JPH0921868A - 目標自動類識別装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 目標の自動類識別を計算量を少なく行うこと
ができる目標自動類識別装置を提供することを目的とす
る。 【構成】 複数のカタログと、複数通りのドップラー補
正を行うドップラー変換部２２と、類識別を行う目標の
周波数情報との類似度を計算し、最も類似度が高いもの
を、そのカタログの類似度として出力する類似度計算部
９と、最も類似度の高いカタログを選択する目標選択部
１０と、目標選択部により選択された情報を表示する表
示部１１と、目標の運動を推定する目標運動解析部２０
と、目標自体から放射される周波数情報を計算し、目標
選択部により選択されたカタログの周波数情報を、目標
自体から放射される周波数情報に書き替えるカタログ作
成部２１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、音波等の入力信号を周
波数分析して狭帯域信号の周波数を抽出し、あらかじめ
収集したカタログの周波数と比較して、目標を類識別す
る目標自動類識別装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、物体から放射される音響信号を検
知する場合、一般に方位、及び周波数空間でのレベルの
極大点（以下、イベントという）を検出し、それを時間
的に追尾することにより、イベントの時間的な連なりで
あるラインとして音源信号を検出するようになってい
る。そして、ラインの周波数、ゆらぎ等の情報は、目標
音源に固有なものであり、目標の類識別を行う場合に重
要な判定要素となるものである。

【０００３】従来の目標自動類識別装置は、これらのパ
ラメータを用いて、自動的に目標の類識別を行うもので
あり、この類識別の動作について説明する。図２は従来
の目標自動類識別装置を説明するためのブロック図であ
る。まず、ここでは一例として、入力信号を音波とす
る。目標からの音波は音響センサ１−１〜１−Ｎに入力
され、その出力の時系列信号に対して、ＦＦＴ／整相処
理部２により、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理と整相
処理を行い、時系列信号を方位、周波数空間上のレベル
データに変換する。

【０００４】そして、自動探知／追尾処理部３により、
方位、周波数空間上でのレベルの極大点を検出し、それ
を時間的に追尾することにより、ラインの検出を行い、
データ統合処理部４により、ラインの方位情報から、同
一の音源に関するラインの組み合わせを生成する。そし
て、特徴抽出処理部５により、データ統合処理部４で生
成された各ラインの特徴を抽出し、特徴要素として周波
数の時間的な平均値、及び標準偏差を抽出する。

【０００５】そして、特徴抽出処理部５の出力信号は、
目標自動類識別装置６に入力される。また、目標自動類
識別装置６はカタログ７、ドップラー変換部８、類似度
計算部９、目標選択部１０及び表示部１１を有してお
り、カタログ７は図３に示すように、複数個のカタログ
Ｔ1 〜Ｔn から構成され、それぞれのカタログＴ1 〜Ｔ
n は、あらかじめ目標の種類ごとに、その周波数情報な
どを測定して作成されたものである。

【０００６】そして、目標自動類識別装置６では、ドッ
プラー変換部８により、カタログ７内の複数のカタログ
Ｔ1 〜Ｔn の情報をそれぞれドップラー変換し、類似度
計算部９により、ドップラー変換部８によりドップラー
変換された情報と入力した情報に基づいて、それぞれの
カタログＴ1 〜Ｔn に対する類似度を演算し、目標選択
部１０によりカタログＴ1 〜Ｔn のなかで類似度が最も
高いカタログを選択して、表示部１１に表示するように
なっている。

【０００７】ここで、従来の目標の自動類識別の動作に
ついて説明する。まず、目標及び音響センサ１−１〜１
−Ｎが設置されている移動体は、図４に示すように、そ
れぞれ、音響センサ１−１〜１−Ｎから目標に向かうベ
クトルに対し、θo 、θs の方向に、Ｖo 、Ｖs の速力
で運動しており、それぞれのベクトル方向の速度成分
は、Ｖo ・ｃｏｓθo 、Ｖs ・ｃｏｓθs となる。ま
た、音速をＣとすると、目標の放射する信号の周波数を
ｆi （i ＝１，２，……，n ）すると、音響センサ１−
１〜１−Ｎには、ドップラー効果により、下式で与えら
れる周波数ｆi ′で入力される。

