JPH04155282A

JPH04155282A - ソーナー信号検出方式

Info

Publication number: JPH04155282A
Application number: JP27772790A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Kohama; 小浜　俊一; Kazumoto Nakahara; 中原　一基
Original assignee: Japan Steel Works Ltd; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Current assignee: Japan Steel Works Ltd; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1990-10-18
Publication date: 1992-05-28
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JP2535745B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、海面、海底等に向けて使用するソーナーでパ
ルス信号を送信し、ソーナー出力である受信信号から目
標信号を検出するとき、ソーナー出力において同時に受
信される海面、海底、水温躍層（深度方向で急激に水温
が下がる層）、氷塊等からの反射音（残響）及び雑音か
ら目標信号のみを分離、抽出するためのソーナー信号検
出方式に関するものである。

（発明の概要）本発明は、海面、海底等に向けて使用するソーナーでパ
ルス信号を送信し、ソーナー出力である受信信号から目
標信号を検出するソーナー信号検出方式において、前記
受信信号の現時点以前のデータについて移動平均値を計
算し、現時点のデータと前記移動平均値との差に着目し
て目標信号の分離、抽出を実行することにより、目標検
出の信頼性の向上を図ったものである。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）アクテ
ィブ方式のソーナーは、パルス信号を送信し、受信信号
の中の目標からの反射音から目標までの距離を検出し、
また異なる位１の受渡器で受信された複数の受信信号中
の目標からの反射音を比較した位相情報から方位を検出
するものである。

ソーナーからパルス信号を送信した後の受信信号は、第
４図のとおり海面、海底で反射を繰り返した音波の残響
音となっている。ソーナーから２回目のパルス信号を送
信し、受信したとき、その受信信号は第５図のとおり１
回目の送信信号分が重なったり、また、深度方向の水温
分布が一様でなく変化していると、その水温躍層から音
波は反射し、残響となって受信された波形となる。した
がって、受信信号の中には目標からの反射音、海面、海
底を繰り返し反射した残響音や海中の体積残響音が混在
している。

このような受信信号の中から目標から反射してきたパル
ス信号（すなわち目標信号）のみを抽出して、短いパル
ス信号の位相を読み取る方法として従来は受信信号を第
６１Ｎ（Ａ）のようにＴＶＧ（Ｔｉｍｅ　Ｖａｒｉａｂ
ｌｅ　Ｇａ１ｎ）処理し、このＴＶＧ処理出力のレベル
の大きさがあるスレショールドレベルＴＨより大きいも
のを目標信号として扱っていた。前述のとおり受信信号
の中には目標からの反射音と同じ位の大きさの残響音が
あり、この残響音が目標からの反射音を検出するのを大
きく妨害し、目標からの反射音から位相情報を検出でき
なかった１例えば、第６図（Ａ）のＴＶ′Ｇ処理出力に
は非目標信号■と目標信号■の両方が含まれ、両方共に
スレショールドレベルＴＨを越えてしまうため、第６図
（Ｂ）の検出出力にはどちらも目標検出の信号が現れて
しまう。

本発明は、上記の欠点をなくすために、目標からの反射
音と残響音とは時間的な立ち上がり特性が興なる点に着
目し、ソーナーの受信信号において処理しようとする現
時点のデータと移動平均値との差を計算して目標からの
反射音のみを正確に検出可能にしたソーナー信号検出方
式を提供する、　　ことを目的とする。

（８題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は、水中にパルス信
号をソーナーから送信し、目標からの反射音を含む該ソ
ーナーの受信信号から目標信号を分離、抽出するソーナ
ー信号検出方式において、前記受信信号の現時点以前の
データについて移動平均値を計算し、現時点のデータと
前記移動平均値との差を計算して前記目標信号を検出す
るようにしている。なお、ここでは、現時点以前のデー
タは過去のデータと考えてもよいし、過去及び現時点の
データの両方を含むものと考えてもよい。

（作用）本発明においては、受信信号をある標本化周波数でサン
プリングして、標本値ｄを作り出し、実時間で次の式を
用いて処理して目標からの反射音のみを抽出する。

ｙ、　＝　　ｄｊ、ｈ　−１／ｎ・Σｄ、、、　　　＝
−（１）上記計算式において、Ｙ、は計算結果であり、
ｄ４．イは処理するデータで、ｄ　Ｊ＋、は移動平均処
理する現時点以前のｎ個のデータ列である。

