JP2781775B2 - Method and apparatus for measuring seafloor acoustic characteristics - Google Patents
Method and apparatus for measuring seafloor acoustic characteristicsInfo
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Description
【発明の属する技術分野】本発明は、海底音響特性測定
方法および装置に関し、特に海中を伝搬する音波の測定
データと伝搬計算によるレプリカデータの相関に基づい
て海底音響特性を推定する海底音響特性測定方法および
装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring seafloor acoustic characteristics, and more particularly to a method and apparatus for measuring submarine acoustic characteristics based on a correlation between measured data of sound waves propagating in the sea and replica data obtained by propagation calculation. Method and apparatus.
【0001】[0001]
【従来の技術】従来、この種の海底音響特性測定装置
は、海中を伝搬する音波の測定データとレプリカデータ
との相関値に基づいて、海底音響特性に関する多次元の
未知パラメータを精度良く効率的に推定することを目的
としており、例えば、1993年7月発行のアイ・イー
・イー・イー・ジャーナル・オブ・オーシャニック・エ
ンジニアリング、第18巻、第3号(IEEE JOURNAL OF
OCEANIC ENGINEERING, VOL.18, No.3, JULY, 1993)の
第224頁〜第231頁に開示されている。ここで、こ
の従来の海底音響特性測定装置について図6を参照して
説明する。2. Description of the Related Art Conventionally, this type of undersea acoustic characteristic measuring apparatus accurately and efficiently estimates multidimensional unknown parameters relating to undersea acoustic characteristics based on correlation values between measurement data of sound waves propagating in the sea and replica data. For example, for example, IEE Journal of Oceanic Engineering, July 18, 1993, Vol. 18, No. 3 (IEEE JOURNAL OF
OCEANIC ENGINEERING, VOL. 18, No. 3, JULY, 1993), pages 224 to 231. Here, this conventional submarine acoustic characteristic measuring apparatus will be described with reference to FIG.
【0002】図6は、この従来の海底音響特性測定装置
における海底音響特性の推定値を出力するための処理手
順を示すフローチャートであり、この処理アルゴリズム
は繰り返し処理のループをなしている。このループが繰
り返されるたびに、乱数計算により海底音響特性に関す
るN次元のパラメータセット{X(1)〜X(N)}が
設定される(S201)。設定されたパラメータセット
に対し、各受波器のレプリカデータの伝搬計算が行われ
る(S202)。ここで、受波器は、音源から送波され
海中を伝搬した音波を受波するものである。このレプリ
カデータと1回目のループ時に各受波器により入力され
た測定データとの相関値Rが計算され(S203、S2
04)、さらに、前回のループ時に計算された相関値か
らの相関値変化△Rが計算される(S205)。そし
て、相関値変化△Rに基づいて相関値Rが増加したか否
かを判定し(S206)、相関値変化△R≧0すなわち
相関値Rが増加した場合には、前回のループ時に設定さ
れたパラメータセットの値が新たに設定されたパラメー
タセットの値に置き換えられる(S207)。一方、相
関値変化△R<0すなわち相関値Rが低下した場合に
は、さらに、確率分布P(△R)が算出され、乱数計算
により得られた値φが確率分布P(△R)を満たすか否
かが判定される(S208)。なお、確率分布P(△
R)は、0<P(△R)<1/2の値であり、値φは、
範囲[0、1]の間で等確率で選択される任意の数であ
る。ここで、P(△R)≧φすなわち乱数計算により得
られた値φが確率分布P(△R)を満たす場合には、前
回のループ時に設定されたパラメータセットの値が新た
に設定されたパラメータセットの値に置き換えられる
(S207)。一方、P(△R)<φすなわち値φが確
率分布P(△R)を満たさない場合には、設定されたパ
ラメータセットの値は排除され、前回のループ時に設定
されたパラメータセットが残る(S210)。この確率
分布の大きさは相関値変化△Rの移動平均値に比例す
る。相関値変化△Rの移動平均値は、△R<0かつ値φ
が確率分布を満たす場合に計算され(S209)、次回
のループからは、その新たに計算された移動平均値が確
率分布の計算に用いられる。FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure for outputting an estimated value of the submarine acoustic characteristic in the conventional submarine acoustic characteristic measuring apparatus, and this processing algorithm forms a loop of an iterative process. Each time this loop is repeated, an N-dimensional parameter set {X (1) to X (N)} relating to the ocean floor acoustic characteristics is set by random number calculation (S201). For the set parameter set, propagation calculation of replica data of each receiver is performed (S202). Here, the receiver receives a sound wave transmitted from a sound source and propagated in the sea. A correlation value R between the replica data and the measurement data input by each receiver at the time of the first loop is calculated (S203, S2).
