JP2018146353A - Sonar device, acoustic signal processing system, acoustic signal processing method, and acoustic signal processing program - Google Patents

Sonar device, acoustic signal processing system, acoustic signal processing method, and acoustic signal processing program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sonar device, an acoustic signal processing system, an acoustic signal processing method, and an acoustic signal processing program that can accurately calculate an arriving direction of an acoustic signal radiated by an underwater vehicle by using a simple configuration.SOLUTION: A sonar device includes: at least one S/N ratio calculation unit configured to calculate an S/N ratio of an acoustic signal received by an acoustic sensor; at least one integration processing unit configured to perform an integration process of the acoustic signal over a set integration time; at least one integration time selection unit configured to select the integration time on the basis of the S/N ratio; and at least one direction calculation unit configured to calculate the direction of the received acoustic signal on the basis of the at least one acoustic signal integrated over the selected integration time.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、ソナー装置、音響信号処理システム、音響信号処理方法および音響信号処理プログラムに関する。   The present invention relates to a sonar device, an acoustic signal processing system, an acoustic signal processing method, and an acoustic signal processing program.

船舶にとって、電波を使用するレーダー装置または光学センサで検出することができない軍事目的の水中航走体は大きな脅威である。潜航中の水中航走体を検出するためには、航空機から海中に音響センサを投下して、水中航走体が放射する音響信号(音波)を検出する方法が有効である。   For ships, underwater vehicles for military purposes that cannot be detected by radar devices or optical sensors that use radio waves are a major threat. In order to detect a submerged underwater vehicle, a method of detecting an acoustic signal (sound wave) emitted from the underwater vehicle by dropping an acoustic sensor from an aircraft into the sea is effective.

ソナー装置は、水中航走体が放射する音響信号を検出して水中航走体の位置を計算する。ソナー装置では、水中航走体が放射する微弱な水中音波と海中雑音とを分離してS/N比を向上させるため、図6に示すような長時間の積分処理を行う場合が多い。   The sonar device detects an acoustic signal emitted from the underwater vehicle and calculates the position of the underwater vehicle. In a sonar device, in order to improve the S / N ratio by separating weak underwater sound waves and underwater noise radiated from the underwater vehicle, there are many cases where long-time integration processing as shown in FIG. 6 is performed.

特許文献1には、複数の音響センサをアレイ状に配列したセンサアレイを用いる信号源方位推定方法が開示されている。特許文献1の方法によれば、水中航走体が音響センサに近接するのにつれて、音響センサを用いて観測される水中航走体の方位の時間変化率が大きくなることを観測し、この時間変化率に基づいて音響信号の最適な積分時間を決定する。   Patent Document 1 discloses a signal source orientation estimation method using a sensor array in which a plurality of acoustic sensors are arranged in an array. According to the method of Patent Document 1, it is observed that the time change rate of the direction of the underwater vehicle observed with the acoustic sensor increases as the underwater vehicle approaches the acoustic sensor. The optimal integration time of the acoustic signal is determined based on the rate of change.

特開2006−078331号公報JP 2006-078331 A

なお、上記文献の開示を本書に引用をもって繰り込む。以下に上述した関連技術の分析を与える。   The disclosure of the above document is incorporated herein by reference. The analysis of the related technology described above is given below.

しかし、受信した音響信号の長時間の積分処理は、処理結果の出力タイミングの遅延を引き起こす。これによって、図7に例示するように、水中航走体が音響センサに最接近する位置およびその付近では、方位計算誤差が大きくなる。   However, long-time integration processing of the received acoustic signal causes a delay in output timing of the processing result. As a result, as illustrated in FIG. 7, an azimuth calculation error increases at a position where the underwater vehicle is closest to the acoustic sensor and in the vicinity thereof.

また、特許文献1に開示されている方位計算における積分処理は、最適な積分時間を決定した後から積分処理を実行している。これによって、積分処理が過去に受信した音響信号の影響を受けるため、方位計算の精度が低下するという問題が生じる。   In addition, the integration process in the azimuth calculation disclosed in Patent Document 1 is performed after the optimum integration time is determined. As a result, the integration process is affected by the acoustic signal received in the past, and this causes a problem that the accuracy of the azimuth calculation is lowered.

本発明は、上記課題に鑑みて創案されたものであって、その目的の一つは、簡素な構成を用いて水中航走体が放射する音響信号の到来方位を精度よく計算することができるソナー装置、音響信号処理システム、音響信号処理方法および音響信号処理プログラムを提供することである。その他の目的および効果等は、本開示から当業者に明らかになるであろう。   The present invention has been made in view of the above problems, and one of its purposes is to accurately calculate the arrival direction of an acoustic signal radiated from an underwater vehicle using a simple configuration. To provide a sonar device, an acoustic signal processing system, an acoustic signal processing method, and an acoustic signal processing program. Other objects and advantages will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.

本発明の一つの視点によれば、音響センサにより受信された音響信号のS/N比を計算するよう構成される少なくとも1つのS/N比計算部と、前記音響信号を設定された積分時間で積分処理するよう構成される少なくとも1つの積分処理部と、前記S/N比に基づいて前記積分時間を選択するよう構成される少なくとも1つの積分時間選択部と、選択された前記積分時間で積分された少なくとも1つの前記音響信号に基づいて受信した前記音響信号の方位を計算するよう構成される少なくとも1つの方位計算部と、を有するソナー装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, at least one S / N ratio calculator configured to calculate an S / N ratio of an acoustic signal received by an acoustic sensor, and an integration time set with the acoustic signal. And at least one integration processing unit configured to select the integration time based on the S / N ratio, and the selected integration time. And a sonar device having at least one orientation calculator configured to calculate an orientation of the received acoustic signal based on the integrated at least one acoustic signal.

本発明の一つの視点によれば、上述のソナー装置および音響センサを有し、前記音響センサは、船舶に搭載または船舶にえい航される音響信号処理システムが提供される。   According to one aspect of the present invention, there is provided an acoustic signal processing system including the sonar device and the acoustic sensor described above, wherein the acoustic sensor is mounted on a ship or towed by a ship.

本発明の一つの視点によれば、音響センサにより受信された音響信号のS/N比を計算し、前記音響信号を設定された積分時間で積分処理し、前記S/N比に基づいて前記積分時間を選択し、選択された前記積分時間で積分された少なくとも1つの前記音響信号に基づいて受信した前記音響信号の方位を計算する音響信号処理方法が提供される。   According to one aspect of the present invention, an S / N ratio of an acoustic signal received by an acoustic sensor is calculated, the acoustic signal is integrated with a set integration time, and the acoustic signal is integrated based on the S / N ratio. An acoustic signal processing method is provided for selecting an integration time and calculating an orientation of the received acoustic signal based on at least one of the acoustic signals integrated with the selected integration time.

本発明の一つの視点によれば、音響センサにより受信された音響信号のS/N比を計算する機能と、前記音響信号を設定された積分時間で積分処理する機能と、前記S/N比に基づいて前記積分時間を選択する機能と、選択された前記積分時間で積分された少なくとも1つの前記音響信号に基づいて受信した前記音響信号の方位を計算する機能と、をコンピュータに実行させる音響信号処理プログラムが提供される。   According to one aspect of the present invention, a function of calculating an S / N ratio of an acoustic signal received by an acoustic sensor, a function of integrating the acoustic signal with a set integration time, and the S / N ratio. A sound for causing a computer to execute a function of selecting the integration time based on the sound and a function of calculating a direction of the sound signal received based on the at least one sound signal integrated with the selected integration time. A signal processing program is provided.

