JP2010139311A - 船舶推進音検出装置、船舶推進音検出方法、及び船舶推進音検出用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】推進音が小さくても船舶から放出される船舶推進音を有効に検出することを可能とした船舶推進音検出装置等を提供すること。
【解決手段】到来する前記水中音波を音波信号として受信する水中音波受信器１０３と、この受信された音波信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４と、このＡ／Ｄ変換された音波信号を周波数分析し且つ想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧波形データを周波数毎に抽出する船舶推進音抽出手段５とを有する。更に、この抽出された音圧波形データの音圧レベルの周期的変化率を周波数成分毎に算出する周期的変化率算出手段６と、この算出された音圧レベルの周期的変化率（周波数成分ごとの音圧変化率）の周期を周波数成分毎に前記船舶推進音の周期として特定する変動周期特定手段７とを備えたこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中を伝搬してくる音波（水中音波）を捕捉して船舶推進音を検出する船舶推進音検出装置等に係り、特に水中音波の周波数分析を行って船舶推進音を検出する船舶推進音検出装置、船舶推進音検出方法、及び船舶推進音検出用プログラムに関する。

水中音波を捕捉して船舶推進音を検出する方法としては、従来より、パッシブソナーが知られている。この種のパッシブソナーは、一般に、ハイドロフォン（音波受信器）で水中の船舶推進音を受信し、その周波数分析結果からレベルの強い周波数成分を抽出し、これによって、船舶の推進音を検出するという手法が採られている。

図５に船舶推進音検出装置の関連技術の例を示す。この図５に示す船舶推進音検出装置は、被測定対象物である船舶１００から水中に放射される推進音（主としてスクリュー音）の水中音波を受信し電気信号（電圧信号）に変換するハイドロフォン（音波受信器）１０３と、このハイドロフォン１０３が受信した水中音波にかかる受信信号（電圧信号）をディジタル値（数値データ）に変換するＡ／Ｄ変換器１０４とを備えている。

更に、この図４に示す関連技術では、上述したＡ／Ｄ変換器１０４によってディジタル値（数値データ）に変換された受信信号を信号処理（フーリエ変換）して船舶推進音を抽出する信号処理部１０５を備え、この信号処理部１０５はフーリエ変換回路部１０５Ａを主体として構成されている。

、この信号処理部１０５により得られる周波数特性を色や濃淡で表現することによって表示するデータ表示部１０８とを備えている。そして、これによって得られる周波数特性に基づいて、前述した水中音波に含まれる船舶１００の推進音を特定しようとするものである。

一方、本発明に関連する技術として特許文献１，２に記載の内容が知られている。
この内、特許文献１のものは、パッシブソナーに関するものであり、無指向性受波器と指向性受波器の二つの受波器を備え、両者の指向性を合成し、且つ各別に周波数分析してその結果をレベルデータ比較により表示合成して表示し、これによって水平方向の指向性利得を損なうことなく垂直方向の目標探知を可能とした点に特徴を有する。

又、特許文献２のものは、音の評価装置に関するものであり、到来する音信号の内の一定期間の音を受信しＡ／Ｄ変換してディジタル化したのち特定周波数の音データを抽出し、この抽出された特定周波数の音圧について音データ全体の音圧に対する比率を算出し、この算出された受信し音圧比率を音の評価用データをするようにした。即ち、特定周波数の音が全体音に対する影響およびそのタイミングを、両者の音圧の比率をとることにより明確に知ることができ、原音評価に有効なものとなっている。
特開２００２−２６７７３０ 特開２０００−２３０８８４

ところで、近時にあっては、推進音の小さい船舶が多く出現し、従来のパッシブソナーでは検出できない低推進音の船舶の違法行為（例えば領海侵犯事件）が発生している。
かかる事態の発生に対して、上記関連技術における水中の船舶推進音を検出する装置にあっては次のような課題がある。

図５に記載の関連技術にあっては、船舶の推進音が著しく小さい場合、水中の雑音と区別することが困難になり、水中の船舶推進音を検出できない、という不都合がある。
又、上記特許文献１及び特許文献２に記載の各関連技術にあっては、船舶推進音は常に通常の音波受信器で受信できることが前提であり、推進音が著しく小さい船舶については対応できない状態となっている。

更に、この特許文献１および２に記載の各関連技術にあっては、その目的，構成が本発明のものとは、上述したように相違しており、その作用効果も相違しており、このため推進音が小さい最新式の船舶に対しては、その微小レベルの推進音の捕捉に対応したものとはなっていない。

〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記関連技術の有する不都合を改善し、水中の推進音が著しく小さい船舶を有効に検出することを可能とした船舶推進音検出装置、船舶推進音検出方法、及び船舶推進音検出用プログラムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明にかかる船舶推進音検出装置では、到来する水中音波を受信し周波数分析して船舶推進音を検出する船舶推進音検出装置において、到来する前記水中音波を音波信号として受信する水中音波受信器と、この受信された音波信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換された音波信号を周波数分析し且つ想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧波形データを周波数毎に抽出する船舶推進音抽出手段とを備えている。

更に、この船舶推進音検出装置では、前記抽出された音圧波形データの音圧レベルの周期的変化率を周波数成分毎に算出する周期的変化率算出手段と、この算出された音圧レベルの周期的変化率（周波数成分ごとの音圧変化率）の周期を周波数成分毎に前記船舶推進音の周期として特定する変動周期特定手段と、を備えていることを特徴とする。
なぜなら船舶の推進音は、一般に周期的な音圧レベルの変化を繰り返す特徴があるためである。
船舶推進音について周波数成分ごとに音圧レベルの周期的変化率を数値化して観測することにより、従来検出できなかった微弱な船舶推進音を検出できることが期待される。

又、上記目的を達成するため、本発明にかかる船舶推進音検出方法は、到来する水中音波を受信し周波数分析して船舶推進音を検出する船舶推進音検出方法において、到来する前記水中音波を水中音波受信器により音波信号として受信し、この受信した音波信号をＡ／Ｄ変換したのち船舶推進音抽出手段にて周波数分析すると共に予め想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧波形データを抽出し、次に、この抽出した前記音圧波形データの音圧レベルの周期的な変化を周期的変化率として周期的変化率算出手段が算出し、この算出された音圧レベルの周期的変化率（周波数成分ごとの音圧変化率）についてその周期を特定する工程を変動周期特定手段が実行するようにしたことを特徴とする。

更に、上記目的を達成するため、本発明にかかる船舶推進音検出用プログラムでは、到来する水中音波を水中音波受信器にて受信すると共に装置本体側ではこの受信信号を周波数分析して船舶推進音を検出する船舶推進音検出装置にあって、前記受信された音波信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換機能、このＡ／Ｄ変換された音波信号を周波数分析し且つ想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧波形データを各周波数成分について抽出する船舶推進音抽出機能、この抽出された前記音圧波形データの音圧レベルの周期的変化率を各周波数成分について算出する周期的変化率算出機能、およびこの算出された音圧レベルの周期的変化率（周波数成分ごとの音圧変化率）を各周波数成分についてその周期を特定する変動周期特定機能、を前記装置本体が備えているコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする。

本発明は、上述したように、到来する水中音波を水中音波受信器にて捕捉した後、当該受信信号をＡ／Ｄ変換して予め想定される周波数帯の音圧波形データを抽出し且つその音圧レベルの周期的変化率を算出し、更にその変動状態を検出して当該周期を特定するように構成したので、これによると、捕捉された水中音波が微弱なものであっても当該音圧レベルの周期的変化率を算出することができ、同時にその繰り返し周期を小さいもの（例えば繰り返し周期１Ｈｚ）であっても、当該到来音が船舶特有の推進音であることを有効に検出することができるという従来にない優れた船舶推進音検出装置、船舶推進音検出方法、及び船舶推進音検出用プログラムを提供することができる。

〔第１の実施形態〕
本第１実施形態においては、従来のパッシブソナーが観測しなかった水中の船舶推進音の音圧レベル変化を観測して船舶推進音を検出する。

水中音波受信器であるハイドロフォンで受波した船舶推進音をオシロスコープで観測すると、特定の周波数成分が一定の周期で音圧レベルが変化しているケースが見られる。クジラやイルカなどの水棲動物は、水中の音の高低（周波数）とリズム（音圧レベルの周期的変化）から小さな船舶推進音を検出している可能性がある。その検出の原理を本実施形態では工学的に実現しようとするものである。

以下、本発明の船舶推進音検出装置にかかる第１の実施形態を、図１乃至図３に基づいて説明する。
まず、図１において、符号１００は船舶を示す。この船舶１００からの船舶推進音（主としてスクリュー音）Ｓは水中音受信器であるハイドロフォン１０３によって受信されその電圧信号が船舶推進音検出装置１の装置本体１Ａへ取り込まれる。

