JP2002139559A - 目標判別方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の音響受波器を所定間隔に配列して船舶
でえい航される直線アレイを用いて探知した目標より、
えい航船の変針をしないで、実目標と虚目標とを判別す
る方法。 【解決手段】 直線アレイ１の各受信信号を待ち受け整
相器２、目標検出器３を介して探知したすべての目標の
うちから目標方位が直線アレイのえい航方位に対して左
右対称の方位にある一対の目標を検出し（４）、この一
対の各目標について各々の方位信号と直線アレイのえい
航方位信号との相関値をそれぞれ計算し（５）、相関値
の大きい方の目標を虚目標、小さい方の目標を実目標と
して判別する（６）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の音響受波器
よりなる直線アレイを用いて探知した目標のうちから実
目標と虚目標とを判別する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばソナーやレーダー等では、多数の
センサを並べたアレイを用いて鋭い指向性を持つビーム
を形成し、目標の探知や測位を行っている。アレイの一
つの形態として、複数のセンサーを直線状に並べた直線
アレイがある。ソナーの分野では、この直線アレイは広
く使われており、例えば直線アレイを船舶からえい航し
て、目標（例えば水中航走体等）の探知や測位に使用す
る方法がある。

【０００３】直線アレイの公知文献としては、下記の文
献１がある。 文献１：ROBERT J.URICK著、土屋 明 訳、西村 実
監修、水中音響の原理、1978年11月初版、共立出版株式
会社、P52-55 直線アレイは、上記文献１の図３．９で示されるように
アレイ直線軸に対して左右対称のビームパターンを持つ
（即ち単一指向性のビームではない）。文献１の図３．
９では、音響軸とアレイ軸が直交している例を示してい
るが、直交していない場合もアレイ軸対称のビームパタ
ーンとなる。例えば複数の音響受波器を所定間隔に配列
して直線アレイを形成した場合、この直線アレイを含む
水平面内のビームパターンは図４のようになる。図４の
（ａ）は音響軸とアレイ軸が直交している例であり、図
４の（ｂ）は音響軸とアレイ軸が直交していない例であ
る。

【０００４】図５は従来の直線アレイを用いた目標探知
装置の構成図である。直線アレイとしては、例えば等間
隔配列アレイのほかに、対数間隔配列アレイ（アレイの
両端部の間隔が最大で、中央部に向って対数的に小さく
なり、中央部の間隔が最小となる配列）や、所望の探知
範囲や指向特性をもたせるように特定間隔に設計された
特定間隔配列アレイもある。目標探知装置は、これら等
間隔配列アレイ、対数間隔配列アレイ、特定間隔配列ア
レイ等のいずれも使用することができる。なお本明細書
では、上記等間隔配列、対数間隔配列、特定間隔配列な
どを一括して所定間隔の配列と称する。図５の１は直線
アレイであり、複数の音響受波器を所定の間隔にロープ
等で結合して船舶でえい航することにより直線状のアレ
イが構成される。そして、直線アレイ１内の各音響受波
器の受波信号は、それぞれえい航船舶に伝送される。ま
た直線アレイ１内には方位センサが共に搭載され、えい
航時におけるえい航方位信号も同様にえい航船舶に伝送
される。

【０００５】図５においては、複数の音響受波器を船舶
でえい航して直線アレイ１を形成し、直線アレイ１の各
音響受波器がそれぞれ受波した複数の受波信号とえい航
方位信号とが連続的に船内の待ち受け整相器２に伝送さ
れる。待ち受け整相器２は、入力される複数の受波信号
を整相処理して各方位に対する信号のレベルに変換す
る。なおここで整相処理とは、直線アレイ１内の複数の
各受波信号の位相もしくは遅延時間の分布を制御して目
的とする方位毎の受波ビームを形成する処理をいう。

【０００６】目標検出器３は、各方位に対する信号のレ
ベルのピーク値等から目標の方位を検出する。しかし直
線アレイ１のビームパターンは、図４に示したように、
アレイ軸に対して左右対称の指向特性を有するので、目
標検出器３は実目標のほかに虚目標も検出する。図６は
変針がない場合の実目標と虚目標の表示例を示す図であ
り、同図の（ａ）は、直線アレイのえい航方位、実目標
方位及び虚目標方位の説明図である。いま直線アレイの
えい航方位が０°（真北）であり、このえい航方位から
時計廻り角度６０°の方位６０°に実目標が存在すると
すると、えい航方位から反時計廻り角度６０°の方位３
００°に虚目標を検出してしまう。反対にえい航方位０
°、実目標方位３００°の場合には、方位６０°に虚目
標を検出してしまう。

