JP6536211B2 - 目標方位算出装置、目標方位算出方法、及び、目標方位算出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、パッシブソーナー装置に用いる目標方位算出装置、目標方位算出方法、及び、目標方位算出プログラムに関する。

ソーナー装置はパッシブソーナー装置とアクティブソーナー装置とに大別される。このうちパッシブソーナー装置は、水中（水面含む）に存在する目標（例えば、潜水艦や水中機雷等）が発生する音響波を捉え、目標の存在と目標位置（方位）とを検出する装置である。

目標が発する音響には、エンジン等を発生源とする長時間継続する定常的な音響がある。このようなエンジン音等を検出した信号は狭帯域の信号でナローバンド信号と呼称され、フローノイズやキャビテーションノイズ等による音を検出した信号は広帯域信号でブロードバンド信号と呼称されている。

パッシブソーナー装置のオペレータは、音響を聞き、また受信信号に対し所定の信号処理を施されて画面表示された情報に基づき、目標の存在や方位を判断する。

信号処理としては、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が一般的に用いられる。特に、信号の継続時間に合わせて時間分解能を設定し、分析区間をずらしながら周期的に演算を繰り返す短時間ＦＦＴと呼ばれる方法が、一般的である。

ブロードバンド信号は広帯域の周波数信号であるため、短時間ＦＦＴのみでは背景雑音と目標からの音響との区別が困難である。

そこで、非特許文献１においては、複数のセンサーによって指向性ビームを形成できる構成において、指向性ビームと短時間ＦＦＴとを組み合わせて分析する方式が提案されている。

しかし、パッシブソーナーのＤＩＦＡＲ（Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ）ブイ（以下、ソノブイと略記する）は、指向性ビームを形成することができない。

そこで、特許文献１においては、ソノブイが南北方向に指向性を持つコサイン信号（ＮＳ信号）、東西方向に指向性を持つサイン信号（ＥＷ信号）、全方位からのオムニ信号（ＯＭＮＩ信号）の３信号を出力できることを利用して、目標が発する音響波の到来方位を算出する技術を提案している（図７参照）。なお、図７は、音響波の到来方向と各信号の強度を表す図である。

図８は到来方位の検出を説明する図で、（ａ）は目標とソーナーとの位置関係を示す図、（ｂ）はある時刻（一時刻分）における方位集中処理結果を例示した図、（ｃ）はＢＴＲ（Ｂｅａｒｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｒｅｃｏｄｅｒ）図を示した図である。なお、ＢＴＲ図とは、時間に対する音響波の到来方位を表示した図である。

水中を伝搬する音響波はソノブイにより受信され（図８（ａ））、受信した信号に対してＦＦＴ処理、方位算出処理、方位集中処理が行われて、図８（ｂ）に示すような各方位に対する度数が得られる。この度数分布がピークを持つような点の方位を時間的に散布図として示した図が図８（ｃ）である。

特開２０１４−３２０８２号公報

Ａ Ｆｒｅｓｈ Ｌｏｏｋ Ａｔ 'Ｂｒｏａｄｂａｎｄ' Ｐａｓｓｉｖｅ Ｓｏｎａｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ

しかしながら、上記特許文献１や非特許文献１にかかる方法では、目標の方位を検出する際の方位検出前提条件が満たされる場合であっても、目標の方位が正しく認識できないことがあった。ここで、方位検出前提条件とは、１つのソノブイで複数の目標の方位を検出する際に、ソノブイから各目標まで方位が違う状態から各目標の方位がほぼ同じ（重なる場合を含む）状態を経て、またソノブイから各目標まで方位が違う状態になるような場合であって、かつ、各目標からの音響波の周波数帯域が違う場合を言う。

かかる問題を、図９を参照して説明する。ここで、説明を簡単にするため、２つの目標（第１目標Ｔ１と第２目標Ｔ２）を考え、第１目標Ｔ１は移動しており、第２目標Ｔ２は停止しているとする。図９は、このような系を示す図で、（ａ）は２つの目標Ｔ１，Ｔ２とソノブイＳとの位置関係を例示した図であり、（ｂ）は２つの目標Ｔ１，Ｔ２とソノブイＳとにおける検出された航跡の方位（点線）と、実際の航跡の方位（白抜き線）との関係を例示した図である。

このような系においては、ソノブイＳから見て、第１目標Ｔ１がソノブイＳと第２目標Ｔ２とを結ぶ線分上に位置する（第２目標Ｔ２が第１目標Ｔ１により隠れる）場合が発生する。このように、２つの目標が重なった場合（ほぼ重なった場合）は、ソノブイが検出する到来波は１つの目標からの音響波のように見える。即ち、実際には２つの目標からの音響波が到来していても、一方の目標からの到来波は他方の目標からの到来波に隠れてしまう状況（他方の到来波は途切れたような状況）が発生する。

この場合には、その後に目標の重なりが解除されて２つの目標による航跡の方位が検出されても、どれが第１目標の航跡の方位で、どれが第２目標の航跡の方位かといった識別ができない。従って、図９（ｂ）のように、目標の重なり解除された後は、第１目標の航跡の方位と第２目標の航跡の方位とが入れ替わってしまうことが起き得る。

