JPS6269175A - Passive ranging system - Google Patents
Passive ranging systemInfo
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- JPS6269175A JPS6269175A JP20879185A JP20879185A JPS6269175A JP S6269175 A JPS6269175 A JP S6269175A JP 20879185 A JP20879185 A JP 20879185A JP 20879185 A JP20879185 A JP 20879185A JP S6269175 A JPS6269175 A JP S6269175A
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、ソーナーにおけるパッシブレンジング方式に
関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a passive ranging method in a sonar.
（従来の技術）
ソーナーにおけるパッシブレンジング方式の１つとして
、３個の受波器アレイを用いてそれぞれ目標方位にビー
ムフォーミングし、目標から各受波器アレイまでの信号
の到達時間差を３つのビーム出力から推定し、目標の位
置および速度を求める方式がある。(Prior art) As one of the passive ranging methods for sonar, three receiver arrays are used to form beams in each target direction, and the difference in arrival time of signals from the target to each receiver array is calculated by the three beams. There is a method of estimating the target position and velocity from the output.
第２図にパッシブレンジング方式のブロック図を示す。Figure 2 shows a block diagram of the passive ranging method.
第１図で、１．．１２，１．はｎ個（ｎ ＝ １ 。In Figure 1, 1. ．． 12,1. is n (n = 1.
２・・・ｋ）の受波器から成る受波器アレイ、２□、２
２゜２、はビームフォーマ、３は目標方位入力端子。2...k) receiver array consisting of receivers, 2□, 2
2゜2 is a beamformer, 3 is a target direction input terminal.
４１．４□は時間差推定器、５はトラッキングフィルタ
、６は出力端子である。第３図はビームフォーマの構成
図である。同図において、７１・・・７には受波器アレ
イ１１〜１．の各受波器の出力に対応する入力端子、８
□・・・８には入力端子７．〜７Ｋからの各受波器の出
力信号に対して目標からの信号の各受波器への到達時間
差を遅延補償する遅延補償器。41.4□ is a time difference estimator, 5 is a tracking filter, and 6 is an output terminal. FIG. 3 is a block diagram of the beam former. In the same figure, receiver arrays 11-1. an input terminal corresponding to the output of each receiver, 8
□...8 is the input terminal 7. A delay compensator that compensates for the difference in arrival time of the signal from the target to each receiver with respect to the output signal of each receiver from ~7K.
９は遅延補償器８□〜８にの各出力を加算する加算器、
１０は加算器９の加算出力を出力する出力端子である。9 is an adder that adds each output of delay compensators 8□ to 8;
10 is an output terminal for outputting the addition output of the adder 9.
目標からの信号は受波器アレイ１１〜１．で受波され、
ビームフォーマ２□〜２３内の遅延補償器８１〜８にお
よび加算器９で、目標方位入力端子３に与えられた目標
方位にビームフォーミングされる。このとき、ビームフ
ォーマ２１〜２３の出力のＳＮ比（Ｓ二目標からの信号
、Ｎ：Ｓ以外の雑音）は受波器アレイ１１〜１３の段階
に比べて改善が図られる。このような遅延補償器８１〜
８にと加算器９から成るビームフォーマ２□〜２．は一
般に、遅延加算型ビームフォーマと呼ばれている。なお
、目標方位入力端子３に与えられる目標方位の情報は、
待受は型ビームフォーマを有する目標探知用ソーナー出
力やトラッキングフィルタ５の出力などから得られる。Signals from the target are transmitted to receiver arrays 11-1. The wave is received by
Beamforming is performed by the delay compensators 81 to 8 in the beamformers 2□ to 23 and the adder 9 to the target azimuth given to the target azimuth input terminal 3. At this time, the SN ratio of the outputs of the beamformers 21 to 23 (signals from the S two targets, N: noise other than S) is improved compared to the stage of the receiver arrays 11 to 13. Such delay compensators 81~
8 and an adder 9, the beam formers 2□ to 2. is generally called a delay-add beamformer. Note that the information on the target direction given to the target direction input terminal 3 is as follows:
The standby signal is obtained from the target detection sonar output having a type beam former, the output of the tracking filter 5, and the like.
