JP2009068989A - アクティブソーナー装置およびアクティブソーナー装置による残響除去方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な海底地形が存在する海域の、海底地形に依存した音波の反射による、不要なエコー信号を残響として除去する。
【解決手段】本発明のアクティブソーナー装置は、送波器と、送波器から送波された音波の反射波を受波信号として受波する受波器と、地図上の位置における海底の深度を表す海底深度データと海底の障害物の位置を表す障害物データとを基に、反射が起こりやすい地形が存在する海域を検出除去海域として抽出する検出除去海域抽出部と、受波信号のレベルを算出する信号処理部と、受波信号のうち信号処理部にて算出されたレベルがあらかじめ設定されている閾値を越えている受波信号を、エコー信号として検出する信号検出部と、信号検出部にて検出されたエコー信号のうち検出除去海域抽出部にて抽出された検出除去海域にて反射したエコー信号を、残響として除去する検出除去判定部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクティブソーナー装置およびアクティブソーナー装置による残響除去方法に関するものであり、特に海底深度データを用いることで、複雑な海底地形からの残響の除去を可能にした残響除去方法に関する。

一般的なアクティブソーナー装置の技術について説明する。

アクティブソーナー装置とは、目標に対し自ら音波を発生、送波し、その反射波を受波する機能を持ち、受波した目標からのエコー信号を信号処理することで、目標の方位と距離を特定するソーナー装置のことである。エコー信号から得られた方位と距離を用いて、使用者は目標の有無および位置を把握する。受波したエコー信号には海底や海水面、水中生物などから反射したエコー信号も含まれるため、使用者はこれらのエコー信号の中から捜索する目標のエコー信号を判断する。

アクティブソーナー装置および地形を利用したソーナー・レーダ装置に関する技術としては、様々な技術が特許文献として開示されている。本発明に関係する特許文献を以下に列挙する。

特許文献１には、海底の深度とセンサの深度を入力し、海底で反射したエコー信号と水面で反射したエコー信号の検出結果を出力画面にマーカーで表示する技術が記載されている。

また、特許文献２には、送波した音波の周波数の時間勾配または変化幅に基づいて、ソーナー装置の検出結果から衝撃音や生物音などを除去することで誤警報を低減する技術が記載されている。

特許文献３には、ソーナー装置を用いて海底中の地形を探索し、船舶の進行方向に存在する危険物の方位と距離を、より遠くから容易に検出することで、暗礁への衝突を未然に防ぐ技術が記載されている。

特許文献４には、地形数値データベースを基に３次元の地図情報を生成し、航空機などの移動体の位置からの鳥瞰図を表示する技術が記載されている。

特許文献５には、地図情報データを用いて、自己位置を中心とした山岳・陸岸までの距離を計算し、レーダ装置に受信されるエコー信号のレベルの想定値を計算して、検出閾値を設定することで、検出結果のうち地形からの反射波を除去し、誤警報を低減する技術が記載されている。
特開平５−１８８１３９号公報 特開平８−２２０２１５号公報 特開平７−１８１２５５号公報 特開平１１−４４５５１号公報 特開平１０−１３２９２２号公報

ソーナー装置の受波器が受波する受波信号には、音源もしくは送波器が送波した音波が様々な物体から反射したエコー信号が含まれている。図９に海底地形に依存した音波の反射の概念図を示す。図９に示すように、海底には盛り上がって凸状になっている凸地形や、登りの勾配が急峻な勾配地形が存在する。特許文献１では単純に海底地形が平坦であると仮定して海底からのエコー信号を扱っている。しかし、図９に示したような複雑な海底地形が存在する海域では、海底地形に依存した反射が存在し、不要なエコー信号が数多く検出されてしまう。そのため誤警報が増加し、目標の探知を阻害してしまうという問題があった。