04) Further, a correlation value change ΔR from the correlation value calculated in the previous loop is calculated (S205). Then, it is determined whether or not the correlation value R has increased based on the correlation value change ΔR (S206). If the correlation value change ΔR ≧ 0, that is, the correlation value R has increased, the value is set in the previous loop. The value of the parameter set is replaced with the value of the newly set parameter set (S207). On the other hand, when the correlation value change △ R <0, that is, when the correlation value R decreases, the probability distribution P (△ R) is further calculated, and the value φ obtained by the random number calculation becomes the probability distribution P (△ R). It is determined whether or not the condition is satisfied (S208). Note that the probability distribution P (△
R) is a value of 0 <P (△ R) <1 /, and the value φ is
This is an arbitrary number selected with equal probability in the range [0, 1]. Here, when P (△ R) ≧ φ, that is, when the value φ obtained by the random number calculation satisfies the probability distribution P (△ R), the value of the parameter set set in the previous loop is newly set. It is replaced with the value of the parameter set (S207). On the other hand, when P (△ R) <φ, that is, when the value φ does not satisfy the probability distribution P (△ R), the value of the set parameter set is excluded, and the parameter set set in the previous loop remains ( S210). The magnitude of this probability distribution is proportional to the moving average value of the correlation value change ΔR. The moving average value of the correlation value change ΔR is ΔR <0 and the value φ
Is satisfied when the probability distribution is satisfied (S209), and from the next loop, the newly calculated moving average value is used for the calculation of the probability distribution.
【0003】予め設定された回数に達するまで上記処理
ループが繰り返され、繰り返し回数がその設定された回
数に達すると、その時のパラメータセットの値が海底音
響特性の推定値として出力される(S211、S21
2)。The above processing loop is repeated until a predetermined number of times is reached, and when the number of repetitions reaches the set number, the value of the parameter set at that time is output as an estimated value of the seafloor acoustic characteristic (S211, S21
2).
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】この従来の海底音響特
性測定装置では、相関値変化△Rの移動平均値の計算条
件が、レプリカデータと測定データとの相関値Rが低下
し、かつ乱数計算により得られる値φが確率条件P(△
R)を満たした場合に限られているために、移動平均値
の減少が進みにくく、それに伴い相関値低下を許容する
確率分布の減少も遅い。したがって、全体的な相関最大
点に近づくまでに多くの繰り返し処理の回数を要すると
いう問題点がある。In this conventional seafloor acoustic characteristic measuring apparatus, the condition for calculating the moving average value of the correlation value change .DELTA.R is that the correlation value R between the replica data and the measured data is reduced and the random number is calculated. Is the probability condition P (△
R), it is difficult to reduce the moving average value, and accordingly, the probability distribution that allows the correlation value to decrease is also slow. Therefore, there is a problem that a large number of repetition processes are required until the overall correlation maximum point is approached.
【0005】さらに、繰り返し処理の終了時点を、ルー
プ回数が予め設定した回数に達した場合としているため
に、全体的な相関最大点まで達していない状態の誤差の
大きいパラメータセットの値が推定値として出力される
可能性があり、精度上の問題点も残っている。Further, since the end point of the repetitive processing is assumed to be the case where the number of loops has reached a predetermined number, the value of the parameter set having a large error when the total correlation does not reach the maximum point is estimated. May be output, and accuracy problems remain.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、音源から送波され海中を伝搬してきた音波を受波
する受波器と、受波器により得られる海底音響特性の測
定データと伝搬計算により得られる海底音響特性のレプ
リカデータとの相関値に基づいて、海底音響特性を推定
する解析手段とを備える本発明の海底音響特性測定装置
では、前述の解析手段が、繰り返しループごとに設定さ
れる海底音響特性に関する多次元のパラメータセットに
応じて、レプリカデータを算出するレプリカデータ算出
手段と、受波器により得られる測定データとレプリカデ
ータとの相関値を算出する相関算出手段と、相関値と前
回のループ時に算出された相関値との差を相関値変化と
して算出する相関変化算出手段と、相関値変化に応じ
て、パラメータセットの値を更新するか排除するかを選
択する相関変化評価手段と、パラメータセットの更新が
選択された場合に、相関値変化の移動平均を算出する移
動平均算出手段と、パラメータセットの更新が選択され
た場合に、パラメータセットの値を、今回のループ時に
設定されたパラメータセットの値に更新するパラメータ
更新手段と、予め定められた条件に基づいて、繰り返し
ループを終了し、その時点におけるパラメータセットの
値を推定値として出力する終了判定手段とを備えるもの
である。Means for Solving the Problems In order to solve the above-mentioned problems, a receiver for receiving a sound wave transmitted from a sound source and propagated in the sea, and measurement data of the seafloor acoustic characteristics obtained by the receiver are provided. And an analysis means for estimating the seafloor acoustic characteristic based on a correlation value with the replica data of the seafloor acoustic characteristic obtained by the propagation calculation and the seafloor acoustic characteristic. A replica data calculating means for calculating replica data, and a correlation calculating means for calculating a correlation value between the measured data obtained by the receiver and the replica data, according to a multidimensional parameter set relating to the seafloor acoustic characteristics set in A correlation change calculating means for calculating a difference between the correlation value and the correlation value calculated in the previous loop as a correlation value change, and a parameter set according to the correlation value change. A correlation change evaluation means for selecting whether to update or exclude the value of the parameter set; a moving average calculation means for calculating a moving average of the correlation value change when the parameter set update is selected; and a parameter set update selected. If the parameter set is updated, the parameter updating means updates the value of the parameter set to the value of the parameter set set in the current loop, and the loop is terminated based on predetermined conditions, and the parameter set at that time is terminated. Is provided as an estimated value.
