JP2021032633A - Target presence likelihood calculation device and target presence likelihood calculation method - Google Patents

Target presence likelihood calculation device and target presence likelihood calculation method Download PDF

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JP2021032633A JP2019151145A JP2019151145A JP2021032633A JP 2021032633 A JP2021032633 A JP 2021032633A JP 2019151145 A JP2019151145 A JP 2019151145A JP 2019151145 A JP2019151145 A JP 2019151145A JP 2021032633 A JP2021032633 A JP 2021032633A
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到 森下
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到 森下
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Abstract

To provide a target presence likelihood calculation device and a target presence likelihood calculation method, which can properly calculate a target presence likelihood even when the uncertainty of predictive receive level does not conform to a normal distribution.SOLUTION: Provided is a target presence likelihood calculation device for calculating a target presence likelihood that indicates the likelihood of existing position of a target, comprising: an input unit to which are inputted a plurality of pieces of environment information indicating an ambient environment state and corresponding to uncertainty, vessel information indicating the state of the host vessel, a measured receive level from a target, a sound source level and frequency information; a propagation loss calculator for calculating a plurality of propagation losses corresponding to uncertainty on the basis of the plurality of kinds of environment information, vessel information and frequency information; a predictive receive level calculator for calculating a plurality of predictive receive levels corresponding to uncertainty that indicates the predictive value of a signal radiated from a target, on the basis of the sound source level and the plurality of propagation losses; and a target likelihood calculator for calculating a target presence likelihood on the basis of the measured receive level and the plurality of predictive receive levels.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、目標物の概略距離および概略深度に対する尤度を算出する目標存在尤度算出装置および目標存在尤度算出方法に関する。 The present invention relates to a target existence likelihood calculation device and a target existence likelihood calculation method for calculating the likelihood with respect to an approximate distance and an approximate depth of a target object.

従来、艦船等に搭載されるソーナー装置として、目標物から放射された音波を受信することにより、目標物の存在を検出するパッシブソーナーが知られている。例えば、特許文献1には、目標物から受信した信号に関する情報を用いて、目標物までの距離および目標物の深度を迅速に判断する目標存在尤度算出装置および目標存在尤度算出方法が開示されている。 Conventionally, as a sonar device mounted on a ship or the like, a passive sonar that detects the presence of a target by receiving sound waves radiated from the target is known. For example, Patent Document 1 discloses a target existence likelihood calculation device and a target existence likelihood calculation method for quickly determining the distance to the target and the depth of the target by using the information about the signal received from the target. Has been done.

特許文献1に記載された目標存在尤度算出装置は、自艦周辺の環境状態を示す環境情報と、自艦の状態を示す自艦情報と、目標物から放射される信号の周波数情報とに基づき、音波伝搬モデルを用いて、予め設定された深度における伝搬損失(の距離特性)を算出する。また、目標存在尤度算出装置は、目標物から放射される信号の音源レベルと、算出した伝搬損失とに基づき、目標物から放射される信号の受信レベルの予測値を示す予測受信レベルを算出する。そして、目標存在尤度算出装置は、目標物から放射される信号の実測受信レベルと、算出した予測受信レベルとに基づき、目標存在尤度(の距離特性)を算出する。この場合の目標存在尤度は、予測受信レベルの不確かさが正規分布に従うと仮定したときに、任意の距離で実測受信レベルが入力された実測受信レベルとなることの尤もらしさ(尤度)を表している。 The target existence likelihood calculation device described in Patent Document 1 is a sound wave based on environmental information indicating the environmental state around the own ship, own ship information indicating the state of the own ship, and frequency information of a signal radiated from the target. Using the propagation model, the propagation loss (distance characteristic) at a preset depth is calculated. Further, the target existence likelihood calculation device calculates a predicted reception level indicating a predicted value of the reception level of the signal radiated from the target based on the sound source level of the signal radiated from the target and the calculated propagation loss. To do. Then, the target existence likelihood calculation device calculates the target existence likelihood (distance characteristic) based on the actually measured reception level of the signal radiated from the target object and the calculated predicted reception level. The target existence likelihood in this case is the likelihood (likelihood) that the measured reception level will be the input measured reception level at an arbitrary distance, assuming that the uncertainty of the predicted reception level follows a normal distribution. Represents.

特開2018−36112号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-36112

しかしながら、一般には、予測受信レベルの不確かさが正規分布に従うとは限らない。特に、特許文献1に記載の目標存在尤度算出装置に入力される環境情報、自艦情報および周波数情報に基づき算出された伝搬損失に不確かさが生じた場合には、算出された伝搬損失が正規分布に従うとは限らない。そして、伝搬損失が正規分布に従わない場合には、目標存在尤度算出装置に入力される音源レベル、および伝搬損失に基づき算出される予測受信レベルの不確かさが正規分布に従わないため、算出される目標存在尤度に誤差が生じるという課題があった。 However, in general, the uncertainty of the predicted reception level does not always follow a normal distribution. In particular, when uncertainty occurs in the propagation loss calculated based on the environmental information, own ship information, and frequency information input to the target existence likelihood calculation device described in Patent Document 1, the calculated propagation loss is normal. It does not always follow the distribution. If the propagation loss does not follow the normal distribution, the uncertainty of the sound source level input to the target existence likelihood calculation device and the predicted reception level calculated based on the propagation loss does not follow the normal distribution. There is a problem that an error occurs in the target existence likelihood to be achieved.

そこで、予測受信レベルの不確かさが正規分布に従わない場合でも、目標存在尤度を適切に算出することができる目標存在尤度算出装置および目標存在尤度算出方法が望まれている。 Therefore, there is a demand for a target existence likelihood calculation device and a target existence likelihood calculation method that can appropriately calculate the target existence likelihood even when the uncertainty of the predicted reception level does not follow the normal distribution.

本発明に係る目標存在尤度算出装置は、目標物までの距離を推定するソーナー装置に搭載され、前記目標物が存在する位置の尤度を示す目標存在尤度を算出する目標存在尤度算出装置であって、前記ソーナー装置の周囲の環境状態を示す、不確かさに応じた複数の環境情報、前記ソーナー装置が搭載された艦船の状態を示す自艦情報、前記目標物から放射される信号の実測受信レベル、前記目標物から得られる音源レベル、および、前記目標物から得られる周波数情報が入力される入力部と、前記複数の環境情報、前記自艦情報および前記周波数情報に基づき、不確かさに応じた複数の伝搬損失を算出する伝搬損失算出器と、前記音源レベルおよび算出された前記複数の伝搬損失に基づき、前記目標物から放射される信号の予測値を示す、不確かさに応じた複数の予測受信レベルを算出する予測受信レベル算出器と、前記目標物からの前記実測受信レベルおよび算出された前記複数の予測受信レベルに基づき、前記目標存在尤度を算出する目標存在尤度算出器とを備えるものである。 The target existence probability calculation device according to the present invention is mounted on a sonar device that estimates the distance to the target, and calculates the target existence probability that indicates the likelihood of the position where the target exists. A plurality of environmental information according to uncertainties indicating the environmental state around the sonar device, own ship information indicating the state of the ship on which the sonar device is mounted, and signals radiated from the target. Uncertainty based on the actual measurement reception level, the sound source level obtained from the target, the input unit into which the frequency information obtained from the target is input, the plurality of environmental information, the own ship information, and the frequency information. A propagation loss calculator that calculates a plurality of propagation losses according to the target, and a plurality of uncertainties that indicate predicted values of signals emitted from the target based on the sound source level and the calculated plurality of propagation losses. A target existence probability calculator that calculates the target existence probability based on the predicted reception level calculator that calculates the predicted reception level of the target, the actual measurement reception level from the target object, and the calculated plurality of predicted reception levels. It is equipped with.