【０００８】

【数１】

【０００９】数１の式で、目標の速度成分Ｖo ・ｃｏｓ
θo 及び音響センサ１−１〜１−Ｎの速度成分Ｖs ・ｃ
ｏｓθs は、音速Ｃに比較して十分に小さいので、目標
及び音響センサ１−１〜１−Ｎの相対速度をＶとし、相
対速度Ｖを下式のように定義する。

【００１０】Ｖ＝Ｖs ・ｃｏｓθs −Ｖo ・ｃｏｓθo

【００１１】そして、数１の式を相対速度Ｖを用いて、
下式のように近似し、以下ドップラー変換に関しては、
この近似式を用いる。

【００１２】

【数２】

【００１３】また、カタログ７のカタログ収集時につい
ても同様に、カタログ収集時の目標及び音響センサの運
動をそれぞれ、Ｖoc、Ｖscとし、それぞれの運動方位を
θoc、θscとすると、カタログ収集時の目標の放射する
信号の周波数ｆi は、ドップラー効果により、下式で与
えられる周波数ｆi ″として、音響センサに入力され、
これがカタログ７の周波数情報となる。

【００１４】

【数３】

【００１５】また、数３の式を変形すると、下式とな
る。

【００１６】

【数４】

【００１７】そして、数４の式を数２の式に代入する
と、下式となる。

【００１８】

【数５】

【００１９】さらに、数５の式を数２に式と同様に近似
すると、下式となる。

【００２０】

【数６】

【００２１】そして、ドップラー変換部８により、数６
の式に基づいて、カタログ７の周波数情報にドップラー
変換を行い（以下、ドップラー補正という）、類識別し
ようとする信号と照合する。ここで、数６の式におい
て、Ｖo ・ｃｏｓθo 及びＶoc・ｃｏｓθocは未知であ
り、目標の最高速力をＶmax とすると、Ｖo ・ｃｏｓθ
o 及びＶoc・ｃｏｓθocはそれぞれ、以下に示す範囲を
とることになる。

【００２２】−Ｖmax ＜ Ｖo ・ｃｏｓθo ＜Ｖmax −Ｖmax ＜ Ｖoc・ｃｏｓθoc ＜Ｖmax

【００２３】また、相対速度Ｖを下式のように定義す
る。

【００２４】Ｖ＝（Ｖs ・ｃｏｓθs −Ｖo ・ｃｏｓθ
o ）−（Ｖsc・ｃｏｓθsc−Ｖoc・ｃｏｓθoc）

【００２５】したがって、ドップラー補正を行うための
相対速度の範囲は、以下に示す範囲となる。

【００２６】 Ｖs ・ｃｏｓθs −Ｖsc・ｃｏｓθsc−２Ｖmax ＜ Ｖ Ｖ＜ Ｖs ・ｃｏｓθs −Ｖsc・ｃｏｓθsc＋２Ｖmax

【００２７】そして、この範囲の中で、いくつかの相対
速度Ｖk を用いて、カタログＴi の各周波数ｆi ″に対
してドップラー補正を行う。そして、このドップラー補
正された周波数情報をＴi,k とする。

【００２８】そして、類似度計算部９では、入力された
ラインの周波数の平均値、標準偏差をそれぞれ、ｆi 、
σi （i ＝１，２，……，ｍ）として、これらのパラメ
ータをもとに探知信号ｓ(f) を下式のように構成する。

【００２９】

【数７】

【００３０】一方、カタログの周波数とその変化幅をそ
れぞれ、Ｆj 、 dＦj （j ＝１，２，……，ｍ）とし
て、ドップラー補正されたカタログデータＴi,k(f)を下
式により構成する。

