JPH02296171A - 音響検出装置 - 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、音響信号を受信し、且つ処理する音響検出装
置であって、 音響信号を検出して、電気信号５（ｋ）に変換するに個
の音響検出器とニ ーｍ個のビーム受信方向ψｉ　（ｉ＝１〜−−ｍ）から
受信したｎ個の周波数ｆｒ　（ｊ＝１〜−−ｎ）の音響
信号を表わす信号Ｓ（ψｉ、　ｆｊ）を発生させるため
に前記電気信号５（ｋ）を用いるビーム形成手段兼周波
数分析ユニットと； 前記信号Ｓ（ψｉ、　ｆｊ）を処理するのに好適なデー
タ処理ユニットに関するものである。

本発明は斯種の音響検出装置に使用するのか好適なデー
タ処理ユニット、バックグラウンド正規化ユニット、方
向推定ユニット及び自動利得制御ユニットにも関するも
のである。

（従来の技術） 上述した種類の装置は米国特許明細書第４．２０７゜６
２４号から既知である。これにはソナー信号を検出する
のに好適なソナー装置か開示されている。

このソナー装置はソナー信号を検出するために、ハイド
ロホンにより実現する種々の音響検出器や、これらの検
出器に接続するビーム形成器や、このビーム形成器に接
続され、ＦＦＴ原理に従って作動する周波数分析ユニッ
トを装備している。成る周波数領域内の各ビーム方向に
対し周波数分析ユニットにより得られたディジタル化信
号は次にデータ処理ユニットに送られる。このデータ処
理ユニットは各ビーム方向及び各周波数成分に対するフ
ィルタを具えており、このフィルタはそれに順次供給さ
れる信号を時間に関してろ波する。時間的に静止してい
る信号は時間と共に動いている信号に較べて増幅されて
転送される。このようにするために、各ディジタル信号
には帰還ループにて順応的に求められる複素数を乗じる
。このようにすると、時間的に静止していない雑音が減
衰されるので信号対雑音比か改善されることになる。

（発明か解決しようとする課題） 上述したようなフィルタリング処理の欠点は、時間的に
静止しているバックグラウンド及び妨害信号が減衰され
ないで、時間的に静止していないターゲット信号の成分
が減衰してしまうと言う点にある。

さらに前記米国特許には、受信したターゲットエコーの
方向についての正確な推定値を求め、しかもターゲット
を追跡し得るようにする方法については全く開示されて
いない。

種々の隣接ビーム方向にて受信された信号に基づいて補
間によりターゲットの方向を推定すると、１つのビーム
幅で推定するよりも多数倍も精度が向上することが一般
に知られている。このようにして各ビーム方向に対して
得られる信号は広い周波数範囲が、狭い周波数範囲のい
ずれかで表わすことができる。前者の場合をターゲット
方向についての「広帯域」推定と称し、又後者の場合を
「狭帯域」推定と称する。

広帯域推定に固有の欠点は、高いバックグラウンドレベ
ルか低周波にて生じ、しかもターゲット信号か高周波に
て生ずる場合に、ターゲット信号か和信号に相対的に殆
と寄与しなくなると言う点にある。特に低周波の場合に
は、ソナー信号の伝搬特性が低周波で良好となるために
高いバックグラウンドレベルが生ずることになる。しか
し、このような問題に対する周知の解決策は周波数スペ
クトルを「白色化する１所謂固定の前置白色化フィルタ
を適用するものであるが、これは周波数が時間と共に変
化するバックグラウンドレベルに対しては最適には作用
しない。広帯域推定の追加の欠点は帯域幅が大きいため
に妨害信号に敏感であると言う点にある。

狭帯域推定は、ターゲット信号か追跡可能な目立った固
定周波成分を有する場合にのみ最適に行われるだけであ
る。目立つ固定の周波数成分か不足しているが、その周
波数成分か変化する場合には、狭帯域推定は最早最適な
ものではなくなる。

さらに、使用する周波数帯域に存在する妨害信号は、特
にその帯域幅が広い場合に測定に悪影響を及はす。

本発明の目的は上述したような諸欠点をなくすように適
切に構成配置した上述した種類の音響検出装置を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は冒頭にて述べた種類の音響検出装置において、
データ処理ユニットが方向推定ユニットを具え、該方向
推定ユニットにより設定される検出基準か満足される場
合に、該方向推定ユニットかｎ個の各周波数Ｌ　（ｊ＝
１〜−−ｎ）に対して、ビーム受信方向ψｉからの各周
波数ｆｊに対応する信号Ｓ（ψｉ、　ｆｊ）を少なくと
も選択することにより、音響信号発生源の方向Ωについ
ての狭帯域推定値ΩＮ８（ｆｊ）を発生し、ついて前記
方向推定ユニットが、周波数ｆｊに対応する信号を少な
くとも選択することにより発生させた前記狭帯域推定値
ΩＢＢ、（ｆｊ）に基づいて方向Ωについての広帯域推
定値Ωｅｌｌを発生するようにしたことを特徴とする。