本発明に係る目標存在尤度算出方法は、目標物までの距離を推定するソーナー装置に搭載され、前記目標物が存在する位置の尤度を示す目標存在尤度を算出する目標存在尤度算出方法であって、前記ソーナー装置の周囲の環境状態を示す、不確かさに応じた複数の環境情報と、前記ソーナー装置が搭載された艦船の状態を示す自艦情報と、前記目標物から得られる周波数情報とに基づき、不確かさに応じた複数の伝搬損失を算出し、前記目標物から得られる音源レベルと、算出された前記複数の伝搬損失とに基づき、前記目標物から放射される信号の予測値を示す、不確かさに応じた複数の予測受信レベルを算出し、前記目標物から放射される信号の実測受信レベルと、算出された前記複数の予測受信レベルとに基づき、前記目標存在尤度を算出するものである。 The target existence likelihood calculation method according to the present invention is mounted on a sonar device that estimates the distance to the target, and calculates the target existence likelihood that indicates the likelihood of the position where the target exists. It is a method, that is, a plurality of environmental information according to uncertainties indicating the environmental state around the sonar device, own ship information indicating the state of the ship on which the sonar device is mounted, and a frequency obtained from the target. Based on the information, a plurality of propagation losses according to the uncertainty are calculated, and the signal emitted from the target is predicted based on the sound source level obtained from the target and the calculated plurality of propagation losses. A plurality of predicted reception levels indicating values are calculated according to the uncertainty, and the target existence probability is based on the actually measured reception level of the signal radiated from the target and the calculated plurality of predicted reception levels. Is calculated.

以上のように、本発明によれば、不確かさに応じた複数の環境情報を用いて算出された、不確かさに応じた複数の予測受信レベルに基づき目標存在尤度が算出される。これにより、予測受信レベルの不確かさが正規分布に従わない場合でも、目標存在尤度を適切に算出することができる。 As described above, according to the present invention, the target existence likelihood is calculated based on the plurality of predicted reception levels according to the uncertainty, which are calculated by using the plurality of environmental information according to the uncertainty. As a result, the target existence likelihood can be appropriately calculated even when the uncertainty of the predicted reception level does not follow the normal distribution.

実施の形態1に係る目標存在尤度算出装置の構成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 structure of the target existence likelihood calculation apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 図1の目標存在尤度算出装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram which shows an example of the structure of the target existence likelihood calculation apparatus of FIG. 図1の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram which shows another example of the structure of the control device of FIG. 実施の形態2に係る目標存在尤度算出装置の構成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 structure of the target existence likelihood calculation apparatus which concerns on Embodiment 2. FIG. 実施の形態3に係る目標存在尤度算出装置の構成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 structure of the target existence likelihood calculation apparatus which concerns on Embodiment 3. FIG.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、本発明は、以下の各実施の形態に示す構成のうち、組合せ可能な構成のあらゆる組合せを含むものである。また、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified without departing from the gist of the present invention. In addition, the present invention includes all combinations of configurations that can be combined among the configurations shown in the following embodiments. Further, in each figure, those having the same reference numerals are the same or equivalent thereof, which are common in the entire text of the specification.

実施の形態1.
本実施の形態1に係る目標存在尤度算出装置について説明する。本発明の実施の形態に係る目標存在尤度算出装置は、例えば艦船に搭載された、目標物までの距離および深度を推定するソーナー装置に設けられるものである。目標存在尤度算出装置は、周囲の環境状態と、ソーナー装置が搭載される自艦の状態と、目標物から受信した信号に関する情報とに基づき、自艦から海洋上または海洋中等に存在する目標物までの距離および目標物の深度といった目標物が存在する位置の尤度を示す目標存在尤度を算出する。
Embodiment 1.
The target existence likelihood calculation device according to the first embodiment will be described. The target existence likelihood calculation device according to the embodiment of the present invention is provided in, for example, a sonar device mounted on a ship for estimating the distance and depth to a target. The target existence probability calculation device is based on the surrounding environmental conditions, the state of the own ship on which the sonar device is mounted, and information on the signal received from the target, from the own ship to the target existing on the ocean or in the ocean. The target existence likelihood, which indicates the likelihood of the position where the target exists, such as the distance of the target and the depth of the target, is calculated.

この目標存在尤度算出装置では、目標物から受信した信号に関する情報として、目標物から放射される信号の実測受信レベルと、目標物から得られる放射雑音等の音源レベルと、目標物から放射される信号の周波数情報とが用いられる。 In this target existence probability calculation device, as information about the signal received from the target, the actual measurement reception level of the signal radiated from the target, the sound source level such as the radiation noise obtained from the target, and the radiated from the target. The frequency information of the signal is used.

[目標存在尤度算出装置の構成]
図1は、本実施の形態1に係る目標存在尤度算出装置の構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、目標存在尤度算出装置10は、伝搬損失算出器11、予測受信レベル算出器12および目標存在尤度算出器13と、入力部としての入力端子1a〜1eと、出力端子2aとを備えている。目標存在尤度算出装置10は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータなどの演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
[Configuration of target existence likelihood calculation device]
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the target existence likelihood calculation device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the target existence likelihood calculation device 10 includes a propagation loss calculator 11, a predicted reception level calculator 12, a target existence likelihood calculator 13, input terminals 1a to 1e as input units, and outputs. It has a terminal 2a. The target existence likelihood calculation device 10 is composed of an arithmetic unit such as a microcomputer that realizes various functions by executing software, or hardware such as a circuit device corresponding to various functions.

入力端子1aには、水深に対する水温の関係を示す特性データであるBT(BARHY-THERMOGRAPHY)プロファイル、自艦に対する目標方位の海底地形、底質、風速またはシーステート等の自艦周辺の環境状態を示す環境情報が入力される。本実施の形態1において、入力端子1aには、環境情報の不確かさに応じて変動するN個の環境情報が入力される。 The input terminal 1a has a BT (BARHY-THERMOGRAPHY) profile, which is characteristic data showing the relationship between the water temperature and the water depth, and an environment showing the environmental conditions around the ship such as the seafloor topography, bottom sediment, wind speed, or sea state of the target direction with respect to the ship. Information is entered. In the first embodiment, N pieces of environmental information that fluctuate according to the uncertainty of the environmental information are input to the input terminal 1a.

入力端子1bには、自艦深度またはビームパターン等のセンサ諸元といった自艦の状態を示す自艦情報が入力される。入力端子1cには、目標物から得られる放射雑音等の音源レベルSLが入力される。入力端子1dには、目標物から放射される信号の実測受信レベルRLが入力される。入力端子1eには、目標物から放射される信号の周波数情報が入力される。 Information indicating the state of the ship, such as sensor specifications such as the depth of the ship or the beam pattern, is input to the input terminal 1b. A sound source level SL such as radiation noise obtained from a target is input to the input terminal 1c. The actual measurement reception level RL of the signal radiated from the target is input to the input terminal 1d. The frequency information of the signal radiated from the target is input to the input terminal 1e.