【００３１】 Ｔi,k(f)＝１ （ある jに対して；Ｆj − dＦj ≦ｆ≦Ｆj ＋ dＦj ） ＝０ （上記以外）

【００３２】このとき、探知信号ｓ(f) とカタログＴi,
k(f)が同一である類似度Ａi,k(f)は下式により与えられ
る。

【００３３】

【数８】

【００３４】そして、Ｖs ・ｃｏｓθs −Ｖsc・ｃｏｓ
θsc±２Ｖmax の範囲で設定された相対速度Ｖk の中
で、類似度Ａi,k が最大となる相対速度Ｖkoを選び、対
応する類似度Ａi,koをカタログに対する類似度とする。
また、ここでは、カタログデータＴi,k(f)は、１か０で
のみ定義したが、１の替わりにラインの重要度に応じ
て、重み付けされる場合もある。そして、計算された類
似度は、目標選択部１０に出力され、最も類似度の高い
カタログを選択して表示部１１に表示する。

【００３５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の目
標自動類識別装置では、目標の運動を推測するため音響
センサから目標方向での相対速度Ｖk をＶs ・ｃｏｓθ
s −Ｖsc・ｃｏｓθsc−２Ｖmax 〜Ｖs ・ｃｏｓθs −
Ｖsc・ｃｏｓθsc＋２Ｖmax の範囲で設定しなければな
らず、計算量が多くなってしまうという問題点があっ
た。また、計算量を少なくするには速度成分の設定刻み
幅を大きくとらなければならず、精度が低くなってしま
うという問題点があった。

【００３６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る目標自動類
識別装置は、あらかじめ移動している目標の種類ごとに
その周波数情報を記録した複数のカタログと、それぞれ
のカタログの周波数情報について、必要に応じた複数通
りのドップラー補正を行うドップラー変換手段と、ドッ
プラー変換手段により複数通りにドップラー補正された
カタログの周波数情報について、類識別を行う目標の周
波数情報との類似度を計算し、最も類似度が高いもの
を、そのカタログの類似度として出力する類似度計算手
段と、類似度計算手段からの出力に基づいて、複数のカ
タログの中から最も類似度の高いカタログを選択する目
標選択手段と、目標選択手段により選択された情報を表
示する表示手段と、類識別を行う目標の周波数情報に基
づいて、その目標の運動を推定する目標運動解析手段
と、目標選択手段により選択されたカタログのドップラ
ー補正の情報と目標運動解析手段により推定された目標
の運動の情報に基づいて、その目標自体から放射される
周波数情報を計算し、目標選択手段により選択されたカ
タログの周波数情報を、目標自体から放射される周波数
情報に書き替えるカタログ作成手段とを備えるものであ
る。

【００３７】

【作用】本発明においては、複数のカタログにより、あ
らかじめ移動している目標の種類ごとにその周波数情報
が記録され、ドップラー変換手段により、それぞれのカ
タログの周波数情報について、必要に応じた複数通りの
ドップラー補正が行われ、類似度計算手段により、ドッ
プラー変換手段により複数通りにドップラー補正された
カタログの周波数情報について、類識別を行う目標の周
波数情報との類似度が計算され、最も類似度が高いもの
が、そのカタログの類似度として出力され、目標選択手
段により、類似度計算手段からの出力に基づいて、複数
のカタログの中から最も類似度の高いカタログが選択さ
れ、表示手段により、目標選択手段により選択された情
報が表示される。

【００３８】また、目標運動解析手段により、類識別を
行う目標の周波数情報に基づいて、その目標の運動が推
定され、カタログ作成手段により、目標選択手段により
選択されたカタログのドップラー補正の情報と目標運動
解析手段により推定された目標の運動の情報に基づい
て、その目標自体から放射される周波数情報が計算さ
れ、目標選択手段により選択されたカタログの周波数情
報が、目標自体から放射される周波数情報に書き替えら
れる。

【００３９】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係る目標自動類識
別装置の構成を示すブロック図である。図において、２
０は目標の運動を解析する目標運動解析部、２１はドッ
プラー効果の影響を受けていない周波数情報のカタログ
を作成し、カタログの内容を作成した新しいカタログに
書き替えるカタログ作成部、２２はカタログの内容をド
ップラー補正するドップラー変換部であり、このドップ
ラー変換部２２はカタログ作成部２１により書き替えら
れたカタログと、書き替えられていないカタログを識別
し、それぞれのカタログに対応したドップラー補正を行
うようになっている。