この場合には、目標からの到来波による受信信号の周波数帯域が不明であり、かつ、例え当該周波数帯域が探知できても周波数帯域は時間に変化する可能性があるため、その都度、オペレータは周波数帯域の設定を行う必要があり、非効率的であると共に、大きな作業負荷が必要となる問題がある。

そこで、本発明の主目的は、方位検出前提条件が満たされる場合でも、自動で複数の目標の方位が高精度に認識できるようにしたパッシブソーナー装置に用いる目標方位算出装置、目標方位算出方法、及び、目標方位算出プログラムを提供することである。

上記課題を解決するため、目標が発する音響の到来波を受信して得られる受信信号に対して周波数分析を行うことにより到来波の到来方位を算出し、該算出結果を方位情報として出力する目標方位算出装置にかかる発明は、観測する周波数帯域より狭い周波数帯域をサブバンドとして、該サブバンドにおける方位情報から到来波の方位の度数分布を算出し、これを方位密度分布情報として出力する複数のサブバンド方位集中処理部を含む方位集中処理ユニットと、サブバンド方位集中処理部に対応して設けられて、当該サブバンド方位集中処理部からの方位密度分布情報が予め設定された方位判断閾値を超える方位をサブバンド方位として、これをサブバンド方位情報として出力する閾値処理部を含む閾値処理ユニットと、サブバンド方位情報から所定の帯域条件を満たすサブバンドを有効サブバンドとして選択すると共に、選択された有効サブバンドで重なり状態にあるサブバンドを判断し、この判断結果を重なりサブバンド情報とする帯域識別ユニットと、複数の有効サブバンドから重なりサブバンド情報に基づき重なり状態にある有効サブバンドを除いた有効サブバンドを連結すると共に、当該連結結果、重なりサブバンド情報及び有効サブバンド情報を記憶する検出管理ユニットと、を備えることを特徴とする。

また、目標が発する音響の到来波を受信して得られる受信信号に対して周波数分析を行うことにより到来波の到来方位を算出し、該算出結果を方位情報として出力する目標方位算出方法にかかる発明は、観測する周波数帯域より狭い周波数帯域をサブバンドとして、該サブバンドにおける方位情報から到来波の方位の度数分布を算出し、これを方位密度分布情報として出力する複数のサブバンド方位集中処理手順と、方位密度分布情報が予め設定された方位判断閾値を超える方位をサブバンド方位として、これをサブバンド方位情報として出力する閾値処理手順と、サブバンド方位情報から所定の帯域条件を満たすサブバンドを有効サブバンドとして選択すると共に、選択された有効サブバンドで重なり状態にあるサブバンドを判断し、この判断結果を重なりサブバンド情報とする帯域識別手順と、複数の有効サブバンドから重なりサブバンド情報に基づき重なり状態にある有効サブバンドを除いた有効サブバンドを連結すると共に、当該連結結果、重なりサブバンド情報及び有効サブバンド情報を記憶する検出管理手順と、を含むことを特徴とする。

さらに、目標が発する音響の到来波を受信して得られる受信信号に対して周波数分析を行うことにより到来波の到来方位を算出し、該算出結果を方位情報として出力する目標方位算出プログラムにかかる発明は、観測する周波数帯域より狭い周波数帯域をサブバンドとして、該サブバンドにおける方位情報から到来波の方位の度数分布を算出し、これを方位密度分布情報として出力する複数のサブバンド方位集中処理ステップと、方位密度分布情報が予め設定された方位判断閾値を超える方位をサブバンド方位として、これをサブバンド方位情報として出力する閾値処理ステップと、サブバンド方位情報から所定の帯域条件を満たすサブバンドを有効サブバンドとして選択すると共に、選択された有効サブバンドで重なり状態にあるサブバンドを判断し、この判断結果を重なりサブバンド情報とする帯域識別ステップと、複数の有効サブバンドから重なりサブバンド情報に基づき重なり状態にある有効サブバンドを除いた有効サブバンドを連結すると共に、当該連結結果、重なりサブバンド情報及び有効サブバンド情報を記憶する検出管理ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、観測周波数帯域を複数のサブバンドに分けて観測して、複数の目標の方位が自動で検出できるので、オペレータの作業負荷の軽減が図れると共に、目標の存在、及び、目標の方位を高精度に検出できるようになる。