本発明の一つの視点によれば、音響センサにより受信され、積分処理の有無、積分時間、サンプリング周期、およびサンプリング回数の少なくとも1つが相違する複数の音響信号に基づいて、S/N比を計算する機能をコンピュータに実行させる音響信号処理プログラムが提供される。   According to one aspect of the present invention, the S / N ratio is calculated based on a plurality of acoustic signals received by an acoustic sensor and having at least one of integration processing presence / absence, integration time, sampling period, and sampling frequency. An acoustic signal processing program for causing a computer to execute the function to perform is provided.

また、上記プログラム等を記憶したコンピュータ読み出し可能な記録媒体(例えばHDD(Hard Disk Drive)、CD(Compact Disk)/DVD(Digital Versatile Disk)、半導体ストレージデバイス等のnon−transitory computer readable recording medium)が提供される。   In addition, a computer-readable recording medium (for example, a hard disk drive (HDD), a compact disk (CD) / DVD (digital versatile disk), a non-transitory computer readable recording medium such as a semiconductor storage device) that stores the above-described program or the like. Provided.

本発明の一つの視点によれば、簡素な構成を用いて水中航走体が放射する音響信号の到来方位を精度よく計算することができるソナー装置、音響信号処理システム、音響信号処理方法および音響信号処理プログラムを提供することができる。   According to one aspect of the present invention, a sonar device, an acoustic signal processing system, an acoustic signal processing method, and an acoustic signal that can accurately calculate the arrival direction of an acoustic signal emitted by an underwater vehicle using a simple configuration. A signal processing program can be provided.

水中航走体が放射する音響信号を検出して、水中航走体の方位を計算するシステムの概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of the system which detects the acoustic signal which an underwater vehicle radiates | emits, and calculates the direction of an underwater vehicle. 図1に示したシステムに適用可能な第1実施形態に係るソナー装置の構成を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the structure of the sonar apparatus which concerns on 1st Embodiment applicable to the system shown in FIG. 積分時間選択部を含む図2に示したソナー装置のブロック図である。FIG. 3 is a block diagram of the sonar device shown in FIG. 2 including an integration time selection unit. S/N比計算アルゴリズムの一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of a S / N ratio calculation algorithm. 音波伝搬距離と、音響センサが受信する水中航走体が放射する水中音波の音圧レベルとの関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship between a sound wave propagation distance and the sound pressure level of the underwater sound wave which the underwater navigation body which an acoustic sensor receives. 水中航走体が放射する水中音波を積分処理することによる推定方位精度の改善効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the improvement effect of the estimated azimuth | direction precision by integrating the underwater sound wave which an underwater vehicle radiates | emits. 積分時間が比較的長い場合における、方位計算誤差の時間変化を示す。The time change of the direction calculation error when the integration time is relatively long is shown. 積分処理をしない場合における、方位計算誤差の時間変化を示す。The time change of the direction calculation error when the integration process is not performed is shown. 第1実施形態に従い、入力信号のS/N比計算処理の結果に応じて積分時間を変化させた場合の方位計算誤差を示す。The azimuth | direction calculation error at the time of changing integration time according to the result of the S / N ratio calculation process of an input signal according to 1st Embodiment is shown. えい航式音響センサを用いて水中航走体の方位を計算する他のシステムの概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of the other system which calculates the direction of an underwater vehicle using a towed acoustic sensor. 一実施形態に係るソナー装置の基本概念を説明する図である。It is a figure explaining the basic concept of the sonar apparatus which concerns on one Embodiment.

図11を参照して、一実施形態のソナー装置の基本概念を説明する。ソナー装置1101は、少なくとも1つのS/N比計算部1102、少なくとも1つの積分処理部1103、少なくとも1つの積分時間選択部1104、および少なくとも1つの方位計算部1105を有する。各部1102〜1105は、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組合せによって、単独または複数組み合わされた状態で構成することができる。   With reference to FIG. 11, the basic concept of the sonar apparatus of one Embodiment is demonstrated. The sonar device 1101 includes at least one S / N ratio calculation unit 1102, at least one integration processing unit 1103, at least one integration time selection unit 1104, and at least one azimuth calculation unit 1105. Each of the units 1102 to 1105 can be configured by software, hardware, or a combination thereof, alone or in combination.

なお、図11に示したタイミングチャートは、ソナー装置1101の動作の一例を示すために例示されたものであり、ソナー装置1101の動作をこれに特定する意図で記載したものではなく、図2〜図4を参照して後述するように、ソナー装置は様々な動作を実行することができる。   The timing chart shown in FIG. 11 is illustrated to show an example of the operation of the sonar device 1101, and is not described with the intention of specifying the operation of the sonar device 1101. As will be described later with reference to FIG. 4, the sonar device can perform various operations.

少なくとも1つのS/N比計算部1102は、音響センサ(図1の音響センサ3または図10のえい航式音響センサ23参照)により受信された音響信号のS/N比を計算するよう構成される。   At least one S / N ratio calculation unit 1102 is configured to calculate the S / N ratio of the acoustic signal received by the acoustic sensor (see the acoustic sensor 3 in FIG. 1 or the towed acoustic sensor 23 in FIG. 10). .

少なくとも1つの積分処理部1103は、音響信号を設定された積分時間で積分処理するよう構成される。   At least one integration processing unit 1103 is configured to integrate the acoustic signal with a set integration time.

少なくとも1つの積分時間選択部1104は、S/N比に基づいて積分時間を選択するよう構成される。   At least one integration time selection unit 1104 is configured to select an integration time based on the S / N ratio.

方位計算部1105は、選択された積分時間で積分された少なくとも1つの音響信号(例えばX軸およびY軸方向の音響信号成分)に基づいて受信した音響信号の方位を計算するよう構成される。   The azimuth calculation unit 1105 is configured to calculate the azimuth of the received acoustic signal based on at least one acoustic signal (for example, acoustic signal components in the X-axis and Y-axis directions) integrated with the selected integration time.

ソナー装置1101によれば、S/N比計算部1102(図2〜図4のS/N比計算部13参照)、および積分時間選択部1104(図3の積分時間選択部15)の追加により、方位計算精度が向上される。   According to the sonar device 1101, an S / N ratio calculation unit 1102 (see the S / N ratio calculation unit 13 in FIGS. 2 to 4) and an integration time selection unit 1104 (an integration time selection unit 15 in FIG. 3) are added. The azimuth calculation accuracy is improved.

ソナー装置1101によれば、積分時間(時定数)の異なる複数の積分処理結果を予め得た後から、最適な積分時間の値を決定して、複数の積分処理結果の中から最適な積分時間で処理された最適な積分処理結果を抽出することができる。このため、最適な積分時間が決定されてから、方位変化などの計算をすることなく、直ちに最適な積分処理結果を抽出することができる。最適な積分時間は、受信した音響信号のS/N比に応じて決定することができる。例えば、音響センサが受信した水中航走体から放射された音響信号のS/N比が水中航走体の近接につれて大きくなるのにつれて、積分時間を最適化すればよい。   According to the sonar device 1101, after obtaining a plurality of integration processing results having different integration times (time constants) in advance, an optimum integration time value is determined, and the optimum integration time is selected from the plurality of integration processing results. It is possible to extract the optimum integration processing result processed in the above. For this reason, after the optimum integration time is determined, the optimum integration processing result can be immediately extracted without calculating the azimuth change or the like. The optimum integration time can be determined according to the S / N ratio of the received acoustic signal. For example, the integration time may be optimized as the S / N ratio of the acoustic signal radiated from the underwater vehicle received by the acoustic sensor increases with the proximity of the underwater vehicle.