この計算式によれば、第６図の非目標信号■部分を拡大
した第２図（Ａ）の波形のように、立ち上がりのゆるや
かな残響音はＹＪレベルが所定値により小さくなり、ま
た、第６図の目標信号■部分を拡大した第２図（Ｂ）の
波形のように、立ち上がりの急峻な目標からの反響音は
Ｙ、レベルの大きさを保持でき、ＹＪ＞Ｋとなる（但し
、τはサンプリング周期）、従って、この移動平均処理
法を利用した処理においては、後述する第３図の一連の
処理のように、あるスレショールドレベルＴＨを設ける
ことにより自動的に目標からの反射音のみが検出でき、
位相情報を読み取る点を明確に検出でき、複数の受信信
号の処理結果を組み合わせることで目標方位を測定でき
る。なお、本発明によれば移動平均値は現時点のデータ
の以前のデータを用いて計算する方法であるので、実時
間で処理を行うことができる特徴がある。

（実施例）以下、本発明に係るソーナー信号検出方式の実施例を図
面に従って説明する。

第１図は本発明の実施例のプロｌり図であり、１は送信
パルス信号を発生するパルス信号発生器、２は送信器、
３は水中に送信パルスの音波を送出する送波器である。

該送波器３の音波放射方向は、例えば、海面又は海底方
向である。４は反射音波を受波するための原点用受波器
、４Ｘは原点用受波器からＸ軸方向に離間した位置に配
設されたＸ軸周受波器、４Ｙは原点用受波器からＹ軸方
向に離間した位置に配設されたＹ軸周受波器である。

５．５Ｘ、５Ｙは受波器の受信信号を増幅する増幅器、
６，６Ｘ、６Ｙはアナログ信号である増幅器出力を所定
の標本化周波数でサンプリングしてディジタル信号に変
換するＡ／Ｄ変換器、７，７Ｘ、７ＹはＴＶＧ（Ｔｉｍ
ｅ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｇａ１ｎ）処理を行うＴＶＧ処
理器、８．８Ｘ、８Ｙはホールド回路、９Ｘはホールド
回路８．８Ｘの出力の位相差を検出する位相検出器、９
Ｙはホールド回路８，８Ｙの出力の位相差を検出する位
相検出器、１０は両方の位相検出器９Ｘ、９Ｙの出力か
ら目標の方位を算出するための方位計算器である。１１
は受信信号の現時点以前のデータについて移動平均処理
を行って前記（１）式のＹ、を計算する移動平均処理器
、１２はＴＶＧ処理器の処理結果を用いて所定のスレシ
ョールドレベルを越えた目標と推定される信号を検出す
るとともに、移動平均処理器の処理結果を用いて計算結
果Ｙ１が所定のスレショールドレベルを越えた目標と推
定される信号を検出する信号検出処理器、１３は信号検
出処理器の出力を受けて前記ホールド回路８．８Ｘ、８
Ｙのホールド動作を行わせるトリガー信号を発生するト
リガー信号発生器である。このトリガー信号発生器１３
は、ＴＶＧ処理結果による目標と推定される信号の検出
と、移動平均処理結果による目標と推定される信号の検
出とが同時に発生したときのみトリガー信号を出力する
。

次に上記実施例の動作説明を第３図を用いて行う。

第３図（Ａ）はアクティブ・ソーナーにおけるパルス信
号送信のための送信スタート信号で、ここでは０．５秒
おきにパルスが出力されている。この送信スタート信号
に同期して送波器３より水中にパルス信号が送信される
。

パルス信号が送信されたのち、目標等から反射されて受
波器４，４Ｘ、４Ｙで受波され、増幅器５゜５Ｘ、５Ｙ
で増幅された受信信号が第３図（Ｂ）である、受信信号
には目標からの反射音（目標信号）の他に残響音が含ま
れ、時間とともに受信信号レベルは変化する。

第３図（Ｃ）は受信信号をＡ／Ｄ変換器６．６Ｘ。

６Ｙでディジタル信号に変換後の現信号と、受信信号レ
ベルが時間とともに変化するのを後処理の為にその変化
が小さくなる如く（近距離からの反射についてはゲイン
を小さく、遠距離になるに従ってゲインが大きくなる如
く）所定のＴＶＧカーブに従ってＴＶＧ処理器７，７Ｘ
、７Ｙｔ”ＴＶＧ処理した信号を示している。ホールド
回路８，８Ｘ、８Ｙ及び移動平均処理器１１には第３図
（Ｃ）のＴＶＧ処理後の信号が加えられる。

