JP6610224B2 - Bistatic active sonar device and its receiver - Google Patents

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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、アクティブソーナー装置に関するものであり、より詳しくは、送波アレイから送波された音響信号の反射信号を、異なる位置にある受波アレイで受信することによって、検出した反射信号の反射点を目標の位置として推定するバイスタティックアクティブソーナー装置およびその受信器に関するものである。   The present invention relates to an active sonar device, and more particularly, by reflecting a reflected signal of an acoustic signal transmitted from a transmitting array by receiving arrays at different positions, thereby reflecting the detected reflected signal. The present invention relates to a bistatic active sonar apparatus that estimates a point as a target position and a receiver thereof.

従来、音響信号を送信する送信器と、送信器とは異なる位置に存在し、送信器から送信された音響信号を受信する受信器と、受信器で受信した音響信号の中から送信器より送信された信号が物体に反射して生じた反射信号を抽出する反射信号抽出手段と、反射信号抽出手段によって抽出された反射信号の受信方位および受信時刻とで形成する座標軸上、または受信方位および受信器(または送信器)から物体までの距離とで形成する座標軸上に、反射信号抽出手段によって抽出された反射信号を表示する表示手段と、を備えるバイスタティックアクティブソーナー装置が知られている(例えば特許文献1)。   Conventionally, a transmitter that transmits an acoustic signal, a receiver that is located at a different position from the transmitter, receives an acoustic signal transmitted from the transmitter, and transmits from the transmitter among the acoustic signals received by the receiver. The reflection signal extraction means for extracting the reflection signal generated by reflecting the reflected signal on the object, and the coordinate axis formed by the reception direction and reception time of the reflection signal extracted by the reflection signal extraction means, or the reception direction and reception There is known a bistatic active sonar device including display means for displaying a reflected signal extracted by the reflected signal extracting means on a coordinate axis formed by a distance from a device (or transmitter) to an object (for example, Patent Document 1).

特開2001−74836号公報JP 2001-74836 A

特許文献1に記載されるバイスタティックアクティブソーナー装置では、反射信号抽出手段において目標の反射信号(以下、「エコー」と称する)を検出するために、受波アレイで受信した信号と、送信信号波形との相関をとる。しかしながら、バイスタティックアクティブソーナー装置を搭載している自艦と、検出対象の目標とは、通常それぞれ移動しているため、受波アレイで受信した目標のエコーは、ドップラーシフトにより送信信号波形とは異なる。その結果、受波アレイで受信した信号の波形と、送信信号波形との相関結果が劣化し、目標の検出性能が低下してしまう。   In the bistatic active sonar device described in Patent Document 1, in order to detect a target reflected signal (hereinafter referred to as “echo”) in the reflected signal extraction means, a signal received by the receiving array and a transmission signal waveform Correlate with. However, since the ship equipped with the bistatic active sonar device and the target to be detected are usually moving, the echoes of the target received by the receiving array are different from the transmission signal waveform due to Doppler shift. . As a result, the correlation result between the waveform of the signal received by the receiving array and the transmission signal waveform deteriorates, and the target detection performance deteriorates.

本発明は、ドップラーシフトによる相関結果の劣化を防ぎ、目標の検出性能を向上させることが可能なバイスタティックアクティブソーナー装置およびその受信器を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a bistatic active sonar device and a receiver thereof that can prevent the deterioration of the correlation result due to the Doppler shift and improve the target detection performance.

本発明に係るバイスタティックアクティブソーナー装置は、音響信号を送信する送信器と、信号を受信し、受信した信号の中から送信器により送信された音響信号が物体に反射して生じた反射信号を抽出する受信器と、を備え、受信器は、送信から受信までに生じるドップラーシフト後の音響信号のレプリカ波形で、且つ、物体の複数の想定速力に応じた複数のレプリカ波形を作成するレプリカ作成器と、受信した信号とレプリカ波形とを相関処理する相関器と、相関器の相関結果に基づいて反射信号を抽出する信号検出器と、を備え、音響信号は、LFM(Linear Frequency Modulation)信号およびPCW(Pulse Continuous Wave)信号を含み、レプリカ作成器は、複数のレプリカ波形として、複数のLFMレプリカ波形および複数のPCWレプリカ波形を作成し、相関器は、受信した信号と、LFMレプリカ波形とを相関処理するLFM相関器と、受信した信号と、PCWレプリカ波形とを相関処理するPCW相関器と、を備え、信号検出器は、LFM相関器の相関結果に基づいて反射信号を抽出し、PCW相関器の相関結果に基づいて物体の絶対速力を検出する。 The bistatic active sonar device according to the present invention includes a transmitter that transmits an acoustic signal, and a reflected signal that is generated when the acoustic signal transmitted from the received signal is reflected by the transmitter from the received signal. A receiver that extracts the replica waveform of the acoustic signal after the Doppler shift that occurs from transmission to reception, and that generates a plurality of replica waveforms corresponding to a plurality of assumed speeds of the object. A correlator for correlating the received signal with the replica waveform, and a signal detector for extracting a reflected signal based on the correlation result of the correlator, and the acoustic signal is an LFM (Linear Frequency Modulation) signal And a PCW (Pulse Continuous Wave) signal, the replica creator generates a plurality of LFM replica waveforms and a plurality of PCW replica waveforms as a plurality of replica waveforms. The correlator includes an LFM correlator that correlates the received signal and the LFM replica waveform, and a PCW correlator that correlates the received signal and the PCW replica waveform. extracts reflection signals based on the correlation results LFM correlator, detect the absolute speed of the object based on the correlation results PCW correlator.