本実施形態にかかるパッシブソーナー装置に用いる目標方位算出装置のブロック図である。 サブバンド方位集中処理における方位集中処理を説明する図で、（ａ）は全周波数帯域について方位集中処理を行う場合（従前例）、（ｂ）はサブバンド毎に方位集中処理を行う場合を示鈴である。 閾値処理ユニット、帯域識別ユニット、検出管理ユニットにおける処理手順を示すフローチャートである。 有効サブバンド選択処理を説明する図で、（ａ）は注目サブバンドを説明する図、（ｂ）は注目サブバンド範囲を説明する図、（ｃ）は有効サブバンド選択処理結果を説明する図である。 重なり判断処理を説明する図で、（ａ）はサブバンド領域（太線枠）を示す図、（ｂ）は各時刻のサブバンド領域における目標の方位の中央値を示す図、（ｃ）はサブバンド領域の重なり判断結果を示す図である。 帯域連結処理部の動作を説明する図で、（ａ）は連結帯域を説明する図、（ｂ）は方位の統計値を説明する図である。 ソノブイの受信信号を説明する図である。 到来方位の検出を説明する図で、（ａ）は目標とソーナーとの位置関係を示す図、（ｂ）はある時刻（一時刻分）における方位集中処理結果を例示した図、（ｃ）はＢＴＲ（Ｂｅａｒｉｎｇ Ｔｉｍｅ Ｒｅｃｏｄｅｒ）図を示した図である。 複数の目標が存在する系を示す図で、（ａ）は２つの目標とソノブイとの位置関係を例示した図であり、（ｂ）は２つの目標とソノブイとにおける検出された航跡の方位（点線）と、実際の航跡の方位（白抜き線）との関係を例示した図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかるパッシブソーナー装置に用いる目標方位算出装置２のブロック図である。この目標方位算出装置２は、周波数分析処理部１１、方位算出処理部１２、方位集中処理ユニット１３、前処理ユニット１４、閾値処理ユニット１５、帯域識別ユニット１６、検出管理ユニット１７、表示処理部１８を含んでいる。

また、方位集中処理ユニット１３は、複数のサブバンド方位集中処理部１３Ａ…１３Ａからなり、前処理ユニット１４及び閾値処理ユニット１５は各サブバンド方位集中処理部１３Ａに対応して設けられた前処理部１４Ａ…１４Ａ及び閾値処理部１５Ａ…１５Ａからなる。但し、これらの個数（例えば、サブバンド方位集中処理部１３Ａの個数）は特に限定しない。

なお、本発明においては、１つのソノブイで複数の目標の方位を検出する際に、ソーナーと各目標との相対方位が違う状態から各目標の方位がほぼ同じ（重なる場合を含む）状態を経て、またソーナーから各目標までの方位が違う状態になるような場合であって、かつ、各目標からの音響波の周波数帯域が違う場合の系を方位検出前提条件と定義する。そして、この方位検出前提条件が満たされる場合に、自動で複数の目標の方位を高精度に認識できるようにする。

周波数分析処理部１１は、ある時刻の受信信号に対してＦＦＴ処理などの周波数分析を行って、周波数スペクトルを算出する。そして、この周波数スペクトルをスペクトル信号Ｇ１として方位算出処理部１２に出力する。

方位算出処理部１２は、周波数分析処理部１１からのスペクトル信号Ｇ１に基づき、各周波数における到来波の到来方位を判断し、この判断結果を方位情報Ｇ２として方位集中処理ユニット１３に出力する。

方位集中処理ユニット１３における各サブバンド方位集中処理部１３Ａは、方位算出処理部１２からの方位情報Ｇ２を用いて方位の度数分布を算出し、これを方位密度分布情報Ｇ３として前処理部１４Ａに出力する。

なお、サブバンドとは、観測周波数帯域より狭い周波数帯域で、装置設計時等において割り当てられる。従って、各サブバンド方位集中処理部１３Ａは、割り当てられた周波数帯域の方位情報Ｇ２に対して方位集中処理を行う。

このとき、方位集中処理における方位検出精度を高めるために、サブバンド方位集中処理部１３Ａでは、複数時刻の受信信号を用いてもよい。また、各サブバンド方位集中処理部１３Ａに割り当てられるサブバンドに割り当てられた周波数帯域は、重なっていてもよい。

図２は、サブバンド方位集中処理部１３Ａにおける方位集中処理を説明する図で、（ａ）は全周波数帯域について方位集中処理を行う場合（従前例）、（ｂ）はサブバンド毎に方位集中処理を行う場合を示している。このとき図２（ａ）（ｂ）において、左側の図は方位集中処理の対象となる周波数範囲を示し、右側の図は方位集中処理の結果である方位密度（度数分布）を示している。

なお、図２の左側の図は、周波数を横軸に、時間を縦軸に表示した図である。図中、一点鎖線領域Ｒ１は到来波による受信信号領域を示し、点線領域Ｒ２，Ｒ２＿ａ，Ｒ２＿ｂは方位集中処理を行う周波数帯域を示している。このとき、点線領域Ｒ２は観測周波数帯域の全域であり、点線領域Ｒ２，Ｒ２＿ａ，Ｒ２＿ｂはサブバンド帯域を示している。

また、図２の右側の図は方位に対する方位密度（度数分布）を示し、点線は目標からの到来波によるか否かを判断するために設定された方位判断閾値を示している。即ち、方位判断閾値より大きな方位密度は、目標からの到来波による可能性が高いと判断し、方位判断閾値より小さい方位密度は、目標以外からの到来波（背景雑音等）による可能性が高いと判断する。

図２（ａ）に示す場合は、方位集中処理の対象帯域は１つであるので、全帯域の信号に対して方位集中処理が行われる。

これに対し、図２（ｂ）に示す場合は、各サブバンド方位集中処理部１３Ａはサブバンド帯域の信号に対して方位集中処理を行う。この結果、図２（ｂ）の右下のグラフのように、サブバンド毎の方位密度分布が得られることになる。従って、例えば、停止している目標と移動している目標とが異なる周波数の音響を発生している場合に、各目標からの到来波をサブバンド帯域に分割して検出するので、到来波の周波数帯域の違いが有れば、これらの目標を分離できる可能性が高まる。

