JP2007017309A - Target detector - Google Patents
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Description
本発明は、目標とする移動及び静止物体に向けて波動を照射し、該目標からの反射成分を含む波動信号から目標を検出する目標検出装置に係り、該目標に関する諸情報を算出して後、算出結果を画面表示する目標検出装置に関する。 The present invention relates to a target detection apparatus that irradiates a target moving and stationary object with a wave and detects a target from a wave signal including a reflected component from the target. The present invention relates to a target detection apparatus that displays a calculation result on a screen.
目標を検出するために、通常、目標からの反射成分を含む波動信号が用いられる。特に目標の方位を算出する手法として、2本の受信ビームを形成するスプリットビーム方式がある。スプリットビームによる各々の受信信号の位相差によって方位が算出される。スプリットビーム方式において、2組のスプリットビームを用い、信号対雑音比の良、悪により2組のいずれかを選択して検出確度を上げるようにしたソナー表示装置の例が特許文献1に開示されている。
In order to detect the target, a wave signal including a reflection component from the target is usually used. In particular, as a method for calculating a target azimuth, there is a split beam method in which two reception beams are formed. The azimuth is calculated from the phase difference of each received signal by the split beam.
従来、目標からの反射成分を含む波動信号から目標を検出する手法として、波動信号における目標のレベル及び持続時間に基づく目標らしさから検出する手法がある。また、目標の方位を算出する上述のスプリットビーム方式は、比較的小規模な装置構成で実現可能であることから多用されている。ところが、この方式では、目標方位と指向性ビーム中心方位とのずれや雑音の影響により方位計算誤差が生じ、同一目標が異なる指向性ビームにおいて検出されるという問題点や、目標方位以外の信号を検出する可能性があり、誤警報確率低減が課題となる。 Conventionally, as a method for detecting a target from a wave signal including a reflection component from the target, there is a method for detecting from a target likelihood based on a target level and duration in the wave signal. Further, the above-described split beam method for calculating the target azimuth is frequently used because it can be realized with a relatively small apparatus configuration. However, with this method, there is a problem that the azimuth calculation error occurs due to the difference between the target azimuth and the directional beam center azimuth and the influence of noise, and the same target is detected in different directional beams, and signals other than the target azimuth are There is a possibility of detection, and reducing the false alarm probability becomes a problem.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、目標検出する際の誤警報確率を低減し、目標方位、目標距離及び目標速度を精度良く算出可能な目標検出装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce the probability of false alarm when detecting a target, and to calculate a target azimuth, target distance, and target speed with high accuracy. It is to provide a detection device.
上記目的を達成するための本発明の目標検出装置は、目標とする物体に向けて波動を所定の第1の周期で照射し、更に、上記目標からの反射成分を含む波動信号を受信する手段と、上記手段が受信した受信信号からスプリットビームを含む複数本の指向性ビームを形成する手段と、上記複数本の指向性ビームの各々の出力信号を所定の第2の周期で取り込む手段とを具備する。本発明の目標検出装置は、それに加えて、取り込んだ出力信号を周波数領域に変換する手段と、周波数領域上の各周波数に対応する信号レベルを検出する手段と、周波数領域上の各周波数に対応する信号方位を算出する手段と、検出した各周波数に対応する信号レベルを時間方向に整列させる手段と、算出した各周波数に対応する信号方位を時間方向に整列させる手段と、整列した信号レベル及び信号方位を所定の期間取り込む手段と、上記所定の期間に取り込んだ信号レベルの平均値を算出する手段と、上記所定の期間に取り込んだ信号方位の分散値を算出する手段と、算出した平均値がレベル閾値より高く、かつ算出した分散値が方位分散閾値より低い信号が波動信号となる目標を検出目標と判定する手段とを具備する。本発明の目標検出装置は、更にそれに加えて、波動を照射してから、目標判定に至った波動信号が到来するまでの時間を基に、上記検出目標までの距離を目標距離として算出する手段とを具備し、目標判定に至った信号方位を目標方位とし、上記目標距離と上記目標方位とを目標検出情報として出力することを特徴とする。検出目標の判定がレベル閾値及び方位分散閾値を用いて行なわれるので、誤警報確率を低減することができ、目標方位、目標距離及び目標速度を精度良く算出することが可能になる。 In order to achieve the above object, a target detection apparatus of the present invention irradiates a target object with a wave at a predetermined first period, and further receives a wave signal including a reflection component from the target. And means for forming a plurality of directional beams including split beams from the received signal received by the means; and means for capturing each output signal of the plurality of directional beams at a predetermined second period. It has. In addition to the above, the target detection apparatus of the present invention corresponds to means for converting the captured output signal into the frequency domain, means for detecting a signal level corresponding