JP2570110B2 - 水中音源位置推定システム - Google Patents
水中音源位置推定システムInfo
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- JP2570110B2 JP2570110B2 JP5164249A JP16424993A JP2570110B2 JP 2570110 B2 JP2570110 B2 JP 2570110B2 JP 5164249 A JP5164249 A JP 5164249A JP 16424993 A JP16424993 A JP 16424993A JP 2570110 B2 JP2570110 B2 JP 2570110B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中の音源位置を推定
する水中音源位置推定システムに関する。
する水中音源位置推定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】水中音波の音源位置は、深度及び測定点
までの水平距離で特定するが、水中の伝搬経路は複雑で
あるので、水中音源位置推定システムでは、深度方向に
直線的に配列した複数の受波器を用いてその音源位置を
推定するようにしている。この種の水中音源位置推定シ
ステムとしては、従来、例えば図４に示すものが知られ
ている。
までの水平距離で特定するが、水中の伝搬経路は複雑で
あるので、水中音源位置推定システムでは、深度方向に
直線的に配列した複数の受波器を用いてその音源位置を
推定するようにしている。この種の水中音源位置推定シ
ステムとしては、従来、例えば図４に示すものが知られ
ている。
【０００３】図４において、Ｎ個の受波器（＃１〜＃
Ｎ）は、深度方向に直線的に一定の間隔で配列される。
周波数分析器１０は、これらＮ個の受波器の各受波信号
をそれぞれ周波数軸へ変換し、運用目的と対象とする水
中音源の特性等を勘案して予め設定する特定の周波数ｆ
1 についての配列受波器上におけるエネルギー分布Ｅ0
を求め、それを類似性計算器１２の一方の入力へ与え
る。
Ｎ）は、深度方向に直線的に一定の間隔で配列される。
周波数分析器１０は、これらＮ個の受波器の各受波信号
をそれぞれ周波数軸へ変換し、運用目的と対象とする水
中音源の特性等を勘案して予め設定する特定の周波数ｆ
1 についての配列受波器上におけるエネルギー分布Ｅ0
を求め、それを類似性計算器１２の一方の入力へ与え
る。
【０００４】一方、伝搬計算器１１では、各受波器の深
度（Ｚ1 〜ＺN ）のデータと仮想音源位置（Ｐ11〜
ＰXZ）のデータとが外部から与えられる。ここに、仮想
音源位置（Ｐ11〜ＰXZ）は、例えば図５に示すようにＮ
個の受波器の配列方向に平行かつ所定の距離に設定した
直交座標平面としての仮想格子面を音場内に設定した場
合の各格子点（以下、単に各格子という）の座標位置で
あって、各格子には音源が仮想的に配置されるのであ
る。
度（Ｚ1 〜ＺN ）のデータと仮想音源位置（Ｐ11〜
ＰXZ）のデータとが外部から与えられる。ここに、仮想
音源位置（Ｐ11〜ＰXZ）は、例えば図５に示すようにＮ
個の受波器の配列方向に平行かつ所定の距離に設定した
直交座標平面としての仮想格子面を音場内に設定した場
合の各格子点（以下、単に各格子という）の座標位置で
あって、各格子には音源が仮想的に配置されるのであ
る。
【０００５】この伝搬計算器１１では、各仮想音源位置
と各受波器との間の水平距離は既知であるので、各受波
器の深度データと各仮想音源位置のデータを受けて、１
列１行目からＸ列Ｙ行目の交点を表現するＰ11〜ＰXZの
各位置に存在する仮想音源の音波をＮ個の受波器のそれ
ぞれが受波するとした場合の伝搬損失を特定の周波数ｆ
1 について計算し、その特定周波数についての配列受波
器上でのエネルギー分布（Ｅ11〜ＥXZ）を類似性計算器
１２の他方の入力へ与える。上述した伝搬損失は、隣接
する受波器の受信入力を、位相情報を含む振幅レベルの
差として複素数表現したものである。
と各受波器との間の水平距離は既知であるので、各受波
器の深度データと各仮想音源位置のデータを受けて、１
列１行目からＸ列Ｙ行目の交点を表現するＰ11〜ＰXZの
各位置に存在する仮想音源の音波をＮ個の受波器のそれ
ぞれが受波するとした場合の伝搬損失を特定の周波数ｆ
1 について計算し、その特定周波数についての配列受波
器上でのエネルギー分布（Ｅ11〜ＥXZ）を類似性計算器
１２の他方の入力へ与える。上述した伝搬損失は、隣接
する受波器の受信入力を、位相情報を含む振幅レベルの
差として複素数表現したものである。