本発明は、複雑な海底地形からの反射によるエコー信号を残響として除去することで、誤警報を低減し、捜索目標の探知精度を向上することができるアクティブソーナー装置およびアクティブソーナー装置による残響除去方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のアクティブソーナー装置は、
送波器と、前記送波器から送波された音波の反射波を受波信号として受波する受波器と、を有してなるアクティブソーナー装置であって、
地図上の位置における海底の深度を表す海底深度データと海底の障害物の位置を表す海底障害物データとを基に、音波の反射が起こりやすい海底地形が存在する海域を検出除去海域として抽出する検出除去海域抽出部と、
前記受波信号のレベルを計算する信号処理部と、
前記受波信号のうち前記信号処理部にて計算されたレベルがあらかじめ設定されている閾値を越えている受波信号を、エコー信号として検出する信号検出部と、
前記信号検出部にて検出されたエコー信号のうち前記検出除去海域抽出部にて抽出された検出除去海域にて反射したエコー信号を、残響として除去する検出除去判定部と、を備えることを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明のアクティブソーナー装置の残響除去方法は、
送波器と、前記送波器から送波された音波の反射波を受波信号として受波する受波器と、を有してなるアクティブソーナー装置がおこなう残響除去方法であって、
地図上の位置における海底の深度を表す海底深度データと海底の障害物の位置を表す海底障害物データとを基に、音波の反射が起こりやすい海底地形が存在する海域を検出除去海域として抽出する検出除去海域抽出ステップと、
前記受波信号のレベルを計算する信号処理ステップと、
前記受波信号のうち前記信号処理ステップにて計算されたレベルがあらかじめ設定されている閾値を越えている受波信号を、エコー信号として検出する信号検出ステップと、
前記信号検出ステップにて検出されたエコー信号のうち前記検出除去海域抽出ステップにて抽出された検出除去海域にて反射したエコー信号を、残響として除去するステップと、を有することを特徴とする。

本発明によれば、地図上の位置における海底の深度を表す海底深度データと海底の障害物の位置を表す海底障害物データとを基に、音波の反射が起こりやすい海底地形が存在する海域を検出除去海域として抽出する。

また、受波器にて受波した受波信号に信号処理をおこなうことで、エコー信号を検出する。

これにより、上記で検出されたエコー信号のうち、上記検出除去海域にて反射したエコー信号を残響として除去することができるという効果が得られる。

以下に、本発明に関わるアクティブソーナー装置、および残響除去方法の好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

図１に、本発明の実施形態のアクティブソーナー装置の残響除去部の構成を示す。本発明のアクティブソーナー装置は、図1に示す残響除去部の他に、送波器と、送波器から送波された音波の反射波を受波信号として受波する受波器と、を有しているが、本発明は受波器にて受波された受波信号を基に海底地形からのエコー信号による残響を除去する残響除去部に特徴があるため、図１では送波器および受波器を省略している。

図１に示すように、本実施形態のアクティブソーナー装置の残響除去部は、検出除去海域抽出部１と、信号処理部２と、信号検出部３と、情報変換部４と、検出除去判定部５と、表示部６と、を有している。

検出除去海域抽出部１は、海底からの不要なエコー信号が多い海域を、検出除去海域として抽出する。検出除去海域抽出部１にて抽出された検出除去海域の位置情報は、情報変換部４に出力される。

検出除去海域抽出部１に関して、さらに詳述する。図１に示すように、この検出除去海域抽出部１は、海底深度データを海底深度画像データとして記録した海底深度データベース１１と、海底深度画像データを基に凸地形のある海底凸海域を抽出する海底凸海域抽出部１２と、海底深度画像データを基に勾配のある海底勾配海域を抽出する海底勾配海域抽出部１３と、海底に沈んでいる沈船の位置情報を記録した沈船データベース１４と、海底深度データベースから捜索海域の海底深度画像データを抽出し、海底凸海域抽出部１２と海底勾配海域抽出部１３とに出力する海底深度データ抽出部１５と、沈船データベースから捜索海域に含まれる沈船の位置情報を抽出し、情報処理部４へ出力する海底障害物データ抽出部１６と、を有している。本実施形態では、検出除去海域抽出部１には、海底の障害物の位置を表す海底障害物データを記録した海底障害物データベースとして沈船データベース１４を設けているが、沈船データベース１４に代えてまたは追加して、他の障害物のデータベースを設けても良い。なお本実施形態においては沈船の位置情報が海底障害物データに相当する。

海底凸海域抽出部１２に関して、さらに詳述する。図２に示すように、海底凸海域抽出部１２は、海底深度画像データの隣接したデータ間の変化量を計算し出力するエッジ検出フィルタ処理部１２１と、エッジ検出フィルタ処理部１２１から出力された隣接したデータ間の変化量の値とあらかじめ設定された閾値を比較し、閾値を越えた海域を海底凸海域として抽出する閾値判定処理部１２２と、を有している。

海底勾配海域抽出部１３に関して、さらに詳述する。 図３に示すように、海底勾配海域抽出部１３は、海底深度画像データの隣接したデータ間の変化量を小さくして平滑化する平滑化フィルタ処理部１３１と、平滑化フィルタ処理部１３１にて平滑化フィルタ処理された海底深度画像データを基に勾配の急峻さ（微係数）を計算する勾配計算部１３２と、勾配計算部１３２にて計算された微係数とあらかじめ設定された閾値を比較し、閾値を越えている海域を海底勾配海域として抽出する閾値判定処理部１３３と、を有している。

