JPH10104329A - 音源方位検出装置 - Google Patents
音源方位検出装置Info
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- JPH10104329A JPH10104329A JP27739796A JP27739796A JPH10104329A JP H10104329 A JPH10104329 A JP H10104329A JP 27739796 A JP27739796 A JP 27739796A JP 27739796 A JP27739796 A JP 27739796A JP H10104329 A JPH10104329 A JP H10104329A
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- signal
- sound source
- sonobuoy
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】１本の指向性パッシブソノブイからの信号を入
力して所定の信号処理をすることにより広周波数帯域に
渡る信号の存在を探知する。 【解決手段】水中の音波を受波する指向性パッシブソノ
ブイで得られた南北方向成分の信号と東西方向成分の信
号と全方位方向成分の信号とに基づいてカージオイド指
向性と呼ばれるハート型の指向性パターンを作成し、そ
の最大感度軸方位を所定の方位間隔に設定し、設定方位
毎に前記カージオイド指向性を付加する指向性合成部１
と、指向性合成部１の出力信号を二乗検波し、指向性ソ
ノブイの周辺の各方位から到来する広周波数帯域の信号
を前記カージオイド指向性の二乗の感度特性パターンで
畳み込んだパワーを出力する二乗検波部２と、二乗検波
部２の一連の出力の組を用いてデコンボリューションを
行うことにより所定の方位間隔での広周波数帯域信号の
パワーを検出するデコンボリューション部３を有する。
力して所定の信号処理をすることにより広周波数帯域に
渡る信号の存在を探知する。 【解決手段】水中の音波を受波する指向性パッシブソノ
ブイで得られた南北方向成分の信号と東西方向成分の信
号と全方位方向成分の信号とに基づいてカージオイド指
向性と呼ばれるハート型の指向性パターンを作成し、そ
の最大感度軸方位を所定の方位間隔に設定し、設定方位
毎に前記カージオイド指向性を付加する指向性合成部１
と、指向性合成部１の出力信号を二乗検波し、指向性ソ
ノブイの周辺の各方位から到来する広周波数帯域の信号
を前記カージオイド指向性の二乗の感度特性パターンで
畳み込んだパワーを出力する二乗検波部２と、二乗検波
部２の一連の出力の組を用いてデコンボリューションを
行うことにより所定の方位間隔での広周波数帯域信号の
パワーを検出するデコンボリューション部３を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、音源方位検出装置
に関し、特に音響信号を受波し電気信号に変換して発信
する１本の指向性パッシブソノブイからの信号を入力し
て信号処理し、広周波数帯域の信号を発生している音源
を探知し、その方位を検出する音源方位検出装置に関す
る。
に関し、特に音響信号を受波し電気信号に変換して発信
する１本の指向性パッシブソノブイからの信号を入力し
て信号処理し、広周波数帯域の信号を発生している音源
を探知し、その方位を検出する音源方位検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の広周波数帯域の信号到来
方位検出装置を示す図である。図６において、音源探知
の原理は、２つの異なる地理上の位置に無指向性の第１
のソノブイ８および第２のソノブイ９が配置されてい
る。第１のソノブイ８および第２のソノブイ９の相互の
距離は、常に把握されているものとする。音源７で発生
している音響信号は、第１、第２のソノブイ８、９で受
波される。
方位検出装置を示す図である。図６において、音源探知
の原理は、２つの異なる地理上の位置に無指向性の第１
のソノブイ８および第２のソノブイ９が配置されてい
る。第１のソノブイ８および第２のソノブイ９の相互の
距離は、常に把握されているものとする。音源７で発生
している音響信号は、第１、第２のソノブイ８、９で受
波される。
【０００３】第１、第２のソノブイ８、９それぞれの受
信信号は、（１）式および（２）式で表示することがで
きる。 第１のソノブイ８の受信信号 ＝η1（ｔ）＋ｓ（ｔ） ………（１） 第２のソノブイ９の受信信号 ＝η2（ｔ）＋ｓ（ｔ−τ） ………（２） （１）式、（２）式において、η1（ｔ）、η2（ｔ）は
水中の雑音、ｓ（ｔ）、ｓ（ｔ−τ）は音源７の発する
信号である。また、η1（ｔ）、η2（ｔ）、ｓ（ｔ）、
ｓ（ｔ−τ）はそれぞれ平均０、分数σ1 2、σ2 2、σ3 2
を有するガウスランダム雑音であり、相互の相関性は無
い。
信信号は、（１）式および（２）式で表示することがで
きる。 第１のソノブイ８の受信信号 ＝η1（ｔ）＋ｓ（ｔ） ………（１） 第２のソノブイ９の受信信号 ＝η2（ｔ）＋ｓ（ｔ−τ） ………（２） （１）式、（２）式において、η1（ｔ）、η2（ｔ）は
水中の雑音、ｓ（ｔ）、ｓ（ｔ−τ）は音源７の発する
信号である。また、η1（ｔ）、η2（ｔ）、ｓ（ｔ）、
ｓ（ｔ−τ）はそれぞれ平均０、分数σ1 2、σ2 2、σ3 2
