JP2000019192A - 航走体放射雑音からのドップラ周波数検出による航走体速度検出装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 船体音響信号から航走体の速度を検出する。 【解決手段】 音響信号受波器１の船体音響信号を周波
数分析し、所定周波数帯域のスペクトラムラインの周波
数−パワースペクトラムからローファーグラムを作成す
るローファーグラム作成手段４と、ローファーグラム作
成中にエネルギーが最大となるスペクトラムラインの時
間Ｔ₀ を検出する最大エネルギー発生時間検出手段５
と、パワーレベル極大値の連続性からドップラ現象発生
の極大値列を検出するパワーレベル極大値列検出手段６
と、所定刻みの時間ｔ₀ 、航走体の針路方向までの所定
刻みの垂直距離Ｒ_u 及び航走体の所定刻みの速度Ｖ_t の
各変数値を基に、理論ドップラ周波数値を計算するドッ
プラ周波数理論値計算手段９と、実測値と理論値とか
ら、その残差二乗和を演算する残差二乗和演算手段１１
と、その最小値を求め、そのとき入力した理論値速度Ｖ
_t を出力する残差二乗和最小値検出手段１２とを備えて
構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航走体が発生させ
た水中（海中を含む）を伝わる航走体放射雑音、すなわ
ち船体音響信号からその航走体固有の雑音信号について
のドップラ周波数を捕らえ、当該ドップラ周波数を基に
航走体の速度を検出するようにした航走体放射雑音から
のドップラ周波数検出による航走体速度検出装置及びそ
の方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の航走体が発生させる船体音響信号
を受信し、その音響信号から航走体の速度を検出する装
置は、航走体から発する予め周波数が既知のピンガ音の
ドップラ現象を捕らえ、これから当該航走体の速度を検
出するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような予め周波数が既知のピンガ音を発する航走体の速
度を検出するのではなく、全く未知の航走体が発生させ
た水中を伝わる航走体放射雑音、すなわち船体音響信号
からその航走体の速度を検出することが望まれる場合が
ある。例えば、出願人が先に提案した特願平９−３５０
５９２号に記載の如く、何らかの方法で航走体の速度を
検出することが切に望まれている。

【０００４】ところで、水上或いは水中を航行する船体
の雑音源は、機械雑音、プロペラ雑音そして流体力学的
雑音からなっている。例えば図１１は船体が発生させる
船体音響信号の一例の周波数−パワースペクトラム解析
図を示しており、○印のイはプロペラに起因するプロペ
ラ雑音のもの、○印のロはエンジンに起因する機械雑音
のもの、○印のハは冷凍機やクーラに起因する機械雑音
のもの等である。

【０００５】雑音が機械雑音やプロペラ雑音で構成さ
れ、エンジン、減速機、発電機、各種のポンプ等の回転
ムラが原因となって発生する機械雑音は、船の速度が変
化すると音圧や周波数が変わることや、プロペラ雑音は
キャビテーションによるものとプロペラの振動特性によ
るものとがあり、キャビテーション雑音は連続周波数成
分スペクトラムとなり、航走深度が浅く、速度が増すほ
ど音圧レベルが大きくなるのに対し、プロペラの形状と
材質によって定まる振動特性に起因する雑音は、特定周
波数成分スペクトラムを持ち、プロペラの回転数が増減
しても、周波数分布は変化しないことなどの既知事項に
加え、その周波数スペクトラム分布が船種によりほぼ一
定していること、そして航走速度の増減による雑音源の
変化は、雑音源音圧の増減として現れ、周波数スペクト
ラム分布における幾つかの極大値のパワースペクトラム
の増減を生じること、しかしながら周波数スペクトラム
分布における、各種雑音の周波数帯域は変化しないこと
を実験によって確認した。

【０００６】本発明は、これらの事実に着目し、そして
上記の要望に鑑みなされたものであり、航走体が発生さ
せる放射雑音から、上記ピンガ音に相当する固有の周波
数を見つけ出す共に、当該固有の周波数が引き起こすド
ップラ現象を見つけ、このドップラ現象から航走体の速
度を検出するようにした航走体放射雑音からのドップラ
周波数検出による航走体速度検出装置及びその方法を提
供することを目的としている。

【０００７】

【原理】水面上又は水面下を航走する航走体の固有周波
数についてのドップラ現象と航走体速度との関係は、Ja
ck R Williams : 「 A Nomogram for VELOCITY AND RAN
GE DETERMINATION FROM ACOUSTIC DOPPLER 」, INTERS
TATE ELECTRONICS CORPORATION , November 1970から数
１によって表される。

【０００８】

【数１】ｆ＝〔（Ｖ_P ＋Ｖ_W −Ｖ_H ）／（Ｖ_P ＋Ｖ_W −
Ｖ_t ）〕ｆ₀ ここで ｆ ： 計測周波数 Ｖ_P ： 水中音波伝播速度 Ｖ_W ： 音響センサを中心とする円の半径方向水速度 Ｖ_H ： 音響センサを中心とする円の半径方向目標航走
体速度 Ｖ_t ： 目標航走体の移動速度 ｆ₀ ： 音源周波数 また

【０００９】

【数２】ｆ_D ＝（ｆ₂ −ｆ₁ ）／２＝ｆ−ｆ₀ ここで ｆ_D ： ドップラ周波数 ｆ₂ ： 上限ドップラ周波数 ｆ₁ ： 下限ドップラ周波数 数１と数２とから

【００１０】

【数３】ｆ_D ＝ｆ₀ 〔（Ｖ_P ＋Ｖ_W −Ｖ_H ）／（Ｖ_P ＋
Ｖ_W −Ｖ_t ）−１〕 ここで、音響センサを中心とする円の半径方向水速度Ｖ
_W と音響センサを中心とする円の半径方向目標航走体速
度Ｖ_H とは、共に音響センサが静止しているものとし
て、Ｖ_W ＝Ｖ_H ＝０とすると、数３は

【００１１】

【数４】ｆ_D ＝ｆ₀ 〔Ｖ_P ／（Ｖ_P −Ｖ_t ）−１〕＝ｆ
₀ ・Ｖ_t ／（Ｖ_P −Ｖ_t ） ここで、一般にＶ_P ≫Ｖ_t であるから

【００１２】

【数５】 ｆ_D ＝ｆ₀ ・Ｖ_t ／（Ｖ_P −Ｖ_t ）≒ｆ₀ ・Ｖ_t ／Ｖ_P 数５と数２とから

【００１３】

【数６】 Ｖ_t ＝ｆ_D ・Ｖ_P ／ｆ₀ ＝Ｖ_P （ｆ₂ −ｆ₁ ）／２ｆ₀ ここで、（ｆ₂ −ｆ₁ ）≪ｆ₀ であり、そして水中音波
伝播速度Ｖ_P ＝１５００ｍ／ｓを数６に代入すると