伝搬損失算出器11は、入力側に入力端子1a、1bおよび1eが接続され、出力側に予測受信レベル算出器12が接続されている。伝搬損失算出器11は、入力端子1aに入力された環境情報と、入力端子1bに入力された自艦情報と、入力端子1eに入力された目標物から放射される信号の周波数情報とに基づき、音波伝搬モデルを用いてN個の伝搬損失の距離特性TL(n)(r)(n=1,2,・・・,N)を算出する。ここで、rは目標存在尤度算出装置10が搭載された自艦からの距離rを示す。伝搬損失算出器11は、算出した伝搬損失TL(n)(r)を予測受信レベル算出器12に対して出力する。 In the propagation loss calculator 11, the input terminals 1a, 1b and 1e are connected to the input side, and the predicted reception level calculator 12 is connected to the output side. The propagation loss calculator 11 is based on the environmental information input to the input terminal 1a, the own ship information input to the input terminal 1b, and the frequency information of the signal radiated from the target input to the input terminal 1e. The distance characteristics TL (n) (r) (n = 1, 2, ..., N) of N propagation losses are calculated using the sound wave propagation model. Here, r indicates the distance r from the own ship on which the target existence likelihood calculation device 10 is mounted. The propagation loss calculator 11 outputs the calculated propagation loss TL (n) (r) to the predicted reception level calculator 12.

予測受信レベル算出器12は、入力側に入力端子1cおよび伝搬損失算出器11が接続され、出力側に目標存在尤度算出器13が接続されている。予測受信レベル算出器12は、入力端子1cに入力された音源レベルSLと、伝搬損失算出器11から入力されたN個の伝搬損失TL(n)(r)とに基づき、目標物から放射される信号の予測値を示すN個の予測受信レベルRL (n)(r)(n=1,2,・・・,N)を算出する。予測受信レベル算出器12は、算出した予測受信レベルRL (n)(r)を目標存在尤度算出器13に対して出力する。 In the predicted reception level calculator 12, the input terminal 1c and the propagation loss calculator 11 are connected to the input side, and the target presence likelihood calculator 13 is connected to the output side. The predicted reception level calculator 12 is radiated from the target based on the sound source level SL input to the input terminal 1c and the N propagation losses TL (n) (r) input from the propagation loss calculator 11. N predictive reception levels RL p (n) (r) (n = 1, 2, ..., N) indicating the predicted values of the signals are calculated. The predicted reception level calculator 12 outputs the calculated predicted reception levels RL p (n) (r) to the target existence likelihood calculator 13.

目標存在尤度算出器13には、入力側に入力端子1dおよび予測受信レベル算出器12が接続され、出力側に出力端子2aが接続されている。目標存在尤度算出器13は、入力端子1dに入力された目標物から放射される信号の実測受信レベルRLと、予測受信レベル算出器12から入力されたN個の予測受信レベルRL (n)(r)とに基づき、目標存在尤度pRL(r|RL)を算出する。目標存在尤度算出器13は、算出した目標存在尤度pRL(r|RL)を出力端子2aから出力する。 The target existence likelihood calculator 13 has an input terminal 1d and a predicted reception level calculator 12 connected to the input side, and an output terminal 2a connected to the output side. The target existence likelihood calculator 13 includes an actually measured reception level RL of the signal radiated from the target object input to the input terminal 1d and N predicted reception level RL p (n) input from the predicted reception level calculator 12. ) Based on (r), the target existence likelihood p RL (r | RL) is calculated. The target existence likelihood calculator 13 outputs the calculated target existence likelihood p RL (r | RL) from the output terminal 2a.

出力端子2aから出力された目標存在尤度pRL(r|RL)は、例えば出力部の一部として設けられた図示しない表示部によって表示される。表示部は、目標存在尤度算出器13によって算出された目標存在尤度pRL(r|RL)を、グラフまたはマップ等によって視覚的に表示する。なお、目標存在尤度pRL(r|RL)の表示は、この例に限られず、例えば、目標存在尤度算出装置10が搭載されたソーナー装置に設けられた表示部等で行ってもよい。 The target existence likelihood p RL (r | RL) output from the output terminal 2a is displayed by, for example, a display unit (not shown) provided as a part of the output unit. The display unit visually displays the target existence likelihood pRL (r | RL) calculated by the target existence likelihood calculator 13 by a graph, a map, or the like. The display of the target existence likelihood p RL (r | RL) is not limited to this example, and may be performed by, for example, a display unit provided in the sonar device equipped with the target existence likelihood calculation device 10. ..

図2は、図1の目標存在尤度算出装置の構成の一例を示すハードウェア構成図である。目標存在尤度算出装置10の各種機能がハードウェアで実行される場合、図1の目標存在尤度算出装置10は、図2に示すように、処理回路41で構成される。図1の目標存在尤度算出装置10において、伝搬損失算出器11、予測受信レベル算出器12および目標存在尤度算出器13の各機能は、処理回路41により実現される。 FIG. 2 is a hardware configuration diagram showing an example of the configuration of the target existence likelihood calculation device of FIG. When various functions of the target existence likelihood calculation device 10 are executed by hardware, the target existence likelihood calculation device 10 of FIG. 1 is composed of a processing circuit 41 as shown in FIG. In the target existence likelihood calculation device 10 of FIG. 1, each function of the propagation loss calculator 11, the predicted reception level calculator 12, and the target existence likelihood calculator 13 is realized by the processing circuit 41.

各機能がハードウェアで実行される場合、処理回路41は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。目標存在尤度算出装置10は、伝搬損失算出器11、予測受信レベル算出器12および目標存在尤度算出器13の各部の機能それぞれを処理回路41で実現してもよいし、各部の機能を1つの処理回路41で実現してもよい。 When each function is executed by hardware, the processing circuit 41 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field-Programmable Gate). Array), or a combination of these. The target existence likelihood calculation device 10 may realize the functions of each part of the propagation loss calculator 11, the predicted reception level calculator 12, and the target existence likelihood calculation device 13 by the processing circuit 41, or the functions of each part may be realized. It may be realized by one processing circuit 41.

図3は、図1の制御装置の構成の他の例を示すハードウェア構成図である。目標存在尤度算出装置10の各種機能がソフトウェアで実行される場合、図1の目標存在尤度算出装置10は、図3に示すように、プロセッサ51およびメモリ52で構成される。目標存在尤度算出装置10において、伝搬損失算出器11、予測受信レベル算出器12および目標存在尤度算出器13の各機能は、プロセッサ51およびメモリ52により実現される。 FIG. 3 is a hardware configuration diagram showing another example of the configuration of the control device of FIG. When various functions of the target existence likelihood calculation device 10 are executed by software, the target existence likelihood calculation device 10 of FIG. 1 includes a processor 51 and a memory 52 as shown in FIG. In the target existence likelihood calculation device 10, each function of the propagation loss calculator 11, the predicted reception level calculator 12, and the target existence likelihood calculator 13 is realized by the processor 51 and the memory 52.

各機能がソフトウェアで実行される場合、目標存在尤度算出装置10において、伝搬損失算出器11、予測受信レベル算出器12および目標存在尤度算出器13の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアは、プログラムとして記述され、メモリ52に格納される。プロセッサ51は、メモリ52に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。 When each function is executed by software, in the target existence likelihood calculation device 10, the functions of the propagation loss calculator 11, the predicted reception level calculator 12, and the target existence likelihood calculator 13 are software, firmware, or software. It is realized by combining with firmware. The software and firmware are written as a program and stored in the memory 52. The processor 51 realizes the functions of each part by reading and executing the program stored in the memory 52.

メモリ52として、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable and Programmable ROM)およびEEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM)等の不揮発性または揮発性の半導体メモリ等が用いられる。また、メモリ52として、例えば、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、CD(Compact Disc)、MD(Mini Disc)およびDVD(Digital Versatile Disc)等の着脱可能な記録媒体が用いられてもよい。 Examples of the memory 52 include non-volatile or volatile semiconductor memories such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable and Programmable ROM) and EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM). Is used. Further, as the memory 52, for example, a removable recording medium such as a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a CD (Compact Disc), an MD (Mini Disc), or a DVD (Digital Versatile Disc) may be used.

