JP2845220B2 - Sound source direction detection device - Google Patents
Sound source direction detection deviceInfo
- Publication number
- JP2845220B2 JP2845220B2 JP27739796A JP27739796A JP2845220B2 JP 2845220 B2 JP2845220 B2 JP 2845220B2 JP 27739796 A JP27739796 A JP 27739796A JP 27739796 A JP27739796 A JP 27739796A JP 2845220 B2 JP2845220 B2 JP 2845220B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- sound source
- power
- directivity
- sonobuoy
- 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 - Fee Related
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【0001】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sound source azimuth detecting device, and more particularly to a directional passive sonobuoy which receives an acoustic signal, converts the signal into an electric signal, and transmits the signal. The present invention relates to a sound source direction detection device that detects a sound source that generates a signal in a wide frequency band and detects the direction of the sound source.
【0002】[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。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a diagram showing a conventional signal arrival direction detecting device in a wide frequency band. In FIG. 6, the principle of sound source detection is that the omnidirectional first is located at two different geographical locations.
And a second sonobuoy 9 are arranged. It is assumed that the distance between the first sonobuoy 8 and the second sonobuoy 9 is always known. The sound signal generated by the sound source 7 is received by the first and second sonobuoys 8 and 9.
【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。The received signals of the first and second sonobuoys 8 and 9 can be represented by equations (1) and (2). Received signal of first sonobuoy 8 = η 1 (t) + s (t) (1) Received signal of second sonobuoy 9 = η 2 (t) + s (t−τ) (2) In the equations (1) and (2), η 1 (t) and η 2 (t) are underwater noise, and s (t) and s (t−τ) are signals emitted from the sound source 7. Also, η 1 (t), η 2 (t), s (t),
s (t−τ) is mean 0, fractions σ 1 2 , σ 2 2 , σ 3 2 respectively.
, And there is no mutual correlation.
【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。The time τ in the above equation (2) is
The difference Lc between the distance La between the sound source 7 and the first sonobuoy 8 and the distance Lb between the sound source 7 and the second sonobuoy 9 is the time required for the sound wave to propagate.
【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)FIG. 5 is a block diagram of a conventional sound source detecting device. In FIG. 5, a received signal from a first sonobuoy 8 and a received signal from a second sonobuoy 9 are correlated by a correlator 6.
To calculate the correlation number between the two signals to obtain a correlation output. The correlation output is represented by the following equation (3). Correlation output = (1 / T) T ∫ 0 {η 1 (t−ν) + s (t−ν)} · {η 2 (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。[0006] In (3), the longer the integration time T, the correlation output approaches the variance sigma 2 2 signals the occurrence of the sound source 7 to the time lag of the correlation ν is equal to the time tau, it lags ν is different from the time tau At that time, the correlation output approaches zero. In a conventional direction-of-arrival detection device for a wide frequency band signal,
The sound source 7 that generates a signal has been detected by changing the correlation time lag ν and detecting the peak value of the correlation output.
【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。The azimuth of the sound source 7 is determined by using the distance Lc obtained from the mutual distance between the first and second sonobuoys 8 and 9 and the time lag ν of the correlation. It can be seen that they are on the hyperbola with the two points at the position 9 as the focal points, and if the distance to the sound source 7 is sufficiently larger than the distance between the two focal points, it can be said that they are in the direction of the asymptote of the approximate hyperbola. Can be easily determined geometrically.
【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。A wide frequency band noise source detecting apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-265183 has a configuration as shown in FIG. 7, and includes a directional passive sonobuoy for receiving underwater sound waves, and a directional passive sonobuoy. North-South component from Sonobuoy (N
Frequency analysis units 22, 23 and 24 for receiving the noise signal of S), the noise signal of the east-west component (EW) and the noise signal of the omnidirectional component (OMNI), and performing frequency analysis, and the noise signal of the north-south component And the phase of the noise signal of the east-west direction component and the phase of the noise signal of the omnidirectional direction component, the in-phase signal has a positive sign, the opposite sign has a negative sign, and the frequency analysis A phase comparison unit 25 that applies the noise signal of the north-south component and the noise signal of the east-west component, an integration unit 26 that integrates the output signal of the phase comparison unit 25 with time, and a noise signal of the north-south component of the integration unit 26 And an azimuth detecting unit 27 for detecting the direction of the sound source from the output of the noise signal of the east-west component and the noise signal of the north-south component and the east-west component noise signal within a predetermined frequency range and azimuth range. Add the integral output ; And a cumulative 28.
