JP2021120647A - ソーナー装置と目標方位算出方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ソーナー表示における虚像を抑制しながら、所望の分解能や処理利得の画像を表示可能なソーナー装置、方法の提供。【解決手段】受信アレイすべてのチャネルを利用したフルビームを生成し、前記フルビームとチャネルの一部を共有しフルビームとの位相反転が発生しない第１のサブアレイによる方位検出ビームと、受信アレイのチャネルを分離した第２、第３のサブアレイによる第１、第２のスプリットビームを生成し、前記フルビームと前記方位検出ビームによる方位とビーム間位相差情報と、前記第１及び第２のスプリットビームによる方位とビーム間位相差情報に基づき、目標方位を検出する。【選択図】図４

Description

本発明は、ソーナー装置と目標方位算出方法及びプログラムに関する。

近年、海洋での無人機の利用が拡大している。無人機に搭載されるセンサは、有人舟艇と比較し小型化する必要がある。しかし、これらのセンサへは、小型でありながら大型のセンサと同等の遠距離かつ高い分解能での捜索が求められる。

複数の受波器の出力を整相し任意の方位に対して左右等しい受信ビームを有するスプリットビーム（split beam）を複数形成して受信するスプリットビーム方式の関連技術として、特許文献１には、左右の受信ビームの中心間隔が広いスプリットビーム処理を用いることで高い方位分解能のソーナー画像を得る技術が開示されている。しかしながら、スプリットビーム処理による位相反転による虚像が発生する。この位相反転問題について、特許文献２等の記載に基づき、以下に概説する。

図１１に示す概念図において、左右のサブアレイの複数の受波器の出力を用いて等方位間隔に複数の左右スプリットビームが形成される。左右スプリットビームのビーム中心は距離ｄ離間している。目標物からの信号が到来する方位をθとすると、d・sinθが、左右ビームの目標距離の違い（差）となる。左スプリットビームで得られた受信信号と右スプリットビームで得られた受信信号の位相差（ビーム間位相差）をΔφ、送信信号の周波数をｆ、音速をｃとすると、１波長λ（＝ｃ／ｆ）が位相２πであることから、

・・・(1)
より、

・・・(2)
で与えられる。ただし、sin^-1は逆正弦関数（arcsine）である。

この場合、位相の周期性からΔφ＝φ_０（｜φ_０｜＜π）と、Δφ＝φ_０±２ｎπ（n=１，２，…）とを区別できない（位相反転あるいは位相の折り返しという）。位相差Δφの取り得る範囲は±π以内であるため、真の目標方位は、

・・・(3)
である。

上式（３）で示される真の目標方位範囲の外から到来する信号は、上式（２）の演算により、上式（３）の範囲内の方位（真の目標方位）からのものと誤検出される。このため、目標方位に対応する受け持ち方位のビームチャネル以外にも、信号がＳ／Ｎ（Signal to Noise）の値がよい状態で入力され、表示器上に、次式（４）に示されるような真の目標方位範囲外の方位が虚目標として表示されてしまうことがある。

・・・(4)

このような位相反転による誤検出を防止する方法として、例えば、ビーム中心間距離（ビーム中心間隔）を狭くすることで、方位範囲の角度幅を拡大することが行われている。例えば特許文献２には、虚像の発生を抑制するアクティブソーナー装置として、受信信号を表示するために形成する複数の第１のスプリットビームに加えて、前記第１のスプリットビームよりビーム中心間距離の狭い複数の第２のスプリットビームを形成する手段と、前記第１のスプリットビーム出力から得られる信号振幅のビームチャネル間の広がりの有無により、前記第１及び前記第２のスプリットビームから計算された方位角値のいずれかを選択する方位角選択手段と、前記方位角値により前記第１のスプリットビームで受信した信号の表示を制御する表示制御手段を備えている。特許文献２では、左右の受信ビームの中心間隔は狭いが、広い指向性を持つスプリットビームを組み合わせる。