を有するガウスランダム雑音であり、相互の相関性は無
い。
【０００４】また上述した（２）式の時間τは、音源７
と第１のソノブイ８との距離Ｌａと音源７と第２のソノ
ブイ９との距離Ｌｂとの差Ｌｃを、音波が伝搬するのに
必要な時間である。
と第１のソノブイ８との距離Ｌａと音源７と第２のソノ
ブイ９との距離Ｌｂとの差Ｌｃを、音波が伝搬するのに
必要な時間である。
【０００５】図５は、従来の音源探知装置のブロック図
である。図５において、第１のソノブイ８からの受信信
号と、第２のソノブイ９からの受信信号とは、相関器６
に入力され、両信号の相関関係数が演算され、相関出力
が得られる。相関出力は、次の（３）式のように表され
る。 相関出力＝（１／Ｔ）T∫0｛η1（ｔ−ν）＋ｓ（ｔ−ν）｝ ・｛η2（ｔ）＋ｓ（ｔ−τ）｝ｄｔ ……（３）
である。図５において、第１のソノブイ８からの受信信
号と、第２のソノブイ９からの受信信号とは、相関器６
に入力され、両信号の相関関係数が演算され、相関出力
が得られる。相関出力は、次の（３）式のように表され
る。 相関出力＝（１／Ｔ）T∫0｛η1（ｔ−ν）＋ｓ（ｔ−ν）｝ ・｛η2（ｔ）＋ｓ（ｔ−τ）｝ｄｔ ……（３）
【０００６】（３）式において、積分時間Ｔを長くする
と、相関のタイムラグνが時間τに等しいとき相関出力
は音源７の発生する信号の分散σ2 2に近づき、タイムラ
グνが時間τと異なるときは相関出力は０に近づく。従
来の広周波数帯域信号の到来方位検出装置においては、
相関タイムラグνを変化させ、相関出力のピーク値を検
出することで、信号を発生する音源７の探知を行ってき
た。
と、相関のタイムラグνが時間τに等しいとき相関出力
は音源７の発生する信号の分散σ2 2に近づき、タイムラ
グνが時間τと異なるときは相関出力は０に近づく。従
来の広周波数帯域信号の到来方位検出装置においては、
相関タイムラグνを変化させ、相関出力のピーク値を検
出することで、信号を発生する音源７の探知を行ってき
た。
【０００７】音源７の方位は、第１、第２のソノブイ
８、９の相互の距離と、相関のタイムラグνとから求め
られる距離Ｌｃを用いることで、第１、第２のソノブイ
８と、９の位置の２点を焦点とする双曲線上にあること
がわかり、音源７までの距離が２焦点間の距離に較べて
充分大きい場合には略双曲線の漸近線の方向にあるとい
え、これは幾何学的に容易に求めることができる。
８、９の相互の距離と、相関のタイムラグνとから求め
られる距離Ｌｃを用いることで、第１、第２のソノブイ
８と、９の位置の２点を焦点とする双曲線上にあること
がわかり、音源７までの距離が２焦点間の距離に較べて
充分大きい場合には略双曲線の漸近線の方向にあるとい
え、これは幾何学的に容易に求めることができる。
【０００８】特開昭６３−２６５１８３号公報に開示さ
れた広周波数帯域雑音源探知装置は図７のような構成を
有し、水中の音波を受波する指向性パッシブソノブイ
と、この指向性パッシブソノブイから南北方向成分（Ｎ
Ｓ）の雑音信号と東西方向成分（ＥＷ）の雑音信号と全
方位方向成分（ＯＭＮＩ）の雑音信号とを受けて周波数
分析する周波数分析部２２、２３、２４と、前記南北方
向成分の雑音信号と前記東西方向成分の雑音信号の位相
と前記全方位方向成分の雑音信号の位相とを比較し、同
相の信号には正の符号の逆相の信号には負の符号を、周
波数分析後の南北方向成分の雑音信号と東西方向成分の
雑音信号とにそれぞれ付与する位相比較部２５と、位相
比較部２５の出力信号を時間積分する積分部２６と、積
分部２６の南北方向成分の雑音信号の出力と東西方向成
分の雑音信号との出力から音源の方向を検出する方位検
出部２７と、所定の周波数範囲および方位範囲内にある
南北方向成分の雑音信号と東西方向成分の雑音信号との
積分出力を累加する累加部２８とを具備する。
れた広周波数帯域雑音源探知装置は図７のような構成を
有し、水中の音波を受波する指向性パッシブソノブイ
と、この指向性パッシブソノブイから南北方向成分（Ｎ
Ｓ）の雑音信号と東西方向成分（ＥＷ）の雑音信号と全
方位方向成分（ＯＭＮＩ）の雑音信号とを受けて周波数
分析する周波数分析部２２、２３、２４と、前記南北方
向成分の雑音信号と前記東西方向成分の雑音信号の位相
と前記全方位方向成分の雑音信号の位相とを比較し、同
相の信号には正の符号の逆相の信号には負の符号を、周
波数分析後の南北方向成分の雑音信号と東西方向成分の
雑音信号とにそれぞれ付与する位相比較部２５と、位相
比較部２５の出力信号を時間積分する積分部２６と、積
分部２６の南北方向成分の雑音信号の出力と東西方向成
分の雑音信号との出力から音源の方向を検出する方位検
出部２７と、所定の周波数範囲および方位範囲内にある
南北方向成分の雑音信号と東西方向成分の雑音信号との
積分出力を累加する累加部２８とを具備する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
構成においては、１本のソノブイにおいて狭周波数帯域
毎の雑音源の方位を算出し、方位が設定した範囲に収ま
る場合に狭周波数帯域毎のパワーの出力値を累加し、方
位毎の累加値の大小により音源の探知および方位の算出
して全周波数帯域における音源信号のパワーを検出して
いないから、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が向上しない難
点がある。
構成においては、１本のソノブイにおいて狭周波数帯域
