JP7447513B2 - Sonar device and target direction calculation method and program - Google Patents

Sonar device and target direction calculation method and program Download PDF

Info

Publication number
JP7447513B2
JP7447513B2 JP2020014049A JP2020014049A JP7447513B2 JP 7447513 B2 JP7447513 B2 JP 7447513B2 JP 2020014049 A JP2020014049 A JP 2020014049A JP 2020014049 A JP2020014049 A JP 2020014049A JP 7447513 B2 JP7447513 B2 JP 7447513B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
channels
beams
acoustic array
orientation
predetermined
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020014049A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021120647A (en
Inventor
真史 江村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP2020014049A priority Critical patent/JP7447513B2/en
Publication of JP2021120647A publication Critical patent/JP2021120647A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7447513B2 publication Critical patent/JP7447513B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、ソーナー装置と目標方位算出方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a sonar device, a target direction calculation method, and a program.

近年、海洋での無人機の利用が拡大している。無人機に搭載されるセンサは、有人舟艇と比較し小型化する必要がある。しかし、これらのセンサへは、小型でありながら大型のセンサと同等の遠距離かつ高い分解能での捜索が求められる。 In recent years, the use of unmanned aerial vehicles in the ocean has expanded. Sensors mounted on unmanned aircraft need to be smaller than those on manned boats. However, although these sensors are small, they are required to search at long distances and with high resolution equivalent to those of large sensors.

複数の受波器の出力を整相し任意の方位に対して左右等しい受信ビームを有するスプリットビーム(split beam)を複数形成して受信するスプリットビーム方式の関連技術として、特許文献1には、左右の受信ビームの中心間隔が広いスプリットビーム処理を用いることで高い方位分解能のソーナー画像を得る技術が開示されている。しかしながら、スプリットビーム処理による位相反転による虚像が発生する。この位相反転問題について、特許文献2等の記載に基づき、以下に概説する。 Patent Document 1 discloses a technique related to the split beam method in which the outputs of a plurality of receivers are phased to form and receive a plurality of split beams having equal left and right receiving beams in any direction. A technique has been disclosed for obtaining a sonar image with high lateral resolution by using split beam processing in which the center distance between left and right receiving beams is wide. However, a virtual image is generated due to phase inversion caused by split beam processing. This phase inversion problem will be outlined below based on the description in Patent Document 2 and the like.

図11に示す概念図において、左右のサブアレイの複数の受波器の出力を用いて等方位間隔に複数の左右スプリットビームが形成される。左右スプリットビームのビーム中心は距離d離間している。目標物からの信号が到来する方位をθとすると、d・sinθが、左右ビームの目標距離の違い(差)となる。左スプリットビームで得られた受信信号と右スプリットビームで得られた受信信号の位相差(ビーム間位相差)をΔφ、送信信号の周波数をf、音速をcとすると、1波長λ(=c/f)が位相2πであることから、

Figure 0007447513000001
・・・(1)
より、
Figure 0007447513000002
・・・(2)
で与えられる。ただし、sin-1は逆正弦関数(arcsine)である。 In the conceptual diagram shown in FIG. 11, a plurality of left and right split beams are formed at equal azimuth intervals using the outputs of a plurality of receivers of left and right subarrays. The beam centers of the left and right split beams are separated by a distance d. If the direction in which the signal from the target arrives is θ, then d·sin θ is the difference (difference) between the target distances of the left and right beams. If the phase difference between the received signal obtained with the left split beam and the received signal obtained with the right split beam (interbeam phase difference) is Δφ, the frequency of the transmitted signal is f, and the speed of sound is c, one wavelength λ (=c /f) has a phase of 2π, so
Figure 0007447513000001
...(1)
Than,
Figure 0007447513000002
...(2)
is given by However, sin -1 is an arcsine function.

この場合、位相の周期性からΔφ=φ(|φ|<π)と、Δφ=φ±2nπ(n=1,2,…)とを区別できない(位相反転あるいは位相の折り返しという)。位相差Δφの取り得る範囲は±π以内であるため、真の目標方位は、

Figure 0007447513000003

・・・(3)
である。 In this case, it is not possible to distinguish between Δφ=φ 0 (|φ 0 |<π) and Δφ=φ 0 ±2nπ (n=1, 2,...) due to the periodicity of the phase (this is called phase inversion or phase folding). . Since the possible range of the phase difference Δφ is within ±π, the true target direction is
Figure 0007447513000003

...(3)
It is.

上式(3)で示される真の目標方位範囲の外から到来する信号は、上式(2)の演算により、上式(3)の範囲内の方位(真の目標方位)からのものと誤検出される。このため、目標方位に対応する受け持ち方位のビームチャネル以外にも、信号がS/N(Signal to Noise)の値がよい状態で入力され、表示器上に、次式(4)に示されるような真の目標方位範囲外の方位が虚目標として表示されてしまうことがある。

Figure 0007447513000004
・・・(4) A signal arriving from outside the true target azimuth range shown by the above equation (3) is determined to be from an azimuth (true target azimuth) within the range of the above equation (3) by calculating the above equation (2). False detection occurs. Therefore, a signal with a good S/N (Signal to Noise) value is input in addition to the beam channel of the assigned direction corresponding to the target direction, and the signal is displayed on the display as shown in the following equation (4). Directions outside the true target direction range may be displayed as imaginary targets.

Figure 0007447513000004
···(Four)

このような位相反転による誤検出を防止する方法として、例えば、ビーム中心間距離(ビーム中心間隔)を狭くすることで、方位範囲の角度幅を拡大することが行われている。例えば特許文献2には、虚像の発生を抑制するアクティブソーナー装置として、受信信号を表示するために形成する複数の第1のスプリットビームに加えて、前記第1のスプリットビームよりビーム中心間距離の狭い複数の第2のスプリットビームを形成する手段と、前記第1のスプリットビーム出力から得られる信号振幅のビームチャネル間の広がりの有無により、前記第1及び前記第2のスプリットビームから計算された方位角値のいずれかを選択する方位角選択手段と、前記方位角値により前記第1のスプリットビームで受信した信号の表示を制御する表示制御手段を備えている。特許文献2では、左右の受信ビームの中心間隔は狭いが、広い指向性を持つスプリットビームを組み合わせる。 As a method for preventing false detection due to such phase inversion, for example, the angular width of the azimuth range is expanded by narrowing the beam center distance (beam center spacing). For example, in Patent Document 2, as an active sonar device that suppresses the generation of virtual images, in addition to a plurality of first split beams formed to display received signals, means for forming a plurality of narrow second split beams and the presence or absence of spread between beam channels of the signal amplitude obtained from the first split beam output calculated from the first and second split beams; The apparatus includes an azimuth angle selection means for selecting one of the azimuth angle values, and a display control means for controlling the display of the signal received by the first split beam according to the azimuth angle value. In Patent Document 2, split beams having a narrow center spacing between left and right reception beams but wide directivity are combined.

特許文献3には、方位角検出装置は、まず、受信データから左右1本ずつのスプリットビームデータを生成し、左右ビームのベクトル和を取りフルビームを生成し、フーリエ変換を実施し、背景レベルに対し突出したレベルの周波数を検出し、周波数における左右ビームの位相差を計算し、方位角検出部は、位相差検出部から受信した位相差φ、周波数検出部から受信した信号周波数fをキーに位相差テーブルを参照し、信号到来方位を求めて、方位角データとして、出力する方位角検出装置が開示されている。位相差テーブルは、事前にビーム間距離dを使用し、任意の到来方位信号に対しての方位角計算を行い、そのときの周波数と位相差と信号到来方位とが一対となったテーブルである。 In Patent Document 3, the azimuth angle detection device first generates split beam data for each left and right beam from received data, takes the vector sum of the left and right beams to generate a full beam, performs Fourier transform, and converts the data to the background level. On the other hand, the azimuth angle detection section detects a frequency at a prominent level, calculates the phase difference between the left and right beams at the frequency, and uses the phase difference φ received from the phase difference detection section and the signal frequency f received from the frequency detection section as keys. An azimuth angle detection device is disclosed that refers to a phase difference table, determines a signal arrival azimuth, and outputs it as azimuth data. The phase difference table is a table in which the frequency, phase difference, and signal arrival direction are paired by calculating the azimuth angle for an arbitrary arrival direction signal using the inter-beam distance d in advance. .

