JPS6015887B2 - 音源位置検出装置 - Google Patents
音源位置検出装置Info
- Publication number
- JPS6015887B2 JPS6015887B2 JP50112350A JP11235075A JPS6015887B2 JP S6015887 B2 JPS6015887 B2 JP S6015887B2 JP 50112350 A JP50112350 A JP 50112350A JP 11235075 A JP11235075 A JP 11235075A JP S6015887 B2 JPS6015887 B2 JP S6015887B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power spectrum
- sound source
- filter
- source position
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/808—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using transducers spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は例えば点状信号源からの信号音によりその音源
位置を高精度にオンラインで計算機演算回路部を用いて
推定する信号音源位置検出装置に関するものである。
位置を高精度にオンラインで計算機演算回路部を用いて
推定する信号音源位置検出装置に関するものである。
従来、この種の信号音源位置検出装置として、２個の検
出器を介して得た検出対象の信号の相互相関を求めるこ
とにより、各検出器までの信号音到達時間差を抽出し、
これに基づいて音源位置を検出するものがあった。
出器を介して得た検出対象の信号の相互相関を求めるこ
とにより、各検出器までの信号音到達時間差を抽出し、
これに基づいて音源位置を検出するものがあった。
従来技術の欠点は、２個の検出器から得た時間関数の信
号に対して高城もしくは低域のフィルターをかけるとい
う操作を施すのみで相互相関を求めているために、、信
号の中に含まれている雑音成分が充分除去されず、その
結果として、到達時間差のＳ／Ｎ比が悪いものとなって
いた。本発明は、上記の従釆技術の欠点をなくしたもの
で、各検出器までの到達時間差を抽出し信号音源位置を
精度良く求めることができる音源位置検出装置を提供す
ることを目的とする。本発明は、２個の検出器の信号を
加え合わせ、フーリエ変換により周波数関数へ変換し、
パワースペクトルを求め、ここで雑音成分を除去するた
めのフィルターをかけ、到達時間差のみを抽出するよう
に構成される。以上を詳しく説明する。
号に対して高城もしくは低域のフィルターをかけるとい
う操作を施すのみで相互相関を求めているために、、信
号の中に含まれている雑音成分が充分除去されず、その
結果として、到達時間差のＳ／Ｎ比が悪いものとなって
いた。本発明は、上記の従釆技術の欠点をなくしたもの
で、各検出器までの到達時間差を抽出し信号音源位置を
精度良く求めることができる音源位置検出装置を提供す
ることを目的とする。本発明は、２個の検出器の信号を
加え合わせ、フーリエ変換により周波数関数へ変換し、
パワースペクトルを求め、ここで雑音成分を除去するた
めのフィルターをかけ、到達時間差のみを抽出するよう
に構成される。以上を詳しく説明する。
第１図は信号音源Ｓと２個の検出器Ａ，Ｂの位置関係を
示す配置図である。一般には、信号音源Ｓの位置を３次
元的に決定するためにはｎ個の検出器の組み合わせによ
り求める。いま、信号音をｘ（ｔ）とし、検出器Ａの出
力信号をｙ，（ｔ）、検出器Ｂの出力信号をｙ２（ｔ）
とする。信号音源Ｓから検出器Ａ，Ｂまで信号音が到達
する時間をら、ｔ２とすると、ｙ，（ｔ）＝Ｑ．ｘ（ｔ
−ｔ，） ………｛１）ｙ２（ｔ）＝Ｂ・ｘ（
ｔ−ｔ２）となる。
示す配置図である。一般には、信号音源Ｓの位置を３次
元的に決定するためにはｎ個の検出器の組み合わせによ
り求める。いま、信号音をｘ（ｔ）とし、検出器Ａの出
力信号をｙ，（ｔ）、検出器Ｂの出力信号をｙ２（ｔ）
とする。信号音源Ｓから検出器Ａ，Ｂまで信号音が到達
する時間をら、ｔ２とすると、ｙ，（ｔ）＝Ｑ．ｘ（ｔ
−ｔ，） ………｛１）ｙ２（ｔ）＝Ｂ・ｘ（
ｔ−ｔ２）となる。
ｙ，（ｔ）と仇（ｔ）とを加算した信号をｙ（ｔ）とす
ると（雑音成分は無視している）ｙ（ｔ）＝Ｑ‐Ｘ（ｔ
−り十８・Ｘ（ｔ−ｔ２）．・・．・…・【２｝となる
