JP6548529B2

JP6548529B2 - 磁力計

Info

Publication number: JP6548529B2
Application number: JP2015172922A
Authority: JP
Inventors: 矢島　久; 久矢島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2015-09-02
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2035-09-02
Also published as: JP2017049136A

Description

本発明は、移動体に搭載され、海底鉱脈または沈没船といった磁気発生源を探知する磁力計に関する。

磁力計により海上の磁気異常を観測する場合、捜索地域により様々な雑音の特徴を示すため、雑音の大きさが不安定である。従来より知られている尤度比法では、雑音が大きい場合には雑音に対しても尤度比が非常に大きな値となる性質がある。また尤度比法は計測磁界時間波形の形状のみに着目しており、雑音の作る波形が目標の波形に似ているような場合にも尤度比が大きく出力されてしまうため、虚探知が頻繁に発生する傾向があった。

これを解決するために特許文献１と非特許文献３に記載された目標自動探知処理の手法がとられることがある。これらの目標自動探知処理方式の特徴は、目標自動探知処理の前処理において雑音（Ｎｏｉｓｅ：Ｎ）を下げて、信号対雑音比（ＳｉｇｎａｌｔｏＮｏｉｓｅｒａｔｉｏ：Ｓ／Ｎ）を向上させた上で目標自動探知処理を実行することで、低Ｓ／Ｎ比環境でも検知性能が向上する点である。特許文献１では、目標自動探知処理の前処理として、目標信号が存在すると想定される周波数帯域外の周波数成分をバンドパスフィルタにて除去してＳ／Ｎを改善させてから目標自動探知処理を実行することで、検知性能を向上させている。以下、目標信号が存在すると想定される周波数帯域は、磁気異常探知周波数帯域（ＭａｇｎｅｔｉｃＡｎｏｍａｌｙＤｅｔｅｃｔｉｏｎ帯域：ＭＡＤ帯域）と称する。

しかしながら、ＭＡＤ帯域内にも雑音成分は存在するため、帯域内雑音成分によるＳ／Ｎの劣化は起きている。磁気雑音信号のスペクトルを分析すると、磁気雑音信号は、非特許文献４に示すように右肩下がりの直線的な磁気雑音信号のスペクトル傾斜に、局所的なピークを有するスペクトル微細構造が重畳したものとなっている。ＭＡＤ帯域内の雑音のスペクトル成分は、低周波数成分が大きく、相対的に高周波成分が小さな右肩下がりの特性のため、スペクトル成分が信号成分と同等以上となることがあり、これがＳ／Ｎの劣化を招き、探知性能の劣化、すなわち失探または虚探知の増加を引き起こしている。

そこで、帯域内の雑音を制御して目標信号のＳ／Ｎを改善し、探知率を向上させるため、ノイズシェーピングの手法が用いられる。非特許文献１、２に示す通り、磁気雑音スペクトルと逆の周波数特性を有するノイズシェーピングフィルタ（ＬｉｎｅａｒＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎＦｉｌｔｅｒ，ＡｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅＦｉｌｔｅｒ）を用いて、帯域内磁気雑音スペクトルをフラットにする、すなわち白色化にすることでＳ／Ｎの改善を図ることが知られている。

特許第３７０７３４５号公報

ＭｉｈａｊｌｏＴｏｍｉｃ，ＰｅｔｅｒＴ．Ｓｕｌｌｉｖａｎ，ａｎｄＶｉｎｃｅｎｔＫ．Ｍｃｄｏｎａｌｄ， "Ｗｉｒｅｌｅｓｓ，ａｃｏｕｓｔｉｃａｌｌｙｌｉｎｋｅｄ，ｕｎｄｅｒｓｅａ，ｍａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋ"，ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，２００９．ＩＣＥＭＩ '０９．９ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＬａｒｒｙＭａｒｐｌｅ， "ＡＮｅｗＡｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅＳｐｅｃｔｒｕｍＡｎａｌｙｓｉｓＡｌｇｏｒｉｔｈｍ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＡｃｏｕｓｔｉｃｓ，Ｓｐｅｅｃｈ，ａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｖｏｌ．ＡＳＳＰ−２８，Ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ１９８０ＡｒｉｅＳｈｅｉｎｋｅｒ，ＢｏｒｉｓＧｉｎｚｂｕｒｇ，ＮｉｚａｎＳａｌｏｍｏｎｓｋｉ，ＰｈｉｎｅａｓＡ．Ｄｉｃｋｓｔｅｉｎ，ＬｅｖＦｒｕｍｋｉｓ，ａｎｄＢｅｎ−ＺｉｏｎＫａｐｌａｎ， "ＭａｇｎｅｔｉｃＡｎｏｍａｌｙＤｅｔｅｃｔｉｏｎＵｓｉｎｇＨｉｇｈ−ＯｒｄｅｒＣｒｏｓｓｉｎｇＭｅｔｈｏｄ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅａｎｄＲｅｍｏｔｅＳｅｎｓｉｎｇ，２０１１ＢｒｉａｎＳ．Ｂｏｕｒｇｅｏｉｓ，ＪｅｒｒｙＨ．Ｒｏｓｓ，ａｎｄＷｉｌｌＡｖｅｒａ， "ＨｉｇｈＡｃｃｕｒａｃｙＭａｇｎｅｔｉｃＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｗｉｔｈｔｈｅＡＳＱ−８１ＳｃａｌａｒＭａｇｎｅｔｏｍｅｔｅｒ"，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ１９９１（ｐ．７８５，Ｆｉｇ．１）