【００１４】

【数７】Ｖ_t ＝１５００（ｆ₂ −ｆ₁ ）／２ｆ₀ ＝７５
０（ｆ₂ −ｆ₁ ）／ｆ₀ また数４から

【００１５】

【数８】ｆ_D ＝ｆ₀ ・Ｖ_r ／（Ｖ_P −Ｖ_r ） ここで Ｖ_r ： 音響センサを中心とする円の半径方向の目標航
走体速度 数８から

【００１６】

【数９】Ｖ_r ＝ｆ_D ・Ｖ_P ／（ｆ_D ＋ｆ₀ ） 数９を時間ｔで微分すると

【００１７】

【数１０】ｄＶ_r ／ｄｔ＝（ｆ₀ ・Ｖ_P ・ｄｆ_D ／ｄ
ｔ）／（ｆ_D ＋ｆ₀ ）² ここで、最接近距離Ｒ_u （ＣＰＡ）におけるドップラの
変化率ｄｆ_D ／ｄｔ（Ｈｚ／ｓｅｃ）を求める。

【００１８】図９に時間ｔにおける半径方向と正接方向
の速度成分を示す。図９より

【００１９】

【数１１】Ｖ_r ＝Ｖ_t ｓｉｎθ 数１１を時間ｔで微分すると

【００２０】

【数１２】ｄＶ_r ／ｄｔ＝Ｖ_t （ｄθ／ｄｔ）ｃｏｓθ
＋（ｄＶ_t ／ｄｔ）ｓｉｎθ

【００２１】

【数１３】ｄＶ_r ／ｄｔ＝Ｖ_t （ｄθ／ｄｔ）ｃｏｓθ ここで、Ｒ_u を最接近距離、Ｖ_t ＝０、ｔ₀ ＝０とする
と、図９から

【００２２】

【数１４】θ＝ｔａｎ^-1（Ｖ_t ・ｔ／Ｒ_u ） 数１４を時間ｔで微分すると

【００２３】

【数１５】ｄθ／ｄｔ＝〔１＋（Ｖ_t ・ｔ／Ｒ_u ）² 〕
^-1（Ｖ_t ・ｔ／Ｒ_u ）

【００２４】

【数１６】Ｖ_r ＝Ｖ_t ² ｃｏｓθ／（Ｒ_u 〔１＋（Ｖ_t
・ｔ／Ｒ_u ）² ｔ² 〕）

【００２５】

【数１７】 Ｒ_u ＝Ｖ_t ² （ｆ_D ＋ｆ₀ ）² ／（ｆ₀ ・Ｖ_P ・ｆ_D ） ここで、ｔ＝０、θ＝０とおき、Ｖ_P ≫Ｖ_r 、ｆ₀ ≫ｆ
_D だから

【００２６】

【数１８】Ｒ_u ＝Ｖ_t ² ・ｆ_D ／（Ｖ_P ・ｆ_D ） となる。

【００２７】また音響センサを横切る航走体の速度とド
ップラ周波数の関係を説明するに当たり、図９のドップ
ラ効果による航走体の速度及び最接近距離（ＣＰＡ）の
関係説明図において、 Ｏ ： 音響センサの位置 ａ ： 最接近距離の位置 ｂ ： 航走体の現在位置 ｆ ： 計測周波数 ｆ₂ ： 上限ドップラ周波数 ｆ₁ ： 下限ドップラ周波数 Ｒ_u ： 最接近距離 Ｖ_P ： 水中音波伝播速度（１５００ｍ／ｓ） Ｖ_t ： 航走体の速度 Ｖ_r ： 音響センサを中心とする円の半径方向の航走体
の速度 ｆ_D ： ドップラ周波数 ｆ₀ ： 音源周波数 とすると、数１９が成り立つ。

【００２８】

【数１９】ｆ_D ＝（ｆ₂ −ｆ₁ ）／２＝ｆ−ｆ₀ ここで数１９と数８とから

【００２９】

【数２０】ｆ ＝ｆ₀ ・Ｖ_P ／（Ｖ_P −Ｖ_r ） 図９から

【００３０】

【数２１】Ｏｂ＝√〔Ｒ_u ² ＋Ｖ_t ² （ｔ−ｔ₀ ）² 〕

【００３１】

【数２２】 Ｖ_r ＝−ｄ（Ｏｂ）／ｄｔ ＝−Ｖ_t ² （ｔ−ｔ₀ ）² ／√〔Ｒ_u ² ＋Ｖ_t ² （ｔ−ｔ₀ ）² 〕 数２０、数２２より任意の時間での計測周波数ｆが算出
される。

