JP3112777B2 - 信号入射角推定装置 - Google Patents
信号入射角推定装置Info
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- JP3112777B2 JP3112777B2 JP05209367A JP20936793A JP3112777B2 JP 3112777 B2 JP3112777 B2 JP 3112777B2 JP 05209367 A JP05209367 A JP 05209367A JP 20936793 A JP20936793 A JP 20936793A JP 3112777 B2 JP3112777 B2 JP 3112777B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数のセンサ素子を有
する音響センサアレイによって音波を受信し、その音響
センサアレイ中から選択された３つのセンサ素子間の受
信信号の位相差を推定することにより、該音波の音響セ
ンサアレイに対する入射角を推定する信号入射角推定装
置に関するものである。
する音響センサアレイによって音波を受信し、その音響
センサアレイ中から選択された３つのセンサ素子間の受
信信号の位相差を推定することにより、該音波の音響セ
ンサアレイに対する入射角を推定する信号入射角推定装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、信号の音響センサアレイに対する
信号入射角推定装置としては、例えば、次のような文献
に記載された、３つのセンサ素子間の受信信号の位相差
から音波の入射方位を算出する信号入射角推定装置が知
られている。 文献；特公平１−３８２７０号公報 図２は、前記文献に記載された従来の信号入射角推定装
置の一構成例を示す機能ブロック図である。図２の信号
入射角推定装置では、音波を受信する音響センサアレイ
１を備えている。音響センサアレイ１は、第１、第２及
び第３のセンサ素子１−１〜１−３を有し、その第１及
び第２のセンサ素子１−１，１−２が第１の位相差推定
器２−１に接続されると共に、その第１及び第３のセン
サ素子１−１，１−３が第２の位相差推定器２−２に接
続されている。第１の位相差推定器２−１は、第１のセ
ンサ素子１−１の出力信号に対して第２のセンサ素子１
−２の出力信号の位相差推定値φ12を推定し、第２の位
相差推定器２−２は第１のセンサ素子１−１の出力信号
に対して第３のセンサ素子１−３の出力信号の位相差推
定値φ13を推定する機能を有し、それらの出力側に乗算
器３−１，３−２がそれぞれ接続されている。乗算器３
−１は、位相差推定値φ12とレジスタ４−１に格納され
た定数とを乗算する回路、乗算器３−２は位相差推定値
φ13とレジスタ４−２に格納された定数とを乗算する回
路であり、それらの出力側に減算器５が接続されてい
る。減算器５は、乗算器３−２の出力から乗算器３−１
の出力を減算する機能を有し、その出力側に整数化器６
が接続されている。整数化器６は、減算器５の出力値に
対し、小数点以下を四捨五入する等の整数化を行うもの
で、その出力側に乗算器９が接続されている。また、乗
算器３−２の出力側には、乗算器７が接続されている。
乗算器７は、乗算器３−２の出力値とレジスタ８に格納
された信号周期Ｔ0 とを乗算して時間遅延換算値μを求
める機能を有し、その出力側に加算器１０が接続されて
いる。乗算器９は、整数化器６で求められた周期回転数
ｎとレジスタ８に格納された信号周期Ｔ0 とを乗算して
その乗算結果を加算器１０へ与える機能を有している。
加算器１０は、乗算器７から出力された時間遅延換算値
μと乗算器９の乗算結果とを加算するもので、その出力
側に角度換算器１１を介して出力端子１２が接続されて
いる。角度換算器１１は、加算器１０からの時間差を用
いて信号の入射方位を算出し、その算出結果を出力端子
１２へ出力する機能を有している。
信号入射角推定装置としては、例えば、次のような文献
に記載された、３つのセンサ素子間の受信信号の位相差
から音波の入射方位を算出する信号入射角推定装置が知
られている。 文献；特公平１−３８２７０号公報 図２は、前記文献に記載された従来の信号入射角推定装
置の一構成例を示す機能ブロック図である。図２の信号
入射角推定装置では、音波を受信する音響センサアレイ
１を備えている。音響センサアレイ１は、第１、第２及
び第３のセンサ素子１−１〜１−３を有し、その第１及
び第２のセンサ素子１−１，１−２が第１の位相差推定
器２−１に接続されると共に、その第１及び第３のセン
サ素子１−１，１−３が第２の位相差推定器２−２に接
続されている。第１の位相差推定器２−１は、第１のセ
ンサ素子１−１の出力信号に対して第２のセンサ素子１
−２の出力信号の位相差推定値φ12を推定し、第２の位
相差推定器２−２は第１のセンサ素子１−１の出力信号
に対して第３のセンサ素子１−３の出力信号の位相差推
定値φ13を推定する機能を有し、それらの出力側に乗算
器３−１，３−２がそれぞれ接続されている。乗算器３
−１は、位相差推定値φ12とレジスタ４−１に格納され
た定数とを乗算する回路、乗算器３−２は位相差推定値
φ13とレジスタ４−２に格納された定数とを乗算する回
路であり、それらの出力側に減算器５が接続されてい
る。減算器５は、乗算器３−２の出力から乗算器３−１
の出力を減算する機能を有し、その出力側に整数化器６
が接続されている。整数化器６は、減算器５の出力値に
対し、小数点以下を四捨五入する等の整数化を行うもの
で、その出力側に乗算器９が接続されている。また、乗
算器３−２の出力側には、乗算器７が接続されている。
乗算器７は、乗算器３−２の出力値とレジスタ８に格納
された信号周期Ｔ0 とを乗算して時間遅延換算値μを求
める機能を有し、その出力側に加算器１０が接続されて
いる。乗算器９は、整数化器６で求められた周期回転数