毎の雑音源の方位を算出し、方位が設定した範囲に収ま
る場合に狭周波数帯域毎のパワーの出力値を累加し、方
位毎の累加値の大小により音源の探知および方位の算出
して全周波数帯域における音源信号のパワーを検出して
いないから、Ｓ／Ｎ比（信号対雑音比）が向上しない難
点がある。
【００１０】即ち、一定の周波数帯域にわたる合成出力
を求めているため、同様にＳ／Ｎ比が向上しないという
難点がある。
を求めているため、同様にＳ／Ｎ比が向上しないという
難点がある。
【００１１】また、特開平２−２３１５８９号公報に開
示されている装置は、間隔配置した複数のアンテナを所
定の順番に切換走査して得られる受信信号中の前記切換
走査の各切換時点に生ずる位相変移を検出して得られた
方位成分をもつ方位信号に基づいて、電波の到来方向を
表示する方向探知装置であり、電波の到来方向を測定す
る平面における正方形の各隅角点に複数のアンテナの各
アンテナを配置するアンテナ配置手段と、アンテナを前
記正方形の各対角線方向に切換走査する対角線方向切換
手段と、アンテナを正方形の各辺方向に切換走査する辺
方向切換手段と、電波の周波数に対応して対角線方向切
換手段または辺方向切換手段のうちいずれか一方の手段
を選択動作させて方位信号を得るための切換選択手段
と、切換選択手段により得られた方位信号に基づいて到
来方向の表示を行う方向表示手段とを備える。
示されている装置は、間隔配置した複数のアンテナを所
定の順番に切換走査して得られる受信信号中の前記切換
走査の各切換時点に生ずる位相変移を検出して得られた
方位成分をもつ方位信号に基づいて、電波の到来方向を
表示する方向探知装置であり、電波の到来方向を測定す
る平面における正方形の各隅角点に複数のアンテナの各
アンテナを配置するアンテナ配置手段と、アンテナを前
記正方形の各対角線方向に切換走査する対角線方向切換
手段と、アンテナを正方形の各辺方向に切換走査する辺
方向切換手段と、電波の周波数に対応して対角線方向切
換手段または辺方向切換手段のうちいずれか一方の手段
を選択動作させて方位信号を得るための切換選択手段
と、切換選択手段により得られた方位信号に基づいて到
来方向の表示を行う方向表示手段とを備える。
【００１２】しかしながら、かかる構成においては、複
数のアンテナを不可欠としているから、単数のアンテナ
ではなく、またあくまでアンテナであって音源を検知す
るようなソノブイでもない。
数のアンテナを不可欠としているから、単数のアンテナ
ではなく、またあくまでアンテナであって音源を検知す
るようなソノブイでもない。
【００１３】さらに、特開昭６３−１３９２６９号公報
に開示され、図８に示される水中に存在する広周波数帯
域雑音源を探知する方式は、１つの受波センサから出力
されるCOS θの指向性を有するＮＳ信号とSIN θの指向
性を有するＥＷ信号と無指向性のＯＭＮＩ信号とを周波
数分析する周波数分析部３１と、周波数分析された前記
ＮＳ及び信号ＥＷ信号とＯＭＮＩ信号との各周波数スペ
クトルの位相をそれぞれ比較し、同相の場合は正、逆相
の場合は負の符号を周波数分析後のＮＳ及びＥＷ信号の
各周波数スペクトルに付与する位相比較部３２と、その
出力を各周波数スペクトル毎に積分する積分部３３と、
その結果を一定の周波数範囲にわたり周波数スペクトル
を合成する合成部３４と、その出力であるＮＳ信号の合
成値とＥＷ信号の合成値のＲＭＳとを計算するＲＭＳ計
算部３５とを含む。
に開示され、図８に示される水中に存在する広周波数帯
域雑音源を探知する方式は、１つの受波センサから出力
されるCOS θの指向性を有するＮＳ信号とSIN θの指向
性を有するＥＷ信号と無指向性のＯＭＮＩ信号とを周波
数分析する周波数分析部３１と、周波数分析された前記
ＮＳ及び信号ＥＷ信号とＯＭＮＩ信号との各周波数スペ
クトルの位相をそれぞれ比較し、同相の場合は正、逆相
の場合は負の符号を周波数分析後のＮＳ及びＥＷ信号の
各周波数スペクトルに付与する位相比較部３２と、その
出力を各周波数スペクトル毎に積分する積分部３３と、
その結果を一定の周波数範囲にわたり周波数スペクトル
を合成する合成部３４と、その出力であるＮＳ信号の合
成値とＥＷ信号の合成値のＲＭＳとを計算するＲＭＳ計
算部３５とを含む。
【００１４】しかしながら、かかる構成においても、一
定の周波数帯域にわたり合成部３４で合成するため、全
周波数帯域の合成と比較して充分なＳ／Ｎ比が確保でき
ないという難点がある。
定の周波数帯域にわたり合成部３４で合成するため、全
周波数帯域の合成と比較して充分なＳ／Ｎ比が確保でき
ないという難点がある。
【００１５】以上の通り、第１の従来の問題点は、２つ
のソノブイが２点の異なる地理上の位置から同時に受信
される音源の信号を相関処理をして探知しているから、
等方性雑音の相関がなくなるのに充分な距離以上でかつ
非等方性信号が水中の不均一性の影響で相関がなくなる
距離以下の範囲内の位置に２本のソノブイを配置しなく
てはならないことである。
のソノブイが２点の異なる地理上の位置から同時に受信
される音源の信号を相関処理をして探知しているから、
等方性雑音の相関がなくなるのに充分な距離以上でかつ
非等方性信号が水中の不均一性の影響で相関がなくなる
距離以下の範囲内の位置に２本のソノブイを配置しなく
てはならないことである。
【００１６】第２の従来の問題点は、音源の方位を相関
時間および２本のソノブイの距離から求められているこ