【００３２】特に、ｔ＝−∞のとき

【００３３】

【数２３】 Ｖ_r ＝Ｖ_t 、ｆ＝ｆ₀ ・Ｖ_P ／（Ｖ_P −Ｖ_t ）＝ｆ₂ また、ｔ＝Ｔ₀ のとき

【００３４】

【数２４】Ｖ_r ＝０、ｆ＝ｆ₀ また、ｔ＝∞のとき

【００３５】

【数２５】 Ｖ_r ＝−Ｖ_t 、ｆ＝ｆ₀ ・Ｖ_P ／（Ｖ_P ＋Ｖ_t ）＝ｆ₁ ここで、実測値ｆ₂ からｆ₀ を算出する。数２３より

【００３６】

【数２６】ｆ₀ ＝ｆ₂ ・（Ｖ_P −Ｖ_t ）／Ｖ_P となる。

【００３７】数２２、数２６より、ｆはｔ、ｔ₀ 、
Ｒ_u 、Ｖ_t の関数として与えられる。

【００３８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに、本発明の航走体放射雑音からのドップラ周波数検
出による航走体速度検出装置は、航走体が発生させる船
体音響信号を受信し、その音響信号から航走体の速度を
求めるためのドップラ周波数検出を行い、ドップラ周波
数検出に基づいて航走体の航走速度を検出する航走体放
射雑音からのドップラ周波数検出による航走体速度検出
装置において、船体音響信号を受信する音響センサと、
音響センサが受信した音響信号を周波数分析するＦＦＴ
処理手段と、ＦＦＴ処理手段で処理された周波数分析デ
ータを格納するメモリと、メモリから予め定められた所
定周波数帯域の周波数分析データを読み出し、この所定
周波数帯域の周波数分析データから各周波数に対するパ
ワーを計算し、このスペクトラムラインの周波数−パワ
ースペクトラムを生成すると共に、当該周波数−パワー
スペクトラムを時間Ｓ毎に生成し、ローファーグラムを
作成するローファーグラム作成手段と、ローファーグラ
ム作成手段のローファーグラム作成中にスペクトラムラ
イン毎のエネルギーを求め、そのエネルギーが最大とな
るスペクトラムラインの時間（時点）Ｔ₀ を検出する最
大エネルギー発生時間検出手段と、上記エネルギーが最
大となる時間Ｔ₀ のスペクトラムラインを基準に、それ
より前のＮ番目のスペクトラムラインないし当該スペク
トラムラインの次のスペクトラムラインについて、予め
定められた条件下で上記周波数−パワースペクトラムの
パワーレベル極大値の連続性を調べ、ドップラ現象発生
の極大値列を検出するパワーレベル極大値列検出手段
と、パワーレベル極大値列検出手段で検出された実測値
のドップラ周波数について、予め定められた所定刻みの
時間ｔ₀ 、音響センサから航走体の針路方向までの所定
刻みの垂直距離Ｒ_u 及び航走体の所定刻みの速度Ｖ_t の
所定分解能を満たす各変数値を基に、あるべきドップラ
周波数の理論値を計算するドップラ周波数理論値計算手
段と、上記パワーレベル極大値列検出手段が上記ドップ
ラ周波数の極大値列を検出したときの各スペクトラムラ
インの実測値とドップラ周波数理論値計算手段で計算さ
れたあるべきドップラ周波数の理論値とから、その残差
二乗和を演算する残差二乗和演算手段と、残差二乗和演
算手段が演算した残差二乗和からその最小値を求め、そ
のときの上記ドップラ周波数理論値計算手段に入力され
た上記航走体の速度Ｖ_t の変数値を出力する残差二乗和
最小値検出手段とを備え、音響センサが受信した音響信
号から航走体の速度を検出するようにしたことを特徴と
している。

【００３９】そして本発明の航走体放射雑音からのドッ
プラ周波数検出による航走体速度検出方法は、航走体が
発生させる船体音響信号を受信し、その音響信号から航
走体の速度を求めるためのドップラ周波数検出を行い、
ドップラ周波数検出に基づいて航走体の航走速度を検出
する航走体放射雑音からのドップラ周波数検出による航
走体速度検出方法において、音響センサが受信した音響
信号をＦＦＴ処理手段で周波数分析し、ＦＦＴ処理手段
で周波数分析された予め定められた所定周波数帯域の周
波数分析データから各周波数に対するパワーを計算し、
このスペクトラムラインの周波数−パワースペクトラム
を生成すると共に、当該周波数−パワースペクトラムを
時間Ｓ毎に生成してローファーグラムを作成し、ローフ
ァーグラム作成中にスペクトラムライン毎のエネルギー
を求め、そのエネルギーが最大となるスペクトラムライ
ンの時間（時点）Ｔ₀ を検出し、上記エネルギーが最大
となる時間Ｔ₀ のスペクトラムラインを基準に、それよ
り前のＮ番目のスペクトラムラインないし当該スペクト
ラムラインの次のスペクトラムラインについて、予め定
められた条件を満足する上記周波数−パワースペクトラ
ムのパワーレベル極大値の連続性から、ドップラ現象発
生の極大値列を検出し、実測値のドップラ周波数につい
て、予め定められた所定刻みの時間ｔ₀ 、音響センサか
ら航走体の針路方向までの所定刻みの垂直距離Ｒ_u 及び
航走体の所定刻みの速度Ｖ_t の所定分解能を満たす各変
数値を基に、あるべきドップラ周波数の理論値をドップ
ラ周波数理論値計算手段で計算し、上記ドップラ周波数
の極大値列を検出したときの各スペクトラムラインの実
測値とドップラ周波数理論値計算手段で計算されたある
べきドップラ周波数の理論値とから、残差二乗和演算手
段でその残差二乗和を演算し、残差二乗和演算手段が演
算した残差二乗和からその最小値を求め、そのときの上
記ドップラ周波数理論値計算手段に入力された上記航走
体の速度Ｖ_t の変数値を求め、音響センサが受信した音
響信号から航走体の速度を検出するようにしたことを特
徴としている。

【００４０】最大エネルギー発生時間検出手段で、所定
周波数帯域についてのローファーグラム作成中に、エネ
ルギーが最大となるスペクトラムラインの時間（時点）
Ｔ₀が求められる。このスペクトラムラインの時間（時
点）Ｔ₀ を基準に、予め定められた条件を満たす周波数
−パワースペクトラムのパワーレベル極大値が連続して
いる部分を検出し、ドップラ現象が生じていると推定さ
れるドップラ周波数が、パワーレベル極大値列検出手段
によって求められる。当該計測ドップラ周波数につい
て、予め定められた所定刻みの時間ｔ₀ 、音響センサか
ら航走体の針路方向までの所定刻みの垂直距離Ｒ_u 及び
航走体の所定刻みの速度Ｖ_t の所定分解能を満たす各変
数値を基に、あるべきドップラ周波数の理論値がドップ
ラ周波数理論計算手段によって計算され、上記ドップラ
周波数の極大値列を検出したときの各スペクトラムライ
ンの実測値とドップラ周波数理論値計算手段で計算され
たあるべきドップラ周波数の理論値とから、残差二乗和
演算手段でその残差二乗和が演算される。残差二乗和最
小値検出手段がその残差二乗和の最小値を求めることに
より、そのときの上記ドップラ周波数理論値計算手段に
入力された上記航走体の速度Ｖ_t の変数値が求められ
る。

【００４１】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る航走体放射雑
音からのドップラ周波数検出による航走体速度検出装置
の一実施例構成を示している。

【００４２】同図において、１は音響センサ、２はＦＦ
Ｔ処理手段、３はメモリ、４はローファーグラム作成手
段、５は最大エネルギー発生時間検出手段、６はパワー
レベル極大値列検出手段、７，８はメモリ、９はドップ
ラ周波数理論値計算手段、１０はメモリ、１１は残差二
乗和演算手段、１２は残差二乗和最小値検出手段を表し
ている。

【００４３】音響センサ１は水面上又は水面下を航走す
る航走体の船体音響信号を検出するものであり、例えば
ハイドロフォン等である。ＦＦＴ処理手段２は、音響セ
ンサ１で検出した図２図示の航走体の船体音響信号の時
間軸を周波数軸に変換処理するものである。