【０００７】表示器７は、目標検出器３が検出したすべ
ての目標を表示する。従って実目標のほかに虚目標も表
示される。表示器７の表示方式は、図６の（ｂ）に示す
ように、水平面での、えい航方位、実目標方位、虚目標
方位を横軸に、記録時間を縦軸に、検出した物標の信号
レベルを表示色の濃淡によって表示するＢＴＲ（Bearin
g Time Recording）表示方式が一般的である。なお図６
の（ｂ）では、表示時間内において、えい航船は直進し
て進路変更が無く、この表示時間内では直線アレイから
測定した目標方位は一定であるため、実目標または虚目
標の方位も一定となっている。

【０００８】従来、上記の実目標と虚目標を識別するた
めに、えい航船舶を変針させ、直線アレイの向きを変え
る方法が用いられていた。図７は変針がある場合の実目
標と虚目標の表示例を示す図である。いま直線アレイの
えい航方位が０°（真北）で、このえい航方位から反時
計廻りの角度７０°の方位２９０°に実目標が存在する
とすると、えい航方位から時計廻り角度７０°の方位７
０°に虚目標が検出される（図７の（ａ）を参照）。こ
こで図７の（ｂ）のように、船舶が取舵（左舷方向へ）
２０°変針したとすると、新進路に変針後のえい航方位
は３４０°となり、直線アレイに搭載された方位センサ
から３４０°の方位信号は受信される。変針後のえい航
方位３４０°から実目標までは反時計廻りの角度５０°
と計測されるから、実目標方位は２９０°と算出され、
実目標の方位は変化しない。一方変針後のえい航方位３
４０°から虚目標までは時計廻り角度５０°と計測され
るから、虚目標方位３０°と算出される。即ち虚目標の
方位はアレイのえい航方向の変化の２倍変化する。

【０００９】図７の（ｃ）は、ＢＴＲ表示により、えい
航方位、実目標方位、虚目標方位を、同図の（ａ）の変
針前の記録と、変針により直線アレイが湾曲し、アレイ
の性能が落ち一次的に失探した変針中の状態と、（ｂ）
の変針後の記録として示したものであり、直線アレイの
えい航方向の変化に対し、実目標の方位は変化しないの
に、虚目標の方位はえい航方向の変化分の２倍変化する
ので、実目標と虚目標とを識別することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら直線アレ
イをえい航して目標探知を行う方式での実目標と虚目標
とを識別するめたに、えい航船舶を変針させる方法で
は、下記の問題点があった。 （１）新しく目標を探知する度に変針が必要であり、こ
の変針により直線アレイが湾曲し、アレイの性能が落ち
一時的に失探し、その後再探知までに時間を要する。 （２）変針することで直進した場合に比較して、船舶の
走行時間が長くなり、運行費用が増加する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る目標判別方
法は、複数の音響受波器を所定間隔に配列して船舶でえ
い航することにより形成される直線アレイを用いて探知
した目標の判別方法において、前記直線アレイを用いて
探知した目標のうちから目標方位が直線アレイのえい航
方位に対して左右対称の方位にある一対の目標を検出
し、下記（１），（２），（３）のいずれかの判別を行
う。 （１）前記一対の各目標について各々の方位信号と直線
アレイのえい航方位信号との相関値をそれぞれ計算し、
前記一対の各目標について計算した相関値の大きい方を
虚目標、小さい方を実目標として判別する。 （２）前記一対の各目標について各々の方位信号の時間
的変化から方位分散値をそれぞれ計算し、前記一対の各
目標について計算した方位分散値の大きい方を虚目標、
小さい方を実目標として判別する。 （３）前記一対の各目標について各々の方位信号と直線
アレイのえい航方位信号との相関値をそれぞれ計算し、
また前記一対の各目標について各々の方位信号の時間的
変化から方位分散値をそれぞれ算出し、前記一対の各目
標について計算した方位相関値の大きい方の目標と方位
分散値の大きい方の目標が同一目標である場合に、この
目標を虚目標と判別する。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施形態１ 図１は本発明の実施形態１に係る目標探知装置の構成図
及び信号波形図である。図１の（ａ）の構成において
は、直線アレイ１の出力は待ち受け整相器２に入力さ
れ、待ち受け整相器２の出力は目標検出器３に入力され
る。ここまでは従来の装置と同様であるが、本実施形態
１では、目標検出器３の出力は目標ペア検出器４に入力
され、目標ペア検出器４の出力は方位相関計算器５に入
力される。そして方位相関計算器５の出力は虚目標判別
器６に入力され、虚目標判別器６の出力は表示器７に入
力される。