to each frequency in the frequency domain, and corresponding to each frequency in the frequency domain. Means for calculating the signal direction to be performed, means for aligning the signal level corresponding to each detected frequency in the time direction, means for aligning the signal direction corresponding to each calculated frequency in the time direction, aligned signal levels, and Means for capturing a signal direction for a predetermined period; means for calculating an average value of signal levels acquired during the predetermined period; means for calculating a variance value of signal directions captured during the predetermined period; and a calculated average value Means for determining as a detection target a target whose signal is higher than the level threshold and whose calculated dispersion value is lower than the azimuth dispersion threshold becomes a wave signal. In addition to the above, the target detection apparatus of the present invention further includes means for calculating the distance to the detection target as the target distance based on the time from the irradiation of the wave until the arrival of the wave signal that has reached the target determination. The signal direction that has reached the target determination is set as the target direction, and the target distance and the target direction are output as target detection information. Since the detection target is determined using the level threshold value and the azimuth distribution threshold value, the false alarm probability can be reduced, and the target azimuth, the target distance, and the target speed can be calculated with high accuracy.
本発明によれば、算出した信号レベルの平均値が閾値より高く、かつ算出した方位の分散値が閾値より低い信号を目標と判定するので、誤警報確率を低減することができ、目標方位、目標距離及び目標速度を精度良く算出することが可能となる。 According to the present invention, a signal with an average value of the calculated signal level higher than the threshold value and a calculated azimuth variance value lower than the threshold value is determined as the target, so that the false alarm probability can be reduced. It is possible to calculate the target distance and the target speed with high accuracy.
以下、本発明に係る目標検出装置を図面に示した実施形態を参照して更に詳細に説明する。本実施形態においては、ソナーへ適用した際の形態を述べる。 Hereinafter, the target detection apparatus according to the present invention will be described in more detail with reference to embodiments shown in the drawings. In this embodiment, a mode when applied to sonar will be described.
図1に本実施形態の全体の構成を示す。 FIG. 1 shows the overall configuration of the present embodiment.
図1において、送信器11は、送信すべき電気信号を生成し出力する。送受波器12は、送信器11が出力した電気信号を音波に変換して水中へ送波すると共に、水中からの到来音波を受信し電気信号へ変換する。音波は周期Δt(所定の第1の周期)で時間t1の間だけ送波される。受信は、音波が送波されない時間(Δt−t1)の間に周期Δtよりも短い周期、即ち所定の第2の周期Δt2で繰り返し行なわれる。即ち、受信は、次の送波が行なわれるまで、k回{但し、k=(Δt−t1)/Δt2}行なわれる。
In FIG. 1, a transmitter 11 generates and outputs an electrical signal to be transmitted. The transmitter /
受信器13は、1回の受信毎に、送受信器12が出力した電気信号を電力増幅し、更に、増幅後の電気信号に対してディジタル変換を行ない、変換された信号を出力する。k回の受信によって、変換された信号は信号列となる。
The
受信においては、送受波器12が送波する音波の送波角度を複数に分割した狭い角度毎に受信角度が設けられ、狭い受信角度を持つ複数の指向性ビームが形成される。即ち、ビーム形成装置14は、予め形成すべき複数の指向性ビームの各方位を読み込み、受信器13が出力した信号列から読み込んだ方位の数だけ指向性ビームを形成する処理を行ない、指向性ビーム本数分の各信号列を出力する。指向性ビームは、スプリットビーム方式に基づいて形成される。
In reception, a reception angle is provided for each narrow angle obtained by dividing the transmission angle of the sound wave transmitted by the
目標検出処理装置15は、指向性ビーム本数分の各信号列を入力して目標検出の処理を行なう。図2に目標検出処理装置15の構成を示す。目標検出処理装置15は、周波数変換処理部151、方位算出処理部152、目標検出処理部153及び同一目標統合処理部154を含んで成る。
The target
周波数変換処理部151は、ビーム形成装置14からの出力データを周波数領域に変換する。方位算出処理部152は、周波数領域上の各周波数に対応する信号方位を算出する。信号方位は、各時点tにおいてθ(t)で表される。
The frequency
信号方位θ(t)は、スプリットビーム間の位相差φ(t)を求め、スプリットビーム間距離をd(m)、音速をC(m/s)及び送信周波数をFs(Hz)とすると、式(1)で算出される。 The signal azimuth θ (t) is obtained by calculating the phase difference φ (t) between split beams, the distance between split beams is d (m), the sound speed is C (m / s), and the transmission frequency is F s (Hz). , Calculated by equation (1).
