JP6323552B2

JP6323552B2 - 目標検出装置

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Publication number: JP6323552B2
Application number: JP2016527624A
Authority: JP
Inventors: 尚志斯波
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Publication date: 2018-05-16
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Description

本発明は、目標検出装置、目標検出方法、およびプログラムに関する。

ソーナー装置、レーダー装置、ライダー装置など、音波、電波、光波などの波動を送信し、目標からの反射波を受信して目標を検出する装置が、各種提案ないし実用化されている。また、この種の目標検出装置において、干渉する信号（残響など）による影響を軽減する手法が各種提案ないし実用化されている。

例えば、移動している目標物を検出するアクティブソーナー装置において、ドップラー効果により目標からの反射波と残響の周波数が異なることを利用して、残響を除去することが本発明に関連する第１の関連技術として提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、静止している目標物を検出するアクティブソーナー装置において、可変帯域阻止フィルタの設定周波数を時間的に変化させることにより、水底または水面からの残響と目標からの反射波とを分離することが本発明に関連する第２の関連技術として提案されている（例えば特許文献２参照）。

また、送信器と受信器とを一定距離だけ離間して配置したバイスタティックまたはマルチスタティックと呼ばれるアクティブソーナー装置において、音響信号を連続的に送信する送信器と、物体から反射された上記音響信号の反射信号と上記送信器からの直接的音響信号とを受信する受信器とを備え、上記受信器が上記送信器が送信を行う間に、上記直接的音響信号と上記物体から受信した上記反射信号とを処理により弁別することが本発明に関連する第３の関連技術として提案されている（例えば特許文献３、４参照）。

また、アクティブソーナー装置において、送信器からの音響信号の影響を軽減するために送信器と受信器とを所定の距離だけ離間して配置することが本発明に関連する第４の関連技術として提案されている（例えば特許文献５参照）。

特許第３３６７４６２号公報特開２００１−１７４５４５号公報米国特許第７８５２７０９号公報特表２００７−５０７６９１号公報米国特許第４９６１１７４号公報

ところで、波動を送信し目標からの反射波を受信して目標を検出する装置の検出性能に影響する干渉信号としては、水底または水面からの残響や送信器からの直接的音響信号以外に、波動が伝搬する媒質による散乱によって受信部に到達する散乱波が考えられる。このような散乱波による影響の程度は、送信部と受信部との間の距離、送信部および受信部のビーム形状やビームの向きなどが関係すると考えられるけれども、そのような送信部と受信部の仕様がどのように影響するかを理論的に解析した文献は知られていない。そのため、この種の散乱波による影響を軽減するように送信部と受信部の仕様を制御することは困難であった。

本発明の目的は、上述したような課題、すなわち、波動が伝搬する媒質による散乱によって受信部に到達する散乱波の影響を軽減するように送信部と受信部の仕様を制御することは困難である、という課題を解決する目標検出装置を提供することにある。

本発明の第１の観点に係る目標検出装置は、
波動を送信する送信部と、
検出対象物から反射された上記波動の反射波を受信する受信部と、
上記受信部の出力に基づいて上記検出対象物を検出する検出部と、
上記波動が伝搬する媒質による散乱によって上記受信部に到達する散乱波の影響を軽減するための関係式を満足するように上記送信部と上記受信部の仕様を制御する制御部と
を有する。

本発明の第２の観点に係る目標検出方法は、
送信部と受信部と検出部と制御部とを有する目標検出装置が実行する目標検出方法であって、
上記制御部が、波動が伝搬する媒質による散乱によって上記受信部に到達する散乱波の影響を軽減するための関係式を満足するように上記送信部と上記受信部の仕様を制御し、上記送信部が、上記波動を送信し、
上記受信部が、検出対象物から反射された上記波動の反射波を受信し、
上記検出部が、上記受信部の出力に基づいて上記検出対象物を検出する。

本発明の第３の観点に係るプログラムは、
波動を送信する送信部と検出対象物から反射された上記波動の反射波を受信する受信部とに接続されたコンピュータを、
上記波動が伝搬する媒質による散乱によって上記受信部に到達する散乱波の影響を軽減するための関係式を満足するように上記送信部と上記受信部の仕様を制御する制御部として機能させる。

