JPH0196578A - アクティブソーナー装置 - 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〕 本発明はアクティフンーナー装置に関し、特に左右２つ
の受波ビームで受信した反響音の位相差から目標方位を
測定することを可能としたアクティブソーナー装置に関
する。

〔従来の技術〕

従来、この種のアクティブソーナー装置は、第２図に示
すような構成となっている。以下、第２図に従って従来
の７クテイプソーナー装置の基本的動作について説明す
る。

送信回路１は正弦波をパルス変調し電力増幅を行って送
信信号５１を出力する。送受転換回路２は、送信期間中
は送受波器３に送信信号５１を供給し、受信期間中は送
受波器３によシミ気信号に変換された水中の音響信号、
を受信信号５３として出力する。

以下に方位決定するための受信動作について説明する。

受信信号５３は指向性合成回路４で送受波器３の各エレ
メントの出力毎にそれぞれ設定する遅延を与えられた後
に加算され、第３図に示すようにｄ（−隔った同じ特性
の左右ビームとしてのＲビームとＬビーム指向性パター
ンに合成されてＲ信号５４及びＬ信号５５となる。

帯域通過フィルタ５及び６は、Ｒ信号５４及びＬ信号５
５から不侠帯域成分を除去し出力５６及び出力５７を出
力する。反響音の周波数は、ドツプラー効果によって送
信周波数から周波数シフトするので、通過帯域幅は送受
波器３と目標の相対速度の最大設定値と送信周波数とか
ら決定される。

出力５６及び出力５７はそれぞれＡＧＣ回路１８及び１
９でダイナミックレンジを圧縮され、出カフ０及び出カ
フ１となる。

加算回路２０は、出カフ０と出カフ１とを加算してフル
ビーム出カフ２を出力する。検波回路２１は、交流信号
であるフルビーム出カフ２を包絡線検波して強度信号７
３を出力する。この強度信号は、表示の輝度信号となる
他に帰還回路２２の入力となる。帰還回路２２は入力し
た強度信号７３を積分し、基準電圧と比較しその差を小
さくする様に帰還信号７４を制御する。

位相検出回路２３は、出カフ０と出カフ１の間の位相差
を検出し位相差信号７５として出力する。

方位計算回路２４は位相差信号７５の値をθとして第３
図における目標の方位δを下記（１）　、　（２１式に
よって計算し、方位信号７６として出力する。

２ｙｒｆｄ　８ｉｎδ θ＝ｃ（ｒａｄ）・・・叫・・叫・・（１）ｆ：送信周
波数（Ｈ２） ｄ：Ｒ，Ｌビームの音響中心間の距離（ハ）Ｃ：音速　
（−／　ｓｅｃ　） （１）式を変換し次の（２）式を得る。

−１ｃ・θ ６＝８１°　（、、ｆｄ）　　（ｒａｃｌ）°−−−−
−−−−＝−（２）（１）式及び（２）弐において目標
からの反響音のドツプラーシフトはないものとして近似
した。

強度信号７３及び方位信号７６は、第４図に示す様に距
離（送信後の時間経過）対方位対強度で表示され、反響
音の探知とその距離及び方位測定の用に供される。第４
図において背景雑音の部分はランダムな方位に分布して
表示され、反響音の部分は方位の安定した強度の大きい
表示となる。