本発明のバイスタティックアクティブソーナー装置によれば、送信から受信までに生じるドップラーシフト後の音響信号のレプリカ波形と、受信した信号とを相関処理して反射信号を抽出することにより、自艦および検出対象の目標が移動することにより送信信号波形がドップラーシフトしてしまった場合にも、目標の検出性能を向上させることができる。   According to the bistatic active sonar device of the present invention, by extracting the reflected signal by correlating the replica waveform of the acoustic signal after the Doppler shift generated from transmission to reception and the received signal, the ship and the detection target The target detection performance can be improved even when the transmission signal waveform has been Doppler shifted due to the movement of the target.

本発明の実施の形態におけるバイスタティックアクティブソーナー装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the bistatic active sonar apparatus in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態における送波アレイ、受波アレイおよび目標の配置を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning of the transmission array, receiving array, and target in embodiment of this invention. 本発明の変形例におけるバイスタティックアクティブソーナー装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the bistatic active sonar apparatus in the modification of this invention.

以下、図面を参照して本発明のバイスタティックアクティブソーナー装置の実施の形態を詳細に説明する。   Embodiments of the bistatic active sonar device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態におけるアクティブソーナー装置1の概略構成図である。図1に示すように、本実施の形態のアクティブソーナー装置1は、送信器10および受信器20を備える。本実施の形態のアクティブソーナー装置1は、送信器10および受信器20が、同一の艦艇上の異なる位置にあるバイスタティックアクティブソーナー装置である。なお、送信器10および受信器20は、図示しない通信手段によって通信可能であり、後述する種々の情報をやりとりする。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an active sonar device 1 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the active sonar apparatus 1 of the present embodiment includes a transmitter 10 and a receiver 20. The active sonar device 1 of the present embodiment is a bistatic active sonar device in which the transmitter 10 and the receiver 20 are located at different positions on the same ship. The transmitter 10 and the receiver 20 can communicate with each other by a communication unit (not shown), and exchange various types of information described later.

送信器10は、送信信号発生器101と、増幅器102と、送波アレイ103とを備える。送信信号発生器101は、送信信号として、各々周波数帯域の異なるLFM(Linear Frequency Modulation)信号とPCW(Pulse Continuous Wave)信号とを含む音響信号を発生する。増幅器102は、送信信号発生器101に接続され、送信信号発生器101で発生された送信信号を増幅する。送波アレイ103は、増幅器102に接続され、増幅器102によって増幅された送信信号を水中に送波する。   The transmitter 10 includes a transmission signal generator 101, an amplifier 102, and a transmission array 103. The transmission signal generator 101 generates an acoustic signal including an LFM (Linear Frequency Modulation) signal and a PCW (Pulse Continuous Wave) signal each having a different frequency band as a transmission signal. The amplifier 102 is connected to the transmission signal generator 101 and amplifies the transmission signal generated by the transmission signal generator 101. The transmission array 103 is connected to the amplifier 102 and transmits the transmission signal amplified by the amplifier 102 into water.

受信器20は、受波アレイ201と、整相器202と、LFM帯域通過フィルタ203と、LFM相関器204と、正規化処理器205と、相関結果合成処理器206と、ドップラーシフトレプリカ作成器207と、PCW帯域通過フィルタ208と、PCW相関器209と、信号検出器210と、表示処理器211と、を備える。   The receiver 20 includes a receiving array 201, a phasing device 202, an LFM bandpass filter 203, an LFM correlator 204, a normalization processor 205, a correlation result synthesis processor 206, and a Doppler shift replica creator. 207, a PCW band pass filter 208, a PCW correlator 209, a signal detector 210, and a display processor 211.

受波アレイ201は、水中を伝搬する信号を受信する。整相器202は、受波アレイ201に接続され、受波アレイ201が受信した信号から各方位に指向性を持つビームを形成する。LFM帯域通過フィルタ203は、整相器202に接続され、整相器202から出力される各方位に指向性を持つビームから、LFM帯域の信号を濾波する。LFM相関器204は、LFM帯域通過フィルタ203に接続され、LFM帯域通過フィルタ203で濾波されたLFM帯域の信号からエコーを抽出するために、LFM帯域の信号の相関処理を行う。   The receiving array 201 receives a signal propagating in water. The phase adjuster 202 is connected to the wave receiving array 201 and forms a beam having directivity in each direction from the signal received by the wave receiving array 201. The LFM band pass filter 203 is connected to the phase adjuster 202, and filters a signal in the LFM band from a beam having directivity in each direction output from the phase adjuster 202. The LFM correlator 204 is connected to the LFM band pass filter 203, and performs an LFM band signal correlation process in order to extract an echo from the LFM band signal filtered by the LFM band pass filter 203.