ｎとレジスタ８に格納された信号周期Ｔ0 とを乗算して
その乗算結果を加算器１０へ与える機能を有している。
加算器１０は、乗算器７から出力された時間遅延換算値
μと乗算器９の乗算結果とを加算するもので、その出力
側に角度換算器１１を介して出力端子１２が接続されて
いる。角度換算器１１は、加算器１０からの時間差を用
いて信号の入射方位を算出し、その算出結果を出力端子
１２へ出力する機能を有している。
【０００３】図３は、図２中の音響センサアレイ１の説
明図である。この音響センサアレイ１は、第１、第２及
び第３のセンサ素子１−１〜１−３を有し、それらがｘ
軸上に直線的に配置されている。第１のセンサ素子１−
１と第２のセンサ素子１−２の間隔はｄ12、第１のセン
サ素子１−１と第３のセンサ素子１−３の間隔はｄ13で
ある。これらのセンサ素子１−１〜１−３に対して中心
周波数ｆ0 の平面波が入射する場合、各センサ素子１−
１〜１−３の間隔ｄ12，ｄ13は、 ｄ12≦λ0／２，ｄ13＞λ0／２ の関係を満足するように選ばれる。ここで、λ0は信号
の波長で、λ0＝ｃ／ｆ0(但し、ｃ；音速）で与えられ
る。
明図である。この音響センサアレイ１は、第１、第２及
び第３のセンサ素子１−１〜１−３を有し、それらがｘ
軸上に直線的に配置されている。第１のセンサ素子１−
１と第２のセンサ素子１−２の間隔はｄ12、第１のセン
サ素子１−１と第３のセンサ素子１−３の間隔はｄ13で
ある。これらのセンサ素子１−１〜１−３に対して中心
周波数ｆ0 の平面波が入射する場合、各センサ素子１−
１〜１−３の間隔ｄ12，ｄ13は、 ｄ12≦λ0／２，ｄ13＞λ0／２ の関係を満足するように選ばれる。ここで、λ0は信号
の波長で、λ0＝ｃ／ｆ0(但し、ｃ；音速）で与えられ
る。
【０００４】まず、３センサ素子１−１，１−２，１−
３間の受信信号の位相差から、信号の入射方位を算出す
る信号入射角推定装置の原理について説明する。図２に
おいて、第１のセンサ素子１−１で受信した信号と第２
のセンサ素子１−２で受信した信号との時間差τ12は次
式（１）で、第１のセンサ素子１−１と第３のセンサ素
子１−３との時間差τ13は次式（２）で、それぞれあら
わすことができる。 τ12＝ｄ12・cosθ／ｃ ・・・（１） 但し、ｃ；音速 τ13＝ｄ13・cosθ／ｃ ・・・（２） 但し、ｃ；音速 従って、時間差τ12またはτ13を求めれば、（１）式ま
たは（２）式より、信号の入射方位θを算出することが
できるが、この方式では方位誤差の小さい（２）式が使
用される。（２）式の時間差τ13は、第１のセンサ素子
１−１と第３のセンサ素子１−３との間隔ｄ13が信号波
長の１／２以上であるため、位相差推定値φ13から直接
求めることは出来ないが、該位相差推定値φ13から求め
た時間遅延換算値μと信号周期Ｔ0（＝１／ｆ0)とを用
いて次式（３）であらわせる。 τ13＝μ＋ｎＴ0 μ＝φ13／（２πｆ0) ＝（φ13／２π)・Ｔ0 ・・・（３） ここで、ｎは周期回転数であって整数値をとる。このｎ
の値は、第１のセンサ素子１−１の出力信号に対する第
２のセンサ素子１−２の出力信号の位相差推定値φ
12（但し、｜φ12｜≦π）を用いて算出する。即ち、
（１）式及び（２）式より、時間差τ13は次式（４）で
あらわせる。 τ13＝（ｄ13／ｄ12）τ12 ・・・（４） この（４）式を（３）式に代入し、ｎについて解いて整
理すると、次式（５）を得る。 ｎ＝φ12・｛ｄ13／（ｄ12・２π）｝−φ13・｛１／（２π)} ・・・（５） 観測する位相差φ12及びφ13には誤差が含まれるので、
（５）式のｎの値は整数にはならない。よって、ｎを整
数化した値を用い（３）式によって時間差τ13を算出
し、（２）式に代入することによって信号の入射方位θ
を算出することができる。
３間の受信信号の位相差から、信号の入射方位を算出す
る信号入射角推定装置の原理について説明する。図２に
おいて、第１のセンサ素子１−１で受信した信号と第２
のセンサ素子１−２で受信した信号との時間差τ12は次
式（１）で、第１のセンサ素子１−１と第３のセンサ素
子１−３との時間差τ13は次式（２）で、それぞれあら
わすことができる。 τ12＝ｄ12・cosθ／ｃ ・・・（１） 但し、ｃ；音速 τ13＝ｄ13・cosθ／ｃ ・・・（２） 但し、ｃ；音速 従って、時間差τ12またはτ13を求めれば、（１）式ま
たは（２）式より、信号の入射方位θを算出することが
できるが、この方式では方位誤差の小さい（２）式が使
用される。（２）式の時間差τ13は、第１のセンサ素子
１−１と第３のセンサ素子１−３との間隔ｄ13が信号波
長の１／２以上であるため、位相差推定値φ13から直接
求めることは出来ないが、該位相差推定値φ13から求め
た時間遅延換算値μと信号周期Ｔ0（＝１／ｆ0)とを用
いて次式（３）であらわせる。 τ13＝μ＋ｎＴ0 μ＝φ13／（２πｆ0) ＝（φ13／２π)・Ｔ0 ・・・（３） ここで、ｎは周期回転数であって整数値をとる。このｎ
の値は、第１のセンサ素子１−１の出力信号に対する第
２のセンサ素子１−２の出力信号の位相差推定値φ
12（但し、｜φ12｜≦π）を用いて算出する。即ち、
（１）式及び（２）式より、時間差τ13は次式（４）で
あらわせる。 τ13＝（ｄ13／ｄ12）τ12 ・・・（４） この（４）式を（３）式に代入し、ｎについて解いて整
理すると、次式（５）を得る。 ｎ＝φ12・｛ｄ13／（ｄ12・２π）｝−φ13・｛１／（２π)} ・・・（５） 観測する位相差φ12及びφ13には誤差が含まれるので、
（５）式のｎの値は整数にはならない。よって、ｎを整
数化した値を用い（３）式によって時間差τ13を算出
し、（２）式に代入することによって信号の入射方位θ
を算出することができる。
【０００５】次に、このような原理を用いた図２の装置
の動作を説明する。第１の位相差推定器２−１では、第
１のセンサ素子１−１からの出力信号と、第２のセンサ
素子１−２からの出力信号との位相差推定値φ12（但
