるように、指向性比率分布では、特定の周波数成分において、指向性比率が大きくなっている。このように、水中航走体３００および水の摩擦音等の広帯域放射音は、特定の方位（図１３の例では、カージオイド型指向性の最大感度方向の方位角θ＝α）から到来するため、当該摩擦音等の広帯域放射音の周波数成分で、指向性比率が大きくなる。なお、指向性比率は、式（２）で示した通り、最大感度方向の信号レベル（ＯＭ１の長さ）と最小感度方向の信号レベル（ＯＭ２の長さ）の比率である。 As shown in FIG. 14, in the directivity ratio distribution, the directivity ratio is large in a specific frequency component. Thus, the broadband radiated sound such as the underwater vehicle 300 and the frictional sound of water comes from a specific direction (in the example of FIG. 13, the azimuth angle θ = α in the maximum sensitivity direction of the cardioid type directivity). The directivity ratio increases with the frequency component of the broadband radiated sound such as the frictional sound. The directivity ratio is a ratio between the signal level in the maximum sensitivity direction (the length of OM1) and the signal level in the minimum sensitivity direction (the length of OM2), as shown in Expression (2).
ここで、図１２を用いて説明したように、Ｓ／Ｎ比は、受信レベルが特定の周波数成分で突出して大きくならないと、算出することはできなかった。これに対して、指向性比率は、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率なので、受信レベルが特定の周波数成分で突出して大きくならなくても、算出することができる。そして、指向性比率算出部１６０により所定の周波数成分毎に算出された指向性比率を合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を生成することで、水中航走体３００および水の摩擦音等の広帯域放射音の存在を検出することができる。このように、水中航走体検出装置１０００によれば、水中航走体３００の推進機械の動作音が小さい場合であっても、水中航走体３００と水の摩擦音等の広帯域放射音から、水中航走体を効率よく検出できる。
Here, as described with reference to FIG. 12, the S / N ratio cannot be calculated unless the reception level protrudes and increases with a specific frequency component. On the other hand, the directivity ratio is a ratio between the signal level in the maximum sensitivity direction and the signal level in the minimum sensitivity direction, and thus can be calculated even if the reception level does not protrude and increase with a specific frequency component. Then, the directivity ratio calculated for each predetermined frequency component by the directivity
以上の通り、本発明の実施の形態における水中航走体検出装置１０００は、音響センサ１１０と、指向性形成部１５０と、指向性比率算出部１６０と、指向性比率分布生成部１７０とを備えている。音響センサ１１０は、水中内に存在する水中航走体３００から生じる音波を電気信号に変換する。指向性形成部１５０は、電気信号に基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する。指向性比率算出部１６０は、指向性形成部１５０により形成されたカージオイド型指向性に基づいて、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率である指向性比率を、所定の周波数成分毎に算出する。指向性比率分布生成部１７０は、指向性比率算出部１６０により所定の周波数成分毎に算出された指向性比率を合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を表す指向性比率分布を生成する。
As described above, the underwater
