JP3577865B2

JP3577865B2 - 目標検出装置

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Publication number: JP3577865B2
Application number: JP01161097A
Authority: JP
Inventors: 隆介今井; 康広橋本; 研菊池; 潤佐々木; 正司藤井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: JPH10206525A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、時間的、または周波数的に振幅値が変動している受信信号系列から目標を検出するための目標検出装置に係り、特に受信信号系列を構成しているデータが多量であっても、目標を検出する上で必要とされている分散値がその計算処理上での処理量少なくして求められつつ、受信信号系列から目標が検出されるようにした目標検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに、ソーナー、レーダー等、一定の領域に音波、または電波を送信した場合に、その送信に対する応答としての反射音波、または反射電波を時系列受信信号列として得た上、この受信信号列中から、目標とする物体（以下、目標と称す）からの反射信号（以下、目標信号と称す）を検出する目標検出装置が知られている。受信信号列一般は、目標信号を初めとして、非目標信号（海面や海底からの反射信号、海中散乱体等からの反射信号など、目標以外からの反射信号一般として定義）や雑音から構成されているが、これまでにも、目標信号を非目標信号や雑音から効果的に弁別した上、その目標信号の検出性能をより向上させる方法が研究されているのが実情である。例えば、モラード―バーケット著による“シグナル―デティクションアンドエスティメーション頁１１５〜１７４”（Ｍｏｕｒａｄ−Ｂａｒｋｅｔ；ＳＩＧＮＡＬ−Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ＆Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｐｐ１１５〜１７４）に記載されたものが知られている。即ち、尤度比（ｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄｒａｔｉｏ）を用いた信号検出法が知られているわけであるが、その原理は以下のようである。
【０００３】
即ち、その信号検出法は統計的検定法の１つであり、仮説Ｈ_０：母集団分布の確率密度関数はｆ_０（ｘ）である、を対立仮説Ｈ_１：母集団分布の確率密度関数はｆ_１（ｘ）である、に対して検定する方式であり、その手順は観測値ｘ_１，ｘ_２，…を独立に１つずつ取り、観測値を取る度に、次の３通りの決定のうち、何れか１通りの決定を行うというものである。具体的には、ｍ番目の観測値（ｍ＝１，２，…）に対し、以下の数式１で定義されている尤度比Λ（ｘ）が求められる。
【０００４】
【数１】

【０００５】
条件１：もしも、Λ（ｘ）が以下の数式２を満たすならば、（ｍ＋１）番目の観測を行う。
【０００６】
【数２】

【０００７】
条件２：もしも、Λ（ｘ）が以下の数式３を満たすならば、観測値を取るのを止めＨ_０を採択する。
【０００８】
【数３】

【０００９】
条件３：もしも、Λ（ｘ）が以下の数式４を満たすならば、観測を止めＨ_１を採択する。
【００１０】
【数４】

【００１１】
但し、それら数式２〜４中における閾値η_１，η_０は第１種の誤り（Ｈ_０が正しいのにＨ_０を棄却する）、第２種の誤り（Ｈ_１が正しいのにＨ_１を棄却する）の確率がそれぞれα、βになるように選ばれる。尤も、α、βが小さい値であれば、閾値η_１，η_０はそれぞれ近似的に以下の数式５として表現され得る。
【００１２】
【数５】

【００１３】
さて、以上の信号検出法を目標信号の検出に適用する場合、
ｆ_０（ｘ）：目標信号を含まない受信信号列の分布が従うべき確率密度関数
ｆ_１（ｘ）：目標信号を含む受信信号列の分布が従うべき確率密度関数
観測値：複数の受信信号列中の同一時刻（あるいは位置）における振幅値ｘ_１，ｘ_２，…
として設定した上、以下の判定を行う。
【００１４】
即ち、上記条件１を満たすならば、（ｍ＋１）番目の受信信号列の観測を行い、また、もしも、上記条件２を満たすならば、振幅値ｘ_１，ｘ_２，…の示す時刻（あるいは位置）に目標が存在しないと判定し、更に、上記条件３を満たすならば、振幅値ｘ_１，ｘ_２，…の示す時刻（あるいは位置）に目標が存在すると判定する。
【００１５】
以下、ソーナー、レーダー等、送受波器が受信する受信信号の狭帯域フィルタ出力がレイリー分布に従う場合を例に採り、数式１で定義されている尤度比Λ（ｘ）の具体的な設定方法を説明すれば、先ずレイリー分布は以下の数式６で表現される。
【００１６】
【数６】

【００１７】
ところで、そのレイリー分布に従う受信信号列に対し、振幅値Ａの正弦波信号が重畳された場合、出力ｘは以下の数式７として示すライス分布に従うことが知られている。
【００１８】
【数７】

【００１９】
従って、目標信号を含まない受信信号列の分布が従うべき確率密度関数としてレイリー分布を、また、目標信号を含む受信信号列の分布が従うべき確率密度関数としてライス分布を代入することにより、尤度比Λ（ｘ）は以下の数式８として具体的に定義され得るものである。
【００２０】
【数８】

