JPH1114443A - モード固有値計測方法 - Google Patents
モード固有値計測方法Info
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- JPH1114443A JPH1114443A JP16680097A JP16680097A JPH1114443A JP H1114443 A JPH1114443 A JP H1114443A JP 16680097 A JP16680097 A JP 16680097A JP 16680097 A JP16680097 A JP 16680097A JP H1114443 A JPH1114443 A JP H1114443A
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Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
雑音成分の影響を軽減したモード固有値計測方法を提供
する。 【課題】 伝搬特性測定装置１は、送波器からの音波を
受波器で受波することによって受波信号Ｓ１を生成す
る。第１の離散フーリエ変換処理部２は、受波信号Ｓ１
を入力して離散フーリエ変換を行い、離散フーリエ変換
出力信号Ｓ２を出力する。合成開口処理部３は、離散フ
ーリエ変換出力信号Ｓ２から同時刻で等距離間隔の複素
振幅データＳ３を生成する。第２の離散フーリエ変換処
理部４は、複素振幅データＳ３を入力して波数スペクト
ラムＳ４を出力する。共分散行列生成部５は、波数スペ
クトラムＳ４の各波数データに対して隣接する各波数デ
ータ間の共分散行列Ｓ５を生成する。高分解能処理部６
は、共分散行列Ｓ５に対してMUSIC を行い、処理結果Ｓ
６を生成する。ピーク検出処理部７は、処理結果Ｓ６を
入力してピークを持つ波数をモード固有値Ｓ７として出
力する。
する。 【課題】 伝搬特性測定装置１は、送波器からの音波を
受波器で受波することによって受波信号Ｓ１を生成す
る。第１の離散フーリエ変換処理部２は、受波信号Ｓ１
を入力して離散フーリエ変換を行い、離散フーリエ変換
出力信号Ｓ２を出力する。合成開口処理部３は、離散フ
ーリエ変換出力信号Ｓ２から同時刻で等距離間隔の複素
振幅データＳ３を生成する。第２の離散フーリエ変換処
理部４は、複素振幅データＳ３を入力して波数スペクト
ラムＳ４を出力する。共分散行列生成部５は、波数スペ
クトラムＳ４の各波数データに対して隣接する各波数デ
ータ間の共分散行列Ｓ５を生成する。高分解能処理部６
は、共分散行列Ｓ５に対してMUSIC を行い、処理結果Ｓ
６を生成する。ピーク検出処理部７は、処理結果Ｓ６を
入力してピークを持つ波数をモード固有値Ｓ７として出
力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、海洋中の音波伝搬
特性を計算する音波伝搬シミュレーション方法に用いら
れ、音波伝搬特性計算装置に対する入力信号の環境条件
である海底堆積層における音速分布を推定するために必
要なノーマルモード固有値を計測するモード固有値計測
方法に関するものである。
特性を計算する音波伝搬シミュレーション方法に用いら
れ、音波伝搬特性計算装置に対する入力信号の環境条件
である海底堆積層における音速分布を推定するために必
要なノーマルモード固有値を計測するモード固有値計測
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献１；J.Acoust.Soc.Am.,82(3)(1987)、Acoustical S
ociety of America 、（米）,S.D.Rajan,et al.,"Pertu
rbative inversion methods for obtaining bottom geo
acoustic parameters in shallowwater",P.998-1017 文献２；J.Acoust.Soc.Am.,93(1)(1993)、Acoustical S
ociety of America 、（米）,S.D.RajanandS.D.Bhatt
a,"Evaluation on high-resolution frequency method
s for determining frequencies ofeigenmodes in shal
low water acoustic field",P.378-389 海洋中の音波は、海水中での屈折や海面及び海底での反
射を繰り返し、遠方まで伝搬する。特に、水深の浅い海
洋（以下、浅海域という) では、海面及び海底で反射を
繰り返す音波が支配的となり、この音場を正確に把握す
るためには、海底反射損失に影響を及ぼす海底堆積層中
の音速を把握することが不可欠である。海底反射損失
は、従来、音源からパルスを放射し、時間的に分離した
海底反射波のレベルを測定することによって推定されて
いた。しかしながら、浅海域では海底反射波を時間的に
分離することが困難であるため、前記文献１に記載され
た連続波を用いる別の推定方法がRajan らによって提案
された。
例えば、次のような文献に記載されるものがあった。 文献１；J.Acoust.Soc.Am.,82(3)(1987)、Acoustical S
ociety of America 、（米）,S.D.Rajan,et al.,"Pertu
rbative inversion methods for obtaining bottom geo
acoustic parameters in shallowwater",P.998-1017 文献２；J.Acoust.Soc.Am.,93(1)(1993)、Acoustical S
ociety of America 、（米）,S.D.RajanandS.D.Bhatt
a,"Evaluation on high-resolution frequency method
s for determining frequencies ofeigenmodes in shal
low water acoustic field",P.378-389 海洋中の音波は、海水中での屈折や海面及び海底での反
射を繰り返し、遠方まで伝搬する。特に、水深の浅い海
洋（以下、浅海域という) では、海面及び海底で反射を
繰り返す音波が支配的となり、この音場を正確に把握す
るためには、海底反射損失に影響を及ぼす海底堆積層中
の音速を把握することが不可欠である。海底反射損失
は、従来、音源からパルスを放射し、時間的に分離した
海底反射波のレベルを測定することによって推定されて
いた。しかしながら、浅海域では海底反射波を時間的に
分離することが困難であるため、前記文献１に記載され
た連続波を用いる別の推定方法がRajan らによって提案
された。
【０００３】これは海底反射損失を直接測る方法ではな
く、水平方向の音波伝搬特性からハンケル変換を用いて
ノーマルモード固有値（以下、モード固有値という）を
測定し、このモード固有値と仮定した音速分布の初期値
から計算されたモード固有値との差から、逆問題解法を
用いて海底反射損失の計算に必要な海底堆積層中の音速
を推定する方法である。水温や水深等の媒質特性が水平
方向に変化しない媒質（即ち、成層媒質) での音波伝搬
特性Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ）及び波数スペクトラムＧ（ｋ
r ，ｚr ，ｚs）は、次式（１），（２）に示すハンケ
ル変換対でそれぞれ与えられる。
く、水平方向の音波伝搬特性からハンケル変換を用いて
ノーマルモード固有値（以下、モード固有値という）を
測定し、このモード固有値と仮定した音速分布の初期値
から計算されたモード固有値との差から、逆問題解法を
用いて海底反射損失の計算に必要な海底堆積層中の音速
を推定する方法である。水温や水深等の媒質特性が水平
方向に変化しない媒質（即ち、成層媒質) での音波伝搬
特性Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ）及び波数スペクトラムＧ（ｋ