【００４４】メモリ３はＦＦＴ処理手段２で処理された
航走体の船体音響信号の周波数分析データを格納するも
のである。ローファーグラム作成手段４は、メモリ３か
ら予め定められた所定周波数帯域の周波数分析データ
を、例えば低い周波数側から高い周波数の順に読み出
し、各周波数ｆに対するパワースペクトラムＰ（ｆ）を
計算し、１スペクトラムラインについての周波数−パワ
ースペクトラムを生成する。そして時間Ｓ毎にこの様に
して１スペクトラムラインについての周波数−パワース
ペクトラムの生成を繰り返し、図３図示の如きローファ
ーグラムを作成するようになっている。このときパワー
スペクトラムＰ（ｆ）のパワーレベルが予め定められた
大きさ、例えば最大パワーレベルの２％より小さい場合
は、パワースペクトラムＰ（ｆ）＝０と処理される。

【００４５】最大エネルギー発生時間検出手段５は、ロ
ーファーグラム作成手段４で作成される図３に示された
ローファグラムの作成中に、所定周波数帯域についての
１スペクトラムライン毎の全エネルギーΣＰ（ｆ）を求
め、そのエネルギーΣＰ（ｆ）が最大となるスペクトラ
ムラインの時間（時点）Ｔ₀ を検出する。そしてこのス
ペクトラムラインを図４に示されている様に、１０ｃ番
と番号付けをするようになっている。この時間Ｔ₀ が、
音響センサ１に航走体が最も近づいている時間帯であ
る。

【００４６】パワーレベル極大値列検出手段６は、最大
エネルギー発生時間検出手段５によって求められた時間
Ｓ毎の全エネルギーが最大となる時間Ｔ₀ の１０ｃ番の
スペクトラムラインを基に、図４図示の如くそれより前
の１０番目ないし（１０ｃ−１）番目、当該１０ｃ番及
び（１０ｃ＋１）番目のスペクトラムラインを定め、図
４図示の如くこれらのスペクトラムラインにスペクトラ
ムライン番号を与え、これら０番ないし（１０ｃ＋１）
番のスペクトラムラインに対し、図８に示された上限ド
ップラ周波数ｆ₂ ＝ｆｃｉとなるパワーレベルＰ（ｆｃ
ｉ）の極大値列ｆ_re（ｉ）〔ｉ＝０〜（１０ｃ＋１）〕
を、図３のローファーグラムから検索する。図３のロー
ファーグラムからの検索は、実用上（１０ｃ＋１）番の
スペクトラムラインまでとする。

【００４７】すなわちパワーレベル極大値列検出手段６
は、上記検索をするに当たって、ローファーグラム作成
手段４で作成されたローファーグラムを基に、時間Ｓ毎
のスペクトラムラインについてのパワーレベルＰ（ｆ
ｃ）とその周波数ｆｃについて、次の条件を満たす組を
抽出する。

【００４８】 （１０ｃ−１）番目、１０ｃ番目、
（１０ｃ＋１）番目のいずれかのスペクトラムラインに
極大値がなくてはならない。すなわちドップラ現象が生
じている周波数の存否を見ている。

【００４９】 隣り合うスペクトラムラインの極大周
波数の差が、航走の移動によって隣のスペクトラムライ
ンで生じる周波数のずれを表す増分上限値δｆ（ここで
は、例えばｄｆを周波数分解能としたとき、ｄｆ＜δｆ
＜３ｄｆ）を超えてはならない。すなわちドップラ現象
を引き起こしている当該周波数のものに属しているもの
であるかどうかを見ている。

【００５０】 の増分上限値δｆを超えた場合は、
データ欠損として次のスペクトラムラインに移る。この
ような処理を行うことにより、周波数−パワースペクト
ラムのパワーレベルの連続した極大値列からドップラ現
象を起こしているとされる周波数を検出することができ
る。

【００５１】メモリ７は、パワーレベル極大値列検出手
段６が処理したドップラ現象を起こしていると探知した
１つのパワーレベル極大値列について、０番スペクトラ
ムラインのパワーレベル極大値の周波数ｆ₂₀（実測値）
を、図８に示された上限ドップラ周波数ｆ₂ と定め、こ
れを０番スペクトラムラインの時間Ｓ₀ ＝Ｔ₀ −１０Ｓ
と関連付けて格納する。１番スペクトラムラインのパワ
ーレベル極大値の周波数ｆ₂₁（実測値）は、１番スペク
トラムラインの時間Ｓ₁ ＝Ｔ₀ −９Ｓと関連付けて格納
する。２番スペクトラムラインのパワーレベル極大値の
周波数ｆ₂₂（実測値）は、２番スペクトラムラインの時
間Ｓ₂ ＝Ｔ₀ −８Ｓと関連付けて、以下同様にして１０
ｃ番スペクトラムラインのパワーレベル極大値の周波数
ｆ₂₁₀ （実測値）は、１０ｃ番スペクトラムラインの時
間Ｓ₁₀＝Ｔ₀ −０Ｓ＝Ｔ₀ と関連付けて、（１０ｃ＋
１）番スペクトラムラインのパワーレベル極大値の周波
数ｆ ₂₁₁ （実測値）は、（１０ｃ＋１）番スペクトラム
ラインの時間Ｓ₁₁＝Ｔ₀ ＋Ｓと関連付けて図６図示の如
く時間Ｘ_reに対しＹ_reとして格納するようになってい
る。

【００５２】メモリ８は、パワーレベル極大値列検出手
段６で得られた実測値の上限ドップラ周波数ｆ₂ を基
に、上述の理論方程式の数２４、数２８の式を数値解法
で解くため、例えば上記時間Ｓ毎のＳが２秒、上記予め
定められた周波数帯域を０〜５００Ｈｚのとき、予め定
められた所定刻みの時間ｔ₀ 、音響センサ１から航走体
の針路方向までの所定刻みの垂直距離Ｒ_u 及び航走体の
所定刻みの速度Ｖ_t の所望分解能を満たす各変数値とし
て、 ｔ₀ ＝−０．８秒，−０．６秒，−０．４秒，−０．２
秒，０，０．２秒，０．４秒，０．６秒，０．８秒 Ｒ_u ＝０〜１００までの１ｍ刻み Ｖ_t ＝０〜３０までの１ｋｔ（ノット）刻み の変数値を予め格納しているものである。後に分解能を
説明する際詳しく説明するが、これらｔ₀ 、Ｒ_u 、Ｖ_t
の各値は分解能に応じて任意に設定されるもである。

【００５３】ドップラ周波数理論値計算手段９は、メモ
リ７の時間０番ないし（１０ｃ＋１）番のスペクトラム
ラインについてのＸ_re＝Ｓ₀ ，Ｓ₁ ，……，Ｓ₁₀，Ｓ₁₁
に対応して、メモリ８から上記ｔ₀ ，Ｒ_u ，Ｖ_t の各変
数値を総て組み合わせ、上限ドップラ周波数ｆ₂ を基に
して、理論方程式の数２４、数２８を数値解法で解き、
あるべき理論ドップラ周波数値ｆ_th（ｉ）〔ｉ＝０〜１
０ｃ＋１〕を計算するようになっている。