単一の広い又は狭い周波数帯域からの信号に基づいて１
つの狭帯域推定を行なう代わりに、多数周波数からの信
号に基づいてそれに対応する数の狭帯域推定を行なう。

ついで、このようにして得た狭帯域推定に基づいて、信
号を時間でなく、方向についてろ波することにより最終
的な推定をする。これかため、時間的に静止していない
ターゲット信号は抑圧されず、時間的に静止しているバ
ックグラウンド信号か抑圧されることになる。このこと
からして、ターゲット信号は方向に関して常に補正され
ることになる。妨害信号を方向性に関する情報に基づい
て抑圧することができるので、妨害信号に対する感受性
は大いに低減する。入手し得るターゲット信号及び周波
数か変化することのあるターゲット信号を最適に使用し
、各周波数に関しては、検出基準を満足する任意の信号
を含めることかできる。

本発明の好適例では、広帯域推定値Ω３．を、大きさの
順に並べた狭帯域推定値Ω５ａ（ｆｊ）の周波数範囲の
中間値に基づいて得るようにする。中間推定の利点は、
周波数範囲にピークとして現れる妨害信号が中間値に殆
と影響を及ぼさないと言う点にある。これは平均値によ
る推定とは全く異なるものである。

Ω８．に対する信頼係数は値ΩＮａ（ｒ、）の周波数範
囲内の中間値付近における値ΩＮＢ（ｆｊ）の分布に基
づいて得ることかできる。信号対雑音比か低いことによ
るが、又は妨害信号或いは他のターゲット信号との干渉
のために、推定値ΩＮＢ（ｆｊ）の精度か低い場合には
、ターゲット方向Ωについての推定値Ωｌ１８の信頼性
に対する係数を得るようにする。

本発明の他の好適例では、データ処理ユニットかバック
グラウンド正規化ユニットを具え、該正規化ユニットが
各周波数「、に属するｍ個のビーム受信方向ψｉ（１＝
ｉ−ｍ）からのｍ個の信号Ｓ（ψｉ、　ｆｊ）に基づい
てｎ個の各周波数Ｌ　（Ｊ＝１〜−ｎ）に対してバック
グラウンド信号ＳＮ　（１を発生すると共に、該バック
グラウンド信号５Ｎ（ｒ、）を次式、即ち ｓｉψｉ、ｆｊ）＝ｓ（ψｉ、　ｆ　＋）−５ｓ（ｆ　
＋）（＋＝１〜−−ｍ。

ｊ・−−−ル） に従って信号Ｓ（ψｉ＋　ｆｊ）から差引くようにする
。

当面の周波数に対する全方向の信号の大きさによって補
正の大きさを決めるようにして、全周波数に対し、しか
も周波数毎に当面の周波数に対する信号について補正を
することにより、周波数スペクトルを「白色化Ｊして、
「前置白色化Ｊフィルタを不要とすることかできる。こ
のような補正は角度−相関バックグラウンド信号を表わ
し、従って時間的に静止しているバックグラウンド信号
と時間的に静止していないバックグラウンド信号との双
方を含んでいる。

さらに本発明の他の好適例では方向推定ユニットに検出
ユニットを設け、該検出ユニットが、それに供給される
信号ｓ′（ψｉ、ｆｊ）に基づき、しかもセット信号検
出レベルＳ。により、対応する信号ｓ”（ψｉ、　ｆｊ
”）か検出レベルＳ。を越える周波数Ｌ−の信号を選択
するようにする。このようにすれば、方向推定ユニット
は検出しきい値を越える信号に対する推定値だけを発生
すればよいため、コンピュータに不必要なデータをロー
ドさせる必要かなくなる。これにより測定品質も向上す
る。

本発明の他の好適例では、ビーム方向ψｉかΩに最も似
ているビーム方向ψｉ−１から異なるにつれて、最大限
に発生する周波数ｆｊ＃の値が次第に小さくなるような
周波数ｆｊ′に従って選択した信号Ｓ（ψｉ、ｆｊ＃）
に基づいて前記Ω。（ｆｊ）を推定する。これはビーム
幅が、そのビーム幅を規定した周波数ｆｊに反比例する
と言うことに基づいている。高周波の場合にはビーム幅
が狭く、従って方向性についての情報は正確である。さ
らに、信号は一般に低周波よりも高周波における方か弱
くなる。これかため、ビーム方向ψｉにおけるターゲッ
ト信号の高周波はそのビーム方向に最も近い付近でしか
発生しない。しかし、低周波は上記ビーム方向からかな
り離れた所でも発生する。

ビーム方向におけるターゲット信号を依然発生すると予
想される隣接ビーム方向に対する周波数のみをターゲッ
トの方向測定に含めることにより、高周波での指向精度
か一層向上する。