特許文献３には、方位角検出装置は、まず、受信データから左右１本ずつのスプリットビームデータを生成し、左右ビームのベクトル和を取りフルビームを生成し、フーリエ変換を実施し、背景レベルに対し突出したレベルの周波数を検出し、周波数における左右ビームの位相差を計算し、方位角検出部は、位相差検出部から受信した位相差φ、周波数検出部から受信した信号周波数ｆをキーに位相差テーブルを参照し、信号到来方位を求めて、方位角データとして、出力する方位角検出装置が開示されている。位相差テーブルは、事前にビーム間距離ｄを使用し、任意の到来方位信号に対しての方位角計算を行い、そのときの周波数と位相差と信号到来方位とが一対となったテーブルである。

特開昭５９−７２０７３号公報 特開２０００−１４７０９６号公報 特開２００８−８６４３号公報

以下に、関連技術の分析結果を示す。特許文献２では、指向性利得（特定の方向への電力密度と全放射電力を全方向について平均した値との比）が低いビームでの受信となるため、低Ｓ／Ｎ（Signal to Noise）の信号の受信ができない。

特許文献３では、左右１組のスプリットビームを用いて方位を算出している。左右ビームのベクトル和をとることでフルビームを生成していることから、オーバラップのないスプリットビームである。

本発明の目的は、ソーナー表示における虚像を抑制しながら、例えば所望の分解能の画像を表示可能なソーナー装置を提供することにある。

本発明の一形態によれば、予め定められた三つ以上のチャネル数で構成される音響アレイを有し、前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第１のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の１つのサブアレイと一部重複する少なくとも３つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する受信処理部を備えた、ソーナー装置が提供される。

本発明の一形態によれば、予め定められた三つ以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置の目標方位算出にあたり、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第１のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の１つのサブアレイと一部重複する少なくとも３つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する、目標方位算出方法が提供される。

本発明の一形態によれば、予め定められた三つ以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置を構成するコンピュータに、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第１のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の１つのサブアレイと一部重複する少なくとも３つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する処理を実行させるプログラムが提供される。

さらに、本発明によれば、上記プログラムを記憶したコンピュータ可読型記録媒体（（例えばＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory)、又は、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM））等の半導体ストレージ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc））が提供される。

本発明によれば、ソーナー表示における虚像を抑制しながら、所望の分解能の画像表示を得ることができる。

本発明の一実施形態の構成を例示する図である。 本発明の一実施形態の受信処理部の構成を例示する図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は、本発明の一実施形態におけるフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム、右スプリットビームの４種類のビームで使用するチャネルの一例を説明する図である。 本発明の一実施形態におけるビームの概要を示す説明する図である。 （Ａ）、（Ｂ）は本発明の一実施形態におけるビーム間位相差と出力方位の関係を説明する図である。 本発明の一実施形態における表示結果の例（２次元輝度プロット）を模式的に例示する図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は本発明の一実施形態の変形例で使用するチャネルの一例を説明する図である。 本発明の別の実施形態におけるの受信処理部の構成を例示する図である。 （Ａ）乃至（Ｇ）は本発明の一実施形態の変形例で使用するチャネルの一例を説明する図である。 コンピュータ装置の実装例を例示する図である。 スプリットビームにおける位相反転を説明する概念図である。

