JP2723865B2 - 空間フィルタおよび方位分析装置およびその方法 - Google Patents
空間フィルタおよび方位分析装置およびその方法Info
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Description
信号の到来方位により生じる空間波形を最大エントロピ
ー法（以下ＭＥＭという）等を用いて周波数分析し、目
標の方位を検出するアクティブソーナー等の空間フィル
タおよび方位分析装置およびその方法に関する。
ＥＭを用いて求める方位分析装置において、その信号到
来方位により生じる空間波形のＳ／Ｎを改善する空間フ
ィルタが、特開昭６４−６８６７９号公報に開示されて
いる。これは、図６に示すように、高速フーリエ変換
（ＦＦＴ）処理６０２により到来信号の空間波形６０１
を周波数分析し、その分析結果６０３に所要の方位成分
に対応する帯域制限係数６０４をかける方位制限処理６
０５を行う。そして、その結果に対し逆高速フーリエ変
換（ＩＦＦＴ）６０６をかけることにより、所要の方位
に対する方位制限された空間波形６０７を取得する。方
位制限された空間波形をＭＥＭ等を用いて方位分析する
ことで、Ｓ／Ｎが悪い条件下であっても、ＭＥＭを用い
て所要の方位に対する高分解能の方位分析を可能とする
ものである。
タでは、ＦＦＴ演算処理を行っているため、方位制限係
数個分のステーブ受信データ（受波素子で受けた音響受
信データ出力）が、ＦＦＴの計算上、空間波形の両端で
回り込み、その部分が無効データになってしまう。した
がって、入力の空間波形の長さに対し、Ｓ／Ｎ改善後の
空間波形は方位制限係数個分短くなる。そのため、空間
波形のＳ／Ｎは改善されたとしても、空間波形が短くな
っているために、ＭＥＭ等の周波数分析手法で分析した
場合、基本分解能が低下するという問題点があった。
ルタリングする空間波形のステーブ受信データを複数の
ブロックに分割し、無効データが発生する部分をオーバ
ーラップさせて複数回にわたり、前述の特開昭６４−６
８６７９号公報に開示された方法を行うことにより、空
間波形の長さを補償する方法が考えられるが、この方法
では、処理が非常に複雑になり、処理時間が長くなると
いう問題があった。
めに、本発明の空間フィルタは、Ｎ個のステーブ受信デ
ータ出力を有する直線配列受波アレイと、前記ステーブ
それぞれを音響中心とした予め設定されたＭ個のステー
ブ受信データに位相重み係数を畳み込み、分析したい中
心方位に向けたビームを合成して信号到来方位により生
じる空間波形に重畳されるノイズを除去するＮ個の整相
処理部とを備えている。
るＮ個のステーブ全てについてそれぞれを音響中心とし
たＭ個のステーブ受信データで整相処理を行うことで、
Ｍ個のステーブ数分の開口長で規定される指向性利得分
だけノイズ成分を除去し、空間波形のＳ／Ｎを向上させ
ることができる。
ーブそれぞれを音響中心としたＭ個のステーブ受信デー
タが存在しない場合、不足するステーブ数Ｚ個分のステ
ーブ受信データとして補足データを与えるステーブ受信
データ補足処理部と、前記ステーブ受信データに位相重
み係数を畳み込んだ結果をＭ−Ｚで割ることにより不足
データレベルを補償する不足データレベル補償処理部と
を備えている。
る場合に、ステップ受信データ補足処理で不足データを
補うことにより、整相処理後の空間波形の長さを損なう
ことを防ぐことができる。
して詳細に説明する。
る直線配列受波アレイの各ステーブを音響中心とする所
定数のステーブ受信データに、位相重み係数を畳み込
み、さらに、分析したい中心方位に向けたビームを各ス
テーブごとに合成する整相処理を空間波形の周波数分析
処理の前処理として行うものである。
であり、Ｎ個のステーブ１０１−１〜１０１−Ｎを有す
る直線配列受波アレイ１０２からのＮ個のステーブ出力
１０３−１〜１０３−Ｎに対し、Ｎ個の整相処理部１０
４−１〜１０４−Ｎで、整相処理を行い、さらに、信号
方位により生じる空間波形を、周波数分析部１０６で、
例えば、ＭＥＭ（Ｍａｘｉｍａｍ Ｅｎｔｒｏｐｙ Ｍ
ｅｔｈｏｄ）を用いて周波数分析し、信号の到来方位を
検出する。
それぞれ音響中心とし、分析したい方位幅により規定さ
れるＭ個（図１ではＭ＝５である）のステーブ受信デー
タ１０３に、位相重み係数を畳み込み、分析したい中心
方位に向けたビームを合成するものである。ここで、直
線配列受波アレイの両端付近のステーブ１０１に対応し
た整相処理部１０４、例えば、整相処理部１０４−１で
は、ステーブ受信データの個数が規定された数よりも少
ないが、この不足分に対する補足・補償処理は、整相処