S/N比に基づく最適な積分時間の決定によれば、水中航走体の方位変化に基づく積分時間の決定よりも、迅速に積分時間の最適化が実行される。したがって、ソナー装置1101によれば、水中航走体が放射する音響信号の到来方位を計算する際の方位計算精度が向上する。これによって、水中航走体の位置を特定する性能が向上する。   According to the determination of the optimum integration time based on the S / N ratio, the optimization of the integration time is performed more quickly than the determination of the integration time based on the change in direction of the underwater vehicle. Therefore, according to the sonar device 1101, the direction calculation accuracy when calculating the arrival direction of the acoustic signal radiated from the underwater vehicle is improved. This improves the performance of identifying the position of the underwater vehicle.

以上の音響信号の処理方法は、ソナー装置1101が1個の音響センサを有する場合でも有効に作用し、ソナー装置1101が船舶によりえい航する方式の音響センサを使用する場合にも有効に作用する。   The acoustic signal processing method described above works effectively even when the sonar device 1101 has one acoustic sensor, and also works effectively when the sonar device 1101 uses an acoustic sensor that is towed by a ship.

これに対して、上述した特許文献1の方法によれば、水中航走体が放射する音響信号の方位変化を算出した後、この方位変化に基づいて受信する音響信号の最適な積分時間を決定し、この決定後に決定された積分時間で受信する音響信号の積分処理を実行する。   On the other hand, according to the method of Patent Document 1 described above, after calculating the azimuth change of the acoustic signal emitted by the underwater vehicle, the optimum integration time of the received acoustic signal is determined based on this azimuth change. Then, the integration process of the received acoustic signal is executed with the integration time determined after the determination.

特許文献1の方法によれば、方位変化を算出後に最適化された積分処理を実行するため、積分処理が最適化されるまでに時間がかかるという問題、および積分処理が過去に受信した音響信号の影響を受けるという問題がある。このため、特許文献1の方法によれば、水中航走体の方位の推定精度が低いという問題がある。   According to the method of Patent Literature 1, since the integration process optimized after calculating the azimuth change is executed, it takes time until the integration process is optimized, and the acoustic signal received in the past by the integration process There is a problem of being affected. For this reason, according to the method of patent document 1, there exists a problem that the estimation precision of the direction of an underwater vehicle is low.

<実施形態>
本発明の例示的な実施形態について図面を参照して説明する。
<Embodiment>
Exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施形態のソナー装置は、水中航走体が存在すると予想される海域に、船舶または航空機などを用いて設置された音響センサを使用することができる。ソナー装置は、水中航走体が放射(反射を含む)する音響信号を検出して、水中航走体の方位を計算することができる。   The sonar device according to the embodiment can use an acoustic sensor that is installed in a sea area where an underwater vehicle is expected to exist using a ship or an aircraft. The sonar device can calculate an azimuth of the underwater vehicle by detecting an acoustic signal radiated (including reflection) by the underwater vehicle.

<第1実施形態>
図1は、水中航走体が放射する音響信号を検出して、水中航走体の方位を計算するシステムの概要を説明するための図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of a system that detects an acoustic signal radiated from an underwater vehicle and calculates an orientation of the underwater vehicle.

図1中、通過コース2は、水中航走体1の進路を示す。音響センサ3は、本実施形態では、音響信号を送信せず水中航走体が放射する音響信号を受信する受信専用の音響センサとするが、これに限定されるものではない。最接近位置4は、水中航走体1が音響センサ3に最接近する位置である。最接近距離5は、水中航走体1と音響センサ3の最接近距離であり、例えばlkmである。音波伝搬距離6は、水中航走体1が放射した音響信号が音響センサ3に到達するまでの距離であり、例えば30kmである。音波到来方位7は、音響センサ3から見た水中航走体1が放射する音響信号の到来方位を示す。   In FIG. 1, a passing course 2 indicates the course of the underwater vehicle 1. In this embodiment, the acoustic sensor 3 is a reception-only acoustic sensor that does not transmit an acoustic signal and receives an acoustic signal emitted from the underwater vehicle, but is not limited thereto. The closest position 4 is a position where the underwater vehicle 1 is closest to the acoustic sensor 3. The closest approach distance 5 is the closest approach distance between the underwater vehicle 1 and the acoustic sensor 3, and is, for example, 1 km. The sound wave propagation distance 6 is a distance until the acoustic signal radiated from the underwater vehicle 1 reaches the acoustic sensor 3, and is 30 km, for example. The sound wave arrival direction 7 indicates the arrival direction of the acoustic signal emitted from the underwater vehicle 1 as viewed from the acoustic sensor 3.

図2は、図1に示したシステムに適用可能な第1実施形態に係るソナー装置の構成を説明するためのブロック図である。図2の上部はY軸方向の成分を処理するための構成を示し、図2の下部はX軸方向の成分を処理するための構成を示す。図3は、積分時間選択部を含む図2に示したソナー装置のブロック図である。図3の上部はY軸方向の成分を処理するための構成を示し、図2の下部はX軸方向の成分を処理するための構成を示す。   FIG. 2 is a block diagram for explaining the configuration of the sonar device according to the first embodiment applicable to the system shown in FIG. The upper part of FIG. 2 shows a configuration for processing a component in the Y-axis direction, and the lower part of FIG. 2 shows a configuration for processing a component in the X-axis direction. 3 is a block diagram of the sonar device shown in FIG. 2 including an integration time selection unit. The upper part of FIG. 3 shows a configuration for processing the component in the Y-axis direction, and the lower part of FIG. 2 shows a configuration for processing the component in the X-axis direction.

図2を参照すると、第1実施形態に係るソナー装置は、図1に示したような音響センサ3を有する。音響センサ3は、水平方向に直交するX軸およびY軸に指向性、すなわちX軸指向性9およびY軸指向性8を有する2つの圧電セラミックス(不図示)を内蔵する。ソナー装置は、2つの圧電セラミックスの受信音圧レベル差により音響信号の到来方位を計算することができる(特開昭60−205269号公報参照)。   Referring to FIG. 2, the sonar device according to the first embodiment includes the acoustic sensor 3 as shown in FIG. The acoustic sensor 3 incorporates two piezoelectric ceramics (not shown) having directivity on the X axis and Y axis orthogonal to the horizontal direction, that is, the X axis directivity 9 and the Y axis directivity 8. The sonar device can calculate the direction of arrival of the acoustic signal based on the difference in the received sound pressure level between the two piezoelectric ceramics (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-205269).

さらに、ソナー装置は、Y軸方向の成分を処理するための構成と、X軸方向の成分を処理するための構成とにおいて、Low Pass Filter(以下「LPF」と略称する)10、アナログ/デジタル信号変換部(以下「A/D変換部」と略称する)11、Fast Fourier Transform処理部(以下「FFT処理部」と略称する)12、signal to noise ratio計算部(以下「S/N比計算部」と略称する)13、積分処理部14、積分時間選択部15(図3参照)、および方位計算部16をそれぞれ有する。   Further, the sonar device includes a low pass filter (hereinafter abbreviated as “LPF”) 10, analog / digital in a configuration for processing a component in the Y-axis direction and a configuration for processing a component in the X-axis direction. Signal converter (hereinafter abbreviated as “A / D converter”) 11, Fast Fourier Transform processor (hereinafter abbreviated as “FFT processor”) 12, signal to noise ratio calculator (hereinafter “S / N ratio calculation”) Each of which has an integration processing unit 14, an integration time selection unit 15 (see FIG. 3), and an azimuth calculation unit 16.

