JPH1062534A

JPH1062534A - 目標検出装置

Info

Publication number: JPH1062534A
Application number: JP8223846A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Omichi; 嘉継大道; Takahiro Kato; 隆広加藤; Yasuhiro Hashimoto; 康広橋本; Ken Kikuchi; 研菊池
Original assignee: Hitachi Ltd; Japan Steel Works Ltd; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Current assignee: Hitachi Ltd; Japan Steel Works Ltd; Technical Research and Development Institute of Japan Defence Agency
Priority date: 1996-08-26
Filing date: 1996-08-26
Publication date: 1998-03-06
Anticipated expiration: 2016-08-26
Also published as: JP2848453B2

Abstract

(57)【要約】【課題】目標エコーを含む時間区間内に残響又は雑音
のみの部分が存在する場合であっても、目標の物体のみ
を感度よく検出することができる目標検出装置を提供す
る。【解決手段】パルス波を発信し、その反射波をスプリ
ットビーム受信方式により受信して、受信信号対を得
る。この受信信号対の位相差の時間軸上の予め定めた時
間区間で誤差分散を演算する。このとき、位相差に振幅
で重み付けしながら誤差分散を求めることにより、目標
エコーを含む区間誤差分散と、残響等の区間誤差分散と
の差を大きくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス波を発信
し、その反射波を受信して、目標を検出する装置に関
し、特に、スプリットビーム受信方式により受信した目
標からの反射波すなわち目標エコーを処理し、ビデオ信
号としてＣＲＴ等に表示する目標検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】パルス波を発信し、その反射波をスプリ
ットビーム受信方式により受信及び処理して表示する目
標検出装置は、例えば、特公昭６３−５２３４６号公報
に記載されている。スプリットビーム受信方式は、配列
された複数の音響変換素子の出力を整相することによ
り、等しい指向性を有する左右２つの受信ビームを形成
して反射波を受信するものである。この方式を用いるこ
とにより、反射波の振幅情報のほか、左右２つの受信ビ
ームで受信された反射波の位相差情報が得られるという
特徴がある。

【０００３】上記特公昭６３−５２３４６号公報には、
この位相差情報の変動が、目標エコーの場合には小さ
く、残響および雑音の場合には大きいことを利用して、
得られた信号の中から、目標エコーと、残響および雑音
とを弁別する機能を備えた装置が記載されている。具体
的には、あらかじめ定めた時間区間内における位相差情
報の誤差分散すなわち区間誤差分散を求め、この区間誤
差分散があらかじめ定めた値よりも小さいときに、その
信号が目標エコーであると判断して、表示装置に表示さ
せる装置が記載されている。これにより、残響や雑音に
よる多数の擬似エコーを表示させず、目標エコーのみを
表示させることができるため、表示画面における信号の
検出性能を向上させることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】目標検出装置で検出す
べき物体は、多くの場合、物体表面の複数の箇所でパル
ス波を反射する。そのため、物体からの反射波は、単一
ではなく、複数の反射波の集合となる。

【０００５】例えば、図２（ａ）の物体２０は、この体
勢のときに３カ所でパルス波を反射するため、図３
（ａ）のように、３つの反射波３０が受信され、この３
つの反射波３０が検出すべき物体２０からの反射波すな
わち目標エコーとなる。３つの反射波３０は、多くの場
合離散的に受信されるため、この離散的な反射波３０の
切れ目には残響又はクラッタ（以下まとめて残響とい
う）又は雑音のみの部分３１が存在することとなる。

【０００６】また、図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のよ
うに、物体からの複数の反射波３０が、同時にまたは連
続して受信されることもまれに生じるが、区間誤差分散
を求める時間区間が、目標エコーの時間長さよりも大き
い場合には、時間区間内には、残響又は雑音のみの部分
３１が存在することになる。

【０００７】上述の両者の場合には、いずれも区間誤差
分散を求める時間区間Ｗ内に、残響又は雑音のみの部分
３１が存在するため、残響又は雑音のみの部分が存在し
ていない場合よりも、目標エコーを含む時間区間におけ
る左右のスプリットビームの位相差の誤差分散（区間誤
差分散）が大きくなる。

【０００８】さらに、物体からの反射波３０の長さは、
物体の体勢の変化によって変動するため、残響又は雑音
のみの部分３１の長さも変動し、これが区間誤差分散を
さらに大きくする方向に作用する。そのため、目標エコ
ーを含む区間の区間誤差分散と、残響又は雑音のみを含
む区間との区間誤差分散の差が小さくなる。

【０００９】そのため、従来の技術のように、区間誤差
分散の大きさによって、目標エコーと、雑音および残響
を弁別する方法を用いている場合には、両者を弁別する
ことが困難になると考えられる。