【0009】[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。However, in such a configuration, the azimuth of the noise source for each narrow frequency band is calculated by one sonobuoy, and when the azimuth falls within the set range, the power of each narrow frequency band is calculated. The S / N ratio (signal-to-noise ratio) is improved because the output value is accumulated, the sound source is detected and the direction is calculated based on the magnitude of the accumulated value for each direction, and the power of the sound source signal in all frequency bands is not detected. There is no difficulty.
【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。That is, since the combined output over a certain frequency band is required, the S / N ratio is not improved.
【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。In the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 2-231589, a plurality of antennas arranged at intervals are switched and scanned in a predetermined order. Based on an azimuth signal having an azimuth component obtained by detecting a phase shift, it is a direction finding device that displays the direction of arrival of radio waves, and a plurality of points are located at each corner point of a square on a plane that measures the direction of arrival of radio waves. Antenna disposing means for disposing each antenna of the antenna; diagonal direction switching means for switching and scanning the antenna in each diagonal direction of the square; side direction switching means for switching and scanning the antenna in each side direction of the square; Switching selection means for selectively operating either one of the diagonal direction switching means or the side direction switching means to obtain an azimuth signal, And a direction display unit for displaying an arrival direction based on the orientation signal obtained Ri.
【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。However, in such a configuration, since a plurality of antennas are indispensable, the antenna is not a single antenna, nor is it a sonobuoy for detecting a sound source.
【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。Further, a system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-139269 for detecting a wide frequency band noise source existing in water shown in FIG. 8 is directed to a COS θ output from one receiving sensor. Frequency analyzer 31 for frequency-analyzing the NS signal having directivity, the EW signal having the directivity of SIN θ, and the omni-directional OMNI signal, and the respective frequencies of the frequency-analyzed NS and signal EW signal and OMNI signal The phase comparison unit 32 compares the phases of the spectra, and adds a positive sign to the frequency spectrum of the NS and EW signals after the frequency analysis, in the case of in-phase and a negative sign in the case of the opposite phase. An integrator 33 for integrating each time,
A synthesis unit 34 that synthesizes a frequency spectrum of the result over a certain frequency range, and an RMS calculation unit 35 that calculates the synthesized value of the NS signal and the RMS of the synthesized value of the EW signal that are output from the synthesis unit 34 are included.
【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。However, even in this configuration, there is a problem that a sufficient S / N ratio cannot be secured compared with the synthesis of the entire frequency band because the synthesis is performed by the synthesis unit 34 over a certain frequency band.
【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。As described above, the first conventional problem is that two sonobuoys detect a signal of a sound source simultaneously received from two different geographical positions by performing a correlation process.
Do not place two sonobuoys at positions within a range that is longer than the distance sufficient to eliminate the correlation of isotropic noise and less than the distance at which the anisotropic signal has no correlation due to the effect of underwater non-uniformity. It must not be.
【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。The second conventional problem is that since the azimuth of the sound source is obtained from the correlation time and the distance between the two sonobuoys, the distance between the two sonobuoys must be known at all times. is there.
【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。The third conventional problem is that since the azimuth for each frequency is calculated, the ratio of signal-to-noise power per frequency resolution (S / N ratio) is poor, that is, the signal is less than noise. If it is too small, the azimuth accuracy deteriorates, and an accurate sound source azimuth cannot be obtained.