さらに、変調関数によるψｉが、ψｉのビーム受信方向
に関連する角度を表わし、ここに、ψにて表わされるビ
ーム幅が前記再度の大きさに実質上無関係となり、且つ
ψｉの関数としてビーム感度によって決定されるビーム
形態か実質上対称形となるようにすれば、ビーム幅及び
ビーム形態かψｉの大きさに無関係となると言う利点が
ある。

これにより方向性の推定処置を非常に簡単とすることか
できる。

本発明の他の好適例では、音響検出装置に自動利得制御
ユニットも設け、該ユニットにより周波数ｆｊ（ｊ・１
〜−−ｎ）毎に発生されるバックグラウンド信号５Ｎ（
ｆｊ）に基づいて自動利得制御（ＡＧＣ）信号を発生さ
せ、該ＡＧＣ信号を前記音嬰検出器に接続した信号増幅
手段に供給する。信号の増幅度をバックグラウンド信号
の大きさでバイアスすることにより信号増幅チェーンの
ダイナミックレンジを限定することができる。

さらに本発明の好適例では、前記信号 ｓ”（ψｉ＋　ｆｊ）を量ψｉ．ｒ、及び経過時間の内
の１つ以上の関数として表示させるのに好適な表示ユニ
ットに供給する。バックグラウンドレベルを補正しであ
るので、表示ユニットにダイナミックレンジを最適に用
いることができる。

（実施例） 以下図面を参照して実施例につき説明するに、第１図に
示す本発明による音響検出装置の実施例は受動ソナー装
置に関するものである。これは音響信号を電気信号に変
換するのに好適なハイドロホンにより具体化される音響
センサを有するアレイ１を具えている。ハイドロホンは
９６行から成る円筒状のアレイに配置され、これらの各
行は円筒軸に対して平行であり、又これらの各行は４つ
のハイドロホンを具えている。ハイドロホンは周波数か
０゜９　ｋＨｚ−１０ｋＨｚの音響信号を最適に検知す
る。

ハイドロホンは、例えば線形アレイ配置とし、又９０〜
１０００Ｈｚの周波数範囲の音響信号を検知するように
構成することもてきる。

ハイドロホンを信号増幅ユニット２に接続し、二のユニ
ットにより各行のハイドロホンを［。

３０　ｋＨｚの実用走査周波数で走査する。この走査周
波数の選定は、とりわけ選択帯域幅（ナイキスト理論）
に依存する。信号増幅ユニット２ては、被走査信号を増
幅したり、ろ波したり、ディジタル化したり、多重化し
たりする。これらの信号処理を行うために、ユニット２
は図示してはいないが、前置増幅器、帯域通過フィルタ
、アナログＡＧＣ回路、サンプリングスイッチ、アナロ
グ−ディジタル変換器、ディジタルＡＧＣ回路及びマル
チプレクサのような共通のコンポーネントを具えている
。

信号増幅ユニット２は各行毎に受信した音響信号の振幅
を表わすディジタル化信号５（ｋ）（ｋ＝１〜−−９６
）を発生する。

信号５（ｋ）は周知の真の時間遅延原理に従って作動す
るビーム形成ユニット３に供給する。ビーム形成ユニッ
ト３は信号５（ｋ）を遅延して、信号Ｓ（ψｉ）　（ｊ
＝１〜−−９６）か形成されるようにする。これらの信
号Ｓ（ψｉ）は方向ψｉにて受信された音響信号の振幅
を表わす。ここに、ψｉは音響アレイの円筒軸に対して
垂直の平面内における角度と一致する。

ビーム形成ユニット３はディジタルビーム形成器による
が、又は方向検知音響特性を呈するハイドロホンを単に
用いることにより具体化することもてきる。

信号Ｓ（ψｉ）（ｉ＝ｉ−９６）は各信号Ｓ（ψｉ）の
周波数成分Ｌ　（ｒ１−−−−−ｎ）を求める周波数分
積ユニッ１−−−４に供給する。このために、周波数公
債ユニット４か２０４８ポイントのＦＦＴユニットを具
えているので、１０　ｋＨｚの実際の帯域幅に対して約
４．８８Ｈｚ（１０，０００／２．０４８）の周波数分
解能か得られる。このようにして選択した信号Ｓ（ψｉ
、ｆ　ｉ）　（＋＝１〜−−ｍ。

ｊ＝１〜−−ｎ）を０．２及び１．２Ｈｚの繰返し周波
数でデータ処理ユニット５に送給する。

周波数分析ユニット４をビーム形成ユニッ１−−−３の
後に設ける順序は必ずしもこのようにする必要はなく、
これら両ユニットの順序は逆にすることもできる。

データ処理ユニッ１〜５は方向推定ユニット６、バック
グラウンド（背景）正規化ユニット７及び検出ユニット
８を具えている。

繰返し周波数か０．２Ｈｚの信号Ｓ（ψｉ、　ｆｊ）は
方向推定ユニット６に送給する。この方向推定ユニッ［
・は上記信号Ｓ（ψＩ＋　ｆｊ）に基づいて音響源の方
向Ωの広帯域推定値ΩＢＢを発生するのに適している。

