JPH0117552B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はソーナー装置に関する。

運用目的等にもとづき予め特定する指向特性、
レベルの送波出力を海中、海底等に放射して目標
の反射するエコーを入力し、これにより目標の距
離および方位情報等を得るソーナー装置はよく知
られている。

ソーナー装置によつて得られる距離情報は、送
波出力を放射してから目標の反射エコーを入力す
るまでの時間と音速とによつて決定し、また方位
情報は送波出力によつて得られる反射エコーを入
力する受信指向性方位あるいは入力センサの方位
に対応して決定されることもまたよく知られてい
る。

また、ソーナーによつて目標の距離および方位
情報を得る際の受信方法として、通常送波ビーム
にはパルス送信が利用され、これを受信するには
送波出力放射後、予め設定した距離レンジに対応
する時間、ソーナー装置を受信状態として目標か
ら反射するエコーの入力を待機するか、もしくは
このようにして一度反射エコーを入力した後はこ
の反射エコーによつて得られた距離情報すなわち
エコー入力時間を中心とし送信パルスのパルス
幅、受信すべき目標の内容等によつて予め設定す
る時間幅およびレベルをもつた受信ゲートを設定
しこれを介してその後の反射エコーの入力を待機
するかのいずれかの方法がとられ、これによつて
得られる距離情報とこの距離情報に対応する方位
情報とを目標情報として利用している。

前述した受信ゲートの時間幅すなわちゲートタ
イム、および受信ゲートのレベルすなわちゲート
レベルは通常第１回目の反射エコー、送信パルス
幅等に対応して設定され、もしこの受信ゲートで
予測入力が得られないときはゲートタイムをさら
に拡大して設定する。ゲートレベルも入力するエ
コーレベルに対応し再設定の必要あるときはこれ
を実施する。

このような受信ゲートの設定によるエコー受信
を行うか、あるいは受信ゲートを利用しないでエ
コー受信を行うかはソーナー装置の運用目的等に
よつて所望に応じ任意に決定できるが、受信ゲー
トを利用して行うエコーの受信は受信時間をゲー
トタイムに限定することによつて受信信号Ｓと雑
音Ｎとの比Ｓ／Ｎに改善し、従つて検知できる最
小信号レベルもそれだけ小さくできるというよう
な種種の特徴を有し、従つてこれらの特徴を活用
しようとするソーナー運用においてはしばしば利
用されている。

この受信ゲートをかけることによつてまた次の
ような効果が期待できる。

すなわち、受信ゲートをかけることなくエコー
を受信するときには入力した信号が所望のもので
あるか否かの判別、すなわち信号が真であるか偽
であるかの判別が過去のデータからの類推のみに
基本的に依存するしかないという問題があり、こ
のため特に入力データの判別性を向上させるには
上述した受信ゲートの設定が有効な手段であると
いえる。

しかしながら、このような従来の受信ゲート設
定によるエコーの入力についてはまた次のような
欠点がある。

すなわち、その１は、このような受信ゲートの
設定によるエコー受信によつて入力データの真、
偽の判別性はある程度は改善されるものの、その
判別性はあくまで前回のデータとの時間相関性の
みを尺度としており、従つてこの時間相関性に合
致するものはすべて真の入力として処理されてし
まい、また受信ゲートによる入力データが無い場
合はゲートタイムを次次に拡張して入力を確認す
るしかなく極端な場合は受信ゲートを設定しない
状態にまでなつてしまうという欠点がある。

その２は、多重パスもしくは多重反射等を受け
た送波ビームのエコーがこの受信ゲートを介して
入力されるとき、これら多重パスを介して入力す
るエコーのたとえば第２エコーが基本エコーより
も高レベルで入力することもしばしば起るが、こ
のような場合、従来の受信ゲートでは次回以降の
エコー受信に設定する受信ゲートが基本エコーで
はなくてレベルの高い第２エコーを対象として設
定されてしまい、得られるデータの真もしくは偽
である信頼性を低下せしめてしまうという欠点が
ある。このことは受信回路が送信と同時に予め特
定する時間、特定の減衰特性で利得を制御する、
いわゆるTVG（Time Variable Gaincontrol）
等によつて利得制御されているような場合にはこ
の影響を加算した状態となつてあらわれるという
欠点がある。

その３は、目標の状態の変化、あるいは目標の
体勢の変化に対しては従来の受信ゲート設定によ
る受信では前述したその１およびその２の欠点が
生じ易いという欠点である。