このように、目標存在尤度算出装置10は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって、上述した各機能を実現することができる。 As described above, the target existence likelihood calculation device 10 can realize each of the above-mentioned functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.

[目標存在尤度の算出方法]
次に、本実施の形態1に係る目標存在尤度算出装置10における目標存在尤度の算出方法について説明する。目標存在尤度算出装置10に対して、環境情報、自艦情報、音源レベルSL、および目標物からの実測受信レベルRLが入力されると、目標存在尤度算出装置10は、入力された情報を用いて、目標存在尤度pRL(r|RL)を算出する。
[Calculation method of target existence likelihood]
Next, a method of calculating the target existence likelihood in the target existence likelihood calculation device 10 according to the first embodiment will be described. When environmental information, own ship information, sound source level SL, and actual measurement reception level RL from the target object are input to the target existence likelihood calculation device 10, the target existence likelihood calculation device 10 inputs the input information. It is used to calculate the target existence likelihood p RL (r | RL).

(伝搬損失の算出)
まず、目標存在尤度算出装置10は、伝搬損失算出器11により、伝搬損失の距離特性TL(n)(r)を算出する。伝搬損失算出器11は、入力端子1aに入力されたN個の環境情報と、入力端子1bに入力された自艦情報と、入力端子1eに入力された目標物からの信号の周波数情報とに基づき、音波伝搬モデルを用いて、予め設定された目標深度zにおける伝搬損失の距離特性(以下、「伝搬損失」と適宜称する)TL(n)(r)を算出する。
(Calculation of propagation loss)
First, the target existence likelihood calculation device 10 calculates the distance characteristics TL (n) (r) of the propagation loss by the propagation loss calculator 11. The propagation loss calculator 11 is based on the N environmental information input to the input terminal 1a, the own ship information input to the input terminal 1b, and the frequency information of the signal from the target input to the input terminal 1e. , using a wave propagation model, the distance properties of the propagation loss in the preset target depth z t (hereinafter, appropriately referred to as a "transmission loss") is calculated TL (n) (r).

このとき使用する音波伝搬モデルは、N個の環境情報の違いを伝搬損失に反映できるものであればよい。具体的には、音波伝搬モデルとして、例えば、文献「Michael D. Collins, "A split-step Pade solution for the parabolic equation method" J. Acoust. Soc. Am. 93(4), Pt. 1, 1993.」に記載されているような波動理論を基にした音波伝搬モデルが使用されてもよい。また、これに限られず、音波伝搬モデルとして、例えば、文献「Henry Weinberg and Ruth Eta Keenan, "Gaussian ray bundles for modeling high-frequency propagation loss under shallow-water conditions," J. Acoust. Soc. Am. 100(3), 1996.」に記載されているような音線理論による音波伝搬モデルが使用されてもよい。 The sound wave propagation model used at this time may be any one that can reflect the difference of N environmental information in the propagation loss. Specifically, as a sound wave propagation model, for example, the document "Michael D. Collins," A split-step Pade solution for the parabolic equation method "J. Acoust. Soc. Am. 93 (4), Pt. 1, 1993. A sound wave propagation model based on the wave theory as described in "." May be used. Not limited to this, as a sound wave propagation model, for example, the literature "Henry Weinberg and Ruth Eta Keenan," Gaussian ray bundles for modeling high-frequency propagation loss under shallow-water conditions, "J. Acoust. Soc. Am. 100 (3), 1996. ”, a sound wave propagation model based on sound ray theory may be used.

(予測受信レベルの算出)
次に、目標存在尤度算出装置10は、予測受信レベル算出器12により、予測受信レベルRL (n)(r)を算出する。予測受信レベル算出器12は、入力端子1cに入力された音源レベルSLと、伝搬損失算出器11から入力された伝搬損失TL(n)(r)とに基づき、式(1)を用いてN個の予測受信レベルRL (n)(r)を算出する。
(Calculation of predicted reception level)
Next, the target existence likelihood calculation device 10 calculates the predicted reception level RL p (n) (r) by the predicted reception level calculator 12. The predicted reception level calculator 12 uses the equation (1) based on the sound source level SL input to the input terminal 1c and the propagation loss TL (n) (r) input from the propagation loss calculator 11 to N. Calculate the predicted reception levels RL p (n) (r).

Figure 2021032633
Figure 2021032633

(目標存在尤度の算出)
次に、目標存在尤度算出装置10は、目標存在尤度算出器13により、目標存在尤度の距離特性pRL(r|RL)を算出する。まず、目標存在尤度算出器13は、N個の予測受信レベルRL (n)(r)から最小値RLminと最大値RLmaxとを抽出し、抽出された最小値RLminと最大値RLmaxとを含む区間をM個の範囲[RLm−1,RL](m=1,2,・・・,M)に分割する。この場合、値RLは、式(2)に基づき算出される。また、式(2)において、値ΔRLは、式(3)に基づき算出される。
(Calculation of target existence likelihood)
Next, the target existence likelihood calculation device 10 calculates the distance characteristic p RL (r | RL) of the target existence likelihood by the target existence likelihood calculator 13. First, the target existence likelihood calculator 13 extracts the minimum value RL min and the maximum value RL max from the N predicted reception levels RL p (n) (r), and the extracted minimum value RL min and the maximum value. The section including RL max is divided into M ranges [RL m-1 , RL m ] (m = 1, 2, ..., M). In this case, the value RL m is calculated based on the equation (2). Further, in the equation (2), the value ΔRL is calculated based on the equation (3).

Figure 2021032633
Figure 2021032633

Figure 2021032633
Figure 2021032633

そして、目標存在尤度算出器13は、m(=1,2,・・・,M)のそれぞれに対して式(4)を満足する予測受信レベルRL (n)(r)の個数を数え、この個数を値P(m=1,2,・・・,M)とする。このときの値Pは、予測受信レベルRL (n)(r)の頻度分布を示す。 Then, the target existence likelihood calculator 13 determines the number of predicted reception levels RL p (n) (r) that satisfy the equation (4) for each of m (= 1, 2, ..., M). Count and let this number be the value P m (m = 1, 2, ..., M). The value P m at this time indicates the frequency distribution of the predicted reception level RL p (n) (r).

Figure 2021032633
Figure 2021032633

次に、目標存在尤度算出器13は、実測受信レベルRLが式(5)を満足するようなmを検索する。そして、目標存在尤度算出器13は、検索して得られるmについての個数Pを値P(RL)とする。なお、式(5)を満足するmが存在しない場合、目標存在尤度算出器13は、「P(RL)=0」とする。 Next, the target existence likelihood calculator 13 searches for m such that the actually measured reception level RL satisfies the equation (5). Then, the target existence likelihood calculator 13 uses the number P m for m obtained by the search as the value P (RL). If m that satisfies the equation (5) does not exist, the target existence likelihood calculator 13 sets “P (RL) = 0”.

Figure 2021032633
Figure 2021032633

そして、目標存在尤度算出器13は、得られた予測受信レベルRL (n)(r)の個数P(m=1,2,・・・,M)と値P(RL)とに基づき、式(6)を用いて目標存在尤度の距離特性(以下、「目標存在尤度」と適宜称する)pRL(r|RL)を算出する。ここで、式(6)における分母の値を示す式(7)は、個数Pの中の最大値を示す。 Then, the target existence likelihood calculator 13 sets the number P m (m = 1, 2, ..., M) of the obtained predicted reception levels RL p (n) (r) and the value P (RL). Based on this, the distance characteristic of the target existence likelihood (hereinafter, appropriately referred to as “target existence likelihood”) p RL (r | RL) is calculated using the equation (6). Here, the formula (7) showing the value of the denominator in the formula (6) shows the maximum value in the number P m.

