JP2012215490A - Sound source position estimation device - Google Patents

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晋也 平田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make an estimated error of a sound source position small even when there is an error in an observation value of arrival time difference.SOLUTION: Theoretical values of arrival time difference are separately stored for a sea level one time reflected wave and a sea bottom one time reflected wave (209M), degrees of noncoincidence between the arrival time difference and the theoretical values to a direct wave of the received sea level one time reflected wave and the received sea bottom one time reflected wave are separately calculated, the sum of them is used as a cost function (210), and a sound source position is estimated (211). Area filtering is performed based on context of arrival time observation values in first to third echo sounders (201, 202, 301) of each of the direct wave, the sea level one time reflected wave and the sea bottom one time reflected wave.

Description

この発明は音源位置推定装置に関し、特に水中の音源から放射されたパルス状の音波の直接波とマルチパス波を受信し、これらの到来時間差から音源の位置を推定する装置に関する。   The present invention relates to a sound source position estimation device, and more particularly to a device that receives a direct wave and a multipath wave of a pulsed sound wave radiated from a sound source in water and estimates the position of the sound source from the arrival time difference therebetween.

水中の音波伝搬では、音源から直接受波器に到来する音波(直接波)の他に、海面や海底で反射して到来するマルチパス波があり、そのようなマルチパス波は、直接波と異なる時刻に到来する。
水中において音源からのパルス状の音波を受信して音源の位置を推定する技術として、下記の特許文献1に示されるものがある。
In underwater sound wave propagation, in addition to the sound waves (direct waves) that arrive directly at the receiver from the sound source, there are multipath waves that arrive after being reflected at the sea surface or the sea floor. Arrives at different times.
As a technique for receiving a pulsed sound wave from a sound source in water and estimating the position of the sound source, there is one disclosed in Patent Document 1 below.

図1に、特許文献1に示される、従来の音源位置推定装置を示す。図示の音源位置推定装置においては、音響センサー(受波器)で受信した音波を表す信号が入力端子101を介してマルチパス波到来時間差測定器102に入力される。マルチパス波到来時間差測定器102では、直接波とマルチパス波の到来時間差を検出し、検出した到来時間差観測値を示すデータを出力する。   FIG. 1 shows a conventional sound source position estimation apparatus disclosed in Patent Document 1. In the illustrated sound source position estimation apparatus, a signal representing a sound wave received by an acoustic sensor (receiver) is input to a multipath wave arrival time difference measuring device 102 via an input terminal 101. Multipath wave arrival time difference measuring device 102 detects the arrival time difference between the direct wave and the multipath wave, and outputs data indicating the detected arrival time difference observation value.

一方、到来時間差テーブル作成部103により、水中の音速プロファイルに基づき、各仮想音源からの音波の音線計算を行うことにより音波の到来時間を推定し、推定結果を到来時間差理論値(テーブル値)として、記憶しておく。   On the other hand, the arrival time difference table creation unit 103 estimates the arrival time of the sound wave by calculating the sound ray of the sound wave from each virtual sound source based on the underwater sound velocity profile, and the estimated result is the theoretical value of arrival time difference (table value). As you remember.

コスト関数算出部104は、マルチパス波到来時間差測定器102で求めたマルチパス波到来時間差の観測値と到来時間差テーブル作成部103で求めた到来時間差理論値より、それらの不一致度を反映したコスト関数の値を算出する。   The cost function calculation unit 104 uses the observed multi-path wave arrival time difference obtained by the multi-path wave arrival time difference measuring unit 102 and the arrival time difference theoretical value obtained by the arrival time difference table creation unit 103 to reflect the degree of inconsistency between them. Calculate the value of the function.

コスト関数算出部104の詳細ブロック構成を図2に示す。
入力端子111にはマルチパス波到来時間差測定器102で求めたマルチパス波到来時間差観測値が入力され、入力端子112には到来時間差テーブル作成部103からの理論値が入力される。理論値−観測値差算出部113は、到来時間差観測値と到来時間差理論値との差を算出する。
A detailed block configuration of the cost function calculation unit 104 is shown in FIG.
The observed multipath wave arrival time difference obtained by the multipath wave arrival time difference measuring device 102 is input to the input terminal 111, and the theoretical value from the arrival time difference table creation unit 103 is input to the input terminal 112. The theoretical value-observed value difference calculation unit 113 calculates the difference between the observed arrival time difference value and the theoretical arrival time difference value.

ここで、pを受波位置(受波点)から音源位置までの水平距離に対応するインデックス、qを音源位置の深度に対応するインデックスとし、マルチパス波到来時間差測定器102で得られるn番目の到来波についての到来時間差をD、到来時間差テーブル作成部103で求めた、仮想音源位置(p,q)の仮想音源からの、n番目の到来時間差理論値をE(p,q)とした場合、理論値−観測値差算出部113では、理論値と観測値の差を次の式(1)で求める。
△D(p,q)= E(p,q)−D …(1)
Here, p is an index corresponding to the horizontal distance from the receiving position (receiving point) to the sound source position, and q is an index corresponding to the depth of the sound source position, and the nth obtained by the multipath wave arrival time difference measuring device 102. D n is the arrival time difference for the arriving waves, and the n th arrival time difference theoretical value from the virtual sound source at the virtual sound source position (p, q) obtained by the arrival time difference table creation unit 103 is E n (p, q). In this case, the theoretical value-observed value difference calculation unit 113 obtains the difference between the theoretical value and the observed value by the following equation (1).
ΔD n (p, q) = E n (p, q) −D n (1)

自乗和算出部114は、式(1)の演算結果を自乗したものの、すべてのマルチパス波についての総和(下記の式(2)で表される)を、コスト関数として求め、求めたコスト関数を出力端子115から出力する。   The sum-of-squares calculation unit 114 calculates the sum of all multipath waves (represented by the following expression (2)) as a cost function, although the result of the expression (1) is squared. Is output from the output terminal 115.

Figure 2012215490
Figure 2012215490

図1の音源位置推定部105では式(2)で与えられるコスト関数K(p,q)が最小となる座標(p,q)を求め、求められた座標(p,q)が推定対象(目標)の音源位置を表すものであると推定し、推定結果を、出力端子106を介して出力する。   The sound source position estimation unit 105 in FIG. 1 obtains coordinates (p, q) that minimize the cost function K (p, q) given by Equation (2), and the obtained coordinates (p, q) are the estimation targets ( The target sound source position is estimated, and the estimation result is output via the output terminal 106.

特開2006−194627号公報JP 2006-194627 A

しかし、上記の従来の装置を用いた場合、音源と受波器を結ぶ線上のコスト関数の値が、音源の位置の前後のかなり広い範囲にわたり小さな値となるため、音源位置を正確に推定することができないという問題があった。即ち、マルチパス波到来時間差測定器102で求められる到来時間差は観測誤差を含むため、コスト関数の値が小さい場所で大きく推定値がずれる可能性が大きく、このため観測誤差が比較的大きいという問題があった。   However, when the above-mentioned conventional apparatus is used, the value of the cost function on the line connecting the sound source and the receiver becomes a small value over a considerably wide range before and after the position of the sound source, so that the sound source position is accurately estimated. There was a problem that I could not. That is, since the arrival time difference obtained by the multipath wave arrival time difference measuring device 102 includes an observation error, there is a high possibility that the estimated value is greatly shifted at a place where the value of the cost function is small, and thus the observation error is relatively large. was there.

一例として、図3に示すように音速が一定で水深Zbが一定である場合を考える。図3において、Zsは音源の深度、Zrは受波点の深度、rは受波点WRから音源WSまでの水平距離を示す。
到来時間差観測値に誤差がないとした場合のコスト関数を求めた結果を図4に示す。横軸は受波点WRからの水平距離r、縦軸は深度(下方向ほど深度が大)zを表す。図中の曲線はコスト関数の等高線であり、このコスト関数が最小となる位置を音源位置と推定する。
As an example, consider the case where the sound speed is constant and the water depth Zb is constant as shown in FIG. In FIG. 3, Zs is the depth of the sound source, Zr is the depth of the receiving point, and r is the horizontal distance from the receiving point WR to the sound source WS.
FIG. 4 shows the result of calculating the cost function when there is no error in the arrival time difference observation values. The horizontal axis represents the horizontal distance r from the receiving point WR, and the vertical axis represents the depth (depth is greater in the downward direction) z. The curve in the figure is the contour of the cost function, and the position where the cost function is minimum is estimated as the sound source position.

到来時間差観測値に誤差がない場合は、真値を推定することができるが、図中のコスト関数は、受波器と音源とを結ぶ線の方向(矢印DMCの方向)に沿って、コスト関数の変化が小さいために、到来時間差の観測値に誤差が含まれる場合は、この方向に沿って、真の音源位置から推定結果がずれる可能性がある。経験的に知られている観測誤差を与えて、図3に示した条件でシミュレーションを30回試行したところ、距離の誤差標準偏差は、距離真値の約15%と、かなり大きい値となった。このようにコスト関数の特質から音源の位置推定誤差が大きいという問題があった。   If there is no error in the arrival time difference observation value, the true value can be estimated. However, the cost function in the figure shows the cost along the direction of the line connecting the receiver and the sound source (direction of arrow DMC). Since the change in the function is small, if the observed value of the arrival time difference includes an error, the estimation result may deviate from the true sound source position along this direction. When empirically known observation errors were given and the simulation was tried 30 times under the conditions shown in FIG. 3, the standard error of the distance error was about 15% of the true distance value, which was a fairly large value. . Thus, there is a problem that the position estimation error of the sound source is large due to the characteristics of the cost function.

そこで、本出願人は、到来ふ仰角が上向きのマルチパス波と到来ふ仰角が下向きのマルチパス波について別個に到来時間差の理論値を記憶しておき、受信したマルチパス波の各々について到来ふ仰角が上向きか下向きかの判定を行い、観測された到来時間差と理論値との不一致度を上向きのふ仰角を有するマルチパス波と下向きのふ仰角を有するマルチパス波の各々について別個に算出して、その和をコスト関数として、音源位置の推定を行うことを提案した(特願2010−012186号)。   Therefore, the present applicant stores the theoretical value of the arrival time difference separately for the multipath wave with the incoming elevation angle upward and the multipath wave with the incoming elevation angle downward, and arrives for each received multipath wave. Judgment is made on whether the elevation angle is upward or downward, and the discrepancy between the observed arrival time difference and the theoretical value is calculated separately for each of the multipath wave having an upward elevation angle and the multipath wave having a downward elevation angle. Thus, it has been proposed to estimate the sound source position using the sum as a cost function (Japanese Patent Application No. 2010-012186).

しかしながら、この方法でも、取得できるマルチパス波の数に少ない場合、特に海面1回反射波及び海底1回反射波のみの場合には、推定誤差を十分に小さくすることができないという問題があった。   However, even with this method, when the number of multipath waves that can be acquired is small, particularly when only a single reflected wave at the sea surface and a single reflected wave at the bottom of the sea are used, there is a problem that the estimation error cannot be sufficiently reduced. .

本発明の音源推定装置は、
受波位置において、共通の鉛直線上に整列して配置された第1及び第2の受波器と、前記鉛直線からずれた位置に配置された第3の受波器とにおける到来波の受波時刻に基づいて音源の位置を推定する音源推定装置において、
複数の仮想音源位置の各々について、該仮想音源位置に仮想音源が存在すると仮定したときの、前記受波位置における到来波のうちの直接波と海面1回反射波との到来時間差の理論値、並びに前記受波位置における直接波と海底1回反射波との到来時間差の理論値を格納する到来時間差理論値格納手段と、
前記第1及び第2の受波器において観測した到来波のデータに基づいて、目標の音源からの直接波と海面1回反射波及び海底1回反射波との到来時間差の観測値を算出する到来時間差観測値算出手段と、
前記海面1回反射波と前記直接波との到来時間差と、前記海面1回反射波について前記到来時間差の理論値との不一致度を第1の不一致度として求め、
前記海底1回反射波と前記直接波との到来時間差と、前記海底1回反射波について前記到来時間差の理論値との不一致度を第2の不一致度として求め、前記第1の不一致度と前記第2の不一致度との和に基づいてコスト関数を求めるコスト関数算出手段と、
前記コスト関数算出手段が算出した前記コストが最小となる前記仮想音源位置を前記目標の音源の位置と推定する音源位置推定手段と
を備え、
前記コスト関数算出手段は、
前記到来波のうちの、前記直接波、前記海面1回反射波及び前記海底1回反射波の各々の、前記第1乃至第3の受波器における到来時刻観測値の前後関係に基づいて、前記仮想音源位置のうちで音源位置ではあり得ないと判定された位置以外の位置についての前記コスト関数に基づいて前記音源位置の推定を行う
ことを特徴とする。
The sound source estimation apparatus of the present invention is
Reception of incoming waves at the first and second receivers arranged in a line on a common vertical line and a third receiver arranged at a position shifted from the vertical line at the reception position. In the sound source estimation device that estimates the position of the sound source based on the wave time,
For each of the plurality of virtual sound source positions, the theoretical value of the arrival time difference between the direct wave of the incoming waves at the receiving position and the once reflected wave at the sea surface, assuming that a virtual sound source exists at the virtual sound source position; And an arrival time difference theoretical value storage means for storing a theoretical value of an arrival time difference between the direct wave and the reflected light at the seabed once at the receiving position;
Based on the arrival wave data observed by the first and second receivers, an observed value of the arrival time difference between the direct wave from the target sound source, the sea surface reflected wave and the seabed reflected wave is calculated. Arrival time difference observation value calculation means,
Obtaining the inconsistency between the arrival time difference between the sea surface reflected wave and the direct wave and the theoretical value of the arrival time difference for the sea surface reflected wave as the first inconsistency;
The degree of inconsistency between the arrival time difference between the seabed once reflected wave and the direct wave and the theoretical value of the arrival time difference for the seabed once reflected wave is determined as a second inconsistency, and the first inconsistency and the A cost function calculating means for obtaining a cost function based on the sum of the second mismatch degree;
Sound source position estimating means for estimating the virtual sound source position at which the cost calculated by the cost function calculating means is the minimum as the position of the target sound source,
The cost function calculating means includes
Based on the anteroposterior relationship of the arrival time observation values in the first to third receivers of each of the direct wave, the sea surface once reflected wave and the seabed once reflected wave among the incoming waves, The sound source position is estimated based on the cost function for a position other than the position determined to be a sound source position among the virtual sound source positions.

本発明によれば、到来時間差観測値に誤差があり、また取得できるマルチパス波の数が少ない場合にも、音源位置の推定誤差を小さくすることができる。   According to the present invention, it is possible to reduce the estimation error of the sound source position even when there is an error in the arrival time difference observation value and the number of multipath waves that can be acquired is small.

従来の音源位置推定装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the conventional sound source position estimation apparatus. 図1のコスト関数算出部104の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the cost function calculation part 104 of FIG. 音速が一定で水深が一定である場合の音波の伝搬経路を示す図である。It is a figure which shows the propagation path of a sound wave in case sound velocity is constant and water depth is constant. 図1の装置で求めたコスト関数の等高線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the contour line of the cost function calculated | required with the apparatus of FIG. 本発明の実施の形態1による音源位置推定装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the sound source position estimation apparatus by Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1における受波器の配置を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an arrangement of receivers in the first embodiment. 受波器におけるサンプル値の絶対値の包絡線の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the envelope of the absolute value of the sample value in a receiver. (a)〜(c)は、第1乃至第3の受波器における受信のタイミングの一例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows an example of the timing of reception in the 1st thru | or 3rd receiver. 仮想音源位置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a virtual sound source position. 仮想音源位置WSの音源からの伝搬経路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the propagation path from the sound source of virtual sound source position WS. 図5の到来時間差テーブル作成部209の一例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of an arrival time difference table creation unit 209 in FIG. 5. 図5のコスト関数算出部210の一例を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a cost function calculation unit 210 in FIG. 5. 図12の領域フィルタ作成部305の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the area filter production | generation part 305 of FIG. 図13の直接波領域フィルタ作成部311の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the direct wave area | region filter production | generation part 311 of FIG. 図14の第1の直接波領域フィルタ作成部331で作成される領域フィルタの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the area filter produced in the 1st direct wave area filter production part 331 of FIG. 図14の第2及び第3の直接波領域フィルタ作成部332及び333で作成される領域フィルタの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the area filter produced by the 2nd and 3rd direct wave area filter production parts 332 and 333 of FIG. 図13の海面反射波領域フィルタ作成部312で作成される領域フィルタの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the area filter produced in the sea surface reflected wave area filter production part 312 of FIG. 図13の海底反射波領域フィルタ作成部313で作成される領域フィルタの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the area filter produced in the seabed reflected wave area filter production part 313 of FIG. 図12の領域フィルタ作成部305で作成される領域フィルタの特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the area filter produced in the area filter production part 305 of FIG. 図5の音源位置推定装置で求めたコスト関数の等高線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the contour line of the cost function calculated | required with the sound source position estimation apparatus of FIG. 図5の装置で、領域フィルタリングを適用しない場合に得られるコスト関数の等高線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the contour line of the cost function obtained when not applying area | region filtering with the apparatus of FIG. 図5の装置で求めたコスト関数の等高線の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the contour line of the cost function calculated | required with the apparatus of FIG. 図5のコスト関数算出部210の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of the cost function calculation part 210 of FIG. 本発明の実施の形態2の音源位置推定装置で用いられるコスト関数算出210の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the cost function calculation 210 used with the sound source position estimation apparatus of Embodiment 2 of this invention. 図24の時間差判定部825の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of the time difference determination part 825 of FIG. (a)〜(c)は、第1乃至第3の受波器201、202及び301における受信のタイミングの一例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows an example of the timing of reception in the 1st thru | or 3rd receiver 201,202,301.

実施の形態1.
本発明の実施の形態1の音源位置推定装置を図5に示す。
図示の音源位置推定装置は、音源から放射されたパルス状音波の直接波とマルチパス波を受信し、それらの到来時間差に基づいて音源の位置を推定するものであり、音源の推定位置は深度及び受波器からの水平距離で表される。なお、音源の位置する方位(上方から見たときの方角)を示す情報は別途得られるものとする。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 5 shows a sound source position estimation apparatus according to the first embodiment of the present invention.
The illustrated sound source position estimation device receives a direct wave and a multipath wave of a pulsed sound wave radiated from a sound source, and estimates the position of the sound source based on the arrival time difference between them. And the horizontal distance from the receiver. It should be noted that information indicating the direction in which the sound source is located (direction when viewed from above) is separately obtained.

実施の形態1の音源位置推定装置は、第1、第2及び第3の受波器201、202及び301を備えている。
第1の受波器201及び第2の受波器202は、後述のように、到来波のふ仰角が上向きか下向きかの情報を得るためにも用いられるものであり、図6に示すように、同じ鉛直線VL上の異なる位置に設けられている。このように配置されることにより、第1の受波器201及び第2の受波器202のいずれに、到来波(信号)がより早く到来したかに基づいて、到来波のふ仰角が上向きか下向きかの判断を行うことができる。
The sound source position estimation apparatus according to Embodiment 1 includes first, second, and third receivers 201, 202, and 301.
As will be described later, the first receiver 201 and the second receiver 202 are also used to obtain information on whether the elevation angle of the incoming wave is upward or downward, as shown in FIG. Are provided at different positions on the same vertical line VL. With this arrangement, the elevation angle of the incoming wave is upward based on whether the incoming wave (signal) has arrived at the first receiver 201 or the second receiver 202 earlier. Or down.

第1、第2及び第3の受波器201、202及び301は、同じパルス状音波がいずれの受波器に先に到達したかの判定に用いられるので、図6に示すように、間隔DWRa、DWRb、DWRcを開けて配置されている。間隔DWRaは受信位置において想定される音速の最大値と第1及び第2の受波器201及び202で測定可能な最小時間差の積以上の値に設定される。間隔DWRbは受信位置において想定される音速の最大値と第1及び第3の受波器201及び301で測定可能な最小時間差の積以上の値に設定される。間隔DWRcは受信位置において想定される音速の最大値と第2及び第3の受波器202及び301で測定可能な最小時間差の積以上の値に設定される。
第1及び第2の受波器201及び202はそれぞれ上側及び下側に配置されるので、「上側の受波器」、「下側の受波器」と呼ばれることもある。
Since the first, second, and third receivers 201, 202, and 301 are used to determine which receiver the same pulsed sound wave has reached first, as shown in FIG. DWRa, DWRb, and DWRc are opened. The interval DWRa is set to a value equal to or greater than the product of the maximum sound speed assumed at the reception position and the minimum time difference measurable by the first and second receivers 201 and 202. The interval DWRb is set to a value equal to or greater than the product of the maximum sound speed assumed at the reception position and the minimum time difference measurable by the first and third receivers 201 and 301. The interval DWRc is set to a value equal to or greater than the product of the maximum sound speed assumed at the reception position and the minimum time difference measurable by the second and third receivers 202 and 301.
Since the first and second receivers 201 and 202 are disposed on the upper side and the lower side, respectively, they may be referred to as “upper receiver” and “lower receiver”.

第3の受波器301は、第1の受波器201よりも下方で、第2の受波器202よりも上方に配置され、かつ第1の受波器201と第2の受波器202を結ぶ鉛直線VLからずれた位置、例えば音源の方向DWSにずれた位置に配置されている。上記のように、音源の方位は別途検出されるので、検出された方向に位置するように、第3の受波器301を、鉛直線VLを中心として回転させることで、第3の受波器301を音源の方向DWSに位置させることができる。また、音源の方向を検出するために、鉛直線を中心軸として円環或いは円筒面に沿って、或いは多数の方向に配置された多数の受波器を用いる場合には、上記多数の受波器のうちの、検出された音源の方向に位置する受波器を第3の受波器301として用いることとしても良い。   The third receiver 301 is disposed below the first receiver 201 and above the second receiver 202, and the first receiver 201 and the second receiver The position is shifted from the vertical line VL connecting 202, for example, the position shifted in the direction DWS of the sound source. As described above, since the direction of the sound source is separately detected, the third receiver 301 is rotated by rotating the third receiver 301 around the vertical line VL so as to be positioned in the detected direction. The device 301 can be located in the direction DWS of the sound source. In addition, in order to detect the direction of the sound source, when using a large number of receivers arranged along a ring or a cylindrical surface with a vertical line as the central axis or in a large number of directions, the above-described many received waves are used. Of these, a receiver located in the direction of the detected sound source may be used as the third receiver 301.