【０００６】類似性計算器１２では、Ｎ個の受波器で測
定された音波のエネルギー分布Ｅ0（周波数分析器１０
の出力）に対する伝搬計算により求めたＮ個の受波器そ
れぞれにおけるＥ11〜ＥXZのエネルギー分布の類似度を
最尤度比を最大とするものを求める最尤推定法や最小２
乗誤差を最小とするものを求める最小２乗法等の所定の
計算式に基づく推定法を用いて計算し、各々の類似度を
位置検出器１３へ出力する。
定された音波のエネルギー分布Ｅ0（周波数分析器１０
の出力）に対する伝搬計算により求めたＮ個の受波器そ
れぞれにおけるＥ11〜ＥXZのエネルギー分布の類似度を
最尤度比を最大とするものを求める最尤推定法や最小２
乗誤差を最小とするものを求める最小２乗法等の所定の
計算式に基づく推定法を用いて計算し、各々の類似度を
位置検出器１３へ出力する。
【０００７】例えば図５において、配列受波器上には
（ア）（イ）（ウ）の３つのエネルギー分布を示してあ
るが、（ア）はＮ個の受波器で測定された音波のエネル
ギー分布Ｅ0 、（イ）は真音源ａの位置に近い格子位置
に配置した仮想音源ｂ対する伝搬計算によるエネルギー
分布、（ウ）は真音源ａの位置から遠い格子位置に配置
した仮想音源ｃに対する伝搬計算によるエネルギー分布
である。
（ア）（イ）（ウ）の３つのエネルギー分布を示してあ
るが、（ア）はＮ個の受波器で測定された音波のエネル
ギー分布Ｅ0 、（イ）は真音源ａの位置に近い格子位置
に配置した仮想音源ｂ対する伝搬計算によるエネルギー
分布、（ウ）は真音源ａの位置から遠い格子位置に配置
した仮想音源ｃに対する伝搬計算によるエネルギー分布
である。
【０００８】類似性計算器１２では、（ア）と（イ）、
（ア）と（ウ）をそれぞれ比較して前述した推定法に基
づいてそれぞれの類似度を求めるが、真音源ａの位置に
近い位置にある仮想音源ｂの類似度が遠い位置にある仮
想音源ｃの類似度よりも高い値を示すことが解る。
（ア）と（ウ）をそれぞれ比較して前述した推定法に基
づいてそれぞれの類似度を求めるが、真音源ａの位置に
近い位置にある仮想音源ｂの類似度が遠い位置にある仮
想音源ｃの類似度よりも高い値を示すことが解る。
【０００９】位置検出器１３では、予め設定したレベル
を越える類似度とそのエネルギー分布を生じた仮想音源
位置（格子点位置）を検出し、出力処理器１４に与え
る。
を越える類似度とそのエネルギー分布を生じた仮想音源
位置（格子点位置）を検出し、出力処理器１４に与え
る。
【００１０】出力処理器１４では、類似度の大小関係や
時間的な連続性等を勘案して音源位置を推定する。
時間的な連続性等を勘案して音源位置を推定する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の水中音
源位置推定システムでは、仮想音源位置から真の音源位
置を推定するための計算データと測定データとの類似性
計算処理において、水中音場の深度方向に設定される配
列受波器上のエネルギー分布を比較データとして利用し
ているが、仮想音源位置ごとの計算データの差異は僅か
であるので、類似性計算処理によりこれら多数の計算デ
ータの中から真の音源位置に対応したデータを抽出でき
るようにするには、計算データの比較対象として詳細な
エネルギー分布の測定値が必要である。一方音源の発す
る音波の周波数には各種あるが、想定される最小波長の
音波も正確に受波できるようにするため受波器の配列間
隔は半波長の法則に従い定める必要がある。
源位置推定システムでは、仮想音源位置から真の音源位
置を推定するための計算データと測定データとの類似性
計算処理において、水中音場の深度方向に設定される配
列受波器上のエネルギー分布を比較データとして利用し
ているが、仮想音源位置ごとの計算データの差異は僅か
であるので、類似性計算処理によりこれら多数の計算デ
ータの中から真の音源位置に対応したデータを抽出でき
るようにするには、計算データの比較対象として詳細な
エネルギー分布の測定値が必要である。一方音源の発す
る音波の周波数には各種あるが、想定される最小波長の
音波も正確に受波できるようにするため受波器の配列間
隔は半波長の法則に従い定める必要がある。
【００１２】従って、従来の水中音源位置推定システム
では、相当に多数の受波器を深度方向に配列する必要が
あり、システム規模が増大するという問題がある。
では、相当に多数の受波器を深度方向に配列する必要が
あり、システム規模が増大するという問題がある。
【００１３】本発明は、このような問題に鑑みなされた
もので、その目的は、配列受波器の受波器数の大幅な低
減を可能とした水中音源位置推定システムを提供するこ
とにある。
もので、その目的は、配列受波器の受波器数の大幅な低