本発明のソーナー装置において、予め定められた三つ以上のチャネル数（例えば、例えば三乃至数千のオーダのチャネル数、ただし、上限は数千程度に制限されない）で構成される音響アレイ（受信アレイ）を有し、前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第１のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用した少なくとも３つのサブアレイのビームとで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する。前記少なくとも３つのサブアレイにおいて、少なくとも２つのサブアレイ（例えば図３（Ｃ）、図３（Ｄ））は、少なくとも他の１つのサブアレイ（例えば図３（Ｂ））と一部重複する。本発明の一形態によれば、前記第１のビームとして、音響アレイの所定の領域（全領域又は一部）のすべてのチャネルを利用するフルビーム（図４の３０１）を生成し、フルビームを生成するチャネルの一部を共有しフルビームとの位相反転が発生しないサブアレイによる方位検出ビーム（図４の３０２）と、音響アレイのチャネルを分離したサブアレイによる第１、第２のスプリットビーム（図４の３０３、３０４）を生成し、フルビームと方位検出ビームに基づき第１の方位を検出し、第１、第２のスプリットビームに基づき第２の方位を検出し、第１の方位に対応する、該フルビームと方位検出ビーム間の位相差情報と、該第２の方位に対応する第１、第２のスプリットビーム間の位相差情報に基づき、目標方位情報を取得する。かかる構成により、位相反転による虚像を抑制しながら、所望の分解能や処理利得の画像表示を得ることができる。

図１は、本発明一実施形態のソーナー装置として、アクティブソーナー装置の構成例（システム構成例）を模式的に示す図である。ソーナー装置１０において、音響アレイ１１は、送信及び受信信号の電気−音響変換を行う音響素子のアレイ（配列）からなる。受信部（受信装置）１２は、音響アレイ１１の各チャネルの受信信号に対してアナログ−デジタル変換を行うアナログ−デジタル変換器（不図示）を備えている。受信処理部（受信処理装置）１３は、受信部（受信装置）１２でデジタル化された受信信号に対してソーナー信号処理を行う。送信部（送信装置）１４は、音響アレイ１１の各チャネルから送信される送信信号を生成し、音響アレイ１１のチャネルに供給する。送信部（送信装置）１４は、デジタル送信信号をアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換器を備えた構成としてもよい。表示部（表示装置）１５は、受信処理部（受信処理装置）１３から出力される処理結果を表示する。

図２は、図１の受信処理部１３で行われる処理を模式的に示す図である。図２において、受信データ２０１は、第１乃至第Ｎのチャネルの各チャネルの受信信号（デジタル信号）である。レプリカ相関処理部２０２は、各チャネルに対応して配設され、各チャネルの受信信号と、送信信号のレプリカ信号（デジタル信号）との相互相関をとり、チャネル毎の受信信号に対して利得を得る。

レプリカ相関処理部２０２で利得を得たチャネル毎の受信信号に対して指向性合成処理を実施する。指向性合成処理は、音響アレイ１１の各チャネルでの受信信号の位相を遅延させて揃えた上で加算し、目的方位の信号を強調することで指向性を得る。指向性合成処理部２０３〜２０６は、音響アレイ１１の各受波器でチャネルの受信信号に対して、それぞれフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム（スプリットビームＬ）、右スプリットビーム（スプリットビームＲ）の４種類のビームを生成する。

レベル算出処理部２０７は、指向性合成処理部２０３（フルビーム）から出力されるフルビームを入力し、フルビームからレベルを算出する。

方位検出処理部（方位検出ビーム）２０８は、指向性合成処理部２０３から出力されるフルビームと指向性合成処理部２０４から出力される方位検出ビームから、方位検出処理を行う。

方位検出処理部（スプリットビーム）２０９は、指向性合成処理部２０５から出力される左スプリットビームと指向性合成処理部２０６から出力される右スプリットビームから方位検出処理を行う。レベル算出処理部２０７、方位検出処理部２０８、方位検出処理部２０９の処理結果から、輝度生成処理部２１０にて、表示装置用の信号を生成する。

