JP3119354B2 - アクティブソーナー表示装置 - Google Patents

アクティブソーナー表示装置

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JP3119354B2
JP3119354B2 JP10319617A JP31961798A JP3119354B2 JP 3119354 B2 JP3119354 B2 JP 3119354B2 JP 10319617 A JP10319617 A JP 10319617A JP 31961798 A JP31961798 A JP 31961798A JP 3119354 B2 JP3119354 B2 JP 3119354B2
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聡明 大高
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アクティブソーナ
ーに関し、特に複数のスプリットビームによる待ち受け
受信による表示装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】アクティブソーナーで目標信号を受信す
る場合、複数個の受波器群出力を整相して任意の方位に
対して左右それぞれ等しい2本の受信ビームを形成する
スプリットビームを、異なる方位に複数個形成して待ち
受け受信をするスプリットビーム待ち受け受信方式が広
く知られている。
【0003】従来のこの種のスプリットビーム待ち受け
受信によるアクティブソーナーの表示装置の一例が、特
開昭59−72073号公報に記載されている。その概
略構成を図8に示す。図8は、送信信号にLFM(Line
ar Frequency Modulation)信号を使用し、受波器が平
面に配列された平面受波アレイの例である。
【0004】配列受波器1は、スプリットビームの左ビ
ームを形成するのに使用する受波器群1Lと、右ビーム
を形成するのに使用する受波器群1Rという2つのグル
ープに分けられている。左ビーム整相処理部23および
右ビーム整相処理部22は、それぞれ左ビーム受波器群
1Lおよび右ビーム受波器群1Rの各受波器出力を入力
して等方位Δθbm間隔にN個の左右スプリットビームを
形成する(以下、等方位間隔に形成したN個の各スプリ
ットビームをビームチャネルという)。そしてこれらス
プリットビーム受信信号に対して、LFM相関処理部
6,7はレプリカ信号との相関演算を行い受信信号のパ
ルス圧縮を行う。
【0005】スプリットビーム相関処理部10は、LF
M相関処理部6,7から出力される左右LFM相関出力
信号を入力し、前記左右LFM相関出力信号の電気位相
角差103の検出および電気位相角差からの信号方位角
の演算と、前記左右LFM相関出力信号を加算、検波、
積分することにより信号の振幅を算出し、前記振幅をP
DAGC(Post Detection Automatic Gain Control)
処理することにより方位・S/N信号101を算出す
る。
【0006】前記方位角演算は、図3に示す概念図よ
り、信号到来方位角51をΔθt、左右スプリットビー
ムの音響中心間距離52をd、左右スプリットビームそ
れぞれで得られた受信信号の電気位相角差53をΔφ
t、送信信号の周波数をf、音速をcとすると次式
(1)となる。
【0007】 Δθt=arcsin{(Δφt×c)/(360×d×f)} ‥‥‥(1) (1)式においてΔθt、Δφtの単位は[degree]、c
の単位は[m/s]、dの単位は[m]、fの単位は
[Hz]である。
【0008】分散値演算部12は、前記電気位相角差1
03を入力し、予め決められた時間区間内での電気位相
角差の誤差分散値105を演算して出力する。分散値判
定部13は、誤差分散値105を入力して、予め決めら
れた誤差分散値より低いか否かを判定し、前記入力値が
予め決められた誤差分散値よりも低い場合、ゲート信号
106としてオン信号を出力し、前記入力値が予め決め
られた誤差分散値よりも高い場合は、ゲート信号106
