JP2014020906A - 信号処理装置、水中探知装置、信号処理方法、及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】煩雑な作業を伴うことなく、ノイズと遠方の物標からのエコーとを識別することのできる信号処理装置、水中探知装置、信号処理方法、及びプログラムを提供する。
【解決手段】信号処理装置は、データ抽出部４１１、ノイズ振幅値推定部４１２、除算部４１３、及び乗算部を備える。データ抽出部４１１は、受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られた方位毎の受信データ系列から、所定の方位範囲内における所定の時間範囲内の受信データを抽出する。ノイズ振幅値推定部４１２は、抽出した受信データに基づいてノイズ振幅値を推定する。除算部４１３は、予め設定された、ゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値を、推定されたノイズ振幅値によって除算して上限ゲインを算出する。乗算部は、各受信データに対して、経過時間に応じたゲインを乗算し、ゲインが上限ゲインよりも大きい場合は、ゲインに代えて上限ゲインを受信データに乗算する。
【選択図】図３

Description

本発明は、信号処理装置、水中探知装置、信号処理方法、及びプログラムに関するものである。

スキャニングソナー又はサーチライトソナー等のような水中探知装置は、送受波器によって、水中に超音波を送信した後、物標によって反射したエコーを受信する。そして、水中探知装置は、受信したエコーに基づいて魚群などの水中の情報に関する画像を生成し、表示装置にその画像を表示する。

この物標で反射したエコーは、水中を伝搬する距離にしたがって減衰するため、水中探知装置はこの減衰を補償するためにエコーに対してＴＶＧ（Time Varied Gain）処理を行う。すなわち、水中探知装置は、受信する信号に対して、その信号が伝搬する距離にしたがって増大するゲインを乗算する。これにより、近方の物標からのエコーも遠方の物標からのエコーも同等のレベルで表示装置に表示される。

ところで、水中探知装置が受信する信号の中には、エコーのみでなくノイズも含まれている。このノイズは、例えば、水中探知装置を搭載した船舶が高速で航行した際に、プロペラ等の影響により発生する。このプロペラなどの影響により発生したノイズは連続的に発生するため、上述したＴＶＧ処理を行うと、遠方からのエコーが受信される時刻において受信したノイズも大きなゲインで増幅されることとなる。この結果、図１に示すように、ＰＰＩ(Plan Position Indicator)表示の外周縁部においてノイズが強く表示されてしまい、遠方にある物標からのエコーの識別が困難になるという問題が発生する。なお、図１は、従来の水中探知装置が表示装置に表示するＰＰＩ表示の一例を示す図である。

この問題を解消するために、例えば、特許文献１には、船舶が海上を航行する際に発生するノイズを除去して、所望のエコーを抽出する技術が開示されている。詳細には、特許文献１の方法は、航行する際に発生するノイズのレベルが船舶の進行方向に対して左右対称に分布していることに着眼したものである。この方法は、左舷の受信信号レベルから右舷の受信信号レベルを減算し、また、右舷の受信信号レベルから左舷の受信信号レベルを減算することで、左右対称に分布する航行によるノイズ成分を除去する。

特開２０００−１９２５２号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載の方法では、ノイズレベルが左右対称であることを前提としている。このため、上述した特許文献１に記載の方法は、ノイズレベルが左右対称でない場合は、そのノイズを除去することができない。

なお、一般的な水中探知装置では、ノイズを弱く表示して遠方の物標からのエコーと識別するよう、ユーザが表示感度を調節して、ＴＶＧ処理において乗算されるゲインを一律に下げることができる。しかし、このように表示感度を調節すると、ノイズが弱く表示される一方、自船の近くに位置する物標からのエコーの表示までもが弱く表示されてしまうという問題がある。また、船舶が停止している場合、又は低速で航行している場合は上述したようなノイズの発生が抑制される。よって、この場合には、ユーザは表示感度を調節し直して、ＴＶＧ処理において乗算されるゲインを一律に上げて、自船の近くに位置する物標からのエコーを強く表示させる必要がある。以上のように、ユーザは、船舶の速度が変わるたびに表示感度を調節し直す必要があり、作業が煩雑になってしまうという問題もある。

そこで、本発明は、煩雑な作業を伴うことなく、ノイズと遠方の物標からのエコーとを識別することのできる信号処理装置、水中探知装置、信号処理方法、及びプログラムを提供することを課題とする。

