JPH03218485A - ソーナ信号処理装置 - Google Patents
ソーナ信号処理装置Info
- Publication number
- JPH03218485A JPH03218485A JP1257790A JP1257790A JPH03218485A JP H03218485 A JPH03218485 A JP H03218485A JP 1257790 A JP1257790 A JP 1257790A JP 1257790 A JP1257790 A JP 1257790A JP H03218485 A JPH03218485 A JP H03218485A
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- Japan
- Prior art keywords
- array
- waves
- wave
- time delay
- overlapping
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- Pending
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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。
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、音波動の到来方向を求める装置に係り、特に
，受波時に高い方位分解能を得る装置に関する。
，受波時に高い方位分解能を得る装置に関する。
従来，高い方位分解能を実現する方式は合成開口を開い
た合成開ロレーダが実用化されている。
た合成開ロレーダが実用化されている。
またソーナの分野では同様に合成開口法を用いたものが
、ジエイ・エス・二一に５４巻３号（１９７３年）第７
９９頁から第８０２頁（Ｔｈｅ Ｊｏｕｎａｌ ｏｆＡ
ｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒ
ｉｃａ ＶｏＱ． ５ ４ＮＱ３ （１９７３）ｐｐ７
９９−８０２）において論しられている。これは、合成
開ロレーダと同じ原理であり、アレイを正確に直線上を
移動させなければならない。
、ジエイ・エス・二一に５４巻３号（１９７３年）第７
９９頁から第８０２頁（Ｔｈｅ Ｊｏｕｎａｌ ｏｆＡ
ｃｏｕｓｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒ
ｉｃａ ＶｏＱ． ５ ４ＮＱ３ （１９７３）ｐｐ７
９９−８０２）において論しられている。これは、合成
開ロレーダと同じ原理であり、アレイを正確に直線上を
移動させなければならない。
上記従来技術では，受波器が並んでぃるアレイを正確に
直線上を移動させる技術が必要であった。
直線上を移動させる技術が必要であった。
実際には水中ソーナの場合は，波などの影響により搭載
した船舶が揺れるため、アレイを正確に直線上を移動さ
せることができなかった。
した船舶が揺れるため、アレイを正確に直線上を移動さ
せることができなかった。
本発明の目的は、受波器が並んでぃるアレイが、多少、
直線上を離れたとしても，アレイが移動した距離にほぼ
相当する仮想的なアレイ長で受波した結果と同様な方位
分解能を実現することである．本発明の他の目的は，サ
イドロープ（副極）を抑圧することにある。
直線上を離れたとしても，アレイが移動した距離にほぼ
相当する仮想的なアレイ長で受波した結果と同様な方位
分解能を実現することである．本発明の他の目的は，サ
イドロープ（副極）を抑圧することにある。
上記目的を達成するために、本発明のソーナ信号処理装
置は等間隔に並んだ受波器からなるアレイを移動体に取
り付け、バースト正弦波か線形ＦＭ波か符合化パルスか
の音波を放射し、その反射波を受けることにより物体の
位置や方向を探知する装置において、受波時に前記アレ
イの一部がオーバラソプするように移動体を移動させ、
オーバラップしている部分の情報を利用して、オーバラ
ップしていない部分の受波データを補正することにより
、全体としてアレイの移動距離にほほ相当するアレイ長
でビームフオーミングを行うことを特徴とする。
置は等間隔に並んだ受波器からなるアレイを移動体に取
り付け、バースト正弦波か線形ＦＭ波か符合化パルスか
の音波を放射し、その反射波を受けることにより物体の
位置や方向を探知する装置において、受波時に前記アレ
イの一部がオーバラソプするように移動体を移動させ、
オーバラップしている部分の情報を利用して、オーバラ
ップしていない部分の受波データを補正することにより
、全体としてアレイの移動距離にほほ相当するアレイ長
でビームフオーミングを行うことを特徴とする。