なお、第3の受波器301は正確に音源の方向にずれた位置になくても良く、ずれが音源の方向への正又は負の成分を有すれば良い。即ち、音源の方向に対して直角な方向を除き、他の如何なる方向へずれていても良い。
以下では、説明を簡略にするため、音源の方向にずれているものとする。また、図6に示す例では、第3の受波器301は、第1の受波器201と第2の受波器の中点を通り、鉛直線VLに対して水平な面BL1内にあるものとする。
Note that the third receiver 301 does not have to be accurately displaced in the direction of the sound source, and the displacement only needs to have a positive or negative component in the direction of the sound source. In other words, it may be displaced in any other direction except the direction perpendicular to the direction of the sound source.
Hereinafter, in order to simplify the description, it is assumed that there is a deviation in the direction of the sound source. In the example shown in FIG. 6, the third receiver 301 passes through the midpoint of the first receiver 201 and the second receiver and is in a plane BL1 that is horizontal to the vertical line VL. It shall be.

さらにまた、第1の受波器201と第2の受波器202を結ぶ直線VLと、第1の受波器201と第3の受波器301を結ぶ直線Lacと、第2の受波器202と第3の受波器301を結ぶ直線Lbcは互いに平行ではないという条件が満たされている。その意義は後に図15〜図19を参照してなされる説明から明らかとなろう。   Furthermore, a straight line VL connecting the first receiver 201 and the second receiver 202, a straight line Lac connecting the first receiver 201 and the third receiver 301, and a second received wave. The condition that the straight lines Lbc connecting the device 202 and the third receiver 301 are not parallel to each other is satisfied. The significance of this will be apparent from the description made later with reference to FIGS.

第1、第2及び第3の受波器201、202及び301の出力は、入力端子203、204及び302を介してそれぞれ第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303に入力される。
第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303は、それぞれ第1、第2及び第3の受波器201、202及び301の出力に基づいて到来時刻を決定乃至検出する。
Outputs of the first, second, and third receivers 201, 202, and 301 are input to first, second, and third arrival time determination units 205, 206, and 303 via input terminals 203, 204, and 302, respectively. Is input.
First, second, and third arrival time determination units 205, 206, and 303 determine or detect arrival times based on the outputs of the first, second, and third receivers 201, 202, and 301, respectively. .

第1、第2及び第3の受波器201、202及び301は、それらで受信される音波をサンプリングすることで得られるサンプル値を表すデータを出力するが、音波をサンプリングすることで得られるサンプル値の絶対値を時間軸上に並べたものの包絡線は、例えば、図7に示す如くとなる。なお、サンプル値の絶対値の代りにサンプル値の自乗値の包絡線を用いる場合もある。   The first, second and third receivers 201, 202 and 301 output data representing sample values obtained by sampling the sound waves received by them, but are obtained by sampling the sound waves. The envelope of the absolute values of the sample values arranged on the time axis is, for example, as shown in FIG. Note that an envelope of the square value of the sample value may be used instead of the absolute value of the sample value.

第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303は、それぞれ第1、第2及び第3の受波器201、202及び301からのデータの列に基づき到来波の受信時刻(到来時刻)を判断する。到来時刻の判断には、従来と同様に、レプリカ相関による方法、立ち上がり検出による方法などを用いることができる。これらの方法は、例えば上記特許文献1においてマルチパス波到来時間差測定器の動作の一部として説明されている。   The first, second, and third arrival time determination units 205, 206, and 303 receive arrival waves based on data strings from the first, second, and third receivers 201, 202, and 301, respectively. Judge (arrival time). For the determination of the arrival time, a method based on replica correlation, a method based on rising edge detection, or the like can be used as in the past. These methods are described, for example, as part of the operation of the multipath wave arrival time difference measuring device in Patent Document 1.

図8(a)、(b)及び(c)に、第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303で決定乃至検出された第1、第2及び第3の受波器201、202及び301におけるパルス状波の到来時刻(検出タイミング)を示す。図8(a)は、第1の受波器201における検出タイミングを、早い順にTA、TA、TA、…で示し、図8(b)は、第2の受波器202における検出タイミングを、早い順にTB、TB、TB、…で示し、図8(c)は、第3の受波器301における検出タイミングを、早い順にTC、TC、TC、…で示す。
ノイズを信号と誤って検出したり、検出漏れが発生しなければ、最初の検出タイミングが直接波の検出タイミングであり、2番目以降の検出タイミングがマルチパス波の検出タイミングである。
8A, 8B, and 8C, the first, second, and third received waves determined or detected by the first, second, and third arrival time determining units 205, 206, and 303 are shown. The arrival times (detection timings) of pulsed waves in the devices 201, 202 and 301 are shown. 8A shows the detection timing in the first receiver 201 in the order of TA 1 , TA 2 , TA 3 ,... FIG. 8B shows the detection in the second receiver 202. The timings are indicated by TB 1 , TB 2 , TB 3 ,... In order from the earliest. FIG. 8C shows the detection timings in the third receiver 301 by TC 1 , TC 2 , TC 3 ,. Show.
If noise is erroneously detected as a signal or no detection omission occurs, the first detection timing is a direct wave detection timing, and the second and subsequent detection timings are multipath wave detection timings.

第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303で検出された検出タイミングを示す情報TA、TB及びTCは、コスト関数算出部210に供給される。
第1及び第2の到来時刻決定部205及び206で検出された検出タイミングを示す情報TA及びTBはまた、第1及び第2のマルチパス波到来時間差算出部207及び208に供給される。
Information TA, TB, and TC indicating detection timings detected by the first, second, and third arrival time determination units 205, 206, and 303 are supplied to the cost function calculation unit 210.
Information TA and TB indicating the detection timings detected by the first and second arrival time determination units 205 and 206 are also supplied to the first and second multipath wave arrival time difference calculation units 207 and 208.

第1のマルチパス波到来時間差算出部207は、第1の到来時刻決定部205の出力に基づいて、第1の受波器201で受信したマルチパス波の各々についての到来時間差(1番目の到来波との到来時間差)を算出する。即ち、1番目の到来波PAと2番目の到来波PA(1番目のマルチパス波)の到来時間差DU、1番目の到来波PAと3番目の到来波PAの到来時間差DU、一般化すれば、1番目の到来波PAとn番目の到来波PA(n=2、3、…)との到来時間差DUを算出する。このようにして算出された到来時間差DUを示すデータの列GDU(=DU、DU、…)はコスト関数算出部210に供給される。 The first multipath wave arrival time difference calculation unit 207, based on the output of the first arrival time determination unit 205, arrives at the arrival time difference (first time) for each of the multipath waves received by the first receiver 201. The arrival time difference from the arrival wave is calculated. That is, the arrival time difference DU 2 between the first arrival wave PA 1 and the second arrival wave PA 2 (first multipath wave), the arrival time difference DU between the first arrival wave PA 1 and the third arrival wave PA 3. 3. In general, the arrival time difference DU n between the first arrival wave PA 1 and the nth arrival wave PA n (n = 2, 3,...) Is calculated. The data string GDU (= DU 2 , DU 3 ,...) Indicating the arrival time difference DU n calculated in this way is supplied to the cost function calculation unit 210.

同様に、第2のマルチパス波到来時間差算出部208は、第2の到来時刻決定部206の出力に基づいて、第2の受波器202で受信したマルチパス波の各々についての到来時間差(1番目の到来波との到来時間差)を算出する。即ち、1番目の到来波PBと2番目の到来波PB(1番目のマルチパス波)の到来時間差DL、1番目の到来波PBと3番目の到来波PBの到来時間差DL、一般化すれば、1番目の到来波PBとn番目の到来波PB(n=2、3、…)との到来時間差DLを算出する。このようにして算出された到来時間差DLを示すデータの列GDL(=DL、DL、…)はコスト関数算出部210に供給される。 Similarly, the second multipath wave arrival time difference calculation unit 208, based on the output of the second arrival time determination unit 206, receives the arrival time difference for each of the multipath waves received by the second receiver 202 ( The arrival time difference from the first arrival wave is calculated. That is, the arrival time difference DL 2 between the first arrival wave PB 1 and the second arrival wave PB 2 (first multipath wave), the arrival time difference DL between the first arrival wave PB 1 and the third arrival wave PB 3. 3. In general, the arrival time difference DL n between the first arrival wave PB 1 and the nth arrival wave PB n (n = 2, 3,...) Is calculated. The data string GDL (= DL 2 , DL 3 ,...) Indicating the arrival time difference DL n calculated in this way is supplied to the cost function calculation unit 210.

第1の到来時刻決定部205と第1のマルチパス波到来時間差算出部207の組合せは、図1のマルチパス波到来時間差測定器102と同様の機能を有し、第2の到来時刻決定部206と第2のマルチパス波到来時間差算出部208の組合せも、図1のマルチパス波到来時間差測定器102と同様の機能を有する。   The combination of the first arrival time determination unit 205 and the first multipath wave arrival time difference calculation unit 207 has the same function as the multipath wave arrival time difference measurement unit 102 in FIG. The combination of 206 and the second multipath wave arrival time difference calculation unit 208 also has the same function as that of the multipath wave arrival time difference measuring device 102 of FIG.

上記のように、第1のマルチパス波到来時間差算出部207と第2のマルチパス波到来時間差算出部208とは、受波位置において観測した到来波の到来時刻(検出タイミング)TA及びTBに基づいて、推定対象(目標)の音源からの最初の到来波と2番目以降の到来波の各々との到来時間差の観測値を算出する到来時間差観測値算出手段を構成し、そのうち、第1のマルチパス波到来時間差算出部207が、第1の受波器201への最初の到来波と2番目以降の到来波の各々との到来時間差の観測値を算出し、第2のマルチパス波到来時間差算出部208が、第2の受波器202への最初の到来波と2番目以降の到来波の各々との到来時間差の観測値を算出する。   As described above, the first multipath wave arrival time difference calculation unit 207 and the second multipath wave arrival time difference calculation unit 208 determine the arrival time (detection timing) TA and TB of the arrival wave observed at the receiving position. Based on this, an arrival time difference observation value calculating means for calculating an observation value of an arrival time difference between the first arrival wave from the sound source of the estimation target (target) and each of the second and subsequent arrival waves is configured, of which the first The multipath wave arrival time difference calculation unit 207 calculates an observation value of the arrival time difference between the first arrival wave and the second and subsequent arrival waves to the first receiver 201, and the second multipath wave arrival time The time difference calculation unit 208 calculates an observed value of the arrival time difference between the first incoming wave to the second receiver 202 and each of the second and subsequent incoming waves.

到来時間差テーブル作成部209は、入力端子213を介して供給される仮想音源の設定位置データWSPと、入力端子214を介して供給される音速プロファイルデータSVPと、入力端子を介して供給される受波器位置データWRPに基づいて、到来時間差テーブルを作成し、記憶部209Mに保存する。   The arrival time difference table creation unit 209 receives the virtual sound source setting position data WSP supplied via the input terminal 213, the sound velocity profile data SVP supplied via the input terminal 214, and the reception supplied via the input terminal. Based on the wave position data WRP, an arrival time difference table is created and stored in the storage unit 209M.

到来時間差テーブルを作成する際の仮想音源位置は例えば、図9に示すように設定される。
図9に示す例では、探索領域を仮想的にメッシュ(格子)状に区切り、各交点を仮想音源位置(p,q)((p,q)=(1,1)〜(P,Q))とする。なお、p、qはそれぞれ距離r、深度zを表す値そのものではなく、距離、深度に対応するインデックスであり、自然数1〜P、1〜Qで表される。
For example, the virtual sound source position when the arrival time difference table is created is set as shown in FIG.
In the example shown in FIG. 9, the search area is virtually divided into a mesh (lattice) shape, and each intersection is defined as a virtual sound source position (p, q) ((p, q) = (1, 1) to (P, Q). ). Note that p and q are not the values representing the distance r and the depth z, but are indices corresponding to the distance and the depth, and are represented by natural numbers 1 to P and 1 to Q.

メッシュ幅(仮想音源位置の間隔)は、所望の音源位置の推定精度に応じて設定される。メッシュ幅を狭くするほど高い精度で測定を行なうことができるが、データ量、演算量が多くなり、リアルタイムでの処理が困難となる。従って、高精度が要求される場合には、メッシュ幅を狭くし、高速性が重視される場合には、メッシュ幅を広くする。   The mesh width (interval of virtual sound source positions) is set according to the estimation accuracy of a desired sound source position. As the mesh width is narrowed, measurement can be performed with higher accuracy. However, the amount of data and calculation increases, and real-time processing becomes difficult. Therefore, the mesh width is narrowed when high accuracy is required, and the mesh width is widened when high speed is important.

仮想音源位置WSからの伝搬経路は例えば図10に示すように想定される。図10には、簡単のため、5つの伝搬経路WP1〜WP5のみが示されている。伝搬経路(音線:音のエネルギーの流れ)が直線的でないのは、水温、塩分濃度などの不均一性のため、音速が一定ではないことによる。
一度も反射をせずに受波点WRに達した波は直接波と呼ばれ、海面SAや海底SBで1回以上反射して受波器に達した波はマルチパス波と呼ばれる。マルチパス波のうち、海面SAで1回反射しただけのものは海面1回反射波と呼ばれ、海底で1回反射しただけのものは海底1回反射波と呼ばれる。
A propagation path from the virtual sound source position WS is assumed as shown in FIG. 10, for example. FIG. 10 shows only five propagation paths WP1 to WP5 for simplicity. The reason why the propagation path (sound ray: flow of sound energy) is not linear is that the speed of sound is not constant due to non-uniformity such as water temperature and salinity.
A wave that reaches the receiving point WR without being reflected once is called a direct wave, and a wave that has reflected at the sea surface SA or the seabed SB at least once and has reached the receiver is called a multipath wave. Of the multipath waves, one that is reflected once by the sea surface SA is called a sea surface once reflected wave, and one that is reflected once by the sea floor is called a sea bottom once reflected wave.

このような想定に基づいて、仮想音源位置の各々からの到来時間差を推測し、推測値(理論値)を時間差理論値として求め、記憶部209Mに記憶しておく。到来時間差テーブル作成部209は、仮想音源位置の各々でパルス状音波が発せられたと仮定した場合に、上側の受波器201における第1の到来波(直接波)の推定到来時刻と、上側の受波器201に上向きのふ仰角でi番目(i=1、2…)に到来すると推定されるマルチパス波の到来時刻との差(到来時間差)の推測値乃至理論値EU(i=1、2、…)の組乃至列GEU(EU、EU、…EU)を、すべての仮想音源について求め、記憶部209Mに格納し、同様に、下側の受波器202における第1の到来波(直接波)の推定到来時刻と、下側の受波器202に下向きのふ仰角でj番目(j=1、2…)に到来すると推定されるマルチパス波の到来時刻との差(到来時間差)の推測値乃至理論値EL(j=1、2、…)の組乃至列GEL(=EL、EL、…EL)を、すべての仮想音源について求め、記憶部209Mに格納する。このように、記憶部209Mは、到来時間差理論値格納手段としての役割を果たす。 Based on such an assumption, the arrival time difference from each of the virtual sound source positions is estimated, an estimated value (theoretical value) is obtained as a theoretical time difference value, and stored in the storage unit 209M. The arrival time difference table creation unit 209 assumes that the pulsed sound wave is emitted at each of the virtual sound source positions, the estimated arrival time of the first arrival wave (direct wave) in the upper receiver 201, and the upper Estimated value or theoretical value EU i (i = i ) of the difference (arrival time difference) from the arrival time of the multipath wave estimated to arrive at the receiver 201 at the i-th (i = 1, 2,...) Upward elevation angle. 1 or 2 ) is obtained for all the virtual sound sources, stored in the storage unit 209M, and similarly, the first receiver 202 in the lower receiver 202 has the first or second group GEU (EU 1 , EU 2 ,... EU I ). The estimated arrival time of one incoming wave (direct wave), and the arrival time of the multipath wave estimated to arrive at the jth (j = 1, 2,...) Estimated value or theoretical value EL j (j = 1, 2) ,...), Or a sequence GEL (= EL 1 , EL 2 ,... EL J ) is obtained for all virtual sound sources and stored in the storage unit 209M. In this way, the storage unit 209M plays a role as arrival time difference theoretical value storage means.

なお、Iは、経験的に受波器201で受信可能と推定される、ふ仰角が上向きのマルチパス波の最大数以上の値に、Jは、経験的に受波器202で受信可能と推定される、ふ仰角が下向きのマルチパス波の最大数以上の値に、それぞれ定められる。   Note that I is empirically estimated to be receivable by the receiver 201 and is a value equal to or greater than the maximum number of multipath waves whose elevation angle is upward, and J is empirically receivable by the receiver 202. The estimated angle of elevation is set to a value equal to or greater than the maximum number of multipath waves with downwards.

全ての仮想音源位置(p,q)((p,q)=(1,1)〜(P,Q))の各々についての、上側の受波器201での到来時間差の列GEU、即ち
EU(p,q)、EU(p,q)、…((p,q)=(1,1)〜(P,Q))
が得られ、これらがテーブル形式のデータとされ、上向きふ仰角到来時間差理論値として到来時間差テーブル作成部209の記憶部209M内に記憶されている。
同様に、全ての仮想音源位置(p,q)の各々についての、下側の受波器202での到来時間差の列GEL、即ち
EL(p,q)、EL(p,q)、…((p,q)=(1,1)〜(P,Q))
が得られ、これらがテーブル形式のデータとされ、下向きふ仰角到来時間差理論値として到来時間差テーブル作成部209の記憶部209M内に記憶されている。
A sequence GEU of arrival time differences at the upper receiver 201 for each of all virtual sound source positions (p, q) ((p, q) = (1, 1) to (P, Q)), that is, EU 1 (p, q), EU 2 (p, q),... ((P, q) = (1, 1) to (P, Q))
Are obtained as table format data, and stored in the storage unit 209M of the arrival time difference table creation unit 209 as the upward elevation angle arrival time difference theoretical value.
Similarly, for each of the virtual sound source positions (p, q), a sequence of arrival time differences GEL at the lower receiver 202, that is, EL 1 (p, q), EL 2 (p, q), ... ((p, q) = (1,1) to (P, Q))
Are obtained as table format data and stored in the storage unit 209M of the arrival time difference table creation unit 209 as a downward elevation angle arrival time difference theoretical value.

コスト関数算出部210は、第1及び第2の到来時刻決定部205、206の出力(到来時刻を示す信号)TA及びTBを入力とするとともに、第1及び第2のマルチパス波到来時間差算出部207及び208で得られた到来時間差データ(観測値)DU及びDLと、到来時間差テーブル作成部210で作成された到来時間差テーブルの値(理論値)EU及びELを入力とし、これらに基づいてコスト関数を求め、求めたコスト関数を音源位置推定部211に供給する。   The cost function calculation unit 210 receives outputs (signals indicating arrival times) TA and TB of the first and second arrival time determination units 205 and 206 and calculates the first and second multipath wave arrival time difference. The arrival time difference data (observation values) DU and DL obtained by the units 207 and 208 and the arrival time difference table values (theoretical values) EU and EL created by the arrival time difference table creation unit 210 are input, and based on these A cost function is obtained, and the obtained cost function is supplied to the sound source position estimation unit 211.

音源位置推定部211では、コスト関数算出部210で作成したコスト関数が最小となる仮想音源の距離及び深度を音源位置の推定値とし、該推定値を出力端子212から出力する。   The sound source position estimation unit 211 uses the distance and depth of the virtual sound source that minimizes the cost function created by the cost function calculation unit 210 as the estimated value of the sound source position, and outputs the estimated value from the output terminal 212.

以下、到来時間差テーブル作成部209の一構成例につき、図11を参照してより詳細に説明する。
入力端子213からは、仮想音源の距離rを表すインデックスPと深度zを表すインデックスQの設定値が仮想音源設定位置データWSPとして入力され、入力端子214からは、音速プロファイルデータSVPが入力され、入力端子215からは、受波器位置データWRPが入力される。
これらのデータに基づき音線計算処理部703では音線計算を行う。音線計算の結果として、各到来波の到来時間の推測値(理論値)と到来ふ仰角の推測値(理論値)が求められる。
Hereinafter, a configuration example of the arrival time difference table creation unit 209 will be described in more detail with reference to FIG.
From the input terminal 213, the setting value of the index P indicating the distance r of the virtual sound source and the index Q indicating the depth z is input as the virtual sound source setting position data WSP, and the sound velocity profile data SVP is input from the input terminal 214. Receiver position data WRP is input from the input terminal 215.
The sound ray calculation processing unit 703 performs sound ray calculation based on these data. As a result of the sound ray calculation, an estimated value (theoretical value) of the arrival time of each incoming wave and an estimated value (theoretical value) of the arrival elevation angle are obtained.

ふ仰角判定部704では、音線計算処理部703における計算の結果に基づいて、各仮想音源位置からのマルチパス波の各々について到来ふ仰角が上向きか下向きかの判定を行い、判定結果を到来時間差算出部705に供給する。   The elevation angle determination unit 704 determines whether the arrival elevation angle is upward or downward for each multipath wave from each virtual sound source position based on the calculation result in the sound ray calculation processing unit 703, and the determination result is received. This is supplied to the time difference calculation unit 705.