次に各部10〜16の概要を説明する。   Next, the outline | summary of each part 10-16 is demonstrated.

Y軸方向の成分を処理するための構成において、音響センサ3は、受信した音響信号に基づく信号を出力する。音響センサ3の出力は、LPF10の入力に直接または間接的に接続される。LPF10の出力は、A/D変換部11の入力に直接または間接的に接続される。A/D変換部11の出力は、FFT処理部12の入力に直接または間接的に接続される。FFT処理部12の出力は、S/N比計算部13の入力、および積分処理部14の入力に直接または間接的に接続される。   In the configuration for processing the component in the Y-axis direction, the acoustic sensor 3 outputs a signal based on the received acoustic signal. The output of the acoustic sensor 3 is directly or indirectly connected to the input of the LPF 10. The output of the LPF 10 is directly or indirectly connected to the input of the A / D converter 11. The output of the A / D conversion unit 11 is directly or indirectly connected to the input of the FFT processing unit 12. The output of the FFT processing unit 12 is directly or indirectly connected to the input of the S / N ratio calculation unit 13 and the input of the integration processing unit 14.

積分処理部14は、複数の積分処理部14を有することができる。複数の積分処理部14は、互いに異なる積分時間で音響信号の積分処理を実行して、積分された信号をそれぞれ出力することができる。あるいは、積分処理部14は、所定期間経過毎に積分結果を出力するように構成されてもよい。   The integration processing unit 14 can include a plurality of integration processing units 14. The plurality of integration processing units 14 can perform integration processing of acoustic signals with different integration times and output integrated signals, respectively. Alternatively, the integration processing unit 14 may be configured to output an integration result every elapse of a predetermined period.

S/N比計算部13の出力、および積分処理部14の出力は、積分時間選択部15の入力に直接または間接的に接続される。積分時間選択部15は、S/N比計算部13の出力信号を制御信号として用いて、積分処理部14が出力する複数の信号のうちの少なくとも1つを選択して方位計算部16に出力する。   The output of the S / N ratio calculation unit 13 and the output of the integration processing unit 14 are directly or indirectly connected to the input of the integration time selection unit 15. The integration time selection unit 15 uses the output signal of the S / N ratio calculation unit 13 as a control signal, selects at least one of a plurality of signals output by the integration processing unit 14 and outputs the selected signal to the direction calculation unit 16 To do.

以上、Y軸方向の成分を処理するための構成の概要を説明したが、これらはX軸方向の成分を処理するための構成においても同様である。なお、Y軸方向およびX軸方向に関して、積分時間選択部15は共通化してもよく、場合によっては分離してもよい。   The outline of the configuration for processing the component in the Y-axis direction has been described above, but the same applies to the configuration for processing the component in the X-axis direction. It should be noted that the integration time selection unit 15 may be shared with respect to the Y-axis direction and the X-axis direction, or may be separated according to circumstances.

次に各部10〜16における処理を具体的に説明する。   Next, the process in each part 10-16 is demonstrated concretely.

LPF10は、入力した音響信号(水中音波)のアナログ信号に対して、後段のA/D変換部11のサンプリング周波数の1/2以上の高周波成分を除去する。   The LPF 10 removes a high-frequency component that is 1/2 or more of the sampling frequency of the A / D converter 11 in the subsequent stage from the analog signal of the input acoustic signal (underwater acoustic wave).

A/D変換部11は、音響信号のアナログ信号をデジタル信号に変換する。   The A / D converter 11 converts the analog signal of the acoustic signal into a digital signal.

FFT処理部12は、音響信号のデジタル信号を高速フーリエ変換のアルゴリズムを用いて周波数成分に分解する。FFT処理によって水中音波信号を周波数成分に分解することにより、水中音波信号を、人工的な水中音波である水中航走体の放射音波を含む周波数成分と、自然の海中雑音から構成される周波数成分とに分離することができる。これによって、S/N比が改善される。   The FFT processing unit 12 decomposes the digital signal of the acoustic signal into frequency components using a fast Fourier transform algorithm. By decomposing the underwater sound wave signal into frequency components by FFT processing, the underwater sound wave signal is composed of a frequency component including an underwater vehicle radiated sound wave, which is an artificial underwater sound wave, and a natural underwater noise. And can be separated. This improves the S / N ratio.

S/N比計算部13は、音響信号のデジタル信号のS/N比を計算する。S/N比計算部13が使用するS/N比計算アルゴリズムとしては、例えば、特開昭60−205269号公報に開示されているような「雑音平均」という処理方式、または、特開2013−160564号公報に開示したような音響センサの指向性を利用したS/N比の算出方式を利用することができるが、これらに限定されるものではなく、後述する図4に示すようなS/N比計算アルゴリズムも利用することができる。   The S / N ratio calculation unit 13 calculates the S / N ratio of the digital signal of the acoustic signal. Examples of the S / N ratio calculation algorithm used by the S / N ratio calculation unit 13 include a processing method called “noise average” as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-205269, or Japanese Patent Laid-Open No. 2013-2013. The calculation method of the S / N ratio using the directivity of the acoustic sensor as disclosed in Japanese Patent No. 160564 can be used, but is not limited to these, and the S / N as shown in FIG. An N ratio calculation algorithm can also be used.

積分処理部14は、FFT処理により周波数成分毎に分解された音圧レベルのデータ信号を設定した時間で積分処理する。これにより、音響信号のS/N比を改善することができる。積分処理はFFT処理の出力回数分、実行される。この積分処理は、方位計算処理の前に、音響信号のS/N比を改善する効果がある。   The integration processing unit 14 integrates the data signal of the sound pressure level decomposed for each frequency component by the FFT processing for a set time. Thereby, the S / N ratio of the acoustic signal can be improved. The integration process is executed for the number of outputs of the FFT process. This integration process has the effect of improving the S / N ratio of the acoustic signal before the azimuth calculation process.

しかし、長時間の積分処理は処理結果の出力遅延を発生させる。図1を参照して、積分時間による処理出力遅れは、特に水中航走体1と音響センサ3の最接近時に、推定方位の誤差を大きくする。これを解消するために、本実施形態では積分時間選択部15を設けている。   However, a long integration process causes an output delay of the processing result. With reference to FIG. 1, the processing output delay due to the integration time increases the error in the estimated azimuth particularly when the underwater vehicle 1 and the acoustic sensor 3 are closest to each other. In order to eliminate this, an integration time selection unit 15 is provided in the present embodiment.

積分処理部14は、時定数が異なる(例えば2,4,…,128秒)複数の積分器を有してもよい。あるいは、積分処理部14は、サンプリングしたデータを記憶し、指令に応じてサンプリングしたデータを積算処理等することができるように構成されてもよい。   The integration processing unit 14 may include a plurality of integrators having different time constants (for example, 2, 4,..., 128 seconds). Alternatively, the integration processing unit 14 may be configured to store sampled data and perform integration processing or the like on the sampled data in response to a command.

積分時間選択部15は、音響信号のS/N比計算の結果に応じて、後段の方位計算に使用する積分時間を選択して、S/N比が最適化された信号が出力されるようにする。   The integration time selection unit 15 selects an integration time used for the subsequent azimuth calculation according to the result of the S / N ratio calculation of the acoustic signal so that a signal with an optimized S / N ratio is output. To.