（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る信号処理装置は、データ抽出部と、ノイズ振幅値推定部と、除算部と、乗算部と、を備えている。前記データ抽出部は、受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られた方位毎の受信データ系列から、所定の方位範囲内における所定の時間範囲内の受信データを抽出する。前記ノイズ振幅値推定部は、前記抽出した受信データに基づいてノイズ振幅値を推定する。前記除算部は、予め設定された、ゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値を、推定された前記ノイズ振幅値によって除算して上限ゲインを算出する。前記乗算部は、前記受信データ系列を構成する各受信データに対して乗算すべきゲインを設定し、前記設定されたゲインを前記各受信データに乗算する。また、前記乗算部は、前記設定されたゲインが前記上限ゲインよりも大きい場合は、前記設定されたゲインに代えて、前記上限ゲイン又は前記上限ゲインよりも小さいゲインを前記受信データに乗算する。

（２）好ましくは、前記乗算部は、基準時刻から前記各受信データの受信時刻までの経過時間に応じて、前記各受信データに乗算すべきゲインを設定する。

（３）好ましくは、前記データ抽出部は、前記受信データ系列から、前記経過時間が最も長い受信データを含む所定の時間範囲内の受信データを抽出する。

（４）好ましくは、前記データ抽出部は、前記受信データ系列から、全方位における所定の時間範囲内の受信データを抽出する。

（５）好ましくは、前記ノイズ振幅値推定部は、抽出した前記受信データから平均値、メジアン、又は四分位数を方位毎に算出し、方位毎に算出された前記平均値、メジアン、又は四分位数の、平均値、メジアン、又は四分位数を前記ノイズ振幅値として推定する。

（６）好ましくは、前記ノイズ振幅値推定部は、方位毎に算出された前記平均値、メジアン、又は四分位数の、メジアンを前記ノイズ振幅値として推定する。

（７）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る水中探知装置は、信号処理装置と、受波器と、受信装置と、を備えている。信号処理装置は、上述したいずれかの信号処理装置である。前記受波器は、水中からの信号を受信する。前記受信装置は、前記受波器から出力された受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして前記受信データ系列を生成する。

（８）上記課題を解決するために、この発明の別の局面に係る水中探知装置は、信号処理装置と、送受波器と、送受信装置とを備えている。信号処理装置は、上述したいずれかの信号処理装置である。前記送受波器は、水中に超音波を送信するとともに、水中からの信号を受信する。前記送受信装置は、前記送受波器に送信信号を出力するとともに、前記送受波器から出力された受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして前記受信データ系列を生成する。

（９）好ましくは、前記水中探知装置は、前記信号処理装置による処理結果を表示する表示装置をさらに備えている。

（１０）より好ましくは、前記表示装置は、前記信号処理装置によって出力された各画像生成用受信データの振幅値に応じた表示色により各画像生成用受信データを表示する。そして、前記表示装置は、第１の振幅値以上の振幅値を有する画像生成用受信データを第１の表示色で表示するとともに、第１の振幅値未満の第２の振幅値以下の振幅値を有する画像生成用受信データを第２の表示色で表示する。そして、前記除算部は、前記第１の振幅値及び前記第２の振幅値の少なくとも一方と連動するように前記最大ノイズ振幅値を設定する。

（１１）好ましくは、前記受信装置又は送受信装置は、前記受信信号から、送受波器である前記受波器又は前記送受波器が送信する送信信号の周波数帯域を含まない周波数帯域の信号を抽出するフィルタをさらに有する。

（１２）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る信号処理方法は、（ａ）受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られた方位毎の受信データ系列から、所定の方位範囲内における所定の時間範囲内の受信データを抽出するステップと、（ｂ）前記抽出した受信データに基づいてノイズ振幅値を推定するステップと、（ｃ）予め設定された、ゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値を、推定された前記ノイズ振幅値によって除算して上限ゲインを算出するステップと、（ｄ）前記受信データ系列を構成する各受信データに対して乗算すべきゲインを設定し、前記設定されたゲインを前記各受信データに乗算するステップであって、前記ゲインが前記上限ゲインよりも大きい場合は、前記ゲインに代えて、前記上限ゲイン又は前記上限ゲインよりも小さいゲインを前記受信データに乗算するステップと、を含む。