この船舶推進音検出装置１は、到来する水中音波Ｓを上述したハイドロフォン１０３にて捕捉し周波数分析して船舶推進音を介して船舶の存在を高精度に捕捉するように構成されている。

この船舶推進音検出装置１は、その基本的構成として、到来する前記水中音波を音波信号として受信する上記ハイドロフォン（水中音波受信器）１０３と、この受信された音波信号（受信信号）をアナログ／ディジタル変換（Ａ／Ｄ変換）するＡ／Ｄ変換器４と、このＡ／Ｄ変換された音波信号を周波数分析し且つ想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧波形データを抽出する船舶推進音抽出手段５とを有し、更に、この抽出された音圧波形データについての音圧レベルの周期的な変化率を算出する周期的変化率算出手段６と、この算出された音圧レベルの周期的変化率（周波数成分ごとの音圧変化率）についてその周期を特定する変動周期特定手段７とを備えている。

ここで、上記Ａ／Ｄ変換器４は、ハイドロフォン１０３から送り込まれる水中音波の電圧信号をディジタル数値データに変換する機能を備えている。
又、上記船舶推進音抽出手段５は、Ａ／Ｄ変換器４によりディジタル数値データに変換された前記音波信号を周波数分析し、予め想定されている船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧データを周波数成分毎に抽出する高速フーリエ変換回路部（一次ＦＦＴ回路部）５Ａと、このフーリエ変換（ＦＦＴ）された音波信号を逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）して音圧波形データに戻す（音圧波形データを取り出す）逆フーリエ変換回路部５Ｂとを備えて構成されている。

更に、上記逆フーリエ変換回路部５Ｂの信号入力側、即ち高速フーリエ変換回路部（一次ＦＦＴ回路部）５Ａと逆フーリエ変換回路５Ｂとの間には、一次ＦＦＴ回路部５Ａでフーリエ変換された音信号（周期的に変化する音圧データ）を周波数成分毎に記憶する第１の記憶部５ａが設けられ、この第１の記憶部５ａに記憶された一定量（一定区間）の音波信号全体を対象として逆フーリエ変換回路部５Ｂにより逆フーリエ変換され、これによって音圧波形データが周波数成分毎に船舶推進音抽出手段５から送り出される構成となっている。

換言すると、Ａ／Ｄ変換器４がディジタルに変換した水中音波の大きさの受信信号値を、一次ＦＦＴ回路部５Ａで１回目の高速フーリエ変換をして第１記憶部５ａに記憶する。そして、この高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した結果の各周波数成分について逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、これにより音圧波形データとして、それぞれ抽出されることとなる。

又、上記した周期的変化率算出手段６は、本第１実施形態では二乗検波器を主体として構成されている。この二乗検波器（周期的変化率算出手段）６は、前記逆フーリエ変換されて取り出された音圧波形データを二乗検波し前記音圧波形データの各周波数成分について周期的変化率を算出する周期的変化率算出機能を備えている。

この二乗検波器６は、その信号入力側に、前記逆フーリエ変換回路部（逆ＦＦＴ回路部）５Ｂから出力される音圧波形データを記憶する第２記憶部６ａを装備し、この第２記憶部６ａに記憶された前記音圧波形データを前記二乗検波処理の対象とする構成となっている。ここで、逆フーリエ変換された上記音圧波形データは、この第２記憶部６ａでは例えば数１０秒の間蓄積され、その後に二乗検波器６にて連続して二乗検波され、これにより、音圧レベルの周期的な変化率が抽出される構成となっている。

更に、前述した変動周期特定手段７は、本第１実施形態では二次高速フーリエ変換回路部を主体として構成されている。この二次高速フーリエ変換回路部（変動周期特定手段）７は、上記二乗検波器６にて算出された音圧波形データの周期的な変化率について、その周期を周波数成分毎に特定する船舶推進音周期特定機能を備えている。

この二次高速フーリエ変換回路部（変動周期特定手段）７は、その信号入力側に、前述した二乗検波器６から出力される音圧レベルの周期的な変化率を記憶する第３の記憶部７ａを装備している。そして、この第３の記憶部７ａに一定時間記憶された前記音圧レベルの周期的な変化率をフーリエ変換の対象とし、これにより、上記二乗検波器６にて抽出された音圧波形データの周期的な変化率について、その周期が周波数成分毎に船舶推進音の周期として特定されるようになっている。