方位計算部16は、いずれもS/N比が最適化されたY軸方向指向性8の信号とX軸方向指向性9の信号との受信音圧レベル差により、音響信号の到来方位を計算する。   The azimuth calculation unit 16 calculates the azimuth of arrival of the acoustic signal based on the received sound pressure level difference between the signal with the Y-axis directionality 8 and the signal with the X-axis directionality 9 whose S / N ratio is optimized. To do.

<新規S/N比計算アルゴリズム>
図4は、図2等に示したS/N比計算部13が利用可能である新規S/N比計算アルゴリズムを示す。
<New S / N ratio calculation algorithm>
FIG. 4 shows a new S / N ratio calculation algorithm that can be used by the S / N ratio calculation unit 13 shown in FIG.

一般的に、積分時間が長いほど自然界に特有の1/fゆらぎ成分を有する海中雑音レベルは、積分時間の平方根に比例してS/N比が改善する。したがって、入力信号を積分時間M秒で積分処理した出力値(例えば、1秒周期で出力されるデータをM回積分してMで除した値)と、入力信号を積分しない場合の出力値との関係は、Sを人工的な信号音のレベル、Nを海中雑音レベルとすると、次式で表すことができる。
積分しないS/N比=S÷(S+N)
M回積分したS/N比=S÷(S+N×SQRT(M))
ここでS÷(S+N)が一定と仮定すると、次の比例関係になる。
「積分なし」:「M秒積分」=1÷(1×M):1÷(1×SQRT(M))
「積分なし」×1÷(SQRT(M))=「M秒積分」×1÷M
「積分なし」×M=「M秒積分」×SQRT(M)
したがって、「積分なし」の出力値は、「M秒積分」のSQRT(M)÷M倍である。
In general, the longer the integration time, the better the S / N ratio of an underwater noise level having a 1 / f fluctuation component peculiar to the natural world in proportion to the square root of the integration time. Therefore, an output value obtained by integrating the input signal with an integration time of M seconds (for example, a value obtained by integrating data output in a 1-second cycle M times and divided by M), and an output value when the input signal is not integrated This relationship can be expressed by the following equation, where S is the level of an artificial signal sound and N is the underwater noise level.
S / N ratio without integration = S ÷ (S + N)
S / N ratio integrated M times = S ÷ (S + N × SQRT (M))
Assuming that S ÷ (S + N) is constant, the following proportional relationship is obtained.
“No integration”: “M second integration” = 1 ÷ (1 × M): 1 ÷ (1 × SQRT (M))
“No integration” × 1 ÷ (SQRT (M)) = “M second integration” × 1 ÷ M
"No integration" x M = "M second integration" x SQRT (M)
Therefore, the output value of “no integration” is SQRT (M) ÷ M times “M second integration”.

すなわち、入力信号(「積分なし」)に対する海中雑音レベルは、下式のように表すことができる。   That is, the underwater noise level for the input signal (“no integration”) can be expressed as:

海中雑音レベル=(「積分なし」−「M秒積分」)÷(1−SQRT(M)÷M)   Underwater noise level = ("No integration"-"M second integration") / (1-SQRT (M) / M)

よって、積分処理なしと積分処理ありの入力データの差と積分時間(積分回数)から海中雑音成分のレベルを推定することができる。この雑音成分のレベルに基づいて、最適な積分時間、換言すると、積分期間、サンプリングの回数、またはサンプリング期間(サンプリングの回数とサンプリング周期の積)を決定することができる。これによって、S/N比計算と並列処理されていた積分処理による複数のデータの中から、最適なデータが出力される。あるいは、最適化されたサンプリング回数分の格納データを積算して当該サンプリング回数で除したデータを出力してもよい。   Therefore, the level of the underwater noise component can be estimated from the difference between the input data without integration processing and with the integration processing and the integration time (number of integrations). Based on the level of this noise component, the optimum integration time, in other words, the integration period, the number of samplings, or the sampling period (the product of the number of samplings and the sampling period) can be determined. As a result, optimum data is output from a plurality of data obtained by the integration processing that has been processed in parallel with the S / N ratio calculation. Alternatively, stored data for the optimized number of samplings may be integrated and data divided by the number of samplings may be output.

なお、海中雑音レベルを計算するための積分時間(M秒)が長いと水中航走体1と音響センサ3の距離が変化することによるS/N比の変化を無視できなくなるため、積分時間は例えば16秒以下にするとよい。   Note that if the integration time (M seconds) for calculating the underwater noise level is long, the change in the S / N ratio due to the change in the distance between the underwater vehicle 1 and the acoustic sensor 3 cannot be ignored. For example, it may be 16 seconds or less.

ここで、水中航走体1が音響センサ3に最接近している場合(図1の最接近位置4を参照)における、積分時間Mの設定例を説明する。水中航走体1が最接近位置4の付近に存在する場合、時間当たりの音波伝搬距離6(図1参照)の相対的な変化が大きい。したがって、受信する音響信号のS/N比の変化も大きくなる。このため、図4に示したS/N比計算アルゴリズムにおいて、積分時間(積分回数)Mの値を大きくするとS/N比計算誤差が大きくなる可能性がある。よって、積分時間Mの値は約16〜32が妥当である。   Here, an example of setting the integration time M when the underwater vehicle 1 is closest to the acoustic sensor 3 (see the closest position 4 in FIG. 1) will be described. When the underwater vehicle 1 is present near the closest position 4, the relative change in the sound wave propagation distance 6 (see FIG. 1) per time is large. Therefore, the change in the S / N ratio of the received acoustic signal also increases. Therefore, in the S / N ratio calculation algorithm shown in FIG. 4, if the value of the integration time (number of integrations) M is increased, the S / N ratio calculation error may increase. Therefore, an appropriate value for the integration time M is about 16 to 32.

次に、図1〜図4を参照しながら説明したソナー装置を用いた水中航走体の方位計算について、さらに図5〜図8を参照しながら説明する。   Next, the direction calculation of the underwater vehicle using the sonar device described with reference to FIGS. 1 to 4 will be described with reference to FIGS.

一例として、水中航走体1の速力が30km/h、水中航走体1が音響センサ3に遠隔(音波伝搬距離6が30km)から接近(最接近距離5が1km)して離隔(音波伝搬距離6が30km)する状況を想定し、図4に示したS/N比計算アルゴリズムを用いて、水中航走体1の方位計算をした。   As an example, the speed of the underwater vehicle 1 is 30 km / h, and the underwater vehicle 1 is moved away from the acoustic sensor 3 (the sound wave propagation distance 6 is 30 km) from the distance (the closest distance 5 is 1 km) and separated (the sound wave propagation). Assuming a situation in which the distance 6 is 30 km), the azimuth of the underwater vehicle 1 was calculated using the S / N ratio calculation algorithm shown in FIG.

図5は、音波伝搬距離6と、音響センサ3が受信する水中航走体1が放射する水中音波(音響信号)の音圧レベルとの関係を説明するための図である。図5中、実線は、水中航走体1が放射した音波が音響センサ3に到達するまでの音波伝搬距離6の時間変化を示す。なお、距離30kmの地点から水中航走体1が速力30km/hで音響センサ3に接近するため、水中航走体1が最接近位置4に到達するまでの所要時間は60分となる。   FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the sound wave propagation distance 6 and the sound pressure level of the underwater sound wave (acoustic signal) emitted by the underwater vehicle 1 received by the acoustic sensor 3. In FIG. 5, the solid line indicates the time change of the sound wave propagation distance 6 until the sound wave emitted from the underwater vehicle 1 reaches the acoustic sensor 3. Since the underwater vehicle 1 approaches the acoustic sensor 3 at a speed of 30 km / h from a point at a distance of 30 km, the time required for the underwater vehicle 1 to reach the closest position 4 is 60 minutes.