（１３）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係るプログラムは、（ａ）受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られた方位毎の受信データ系列から、所定の方位範囲内における所定の時間範囲内の受信データを抽出するステップと、（ｂ）前記抽出した受信データに基づいてノイズ振幅値を推定するステップと、（ｃ）予め設定された、ゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値を、推定された前記ノイズ振幅値によって除算して上限ゲインを算出するステップと、（ｄ）前記受信データ系列を構成する各受信データに対して乗算すべきゲインを設定し、前記設定されたゲインを前記各受信データに乗算するステップであって、前記ゲインが前記上限ゲインよりも大きい場合は、前記ゲインに代えて、前記上限ゲイン又は前記上限ゲインよりも小さいゲインを前記受信データに乗算するステップと、をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、煩雑な作業を伴うことなく、ノイズと遠方の物標からのエコーとを識別することのできる信号処理装置、水中探知装置、信号処理方法、及びプログラムを提供することができる。

図１は従来の水中探知装置が表示するＰＰＩ表示の一例を示す図である。 図２は本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。 図３は本発明の実施形態に係る信号処理装置における上限ゲイン算出部の詳細を示すブロック図である。 図４は各受信データの方位及び経過時間について、自船を中心に視覚的に示す図である。 図５は本発明の実施形態に係る信号処理装置における処理の流れを示すフローチャートである。 図６は本発明の実施形態に係る水中探知装置が表示するＰＰＩ表示の一例を示す図である。 図７は本発明の実施形態に係る水中探知装置の変形例を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下では図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

図２は、本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の水中探知装置は、例えば、漁船などの船舶に備えられている。以下では、水中探知装置を備えている船舶を「自船」という。なお、以下の例では、水中探知装置としてスキャニングソナーを例に説明する。

図２に示すように、本実施形態に係る水中探知装置１は、送受波器２、送受信装置３、信号処理装置４、及び表示装置５を備えている。なお、送受波器２は、本発明の受波器に相当するものであり、送受信装置３は、本発明の受信装置に相当するものである。また、水中探知装置１は、表示装置５を備えていなくてもよい。この場合、水中探知装置１は、信号処理装置４から出力した画像生成用受信データを、外部の表示装置で表示させる構成とすることができる。

［送受波器］
送受波器２は、超音波を送受信する機能を有し、自船の船底に取り付けられている。なお、送受波器２は、略円筒形状であって、その軸方向が垂直方向に沿い、半径方向が水平方向に沿うように配置されている。

詳細には、送受波器２は、略円筒形状の筐体と、この筐体の外周面に取り付けられた複数の超音波振動子とを有している。超音波振動子は、超音波を水中に送信するとともに、エコーを受信し、このエコーを電気信号に変換して受信信号を生成する。なお、本実施形態において、送受波器２は、筐体が円筒形の場合を示したが、形状は特に限定されるものではなく、例えば、球形等のように他の形状とすることもできる。

［送受信装置］
送受信装置３は、送受切替部３１、送信信号生成部３２、増幅部３３、Ａ／Ｄ変換部３４、及び受信ビーム形成部３５を有している。送受切替部３１は、送信信号生成部３２からの送信信号を送受波器２に出力するとともに、送受波器２からの受信信号を増幅部３３に出力する。

送信信号生成部３２は、送受切替部３１を介して、送受波器２の各振動子へ送信信号を所定の周期で出力する。この送信信号により、各振動子が駆動され、送受波器２から各方位に超音波が放射される。

増幅部３３は、送受切替部３１を介して送られてきた送受波器２の各振動子からの受信信号を増幅処理する機能を有する。Ａ／Ｄ変換部３４は、増幅部３３によって増幅された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。詳細には、Ａ／Ｄ変換部３４は、増幅部３３により増幅処理された各受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして、受信データ系列を生成する。なお、受信データ系列を構成する各受信データの値は、送受波器２が出力した電気信号の瞬時値を示している。この電気信号の瞬時値としては、例えば、電圧（単位：Ｖ）を例示することができる。

