JP6654106B2 - Sound wave monitoring device and airframe - Google Patents
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Description
本発明は、音波監視装置に関し、特に、音波の周波数スペクトラムを求める装置に関する。 The present invention relates to a sound wave monitoring device, and more particularly, to a device for determining a frequency spectrum of a sound wave.
水中を探索するための航走体として、自律型無人潜水機(UUV:Unmanned Underwater Vehicle)が広く用いられている。UUVは、自らの移動距離および移動方向を測定することによって測位を行う測位装置を備えている。UUVは測位装置の測位結果を用い、予めプログラムされた航路に従って潜水しながら水中を観測する。観測の対象としては、海底、他の潜水艦、船舶等がある。 Autonomous underwater vehicles (UUV: Unmanned Underwater Vehicle) are widely used as sailboats for searching underwater. The UUV includes a positioning device that performs positioning by measuring its own moving distance and moving direction. UUV observes underwater while diving according to a pre-programmed route using the positioning result of the positioning device. Observation targets include the sea floor, other submarines, and ships.
一般にUUVには、水中を観測するための音波監視装置が搭載されている。海底の形状を観測する音波監視装置は、音波を送信し海底で反射した音波を受信し、受信信号に基づいて海底の形状データを取得する。他の潜水艦、船舶等の物標を観測する音波監視装置は、水中を伝搬する音波を受信し、受信信号に基づいて物標の位置データを取得する。 Generally, the UUV is equipped with a sound wave monitoring device for observing underwater. A sound wave monitoring device for observing the shape of the seabed transmits a sound wave, receives a sound wave reflected on the seabed, and acquires shape data of the seabed based on a received signal. A sound wave monitoring device for observing a target such as another submarine or ship receives a sound wave propagating in water and acquires position data of the target based on a received signal.
以下の特許文献1および2には水中の音波を観測する装置が記載されている。特許文献3には、このような装置に用いられる圧電素子が記載されている。
音波監視装置の受信信号には観測に必要な所望音波成分の他、雑音成分が含まれる。雑音成分が大きい場合、所望音波成分に基づくデータを解析することが困難となることがある。 The received signal of the sound wave monitoring device includes a noise component in addition to a desired sound wave component required for observation. If the noise component is large, it may be difficult to analyze data based on the desired sound component.
本発明は、音波監視装置において観測される所望音波成分を雑音成分に対して十分に大きくすることを目的とする。 An object of the present invention is to make a desired sound component observed by a sound wave monitoring device sufficiently large with respect to a noise component.
本発明は、それぞれが音波を検出する複数のセンサ部と、複数の前記センサ部のそれぞれに対して設けられ、前記センサ部による検出信号に対して周波数変換処理を施す変換部と、各前記変換部から出力された周波数スペクトラムデータに対する合成処理を実行する合成処理部と、を備え、前記合成処理部による合成処理によって得られた信号のピーク周波数成分を検出する周波数検出部と、複数の前記センサ部による複数の検出信号のそれぞれに含まれる前記ピーク周波数成分の位相を揃える位相同期部と、位相が揃えられた上で前記位相同期部から出力される複数の同期化信号を合成する同期合成処理部と、前記同期合成処理部による合成信号に対して周波数変換処理を施す第2変換部と、を備えることを特徴とする。 The present invention provides a plurality of sensor units each for detecting a sound wave, a conversion unit provided for each of the plurality of sensor units, and performing a frequency conversion process on a detection signal from the sensor unit; A synthesis processing unit that performs synthesis processing on frequency spectrum data output from the unit, a frequency detection unit that detects a peak frequency component of a signal obtained by the synthesis processing by the synthesis processing unit, and a plurality of the sensors. A phase synchronizing unit that aligns the phases of the peak frequency components included in each of the plurality of detection signals, and a synthesizing process that synthesizes a plurality of synchronizing signals output from the phase synchronizing unit after the phases are aligned. and parts, and wherein Rukoto and a second converter for performing frequency conversion processing to the composite signal by the synchronization combination processing unit.
望ましくは、前記合成処理部は、各前記変換部から出力された周波数スペクトラムデータに基づいて、各前記検出信号に含まれていた同一周波数成分を掛け合わせる乗算器を含む。 Preferably, the synthesis processing unit includes a multiplier that multiplies the same frequency component included in each of the detection signals based on the frequency spectrum data output from each of the conversion units.
望ましくは、前記同期合成処理部は、複数の前記同期化信号を加算合計する。 Preferably, the synchronization synthesis processing unit adds and sums a plurality of the synchronization signals.
本発明の関連技術は、音波を検出するセンサ部と、前記センサ部による検出信号を、時系列順に所定時間長の信号に区切って分割する分割部と、前記検出信号を分割することで得られた複数の分割信号のそれぞれに対して設けられ、前記分割信号に対して周波数変換処理を施す変換部と、各前記変換部から出力された周波数スペクトラムデータに対する合成処理を実行する合成処理部と、を備え、前記合成処理部は、各前記変換部から出力された周波数スペクトラムデータに基づいて、各前記分割信号に含まれていた同一周波数成分を掛け合わせる乗算器を含む。 The related art of the present invention is obtained by dividing the detection signal by a sensor unit that detects a sound wave, a division unit that divides a detection signal by the sensor unit into signals of a predetermined time length in chronological order, and divides the detection signal. A conversion unit that is provided for each of the plurality of divided signals, and performs a frequency conversion process on the divided signal, and a synthesis processing unit that performs a synthesis process on the frequency spectrum data output from each of the conversion units. wherein the combining processing unit on the basis of the frequency spectrum data output from each of said conversion unit, including a multiplier for multiplying the same frequency components included in each of the divided signals.
本発明の関連技術は、音波を検出するセンサ部と、前記センサ部による検出信号を、時系列順に所定時間長の信号に区切って分割する分割部と、前記検出信号を分割することで得られた複数の分割信号のそれぞれに対して設けられ、前記分割信号に対して周波数変換処理を施す変換部と、各前記変換部から出力された周波数スペクトラムデータに対する合成処理を実行する合成処理部と、を備え、前記合成処理部は、各前記変換部から出力された周波数スペクトラムデータに基づいて、各前記分割信号に含まれていた同一周波数成分を加算合計する加算器を含む。 The related art of the present invention is obtained by dividing the detection signal by a sensor unit that detects a sound wave, a division unit that divides a detection signal by the sensor unit into signals of a predetermined time length in chronological order, and divides the detection signal. A conversion unit that is provided for each of the plurality of divided signals, and performs a frequency conversion process on the divided signal, and a synthesis processing unit that performs a synthesis process on the frequency spectrum data output from each of the conversion units. The synthesis processing unit includes an adder that adds and sums the same frequency components included in each of the divided signals based on the frequency spectrum data output from each of the conversion units.
望ましくは、各前記センサ部は、ピエゾフィルムセンサを備える。 Preferably, each of the sensor units includes a piezo film sensor.
望ましくは、各前記センサ部は、複数の振動子と、前記複数の振動子に基づく指向性を適応的に変化させる指向性制御部と、を備える。 Preferably, each of the sensor units includes a plurality of transducers and a directivity control unit that adaptively changes directivity based on the plurality of transducers.
本発明に係る航走体は、望ましくは、前記音波監視装置を搭載する。 The navigation body according to the present invention is desirably equipped with the sound wave monitoring device.
本発明によれば、音波監視装置において観測される所望音波成分を雑音成分に対して十分に大きくすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the desired sound wave component observed by a sound wave monitoring apparatus can be made sufficiently large with respect to a noise component.
図1には、本発明の実施形態に係る音波監視装置の構成が示されている。音波監視装置は、例えばUUVに搭載され、他の潜水艦、船舶等から発せられる音波を検出する。音波監視装置は、音響センサ10−1〜10−n、音響受信部12−1〜12−n、S/N改善処理部14、信号処理ユニット16、音波データ記憶部18、振動センサ20、振動受信部22、振動高速フーリエ変換部(振動FFT)24、振動データ記憶部26、操作部28、制御部30および測位部31を備えている。
FIG. 1 shows a configuration of a sound wave monitoring device according to an embodiment of the present invention. The sound wave monitoring device is mounted on, for example, a UUV and detects sound waves emitted from other submarines, ships, and the like. The sound wave monitoring device includes sound sensors 10-1 to 10-n, sound receiving units 12-1 to 12-n, S / N
音響センサ10−1〜10−nのそれぞれは、音波を検出するセンサ部としての機能を有し、例えば、UUVのボデーに固定される。音響センサ10−1〜10−nには、例えば、ピエゾフィルムセンサ等の圧電素子が用いられる。音響センサ10−1〜10−nは、UUVに到来した音波を電気信号に変換し、受信信号としてそれぞれ音響受信部12−1〜12−nに出力する。音響受信部12−q(q=1〜n)は、音響センサ10−qから出力された受信信号を増幅し、さらに、受信信号を時間軸上でサンプリングされたディジタル信号に変換し、S/N改善処理部14に出力する。
Each of the acoustic sensors 10-1 to 10-n has a function as a sensor unit for detecting a sound wave, and is fixed to, for example, a UUV body. For the acoustic sensors 10-1 to 10-n, for example, a piezoelectric element such as a piezo film sensor is used. The acoustic sensors 10-1 to 10-n convert sound waves arriving at the UUV into electric signals and output the electric signals to the sound receiving units 12-1 to 12-n, respectively, as reception signals. The acoustic receiver 12-q (q = 1 to n) amplifies the received signal output from the acoustic sensor 10-q, further converts the received signal into a digital signal sampled on the time axis, and performs S / Output to the N
振動センサ20は、例えば、UUVのボデーに固定される。振動センサ20には、例えば、ピエゾフィルムセンサ等の圧電素子が用いられる。振動センサ20は、UUVのボデーの振動を電気信号に変換し、振動信号として振動受信部22に出力する。振動受信部22は、振動センサ20から出力された振動信号を増幅し、さらに、振動信号を時間軸上でサンプリングされたディジタル信号に変換し、そのディジタル信号をS/N改善処理部14および振動高速フーリエ変換部24に出力する。
The
振動高速フーリエ変換部24は、振動信号に対して高速フーリエ変換処理を施して振動周波数スペクトラムデータを生成し振動データ記憶部26に出力する。なお、振動信号は、フーリエ変換処理が施されることなく振動データ記憶部26に記憶されてもよい。
The vibration fast Fourier
測位部31は、複数方向のそれぞれについて加速度センサを備えており、UUVが航行を開始したときの位置情報と、各方向について検出された加速度に基づいて、UUVの位置情報を求める。測位部31は振動データ記憶部26に位置情報を出力する。振動データ記憶部26は、振動周波数スペクトラムデータまたは時間領域での振動信号と、測位部31から出力された位置情報とを対応付けて記憶する。
The
S/N改善処理部14は、音響受信部12−1〜12−nから出力された各受信信号に対し、振動受信部22から出力された振動信号を用いて、各受信信号の信号対雑音比(S/N)を大きくする処理、すなわちS/Nを改善する処理を施す。このS/N改善処理には、時間軸上で離散的に連なる受信信号のサンプル値と、時間軸上で離散的に連なる振動信号のサンプル値に対し、サンプル時間ごとに1回の演算が実行される逐次計算を行う適応アルゴリズムがあり、例えばLMSアルゴリズム等がある。
The S / N
また、S/N改善処理部14は、振動信号を用いたS/N改善処理が施された各受信信号に対し、さらに、適応線スペクトル強調処理を施してもよい。適応線スペクトル強調処理は、処理対象の信号に含まれる周期的な成分を増大させるフィルタ処理である。適応線スペクトル強調処理には、時間軸上で離散的に連なる受信信号のサンプル値に対し、サンプル時間ごとに1回の演算が実行される逐次計算を行う適応アルゴリズムがある。適応線スペクトル強調処理は、例えば、特開平5−268105号公報、特開平5−75391号公報等に開示されている。
In addition, the S / N
後述のように、信号処理ユニット16は、1つまたは複数の音響センサによって観測された音波について、異なる処理によって生成された複数種の周波数スペクトラムデータを生成し、音波データ記憶部18に記憶する。測位部31は振動データ記憶部26の他、音波データ記憶部18にも位置情報を出力する。音波データ記憶部18は、信号処理ユニット16から出力された各周波数スペクトラムデータと、測位部31から出力された位置情報とを対応付けて記憶する。
As described later, the
操作部28は、ユーザの操作に基づいて音波監視装置に対する制御情報を生成する。制御部30は、制御情報に基づいて音波監視装置に対する制御を行う。この制御には、例えば、電源電力のオンオフ、音波データ記憶部18および振動データ記憶部26に記憶されたデータの読み出し等がある。
The
図2(a)には、UUV32に固定された音響センサ10−1〜10−nが模式的に示されている。また、図2(b)には、音響センサ10−1〜10−nのうちの1つである音響センサ10−q、振動センサ20、およびボデー34の断面が模式的に示されている。この図では、振動センサ20はボデー34の表面に固定されており、音響センサ10−qは振動センサ20上に重ねて固定されている。これによって、振動センサ20は、UUV32のボデー34の振動を検出し、ボデー34の振動に基づく振動信号を出力する。音響センサ10−qは、UUV32に到来した音波に基づく受信信号を出力する。
FIG. 2A schematically shows the acoustic sensors 10-1 to 10-n fixed to the UUV32. FIG. 2B schematically shows a cross section of the acoustic sensor 10-q, the
図1の信号処理ユニット16は、第1信号処理部16−1、第2信号処理部16−2および第3信号処理部16−3を備える。これらの信号処理部は、1つまたは複数の音響センサによって観測された音波について、異なる処理によって周波数スペクトラムデータを生成する。
The
図3には第1信号処理部16−1の構成が示されている。図3に示されている受信信号x1(t)〜xn(t)は、それぞれ、図1に示されているS/N改善処理部14から出力されたものである。「(t)」は時間領域の値であることを示す。受信信号x1(t)〜xn(t)は、高速フーリエ変換部(FFT)36−1〜36−nにそれぞれ入力される。受信信号x1(t)〜xn(t)は位相同期部42にも入力される。
FIG. 3 shows the configuration of the first signal processing unit 16-1. Received signal is shown in FIG. 3 x 1 (t) ~x n (t) are those respectively, output from the S /
高速フーリエ変換部36−q(q=1〜n)は、受信信号xq(t)に対して高速フーリエ変換処理を施し、受信信号xq(t)についての周波数スペクトラムデータを求め、パワー演算部38−qに出力する。 The fast Fourier transform unit 36-q (q = 1 to n) performs a fast Fourier transform process on the received signal x q (t), obtains frequency spectrum data for the received signal x q (t), and performs power calculation. Output to the unit 38-q.
高速フーリエ変換処理は、時間軸上に連なるkサンプル(時間軸上の離散値の個数)の受信信号に対して実行される。高速フーリエ変換処理によって得られる1セットの周波数スペクトラムデータは、複数m個の周波数成分を表すm個の複素数を含む。 The fast Fourier transform process is performed on a received signal of k samples (the number of discrete values on the time axis) connected on the time axis. One set of frequency spectrum data obtained by the fast Fourier transform process includes m complex numbers representing a plurality of m frequency components.
高速フーリエ変換処理が施される受信信号xq(t)は(数1)のように表される。 The received signal x q (t) subjected to the fast Fourier transform processing is represented as (Equation 1).
(数1)xq(t)=[xq(t1),xq(t2),・・・・・,xq(tk)] (Equation 1) x q (t) = [x q (t 1 ), x q (t 2 ),..., X q (t k )]
受信信号xq(t)に対し高速フーリエ変換を施すことにより得られる各周波数成分の実数部および虚数部は、それぞれ(数2)および(数3)のように表される。 The real part and the imaginary part of each frequency component obtained by performing the fast Fourier transform on the received signal x q (t) are expressed as (Equation 2) and (Equation 3), respectively.
(数2)Rq=[Rq(f1),Rq(f2),・・・・・,Rq(fm)]
(数3)Iq=[Iq(f1),Iq(f2),・・・・・,Iq(fm)]
(Equation 2) R q = [R q (f 1 ), R q (f 2 ),..., R q (f m )]
(Equation 3) I q = [I q (f 1 ), I q (f 2 ),..., I q (f m )]
受信信号xq(t)の周波数f1、f2、・・・・・、fmの各成分は、jを虚数単位とする複素数によって、Rq(f1)+j・Iq(f1)、Rq(f2)+j・Iq(f2)、Rq(f3)+j・Iq(f3)、・・・・・、Rq(fm)+j・Iq(fm)のように表される。 Frequency f 1, f 2 of the received signal x q (t), ·····, each component of f m is the complex number of the j and imaginary unit, R q (f 1) + j · I q (f 1 ), R q (f 2 ) + j · I q (f 2 ), R q (f 3 ) + j · I q (f 3 ),..., R q (f m ) + j · I q (f m ).
パワー演算部38−qは、各周波数成分についてパワー値を求める。パワー値は周波数成分を表す複素数の絶対値の自乗として定義される。すなわち、パワー演算部38−qが出力するパワー値は(数4)のように表される。 The power calculator 38-q obtains a power value for each frequency component. The power value is defined as the square of the absolute value of a complex number representing a frequency component. That is, the power value output by the power calculation unit 38-q is expressed as (Equation 4).
(数4)Pq=[Lq(f1),Lq(f2),・・・・・,Lq(fm)]
ただし、1からmのうちいずれかの整数をhとして、Lq(fh)=Rq(fh)2+Iq(fh)2である。
(Equation 4) P q = [L q (f 1 ), L q (f 2 ),..., L q (f m )]
However, as h any integer of from 1 m, which is L q (f h) = R q (f h) 2 + I q (f h) 2.
乗算器40は、複数の周波数スペクトラムデータに対する合成処理を実行する合成処理部として機能する。すなわち、乗算器40は、パワー演算部38−1〜38−nから出力されたパワー値の同一周波数成分を掛け合わせ、m個の新たなパワー値を含む積算周波数スペクトラムデータPαを生成し、図1の音波データ記憶部18に出力する。積算周波数スペクトラムデータPαは、(数5)のように表される。ただし、記号Πは、q=1〜nについて総てを掛け合わせることを意味する。
The
(数5)Pα=[ΠLq(f1),ΠLq(f2),・・・・・,ΠLq(fm)] (Equation 5) Pα = [ΠL q (f 1 ), ΠL q (f 2 ),..., ΠL q (f m )]
ピーク周波数検出部50は、乗算器40から出力される積算周波数スペクトラムデータPαに基づいて、積算周波数スペクトラムのピーク周波数を検出する。ここで、ピーク周波数とは、積算周波数スペクトラムデータPαが示す周波数成分のうち、最も大きい周波数成分の周波数をいう。ピーク周波数検出部50は、ピーク周波数を位相同期部42に出力する。
The
位相同期部42は、受信信号x1(t)〜xn(t)に対し、ピーク周波数検出部50によって求められたピーク周波数の成分について位相を揃える処理を実行する。位相同期部42は、このような位相同期処理が施された受信信号x1(t)〜xn(t)を加算器44に出力する。
The
加算器44は、同期化信号としての受信信号x1(t)〜xn(t)を合成する合成処理部としての機能を有する。すなわち、加算器44は、位相同期化処理が施された受信信号x1(t)〜xn(t)を加算合計し、それによって得られた加算合計・受信信号(合成信号)を高速フーリエ変換部46に出力する。高速フーリエ変換部46は、加算合計・受信信号に対して高速フーリエ変換処理を施し、加算合計・受信信号についての周波数スペクトラムデータを求め、パワー演算部48に出力する。パワー演算部48は、各周波数成分についてパワー値を求め、m個のパワー値を含む位相同期周波数スペクトラムデータPβを図1の音波データ記憶部18に出力する。
The
高速フーリエ変換部46およびパワー演算部48が実行する具体的な処理は、それぞれ、高速フーリエ変換部36−qおよびパワー演算部38−qが実行する上述の処理と同様である。
Specific processes executed by the fast
なお、ここでは、ピーク周波数検出部50がピーク周波数を検出し、位相同期部42に出力する処理について説明した。このような処理を実行する代わりに、ユーザの操作によってピーク周波数が位相同期部42に入力されてもよい。
Here, the processing in which the peak
第1信号処理部16−1が実行する処理によって、積算周波数スペクトラムデータPα、および位相同期周波数スペクトラムデータPβが図1の音波データ記憶部18に出力される。音波データ記憶部18は、積算周波数スペクトラムデータPαおよび位相同期周波数スペクトラムデータPβを、測位部31から出力された位置情報に対応付けて記憶する。
By the processing executed by the first signal processing unit 16-1, the integrated frequency spectrum data Pα and the phase synchronization frequency spectrum data Pβ are output to the sound wave
図4には第2信号処理部16−2の構成が示されている。図4に示されている受信信号x1(t)〜xn(t)は、それぞれ、図1に示されているS/N改善処理部14から出力されたものである。受信信号x1(t)〜xn(t)は、それぞれ、高速フーリエ変換部52−1〜52−nに入力される。高速フーリエ変換部52−q(q=1〜n)は、受信信号xq(t)に対して高速フーリエ変換処理を施し、受信信号xq(t)についての周波数スペクトラムデータを求め、複素加算部54に出力する。
FIG. 4 shows the configuration of the second signal processing unit 16-2. Received signal is shown in FIG. 4 x 1 (t) ~x n (t) are those respectively, output from the S /
高速フーリエ変換部52−1〜52−nが実行する高速フーリエ変換処理は、図3の高速フーリエ変換部36−1〜36−nが実行する高速フーリエ変換処理と同様である。すなわち、受信信号xq(t)に対し高速フーリエ変換が施されることにより、m個の周波数成分が得られる。各周波数成分の実数部および虚数部は、それぞれ(数2)および(数3)のように表され、受信信号xq(t)の周波数f1、f2、・・・・・、fmの各成分は、複素数によって、Rq(f1)+j・Iq(f1)、Rq(f2)+j・Iq(f2)、Rq(f3)+j・Iq(f3)、・・・・・、Rq(fm)+j・Iq(fm)のように表される。 The fast Fourier transform performed by the fast Fourier transforms 52-1 to 52-n is the same as the fast Fourier transform performed by the fast Fourier transforms 36-1 to 36-n in FIG. That is, by performing fast Fourier transform on the received signal x q (t), m frequency components are obtained. The real and imaginary parts of each frequency component is represented as the respective (number 2) and (Equation 3), the frequency f 1, f 2 of the received signal x q (t), ·····, f m Are represented by R q (f 1 ) + j · I q (f 1 ), R q (f 2 ) + j · I q (f 2 ), and R q (f 3 ) + j · I q (f 3), ... it is expressed as R q (f m) + j · Iq (f m).
複素加算部54は、受信信号xq(t)の周波数f1、f2、・・・・・、fmの成分それぞれにつき、実数部および虚数部のそれぞれを加算合計する。実数部の加算合計値は(数6)のように表され、虚数部の加算合計値は(数7)のように表される。ただし、記号Σは、q=1〜nについて総てを加算合計することを意味する。
(数6)R=[ΣRq(f1),ΣRq(f2),・・・・・,ΣRq(fm)]
(数7)I=[ΣIq(f1),ΣIq(f2),・・・・・,ΣIq(fm)]
(Equation 6) R = [ΣR q (f 1 ), ΣR q (f 2 ),..., ΣR q (fm)]
(Equation 7) I = [ΣI q (f 1 ), ΣI q (f 2 ),..., ΣI q (fm)]
複素加算部54が実行する処理は、横軸に実数部をとり縦軸に虚数部をとった複素平面において、各周波数成分の複素ベクトルを加算合計する処理であるといえる。複素加算部54は、受信信号xq(t)の周波数f1、f2、・・・・・、fmの成分のそれぞれについて、実数部の加算合計値、および、虚数部の加算合計値をパワー演算部56に出力する。パワー演算部56は、各周波数成分について、実数部の自乗および虚数部の自乗を加算して、加算合計周波数スペクトラムデータPγを求める。加算合計周波数スペクトラムデータPγは、(数8)のように表される。
The processing executed by the
(数8)Pγ=[{ΣRq(f1)}2+{ΣIq(f1)}2,{ΣRq(f2)}2+{ΣIq(f2)}2,・・・・・,{ΣRq(fm)}2+{ΣIq(fm)}2] (Number 8) Pγ = [{ΣR q (f 1)} 2 + {ΣI q (f 1)} 2, {ΣR q (f 2)} 2 + {ΣI q (f 2)} 2, ··· ··, {ΣR q (f m )} 2 + {ΣI q (f m)} 2]
パワー演算部56は、加算合計周波数スペクトラムデータPγを図1の音波データ記憶部18に出力する。
The
第2信号処理部16−2が実行する処理によって、加算合計周波数スペクトラムデータPγが図1の音波データ記憶部18に出力される。音波データ記憶部18は、加算合計周波数スペクトラムデータPγを、測位部31から出力された位置情報に対応付けて記憶する。
By the processing executed by the second signal processing unit 16-2, the sum total frequency spectrum data Pγ is output to the sound wave
積算周波数スペクトラムデータPα、位相同期周波数スペクトラムデータPβ、および加算合計周波数スペクトラムデータPγには次のような特徴がある。上記のように、積算周波数スペクトラムデータPαは、パワー演算部38−1〜38−nから出力された周波数スペクトラムデータの同一周波数成分値を掛け合わせる処理を経て得られる。また、位相同期周波数スペクトラムデータPβは、ピーク周波数の成分について位相を揃えた上で受信信号xq(t)〜xn(t)を加算合計し、これによって得られた信号に対して高速フーリエ変換処理を施す処理を経て得られる。そして、加算合計周波数スペクトラムデータPγは、高速フーリエ変換部52−1〜52−nから出力された周波数スペクトラムデータの同一周波数成分値を、実数部および虚数部のそれぞれについて加算合計する処理を経て得られる。 The integrated frequency spectrum data Pα, the phase-locked frequency spectrum data Pβ, and the sum total frequency spectrum data Pγ have the following features. As described above, the integrated frequency spectrum data Pα is obtained through a process of multiplying the same frequency component value of the frequency spectrum data output from the power calculators 38-1 to 38-n. Further, the phase-locked frequency spectrum data Pβ is obtained by adding the received signals x q (t) to x n (t) after aligning the phases of the components of the peak frequency, and applying a fast Fourier transform to the obtained signal. It is obtained through a process of performing a conversion process. Then, the sum total frequency spectrum data Pγ is obtained through a process of summing the same frequency component values of the frequency spectrum data output from the fast Fourier transform units 52-1 to 52-n for each of the real part and the imaginary part. Can be
一般に、雑音成分には観測位置と大きさとの間に規則性がなく、雑音成分は観測位置によって大きさが異なることが通常である。これに対し、特定の周波数成分を有する音波は、観測位置に対する大きさの違いは雑音成分ほど顕著ではない。 Generally, the noise component has no regularity between the observation position and the size, and the noise component usually has a different size depending on the observation position. On the other hand, a sound wave having a specific frequency component has a smaller difference in magnitude with respect to the observation position than a noise component.
したがって、異なる位置に固定された複数の音響センサで検出された雑音成分の値を掛け合わせた値と、その複数の音響センサで検出された音波の周波数成分値を掛け合わせた値との比率であるS/Nは、音響センサの数が多い程大きくなる。 Therefore, the ratio of the value obtained by multiplying the value of the noise component detected by the plurality of acoustic sensors fixed at different positions to the value obtained by multiplying the value of the frequency component of the sound wave detected by the plurality of acoustic sensors is obtained. A certain S / N increases as the number of acoustic sensors increases.
同様の理由により、異なる位置に固定された複数の音響センサで検出された雑音成分の値を加算合計した値と、その複数の音響センサで検出された音波の周波数成分値を加算合計した値との比率であるS/Nは、音響センサの数が多い程大きくなる。 For the same reason, a value obtained by adding and adding values of noise components detected by a plurality of acoustic sensors fixed at different positions, and a value obtained by adding and adding frequency component values of sound waves detected by the plurality of acoustic sensors are used. S / N, which is the ratio of, increases as the number of acoustic sensors increases.
積算周波数スペクトラムデータPαは、このような原理に基づき、異なる位置に配置された複数の音響センサによって観測された周波数スペクトラムデータの各周波数成分を掛け合わせることで、1つの位置で観測される周波数スペクトラムに対しS/Nを改善するものである。 Based on such a principle, the integrated frequency spectrum data Pα is obtained by multiplying each frequency component of the frequency spectrum data observed by a plurality of acoustic sensors arranged at different positions to obtain a frequency spectrum observed at one position. To improve S / N.
1つの音響センサによって観測される周波数スペクトラムのS/Nをα[dB]とすると、積算周波数スペクトラムのS/Nは、αn=α+α(n−1)[dB]となる。これは、観測される音波の大きさがn乗されることに基づく。したがって、デシベルスケールでS/Nがα(n−1)だけ増加しS/Nが改善される。 Assuming that the S / N of the frequency spectrum observed by one acoustic sensor is α [dB], the S / N of the integrated frequency spectrum is αn = α + α (n−1) [dB]. This is based on the magnitude of the observed sound wave being raised to the nth power. Therefore, the S / N is increased by α (n−1) on the decibel scale, and the S / N is improved.
位相同期周波数スペクトラムデータPβおよび加算合計周波数スペクトラムデータPγは、同様の原理に基づき、異なる位置に配置された複数の音響センサによって観測された周波数スペクトラムの同一周波数成分を加算合計することで、1つの位置で観測される周波数スペクトラムよりもS/Nを良好とするものである。位相同期周波数スペクトラムデータPβが、ある特定の周波数成分の位相を揃えて加算合計するものであるのに対し、加算合計周波数スペクトラムデータPγは、各周波数成分の位相はそのままとした上で、各周波数成分の複素ベクトルを複素平面上で加算合計するものである点で異なる。しかし、これらの周波数スペクトラムデータにおいて得られる効果は同様である。 The phase-locked frequency spectrum data Pβ and the sum total frequency spectrum data Pγ are obtained by adding and summing the same frequency components of the frequency spectrum observed by a plurality of acoustic sensors arranged at different positions based on the same principle. This is to make the S / N better than the frequency spectrum observed at the position. While the phase-synchronous frequency spectrum data Pβ is to add and sum the phases of certain specific frequency components, the sum total frequency spectrum data Pγ is obtained by keeping the phase of each frequency component as it is, The difference is that the complex vectors of the components are added and summed on a complex plane. However, the effect obtained with these frequency spectrum data is the same.
1つの音響センサによって観測される周波数スペクトラムのS/Nをα[dB]とすると、位相同期周波数スペクトラムおよび加算合計周波数スペクトラムのそれぞれのS/Nは、α+10log(n)[dB]となる。これは、観測される音波の大きさがn倍となることに基づく。したがって、デシベルスケールで10log(n)だけS/Nが増加し、S/Nが改善される。 Assuming that the S / N of the frequency spectrum observed by one acoustic sensor is α [dB], the S / N of each of the phase locked frequency spectrum and the sum total frequency spectrum is α + 10 log (n) [dB]. This is based on the fact that the magnitude of the observed sound wave becomes n times. Therefore, the S / N is increased by 10 log (n) on the decibel scale, and the S / N is improved.
図5には第3信号処理部16−3の構成が示されている。図5に示されている受信信号x1(t)は、図1に示されている音響センサ10−1の検出値に基づきS/N改善処理部14から出力されたものであり、分割部58に入力される。
FIG. 5 shows the configuration of the third signal processing unit 16-3. The received signal x 1 (t) shown in FIG. 5 is output from the S / N
分割部58は、音響センサ10−1による検出信号としての受信信号を、時系列順に所定時間長の信号に区切って分割する機能を有する。すなわち、分割部58は、時間軸上で連なる受信信号x1(t)をpサンプルごとに区切り、x11(t)、x12(t)、x13(t)、・・・・・、x1s(t)の順に、pサンプルの区切りでx11(t)〜x1s(t)を、それぞれ、高速フーリエ変換部60−1〜60−sに出力する。すなわち、分割部58は、時間軸上で連なるs・p個のサンプル値をs個に分割し、分割信号x11(t)〜x1s(t)を出力する。x11(t)〜x1s(t)のそれぞれには、時間軸上で連なるp個のサンプル値が含まれる。
The dividing
高速フーリエ変換部60−u(u=1〜s)は、分割信号x1u(t)に対して高速フーリエ変換処理を施し、分割信号x1u(t)についての周波数スペクトラムデータを求め、パワー演算部62−uに出力する。 The fast Fourier transform unit 60-u (u = 1 to s ) performs a fast Fourier transform process on the divided signal x 1u (t), obtains frequency spectrum data on the divided signal x 1u (t), and performs power calculation. Output to the unit 62-u.
高速フーリエ変換部60−uが実行する高速フーリエ変換処理は、時間軸上に連なるpサンプルの受信信号に対して実行される。高速フーリエ変換処理によって得られる1セットの周波数スペクトラムデータは、複数m個の周波数成分を表すm個の複素数を含む。 The fast Fourier transform process performed by the fast Fourier transform unit 60-u is performed on a received signal of p samples connected on the time axis. One set of frequency spectrum data obtained by the fast Fourier transform process includes m complex numbers representing a plurality of m frequency components.
ここで、高速フーリエ変換部60−uにおいて高速フーリエ変換処理が施される分割信号x1u(t)は(数9)のように表される。 Here, the divided signal x 1u (t) to be subjected to the fast Fourier transform processing in the fast Fourier transform unit 60-u is expressed as in ( Equation 9).
(数9)x1u(t)=[x1u(t1),x1u(t2),・・・・・,x1u(tp)] ( Equation 9) x 1u (t) = [x 1u (t 1 ), x 1u (t 2 ),..., X 1u (t p )]
分割信号x1u(t)に対し高速フーリエ変換を施すことにより得られる各周波数成分の実数部および虚数部は、それぞれ(数10)および(数11)のように表される。 The real part and the imaginary part of each frequency component obtained by performing the fast Fourier transform on the divided signal x 1u (t) are expressed as (Equation 10) and (Equation 11), respectively.
(数10)R1u=[R1u(f1),R1u(f2),・・・・・,R1u(fm)]
(数11)I1u=[I1u(f1),I1u(f2),・・・・・,I1u(fm)]
( Equation 10) R 1u = [R 1u (f 1 ), R 1u (f 2 ),..., R 1u (f m )]
( Equation 11) I 1u = [I 1u (f 1 ), I 1u (f 2 ),..., I 1u (f m )]
分割信号x1u(t)の周波数f1、f2、・・・・・、fmの各成分は、jを虚数単位とする複素数によって、R1u(f1)+j・I1u(f1)、R1u(f2)+j・I1u(f2)、R1u(f3)+j・I1u(f3)、・・・・・、R1u(fm)+j・I1u(fm)のように表される。 Each component of the frequency f 1, f 2, ·····, f m split signal x 1u (t) is the complex number of the j and imaginary unit, R 1u (f 1) + j · I 1u (f 1 ), R 1u (f 2 ) + j · I 1u (f 2 ), R 1u (f 3 ) + j · I 1u (f 3 ),..., R 1u (f m ) + j · I 1u (f m ).
パワー演算部62−uは、各周波数成分についてパワー値を求める。パワー値は周波数成分を表す複素数の絶対値の自乗として定義される。すなわち、パワー演算部62−uが出力するパワー値は(数12)のように表される。 The power calculation unit 62-u calculates a power value for each frequency component. The power value is defined as the square of the absolute value of a complex number representing a frequency component. That is, the power value output from the power calculation unit 62-u is represented as (Equation 12).
(数12)P1u=[L1u(f1),L1u(f2),・・・・・,L1u(fm)]
ただし、1からmのうちいずれかの整数をhとして、L1u(fh)=R1u(fh)2+I1u(fh)2である。
( Equation 12) P 1u = [L 1u (f 1 ), L 1u (f 2 ),..., L 1u (f m )]
However, as h any integer of from 1 m, which is L 1u (f h) = R 1u (f h) 2 + I 1u (f h) 2.
乗算器64および加算器66のそれぞれは、複数の周波数スペクトラムデータに対する合成処理を実行する合成処理部として機能する。すなわち、乗算器64は、パワー演算部62−1〜62−sから出力されたパワー値の同一周波数成分を掛け合わせ、m個の新たなパワー値を含む分割・積算周波数スペクトラムデータPδを生成し、図1の音波データ記憶部18に出力する。分割・積算周波数スペクトラムデータPδは、(数13)のように表される。ただし、記号Πは、u=1〜sについて総てを掛け合わせることを意味する。
Each of the
(数13)Pδ=[ΠL1u(f1),ΠL1u(f2),・・・・・,ΠL1u(fm)] (Equation 13) Pδ = [ΠL 1u (f 1 ), ΠL 1u (f 2 ),..., ΠL 1u (f m )]
加算器66は、パワー演算部62−1〜62−sから出力されたパワー値の同一周波数成分を加算合計し、m個の新たなパワー値を含む分割・加算合計周波数スペクトラムデータPεを生成し、図1の音波データ記憶部18に出力する。分割・加算合計周波数スペクトラムデータPεは、(数14)のように表される。ただし、記号Σは、u=1〜sについて加算合計することを意味する。
The
(数14)Pε=[ΣL1u(f1),ΣL1u(f2),・・・・・,ΣL1u(fm)] (Equation 14) Pε = [ΣL 1u (f 1 ), ΣL 1u (f 2 ),..., ΣL 1u (f m )]
第3信号処理部16−3が実行する処理によって、分割・積算周波数スペクトラムデータPδ、および分割・加算合計周波数スペクトラムデータPεが図1の音波データ記憶部18に出力される。音波データ記憶部18は、分割・積算周波数スペクトラムデータPδおよび分割・加算合計周波数スペクトラムデータPεを、測位部31から出力された位置情報に対応付けて記憶する。
By the processing executed by the third signal processing unit 16-3, the divided / integrated frequency spectrum data Pδ and the divided / added total frequency spectrum data Pε are output to the sound wave
なお、ここでは、音響センサ10−1に基づく受信信号x1(t)に基づいて、分割・積算周波数スペクトラムデータPδおよび分割・加算合計周波数スペクトラムデータPεを生成する構成について説明した。第3信号処理部16−3は、同様の構成によって、その他の音響センサ10−1〜10−nのいずれかに基づく受信信号に基づいて、分割・積算周波数スペクトラムデータPδおよび分割・加算合計周波数スペクトラムデータPεを生成するものであってもよい。 Here, the configuration has been described in which the divided / integrated frequency spectrum data Pδ and the divided / added total frequency spectrum data Pε are generated based on the reception signal x 1 (t) based on the acoustic sensor 10-1. The third signal processing unit 16-3 has the same configuration, and based on the received signal based on any of the other acoustic sensors 10-1 to 10-n, the divided / integrated frequency spectrum data Pδ and the divided / added total frequency The spectrum data Pε may be generated.
分割・積算周波数スペクトラムデータPδ、および分割・加算合計周波数スペクトラムデータPεには次のような特徴がある。上記のように、分割・積算周波数スペクトラムデータPδは、時間軸上で連なるx1(t)をpサンプルごとに区切り、x11(t)、x12(t)、x13(t)、・・・・・、x1s(t)の順に、pサンプルの区切りでx11(t)〜x1s(t)を、それぞれ、高速フーリエ変換部60−1〜60−sに出力し、高速フーリエ変換部60−1〜60−nから出力された周波数スペクトラムデータの同一周波数成分値を掛け合わせる処理を経て得られる。そして、分割・加算合計周波数スペクトラムデータは、高速フーリエ変換部60−1〜60−nから出力された周波数スペクトラムデータの同一周波数成分値を加算合計する処理を経て得られる。 The divided / integrated frequency spectrum data Pδ and the divided / added total frequency spectrum data Pε have the following features. As described above, the divided / integrated frequency spectrum data Pδ is obtained by dividing x 1 (t), which is continuous on the time axis, into p samples, and obtaining x 11 (t), x 12 (t), x 13 (t),. ..., in the order of x 1s (t), x 11 in separator p samples (t) ~x 1s (t) , respectively, and outputs the fast Fourier transform unit 60-1 to 60-s, fast Fourier It is obtained through a process of multiplying the same frequency component values of the frequency spectrum data output from the conversion units 60-1 to 60-n. The divided / added total frequency spectrum data is obtained through a process of adding and adding the same frequency component values of the frequency spectrum data output from the fast Fourier transform units 60-1 to 60-n.
一般に、雑音成分には時間についての規則性がなく、雑音成分は時間経過に対してランダムに変化することが通常である。一方、特定の周波数成分を有する音波は、時間経過に対する大きさの違いは雑音成分ほど顕著ではない。 Generally, the noise component does not have a regularity with respect to time, and the noise component usually changes randomly with the passage of time. On the other hand, a sound wave having a specific frequency component has a smaller difference in magnitude over time than the noise component.
したがって、異なる複数の分割時間帯で検出された雑音成分の値を掛け合わせた値と、その複数の分割時間帯で検出された音波の周波数成分値を掛け合わせた値との比率であるS/Nは、分割時間帯の数sが多い程大きくなる。 Accordingly, S / S is a ratio of a value obtained by multiplying the value of the noise component detected in a plurality of different time periods and a value obtained by multiplying the frequency component value of the sound wave detected in the plurality of time periods. N increases as the number s of divided time zones increases.
同様の理由により、異なる複数の分割時間帯で検出された雑音成分の値を加算合計した値と、その複数の分割時間帯で検出された音波の周波数成分値を加算合計した値との比率であるS/Nは、分割時間帯の数sが多い程大きくなる。 For the same reason, the ratio of the value obtained by adding and summing the values of the noise components detected in a plurality of different divided time periods and the value obtained by adding and summing the frequency component values of the sound waves detected in the plurality of divided time periods is used. A certain S / N increases as the number s of divided time zones increases.
分割・積算周波数スペクトラムデータPδは、このような原理に基づき、異なる複数の分割時間帯のそれぞれで観測された周波数スペクトラムデータの各周波数成分を掛け合わせることで、1つの分割時間帯で観測される周波数スペクトラムに対しS/Nを良好とするものである。 The divided / integrated frequency spectrum data Pδ is observed in one divided time zone by multiplying each frequency component of the frequency spectrum data observed in each of a plurality of different divided time zones based on such a principle. This is to improve the S / N with respect to the frequency spectrum.
1つの分割時間帯によって観測される周波数スペクトラムのS/Nをα[dB]とすると、分割・積算周波数スペクトラムのS/Nは、αs=α+α(s−1)[dB]となる。これは、観測される音波の大きさがs乗されることに基づく。したがって、デシベルスケールでS/Nがα(s−1)だけ増加しS/Nが改善される。 Assuming that the S / N of the frequency spectrum observed in one divided time zone is α [dB], the S / N of the divided / integrated frequency spectrum is αs = α + α (s−1) [dB]. This is based on the magnitude of the observed sound wave being raised to the s power. Therefore, the S / N is increased by α (s−1) on the decibel scale, and the S / N is improved.
分割・加算合計周波数スペクトラムPεは、同様の原理に基づき、異なる複数の分割時間帯で観測された周波数スペクトラムの同一周波数成分を加算合計することで、1つの分割時間帯で観測される周波数スペクトラムよりもS/Nを良好とするものである。 Based on the same principle, the division / addition total frequency spectrum Pε is obtained by adding and adding the same frequency components of the frequency spectrum observed in a plurality of different division time zones to obtain a frequency spectrum observed in one division time zone. Also improve S / N.
1つの分割時間帯で観測される周波数スペクトラムのS/Nをα[dB]とすると、分割・加算合計周波数スペクトラムのS/Nは、α+10log(s)[dB]となる。これは、観測される音波の大きさがs倍となることに基づく。したがって、デシベルスケールで10log(s)だけS/Nが増加し、S/Nが改善される。 Assuming that the S / N of the frequency spectrum observed in one divided time zone is α [dB], the S / N of the divided and added total frequency spectrum is α + 10 log (s) [dB]. This is based on the fact that the magnitude of the observed sound wave becomes s times. Therefore, the S / N is increased by 10 log (s) on the decibel scale, and the S / N is improved.
図1に戻って音波監視装置について説明する。音波監視装置を搭載したUUVは、予めプログラムされた航路を航行した後、ユーザによって回収される。ユーザは、音波監視用のコンピュータを用いて音波データ記憶部18および振動データ記憶部26に記憶されたデータを回収する。
Returning to FIG. 1, the sound wave monitoring device will be described. A UUV equipped with an acoustic wave monitoring device is collected by a user after navigating a pre-programmed route. The user collects the data stored in the sound wave
音波データ記憶部18に記憶された積算周波数スペクトラムデータPα、位相同期周波数スペクトラムデータPβ、加算合計周波数スペクトラムデータPγ、分割・積算周波数スペクトラムデータPδ、および分割・加算合計周波数スペクトラムデータPεは位置情報に対応付けられている。音波データ記憶部18に記憶されたデータによって、UUVの各航行位置についてUUVに到来した音波についての解析が行われる。例えば、音波監視用のコンピュータは、これらの周波数スペクトラムデータのいずれか1つ、または、組み合わせに基づく音波監視用画像データを生成し、音波監視用画像データに基づく画像を表示してもよい。
The integrated frequency spectrum data Pα, the phase-locked frequency spectrum data Pβ, the sum total frequency spectrum data Pγ, the divided / integrated frequency spectrum data Pδ, and the divided / added total frequency spectrum data Pε stored in the sound wave
また、振動データ記憶部26に記憶された振動周波数スペクトラムデータは位置情報に対応付けられている。振動データ記憶部26に記憶されたデータによって、UUVの各航行位置についてUUVのボデーの振動についての解析が行われる。例えば、音波監視用のコンピュータは、振動周波数スペクトラムデータに基づく振動監視用画像データを生成し、振動監視用画像データに基づく画像を表示してもよい。
Further, the vibration frequency spectrum data stored in the vibration
音波監視装置は、航走体として有人の潜水艦や船舶に搭載されてもよい。この場合、音波監視用画像データおよび振動監視用画像データを生成する画像生成部と、音波監視用画像データまたは振動監視用画像データに基づく画像を表示する表示部を音波監視装置が備える。音波監視装置が船舶に搭載される場合、測位部31はGPS測位装置等、測位衛星から信号を受信する装置であってもよい。
The sound wave monitoring device may be mounted on a manned submarine or ship as a vehicle. In this case, the sound wave monitoring device includes an image generation unit that generates the sound wave monitoring image data and the vibration monitoring image data, and a display unit that displays an image based on the sound wave monitoring image data or the vibration monitoring image data. When the sound wave monitoring device is mounted on a ship, the
図6には、画像生成部68および表示部70を備える音波監視装置が示されている。画像生成部68は、信号処理ユニット16から出力された積算周波数スペクトラムデータPα、位相同期周波数スペクトラムデータPβ、加算合計周波数スペクトラムデータPγ、分割・積算周波数スペクトラムデータPδ、および分割・加算合計周波数スペクトラムデータPεのうちいずれか1つ、または、いずれかの組み合わせに基づく音波監視用画像データを生成する。また、画像生成部68は、振動高速フーリエ変換部24から出力された振動周波数スペクトラムデータに基づく振動監視用画像データを生成する。画像生成部68は、音波監視用画像データおよび振動監視用画像データに対し、各画像データが取得された位置を示す情報を含ませる。画像生成部68は、音波監視用画像データおよび振動監視用画像データに基づいて表示用画像データを生成し表示部70に出力する。表示用画像データは、音波監視用画像データ、振動監視用画像データまたはこれらの組み合わせに基づく画像を表す画像データである。表示部70は、表示用画像データに基づく画像を表示する。また、表示部70は、表示用画像データに基づく画像と共に、その画像が取得された位置を示す情報を表示してもよい。
FIG. 6 shows a sound wave monitoring device including an
このような構成によれば、航走体に搭乗するユーザは、航走体が航行しているときに表示部70を参照することで、航走体に到来する音波および航走体のボデーの振動を観測することができる。
According to such a configuration, the user boarding the navigation body refers to the
上記では、n個の音響センサを用いた音波監視装置について説明した。1つの音響センサは、音響センサアレイに置き換えられてもよい。音響センサアレイは、複数の振動子と指向性制御部とを備える。指向性制御部は、各振動子から出力される信号の大きさおよび遅延時間の少なくとも一方を調整して合成する。これによって、受信指向性が音波の到来方向に応じて変化するセンサ部が構成される。 In the above, the sound wave monitoring device using n acoustic sensors has been described. One acoustic sensor may be replaced by an acoustic sensor array. The acoustic sensor array includes a plurality of transducers and a directivity control unit. The directivity control unit adjusts and synthesizes at least one of the magnitude and the delay time of the signal output from each transducer. Thus, a sensor unit whose reception directivity changes according to the arrival direction of the sound wave is configured.