【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。The fourth conventional problem is that since the range of the conventional azimuth is set, the size of the set range affects the detection performance of the sound source azimuth.
【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。Therefore, an object of the present invention is to input a signal from one directional passive sonobuoy and perform predetermined signal processing to detect the presence of a signal over a wide frequency band and calculate the azimuth. An object of the present invention is to provide an azimuth detecting device.
【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。Another object of the present invention is to provide a sound source azimuth detecting apparatus for detecting the presence and detecting the azimuth of a signal source having a good S / N ratio in a wide frequency band even if the S / N ratio in a narrow frequency band is bad. To provide.
【0021】[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。In order to solve the above-mentioned problems, a sound source direction detecting apparatus according to the present invention comprises a directional sonobuoy for receiving underwater sound waves, and a north-south direction component obtained by the directional sonobuoy. A cardioid directivity pattern is created based on the signal, the east-west component signal, and the omnidirectional component signal, and the maximum sensitivity axis direction is set at a predetermined direction interval. A directivity synthesis unit that adds directivity, square-detects an output signal of the directivity synthesis unit, and converts a signal of a wide frequency band coming from each direction around the directivity sonobuoy into the square of the cardioid directivity. A square detector that outputs power convolved with the sensitivity characteristic pattern, and a wide frequency at a predetermined azimuth interval by performing deconvolution based on a set of a series of outputs of the square detector. Constructed and a deconvolution unit for detecting the power of the frequency signal.
【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。Here, the deconvolution unit is
A process of dividing the value obtained by Fourier transforming the power data obtained for each direction by the value obtained by Fourier transforming the power of the cardioid directivity, and obtaining the power of the incoming signal for each direction by inverse Fourier transforming the result. Also, a deconvolution process is performed based on the output of the square detection unit, and a process of obtaining power in the entire frequency band for each direction of arrival is performed. Further, the number of the directional sonobuoys is one.
【0023】[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。FIG. 1 shows an embodiment of a sound source direction detecting apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 1, an embodiment of a sound source direction detecting apparatus according to the present invention includes a north-south direction component (NS) obtained by a directional passive sonobuoy for receiving sound waves in water.
, An east-west component (EW) signal, and an omni-directional component (OMNI) signal, a heart-shaped directivity pattern called cardioid directivity is created, and the maximum sensitivity axis direction is set to a predetermined direction. A directivity synthesizer 1 that sets an interval and adds a cardioid directivity for each set direction; and a square detection of an output signal of the directivity synthesizer 1, and a wide frequency band arriving from each direction around the directivity sonobuoy. By performing a deconvolution using a square detection unit 2 that outputs a power obtained by convolving the signal of the above with a cardioid directivity squared sensitivity characteristic pattern and a series of these outputs, so that the A deconvolution unit 3 for detecting the power of the wide frequency band signal.
【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。Here, the directivity synthesizer 1 and the square detector 2
Are the first, second, and third directivity calculation units 11, 1
2, 1N, first, second, and third square detection units 11, 12,
1N, but an input signal other than the NS signal, the EW signal, and the OMNI signal may be applied. Also in this case, a directivity calculation unit and a square detection unit are prepared according to the input signal.
【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)Next, the operation will be described. That is, the operation of detecting the direction of the sound source when there is a sound source generating a wide frequency band signal in water and the location of the sound source is unknown is described. A north-south component signal (NS signal) which is the output of one predetermined directional passive sonobuoy
The signal having the east-west direction component (EW signal) and the signal having the omni-directional component (OMNI signal) are inputted to the arrival direction detecting device for the wide frequency band signal in the embodiment of the sound source direction detecting device of the present invention. The input NS signal, EW signal and OMNI signal are respectively expressed as follows. NS signal = η NS (t) + S (t) cos θ 0 (4) EW signal = η EW (t) + S (t) sin θ 0 (5) OMNI signal = η OMNI (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。The above equations (4), (5) and (6)
Where η NS (t), η EW (t) and η
OMNI (t) is underwater noise, S (t) is a signal generated by the sound source, and θ 0 is the direction of the sound source. η
NS (t), η EW (t), η OMNI (t) and S (t)
Are Gaussian random noises having mean 0, variances σ NS 2 , σ EW 2 , σ OMNI 2, and σ S 2 , respectively, and have a property of no correlation.