【００１０】本発明は、上述のように、目標エコーを含
む時間区間内に残響又は雑音のみの部分が存在する場合
であっても、目標の物体のみを感度よく検出することが
できる目標検出装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、目標を検出すべき領域に向けて送
信されたパルス波の反射波を、特定方位に対して等しい
受波指向性を有する２つの受信ビーム対を前記領域内の
任意の１以上の方位に対してそれぞれ形成して受信する
ことにより、前記１以上の受信ビーム対に対応する１以
上の受信信号対を形成する受信手段と、前記受信信号対
の位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出
手段が検出した位相差の誤差分散を、前記位相差を前記
受信信号対の振幅に応じて重み付けしながら、あらかじ
め定めた時間区間内で求める区間誤差分散演算手段と、
前記区間誤差分散演算手段が求めた誤差分散が、あらか
じめ定めた閾値よりも小さい場合に、この受信信号が目
標からの反射波であると判別する判別手段と、前記判別
手段が判別した受信信号対を表示するための表示手段と
を有することを特徴とする目標検出装置が提供される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態について説
明する。

【００１３】まず、スプリットビーム受信方式の目標検
出装置の原理について説明する。

【００１４】本実施の形態の目標検出装置は、充分短い
距離分解能の音響パルス波を水中に送信し、その反射波
を受信する。

【００１５】なお、本実施の形態では、目標を検出すべ
き領域として水中の領域を想定しているため、音響パル
ス波を送信するが、目標を検出すべき領域が空間である
場合には、電磁波を用いて、同様に目標検出装置が構成
できる。

【００１６】一般に、水中に存在する物体は、単一もし
くは複数箇所で音響パルス波を反射するため、単一の反
射体もしくは微小反射体の集合とみなすことができる。
したがって、物体からの反射波、すなわち、目標エコー
はこれら反射体からの反射波の集合となる。一方、残響
も微小散乱体による散乱波の集合であると考えられる。

【００１７】図１に示すように、中心点Ｏに対してθ方
向にある微小反射体からの平面波の反射波を、中点Ｏを
挟んで距離ｄに配置され、しかも、θ方向に対して等し
い指向性を有する左側の受信器Ｌ及び右側の受信器Ｒで
受信した場合、両者の受信信号には位相差が生じる。こ
の位相差φ_LRは次の数１１のようになる。

【００１８】

【数１１】

【００１９】ここでλは平面波の波長、ｄは受信器Ｌと
受信器Ｒとの間の距離である。したがって平面波の入射
方向θは次の数１２のように求められる。

【００２０】

【数１２】

【００２１】数１２からわかるようにθが比較的小さい
範囲では、平面波の入射方向θは、位相差φ_LRにほぼ比
例する。

【００２２】一方、目標エコーを形成する微小反射体
は、図２（ａ）に示すように、目標の物体の形状に沿っ
た形で分布しているため、分布範囲は比較的狭い。ま
た、残響を形成する微小散乱体は、図２（ｂ）に示すよ
うに海面又は海底等に分布しているため、目標の形状に
比べて広い範囲にランダムに分布している。したがっ
て、目標エコーの入射方向θの広がり角Δθsと、残響
の入射方向θの広がり角Δθrとを比較すると、図２か
ら明らかなようにΔθs＜＜Δθrである。

【００２３】また、雑音を受信したときの位相差φ_LRか
ら求めた入射方向θの広がり角Δθnは、雑音が受信器
Ｌ及び受信器Ｒに位相的にランダムな波形が受信される
と考えられることから、Δθs＜＜Δθnである。

【００２４】このように、特定の方向に対して、等しい
指向性を有する２つの受信器によって、その特定の方向
からの反射波を受信することによって、その特定方向に
位置する目標からの反射波の振幅情報だけでなく、位相
差についての情報も得ることができる。このことを利用
して、スプリットビーム受信方式の目標検出装置では、
直線配列や円配列等の任意の方法で配列された複数の電
気音響変換素子、すなわち、受波器の出力を左半分の受
波器群および右半分の受波器群に分けて、各々各素子に
ついて音波入力時の位相差に対応した遅延回路による時
間遅延等により整相を行い、左右受波器群の各中心点を
受波中心点とした各々等しい受波指向特性を有する左右
２つの受信ビーム（スプリットビーム）を任意の方向に
形成して受信を行う。このようなスプリットビームによ
る受信によれば目標エコーの振幅情報だけでなく受波器
と目標との位置関係によって生じる２つの受信ビーム間
の位相差についての情報を任意の方向について得ること
が出来る。

【００２５】ところで、位相差情報には、目標の物体の
動き、目標からの反射波の多重経路すなわちマルチパス
による影響、受波器を装備したプラットフォームの動
き、目標エコーの信号対残響比（以下ＳＲ比と言う）及
び信号対雑音比（以下ＳＮ比と言う）等に対応して発生
する変動が含まれるが、上述のΔθs＜＜ΔθrおよびΔ
θs＜＜Δθnから明らかなように、目標エコーの位相差
φ_LRは小さく、残響及び雑音の位相差φ_LRは前者に比し
て通常はるかに大きいという特徴がある。

【００２６】そこで従来より、これら変動の大小を、あ
らかじめ定めた時間内における位相差の分散すなわち区
間誤差分散を求めることで定量化し、この区間誤差分散
と当該受波器の運用条件等から予め求められる閾値との
比較を行い、区間誤差分散が閾値より小となる目標エコ
ーによる信号入力時のみこれを表示することにより、表
示面上に現れる残響及び雑音を抑制することが行われて
きた。