なお、図1に示されているS/N改善処理部14、信号処理ユニット16、振動FFT24、制御部30、および図6に示されている画像生成部68は、プロセッサ等の演算処理デバイスによって構成してもよい。この場合、予め読み込まれたプログラムによって、各機能を実行してもよい。また、各機能はハードウエアによって個別に構成してもよい。
In addition, the S / N
10−1〜10−n 音響センサ、12−1〜12−n 音響受信部、14 S/N改善処理部、16 信号処理ユニット、16−1 第1信号処理部、16−2 第2信号処理部、16−3 第3信号処理部、18 音波データ記憶部、20 振動センサ、22 振動受信部、24 振動高速フーリエ変換部、26 振動データ記憶部、28 操作部、30 制御部、31 測位部、32 UUV、34 ボデー、36−1〜36−n,46,52−1〜52−n,60−1〜60−s 高速フーリエ変換部、38−1〜38−n,48,56,62−1〜62−s パワー演算部、40,64 乗算器、42 位相同期部、44 加算器、50 ピーク周波数検出部、54 複素加算部、58 分割部、66 加算器、68 画像生成部、70 表示部。
10-1 to 10-n sound sensor, 12-1 to 12-n sound receiving unit, 14 S / N improvement processing unit, 16 signal processing unit, 16-1 first signal processing unit, 16-2 second signal processing Unit, 16-3 third signal processing unit, 18 sound wave data storage unit, 20 vibration sensor, 22 vibration reception unit, 24 vibration fast Fourier transform unit, 26 vibration data storage unit, 28 operation unit, 30 control unit, 31 positioning unit , 32 UUV, 34 bodies, 36-1 to 36-n, 46, 52-1 to 52-n, 60-1 to 60-s Fast Fourier transform units, 38-1 to 38-n, 48, 56, 62 -1 to 62-s power operation unit, 40, 64 multiplier, 42 phase synchronization unit, 44 adder, 50 peak frequency detection unit, 54 complex addition unit, 58 division unit, 66 adder, 68 image generation unit, 70 Display section.
Claims (6)
複数の前記センサ部のそれぞれに対して設けられ、前記センサ部による検出信号に対して周波数変換処理を施す変換部と、
各前記変換部から出力された周波数スペクトラムデータに対する合成処理を実行する合成処理部と、
を備え、
前記合成処理部による合成処理によって得られた信号のピーク周波数成分を検出する周波数検出部と、
複数の前記センサ部による複数の検出信号のそれぞれに含まれる前記ピーク周波数成分の位相を揃える位相同期部と、
位相が揃えられた上で前記位相同期部から出力される複数の同期化信号を合成する同期合成処理部と、
前記同期合成処理部による合成信号に対して周波数変換処理を施す第2変換部と、
を備えることを特徴とする音波監視装置。 A plurality of sensor units each detecting a sound wave,
A conversion unit that is provided for each of the plurality of sensor units and performs a frequency conversion process on a detection signal from the sensor unit;
A synthesis processing unit that performs synthesis processing on the frequency spectrum data output from each of the conversion units,
With
A frequency detection unit that detects a peak frequency component of a signal obtained by the synthesis processing by the synthesis processing unit,
A phase synchronization unit that aligns the phase of the peak frequency component included in each of the plurality of detection signals by the plurality of sensor units,
A synchronization synthesis processing unit that synthesizes a plurality of synchronization signals output from the phase synchronization unit after the phases are aligned,
A second conversion unit that performs a frequency conversion process on a synthesized signal by the synchronous synthesis processing unit;
A sound wave monitoring device comprising:
前記合成処理部は、
各前記変換部から出力された周波数スペクトラムデータに基づいて、各前記検出信号に含まれていた同一周波数成分を掛け合わせる乗算器を含むことを特徴とする音波監視装置。 The sound wave monitoring device according to claim 1,
The synthesis processing unit includes:
A sound wave monitoring apparatus comprising: a multiplier that multiplies the same frequency component included in each of the detection signals based on frequency spectrum data output from each of the conversion units.
前記同期合成処理部は、
複数の前記同期化信号を加算合計することを特徴とする音波監視装置。 In the sound wave monitoring device according to claim 1 or 2,
The synchronous synthesis processing unit,
A sound wave monitoring device, wherein a plurality of the synchronization signals are added and totalized.
各前記センサ部は、ピエゾフィルムセンサを備えることを特徴とする音波監視装置。 In the sound wave monitoring device according to any one of claims 1 to 3 ,
The sound wave monitoring device, wherein each of the sensor units includes a piezo film sensor.
各前記センサ部は、
複数の振動子と、
前記複数の振動子に基づく指向性を適応的に変化させる指向性制御部と、
を備えることを特徴とする音波監視装置。 In the sound wave monitoring device according to any one of claims 1 to 4 ,
Each of the sensor units,
A plurality of transducers,
A directivity control unit that adaptively changes the directivity based on the plurality of transducers,
A sound wave monitoring device comprising:
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