【００２１】
その数式８より、尤度比Λ（ｘ）の値は３つのパラメータ、即ち、振幅値ｘ、分散値σ^２、および受信信号列に重畳される信号振幅値Ａから決定される。このうち、信号振幅値Ａは、重畳される信号のＳＮ比から求まる定数である。従って、受信信号が数式６として示すレイリー分布に従う場合、受信信号列中の任意の領域内の受信信号振幅値ｘおよびその周辺区間に含まれる受信信号振幅値の分散値σ^２から尤度比Λ（ｘ）が求まり、数式５により予め定められた閾値η_１，η_０との比較により、その領域に目標信号が存在するか否かの判定が可能となる。以下、検出対象としての受信信号振幅値が含まれている領域を目標捜索領域、分散値計算対象としての受信信号振幅値が含まれている領域を分散計算領域と記す。なお、分散値σ^２は、該当分散計算領域に含まれている各振幅値から、以下の数式９により計算される。
【００２２】
【数９】

【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、受信信号列に対し目標捜索領域とこれに対応する分散計算領域が設定されるに際しては、図１に示すように、受信信号列中の任意位置に目標捜索領域とその周辺に分散計算領域がそれぞれ設定される。当然のことながら、受信信号列中での目標信号の位置は未知であるので、目標信号を検出するためには、図１に示すように、目標捜索領域は連続的に複数設定された上、受信信号の全区間がカバーされる必要がある。その際、分散計算領域はまた、対としての目標捜索領域を内部に含むようにして設定されるため、複数の分散計算領域が重複している区間が生じるものとなっている。これまでにあっては、そのような重複区間でも、区間重複に係わっている分散計算領域各々では、独立に受信信号振幅値の平均値および２乗平均値が計算されていたことから、分散値計算処理上での処理負荷の増大は否めないものとなっている。
【００２４】
本発明の目的は、分散値計算処理上での処理負荷が低減化された状態として、受信信号列中から目標信号を検出し得る目標検出装置を供するにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、既存の目標検出装置に対し、目標捜索領域各々に対応して分散計算領域が、２以上の他分散計算領域各々と少なくとも一部重複して設定される場合に、分散計算領域各々を他分散計算領域と重複する部分と重複しない部分とに分割する手段と、各々の部分毎に含まれる受信信号振幅値の総和および２乗和を計算する手段と、計算された各部分の総和および２乗和から所望の分散計算領域に含まれる受信信号振幅値の分散値を算出する手段とを具備せしめることで達成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図２から図１９により説明する。
先ず本発明による目標検出装置における要部構成について説明すれば、図２にその要部構成を示す。図示のように、区間分割器２１、総和計算器２２、２乗和計算器２３および分散計算器２４として構成されたものとなっている。以下、本発明に直接係わる分散計算方法を説明する。図３に時間（あるいは音波、または電波の単位時間当りの伝搬距離を乗じることにより求まる距離）方向に変動する一例での受信信号列を示すが、その受信信号列に対する分散計算領域各々のシフト設定態様を説明すれば、分散計算領域は、図の左側から領域Ｓ_１ →領域Ｓ_２ →領域Ｓ_３ →… … …といった順に順次シフト設定されるものとなっている。それら領域Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，…各々にＮ個の受信信号が含まれているとして、受信信号がＡ（＝Ｎ／Ｒ、Ｒ：自然数）個づつずれた状態として領域Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３，…各々が順次シフト設定されているものである。
【００２７】
さて、以下で説明されている数式や表、図に散見されているαはＲに同一として説明を続行すれば、区間分割器２１では、図４に示すように、受信信号列はＡ個の受信信号を含む区間Ａｉ（ｉ＝１，２…）毎に分割された上、区間Ａｉ各々に含まれている振幅値は総和計算器２２、２乗和計算器２３各々で所定に処理されるものとなっている。総和計算器２２では、図５に示すように、区間分割器２１からの区間Ａｉ各々に含まれる振幅値はその総和Σｘ_Ａｉが区間Ａｉ毎に計算された上、順次累積加算されるものとなっている。ｉ＝Ｒに達した時点で、それまでの累積加算結果（＝Σｘ_Ａ１＋，…，＋Σｘ_ＡＲ）は、領域Ｓ_１に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_１として分散計算器２４に与えられているものである。また、ｉ ≧（Ｒ＋１）では、図４に示すように、領域Ｓ_１を領域Ｓ_２にシフトする処理を行う。例えばｉ＝（Ｒ＋１）である場合には、ｉ＝Ｒにおける累積加算結果Σｘ_１と区間Ａ（_Ｒ＋１）に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_{Ａ（Ｒ＋１）}、更には、遅延回路からのＲ回前の総和結果（＝Σｘ_Ａ１）を以下の数式１０に代入することで、領域Ｓ_２に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_２が計算されているものである。一般に領域Ｓｊが領域Ｓ_{（ｊ＋１）}にシフトされる度に、同様な処理が行われることで、計算処理上での処理負荷の低減化が図られているものである。
【００２８】
【数１０】