目標検出処理部153は、算出された信号方位を入力して、目標の判定を行なう。図3に目標検出処理部153の構成を示す。目標検出処理部153は、周波数領域上の各周波数に対応する信号レベルを時間方向に整列させる周波数毎信号レベル整列処理部1531と、算出した各周波数に対応する信号方位を時間方向に整列させる周波数毎方位整列処理部1532と、整列した信号レベル及び信号方位を一定期間取り込み、取り込んだ信号レベルの平均値を算出する信号レベル平均処理部1533と、取り込んだ信号方位の分散値を算出する信号方位分散値算出処理部1534とを有する。平均を求める上記の一定期間、即ち所定の期間は、j<kとして、jΔt2で表される。
The target
目標判定処理部1535において、算出した平均値がレベル閾値より高く、かつ算出した分散値が方位分散閾値より低い信号を目標と判定される。目標判定の後に、対向速度算出処理部1536において、目標と判定された検出周波数から、対向速度が算出される。
In the target
検出周波数をF0(Hz)とすると、対向速度Vd(m/s)は式(2)によって算出される。 When the detection frequency is F 0 (Hz), the facing speed V d (m / s) is calculated by the equation (2).
次に、同一目標統合処理部154は、目標からの反射信号が、同時刻に複数本(n本)の指向性ビーム出力信号に含まれても、目標方位、対向速度により探信内同一目標判定を行なう同一目標判定部と、同一目標である場合には信号レベルによる重み付け方位平均を算出する方位平均算出部を有し、目標検出情報を唯一特定する。
Next, even if the same target
唯一特定する目標の方位θaは、複数(n個)の同一目標の方位がθ0からθnであり、信号レベルがA0からAnであるとすると、式(3)で算出される。 The only specific azimuthal theta a goal, a theta n from orientation theta 0 of the same target a plurality of (n), the signal level is assumed to be A n from A 0, is calculated by the equation (3) .
以上のように目標が検出されてから、目標までの距離及び目標の移動速度が目標距離及び目標速度算出装置16によって算出される。図4に、目標距離及び目標速度算出装置16の構成を示す。目標距離及び目標速度算出装置16は、目標距離算出処理部161、同一目標判定処理部162及び目標速度算出処理部163を含んで成る。
After the target is detected as described above, the distance to the target and the moving speed of the target are calculated by the target distance and target
目標距離算出処理部161は、波動を照射してから指向性ビーム毎に出力信号の取り込みを開始するまでの時間から目標距離を算出する。同一目標判定処理部162は、時間Δtだけ前の前回送信時が初検出の場合は目標速度対向成分から、初検出でない場合は、図5に示すように、前回送信時の目標の目標速度(後述する)から設定される同一目標判定距離範囲1622と、目標の運動能力から予め設定される同一目標判定方位範囲1623とを上記目標速度で示される目標運動方向1621を中心として設定し、距離範囲1622と方位範囲1623で囲まれた同一目標判定範囲を設定する。そして、同一目標判定処理部162は、今回送信時の目標の方位及び距離が設定した同一目標判定範囲内である場合、今回検出した目標は前回と同一であると判定する。目標速度若しくは目標速度対向成分をVd(m/s)、送信周期をΔt(s)とすると、同一目標判定距離範囲1622ΔRは式(4)で算出される。
The target distance
目標速度算出処理部163は、今回送信時に検出された目標の内、同一目標判定処理部162により前回と同一であると判定された目標の目標位置から、目標速度を算出する。図6に示すように、前回送信時に検出された目標1631の方位をθ1(deg)、距離をr1(m)とし、今回送信時に検出された目標1632の方位をθ2(deg)、距離をr2(m)とすると、目標速度1633は式(5)で算出される。
The target speed
表示装置17は、縦軸に距離、横軸に方位をとる画面上に、目標検出装置15及び目標距離及び目標速度算出装置16において検出した目標方位、目標距離を表示し、目標速度を文字で表示する。
The
以上、本実施形態により、目標の判定に一定時間間隔で取り込んだ複数の信号のレベル平均値と方位分散値が用いられるので、誤警報確率を低減することができ、目標方位、目標距離及び目標速度を精度良く算出することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, since the average level value and the azimuth variance value of a plurality of signals captured at regular time intervals are used for target determination, the false alarm probability can be reduced, and the target azimuth, target distance, and target The speed can be calculated with high accuracy.