【0007】また、音源から送波され海中を伝搬してき
た音波を受波する受波器と、受波器により得られる海底
音響特性の測定データと伝搬計算により得られる海底音
響特性のレプリカデータとの相関値に基づいて、海底音
響特性を推定する本発明の海底音響特性測定方法は、繰
り返しループごとに設定される海底音響特性に関する多
次元のパラメータセットに応じてレプリカデータを算出
し、受波器により得られる測定データとレプリカデータ
との相関値を算出する。相関値と前回のループ時に算出
された相関値との差を相関値変化として算出し、その相
関値変化に応じて、パラメータセットの値を更新するか
排除するかを選択する。パラメータセットの更新が選択
された場合に、相関値変化の移動平均を算出する。パラ
メータセットの更新が選択された場合に、パラメータセ
ットの値を、今回のループ時に設定されたパラメータセ
ットの値に更新する。予め定められた条件に基づいて、
繰り返しループを終了し、その時点におけるパラメータ
セットの値を推定値として出力するものである。Further, a receiver for receiving a sound wave transmitted from a sound source and propagated in the sea, measurement data of the seafloor acoustic characteristic obtained by the receiver, and replica data of the seafloor acoustic characteristic obtained by propagation calculation, The seafloor acoustic characteristic measuring method of the present invention for estimating the submarine acoustic characteristic based on the correlation value of the submarine acoustic characteristic is performed by calculating replica data according to a multidimensional parameter set related to the submarine acoustic characteristic set for each repetition loop, and A correlation value between the measurement data obtained by the measuring device and the replica data is calculated. The difference between the correlation value and the correlation value calculated in the previous loop is calculated as a correlation value change, and whether to update or exclude the value of the parameter set is selected according to the correlation value change. When updating the parameter set is selected, a moving average of the correlation value change is calculated. When the update of the parameter set is selected, the value of the parameter set is updated to the value of the parameter set set in the current loop. Based on predetermined conditions,
The repetition loop is terminated, and the value of the parameter set at that time is output as an estimated value.
【0008】特に、本発明の海底音響特性測定装置にお
ける相関変化評価手段は、相関値が増加するように変化
した場合、あるいは相関値が低下するように変化しかつ
乱数計算により得られる値が相関値の低下を許容する確
率分布を満たす場合に、パラメータセットの値を更新す
ることを選択するものである。[0008] In particular, the correlation change evaluation means in the seafloor acoustic characteristic measuring apparatus according to the present invention is arranged such that when the correlation value changes so as to increase, or when the correlation value changes so as to decrease and the value obtained by random number calculation is correlated. When the probability distribution that allows a decrease in the value is satisfied, it is selected to update the value of the parameter set.
【0009】また、本発明の海底音響特性測定装置にお
ける終了判定手段は、繰り返し回数に対するパラメータ
セットの設定値の変動幅を評価し、全てのパラメータセ
ットの設定値の変動が、予め定められた値以下に安定す
る場合に、繰り返しループを終了し、その時点における
パラメータセットの設定値を海底音響特性の推定値とし
て出力するものである。The end determination means in the seafloor acoustic characteristic measuring apparatus of the present invention evaluates a variation range of the set value of the parameter set with respect to the number of repetitions, and the variation of the set values of all the parameter sets is a predetermined value. When it becomes stable below, the repetition loop is ended and the set value of the parameter set at that time is output as an estimated value of the seafloor acoustic characteristic.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】次に、本発明の海底音響特性測定
装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明す
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of the apparatus for measuring acoustic characteristics of the seabed of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0011】図1は、本発明の一実施例の構成を示す図
であり、音源1から送波された音波は海底下を含む海中
音場全体を伝搬して送受波器配列2の各受波器で受波さ
れる。解析装置3では、各受波器の測定データが解析部
4で解析され、海底音響特性が出力される。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention. A sound wave transmitted from a sound source 1 propagates in the entire underwater sound field including under the seabed, and each of the receivers 2 Received by the waver. In the analysis device 3, the measurement data of each receiver is analyzed by the analysis unit 4, and the seafloor acoustic characteristics are output.