前処理部１４Ａは方位密度分布情報Ｇ３に対して、移動平均、２値化、平滑化等の公知の統計処理や画像処理等の前処理を行い、その結果を前処理結果情報Ｇ４として閾値処理ユニット１５に出力する。

次に、前処理ユニット１４からの前処理結果情報Ｇ４は、閾値処理ユニット１５、帯域識別ユニット１６、検出管理ユニット１７を経て各種の処理が行われる。図３は、閾値処理ユニット１５、帯域識別ユニット１６、検出管理ユニット１７における処理手順を示すフローチャートである。以下、図３を参照しながら説明する。

ステップＳ１： （サブバンド方位抽出処理）
閾値処理ユニット１５の各閾値処理部１５Ａは、各サブバンドの前処理結果情報Ｇ４に対して、方位判断閾値を設定して、当該方位判断閾値を超える方位密度に対応するサブバンド方位を抽出する。例えば、図２（ｂ）の右側真ん中の図において、矢印Ｋで示す方位の方位密度が方位判断閾値を超えているので、この方位が、該当するサブバンドのサブバンド方位として抽出される。図２（ｂ）では、サブバンド帯域Ｒ２＿ａにおけるサブバンド方位となる。このようにして抽出されたサブバンド方位は、サブバンド方位情報Ｇ５として、帯域識別ユニット１６に出力される。

なお、先の前処理ユニット１４において、前処理部１４Ａは方位密度分布情報Ｇ３に対して、統計処理や画像処理の前処理を行い、ノイズ等の影響を抑制した。これにより、閾値処理ユニット１５における方位検出精度を向上させることが可能になっている。ここで、ある時刻ｔ＝ｉでの方位密度から目標の方位が求まったとする。そして、次の時刻ｔ＝ｉ＋１での方位密度に対して方位判断閾値を適用した結果、複数のピークが検出されたとする。このとき、時刻ｔ＝ｉ＋１での目標の方位は、複数のピークの内で最大のピークに対応する方位と、複数のピークに対応する方位を統計処理して得られた方位（例えば、中央値）との内で、時刻ｔ＝ｉでの方位に最も近い方位を、当該時刻ｔ＝ｉ＋１における目標の方位とする。

また、上記説明では方位判断閾値は１つであったが、複数の方位判断閾値を設けて、多段判断することも可能である。即ち、１つの方位判断閾値を超える方位密度が検出されないために目標の方位が検出できないような場合でも、値の異なる方位判断閾値を設けることにより、目標の方位を検出することができる場合がある。そこで、値の異なる複数の方位判断閾値を設定し、該複数の方位判断閾値を用いてサブバンド方位判断するならば目標による音響信号の検出精度を向上させることができる。なお、方位判断閾値の値を変えた場合に、変更前の方位判断閾値により検出された方位密度のピークが再び検出されることがある。即ち、方位判断閾値を変更しても同じ方位に対応した方位密度のピークが検出される場合がある。このような場合には、方位判断閾値の値を変える前に検出された方位密度のピークは、方位判断閾値を変更したときに検出された方位密度のピークから除いて方位を求める。これにより方位検出精度を向上させることができる。

帯域識別ユニット１６は、信号入力帯域判断処理部１６Ａ、及び、重なり帯域判断処理部１６Ｂを含んで、各サブバンドのサブバンド方位情報Ｇ５から所定の帯域条件を満たすサブバンドを有効サブバンドとして選択すると共に、この有効サブバンドで重なり状態にあるサブバンドを判断する。

なお、有効サブバンドとは、後述するように、少なくとも目標からの到来波を検出していると判断されたサブバンドを言う。

信号入力帯域判断処理部１６Ａは、サブバンド方位情報Ｇ５に対して、有効サブバンド選択処理（サブバンド抽出処理、サブバンド数計数処理、サブバンド選択処理を含む）を行い、その処理結果を有効サブバンド情報Ｇ６として重なり帯域判断処理部１６Ｂに出力する。

図４は、有効サブバンド選択処理を説明する図で、（ａ）は注目サブバンドを説明する図、（ｂ）は注目サブバンド範囲を説明する図、（ｃ）は有効サブバンド選択処理結果を説明する図である。

なお、図４では、各サブバンドは番号付けして示されている。以下、サブバンド番号を｛ ｝で示し、時刻を＜ ＞で示す。例えば、サブバンド番号が２のサブバンドは、サブバンド｛２｝と記載し、時刻番号が３の時刻は時刻＜３＞と記載する。また、図４では、各時刻で方位密度分布が閾値を超えたサブバンドについて、方位の算出結果を数値（°）で示している。ハイフンで示した部分は、当該サブバンドの方位密度分布が閾値を超えず検出されていないことを表している。

ステップＳ２： （サブバンド抽出処理）
信号入力帯域判断処理部１６Ａは、１つのサブバンドに注目し、これを注目サブバンドとする（図４（ａ））。そして、予め設定された注目サブバンド範囲内にあるサブバンド（検討サブバンドと記載する）のサブバンド方位が、注目サブバンドのサブバンド方位に対して所定の方位許容範囲にあるか否かを判断する（図４（ｂ））。