更に、この二次高速フーリエ変換回路部７には、その出力段にデータ表示部８が併設されている。このデータ表示部８は、前述した二次高速フーリエ変換回路部（変動周期特定手段）７によって特定された船舶推進音の各周波数成分における音圧レベルの変化周期率を表示する周期性表示機能を備えている。このデータ表示部８の周期性表示機能により、例えば音圧レベルの変化周期率が、色彩又は濃淡で当該データ表示部８のディスプレイ上に周波数成分毎に表示される。

次に、上記第１実施形態の動作（船舶推進音検出方法を含めて）を、図２乃至図３Ｂに基づいて説明する。

まず、図１において、船舶１００からの船舶推進音（主としてスクリュー音）は水中音波Ｓとして伝搬し、前述したようにハイドロフォン１０３によって受信されその電圧信号が水中音波信号Ｐ_Ｓ として装置本体１Ａへ取り込まれる（ステップＳ１０１）。
船舶の推進音は、一般に周期的な音圧レベルの変化を繰り返す特徴がある。このため、船舶推進音について周波数成分ごとに音圧レベルの周期的変化率を数値化して観測することにより、従来検出できなかった微弱な船舶推進音を検出できることが期待される。

この装置本体１Ａに送り込まれた水中音波信号Ｐ_Ｓ は、Ａ／Ｄ変換器４によって電圧信号からディジタル数値データに変換されて（ステップＳ１０２）、船舶推進音抽出手段５へ送られる。図３（Ａ）にＡ／Ｄ変換された状態の水中音波信号Ｐ_Ｓ の一例（受波波形サンプル）を示す。

この船舶推進音抽出手段５では、ディジタル数値化された水中音波信号Ｐ_Ｓ は周波数分析され、予め想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧波形データが周波数毎に抽出されて（ステップＳ１０３，Ｓ１０４）、周期的変化率算出手段６へ送られる。

ここで、上記ステップＳ１０３では、具体的には、まず、船舶推進音抽出手段５の前述した１次フーリエ変換回路部５Ａが機能し、Ａ／Ｄ変換された前記水中音波信号Ｐ_Ｓ について１次フーリエ変換（１次ＦＦＴ）して周波数分析すると共に予め想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧データを周波数成分毎に抽出する。

次に、上記ステップＳ１０４では、この抽出された音圧データを船舶推進音抽出手段５の前述した逆フーリエ変換回路部５Ｂが逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）し、前記水中音波信号Ｐ_Ｓ にかかる音圧波形データを抽出する。

ここで、このステップＳ１０４では、具体的には、上記１次フーリエ変換回路部５Ａにより抽出された音圧データは予め備えられた第１の記憶部５ａに記憶され（Ｓ１０４−(１)）、この第１の記憶部５ａに記憶された前記音圧データを対象として各周波数成分毎に前述した逆フーリエ変換回路部５Ｂが逆フーリエ変換し（Ｓ１０４−(２)）、これにより前記音圧波形データが取り出される手順となっている。

即ち、このステップＳ１０３，Ｓ１０４では、１次ＦＦＴ回路部５Ａによって水中の船舶推進音の放射している周波数帯域の音のデータを抽出し，ＩＦＦＴ回路部５Ｂにより波形データに戻す工程が実行される。
図３Ａ（ｂ）に、この逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）されて得られた水中音波信号Ｐ_Ｓ にかかる音圧波形データの例を示す。

続いて、この抽出した前記音圧波形データの音圧レベルの周期的な変化を、周期的変化率として周期的変化率算出手段（二乗検波器）７が算出する（Ｓ１０５）。
ここで、このステップＳ１０５では、具体的には、前記逆フーリエ変換回路部５Ｂにより取り出された音圧波形データは予め備えられた第２の記憶部７ａに記憶され（Ｓ１０５−(１)）、その後に、周期的変化率算出手段として機能する二乗検波器７が、前記第２の記憶部７ａに記憶された前記音圧波形データを対象としてこれを各周波数成分毎に二乗検波し（Ｓ１０５−(２)）、これにより、前記音圧波形データの周期的変化率が算出される手順となっている。

即ち、ここでは、波形データについて二乗検波することにより、音圧レベルの周期的変化率だけを抽出する工程が実行される。
図２Ｂ（ａ）に、前述した図２Ａ（ｂ）にかかる音圧波形データを二乗検波（２乗検波）して得られた音圧波形データの周期的変化率の例を示す。