減を可能とした水中音源位置推定システムを提供するこ
とにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の水中音源位置推定システムは次の如き構成
を有する。即ち、本発明の水中音源位置推定システム
は、音波の到達時間差を測定できる程度に離隔した間隔
で深度方向に直線的に配列される少なくとも３個の受波
器と； 前記少なくとも３個の受波器における２つずつ
組み合わせ可能な受波器の対の受波信号間の相互相関係
数に基づく遅延相関度を計算する前記組み合わせ可能な
受波器対の数ｍに対応して配設したｍ個の第１遅延相関
処理器と； 前記少なくとも３個の受波器の配列方向に
平行かつ所定の距離に仮想的に設定した複数の格子点を
有する直交座標面としての仮想格子面の各格子点に仮想
的に配置した仮想音源の音波を前記少なくとも３個の受
波器のそれぞれが受波するとした場合の伝搬損失を各受
波器が受ける位相情報を含む振幅レベルの差として表現
して周波数毎に計算し、前記伝搬損失と前記少なくとも
３個の受波器のいずれか１つで受信した実際の測定信号
とに基づいて各受波器の各仮想音源による受波信号を模
擬的に生成して出力する伝搬計算器と； 前記伝搬計算
器が模擬的に出力する少なくとも３個の受波器それぞれ
の受波信号のうちの組み合わせ可能なｍ個の受波器対の
受波信号間の遅延相関度を計算するｍ個の第２遅延相関
処理器と； 前記第１遅延相関処理器が計算した遅延相
関度と第２遅延相関処理器が計算した遅延相関度との類
似性を予め設定する所定の計算式に基づいて計算するｍ
個の類似性計算器と； 前記類似性が一定レベル以上と
なる場合の遅延相関度に対応して求める仮想音源位置を
推定音源位置候補として出力するｍ個の位置検出器と；
前記位置検出器が検出した仮想音源位置を時系列デー
タとして順次記憶するメモリと； 前記記憶された仮想
音源位置のうち所定の計測期間ごとに一定箇所に集中す
る生起頻度を有する仮想音源位置を抽出し、その位置及
び類似度等の情報を推定音源位置として確定出力する出
力処理器と； を備えたことを特徴とするものである。
め、本発明の水中音源位置推定システムは次の如き構成
を有する。即ち、本発明の水中音源位置推定システム
は、音波の到達時間差を測定できる程度に離隔した間隔
で深度方向に直線的に配列される少なくとも３個の受波
器と； 前記少なくとも３個の受波器における２つずつ
組み合わせ可能な受波器の対の受波信号間の相互相関係
数に基づく遅延相関度を計算する前記組み合わせ可能な
受波器対の数ｍに対応して配設したｍ個の第１遅延相関
処理器と； 前記少なくとも３個の受波器の配列方向に
平行かつ所定の距離に仮想的に設定した複数の格子点を
有する直交座標面としての仮想格子面の各格子点に仮想
的に配置した仮想音源の音波を前記少なくとも３個の受
波器のそれぞれが受波するとした場合の伝搬損失を各受
波器が受ける位相情報を含む振幅レベルの差として表現
して周波数毎に計算し、前記伝搬損失と前記少なくとも
３個の受波器のいずれか１つで受信した実際の測定信号
とに基づいて各受波器の各仮想音源による受波信号を模
擬的に生成して出力する伝搬計算器と； 前記伝搬計算
器が模擬的に出力する少なくとも３個の受波器それぞれ
の受波信号のうちの組み合わせ可能なｍ個の受波器対の
受波信号間の遅延相関度を計算するｍ個の第２遅延相関
処理器と； 前記第１遅延相関処理器が計算した遅延相
関度と第２遅延相関処理器が計算した遅延相関度との類
似性を予め設定する所定の計算式に基づいて計算するｍ
個の類似性計算器と； 前記類似性が一定レベル以上と
なる場合の遅延相関度に対応して求める仮想音源位置を
推定音源位置候補として出力するｍ個の位置検出器と；
前記位置検出器が検出した仮想音源位置を時系列デー
タとして順次記憶するメモリと； 前記記憶された仮想
音源位置のうち所定の計測期間ごとに一定箇所に集中す
る生起頻度を有する仮想音源位置を抽出し、その位置及
び類似度等の情報を推定音源位置として確定出力する出
力処理器と； を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】次に、前記の如く構成される本発明の水中音源
位置推定システムの作用を説明する。深度方向に直線的
に配列される少なくとも３個の受波器は、音波の到達時
間差を測定できる程度に離隔した間隔で配置され、真の
音源の音波を受波するが、２つずつの組み合わせの受波
器の受波信号間の遅延相関度が相互相関係数算出の形式
で第１遅延相関処理器で計算される。一方、伝搬計算器
で各受波器の各仮想音源に対する受波信号が位相情報を
含む振幅レベルの複素数表現形式で計算され、その計算
された２つの受波器の受波信号間の遅延相関度が相互相