特開昭59-72073号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 59-72073 特開2000-147096号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-147096 特開2008-8643号公報Japanese Patent Application Publication No. 2008-8643

以下に、関連技術の分析結果を示す。特許文献2では、指向性利得(特定の方向への電力密度と全放射電力を全方向について平均した値との比)が低いビームでの受信となるため、低S/N(Signal to Noise)の信号の受信ができない。 The analysis results of related technologies are shown below. In Patent Document 2, reception is performed using a beam with a low directional gain (ratio of the power density in a specific direction to the average value of the total radiated power in all directions), so the S/N (Signal to Noise) is low. cannot receive signals.

特許文献3では、左右1組のスプリットビームを用いて方位を算出している。左右ビームのベクトル和をとることでフルビームを生成していることから、オーバラップのないスプリットビームである。 In Patent Document 3, the direction is calculated using a pair of left and right split beams. Since a full beam is generated by taking the vector sum of the left and right beams, it is a split beam with no overlap.

本発明の目的は、ソーナー表示における虚像を抑制しながら、例えば所望の分解能の画像を表示可能なソーナー装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a sonar device that can display, for example, an image with a desired resolution while suppressing virtual images in sonar display.

本発明の一形態によれば、予め定められた三つ以上のチャネル数で構成される音響アレイを有し、前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の1つのサブアレイと一部重複する少なくとも3つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する受信処理部を備えた、ソーナー装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, the acoustic array includes a predetermined number of channels of three or more, and the first beam is formed using all the channels in a predetermined area of the acoustic array. , a plurality of azimuth information for one target is obtained from received signals obtained by beams of at least three subarrays that partially overlap with one other subarray using some channels in the predetermined area of the acoustic array. A sonar device is provided, which includes a reception processing unit that calculates.

本発明の一形態によれば、予め定められた三つ以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置の目標方位算出にあたり、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の1つのサブアレイと一部重複する少なくとも3つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する、目標方位算出方法が提供される。
According to one embodiment of the present invention, when calculating a target direction of a sonar device having an acoustic array configured with a predetermined number of channels of three or more,
a first beam formed using all the channels in the predetermined area of the acoustic array; and at least three beams that partially overlap with another subarray using some channels in the predetermined area of the acoustic array. A target azimuth calculation method is provided that calculates a plurality of azimuth information for one target from received signals obtained from beams of subarrays.

本発明の一形態によれば、予め定められた三つ以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置を構成するコンピュータに、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の1つのサブアレイと一部重複する少なくとも3つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する処理を実行させるプログラムが提供される。
According to one aspect of the present invention, a computer that configures a sonar device having an acoustic array configured with a predetermined number of channels of three or more,
a first beam formed using all the channels in the predetermined area of the acoustic array; and at least three beams that partially overlap with another subarray using some channels in the predetermined area of the acoustic array. A program is provided that executes a process of calculating a plurality of pieces of azimuth information for one target from received signals obtained from beams of subarrays.

さらに、本発明によれば、上記プログラムを記憶したコンピュータ可読型記録媒体((例えばRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、又は、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM))等の半導体ストレージ、HDD(Hard Disk Drive)、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc))が提供される。 Furthermore, according to the present invention, a semiconductor storage such as a computer readable recording medium (for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), or EEPROM (Electrically Erasable and Programmable ROM)) storing the above program; , HDD (Hard Disk Drive), CD (Compact Disc), and DVD (Digital Versatile Disc)).

本発明によれば、ソーナー表示における虚像を抑制しながら、所望の分解能の画像表示を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an image display with a desired resolution while suppressing virtual images in sonar display.

本発明の一実施形態の構成を例示する図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態の受信処理部の構成を例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of a reception processing section according to an embodiment of the present invention. (A)乃至(D)は、本発明の一実施形態におけるフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム、右スプリットビームの4種類のビームで使用するチャネルの一例を説明する図である。(A) to (D) are diagrams illustrating examples of channels used in four types of beams: a full beam, a direction detection beam, a left split beam, and a right split beam in an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態におけるビームの概要を示す説明する図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a beam in an embodiment of the present invention. (A)、(B)は本発明の一実施形態におけるビーム間位相差と出力方位の関係を説明する図である。(A) and (B) are diagrams illustrating the relationship between the inter-beam phase difference and the output azimuth in an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態における表示結果の例(2次元輝度プロット)を模式的に例示する図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of a display result (two-dimensional brightness plot) in an embodiment of the present invention. (A)乃至(D)は本発明の一実施形態の変形例で使用するチャネルの一例を説明する図である。(A) to (D) are diagrams illustrating an example of a channel used in a modification of an embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態におけるの受信処理部の構成を例示する図である。It is a figure which illustrates the structure of the reception processing part in another embodiment of this invention. (A)乃至(G)は本発明の一実施形態の変形例で使用するチャネルの一例を説明する図である。(A) to (G) are diagrams illustrating an example of a channel used in a modification of an embodiment of the present invention. コンピュータ装置の実装例を例示する図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of implementation of a computer device. スプリットビームにおける位相反転を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining phase inversion in a split beam.

本発明のソーナー装置において、予め定められた三つ以上のチャネル数(例えば、例えば三乃至数千のオーダのチャネル数、ただし、上限は数千程度に制限されない)で構成される音響アレイ(受信アレイ)を有し、前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用した少なくとも3つのサブアレイのビームとで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する。前記少なくとも3つのサブアレイにおいて、少なくとも2つのサブアレイ(例えば図3(C)、図3(D))は、少なくとも他の1つのサブアレイ(例えば図3(B))と一部重複する。本発明の一形態によれば、前記第1のビームとして、音響アレイの所定の領域(全領域又は一部)のすべてのチャネルを利用するフルビーム(図4の301)を生成し、フルビームを生成するチャネルの一部を共有しフルビームとの位相反転が発生しないサブアレイによる方位検出ビーム(図4の302)と、音響アレイのチャネルを分離したサブアレイによる第1、第2のスプリットビーム(図4の303、304)を生成し、フルビームと方位検出ビームに基づき第1の方位を検出し、第1、第2のスプリットビームに基づき第2の方位を検出し、第1の方位に対応する、該フルビームと方位検出ビーム間の位相差情報と、該第2の方位に対応する第1、第2のスプリットビーム間の位相差情報に基づき、目標方位情報を取得する。かかる構成により、位相反転による虚像を抑制しながら、所望の分解能や処理利得の画像表示を得ることができる。 In the sonar device of the present invention, an acoustic array (reception a first beam formed using all the channels in the predetermined region of the acoustic array; and at least three sub-array beams using some channels in the predetermined region of the acoustic array. A plurality of pieces of azimuth information are calculated for one target from the received signal obtained by In the at least three subarrays, at least two subarrays (eg, FIGS. 3(C) and 3(D)) partially overlap with at least one other subarray (eg, FIG. 3(B)). According to one aspect of the present invention, as the first beam, a full beam (301 in FIG. 4) that utilizes all channels in a predetermined area (the entire area or a part) of the acoustic array is generated, and the full beam is generated. The direction detection beam (302 in Figure 4) is created by a sub-array that shares a part of the channel of the acoustic array and does not undergo phase inversion with the full beam, and the first and second split beams (302 in Figure 4) are created by a sub-array that separates the channel of the acoustic array. 303, 304), detects a first orientation based on the full beam and the orientation detection beam, detects a second orientation based on the first and second split beams, and detects the orientation corresponding to the first orientation. Target azimuth information is acquired based on phase difference information between the full beam and the azimuth detection beam and phase difference information between the first and second split beams corresponding to the second azimuth. With this configuration, it is possible to obtain an image display with desired resolution and processing gain while suppressing virtual images due to phase inversion.