受信ビーム形成部３５は、Ａ／Ｄ変換部３４によってデジタル化された受信信号に対して、遅延処理を行うことで各受信信号の位相を整相する。また、受信ビーム形成部３５は、整相した各受信信号に対して、ガウス関数又はハニング窓などによって決定されるウェイト値を乗算する。そして、受信ビーム形成部３５は、これらの受信信号を合成することによって、方位毎に指向性の強い受信信号（受信ビーム）を生成する。すなわち、受信ビーム形成部３５は、方位毎の受信データ系列を生成する。

［信号処理装置］
信号処理装置４は、上限ゲイン算出部４１、乗算部４２、及び画像処理部４３を有している。

上限ゲイン算出部４１は、乗算部４２が各受信データに乗算するゲインの上限である上限ゲインを算出する機能を有する。なお、この上限ゲイン算出部４１の詳細については後述する。

乗算部４２は、各受信データに対して乗算すべきゲインを設定し、この設定したゲインを各受信データに乗算する。なお、本実施形態における乗算部４２は、各受信データに対してＴＶＧ処理を実行する。詳細には、乗算部４２は、各受信データに対して、基準時刻（例えば、送信時刻）から各受信データを受信した受信時刻までの経過時間が長いほど大きくなるゲインを乗算する。例えば、乗算部４２は、基準時刻から受信時刻までの経過時間に基づき、各受信データに乗算すべきゲインを算出する。そして、乗算部４２は、経過時間に基づき算出したゲインを各受信データに乗算する。また、乗算部４２は、経過時間に基づき算出したゲインが、上限ゲインよりも大きくなった場合、経過時間に基づき算出したゲインに代えて、上限ゲインを受信データに乗算する。なお、本明細書において「経過時間」とは、受信データが基準時刻から受信されるまでに掛かった時間を意味する。

画像処理部４３は、乗算部４２によりゲイン又は上限ゲインが乗算された受信データである画像生成用受信データの受信時刻及び方位に基づき、その画像生成用受信データが表示装置５の画面上に表示される位置を算出する。また、画像処理部４３は、受信データの振幅値に応じて受信データを表示する色を決定する。

次に、上限ゲイン算出部４１の詳細について、図３を参照しつつ説明する。図３は、本発明の実施形態に係る信号処理装置における上限ゲイン算出部の詳細を示すブロック図である。

図３に示すように、上限ゲイン算出部４１は、データ抽出部４１１、ノイズ振幅値推定部４１２、及び除算部４１３を有している。

データ抽出部４１１は、受信ビーム形成部３５から出力された受信データ系列から、所定の方位範囲内における所定の時間範囲内の受信データを抽出する機能を有する。なお、受信ビーム形成部３５から出力された受信データ系列は、方位ごとに分けられ、所定の時間間隔でサンプリングされている。

このデータ抽出部４１１によって抽出される受信データについて、図４を参照して説明する。なお、図４は、各受信データの方位及び経過時間について、自船を中心に視覚的に示す図である。なお、図中の白丸が各受信データの方位及び経過時間を、図中の三角記号は自船を示している。詳細には、自船を中心とした、ある基準点から各白丸までの円周方向の回転角度が各受信データの方位をしている。なお、同一方位であれば、中心から外周方向に向かって直線状に並んでいる。また、この方位の数をＫ個とし、各方位に対して、反時計回りの順で方位番号ｋ（ｋ＝０，１，２，３，・・・、Ｋ−１）を付している。また、自船を中心とした各白丸の径方向の位置が各受信データの経過時間を示している。なお、中心の自船に近い位置ほど経過時間が短く、中心の自船から遠い位置ほど経過時間が長い。

例えば、データ抽出部４１１は、全方位（ｋ＝０〜Ｋ−１）の受信データ系列から、所定の時間範囲ｔ内の受信データを抽出する。また、データ抽出部４１１は、基準時刻から受信時刻までの経過時間が最も長い受信データ、すなわち最遠方の受信データを含む所定の時間範囲内の受信データを抽出することが好ましい。

ノイズ振幅値推定部４１２は、データ抽出部４１１が抽出した受信データに基づいて、ノイズ振幅値を推定する。詳細には、ノイズ振幅値推定部４１２は、例えば、まず、抽出した受信データの振幅値の平均値を、方位毎に算出する。そして、ノイズ振幅値推定部４１２は、このように算出した各方位の平均値からメジアンを算出し、この算出結果をノイズ振幅値として推定する。

