JP3075272B2 - 目標自動追尾方法及び装置 - Google Patents
目標自動追尾方法及び装置Info
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- JP3075272B2 JP3075272B2 JP10313469A JP31346998A JP3075272B2 JP 3075272 B2 JP3075272 B2 JP 3075272B2 JP 10313469 A JP10313469 A JP 10313469A JP 31346998 A JP31346998 A JP 31346998A JP 3075272 B2 JP3075272 B2 JP 3075272B2
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- Japan
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- target
- circuit
- depth
- approximation
- directional microphone
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、目標自動追尾方法
及び装置に関し、特に目標の位置局限（位置と深度の推
定）とマイクロフォンに対する目標の最接近点（Closes
t Point of Approach：「ＣＰＡ」という）の位置及び
時刻等の予測に関する。
及び装置に関し、特に目標の位置局限（位置と深度の推
定）とマイクロフォンに対する目標の最接近点（Closes
t Point of Approach：「ＣＰＡ」という）の位置及び
時刻等の予測に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロフォンより受波した目標からの
直接波と海面等の反射波とから干渉縞を利用して目標の
位置局限を行うようにした目標追尾装置が知られてい
る。このような目標追尾装置は、音響をマイクロフォン
で受波して測定する測定時点（測定点）の設定は手動に
より行うものであり、また、位置局限の測定点は２点の
みで行うものであり、しかも、２つの測定点の設定のう
ち１測定点は目標がＣＰＡに到達する時点とする必要が
あった。
直接波と海面等の反射波とから干渉縞を利用して目標の
位置局限を行うようにした目標追尾装置が知られてい
る。このような目標追尾装置は、音響をマイクロフォン
で受波して測定する測定時点（測定点）の設定は手動に
より行うものであり、また、位置局限の測定点は２点の
みで行うものであり、しかも、２つの測定点の設定のう
ち１測定点は目標がＣＰＡに到達する時点とする必要が
あった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の目標追尾装置で
は、前述のように測定点は操作者の手動により設定する
ものであったため、操作者にとって大きな作業負担を伴
うものであった。また、目標の発する音響情報の２つの
測定値のみを利用するものであったので、利用する音響
情報が限られており、位置局限の精度を充分に向上させ
ることができなかった。更に、設定する２つの測定点の
うち１つはＣＰＡとする必要があったが、ＣＰＡを予測
することは極めて困難であり、このことからも目標の位
置局限の負担の低減と精度の向上は困難であった。
は、前述のように測定点は操作者の手動により設定する
ものであったため、操作者にとって大きな作業負担を伴
うものであった。また、目標の発する音響情報の２つの
測定値のみを利用するものであったので、利用する音響
情報が限られており、位置局限の精度を充分に向上させ
ることができなかった。更に、設定する２つの測定点の
うち１つはＣＰＡとする必要があったが、ＣＰＡを予測
することは極めて困難であり、このことからも目標の位
置局限の負担の低減と精度の向上は困難であった。
【０００４】（発明の目的）本発明の目的は、高精度に
位置局限を行うことが可能な目標自動追尾方法及び装置
を提供することにある。
位置局限を行うことが可能な目標自動追尾方法及び装置
を提供することにある。
【０００５】本発明の他の目的は、目標の最接近点の位
置及び最接近点への到達時刻を予測することが可能な目
標自動追尾方法及び装置を提供することにある。