Figure 2021032633
Figure 2021032633

Figure 2021032633
Figure 2021032633

式(6)において、式(7)で示される分母の値は、目標存在尤度算出装置10が搭載された自艦からの距離rで最も受信する可能性の高いレベルに対する頻度を示す。また、式(6)における分子の値P(RL)は、実際に受信したレベルに対する頻度を示す。 In the formula (6), the value of the denominator represented by the formula (7) indicates the frequency with respect to the level most likely to be received at the distance r from the own ship equipped with the target existence likelihood calculation device 10. Further, the molecular value P (RL) in the formula (6) indicates the frequency with respect to the level actually received.

このように、本実施の形態1では、予測受信レベルRL (n)(r)の不確かさの分布として正規分布を仮定しておらず、伝搬損失を計算した際の結果に基づいた不確かさの分布に基づくものとなっている。
すなわち、本実施の形態1に係る目標存在尤度算出方法を用いた場合には、伝搬損失が正規分布に従わない場合でも、目標存在尤度を適切に算出することができる。
As described above, in the first embodiment, the normal distribution is not assumed as the uncertainty distribution of the predicted reception level RL p (n) (r), and the uncertainty based on the result when the propagation loss is calculated is not assumed. It is based on the distribution of.
That is, when the target existence likelihood calculation method according to the first embodiment is used, the target existence likelihood can be appropriately calculated even when the propagation loss does not follow the normal distribution.

以上のように、本実施の形態1では、不確かさに応じたN個の環境情報に対するN個の予測受信レベルRL (n)(r)に基づき目標存在尤度が算出される。また、このとき、複数の予測受信レベルRL (n)(r)の頻度分布Pが算出され、算出された頻度分布Pから目標存在尤度が算出される。これにより、予測受信レベルの不確かさが正規分布に従わない場合でも、目標存在尤度を適切に算出することができる。 As described above, in the first embodiment, the target existence likelihood is calculated based on the N predicted reception levels RL p (n) (r) for the N environmental information according to the uncertainty. Further, at this time, the frequency distribution P m of the plurality of predicted reception levels RL p (n) (r) is calculated, and the target existence likelihood is calculated from the calculated frequency distribution P m. As a result, the target existence likelihood can be appropriately calculated even when the uncertainty of the predicted reception level does not follow the normal distribution.

実施の形態2.
次に、本実施の形態2について説明する。本実施の形態2は、混合正規分布で表された予測受信レベルの確率密度関数に基づいて目標存在尤度が算出される点で、実施の形態1と相違する。なお、以下の説明において、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
Embodiment 2.
Next, the second embodiment will be described. The second embodiment is different from the first embodiment in that the target existence likelihood is calculated based on the probability density function of the predicted reception level represented by the mixed normal distribution. In the following description, the parts common to the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

[目標存在尤度算出装置の構成]
図4は、本実施の形態2に係る目標存在尤度算出装置の構成の一例を示すブロック図である。図4に示すように、目標存在尤度算出装置20は、伝搬損失算出器11、予測受信レベル算出器12および目標存在尤度算出器23と、入力部としての入力端子1a〜1eと、出力端子2aとを備えている。目標存在尤度算出装置20は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータなどの演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
[Configuration of target existence likelihood calculation device]
FIG. 4 is a block diagram showing an example of the configuration of the target existence likelihood calculation device according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, the target existence likelihood calculation device 20 includes a propagation loss calculator 11, a predicted reception level calculator 12, a target existence likelihood calculator 23, input terminals 1a to 1e as input units, and outputs. It has a terminal 2a. The target existence likelihood calculation device 20 is composed of an arithmetic unit such as a microcomputer that realizes various functions by executing software, or hardware such as a circuit device corresponding to various functions.

目標存在尤度算出器23には、入力側に入力端子1dおよび予測受信レベル算出器12が接続され、出力側に出力端子2aが接続されている。目標存在尤度算出器23は、入力端子1dに入力された目標物から放射される信号の実測受信レベルRLと、予測受信レベル算出器12から入力されたN個の予測受信レベルRL (n)(r)とに基づき、目標存在尤度pRL(r|RL)を算出する。目標存在尤度算出器13は、算出した目標存在尤度pRL(r|RL)を出力端子2aから出力する。 The target existence likelihood calculator 23 has an input terminal 1d and a predicted reception level calculator 12 connected to the input side, and an output terminal 2a connected to the output side. The target existence likelihood calculator 23 includes an actually measured reception level RL of the signal radiated from the target object input to the input terminal 1d and N predicted reception level RL p (n) input from the predicted reception level calculator 12. ) Based on (r), the target existence likelihood p RL (r | RL) is calculated. The target existence likelihood calculator 13 outputs the calculated target existence likelihood p RL (r | RL) from the output terminal 2a.

出力端子2bから出力された目標存在尤度pRL(r|RL)は、例えば出力部の一部として設けられた図示しない表示部において、グラフまたはマップ等によって視覚的に表示される。なお、目標存在尤度pRL(r|RL)の表示は、この例に限られず、例えば、目標存在尤度算出装置20が搭載されたソーナー装置に設けられた表示部等で行ってもよい。 The target existence likelihood p RL (r | RL) output from the output terminal 2b is visually displayed by a graph, a map, or the like on a display unit (not shown) provided as a part of the output unit, for example. The display of the target existence likelihood p RL (r | RL) is not limited to this example, and may be performed by, for example, a display unit provided in the sonar device equipped with the target existence likelihood calculation device 20. ..

[目標存在尤度の算出方法]
次に、本実施の形態2に係る目標存在尤度算出装置20における目標存在尤度の算出方法について説明する。目標存在尤度算出装置20に対して、環境情報、自艦情報、音源レベルSL、および目標物からの実測受信レベルRLが入力されると、目標存在尤度算出装置20は、入力された情報を用いて、目標存在尤度pRL(r|RL)を算出する。
[Calculation method of target existence likelihood]
Next, a method of calculating the target existence likelihood in the target existence likelihood calculation device 20 according to the second embodiment will be described. When environmental information, own ship information, sound source level SL, and actual measurement reception level RL from the target object are input to the target existence likelihood calculation device 20, the target existence likelihood calculation device 20 inputs the input information. It is used to calculate the target existence likelihood p RL (r | RL).

なお、本実施の形態2において、伝搬損失算出器11による伝搬損失TL(n)(r)の算出方法、ならびに、予測受信レベル算出器12による予測受信レベルRL (n)(r)の算出方法については、実施の形態1と同様である。したがって、ここでは、目標存在尤度算出器23による目標存在尤度の算出方法について説明する。 In the second embodiment, the method of calculating the propagation loss TL (n) (r) by the propagation loss calculator 11 and the calculation of the predicted reception level RL p (n) (r) by the predicted reception level calculator 12 The method is the same as in the first embodiment. Therefore, here, a method of calculating the target existence likelihood by the target existence likelihood calculator 23 will be described.