ビームフォーマ２．とビームフォーマ２□の出力は時間
差推定器４１へ、ビームフォーマ２２とビームフォーマ
２．の出力は時間差推定器４．へ入力され、時間差推定
器４．．４２ではそれぞｉ２つのビームフォーマ出力中
の信号の時間差を相関処理などにより推定する。推定さ
れた時間差は、トラッキングフィルタ５へ送られる。Beam former 2. The outputs of the beamformer 2 and beamformer 2□ are sent to the time difference estimator 41, and the outputs of the beamformer 22 and beamformer 2. The output of time difference estimator 4. time difference estimator 4. ．． At step 42, the time difference between the signals output from each of the two beamformers is estimated by correlation processing or the like. The estimated time difference is sent to the tracking filter 5.
トラッキングフィルタ５では、刻々入力される２つの時
間差つまり目標から３つの受波器アレイＩＬ〜１．まで
の信号の到達時間差を使って、目標の位置および速度を
求め出力端子６へ出力する。The tracking filter 5 detects the time difference between the two inputted every moment, that is, the three receiver arrays IL to 1 from the target. The position and velocity of the target are determined using the arrival time difference between the signals and are output to the output terminal 6.
レンジングの範囲および精度は、各受波器アレイ１１〜
１．の間隔および時間差推定の精度によってきまり１時
間差推定の精度はビームフォーマ２．１〜２３の出力の
ＳＮ比に制限される。受波器アレイ１１〜１１の間隔は
、該受波器アレイの取り付けられるプラットフォームの
物理的寸法で制限されるので、時間差推定の精度を上げ
るためのビームフォーマ２□〜２３によるＳＮ比改善の
度合はパッシブレンジングの性能を大きく左右すること
になる。一般に、目標の探知に必要とするＳＮ比に比べ
、パッシブレンジングの必要精度を達成するために必要
とするＳＮ比の方が高い。The ranging range and accuracy of each receiver array 11 to
1. The accuracy of the time difference estimation is limited to the signal-to-noise ratio of the outputs of the beamformers 2.1 to 23. Since the spacing between the receiver arrays 11 to 11 is limited by the physical dimensions of the platform on which the receiver arrays are installed, the degree of S/N ratio improvement by the beam formers 2 to 23 to increase the accuracy of time difference estimation is limited. will greatly affect the performance of passive ranging. Generally, the signal-to-noise ratio required to achieve the required accuracy of passive ranging is higher than the signal-to-noise ratio required for target detection.
（発明が解決しようとする問題点）
しかしながら、前記構成のパッシブレンジング方式では
ビームフォーマとして遅延加算型ビームフォーマを用い
る場合、受波器アレイに比定常的な雑音が加わったとき
、ビームフォーマ出力のＳＮ比は低下し、（ｉ）長い距
離のレンジングができない、（ｉｉ）短い距離のレンジ
ングの精度が悪化する、という問題点があった。(Problem to be Solved by the Invention) However, in the passive ranging method with the above configuration, when a delay-addition beamformer is used as a beamformer, when specific stationary noise is added to the receiver array, the beamformer output changes. The signal-to-noise ratio decreases, resulting in problems such as (i) long-distance ranging is not possible, and (ii) short-distance ranging accuracy deteriorates.
この発明は、以上述べた、受波器アレイに非定常的な雑
音が加わったときのビームフォーマ出力のＳＮ比低下を
防ぎ、ＳＮ比低下に起因する問題点を除去し、広範囲の
レンジングが可能なパッシブレンジング方式を提供する
ことを目的とする。This invention prevents the decline in the SN ratio of the beamformer output when non-stationary noise is added to the receiver array, eliminates the problems caused by the decline in the SN ratio, and enables wide range ranging. The purpose is to provide a passive ranging method.
（問題点を解決するための手段）
本発明は前記問題点を解決するために、目標からの信号
を複数の受波器アレイ又は１個の受波器アレイを分割し
た複数のサブアレイで受波して、対応する複数のビーム
フォーマで目標方位にビームフォーミングし、各ビーム
フォーマの出力信号の時間差に基づいて目標の位置及び
速度を求めるパッシブレンジング方式において、前記ビ
ームフォーマが、前記受波器アレイ又はサブアレイの各
受波器の出力に対して遅延補償する複数の遅延補償手段
と、該手段の各出力に可変係数を乗算して出力する複数
の可変係数フィルタと、該可変係数フィルタの各出力を
加算する加算手段と、該加算手段の出力のノイズの電力
を最小とするように前記可変係数フィルタあ係数を算出
して設定する係数設定手段とを有するのである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present invention receives signals from a target using a plurality of receiver arrays or a plurality of subarrays obtained by dividing one receiver array. In the passive ranging method, the beamformer performs beamforming in the target direction using a plurality of corresponding beamformers, and determines the position and velocity of the target based on the time difference between the output signals of each beamformer. Alternatively, a plurality of delay compensation means for delay compensation for the output of each receiver of the sub-array, a plurality of variable coefficient filters that multiply each output of the means by a variable coefficient and output the result, and each output of the variable coefficient filter. and coefficient setting means for calculating and setting the coefficients of the variable coefficient filter so as to minimize the noise power of the output of the adding means.