。
ると（雑音成分は無視している）ｙ（ｔ）＝Ｑ‐Ｘ（ｔ
−り十８・Ｘ（ｔ−ｔ２）．・・．・…・【２｝となる
。
ここで、Ｑ、Ｂは音波の伝播媒質中の音＊波減衰率に依
存する定数である。■式をフーリエ変換し、そのパワー
スペクトルを求めると、次式を得る。■Ｗ（ハ ニ■奴
（ナ〉｛Ｑ２ 十８２ 十２Ｑ８Ｃｏｓ２竹（ｔｌ−ｔ
２）〆｝ ………（３｝ただし、ｙ
（ｔ）のパワースペクトルを■Ｗ 災（ナ）としている
。
存する定数である。■式をフーリエ変換し、そのパワー
スペクトルを求めると、次式を得る。■Ｗ（ハ ニ■奴
（ナ〉｛Ｑ２ 十８２ 十２Ｑ８Ｃｏｓ２竹（ｔｌ−ｔ
２）〆｝ ………（３｝ただし、ｙ
（ｔ）のパワースペクトルを■Ｗ 災（ナ）としている
。
‘３｝式の対数をとると、（ナ）、ｘ（ｔ）のパワース
ペクトルを■松※ｌｏｇ■ｙｙ（ナ）ニｌｏｇ■松（ナ
）十ｌｏｇ｛Ｑ２ 十８２ 十２Ｑ８Ｃｏｓ２汀（ｔ，
一ｔ２）ｆ｝＝ｌｏｇ■柵（ナ）十ｌｏｇ（Ｑ２十８２
）十ｂｇ｛１十ご号令；瓜２汀。′ｔ２）ハとなり、こ
の式を展開して右辺第３項の１次近似 をとることに
より、ｌｏｇ■ｙｙＶ）＝ｌｏｇ■松（プ）十ｌｏｇ（
Ｑ２十８２）十羊等？偽物（ｔ「ｔ２）ｆが得られる。
ここで、到達時間差ｔ，一ら＝７と置 くと上式はｌ
ｏｇ■ｙｙくプ）＝ｌｏｇ■奴（ナ）十ｌｏｇ（Ｑ２十
３２）十才台令；瓜２汀７ナ ……【４１とな
る。｛４）式の右辺第３項は周波数ｆに対して到達時間
差丁を周期とする周期関数でである。また、‘４）式の
右辺第１項、第２項はここで求めようとする到達時間差
７に対する雑音成分であり、直流、低周波数成分として
現われる。従って、【４｝式で示された対数パワースペ
クトルを高城フィルターを通すことにより、これら雑音
としての【４｝式右辺第１項、第２項成分は相当量除去
される。｛４１式で示した対数パワースペクトルにフィ
ルター処理を施したものをｏｏｇ■Ｗ（ナ）〕ｆｉｌｔ
ｅｒｅｄと表わせば、次式となる。。増■ｙｙＶ）〕ｆ
ｉｌに把ｄ：タ鼻も；瓜２ｍ丁ｆ．・・．・・．・・‘
５）‘５）式で示したフィルター処理が施された対数パ
ワースペクトルを周波数ｆに対してフーリエ変換し、パ
ワースペクトルを求めるとｃｏｓ周期関数の周期である
到達時間差７が求まる。
ペクトルを■松※ｌｏｇ■ｙｙ（ナ）ニｌｏｇ■松（ナ
）十ｌｏｇ｛Ｑ２ 十８２ 十２Ｑ８Ｃｏｓ２汀（ｔ，
一ｔ２）ｆ｝＝ｌｏｇ■柵（ナ）十ｌｏｇ（Ｑ２十８２
）十ｂｇ｛１十ご号令；瓜２汀。′ｔ２）ハとなり、こ
の式を展開して右辺第３項の１次近似 をとることに
より、ｌｏｇ■ｙｙＶ）＝ｌｏｇ■松（プ）十ｌｏｇ（
Ｑ２十８２）十羊等？偽物（ｔ「ｔ２）ｆが得られる。
ここで、到達時間差ｔ，一ら＝７と置 くと上式はｌ
ｏｇ■ｙｙくプ）＝ｌｏｇ■奴（ナ）十ｌｏｇ（Ｑ２十
３２）十才台令；瓜２汀７ナ ……【４１とな
る。｛４）式の右辺第３項は周波数ｆに対して到達時間
差丁を周期とする周期関数でである。また、‘４）式の
右辺第１項、第２項はここで求めようとする到達時間差
７に対する雑音成分であり、直流、低周波数成分として
現われる。従って、【４｝式で示された対数パワースペ
クトルを高城フィルターを通すことにより、これら雑音
としての【４｝式右辺第１項、第２項成分は相当量除去
される。｛４１式で示した対数パワースペクトルにフィ
ルター処理を施したものをｏｏｇ■Ｗ（ナ）〕ｆｉｌｔ
ｅｒｅｄと表わせば、次式となる。。増■ｙｙＶ）〕ｆ
ｉｌに把ｄ：タ鼻も；瓜２ｍ丁ｆ．・・．・・．・・‘
５）‘５）式で示したフィルター処理が施された対数パ
ワースペクトルを周波数ｆに対してフーリエ変換し、パ
ワースペクトルを求めるとｃｏｓ周期関数の周期である
到達時間差７が求まる。
第２図ａ〜ｄは【１｝式から‘４｝式と、さらに到達時
間差を抽出するまでの過程をグラフで示したものである
。
間差を抽出するまでの過程をグラフで示したものである
。
すなわち、第２図ａは２個の検出器Ａ，Ｂへの出力信号
を加え合わせ、そのパワースペクトルを求めるという（
３ー式の結果を図示したものであり、第２図ｂは‘４｝
式で与えられる対数パワースペクトルである。第２図ｃ
は第２図ｂの対数パワースペクトルから低域の雑音成分
をフィルター処理により除去したものである。第２図ｄ
が到達時間差７を抽出したものである。第３図に上記演
算フローの順序を図示した。本発明に係る装置の一実施
例のブロック図を第４図に示した。即ち第４図において
、１は信号音の圧力信号を電気信号に変換する受信検出
器である。２は受信検出器１よりの２系列の信号を加え
合わせる加算演算部である。