(目標存在尤度の算出)
本実施の形態2において、目標存在尤度算出器23は、N個の予測受信レベルRL (n)(r)の分布を表す確率密度関数fRL (n)(x)を、式(8)に示す混合正規分布で表す。混合正規分布は、複数の正規分布の和を示し、混合正規分布の確率密度関数は、複数の正規分布の確率密度関数の和を示す。式(8)における関数f(x,μ,σ)は、式(9)で表される、平均μおよび標準偏差σの確率密度関数である。また、式(8)における値wは、K個の正規分布を混合する重みを表し、式(10)を満足する。
(Calculation of target existence likelihood)
In the second embodiment, the target existence likelihood calculator 23 expresses the probability density function f RL (n) (x) representing the distribution of N predicted reception levels RL p (n) (r) by the equation (8). ) Is represented by the mixed normal distribution. The mixed normal distribution shows the sum of multiple normal distributions, and the probability density function of a mixed normal distribution shows the sum of the probability density functions of multiple normal distributions. The function f (x, μ, σ) in the equation (8) is a probability density function of the mean μ and the standard deviation σ represented by the equation (9). Further, the value w k in the equation (8) represents a weight that mixes K normal distributions, and satisfies the equation (10).

Figure 2021032633
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Figure 2021032633
Figure 2021032633

Figure 2021032633
Figure 2021032633

式(8)におけるK個の平均μ、標準偏差σおよび重みwは、一般に、文献「C. M. ビショップ, "9.2 混合ガウス分布", パターン認識と機械学習 下, 丸善出版, 2015」に記載されているようなExpectation-Maximization(EM)アルゴリズムと呼ばれる方法によって算出することができる。 The mean μ k , standard deviation σ k, and weight w k in equation (8) are generally described in the literature “CM Bishop,“ 9.2 Mixed Gaussian Distribution ”, Pattern Recognition and Machine Learning, Maruzen Publishing, 2015”. It can be calculated by a method called Expectation-Maximization (EM) algorithm as described above.

このとき、混合数Kは、予め決定されてもよいし、収束計算を行うことによって決定されてもよい。収束計算は、例えば、K=1から順にfRL (1)(x),fRL (2)(x),・・・を算出し、fRL (K−1)(x)とfRL (K)(x)との差が十分小さくなった場合のKを最終的な混合数Kとするものである。 At this time, the mixing number K may be determined in advance or may be determined by performing a convergence calculation. In the convergence calculation, for example, f RL (1) (x), f RL (2) (x), ... Are calculated in order from K = 1, and f RL (K-1) (x) and f RL ( K) K when the difference from (x) becomes sufficiently small is defined as the final mixed number K.

次に、目標存在尤度算出器23は、混合正規分布の確率密度関数fRL (K)(x)が最大となる値xである値xmaxを導出する。目標存在尤度算出器23は、式(11)に基づき、確率密度関数fRL (K)(x)の微分が「0」となる値xを一般的な数値計算法で導出し、導出された値のうち、確率密度関数fRL (K)(x)が最大となる値xを、値xmaxとする。 Next, the target existence likelihood calculator 23 derives a value x max , which is a value x at which the probability density function f RL (K) (x) of the mixed normal distribution is maximized. The target existence likelihood calculator 23 derives and derives a value x at which the derivative of the probability density function f RL (K) (x) is “0” based on the equation (11) by a general numerical calculation method. Of the values, the value x at which the probability density function f RL (K) (x) is maximized is defined as the value x max .

Figure 2021032633
Figure 2021032633

あるいは、目標存在尤度算出器23は、N個の予測受信レベルRL (n)(r)の最小値RLminと最大値RLmaxとの間で、式(12)に示すように、値xのサンプル値をJ個作成し、確率密度関数fRL (K)(x)(j=1,2,・・・,J)のうち、確率密度関数fRL (K)(x)が最大となる値jに対して「xmax=x」としてもよい。 Alternatively, the target existence probability calculator 23 sets a value between the minimum value RL min and the maximum value RL max of N predicted reception levels RL p (n) (r) as shown in equation (12). Create J sample values of x, and of the probability density functions f RL (K) (x j ) (j = 1, 2, ..., J), the probability density functions f RL (K) (x j ) May be set to "x max = x j " for the value j at which is the maximum.

Figure 2021032633
Figure 2021032633

最後に、目標存在尤度算出器23は、式(13)に基づき、目標存在尤度pRL(r|RL)を算出する。 Finally, the target existence likelihood calculator 23 calculates the target existence likelihood p RL (r | RL) based on the equation (13).

Figure 2021032633
Figure 2021032633

以上のように、本実施の形態2では、複数の予測受信レベルの分布を表す確率密度関数が推定され、確率密度関数に基づき、目標存在尤度が算出される。このときの確率密度関数は、複数の正規分布の確率密度関数の和である混合正規分布で表される。これにより、実施の形態1では、頻度分布Pを算出する際の分割数Mに応じて、目標存在尤度の精度が決定されるが、本実施の形態2では、分割数Mに依存することなく目標存在尤度を適切に算出することができる。 As described above, in the second embodiment, the probability density function representing the distribution of a plurality of predicted reception levels is estimated, and the target existence likelihood is calculated based on the probability density function. The probability density function at this time is represented by a mixed normal distribution which is the sum of the probability density functions of a plurality of normal distributions. As a result, in the first embodiment, the accuracy of the target existence likelihood is determined according to the number of divisions M when calculating the frequency distribution P m, but in the second embodiment, it depends on the number of divisions M. The target existence likelihood can be calculated appropriately without any problem.

実施の形態3.
次に、本実施の形態3について説明する。本実施の形態3は、さらに、音源レベルの標準偏差を用いて目標存在尤度を算出する点で、実施の形態1および2と相違する。なお、以下の説明において、実施の形態1および2と共通する部分については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
Embodiment 3.
Next, the third embodiment will be described. The third embodiment is different from the first and second embodiments in that the target existence likelihood is calculated by using the standard deviation of the sound source level. In the following description, the parts common to the first and second embodiments are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

[目標存在尤度算出装置の構成]
図5は、本実施の形態3に係る目標存在尤度算出装置の構成の一例を示すブロック図である。図5に示すように、目標存在尤度算出装置30は、伝搬損失算出器11、予測受信レベル算出器12および目標存在尤度算出器33と、入力部としての入力端子1a〜1fと、出力端子2aとを備えている。目標存在尤度算出装置30は、ソフトウェアを実行することにより各種機能を実現するマイクロコンピュータなどの演算装置、もしくは各種機能に対応する回路デバイスなどのハードウェア等で構成されている。
[Configuration of target existence likelihood calculation device]
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the target existence likelihood calculation device according to the third embodiment. As shown in FIG. 5, the target existence likelihood calculation device 30 includes a propagation loss calculator 11, a predicted reception level calculator 12, a target existence likelihood calculator 33, input terminals 1a to 1f as input units, and outputs. It has a terminal 2a. The target existence likelihood calculation device 30 is composed of an arithmetic unit such as a microcomputer that realizes various functions by executing software, or hardware such as a circuit device corresponding to various functions.

目標存在尤度算出器33には、入力側に入力端子1dおよび1fならびに予測受信レベル算出器12が接続され、出力側に出力端子2aが接続されている。入力端子1fには、音源レベルSLの標準偏差σSLが入力される。 The target existence likelihood calculator 33 is connected to the input terminals 1d and 1f and the predicted reception level calculator 12 on the input side, and the output terminal 2a is connected to the output side. The standard deviation σ SL of the sound source level SL is input to the input terminal 1f.