r ，ｚr ，ｚs）は、次式（１），（２）に示すハンケ
ル変換対でそれぞれ与えられる。
【０００４】
【数１】 今、水平方向の音波伝搬特性Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ）を測
定すると、波数スペクトラムＧ（ｋr ，ｚr ，ｚs ）は
式（２）によって計算され、該波数スペクトラムＧ（ｋ
r ，ｚr ，ｚs ）がピークをもつ水平波数ｋr がモード
固有値に対応する。又、前記文献２に示された方法は、
文献１の式（１），（２）のハンケル変換の代わりにMU
SIC,ESPRIT等の高分解能手法を適用した例である。
定すると、波数スペクトラムＧ（ｋr ，ｚr ，ｚs ）は
式（２）によって計算され、該波数スペクトラムＧ（ｋ
r ，ｚr ，ｚs ）がピークをもつ水平波数ｋr がモード
固有値に対応する。又、前記文献２に示された方法は、
文献１の式（１），（２）のハンケル変換の代わりにMU
SIC,ESPRIT等の高分解能手法を適用した例である。
【０００５】ここでは、MUSIC を用いたモード固有値計
測方法の原理について説明する。海水中を移動する音源
から放射された音波を、固定された受波器にて受波す
る。尚、この場合、音源を固定し、受波器を移動させて
もよい。受波信号は、離散フーリエ変換(DFT) が逐次行
われ、更に音源信号周波数にドップラーシフト分を考慮
した周波数成分の信号が抽出される。ここで抽出された
信号と位置が時々刻々変化する音源と受波器間のデータ
から、音場の距離特性（即ち、水平方向の音波伝搬特
性） Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ） が計測される。このとき、音源又は受波器のいずれか一
方が移動しながら測定を行うので、距離が異なるデータ
は受信時刻も異なるため、合成開口手法を用いて同一時
刻における受信信号になるように位相を補正する。次
に、距離ｒn （n=0,1,…,N-1）に対する音場 ｙ（ｎ）＝Ｐ（ｒn ，ｚr ，ｚs ）（水平方向の音波伝
搬特性） から、共分散行列Ｒyyを計算する。共分散行列Ｒyyの各
成分は次式（３）で計算される。
測方法の原理について説明する。海水中を移動する音源
から放射された音波を、固定された受波器にて受波す
る。尚、この場合、音源を固定し、受波器を移動させて
もよい。受波信号は、離散フーリエ変換(DFT) が逐次行
われ、更に音源信号周波数にドップラーシフト分を考慮
した周波数成分の信号が抽出される。ここで抽出された
信号と位置が時々刻々変化する音源と受波器間のデータ
から、音場の距離特性（即ち、水平方向の音波伝搬特
性） Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ） が計測される。このとき、音源又は受波器のいずれか一
方が移動しながら測定を行うので、距離が異なるデータ
は受信時刻も異なるため、合成開口手法を用いて同一時
刻における受信信号になるように位相を補正する。次
に、距離ｒn （n=0,1,…,N-1）に対する音場 ｙ（ｎ）＝Ｐ（ｒn ，ｚr ，ｚs ）（水平方向の音波伝
搬特性） から、共分散行列Ｒyyを計算する。共分散行列Ｒyyの各
成分は次式（３）で計算される。
【０００６】
【数２】 共分散行列ＲyyがＭ行Ｍ列であれば、固有値分解又は特
異値分解によってＭ個の固有ベクトル ［ｖ1 ，ｖ2 ，…，ｖM ］が生成される。そのため、伝
搬するモード波をＬ個（Ｌ＜Ｍ）と仮定すると、雑音行
列Ｅは、 Ｅ＝［ｖL+1 ，…，ｖM ］ で定義される。
異値分解によってＭ個の固有ベクトル ［ｖ1 ，ｖ2 ，…，ｖM ］が生成される。そのため、伝
搬するモード波をＬ個（Ｌ＜Ｍ）と仮定すると、雑音行
列Ｅは、 Ｅ＝［ｖL+1 ，…，ｖM ］ で定義される。
【０００７】波数ｋのモード波については、次式（４）
に示すステアリングベクトルｅ ｅ＝［exp( jkr0 ) ，exp( jkr1 ) ，…，exp( jkrM-1 ) ）］T ・・・（４） 但し、 Ｔ；転置 を定義する。このステアリングベクトルｅの各要素は、
波数ｋの進行波の位相変化を表す。波数ｋがモード波の
波数に一致するとき、雑音行列Ｅとステアリングベクト
ルｅとの相関値 （ｅH ＥＥH ｅ）（Ｈ；共役転置） は小さな値をとる。従って、相関値（ｅH ＥＥH ｅ）の
逆数（ｅH ＥＥH ｅ）-1は大きな値になり、波数ｋに対
する相関値の逆数（ｅH ＥＥH ｅ）-1の極大点からモー
ド固有値が推定できる。
に示すステアリングベクトルｅ ｅ＝［exp( jkr0 ) ，exp( jkr1 ) ，…，exp( jkrM-1 ) ）］T ・・・（４） 但し、 Ｔ；転置 を定義する。このステアリングベクトルｅの各要素は、
波数ｋの進行波の位相変化を表す。波数ｋがモード波の
波数に一致するとき、雑音行列Ｅとステアリングベクト
ルｅとの相関値 （ｅH ＥＥH ｅ）（Ｈ；共役転置） は小さな値をとる。従って、相関値（ｅH ＥＥH ｅ）の
逆数（ｅH ＥＥH ｅ）-1は大きな値になり、波数ｋに対
する相関値の逆数（ｅH ＥＥH ｅ）-1の極大点からモー
ド固有値が推定できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、MUSIC
を用いた従来のモード固有値計測方法では、次のような
課題があった。即ち、MUSIC では波数空間におけるピー
クの大きい信号を抽出するので、信号よりも大きいピー
クをもつ雑音が多数存在する場合には、信号が検出でき
なくなるという欠点がある。そのため、従来の方法では
雑音が含まれる環境下では十分な性能が発揮できないと
いう問題があった。この発明は、この問題を解決するた
め、ハンケル変換の結果にMUSIC を適用することによ
り、信号成分と異なる波数成分を持つ雑音成分の影響を
軽減したモード固有値計測方法を提供するものである。
を用いた従来のモード固有値計測方法では、次のような
課題があった。即ち、MUSIC では波数空間におけるピー
クの大きい信号を抽出するので、信号よりも大きいピー
クをもつ雑音が多数存在する場合には、信号が検出でき
なくなるという欠点がある。そのため、従来の方法では
雑音が含まれる環境下では十分な性能が発揮できないと
いう問題があった。この発明は、この問題を解決するた
め、ハンケル変換の結果にMUSIC を適用することによ
り、信号成分と異なる波数成分を持つ雑音成分の影響を
軽減したモード固有値計測方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明のうちの第１の発明は、モード固有値計測方
法において、一方が固定されかつ他方が等速直線運動を
する送波器と受波器とを海水中に設け、該送波器から出
力された一定の周波数の音波を該受波器で受波すること
によって生成された受波信号を離散フーリエ変換して得
られた複数の周波数の周波数スペクトラムに対して移動
時間分の位相補償を施して該送波器と該受波器との間が
等距離間隔になる場合の音波伝搬特性を求める音波伝搬
特性算出処理と、前記音波伝搬特性を離散フーリエ変換
して水平波数成分毎の音波伝搬特性を表す波数スペクト
ラムを求める離散フーリエ変換処理と、前記波数スペク
トラムの各波数データに対して隣接する該各波数データ
間の共分散行列を求める共分散行列生成処理と、前記共
分散行列に固有値分解又は特異値分解を施して複数の固
有ベクトルを求め、該複数の固有ベクトルを信号ベクト
ルと雑音ベクトルとに分割し、前記送波器と前記受波器
との間の水平距離と前記受波信号の波数とから求めた信
号成分のステアリングべクトルと該雑音ベクトルとの内
積の逆数を計算する高分解能処理と、前記内積の逆数が
ピークを持つ波数を求め、該ピークを持つ波数をノーマ
ルモード固有値とするピーク検出処理とを、行うように
している。
に、本発明のうちの第１の発明は、モード固有値計測方
法において、一方が固定されかつ他方が等速直線運動を
する送波器と受波器とを海水中に設け、該送波器から出
力された一定の周波数の音波を該受波器で受波すること
によって生成された受波信号を離散フーリエ変換して得