信号処理部２は、不図示の受波器にて受波した受波信号の信号処理をおこない、処理結果を信号検出部３に出力する。

信号検出部３は、信号処理部２にて信号処理した結果を基に、エコー信号の検出をおこなう。検出されたエコー信号の時間方位情報は情報変換部４に出力される。前記のエコー信号の時間方位情報は、送波器より音波が送波された時間を基準時とし、エコー信号が受波器に到来するまでの到来時間と、受波器の位置を基準とし、エコー信号の到来角度を北（図５上図の上方向）から時計回りの角度で表した到来方位と、を検知したエコー信号の情報として有する。

情報変換部４は、信号検出部３から入力されたエコー信号の時間方位情報を位置情報に変換するか、または、検出除去海域抽出部１から入力された検出除去海域の位置情報を時間方位情報に変換する。エコー信号と検出除去海域の変換結果（時間方位情報もしくは位置情報）は検出除去判定部５に出力される。

検出除去判定部５は、情報変換部４にて変換されたエコー信号と検出除去海域の時間方位情報もしくは位置情報を比較し、信号検出部３にて検出されたエコー信号が検出除去海域の海底からの反射によるものであるかの判定をおこなう。検出したエコー信号が検出除去海域の海底からの反射によるものである場合には、このエコー信号は残響として除去される。残響除去結果は表示部６へ出力される。

表示部６は、検出除去判定部５にて、残響が除去された処理結果を画像情報として出力する。なお、表示部６は、海底深度データベース１１の海底深度画像データや、沈船データベース１４の沈船の位置情報や、信号検出部３にて検出されたエコー信号の時間方位情報や、検出除去海域抽出部１にて抽出された検出除去海域の位置情報、などを基に、図４や図５に示すような画像情報を出力することも可能である。

以下に、本実施形態におけるアクティブソーナー装置の残響除去部の動作について、図面を用いて説明する。

まず、信号処理部２は、受波器で受波した受波信号に対して信号処理をおこない、受波信号のレベルと方位を計算し、信号検出部３へ出力する。

信号検出部３は、信号処理部２で計算された受波信号のレベルとあらかじめ設定されている閾値を比較し、閾値を越えた受波信号をエコー信号として検出する。検出したエコー信号の時間方位情報は情報変換部４へ出力される。

検出除去海域抽出部１は、海底深度データベース１１の海底深度データおよび沈船データベース１４の沈船の位置情報に基づき、捜索海域に存在する検出除去海域を抽出し、抽出した検出除去海域の位置情報を、情報変換部４に出力する。

検出除去海域抽出部１の動作に関して、さらに詳述する。

海底深度データベース１１は、地図上の位置における海底の深度を表す海底深度データを海底深度画像データとして記録したデータベースである。

海底深度データ抽出部１５は、海底深度データベース１１から捜索海域の海底深度画像データを読み込み、海底凸海域抽出部１２と、海底勾配海域抽出部１３と、へ出力する。

海底凸海域抽出部１２は、海底深度データ抽出部１５から入力された捜索海域の海底深度画像データから、海底凸海域を抽出する。そのために、エッジ検出フィルタ処理部１２１は、捜索海域の海底深度画像データに対しエッジ検出フィルタ処理をおこなう。このエッジ検出フィルタ処理により、海底深度の緩やかな変化を無視し、海底深度の変化が急峻な海底凸海域のみを抽出することができる。エッジ検出フィルタ処理により得られたエッジ検出画像データは閾値判定部１２２へ出力される。閾値判定部１２２は、エッジ検出フィルタ処理部１２１から入力されたエッジ検出画像データの値とあらかじめ設定された閾値を比較し、閾値を越えた部分を海底凸海域として抽出する。抽出した海底凸海域は、検出除去海域の位置情報として情報変換部４へ出力される。

海底勾配海域検出部１３は、海底深度データ抽出部１５から入力された捜索海域の海底深度画像データから、海底勾配海域を抽出する。このとき、海底深度画像データを基にそのまま微係数を計算すると、海底深度の変化が急峻な海底凸海域まで急峻な勾配として抽出してしまう。そのため海底深度画像データを基に微係数を計算する前に、平滑化フィルタ処理部１３１で海底深度画像データの平滑化フィルタ処理をおこない、海底深度データを平滑化する。平滑化フィルタ処理部１３１で平滑化フィルタ処理した海底深度画像データは勾配計算部１３２へ出力される。勾配計算部１３２は、平滑化フィルタ処理部１３１から入力された平滑化フィルタ処理された海底深度画像データに対して、x,yそれぞれの方向の微係数を計算する。勾配計算部１３２は、得られた計算結果を、音源または送波器から見た海底深度の勾配画像データに変換する。変換された勾配画像データは閾値判定部１３３へ出力される。閾値判定部１３３は、勾配計算部１３２から入力された勾配画像データの値とあらかじめ設定された閾値を比較し、閾値を越えた部分を海底勾配海域として抽出する。抽出した海底勾配海域の位置情報は情報変換部４へ出力される。