図1は、本発明一実施形態のソーナー装置として、アクティブソーナー装置の構成例(システム構成例)を模式的に示す図である。ソーナー装置10において、音響アレイ11は、送信及び受信信号の電気-音響変換を行う音響素子のアレイ(配列)からなる。受信部(受信装置)12は、音響アレイ11の各チャネルの受信信号に対してアナログ-デジタル変換を行うアナログ-デジタル変換器(不図示)を備えている。受信処理部(受信処理装置)13は、受信部(受信装置)12でデジタル化された受信信号に対してソーナー信号処理を行う。送信部(送信装置)14は、音響アレイ11の各チャネルから送信される送信信号を生成し、音響アレイ11のチャネルに供給する。送信部(送信装置)14は、デジタル送信信号をアナログ信号に変換するデジタル-アナログ変換器を備えた構成としてもよい。表示部(表示装置)15は、受信処理部(受信処理装置)13から出力される処理結果を表示する。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example (system configuration example) of an active sonar device as a sonar device according to an embodiment of the present invention. In sonar device 10, acoustic array 11 consists of an array of acoustic elements that perform electro-acoustic conversion of transmitted and received signals. The receiving section (receiving device) 12 includes an analog-to-digital converter (not shown) that performs analog-to-digital conversion on the received signal of each channel of the acoustic array 11. The reception processing section (reception processing device) 13 performs sonar signal processing on the reception signal digitized by the reception section (reception device) 12. The transmitter (transmitter) 14 generates a transmission signal to be transmitted from each channel of the acoustic array 11 and supplies it to the channels of the acoustic array 11. The transmitter (transmitter) 14 may include a digital-to-analog converter that converts a digital transmission signal into an analog signal. The display unit (display device) 15 displays the processing results output from the reception processing unit (reception processing device) 13.

図2は、図1の受信処理部13で行われる処理を模式的に示す図である。図2において、受信データ201は、第1乃至第Nのチャネルの各チャネルの受信信号(デジタル信号)である。レプリカ相関処理部202は、各チャネルに対応して配設され、各チャネルの受信信号と、送信信号のレプリカ信号(デジタル信号)との相互相関をとり、チャネル毎の受信信号に対して利得を得る。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the processing performed by the reception processing section 13 of FIG. 1. In FIG. 2, received data 201 is a received signal (digital signal) of each of the first to Nth channels. The replica correlation processing unit 202 is disposed corresponding to each channel, and performs cross-correlation between the received signal of each channel and the replica signal (digital signal) of the transmitted signal, and calculates a gain for the received signal of each channel. obtain.

レプリカ相関処理部202で利得を得たチャネル毎の受信信号に対して指向性合成処理を実施する。指向性合成処理は、音響アレイ11の各チャネルでの受信信号の位相を遅延させて揃えた上で加算し、目的方位の信号を強調することで指向性を得る。指向性合成処理部203~206は、音響アレイ11の各受波器でチャネルの受信信号に対して、それぞれフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム(スプリットビームL)、右スプリットビーム(スプリットビームR)の4種類のビームを生成する。 The replica correlation processing section 202 performs directional synthesis processing on the received signals for each channel that have obtained gains. Directivity synthesis processing obtains directivity by delaying and aligning the phases of the received signals in each channel of the acoustic array 11 and adding them together to emphasize the signal in the target direction. The directional synthesis processing units 203 to 206 perform a full beam, a direction detection beam, a left split beam (split beam L), and a right split beam (split beam R) for the received signals of the channels in each receiver of the acoustic array 11, respectively. ) generates four types of beams.

レベル算出処理部207は、指向性合成処理部203(フルビーム)から出力されるフルビームを入力し、フルビームからレベルを算出する。 The level calculation processing unit 207 receives the full beam output from the directional synthesis processing unit 203 (full beam) and calculates the level from the full beam.

方位検出処理部(方位検出ビーム)208は、指向性合成処理部203から出力されるフルビームと指向性合成処理部204から出力される方位検出ビームから、方位検出処理を行う。 A direction detection processing section (direction detection beam) 208 performs direction detection processing from the full beam output from the directional synthesis processing section 203 and the direction detection beam output from the directional synthesis processing section 204.

方位検出処理部(スプリットビーム)209は、指向性合成処理部205から出力される左スプリットビームと指向性合成処理部206から出力される右スプリットビームから方位検出処理を行う。レベル算出処理部207、方位検出処理部208、方位検出処理部209の処理結果から、輝度生成処理部210にて、表示装置用の信号を生成する。 A direction detection processing section (split beam) 209 performs direction detection processing from the left split beam outputted from the directional synthesis processing section 205 and the right split beam outputted from the directional synthesis processing section 206. Based on the processing results of the level calculation processing section 207, direction detection processing section 208, and direction detection processing section 209, a brightness generation processing section 210 generates a signal for the display device.

図3(A)-(D)には、縦4×横8=32素子の音響素子からなる音響アレイ11において、指向性合成処理部203~206で生成するフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム(スプリットビームL)、右スプリットビーム(スプリットビームR)の4種類のビームで使用するチャネルの一例が例示されている。なお、図3には、単に、図面作成の都合で、縦4×横8=32素子の音響素子からなる音響アレイ11が模式的に図示されているが、音響アレイ11は、かかるチャネル数に制限されるものでないことは勿論である。音響アレイ11は、例えば三乃至数千のオーダまでのいずれかのチャネル数の構成であってもよい。縦4×横8の音響素子からなる音響アレイにおいて、ハッチングを施した四角形は選択されたチャネルを表し、白抜きの四角形は非選択の音響素子(チャネル)を表している。なお、非選択のチャネルは、該チャネルの出力に掛けるシェーディング係数を0としてもよい。図3(A)のフルビームは音響アレイ11のすべてのチャネルを用いて形成される。図3(B)は、左端の一列の音響素子が非選択とされ、縦4×横7の音響素子のサブアレイで構成される。図3(C)は、左半分の縦4×横4の音響素子のサブアレイ、図3(D)は、右半分の縦4×横4の音響素子のサブアレイからなる。図3(B)のサブアレイは図3(A)の一部と重複し、図3(C)のサブアレイは一部のチャネルが図3(B)のサブアレイと重複し、図3(D)のサブアレイは図3(B)のサブアレイの一部と重複する。図3(B)のサブアレイと図3(C)のサブアレイ、図3(B)のサブアレイと図3(D)のサブアレイを、それぞれ、一部重複する構成とし、図3(A)によるフルビームと図3(B)による方位検出ビーム間のビーム中心間の距離は、図3(C)、(D)による左右スプリットビームのビーム中心間距離よりも小に設定され、方位検出ビームは、フルビームとの間での方位範囲の角度幅が拡大され、フルビームとの間で位相反転による虚像は生じない。 FIGS. 3A to 3D show a full beam, a direction detection beam, and a left split beam generated by the directional synthesis processing units 203 to 206 in an acoustic array 11 consisting of 32 acoustic elements (4 vertically x 8 horizontally). An example of channels used for four types of beams: (split beam L) and right split beam (split beam R) is illustrated. Although FIG. 3 schematically shows the acoustic array 11 consisting of 32 acoustic elements (4×8=32 elements) simply for convenience of drawing, the acoustic array 11 is not limited to this number of channels. Of course, there are no limitations. Acoustic array 11 may be configured with any number of channels, from, for example, on the order of three to several thousand. In an acoustic array consisting of 4 vertical by 8 horizontal acoustic elements, hatched squares represent selected channels, and white squares represent unselected acoustic elements (channels). Note that for non-selected channels, the shading coefficient multiplied by the output of the channel may be set to 0. The full beam in FIG. 3A is formed using all channels of the acoustic array 11. In FIG. 3B, one row of acoustic elements at the left end is unselected, and the subarray is composed of 4 vertical by 7 horizontal acoustic elements. 3(C) is a left half subarray of 4 vertical by 4 horizontal acoustic elements, and FIG. 3(D) is a right half of a subarray of 4 vertical by 4 horizontal acoustic elements. The subarray in FIG. 3(B) overlaps a part of FIG. 3(A), the subarray in FIG. 3(C) has some channels overlapped with the subarray in FIG. 3(B), and the subarray in FIG. 3(D) overlaps with the subarray in FIG. The subarray overlaps a portion of the subarray in FIG. 3(B). The subarray in FIG. 3(B) and the subarray in FIG. 3(C), and the subarray in FIG. 3(B) and the subarray in FIG. 3(D) are respectively configured to partially overlap, and the full beam in FIG. The distance between the beam centers of the direction detection beams in FIG. 3(B) is set smaller than the distance between the beam centers of the left and right split beams in FIGS. 3(C) and (D), and the direction detection beam is different from the full beam. The angular width of the azimuth range between the beam and the full beam is expanded, and no virtual image is generated due to phase reversal between the beam and the full beam.