としてオフ信号を出力する。
【0009】分散値ゲート14は、分散値判定部13か
ら出力されるゲート信号106を入力し、ゲート信号1
06がオンの場合、スプリットビーム相関処理部10か
ら出力される方位・S/N信号101を表示器19に出
力し、ゲート信号106がオフの場合は方位・S/N信
号101を表示器19に出力しない制御を行う。表示器
19は、分散値ゲート14により制御されて出力された
方位・S/N信号101を入力し、入力タイミングから
表示距離を、入力された方位とどのビームチャネルかに
よって表示方位を算出し、入力S/Nに応じた輝度で信
号を表示する。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のシステ
ムでは、S/Nの良い目標信号が入力された場合、目標
方位に対応する受け持ち方位のビームチャネル以外にも
信号がS/N良く入力され、表示器上に、(2)式で示
される真の目標方位以外の方位にも虚目標として信号が
表示されてしまうことがあり、目標の誤警報確率の増大
や、目標の計測方位精度が低下するという問題点があっ
た。
【0011】表示器上に表示される虚目標の方位(真の
目標以外の方位)は、 [真の目標以外の方位]=θt±n×2θpi ‥‥‥(2) として表示される。(2)式において、nは整数、θt
は信号到来方位(目標方位)61、2θpiは方位演算結
果が取りうる方位幅63であり、(1)式より、2θpi
=2×arcsin(c/2df)となる。
【0012】前記問題点の理由は、(1)式の左右スプ
リットビーム間の電気位相差Δφt(図3の53)の取
りうる値の範囲が±180゜以内のため、(1)式の演
算結果より得られる方位角の取りうる値の範囲が次式の
ようになり、 [ビームチャネル中心方位]±arcsin(c/2df) ‥‥‥(3) この(3)式で示される方位範囲外から到来する信号
は、(1)式の演算により(3)式の方位範囲内の、あ
る方位という間違った結果となるためである。
【0013】前記問題点の理由を更に図9を参照して説
明する。図9は、連続するビームチャネルi−1chか
らi+2chの内、i−1ch,ich,i+2chで
の電気位相角差と方位角の関係を模式的に示した図であ
る。
【0014】図9では、ichの待ち受け方位範囲64
内の方位θtから信号が入力した場合を示し、θtは、i
chのビーム中心基準ではΔθtiとなる。前記θtから
入力された信号は、i−1chのビームでも受信され方
位θtは、i−1chのビーム中心基準ではΔθti-1と
なり電気位相角差はφti-1となる。しかし、Δθti-1
は、(3)式の取りうる方位角範囲を超えているため、
電気位相角差φti-1を(1)式に代入した結果は、Δθ
1となり、結果的に方位θ1に虚目標が表示される。ま
た、i+2chのビームで受信された方位θtの信号
は、前記i−1chと同様に結果として方位θ2に虚目
標として表示される。
【0015】本発明の目的は、このような問題である虚
目標の表示を低減し、誤警報確率を低減し、測定方位精
度を向上させることができるアクティブソーナー表示装
置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明によるアクティブ
ソーナー表示装置は、受信信号を表示するために形成す
る複数の第1のスプリットビームに加えて、第1のスプ
リットビームより音響中心間距離の狭い複数の第2のス
プリットビームを形成する手段と、第1のスプリットビ
ーム出力から得られる信号振幅のビームチャネル間の広
がりの有無により第1および、第2のスプリットビーム
から計算された方位角値のいずれかを選択する方位角選
択手段と、前記方位角値により第1のスプリットビーム
で受信した信号の表示を制御する表示制御手段とを設け
たことを特徴としている。
【0017】この第1のスプリットビームより音響中心
間距離の狭い第2のスプリットビーム出力から計算され
た方位角の取りうる範囲は、第1のスプリットビーム出
力から計算された方位角の取りうる範囲よりも広いた