関係数算出の形式で第２相関処理器で計算される。これ
ら２つの遅延相関度の類似度が類似性計算器で計算さ
れ、類似性が一定レベル以上となった場合の遅延相関度
に対応した仮想音源位置が推定音源位置候補として位置
検出器で検出され、メモリに順次時系列データとして記
憶される。そして、記憶された仮想音源位置のうち一定
箇所に集中して生起する仮想音源位置が抽出されそれら
の位置及び類似度等の情報が推定音源位置として確定し
て出力処理器から出力される。
位置推定システムの作用を説明する。深度方向に直線的
に配列される少なくとも３個の受波器は、音波の到達時
間差を測定できる程度に離隔した間隔で配置され、真の
音源の音波を受波するが、２つずつの組み合わせの受波
器の受波信号間の遅延相関度が相互相関係数算出の形式
で第１遅延相関処理器で計算される。一方、伝搬計算器
で各受波器の各仮想音源に対する受波信号が位相情報を
含む振幅レベルの複素数表現形式で計算され、その計算
された２つの受波器の受波信号間の遅延相関度が相互相
関係数算出の形式で第２相関処理器で計算される。これ
ら２つの遅延相関度の類似度が類似性計算器で計算さ
れ、類似性が一定レベル以上となった場合の遅延相関度
に対応した仮想音源位置が推定音源位置候補として位置
検出器で検出され、メモリに順次時系列データとして記
憶される。そして、記憶された仮想音源位置のうち一定
箇所に集中して生起する仮想音源位置が抽出されそれら
の位置及び類似度等の情報が推定音源位置として確定し
て出力処理器から出力される。
【００１６】以上要するに、本発明で実施される類似性
計算処理で用いる比較データは、従来のように空間領域
でのデータ分布ではなく、時間領域でのデータ分布であ
るので、従来のように空間的に詳細なデータ分布を測定
する必要がない。
計算処理で用いる比較データは、従来のように空間領域
でのデータ分布ではなく、時間領域でのデータ分布であ
るので、従来のように空間的に詳細なデータ分布を測定
する必要がない。
【００１７】従って、配列受波器の受波器数を大幅に減
らすことができ、システム規模の縮小化を可能にする。
なお、受波器数は、推定精度を問わなければ２個で良
く、一定の精度を確保する場合でも最低３個あれば足り
る。
らすことができ、システム規模の縮小化を可能にする。
なお、受波器数は、推定精度を問わなければ２個で良
く、一定の精度を確保する場合でも最低３個あれば足り
る。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は、本発明の一実施例に係る水中音源位置推
定システムを示す。構成要素の中には名称が従来例（図
４）と同様のものもあるが、動作内容が異なる。
する。図１は、本発明の一実施例に係る水中音源位置推
定システムを示す。構成要素の中には名称が従来例（図
４）と同様のものもあるが、動作内容が異なる。
【００１９】本実施例は、＃１〜＃３の３個の受波器を
使用した例を示す。これら３個の受波器は、深度方向に
直線的に配列されるが、配列間隔が音波の到達時間差を
測定できる程度に充分に離隔した間隔である点が従来と
異なる。
使用した例を示す。これら３個の受波器は、深度方向に
直線的に配列されるが、配列間隔が音波の到達時間差を
測定できる程度に充分に離隔した間隔である点が従来と
異なる。
【００２０】これら３個の受波器の受波信号は、ろ波処
理を受けず、つまり広帯域性を保持した状態で（第１
の）遅延相関処理器に入力すると共に、そのうちの１つ
の受波信号が伝搬計算器２に入力する。
理を受けず、つまり広帯域性を保持した状態で（第１
の）遅延相関処理器に入力すると共に、そのうちの１つ
の受波信号が伝搬計算器２に入力する。
【００２１】（第１の）遅延相関処理器は、３個の受波
器における２つずつの組み合わせ可能数としての３個、
すなわち１ａと１ｂと１ｃの３個で構成され、それぞれ
３個の受波器の受波信号のうちの２個の受波信号間の遅
延相関度を両受波信号の相互相関係数に基づいて計算す
る。
器における２つずつの組み合わせ可能数としての３個、
すなわち１ａと１ｂと１ｃの３個で構成され、それぞれ
３個の受波器の受波信号のうちの２個の受波信号間の遅
延相関度を両受波信号の相互相関係数に基づいて計算す
る。
【００２２】即ち、遅延相関処理器１ａは、受波器＃１
と同＃２の受波信号間の相互相関係数に基づく遅延相関
度Ｄa0（τ）を計算する。同様に、遅延相関処理器１ｂ
は、受波器＃２と同＃３の受波信号間の遅延相関度Ｄb0
（τ）を計算し、遅延相関処理器１ｃは、受波器＃１と
同＃３の受波信号間の遅延相関度Ｄc0（τ）を計算す
る。
と同＃２の受波信号間の相互相関係数に基づく遅延相関