アレイを移動させながら物体からの反射波を受けて、物
体の存在する方位を求めるときに，アレイの一部をオー
バラップさせ，このオーバラップさせた部分で、オーバ
ラップしていない部分の受波信号を補正するため、全体
として、アレイが移動した距離で得た受波信号と同様な
信号を得ることが可能であるため、船舶が多少揺れても
、高い方位分解能が得られる。
体の存在する方位を求めるときに，アレイの一部をオー
バラップさせ，このオーバラップさせた部分で、オーバ
ラップしていない部分の受波信号を補正するため、全体
として、アレイが移動した距離で得た受波信号と同様な
信号を得ることが可能であるため、船舶が多少揺れても
、高い方位分解能が得られる。
以下，発明の実施例を図面を用いて説明する。
第１図は５本発明の一実施例のブロック図である。
本発明では、アレイの一部をオーバラップさせなから受
波信号を取り込み、オーバラップさせた部分の情報でオ
ーバラップしていない部分の受波信号を補正することに
より、前回のアレイの延長上で受波したことと同様な効
果を持たせることができる。この効果を実現するために
は，アレイ上の各受波器出力のデータを信号処理装置へ
転送する入出力インターフェースと、その出力データを
記憶する記憶装置．演算を行う中央演算装置，オーバラ
ップさせた部分で得たデータの相関を求める信号処理装
置，オーバラップしていない部分のデータを補正して方
位を求めるために行う高速フ−リエ変換装置，演算結果
を表示する表示装置などから構成する必要がある。これ
らの装置で、中央演算装置が高速であれば、相関や高速
フーリエ変換等の処理も中央演算装置が行える。
波信号を取り込み、オーバラップさせた部分の情報でオ
ーバラップしていない部分の受波信号を補正することに
より、前回のアレイの延長上で受波したことと同様な効
果を持たせることができる。この効果を実現するために
は，アレイ上の各受波器出力のデータを信号処理装置へ
転送する入出力インターフェースと、その出力データを
記憶する記憶装置．演算を行う中央演算装置，オーバラ
ップさせた部分で得たデータの相関を求める信号処理装
置，オーバラップしていない部分のデータを補正して方
位を求めるために行う高速フ−リエ変換装置，演算結果
を表示する表示装置などから構成する必要がある。これ
らの装置で、中央演算装置が高速であれば、相関や高速
フーリエ変換等の処理も中央演算装置が行える。
本発明の物理的な原理を第２図から第４図までを用いて
説明する。以下、送波としてバースト正弦波を仮定する
。まず．アレイがある時刻において第２図の２Ａのよう
な状態で信号を受けたとする６次に、移動体が直線上を
進むはずであったが、波などの影響により第２図の２Ｂ
のような状態になって信号を受波したとする。ここで，
二つのアレイがオーバラップした部分の各受波器出力の
受波波形をｉ測すれば第３図のようになる。すなわち，
各受波器には送信波と同じ正弦波が反射波として受信さ
れ、ずれた方のアレイ２Ｂには各受波器の距離に応じた
伝播の時間遅延が生じる。このオーバラップしているア
レイ２Ｂ上の各受渡器の時間遅延は規則的なものであり
、横軸に最初にオーバラツブした受波器の位置を基準に
して各受波器の距離をとり、縦軸に対応するアレイ２Ａ
上の受波器との時間遅延をプロットすれば第４図のよう
な直線のグラフが求まる。なぜならば、受波器はアレイ
上に等間隔に並べたためであり、オーバラップした部分
で対応する受波器間の距離に対応して時間遅延が発生し
ているからである。
説明する。以下、送波としてバースト正弦波を仮定する
。まず．アレイがある時刻において第２図の２Ａのよう
な状態で信号を受けたとする６次に、移動体が直線上を
進むはずであったが、波などの影響により第２図の２Ｂ
のような状態になって信号を受波したとする。ここで，
二つのアレイがオーバラップした部分の各受波器出力の
受波波形をｉ測すれば第３図のようになる。すなわち，
各受波器には送信波と同じ正弦波が反射波として受信さ
れ、ずれた方のアレイ２Ｂには各受波器の距離に応じた
伝播の時間遅延が生じる。このオーバラップしているア
レイ２Ｂ上の各受渡器の時間遅延は規則的なものであり
、横軸に最初にオーバラツブした受波器の位置を基準に
して各受波器の距離をとり、縦軸に対応するアレイ２Ａ
上の受波器との時間遅延をプロットすれば第４図のよう
な直線のグラフが求まる。なぜならば、受波器はアレイ
上に等間隔に並べたためであり、オーバラップした部分
で対応する受波器間の距離に対応して時間遅延が発生し
ているからである。
第４図の直線のグラフで、この直線の方程式を求めれば
、オーバラップさせたアレイ２Ｂ上の任意の受波器出力
のアレイ２Ａに対する時間遅延を求めることが可能にな
る。したがって、時間遅延が既知となれば、既知となっ