上記で述べた従来の前処理フィルタは、以下の４つの問題を有している。
（１）いずれも移動体の近くの海域で収集された磁気雑音信号を周波数分析し、その結果をフィルタ特性に反映させる適応化処理を実施する。目標である孤立波形の長さは通常５〜１５ｓ程度であり、従って目標信号が存在するＭＡＤ帯域は０．０６〜０．２Ｈｚとなる。一方で、この周波数帯域の信号を分析するために必要な磁気信号を収集するためには、通常１．５分から３分掛かる。従って、磁気信号が収集されるまでは前処理フィルタの効果が得られない。
（２）磁気雑音信号を収集している海域と、実際に目標が存在する海域、すなわち探知処理を実施する海域とは通常異なるため、探知処理を実施する海域の磁気雑音スペクトルの特性を、前処理フィルタが正しく反映しているとは限らない。
（３）ノイズシェーピングの効果を得るためには、フィルタ次数が高次のものを使用することとなる。非特許文献１、２に示されているフィルタは、２０次のフィルタである。このフィルタに目標信号である孤立波形が入力された場合、フィルタの応答遅延の影響を受けて、実際に探知処理に目標信号が渡される時点で遅延時間が発生する。この遅延時間はフィルタ次数に比例する。従って磁力計を搭載した移動体が目標の上空を通過してから自動探知結果が出力されるまでの遅延時間が大きくなる傾向がある。
（４）前処理フィルタの適応動作、すなわち磁気雑音スペクトルの分析に、非特許文献２に示される線形予測法を用いた場合、磁気雑音は通常非特許文献４のようにスペクトルパワーが低周波数側で大きく、高周波数側になるに従い下がる右肩下がりの特性を有している。そのため、磁気雑音スペクトル分析の結果、磁気雑音スペクトルの局所ピークを示す極点は、スペクトルパワーの大きい低周波数側に偏る結果となる。このため、高周波数側に存在する磁気雑音スペクトルの局所ピークが表れにくくなる。この結果を用いて前処理フィルタの適応化処理を行い、このフィルタを使って前処理を行った場合、高周波数側の磁気雑音スペクトルの局所ピークが消せずフラットにならず、結果的にＳ／Ｎが向上しないこととなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、探知率の低下を抑制しながら目標探知の遅延を抑制できる磁力計を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る磁力計は、磁気雑音スペクトルのスペクトル傾斜を無くす補正を行い、第１の磁気雑音スペクトルとして出力する第１のフィルタと、線形予測分析により、前記第１の磁気雑音スペクトルの線形予測係数を算出する線形予測係数算出部と、前記第１の磁気雑音スペクトルと逆の特性を有し、前記線形予測係数に基づいて前記第１の磁気雑音スペクトルを反転した第２の磁気雑音スペクトルを出力する第２のフィルタと、前記第２の磁気雑音スペクトルに含まれる磁気信号の孤立波形を検知して出力する目標自動探知処理部と、を備える。