【００２９】
一方、２乗和計算器２３では、図６に示すように、区間分割器２１からの区間Ａｉ各々に含まれる振幅値はその２乗和Σｘ_Ａｉ ^２が区間Ａｉ毎に計算された上、順次累積加算されるものとなっている。ｉ＝Ｒに達した時点で、それまでの累積加算結果（＝Σｘ_Ａ１ ^２＋，…，＋Σｘ_ＡＲ ^２）は、領域Ｓ_１に含まれる受信信号振幅値の２乗和Σｘ_１ ^２として分散計算器２４に与えられているものである。また、ｉ ≧（Ｒ＋１）では、領域Ｓ_１を領域Ｓ_２にシフトする処理を行う。例えばｉ＝（Ｒ＋１）である場合には、ｉ＝Ｒにおける累積加算結果Σｘ_１ ^２と区間Ａ_{（Ｒ＋１）}に含まれる受信信号振幅値の２乗和Σｘ_{Ａ（Ｒ＋１）} ^２、更には、遅延回路からのＲ回前の２乗和Σｘ_Ａ１ ^２を以下の数式１１に代入することで、領域Ｓ_２に含まれる受信信号振幅値の２乗和Σｘ_２ ^２が計算されているものである。一般に領域Ｓ_ｊが領域Ｓ_{（ｊ＋１）}にシフトされる度に、同様な処理が行われることで、総和計算器２２と同様、計算処理上での処理負荷の低減化が図られているものである。
【００３０】
【数１１】

【００３１】
ここで、更に、図７に示すように、受信信号列が２次元に分布し、受信信号列が時間（あるいは音波、または電波の単位時間当りの伝搬時間を乗じることにより求まる距離）方向および方位方向に変動する場合（１方位の受信信号波形を太線枠内に併せて示す）での計算方法を説明する。この場合での装置の要部構成は、図２に示すものと同一である。ただ、総和計算器２２、２乗和計算器２３各々の回路構成が図５、図６に示すものとは異なっており、この場合での総和計算器２２、２乗和計算器２３各々の回路構成を図８、図９に示す。また、図７に示す受信信号列に対する分散計算領域のシフト設定態様を図１０に示すが、これによる場合、分散計算領域は領域Ｓ_１１から方位方向に、領域Ｓ_１２、領域Ｓ_１３の順にシフトされる。領域Ｓ_１Ｅまでシフトされたならば、次は、時間方向に領域Ｓ_１１は領域Ｓ_２１にシフトされた後、領域Ｓ_２２、… … …領域Ｓ_２Ｅ、領域Ｓ_３１、… … …領域Ｓ_３Ｅの順にシフトが繰り返されるようにして、受信信号全領域がカバーされるものとなっている。換言すれば、受信信号列全体は方位方向にＸ個、時間方向にＹ個の受信信号から構成されているとして、分散計算領域各々は方位方向にＮ個、時間方向にＭ個の受信信号を含みつつ、方位方向にはＡ個の受信信号づつずれた状態として、また、時間方向にはＢ個の受信信号づつずれた状態として順次シフトされているものである。ここで、Ｒ（Ｒ：自然数）＝Ｎ／Ａであるとして、図８，図９各々での回路構成とその動作を説明すれば以下のようである。
【００３２】
即ち、図８，図９各々において、０≦ｉ ≦（Ｘ／Ａ）の場合は、分散計算領域は方位方向にシフトされる処理であり、従って、図３に示す受信信号列に対する計算方法とほぼ同様である。区間分割器２１では、図１１に示すように、受信信号列のうち、Ｘ（方位方向）×Ｍ（時間方向）個の領域を、Ａ（方位方向）×Ｍ（時間方向）個の区間Ａ_１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｘ／Ａ）毎に分割した上、区間Ａ_１ｉ各々に含まれる振幅値は総和計算器２２、２乗和計算器２３各々で所定に処理されるものとなっている。このうち、総和計算器２２では、区間分割器２１からの区間Ａ_１ｉ各々に含まれる受信信号振幅値はその総和Σｘ_Ａ１ｉが計算された上、順次累積加算されており、ｉ＝Ｒに達した時点で、それまでの累積加算結果（＝Σｘ_Ａ１１＋，…，＋Σｘ_Ａ１Ｒ）が領域Ｓ_１１内に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_１１として分散計算器２４に与えられるものとなっている。また、Ｒ＋１≦ｉ ≦（Ｘ／Ａ）では、上記処理に加えて、分散計算領域はＳ_１ｊからＳ_{１（ｊ＋１）}にシフトされる処理が行われる。例えば、ｉ＝（Ｒ＋１）の場合、ｉ＝Ｒにおける加算結果（＝Σｘ_Ａ１１＋，…，＋Σｘ_Ａ１Ｒ≡Σｘ_１１）と区間Ａ_１（_Ｒ＋１）に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_{Ａ１（Ｒ＋１）}、更には、遅延回路からのＲ回前の計算結果（＝Σｘ_Ａ１１）が以下の数式１２に代入されることによって、領域Ｓ_１２内に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_１２が計算されているものである。
【００３３】
【数１２】