図4は、図2の指向性合成処理部203~206でそれぞれ生成されるビームの概要を示す図である。図4には、アレイ正面(法線方向)に対して、θの方位にビームをシフトした例が模式的に示されている。フルビーム301のビーム中心と方位検出ビーム302のビーム中心の間の距離(ビーム中心間隔)はRDB、左スプリットビーム303のビーム中心と右スプリットビーム304のビーム中心の間の距離(ビーム中心間隔)はRSBとなる(RSB>RDB)。図3のチャネル構成の場合、図4のRDBは、フルビーム301のビーム中心(図3(A)の左から4番目の音響素子と5番目の音響素子の間)と、方位検出ビーム302のビーム中心(図3(B)の左から5番目の音響素子の中心)間の距離に対応させることができる。図4のRSBは、左スプリットビームのビーム中心と右スプリットビームのビーム中心の間の4個分の音響素子の横方向の距離に対応させることができる。 FIG. 4 is a diagram showing an overview of beams generated by the directional synthesis processing units 203 to 206 in FIG. 2. FIG. 4 schematically shows an example in which the beam is shifted in the direction of θ with respect to the front of the array (normal direction). The distance between the beam center of the full beam 301 and the beam center of the direction detection beam 302 (beam center spacing) is R DB , and the distance between the beam center of the left split beam 303 and the beam center of the right split beam 304 (beam center spacing) becomes R SB (R SB > R DB ). In the case of the channel configuration in FIG. 3, R DB in FIG. 4 is between the beam center of the full beam 301 (between the fourth acoustic element and the fifth acoustic element from the left in FIG. It can be made to correspond to the distance between the beam centers (the center of the fifth acoustic element from the left in FIG. 3(B)). RSB in FIG. 4 can correspond to the lateral distance of four acoustic elements between the beam center of the left split beam and the beam center of the right split beam.

図5(A)は、フルビームと方位検出ビームを入力する方位検出処理部208において入力されるビーム間位相差Δφ(横軸)と出力方位(θ)(縦軸)の関係を示す図であり、上式(2)のdをRDBとした逆正弦関数

Figure 0007447513000005
・・・(5)
が示されている。横軸は、
Figure 0007447513000006
・・・(6)

であるが、図5(A)では、容易化のため、位相差Δφ(radian)で表している。また、逆正弦関数(sin-1)を直線で示(近似)している。 FIG. 5(A) is a diagram showing the relationship between the inter-beam phase difference Δφ (horizontal axis) input to the azimuth detection processing unit 208 that inputs the full beam and the azimuth detection beam and the output azimuth (θ) (vertical axis). , arcsine function where d in the above formula (2) is R DB
Figure 0007447513000005
···(Five)
It is shown. The horizontal axis is
Figure 0007447513000006
...(6)

However, in FIG. 5A, for the sake of simplicity, the phase difference is expressed as Δφ (radian). Also, the arc sine function (sin -1 ) is shown (approximated) by a straight line.

図5(B)は、左スプリットビームと右スプリットビームを入力する方位検出処理部209において入力されるビーム間位相差(Δφ)と出力方位(θ)の関係を示す図であり、上式(2)のdをRSBとした逆正弦関数

Figure 0007447513000007
・・・(7)

が示されている。
横軸は、
Figure 0007447513000008
・・・(8)

であるが、図5(B)では、容易化のため、位相差Δφ(radian)で表している。また、逆正弦関数(sin-1)を直線で示している。 FIG. 5(B) is a diagram showing the relationship between the inter-beam phase difference (Δφ) input to the azimuth detection processing unit 209 which inputs the left split beam and the right split beam and the output azimuth (θ). Arc sine function where d in 2) is RSB
Figure 0007447513000007
...(7)

It is shown.
The horizontal axis is
Figure 0007447513000008
...(8)

However, in FIG. 5B, the phase difference is expressed in Δφ (radian) for simplicity. Also, the arc sine function (sin -1 ) is shown as a straight line.

フルビームと方位検出ビームから算出される方位は、図5(A)に示すとおり、出力方位の精度(分解能)は低いが、真の目標方位範囲の角度が大であり、虚像は発生しない。図5(B)に示すように、左スプリットビームと右スプリットビームから算出される方位θは、出力方位の精度(分解能)は高いが虚像が発生する。図5(B)では、左スプリットビームと右スプリットビームのビーム間位相差Δφ=αに対して、真の目標方位範囲はα±πであるが、真の目標方位範囲外の位相差α±n×2πも真の目標方位として誤検出される。ここで、真の目標方位401は、2種類の出力方位が同じ値となる箇所である。すなわち、図5(A)において検出された方位に対応するビーム間位相差(横軸)に関する式(6)の値と、図5(B)において検出された方位に対応するビーム間位相差(横軸)に関する式(8)の値が一致する場合(図5(A)のビーム間位相差Δφ=α’、図5(B)のビーム間位相差Δφ=α)、

Figure 0007447513000009
・・・(9)
当該方位を真の目標方位401とする(なお、式(9)において=は≒であってもよい)。本実施形態によれば、図5(B)において、例えば真の目標方位範囲外の位相差Δφ=α±2πの信号を位相反転により位相差Δφ=αに対応する方位(真の目標方位範囲内の方位)として誤検出しても、図5(A)において、位相差Δφ=α’には方位が検出されないため、図5(B)で誤検出された当該方位は表示しない。このため、ソーナー表示において、左右スプリットビームでの位相反転による虚像を抑制しながら、所望の精度(分解能)で画像表示することができる。 As shown in FIG. 5A, the azimuth calculated from the full beam and the azimuth detection beam has low accuracy (resolution) of the output azimuth, but the angle of the true target azimuth range is large, and no virtual image is generated. As shown in FIG. 5B, the azimuth θ calculated from the left split beam and the right split beam has high accuracy (resolution) of the output azimuth, but a virtual image is generated. In FIG. 5(B), the true target azimuth range is α±π with respect to the inter-beam phase difference Δφ=α between the left split beam and the right split beam, but the phase difference outside the true target azimuth range is α± n×2π is also erroneously detected as the true target orientation. Here, the true target orientation 401 is a location where the two types of output orientations have the same value. In other words, the value of equation (6) regarding the inter-beam phase difference (horizontal axis) corresponding to the direction detected in FIG. 5(A) and the inter-beam phase difference (horizontal axis) corresponding to the direction detected in FIG. 5(B) When the values of equation (8) regarding the horizontal axis (horizontal axis) match (inter-beam phase difference Δφ=α′ in FIG. 5(A), inter-beam phase difference Δφ=α in FIG. 5(B)),

Figure 0007447513000009
...(9)
The azimuth is set as the true target azimuth 401 (= may be ≈ in equation (9)). According to this embodiment, in FIG. 5(B), for example, a signal with a phase difference Δφ=α±2π outside the true target azimuth range is phase-inverted so that the azimuth corresponding to the phase difference Δφ=α (true target azimuth range Even if the orientation is erroneously detected as an azimuth within the azimuth range, the azimuth that is erroneously detected in FIG. 5(B) is not displayed because no azimuth is detected at the phase difference Δφ=α′ in FIG. 5(A). Therefore, in sonar display, images can be displayed with desired accuracy (resolution) while suppressing virtual images due to phase inversion between the left and right split beams.