11…送信器、12…送受信器、13…受信器、14…ビーム形成装置、15…目標検出処理装置、16…目標距離及び目標速度算出装置、151…周波数変換処理部、152…方位算出処理部、153…目標検出処理部、154…同一目標統合処理部、161…目標距離算出処理部、162…同一目標判定処理部、163…目標速度算出処理部、1531…周波数毎信号レベル整列処理部、1532…周波数毎方位整列処理部、1533…信号レベル平均処理部、1534…信号方位分散値算出処理部、1535…目標判定処理部、1536…対向速度算出処理部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Transmitter, 12 ... Transmitter / receiver, 13 ... Receiver, 14 ... Beam forming device, 15 ... Target detection processing device, 16 ... Target distance and target speed calculation device, 151 ... Frequency conversion processing unit, 152 ...
Claims (5)
上記手段が受信した受信信号からスプリットビームを含む複数本の指向性ビームを形成する手段と、
上記複数本の指向性ビームの各々の出力信号を所定の第2の周期で取り込む手段と、
取り込んだ出力信号を周波数領域に変換する手段と、
周波数領域上の各周波数に対応する信号レベルを検出する手段と、
周波数領域上の各周波数に対応する信号方位を算出する手段と、
検出した各周波数に対応する信号レベルを時間方向に整列させる手段と、
算出した各周波数に対応する信号方位を時間方向に整列させる手段と、
整列した信号レベル及び信号方位を所定の期間取り込む手段と、
上記所定の期間に取り込んだ信号レベルの平均値を算出する手段と、
上記所定の期間に取り込んだ信号方位の分散値を算出する手段と、
算出した平均値がレベル閾値より高く、かつ算出した分散値が方位分散閾値より低い信号が波動信号となる目標を検出目標と判定する手段と、
波動を照射してから、目標判定に至った波動信号が到来するまでの時間を基に、上記検出目標までの距離を目標距離として算出する手段とを具備してなり、
目標判定に至った信号方位を目標方位とし、上記目標距離及び上記目標方位を目標検出情報として出力することを特徴とする目標検出装置。 Means for irradiating a target object with a wave at a predetermined first period, and further receiving a wave signal including a reflection component from the target;
Means for forming a plurality of directional beams including split beams from the received signal received by the means;
Means for capturing an output signal of each of the plurality of directional beams at a predetermined second period;
Means for converting the captured output signal into the frequency domain;
Means for detecting a signal level corresponding to each frequency on the frequency domain;
Means for calculating a signal orientation corresponding to each frequency on the frequency domain;
Means for aligning signal levels corresponding to each detected frequency in a time direction;
Means for aligning the signal direction corresponding to each calculated frequency in the time direction;
Means for capturing the aligned signal level and signal orientation for a predetermined period of time;
Means for calculating an average value of the signal levels captured during the predetermined period;
Means for calculating a variance value of the signal orientation captured during the predetermined period;
Means for determining, as a detection target, a target whose calculated average value is higher than a level threshold and whose calculated dispersion value is lower than an azimuth dispersion threshold is a wave signal;
And a means for calculating the distance to the detection target as a target distance based on the time from irradiating the wave until the arrival of the wave signal that has reached the target determination.
A target detection apparatus characterized in that a signal azimuth reaching a target determination is set as a target azimuth, and the target distance and the target azimuth are output as target detection information.