【0012】図2は、図1における解析部4の構成を示
すブロック図であり、パラメータ設定部5は、海底音響
特性に関する多次元のパラメータセットを設定する。こ
こで、多次元のパラメータセットは、例えば、海底音響
特性を示す海底下の音速プロファイル、密度、減衰率お
よび層構造等を要素とするものである。レプリカ計算部
6は、設定されたパラメータセットに対応するレプリカ
データを、所定の伝搬モデルを用いて計算し、そのレプ
リカデータを相関計算部7に出力する。相関計算部6
は、各受波器により得られる測定データとレプリカデー
タとの相関値を算出する。なお、1回目のループ時に、
各受波器により得られる測定データが以降のループ時に
おける相関計算でも用いられる。相関変化計算部8は、
相関計算部7から供給される相関値と前回のループ時に
得られた相関値との差、すなわち、相関値の変化量を算
出する。相関変化評価部9は、相関変化計算部8から供
給される相関値の変化量を評価する。具体的には、相関
変化評価部9は、相関値の変化量に基づいて相関値が増
加するように変化したか否かを判定する。さらに、相関
値が低下したと判定された場合に、乱数計算により得ら
れた値が、この相関値の低下を許容する許容確率を決定
する確率分布を満たすか否かを判定する。移動平均計算
部10は、相関変化評価部9により、相関値が増加した
と判定された場合、あるいは相関値が低下した場合であ
っても前述の値が確率分布を満たす場合に、相関値の変
化の移動平均値を算出する。パラメータ更新部11は、
移動平均計算部10で、移動平均値が計算された後、パ
ラメータセットの値を今回のループ時に新たに設定され
た値に更新する。終了判定部12は、更新されたパラメ
ータセットの値が、予め設定される終了条件を満たすか
否かを判定し、終了条件を満たしていれば、そのときの
パラメータセットの値を海底音響特性として出力する。
なお、終了条件が満たされていない場合には、パラメー
タ設定部5は、次のループの処理を開始する。なお、前
述の確率分布の大きさは、相関値の変化の移動平均値に
比例しており、移動平均計算部10では、相関値変化の
移動平均値が計算され、次回のループからはその移動平
均値が確率分布の設定に用いられる。FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the analysis unit 4 in FIG. 1. The parameter setting unit 5 sets a multidimensional parameter set relating to the seafloor acoustic characteristics. Here, the multi-dimensional parameter set includes, for example, a sound velocity profile, density, attenuation rate, layer structure, and the like below the seabed indicating seafloor acoustic characteristics. The replica calculator 6 calculates replica data corresponding to the set parameter set using a predetermined propagation model, and outputs the replica data to the correlation calculator 7. Correlation calculator 6
Calculates the correlation value between the measurement data obtained by each receiver and the replica data. At the time of the first loop,
The measurement data obtained by each receiver is also used in the correlation calculation in the subsequent loop. The correlation change calculator 8 calculates
The difference between the correlation value supplied from the correlation calculator 7 and the correlation value obtained in the previous loop, that is, the amount of change in the correlation value is calculated. The correlation change evaluation unit 9 evaluates a change amount of the correlation value supplied from the correlation change calculation unit 8. Specifically, the correlation change evaluation unit 9 determines whether or not the correlation value has changed so as to increase based on the amount of change in the correlation value. Further, when it is determined that the correlation value has decreased, it is determined whether or not the value obtained by the random number calculation satisfies a probability distribution that determines an allowable probability of allowing the correlation value to decrease. The moving average calculation unit 10 determines the correlation value when the correlation change evaluation unit 9 determines that the correlation value has increased, or when the above value satisfies the probability distribution even when the correlation value decreases. Calculate the moving average of the change. The parameter update unit 11
After the moving average calculation unit 10 calculates the moving average, the value of the parameter set is updated to the value newly set in the current loop. The end determination unit 12 determines whether the updated value of the parameter set satisfies a preset end condition. If the end condition is satisfied, the value of the parameter set at that time is used as the seafloor acoustic characteristic. Output.
If the termination condition is not satisfied, the parameter setting unit 5 starts the processing of the next loop. Note that the magnitude of the probability distribution described above is proportional to the moving average value of the change in the correlation value, and the moving average calculation unit 10 calculates the moving average value of the change in the correlation value. The average value is used for setting the probability distribution.
【0013】次に、本実施形態の動作について説明す
る。Next, the operation of this embodiment will be described.
【0014】図3は、本実施形態の動作を示すフローチ
ャートであり、この処理アルゴリズムは繰り返し処理の
ループをなしている。このループが繰り返されるたび
に、パラメータ設定部5により、乱数計算により海底音
響特性に関するN次元のパラメータセット{X(1)〜
X(N)}が設定される(S101)。設定されたパラ
メータセットに対し、レプリカ計算部6で、各受波器の
レプリカデータが所定の伝搬モデルにより計算される
(S102)。このレプリカデータと1回目のループ時
に各受波器により入力された測定データとの相関値R
が、相関計算部7により、計算される(S103、S1
04)。各受波器により得られる測定データは、1回目
のループ時に入力され、以後のループでは、そのデータ
が測定データとして使用され続ける。FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the present embodiment. This processing algorithm forms a loop of a repetitive processing. Each time this loop is repeated, the parameter setting unit 5 calculates the N-dimensional parameter set {X (1) to
X (N)} is set (S101). For the set parameter set, replica data of each receiver is calculated by the replica calculation unit 6 using a predetermined propagation model (S102). The correlation value R between this replica data and the measurement data input by each receiver at the time of the first loop
Is calculated by the correlation calculator 7 (S103, S1)
04). The measurement data obtained by each of the receivers is input during the first loop, and the data is continuously used as measurement data in the subsequent loops.
【0015】相関値Rの計算方法としては、例えば、B
ARTLETT相関式を用いることができる。As a method of calculating the correlation value R, for example, B
The ARTLETT correlation equation can be used.