られた複数の周波数の周波数スペクトラムに対して移動
時間分の位相補償を施して該送波器と該受波器との間が
等距離間隔になる場合の音波伝搬特性を求める音波伝搬
特性算出処理と、前記音波伝搬特性を離散フーリエ変換
して水平波数成分毎の音波伝搬特性を表す波数スペクト
ラムを求める離散フーリエ変換処理と、前記波数スペク
トラムの各波数データに対して隣接する該各波数データ
間の共分散行列を求める共分散行列生成処理と、前記共
分散行列に固有値分解又は特異値分解を施して複数の固
有ベクトルを求め、該複数の固有ベクトルを信号ベクト
ルと雑音ベクトルとに分割し、前記送波器と前記受波器
との間の水平距離と前記受波信号の波数とから求めた信
号成分のステアリングべクトルと該雑音ベクトルとの内
積の逆数を計算する高分解能処理と、前記内積の逆数が
ピークを持つ波数を求め、該ピークを持つ波数をノーマ
ルモード固有値とするピーク検出処理とを、行うように
している。
【００１０】この第１の発明によれば、以上のようにモ
ード固有値計測方法を構成したので、高分解能処理の入
力信号は、モード波の波数成分を含む狭い波数帯域で制
限された波数スペクトラムから生成された共分散行列に
なる。第２の発明では、第１の発明において、離散フー
リエ変換処理は、音波伝搬特性算出処理で得られた音波
伝搬特性を複数の距離区間に分割した後に行い、共分散
行列生成処理は、前記離散フーリエ変換で得られた各波
数スペクトラムから生成された前記距離区間毎の共分散
行列をそれぞれ生成した後、累加を行って前記共分散行
列を計算するようにしている。この第２の発明によれ
ば、複数の距離区間に分割した共分散行列が生成された
後、加算される。
ード固有値計測方法を構成したので、高分解能処理の入
力信号は、モード波の波数成分を含む狭い波数帯域で制
限された波数スペクトラムから生成された共分散行列に
なる。第２の発明では、第１の発明において、離散フー
リエ変換処理は、音波伝搬特性算出処理で得られた音波
伝搬特性を複数の距離区間に分割した後に行い、共分散
行列生成処理は、前記離散フーリエ変換で得られた各波
数スペクトラムから生成された前記距離区間毎の共分散
行列をそれぞれ生成した後、累加を行って前記共分散行
列を計算するようにしている。この第２の発明によれ
ば、複数の距離区間に分割した共分散行列が生成された
後、加算される。
【００１１】第３の発明では、一方が固定されかつ他方
が等速直線運動する送波器と受波器とを海水中に設け、
該送波器から出力された一定の周波数の音波を該受波器
で受波することによって生成された受波信号を離散フー
リエ変換して得られた複数の周波数の周波数スペクトラ
ムに対して移動時間分の位相補償を施して該送波器と該
受波器との間が等距離間隔になる場合の音波伝搬特性を
求める音波伝搬特性算出処理と、前記音波伝搬特性に対
してハンケル変換を行い、波数帯域をモード波の成分を
含む帯域に制限して逆ハンケル変換を行うことにより、
帯域制限された音波伝搬特性を求める帯域制限処理と、
前記帯域制限された音波伝搬特性のデータに対し、各デ
ータ間の共分散行列を求める共分散行列生成処理と、第
１の発明の高分解能処理とピーク検出処理とを、行うよ
うにしている。この第３の発明によれば、高分解能処理
の入力信号は、モード波の波数成分を含む狭い波数帯域
で制限された複素振幅データから生成された共分散行列
になる。
が等速直線運動する送波器と受波器とを海水中に設け、
該送波器から出力された一定の周波数の音波を該受波器
で受波することによって生成された受波信号を離散フー
リエ変換して得られた複数の周波数の周波数スペクトラ
ムに対して移動時間分の位相補償を施して該送波器と該
受波器との間が等距離間隔になる場合の音波伝搬特性を
求める音波伝搬特性算出処理と、前記音波伝搬特性に対
してハンケル変換を行い、波数帯域をモード波の成分を
含む帯域に制限して逆ハンケル変換を行うことにより、
帯域制限された音波伝搬特性を求める帯域制限処理と、
前記帯域制限された音波伝搬特性のデータに対し、各デ
ータ間の共分散行列を求める共分散行列生成処理と、第
１の発明の高分解能処理とピーク検出処理とを、行うよ
うにしている。この第３の発明によれば、高分解能処理
の入力信号は、モード波の波数成分を含む狭い波数帯域
で制限された複素振幅データから生成された共分散行列
になる。
【００１２】第４の発明では、第３の発明において、共
分散行列生成処理は、帯域制限処理で求めた帯域制限さ
れた音波伝搬特性を複数の距離区間に分割した後に行
い、その後、累加を行って共分散行列を計算するように
している。この第４の発明によれば、複数の距離区間に
分割した共分散行列が生成された後、加算される。第５
の発明では、第３の発明において、音波伝搬特性算出処
理は、受波信号列を複数の距離区間に分割した後に離散
フーリエ変換をそれぞれ行って該距離区間毎の音波伝搬
特性を求め、帯域制限処理は、前記距離区間毎の音波伝
搬特性に対してそれぞれ行い、共分散行列生成処理は、
前記距離区間毎の共分散行列の累加を行って前記共分散
行列を計算するようにしている。この第５の発明によれ
ば、受波信号の離散フーリエ変換が複数の距離区間に分
割されて行われ、最後に複数の距離区間に分割した共分
散行列が生成された後、加算される。従って、前記課題
を解決できるのである。
分散行列生成処理は、帯域制限処理で求めた帯域制限さ
れた音波伝搬特性を複数の距離区間に分割した後に行
い、その後、累加を行って共分散行列を計算するように
している。この第４の発明によれば、複数の距離区間に
分割した共分散行列が生成された後、加算される。第５
の発明では、第３の発明において、音波伝搬特性算出処
理は、受波信号列を複数の距離区間に分割した後に離散
フーリエ変換をそれぞれ行って該距離区間毎の音波伝搬
特性を求め、帯域制限処理は、前記距離区間毎の音波伝
搬特性に対してそれぞれ行い、共分散行列生成処理は、
前記距離区間毎の共分散行列の累加を行って前記共分散
行列を計算するようにしている。この第５の発明によれ
ば、受波信号の離散フーリエ変換が複数の距離区間に分
割されて行われ、最後に複数の距離区間に分割した共分
散行列が生成された後、加算される。従って、前記課題
を解決できるのである。
【００１３】
【発明の実施の形態】図２は、本発明の原理を説明する
図である。この図では、ハンケル変換によりモード１と
２が分離できない例が示されている。図中の斜線を施し
た波数範囲ｓ以外にはレベルの大きな雑音が存在するの
で、MUSIC を適用すると、この雑音が音源信号のモード
波と見なされ、モード１，２の両方又はどちらか一方が
隠れてしまうことが考えられる。そこで、次の（ａ），
（ｂ）等の方法により、波数範囲ｓ以外にある大きな雑
音成分の影響を取り除き、MUSIC の性能を引き出すよう
にする。 （ａ） 斜線部分（波数範囲ｓ）を取り出した波数スペ
クトラムの共分散行列に対してMUSIC を適用する。この
場合、ステアリングベクトルは、式（４）のステアリン
グベクトルｅをフーリエ変換したものが用いられる。 （ｂ） 斜線部分（波数範囲ｓ）を抽出した後に逆ハン
ケル変換を行った信号（波数の帯域を制限した音場の音
波伝搬特性に相当する) の共分散行列に対してMUSIC を
適用する。この場合、ステアリングベクトルは、式
（４）のステアリングベクトルｅと同一のものが用いら
れる。
図である。この図では、ハンケル変換によりモード１と
２が分離できない例が示されている。図中の斜線を施し
た波数範囲ｓ以外にはレベルの大きな雑音が存在するの
で、MUSIC を適用すると、この雑音が音源信号のモード
波と見なされ、モード１，２の両方又はどちらか一方が
隠れてしまうことが考えられる。そこで、次の（ａ），
（ｂ）等の方法により、波数範囲ｓ以外にある大きな雑
音成分の影響を取り除き、MUSIC の性能を引き出すよう
にする。 （ａ） 斜線部分（波数範囲ｓ）を取り出した波数スペ
クトラムの共分散行列に対してMUSIC を適用する。この
場合、ステアリングベクトルは、式（４）のステアリン
グベクトルｅをフーリエ変換したものが用いられる。 （ｂ） 斜線部分（波数範囲ｓ）を抽出した後に逆ハン