正規化処理器205は、LFM相関器204に接続され、LFM相関器204の相関結果について、ビームおよび時間空間上で正規化を行う。相関結果合成処理器206は、正規化処理器205に接続され、正規化処理器205からの出力と、予め設定したしきい値とを比較して、相関誤差を取り除くとともに、相関結果の合成処理を行う。   The normalization processor 205 is connected to the LFM correlator 204 and normalizes the correlation result of the LFM correlator 204 in the beam and time space. The correlation result synthesis processor 206 is connected to the normalization processor 205, compares the output from the normalization processor 205 with a preset threshold value, removes correlation errors, and performs correlation result synthesis processing. I do.

ドップラーシフトレプリカ作成器207は、送信信号の初期周波数、帯域幅、パルス長、自艦速力および目標の想定速力等からドップラーシフト量を計算し、送信器10から送信されるLFM信号およびPCW信号をドップラーシフトしたLFMレプリカ波形およびPCWレプリカ波形を作成する。ドップラーシフトレプリカ作成器207は、LFM相関器204およびPCW相関器209に接続され、作成したLFMレプリカ波形およびPCWレプリカ波形をそれぞれに出力する。   The Doppler shift replica creator 207 calculates the Doppler shift amount from the initial frequency, bandwidth, pulse length, own ship speed, target target speed, and the like of the transmission signal, and the LFM signal and PCW signal transmitted from the transmitter 10 are Doppler. A shifted LFM replica waveform and PCW replica waveform are created. The Doppler shift replica creator 207 is connected to the LFM correlator 204 and the PCW correlator 209, and outputs the created LFM replica waveform and PCW replica waveform, respectively.

PCW帯域通過フィルタ208は、整相器202に接続され、整相器202から出力される各方位に指向性を持つビームから、PCW帯域の信号を濾波する。PCW相関器209は、PCW帯域通過フィルタ208に接続され、目標の絶対速力を測定するために、PCW帯域の信号の相関処理を行う。   The PCW band pass filter 208 is connected to the phase adjuster 202 and filters a signal in the PCW band from a beam having directivity in each direction output from the phase adjuster 202. The PCW correlator 209 is connected to the PCW band pass filter 208 and performs correlation processing of signals in the PCW band in order to measure the target absolute speed.

信号検出器210は、相関結果合成処理器206に接続され、相関結果合成処理器206からの出力と、予め設定したしきい値とを比較し、相関結果合成処理器206からの出力がしきい値を超えていれば、目標からのエコーとして検出し、受信方位および受信時刻などを求める。また、信号検出器210は、PCW相関器209に接続され、PCW相関器209の相関結果に応じて、目標の絶対速力を検出する。   The signal detector 210 is connected to the correlation result synthesis processor 206, compares the output from the correlation result synthesis processor 206 with a preset threshold value, and outputs the threshold from the correlation result synthesis processor 206. If it exceeds the value, it is detected as an echo from the target, and the reception azimuth and reception time are obtained. The signal detector 210 is connected to the PCW correlator 209, and detects the target absolute speed according to the correlation result of the PCW correlator 209.

表示処理器211は、信号検出器210および相関結果合成処理器206に接続され、信号検出器210から入力された受信方位、受信時刻、絶対速力の情報および受信時刻から水中音速を用いて距離情報を計算して表示するとともに、相関結果合成処理器206からの出力を縦軸距離または時間、横軸受信方位、相関値を輝度や色彩とするデータに変換し表示(これを一般的にBスコープ表示と呼ぶ)する。   The display processor 211 is connected to the signal detector 210 and the correlation result synthesis processor 206, and receives reception direction, reception time, absolute speed information inputted from the signal detector 210, and distance information using underwater sound speed from the reception time. Is calculated and displayed, and the output from the correlation result synthesis processor 206 is converted into data having the vertical axis distance or time, the horizontal axis reception azimuth, and the correlation value as luminance and color and displayed (this is generally B scope) Called display).

次に、アクティブソーナー装置1の動作について説明する。まず、送信器10は、送信信号発生器101で各々周波数帯域の異なるLFM信号とPCW信号とを発生し、増幅器102で増幅して、送波アレイ103から水中に送波する。送波アレイ103から送波された送信信号は、水中内を伝搬して目標の物体に到達し、反射される。そして、目標によって反射された反射信号、すなわちエコーが水中内を伝搬する。   Next, the operation of the active sonar device 1 will be described. First, the transmitter 10 generates an LFM signal and a PCW signal having different frequency bands by the transmission signal generator 101, amplifies them by the amplifier 102, and transmits them from the transmission array 103 to the water. The transmission signal transmitted from the transmission array 103 propagates in the water, reaches the target object, and is reflected. A reflected signal reflected by the target, that is, an echo propagates in the water.

