JPH08184660A

JPH08184660A - 方位検出装置

Info

Publication number: JPH08184660A
Application number: JP32818694A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nakajima; 裕二中島
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JP2853589B2

Abstract

(57)【要約】【目的】音響信号の到来する方位が安定している信号
の振幅を強調して検出できるようにし、より微弱な信号
の検出を可能にする。【構成】到来する音響信号を複数の方位について受波
し、その音響信号の周波数分析を行い、分析された周波
数についてその振幅にしたがって信号方位を演算する。
その演算は、ｍ個の周波数（ｍは正の整数）について行
い、そのｍ個の周波数についてのそれぞれの演算結果か
ら信号方位の分散ｄを演算し、演算された信号方位およ
びその分散ｄを一時蓄積して、その分散ｄが小さい信号
方位を強調して荷重する。【効果】処理量を少なくすることができるとともに、
処理結果を全方位信号として同一画面に表示することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソーナ装置その他音響
信号の到来方向を検出する装置として利用する。本発明
は、水その他液体媒体中の音響信号、空気その他気体媒
体中の音響信号、いずれにも利用できる。

【０００２】

【従来の技術】比較的移動量の少ない同一物体から発せ
られた信号、もしくは反射された信号を指向性受波器で
受波し、周波数分析した場合に、信号源の周波数は安定
し、その周波数の方位は、信号源を中心として比較的小
さく分散していることが多く見られる。

【０００３】そのために、従来装置では、例えば図３に
示すように、周波数分析結果における同一周波数の振幅
を時間積分することにより、周波数雑音を除去し信号を
検出することが行われている。すなわち、センサから入
力された信号を周波数分析回路２１で周波数分析し、時
間積分回路２２で時間軸上で積分を行い、信号判定回路
２３で設定した振幅閾値と比較することにより、信号と
雑音の判定を行うとともに濃淡画像描画回路２４にて振
幅の強度を濃淡で表したソナグラムに表示する方式が採
用されている。

【０００４】また、他の例として図４に示すように、周
波数分析結果における同一方位の振幅を時間積分するこ
とにより、方位雑音を除去し信号を検出することが行わ
れている。すなわち、センサから入力された信号を周波
数分析回路３１で周波数分析し、方位検出回路３２で周
波数毎の方位を計算した後に、方位積分回路３３にて同
一方位に積分を行い、信号判定回路３４で設定した振幅
閾値と比較することにより雑音と信号の判定が行われて
いる。

【０００５】さらに、別の例として図５に示すように、
ある方位に指向性を合成して受波した信号を周波数分析
し、時間積分することにより、周波数雑音、方位雑音を
除去することが行われている。すなわち、センサから入
力された信号を指向性合成回路４１で指向性を合成し、
周波数分析回路４２で周波数を分析して後、時間積分回
路４３で時間軸上で積分を行い、信号判定回路４４で設
定したある振幅閾値と比較することにより信号と雑音の
判定が行われている。

【０００６】本願発明の先行技術として特開平３−２９
３５７５号公報に開示されたものがある。この先行技術
は、本願発明に関連があると考えられるが、周波数につ
いて重み付けを行うとの開示があるが、時系列的な信号
方位の分散を演算し分散の小さいものに荷重を行うとの
明確な開示はなく、時間の経過にしたがって時系列的に
ｎ回の演算を実行するとの思想は全くない。さらに、そ
の分散に対する荷重について分散の逆数を乗算するとの
思想は記載がない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、ある
物体が発するもしくは反射する信号を指向性受波器で受
波し、周波数分析および方位検出を行った場合、物体か
らの信号の方位はある値を中心に比較的小さく分散し、
雑音の方位の分散は非常に大きい。従って、信号の検出
に方位の分散値に対する情報を用いれば、より的確な信
号を検出することができる。

【０００８】本発明は、このような背景に基づきなされ
たもので、方位の分散値が小さい信号を強調してより微
弱な信号の検出を可能にすることができる装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】本発明は、従来、ある信号源からの音響信
号が雑音に比べて周波数が時間的に安定しているという
情報から信号源を検出していたのに対し、ある信号源か
らの信号は周波数以外に方位が安定していることを利用
し、雑音に埋もれた信号の検出能力を向上させることが
できる装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、音響信号の到
来する方向をその信号が微弱であっても検出できるよう
にすることを特徴とする。