置及び最接近点への到達時刻を予測することが可能な目
標自動追尾方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の目標自動追尾方法は、水中に設置した指向
性マイクロフォンを用いて目標が発する音響の海面（又
は海底）反射波及び直接波を音響信号として受波し、前
記音響信号の所定帯域のケプストラム分析を行うことに
よりケフレンシを算出し、基本波周波数のケフレンシを
時間的に追跡することによりラインを抽出し、該ライン
の逆数により発生させた周波数対時間の関数に対して双
曲線関数（２次関数）近似を行い、前記双曲線関数の近
似係数、音速、指向性マイクロホン深度及び目標の速度
情報を用いて目標の位置及び深度の情報を取得すること
を特徴とする。
め、本発明の目標自動追尾方法は、水中に設置した指向
性マイクロフォンを用いて目標が発する音響の海面（又
は海底）反射波及び直接波を音響信号として受波し、前
記音響信号の所定帯域のケプストラム分析を行うことに
よりケフレンシを算出し、基本波周波数のケフレンシを
時間的に追跡することによりラインを抽出し、該ライン
の逆数により発生させた周波数対時間の関数に対して双
曲線関数（２次関数）近似を行い、前記双曲線関数の近
似係数、音速、指向性マイクロホン深度及び目標の速度
情報を用いて目標の位置及び深度の情報を取得すること
を特徴とする。
【０００７】本発明の目標自動追尾装置は、水中に設置
した指向性マイクロフォンを用いて音響を受波し分析す
ることにより水中を航走する目標を追尾する目標自動追
尾装置において、前記指向性マイクロフォンにより目標
が発する広帯域雑音の海面又は海底反射と直接波とを受
波し両者の時間差からロイドミラー効果により生じる干
渉縞の周波数間隔を検出する干渉縞検出回路と、前記周
波数間隔の２乗値に対し双曲線関数近似を行い双曲線関
数近似式の近似係数を算出する関数近似回路と、目標の
速度情報を入力する情報入力回路と、前記近似係数、音
速、指向性マイクロホン深度及び前記目標の速度情報を
用いて目標の位置、深度を計算する位置・深度推定回路
とを有することを特徴とする。また、前記干渉縞検出回
路は、受波した信号のケプストラム分析を行った後、ラ
インを抽出し干渉縞の基本周波数を算出する手段を有す
る。
した指向性マイクロフォンを用いて音響を受波し分析す
ることにより水中を航走する目標を追尾する目標自動追
尾装置において、前記指向性マイクロフォンにより目標
が発する広帯域雑音の海面又は海底反射と直接波とを受
波し両者の時間差からロイドミラー効果により生じる干
渉縞の周波数間隔を検出する干渉縞検出回路と、前記周
波数間隔の２乗値に対し双曲線関数近似を行い双曲線関
数近似式の近似係数を算出する関数近似回路と、目標の
速度情報を入力する情報入力回路と、前記近似係数、音
速、指向性マイクロホン深度及び前記目標の速度情報を
用いて目標の位置、深度を計算する位置・深度推定回路
とを有することを特徴とする。また、前記干渉縞検出回
路は、受波した信号のケプストラム分析を行った後、ラ
インを抽出し干渉縞の基本周波数を算出する手段を有す
る。
【０００８】より具体的には、到来する音響信号を複数
の方位について受波する指向性マイクロフォン（図１の
１）、その出力を入力する入力回路（図１の２）と、そ
の音響信号のケフレンシを検出するケプストラム回路
（図１の３）と、検出されたケフレンシから基本周波数
のラインを抽出する抽出回路（図１の４）と、抽出され
たラインの双曲線関数近似を行う関数近似回路（図１の
５）と、目標の速度情報を入力する情報入力回路（図１
の７）と、関数近似回路からの近似係数と情報入力回路
からの速度情報から目標の位置と深度を算出する位置・
深度推定回路（図１の６）とを備える。
の方位について受波する指向性マイクロフォン（図１の
１）、その出力を入力する入力回路（図１の２）と、そ
の音響信号のケフレンシを検出するケプストラム回路
（図１の３）と、検出されたケフレンシから基本周波数
のラインを抽出する抽出回路（図１の４）と、抽出され
たラインの双曲線関数近似を行う関数近似回路（図１の
５）と、目標の速度情報を入力する情報入力回路（図１
の７）と、関数近似回路からの近似係数と情報入力回路
からの速度情報から目標の位置と深度を算出する位置・
深度推定回路（図１の６）とを備える。
【０００９】（作用）受波した音響信号からケプストラ