図３（Ａ）−（Ｄ）には、縦４×横８＝３２素子の音響素子からなる音響アレイ１１において、指向性合成処理部２０３〜２０６で生成するフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム（スプリットビームＬ）、右スプリットビーム（スプリットビームＲ）の４種類のビームで使用するチャネルの一例が例示されている。なお、図３には、単に、図面作成の都合で、縦４×横８＝３２素子の音響素子からなる音響アレイ１１が模式的に図示されているが、音響アレイ１１は、かかるチャネル数に制限されるものでないことは勿論である。音響アレイ１１は、例えば三乃至数千のオーダまでのいずれかのチャネル数の構成であってもよい。縦４×横８の音響素子からなる音響アレイにおいて、ハッチングを施した四角形は選択されたチャネルを表し、白抜きの四角形は非選択の音響素子（チャネル）を表している。なお、非選択のチャネルは、該チャネルの出力に掛けるシェーディング係数を０としてもよい。図３（Ａ）のフルビームは音響アレイ１１のすべてのチャネルを用いて形成される。図３（Ｂ）は、左端の一列の音響素子が非選択とされ、縦４×横７の音響素子のサブアレイで構成される。図３（Ｃ）は、左半分の縦４×横４の音響素子のサブアレイ、図３（Ｄ）は、右半分の縦４×横４の音響素子のサブアレイからなる。図３（Ｂ）のサブアレイは図３（Ａ）の一部と重複し、図３（Ｃ）のサブアレイは一部のチャネルが図３（Ｂ）のサブアレイと重複し、図３（Ｄ）のサブアレイは図３（Ｂ）のサブアレイの一部と重複する。図３（Ｂ）のサブアレイと図３（Ｃ）のサブアレイ、図３（Ｂ）のサブアレイと図３（Ｄ）のサブアレイを、それぞれ、一部重複する構成とし、図３（Ａ）によるフルビームと図３（Ｂ）による方位検出ビーム間のビーム中心間の距離は、図３（Ｃ）、（Ｄ）による左右スプリットビームのビーム中心間距離よりも小に設定され、方位検出ビームは、フルビームとの間での方位範囲の角度幅が拡大され、フルビームとの間で位相反転による虚像は生じない。

図４は、図２の指向性合成処理部２０３〜２０６でそれぞれ生成されるビームの概要を示す図である。図４には、アレイ正面（法線方向）に対して、θの方位にビームをシフトした例が模式的に示されている。フルビーム３０１のビーム中心と方位検出ビーム３０２のビーム中心の間の距離（ビーム中心間隔）はＲ_ＤＢ、左スプリットビーム３０３のビーム中心と右スプリットビーム３０４のビーム中心の間の距離（ビーム中心間隔）はＲ_ＳＢとなる（Ｒ_ＳＢ＞Ｒ_ＤＢ）。図３のチャネル構成の場合、図４のＲ_ＤＢは、フルビーム３０１のビーム中心（図３（Ａ）の左から４番目の音響素子と５番目の音響素子の間）と、方位検出ビーム３０２のビーム中心（図３（Ｂ）の左から５番目の音響素子の中心）間の距離に対応させることができる。図４のＲ_ＳＢは、左スプリットビームのビーム中心と右スプリットビームのビーム中心の間の４個分の音響素子の横方向の距離に対応させることができる。

図５（Ａ）は、フルビームと方位検出ビームを入力する方位検出処理部２０８において入力されるビーム間位相差Δφ（横軸）と出力方位（θ）（縦軸）の関係を示す図であり、上式（２）のｄをＲ_ＤＢとした逆正弦関数

・・・(5)
が示されている。横軸は、

・・・(6)

であるが、図５（Ａ）では、容易化のため、位相差Δφ(radian）で表している。また、逆正弦関数（sin^-1）を直線で示（近似）している。

図５（Ｂ）は、左スプリットビームと右スプリットビームを入力する方位検出処理部２０９において入力されるビーム間位相差（Δφ）と出力方位（θ）の関係を示す図であり、上式（２）のｄをＲ_ＳＢとした逆正弦関数

・・・(7)

が示されている。
横軸は、

・・・(8)