到来時間差算出部705は、音線計算処理部703における計算の結果に基づき、さらにふ仰角判定部704における判定結果に基づき、上向きと判定されたマルチパス波については、上側の受波器201における到来時間差(直接波と当該マルチパス波の到来時間の差)を算出し、算出した到来時間差(推測値)を、記憶部209M内のふ仰上向き到来時間差テーブル706に理論値として書き込み、下向きと判断されたマルチパス波については、下側の受波器202における到来時間差(直接波と当該マルチパス波の到来時間の差)を算出し、算出した到来時間差(推測値)を、記憶部209M内のふ仰下向き到来時間差テーブル707に理論値として書き込む。   The arrival time difference calculation unit 705 is based on the calculation result in the sound ray calculation processing unit 703, and further, on the multipath wave determined to be upward based on the determination result in the elevation angle determination unit 704, in the upper receiver 201. The arrival time difference (difference between the arrival times of the direct wave and the multipath wave) is calculated, and the calculated arrival time difference (estimated value) is written as a theoretical value in the up and down arrival time difference table 706 in the storage unit 209M. For the determined multipath wave, the arrival time difference (difference between the arrival time of the direct wave and the multipath wave) in the lower receiver 202 is calculated, and the calculated arrival time difference (estimated value) is stored in the storage unit 209M. Is written as a theoretical value in the up-down arrival time difference table 707.

このような処理を行う結果、ふ仰上向き到来時間差テーブル706には、各仮想音源位置(p,q)から発し、上側の受波器201に上側から(上向きのふ仰角で)到来するマルチパス波の各々についての到来時間差を表すデータの組が、それぞれの仮想音源毎に格納され、ふ仰下向き到来時間差テーブル707には、各仮想音源位置(p,q)から発し、下側の受波器202に下側から(下向きのふ仰角で)到来するマルチパス波の各々についての到来時間差を表すデータの組が、それぞれの仮想音源毎に格納される。
これらのテーブル706、707に格納されたデータは、後述のように、端子708、709を介してコスト関数算出部210に供給される。
As a result of performing such processing, the multipath arriving from the respective virtual sound source positions (p, q) and arriving at the upper receiver 201 from the upper side (at the upward elevation angle) in the uplift arrival time difference table 706. A set of data representing the arrival time difference for each of the waves is stored for each virtual sound source, and the rising and falling arrival time difference table 707 emits from each virtual sound source position (p, q) and receives the lower wave. A data set representing the arrival time difference for each of the multipath waves arriving from the lower side (at a downward elevation angle) to the device 202 is stored for each virtual sound source.
The data stored in these tables 706 and 707 are supplied to the cost function calculation unit 210 via terminals 708 and 709 as described later.

次に、コスト関数算出部210の一構成例につき、図12を参照してより詳細に説明する。
コスト関数算出部210は、ふ仰角判定部805と、データ抽出部806及び807と、到来波判別部810と、領域フィルタ作成部305と、領域フィルタ適用部306及び307と、ふ仰上向き理論値−観測値差算出部808と、ふ仰下向き理論値−観測値差算出部809と、ふ仰上向き自乗和算出部812と、ふ仰下向き自乗和算出部813と、和算出部814とを有する。
Next, a configuration example of the cost function calculation unit 210 will be described in more detail with reference to FIG.
The cost function calculation unit 210 includes an elevation angle determination unit 805, data extraction units 806 and 807, an incoming wave determination unit 810, an area filter creation unit 305, area filter application units 306 and 307, and an uplifting theoretical value -Observed value difference calculating unit 808, up and down theoretical value-observed value difference calculating unit 809, up and down sum of squares calculating unit 812, up and down sum of squares calculating unit 813, and sum calculating unit 814 .

入力端子801には、第1の到来時刻決定部205の出力TAが供給され、入力端子802には、第2の到来時刻決定部206の出力TBが供給され、入力端子811には、第3の到来時刻決定部303の出力TCが供給され、入力端子803には、第1のマルチパス波到来時間差算出部207の出力DUが供給され、入力端子804には、第2のマルチパス波到来時間差算出部208の出力DLが供給される。   The input terminal 801 is supplied with the output TA of the first arrival time determination unit 205, the input terminal 802 is supplied with the output TB of the second arrival time determination unit 206, and the input terminal 811 has a third output. The output TC of the arrival time determination unit 303 is supplied, the output DU of the first multipath wave arrival time difference calculation unit 207 is supplied to the input terminal 803, and the second multipath wave arrival is supplied to the input terminal 804. The output DL of the time difference calculation unit 208 is supplied.

ふ仰角判定部805は、第1及び第2の到来時刻決定部205、206の出力TA及びTBを、それぞれ入力端子801及び802を介して受け、それぞれ受波器201及び202で受信した到来波の各々についてふ仰角が上向きであるか下向きであるかを判定し、判定結果YULを出力する。   The elevation angle determination unit 805 receives the outputs TA and TB of the first and second arrival time determination units 205 and 206 via the input terminals 801 and 802, respectively, and the incoming waves received by the receivers 201 and 202, respectively. For each of the above, it is determined whether the elevation angle is upward or downward, and a determination result YUL is output.

図8(a)及び(b)に示す例では、1番目、2番目、4番目の到来波については、上側の受波器201のほうがより早いタイミングで受信しており、3番目、5番目の到来波については、下側の受波器のほうがより早いタイミングで受信している。これらのことから、1番目、2番目、4番目の到来波は、上方から到来したこと、即ちふ仰角が上向きであること、3番目、5番目の到来波は下方から到来したこと、即ちふ仰角が下向きであることが分かる。   In the example shown in FIGS. 8A and 8B, the first receiver 201 receives the first, second, and fourth incoming waves at an earlier timing, and the third, fifth, For the incoming wave, the lower receiver receives it at an earlier timing. From these facts, the first, second, and fourth incoming waves arrive from above, that is, the elevation angle is upward, and the third and fifth incoming waves arrive from below. It can be seen that the elevation angle is downward.

データ抽出部806は、ふ仰角判定部805における判定結果YULに基づいて、第1のマルチパス波到来時間差算出部207から出力される到来時間差を表すデータDUのうち、ふ仰角判定部805でふ仰角が上向きと判定されたマルチパス波についての到来時間差を示すデータFUのみを選択乃至抽出して、ふ仰上向き理論値−観測値差算出部808に供給する。   Based on the determination result YUL in the elevation angle determination unit 805, the data extraction unit 806 uses the elevation angle determination unit 805 to determine the arrival time difference output from the first multipath wave arrival time difference calculation unit 207. Only data FU indicating the arrival time difference for a multipath wave whose elevation angle is determined to be upward is selected or extracted, and supplied to the elevation theoretical value-observation value difference calculation unit 808.

データ抽出部807は、ふ仰角判定部805における判定結果YULに基づいて、第2のマルチパス波到来時間差算出部208から出力された到来時間差を表すデータDLのうち、ふ仰角判定部805でふ仰角が下向きと判定されたマルチパス波についての到来時間差を示すデータFLのみを選択乃至抽出して、ふ仰下向き理論値−観測値差算出部809に供給する。   Based on the determination result YUL in the elevation angle determination unit 805, the data extraction unit 807 includes the data DL representing the arrival time difference output from the second multipath wave arrival time difference calculation unit 208. Only the data FL indicating the arrival time difference for the multipath wave whose elevation angle is determined to be downward is selected or extracted and supplied to the elevation downward theoretical value-observed value difference calculation unit 809.

ふ仰角判定部805で上向きと判定されたマルチパス波についての、上側の受波器201における到来時間差を
FU(a=1、2、…)で表し、
ふ仰角判定部805で下向きと判定されたマルチパス波についての、下側の受波器202における到来時間差を
FL(b=1、2、…)で表す。
それぞれのマルチパスの伝搬経路が図10に示す通り(即ち、推定通り)であれば、1番目、2番目、4番目の到来波(直接波と第1、第3のマルチパス波)が上向きのふ仰角を有し、3番目、5番目の到来波(第2、第4のマルチパス波)が下向きのふ仰角を有することになり、したがって、
FU=DU
FU=DU
FL=DL
FL=DL
となる。
到来時間差FU、FU、…がふ仰上向き理論値−観測値差算出部808に供給され、到来時間差FL、FL、…がふ仰下向き理論値−観測値差算出部809に供給される。
The arrival time difference in the upper receiver 201 for the multipath wave determined to be upward by the elevation angle determination unit 805 is represented by FU a (a = 1, 2,...)
The arrival time difference at the lower receiver 202 for the multipath wave determined to be downward by the elevation angle determination unit 805 is represented by FL b (b = 1, 2,...).
If each multipath propagation path is as shown in FIG. 10 (that is, as estimated), the first, second and fourth incoming waves (direct wave and first and third multipath waves) are upward. And the third and fifth incoming waves (second and fourth multipath waves) will have a downward elevation angle, and therefore
FU 1 = DU 2 ,
FU 2 = DU 4 ,
FL 1 = DL 3 ,
FL 2 = DL 5
It becomes.
The arrival time differences FU 1 , FU 2 ,... Are supplied to the uplifting theoretical value-observation value difference calculation unit 808, and the arrival time differences FL 1 , FL 2 ,. Is done.

なお、同じ到来波の受波器201及び202における受信のタイミングの差は極めて小さいことから、例えば検出タイミングの差が所定値以下であれば、同じ到来波が受信されたと判断することとしても良い。また、第1の到来時刻決定部205で到来時刻と決定された時点及びその前後にわたるサンプル値の列と、第2の到来時刻決定部206で到来時刻と決定された時点及びその前後にわたるサンプル値の列の相関が高い場合に、これらの到来時刻が同じ到来波の検出タイミングであると判断することとしても良い。   Note that since the difference in reception timing between the receivers 201 and 202 for the same incoming wave is extremely small, for example, if the difference in detection timing is equal to or less than a predetermined value, it may be determined that the same incoming wave has been received. . In addition, a sequence of sample values extending from and before and after the time point determined as the arrival time by the first arrival time determination unit 205, and a sample value extending from and before and after the time point determined as the arrival time by the second arrival time determination unit 206 When the correlation of the columns of the two is high, it may be determined that these arrival times are the same arrival wave detection timing.

到来波判別部810は、第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303による到来時刻を示す情報を接続端子801、802及び811を介して受け、さらに仰角判定部805によるふ仰角の判定の結果YULを受け、第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303で到来時刻が検出された到来波が直接波であるか、海面1回反射波であるか海底1回反射波であるかの判別を行い、判別結果DSAをフィルタ作成部305に供給する。   The incoming wave discrimination unit 810 receives information indicating arrival times by the first, second, and third arrival time determination units 205, 206, and 303 via the connection terminals 801, 802, and 811, and further by the elevation angle determination unit 805. As a result of the determination of the elevation angle, the arrival wave whose arrival time is detected by the first, second and third arrival time determination units 205, 206 and 303 is a direct wave, or a reflected wave once at the sea surface. It is determined whether there is a reflected wave once on the seabed, and the determination result DSA is supplied to the filter creation unit 305.

領域フィルタ作成部305は、第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303から出力された第1、第2及び第3の受波器201、202及び301における到来時刻(検出タイミング)示す情報TA、TB及びTC、並びに入力端子213を介して供給される仮想音源設定位置データWSP、入力端子214を介して供給される音速プロファイルデータSVP、及び入力端子215を介して供給される受波器位置データWRP、並びに入力端子327を介して供給される到来波判別部810による判別結果DSAに基づいて領域フィルタ情報RFLを作成し、
領域フィルタ適用部306は、作成された領域フィルタ情報RFLに応じて、ふ仰上向き到来時間差テーブル706から入力端子708を介して供給される理論値EUに対して領域フィルタリングを掛け、
領域フィルタ適用部307は、作成された領域フィルタ情報RFLに応じて、ふ仰下向き到来時間差テーブル707から入力端子709を介して供給される理論値ELに対して領域フィルタリングを掛ける。
The area filter creation unit 305 receives the arrival times (first, second, and third receivers 201, 202, and 301) output from the first, second, and third arrival time determination units 205, 206, and 303. Detection timing) Information TA, TB and TC, virtual sound source setting position data WSP supplied via the input terminal 213, sound velocity profile data SVP supplied via the input terminal 214, and supply via the input terminal 215 Region filter information RFL is generated based on the received receiver position data WRP and the determination result DSA by the incoming wave determination unit 810 supplied via the input terminal 327,
The region filter application unit 306 performs region filtering on the theoretical value EU supplied from the rising-up arrival time difference table 706 via the input terminal 708 according to the generated region filter information RFL,
The region filter application unit 307 performs region filtering on the theoretical value EL supplied from the up-down arrival time difference table 707 via the input terminal 709 according to the generated region filter information RFL.

ここで言う領域フィルタリングは、音源の推定位置を制限することを意味する。即ち、領域フィルタイングを掛けることで、受波器201、202及び301における到来波の検出タイミングの前後関係を基に、音源の位置である可能性がない領域(以下「不可能領域」或いは「排除領域」ということがある)を音源推定結果から排除し、或いは不可能領域内の仮想音源位置が音源推定結果とならないようにしている。   The area filtering mentioned here means limiting the estimated position of the sound source. That is, by applying region filtering, the region that is not likely to be a sound source position (hereinafter referred to as “impossible region” or “ Is excluded from the sound source estimation result, or the virtual sound source position in the impossible area is not set as the sound source estimation result.

例えば仮に水中の音速が一定であるとすれば、直接波については、第1及び第2の受波器201及び202における到来時刻の前後関係に基づいて、音源が、第1の受波器201と第2の受波器202の中点を通る水平面よりも上に位置するか下に位置するかが分かる。そこで、例えば、第1の受波器201における到来時刻(観測値)が第2の受波器202における到来時刻(観測値)よりも先であれば、水平面よりも下の領域を「不可能領域」として排除することができ、第2の受波器202における到来時刻が第1の受波器201における到来時刻よりも先であれば、水平面よりも上の領域を「不可能領域」として排除することができる。   For example, if the speed of sound in water is constant, the sound source for the direct wave is determined based on the order of arrival times in the first and second receivers 201 and 202. It can be seen whether it is located above or below the horizontal plane passing through the midpoint of the second receiver 202. Therefore, for example, if the arrival time (observation value) in the first receiver 201 is earlier than the arrival time (observation value) in the second receiver 202, an area below the horizontal plane is “impossible. If the arrival time at the second receiver 202 is earlier than the arrival time at the first receiver 201, the region above the horizontal plane is defined as the “impossible region”. Can be eliminated.

同様に、第1及び第3の受波器201及び301における到来時刻の前後関係に基づく「不可能領域」、並びに第2及び第3の受波器202及び301における到来時刻の前後関係に基づく「不可能領域」を求めることができる。   Similarly, based on the “impossible region” based on the context of arrival times in the first and third receivers 201 and 301 and on the context of arrival times in the second and third receivers 202 and 301 “Impossible area” can be obtained.

水中の音速が一定でないことを考慮した場合には、上記の「領域」の境界の決定には、仮想音源位置の各々から、それぞれの受波器までの伝播時間を、仮想音源の位置、音速プロファイル及び受波器の位置に基づいて算出し、算出結果と、観測されたそれぞれの受波器での到来時刻の前後関係とに基づく判断をする必要がある。
また、到来時刻の検出誤差や算出誤差を考慮して、音源位置である可能性がない領域として排除する領域を若干狭めるのが望ましい。
音源位置である可能性のない領域以外は、音源位置である可能性のある領域であり、以下「可能領域」或いは「通過領域」と言うことがある。
各仮想音源位置の各々が、可能領域内にあるか不可能領域内にあるかを示す情報は、仮想音源位置の各々(p,q)についての2値情報F(p,q)=true/falseで構成されたデータテーブルの形を取る。
In consideration of the fact that the sound speed in water is not constant, the boundary of the above "region" is determined by determining the propagation time from each virtual sound source position to each receiver, the position of the virtual sound source, and the sound speed. It is necessary to calculate based on the profile and the position of the receiver, and to make a determination based on the calculation result and the anteroposterior relationship of the arrival times at the respective receivers.
In addition, in consideration of detection errors and calculation errors of arrival times, it is desirable to slightly narrow the area to be excluded as an area that is not likely to be a sound source position.
A region other than the region that is not likely to be a sound source position is a region that may be a sound source position, and may be hereinafter referred to as a “possible region” or a “passing region”.
Information indicating whether each virtual sound source position is in the possible area or in the impossible area is binary information F (p, q) = true / for each of the virtual sound source positions (p, q). It takes the form of a data table composed of false.

領域フィルタ適用部306及び307によるフィルタリングは、上記の不可能領域内の仮想音源位置が、推定結果となることを防ぐための処理(絞込み処理)であり、コスト関数の算出に先立って、不可能領域内の仮想音源位置を排除する(排除された仮想音源位置についてはコスト関数の算出をしないようにする)か、コスト関数の算出後に不可能領域内の仮想音源位置についてのコスト関数を排除することで、不可能領域内の仮想音源位置が音源位置の推定結果とはならないようにするものであり、領域フィルタ作成部305で作成された、領域フィルタ情報(可能領域、不可能領域の別を示す情報)RFLに基づき絞込みが行われる。領域フィルタ作成部305については、後にさらに詳しく説明する。   Filtering by the area filter application units 306 and 307 is a process (narrowing process) for preventing the virtual sound source position in the impossible area from being an estimation result, and cannot be performed prior to the calculation of the cost function. Exclude virtual sound source positions in the area (do not calculate cost function for excluded virtual sound source positions), or eliminate cost function for virtual sound source positions in impossible area after calculating cost function Thus, the virtual sound source position in the impossible area does not become the estimation result of the sound source position, and the area filter information created by the area filter creation unit 305 (the distinction between the possible area and the impossible area is determined). Information shown) Narrowing is performed based on RFL. The area filter creation unit 305 will be described in more detail later.

ふ仰上向き理論値−観測値差算出部808は、第1のマルチパス波到来時間差算出部207から入力端子803を介して供給される到来時間差の観測値DUのうち、データ抽出部806で抽出されたふ仰上向きのマルチパス波についての到来時間差の観測値の列GFUの各要素FU、FU、…と、ふ仰上向き到来時間差テーブル706から入力端子708を介して供給されるふ仰上向き到来時間差理論値
EU(p,q)、EU(p,q)、…((p,q)=(1,1)〜(P,Q))
のうちのフィルタ適用部306で領域フィルタリングされたもの、即ち、
EU(p,q)、EU(p,q)、…(ただし、(p,q)は、(1,1)〜(P,Q))のうちのF(p,q)=trueを満たすもの)
の各々の各要素とを受け、両者の対応する要素間の差を算出する。即ち、ふ仰上向き到来時間差理論値のうちの領域フィルタ適用部306を通過したものの
i番目の要素をEU(p,q)、ふ仰上向きのマルチパス波についての到来時間差の観測値のi番目の要素をFUとすると、次の式で表される計算を行う。
△FU(p,q)= EU(p,q)−FU …(3)
The uplifting theoretical value-observation value difference calculation unit 808 extracts the arrival time difference observation value DU supplied from the first multipath wave arrival time difference calculation unit 207 via the input terminal 803 by the data extraction unit 806. The elements FU 1 , FU 2 ,... Of the observed arrival time difference column GFU for the uplifted multipath wave, and the uplift supplied from the upturning arrival time difference table 706 via the input terminal 708. Upward arrival time difference theoretical value EU 1 (p, q), EU 2 (p, q),... ((P, q) = (1,1) to (P, Q))
Are subjected to region filtering by the filter application unit 306, that is,
EU 1 (p, q), EU 2 (p, q), (where (p, q) is (1,1) to (P, Q)) F (p, q) = true Satisfying)
Each of the elements is received, and the difference between the corresponding elements is calculated. In other words, the i-th element of the theoretical value of the rising-upward arrival time difference that has passed through the region filter application unit 306 is EU i (p, q), and the observed value of the arrival time difference for the rising-up multipath wave is i. When the ith element is FU i , the calculation represented by the following equation is performed.
ΔFU i (p, q) = EU i (p, q) −FU i (3)

ふ仰上向き自乗和算出部812では、式(3)の演算結果を自乗したものの、すべての、ふ仰角上向きのマルチパス波についての総和(下記の式(4)で表される)を求める。

Figure 2012215490
The elevation-up-square sum calculation unit 812 obtains the sum (expressed by the following equation (4)) of all the multipath waves upward in the elevation angle although the calculation result of the equation (3) is squared.
Figure 2012215490

式(4)で、I’は、I’≦Iであり、ふ仰角が上向きのマルチパス波がI番目まで検出された場合には、I’=Iであり、I番目まで検出されなかった場合には、検出されたふ仰角が上向きのマルチパス波の数を表す。   In Equation (4), I ′ is I ′ ≦ I, and when a multipath wave with an upward elevation angle is detected up to the I-th, I ′ = I and not detected until the I-th. In this case, the detected elevation angle represents the number of multipath waves having an upward direction.