本発明によれば、探知率の低下を抑制しながら目標探知の遅延を抑制できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る磁力計の運用形態を示す図本発明の実施の形態１に係る磁力計の構成図本発明の実施の形態１に係る磁力計の前処理部を中心に示す図磁気雑音スペクトルと第１のフィルタの特性を説明するための図第１のフィルタから出力される第１の磁気雑音スペクトルを示す図第１のフィルタの構成例を示す図線形予測係数算出部で行われる線形予測分析の結果と第２のフィルタのフィルタ特性を示す図線形予測係数算出部で行われる線形予測分析における窓関数の一例を示す図本発明の実施の形態２に係る磁力計の前処理部を中心に示す図磁力計を搭載した航空機と、目標の磁気発生源である船と、目標以外の磁気発生源とを模式的に示す図図１０に示す距離Ｌ１が距離Ｌ２と等しい場合に第２のフィルタに入力される磁気雑音スペクトルと目標信号スペクトルを表す図本発明の実施の形態２に係る磁力計の前処理部の変形例を示す図図１２に示す前処理部により補正される前後の磁気雑音スペクトルと目標信号スペクトルを表す図ＬＳＦ調整部におけるＬＳＦの調整方法を説明するための図本発明の実施の形態３に係る磁力計の前処理部を中心に示す図磁気雑音の周波数特性の変化の激しい海域で観測されるＬＳＦの移動量を説明するための図本発明の実施の形態３に係る磁力計の前処理部の変形例を示す図図１７に示す前処理部の係数変換部における外挿処理を説明するための図

以下に、本発明の実施の形態に係る磁力計を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る磁力計の運用形態を示す図である。図１には、海面１の上空を飛行する移動体である航空機２と、航空機２に搭載された磁力計３と、海底４に沈む船５とが示される。航空機２が海面１の上空を飛行することにより、磁力計３は、船５が作る磁界によって乱された地磁気の異常を検知し、船５の所在を捜索する。

図２は本発明の実施の形態１に係る磁力計の構成図である。磁力計３は、目標が作る有意な孤立状の波形の特徴を表現する参照関数Ｒを生成する参照関数発生部１０と、航空機２の周囲を張る磁界値Ｘを計測する高感度スカラ磁気センサ１１と、航空機２が自ら発生する磁気雑音を補償するために移動体周囲のベクトル磁界値を計測するベクトル磁気センサ１２と、高感度スカラ磁気センサ１１の出力及びベクトル磁気センサ１２の出力を入力とし、移動体が発生する磁気雑音を補償する磁気補償部１３とを備える。

さらに磁力計３は、磁気補償部１３が出力する磁気補償後の磁界値である磁気雑音スペクトルを入力とし、磁気雑音スペクトルの局所ピークをフラットにして目標自動探知処理部２０に出力する前処理部１４と、前処理部１４が出力する磁気雑音スペクトルと参照関数発生部１０が発生する参照関数Ｒを入力とし、信号源は雑音と上記孤立波形の特徴を持つ参照関数Ｒの合成であるという仮説に対する磁気補償後の磁界値の尤度を求める第１の尤度算出部１５と、前処理部１４が出力する磁気雑音スペクトルを入力とし、信号源は雑音のみであるという仮説に対する磁気補償後の磁界値の尤度を求める第２の尤度算出部１６とを備える。

さらに磁力計３は、第１の尤度算出部１５及び第２の尤度算出部１６で求めた尤度を入力とし、これらの比を求める尤度比算出部１７と、尤度比算出部１７で求まる尤度比と閾値とを入力し、尤度比に対する閾値検定を行って、２つの仮説の一方を選択することにより目標を探知する目標探知部１８とを備える。

参照関数発生部１０、第１の尤度算出部１５、第２の尤度算出部１６、尤度比算出部１７および目標探知部１８は目標自動探知処理部２０を構成する。

図３は本発明の実施の形態１に係る磁力計の前処理部を中心に示す図である。前処理部１４は、磁気雑音のスペクトル傾斜を補正し、第１の磁気雑音スペクトルとして出力する第１のフィルタ１４−１と、第１のフィルタ１４−１で磁気雑音スペクトル傾斜が補正された磁気雑音信号により、線形予測分析を実施し、線形予測分析で得られた磁気雑音スペクトルの特性を表す係数である線形予測係数（ＬｉｎｅａｒＰｒｅｄｉｃｔｉｖｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ：ＬＰＣ）を算出する線形予測係数算出部１４−２と、第１の磁気雑音スペクトルと逆の特性を有し、ＬＰＣに基づいて第１の磁気雑音スペクトルを反転した第２の磁気雑音スペクトルを出力する第２のフィルタ１４−３とを備える。