推定値Ω３３．１〜ラツク（ターゲットの軌跡）番号Ｔ
ＮＲ及び信頼ファクタＣＦは以前の推定値に基づいて音
響源の方向ψｉ−６を予測するのにも適している汎用コ
ンピュータ９に送給する。この予測値ψｉ−０を用いて
方向推定ユニット６はつぎの測定時間に、最も関連する
方向ψｉの信号を選択することができる。

繰返し周波数か１．２ｔ（ｚの信号Ｓ（ψｉ、　ｆｊ）
はバックグラウンド正規化ユニット７に送給する。

このユニットは各周波数ｆｊに対して信号Ｓ（ψｉ＋　
ｆ　＋）　（ｉ＝１〜−一口）に基づいてバックグラウ
ンド信号ＳＮ　（ｆｊ）を発生する。このバックグラウ
ンド信号はｓ’　（ψｉ、Ｌ）”　ｓ（ψｉ、Ｌ）−Ｓ
Ｎ（ｆｊ）に従って信号Ｓ（ψｉ、ｆｊ）から差引かれ
る。

このようにして得た補正信号ｓ’　（ψｉ．ｆＩ）を検
出ユニット８に送給する。このユニットは設定検出レベ
ルＳ。に基ついて、補正信号ｓ’　（ψｉ、ｆｊ）か斯
かる検出しきい値以上となる周波数ｆ　、ｔを選択する
。この情報を適当な信号を選択するために方向推定ユニ
ット６に供給する。

実際のバックグラウンド信号ＳＮ　（ｆｊ）は自動利得
制御ユニット２１に送給する。このユニットは供給され
た信号ＳＮ　（ｆｊ）に基ついてＡＧＣ信号を決定し、
このＡＧＣ信号により信号増幅手段２の利得を制御する
。

補正信号ｓ’　（ψｉ＋　ｒ＋）は既知の表示ユニット
ｌＯにも供給する。これらの表示ユニットは、図示して
はないかつぎのような素子、つまりメモリユニット、積
分器、ヒストグラム等化の如き像処理用の手段及び例え
ば補正信号ｓ’　（ψｉ、　ｆｊ）の大きさをψｉ及び
ｆｊの関数として色又は強度によって示すのに好適なデ
イスプレィなどを具えている。他のデイスプレィモード
は、補正信号ｓ’　（ψｉ、Ｌ）を周波数ｆｊの関数と
し、この信号ｓ’　（ψｉ、　ｆｊ）の経過時間を周波
数ｆｊの関数′とし、又ψｉを経過時間の関数とするも
のである。

表示ユニット１０には推定値ΩＢＢに基づいて求められ
るターゲットの軌跡データも汎用コンピュータ９により
供給する。

第２図は方向推定ユニット６の例を多少詳細に示したも
のである。周波数分析ユニット４から到来する信号Ｓ（
ψｉ、ｆｊ）はより定の度毎に第１メモリユニツト１１
に順次送給されて、このユニットに記憶される。このメ
モリユニット１１に記憶したデータは選択ユニット１２
によりＤＡＭ制御下でランダムな順序で選択して取り出
すことかできる。メモリユニット１１の容量は９６個の
ビーム方向に対する信号値Ｓ（ψｉ、　ｆｊ）及び各ビ
ーム方向に対する１５３５の周波数を記憶させるのに適
するようにする。これらの値は０．２Ｈｚの繰返し周波
数で更新される。

選択ユニットＩ２によるデータの選択は汎用コンピュー
タ９により与えられる信号により決定される。これらの
信号は予期したビーム方向ψｉ−１及び対応するターゲ
ットの軌跡番号ＴＮＲについての’＋ｆｊ　組を含んで
いる。予期したビーム方向ψｉ−０に基づいて、それに
隣接するビーム方向ψｉオ、−ψｉ１８からの信号のみ
を選択する。ビーム幅は、それを規定した周波数か大き
い場合に低下するので、距離かもっと離れたビーム方向
からは低周波に対する信号だけか選択される。ビーム方
向ψ。−２≦ψ量≦ψ。＋２に対しては、最小値ｆｊ、
。

から最大値Ｌａ。までの全周波数［、に対する対応信号
Ｓ（ψｉ、　ｆｊ）が選択される。Ｓか３から８まで推
移するビーム方向ψｉ之、に対しては、ｆｍｌｍから［
１１、／　（（ｓ−２）　１題）まで推移するそれらの
周波数［、に対する対応信号のみか選択される。