理部１０４−１内で行われる。また、音響中心とは、あ
る方位に向けて位相を整える処理を行う際に、基準とな
る座標点を示す。つまり、整相処理１０４では、各ステ
ーブ１０１を基準として左右に存在する合計Ｍ個のステ
ーブの位相差をとり整えることになる。
図５を参照して説明する。
ーチャートである。図３は、１５個のステーブを備える
直線配列受波アレイにθの方位から信号が到来した場合
の整相処理前の各ステーブの受信指向性および空間波形
を示す図であり、図４は、図３における補足処理の具体
例および整相処理後の各ステーブの受信指向性を示す図
であり、図５は、整相処理後の空間波形を示す図であ
る。
信指向性３０１は、正面方向（θ＝０°）を中心として
幅広い指向性を有している。したがって、整相処理前で
は、各ステーブ１０１の受信指向性３０１内に存在する
ノイズ３０２が空間波形３０３に重畳され、信号方位θ
により生じる波形成分が乱される。そこで、本実施例の
空間フィルタにより整相処理を行うことで、このノイズ
成分が除去されることになる。
に、まず、整相処理部１０４に、その整相処理部１０４
と対応したステーブ１０１を音響中心としたＭ個のステ
ーブ受信データが存在するか否かを判定する（Ｓ１０
１）。このＭの値は、分析したい方位幅により規定され
るものである。本実施例では、以下、Ｍ＝５として説明
する。そして、図４に示すように、５個のステーブ受信
データが存在しない整相処理部１０４、例えば、ステー
ブＮｏ．１を音響中心としたステーブ受信データを整相
処理する整相処理部１０４−１では、不足するステーブ
数Ｚ個分（ステーブ１０１−１を音響中心とした場合に
はＺ＝２となる）のステーブ受信データとして０．０を
補足し（Ｓ１０２）、５個のステーブ受信データとする
（Ｓ１０３）。また、ステーブ受信データが５個存在す
る場合、例えば、ステーブ１０１−８を音響中心とした
５個のステーブ受信データに対しては、この補足処理は
行われない。
み係数を決定し、各ステーブ受信データにその位相重み
係数を掛け合わせる（Ｓ１０４）。さらに、シェーディ
ング係数を各ステーブ受信データに掛け合わせる（Ｓ１
０５）。そして、Ｍ個のステーブ受信データをたし込む
（Ｓ１０６）。ここで、Ｓ１０４、Ｓ１０５およびＳ１
０６を含めてビーム合成（畳み込み）処理といい、例え
ば、受信データと位相重み係数を畳み込む処理の一般式
は、 で表される。ここで、Ｂｅａｍ［θ］は、ビームの合成
出力を示し、ａ［ｉ］は、位相を整えるべき方位θによ
り決定される位相重み係数であり、ｉは受波素子（また
はステーブ）ナンバーを示す。また、ｄａｔａ［ｉ］
は、受信データを示し、＊は複素積を示す。
データの畳み込み結果を実際のステーブ受信データ数、
つまり、Ｍ−Ｚで割ることにより、ステーブ受信データ
が不足している部分のレベルを補償する（Ｓ１０７）。
指向性４０１は、図４に示すように、方位θを中心に鋭
くなる。したがって、指向性が絞られた分だけ、空間波
形に重畳されるノイズ３０２は少なくなりＳ／Ｎが改善
され、信号方位θにより生じる波形成分は、図５に示す
空間波形５０１のとおり明確にとらえられる。
除去された空間波形５０１を、ＭＥＭ等で周波数分析し
方位を検出することで、信号到来方位が正確に、かつ鋭
く検出することができる。
してフィルタをかける構成を示したが、信号到来方位が
不明な場合には、任意の方位に各ステーブ受信データを
整相し、それぞれの方位に対する空間波形を求め、ＭＥ
Ｍ等を用いてそれぞれの空間波形を周波数分析すること
により、未知の信号到来方位を検出することもできる。
ルタは、各ステーブを音響中心とした所定個のステーブ
受信データに対する整相処理を全てのステーブに対し行
うことで、各ステーブの受信指向性を絞ることができ、
任意の方位を中心とした方位制限フィルタリングが可能
となり、制限方位内に存在する信号により生じる空間波
形をＳ／Ｎを向上させて明確にとらえることができる。
さらに、空間波形の長さも保存されているため、方位制
限後の空間波形をＭＥＭ等を用いて周波数分析し、方位
を検出することで、方位制限内に存在する信号方位を正
確に、鋭く分析することができる。
ーブ受信データが不足する場合であっても、不足するス
テーブ受信データとして０．０の補足データを付与して
補足処理することにより、空間波形の長さを損なわない
ようにしている。したがって、従来の空間フィルタのよ
うに、直線配列受波アレイのステーブを複数の処理ブロ
ックにわけて複数回フィルタリングを行う必要がなく、
一回の処理で所要方位のフィルタリングが可能であるた
め、処理が簡略化され、処理時間が大幅に短縮できると
いう効果もある。
る。
ャートである。