【００４０】次に、この実施例の動作について説明す
る。まず、カタログ７には従来と同様に、あらかじめ目
標の種類ごとに、その周波数情報などを測定して作成さ
れており、その周波数情報は、何らかのドップラーがか
かっているものである。

【００４１】そして、類識別を行う目標に遭遇すると、
その目標の周波数情報が類似度計算部９に入力され、類
似度計算部９では、カタログ７内のそれぞれのカタログ
Ｔiの周波数情報について、数６の式を用いて、Ｖs ・
ｃｏｓθs −Ｖsc・ｃｏｓθsc−２Ｖmax 〜Ｖs ・ｃｏ
ｓθs −Ｖsc・ｃｏｓθsc＋２Ｖmax の間の幾つかの相
対速度Ｖk でドップラー補正を行い、それぞれのカタロ
グＴi について、ある相対速度Ｖkoのときに、数８の式
により求められた類似度Ａi,k が最も高くなったとする
と、その類似度をカタログＴi の類似度Ａi,koとして、
目標選択部１０に出力する。

【００４２】そして、目標選択部１０では、それぞれの
カタログＴi のなかで、類似度Ａi,koが最も高いカタロ
グＴi を選択し、そのカタログＴi の情報を表示部１１
に表示する。また、このとき、目標運動解析部２０で
は、周波数情報が入力されている目標の運動の推定を行
い、現在の目標の音響センサから目的方向での速度成分
Ｖo ・ｃｏｓθo を求めている。この目標の運動の推定
は、目標が等速直線運動を行っていると仮定し、雑音に
乱された目標音源の方位角、又は方位角とドップラー周
波数の観測時系列から目標の位置と速度の推定を行うも
のである。

【００４３】そして、カタログ作成部２１では、目標選
択部１０から選択されたカタログＴi の類似度Ａi,koを
求めたときの相対速度Ｖk 、及び目標運動解析部２０で
求められた、速度成分Ｖo ・ｃｏｓθo から、目標選択
部１０で選択されたカタログＴi の周波数情報を収集し
たときの、目標の相対速度Ｖ″を下式のように算出す
る。

【００４４】Ｖ″＝Ｖko−Ｖo ・ｃｏｓθo

【００４５】そして、この相対速度Ｖ″と、目標選択部
１０で選択されたカタログＴi に記録されている周波数
情報ｆi ″により、下式を用いて、そのカタログＴi に
ついて、ドップラー効果の影響のない周波数情報ｆi を
求める。

【００４６】

【数９】

【００４７】そして、数９の式で求められた周波数情報
ｆi を、目標選択部１０で選択されたカタログＴi の新
しい周波数情報として書き替える。また、このとき、カ
タログ７内のカタログＴi は、カタログ作成部２１によ
り、周波数情報が書き替えられたものと、書き替えられ
ていないものが記録されていることになるが、周波数情
報が書き替えられているものには、例えば、カタログＴ
i の内容に、書き替えたことを示すフラグなどを設け
て、カタログＴi の内容が書き替えられたことを示すよ
うにすればよい。

【００４８】そして、ドップラー変換部２２では、ドッ
プラー補正を行う際、カタログＴiの周波数情報が、カ
タログ作成部２１により書き替えられたカタログである
とき、そのドップラー補正を数２の式を用いて行う。し
たがって、数２の式では、Ｖo ・ｃｏｓθo のみが未知
となるので、想定される相対速度は、−Ｖmax ＋Ｖs ・
ｃｏｓθs 〜＋Ｖmax ＋Ｖs ・ｃｏｓθs の範囲をとる
ことになり、従来の、Ｖs ・ｃｏｓθs −Ｖsc・ｃｏｓ
θsc−２Ｖmax 〜Ｖs ・ｃｏｓθs −Ｖsc・ｃｏｓθsc
＋２Ｖmax の範囲の約１／２となるので、ドップラー補
正の計算量も従来に比べて１／２となる。

【００４９】この実施例では、１度、目標の類識別を行
うと、ドップラー効果の影響のない目標の放射する周波
数情報を推定し、その目標のカタログの周波数情報を推
定した周波数情報に書き替え、次にそのカタログにドッ
プラー補正を行うときは、数２の式を用いてドップラー
補正を行うことができるので、ドップラー補正の計算量
を少なくすることができる。