を加え合わせ、そのパワースペクトルを求めるという（
３ー式の結果を図示したものであり、第２図ｂは‘４｝
式で与えられる対数パワースペクトルである。第２図ｃ
は第２図ｂの対数パワースペクトルから低域の雑音成分
をフィルター処理により除去したものである。第２図ｄ
が到達時間差７を抽出したものである。第３図に上記演
算フローの順序を図示した。本発明に係る装置の一実施
例のブロック図を第４図に示した。即ち第４図において
、１は信号音の圧力信号を電気信号に変換する受信検出
器である。２は受信検出器１よりの２系列の信号を加え
合わせる加算演算部である。
３は加算演算部２の信号を時間領域でフィルター操作を
施し、電気ノイズ等雑音成分の除去を目的とした前層フ
ィルター部である。
施し、電気ノイズ等雑音成分の除去を目的とした前層フ
ィルター部である。
４は前暦フィルター部３よりの信号をフーリエ変換し、
パワースペクトルを求める前暦スペクトル分析器である
。
パワースペクトルを求める前暦スペクトル分析器である
。
５は対数演算部で■式を得る操作を行うものである。
３′，４′はそれぞれ後層フィルター部、後暦スペクト
ル分析器である。
ル分析器である。
後層フィルター部３′に於て■式の右辺第１項、第２項
を除去した後、後瞳スペクトル分析器４′で後澄フィル
ター部３′の出力のパワースペクトルを求め、到達時間
差丁を求める。６は後層スペクトル分析器４′の出力と
して得られ、第２図ｄに図示した到達時間差ヶを読み取
り、この様にして得たいくつかの到達時間差７を例えば
地震震源地点を求めると同様に３次元座標上に投写させ
、それらの交点を求めることによって信号音源位置を・
求める処理装置である。
を除去した後、後瞳スペクトル分析器４′で後澄フィル
ター部３′の出力のパワースペクトルを求め、到達時間
差丁を求める。６は後層スペクトル分析器４′の出力と
して得られ、第２図ｄに図示した到達時間差ヶを読み取
り、この様にして得たいくつかの到達時間差７を例えば
地震震源地点を求めると同様に３次元座標上に投写させ
、それらの交点を求めることによって信号音源位置を・
求める処理装置である。
尚、第４図で示した装置においてパワ−スペクトルは短
時間離散フーリエ変換によるものであり、演算部ではデ
ィジタル処理を行っている。
時間離散フーリエ変換によるものであり、演算部ではデ
ィジタル処理を行っている。
又、到達時間差７の分解能は第４図の前層スペクトル分
析器４に於けるサンプリング周期に依存し、精度はサン
プリング周期とサンプリング個数の積に依存する。従っ
て、必要な分解館、精度が得られるようにサンプリング
周期、サンプリング個数を選択出来るようになっている
。従って、第４図における前暦スペクトル分析器４Ｌ汎
獲の信号は、離散化されたディジタル信号であり、後層
フィルター部３′は前暦フィルター部３がＲＣ回路から
成る通常のアナログフィルターであるのに対して、フー
リエ変換を応用したディジタルフィルターで構成されて
いる。すなわち、対数演算部５によって計算され求めら
れたディジタル離散値から成る対数パワースペクトルと
、後贋フィルター部３′でかけようとするフィルター荷
重関数とをフーリエ変換して関数の積を求め、その積算
された結果を今度は逆フーリエ変換し、再び周波数領域
にもどすことによって所定のフィルターが対数パワース
ペクトルに施すことができるというものである。実際に
は後暦フィルター部３′は内部関数としてフィルター荷
重関数のフーリエ変換関数を有しており、この場合はフ
ィルター時定数を周波数領域の裏領域（時間差７領域）
での値を与えればよいだけの構成となっているので、フ
ィルター処理を施すたびにフィルター荷重関数をフーリ
エ変換する必要はなく処理時間の短縮を計っている。後
層フィルター部３′のフィルター時定数は‘４｝式の到
達時間差７を抽出するため、雑音成分である対数パワー
スペクトルの包絡線（図２ｃ上）をしや断するような時
定数であればよい。上記ディジタルフィルターそのもの
は現在では一般的に用いられている手法であり、また、
本発明におけるパワースペクトル等を演算する際に用い
ているフ−リェ変換は高速フーリエ変換手法を用いて本
発明に係る演算処理時間の格段の短縮を計っている。尚
、第４図に示した本発明に係る一実施例の装置としては
基本的にディジタル演算処理から成るディジタル装置を
示したが、スペクトル分析器、対数演算部、フィルター
部等をアナログ信号のまま処理するアナログ回路から成
るアナログ装置として構成しても同様の効果が得られる
。
析器４に於けるサンプリング周期に依存し、精度はサン