ケル変換を行った信号（波数の帯域を制限した音場の音
波伝搬特性に相当する) の共分散行列に対してMUSIC を
適用する。この場合、ステアリングベクトルは、式
（４）のステアリングベクトルｅと同一のものが用いら
れる。
【００１４】第１の実施形態 図１は、本発明の第１の実施形態のモード固有値計測方
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図である。このモード固有値計測装置は、伝搬特性測
定装置１と、第１の離散フーリエ変換処理部２と、合成
開口処理部３と、第２の離散フーリエ変換処理部４と、
共分散行列生成部５と、高分解能処理部６と、ピーク検
出処理部７とを備えている。伝搬特性測定装置１は、水
中に固定された受波器と水中を移動する音源（送波器）
で構成され、受波信号Ｓ１を生成する機能を有してい
る。第１の離散フーリエ変換処理部２は、受波信号Ｓ１
を逐次入力して離散フーリエ変換を行い、離散フーリエ
変換出力信号Ｓ２を出力する機能を有している。合成開
口処理部３は、離散フーリエ変換出力信号Ｓ２から同時
刻で等距離間隔の複素振幅データＳ３を生成する機能を
有している。第２の離散フーリエ変換処理部４は、複素
振幅データＳ３を入力して波数スペクトラムＳ４を出力
する機能を有している。共分散行列生成部５は、波数ス
ペクトラムＳ４の各波数データに対して隣接する各波数
データ間の共分散行列Ｓ５を生成する機能を有してい
る。高分解能処理部６は、共分散行列Ｓ５に対してMUSI
C を行い、処理結果Ｓ６を生成する機能を有している。
ピーク検出処理部７は、処理結果Ｓ６を入力してピーク
を持つ波数（モード固有値) Ｓ７を出力する機能を有し
ている。次に、図１を参照しつつ、本実施形態のモード
固有値計測方法の各処理（Ａ）〜（Ｅ）を説明する。
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図である。このモード固有値計測装置は、伝搬特性測
定装置１と、第１の離散フーリエ変換処理部２と、合成
開口処理部３と、第２の離散フーリエ変換処理部４と、
共分散行列生成部５と、高分解能処理部６と、ピーク検
出処理部７とを備えている。伝搬特性測定装置１は、水
中に固定された受波器と水中を移動する音源（送波器）
で構成され、受波信号Ｓ１を生成する機能を有してい
る。第１の離散フーリエ変換処理部２は、受波信号Ｓ１
を逐次入力して離散フーリエ変換を行い、離散フーリエ
変換出力信号Ｓ２を出力する機能を有している。合成開
口処理部３は、離散フーリエ変換出力信号Ｓ２から同時
刻で等距離間隔の複素振幅データＳ３を生成する機能を
有している。第２の離散フーリエ変換処理部４は、複素
振幅データＳ３を入力して波数スペクトラムＳ４を出力
する機能を有している。共分散行列生成部５は、波数ス
ペクトラムＳ４の各波数データに対して隣接する各波数
データ間の共分散行列Ｓ５を生成する機能を有してい
る。高分解能処理部６は、共分散行列Ｓ５に対してMUSI
C を行い、処理結果Ｓ６を生成する機能を有している。
ピーク検出処理部７は、処理結果Ｓ６を入力してピーク
を持つ波数（モード固有値) Ｓ７を出力する機能を有し
ている。次に、図１を参照しつつ、本実施形態のモード
固有値計測方法の各処理（Ａ）〜（Ｅ）を説明する。
【００１５】（Ａ）音波伝搬特性算出処理 伝搬特性測定装置１において、送波器から出力された一
定の周波数の音波を受波器で受波することによって受波
信号Ｓ１が生成される。受波信号Ｓ１は、第１の離散フ
ーリエ変換処理部２に送出される。第１の離散フーリエ
変換処理部２は、受波信号Ｓ１に対して離散フーリエ変
換を行って周波数成分毎の音波伝搬特性 Ｐ，（ｒ，ｚr ，ｚs ） を生成する。この音波伝搬特性はドップラーシフト分の
補正が行われ、音源周波数に等しい周波数に対応する音
波伝搬特性Ｓ２として合成開口処理部３に送出される。
合成開口処理部３は、音波伝搬特性Ｓ２が同時刻におけ
る受波信号の伝搬特性になるように位相補正を行い、補
間により音源と受波器間の距離が等距離間隔となる複素
振幅データＳ３ Ｓ３＝Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ） を生成する。複素振幅データＳ３は、第２の離散フーリ
エ変換処理部４に送出される。
定の周波数の音波を受波器で受波することによって受波
信号Ｓ１が生成される。受波信号Ｓ１は、第１の離散フ
ーリエ変換処理部２に送出される。第１の離散フーリエ
変換処理部２は、受波信号Ｓ１に対して離散フーリエ変
換を行って周波数成分毎の音波伝搬特性 Ｐ，（ｒ，ｚr ，ｚs ） を生成する。この音波伝搬特性はドップラーシフト分の
補正が行われ、音源周波数に等しい周波数に対応する音
波伝搬特性Ｓ２として合成開口処理部３に送出される。
合成開口処理部３は、音波伝搬特性Ｓ２が同時刻におけ
る受波信号の伝搬特性になるように位相補正を行い、補
間により音源と受波器間の距離が等距離間隔となる複素
振幅データＳ３ Ｓ３＝Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ） を生成する。複素振幅データＳ３は、第２の離散フーリ
エ変換処理部４に送出される。
【００１６】（Ｂ）離散フーリエ変換処理 第２の離散フーリエ変換処理部４は、複素振幅データＳ
３に対して離散フーリエ変換を行って波数スペクトラム
Ｓ４ Ｓ４＝Ｇ（ｋr ，ｚr ，ｚs ） を出力する。波数スペクトラムＳ４は、共分散行列生成
部５に送出される。 （Ｃ）共分散行列生成処理 共分散行列生成部５は、波数スペクトラムＳ４のうちの
モード波の成分を含む帯域成分を抽出し、音波伝搬特性
ｙ（ｎ） ｙ（ｎ）＝Ｇ（ｋrn，ｚr ，ｚs ） として式（３）に示す共分散行列Ｓ５Ｓ５＝Ｒyyを計算
する。共分散行列Ｓ５は、高分解能処理部６に送出され
る。
３に対して離散フーリエ変換を行って波数スペクトラム
Ｓ４ Ｓ４＝Ｇ（ｋr ，ｚr ，ｚs ） を出力する。波数スペクトラムＳ４は、共分散行列生成
部５に送出される。 （Ｃ）共分散行列生成処理 共分散行列生成部５は、波数スペクトラムＳ４のうちの
モード波の成分を含む帯域成分を抽出し、音波伝搬特性
ｙ（ｎ） ｙ（ｎ）＝Ｇ（ｋrn，ｚr ，ｚs ） として式（３）に示す共分散行列Ｓ５Ｓ５＝Ｒyyを計算
する。共分散行列Ｓ５は、高分解能処理部６に送出され
る。
【００１７】（Ｄ）高分解能処理 高分解能処理部６は、共分散行列Ｓ５に対してMUSIC を
行う。即ち、共分散行列Ｓ５に固有値分解又は特異値分
解を行って雑音行列Ｅを生成し、信号成分のべクトルで
ある波数空間におけるステアリングベクトル（即ち、式
（４）に示すステアリングベクトルｅをフーリエ変換し
たもの）を計算し、両者の相関値の逆数（ｅH ＥＥ
H ｅ）-1を計算し、処理結果Ｓ６を生成する。処理結果
Ｓ６は、ピーク検出処理部７に送出される。 （Ｅ）ピーク検出処理 ピーク検出処理部７は処理結果Ｓ６のピークを検出し、
これがモード固有値Ｓ７として出力される。以上のよう
に、この第１の実施形態では、MUSIC を行う高分解能処
理部６の入力信号としてモード波の波数成分を含む狭い
波数帯域で制限された波数スペクトラムから生成された
共分散行列を用いるようにしたので、波数帯域外の雑音
の影響を除くことができ、MUSIC の性能の向上を図るこ
とができる。
行う。即ち、共分散行列Ｓ５に固有値分解又は特異値分
解を行って雑音行列Ｅを生成し、信号成分のべクトルで
ある波数空間におけるステアリングベクトル（即ち、式
（４）に示すステアリングベクトルｅをフーリエ変換し
たもの）を計算し、両者の相関値の逆数（ｅH ＥＥ
H ｅ）-1を計算し、処理結果Ｓ６を生成する。処理結果
Ｓ６は、ピーク検出処理部７に送出される。 （Ｅ）ピーク検出処理 ピーク検出処理部７は処理結果Ｓ６のピークを検出し、
これがモード固有値Ｓ７として出力される。以上のよう
に、この第１の実施形態では、MUSIC を行う高分解能処
理部６の入力信号としてモード波の波数成分を含む狭い
波数帯域で制限された波数スペクトラムから生成された