め、他のビームチャネル持ち受け方位範囲に入力された
信号に対して正しい方位演算結果を出力する方位範囲の
拡大ができ、方位角により表示を制御する表示制御手段
と合わせて虚目標の表示が低減できるという効果が得ら
れる。
【0018】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の一実施の形態を
示す処理ブロック図である。図1において、配列受波器
1は、受信信号の表示を行うための左右主スプリットビ
ームを形成する一部として使用する受波器群1Lm,1
Rmと、前記左右主スプリットビームを形成する一部と
して使用すると同時に、S/Nが良好な信号の表示制御
で使用する方位角を演算するための左右広スプリットビ
ームを形成するのに使用する受波器群1Lmw,1Rm
wという4つの受波器群に分けられている。本実施例で
は、前記4つの受波器群を4等分しているが、分割の割
合は左右対称であれば任意で良い。
【0019】なお図1では、配列受波器1を、受波器群
が平面に配列された平面アレイとして示しているが、円
筒アレイ、ラインアレイ等他の受波器群配列形状にも適
用可能である。
【0020】左主ビーム整相処理部5は、左主ビーム用
受波器群1Lmの各受波器出力及び左主・広ビーム用受
波器群1Lmwの各受波器出力を入力し、右主ビーム整
相処理部2は、右主ビーム用受波器群1Rmの各受波器
出力及び右主・広ビーム用受波器群1Rmwの各受波器
出力を入力して、それぞれビーム中心方位が等方位Δθ
bm間隔のN個の左右主スプリットビームを形成する。
【0021】左広ビーム整相処理部4は、左主・広ビー
ム用受波器群1Lmwの各受波器出力を入力し、右広ビ
ーム整相処理部3は、右主・広ビーム用受波器群1Rm
wの各受波器出力を入力して、それぞれビーム中心方位
が等方位Δθbm間隔のN個の左右広スプリットビームを
形成する。
【0022】そして、これらの各スプリットビーム受信
信号に対して、LFM相関処理部6〜9により、レプリ
カ信号との相関演算を行って受信信号のパルス圧縮を行
う。
【0023】スプリットビーム相関処理部10は、左右
主スプリットビーム信号がLFM相関処理部6,7で処
理された結果の左右LFM相関出力信号を入力して、左
右LFM相関出力信号間の電気位相角差信号103の検
出および該電気位相角差から信号の方位角102の演算
と、前記左右LFM相関出力信号を加算、検波、積分す
ることにより信号の振幅を算出し、その振幅をPDAG
C処理することにより信号のS/N104を算出する。
【0024】方位角演算部11は、左右広スプリットビ
ーム信号がLFM相関処理部8,9で処理された結果の
左右LFM相関出力信号を入力して、左右LFM相関出
力信号間の電気位相角差の検出および該電気位相角差か
ら信号の方位角112の演算を行う。
【0025】S/N良信号検出部16は、スプリットビ
ーム相関処理部10出力であるS/N信号104を入力
して、予め決められた目標長に相当するサンプル数間
で、連続した2ビームチャネル以上に渡って信号が存在
するかどうかを検出し、検出があった場合はS/N良好
と判断して、S/N良好信号107をオンとし、前記検
出が無かった場合はS/N良好信号107をオフとして
方位角選択部15に出力する。
【0026】方位角選択部15は、前記S/N良好信号
107を入力して、S/N良好信号107がオンの場合
は、方位角演算部11から出力された方位角信号112
を、オフの場合はスプリットビーム相関処理部10から
出力された方位角信号102を選択して方位角判定部1
7へ出力する。
【0027】方位角判定部17は、方位角選択部15か
ら出力された方位角信号108を入力してその方位角
が、予め決められた各ビームチャネルの受け持ち方位範
囲(±θbm/2)内かどうかを判定し、方位範囲内であ
れば方位ゲート信号109をオンとし、方位範囲外であ
れば方位ゲート信号109をオフとして方位角ゲート1
8へ出力する。
【0028】方位角ゲート18は、前記の方位ゲート信
号109を入力して、方位ゲート信号109がオンの場
合は、スプリットビーム相関処理部10の方位・S/N
