JP7452334B2 - Dereverberation device, dereverberation system, dereverberation method and program - Google Patents

Description

本発明は、同一の波形を複数回照射することで、照射毎の応答の差異から反射物体の情報を抽出する残響抑圧装置、残響抑圧システム、残響抑圧方法、およびその方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。 The present invention provides a dereverberation device, a dereverberation system, a dereverberation method, and a method for causing a computer to execute the dereverberation method, which extracts information about a reflecting object from the difference in response between each irradiation by irradiating the same waveform multiple times. Regarding the program.

従来、海および湖等の水中において、アクティブソーナーおよびマルチスタティックソーナーなどの探査装置を用いて、同一の波形を複数回照射することで、照射毎の応答の差異から反射物体の情報を抽出する技術が知られている。線形周波数変調波形（以下では、ＬＦＭ波形と称する）を用いたアクティブソーナーの場合で説明する。 Conventionally, a technology that extracts information about reflective objects from the differences in response between each irradiation by irradiating the same waveform multiple times in underwater environments such as the sea and lakes using exploration devices such as active sonar and multistatic sonar. It has been known. The case of an active sonar using a linear frequency modulation waveform (hereinafter referred to as an LFM waveform) will be explained.

アクティブソーナーは、音を送波する送波器と、送波器から送波された音が目標で反射された信号を受信する受波器とを有する。送波器から送波された音を直接に受波器で受信される信号は「直接波」と称される。送波器から送波された音が目標で反射した後、受波器で受信される信号は「目標エコー」と称される。送波器から送波された音が海底、海面および魚群等で反射または散乱した後、受波器で受信される信号は「残響」と称される。受波器から出力される受信波形は、周囲雑音に、直接波、目標エコーおよび残響が重畳した信号となる。１回の送波に対して、受信波形を得るまでの一連の応答を「ピング」と定義する。 An active sonar includes a transmitter that transmits sound, and a receiver that receives a signal that is the sound transmitted from the transmitter and reflected by a target. A signal that is directly received by a receiver from sound transmitted from a transmitter is called a "direct wave." The signal received by the receiver after the sound transmitted by the transmitter is reflected by the target is called the "target echo." The signal received by the receiver after the sound transmitted from the transmitter is reflected or scattered by the seabed, sea surface, schools of fish, etc. is called "reverberation." The received waveform output from the receiver is a signal in which a direct wave, a target echo, and reverberation are superimposed on ambient noise. A series of responses to one transmission until a received waveform is obtained is defined as a "ping."

受波器の受信波形において、残響は直接波の後に受信され、海底または海面等の散乱体の位置によって局所的にピークを持ちつつ、全体的には時間の経過とともに減衰していく。残響のレベルが減衰し、周囲雑音レベル以下となるような時間間隔で送信波形を、送波器は、複数回送波する。目標が移動しており、ピング間で残響の位相差が一定（コヒーレント）だと仮定すると、受波器の受信波形を分析することで、ピング間での差異から目標エコーを抽出し、反射物体の位置情報を抽出できる。 In the received waveform of a wave receiver, reverberation is received after the direct wave, and while it has a local peak depending on the position of a scatterer such as the seabed or sea surface, it attenuates overall as time passes. The transmitter transmits the transmission waveform multiple times at time intervals such that the reverberation level is attenuated and becomes below the ambient noise level. Assuming that the target is moving and the reverberation phase difference between the pings is constant (coherent), by analyzing the received waveform of the receiver, the target echo can be extracted from the difference between the pings, and the reflected object can be detected. location information can be extracted.

このピング間での差異を用いて反射物体の位置情報を得る方法の一例が非特許文献１に開示されている。非特許文献１には、データ収集処理、複素復調処理、ビームフォーミング処理、マッチドフィルタ処理、残響抑圧処理および正規化処理を順に実行することが開示されている。残響抑圧処理において、複数のピングに対して適応フィルタ係数が適用される。 An example of a method of obtaining position information of a reflecting object using the difference between the pings is disclosed in Non-Patent Document 1. Non-Patent Document 1 discloses that data collection processing, complex demodulation processing, beamforming processing, matched filter processing, dereverberation processing, and normalization processing are performed in this order. In the dereverberation process, adaptive filter coefficients are applied to multiple pings.

D Grimmett, X Zabal et al., ‘Performance Criteria for Coherent Interping Reverberation Suppression’, No. NCCOSC/RDT/E-TD-2591. NAVAL COMMAND CONTROL AND OCEAN SURVEILLANCE CENTER RDT AND E DIV SAN DIEGO CA, 1993.D Grimmett, X Zabal et al., ‘Performance Criteria for Coherent Interping Reverberation Suppression’, No. NCCOSC/RDT/E-TD-2591. NAVAL COMMAND CONTROL AND OCEAN SURVEILLANCE CENTER RDT AND E DIV SAN DIEGO CA, 1993.

しかしながら、実際には、送波器および受波器の位置は固定されていない場合が多く、残響の遅延はピング間で変化し得る。非特許文献１に開示された適応フィルタでは、残響を抑圧したいピングの残響と別のピングの残響の遅延の差が負の値に、または、ピング間の残響の大きさの差が変化した直後では、適応フィルタの調整が収束するまでの間の残響が残留してしまうという問題がある。 However, in reality, the transmitter and receiver locations are often not fixed, and the reverberation delay can vary from ping to ping. In the adaptive filter disclosed in Non-Patent Document 1, the delay difference between the reverberation of the ping whose reverberation is to be suppressed and the reverberation of another ping becomes a negative value, or immediately after the difference in the magnitude of reverberation between the pings changes. However, there is a problem in that reverberation remains until the adjustment of the adaptive filter converges.

本発明に係る残響抑圧装置は、複数のピングの残響の差分による残響を抑圧する残響抑圧装置であって、信号を小区間に分割する分割点を算出する分割点算出手段と、前記分割点算出手段によって算出された前記分割点に基づいて前記信号を小区間に分割して小区間分割信号を生成する分割手段と、前記小区間分割信号に対して適応フィルタを畳み込むフィルタ手段と、前記小区間分割信号に基づいて前記適応フィルタで用いられる適応フィルタ係数を更新する係数更新手段と、前記小区間毎に前記フィルタ手段および前記係数更新手段に処理を繰り返させる小区間判定手段と、前記小区間分割信号の前記適応フィルタによる畳み込み処理後の残差出力パワーに基づいて前記小区間内の繰り返し処理の停止を判定するループ判定手段と、を有するものである。 A dereverberation device according to the present invention is a dereverberation device that suppresses reverberation caused by a difference in reverberation of a plurality of pings, and includes a dividing point calculating means for calculating dividing points for dividing a signal into small sections, and a dividing point calculating means for calculating dividing points for dividing a signal into small sections. dividing means for dividing the signal into small sections based on the dividing point calculated by the means to generate a small section divided signal; filter means for convolving the small section divided signal with an adaptive filter; coefficient updating means for updating adaptive filter coefficients used in the adaptive filter based on divided signals; small section determining means for causing the filter means and the coefficient updating means to repeat processing for each small section; and the small section division. and loop determination means for determining whether to stop the repetitive processing within the small section based on the residual output power after convolution processing of the signal by the adaptive filter.

本発明に係る残響抑圧システムは、複数のピングの残響の差分による残響を抑圧する残響抑圧システムであって、信号を小区間に分割する分割点を算出する分割点算出手段と、前記分割点算出手段によって算出された前記分割点に基づいて前記信号を小区間に分割して小区間分割信号を生成する分割手段と、前記小区間分割信号に対して適応フィルタを畳み込むフィルタ手段と、前記小区間分割信号に基づいて前記適応フィルタで用いられる適応フィルタ係数を更新する係数更新手段と、前記小区間毎に前記フィルタ手段および前記係数更新手段に処理を繰り返させる小区間判定手段と、前記小区間分割信号の前記適応フィルタによる畳み込み処理後の残差出力パワーに基づいて前記小区間内の繰り返し処理の停止を判定するループ判定手段と、を有するものである。 A dereverberation system according to the present invention is a dereverberation system that suppresses reverberation caused by a difference in reverberation of a plurality of pings, and includes a division point calculation means for calculating division points for dividing a signal into small sections, and a division point calculation means for calculating division points for dividing a signal into small sections. dividing means for dividing the signal into small sections based on the dividing point calculated by the means to generate a small section divided signal; filter means for convolving the small section divided signal with an adaptive filter; coefficient updating means for updating adaptive filter coefficients used in the adaptive filter based on divided signals; small section determining means for causing the filter means and the coefficient updating means to repeat processing for each small section; and the small section division. and loop determination means for determining whether to stop the repetitive processing within the small section based on the residual output power after convolution processing of the signal by the adaptive filter.

本発明に係る残響抑圧方法は、複数のピングの残響の差分による残響を抑圧する残響抑圧方法であって、信号を小区間に分割する分割点を算出するステップと、算出された前記分割点に基づいて前記信号を小区間に分割して小区間分割信号を生成するステップと、前記小区間分割信号に対して適応フィルタを畳み込むフィルタ処理ステップと、前記小区間分割信号に基づいて前記適応フィルタで用いられる適応フィルタ係数を更新する係数更新処理ステップと、前記小区間毎に前記フィルタ処理ステップおよび前記係数更新処理ステップを繰り返させる繰り返し処理を行うステップと、前記小区間分割信号の前記適応フィルタによる畳み込み処理ステップ後の残差出力パワーに基づいて前記小区間内の繰り返し処理の停止を判定するステップと、を有するものである。 The dereverberation method according to the present invention is a dereverberation method for suppressing reverberation caused by a difference in reverberation of a plurality of pings, and includes the steps of calculating division points for dividing a signal into small sections, and a filter processing step of convolving an adaptive filter with the small section divided signal, and a step of convolving the adaptive filter with the small section divided signal based on the small section divided signal; a coefficient update processing step of updating the adaptive filter coefficients to be used; a step of repeating the filter processing step and the coefficient update processing step for each of the small sections; and convolution of the small section divided signal with the adaptive filter. The method further comprises the step of determining whether to stop the repetitive processing within the small section based on the residual output power after the processing step.

本発明に係るプログラムは、複数のピングの残響の差分による残響を抑圧する情報処理装置に、信号を小区間に分割する分割点を算出する分割点算出手段と、前記分割点算出手段によって算出された前記分割点に基づいて前記信号を小区間に分割して小区間分割信号を生成する分割手段と、前記小区間分割信号に対して適応フィルタを畳み込むフィルタ手段と、前記小区間分割信号に基づいて前記適応フィルタで用いられる適応フィルタ係数を更新する係数更新手段と、前記小区間毎に前記フィルタ手段および前記係数更新手段に処理を繰り返させる小区間判定手段と、前記小区間分割信号の前記適応フィルタによる畳み込み処理後の残差出力パワーに基づいて前記小区間内の繰り返し処理の停止を判定するループ判定手段と、を実行させるものである。 A program according to the present invention includes an information processing device that suppresses reverberation due to a difference in reverberations of a plurality of pings, a division point calculation means for calculating division points for dividing a signal into small sections, and a division point calculation means calculated by the division point calculation means. dividing means for dividing the signal into small sections based on the dividing point to generate a small section divided signal; filter means for convolving the small section divided signal with an adaptive filter; coefficient updating means for updating the adaptive filter coefficients used in the adaptive filter; subsection determining means for causing the filter means and the coefficient updating means to repeat processing for each subsection; and the adaptation of the subsection divided signal. and loop determination means for determining whether to stop the repetitive processing within the small section based on the residual output power after the convolution processing by the filter.