除算部４１３は、上限ゲインを算出する。具体的には、除算部４１３は、ユーザによるゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値の設定を受け付ける。また、除算部４１３は、ノイズ振幅値推定部４１２によって推定されたノイズ振幅値によって、上記ゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値を除算することで、上限ゲインを算出する。なお、上記最大ノイズ振幅値は、ユーザが自由に設定することが可能であり、ユーザが許容し得る、ゲイン乗算後におけるノイズ振幅値の最大値を意味している。また、上記最大ノイズ振幅値は、ゲイン乗算後のエコーの振幅値よりも小さい値にすることが好ましい。

［表示装置］
表示装置５は、例えば、カラー表示可能な液晶ディスプレイである。表示装置５は、画像処理部４３からのデータを読み込み、この読み込んだデータによって特定される画像を表示するように構成されている。これにより、表示装置５には、自船を中心とした各方位に存在する物標を示す画像が表示される。

［水中探知装置の動作］
次に、上述した水中探知装置の信号処理装置における処理の流れの一例について図５を参照しつつ説明する。図５は、本発明の実施形態に係る信号処理装置における処理の流れの一例を説明するためのフローチャートである。

図５に示すように、まず、データ抽出部４１１は、所定の方位（方位番号ｋ＝０）の受信データ系列から、最遠方の受信データを含む所定の時間範囲ｔ内にある複数の受信データを抽出する（ステップＳ１）。

次に、ノイズ振幅値推定部４１２は、上記ステップＳ１においてデータ抽出部４１１が抽出した複数の受信データにおける振幅値の平均値を算出する（ステップＳ２）。なお、このように算出する、ある方位の所定時間範囲ｔ内の受信データの平均値を、以下では「振幅代表値」と称する。

所定の方位（ｋ＝０）の受信データ系列についてステップＳ２の処理が終了すると、次は、別の所定の方位（ｋ＝１）の受信データ系列について、データ抽出部４１１及びノイズ振幅値推定部４１２が、上記ステップＳ１及びステップＳ２の処理を実行する。データ抽出部４１１及びノイズ振幅値推定部４１２は、この処理を順に方位番号ｋ＝Ｋ−１の受信データ系列まで繰り返して、全ての方位（ｋ＝０、１，２，・・・、Ｋ−１）の受信データ系列に対して、振幅代表値を算出する。

全ての方位の受信データ系列について振幅代表値が算出されると、次に、ノイズ振幅値推定部４１２は、各方位の振幅代表値のメジアンを算出し、この算出結果をノイズ振幅値と推定する（ステップＳ３）。

続いて、除算部４１３は、ユーザが予め設定した最大ノイズ振幅値を、上記ステップＳ３において推定されたノイズ振幅値によって除算することで、上限ゲイン係数を算出する（ステップＳ４）。

次に、乗算部４２は、各受信データに対して乗算するゲインが上限ゲインよりも大きいか否か判定する（ステップＳ５）。詳細には、乗算部４２は、各受信データの経過時間に基づき、各受信データに乗算すべきゲインを算出する。そして、乗算部４２は、その算出したゲインが上記ステップＳ４において算出した上限ゲインよりも大きいか否か判定する。

乗算部４２は、経過時間に基づき算出されたゲインが、上限ゲイン以下であると判定すると（ステップＳ５のＮｏ）、通常通り、各受信データに対して、その経過時間に対応するゲインを乗算する（ステップＳ６）。

一方、乗算部４２は、経過時間に基づき算出されたゲインが上限ゲインよりも大きいと判定すると（ステップＳ５のＹｅｓ）、経過時間に基づき算出されるゲインに代えて、上限ゲインを各受信データに対して乗算する（ステップＳ７）。

［プログラム］
本実施形態に係るプログラムは、コンピュータに、上述した図５のステップＳ１〜Ｓ７の処理を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施形態における信号処理装置と信号処理方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのＣＰＵ（Central Processing Unit）は、データ抽出部４１１、ノイズ振幅値推定部４１２、除算部４１３、乗算部４２、及び画像処理部４３として機能し、処理を行う。なお、上記信号処理装置４は、このようにソフトウェアによって実現してもよいし、他にもハードウェアによって実現することもできる。

