JP2639353B2 - 音響信号検出装置 - Google Patents
音響信号検出装置Info
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- JP2639353B2 JP2639353B2 JP20453794A JP20453794A JP2639353B2 JP 2639353 B2 JP2639353 B2 JP 2639353B2 JP 20453794 A JP20453794 A JP 20453794A JP 20453794 A JP20453794 A JP 20453794A JP 2639353 B2 JP2639353 B2 JP 2639353B2
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- Japan
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- frequency
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- acoustic signal
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、音響信号検出装置に係
り、特に取得したパッシブ音響信号から船舶の発する音
響信号の検出方式の改良に関する。
り、特に取得したパッシブ音響信号から船舶の発する音
響信号の検出方式の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、船舶の発する音響信号に
は、プロペラの回転により生ずるキャビテーション信号
が含まれる場合があり、これは次のようにして生ずる。
即ち、船舶のプロペラが水中で回転している時は、プロ
ペラ翼の表面に負圧が生ずる。この負圧が高くなると、
水の一部に破壊が生じ、微妙な気泡の形をした空洞が現
れ、それらがプロペラ自体と衝突して崩壊し、鋭いパル
ス音（キャビテーション信号）を発生する。
は、プロペラの回転により生ずるキャビテーション信号
が含まれる場合があり、これは次のようにして生ずる。
即ち、船舶のプロペラが水中で回転している時は、プロ
ペラ翼の表面に負圧が生ずる。この負圧が高くなると、
水の一部に破壊が生じ、微妙な気泡の形をした空洞が現
れ、それらがプロペラ自体と衝突して崩壊し、鋭いパル
ス音（キャビテーション信号）を発生する。
【０００３】かかるキャビテーション信号の生成過程か
ら、このキャビテーション信号からなる音響信号は、
「プロペラの回転数を主成分とする狭帯域信号で変調さ
れた広帯域雑音である」と言えるが、この広帯域雑音か
ら変調信号を検出すれば目標識別に必要なプロペラに関
する情報が得られる。
ら、このキャビテーション信号からなる音響信号は、
「プロペラの回転数を主成分とする狭帯域信号で変調さ
れた広帯域雑音である」と言えるが、この広帯域雑音か
ら変調信号を検出すれば目標識別に必要なプロペラに関
する情報が得られる。
【０００４】そこで、従来では、例えば図４に示すよう
な音響信号検出装置により変調信号を検出することが行
われている。即ち、センサから入力されたパッシブ音響
信号を２乗検波回路４１にて２乗検波し、検波信号を周
波数分析回路４２にて周波数分析し、それを濃淡画像描
画回路４３にて振幅の強度を濃淡で表したソナグラムに
描画して音響信号の包絡線（ライン）を表示し、その表
示された包絡線からオペレータがプロペラに関する情報
（プロペラ回転数）を取得する方式が採用されている。
な音響信号検出装置により変調信号を検出することが行
われている。即ち、センサから入力されたパッシブ音響
信号を２乗検波回路４１にて２乗検波し、検波信号を周
波数分析回路４２にて周波数分析し、それを濃淡画像描
画回路４３にて振幅の強度を濃淡で表したソナグラムに
描画して音響信号の包絡線（ライン）を表示し、その表
示された包絡線からオペレータがプロペラに関する情報
（プロペラ回転数）を取得する方式が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した
「プロペラの回転運動がもたらす信号で変調された広帯