信号101を表示器19に出力し、オフの場合は表示器
19への出力をしないという制御を行う。表示器19
は、入力タイミングから表示距離を、入力された方位と
ビームチャネル番号から表示方位を算出し、入力S/N
に応じた輝度で信号を表示する。
【0029】図4は、図1のアクティブソーナー表示装
置におけるS/N良信号検出部16の詳細を示すブロッ
ク図である。図4において、信号判定部31は、スプリ
ットビーム相関処理部10から出力されるS/N信号1
04を入力して、入力S/Nが予め定められた所定閾値
以上あるかどうかを判定し、所定閾値以上ある場合は目
標検出信号131をオンとし、所定閾値未満の場合は目
標検出信号131をオフとして蓄積部32へ出力する。
【0030】蓄積部32は、前記目標検出信号131を
予め決められた目標長に相当するサンプル分蓄積する。
ch間信号重複検出部33は、蓄積部32に蓄積されて
いる同一ビームチャネル内に目標検出信号オンのデータ
が存在するか否かと、目標検出信号オンが存在するビー
ムチャネルが2チャンネル以上連続しているか否かを検
出し、前記検出有りの場合、S/N良好信号107をオ
ンとし、前記検出無しの場合はS/N良好信号107を
オフとして方位角選択部15に出力する。
【0031】なお、図1記載の実施例では、送信信号に
LFM信号を使用して、LFM相関処理部6〜9で相関
処理を行い、位相誤差分散による表示制御を分散値演算
部12,分散値判定部13および分散ゲート14で行っ
ているが、この処理は当業者にとってよく知られている
信号処理方式の一例であり(例えば、前記特開昭59−
72073号公報あるいは特開平8−160126号公
報参照)、また本発明とは直接関係しないので、その詳
細な説明は省略する。
【0032】次に、図1に示した本発明の動作につい
て、図5〜図7を参照して説明する。図5は、図1の整
相処理部2〜5で生成される、左右主スプリットビーム
と、左右広スプリットビームの音響中心間距離と、スプ
リットビーム相関部10および方位角演算部11の方位
角演算の概念図である。
【0033】図5では、信号到来方位51をΔθt、主
スプリットビームの音響中心間距離57をdm,広スプ
リットビーム音響中心間距離56をdw56とした場
合、左右主スプリットビーム間の電気位相角差59がΔ
φmt、左右広スプリットビーム間の電気位相角差58
がΔφwtとなることを示している。本実施例では、d
w=1/2dmとなるように、配列受波器1を分割して
いるので、Δφwt=Δφmt/2となる。
【0034】図6は、ビームチャネルichの待ち受け
方位θtから信号が到来したときのビームチャネルi−
1chでの広スプリットビームおよび主スプリットビー
ムそれぞれの電気位相角差と演算方位角の関係を表す概
念図である。
【0035】図6で、信号到来方位θtをi−1chビ
ーム中心基準で見た方位角65は、Δθti-1となり、前
記方位角に対応する電気位相角差76は、広スプリット
ビームではφwti-1となる。一方、主スプリットビーム
では前記信号到来方位θtに対応する電気位相角差66
はφti-1となる。今度は逆に、前記電気位相角差φwti-
1およびφti-1から広スプリットビーム、主スプリット
ビームそれぞれの方位角を演算すると、(1)式と前記
電気位相角差φwti-1、φti-1および前記音響中心間距
離dw,dmより、広スプリットビームでは、θtと正
しい方位となるが、主スプリットビームではθ1と誤っ
た方位となる。
【0036】図7は、図1の処理ブロック図の動作を示
すフロー図である。以下、図7に沿って本発明の動作手
順を説明する。まず、スプリットビーム相関処理部動作
ブロック41では、主スプリットビームで受信した信号
のS/N、方位角θmtを計算する。一方、方位角演算
部動作ブロック42では、広スプリットビームで受信し
た信号の方位角θwtを計算する。信号判定部動作ブロ
ック43では、主スプリットビームで受信した信号のS
/Nが予め決められた閾値を超えているか判断し、閾値
を超えている場合、目標検出信号をオン、閾値未満の場