以上のように説明した本実施形態に係る信号処理装置４によると、ノイズ振幅値推定部４１２によってノイズ振幅値を推定し、この推定したノイズ振幅値によって、予め設定されたゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値を除算して上限ゲインを算出する。そして、乗算部４２は、この上限ゲインよりも大きいゲインを受信データに乗算することはない。このため、ノイズと遠方からのエコーとを含む受信データに対して、乗算部４２がゲイン又は上限ゲインを乗算しても、そのノイズの成分の振幅値が、設定された最大ノイズ振幅値を超えることは基本的にない。この結果、映像の外周縁部においても、ノイズとエコーとを識別することが可能となる。

例えば、本実施形態に係る信号処理装置４が、ノイズの増幅を抑制することにより、図１に示したようなＰＰＩ表示でなく図６に示したようなＰＰＩ表示となる。すなわち、従来の水中探知装置では、図１に示すように外周縁部にノイズが強く表示されていた。これに対して、本実施形態に係る水中探知装置では、図６に示すように、外周縁部のノイズの表示が弱くなり、ノイズの表示によって隠れていた所望エコーが現れ、ノイズとエコーとの識別が容易になる。

また、除算部４１３は、予め設定された最大ノイズ振幅値を、推定されたノイズ振幅値によって除算して上限ゲインを算出する。このため、推定されたノイズ振幅値が大きい場合、例えば船舶が高速で航行している場合、その上限ゲインは小さくなり、ノイズが弱く表示され、遠方の物標からのエコーの識別が容易となる。また、推定されたノイズ振幅値が小さい場合、例えば船舶が低速で航行していたり停止したりしている場合、上限ゲインは大きくなる。このため、遠方に存在する物標からの微弱なエコーを十分に増幅することができる。なお、ノイズ振幅値が元々小さいため、上限ゲインが大きくなっても、遠方のノイズとエコーとの識別が困難になることはない。以上のように、自動で上限ゲインが算出されるため、船舶の航行速度が変わる度にユーザが表示感度を設定し直さなくても、ノイズとエコーとを識別することができる。

また、上記信号処理装置４において、データ抽出部４１１は、経過時間が最も長い受信データを含む所定の時間範囲内の受信データを抽出する。これにより、大きなゲインで増幅されるノイズが多く含まれる受信データを使用してノイズ振幅値を推定することとなるため、より正確にノイズ振幅値を推定することができる。

船舶が高速に航行した際に発生するノイズは、基本的に全方位に現れる。このため、データ抽出部４１１が全方位の受信データを抽出することで、ノイズ振幅値推定部４１２は、より正確にノイズ振幅値を推定することができる。

また、上記信号処理装置４において、ノイズ振幅値推定部４１２は、受信データの振幅値の平均値を方位毎に算出し、この複数の平均値のメジアンをノイズ振幅値として推定する。このようにメジアンをノイズ振幅値と推定することで、例えばある方位からエコーを受信してその方位の振幅値が突出して大きい場合などに、その方位の振幅値を除外して、より正確なノイズ振幅値を推定することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（１）上記実施形態に係る水中探知装置では、最大ノイズ振幅値は、ユーザが予め設定しているが、この最大ノイズ振幅値を、除算部４１３が以下のように自動で設定するような構成にすることもできる。

詳細には、まず、表示装置５は、その画像生成用受信データの振幅値に応じた表示色によってその受信データを表示しており、例えば、第１の振幅値以上の振幅値を有する画像生成用受信データを赤色で表示する。また、表示措置５は、第１の振幅値未満である第２の振幅値以下の振幅値を有する画像生成用受信データを紺色で表示する。

そして、除算部４１３は、上述した最大ノイズ振幅値を、第１の振幅値及び第２の振幅値の少なくとも一方と連動するように設定する。例えば、除算部４１３は、最大ノイズ振幅値が、第１の振幅値と第２の振幅値との平均値となるように設定することができる。このように除算部４１３が最大ノイズ振幅値を設定することで、ノイズの表示色は、常に赤色と紺色との間の色に設定される。また、ユーザがこの第１の振幅値又は第２の振幅値の設定を変更しても、最大ノイズ振幅値は、その設定に連動して自動で設定されるため、ユーザが最大ノイズ振幅値を設定し直す手間を省くことができる。

（２）また、上記実施形態では、増幅部３３の通過帯域全体に含まれる信号を使用して上限ゲインを算出していたが、この通過帯域に含まれる特定の周波数帯域の信号のみを使用して上限ゲインを算出する構成とすることができる。以下、この変形例について詳細を説明する。