このことは、たとえば測深ソーナーにおいて海
底の傾斜が急傾斜に変化したり、あるいは移動目
標の探信ソーナー等にあつても目標の運動等によ
つて送波ビームとの体勢が急変化すること等によ
つてエコーレベルが小さくなり、それまで設定し
てあるゲートタイムではエコー入力には狭過ぎる
ようになる場合などにしばしば発生するものであ
る。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、受信ゲ
ートを介してエコーを受信するソーナー装置にお
いて、入力するｎ個のエコーの距離情報に対しそ
の平均自乗誤差を最小ならしめる距離最小平均自
乗誤差曲線を設定し、これを前記距離情報に対す
る近似関数特性線として、この近似関数特性線の
延長線上において得られる次回の送信時間に対応
する距離情報をｎ＋１個目のエコーの距離情報の
中心値とし、かつｎ個のエコーの距離情報の前記
近似関数曲線に対する分散に比例する距離を等分
して前記距離情報中心値の前後に与えた予測距離
範囲に対応した時間幅の受信ゲートを設定してエ
コーを次次に受信するとともに、この受信に対応
するエコー方位についても前述した距離情報と同
様な近似関数特性線設定による方位の予測設定を
行なつてソーナーの送、受信を行なう手段を備え
ることにより、受信ゲートを介して入力するエコ
ーの捕捉率ならびに真、偽の判別性を著しく改善
し、またマルチパス等を介して入力する不要なエ
コーの受信を基本的に除去し得て、かつ目標の状
態ならびに体勢等によるエコーの変動に対しても
忠実に追随してこれを入力せしめることができる
ソーナー装置を提供することにある。

本発明の装置は、ソーナー装置において、送波
出力に対応して得られる過去ｎ個のエコーの距離
情報の平均自乗誤差が最小となり前記ｎ個のエコ
ーの距離情報の分散を最小とするｍ（ｍ＝１、２、
…ｍ）次の最小平均自乗誤差関数にもとづいて前
記距離情報を近似するように設定する距離最小平
均自乗誤差特性線の延長線上において前記送波出
力の次回送信時間に対応して得られるｎ＋１個目
のエコーの予測距離情報を予測距離中心値とし前
記距離最小自乗誤差特性線に対する前記ｎ個のエ
コーの距離情報の分散に比例する距離を前記予測
距離中心値に等分して与えた予測受信距離範囲に
対応する予測時間中心値および時間幅でｎ＋１個
目のエコー受信を行なう予測受信距離設定手段
と、前記ｎ個のエコーの方位情報の平均自乗誤差
が最小となり前記ｎ個のエコーの方位情報の分散
を最小とするｍ次の最小平均自乗誤差関数にもと
づいて前記方位情報を近似するように設定する方
位最小平均自乗誤差特性線の延長線上において前
記送波出力の次回送信時間に対応して得られるｎ
＋１個目のエコーの予測方位情報を予測方位中心
角度とし前記方位最小平均自乗誤差曲線に対する
前記ｎ個のエコーの方位情報の分散に比例する角
度を前記予測方位中心角度に等分して与えた予測
受信方位角範囲にｎ＋１個目の送波出力を送信せ
しめるとともに前記予測受信距離設定手段による
予測受信距離を前記予測受信方位角範囲に設定し
前記ｎ＋１個目のエコーを受信せしめる予測受信
方位設定手段とを備えて構成される。

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図であ
る。送信回路１は、入力端子１００１を介して表
示回路のコンソールパネル（図示せず）等から送
信トリガパルス１００１―１を受けるとこれに同
期した送信繰返し周期で所定の送信出力１０１を
出力しこれを送受切替回路２を介して送受波器３
に印加し所定の指向特性を有する送波出力３０１
を海中に放射する。

本実施例においては送受波器３は送受兼用の送
受波器素子をＮ個等円配列したものをＭ段に多段
に積上げて配置しいわゆるＮステーブ、Ｍスタツ
ク構成の円筒配列型の送受波器としたものを利用
し、送信回路１はこの送受波器３のステーブ数Ｎ
に対応するＮチヤンネル数の送信電力増幅回路を
有し送信トリガパルス１００１―１入力ごとに送
受切替回路２を介して送信出力１０１を送受波器
３に印加する。

送信回路１は、内蔵する送信電力増幅回路の出
力をそれぞれ対応する送受波器３の全ステーブに
印加して送波出力３０１を送出せしめる全方向送
信のほか、形成すべき送波指向性に対応した予め
特定する個数の隣接したステーブの送受波器素子
に対応する送信電力増幅回路を利用し、これらの
送信電力増幅回路の出力の位相差を、これと対応
するステーブの送受波器素子の配列条件等によつ
て決る位相差を補償するようにそれぞれ遅延移相
して位相合成せしめる前記送信電力増幅回路と同
数のＮ個の送信整相回路によつて所定の送波指向
性を有する送波出力３０１を送出する指向性送信
も行う。この指向性送信によつて得られる送波出
力３０１の指向方向中心は、指向性送信に利用す
る送受波器素子の配列面の中心と一致し、送信回
路１は予め送信指向性制御プログラムを内蔵する
送信指向性切替回路によつて前述した全方向送信
および指向性送信のいずれかを任意に選択するこ
とができる。このような送信モードの指定は、外
部入力端子１００２を介して表示装置（図示せ
ず）から入力する送信モード設定信号１００２―
１に対応する送信指向性切替回路の動作によつて
行われる。この送信指向性切替回路は論理ゲート
回路、送信指向性制御プログラムを内蔵する
ROM等を備え前記プログラムの制御のもとにこ
の動作を実行せしめている。