【００５４】メモリ１０は、上記Ｘ_re＝Ｓ₀ ，Ｓ₁ ，…
…，Ｓ₁₀，Ｓ₁₁についてドップラ周波数理論計算手段９
が計算した上記ｔ₀ ，Ｒ_u ，Ｖ_t の各変数値の総ての組
み合わせに係るあるべき理論ドップラ周波数値ｆ_thをＹ
_thとして、上記０番ないし（１０ｃ＋１）番のスペクト
ラムラインの時間Ｘ_re＝Ｓ₀ ，Ｓ₁ ，……，Ｓ₁₀，Ｓ ₁₁
対応に、それぞれ９×１００×３０個の数値を、図７図
示の如く格納するようになっている。

【００５５】残差二乗和演算手段１１は、メモリ７に格
納されている実測値Ｙ_reと、ドップラ周波数理論計算手
段９が計算し、メモリ１０に格納されている上限ドップ
ラ周波数ｆ₂ についての理論ドップラ周波数値ｆ_thのＹ
_thとから残差二乗和Σ（Ｙ_re−Ｙ_th）² ＝Ｗ_N を演算す
るようになっている。

【００５６】残差二乗和最小値検出手段１２は、残差二
乗和演算手段１１が計算する残差二乗和Σ（Ｙ_re−
Ｙ_th）² ＝Ｗ_N の最小値を求め、そのときの上記ドップ
ラ周波数理論値計算手段９に入力された上記航走体の速
度Ｖ_t の変数値を出力するようになっている。

【００５７】すなわち、ドップラ現象によるパワーレベ
ル極大値の連なりが最も密な実測値に最も近い理論上の
ドップラ曲線をヒッティングさせ、そのときのドップラ
曲線を作成する際入力された航走体の速度Ｖ_t の変数値
を航走体の速度として出力するよう構成されている。た
だしＦＦＴ処理手段２で決定される周波数分解能ｄｆよ
りも高分解能で上記ｔ₀ ，Ｒ_u ，Ｖ_t の各変数値を用い
る。

【００５８】このように構成されている図１の本発明の
航走体放射雑音からのドップラ周波数検出による航走体
速度検出装置及びその方法を次に説明する。水面上又は
水面下を航走する航走体の船体音響信号が、例えばハイ
ドロフォン等の音響センサ１で、図２に示されている如
く受信される。音響センサ１で受信された音響信号はＡ
／Ｄ変換器でディジタル化された上で、ＦＦＴ処理手段
２に入力され周波数分析される。このＦＦＴ処理手段２
はディジタルで処理される従来の公知のものが用いられ
ており、その結果の周波数分析データがメモリ３に格納
される。ここではＦＦＴ処理手段２がディジタルのもの
で説明したが、音響センサ１で受信された音響信号をア
ナログのＦＦＴ処理手段２で処理し、ディジタル化して
当該メモリ３に格納するようになっていてもよい。

【００５９】ローファーグラム作成手段４は、メモリ３
から予め定められた所定周波数帯域の周波数分析データ
を、低い周波数側から高い周波数の順に読み出し、各周
波数ｆに対するパワースペクトラムＰ（ｆ）を計算し、
１スペクトラムラインについての周波数−パワースペク
トラムを生成する。そして時間Ｓ、例えば２秒毎に次の
スペクトラムラインについての周波数−パワースペクト
ラムの生成を繰り返し、図３に示されている如くローフ
ァーグラムを作成する。このとき上記説明の様に、パワ
ースペクトラムＰ（ｆ）のパワーレベルが予め定められ
た最大パワーレベルの２％より小さい場合は、ローファ
ーグラム作成手段４はパワースペクトラムＰ（ｆ）＝０
にして処理する。

【００６０】最大エネルギー発生時間検出手段５は、ロ
ーファーグラム作成手段４で作成される図３に示された
ローファグラムの作成中に、図４に示されている様に、
所定周波数帯域０〜５００Ｈｚについての１スペクトラ
ムライン毎の全エネルギーΣＰ（ｆ）を求め、そのエネ
ルギーΣＰ（ｆ）が最大となるスペクトラムラインの時
間（時点）Ｔ₀ を検出する。そしてこのスペクトラムラ
インを図４図示の如く１０ｃ番と番号付けされる。

【００６１】パワーレベル極大値列検出手段６は、最大
エネルギー発生時間検出手段５によって求められた時間
Ｓ毎の全エネルギーが最大となる時間Ｔ₀ の１０ｃ番の
スペクトラムラインを基準に、図４図示の如くそれより
前の１０番目ないし（１０ｃ−１）番目、当該１０ｃ番
及び（１０ｃ＋１）番目のスペクトラムラインを定め、
図４図示の如くこれらのスペクトラムラインにスペクト
ラムライン番号を与える。これら０番ないし（１０ｃ＋
１）番のスペクトラムラインに対し、図８に示された上
限ドップラ周波数ｆ₂ ＝ｆｃｉとなるパワーレベルＰ
（ｆｃｉ）の極大値列ｆ_re（ｉ）〔ｉ＝０〜（１０ｃ＋
１）〕を、図３のローファーグラムから検索する。図３
のローファーグラムからの検索は、実用上（１０ｃ＋
１）番のスペクトラムラインまでについて行われる。

【００６２】すなわちパワーレベル極大値列検出手段６
は、上記検索をするに当たって、ローファーグラム作成
手段４で作成されたローファーグラムを基に、時間２秒
毎のスペクトラムラインについてのパワーレベルＰ（ｆ
ｃ）とその周波数ｆｃについて、上記説明の如く、次の
条件を満たす組を抽出する。その条件を再度記載してお
く。

【００６３】 （１０ｃ−１）番目、１０ｃ番目、
（１０ｃ＋１）番目のいずれかのスペクトラムラインに
極大値がなくてはならない。 隣り合うスペクトラムラインの極大周波数の差が増
分上限値δｆ（ここでは、例えばｄｆを周波数分解能と
したとき、ｄｆ＜δｆ＜３ｄｆ）を超えてはならない。

【００６４】 の増分上限値δｆを超えた場合は、
データ欠損として次のスペクトラムラインに移る。 このような処理を行うことにより、図５に示された部分
拡大図の様に、周波数−パワースペクトラムのパワーレ
ベルの連続した極大値列から、ドップラ現象を起こして
いるとされる周波数を探知することができる。