本発明によれば、ピング間の残響の特性が定常となる小区間を求め、小区間内において適応フィルタ係数を更新することにより残響が抑圧される。そのため、ピング間の残響の遅延の差またはピング間の残響の大きさの差が変化しても、適応フィルタの調整が収束するまでの間の残響が残留してしまうということを抑制できる。 According to the present invention, reverberation is suppressed by finding a small section in which the reverberation characteristics between pings are stationary and updating adaptive filter coefficients within the small section. Therefore, even if the difference in reverberation delay between the pings or the difference in the magnitude of the reverberation between the pings changes, it is possible to prevent the reverberation from remaining until the adjustment of the adaptive filter converges.

アクティブソーナーの受波器が受信する信号を説明するための模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a signal received by a receiver of an active sonar. 図１に示した受波器の受信波形およびピングの一例を示すイメージ図である。2 is an image diagram showing an example of a received waveform and ping of the receiver shown in FIG. 1. FIG. 実施の形態１に係る残響抑圧装置の一構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of a dereverberation device according to a first embodiment; FIG. 図３に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 4 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the control section shown in FIG. 3. FIG. 比較例の残響抑圧装置の制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a control unit of a dereverberation device according to a comparative example. 実施の形態１において、信号の分割による小区間のイメージ図である。FIG. 3 is an image diagram of a small section resulting from signal division in the first embodiment. 実施の形態１における小区間分割点算出処理を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating subsection division point calculation processing in the first embodiment. 実施の形態２に係る残響抑圧装置の制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。FIG. 3 is a functional block diagram illustrating a configuration example of a control unit of a dereverberation device according to a second embodiment.

実施の形態１．
はじめに、本実施の形態１の残響抑圧装置の分析処理の対象となる信号について、図１および図２を参照して説明する。本実施の形態１においても、残響抑圧装置がＬＦＭ波形を用いたアクティブソーナーに用いられる場合で説明する。 Embodiment 1.
First, signals to be analyzed by the dereverberation apparatus of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the first embodiment as well, a case will be explained in which the dereverberation device is used in an active sonar using an LFM waveform.

図１は、アクティブソーナーの受波器が受信する信号を説明するための模式図である。アクティブソーナーは、送波器１０１および受波器１０５を有する。図１に示すように、受波器１０５は、送波器１０１が送波した音に対して、直接に受信する直接波と、目標１０２で反射した目標エコーと、海底、海面および魚群等１０３で反射または散乱した残響を受信する。受波器１０５の受信波形は、周囲雑音１０４に、直接波、目標エコーおよび残響が重畳した信号となる。受波器１０５は、受信波形を出力端子１０６から出力する。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining signals received by a receiver of an active sonar. The active sonar includes a transmitter 101 and a receiver 105. As shown in FIG. 1, the receiver 105 receives direct waves directly received by the transmitter 101, target echoes reflected by the target 102, and 103 waves such as the seabed, sea surface, and schools of fish. receive reflected or scattered reverberations. The received waveform of the receiver 105 is a signal in which a direct wave, a target echo, and a reverberation are superimposed on the ambient noise 104. Wave receiver 105 outputs the received waveform from output terminal 106.

図２は、図１に示した受波器の受信波形およびピングの一例を示すイメージ図である。図２に示すように、受波器１０５の受信波形の残響は直接波の後に受信され、海底または海面等の散乱体の位置によって局所的にピークを持ちつつ、全体的には時間の経過とともに減衰していく。残響のレベルが減衰し、周囲雑音レベル以下となるような時間間隔で送信波形を、送波器１０１は、複数回送波する。この時間間隔をＮサンプルとする。以下では、各ピングにおける時刻サンプルｎ＝０を直接波の受信を開始した時刻とする。送受波器が固定されている状況を考えると最新のＩ番目のピングの受波信号ｘ_Ｉ（ｎ）（ｎ＝０，１，・・・，Ｎ－１）は、次の式（１）で与えられる。 FIG. 2 is an image diagram showing an example of a received waveform and ping of the receiver shown in FIG. 1. As shown in FIG. 2, the reverberation of the received waveform of the wave receiver 105 is received after the direct wave, and while it has a local peak depending on the position of the scatterer such as the seabed or sea surface, the reverberation as a whole changes over time. Attenuating. The transmitter 101 transmits the transmission waveform multiple times at time intervals such that the reverberation level is attenuated and becomes equal to or lower than the ambient noise level. Let this time interval be N samples. In the following, time sample n=0 in each ping is assumed to be the time when direct wave reception is started. Considering the situation where the transducer is fixed, the received signal x _I (n) (n = 0, 1, ..., N-1) of the latest I-th ping is expressed by the following formula (1) is given by

式（１）において、ｓ（ｎ）は送信波形を表し、式（１）の第１項は送信波形がτ_Ｉ，ｄ遅延して伝搬損失に起因する項ｋ_Ｉ，ｄが掛け合わされて受信した直接波を表す。上述した時刻の定義から、τ_Ｉ，ｄは０に等しい。 In equation (1), s(n) represents the transmitted waveform, and the first term in equation (1) is the transmitted waveform delayed by τ _{I, d} and multiplied by the term k _{I, d} due to propagation loss and received. represents a direct wave. From the above definition of time, τ _I,d is equal to 0.

目標物体の各点からの反射はτ_Ｉ，ｊの遅延があり、ドップラーに起因する（１－δ_Ｉ，ｊ）が掛かり、伝搬損失と反射損失に起因するｋ_Ｉ，ｊが掛け合わされて受信され、式（１）の第２項は目標物体の各点からの反射の総和を表す。式（１）の第３項は、エコーと同様に、各点でτ_Ｉ，ｋ遅延して伝搬損失および反射損失に起因するｋ_Ｉ，ｋが掛け合わされて受信する残響が複数の地点から返ってくることを表す。 The reflection from each point of the target object has a delay of τ _I,j , is multiplied by (1-δ _I,j ) caused by Doppler, and is multiplied by k _I,j caused by propagation loss and return loss before being received. The second term in equation (1) represents the sum of reflections from each point of the target object. The third term in equation (1) is similar to echoes, where the received reverberation is delayed by τ _I,k at each point and multiplied by k _I,k due to propagation loss and return loss, and the received reverberation is returned from multiple points. It means to come.

ここで、式（１）の第２項および処理対象の残響は、海底残響および穏やかな海面残響等の時間的な特性の変化が目標エコーと比べて小さい残響である。式（１）の第４項は周囲雑音を表す。目標が移動しており、ピング間で残響の位相差が一定（コヒーレント）だと仮定すると、ピング間での差異から目標エコーを抽出し、反射物体の位置情報を抽出することができる。 Here, the second term of equation (1) and the reverberation to be processed are reverberations whose temporal characteristics change less than the target echo, such as submarine reverberation and calm sea surface reverberation. The fourth term in equation (1) represents ambient noise. Assuming that the target is moving and the reverberation phase difference between the pings is constant (coherent), the target echo can be extracted from the difference between the pings, and the position information of the reflecting object can be extracted.

本実施の形態１の残響抑圧装置は、ピング間での差異を用いて反射物体の位置情報を得るための装置である。本実施の形態１の残響抑圧装置の構成を説明する。図３は、実施の形態１に係る残響抑圧装置の一構成例を示す図である。 The dereverberation device of the first embodiment is a device for obtaining position information of a reflecting object using the difference between pings. The configuration of the dereverberation device according to the first embodiment will be explained. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the dereverberation device according to the first embodiment.

本実施の形態１の残響抑圧装置１は、例えば、コンピュータ等の情報処理装置である。図１に示すように、残響抑圧装置１は、入力部２と、記憶部３と、制御部４と、出力部５とを有する。記憶部３は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）装置である。出力部５は、例えば、ディスプレイ装置である。制御部４は、プログラムを記憶するメモリ１１と、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２とを有する。メモリ１１は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。入力部２には、受波器１０５から出力される受信波形が入力される。 The dereverberation device 1 according to the first embodiment is, for example, an information processing device such as a computer. As shown in FIG. 1, the dereverberation device 1 includes an input section 2, a storage section 3, a control section 4, and an output section 5. The storage unit 3 is, for example, an HDD (Hard Disk Drive) device. The output unit 5 is, for example, a display device. The control unit 4 includes a memory 11 that stores programs, and a CPU (Central Processing Unit) 12 that executes processing according to the programs. The memory 11 is, for example, a nonvolatile memory such as a flash memory. A received waveform output from the wave receiver 105 is input to the input unit 2 .

図４は、図３に示した制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。制御部４は、マッチドフィルタ３０２と、分割点算出手段３０４と、分割手段３０５と、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８と、残差計算手段３０９と、係数更新手段３１１と、小区間判定手段３１２と、ループ判定手段３１３とを有する。ＣＰＵ１２がプログラムを実行することで、マッチドフィルタ３０２、分割点算出手段３０４、分割手段３０５、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８、残差計算手段３０９、係数更新手段３１１、小区間判定手段３１２およびループ判定手段３１３が構成される。 FIG. 4 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the control section shown in FIG. 3. As shown in FIG. The control unit 4 includes a matched filter 302, a dividing point calculating means 304, a dividing means 305, a delay/amplitude scaling filter 308, a residual calculating means 309, a coefficient updating means 311, a small interval determining means 312, and loop determination means 313. When the CPU 12 executes the program, the matched filter 302, division point calculation means 304, division means 305, delay/amplitude scaling filter 308, residual calculation means 309, coefficient updating means 311, small interval determination means 312, and loop determination means 313 is configured.

本実施の形態１の残響抑圧装置１の構成を詳しく説明する前に、比較例の残響抑圧装置の構成を説明する。比較例の残響抑圧装置もコンピュータ等の情報処理装置で構成され、その詳細な説明を省略する。図５は、比較例の残響抑圧装置の制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。図５に示すように、比較例の残響抑圧装置の制御部２００は、マッチドフィルタ２０２と、遅延・振幅スケーリングフィルタ２０４と、残差計算手段２０５と、係数更新手段２０７と、繰り返し手段２０９とを有する。 Before explaining in detail the configuration of the dereverberation device 1 of the first embodiment, the configuration of a dereverberation device of a comparative example will be described. The dereverberation device of the comparative example is also constituted by an information processing device such as a computer, and detailed explanation thereof will be omitted. FIG. 5 is a functional block diagram showing a configuration example of a control section of a dereverberation device of a comparative example. As shown in FIG. 5, the control unit 200 of the dereverberation apparatus of the comparative example includes a matched filter 202, a delay/amplitude scaling filter 204, a residual calculation means 205, a coefficient updating means 207, and a repeating means 209. have

図５に示した制御部２００を備える比較例の残響抑圧装置によるピング間残響抑圧処理について説明する。 Inter-ping dereverberation processing by a comparative example dereverberation device including the control unit 200 shown in FIG. 5 will be described.