であるが、図５（Ｂ）では、容易化のため、位相差Δφ(radian)で表している。また、逆正弦関数（sin^-1）を直線で示している。

フルビームと方位検出ビームから算出される方位は、図５（Ａ）に示すとおり、出力方位の精度（分解能）は低いが、真の目標方位範囲の角度が大であり、虚像は発生しない。図５（Ｂ）に示すように、左スプリットビームと右スプリットビームから算出される方位θは、出力方位の精度（分解能）は高いが虚像が発生する。図５（Ｂ）では、左スプリットビームと右スプリットビームのビーム間位相差Δφ＝αに対して、真の目標方位範囲はα±πであるが、真の目標方位範囲外の位相差α±ｎ×２πも真の目標方位として誤検出される。ここで、真の目標方位４０１は、２種類の出力方位が同じ値となる箇所である。すなわち、図５（Ａ）において検出された方位に対応するビーム間位相差（横軸）に関する式（６）の値と、図５（Ｂ）において検出された方位に対応するビーム間位相差（横軸）に関する式（８）の値が一致する場合（図５（Ａ）のビーム間位相差Δφ＝α’、図５（Ｂ）のビーム間位相差Δφ＝α）、

・・・(9)
当該方位を真の目標方位４０１とする（なお、式（９）において＝は≒であってもよい）。本実施形態によれば、図５（Ｂ）において、例えば真の目標方位範囲外の位相差Δφ＝α±２πの信号を位相反転により位相差Δφ＝αに対応する方位（真の目標方位範囲内の方位）として誤検出しても、図５（Ａ）において、位相差Δφ＝α’には方位が検出されないため、図５（Ｂ）で誤検出された当該方位は表示しない。このため、ソーナー表示において、左右スプリットビームでの位相反転による虚像を抑制しながら、所望の精度（分解能）で画像表示することができる。

図６は、輝度生成処理部２１０で生成されるソーナー情報表示用の２次元輝度プロットを示す図である。横軸は方位（目標方位）、縦軸は距離ｄである。距離は、送信信号と受信信号の送信−受信の時間差より算出する。表示上の方位分解能は、受信ビームを生成する間隔で決定し、２つの方式の方位検出処理にて真の方位とされた場合のみ、当該方位に目標情報をプロットする。輝度値はフルビームを用いたレベル算出処理部２０７での出力値とする。なお、図６の２次元輝度プロットでは、目標方位と距離で定まる各グリッドについて、実際に表示部１５に表示される画面を輝度反転した階調で塗つぶし（グラデーション）表示で示している。すなわち、輝度が高いほど（明るいほど）、図では暗い。白色（空）のグリッドは、当該方位と距離で目標は検出されないことに対応する。

一実施形態によれば、ビーム幅（主軸を中心として音圧が1/√2に下がる範囲（半値幅）の角度幅）より狭い間隔で受信ビームを生成することで、ビーム幅に依らない高い分解能を持ったソーナー情報の表示が可能である。さらに複数の方位検出処理を行うことで、虚像の発生を抑制することができる。

一実施形態によれば、ビームの中心間隔の広いサブアレイ（音響サブアレイ）と、ビーム中心間隔の狭いサブアレイを同時処理で複数の方位情報を算出することで、スプリットビーム処理で発生した虚像を抑えた方位検出が可能となる。

また、一実施形態によれば、方位検出用のサブアレイで利用するビームのチャネルを重複させることで、高い指向性利得を持つビームで方位を検出することができる。このため、遠距離目標の方位も検出することができる。

前記実施形態において、音響アレイ１１として２次元平面アレイを例示したが、かかる構成に制限されるものでないことは勿論である。図７（Ａ）乃至（Ｄ）は、音響アレイ１１として、円筒アレイを用いた場合の、フルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム（スプリットビームＬ）、右スプリットビーム（スプリットビームＲ）を生成するチャネル分割の例を、当該円筒状アレイの上面図（円周の一部である半円）にて示したものである。図７（Ａ）の例では、円筒アレイの一部（半円）の所定の領域（左右両端の２個を除く、ハッチングを施した連続する９個のチャネル）からフルビームが形成される。図７（Ｂ）の例では、図７（Ａ）のフルビームの形成に用いられた９個の音響素子のうち図７（Ａ）の左端を除いた連続する８個のチャネルから、方位検出ビームが生成される。図７（Ｃ）、（Ｄ）の例では、図７（Ａ）のフルビームの形成に用いられた連続する９個のチャネルのうち、左側、右側の連続する４個の音響素子から左スプリットビーム、右スプリットビームが生成される。