域雑音」の特性に関し詳細に検討した結果、この変調を
受けた雑音には、「プロペラの回転数（周波数）の他
に、変調を与えるプロペラ及び船体からなる変調の発生
系の伝達関数を含んでいる」ことが判明した。即ち、変
調を受けた雑音の周波数特性には、各目標で異なるプロ
ペラ及び船体尾部の特徴が含まれているのである。
「プロペラの回転運動がもたらす信号で変調された広帯
域雑音」の特性に関し詳細に検討した結果、この変調を
受けた雑音には、「プロペラの回転数（周波数）の他
に、変調を与えるプロペラ及び船体からなる変調の発生
系の伝達関数を含んでいる」ことが判明した。即ち、変
調を受けた雑音の周波数特性には、各目標で異なるプロ
ペラ及び船体尾部の特徴が含まれているのである。
【０００６】従って、広帯域雑音の周波数特性を検出で
きれば、個々の目標識別を従来の変調信号を検出する方
式よりも一層的確に行えることになるが、かかる音響信
号検出装置をどのように構成するかが問題となる。
きれば、個々の目標識別を従来の変調信号を検出する方
式よりも一層的確に行えることになるが、かかる音響信
号検出装置をどのように構成するかが問題となる。
【０００７】本発明は、このような知見に基づきなされ
たもので、その目的は、プロペラの回転運動がもたらす
信号（狭帯域信号）で変調された広帯域雑音の周波数特
性を検出し、より一層的確に個々の目標識別を可能にす
る音響信号検出装置を提供することにある。
たもので、その目的は、プロペラの回転運動がもたらす
信号（狭帯域信号）で変調された広帯域雑音の周波数特
性を検出し、より一層的確に個々の目標識別を可能にす
る音響信号検出装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の音響信号検出装置は次の如き構成を有す
る。即ち、本発明の音響信号検出装置は、取得された音
響信号の周波数分析結果からバイスペクトルを計算する
手段と； バイスペクトル計算結果から振幅極大値を与
える周波数成分を逐一検出し、検出した周波数成分の振
幅極大値を連ねたラインを追跡する手段と； ライン追
跡結果から得られた信号ラインの振幅総和を求める手段
と； 総和値からその信号ラインが変調信号に係るもの
か否かを判定する手段と； 判定結果からその信号ライ
ンが変調信号に係るものであると判定されたとき、その
信号ラインについての前記追跡結果を出力する手段と；
を備えたことを特徴とするものである。
に、本発明の音響信号検出装置は次の如き構成を有す
る。即ち、本発明の音響信号検出装置は、取得された音
響信号の周波数分析結果からバイスペクトルを計算する
手段と； バイスペクトル計算結果から振幅極大値を与
える周波数成分を逐一検出し、検出した周波数成分の振
幅極大値を連ねたラインを追跡する手段と； ライン追
跡結果から得られた信号ラインの振幅総和を求める手段
と； 総和値からその信号ラインが変調信号に係るもの
か否かを判定する手段と； 判定結果からその信号ライ
ンが変調信号に係るものであると判定されたとき、その
信号ラインについての前記追跡結果を出力する手段と；
を備えたことを特徴とするものである。
【０００９】そして、本発明の音響信号検出装置は、バ
イスペクトル計算結果について周波数軸上及び時間軸上
でノイズ除去処理をする手段； を備える場合があり、
更にバイスペクトル計算結果（ノイズ除去処理後のもの
を含む）を濃淡画像の形で表示する手段； を備える場
合がある。
イスペクトル計算結果について周波数軸上及び時間軸上
でノイズ除去処理をする手段； を備える場合があり、
更にバイスペクトル計算結果（ノイズ除去処理後のもの
を含む）を濃淡画像の形で表示する手段； を備える場
合がある。
【００１０】
【作用】次に、前記の如く構成される本発明の音響信号
検出装置の作用を説明する。本発明では、音響信号の３
次相関関数の２次元フーリエ変換であるバイスペクトル
の計算結果から振幅極大値を与える周波数成分、即ち、
広帯域雑音を変調している狭帯域信号の周波数を検出
し、検出した狭帯域信号のラインを追跡し、単一周波数
で変調されている広帯域雑音成分の総和値を求め、それ
に基づき目的とする変調信号（狭帯域信号）で変調され
ている広帯域雑音の周波数特性を抽出する。
検出装置の作用を説明する。本発明では、音響信号の３