最新であるＩ番目のピングＩについて、過去（Ｉ－１）個のピングを使用した残響抑圧を考える。ピングＩの残響の抑圧のために、まず、図５に示すように、ピングＩの時間波形ｘ_Ｉ（ｎ）は入力端子２０１より入力される。信号対周囲雑音比向上のために、マッチドフィルタ２０２は、次の式（２）により、送信波形とのレプリカ相関処理を実行し、相関波形ｒ_Ｉ（ｎ）（ｎ＝０，１，・・・，Ｎ－１）を出力する。 Regarding the latest I-th ping I, consider dereverberation using the past (I-1) pings. In order to suppress the reverberation of Ping I, first, as shown in FIG. 5, the time waveform x _I (n) of Ping I is input from the input terminal 201. In order to improve the signal-to-ambient noise ratio, the matched filter 202 executes replica correlation processing with the transmitted waveform using the following equation (2), and generates a correlated waveform r _I (n) (n=0, 1,...・, N-1).

式（２）において、ｓ_ｒ（ｋ）は送信信号のレプリカ信号であり、ｐは送信波形のレプリカ信号のもつサンプル数である。ここでは、過去に１番目のピング１から（Ｉ－１）番目のピング（Ｉ－１）までの（Ｉ－１）個分の相関波形は得られているものとする。 In Equation (2), s _r (k) is a replica signal of the transmission signal, and p is the number of samples of the replica signal of the transmission waveform. Here, it is assumed that (I-1) correlation waveforms from the first ping 1 to the (I-1)th ping (I-1) have been obtained in the past.

次に、最小二乗平均による適応フィルタを使用したピング間残響抑圧処理を説明する。入力端子２０３には、１番目のピング１から（Ｉ－１）番目のピング（Ｉ－１）までの（Ｉ－１）個分の既に得られている相関波形が入力される。遅延・振幅スケーリングフィルタ２０４は、各ピングの相関波形が入力されると、各ピングの相関出力ｒ_ｉ（ｎ）（ｉ＝１，・・・，Ｉ－１）を入力とし、次の式（３）により、ピング毎に対応する遅延・振幅スケーリングｈ_ｉｋ（ｋ＝０，１，・・・，Ｍ－１）との畳み込みを計算し、時刻ｎにおける１サンプルの出力ｙ_ｉ（ｎ）を（Ｉ－１）個だけ得る。 Next, inter-ping dereverberation processing using an adaptive filter based on the least squares mean will be described. The input terminal 203 receives (I-1) already obtained correlation waveforms from the first ping 1 to the (I-1)th ping (I-1). When the correlation waveform of each ping is input, the delay/amplitude scaling filter 204 inputs the correlation output r _i (n) (i=1,...,I-1) of each ping, and calculates the following equation ( 3), calculate the convolution with the delay/amplitude scaling h _ik (k=0, 1, ..., M-1) corresponding to each ping, and calculate the output y _i (n) of one sample at time n as Obtain only (I-1) pieces.

式（３）において、Ｍはフィルタ段数であり、ｈ_ｉ ^＊はｈ_ｉの複素共役である。残差計算手段２０５は、残響を抑圧したい最新のＩ番目のピングの相関出力ｒ_ｉ（ｎ）と、遅延・振幅スケーリングフィルタ２０４の（Ｉ－１）個分の出力ｙ_ｉ（ｎ）とを入力とし、次の式（４）により１サンブルの残差を算出し、算出結果を端子２０６に出力する。 In equation (3), M is the number of filter stages, and h _i ^* is the complex conjugate of h _i . The residual calculation means 205 calculates the correlation output r _i (n) of the latest I-th ping whose reverberation is to be suppressed and the (I-1) outputs y _i (n) of the delay/amplitude scaling filter 204. As an input, the residual error of one sample is calculated using the following equation (4), and the calculation result is output to the terminal 206.

係数更新手段２０７は、式（４）の残差出力のパワーが最小になるように遅延・振幅スケーリングフィルタの適応フィルタ係数ｈ_ｉｋを更新する。以下では、適応フィルタ係数を単に係数と省略して記載する場合もある。具体的には、係数更新手段２０７は、現在の遅延・振幅スケーリングフィルタの係数ｈ_ｉｋ、式（４）の出力である残差∈（ｎ）、および係数ｈ_ｉｋに対応するピングの相関出力ｒ_ｉ（ｎ－ｋ）を入力とし、次の式（５）により、フィルタ係数を更新する。 The coefficient updating means 207 updates the adaptive filter coefficient h _ik of the delay/amplitude scaling filter so that the power of the residual output of equation (4) is minimized. In the following, adaptive filter coefficients may be simply abbreviated as coefficients. Specifically, the coefficient updating means 207 updates the coefficient h _ik of the current delay/amplitude scaling filter, the residual ∈(n) that is the output of equation (4), and the correlation output r of the ping corresponding to the coefficient h _ik Using _i (nk) as input, the filter coefficients are updated using the following equation (5).

式（５）において、μはステップサイズであり、この値が大きいと収束までに必要な試行回数が少なくなる一方で収束後の残差が大きくなる。係数更新手段２０７は、残差の式（４）のｎサンプル目の出力∈（ｎ）を最小二乗誤差法（以下では、ＬＭＳと称する）によるピング間残響抑圧処理を行ったｎサンプル目の出力として端子２０８に出力する。さらに、繰り返し手段２０９は、ピング１～ピングＩのマッチドフィルタ２０２の出力において参照するサンプルを、次の時刻ｎ→ｎ＋１へ移行し、遅延・振幅スケーリングフィルタ２０４、残差計算手段２０５および係数更新手段２０７に処理を繰り返させる。 In Equation (5), μ is the step size, and when this value is large, the number of trials required until convergence decreases, but the residual error after convergence increases. The coefficient updating means 207 converts the n-th sample output ∈(n) of the residual equation (4) into the n-th sample output after performing inter-ping dereverberation processing using the least squares error method (hereinafter referred to as LMS). It is output to terminal 208 as . Furthermore, the repeating means 209 moves the sample referred to in the output of the matched filter 202 of Ping 1 to Ping I to the next time n→n+1, and moves the sample referred to in the output of the matched filter 202 of Ping 1 to Ping I to the next time n→n+1, and moves the delay/amplitude scaling filter 204, residual calculation means 205 and coefficient updating means 207 to repeat the process.

式（５）で更新される適応フィルタ係数によって、式（３）では、あるピングの残響を別のピングの残響で表現したものが出力される。その結果、式（４）の出力では抑圧したい残響と別のピングで表現された残響が差分によって抑圧され、目標が十分な速度で動いているのであれば目標エコーは抑圧されず保持される。 With the adaptive filter coefficients updated in equation (5), in equation (3), the reverberation of a certain ping expressed by the reverberation of another ping is output. As a result, in the output of equation (4), the reverberation to be suppressed and the reverberation expressed by another ping are suppressed by the difference, and if the target is moving at a sufficient speed, the target echo is not suppressed and is held.

さらに、繰り返し手段２０９は、次の（Ｉ＋１）番目のピング（Ｉ＋１）を受信すると、上述したように相関波形の残響を抑圧する場合、入力端子２０３に入力されるピング２からピングＩまでの（Ｉ－１）個分の相関波形に対して、遅延・振幅スケーリングフィルタ２０４、残差計算手段２０５および係数更新手段２０７に処理を繰り返させる。 Furthermore, when the repeating means 209 receives the next (I+1)th ping (I+1), when suppressing the reverberation of the correlation waveform as described above, the repeating means 209 repeats the ( The delay/amplitude scaling filter 204, the residual calculation means 205, and the coefficient updating means 207 repeat the processing for I-1) correlation waveforms.

図５を参照して、比較例の残響抑圧装置の動作を説明したが、実際には、図１に示した送波器１０１および受波器１０５の位置は固定されていない場合が多く、残響の遅延τ_ｉ，ｋはピング間で変化し得る。 Although the operation of the dereverberation device of the comparative example has been explained with reference to FIG. 5, in reality, the positions of the transmitter 101 and the receiver 105 shown in FIG. The delay τ _i,k may vary between pings.

比較例の残響抑圧装置の適応フィルタでは、入力のサンプル時刻をｎ→ｎ＋１へ移行し、遅延・振幅スケーリングフィルタ２０４、残差計算手段２０５および係数更新手段２０７による処理を繰り返す。そのため、残響を抑圧したいピングの残響と別のピングの残響の遅延の差Δτ_ｉ，ｋ＝τ_Ｉ，ｋが－τ_ｉ，ｋに変化、またはピング間の残響の大きさの差Δｋ_ｉ，ｋ＝ｋ_Ｉ，ｋ－ｋ_ｉ，ｋが変化した直後では、適応フィルタの調整が収束するまでの間の残響が残留してしまうという問題がある。 In the adaptive filter of the dereverberation device of the comparative example, the input sampling time is shifted from n to n+1, and the processing by the delay/amplitude scaling filter 204, the residual calculation means 205, and the coefficient updating means 207 is repeated. Therefore, the difference in delay between the reverberation of the ping whose reverberation is to be suppressed and the reverberation of another ping Δτ _i,k = τ _I,k changes to -τ _i,k , or the difference in the magnitude of the reverberation between the pings Δk _i, Immediately after _k = k _I,k -k _i,k changes, there is a problem in that reverberation remains until the adjustment of the adaptive filter converges.

また、ピング間の遅延およびピング間の残響の大きさの差が変化した直後の残響を抑圧する手段としてステップサイズμの値を大きくすることで、すばやく調整を行うということが考えられる。しかし、ステップサイズの値を大きくすると、収束後の残留誤差が大きくなり、残響の抑圧性能が劣化するという問題がある。 Furthermore, as a means of suppressing reverberation immediately after the delay between pings and the difference in the magnitude of reverberation between pings changes, it is conceivable to quickly make adjustments by increasing the value of the step size μ. However, when the value of the step size is increased, the residual error after convergence becomes large, and there is a problem that the reverberation suppression performance deteriorates.

さらに、ＬＭＳではなく、再帰的最小二乗（ＲＬＳ）によるフィルタ係数の更新を行うことで、収束後の残留誤差を抑えながら、少ない更新で収束させることも考えられる。しかし、この場合、計算時間が膨大になり、リアルタイム性に問題がある。 Furthermore, by updating the filter coefficients using recursive least squares (RLS) instead of LMS, it is possible to converge with fewer updates while suppressing residual errors after convergence. However, in this case, the calculation time becomes enormous and there is a problem with real-time performance.

本実施の形態１の残響抑圧装置１は、これらの問題を解決するものである。図４、図６および図７を参照して、残響抑圧装置１の構成を詳しく説明する。図６は、実施の形態１において、信号の分割による小区間のイメージ図である。図７は、実施の形態１における小区間分割点算出処理を示す図である。 The dereverberation device 1 of the first embodiment solves these problems. The configuration of the dereverberation device 1 will be described in detail with reference to FIGS. 4, 6, and 7. FIG. 6 is an image diagram of small sections resulting from signal division in the first embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating subsection division point calculation processing in the first embodiment.

図４に示すように、本実施の形態１の制御部４は、分割点算出手段３０４と、分割手段３０５とを有する。本実施の形態１では、制御部４は、ピング間残響抑圧処理を行う前に、分割点算出手段３０４が信号を小区間に分割する分割点を算出し、分割手段３０５が分割点に基づいて信号を分割することで、小区間毎にピング間残響抑圧処理を実行する。 As shown in FIG. 4, the control unit 4 of the first embodiment includes a dividing point calculation means 304 and a dividing means 305. In the first embodiment, before performing the inter-ping dereverberation processing, the control unit 4 calculates the division points at which the division point calculation means 304 divides the signal into small sections, and the division means 305 calculates the division points based on the division points. By dividing the signal, inter-ping dereverberation processing is performed for each small section.

入力端子３０１には、比較例のピング間処理における入力端子２０１と同様に、最新のＩ番目のピングＩが入力される。入力端子３０３には、比較例のピング間処理における入力端子２０３と同様に、１番目のピング１から（Ｉ－１）番目のピング（Ｉ－１）までの（Ｉ－１）個のピングの相関波形が入力される。マッチドフィルタ３０２は、比較例のマッチドフィルタ２０２と同様な構成であるため、その詳細な説明を省略する。 The latest I-th ping I is input to the input terminal 301, similar to the input terminal 201 in the inter-ping processing of the comparative example. The input terminal 303 receives (I-1) pings from the first ping 1 to the (I-1)th ping (I-1), similar to the input terminal 203 in the inter-ping processing of the comparative example. A correlation waveform is input. The matched filter 302 has the same configuration as the matched filter 202 of the comparative example, so detailed description thereof will be omitted.

分割点算出手段３０４は、ピング１とピングＩの２個の相関波形を入力し、小区間分割サンプル番号を出力する。分割手段３０５は、小区間分割サンプル番号とピング１からピングＩのＩ個のピングの相関波形とを入力とし、図６に示すように、分割点に基づいて、小区間毎に相関波形を分割した小区間分割信号を生成する。ここで、分割手段３０５は、分割位置を、適応フィルタの段数分だけオーバーラップさせるように設定する。 The division point calculation means 304 inputs two correlation waveforms, Ping 1 and Ping I, and outputs a small section division sample number. The dividing means 305 inputs the small section dividing sample number and the correlation waveform of I pings from ping 1 to ping I, and divides the correlation waveform into each small section based on the dividing point, as shown in FIG. A small section divided signal is generated. Here, the dividing means 305 sets the dividing positions so as to overlap by the number of stages of the adaptive filter.

分割手段３０５の出力端子３０６には、ピングＩの相関波形が小区間毎に分割された信号が出力され、出力端子３０７にはピング１からピング（Ｉ－１）の相関波形がそれぞれ小区間毎に分割された信号が出力される。 The output terminal 306 of the dividing means 305 outputs a signal in which the correlation waveform of Ping I is divided into small sections, and the output terminal 307 outputs a signal in which the correlation waveform of Ping 1 to Ping (I-1) is divided into small sections. A signal divided into two is output.

説明の便宜上、１番目の小区間１の時刻サンプルｎにおける残響抑圧について説明する。遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８は、小区間１におけるピング１からピング（Ｉ－１）の相関波形の時刻サンプル（ｎ－Ｍ／２）から（ｎ＋Ｍ／２）を入力とし、時刻サンプルｎにおける遅延・振幅スケーリングされたピング１からピング（Ｉ－１）を残差計算手段３０９に出力する。遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８は、小区間に分割された信号に対して適応フィルタを畳み込むフィルタ手段に相当する。 For convenience of explanation, dereverberation at time sample n of the first subsection 1 will be explained. The delay/amplitude scaling filter 308 inputs time samples (n-M/2) to (n+M/2) of the correlation waveform from ping 1 to ping (I-1) in subsection 1, and calculates the delay/amplitude scaling filter at time sample n. The amplitude-scaled pings 1 to ping (I-1) are output to the residual calculation means 309. The delay/amplitude scaling filter 308 corresponds to filter means that convolves an adaptive filter on a signal divided into small sections.

残差計算手段３０９は、時刻サンプルｎにおけるＩ番目のピングＩの相関出力と遅延振幅スケーリングされたピング１からピング（Ｉ－１）とを入力とし、時刻サンプルｎにおける残響を抑圧した信号を出力端子３１０に出力する。係数更新手段３１１は、残差計算手段３０９の出力値および現在のフィルタ係数を入力とし、更新したフィルタ係数を出力する。 The residual calculation means 309 inputs the correlation output of the I-th ping I at the time sample n and the delayed amplitude scaled pings 1 to ping (I-1), and outputs a signal in which the reverberation at the time sample n is suppressed. Output to terminal 310. The coefficient updating means 311 inputs the output value of the residual calculation means 309 and the current filter coefficient, and outputs the updated filter coefficient.

小区間判定手段３１２は、現在参照している時刻サンプルｎを入力とし、小区間の終了か否かを判定する。小区間判定手段３１２は、小区間の終了ではないと判定した場合、ピング１からピングＩの分割された相関波形における参照するサンプルを次の時刻ｎ→ｎ＋１へ移行し、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８、残差計算手段３０９および係数更新手段３１１に処理を繰り返させる。 The small section determining means 312 receives the currently referenced time sample n and determines whether or not the small section has ended. If the small section determination means 312 determines that the small section has not ended, it moves the reference sample in the divided correlation waveform from Ping 1 to Ping I to the next time n→n+1, and then the delay/amplitude scaling filter 308 , the residual calculation means 309 and the coefficient updating means 311 repeat the process.

小区間判定手段３１２が小区間の終了と判定した場合、ループ判定手段３１３は、小区間１の時刻サンプル０から小区間１の末尾となる時刻サンプルまでの残響抑圧後の信号（出力端子３１０から入力される信号）を入力とし、ループが終了したか否かを判定する。ループ判定手段３１３は、ループが終了していないと判定した場合、小区間１のサンプル時刻０へ移行し、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８、残差計算手段３０９および係数更新手段３１１に処理を繰り返させる。 When the subsection determination means 312 determines that the subsection has ended, the loop determination means 313 outputs the signal after dereverberation from time sample 0 of the subsection 1 to the time sample at the end of the subsection 1 (from the output terminal input signal) and determines whether the loop has ended or not. If the loop determination means 313 determines that the loop has not ended, it moves to sample time 0 of subsection 1 and causes the delay/amplitude scaling filter 308, residual calculation means 309, and coefficient update means 311 to repeat the process. .

一方、ループ判定手段３１３は、ループが終了したと判定した場合、小区間１の時刻サンプル０から小区間１の末尾となる時刻サンプルまでの残響抑圧後の信号を出力端子３１４に出力する。そして、ループ判定手段３１３は、次の小区間２の始めのサンプル時刻へ移行し、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８、残差計算手段３０９および係数更新手段３１１に小区間判定手段３１２によって終了判定されるまで処理を繰り返させる。 On the other hand, when the loop determination means 313 determines that the loop has ended, it outputs the signal after dereverberation from time sample 0 of subsection 1 to the time sample at the end of subsection 1 to output terminal 314. Then, the loop determination means 313 moves to the first sample time of the next subsection 2, and the delay/amplitude scaling filter 308, the residual calculation means 309, and the coefficient updating means 311 are determined to be completed by the subsection judgment means 312. Repeat the process until

次に、分割点算出手段３０４の構成について、図６および図７を参照して説明する。分割点算出手段３０４は、サブ分割手段４０３と、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）手段４０６－１および４０６－２と、複素コヒーレンス算出手段４０７と、逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）手段４０８と、サブ区間最大相関算出手段４０９と、波形終了判定手段４１０とを有する。また、分割点算出手段３０４は、小区間分割判定手段４１１と、分割点生成手段４１２と、波形終了判定手段４１３とを有する。 Next, the configuration of the division point calculation means 304 will be explained with reference to FIGS. 6 and 7. The dividing point calculating means 304 includes a sub-dividing means 403, fast Fourier transform (FFT) means 406-1 and 406-2, a complex coherence calculating means 407, an inverse fast Fourier transform (IFFT) means 408, and a sub-interval maximum It has correlation calculation means 409 and waveform end determination means 410. Furthermore, the division point calculation means 304 includes a small section division determination means 411, a division point generation means 412, and a waveform end determination means 413.

マッチドフィルタ３０２から出力される最新のピングＩの相関波形が入力端子４０１に入力され、ピング１の相関波形が入力端子４０２に入力される。サブ分割手段４０３は、時刻サンプル０から時刻サンプル（Ｎ_ｓｕｂ－１）までのサブ区間に分割されたピングＩの相関波形を出力端子４０４に出力し、サブ区間に分割されたピング１の相関波形を出力端子４０５に出力する。 The correlation waveform of the latest ping I output from the matched filter 302 is input to the input terminal 401, and the correlation waveform of the ping 1 is input to the input terminal 402. The sub-dividing means 403 outputs the correlation waveform of ping I divided into sub-intervals from time sample 0 to time sample (N _sub -1) to an output terminal 404, and outputs the correlation waveform of ping I divided into sub-intervals. is output to the output terminal 405.

ＦＦＴ手段４０６－１は、出力端子４０４から入力されたピングＩのサブ区間分割信号を入力とし、Ｎ_{ａｖｅｒａｇｅ}個の周波数スペクトルを複素コヒーレンス算出手段４０７に出力する。ＦＦＴ手段４０６－２は、出力端子４０５から入力されたピング１のサブ区間分割信号を入力とし、Ｎ_{ａｖｅｒａｇｅ}個の周波数スペクトルを複素コヒーレンス算出手段４０７に出力する。 The FFT means 406-1 receives the sub-interval divided signal of Ping I input from the output terminal 404, and outputs N _average frequency spectra to the complex coherence calculation means 407. The FFT means 406-2 receives the sub-interval divided signal of Ping 1 input from the output terminal 405 and outputs N _average frequency spectra to the complex coherence calculation means 407.

複素コヒーレンス算出手段４０７は、各ピングサブ区間内のＮ_{ａｖｅｒａｇｅ}個の全ての周波数スペクトルを入力として、ピングＩとピング１との間の複素コヒーレンスをＩＦＦＴ手段４０８に出力する。ＩＦＦＴ手段４０８は、ピングＩとピング１との間のサブ区間１における複素コヒーレンスを入力として逆フーリエ変換した結果を、サブ区間最大相関算出手段４０９に出力する。 The complex coherence calculating means 407 inputs all N _average frequency spectra in each ping sub-interval and outputs the complex coherence between the pings I and 1 to the IFFT means 408. IFFT means 408 inputs the complex coherence in sub-interval 1 between ping I and ping 1, and outputs the result of inverse Fourier transform to sub-interval maximum correlation calculation means 409.

サブ区間最大相関算出手段４０９は、複素コヒーレンスの時間領域の特性から各時刻の最大相関値を算出する相関値算出手段と、最大相関値に対応する遅延時間を算出する遅延算出手段とを有する。サブ区間最大相関算出手段４０９は、複素コヒーレンスの逆フーリエ変換結果を入力とし、時刻サンプル０から時刻サンプル（Ｎ_ＦＦＴ－１）における逆フーリエ変換結果の最大相関値およびその最大相関値をとる遅延時間を、サブ区間１に関する演算結果として出力する。 The sub-interval maximum correlation calculation means 409 includes a correlation value calculation means that calculates the maximum correlation value at each time from the time domain characteristics of complex coherence, and a delay calculation means that calculates the delay time corresponding to the maximum correlation value. The subinterval maximum correlation calculating means 409 receives the inverse Fourier transform result of the complex coherence as input, and calculates the maximum correlation value of the inverse Fourier transform result from time sample 0 to time sample (N _FFT -1) and the delay time for taking the maximum correlation value. is output as the calculation result regarding sub-interval 1.

波形終了判定手段４１０は、ＦＦＴ計算時間範囲を入力とし、次のサブ区間が存在するか否かを判定する。判定の結果、次のサブ区間が存在する場合、波形終了判定手段４１０は、ＦＦＴ手段４０６－１および４０６－２と、複素コヒーレンス算出手段４０７と、ＩＦＦＴ手段４０８と、サブ区間最大相関算出手段４０９とに処理を繰り返させる。一方、次のサブ区間が存在しない場合、小区間分割判定手段４１１が判定処理を行う。 The waveform end determination means 410 receives the FFT calculation time range as input and determines whether or not the next sub-section exists. As a result of the determination, if the next sub-interval exists, the waveform end determination means 410 uses the FFT means 406-1 and 406-2, the complex coherence calculation means 407, the IFFT means 408, and the sub-interval maximum correlation calculation means 409. Repeat the process. On the other hand, if the next sub-section does not exist, the sub-section division determination means 411 performs a determination process.

小区間分割判定手段４１１は、小区間内において、残響の時間的な特性が一定になるように分割するために、まずコヒーレンス計算時間範囲インデックス１からＮ_ｓｍｉｎまでのサブ区間最大相関算出手段４０９の出力である最大相関値および遅延時間を入力とし、同一小区間か否かを判定する。判定の結果、同一小区間と判定した場合、小区間分割判定手段４１１は、入力されるコヒーレンス計算時間範囲インデックスを１から（Ｎ_ｓｍｉｎ＋１）に変更して、波形終了判定手段４１０に処理を繰り返させる。一方、同一小区間でないと判定した場合、小区間分割判定手段４１１は、コヒーレンス計算時間範囲インデックスを分割点生成手段４１２に出力する。このようにして、小区間分割判定手段４１１は、最大相関値および最大相関値に対応する遅延時間に基づいて、複数のサブ区間を１つの小区間に結合する。 The subsection division determination means 411 first divides the subsection maximum correlation calculation means 409 from the coherence calculation time range index 1 to N _smin in order to divide the subsection so that the temporal characteristics of reverberation are constant. The output maximum correlation value and delay time are input, and it is determined whether they are the same small section. As a result of the determination, if it is determined that the subsections are the same, the subsection division determination means 411 changes the input coherence calculation time range index from 1 to (N _smin +1), and causes the waveform end determination means 410 to repeat the process. let On the other hand, if it is determined that they are not the same subsection, the subsection division determination means 411 outputs the coherence calculation time range index to the division point generation means 412. In this way, the subsection division determination means 411 combines a plurality of subsections into one subsection based on the maximum correlation value and the delay time corresponding to the maximum correlation value.

分割点生成手段４１２は、コヒーレンス計算時間範囲の終了時刻に対応する時刻サンプルまでを小区間１とし、小区間分割点ｓ（２）として、コヒーレンス計算時間範囲の終了時刻に対応する時刻サンプルからフィルタ段数だけ遡った時刻サンプルを出力する。ここで、ｓ（１）は波形の始まりである時刻サンプル０である。 The division point generation means 412 sets the time sample up to the end time of the coherence calculation time range as a subsection 1, and sets the subsection division point s(2) to the time sample corresponding to the end time of the coherence calculation time range as a filter. Outputs a time sample that goes back the number of stages. Here, s(1) is time sample 0, which is the beginning of the waveform.

波形終了判定手段４１３は、最も新しい小区間分割点ｓ（２）を入力とし、小区間を形成する分の波形が続いているか否かを判定する。波形終了判定手段４１３は、小区間を形成する分の波形がまだ十分に続いていると判定した場合、コヒーレンス計算時間範囲インデックスを（ｑ＋１）から（ｑ＋１＋Ｎ_ｓｍｉｎ）に変更し、小区間分割判定手段４１１および分割点生成手段４１２に処理を繰り返させ、次の小区間分割点を算出する。一方、波形終了判定手段４１３は、小区間を形成する分の波形が残っていないと判定した場合、小区間分割点列Ｓ＝［ｓ（１），ｓ（２），・・・，ｓ（Ｌ）］を出力端子４１４に出力する。これにより、算出された分割点の情報が分割点算出手段３０４から出力端子４１４を介して分割手段３０５に出力される。 The waveform end determination means 413 inputs the newest subsection division point s(2) and determines whether the waveform forming the subsection continues. If the waveform end determination means 413 determines that the waveform continues sufficiently to form a small section, it changes the coherence calculation time range index from (q+1) to (q+1+N _{smin ), and the small section division determination means 413 changes the coherence calculation time range index from (q+1) to (q+1+N smin} ) 411 and division point generation means 412 repeat the process to calculate the next subsection division point. On the other hand, when the waveform end determination means 413 determines that there is no waveform left to form a small section, the small section dividing point sequence S=[s(1), s(2), ..., s( L)] is output to the output terminal 414. As a result, information on the calculated division points is outputted from the division point calculation means 304 to the division means 305 via the output terminal 414.

次に、本実施の形態１の残響抑圧装置１の動作を、図４を参照して説明する。ここでは、比較例と同様に、ＬＦＭ波形を用いたアクティブソーナーを例に動作を説明する。 Next, the operation of the dereverberation device 1 according to the first embodiment will be explained with reference to FIG. 4. Here, similarly to the comparative example, the operation will be explained using an active sonar using an LFM waveform as an example.

最新のＩ番目のピングＩの時間波形ｘ_Ｉ（ｎ）（ｎ＝０，１，・・・，Ｎ－１）が入力端子３０１に入力される。マッチドフィルタ３０２は、式（２）により、ピングＩの相関波形ｒ_Ｉ（ｎ）を出力する。Ｉ個のピングを使用したピング間処理の場合、ピング１とピングＩの相関波形から算出した小区間分割点のサンプル番号列Ｓ＝［ｓ（１），ｓ（２），・・・，ｓ（Ｌ）］（Ｌは小区間分割点の総数）およびピング１からピングＩのＩ個分のピングの相関波形を入力として、次の式（６）のように、ｉ番目のピングの相関波形のｌ番目の小区間の分割信号である小区間分割信号ｑ_ｉ，ｌ（ｎ）（ｉ＝１，・・・，Ｉ； ｌ＝１，・・・，Ｌ）を得る。 The time waveform x _I (n) (n=0, 1, . . . , N−1) of the latest I-th ping I is input to the input terminal 301. The matched filter 302 outputs the correlation waveform r _I (n) of the ping I according to equation (2). In the case of inter-ping processing using I pings, the sample number sequence S of the subsection division point calculated from the correlation waveform of ping 1 and ping I = [s(1), s(2), ..., s (L)] (L is the total number of subinterval division points) and the correlation waveform of I pings from ping 1 to ping I as input, the correlation waveform of the i-th ping as shown in the following equation (6). A small section divided signal q _i,l (n) (i=1,...,I; l=1,...,L) which is a divided signal of the lth small section of is obtained.

ここで、段数Ｍの適応フィルタを畳み込むことによる最終的な残響抑圧出力の連続性を保つために小区間はＭサンプルのオーバーラップを行っている。続いて、次のようにして、小区間に分割した後、小区間毎にピング間残響抑圧処理を行う。 Here, in order to maintain the continuity of the final dereverberation output by convolving M stages of adaptive filters, M samples are overlapped in the small section. Subsequently, after dividing into small sections as follows, inter-ping dereverberation processing is performed for each small section.

説明の便宜上、１番目の小区間１の時刻サンプルｎにおける残響抑圧について説明する。式（３）のｒ_ｉ（ｎ）をｑ_ｉ，１（ｎ）へ置き換えることで、比較例と同様にｉ番目（ｉ＝１，・・・，Ｉ－１）のピングの小区間１の相関波形ｑ_ｉ，１（ｎ）は、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８によって畳み込まれ、残響を抑圧したいＩ番目のピングｑ_１，１（ｎ）を表現する。さらに、残差計算手段３０９は、式（４）により、Ｉ番目のピングの残響を別のピングで表現した残響によって抑圧する。 For convenience of explanation, dereverberation at time sample n of the first subsection 1 will be explained. By replacing r _i (n) in equation (3) with q _i,1 (n), the subsection 1 of the i-th (i=1,...,I-1) ping can be The correlation waveform q _i,1 (n) is convolved by the delay/amplitude scaling filter 308 to represent the I-th ping q _1,1 (n) whose reverberation is desired to be suppressed. Furthermore, the residual calculation means 309 suppresses the reverberation of the I-th ping by the reverberation expressed by another ping, using equation (4).

本実施の形態１では、式（５）のｒ_ｉ（ｎ）をｑ_ｉ，１（ｎ）に置き換えることで、比較例と同様に、係数更新手段３１１は、適応フィルタ係数を更新し、表現精度を向上させるフィルタを生成する。小区間判定手段３１２は、ピング間残響抑圧処理が小区間分割信号の区間内を終えるかどうかは、現在出力されるサンプル番号ｎが小区間内かどうか、小区間の右端境界判定を、式（７）により行う。 In the first embodiment, by replacing r _i (n) in equation (5) with q _i,1 (n), the coefficient updating means 311 updates the adaptive filter coefficients and expresses them as in the comparative example. Generate filters to improve accuracy. The subsection determining means 312 determines whether the inter-ping dereverberation process ends within the section of the subsection divided signal, determines whether the currently output sample number n is within the subsection, and determines the right edge boundary of the subsection using the formula ( 7).

式（７）を満たさない場合、比較例と同様に、小区間判定手段３１２は、参照するサンプルを次の時刻ｎ→ｎ＋１へ移行して、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８、残差計算手段３０９および係数更新手段３１１に処理を繰り返させる。式（７）を満たす場合、小区間判定手段３１２は、小区間内の残差信号∈（ｎ）（ｎ＝ｓ（１），ｓ（１）＋１，・・・，ｓ（２）－１）を出力する。ループ判定手段３１３は、残差信号∈（ｎ）および前回の残差出力パワーＰを入力とし、式（８）によって、ループ終了条件を判定する。 If formula (7) is not satisfied, similarly to the comparative example, the small interval determining means 312 moves the sample to be referred to from the next time n→n+1, and the delay/amplitude scaling filter 308, the residual calculation means 309, and The coefficient updating means 311 is caused to repeat the process. When formula (7) is satisfied, the small section determining means 312 determines the residual signal ∈(n) (n=s(1), s(1)+1,..., s(2)-1) within the small section. ) is output. The loop determining means 313 receives the residual signal ε(n) and the previous residual output power P, and determines the loop termination condition according to equation (8).

式（８）において、Ｐの初期値は左辺が必ずηよりも大きくなるような十分大きい値を設定する。式（８）を満たす場合、ループ判定手段３１３は、十分に残響が抑圧されたと判断し、小区間内の残差信号∈（ｎ）を出力する。そして、ループ判定手段３１３は、Ｐの値を式（８）の左辺が必ずηよりも大きくなるような十分大きい値へ初期化した後、次の小区間２について、参照するサンプル時刻をｓ（２）にして、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８、残差計算手段３０９および係数更新手段３１１に小区間判定手段３１２によって式（７）が満たされたと判定されるまで、処理を繰り返させる。 In equation (8), the initial value of P is set to a sufficiently large value such that the left side is always larger than η. When formula (8) is satisfied, the loop determining means 313 determines that the reverberation has been sufficiently suppressed, and outputs the residual signal ε(n) within the small interval. Then, after initializing the value of P to a sufficiently large value such that the left side of equation (8) is always larger than η, the loop determining means 313 sets the sample time to be referenced to s( 2), the delay/amplitude scaling filter 308, the residual calculation means 309, and the coefficient updating means 311 are caused to repeat the process until the small interval determining means 312 determines that equation (7) is satisfied.

一方、式（８）を満たさない場合、ループ判定手段３１３は、適応フィルタが収束途中であると判断し、式（９）のように、残差出力パワーＰを更新して、参照するサンプル時刻を再度ｎ＝ｓ（１）に戻し、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８、残差計算手段３０９および係数更新手段３１１の繰り返し処理から自手段の判定処理までを繰り返す。 On the other hand, if equation (8) is not satisfied, the loop determining means 313 judges that the adaptive filter is in the process of convergence, updates the residual output power P, and updates the reference sample time as shown in equation (9). is returned to n=s(1) again, and the repetitive processing of the delay/amplitude scaling filter 308, the residual calculation means 309, and the coefficient updating means 311 to the determination processing of the own means are repeated.

このようにして、小区間内で残響の特性の時間的な変化が定常であるように分割しているため、フィルタ係数の収束値が区間で一致し、ループ処理によって収束を続けることができる。 In this way, the division is performed so that the temporal change in the reverberation characteristics is steady within the small section, so the convergence values of the filter coefficients match in the section, and convergence can be continued through loop processing.

次に、分割点算出手段３０４の動作について、図７を参照して説明する。ループ終了の判定となるまで、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８、残差計算手段３０９および係数更新手段３１１の繰り返し処理からループ判定手段３１３による判定までを繰り返すことで、適応フィルタ係数を収束し続けるためには、小区間内で残響の特性の時間的な変化が定常であるように分割することが求められる。 Next, the operation of the division point calculation means 304 will be explained with reference to FIG. In order to continue to converge the adaptive filter coefficients by repeating the repetitive processing of the delay/amplitude scaling filter 308, residual calculation means 309, and coefficient updating means 311 to the determination by the loop determination means 313 until it is determined that the loop has ended. is required to be divided so that the temporal change in reverberation characteristics is steady within a small section.

サブ分割手段４０３は、複素コヒーレンスを計算する区間であるサブ区間を生成するために、図６に示すように、マッチドフィルタ３０２が出力したピングＩの相関波形およびピング１の相関波形を入力として、各ピングをＮ_ｓｕｂサンプルの長さで時刻サンプル０からＮ_{ｏｖｅｒｌａｐ}サンプルずつ重複させながら時刻サンプル（Ｎ－１）を超える直前までのＱ個の複数のサブ区間に分割する。ここで、サブ区間の長さＮ_ｓｕｂは、後述するＦＦＴ計算区間Ｎ_ＦＦＴより十分に長く、サブ区間内でオーバーラップさせながらＮ_{ａｖｅｒａｇｅ}回のＦＦＴを計算できるように設定される。 As shown in FIG. 6, the sub-dividing means 403 inputs the correlation waveform of ping I and the correlation waveform of ping 1 output by the matched filter 302, in order to generate a sub-interval which is an interval for calculating complex coherence. Each ping is divided into a plurality of Q _sub- intervals with a length of N sub samples from time sample 0 to just before exceeding time sample (N-1) while overlapping by N _overlap samples. Here, the length of the sub-interval _Nsub is set to be sufficiently longer than the FFT calculation interval N _FFT , which will be described later, so that N _average FFT calculations can be performed while overlapping within the sub-interval.

次に、複素コヒーレンス算出手段４０７がＮ_{ａｖｅｒａｇｅ}回によるアンサンブル平均演算を行うために、ＦＦＴ手段４０６－１および４０６－２は、サブ区間に分割された各ピングについて時刻サンプル０からＮ_{ＦＦＴ－ｏｖｅｒｌａｐ}サンプルずつ重複させながら、Ｎ_ＦＦＴサンプルの長さの式（１０）によるフーリエ変換を実行し、周波数スペクトルＲ_ｉ（ｋ，ｍ）（ｉ＝１，Ｉ）（ｍ＝１，・・・，Ｎ_{ａｖｅｒａｇｅ}）を得る。 Next, in order for the complex coherence calculating means 407 to perform ensemble averaging calculation N _average times, the FFT means 406-1 and 406-2 calculate N _FFT-overlap samples from time sample 0 for each ping divided into sub-intervals. Fourier transform is performed using equation (10) of the length of N _FFT samples while overlapping the frequency spectrum R _i (k, m) (i=1, I) (m=1,..., N _average ).

式（１０）において、Ｎ_ＦＦＴはフーリエ変換を計算するサンプル数であり、Ｎ_ＦＦＴ＜Ｎ_ｓｕｂを満たす。ｋはｋｆ_ｓ／Ｎ_ＦＦＴ［Ｈｚ］に対応する周波数ビンであり、ｆ_ｓはサンプリング周波数である。Ｒ_ｉ（ｋ，ｍ）の２つ目の入力引数ｍはＦＦＴ区間インデックスである。複素コヒーレンス算出手段４０７は、各ピングサブ区間内のＮ_{ａｖｅｒａｇｅ}個のスペクトルを入力として、式（１１）により、複素コヒーレンスを算出する。 In Equation (10), N _FFT is the number of samples for calculating Fourier transform, and satisfies N _FFT <N _sub . k is a frequency bin corresponding to kf _s /N _FFT [Hz], and f _s is a sampling frequency. The second input argument m of R _i (k,m) is the FFT interval index. The complex coherence calculation means 407 receives N _average spectra in each ping sub-interval and calculates the complex coherence using equation (11).

式（１１）において、Ｅ［・］はアンサンブル平均演算であり、サブ区間１におけるｍ＝１，・・・，Ｎ_{ａｖｅｒａｇｅ}の範囲で平均をとる。γ（ｋ，１）の２つ目の入力引数はサブ区間インデックスである。ＩＦＦＴ手段４０８は、複素コヒーレンス算出手段４０７から出力されたピング間の複素コヒーレンスγ（ｋ，１）を入力として、式（１２）により、逆フーリエ変換を実行する。 In Equation (11), E[·] is an ensemble average calculation, and the average is taken in the range of m=1, . . . , N _average in sub-interval 1. The second input argument of γ(k,1) is the subinterval index. The IFFT means 408 receives the inter-ping complex coherence γ(k, 1) outputted from the complex coherence calculation means 407 and executes inverse Fourier transform according to equation (12).

式（１２）において、Γ（τ，・）は複素コヒーレンスを計算した範囲においてτサンプルの遅延に対応する相関値である。Γ（τ，・）の２つ目の入力引数も式（１１）と同様にサブ区間インデックスである。次に、サブ区間最大相関算出手段４０９は、式（１３）により、サブ区間１における最大相関値およびその最大相関値をとる遅延時間を算出する。 In Equation (12), Γ(τ, ·) is a correlation value corresponding to a delay of τ samples in the range in which complex coherence is calculated. The second input argument of Γ(τ, ·) is also a subinterval index, similar to equation (11). Next, sub-section maximum correlation calculation means 409 calculates the maximum correlation value in sub-section 1 and the delay time for taking the maximum correlation value, using equation (13).

ａ（１）、ｂ（１）の入力引数も、式（１１）および式（１２）と同様にサブ区間インデックスである。波形終了判定手段４１０は、ＦＦＴ手段４０６－１および４０６－２による処理からサブ区間最大相関算出手段４０９による処理までを、全てのサブ区間について計算し終えるまで繰り返し、ａ（ｑ）（ｑ＝１，・・・，Ｑ）、ｂ（ｑ）（ｑ＝１，・・・，Ｑ）を得る。ここで、Ｑはサブ区間数である。小区間分割判定手段４１１は、波形終了判定手段４１０から出力されたピーク相関値ａ（ｑ）および相関ピークとなる遅延ｂ（ｑ）についてｑ＝Ｎ_ｓｍｉｎとして、これらの値を式（１４）および式（１５）に入力する。Ｎ_ｓｍｉｎは小区間の最低限の長さである。 The input arguments of a(1) and b(1) are also sub-interval indexes as in equations (11) and (12). The waveform end determination means 410 repeats the processing by the FFT means 406-1 and 406-2 to the processing by the sub-interval maximum correlation calculation means 409 until calculations are completed for all sub-intervals, and a(q)(q=1 ,...,Q), b(q) (q=1,...,Q) is obtained. Here, Q is the number of subsections. The subsection division determination means 411 sets q=N _smin for the peak correlation value a(q) output from the waveform end determination means 410 and the delay b(q) at which the correlation peak occurs, and calculates these values by equations (14) and Input into equation (15). N _smin is the minimum length of the subsection.

式（１５）において、ｍｅａｎ（・）は括弧内の平均を計算する演算子である。式（１４）におけるαは相関値の閾値であり、式（１５）におけるβは遅延時間の変化量の閾値である。小区間分割判定手段４１１は、式（１４）または式（１５）をｑが満たす場合、サブ区間にまたがって残響の時間的な特性が一致する同一小区間が続いていると判断し、ｑ→ｑ＋１として入力範囲を拡張（サブ区間を結合）して、式（１４）および式（１５）を繰り返す。小区間分割判定手段４１１は、式（１４）をｑが満たさない場合、サブ区間にまたがって残響の時間的な特性が変化したと考え、小区間１の範囲を時刻０である小区間分割点ｓ（１）からサブ区間インデックスｑが計算に使用している範囲の末尾ｎ＝（ｑ－１）＊Ｎ_{ｏｖｅｒｌａｐ}＋Ｎ_ＦＦＴまでとする。 In equation (15), mean(·) is an operator that calculates the average in parentheses. α in equation (14) is a threshold for the correlation value, and β in equation (15) is a threshold for the amount of change in delay time. When q satisfies Equation (14) or Equation (15), the sub-section division determination means 411 determines that the same sub-section with the same temporal characteristics of reverberation continues across the sub-intervals, and q→ Expand the input range (combine sub-intervals) as q+1 and repeat equations (14) and (15). If q does not satisfy equation (14), the subsection division determination means 411 considers that the temporal characteristics of reverberation has changed across the subsections, and divides the range of subsection 1 into a subsection division point that is time 0. From s(1) to the end n=(q-1)* _Noverlap +N _FFT of the range used for calculation of subinterval index q.

分割点生成手段４１２は、小区間２の始まりとなるｓ（２）＝（ｑ－１）＊Ｎ_{ｏｖｅｒｌａｐ}＋Ｎ_ＦＦＴ－Ｍとして出力し、式（１４）の平均算出範囲ｑ’を小区間２における平均算出とするためにｑ＋１≦ｑ’に更新する。波形終了判定手段４１３は、小区間分割判定手段４１１による処理から分割点生成手段４１２による処理までを繰り返す。 The division point generation means 412 outputs s(2)=(q-1)* _Noverlap +N _FFT -M, which is the start of the subsection 2, and calculates the average calculation range q' of equation (14) in the subsection 2. Update to q+1≦q' in order to calculate the average. The waveform end determination means 413 repeats the processing from the subsection division determination means 411 to the division point generation means 412.

本実施の形態１の残響抑圧装置１は、複数のピングの残響の差分による残響を抑圧する残響抑圧装置であって、分割点算出手段３０４、分割手段３０５、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８に相当するフィルタ手段、係数更新手段３１１、小区間判定手段３１２およびループ判定手段３１３を有する。分割点算出手段３０４は、分析対象の信号を小区間に分割する分割点を算出する。分割手段３０５は、分割点算出手段３０４によって算出された分割点に基づいて信号を小区間に分割して小区間分割信号を生成する。フィルタ手段は、小区間分割信号に対して適応フィルタを畳み込む。係数更新手段３１１は、小区間分割信号に基づいて適応フィルタで用いられる適応フィルタ係数を更新する。小区間判定手段３１２は、小区間毎にフィルタ手段および係数更新手段３１１に処理を繰り返させる。ループ判定手段３１３は、小区間分割信号の適応フィルタによる畳み込み処理後の残差出力パワーに基づいて小区間内の繰り返し処理の停止を判定する。 The dereverberation device 1 of the first embodiment is a dereverberation device that suppresses reverberation caused by the difference in reverberation of a plurality of pings, and corresponds to the division point calculation means 304, the division means 305, and the delay/amplitude scaling filter 308. It has a filter means, a coefficient updating means 311, a small section determining means 312, and a loop determining means 313. The division point calculation means 304 calculates division points for dividing the signal to be analyzed into small sections. The dividing means 305 divides the signal into small sections based on the dividing points calculated by the dividing point calculating means 304 to generate small section divided signals. The filter means convolves the adaptive filter on the subsection divided signal. The coefficient updating means 311 updates the adaptive filter coefficients used in the adaptive filter based on the subsection divided signal. The small section determining means 312 causes the filter means and coefficient updating means 311 to repeat the process for each small section. The loop determining means 313 determines whether to stop the repetitive processing within the small section based on the residual output power after the convolution processing of the small section divided signal by the adaptive filter.

本実施の形態１によれば、ピング間の残響の特性が定常となる小区間を求め、小区間内において適応フィルタ係数を更新することにより残響が抑圧される。例えば、リアルタイム性が高い最小二乗平均を利用して適応フィルタ係数を更新する。本実施の形態１において、２周以上ループすることで収束した適応フィルタ係数を区間の最初のサンプルから使用することができる。そのため、比較例の残響抑圧装置において問題になっていた区間の始め（フィルタ係数収束値が変化するタイミング）のフィルタが収束していないことに起因する残差も抑圧することができる。その結果、ピング間の残響の遅延の差またはピング間の残響の大きさの差が変化しても、適応フィルタの調整が収束するまでの間の残響が残留してしまうということを抑制できる。さらに、ステップサイズを小さくすることでループ回数は必要になるが、区間の始めの誤差を大きくすることなく残差出力Ｐが小さくなり、残響抑圧能力が向上する。 According to the first embodiment, reverberation is suppressed by finding a small section in which the reverberation characteristics between pings are stationary and updating the adaptive filter coefficient within the small section. For example, the adaptive filter coefficients are updated using the least squares mean, which is highly real-time. In the first embodiment, the adaptive filter coefficients converged by looping twice or more can be used from the first sample of the section. Therefore, the residual error caused by the filter not converging at the beginning of the interval (the timing at which the filter coefficient convergence value changes), which was a problem in the dereverberation device of the comparative example, can also be suppressed. As a result, even if the difference in reverberation delay between pings or the difference in reverberation magnitude between pings changes, it is possible to suppress the reverberation from remaining until the adjustment of the adaptive filter converges. Further, by reducing the step size, the number of loops is required, but the residual output P is reduced without increasing the error at the beginning of the section, and the dereverberation ability is improved.

実施の形態２．
実施の形態１は、フィルタの段数Ｍによって対応できるピング間の残響の時間ズレを設定するものであるが、本実施の形態２は、適応フィルタのインパルス応答のピークをとる位置に閾値を定め、対応できるピング間の残響の時間ズレを設定するものである。 Embodiment 2.
In the first embodiment, the reverberation time difference between the pings is set, which can be handled by the number of stages M of the filter, but in the second embodiment, a threshold is set at the position where the impulse response of the adaptive filter peaks. This sets the reverberation time difference between pings that can be accommodated.

本実施の形態２の残響抑圧装置の構成を説明する。本実施の形態２においては、実施の形態１で説明した構成と同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。 The configuration of the dereverberation device according to the second embodiment will be explained. In Embodiment 2, the same reference numerals as those in the configuration described in Embodiment 1 are given, and detailed explanation thereof will be omitted.

図８は、実施の形態２に係る残響抑圧装置の制御部の一構成例を示す機能ブロック図である。図８に示すように、制御部４において、図４に示した係数更新手段３１１は、係数更新候補算出手段３１１－１および係数更新手段３１１－２を有する。係数更新候補算出手段３１１－１は、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８の適応フィルタ係数の更新に際して、実施の形態１における係数更新手段３１１と同様に残差計算手段３０９の出力値および現在のフィルタ係数を入力とし、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８の係数更新候補を算出する。係数更新手段３１１－２は、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８の係数更新候補を入力とし、更新の有無の判断を行った後、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８に適応フィルタ係数を出力する。 FIG. 8 is a functional block diagram showing a configuration example of a control section of a dereverberation device according to a second embodiment. As shown in FIG. 8, in the control unit 4, the coefficient update means 311 shown in FIG. 4 includes a coefficient update candidate calculation means 311-1 and a coefficient update means 311-2. When updating the adaptive filter coefficients of the delay/amplitude scaling filter 308, the coefficient update candidate calculation means 311-1 calculates the output value of the residual difference calculation means 309 and the current filter coefficients in the same way as the coefficient update means 311 in the first embodiment. As input, coefficient update candidates for the delay/amplitude scaling filter 308 are calculated. The coefficient update unit 311-2 inputs the coefficient update candidates of the delay/amplitude scaling filter 308, determines whether or not to update them, and then outputs adaptive filter coefficients to the delay/amplitude scaling filter 308.

次に、本実施の形態２の残響抑圧装置の動作を、図８を参照して説明する。係数更新候補算出手段３１１－１は、式（６）によって、ｒ_ｉ（ｎ）をｑ_ｉ，ｌ（ｎ）へ置き換えた式（５）を使用し、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８の係数更新候補ｈ_ｉｋ’を得る。係数更新候補算出手段３１１－１は、遅延・振幅スケーリングフィルタ３０８の係数更新候補ｈ_ｉｋ’のインパルス応答のピーク位置が式（６）条件を満たすとき、フィルタ係数更新候補ｈ_ｉｋ’をフィルタ係数ｈ_ｉｋとして更新する。係数更新候補算出手段３１１－１は、更新後の係数ｈ_ｉｋをフィルタ係数として係数更新手段３１１－２に出力する。 Next, the operation of the dereverberation device according to the second embodiment will be explained with reference to FIG. 8. The coefficient update candidate calculation means 311-1 uses equation (5) in which r _i (n) is replaced with q _i,l (n) according to equation (6), and calculates coefficient update candidates for the delay/amplitude scaling filter 308. Obtain h _ik '. When the peak position of the impulse response of the coefficient update candidate h _ik ' of the delay/amplitude scaling filter 308 satisfies the condition of equation (6), the coefficient update candidate calculation means 311-1 converts the filter coefficient update candidate h _ik ' into the filter coefficient h Update as _ik . The coefficient update candidate calculation means 311-1 outputs the updated coefficient h _ik as a filter coefficient to the coefficient update means 311-2.

ここで、Ｗは想定されるピング間での残響の遅延差の上限値となる閾値を表す。式（１６）の左辺がＷを超える場合、係数更新候補算出手段３１１－１は、適応フィルタは残響ではなく目標エコーを抑圧しようとしていると判断し、更新前の係数ｈ_ｉｋをフィルタ係数として係数更新手段３１１－２に出力する。 Here, W represents a threshold value that is the upper limit of the assumed reverberation delay difference between pings. If the left side of equation (16) exceeds W, the coefficient update candidate calculation means 311-1 determines that the adaptive filter is trying to suppress the target echo rather than the reverberation, and sets the coefficient h _ik before update as the filter coefficient. It is output to the updating means 311-2.

本実施の形態２では、図４に示した係数更新手段３１１は、適応フィルタのインパルス応答のピーク位置を算出し、ピーク位置に基づいて適応フィルタ係数の更新の有無を判定する係数更新候補算出手段３１１－１を有する。係数更新候補算出手段３１１－１は、ピーク位置と閾値とを比較し、ピーク位置が閾値を超える場合、適応フィルタ係数の更新を停止する。 In the second embodiment, the coefficient update means 311 shown in FIG. 4 is a coefficient update candidate calculation means that calculates the peak position of the impulse response of the adaptive filter and determines whether or not the adaptive filter coefficients should be updated based on the peak position. It has 311-1. The coefficient update candidate calculation means 311-1 compares the peak position and a threshold value, and stops updating the adaptive filter coefficients when the peak position exceeds the threshold value.

本実施の形態２によれば、ピング間の時間的変動が小さい場合には残響とみなし、適応フィルタを更新し、ピング間の時間的変動が大きい場合には目標エコーであると判断し、抑圧対象から外すことにより目標エコーを効果的に検出できるという効果が期待できる。 According to the second embodiment, when the temporal variation between pings is small, it is regarded as reverberation and the adaptive filter is updated, and when the temporal variation between pings is large, it is judged as a target echo and suppressed. By removing it from the target, it can be expected that the target echo can be effectively detected.

なお、上述した実施の形態１および２においては、変調波形として、ＬＦＭ波形を例として説明したが、曖昧度関数が時間方向に高い感度をもつ波形であれば、他の波形にも適用可能である。また、上述した実施の形態１および２では、最新のピングＩの残響を過去の残響で抑圧する例を示したが、過去のピングの残響を以降の残響で抑圧する例においても適用可能である。 In addition, in the above-mentioned Embodiments 1 and 2, the LFM waveform was explained as an example of the modulation waveform, but the present invention can be applied to other waveforms as long as the ambiguity function has high sensitivity in the time direction. be. Further, in the first and second embodiments described above, an example was shown in which the reverberation of the latest ping I is suppressed by past reverberations, but it is also applicable to an example in which the reverberations of a past ping are suppressed by subsequent reverberations. .

また、上述した実施の形態１および２ではソーナーを例に説明したが、レーダーに適用可能である。また、上述した実施の形態１および２のループ終了判定処理において、前回更新時の残差パワーとの比に閾値を設定しているが、ループによる残響抑圧の改善効果が見られないことを判断する別の判断基準にも適用可能である。また、上述した実施の形態１および２における小区間分割点算出処理において、小区間分割判定に小区間内の遅延時間の平均値を使用しているが、別の統計量においても小区間内でピング間の残響の遅延差が一定であるような設定であれば適用可能である。また、上述した実施の形態１および２では、適応フィルタは時間領域を用いて検討したが、周波数領域を用いてもよい。 Further, although the first and second embodiments described above are explained using a sonar as an example, the present invention can be applied to a radar. In addition, in the loop termination determination process of the first and second embodiments described above, a threshold is set as the ratio to the residual power at the previous update, but it is determined that the loop has no improvement effect on dereverberation. It is also applicable to other judgment criteria. In addition, in the subsection division point calculation process in the first and second embodiments described above, the average value of the delay time within the subsection is used for the subsection division determination, but other statistics also indicate that the delay time within the subsection is This can be applied as long as the reverberation delay difference between pings is constant. Furthermore, in the first and second embodiments described above, the adaptive filter was considered using the time domain, but the frequency domain may also be used.

さらに、上述した実施の形態１および２においては、１台の情報処理装置が残響抑圧処理を行う場合で説明したが、複数の情報処理装置を有する残響抑圧システムに実行させてもよい。複数の情報処理装置が各手段の処理を分散することで、残響抑圧処理をより高速化することができる。 Further, in the first and second embodiments described above, a case has been described in which one information processing device performs dereverberation processing, but a dereverberation system having a plurality of information processing devices may perform the dereverberation processing. By distributing the processing of each means to a plurality of information processing devices, it is possible to further speed up the dereverberation processing.

１ 残響抑圧装置
２ 入力部
３ 記憶部
４ 制御部
５ 出力部
１１ メモリ
１２ ＣＰＵ
１０１ 送波器
１０２ 目標
１０３ 魚群等
１０４ 周囲雑音
１０５ 受波器
１０６ 出力端子
２００ 制御部
２０１ 入力端子
２０２ マッチドフィルタ
２０３ 入力端子
２０４ 遅延・振幅スケーリングフィルタ
２０５ 残差計算手段
２０６ 端子
２０７ 係数更新手段
２０８ 端子
２０９ 繰り返し手段
３０１ 入力端子
３０２ マッチドフィルタ
３０３ 入力端子
３０４ 分割点算出手段
３０５ 分割手段
３０６ 出力端子
３０７ 出力端子
３０８ 遅延・振幅スケーリングフィルタ
３０９ 残差計算手段
３１０ 出力端子
３１１ 係数更新手段
３１１－１ 係数更新候補算出手段
３１１－２ 係数更新手段
３１２ 小区間判定手段
３１３ ループ判定手段
３１４ 出力端子
４０１ 入力端子
４０２ 入力端子
４０３ サブ分割手段
４０４ 出力端子
４０５ 出力端子
４０６－１ ＦＦＴ手段
４０６－２ ＦＦＴ手段
４０７ 複素コヒーレンス算出手段
４０８ ＩＦＦＴ手段
４０９ サブ区間最大相関算出手段
４１０ 波形終了判定手段
４１１ 小区間分割判定手段
４１２ 分割点生成手段
４１３ 波形終了判定手段
４１４ 出力端子 1 Dereverberation device 2 Input section 3 Storage section 4 Control section 5 Output section 11 Memory 12 CPU
101 Transmitter 102 Target 103 School of fish, etc. 104 Ambient noise 105 Receiver 106 Output terminal 200 Control section 201 Input terminal 202 Matched filter 203 Input terminal 204 Delay/amplitude scaling filter 205 Residual calculation means 206 Terminal 207 Coefficient updating means 208 Terminal 209 Repeating means 301 Input terminal 302 Matched filter 303 Input terminal 304 Division point calculation means 305 Division means 306 Output terminal 307 Output terminal 308 Delay/amplitude scaling filter 309 Residual calculation means 310 Output terminal 311 Coefficient update means 311-1 Coefficient update candidate Calculating means 311-2 Coefficient updating means 312 Small section determining means 313 Loop determining means 314 Output terminal 401 Input terminal 402 Input terminal 403 Sub-dividing means 404 Output terminal 405 Output terminal 406-1 FFT means 406-2 FFT means 407 Complex coherence calculation Means 408 IFFT means 409 Subsection maximum correlation calculation means 410 Waveform end determination means 411 Subsection division determination means 412 Division point generation means 413 Waveform end determination means 414 Output terminal

Claims (6)

複数のピングの残響の差分による残響を抑圧する残響抑圧装置であって、
信号を小区間に分割する分割点を算出する分割点算出手段と、
前記分割点算出手段によって算出された前記分割点に基づいて前記信号を小区間に分割して小区間分割信号を生成する分割手段と、
前記小区間分割信号に対して適応フィルタを畳み込むフィルタ手段と、
前記小区間分割信号に基づいて前記適応フィルタで用いられる適応フィルタ係数を更新する係数更新手段と、
前記小区間毎に前記フィルタ手段および前記係数更新手段に処理を繰り返させる小区間判定手段と、
前記小区間分割信号の前記適応フィルタによる畳み込み処理後の残差出力パワーに基づいて前記小区間内の繰り返し処理の停止を判定するループ判定手段と、
を有する残響抑圧装置。 A dereverberation device that suppresses reverberation caused by a difference in reverberation of a plurality of pings,
division point calculation means for calculating division points for dividing the signal into small sections;
dividing means for dividing the signal into small sections based on the dividing points calculated by the dividing point calculating means to generate small section divided signals;
filter means for convolving an adaptive filter on the small section divided signal;
Coefficient updating means for updating adaptive filter coefficients used in the adaptive filter based on the small section divided signal;
small section determining means for causing the filter means and the coefficient updating means to repeat processing for each small section;
loop determination means for determining whether to stop repetitive processing within the small section based on the residual output power after convolution processing of the small section divided signal by the adaptive filter;
A dereverberation device with 前記分割点算出手段は、
前記信号を前記小区間よりも小さなサブ区間に分割するサブ分割手段と、
前記サブ区間の信号の周波数領域での特性から複素コヒーレンスを算出する複素コヒーレンス算出手段と、
前記複素コヒーレンスの時間領域の特性から各時刻の最大相関値を算出する相関値算出手段と、
前記最大相関値に対応する遅延時間を算出する遅延算出手段と、
前記最大相関値および前記最大相関値に対応する前記遅延時間に基づいて、複数のサブ区間を１つの小区間に結合する分割判定手段と、
を有する、
請求項１に記載の残響抑圧装置。 The division point calculation means includes:
sub-dividing means for dividing the signal into sub-intervals smaller than the sub-interval;
Complex coherence calculation means for calculating complex coherence from the frequency domain characteristics of the signal in the sub-interval;
Correlation value calculation means for calculating a maximum correlation value at each time from the time domain characteristics of the complex coherence;
delay calculation means for calculating a delay time corresponding to the maximum correlation value;
division determination means for combining a plurality of sub-intervals into one small section based on the maximum correlation value and the delay time corresponding to the maximum correlation value;
has,
The dereverberation device according to claim 1. 前記係数更新手段は、
前記適応フィルタのインパルス応答のピーク位置を算出し、前記ピーク位置に基づいて前記適応フィルタ係数の更新の有無を判定する係数更新候補算出手段を有し、
前記係数更新候補算出手段は、
前記ピーク位置と予め決められた閾値とを比較し、前記ピーク位置が前記閾値を超える場合、前記適応フィルタ係数の更新を停止する、
請求項１または２に記載の残響抑圧装置。 The coefficient updating means includes:
comprising a coefficient update candidate calculation means for calculating a peak position of an impulse response of the adaptive filter and determining whether or not the adaptive filter coefficients should be updated based on the peak position;
The coefficient update candidate calculation means includes:
Compare the peak position with a predetermined threshold, and if the peak position exceeds the threshold, stop updating the adaptive filter coefficients;
The dereverberation device according to claim 1 or 2. 複数のピングの残響の差分による残響を抑圧する残響抑圧システムであって、
信号を小区間に分割する分割点を算出する分割点算出手段と、
前記分割点算出手段によって算出された前記分割点に基づいて前記信号を小区間に分割して小区間分割信号を生成する分割手段と、
前記小区間分割信号に対して適応フィルタを畳み込むフィルタ手段と、
前記小区間分割信号に基づいて前記適応フィルタで用いられる適応フィルタ係数を更新する係数更新手段と、
前記小区間毎に前記フィルタ手段および前記係数更新手段に処理を繰り返させる小区間判定手段と、
前記小区間分割信号の前記適応フィルタによる畳み込み処理後の残差出力パワーに基づいて前記小区間内の繰り返し処理の停止を判定するループ判定手段と、
を有する残響抑圧システム。 A dereverberation system that suppresses reverberation caused by a difference in reverberation of a plurality of pings, the system comprising:
division point calculation means for calculating division points for dividing the signal into small sections;
dividing means for dividing the signal into small sections based on the dividing points calculated by the dividing point calculating means to generate small section divided signals;
filter means for convolving an adaptive filter on the small section divided signal;
Coefficient updating means for updating adaptive filter coefficients used in the adaptive filter based on the small section divided signal;
small section determining means for causing the filter means and the coefficient updating means to repeat processing for each small section;
loop determination means for determining whether to stop repetitive processing within the small section based on the residual output power after convolution processing of the small section divided signal by the adaptive filter;
Dereverberation system with. 複数のピングの残響の差分による残響を抑圧する残響抑圧方法であって、
信号を小区間に分割する分割点を算出するステップと、
算出された前記分割点に基づいて前記信号を小区間に分割して小区間分割信号を生成するステップと、
前記小区間分割信号に対して適応フィルタを畳み込むフィルタ処理ステップと、
前記小区間分割信号に基づいて前記適応フィルタで用いられる適応フィルタ係数を更新する係数更新処理ステップと、
前記小区間毎に前記フィルタ処理ステップおよび前記係数更新処理ステップを繰り返させる繰り返し処理を行うステップと、
前記小区間分割信号の前記適応フィルタによる畳み込み処理ステップ後の残差出力パワーに基づいて前記小区間内の繰り返し処理の停止を判定するステップと、
を有する残響抑圧方法。 A dereverberation method for suppressing reverberation caused by a difference in reverberation of a plurality of pings, the method comprising:
calculating division points for dividing the signal into small sections;
dividing the signal into small sections based on the calculated dividing points to generate a small section divided signal;
a filter processing step of convolving an adaptive filter with the small section divided signal;
a coefficient update processing step of updating adaptive filter coefficients used in the adaptive filter based on the small section divided signal;
performing an iterative process of repeating the filter processing step and the coefficient update processing step for each of the small sections;
determining whether to stop the repetitive processing within the small section based on the residual output power after the convolution processing step of the small section divided signal by the adaptive filter;
A dereverberation method having. 複数のピングの残響の差分による残響を抑圧する情報処理装置に、
信号を小区間に分割する分割点を算出する分割点算出手段と、
前記分割点算出手段によって算出された前記分割点に基づいて前記信号を小区間に分割して小区間分割信号を生成する分割手段と、
前記小区間分割信号に対して適応フィルタを畳み込むフィルタ手段と、
前記小区間分割信号に基づいて前記適応フィルタで用いられる適応フィルタ係数を更新する係数更新手段と、
前記小区間毎に前記フィルタ手段および前記係数更新手段に処理を繰り返させる小区間判定手段と、
前記小区間分割信号の前記適応フィルタによる畳み込み処理後の残差出力パワーに基づいて前記小区間内の繰り返し処理の停止を判定するループ判定手段と、を実行させるためのプログラム。 An information processing device that suppresses reverberation caused by the difference in reverberation of multiple pings,
division point calculation means for calculating division points for dividing the signal into small sections;
dividing means for dividing the signal into small sections based on the dividing points calculated by the dividing point calculating means to generate small section divided signals;
filter means for convolving an adaptive filter on the small section divided signal;
Coefficient updating means for updating adaptive filter coefficients used in the adaptive filter based on the small section divided signal;
small section determining means for causing the filter means and the coefficient updating means to repeat processing for each small section;
A program for executing loop determination means for determining whether to stop repetitive processing within the small section based on residual output power after convolution processing of the small section divided signal by the adaptive filter.

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