このほか、音響素子を直線状に並べたラインアレイ、音響素子を円環に沿って並べた円環アレイ、音響素子を曲面に沿って配置したコンフォーマルアレイ（Conformal Array）等の複数のチャネルを有するソーナー装置に適用可能である。

また、一実施形態において、アクティブソーナー装置を例に説明したが、パッシブソーナー装置にも適用可能である。

図８は、パッシブ処理の実施形態における受信処理部の構成を例示する図である。パッシブソーナー装置では、船舶等の離れた場所の音源が放射する音波を受信しその信号を解析することにより、音源の存在や方位等を解析する。音響アレイ（受波器アレイ）を配置し、整相処理によって特定の方位に受波指向性を持たせ、該受波信号に対して、周波数分析によって特徴周波数を抽出し、位相差あるいは、受信信号のエネルギー分布から信号到来方位を算出する。図８の例では、図２のレプリカ相関処理部２０２の代わりに、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理部５０２を備えている。Ｎ個のチャネルに対応して設けられたＮ個のＦＦＴ処理部５０２では、それぞれ、対応するチャネルからの受信データ（デジタル受信データ）を所定の時間窓で切り取り、切り取った時間区間毎の受信データを高速フーリエ変換することにより、周波数スペクトルを導出する。指向性合成処理部５０３〜５０６では、各チャネルのＦＦＴ処理部５０２からの周波数スペクトルの周波数成分（周波数ビン（bin））毎に、位相の調整（遅延補償や方位の設定)を行い、例えば周波数領域でフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム、右スプリットビームを生成する。レベル算出処理部５０７、方位検出処理部５０８、５０９、輝度生成処理部５１０は、それぞれ、指向性合成処理部５０３〜５０６からの出力（周波数スペクトル情報）に基づき、レベル算出、方位検出、輝度生成処理を行うようにしてもよい。

前記実施形態では、２次元情報を得ていたが、３次元情報にも適用可能である。図９は、３次元情報を得る場合のチャネル分割の例を示す。図３のフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム（スプリットビームＬ）、右スプリットビーム（スプリットビームＲ）に加え、方位検出ビーム（垂直）、アップスプリットビーム（スプリットビームＵ）、ダウンスプリットビーム（スプリットビームＤ）を加えており、１つの方位にシフトしたビームに対して、２つの水平方位と、２つの垂直方位を取得可能である。図９（Ａ）、（Ｅ）、（Ｆ）、（Ｇ）は、図３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）と同一である。図９（Ｂ）は、最下行の音響素子が非選択とされ、縦３×横８の音響素子のサブアレイで構成される。図９（Ｃ）は、上半分の縦２×横８の音響素子のサブアレイ、図９（Ｄ）は、下半分の縦４×横８の音響素子のサブアレイからなる。受信処理部１３は、図２の指向性合成処理部２０３〜２０６に加えて、垂直方位取得のため、図９（Ｂ）の方位検出ビーム（垂直）、図９（Ｃ）のスプリットビームＵ、図９（Ｄ）のスプリットビームＤをそれぞれ生成する３つの指向性合成処理部（不図示）を備える。また、受信処理部１３は、図２の方位検出処理部２０８、２０９に加えて、フルビームと方位検出ビーム（垂直）から垂直方向の方位を検出する方位検出部と、スプリットビームＵとスプリットビームＤから垂直方向の方位を検出する方位検出部を備えている。図９（Ｅ）のサブアレイは図９（Ａ）の一部と重複し、図９（Ｆ）のサブアレイは一部のチャネルが図９（Ｅ）のサブアレイと重複し、図９（Ｇ）のサブアレイは図９（Ｅ）のサブアレイの一部と重複する。