【００１１】すなわち、本発明は、到来する音響信号を
複数の方位について受波する手段（１、１１）と、その
音響信号の周波数分析を行う周波数分析回路（２）と、
周波数分析された結果の周波数についてその振幅にした
がって信号方位を演算する方位検出手段（３）を含む演
算回路とを備えた方位検出装置において、前記演算回路
は、ｍ個の周波数（ｍは正の整数）について信号方位を
演算しそのｍ個の周波数についてそれぞれの演算結果か
ら信号方位の分散ｄを演算する手段（５）と、演算され
た信号方位およびその分散ｄを一時蓄積するメモリと、
その分散ｄが小さい信号方位を強調荷重する手段（６）
とを含むことを特徴とする。

【００１２】前記演算回路は、前記ｍ個の周波数につい
て時系列的に信号方位をｎ回（ｎは２以上の整数）演算
させ（合計ｍ×ｎ回）その演算結果およびその分散ｄを
前記メモリに蓄積する制御手段（４）を含み、前記強調
荷重する手段は、対象とする信号振幅にその分散ｄの逆
数（１／ｄ）を乗算する手段を含み、前記演算回路は、
前記周波数分析回路の出力に現れるｍ個の周波数につい
てそれぞれノイズ除去処理を行う手段、もしくは、前記
周波数分析回路の出力にｎ回現れる周波数についてそれ
ぞれノイズ除去処理を行う手段を含み、前記演算回路の
演算結果について強調荷重された信号方位を濃淡画像上
に濃く表示する濃度変調手段を備えることが望ましい。

【００１３】ここで、前記分散とは、ｎ個のデータをｘ
₁、ｘ₂、…、ｘ_nとしたときに、その平均値〔外１〕
は、

【００１４】

【数１】であり、各々のデータｘ_iとこの平均値〔外１〕との差
を平方して加え合せｎで割ったものをいい、Ｓ²で表さ
れる。

【００１５】

【数２】

【００１６】

【外１】また、上記先行技術（特開平３−２９３５７５号公報記
載）は複数のセンサで受波して信号の空間的な配置によ
る信号到着時間の遅れから信号源の方位を検出している
が、センサの配置が格子状でないと計算できないのに対
し、本願発明は、格子状に配置されていないセンサで、
極端な場合は単一のセンサで受波した信号を用いて予測
計算を行い、格子状に配列されたものと同様の方位計算
を可能にし、センサの配置を自由にできるようにしたも
のである。

【００１７】

【作用】到来する音響信号を複数の方位について受波
し、周波数分析回路によりその音響信号の周波数分析を
行う。この周波数分析された結果の周波数についてその
振幅にしたがって信号方位の演算処理を行う。

【００１８】この演算処理では、演算回路がｍ個の周波
数（ｍは正の整数）について信号方位を演算し、そのｍ
個の周波数についてそれぞれの演算結果から信号方位の
分散ｄを演算し、演算された信号方位およびその分散ｄ
を一時メモリに蓄積し、その分散ｄが小さい信号方位を
強調荷重する。

【００１９】演算回路は、ｍ個の周波数について時系列
的に信号方位をｎ回（ｎは２以上の整数）演算し（合計
ｍ×ｎ回）、その演算結果および分散ｄをメモリに蓄積
し、強調荷重は対象とする信号振幅に分散ｄの逆数（１
／ｄ）を乗算することにより行うことができる。

【００２０】また、演算回路は、周波数分析回路の出力
に現れるｍ個の周波数についてそれぞれノイズ除去処理
を行い、周波数分析回路の出力にｎ回現れる周波数につ
いてそれぞれノイズ除去処理を行うこともできる。

【００２１】演算回路による演算結果について強調荷重
された信号方位を濃淡画像状に濃く表示することができ
る。

【００２２】このように、本発明では、信号の周波数分
析結果において、ある周波数の前後の周波数における方
位分散または前後の時間における方位分散もしくはその
両方の情報を用いて、方位分散値が小さい場合に信号が
強調されるように振幅に重みづけをすることができる。

【００２３】これにより、方位分散の小さい信号の振幅
を強調して信号検出ができるので、周波数分析結果にお
いて、同一周波数の振幅を時間積分する方式および同一
方位の振幅を時間積分する方式に比して一層微弱な信号
の検出を行うことができる。また、ある方位に指向性を
合成して受波した信号を周波数分析する方式に比して処
理量が格段に少なくなるとともに、従来方式では各指向
性合成方位毎に表示されていた処理結果を同一画面に全
方位信号として表示することができる。