【００３４】
一方、２乗和計算器２３では、区間分割器２１からの区間Ａ_１ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｘ／Ａ）に含まれる受信信号振幅値はその２乗和Σｘ_Ａ１ｉ ^２が計算された上、順次累積加算されており、ｉ＝Ｒに達した時点で、それまでの累積加算結果（＝Σｘ_Ａ１ｉ ^２＋，…，＋Σｘ_Ａ１Ｒ ^２）が領域Ｓ_１１内に含まれる受信信号振幅値の２乗和Σｘ_１１ ^２として分散計算器２４に与えられているものである。また、Ｒ＋１≦ｉ ≦（Ｘ／Ａ）では、分散計算領域はＳ_１ｊからＳ_{１（ｊ＋１）}にシフトされる処理が行われる。例えば、ｉ＝（Ｒ＋１）の場合、ｉ＝Ｒにおける加算結果（＝Σｘ_Ａ１ｉ ^２＋，…，＋Σｘ_Ａ１Ｒ ^２≡Σｘ_１１ ^２）と区間Ａ_{１（Ｒ＋１）}に含まれる受信信号振幅値の２乗和Σｘ_{Ａ１（Ｒ＋１）} ^２、更には、遅延回路からのＲ回前の計算結果（＝Σｘ_Ａ１１ ^２）が以下の数式１３に代入されることによって、領域Ｓ_１２内に含まれる受信信号振幅値の２乗和Σｘ_１２ ^２が計算されているものである。
【００３５】
【数１３】

【００３６】
分散計算器２４ではまた、総和計算器２２、２乗和計算器２３各々からの分散計算領域Ｓ_１ｊに含まれる総和Σｘ_１ｊおよび２乗和Σｘ_１ｊ ^２にもとづき、以下の数式１４により分散計算領域分散値Ｓ_１ｊの分散値σ_１ｊ ^２が計算されているものである。
【００３７】
【数１４】

【００３８】
また、ｉ ≧（Ｘ／Ａ）＋１では、図１２に示すように、区間Ａ_Ｋ１が区間Ａ_{（Ｋ＋１）１}にシフトされる処理が行われる。例えば、ｉ＝（Ｘ／Ａ）＋１の場合、区間分割器２１では、Ａ_１１をＡ_２１にシフトすることによって、新たに設定区間に含まれる区間（図１２におけるＡ_２１ｎ）、および設定区間から外れる区間（図１２におけるＡ_２１ｏ）に含まれる受信信号振幅値が総和計算器２２、２乗和計算器２３各々に与えられるものとなっている。このうち、総和計算器２２では、区間分割器２１からの区間Ａ２_１ｎ，Ａ_２１ｏ各々に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_Ａ２１ｎ，Σｘ_Ａ２１ｏが計算された上、更に、遅延回路からの（Ｘ／Ａ）回前の計算結果（＝Σｘ_Ａ１１）が以下の数式１５に代入されることによって、区間Ａ_２１に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_Ａ２１が計算されたものとなっている。
【００３９】
【数１５】

【００４０】
更に、（Ｘ／Ａ）＋１≦ｉ ≦（Ｘ／Ａ）＋Ｒ−１の場合は、上記手順にもとづき区間Ａ_２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｒ−１）に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_Ａ２ｉが計算された上、順次累積加算する処理が行われる。
更にまた、ｉ＝（Ｘ／Ａ）＋Ｒでは、上記処理に加えて加算結果（＝Σｘ_Ａ２１＋，…，＋Σｘ_Ａ２Ｒ）が領域Ｓ_２１内に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_２１として分散計算器２４に与えられる。
【００４１】
（Ｘ／Ａ）＋Ｒ＋１≦ｉ ≦２（Ｘ／Ａ）の場合にはまた、上記処理に加えて分散計算領域をＳ_２ｊからＳ_{２（ｊ＋１）}にシフトする処理が行われる。例えば、ｉ＝（Ｘ／Ａ）＋Ｒ＋１の場合、ｉ＝Ｒにおける加算結果（＝Σｘ_Ａ２１＋，…，＋Σｘ_Ａ２Ｒ≡Σｘ_２１）と区間Ａ_{２（Ｒ＋１）}に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_{Ａ２（Ｒ＋}１_）、更には、遅延回路からのＲ回前の計算結果（＝Σｘ_Ａ２１）に対して演算を行い、領域Ｓ_２２内に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_２２を計算する。
【００４２】
２乗和計算器２２では、区間分割器２１からの区間Ａ_２１ｎ，Ａ_２１ｏ各々に含まれる受信信号振幅値の２乗和Σｘ_Ａ２１ｎ ^２，Σｘ_Ａ２１ｏ ^２を計算した上、更に、遅延回路からの（Ｘ／Ａ）回前の計算結果（＝Σｘ_Ａ１１ ^２）を以下の数式１６に代入することによって、区間Ａ_２１に含まれる受信信号振幅値の２乗和Σｘ_Ａ２１ ^２を計算する。
【００４３】
【数１６】

【００４４】
（Ｘ／Ａ）＋１≦ｉ ≦（Ｘ／Ａ）＋Ｒ−１の場合は、上記手順にもとづき区間Ａ_２ｉ（ｉ＝１，２，…，Ｒ−１）に含まれる受信信号振幅値２乗和Σｘ_Ａ２ｉ ^２（ｉ＝１，２，…，Ｒ−１）を計算し、順次加算する処理を行う。
ｉ＝（Ｘ／Ａ）＋Ｒでは、上記処理に加えて加算結果（＝Σｘ_Ａ２１ ^２＋，…，＋Σｘ_Ａ２Ｒ ^２）を領域Ｓ_２１内に含まれる受信信号振幅値の２乗和Σｘ_２１ ^２として分散計算器２４へ出力する。
【００４５】
（Ｘ／Ａ）＋Ｒ＋１≦ｉ ≦２（Ｘ／Ａ）の場合は、上記処理に加えて分散計算領域をＳ_２ｊからＳ_{２（ｊ＋１）}にシフトする処理を行う。例えば、ｉ＝（Ｘ／Ａ）＋Ｒ＋１の場合、ｉ＝Ｒにおける加算結果（＝Σｘ_Ａ２１ ^２＋，…，＋Σｘ_Ａ２Ｒ ^２≡Σｘ_２１ ^２）と区間Ａ_{２（Ｒ＋１）}に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_{Ａ２（Ｒ＋１）} ^２、更には、遅延回路からのＲ回前の計算結果（＝Σｘ_Ａ２１ ^２）に対して演算を行い、領域Ｓ_２２に含まれる受信信号振幅値の総和Σｘ_２２ ^２を計算する。
【００４６】
分散計算器２４では、総和計算器２２、２乗和計算器２３各々からの分散計算領域Ｓ_２ｊに含まれる総和Σｘ_２ｊ、２乗和Σｘ_２ｊ ^２にもとづき、分散計算領域Ｓ_２ｊでの分散値σ_２ｊ ^２が計算されているものである。
【００４７】
ｉ ≧２（Ｘ／Ａ）の場合における区間分割器２１、総和計算器２２、２乗和計算器２３、分散計算器２４各々での処理については以下の表１として示し、その説明は省略する。
【００４８】
【表１】

【００４９】
ここで、本発明を尤度比による検出法に適用した場合に例を採り説明すれば、図１３にその検出法に係る目標検出装置の一例での概要構成を示す。これによる場合、目標検出装置１３０自体は船舶に搭載された状態で、水中に存在する目標を検出すべく機能したものとなっている。即ち、送信装置１３１で周期的に生成されている送信信号に同期して、送受波装置１３２からは、超音波が送信される一方、送信超音波に対する反射超音波はその送受波装置１３２で受信された後、電気信号に変換された状態として受信装置１３３で所定に前処理されるものとなっている。受信装置１３３では、送受波装置１３２からの受信信号が電力増幅・ディジタル変換された上、複数方位対応の音響ビームとして形成されているが、これら音響ビーム各々が信号処理装置１３４で所定に信号処理されているものである。信号処理装置１３４での信号処理結果は表示装置１３５上に可視画像として表示されることによって、その表示より複数方位の何れに目標が存在しているかや、その目標の位置がほぼ知れるように構成されているものである。
【００５０】
以上のように、信号処理装置１３４は、図２に示す区間分割器２１、総和計算器２２、２乗和計算器２３および分散計算器２４を含むものとして、本発明に直接係るものとされるが、ここで、図１３に示す各種構成要素のうち、受信装置１３３、信号処理装置１３４、表示装置１３５各々についてより詳細に説明すれば以下のようである。
先ず受信装置１３３であるが、受信装置１３３では、送受波装置１３２からの受信信号は電力増幅された後、図１４（ａ）に示すように、サンプリング周期ｔｓでサンプリングされた上、図１４（ｂ）に示すように、多値ディジタル変換されるものとなっている。更に、ディジタル変換された受信信号に対しては、整相処理が行われることによって、図１５に示すように、一定の方位範囲内に一定数のビームが放射状に形成されるものとなっている。図１６にはまた、送信信号波形に対する、図１５に示す方位方向対応受信信号波形各々との関係を、縦軸を受信信号の振幅値、横軸を時間（あるいは音波の単位時間当りの伝搬距離を乗じることにより求まる距離）として示す。図１６に示す方位方向対応受信信号波形を方位方向および時間方向の２次元に配列したものが、図７に２次元的に示されているわけである。以下、ｍ番目の送信信号に対する方位方向対応受信信号をＳ_ｍ（ｎ，ｔ）として表す。但し、ｎは方位を、ｔは時間をそれぞれ表す。このようにして得られる受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）は、信号処理装置１３４で所定に処理されているものである。
【００５１】
さて、その信号処理装置１３４では、受信装置１３３からの受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）に対しては、受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）を表示装置１３５上に各種態様で可視表示させるための処理の他、受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）中における目標の位置を特定するための処理が行われているが、図１７に信号処理装置１３４の一例での概要構成を示す。図示のように、信号処理装置１３４は、映像信号処理器１７１、領域設定器１７２、分散算出器１７３、尤度比算出器１７４、尤度比乗算器１７５および判定器１７６から構成されているが、このうち、分散算出器１７３は本発明は直接に係わるものとされる。
【００５２】
その信号処理装置１３４での動作であるが、受信装置１３３からの受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）は、映像信号処理器１７１で表示態様対応の映像信号に所定に変換処理された上、表示装置１３５上に可視表示されるものとなっている。一方、これに並行して、領域設定器１７２では、受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）に対し、図１８に示すように、時間および方位方向に一定幅をもつ目標捜索領域とこれに対応する分散計算領域が所定にシフト更新設定されるものとなっている。目標捜索領域が設定されるに際しては、Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）の全領域がカバーされるべく、時間および方位方向各々に順次シフト設定される毎に、その目標捜索領域に含まれる受信信号振幅値は尤度比算出器１７４に、また、分散計算領域の位置とその分散計算領域に含まれる受信信号振幅値は分散算出器１７３に与えられているものである。その分散算出器１７３は図２に示すものとして構成されているが、分散算出器１７３では、領域設定器１７２からの分散計算領域位置とその領域内振幅値にもとづき、分散値σ^２が計算された上、尤度比算出器１７４で所定に処理されているものである。尤度比算出器１７４ではまた、領域設定器１７３からの時間ｔ、方位ｎにおける目標捜索領域上の振幅値ｘと分散値σ^２とが数式８に代入されることで、その時間ｔ、方位ｎにおける尤度比Λ_ｍが算出された上、尤度比乗算器１７５に与えられているが、その尤度比乗算器１７５での処理、更には、それに引き続く判定器１７６での処理は以下のようである。なお、以下の説明では、時間ｔ、方位ｎにおける振幅値ｘ、分散値σ^２、尤度比Λ_ｍそれぞれを表現する上で、便宜上、サフィックス「_（ｎｔ）」が、また、受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）（ｍ＝１，２，…）上での同一位置を表現する上で、便宜上、サフィックス「_（ＮＴ）」が用いられている。
【００５３】
即ち、尤度比乗算器１７５では、受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）上、同一位置における尤度比Λ_１（ｘ_（ＮＴ））、Λ_２（ｘ_（ＮＴ））、…、Λ_ｍ（ｘ_（ＮＴ））が累積され、累積尤度比Λ（ｘ_（ＮＴ），ｍ）が算出されるものとなっている。また、尤度比乗算器１７５には、（ｍ−１）番目までの各位置（ｎ，ｔ）における累積尤度比Λ（ｘ_（ｎｔ），ｍ−１）が保持されており、尤度比算出器１７４から新たにｍ番目の受信信号における尤度比Λ_ｍ（ｘ_（ｎｔ））が入力されると、位置（ｎ，ｔ）が一致するΛ（ｘ_（ｎｔ），ｍ−１）が取り出されΛ_ｍ（ｘ_（ｎｔ））と乗算されることで、新たな累積尤度比Λ（ｘ_（ｎｔ），ｍ）が算出されるものとなっている。算出された累積尤度比Λ（ｘ_（ｎｔ），ｍ）は判定器１７６に与えられているとともに、尤度比乗算器１７５にそれまで保持されていた（ｍ−１）番目までの累積尤度比Λ（ｘ_（ｎｔ），ｍ−１）と置換されているものである。尤も、最初の受信信号列、即ち、ｍ＝１の場合は、累積尤度比Λ（ｘ_（ｎｔ），ｍ−１）は存在しないので、Λ（ｘ_（ｎｔ），１）はそのまま保持される。なお、計算上での簡易化を図るべく、尤度比の対数をとった対数尤度比（ｌｏｇｌｉｋｅｌｉｈｏｏｄｒａｔｉｏ）を用いた目標信号検出法が知られているが、本方法においても、数式８の対数をとることで、対数尤度比を用いた目標信号検出が可能であることは勿論である。
【００５４】
引き続き、判定器１７６での処理について説明すれば、判定器１７６では、尤度比乗算器１７５からの累積尤度比Λ（ｘ_（ｎｔ），ｍ）に対して、数式５により定めた閾値η_０、η_１との比較が行われた上、目標の存否が判定されるものとなっている。即ち、Λ（ｘ_（ｎｔ），ｍ）≧η_１ならば、位置（ｎ，ｔ）に目標が存在すると判定され、また、Λ（ｘ_（ｎｔ），ｍ）≦η_０ならば、位置（ｎ，ｔ）に目標が存在しないと判定され、更に、η_０＜Λ（ｘ_（ｎｔ），ｍ）＜η_１ならば、目標の存否は判定不可、換言すれば、何等の判定も行われないものとなっている。この判定により、もしも、目標が存在すると判定された場合には、その存在位置（ｎ，ｔ）は表示されるべく、表示装置１３５に転送されているものである。
【００５５】
表示装置１３５ではまた、受信装置１３３からの受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）が可視画像として表示されているが、もしも、判定器１７６から目標の存在位置（ｎ，ｔ）が転送された場合には、その存在位置（ｎ，ｔ）はこれに対応する画像上の位置にマーカー□として表示されることで、その存在位置（ｎ，ｔ）が容易に知れるものである。図１９に受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）の画像としての表示例を示す。円周方向は方位を表しており、受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）の方位ｎに相当する。また、半径方向は距離を表しており、受信信号列Ｓｍ（ｎ，ｔ）の時間ｔに相当したものとなっている。受信信号列Ｓ_ｍ（ｎ，ｔ）はその振幅値が輝度表示されているわけであるが、図示のように、目標のが存在位置（ｎ，ｔ）がマーカー□で表示されることで、ユーザにより容易に目標の位置が認識可とされているものである。因みに、目標が存在すると判定された位置、あるいは領域の表示方法としては、上記マーカー□以外に、その領域での振幅値を他領域とは異なる色を以て表示する方法や、その領域での振幅値のみを表示させる方法等が考えられるものとなっている。
【００５６】
以上のように、尤度比を用い受信信号列中の目標の位置を特定する処理が行われるに伴い、分散計算領域に含まれる受信信号振幅値の分散値が計算される必要がある場合に、分散計算領域を他分散計算領域との重複区間と非重複区間とに分割した上、各々の区間に含まれる受信信号振幅値の総和および２乗和を計算する手段とを有することにより、分散値が計算される際での処理負荷の低減化が図られているものである。
【００５７】
最後に、本発明に係る分散計算方法の効果の程を具体的に考察する。例えば、図３に示すように、時間（距離）方向に変動する受信信号列を想定した場合、受信信号の総数をＸ個、また、１分散計算領域に含まれる受信信号振幅値の数をＮ個、更に、分散計算領域がシフトされることによって、シフト前の分散計算領域から外れる領域（＝シフト後の分散計算領域に新たに加わる領域）に含まれる受信信号振幅値の数をＡ個とすれば、（（Ｘ−Ｎ）／Ａ）（但し、小数点切捨て）回のシフトが行われるから、結果として、（（Ｘ−Ｎ）／Ａ＋１）（但し、小数点切捨て）個の分散計算領域が設定されることになる。そこで、計算対象となる受信信号振幅値の数を、従来方式、本発明それぞれによる場合として求めれば、従来方式：Ｎ（（Ｘ−Ｎ）／Ａ＋１）（個）、本発明：Ｘ（個）としてそれぞれ求められるものとなっている。具体的な数値として、Ｘ＝７５、Ｎ＝１０、Ａ＝１を代入すれば、従来方式：１０×（（７５−１０）／１＋１）＝６６０（個）、本発明：７５（個）となり、実に、従来方式による場合に比し、ほぼ１／８．８（≒７５／６６０）に低減化されていることが判る。
【００５８】
また、Ｘ＝４０，０００、Ｎ＝１００、Ａ＝１を代入すれば、従来方式：１００×（（４００００−１００）／１＋１）＝３，９９０，１００（個）、本発明：４０，０００（個）となり、従来方式による場合に比し、ほぼ１／１００に低減化され、その結果として大幅な処理負荷上での低減化が図れるものとなっている。
【００５９】
更に、図７に示すように、時間（距離）および方位方向に変動する受信信号列を想定し、受信信号の総数をＸ（方位方向）×Ｙ（距離方向）個、１分散計算領域に含まれる受信信号振幅値の数をＮ（方位方向）×Ｍ（距離方向）個、方位方向に分散計算領域をシフトさせた際に、シフト前の分散計算領域から外れる領域（＝シフト後の分散計算領域に新たに加わる領域）に含まれる受信信号振幅値の数をＡ（方位方向）×Ｍ（距離方向）個、時間（距離）方向に分散計算領域をシフトさせた際に、シフト前の分散計算領域から外れる領域（＝シフト後の分散計算領域に新たに加わる領域）に含まれる受信信号振幅値の数をＮ（方位方向）×Ｂ（距離方向）個とすれば、方位方向に（（Ｘ−Ｎ）／Ａ）（但し、小数点切捨て）回、時間方向に（（Ｙ−Ｍ）／Ｂ）（但し、小数点切捨て）回のシフトが行われることから、結果として（（Ｘ−Ｎ）／Ａ＋１）×（（Ｙ−Ｍ）／Ｂ＋１）（但し、小数点切捨て）個の分散計算領域が設定されることになる。そこで、計算対象となる受信信号振幅値の数を、従来方式、本発明それぞれによる場合として求めれば、従来方式：ＮＭ（（Ｘ−Ｎ）／Ａ＋１）（（Ｙ−Ｍ）／Ｂ＋１）（個）、本発明：ＸＭ＋２Ｘ（Ｙ−Ｍ）（個）となる。具体的な数値として、Ｘ＝７５、Ｙ＝４０，０００、Ｎ＝７５、Ｍ＝１００、Ａ＝Ｂ＝１を代入すれば、従来方式：１０×１００×（（７５−１０）／１＋１）×（（４００００−１００）／１＋１）＝２，６３３，４６６，０００（個）、本発明：７５×１００＋２×７５×（４０，０００−１００）＝５，９９２，５００（個）となり、（従来方式）／（本発明）＝４３９．５の値からして、大幅な処理負荷上での低減化が図れるものとなっている。
【００６０】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１，２による場合には、分散値計算処理上での処理負荷が低減化された状態として、受信信号列中から目標信号を検出し得るものとなっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、受信信号列に目標捜索領域とこれに対応する分散計算領域が設定される際でのそれら領域の設定態様を示す図
【図２】図２は、本発明による目標検出装置における要部構成を示す図
【図３】図３は、１次元に分布している受信信号列に対する分散計算領域各々のシフト設定態様を示す図
【図４】図４は、それら分散計算領域各々のシフト設定態様をより詳細を示す図
【図５】図５は、図２における総和計算器の一例での回路構成を示す図
【図６】図６は、図２における２乗和計算器の一例での回路構成を示す図
【図７】図７は、２次元に分布している受信信号列を示す図
【図８】図８は、その受信信号列に対する総和計算器の一例での回路構成を示す図
【図９】図９は、同じくその受信信号列に対する２乗和計算器の一例での回路構成を示す図
【図１０】図１０は、同じくその受信信号列に対する分散計算領域のシフト設定態様を示す図
【図１１】図１１は、そのシフト設定態様（方位方向）をより詳細を示す図
【図１２】図１２は、同じくそのシフト設定態様（時間方向）をより詳細を示す図
【図１３】図１３は、本発明が尤度比による検出法に適用された場合での、その検出法に係る目標検出装置の一例での概要構成を示す図
【図１４】図１４（ａ），（ｂ）は、その装置における受信信号に対するサンプリング処理、ディジタル変換処理をそれぞれ説明するための図
【図１５】図１５は、同じくその装置における整相処理による複数ビーム形成を説明するための図
【図１６】図１６は、送信信号波形に対する、方位方向対応受信信号波形との関係を示す図
【図１７】図１７は、その方位方向対応受信信号波形に対する表示・目標検出処理上での概要構成例を示す図
【図１８】図１８は、図１３に示す目標検出装置における目標捜索領域とこれに対応する分散計算領域の設定態様を示す図
【図１９】図１９は、送信信号波形に対する、方位方向対応受信信号波形が画像として表示される際でのその表示例を示す図
【符号の説明】
２１…区間分割器、２２…総和計算器、２３…２乗和計算器、２４…分散計算器、
１３０…目標検出装置、１３１…送信装置、１３２…送受波装置、１３３…受信装置、１３４…信号処理装置、１３５…表示装置、１７１…映像信号処理器、１７２…領域設定器、１７３…分散算出器、１７４…尤度比算出器、１７５…尤度比乗算器、１７６…判定器

Claims

ソーナー、レーダー等、音波、または電波を送信信号として送信する手段と、該送信信号に対する反射信号を時系列な信号列として受信する手段と、該信号列中に複数の目標捜索領域と該領域に対応する分散計算領域を設定する手段と、上記目標捜索領域各々からは該領域に含まれる受信信号振幅値を、分散計算領域各々からは該領域に含まれる受信信号振幅値の分散値をそれぞれ検出、算出する手段と、検出された目標捜索領域の振幅値と算出された分散計算領域の分散値の両者をパラメータとして、該目標捜索領域に目標が存在するか否かの判定を行う手段と、判定結果を画面上に表示する手段とを有する目標検出装置において、目標捜索領域各々に対応して分散計算領域が、２以上の他分散計算領域各々と少なくとも一部重複して設定される場合に、該分散計算領域各々を他分散計算領域と重複する部分と重複しない部分とに分割する手段と、各々の部分毎に含まれる受信信号振幅値の総和および２乗和を計算する手段と、計算された各部分の総和および２乗和から所望の分散計算領域に含まれる受信信号振幅値の分散値を算出する手段とを具備してなる目標検出装置。
ソーナー、レーダー等、音波、または電波を送信信号として送信する手段と、該送信信号に対する反射信号を時系列な信号列として受信する手段と、該信号列を映像信号に変換した上、表示画面上に可視表示するとともに、該信号列中に複数の目標捜索領域と該領域に対応する分散計算領域を設定する手段と、該目標捜索領域各々から該領域内に含まれる受信信号振幅値を検出する手段と、該分散計算領域各々から該領域内に含まれる受信信号振幅値の分散値を算出する手段と、検出された受信信号振幅値と算出された受信信号振幅値の分散値を、予め定められた、目標信号を含まない受信信号列が従うべき確率密度関数と目標信号を含む受信信号列の分布が従うべき確率密度関数との比として定義された尤度比算出式に代入することにより、該目標捜索領域に対する尤度比を算出する手段と、算出された尤度比の事前設定閾値との比較により、該閾値を上回る尤度比が算出された目標捜索領域に対し目標が存在すると判定する手段と、上記表示画面上に、目標が存在すると判定された目標捜索領域上に該目標の存在位置を併せて表示する手段とを有する目標検出装置において、目標捜索領域各々に対応して分散計算領域が、２以上の他分散計算領域各々と少なくとも一部重複して設定される場合に、該分散計算領域各々を他分散計算領域と重複する部分と重複しない部分とに分割する手段と、各々の部分毎に含まれる受信信号振幅値の総和および２乗和を計算する手段と、計算された各部分の総和および２乗和から所望の分散計算領域に含まれる受信信号振幅値の分散値を算出する手段とを具備してなる目標検出装置。