沈船データベース１４は、海底に沈んでいる沈船の位置情報を記録したデータベースである。

海底障害物データ抽出部１６は、沈船データベース１４から捜索海域内に含まれる沈船の位置情報を取得し、沈船の位置情報で表される沈船の位置の周囲の海域を検出除去海域として抽出し、抽出した検出除去海域の位置情報を情報変換部４へ出力する。

情報変換部４は、検出除去海域抽出部１から入力された検出除去海域の位置情報と、抽出された検出除去海域と送波器および受波器との位置関係と、を基に検出除去海域の海底からのエコー信号の到来時間および到来方位を計算する。情報変換部４は、この計算により検出除去海域の位置情報を時間方位情報に変換する。検出除去海域の時間方位情報と、信号検出部３から入力されたエコー信号の時間方位情報は、検出除去判定部５へ出力される。なお、情報変換部４は、検出除去海域の位置情報を時間方位情報に変換する方法とは逆に、信号検出部３から入力されるエコー信号の時間方位情報を位置情報に変換し、検出除去海域抽出部１から入力される検出除去海域の位置情報と共に検出除去判定部５に出力しても良い。

検出除去判定部５は、情報変換部４から入力された、検出除去海域とエコー信号の時間方位情報を比較し、検出したエコー信号が検出除去海域の海底からの反射によるものであるかの判定をおこなう。検出除去判定部５は、検出したエコー信号が検出除去海域の海底からの反射によるものである場合には、そのエコー信号を残響として除去する。検出除去判定部５は、信号検出部３で検出したエコー信号のうち、検出除去海域の海底からのエコー信号を残響として除去した結果を表示部６へ出力する。なお、検出除去判定部５は、時間方位情報を比較する方法とは逆に、検出除去海域とエコー信号の位置情報を比較し、検出除去海域の海底からのエコー信号を判定しても良い。

表示部６は、検出除去判定部５から入力された残響が除去された処理結果を画像情報として出力する。なお、表示部６は、検出除去海域抽出部１や、信号検出部３や、情報変換部４、などの処理結果を基に、図４に示すような捜索海域に含まれる海底凸海域や、海底勾配海域や、沈船、などの画像情報や、図５に示すような検出したエコー信号と検出除去海域の画像情報、などを出力することも可能である。

以下に、本実施形態のアクティブソーナー装置の動作について、具体例を挙げて説明する。ここでは図４のような海域を捜索海域とする場合の動作を、図５を用いて説明する。

まず、位置Ｐの送波器から音波を水中に送波する。水中に送波された音波は、海底や目標に当たって反射する。その反射波は、受波信号として、位置Ｑの受波器にて受波される。

信号処理部２は、受波器で受波した受波信号に対し、フーリエ変換や相関処理などの信号処理をおこない、受波信号のレベルと方位を計算し、その計算結果を信号検出部３へ出力する。

信号検出部３は、入力された受波信号の計算結果を基に、受波信号のレベルが閾値を越えた時間を検出し、エコー信号の到来方位を計算する。その結果、図５下図に示すＡ〜Ｄのエコー信号を検出したとする。図５下図の横軸は検出されたエコー信号の到来時間を意味し、縦軸は検出されたエコー信号のレベルと、到来方位と、を意味している。

海底深度データ抽出部１５は、海底深度データベース１１から捜索海域の海底深度データを海底深度画像データとして読み込み、海底凸海域抽出部１２と海底勾配海域抽出部１３へあらかじめ出力しておく。