とから、２本のソノブイの距離を常に把握しておかなけ
ればならないことである。
時間および２本のソノブイの距離から求められているこ
とから、２本のソノブイの距離を常に把握しておかなけ
ればならないことである。
【００１７】第３の従来の問題点は、周波数毎の方位を
算出しているから、周波数分解能あたりの信号と雑音と
のパワーの比（Ｓ／Ｎ比）が悪い場合即ち信号が雑音に
対して小さい場合には方位精度が悪化し、正確な音源方
位が求まらないことである。
算出しているから、周波数分解能あたりの信号と雑音と
のパワーの比（Ｓ／Ｎ比）が悪い場合即ち信号が雑音に
対して小さい場合には方位精度が悪化し、正確な音源方
位が求まらないことである。
【００１８】第４の従来の問題点は、従来方位の範囲を
設定しているから、設定する範囲の大小が音源方位の検
出性能に影響することである。
設定しているから、設定する範囲の大小が音源方位の検
出性能に影響することである。
【００１９】そこで、本発明の目的は、１本の指向性パ
ッシブソノブイからの信号を入力して所定の信号処理を
することにより広周波数帯域に渡る信号の存在を探知
し、方位を算出する音源方位検出装置を提供することに
ある。
ッシブソノブイからの信号を入力して所定の信号処理を
することにより広周波数帯域に渡る信号の存在を探知
し、方位を算出する音源方位検出装置を提供することに
ある。
【００２０】本発明の他の目的は、狭周波数帯域におけ
るＳ／Ｎ比が悪くとも広周波数帯域におけるＳ／Ｎ比が
良い信号源に対して存在を探知し方位を検出する音源方
位検出装置を提供することにある。
るＳ／Ｎ比が悪くとも広周波数帯域におけるＳ／Ｎ比が
良い信号源に対して存在を探知し方位を検出する音源方
位検出装置を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明による音源方位検出装置は、水中の音波を受
波する指向性ソノブイと、前記指向性ソノブイで得られ
た南北方向成分の信号、東西方向成分の信号及び全方位
方向成分の信号に基づいてカージオイド指向性の指向性
パターンを作成し、その最大感度軸方位を所定の方位間
隔に設定し、設定方位毎に前記カージオイド指向性を付
加する指向性合成部と、前記指向性合成部の出力信号を
二乗検波し、前記指向性ソノブイの周辺の各方位から到
来する広周波数帯域の信号を前記カージオイド指向性の
二乗の感度特性パターンで畳み込んだパワーを出力する
二乗検波部と、前記二乗検波部の一連の出力の組に基づ
いてデコンボリューションを行うことにより所定の方位
間隔での広周波数帯域信号のパワーを検出するデコンボ
リューション部とを備えて構成される。
め、本発明による音源方位検出装置は、水中の音波を受
波する指向性ソノブイと、前記指向性ソノブイで得られ
た南北方向成分の信号、東西方向成分の信号及び全方位
方向成分の信号に基づいてカージオイド指向性の指向性
パターンを作成し、その最大感度軸方位を所定の方位間
隔に設定し、設定方位毎に前記カージオイド指向性を付
加する指向性合成部と、前記指向性合成部の出力信号を
二乗検波し、前記指向性ソノブイの周辺の各方位から到
来する広周波数帯域の信号を前記カージオイド指向性の
二乗の感度特性パターンで畳み込んだパワーを出力する
二乗検波部と、前記二乗検波部の一連の出力の組に基づ
いてデコンボリューションを行うことにより所定の方位
間隔での広周波数帯域信号のパワーを検出するデコンボ
リューション部とを備えて構成される。
【００２２】ここで、前記デコンボリューション部は、
方位毎に得られたパワーデータをフーリエ変換した値
を、カージオイド指向性のパワーをフーリエ変換した値
で除算し、その結果を逆フーリエ変換することにより方
位毎の到来信号のパワーを求める処理を行い、また、前
記二乗検波部の出力に基づいてデコンボリューション処
理を行い、到来方向毎の全周波数帯域におけるパワーを
求める処理を行う。更に、前記指向性ソノブイは１本と
される。
方位毎に得られたパワーデータをフーリエ変換した値
を、カージオイド指向性のパワーをフーリエ変換した値
で除算し、その結果を逆フーリエ変換することにより方
位毎の到来信号のパワーを求める処理を行い、また、前
記二乗検波部の出力に基づいてデコンボリューション処
理を行い、到来方向毎の全周波数帯域におけるパワーを
求める処理を行う。更に、前記指向性ソノブイは１本と
される。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の音源方位検出装置の実施
形態が図１に示されている。図１において、本発明の音
源方位検出装置の実施形態は、水中の音波を受波する指
向性パッシブソノブイで得られる南北方向成分（ＮＳ）
の信号と東西方向成分（ＥＷ）の信号と全方位方向成分
（ＯＭＮＩ）の信号との入力からカージオイド指向性と
呼ばれるハート型の指向性パターンを作成し、その最大
感度軸方位を所定の方位間隔に設定し、設定方位毎にカ
ージオイド指向性を付加する指向性合成部１と、指向性
合成部１の出力信号を二乗検波し、指向性ソノブイの周
辺の各方位から到来する広周波数帯域の信号をカージオ
イド指向性の二乗の感度特性パターンで畳み込んだパワ
ーを出力する二乗検波部２と、それらの一連の出力の組
を用いてデコンボリューションを行うことにより、所定
の方位間隔での広周波帯域信号のパワーを検出するデコ
ンボリューション部３とを具備することを特徴とする。