送受切替回路２はリレー回路、リレー駆動回路
等を有し、上述した送信モードの切替に対応する
送受切替信号１０２を前記送信指向性切替回路か
ら受けると、これによつて指定される送信回路１
の送信電力増幅回路と送受波器３の送受波器素子
との送信接続を行うとともに、送信後、送受波器
３を受波接続に切替えてこれを受信回路４に接続
せしめる。

送受切替回路２はまた、後述する予測受信方位
設定回路５の出力する予測受信方位ゲート信号５
３１を送信回路１とともに受け、この予測受信方
位ゲート信号５３１によつて指定される予測受信
方位に対する送信回路１による送信出力１０１の
送出、ならびに前記予測受信方位における受信回
路４の受信を可能ならしめる送受切替動作も実施
する。

受信回路４は、後述する予測受信距離設定回路
５から出力する予測受信時間ゲート信号５３１に
より、エコー３０２を送受波器３で電気信号に変
換した受信信号３０３の受信時間を設定する受信
時間ゲート動作を行うための受信ゲート回路を備
え前記送受波器３のステーブ数Ｎに対応するＮチ
ヤンネルの入力増幅器を有する入力増幅回路４
１、この入力増幅回路４１のＮチヤンネルの入力
増幅器のそれぞれに対応するＮチヤンネルの移相
回路を有する受信整相回路４２、この受信整相回
路４２の出力を受け、これを所定のレベル、波形
の受信出力４０１として出力端子１００３を介し
て表示回路等に送出する出力回路４３、および受
信整相回路４２の出力を受け受信信号３０３の方
位および距離情報を抽出してこれをそれぞれ方位
データ４４１距離データ４４２として、それぞれ
予測受信方位設定回路５および予測受信距離設定
回路６に送出する距離・方位信号発生回路４４を
備えて構成される。

さて、本実施例における受信は予め送受波器３
の全方位にわたつて所定の方位角刻みでＲ個の予
め特定する指向幅を有する受波指向性を形成し、
これを切替つつ受信するいわゆる待受け受信方式
を利用しており、この受波指向性の切替は、送信
方位と対応し、次次に右もしくは左廻りに送受波
器３の対応ステーブを切替つつ受信するかもしく
は所定の方位角範囲を選択設定してこの範囲にお
いて受信するかのいずれかとしている。

受信整相回路４２は上述した受信動作に対応し
位相合成すべき入力増幅回路４１の出力と対応す
る受信整相回路４２の移相回路の組合せを、内蔵
するリレー切替回路により送受切替信号１０２お
よび予測受信方位ゲート信号５３１を受けつつこ
の制御のもとに設定している。

受信整相回路４２の出力は出力ライン４２１を
介して出力回路４３に送出される。出力回路は、
受信整相回路４２によつて形成されるＲ個の受波
指向性のいづれかによつて得られる１つもしくは
複数の受信信号３０３を入力し、増幅回路によつ
て一旦所定のレベルまで増幅したのちパルス整形
回路により所定のパルス波形信号に変換する。さ
らにこの入力を受けた受信指向性から得られる方
位情報を利用し、予め方位演算プログラムを内蔵
するROMにより受信信号３０３の方位を演算し
てＤ／Ａコンバータ等を介してアナログ量の方位
信号を発生しこれと上述したパルス波形信号とを
受信出力４０１として出力する。

受信整相回路４２の出力は出力ライン４２２を
介して距離・方位信号発生回路４４にも入力され
る。

距離・方位信号発生回路４４はエコー判定回
路、距離信号発生回路および方位信号発生回路等
を備えて構成され、増幅回路を介して受信整相回
路４２の出力をレベル比較回路を利用するエコー
判定回路に入力し、この入力レベルを予めソーナ
ーの環境条件における雑音等を勘案して設定した
比較域値と比較しこれを越えるレベルの入力のみ
をエコーと判定してこれを距離信号発生回路およ
び方位信号発生回路に送出する。エコー判定回路
はまた、入力がエコーであると判定されたとき、
これを論理ゲート回路等を介してゲートパルス４
４３として出力回路４３に送出、これにより出力
回路４３の増幅回路に送出される受信整相回路の
入力を制御している。従つて出力回路４３にはエ
コーと判定された受信信号３０３のみが入力され
ることとなる。