海底凸海域抽出部１２では、エッジ検出フィルタ処理部１２１は、海底深度データ抽出部１５から入力された海底深度画像データに対して行列の畳み込み演算をおこない、エッジ検出フィルタ処理をおこなう。エッジ検出フィルタ処理部１２１は、エッジ検出フィルタ処理により、海底深度画像データを基に隣接したデータ間の変化量を計算し、その計算結果を閾値判定処理部１２２へ出力する。なお、エッジ検出フィルタ処理部１２１は、エッジ検出フィルタ処理として、行列の畳み込み演算以外にも、局所的な分散を求めるなどの手法を用いて隣接したデータ間の変化量を計算しても良い。閾値判定処理部１２２は、エッジ検出フィルタ処理部１２１から入力された計算結果とあらかじめ設定されている閾値を比較し、エッジ検出フィルタ処理の計算結果の値が閾値を越えた部分を海底凸海域として抽出する。図６に、海底凸海域抽出部１２の動作の概念図を示す。海底凸海域抽出部１２に、図６の左に示すような海底地形の海底深度画像データが入力されたとする。この場合、海底凸海域抽出部１２は、隣接したデータ間の変化量があらかじめ設定された閾値よりも大きな部分のみを通過させるため、図６の右に示すように、隣接したデータ間の変化量が大きい海底凸地形は抽出するが、変化量が小さい海底勾配地形は抽出しない。この操作により、海底凸海域抽出部１２は、捜索海域から海底凸海域（ア）を検出除去海域として抽出する。海底勾配海域（イ）の深度変化は海底凸海域（ア）よりも緩やかなので、隣接したデータ間の変化量が小さいため、海底凸海域抽出部１２では海底勾配海域（イ）は検出除去海域として抽出されない。

海底勾配海域抽出部１３では、平滑化フィルタ処理部１３１は、海底深度データ抽出部１５から入力された海底深度画像データ中の隣接したデータ間の変化量が、あらかじめ設定された閾値よりも大きい部分に、他の隣接したデータ間の変化量の平均値を代入して、変化量の大きい部分を平滑化する平滑化フィルタ処理をおこなう。平滑化フィルタ処理結果は勾配計算部１３２に出力される。平滑化フィルタ処理部１３１はエッジ検出フィルタ処理部１２１と同様に、入力された海底深度画像データに対して行列の畳み込み演算をおこない、平滑化フィルタ処理をおこなう。なお、平滑化フィルタ処理部１３１は、行列の畳み込み演算以外にも、局所的な平均を求めるなどの手法を用いてデータを平滑化しても良い。勾配計算部１３２は、平滑化フィルタ処理部１３１で平滑化フィルタ処理された捜索海域の海底深度画像データに対して、xおよびy方向それぞれの微係数を計算する。勾配計算部１３２は、計算したｘおよびｙ方向の微係数をベクトルとして合成する。送波器の位置から見て登り勾配に該当する海底地形は音波を反射しやすいため、勾配計算部１３２は、送波器の位置を中心とした相対位置を計算し、相対位置を用いて捜索海域の海底地形の勾配を微係数として計算する。なお、勾配計算部１３２は、送波器と受波器の位置関係を考慮して、音波が反射しやすい角度を計算して勾配を計算しても良い。勾配計算部１３２は、微係数の計算結果を閾値判定処理部１３３へ出力する。閾値判定処理部１３３は、勾配計算部１３２から入力された微係数とあらかじめ設定された閾値を比較し、微係数の値が閾値を越えた部分を、海底勾配海域として抽出する。図７に、海底勾配海域抽出部１３の動作の概念図を示す。図７の左に示すような海底地形の海底深度画像データが、海底勾配海域抽出部１３に入力されたとする。この場合、海底勾配海域抽出部１３は、隣接したデータ間の変化量が大きな部分を平滑化してから微係数を計算するため、図７の右に示すように、隣接したデータ間の変化量が大きい海底凸地形は平滑化処理により平滑化されるため抽出されず、変化量が小さい海底勾配地形のみが海底勾配海域として抽出される。この操作によって、捜索海域から海底勾配海域（イ）が抽出される。平滑化フィルタ処理により海底凸地形が平滑化されているので、海底勾配海域抽出部１３では、海底凸海域（ア）は抽出されない。

海底障害物データ抽出部１６は、沈船データベース１４から捜索海域に含まれる沈船の位置情報を検索し、沈船の位置情報で表される沈船の位置の周囲の海域を検出除去海域として抽出する。この操作によって、捜索海域から沈船の周囲の海域（ウ）が抽出される。

検出除去海域抽出部１は、以上の処理により抽出された検出除去海域（海底凸海域（ア）、海底勾配海域（イ）、沈船の周囲の海域（ウ））の位置情報を、情報変換部４へ出力する。