同様に、ふ仰下向き理論値−観測値差算出部809は、第2のマルチパス波到来時間差算出部208から入力端子802を介して供給される到来時間差の観測値のうち、データ抽出部807で抽出されたふ仰下向きのマルチパス波についての到来時間差の観測値の列GFLの各要素FL、FL、…と、ふ仰下向き到来時間差テーブル707から入力端子709を介してさらに領域フィルタ適用部306を介して供給されるふ仰下向き到来時間差理論値EL(p,q)、EL(p,q)、…((p,q)=(1,1)〜(P,Q))
のうちのフィルタ適用部307で領域フィルタリングされたもの、即ち、
EL(p,q)、EL(p,q)、…(ただし、(p,q)は、(1,1)〜(P,Q))のうちのF(p,q)=trueを満たすもの)
の各々の各要素とを受け、両者の対応する要素間の差を算出する。即ち、ふ仰下向き到来時間差理論値のうちの領域フィルタ適用部307を通過したものの
i番目の要素をEL(p,q)、ふ仰下向きのマルチパス波についての到来時間差の観測値のj番目の要素をELとすると、次の式で表される計算を行う。
△FL(p,q)= EL(p,q)−FL …(5)
Similarly, the up-down theoretical value-observed value difference calculation unit 809 is a data extraction unit 807 among the observed arrival time difference values supplied from the second multipath wave arrival time difference calculation unit 208 via the input terminal 802. .., Each element FL 1 , FL 2 ,... Of observation time difference row GFL for the up-and-down multipath wave extracted in step S, and a region filter from the up-down arrival time difference table 707 via the input terminal 709. Upward / downward arrival time difference values EL 1 (p, q), EL 2 (p, q),... ((P, q) = (1,1) to (P, Q) supplied via the application unit 306 ))
Are subjected to region filtering by the filter application unit 307, that is,
EL 1 (p, q), EL 2 (p, q), (where (p, q) is (1,1) to (P, Q)) F (p, q) = true Satisfying)
Each of the elements is received, and the difference between the corresponding elements is calculated. That is, the i-th element of the theoretical value of the rising and falling arrival time difference that has passed through the region filter application unit 307 is EL i (p, q), and the observed value of the arrival time difference for the rising and falling multipath wave is j. If the j- th element is EL j , the calculation represented by the following equation is performed.
ΔFL j (p, q) = EL j (p, q) −FL j (5)

ふ仰下向き自乗和算出部813では、式(5)の演算結果を自乗したものの、すべての、ふ仰角下向きのマルチパス波についての総和(下記の式(6)で表される)を求める。

Figure 2012215490
The up-and-down square sum calculation unit 813 obtains the sum (represented by the following expression (6)) of all the multipath waves with the up-down angle downward, although the calculation result of Expression (5) is squared.
Figure 2012215490

式(6)で、J’は、J’≦Jであり、ふ仰角が下向きのマルチパス波がJ番目まで検出された場合には、J’=Jであり、J番目まで検出されなかった場合には、検出されたふ仰角が下向きのマルチパス波の数を表す。   In Equation (6), J ′ is J ′ ≦ J, and when a multipath wave with a downward elevation angle is detected up to the Jth, J ′ = J and not detected until the Jth. In this case, the detected elevation angle represents the number of multipath waves having a downward direction.

和算出部814では、式(4)及び式(6)の演算結果を用いて、次の演算を行い、演算結果を接続端子815から出力する。
K(p,q)=KU(p,q)+KL(p,q) …(7)
式(7)のK(p,q)が本実施の形態1で用いるコスト関数である。
The sum calculation unit 814 performs the following calculation using the calculation results of the equations (4) and (6), and outputs the calculation result from the connection terminal 815.
K (p, q) = KU (p, q) + KL (p, q) (7)
K (p, q) in Equation (7) is a cost function used in the first embodiment.

音源位置推定部211では式(7)で与えられるコスト関数が最小となる座標(p,q)を求め、求められた座標(p,q)が推定対象(目標)の音源位置WSを表すものであると推定する。   The sound source position estimation unit 211 obtains coordinates (p, q) at which the cost function given by equation (7) is minimized, and the obtained coordinates (p, q) represent the sound source position WS of the estimation target (target). It is estimated that.

式(4)、式(6)で求められる自乗和はともに、観測値と理論値(テーブル値)との一致度が大きいほど小さくなる。従って、式(4)、式(6)の自乗和の和で与えられる式(7)のコスト関数の値が小さいほど上記の一致度が大きい(不一致度が小さい)ことを意味する。従って式(7)のコスト関数が最小となる座標(p,q)を求めることは、一致度が最も大きい(不一致度が最も小さい)座標(p,q)を求めることを意味する。   Both the sums of squares obtained by the equations (4) and (6) become smaller as the degree of coincidence between the observed value and the theoretical value (table value) increases. Therefore, the smaller the value of the cost function in the equation (7) given by the sum of the square sums of the equations (4) and (6), the larger the degree of coincidence (the degree of inconsistency) is small. Therefore, obtaining the coordinates (p, q) that minimize the cost function of Equation (7) means obtaining the coordinates (p, q) having the highest degree of coincidence (the smallest degree of inconsistency).

以上のようにしてコスト関数を求め、該コスト関数が最小となる座標(p,q)を求めることで、音源位置の推定を正確に行うことができる。   As described above, the sound source position can be accurately estimated by obtaining the cost function and obtaining the coordinates (p, q) that minimize the cost function.

次に、領域フィルタ作成部305について説明する。
図13は、領域フィルタ作成部305の構成例を示すブロック図である。
図示の領域フィルタ作成部305は、直接波領域フィルタ作成部311と、海面反射波領域フィルタ作成部312と、海底反射波領域フィルタ作成部313と、領域フィルタ結合部314と、到来時刻テーブル作成部315とを有する。
Next, the region filter creation unit 305 will be described.
FIG. 13 is a block diagram illustrating a configuration example of the region filter creation unit 305.
The illustrated region filter creation unit 305 includes a direct wave region filter creation unit 311, a sea surface reflected wave region filter creation unit 312, a seabed reflected wave region filter creation unit 313, a region filter combination unit 314, and an arrival time table creation unit. 315.

入力端子321からは、第1の到来時刻決定部205で検出された到来時刻(示す情報)TAが、直接波領域フィルタ作成部311及び海面反射波領域フィルタ作成部312に入力される。
入力端子322からは、第2の到来時刻決定部206で検出された到来時刻(示す情報)TBが、直接波領域フィルタ作成部311及び海底反射波領域フィルタ作成部313に入力される。
入力端子323からは、第3の到来時刻決定部303で検出された到来時刻(示す情報)TCが、直接波領域フィルタ作成部311、海面反射波領域フィルタ作成部312及び海底反射波領域フィルタ作成部313に入力される。
From the input terminal 321, the arrival time (information indicated) TA detected by the first arrival time determination unit 205 is input to the direct wave region filter creation unit 311 and the sea surface reflected wave region filter creation unit 312.
From the input terminal 322, the arrival time (information indicating) TB detected by the second arrival time determination unit 206 is input to the direct wave region filter creation unit 311 and the submarine reflected wave region filter creation unit 313.
From the input terminal 323, the arrival time (information shown) TC detected by the third arrival time determination unit 303 is generated by the direct wave region filter creation unit 311, the sea surface reflected wave region filter creation unit 312 and the sea bottom reflected wave region filter creation. Input to the unit 313.

入力端子213、214及び215からは、仮想音源設定位置データWSP、音速プロファイルデータSVP並びに第1、第2及び第3の受波器201、202及び301の位置を示す情報(受波器位置データ)WRPが入力され、到来時刻テーブル作成部315に入力される。
到来時刻テーブル作成部315は、記憶部315Mを有し、以下のように到来時刻データを作成し、テーブルの形で記憶部315Mに保持させる。
From the input terminals 213, 214, and 215, virtual sound source setting position data WSP, sound velocity profile data SVP, and information indicating the positions of the first, second, and third receivers 201, 202, and 301 (receiver position data) ) WRP is input and input to the arrival time table creation unit 315.
The arrival time table creation unit 315 has a storage unit 315M, creates arrival time data as follows, and stores it in the storage unit 315M in the form of a table.

到来時刻テーブル作成部315は、受波器位置データWRP、仮想音源設定位置データWSP、及び音速プロファイルSVPに基づいて、仮想音源位置(p,q)を発した音による直接波が、それぞれ第1、第2及び第3の受波器201、202及び301に到来する時刻(相対時刻、例えば仮想音源で音が発生してからの時間、即ち伝播時間)SAd(p,q)、SBd(p,q)及びSCd(p,q)、仮想音源位置(p,q)を発した音による海面1回反射波が、それぞれ第1及び第3の受波器201及び301に到来する時刻(相対時刻、例えば仮想音源で音が発生してからの時間、即ち伝播時間)SAa(p,q)及びSCa(p,q)、並びに仮想音源位置(p,q)を発した音による海底1回反射波が、それぞれ第2及び第3の受波器202及び301に到来する時刻(相対時刻、例えば仮想音源で音が発生してからの時間、即ち伝播時間)SBb(p,q)及びSCb(p,q)を、全ての仮想音源位置(1,1)〜(P,Q)について計算し、計算結果を、記憶部315Mにテーブルの形で記憶させておく。   The arrival time table creation unit 315 is configured so that the direct wave generated by the sound emitted from the virtual sound source position (p, q) is first based on the receiver position data WRP, the virtual sound source setting position data WSP, and the sound velocity profile SVP. , Times of arrival at the second and third receivers 201, 202, and 301 (relative times, for example, the time since the sound was generated by the virtual sound source, that is, the propagation time) SAd (p, q), SBd (p , Q) and SCd (p, q), and the time (relative to the first and third receivers 201 and 301) that the reflected waves of the sea surface from the sound emitted from the virtual sound source position (p, q) arrive at the first and third receivers 201 and 301, respectively. Time, for example, the time since the sound was generated by the virtual sound source, that is, the propagation time) SAa (p, q) and SCa (p, q), and the seabed once by the sound emitted from the virtual sound source position (p, q) The reflected waves are second and third, respectively. Times arriving at the receivers 202 and 301 (relative time, for example, time since sound is generated in the virtual sound source, that is, propagation time) SBb (p, q) and SCb (p, q) are used as all virtual sound sources. The calculation is performed for the positions (1, 1) to (P, Q), and the calculation result is stored in the form of a table in the storage unit 315M.

記憶部315Mに保持されている到来時刻テーブルのデータは直接波領域フィルタ作成部311、海面反射波領域フィルタ作成部312及び海底反射波領域フィルタ作成部313により読み出されて、それぞれの領域フィルタ情報の作成に利用される。   Data of the arrival time table held in the storage unit 315M is read by the direct wave region filter creation unit 311, the sea surface reflected wave region filter creation unit 312 and the sea bottom reflected wave region filter creation unit 313, and each region filter information Used to create

直接波領域フィルタ作成部311は、第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303から入力端子321、322及び323を介して供給される、第1、第2及び第3の受波器201、202及び301における到来波の検出タイミングを示す情報TA、TB及びTCを受け、さらに到来波判別部810による判別結果DSAを、入力端子327を介して受け、さらに到来時刻テーブル作成部315から到来時刻テーブルのデータSAd(p,q)、SBd(p,q)及びSCd(p,q)を受け、到来検出タイミングを示す情報TA、TB及びTCのうち、判別結果DSAに基づいて直接波の到来検出タイミングTAd、TBd及びTCdを示す情報を識別し或いは抽出し、第1、第2及び第3の受波器201、201及び301における、直接波の到来時刻の前後関係に基づいて直接波領域フィルタ情報RFdを作成する。   The direct wave region filter creation unit 311 is supplied from the first, second, and third arrival time determination units 205, 206, and 303 via the input terminals 321, 322, and 323, and includes the first, second, and third. Receiving information TA, TB and TC indicating the detection timing of the incoming waves in the receivers 201, 202 and 301, receiving the discrimination result DSA by the incoming wave discrimination unit 810 via the input terminal 327, and further receiving the arrival time table. The arrival time table data SAd (p, q), SBd (p, q), and SCd (p, q) are received from the creation unit 315, and the discrimination result DSA among the information TA, TB, and TC indicating the arrival detection timing is received. Based on this, information indicating the arrival detection timings TAd, TBd and TCd of the direct wave is identified or extracted, and the first, second and third receivers 201, 201 and 3 are identified. In 1, to create a direct wave region filter information RFd based on the context of the arrival time of the direct wave.

海面反射波領域フィルタ作成部312は、入力端子321及び323から供給される、第1及び第3の受波器201及び301における、到来波の検出タイミングを示す情報TA及びTC、到来時刻テーブル作成部315からの到来時刻テーブルのデータSAa(p,q)及びSCa(p,q)、並びに到来波判別部810による判別結果DSAに基づいて、到来検出タイミングを示す情報TA及びTCのうち、判別結果DSAに基づいて海面1回反射波の到来検出タイミングを示す情報TAa及びTCaを識別或いは抽出し、第1及び第3の受波器201及び301における、海面1回反射波の到来時刻の前後関係に基づいて海面反射波領域フィルタ情報RFaを作成する。   The sea surface reflected wave region filter creation unit 312 creates information TA and TC indicating arrival wave detection timing and arrival time table creation in the first and third receivers 201 and 301 supplied from the input terminals 321 and 323. Based on the arrival time table data SAa (p, q) and SCa (p, q) from the unit 315 and the discrimination result DSA by the arrival wave discrimination unit 810, discrimination is made among the information TA and TC indicating the arrival detection timing. Based on the result DSA, the information TAa and TCa indicating the arrival detection timing of the once reflected sea surface are identified or extracted, and before and after the arrival time of the once reflected sea surface in the first and third receivers 201 and 301 Sea surface reflected wave region filter information RFa is created based on the relationship.

海底反射波領域フィルタ作成部313は、入力端子322及び323から供給される、第2及び第3の受波器202及び301における、到来波の検出タイミングを示す情報TB及びTC、到来時刻テーブル作成部315からの到来時刻テーブルのデータSBb(p,q)及びSCb(p,q)、並びに到来波判別部810による判別結果DSAに基づいて、到来検出タイミングを示す情報TB及びTCのうち、判別結果DSAに基づいて海底1回反射波の到来検出タイミングを示す情報TBb及びTCbを識別或いは抽出し、第2及び第3の受波器202及び301における海底1回反射波について海底反射波領域フィルタ情報RFbを作成する。   The submarine reflected wave region filter creation unit 313 creates information TB and TC indicating arrival timing of arrival waves in the second and third receivers 202 and 301 supplied from the input terminals 322 and 323, and an arrival time table. Based on the data SBb (p, q) and SCb (p, q) of the arrival time table from the unit 315 and the discrimination result DSA by the arrival wave discrimination unit 810, the discrimination is performed among the information TB and TC indicating the arrival detection timing. Based on the result DSA, the information TBb and TCb indicating the detection timing of arrival of the once reflected seabed are identified or extracted, and the bottom reflected wave area filter for the once reflected seabeds in the second and third receivers 202 and 301 is obtained. Information RFb is created.

領域フィルタ結合部314は、直接波領域フィルタ作成部311で作成された直接波領域フィルタ情報RFd、海面反射波領域フィルタ作成部312で作成された海面反射波領域フィルタ情報RFa及び海底反射波領域フィルタ作成部313で作成された海底反射波領域フィルタ情報RFbを結合して領域フィルタ情報RFLを作成し、出力端子328から出力する。   The region filter combining unit 314 includes the direct wave region filter information RFd created by the direct wave region filter creating unit 311, the sea surface reflected wave region filter information RFa created by the sea surface reflected wave region filter creating unit 312, and the sea bottom reflected wave region filter. The submarine reflected wave region filter information RFb created by the creation unit 313 is combined to create region filter information RFL, which is output from the output terminal 328.

図14は、直接波領域フィルタ作成部311の構成例を示す。
図示の直接波領域フィルタ作成部311は、第1の直接波領域フィルタ作成部331、第2の直接波領域フィルタ作成部332、第3の直接波領域フィルタ作成部333、及び直接波領域フィルタ結合部334を有する。
FIG. 14 shows a configuration example of the direct wave domain filter creation unit 311.
The illustrated direct wave domain filter creation unit 311 includes a first direct wave domain filter creation unit 331, a second direct wave domain filter creation unit 332, a third direct wave domain filter creation unit 333, and a direct wave domain filter combination. Part 334.

第1の直接波領域フィルタ作成部331は、入力端子321及び322を介して供給される、第1及び第2の受波器201及び202における到来波の検出タイミングを示す情報TA及びTB、到来時刻テーブル作成部315からの到来時刻テーブルのデータSAd(p,q)及びSBd(p,q)、並びに到来波判別部810による判別結果DSAを入力とし、第1及び第2の到来時刻決定部205及び206で検出された直接波の到来時刻TAd及びTBdに基づいて第1の直接波領域フィルタ情報RFd1を作成する。   The first direct wave region filter creation unit 331 is supplied via the input terminals 321 and 322, and includes information TA and TB indicating arrival wave detection timing in the first and second receivers 201 and 202, and arrival. The arrival time table data SAd (p, q) and SBd (p, q) from the time table creation unit 315 and the discrimination result DSA by the arrival wave discrimination unit 810 are input, and the first and second arrival time determination units First direct wave region filter information RFd1 is created based on the arrival times TAd and TBd of the direct waves detected at 205 and 206.

まず、第1の直接波領域フィルタ作成部331は、第1の受波器201における直接波の到来時刻TAdと第2の受波器202における直接波の到来時刻TBdの前後関係を判定する。この判定は、到来時刻TAdと到来時刻TBdを比較することにより、即ち、TAd<TBdか否かによって行われる。そして判定結果に基づいて、以下の式(8)で表される演算を行って、仮想音源位置の各々(p,q)が、可能領域内に位置するか否かを示す情報Fd1(p,q)を生成する。

Figure 2012215490
ここで、¬はブール代数における論理否定演算を表し、
d1(p,q)は以下の式で定義されるブール値を表す。
Figure 2012215490
SAd(p,q)、SBd(p,q)は到来時刻テーブル作成部315の記憶部315Mに記憶されている伝播時間の理論値である。 First, the first direct wave region filter creation unit 331 determines the front-rear relationship between the direct wave arrival time TAd in the first receiver 201 and the direct wave arrival time TBd in the second receiver 202. This determination is made by comparing the arrival time TAd with the arrival time TBd, that is, whether TAd <TBd. Then, based on the determination result, the calculation represented by the following equation (8) is performed, and information Fd1 (p, q) indicating whether or not each of the virtual sound source positions (p, q) is located within the possible area. q).
Figure 2012215490
Where ¬ represents a logical negation in Boolean algebra,
F * d1 (p, q) represents a Boolean value defined by the following equation.
Figure 2012215490
SAd (p, q) and SBd (p, q) are theoretical values of the propagation time stored in the storage unit 315M of the arrival time table creation unit 315.

上記の情報Fd1(p,q)の集合(座標(p,q)のすべての値(1,1)〜(P,Q)についての集合)が第1の直接波領域フィルタ情報RFd1を構成する。   A set of the information Fd1 (p, q) (a set of all values (1, 1) to (P, Q) of the coordinates (p, q)) constitutes the first direct wave domain filter information RFd1. .

仮に、水中における音速が一定である場合には、上記の式(8)によって定義される領域の境界は図15に線BL1で示されるごとくとなる。図15で線BL1は、第1の受波器201と第2の受波器202の中点(鉛直線VL上にあり、第1の受波器201と第2の受波器202の中間に位置する点)を通る水平面(鉛直線VLに垂直な面)を示す。   If the sound speed in water is constant, the boundary of the region defined by the above equation (8) is as shown by the line BL1 in FIG. In FIG. 15, a line BL <b> 1 is a midpoint between the first receiver 201 and the second receiver 202 (on the vertical line VL, and intermediate between the first receiver 201 and the second receiver 202. A horizontal plane (a plane perpendicular to the vertical line VL) passing through the point) is shown.

直接波に関し、図8(a)及び(b)に示すように、第1の受波器201における到来時刻TAが第2の受波器202における到来時刻TBよりも先であれば、音源WSは、図15に示すように、水平面BL1よりも上に位置すると判定され、従って水平面BL1よりも下側の領域は音源WSの位置ではありえない領域(不可能領域)と判断される。 With respect to the direct wave, as shown in FIGS. 8A and 8B, if the arrival time TA 1 in the first receiver 201 is earlier than the arrival time TB 1 in the second receiver 202, As shown in FIG. 15, the sound source WS is determined to be located above the horizontal plane BL1, and accordingly, the area below the horizontal plane BL1 is determined to be an area (impossible area) that cannot be the position of the sound source WS.

直接波に関し、図8(a)及び(b)に示す例とは逆に、第1の受波器201における到来時刻TAが第2の受波器202における到来時刻TBよりも後であれば、音源WSは水平面BL1よりも下に位置すると判定され、従って水平面BL1よりも上側の領域は不可能領域と判断される。 Concerning the direct wave, contrary to the example shown in FIGS. 8A and 8B, the arrival time TA 1 at the first receiver 201 is later than the arrival time TB 1 at the second receiver 202. If there is, the sound source WS is determined to be located below the horizontal plane BL1, and therefore the area above the horizontal plane BL1 is determined to be an impossible area.

なお、図15で線BL0は、第1の受波器201と第2の受波器202を結ぶ線VLを通り、音源の方位DWSを指す直線に対して垂直な面を表す。音源の方位は別の方法で既に分かっており、第3の受波器301は音源の方角に配置されているので、境界面BL0を中心として、第3の受波器301とは反対の側には音源は存在しえない。線BL0は、後述の図16、図17、図18及び図19にも示されており、同じ意味を持つ。なお、音源の方位は、特定の角度で表されるものではなく、ある角度範囲内であることを示す情報が得られたに過ぎないので、「境界線」ではなく「境界面」と表現される。上記の線BL1、及び後述の線BL2〜BL5で表される境界についても同様である。   In FIG. 15, a line BL0 represents a plane that passes through the line VL connecting the first receiver 201 and the second receiver 202 and is perpendicular to the straight line that points to the direction DWS of the sound source. The direction of the sound source is already known by another method, and the third wave receiver 301 is arranged in the direction of the sound source, so that the side opposite to the third wave receiver 301 is centered on the boundary surface BL0. There can be no sound source. The line BL0 is also shown in FIGS. 16, 17, 18, and 19 described later, and has the same meaning. Note that the direction of the sound source is not represented by a specific angle, but is merely information indicating that it is within a certain angle range, so it is expressed as a “boundary surface” instead of a “boundary line”. The The same applies to the boundary represented by the above-described line BL1 and lines BL2 to BL5 described later.

以上のようにして排除すべき領域(不可能領域)を示す情報、あるいは逆に排除すべきでない領域(可能領域、即ち音源の位置である可能性のある領域)を示す情報が、第1の直接波領域フィルタ作成部331で作成された第1の直接波領域フィルタ情報RFd1として、領域フィルタ結合部334に供給される。   Information indicating an area to be excluded (impossible area) as described above, or information indicating an area that should not be excluded (possible area, that is, an area that may be the position of a sound source) The first direct wave region filter information RFd1 created by the direct wave region filter creation unit 331 is supplied to the region filter combination unit 334.

