JP5443891B2 - Synthetic aperture sonar - Google Patents
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Description
本発明は、航走体に搭載する送波器と移動方向に等間隔に配列した複数台の受波器とからなる合成開口ソーナーに係り、特に航走体の動揺を補正する合成開口ソーナーに関する。 The present invention relates to a synthetic aperture sonar composed of a transmitter mounted on a traveling body and a plurality of receivers arranged at equal intervals in the moving direction, and more particularly to a synthetic aperture sonar that corrects the shaking of the traveling body. .
合成開口ソーナーは、合成開口レーダで開発された技術を応用したソーナーである。レーダの分解能を向上させるためには、受波器の開口長を大きくする必要がある。すなわち、合成開口レーダは、航空機または人工衛星等に搭載し、軌道上を移動しながら、送信したレーダ波の反射波を受波器で連続的に受信する。これにより、小さい開口長の受波器の受信信号を合成する。この結果、等価的に開口長を大きくして分解能を向上させている。合成開口ソーナーは、レーダ波の代わりに音響波を用い、水上または水中の航走体に搭載して、同様の原理により、ソーナーの分解能を向上させる。 Synthetic aperture sonar is a sonar that applies the technology developed in synthetic aperture radar. In order to improve the resolution of the radar, it is necessary to increase the aperture length of the receiver. That is, the synthetic aperture radar is mounted on an aircraft or an artificial satellite, and continuously receives the reflected wave of the transmitted radar wave with a receiver while moving on orbit. Thereby, the received signal of the receiver having a small aperture length is synthesized. As a result, the resolution is improved by increasing the aperture length equivalently. Synthetic aperture sonar uses acoustic waves instead of radar waves and is mounted on water or underwater vehicles to improve the resolution of the sonar based on the same principle.
合成開口処理について、非特許文献1および非特許文献2に示すように高速フーリエ変換と複素乗算を用いたCS(Chirp Scaling)アルゴリズムが知られている。また非特許文献2は、時間軸信号に動揺補正関数を乗算することにより動揺補正を行なう方法を示している。
As for synthetic aperture processing, as shown in
音響波の水中伝搬速度1,500m/sは、レーダ波の空中伝播速度300,000km/sと比較して非常に遅い。このため、合成開口ソーナーは、送信開始からエコー波が返ってきて次の送信を開始するまでのパルス繰返し周期を長く取る必要がある。また、航走体のサンプル間の移動距離が極端に短く、合成開口長が取れない。さらに、航走体速度が遅すぎるため一定速度に保てない不都合がある。 The underwater propagation speed of acoustic waves of 1,500 m / s is very slow compared to the radar wave propagation speed of 300,000 km / s. For this reason, it is necessary for the synthetic aperture sonar to take a long pulse repetition period from the start of transmission until the return of the echo wave to the start of the next transmission. Moreover, the moving distance between samples of the traveling body is extremely short, and the synthetic aperture length cannot be obtained. Further, there is a disadvantage that the speed of the traveling body is too slow and cannot be kept constant.
すなわち、このパルス繰返し周期の逆数がパルス繰返し周波数PRFで、航走体の速度をv、受波器の受波開口長をD、水中の音速をc、最大捜索距離をRmaxとして、次の(数1)を満たす必要がある。 That is, the reciprocal of this pulse repetition period is the pulse repetition frequency PRF, the speed of the vehicle is v, the receiving aperture length of the receiver is D, the speed of sound in water is c, and the maximum search distance is Rmax. Equation 1) must be satisfied.
この問題は、1回の送信に対して移動方向に等間隔に配列した複数台の受波器で同時に受信するDPCA(Displaced Phase-Center Antenna)方式により解決することができる。
合成開口および動揺補正にDPCAを用いた合成開口方法は、特許文献1、特許文献2および非特許文献2に示されている。
This problem can be solved by a DPCA (Displaced Phase-Center Antenna) system in which a plurality of receivers arranged at equal intervals in the moving direction are simultaneously received for one transmission.
Synthetic aperture and synthetic aperture methods using DPCA for shake correction are shown in
DPCA方式は、1台の送波器と移動方向に等間隔に配列した複数台の受波器からなる複数配列において、送波器から目標までと目標から受波器までの伝搬距離の和が、送波器と受波器の中間に位置する仮想的な送受波器から目標までの往復伝搬距離に近似的に等しいとの原理に基づく。DPCA方式は、この仮想的な送受波器から信号が送受波されるとみなして合成開口処理を行なう方式である。以降、実際の送波器と受波器の配列を複数配列、送波器と受波器の中間に位置する仮想的な送受波器の配列をDPCA配列と呼ぶことにより区別する。また、1台の送波器と1台の受波器が一体化した送受波器を単一配列と呼ぶことにする。 In the DPCA method, the sum of the propagation distances from the transmitter to the target and from the target to the receiver is calculated in a plurality of arrays including one transmitter and a plurality of receivers arranged at equal intervals in the moving direction. This is based on the principle that it is approximately equal to the round-trip propagation distance from the virtual transmitter / receiver located between the transmitter and receiver to the target. The DPCA method is a method of performing synthetic aperture processing on the assumption that a signal is transmitted / received from this virtual transmitter / receiver. Hereinafter, a plurality of arrays of actual transmitters and receivers are arranged, and an array of virtual transmitters / receivers positioned between the transmitters and receivers is called a DPCA array. A transmitter / receiver in which one transmitter and one receiver are integrated is referred to as a single array.
単一配列で受信する場合は、移動方向のアジマスサンプリング周波数fasは、パルス繰り返し周波数PRFに等しく、航走体速力v、受波開口長Dとの間で(数2)の関係がある。 In the case of reception in a single array, the azimuth sampling frequency fas in the moving direction is equal to the pulse repetition frequency PRF, and there is a relationship of (Equation 2) between the traveling body speed v and the receiving aperture length D.
DPCA配列で受信する場合、複数受波器の間隔dをアジマスサンプリング間隔に合わせて配列することにより、アジマスサンプリング周波数fasをパルス繰り返し周波数PRFよりも高くできる。このとき、受波器数Eとの間で(数3)の関係がある。ここで、受波器間隔dは、それぞれの受波器の受波開口長Dとは定義が異なるが、一般にd=Dにとる。 When receiving with the DPCA arrangement, the azimuth sampling frequency fas can be made higher than the pulse repetition frequency PRF by arranging the interval d of the plurality of receivers in accordance with the azimuth sampling interval. At this time, there is a relationship of (Equation 3) with the number E of receivers. Here, the receiver interval d is defined differently from the receiving aperture length D of each receiver, but generally d = D.
パルス繰り返し周波数PRFは、送信タイミングであり、(数3)に基づく航走体速度vの実測値により時々刻々制御される。これに伴いアジマスサンプリング周波数fasが制御される。 The pulse repetition frequency PRF is a transmission timing, and is controlled from moment to moment by an actual measurement value of the vehicle speed v based on (Equation 3). Accordingly, the azimuth sampling frequency fas is controlled.