受信器20は、受波アレイ201で受波した受信信号から整相器202で各方位に指向性を持つビームを形成する。そして、LFM帯域通過フィルタ203で各方位に指向性を持つビームからLFM帯域の信号を濾波する。LFM相関器204は、LFM帯域通過フィルタ203で濾波されたLFM帯域の信号からエコーを抽出するために、相関処理を行う。ここで、従来技術においては、LFM帯域の信号と、送信信号発生器101で発生されるLFM信号との相関処理が行われるが、本実施の形態のLFM相関器204は、受信したLFM帯域の信号と、ドップラーシフトレプリカ作成器207で作成したLFMレプリカ波形との相関処理を行う。   The receiver 20 forms a beam having directivity in each direction by the phase adjuster 202 from the received signal received by the receiving array 201. Then, the LFM band pass filter 203 filters the LFM band signal from the beam having directivity in each direction. The LFM correlator 204 performs correlation processing in order to extract an echo from the LFM band signal filtered by the LFM band pass filter 203. Here, in the prior art, the correlation processing between the LFM band signal and the LFM signal generated by the transmission signal generator 101 is performed. The LFM correlator 204 of the present embodiment has the received LFM band. Correlation between the signal and the LFM replica waveform created by the Doppler shift replica creator 207 is performed.

ドップラーシフトレプリカ作成器207におけるLFMレプリカ波形の具体的な作成方法について説明する。LFMレプリカ波形の作成は、LFM相関器204での相関処理を実施する処理時間単位かつ、整相器202での整相出力のビーム方位単位で逐次行う。ドップラーシフトレプリカ作成器207は、fを送信信号の初期周波数[Hz]、Bを送信信号のFM帯域幅、Tを送信信号のパルス長[秒]、θを整相出力の受信ビーム方位[度]、θを送波アレイ103から見た目標方向への方位、Vを自艦速力(ここでは、送信器10と受波器20が載置される自艦の速力)[m/秒]、mを目標の想定速力[m/秒]、Cを水中音速[m/秒]、Fをサンプリング周波数[Hz]、repdをレプリカ波形サイズ、t’を時系列サンプル番号とした場合、t’におけるレプリカ波形値y(t')を以下の式(1)より求める。 A specific method for creating an LFM replica waveform in the Doppler shift replica creator 207 will be described. The LFM replica waveform is sequentially generated in units of processing time for performing correlation processing in the LFM correlator 204 and in beam azimuth units of the phasing output in the phasing unit 202. Doppler shift replica generator 207, the initial frequency of the transmitted signal f p [Hz], FM bandwidth of the transmission signal B, pulse length of the transmitted signal T 0 [sec], the reception beam of the theta r phasing Output Azimuth [degree], θ s in the direction of the target as viewed from the transmission array 103, V is the ship's speed (here, the speed of the ship on which the transmitter 10 and the receiver 20 are mounted) [m / sec] , M is the target assumed speed [m / sec], C is the underwater sound speed [m / sec], F s is the sampling frequency [Hz], repd is the replica waveform size, and t ′ is the time series sample number, t The replica waveform value y (t ') at' is obtained from the following equation (1).

Figure 0006610224
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ここで、fp2およびTは、それぞれドップラーシフト後の周波数およびパルス長であり、下記の式(2)および(3)で求められる。また、kはサンプル数であり、下記の式(4)で求められる。さらに、dopRatioは、ドップラーシフトによる周波数の変化率であり、下記の式(5)で求められる。下記の式(5)に示すように、本実施の形態では、送波および受波の両方のドップラーシフト、すなわち送信器10からの信号の送信から受信器20における信号の受信までに生じるドップラーシフトに基づいて、レプリカ波形が作成される。 Here, f p2 and T 1 are the frequency and pulse length after Doppler shift, respectively, and are obtained by the following equations (2) and (3). Moreover, k is the number of samples and is calculated | required by following formula (4). Further, dopRatio is a frequency change rate due to Doppler shift, and is obtained by the following equation (5). As shown in the following equation (5), in the present embodiment, both transmission and reception Doppler shifts, that is, Doppler shifts that occur from transmission of a signal from the transmitter 10 to reception of a signal at the receiver 20 are performed. Based on the above, a replica waveform is created.

Figure 0006610224
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ここで、f、B、T、θ、C、Fおよびrepdは、既知の値である。具体的には、f、B、Tは、送信信号発生器101から得られ、θは整相器202から得られる。また、Cは別途設けた水中音速の計測器などから得られ、Fおよびrepdは装置を設計するときに決まる値である。例えば、Fは初期周波数fの2倍とされ、repdは、ハードウェアの能力および必要な利得(探索範囲など)を得るための能力を考慮して決められる。一方、θとmは、目標の運動によって決まる、未知の情報である。 Here, f p , B, T 0 , θ r , C, F s and repd are known values. Specifically, f p , B, and T 0 are obtained from the transmission signal generator 101, and θ r is obtained from the phase adjuster 202. Further, C is obtained from such a separately provided water sound velocity meter, F s and repd is a value determined when designing the device. For example, F s is set to twice the initial frequency f p , and repd is determined in consideration of hardware capability and capability to obtain a necessary gain (search range, etc.). On the other hand, θ s and m are unknown information determined by the target motion.

ただし、目標の想定速力mについては、ある程度の範囲を予測することができる。そこで、目標の想定速力mを複数仮定すること(例えば0〜10ktまで1kt刻みにする等)で、レプリカ波形を複数作成し、LFM相関器204では、これら複数のレプリカ波形について相関処理を行うこととする。また、目標の想定速力mは、ベクトルとして例えば正の符号のときを自艦に近づき、負の符号のときは自艦から離れることを仮定することも可能である。   However, a certain range can be predicted for the target assumed speed m. Therefore, a plurality of replica waveforms are created by assuming a plurality of target assumed speeds m (for example, in increments of 1 kt from 0 to 10 kt), and the LFM correlator 204 performs correlation processing on the plurality of replica waveforms. And It is also possible to assume that the target assumed speed m as a vector approaches the ship when the sign is positive, for example, and leaves the ship when the sign is negative.