図３の例では、音響アレイ１１において、利用するチャネルを変えることで、サブアレイのビーム中心位置を変化させているが、すべてのチャネルを利用し、シェーディング値の重み付けにより、ビーム中心位置を変化させるようにしてもよい。

図５では、ビームフォーミングを遅延和ビームフォーミングとして例を示しているが、線形フィルタの一つであり、目的音声方向を無歪みに強調可能なＭＶＤＲ（Minimum Variance Distortionless Response：最小分散無歪応答）ビームフォーマを含む適応ビームフォーミングを適用することもできる。

図１０は、少なくとも図１の受信処理部１３をコンピュータ装置６００に実装した例を説明する図である。図１０を参照すると、コンピュータ装置６００は、プロセッサ６０１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の半導体メモリ等（あるいは、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等であってもよい）のメモリ６０２と、表示装置６０３と、図１の送信部１４や受信部１２に接続するインタフェース６０４（ネットワークインタフェース、バスインタフェース）を備えている。プロセッサ６０１はＤＳＰ（Digital Signal Processor）であってもよい。メモリ６０２に格納されたプログラム６０５を読み出して実行することで、プロセッサ６０１は、図１の受信処理部１３の処理を実行する。なお、プロセッサ６０１は、図１の送信部１４の処理の一部を実行するようにしてもよい。表示装置６０３は、図１の表示部（表示装置）１５に対応する。

前記実施形態では、水中音響での適用例を説明したが、同様のセンサ装置と信号処理方法を、空中で音響を利用した場合や、音波でなく、例えばレーダ等、電磁波を利用した場合についても適用可能である。

なお、上記の特許文献１、２、３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。

１０ ソーナー装置
１１ 音響アレイ
１２ 受信部（受信装置）
１３ 受信処理部（受信処理装置）
１４ 送信部（送信装置）
１５ 表示部（表示装置）
２０１、５０１ 受信データ
２０２ レプリカ相関処理部
２０３〜２０６、５０３〜５０６ 指向性合成処理部
２０７、５０７ レベル算出処理部
２０８、５０８ 方位検出処理部（方位検出ビーム）
２０９、５０９ 方位検出処理部（スプリットビーム）
２１０、５１０ 輝度生成処理部
３０１ フルビーム
３０２ 方位検出ビーム
３０３ 左スプリットビーム
３０４ 右スプリットビーム
４０１ 真の目標方位
５０２ ＦＦＴ処理部
６００ コンピュータ装置
６０１ プロセッサ
６０２ メモリ
６０３ 表示装置
６０４ インタフェース
６０５ プログラム

Claims (10)