図6は、輝度生成処理部210で生成されるソーナー情報表示用の2次元輝度プロットを示す図である。横軸は方位(目標方位)、縦軸は距離dである。距離は、送信信号と受信信号の送信-受信の時間差より算出する。表示上の方位分解能は、受信ビームを生成する間隔で決定し、2つの方式の方位検出処理にて真の方位とされた場合のみ、当該方位に目標情報をプロットする。輝度値はフルビームを用いたレベル算出処理部207での出力値とする。なお、図6の2次元輝度プロットでは、目標方位と距離で定まる各グリッドについて、実際に表示部15に表示される画面を輝度反転した階調で塗つぶし(グラデーション)表示で示している。すなわち、輝度が高いほど(明るいほど)、図では暗い。白色(空)のグリッドは、当該方位と距離で目標は検出されないことに対応する。 FIG. 6 is a diagram showing a two-dimensional brightness plot for sonar information display generated by the brightness generation processing unit 210. The horizontal axis is the direction (target direction), and the vertical axis is the distance d. The distance is calculated from the transmission-reception time difference between the transmitted signal and the received signal. The azimuth resolution on the display is determined by the interval at which receiving beams are generated, and target information is plotted at the azimuth only when the azimuth is determined to be the true azimuth by the azimuth detection processing of the two methods. The brightness value is an output value from the level calculation processing unit 207 using a full beam. In the two-dimensional brightness plot of FIG. 6, each grid determined by the target direction and distance is shown filled in (gradation) with a gradation that is the brightness of the screen actually displayed on the display unit 15. That is, the higher the luminance (brighter), the darker it is in the diagram. A white (empty) grid corresponds to no target being detected at that orientation and distance.

一実施形態によれば、ビーム幅(主軸を中心として音圧が1/√2に下がる範囲(半値幅)の角度幅)より狭い間隔で受信ビームを生成することで、ビーム幅に依らない高い分解能を持ったソーナー情報の表示が可能である。さらに複数の方位検出処理を行うことで、虚像の発生を抑制することができる。 According to one embodiment, by generating receive beams at intervals narrower than the beam width (the angular width of the range (half width) in which the sound pressure decreases by 1/√2 around the principal axis), a high It is possible to display sonar information with resolution. Furthermore, by performing a plurality of orientation detection processes, it is possible to suppress the generation of virtual images.

一実施形態によれば、ビームの中心間隔の広いサブアレイ(音響サブアレイ)と、ビーム中心間隔の狭いサブアレイを同時処理で複数の方位情報を算出することで、スプリットビーム処理で発生した虚像を抑えた方位検出が可能となる。 According to one embodiment, by calculating multiple azimuth information by simultaneously processing a sub-array (acoustic sub-array) with a wide beam center spacing and a sub-array with a narrow beam center spacing, virtual images generated in split beam processing are suppressed. Direction detection becomes possible.

また、一実施形態によれば、方位検出用のサブアレイで利用するビームのチャネルを重複させることで、高い指向性利得を持つビームで方位を検出することができる。このため、遠距離目標の方位も検出することができる。 Further, according to one embodiment, by overlapping the channels of the beams used in the subarray for direction detection, the direction can be detected with a beam having a high directivity gain. Therefore, the direction of a long-distance target can also be detected.

前記実施形態において、音響アレイ11として2次元平面アレイを例示したが、かかる構成に制限されるものでないことは勿論である。図7(A)乃至(D)は、音響アレイ11として、円筒アレイを用いた場合の、フルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム(スプリットビームL)、右スプリットビーム(スプリットビームR)を生成するチャネル分割の例を、当該円筒状アレイの上面図(円周の一部である半円)にて示したものである。図7(A)の例では、円筒アレイの一部(半円)の所定の領域(左右両端の2個を除く、ハッチングを施した連続する9個のチャネル)からフルビームが形成される。図7(B)の例では、図7(A)のフルビームの形成に用いられた9個の音響素子のうち図7(A)の左端を除いた連続する8個のチャネルから、方位検出ビームが生成される。図7(C)、(D)の例では、図7(A)のフルビームの形成に用いられた連続する9個のチャネルのうち、左側、右側の連続する4個の音響素子から左スプリットビーム、右スプリットビームが生成される。 In the embodiment described above, a two-dimensional planar array was illustrated as the acoustic array 11, but it goes without saying that the configuration is not limited to this. 7A to 7D show the generation of a full beam, a direction detection beam, a left split beam (split beam L), and a right split beam (split beam R) when a cylindrical array is used as the acoustic array 11. An example of channel division is shown in a top view (a semicircle that is part of the circumference) of the cylindrical array. In the example of FIG. 7A, a full beam is formed from a predetermined area (nine consecutive hatched channels, excluding two at both left and right ends) of a part (semicircle) of the cylindrical array. In the example of FIG. 7(B), out of the nine acoustic elements used to form the full beam of FIG. 7(A), the direction detection beam is is generated. In the examples shown in FIGS. 7(C) and (D), the left split beam is generated from four consecutive acoustic elements on the left and right sides of the nine consecutive channels used to form the full beam in FIG. 7(A). , a right split beam is generated.

このほか、音響素子を直線状に並べたラインアレイ、音響素子を円環に沿って並べた円環アレイ、音響素子を曲面に沿って配置したコンフォーマルアレイ(Conformal Array)等の複数のチャネルを有するソーナー装置に適用可能である。 In addition, there are multiple channels such as line arrays in which acoustic elements are arranged in a straight line, annular arrays in which acoustic elements are arranged along a circular ring, and conformal arrays in which acoustic elements are arranged along a curved surface. It is applicable to sonar devices that have

また、一実施形態において、アクティブソーナー装置を例に説明したが、パッシブソーナー装置にも適用可能である。 Further, in one embodiment, an active sonar device has been described as an example, but the present invention is also applicable to a passive sonar device.

図8は、パッシブ処理の実施形態における受信処理部の構成を例示する図である。パッシブソーナー装置では、船舶等の離れた場所の音源が放射する音波を受信しその信号を解析することにより、音源の存在や方位等を解析する。音響アレイ(受波器アレイ)を配置し、整相処理によって特定の方位に受波指向性を持たせ、該受波信号に対して、周波数分析によって特徴周波数を抽出し、位相差あるいは、受信信号のエネルギー分布から信号到来方位を算出する。図8の例では、図2のレプリカ相関処理部202の代わりに、FFT(Fast Fourier Transform)処理部502を備えている。N個のチャネルに対応して設けられたN個のFFT処理部502では、それぞれ、対応するチャネルからの受信データ(デジタル受信データ)を所定の時間窓で切り取り、切り取った時間区間毎の受信データを高速フーリエ変換することにより、周波数スペクトルを導出する。指向性合成処理部503~506では、各チャネルのFFT処理部502からの周波数スペクトルの周波数成分(周波数ビン(bin))毎に、位相の調整(遅延補償や方位の設定)を行い、例えば周波数領域でフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム、右スプリットビームを生成する。レベル算出処理部507、方位検出処理部508、509、輝度生成処理部510は、それぞれ、指向性合成処理部503~506からの出力(周波数スペクトル情報)に基づき、レベル算出、方位検出、輝度生成処理を行うようにしてもよい。 FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a reception processing section in an embodiment of passive processing. A passive sonar device receives sound waves emitted from a sound source in a remote location such as a ship, and analyzes the signals to determine the presence and direction of the sound source. An acoustic array (receiver array) is placed, the reception directionality is given in a specific direction by phasing processing, the characteristic frequency is extracted by frequency analysis for the reception signal, and the phase difference or reception The signal arrival direction is calculated from the signal energy distribution. In the example of FIG. 8, an FFT (Fast Fourier Transform) processing section 502 is provided in place of the replica correlation processing section 202 of FIG. N FFT processing units 502 provided corresponding to N channels each cut out received data (digital received data) from the corresponding channel in a predetermined time window, and receive received data for each cut out time section. Derive the frequency spectrum by fast Fourier transform. The directivity synthesis processing units 503 to 506 perform phase adjustment (delay compensation and azimuth setting) for each frequency component (frequency bin) of the frequency spectrum from the FFT processing unit 502 of each channel. Generates a full beam, orientation detection beam, left split beam, and right split beam in the area. Level calculation processing section 507, direction detection processing sections 508 and 509, and brightness generation processing section 510 perform level calculation, direction detection, and brightness generation based on the outputs (frequency spectrum information) from directivity synthesis processing sections 503 to 506, respectively. Processing may also be performed.

前記実施形態では、2次元情報を得ていたが、3次元情報にも適用可能である。図9は、3次元情報を得る場合のチャネル分割の例を示す。図3のフルビーム、方位検出ビーム、左スプリットビーム(スプリットビームL)、右スプリットビーム(スプリットビームR)に加え、方位検出ビーム(垂直)、アップスプリットビーム(スプリットビームU)、ダウンスプリットビーム(スプリットビームD)を加えており、1つの方位にシフトしたビームに対して、2つの水平方位と、2つの垂直方位を取得可能である。図9(A)、(E)、(F)、(G)は、図3(A)、(B)、(C)、(D)と同一である。図9(B)は、最下行の音響素子が非選択とされ、縦3×横8の音響素子のサブアレイで構成される。図9(C)は、上半分の縦2×横8の音響素子のサブアレイ、図9(D)は、下半分の縦4×横8の音響素子のサブアレイからなる。受信処理部13は、図2の指向性合成処理部203~206に加えて、垂直方位取得のため、図9(B)の方位検出ビーム(垂直)、図9(C)のスプリットビームU、図9(D)のスプリットビームDをそれぞれ生成する3つの指向性合成処理部(不図示)を備える。また、受信処理部13は、図2の方位検出処理部208、209に加えて、フルビームと方位検出ビーム(垂直)から垂直方向の方位を検出する方位検出部と、スプリットビームUとスプリットビームDから垂直方向の方位を検出する方位検出部を備えている。図9(E)のサブアレイは図9(A)の一部と重複し、図9(F)のサブアレイは一部のチャネルが図9(E)のサブアレイと重複し、図9(G)のサブアレイは図9(E)のサブアレイの一部と重複する。 In the embodiment described above, two-dimensional information was obtained, but it is also applicable to three-dimensional information. FIG. 9 shows an example of channel division when obtaining three-dimensional information. In addition to the full beam, direction detection beam, left split beam (split beam L), and right split beam (split beam R) shown in Figure 3, the direction detection beam (vertical), up split beam (split beam U), and down split beam (split beam Beam D) is added, and two horizontal orientations and two vertical orientations can be obtained for the beam shifted in one orientation. 9(A), (E), (F), and (G) are the same as FIG. 3(A), (B), (C), and (D). In FIG. 9B, the acoustic elements in the bottom row are not selected, and the subarray is composed of a 3×8 acoustic element subarray. FIG. 9(C) shows a subarray of 2×8 acoustic elements in the upper half, and FIG. 9(D) shows a subarray of 4×8 acoustic elements in the lower half. In addition to the directivity synthesis processing units 203 to 206 shown in FIG. 2, the reception processing unit 13 uses the direction detection beam (vertical) shown in FIG. 9(B), the split beam U shown in FIG. 9(C), and the direction detection beam (vertical) shown in FIG. It includes three directional synthesis processing units (not shown) that respectively generate the split beams D shown in FIG. 9(D). In addition to the azimuth detection processing units 208 and 209 shown in FIG. It is equipped with an orientation detection section that detects the orientation in the vertical direction. The subarray in FIG. 9(E) overlaps with a part of FIG. 9(A), the subarray in FIG. 9(F) has some channels overlapped with the subarray in FIG. 9(E), and the subarray in FIG. 9(G) overlaps with the subarray in FIG. The subarray overlaps a portion of the subarray in FIG. 9(E).

図3の例では、音響アレイ11において、利用するチャネルを変えることで、サブアレイのビーム中心位置を変化させているが、すべてのチャネルを利用し、シェーディング値の重み付けにより、ビーム中心位置を変化させるようにしてもよい。 In the example shown in FIG. 3, the beam center position of the subarray is changed by changing the channels used in the acoustic array 11, but the beam center position is changed by using all channels and weighting the shading values. You can do it like this.

図5では、ビームフォーミングを遅延和ビームフォーミングとして例を示しているが、線形フィルタの一つであり、目的音声方向を無歪みに強調可能なMVDR(Minimum Variance Distortionless Response:最小分散無歪応答)ビームフォーマを含む適応ビームフォーミングを適用することもできる。 Figure 5 shows an example of beamforming as delay-sum beamforming, but it is a type of linear filter that uses MVDR (Minimum Variance Distortionless Response), which can emphasize the target audio direction without distortion. Adaptive beamforming including beamformers can also be applied.

図10は、少なくとも図1の受信処理部13をコンピュータ装置600に実装した例を説明する図である。図10を参照すると、コンピュータ装置600は、プロセッサ601と、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の半導体メモリ等(あるいは、HDD(Hard Disk Drive)等であってもよい)のメモリ602と、表示装置603と、図1の送信部14や受信部12に接続するインタフェース604(ネットワークインタフェース、バスインタフェース)を備えている。プロセッサ601はDSP(Digital Signal Processor)であってもよい。メモリ602に格納されたプログラム605を読み出して実行することで、プロセッサ601は、図1の受信処理部13の処理を実行する。なお、プロセッサ601は、図1の送信部14の処理の一部を実行するようにしてもよい。表示装置603は、図1の表示部(表示装置)15に対応する。 FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which at least the reception processing section 13 of FIG. 1 is implemented in a computer device 600. Referring to FIG. 10, the computer device 600 includes a processor 601, a semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), etc. (or an HDD (Hard Drive)). A display device 603, and an interface 604 (network interface, bus interface) connected to the transmitter 14 and receiver 12 in FIG. 1 are provided. The processor 601 may be a DSP (Digital Signal Processor). By reading and executing the program 605 stored in the memory 602, the processor 601 executes the processing of the reception processing unit 13 in FIG. Note that the processor 601 may execute part of the processing of the transmitter 14 in FIG. 1. The display device 603 corresponds to the display section (display device) 15 in FIG.

前記実施形態では、水中音響での適用例を説明したが、同様のセンサ装置と信号処理方法を、空中で音響を利用した場合や、音波でなく、例えばレーダ等、電磁波を利用した場合についても適用可能である。 In the above embodiment, an application example was explained for underwater acoustics, but the same sensor device and signal processing method can also be applied to cases where acoustics are used in the air, or cases where electromagnetic waves such as radar are used instead of sound waves. Applicable.

なお、上記の特許文献1、2、3の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示(請求の範囲を含む)の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素(各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む)の多様な組み合わせ乃至選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。 In addition, each disclosure of the above-mentioned Patent Documents 1, 2, and 3 is incorporated into this document by reference. Within the scope of the entire disclosure of the present invention (including the claims), changes and adjustments to the embodiments and examples are possible based on the basic technical idea thereof. Further, various combinations and selections of various disclosed elements (including each element of each claim, each element of each embodiment, each element of each drawing, etc.) are possible within the scope of the claims of the present invention. . That is, it goes without saying that the present invention includes the entire disclosure including the claims and various modifications and modifications that a person skilled in the art would be able to make in accordance with the technical idea.

10 ソーナー装置
11 音響アレイ
12 受信部(受信装置)
13 受信処理部(受信処理装置)
14 送信部(送信装置)
15 表示部(表示装置)
201、501 受信データ
202 レプリカ相関処理部
203~206、503~506 指向性合成処理部
207、507 レベル算出処理部
208、508 方位検出処理部(方位検出ビーム)
209、509 方位検出処理部(スプリットビーム)
210、510 輝度生成処理部
301 フルビーム
302 方位検出ビーム
303 左スプリットビーム
304 右スプリットビーム
401 真の目標方位
502 FFT処理部
600 コンピュータ装置
601 プロセッサ
602 メモリ
603 表示装置
604 インタフェース
605 プログラム
10 Sonar device 11 Acoustic array 12 Receiving unit (receiving device)
13 Reception processing unit (reception processing device)
14 Transmission unit (transmission device)
15 Display section (display device)
201, 501 Received data 202 Replica correlation processing section 203-206, 503-506 Directivity synthesis processing section 207, 507 Level calculation processing section 208, 508 Direction detection processing section (direction detection beam)
209, 509 Direction detection processing unit (split beam)
210, 510 Brightness generation processing section 301 Full beam 302 Direction detection beam 303 Left split beam 304 Right split beam 401 True target direction 502 FFT processing section 600 Computer device 601 Processor 602 Memory 603 Display device 604 Interface 605 Program

Claims (8)

予め定められた3以上のチャネル数で構成される音響アレイを有し、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の1つのサブアレイと一部重複する少なくとも3つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する受信処理部を備え、
前記受信処理部において、
前記音響アレイの前記所定領域のすべてのチャネルを利用したフルビームを前記第1のビームとして生成し、さらに、
前記フルビームとのビーム中心間隔が、前記フルビームとの間で位相反転が発生しない第1の値とされ、前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第1のサブアレイによる方位検出ビームと、
ビーム中心間隔が前記第1の値よりも大とされ、前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第2、第3のサブアレイによる第1、第2のスプリットビームを生成し、
前記フルビームと前記方位検出ビーム間の位相差情報と、前記第1及び第2のスプリットビーム間の位相差情報に基づき、目標方位を算出する、ことを特徴とするソーナー装置。
It has an acoustic array composed of a predetermined number of channels of 3 or more,
a first beam formed using all the channels in the predetermined area of the acoustic array; and at least three beams that partially overlap with another subarray using some channels in the predetermined area of the acoustic array. Equipped with a reception processing unit that calculates multiple pieces of azimuth information for one target from the received signals obtained from the subarray beams,
In the reception processing section,
generating a full beam as the first beam using all channels in the predetermined area of the acoustic array;
a beam center distance between the full beam and the full beam is set to a first value at which no phase inversion occurs between the beam and the full beam, and a direction detection beam by a first sub-array that utilizes some channels of the acoustic array;
generating first and second split beams by second and third subarrays having a beam center spacing larger than the first value and separating channels in the predetermined region of the acoustic array;
A sonar device characterized in that a target orientation is calculated based on phase difference information between the full beam and the orientation detection beam and phase difference information between the first and second split beams .
予め定められた3以上のチャネル数で構成される音響アレイを有し、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の1つのサブアレイと一部重複する少なくとも3つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する受信処理部を備え、
前記受信処理部において、
前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第1のサブアレイにより第2のビームを形成する手段を備え、
前記第1のビームと前記第2のビームは、予め定められた所定の方位に関して、位相反転が生じないビーム中心間隔に設定され、
前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第2、第3のサブアレイによる第3、第4のビームを形成する手段と、
前記第1のビームと前記第2のビームに基づき、前記所定の方位に関する第1の方位を検出する第1の方位検出手段と、
前記第3のビームと前記第4のビームに基づき、前記所定の方位に関する第2の方位を検出する第2の方位検出手段と、
をさらに備え、
前記第1の方位に対応する前記第1及び第2のビーム間の位相差情報と、前記第2の方位に対応する前記第3及び第4のビーム間の位相差情報とに基づき、前記所定の方位に関する目標方位を算出する、ことを特徴とするソーナー装置。
It has an acoustic array composed of a predetermined number of channels of 3 or more,
a first beam formed using all the channels in the predetermined area of the acoustic array; and at least three beams that partially overlap with another subarray using some channels in the predetermined area of the acoustic array. Equipped with a reception processing unit that calculates multiple pieces of azimuth information for one target from the received signals obtained from the subarray beams,
In the reception processing section,
means for forming a second beam by a first sub-array using some channels of the acoustic array;
The first beam and the second beam are set at a beam center spacing that does not cause phase reversal with respect to a predetermined direction;
means for forming third and fourth beams by second and third subarrays that separate channels in the predetermined region of the acoustic array;
a first orientation detection means for detecting a first orientation related to the predetermined orientation based on the first beam and the second beam;
a second orientation detection means for detecting a second orientation related to the predetermined orientation based on the third beam and the fourth beam;
Furthermore,
Based on the phase difference information between the first and second beams corresponding to the first direction and the phase difference information between the third and fourth beams corresponding to the second direction, A sonar device characterized by calculating a target direction with respect to a direction of.
前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第4のサブアレイにより第5のビームを形成する手段を備え、
前記第1のビームと前記第5のビームは、前記所定の方位とは別の方位に関して、位相反転が生じないビーム中心間隔に設定され、
前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第5、第6のサブアレイによる第6、第7のビームを形成する手段と、
前記第1のビームと前記第5のビームに基づき、前記所定の方位とは別の方位に関する第3の方位を検出する第3の方位検出部と、
前記第6のビームと前記第7のビームに基づき、前記所定の方位とは別の方位に関する第4の方位を検出する第4の方位検出部と、
を備え、
前記第3の方位に対応する前記第1及び第5のビーム間の位相差情報と、前記第4の方位に対応する前記第6及び第7のビーム間の位相差情報とに基づき、前記所定の方位とは別の方位に関する目標方位を算出する、ことを特徴とする請求項記載のソーナー装置。
comprising means for forming a fifth beam by a fourth sub-array using some channels of the acoustic array;
The first beam and the fifth beam are set at a beam center spacing that does not cause phase reversal in a direction other than the predetermined direction,
means for forming sixth and seventh beams by fifth and sixth subarrays that separate channels in the predetermined region of the acoustic array;
a third orientation detection unit that detects a third orientation other than the predetermined orientation based on the first beam and the fifth beam;
a fourth orientation detection unit that detects a fourth orientation other than the predetermined orientation based on the sixth beam and the seventh beam;
Equipped with
Based on the phase difference information between the first and fifth beams corresponding to the third direction and the phase difference information between the sixth and seventh beams corresponding to the fourth direction, 3. The sonar device according to claim 2 , wherein the target azimuth is calculated in a azimuth different from the azimuth.
前記目標方位と距離のグリッドについて輝度値情報を表示する表示部を備えた、ことを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載のソーナー装置。 The sonar device according to any one of claims 1 to 3 , further comprising a display unit that displays brightness value information regarding the target direction and distance grid. 予め定められた3以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置での目標方位算出にあたり、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の1つのサブアレイと一部重複する少なくとも3つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出
前記音響アレイの前記所定領域のすべてのチャネルを利用したフルビームを前記第1のビームとして生成し、さらに、
前記フルビームとのビーム中心間隔が、前記フルビームとの間で位相反転が発生しない第1の値とされ、前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第1のサブアレイによる方位検出ビームと、
ビーム中心間隔が前記第1の値よりも大とされ、前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第2、第3のサブアレイによる第1、第2のスプリットビームを生成し、
前記フルビームと前記方位検出ビーム間の位相差情報と、前記第1及び第2のスプリットビーム間の位相差情報に基づき、目標方位を算出する、ことを特徴とする目標方位算出方法。
When calculating the target direction with a sonar device having an acoustic array consisting of a predetermined number of channels of 3 or more,
a first beam formed using all the channels in the predetermined area of the acoustic array; and at least three beams that partially overlap with another subarray using some channels in the predetermined area of the acoustic array. Calculates multiple pieces of azimuth information for a single target from the received signals obtained from the subarray beams,
generating a full beam as the first beam using all channels in the predetermined area of the acoustic array;
a beam center distance between the full beam and the full beam is set to a first value at which no phase inversion occurs between the beam and the full beam, and a direction detection beam by a first sub-array that utilizes some channels of the acoustic array;
generating first and second split beams by second and third subarrays having a beam center spacing larger than the first value and separating channels in the predetermined region of the acoustic array;
A target orientation calculation method , comprising: calculating a target orientation based on phase difference information between the full beam and the orientation detection beam, and phase difference information between the first and second split beams .
予め定められた3以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置での目標方位算出にあたり、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の1つのサブアレイと一部重複する少なくとも3つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出し、
前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第1のサブアレイにより第2のビームを形成し、
前記第1のビームと前記第2のビームは、予め定められた所定の方位に関して、位相反転が生じないビーム中心間隔に設定され、
前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第2、第3のサブアレイによる第3、第4のビームを形成し、
前記第1のビームと前記第2のビームに基づき、前記所定の方位に関する第1の方位を検出し、
前記第3のビームと前記第4のビームに基づき、前記所定の方位に関する第2の方位を検出し、
前記第1の方位に対応する前記第1及び第2のビーム間の位相差情報と、前記第2の方位に対応する前記第3及び第4のビーム間の位相差情報とに基づき、前記所定の方位に関する目標方位を算出する、ことを特徴とする目標方位算出方法。
When calculating the target direction with a sonar device having an acoustic array consisting of a predetermined number of channels of 3 or more,
a first beam formed using all the channels in the predetermined area of the acoustic array; and at least three beams that partially overlap with another subarray using some channels in the predetermined area of the acoustic array. Calculates multiple pieces of azimuth information for a single target from the received signals obtained from the subarray beams,
forming a second beam by a first sub-array using some channels of the acoustic array;
The first beam and the second beam are set at a beam center spacing that does not cause phase reversal with respect to a predetermined direction;
forming third and fourth beams by second and third subarrays that separate channels in the predetermined region of the acoustic array;
detecting a first orientation regarding the predetermined orientation based on the first beam and the second beam;
detecting a second orientation related to the predetermined orientation based on the third beam and the fourth beam;
Based on the phase difference information between the first and second beams corresponding to the first direction and the phase difference information between the third and fourth beams corresponding to the second direction, A method for calculating a target direction, characterized in that the target direction is calculated in relation to the direction of the target direction.
予め定められた3以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置を構成するコンピュータに、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の1つのサブアレイと一部重複する少なくとも3つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する処理であって
前記音響アレイの前記所定領域のすべてのチャネルを利用したフルビームを前記第1のビームとして生成し、さらに、
前記フルビームとのビーム中心間隔が、前記フルビームとの間で位相反転が発生しない第1の値とされ、前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第1のサブアレイによる方位検出ビームと、
ビーム中心間隔が前記第1の値よりも大とされ、前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第2、第3のサブアレイによる第1、第2のスプリットビームを生成し、
前記フルビームと前記方位検出ビーム間の位相差情報と、前記第1及び第2のスプリットビーム間の位相差情報に基づき、目標方位を算出する処理を実行させるプログラム。
A computer that configures a sonar device having an acoustic array configured with a predetermined number of channels of three or more,
a first beam formed using all the channels in the predetermined area of the acoustic array; and at least three beams partially overlapping with another subarray using some channels in the predetermined area of the acoustic array. A process of calculating multiple pieces of azimuth information for one target from received signals obtained from beams of subarrays,
generating a full beam as the first beam using all channels in the predetermined area of the acoustic array;
a beam center distance between the full beam and the full beam is set to a first value at which no phase inversion occurs between the beam and the full beam, and a direction detection beam by a first sub-array that utilizes some channels of the acoustic array;
generating first and second split beams by second and third subarrays having a beam center spacing larger than the first value and separating channels in the predetermined region of the acoustic array;
A program that executes processing for calculating a target orientation based on phase difference information between the full beam and the orientation detection beam and phase difference information between the first and second split beams .
予め定められた3以上のチャネル数で構成される音響アレイを有するソーナー装置を構成するコンピュータに、
前記音響アレイの所定領域のすべてのチャネルを用いて形成される第1のビームと、前記音響アレイの前記所定領域の一部のチャネルを利用し他の1つのサブアレイと一部重複する少なくとも3つのサブアレイのビームで得られる受信信号から、一つの目標に対して、複数の方位情報を算出する処理であって、
前記音響アレイの一部のチャネルを利用した第1のサブアレイにより第2のビームを形成し、
前記第1のビームと前記第2のビームは、予め定められた所定の方位に関して、位相反転が生じないビーム中心間隔に設定され、
前記音響アレイの前記所定領域のチャネルを分離した第2、第3のサブアレイによる第3、第4のビームを形成し、
前記第1のビームと前記第2のビームに基づき、前記所定の方位に関する第1の方位を検出し、
前記第3のビームと前記第4のビームに基づき、前記所定の方位に関する第2の方位を検出し、
前記第1の方位に対応する前記第1及び第2のビーム間の位相差情報と、前記第2の方位に対応する前記第3及び第4のビーム間の位相差情報とに基づき、前記所定の方位に関する目標方位を算出する処理を、前記コンピュータに実行させるプログラム。
A computer that configures a sonar device having an acoustic array configured with a predetermined number of channels of three or more,
a first beam formed using all the channels in the predetermined area of the acoustic array; and at least three beams that partially overlap with another subarray using some channels in the predetermined area of the acoustic array. A process of calculating multiple pieces of azimuth information for one target from received signals obtained from beams of subarrays,
forming a second beam by a first sub-array using some channels of the acoustic array;
The first beam and the second beam are set at a beam center spacing that does not cause phase reversal with respect to a predetermined direction;
forming third and fourth beams by second and third subarrays that separate channels in the predetermined region of the acoustic array;
detecting a first orientation regarding the predetermined orientation based on the first beam and the second beam;
detecting a second orientation related to the predetermined orientation based on the third beam and the fourth beam;
Based on the phase difference information between the first and second beams corresponding to the first direction and the phase difference information between the third and fourth beams corresponding to the second direction, A program that causes the computer to execute a process of calculating a target orientation regarding the orientation.
JP2020014049A 2020-01-30 2020-01-30 Sonar device and target direction calculation method and program Active JP7447513B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020014049A JP7447513B2 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Sonar device and target direction calculation method and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020014049A JP7447513B2 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Sonar device and target direction calculation method and program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021120647A JP2021120647A (en) 2021-08-19
JP7447513B2 true JP7447513B2 (en) 2024-03-12

Family

ID=77269884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020014049A Active JP7447513B2 (en) 2020-01-30 2020-01-30 Sonar device and target direction calculation method and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7447513B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000147096A (en) 1998-11-10 2000-05-26 Nec Corp Active sonar indicator
JP2004184341A (en) 2002-12-05 2004-07-02 Furuno Electric Co Ltd Azimuth detection device
JP2009264968A (en) 2008-04-25 2009-11-12 Fujitsu Ten Ltd Radar device, method of processing signal for radar device, and vehicle control system
JP2013140173A (en) 2013-03-13 2013-07-18 Toshiba Corp Angle measuring device
JP2017535788A (en) 2014-11-26 2017-11-30 ヴァレオ、レーダー、システムズ、インコーポレイテッドValeo Radar Systems, Inc. Method and apparatus for increasing angular resolution in an automotive radar system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3098343B2 (en) * 1992-11-13 2000-10-16 日本無線株式会社 Fish finder for weighing
JP2734397B2 (en) * 1995-03-22 1998-03-30 日本電気株式会社 Active sonar device
JPH10186029A (en) * 1996-12-20 1998-07-14 Kaijo Corp Underwater position detecting device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000147096A (en) 1998-11-10 2000-05-26 Nec Corp Active sonar indicator
JP2004184341A (en) 2002-12-05 2004-07-02 Furuno Electric Co Ltd Azimuth detection device
JP2009264968A (en) 2008-04-25 2009-11-12 Fujitsu Ten Ltd Radar device, method of processing signal for radar device, and vehicle control system
JP2013140173A (en) 2013-03-13 2013-07-18 Toshiba Corp Angle measuring device
JP2017535788A (en) 2014-11-26 2017-11-30 ヴァレオ、レーダー、システムズ、インコーポレイテッドValeo Radar Systems, Inc. Method and apparatus for increasing angular resolution in an automotive radar system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021120647A (en) 2021-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3144700B1 (en) Adaptive beamformer for sonar imaging
US7792313B2 (en) High precision beamsteerer based on fixed beamforming approach beampatterns
EP0807990A1 (en) Circularly symmetric, zero redundancy, planar array antenna
JP2008536120A (en) Positioning system with a small element antenna array
JP2012112712A (en) Transmitting and receiving device
EP2312573B1 (en) Electronic baffling of sensor arrays
JP2006208110A (en) Underwater detector and its display control method
US5596550A (en) Low cost shading for wide sonar beams
JP6179973B2 (en) Signal processing device, underwater detection device, signal processing method, and program
JPH10186030A (en) Direction detectable fish finder
JP7447513B2 (en) Sonar device and target direction calculation method and program
JP7302293B2 (en) Direction estimation device, direction estimation method, and program
JP5600464B2 (en) Radar apparatus and computer program
JP7238516B2 (en) Sonar device and target detection method using the same
JP7255178B2 (en) Sonar device, method and program
JP7434809B2 (en) Sonar devices, methods, and programs
JP6088165B2 (en) Detection device, detection method, and detection program
Jiang et al. Beam-time delay domain deconvolved scheme for high-resolution active localization of underwater targets
JP3946692B2 (en) Radio wave detector
JP2647041B2 (en) Passive sonar signal processing method
JP5982953B2 (en) Acoustic target, transmission signal generation method and program
JP2023146347A (en) Image sonar device, method and program
RU2810695C1 (en) Direction finder of hydroacoustic signals, forming static fan of spatial channels
KR101936152B1 (en) Dirctional linear array sensor and signal processing method thereof
Nair et al. Left-Right ambiguity resolution for coprime sparse arrays

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221205

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230920

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231003

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240130

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240212

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7447513

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151