合は目標検出信号をオフとする。
【0037】次に、前記目標検出信号を蓄積部動作ブロ
ック44で予め決められた信号長に相当するサンプル分
蓄積し、ch間信号重複検出部動作ブロック45で、連
続した2ch以上のチャネルで蓄積された目標検出信号
オンを検出した場合、S/N良好信号をオンとし、検出
されなかった場合はS/N良好信号をオフとする。
【0038】次に、方位角選択部動作ブロック46で、
S/N良好信号がオンか否かを判定し、オンならば方位
角判定に広スプリットビームで演算した方位角θwt
を、オフならば主スプリットビームで演算した方位角θ
mtを選択する。そして、方位角判定部動作ブロック4
7で、前記選択された方位角がビーム受け持ち範囲内
(±θbm/2以内)であれば、方位ゲート信号をオン
とし、ビーム受け持ち範囲外ならば方位ゲート信号をオ
フとする。
【0039】方位ゲート動作ブロック48では、前記方
位ゲート信号がオンならば主スプリットビームで受信し
た信号を表示器に表示し、方位ゲート信号がオフならば
主スプリットビームで受信した信号を表示器に表示しな
いようにする。
【0040】
【発明の効果】本発明は、受信信号を表示するために形
成する複数の第1のスプリットビームに加えて、該第1
のスプリットビームよりも広い範囲の方位角を演算によ
り求めることができる第2のスプリットビームを生成す
る手段を備えているので、第1のスプリットビームの他
のビームチャネル待ち受け方位範囲に入力された信号に
対して、正しい方位演算結果を出力する方位範囲の拡大
ができ、方位角により表示を制御する表示制御手段と合
わせて虚目標の表示が低減できるため、誤警報確率を低
減し、測定方位精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す処理ブロック図であ
る。
【図2】本発明によるビームチャネルの形成概念図であ
る。
【図3】本発明によるスプリットビームの概念図であ
る。
【図4】S/N良信号検出部の詳細ブロック図である。
【図5】本発明の方位演算概念図である。
【図6】本発明の電気的位相角差と方位角の関係を示す
図である。
【図7】本発明の処理フロー図である。
【図8】従来技術における処理ブロック図である。
【図9】従来の技術の電気的位相角差と方位角の関係を
示す図である。
【符号の説明】
1 配列受波器 1Rm 右主ビーム用受波器群 1Rmw 右主・広ビーム用受波器群 1Lm 左主ビーム用受波器群 1Lmw 左主・広ビーム用受波器群 2 右主ビーム整相処理部 3 右広ビーム整相処理部 4 左広ビーム整相処理部 5 左主ビーム整相処理部 6〜9 LFM相関処理部 10 スプリットビーム相関処理部 11 方位角演算部 12 分散値演算部 13 分散値判定部 14 分散値ゲート 15 方位角選択部 16 S/N良信号検出部 17 方位角判定部 18 方位角ゲート 19 表示器 22 右ビーム整相部 23 左ビーム整相部 31 信号判定部 32 蓄積部 33 ch間信号重複検出部 41 スプリットビーム相関処理部動作ブロック 42 方位角演算部動作ブロック 43 信号判定部動作ブロック 44 蓄積部動作ブロック 45 ch間信号重複検出部動作ブロック 46 方位角選択部動作ブロック 47 方位角判定部動作ブロック 48 方位角ゲート動作ブロック 50 ビームチャネル 51 信号到来方位Δθt 52 音響中心間距離d 53 電気的位相角差Δφt 54 左スプリットビーム 55 右スプリットビーム 56 広ビーム音響中心距離dw 57 主ビーム音響中心距離dm 58 広ビーム電気的位相角差Δφwt 59 主ビーム電気的位相角差Δφmt 61 信号到来方位θt 62 ビームチャネルichビーム中心基準信号到来
方位Δθti 63 方位演算結果が取りうる方位幅 64 ビームチャネルich持ち受け方位範囲 65 ビームチャネルi−1chビーム中心基準信号
到来方位Δθti-1 66 ビームチャネルi−1ch電気位相角差φti-1 67 ビームチャネルi−1chビーム中心基準方位