本発明は上述した構成を有するため、波動が伝搬する媒質による散乱によって受信部に到達する散乱波の影響を軽減するように送信部と受信部の仕様を制御することができる。

本発明の第１の実施形態に係る目標検出装置のブロック図である。本発明の第１の実施形態に係る目標検出装置の動作を示すフローチャートである。本発明の第２の実施形態に係る目標検出装置における制御部のブロック図である。本発明の第２の実施形態で使用する関係式を示す図である。本発明の第２の実施形態で使用する関係式を導出するために想定した送信部と受信部の仕様を表す模式図である。ビームのｘ軸方向の断面を示す図である。ビームのｙ軸方向の断面を示す図である。本発明の第２の実施形態で使用する関係式の導出過程を説明する式を示す図である。本発明の第２の実施形態で使用する関係式の導出過程を説明する式を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る目標検出装置における制御部が使用するデータ入力画面の一例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る目標検出装置における制御部が使用するデータ入力画面の他の例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る目標検出装置における制御部が使用するデータ入力画面の他の例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る目標検出装置における制御部が使用するデータ入力画面の他の例を示す図である。本発明の第２の実施形態において送信部と受信部の仕様を制御する構成の一例を示す図である。本発明の第２の実施形態において送信部と受信部の仕様を制御する構成の他の例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る目標検出装置の制御部の動作を示すフローチャートである。本発明の第３の実施形態で使用する関係式とその導出過程の式を示す図である。本発明の第４の実施形態で使用する関係式を示す図である。本発明の第４の実施形態で使用する関係式を導出するために想定した送信部と受信部の仕様を表す模式図である。本発明の第４の実施形態で使用する関係式の導出過程を説明する式を示す図である。本発明の第４の実施形態で使用する関係式の導出過程を説明する式を示す図である。本発明の第５の実施形態で使用する関係式とその導出過程の式を示す図である。本発明の第５の実施形態で使用する関係式とその導出過程の式を示す図である。本発明の他の実施形態の説明図である。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
[第１の実施形態]
図１を参照すると、本発明の第１の実施形態に係る目標検出装置１０は、音波を送信して反射波を受信し、水中に存在する目標物を検出する機能を有するアクティブソーナー装置である。目標検出装置１０は、主な構成要素として、送信部１１と受信部１２と検出部１３と制御部１４とを有する。

送信部１１は、音波を送信する機能を有する。受信部１２は、目標物である検出対象物１５から反射された上記音波の反射波を受信する機能を有する。検出部１３は、受信部１２の出力に基づいて検出対象物１５を検出する機能を有する。これら送信部１１、受信部１２、および検出部１３は、アクティブソーナー装置の基本構成要素として良く知られているものである。

制御部１４は、散乱波の影響を軽減するために、送信部１１と受信部１２の仕様を制御する機能を有する。制御部１４は、波動である音波が伝搬する媒質である水（海水など）による散乱によって受信部１２に到達する散乱波の影響を軽減するための関係式を満足するように、送信部１１と受信部１２の仕様、例えば送信部１１と受信部１２との間の距離、送信部１１および受信部１２のビーム形状やビームの向きなどを制御する。ここで、上記関係式は、送信部１１と受信部１２の仕様を表すパラメータが散乱波の影響を軽減するために満足しなければならない条件を表している。

図２は本実施形態に係る目標検出装置１０の動作を示すフローチャートである。以下、図２を参照して目標検出装置１０の動作を説明する。

目標検出装置１０の制御部１４は、制御に必要なデータを外部から入力する（ステップＳ１０１）。次に制御部１４は、入力されたデータと予め設定された関係式とに基づいて、送信部１１と受信部１２の仕様を決定する（ステップＳ１０２）。次に制御部１４は、決定した仕様に一致するように送信部１１と受信部１２の仕様を制御する（ステップＳ１０３）。

その後、音波の送受信による検出対象物の検出を行う（ステップＳ１０４）。具体的には、制御された仕様に従って送信部１１が音波を送信すると共に受信部１２が音波の反射波を受信し、検出部１３が受信部１２の出力に基づいて検出対象物１５を検出する。

このように本実施形態によれば、波動である音波が伝搬する媒質である水による散乱によって受信部１２に到達する散乱波の影響を軽減するように送信部１１と受信部１２の仕様を制御することができる。その理由は、制御部１４が、媒質による散乱によって受信部１２に到達する散乱波の影響を軽減するための関係式を満足するように、送信部１１と受信部１２の仕様を制御するためである。

[第２の実施形態]
次に本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態に係る目標検出装置１０の制御部１４の詳細を説明する。

制御部１４は、波動が伝搬する媒質による散乱によって受信部に到達する散乱波の影響を軽減するための関係式を満足するように送信部と受信部の仕様を制御する機能を有している。この制御部１４は、主な機能部として、通信インターフェース部（以下、通信Ｉ／Ｆ部という）１４１、操作入力部１４２、画面表示部１４３、記憶部１４４、および演算処理部１４５を有する。