図1を参照して、従来技術による動揺補正処理を説明する。ここで、図1は従来技術による合成開口ソーナーのブロック図である。図1において、合成開口ソーナー600は、送受信処理部100、動揺補正処理部200、合成開口処理部300、表示制御処理部400、動揺検出処理部500で構成される。送受信処理部100は、受波器110、送波器120、受信器130、送信器140、PRF制御器150で構成される。
With reference to FIG. 1, the shake correction process by a prior art is demonstrated. Here, FIG. 1 is a block diagram of a synthetic aperture sonar according to the prior art. In FIG. 1, the
送信器140は、外部設定に基づき送信信号を生成する。送信器140は、PRF制御器150からの送信タイミング信号に同期して送信信号を、送波器120に送り出す。送波器120は、送信信号を電気音響変換し、水中に送波する。PRF制御器150は、航走体速度vに基づく速度信号10を入力としてPRF値を(数4)より計算し、送信器140に送信タイミング信号として出力する。
The
受波器110は、受波エコーを音響電気変換する。受信器130は、受波器110からの受信信号を、増幅、濾波、アナログ/ディジタル変換の後、ベースバンドに周波数変換する。動揺補正処理部200は、動揺補正器210、補正量計算器220で構成される。補正量計算器220は、動揺検出処理部500から受信する動揺量を元に伝搬時間差τに基づく位相補正量Δαを(数5)により計算し、動揺補正器210に出力する。ここでλは中心周波数の波長である。
The receiver 110 performs acoustoelectric conversion on the received echo. The receiver 130 frequency-converts the received signal from the receiver 110 to baseband after amplification, filtering, and analog / digital conversion. The shake correction processing unit 200 includes a
動揺補正器210は、補正量計算器220からの補正量に基づき受信信号に
exp(Δα)
を複素乗算して、位相回転により動揺補正を行なう。
The
Is subjected to complex multiplication, and shake correction is performed by phase rotation.
合成開口処理部300は、非特許文献1に基づき合成開口処理を行なう。合成開口処理部300は、レンジ方向とアジマス方向の2次元時間信号を入力し、レンジ方向とアジマス方向の2次元座標信号を表示制御処理部400に出力する。ここで、アジマス方向は航走体の進行方向、レンジ方向は水平面内で航走体の進行方向に直角な方向である。
The synthetic
表示制御処理部400は、処理結果の表示のためのフォーマッティング、レベル調整、マンマシンインターフェイスである。
動揺検出処理部500は、外部動揺センサーの出力である動揺データ20を入力とし、3軸の回転角である(1)ローリング角、(2)ピッチング角、(3)ヨーイング角と、3軸の変位量である(4)サージング量、(5)スウェイング量、(6)ヒービング量を実時間関数として出力する。外部動揺センサーには、仏国IXSEA社等から市販されている高精度の慣性誘導装置がある。
The display
The motion
上述した背景技術は、以下の問題点がある。
第1の問題は、動揺補正が1台の送波器と1台の受波器からなる単一配列を前提としているため、特許文献1や特許文献2にみられるような、1台の送波器と複数台の受波器からなる複数配列での誤差を補正できないことである。
第2の問題は、受波器の移動距離は航走体の速度以外に伝搬時間により変化するが、この伝搬時間による誤差を補正できないことである。
The background art described above has the following problems.
The first problem is that the shake correction is based on a single array consisting of one transmitter and one receiver, so that one transmitter as seen in
The second problem is that the travel distance of the receiver varies depending on the propagation time in addition to the speed of the traveling body, but errors due to this propagation time cannot be corrected.
第3の問題は、外部動揺センサーの動揺量の検出精度に限界があり、周波数が高くなると波長が短くなるため、合成開口に必要な精度が得られないことである。
本発明の目的は、これらの問題を解決し、高精度の動揺補正を行なう合成開口ソーナーを提供することにある。
The third problem is that there is a limit to the detection accuracy of the amount of oscillation of the external oscillation sensor, and the wavelength becomes shorter as the frequency becomes higher, so that the accuracy required for the synthetic aperture cannot be obtained.
It is an object of the present invention to provide a synthetic aperture sonar that solves these problems and performs high-accuracy fluctuation correction.
合成開口ソーナーは、航走体に搭載され、航走中に3軸方向の回転および移動による動揺を受ける。動揺は、伝搬距離を微妙に変化させるため位相回転を生じ、合成開口処理に重大な影響を及ぼす。本発明が解決すべき課題は、航走体の動揺を外部動揺センサーで検出した動揺量にて動揺補正を行なうとともに、外部動揺センサーで検出しきれない残留動揺量を、自らの受信信号で検出し、自己動揺補正を行なうことにより、動揺に強い高精度な合成開口ソーナーを実現することである。 The synthetic aperture sonar is mounted on the traveling body and is subjected to fluctuations due to rotation and movement in three axial directions during traveling. The fluctuation causes a phase rotation because it slightly changes the propagation distance, and has a significant effect on the synthetic aperture processing. The problem to be solved by the present invention is to correct the shaking with the amount of shaking detected by the external shaking sensor, and detect the remaining shaking amount that cannot be detected by the external shaking sensor with its own received signal. In addition, by performing self-stabilization correction, a highly accurate synthetic aperture sonar that is resistant to shaking is realized.
動揺補正の第1段階で、1台の送波器と1台の受波器が一体化した仮想の単一配列と基準位置との間の伝搬距離を、当該単一配列に動揺を加えずに計算する第1の伝搬距離計算値と、1台の送波器と移動方向に等間隔に配列した複数台の受波器からなる複数配列と前記基準位置との間の伝搬距離を、当該複数配列に外部動揺センサーが検出した動揺データに基づく動揺量を擬似的に加えて計算する第2の伝搬距離計算値とから、伝搬距離差を求めて動揺補正量を計算し、動揺補正を行なう。すなわち、
動揺補正後の複数配列と任意目標位置との伝搬距離
=動揺補正前の複数配列と任意目標位置との伝搬距離
+(動揺を加えない仮想の単一配列と基準位置との第1の伝搬距離
−動揺を加えた複数配列と基準位置との第2の伝搬距離)
として( )内の伝搬距離差により動揺量を計算し、動揺補正を行なう。
In the first stage of fluctuation correction, the propagation distance between a virtual single arrangement in which one transmitter and one receiver are integrated and the reference position is not added to the single arrangement. A propagation distance between the reference position and a plurality of first propagation distance calculation values to be calculated and a plurality of receivers arranged at equal intervals in the moving direction and one transmitter. From the second propagation distance calculation value calculated by artificially adding the shaking amount based on the shaking data detected by the external shaking sensor to a plurality of arrays, the shaking distance is calculated by calculating the shaking distance difference, and the shaking correction is performed. . That is,
Propagation distance between a plurality of arrays after shake correction and an arbitrary target position = Propagation distance between a plurality of arrays before shake correction and an arbitrary target position + (First propagation distance between a virtual single array to which no shake is added and a reference position -A second propagation distance between the reference position and a plurality of arrangements with shaking
As shown in (), the fluctuation amount is calculated from the propagation distance difference in parentheses, and the fluctuation is corrected.