第2の直接波領域フィルタ作成部332は、入力端子321及び323を介して供給される、第1及び第3の受波器201及び301における到来波の検出タイミングを示す情報TA及びTC、到来時刻テーブル作成部315からの到来時刻テーブルのデータSAd(p,q)及びSCd(p,q)、並びに到来波判別部810による判別結果DSAを入力とし、第1及び第3の到来時刻決定部205及び303で検出された直接波の到来時刻TAd及びTCdに基づいて第2の直接波領域フィルタ情報RFd2を作成する。   The second direct wave region filter creation unit 332 is supplied via the input terminals 321 and 323, and includes information TA and TC indicating arrival timing of the incoming waves in the first and third receivers 201 and 301, and arrival. First and third arrival time determination units using the arrival time table data SAd (p, q) and SCd (p, q) from the time table creation unit 315 and the discrimination result DSA by the arrival wave discrimination unit 810 as inputs. Based on the direct wave arrival times TAd and TCd detected in 205 and 303, second direct wave region filter information RFd2 is created.

まず、第2の直接波領域フィルタ作成部332は、第1の受波器201における直接波の到来時刻TAdと第3の受波器301における直接波の到来時刻TCdの前後関係を判定する。この判定はAd<TCdか否かによって行われる。そして判定結果に基づいて、以下の式(10)で表される演算を行って、仮想音源位置の各々(p,q)が、可能領域内に位置するか否かを示す情報Fd2(p,q)を生成する。

Figure 2012215490
ここで、¬はブール代数における論理否定演算を表し、
d2(p,q)は以下の式で定義されるブール値を表す。
Figure 2012215490
SAd(p,q)、SCd(p,q)は到来時刻テーブル作成部315の記憶部315Mに記憶されている到来時刻の理論値である。 First, the second direct wave region filter creation unit 332 determines the front-to-back relationship between the arrival time TAd of the direct wave in the first receiver 201 and the arrival time TCd of the direct wave in the third receiver 301. This determination is made based on whether Ad <TCd. Then, based on the determination result, the calculation represented by the following expression (10) is performed, and information Fd2 (p, q) indicating whether or not each of the virtual sound source positions (p, q) is located within the possible area. q).
Figure 2012215490
Where ¬ represents a logical negation in Boolean algebra,
F * d2 (p, q) represents a Boolean value defined by the following equation.
Figure 2012215490
SAd (p, q) and SCd (p, q) are the theoretical values of the arrival times stored in the storage unit 315M of the arrival time table creation unit 315.

上記の情報Fd2(p,q)の集合(座標(p,q)のすべての値(1,1)〜(P,Q)についての集合)が第2の直接波領域フィルタ情報RFd2を構成する。   The set of the information Fd2 (p, q) (the set for all values (1, 1) to (P, Q) of the coordinates (p, q)) constitutes the second direct wave domain filter information RFd2. .

仮に、水中における音速が一定である場合には、上記の式(10)によって定義される領域の境界は図16に線BL2で示されるごとくとなる。図16で線BL2は、第1の受波器201と第3の受波器301の中点を通り、第1の受波器201と第3の受波器301を結ぶ線Lacに垂直な面(領域境界面)を示す。   If the sound speed in water is constant, the boundary of the region defined by the above equation (10) is as shown by the line BL2 in FIG. In FIG. 16, the line BL <b> 2 passes through the midpoint of the first receiver 201 and the third receiver 301, and is perpendicular to the line Lac connecting the first receiver 201 and the third receiver 301. Indicates a surface (region boundary surface).

直接波に関し、図8(a)及び(c)に示すように、第3の受波器301における到来時刻TCが第1の受波器201における到来時刻TAよりも先であれば、音源WSは、図16に示すように、面BL2よりも斜め下方に位置すると判定され、従って面BL2よりも斜め上方の領域は不可能領域と判断される。 For direct waves, as shown in FIGS. 8A and 8C, if arrival time TC 1 in third receiver 301 is earlier than arrival time TA 1 in first receiver 201, As shown in FIG. 16, the sound source WS is determined to be located obliquely below the surface BL2, and accordingly, the region obliquely above the surface BL2 is determined to be an impossible region.

直接波に関し、図8(a)及び(c)に示す例とは逆に、第3の受波器301における到来時刻TCが第1の受波器201における到来時刻TAよりも後であれば、音源WSは面BL2よりも斜め上方に位置すると判定され、従って面BL2よりも斜め下方の領域は不可能領域と判断される。 Concerning the direct wave, contrary to the example shown in FIGS. 8A and 8C, the arrival time TC 1 in the third receiver 301 is later than the arrival time TA 1 in the first receiver 201. If there is, the sound source WS is determined to be located obliquely above the surface BL2, and therefore, the region obliquely below the surface BL2 is determined to be an impossible region.

以上のようにして排除すべき領域を示す情報、あるいは逆に排除すべきでない領域(音源の位置である可能性のある領域)を示す情報が、第2の直接波領域フィルタ作成部332で作成された第2の直接波領域フィルタ情報RFd2として、領域フィルタ結合部334に供給される。   Information indicating a region to be excluded as described above, or information indicating a region that should not be excluded (a region that may be a position of a sound source) is created by the second direct wave region filter creation unit 332. The second direct wave region filter information RFd2 is supplied to the region filter coupling unit 334.

第3の直接波領域フィルタ作成部333は、入力端子322及び323を介して供給される、第2及び第3の受波器202及び301における到来波の検出タイミングを示す情報TB及びTC、到来時刻テーブル作成部315からの到来時刻テーブルのデータSBd(p,q)及びSCd(p,q)、並びに到来波判別部810による判別結果DSAを入力とし、第2及び第3の到来時刻決定部206及び303で検出された直接波の到来時刻TBd及びTCdに基づいて第3の直接波領域フィルタ情報RFd3を作成する。   The third direct wave domain filter creation unit 333 is supplied via the input terminals 322 and 323, and includes information TB and TC indicating the detection timing of the incoming waves in the second and third receivers 202 and 301, and arrival. The second and third arrival time determination units receive the arrival time table data SBd (p, q) and SCd (p, q) from the time table creation unit 315 and the discrimination result DSA by the arrival wave discrimination unit 810 as inputs. Based on the direct wave arrival times TBd and TCd detected at 206 and 303, third direct wave region filter information RFd3 is created.

まず、第3の直接波領域フィルタ作成部333は、第2の受波器202における直接波の到来時刻TBdと第3の受波器301における直接波の到来時刻TCdの前後関係を判定する。この判定はTBd<TCdか否かによって行われる。そして判定結果に基づいて、以下の式(12)で表される演算を行って、仮想音源位置の各々(p,q)が、可能領域内に位置するか否かを示す情報Fd3(p,q)を生成する。

Figure 2012215490
ここで、¬はブール代数における論理否定演算を表し、
d3(p,q)は以下の式で定義されるブール値を表す。
Figure 2012215490
SBd(p,q)、SCd(p,q)は到来時刻テーブル作成部315の記憶部315Mに記憶されている到来時刻の理論値である。 First, the third direct wave region filter creation unit 333 determines the front-to-back relationship between the direct wave arrival time TBd in the second receiver 202 and the direct wave arrival time TCd in the third receiver 301. This determination is made based on whether TBd <TCd. Then, based on the determination result, the calculation represented by the following expression (12) is performed, and information Fd3 (p, q) indicating whether each of the virtual sound source positions (p, q) is located within the possible area. q).
Figure 2012215490
Where ¬ represents a logical negation in Boolean algebra,
F * d3 (p, q) represents a Boolean value defined by the following equation.
Figure 2012215490
SBd (p, q) and SCd (p, q) are theoretical values of arrival times stored in the storage unit 315M of the arrival time table creation unit 315.

上記の情報Fd3(p,q)の集合(座標(p,q)のすべての値(1,1)〜(P,Q)についての集合)が第3の直接波領域フィルタ情報RFd3を構成する。   The set of the information Fd3 (p, q) (the set for all the values (1, 1) to (P, Q) of the coordinates (p, q)) constitutes the third direct wave region filter information RFd3. .

仮に、水中における音速が一定である場合には、上記の式(12)によって定義される領域の境界は図16に線BL3で示されるごとくとなる。図16で線BL3は、第2の受波器202と第3の受波器301の中点を通り、第2の受波器202と第3の受波器301を結ぶ線Lbcに垂直な面(領域境界面)を示す。   If the sound speed in water is constant, the boundary of the region defined by the above equation (12) is as shown by the line BL3 in FIG. In FIG. 16, a line BL3 passes through the midpoint of the second receiver 202 and the third receiver 301 and is perpendicular to the line Lbc connecting the second receiver 202 and the third receiver 301. Indicates a surface (region boundary surface).

直接波に関し、図8(b)及び(c)に示すように、第3の受波器301における到来時刻TCが第2の受波器202における到来時刻TBよりも先であれば、音源WSは、図16に示すように、面BL3よりも斜め上方に位置すると判定され、従って面BL3よりも斜め下方の領域は不可能領域と判断される。 With respect to the direct wave, as shown in FIGS. 8B and 8C, if the arrival time TC 1 in the third receiver 301 is earlier than the arrival time TB 1 in the second receiver 202, As shown in FIG. 16, the sound source WS is determined to be located obliquely above the surface BL3, and accordingly, the region obliquely below the surface BL3 is determined to be an impossible region.

直接波に関し、図8(b)及び(c)に示す例とは逆に、第3の受波器301における到来時刻TCが第2の受波器202における到来時刻TBよりも後であれば、音源WSは面BL3よりも斜め下方に位置すると判定され、従って面BL3よりも斜め上方の領域は不可能領域と判断される。 Concerning the direct wave, contrary to the example shown in FIGS. 8B and 8C, the arrival time TC 1 in the third receiver 301 is later than the arrival time TB 1 in the second receiver 202. If there is, it is determined that the sound source WS is located obliquely below the surface BL3, and therefore the region obliquely above the surface BL3 is determined to be an impossible region.

以上のようにして排除すべき領域を示す情報、あるいは逆に排除すべきでない領域(音源の位置である可能性のある領域)を示す情報が、第3の直接波領域フィルタ作成部333で作成された第3の直接波領域フィルタ情報RFd3として、領域フィルタ結合部334に供給される。   The third direct wave region filter creation unit 333 creates information indicating a region to be excluded as described above, or information indicating a region that should not be excluded (a region that may be a position of a sound source). The third direct wave region filter information RFd3 is supplied to the region filter coupling unit 334.

直接波領域フィルタ結合部334は、第1、第2及び第3の直接波領域フィルタ作成部331、332及び333で作成された第1、第2及び第3の直接波領域フィルタ情報RFd1、RFd2、及びRFd3を結合して直接波領域フィルタ情報RFdを作成して、出力端子338から出力する。   The direct wave region filter coupling unit 334 includes first, second, and third direct wave region filter information RFd1, RFd2 created by the first, second, and third direct wave region filter creating units 331, 332, and 333. , And RFd3 are combined to create direct wave domain filter information RFd and output from the output terminal 338.

図16には、第2及び第3の直接波領域フィルタ情報RFd2〜RFd3により定義される領域の境界のみならず、第1の直接波領域フィルタ情報RFd1により定義される領域の境界も示されている。
第1の直接波フィルタ作成部331で音源位置が境界面BL1よりも上であると判定され、第2の直接フィルタ作成部332で音源位置が境界面BL2よりも斜め下方であると判定され、第3の直接フィルタ作成部333で音源位置が境界面BL3よりも斜め上方であると判定された場合、これらの判定結果を総合すれば、音源位置は、境界面BL1よりも上で、かつ境界面BL2よりも斜め下方で、かつ境界面BL3よりも斜め上方の領域であることになる。
FIG. 16 shows not only the boundary of the region defined by the second and third direct wave region filter information RFd2 to RFd3, but also the boundary of the region defined by the first direct wave region filter information RFd1. Yes.
The first direct wave filter creation unit 331 determines that the sound source position is above the boundary surface BL1, and the second direct filter creation unit 332 determines that the sound source position is obliquely below the boundary surface BL2, When the third direct filter creation unit 333 determines that the sound source position is diagonally above the boundary surface BL3, the sound source position is above the boundary surface BL1 and the boundary by combining these determination results. The region is obliquely below the surface BL2 and obliquely above the boundary surface BL3.

直接波領域フィルタ結合部334は、上記のような判定結果の総合乃至結合を行うものである。即ち、直接波領域フィルタ結合部334は、第1、第2及び第3の直接波フィルタ作成部331、332及び333による判定結果を結合して、それぞれの判定結果により得られた条件のすべてを満たす領域を結合後の判定結果(直接波311により、各仮想音源位置が音源の位置でありえると判断されるか否かを示す情報)として出力する。
各仮想音源位置(p,q)についての第1乃至第3の直接波領域フィルタ作成部331〜333による判定結果の結合は以下の式(14)で表される。
Fd(p,q)
=Fd1(p,q)∧Fd2(p,q)∧Fd3(p,q) …(14)
∧は、ブール代数における論理積演算を表す。
上記の式(14)で表される判定結果Fd(p,q)の集合(座標(p,q)のすべての値(1,1)〜(P,Q)についての集合)が、直接波領域フィルタ情報RFdを構成する。
The direct wave region filter coupling unit 334 performs synthesis or combination of the determination results as described above. That is, the direct wave region filter combining unit 334 combines the determination results from the first, second, and third direct wave filter creating units 331, 332, and 333, and all the conditions obtained from the respective determination results are combined. The region to be filled is output as a determination result after combining (information indicating whether or not each virtual sound source position can be a sound source position by the direct wave 311).
The combination of the determination results by the first to third direct wave region filter creation units 331 to 333 for each virtual sound source position (p, q) is expressed by the following equation (14).
Fd (p, q)
= Fd1 (p, q) ∧Fd2 (p, q) ∧Fd3 (p, q) (14)
∧ represents a logical AND operation in a Boolean algebra.
A set of determination results Fd (p, q) represented by the above formula (14) (a set of all values (1, 1) to (P, Q) of coordinates (p, q)) is a direct wave. The area filter information RFd is configured.

直接波領域フィルタ作成部311によって生成された直接波領域フィルタ情報RFdは、領域フィルタ結合部314に供給される。   The direct wave region filter information RFd generated by the direct wave region filter creation unit 311 is supplied to the region filter combination unit 314.

海面反射波領域フィルタ作成部312は、第1の受波器201における海面1回反射波の到来時刻TAaと第3の受波器301における海面1回反射波の到来時刻TCaの前後関係を判定する。この判定はTAa<TCaか否かによって行われる。そして判定結果に基づいて、以下の式(15)で表される演算を行って、仮想音源位置の各々(p,q)が、可能領域内に位置するか否かを示す情報Fa(p,q)を生成する。

Figure 2012215490
ここで、¬はブール代数における論理否定演算を表し、
a(p,q)は以下の式で定義されるブール値を表す。
Figure 2012215490
SAa(p,q)、SCa(p,q)は到来時刻テーブル作成部315の記憶部315Mに記憶されている到来時刻の理論値である。 The sea surface reflected wave region filter creation unit 312 determines the front-rear relationship between the arrival time TAa of the sea surface reflected wave in the first receiver 201 and the arrival time TCa of the sea surface reflected wave in the third receiver 301. To do. This determination is made based on whether TAa <TCa. Then, based on the determination result, an operation represented by the following expression (15) is performed, and information Fa (p, q) indicating whether or not each of the virtual sound source positions (p, q) is located within the possible area. q).
Figure 2012215490
Where ¬ represents a logical negation in Boolean algebra,
F * a (p, q) represents a Boolean value defined by the following equation.
Figure 2012215490
SAa (p, q) and SCa (p, q) are theoretical values of arrival times stored in the storage unit 315M of the arrival time table creation unit 315.

上記の情報Fa(p,q)の集合(座標(p,q)のすべての値(1,1)〜(P,Q)についての集合)が海面反射波領域フィルタ情報RFaを構成する。   A set of the information Fa (p, q) (a set of all values (1, 1) to (P, Q) of the coordinates (p, q)) constitutes the sea surface reflected wave region filter information RFa.

仮に、水中における音速が一定である場合には、上記の式(15)によって定義される領域の境界は図17に線BL4で示されるごとくとなる。図17で線BL2は、図16と同様に、第1の受波器201と第3の受波器301の中点を通り、第1の受波器201と第3の受波器301を結ぶ線Lacに垂直な面を示し、線BL4は、線BL2と海面SAとの交点における海面SAに対する垂線NSAを中心として線BL2に対称の線である。仮に線BL4で示される面内に音源があったとすると、海面SAでの反射波(1回反射波)は線BL2で示される面内の経路を辿ることになる。   If the sound speed in water is constant, the boundary of the region defined by the above equation (15) is as shown by the line BL4 in FIG. In FIG. 17, the line BL <b> 2 passes through the midpoint between the first receiver 201 and the third receiver 301 and passes through the first receiver 201 and the third receiver 301, as in FIG. 16. A plane perpendicular to the connecting line Lac is shown, and the line BL4 is a line symmetrical to the line BL2 around the perpendicular NSA to the sea surface SA at the intersection of the line BL2 and the sea surface SA. If there is a sound source in the plane indicated by the line BL4, the reflected wave at the sea surface SA (one-time reflected wave) follows the path in the plane indicated by the line BL2.

海面1回反射波に関し、図8(a)及び(c)に示すように第1の受波器201における到来時刻TAが第3の受波器301における到来時刻TCよりも先であれば、音源WSは、図17に示すように、面BL4よりも斜め下方に位置すると判定され、従って面BL4よりも斜め上方の領域は不可能領域と判断される。 Regarding the sea surface reflected wave, the arrival time TA 2 in the first receiver 201 is earlier than the arrival time TC 2 in the third receiver 301 as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (c). For example, as shown in FIG. 17, the sound source WS is determined to be located obliquely below the surface BL4, and therefore, the region obliquely above the surface BL4 is determined to be an impossible region.

海面1回反射波に関し、図8(a)及び(c)に示す例とは逆に、第1の受波器201における到来時刻TAが第3の受波器301における到来時刻TCよりも後であれば、音源WSは面BL4よりも斜め上方に位置すると判定され、従って面BL4よりも斜め下方の領域は不可能領域と判断される。 Contrary to the example shown in FIGS. 8 (a) and 8 (c), the arrival time TA 2 at the first receiver 201 is greater than the arrival time TC 2 at the third receiver 301 for the sea surface reflected wave. Later, it is determined that the sound source WS is located obliquely above the surface BL4, and accordingly, the region obliquely below the surface BL4 is determined to be an impossible region.

このように排除すべき領域を示す情報、あるいは逆に排除すべきでない領域(音源の位置である可能性のある領域)を示す情報が、海面反射波領域フィルタ作成部312によって生成された海面反射波領域フィルタ情報RFaとして、領域フィルタ結合部314に供給される。   The information indicating the area to be excluded in this way or the information indicating the area that should not be excluded (area that may be the position of the sound source) is generated by the sea surface reflected wave area filter creation unit 312. The wave region filter information RFa is supplied to the region filter coupling unit 314.

海底反射波領域フィルタ作成部313は、第2の受波器202における海底1回反射波の到来時刻TBbと第3の受波器301における海底1回反射波の到来時刻TCbの前後関係を判定する。この判定はTBb<TCbか否かによって行われる。そして判定結果に基づいて、以下の式(17)で表される演算を行って、仮想音源位置の各々(p,q)が、可能領域内に位置するか否かを示す情報Fb(p,q)を生成する。

Figure 2012215490
ここで、¬はブール代数における論理否定を表し、
b(p,q)は以下の式で定義されるブール値を表す。
Figure 2012215490
SBb(p,q)、SCb(p,q)は到来時刻テーブル作成部315の記憶部315Mに記憶されている到来時刻の理論値である。 The submarine reflected wave region filter creation unit 313 determines the front-rear relationship between the arrival time TBb of the once reflected seabed wave at the second receiver 202 and the arrival time TCb of the reflected wave once at the bottom of the third receiver 301. To do. This determination is made based on whether TBb <TCb. Then, based on the determination result, the calculation represented by the following formula (17) is performed, and information Fb (p, q) indicating whether or not each of the virtual sound source positions (p, q) is located in the possible area. q).
Figure 2012215490
Where ¬ represents a logical negation in Boolean algebra,
F * b (p, q) represents a Boolean value defined by the following equation.
Figure 2012215490
SBb (p, q) and SCb (p, q) are theoretical values of arrival times stored in the storage unit 315M of the arrival time table creation unit 315.

上記の情報Fb(p,q)の集合(座標(p,q)のすべての値(1,1)〜(P,Q)についての集合)が海面反射波領域フィルタ情報RFbを構成する。   A set of the above information Fb (p, q) (a set of all values (1, 1) to (P, Q) of the coordinates (p, q)) constitutes the sea surface reflected wave region filter information RFb.

仮に、水中における音速が一定である場合には、上記の式(17)によって定義される領域の境界は図18に線BL5で示されるごとくとなる。図18で線BL3は、図16と同様に、第2の受波器202と第3の受波器301の中点を通り、第2の受波器202と第3の受波器301を結ぶ線Lbcに垂直な面を示し、線BL5は、線BL3と海底SBとの交点における海底SBに対する垂線NSBを中心として線BL3に対称の線である。仮に線BL5で示される面内に音源があったとすると、海底SBでの反射波(1回反射波)は線BL3で示される面内の経路を辿ることになる。   If the sound speed in water is constant, the boundary of the region defined by the above equation (17) is as shown by the line BL5 in FIG. In FIG. 18, the line BL3 passes through the midpoint between the second receiver 202 and the third receiver 301 and passes through the second receiver 202 and the third receiver 301 as in FIG. A plane perpendicular to the connecting line Lbc is shown, and the line BL5 is a line symmetrical to the line BL3 about the perpendicular NSB to the sea bottom SB at the intersection of the line BL3 and the sea bottom SB. If the sound source is in the plane indicated by the line BL5, the reflected wave (one-time reflected wave) on the seabed SB follows the path in the plane indicated by the line BL3.