さて、エコー判定回路によりエコーと判定され
て出力し方位信号発生回路に入力した受信整相回
路の出力は、方位信号発生回路のアナログゲート
回路により２値の論理値“１”レベルに変換され
る。論理値“１”レベルに変換された受信整相回
路出力は次に受信整相回路４２によつて形成され
るＲ個の待受け受波指向性の出力に対応する入力
端子と予め特定するビツト数に対応した出力端子
とを有し制御プログラムを予め内蔵するROMに
よつて次次にRAMに読込まれ、制御プログラム
の制御のもとにこれを待受け受波指向性ごとに異
る２値の論理値“１”、“０”の論理値符号系列の
方位データ４４１として出力される。

予測受信方位設定回路５は、入力した方位デー
タ４４１を受けこの方位データにもとづいて次の
予測受信方位を設定する予測受信方位ゲート信号
５３１を発生するものであり、方位データ計測回
路５１、予測方位・分散演算回路５２および予測
受信方位ゲート信号発生回路５３等を備えて構成
される。

方位データ計測回路５１は入力する方位データ
４４１のビツト数に等しい複数の入力シフトレジ
スタのそれぞれにより方位データを並列にストア
しこれを制御プログラムを内蔵するROMによつ
て次次にRAMに読込み、また別にROMに受け
る起動トリガーパルス１０００―１の入力を得て
これらの入力により制御プログラムの制御のもと
に送信時間と受信エコー方位とを組合せた方位デ
ータ計測信号５１１を出力し、これを予測方位・
分散演算回路５２に送出する。

予測方位・分散演算回路５２は、予測方位演算
プログラム、制御プログラム等を内蔵する
ROM、最小平均自乗誤差演算回路、分散演算回
路、予測方位演算回路等を備えて構成される。

本実施例においては、方位データ計測信号５１
１はエコー受信ごとに、対応する送信時間情報と
ともに次次に出力され、予め特定する個数ｑ個に
達すると常に最新の個数のみを出力するように制
御される過去ｎ個としている。この予め特定する
個数は予測方位・分散演算回路５２によつて演算
される予測方位およびその分散の精度、演算効率
等を勘案して予め設定されるものである。

さて、ｎ＝１すなわち第１回目のエコーによる
方位データ計測信号５１１を入力すると予測方
位・分散演算回路５２は、これを読込んだROM
の予測方位演算プログラムの制御のもとに予測受
信方位データを発生しこれを予測受信方位信号５
２１として出力する。

入力する方位計測信号５１１はその方位情報に
対応する２値の論理値の組合せによる符号系列を
有し、これを入力したROMはこの方位を中心と
し、予め推定しうるソーナー目標の最大速度から
推定される移動半径を有する移動範囲に対応する
方位範囲を設定しこれを次のエコー予測方位とし
てこの情報を予め特定するビツト数、かつ設定予
測方位ごとに異る組合せの２値の論理値符号系列
として出力、これを予測受信方位信号５２１とし
て予測受信方位ゲート信号発生回路５３に送出す
る。

次にｎ＝２、すなわち第２回目のエコーによる
方位データ計測信号５１１が入力してからあとｎ
が前述した特定の数ｑに達し、さらにこのｑ個が
１個ずつ更新されて常に最新のｑ個として継続入
力する間、次次にRAMに読込まれるこれらの入
力はROMのプログラムの制御のもとに最小平均
自乗誤差演算回路によつて入力の方位情報間の平
均自乗誤差を最小ならしめる関数、すなわち方位
情報近似関数の設定を実行せしめる。

いま過去ｎ個の方位データ計測信号５１１のも
つ方位情報をＤ（ｎ）（ｎ＝１、２、３、……ｑ）
とし、Ｄ（ｎ）個の方位情報間の平均自乗誤差を
最小ならしめるｍ次の最小平均自乗誤差関数をｙ
（ｎ）とするとｙ（ｎ）は次の(1)式で示すことがで
きる。

ｙ（ｎ）＝a₀＋a₁（ｎ）＋a₂（ｎ）²…＋a_n（ｎ）^m ＝_n 〓^m=0 a_n（ｎ）^m ……(1) (1)式において次数ｍは方位情報Ｄ（ｎ）を最小
自乗近似によつて近似すべき関数の次数であり後
述する如くｍ＜ｎであり、また未知の係数a₀，
a₁，……a_nを決定することによりｙ（ｎ）が決定
される。

すなわち、（ｎ）は変数であり、次数ｍと（ｎ）
の係数によつて(1)式の関数が決定され、たとえば
（ｍ）＝１の場合は、ｙ（ｎ）＝a₀＋a₁（ｎ）となつ
て直線、ｍ＝２の場合はｙ（ｎ）＝a₀＋a₁（ｎ）＋a₂
（ｎ）²となつて２次曲線となる。未知の係数a₀，
a₁，…a_nを決定するには、次の如く、方位情報の
分散を最小とする(1)式を方位最小平均自乗誤差曲
線として求めればよい。