度Ｄa0（τ）を計算する。同様に、遅延相関処理器１ｂ
は、受波器＃２と同＃３の受波信号間の遅延相関度Ｄb0
（τ）を計算し、遅延相関処理器１ｃは、受波器＃１と
同＃３の受波信号間の遅延相関度Ｄc0（τ）を計算す
る。
【００２３】また、伝搬計算器２では、従来と同様に各
受波器の深度（Ｚ1 〜Ｚ3 ）のデータと仮想音源位置
（Ｐ11〜ＰXZ）のデータとが外部から与えられるが、更
に３個の受波器のうちの１つの受波器の受波信号がその
広帯域性を保持してリファレンス信号として入力し、従
来と異なり次の４つの動作を順次実行する。なお、仮想
音源位置（Ｐ11〜ＰXZ）に関しては従来と同様である。
受波器の深度（Ｚ1 〜Ｚ3 ）のデータと仮想音源位置
（Ｐ11〜ＰXZ）のデータとが外部から与えられるが、更
に３個の受波器のうちの１つの受波器の受波信号がその
広帯域性を保持してリファレンス信号として入力し、従
来と異なり次の４つの動作を順次実行する。なお、仮想
音源位置（Ｐ11〜ＰXZ）に関しては従来と同様である。
【００２４】（１）例えば図２の右方に示すような波形
をしている３個の受波器の受波信号（測定信号）のうち
の１つの受波器の測定信号、例えば受波器＃３の測定信
号がリファレンス信号として与えられるとすると、それ
をＦＦＴ処理により周波数軸へ変換しそのリファレンス
信号を発した受波器＃３の位置での測定信号のスペクト
ルレベルを得る。
をしている３個の受波器の受波信号（測定信号）のうち
の１つの受波器の測定信号、例えば受波器＃３の測定信
号がリファレンス信号として与えられるとすると、それ
をＦＦＴ処理により周波数軸へ変換しそのリファレンス
信号を発した受波器＃３の位置での測定信号のスペクト
ルレベルを得る。
【００２５】（２）仮想音源位置（Ｐ11〜ＰXZ）の位置
データと受波器＃３の深度Ｚ3 の深度データに基づき、
各仮想音源位置から受波器＃３へ至る相異なる伝搬経路
毎の伝搬損失量を位相情報を含む複素数表現による振幅
レベルの差、として表現し、かつ周波数毎に計算し、そ
れを前記測定信号によるリファレンス信号のスペクトル
レベルに加算して各仮想音源による仮想的な音源スペク
トルレベルを模擬的に生成する。
データと受波器＃３の深度Ｚ3 の深度データに基づき、
各仮想音源位置から受波器＃３へ至る相異なる伝搬経路
毎の伝搬損失量を位相情報を含む複素数表現による振幅
レベルの差、として表現し、かつ周波数毎に計算し、そ
れを前記測定信号によるリファレンス信号のスペクトル
レベルに加算して各仮想音源による仮想的な音源スペク
トルレベルを模擬的に生成する。
【００２６】（３）同様にして他の各受波器の深度（Ｚ
1 、Ｚ2 ）の深度データに基づき各受波器位置に対応し
た伝搬経路毎の伝搬損失量を周波数毎に計算し、その伝
搬損失量を前記リファレンス信号の音源スペクトルレベ
ルに加算し、各仮想音源位置に対する各受波器（Ｚ 1 、
Ｚ 2 ）位置でのスペクトルレベルを得る。
1 、Ｚ2 ）の深度データに基づき各受波器位置に対応し
た伝搬経路毎の伝搬損失量を周波数毎に計算し、その伝
搬損失量を前記リファレンス信号の音源スペクトルレベ
ルに加算し、各仮想音源位置に対する各受波器（Ｚ 1 、
Ｚ 2 ）位置でのスペクトルレベルを得る。
【００２７】（４）ＩＦＦＴ処理により各受波器位置で
のスペクトルレベルを時間軸へ変換し、図２の左方に示
すように、各仮想音源位置に対する各受波器位置での広
帯域性を保持した受波信号（伝搬計算による信号）を得
る。
のスペクトルレベルを時間軸へ変換し、図２の左方に示
すように、各仮想音源位置に対する各受波器位置での広
帯域性を保持した受波信号（伝搬計算による信号）を得
る。
【００２８】次に、（第２の）遅延相関処理器は、３ａ
と３ｂと３ｃの３個で構成され、それぞれ伝搬計算器２
が出力する３個の受波器の受波信号（伝搬計算による信
号）のうちの２個の組み合わせずつ受波信号間の遅延相
関度を計算する。
と３ｂと３ｃの３個で構成され、それぞれ伝搬計算器２
が出力する３個の受波器の受波信号（伝搬計算による信
号）のうちの２個の組み合わせずつ受波信号間の遅延相
関度を計算する。
【００２９】即ち、遅延相関処理器３ａは、受波器＃１
と同＃２の受波信号間の遅延相関度（Ｄa11(τ）〜Ｄ
aXZ(τ））を計算する。同様に、遅延相関処理器３ｂ
は、受波器＃２と同＃３の受波信号間の遅延相関度（Ｄ
b11(τ）〜ＤbXZ(τ））を計算する。また、遅延相関処
理器１ｃは、受波器＃１と同＃３の受波信号間の遅延相
関度（Ｄc11(τ）〜ＤcXZ(τ））を計算する。
と同＃２の受波信号間の遅延相関度（Ｄa11(τ）〜Ｄ
aXZ(τ））を計算する。同様に、遅延相関処理器３ｂ
は、受波器＃２と同＃３の受波信号間の遅延相関度（Ｄ