図5中、点線は、水中航走体1が放射する水中音波の音圧レベルのS/N比17(図3に示したS/N比計算部13の出力信号に対応する)が音波伝搬距離6により変化する様子を対数スケールで示す。水中音波は球面拡散するため、図示するように、水中音波の減衰率は距離の2乗に比例する。図5中、S/N比17の変化は、音波伝搬距離6が30kmの時点のS/N比17を基準(0dB)にして、相対的に表現している。   In FIG. 5, the dotted line indicates that the S / N ratio 17 (corresponding to the output signal of the S / N ratio calculator 13 shown in FIG. 3) of the sound pressure level of the underwater sound wave radiated by the underwater vehicle 1 is the sound wave propagation. The change with distance 6 is shown on a logarithmic scale. Since the underwater acoustic wave diffuses into a spherical surface, the attenuation rate of the underwater acoustic wave is proportional to the square of the distance, as shown in the figure. In FIG. 5, the change in the S / N ratio 17 is relatively expressed with the S / N ratio 17 at the time when the sound wave propagation distance 6 is 30 km as a reference (0 dB).

図6は、水中航走体1が放射する水中音波を積分処理することによる推定方位精度の改善効果を説明するための図である。図6中、実線は、水中音波のS/N比17の積分時間による変化を示す。すなわち、S/N比17は、音響センサ3への入力信号において、水中航走体1が放射した音波と自然の海中雑音との音圧レベルの比率(dB)を示し、図3に示したS/N比計算部13の出力信号に対応する。図6中、点線は、水中音波の方位計算誤差の積分時間による変化を示す。   FIG. 6 is a diagram for explaining the improvement effect of the estimated azimuth accuracy by integrating the underwater sound wave radiated by the underwater vehicle 1. In FIG. 6, the solid line shows the change of the S / N ratio 17 of the underwater acoustic wave depending on the integration time. That is, the S / N ratio 17 represents the ratio (dB) of the sound pressure level between the sound wave emitted from the underwater vehicle 1 and the natural underwater noise in the input signal to the acoustic sensor 3, and is shown in FIG. This corresponds to the output signal of the S / N ratio calculation unit 13. In FIG. 6, a dotted line shows the change of the direction calculation error of the underwater acoustic wave due to the integration time.

水中航走体1が放射する水中音波は、人工的な機械作動音である。水中航走体1が放射する水中音波を1秒周期でM秒間積分(M回サンプリング)すると、音圧レベルは積分回数倍、すなわちM倍となる。これに対して、自然界の1/fゆらぎ雑音である海中雑音は、1秒周期でM秒間積分(M回サンプリング)すると、音圧レベルはMの平方根倍となるピンクノイズの特性を有する。したがって、図6に示すように、積分時間が長いほど(サンプリング回数が多いほど)S/N比17が改善し、海中雑音に起因する方位計算誤差18が軽減される。   The underwater sound wave radiated from the underwater vehicle 1 is an artificial mechanical operation sound. When underwater sound waves radiated from the underwater vehicle 1 are integrated for M seconds (M times sampling) with a 1 second period, the sound pressure level is multiplied by the number of integration times, that is, M times. On the other hand, underwater noise, which is 1 / f fluctuation noise in the natural world, has a characteristic of pink noise in which the sound pressure level becomes a square root multiple of M when M seconds are integrated (sampling M times) at a cycle of 1 second. Therefore, as shown in FIG. 6, the longer the integration time (the greater the number of sampling times), the better the S / N ratio 17, and the azimuth calculation error 18 due to underwater noise is reduced.

ここでS/N比17は、入力信号の積分時間をM秒(1秒周期でM回サンプリング)とすると、次式のように表される。   Here, the S / N ratio 17 is represented by the following equation, where the integration time of the input signal is M seconds (sampling M times with a 1 second period).

S/N=M÷SQRT(M)   S / N = M ÷ SQRT (M)

方位計算誤差18は、積分時間の関数として、次式のように表される。   The azimuth calculation error 18 is expressed as the following equation as a function of integration time.

方位計算誤差=ATAN(SQRT(M)÷M) 式(1)   Azimuth calculation error = ATAN (SQRT (M) ÷ M) Equation (1)

次に、入力信号の積分時間(積分期間)と方位計算精度の関係について、図7および図8を参照しながら説明する。図7は、積分時間を128秒間に設定した場合における、方位計算誤差の時間変化を示す。図8は、積分処理をしない場合における、方位計算誤差の時間変化を示す。図7および図8中、実線が水中航走体1の速度と経過時間により定まる音波到来方位(真値)7(図1参照)を示し、2つの点線間の領域が上述の式(1)に基づいて計算される方位計算誤差範囲19を示す。音波到来方位7が90degのときに水中航走体1は図1に示した最接近距離5の位置を速力30km/hで走行している。   Next, the relationship between the integration time (integration period) of the input signal and the azimuth calculation accuracy will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows the time change of the direction calculation error when the integration time is set to 128 seconds. FIG. 8 shows the time change of the direction calculation error when the integration process is not performed. 7 and 8, the solid line indicates the sound wave arrival direction (true value) 7 (see FIG. 1) determined by the speed and elapsed time of the underwater vehicle 1, and the region between the two dotted lines is the above-described equation (1). An azimuth calculation error range 19 calculated based on When the sound wave arrival direction 7 is 90 deg, the underwater vehicle 1 is traveling at the speed of 30 km / h at the position of the closest distance 5 shown in FIG.

まず図7を参照して、積分時間を比較的長く設定した場合を説明する。なお、図7は図5の30分経過時点からを表現している。音波到来方位(真値)7が90degに接近していくと、音波伝搬距離6(図1参照)が短くなっていくことによりS/N比が高くなり、海中雑音に起因する方位計算誤差範囲19の幅が狭くなっていく。しかし、長い積分時間(128秒)の影響により、方位計算結果が積分時間の半分の時間分遅れて出力される。このため、最接近距離5の位置(90deg,1200秒)の付近では、かえって方位計算誤差が大きくなっている。最接近時の方位誤差は約26degである。   First, the case where the integration time is set relatively long will be described with reference to FIG. Note that FIG. 7 shows the time from the point of 30 minutes in FIG. As the sonic wave arrival direction (true value) 7 approaches 90 deg, the S / N ratio increases as the sound wave propagation distance 6 (see FIG. 1) decreases, and the azimuth calculation error range due to underwater noise The width of 19 becomes narrower. However, due to the influence of the long integration time (128 seconds), the azimuth calculation result is output with a delay of half the integration time. For this reason, in the vicinity of the position of the closest approach distance 5 (90 deg, 1200 seconds), the direction calculation error is rather large. An azimuth error at the time of closest approach is about 26 deg.

次に図8を参照して、積分処理を実行しない場合(あるいは積分時間が比較的短い場合)を説明する。音波到来方位(真値)7が90degに接近していくと、音波伝搬距離6(図1参照)が短くなっていくことによりS/N比が高くなり、海中雑音に起因する方位計算誤差範囲20の幅が狭くなっていく。そして、積分処理を実行しないため、図7に示した場合のような積分処理に起因する方位計算の遅れはなく、最接近時の方位誤差が約5degである。   Next, a case where the integration process is not executed (or a case where the integration time is relatively short) will be described with reference to FIG. As the sonic wave arrival direction (true value) 7 approaches 90 deg, the S / N ratio increases as the sound wave propagation distance 6 (see FIG. 1) decreases, and the azimuth calculation error range due to underwater noise The width of 20 becomes narrower. Since the integration process is not executed, there is no delay in the azimuth calculation caused by the integration process as shown in FIG. 7, and the azimuth error at the time of closest approach is about 5 degrees.