ここで、注目サブバンド範囲とは、注目サブバンドの左右ｎ個のサブバンドであって、現在時間よりｍ時刻前までの範囲を言う。例えば、ｎ＝１、ｍ＝２の場合には、注目サブバンド及び該注目サブバンドの両隣りのサブバンド（ｎ＝１）であって、現在の時刻から２時刻分（ｍ＝２）前までの範囲となる。

また、方位許容範囲とは、注目サブバンドのサブバンド方位に対して設定される方位の許容範囲を言い、検討サブバンドのサブバンド方位が目標からの到来波に基づく方位であるか否かを判断するための範囲である。例えば、注目サブバンドのサブバンド方位が１０°で、方位許容範囲が±１５°であるときに、検討サブバンドの方位が、１０±１５°の範囲であれば、この検討サブバンドは注目サブバンドと同じ目標から到来波を検出していると判断して、このサブバンドを抽出サブバンドとする。

ここで、方位許容範囲を±１５°、有効サブバンド判断閾値を３、注目サブバンド範囲をｎ＝１，ｍ＝２に設定されているとして説明する。この状態で、信号入力帯域判断処理部１６Ａが、サブバンド｛４｝を注目サブバンドとして、時刻＜１＞のサブバンド方位に対するサブバンド抽出処理を行うとする。

図４では、注目サブバンドをサブバンド｛４｝とした場合に、現在時刻の時刻＜２＞におけるサブバンド方位は４３°である。従って、サブバンド選択処理は、注目サブバンド｛４｝に隣接するサブバンド｛３｝、｛５｝で、時刻＜０＞〜＜２＞が注目サブバンド範囲となる。図４（ｂ）における太線は、この注目サブバンド範囲を示している。このときのサブバンド方位が方位許容範囲４３°±１５°（即ち、２８°〜５８°）の方位にあるか否かを判断することになる。

図４（ｂ）の太線で示す注目サブバンド範囲では、サブバンド｛３｝、時刻＜１＞のサブバンド方位が１２０°で、方位許容範囲４２°±１５°から外れているので、除外される。このようなサブバンド抽出処理を全てのサブバンドについて行い、かつ、リアルタイムに行う。

ステップＳ３： （サブバンド数計数処理）
次にサブバンド数係数処理が行われる。注目サブバンド範囲内で方位許容範囲の方位にあるサブバンドの数を数える。図４（ｂ）では注目サブバンド範囲内に５つのサブバンドが抽出されるので、この数が抽出サブバンド数として計数される。

ステップＳ４： （サブバンド選択処理）
その後、信号入力帯域判断処理部１６Aは、抽出サブバンド数に対してサブバンド選択処理を行う。このサブバンド選択処理は、抽出サブバンド数が有効サブバンド判断閾値より大きい場合に、抽出サブバンドはブロードバンドの到来波を検出していると判断し、この抽出サブバンドを有効サブバンドとする。図４（ｃ）では、図４（ｂ）の時刻＜１＞、＜２＞の各サブバンドについてサブバンド抽出処理からサブバンド選択処理までを行い、サブバンド選択処理結果となる有効サブバンドのみを色づけしたものを示す。

抽出サブバンドには、例えば反射音やノイズ等の背景雑音によるものも存在すると考えられる。しかし、このような背景雑音は一過性の信号が少ないため、抽出サブバンドの数は大きくならないと考えられる。そこで、有効サブバンド判断閾値を設定することにより、背景雑音による影響を軽減している。なお、有効サブバンド判断閾値は、予め設定され又は自動設定した値である。

例えば、ステップＳ３では、抽出サブバンド数は、７と４とであった。そして、先に仮定した有効サブバンド判断閾値は３であるので、これら抽出サブバンドは目標からの到来波を検出していると判断される。この判断結果は、有効サブバンド情報Ｇ６として重なり帯域判断処理部１６Ｂに出力される。

重なり帯域判断処理部１６Ｂは、有効サブバンド情報Ｇ６に対して重なりサブバンド検出処理（サブバンド領域設定処理、重なり判断処理を含む）を行い、重なり状態にあるサブバンドを検出する。そして、この検出結果を重なりサブバンド情報として有効サブバンド情報Ｇ６に付加し、これを重なり判断結果情報（＝有効サブバンド情報＋重なりサブバンド情報）Ｇ８として検出管理ユニット１７に出力する。

ステップＳ５： （サブバンド領域設定処理）
即ち、重なり帯域判断処理部１６Ｂは、サブバンド領域設定処理を行う。重なり帯域判断処理部１６Ｂは、検出管理ユニット１７に記憶されている時間的に先に検出した目標の方位（過去方位情報Ｇ７と記載する）を取得する。そして、当該過去方位情報Ｇ７に基づき信号入力帯域判断処理部１６Ａからの有効サブバンド情報Ｇ６に対してサブバンド領域が設定される。このとき過去方位情報Ｇ７が複数の目標の存在を示している場合には、サブバンド領域も複数設定されることになる。