次に、この算出された音圧レベルの周期的変化率（周波数成分ごとの音圧変化率）についてその周期を特定する工程を前述した変動周期特定手段８が実行する（Ｓ１０６）。

ここで、このステップＳ１０６では、具体的には、前述した二乗検波器７により算出された前記音圧波形データの周期的変化率部分を予め備えた第３の記憶部７ａに記憶し（Ｓ１０６−(１)）、続いて、変動周期特定手段として機能する二次高速フーリエ変換回路部８が、この第３の記憶部７ａに記憶された音圧波形データの周期的変化率を対象として、その周期を各周波数成分について特定する。

図２Ｂ（ｂ）に、前述した図２Ｂ（ａ）にかかる音圧波形データの周期的変化率の周期を、前述した船舶推進音の周期として算出（二次高速フーリエ変換）した結果を二次ＦＦＴ結果の一例として示す。

即ち、このステップＳ１０６では、波形データを一定時間蓄積してから２次ＦＦＴによって、音圧レベルの周期的変化率の周期を算出する。例えば、Ａ／Ｄ変換周期が１〔ＫＨｚ〕の場合、波形データは１秒間で１０００サンプル出力される。波形データを例えば、１６．３８４〔秒〕間蓄積して１６３８４サンプルとして、１６３８４ポイントのＦＦＴ計算を行うことにより、約１６〔秒〕周期の長周期の音圧レベルの変化まで観測できるようになる。この２次ＦＦＴにおいては、１〔秒〕以上の長い周期のレベル変化を観測することが重要である。

これにより、前述した船舶推進音の周期が算出され、船舶推進音が微弱であってもの当該音圧波形データの周期的変化率を捕捉することにより船舶推進音の周期音として有効に検出することができる。
データ表示部８は、上記検出結果をディスプレイ上に周波数成分毎に表示する（ステップＳ１０７）。このデータ表示部８は、各周波数成分の音圧レベルの周期的変化率を色彩または濃淡でコンピュータディスプレイ上に表示する。

ここで、上記各ステップＳ１０１乃至Ｓ１０６にあって、その実行内容である信号処理手順および各構成要素に対する制御方法については、これをプログラム化し、前記装置本体１Ａが備えているコンピュータに実行させるように構成しても良い。

ここで、上記第１実施形態において、１次ＦＦＴ回路部５Ａの代わりにＢＰＦ（Band Pass Filter／フィルタ回路）を使用して、ＩＦＦＴ回路部５Ｂを省略してもよい。このようにしても、同等の信号処理を実行することができる。

このように、上記第１実施形態にあっては、上述したように、到来する水中音波を水中音波受信器にて捕捉した後、当該受信信号をＡ／Ｄ変換して予め想定される周波数帯の音圧波形データを抽出し且つその音圧レベルの周期的変化率を算出し、更にその変動状態を検出して当該周期を特定するように構成したので、これによると、捕捉された水中音波が微弱なものであっても当該音圧レベルの周期的変化率を算出することができ、同時にその繰り返し周期を小さいもの（例えば繰り返し周期１Ｈｚ）であっても、当該到来音が船舶特有の推進音であることを有効に検出することができる。
という従来にない優れ船舶推進音検出装置、船舶推進音検出方法、及び船舶推進音検出用プログラムを提供することができる。

このようにして、本発明では、船舶推進音の音圧レベルの周期的変化率を観測することにより、今までクジラやイルカにしか検出できなかったと思われる低い音圧レベルの船舶推進音を検出できる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図４に基づいて説明する。
この図４に示す第２の実施形態では、前述した図１におけるハイドロフォン１０３を第１のハイドロフォン１０３とし、これと同等に機能する第２のハイドロフォン１０４が距離Ｌだけ隔てて配置されている。

又、図４において、符号２０は船舶の位置を特定するための距離データ演算処理部を示す。この距離データ演算処理部２０は、前述した各ハイドロフォン１０３，１０４からの受信音のレベル変化の周期を前述した図１に示す装置本体１Ａを利用して各別に算出し、その位相差と各ハイドロフォン相互間の距離Ｌとに基づいて（三角測量の原理で）船舶の位置を特定しようとするもので、前述した２次ＦＦＴ回路部７Ａとデータ表示部８との間に組み込まれている。

更に、Ａ／Ｄ変換器４Ａは、各ハイドロフォン１０３，１０４からの受信音を順次切り換えてＡ／Ｄ変換し前述した船舶推進音抽出装置５へ送り込む構成となっている。又、変動周期特定手段７では第３の記憶部７ａが、周期的変化率算出手段６から送り込まれる音圧レベルのデータの周期的変化率を各ハイドロフォン１０３，１０４毎に別々に記憶するように構成されている。

そして、これに基づいて二次ＦＦＴ回路部７Ａでは、各ハイドロフォン１０３，１０４で受信した水中音波（同一船舶の推進音）を周期的変化率の周期を順次特定し、その位相差（若しくは到達時間差）を検出し、これに基づいて距離データ演算処理部２０で、前述したように船舶の位置を特定する構成となっている。
その他の構成およびその作用効果は前述した第１実施形態と同一となっている。

このように、本実施形態にあっては、船舶推進音の検出装置において、船舶推進音の周波数成分ごとの時間的レベル変化を検出することにより、今まで検出が困難であった低レベルの船舶推進音を検出可能としたことを特徴としている。そして、これにより、水中音波による船舶推進音の検出というパッシブソナーの分野において、推進音が著しく小さい船舶についても、推進音の音圧レベルが周期的に変化するという特性を有効に検出し当該船舶の存在を効率良く捕捉することを可能とするものである。

（実施形態の効果）
以上説明したように、上記実施形態にあっては、以下に示すような効果を奏する。
第１の効果は、船舶推進音が周期的に音圧レベルを変化させている場合、微弱信号であってもその周期を検出することにより船舶推進音にかかる情報としての検出感度を向上できることである。

第２の効果は、船舶推進音が周期的に音圧レベルを変化させている場合、その周期から船舶の速度を推定できることである。
船舶推進音が周期的に変化する理由は、一般にはスクリューなどの推進器の回転が原因であるから、その周期が早いことは推進器が高速回転している、つまり船舶が高速で航行とていると推測することができる。

第３の効果は、複数のハイドロフォンを並べて配置することにより、ハイドロフォンの受波音について指向性ビームを形成し、水中の船舶推進音の到来方位を算出することができることである。

この水中の船舶推進音の到来方位の算出については、従来のパッシブソナーで一般的に実現されているが、本実施形態では、船舶推進音の変化する周期を検出しこれを対象とすることから、微弱信号で従来検出し得ない船舶推進音であっても信号処理によって比較的感度よく船舶推進音にかかる周期を特定することができ、その検出感度の向上を図ることができる。

パッシブソナーへの実用化が期待できる。

本発明の船舶推進音検出装置にかかる第１の実施形態を示すブロック図である。 図１に開示した第１実施形態の動作を示すフローチャートである。 図１に開示した船舶推進音を含む受波信号の信号処理の状況を示す図で、図３Ａ（ａ）は受波信号をＡ／Ｄ変換した場合の受波信号のデータ（波形サンプル）一例を示す線図、図３Ａ（ｂ）はＡ／Ｄ変換した受波波形サンプルをフーリエ変換と逆フーリエ変換の手法を使って船舶推進音を抽出した場合の音圧波形（サンプルデータ／ＩＦＦＴ結果サンプル）を示す説明図である。 図３Ａの続きの信号処理を示す図で、図３Ｂ（ｃ）は図３Ａ（ｂ）のＩＦＦＴ結果サンプルを二乗検波して得られる音圧レベルの周期的変化率（二乗検波結果サンプル）を示す説明図、図３Ｂ（ｄ）は二乗検波して得られた音圧レベルの周期的変化率をフーリエ変換して得られる周期的変化率の周期（船舶推進音の周期の相当）の例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態を示すブロック図である。 関連技術の例を示す説明図である。

符号の説明

１ 船舶推進音検出装置
１Ａ 装置本体
４，４Ａ Ａ／Ｄ変換器
５ 船舶推進音抽出手段
５Ａ 一次ＦＦＴ回路部（一次フーリエ変換回路部）
５ａ 第１の記憶部
５Ｂ 逆ＦＦＴ回路部（逆フーリエ変換回路部）
６ 周期的変化率算出装置
６Ａ 二乗検波器
６ａ 第２の記憶部
７ 変動周期特定手段
７Ａ 二次ＦＦＴ回路部（二次フーリエ変換回路部）
７ａ 第３の記憶部
８ データ表示部
１００ 船舶
１０３，１０４ ハイドロフォン（水中音波受信機）
Ｓ，Ｓ_１ ，Ｓ_２ 船舶推進音（水中音波）

Claims (19)