目標判定に至った周波数領域上の周波数から目標の対向速度を算出する手段と、
上記複数本の指向性ビームに含まれる少なくとも2本の指向性ビームからそれぞれ上記目標検出情報が得られる場合に、上記目標方位と上記対向速度とから上記少なくとも2本の指向性ビームから得られる検出目標が同一であるか否かを判定し、同一と判定されたときに、上記少なくとも2本の指向性ビームからの目標方位を信号レベルによって重み付けし、重み付けされた目標方位の平均を平均目標方位として算出する手段とを備え、
算出された平均目標方位を上記目標検出情報の目標方位とすることを特徴とする目標検出装置。 In claim 1,
Means for calculating the target opposing speed from the frequency on the frequency domain that has led to the target determination;
When the target detection information is obtained from at least two directional beams included in the plurality of directional beams, detection is obtained from the at least two directional beams from the target azimuth and the opposing speed. It is determined whether or not the targets are the same. When the targets are determined to be the same, the target directions from the at least two directional beams are weighted by the signal level, and the average of the weighted target directions is the average target direction. And means for calculating as
A target detection apparatus characterized in that the calculated average target direction is set as a target direction of the target detection information.
上記所定の第1の周期での前回の送信によって得られた検出目標と今回の送信によって得られた検出目標とが同一であるか否かを判定する手段と、
同一と判定されたときに、前回の送信によって得られた検出目標の目標距離及び目標方位と今回の送信によって得られた検出目標の目標距離及び目標方位と上記第1の周期とから、検出目標の目標速度を算出する手段とを備え、
上記目標速度を上記目標検出情報に含めて出力することを特徴とする目標検出装置。 In claim 1,
Means for determining whether the detection target obtained by the previous transmission in the predetermined first period and the detection target obtained by the current transmission are the same;
From the target distance and target direction of the detection target obtained by the previous transmission, the target distance and target direction of the detection target obtained by the current transmission, and the first cycle when determined to be the same, the detection target Means for calculating the target speed of
A target detection apparatus characterized in that the target speed is included in the target detection information and output.
上記目標検出情報である上記目標距離、上記目標方位及び上記目標速度を表示する表示装置を備えていることを特徴とする目標検出装置。 In claim 3,
A target detection apparatus comprising: a display device that displays the target distance, the target direction, and the target speed as the target detection information.
上記送受波器が受信した受信信号からスプリットビームを含む複数本の指向性ビームを形成するビーム形成装置と、
上記複数本の指向性ビームの各々の出力信号を第2の周期で取り込み、取り込んだ出力信号を周波数領域に変換することによって得られる周波数領域上の各周波数に対応する信号レベル及び信号方位から、レベル閾値及び方位分散閾値を用いて目標判定を行ない、目標判定に至った信号方位を目標方位として定める目標検出処理装置と、
波動を照射してから、目標判定に至った波動信号が到来するまでの時間を基に、上記目標判定によって定められた目標までの距離を目標距離として算出し、更に、上記所定の第1の周期での前回の送信によって得られた検出目標の目標方位及び目標距離と、今回の送信によって得られた前回と同じ検出目標の目標方位及び目標距離と上記第1の周期とから、検出目標の目標速度を算出する目標距離及び目標速度算出装置と、
上記目標検出処理装置が定めた上記目標方位と、上記目標距離及び目標速度算出装置が算出した上記目標距離及び上記目標速度とを表示する表示装置とを具備してなることを特徴とする目標検出装置。
A transducer for irradiating a target object with a wave at a predetermined first period and further receiving a wave signal including a reflection component from the target;
A beam forming device for forming a plurality of directional beams including split beams from the received signal received by the transducer;
From the signal level and the signal direction corresponding to each frequency on the frequency domain obtained by capturing each output signal of the plurality of directional beams in the second period and converting the captured output signal to the frequency domain, A target detection processing device that performs target determination using a level threshold value and an azimuth dispersion threshold value, and determines a signal azimuth leading to the target determination as a target azimuth;
Based on the time from the irradiation of the wave until the arrival of the wave signal that has reached the target determination, the distance to the target determined by the target determination is calculated as the target distance, and the predetermined first From the target orientation and target distance of the detection target obtained by the previous transmission in the cycle, the target orientation and target distance of the same detection target obtained by the current transmission, and the first cycle, the detection target A target distance and target speed calculation device for calculating a target speed;
The target detection comprising: a display device for displaying the target azimuth determined by the target detection processing device and the target distance and target speed calculated by the target distance and target speed calculation device. apparatus.
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