第３図は斯かるビーム幅に依存する周波数の選択性を示
したちのである。

ビーム幅及びビーム形状は一般に周波数だけてなく、ハ
イドロホンの位置及び実際のビーム方向にも１衣存する
。ハイドロホンを円筒面に配設する場合には、ビーム形
状かビーム方向に無関係となる。しかし、ハイドロホン
を例えば非彎曲面に配設する場合には、ビーム形状かビ
ーム方向に依存するようになる。上述した選択処置を上
述した方法で特定の場合に適えさせるためには、ビーム
方向ψｉそのものの代わりに、ψｉを所定の関数により
変換した値を用いる必要がある。その関数は、ビーム幅
がその関数値に無関係で、しかもビーム形状がその関数
値に対して対称となるように選定する必要かある。ハイ
ドロホンを線形アレイのように平坦面に配設する場合に
は、上記関数を平坦面に対するビーム方向の正弦角度と
する。ハイドロホンを例えば潜水艦の彎曲本体のような
、もっと複雑な限定面に配設する場合には、上記関数を
より一層複雑な形態のものとする。

選択ユニット１２は、周波数ｆｊが検出ユニット８によ
り選択された周波数ｆｊ／と一致する信号Ｓ（ψｉ、　
ｆｊ）も選択する。

選択信号Ｓ（ψｉ＋　ｆｊ）は第２図に示した第２メモ
リユニツト１３に記憶される。このユニット１３に記憶
された各周波数ｆｊに対し、音響信号を発生している音
源の方向Ωの狭帯域推定値Ω５ｎ（ｆｊ）を推定する（
ブロック１４）。先ずは、所定周波数「、に相当するビ
ーム方向ψｉにて、関連する信号値Ｓ（ψｉ＋　ｆｊ）
に十分シャープな最大値が生ずるが、否かをチエツクす
る。なおその上に、周波数ｆｊに対して発生する最大信
号Ｓ（ψｉ＋ｐ　、ｆｊ　）を先ず制定する。ついで、
同じ周波数ｆｊに対しビーム方向ψｉ−ｐの両側におけ
る信号値のうちで周波数ｆｊに依存するファクタα（ｆ
ｊ）で、ψｉ−９に対する信号値よりも低い信号値が見
つかるが、否かをチエツクする。第４図にもＸΩＮ５（
ｆｊ）を推定する方法を示しである。第４図に示したレ
ベルＭＡＸ−α（ｆｊ）に対する対応する方向の左の値
ψ。

及び右の値ψｉは線形補間により求められる。従って、
ΩＮＢ（ｆｊ）はψｉとψ６との算術平均に相当する。

ΩＮ１１（［Ｉ）を推定する別の方法を第５図に示す。

ここでは例えば放物線のようなビーム形態に似た関数を
最適な方法で信号値全体に適合させる。この場合、放物
線関数の頂点がΩＮ１１（ｆｊ）となる。

第６図はψｉ及びｆｊの関数として第２メモリユニツト
１３に記憶させることのできる信号値Ｓ（ψ＝Ｌ）の例
を示したものであり、この図から明らかなようにバック
グラウンドレベルにより周波数か低下すると信号値は一
般に増大する。

さらに、予期したビーム方向ψｉ−０の場合に、音響タ
ーゲットによる信号レベルの増加は多数の周波数並びに
ビーム方向ψｉ−＊−６の場合の雑音ピークに対して区
別することかできる。狭帯域推定ΩＮｌ１（ｆｊ）をす
ることのできる周波数ｆｊを図式的に示しである。狭帯
域推定をすることかできるが、否かは、先に述へたシャ
ープな最大値が発生することとは別に、第１図に示した
検出ユニット８により発生された周波数１．／により決
定される。

推定値ΩＮＢ（ｆｊ）はΩＮＢの大きさか大きくなる順
に並べたクラスｂ、内で選択される（第２図のブロック
１４）。クラスｂ１当たりの推定数Ｎ１を対応するクラ
スに関連して、メモリユニット１５（第２図）に供給す
る。推定値ΩＮｅ（ｒ、）を対応する周波数ｆ４て表示
ユニッ１１０に供給する。

第７図は推定値Ω。（ｆｊ）を表示ユニットに表示した
例を示し、又第８図は第７図の狭帯域推定値に基づくク
ラスｂ１当たりの推定数の分布例を示したものである。

ついで、メモリユニット１５　（第２図）に記憶させた
ｂｌに対するＮ１の分布に基づいて中間値ΩＢＢＢを求
める（ブロック１６）。狭帯域推定値の総数をＦＳとす
る場合に中間値Ω３．はつぎのように表される。

又は、 ここにす、はｂｌに対するＮ１の分布のクラス１（であ
る。

中間値決定の信頼度のファクタσ９は次式のように表わ
される。

σユニーい一σξｄ σ０゜／ｄ　＝ｂｋてあり、又 なお、ＰＲは値ＦＳの総数から任意に選択した少数であ
る。中間値Ω３．はこの際Ωの広帯域推定値と見なされ
、これは対応する信頼ファクタσ几及びターゲットの軌
跡番号ＴＮＲと一緒に汎用コンピュータ９に供給される
。