【0016】各受波器の測定データベクトルをベクトル
M={M(1)、・・・、M(N)}とし、各受波器の
レプリカデータベクトルをベクトルX={X(1)、・
・・、X(N)}とすると、相関値Rは、以下の式によ
り計算される。The measurement data vector of each receiver is defined as a vector M = {M (1),..., M (N)}, and the replica data vector of each receiver is defined as a vector X = {X (1).・
.., X (N)}, the correlation value R is calculated by the following equation.
【0017】 [0017]
【0018】ここで、Tは複素共役転置の演算子であ
り、[]は測定値の時間平均である。計算される相関値
Rは、規格化されてベクトルMとベクトルXとが完全に
一致すればMAX相関値1となる。なお、相関値の計算
は、この方法に限定されるものではなく、例えば、MV
相関式等を用いた方法等、他の計算方法を適用してもか
まわない。Here, T is an operator of complex conjugate transpose, and [] is a time average of measured values. The calculated correlation value R is normalized and becomes a MAX correlation value 1 if the vector M and the vector X completely match. Note that the calculation of the correlation value is not limited to this method.
Other calculation methods, such as a method using a correlation equation or the like, may be applied.
【0019】次に、相関計算部7により得られる相関値
と前回のループ時に計算された相関値との差が相関値変
化△Rとして、相関変化計算部8により計算される(S
105)。ここで、相関値変化△Rの計算式は、 △R=R(i)−R(i−1) (i=1、2、3・・
・) である。相関変化評価部9において、相関値変化△Rに
基づいて相関値Rが増加したか否かが判定され(S10
6)、相関値変化△R≧0すなわち相関値Rが増加した
場合には、相関値変化△Rの移動平均値が計算された
(S107)後、前回のループ時に設定されたパラメー
タセットの値が新たに設定されたパラメータセットの値
に置き換えられる(S108)。一方、相関値変化△R
<0すなわち相関値Rが低下した場合には、さらに、相
関変化評価部9により、乱数計算により得られた値φが
確率分布P(△R)を満たすか否かが判定される(S1
09)。なお、確率分布P(△R)は、△R<0の場合
に計算され、0<P(△R)<1/2の値であり、値φ
は、範囲[0、1]の間で等確率で選択される任意の数
である。ここで、P(△R)≧φすなわち乱数計算によ
り得られた値φが確率分布P(△R)を満たす場合に
は、相関値変化の移動平均値が計算された(S107)
後、前回のループ時に設定されたパラメータセットの値
が新たに設定されたパラメータセットの値に置き換えら
れる(S108)。Next, the difference between the correlation value obtained by the correlation calculator 7 and the correlation value calculated in the previous loop is calculated by the correlation change calculator 8 as a correlation value change ΔR (S
105). Here, the equation for calculating the correlation value change ΔR is as follows: ΔR = R (i) −R (i−1) (i = 1, 2, 3,...)
・) The correlation change evaluation unit 9 determines whether the correlation value R has increased based on the correlation value change ΔR (S10).
6) When the correlation value change ΔR ≧ 0, that is, when the correlation value R increases, the moving average value of the correlation value change ΔR is calculated (S107), and then the value of the parameter set set in the previous loop Is replaced with the newly set parameter set value (S108). On the other hand, the correlation value change △ R
<0, that is, when the correlation value R decreases, the correlation change evaluation unit 9 further determines whether the value φ obtained by the random number calculation satisfies the probability distribution P (△ R) (S1).
09). Note that the probability distribution P (△ R) is calculated when △ R <0, has a value of 0 <P (△ R) <<, and has a value φ
Is an arbitrary number selected with equal probability in the range [0, 1]. Here, when P (△ R) ≧ φ, that is, when the value φ obtained by the random number calculation satisfies the probability distribution P (△ R), the moving average value of the correlation value change is calculated (S107).
Thereafter, the value of the parameter set set in the previous loop is replaced with the value of the newly set parameter set (S108).
【0020】前述の確率分布P(△R)は、相関値変化
△Rの移動平均値に比例し、その計算式は、 P(△R)=1/[1+exp{−△R/(<T>/l
n(K))}] である。ここで、<T>は相関値変化△Rの移動平均値
であり、Kは、1より大きい定数である。相関値変化△
Rの移動平均値は、パラメータセットの値が置き換わる
ごとに計算され、次回のループでは、新たに計算された
移動平均値が確率分布P(△R)の計算式における<T
>の値として用いられる。こうすることによって、相関
値が低下すなわち状況が悪化する場合を確率的に許容し
てやりながら、徐々に、相関値を収束に向かわせること
ができる。The above probability distribution P (△ R) is proportional to the moving average value of the correlation value change △ R, and the calculation formula is: P (△ R) = 1 / [1 + exp {-{R / (<T > / L
n (K))}]. Here, <T> is a moving average value of the correlation value change ΔR, and K is a constant larger than 1. Correlation value change △
The moving average value of R is calculated each time the value of the parameter set is replaced, and in the next loop, the newly calculated moving average value is calculated using <T <T in the formula of the probability distribution P (△ R).
> Value. By doing so, it is possible to gradually allow the correlation value to converge while probabilistically allowing the case where the correlation value decreases, that is, the situation worsens.