海底1回反射波に関し、図8(b)及び(c)に示すように、第3の受波器301における到来時刻TCが第2の受波器202における到来時刻TBよりも先であれば、音源WSは、図18に示すように、面BL5よりも斜め下方に位置すると判定され、従って面BL5よりも斜め上方の領域は不可能領域と判断される。 Regarding the one-time reflected wave at the sea bottom, as shown in FIGS. 8B and 8C, the arrival time TC 3 in the third receiver 301 is earlier than the arrival time TB 3 in the second receiver 202. If there is, the sound source WS is determined to be located obliquely below the surface BL5, as shown in FIG. 18, and therefore the region obliquely above the surface BL5 is determined to be an impossible region.

海面1回反射波に関し、図8(b)及び(c)に示す例とは逆に、第3の受波器301における到来時刻TCが第2の受波器202における到来時刻TBよりも後であれば、音源WSは面BL5よりも斜め上方に位置すると判定され、従って面BL5よりも斜め下方の領域は不可能領域と判断される。 Contrary to the example shown in FIGS. 8 (b) and 8 (c), the arrival time TC 3 at the third receiver 301 is greater than the arrival time TB 2 at the second receiver 202 for the sea surface reflected wave. Later, it is determined that the sound source WS is located obliquely above the surface BL5, and therefore, the region obliquely below the surface BL5 is determined to be an impossible region.

このように排除すべきと判定された領域を示す情報、あるいは逆に排除すべきでない領域(音源の位置である可能性のある領域)を示す情報が、海面反射波領域フィルタ作成部313により生成された、海面反射波領域フィルタ情報RFbとして、領域フィルタ結合部314に供給される。   Information indicating an area determined to be excluded in this manner, or information indicating an area that should not be excluded (an area that may be a position of a sound source) is generated by the sea surface reflected wave area filter creation unit 313. The sea surface reflected wave region filter information RFb is supplied to the region filter coupling unit 314.

なお、海底が水平であるとして説明しているが、海底が傾斜しており、傾斜の向きや程度が場所によって異なる場合には、面BL5の向きもそれに応じて変わることになる。   Although the description has been given on the assumption that the sea bottom is horizontal, when the sea bottom is inclined and the direction and degree of inclination vary depending on the location, the direction of the surface BL5 also changes accordingly.

上記した第1、第2及び第3の直接波領域フィルタ作成部331、332及び333による第1、第2及び第3の直接波領域フィルタ情報の作成、海面反射波領域フィルタ作成部312による海面反射波領域フィルタ情報の作成、並びに海底反射波領域フィルタ作成部313による海面反射波領域フィルタ情報の作成の各々において、到来時刻の検出誤差(観測値誤差)及び算出誤差(理論値誤差)を考慮して、音源位置ではありえないとして排除する領域(不可能領域)を狭くしておくのが望ましい。狭くするためには、例えば、第1の直接波領域フィルタ作成部331に関する上記の式(8)、(9)の代わりに下記の式(8B)、(9B)、(9C)により、情報Fd1(p,q)を求める。

Figure 2012215490
ここで、Fd11(p,q)、Fd12(p,q)は以下の式で定義されるブール値を表す。
Figure 2012215490
SAd(p,q)、SBd(p,q)は到来時刻テーブル作成部315の記憶部315Mに記憶されている到来時刻の理論値、Δtは、到来時刻の検出誤差(観測値誤差)及び算出誤差(理論値誤差)を考慮に入れた時間マージンである。 Creation of the first, second and third direct wave region filter information by the first, second and third direct wave region filter creation units 331, 332 and 333, and the sea surface by the sea surface reflected wave region filter creation unit 312 The detection error (observation value error) and calculation error (theoretical value error) of the arrival time are taken into consideration in each of the creation of the reflected wave region filter information and the creation of the sea surface reflected wave region filter information by the seafloor reflected wave region filter creation unit 313. Therefore, it is desirable to narrow a region (impossible region) to be excluded because it cannot be a sound source position. In order to narrow down, for example, instead of the above formulas (8) and (9) relating to the first direct wave region filter creation unit 331, the information Fd1 is expressed by the following formulas (8B), (9B), and (9C). Find (p, q).
Figure 2012215490
Here, F * d11 (p, q) and F * d12 (p, q) represent Boolean values defined by the following equations.
Figure 2012215490
SAd (p, q) and SBd (p, q) are theoretical values of the arrival time stored in the storage unit 315M of the arrival time table creation unit 315, and Δt is a detection error (observation value error) and calculation of the arrival time. This is a time margin taking into account an error (theoretical value error).

第2及び第3の直接波領域フィルタ作成部332及び333、海面反射波領域フィルタ作成部312、並びに海底反射波領域フィルタ作成部313についても同様の変形を加えることができる。   Similar modifications can be applied to the second and third direct wave region filter creating units 332 and 333, the sea surface reflected wave region filter creating unit 312 and the sea bottom reflected wave region filter creating unit 313.

領域フィルタ結合部314は、直接波領域フィルタ作成部311による判定結果RFd、海面反射波領域フィルタ作成部312による判定結果RFa及び海底反射波領域フィルタ作成部313による判定結果RFbを結合する。この結合において、領域フィルタ結合部314は、即ち、それぞれの判定結果による条件を全て満たす領域を示す情報を、音源が存在し得る領域を示す情報(領域フィルタ情報)RFLとして出力する。   The region filter combination unit 314 combines the determination result RFd by the direct wave region filter creation unit 311, the determination result RFa by the sea surface reflected wave region filter creation unit 312, and the determination result RFb by the seabed reflected wave region filter creation unit 313. In this combination, the region filter combining unit 314 outputs information indicating a region that satisfies all the conditions according to each determination result as information (region filter information) RFL indicating a region where a sound source may exist.

この結合の例を、図19を参照して説明する。図19において、線BL0〜BL5はそれぞれ図15〜図18と同じ意味を持つ。
到来時刻が図8(a)〜(c)に示すごとくであって、直接波領域フィルタ作成部311により、面BL1よりも上、面BL2よりも斜め下、面BL3よりも斜め上であるとの判定結果が出力され、
海面反射波領域フィルタ作成部312により、面BL4よりも斜め下であるとの判定結果が出力され、
海底反射波領域フィルタ作成部313による、面BL5よりも斜め下であるとの判定結果が出力されているとすると、これらの判定結果で示される条件をすべて満たす領域以外の領域は、音源位置ではありえない領域であり、排除すべき領域である。
An example of this combination will be described with reference to FIG. In FIG. 19, lines BL0 to BL5 have the same meaning as in FIGS.
The arrival time is as shown in FIGS. 8A to 8C, and the direct wave region filter creation unit 311 is above the surface BL1, obliquely below the surface BL2, and obliquely above the surface BL3. Is output,
The sea surface reflected wave region filter creation unit 312 outputs a determination result that is obliquely below the surface BL4,
If the determination result that the submarine reflected wave region filter creation unit 313 is obliquely below the surface BL5 is output, the region other than the region satisfying all the conditions indicated by these determination results is This is an impossible area and should be excluded.

別の見方をすれば、各仮想音源位置は、直接波領域フィルタ情報で定義された不可能領域、海面反射波領域フィルタで定義された不可能領域、及び海底反射波領域フィルタで定義された不可能領域のいずれかに属するときは、音源位置ではありえないとして排除され、そうでないときに限り、可能領域内にあると判断される。   From another viewpoint, each virtual sound source position is defined as an impossible area defined by the direct wave area filter information, an impossible area defined by the sea surface reflected wave area filter, and an undefined area defined by the seafloor reflected wave area filter. When it belongs to one of the possible areas, it is excluded as being not a sound source position, and it is determined that it is in the possible area only when it is not.

各仮想音源位置(p,q)についてのこのような判断の結合の結果、即ち領域フィルタ305により、各仮想音源位置が音源位置でありえると判断されるか否かを示す情報F(p,q)は、下の式(19)で表される。
F(p,q)
=Fd(p,q)∧Fa(p,q)∧Fb(p,q) …(19)
∧は、ブール代数における論理積演算を表す。
上記の情報F(p,q)の集合(座標(p,q)のすべての値(1,1)〜(P,Q)についての集合)が領域フィルタ情報RFLを構成する。
Information F (p, q) indicating whether or not each virtual sound source position can be a sound source position as a result of the combination of such determinations for each virtual sound source position (p, q), that is, by the region filter 305. ) Is expressed by the following equation (19).
F (p, q)
= Fd (p, q) ∧Fa (p, q) ∧Fb (p, q) (19)
∧ represents a logical AND operation in a Boolean algebra.
A set of the above information F (p, q) (a set of all values (1, 1) to (P, Q) of the coordinates (p, q)) constitutes the region filter information RFL.

領域フィルタ適用部306は、テーブル706から出力される理論値EU(p,q)のうち、領域フィルタ作成部305で作成された領域フィルタ情報RFLに基づき、排除すべき領域内に位置に対応するものを排除し、排除により絞り込まれた領域を示す情報を、ふ仰上向き理論値−観測値差算出部808に供給し、
領域フィルタ適用部307は、テーブル707から出力される理論値EL(p,q)のうち、領域フィルタ作成部305で作成された領域フィルタ情報RFLに基づき、排除すべき領域内の位置に対応するものを排除し、排除により絞り込まれた領域を示す情報を、ふ仰上向き理論値−観測値差算出部809に供給する。
The region filter application unit 306 corresponds to the position in the region to be excluded based on the region filter information RFL created by the region filter creation unit 305 out of the theoretical values EU (p, q) output from the table 706. The information indicating the region narrowed down by the exclusion is supplied to the uplifting theoretical value-observed value difference calculation unit 808,
The region filter application unit 307 corresponds to the position in the region to be excluded based on the region filter information RFL created by the region filter creation unit 305 out of the theoretical values EL (p, q) output from the table 707. The information indicating the area narrowed down by the exclusion is supplied to the uplifting theoretical value-observed value difference calculation unit 809.

以下、到来時刻決定部205、206及び303により取得できたマルチパス波が海面1回反射波と海底1回反射波から成る場合、即ち、図8(a)、(b)、(c)のうちのTA、TB、TCまでが取得できた場合について、コスト関数算出部210の動作を説明する。 Hereinafter, when the multipath wave acquired by the arrival time determination units 205, 206, and 303 is composed of the sea surface once reflected wave and the seabed once reflected wave, that is, as shown in FIGS. 8 (a), 8 (b), and 8 (c). The operation of the cost function calculation unit 210 will be described in the case where TA 3 , TB 3 , and TC 3 can be acquired.

図8(a)及び(b)に示す例では、1番目の到来波(タイミングTA、TBで受信した音波)及び2番目の到来波(タイミングTA、TBで受信した音波)については、上側の受波器201のほうがより早いタイミングで受信しており、3番目の到来波(TA、TBで受信した音波)については、下側の受波器のほうがより早いタイミングで受信している。これらのことから、1番目及び2番目の到来波は、上方から到来したこと、即ちふ仰角が上向きであること、3番目の到来波は下方から到来したこと、即ちふ仰角が下向きであることがふ仰角判定部805により判定される。
また、1番目の到来波(タイミングTA、TB、TC)が直接波であり、直接波の後の最初の上方から到来した音波(TA、TB、TC)が海面1回反射波であり、直接波の後の最初の上方から到来した音波(タイミングTA、TB、TC)が海面1回反射波であることが到来波判別部810により判定される。
ふ仰角上向きと判定された音波は、データ抽出部806により抽出されてふ仰角上向き理論値−観測値差算出部808に供給され、
ふ仰角下向きと判定された音波は、データ抽出部807により抽出されてふ仰角下向き理論値−観測値差算出部809に供給される。
In the example shown in FIGS. 8A and 8B, the first incoming wave (sound wave received at timings TA 1 and TB 1 ) and the second incoming wave (sound wave received at timings TA 2 and TB 2 ). Is received at an earlier timing by the upper receiver 201, and for the third incoming wave (acoustic waves received at TA 3 and TB 3 ), the lower receiver has an earlier timing. Receiving. From these facts, the first and second incoming waves arrive from above, that is, the elevation angle is upward, and the third arrival wave arrives from below, that is, the elevation angle is downward. Is determined by the elevation angle determination unit 805.
In addition, the first incoming wave (timing TA 1 , TB 1 , TC 1 ) is a direct wave, and the sound wave (TA 2 , TB 2 , TC 2 ) that has arrived from the first upper side after the direct wave is once on the sea surface. The arrival wave discriminating unit 810 determines that the sound wave (timing TA 3 , TB 3 , TC 3 ) that is a reflected wave and arrives from the first upper side after the direct wave is a reflected wave once at the sea surface.
The sound wave determined to have the elevation angle upward is extracted by the data extraction unit 806 and supplied to the elevation angle upward theoretical value-observation value difference calculation unit 808.
The sound wave determined to be the elevation angle downward is extracted by the data extraction unit 807 and supplied to the elevation angle downward theoretical value-observed value difference calculation unit 809.

上記のように、ふ仰角判定部805で上向きと判定されたマルチパス波についての、上側の受波器201における到来時間差を
FU(a=1、2、…)
で表し、
ふ仰角判定部805で下向きと判定されたマルチパス波についての、下側の受波器202における到来時間差を
FL(b=1、2、…)
で表すが、想定している例では、FUのうちのa=1のもの、即ち、
FU
のみが取得でき、到来時間差FLのうちのb=1のもの、即ち、
FLのみが取得できている。
即ち、それぞれのマルチパスの伝搬経路が図10に示す通り(即ち、推定通り)であれば、1番目、2番目の到来波(直接波と第1のマルチパス波)が上向きのふ仰角を有し、3番目の到来波(第2のマルチパス波)が下向きのふ仰角を有することになり、したがって、
FU=DU
FL=DL
となる。
到来時間差FUがふ仰上向き理論値−観測値差算出部808に供給され、到来時間差FLがふ仰下向き理論値−観測値差算出部809に供給される。
As described above, the arrival time difference in the upper receiver 201 for the multipath wave determined to be upward by the elevation angle determination unit 805 is expressed as FU a (a = 1, 2,...)
Represented by
The arrival time difference at the lower receiver 202 for the multipath wave determined to be downward by the elevation angle determination unit 805 is expressed as FL b (b = 1, 2,...)
In the assumed example, a = 1 of FU a , that is,
FU 1
Of the arrival time difference FL b , that is b = 1, ie
Only FL 1 has been acquired.
That is, if each multipath propagation path is as shown in FIG. 10 (ie, as estimated), the first and second incoming waves (direct wave and first multipath wave) have an upward elevation angle. And the third incoming wave (second multipath wave) will have a downward elevation angle, so
FU 1 = DU 2
FL 1 = DL 3
It becomes.
The arrival time difference FU 1 is supplied to the uplifting theoretical value-observed value difference calculation unit 808, and the arrival time difference FL 1 is supplied to the uplifting theoretical value-observed value difference calculation unit 809.

ふ仰上向き理論値−観測値差算出部808は、第1のマルチパス波到来時間差算出部207から入力端子803を介して供給される到来時間差の観測値のうち、データ抽出部806で抽出されたふ仰上向きのマルチパス波についての到来時間差の観測値FUと、ふ仰上向き到来時間差テーブル706から入力端子708を介し、さらに、領域フィルタ適用部306を介して供給されるふ仰上向き到来時間差理論値EU(p,q)((p,q)=(1,1)〜(P,Q))の差を算出する。
△FU(p,q)= EU(p,q)−FU …(20)
The uplifting theoretical value-observation value difference calculation unit 808 is extracted by the data extraction unit 806 from the observation values of the arrival time difference supplied from the first multipath wave arrival time difference calculation unit 207 via the input terminal 803. The observation value FU 1 of the arrival time difference for the multipath wave upward and the upward arrival time difference supplied from the elevation and arrival time difference table 706 via the input terminal 708 and further via the region filter application unit 306. The difference between the time difference theoretical values EU 1 (p, q) ((p, q) = (1, 1) to (P, Q)) is calculated.
ΔFU 1 (p, q) = EU 1 (p, q) −FU 1 (20)

ふ仰上向き自乗和算出部812では、式(20)の演算結果を自乗したものを求める。
KU(p,q)={ΔFU(p,q)} …(21)
式(21)の演算は、上記の式(4)において、I’=1である場合に相当する。
In the up-and-down sum-of-squares calculation unit 812, the square of the calculation result of Expression (20) is obtained.
KU (p, q) = {ΔFU 1 (p, q)} 2 (21)
The calculation of the equation (21) corresponds to the case where I ′ = 1 in the above equation (4).

同様に、ふ仰下向き理論値−観測値差算出部809は、第2のマルチパス波到来時間差算出部208から入力端子802を介して供給される到来時間差の観測値のうち、データ抽出部807で抽出されたふ仰下向きのマルチパス波についての到来時間差の観測値FLと、ふ仰下向き到来時間差テーブル707から入力端子709を介し、さらに領域フィルタ適用部307を介して供給されるふ仰下向き到来時間差理論値EL(p,q)((p,q)=(1,1)〜(P,Q))の差を算出する。即ち、次の式(22)で表される計算を行う。
△FL(p,q)= EL(p,q)−FL …(22)
Similarly, the up-down theoretical value-observed value difference calculation unit 809 is a data extraction unit 807 among the observed arrival time difference values supplied from the second multipath wave arrival time difference calculation unit 208 via the input terminal 802. The observation value FL 1 of the arrival time difference for the up-and-down multipath wave extracted in step 1 and the up-down signal supplied from the up-and-down arrival time difference table 707 via the input terminal 709 and further via the region filter application unit 307. The difference between the downward arrival time difference theoretical values EL 1 (p, q) ((p, q) = (1, 1) to (P, Q)) is calculated. That is, the calculation represented by the following formula (22) is performed.
ΔFL 1 (p, q) = EL 1 (p, q) −FL 1 (22)

ふ仰下向き自乗和算出部813では、式(22)の演算結果を自乗したもの(下記の式(23)で表される)を求める。
KL(p,q)={ΔFL(p,q)} …(23)
式(23)の演算は、式(6)でJ’=1とした場合に相当する。
The up-and-down square sum calculation unit 813 obtains the square of the calculation result of Expression (22) (expressed by Expression (23) below).
KL (p, q) = {ΔFL 1 (p, q)} 2 (23)
The calculation of Expression (23) corresponds to the case where J ′ = 1 in Expression (6).

和算出部814では、式(21)及び式(23)の演算結果を用いて、次の演算を行い、演算結果を接続端子815から出力する。
K(p,q)=KU(p,q)+KL(p,q) …(24)
式(24)のK(p,q)が本実施の形態1で用いるコスト関数である。
The sum calculation unit 814 performs the following calculation using the calculation results of Expression (21) and Expression (23), and outputs the calculation result from the connection terminal 815.
K (p, q) = KU (p, q) + KL (p, q) (24)
K (p, q) in equation (24) is a cost function used in the first embodiment.

音源位置推定部211では式(24)で与えられるコスト関数が最小となる座標(p,q)を求め、求められた座標(p,q)が推定対象(目標)の音源位置WSを表すものであると推定する。   The sound source position estimation unit 211 obtains coordinates (p, q) that minimize the cost function given by the equation (24), and the obtained coordinates (p, q) represent the sound source position WS of the estimation target (target). It is estimated that.

式(21)、式(23)で求められる自乗和はともに、観測値と理論値(テーブル値)との一致度が大きいほど小さくなる。従って、式(21)、式(23)の自乗和の和で与えられる式(24)のコスト関数の値が小さいほど上記の一致度が大きい(不一致度が小さい)ことを意味する。従って式(24)のコスト関数が最小となる座標(p,q)を求めることは、一致度が最も大きい(不一致度が最も小さい)座標(p,q)を求めることを意味する。   Both the sums of squares obtained by Expression (21) and Expression (23) become smaller as the degree of coincidence between the observed value and the theoretical value (table value) increases. Therefore, the smaller the value of the cost function of the equation (24) given by the sum of the square sums of the equations (21) and (23), the larger the degree of coincidence (the degree of inconsistency) is small. Therefore, obtaining the coordinates (p, q) that minimizes the cost function of Equation (24) means obtaining the coordinates (p, q) having the highest degree of coincidence (the smallest degree of inconsistency).

以上のように、領域フィルタ適用部306及び307で絞り込まれた仮想音源位置についてコスト関数を求め、上記コスト関数が最小となる座標(p,q)を求めることで、音源位置の推定を正確に行うことができる。   As described above, the cost function is obtained for the virtual sound source positions narrowed down by the area filter application units 306 and 307, and the coordinates (p, q) that minimize the cost function are obtained, thereby accurately estimating the sound source position. It can be carried out.

以下、本発明の効果を説明する。
まず、十分な数のマルチパス波が得られる場合の効果を説明する。
従来例のコスト関数は、図4中の矢印DMCで示した方向に沿う領域でコスト関数の差が小さく、従って、到来時間差観測値に誤差がある場合に、音源位置の推定誤差が大きいという問題があったが、本実施の形態1では、上記のように、マルチパス波の到来ふ仰角の上向き、下向きのそれぞれについて別個の到来時間差のテーブルを用い、別個の不一致度(を表す値)CU、CLを求め、これらの和をコスト関数として、音源位置の推定を行なうこととしており、これにより推定誤差を低減することができる。
The effects of the present invention will be described below.
First, the effect when a sufficient number of multipath waves can be obtained will be described.
The cost function of the conventional example has a small cost function difference in the region along the direction indicated by the arrow DMC in FIG. 4, and therefore, when the arrival time difference observation value has an error, the sound source position estimation error is large. However, in the first embodiment, as described above, a separate arrival time difference table is used for each of the upward and downward arrival angles of the multipath wave, and a separate degree of inconsistency (a value representing) CU CL is obtained, and the sound source position is estimated using these sums as a cost function, thereby reducing the estimation error.