【００２４】

【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明実施例の構成を示すブロック図であ
る。

【００２５】本発明実施例は、到来する音響信号を複数
の方位について受波する手段を構成する複数の指向性マ
イクロフォン１およびその出力を入力する入力部１１
と、その音響信号の周波数分析を行う周波数分析回路２
と、信号方位を演算する演算回路２０と、周波数方向に
移動平均操作を行い周波数領域におけるレベルを補正す
るＦＤＡＧＣ（Frequency Domain Auto Gain Control）
回路７と、単位時間毎に取得される方位荷重結果につい
て移動平均操作による時系列データから同一周波数成分
を積分しノイズを除去する積分回路８と、この積分回路
８からの単位時間毎に取得される方位荷重結果を判定す
る信号判定回路１０と、積分回路８からの処理された方
位荷重結果を濃淡画像で描画処理する濃淡画像描画回路
９と、この濃淡画像描画回路９および信号判定回路１０
からの出力を受け濃度の変調を行う濃度変調回路１７
と、この濃度変調回路１７からの出力を受け信号強度を
濃淡で表示するソナグラム１６とを備える。

【００２６】周波数分析回路２には、入力部１１からの
音響信号のろ波処理を行うローパスフィルタ１２と、音
響信号のディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器１３と、デ
ィジタル変換された音響信号の高速フーリエ変換を行う
高速フーリエ交換回路（ＦＦＴ）１４とが含まれる。

【００２７】また、演算回路２０には、周波数分析回路
２により周波数分析された結果の周波数についてその振
幅にしたがって信号方位を演算する方位検出手段として
の方位検出回路３と、周波数方向および時間方向にそれ
ぞれ数ポイントをとる。つまり長方形の窓で方位データ
を取り込む。すなわち、前記ｍ個の周波数について時系
列的に信号方位をｎ回（ｎは２以上の整数）演算させ
（合計ｍ×ｎ回）その演算結果およびその分散ｄをメモ
リ１５に蓄積する制御手段４と、ｍ個の周波数（ｍは正
の整数）について信号方位を演算しそのｍ個の周波数に
ついてそれぞれの演算結果から信号方位の分散ｄを演算
する手段としての方位分散計算回路５と、演算された信
号方位およびその分散ｄを一時蓄積するメモリ１５と、
その分散ｄが小さい信号方位を強調荷重する手段として
の方位分散荷重回路６とが含まれる。

【００２８】前記強調荷重する手段には、対象とする信
号振幅にその分散ｄの逆数（１／ｄ）を乗算する手段を
含み、演算回路２０は、周波数分析回路２の出力に現れ
るｍ個の周波数についてそれぞれノイズ除去処理を行う
手段を含むか、あるいは周波数分析回路２の出力にｎ回
現れる周波数についてそれぞれノイズ除去処理を行う手
段を含むことができる。さらに、演算回路２０の演算結
果について強調荷重された信号方位を濃淡画像上に濃く
表示する濃度変調手段が備えられ、入力部１１には増幅
器１８が接続され、この増幅器１８にスピーカ１９が接
続される。

【００２９】図２は本発明実施例における制御回路に設
けられた信号切出し窓（長方形の窓）の構成例を示す図
である。この信号切出し窓は画像処理などで行われてい
るエッジ強調、スムージングといった処理の窓と同じよ
うに構成され、この例は５×５の窓を含み、「１」〜
「２５」の方位分散値を用いて「１３」のデータを強調
する。窓のサイズは、センサの方位制度、信号処理パラ
メータなどによって最適なサイズが設定される。

【００３０】次に、このように構成された本発明実施例
の動作について説明する。本発明の趣旨は、周波数分析
した結果にしたがって信号方位を演算し、周波数毎に信
号方位について分散値を求め、その分散値の小さいもの
を強調するところにある。

【００３１】指向性マイクロフォン１が到来する音響信
号を複数の方位について受波する。その音響信号を入力
部１１が増幅器１８および周波数分析回路２に送出す
る。増幅器１８で増幅された音響信号はスピーカ１９か
ら音響出力する。一方、周波数分析回路２では、ローパ
スフィルタ１２がろ波処理を行い、Ａ／Ｄ変換器１３が
処理された音響信号のディジタル化を行い、高速フーリ
エ交換回路１４で高速フーリエ変換処理を行う。

【００３２】演算回路２０がその出力を受け、方位検出
回路３が周波数分析された結果の周波数についてその振
幅にしたがって信号方位を演算しメモリ１５に記憶す
る。方位分散計算回路５が制御手段４を経由して信号方
位の演算値を受取り、ｍ個の周波数についてそれぞれの
演算結果から信号方位の分散ｄを演算する。次いで、方
位分散荷重回路６がその分散ｄが小さい信号方位を強調
荷重する。この処理で制御手段４はｍ個の周波数につい
て時系列的に信号方位をｎ回（ｎは２以上の整数）演算
させ（合計ｍ×ｎ回）、その演算結果およびその分散ｄ
をメモリ１５に蓄積し、方位分散荷重回路６が対象とす
る信号振幅にその分散ｄの逆数（１／ｄ）を乗算する。