形態が図１に示されている。図１において、本発明の音
源方位検出装置の実施形態は、水中の音波を受波する指
向性パッシブソノブイで得られる南北方向成分（ＮＳ）
の信号と東西方向成分（ＥＷ）の信号と全方位方向成分
（ＯＭＮＩ）の信号との入力からカージオイド指向性と
呼ばれるハート型の指向性パターンを作成し、その最大
感度軸方位を所定の方位間隔に設定し、設定方位毎にカ
ージオイド指向性を付加する指向性合成部１と、指向性
合成部１の出力信号を二乗検波し、指向性ソノブイの周
辺の各方位から到来する広周波数帯域の信号をカージオ
イド指向性の二乗の感度特性パターンで畳み込んだパワ
ーを出力する二乗検波部２と、それらの一連の出力の組
を用いてデコンボリューションを行うことにより、所定
の方位間隔での広周波帯域信号のパワーを検出するデコ
ンボリューション部３とを具備することを特徴とする。
【００２４】ここで、指向性合成部１と二乗検波器２
は、それぞれ第１、第２、第３の指向性計算部１１、１
２、１Ｎ、第１、第２、第３の二乗検波部１１、１２、
１Ｎを有するが、ＮＳ信号、ＥＷ信号、ＯＭＮＩ信号以
外の入力信号が印加されてもよい。この場合も、入力信
号に応じて指向性計算部、二乗検波部が用意される。
は、それぞれ第１、第２、第３の指向性計算部１１、１
２、１Ｎ、第１、第２、第３の二乗検波部１１、１２、
１Ｎを有するが、ＮＳ信号、ＥＷ信号、ＯＭＮＩ信号以
外の入力信号が印加されてもよい。この場合も、入力信
号に応じて指向性計算部、二乗検波部が用意される。
【００２５】次に、作用について説明する。即ち、水中
に広周波数帯域信号を発生している音源があり、その音
源の存在場所が未知の場合に、その音源の方位を検知す
る作用について説明する。所定の１本の指向性パッシブ
ソノブイの出力である南北方向成分の信号（ＮＳ信号）
と東西方向成分の信号（ＥＷ信号）と全方向成分を有す
る信号（ＯＭＮＩ信号）とが、本発明の音源方向検出装
置の実施形態における広周波数帯域信号の到来方位検出
装置に入力される。入力されるＮＳ信号、ＥＷ信号およ
びＯＭＮＩ信号は、それぞれ次のように表現される。 ＮＳ信号＝ηNS（ｔ）＋Ｓ（ｔ）cos θ0………（４） ＥＷ信号＝ηEW（ｔ）＋Ｓ（ｔ）sin θ0………（５） ＯＭＮＩ信号＝ηOMNI（ｔ）＋Ｓ（ｔ）………（６）
に広周波数帯域信号を発生している音源があり、その音
源の存在場所が未知の場合に、その音源の方位を検知す
る作用について説明する。所定の１本の指向性パッシブ
ソノブイの出力である南北方向成分の信号（ＮＳ信号）
と東西方向成分の信号（ＥＷ信号）と全方向成分を有す
る信号（ＯＭＮＩ信号）とが、本発明の音源方向検出装
置の実施形態における広周波数帯域信号の到来方位検出
装置に入力される。入力されるＮＳ信号、ＥＷ信号およ
びＯＭＮＩ信号は、それぞれ次のように表現される。 ＮＳ信号＝ηNS（ｔ）＋Ｓ（ｔ）cos θ0………（４） ＥＷ信号＝ηEW（ｔ）＋Ｓ（ｔ）sin θ0………（５） ＯＭＮＩ信号＝ηOMNI（ｔ）＋Ｓ（ｔ）………（６）
【００２６】上述した（４）式、（５）式および（６）
式において、ηNS（ｔ）、ηEW（ｔ）およびη
OMNI（ｔ）は水中雑音であり、Ｓ（ｔ）は音源の発生し
ている信号であり、θ0は音源の方位である。η
NS（ｔ）、ηEW（ｔ）、ηOMNI（ｔ）およびＳ（ｔ）
は、それぞれ平均０、分散σNS 2、σEW 2、σOMNI 2およ
び同σS 2を有するガウスランダム雑音であり、それぞれ
相関はないという性質を有する。
式において、ηNS（ｔ）、ηEW（ｔ）およびη
OMNI（ｔ）は水中雑音であり、Ｓ（ｔ）は音源の発生し
ている信号であり、θ0は音源の方位である。η
NS（ｔ）、ηEW（ｔ）、ηOMNI（ｔ）およびＳ（ｔ）
は、それぞれ平均０、分散σNS 2、σEW 2、σOMNI 2およ
び同σS 2を有するガウスランダム雑音であり、それぞれ
相関はないという性質を有する。
【００２７】上述したような性質を有する信号を指向性
合成部１で受け、カージオイド指向性を付加して出力
し、二乗検波部２に伝達する。カージオイド指向性の最
大感度軸方位を所定の方位間隔で設定することにより、
最大感度軸方位毎に出力が得られる。カージオイド指向
性は、次のように計算される。 ｆα（ｔ）＝ＯＭＮＩ信号＋ＮＳ信号×cos α＋ＥＷ信号×sin α ＝ηOMNI（ｔ）＋ηNS（ｔ）×cos α＋ηEW（ｔ）× sin α＋Ｓ（ｔ）（１＋cos （θ0−α） ………（７） αはカージオイド指向性の最大感度軸方位、ｆα（ｔ）
はそのカージオイド指向性を付加した出力である。
合成部１で受け、カージオイド指向性を付加して出力
し、二乗検波部２に伝達する。カージオイド指向性の最
大感度軸方位を所定の方位間隔で設定することにより、
最大感度軸方位毎に出力が得られる。カージオイド指向
性は、次のように計算される。 ｆα（ｔ）＝ＯＭＮＩ信号＋ＮＳ信号×cos α＋ＥＷ信号×sin α ＝ηOMNI（ｔ）＋ηNS（ｔ）×cos α＋ηEW（ｔ）× sin α＋Ｓ（ｔ）（１＋cos （θ0−α） ………（７） αはカージオイド指向性の最大感度軸方位、ｆα（ｔ）
はそのカージオイド指向性を付加した出力である。
【００２８】二乗検波部では、カージオイド指向性の二
乗の感度特性パターンで畳み込んだパワーを算出して出
力し、デコンボリューション部３に伝達する。デジタル
・フィルタ本体１２の入力が過渡的に０になった場合や