（作用）
本発明によれば以上のようにパッシブレンジング方式を
構成したので、技術的手段は次のように作用する。係数
設定手段は加算手段の出力のノイズの電力を最小とする
ような各可変係数フィルタの係数を算出して設定するよ
うに働き、各可変係数フィルタは各受波器出力に対して
各遅延補償手段により遅延補償された信号に係数設定手
段により設定された係数をそれぞれ乗算して加算手段に
出力するように働く。従って、受波器アレイに非定常的
な雑音が加わった場合にも、このような適応型のビーム
フォーマを用いることにより、加算手段の出力、即ちビ
ームフォーマの出力のＳＮ比を常に最大となるように働
くので、ＳＮ比の低下に起因する問題点が除去できるの
である。(Operation) According to the present invention, since the passive ranging method is configured as described above, the technical means operates as follows. The coefficient setting means works to calculate and set the coefficient of each variable coefficient filter that minimizes the noise power of the output of the adding means, and each variable coefficient filter performs each delay compensation for each receiver output. The signal delay-compensated by the means is multiplied by the coefficient set by the coefficient setting means, and the result is output to the adding means. Therefore, even when non-stationary noise is added to the receiver array, by using such an adaptive beamformer, the S/N ratio of the output of the adding means, that is, the output of the beamformer, can always be maximized. Therefore, problems caused by a decrease in the S/N ratio can be eliminated.
（実施例）
本発明のパッシブレンジング方式の一実施例の全体の構
成は第２図と同様であり、その特徴部分はビームフォー
マ２□〜２．にあるので、この部分を第１図を用いて説
明する。なお、本実施例のビームフォーマを従来のもの
と区別するために、以下その参照符号を２′□〜２′□
と標記する。(Embodiment) The overall configuration of an embodiment of the passive ranging method of the present invention is the same as that shown in FIG. 2, and its characteristic parts are beam formers 2□ to 2. This part will be explained using FIG. 1. In order to distinguish the beamformer of this embodiment from the conventional one, the reference numerals 2'□ to 2'□ will be used below.
It is marked as.
第１図は本発明の一実施例を示すパッシブレンジング方
式のビームフォーマの構成図である。同図において、第
３図と同一の参照符号は同一性のある構成部分を示す。FIG. 1 is a block diagram of a passive ranging beam former showing an embodiment of the present invention. In this figure, the same reference numerals as in FIG. 3 indicate the same components.
１１□・・・ＩＩＫは遅延補償器８１〜８にの出力と加
算器９の間に挿入される可変係数フィルタ、１２は加算
器９の加算出力に基づいて可変係数フィルタ１１．〜１
１にの各係数を算出する係数算出回路である。11□...IIK is a variable coefficient filter inserted between the outputs of the delay compensators 81 to 8 and the adder 9, and 12 is a variable coefficient filter 11. ~1
This is a coefficient calculation circuit that calculates each coefficient of 1.
次に第１図及び第２図を参照して動作を説明する。Next, the operation will be explained with reference to FIGS. 1 and 2.