図７は、本発明の実施形態に係る水中探知装置の変形例を示すブロック図である。変形例に係る水中探知装置は、上記実施形態とは異なり、送受信装置３がフィルタをさらに有している。なお、その他の構成は上記実施形態と同じであるため、その説明を繰り返さない。

図７に示すように、本変形例に係る水中探知装置１における送受信装置３は、第１のフィルタ３６及び第２のフィルタ３７をさらに有している。第１のフィルタ３６は、受信ビーム形成部３５によって合成された受信信号から、送信信号と同じ周波数帯域の受信信号のみを抽出する。そして、表示装置５に表示される画像生成用受信データは、第１のフィルタ３６によって抽出された受信信号に基づいて生成される。このように第１のフィルタ３６が送信信号と異なる周波数帯域の信号をノイズとして除去することで、水中探知装置１は、ノイズの表示を抑制することができる。

第２のフィルタ３７は、受信ビーム形成部３５によって合成された受信信号から、送信信号の周波数帯域を含まない信号を抽出する。そして、信号処理装置４における上限ゲイン算出部４１は、この送信信号の周波数帯域を含まない信号に基づき、上限ゲインを算出する。このように、第２のフィルタ３７をさらに設けることで、ノイズ振幅値推定部４１２は、エコーを含まない信号、すなわち、ノイズに起因する信号からノイズ振幅値を推定することができるため、ノイズ振幅値をより正確に推定することができる。

（３）上記実施形態において、データ抽出部４１１は、全方位における所定の時間範囲の受信データを抽出しているが、一部の方位範囲内における所定の時間範囲の受信データを抽出してもよい。例えば、自船の後方側の方位を除くようにして受信データを抽出することもできる。その他にも、ノイズが発生している方位範囲が分かっている場合、その方位範囲内における受信データのみを抽出することもできる。これにより、ノイズ振幅値推定部４１２は、より正確なノイズ振幅値を推定することができる。

（４）また、ノイズ振幅値推定部４１２によるノイズの振幅値の推定方法は、上記実施形態に記載の方法に限定されるものではなく、種々の方法でノイズの振幅値を推定することができる。例えば、上記実施形態において、ノイズ振幅値推定部４１２は、ある方位の所定時間範囲ｔ内の受信データのメジアン又は四分位数を振幅代表値とすることができる。また、ノイズ振幅値推定部４１２は、全ての方位の振幅代表値の平均値又は四分位数をノイズ振幅値と推定することもできる。

（５）また、上記実施形態において水中探知装置はスキャニングソナーであるとして説明したが、水中探知装置はサーチライトソナーであってもよい。なお、水中探知装置がサーチライトソナーである場合、受信ビーム形成部３５は不要である。

（６）また、上記実施形態において、乗算部４２は、経過時間に基づき算出したゲインが上限ゲインよりも大きくなった場合、経過時間に基づき算出したゲインに代えて、上限ゲインを受信データに乗算しているが、特にこれに限定されるものではない。例えば、乗算部４２は、経過時間に基づき算出したゲインが上限ゲインよりも大きくなった場合、上限ゲインよりも小さいゲインを各受信データに乗算することもできる。

本発明は、水中の物標からのエコーを表示するスキャニングソナー又はサーチライトソナー等として広く適用することができるものである。

１ 水中探知装置
２ 送受波器
３ 送受信装置
３４ Ａ／Ｄ変換部
４１ 上限ゲイン算出部
４１１ データ抽出部
４１２ ノイズ振幅値推定部
４１３ 除算部
４２ 乗算部
５ 表示装置

Claims (13)