次に、送波アレイ103から見た目標方向への方位θの求め方について、図2を用いて説明する。図2は、送波アレイ103、受波アレイ201および目標の配置を示す図である。図2に示すように、送波アレイ103(送波点)、受波アレイ201(受波点)、および目標位置(反射点)の関係は、それぞれを頂点とした三角形となる。ここで、送波アレイ103(送波点)と受波アレイ201(受波点)間の距離をR[m]、送波アレイ103(送波点)と目標位置(反射点)間の距離をa[m]、目標位置(反射点)と受波アレイ201(受波点)間の距離をb[m]とすると、θは余弦定理より以下の式(6)で求まる。 Next, how to obtain the direction θ s in the target direction viewed from the transmission array 103 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the arrangement of the transmission array 103, the reception array 201, and the target. As shown in FIG. 2, the relationship between the transmitting array 103 (transmitting point), the receiving array 201 (receiving point), and the target position (reflecting point) is a triangle with each apex. Here, the distance between the transmission array 103 (transmission point) and the reception array 201 (reception point) is R [m], and the distance between the transmission array 103 (transmission point) and the target position (reflection point). Is a [m], and the distance between the target position (reflection point) and the receiving array 201 (receiving point) is b [m], θ s can be obtained by the following equation (6) from the cosine theorem.

Figure 0006610224
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ここで、水中音速をC、送波アレイ103(送波点)から送信された信号が目標位置(反射点)を経由して受波アレイ201で受信されるまでの伝搬時間をT[秒]とすると、送波点から反射点を経由して、受波点に至るまでの距離(a+b)は、T×Cで求められる。また、aおよびbは、以下の式(7)および(8)でそれぞれ求められる。   Here, the underwater sound velocity is C, and the propagation time until the signal transmitted from the transmission array 103 (transmission point) is received by the reception array 201 via the target position (reflection point) is T [seconds]. Then, the distance (a + b) from the transmission point to the reception point via the reflection point is obtained by T × C. Moreover, a and b are calculated | required by the following formula | equation (7) and (8), respectively.

Figure 0006610224
Figure 0006610224

Figure 0006610224
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送波アレイ103(送波点)と受波アレイ201(受波点)間の距離Rは、バイスタティックでの目標距離を求めるときの前提条件として既知の値である。また伝搬時間Tについては、送波の開始時刻をLFM相関器204に通知し、相関処理する受信データに処理時間単位で、送波の開始時刻を計る同一の時計(時刻同期された時計でもよい)で時刻を記録しておけば、送波の開始時刻との差を求めることで伝搬時間Tが計算できる。   The distance R between the transmission array 103 (transmission point) and the reception array 201 (reception point) is a known value as a precondition for obtaining a bistatic target distance. For the propagation time T, the same clock (time-synchronized clock) that notifies the LFM correlator 204 of the transmission start time and measures the transmission start time in units of processing time for the reception data to be correlated. ), The propagation time T can be calculated by obtaining the difference from the start time of transmission.

よって、これらのことから、相関処理を実施する処理時間単位かつ、整相出力のビーム方位単位で目標の想定速力mごとのレプリカ波形を求めることができる。また、実際にこの伝搬時間Tでかつ整相出力のビーム方位θに目標が存在していれば、このレプリカ波形で相関したときの相関値は大きくなり、目標が存在していなければ相関値は小さくなるので、送波を開始後に常に相関処理を逐次実施しておけばよい。 Therefore, from these, it is possible to obtain a replica waveform for each target assumed speed m in the processing time unit for performing the correlation processing and in the beam azimuth unit of the phasing output. Also, if actually present the target to the beam orientation theta r of the propagation time T a and phasing output, a correlation value when correlated with the replica waveform is increased, the correlation value unless the target is present Therefore, it is sufficient to always perform the correlation processing sequentially after the transmission is started.

また、ドップラーシフトレプリカ作成器207は、LFMレプリカ波形の作成方法と同様の方法で、目標の想定速力mごとの複数のPCWレプリカ波形を作成する。ただし、PCWレプリカ波形を作成する際には、送信信号のFM帯域幅Bを0[Hz]として、処理時間単位かつ、整相出力のビーム方位単位で目標の想定速力mごとのPCWレプリカ波形を作成する。   Further, the Doppler shift replica creator 207 creates a plurality of PCW replica waveforms for each target assumed speed m in the same manner as the LFM replica waveform creation method. However, when creating the PCW replica waveform, the FM bandwidth B of the transmission signal is set to 0 [Hz], and the PCW replica waveform for each target assumed speed m in the processing time unit and the beam direction unit of the phasing output is generated. create.