【0021】パラメータセットが置き換えられると、各
パラメータの収束性すなわち繰り返し回数に対するパラ
メータの設定値の変動幅が評価され(S111)、全て
のパラメータの設定値の変動が予め定められた値以下に
安定すると、繰り返し処理のループが終了し、新たに置
き換えられたパラメータセットの値が海底音響特性の値
として出力される(S112)。なお、全てのパラメー
タの設定値の変動が予め定められた値以下にならなけれ
ば、パラメータ設定部5により、新たにパラメータセッ
トの設定が行われ、次ループの処理が開始される。When the parameter set is replaced, the convergence of each parameter, that is, the range of variation of the parameter set value with respect to the number of repetitions is evaluated (S111), and the variation of the set values of all parameters is stabilized below a predetermined value. Then, the loop of the repetitive processing ends, and the value of the newly replaced parameter set is output as the value of the seafloor acoustic characteristic (S112). If the variation of the set values of all the parameters does not become less than the predetermined value, the parameter setting unit 5 newly sets a parameter set and starts the processing of the next loop.
【0022】一方、相関変化評価部9において、相関値
変化△Rが低下し、かつP(△R)<φすなわち値φが
確率分布P(△R)を満たさないと判定された場合に
は、設定されたパラメータセットの値は排除され、前回
のループ時に設定されたパラメータセットが残る(S1
10)。そして、パラメータ設定部5により、新たにパ
ラメータセットの設定が行われ、次ループの処理が繰り
返される。On the other hand, when the correlation change evaluating unit 9 determines that the correlation value change ΔR is reduced and P (△ R) <φ, that is, the value φ does not satisfy the probability distribution P (△ R), , The value of the set parameter set is excluded, and the parameter set set in the previous loop remains (S1).
10). Then, a new parameter set is set by the parameter setting unit 5, and the processing of the next loop is repeated.
【0023】図4は、本実施形態における相関値の変化
および従来技術における相関値の変化の一例を示す図で
ある。いずれの場合にも、相関値が低下する方向すなわ
ち状況が悪化する方向への遷移を確率的に許容しながら
パラメータの設定値を受け入れるとともに、移動平均値
の減少に応じてこの許容確率が小さくなることによっ
て、局所的な相関増加点に留まることなく全体的な相関
最大点に近づくことができる。ここで、相関最大点と
は、最終的にたどりつくべき相関値の大きさの条件であ
る。FIG. 4 is a diagram showing an example of a change in the correlation value in the present embodiment and a change in the correlation value in the prior art. In any case, the parameter setting value is accepted while stochastically permitting the transition in the direction in which the correlation value decreases, that is, in the direction in which the situation worsens, and the permissible probability decreases as the moving average value decreases. This makes it possible to approach the overall correlation maximum point without staying at the local correlation increase point. Here, the maximum correlation point is a condition for the magnitude of the correlation value to be finally reached.
【0024】本実施形態では、さらに、図5に示すとお
り、相関値変化の移動平均値の計算を、従来技術のよう
な相関値が低下しかつ確率分布を満たす場合だけでな
く、相関値が増加した場合にも行うことにより、移動平
均値をより減少しやすくしている。したがって、相関値
の悪化方向への許容確率の減少も早くなり、結果とし
て、図4に示すように、従来技術の場合と比べて、少な
い繰り返し回数で相関最大点に近づくことができる。In this embodiment, as shown in FIG. 5, the calculation of the moving average value of the correlation value change is performed not only when the correlation value is reduced and the probability distribution is satisfied as in the related art, but also when the correlation value is changed. By performing this even when it increases, the moving average value is more easily reduced. Therefore, the decrease in the allowable probability in the direction of deterioration of the correlation value is quickened. As a result, as shown in FIG. 4, the correlation maximum point can be approached with a smaller number of repetitions as compared with the case of the related art.
【0025】また、本実施形態では、繰り返し処理の終
了条件として、全てのパラメータの設定値の変動が予め
定められた値以下に安定した場合とすることにより、よ
り高精度の推定値の出力を可能にしている。Further, in the present embodiment, the output of a more accurate estimated value can be performed by setting the variation of the set values of all the parameters to be equal to or less than a predetermined value as an end condition of the repetitive processing. Making it possible.
【0026】[0026]
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の海底音響
特性測定方法および装置では、海底音響特性の測定デー
タおよびレプリカデータの相関値の繰り返しループごと
に算出される変化の移動平均値を、相関値が低下しかつ
乱数計算により得られる値が確率分布を満たす場合だけ
でなく、相関値が増加した場合にも、計算し更新してい
るために、少ない繰り返し回数で全体的な相関最大点に
近づけることができる。As described above, in the method and the apparatus for measuring the seafloor acoustic characteristics of the present invention, the moving average value of the change calculated for each repetition loop of the correlation values of the measurement data of the seafloor acoustic characteristics and the replica data is used for correlation. Not only when the value decreases and the value obtained by the random number calculation satisfies the probability distribution, but also when the correlation value increases, it is calculated and updated. You can get closer.