【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。A signal having the above-described properties is received by the directivity synthesis unit 1, added with cardioid directivity, output, and transmitted to the square detection unit 2. By setting the maximum sensitivity axis direction of the cardioid directivity at a predetermined direction interval,
Output is obtained for each maximum sensitivity axis direction. The cardioid directivity is calculated as follows. fα (t) = OMNI signal + NS signal × cos α + EW signal × sin α = η OMNI (t) + η NS (t) × cos α + η EW (t) × sin α + S (t) (1 + cos (θ 0 −α) (7) α is the maximum sensitivity axis direction of the cardioid directivity, fα (t)
Is an output to which the cardioid directivity is added.
【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。The square detection unit calculates and outputs the power convolved with the squared sensitivity characteristic pattern of the cardioid directivity, and transmits it to the deconvolution unit 3. Normal output can be performed even when the input of the digital filter main body 12 becomes 0 transiently or when a new input is generated from 0. C 2 (α) = T Σ t = 0 fα 2 (t) = P 2 (θ) * (1 + cos (θ-α)) 2 ...... (8) C 2 (α) is the output of the square wave detection unit, T Is a predetermined time length, P
(Θ) is a signal level for each direction of arrival in the entire frequency band, and * is a convolution operator.
【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。The deconvolution unit 3 divides a value obtained by Fourier-transforming the power data obtained for each direction α by a value obtained by Fourier-transforming the power of the cardioid directivity, and inverse Fourier-transforms the result. The power of the incoming signal for each direction is calculated and output. The formula at that time is as follows. P 2 (θ ′) = F (P 2 (θ) * (1 + cos (θ−α)) 2 ) / F (1 + cos (θ−α) 2 … (9) P 2 (θ) = F − 1 (P 2 (θ)) (10) F is a Fourier transform, F -1 is an inverse Fourier transform, and θ ′ is a frequency corresponding to a Fourier transform when θ is regarded as time. If the sound source exists in a certain direction, the power of the incoming signal from that direction becomes larger than that of the other position, and the direction of the sound source can be known by knowing the direction showing the peak.
【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。FIG. 2 is an arrangement diagram of a sound source and a directional sonobuoy when the embodiment of the present invention is implemented. This will be described below with reference to FIG. When the sound source 4 generating the signal and the directional sonobuoy 5 are arranged as shown in FIG. 2, the NS signal received by the receiver having the north-south direction axis of the directional sonobuoy 5 And the EW signal received by the receiver having the directional axis in the east-west direction and the OMNI signal received by the receiver receiving the omnidirectional sound wave are expressed by the above-described equations (4) and (5), respectively. ) And (6), and their properties are also as described above.
【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。The NS signal, the EW signal, and the OMNI signal are input to the directivity synthesizing unit 1 to obtain a directivity synthesis result. The directivity synthesis unit 1 includes directivity calculation units 11 to 1N that divide all directions into N equal parts and direct the maximum sensitivity axis to each direction. The calculation formula in the directivity calculation unit in which the maximum sensitivity axis direction is in the direction of α from magnetic north is expressed as the above-mentioned expression (7).
【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。In the square detector 2, each of the directivity calculators 11 to 11
By square-detecting the output from 1N, the power obtained by convolving the level of the signal from the target with the squared sensitivity characteristic pattern of the cardioid directivity is calculated and output. If the power for each direction of arrival in the entire frequency band is represented by P 2 (θ) (θ is 0 to 360 degrees), there is a remarkable peak in the direction of the sound source as shown in FIG. On the other hand, if the output of the power of the square detection unit 2 is represented by C 2 (α) (α is 0 to 360 degrees), as shown in FIG. The peak disappears and becomes smooth. The equation at this time is expressed as the above-described equation (8).