LFM相関器204での相関結果は、正規化処理器205に出力される。正規化処理器205は、相関結果についてビームおよび時間空間上で正規化を行う。正規化処理器205からの出力は、相関結果合成処理器206に入力される。相関結果合成処理器206は、予め設定したしきい値と正規化処理器205の出力とを比較して、相関誤差を取り除く。具体的には、相関結果合成処理器206は、正規化処理器205の出力のうち、予め設定したしきい値よりも小さい相関値を0に置き換える。そして、整相出力のビーム方位ごとに、各目標物の想定速力mにおける相関値を全て加算する。別の方法として、相関値を加算せずに各目標の想定速力mにおける最大相関値を取り出してもよい。これらの結果は、相関結果合成処理器206の出力として、信号検出器210および表示処理器211に入力される。   The correlation result in the LFM correlator 204 is output to the normalization processor 205. The normalization processor 205 normalizes the correlation result on the beam and time space. The output from the normalization processor 205 is input to the correlation result synthesis processor 206. The correlation result synthesis processor 206 compares a preset threshold value with the output of the normalization processor 205 to remove the correlation error. Specifically, the correlation result synthesis processor 206 replaces the correlation value smaller than a preset threshold value among the outputs of the normalization processor 205 with 0. Then, all correlation values at the assumed speed m of each target are added for each beam direction of the phasing output. As another method, the maximum correlation value at the assumed speed m of each target may be extracted without adding the correlation value. These results are input to the signal detector 210 and the display processor 211 as outputs of the correlation result synthesis processor 206.

PCW帯域通過フィルタ208では各方位に指向性を持つビームからPCW帯域の信号を濾波する。PCW相関器209は、ドップラーシフトレプリカ作成器207で作成された複数のPCWレプリカ波形と、PCW帯域の信号との相関処理を行う。   The PCW band pass filter 208 filters a PCW band signal from a beam having directivity in each direction. The PCW correlator 209 performs correlation processing between a plurality of PCW replica waveforms created by the Doppler shift replica creator 207 and signals in the PCW band.

相関結果合成処理器206およびPCW相関器209の出力は、信号検出器210に入力される。信号検出器210は、相関結果合成処理器206からの出力と、予め設定したしきい値とを比較し、相関結果合成処理器206からの出力がしきい値を超えていれば、目標からのエコーとして検出する。また、信号検出器210は、目標からのエコーを検出した場合、エコーが検出された方位の近傍の相関出力データを用い、補間することによりエコーの受信方位および受信時刻を精測する。さらに、PCW相関器209から出力されたエコー近傍の目標の想定速力mごとの相関結果の最大値(最大相関値)に対応する想定速力mを、目標の絶対速力とする。ここで、前述したドップラーシフトレプリカ作成器207における計算式(5)において、自艦の速力成分を考慮しているため、目標物の絶対速力とすることができる。そして、受信方位、受信時刻および目標の絶対速力をエコーの情報として表示処理器211に出力する。   The outputs of the correlation result synthesis processor 206 and the PCW correlator 209 are input to the signal detector 210. The signal detector 210 compares the output from the correlation result synthesis processor 206 with a preset threshold, and if the output from the correlation result synthesis processor 206 exceeds the threshold, the signal detector 210 Detect as an echo. Further, when detecting the echo from the target, the signal detector 210 uses the correlation output data in the vicinity of the direction in which the echo is detected and interpolates to precisely measure the reception direction and the reception time of the echo. Further, the assumed speed m corresponding to the maximum value (maximum correlation value) of the correlation results for each target assumed speed m near the echo output from the PCW correlator 209 is set as the target absolute speed. Here, in the calculation formula (5) in the Doppler shift replica creator 207 described above, the speed component of the ship is taken into consideration, so that the absolute speed of the target can be obtained. Then, the reception direction, the reception time, and the target absolute velocity are output to the display processor 211 as echo information.

表示処理器211では、入力されたエコーの情報から水中音速を用いて距離情報を計算して表示するとともに、相関結果合成処理器206からの出力を縦軸距離または時間、横軸受信方位、相関値を輝度や色彩とするデータに変換して表示する。   The display processor 211 calculates and displays distance information using the underwater sound speed from the input echo information, and outputs the output from the correlation result synthesis processor 206 as the vertical axis distance or time, the horizontal axis reception azimuth, and the correlation. The value is converted into data with brightness and color and displayed.

このように、本実施の形態のアクティブソーナー装置1によれば、自艦と検出対象の目標が移動することにより送信信号がドップラーシフトしてしまった場合の目標の検出性能が従来技術よりも向上する。またPCW送信信号波形について自艦の移動速力を考慮した相関を実施することで検出対象の目標の絶対速力を測定できる。   As described above, according to the active sonar device 1 of the present embodiment, the target detection performance when the transmission signal is Doppler shifted due to the movement of the ship and the target to be detected is improved as compared with the prior art. . Moreover, the target absolute velocity of the detection target can be measured by performing correlation in consideration of the moving velocity of the ship with respect to the PCW transmission signal waveform.

以上が本発明の実施の形態の説明であるが、本発明は、上記の実施の形態の構成に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で様々な変形や組み合わせが可能である。例えば、上記実施の形態では、ドップラーシフトレプリカ作成器207によってLFMレプリカ波形およびPCWレプリカ波形の両方を作成して相関処理を行っているが、これに限定されるものではない。   The above is the description of the embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications and combinations are possible within the scope of the technical idea. . For example, in the embodiment described above, both the LFM replica waveform and the PCW replica waveform are generated by the Doppler shift replica generator 207, and the correlation processing is performed. However, the present invention is not limited to this.