【0027】さらに、本発明では、繰り返しループごと
に海底音響特性の各パラメータの設定値の変動幅を評価
し、全てのパラメータの設定値の変動が予め定められた
値以下に安定した場合に、繰り返しループを終了し、海
底音響特性の推定値を出力しているために、その推定値
の精度を向上させることができる。Further, according to the present invention, the fluctuation range of the set value of each parameter of the seafloor acoustic characteristic is evaluated for each repetition loop, and when the fluctuation of the set values of all parameters is stabilized to a predetermined value or less, Since the repetition loop is completed and the estimated value of the seafloor acoustic characteristic is output, the accuracy of the estimated value can be improved.
【図1】本発明の海底音響特性測定装置の一実施形態の
構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of a submarine acoustic characteristic measuring apparatus according to the present invention.
【図2】図1における解析部の構成を示すブロック図で
ある。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an analysis unit in FIG. 1;
【図3】本発明の一実施形態の動作を示すフローチャー
トである。FIG. 3 is a flowchart showing an operation of one embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施形態および従来技術における相
関値の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in a correlation value according to an embodiment of the present invention and a conventional technique.
【図5】本発明の一実施形態における移動平均値の算出
方法と従来技術における移動平均値の算出方法との相違
を説明する図。FIG. 5 is a diagram illustrating a difference between a moving average value calculation method according to an embodiment of the present invention and a moving average value calculation method according to the related art.
【図6】従来の海底音響特性測定装置の動作を示すフロ
ーチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing the operation of a conventional submarine acoustic characteristic measuring apparatus.
1 音源 2 受波器配列 3 解析装置 4 解析部 5 パラメータ設定部 6 レプリカ計算部 7 相関計算部 8 相関変化計算部 9 相関変化評価部 10 移動平均計算部 11 パラメータ更新部 12 終了判定部 REFERENCE SIGNS LIST 1 sound source 2 receiver array 3 analysis device 4 analysis unit 5 parameter setting unit 6 replica calculation unit 7 correlation calculation unit 8 correlation change calculation unit 9 correlation change evaluation unit 10 moving average calculation unit 11 parameter update unit 12 end determination unit
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−127237(JP,A) 特開 平8−339200(JP,A) 特開 平8−179029(JP,A) 特開 平6−347530(JP,A) 特開 平5−107329(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 5/18 - 5/30 G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96Continuation of the front page (56) References JP-A-9-127237 (JP, A) JP-A-8-339200 (JP, A) JP-A-8-179029 (JP, A) JP-A-6-347530 (JP, A) (A) JP-A-5-107329 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01S 3/80-3/86 G01S 5/18-5/30 G01S 7/52 -7/64 G01S 15/00-15/96
Claims (7)
波を受波する受波器と、前記受波器により得られる海底
音響特性の測定データと伝搬計算により得られる海底音
響特性のレプリカデータとの相関値に基づいて、海底音
響特性を推定する解析手段とを備える海底音響特性測定
装置であって、 前記解析手段は、 繰り返しループごとに設定される海底音響特性に関する
多次元のパラメータセットに応じて、レプリカデータを
算出するレプリカデータ算出手段と、 前記受波器により得られる測定データと前記レプリカデ
ータとの相関値を算出する相関算出手段と、 前記相関値と前回のループ時に算出された相関値との差
を相関値変化として算出する相関変化算出手段と、 前記相関値変化に応じて、前記パラメータセットの値を
更新するか排除するかを選択する相関変化評価手段と、 パラメータセットの更新が選択された場合に、前記相関
値変化の移動平均を算出する移動平均算出手段と、 前記パラメータセットの更新が選択された場合に、パラ
メータセットの値を、今回のループ時に設定された前記
パラメータセットの値に更新するパラメータ更新手段
と、 予め定められた条件に基づいて、前記繰り返しループを
終了し、その時点における前記パラメータセットの値を
前記推定値として出力する終了判定手段とを備えること
を特徴とする海底音響特性測定装置。1. A receiver for receiving a sound wave transmitted from a sound source and propagated in the sea, measurement data of the seafloor acoustic characteristics obtained by the receiver and replica data of the seafloor acoustic characteristics obtained by propagation calculation And an analysis means for estimating a seafloor acoustic characteristic based on a correlation value with the submarine acoustic characteristic, wherein the analyzing means comprises a multidimensional parameter set related to the submarine acoustic characteristic set for each repetition loop. Accordingly, replica data calculating means for calculating replica data, correlation calculating means for calculating a correlation value between the measurement data obtained by the receiver and the replica data, and the correlation value and calculated in a previous loop. Correlation change calculating means for calculating a difference from a correlation value as a change in the correlation value; and updating or eliminating the value of the parameter set according to the change in the correlation value. Correlation update evaluating means for selecting whether or not, when updating of a parameter set is selected, moving average calculating means for calculating a moving average of the correlation value change, and when updating of the parameter set is selected, Parameter updating means for updating the value of the parameter set to the value of the parameter set set at the time of this loop; and terminating the iterative loop based on a predetermined condition, and setting the value of the parameter set at that time. And an end determination unit that outputs the estimated value as the estimated value.