角演算結果Δθ1 68 ビームチャネルi−1ch演算方位角θ1 69 ビームチャネルi−1ch持ち受け方位範囲 70 ビームチャネルi+2chビーム中心基準信号
到来方位Δθti-1 71 ビームチャネルi+2ch演算方位角θ2 72 ビームチャネルi+2chビーム中心基準方位
角演算結果Δθ2 73 ビームチャネルi+2ch電気位相角差φti-2 74 ビームチャネルi+2ch持ち受け方位範囲 76 広ビームチャネルi−1ch電気位相角差φwt
i-1 101 方位・S/N信号 102 方位角信号 103 電気位相角差信号 104 S/N信号 105 誤差分散値 106 ゲート信号 107 S/N良好信号 108 方位角信号 109 方位ゲート信号 112 広ビーム方位角信号 131 目標検出信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受信信号を表示するために形成する複数
    の第1のスプリットビームに加えて、前記第1のスプリ
    ットビームより音響中心間距離の狭い複数の第2のスプ
    リットビームを形成する手段と、前記第1のスプリット
    ビーム出力から得られる信号振幅のビームチャネル間の
    広がりの有無により、前記第1および前記第2のスプリ
    ットビームから計算された方位角値のいずれかを選択す
    る方位角選択手段と、前記方位角値により前記第1のス
    プリットビームで受信した信号の表示を制御する表示制
    御手段とを設けたアクティブソーナーの信号表示装置に
    おいて、前記スプリットビーム形成手段は、複数個の受波器群を
    受波器群の中心から第1の左右2つの受波器群に分割し
    て第1の音響中心間距離を有する左右スプリットビーム
    を生成する第1の整相処理部と、前記受波器群を受波器
    群の中心から前記第1の左右2つの受波器群よりも受波
    器数を減らした第2の左右2つの受波器群に分割して前
    記第1の音響中心間距離よりも狭い第2の音響中心間距
    離を有する左右スプリットビームを生成する第2の整相
    処理部と、前記第1の整相処理部出力から目標信号の振
    幅S/Nと方位を算出するスプリットビーム相関処理部
    と、前記第2の整相処理部出力から目標信号の方位を算
    出する方位角演算部とを有する ことを特徴とするアクテ
    ィブソーナー表示装置。
  2. 【請求項2】 前記方位角選択手段は、前記スプリット
    ビーム相関処理部から出力される目標信号のS/Nが、
    予め定められた所定閾値以上ある場合に目標有りの符号
    を出力する信号判定部と、該信号判定部の結果を予め決
    められた目標長に相当するサンプル分蓄積する蓄積部
    と、同一ビームチャネル内の蓄積データに目標有り符号
    が存在するか否かと、信号有り符号が存在するビームチ
    ャネルが2チャンネル以上連続しているか否かを判定
    し、S/N良好信号を出力するS/N良信号検出部と、
    該S/N良好信号がオンの時、前記第2のスプリットビ
    ームから算出された方位角を選択し、前記S/N良好信
    号がオフの時、前記第1のスプリットビームから算出さ
    れた方位角を選択する方位角選択部とを有することを特
    徴とする請求項1記載のアクティブソーナー表示装置。
  3. 【請求項3】 前記表示制御手段は、前記方位角値が予
    め定められた所定方 位角範囲内にあるか否かを判定する
    方位角判定部と、該方位角判定部により所定方位角範囲
    以内にあることが判定された時のみ後段の表示器に信号
    を出力する方位角ゲートとを有することを特徴とする請
    求項1または2記載のアクティブソーナー表示装置。
JP10319617A 1998-11-10 1998-11-10 アクティブソーナー表示装置 Expired - Fee Related JP3119354B2 (ja)

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