情報変換部４は、検出除去判定部５で、検出除去海域抽出部１から入力された検出除去海域の位置情報と、信号検出部３から入力されたエコー信号の時間方位情報を比較するために、検出除去海域の位置情報を時間方位情報に変換するか、または、エコー信号の時間方位情報を位置情報に変換する。図８に、位置情報と時間方位情報の変換処理の概念図を示す。検出除去海域の位置情報を時間方位情報に変換する場合、送波器と受波器と検出除去海域の位置関係を基に、検出除去海域の海底からのエコー信号の音波伝搬距離を計算し、エコー信号の音波伝搬距離と音速を基に、エコー信号が受波器に到来する到来時間と到来方位を計算する。この計算において、海底深度データを用いて音波伝播距離を計算するだけでなく、水温や塩分濃度を加味して音波伝搬距離の計算をおこない、より精度の高い到来時間と到来方位を用いて検出除去海域を計算しても良い。情報変換部４は、検出除去海域の海底からのエコー信号の到来時間と到来方位を計算することで、検出除去海域の位置情報を時間方位情報に変換し、検出除去判定部５へ出力する。なお、情報変換部４で、信号検出部３で検出されたエコー信号の時間方位情報を位置情報に変換する場合は、送波器と受波器の位置関係およびエコー信号の到来時間と到来方位を基に、音波が反射したと推定される位置を計算する。

検出除去判定部５は、情報変換部４から入力されたエコー信号と検出除去海域の時間方位情報、もしくは位置情報を比較し、検出されたエコー信号の反射位置が検出除去海域に含まれている場合、そのエコー信号を残響として除去する。図４に示した捜索海域において、信号検出部３にて検出されたＡ〜Ｄのエコー信号のうち、Ａ は海底凸海域（ア）に含まれているため除去される。Ｃは沈船の周囲の海域（ウ）に含まれるため除去される。Ｄは海底勾配海域（イ）に含まれているため、これも除去される。よって検出除去判定部５の残響除去処理の結果、Ａ 〜Ｄのエコー信号のうち、Ａ ，Ｃ，Ｄは残響として除去され、Ｂだけが目標からのエコー信号として検出される。

本発明は、アクティブソーナー装置に利用可能である。

本発明の一実施形態に係るアクティブソーナー装置の残響除去部の機能ブロック図である。 図１に示した海底凸海域抽出部の機能ブロック図である。 図１に示した海底勾配海域抽出部の機能ブロック図である。 地図上における海底凸海域と、海底勾配海域と、沈船と、の概念図である。 図１に示したアクティブソーナー装置において、図４に示した海域を捜索海域とした場合の残響除去動作を説明する概念図である。 図１および図２に示した海底凸海域抽出部の動作を説明する概念図である。 図１および図３に示した海底勾配海域抽出部の動作を説明する概念図である。 図１に示したアクティブソーナー装置において、検出除去海域の位置情報を基に音波の到来時間と到来方位を計算するときの動作を説明する概念図である。 海底凸地形による反射と海底勾配地形による反射を説明する概念図である。

符号の説明

１ 検出除去海域抽出部
２ 信号処理部
３ 信号検出部
４ 情報変換部
５ 検出除去判定部
６ 表示部
１１ 海底深度データベース
１２ 海底凸海域抽出部
１３ 海底勾配海域抽出部
１４ 沈船データベース
１５ 海底深度データ抽出部
１６ 海底障害物データ抽出部
１２１ エッジ検出フィルタ処理部
１２２ 閾値判定処理部
１３１ 平滑化フィルタ処理部
１３２ 勾配計算部
１３３ 閾値判定処理部

Claims (14)