ここで基準位置を合成開口処理の中心に取ることにより、任意目標位置と基準位置の動揺量の差が小さく無視できるようになるため、動揺補正が効果的に行なわれる。伝搬距離は実際の計測量である伝搬時間から、伝播距離=伝播時間×音速で計算できる。
以上、動揺補正の第1段階の結果、複数配列の位置が仮想の単一配列の位置に補正される。
Here, by taking the reference position at the center of the synthetic aperture processing, the difference in the amount of fluctuation between the arbitrary target position and the reference position becomes small and can be ignored, so that the fluctuation correction is effectively performed. The propagation distance can be calculated from propagation time, which is an actual measurement amount, by propagation distance = propagation time × sound speed.
As described above, as a result of the first stage of the shake correction, the positions of the plurality of arrays are corrected to the positions of the virtual single array.
次に、動揺補正の第2段階で、i回目の送波に対応するDPCA配列の位置の一部と、i+1回目の送波に対応するDPCA配列の位置の一部を、動揺を加えない状態で一致するように送信タイミングを制御し、前記i回目の送波に対応する受信信号と前記i+1回目の送波に対応する受信信号の目標との間の伝播距離差から動揺量を検出し、動揺補正の第1段階で補正した受信信号にさらなる動揺補正を行なう。 Next, in the second stage of the shake correction, a part of the position of the DPCA array corresponding to the i-th transmission and a part of the position of the DPCA array corresponding to the i + 1-th transmission are not shaken. The transmission timing is controlled so as to coincide with each other, and the amount of fluctuation is detected from the propagation distance difference between the reception signal corresponding to the i-th transmission and the target of the reception signal corresponding to the i + 1-th transmission, Further shake correction is performed on the reception signal corrected in the first stage of shake correction.
以降、この送波器と受波器の中間位置を一致させたDPCA配列を重畳DPCA配列と呼ぶ。
重畳DPCAにおいては、前述の送信タイミングを制御するため、受波器数Eと重畳DPCA数Lとの間で、(数3)を一部変更して、(数6)の関係が必要になる。
Hereinafter, the DPCA array in which the intermediate positions of the transmitter and receiver are matched is referred to as a superimposed DPCA array.
In superimposed DPCA, in order to control the transmission timing described above, the relationship of (Equation 6) is required by partially changing (Equation 3) between the number of receivers E and the number of superimposed DPCA L. .
これから、パルス繰り返し周波数PRFは、(数4)を一部変更して、(数7)の関係がある。 From this, the pulse repetition frequency PRF has a relationship of (Expression 7) by partially changing (Expression 4).
動揺が加えられた場合に、重畳DPCA配列の位置が変化し、これにより目標との伝搬距離が変化する。このため、伝搬距離差により動揺量が検出できる。伝搬距離差は、合成開口処理範囲内において近似的に目標位置に関係なく動揺量のみに依存する。このため、目標は具体的な対象物である必要はなく、海底地形を形成する海底の岩、海床により動揺量の検出が可能である。
i+2回目とi+3回目、および以降の送波についても同様の処理を行なう。
When shaking is applied, the position of the superimposed DPCA array changes, and the propagation distance from the target changes accordingly. For this reason, the amount of fluctuation can be detected from the propagation distance difference. The propagation distance difference approximately depends on only the fluctuation amount regardless of the target position within the synthetic aperture processing range. For this reason, the target need not be a specific object, and the amount of fluctuation can be detected by the rocks and the seabed forming the seafloor topography.
The same processing is performed for the i + 2nd and i + 3th times and the subsequent transmissions.
上述した課題は、複数配列とPRF制御器を含む送受信処理部と、動揺検出処理部と、動揺検出処理部の出力を用いて送受信処理部の出力に動揺補正を行ない、動揺補正後の受信信号を用いてさらなる動揺補正を行なう動揺補正処理部と、合成開口処理部と、表示制御処理部とからなる合成開口ソーナーにより、達成できる。 The above-described problem is that a transmission / reception processing unit including a plurality of arrays and a PRF controller, a motion detection processing unit, and a motion compensation is performed on the output of the transmission / reception processing unit using the output of the motion detection processing unit. This can be achieved by a synthetic aperture sonar composed of a shake correction processing unit that performs further motion correction using the above, a synthetic aperture processing unit, and a display control processing unit.
ここで、動揺補正処理部は、第1伝搬距離計算器と、第2伝搬距離計算器と、補正量計算器と、動揺補正器と、自己補正量計算器と、自己動揺補正器とで構成する。
第1伝搬距離計算器は、仮想の単一配列と基準位置との間の伝搬距離を、単一配列に動揺を加えず計算する。第2伝搬距離計算器は、複数配列と基準位置との間の伝搬距離を、複数配列に動揺検出処理部からの動揺量を擬似的に加えて計算する。補正量計算器は、第1伝搬距離計算器と当該第2伝搬距離計算器の出力から、伝搬距離差により第1の動揺量を計算する。動揺補正器は、第1の動揺量に基づき送受信処理部の出力に動揺補正を行なう。送受信処理部のPRF制御器は、i回目の送波とi+1回目の送波に対応する重畳DPCA配列の位置が一致するように送波タイミングを制御する。自己補正量計算器は、重畳DPCA受信信号の目標との間の伝搬距離差から第2の動揺量を検出する。自己動揺補正器は、第2の動揺量に基づき動揺補正器出力に動揺補正を行なう。
Here, the shake correction processing unit includes a first propagation distance calculator, a second propagation distance calculator, a correction amount calculator, a shake correction device, a self-correction amount calculator, and a self-motion correction device. To do.
The first propagation distance calculator calculates the propagation distance between the virtual single array and the reference position without adding any fluctuation to the single array. The second propagation distance calculator calculates the propagation distance between the plurality of arrays and the reference position by artificially adding the amount of shaking from the shaking detection processing unit to the plurality of arrays. The correction amount calculator calculates the first fluctuation amount from the output of the first propagation distance calculator and the second propagation distance calculator based on the propagation distance difference. The shake corrector performs shake correction on the output of the transmission / reception processing unit based on the first shake amount. The PRF controller of the transmission / reception processing unit controls the transmission timing so that the positions of the superimposed DPCA arrays corresponding to the i-th transmission and the (i + 1) -th transmission match. The self-correction amount calculator detects the second fluctuation amount from the propagation distance difference from the target of the superimposed DPCA reception signal. The self-stabilizer corrects the fluctuation on the output of the fluctuation corrector based on the second fluctuation amount.