目標存在尤度算出器33は、入力端子1dに入力された目標物から放射される信号の実測受信レベルRLと、入力端子1fに入力された音源レベルの標準偏差σSLと、予測受信レベル算出器12から入力されたN個の予測受信レベルRL (n)(r)とに基づき、目標存在尤度pRL(r|RL)を算出する。目標存在尤度算出器13は、算出した目標存在尤度pRL(r|RL)を出力端子2aから出力する。 The target existence likelihood calculator 33 calculates the actual measurement reception level RL of the signal radiated from the target object input to the input terminal 1d, the standard deviation σ SL of the sound source level input to the input terminal 1f, and the predicted reception level. The target existence likelihood p RL (r | RL) is calculated based on the N predicted reception levels RL p (n) (r) input from the device 12. The target existence likelihood calculator 13 outputs the calculated target existence likelihood p RL (r | RL) from the output terminal 2a.

出力端子2bから出力された目標存在尤度pRL(r|RL)は、例えば出力部の一部として設けられた図示しない表示部において、グラフまたはマップ等によって視覚的に表示される。なお、目標存在尤度pRL(r|RL)の表示は、この例に限られず、例えば、目標存在尤度算出装置30が搭載されたソーナー装置に設けられた表示部等で行ってもよい。 The target existence likelihood p RL (r | RL) output from the output terminal 2b is visually displayed by a graph, a map, or the like on a display unit (not shown) provided as a part of the output unit, for example. The display of the target existence likelihood p RL (r | RL) is not limited to this example, and may be performed by, for example, a display unit provided in the sonar device equipped with the target existence likelihood calculation device 30. ..

[目標存在尤度の算出方法]
次に、本実施の形態3に係る目標存在尤度算出装置30における目標存在尤度の算出方法について説明する。目標存在尤度算出装置30に対して、環境情報、自艦情報、音源レベルSL、および目標物からの実測受信レベルRLが入力されると、目標存在尤度算出装置30は、入力された情報を用いて、目標存在尤度pRL(r|RL)を算出する。
[Calculation method of target existence likelihood]
Next, a method of calculating the target existence likelihood in the target existence likelihood calculation device 30 according to the third embodiment will be described. When environmental information, own ship information, sound source level SL, and actual measurement reception level RL from the target object are input to the target existence likelihood calculation device 30, the target existence likelihood calculation device 30 inputs the input information. It is used to calculate the target existence likelihood p RL (r | RL).

なお、本実施の形態3において、伝搬損失算出器11による伝搬損失TL(n)(r)の算出方法、ならびに、予測受信レベル算出器12による予測受信レベルRL (n)(r)の算出方法については、実施の形態1および2と同様である。したがって、ここでは、目標存在尤度算出器33による目標存在尤度の算出方法について説明する。 In the third embodiment, the method of calculating the propagation loss TL (n) (r) by the propagation loss calculator 11 and the calculation of the predicted reception level RL p (n) (r) by the predicted reception level calculator 12 The method is the same as in the first and second embodiments. Therefore, here, a method of calculating the target existence likelihood by the target existence likelihood calculator 33 will be described.

(目標存在尤度の算出)
本実施の形態3において、目標存在尤度算出器33は、実施の形態2と同様に、N個の予測受信レベルRL (n)(r)の分布を表す確率密度関数fRL (K)(x)を、式(8)に示す混合正規分布で表す。
(Calculation of target existence likelihood)
In the third embodiment, the target existence likelihood calculator 33 has a probability density function f RL (K) representing the distribution of N predicted reception levels RL p (n) (r), as in the second embodiment. (X) is represented by the mixed normal distribution shown in the equation (8).

ここで、予測受信レベルの確率密度関数fRL (K)(x)には、環境情報の不確かさによる伝搬損失の不確かさが含まれているが、予測受信レベルを算出するためのもう1つの要素である音源レベルの不確かさは含まれていない。そこで、音源レベルの不確かさが正規分布に従うと仮定し、入力端子1fから入力された音源レベルの標準偏差σSLを使って確率密度関数fRL (K)(x)を式(14)で表される確率密度関数gRL (K)(x)に変換する。 Here, the probability density function f RL (K) (x) of the predicted reception level includes the uncertainty of the propagation loss due to the uncertainty of the environmental information, but another one for calculating the predicted reception level. It does not include the uncertainty of the sound source level, which is an element. Therefore, assuming that the uncertainty of the sound source level follows a normal distribution, the probability density function f RL (K) (x) is expressed by Eq. (14) using the standard deviation σ SL of the sound source level input from the input terminal 1f. Converted to the probability density function g RL (K) (x) to be performed.

Figure 2021032633
Figure 2021032633

この確率密度関数gRL (K)(x)は、混合するK個の正規分布のそれぞれの標準偏差が確率密度関数fRL (K)(x)における標準偏差σに比べて音源レベルの標準偏差σSLの分だけ大きくなっていることを表している。 In this probability density function g RL (K) (x), the standard deviation of each of the K normal distributions to be mixed is the standard deviation of the sound source level as compared with the standard deviation σ k in the probability density function f RL (K) (x). It shows that the deviation is increased by the amount of σ SL.

次に、目標存在尤度算出器33は、確率密度関数gRL (K)(x)が最大となる値xである値xmaxを導出する。目標存在尤度算出器33は、式(15)に基づき、確率密度関数gRL (K)(x)の微分が「0」となる値xを一般的な数値計算法で導出し、導出された値のうち、確率密度関数gRL (K)(x)が最大となる値xを、値xmaxとする。 Next, the target existence likelihood calculator 33 derives a value x max , which is a value x at which the probability density function g RL (K) (x) is maximized. The target existence likelihood calculator 33 is derived by deriving a value x at which the derivative of the probability density function g RL (K) (x) is “0” based on the equation (15) by a general numerical calculation method. Of the values, the value x at which the probability density function g RL (K) (x) is maximized is defined as the value x max .

Figure 2021032633
Figure 2021032633

あるいは、目標存在尤度算出器33は、N個の予測受信レベルRL (n)(r)の最小値RLminと最大値RLmaxとの間で、式(16)に示すように、値xのサンプル値をJ個作成し、確率密度関数gRL (K)(x)(j=1,2,・・・,J)のうち、確率密度関数gRL (K)(x)が最大となる値jに対して「xmax=x」としてもよい。 Alternatively, the target existence probability calculator 33 sets a value between the minimum value RL min and the maximum value RL max of N predicted reception levels RL p (n) (r) as shown in equation (16). Create J sample values of x, and of the probability density functions g RL (K) (x j ) (j = 1, 2, ..., J), the probability density functions g RL (K) (x j ) May be set to "x max = x j " for the value j at which is the maximum.

Figure 2021032633
Figure 2021032633

最後に、目標存在尤度算出器33は、式(17)に基づき、目標存在尤度pRL(r|RL)を算出する。 Finally, the target existence likelihood calculator 33 calculates the target existence likelihood p RL (r | RL) based on the equation (17).

Figure 2021032633
Figure 2021032633

以上のように、本実施の形態3では、入力された音源レベルの標準偏差をさらに用いて目標存在尤度が算出される。これにより、予測受信レベルの不確かさの要因として、環境情報の不確かさによる伝搬損失の不確かさだけでなく、音源レベルの不確かさを含めることができるため、目標存在尤度をより正確に算出することができる。 As described above, in the third embodiment, the target existence likelihood is calculated by further using the standard deviation of the input sound source level. As a result, not only the uncertainty of the propagation loss due to the uncertainty of the environmental information but also the uncertainty of the sound source level can be included as the cause of the uncertainty of the predicted reception level, so that the target existence likelihood is calculated more accurately. be able to.