次相関関数の２次元フーリエ変換であるバイスペクトル
の計算結果から振幅極大値を与える周波数成分、即ち、
広帯域雑音を変調している狭帯域信号の周波数を検出
し、検出した狭帯域信号のラインを追跡し、単一周波数
で変調されている広帯域雑音成分の総和値を求め、それ
に基づき目的とする変調信号（狭帯域信号）で変調され
ている広帯域雑音の周波数特性を抽出する。
【００１１】従って、本発明では、広帯域雑音の周波数
特性を検出できるので、変調信号を検出する従来の方式
に比して一層的確に目標の識別ができる。また広帯域雑
音そのものの検出となるので、従来方式では検出困難な
いしは不可能となる低ＳＮ比の下でも確実に目標信号を
検出できることになる。
特性を検出できるので、変調信号を検出する従来の方式
に比して一層的確に目標の識別ができる。また広帯域雑
音そのものの検出となるので、従来方式では検出困難な
いしは不可能となる低ＳＮ比の下でも確実に目標信号を
検出できることになる。
【００１２】
【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音響信号検出装
置を示す。本実施例の音響信号検出装置は、マイクロフ
ォン１と、周波数分析回路２と、バイスペクトル計算回
路３と、ＦＤＡＧＣ（Frequency Domain Auto Gain Con
trol）４と、積分回路５と、濃淡画像描画回路６と、ラ
イン追跡回路７と、変調成分積算回路８と、変調信号判
定回路９と、周波数特性抽出回路１０とを基本的に備え
る。
する。図１は、本発明の一実施例に係る音響信号検出装
置を示す。本実施例の音響信号検出装置は、マイクロフ
ォン１と、周波数分析回路２と、バイスペクトル計算回
路３と、ＦＤＡＧＣ（Frequency Domain Auto Gain Con
trol）４と、積分回路５と、濃淡画像描画回路６と、ラ
イン追跡回路７と、変調成分積算回路８と、変調信号判
定回路９と、周波数特性抽出回路１０とを基本的に備え
る。
【００１３】図１において、センサたるマイクロフォン
１で受信した音響信号（パッシブ音響信号）は周波数分
析回路２に入力する。この周波数分析回路２は、図４に
おける周波数分析回路４２と同一構成のものである。即
ち、入力された音響信号は、ローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）２１にてろ波処理を受けた後、Ａ／Ｄ変換器２２に
てディジタル化され、ＦＦＴ２３にて高速フーリエ変換
処理される。
１で受信した音響信号（パッシブ音響信号）は周波数分
析回路２に入力する。この周波数分析回路２は、図４に
おける周波数分析回路４２と同一構成のものである。即
ち、入力された音響信号は、ローパスフィルタ（ＬＰ
Ｆ）２１にてろ波処理を受けた後、Ａ／Ｄ変換器２２に
てディジタル化され、ＦＦＴ２３にて高速フーリエ変換
処理される。
【００１４】従来では、図３に示したように、この周波
数分析結果を直接的に濃淡画像の形でソナグラム描画を
していたが、本発明では、この周波数分析結果からバイ
スペクトルを求めて広帯域雑音の周波数特性を検出す
る。
数分析結果を直接的に濃淡画像の形でソナグラム描画を
していたが、本発明では、この周波数分析結果からバイ
スペクトルを求めて広帯域雑音の周波数特性を検出す
る。
【００１５】即ち、バイスペクトル計算回路３では、周
波数分析結果についてバイスペクトル計算を実施し、音
響信号の３次相関関数の２次元フーリエ変換であるバイ
スペクトルを求め、その値（周波数とその振幅）を記憶
する。
波数分析結果についてバイスペクトル計算を実施し、音
響信号の３次相関関数の２次元フーリエ変換であるバイ
スペクトルを求め、その値（周波数とその振幅）を記憶
する。
【００１６】前述したように、キャビテーションによる
音響信号たる広帯域雑音は、プロペラの回転数を主成分
とする狭帯域信号で変調されたものであるから、数式１
に示すように２つの異なる周波数信号が変調し合う場合
に生ずる和の周波数成分を含むので、このバイスペクト
ル計算により、変調信号の周波数と被変調信号の周波数
とそれらの和の周波数との３つの相関を取って変調信号
を強調して抽出できるようにするのである。