本発明に依れば、航走体の動揺を外部動揺センサーで検出した動揺量にて動揺補正を行なうとともに、外部動揺センサーで検出しきれない残留動揺量を、自らの受信信号で検出し、自己動揺補正を行なう動揺に強い高精度な合成開口ソーナーを実現することができる。 According to the present invention, while performing the shake correction by the amount of shake detected by the external shake sensor, the remaining shake amount that cannot be detected by the external shake sensor is detected by its own received signal, It is possible to realize a high-precision synthetic aperture sonar that is resistant to shaking and performs self-swing correction.
以下本発明の実施の形態について、実施例を用い図面および数式を参照しながら説明する。なお、実質同一部位には同じ参照番号を振り、説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings and mathematical formulas using examples. The same reference numerals are assigned to substantially the same parts, and the description will not be repeated.
まず、図2を参照して、本実施例による動揺補正処理を説明する。図2において、合成開口ソーナー700は、送受信処理部100A、動揺補正処理部200A、合成開口処理部300、表示制御処理部400、動揺検出処理部500で構成される。送受信処理部100Aは、受波器110、送波器120、受信器130、送信器140、PRF制御器150Aで構成される。
First, the shake correction process according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the
送信器140は、外部設定に基づき送信信号を生成し、PRF制御器150Aからの送信タイミング信号に同期して送信信号を出力し、送波器120に送り出す。送波器120は、送信信号を電気音響変換し、水中に送波する。PRF制御器150Aは、航走体速度vに基づく速度信号10を入力としてPRF値を(数7)から計算し、送信器140に送信タイミング信号として出力する。受波器110は、受波エコーを音響電気変換する。受信器130は、受波器110からの受信信号を、増幅、濾波、アナログ/ディジタル変換の後、ベースバンドに周波数変換する。
The
動揺補正処理部200Aは、動揺補正器210A、補正量計算器220A、第1伝搬距離計算器230、第2伝搬距離計算器240、自己動揺補正器250、自己補正量計算器260で構成される。
The shake correction processing unit 200A includes a
基準位置データ30は、合成開口処理の基準位置で、通常は合成開口処理の中心にとる。
The
第1伝搬距離計算器230は、基準位置と仮想の単一配列間の伝搬距離を計算する。第2伝搬距離計算器240は、動揺検出処理器500からの動揺量を擬似的に加えて、基準位置と複数配列間の伝搬距離を計算する。複数配列の送波器と受波器の配列を図3と図4とを参照して、後述する。
The first
補正量計算器220Aは、第1伝搬距離計算器230の出力と第2伝搬距離計算器240の出力から伝播距離差を検出する。補正量計算器220Aは、これを動揺補正量として位相差Δαに変換し、動揺補正器210Aに出力する。動揺補正器210Aは、受信信号にexp(Δα)を複素乗算して、位相回転により動揺補正を行なう。動揺補正器210Aは、DPCA配列の中の重畳DPCA配列を除くDPCA配列を形成する受信信号211と、重畳DPCA配列を形成する一方の受信信号212と、重畳DPCA配列を形成するもう一方の受信信号213を出力する。
The
自己補正量計算器260は、受信信号212と受信信号213を入力として、レンジ方向とアジマス方向の2次元相互スペクトラムをとり、レンジ方向は送信信号の中心周波数、アジマス方向はドップラーゼロ周波数に相当する位置の位相差Δβを検出してこれを動揺補正量として自己動揺補正器250に送る。自己動揺補正器250は、受信信号211にexp(Δβ)を複素乗算して、位相回転により自己動揺補正を行なう。
The self-
合成開口処理部300は、合成開口処理を行なう。表示制御処理部400は、処理結果の表示のためのフォーマッティング、レベル調整、マンマシンインターフェイスである。動揺検出処理部500は、外部動揺センサーの出力である動揺データ20を入力とし、3軸の回転角である(1)ローリング角、(2)ピッチング角、(3)ヨーイング角と、3軸の変位量である(4)サージング量、(5)スウェイング量、(6)ヒービング量を実時間関数として出力する。
The synthetic
図3および図4を参照して、送波器と受波器、DPCA配列と重畳DPCA配列の各位置を説明する。なお、図3および図4では送波時から受波時までの伝播時間による受波器の移動は無視している。 With reference to FIG. 3 and FIG. 4, each position of a transmitter and a receiver, a DPCA arrangement | sequence, and a superimposed DPCA arrangement | sequence is demonstrated. In FIG. 3 and FIG. 4, the movement of the receiver due to the propagation time from the time of transmission to the time of reception is ignored.
図3および図4において、横軸は航走体の航走方向、縦軸はi回目の送波とi+1回目の送波に対応するDPCA配列の推移を示す。送波器120の位置を○、受波器110の位置を●、DPCAの位置を◎で示す。また、送波器120と受波器110を囲む箱は、送受波器アレイ160である。
3 and 4, the horizontal axis represents the traveling direction of the traveling body, and the vertical axis represents the transition of the DPCA array corresponding to the i-th transmission and the i + 1-th transmission. The position of the
図3で、送波器120の横軸の座標を0とし、受波器間隔をdとすると、受波器120の位置は、−3d、−2d、−d、0、d、2d、3dとなる。DPCAの位置は、送波器と受波器の中心であるから、−1.5d、−d、−0.5d、0、0.5d、d、1.5dとなる。DPCAの中で重畳DPCAの位置は、0.5d、d、1.5dとなる。合成開口処理としてDPCAを連続させるためには、送波器120の送信タイミングは、送波器が(数7)から、
v/PRF=(E−L)d/2
=(7−3)d/2
=2d
の距離を移動する毎である必要がある。
In FIG. 3, assuming that the coordinate of the horizontal axis of the
v / PRF = (E−L) d / 2
= (7-3) d / 2
= 2d
Needs to be moved every time.
図4で、図3と同様に送波器120の横軸の座標を0とし、受波器間隔をdとすると、受波器120の位置は、−2.5d、−1.5d、−0.5d、0.5d、1.5d、2.5dとなる。また、DPCAの位置は、−1.25d、−0.75d、−0.25d、0.25d、0.75d、1.25dとなる。DPCAの中で重畳DPCAの位置は、0.25d、0.75d、1.25dとなる。合成開口処理としてDPCAを連続させるためには、送波器120の送信タイミングは、送波器が(数7)から、
v/PRF=(E−L)d/2
=(6−3)d/2
=1.5d
の距離を移動する毎である必要がある。
In FIG. 4, when the horizontal axis coordinate of the
v / PRF = (E−L) d / 2
= (6-3) d / 2
= 1.5d
Needs to be moved every time.