し、｜φ12｜≦π）を求め、乗算器３−１に出力する。
第２の位相差推定器２−２でも同様に、第１のセンサ素
子１−１からの出力信号と、第３のセンサ素子１−３か
らの出力信号との位相差推定値φ13（但し、｜φ13｜≦
π）を求め、乗算器３−２に出力する。乗算器３−１
は、位相差推定値φ12と、レジスタ４−１からの定数の
出力値ｄ13／（ｄ12・２π）とを乗算して、（５）式の
第１項目の値φ12・｛ｄ13／（ｄ12・２π）｝を算出
し、減算器５へ出力する。同様に、乗算器３−２は、位
相差推定値φ13と、レジスタ４−２からの定数の出力値
｛１／２π｝とを乗算して、（５）式の第２項目の値
｛φ13／２π｝を算出し、減算器５及び乗算器７へ出力
する。
の動作を説明する。第１の位相差推定器２−１では、第
１のセンサ素子１−１からの出力信号と、第２のセンサ
素子１−２からの出力信号との位相差推定値φ12（但
し、｜φ12｜≦π）を求め、乗算器３−１に出力する。
第２の位相差推定器２−２でも同様に、第１のセンサ素
子１−１からの出力信号と、第３のセンサ素子１−３か
らの出力信号との位相差推定値φ13（但し、｜φ13｜≦
π）を求め、乗算器３−２に出力する。乗算器３−１
は、位相差推定値φ12と、レジスタ４−１からの定数の
出力値ｄ13／（ｄ12・２π）とを乗算して、（５）式の
第１項目の値φ12・｛ｄ13／（ｄ12・２π）｝を算出
し、減算器５へ出力する。同様に、乗算器３−２は、位
相差推定値φ13と、レジスタ４−２からの定数の出力値
｛１／２π｝とを乗算して、（５）式の第２項目の値
｛φ13／２π｝を算出し、減算器５及び乗算器７へ出力
する。
【０００６】減算器５は乗算器３−１の出力から乗算器
３−２の出力の減算を行うことにより、（５）式のｎの
値の計算を行い、その結果を整数化器６へ出力する。整
数化器６は、減算器５からのｎの値に対し、小数点以下
を四捨五入する等の整数化を実施し、その結果を乗算器
９に出力する。一方、乗算器７は、乗算器３−２からの
出力値｛φ13／２π}と、レジスタ８からの出力である
信号周期Ｔ0とを乗算して、（３）式で与えられる時間
遅延換算値μを加算器１０へ出力する。乗算器９は、整
数化器６の出力であるｎの値と、レジスタ８からの出力
である信号周期Ｔ0 とを乗算して、（３）式の時間差τ
13の計算式の第２項目の値の計算を行い、その結果を加
算器１０に出力する。加算器１０は、乗算器７からの時
間遅延換算値μと、乗算器９からの出力とを加算するこ
とにより、（３）式の時間差τ13の計算を行い、その結
果を角度換算器１１に出力する。角度換算器１１は、加
算器１０からの時間差τ13を用い、（２）式をθについ
て解いた次式（６）を用いて信号の入射方位θを算出
し、その結果を出力端子１２に出力する。 θ＝cos-1（ｃ・τ13／ｄ13） ・・・（６）
３−２の出力の減算を行うことにより、（５）式のｎの
値の計算を行い、その結果を整数化器６へ出力する。整
数化器６は、減算器５からのｎの値に対し、小数点以下
を四捨五入する等の整数化を実施し、その結果を乗算器
９に出力する。一方、乗算器７は、乗算器３−２からの
出力値｛φ13／２π}と、レジスタ８からの出力である
信号周期Ｔ0とを乗算して、（３）式で与えられる時間
遅延換算値μを加算器１０へ出力する。乗算器９は、整
数化器６の出力であるｎの値と、レジスタ８からの出力
である信号周期Ｔ0 とを乗算して、（３）式の時間差τ
13の計算式の第２項目の値の計算を行い、その結果を加
算器１０に出力する。加算器１０は、乗算器７からの時
間遅延換算値μと、乗算器９からの出力とを加算するこ
とにより、（３）式の時間差τ13の計算を行い、その結
果を角度換算器１１に出力する。角度換算器１１は、加
算器１０からの時間差τ13を用い、（２）式をθについ
て解いた次式（６）を用いて信号の入射方位θを算出
し、その結果を出力端子１２に出力する。 θ＝cos-1（ｃ・τ13／ｄ13） ・・・（６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
信号入射角推定装置では、次のような問題（ａ），
（ｂ）があり、それを解決することが困難であった。 （ａ） 入射する信号の中心周波数ｆ0 が既知であり、
センサ素子１−１，１−２，１−３の位置が中心周波数
ｆ0 に基づいて配列されている場合、設定した中心周波
数と異なる周波数が到来したときには、その方位を算出
できない場合がある。 （ｂ） 入射する信号の中心周波数ｆ0 の範囲が既知で
あり、各センサ素子１−１，１−２，１−３の位置がこ
の範囲の最高周波数に基づいて配列されている場合、低
い周波数の信号に対する入射角推定値の方位誤差が、高
い周波数の信号に対する入射角推定値の方位誤差よりも
大きくなる。 本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、設定
した中心周波数と異なる周波数が到来したときには方位
を算出できないことがある、さらに低い周波数の信号に
対する入射角推定の方位誤差が高い周波数の信号に対す
る入射角推定値の方位誤差よりも大きくなるという点に
ついて解決した信号入射角推定装置を提供するものであ
る。
信号入射角推定装置では、次のような問題（ａ），
（ｂ）があり、それを解決することが困難であった。 （ａ） 入射する信号の中心周波数ｆ0 が既知であり、
センサ素子１−１，１−２，１−３の位置が中心周波数
ｆ0 に基づいて配列されている場合、設定した中心周波
数と異なる周波数が到来したときには、その方位を算出
できない場合がある。 （ｂ） 入射する信号の中心周波数ｆ0 の範囲が既知で
あり、各センサ素子１−１，１−２，１−３の位置がこ
の範囲の最高周波数に基づいて配列されている場合、低
い周波数の信号に対する入射角推定値の方位誤差が、高
い周波数の信号に対する入射角推定値の方位誤差よりも