1. 受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られた方位毎の受信データ系列から、所定の方位範囲内における所定の時間範囲内の受信データを抽出するデータ抽出部と、
   前記抽出した受信データに基づいてノイズ振幅値を推定するノイズ振幅値推定部と、
   予め設定された、ゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値を、推定された前記ノイズ振幅値によって除算して上限ゲインを算出する除算部と、
   前記受信データ系列を構成する各受信データに対して乗算すべきゲインを設定し、前記設定されたゲインを前記各受信データに乗算する乗算部であって、前記設定されたゲインが前記上限ゲインよりも大きい場合は、前記設定されたゲインに代えて、前記上限ゲイン又は前記上限ゲインよりも小さいゲインを前記受信データに乗算する前記乗算部と、
   を備える、信号処理装置。
2. 前記乗算部は、基準時刻から前記各受信データの受信時刻までの経過時間に応じて、前記各受信データに乗算すべきゲインを設定する、請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記データ抽出部は、前記受信データ系列から、前記経過時間が最も長い受信データを含む所定の時間範囲内の受信データを抽出する、請求項１又は２に記載の信号処理装置。
4. 前記データ抽出部は、前記受信データ系列から、全方位における所定の時間範囲内の受信データを抽出する、請求項１から３のいずれかに記載の信号処理装置。
5. 前記ノイズ振幅値推定部は、抽出した前記受信データから平均値、メジアン、又は四分位数を方位毎に算出し、方位毎に算出された前記平均値、メジアン、又は四分位数の、平均値、メジアン、又は四分位数を前記ノイズ振幅値として推定する、請求項１から４のいずれかに記載の信号処理装置。
6. 前記ノイズ振幅値推定部は、方位毎に算出された前記平均値、メジアン、又は四分位数の、メジアンを前記ノイズ振幅値として推定する、請求項５に記載の信号処理装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の信号処理装置と、
   水中からの信号を受信する受波器と、
   前記受波器から出力された受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして前記受信データ系列を生成する受信装置と、
   を備える、水中探知装置。
8. 請求項１から６のいずれかに記載の信号処理装置と、
   水中に超音波を送信するとともに、水中からの信号を受信する送受波器と、
   前記送受波器に送信信号を出力するとともに、前記送受波器から出力された受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして前記受信データ系列を生成する送受信装置と、
   を備える、水中探知装置。
9. 前記信号処理装置による処理結果を表示する表示装置をさらに備えた、請求項７又は８に記載の水中探知装置。
10. 前記表示装置は、前記信号処理装置によって出力された各画像生成用受信データの振幅値に応じた表示色により各画像生成用受信データを表示し、第１の振幅値以上の振幅値を有する画像生成用受信データを第１の表示色で表示するとともに、第１の振幅値未満の第２の振幅値以下の振幅値を有する画像生成用受信データを第２の表示色で表示し、
    前記除算部は、前記第１の振幅値及び前記第２の振幅値の少なくとも一方と連動するように前記最大ノイズ振幅値を設定する、請求項９に記載の水中探知装置。
11. 前記受信装置又は送受信装置は、前記受信信号から、送受波器である前記受波器又は前記送受波器が送信する送信信号の帯域を含まない帯域の信号を抽出するフィルタをさらに有する、請求項７から１０のいずれかに記載の水中探知装置。
12. （ａ）受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られた方位毎の受信データ系列から、所定の方位範囲内における所定の時間範囲内の受信データを抽出するステップと、
    （ｂ）前記抽出した受信データに基づいてノイズ振幅値を推定するステップと、
    （ｃ）予め設定された、ゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値を、推定された前記ノイズ振幅値によって除算して上限ゲインを算出するステップと、
    （ｄ）前記受信データ系列を構成する各受信データに対して乗算すべきゲインを設定し、前記設定されたゲインを前記各受信データに乗算するステップであって、前記設定されたゲインが前記上限ゲインよりも大きい場合は、前記ゲインに代えて、前記上限ゲイン又は前記上限ゲインよりも小さいゲインを前記受信データに乗算するステップと、
    を含む、信号処理方法。
13. （ａ）受信信号を所定の時間間隔でサンプリングして得られた方位毎の受信データ系列から、所定の方位範囲内における所定の時間範囲内の受信データを抽出するステップと、
    （ｂ）前記抽出した受信データに基づいてノイズ振幅値を推定するステップと、
    （ｃ）予め設定された、ゲイン乗算後の最大ノイズ振幅値を、推定された前記ノイズ振幅値によって除算して上限ゲインを算出するステップと、
    （ｄ）前記受信データ系列を構成する各受信データに対して乗算すべきゲインを設定し、前記設定されたゲインを前記各受信データに乗算するステップであって、前記設定されたゲインが前記上限ゲインよりも大きい場合は、前記ゲインに代えて、前記上限ゲイン又は前記上限ゲインよりも小さいゲインを前記受信データに乗算するステップと、
    を、コンピュータに実行させる、プログラム。
    

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