０から新たに入力が発生した場合等でも正常な出力が行
える。 Ｃ2（α）＝TΣt=0ｆα2（ｔ） ＝Ｐ2（θ）＊（１＋cos（θ−α））2……（８） Ｃ2（α）は二乗検波部の出力、Ｔは所定の時間長、Ｐ
（θ）は全周波数帯域における到来方位毎の信号レベ
ル、＊は畳み込み演算子である。
乗の感度特性パターンで畳み込んだパワーを算出して出
力し、デコンボリューション部３に伝達する。デジタル
・フィルタ本体１２の入力が過渡的に０になった場合や
０から新たに入力が発生した場合等でも正常な出力が行
える。 Ｃ2（α）＝TΣt=0ｆα2（ｔ） ＝Ｐ2（θ）＊（１＋cos（θ−α））2……（８） Ｃ2（α）は二乗検波部の出力、Ｔは所定の時間長、Ｐ
（θ）は全周波数帯域における到来方位毎の信号レベ
ル、＊は畳み込み演算子である。
【００２９】デコンボリューション部３では、方位α毎
に得られたパワーデータをフーリエ変換した値を、カー
ジオイド指向性のパワーをフーリエ変換した値で除算
し、その結果を逆フーリエ変換することで、方位毎の到
来信号のパワーを算出して出力する。その時の式は以下
となる。 Ｐ2（θ’）＝Ｆ（Ｐ2（θ）＊（１＋cos （θ−α））2）／Ｆ（１＋ cos （θ−α）2 ………（９） Ｐ2（θ）＝Ｆ-1（Ｐ2（θ）） ………（１０） Ｆはフーリエ変換、Ｆ-1はフーリエ逆変換、θ’はθを
時間とみてフーリエ変換したときの周波数に相当するも
のである。従って、音源がある方位に存在すれば、その
方位からの到来信号のパワーは他方位に比べて大きくな
り、そのピークを示す方位を知ることによって音源の方
位を知ることができる。
に得られたパワーデータをフーリエ変換した値を、カー
ジオイド指向性のパワーをフーリエ変換した値で除算
し、その結果を逆フーリエ変換することで、方位毎の到
来信号のパワーを算出して出力する。その時の式は以下
となる。 Ｐ2（θ’）＝Ｆ（Ｐ2（θ）＊（１＋cos （θ−α））2）／Ｆ（１＋ cos （θ−α）2 ………（９） Ｐ2（θ）＝Ｆ-1（Ｐ2（θ）） ………（１０） Ｆはフーリエ変換、Ｆ-1はフーリエ逆変換、θ’はθを
時間とみてフーリエ変換したときの周波数に相当するも
のである。従って、音源がある方位に存在すれば、その
方位からの到来信号のパワーは他方位に比べて大きくな
り、そのピークを示す方位を知ることによって音源の方
位を知ることができる。
【００３０】図２は本発明の実施形態を実施する場合の
音源と指向性ソノブイとの配置図である。以下図２に基
づいて説明する。信号を発生している音源４と、指向性
ソノブイ５とが、図２のように配置されている場合、指
向性ソノブイ５の南北方向の指向軸を有する受波器で受
波されたＮＳ信号と、東西方向の指向軸を有する受波器
で受波されたＥＷ信号および全方位の音波を受波する受
波器で受波されたＯＭＮＩ信号は、それぞれ上述した
（４）式、（５）式、（６）式のように表現され、その
性質も上述したとおりである。
音源と指向性ソノブイとの配置図である。以下図２に基
づいて説明する。信号を発生している音源４と、指向性
ソノブイ５とが、図２のように配置されている場合、指
向性ソノブイ５の南北方向の指向軸を有する受波器で受
波されたＮＳ信号と、東西方向の指向軸を有する受波器
で受波されたＥＷ信号および全方位の音波を受波する受
波器で受波されたＯＭＮＩ信号は、それぞれ上述した
（４）式、（５）式、（６）式のように表現され、その
性質も上述したとおりである。
【００３１】ＮＳ信号、ＥＷ信号およびＯＭＮＩ信号を
指向性合成部１に入力し、指向性合成結果を得る。指向
性合成部１は全方位をＮ等分し、最大感度軸をそれぞれ
の方位に向けた指向性計算部１１〜１Ｎからなる。最大
感度軸方位が磁北からαの方位を向いている指向性計算
部での計算式は、上述した（７）式にように表現され
る。
指向性合成部１に入力し、指向性合成結果を得る。指向
性合成部１は全方位をＮ等分し、最大感度軸をそれぞれ
の方位に向けた指向性計算部１１〜１Ｎからなる。最大
感度軸方位が磁北からαの方位を向いている指向性計算
部での計算式は、上述した（７）式にように表現され
る。
【００３２】二乗検波部２では、各指向性計算部１１〜
１Ｎからの出力を二乗検波することで、目標からの信号
のレベルをカージオイド指向性の二乗の感度特性パター
ンで畳み込んだパワーを算出して出力する。全周波数帯
域における到来方位毎のパワーをＰ2（θ）（θは０度
〜３６０度）で表せば、図３に示すように音源方位に顕
著なピークが存在する。これに対し、二乗検波部２のパ
ワーの出力を、Ｃ2（α）（αは０度〜３６０度）で表
せば、図４に示すようにカージオイド指向性の設定方位
に対し、顕著なピークが消失し、なだらかにならされた
ものとなる。このときの式は、上述した（８）式のよう
に表される。
１Ｎからの出力を二乗検波することで、目標からの信号
のレベルをカージオイド指向性の二乗の感度特性パター
ンで畳み込んだパワーを算出して出力する。全周波数帯
域における到来方位毎のパワーをＰ2（θ）（θは０度
〜３６０度）で表せば、図３に示すように音源方位に顕
著なピークが存在する。これに対し、二乗検波部２のパ
ワーの出力を、Ｃ2（α）（αは０度〜３６０度）で表
せば、図４に示すようにカージオイド指向性の設定方位
に対し、顕著なピークが消失し、なだらかにならされた
ものとなる。このときの式は、上述した（８）式のよう
に表される。
【００３３】デコンボリューション部３では、二乗検波