b11(τ）〜ＤbXZ(τ））を計算する。また、遅延相関処
理器１ｃは、受波器＃１と同＃３の受波信号間の遅延相
関度（Ｄc11(τ）〜ＤcXZ(τ））を計算する。
【００３０】類似性計算器は、４ａと４ｂと４ｃの３個
で構成され、それぞれ両遅延相関処理器が出力する遅延
相関度間の類似性を最尤推定法や最小２乗法等の推定法
を用いて計算する。
で構成され、それぞれ両遅延相関処理器が出力する遅延
相関度間の類似性を最尤推定法や最小２乗法等の推定法
を用いて計算する。
【００３１】即ち、類似性計算器４ａは、遅延相関処理
器１ａからの遅延相関度Ｄa0（τ）と遅延相関処理器３
ａからの遅延相関度（Ｄa11(τ）〜ＤaXZ(τ））との類
似性を計算する。類似性計算器４ｂは、遅延相関器１ｂ
からの遅延相関度Ｄb0（τ）と遅延相関器３ｂからの遅
延相関度（Ｄb11(τ）〜ＤbXZ(τ））との類似性を計算
する。類似性計算器４ｃは、遅延相関器１ｃからの遅延
相関度Ｄc0（τ）と遅延相関器３ａからの遅延相関度
（Ｄc11(τ）〜ＤcXZ(τ））との類似性を計算する。
器１ａからの遅延相関度Ｄa0（τ）と遅延相関処理器３
ａからの遅延相関度（Ｄa11(τ）〜ＤaXZ(τ））との類
似性を計算する。類似性計算器４ｂは、遅延相関器１ｂ
からの遅延相関度Ｄb0（τ）と遅延相関器３ｂからの遅
延相関度（Ｄb11(τ）〜ＤbXZ(τ））との類似性を計算
する。類似性計算器４ｃは、遅延相関器１ｃからの遅延
相関度Ｄc0（τ）と遅延相関器３ａからの遅延相関度
（Ｄc11(τ）〜ＤcXZ(τ））との類似性を計算する。
【００３２】例えば、３個の受波器と真音源や仮想音源
とが図３（Ａ）に示す位置関係にあるとすれば、遅延相
関処理器１ａでは図３（Ｂ）に示すように、真音源ａに
対する受波器＃１の測定信号と受波器＃２の測定信号と
の遅延相関度が求められる。
とが図３（Ａ）に示す位置関係にあるとすれば、遅延相
関処理器１ａでは図３（Ｂ）に示すように、真音源ａに
対する受波器＃１の測定信号と受波器＃２の測定信号と
の遅延相関度が求められる。
【００３３】一方、遅延相関処理器３ａでは、図３
（Ｃ）に示すように真音源ａに近い位置にある仮想音源
ｂに対する受波器＃１の伝搬計算信号と受波器＃２の伝
搬計算信号との遅延相関度が求められると共に、図３
（Ｄ）に示すように真音源ａから遠い位置にある仮想音
源ｃに対する受波器＃１の伝搬計算信号と受波器＃２の
伝搬計算信号との遅延相関度が求められる。
（Ｃ）に示すように真音源ａに近い位置にある仮想音源
ｂに対する受波器＃１の伝搬計算信号と受波器＃２の伝
搬計算信号との遅延相関度が求められると共に、図３
（Ｄ）に示すように真音源ａから遠い位置にある仮想音
源ｃに対する受波器＃１の伝搬計算信号と受波器＃２の
伝搬計算信号との遅延相関度が求められる。
【００３４】そこで、類似性計算器４ａでは、図３
（Ｂ）の測定による遅延相関度の形状と図３（Ｃ）の伝
搬計算による遅延相関度の形状とを比較し、また図３
（Ｂ）の測定による遅延相関度の形状と図３（Ｄ）の伝
搬計算による遅延相関度の形状とを比較し、それぞれの
比較結果（類似度）を出力する。図示の例では仮想音源
ｂに対応した遅延相関度の方がより大きな類似度を示す
ことになる。
（Ｂ）の測定による遅延相関度の形状と図３（Ｃ）の伝
搬計算による遅延相関度の形状とを比較し、また図３
（Ｂ）の測定による遅延相関度の形状と図３（Ｄ）の伝
搬計算による遅延相関度の形状とを比較し、それぞれの
比較結果（類似度）を出力する。図示の例では仮想音源
ｂに対応した遅延相関度の方がより大きな類似度を示す
ことになる。
【００３５】位置検出器は、５ａと５ｂと５ｃの３個で
構成され、位置検出器５ａには類似性計算器４ａの出力
が、位置検出器５ｂには類似性計算器４ｂの出力が、位
置検出器５ｃには類似性計算器４ｃの出力がそれぞれ入
力し、設定レベルを超える類似度とその遅延相関度を生
ずる仮想音源の位置とを推定音源位置候補として検出す
る。
構成され、位置検出器５ａには類似性計算器４ａの出力
が、位置検出器５ｂには類似性計算器４ｂの出力が、位
置検出器５ｃには類似性計算器４ｃの出力がそれぞれ入
力し、設定レベルを超える類似度とその遅延相関度を生
ずる仮想音源の位置とを推定音源位置候補として検出す
る。
【００３６】これら３個の位置検出器の検出出力はそれ
ぞれメモリ６に時系列データとして順次記憶されるが、
以上の説明から推察できるように、メモリ６には仮想音
源位置による３系統の推定音源位置候補が重複して生起
する形で記憶される。
ぞれメモリ６に時系列データとして順次記憶されるが、
以上の説明から推察できるように、メモリ６には仮想音