【００１３】図１の（ａ）の装置の動作を、（ｂ）の信
号波形を参照して説明する。なお、図１の（ａ）の直線
アレイ１から目標検出器３までの動作は、図４で詳細に
説明した通りであるので、要点のみを述べる。即ち直線
アレイ１は船舶によりえい航され、直線アレイ１内の複
数の各音響受波器の受信信号とえい航方位信号が待ち受
け整相器２に入力され、ここで各方位に対する信号のレ
ベルに変換される。目標検出器３は各方位に対する信号
のレベルのピーク値等から目標の方位を検出する。

【００１４】目標ペア検出器４は、目標検出器３で検出
した目標の中から、目標方位が直線アレイのえい航方位
に対して左右対称の方位にある一対の目標（図６の
（ａ）に示したように、えい航方位からの方位差が等し
く、一方は時計廻り方向に、他方は反時計廻り方位にあ
る一対の目標）を目標ペア（実目標と虚目標のペア）と
して検出する。

【００１５】直線アレイ１は、前記のように、複数の音
響受波器を所定の間隔にロープ等で結合して船舶でえい
航するものであるから、船舶が直進したとしても潮流等
により、えい航方位はわずかではあるが常に変動してい
る。図１の（ｂ）の（ロ）は、えい航方位信号が時間軸
に対してわずかではあるが常に方位変動している様子を
示している。そして虚目標方位信号は、図７で説明した
ように、えい航方位の変動分の２倍変動するので、図１
の（ｂ）の（ハ）に示すように、その方位変動波形はえ
い航方位信号の波形と類似で、その方位変動幅はえい航
方位信号の方位変動幅の２倍となる。一方実目標方位信
号は、えい航方位信号の変動分が遅滞なく正確に補正さ
れれば一定方位のはずであるが、航行船舶音や海中雑音
の影響で多少の方位変動が生じる。しかし実目標方位信
号の方位変動波形は、えい航方位信号の方位変動波形と
類似するものとはならない（図７の（ｂ）の（イ）を参
照）。

【００１６】方位相関計算器５は、前記目標ペアの各目
標について、各々の方位信号と直線アレイのえい航方位
信号との相関値（即ち方位相関値）をそれぞれ計算す
る。相関演算においては、２波形の振幅は正規化され、
同一振幅として処理され、一方の波形を時間軸上にずら
せて行き、このずらした波形と他方の波形との積和を求
めることにより２波形の類似度を算出する。えい航方位
信号と虚目標方位信号との相関値は、図１の（ｂ）のよ
うに２波形が類似していることにより大きく、えい航方
位信号と実目標方位信号との相関値は、図１の（ｂ）の
ように２波形が類似していないことにより小さい。

【００１７】虚目標検出器６は、方位相関計算器５が目
標ペアの各目標について、それぞれ計算した各々の方位
信号とえい航方位信号との相関値を比較して、その相関
値の大きい方の目標を虚目標、小さい方の目標を実目標
と判別する。表示器７は、目標検出器３が検出した目標
のうち、虚目標検出器６が虚目標と判別とた目標を実目
標と区別して表示する。

【００１８】以上のように本実施形態１によれば、直接
アレイをえい航して目標探知を行う方式で実目標と虚目
標とを識別するため、従来のように船舶を変針させるこ
とは不要となり、目標ペアの各目標についての方位信号
とえい航方位信号との相関値を比較するのみで実目標と
虚目標の識別が可能となった。

【００１９】実施形態２ 図２は本発明の実施形態２に係る目標探知装置の構成図
である。図２の装置は、図１の構成の方位相関計算器５
及び虚目標判別器６を方位分散計算器８及び虚目標判別
器９に置換して構成したもので、その他の１〜４及び７
の各機器は図１と同様のものである。従ってここでは方
位分散計算器８及び虚目標判別器９に係る動作を主に説
明する。