通信Ｉ／Ｆ部１４１は、専用のデータ通信回路からなり、通信回線を介して接続された送信部１１や受信部１２などの各種装置との間でデータ通信を行う機能を有している。

操作入力部１４２は、キーボードやマウスなどの操作入力装置からなり、オペレータの操作を検出して演算処理部１４５に出力する機能を有している。

画面表示部１４３は、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）やＰＤＰ（ＰｌａｓｍａＤｉｓｐｌａｙＰａｎｅｌ）などの画面表示装置からなり、演算処理部１４５からの指示に応じて、操作メニューなどの各種情報を画面表示する機能を有している。

記憶部１４４は、ハードディスクやメモリなどの記憶装置からなり、演算処理部１４５での各種処理に必要な処理情報やプログラム１４４１を記憶する機能を有している。プログラム１４４１は、演算処理部１４５に読み込まれて実行されることにより各種処理部を実現するプログラムであり、通信Ｉ／Ｆ部１４１などのデータ入出力機能を介して外部装置（図示せず）や記憶媒体（図示せず）から予め読み込まれて記憶部１４４に保存される。記憶部１４４で記憶される主な処理情報として、関係式１４４２、入力データ１４４３、および算出データ１４４４がある。

関係式１４４２は、波動が伝搬する媒質による散乱によって受信部に到達する散乱波の影響を軽減するために送信部と受信部の仕様が満たさなければならない条件を幾つかのパラメータによって表す式である。図４に示す式１は、関係式１４４２の一例である。

式１には、SL,Sv,a,b,d,ALという６個のパラメータがある。SLは送信部１１の送信レベル、Sv（=10logs_v）は後方散乱強度、a,bは送信部１１と受信部１２のビーム形状、dは送信部１１と受信部１２との間の距離、ALは散乱レベルの許容レベル、をそれぞれ表すパラメータである。即ち、式１は、受信部１２に到達する散乱波のレベルが許容レベルAL以下となるためには、SL+Sv+10log(π^3/2a²b/d)の値がAL以下でなければならないことを表している。従って、幾つかのパラメータの値を既知とすると、その既知の値と式１とから、残りの未知のパラメータの値を決定することができる。例えばSL,Sv,a,b,ALを与えると、最適なdの値が求まる。

図５乃至図７は、式１を導出するために想定した送信部１１と受信部１２の仕様を表す模式図である。以下、図５乃至図７を参照して、式１の導出過程について説明する。

［式１の導出過程］
図５に示すように、x-y平面に送信部１１と受信部１２とが配置されており、送信ビームと受信ビームの形状は同じで、共にz軸の正方向にビームが向いているものとする。また、ビームはガウシアンでz軸を中心とする。ビームのx-y平面に並行な各断面は２次元ガウシアンであり、図８の式２のように記述される。また、z軸の正の向きでガウシアンが広がっていくようにするため、式２を図８の式３のように修正する。

図６に示すように、X方向のビーム幅をθ_xとし、tan(θ_x/2)=aとする。また図７に示すように、Y方向のビーム幅をθ_yとし、tan(θ_y/2)=bとする。さらに、z軸と同軸に受信ビームがあり、それからｘ軸の正の方向にdだけ離れたところに同じ形の送信ビームがあるとする。すなわち送信部１１と受信部１２との間の距離をdとする。このとき送信ビームは図８の式４のように記述される。つまり原点(0,0,0)に受信点があり、(d,0,0)に送信点があるという前提である。

単位距離における軸上の音の強さをI₀とする。座標(x,y,z)の送信点からの距離は{(x-d)²+y²+z²}^1/2であるから、座標(x,y,z)における微小体積dxdydzに入射する音の強さはI₀B₂(x,y,z)/{(x-d)²+y²+z²}となる。S_v=10log s_vを後方散乱強度とすると、微小体積dxdydzによる散乱強度は受信点では図８の式５のようになる。これをビームB₁(x,y,z)で受けるので、受信部１２の出力電圧は図８の式６のようになる。ここで、レスポンスを１としている。よって、全領域の散乱（残響）Rは、図８の式７に示すように、式６を積分することで得られる。

さて式７の積分は、解析的には解けない。そこで次のような近似をする。各微小体積の散乱はx-y平面からの距離のみに依存、すなわちzにのみ依存するとする。これはビーム幅が十分狭ければなりたつ。x-y平面からの距離が大きくなるとビームの広がりが大きくなるが、散乱は距離に従って小さくなるため、ビームの広がりの影響も無いであろう。この方針で近似すると前述の積分は、図８の式８に示すようになる。