源位置による３系統の推定音源位置候補が重複して生起
する形で記憶される。
【００３７】そこで、出力処理器７では、メモリ６をア
クセスして、生起頻度の最も高い、即ち重複して生起す
る最大頻度を有する仮想音源位置を抽出して推定音源位
置として確定し、その抽出した仮想音源の位置（格子座
標位置）及び対応する類似度等の情報を出力する。この
出力情報から真音源ａの位置（深度及び水平距離）を推
定する。
クセスして、生起頻度の最も高い、即ち重複して生起す
る最大頻度を有する仮想音源位置を抽出して推定音源位
置として確定し、その抽出した仮想音源の位置（格子座
標位置）及び対応する類似度等の情報を出力する。この
出力情報から真音源ａの位置（深度及び水平距離）を推
定する。
【００３８】なお、水中音源は、３個の受波器を使用す
れば上述したように仮想格子面内において所望の仮想音
源位置の１つの時系列データを推定音源位置として抽出
できる場合を例としているが、受波器数が更に増えれば
それだけ精度が向上する。
れば上述したように仮想格子面内において所望の仮想音
源位置の１つの時系列データを推定音源位置として抽出
できる場合を例としているが、受波器数が更に増えれば
それだけ精度が向上する。
【００３９】なお、受波器が２個の場合は、３個ある第
１および第２の遅延相関処理器と類似性計算器、ならび
に位置検出器はそれぞれ１系統で済むこととなるが、２
個の受波器の遅延相関度のみに依存して、最大レベルを
示す仮想音源位置が広い範囲に渡って多数検出され音源
位置の推定が困難となる場合があるので、仮想音源位置
の集中点が抽出可能な３個の受波器を最小構成としてい
る。
１および第２の遅延相関処理器と類似性計算器、ならび
に位置検出器はそれぞれ１系統で済むこととなるが、２
個の受波器の遅延相関度のみに依存して、最大レベルを
示す仮想音源位置が広い範囲に渡って多数検出され音源
位置の推定が困難となる場合があるので、仮想音源位置
の集中点が抽出可能な３個の受波器を最小構成としてい
る。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の水中音源
位置推定システムでは、測定データと計算データの類似
性計算処理において、２つの受波器間に生ずる音源信号
の到達時間差に注目し、それらの遅延相関度を比較デー
タとするようにしたので、従来のように空間的に詳細な
データ分布を測定する必要がなく、配列受波器の受波器
数を大幅に減らすことができ、システム規模の縮小化が
図れる効果がある。
位置推定システムでは、測定データと計算データの類似
性計算処理において、２つの受波器間に生ずる音源信号
の到達時間差に注目し、それらの遅延相関度を比較デー
タとするようにしたので、従来のように空間的に詳細な
データ分布を測定する必要がなく、配列受波器の受波器
数を大幅に減らすことができ、システム規模の縮小化が
図れる効果がある。
【図１】本発明の水中音源位置推定システムの一構成例
のブロック図である。
のブロック図である。
【図２】本発明の伝搬計算処理の動作説明図である。
【図３】本発明の類似性計算処理の動作説明図であり、
（Ａ）は配列受波器と音源との位置関係図、（Ｂ）は真
音源ａについての遅延相関度の説明図、（Ｃ）は仮想音
源ｂについての遅延相関度の説明図、（Ｄ）は仮想音源
ｃについての遅延相関度の説明図である。
（Ａ）は配列受波器と音源との位置関係図、（Ｂ）は真
音源ａについての遅延相関度の説明図、（Ｃ）は仮想音
源ｂについての遅延相関度の説明図、（Ｄ）は仮想音源
ｃについての遅延相関度の説明図である。
【図４】従来の水中音源位置推定システムの構成ブロッ
ク図である。
ク図である。
【図５】従来の類似性計算処理の動作説明図である。
【符号の説明】 １ａ 遅延相関処理器 １ｂ 遅延相関処理器 １ｃ 遅延相関処理器 ２ 伝搬計算器 ３ａ 遅延相関処理器 ３ｂ 遅延相関処理器 ３ｃ 遅延相関処理器 ４ａ 類似性計算器 ４ｂ 類似性計算器 ４ｃ 類似性計算器 ５ａ 位置検出器 ５ｂ 位置検出器 ５ｃ 位置検出器 ６ メモリ ７ 出力処理器
Claims (1)
- 【請求項１】 音波の到達時間差を測定できる程度に離
隔した間隔で深度方向に直線的に配列される少なくとも
３個の受波器と； 前記少なくとも３個の受波器におけ
る２つずつ組み合わせ可能な受波器の対の受波信号間の
相互相関係数に基づく遅延相関度を計算する前記組み合
わせ可能な受波器対の数ｍに対応して配設したｍ個の第
１遅延相関処理器と； 前記少なくとも３個の受波器の
配列方向に平行かつ所定の距離に仮想的に設定した複数
の格子点を有する直交座標面としての仮想格子面の各格
子点に仮想的に配置した仮想音源の音波を前記少なくと