ある。
Claims (6)
- 【請求項１】 Ｎ個のステーブ受信データ出力を有する
直線配列受波アレイと、 前記ステーブそれぞれを音響中心とした予め設定された
Ｍ個のステーブ受信データに位相重み係数を畳み込み、
分析したい中心方位に向けたビームを合成して所定の信
号到来方位により生じる空間波形に重畳されるノイズを
除去するＮ個の整相処理部とを備えることを特徴とする
空間フィルタ。 - 【請求項２】 前記整相処理部は、 前記ステーブそれぞれを音響中心としたＭ個のステーブ
受信データが存在しない場合、不足するステーブ数Ｚ個
分のステーブ受信データとして補足データを与えるステ
ーブ受信データ補足処理部と、 前記ステーブ受信データに位相重み係数を畳み込んだ結
果をＭ−Ｚで割ることにより不足データレベルを補償す
る不足データレベル補償処理部とを備えることを特徴と
する前記請求項１に記載の空間フィルタ。 - 【請求項３】 前記整相処理部は、 前記信号到来方位に向けたビームを合成する前に、前記
ステーブ受信データにシェーディング係数を畳み込むサ
イドロープ緩和処理部を備えることを特徴とする前記請
求項１に記載の空間フィルタ。 - 【請求項４】 前記Ｍの値は、分析したい方位幅により
規定されることを特徴とする前記請求項１に記載の空間
フィルタ。 - 【請求項５】 Ｎ個のステーブ受信データ出力を有する
直線配列受波アレイと、 前記ステーブそれぞれを音響中心とした予め設定された
Ｍ個のステーブ受信データに位相重み係数を畳み込み、
分析したい中心方位に向けたビームを合成して信号到来
方位により生じる空間波形に重畳されるノイズを除去す
るＮ個の整相処理部と、 前記整相処理部によりノイズが除去された空間波形を周
波数分析して信号到来方位を検出する周波数分析部とを
備えることを特徴とする方位分析装置。 - 【請求項６】 複数個のステーブ出力を有する直線配列
受波アレイの各ステーブを音響中心とする所定数のステ
ーブ受信データに、位相重み係数を畳み込み、さらに、
分析したい中心方位に向けたビームを各ステーブごとに
合成する整相処理を空間波形の周波数分析処理の前処理
として行うことを特徴とする方位分析方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7301709A JP2723865B2 (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 空間フィルタおよび方位分析装置およびその方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7301709A JP2723865B2 (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 空間フィルタおよび方位分析装置およびその方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09145825A JPH09145825A (ja) | 1997-06-06 |
| JP2723865B2 true JP2723865B2 (ja) | 1998-03-09 |
Family
ID=17900219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7301709A Expired - Lifetime JP2723865B2 (ja) | 1995-11-20 | 1995-11-20 | 空間フィルタおよび方位分析装置およびその方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2723865B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006234513A (ja) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 障害物検出装置 |
| JP4763002B2 (ja) * | 2008-02-04 | 2011-08-31 | 株式会社ホンダエレシス | 電子走査型ミリ波レーダ装置およびコンピュータプログラム |
-
1995
- 1995-11-20 JP JP7301709A patent/JP2723865B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09145825A (ja) | 1997-06-06 |
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