式８の積分は以下のようにして行われる。まずx,yについて積分する。各々独立に積分できる。xについての積分は、図９の式９のようになる。またyについての積分は、図９の式１０のようになる。従って、式８は図９の式１１のようになる。Zについての積分は(1/z)=tと変数変換すると、(-1/z²)dz=dtであり、図９の式１２に示すようになる。よって、積分結果は図９の式１３に示すものとなる。対数で表現すると、散乱レベルRL’は図９の式１４に示すようになる。この散乱レベルRL’を許容レベルAL以下とする条件が、上述した式１である。以上が、式１の導出過程である。

再び図３を参照すると、入力データ１４４３は、関係式１４４２中の複数のパラメータのうちの既知のパラメータの値である。

算出データ１４４４は、関係式１４４２と入力データ１４４３とに基づいて算出された、関係式１４４２中の未知パラメータの値である。

演算処理部１４５は、ＭＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、記憶部１４４からプログラム１４４１を読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラム１４４１とを協働させて各種処理部を実現する機能を有している。演算処理部１４５で実現される主な処理部として、入力部１４５１と演算部１４５２と設定部１４５３とがある。

入力部１４５１は、操作入力部１４２または通信Ｉ／Ｆ部１４１からデータを入力し、記憶部１４４に入力データ１４４３として保存する機能を有する。

図１０乃至図１３は入力部１４５１が画面表示部１４３に表示するデータ入力画面の例を示す。入力部１４５１は、まず図１０に示すようなデータ入力画面１４５１１を画面表示部１４３に表示する。データ入力画面１４５１１には、最適化するパラメータの選択ボタン１４５１１１〜１４５１１３が表示されている。オペレータは、何れかの選択ボタンを操作することによって、最適化するパラメータを選択する。

入力部１４５１は、選択ボタン１４５１１１が操作されると、送受信部間の距離を最適化の対象とし、図１１に示すようなデータ入力画面１４５１２を画面表示部１４３に表示する。データ入力画面１４５１２には、送信レベルSLの入力欄１４５１２１、後方散乱強度S_vの入力欄１４５１２２、Ｘ軸ビーム幅ａの入力欄１４５１２３、Ｙ軸ビーム幅ｂの入力欄１４５１２４、許容レベルALの入力欄１４５１２５、実行ボタン１４５１２６が表示されている。オペレータは、操作入力部１４２から入力欄１４５１２１〜１４５１２５に所望の数値を入力し、実行ボタン１４５１２６を操作する。すると、入力部１４５１は、入力欄１４５１２１〜１４５１２５に入力された各パラメータの値を入力データ１４４３として記憶部１４４に保存する。

また入力部１４５１は、選択ボタン１４５１１２が操作されると、Ｘ軸ビーム幅を最適化の対象とし、図１２に示すようなデータ入力画面１４５１３を画面表示部１４３に表示する。データ入力画面１４５１３には、送信レベルSLの入力欄１４５１３１、後方散乱強度S_vの入力欄１４５１３２、Ｙ軸ビーム幅ｂの入力欄１４５１３３、送受信部間の距離ｄの入力欄１４５１３４、許容レベルALの入力欄１４５１３５、実行ボタン１４５１３６が表示されている。オペレータは、操作入力部１４２から入力欄１４５１３１〜１４５１３５に所望の数値を入力し、実行ボタン１４５１３６を操作する。すると、入力部１４５１は、入力欄１４５１３１〜１４５１３５に入力された各パラメータの値を入力データ１４４３として記憶部１４４に保存する。

また入力部１４５１は、選択ボタン１４５１１３が操作されると、Ｙ軸ビーム幅を最適化の対象とし、図１３に示すようなデータ入力画面１４５１４を画面表示部１４３に表示する。データ入力画面１４５１４には、送信レベルSLの入力欄１４５１４１、後方散乱強度S_vの入力欄１４５１４２、Ｘ軸ビーム幅ａの入力欄１４５１４３、送受信部間の距離ｄの入力欄１４５１４４、許容レベルALの入力欄１４５１４５、実行ボタン１４５１４６が表示されている。オペレータは、操作入力部１４２から入力欄１４５１４１〜１４５１４５に所望の数値を入力し、実行ボタン１４５１４６を操作する。すると、入力部１４５１は、入力欄１４５１４１〜１４５１４５に入力された各パラメータの値を入力データ１４４３として記憶部１４４に保存する。

上記の例では、入力部１４５１は、画面表示部１４３にデータ入力画面を表示し、操作入力部１４２からデータを入力したが、通信Ｉ／Ｆ部１４１を通じて接続された遠隔地の端末装置にデータ入力画面を表示し、その端末装置からデータを入力するようにしてもよい。