1. 送波器と、前記送波器から送波された音波の反射波を受波信号として受波する受波器と、を有してなるアクティブソーナー装置であって、
   地図上の位置における海底の深度を表す海底深度データと海底の障害物の位置を表す海底障害物データとを基に、音波の反射が起こりやすい海底地形が存在する海域を検出除去海域として抽出する検出除去海域抽出部と、
   前記受波信号のレベルを計算する信号処理部と、
   前記受波信号のうち前記信号処理部にて計算されたレベルがあらかじめ設定されている閾値を越えている受波信号を、エコー信号として検出する信号検出部と、
   前記信号検出部にて検出されたエコー信号のうち前記検出除去海域抽出部にて抽出された検出除去海域にて反射したエコー信号を、残響として除去する検出除去判定部と、を備えることを特徴とするアクティブソーナー装置。
2. 前記信号処理部は、前記受波器の位置を基準としたときの前記受波信号の到来角度を表す方位をさらに計算し、
   前記信号検出部は、前記検出されたエコー信号の到来時間に対する到来方位を表す時間方位情報を計算することとし、
   前記アクティブソーナー装置は、さらに、
   前記送波器および前記受波器の位置情報と前記信号検出部にて検出されたエコー信号の時間方位情報を基に、検出されたエコー信号が反射された海域の位置情報を推定し、当該推定結果を基に、前記信号検出部にて検出されたエコー信号の時間方位情報を位置情報に変換する情報変換部を有し、
   前記検出除去判定部は、前記検出除去海域抽出部にて抽出された検出除去海域の位置情報と前記情報変換部にて変換されたエコー信号の位置情報とを比較し、当該比較結果に基づいて、前記信号検出部にて検出されたエコー信号が前記検出除去海域にて反射したエコー信号であるか判定する、請求項１に記載のアクティブソーナー装置。
3. 前記信号処理部は、前記受波器の位置を基準としたときの前記受波信号の到来角度を表す方位をさらに計算し、
   前記信号検出部は、前記検出されたエコー信号の到来時間に対する到来方位を表す時間方位情報を計算することとし、
   前記アクティブソーナー装置は、さらに、
   前記送波器および前記受波器の位置情報と前記検出除去海域の位置情報を基に、前記検出除去海域にて反射したエコー信号の前記受波器への到来時間と到来方位を推定し、当該推定結果を基に、前記検出除去海域抽出部にて抽出された検出除去海域の位置情報を時間方位情報に変換する情報変換部を有し、
   前記検出除去判定部は、前記信号検出部にて計算されたエコー信号の時間方位情報と前記情報変換部にて変換された検出除去海域の時間方位情報とを比較し、当該比較結果に基づいて、前記信号検出部にて検出されたエコー信号が前記検出除去海域にて反射したエコー信号であるか判定する、請求項１に記載のアクティブソーナー装置。
4. 前記検出除去海域抽出部は、
   前記海底深度データを海底深度画像データとして記録した海底深度データベースと、
   前記海底深度データベースから捜索海域の海底深度画像データを抽出する海底深度データ抽出部と、
   前記海底深度データ抽出部にて抽出された前記海底深度画像データを基に、音波の反射が起こりやすい、盛り上がって凸状になっている凸地形が存在する海底凸海域を前記検出除去海域として抽出する海底凸海域抽出部と、
   前記海底深度データ抽出部にて抽出された前記海底深度画像データを基に、音波の反射が起こりやすい、登りの勾配が急峻な勾配地形が存在する海底勾配海域を前記検出除去海域として抽出する海底勾配海域抽出部と、を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のアクティブソーナー装置。
5. 前記検出除去海域抽出部は、
   前記海底障害物データを記録した海底障害物データベースと
   前記海底障害物データベースから、捜索海域に存在する障害物の海底障害物データを抽出し、海底障害物データにより表される位置の周囲の海域を前記検出除去海域として抽出する海底障害物データ抽出部とをさらに有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のアクティブソーナー装置。
6. 前記海底凸海域抽出部は、
   前記海底深度データ抽出部にて抽出された前記海底深度画像データを基に、前記海底深度画像データ中の隣接するデータ間のデータの変化量を計算するエッジ検出フィルタ処理部と、
   前記エッジ検出フィルタ処理部にて計算された隣接するデータ間の変化量を、あらかじめ設定された閾値と比較し、当該閾値を越えている海域を海底凸海域として抽出する閾値判定処理部と、を有する、請求項４記載のアクティブソーナー装置。
7. 前記海底勾配海域抽出部は、
   前記海底深度データ抽出部にて抽出された前記海底深度画像データを基に、前記海底深度画像データ中の隣接するデータ間のデータの変化量があらかじめ設定されている閾値よりも大きい部分に、他の隣接するデータ間の変化量の平均値を代入することで隣接するデータ間の変化量を小さくする平滑化フィルタ処理部と、
   前記平滑化フィルタ処理部にて処理された海底深度画像データを基に、隣接するデータ間の微係数を計算することで、捜索海域の海底の勾配の急峻さを求める勾配計算部と、
   前記勾配計算部にて計算された隣接するデータ間の微係数を、あらかじめ設定されている閾値と比較し、当該閾値を越えている海域を海底勾配海域として抽出する閾値判定処理部と、を有する、請求項４記載のアクティブソーナー装置。
8. 送波器と、前記送波器から送波された音波の反射波を受波信号として受波する受波器と、を有してなるアクティブソーナー装置がおこなう残響除去方法であって、