つぎのターゲット軌跡番号ＴＮＲに対してはメモツユニ
ット１３及び１５の内容が消去され、つ０て前述した方
法でデータ選択ユニットにより新規データか与えられる
。

第９図は第１図のバックグラウンド正規化ユニット７の
一例を示したブロック図である。周波数数分析ユニット
４により１．２１−−−１ｚの繰返し周波数て発生され
た信号Ｓ（ψｉ、　ｆｊ）は各周波数ｆｊに使用できる
計数フィルタ１８に送られる。各計数フィルタは順次供
給された信号Ｓ（ψｉ−ｆ　＋）（＋−１，−−−１゜
−ｍ）から、ｍ個の供給された信号の中間値を計算する
ことにより周波数ｆｊに対するバックグラウンドレベル
ＳＮ　（［ｌ）を周波数ｆｊ毎に定める。

計数フィルタ１８の出力信号はＳ（ψゎ、ｆｊ）に相当
し、ここに、ｈの値は計数フィルタに加えられる各新規
の信号Ｓ（ψｉ、ｆｊ）に対して、信号Ｓ（ψｉ＋　ｒ
、）が信号Ｓ（ψｉ、ｆｊ）よりも大きいが、それに等
しくなるが、又はそれよりも小さくなる場合に１ステツ
プだけ高くなるが、等しいが、又はｌステップ　たけ低
くなる。やかてＳ（ψｉ、ｆｊ）かＳ（ψｉｎ　ｆ　＋
Ｘ１＝１．−−−−ｍ）の中間値に等しくなる。

この値が正規化バックグラウンド信号ＳＮ　（ｆｊ）と
して取られ、この全ての信号ＳＮ　（ｆｊＸＪ・１〜−
−ｎ）か正規化バックグラウンドスペクトルとして取ら
れる。全部のｎ個のビーム方向に対する信号を一旦処理
したら、その合成信号ＳＮ　（ｆｊ）を補正テーブル１
９に記憶させる。これらの記憶値を用いてパックグラン
ランドレベルを前述した方法で信号Ｓ（ψｉ．ψＪ）か
ら差引く（ブロック２０）。パックグランランドレベル
を補正した信号ｓ’　（ψｉ、ｒ＋）は表示ユニットＩ
Ｏ及び検出ユニッ１〜８に送られる。

信号ＳＮ　（ｆｊＸｊ＝１〜−−ｎ）は第１Ｏ図に示し
た自動利得制御ユニット２１にも送られる。これらの信
号に対するレベルＳ、は等化ヒストグラム（ブロック２
２）によって求められ、これには信号値を３０９６低く
する。ＳＬに一定値ｓ２を加える（ブロック２３）こと
により所謂瞬時レベル論を得る。このレベル値を必要な
信号レベル釦と一緒に用いて、ＡＧＣ信号を決定する。

なお、時間ｔにおけるＡＧＣ信号は次式によって与えら
れる。

ＡＧＣ（ｔ）・ＡＧＣ（ｔ−Ａｔ）＋５ＴＥＰここに、
Ｊｔは新規のパックグランウンドスベク１〜ルＳｗ　（
ｆｊ）を発生させる時間長であり、又５ＴＥＰはＳ、と
泗との差の関数である。このようにして得たＡＧＣ信号
は第１図に示した信号増幅ユニット２に送られる。