共分散行列を用いるようにしたので、波数帯域外の雑音
の影響を除くことができ、MUSIC の性能の向上を図るこ
とができる。
【００１８】第２の実施形態 図３は、本発明の第２の実施形態のモード固有値計測方
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図であり、図１中の要素と共通の要素には共通の符号
が付されている。このモード固有値計測装置では、図１
のモード固有値計測装置に距離区間分割部８及び加算器
９が追加され、第２の離散フーリエ変換処理部４に代え
てＮ個の離散フーリエ変換処理部４−１〜４−Ｎ、及び
共分散行列生成部５に代えてＮ個の共分散行列生成部５
−１〜５−Ｎが設けられている。距離区間分割部８は、
複素振幅データＳ３をＮ個の距離区間に分割して等距離
間隔の複素振幅データＳ８−１〜Ｓ８−Ｎとする機能を
有している。離散フーリエ変換処理部４−１〜４−Ｎ
は、等距離間隔の複素振幅データＳ８−１〜Ｓ８−Ｎを
それぞれ入力して波数スペクトラムＳ４−１〜Ｓ４−Ｎ
をそれぞれ出力する機能を有している。共分散行列生成
部５−１〜５−Ｎは、波数スペクトラムＳ４−１〜Ｓ４
−Ｎの各波数データに対して隣接する各波数データ間の
共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎをそれぞれ生成する機能
を有している。加算器９は、Ｎ個の共分散行列Ｓ５−１
〜Ｓ５−Ｎの加算を行う機能を有している。他は、図１
と同様の構成である。
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図であり、図１中の要素と共通の要素には共通の符号
が付されている。このモード固有値計測装置では、図１
のモード固有値計測装置に距離区間分割部８及び加算器
９が追加され、第２の離散フーリエ変換処理部４に代え
てＮ個の離散フーリエ変換処理部４−１〜４−Ｎ、及び
共分散行列生成部５に代えてＮ個の共分散行列生成部５
−１〜５−Ｎが設けられている。距離区間分割部８は、
複素振幅データＳ３をＮ個の距離区間に分割して等距離
間隔の複素振幅データＳ８−１〜Ｓ８−Ｎとする機能を
有している。離散フーリエ変換処理部４−１〜４−Ｎ
は、等距離間隔の複素振幅データＳ８−１〜Ｓ８−Ｎを
それぞれ入力して波数スペクトラムＳ４−１〜Ｓ４−Ｎ
をそれぞれ出力する機能を有している。共分散行列生成
部５−１〜５−Ｎは、波数スペクトラムＳ４−１〜Ｓ４
−Ｎの各波数データに対して隣接する各波数データ間の
共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎをそれぞれ生成する機能
を有している。加算器９は、Ｎ個の共分散行列Ｓ５−１
〜Ｓ５−Ｎの加算を行う機能を有している。他は、図１
と同様の構成である。
【００１９】このモード固有値計測装置におけるモード
固有値計測方法では、次の点が図１と異なっている。即
ち、離散フーリエ変換処理において、距離区間分割部８
は、複素振幅データＳ３をＮ組の距離区間に分割し、そ
れぞれ離散フーリエ変換処理部４−１〜４−Ｎへ送出す
る。各離散フーリエ変換処理部４−１〜４−Ｎでは、第
１の実施形態の離散フーリエ変換処理部４と同様の処理
がそれぞれ行われる。共分散行列生成処理において、各
共分散行列生成部５−１〜５−Ｎでは、各距離区間毎に
第１の実施形態の共分散行列生成部５と同様の処理がそ
れぞれ行われ、Ｎ個の共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎが
得られて加算器９へ送出される。加算器９はＮ個の共分
散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎを加算して無相関な雑音成分
を除去し、加算信号Ｓ９として高分解能処理部６へ送出
する。以下、第１の実施形態と同様の処理が行われる。
以上のように、この第２の実施形態では、第１の実施形
態の利点に加え、Ｎ個の距離区間に分割した共分散行列
Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎを生成した後、加算するようにした
ので、無相関な雑音成分が除去され、ランダムな雑音の
影響を受けない処理が期待できる。
固有値計測方法では、次の点が図１と異なっている。即
ち、離散フーリエ変換処理において、距離区間分割部８
は、複素振幅データＳ３をＮ組の距離区間に分割し、そ
れぞれ離散フーリエ変換処理部４−１〜４−Ｎへ送出す
る。各離散フーリエ変換処理部４−１〜４−Ｎでは、第
１の実施形態の離散フーリエ変換処理部４と同様の処理
がそれぞれ行われる。共分散行列生成処理において、各
共分散行列生成部５−１〜５−Ｎでは、各距離区間毎に
第１の実施形態の共分散行列生成部５と同様の処理がそ
れぞれ行われ、Ｎ個の共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎが
得られて加算器９へ送出される。加算器９はＮ個の共分
散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎを加算して無相関な雑音成分
を除去し、加算信号Ｓ９として高分解能処理部６へ送出
する。以下、第１の実施形態と同様の処理が行われる。
以上のように、この第２の実施形態では、第１の実施形
態の利点に加え、Ｎ個の距離区間に分割した共分散行列
Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎを生成した後、加算するようにした
ので、無相関な雑音成分が除去され、ランダムな雑音の
影響を受けない処理が期待できる。
【００２０】第３の実施形態 図４は、本発明の第３の実施形態のモード固有値計測方
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図であり、図１中の要素と共通の要素には共通の符号
が付されている。このモード固有値計測装置では、図１
中の離散フーリエ変換処理部４に代えて波数帯域フィル
タ１０が設けられている。波数帯域フィルタ１０は、複
素振幅データＳ３を入力し、帯域制限された波数帯域に
おける等距離間隔の複素振幅データＳ１０を生成する機
能を有している。他は、図１と同様の構成である。次
に、図４を参照しつつ、本実施形態のモード固有値計測
方法の各処理（Ａ）〜（Ｅ）を説明する。
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図であり、図１中の要素と共通の要素には共通の符号
が付されている。このモード固有値計測装置では、図１
中の離散フーリエ変換処理部４に代えて波数帯域フィル
タ１０が設けられている。波数帯域フィルタ１０は、複
素振幅データＳ３を入力し、帯域制限された波数帯域に
おける等距離間隔の複素振幅データＳ１０を生成する機
能を有している。他は、図１と同様の構成である。次
に、図４を参照しつつ、本実施形態のモード固有値計測
方法の各処理（Ａ）〜（Ｅ）を説明する。
【００２１】（Ａ）音波伝搬特性算出処理 第１の実施形態と同様である。 （Ｂ）帯域制限処理 波数帯域フィルタ１０は、複素振幅データＳ３ Ｓ３＝Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ） に対してハンケル変換を行い、波数帯域をモード波の成
分を含む帯域に制限して逆ハンケル変換を行うことによ
り、帯域制限された複素振幅データＳ１０ Ｓ１０＝Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ） を生成する。帯域制限された複素振幅データＳ１０は、
共分散行列生成部５に送出される。 （Ｃ）共分散行列生成処理 共分散行列生成部５は、帯域制限された複素振幅データ
Ｓ１０を用いて、音波伝搬特性ｙ（ｎ） ｙ（ｎ）＝Ｐ（ｒn ，ｚr ，ｚs ） として式（３）に示す共分散行列Ｓ５ Ｓ５＝Ｒyy を計算する。共分散行列Ｓ５は、高分解能処理部６に送
出される。
分を含む帯域に制限して逆ハンケル変換を行うことによ