1. 予め定められた３以上のチャネル数で構成される音響アレイを有し、
   前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第１のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の１つのサブアレイと一部重複する少なくとも３つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する受信処理部を備えた、ことを特徴とするソーナー装置。
2. 前記受信処理部において、
   前記音響アレイの前記所定領域のすべてのチャネルを利用したフルビームを前記第１のビームとして生成し、さらに、
   前記フルビームとの間で位相反転が発生しない第１のサブアレイによる方位検出ビームと、
   前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第２、第３のサブアレイによる第１、第２のスプリットビームを生成し、
   前記フルビームと前記方位検出ビーム間の位相差情報と、前記第１及び第２のスプリットビーム間の位相差情報に基づき、目標方位を算出する、ことを特徴とする請求項１記載のソーナー装置。
3. 前記受信処理部において、
   前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第１のサブアレイにより第２のビームを形成する手段を備え、
   前記第１のビームと前記第２のビームは、予め定められた所定の方位に関して、位相反転が生じないビーム中心間隔に設定され、
   前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第２、第３のサブアレイによる第３、第４のビームを形成する手段と、
   前記第１のビームと前記第２のビームに基づき、前記所定の方位に関する第１の方位を検出する第１の方位検出手段と、
   前記第３のビームと前記第４のビームに基づき、前記所定の方位に関する第２の方位を検出する第２の方位検出手段と、
   をさらに備え、
   前記第１の方位に対応する前記第１及び第２のビーム間の位相差情報と、前記第２の方位に対応する前記第３及び第４のビーム間の位相差情報とに基づき、前記所定の方位に関する目標方位を算出する、ことを特徴とする請求項１記載のソーナー装置。
4. 前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第４のサブアレイにより第５のビームを形成する手段を備え、
   前記第１のビームと前記第５のビームは、前記所定の方位とは別の方位に関して、位相反転が生じないビーム中心間隔に設定され、
   前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第５、第６のサブアレイによる第６、第７のビームを形成する手段と、
   前記第１のビームと前記第５のビームに基づき、前記所定の方位とは別の方位に関する第３の方位を検出する第３の方位検出部と、
   前記第６のビームと前記第７のビームに基づき、前記所定の方位とは別の方位に関する第４の方位を検出する第４の方位検出部と、
   を備え、
   前記第３の方位に対応する前記第１及び第５のビーム間の位相差情報と、前記第４の方位に対応する前記第６及び第７のビーム間の位相差情報とに基づき、前記所定の方位とは別の方位に関する目標方位を算出する、ことを特徴とする請求項３記載のソーナー装置。
5. 前記目標方位と距離のグリッドについて輝度値情報を表示する表示部を備えた、ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のソーナー装置。
6. 予め定められた３以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置での目標方位算出にあたり、
   前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第１のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の１つのサブアレイと一部重複する少なくとも３つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する、ことを特徴とする目標方位算出方法。
7. 前記音響アレイの前記所定領域のすべてのチャネルを利用したフルビームを前記第１のビームとして生成し、さらに、
   前記フルビームとの間で位相反転が発生しない第１のサブアレイによる方位検出ビームと、
   前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第２、第３のサブアレイによる第１、第２のスプリットビームを生成し、
   前記フルビームと前記方位検出ビーム間の位相差情報と、前記第１及び第２のスプリットビーム間の位相差情報に基づき、目標方位を算出する、ことを特徴とする請求項６記載の目標方位算出方法。
8. 前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第１のサブアレイにより第２のビームを形成し、
   前記第１のビームと前記第２のビームは、予め定められた所定の方位に関して、位相反転が生じないビーム中心間隔に設定され、
   前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第２、第３のサブアレイによる第３、第４のビームを形成し、
   前記第１のビームと前記第２のビームに基づき、前記所定の方位に関する第１の方位を検出し、
   前記第３のビームと前記第４のビームに基づき、前記所定の方位に関する第２の方位を検出し、
   前記第１の方位に対応する前記第１及び第２のビーム間の位相差情報と、前記第２の方位に対応する前記第３及び第４のビーム間の位相差情報とに基づき、前記所定の方位に関する目標方位を算出する、ことを特徴とする請求項６記載の目標方位算出方法。
9. 予め定められた３以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置を構成するコンピュータに、
   前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第１のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の１つのサブアレイと一部重複する少なくとも３つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する処理を実行させるプログラム。
10. 前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第１のサブアレイにより第２のビームを形成し、
    前記第１のビームと前記第２のビームは、予め定められた所定の方位に関して、位相反転が生じないビーム中心間隔に設定され、
    前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第２、第３のサブアレイによる第３、第４のビームを形成し、
    前記第１のビームと前記第２のビームに基づき、前記所定の方位に関する第１の方位を検出し、
    前記第３のビームと前記第４のビームに基づき、前記所定の方位に関する第２の方位を検出し、
    前記第１の方位に対応する前記第１及び第２のビーム間の位相差情報と、前記第２の方位に対応する前記第３及び第４のビーム間の位相差情報とに基づき、前記所定の方位に関する目標方位を算出する処理を、前記コンピュータに実行させる請求項９記載のプログラム。

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