JPS63144276A - パッシブソーナーの信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明線信号処理方式に関し、特に２個以上のハイドロ
ホンの受信信号間の位相差にもとづき目標の発する水中
音響信号の到来方位を検出する場合のＳ／Ｎ改４１を図
ったバッシプソーナーの信号処理方式に関する。

〔従来の技術〕

形成すべき受波指向性等の運用条件を勘案して設定され
る配列構造を有する受波器を構成する複数ハイドロホン
を２個以上利用し、その受信信号間の位相差にもとづき
目標の方位を決定するパッシブソーナー装置の信号処理
方式によく知られている。

第２図は２個のハイドロホンの受信信号の位相差を利用
する０橡方位検出の説明図である。

いま、基準方位に対し方位角θにある音源からの到来音
波がハイドロホンＡ、Ｂに入射するものとすると、ハイ
ドロホンＡ、Ｂの受信信号ＳＡ、ＳＢは次の（１）　、
　（２）式で示される。

Ｓｍ＝Ａａｉｎ（ωｔ＋ｐ）　　　−−−（１）Ｓｎ＝
　Ａａｉｎ　（ωを十ψ十Δψ）・・・　（２）（１）
　、　（２７式で人は振幅、ωは角周波数、ψは位相、
Δψは位相差である。いま、ΔＴをハイドロホンＡ、Ｈ
の音波伝搬時間差とすると、第２図からＲ＝ｄｓｉｎ＃
であシ従ってΔＴ＝ｄ／ｃａｉｎθ（Ｃは音速）でΔψ
＝ω／ｃｄｓｉｎθ　となシ次の（３）式％式％ つまシ、受信信号の位相差Δψと信号の周波数がわかれ
が（３）式から容易に方位角θを求めることができる。

上述した内容はノ１イドロホンが２個の場合を例として
いるが、複数の場合でも、これを同数の２群に分割し、
それぞれの群ごとに配置条件にもとづく相互の位相差を
無くすように受信信号に対し整相処理を施すことによっ
て基本的には２個のハイドロホンの場合と同様に処理で
きる。

このようにして、従来のこの種の方位検出技術は、各方
位ごとに等しい複数のハイドロホンの受信信号を整相処
理して位相合成し、全体として１つの合成指向性を提供
せしめ、これら合成指向性による受信信号相互間で（３
）式を利用する位相角検出を行なっているものが多い。

２　＠ｓ　もしくはそれ以上の複数ハイドロホンいずれ
を利用するにせよ、従来の方位検出では受信信号を所定
の時間にわたって時間積分しつつ利用する場合が多い。

この時間積分の目的は、積分によって自己相関性の高い
信号成分ベクトルのエネルギーが増大されるのに比し、
生起確率のランダムな雑音成分ベクトルは互いに相殺し
合い、結果として高Ｓ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／Ｎｏ１ｓｅ
）　？：得ルコとに６る。コノ場合、時間積分の時間長
としてはパッシブソーナーの運用条件等を考慮し通常数
１０ＳＥＣ程度の時間長が利用される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のこの種の信号処理方式では、信号処理に
おける高Ｓ／Ｎｉ得る目的から各方位ごとの指向性の範
囲内で取得する受信信号に対し時間積分を施している。

しかしながらこのような時間積分効果によるＳ／ＮＯ改
善には限度があシ、信号成分ベクトルの積分効果は得ら
れるものの雑音成分ベクトルの抑圧は不十分な場合が多
いという欠点がある。この理由は基本的に、信号と同様
に雑音にも影響する伝搬損失の距離依存性と積分時間長
の条件に起因すると考えられている。

すなわち、信号成分ベクトルと雑音成分ベクトル線いず
れも、波長に比して十分遠距離にあって平面波と見做し
うる場合に祉そのエネルギーは距離の自乗に反比例して
減衰する。従って、ノーイドロホンに近い点で発生した
雑音成分ベクトルは遠い光点で発生した雑音成分ベクト
ルに比し極めて高いエネルギーを有する。このような雑
音成分ベクトルは、互いに無相関であるので十分長時間
にわたって時間積分すればほぼ相殺し合うことが期待で
きるが、たかだか数ＩＱｓＥｃ程度の限定時間で扛期待
し得る積分効果も著しく抑圧されたものとなってしまう
。

一方、この程度の時間積分でも、自己相関性の高い信号
成分ベクトルの積分効果は十分あられれ、全体として成
る程度のＳ／Ｎ改善は得られるものの雑音成分エネルギ
ーの排除は極めて不十分な状態に留る。

本発明の目的は上述した欠点金除去し、雑音を含む各方
位の到来信号の伝搬損失の距Ｉ＠特性を自動利得制御に
よって平準化したあと信号の方位、レベルに対したベク
トルとして設定しこれを時間積分するという手段を備え
ることによシ、著しくＳ／Ｎｆ：改善しうるパッシブノ
ーナーの信号処理方式を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の方式は、少なくとも２個のハイドロホンの受信
信号間の位相差情報にもどづき目標の発する水中前書信
号の到来方位を検出するパッシブソーナー装置の信号処
理方式において、前記ハイドロホンに対して入力する各
方位ごとの雑音信号を含む到来信号の伝搬損失を受信処
理時間単位かつ所定の許容変動範囲内で平準化するよう
に自動利得制御によって補正したのち方位およびレベル
に対応するベクトルとして設定した繭記雑音信号を含む
到来信号を所定の時間にわたって時間積分しつつ目標の
到来方位を検出することを特徴とする目標方位検出手段
を備えて構成される。　　、〔実施例〕 次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック図でるる。