このように、水中航走体検出装置１０００では、指向性形成部１５０は、音響センサ１１０により変換された電気信号に基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する。これにより、カージオイド型指向性の波形を得ることができる。そして、このカージオイド型指向性の波形から、水中航走体３００が存在する方向を知ることができる。また、指向性比率算出部１６０は、指向性形成部１５０により形成されたカージオイド型指向性に基づいて、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率である指向性比率を、所定の周波数成分毎に算出する。これにより、水中航走体から生じる音波（水中航走体と水の摩擦音等の広帯域放射音）の大きさと、水中航走体から生じる音波以外の雑音の大きさとの比率を得ることができる。さらに、指向性比率分布生成部１７０は、指向性比率算出部１６０により所定の周波数成分毎に算出された指向性比率を合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を表す指向性比率分布を生成する。この指向性比率は、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率である。一般的な水中航走体検出装置２０００では、Ｓ／Ｎ比を算出する必要があったが、Ｓ／Ｎ比は受信レベルが特定の周波数成分で突出して大きくならないと、算出することはできなかった。一方、指向性比率は、最大感度方向の信号レベルと最小感度方向の信号レベルの比率なので、受信レベルが特定の周波数成分で突出して大きくならなくても、簡単に算出することができる。そして、指向性比率算出部１６０により所定の周波数成分毎に算出された指向性比率を合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を生成することで、水中航走体３００および水の摩擦音等の広帯域放射音を検出することができる。このように、水中航走体検出装置１０００によれば、水中航走体３００の推進機械の動作音が小さい場合であっても、水中航走体３００と水（海水、淡水およびこれらの混合水を含む。）の摩擦音等の広帯域放射音から、水中航走体３００を効率よく検出できる。本発明は、水中航走体３００から生じる音波のうち、これまで着目されていなかった水中航走体３００の船体と水の摩擦音等の広帯域放射音のような広帯域放射音を効率よく抽出する手段を提供するものであり、これによって、推進機械の動作音が小さい水中航走体３００の存在を検出することができる。
As described above, in the underwater
本発明の実施の形態における水中航走体装置１０００において、指向性比率算出部１６０は、所定の周波数成分毎に、最大感度方向の方位角を所定の角度毎に変更しながら算出した指向性比率の算出結果、指向性比率を所定の周波数成分毎に算出する。これにより、カージオイド型指向性の最大感度方向を、水中航走体３００が存在する方向に合わせることができる。この結果、水中航走体３００と水の摩擦音等の広帯域放射音から、水中航走体３００をより効率よく検出できる。
In
本発明の実施の形態における水中航走体装置１０００において、指向性形成部１５０は、東西方向の電気信号（ＥＷ信号）と、南北方向成分の電気信号（ＳＮ信号）と、全方位方向の電気信号（ＯＭＮＩ信号）とに基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する。このように、ＥＷ信号、ＳＮ信号およびＯＭＮＩ信号の３つの信号から、カージオイド型指向性を効率よく得ることができる。
In the
本発明の実施の形態における水中航走体装置１０００は、ＦＦＴ１４０（信号変換処理部）をさらに備えている。ＦＦＴ１４０は、音響センサ１１０により変換された電気信号を所定の周波数成分毎の電気信号に変換する。また、指向性形成部１５０は、周波数成分毎の電気信号に基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に算出する。これにより、電気信号を複数の周波数成分に分離することができ、分離された周波数成分毎にカージオイド型指向性を算出することができる。
The
本発明の実施の形態における水中航走体装置１０００は、表示部１８０をさらに備えている。表示部１８０は、指向性比率分布生成部１７０により生成された指向性比率分布を表示する。これにより、表示部１８０に表示された指向性比率分布を用いて、視覚的に水中航走体３００の存在を検出することができる。
The
以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。実施の形態は例示であり、本発明の主旨から逸脱しない限り、上述各実施の形態に対して、さまざまな変更、増減、組合せを加えてもよい。これらの変更、増減、組合せが加えられた変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described above based on the embodiment. The embodiment is an exemplification, and various modifications, increases / decreases, and combinations may be added to the above-described embodiments without departing from the gist of the present invention. It will be understood by those skilled in the art that modifications to which these changes, increases / decreases, and combinations are also within the scope of the present invention.