ム回路によりその周波数間隔が自動的に検出される。次
に、抽出回路により基本周波数が検出され時間方向のラ
インとして自動抽出される。該ラインの周波数から関数
近似回路で周波数対時間軸上の双曲線関数（２次関数）
近似が行われ、目標の位置情報が算出される。
ム回路によりその周波数間隔が自動的に検出される。次
に、抽出回路により基本周波数が検出され時間方向のラ
インとして自動抽出される。該ラインの周波数から関数
近似回路で周波数対時間軸上の双曲線関数（２次関数）
近似が行われ、目標の位置情報が算出される。
【００１０】
【発明の実施の形態】（構成の説明）次に、本発明の目
標自動追尾方法及び装置の一実施の形態について図面を
参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態の
構成を示すブロック図である。
標自動追尾方法及び装置の一実施の形態について図面を
参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態の
構成を示すブロック図である。
【００１１】本実施の形態は、目標の発する広帯域雑音
等、到来する音響信号を複数の方位から受波する指向性
マイクロフォン１、音響信号の帯域を制限するローパス
フィルタを有する入力回路２と、その出力の音響信号の
基本周波数を検出するケプストラム回路３と、基本周波
数を抽出し更にラインを抽出し周波数に変換する抽出回
路４と、抽出されたラインの周波数から双曲線関数（２
次関数）近似を行う関数近似回路５と、目標の速度情報
を入力する情報入力回路７と、関数近似回路で近似した
関数の近似係数、音速、指向性マイクロホン深度及び情
報入力回路からの目標の速度情報を用いて目標の位置と
深度を算出する位置・深度推定回路６とを備える。各部
の機能概要は以下のとおりである。
等、到来する音響信号を複数の方位から受波する指向性
マイクロフォン１、音響信号の帯域を制限するローパス
フィルタを有する入力回路２と、その出力の音響信号の
基本周波数を検出するケプストラム回路３と、基本周波
数を抽出し更にラインを抽出し周波数に変換する抽出回
路４と、抽出されたラインの周波数から双曲線関数（２
次関数）近似を行う関数近似回路５と、目標の速度情報
を入力する情報入力回路７と、関数近似回路で近似した
関数の近似係数、音速、指向性マイクロホン深度及び情
報入力回路からの目標の速度情報を用いて目標の位置と
深度を算出する位置・深度推定回路６とを備える。各部
の機能概要は以下のとおりである。
【００１２】指向性マイクロフォン１は、目標が発する
音響の海面反射波又は海底反射波を受波するとともに、
目標からの直接波を受波して音響信号に変換して入力回
路２へ出力する。
音響の海面反射波又は海底反射波を受波するとともに、
目標からの直接波を受波して音響信号に変換して入力回
路２へ出力する。
【００１３】入力回路２では、まず、対象となる周波数
範囲の音響信号帯域を通過させるローパスフィルタ２１
により濾波処理を行う。次に、Ａ／Ｄ変換器２２によ
り、帯域制限された音響信号をデジタル信号に変換して
ケプストラム回路３へ出力する。
範囲の音響信号帯域を通過させるローパスフィルタ２１
により濾波処理を行う。次に、Ａ／Ｄ変換器２２によ
り、帯域制限された音響信号をデジタル信号に変換して
ケプストラム回路３へ出力する。
【００１４】ケプストラム回路３では、高速フーリエ変
換回路（ＦＦＴ回路）３１、２乗変換回路３２、対数変
換回路３３及び逆ＦＦＴ回路３４により一連の処理を行
って、信号のケフレンシを算出し抽出回路４へ出力す
る。つまり、ＦＦＴ回路３１は時間領域の情報の高速フ
ーリェ変換を行い周波数領域の情報に変換する。２乗変
換回路３２は前記周波数領域の情報の２乗検波を行う。
対数変換回路３３は周波数領域の情報の前記検波出力で
あるパワースペクトルの対数をとる。逆ＦＦＴ回路３４
は対数変換処理結果の高速逆フーリェ変換を行い検波し
てケプストラム信号を生成し、該ケプストラム信号から
ケフレンシを出力する。
換回路（ＦＦＴ回路）３１、２乗変換回路３２、対数変
換回路３３及び逆ＦＦＴ回路３４により一連の処理を行
って、信号のケフレンシを算出し抽出回路４へ出力す
る。つまり、ＦＦＴ回路３１は時間領域の情報の高速フ
ーリェ変換を行い周波数領域の情報に変換する。２乗変
換回路３２は前記周波数領域の情報の２乗検波を行う。
対数変換回路３３は周波数領域の情報の前記検波出力で