り、帯域制限された複素振幅データＳ１０ Ｓ１０＝Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ） を生成する。帯域制限された複素振幅データＳ１０は、
共分散行列生成部５に送出される。 （Ｃ）共分散行列生成処理 共分散行列生成部５は、帯域制限された複素振幅データ
Ｓ１０を用いて、音波伝搬特性ｙ（ｎ） ｙ（ｎ）＝Ｐ（ｒn ，ｚr ，ｚs ） として式（３）に示す共分散行列Ｓ５ Ｓ５＝Ｒyy を計算する。共分散行列Ｓ５は、高分解能処理部６に送
出される。
【００２２】（Ｄ）高分解能処理 高分解能処理部６は、共分散行列Ｓ５に対してMUSIC を
行う。即ち、共分散行列Ｓ５の固有値分解又は特異値分
解を行って雑音行列Ｅを生成し、信号成分のべクトルで
ある距離空間におけるステアリングベクトル（即ち、式
（４）に示すステアリングベクトルｅ）を計算して、両
者の相関値の逆数（ｅH ＥＥH ｅ）-1を計算し、処理結
果Ｓ６を生成する。処理結果Ｓ６は、ピーク検出処理部
７に送出される。 （Ｅ）ピーク検出処理 ピーク検出処理部７は処理結果Ｓ６のピークを検出し、
これがモード固有値Ｓ７として出力される。以上のよう
に、この第３の実施形態では、MUSIC を行う高分解能処
理部６の入力信号として、モード波の波数成分を含む狭
い波数帯域で制限された複素振幅データＳ１０から生成
された共分散行列Ｓ５を用いるようにしたので、波数帯
域外の雑音の影響を除くことができ、MUSIC の性能の向
上を図ることができる。
行う。即ち、共分散行列Ｓ５の固有値分解又は特異値分
解を行って雑音行列Ｅを生成し、信号成分のべクトルで
ある距離空間におけるステアリングベクトル（即ち、式
（４）に示すステアリングベクトルｅ）を計算して、両
者の相関値の逆数（ｅH ＥＥH ｅ）-1を計算し、処理結
果Ｓ６を生成する。処理結果Ｓ６は、ピーク検出処理部
７に送出される。 （Ｅ）ピーク検出処理 ピーク検出処理部７は処理結果Ｓ６のピークを検出し、
これがモード固有値Ｓ７として出力される。以上のよう
に、この第３の実施形態では、MUSIC を行う高分解能処
理部６の入力信号として、モード波の波数成分を含む狭
い波数帯域で制限された複素振幅データＳ１０から生成
された共分散行列Ｓ５を用いるようにしたので、波数帯
域外の雑音の影響を除くことができ、MUSIC の性能の向
上を図ることができる。
【００２３】第４の実施形態 図５は、本発明の第４の実施形態のモード固有値計測方
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図であり、図３及び図４中の要素と共通の要素には共
通の符号が付されている。このモード固有値計測装置で
は、図４のモード固有値計測装置に距離区間分割部８及
び加算器９が追加され、共分散行列生成部５に代えてＮ
個の共分散行列生成部５−１〜５−Ｎが設けられてい
る。距離区間分割部８は、複素振幅データＳ１０をＮ個
の距離区間に分割して等距離間隔の複素振幅データＳ８
−１〜Ｓ８−Ｎとする機能を有している。共分散行列生
成部５−１〜５−Ｎは、複素振幅データＳ８−１〜Ｓ８
−Ｎに対して共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎをそれぞれ
生成する機能を有している。加算器９は、Ｎ個の共分散
行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎの加算を行う機能を有してい
る。他は、図４と同様の構成である。
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図であり、図３及び図４中の要素と共通の要素には共
通の符号が付されている。このモード固有値計測装置で
は、図４のモード固有値計測装置に距離区間分割部８及
び加算器９が追加され、共分散行列生成部５に代えてＮ
個の共分散行列生成部５−１〜５−Ｎが設けられてい
る。距離区間分割部８は、複素振幅データＳ１０をＮ個
の距離区間に分割して等距離間隔の複素振幅データＳ８
−１〜Ｓ８−Ｎとする機能を有している。共分散行列生
成部５−１〜５−Ｎは、複素振幅データＳ８−１〜Ｓ８
−Ｎに対して共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎをそれぞれ
生成する機能を有している。加算器９は、Ｎ個の共分散
行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎの加算を行う機能を有してい
る。他は、図４と同様の構成である。
【００２４】このモード固有値計測装置におけるモード
固有値計測方法では、次の点が図４と異なっている。即
ち、距離区間分割部８は、複素振幅データＳ１０ Ｓ１０＝Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ） をＮ個の距離区間に分割して、それぞれ共分散行列生成
部５−１〜５−Ｎへ送出する。共分散行列生成部５−１
〜５−Ｎは、各距離区間毎に式（３）に示す共分散行列
Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎをそれぞれ計算して加算器９へ送出
する。加算器９は共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎを累加
し、加算信号Ｓ９として高分解能処理部６へ送出する。
以下、第３の実施形態と同様である。以上のように、こ
の第４の実施形態では、第３の実施形態の利点に加え、
Ｎ個の距離区間に分割した共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−
Ｎを生成した後、加算するようにしたので、無相関な雑
音成分が除去され、ランダムな雑音の影響を受けない処
理ができる。
固有値計測方法では、次の点が図４と異なっている。即
ち、距離区間分割部８は、複素振幅データＳ１０ Ｓ１０＝Ｐ（ｒ，ｚr ，ｚs ） をＮ個の距離区間に分割して、それぞれ共分散行列生成
部５−１〜５−Ｎへ送出する。共分散行列生成部５−１
〜５−Ｎは、各距離区間毎に式（３）に示す共分散行列
Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎをそれぞれ計算して加算器９へ送出
する。加算器９は共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎを累加
し、加算信号Ｓ９として高分解能処理部６へ送出する。
以下、第３の実施形態と同様である。以上のように、こ
の第４の実施形態では、第３の実施形態の利点に加え、
Ｎ個の距離区間に分割した共分散行列Ｓ５−１〜Ｓ５−
Ｎを生成した後、加算するようにしたので、無相関な雑
音成分が除去され、ランダムな雑音の影響を受けない処
理ができる。
【００２５】第５の実施形態 図６は、本発明の第５の実施形態のモード固有値計測方
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図であり、図４及び図５中の要素と共通の要素には共
通の符号が付されている。このモード固有値計測装置で
は、伝搬特性測定装置１が距離区間分割部８に接続され
ている。距離区間分割部８は、受波信号Ｓ１をＮ個の距
離区間に分割して受波信号Ｓ８−１〜Ｓ８−Ｎとする機
能を有している。距離区間分割部８の出力側は、離散フ
ーリエ変換処理部２−１〜２−Ｎにそれぞれ接続されて
いる。離散フーリエ変換処理部２−１〜２−Ｎは、分割
された受波信号Ｓ８−１〜Ｓ８−Ｎをそれぞれ逐次入力
して離散フーリエ変換を行い、離散フーリエ変換信号Ｓ
２−１〜Ｓ２−Ｎを生成する機能を有している。離散フ
ーリエ変換処理部２−１〜２−Ｎの出力側は、合成開口
処理部３−１〜３−Ｎにそれぞれ接続されている。
法を実施するためのモード固有値計測装置の構成ブロッ
ク図であり、図４及び図５中の要素と共通の要素には共
通の符号が付されている。このモード固有値計測装置で
は、伝搬特性測定装置１が距離区間分割部８に接続され
ている。距離区間分割部８は、受波信号Ｓ１をＮ個の距