1. 到来する前記水中音波を音波信号として受信する水中音波受信器と、この受信された音波信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換された音波信号を周波数分析し且つ想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧波形データを周波数毎に抽出する船舶推進音抽出手段とを有し、
   この抽出された音圧波形データの音圧レベルの周期的変化率を周波数成分毎に算出する周期的変化率算出手段と、この算出された音圧レベルの周期的変化率（周波数成分ごとの音圧変化率）の周期を周波数成分毎に前記船舶推進音の周期として特定する変動周期特定手段と、
   を備えたことを特徴とする船舶推進音検出装置。
2. 前記請求項１に記載の船舶推進音検出装置において、
   前記船舶推進音抽出手段を、バンドパスフィルタを主体として構成すると共に、このバンドパスフィルタが、前記音圧波形データを周波数成分毎に抽出する波形データ抽出機能を備えていることを特徴とした船舶推進音検出装置。
3. 前記請求項１に記載の船舶推進音検出装置において、
   前記船舶推進音抽出手段を、Ａ／Ｄ変換された前記音波信号を周波数分析し予め想定される船舶推進音の周波数帯で各周波数成分について音圧レベルが周期的に変化する音圧データを抽出する１次フーリエ変換回路部と、この抽出された音のデータを逆フーリエ変換して音圧波形データを取り出す逆フーリエ変換回路部とを備えた構成とし、
   この１次フーリエ変換回路部と逆フーリエ変換回路部とが連動して前記音圧波形データを各周波数成分について抽出するようにしたことを特徴とする船舶推進音検出装置。
4. 前記請求項３に記載の船舶推進音検出装置において、
   前記逆フーリエ変換回路部は、その信号入力側に、前記１次フーリエ変換回路部で周波数分析された信号の内の周期的に変化する音圧データの一定量を各周波数成分について記憶する第１の記憶部を装備すると共に、この第１の記憶部に記憶された音圧データを前記逆フーリエ変換の対象とすることを特徴とした船舶推進音検出装置。
5. 前記請求項３に記載の船舶推進音検出装置において、
   前記周期的変化率算出手段を二乗検波器を主体として構成すると共に、この二乗検波器が、前記逆フーリエ変換されて取り出された音圧波形データを二乗検波し前記音圧波形データの各周波数成分について周期的変化率を算出する周期的変化率算出機能を備えていることを特徴とした船舶推進音検出装置。
6. 前記請求項５に記載の船舶推進音検出装置において、
   前記二乗検波器は、その信号入力側に、前記逆フーリエ変換回路部から出力される音圧波形データを記憶する第２の記憶部を装備し、この第２の記憶部に記憶された前記音圧波形データを前記二乗検波処理の対象とすることを特徴とした船舶推進音検出装置。
7. 前記請求項５に記載の船舶推進音検出装置において、
   前記変動周期特定手段を二次高速フーリエ変換回路部を主体として構成すると共に、この二次高速フーリエ変換回路部が、前記二乗検波器にて算出された音圧波形データの周期的変化率についてその周期を各周波数成分について特定する船舶推進音周期特定機能を備えていることを特徴とする船舶推進音検出装置。
8. 前記請求項７に記載の船舶推進音検出装置において、
   前記二次高速フーリエ変換回路部は、その信号入力側に、前記二乗検波器から出力される音圧レベルの周期的変化率を記憶する第３の記憶部を装備すると共にこの第３の記憶部に一定時間記憶された前記音圧レベルの周期的変化率をフーリエ変換の対象とすることを特徴とした船舶推進音検出装置。
9. 前記請求項１乃至８の何れか一つに記載の船舶推進音検出装置において、
   前記変動周期特定手段にデータ表示部を併設すると共に、このデータ表示部が、前記変動周期特定手段によって特定された前記船舶推進音の各周波数成分の音圧レベル変化周期率を表示する周期性表示機能を備えていることを特徴とした船舶推進音検出装置。
10. 到来する水中音波を受信し周波数分析して船舶推進音を検出する船舶推進音検出方法において、
    到来する前記水中音波を水中音波受信器により音波信号として受信し、この受信した音波信号をＡ／Ｄ変換したのち船舶推進音抽出手段にて周波数分析すると共に予め想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧波形データを抽出し、次に、この抽出した前記音圧波形データの音圧レベルの周期的な変化を周期的変化率として周期的変化率算出手段が算出し、この算出された音圧レベルの周期的変化率（周波数成分ごとの音圧変化率）についてその周期を特定する工程を変動周期特定手段が実行するようにしたことを特徴とする船舶推進音検出方法。
11. 前記請求項１０に記載の船舶推進音検出方法において、
    前記船舶推進音抽出手段による音圧波形データの抽出に際しては、Ａ／Ｄ変換された前記音波信号を周波数分析すると共に予め想定される船舶推進音の周波数帯で各周波数成分について音圧レベルが周期的に変化する音圧データを前記船舶推進音抽出手段の１次フーリエ変換回路部が抽出し、次に、この抽出された音のデータを逆フーリエ変換して音圧波形データを取り出す工程を前記船舶推進音抽出手段の逆フーリエ変換回路部が実行するようにしたことを特徴とする船舶推進音検出方法。