第１図に示す冥施例は、ハイドロホン１，２゜ＡＧＣ（
Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　　Ｇａ１ｎ　　Ｃｏｎｔｒｏｌ）
回路３．４２周波数分析回路５，６．方位／ベクトル演
算回路７．目標万位検出回＃６８等を備えて１１成され
る。

第１−の実施例に先立ち、ます本発明の失点にろいて説
明する。

通常、信号処理の対象となる信号成分は、遠距離目標で
あって従って方位変化も小さく、空間ベクトルとじての
このような信号成分は所定の設定処理時間内ではほぼ一
定と見做しうる場合が多い。

−万、雑音成分ベクトルは、いわゆる背景雑音であプ、
海中の生物音、波浪等時間的にも空間的にも２ンダムに
発生することが多い。

このような信号成分を所定の時間にわたって積分すれば
、特定方位から到来する信号成分はエネルギーが積分さ
れ、一方信号成分とともに入力する雑音成分線方位分散
ベクトルであるのでそのエネルギーは減少し、Ｓ／Ｎの
改善が可能となる。

この場合、対象空間内の雑音を効果的に減少せしめるに
は音源から受波点までの伝搬損失の距離依存性を排除し
て平準化すればよく、第１図の実施例もこのような観点
に立って構成されている。

ハイドロホン１．２はバッシプソーナーの受波器を形成
するハイトロンのうち隣接する２個とし、これらは到来
する信号成分とともに対象空間の背景雑音を入力音波と
して受波し、電気信号に変換してそれぞれＡＧＣ回路３
および４に供給する。

ＡＧＣ回路３および４は、入力に対しあらかじめ設定す
る特性の自動利得制御を所定の受信処理時間単位ごとに
所定の許容変動範囲内でかける。

この場合、あらかじめ設定してお（ＡＧＣ％性は、距離
の自乗に逆比例して減衰する伝搬損失を運用距離にわた
って補償する。伝搬損失特性とは逆特性のものである。

従ってＡＧＣ回路３，４から出力される内容は伝搬損失
分を正規化して平準化され九レベルを有する信号成分ベ
クトルおよび雑音成分ベクトルということになる。これ
らＡＧＣ回路３．４の出力はそれぞれ周波数分析回路５
．６に供給される。

周波数分析回路５．６は、こうして入力するＡＧＣ回路
３．４の出力の周波数分析を受信処理時間単位ごとに行
なってハイトロン１．２で取得した入力音波に関する周
波数情報を抽出する。この周波数分析はＦＦＴ　（Ｆａ
ｓｔ　　ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎａｆｏｒｍ）と利用し
て行なわれ、入力はレベル対周波数スペクトルとして周
波数領域データ５０２．６０２　　に変換され方位／ベ
クトル演算回路７に供給される。周波数分析回路５，６
０入力した時間領域データ５０１，６０１も相互間の位
相差情報等を利用するため方位／ベクトル演算回路７に
供給される。

さて、万位／ベクトル演算回路７はこうして周波数分析
回路５，６から時間領域データ５０１゜６０１および周
波数領域５０２，６０２’ｉ受け、これらデータにもと
づきハイドロホン１．２に対する入力音波の方位の算出
ならびにベクトルとしての設定を行なう。

この場合、方位の算出も受信処理時間単位ごとに行なわ
れ、時間領域データ５０１，６０１からは両者の位相差
情報が方位算出時間刻みで提供され、一方間波数領域デ
ータ５０２，６０２からは同一受信処理時間単位ごとに
抽出した周波数スペクトルの対応時間における周波数成
分のうち最大レベルに対応する周波数情報が提供され（
３）式にもとづく演算から方位角が方位算出時間刻みで
出力される。

方位算出は算出時間刻みごとに入力するＡＧＣ処理後の
入力音波の最大値を対象として行なわれるので上述した
位相差、周波数情報の設定によって正確な方位情報の算
出が可能となる。

こうして、ハイトロンホン１，２を介して入力した入力
音波に含まれる信号、雑音成分は処理時間単位ごとにそ
れぞれ方位を算出されそのレベル情報を加えてベクトル
量として設定され目標方位検出回路８に供給される。ま
た、周波数領域データ５０２，６０２によってもたらさ
れた周波数スペクトル情報も目標方位検出回路８に供給
される。