さて、方位情報Ｄ（ｎ）に対するｙ（ｎ）の分散
Y²は次の(2)式によつて示すことができる。

Y²＝_n 〓ⁿ⁼¹ （Ｄ（ｎ）−ｙ（ｎ））² ……(2) よく知られるように(2)式による分散Y²を最小
ならしめるための条件はY²をa₀，a₁，a₂……a_n
について偏微分したものを零とするｍ個の連立一
次方程式を解けばよい。従つて、この連立一次方
程式はδY²／δa₀、δY²／δa₁……δY²／δa_nをそれ
ぞれ零として導かれる次の(3)式に示す連立方程式
を解けばよいことになる。

(3)式の連立方程式を構成する各等式の最高の次
数はｍであり各等式の数はｍ＋１個であるため(3)
式の連立方程式は解を有し未知数a₀，a₁，……a_n
が得られ、これによつてｙ（ｎ）およびY²が求ま
る。

予測方位・分散演算回路５２はROMの内蔵プ
ログラムの制御のもとに(1)式に示す最小平均自乗
誤差関数ｙ（ｎ）を最小平均自乗誤差演算回路に
よつて設定するとともに、また(2)式に示す方位情
報の分散Y²を分散演算回路によつて得る。得ら
れた最小平均自乗誤差関数ｙ（ｎ）は次に予測方
位演算回路に送出され、ｎ＋１個目のエコーを発
生させるべき送信時間に対応して(1)式で示される
ｙ（ｎ）の最小平均自乗誤差曲線の延長線上にお
いて得られる方位予測値を決定し、さらにこの方
位予測値を中心としこれに(2)式による分散に対応
する角度範囲を含めたものを予め特定するビツト
数の論理値符号系列による予測受信方位信号５２
１として予測受信方位ゲート信号発生回路５３に
送出する。

第２図は第１図の実施例における予測受信方位
設定の説明図である。過去ｎ回ごとに、第２図の
場合は過去５回のt₁，t₂，…t₅の送信タイミング
ごとに得られる方位情報P₁，P₂…P₅に対してそ
の分散を最小とする方位最小平均自乗誤差特性線
Ａが２次曲線として設定された場合を例としてい
る。すなわち、この場合は、(1)式がｙ（ｎ）＝a₀＋
a₁（ｎ）＋a₂（ｎ）²の２次関数として表現されて方
位情報を近似するように係数a₀，a₁，a₂が決定さ
れ、この延長線上にｎ＋１、すなわち６回目の送
信タイミングに対応して予測方位中心角度P₆が
決定される。この予測方位中心角度P₆を中心と
して方位情報P₁〜P₅の分散を等分して付与した
線分l₁とl₂によつて示されるd₁が予測受信方位角
範囲となる。この場合、分散に比例して等分して
付与される量は、比例常数を１とし分散をそのま
ま利用しているが、この比例常数の設定はソーナ
ーの運用条件等を勘案して予め設定される。

予測受信方位ゲート信号発生回路５３は入力し
た予測受信方位信号５２１を入力すると、ｎ＝１
すなわち前述した第１回目の予測受信方位信号５
２１に引続きｎ＝２、すなわち第２回目以後次次
にこのようにしてｑ個目までの入力エコーによる
予測受信方位信号５２１を入力し、このあと絶え
ず更新されるｑ個ずつのエコーによる予測受信方
位信号５２１を入力しつつ、これを一旦バツフア
メモリにストアしつつROMの内蔵プログラムの
制御のもとに次次に読出しデコーダを介して出力
し予測受信方位ゲート信号５３１として送信回路
１、送受切替回路２および受信回路４に送出す
る。この予測受信方位ゲート信号は送信出力１０
１の送信繰返し周期に対応させて第２回目以後の
送信予定時間ごとに出力される。

さて、送信回路１に送出された予測受信方位ゲ
ート信号５３１は送信指向性切替回路に入力さ
れ、内蔵するROMのプログラムの制御のもとに
次に行うべき送信指向性方位をこの予測受信方位
ゲート信号５３１の指定する方位範囲に切替設定
し、これによつて次の送信方位、ならびにこれと
対応する送受波器３のステーブと受信回路４の入
力増幅回路４１の入力増幅器との接続を行う送受
切替が行われる。

予測受信方位ゲート信号５３１は受信回路４の
受信整相回路４２にも送出され、受信整相回路４
２で形成するＲ個の待受け受信指向性のうち、予
測受信方位ゲート信号５３１によつて指定される
方位角範囲に対応する待受け受信指向性が前述し
た送受切替によつて送受波器３に接続された入力
増幅器に対応して選択設定されるように動作せし
める。