【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。The deconvolution unit 3 performs a deconvolution process from the output of the square detection unit 2 and
And calculates and outputs the power in the entire frequency band for each direction of arrival. The calculation formula at this time is the above-described formula (9),
This is as shown in equation (10).
【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。Therefore, the output of the deconvolution unit 3 has a peak in the direction in which the sound source exists, and has a power output value having a certain variance due to noise components in other directions.
【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。When the sound source 4 does not exist, the power output value has a certain variance centered on a certain level due to the noise component in all directions. Due to the nature of the output of the deconvolution unit 3, it is possible to detect the arrival direction of the wide frequency band signal.
【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。As described above, according to the embodiment of the present invention, the square detection output of the received signal based on the cardioid directivity indicates the power of the signal in the wide frequency band arriving from each direction around the directional sonobuoy. This is a convolution of the cardioid directivity with the squared sensitivity characteristic pattern.Therefore, cardioid directivity is formed at a predetermined azimuth interval, and the deconvolution is performed using a series of output squared detection outputs. By doing so, the power of the wide frequency band signal at predetermined azimuth intervals can be detected, and the arrival azimuth of the signal can be calculated.
【0037】[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。As described above, according to the sound source detecting apparatus of the present invention, the presence of a sound source in one directional sonobuoy in which the power of an incoming signal in each direction is calculated from the received data of one directional sonobuoy. Since the azimuth and the direction can be detected, it is arranged in a range limited by two or more sonobuoys, and there is no need to always know the distance, thereby facilitating operation.
【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。Further, since the sound source detection device according to the present invention performs detection using the power of the signal in the entire frequency band, the presence and direction of the sound source can be detected even when the S / N ratio in the narrow frequency band is poor. .
【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。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a sound source direction detection device according to the present invention.
【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。FIG. 2 is a layout diagram of a sound source and a directional sonobuoy of an embodiment according to the present invention.
【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。FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between an azimuth and an incoming signal power in the situation of FIG. 2;
【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。FIG. 4 is a diagram illustrating an output of a square detection unit in the situation of FIG. 2;
【図5】従来の音源探知装置の構成ブロック図である。FIG. 5 is a configuration block diagram of a conventional sound source detection device.
【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。FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of a conventional signal arrival direction detection device in a wide frequency band.
【図7】従来の音源方位検出装置の構成ブロック図であ
る。FIG. 7 is a configuration block diagram of a conventional sound source direction detection device.
【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。FIG. 8 is a block diagram showing another configuration of a conventional sound source direction detection device.
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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Directivity synthesis part 11-1N Directivity calculation part 2 Square detection part 21-2N Square detection part 3 Deconvolution part 4,7 Sound source 5 Directivity sonobuoy 6 Correlator 8,9 Sonobuoy 22,23,24,31 Frequency analysis Units 25, 32 Phase comparators 26, 33 Integrators 27 Direction detectors 34 Synthesizers 35 RMS calculators
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01S 3/80 - 3/86 G01S 5/18 - 5/30 G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 G01H 3/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G01S 3/80-3/86 G01S 5/18-5/30 G01S 7/52-7/64 G01S 15 / 00-15/96 G01H 3/00
Claims (4)
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。1. A directional sonobuoy for receiving an underwater sound wave, and a cardioid directivity based on a north-south component signal, an east-west component signal, and an omnidirectional component signal obtained by the directional sonobuoy. A directivity pattern, a maximum sensitivity axis direction is set at a predetermined direction interval, and a direction synthesis unit that adds the cardioid directivity for each set direction, and the output signal of the direction synthesis unit is squared. A square detection unit that detects and outputs a power obtained by convolving a signal in a wide frequency band arriving from each direction around the directional sonobuoy with the sensitivity characteristic pattern of the square of the cardioid directivity, and a square detection unit. A deconvolution unit for detecting the power of the wide frequency band signal at a predetermined azimuth interval by performing deconvolution based on a series of output sets. Sound source direction detecting apparatus according to.