【００２０】目標ペア検出器４は、目標検出器３で検出
した目標の中から、目標方位が直線アレイのえい航方位
に対して左右対称の方位にある一対の目標（ペア目標）
を検出する。前記のように船舶によりえい航される直線
アレイ１は、船舶が直進したとしても潮流等により、え
い航方位信号はわずかではあるが常に変動している（図
１の（ｂ）の（ロ）を参照）。そして虚目標方位信号
は、図１の（ｂ）の（ハ）に示すように、その方位変動
波形はえい航方位信号の波形と類似で、その方位変動幅
はえい航方位信号の方位変動幅の２倍となる。一方実目
標方位信号には航行船舶音や水中の音響雑音等が重畳し
たりするので、図１の（ｂ）の（イ）に示すように、多
少の方位変動はある。しかしその方位変動波形はえい航
方位信号の波形と類似せず、その方位変動幅は虚目標方
位信号の方位変動幅に比較してかなり小さい。

【００２１】方位分散計算器８は、目標ペア検出器４が
検出した目標ペアの各目標について、各々の目標方位の
時間的な変化から方位分散値をそれぞれ計算する。方位
分散の計算では、単位時間にｎ個の方位データが得られ
ると、このｎ個の方位データの平均方位値を求め、この
平均方位値に対するｎ個の各方位データの偏差を２乗し
て、その平均を求める演算を行う。従って単位時間内に
方位変動幅の大きい虚目標の方位分散値は、同一単位時
間内に方位変動幅の小さい実目標の方位分散値よりも大
きな値となる。

【００２２】虚目標判別器９は、方位分散計算器８が算
出した目標ペアの各目標の方位分散値を比較して、方位
分散値の大きい方の目標を虚目標と判別する。表示器７
は、目標検出器３が検出した目標のうち、虚目標検出器
９が虚目標と判別した目標を実目標と区別して表示す
る。

【００２３】以上のように本実施形態２によれば、直線
アレイをえい航して目標探知を行う方式で実目標と虚目
標とを識別するため、従来のように船舶を変針させるこ
とは不要となり、目標ペアの各目標についての方位分散
値を比較するのみで、実目標と虚目標の識別が可能とな
った。

【００２４】実施形態３ 図３は本発明の実施形態３に係る目標探知装置の構成図
である。図３の装置は、虚目標判別用の計算手段とし
て、実施形態１で用いた方位相関計算器５と、実施形態
２で用いた方位分散計算器８の両方を組込んだ構成とし
たものである。従って図３の１〜５の各機器は実施形態
１の場合と同様に動作し、方位分散計算器８は実施形態
２の場合と同様に動作する。

【００２５】虚目標判別器１０は、目標ペアの各目標に
ついて、方位相関計算器５が算出した方位相関値が大き
い方の目標と、方位分散計算器８が算出した方位分散値
が大きい方の目標とが同一目標であるか否かを判別し、
同一目標である場合は、これを虚目標と判別する。同一
目標でない場合には虚目標とは判別しない。これによっ
て虚目標の判別精度が向上する。

【００２６】例えば、直線アレイ１の各音響受波器によ
り海中を伝搬してくる音波を受波して水中航走体を探知
するような場合、音波は水中航走体の推進機関以外に
も、海上の航行船舶等からも発生され、さらに海中雑音
（波浪雑音、熱雑音、海氷雑音、乱流雑音等）も存在す
るから、これらの外乱信号の混入された受波信号を用い
て虚目標の判別を行う場合には、本実施形態３のよう
に、方位相関計算器５の計算結果に基づく第１の判別結
果と、方位分散計算器８の計算結果に基づく第２の判別
結果との論理積演算を行って最終判別を行うことで、虚
目標の判別精度を向上させることができる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、複数の音
響受波器を所定間隔に配列して船舶でえい航することに
より形成される直線アレイを用いて探知した目標の判別
方法において、前記直線アレイを用いて探知した目標の
うちから目標方位が直線アレイのえい航方位に対して左
右対称の方位にある一対の目標を検出し、前記一対の各
目標について各々の方位信号と直線アレイのえい航方位
信号との相関値をそれぞれ計算し、前記一対の各目標に
ついて計算した相関値の大きい方を虚目標、小さい方を
実目標として判別するようにしたので、従来のように実
目標と虚目標とを識別するためえい航船舶を変針させる
必要がなくなった。