演算部１４５２は、記憶部１４４から関係式１４４２と入力データ１４４３とを読み込み、この関係式１４４２と入力データ１４４３とに基づいて、最適化対象のパラメータの値を算出し、記憶部１４４に算出データ１４４４として保存する機能を有する。具体的には、演算部１４５２は、関係式１４４２中の複数のパラメータのうちの既知のパラメータに入力データ１４４３を代入し、関係式１４４２を未知パラメータについて解法することにより、最適化対象のパラメータの値を算出する。

設定部１４５３は、記憶部１４４から入力データ１４４３と算出データ１４４４とを読み込み、この入力データ１４４３と算出データ１４４４とに基づいて、送信部１１と受信部１２の仕様を制御する機能を有する。

図１４は送信部１１と受信部１２の仕様を制御する構成の一例を示す。図１４を参照すると、送信部１１は移動体１４５３１に搭載され、受信部１２は移動体１４５３２に搭載されている。移動体１４５３１、１４５３２は、設定部１４５３からの指示に従って、船底等に設けられたレールなどの案内部材１４５３３に沿ってＸ軸と並行に移動する。設定部１４５３は、移動体１４５３１と移動体１４５３２の位置を調整することにより、送信部１１と受信部１２との間の距離を制御する。

図１５は送信部１１と受信部１２の仕様を制御する構成の他の例を示す。図１５を参照すると、送信部１１の送信ビーム形状を形成する送信ビーム形成部１４５３４と、受信部１２の受信ビーム形状を形成する受信ビーム形成部１４５３５とが設けられている。設定部１４５３は、送信ビーム形成部１４５３４と受信ビーム形成部１４５３５とに対して指示を出すことにより、送信ビーム形状および受信ビーム形状が所望の形状となるように制御する。

図１６は本実施形態に係る制御部１４の動作を示すフローチャートである。以下、図１６を参照して制御部１４の動作を説明する。

制御部１４の入力部１４５１は、まず図１０に示すようなデータ入力画面１４５１１を画面表示部１４３に表示し、選択ボタン１４５１１１〜１４５１１３によってオペレータに最適化するパラメータを選択させる（ステップＳ２０１）。次に入力部１４５１は、選択された最適化パラメータの種類に応じた図１１〜図１３に示すようなデータ入力画面１４５１２〜１４５１４を画面表示部１４３に表示し、既知パラメータの値をオペレータに入力させる（ステップＳ２０２）。

次に制御部１４の演算部１４５２は、入力された既知パラメータの値と式１の関係式とに基づいて、最適化対象の未知パラメータの値を算出する（ステップＳ２０３）。例えば演算部１４５２は、送受信部間の距離が最適化対象に選択され、データ入力画面１４５１２を通じて送信レベルSL、後方散乱強度S_v、Ｘ軸ビーム幅a、Ｙ軸ビーム幅b、許容レベルALの値がオペレータから入力されると、それらの値を式１に代入し、関係式１を満足する送受信部間の距離dの最小値を最適値として算出する。また演算部１４５２は、Ｘ軸ビーム幅が最適化対象に選択され、データ入力画面１４５１３を通じて送信レベルSL、後方散乱強度S_v、Ｙ軸ビーム幅b、送受信部間の距離d、許容レベルALの値がオペレータから入力されると、それらの値を式１に代入し、関係式１を満足するＸ軸ビーム幅aの最小値を最適値として算出する。また演算部１４５２は、Ｙ軸ビーム幅が最適化対象に選択され、データ入力画面１４５１４を通じて送信レベルSL、後方散乱強度S_v、Ｘ軸ビーム幅a、送受信部間の距離d、許容レベルALの値がオペレータから入力されると、それらの値を式１に代入し、関係式１を満足するＹ軸ビーム幅bの最小値を最適値として算出する。

次に制御部１４の設定部１４５３は、オペレータから入力された既知パラメータの値と算出された未知パラメータの値とに基づいて、送信部１１と受信部１２の仕様を制御する（ステップＳ２０４）。具体的には、設定部１４５３は、図１４に示す移動体１４５３１、１４５３２の少なくとも一方を移動させて送信部１１と受信部１２との間の距離がパラメータｄの値に合致するように調整する。また設定部１４５３は、図１５に示す送信ビーム形成部１４５３４と受信ビーム形成部１４５３５とに指示を出して送信部１１の送信ビーム形状と受信部１２の送信ビーム形状とがパラメータａ、ｂに合致するように調整する。また設定部１４５３は、送信部１１の送信レベルがパラメータSLに合致するように制御する。なお、ビームの向き等、その他の送受信部の仕様は予め固定されていてもよいし、設定部１４５３がその都度、所定の状態に設定してもよい。