ステップＳ６： （重なり判断処理）
次に、重なり帯域判断処理部１６Ｂは、重なり判断処理を行なう。この重なり判断処理は、重なり判断条件により、サブバンド毎に、かつ、観測時間毎に重なり状態を判断する処理である。なお、重なり判断条件として、「条件１：複数の目標で、前の時刻における目標の方位の差が１５［ｄｅｇ］以内、かつ、条件２：サブバンド方位が１つになった」の条件が例示できる。図５は、重なり判断処理を説明する図で、（ａ）はサブバンド領域（太線枠）を示す図、（ｂ）は各時刻における目標の方位の中央値を示す図、（ｃ）は目標方位の重なりを判断した結果を示す図である。なお、図５（ｂ）は、後述する過去方位情報Ｇ７を例示した図である。

重なり帯域判断処理部１６Ｂは、目標管理部１７Ｂから過去方位情報Ｇ７を取得して、サブバンド領域を設定する。このサブバンド領域は、各目標のサブバンド方位が観測された領域を矩形状に囲んで形成される（図５（ａ）の太線枠）。

そして、重なり帯域判断処理部１６Ｂは、図５（ｂ）に示すような過去方位情報Ｇ７を用いて、重なり判断条件が満たされているか否かを判断する。

今、例として図５（ａ）におけるサブバンド｛６｝、時刻＜１０＞の方位を考える。このとき図５（ａ）におけるサブバンド｛６｝の時刻＜８＞の第１サブバンド領域のサブバンド方位は４８°、第２サブバンド領域のサブバンド方位は６２°で２つの方位が検出されている。ところが、時刻＜９＞では、１つの方位のみとなっている。従って、サブバンド｛６｝は重なり判断条件２を満たしている。また、図５（ｂ）から、時刻＜９＞における各目標の方位の差は２．５°（＝５２−４９．５）である。従って、時刻＜１０＞は重なり判定条件１を満たしている。

そこで、重なり帯域判断処理部１６Ｂは、サブバンド｛６｝、時刻＜１０＞は重なり状態にあると判断し、当該判断結果を重なりサブバンド情報として有効サブバンド情報Ｇ６に付加し、これを重なり判断結果情報Ｇ８として検出管理ユニット１７に出力する。

検出管理ユニット１７には、帯域連結処理部１７Ａと目標管理部１７Ｂとが含まれて、連結処理を行うことにより重なり状態の有効サブバンドを除外した有効サブバンドを連結し、これを目標方位情報Ｇ９として出力する。

ステップＳ７： （連結処理）
帯域連結処理部１７Ａは、予め設定された連結条件を用いて有効サブバンド情報Ｇ６に含まれる有効サブバンドを連結し、これを目標方位情報Ｇ９として目標管理部１７Ｂに出力する。

このとき、重なり判断結果情報Ｇ８に含まれる重なりサブバンド情報が示すサブバンドは、連結対象から除かれる。即ち、図５（ａ）におけるサブバンド｛６｝は、重なりサブバンド情報により複数の目標からの到来波を検出していると判断されているので、このサブバンド｛６｝を除いた他のサブバンドが連結されることになる。この連結する周波数帯域を連結帯域と記載する。

帯域連結処理部１７Ａの動作例を説明する。図６は、帯域連結処理部１７Ａの動作を説明する図で、（ａ）は連結帯域を説明する図、（ｂ）は目標の方位の統計値を説明する図である。

以下、連結条件として、サブバンド方位を第１〜第３パターンに場合分けして考える。
第１パターンは、隣接するサブバンドのグループが同一目標の方位を示している場合である。第２パターンは、第１パターンであって異なるグループが同一目標の方位を示している場合である。第３パターンは、第１パターンであって異なるグループが異なる目標の方位を示している場合である。

具体例を説明する。図６（ａ）においてサブバンド｛４｝〜｛６｝のグループ（第１グループとする）と、サブバンド｛１２｝、｛１３｝のグループ（第２グループとする）が存在する。

帯域連結処理部１７Ａは、第１パターンの条件として、隣接するサブバンド方位が±１０°以内のグループが存在するとき、当該グループにおける各サブバンド方位は同一目標の方位を示していると判断する。

例えば、第１グループのサブバンド｛４｝〜｛６｝におけるサブバンド方位は、それぞれ４２°、４７°、４５°で±１０°以内である。従って、第１グループは同一目標の方位と判断する。また、第２グループのサブバンド｛１２｝、｛１３｝におけるサブバンド方位は、それぞれ４６°，４２°で±１０°以内で、第１グループ条件を満たす。従って、第２グループは、同一目標の方位と判断する。

第２パターンの条件として、第１パターンで同一目標の方位と判断されたサブバンド方位の統計値（例えば中央値）が、グループ間で±１５°以内の時、各グループは同一目標の方位を示している判断する。このような場合の例として、例えば１つの目標からの音響波の高調波が検出されたような場合がある。

例えば、第１グループの中央値は４４．５°（＝（４２＋４７）／２）、第２グループの中央値は４４°（＝（４２＋４６）／２）である。従って、第１グループと第２グループとの中央値は、第２パターン条件を満たすので、第１グループと第２グループとは、同一目標の方位を示すと判断する。

第３パターンの条件は、第２パターンの条件を満たさない場合である。即ち、第１パターンで同一目標の方位と判断されたサブバンド方位の統計値が、グループ間で±１５°の範囲外の時、各グループは異なる目標の方位を示している判断する。