部２の出力からデコンボリューション処理を行い、図３
に示す到来方向毎の全周波数帯域におけるパワーを算出
して出力する。この際の計算式は、上述した（９）式、
（１０）式に示すとおりである。
部２の出力からデコンボリューション処理を行い、図３
に示す到来方向毎の全周波数帯域におけるパワーを算出
して出力する。この際の計算式は、上述した（９）式、
（１０）式に示すとおりである。
【００３４】従ってデコンボリューション部３の出力
は、音源の存在方位にピークを持ち、それ以外の方位で
は雑音成分によるある分散を持ったパワー出力値とな
る。
は、音源の存在方位にピークを持ち、それ以外の方位で
は雑音成分によるある分散を持ったパワー出力値とな
る。
【００３５】音源４が存在しない場合は、全ての方位に
対して雑音成分による一定レベルを中心としてある分散
をもったパワー出力値となる。このようなデコンボリュ
ーション部３の出力の性質により、広周波数帯域信号到
来方位の検出で行える。
対して雑音成分による一定レベルを中心としてある分散
をもったパワー出力値となる。このようなデコンボリュ
ーション部３の出力の性質により、広周波数帯域信号到
来方位の検出で行える。
【００３６】以上のように、本発明の実施形態によれ
ば、カージオイド指向性による受信信号の二乗検波出力
は、指向性ソノブイの周辺の各方位から到来する広周波
数帯域の信号のパワーを、カージオイド指向性の二乗の
感度特性パターンで畳み込んだものであり、従って、所
定の方位間隔でカージオイド指向性を形成し、その出力
を二乗検波した一連の出力の組を用いてデコンボリュー
ションを行うことにより、所定の方位間隔での広周波数
帯域信号のパワーを検出でき、信号の到来方位を算出で
きる。
ば、カージオイド指向性による受信信号の二乗検波出力
は、指向性ソノブイの周辺の各方位から到来する広周波
数帯域の信号のパワーを、カージオイド指向性の二乗の
感度特性パターンで畳み込んだものであり、従って、所
定の方位間隔でカージオイド指向性を形成し、その出力
を二乗検波した一連の出力の組を用いてデコンボリュー
ションを行うことにより、所定の方位間隔での広周波数
帯域信号のパワーを検出でき、信号の到来方位を算出で
きる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による音源
検出装置は、１本の指向性ソノブイの受信データから方
位毎の到来信号のパワーが計算された１本の指向性ソノ
ブイで音源の存在および方位が検知できるので、２本以
上のソノブイで制限された範囲に配置し、常にその距離
を把握しておく必要がなくなり、運用が容易になる。
検出装置は、１本の指向性ソノブイの受信データから方
位毎の到来信号のパワーが計算された１本の指向性ソノ
ブイで音源の存在および方位が検知できるので、２本以
上のソノブイで制限された範囲に配置し、常にその距離
を把握しておく必要がなくなり、運用が容易になる。
【００３８】また、本発明による音源検出装置は、全周
波数帯域における信号のパワーを用いて検出を行ってい
るので、狭周波数帯域におけるＳ／Ｎ比が悪い場合でも
音源の存在および方位が検知できる。
波数帯域における信号のパワーを用いて検出を行ってい
るので、狭周波数帯域におけるＳ／Ｎ比が悪い場合でも
音源の存在および方位が検知できる。
【図１】本発明による音源位検出装置の実施形態の構成
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図２】本発明による実施形態の音源と指向性のソノブ
イとの配置図である。
イとの配置図である。
【図３】図２の状況における方位と到来信号パワーとの
関係図である。
関係図である。
【図４】図２の状況における二乗検波部の出力を示した
図である。
図である。
【図５】従来の構成を示すブロック図である。
【図７】従来の音源方位検出装置の構成ブロック図であ
る。
る。
【図８】従来の音源方位検出装置の他の構成ブロック図
である。
である。
１ 指向性合成部 １１〜１Ｎ 指向性計算部 ２ 二乗検波部 ２１〜２Ｎ 二乗検波部 ３ デコンボリューション部 ４，７ 音源 ５ 指向性ソノブイ ６ 相関器 ８，９ ソノブイ ２２，２３，２４，３１ 周波数分析部 ２５，３２ 位相比較部 ２６，３３ 積分部 ２７ 方位検出部 ３４ 合成部 ３５ ＲＭＳ計算部
【手続補正書】
【提出日】平成８年１１月１８日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による音源方位検出装置の実施形態の構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図２】本発明による実施形態の音源と指向性のソノブ
イとの配置図である。
イとの配置図である。
【図３】図２の状況における方位と到来信号パワーとの
関係図である。
関係図である。
【図４】図２の状況における二乗検波部の出力を示した
図である。
図である。
【図５】従来の音源探知装置の構成ブロック図である。
【図６】従来の広周波数帯域の信号到来方位検出装置の
原理図である。
原理図である。
【図７】従来の音源方位検出装置の構成ブロック図であ
る。
る。
【図８】従来の音源方位検出装置の他の構成ブロック図
である。
である。