も３個の受波器のそれぞれが受波するとした場合の伝搬
損失を各受波器が受ける位相情報を含む振幅レベルの差
として表現して周波数毎に計算し、前記伝搬損失と前記
少なくとも３個の受波器のいずれか１つで受信した実際
の測定信号とに基づいて各受波器の各仮想音源による受
波信号を模擬的に生成して出力する伝搬計算器と； 前
記伝搬計算器が模擬的に出力する少なくとも３個の受波
器それぞれの受波信号のうちの組み合わせ可能なｍ個の
受波器対の受波信号間の遅延相関度を計算するｍ個の第
２遅延相関処理器と； 前記第１遅延相関処理器が計算
した遅延相関度と第２遅延相関処理器が計算した遅延相
関度との類似性を予め設定する所定の計算式に基づいて
計算するｍ個の類似性計算器と； 前記類似性が一定レ
ベル以上となる場合の遅延相関度に対応して求める仮想
音源位置を推定音源位置候補として出力するｍ個の位置
検出器と； 前記位置検出器が検出した仮想音源位置を
時系列データとして順次記憶するメモリと； 前記記憶
された仮想音源位置のうち所定の計測期間ごとに一定箇
所に集中する生起頻度を有する仮想音源位置を抽出し、
その位置及び類似度等の情報を推定音源位置として確定
出力する出力処理器と； を備えたことを特徴とする水
中音源位置推定システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5164249A JP2570110B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 水中音源位置推定システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5164249A JP2570110B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 水中音源位置推定システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06347530A JPH06347530A (ja) | 1994-12-22 |
| JP2570110B2 true JP2570110B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=15789514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5164249A Expired - Fee Related JP2570110B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | 水中音源位置推定システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2570110B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2940507B2 (ja) * | 1997-01-31 | 1999-08-25 | 日本電気株式会社 | 海底音響特性測定方法及び測定装置 |
| JP3511090B2 (ja) * | 2000-08-30 | 2004-03-29 | 防衛庁技術研究本部長 | 航走体放射雑音からの航跡標定方法及び装置 |
| US8233353B2 (en) * | 2007-01-26 | 2012-07-31 | Microsoft Corporation | Multi-sensor sound source localization |
| JP6767807B2 (ja) * | 2016-08-22 | 2020-10-14 | 株式会社Ihi | 震源位置推定方法及び震源位置推定システム |
| KR101854353B1 (ko) * | 2017-09-28 | 2018-05-03 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 디지털 음향 수신방법 및 이를 이용한 배열신호 처리 방법 |
| KR101854352B1 (ko) * | 2017-09-28 | 2018-05-03 | 엘아이지넥스원 주식회사 | 디지털 음향 수신기 및 이를 이용한 배열신호 처리 시스템 |
-
1993
- 1993-06-08 JP JP5164249A patent/JP2570110B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06347530A (ja) | 1994-12-22 |
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