一例として、従来例と同様に、図3に示すように音速が一定で水深の変化が無い場合を考える。従来例と同条件で到来時間差観測値に誤差がないとした場合のコスト関数を、図20に示す。従来例と同様に、横軸は受波点Zrからの水平距離r、縦軸は深度(下方向ほど深度が大)zを表す。図中の線はコスト関数の等高線である。図示のように、コスト関数の等高線は音源位置真値を中心に楕円状になり、受波器に近い場所はコストが大きくなるように変化している。従って、コスト関数の形状から定性的に改善していることが判る。   As an example, let us consider a case where the sound speed is constant and there is no change in water depth, as in the conventional example. FIG. 20 shows a cost function when there is no error in the arrival time difference observation value under the same conditions as in the conventional example. As in the conventional example, the horizontal axis represents the horizontal distance r from the receiving point Zr, and the vertical axis represents the depth (depth is greater in the downward direction) z. The lines in the figure are the cost function contours. As shown in the figure, the contour lines of the cost function are elliptical with the true value of the sound source position as the center, and the location close to the receiver changes so that the cost increases. Therefore, it can be seen that the shape of the cost function is qualitatively improved.

また、従来例と同様に、経験的に知られている観測誤差を与えて、図3に示した条件でシミュレーションを30回試行したところ、距離の誤差標準偏差は距離真値の約5%と従来例と比較して約1/3となり、音源の位置推定誤差に低減に寄与することが確認された。   Similarly to the conventional example, when an empirically known observation error is given and simulation is performed 30 times under the conditions shown in FIG. 3, the standard error of the distance is about 5% of the true distance value. Compared to the conventional example, it was about 1/3, and it was confirmed that it contributed to the reduction in the position estimation error of the sound source.

以上のように、図5の構成を用いることで、取得できるパルスの数が十分に多い場合には、到来時間差観測値に誤差がある場合にも、音源位置の推定誤差を小さくすることができる。
しかしながら、取得できるパルスの数が少ない場合には、推定誤差を十分に小さくすることができないという問題があった。
即ち、先願で開示された構成の場合にも、マルチパス波として海面1回反射波及び海底1回反射波のみが取得できた場合には、図21に示すように、コスト関数を表す等高線が一方向に延びた形状となり、コスト関数は図の矢印DMCの方向に緩やかな変化をするため、音源位置の推定誤差が大きいという問題があった。これに対して、上記のように、マルチパス波の到来ふ仰角の上向き、下向きのそれぞれについて別個の到来時間差のテーブルの理論値のうちの領域フィルタ適用部306及び307により絞り込まれた値を用い、ふ仰角上向き、下向きの各々について別個の不一致度(を表す値)CU、CLを求め、これらの和をコスト関数として、音源位置の推定を行なうことで、図22に示すように、推定誤差を低減することができる。
As described above, by using the configuration of FIG. 5, when the number of pulses that can be acquired is sufficiently large, the estimation error of the sound source position can be reduced even when there is an error in the arrival time difference observation value. .
However, when the number of pulses that can be acquired is small, there is a problem that the estimation error cannot be made sufficiently small.
That is, even in the case of the configuration disclosed in the prior application, when only the sea surface reflected wave and the seabed reflected wave can be acquired as multipath waves, as shown in FIG. Has a shape extending in one direction, and the cost function changes gradually in the direction of the arrow DMC in the figure, so that there is a problem that the estimation error of the sound source is large. On the other hand, as described above, the values narrowed down by the region filter application units 306 and 307 out of the theoretical values of the separate arrival time difference tables for the upward and downward arrival angles of the multipath wave are used. 22, by obtaining separate discrepancies (representing values) CU and CL for each of the upward and downward elevation angles, and estimating the sound source position using these sums as a cost function, as shown in FIG. Can be reduced.

なお、上記の実施の形態1では、ふ仰角の判定のために2つの受波器における到来時刻の差を用いているが、2つの受波器の代わりに、例えば、鉛直受波器アレイを用いることも可能である。   In the first embodiment, the difference in arrival time between the two receivers is used to determine the elevation angle. However, instead of the two receivers, for example, a vertical receiver array is used. It is also possible to use it.

なお、上記の例ではコスト関数の算出に当たり、音源の位置ではあり得ないと判定された仮想音源位置を除外して、除外された領域以外の仮想音源位置についてのみ、コスト関数を計算しているが、
このようにする代わりに、一旦すべての仮想音源位置についてコスト関数を計算し、その後で、音源の位置ではあり得ない領域を除外したコスト関数に変換することとしても良い。例えば、コスト関数算出部210を図23に示すように構成し、和算出部814の出力側に領域フィルタ適用部816を挿入し、和算出部814で算出されたコスト関数K(p,q)を以下のように変換する。

Figure 2012215490
Kf(p,q)は変換後のコスト関数である。
音源位置推定部211は、この変換後のコスト関数が最小となる位置(仮想音源位置のいずれか)を音源位置と推定する。 In the above example, in calculating the cost function, the cost function is calculated only for the virtual sound source positions other than the excluded area, excluding the virtual sound source positions determined not to be the positions of the sound sources. But,
Instead of doing this, a cost function may be once calculated for all virtual sound source positions, and then converted into a cost function excluding a region that cannot be the position of the sound source. For example, the cost function calculation unit 210 is configured as shown in FIG. 23, the region filter application unit 816 is inserted on the output side of the sum calculation unit 814, and the cost function K (p, q) calculated by the sum calculation unit 814 is inserted. Is converted as follows.
Figure 2012215490
Kf (p, q) is a cost function after conversion.
The sound source position estimation unit 211 estimates a position (any one of the virtual sound source positions) at which the converted cost function is minimum as a sound source position.

上記の実施の形態では、領域フィルタリングのために3つの受波器を用いたが、4つ以上の受波器を用いても良い。但し、2つの受波器を鉛直方向に整列させ、3つ目以降の受波器は、任意の2つの受波器を結ぶ直線が互いに平行にならないようにするのが望ましい。   In the above embodiment, three receivers are used for region filtering. However, four or more receivers may be used. However, it is desirable to align the two receivers in the vertical direction so that the third and subsequent receivers do not have straight lines connecting any two receivers parallel to each other.

上記の例では、直接波のほかにマルチパス波として、海面1回反射波及び海底1回反射波のみが取得できた場合の動作について詳しく説明したが、マルチパス波が3つ以上取得できた場合にも上記と同様に領域フィルタリングによる絞込みを併用して音源位置推定を行うことができる。   In the above example, the operation in the case where only the sea surface once reflected wave and the seabed once reflected wave can be acquired as a multipath wave in addition to the direct wave has been described in detail, but three or more multipath waves could be acquired. Even in this case, the sound source position can be estimated using the filtering by region filtering in the same manner as described above.

実施の形態2.
上記の実施の形態1の方法では、第1及び第2の受波器201及び202で受信した音波が、信号のみから成る場合には問題ないが、ノイズが誤って信号と検出(誤検出)されたり、検出されるべき信号が検出されない場合には、問題がある。誤検出の場合には、誤った組合せで受波器間での到来時間差を計算し、誤ったふ仰角の上下判定の結果に基づいてコスト算出を行う可能性があり、コスト算出に誤りが生じ、音源位置推定を誤る可能性がある。検出されるべき信号が検出されない場合には、ふ仰角の判定のために用いるべき一対の信号(受信タイミング)が揃わず、そのため、到来時間差テーブルとの比較(不一致度の算出)が適切に行なえないという問題がある。領域フィルタ作成部305による領域フィルタ情報の作成に関しても同様の問題があり、信頼性の高い到来時刻データのみを用いて領域フィルタ情報の作成を行うのが望ましい。
Embodiment 2. FIG.
In the method of the first embodiment described above, there is no problem when the sound waves received by the first and second receivers 201 and 202 are composed only of signals, but noise is detected as a signal erroneously (false detection). There is a problem if a signal to be detected is not detected. In the case of false detection, there is a possibility that the difference in arrival time between receivers is calculated with an incorrect combination, and cost calculation may be performed based on the result of incorrect vertical elevation angle determination, resulting in an error in cost calculation. There is a possibility of incorrect sound source position estimation. When a signal to be detected is not detected, a pair of signals (reception timings) to be used for determining the elevation angle are not prepared, so that comparison with the arrival time difference table (calculation of the mismatch degree) can be performed appropriately. There is no problem. There is a similar problem with the creation of region filter information by the region filter creation unit 305, and it is desirable to create region filter information using only reliable arrival time data.

本発明の実施の形態2における音源位置推定装置の全体的構成は、図5に示される通りであるが、コスト関数算出部210の構成が、図24のごとくである点で異なる。   The overall configuration of the sound source position estimation apparatus according to Embodiment 2 of the present invention is as shown in FIG. 5, but is different in that the configuration of the cost function calculation unit 210 is as shown in FIG.

図24に示されるコスト関数算出部210は、図12に示されるコスト関数算出部210と概して同じであるが、図24に示される部材に加えて、時間差判定部825、及びデータ抽出部858を備え、さらにデータ抽出部806及び807の代わりにデータ抽出部826、827を備えている点で異なる。   The cost function calculation unit 210 shown in FIG. 24 is generally the same as the cost function calculation unit 210 shown in FIG. 12, but in addition to the members shown in FIG. 24, a time difference determination unit 825 and a data extraction unit 858 are provided. Provided that data extraction units 826 and 827 are provided instead of the data extraction units 806 and 807.

図25は、時間差判定部825の構成例を示す。図示の時間差判定部825は、到来時間差最小組合せ算出部853と、受波器間最大到来時間差算出部855と、信頼性評価部854とを有する。   FIG. 25 shows a configuration example of the time difference determination unit 825. The illustrated time difference determination unit 825 includes an arrival time difference minimum combination calculation unit 853, an inter-receiver maximum arrival time difference calculation unit 855, and a reliability evaluation unit 854.

到来時間差最小組合せ算出部853では、入力端子801及び802を介して供給される第1及び第2の到来時刻決定部205、206の出力に基づき、第1及び第2の受波器201及び202における到来波の到来時刻(タイミング)のうちで、差が最も小さい組合せ乃至対を求める。その動作を、図26(a)及び(b)を用いて説明する。第1の到来時刻決定部205で検出された、上側の受波器201における到来時刻(タイミング)をtA(a=1,2,…)、第2の到来時刻決定部206で検出された下側の受波器202における到来時刻(タイミング)をtB(b=1,2,…)とし、2つの受波器における到来時刻の内、差が最小となる組合せを信頼性の高い組合せ乃至対として求める。 In the arrival time difference minimum combination calculation unit 853, the first and second receivers 201 and 202 are based on the outputs of the first and second arrival time determination units 205 and 206 supplied via the input terminals 801 and 802. Among the arrival times (timing) of the incoming waves at, a combination or pair having the smallest difference is obtained. The operation will be described with reference to FIGS. 26 (a) and 26 (b). The arrival time (timing) in the upper receiver 201 detected by the first arrival time determination unit 205 is detected by tA a (a = 1, 2,...) And detected by the second arrival time determination unit 206. The arrival time (timing) in the lower receiver 202 is tB b (b = 1, 2,...), And the combination having the smallest difference among the arrival times in the two receivers is a highly reliable combination. Or as a pair.

例えば、時刻tAの各々について時刻tBのうちで最も差の小さいものを信頼性の高い組合せ乃至対として求め、時刻tB(b=1、2、…)のうちで、時刻tA(a=1、2、…)のいずれについても差が最小と判断されなかったものは、信頼性の低いものとして除外される。また、ある時刻tBが複数の時刻tAaについて差が最小と判断された場合には、当該時刻tBとの差がより小さい時刻tAが選択され、他の時刻tAは信頼性の低いものとして除外される。 For example, for each of the time tA a determined as a high combined to pairs reliable most things difference small among the time tB b, time tB b (b = 1,2, ... ) among the time tA a ( Those in which the difference is not judged to be minimal for any of a = 1, 2,...) are excluded as having low reliability. Further, when it is determined that the difference between a certain time tB b is the minimum for a plurality of times tAa, a time tA a having a smaller difference from the time tB b is selected, and the other times tA a are low in reliability. Is excluded.

図示の例では、時刻tBは、時刻tA〜tAのいずれについても、差が最小とはならないため、除外される。一方、時刻tAと時刻tAのいずれも、時刻tBとの差が最小であるが、時刻tAよりも時刻tAの方が時刻tBとの差が小さいので、時刻tAが信頼性の高いものとして残され(時刻tBと対を成すものとして選択され)、時刻tAは信頼性の低いものとして除外される。 In the illustrated example, the time tB 3 is excluded because the difference is not the minimum for any of the times tA 1 to tA 6 . On the other hand, none of the time tA 4 and time tA 5, although the difference between the time tB 5 is minimum, since the direction of the time tA 4 than the time tA 5 is small difference between the time tB 5, the time tA 4 is It remains as highly reliable (selected to be paired with time tB 5 ) and time tA 5 is excluded as less reliable.

以上の結果、時刻tAと時刻tB、時刻tAと時刻tB、時刻tAと時刻tB、時刻tAと時刻tB、時刻tAと時刻tBが互いに信頼性の高い対tG、tG、tG、tG、tGを成すものとして(従って同じ到来波の検出タイミングとして)選択され、時刻tAと時刻tBはノイズによるもの(信頼性の低いもの)と見なされ除外される。 As a result, time tA 1 and time tB 1 , time tA 2 and time tB 2 , time tA 3 and time tB 4 , time tA 4 and time tB 5 , time tA 6 and time tB 6 are mutually reliable pairs. tG 1 , tG 2 , tG 3 , tG 4 , tG 5 are selected (thus as the same arrival wave detection timing), and time tA 5 and time tB 3 are due to noise (low reliability) Considered and excluded.

受波器間最大到来時間差算出部855では、入力端子215から入力した受波器位置データWRPに含まれる受波器間距離DWRa、DWRb、DWRcと、入力端子214から入力した音速プロファイルSVPの、受波器201、202及び301の近傍における音速の値Cから、
tmab=DWRa/C …(26a)
により同じ伝搬経路を辿った音波の、第1の受波器201における到来のタイミングと第2の受波器202における到来のタイミングの時間差の理論的最大値を計算する。第1及び第2の受波器201及び202は鉛直方向に整列しているので、到来ふ仰角の絶対値が大きいほど上記の時間差は大きくなる。
In the inter-receiver maximum arrival time difference calculation unit 855, the inter-receiver distances DWRa, DWRb, and DWRc included in the receiver position data WRP input from the input terminal 215, and the sound velocity profile SVP input from the input terminal 214, From the sound velocity value C in the vicinity of the receivers 201, 202 and 301,
tmab = DWRa / C (26a)
The theoretical maximum value of the time difference between the arrival timing at the first receiver 201 and the arrival timing at the second receiver 202 of the sound wave that has followed the same propagation path is calculated. Since the first and second receivers 201 and 202 are aligned in the vertical direction, the above time difference increases as the absolute value of the angle of elevation of arrival increases.

信頼性評価部854では、組み合わせ算出部853で決めた到来のタイミング(時刻)の対の時間差(観測値)dtabが受波器間最大到来時間差tmabを超えているか否か、即ち、
dtab>tmab
であるか否かを判定する。この判定結果は、第1及び第2の受波器201及び202における到来時刻の対が、同じ到来波の検出タイミングである蓋然性が高い(信頼性が高い)か否かを示し、dtab≦tmabであれば、上記蓋然性が高いことを意味し、従って、当該到来時刻のデータがふ仰角の判定、到来時間差の比較などに利用するのに適していることを意味し、逆にdtab>tmabであれば、上記蓋然性が低く、当該到来時刻のデータがふ仰角の判定、到来時間差の比較などに利用するのに適さないことを意味する。
In the reliability evaluation unit 854, whether or not the time difference (observed value) dtab of the pair of arrival timings (time) determined by the combination calculation unit 853 exceeds the inter-receiver maximum arrival time difference tmab, that is,
dtab> tmab
It is determined whether or not. This determination result indicates whether or not the pair of arrival times in the first and second receivers 201 and 202 has a high probability of being the same arrival wave detection timing (high reliability), and dtab ≦ tmab If this is the case, it means that the probability is high. Therefore, it means that the data of the arrival time is suitable for use in the determination of the elevation angle, the comparison of the arrival time difference, etc. On the contrary, when dtab> tmab If it exists, it means that the probability is low and the data of the arrival time is not suitable for use in the determination of the elevation angle, the comparison of the arrival time difference, and the like.

信頼性評価部954はさらに、第3の受波器301における到来波の検出タイミングtCの各々について、信頼性が高いと判断された第1及び第2の到来波の検出タイミングtA、tBの対に十分に近いかどうかの判断をし、十分に近いと判断されたもののみを信頼性が高いと判断して、到来波判別810及び領域フィルタ作成部305へ供給させる機能を有する。   The reliability evaluation unit 954 further includes a pair of detection timings tA and tB of the first and second arrival waves that are determined to have high reliability for each of the detection timings tC of the arrival wave in the third receiver 301. It has a function of determining whether or not it is sufficiently close to each other, determining that only those determined to be sufficiently close are highly reliable and supplying them to the incoming wave determination 810 and the region filter creation unit 305.

検出タイミングtCの各々について、信頼性が高いと判断された第1及び第2の到来波の検出タイミングtA、tBの対に近いか否かの判断は、例えば、対を構成する到来時刻(タイミング)tA、tBの各々との差の絶対値の和を、或いは対を構成する到来時刻(タイミング)tA、tBの各々との差の自乗の和を、対との時刻の差と定義し、この定義された時刻との差が(例えば所定値と比べ、あるいは他のものと比較して)小さいかどうかによって行っても良い。   For each of the detection timings tC, whether or not the pair of detection timings tA and tB of the first and second arrival waves determined to have high reliability is close is determined by, for example, the arrival times (timing of the pair). ) Define the sum of the absolute values of the differences from each of tA and tB, or the sum of the squares of the differences from the arrival times (timing) tA and tB constituting the pair as the difference in time of the pair, This may be performed depending on whether the difference from the defined time is small (for example, compared with a predetermined value or compared with another time).

例えば、図26(a)〜(c)に示す例において、時刻tA及び時刻tBの対tG(g=1、2、…)の各々(これらの対tGgを構成する時刻tA、tBは、時刻TA、TBとして抽出されるものである)について、時刻tC(c=1、2、…)のうちの最も差の小さいものを信頼性が高いものとして残し、時刻tCのうちで、時刻tA及び時刻tBの対tGのいずれについても差が最小と判断されなかったものは、信頼性が低いものとして除外される。 For example, in the example shown in FIGS. 26A to 26C, each of the pairs tG g (g = 1, 2,...) Of time tA a and time tB b (time tA, tB constituting these pairs tGg). Are extracted as times TA and TB), the one with the smallest difference among the times tC c (c = 1, 2,...) Is left as a highly reliable one, and the time tC c Thus, the case where the difference is not judged to be the smallest for both the time tA a and the time tB b pair tG g is excluded as having low reliability.

図示の例では、時刻tCは、時刻tA及びtBの対tGに近いので信頼性が高いと判断されて、対tGと組合せられ、時刻tCは、時刻tA及びtBの対tGに近いので信頼性が高いと判断されて、対tGと組合せられ、時刻tCは、時刻tA及びtBの対tGに近いので信頼性が高いと判断されて、対tGと組合せられるが、時刻tCは、いずれの対とも近くないので、信頼性が低いと判断される。時刻tCは、時刻tA及びtBの対tGに近いので信頼性が高いと判断されて、対tGと組合せられ、時刻tCは、時刻tA及びtBの対tGに近いので信頼性が高いと判断されて、対tGと組合せられる。 In the example shown in the figure, the time tC 1 is close to the pair tG 1 of the times tA 1 and tB 1 , so it is determined that the reliability is high, and is combined with the pair tG 1, and the time tC 2 is the time tA 2 and tB 2. since the pair tG 2 close to it is determined to be reliable, combined with pairs tG 2, time tC 3 is judged to be reliable it is close to the time tA 3 and counter tG 3 of tB 4, While combined with pairs tG 3, time tC 4, since not close with any pair, it is determined that the reliability is low. Since the time tC 5 is close to the pair tG 4 of the times tA 4 and tB 5 , it is determined that the reliability is high and is combined with the pair tG 4, and the time tC 6 is set to the pair tG 5 of the times tA 6 and tB 6 . is determined to be reliable is close, combined with pairs tG 5.

さらに、このようにして信頼性が高いと判断された時刻tCの各々について、組合せにされた受波器201、202における検出時刻との差が受波器201と受波器301、又は受波器202と受波器301について、時間差の理論的最大値以下であるかどうかの確認を行う(確認された場合にそれらのデータ(検出タイミング)は信頼性が高いと判断する)こととしても良い。   Further, for each of the times tC determined to be highly reliable in this way, the difference between the detection times at the combined receivers 201 and 202 is the receiver 201 and the receiver 301 or the received wave. It is also possible to confirm whether the time difference is equal to or less than the theoretical maximum value of the time difference between the receiver 202 and the receiver 301 (when confirmed, the data (detection timing) is determined to be highly reliable). .

第1の受波器201における到来のタイミングと第3の受波器301における到来のタイミングの時間差の理論的最大値tmac、及び第2の受波器202における到来のタイミングと第3の受波器301における到来のタイミングの時間差の理論的最大値tmbcは、上記の式(26a)と同様に、それぞれ
tmac=DWRb/C …(26b)
tmbc=DWRc/C …(26c)
により求められる。
The theoretical maximum value tmac of the time difference between the arrival timing at the first receiver 201 and the arrival timing at the third receiver 301, and the arrival timing and the third reception at the second receiver 202 The theoretical maximum value tmbc of the time difference of arrival timing in the unit 301 is tmac = DWRb / C (26b), similar to the above equation (26a).
tmbc = DWRc / C (26c)
Is required.