第３図（Ｄ）は移動平均処理前の現信号と、移動平均処
理器１１″′Ｃ″ＴＶＧ処理後の現信号に対して式（１
）の移動平均処理を施した信号を示す、また、第３図（
Ｅ）はＴＶＧ処理結果に適切なスレショールドレベルＴ
ＨＩを設け、これより大きいレベルの受信信号を検出す
る動作を示し、第３図（Ｆ）は移動平均処理結果に適切
なスレショールドレベルＴＨ２を設け、ＴＨ２より大き
いレベルの受信信号を検出する動作を示し、第３図（Ｇ
）は同図（Ｅ）。

（Ｆ）の論理和（掛は算）から目標からの反射音のみを
検出した状況であり、これらの動作は信号検出処理器１
２によって実行される。

トリガー信号発生器１３は第３図（Ｇ）の信号を受けて
トリガー信号をホールド回路８，８Ｘ、８Ｙに加え、第
３図（Ｈ）のようにホールド回路のホールド動作により
目標からの反射音の位相を検出した結果を得る。相互に
異なる位１に配設された受渡器４．４Ｘ、４Ｙで受信さ
れた受信信号に含まれる目標信号の位相は目標の方位に
従って相互に位相のずれが発生するから、基準となる原
点用受波器４に対応したホールド回路８とＸ軸周受波器
４Ｘに対応したホールド回路８Ｘとの出力を受ける位相
検出器９ＸによりＸ軸方向の位相差が検出され、同様に
原点用受波器４に対応したホールド回路８とＹ軸周受波
器４Ｙに対応したホールド回路８Ｙとの出力を受ける位
相検出器９ＹによりＹ軸方向の位相差が検出される。そ
して、位相検出器９Ｘ、９Ｙの出力を受ける方位計算器
１０によって目標の方位が算出される。

（発明の効果〉以上説明したように、本発明のソーナー信号検出方式は
、ソーナー受信信号をサンプリングし、現時点以前のデ
ータについて移動平均値を計算し現時点のデータと前記
移動平均値との差を順次演算しており、時間的に立ち上
がりの急峻なデータはレベルが保存されるが、立ち上が
り時間のゆるやかなデータは除去される。従って、目標
信号の立ち上がり時間は急峻な特性をもつために検出さ
れ、海面、海底、水温躍層、氷塊等からの残響音はレベ
ル特性において時間的な立ち上がりゆるやかであること
から除去できる。このように、本発明で述べた処理にお
いて、目標信号と残響音との分離ができ、目標信号のみ
を自動的に検出し、位相情報等の切り出しができるので
、自動信号検出を要するソーナー装置に応用すれば極め
て有用である。また、各種海洋音響機器において信号検
出処理に応用することもできて、産業上有効なものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るソーナー信号検出方式の実施例を
示すブロック図、第２図は本発明の原理説明図、第３図
は本発明の実施例の動作説明図、・　　第４図はパルス
信号送信後の海面、海底で反射した残響音を含む受信信
号波形を示す説明図、第５図はパルス信号送信を繰り返
した場合の受信信号波形を示す説明図、第６図は従来の
ＴＶＧ処理後の受信波形を示す説明図である。１・・・パルス信号発生器、２・・・送信器、３・・・
送波器、４，４Ｘ、４Ｙ・・・受波器、５，５Ｘ、５Ｙ
・・・増幅器、６．６Ｘ、６Ｙ、、、Ａ／Ｄ変換器、７
．７Ｘ、７Ｙ・・・ＴＶＧ処理器、８，８Ｘ、８Ｙ・・
ホールド回路、９Ｘ、９Ｙ・・・位相検出器、１０・・
・方位計算器、１１・・・移動平均処理器、１２・・・
信号検出処理器、１３・・・トリガー信号発生器。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水中にパルス信号をソーナーから送信し、目標か
らの反射音を含む該ソーナーの受信信号から目標信号を
分離、抽出するソーナー信号検出方式において、前記受
信信号をサンプリングして現時点以前のデータについて
移動平均値を計算し、現時点のデータと前記移動平均値
との差を計算して前記目標信号を検出することを特徴と
するソーナー信号検出方式。