音響信号たる広帯域雑音は、プロペラの回転数を主成分
とする狭帯域信号で変調されたものであるから、数式１
に示すように２つの異なる周波数信号が変調し合う場合
に生ずる和の周波数成分を含むので、このバイスペクト
ル計算により、変調信号の周波数と被変調信号の周波数
とそれらの和の周波数との３つの相関を取って変調信号
を強調して抽出できるようにするのである。
【００１７】
【数１】cos θ1 ×cos θ2 ＝（１／２）｛cos(θ1 ＋
θ2)＋cos(θ1 −θ2)｝
θ2)＋cos(θ1 −θ2)｝
【００１８】このバイスペクトル計算結果は、原理的に
は、直接ライン追跡回路７に与えて良いが、本実施例で
は、ＦＤＡＧＣ４による周波数軸上でのろ波処理と積分
回路５による時間軸上でのろ波処理とをした後、濃淡画
像描画回路６に与えてソナグラム描画の濃淡画像の画質
の向上を図ると共に、並列的にライン追跡回路７に与え
てライン追跡の精度の向上を図っている。
は、直接ライン追跡回路７に与えて良いが、本実施例で
は、ＦＤＡＧＣ４による周波数軸上でのろ波処理と積分
回路５による時間軸上でのろ波処理とをした後、濃淡画
像描画回路６に与えてソナグラム描画の濃淡画像の画質
の向上を図ると共に、並列的にライン追跡回路７に与え
てライン追跡の精度の向上を図っている。
【００１９】具体的には、周波数領域におけるレベル補
正であるＦＤＡＧＣ４において変調信号と被変調信号の
何れか一方の信号の低い周波数から高い周波数に向かう
周波数方向（ｆ１方向）に移動平均操作を行う。他方の
信号については対称性から不要である。積分回路５で
は、単位時間毎に取得されるバイスペクトル計算結果に
ついての移動平均操作による時系列データから同一周波
数成分を積分する。
正であるＦＤＡＧＣ４において変調信号と被変調信号の
何れか一方の信号の低い周波数から高い周波数に向かう
周波数方向（ｆ１方向）に移動平均操作を行う。他方の
信号については対称性から不要である。積分回路５で
は、単位時間毎に取得されるバイスペクトル計算結果に
ついての移動平均操作による時系列データから同一周波
数成分を積分する。
【００２０】濃淡画像描画回路６では、以上のようにろ
波処理されたバイスペクトルの計算結果、即ち、変調信
号の周波数（ｆ１）と被変調信号の周波数（ｆ２）とそ
れらの和の周波数（ｆ１＋ｆ２）の相関強度の強さを濃
淡で表したソナグラムに描画する。図２にバイスペクト
ル濃淡画像の描画例を示すが、このようにある狭帯域信
号周波数（ｆ１、ｆ２）のある振幅値の位置に濃い部分
が直線状に連なる１本のラインが表示される。かかるラ
インの表示状況（連続性等）からオペレータは目標識別
の情報を取得するのである。
波処理されたバイスペクトルの計算結果、即ち、変調信
号の周波数（ｆ１）と被変調信号の周波数（ｆ２）とそ
れらの和の周波数（ｆ１＋ｆ２）の相関強度の強さを濃
淡で表したソナグラムに描画する。図２にバイスペクト
ル濃淡画像の描画例を示すが、このようにある狭帯域信
号周波数（ｆ１、ｆ２）のある振幅値の位置に濃い部分
が直線状に連なる１本のラインが表示される。かかるラ
インの表示状況（連続性等）からオペレータは目標識別
の情報を取得するのである。
【００２１】次いで、ライン追跡回路７は、振幅極大値
検出処理部７１と極大点追跡処理部７２とライン判定処
理部７３とを備える。
検出処理部７１と極大点追跡処理部７２とライン判定処
理部７３とを備える。
【００２２】振幅極大値検出処理部７１では、以上のよ
うにろ波処理されたバイスペクトルの計算結果から、変
調信号と被変調信号の何れか一方の信号の低い周波数か
ら高い周波数に向かう片側周波数方向（ｆ１方向）にお
いて振幅極大値を与える周波数成分を逐一検出する。図
２で言えば例えばｆ１の軸に直交するラインを形成する
各振幅極大値を検出するのである。
うにろ波処理されたバイスペクトルの計算結果から、変
調信号と被変調信号の何れか一方の信号の低い周波数か
ら高い周波数に向かう片側周波数方向（ｆ１方向）にお
いて振幅極大値を与える周波数成分を逐一検出する。図
２で言えば例えばｆ１の軸に直交するラインを形成する
各振幅極大値を検出するのである。
【００２３】極大点追跡処理部７２では、検出した周波