【００６５】このときパワーレベル極大値列検出手段６
は、処理したドップラ現象を起こしていると探知した１
つのパワーレベル極大値列について、０番スペクトラム
ラインのパワーレベル極大値の周波数ｆ₂₀（実測値）
を、図８に示された上限ドップラ周波数ｆ₂ と定め、こ
れを０番スペクトラムラインの時間Ｓ₀ ＝Ｔ₀ −１０Ｓ
と関連付けて、メモリ７に記憶させる。また１番スペク
トラムラインのパワーレベル極大値の周波数ｆ₂₁（実測
値）は、１番スペクトラムラインの時間Ｓ₁ ＝Ｔ ₀ −９
Ｓと関連付けてメモリ７に記憶させる。また２番スペク
トラムラインのパワーレベル極大値の周波数ｆ₂₂（実測
値）は、２番スペクトラムラインの時間Ｓ ₂ ＝Ｔ₀ −８
Ｓと関連付けてメモリ７に記憶させる。以下同様にして
１０ｃ番スペクトラムラインのパワーレベル極大値の周
波数ｆ₂₁₀ （実測値）は、１０ｃ番スペクトラムライン
の時間Ｓ₁₀＝Ｔ₀ −０Ｓ＝Ｔ₀ と関連付けて、（１０ｃ
＋１）番スペクトラムラインのパワーレベル極大値の周
波数ｆ₂₁₁ （実測値）は、（１０ｃ＋１）番スペクトラ
ムラインの時間Ｓ₁₁＝Ｔ₀ ＋Ｓと関連付けて、図６図示
の如く時間Ｘ_reに対しＹ_reとしてメモリ７に記憶させ
る。

【００６６】メモリ８は、パワーレベル極大値列検出手
段６で得られた実測値の上限ドップラ周波数ｆ₂ 、すな
わち実測値の周波数ｆ₂₀を基に、上述の理論方程式の数
２４、数２８の式を数値解法で解くため、上記説明の予
め定められた所定刻みの時間ｔ₀ 、音響センサ１から航
走体の針路方向までの所定刻みの垂直距離Ｒ_u 及び航走
体の所定刻みの速度Ｖ_t の各変数値を格納している。或
いは図示されていない制御装置から入力されるようなっ
ている。

【００６７】ここで、ｔ₀ ，Ｒ_u ，Ｖ_t は、ＦＦＴ処理
手段２のサンプリング長のＳが２秒、サンプリングレー
トが５００μ秒、周波数帯域を０〜５００Ｈｚとしたの
ときの航走体検出速度が１ｋｔ（ノット）の分解能を有
する値である。すなわち、上記の各変数値を再度記載す
ると次の如くである。

【００６８】ｔ₀ ＝−０．８秒，−０．６秒，−０．４
秒，−０．２秒，０，０．２秒，０．４秒，０．６秒，
０．８秒 Ｒ_u ＝０〜１００までの１ｍ刻み Ｖ_t ＝０〜３０までの１ｋｔ刻み ドップラ周波数理論値計算手段９は、メモリ７の時間０
番ないし（１０ｃ＋１）番のスペクトラムラインについ
てのＸ_re＝Ｓ₀ ，Ｓ₁ ，……，Ｓ₁₀，Ｓ₁₁に対応して、
メモリ８から上記ｔ₀ ，Ｒ_u ，Ｖ_t の各変数値を総て組
み合わせた９×１００×３０個の数値を用い、理論方程
式の数２４、数２８を数値解法で解き、あるべき理論ド
ップラ周波数値ｆ_th（ｉ）〔ｉ＝０〜１０ｃ＋１〕をそ
れぞれ計算し、その計算結果をメモリ１０に記憶させ
る。すなわちメモリ１０には、上記Ｘ_re＝Ｓ₀ ，Ｓ₁ ，
……，Ｓ₁₀，Ｓ₁₁についてドップラ周波数理論計算手段
９が計算した上記ｔ₀ ，Ｒ_u ，Ｖ_t の各変数値の総ての
組み合わせに係るあるべき理論ドップラ周波数値ｆ_thを
Ｙ_thとして、上記０番ないし（１０ｃ＋１）番のスペク
トラムラインの時間Ｘ_re＝Ｓ₀ ，Ｓ₁ ，……，Ｓ₁₀，Ｓ
₁₁対応に、それぞれ９×１００×３０個の数値が、図７
図示の如く格納される。

【００６９】残差二乗和演算手段１１は、メモリ７に格
納されている各実測値Ｙ_reと、ドップラ周波数理論計算
手段９が計算し、メモリ１０に格納されているＹ_thの９
×１００×３０×１２の各理論ドップラ周波数値ｆ_thと
を用いて残差二乗和Σ（Ｙ_re−Ｙ_th）² ＝Ｗ_N を演算
し、残差二乗和最小値検出手段１２は、残差二乗和演算
手段１１が計算した残差二乗和Σ（Ｙ_re−Ｙ_th）² ＝Ｗ
_N の内の最小値を高速処理が可能な既知の手法を用いて
求め、そのときの上記ドップラ周波数理論値計算手段９
に入力された上記航走体の速度Ｖ_t の変数値を出力す
る。

【００７０】すなわち、ドップラ現象によるパワーレベ
ル極大値の連なりが最も密な実測値に最も近い理論上の
ドップラ曲線をヒッティングさせ、そのときの誤差のな
い理論ドップラ曲線を作成する際入力された航走体の速
度Ｖ_t の変数値を残差二乗和最小値検出手段１２は出力
する。

【００７１】また、パワーレベル極大値列検出手段６に
よって、図５に示された周波数の他に、周波数−パワー
スペクトラムのパワーレベルの連続した極大値列から、
ドップラ現象を起こしているドップラ周波数があるとき
は、当該ドップラ周波数について、上記説明の動作が繰
り返され、同様に当該ドップラ周波数からも航走体の速
度Ｖ_t が求められことはいうまでもない。

【００７２】このような速度処理を行うことにより、１
つの航走体について複数個の航走体速度Ｖ_t が求められ
得ることがあるが、当該航走体の検出航走体速度とし
て、このとき最も信頼できる上記説明のプロペラに起因
する航走体放射雑音からのドップラ周波数に基づく航走
体の速度Ｖ_t を採用する方法、或いは多数決により航走
体の速度Ｖ_t を決定する方法が用いられる。

【００７３】ここで航走体の速度検出をするに当たっ
て、従来のＦＦＴ処理のドップラ周波数検出分解能と上
記説明の本発明を用いたときのドップラ周波数検出分解
能とを簡単に説明しておく。

【００７４】周波数分解能ｄｆは、ｄｆ＝１／（ｎ² ・
Ａ）〔Ｈｚ〕、ｎ² ≧Ｎ（Ｓ／Ａ）で表される。ここで
ｎ² はＦＦＴ処理に必要なデータ数、Ｎは分析データ
数、Ａはデータ表示の平均間隔である。