【００２７】しかしながら、一般に目標エコーは残響及
び雑音と重畳して受信されるために音響パルス波が充分
短い場合は、物体からの複数の反射波は、離散的に受信
される。たとえば、図３（ａ）の場合には、目標エコー
は３つの微小散乱体の反射波３０で形成されている。こ
の離散的反射波の切れ目には残響又は雑音のみの部分３
１が存在するため、目標エコーの中に残響又は雑音が混
在することとなる。

【００２８】図３（ｂ）にはこの受信波形から得られた
スプリットビーム受信器の位相差より求めたθを示す。
目標エコーの反射波３０の存在するＳＲ比又はＳＮ比の
比較的大きい範囲ではθの範囲はΔθs内にあるが、反
射波３０の切れ目の部分３１では、θの変動はΔθr又
はΔθnとなり大きくなる。このような受信波形の区間
誤差分散を時間区間Ｗについて求める場合、反射波３０
を含む時間区間内に部分３１が含まれるため、反射波３
０を含む時間区間内の区間誤差分散が、反射波３０の分
散よりも大きくなる。

【００２９】また、反射波３０が、離散的に受信され
ず、たまたま同時にまたは連続して、受信された場合で
あっても、時間区間Ｗが、その反射波よりも長い場合に
は、その時間区間内に反射波３０と残響又は雑音の部分
３１とが混在することにかわりはない。このような場合
にも、反射波３０を含む時間区間の区間誤差分散が大き
くなる。

【００３０】このような場合、残響又は雑音部分の区間
誤差分散と、目標エコーの部分の区間誤差分散との差が
小さくなってしまうため、両者の弁別が困難になる。

【００３１】また、時間区間Ｗを短くすれば、反射波３
０を含む時間区間内に部分３１が含まれなくなるが、残
響や雑音のなかにたまたまθの小さい部分があった場合
に、その部分の区間誤差分散が小さくなるため、残響や
雑音を目標エコーとみなしてしまう誤警報の確率が高ま
るという問題がある。そのため、時間区間Ｗを一概に短
くすることはできない。

【００３２】そこで、本発明は、区間誤差分散を求める
時間区間内に目標エコーと残響又は雑音のみの部分とが
混在する場合においても、目標エコーを形成する反射波
の情報を活用し、目標エコーを含む時間区間の区間誤差
分散がさらに小さくなるようにして、残響及び雑音の区
間誤差分散との差が大きくなるように改善を図ってい
る。

【００３３】具体的には、本発明においては、残響又は
雑音３１の部分の受信信号の振幅が、目標エコー３０と
比較して小さいことを利用し（図３（ａ））、区間誤差
分散を求める際に、位相差の値を、反射波の振幅によっ
て重み付けする。これにより、ある程度ＳＲ比又はＳＮ
比の大きな目標エコーの場合、目標エコーに対応する位
相変化の小さな部分（目標の反射波の存在する部分）に
大きなウエイトがかかり、その前後の残響もしくは雑音
に対応する位相変化の大きな部分には前者と比較して小
さなウエイトがかかった状態で誤差分散を演算すること
ができる。その結果、目標エコーの区間誤差分散の値が
小さくなり、従来の方法と比較して、目標エコーと残響
及び雑音の誤差分散の差が広がり更にこれらの判別を容
易にすることができる。

【００３４】そして、このように振幅によって重み付け
をして求めた区間誤差分散の値を、運用条件等から予め
設定される閾値（スレッシュホールドレベル）と比較し
て、区間誤差分散がスレッシュホールドレベル以下とな
ったときのみ、目標エコーが入力したと判断して、その
受信波形から得られた情報を表示装置に表示させる。こ
れにより、区間誤差分散を求める時間区間内に、目標エ
コーと、残響又は雑音のみの部分とが混在する場合にお
いても、容易に目標を検出することが出来る。

【００３５】本発明の目標検出装置をさらに具体的に図
面を用いて説明する。

【００３６】まず、本発明の目標検出装置の構成を図８
を用いて説明する。図８のように、本発明の目標検出装
置８０は、水中に送信すべき送信信号を形成する送信器
８２と、送信信号を音響パルス波として水中に出力する
送波器８１とを備えている。また、水中の物体等で反射
された反射波を受信するための受波器８３、受波器８３
の受信した信号を整相して、あらかじめ定めた範囲の各
方位についてそれぞれスプリットビームを形成して受信
信号を取り出す受信器８４を備えている。

【００３７】受信器８４は、後述するように受信信号を
処理する信号処理器８５に接続されている。信号処理器
８５は、制御指示器８６に接続され、制御指示器８６に
映像信号を受け渡すとともに、制御指示器８６から制御
信号および同期信号を受け取る。また、送信器８２およ
び受信器８４もまた、制御指示器８６に接続され、制御
信号および同期信号を受け取る。制御指示器８６は、表
示装置８９にも接続されており、信号処理器８５が形成
した映像信号を表示装置８９に表示させる。さらに、制
御指示器８６には、送受波器８１，８３の向きを制御す
るための送受波器安定機構８７と、オペレータから信号
処理条件（後述する時間Ｔ、時間Ｗ、閾値、頻度等）の
設定入力を受け付けるための入力装置９０が接続されて
いる。

【００３８】また、制御指示器８６は、目標検出装置８
０が搭載されている船舶に搭載されている音波ログ及び
ジャイロやＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉ
ｎｇＳｙｓｔｅｍ）等の自船位置検出器８８にも接続さ
れている。