数成分の各隣接振幅極大値間の連続性を判断しつつそれ
らを連ねたラインを追跡する。図２で言えば例えばｆ１
の軸に直交するラインを形成し、起点（左端）から終点
（右端）に至る当該ラインの周波数特性を取得するので
ある。
数成分の各隣接振幅極大値間の連続性を判断しつつそれ
らを連ねたラインを追跡する。図２で言えば例えばｆ１
の軸に直交するラインを形成し、起点（左端）から終点
（右端）に至る当該ラインの周波数特性を取得するので
ある。
【００２４】そして、ライン判定処理部７３では、追跡
したラインの真偽判定を行う。端的に言えば、山脈の稜
線をトレースできたか否かを判定するのである。ライン
の追跡であると判定されれば、その追跡したラインの周
波数特性（図３）が変調成分積算回路８と周波数特性抽
出回路１０に与えられる。なお、ライン判定方法の詳細
に関しては、先に出願してあるので参照されたい（特願
平５−３２４４３２）。
したラインの真偽判定を行う。端的に言えば、山脈の稜
線をトレースできたか否かを判定するのである。ライン
の追跡であると判定されれば、その追跡したラインの周
波数特性（図３）が変調成分積算回路８と周波数特性抽
出回路１０に与えられる。なお、ライン判定方法の詳細
に関しては、先に出願してあるので参照されたい（特願
平５−３２４４３２）。
【００２５】次に、変調成分積算回路８にて追跡したラ
インの振幅総和を求め、変調信号判定回路９にてその総
和値が振幅閾値を越えたか否か、つまり追跡したライン
が変調信号に係るものか否かを判定し、その判定結果を
周波数特性抽出回路１０に制御信号として与える。
インの振幅総和を求め、変調信号判定回路９にてその総
和値が振幅閾値を越えたか否か、つまり追跡したライン
が変調信号に係るものか否かを判定し、その判定結果を
周波数特性抽出回路１０に制御信号として与える。
【００２６】その結果、周波数特性抽出回路１０では、
判定結果が「変調信号に係るものである」ことを示すと
き、ライン追跡回路７から入力するライン追跡結果（図
３）を検出信号として外部に出力する。
判定結果が「変調信号に係るものである」ことを示すと
き、ライン追跡回路７から入力するライン追跡結果（図
３）を検出信号として外部に出力する。
【００２７】外部では、データベースとの対比から、プ
ロペラ及びシャフトに関する情報、船体に関する情報を
取得し、目標の識別を行うことになる。
ロペラ及びシャフトに関する情報、船体に関する情報を
取得し、目標の識別を行うことになる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の音響信号
検出装置は、音響信号の３次相関関数の２次元フーリエ
変換であるバイスペクトルの計算結果から振幅極大値を
与える周波数成分、即ち、広帯域雑音を変調している狭
帯域雑音の周波数を検出し、検出した狭帯域信号のライ
ンを追跡し、単一周波数で変調されている広帯域雑音成
分の総和値を求め、それに基づき目的とする変調信号
（狭帯域信号）で変調されている広帯域雑音の周波数特
性を抽出する。
検出装置は、音響信号の３次相関関数の２次元フーリエ
変換であるバイスペクトルの計算結果から振幅極大値を
与える周波数成分、即ち、広帯域雑音を変調している狭
帯域雑音の周波数を検出し、検出した狭帯域信号のライ
ンを追跡し、単一周波数で変調されている広帯域雑音成
分の総和値を求め、それに基づき目的とする変調信号
（狭帯域信号）で変調されている広帯域雑音の周波数特
性を抽出する。
【００２９】従って、本発明では、広帯域雑音の周波数
特性を検出できるので、変調信号を検出する従来の方式
に比して一層的確に目標の識別ができる。また広帯域雑
音そのものの検出となるので、従来方式では検出困難な
いしは不可能となる低ＳＮ比の元でも確実に目標信号を
検出できる効果がある。
特性を検出できるので、変調信号を検出する従来の方式
に比して一層的確に目標の識別ができる。また広帯域雑
音そのものの検出となるので、従来方式では検出困難な
いしは不可能となる低ＳＮ比の元でも確実に目標信号を
検出できる効果がある。
【図１】本発明の一実施例に係る音響信号検出装置の構
成ブロック図である。
成ブロック図である。
【図２】バイスペクトル濃淡画像の説明図である。
【図３】追跡したラインの周波数特性図である。
【図４】従来の音響信号検出方式の説明図である。
１ マイクロフォン ２ 周波数分析回路 ３ バイスペクトル計算回路 ４ ＦＤＡＧＣ ５ 積分回路 ６ 濃淡画像描画回路 ７ ライン追跡回路 ８ 変調成分積算回路 ９ 変調信号判定回路 １０ 周波数特性抽出回路
Claims (3)
- 【請求項１】 取得された音響信号の周波数分析結果か
らバイスペクトルを計算する手段と； バイスペクトル
計算結果から振幅極大値を与える周波数成分を逐一検出
し、検出した周波数成分の振幅極大値を連ねたラインを
追跡する手段と； ライン追跡結果から得られた信号ラ
インの振幅総和を求める手段と； 総和値からその信号
ラインが変調信号に係るものか否かを判定する手段と；
判定結果からその信号ラインが変調信号に係るもので
あると判定されたとき、その信号ラインについての前記
追跡結果を出力する手段と； を備えたことを特徴とす
る音響信号検出装置。 - 【請求項２】 バイスペクトル計算結果について周波数
軸上及び時間軸上でノイズ除去処理をする手段； を備
えることを特徴とする請求項１に記載の音響信号検出装
置。 - 【請求項３】 バイスペクトル計算結果を濃淡画像の形
で表示する手段；を備えることを特徴とする請求項１ま
たは請求項２に記載の音響信号検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20453794A JP2639353B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 音響信号検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20453794A JP2639353B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 音響信号検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0850056A JPH0850056A (ja) | 1996-02-20 |
| JP2639353B2 true JP2639353B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=16492181
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20453794A Expired - Lifetime JP2639353B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 音響信号検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2639353B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5098169B2 (ja) * | 2005-12-22 | 2012-12-12 | 株式会社日立プラントテクノロジー | キャビテーション気泡衝撃圧検出装置 |
| JP2010139311A (ja) * | 2008-12-10 | 2010-06-24 | Nec Network & Sensor Systems Ltd | 船舶推進音検出装置、船舶推進音検出方法、及び船舶推進音検出用プログラム |
| DE102017220179A1 (de) * | 2017-11-13 | 2019-05-16 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung und Verfahren zum rotationssynchronen Überwachen eines rotierenden Elements |
-
1994
- 1994-08-05 JP JP20453794A patent/JP2639353B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0850056A (ja) | 1996-02-20 |
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