目標からの信号は受波器アレイ１１〜１．で受波され、
ビームフォーマ２′、〜２′３内の遅延補償器８□〜８
にで時間遅延補償される。可変係数フィルタ１１□〜１
１には遅延補償後の信号を通過させる適応型のフィルタ
であり、可変係数フィルタ１１１〜１１にの各係数は、
係数算出機１２で算出され、逐次更新さ九る。係数算出
機′１２は、ビームフォーマ出方（出力端子１０）のＳ
Ｎ比が最大となるように係数を算出するが、その算出方
法は、ビームフォーマ出力のノイズの電力を最小とする
ＬＭＳアルゴリズムに基づく方法などが用いられる。こ
の方法は例えば、ビー・ウィドロウ（Ｂ、 ＷＩＤＲＯ
ｗ）Ｍ ”Ｍ心雑音除去：原理と応用（Ａｄａｐｔｊ、
ｖｅＮｏｉｓｅ Ｃａｎｃｅ−１１ｉｎｇ ： Ｐｒ１
ｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）
”プロシーディングスオブジＩＥＥＥ （ＰＲＯＣＥ
ＥＤＩＮＧＳ ０ＦＴＨＥ ＩＥＥＥ） ＶＯＬ、６３
ｐｐ、１６９２−１７１６（１９７５）ニ開示されて
いる。可変係数フィルタ１１□〜１１にの出力は加算器
９で加算されビームフォーマ出力となる。このビームフ
ォーマ出力のＳＮ比は、非定常的な雑音があっても高く
保持され、遅延加算型ビームフォーマと比べて大きい。Signals from the target are transmitted to receiver arrays 11-1. The wave is received by
Delay compensator 8□~8 in beamformer 2',~2'3
Any time delay will be compensated. Variable coefficient filter 11□~1
1 is an adaptive filter that passes the signal after delay compensation, and each coefficient of variable coefficient filters 111 to 11 is as follows.
It is calculated by the coefficient calculator 12 and updated sequentially. The coefficient calculator '12 calculates S of the beamformer output (output terminal 10).
The coefficient is calculated so that the N ratio is maximized, and a method based on an LMS algorithm that minimizes the power of noise in the beamformer output is used as the calculation method. This method is used, for example, by B. WIDRO.
w)M ”M Heart Murmur Removal: Principles and Applications (Adaptj,
veNoise Cance-11ing: Pr1
ciples and applications)
“Proceedings of the IEEE (PROCE)
EDINGS 0FTHE IEEE) VOL, 63
pp. 1692-1716 (1975). The outputs from the variable coefficient filters 11□ to 11 are added by an adder 9 to become a beamformer output. The SN ratio of this beamformer output is maintained high even in the presence of non-stationary noise, and is larger than that of a delay-addition beamformer.
ビームフォーマ２′１とビームフォーマ２′２の出力は
時間差推定器４１へ、ビームフォーマ２′２とビームフ
ォーマ２′、の出力は時間差推定器４□へ入力され、時
間差推定器４□ではそれぞれ２つのビームフォーマ出力
中の信号の時間差を相関処理により推定する。推定され
た時間差は、トラッキングフィルタ５へ送られる。The outputs of the beamformer 2'1 and the beamformer 2'2 are input to the time difference estimator 41, and the outputs of the beamformer 2'2 and the beamformer 2' are input to the time difference estimator 4□. The time difference between the signals output from the two beamformers is estimated by correlation processing. The estimated time difference is sent to the tracking filter 5.
トラッキングフィルタ５では、刻々入力される２つの時
間差つまり目標から３つの受波器アレイ１□〜１Ｋまで
の信号の到達時間差を使って、目標の位置および速度を
もとめ出力端子６へ出力する。The tracking filter 5 determines the position and velocity of the target and outputs it to the output terminal 6 using the difference in time between the two inputted every moment, that is, the arrival time difference of the signals from the target to the three receiver arrays 1□ to 1K.
本実施例では複数（３個）の受波器アレイで受波し、こ
の受波器アレイに対応した複数（３個）のビームフォー
マで目標方位にビームフォーミングしていたが、１個の
受波器アレイで受波し、この受波器アレイを分割した複
数のサブアレイに対応した複数のビームフォーマで目標
方位にビームフォーミングしてもよいことは明らかであ
る。In this example, waves were received using multiple (3) receiver arrays, and beamforming was performed in the target direction using multiple (3) beamformers corresponding to the receiver arrays. It is clear that the wave may be received by a wave receiver array and beamformed in the target direction using a plurality of beamformers corresponding to a plurality of subarrays obtained by dividing the wave receiver array.
（発明の効果）
この発明によれば、以上説明したように、ビームフォー
マとして遅延加算型ビームフォーマを使わずに適応型ビ
ームフォーマを使っているので、非定常的な雑音に対し
てもビームフォーマ出力のＳＮ比を高く保持することが
でき、従来のパッシブレンジング方式に比べてレンジン
グ範囲の拡大。(Effects of the Invention) According to the present invention, as explained above, since an adaptive beamformer is used as a beamformer instead of a delay-addition beamformer, the beamformer can be used even against non-stationary noise. It is possible to maintain a high output SN ratio and expand the ranging range compared to conventional passive ranging methods.