前処理部１４と目標自動探知処理部２０の動作を説明する。（１）まず磁気雑音スペクトルのスペクトル概形と逆の特性を持つ磁気雑音スペクトルの傾斜補正フィルタである第１のフィルタ１４−１により、スペクトル傾斜を無くした上で、（２）線形予測係数算出部１４−２により、線形予測法を用いたスペクトル分析を行い、（３）スペクトル分析結果と逆の特性を持つ第２のフィルタ１４−３により、磁気雑音スペクトルの局所ピークをフラットにする。（４）これら２つのフィルタを通過した磁気信号は目標自動探知処理部２０に入力され、目標自動探知処理部２０において目標自動探知処理が行われ、自動探知結果を得る。

図４は磁気雑音スペクトルと第１のフィルタの特性を説明するための図である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）の縦軸はスペクトルパワーを表し、図４（Ａ）および図４（Ｂ）の横軸は周波数を表す。磁気雑音信号は、図４（Ａ）に示すように、右肩下がりの直線的な磁気雑音信号のスペクトル傾斜に局所的なピークを有する磁気雑音スペクトルの微細構造が重畳されたものとなっている。

上記の非特許文献４に示されている通り、ＭＡＤ帯域近くでの磁気雑音スペクトルは、−６ｄＢ／ｏｃｔａｖｅから−１２ｄＢ／ｏｃｔａｖｅの傾斜を有している。これを図４（Ａ）のＭＡＤ帯域周辺に限った局所的な磁気雑音スペクトルに当てはめると、図４（Ａ）の点線の通り、磁気雑音スペクトルの包絡線状の特性を示す。磁気雑音スペクトル傾斜と反対の右肩上がりの周波数特性を持たせたものが、図４（Ｂ）に示す第１のフィルタ１４−１の特性である。

図４（Ａ）に示す磁気雑音信号を第１のフィルタ１４−１に通過させて得られた磁気雑音スペクトルを図５に示す。

図５は第１のフィルタから出力される第１の磁気雑音スペクトルを示す図である。図５の縦軸はスペクトルパワーを表し、図５の横軸は周波数を表す。図５に示すように第１のフィルタ１４−１を通過した磁気雑音スペクトルは、図４（Ａ）に示す磁気雑音スペクトル傾斜が除かれ、微細構造だけがフラットになるよう補正される。

図６は第１のフィルタの構成例を示す図である。第１のフィルタ１４−１は、例えば磁気雑音スペクトル傾斜が−６ｄＢ／ｏｃｔａｖｅならば、＋６ｄＢ／ｏｃｔａｖｅの特性を有するフィルタとなるが、これをディジタルフィルタで実現する場合、図６（Ａ）に示す１次のＦＩＲフィルタで実現することができる。また、＋１２ｄＢ／ｏｃｔａｖｅならば、図６（Ｂ）に示す２次のＦＩＲフィルタで実現可能である。

図７は線形予測係数算出部で行われる線形予測分析の結果と第２のフィルタのフィルタ特性を示す図である。図７の縦軸はスペクトルパワーを表し、図７の横軸は周波数を表す。線形予測分析の結果、図７の点線で示す磁気雑音スペクトルが得られる。実線は第２のフィルタ１４−３の特性である。点線で示す磁気雑音スペクトルでは第１のフィルタ１４−１においてスペクトル傾斜成分が除かれている。スペクトル傾斜成分を除いておくことにより、低周波帯域に偏っていた極点または零点が高周波寄りに分散されるため、高周波領域の特性が良くなる。具体的には、線形予測時にフィルタの特徴点である極点または零点が、相対的にスペクトルパワーの大きい低周波帯域に偏り、高周波帯域の特性が悪くなること、すなわちピーク特性が鈍ることを回避できる。またスペクトル傾斜成分を除いておくことにより、海域間の雑音特性に大きな差があっても、特性のギャップは抑えられる。

線形予測係数算出部１４−２は、第２のフィルタ１４−３の構成に当たり図５に示す磁気雑音スペクトルと反対の特性を有するようにＬＰＣを算出する。ＬＰＣの算出方法は上記の非特許文献２を含む公知文献に開示されている通りである。

図８は線形予測係数算出部で行われる線形予測分析における窓関数の一例を示す図である。線形予測分析に当たっては、磁気雑音スペクトルを分析する区間を切り出し所望の特性を得るための窓関数を用いる。窓関数には通常、矩形窓またはＨａｍｍｉｎｇ窓といった、時間軸について対象な窓を使用する。ここで、分析区間と処理探知区間との特性のギャップを小さくするためには、実線で示すように分析区間の近くに窓の重みづけのピークのある非対称窓を使用するのもよい。分析区間の重みづけピークが、対象窓よりも探知処理区間に近いため、探知処理区間に近い雑音特性を再現することができる。

実施の形態１に係る磁力計３によれば、磁気雑音スペクトルの白色化処理を、第１のフィルタ１４−１による磁気雑音スペクトルの大雑把な傾斜補正と、線形予測係数算出部１４−２および第２のフィルタ１４−３によるスペクトル微細構造の補正とに分けて実現したことに特徴がある。

また、上記の通りフィルタを２段構成にしたことにより、第２のフィルタ１４−３の高周波数帯域における局所ピーク特性が強調される。この帯域は探知信号の周波数成分も含まれているため、第２のフィルタ１４−３の特性劣化により消しきれなかった雑音での虚探知を減らせるという効果がある。また、低周波数側に偏る傾向のあったフィルタ特性のピークを高周波数側にも割り当てやすくすることで、高周波数側の局所スペクトルピークにも対応でき、よりＳ／Ｎを向上させることができる。

また、第１のフィルタ１４−１は高々２次のＦＩＲフィルタで実現でき、第２のフィルタ１４−３はＭＡＤ帯域内のスペクトルピークの個数に応じて次数が決まるため、これも高々１０次で実現できる。従って、トータルのフィルタ次数は従来の前処理フィルタよりも減らすことができるため、フィルタ応答遅延による自動探知遅延時間を減らすことができる。

なお実施の形態１では航空機２に磁力計３を搭載した例を説明したが、磁力計３は航空機２以外の移動体に搭載してもよく、航空機２以外の移動体に搭載された磁力計３においても上記と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図９は本発明の実施の形態２に係る磁力計の前処理部を中心に示す図である。実施の形態２の磁力計３では、実施の形態１の前処理部１４の代わりに前処理部１４Ａが用いられる。前処理部１４Ａは、実施の形態１の前処理部１４と同様に第１のフィルタ１４−１、線形予測係数算出部１４−２および第２のフィルタ１４−３を備える。さらに前処理部１４Ａは、図１に示す航空機２から得られる機体情報に基づいて目標から発生される信号周波数帯を算出する第１の信号周波数帯計算部１４−４と、航空機２から得られる機体情報に基づいて目標以外の磁気発生源から発生される信号周波数帯を算出する第２の信号周波数帯計算部１４−５と、重畳周波数帯推定部１４−６と、しきい値調整部１４−７とを備える。

重畳周波数帯推定部１４−６は、線形予測係数算出部１４−２で算出された線形予測係数と第１の信号周波数帯計算部１４−４と第２の信号周波数帯計算部１４−５で算出された信号周波数帯とに基づいて、線形予測係数に含まれる磁気信号の孤立波形と、第２のフィルタ１４−３から出力される第２の磁気雑音スペクトルとが重畳する可能性のある重畳周波数帯を推定する。

しきい値調整部１４−７は、目標自動探知処理部２０が目標自動探知処理で用いる探知しきい値を、重畳周波数帯推定部１４−６で推定された重畳周波数帯において調整する機能を備える。

しきい値調整部１４−７の機能を説明するに当たり、適用事例を図１０を使って説明する。図１０は磁力計を搭載した航空機と、目標の磁気発生源である船と、目標以外の磁気発生源とを模式的に示す図である。図１０では目標以外の磁気発生源６を、海底４の地質雑音源としている。しきい値調整部１４−７の機能が効果を発揮するのは、例えば目標である船５が航空機２の鉛直下よりも水平方向に離れた場所に存在し、航空機２から船５までの距離Ｌ１が、航空機２から磁気雑音スペクトルの局所ピークをとる磁気発生源６までの距離Ｌ２と等しい値となる場合である。

図１０に示すように海底４に地質雑音の原因となる要因が含まれていた場合、線形予測分析結果として得られる磁気雑音スペクトルは、航空機２と海底４との間の距離Ｌ２に応じた周波数帯付近にピークを持つものとなる。実施の形態２ではこの周波数帯を重畳周波数帯と称し、重畳周波数帯の中心周波数をｆａとする。

図１１は図１０に示す距離Ｌ１が距離Ｌ２と等しい場合に第２のフィルタに入力される磁気雑音スペクトルと目標信号スペクトルを表す図である。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）の縦軸はスペクトルパワーを表し、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）の横軸は周波数を表す。図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）には前述した重畳周波数帯が示される。海底の磁気発生源６と目標である船５とが等距離にあるため、磁気発生源６に起因する雑音スペクトルは船５から得られる信号スペクトルに近いものとなる。従って、第２のフィルタ１４−３で得られる特性は、重畳周波数帯で減衰量が大きくなる。

ここで、距離Ｌ１は距離Ｌ２と等しいため、第２のフィルタ１４−３で得られる目標磁気信号の周波数帯は、第２のフィルタ１４−３の局所ピークの近くに重なる。その場合、磁気雑音とともに目標磁気信号レベルも同時に減衰させてしまうこととなり、図１１（Ｂ）に示す通り、Ｓ／Ｎの向上がさほど期待できなくなる。

ただし、航空機２の位置から海図をもとに海底４の深度が判り、また航空機２の高度は機体の計測器から知り得るため、航空機２から海底４までの距離Ｌ２は推測可能である。これに航空機２の速度、すなわち対地速度を計測器から得ることにより、海底４からの磁気雑音の周波数を推定することができる。重畳周波数帯推定部１４−６は、このように航空機２の位置、高度および速度として用いて、スペクトルが重なる可能性のある重畳周波数帯を限定する。実施の形態２では航空機２の位置、高度および速度を機体情報と称している。

そして、図９に示すしきい値調整部１４−７は、重畳周波数帯に磁気雑音スペクトルピークが存在する場合に限り、しきい値調整用の係数を算出し、その結果を目標自動探知処理部２０に入力し、重畳周波数帯における目標自動探知処理の探知しきい値を下げる。

上記記載の処理を実施することにより、しきい値を下げて虚探知率を上げるリスクを限定的にすることで、単純にしきい値を下げることによる虚探知上昇の可能性を、完全ではないものの排除することができるため、より信頼性の高い目標自動探知処理を構築することができる。

図９から図１１に示す方法以外にも、重畳周波数帯のスペクトルピークを緩和させることにより、同周波数帯の減衰量を下げてＳ／Ｎを維持する方法がある。以下にその方法を説明する。

図１２は本発明の実施の形態２に係る磁力計の前処理部の変形例を示す図である。図１２に示す前処理部１４Ｂは、前述した前処理部１４Ａのしきい値調整部１４−７の代わりに係数補正部１４−２０を備える。係数補正部１４−２０は、ＬＰＣをＬＳＦに変換するＬＰＣ／ＬＳＦ変換部１４−８と、ＬＳＦ調整部１４−９と、ＬＳＦをＬＰＣに変換するＬＳＦ／ＬＰＣ変換部１４−１０とを備える。その他の構成要素は前処理部１４Ａと同様である。

図１３は図１２に示す前処理部により補正される前後の磁気雑音スペクトルと目標信号スペクトルを表す図である。図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）の縦軸はスペクトルパワーを表し、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）の横軸は周波数を表す。図１３（Ａ）に示す点線の磁気雑音スペクトルは、線スペクトル周波数（ＬｉｎｅＳｐｅｃｔｒａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ：ＬＳＦ）の調整が行われる前、すなわち補正前の磁気雑音スペクトルである。実線の磁気雑音スペクトルは、ＬＳＦの調整が行われた後、すなわち補正後の磁気雑音スペクトルである。

次に前処理部１４Ｂの動作を説明する。（１）線形予測係数算出部１４−２が線形予測分析によって磁気雑音スペクトルのＬＰＣを得る。（２）ＬＰＣ／ＬＳＦ変換部１４−８により、線形予測係数算出部１４−２の分析結果であるＬＰＣが一旦ＬＳＦに変換される。（３）ＬＳＦ調整部１４−９は、重畳周波数帯推定部１４−６で推定された重畳周波数帯において変換後のＬＳＦを調整する。なおＬＳＦ調整部１４−９におけるＬＳＦの調整の具体例は後述する。ＬＳＦを調整することにより、重畳周波数帯に存在するスペクトルピークのみ緩和される。図１３（Ａ）に示す実線が緩和されたスペクトルピークを表す。（４）最後にＬＳＦ／ＬＰＣ変換部１４−１０により、ＬＳＦが再びＬＰＣに変換され、変換されたＬＰＣは第２のフィルタ１４−３のフィルタ係数として用いられる。このフィルタ係数を用いることで、図１３（Ｂ）に示すように、図１１（Ｂ）と比較し、重畳周波数帯におけるＳ／Ｎの劣化を改善することができる。

図１４はＬＳＦ調整部におけるＬＳＦの調整方法を説明するための図である。図１４（Ａ）および図１４（Ｃ）の縦軸はスペクトルパワーを表し、図１４（Ａ）および図１４（Ｃ）の横軸は周波数を表す。図１４（Ａ）には、ＬＳＦの調整が行われる前の磁気雑音スペクトルが示される。図１４（Ｂ）には、図１４（Ａ）に示す磁気雑音スペクトルの概形に対応したＬＳＦが示される。図１４（Ｂ）に示すようにＬＳＦの位置の粗密が磁気雑音スペクトルの概形を表す。すなわちＬＳＦの位置の粗密が密であればそこにスペクトルピークが存在することを示す。ＬＳＦ調整部１４−９はｆａ付近のＬＳＦに限定して、ＬＳＦの間隔を密から疎に調整することにより、スペクトルピークの山を緩和できる。図１４（Ｃ）にはＬＳＦの調整が行われた後の磁気雑音スペクトルが示される。

図１３（Ｂ）に示す通り、重畳周波数帯のスペクトルピークを緩和させることにより、同周波数帯の減衰量を下げてＳ／Ｎを維持することができる。

実施の形態２の前処理部１４Ａおよび前処理部１４Ｂを用いることにより、ノイズシェーピングによるＳ／Ｎの劣化を限定的にすることができ、失探の防止に寄与することができる。

実施の形態３．
図１５は本発明の実施の形態３に係る磁力計の前処理部を中心に示す図である。実施の形態３の磁力計３では、実施の形態１の前処理部１４の代わりに前処理部１４Ｃが用いられる。前処理部１４Ｃは、実施の形態１の前処理部１４と同様に第１のフィルタ１４−１、線形予測係数算出部１４−２および第２のフィルタ１４−３を備える。さらに前処理部１４Ｃは、ＬＰＣをＬＳＦに変換するＬＰＣ／ＬＳＦ変換部１４−１１と、ＬＳＦを用いて磁気雑音スペクトルの変化量を評価するスペクトル変化量評価部１４−１２と、スペクトル変化量評価部１４−１２で評価された磁気雑音スペクトルの変化量に応じて、線形予測係数算出部１４−２の実行周期を制御する実行周期制御部１４−１３とを備える。すなわち図１５に示す前処理部１４Ｃは、実施の形態１の前処理部１４に、磁気雑音スペクトルの状態に応じて第２のフィルタ１４−３の更新周期を調整する機能を付加したものである。

図１６は磁気雑音の周波数特性の変化の激しい海域で観測されるＬＳＦの移動量を説明するための図である。実施の形態３は、雑音の周波数特性の変化の激しい海域での適用を想定している。雑音の周波数特性の変化の激しい海域とは例えば海底の地形が複雑な海域である。周波数特性の変化が激しくフィルタ特性の更新が雑音特性の変化に追随できない場合、雑音の白色化がうまくいかずＳ／Ｎの改善が見込めない。

図１６に示すようにＬＳＦの位置の粗密が磁気雑音スペクトルの概形を表す。すなわちＬＳＦの位置の粗密が密であればそこにスペクトルピークが存在することを示す。一方で、ＬＳＦの移動量が大きいほど、磁気雑音スペクトルの概形の変化が激しいことになる。

図１５に示す前処理部１４Ｃは、磁気雑音スペクトルの変化量に着目し、磁気雑音スペクトルの変化量が大きくなるほど、第２のフィルタ１４−３の更新周期、すなわち線形予測係数算出部１４−２における係数算出の実行周期を短くすることにより、Ｓ／Ｎの改善を図るように構成されている。

前処理部１４Ｃの動作を簡単に説明する。（１）線形予測係数算出部１４−２が線形予測分析によって磁気雑音スペクトルのＬＰＣを得る。（２）ＬＰＣ／ＬＳＦ変換部１４−１１により、線形予測係数算出部１４−２の分析結果であるＬＰＣが一旦ＬＳＦに変換される。（３）スペクトル変化量評価部１４−１２は、磁気雑音スペクトルの変化量を評価する。（４）評価の結果、磁気雑音スペクトルの変化量の大きい海域においては、実行周期制御部１４−１３は、線形予測係数算出部１４−２における係数算出の実行周期を短くする。なお実行周期の調整は、例えばスペクトル変化量が大きくなるほど実行周期を短くするようにしてもよいし、磁気雑音スペクトルの変化量が特定の値を超えたとき、実行周期を特定の第１の値から第１の値よりも小さい第２の値に変更することとしてもよい。

ただし、線形予測係数算出部１４−２の計算負荷は高いため、実行する計算機のＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）の処理能力が限られている場合、例えば、廉価なＣＰＵを用いて探知性能の向上を図りたい場合、前処理部１４Ｃを以下のように構成する。