た時間遅延をオーバラツブしていない部分の各受波器で
得た受信信号に対して補正を行えば、第２図の７レイ２
Ａの延長上で，すなわち、点線で書かれた位置で、受波
を行ったことと同じとなる。
、オーバラップさせたアレイ２Ｂ上の任意の受波器出力
のアレイ２Ａに対する時間遅延を求めることが可能にな
る。したがって、時間遅延が既知となれば、既知となっ
た時間遅延をオーバラツブしていない部分の各受波器で
得た受信信号に対して補正を行えば、第２図の７レイ２
Ａの延長上で，すなわち、点線で書かれた位置で、受波
を行ったことと同じとなる。
ここで、オーバラップさせた部分の情報を利用して、第
４図の直線の方程式を求める精度が，オーバラソプして
いない部分の各受波器の時間遅延を求める精度に、直接
、影響をおよぼす。その結果、オーバラップしていない
部分の時間遅延補正を行う精度に影響する。従って、第
４図の直線の方程式を精度良く求める必要がある。オー
バラップした部分で対応する各受波器には、同じ反射波
を受信するため、対応する受波器が受波した時間信号波
形の相互相関関数を求めれば第５図のようになる。求め
た相互相関関数の最大値が、対応する受波器間の時間遅
延となる。
４図の直線の方程式を求める精度が，オーバラソプして
いない部分の各受波器の時間遅延を求める精度に、直接
、影響をおよぼす。その結果、オーバラップしていない
部分の時間遅延補正を行う精度に影響する。従って、第
４図の直線の方程式を精度良く求める必要がある。オー
バラップした部分で対応する各受波器には、同じ反射波
を受信するため、対応する受波器が受波した時間信号波
形の相互相関関数を求めれば第５図のようになる。求め
た相互相関関数の最大値が、対応する受波器間の時間遅
延となる。
第４図の直線の方程式を求めるときに，計算量を減らす
ために、オーバラップさせた部分の対応する受波器の組
で一組以上おきに当間隔に受波器出力を利用する。すな
わち，当間隔にサンプリングした受波器出力信号の相互
相関関数を求める。
ために、オーバラップさせた部分の対応する受波器の組
で一組以上おきに当間隔に受波器出力を利用する。すな
わち，当間隔にサンプリングした受波器出力信号の相互
相関関数を求める。
この相互相関関数の最大値から時間遅延が求められる。
求めた各時間遅延から最小二乗法により第４図の直線の
方程式を推定する。最小二乗法は、二乗誤差を最小にす
るため，直線のあてはめ精度が良い。
方程式を推定する。最小二乗法は、二乗誤差を最小にす
るため，直線のあてはめ精度が良い。
以上、送波としてバースト正弦波について説明したが、
線形ＦＭ波や符号化系列の送波についても同様である。
線形ＦＭ波や符号化系列の送波についても同様である。
線形ＦＭ波は、送信パルス幅内で直線的に周波数変調し
た波をいう。周波数を徐々に高くした波の例を第５図に
示す．第５図のような波を送波し、第６図に示すような
直線上の周波数対遅延時間特性を持つマツチドフィルタ
を通すことにより、パルス圧縮作用が行われる．従って
、第７図のような包絡線波形を持つ出力が得られる．第
７図の最大値を示す位置が、対応する受波器間の時間遅
延を表している．このようにして、オーバラップさせた
部分の対応する受波器間の時間遅延を求め、最小二乗法
により第４図の直線の方程式を求めれば、オーバラップ
していない各受波器の時間遅延を知ることができる。符
合化系列の波の例は、Ｍ系列からなる波を送波に用いた
場合は次のようになる。Ｍ系列の自己相関関数は、第８
図のようになるため，一周期以内を使って送波を行えば
良い。
た波をいう。周波数を徐々に高くした波の例を第５図に
示す．第５図のような波を送波し、第６図に示すような
直線上の周波数対遅延時間特性を持つマツチドフィルタ
を通すことにより、パルス圧縮作用が行われる．従って
、第７図のような包絡線波形を持つ出力が得られる．第
７図の最大値を示す位置が、対応する受波器間の時間遅
延を表している．このようにして、オーバラップさせた
部分の対応する受波器間の時間遅延を求め、最小二乗法
により第４図の直線の方程式を求めれば、オーバラップ
していない各受波器の時間遅延を知ることができる。符
合化系列の波の例は、Ｍ系列からなる波を送波に用いた
場合は次のようになる。Ｍ系列の自己相関関数は、第８
図のようになるため，一周期以内を使って送波を行えば
良い。
以上の各種法の中で、送波に正弦波を用いたときに、オ
ーバラップさせた部分の各受波器の組で一組おきの受波
器出力のデータを用いたときのアルゴリズムの一例を第
９図に示す。
ーバラップさせた部分の各受波器の組で一組おきの受波
器出力のデータを用いたときのアルゴリズムの一例を第
９図に示す。
本発明によれば、アレイを搭載した船舶が、ヂ少揺れだ
としても正確に仮想的な長いアレイ長壱得られるため、
高い方位分解能を実現できる効タがある。また，仮想的