【００５０】なお、この実施例では、ドップラー効果の
影響を取り除いた周波数情報ｆi を新たなカタログとし
たが、データ収集時の周波数情報ｆi ″と、相対速度
Ｖ″をカタログとしてもよい。この場合は、次回からの
目標自動類識別では、数６の式をドップラー補正の式と
し、相対速度Ｖを下式のように定義する。

【００５１】 Ｖ＝（Ｖs ・ｃｏｓθs −Ｖo ・ｃｏｓθo ）−Ｖ″

【００５２】この式では、Ｖo ・ｃｏｓθo のみが未知
であり、Ｖo ・ｃｏｓθo は、以下に示す範囲をとるこ
とになる。

【００５３】−Ｖmax ＜ Ｖo ・ｃｏｓθo ＜Ｖmax

【００５４】したがって、相対速度Ｖk を、Ｖs ・ｃｏ
ｓθs −Ｖmax −Ｖ″〜Ｖs ・ｃｏｓθs ＋Ｖmax −
Ｖ″の範囲に所定の刻み幅でとり、おのおのの相対速度
について、それぞれドップラー補正を行うことで、同様
の効果を得ることができる。

【００５５】また、この実施例では、ドップラー変換に
ついてそれぞれ、相対速度Ｖと数２の式の近似式を用い
て説明したが、数１の式を用いてもよい。さらに、この
実施例ではカタログに対して、複数通りのドップラー変
換を施して入力信号と比較することとしたが、逆に入力
信号に複数通りのドップラー変換を施してカタログと比
較しても効果は同じである。

【００５６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、目標運動
解析手段により、類識別を行う目標の周波数情報に基づ
いて、その目標の運動を推定し、カタログ作成手段によ
り、目標選択手段により選択されたカタログのドップラ
ー補正の情報と目標運動解析手段により推定された目標
の運動の情報に基づいて、その目標自体から放射される
周波数情報を計算し、目標選択手段により選択されたカ
タログの周波数情報を、目標自体から放射される周波数
情報に書き替えるようにしたので、１度、目標選択手段
によりカタログが選択されると、そのカタログの周波数
情報は、目標の放射する周波数情報に書き替えられるの
で、次回からはそのカタログのドップラー補正の計算量
を少なくすることができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る目標自動類識別装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】従来の目標自動類識別装置を説明するためのブ
ロック図である。

【図３】カタログの内容を説明するための説明図であ
る。

【図４】音響センサと目標の運動を説明するための説明
図である。

【符号の説明】

７ カタログ ９ 類似度計算部 １０ 目標選択部 １１ 表示部 ２０ 目標運動解析部 ２１ カタログ作成部 ２２ ドップラー変換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 正人 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 あらかじめ移動している目標の種類ごと
   にその周波数情報を記録した複数のカタログと、 それぞれの前記カタログの周波数情報について、必要に
   応じた複数通りのドップラー補正を行うドップラー変換
   手段と、 前記ドップラー変換手段により複数通りにドップラー補
   正された前記カタログの周波数情報について、類識別を
   行う目標の周波数情報との類似度を計算し、最も類似度
   が高いものを、そのカタログの類似度として出力する類
   似度計算手段と、 該類似度計算手段からの出力に基づいて、前記複数のカ
   タログの中から最も類似度の高いカタログを選択する目
   標選択手段と、 該目標選択手段により選択された情報を表示する表示手
   段と、 前記類識別を行う目標の周波数情報に基づいて、その目
   標の運動を推定する目標運動解析手段と、 前記目標選択手段により選択されたカタログの前記ドッ
   プラー補正の情報と前記目標運動解析手段により推定さ
   れた目標の運動の情報に基づいて、その目標自体から放
   射される周波数情報を計算し、前記目標選択手段により
   選択されたカタログの周波数情報を、前記目標自体から
   放射される周波数情報に書き替えるカタログ作成手段と
   を備えることを特徴とする目標自動類識別装置。