【００７５】ＦＦＴ処理の分析間隔Ｓを、例えば２ｓｅ
ｃ、データ表示の平均間隔Ａが５００μｓｅｃの場合、
周波数分解能ｄｆは０．５Ｈｚとなる。ここで必要な航
走体の速度検出分解能を１ｋｔ（ノット）とすると、ド
ップラ現象を起こす航走体の固有周波数の信号、すなわ
ちパイロット信号が５００Ｈｚを使用する場合、数５か
らｆ_D ＝ｆ₀ ・Ｖ_t ／Ｖ_P ＝５００×０．５１４／１５
００＝０．１７Ｈｚとなる。従って分析間隔Ｓ、すなわ
ち分析時間Ｓ＝１／０．１７＝５．８８ｓｅｃとなる。

【００７６】本発明の場合にも、分析間隔Ｓ、すなわち
分析時間Ｓをこの５．８８ｓｅｃに近い６ｓｅｃに設定
して航走体の速度検出分解能を１ｋｔとすることができ
るが、航走体が音響センサ１の直上を通過する時間に信
号を出力したいことが望まれる場合、この分析時間Ｓを
６ｓｅｃに設定していたのでは、航走体が音響センサ１
の直上を通過してしまった後に、所望の信号が出力され
役に立たないことが生じる。

【００７７】そこで、航走体の速度検出分解能を１ｋｔ
を保持して、この分析時間Ｓを短縮するのが本発明の目
的の一つであり、その効果が奏せられるのである。すな
わち上述の如く、分析時間Ｓを２ｓｅｃとすると、デー
タ表示の平均間隔Ａが５００μｓｅｃとして、周波数分
解能ｄｆ＝０．５Ｈｚとなる。

【００７８】本発明の場合、ここで１Ｈｚから５００Ｈ
ｚの範囲内で、最大エネルギー時間発生検出手段５やパ
ワーレベル極大値列検出手段６などの一連の手段で、ド
ップラ現象を生じているパイロット信号を実測値から周
波数分解能ｄｆの幅で探し出すようにしている。そのた
めの探し出す条件は、既に説明した様に、 （イ） ２ｓｅｃのエネルギーΣＰ（ｆ）が最大となる
時間Ｔ₀ のスペクトラムラインを１０ｃ番としたとき、
当該スペクトラムライン１０ｃ番と当該スペクトラムラ
イン１０ｃ番の前後のスペクトラムライン（１０ｃ−
１）番，（１０ｃ＋１）番の３つのスペクトラムライン
（１０ｃ−１）番，１０ｃ番，（１０ｃ＋１）番のいず
れかにパワーレベルの極大値が存在すること。 （ロ） 隣り合うスペクトラムラインの極大値周波数の
差が増分上限値δｆ（ｄｆを周波数分解能としたとき、
ｄｆ＜δｆ＜３ｄｆ）を超えてはならない。 （ハ）（ロ）の増分上限値δｆを超えた場合は、データ
欠損として次のスペクトラムラインに移る。 （ニ） 極大値周波数が検出された場合は、次のスペク
トラムライン（ｔ_i →ｔ _i-1 ）に移る。

【００７９】ここまでの処理により、検出されるパワー
レベルの極大値列実測値ｆ_re（ｉ）とｔ_i とは、数組に
絞られる。そこで当該パワーレベルの極大値列実測値ｆ
_re（ｉ）に対して、理論式からあるべきパワーレベルの
極大値列理論値ｆ_th（ｉ）を算出する。そのとき理論値
を解くために代入する上述のｔ₀ ，Ｒ_u ，Ｖ_t の各値は
上記周波数分解能ｄｆの分解能より高精度にする。理論
式上の分解能をｄｆ´とすると、例えば Ｖ_t ：１〜３０ｋｔまで１ｋｔ刻み、このときｄｆ´＝
０．１７Ｈｚ ｔ₀ ：−０．８〜０〜０．８ｓｅｃまで０．２ｓｅｃ刻
み、ｔ₀ は縦軸だからｄｆ´とは無関係 Ｒ_u ：０〜１００ｍまで１ｍ刻み、１ｍの分解能があれ
ば十分な精度である場合 の如きである。

【００８０】このようなｔ₀ ，Ｒ_u ，Ｖ_t の各値を用い
れば、残差二乗和演算手段１１と残差二乗和最小値検出
手段１２とから求められる航走体の検出速度は１ｋｔの
分解能を持つ。

【００８１】なお、上記説明から分かるように、航走体
の検出速度の分解能を上げるには、ｔ₀ ，Ｒ_u ，Ｖ_t の
各値を更に細かくとることにより、航走体の検出速度の
分解能を上げることができる。

【００８２】図１０は本発明のドップラ周波数検出分解
能説明図を示している。同図において、○は実測値、実
線（Ｉ）、破線（ＩＩ）は、上記説明の理論ドップラ周
波数曲線、ｄｆは従来の分解能、ｄｆ´は理論式上の分
解能、δｆは隣り合うスペクトラムラインの極大値周波
数の差の増分上限値を表している。そして時間ｔ₀ の○
の実測値は、上述の（イ）で確定するものである。

【００８３】本発明は航走体の速度を検出することがで
きるので、港湾における船舶の速度監視に応用できる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、航
走体が発生させた水中を伝わる航走体放射雑音の船体音
響信号を、１個の音響センサで検出し、この１個の音響
センサで検出した音響信号からその航走体固有の雑音信
号についてのドップラ周波数を捕らえ、当該航走体固有
の周波数についての実際に計測されるドップラ周波数と
あるべき理論上のドップラ周波数とから、両者の残差二
乗和が最小となるカーブフィティング数理解析手法を用
い、すなわちドップラ現象によるパワーレベル極大値の
連なりが最も密な実測値に最も近い理論上のドップラ曲
線をヒッティングさせ、そのときのドップラ曲線を作成
する際入力された航走体の速度Ｖ_t の変数値を出力する
よう構成しているので、航走体の速度検出ができ、しか
も分解能を保持した上で、従来不可能であったＦＦＴ処
理手段の分析時間Ｓを短縮することができる。

【００８５】従って、本発明に係る航走体放射雑音から
のドップラ周波数検出による航走体速度検出装置及びそ
の方法を備えた装置を予め水中に設置しておけば、当該
装置に対し、その接近してくる未知の航走体の速度を検
出でき、航走体が音響センサ１の直上を通過する時間に
信号を出力したいことが望まれる場合、航走体の音響セ
ンサ１の直上通過直後に当該出力信号を発生させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る航走体放射雑音からのドップラ周
波数検出による航走体速度検出装置の一実施例構成であ
る。