１対の左右ビームでは探知可能な方位αの範囲に限界が
あるので更に広い方位の範囲を探知可能とするためには
左右ビーム対をαずつ角度を変えて複数対形成して必要
な範囲を網羅する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来のアクティブソーナー装置は、強度信号及
び方位信号の成虫過程で帯域通過フィルタが通過させる
周波数帯域のすべてを利用するために背景雑音の影響を
受けやすく、その結果低レベルの反響音の探知能力が低
く、かつ測定された目標の方位決定精度が悪いという欠
点がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、背景雑音の影響
を大幅に低減し、探知能力と方位決定精度を著しく改善
したアクティブソーナー装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のアクティブソーナー装置は、左右１対の受波指
向性ビームを形成する手段と、前記左右ビームを介して
受信した信号をそれぞれフーリエ変換して狭帯域周波数
分析による左及び右ビーム複素スペクトルを得る手段と
、前記左及び右複素スペクトルの同一周波数成分を複素
加算する手段と、前記複素加算した結果の複素スペクト
ルの振幅を絶対値化する手段と、前記絶対値化したスペ
クトルの各周波数要素をＡＧＣ増幅する手段と、前記Ａ
ＧＣ増幅後のスペクトルから最大値を検出する手段と、
前記最大値を有する最大スペクトルと同一周波数要素の
複素スペクトルを前記左右ビームを介して受信した複素
スペクトルから選択する手段と、前記選択された左及び
右ビーム複素スペクトル間のベクトル角差を得る手段と
、前記ベクトル角差から目標方位を計算する手段とを備
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を示すブロック図である。第
１図に示す実施例の構成は、送信回路１、送受転換回路
２、左右ビームを形成する手段としての送受波器３およ
び指向性合成回路４、帯域通過フィルタ５．６、狭帯域
周波数分析によシ左及び右ビーム複素スペクトルを得る
Ａ−Ｄ変換回路７．８およびフーリエ変換回路９　、１
０．左及び右ビーム複素スペクトルの同一周波数成分を
複素加算する加算回路１１、加算回路１１の出力する複
素スペクトルの振幅の絶対値を求める振幅計算回路１２
、振幅計算回路１２の出力をＡＧＣ増幅するＡＧＣ回路
１３．ＡＧＣ増幅後のスペクトルから最大値を検出する
最大値検出回路１４、前記最大値を有する最大スペクト
ルと同一周波数要素の複素スペクトルを受信した複素ス
ペクトルから選択する選択回路１５、選択された左及び
右ビーム複素スペクトル間のベクトル角差を得る位相計
算回路１６と、前記ベクトル角差から目標方位を計算す
る方位計算回路１７を備えて構成される。

第１図に示す実施例の構成中、送信回路１．送受転換回
路２．送受波器３．指向性合成回路４帯域通過フィルタ
５及び６は第２図の従来例の場合と同一であるのでこれ
らに関する詳細な説明は省略する。

Ａ−Ｄ変換回路７及び８はそれぞれ帯域通過フィルタ５
及び６の出力５６および出力５７をアナログ信号からデ
ィジタル信号に変換し、几ディジタル信号５８及びＬデ
ィジタル信号５９として出力する。フーリエ変換回路９
及び１ｏは、これらの信号をフーリエ変換しＲフーリエ
変換出力６０及びＬフーリエ変換出力６１を出力する。

Ｒ７−！Ｊ工変換出力６０及びＬフーリエ変換出力６１
はそれぞれ次の（３）及び（４）式で示される周波数領
域信号として表わされる。

Ｒフーリエ変換出力６０”　ｊ”（−ｎ）　＋”ｇ（−
ｎ＋１　）。

・・・ｊ’Ｒ（ｎ−ｓ　）　、に’Ｂ　（ｎ　）　　・
・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）Ｌフーリエ
変換出力６”　””Ｌ（−ｎ）、Ｆｈ（−ｎ＋ｔ）。

・・・ＰＬ（ｎ−ｔ　）、１’″ｔ、（ｎ）　　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・（４）フーリエ変換は
、負の最大ドツプラーから正の最大ドツプラーの範囲を
２１＋１の周波数要素に周波数分析するものとする。各
周波数要素はフーリエ変換の性質上複素ベクトルで出力
され次の（５）ならびに（６）式で表わされる。

この場合、複素ベクトルの大きさ、すなわちν（！！Ｉ
ｔｓ）２　＋　（Ｅｅｌ）２が当該周波数要素の強度を
表し、偏角すなわちｔａｎ−”　（（虚部）／（実部）
）が当該周波数要素の位相角を表す。

加算回路１１は、Ｒフーリエ変換出力６０とＬフーリエ
変換出力６１の同じ周波数要素どうしを複素加算し、フ
ルビームフーリエ変換出力６２を得ル。フルビームフー
リエ変換出力６２は次の（７）式で示される。

フルビームフーリエ変換出力６２＝Ｆ（、）、Ｆ（−１
＋１）。

””　Ｆ（−１）、Ｆ（０）、Ｆ（１）・・・Ｆ（ｎ−
１）　、Ｆ（ｎ）　　　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・　（７）である。

振幅計算回路１２は、フルビームフーリエ変換出力６２
の各周波数要素について次の（８）式によって振幅計算
を行いフルビームスベクトル６３の系列を得る。

フルビームスベクトル６３＝　Ｆ（−ｎ）　、ＦＣ−ｎ
＋ｔ　）　＃・・・Ｆ（−ｔ）、Ｆ（０）ｓ”（１）・
・・’（ｎ−１）、”（ｎ）　　　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・　（８）ここで （−ｎ＜１（ｎ）　　である。