ここで説明したデータ処理ユニット５の例は市販のマイ
クロプロセッサ及びメモリ素子を使用することによりフ
ァームウェアで実現することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は方向推定ユニット及びパックグランランド正規
化ユニットを具えているデータ処理ユニットを装備して
いる本発明による音響検出装置の一例を示すブロック図
； 第２図は第１図の装置における方向推定ユニットの構成
を示すブロック図； 第３図は第２図の方向推定ユニットによる周波数選択を
示す説明図 第４図は対称法に基づく第２図の方向推定ユニットによ
る狭帯域推定ΩＮＢ（ｆｊ）を示す説明図：第５図は多
項式適合に基づく第２図の方向推定ユニットによる狭帯
域推定ΩＮＢ（ｆｊ）を示す説明図 第６図は値Ｓ（ψｉ、ｆｊ）及びそれに対応する実行可
能な狭帯域推定ΩＮ［ｌ（ｆｊ）の代表的な例を示す説
明図； 第７図は第６図の狭帯域推定ΩＮＲ（ｆｊ）を示す説明
図； 第８図は広帯域推定Ω３．のための第７図の狭帯域推定
ΩＮＢ（ｆｊ）のヒストグラムを示す図第９図は第１図
の装置におけるパックグランランド正規化ユニッ１〜の
一例を示すブロック図：第１Ｏ図は第１図の装置におけ
る自動利得制御ユニットの一例を示すブロック図である
。 ｌ・・・音響センサ（ハイドロホン）アレイ２・・・信
号増幅ユニット ３・・・ビーム形成ユニット ４・・・周波数分析ユニット ５・・・データ処理ユニット ６・・・方向推定ユニット ７・・・バックグランランド正規化ユニット８・・・検
出ユニット ９・・・汎用コンピュータ ０・・・表示ユニッ１〜 ■・・・ｇｔメモリユニット ２・・・選択ユニッ１〜 ３・・・第２メモリユニツト ４・・・狭帯域推定ユニット ５・・・メモリユニット ６・・・中間値測定ユニット ８・・・計数フィルタ ９・・補正テーブル ２０・・・補正信号形成ユニット ２１・・・自動利得制御ユニット ２２・・・等化ヒストグラム ２３・・・加算ユニット ２４・・・ＡＧＣ信号決定回路 ａコ Ｆｉｇ、　９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、音響信号を受信し、且つ処理する音響検出装置であ
   って、 −音響信号を検出して、電気信号ｓ（ｋ）に変換するｋ
   個の音響検出器と； −ｍ個のビーム受信方向ψ＿ｉ（ｉ＝１−−−ｍ）から
   受信したｎ個の周波数ｆ＿ｊ（ｊ＝１−−−ｎ）の音響
   信号を表わす信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）を発生させるた
   めに前記電気信号ｓ（ｋ）を用いるビーム形成手段兼周
   波数分析ユニットと； −前記信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）を処理するのに好適な
   データ処理ユニット； とを具えている音響検出装置において、 データ処理ユニットが方向推定ユニットを具え、該方向
   推定ユニットにより設定される検出基準が満足される場
   合に、該方向推定ユニットがｎ個の各周波数ｆ＿ｊ（ｊ
   ＝１−−−ｎ）に対して、ビーム受信方向ψ＿ｉからの
   各周波数ｆ＿ｊに対応する信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）を
   少なくとも選択することにより、音響信号発生源の方向
   Ωについての狭帯域推定値Ω＿Ｎ＿Ｂ（ｆ＿ｊ）を発生
   し、ついで前記方向推定ユニットが、周波数ｆ＿ｊに対
   応する信号を少なくとも選択することにより発生させた
   前記狭帯域推定値Ω＿Ｎ＿Ｂ（ｆ＿ｊ）に基づいて方向
   Ωについての広帯域推定値 Ω＿Ｂ＿Ｂづ発生するようにしたことを特徴とする音響
   検出装置。 ２、広帯域推定値Ω＿Ｂ＿Ｂを、大きさの順に並べた狭
   帯域推定値Ω＿Ｎ＿Ｂ（ｆ＿ｊ）の周波数範囲の中間値
   に基づいて得るようにしたことを特徴とする請求項１に
   記載の音響検出装置。 ３、Ω＿Ｂ＿Ｂに対する信頼係数をΩ＿Ｎ＿Ｂ（ｆ＿ｊ
   ）の周波数範囲における中間値付近の値Ω＿Ｎ＿Ｂ（ｆ
   ＿ｊ）の分布に基づいて得るようにしたことを特徴とす
   る請求項２に記載の音響検出装置。 ４、ｍ個のビーム受信方向ψ＿ｉ（ｉ＝１−−−ｍ）か
   らの周波数ｆ＿ｊに属するｍ個の信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿
   ｊ）の内の１つが、ψ＿ｉ個の信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ
   ）（ｉ＝ｐ−ｇ、−−−ｐ、−−−、ｐ＋ｑ）を大きさ
   の順に並べた２ｑ＋１個の値に対して最大値ｓ（ψ＿ｉ
   ＿−＿１、ｆ＿ｊ）を呈し、信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）
   （ｐ−ｑ≦ｉ＜ｐ）の内の少なくとも１つ及びｑ個の信
   号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）（ｐ＜ｉ≦ｐ＋ｑ）の内の少な
   くとも１つが、ｓ（ψ＿ｉ＿−＿ｐ、ｆ＿ｊ）の値より
   も低い周波数ｆ＿ｊに依存する値α（ｆ＿ｊ）を有する
   場合に、周波数ｆ＿ｊに対する検出条件が満足されるよ
   うにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の音響検出装置。 ５、データ処理ユニットがバックグラウンド正規化ユニ
   ットを具え、該正規化ユニットが各周波数ｆ＿ｊに属す
   るｍ個のビーム受信方向ψ＿ｉ（ｉ＝１−−−ｍ）から
   のｍ個の信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）に基づいてｎ個の各