【符号の説明】 １ 指向性合成部 １１〜１Ｎ 指向性計算部 ２ 二乗検波部 ２１〜２Ｎ 二乗検波部 ３ デコンボリューション部 ４，７ 音源 ５ 指向性ソノブイ ６ 相関器 ８，９ ソノブイ ２２，２３，２４，３１ 周波数分析部 ２５，３２ 位相比較部 ２６，３３ 積分部 ２７ 方位検出部 ３４ 合成部 ３５ ＲＭＳ計算部
Claims (4)
- 【請求項１】水中の音波を受波する指向性ソノブイと、 前記指向性ソノブイで得られた南北方向成分の信号、東
西方向成分の信号及び全方位方向成分の信号に基づいて
カージオイド指向性の指向性パターンを作成し、その最
大感度軸方位を所定の方位間隔に設定し、設定方位毎に
前記カージオイド指向性を付加する指向性合成部と、 前記指向性合成部の出力信号を二乗検波し、前記指向性
ソノブイの周辺の各方位から到来する広周波数帯域の信
号を前記カージオイド指向性の二乗の感度特性パターン
で畳み込んだパワーを出力する二乗検波部と、 前記二乗検波部の一連の出力の組に基づいてデコンボリ
ューションを行うことにより所定の方位間隔での広周波
数帯域信号のパワーを検出するデコンボリューション部
と、を備えて成ることを特徴とする音源方位検出装置。 - 【請求項２】前記デコンボリューション部は、方位毎に
得られたパワーデータをフーリエ変換した値を、カージ
オイド指向性のパワーをフーリエ変換した値で除算し、
その結果を逆フーリエ変換することにより方位毎の到来
信号のパワーを求める処理を行う請求項１に記載の音源
方位検出装置。 - 【請求項３】前記デコンボリューション部は、前記二乗
検波部の出力に基づいてデコンボリューション処理を行
い、到来方向毎の全周波数帯域におけるパワーを求める
処理を行う請求項１に記載の音源方位検出装置。 - 【請求項４】前記指向性ソノブイは１本である請求項１
に記載の音源方位検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27739796A JP2845220B2 (ja) | 1996-09-28 | 1996-09-28 | 音源方位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27739796A JP2845220B2 (ja) | 1996-09-28 | 1996-09-28 | 音源方位検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10104329A true JPH10104329A (ja) | 1998-04-24 |
| JP2845220B2 JP2845220B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=17582979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27739796A Expired - Fee Related JP2845220B2 (ja) | 1996-09-28 | 1996-09-28 | 音源方位検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2845220B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006054599A1 (ja) * | 2004-11-16 | 2008-05-29 | 学校法人日本大学 | 音源方向判定装置及び方法 |
| JP2012173155A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Nec Corp | ソーナー装置及びその指向性合成方法 |
| JP2019045481A (ja) * | 2017-09-01 | 2019-03-22 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 音方向探知センサー |
-
1996
- 1996-09-28 JP JP27739796A patent/JP2845220B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006054599A1 (ja) * | 2004-11-16 | 2008-05-29 | 学校法人日本大学 | 音源方向判定装置及び方法 |
| JP5004276B2 (ja) * | 2004-11-16 | 2012-08-22 | 学校法人日本大学 | 音源方向判定装置及び方法 |
| JP2012173155A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Nec Corp | ソーナー装置及びその指向性合成方法 |
| JP2019045481A (ja) * | 2017-09-01 | 2019-03-22 | 三星電子株式会社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． | 音方向探知センサー |
| JP2022189837A (ja) * | 2017-09-01 | 2022-12-22 | 三星電子株式会社 | 音方向探知センサー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2845220B2 (ja) | 1999-01-13 |
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