航走体の移動方向をx軸、移動方向と直角の方向をy軸、移動方向と垂直の方向をz軸とし、y軸を右手系で定義する。3軸の動揺量は次の6通りあり、(1)ローリング角はx軸回りの回転量、(2)ピッチング角はy軸回りの回転量、(3)ヨーイング角はz軸回りの回転量である。同様に、(4)サージング変位はx軸方向の移動量、(5)スウェイング変位はy軸方向の移動量、(6)ヒービング変位はz軸方向の移動量である。 The moving direction of the vehicle is defined as an x-axis, a direction perpendicular to the moving direction is defined as a y-axis, a direction perpendicular to the moving direction is defined as a z-axis, and the y-axis is defined as a right-handed system. There are the following 6 types of shaking of the three axes: (1) The rolling angle is the amount of rotation about the x axis, (2) The pitching angle is the amount of rotation about the y axis, and (3) The yawing angle is the amount of rotation about the z axis. It is. Similarly, (4) surging displacement is the amount of movement in the x-axis direction, (5) swaging displacement is the amount of movement in the y-axis direction, and (6) heaving displacement is the amount of movement in the z-axis direction.
動揺補正は、これら動揺パラメータの中で合成開口ソーナーの特性に大きな影響を与えるヨーイング角とスウェイング変位について説明する。他の動揺パラメータも同様の原理で補正できるため、ここでの動揺パラメータは次の2つとする。taはアジマス時間でこれらはtaの関数である。なお、アジマス時間taは、アジマスサンプリング周期fasの逆数である。 In the shake correction, the yawing angle and the swaying displacement that have a great influence on the characteristics of the synthetic aperture sonar among these shake parameters will be described. Since other shaking parameters can be corrected by the same principle, the following two shaking parameters are used. ta is the azimuth time and these are functions of ta. The azimuth time ta is the reciprocal of the azimuth sampling period fas.
(1)ヨーイング角Φyaw(ta)
(2)スウェイング変位Esway(ta)
以後の説明のため、航走体位置、複数配列の送波器位置とk番目の受波器位置、単一配列位置、基準位置を定義する。
(1) Yawing angle Φ yaw (ta)
(2) Swing displacement Esway (ta)
For the following explanation, the navigation body position, the plural transmitter positions and the kth receiver position, the single array position, and the reference position are defined.
まず航走体位置を(数8)とする。 First, the position of the traveling body is assumed to be (Equation 8).
複数配列の送波器の航走体中心からの相対位置を(数9)とする。 A relative position from the center of the traveling body of the plurality of transmitters is defined as (Equation 9).
複数配列のk番目受波器の航走体中心からの相対位置を(数10)とする。 The relative position from the center of the traveling body of the k-th receivers in a plurality of arrays is defined as (Equation 10).
単一配列の位置を(数11)とする。 Let the position of the single sequence be (Equation 11).
合成開口処理の中心にとる基準位置を、(数12)とする。 The reference position taken at the center of the synthetic aperture process is defined as (Equation 12).
送波時の送波器の位置は航走体位置と送波器相対位置の和であり、航走体中心を動揺中心としてヨーイング角Φyawとスウェイング変位Eswayの動揺を加えた場合、(数8)と(数9)から(数13)となる。 The position of the transmitter at the time of transmission is the sum of the position of the traveling body and the relative position of the transmitter. When the yawing angle Φyaw and the swaying displacement Esway are shaken with the center of the running body as the rocking center, ) And (Equation 9) to (Equation 13).
受波時のk番目の受波器位置は航走体位置と受波器相対位置の和であり、伝搬時間Δtaの間に航走体が移動している分を考慮して、(数8)と(数10)から(数14)となる。 The k-th receiver position at the time of reception is the sum of the position of the traveling body and the relative position of the receiver, and considering the amount of movement of the traveling body during the propagation time Δta, ) And (Equation 10) to (Equation 14).
これより、動揺補正の第一段階で、単一配列と基準位置との伝搬距離と、複数配列と基準位置との伝搬距離の差から動揺量を計算する手順について説明する。 The procedure for calculating the amount of shaking from the difference in the propagation distance between the single array and the reference position and the difference in propagation distance between the plurality of arrays and the reference position in the first stage of shaking correction will be described.
基準位置と単一配列の間の伝搬距離は、(数11)と(数12)から(数15)で与えられる。 The propagation distance between the reference position and the single array is given by (Equation 11) and (Equation 12) to (Equation 15).
すなわち、第1伝搬距離計算器230は、(数15)を計算し、補正量計算器220Aに出力する。
ここで、伝播時間Δtaによる誤差も同時に補正するため、単一配列には伝播時間Δtaを含めない。
That is, the first
Here, since the error due to the propagation time Δta is also corrected at the same time, the single array does not include the propagation time Δta.
次に基準位置と送波器の間の伝搬距離は、(数12)と(数13)から(数16)で与えられる。 Next, the propagation distance between the reference position and the transmitter is given by (Equation 12) and (Equation 13) to (Equation 16).
また基準位置とk番目の受波器間の伝搬距離は、(数12)と(数14)から(数17)で与えられる。 The propagation distance between the reference position and the k-th receiver is given by (Equation 12) and (Equation 14) to (Equation 17).
基準位置とDPCA配列の仮想的送受波器位置である送波器と受波器の中間位置の伝搬距離は、(数16)と(数17)から(数18)で与えられる。 The propagation distance between the reference position and the virtual transmitter / receiver position of the DPCA array between the transmitter and the receiver is given by (Equation 16) and (Equation 17) to (Equation 18).
伝播時間Δtaは、送波時から受波時までの航走体の移動時間で、再帰的に(数19)となる。 The propagation time Δta is the traveling time of the traveling body from the time of transmission to the time of reception, and is recursively (Equation 19).
または、伝播時間Δtaは、近似的に(数20)となる。 Alternatively, the propagation time Δta is approximately (Equation 20).
第2伝搬距離計算器240は、(数17)を計算して、補正量計算器220Aに出力する。これより、動揺補正時の伝搬距離差は、(数15)と(数18)から(数21)で与えられる。
The second
以上に基づき、動揺補正のための補正量は、k番目の受波器出力について距離の次元である(数21)に2π/λを乗算し、往復であるので2倍にして(数22)の位相回転Δαk(ta)を施すことにより行なう。λは中心周波数の波長である。すなわち伝搬距離差に基づく位相差は、(数22)となる。 Based on the above, the correction amount for fluctuation correction is multiplied by 2π / λ, which is the dimension of the distance for the k-th receiver output (Equation 21), and doubled because of reciprocation (Equation 22). The phase rotation Δαk (ta) is performed. λ is the wavelength of the center frequency. That is, the phase difference based on the propagation distance difference is (Equation 22).
次に、アジマス時間taは、アジマスサンプリング周波数fasの逆数であるから、これをアジマスサンプリング周期のi倍である離散値(数23)に置き換える。すなわち、 Next, since the azimuth time ta is the reciprocal of the azimuth sampling frequency fas, it is replaced with a discrete value (Equation 23) that is i times the azimuth sampling period. That is,
これより、(数21)の伝搬距離差は、(数24)の離散値に置き換わる。 Thus, the propagation distance difference of (Equation 21) is replaced with the discrete value of (Equation 24).
これから、(数22)の位相差は、(数25)の離散値に置き換わる。 From this, the phase difference of (Expression 22) is replaced with the discrete value of (Expression 25).
(数25)は、航走体の位置を示す番号iと受波器の相対位置を示す番号kとに依存する。 (Equation 25) depends on the number i indicating the position of the traveling body and the number k indicating the relative position of the receiver.
補正量計算器220Aは、第1伝搬距離計算器230と第2伝搬距離計算器240の出力からくる伝播距離差に基づく位相補正量Δαi,kを(数25)により計算し、動揺補正器210Aに出力する。動揺補正器210Aは、補正量計算器220Aからの補正量に基づき受信信号にexp(Δαi,k)を複素乗算して、位相回転により動揺補正を行なう。
The
DPCA配列では、図3および図4に示すとおり、仮想の送受波器間隔が実際の受波器間隔の1/2になり、アジマスサンプリング周波数fasの逆数であるアジマスサンプリング周期×航走体速度vは、(数3)に従って受波器間隔dの1/2に一致させる。航走体速度vが変動する場合は、アジマスサンプリング周波数fasを(数5)に従って調整する。 In the DPCA array, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, the virtual transmitter / receiver interval is ½ of the actual receiver interval, and the azimuth sampling period × the vehicle speed v, which is the reciprocal of the azimuth sampling frequency fas. Is made equal to 1/2 of the receiver interval d according to (Equation 3). When the vehicle speed v fluctuates, the azimuth sampling frequency fas is adjusted according to (Equation 5).
次に、動揺補正の第2段階で、自らの受信信号の伝搬距離差による残留動揺量を検出する手順について説明する。ここまでの補正で、動揺を加えない場合は、複数配列の送波器と受波器の中間の位置は、DPCA配列の位置に一致し、これより、i回目とi+1回目の送波に対応する重畳DPCA配列の位置も一致するから、i回目とi+1回目の送波に対応する重畳DPCA受信信号の伝搬距離差は前述の残留動揺量によるものとみなせる。 Next, a procedure for detecting the residual fluctuation amount due to the propagation distance difference of the received signal in the second stage of the fluctuation correction will be described. In the correction up to this point, when no fluctuation is added, the intermediate position between the transmitters and receivers of the plurality of arrays matches the position of the DPCA array, and this corresponds to the i-th transmission and i + 1-th transmission. Since the positions of the superimposed DPCA arrays coincide with each other, the propagation distance difference between the superimposed DPCA reception signals corresponding to the i-th transmission and the (i + 1) -th transmission can be considered to be due to the above-described residual fluctuation amount.
以後の説明のため、(数8)(数9)(数10)(数12)について、航走体位置、複数配列の送波器位置、k番目の受波器位置、基準位置の離散値表現を定義する。まず、航走体の位置を(数26)とする。ここで、Hは海底からの航走体の高度である。 For the following explanation, for (Equation 8), (Equation 9), (Equation 10), and ( Equation 12) , the discrete values of the navigation body position, the plural transmitter positions, the kth receiver position, and the reference position Define the expression. First, let the position of the navigation body be (Equation 26). Here, H is the altitude of the navigation body from the seabed.
複数配列の送波器の航走体中心からの相対位置を(数27)とする。ここでYoは航走体中心から送波面までの距離である。 A relative position from the center of the traveling body of the plurality of transducers is represented by (Equation 27). Here, Yo is the distance from the center of the vehicle to the transmission surface.
複数配列のk番目受波器の航走体中心からの相対位置を(数28)とする。ここでXoは受波器の位置を送波器の位置と対称に位置するための補正項であり、Yoは送波器と同様に航走体中心から受波面までの距離である。 The relative position from the center of the traveling body of the k-th receivers in a plurality of arrays is represented by (Equation 28). Here, Xo is a correction term for positioning the position of the receiver symmetrically with the position of the transmitter, and Yo is the distance from the center of the traveling body to the receiving surface as in the case of the transmitter.
基準位置は、合成開口処理の中心として、(数29)とする。ここで、Roは、基準位置の原点からの水平距離である。 The reference position is (Expression 29) as the center of the synthetic aperture process. Here, Ro is a horizontal distance from the origin of the reference position.
重畳DPCA配列の位置は、動揺補正の第1段階でΔtaが近似的に0に補正されているから、送波器位置の(数13)と受波器位置の(数14)を(数23)により、離散値に置き換えることにより、(数30)になる。ここで、kはi回目の送波の受波器位置である。 As for the position of the superimposed DPCA array, Δta is approximately corrected to 0 in the first stage of the shake correction, so that (Equation 13) of the transmitter position and (Equation 14) of the receiver position are (Equation 23). ) To replace with discrete values, (Equation 30) is obtained. Here, k is the receiver position of the i-th transmission.
これより、重畳DPCA配列の位置(数30)に(数27)と(数28)を代入すると、i回目の送波に対応する重畳DPCA配列の位置は(数31)になる。 Thus, when (Equation 27) and (Equation 28) are substituted into the position (Equation 30) of the superimposed DPCA array, the position of the superimposed DPCA array corresponding to the i-th transmission is (Equation 31) .
同様に、i+1回目の送波に対応する重畳DPCA配列の位置は(数32)となる。ここで、k’はi+1回目の送波の受波器位置である。 Similarly, the position of the superimposed DPCA array corresponding to the (i + 1) th transmission is (Expression 32). Here, k ′ is the receiver position of the (i + 1) th transmission.
i回目の送波に対応する重畳DPCA配列の位置とi+1回目の送波に対応する重畳DPCA配列の位置の差は、伝播距離差ΔPi,dpcaに相当し、(数31)(数32)から(数33)で与えられる。ここで前述の残留動揺量は、すでに第1段階の動揺補正でアジマスサンプリング周波数fasに比較して十分に小さくなっているため、i回目の送波とi+1回目の送波でヨーイング角Φyawの値とスウェイング変位Eswayの値は変化しないものとみなせる。 The difference between the position of the superimposed DPCA array corresponding to the i-th transmission and the position of the superimposed DPCA array corresponding to the i + 1-th transmission corresponds to the propagation distance difference ΔPi, dpca. It is given by (Equation 33). Here, since the above-mentioned residual fluctuation amount is already sufficiently smaller than the azimuth sampling frequency fas in the first stage of vibration correction, the value of the yawing angle Φyaw between the i-th transmission and the i + 1-th transmission. It can be assumed that the value of the swaying displacement Esway does not change.
動揺を加えないとき、動揺量は0であるから、伝搬距離差の(数33)が0になる必要があり、これより(数34)が成り立つ必要がある。 When shaking is not applied, the amount of shaking is 0, so the propagation distance difference (Equation 33) needs to be 0, and from this, (Equation 34) needs to hold.