離区間に分割して受波信号Ｓ８−１〜Ｓ８−Ｎとする機
能を有している。距離区間分割部８の出力側は、離散フ
ーリエ変換処理部２−１〜２−Ｎにそれぞれ接続されて
いる。離散フーリエ変換処理部２−１〜２−Ｎは、分割
された受波信号Ｓ８−１〜Ｓ８−Ｎをそれぞれ逐次入力
して離散フーリエ変換を行い、離散フーリエ変換信号Ｓ
２−１〜Ｓ２−Ｎを生成する機能を有している。離散フ
ーリエ変換処理部２−１〜２−Ｎの出力側は、合成開口
処理部３−１〜３−Ｎにそれぞれ接続されている。
【００２６】合成開口処理部３−１〜３−Ｎは、離散フ
ーリエ変換信号Ｓ２−１〜Ｓ２−Ｎから同時刻かつ等距
離間隔の複素振幅データＳ３−１〜Ｓ３−Ｎをそれぞれ
出力する機能を有している。合成開口処理部３−１〜３
−Ｎの出力側は、波数帯域フィルタ１０−１〜１０−Ｎ
にそれぞれ接続されている。波数帯域フィルタ１０−１
〜１０−Ｎは、複素振幅データＳ３−１〜Ｓ３−Ｎを入
力して或る波数帯域における等距離間隔の複素振幅デー
タＳ１０−１〜Ｓ１０−Ｎをそれぞれ生成する機能を有
している。波数帯域フィルタ１０−１〜１０−Ｎの出力
側は、共分散行列生成部５−１〜５−Ｎにそれぞれ接続
されている。共分散行列生成部５−１〜５−Ｎ以降は、
図４と同様の構成である。このモード固有値計測装置に
おけるモード固有値計測方法では、次の点が第４の実施
形態と異なっている。
ーリエ変換信号Ｓ２−１〜Ｓ２−Ｎから同時刻かつ等距
離間隔の複素振幅データＳ３−１〜Ｓ３−Ｎをそれぞれ
出力する機能を有している。合成開口処理部３−１〜３
−Ｎの出力側は、波数帯域フィルタ１０−１〜１０−Ｎ
にそれぞれ接続されている。波数帯域フィルタ１０−１
〜１０−Ｎは、複素振幅データＳ３−１〜Ｓ３−Ｎを入
力して或る波数帯域における等距離間隔の複素振幅デー
タＳ１０−１〜Ｓ１０−Ｎをそれぞれ生成する機能を有
している。波数帯域フィルタ１０−１〜１０−Ｎの出力
側は、共分散行列生成部５−１〜５−Ｎにそれぞれ接続
されている。共分散行列生成部５−１〜５−Ｎ以降は、
図４と同様の構成である。このモード固有値計測装置に
おけるモード固有値計測方法では、次の点が第４の実施
形態と異なっている。
【００２７】即ち、距離区間分割部８は、受波信号Ｓ１
をＮ個の距離区間に分割し、離散フーリエ変換処理部２
−１〜２−Ｎへ送出する。離散フーリエ変換処理部２−
１〜２−Ｎ、合成開口処理部３−１〜３−Ｎ、波数帯域
フィルタ１０−１〜１０−Ｎ、及び共分散行列生成部５
−１〜５−Ｎは、第３の実施形態における離散フーリエ
変換処理部２、合成開口処理部３、共分散行列生成部５
と同様の処理をそれぞれ行い、Ｎ個の共分散行列Ｓ５−
１〜Ｓ５−Ｎを得て加算器９へ送出する。加算器９以降
は、第４の実施形態と同様の処理を行う。以上のよう
に、この第５の実施形態では、受波信号Ｓ１の離散フー
リエ変換を或る距離区間に分割して行い、最後に共分散
行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎを生成して加算するようにした
ので、無相関な雑音成分が除去され、ランダムな雑音の
影響を受けない処理ができる。
をＮ個の距離区間に分割し、離散フーリエ変換処理部２
−１〜２−Ｎへ送出する。離散フーリエ変換処理部２−
１〜２−Ｎ、合成開口処理部３−１〜３−Ｎ、波数帯域
フィルタ１０−１〜１０−Ｎ、及び共分散行列生成部５
−１〜５−Ｎは、第３の実施形態における離散フーリエ
変換処理部２、合成開口処理部３、共分散行列生成部５
と同様の処理をそれぞれ行い、Ｎ個の共分散行列Ｓ５−
１〜Ｓ５−Ｎを得て加算器９へ送出する。加算器９以降
は、第４の実施形態と同様の処理を行う。以上のよう
に、この第５の実施形態では、受波信号Ｓ１の離散フー
リエ変換を或る距離区間に分割して行い、最後に共分散
行列Ｓ５−１〜Ｓ５−Ｎを生成して加算するようにした
ので、無相関な雑音成分が除去され、ランダムな雑音の
影響を受けない処理ができる。
【００２８】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、第１の発明
によれば、高分解能処理の入力信号としてモード波の波
数成分を含む狭い波数帯域で制限された波数スペクトラ
ムから生成された共分散行列を用いるようにしたので、
波数帯域外の雑音の影響を除くことができ、MUSIC の性
能の向上を図ることができる。第２の発明によれば、第
１の発明の効果に加え、複数の距離区間に分割した共分
散行列を生成した後に加算するようにしたので、無相関
な雑音成分が除去され、ランダムな雑音の影響を受けな
い処理ができる。第３の発明によれば、高分解能処理の
入力信号としてモード波の波数成分を含む狭い波数帯域
で制限された複素振幅データから生成された共分散行列
を用いるようにしたので、波数帯域外の雑音の影響を除
くことができ、MUSIC の性能の向上を図ることができ
る。
によれば、高分解能処理の入力信号としてモード波の波
数成分を含む狭い波数帯域で制限された波数スペクトラ
ムから生成された共分散行列を用いるようにしたので、
波数帯域外の雑音の影響を除くことができ、MUSIC の性
能の向上を図ることができる。第２の発明によれば、第
１の発明の効果に加え、複数の距離区間に分割した共分
散行列を生成した後に加算するようにしたので、無相関
な雑音成分が除去され、ランダムな雑音の影響を受けな
い処理ができる。第３の発明によれば、高分解能処理の
入力信号としてモード波の波数成分を含む狭い波数帯域
で制限された複素振幅データから生成された共分散行列
を用いるようにしたので、波数帯域外の雑音の影響を除
くことができ、MUSIC の性能の向上を図ることができ
る。
【００２９】第４の発明によれば、第３の発明の効果に
加え、複数の距離区間に分割した共分散行列を生成した
後に加算するようにしたので、無相関な雑音成分が除去
され、ランダムな雑音の影響を受けない処理ができる。
第５の発明によれば、受波信号の離散フーリエ変換を複
数の距離区間に分割して行い、最後に共分散行列を生成
して加算するようにしたので、無相関な雑音成分が除去
され、ランダムな雑音の影響を受けない処理ができる。
加え、複数の距離区間に分割した共分散行列を生成した
後に加算するようにしたので、無相関な雑音成分が除去
され、ランダムな雑音の影響を受けない処理ができる。
第５の発明によれば、受波信号の離散フーリエ変換を複
数の距離区間に分割して行い、最後に共分散行列を生成
して加算するようにしたので、無相関な雑音成分が除去
され、ランダムな雑音の影響を受けない処理ができる。
【図１】本発明の第１の実施形態のモード固有値計測装
置の構成ブロック図である。
置の構成ブロック図である。
【図２】本発明の原理を説明する図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のモード固有値計測装
置の構成ブロック図である。
置の構成ブロック図である。
【図４】本発明の第３の実施形態のモード固有値計測装
置の構成ブロック図である。
置の構成ブロック図である。
【図５】本発明の第４の実施形態のモード固有値計測装
置の構成ブロック図である。
置の構成ブロック図である。
【図６】本発明の第５の実施形態のモード固有値計測装
置の構成ブロック図である。
置の構成ブロック図である。
１ 伝搬特性測定装置 ２ 第１の離散フーリエ変
換処理部 ３，３−１〜３−Ｎ 合成開口処理部 ４，４−１〜４−Ｎ 第２の離散フーリエ変
換処理部 ５，５−１〜５−Ｎ 共分散行列生成部 ６ 高分解能処理部 ７ ピーク検出処理部 ８ 距離区間分割部 ９ 加算器 １０，１０−１〜１０−Ｎ 波数帯域フィルタ
換処理部 ３，３−１〜３−Ｎ 合成開口処理部 ４，４−１〜４−Ｎ 第２の離散フーリエ変
換処理部 ５，５−１〜５−Ｎ 共分散行列生成部 ６ 高分解能処理部 ７ ピーク検出処理部 ８ 距離区間分割部 ９ 加算器 １０，１０−１〜１０−Ｎ 波数帯域フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石渡 恒夫 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 (72)発明者 森下 到 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 (72)発明者 尾崎 俊二 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 (5)