このようにして過去ｎ個のエコーの方位情報に
もとづいて予測されたｎ＋１個目のエコーに対す
る予測方位の設定、およびこの予測方位に対応す
る指向性送信方位の設定が行われ、この予測方位
においてｎ＋１個目のエコーを入力する。

さて、受信回路４の距離・方位信号発生回路４
４のエコー判定回路によつてエコーと判定され距
離信号発生回路に入力されたｎ＝１すなわち第１
回目のエコーによる受信整相出力４２２は、増幅
回路によつて所定のレベルまで増幅したのち、パ
ルス整形回路等を介して所定のレベル、波形のパ
ルスとし、これを距離データ４４２として予測受
信距離設定回路６に送出される。

予測受信距離設定回路６は、距離データ計測回
路６１、予測距離・分散演算回路６２および予測
受信距離ゲート信号発生回路６３等を備えて構成
される。

距離データ計測回路６１は、カウンタ回路、ク
ロツク信号発生回路、距離演算プログラムを内蔵
するROM、出力シフトレジスタ等を備えて構成
さる。

カウンタ回路は、別に入力する送信トリガパル
ス１０００―１によつてセツトされ、距離データ
４４２によつてリセツトしこの間クロツク信号発
生回路の出力するクロツクパルスをカウントす
る。

このカウント数はROMに内蔵するプログラム
によつてカウント数すなわち送信トリガパルス１
０００―１によるソーナー送信からエコー受信ま
での時間を演算、これから得られる距離データを
予め特定するビツト数の論理値符号系列として次
次に出力シフトレジスタにストアし距離データ４
４２入力ごとにこれをシフトパルスとして読出
し、これらはそれぞれ各送信ごとの距離データ計
測信号６１１として次次に予測距離・分散演算回
路５２に送出される。

予測距離・分散演算回路６２は、このようにし
て次次に入力しエコー入力とともに１個ずつ増加
していくｎ個の距離データ計測信号６１１を受
け、これらｎ個の距離データ計測信号６１１の有
する各距離値間の平均自乗誤差を最小ならしめる
近似関数を求める最小平均自乗誤差演算回路、こ
の最小平均自乗誤差演算回路によつて得られる距
離情報近似関数曲線に対するｎ個の距離値の分散
を求める分散演算回路および上記距離情報近似関
数曲線の延長線上において予め既知の次の送信時
間に対応して得られるｎ＋１個目の予測距離値を
演算する予測距離演算回路およびこれらの演算制
御プログラム等を内蔵しこの制御プログラムの制
御のもとに上述した各演算を実行せしめるととも
にこれによつて得られるｎ＋１個目の予測距離お
よび分散を予測受信距離信号６２１として出力せ
しめるROM等を備えて構成される。

待受け受波指向性のいずれかで受信された第１
回目の受信信号３０３は上述した距離データ計測
信号６１１の個数ｎがｎ＝１の場合であり、明ら
かにこの場合は予測に利用できる他のデータはな
く、従つてこの場合の距離情報近似関数は距離デ
ータ１個のみの０次の関数と考えてよい。送信周
期の繰返しで次の送信時に得られる距離データが
２個となつてから、直線を含む距離情報近似関数
の設定が可能となる。

本実施例にあつては、第２回目の距離情報は第
１回目の距離情報に対しソーナー目標の予想され
る最大速度を考慮した移動範囲を予測距離情報の
最大変動範囲とし、第１回目に入手した距離情報
を予測距離中心値としてこれを第２回目の予測距
離情報として設定している。

上述した第２回目の予測距離情報の最大変動範
囲とはソーナー装置と移動目標とを結ぶ線上、か
つ予測受信方位設定回路５によつて予測される予
測受信方位において、目標がソーナー装置のセン
サ、すなわち送受波器３に次の送信時までに予想
最大速度で近接しまたは離隔する距離である。こ
うして得られる第１、第２回目の距離データをも
とに第３回以降から次次に次のようにして予測距
離の設定を行う。

すなわち、距離データ計測信号６１１に対する
最小平均自乗誤差関数をＰ（ｎ）、および距離情報
の分散をQ²とすると、これらＰ（ｎ）およびQ²も
前述した(1)、(2)および(3)式における方位情報を距
離情報に置換えるだけて全く同様にして設定する
ことができることは明らかである。これらのＰ
（ｎ）およびQ²を最小平均自乗誤差演算回路、分
散演算回路等を利用しROMの内蔵プログラムの
制御のもとに演算、設定して得られ距離データの
最小平均自乗誤差関数Ｐ（ｎ）は予測距離演算回
路に送出され予め既知の次の送信時間における距
離予測値を前記関数Ｐ（ｎ）で示される近似関数
曲線の延長線上に設定しこれをｎ＋１個目の受信
予測距離の中心値とし、この中心値に前記分散
Q²に対応する距離範囲を含めたものを受信予測
距離の基本範囲としたうえ、さらに送信パルス幅
に対応する距離がこの範囲よりも大きい場合には
この送信パルス幅が受信予測距離の基本範囲に含
まれるようにこの基本範囲を予め特定する比で拡
大するパルス幅補正演算をパルス幅補正演算回路
によつて実施する。この場合、よく知られている
ように送信パルス幅に対応する距離としては実効
的にパルス幅の1/2としてよい。