精度の向上を図ることができる。また、適応ビームフォ
ーマで可変係数フィルタの係数更新のために処理量は若
干増加するが、問題とはならない。Accuracy can be improved. Furthermore, although the amount of processing increases slightly due to updating the coefficients of the variable coefficient filter in the adaptive beamformer, this does not pose a problem.
第１図は本発明の一実施例を示すパッシブレンジング方
式のビームフォーマの構成図、第２図はパッシブレンジ
ング方式の一例を示すブロック図、第３図は従来のビー
ムフォーマの構成図である。
１、〜１．・・・受波器アレイ、
２′１〜２′、・・・ビームフォーマ、３・・・目標方
位入力端子、
４□、４□・・・時間差推定器、
５・・・トラッキングフィルタ、 ６・・・出力端子
、７１〜７Ｋ・・・ビームフォーマの入力端子、８１〜
８Ｋ・・・遅延補償器、 ９・・・加算器、ｌ
Ｏ・・・ビームフォーマの出力端子、１１１〜１１Ｋ・
・・可変係数フィルタ、１２・・・係数算出回路。FIG. 1 is a block diagram of a passive ranging type beam former showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing an example of the passive ranging type, and FIG. 3 is a block diagram of a conventional beam former. 1, ~1. ... Receiver array, 2'1 to 2', ... Beamformer, 3... Target direction input terminal, 4□, 4□... Time difference estimator, 5... Tracking filter, 6 ...Output terminal, 71~7K...Beamformer input terminal, 81~
8K...delay compensator, 9...adder, l
O...Beamformer output terminal, 111~11K・
...Variable coefficient filter, 12...Coefficient calculation circuit.
Claims (1)
アレイを分割した複数のサブアレイで受波して、対応す
る複数のビームフォーマで目標方位にビームフォーミン
グし、各ビームフォーマの出力信号の時間差に基づいて
目標の位置及び速度を求めるパッシブレンジング方式に
おいて、前記ビームフォーマが、前記受波器アレイ又は
サブアレイの各受波器の出力に対して遅延補償する複数
の遅延補償手段と、 該手段の各出力に可変計数を乗算して出力する複数の可
変係数フィルタと、 該可変係数フィルタの各出力を加算する加算手段と、 該加算手段の出力のノイズの電力を最小とするように前
記可変係数フィルタの係数を算出して設定する係数設定
手段とを有することを特徴とするパッシブレンジング方
式。[Claims] A signal from a target is received by a plurality of receiver arrays or a plurality of subarrays obtained by dividing one receiver array, and beamformed in the target direction by a plurality of corresponding beamformers. , in a passive ranging method that determines the position and velocity of a target based on the time difference between the output signals of each beamformer, the beamformer performs delay compensation for the output of each receiver of the receiver array or subarray. a plurality of variable coefficient filters that multiply each output of the means by a variable coefficient and output the result; an addition means that adds the outputs of the variable coefficient filters; and noise power of the output of the addition means. a coefficient setting means for calculating and setting a coefficient of the variable coefficient filter so as to minimize the coefficient of the variable coefficient filter.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20879185A JPS6269175A (en) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | Passive ranging system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20879185A JPS6269175A (en) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | Passive ranging system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6269175A true JPS6269175A (en) | 1987-03-30 |
Family
ID=16562171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20879185A Pending JPS6269175A (en) | 1985-09-24 | 1985-09-24 | Passive ranging system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6269175A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01241766A (en) * | 1988-03-23 | 1989-09-26 | Asahi Chem Ind Co Ltd | Sheet-form electrode |
| JPH0373878A (en) * | 1989-05-12 | 1991-03-28 | Oki Electric Ind Co Ltd | Device for orientating ship position |
| JPH0882672A (en) * | 1994-09-12 | 1996-03-26 | Tech Res & Dev Inst Of Japan Def Agency | Phase-synthesis processor for sonar |
| CN108574459A (en) * | 2017-03-14 | 2018-09-25 | 南京理工大学 | A kind of high-efficiency time domain broad-band EDFA circuit and method using cascade FIR transverse direction filter structures |
| JP2020193881A (en) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | 日本電気株式会社 | Azimuth estimating device, azimuth estimating method, and program |
-
1985
- 1985-09-24 JP JP20879185A patent/JPS6269175A/en active Pending
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