大きくなる。 本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、設定
した中心周波数と異なる周波数が到来したときには方位
を算出できないことがある、さらに低い周波数の信号に
対する入射角推定の方位誤差が高い周波数の信号に対す
る入射角推定値の方位誤差よりも大きくなるという点に
ついて解決した信号入射角推定装置を提供するものであ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、受信する音波の最高周波数の１／２波長
以下の間隔で配列された複数のセンサ素子を有する音響
センサアレイで受信した受信信号に対し、第１、第２及
び第３のセンサ素子を該音響センサアレイから選択し、
前記第１及び第２のセンサ素子の受信信号間の位相差推
定値φ12と、前記第１及び第３のセンサ素子の受信信号
間の位相差推定値φ13とから、前記音波の入射角を推定
する信号入射角推定装置において、次のような手段を設
けている。即ち、本発明では、前記第１のセンサ素子の
受信信号に対し周波数分析を行ってその周波数分析によ
り分割された周波数ビンのパワーを算出し、そのパワー
が所定の閾値を越える周波数ビンについてそのピーク周
波数を検出するピーク周波数検出手段と、センサ素子選
択手段とを、設けている。センサ素子選択手段は、前記
音響センサアレイの中から、前記第１のセンサ素子から
の距離が前記ピーク周波数検出手段で検出されたピーク
周波数の波長λの定数α倍（但し、０＜α≦０．５）と
なるセンサ素子を第２のセンサ素子として選択すると共
に、前記音響センサアレイの中から、前記第１のセンサ
素子からの距離が前記ピーク周波数の波長λの定数β倍
（但し、０．５＜β）となるセンサ素子を第３のセンサ
素子として選択する機能を有している。
決するために、受信する音波の最高周波数の１／２波長
以下の間隔で配列された複数のセンサ素子を有する音響
センサアレイで受信した受信信号に対し、第１、第２及
び第３のセンサ素子を該音響センサアレイから選択し、
前記第１及び第２のセンサ素子の受信信号間の位相差推
定値φ12と、前記第１及び第３のセンサ素子の受信信号
間の位相差推定値φ13とから、前記音波の入射角を推定
する信号入射角推定装置において、次のような手段を設
けている。即ち、本発明では、前記第１のセンサ素子の
受信信号に対し周波数分析を行ってその周波数分析によ
り分割された周波数ビンのパワーを算出し、そのパワー
が所定の閾値を越える周波数ビンについてそのピーク周
波数を検出するピーク周波数検出手段と、センサ素子選
択手段とを、設けている。センサ素子選択手段は、前記
音響センサアレイの中から、前記第１のセンサ素子から
の距離が前記ピーク周波数検出手段で検出されたピーク
周波数の波長λの定数α倍（但し、０＜α≦０．５）と
なるセンサ素子を第２のセンサ素子として選択すると共
に、前記音響センサアレイの中から、前記第１のセンサ
素子からの距離が前記ピーク周波数の波長λの定数β倍
（但し、０．５＜β）となるセンサ素子を第３のセンサ
素子として選択する機能を有している。
【０００９】
【作用】本発明によれば、以上のように信号入射角推定
装置を構成したので、音響センサアレイで受信した信号
に対し、ピーク周波数検出手段により、第１のセンサ素
子の出力信号を周波数分析し、パワーを算出してピーク
周波数を検出する。センサ素子選択手段は、音響センサ
アレイの中からピーク周波数ｆ0 に対応した第２及び第
３のセンサ素子を選択する。すると、第１及び第２のセ
ンサ素子の受信信号間の位相差推定値φ12と、第２及び
第３のセンサ素子の受信信号間の位相差推定値φ13とか
ら、音波の入射角が推定される。これにより、信号の周
波数に無関係に、入射角推定の周波数に対する方位誤差
がほぼ等しくなる。従って、前記課題を解決できるので
ある。
装置を構成したので、音響センサアレイで受信した信号
に対し、ピーク周波数検出手段により、第１のセンサ素
子の出力信号を周波数分析し、パワーを算出してピーク
周波数を検出する。センサ素子選択手段は、音響センサ
アレイの中からピーク周波数ｆ0 に対応した第２及び第
３のセンサ素子を選択する。すると、第１及び第２のセ
ンサ素子の受信信号間の位相差推定値φ12と、第２及び
第３のセンサ素子の受信信号間の位相差推定値φ13とか
ら、音波の入射角が推定される。これにより、信号の周
波数に無関係に、入射角推定の周波数に対する方位誤差
がほぼ等しくなる。従って、前記課題を解決できるので
ある。
【００１０】
【実施例】図１は、本発明の実施例を示す信号入射角推
定装置の機能ブロック図であり、従来の信号入射角推定
装置を示す図２中の要素と共通の要素には共通の符号が
付されている。この信号入射角推定装置では、従来の音
響センサアレイ１に代えて構成の異なる音響センサアレ
イ２１が設けられると共に、ピーク周波数検出手段であ
るピーク周波数検出器２２と、周期算出器２３、第２セ
ンサ素子選択器２４及び第３センサ素子選択器２５から
なるセンサ素子選択手段とが新たに設けられている。さ
らに、従来のレジスタ８が省略されると共に、レジスタ
４−１に代えて係数算出器２６が設けられている点のみ
が、従来のものと異なっている。音響センサアレイ２１
は、複数Ｎのセンサ素子２１−１，２１−２，…，２１
−Ｎを有し、それらが該音響センサアレイ２１で受信す
る音波の最高周波数の１／２波長以下の間隔で配列され
ている。センサ素子２１−１には、従来と同様に位相差
推定器２−１，２−２が接続されると共に、新たにピー
ク周波数検出器２２が接続され、さらにその出力側に周
期算出器２３が接続されている。ピーク周波数検出器２
２は、センサ素子２１−１の出力信号に基づきピーク周
波数ｆ0 を出力する機能を有している。周期算出器２３
は、従来のレジスタ８に代わるもので、ピーク周波数ｆ
0より信号周期Ｔ0を算出し、その信号周期Ｔ0 を係数算
出器２６、乗算器７，９、及び角度換算器１１に与える