【００３９】送波器８１および受波器８３は、目標検出
装置８０が搭載されている船舶の水面下部分の水中に音
響パルス波を送受可能な位置に配置されている。

【００４０】受波器８３および信号処理器８５の構成お
よび動作について、図４および図６を用いてさらに説明
する。

【００４１】受波器８３は、Ｎ個の電気音響変換素子が
等間隔に配列されたものである。配列は、円配列、直線
配列等の任意の配列にすることができる。受波器８３の
Ｎ個の電気音響変換素子の内、左側Ｍ個の素子の出力
と、右側Ｍ個の素子の出力とはそれぞれ、受波器１に内
蔵された増幅回路で必要なレベルまで増幅された後、受
信器８４に出力される。

【００４２】受信器８４は、スプリットビーム形成回路
４２を内蔵している。スプリットビーム形成回路４２
は、Ａ／Ｄコンバータと、遅延回路等で形成される整相
回路と、バンドパスフィルタとを有している。スプリッ
トビーム形成回路４２は、受波器８３の左右の電気音響
交換素子群の出力をＡ／Ｄコンバータでデジタル信号に
変換した後、左右それぞれの出力を整相することによ
り、ある方位に等しい指向性を有する左右一対のスプリ
ットビームに対応した、左右一対の受信信号を形成す
る。

【００４３】スプリットビーム形成回路２４は、このよ
うな左右一対の受信信号を、検出すべき方位の全範囲を
カバーするように形成する。例えば、検出すべき方位の
範囲が４５度であり、スプリットビーム形成回路４２が
形成する左右一対のスプリットビームの左ビームおよび
右ビームの重なり合う角度が１度である場合には、１度
毎に方位をずらした４５対のスプリットビームを形成す
るように、受波器８３の出力を整相し、４５対の受信信
号を形成する。

【００４４】その後、スプリットビーム形成回路は、形
成した複数対の受信信号を、使用帯域幅を通過帯域とす
るバンドパスフィルタでろ波し、後段の信号処理器８５
に出力する。

【００４５】なお、スプリットビーム形成回路４２の左
右受信ビームの形成に用いる左右の受波出力群に含まれ
る素子出力数Ｍは、スプリットビーム形成回路４２に形
成させるスプリットビームの指向特性等に応じて任意に
決定することができる。また、左右の受波出力群を構成
する素子を、オーバーラップさせて用いることもでき
る。また、送信する音響パルス波としてＦＭ信号等を
用いた場合は、整相後左右それぞれのビーム出力を相互
相関（レプリカコリレーション）してから後段の信号処
理器８５に出力する。

【００４６】信号処理器８５は、図４に示すように、相
関演算回路４３、出力検波回路４４、位相差検出回路４
５、区間誤差分散演算回路４６、ゲート回路４７、閾値
設定回路４８、バッファメモリ４９を有する。実際に
は、本実施の形態では、信号処理器８５は、複数のＣＰ
Ｕと、ＣＰＵに動作させるプログラムを格納したメモリ
と、バッファメモリ４９とを有し、上述のバッファメモ
リ４９以外の各回路の処理は、図６のステップ６１から
ステップ７０に示したようなフローを構成するプログラ
ムによって等価に処理される。スプリットビーム形成回
路４２は、複数の対の受信信号を出力するため、信号処
理器８５は、ステップ６２からステップ７０までの各ス
テップを、受信信号の対と同数のＣＰＵによって、それ
ぞれ同時に実行させることにより、複数対の受信信号を
それぞれ並列に処理する。ただし、この形態に限らず、
時分割で複数の受信信号を順に処理していく構成にする
ことももちろん可能である。

【００４７】以下、簡単のために一対の受信信号を処理
する流れについて説明する。

【００４８】図４のスプリットビーム形成回路４２にお
いて、時間ｔにおけるスプリットビームの左チャネルの
出力をＥ_L(t)、右チャネルの出力をＥ_R(t)とし、それ
ぞれ複素表示すると次の数１３及び数１４となる。

【００４９】

【数１３】

【００５０】

【数１４】

【００５１】ここでｊは虚数単位である。相関演算回路
４３では、数１３及び数１４で示される左右受信ビーム
出力の相互相関演算及び時間平均を行う。左右受信波の
相互相関出力は次の数１５で示される。

【００５２】

【数１５】

【００５３】ここでＥ_R ^*(t)はＥ_R(t)の複素共役であ
り、￣は、予め定めた時間Ｔで平均をとることを表す。

【００５４】数１５で示される相互相関出力は、出力検
波回路４４及び位相差検出回路４５へ送出される。出力
検波回路４４では、数１６のように、相互相関出力の実
数部と虚数部を各々自乗して加算しそれを２回開平する
ことにより振幅ｅ_LR(t)を演算している。振幅ｅ_LR(t)は
後段のゲート回路４７及び区間誤差分散演算回路４６に
送出される。