【００２８】また本発明によれば、複数の音響受波器を
所定間隔に配列して船舶でえい航することにより形成さ
れる直線アレイを用いて探知した目標の判別方法におい
て、前記直線アレイを用いて探知した目標のうちから目
標方位が直線アレイのえい航方位に対して左右対称の方
位にある一対の目標を検出し、前記一対の各目標につい
て各々の方位信号の時間的変化から方位分散値をそれぞ
れ計算し、前記一対の各目標について計算した方位分散
値の大きい方を虚目標、小さい方を実目標として判別す
るようにしたので、前記と同様に、従来のように実目標
と虚目標とを識別するためえい航船舶を変針させる必要
がなくなった。

【００２９】また本発明によれば、複数の音響受波器を
所定間隔に配列して船舶でえい航することにより形成さ
れる直線アレイを用いて探知した目標の判別方法におい
て、前記直線アレイを用いて探知した目標のうちから目
標方位が直線アレイのえい航方位に対して左右対称の方
位にある一対の目標を検出し、前記一対の各目標につい
て各々の方位信号と直線アレイのえい航方位信号の相関
値をそれぞれ計算し、また前記一対の各目標について各
々の方位信号の時間的変化から方位分散値をそれぞれ計
算し、前記一対の各目標について計算した方位相関値の
大きい方の目標と方位分散値の大きい方の目標が同一目
標である場合に、この目標を虚目標と判別するようにし
たので、従来のように実目標と虚目標とを識別するため
えい航船舶を変針させる必要がなくなると共に虚目標の
判別精度を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る目標探知装置の構成
図及び信号波形図である。

【図２】本発明の実施形態２に係る目標探知装置の構成
図である。

【図３】本発明の実施形態３に係る目標探知装置の構成
図である。

【図４】直線アレイを含む水平面内のビームパターンを
示す図である。

【図５】従来の直線アレイを用いた目標探知装置の構成
図である。

【図６】変針がない場合の実目標と虚目標の表示例を示
す図である。

【図７】変針がある場合の実目標と虚目標の表示例を示
す図である。

【符号の説明】

１ 直線アレイ ２ 待ち受け整相器 ３ 目標検出器 ４ 目標ペア検出器 ５ 方位相関計算器 ６，９，１０ 虚目標判別器 ７ 表示器 ８ 方位分散計算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の音響受波器を所定間隔に配列して
   船舶でえい航することにより形成される直線アレイを用
   いて探知した目標の判別方法において、 前記直線アレイを用いて探知した目標のうちから目標方
   位が直線アレイのえい航方位に対して左右対称の方位に
   ある一対の目標を検出し、前記一対の各目標について各
   々の方位信号と直線アレイのえい航方位信号との相関値
   をそれぞれ計算し、前記一対の各目標について計算した
   相関値の大きい方を虚目標、小さい方を実目標として判
   別することを特徴とする目標判別方法。
2. 【請求項２】 複数の音響受波器を所定間隔に配列して
   船舶でえい航することにより形成される直線アレイを用
   いて探知した目標の判別方法において、 前記直線アレイを用いて探知した目標のうちから目標方
   位が直線アレイのえい航方位に対して左右対称の方位に
   ある一対の目標を検出し、前記一対の各目標について各
   々の方位信号の時間的変化から方位分散値をそれぞれ計
   算し、前記一対の各目標について計算した方位分散値の
   大きい方を虚目標、小さい方を実目標として判別するこ
   とを特徴とする目標判別方法。
3. 【請求項３】 複数の音響受波器を所定間隔に配列して
   船舶でえい航することにより形成される直線アレイを用
   いて探知した目標の判別方法において、 前記直線アレイを用いて探知した目標のうちから目標方
   位が直線アレイのえい航方位に対して左右対称の方位に
   ある一対の目標を検出し、前記一対の各目標について各
   々の方位信号と直線アレイのえい航方位信号の相関値を
   それぞれ計算し、また前記一対の各目標について各々の
   方位信号の時間的変化から方位分散値をそれぞれ計算
   し、前記一対の各目標について計算した方位相関値の大
   きい方の目標と方位分散値の大きい方の目標が同一目標
   である場合に、この目標を虚目標と判別することを特徴
   とする目標判別方法。