あるパワースペクトルの対数をとる。逆ＦＦＴ回路３４
は対数変換処理結果の高速逆フーリェ変換を行い検波し
てケプストラム信号を生成し、該ケプストラム信号から
ケフレンシを出力する。
【００１５】抽出回路４では、まず、基本周波数抽出回
路４１により前記ケプストラム回路で算出された各ケフ
レンシから高ケフレンシ部分のみを抽出し、その結果か
らノイズ成分を取り除き基本周波数を抽出する。ライン
抽出回路４２では、基本周波数の信号レベルの真のピー
ク位置を求めた後、時間方向にトラッキングしてライン
を抽出して周波数変換回路４３へ出力する（ライン抽出
回路については、特願平５−３２４４３２号公報参
照）。周波数変換回路４３では、ライン抽出回路４２で
抽出されたケフレンシの逆数をとり周波数に変換して関
数近似回路５へ出力する。
路４１により前記ケプストラム回路で算出された各ケフ
レンシから高ケフレンシ部分のみを抽出し、その結果か
らノイズ成分を取り除き基本周波数を抽出する。ライン
抽出回路４２では、基本周波数の信号レベルの真のピー
ク位置を求めた後、時間方向にトラッキングしてライン
を抽出して周波数変換回路４３へ出力する（ライン抽出
回路については、特願平５−３２４４３２号公報参
照）。周波数変換回路４３では、ライン抽出回路４２で
抽出されたケフレンシの逆数をとり周波数に変換して関
数近似回路５へ出力する。
【００１６】関数近似回路５では、抽出回路４により抽
出されたラインに対する双曲線関数近似処理を行う。関
数近似回路５は検出されたラインの２乗誤差が最も小さ
くなる関数が算出されるように計算して双曲線関数へ近
似する。そして近似された双曲線関数の近似係数を位置
・深度推定回路６に出力する。
出されたラインに対する双曲線関数近似処理を行う。関
数近似回路５は検出されたラインの２乗誤差が最も小さ
くなる関数が算出されるように計算して双曲線関数へ近
似する。そして近似された双曲線関数の近似係数を位置
・深度推定回路６に出力する。
【００１７】位置・深度推定回路６では、音速、指向性
マイクロホン深度及び情報入力回路７から入力された目
標の速度情報と前記関数近似回路によって算出され近似
係数とから、目標の指向性マイクロホンへの最接近点
（ＣＰＡ）の水平方向の距離（ＣＰＡレンジ）ｒ、目標
の深度ｚ及び目標の最接近点の到達時刻（ＣＰＡ予測時
刻）ｔｏを算出する。
マイクロホン深度及び情報入力回路７から入力された目
標の速度情報と前記関数近似回路によって算出され近似
係数とから、目標の指向性マイクロホンへの最接近点
（ＣＰＡ）の水平方向の距離（ＣＰＡレンジ）ｒ、目標
の深度ｚ及び目標の最接近点の到達時刻（ＣＰＡ予測時
刻）ｔｏを算出する。
【００１８】（動作の説明）次に、本実施の形態の双曲
線関数近似によるＣＰＡレンジｒ、目標の深度ｚ及びＣ
ＰＡ予測時刻ｔｏの算出の動作を示し、シミュレーショ
ン結果との比較結果を説明する。まず、最初に本実施の
形態の双曲線関数近似の動作について説明する。
線関数近似によるＣＰＡレンジｒ、目標の深度ｚ及びＣ
ＰＡ予測時刻ｔｏの算出の動作を示し、シミュレーショ
ン結果との比較結果を説明する。まず、最初に本実施の
形態の双曲線関数近似の動作について説明する。
【００１９】図２及び図３は、本実施の形態における双
曲線関数近似の動作を説明するための図である。図２に
は海中の目標を含む垂直断面方向を示しており、図３に
は海中を上方向からみた目標を含む水平断面方向を示し
ている。海面下の深度ｚ（目標深度）に目標が存在し、
前記目標から水平距離ｗ、海面下の深度ｄ（マイクロフ
ォン深度）に指向性マイクロフォンが設置されている。
図２では、指向性マイクロフォンが直接波と海面反射波
の２つの伝搬路を経由する音響を受波する例を示してい
る。また、図３に示すように指向性マイクロフォンから
水平方向の距離ｒ（ＣＰＡレンジ）の位置の略深度ｚの
位置が目標の最接近点（ＣＰＡ）である。なお、目標は
ＣＰＡ方向にほぼ水平に速度ｖ（目標速度）で移動する
ものとする。
曲線関数近似の動作を説明するための図である。図２に
は海中の目標を含む垂直断面方向を示しており、図３に
は海中を上方向からみた目標を含む水平断面方向を示し
ている。海面下の深度ｚ（目標深度）に目標が存在し、
前記目標から水平距離ｗ、海面下の深度ｄ（マイクロフ
ォン深度）に指向性マイクロフォンが設置されている。
図２では、指向性マイクロフォンが直接波と海面反射波