プリング周期とサンプリング個数の積に依存する。従っ
て、必要な分解館、精度が得られるようにサンプリング
周期、サンプリング個数を選択出来るようになっている
。従って、第４図における前暦スペクトル分析器４Ｌ汎
獲の信号は、離散化されたディジタル信号であり、後層
フィルター部３′は前暦フィルター部３がＲＣ回路から
成る通常のアナログフィルターであるのに対して、フー
リエ変換を応用したディジタルフィルターで構成されて
いる。すなわち、対数演算部５によって計算され求めら
れたディジタル離散値から成る対数パワースペクトルと
、後贋フィルター部３′でかけようとするフィルター荷
重関数とをフーリエ変換して関数の積を求め、その積算
された結果を今度は逆フーリエ変換し、再び周波数領域
にもどすことによって所定のフィルターが対数パワース
ペクトルに施すことができるというものである。実際に
は後暦フィルター部３′は内部関数としてフィルター荷
重関数のフーリエ変換関数を有しており、この場合はフ
ィルター時定数を周波数領域の裏領域（時間差７領域）
での値を与えればよいだけの構成となっているので、フ
ィルター処理を施すたびにフィルター荷重関数をフーリ
エ変換する必要はなく処理時間の短縮を計っている。後
層フィルター部３′のフィルター時定数は‘４｝式の到
達時間差７を抽出するため、雑音成分である対数パワー
スペクトルの包絡線（図２ｃ上）をしや断するような時
定数であればよい。上記ディジタルフィルターそのもの
は現在では一般的に用いられている手法であり、また、
本発明におけるパワースペクトル等を演算する際に用い
ているフ−リェ変換は高速フーリエ変換手法を用いて本
発明に係る演算処理時間の格段の短縮を計っている。尚
、第４図に示した本発明に係る一実施例の装置としては
基本的にディジタル演算処理から成るディジタル装置を
示したが、スペクトル分析器、対数演算部、フィルター
部等をアナログ信号のまま処理するアナログ回路から成
るアナログ装置として構成しても同様の効果が得られる
。
以上述べたように本発明によれば、高精度に信号音源位
置を求めることが出来る。
置を求めることが出来る。
第１図は信号源と２個の検出器の位置関係を示す図、第
２図ａは２個の検出器の入力信号を加え合わせたものの
パワースペクトル図、第２図ｂは第２図ａに示したパワ
ースペクトルの対数をとった対数パワースペクトル図、
第２図ｃは第２図ｂの対数パワースペクトルにフィルタ
ー操作を施し雑音成分を除去した特性図、第２図ｄは第
２図ｃの結果のパワースペクトルを求めることにより到
達時間差７を抽出した特性図、第３図は本発明に係る演
算機能フロー図、第４図は本発明の一実施例による装置
のブロック図である。 図に於て、Ａ，Ｂは検出器、Ｓは信号音源、１は受信検
出器、２は加算演算部、３は前暦フィルター部、４は前
層スペクトル分析器、５は対数演算部、３′は後暦フィ
ルター、４′は後置スペクトル分析器、６は処理装置で
ある。 鰭′図 第Ｊ図 籍４図 幻２図
２図ａは２個の検出器の入力信号を加え合わせたものの
パワースペクトル図、第２図ｂは第２図ａに示したパワ
ースペクトルの対数をとった対数パワースペクトル図、
第２図ｃは第２図ｂの対数パワースペクトルにフィルタ
ー操作を施し雑音成分を除去した特性図、第２図ｄは第
２図ｃの結果のパワースペクトルを求めることにより到
達時間差７を抽出した特性図、第３図は本発明に係る演
算機能フロー図、第４図は本発明の一実施例による装置
のブロック図である。 図に於て、Ａ，Ｂは検出器、Ｓは信号音源、１は受信検
出器、２は加算演算部、３は前暦フィルター部、４は前
層スペクトル分析器、５は対数演算部、３′は後暦フィ
ルター、４′は後置スペクトル分析器、６は処理装置で
ある。 鰭′図 第Ｊ図 籍４図 幻２図
Claims (1)
- １ 所定の位置に設置され、音源から発生する音響信号
を受信する複数個の音響信号受信手段、これら音響信号
受信手段の出力信号を加え合わせるための加算手段、こ
の加算手段の出力をフーリエ変換してパワースペクトル
を求めるための第１手段、この第１手段のパワースペク
トルの対数をとり対数パワースペクトルを求めるための
第２手段、この第２手段の対数パワースペクトルに対し
て雑音成分を除去するためのフイルタリング操作を施す
第３手段、この第３手段によりフイルタリング操作が施
こされた対数パワースペクトルをフーリエ変換してパワ
ースペクトルを求めるための第４手段、上記第４手段の
パワースペクトルから信号到達時間差を抽出するための
第５手段、及び上記第５手段の出力信号から音源位置を