な長いアレイ長のデータ壱利用してビームフオーミング
を行えるため、サづドローブも下げることができる。
としても正確に仮想的な長いアレイ長壱得られるため、
高い方位分解能を実現できる効タがある。また，仮想的
な長いアレイ長のデータ壱利用してビームフオーミング
を行えるため、サづドローブも下げることができる。
第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の要部を示すアレイをオーバラウプさせた説明図
、第３図及び第４図はアレイ上σ受波器の位置と時間遅
延との関係を示すグラフ、第５図は線形ＦＭ波の一例の
グラフ、第６図は１ツチドフィルタ特性を示すグラフ，
第７図はパガス圧縮を示すグラフ、第８図はＭ系列の自
己相Ｉ関数を示すグラフ，第９図は本発明の一実施例σ
フローチャートである。
第１図の要部を示すアレイをオーバラウプさせた説明図
、第３図及び第４図はアレイ上σ受波器の位置と時間遅
延との関係を示すグラフ、第５図は線形ＦＭ波の一例の
グラフ、第６図は１ツチドフィルタ特性を示すグラフ，
第７図はパガス圧縮を示すグラフ、第８図はＭ系列の自
己相Ｉ関数を示すグラフ，第９図は本発明の一実施例σ
フローチャートである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、等間隔に並んだ受波器からなるアレイを移動体に取
り付け、バースト正弦波の音波を放射し、その反射波を
受けることにより物体の位置や方向を探知する装置にお
いて、 受波時に前記アレイの一部がオーバラップするように前
記移動体を移動させ、オーバラップしている部分の情報
を利用して、オーバラップしていない部分の受波データ
を補正することにより、全体として前記アレイの移動距
離にほぼ相当するアレイ長でビームフォーミングを行う
ことを特徴とするソーナ信号処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257790A JPH03218485A (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | ソーナ信号処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1257790A JPH03218485A (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | ソーナ信号処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03218485A true JPH03218485A (ja) | 1991-09-26 |
Family
ID=11809212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1257790A Pending JPH03218485A (ja) | 1990-01-24 | 1990-01-24 | ソーナ信号処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03218485A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6594200B2 (en) | 2001-01-17 | 2003-07-15 | Nec Corporation | Synthetic aperture sonar and synthetic aperture processing method |
| JP2004117129A (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Nec Corp | 合成開口ソーナー及びそれに用いる動揺補正方法並びにそのプログラム |
-
1990
- 1990-01-24 JP JP1257790A patent/JPH03218485A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6594200B2 (en) | 2001-01-17 | 2003-07-15 | Nec Corporation | Synthetic aperture sonar and synthetic aperture processing method |
| JP2004117129A (ja) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Nec Corp | 合成開口ソーナー及びそれに用いる動揺補正方法並びにそのプログラム |
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