の２つの伝搬路を経由する音響を受波する例を示してい
る。また、図３に示すように指向性マイクロフォンから
水平方向の距離ｒ（ＣＰＡレンジ）の位置の略深度ｚの
位置が目標の最接近点（ＣＰＡ）である。なお、目標は
ＣＰＡ方向にほぼ水平に速度ｖ（目標速度）で移動する
ものとする。
【００２０】図２において、指向性マイクロフォンが受
波する直接波と反射波の経路差Ｊは下式のようになる。 Ｊ＝（（ｚ＋ｄ）２＋ｗ２）１／２−（（ｚ−ｄ）２＋
ｗ２）１／２ ここで、ｚとｄに比べてｗが十分に大きい場合、これを
下式のようにみなすことができる。 Ｊ≒２＊ｄ＊ｃｏｓθ この経路差Ｊがｎ＊λ（ｎ：整数、λ：波長）となる
時、信号が強調されて縞模様ができる。つまり、Ｊ＝ｎ
＊λ＝ｎ＊ｃ／ｆ、（ｃ：音速、ｆ：周波数）となる周
波数が縞となる。縞の最小周波数間隔はｎ＝１の時であ
る。ＣＰＡを基準として考えると、前記縞部分の周波数
ｆ及びｆ２は、 ｆ＝ｃ／Ｊ＝ｃ／（２＊ｄ＊ｃｏｓθ） ｆ２＝ｃ２／（４＊ｄ２＊ｃｏｓθ２） となる。また、 ｔａｎ２θ＝１／ｃｏｓ２θ−１ であるから、ｔａｎ２θは、 ｔａｎ２θ＝４＊ｄ２＊ｆ２／ｃ２−１ となり、ここでｗが十分大きいことから、 ｔａｎ２θ＝ｗ２／ｚ２≒（ｒ２＋ｖ２＊ｔ２）／ｚ２ と近似できる。よって、ｆ２は、 ｆ２＝ｃ２／４ｄ２＊（ｒ２＋ｚ２＋ｖ２＊ｔ２）／ｚ２ ＝（ｃ２＊ｖ２）／（４ｄ２＊ｚ２）＊ｔ２＋ｃ２（ｒ２＋ｚ２）／（４ ｄ２＊ｚ２） ………（１） として表せる。
波する直接波と反射波の経路差Ｊは下式のようになる。 Ｊ＝（（ｚ＋ｄ）２＋ｗ２）１／２−（（ｚ−ｄ）２＋
ｗ２）１／２ ここで、ｚとｄに比べてｗが十分に大きい場合、これを
下式のようにみなすことができる。 Ｊ≒２＊ｄ＊ｃｏｓθ この経路差Ｊがｎ＊λ（ｎ：整数、λ：波長）となる
時、信号が強調されて縞模様ができる。つまり、Ｊ＝ｎ
＊λ＝ｎ＊ｃ／ｆ、（ｃ：音速、ｆ：周波数）となる周
波数が縞となる。縞の最小周波数間隔はｎ＝１の時であ
る。ＣＰＡを基準として考えると、前記縞部分の周波数
ｆ及びｆ２は、 ｆ＝ｃ／Ｊ＝ｃ／（２＊ｄ＊ｃｏｓθ） ｆ２＝ｃ２／（４＊ｄ２＊ｃｏｓθ２） となる。また、 ｔａｎ２θ＝１／ｃｏｓ２θ−１ であるから、ｔａｎ２θは、 ｔａｎ２θ＝４＊ｄ２＊ｆ２／ｃ２−１ となり、ここでｗが十分大きいことから、 ｔａｎ２θ＝ｗ２／ｚ２≒（ｒ２＋ｖ２＊ｔ２）／ｚ２ と近似できる。よって、ｆ２は、 ｆ２＝ｃ２／４ｄ２＊（ｒ２＋ｚ２＋ｖ２＊ｔ２）／ｚ２ ＝（ｃ２＊ｖ２）／（４ｄ２＊ｚ２）＊ｔ２＋ｃ２（ｒ２＋ｚ２）／（４ ｄ２＊ｚ２） ………（１） として表せる。
【００２１】前記（１）式は双曲線関数であり、受波さ
れた海面反射波と直接波の音響信号の時間差からロイド
ミラー効果により生じる干渉縞の縞部分に対応する関数
を表している。例えば、音響信号の基本周波数について
時間方向にラインを抽出すると周波数対時間平面上で近
似的に双曲線関数となることを示している。
れた海面反射波と直接波の音響信号の時間差からロイド
ミラー効果により生じる干渉縞の縞部分に対応する関数
を表している。例えば、音響信号の基本周波数について
時間方向にラインを抽出すると周波数対時間平面上で近
似的に双曲線関数となることを示している。
【００２２】このラインに近似する双曲線関数として
は、例えば、 ｆ２＝α＊（ｔ−γ）２＋β ………（２） と表すことができるので、前記（１）式よりα、βは下
式（３）、（４）のようになる。
は、例えば、 ｆ２＝α＊（ｔ−γ）２＋β ………（２） と表すことができるので、前記（１）式よりα、βは下
式（３）、（４）のようになる。
【００２３】 α＝（ｃ２＊ｖ２）／（４ｄ２＊ｚ２） ………（３） β＝ｃ２（ｒ２＋ｚ２）／（４ｄ２＊ｚ２） ………（４） このαとβの２式から目標のＣＰＡレンジｒと深度ｚは
次式（５）、（６）のようになる。 ｚ＝（（ｃ２＊ｖ２）／（４＊ｄ２＊α））１／２ ………（５） ｒ＝（β＊４＊ｄ２＊ｚ２／ｃ２−ｚ２）１／２ ………（６） ここで、音速ｃ、マイクロフォン深度ｄは既知であり、
また、目標速度ｖが与えられれば、α、βは実際のライ
ンから算出した前記双曲線関数（２）の近似関数の近似
係数（３）、（４）として求められるので、（５）、
（６）式から目標の深度ｚ及びＣＰＡレンジｒを求める
ことができる。また、（２）式を図に示すと図４のよう
になる。このときＣＰＡ予測時刻は双曲線の最下点にお
ける時刻であるから、ＣＰＡ予測時刻ｔｏはｔｏ＝γに
より求められる。
次式（５）、（６）のようになる。 ｚ＝（（ｃ２＊ｖ２）／（４＊ｄ２＊α））１／２ ………（５） ｒ＝（β＊４＊ｄ２＊ｚ２／ｃ２−ｚ２）１／２ ………（６） ここで、音速ｃ、マイクロフォン深度ｄは既知であり、
また、目標速度ｖが与えられれば、α、βは実際のライ
ンから算出した前記双曲線関数（２）の近似関数の近似
係数（３）、（４）として求められるので、（５）、
（６）式から目標の深度ｚ及びＣＰＡレンジｒを求める
ことができる。また、（２）式を図に示すと図４のよう
になる。このときＣＰＡ予測時刻は双曲線の最下点にお
ける時刻であるから、ＣＰＡ予測時刻ｔｏはｔｏ＝γに
より求められる。
【００２４】次に、本実施の形態による目標の深度ｚ、
ＣＰＡレンジｒ及びＣＰＡ予測時刻ｔｏの算出動作につ
いて、下記の条件を想定してシミュレーションを行い真
値と近似値との比較結果を説明する。ただし、シミュレ
ーションでは雑音を発生させる代わりに目標とマイクロ
フォンの位置関係から直接干渉縞の最小周波数間隔を発
生させることにより算出した。
ＣＰＡレンジｒ及びＣＰＡ予測時刻ｔｏの算出動作につ
いて、下記の条件を想定してシミュレーションを行い真
値と近似値との比較結果を説明する。ただし、シミュレ
ーションでは雑音を発生させる代わりに目標とマイクロ
フォンの位置関係から直接干渉縞の最小周波数間隔を発
生させることにより算出した。
【００２５】＜条件＞ 音速 ｃ＝１５００ｍ／ｓ マイクロフォン深度 ｄ＝６０ｍ 目標速度 ｖ＝５ｍ／ｓ 目標深度 ｚ＝１００ｍ ＣＰＡレンジ ｒ＝１００ｍ ＣＰＡ予測時刻（目標のＣＰＡまでの到達時間） ｔｏ
＝２００ｓｅｃ ＜真値＞前記（３）、（４）式に前記条件を代入するこ
とにより真値を算出する。
＝２００ｓｅｃ ＜真値＞前記（３）、（４）式に前記条件を代入するこ
とにより真値を算出する。
【００２６】 α＝（ｃ２＊ｖ２）／（４ｄ２＊ｚ２） ＝（１５００２＊５２）／（４＊６０２＊１００２） ＝０．３９０６ β＝ｃ２（ｚ２＋ｒ２）／（４ｄ２＊ｚ２） ＝１５００２＊（１００２＋１００２）／（４＊６０２＊１００２） ＝３１２．５ ＜近似結果＞目標とマイクロフォンの位置関係から直接
干渉縞の最小周波数間隔を発生させ近似式を算出すると
次の双曲線関数の近似式が得られる。
干渉縞の最小周波数間隔を発生させ近似式を算出すると
次の双曲線関数の近似式が得られる。
【００２７】ｆ２＝０．３９０５＊（ｔ−２００．１２
２７）２−３５５．０９４９ 従って、（３）〜（６）式から、ＣＰＡレンジｒ、ＣＰ
Ａ予測時刻ｔｏを求めるとつぎのようになる。
２７）２−３５５．０９４９ 従って、（３）〜（６）式から、ＣＰＡレンジｒ、ＣＰ
Ａ予測時刻ｔｏを求めるとつぎのようになる。
【００２８】 α ＝０．３９０５ ＝（ｃ２＊ｖ２）／（４＊ｄ２＊ｚ２） ｚ ＝（（ｃ２＊ｖ２）／（４＊ｄ２＊α））１／２ ＝（（１５００２＊５２）／（４＊６０２＊０．３９０５））１／２ ＝１００．０１６ β ＝３５５．０９４９ ＝ｃ２＊（ｚ２＋ｒ２）／（４＊ｄ２＊ｚ２） ｒ ＝（β＊４＊ｄ２＊ｚ２／ｃ２−ｚ２）１／２ ＝（３５５．０９４９＊４＊６０２＊１００．０１６２／１５００２−１ ００．０１６２）１／２ ＝１１２．８２７ また、指向性マイクロフォンに最接近することが予測さ
れる時刻であるＣＰＡ予測時刻ｔｏ（ｓｅｃ）は前記双
曲線関数の近似式から得られる。
れる時刻であるＣＰＡ予測時刻ｔｏ（ｓｅｃ）は前記双
曲線関数の近似式から得られる。
【００２９】ｔｏ＝γ ＝２００．１２２７ 以上より真値と近似結果との比較すると、近似結果は、
ＣＰＡまでの時間は０．１２秒、深度は０．０１６ｍ、
ＣＰＡレンジは１２．８２７ｍの誤差があるものの良好
な近似計算が可能であることがわかる。
ＣＰＡまでの時間は０．１２秒、深度は０．０１６ｍ、
ＣＰＡレンジは１２．８２７ｍの誤差があるものの良好
な近似計算が可能であることがわかる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、受波した音響信号から
基本周波数を自動的に算出し、その結果から目標の位置
と深度を推定するので、手動で測定点を設定する必要が
ないから、干渉縞を利用した目標の位置推定処理におい
て操作者の負荷を軽減することができる。
基本周波数を自動的に算出し、その結果から目標の位置
と深度を推定するので、手動で測定点を設定する必要が
ないから、干渉縞を利用した目標の位置推定処理におい
て操作者の負荷を軽減することができる。
【００３１】従来の技術では、目標の位置局限をおこな
う際に利用する観測データがＣＰＡを含めた２設定点し
かないのに対して、本発明では観測開始から位置情報等
の出力までの期間の観測データをすべて利用して位置局
限を行うので、より精度の高い結果が得られる。
う際に利用する観測データがＣＰＡを含めた２設定点し
かないのに対して、本発明では観測開始から位置情報等
の出力までの期間の観測データをすべて利用して位置局
限を行うので、より精度の高い結果が得られる。
【００３２】更に、関数近似を行い解を求めることによ
り、将来に起こる目標のマイクロフォンに対する最接近
点（ＣＰＡ）の時刻及びその時の目標位置情報の予測が
可能となる。
り、将来に起こる目標のマイクロフォンに対する最接近
点（ＣＰＡ）の時刻及びその時の目標位置情報の予測が
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図
である。
である。
【図２】本実施の形態の双曲線関数近似による動作を説
明のための側面図である。
明のための側面図である。
【図３】本実施の形態の双曲線関数近似による動作を説
明のための上面図である。
明のための上面図である。
【図４】双曲線関数近似を説明のための図である。
１ 指向性マイクロフォン ２ 入力回路 ３ ケプストラム回路 ４ 抽出回路 ５ 関数近似回路 ６ 位置・深度推定回路 ７ 情報入力回路 ２１ ローパスフィルタ ２２ Ａ／Ｄ変換回路 ３１ ＦＦＴ回路 ３２ ２乗変換回路 ３３ 対数変換回路 ３４ 逆ＦＦＴ回路 ４１ 基本周波数抽出回路 ４２ ライン抽出回路 ４３ 周波数変換回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−177066（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−152481（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−370781（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−288787（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−249096（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−271446（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−271445（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−38580（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 5/18 - 5/30 G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96
Claims (5)
- 【請求項１】 水中に設置した指向性マイクロフォンを
用いて目標が発する音響の海面又は海底反射波及び直接
波を音響信号として受波し、前記音響信号の所定帯域の
ケプストラム分析を行うことによりケフレンシを算出
し、基本波周波数のケフレンシを時間的に追跡すること
によりラインを抽出し、該ラインの逆数により発生させ
た周波数対時間の関数に対して双曲線関数近似を行い、
前記双曲線関数の近似係数、音速、指向性マイクロホン
深度及び目標の速度情報を用いて目標の位置及び深度の
情報を取得することを特徴とする目標自動追尾方法。 - 【請求項２】 前記双曲線関数近似は、 ｆ２＝α＊（ｔ−γ）２＋β （ｆ：周波数、ｔ：時
間、α、β、γ：近似係数） により近似し、音速ｃ（ｍ／ｓ）、マイクロフォン深度
ｄ（ｍ）、目標速度ｖ（ｍ／ｓ）として、目標深度ｚ
（ｍ）、ＣＰＡレンジｒ（ｍ）及びＣＰＡ予測時刻ｔｏ
（ｓｅｃ）を、 ｚ＝（（ｃ２＊ｖ２）／（４＊ｄ２＊α））１／２ ｒ＝（β＊４＊ｄ２＊ｚ２／ｃ２−ｚ２）１／２ ｔｏ＝γ により求めることを特徴とする請求項１記載の目標自動
追尾方法。 - 【請求項３】 水中に設置した指向性マイクロフォンを
用いて音響を受波し分析することにより水中を航走する
目標を追尾する目標自動追尾装置において、 前記指向性マイクロフォンにより目標が発する広帯域雑
音の海面又は海底反射と直接波とを受波し両者の時間差
からロイドミラー効果により生じる干渉縞の周波数間隔
を検出する干渉縞検出回路と、前記周波数間隔の時系列
信号の２乗値に対し双曲線関数近似を行い双曲線関数近
似式の近似係数を算出する関数近似回路と、目標の速度
情報を入力する情報入力回路と、前記近似係数、音速、
指向性マイクロホン深度及び前記目標の速度情報を用い
て目標の位置、深度を計算する位置・深度推定回路とを
有することを特徴とする目標自動追尾装置。 - 【請求項４】 前記干渉縞検出回路は、受波した信号の
ケプストラム分析を行った後、ラインを抽出し干渉縞の
基本周波数を算出する手段を有することを特徴とする請
求項３記載の目標自動追尾装置。 - 【請求項５】 目標が発する広帯域雑音の海面又は海底
反射と直接波とを受波する指向性マイクロフォンと、受
波した信号の帯域を制限してデジタル化する入力回路
と、入力回路の出力をＦＦＴ処理を行い、２乗変換及び
対数変換後逆ＦＦＴ処理を行ってケフレンシを算出する
ケプストラム回路と、算出したケフレンシから基本周波
数のケフレンシを時間方向に追跡してラインを抽出し周
波数に変換して出力する抽出回路と、抽出回路の出力の
双曲線関数近似を行いその近似係数を出力する関数近似
回路と、目標の速度情報を入力する情報入力回路と、前
記近似係数、音速、指向性マイクロホン深度及び前記目
標の速度情報を用いて目標の位置と深度を算出する位置
・深度推定回路とを有することを特徴とする目標自動追
尾装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10313469A JP3075272B2 (ja) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | 目標自動追尾方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10313469A JP3075272B2 (ja) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | 目標自動追尾方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000147084A JP2000147084A (ja) | 2000-05-26 |
| JP3075272B2 true JP3075272B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=18041686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10313469A Expired - Lifetime JP3075272B2 (ja) | 1998-11-04 | 1998-11-04 | 目標自動追尾方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3075272B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5716219B1 (ja) * | 2014-02-13 | 2015-05-13 | 防衛省技術研究本部長 | 位置推定方法及び位置推定装置 |
| CN105388479B (zh) * | 2015-11-11 | 2017-09-22 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种基于麦克风阵列的运动目标速度估计方法 |
| JP7452362B2 (ja) | 2020-09-30 | 2024-03-19 | 沖電気工業株式会社 | 距離演算装置、距離演算方法、および距離演算プログラム |
-
1998
- 1998-11-04 JP JP10313469A patent/JP3075272B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000147084A (ja) | 2000-05-26 |
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