図3は、本発明の変形例におけるアクティブソーナー装置1Aの概略構成図である。本変形例におけるアクティブソーナー装置1Aでは、受信器20Aが、PCW相関器209に替えて、周波数分析器220を備える点において実施の形態と相違する。また、本変形例のドップラーシフトレプリカ作成器207は、LFMレプリカ波形のみを作成する。本変形例のその他の構成および動作は実施の形態と同様である。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an active sonar device 1A according to a modification of the present invention. The active sonar device 1A in the present modification is different from the embodiment in that the receiver 20A includes a frequency analyzer 220 instead of the PCW correlator 209. Further, the Doppler shift replica creator 207 of this modification creates only the LFM replica waveform. Other configurations and operations of this modification are the same as those of the embodiment.

本変形例では、PCW帯域通過フィルタ208で各方位に指向性を持つビームからPCW帯域の信号を濾波し、周波数分析器220にて周波数分析を行う。そして、信号検出器210は、周波数分析器220から出力されたエコー近傍の周波数分析結果よりドップラーシフトを検出して相対速度に変換し、受信方位・受信時刻・相対速度等のエコーの情報を表示処理器211に出力する。このような変形例においても、実施の形態と同様に、送信信号がドップラーシフトしてしまった場合の目標の検出性能を向上させることができる。   In this modification, a PCW band signal is filtered from a beam having directivity in each direction by the PCW band pass filter 208, and frequency analysis is performed by the frequency analyzer 220. Then, the signal detector 210 detects the Doppler shift from the frequency analysis result in the vicinity of the echo output from the frequency analyzer 220, converts it to a relative speed, and displays echo information such as the reception direction, reception time, and relative speed. Output to the processor 211. Also in such a modification, the target detection performance when the transmission signal has been Doppler shifted can be improved as in the embodiment.

1、1A アクティブソーナー装置、10 送信器、20、20A 受信器、101 送信信号発生器、102 増幅器、103 送波アレイ、201 受波アレイ、202 整相器、203 LFM帯域通過フィルタ、204 LFM相関器、205 正規化処理器、206 相関結果合成処理器、207 ドップラーシフトレプリカ作成器、208 PCW帯域通過フィルタ、209 PCW相関器、210 信号検出器、211 表示処理器、220 周波数分析器。   1, 1A active sonar device, 10 transmitter, 20, 20A receiver, 101 transmit signal generator, 102 amplifier, 103 transmit array, 201 receive array, 202 phase adjuster, 203 LFM bandpass filter, 204 LFM correlation 205, normalization processor, 206 correlation result synthesis processor, 207 Doppler shift replica generator, 208 PCW bandpass filter, 209 PCW correlator, 210 signal detector, 211 display processor, 220 frequency analyzer.

Claims (7)