   周波数ｆ＿ｊ（ｊ＝１−−−ｎ）に対してバックグラウ
   ンド信号Ｓ＿Ｎ（ｆ＿ｊ）を発生すると共に、該バック
   グラウンド信号Ｓ＿Ｎ（ｆ＿ｊ）を次式、即ち ｓ′（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）＝ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）−Ｓ＿
   Ｎ（ｆ＿ｊ）（ｉ＝１−−−ｍ、ｊ＝１−−−ｎ）に従
   って信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）から差引くようにしたこ
   とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の音響検
   出装置。 ６、ｍ個のビーム受信方向ψ＿ｉ（ｉ＝１−−−ｍ）か
   らの周波数ｆ＿ｊに属する信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）を
   値の順に並べた信号レベルについての周波数分布の中間
   値に基づいてＳ＿Ｎ（ｆ＿ｊ）を得るようにしたことを
   特徴とする請求項５に記載の音響検出装置。 ７、方向推定ユニットに検出ユニットを設け、該検出ユ
   ニットが、それに供給される信号 ｓ′（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）に基づき、しかもセット信号検
   出レベルＳ＿Ｄにより、対応する信号 ｓ′（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ′）が検出レベルＳ＿Ｄを越える
   周波数ｆ＿ｊ′の信号を選択するようにしたことを特徴
   とする請求項５又は６に記載の音響検出装置。 ８、音響検出装置に自動利得制御ユニットも設け、該ユ
   ニットにより周波数ｆ＿ｊ（ｊ＝１−−−ｎ）毎に発生
   されるバックグラウンド信号Ｓ＿Ｎ（ｆ＿ｊ）に基づい
   て自動利得制御（ＡＧＣ）信号を発生させ、該ＡＧＣ信
   号を前記音響検出器に接続した信号増幅手段に供給する
   ようにしたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに
   記載の音響検出装置。 ９、信号レベルを大きさの順に並べたバックグラウンド
   信号Ｓ＿Ｎ（ｆ＿ｊ）（ｊ＝１−−−ｎ）のヒストグラ
   ム等化の後に得られる信号レベルによって前記ＡＧＣ信
   号を決定するようにしたことを特徴とする請求項８に記
   載の音響検出装置。 １０、前記信号ｓ′（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ）を量ψ＿ｉ、ｆ
   ＿ｊ及び経過時間の内の１つ以上の関数として表示させ
   るのに好適な表示ユニットに供給するようにしたことを
   特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の音響検出装
   置。 １１、ビーム方向ψ＿ｉがΩに最も似ているビーム方向
   ψ＿ｉ＿−＿■から異なるにつれて、最大限に発生する
   周波数ｆ＿ｊ″の値が次第に小さくなるような周波数ｆ
   ＿ｊ″に従って選択した信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ″）に
   基づいて前記Ω＿Ｎ＿Ｂ（ｆ＿ｊ）を推定するようにし
   たことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の
   音響検出装置。 １２、ｆ＿ｍ＿ｉ＿ｎを周波数ｆ＿ｊに対する最低発生
   値とし、ｆ＿ｍ＿ａ＿ｘを周波数ｆ＿ｊに対する最高発
   生値とすると、選択信号ｓ（ψ＿ｉ、ｆ＿ｊ″）の周波
   数ｆ＿ｊ″に対して、 ψ＿■＿−＿ｒ≦ψ＿ｉ≦ψ＿■＿＋＿ｒの場合にはｆ
   ＿ｍ＿ｉ＿ｎ＜ｆ＿ｊ″＜ｆ＿ｍ＿ａ＿ｘとなり、且つ
   ψ＿ｉ＝ψ＿■＿±＿ｓ（ｓ＝ｒ＋１、ｒ＋２、−−−
   ）の場合にはｆ＿ｍ＿ｉ＿ｎ＜ｆ＿ｉ″＜ｆ＿ｍ＿ａ＿
   ｘ／［（ｓ−ｒ）√２］となるようにしたことを特徴と
   する請求項 １１に記載の音響検出装置。 １３、信号Ω＿Ｎ＿Ｂ（ｆ＿ｊ）及びΩ＿Ｂ＿Ｂの１つ
   以上を、量ｆ＿ｊ、ψ＿ｉ及び経過時間の１つ以上の関
   数として表示させるのに好適な表示ユニットに供給する
   ようにしたことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか
   に記載の音響検出装置。 １４、変調関数によるψ＿ｉが、ψ＿ｉのビーム受信方
   向に関連する角度を表わし、ここに、ψ＿ｉにて表わさ
   れるビーム幅が前記再度の大きさに実質上無関係となり
   、且つψ＿ｉの関数としてビーム感度によって決定され
   るビーム形態が実質上対称形となるようにしたことを特
   徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の音響検出装
   置。 １５、音響検出器を一直線に配置し、且つ変換関数がそ
   の直線を通る平面内で、しかもその直線に対して正弦角
   度となるようにしたことを特徴とする請求項１４に記載
   の音響検出装置。 １６、請求項１〜１５のいずれかに記載の音響検出装置
   に適用するのに好適なデータ処理ユニット。 １７、請求項５〜７のいずれかに記載の音響検出装置に
   適用するのに好適なバックグラウンド正規化ユニット。 １８、請求項１〜４、１１又は１２のいずれかに記載の
   音響検出装置に適用するのに好適な方向推定ユニット。 １９、請求項８又は９に記載の音響検出装置に適用する
   のに好適な自動利得制御ユニット。