ＡＧＣ回路１３は、フルビームスベクトル６３の各周波
数要素について時間軸方向のＡＧＣ増幅を行って背景雑
音レベルを均一化し、標準化フルビームスベクトル６４
を出力する。第５図はＡＧＣ回路１３０機能を示す説明
図である。第５図に示すようにＡＧＣ回路１３の時定数
は、反響音Ｐ以外の時間的に緩やかに変化する背景雑音
Ｎに対しては出力レベルを一定にするが、反響音Ｐのパ
ルス幅に対しては利得がほとんど変化しないように最適
化設定しておくものとする。

こうして得られる標準化フルビームスベクトル６４は次
の（９）式で示される。

標準化フルビームスベクトル６４　＝Ａ（−ｎ）　。

Ａ（ｎ＋ｘ）、　−Ａ（−ｔ）、Ａ（ｏ）、Ａ（１）・
・・Ａ（ｎ−１）Ａ（ｎ）　　・・・・・・・・・・・
・・・・　（９）ノ 最大値検出回路１４は、標準化フルビームスベクトル６
４の系列の中から最大の値を持つものを選択し、そのレ
ベルを強度信号６５として出力するとともに、どの周波
数要素で最大値を検出したかを示す最大値エレノント信
号６９を出力する。

例として、標準化フルビームスベクトル６４の系列Ａ（
ｉ）　（−ｎ≦ｉ≦ｎ）のｉ　＝　ｆｎの要素が最大で
あった場合は、強度信号６５＝ＡＭ　　最大値エレメン
ト信号６９＝ｍ　を出力する。

選択回路１５は、最大値エレメント信号６９の制御に従
って最大値検出回路１４が検出した最大値の周波数要素
に等しい周波数要素をＲフーリエ変換出力６０及びＬフ
ーリエ変換出力６１の系列から選択し、方位計算入力信
号６６として出力する。

方位計算入力信号６６は次の（１０）式で示される。

方位計算入力信号６６＝”Ｒ（”）ｌ”Ｌ（ｆｆｌ）　
”・・・・（１０）方位計算回路１６は、方位計算入力
信号６６の２つのベクトルから次の（１１）式によって
位相差信号６７を計算する。

、　　　　′″′７ 位相差信号６７　”　Ｌ　ＰＲＨＸ　ＦＬＣＦＦＩ３　
＝−ｊａｎ　’・・・・・・・・・・・・・・・・・・
（１１）この位相差信号６７は（９）式のθに対応し、
方位計算回路１７は、位相差信号６７を（２）式のθに
代入して得られるδを計算し方位信号６８として出力す
る。

こうして信号対雑音比、探知能力ならびに方位精度を著
しく改善することができる。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明は、狭帯域周波数分析を行うこ
とによシ、反響音と背景雑音の信号対雑音比が著しく改
善され、低レベルの反響音に対する探知能力と測定した
目標の方位精度が大幅に改善されるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は従来
のアクティブソーナー装置のブロック図。 第３図は受信ビーム対の説明図、第４図はアクティブソ
ーナー装置の表示例を示す説明図、第５図は第１図の実
施例におけるＡＧＣ回路の機能を示す説明図である。 １・・・送信回路、２・・・送受転換器、３・・・送受
波器、４・・・指向性合成回路、５，６・・・帯域通過
フィルタ、７．８・・・Ａ−Ｄ変換回路、９．１０・・
・７一リエ変換回路、１１・・・加算回路、１２・・・
振幅計算回路、１３・・・ＡＧＣ回路、１４・・・最大
値検出回路、１５・・・選択回路、１６・・・位相計算
回路、１７・・・方位計算回路、１８．１９・・・ＡＧ
Ｃ回路、２０・・・加算回路、２１・・・検波回路、２
２・・・帰還回路、２３・・・位相検出回路、２４・・
・方位計算回路。 代理人　弁理士　　内　原　　　音

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 左右１対の受波指向性ビーム（以後左右ビームと略称す
   る）を形成する手段と、前記左右ビームを介して受信し
   た信号をそれぞれフーリエ変換して狭帯域周波分析によ
   る左及び右ビーム複素スペクトルを得る手段と、前記左
   及び右ビーム複素スペクトルの同一周波数成分を複素加
   算する手段と、前記複素加算した結果の複素スペクトル
   の振幅を絶対値化する手段と、前記絶対値化したスペク
   トルの各周波数要素をＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇ
   ａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）増幅する手段と、前記ＡＧＣ増
   幅後のスペクトルから最大値を検出する手段と、前記最
   大値を有する最大スペクトルと同一周波数要素の複素ス
   ペクトルを前記左右ビームを介して受信した複素スペク
   トルから選択する手段と、前記選択された左及び右ビー
   ム複素スペクトル間のベクトル角差を得る手段と、前記
   ベクトル角差から目標方位を計算する手段とを備えて成
   ることを特徴とするアクティブソーナー装置。