- 【請求項１】 一方が固定されかつ他方が等速直線運動
をする送波器と受波器とを海水中に設け、該送波器から
出力された一定の周波数の音波を該受波器で受波するこ
とによって生成された受波信号を離散フーリエ変換して
得られた複数の周波数の周波数スペクトラムに対して移
動時間分の位相補償を施して該送波器と該受波器との間
が等距離間隔になる場合の音波伝搬特性を求める音波伝
搬特性算出処理と、 前記音波伝搬特性を離散フーリエ変換して水平波数成分
毎の音波伝搬特性を表す波数スペクトラムを求める離散
フーリエ変換処理と、 前記波数スペクトラムの各波数データに対して隣接する
該各波数データ間の共分散行列を求める共分散行列生成
処理と、 前記共分散行列に固有値分解又は特異値分解を施して複
数の固有ベクトルを求め、該複数の固有ベクトルを信号
ベクトルと雑音ベクトルとに分割し、前記送波器と前記
受波器との間の水平距離と前記受波信号の波数とから求
めた信号成分のステアリングべクトルと該雑音ベクトル
との内積の逆数を計算する高分解能処理と、 前記内積の逆数がピークを持つ波数を求め、該ピークを
持つ波数をノーマルモード固有値とするピーク検出処理
とを、行うことを特徴とするモード固有値計測方法。 - 【請求項２】 前記離散フーリエ変換処理は、前記音波
伝搬特性算出処理で得られた音波伝搬特性を複数の距離
区間に分割した後に行い、 前記共分散行列生成処理は、前記離散フーリエ変換で得
られた各波数スペクトラムから生成された前記距離区間
毎の共分散行列をそれぞれ生成した後、累加を行って前
記共分散行列を計算することを特徴とする請求項１記載
のモード固有値計測方法。 - 【請求項３】 一方が固定されかつ他方が等速直線運動
する送波器と受波器とを海水中に設け、該送波器から出
力された一定の周波数の音波を該受波器で受波すること
によって生成された受波信号を離散フーリエ変換して得
られた複数の周波数の周波数スペクトラムに対して移動
時間分の位相補償を施して該送波器と該受波器との間が
等距離間隔になる場合の音波伝搬特性を求める音波伝搬
特性算出処理と、 前記音波伝搬特性に対してハンケル変換を行い、波数帯
域をモード波の成分を含む帯域に制限して逆ハンケル変
換を行うことにより、帯域制限された音波伝搬特性を求
める帯域制限処理と、 前記帯域制限された音波伝搬特性のデータに対し、各デ
ータ間の共分散行列を求める共分散行列生成処理と、 請求項１記載の高分解能処理と、請求項１記載のピーク
検出処理とを、行うことを特徴とするモード固有値計測
方法。 - 【請求項４】 前記共分散行列生成処理は、前記帯域制
限処理で求めた前記帯域制限された音波伝搬特性を複数
の距離区間に分割した後に行い、その後、累加を行って
前記共分散行列を計算することを特徴とする請求項３記
載のモード固有値計測方法。 - 【請求項５】 前記音波伝搬特性算出処理は、前記受波
信号列を複数の距離区間に分割した後に前記離散フーリ
エ変換をそれぞれ行って該距離区間毎の音波伝搬特性を
求め、 前記帯域制限処理は、前記距離区間毎の音波伝搬特性に
対してそれぞれ行い、 前記共分散行列生成処理は、前記距離区間毎の共分散行
列の累加を行って前記共分散行列を計算することを特徴
とする請求項３記載のモード固有値計測方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9166800A JP3007914B2 (ja) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | モード固有値計測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9166800A JP3007914B2 (ja) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | モード固有値計測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114443A true JPH1114443A (ja) | 1999-01-22 |
| JP3007914B2 JP3007914B2 (ja) | 2000-02-14 |
Family
ID=15837924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9166800A Expired - Lifetime JP3007914B2 (ja) | 1997-06-24 | 1997-06-24 | モード固有値計測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3007914B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005164347A (ja) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | Ｓａｒ画像超解像装置 |
| JP2011208974A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ画像処理装置 |
| JP2014137241A (ja) * | 2013-01-15 | 2014-07-28 | Mitsubishi Electric Corp | 信号処理装置及び信号処理方法 |
| JP2018207358A (ja) * | 2017-06-07 | 2018-12-27 | 沖電気工業株式会社 | 振幅変調成分の分析方法及び変調信号分析システム |
| JP2019039859A (ja) * | 2017-08-28 | 2019-03-14 | 沖電気工業株式会社 | 分析装置、分析装置の表示方法および表示プログラム |
| JP2020041958A (ja) * | 2018-09-13 | 2020-03-19 | 日本電気株式会社 | 音響特性計測装置、音響特性計測方法、およびプログラム |
-
1997
- 1997-06-24 JP JP9166800A patent/JP3007914B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005164347A (ja) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Mitsubishi Electric Corp | Ｓａｒ画像超解像装置 |
| JP2011208974A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ画像処理装置 |
| JP2014137241A (ja) * | 2013-01-15 | 2014-07-28 | Mitsubishi Electric Corp | 信号処理装置及び信号処理方法 |
| JP2018207358A (ja) * | 2017-06-07 | 2018-12-27 | 沖電気工業株式会社 | 振幅変調成分の分析方法及び変調信号分析システム |
| JP2019039859A (ja) * | 2017-08-28 | 2019-03-14 | 沖電気工業株式会社 | 分析装置、分析装置の表示方法および表示プログラム |
| JP2020041958A (ja) * | 2018-09-13 | 2020-03-19 | 日本電気株式会社 | 音響特性計測装置、音響特性計測方法、およびプログラム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3007914B2 (ja) | 2000-02-14 |
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