12. 前記請求項１１に記載の船舶推進音検出方法において、
    前記１次フーリエ変換回路部により抽出された音圧データを予め備えた第１記憶部に記憶し、この第１記憶部に記憶された前記音圧データを対象として各周波数成分毎に前記逆フーリエ変換回路部が逆フーリエ変換し、これにより前記音圧波形データを取り出すようにしたことを特徴とする船舶推進音検出方法。
13. 前記請求項１２に記載の船舶推進音検出方法において、
    前記逆フーリエ変換回路部により取り出された音圧波形データを予め備えた第２記憶部に記憶し、前記周期的変化率算出手段として機能する二乗検波器が、前記第２記憶部に記憶された前記音圧波形データを対象としてこれを各周波数成分毎に二乗検波し、
    これにより、前記音圧波形データの周期的変化率を算出するようにしたことを特徴とする船舶推進音検出方法。
14. 前記請求項１３に記載の船舶推進音検出方法において、
    前記二乗検波器により算出された前記音圧波形データの周期的変化率部分を予め備えた第３記憶部に記憶し、前記変動周期特定手段として機能する二次高速フーリエ変換回路部が、前記第３記憶部に記憶された前記音圧波形データの周期的変化率を対象としてその周期を各周波数成分についてこれを前記船舶推進音の周期として特定するようにしたことを特徴とする船舶推進音検出方法。
15. 到来する水中音波を水中音波受信器にて受信すると共に装置本体側ではこの受信信号を周波数分析して船舶推進音を検出する船舶推進音検出装置にあって、
    前記受信された音波信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換機能、
    このＡ／Ｄ変換された音波信号を周波数分析し且つ想定される船舶推進音の周波数帯で音圧レベルが周期的に変化する音圧波形データを各周波数成分について抽出する船舶推進音抽出機能、
    この抽出された前記音圧波形データの音圧レベルの周期的変化率を各周波数成分について算出する周期的変化率算出機能、
    およびこの算出された音圧レベルの周期的変化率（周波数成分ごとの音圧変化率）を各周波数成分についてその周期を特定する変動周期特定機能、
    を前記装置本体が備えているコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする船舶推進音検出用プログラム。
16. 前記請求項１５に記載の船舶推進音検出用プログラムにおいて、
    前記船舶推進音抽出機能を、Ａ／Ｄ変換された前記音波信号を周波数分析すると共に予め想定される船舶推進音の周波数帯で各周波数成分について音圧レベルが周期的に変化する音圧データを抽出する１次フーリエ変換処理機能と、この抽出された音のデータを逆フーリエ変換して音圧波形データを取り出す逆フーリエ変換機能とにより構成し、
    これを前記装置本体が備えているコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする船舶推進音検出用プログラム。
17. 前記請求項１６に記載の船舶推進音検出用プログラムにおいて、
    前記１次フーリエ変換処理機能の実行により得られる前記音圧データを予め設けた第１記憶部に記憶処理し、前記逆フーリエ変換機能はその逆フーリエ変換の実行対象を前記第１記憶部に記憶処理された音圧データとし、
    これを前記装置本体が備えているコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする船舶推進音検出用プログラム。
18. 前記請求項１７に記載の船舶推進音検出用プログラムにおいて、
    前記逆フーリエ変換機能の実行によって得られる前記音圧波形データを予め設けた第２記憶部に記憶処理し、前記周期的変化率算出機能が、前記第２記憶部に記憶された音圧波形データを対象として二乗検波処理すると共に、これによって前記音圧波形データの各周波数成分について周期的変化率を算出する構成とし、
    これを前記装置本体が備えているコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする船舶推進音検出用プログラム。
19. 前記請求項１８に記載の船舶推進音検出用プログラムにおいて、
    前記周期的変化率算出機能の実行によって得られる音圧波形データの周期的変化率を予め設けた第３記憶部に記憶処理し、前記変動周期特定手段が、前記第３記憶部に記憶された音圧波形データの周期的変化率を対象として高速フーリエ変換すると共に、これにより前記音圧波形データの周期的変化率の周期を各周波数成分について特定する構成とし、
    これを前記装置本体が備えているコンピュータに実行させるようにしたことを特徴とする船舶推進音検出用プログラム。

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