そして、帯域連結処理部１７Ａは、各パターンに応じて判断したグループを連結帯域として、サブバンド方位の統計処理をする。例えば、第１グループは、同一目標の方位を示していると判断され場合には、連結帯域はサブバンド｛４｝〜｛６｝、その統計値が、図６（ｂ）における４５°となる。

ステップＳ８： （データ管理処理）
目標管理部１７Ｂは、目標方位情報Ｇ９を記憶すると共に、表示処理部１８に出力するデータ管理処理を行う。なお、目標管理部１７Ｂは、重なり帯域判断処理部１６Ｂからのアクセスにより、記憶している目標方位情報Ｇ９を過去方位情報Ｇ７として出力する。

ステップＳ９： （ＢＴＲ情報表示処理）
表示処理部１８は目標方位情報Ｇ９から重なりサブバンドを除去して連結して得られた結果をＢＴＲ情報に変換して画面表示する。これにより、ユーザは目標を区別して目標方位を判断することが可能になり、適切に目標の有無、目標の方位を推定することが可能になる。

以上により、複数の目標が重なる場合でも、自動で複数の目標が正しく認識できるようになり、目標方位検出が高精度に行えるようになる。

なお、上記説明で方位許容範囲、第１〜第３パターンの条件等の具体数値を例示したが、かかる値は設計時に設定され、又は運用中に適宜設定できる値とする。

Ｇ１ スペクトル信号
Ｇ２ 方位情報
Ｇ３ 方位密度分布情報
Ｇ４ 前処理結果情報
Ｇ５ サブバンド方位情報
Ｇ６ 有効サブバンド情報
Ｇ７ 過去方位情報
Ｇ８ 重なり判断結果情報
Ｇ９ 目標方位情報
２ 目標方位算出装置
１１ 周波数分析処理部
１２ 方位算出処理部
１３ 方位集中処理ユニット
１３Ａ…１３Ａ サブバンド方位集中処理部
１４ 前処理ユニット
１４Ａ…１４Ａ 前処理部
１５ 閾値処理ユニット
１５Ａ…１５Ａ 閾値処理部
１６ 帯域識別ユニット
１６Ａ 信号入力帯域判断処理部
１６Ｂ 重なり帯域判断処理部
１７ 検出管理ユニット
１７Ａ 帯域連結処理部
１７Ｂ 目標管理部
１８ 表示処理部

Claims (9)