設定部１４５３による送受信部の仕様の設定後、音波の送受信による検出対象物の検出が行われる。

このように本実施形態によれば、波動である音波が伝搬する媒質である水による散乱によって受信部１２に到達する散乱波の影響を軽減するように送信部１１と受信部１２の仕様を制御することができる。その理由は、制御部１４が、式１、すなわち、送信部１１の送信レベルを表すパラメータSL、媒質の後方散乱強度を表すパラメータS_v、送信部１１および受信部１２のビーム形状を表すパラメータa,b、送受信部間の距離を表すパラメータd、送信レベルの許容レベルを表すパラメータALを有し、媒質による散乱によって受信部１２に到達する散乱波の影響を軽減するための式１を満足するように、送信部１１と受信部１２の仕様を制御するためである。

[第３の実施形態]
次に本発明の第３の実施形態について説明する。

第２の実施形態では、図４に示す式１を関係式１４４２として使用したが、本実施形態では、図１７に示す式１５を関係式１４４２として使用する。以下、式１５の導出過程について説明する。

［式１５の導出過程］
目標の検出のし易さを示す指標として、目標からの反射のレベルと残響のレベルの比を考える。ここで、式１の導出過程における式１３で与えられるR’が残響のレベルを表す。従って、目標からの反射のレベルをEとすると、上記指標はE/R’となる。また、目標からの反射のレベルEは、I₀（単位距離における軸上の音の強さ）に比例する。このため、E/R’は、図１７の式１６に示すようにI₀に依存しない。即ち、SLに依存しない。そして、残響の影響を軽減するための条件として、E/R’が所定の閾値α以上であることを考えると、図１７の式１５が成立する。

本実施形態では、関係式１４４２として使用する式１５は、媒質の後方散乱強度を表すパラメータS_v、送信部１１および受信部１２のビーム形状を表すパラメータa,b、送受信部間の距離を表すパラメータd、送信レベルの許容レベルを表すパラメータAL、閾値αを有する。そのため、入力部１４５１が使用するデータ入力画面１４５１２〜１４５１４における送信レベルSLの入力欄１４５１２１、１４５１３１、１４５１４１の代わりに、閾値αの入力欄を使用すればよい。

[第４の実施形態]
次に本発明の第４の実施形態について説明する。

本実施形態では、送信が水平方向に無指向の構成について説明する。第２の実施形態では、図４に示す式１を関係式１４４２として使用したが、本実施形態では、図１８に示す式１７を関係式１４４２として使用する。

式１７には、SL,Sv,d,f,g,h,ALという７個のパラメータがある。SLは送信部１１の送信レベル、Sv=10logs_vは後方散乱強度、dは送信部１１と受信部１２との間の距離、f,g,hは送信部１１と受信部１２のビーム形状、ALは散乱レベルの許容レベル、をそれぞれ表すパラメータである。即ち、式１７は、受信部１２に到達する散乱波のレベルが許容レベルAL以下となるためには、SL+Sv+10log(π^3/2fgh/d)の値がAL以下でなければならないことを表している。従って、幾つかのパラメータの値を既知とすると、その既知の値と式１７とから、残りの未知のパラメータの値を決定することができる。例えばSL,Sv,f,g,h,ALを与えると、最適なdの値が求まる。

図１９は、式１７を導出するために想定した送信部１１と受信部１２の仕様を表す模式図である。以下、図１９を参照して、式１７の導出過程について説明する。

［式１７の導出過程］
図１９に示すように、ＸＹＺ座標の原点からＺ軸方向の距離dの位置に送信部１１が配置され、受信部１２は原点に配置されているものとする。送信ビーム４０１は水平方向に無指向であり、ビーム幅はfである。また受信ビーム４０２は図１９に示すような形状を有し、水平方向のビーム幅はh、垂直方向のビーム幅はgである。以下では、円筒座標で考える。

送信は水平方向にオムニであり、図２０の式１８に示すように表す。また受信は図２０の式１９に示すように表す。

単位距離における軸上の音の強さをI₀とする。座標(r,θ,z)の送信点からの距離は{r²+(z-d)²}^1/2であるから、座標(r,θ,z)における微小体積rdrdθdzに入射する音の強さは{I₀B₃(r,θ,z)/{r²+(z-d)²}となる。S_v=10log s_vを後方散乱強度とすると、微小体積rdrdθdzによる散乱強度は受信点では図２０の式２０のようになる。これをビームB₄(r,θ,z)で受けるので、受信部１２の出力電圧は図２０の式２１のようになる。ここで、レスポンスを１としている。よって、全領域の残響Rは、図２０の式２２に示すように、式２１を積分することで得られる。

上記積分は解析的に実行できないため、近似を行う。今回は残響はz軸からのみに依存するという考え、つまりrにのみ依存するとする。すると上記積分は、図２１の式２３のようになる。

式２３の積分は以下のようにして行われる。まずzについて積分する。これは普通のガウシアンの積分であり、図２１の式２４のようになる。次にθについて積分する。ビーム中心が積分範囲の中心になるように座標を設定し、積分範囲の中心から離れた場所、すなわちθ=0,2πではビームがゼロであるとみなすと、0≦θ＜2πの積分を-∞＜θ＜∞の積分と読み替えることができる。するとθについての積分は図２１の式２５のようになる。

従って、R’の積分は図２１の式２６のようになる。また式２６におけるR”は、図２２の式２７のようになる。Rについての積分は(1/r)=tと変数変換すると、(-1/r²)dr=dtであり、図２２の式２８に示すようになる。よって、R”は図２２の式２９に示すようになる。対数で表現すると、残響レベルRL”は図２２の式３０に示すようになる。この残響レベルRL”を許容レベルAL以下とする条件が、上述した式１７である。以上が、式１７の導出過程である。

式１７によれば、例えばSL,S_V,f,g,h,AL,αが与えられれば、送信部１１と受信部１２との間の最適距離が求まる。また、例えばSL,S_V,d,g,h,AL,αが与えられれば、送信部１１の最適なｚ軸ビーム幅（最適ビーム形状の一種）が求まる。式１７中の既知パラメータの値は第２の実施形態と同様に、グラフィカルユーザインターフェイスを通じてオペレータから入力してよい。

[第５の実施形態]
次に本発明の第５の実施形態について説明する。

第４の実施形態では、図１８に示す式１７を関係式１４４２として使用したが、本実施形態では、図２３に示す式３１を関係式１４４２として使用する。以下、式３１の導出過程について説明する。

［式３１の導出過程］
目標の検出のし易さを示す指標として、目標からの反射のレベルと残響のレベルの比を考える。ここで、式１７の導出過程における式２９で与えられるR”が残響のレベルを表す。従って、目標からの反射のレベルをEとすると、上記指標はE/R”となる。また、目標からの反射のレベルEは、I₀（単位距離における軸上の音の強さ）に比例する。このため、E/R”は、図２３の式３２に示すようにI₀に依存しない。即ち、SLに依存しない。そして、残響の影響を軽減するための条件として、E/R”が所定の閾値α以上であることを考えると、図２３の式３１が成立する。

[その他の実施形態]
以上、本発明を幾つかの実施形態を挙げて説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されず、その他各種の付加変更が可能である。例えば以下のような実施形態も本発明に含まれる。

例えば図２４に示すように、送信部１１のビーム（送信ビーム）と受信部１２のビーム（受信ビーム）の向きを変え、双方のビームが重なった部分の散乱強度を積分した値が最小になるように、お互いのビームの向きを決定すると、その決定したビームの向きが最適なビームの向きになる。そのため、波動が伝搬する媒質による散乱によって受信部に到達する散乱波の影響を軽減するための関係式をビームの向きを考慮して立式し、その関係式を満足するように送信部と受信部のビームの向きを制御するようにしてもよい。但し、送信ビームと受信ビームが重なる領域に目標が存在する必要があるため、目標の位置を考慮する必要がある。

また上記の実施形態では、関係式１４４２中の複数のパラメータのうち、値を既知とするパラメータの値をオペレータから入力するようにしたが、値を既知とするパラメータの値の全部または一部（例えば後方散乱強度など）を固定値として記憶部１４４に記憶するようにしてもよい。

また上記の実施形態では、本発明をアクティブソーナーに適用した実施形態について説明したが、本発明はアクティブソーナーに限定されず、レーダー装置、ライダー装置など、音波、電波、光波などの波動を送信し、目標からの反射波を受信して目標を検出する装置全般に適用できる。
以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１４年６月９日に出願された日本出願特願２０１４−１１８５４１を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０…目標検出装置
１１…送信部
１２…受信部
１３…検出部
１４…制御部
１５…検出対象物

Claims

波動を送信する送信部と、
検出対象物から反射された前記波動の反射波を受信する受信部と、
前記受信部の出力に基づいて前記検出対象物を検出する検出部と、
前記送信部および前記受信部のビーム形状および前記受信部と前記送信部との間の距離の何れか一方を最適化の対象として選択し、前記送信部の送信レベル及び前記波動が伝搬する媒質の後方散乱強度を入力データから取得し、前記送信レベル、前記後方散乱強度、前記ビーム形状、および前記距離に基づいて前記受信部に到達する前記媒質による散乱波のレベルを算出し、算出された前記散乱波のレベルが前記送信レベルの許容レベル以下となる、前記ビーム形状および前記距離の何れか一方の値を算出する制御部とを有する目標検出装置。
波動を送信する送信部と、
検出対象物から反射された前記波動の反射波を受信する受信部と、
前記受信部の出力に基づいて前記検出対象物を検出する検出部と、
前記送信部および前記受信部のビーム形状および前記受信部と前記送信部との間の距離の何れか一方を最適化の対象として選択し、前記送信部の送信レベル及び前記波動が伝播する媒質の後方散乱強度を入力データから取得し、前記送信レベル、前記後方散乱強度、前記ビーム形状、および前記距離に基づいて前記受信部に到達する前記媒質による散乱波のレベルに対する前記検出対象物からの反射波のレベルの比を算出し、算出された前記比が前記送信レベルの許容レベル以下となる、前記ビーム形状および前記距離の何れか一方の値を算出する制御部とを有する目標検出装置。
前記送信部および前記受信部の少なくとも一方を移動させる移動体を有し、
前記制御部は、前記受信部と前記送信部との間の距離が算出された前記距離に合致するように前記移動体を移動させる請求項１または２に記載の目標検出装置。
前記送信部の送信ビーム形状を形成する送信ビーム形成部と、
前記受信部の受信ビーム形状を形成する受信ビーム形成部とを有し、
前記制御部は、前記送信ビーム形状と前記受信ビーム形状とが算出された前記送信部及び前記受信部のビーム形状に合致するように前記送信ビーム形成部および前記受信ビーム形成部を制御する請求項１乃至３の何れかに記載の目標検出装置。
送信部が波動を送信し、
受信部が検出対象物から反射された前記波動の反射波を受信し、
前記受信部の出力に基づいて前記検出対象物を検出し、
前記送信部および前記受信部のビーム形状および前記受信部と前記送信部との間の距離の何れか一方を最適化の対象として選択し、
前記送信部の送信レベル及び前記波動が伝搬する媒質の後方散乱強度を入力データから取得し、
前記送信レベル、前記後方散乱強度、前記ビーム形状、および前記距離に基づいて前記受信部に到達する前記媒質による散乱波のレベルを算出し、
算出された前記散乱波のレベルが前記送信レベルの許容レベル以下となる、前記ビーム形状および前記距離の何れか一方の値を算出する目標検出方法。
送信部が波動を送信し、
受信部が検出対象物から反射された前記波動の反射波を受信し、
前記受信部の出力に基づいて前記検出対象物を検出し、
前記送信部および前記受信部のビーム形状および前記受信部と前記送信部との間の距離の何れか一方を最適化の対象として選択し、
前記送信部の送信レベル及び前記波動が伝播する媒質の後方散乱強度を入力データから取得し、
前記送信レベル、前記後方散乱強度、前記ビーム形状、および前記距離に基づいて前記受信部に到達する前記媒質による散乱波のレベルに対する前記検出対象物からの反射波のレベルの比を算出し、
算出された前記比が前記送信レベルの許容レベル以下となる、前記ビーム形状および前記距離の何れか一方の値を算出する目標検出方法。
波動を送信する送信部と検出対象物から反射された前記波動の反射波を受信する受信部とに接続されたコンピュータを、
前記送信部および前記受信部のビーム形状および前記受信部と前記送信部との間の距離の何れか一方を最適化の対象として選択し、前記送信部の送信レベル及び前記波動が伝搬する媒質の後方散乱強度を入力データから取得し、前記送信レベル、前記後方散乱強度、前記ビーム形状、および前記距離に基づいて前記受信部に到達する前記媒質による散乱波のレベルを算出し、算出された前記散乱波のレベルが前記送信レベルの許容レベル以下となる、前記ビーム形状および前記距離の何れか一方の値を算出する制御部として機能させるためのプログラム。
波動を送信する送信部と検出対象物から反射された前記波動の反射波を受信する受信部とに接続されたコンピュータを、
前記送信部および前記受信部のビーム形状および前記受信部と前記送信部との間の距離の何れか一方を最適化の対象として選択し、前記送信部の送信レベル及び前記波動が伝播する媒質の後方散乱強度を入力データから取得し、前記送信レベル、前記後方散乱強度、前記ビーム形状、および前記距離に基づいて前記受信部に到達する前記媒質による散乱波のレベルに対する前記検出対象物からの反射波のレベルの比を算出し、算出された前記比が前記送信レベルの許容レベル以下となる、前記ビーム形状および前記距離の何れか一方の値を算出する制御部として機能させるためのプログラム。