１１０ 音響センサ
１１１ Ｘ軸指向性音響センサ
１１２ Ｙ軸指向性音響センサ
１１３ 無指向性音響センサ
１２０ ＬＰＦ
１２１ ＥＷ信号用ＬＰＦ
１２２ ＳＮ信号用ＬＰＦ
１２３ ＯＭＮＩ信号用ＬＰＦ
１３０ Ａ／Ｄ変換部
１３１ ＥＷ信号用Ａ／Ｄ変換部
１３２ ＳＮ信号用Ａ／Ｄ変換部
１３３ ＯＭＮＩ信号用Ａ／Ｄ変換部
１４０ ＦＦＴ
１５０ 指向性形成部
１６０ 指向性比率算出部
１７０ 指向性比率分布生成部
１８０ 表示部
３００ 水中航走体
５００ 信号処理部
１０００ 水中航走体検出装置
110
121 LPF for EW signal
122 LPF for SN signal
123 LPF for OMNI signal
130 A / D converter 131 A / D converter for EW signal 132 A / D converter for SN signal 133 A / D converter for OMNI signal 140 FFT
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電気信号に基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する指向性形成部と、
前記指向性形成部により形成された前記カージオイド型指向性に基づいて、最大感度方向の方位角を所定の角度毎に変更しながら検出された信号レベルから、最大信号レベルと最小信号レベルを決定し、前記最大信号レベルと前記最小信号レベルの比率である指向性比率を算出し、前記所定の周波数成分毎に前記指向性比率を算出する指向性比率算出部と、
前記指向性比率算出部により前記所定の周波数成分毎に算出された前記指向性比率を合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を表す指向性比率分布を生成する指向性比率分布生成部とを備えた水中航走体検出装置。 An acoustic sensor that converts sound waves generated from the underwater vehicle existing in the water into electrical signals;
Based on the electrical signal, a directivity forming unit that forms cardioid directivity for each predetermined frequency component;
Based on the cardioid directivity formed by the directivity forming unit , the maximum signal level and the minimum signal level are determined from the detected signal level while changing the azimuth angle of the maximum sensitivity direction for each predetermined angle. and, said maximum signal level and calculates the minimum signal level directional ratio is the ratio of the directional ratio calculation unit that calculates the directional ratio for each of the predetermined frequency component,
A directivity ratio distribution generation unit that generates a directivity ratio distribution representing a distribution of directivity ratios for each frequency component by combining the directivity ratios calculated for each of the predetermined frequency components by the directivity ratio calculation unit. An underwater vehicle detection device.
前記指向性形成部は、前記周波数成分毎の電気信号に基づいて、前記カージオイド型指向性を前記所定の周波数成分毎に算出する請求項１または２に記載の水中航走体検出装置。 A signal conversion processing unit that converts the electrical signal converted by the acoustic sensor into an electrical signal for each of the predetermined frequency components;
The directional forming section, based on the electric signal of each of said frequency components, underwater vehicles detecting apparatus according to claim 1 or 2 calculates the cardioid for each of the predetermined frequency component.
前記電気信号に基づいて、カージオイド型指向性を所定の周波数成分毎に形成する指向性形成ステップと、
前記指向性形成ステップにより形成された前記カージオイド型指向性に基づいて、最大感度方向の方位角を所定の角度毎に変更しながら検出された信号レベルから、最大信号レベルと最小信号レベルを決定し、前記最大信号レベルと前記最小信号レベルの比率である指向性比率を算出し、前記所定の周波数成分毎に前記指向性比率を算出する指向性比率算出ステップと、
前記指向性比率算出ステップにより前記所定の周波数成分毎に算出された前記指向性比率を合成して、周波数成分毎の指向性比率の分布を表す指向性比率分布を生成する指向性比率分布生成ステップとを含む水中航走体の検出方法。 An electrical signal conversion step for converting sound waves generated from the underwater vehicle existing in the water into electrical signals;
A directivity forming step for forming cardioid directivity for each predetermined frequency component based on the electrical signal;
Based on the cardioid type directivity formed by the directivity forming step , the maximum signal level and the minimum signal level are determined from the detected signal level while changing the azimuth angle of the maximum sensitivity direction for each predetermined angle. and calculates the directional ratio wherein the maximum signal level and the ratio of said minimum signal level, and directivity ratio calculation step of calculating the directional ratio for each of the predetermined frequency component,
A directivity ratio distribution generating step for generating a directivity ratio distribution representing a distribution of directivity ratios for each frequency component by combining the directivity ratios calculated for each of the predetermined frequency components by the directivity ratio calculating step. A method for detecting an underwater vehicle including
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