1. 目標が発する音響の到来波を受信して得られる受信信号に対して周波数分析を行うことにより前記到来波の到来方位を算出し、該算出結果を方位情報として出力する目標方位算出装置であって、
   観測する周波数帯域より狭い周波数帯域をサブバンドとして、該サブバンドにおける前記方位情報から前記到来波の方位の度数分布を算出し、これを方位密度分布情報として出力する複数のサブバンド方位集中処理部を含む方位集中処理ユニットと、
   前記サブバンド方位集中処理部に対応して設けられて、当該サブバンド方位集中処理部からの前記方位密度分布情報が予め設定された方位判断閾値を超える方位をサブバンド方位として、これをサブバンド方位情報として出力する閾値処理部を含む閾値処理ユニットと、
   前記サブバンド方位情報から所定の帯域条件を満たすサブバンド方位を有効サブバンドとして選択すると共に、選択された有効サブバンドで重なり状態にあるサブバンド方位を判断し、この判断結果を重なりサブバンド情報とする帯域識別ユニットと、
   複数の前記有効サブバンドから前記重なりサブバンド情報に基づき重なり状態にある前記有効サブバンドを連結対象から除いて、隣接する前記サブバンドからなるグループのサブバンド方位が所定の範囲内のとき同一目標の方位を示しているとし、前記所定の範囲外のときは異なる目標の方位を示しているとして前記有効サブバンドを連結すると共に、当該連結結果を記憶する検出管理ユニットと、
   を備えることを特徴とする目標方位算出装置。
2. 請求項１に記載の目標方位算出装置であって、
   前記帯域識別ユニットは、
   １つのサブバンドを注目サブバンドとして、予め設定された注目サブバンド範囲内にあるサブバンドのサブバンド方位が、注目サブバンドのサブバンド方位に対して所定の方位許容範囲にあるサブバンドを抽出サブバンドとするサブバンド抽出処理と、
   前記抽出サブバンドを計数して抽出サブバンド数とするサブバンド数計数処理と、
   前記抽出サブバンド数が予め設定された有効サブバンド判断閾値より大きい場合には、当該抽出サブバンド数をなすサブバンドは目標からの到来波を検出していると判断して有効サブバンドとするサブバンド選択処理と、
   を行う信号入力帯域判断処理部を備えることを特徴とする目標方位算出装置。
3. 請求項２に記載の目標方位算出装置であって、
   前記帯域識別ユニットは、
   前記検出管理ユニットに記憶されている時間的に先に検出した目標の方位に関する情報を過去方位情報として取得して、前記有効サブバンド情報に対してサブバンド領域を設定するサブバンド領域設定処理と、
   前記サブバンド領域内の前記サブバンドに対して、所定の重なり判断条件を適用することにより、サブバンド毎に、かつ、観測時間毎に重なり状態を判断して、当該判断結果を重なりサブバンド情報とする重なり判断処理と、
   を行う重なり帯域判断処理部を備えることを特徴とする目標方位算出装置。
4. 目標が発する音響の到来波を受信して得られる受信信号に対して周波数分析を行うことにより前記到来波の到来方位を算出し、該算出結果を方位情報として出力する目標方位算出方法であって、
   観測する周波数帯域より狭い周波数帯域をサブバンドとして、該サブバンドにおける前記方位情報から前記到来波の方位の度数分布を算出し、これを方位密度分布情報として出力する複数のサブバンド方位集中処理手順と、
   前記方位密度分布情報が予め設定された方位判断閾値を超える方位をサブバンド方位として、これをサブバンド方位情報として出力する閾値処理手順と、
   前記サブバンド方位情報から所定の帯域条件を満たすサブバンド方位を有効サブバンドとして選択すると共に、選択された有効サブバンドで重なり状態にあるサブバンド方位を判断し、この判断結果を重なりサブバンド情報とする帯域識別手順と、
   複数の前記有効サブバンドから前記重なりサブバンド情報に基づき重なり状態にある前記有効サブバンドを除いた前記有効サブバンドを連結すると共に、当該連結結果を記憶する検出管理手順と、
   を含むことを特徴とする目標方位算出方法。
5. 請求項４に記載の目標方位算出方法であって、
   前記帯域識別手順は、
   １つのサブバンドを注目サブバンドとして、予め設定された注目サブバンド範囲内にあるサブバンドのサブバンド方位が、注目サブバンドのサブバンド方位に対して所定の方位許容範囲にあるサブバンドを抽出サブバンドとするサブバンド抽出処理手順と、
   前記抽出サブバンドを計数して抽出サブバンド数とするサブバンド数計数処理手順と、
   前記抽出サブバンド数が予め設定された有効サブバンド判断閾値より大きい場合には、当該抽出サブバンド数をなすサブバンドは目標からの到来波を検出していると判断して有効サブバンドとするサブバンド選択処理手順と、
   を含むことを特徴とする目標方位算出方法。
6. 請求項５に記載の目標方位算出方法であって、
   前記帯域識別手順は、
   前記検出管理手順で記憶された時間的に先に検出した目標の方位に関する情報を過去方位情報として取得して、前記有効サブバンド情報に対してサブバンド領域を設定するサブバンド領域設定処理手順と、
   前記サブバンド領域内の前記サブバンドに対して、所定の重なり判断条件を適用することにより、サブバンド毎に、かつ、観測時間毎に重なり状態を判断して、当該判断結果を重なりサブバンド情報とする重なり判断処理手順と、
   を含むことを特徴とする目標方位算出方法。
7. 目標が発する音響の到来波を受信して得られる受信信号に対して周波数分析を行うことにより前記到来波の到来方位を算出し、該算出結果を方位情報として出力する目標方位算出プログラムであって、
   観測する周波数帯域より狭い周波数帯域をサブバンドとして、該サブバンドにおける前記方位情報から前記到来波の方位の度数分布を算出し、これを方位密度分布情報として出力する複数のサブバンド方位集中処理ステップと、
   前記方位密度分布情報が予め設定された方位判断閾値を超える方位をサブバンド方位として、これをサブバンド方位情報として出力する閾値処理ステップと、
   前記サブバンド方位情報から所定の帯域条件を満たすサブバンド方位を有効サブバンドとして選択すると共に、選択された有効サブバンドで重なり状態にあるサブバンド方位を判断し、この判断結果を重なりサブバンド情報とする帯域識別ステップと、
   複数の前記有効サブバンドから前記重なりサブバンド情報に基づき重なり状態にある前記有効サブバンドを除いた前記有効サブバンドを連結すると共に、当該連結結果を記憶する検出管理ステップと、
   を含むことを特徴とする目標方位算出プログラム。
8. 請求項７に記載の目標方位算出プログラムであって、
   前記帯域識別ステップには、
   １つのサブバンドを注目サブバンドとして、予め設定された注目サブバンド範囲内にあるサブバンドのサブバンド方位が、注目サブバンドのサブバンド方位に対して所定の方位許容範囲にあるサブバンドを抽出サブバンドとするサブバンド抽出処理ステップと、
   前記抽出サブバンドを計数して抽出サブバンド数とするサブバンド数計数処理ステップと、
   前記抽出サブバンド数が予め設定された有効サブバンド判断閾値より大きい場合には、当該抽出サブバンド数をなすサブバンドは目標からの到来波を検出していると判断して有効サブバンドとするサブバンド選択処理ステップと、
   が含まれることを特徴とする目標方位算出プログラム。
9. 請求項８に記載の目標方位算出プログラムであって、
   前記帯域識別ステップには、
   前記検出管理ステップで記憶された時間的に先に検出した目標の方位に関する情報を過去方位情報として取得して、前記有効サブバンド情報に対してサブバンド領域を設定するサブバンド領域設定処理ステップと、
   前記サブバンド領域内の前記サブバンドに対して、所定の重なり判断条件を適用することにより、サブバンド毎に、かつ、観測時間毎に重なり状態を判断して、当該判断結果を重なりサブバンド情報とする重なり判断処理ステップと、
   が含まれることを特徴とする目標方位算出プログラム。