【００５５】

【数１６】

【００５６】一方、位相差検出回路４５では、数１７の
ように、相互相関出力の虚数部を実数部で除してtanΦ
_LR(t)を求め、更にこの値のarctanを演算することによ
って左右受信ビーム間の位相差Φ_LR(t)を求め、後段の
区間誤差分散演算回路４６に送出している。この数１７
で得られる位相差Φ_LR(t)は、図１を用いてスプリット
ビーム受信方法を説明した際の数１１のΦ_LRと実質的に
等価である。

【００５７】

【数１７】

【００５８】区間誤差分散演算回路４６では、この数１
７で示される位相差検出回路４５の出力Φ_LR(t)の時間
区間Ｗごとの誤差分散すなわち区間誤差分散σ²を求め
る。具体的には、本発明では、数１８、数１９、数２
０、数２１、数２２、数２３のように、位相差Φ_LR(t)
を、振幅ｅ_LR(t)で重み付けしながら区間誤差分散を求
めている。

【００５９】

【数１８】

【００６０】

【数１９】

【００６１】

【数２０】

【００６２】

【数２１】

【００６３】

【数２２】

【００６４】

【数２３】

【００６５】ただし、数１８から数２３において、ｉ
は、位相差Φ_LR(t)を、時間区間Ｗにおいてｎ回サンプ
リングしたときのサンプリング番号を示す。よってｎ
は、区間誤差分散を演算する時間区間Ｗに含まれるデー
タ数である。ｅ_LRi，Φ_LRiは、それぞれサンプリング番
号ｉの時点での振幅ｅ_LR(t)、位相差Φ_LR(t)を表す。

【００６６】数１８におけるρは、数１９に示すように
区間誤差分散演算回路６に次々入力される位相差情報の
時間区間Ｗにおけるサンプリング番号ｉと位相差情報Φ
_LRi相互間の相関係数を表す。ａ（Φ_LR）²及びａ(i)²は
数２０、数２１に示すように位相差情報Φ_LRi及びサン
プリング番号ｉの区間分散を表す。Ｅ（Φ_LR)及びＥ(i)
は、数２２、数２３に示すように位相差情報Φ_LRi及び
サンプリング番号ｉの平均値である。

【００６７】実際には、本実施の形態では、相関演算回
路４３、出力検波回路４４、位相差検出回路４５、区間
誤差分散演算回路４６を、プログラムにより構成してい
るため、図６のステップ６２，６３で、数１５を演算す
ることにより相関演算回路３を構成し、ステップ６４で
数１６、数１７を演算することにより出力検波回路４４
および位相差検出回路４５を構成し、ステップ６５で数
１８から２３を演算することにより区間誤差分散演算回
路４６を構成している。

【００６８】このように、本発明では、位相差Φ_LR(t)
を、振幅ｅ_LR(t)で重み付けしながら区間誤差分散を求
めている。残響又は雑音の部分の受信信号の振幅は、図
３（ａ）に示すように、目標エコーよりも小さいという
特徴を有するため、ある時間区間Ｗの中に、目標エコー
と残響又は雑音とが混在している場合に、振幅で位相差
を重み付けすることにより、残響又は雑音と目標エコー
とが混在する時間区間の区間誤差分散を、目標エコーの
みの時間区間の区間誤差分散に近づけることができる。
したがって、目標エコーと残響又は雑音とが混在してい
る時間区間の区間誤差分散を、小さな値にすることがで
きる。

【００６９】例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、予め設定された時間区間Ｗがほとんど目標エコーで
満たされるような連続的な受信がなされる場合はもちろ
ん、図３（ａ）、（ｂ）に示したように、時間区間Ｗの
中に目標エコーと残響又は雑音とが混在している場合に
も、図５（ｃ）のように、ある時間ｔにおいて区間誤差
分散σ²が、残響又は雑音のみの部分と比較してきわめ
て小さくなる。

【００７０】したがって、本発明では、予め実験により
その目標を検出するのに適した区間誤差分散の上限閾値
を入力装置９０から予め受け付けてメモリに格納してお
き、この閾値を用いて、区間誤差分散がその閾値よりも
小さい場合にはその受信信号が目標エコーであると判断
し、区間誤差分散がその閾値よりも大きい場合にはその
受信信号が残響又は雑音であると判断する（ステップ６
６）ことにより、時間区間内に目標エコーと残響又は雑
音とが混在している場合にも、目標エコーの検出率を高
めることができる。

【００７１】具体的には、ステップ６６において、区間
誤差分散σ²が閾値よりも大きかった場合には、残響又
は雑音の受信信号であるから、出力検波回路４４（ステ
ップ６４）で求めたその受信信号の振幅ｅ_LRを０として
（ステップ６８）、メモリ４９にその信号の方位θとと
もに格納する。また、ステップ６６において、区間誤差
分散が閾値よりも小さかった場合には、目標エコーであ
ると判断して、その受信信号の振幅ｅ_LRをその信号の方
位θとともにメモリ４９に格納する。そして、メモリ４
９に格納された情報を、１回の探信（音響パルス波を送
波器８１から送信して受波器８３で受信する）毎に、受
信信号の方位θと振幅Ｅとを相関させて、制御指示器８
６に出力する（ステップ７０）。