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。2. The deconvolution section divides a value obtained by Fourier-transforming the power data obtained for each direction by a value obtained by Fourier-transforming the power of the cardioid directivity.
The sound source direction detecting device according to claim 1, wherein a process of obtaining the power of an incoming signal for each direction by performing an inverse Fourier transform of the result.
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。3. The sound source direction detecting device according to claim 1, wherein the deconvolution unit performs a deconvolution process based on an output of the square detection unit, and performs a process of obtaining power in an entire frequency band for each direction of arrival. .
に記載の音源方位検出装置。4. The directional sonobuoy is a single directional sonobuoy.
A sound source direction detection device according to claim 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27739796A JP2845220B2 (en) | 1996-09-28 | 1996-09-28 | Sound source direction detection device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27739796A JP2845220B2 (en) | 1996-09-28 | 1996-09-28 | Sound source direction detection device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10104329A JPH10104329A (en) | 1998-04-24 |
JP2845220B2 true JP2845220B2 (en) | 1999-01-13 |
Family
ID=17582979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27739796A Expired - Fee Related JP2845220B2 (en) | 1996-09-28 | 1996-09-28 | Sound source direction detection device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2845220B2 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5004276B2 (en) * | 2004-11-16 | 2012-08-22 | 学校法人日本大学 | Sound source direction determination apparatus and method |
JP5659851B2 (en) * | 2011-02-22 | 2015-01-28 | 日本電気株式会社 | SONER DEVICE AND DIRECTIONAL SYNTHESIS METHOD THEREOF |
KR102335774B1 (en) * | 2017-09-01 | 2021-12-06 | 삼성전자주식회사 | Sound direction finding sensor including multiple resonator array |
-
1996
- 1996-09-28 JP JP27739796A patent/JP2845220B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10104329A (en) | 1998-04-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101995574B (en) | Near field focusing beam forming positioning method | |
JP5554018B2 (en) | Angle measuring device, monopulse angle measuring device, monopulse radar, multi-static radar | |
JP2845220B2 (en) | Sound source direction detection device | |
JP4723916B2 (en) | Radio wave source visualization apparatus and radio wave source visualization method | |
US6654315B1 (en) | Sonar display system and method | |
JP2003270316A (en) | Angle measuring instrument, angle measuring method, and program | |
CN101309101B (en) | Array synthetic direction-finding method of wireless signal receiving system | |
JP2006515070A (en) | Wireless signal arrival direction detector | |
RU2166774C2 (en) | Method and gear to form polarization portrait of ground or sea surface in double-frequency radar with synthesized aperture | |
JP4736172B2 (en) | Radar signal processing circuit | |
JP4877082B2 (en) | Broadband signal processing system, method and program | |
US7755535B2 (en) | Radar system comprising at least two spatially separated antenna units | |
EP3742196B1 (en) | Radar device | |
RU2321014C2 (en) | Mode of direction finding and multi channel direction finder | |
JP2913923B2 (en) | Underwater sound direction detection device | |
JP5501578B2 (en) | Radar equipment | |
JP2850872B2 (en) | Sonobuoy signal processor | |
Ejaz et al. | Comparison of spectral and subspace algorithms for FM source estimation | |
JP3189826B2 (en) | Direction finder | |
JP2880787B2 (en) | Directional hearing device | |
WO2023188142A1 (en) | Azimuth detection device and azimuth detection method | |
WO2022249552A1 (en) | Information processing device and information processing method | |
JP3973902B2 (en) | Sensor arrangement determining method and apparatus and receiving apparatus | |
JPS6352346B2 (en) | ||
JP2006250830A (en) | Azimuth measuring method and system, and underwater acoustic measuring buoy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071030 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 10 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081030 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091030 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091030 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 12 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101030 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 13 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111030 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121030 Year of fee payment: 14 |
|
FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131030 Year of fee payment: 15 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |