JPH10104329A - 音源方位検出装置 - Google Patents
音源方位検出装置Info
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- JPH10104329A JPH10104329A JP27739796A JP27739796A JPH10104329A JP H10104329 A JPH10104329 A JP H10104329A JP 27739796 A JP27739796 A JP 27739796A JP 27739796 A JP27739796 A JP 27739796A JP H10104329 A JPH10104329 A JP H10104329A
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
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Abstract
力して所定の信号処理をすることにより広周波数帯域に
渡る信号の存在を探知する。 【解決手段】水中の音波を受波する指向性パッシブソノ
ブイで得られた南北方向成分の信号と東西方向成分の信
号と全方位方向成分の信号とに基づいてカージオイド指
向性と呼ばれるハート型の指向性パターンを作成し、そ
の最大感度軸方位を所定の方位間隔に設定し、設定方位
毎に前記カージオイド指向性を付加する指向性合成部1
と、指向性合成部1の出力信号を二乗検波し、指向性ソ
ノブイの周辺の各方位から到来する広周波数帯域の信号
を前記カージオイド指向性の二乗の感度特性パターンで
畳み込んだパワーを出力する二乗検波部2と、二乗検波
部2の一連の出力の組を用いてデコンボリューションを
行うことにより所定の方位間隔での広周波数帯域信号の
パワーを検出するデコンボリューション部3を有する。
Description
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
を示すブロック図である。
イとの配置図である。
関係図である。
図である。
る。
である。
成を示すブロック図である。
イとの配置図である。
関係図である。
図である。
原理図である。
る。
である。
Claims (4)
- 【請求項1】水中の音波を受波する指向性ソノブイと、 前記指向性ソノブイで得られた南北方向成分の信号、東
西方向成分の信号及び全方位方向成分の信号に基づいて
カージオイド指向性の指向性パターンを作成し、その最
大感度軸方位を所定の方位間隔に設定し、設定方位毎に
前記カージオイド指向性を付加する指向性合成部と、 前記指向性合成部の出力信号を二乗検波し、前記指向性
ソノブイの周辺の各方位から到来する広周波数帯域の信
号を前記カージオイド指向性の二乗の感度特性パターン
で畳み込んだパワーを出力する二乗検波部と、 前記二乗検波部の一連の出力の組に基づいてデコンボリ
ューションを行うことにより所定の方位間隔での広周波
数帯域信号のパワーを検出するデコンボリューション部
と、を備えて成ることを特徴とする音源方位検出装置。 - 【請求項2】前記デコンボリューション部は、方位毎に
得られたパワーデータをフーリエ変換した値を、カージ
オイド指向性のパワーをフーリエ変換した値で除算し、
その結果を逆フーリエ変換することにより方位毎の到来
信号のパワーを求める処理を行う請求項1に記載の音源
方位検出装置。 - 【請求項3】前記デコンボリューション部は、前記二乗
検波部の出力に基づいてデコンボリューション処理を行
い、到来方向毎の全周波数帯域におけるパワーを求める
処理を行う請求項1に記載の音源方位検出装置。 - 【請求項4】前記指向性ソノブイは1本である請求項1
に記載の音源方位検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27739796A JP2845220B2 (ja) | 1996-09-28 | 1996-09-28 | 音源方位検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27739796A JP2845220B2 (ja) | 1996-09-28 | 1996-09-28 | 音源方位検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10104329A true JPH10104329A (ja) | 1998-04-24 |
JP2845220B2 JP2845220B2 (ja) | 1999-01-13 |
Family
ID=17582979
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPWO2006054599A1 (ja) * | 2004-11-16 | 2008-05-29 | 学校法人日本大学 | 音源方向判定装置及び方法 |
JP2012173155A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Nec Corp | ソーナー装置及びその指向性合成方法 |
JP2019045481A (ja) * | 2017-09-01 | 2019-03-22 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | 音方向探知センサー |
-
1996
- 1996-09-28 JP JP27739796A patent/JP2845220B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2006054599A1 (ja) * | 2004-11-16 | 2008-05-29 | 学校法人日本大学 | 音源方向判定装置及び方法 |
JP5004276B2 (ja) * | 2004-11-16 | 2012-08-22 | 学校法人日本大学 | 音源方向判定装置及び方法 |
JP2012173155A (ja) * | 2011-02-22 | 2012-09-10 | Nec Corp | ソーナー装置及びその指向性合成方法 |
JP2019045481A (ja) * | 2017-09-01 | 2019-03-22 | 三星電子株式会社Samsung Electronics Co.,Ltd. | 音方向探知センサー |
JP2022189837A (ja) * | 2017-09-01 | 2022-12-22 | 三星電子株式会社 | 音方向探知センサー |
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