と共に、第２センサ素子選択器２４及び第３センサ素子
選択器２５に与えるものである。
定装置の機能ブロック図であり、従来の信号入射角推定
装置を示す図２中の要素と共通の要素には共通の符号が
付されている。この信号入射角推定装置では、従来の音
響センサアレイ１に代えて構成の異なる音響センサアレ
イ２１が設けられると共に、ピーク周波数検出手段であ
るピーク周波数検出器２２と、周期算出器２３、第２セ
ンサ素子選択器２４及び第３センサ素子選択器２５から
なるセンサ素子選択手段とが新たに設けられている。さ
らに、従来のレジスタ８が省略されると共に、レジスタ
４−１に代えて係数算出器２６が設けられている点のみ
が、従来のものと異なっている。音響センサアレイ２１
は、複数Ｎのセンサ素子２１−１，２１−２，…，２１
−Ｎを有し、それらが該音響センサアレイ２１で受信す
る音波の最高周波数の１／２波長以下の間隔で配列され
ている。センサ素子２１−１には、従来と同様に位相差
推定器２−１，２−２が接続されると共に、新たにピー
ク周波数検出器２２が接続され、さらにその出力側に周
期算出器２３が接続されている。ピーク周波数検出器２
２は、センサ素子２１−１の出力信号に基づきピーク周
波数ｆ0 を出力する機能を有している。周期算出器２３
は、従来のレジスタ８に代わるもので、ピーク周波数ｆ
0より信号周期Ｔ0を算出し、その信号周期Ｔ0 を係数算
出器２６、乗算器７，９、及び角度換算器１１に与える
と共に、第２センサ素子選択器２４及び第３センサ素子
選択器２５に与えるものである。
【００１１】第２センサ素子選択器２４は、その入力側
がセンサ素子２１−２〜２１−Ｎに接続されると共に、
その出力側が位相差推定器２−１に接続され、信号周期
Ｔ0に基づき第２センサ素子を選択する機能を有してい
る。第３センサ素子選択器２５は、その入力側がセンサ
素子２１−２〜２１−Ｎに接続され、その出力側が位相
差推定器２−２に接続され、信号周期Ｔ0 に基づき第３
センサ素子を選択する機能を有してる。係数算出器２６
は、従来のレジスタ４−１に代わるもので、信号周期Ｔ
0 に基づき定数を算出し、それを乗算器３−１へ与える
機能を有している。図４は、図１中のピーク周波数検出
器２２の構成例を示す機能ブロック図である。このピー
ク周波数検出器２２は、センサ素子２１−１の出力信号
を入力する入力端子３１を有し、それには周波数分析器
３２、及びパワー算出器３３が接続されている。パワー
算出器３３の出力側と、閾値レジスタ３４の出力側には
比較器３５が接続され、該比較器３５の出力側にピーク
検出器３６を介して出力端子３７が接続されている。
がセンサ素子２１−２〜２１−Ｎに接続されると共に、
その出力側が位相差推定器２−１に接続され、信号周期
Ｔ0に基づき第２センサ素子を選択する機能を有してい
る。第３センサ素子選択器２５は、その入力側がセンサ
素子２１−２〜２１−Ｎに接続され、その出力側が位相
差推定器２−２に接続され、信号周期Ｔ0 に基づき第３
センサ素子を選択する機能を有してる。係数算出器２６
は、従来のレジスタ４−１に代わるもので、信号周期Ｔ
0 に基づき定数を算出し、それを乗算器３−１へ与える
機能を有している。図４は、図１中のピーク周波数検出
器２２の構成例を示す機能ブロック図である。このピー
ク周波数検出器２２は、センサ素子２１−１の出力信号
を入力する入力端子３１を有し、それには周波数分析器
３２、及びパワー算出器３３が接続されている。パワー
算出器３３の出力側と、閾値レジスタ３４の出力側には
比較器３５が接続され、該比較器３５の出力側にピーク
検出器３６を介して出力端子３７が接続されている。
【００１２】次に、図１及び図４の動作を説明する。図
１において、音響センサアレイ２１で音波が受信される
と、そのセンサ素子２１−１の出力信号がピーク周波数
検出器２２及び位相差推定器２−１，２−２へ送られる
と共に、センサ素子２１−２〜２１−Ｎの出力信号が第
２センサ素子選択器２４及び第３センサ素子選択器２５
へ送られる。図４に示すピーク周波数検出器２２では、
入力端子３１を通して入力された第１のセンサ素子２１
−１の出力信号が、周波数分析器３２で複数の周波数ビ
ンに分割された後、パワー算出器３３へ送られる。パワ
ー算出器３３は、周波数分析器３２の出力である各周波
数ビンのパワー値を求め、該パワー値を比較器３５へ出
力する。比較器３５は、パワー算出器３３から出力され
た各周波数ビンのパワー値と、閾値レジスタ３４から出
力された定数の閾値とを比較し、信号の存在の判定を行
い、該周波数ビンのパワーが閾値を越えた場合には信号
を検出したものとして、閾値を越える周波数ビンのパワ
ー値をピーク検出器３６へ出力する。ピーク検出器３６
は、比較器３５から出力された各周波数ビンのパワー値
の中で極大となるパワー値を持つピーク周波数ｆ0 を算
出し、それを出力端子３７を通して出力する。ここで、
ピーク周波数ｆ0 の算出方法としては、例えば、極大と
なるパワー値を持つビンの中心周波数を選択するか、あ
るいは周囲のビンのパワー値から２次補間等の補間によ
ってピーク位置の周波数を算出するようにしてもよい。
このようにして算出されたピーク周波数ｆ0 は、図１の
周期算出器２３へ送られる。
１において、音響センサアレイ２１で音波が受信される
と、そのセンサ素子２１−１の出力信号がピーク周波数
検出器２２及び位相差推定器２−１，２−２へ送られる
と共に、センサ素子２１−２〜２１−Ｎの出力信号が第
２センサ素子選択器２４及び第３センサ素子選択器２５
へ送られる。図４に示すピーク周波数検出器２２では、
入力端子３１を通して入力された第１のセンサ素子２１
−１の出力信号が、周波数分析器３２で複数の周波数ビ
ンに分割された後、パワー算出器３３へ送られる。パワ
ー算出器３３は、周波数分析器３２の出力である各周波
数ビンのパワー値を求め、該パワー値を比較器３５へ出
力する。比較器３５は、パワー算出器３３から出力され
た各周波数ビンのパワー値と、閾値レジスタ３４から出
力された定数の閾値とを比較し、信号の存在の判定を行
い、該周波数ビンのパワーが閾値を越えた場合には信号
を検出したものとして、閾値を越える周波数ビンのパワ
ー値をピーク検出器３６へ出力する。ピーク検出器３６
は、比較器３５から出力された各周波数ビンのパワー値
の中で極大となるパワー値を持つピーク周波数ｆ0 を算
出し、それを出力端子３７を通して出力する。ここで、
ピーク周波数ｆ0 の算出方法としては、例えば、極大と
なるパワー値を持つビンの中心周波数を選択するか、あ
るいは周囲のビンのパワー値から２次補間等の補間によ
ってピーク位置の周波数を算出するようにしてもよい。
このようにして算出されたピーク周波数ｆ0 は、図１の
周期算出器２３へ送られる。
【００１３】周期算出器２３は、ピーク周波数検出器２
２から出力されるピーク周波数ｆ0を入力し、次式
（７）の演算によって信号周期Ｔ0に変換し、その周期
Ｔ0を第２センサ素子選択器２４、第３センサ素子選択
器２５、係数算出器２６、乗算器７，９、及び角度換算
器１１へ出力する。 Ｔ0＝１／ｆ0 ・・・（７） 第２センサ素子選択器２４は、周期算出器２３から出力
される信号周期Ｔ0 を入力し、次式（８）の演算によっ
てピーク周波数ｆ0の波長λ0を計算する。 λ0＝ｃＴ0 ・・・（８） 但し、ｃ；音速 そして、次式（９)のように、センサ素子２１−１から
の距離Ｌ1Iが波長λ0の定数α倍（但し、０＜α≦０．
５）に最も近いセンサ素子１３−Ｉを第２のセンサ素子
として選択し、該センサ素子２１−Ｉの出力信号を位相
差推定器２−１へ出力する。 Ｌ1I≒αλ0 ・・・（９） 但し、２≦Ｉ＜Ｎ 第３センサ素子選択器２５も同様に、周期算出器２３か
ら出力される信号周期Ｔ0を入力し、（８)式の演算によ
ってピーク周波数ｆ0の波長λ0を計算し、次式（１０)
のように、第１のセンサ素子２１−１からの距離Ｌ1Jが
波長λ0の定数β倍（但し、０．５＜β）に最も近いセ
ンサ素子２１−Ｊを第３のセンサ素子として選択し、該
センサ素子２１−Ｊの出力信号を位相差推定器２−２へ
出力する。 Ｌ1J≒βλ0 ・・・（１０） 但し、２＜Ｊ≦Ｎ 位相差推定器２−１では、第１のセンサ素子２１−１か
らの出力信号と、第２のセンサ素子２１−Ｉからの出力
信号との位相差推定値φ12（但し、｜φ12｜≦π）を求
め、乗算器３−１に出力する。位相差推定器２−２でも
同様に、第１のセンサ素子２１−１からの出力信号と、
第３のセンサ素子２１−Ｊからの出力信号との位相差推
定値φ13（但し、｜φ13｜≦π）を求め、乗算器３−２
に出力する。
２から出力されるピーク周波数ｆ0を入力し、次式
（７）の演算によって信号周期Ｔ0に変換し、その周期
Ｔ0を第２センサ素子選択器２４、第３センサ素子選択
器２５、係数算出器２６、乗算器７，９、及び角度換算
器１１へ出力する。 Ｔ0＝１／ｆ0 ・・・（７） 第２センサ素子選択器２４は、周期算出器２３から出力
される信号周期Ｔ0 を入力し、次式（８）の演算によっ
てピーク周波数ｆ0の波長λ0を計算する。 λ0＝ｃＴ0 ・・・（８） 但し、ｃ；音速 そして、次式（９)のように、センサ素子２１−１から
の距離Ｌ1Iが波長λ0の定数α倍（但し、０＜α≦０．
５）に最も近いセンサ素子１３−Ｉを第２のセンサ素子
として選択し、該センサ素子２１−Ｉの出力信号を位相
差推定器２−１へ出力する。 Ｌ1I≒αλ0 ・・・（９） 但し、２≦Ｉ＜Ｎ 第３センサ素子選択器２５も同様に、周期算出器２３か
ら出力される信号周期Ｔ0を入力し、（８)式の演算によ
ってピーク周波数ｆ0の波長λ0を計算し、次式（１０)
のように、第１のセンサ素子２１−１からの距離Ｌ1Jが
波長λ0の定数β倍（但し、０．５＜β）に最も近いセ
ンサ素子２１−Ｊを第３のセンサ素子として選択し、該
センサ素子２１−Ｊの出力信号を位相差推定器２−２へ
出力する。 Ｌ1J≒βλ0 ・・・（１０） 但し、２＜Ｊ≦Ｎ 位相差推定器２−１では、第１のセンサ素子２１−１か
らの出力信号と、第２のセンサ素子２１−Ｉからの出力
信号との位相差推定値φ12（但し、｜φ12｜≦π）を求
め、乗算器３−１に出力する。位相差推定器２−２でも
同様に、第１のセンサ素子２１−１からの出力信号と、
第３のセンサ素子２１−Ｊからの出力信号との位相差推
定値φ13（但し、｜φ13｜≦π）を求め、乗算器３−２
に出力する。
【００１４】一方、係数算出器２６は、周期算出器２３
から出力される信号周期Ｔ0 を入力し、（８）式及び
（９）式の演算によって算出したＬ1Iをｄ12、（８）式
及び（１０）式の演算によって算出したＬ1Jをｄ13とし
て、算出した係数ｄ13／（ｄ12・２π）を乗算器３−１
へ出力する。乗算器３−１は、位相差推定値φ12と、係
数算出器２６からの出力値ｄ13／（ｄ12・２π）とを乗
算して、（５）式の第１項目の値φ12・｛ｄ13／（ｄ12
・２π）｝を算出し、減算器５へ出力する。同様に、乗
算器３−２は、位相差推定値φ13と、レジスタ４−２か
らの定数の出力値｛１／２π｝とを乗算して、（５）式
の第２項目の値｛φ13／２π｝を算出し、減算器５及び
乗算器７へ出力する。減算器５は、乗算器３−１の出力
から乗算器３−２の出力の減算を行うことにより、
（５）式のｎの値の計算を行い、その結果を整数化器６
へ出力する。整数化器６は、減算器５からのｎの値に対
し、小数点以下を四捨五入する等の整数化を実施し、そ
の結果を乗算器９に出力する。一方、乗算器７は、乗算
器３−２からの出力値｛φ13／２π｝と、レジスタ８か
らの出力である信号周期Ｔ0 とを乗算して、（３）式で
与えられる時間遅延換算値μを加算器１０へ出力する。
乗算器９は、整数化器６の出力であるｎの値と、周期算
出器２３から出力される信号周期Ｔ0 とを乗算して、
（３）式の時間差τ13の計算式の第２項目の値の計算を
行い、その結果を加算器１０に出力する。加算器１０
は、乗算器７からの時間遅延換算値μと、乗算器９から
の出力とを加算することにより、（３）式の時間差τ13
の計算を行い、その結果を角度換算器１１に出力する。
角度換算器１１は、加算器１０からの時間差τ13を用
い、（２）式をθについて解いた（６）式を用いて信号
の入射方位θを算出し、その結果を出力端子１２に出力
する。但し、（６）式において、ｄ13は周期算出器２３
から出力される信号周期Ｔ0 に対応した数値を使用す
る。
から出力される信号周期Ｔ0 を入力し、（８）式及び
（９）式の演算によって算出したＬ1Iをｄ12、（８）式
及び（１０）式の演算によって算出したＬ1Jをｄ13とし
て、算出した係数ｄ13／（ｄ12・２π）を乗算器３−１
へ出力する。乗算器３−１は、位相差推定値φ12と、係
数算出器２６からの出力値ｄ13／（ｄ12・２π）とを乗
算して、（５）式の第１項目の値φ12・｛ｄ13／（ｄ12
・２π）｝を算出し、減算器５へ出力する。同様に、乗
算器３−２は、位相差推定値φ13と、レジスタ４−２か
らの定数の出力値｛１／２π｝とを乗算して、（５）式
の第２項目の値｛φ13／２π｝を算出し、減算器５及び
乗算器７へ出力する。減算器５は、乗算器３−１の出力
から乗算器３−２の出力の減算を行うことにより、
（５）式のｎの値の計算を行い、その結果を整数化器６
へ出力する。整数化器６は、減算器５からのｎの値に対
し、小数点以下を四捨五入する等の整数化を実施し、そ
の結果を乗算器９に出力する。一方、乗算器７は、乗算
器３−２からの出力値｛φ13／２π｝と、レジスタ８か
らの出力である信号周期Ｔ0 とを乗算して、（３）式で
与えられる時間遅延換算値μを加算器１０へ出力する。
乗算器９は、整数化器６の出力であるｎの値と、周期算
出器２３から出力される信号周期Ｔ0 とを乗算して、
（３）式の時間差τ13の計算式の第２項目の値の計算を
行い、その結果を加算器１０に出力する。加算器１０
は、乗算器７からの時間遅延換算値μと、乗算器９から
の出力とを加算することにより、（３）式の時間差τ13
の計算を行い、その結果を角度換算器１１に出力する。
角度換算器１１は、加算器１０からの時間差τ13を用
い、（２）式をθについて解いた（６）式を用いて信号
の入射方位θを算出し、その結果を出力端子１２に出力
する。但し、（６）式において、ｄ13は周期算出器２３
から出力される信号周期Ｔ0 に対応した数値を使用す
る。
【００１５】以上のように、本実施例では次のような利
点を有している。音響センサアレイ２１で受信した信号
に対し、第１のセンサ素子２１−１の出力信号からピー
ク周波数検出器２２でピーク周波数ｆ0 を検出し、その
ピーク周波数ｆ0を周期算出器２３で信号周期Ｔ0に変換
した後、第２センサ素子選択器２４及び第３センサ素子
選択器２５によって該ピーク周波数ｆ0 に対応した第２
のセンサ素子２１−Ｉ及び第３のセンサ素子２１−Ｊを
選択する。そして、第１及び第２のセンサ素子２１−
１，２１−Ｉの受信信号間の位相差推定値φ12と、第１
及び第３のセンサ素子２１−１，２１−Ｊの受信信号間
の位相差推定値φ13とから、音波の入射角を推定するよ
うにしている。そのため、受信される音波の周波数と無
関係に、全ての周波数の信号に対する入射角推定の誤差
をほぼ等しくできるようになる。なお、本発明は上記実
施例に限定されず、種々の変形が可能である。その変形
例としては、例えば次のようなものがある。 （ａ） 上記実施例では、ピーク周波数検出器２２を用
いて１つのピーク周波数ｆ0 を検出するようにしたが、
該ピーク周波数を複数検出し、その検出結果を用いて第
２センサ素子２１−Ｉ及び第３センサ素子２１−Ｊを選
択するようにしてもよい。 （ｂ） 上記実施例では、信号周期Ｔ0 を第２センサ素
子選択器２４及び第３センサ素子選択器２５に入力して
いるが、その信号周期Ｔ0 の替わりにピーク周波数ｆ0
を入力する構成にしてもよい。 （ｃ）図１及び図４の装置は、プロセッサを用いたプロ
グラム制御で構成したり、あるいは集積回路を用いた個
別回路等で構成してもよい。さらに、図１及び図４の回
路構成を、図示以外の構成に変更してもよい。
点を有している。音響センサアレイ２１で受信した信号
に対し、第１のセンサ素子２１−１の出力信号からピー
ク周波数検出器２２でピーク周波数ｆ0 を検出し、その
ピーク周波数ｆ0を周期算出器２３で信号周期Ｔ0に変換
した後、第２センサ素子選択器２４及び第３センサ素子
選択器２５によって該ピーク周波数ｆ0 に対応した第２
のセンサ素子２１−Ｉ及び第３のセンサ素子２１−Ｊを
選択する。そして、第１及び第２のセンサ素子２１−
１，２１−Ｉの受信信号間の位相差推定値φ12と、第１
及び第３のセンサ素子２１−１，２１−Ｊの受信信号間
の位相差推定値φ13とから、音波の入射角を推定するよ
うにしている。そのため、受信される音波の周波数と無
関係に、全ての周波数の信号に対する入射角推定の誤差
をほぼ等しくできるようになる。なお、本発明は上記実
施例に限定されず、種々の変形が可能である。その変形
例としては、例えば次のようなものがある。 （ａ） 上記実施例では、ピーク周波数検出器２２を用
いて１つのピーク周波数ｆ0 を検出するようにしたが、
該ピーク周波数を複数検出し、その検出結果を用いて第
２センサ素子２１−Ｉ及び第３センサ素子２１−Ｊを選
択するようにしてもよい。 （ｂ） 上記実施例では、信号周期Ｔ0 を第２センサ素
子選択器２４及び第３センサ素子選択器２５に入力して
いるが、その信号周期Ｔ0 の替わりにピーク周波数ｆ0
を入力する構成にしてもよい。 （ｃ）図１及び図４の装置は、プロセッサを用いたプロ
グラム制御で構成したり、あるいは集積回路を用いた個
別回路等で構成してもよい。さらに、図１及び図４の回
路構成を、図示以外の構成に変更してもよい。
【００１６】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、音響センサアレイで受信した信号に対し、その第
１のセンサ素子の出力信号からピーク周波数検出手段で
ピーク周波数を検出し、センサ素子選択手段によって該
ピーク周波数に対応した第２及び第３のセンサ素子を選
択し、該第１及び第２のセンサ素子の受信信号間の位相
差推定値φ12と、該第１及び第３のセンサ素子の受信信
号間の位相差推定値φ13とから、音波の入射角を推定す
るようにしている。そのため、全ての周波数の信号に対
する入射角推定の誤差をほぼ等しくできる。
れば、音響センサアレイで受信した信号に対し、その第
１のセンサ素子の出力信号からピーク周波数検出手段で
ピーク周波数を検出し、センサ素子選択手段によって該
ピーク周波数に対応した第２及び第３のセンサ素子を選
択し、該第１及び第２のセンサ素子の受信信号間の位相
差推定値φ12と、該第１及び第３のセンサ素子の受信信
号間の位相差推定値φ13とから、音波の入射角を推定す
るようにしている。そのため、全ての周波数の信号に対
する入射角推定の誤差をほぼ等しくできる。
【図１】本発明の実施例を示す信号入射角推定装置の機
能ブロック図である。
能ブロック図である。
【図２】従来の信号入射角推定装置の機能ブロック図で
ある。
ある。
【図３】図２中の音響センサアレイの説明図である。
【図４】図１中のピーク周波数検出器の構成例を示す機
能ブロック図である。
能ブロック図である。
２−１，２−２ 位相差推定器 ３−１，３−２，７，９ 乗算器 ４−２ レジスタ ５ 減算器 ６ 整数化器 １０ 加算器 １１ 角度換算器 ２１ 音響センサアレイ ２１−１〜２１−Ｎ センサ素子 ２２ ピーク周波数検出器 ２３ 周期算出器 ２４ 第２センサ素子選択器 ２５ 第３センサ素子選択器 ２６ 係数算出器 ３２ 周波数分析器 Ｍ３３ パワー算出器 ３４ 閾値レジスタ ３５ 比較器 ３６ ピーク検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−116562（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−52927（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−184282（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−195986（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−68887（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−152984（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01S 3/46 - 3/50 G01S 3/80 - 3/86 G01S 7/52 - 7/64
Claims (1)
- 【請求項１】 受信する音波の最高周波数の１／２波長
以下の間隔で配列された複数のセンサ素子を有する音響
センサアレイで受信した受信信号に対し、第１、第２及
び第３のセンサ素子を該音響センサアレイから選択し、
前記第１及び第２のセンサ素子の受信信号間の位相差推
定値φ12と、前記第１及び第３のセンサ素子の受信信号
間の位相差推定値φ13とから、前記音波の入射角を推定
する信号入射角推定装置において、 前記第１のセンサ素子の受信信号に対し周波数分析を行
ってその周波数分析により分割された周波数ビンのパワ
ーを算出し、そのパワーが所定の閾値を越える周波数ビ
ンについてそのピーク周波数を検出するピーク周波数検
出手段と、 前記音響センサアレイの中から、前記第１のセンサ素子
からの距離が前記ピーク周波数検出手段で検出されたピ
ーク周波数の波長λの定数α倍（但し、０＜α≦０．
５）となるセンサ素子を第２のセンサ素子として選択す
ると共に、前記音響センサアレイの中から、前記第１の
センサ素子からの距離が前記ピーク周波数の波長λの定
数β倍（但し、０．５＜β）となるセンサ素子を第３の
センサ素子として選択するセンサ素子選択手段とを、 設けたことを特徴とする信号入射角推定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05209367A JP3112777B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 信号入射角推定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05209367A JP3112777B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 信号入射角推定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0763837A JPH0763837A (ja) | 1995-03-10 |
| JP3112777B2 true JP3112777B2 (ja) | 2000-11-27 |
Family
ID=16571767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05209367A Expired - Fee Related JP3112777B2 (ja) | 1993-08-24 | 1993-08-24 | 信号入射角推定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3112777B2 (ja) |
-
1993
- 1993-08-24 JP JP05209367A patent/JP3112777B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0763837A (ja) | 1995-03-10 |
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