第３図は第１図の実施例における予測受信距離
設定の説明図である。過去ｎ回ごとに、第３図の
場合は過去５回の送信タイミングt₁，t₂…t₅の送
信タイミングごとに得られる距離情報Ｒ１，Ｒ
２，…Ｒ５に対応してその分散を最小とする距離
最小平均自乗誤差特性線Ｂが２次曲線として設定
された場合を例としている。この２次曲線の延長
線上に次の送信タイミングt₆に対応して予測距離
中心値R₆が求まり、これに距離情報R₁〜R₆の分
散を等分して付与した線分l₃とl₄間のd₂が予測受
信距離範囲として設定される。

本実施例においては、こうして得られる受信予
測距離基本範囲を予測時間幅とし、これに対し、
さらにフオールス アラーム レート（false
alarm rate、目標認識誤り率）および探知率を
考慮した予測時間幅の拡大、縮少を図るフオール
ス アラーム レート重み付けを、予測方位・分
散演算回路のROMの内蔵プログラムとして予め
設定しておき、これにより上述した予測時間幅に
対して付与している。

受信したエコーが真であるか偽であるか、すな
わちTRUEかFALSEかの確率の程度を設定する
ひとつの尺度としてフオールス アラーム レー
トがあるが、これはソーナー運用条件、ソーナー
目標の種類、使用環境条件等にもとづいて設定さ
れるもので、これらの諸条件によつて予め設定さ
れる条件域値を越えればエコーがTRUEである
と判定し、越えない場合にはエコーがFALSEで
あると判定する。従つてエコーがFALSEである
と判定される程度、すなわちフオールス アラー
ム レートはこれらの諸条件によつて大きく左右
されるが、後述する如く予測時間幅はエコーを待
受ける時間帯としているため、この予測時間を拡
大することはエコー探知率の増大となるものの、
反面明らかにＳ／Ｎの低下等によるフオールス
アラーム レートの悪化を招くことになる。いず
れを優先するかはソーナー装置の運用目的によつ
て任意に選択しうるものであり、本実施例におい
ては入力するエコーの数ｎが予め特定する数にな
るまでは予測時間幅に一定の倍率の重み係数をか
けてこれを拡大し、その後は一定の低減倍率の重
み係数をかけてこれを縮少し、探知率とフオール
ス アラーム レートとのバランスを保つように
している。

このようにして得られる予測距離・分散演算回
路６２の予測受信距離中心値およびこれに与えら
れた予測距離範囲に関する情報は、予め特定する
ビツト数の論理値符号系列による予測受信距離信
号６２１として予測受信距離ゲート信号発生回路
６３に送出される。

予測受信距離ゲート信号発生回路６３は入力す
るこれら予測距離情報を一旦バツフアメモリにス
トアしROMの内蔵プログラムの制御のもとに次
次バツフアメモリから読出されるデータを解読し
て入力した予測距離情報に変換し、デコーダ、論
理ゲート回路等を介して予測受信距離中心値にお
ける予測距離範囲両端の時間に対応する２値の論
理値“１”レベルの信号を発生し、これを入力と
してフリツプフロツプ回路を利用したゲートパル
ス発生回路によつて上述した予測受信距離に対応
する時間幅をもつゲートパルスを得てこれを予測
受信距離ゲート信号６３１として出力する。

この予測受信距離ゲート信号６３１は、受信回
路４の入力増幅回路４１に送出され、入力増幅回
路４１の有するＮチヤンネルの入力増幅器の受信
ゲート回路を動作せしめて予測受信距離中心値を
予測受信時間中心値とし予測受信距離範囲を予測
受信時間幅として入力する受信信号３０３を受信
可能状態にする受信ゲートを行う。

このようにして過去ｎ個のデータを利用した方
位と距離の予測送、受信が行われソーナー装置に
よる目標の予測探知、従つて目標の追跡探知が可
能となる。

本発明はソーナー装置によつて得られる過去ｎ
個のエコーの方位および距離情報それぞれについ
て、最小平均自乗誤差曲線を設定しつつその延長
線上において次回ｎ＋１回目のエコーに対応する
目標の予測方位、距離情報を得てこれをｎ＋１回
目のエコー送、受信における予測方位、距離中心
値としたうえ、さらにこれらの中心値にはそれぞ
れ過去ｎ個のデータのばらつきに対応する分散値
に比例する幅を持たせたものを予測送信方位、受
信方位ならびに予測受信距離ゲート時間として目
標を送、受信する点に基本的な特徴を有するもの
であり、第１図の実施例の変形も種種考えられ
る。