【００７２】制御指示器８６は、受け取ったそれぞれの
受信信号が受信器８４に受信される際に、送信から受信
までに要した時間、すなわち、送信器８２に送信信号の
出力を指示してから、受信器８４が受信信号を受信する
までの時間を制御信号および同期信号等の情報から求め
る。この送信から受信までに要した時間が、その目標の
物体と自船との距離を表す。制御指示器８６は、ステッ
プ７０で受け取った受信信号を、図１１（ａ）のよう
に、縦軸に上述の距離（すなわち時間）、横軸に方位θ
をとった表示平面上に、振幅Ｅを輝度として表示手段に
表示させる。これにより、従来よりも低い誤警報確率
（残響又は雑音を目標エコーと見なす確率）で、図１１
（ａ）のように目標エコーを表示することができる。

【００７３】これらのステップ６６，６７，６８，６
９，７０が、図４の閾値設定回路４８およびゲート回路
４７ならびにバッファメモリ４９を構成している。

【００７４】上述の数１５で時間平均を求める時間Ｔ
は、時間が長くなるほど目標エコーの位相差が一定値に
近づくように作用し、数１８〜数２３で区間誤差分散を
求める時間区間Ｗの時間長さは時間が短いほど目標エコ
ーの区間誤差分散が小さくなるように作用するが、それ
ぞれ目標探知確率（目標を検出できる確率）、誤警報確
率（残響や雑音を目標として検出する確率）と深い関係
があるため、実験により定める。具体的には、時間Ｔと
時間Ｗとを予め定めた範囲でそれぞれ変化させて、時間
Ｔと時間Ｗとを総当たりで組み合わせた各条件で実際に
目標検出装置を動作させて目標を検出する実験を行う。
そして、各組み合わせごとに、探知確率と誤警報確率と
を求める。この中で、例えば、探知確率が９０％以上得
られる時間Ｔと時間Ｗと組み合わせであって、誤警報確
率が最も低い組み合わせを選択する。これにより、最適
な時間Ｔと時間Ｗとの組み合わせが得られる。

【００７５】上述の実施の形態では、図６に示したよう
にフローチャートをＣＰＵに実行させることにより、図
４のような処理ブロックで行われる処理と等価な信号処
理を実行しているが、この形態に限らず、ＣＰＵを用い
ずに、図４のような処理ブロックをそれぞれ電気回路で
形成することももちろん可能である。

【００７６】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。

【００７７】第２の実施の形態は、図１５、図１６にし
めしたように、第１の実施の形態の構成に加えて、受信
信号のデータを累加する機能を備えることにより、誤警
報確率をさらに低下させる構成にすることができる。こ
れについて、以下説明する。一般に目標エコーのＳＲ比
又はＳＮ比が小さくなるほど残響及び雑音が持つ位相成
分の比率が増し、位相変化の規則性が失われることによ
り区間誤差分散が大きくなる傾向にある。そのため、Ｓ
Ｒ比又はＳＮ比の小さな目標エコーについて検出率を上
げるためには第１の実施の形態の図６のステップ６６に
おける閾値（スレッシュホールド）を大きめに設定せざ
るをえない。この結果表示画面の見やすさが低減すると
ともに、残響や雑音を目標エコーと見なして表示してし
まう確率（誤警報確率）も増加することになる。

【００７８】そこで、第２の実施の形態では、表示画面
上における擬似エコーの表示位置が、非常にランダムに
なることを利用して、複数の探信（送受信パルス）間で
得られた受信信号を累加することにより、常に同じ位置
に出現する信号のみを目標エコーとして表示する処理を
行う。

【００７９】すなわち画面を方位方向と距離方向に格子
状に区切り、予め定められた探信回数中同一の格子内に
何度信号が現れたかを各格子毎にカウントし、予め設定
された頻度の閾値以上に信号が出現した格子の信号のみ
を表示させる。これにより、区間誤差分散による擬似エ
コー抑制性能以上を維持しつつ、検出可能な目標エコー
のＳＲ比又はＳＮ比を引下げることができる。

【００８０】また、このような処理を行う際に、本発明
では、自船の移動にともなう、送波器８１および受波器
８３の移動を考慮し、自船の移動による送受波器の移動
量によって、表示画面上の格子の座標を補正する。

【００８１】これについてより具体的に説明する。探信
間信号累加処理は、図７のように表示装置８９に表示さ
れる表示画面を示される画面表示上の最小単位（以下セ
ルという。）によって分割した場合に、図１５に示すゲ
ート回路４４７において、第１の実施の形態で説明した
ように区間誤差分散が閾値以下となったセル（図７にお
いて黒で示したセル）に加え、当該セルに接するセル
（図７において斜線で示したセル）について、該当する
距離（送信開始から受信までに要した時間）および方位
を有する受信信号についてゲートを開き、この範囲全て
をエコーと見なして、方位θと振幅値Ｅをメモリ４４９
に格納する。このとき当該範囲に含まれるセルに表示す
べき信号の振幅値は中心となるセルの振幅値と同一とし
てメモリ４４９に格納する。

【００８２】このゲート回路４４７がゲートを開くセル
の範囲については、狭い程誤警報確率は低くできるが、
自船の移動情報の精度に関する座標変換誤差及び自船と
は無関係な目標の移動により目標エコーの検出確率が低
下する恐れがある。したがって、座標変換に用いる自船
の移動情報の精度、自船とは無関係に低速で移動する物
体の最大速力（推定値：浮遊物ならば潮流から推定）と
パルス波の送信間隔から求められる物体の移動範囲及び
前処理である区間誤差分散による残響除去処理における
誤警報確率に応じて、予め実験により最適値を決定する
ことができる。

【００８３】ゲート回路４４７の出力は予め定められた
探信回数（本実施例では３回とする。）だけバッファメ
モリ４４９にストアされる。バッファメモリ４４９にス
トアされた各受信信号は、上述のように各々その距離
（送信開始から信号受信までの経過時間に対応）及び方
位（当該信号を受信したスプリットビームの整相方位）
によって示される座標をもっている。

【００８４】図１５の座標変換回路４１０では、バッフ
ァメモリ４４９にストアされた受信信号データを探信毎
に（ここでは探信の古い順にｐ１，ｐ２，ｐ３とす
る。）を順次読み出す。ここで、自船位置検出器８８か
ら自船の移動量を取り込み、これを受波器８３の移動量
であるとする。そして、ｐ１からｐ２の間の自船の移動
情報及びｐ２からｐ３の間の自船の移動情報を基に、ｐ
１及びｐ２についてセル単位の座標変換を行う（座標変
換後のデータをそれぞれｐ１′，ｐ２′とする。）。ｐ
１及びｐ２において、ある距離（Ｒ１）及び方位（θ
１）の座標によって定められるセルの振幅データが、ｐ
３の時点ではどの距離（Ｒ２）及び方位（θ２）のセル
に位置するかを演算しそれをｐ１及びｐ２の全てのセル
について行う。ｐ１についての座標変換を次に示す（こ
こで、θ１及びθ２はオペレータが入力する捜索中心方
位を基準とした相対方位とする。）。

【００８５】オペレータが入力する捜索深度をｈ、自船
位置検出器８８（ジャイロ、音波ログ、ＧＰＳ等）から
得られる、ｐ１とｐ３間に自船が移動した方位Δθ（捜
索中心方位を基準とした相対方位。）、自船の移動距離
をΔｄとすると、座標（θ１，Ｒ１）のセルがもつ振幅
データの移動先のセルの座標（θ２，Ｒ２）は数２４及
び数２５のように求められる。

【００８６】

【数２４】

【００８７】

【数２５】

【００８８】演算の結果Ｒ２及びθ２が画面表示の範囲
外となった場合はそのセルのデータは使用しない。ま
た、数２４及び数２５によってθ２及びＲ２を演算する
場合、受波器８３がオペレータが設定する捜索中心方位
を常に向くように、送受波器安定機構８７によって制御
されていることが必要である。ｐ２の受信信号について
も座標変換を同様に演算を行う。

【００８９】座標変換結果のｐ１′及びｐ２′並びにｐ
３は、信号出現回数検出回路４１１及び信号累加回路４
１２に送出される。

【００９０】信号出現回数検出回路４１１では、座標変
換回路４１０の出力ｐ１′，ｐ２′及びｐ３について各
セル毎に信号有りなしを判定し、ｐ１′，ｐ２′及びｐ
３について同一座標のセルに何回信号が現れたかをカウ
ントする。信号出現回数検出回路４１１の出力は当該３
探信における各セル毎の信号出現回数となり頻度の閾値
設定回路４１３に送出される。

【００９１】信号累加回路４１２では、座標変換回路４
１０の出力ｐ１′，ｐ２′及びｐ３について同一座標の
セルどうしその振幅値を加算する。信号累加回路４１２
の出力は当該３探信における各セル毎の振幅値の和とな
りゲート回路４１４に送出される。

【００９２】頻度の閾値設定回路４１３では信号出現回
数検出回路４１１の出力について、予め設定された頻度
の閾値（本実施例では３探信中２探信同一座標に信号有
りとなった場合目標エコーであると判定する。）よりセ
ルの値が小さい場合当該セルの値を０としてゲート回路
４１４に送出する。

【００９３】ゲート回路４１４では、頻度の閾値設定回
路４１３の出力において、値が０より大きなセルについ
てゲートを開き、信号累加回路４１２における当該セル
の振幅値を前記信号出現回数で除した当該セルの平均振
幅をビデオ信号として制御指示器８６に出力し表示装置
８９に表示する。これにより画面上の表示を海中の固定
物（低速で移動する物体を含む）からのエコーのみとす
ることができる。

【００９４】本実施の形態に示すように、区間誤差分散
による残響抑制手段と探信間信号累加処理を組み合わせ
ることにより、残響及び雑音による擬似エコーを効果的
に抑制でき、更に、よりＳＲ比又はＳＮ比の小さな目標
エコーも検出できるようになる。また頻度の閾値が累加
探信数よりも小さい場合において（例えば累加探信数
３、頻度の閾値２とした場合）、目標エコーのレベルの
変動によりＳＲ比又はＳＮ比が低下し、３探信中１探信
の割合で区間誤差分散によって目標エコーが検出できな
い場合においても、信号累加回路において演算された平
均振幅が常に表示される。これによって、目標エコーに
おける表示の連続性が保たれるため目標エコーの検出が
非常に容易になる。