以上より、最接近時の近傍では、長時間の積分処理による処理結果の出力遅延が顕著に出現して方位誤差を大きくするため、積分処理を実行しない方が、方位計算誤差が小さくなることがわかる。したがって、音波伝搬距離6または音波到来方位7に応じて、結局はS/N比17に応じて変化する、積分時間の最適範囲が存在すると考えられる。   From the above, in the vicinity of the closest approach, the output delay of the processing result due to the long-time integration processing appears remarkably and increases the azimuth error. Therefore, the direction calculation error is smaller when the integration processing is not executed. Recognize. Therefore, it is considered that there is an optimum range of integration time that changes according to the sound wave propagation distance 6 or the sound wave arrival direction 7 and eventually according to the S / N ratio 17.

そこで、本実施形態のように、入力信号のS/N比に応じて積分時間を選択する場合を説明する。   Therefore, a case where the integration time is selected according to the S / N ratio of the input signal as in this embodiment will be described.

図9は、本実施形態にしたがって、入力信号のS/N比計算の結果に応じて積分時間を変化させた場合に相当する方位計算誤差を示す。ここで積分時間は、方位計算誤差が約5degになるように設定する。   FIG. 9 shows an azimuth calculation error corresponding to the case where the integration time is changed according to the result of the S / N ratio calculation of the input signal according to the present embodiment. Here, the integration time is set so that the direction calculation error is about 5 deg.

図9中、実線が水中航走体1の速度と経過時間により定まる音波到来方位(真値)7(図1参照)を示す。図9中、2つの点線間の領域が、本実施形態にしたがって、上述の式(1)および図4に示したアルゴリズムを利用して計算される方位計算誤差範囲21を示す。   In FIG. 9, the solid line indicates the sound wave arrival direction (true value) 7 (see FIG. 1) determined by the speed of the underwater vehicle 1 and the elapsed time. In FIG. 9, a region between two dotted lines indicates an azimuth calculation error range 21 calculated using the above-described equation (1) and the algorithm shown in FIG. 4 according to the present embodiment.

図7および図8に示したような、積分時間が固定またはゼロに固定である場合に比べて、図9においては、時間経過の全範囲にわたって方位計算誤差が小さくなっていることがわかる。   As shown in FIGS. 7 and 8, it can be seen that in FIG. 9, the azimuth calculation error is smaller over the entire range of time than when the integration time is fixed or fixed to zero.

以上説明した第1実施形態によれば、水中航走体と音響センサの相対距離の変化によるS/N比の変化に対応して積分時間を自動的に選択することにより、積分処理の結果として生じる出力遅延が抑制され、方位計算精度が向上する。   According to the first embodiment described above, the integration time is automatically selected in response to the change in the S / N ratio due to the change in the relative distance between the underwater vehicle and the acoustic sensor. The generated output delay is suppressed, and the direction calculation accuracy is improved.

また第1実施形態は、ソナーにより水中航走体が放射する音波の到来方位を計算する際に、海中雑音レベルが積分時間の平方根に比例して減衰する特徴を利用して、S/N比の値を算出するアルゴリズムを提供する。   In the first embodiment, when calculating the arrival direction of the sound wave emitted from the underwater vehicle by sonar, the S / N ratio is utilized by utilizing the characteristic that the underwater noise level attenuates in proportion to the square root of the integration time. An algorithm for calculating the value of is provided.

<第2実施形態>
第2実施形態を説明する。図10は、えい航式音響センサを用いて水中航走体の方位を計算する他のシステムの概要を説明するための図である。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. FIG. 10 is a diagram for explaining an outline of another system for calculating the direction of the underwater vehicle using the towed acoustic sensor.

図1と図10を対照して、第2実施形態では、図10のシステムが図1のシステムと相違する点について主として説明し、両方のシステムの共通点については、前述の図1のシステムに関する説明を参照するものとする。   In contrast to FIG. 1 and FIG. 10, in the second embodiment, the difference between the system of FIG. 10 and the system of FIG. 1 will be mainly described, and the common points of both systems relate to the system of FIG. 1 described above. Refer to the description.

図10に示すシステムにおいては、船舶22がえい航するえい航式音響センサ23が使用される。水中航走体1とえい航式音響センサ23の間の相対距離が時間変化することに対応して、音波伝搬距離6が時間変化する。音波伝搬距離6の時間変化につれて、えい航式音響センサ23が受信する音波のS/N比が時間変化する。したがって、図10のシステムにおいても、図1のシステムと同様に方位計算精度の向上の効果が期待できる。   In the system shown in FIG. 10, a towed acoustic sensor 23 towed by the ship 22 is used. Corresponding to the time change of the relative distance between the underwater vehicle 1 and the towing acoustic sensor 23, the sound wave propagation distance 6 changes with time. As the sound wave propagation distance 6 changes with time, the S / N ratio of sound waves received by the towed acoustic sensor 23 changes with time. Therefore, the system of FIG. 10 can be expected to improve the azimuth calculation accuracy as in the system of FIG.

なお、上記の特許文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ乃至選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。   It should be noted that the disclosures of the above patent documents are incorporated herein by reference. Within the scope of the entire disclosure (including claims) of the present invention, the embodiments and examples can be changed and adjusted based on the basic technical concept. Various combinations or selections of various disclosed elements (including each element of each claim, each element of each embodiment, each element of each drawing, etc.) are possible within the scope of the claims of the present invention. . That is, the present invention of course includes various variations and modifications that could be made by those skilled in the art according to the entire disclosure including the claims and the technical idea.

特に制限されないが、実施形態及び変形例等は以下のように付記される。
(付記1)
水中航走体の位置を検出する装置において、S/N比を改善するため積分処理を行うことが逆に積分時間による処理遅延を招来して方位計算誤差が大きくなることを抑制するため、受信した信号のS/N比を計算してS/N比に応じた適切な積分処理を行うことにより方位計算精度を向上する装置。
(付記2)
音響信号の積分処理部の積分処理によるS/N比の改善率に基づいて、S/N比を計算するよう構成される。
(付記3)
音響信号の積分処理部は、積分時間の異なる複数の積分処理を予め実行するように構成され、音響信号の積分時間選択部は、予め実行された前記複数の積分処理の結果の中から、最適な前記積分時間で積分処理された前記音響信号を選択するように構成される。
Although not particularly limited, the embodiment, the modification, and the like are appended as follows.
(Appendix 1)
In the device that detects the position of the underwater vehicle, the integration processing to improve the S / N ratio conversely causes a processing delay due to the integration time and suppresses an increase in azimuth calculation error. A device that improves the azimuth calculation accuracy by calculating the S / N ratio of the processed signal and performing an appropriate integration process according to the S / N ratio.
(Appendix 2)
The S / N ratio is calculated based on the improvement rate of the S / N ratio by the integration processing of the integration processing unit of the acoustic signal.
(Appendix 3)
The integration processing unit for the acoustic signal is configured to execute in advance a plurality of integration processes with different integration times, and the integration time selection unit for the acoustic signal is optimal from the results of the plurality of integration processes executed in advance. The acoustic signal integrated with the integration time is selected.