なお、上述した実施の形態1〜3では、入力端子1aに入力される環境情報のみが変動するように説明したが、これはこの例に限られず、例えば、入力端子1bに入力される自艦情報または入力端子1eに入力される周波数情報も変動するようにしてもよい。つまり、伝搬損失算出器11は、変動する自艦情報または周波数情報を用いて複数の伝搬損失を算出してもよい。 In the above-described first to third embodiments, it has been described that only the environmental information input to the input terminal 1a fluctuates, but this is not limited to this example, and for example, the own ship information input to the input terminal 1b. Alternatively, the frequency information input to the input terminal 1e may also fluctuate. That is, the propagation loss calculator 11 may calculate a plurality of propagation losses using the fluctuating own ship information or frequency information.

1a、1b、1c、1d、1e、1f 入力端子、2a 出力端子、10、20、30 目標存在尤度算出装置、11 伝搬損失算出器、12 予測受信レベル算出器、13、23、33 目標存在尤度算出器、41 処理回路、51 プロセッサ、52 メモリ。 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f input terminal, 2a output terminal, 10, 20, 30 Target existence likelihood calculator, 11 Propagation loss calculator, 12 Prediction reception level calculator, 13, 23, 33 Target existence Likelihood calculator, 41 processing circuits, 51 processors, 52 memories.

Claims (8)

目標物までの距離を推定するソーナー装置に搭載され、前記目標物が存在する位置の尤度を示す目標存在尤度を算出する目標存在尤度算出装置であって、
前記ソーナー装置の周囲の環境状態を示す、不確かさに応じた複数の環境情報、前記ソーナー装置が搭載された艦船の状態を示す自艦情報、前記目標物から放射される信号の実測受信レベル、前記目標物から得られる音源レベル、および、前記目標物から得られる周波数情報が入力される入力部と、
前記複数の環境情報、前記自艦情報および前記周波数情報に基づき、不確かさに応じた複数の伝搬損失を算出する伝搬損失算出器と、
前記音源レベルおよび算出された前記複数の伝搬損失に基づき、前記目標物から放射される信号の予測値を示す、不確かさに応じた複数の予測受信レベルを算出する予測受信レベル算出器と、
前記目標物からの前記実測受信レベルおよび算出された前記複数の予測受信レベルに基づき、前記目標存在尤度を算出する目標存在尤度算出器とを備える
ことを特徴とする目標存在尤度算出装置。
It is a target existence likelihood calculation device that is mounted on a sonar device that estimates the distance to a target and calculates the target existence likelihood that indicates the likelihood of the position where the target exists.
A plurality of environmental information according to uncertainties indicating the environmental state around the sonar device, own ship information indicating the state of the ship on which the sonar device is mounted, an actual measurement reception level of a signal radiated from the target, and the above. An input unit into which the sound source level obtained from the target and the frequency information obtained from the target are input, and
A propagation loss calculator that calculates a plurality of propagation losses according to uncertainty based on the plurality of environmental information, the own ship information, and the frequency information.
A predicted reception level calculator that calculates a plurality of predicted reception levels according to uncertainty, which indicates a predicted value of a signal radiated from the target based on the sound source level and the calculated plurality of propagation losses.
A target existence likelihood calculation device including a target existence likelihood calculator that calculates the target existence likelihood based on the actually measured reception level from the target and the calculated predicted reception levels. ..
前記目標存在尤度算出器は、
前記複数の予測受信レベルに基づき、前記予測受信レベルの頻度分布を算出し、
算出した前記頻度分布に基づき、前記目標存在尤度を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の目標存在尤度算出装置。
The target existence likelihood calculator is
Based on the plurality of predicted reception levels, the frequency distribution of the predicted reception levels is calculated.
The target existence likelihood calculation device according to claim 1, wherein the target existence likelihood is calculated based on the calculated frequency distribution.
前記目標存在尤度算出器は、
前記複数の予測受信レベルの分布を表す確率密度関数を推定し、
推定した前記確率密度関数に基づき、前記目標存在尤度を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の目標存在尤度算出装置。
The target existence likelihood calculator is
Estimate the probability density function that represents the distribution of the plurality of predicted reception levels.
The target existence likelihood calculation device according to claim 1, wherein the target existence likelihood is calculated based on the estimated probability density function.
前記目標存在尤度算出器は、
前記確率密度関数を、複数の正規分布の確率密度関数の和である混合正規分布で表されるものとして推定する
ことを特徴とする請求項3に記載の目標存在尤度算出装置。
The target existence likelihood calculator is
The target existence likelihood calculation device according to claim 3, wherein the probability density function is estimated as being represented by a mixed normal distribution which is the sum of the probability density functions of a plurality of normal distributions.
前記入力部には、さらに、前記音源レベルの標準偏差が入力され、
前記目標存在尤度算出器は、
前記音源レベルの標準偏差、前記実測受信レベルおよび算出された前記複数の予測受信レベルに基づき、前記目標存在尤度を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の目標存在尤度算出装置。
Further, the standard deviation of the sound source level is input to the input unit.
The target existence likelihood calculator is
The target existence likelihood calculation device according to claim 1, wherein the target existence likelihood is calculated based on the standard deviation of the sound source level, the actually measured reception level, and the calculated predicted reception level.
前記目標存在尤度算出器は、
前記音源レベルの標準偏差を用いて、前記複数の予測受信レベルの分布を表す確率密度関数を推定し、
推定した前記確率密度関数に基づき、前記目標存在尤度を算出する
ことを特徴とする請求項5に記載の目標存在尤度算出装置。
The target existence likelihood calculator is
Using the standard deviation of the sound source level, a probability density function representing the distribution of the plurality of predicted reception levels is estimated.
The target existence likelihood calculation device according to claim 5, wherein the target existence likelihood is calculated based on the estimated probability density function.
前記目標存在尤度算出器は、
前記確率密度関数を、複数の正規分布の確率密度関数の和である混合正規分布で表されるものとして推定する
ことを特徴とする請求項6に記載の目標存在尤度算出装置。
The target existence likelihood calculator is
The target existence likelihood calculation device according to claim 6, wherein the probability density function is estimated as being represented by a mixed normal distribution which is the sum of the probability density functions of a plurality of normal distributions.
目標物までの距離を推定するソーナー装置に搭載され、前記目標物が存在する位置の尤度を示す目標存在尤度を算出する目標存在尤度算出方法であって、
前記ソーナー装置の周囲の環境状態を示す、不確かさに応じた複数の環境情報と、前記ソーナー装置が搭載された艦船の状態を示す自艦情報と、前記目標物から得られる周波数情報とに基づき、不確かさに応じた複数の伝搬損失を算出し、
前記目標物から得られる音源レベルと、算出された前記複数の伝搬損失とに基づき、前記目標物から放射される信号の予測値を示す、不確かさに応じた複数の予測受信レベルを算出し、
前記目標物から放射される信号の実測受信レベルと、算出された前記複数の予測受信レベルとに基づき、前記目標存在尤度を算出する
ことを特徴とする目標存在尤度算出方法。
It is a target existence likelihood calculation method that is mounted on a sonar device that estimates the distance to a target and calculates the target existence likelihood that indicates the likelihood of the position where the target exists.
Based on a plurality of environmental information according to uncertainty indicating the environmental state around the sonar device, own ship information indicating the state of the ship on which the sonar device is mounted, and frequency information obtained from the target. Calculate multiple propagation losses according to uncertainty,
Based on the sound source level obtained from the target and the calculated plurality of propagation losses, a plurality of predicted reception levels according to uncertainty, which indicate the predicted values of the signals radiated from the target, are calculated.
A target existence likelihood calculation method, characterized in that the target existence likelihood is calculated based on an actually measured reception level of a signal radiated from the target and the calculated predicted reception levels.
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