この(数34)を(数33)に代入して、重畳DPCA配列の位置の差、すなわち伝播距離差ΔPi,dpcaとヨーイング角Φi,yawの関係は(数35)になり、ヨーイング角が比較的小さい場合には、伝播距離差ΔPi,dpcaは目標との距離に関係なくヨーイング角Φi,yawに比例し、スウェイング変位Ei,swayは無視できる。 Substituting (Equation 34) into (Equation 33), the difference between the positions of the superimposed DPCA array, that is, the relationship between the propagation distance difference ΔPi, dpca and the yawing angle Φi, yaw becomes (Equation 35), and the yawing angles are compared. When the target is small, the propagation distance difference ΔPi, dpca is proportional to the yawing angle Φi, yaw regardless of the distance from the target, and the swaying displacements Ei, sway can be ignored.
一方で、伝播距離差ΔPi,dpcaは、重畳DPCAの出力の位相差βと(数36)の関係にある。ここで位相差βは、重畳DPCAの出力のアジマス方向とレンジ方向の2次元相互スペクトラムをとり、レンジ方向は送信信号の中心周波数、アジマス方向はドップラーゼロ周波数に相当する位置の位相差を検出することにより求める。 On the other hand, the propagation distance difference ΔPi, dpca has a relationship of (Equation 36) with the phase difference β of the output of the superimposed DPCA. Here, the phase difference β takes a two-dimensional cross spectrum in the azimuth direction and range direction of the output of the superimposed DPCA, and the range direction detects the phase difference of the position corresponding to the center frequency of the transmission signal and the azimuth direction corresponds to the Doppler zero frequency. By seeking .
以上の結果、ヨーイング角φi,yawは、(数35)と(数36)により(数37)で与えられる。 As a result, the yawing angle φi, yaw is given by (Equation 37) by (Equation 35) and (Equation 36).
動揺補正の第2段階は、この原理により自らの受信信号で伝播距離差による残留動揺量を検出し、動揺補正を行なうものである。 In the second stage of the shake correction, the remaining shake amount due to the propagation distance difference is detected from its own received signal based on this principle, and the shake correction is performed.
自己補正量計算器260は、動揺補正器210Aの出力212と出力213から、位相差βを検出して、自己動揺補正器250に出力する。自己動揺補正器250は、自己補正量計算器260からの出力211に残留動揺量に基づいてexpβを複素乗算し、位相回転により動揺補正を行なう。
The self-
(数37)が成り立つためには、位相回転量が±45度を越えないように、(数36)の伝搬距離差が(数38)を満たす必要がある。 In order for (Equation 37) to hold, the propagation distance difference of (Equation 36) needs to satisfy (Equation 38) so that the amount of phase rotation does not exceed ± 45 degrees.
これから、ヨーイング角Φi,yawの制約条件は(数39)で与えられる。 From this, the constraint condition of the yawing angle Φi, yaw is given by (Equation 39).
この制約条件は、すでに動揺補正の第1段階で大きな動揺量が補正されているため、実用上は問題にならない。 This constraint condition is not a problem in practical use because a large amount of shaking is already corrected in the first stage of shaking correction.
本実施例は、以上述べてきたとおり、第一段階で仮想の単一配列および複数配列を組み合わせ、複数配列に外部動揺センサーの動揺データに基づく動揺量を模擬的に加えて、仮想の単一配列と基準点の伝播距離と複数配列と基準点との伝搬距離の差を計算し、これを動揺量として受信信号に動揺補正を行ない、さらに第2段階で動揺補正後の自らの受信信号により重畳DPCA配列と目標との伝播距離差を検出し、これを動揺量として受信信号に動揺補正を行なうものである。 As described above, in this embodiment, a virtual single array and a plurality of arrays are combined in the first stage, and the amount of motion based on the motion data of the external motion sensor is added to the plurality of arrays to simulate a single virtual array. Calculate the difference between the propagation distance between the array and the reference point and the propagation distance between the multiple arrays and the reference point, and use this as the amount of shaking to correct the received signal, and then use the received signal after the shaking correction in the second stage. A propagation distance difference between the superimposed DPCA array and the target is detected, and this is used as a fluctuation amount to perform fluctuation correction on the received signal.
図5を参照して、本実施例による動揺補正前後のビームパターンを説明する。図5において、横軸はアジマス距離(m)、縦軸は受信レベル(dB)である。また、図5(a)は航走体に動揺が無い場合、図5(b)は1/8λに相当するヨーイングとスウェイングの動揺を加えた場合、図5(c)は1/8λに相当するヨーイングとスウェイングの動揺を加え、かつ動揺補正を行った結果である。図5(b)と図5(c)との対比から、動揺補正の効果は明らかである。 With reference to FIG. 5, the beam patterns before and after the shake correction according to this embodiment will be described. In FIG. 5, the horizontal axis represents the azimuth distance (m), and the vertical axis represents the reception level (dB). 5 (a) shows the case where there is no swaying in the traveling body, FIG. 5 (b) shows the case where yawing and swaying sway corresponding to 1 / 8λ are added, and FIG. 5 (c) corresponds to 1 / 8λ. This is the result of adding yawing and swaying swaying and performing sway correction. From the comparison between FIG. 5B and FIG. 5C, the effect of the shake correction is clear.
図6を参照して、実施例による重畳DPCAのヨーイング角の検出結果を説明する。図6において、横軸はアジマス周波数(Hz)、縦軸はヨーイング角(度)である。与えたヨーイング角は0.2度で、合成開口処理範囲に分布した海底の岩を想定した9目標による検出結果を示す。図6から、ヨーイング角は正しく検出されていることは明らかである。 With reference to FIG. 6, the detection result of the yawing angle of the superimposed DPCA according to the embodiment will be described. In FIG. 6, the horizontal axis represents the azimuth frequency (Hz) and the vertical axis represents the yawing angle (degrees). The given yawing angle is 0.2 degrees, and the detection results with 9 targets assuming rocks on the sea floor distributed in the synthetic aperture processing range are shown. From FIG. 6, it is clear that the yawing angle is correctly detected.
上述した実施例に拠れば、合成開口ソーナーの動揺補正に、動揺補正の第1段階で、動揺を加えない仮想の単一配列と基準位置との間の伝搬距離と、外部動揺センサーで検出した動揺量を模擬的に加えた複数配列と基準位置との間の伝搬距離を計算し、その伝搬距離差から動揺補正量を計算し、受信信号を補正しているため、合成開口ソーナーは動揺のない単一配列の理想的な形に補正され、サイドローブを増やすことなく精度の高い動揺補正ができる。 According to the above-described embodiment, in the first stage of the shake correction, the propagation distance between the virtual single array that does not add the shake and the reference position and the external shake sensor are detected in the shake correction of the synthetic aperture sonar. The synthetic aperture sonar is used to calculate the propagation distance between the reference position and the multiple arrays with simulated fluctuations added, and the fluctuation correction amount is calculated from the propagation distance difference and the received signal is corrected. It is corrected to an ideal form with no single array, and high-precision shake correction can be performed without increasing side lobes.