【図２】音響センサが検出する航走体放射雑音の一例図
である。

【図３】ローファーグラムの一例図である。

【図４】最大エネルギー発生時間Ｔ₀ の検出説明図であ
る。

【図５】ドップラ現象が生じている周波数部分の一例拡
大図である。

【図６】メモリに格納されている計測データの内容説明
図である。

【図７】メモリに格納されている理論データの内容説明
図である。

【図８】ドップラ周波数特性説明図である。

【図９】ドップラ効果による航走体の速度及び最接近距
離（ＣＰＡ）の関係説明図である。

【図１０】本発明のドップラ周波数検出分解能説明図で
ある。

【図１１】船体が発生させる船体音響信号の一例の周波
数−パワースペクトラム解析図である。

【符号の説明】

１ 音響センサ ２ ＦＦＴ処理手段 ３ メモリ ４ ローファーグラム作成手段 ５ 最大エネルギー発生時間検出手段 ６ パワーレベル極大値列検出手段 ７、８、１０ メモリ ９ ドップラ周波数理論値計算手段 １１ 残差二乗和演算手段 １２ 残差二乗和最小値検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 里見 晴和 神奈川県横浜市神奈川区大野町１−８− 403 (72)発明者 野澤 祐司 神奈川県横浜市鶴見区平安町２丁目29番地 の１ 株式会社京三製作所内 (72)発明者 梶原 浩 神奈川県横浜市鶴見区平安町２丁目29番地 の１ 株式会社京三製作所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 航走体が発生させる船体音響信号を受信
   し、その音響信号から航走体の速度を求めるためのドッ
   プラ周波数検出を行い、ドップラ周波数検出に基づいて
   航走体の航走速度を検出する航走体放射雑音からのドッ
   プラ周波数検出による航走体速度検出装置において、 船体音響信号を受信する音響センサと、 音響センサが受信した音響信号を周波数分析するＦＦＴ
   処理手段と、 ＦＦＴ処理手段で処理された周波数分析データを格納す
   るメモリと、 メモリから予め定められた所定周波数帯域の周波数分析
   データを読み出し、この所定周波数帯域の周波数分析デ
   ータから各周波数に対するパワーを計算し、このスペク
   トラムラインの周波数−パワースペクトラムを生成する
   と共に、当該周波数−パワースペクトラムを時間Ｓ毎に
   生成し、ローファーグラムを作成するローファーグラム
   作成手段と、 ローファーグラム作成手段のローファーグラム作成中に
   スペクトラムライン毎のエネルギーを求め、そのエネル
   ギーが最大となるスペクトラムラインの時間（時点）Ｔ
   ₀ を検出する最大エネルギー発生時間検出手段と、 上記エネルギーが最大となる時間Ｔ₀ のスペクトラムラ
   インを基準に、それより前のＮ番目のスペクトラムライ
   ンないし当該スペクトラムラインの次のスペクトラムラ
   インについて、予め定められた条件下で上記周波数−パ
   ワースペクトラムのパワーレベル極大値の連続性を調
   べ、ドップラ現象発生の極大値列を検出するパワーレベ
   ル極大値列検出手段と、 パワーレベル極大値列検出手段で検出された実測値のド
   ップラ周波数について、予め定められた所定刻みの時間
   ｔ₀ 、音響センサから航走体の針路方向までの所定刻み
   の垂直距離Ｒ_u 及び航走体の所定刻みの速度Ｖ_t の所定
   分解能を満たす各変数値を基に、あるべきドップラ周波
   数の理論値を計算するドップラ周波数理論値計算手段
   と、上記パワーレベル極大値列検出手段が上記ドップラ
   周波数の極大値列を検出したときの各スペクトラムライ
   ンの実測値とドップラ周波数理論値計算手段で計算され
   たあるべきドップラ周波数の理論値とから、その残差二
   乗和を演算する残差二乗和演算手段と、 残差二乗和演算手段が演算した残差二乗和からその最小
   値を求め、そのときの上記ドップラ周波数理論値計算手
   段に入力された上記航走体の速度Ｖ_t の変数値を出力す
   る残差二乗和最小値検出手段とを備え、音響センサが受
   信した音響信号から航走体の速度を検出するようにした
   ことを特徴とする航走体放射雑音からのドップラ周波数
   検出による航走体速度検出装置。
2. 【請求項２】 航走体が発生させる船体音響信号を受信
   し、その音響信号から航走体の速度を求めるためのドッ
   プラ周波数検出を行い、ドップラ周波数検出に基づいて
   航走体の航走速度を検出する航走体放射雑音からのドッ
   プラ周波数検出による航走体速度検出方法において、 音響センサが受信した音響信号をＦＦＴ処理手段で周波
   数分析し、 ＦＦＴ処理手段で周波数分析された予め定められた所定
   周波数帯域の周波数分析データから各周波数に対するパ
   ワーを計算し、このスペクトラムラインの周波数−パワ
   ースペクトラムを生成すると共に、当該周波数−パワー
   スペクトラムを時間Ｓ毎に生成してローファーグラムを
   作成し、 ローファーグラム作成中にスペクトラムライン毎のエネ
   ルギーを求め、そのエネルギーが最大となるスペクトラ
   ムラインの時間（時点）Ｔ₀ を検出し、 上記エネルギーが最大となる時間Ｔ₀ のスペクトラムラ
   インを基準に、それより前のＮ番目のスペクトラムライ
   ンないし当該スペクトラムラインの次のスペクトラムラ
   インについて、予め定められた条件を満たす上記周波数
   −パワースペクトラムのパワーレベル極大値の連続性か
   ら、ドップラ現象発生の極大値列を検出し、 実測値のドップラ周波数について、予め定められた所定
   刻みの時間ｔ₀ 、音響センサから航走体の針路方向まで
   の所定刻みの垂直距離Ｒ_u 及び航走体の所定刻みの速度
   Ｖ_t の所定分解能を満たす各変数値を基に、あるべきド
   ップラ周波数の理論値をドップラ周波数理論値計算手段
   で計算し、 上記ドップラ周波数の極大値列を検出したときの各スペ
   クトラムラインの実測値とドップラ周波数理論値計算手
   段で計算されたあるべきドップラ周波数の理論値とか
   ら、残差二乗和演算手段でその残差二乗和を演算し、 残差二乗和演算手段が演算した残差二乗和からその最小
   値を求め、そのときの上記ドップラ周波数理論値計算手
   段に入力された上記航走体の速度Ｖ_t の変数値を求め、 音響センサが受信した音響信号から航走体の速度を検出
   するようにしたことを特徴とする航走体放射雑音からの
   ドップラ周波数検出による航走体速度検出方法。