信頼性評価部854は、時刻tCについての上記の判定結果を、時刻tA、tBについての上記の判定結果と組み合わせて、時刻tA、tB、tCの組が信頼性の高いものであるかどうかを総合的に判定し、その判定結果YVNを出力する。
判定結果YVNは、データ抽出部858、806及び807に供給される。
The reliability evaluation unit 854 combines the determination result for the time tC with the determination result for the times tA and tB to determine whether the set of the times tA, tB, and tC is highly reliable. Judgment is made comprehensively, and the judgment result YVN is output.
The determination result YVN is supplied to the data extraction units 858, 806, and 807.

データ抽出部858では、入力端子801、802及び811を介して供給される第1、第2及び第3の到来時刻決定部205、206及び303の出力tA、tB、tCのうち、判定結果YVNにより信頼性が高いと認められたものを時刻TA、TB、TCとして抽出し、到来波判別部810、領域フィルタ作成部305、及びふ仰角判定部805に供給する。   In the data extraction unit 858, the determination result YVN among the outputs tA, tB, and tC of the first, second, and third arrival time determination units 205, 206, and 303 supplied via the input terminals 801, 802, and 811. Are extracted as times TA, TB, and TC, and are supplied to the arrival wave discriminating unit 810, the region filter creating unit 305, and the elevation angle determining unit 805.

ふ仰角判定部805では、データ抽出部858から供給された時刻対を表すデータ(TA、TB)について、ふ仰角が上向きか下向きかの判定を行い、判定結果YULを出力する。判定結果YULは、データ抽出部826及び827、及び到来波判定部810に供給される。   The elevation angle determination unit 805 determines whether the elevation angle is upward or downward with respect to data (TA, TB) representing the time pair supplied from the data extraction unit 858, and outputs a determination result YUL. The determination result YUL is supplied to the data extraction units 826 and 827 and the arrival wave determination unit 810.

図24のデータ抽出部826は、ふ仰角判定部805による判定結果(ふ仰角が上向きか下向きかの判定結果YUL)及び時間差判定部825による判定結果(各検出タイミングtA、tB、tCの信頼性についての判定結果YVN)に応じて、第1のマルチパス波到来時間差算出部207の出力DU(入力端子803を介して供給される)のうちの、データ抽出部858で抽出された到来時刻に対応し、かつふ仰角判定部805でふ仰角が上向きと判定された到来時間差データ値FUのみを抽出して、ふ仰上向き理論値−観測値差算出部808に供給する。   The data extraction unit 826 in FIG. 24 uses the determination result by the elevation angle determination unit 805 (determination result YUL whether the elevation angle is upward or downward) and the determination result by the time difference determination unit 825 (reliability of each detection timing tA, tB, tC). Of the output DU (supplied via the input terminal 803) of the first multipath wave arrival time difference calculation unit 207 at the arrival time extracted by the data extraction unit 858 according to the determination result YVN). Only the arrival time difference data value FU that corresponds to the elevation angle determination unit 805 and whose elevation angle is determined to be upward is extracted and supplied to the elevation upward theoretical value-observation value difference calculation unit 808.

同様に、データ抽出部827は、ふ仰角判定部805による判定結果(ふ仰角が上向きか下向きかの判定結果YUL)、及び時間差判定部825による判定結果(各検出タイミングtA、tB、tCの信頼性についての判定結果YVN)に応じて、第2のマルチパス波到来時間差算出部208の出力DL(入力端子804を介して供給される)のうちの、データ抽出部858で抽出された到来時刻に対応し、かつふ仰角判定部805でふ仰角が下向きと判定された到来時間差データ値FLのみを抽出して、ふ仰下向き理論値−観測値差算出部809に供給する。   Similarly, the data extraction unit 827 determines the determination result by the elevation angle determination unit 805 (the determination result YUL whether the elevation angle is upward or downward) and the determination result by the time difference determination unit 825 (reliability of each detection timing tA, tB, tC). The arrival time extracted by the data extraction unit 858 in the output DL (supplied via the input terminal 804) of the second multipath wave arrival time difference calculation unit 208 according to the determination result YVN) , And only the arrival time difference data value FL for which the elevation angle is determined to be downward by the elevation angle determination unit 805 is extracted and supplied to the elevation downward theoretical value-observed value difference calculation unit 809.

図24のふ仰上向き理論値−観測値差算出部808及びふ仰下向き理論値−観測値差算出部809では、データ抽出部826及び827で抽出された到来時間差の観測値FU及びFLを用いて、差分の算出及びそれに基づくコスト関数の算出を行なう。コスト関数算出部210の他の部分の動作は実施の形態1について説明したのと同様である。   In the up-and-down theoretical value-observed value difference calculating unit 808 and the up-down theoretical value-observed value difference calculating unit 809, the observation values FU and FL of the arrival time differences extracted by the data extracting units 826 and 827 are used. Thus, the difference is calculated and the cost function based on the difference is calculated. The operation of other parts of the cost function calculation unit 210 is the same as that described in the first embodiment.

実施の形態1では雑音の影響の無いほぼ理想的な状況にのみ到来音波のふ仰角の上下を判別したコスト関数を利用することができたが、本実施の形態2で説明したように到来音波のふ仰角の判定を行う(信頼性の高いデータのみを用いてふ仰角の判定、到来時間差の比較(不一致度の検出)を行う)ことにより、SN比がさほど高くなく到来時間差に誤検出や未検出がある場合にも、到来音波のふ仰上下を判別したコスト関数を適用することが可能となる。このため、SN比がさほど高くなく到来時間差に誤検出や未検出がある場合にもコスト関数を円錐状に保つことができ、音源の位置推定精度を保つことができる。   In the first embodiment, the cost function that discriminates the elevation angle of the incoming sound wave can be used only in an almost ideal situation without the influence of noise, but as described in the second embodiment, the incoming sound wave (Elevation angle determination using only highly reliable data, comparison of arrival time differences (detection of mismatch)), the SN ratio is not so high, Even when there is no detection, it is possible to apply a cost function that discriminates ups and downs of incoming sound waves. For this reason, even when the SN ratio is not so high and the arrival time difference is erroneously detected or not detected, the cost function can be kept conical, and the position estimation accuracy of the sound source can be maintained.

また、領域フィルタ情報の作成にも、信頼性の高いデータのみを用いるので、信頼性の高い領域フィルタ情報を作成することができる。   In addition, since only the highly reliable data is used for creating the region filter information, the highly reliable region filter information can be created.

尚、実施の形態2では、ふ仰角の計測に2つの受波器の時間差を用いているが、3つ以上の受波器を用いて、ふ仰角の上下の判定を行うこととしても良い。   In the second embodiment, the time difference between the two receivers is used to measure the elevation angle. However, it is possible to determine whether the elevation angle is up or down using three or more receivers.

また、音速プロファイルを測定できなかった場合については、式(26a)、(26b)、(26c)の音速プロファイルの受波器201、202及び301の近傍における音速の値Cの代わりに代表的な音速1500m/sを用いて、
tmab=DWRa/1500 …(27a)
tmac=DWRb/1500 …(27b)
tmbc=DWRc/1500 …(27c)
を利用して到来時間差の理論的最大値を求めることも可能である。
In the case where the sound velocity profile could not be measured, a representative example is used instead of the sound velocity value C in the vicinity of the receivers 201, 202, and 301 of the sound velocity profiles of the equations (26a), (26b), and (26c). Using a sound speed of 1500 m / s,
tmab = DWRa / 1500 (27a)
tmac = DWRb / 1500 (27b)
tmbc = DWRc / 1500 (27c)
It is also possible to obtain the theoretical maximum value of the arrival time difference using.

201、202、301 受波器、 205、206、303 到来時刻決定部、 207、208 マルチパス波到来時間差算出部、 209 到来時間差テーブル作成部、 210 コスト関数算出部、 211 音源位置推定部、 305 領域フィルタ作成部、 306、307 領域フィルタ適用部、 311 直接波領域フィルタ作成部、 312 海面反射波領域フィルタ作成部、 313 海底反射波領域フィルタ作成部、 314 領域フィルタ結合部、 810 到来波判別部、 816 領域フィルタ適用部。   201, 202, 301 Receiver, 205, 206, 303 Arrival time determination unit, 207, 208 Multipath wave arrival time difference calculation unit, 209 Arrival time difference table creation unit, 210 Cost function calculation unit, 211 Sound source position estimation unit, 305 Region filter creation unit, 306, 307 Region filter application unit, 311 Direct wave region filter creation unit, 312 Sea surface reflected wave region filter creation unit, 313 Sea bottom reflected wave region filter creation unit, 314 Region filter combination unit, 810 Arrival wave discrimination unit 816 Region filter application unit.

Claims (10)

受波位置において、共通の鉛直線上に整列して配置された第1及び第2の受波器と、前記鉛直線からずれた位置に配置された第3の受波器とにおける到来波の受波時刻に基づいて音源の位置を推定する音源推定装置において、
複数の仮想音源位置の各々について、該仮想音源位置に仮想音源が存在すると仮定したときの、前記受波位置における到来波のうちの直接波と海面1回反射波との到来時間差の理論値、並びに前記受波位置における直接波と海底1回反射波との到来時間差の理論値を格納する到来時間差理論値格納手段と、
前記第1及び第2の受波器において観測した到来波のデータに基づいて、目標の音源からの直接波と海面1回反射波及び海底1回反射波との到来時間差の観測値を算出する到来時間差観測値算出手段と、
前記海面1回反射波と前記直接波との到来時間差と、前記海面1回反射波について前記到来時間差の理論値との不一致度を第1の不一致度として求め、
前記海底1回反射波と前記直接波との到来時間差と、前記海底1回反射波について前記到来時間差の理論値との不一致度を第2の不一致度として求め、前記第1の不一致度と前記第2の不一致度との和に基づいてコスト関数を求めるコスト関数算出手段と、
前記コスト関数算出手段が算出した前記コストが最小となる前記仮想音源位置を前記目標の音源の位置と推定する音源位置推定手段と
を備え、
前記コスト関数算出手段は、
前記到来波のうちの、前記直接波、前記海面1回反射波及び前記海底1回反射波の各々の、前記第1乃至第3の受波器における到来時刻観測値の前後関係に基づいて、前記仮想音源位置のうちで音源位置ではあり得ないと判定された位置以外の位置についての前記コスト関数に基づいて前記音源位置の推定を行う
ことを特徴とする音源位置推定装置。
Reception of incoming waves at the first and second receivers arranged in a line on a common vertical line and a third receiver arranged at a position shifted from the vertical line at the reception position. In the sound source estimation device that estimates the position of the sound source based on the wave time,
For each of the plurality of virtual sound source positions, the theoretical value of the arrival time difference between the direct wave of the incoming waves at the receiving position and the once reflected wave at the sea surface, assuming that a virtual sound source exists at the virtual sound source position; And an arrival time difference theoretical value storage means for storing a theoretical value of an arrival time difference between the direct wave and the reflected light at the seabed once at the receiving position;
Based on the arrival wave data observed by the first and second receivers, an observed value of the arrival time difference between the direct wave from the target sound source, the sea surface reflected wave and the seabed reflected wave is calculated. Arrival time difference observation value calculation means,
Obtaining the inconsistency between the arrival time difference between the sea surface reflected wave and the direct wave and the theoretical value of the arrival time difference for the sea surface reflected wave as the first inconsistency;
The degree of inconsistency between the arrival time difference between the seabed once reflected wave and the direct wave and the theoretical value of the arrival time difference for the seabed once reflected wave is determined as a second inconsistency, and the first inconsistency and the A cost function calculating means for obtaining a cost function based on the sum of the second mismatch degree;
Sound source position estimating means for estimating the virtual sound source position at which the cost calculated by the cost function calculating means is the minimum as the position of the target sound source,
The cost function calculating means includes
Based on the anteroposterior relationship of the arrival time observation values in the first to third receivers of each of the direct wave, the sea surface once reflected wave and the seabed once reflected wave among the incoming waves, The sound source position estimation apparatus, wherein the sound source position is estimated based on the cost function for a position other than the position determined not to be a sound source position among the virtual sound source positions.
受波位置において、共通の鉛直線上に整列して配置された第1及び第2の受波器と、前記鉛直線からずれた位置に配置された第3の受波器とにおける到来波の受波時刻に基づいて音源の位置を推定する音源推定装置において、
複数の仮想音源位置の各々について、該仮想音源位置に仮想音源が存在すると仮定したときの、前記受波位置における最初の到来波と2番目以降の到来波のうちの到来ふ仰角が上向きのものの各々との到来時間差の理論値、並びに前記受波位置における最初の到来波と2番目以降の到来波のうちの到来ふ仰角が下向きのものの各々との到来時間差の理論値を格納する到来時間差理論値格納手段と、
前記第1及び第2の受波器において観測した到来波のデータに基づいて、目標の音源からの最初の到来波と2番目以降の到来波との到来時間差の観測値を算出する到来時間差観測値算出手段と、
前記2番目以降の到来波の各々の到来ふ仰角が上向きか下向きかを判定し、前記2番目以降の到来波のうち、到来ふ仰角が上向きの到来波の各々と、前記最初の到来波との到来時間差と、前記到来ふ仰角が上向きの到来波についての前記到来時間差の理論値との不一致度を第1の不一致度として求め、前記2番目以降の到来波のうち、到来ふ仰角が下向きの到来波の各々と、前記最初の到来波との到来時間差と、前記到来ふ仰角が下向きの到来波についての前記到来時間差の理論値との不一致度を第2の不一致度として求め、前記第1の不一致度と前記第2の不一致度との和に基づいてコスト関数を求めるコスト関数算出手段と、
前記コスト関数算出手段が算出した前記コストが最小となる前記仮想音源位置を前記目標の音源の位置と推定する音源位置推定手段と
を備え、
前記コスト関数算出手段は、
前記最初の到来波を直接波と判別し、
前記ふ仰角上向きの到来波のうちの前記直接波の後に最初に到来したものを海面1回反射波と判別し、
前記ふ仰角上向きの到来波のうちの前記直接波の後に最初に到来したものを海底1回反射波と判別し、
前記到来波のうちの、前記直接波、前記海面1回反射波及び前記海底1回反射波の各々の、前記第1乃至第3の受波器における到来時刻の前後関係に基づいて、前記仮想音源位置のうちで音源位置ではあり得ないと判定された位置以外の位置についての前記コスト関数に基づいて前記音源位置の推定を行う
ことを特徴とする音源推定装置。
Reception of incoming waves at the first and second receivers arranged in a line on a common vertical line and a third receiver arranged at a position shifted from the vertical line at the reception position. In the sound source estimation device that estimates the position of the sound source based on the wave time,
For each of the plurality of virtual sound source positions, when the virtual sound source is assumed to exist at the virtual sound source position, the arrival angle of the first incoming wave and the second and subsequent incoming waves at the receiving position is upward. The arrival time difference theory for storing the theoretical value of the arrival time difference between each of them, and the theoretical value of the arrival time difference between each of the first arrival wave and the second and subsequent arrival waves at the receiving position where the arrival angle is downward. Value storage means;
Arrival time difference observation for calculating an observation value of the arrival time difference between the first arrival wave from the target sound source and the second and subsequent arrival waves based on the arrival wave data observed in the first and second receivers. A value calculating means;
It is determined whether the arrival elevation angle of each of the second and subsequent arrival waves is upward or downward, and among each of the second and subsequent arrival waves, each of the arrival waves having an upward elevation angle, and the first arrival wave, And the theoretical value of the arrival time difference for an incoming wave with an upward angle of elevation rising as the first inconsistency, and the incoming elevation angle of the second and subsequent incoming waves is downward A degree of inconsistency between the arrival time difference between each of the first arrival waves and the first arrival wave and the theoretical value of the arrival time difference for the arrival wave having the downward angle of elevation is defined as a second inconsistency; Cost function calculating means for obtaining a cost function based on the sum of the first mismatch degree and the second mismatch degree;
Sound source position estimating means for estimating the virtual sound source position at which the cost calculated by the cost function calculating means is the minimum as the position of the target sound source,
The cost function calculating means includes
Distinguishing the first incoming wave as a direct wave,
The first wave that arrives after the direct wave among the upward waves rising upward is determined as a sea surface reflected wave,
The first wave that arrives after the direct wave among the rising waves with the elevation angle upward is determined as a reflected wave once at the bottom of the sea,
Based on the order of arrival times at the first to third receivers of the direct wave, the once reflected wave at the sea surface, and the once reflected wave at the bottom of the sea, among the incoming waves, the virtual A sound source estimation apparatus, wherein the sound source position is estimated based on the cost function for a position other than a position determined not to be a sound source position among the sound source positions.
前記コスト関数算出手段は、前記到来波のうちの、直接波、海面1回反射波及び海底1回反射波の各々の、前記第1乃至第3の受波器における到来時刻の前後関係に基づいて、前記仮想音源位置のうちで音源位置ではあり得ないと判定された位置以外の位置についての前記第1及び第2の不一致度を求める
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の音源推定装置。
The cost function calculating means is based on the anteroposterior relation of the arrival times at the first to third receivers of the direct wave, the sea surface reflected wave and the seabed reflected wave among the incoming waves. 3. The sound source according to claim 1, wherein the first and second inconsistencies are obtained for a position other than the position determined not to be a sound source position among the virtual sound source positions. Estimating device.
前記コスト関数算出手段は、前記到来波のうちの、直接波、海面1回反射波及び海底1回反射波の各々の、前記第1乃至第3の受波器における到来時刻の前後関係に基づいて、前記仮想音源位置のうちで音源位置ではあり得ないと判定された位置について求められた前記和を除いたものを前記コスト関数とする
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の音源位置推定装置。
The cost function calculating means is based on the anteroposterior relation of the arrival times at the first to third receivers of the direct wave, the sea surface reflected wave and the seabed reflected wave among the incoming waves. 3. The sound source according to claim 1, wherein the cost function is obtained by excluding the sum obtained for a position determined not to be a sound source position among the virtual sound source positions. Position estimation device.
前記第1の受波器と第2の受波器を結ぶ直線と、
前記第1の受波器と第3の受波器を結ぶ直線と、
前記第2の受波器と第3の受波器を結ぶ直線とが互いに平行ではないように前記第1、第2及び第3の受波器が配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の音源位置推定装置。
A straight line connecting the first receiver and the second receiver;
A straight line connecting the first receiver and the third receiver;
The first, second and third receivers are arranged so that straight lines connecting the second receiver and the third receiver are not parallel to each other. The sound source position estimation apparatus according to 1 or 2.
受波器が4つ以上設けられ、
そのうちの第1の受波器と第2の受波器とが鉛直線方向に整列されており、
前記4つ以上の受波器のうちの任意の2つの受波器を結ぶ直線と、
他の任意の2つの受波器を結ぶ直線とが互いに平行でないように
前記受波器が配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の音源位置推定装置。
There are four or more receivers,
Of these, the first receiver and the second receiver are aligned in the vertical direction,
A straight line connecting any two of the four or more receivers;
The sound source position estimation apparatus according to claim 1 or 2, wherein the receiver is arranged so that a straight line connecting any other two receivers is not parallel to each other.
各仮想音源位置からの直接波、海面1回反射波、及び海底1回反射波が、前記第1乃至第3の受波器の各々への到来時刻の理論値を示す情報があらかじめ算出され、到来時刻テーブルとして、記憶されており、前記到来時刻の観測値の前後関係に基づく判定の際に上記到来時刻テーブルが参照される
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の音源位置推定装置。
Information indicating the theoretical value of the arrival time of each of the first to third receivers of the direct wave, the sea surface reflected wave, and the seabed reflected wave from each virtual sound source position is calculated in advance, The sound source position estimation device according to claim 1 or 2, wherein the sound source position estimation device is stored as an arrival time table, and is referred to when making a determination based on a context of observation values of the arrival time. .
前記コスト関数算出手段が、同じ到来波の、前記第1及び第2の受波器での受波時刻の差に基づいて、当該到来波の到来ふ仰角が上向きか下向きかの判定を行う
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の音源推定装置。
The cost function calculating means determines whether the arrival angle of the incoming wave is upward or downward based on a difference in reception time of the same incoming wave at the first and second receivers. The sound source estimation apparatus according to claim 1, wherein:
前記コスト関数算出手段は、
前記海面1回反射波についての前記到来時間差観測値と前記到来時間差理論値との差の二乗の総和を前記第1の不一致度として計算し、
前記海底1回反射波についての前記到来時間差観測値と前記到来時間差理論値との差の二乗の総和を前記第2の不一致度として計算する
ことを特徴とする請求項1に記載の音源位置推定装置。
The cost function calculating means includes
Calculating the sum of the squares of the difference between the observed arrival time difference and the theoretical arrival time difference for the one-time reflected wave from the sea as the first degree of inconsistency;
2. The sound source position estimation according to claim 1, wherein a sum of squares of differences between the observed arrival time difference value and the theoretical arrival time difference value for the one-time reflected reflected seabed is calculated as the second mismatch degree. apparatus.
前記コスト関数算出手段は、
前記到来ふ仰角が上向きの到来波についての前記到来時間差観測値と前記到来時間差理論値との差の二乗の総和を前記第1の不一致度として計算し、
前記到来ふ仰角が下向きの到来波についての前記到来時間差観測値と前記到来時間差理論値との差の二乗の総和を前記第2の不一致度として計算する
ことを特徴とする請求項2に記載の音源位置推定装置。
The cost function calculating means includes
Calculating the sum of the squares of the difference between the observed arrival time difference value and the theoretical arrival time difference value for an incoming wave having an upward angle of elevation as the first mismatch degree;
The sum of the squares of the difference between the observed arrival time difference value and the theoretical arrival time difference value for an incoming wave having a downward angle of elevation is calculated as the second mismatch degree. Sound source position estimation device.
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