1 水中航走体
2 水中航走体の通過コース
3 音響センサ
4 水中航走体と音響センサの最接近位置
5 水中航走体と音響センサの最接近距離
6 音波伝搬距離
7 音波到来方位
8 音響センサのY軸指向性
9 音響センサのX軸指向性
10 LPF(ローパスフィルタ)
11 A/D変換部
12 FFT処理部
13 S/N比計算部(S/N比計算処理部)
14 積分処理部
15 積分時間選択部(積分時間選択処理部)
16 方位計算部(方位計算処理部)
17 S/N比
18 方位計算誤差
19 方位計算誤差範囲
20 方位計算誤差範囲
21 方位計算誤差範囲
22 船舶
23 えい航式音響センサ
1101 ソナー装置
1102 S/N比計算部
1103 積分処理部
1104 積分時間選択部
1105 方位計算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Underwater vehicle 2 Passing course of underwater vehicle 3 Acoustic sensor 4 Closest position between underwater vehicle and acoustic sensor 5 Closest distance between underwater vehicle and acoustic sensor 6 Sound wave propagation distance 7 Sound arrival direction 8 Sound Sensor Y-axis directivity 9 Acoustic sensor X-axis directivity 10 LPF (low-pass filter)
11 A / D conversion unit 12 FFT processing unit 13 S / N ratio calculation unit (S / N ratio calculation processing unit)
14 Integration processing unit 15 Integration time selection unit (Integration time selection processing unit)
16 Azimuth calculation unit (azimuth calculation processing unit)
17 S / N ratio 18 Direction calculation error 19 Direction calculation error range 20 Direction calculation error range 21 Direction calculation error range 22 Ship 23 Towing acoustic sensor 1101 Sonar device 1102 S / N ratio calculation unit 1103 Integration processing unit 1104 Integration time selection unit 1105 Direction calculation part

Claims (10)

音響センサにより受信された音響信号のS/N比を計算するよう構成される少なくとも1つのS/N比計算部と、
前記音響信号を設定された積分時間で積分処理するよう構成される少なくとも1つの積分処理部と、
前記S/N比に基づいて前記積分時間を選択するよう構成される少なくとも1つの積分時間選択部と、
選択された前記積分時間で積分された少なくとも1つの前記音響信号に基づいて受信した前記音響信号の方位を計算するよう構成される少なくとも1つの方位計算部と、
を有する、ことを特徴とするソナー装置。
At least one S / N ratio calculator configured to calculate an S / N ratio of an acoustic signal received by the acoustic sensor;
At least one integration processing unit configured to integrate the acoustic signal with a set integration time;
At least one integration time selector configured to select the integration time based on the S / N ratio;
At least one orientation calculator configured to calculate an orientation of the received acoustic signal based on the at least one acoustic signal integrated with the selected integration time;
A sonar device characterized by comprising:
前記少なくとも1つの積分時間選択部は、既に積分された前記音響信号の前記積分時間を選択するよう構成されることを特徴とする請求項1記載のソナー装置。   The sonar device according to claim 1, wherein the at least one integration time selection unit is configured to select the integration time of the acoustic signal that has already been integrated. 前記少なくとも1つのS/N比計算部は、前記音響信号に対する前記積分処理の有無、前記音響信号に対する前記積分時間、前記音響信号に対するサンプリング周期、および前記音響信号に対するサンプリング回数の少なくとも1つが相違する複数の音響信号に基づいて、前記S/N比を計算するよう構成されることを特徴とする請求項1又は2記載のソナー装置。   The at least one S / N ratio calculation unit is different in at least one of presence / absence of the integration processing for the acoustic signal, the integration time for the acoustic signal, a sampling period for the acoustic signal, and a sampling count for the acoustic signal. 3. The sonar device according to claim 1, wherein the sonar device is configured to calculate the S / N ratio based on a plurality of acoustic signals. 前記少なくとも1つのS/N比計算部は、前記積分処理されない前記音響信号と、前記積分処理された前記音響信号とに基づいて、前記S/N比を計算するように構成されることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一記載のソナー装置。   The at least one S / N ratio calculation unit is configured to calculate the S / N ratio based on the acoustic signal not subjected to integration processing and the acoustic signal subjected to integration processing. The sonar device according to any one of claims 1 to 3. 前記少なくとも1つのS/N比計算部は、前記S/N比が相対的に高い場合には前記積分時間選択部に相対的に短い積分時間を選択させ、前記S/N比が相対的に低い場合には前記少なくとも1つの積分時間選択部に相対的に長い積分時間を選択させるよう構成されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一記載のソナー装置。   The at least one S / N ratio calculation unit causes the integration time selection unit to select a relatively short integration time when the S / N ratio is relatively high, and the S / N ratio is relatively high. The sonar device according to any one of claims 1 to 4, wherein the sonar device is configured to cause the at least one integration time selection unit to select a relatively long integration time when low. 前記少なくとも1つの積分時間選択部は、探知対象が前記音響センサから遠方に位置する場合には相対的に前記積分時間を長く設定し、前記探知対象が前記音響センサの近傍に位置する場合には相対的に前記積分時間を短く設定するよう構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一記載のソナー装置。   The at least one integration time selection unit sets the integration time relatively long when the detection target is located far from the acoustic sensor, and when the detection target is located near the acoustic sensor. The sonar device according to any one of claims 1 to 5, wherein the sonar device is configured to set the integration time relatively short. 請求項1〜6のいずれか一記載のソナー装置、および前記音響センサを有し、
前記音響センサは、船舶に搭載または船舶にえい航されることを特徴とする音響信号処理システム。
The sonar device according to any one of claims 1 to 6, and the acoustic sensor,
The acoustic signal processing system, wherein the acoustic sensor is mounted on a ship or towed by a ship.
音響センサにより受信された音響信号のS/N比を計算し、
前記音響信号を設定された積分時間で積分処理し、
前記S/N比に基づいて前記積分時間を選択し、
選択された前記積分時間で積分された少なくとも1つの前記音響信号に基づいて受信した前記音響信号の方位を計算する、ことを特徴とする音響信号処理方法。
Calculating the S / N ratio of the acoustic signal received by the acoustic sensor;
The acoustic signal is integrated with a set integration time,
Selecting the integration time based on the S / N ratio;
An acoustic signal processing method, comprising: calculating an azimuth of the received acoustic signal based on at least one of the acoustic signals integrated with the selected integration time.
音響センサにより受信された音響信号のS/N比を計算する機能と、
前記音響信号を設定された積分時間で積分処理する機能と、
前記S/N比に基づいて前記積分時間を選択する機能と、
選択された前記積分時間で積分された少なくとも1つの前記音響信号に基づいて受信した前記音響信号の方位を計算する機能と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする音響信号処理プログラム。
A function of calculating an S / N ratio of an acoustic signal received by the acoustic sensor;
A function of integrating the acoustic signal with a set integration time;
A function of selecting the integration time based on the S / N ratio;
A function of calculating an orientation of the received acoustic signal based on at least one of the acoustic signals integrated with the selected integration time;
An acoustic signal processing program for causing a computer to execute.
音響センサにより受信され、積分処理の有無、積分時間、サンプリング周期、およびサンプリング回数の少なくとも1つが相違する複数の音響信号に基づいて、S/N比を計算する機能をコンピュータに実行させることを特徴とする音響信号処理プログラム。   A computer is configured to execute a function of calculating an S / N ratio based on a plurality of acoustic signals received by an acoustic sensor and having at least one of integration processing presence / absence, integration time, sampling period, and number of samplings. An acoustic signal processing program.
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