検出するための第６手段から成る音源位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50112350A JPS6015887B2 (ja) | 1975-09-17 | 1975-09-17 | 音源位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50112350A JPS6015887B2 (ja) | 1975-09-17 | 1975-09-17 | 音源位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5236055A JPS5236055A (en) | 1977-03-19 |
| JPS6015887B2 true JPS6015887B2 (ja) | 1985-04-22 |
Family
ID=14584481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50112350A Expired JPS6015887B2 (ja) | 1975-09-17 | 1975-09-17 | 音源位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6015887B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63191453U (ja) * | 1987-05-26 | 1988-12-09 | ||
| JPH01150595U (ja) * | 1988-04-05 | 1989-10-18 | ||
| JPH01267185A (ja) * | 1988-04-07 | 1989-10-25 | Toppan Printing Co Ltd | 光学式ディスク容器およびその製造方法 |
| JPH0284191U (ja) * | 1988-12-13 | 1990-06-29 | ||
| JPH07125785A (ja) * | 1993-04-29 | 1995-05-16 | Viva Magnetics Ltd | ディスク保存ケース |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54105788U (ja) * | 1978-01-11 | 1979-07-25 | ||
| JPS6255503A (ja) * | 1985-09-04 | 1987-03-11 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 超音波測定装置 |
| JPH0627799B2 (ja) * | 1987-11-21 | 1994-04-13 | 日本電気株式会社 | パッシブソナー装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49114455A (ja) * | 1973-03-01 | 1974-10-31 |
-
1975
- 1975-09-17 JP JP50112350A patent/JPS6015887B2/ja not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49114455A (ja) * | 1973-03-01 | 1974-10-31 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63191453U (ja) * | 1987-05-26 | 1988-12-09 | ||
| JPH01150595U (ja) * | 1988-04-05 | 1989-10-18 | ||
| JPH01267185A (ja) * | 1988-04-07 | 1989-10-25 | Toppan Printing Co Ltd | 光学式ディスク容器およびその製造方法 |
| JPH0284191U (ja) * | 1988-12-13 | 1990-06-29 | ||
| JPH07125785A (ja) * | 1993-04-29 | 1995-05-16 | Viva Magnetics Ltd | ディスク保存ケース |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5236055A (en) | 1977-03-19 |
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