図１７は本発明の実施の形態３に係る磁力計の前処理部の変形例を示す図である。図１８は図１７に示す前処理部の係数変換部における外挿処理を説明するための図である。図１７に示す前処理部１４Ｄは、前述した前処理部１４Ｃの実行周期制御部１４−１３の代わりに係数変換部１４−１４を備える。係数変換部１４−１４は、スペクトル変化量評価部１４−１２で評価された磁気雑音スペクトルの変化量に応じて、ＬＳＦの外挿処理を行い、外挿処理後のＬＳＦをＬＰＣに変換して出力する。

図１８に示すように係数変換部１４−１４は、外挿処理において、例えば現更新周期を基準にして更新２周期前のＬＳＦの位置と更新１周期前のＬＳＦの位置とを用いて、最新の時刻におけるＬＳＦの位置を予測する。このように線形特性の良いＬＳＦの外挿処理を用いて、係数の更新を簡易的に実現することによっても図１５に示す前処理部１４Ｃと同様の効果が得られる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１海面、２航空機、３磁力計、４海底、５船、６磁気発生源、１０参照関数発生部、１１高感度スカラ磁気センサ、１２ベクトル磁気センサ、１３磁気補償部、１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄ前処理部、１４−１第１のフィルタ、１４−２線形予測係数算出部、１４−３第２のフィルタ、１４−４第１の信号周波数帯計算部、１４−５第２の信号周波数帯計算部、１４−６重畳周波数帯推定部、１４−７しきい値調整部、１４−８ＬＰＣ／ＬＳＦ変換部、１４−９ＬＳＦ調整部、１４−１０ＬＳＦ／ＬＰＣ変換部、１４−１１ＬＰＣ／ＬＳＦ変換部、１４−１２スペクトル変化量評価部、１４−１３実行周期制御部、１４−１４係数変換部、１４−２０係数補正部、１５第１の尤度算出部、１６第２の尤度算出部、１７尤度比算出部、１８目標探知部、２０目標自動探知処理部。

Claims

磁気雑音スペクトルのスペクトル傾斜を無くす補正を行い、第１の磁気雑音スペクトルとして出力する第１のフィルタと、
線形予測分析により、前記第１の磁気雑音スペクトルの線形予測係数を算出する線形予測係数算出部と、
前記第１の磁気雑音スペクトルと逆の特性を有し、前記線形予測係数に基づいて前記第１の磁気雑音スペクトルを反転した第２の磁気雑音スペクトルを出力する第２のフィルタと、
前記第２の磁気雑音スペクトルに含まれる磁気信号の孤立波形を検知して出力する目標自動探知処理部と、
を備える磁力計。
前記第２のフィルタは、時間軸で非対称の分析窓を有する請求項１に記載の磁力計。
前記線形予測係数に含まれる磁気信号の孤立波形と前記第２の磁気雑音スペクトルとが重畳する可能性のある重畳周波数帯を推定する重畳周波数帯推定部と、
前記目標自動探知処理部が目標自動探知処理で用いる探知しきい値を、推定された前記重畳周波数帯において調整するしきい値調整部と、
を備える請求項１または請求項２に記載の磁力計。
前記線形予測係数に含まれる磁気信号の孤立波形と前記第２の磁気雑音スペクトルとが重畳する可能性のある重畳周波数帯を推定する重畳周波数帯推定部と、
前記線形予測係数を線スペクトル周波数に変換し、推定された前記重畳周波数帯において、変換後の前記線スペクトル周波数を調整することにより、前記線形予測係数算出部で算出された線形予測係数を補正して前記第２のフィルタへ出力する係数補正部と、
を備える請求項１または請求項２に記載の磁力計。
前記線形予測係数を線スペクトル周波数に変換する変換部と、
変換後の前記線スペクトル周波数を用いて前記第１の磁気雑音スペクトルの変化量を評価するスペクトル変化量評価部と、
前記スペクトル変化量評価部で評価された前記第１の磁気雑音スペクトルの変化量に応じて、前記線形予測係数算出部の実行周期を制御する実行周期制御部と、
を備える請求項１または請求項２に記載の磁力計。
前記線形予測係数を線スペクトル周波数に変換する変換部と、
変換後の前記線スペクトル周波数を用いて前記第１の磁気雑音スペクトルの変化量を評価するスペクトル変化量評価部と、
前記スペクトル変化量評価部で評価された前記第１の磁気雑音スペクトルの変化量に応じて、前記線スペクトル周波数の外挿処理を行い、外挿処理後の前記線スペクトル周波数を線形予測係数に変換する係数変換部と、
を備える請求項１または請求項２に記載の磁力計。