増加するように変化した場合、あるいは前記相関値が低
下するように変化しかつ乱数計算により得られる値が前
記相関値の低下を許容する確率分布を満たす場合に、前
記パラメータセットの値を更新することを選択すること
を特徴とする前記請求項1に記載の海底音響特性測定装
置。2. The method according to claim 1, wherein the correlation change evaluation means changes the correlation value so as to increase, or changes the correlation value so as to decrease, and a value obtained by random number calculation allows the correlation value to decrease. The apparatus according to claim 1, wherein when a probability distribution is satisfied, updating of the value of the parameter set is selected.
動平均値に比例する前記確率分布を算出された前記移動
平均値に応じて更新するものであり、 前記相関変化評価手段は、 次回のループでは、更新された前記確率分布を用いて、
前記パラメータセットの値を更新するか否かを選択する
ことを特徴とする前記請求項2に記載の海底音響特性測
定装置。3. The moving average calculating means calculates a moving average of the correlation value change, and updates the probability distribution proportional to the moving average value according to the calculated moving average value. In the next loop, the correlation change evaluation means uses the updated probability distribution,
The apparatus according to claim 2, wherein whether to update the value of the parameter set is selected.
変動幅を評価し、全てのパラメータセットの設定値の変
動が、予め定められた値以下に安定する場合に、繰り返
しループを終了することを特徴とする前記請求項1に記
載の海底音響特性測定装置。4. The end determination means evaluates a variation range of the set values of the parameter set with respect to the number of repetitions, and when the variation of the set values of all the parameter sets is stabilized to a predetermined value or less, The apparatus according to claim 1, wherein the repetition loop is terminated.
波を受波する受波器により得られる海底音響特性の測定
データと伝搬計算により得られる海底音響特性のレプリ
カデータとの相関値に基づいて、海底音響特性を推定す
る海底音響特性測定方法であって、 繰り返しループごとに設定される海底音響特性に関する
多次元のパラメータセットに応じて、レプリカデータを
算出するレプリカデータ算出ステップと、 前記受波器により得られる測定データと前記レプリカデ
ータとの相関値を算出する相関算出ステップと、 前記相関値と前回のループ時に算出された相関値との差
を相関値変化として算出する相関変化算出ステップと、 前記相関値変化に応じて、前記パラメータセットの値を
更新するか排除するかを選択する相関変化評価ステップ
と、 パラメータセットの更新が選択された場合に、前記相関
値変化の移動平均を算出する移動平均算出ステップと、 前記パラメータセットの更新が選択された場合に、パラ
メータセットの値を、今回のループ時に設定された前記
パラメータセットの値に更新するパラメータ更新ステッ
プと、 予め定められた条件に基づいて、前記繰り返しループを
終了し、その時点における前記パラメータセットの値を
前記推定値として出力する終了判定ステップとを含むこ
とを特徴とする海底音響特性測定方法。5. A method based on a correlation value between measured data of seafloor acoustic characteristics obtained by a receiver for receiving a sound wave transmitted from a sound source and propagated in the sea, and replica data of submarine acoustic characteristics obtained by propagation calculation. A submarine acoustic characteristic measuring method for estimating a submarine acoustic characteristic, the replica data calculating step of calculating replica data according to a multidimensional parameter set relating to the submarine acoustic characteristic set for each repetition loop; A correlation calculation step for calculating a correlation value between the measurement data obtained by the wave filter and the replica data; and a correlation change calculation step for calculating a difference between the correlation value and the correlation value calculated in the previous loop as a correlation value change. And a correlation change evaluation step of selecting whether to update or exclude the value of the parameter set according to the change in the correlation value. When the update of the parameter set is selected, a moving average calculation step of calculating a moving average of the change in the correlation value, and when the update of the parameter set is selected, the value of the parameter set is changed at the time of this loop. A parameter updating step of updating to the set parameter set value; and an end determining step of terminating the iterative loop based on a predetermined condition and outputting the parameter set value at that time as the estimated value. And a method for measuring seafloor acoustic characteristics.
記相関値が低下するように変化しかつ乱数計算により得
られる値が前記相関値の低下を許容する確率分布を満た
す場合に、前記パラメータセットの値を更新することを
選択することを特徴とする前記請求項5に記載の海底音
響特性測定方法。6. The correlation change evaluation step, wherein the correlation value changes so as to increase, or the correlation value changes so as to decrease, and a value obtained by random number calculation allows the decrease in the correlation value. The method according to claim 5, wherein when the probability distribution is satisfied, updating the value of the parameter set is selected.
変動幅を評価し、全てのパラメータセットの設定値の変
動が、予め定められた値以下に安定する場合に、繰り返
しループを終了することを特徴とする前記請求項5に記
載の海底音響特性測定方法。7. The end determination step evaluates a variation range of the set value of the parameter set with respect to the number of repetitions, and when the variation of the set values of all the parameter sets is stabilized to a predetermined value or less, The method according to claim 5, wherein the repetition loop is terminated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8070150A JP2781775B2 (en) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | Method and apparatus for measuring seafloor acoustic characteristics |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09257916A JPH09257916A (en) | 1997-10-03 |
JP2781775B2 true JP2781775B2 (en) | 1998-07-30 |
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-
1996
- 1996-03-26 JP JP8070150A patent/JP2781775B2/en not_active Expired - Lifetime
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