【００３３】演算回路２０では、周波数分析回路２の出
力に現れるｍ個の周波数についてそれぞれノイズ除去処
理を行うか、もしくは周波数分析回路２の出力にｎ回現
れる周波数についてそれぞれノイズ除去処理を行うこと
ができる。

【００３４】演算回路２０でこのような処理が行われそ
の出力がＦＤＡＧＣ回路７に出力される。ＦＤＡＧＣ回
路７は周波数方向に移動平均操作を行い周波数領域にお
けるレベル補正を行う。次いで、積分回路８が単位時間
毎に取得される方位荷重結果についてＦＤＡＧＣ回路７
の移動平均操作による時系列データから同一周波数成分
を積分しノイズ除去を行う。また、信号判定回路１０が
方位荷重の結果が設定したある振幅閾値を越えた場合に
信号と判定しその判定結果を出力する。このようにして
ろ波処理され強調荷重された信号方位を濃淡画像描画回
路９がソナグラム１６の濃淡画像上に表示する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、方
位分散値の逆数で信号振幅を荷重することにより、方位
が安定している信号の振幅を強調して検出することがで
きる。従って、方位が不安定な雑音の振幅を低下させ、
方位が安定な信号の振幅を上昇させることができ、検出
が困難となる低ＳＮ比の元でも確実に信号の検出を行う
ことができる効果がある。さらに、処理量を少なくする
ことができるとともに、処理結果を全方位信号として同
一画面に表示することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例装置の構成を示すブロック図。

【図２】本発明実施例における制御回路に設けられた切
出し窓（長方形の窓）の構成例を示す図。

【図３】従来例の構成および信号検出方式を説明する
図。

【図４】従来例の構成および信号検出方式を説明する
図。

【図５】従来例の構成および信号検出方式を説明する
図。

【符号の説明】

１指向性マイクロフォン２、２１、３１、４２周波数分析回路３、３２方位検出回路４制御手段５方位分散計算回路６方位分散荷重回路７ＦＤＡＧＣ回路８積分回路９、２４濃淡画像描画回路１０、２３、３４、４４信号判定回路１１入力部１２ローパスフィルタ１３Ａ／Ｄ変換器１４高速フーリエ交換回路１５メモリ１６ソナグラム１７濃度変調回路１８増幅器１９スピーカ２０演算回路２２、４３時間積分回路３３方位積分回路４１指向性合成回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】到来する音響信号を複数の方位について
受波する手段と、その音響信号の周波数分析を行う周波
数分析回路と、周波数分析された結果の周波数について
その振幅にしたがって信号方位を演算する方位検出手段
を含む演算回路とを備えた方位検出装置において、前記演算回路は、ｍ個の周波数（ｍは正の整数）につい
て信号方位を演算しそのｍ個の周波数についてそれぞれ
の演算結果から信号方位の分散ｄを演算する手段と、演
算された信号方位およびその分散ｄを一時蓄積するメモ
リと、その分散ｄが小さい信号方位を強調荷重する手段
とを含むことを特徴とする方位検出装置。
【請求項２】前記演算回路は、前記ｍ個の周波数につ
いて時系列的に信号方位をｎ回（ｎは２以上の整数）演
算させ（合計ｍ×ｎ回）その演算結果およびその分散ｄ
を前記メモリに蓄積する制御手段を含む請求項１記載の
方位検出装置。
【請求項３】前記強調荷重する手段は、対象とする信
号振幅にその分散ｄの逆数（１／ｄ）を乗算する手段を
含む請求項１または２記載の方位検出装置。
【請求項４】前記演算回路は、前記周波数分析回路の
出力に現れるｍ個の周波数についてそれぞれノイズ除去
処理を行う手段を含む請求項１ないし３のいずれかに記
載の方位検出装置。
【請求項５】前記演算回路は、前記周波数分析回路の
出力にｎ回現れる周波数についてそれぞれノイズ除去処
理を行う手段を含む請求項１ないし３のいずれかに記載
の方位検出装置。
【請求項６】前記演算回路の演算結果について強調荷
重された信号方位を濃淡画像上に濃く表示する濃度変調
手段を備えた前記請求項のいずれかに記載の方位検出装
置。