また動揺補正の第2段階で、第1段階で動揺補正した自らの受信信号について、重畳DPCA配列の伝搬時間差に基づき残留動揺量を検出しているため、外部動揺センサーでは検出しきれない小さな動揺も検出し、精度の高い動揺補正ができる。 In addition, in the second stage of the shake correction, since the residual shake amount is detected based on the propagation time difference of the superimposed DPCA array for the received signal corrected in the first stage, the small shake that cannot be detected by the external shake sensor. Can be detected, and shake correction can be performed with high accuracy.
10…速度信号、20…基準位置データ、30…動揺データ、100…送受信処理部、110…受波器、120…送波器、130…受信器、140…送信器、150…PRF制御器、160…送受波器アレイ、200…動揺補正処理部、210…動揺補正器、211…DPCA受信信号、212…重畳DPCA受信信号、213…重畳DPCA受信信号、220…補正量計算器、230…第1伝搬距離計算器、240…第2伝搬距離計算器、250…自己動揺補正器、260…自己補正量計算器、300…合成開口処理部、400…表示制御処理部、500…動揺検出処理部、600…合成開口ソーナー、700…合成開口ソーナー。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
動揺検出処理部と、
1台の送波器と1台の受波器が一体化した仮想の単一配列と基準位置との間の伝搬距離を、当該単一配列に動揺を加えず計算する第1伝搬距離計算器と、1台の送波器と移動方向に等間隔に配列した複数台の受波器からなる複数配列と前記基準位置との間の伝搬距離を、当該複数配列に動揺検出処理部からの動揺量を擬似的に加えて計算する第2伝搬距離計算器と、前記第1伝搬距離計算器の出力と前記第2伝搬距離計算器の出力の伝搬距離差から第1の動揺量を計算する補正量計算器と、前記第1の動揺量に基づいて受信信号に動揺補正を行なう動揺補正器と、任意のi回目の送波に対応する送波器と受波器の中間位置の一部と、i+1回目の送波に対応する送波器と受波器の中間位置の一部が、動揺を加えない状態で一致するように送信タイミングを制御するPRF制御器と、前記i回目の送波に対応する受信信号と前記i+1回目の送波に対応する受信信号の目標との間の伝搬距離差から第2の動揺量を検出する自己補正量計算器と、前記第2の動揺量に基づいて前記動揺補正器の受信信号の出力に動揺補正を行なう自己動揺補正器と、を含み、前記動揺検出処理部の出力を用いて前記送受信処理部の出力に動揺補正を行ない、動揺補正後の自らの受信信号を用いてさらなる動揺補正を行なう動揺補正処理部と、
合成開口処理部と、
表示制御処理部と、
を含むことを特徴とする合成開口ソーナー。 A plurality of transmission / reception processing units;
A motion detection processing unit;
A first propagation distance calculator that calculates a propagation distance between a virtual single array in which one transmitter and one receiver are integrated and a reference position without adding fluctuation to the single array. And a propagation distance between the reference position and a plurality of arrays including a single transmitter and a plurality of receivers arranged at equal intervals in the moving direction, A second propagation distance calculator that calculates the amount by pseudo-addition, and a correction that calculates the first fluctuation amount from the propagation distance difference between the output of the first propagation distance calculator and the output of the second propagation distance calculator A quantity calculator, a fluctuation corrector that performs fluctuation correction on a received signal based on the first fluctuation amount, a part of an intermediate position between a transmitter and a receiver corresponding to an arbitrary i-th transmission, , Transmit so that a part of the intermediate position between the transmitter and receiver corresponding to the (i + 1) -th transmission coincides with no shaking. The second fluctuation amount is detected from the propagation distance difference between the PRF controller that controls the imming and the reception signal corresponding to the i-th transmission and the target of the reception signal corresponding to the i + 1-th transmission. A self-correction amount calculator; and a self-motion correction device that performs motion correction on the output of the received signal of the motion correction device based on the second motion amount, and using the output of the motion detection processing unit A shake correction processing unit that performs shake correction on the output of the transmission / reception processing unit and performs further shake correction using its own received signal after the shake correction,
A synthetic aperture processing section;
A display control processing unit ;
A synthetic aperture sonar characterized by comprising:
前記第1伝搬距離計算器は、伝搬距離計算において、前記仮想の単一配列と前記基準位置との間の伝搬時間により生じる航走体の移動距離を含めず計算し、
前記第2伝搬距離計算器は、伝搬距離において、前記複数配列と前記基準位置との間の伝搬時間により生じる航走体の移動距離を含めて計算することを特徴とする合成開口ソーナー。 The synthetic aperture sonar of claim 1 ,
In the propagation distance calculation, the first propagation distance calculator does not include the moving distance of the traveling body caused by the propagation time between the virtual single array and the reference position.
The synthetic propagation sonar characterized in that the second propagation distance calculator calculates a traveling distance including a moving distance of the traveling body caused by a propagation time between the plurality of arrays and the reference position.
前記自己補正量計算器は、前記i回目の送波に対応する受信信号と前記i+1回目の送波に対応する受信信号について、レンジ方向とアジマス方向の2次元相互スペクトラムをとり、レンジ方向は送信信号の中心周波数、アジマス方向はドップラーゼロ周波数に相当する位置の位相差を検出してこれを伝搬距離差に変換し、前記第2の動揺量とすることを特徴とする合成開口ソーナー。 The synthetic aperture sonar of claim 1 ,
The self-correction amount calculator takes a two-dimensional cross spectrum in the range direction and the azimuth direction for the received signal corresponding to the i-th transmission and the received signal corresponding to the i + 1-th transmission, and the range direction is transmitted. A synthetic aperture sonar characterized by detecting a phase difference at a position corresponding to a Doppler zero frequency in the center frequency and azimuth direction of a signal and converting the detected phase difference into a propagation distance difference to obtain the second fluctuation amount.
前記自己補正量計算器は、前記i回目の送波に対応する受信信号と前記i+1回目の送波に対応する受信信号について、レンジ方向とアジマス方向の2次元相互相関をとり、ピーク値の位置から伝搬時間差を検出してこれを伝搬距離差に変換し、前記第2の動揺量とすることを特徴とする合成開口ソーナー。 The synthetic aperture sonar of claim 1 ,
The self-correction amount calculator calculates a two-dimensional cross-correlation in the range direction and the azimuth direction for the reception signal corresponding to the i-th transmission and the reception signal corresponding to the i + 1-th transmission, and the position of the peak value A synthetic aperture sonar characterized in that a propagation time difference is detected and converted into a propagation distance difference to obtain the second fluctuation amount.
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