目標方位検出口−８は、こうして入力した方位角ならび
にレベルを含むベクトルを所定の時間にわたって時間積
分するとともに、方位角についても前記積分時間にわた
ってその時間変化特性をとる。目標方位検出回路８は、
こうして入力ベクトルの時間積分データと、入力の方位
角時間特性ならびに周波数スペクトルに関するデータを
得てこれら３ａ類のデータにもとづいてハイドロホン１
゜２′ｆ！：介して入力した入力を波が所望の目標であ
るか否かの判定を行ない、目標から到来したと判定した
場合にはそのレベルならびに周波数も併せ決定するが、
その処理内容は次のと２）でおる。

すなわち、所定の積分時間にわたりて得られた方位角の
時間特性にあられれる方位角の分散を求め、この分散が
所定の判定しきい値の許容範囲に入っている場合には、
この方位角を提供した入力が目標による到来音波である
と判定する。このことは、ハイドロホン１，２に対して
十分遠方におる目標とハイドロホン１，２のなす相対方
位角の時間変化特性明らかになシ小さく、かつ比較的に
規則的な変化を示すのでその方位角データの分散も少な
いことにもとづく。この場合の判定しきい値は数多くの
運用実績、設計データ等にもとづいてあらかじめ設定さ
れる。

こうして、目ｌ！ｉｏ方位が決定する一方、同じ積分時
間で時間積分されたベクトル扛そのレベルを提供する。

この時間積分は伝搬減衰をＡＧＣ回路３．４によってノ
ーマライズ（ｎｏｒｍａｌｉｇｅ）　Ｌ、たものであり
、生起確率とのベクトル方向のランダムな雑音ベクトル
はノーマライズしない従来の時間積分の場合に比し著し
く大きい相殺効果を示し、ベクトル方向変化が小さくか
つ本質的にほぼ定常的と見做し得る信号ベクトルは強い
自己相関上もっと累積されＳ／Ｎが大幅に改善された状
態となる。このよりなＳ／Ｎ改善の確保もまた方位分散
データとともに目標決定のパラメータとして利用しうる
ものでアシ、またこうして得られる高Ｓ／ＮＯ時間積分
値の時間平均値は信号レベルを代表するデータとして利
用される。

また、こうしてハイドロホンし２が目ｌ！を捕捉したと
判定されるときの具体的方位決定は前述した分散の中入
−値を求めることによって行なわれる。

さらに、目標方位検出回路１ｊ入力音波に関する周波数
スペクトルを提供されている。この周波数スペクトルに
関するデータも積分時間にわたってその積分値がとられ
、レベルを示すスペクトル包絡の最大点に対応する周波
数が信号の周波数として判定される。

こうして高Ｓ／Ｎ状態のもとて目標の方位、レベルなら
びに周波数を検出することができる。

なお、第１図の実施例はバッシプソーナー装置會構成す
るハイドロホンのうち、隣接する２個をとシ上げて説明
したが受波器を構成する他のノ・イドロホンの２４ｒｊ
Ａずつの組合せについても全く同様にして実施しうろこ
とは明らかであプ、またζ０２個のハイドロホンが２個
以上の複数１１６１を利用して行なわれる合成指向性を
代表するものとしても勿論差支えない。

〔発明の効果〕

以上設定したように本発明によれば、２個もしくはそれ
以上のハイドロホンによる受信信号の位相差情報にもと
づき水中音臀信号の到来方位を検出するパッシブンーナ
ーの信号処理方式において、各方位の雑音を含む到来信
号の伝ｆｆｉ損失の距離特性をＡＧＣによって平準化し
たのち信号の方位および大きさに対応するベクトルとし
て時ｒｄｊ積分するという手段を備えることＫより著し
くＳ／Ｎを改善しうる信号処理方式が実現でさるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明、の−実施例のブロック図、第２図は２
個のハイドロホンによる受信信号の位相差金利用する目
標方位検出の脱明図である。 １，２・・・・・・ハイドロｙ、３．４・・・・−・Ａ
ＧＣ回路、５．６・・・・・・周波数分析回路、７・・
・・・・方位／ベクトル演算回路、８・・・・・・目標
方位検出回路。 長 ／　、　２−−−−−一へイＦロオ、ン３．４−−−−
−−Ａｅｃ回Ａ、 ５、　、＜　−一−−−一用琥数伸目瓜７　−−−−−
−　　・方（ｋ／、Ｎ”７　トｔｌａＫｍ’ｆｌ！＋δ
　−一一一一一一　日十和力位検出回ヱ家υｔ、ｉｗ　
−−−−−−Ｉｌ！を間頗域デゝ夕！；０２，１ｔ）２
　−−−−−−一　周彼数々有域データ第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 少なくとも２個のハイドロホンの受信信号間の位相差情
   報にもとづき目標の発する水中音響信号の到来方位を検
   出するパッシブソーナー装置の信号処理方式であって、 前記ハイドロホンに対して入力する各方位ごとの雑音信
   号を含む到来信号の伝搬損失を受信処理時間単位から所
   定の許容変動範囲内で平準化するように自動利得制御に
   よって補正したのち方位およびレベルに対応するベクト
   ルとして設定した前記雑音信号を含む到来信号を所定の
   時間にわたって時間積分しつつ目標の到来方位を検出す
   ることを特徴とする目標方位検出手段を備えて成ること
   を特徴とする信号処理方式。