たとえば、第１図の実施例においては方位、距
離の予測には次次に入力した過去ｎ個を対象とし
て実施しているが、これは特定の個数ごとにまと
めて実施しても差支えない。

また予測距離・分散演算回路６２によつて実施
しているフオールス アラーム レートを考慮し
た重み付は予測方位・分散演算回路５２における
方位予測演算についても同様に実施できることは
明らかであり、さらに、フオールス アラーム
レートを考慮する重み付は所望に応じ削除しても
よい。この重み付の実施はソーナー装置の運用目
的に対応し所望により任意に決定できるものであ
る。

さらに、ソーナー装置の運用目的等によつては
ほぼ送、受信方位を予め定めた一定方位について
行う、たとえば測深ソーナーの如き運用もしばし
ばあるが、この場合は予測受信方位設定回路５に
よる予測受信方位の設定はこれを上述した一定方
位とすればよいことも明らかである。

なお、本実施例においてはエコーの受信を待受
け受信としているが、これは他の受信によるもの
としても何等差支えなく、また送信を行わず受信
モードのみでソーナー装置を運用する、いわゆる
パツシブ受信状態においても受信エコーのみを対
象とする予測受信に限定して実施できることもま
た明らかであり、以上はすべて本発明の主旨を損
うことなく容易に実施できる。

以上説明したように本発明によれば、受信ゲー
トを設けて目標のエコーを送、受信するソーナー
装置において、入力する過去ｎ個のエコーの方位
および距離情報のそれぞれに対して最小平均自乗
誤差関数による近似関数曲線を設定してこの近似
関数曲線上において得られる次回ｎ＋１個目のエ
コーの予測方位、予測距離、ならびに過去ｎ個の
エコーの方位および距離情報の分散にもとづいて
次回ｎ＋１個目のエコーの送信方位、受信方位な
らびに送信方位予測変動幅および受信ゲート時間
予測変動幅を設定してソーナー装置の送、受信を
行うという手段を備えることにより、受信ゲート
動作を介して入力するエコーの探知率、真および
偽の判別性を著しく改善し、多重パス等による音
波伝播上の影響を基本的に除去し、かつ目標の予
測送、受信ならびに追跡の精度の大幅な改善が図
れるソーナー装置が実現できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図は第１図の実施例における予測受信方位設
定の説明図、第３図は第１図の実施例における予
測受信距離設定の説明図である。 １……送信回路、２……送受切替回路、３……
送受波器、４……受信回路、５……予測受信方位
設定回路、６……予測受信距離設定回路、４１…
…入力増幅回路、４２……受信整相回路、４３…
…出力回路、５１……方位データ計測回路、５２
……予測方位・分散演算回路、５３……予測受信
方位ゲート信号発生回路、６１……距離データ計
測回路、６２……予測距離・分散演算回路、６３
……予測受信距離ゲート信号発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ソーナー装置において、送波出力に対応して
   得られる過去ｎ個のエコーの距離情報の平均自乗
   誤差が最小となり前記ｎ個のエコーの距離情報の
   分散を最小とするｍ（ｍ＝１、２、…ｍ）次の最
   小平均自乗誤差関数にもとづいて前記距離情報を
   近似するように設定する距離最小平均自乗誤差特
   性線の延長線上において前記送波出力の次回送信
   時間に対応して得られるｎ＋１個目のエコーの予
   測距離情報を予測距離中心値とし前記距離最小平
   均自乗誤差特性線に対する前記ｎ個のエコーの距
   離情報の分散に比例する距離を前記予測距離中心
   値に等分して与えた予測受信距離範囲に対応する
   予測中心値および時間幅でｎ＋１個目のエコー受
   信を行なう予測受信距離設定手段と、前記ｎ個の
   エコーの方位情報の平均自乗誤差が最小となり前
   記ｎ個のエコーの方位情報の分散を最小とするｍ
   次の最小自乗誤差関数にもとづいて前記方位情報
   を近似するように設定する方位最小平均自乗誤差
   特性線の延長線上において前記送波出力の次回送
   信時間に対応して得られるｎ＋１個目のエコーの
   予測方位情報を予測方位中心角度とし前記方位最
   小平均自乗誤差特性線に対する前記ｎ個の方位情
   報の分散に比例する角度を前記予測方位中心角度
   に等分して与えた予測受信方位角範囲にｎ＋１個
   目の送波出力を送信せしめるとともに前記予測受
   信距離設定手段による予測受信距離を前記予測受
   信方位角範囲に設定し前記ｎ＋１個目のエコーを
   受信せしめる予測受信方位設定手段とを備えて成
   ることを特徴とするソーナー装置。