   地図上の位置における海底の深度を表す海底深度データと海底の障害物の位置を表す海底障害物データとを基に、音波の反射が起こりやすい海底地形が存在する海域を検出除去海域として抽出する検出除去海域抽出ステップと、
   前記受波信号のレベルを計算する信号処理ステップと、
   前記受波信号のうち前記信号処理ステップにて計算されたレベルがあらかじめ設定されている閾値を越えている受波信号を、エコー信号として検出する信号検出ステップと、
   前記信号検出ステップにて検出されたエコー信号のうち前記検出除去海域抽出ステップにて抽出された検出除去海域にて反射したエコー信号を、残響として除去するステップと、を有することを特徴とするアクティブソーナー装置の残響除去方法。
9. 前記信号処理ステップでは、前記受波器の位置を基準としたときの前記受波信号の到来角度を表す方位をさらに計算し、
   前記信号検出ステップでは、前記検出されたエコー信号の到来時間に対する到来方位を表す時間方位情報を計算し、
   前記送波器および前記受波器の位置情報と前記信号検出ステップにて検出されたエコー信号の時間方位情報を基に、検出されたエコー信号が反射された海域の位置情報を推定し、当該推定結果を基に、前記信号検出ステップにて検出されたエコー信号の時間方位情報を位置情報に変換する情報変換ステップをさらに有し、
   前記検出除去判定ステップでは、前記検出除去海域抽出ステップにて抽出された検出除去海域の位置情報と前記情報変換ステップにて変換されたエコー信号の位置情報とを比較し、当該比較結果に基づいて、前記信号検出ステップにて検出されたエコー信号が前記検出除去海域にて反射したエコー信号であるか判定する、請求項８に記載のアクティブソーナー装置の残響除去方法。
10. 前記信号処理ステップでは、前記受波器の位置を基準としたときの前記受波信号の到来角度を表す方位をさらに計算し、
    前記信号検出ステップでは、前記検出されたエコー信号の到来時間に対する到来方位を表す時間方位情報を計算し、
    前記送波器および前記受波器の位置情報と前記検出除去海域の位置情報を基に、前記検出除去海域にて反射したエコー信号の前記受波器への到来時間と到来方位を推定し、当該推定結果を基に、前記検出除去海域抽出ステップにて抽出された検出除去海域の位置情報を時間方位情報に変換する情報変換ステップをさらに有し、
    前記検出除去判定ステップでは、前記信号検出ステップにて計算されたエコー信号の時間方位情報と前記情報変換ステップにて変換された検出除去海域の時間方位情報とを比較し、当該比較結果に基づいて、前記信号検出ステップにて検出されたエコー信号が前記検出除去海域にて反射したエコー信号であるか判定する、請求項８に記載のアクティブソーナー装置の残響除去方法。
11. 前記検出除去海域抽出部ステップは、
    前記海底深度データを海底深度画像データとして記録した海底深度データベースから捜索海域の海底深度画像データを抽出する海底深度データ抽出ステップと、
    前記海底深度データ抽出ステップにて抽出された海底深度画像データを基に、音波の反射が起こりやすい、盛り上がって凸状になっている凸地形が存在する海底凸海域を前記検出除去海域として抽出する海底凸海域抽出ステップと、
    前記海底深度データ抽出ステップにて抽出された海底深度画像データを基に、音波の反射が起こりやすい、登りの勾配が急峻な勾配地形が存在する海底勾配海域を前記検出除去海域として抽出する海底勾配海域抽出ステップと、を有する、請求項８から１０のいずれか１項に記載のアクティブソーナー装置の残響除去方法。
12. 前記検出除去海域抽出ステップは、
    前記海底障害物データを記録した海底障害物データベースから、捜索海域に存在する障害物の海底障害物データを抽出し、海底障害物データにより表される位置の周囲の海域を前記検出除去海域として抽出する海底障害物データ抽出ステップをさらに有する、請求項８から１０のいずれか１項に記載のアクティブソーナー装置の残響除去方法。
13. 前記海底凸海域抽出ステップは、
    前記海底深度データ抽出ステップにて抽出された前記海底深度画像データを基に、前記海底深度画像データ中の隣接するデータ間のデータの変化量を計算するエッジ検出フィルタ処理ステップと、
    前記エッジ検出フィルタ処理ステップにて計算された隣接するデータ間の変化量を、あらかじめ設定されている閾値と比較し、当該閾値を越えた海域を海底凸海域として抽出する閾値判定処理ステップと、を有する、請求項１１記載のアクティブソーナー装置の残響除去方法。
14. 前記海底勾配海域抽出ステップは、
    前記海底深度データ抽出ステップにて抽出された前記海底深度画像データを基に、前記海底深度画像データ中の隣接するデータ間のデータの変化量があらかじめ設定されている閾値よりも大きい部分に、他の隣接するデータ間の変化量の平均値を代入することで隣接するデータ間の変化量を小さくする平滑化フィルタ処理ステップと、
    前記平滑化フィルタ処理ステップにて処理された海底深度画像データを基に、隣接するデータ間の微係数を計算することで、捜索海域の海底の勾配の急峻さを求める勾配計算ステップと、
    前記勾配計算ステップにて計算された隣接するデータ間の微係数を、あらかじめ設定されている閾値と比較し、当該閾値を越えた海域を海底勾配海域として抽出する閾値判定処理ステップと、を有する、請求項１１記載のアクティブソーナー装置の残響除去方法。

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