音響信号を送信する送信器と、
信号を受信し、受信した信号の中から前記送信器により送信された前記音響信号が物体に反射して生じた反射信号を抽出する受信器と、を備え、
前記受信器は、
送信から受信までに生じるドップラーシフト後の前記音響信号のレプリカ波形で、且つ、前記物体の複数の想定速力に応じた複数のレプリカ波形を作成するレプリカ作成器と、
前記受信した信号と、前記レプリカ波形とを相関処理する相関器と、
前記相関器の相関結果に基づいて前記反射信号を抽出する信号検出器と、
を備え
前記音響信号は、LFM(Linear Frequency Modulation)信号およびPCW(Pulse Continuous Wave)信号を含み、
前記レプリカ作成器は、前記複数のレプリカ波形として、複数のLFMレプリカ波形および複数のPCWレプリカ波形を作成し、
前記相関器は、
前記受信した信号と、前記LFMレプリカ波形とを相関処理するLFM相関器と、
前記受信した信号と、前記PCWレプリカ波形とを相関処理するPCW相関器と、を備え、
前記信号検出器は、前記LFM相関器の相関結果に基づいて前記反射信号を抽出し、前記PCW相関器の相関結果に基づいて前記物体の絶対速力を検出する、バイスタティックアクティブソーナー装置。
A transmitter for transmitting acoustic signals;
A receiver for receiving a signal, and extracting a reflected signal generated by reflecting the acoustic signal transmitted by the transmitter to an object from the received signal;
The receiver is
A replica generator for generating a plurality of replica waveforms corresponding to a plurality of assumed speeds of the object, and a replica waveform of the acoustic signal after Doppler shift generated from transmission to reception;
A correlator that correlates the received signal with the replica waveform;
A signal detector for extracting the reflected signal based on a correlation result of the correlator;
Equipped with a,
The acoustic signal includes an LFM (Linear Frequency Modulation) signal and a PCW (Pulse Continuous Wave) signal,
The replica creator creates a plurality of LFM replica waveforms and a plurality of PCW replica waveforms as the plurality of replica waveforms,
The correlator is
An LFM correlator for correlating the received signal with the LFM replica waveform;
A PCW correlator for correlating the received signal with the PCW replica waveform,
Wherein the signal detector, the LFM based on the correlation result of the correlator extracts the reflected signal, detect the absolute speed of the object based on the correlation results of the PCW correlator, bistatic active sonar device.
前記レプリカ作成器は、前記LFM信号および前記PCW信号の初期周波数、帯域幅およびパルス長、前記送信器の移動速力、前記送信器から見た前記物体の方位、前記物体の想定速度ならびに前記受器から見た前記物体の方位に基づいて、前記LFMレプリカ波形および前記PCWレプリカ波形を作成する、請求項に記載のバイスタティックアクティブソーナー装置。 The replica generator, the initial frequency of the LFM signal and the PCW signal, bandwidth and pulse length, the movement speed of the transmitter, the orientation of the object as seen from the transmitter, assuming the speed and the reception of the object based on the orientation of the object as viewed from the vessel, creating the LFM replica waveform and the PCW replica waveform, bistatic active sonar system according to claim 1. 前記LFM相関器による相関結果を正規化する正規化処理器と、
前記正規化処理器の出力と予め設定したしきい値とを比較して、相関誤差を取り除く相関結果合成処理器と、
をさらに備える、請求項1または2に記載のバイスタティックアクティブソーナー装置。
A normalization processor for normalizing a correlation result by the LFM correlator;
A correlation result synthesis processor that compares the output of the normalization processor with a preset threshold value and removes a correlation error;
Further comprising, bistatic active sonar system according to claim 1 or 2.
前記相関結果合成処理器は、
前記相関誤差を取り除いた後の、前記物体の想定速度ごとの相関値を加算して出力する、または、
前記相関誤差を取り除いた後の、前記物体の想定速度ごとの相関値のうちの最大相関値を出力する、請求項に記載のバイスタティックアクティブソーナー装置。
The correlation result synthesis processor
Add the correlation value for each estimated speed of the object after removing the correlation error, or output, or
The bistatic active sonar device according to claim 3 , wherein a maximum correlation value among correlation values for each assumed speed of the object after the correlation error is removed is output.
前記信号検出器は、前記相関結果合成処理器の出力を、予め設定したしきい値と比較し、前記相関結果合成処理器の出力が予め設定したしきい値以上の場合に、前記反射信号として抽出する、請求項に記載のバイスタティックアクティブソーナー装置。 The signal detector compares the output of the correlation result synthesis processor with a preset threshold value, and when the output of the correlation result synthesis processor is greater than or equal to a preset threshold value, The bistatic active sonar device according to claim 4 which extracts. 前記信号検出器は、前記PCW相関器における相関処理の結果、最大相関値となった前記物体の想定速力を、前記物体の絶対速力として検出する、請求項1〜5の何れか一項に記載のバイスタティックアクティブソーナー装置。 Wherein the signal detector, the PCW result of the correlation processing in the correlator, the assumed speed of the object reaches the maximum correlation value is detected as the absolute speed of the object, according to any one of claims 1 to 5 Bistatic active sonar device. 信号を受信し、受信した信号の中から送信器により送信された音響信号が物体に反射して生じた反射信号を抽出する、バイスタティックアクティブソーナー装置の受信器であって、
前記受信器は、
送信から受信までに生じるドップラーシフト後の前記音響信号のレプリカ波形で、且つ、前記物体の複数の想定速力に応じた複数のレプリカ波形を作成するレプリカ作成器と、
前記受信した信号と、前記レプリカ波形とを相関処理する相関器と、
前記相関器の相関結果に基づいて前記反射信号を抽出する信号検出器と、
を備え
前記音響信号は、LFM(Linear Frequency Modulation)信号およびPCW(Pulse Continuous Wave)信号を含み、
前記レプリカ作成器は、前記複数のレプリカ波形として、複数のLFMレプリカ波形および複数のPCWレプリカ波形を作成し、
前記相関器は、
前記受信した信号と、前記LFMレプリカ波形とを相関処理するLFM相関器と、
前記受信した信号と、前記PCWレプリカ波形とを相関処理するPCW相関器と、を備え、
前記信号検出器は、前記LFM相関器の相関結果に基づいて前記反射信号を抽出し、前記PCW相関器の相関結果に基づいて前記物体の絶対速力を検出する、バイスタティックアクティブソーナー装置の受信器。
A receiver of a bistatic active sonar device that receives a signal and extracts a reflected signal generated by reflecting an acoustic signal transmitted by a transmitter to an object from the received signal,
The receiver is
A replica generator for generating a plurality of replica waveforms corresponding to a plurality of assumed speeds of the object, and a replica waveform of the acoustic signal after Doppler shift generated from transmission to reception;
A correlator that correlates the received signal with the replica waveform;
A signal detector for extracting the reflected signal based on a correlation result of the correlator;
Equipped with a,
The acoustic signal includes an LFM (Linear Frequency Modulation) signal and a PCW (Pulse Continuous Wave) signal,
The replica creator creates a plurality of LFM replica waveforms and a plurality of PCW replica waveforms as the plurality of replica waveforms,
The correlator is
An LFM correlator for correlating the received signal with the LFM replica waveform;
A PCW correlator for correlating the received signal with the PCW replica waveform,
Wherein the signal detector, the LFM based on the correlation result of the correlator extracts the reflected signal, detect the absolute speed of the object based on the correlation results of the PCW correlators, receiving the bistatic active sonar device vessel.
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