【００９５】なお、本実施の形態においては、ゲート回
路４４７又はゲート回路４１４の出力に対し、振幅によ
る閾値制御を併用することもできる。

【００９６】なお、上述の第２の実施の形態の説明で
は、図１５の回路ブロックによってその構成と動作を説
明したが、図１６のステップ１６１から１６８に示した
各ステップにより、図１５のゲート回路４４７、座標変
換回路４１０、信号累加回路４１２、ゲート回路４１
４、信号出現回数検出回路４１１、頻度の閾値設定回路
４１３を構成し、ＣＰＵにより実行させる構成にするこ
とももちろん可能である。また、さらに、本発明の別の
実施の形態として次のような機能を備えることも可能で
ある。

【００９７】第２の実施の形態の探信間信号累加処理に
おいて、目標エコーが存在すると見なすセルの範囲を広
く設定した場合、距離及び方位分解能が劣化することに
なるが、この点を補う方法として、次のような表示方法
を用いることができる。

【００９８】図９に示すように、出力検波回路４４から
制御指示器８６に信号を出力する信号線を形成する。制
御指示器８６は、探信間信号累加処理前後のビデオ信号
を同時表示装置８９に表示させる（図１１（ｂ））。こ
の場合探信間信号累加処理後の表示は、画面上の注目す
べき箇所をオペレータに対しリコメンドするために使用
することができる。オペレータは探信間信号累加処理後
の表示により、目標エコーの概略位置を把握し、出力検
波回路４４の出力を表示した画面により目標の方位及び
距離の計測等を行うことができる。

【００９９】また、図９の構成において、その他の表示
方法として、通常は図１２（ｂ）のように探信間信号累
加処理後の画面のみの表示とし、画面上のエコーが表示
されている箇所をオペレータが選択することにより、当
該箇所について出力検波回路４４の出力による図１２
（ａ）を、図１２（ｃ）のように拡大表示させる方法を
行うことも可能である。

【０１００】さらに他の方法として、図１０に示すよう
に、ゲート回路４１４の入力として出力検波回路４４４
の出力を用いる構成が考えられる。この表示方法は、出
力検波回路４４の出力（図１３（ａ））のうち、探信間
信号累加処理により目標エコーありと判定されたセルに
ついてのみ表示装置８９に表示させる（図１３（ｂ））
ものである。

【０１０１】このように、第２の実施の形態では、区間
誤差分散による残響除去手段と探信間信号累加手段とを
組み合わせている。これにより、目標信号のＳＲ比又は
ＳＮ比が小さい場合に区間誤差分散による信号検出確率
が低下することを補うことができ、ＳＲ比又はＳＮ比の
小さな信号についても検出確率を上げることができる。

【０１０２】また、第２の実施の形態では、探信間で比
較する画面のセルを、実際の信号範囲よりも広いセルを
エコーが存在する範囲と見なしている。さらに、探信間
の画像比較は表示上の最小単位で行うことにより、目標
エコーを確実に検出できるようにしている。というの
は、受信信号の座標変換には誤差が伴い、また、海面を
浮遊する物体のように、目標が自船とは無関係に移動す
る場合には、目標エコーを検出できない可能性があるた
めである。このような目標エコーの見落としを、第２の
実施の形態のように、広い範囲で探信累加することによ
り、目標エコーを確実に検出することができる。

【０１０３】また、第２の実施の形態では、探信累加の
前に、予め、振幅で重み付けした区間誤差分散による目
標エコーの検出をおこなっているため、残響や雑音によ
る誤警報の確率が低く、探信累加で累加する範囲を広く
とることが可能である。よって、第２の実施の形態のよ
うに振幅で重み付けした区間誤差分散手段と探信累加手
段とを双方備えることにより、誤警報確率の低下および
目標検知確率の向上をより高めることができる。

【０１０４】なお、第２の実施の形態では、探信累加手
段と、振幅で重み付けした区間誤差分散による目標エコ
ーの検出とを同時に備えた構成について説明したが、本
発明は、これに限らず、探信累加手段のみを従来の目標
検出装置に備えた構成にすることも可能である。

【０１０５】以上説明したように本発明によれば、スプ
リットビーム受信方式によって得られた位相差情報を予
め最適値として求められる時間区間で順次サンプリング
し、これら時間区間ごとの区間誤差分散を求める方法に
おいて、位相差情報に振幅による重み付けを施しつつ区
間誤差分散を求める手段をとることにより、目標エコー
が離散的に受信される場合或いはその長さが変動する場
合においても、目標エコーの区間誤差分散を引下げ、画
面上に表示される擬似エコーの数を大幅に削減し目標の
検知が容易に行える目標検出装置を実現できるという効
果がある。

【０１０６】一般的に目標エコーのＳＲ比又はＳＮ比が
小さくなるほど区間誤差分散は大きくなり残響及び雑音
の区間誤差分散の値に近づく傾向にある。また区間誤差
分散による方法のみによって十分な検出性能を得ようと
すると区間誤差分散の閾値を高めに設定する必要があ
り、探知性能に限界がある。そこで本発明によると、上
記の区間誤差分散による手段によってふるいにかけられ
た信号について探信間信号累加を行う手段を備え、更に
一定回数以上の頻度で同一位置に出現した信号のみ、前
記探信間信号累加手段の出力として表示器に送出する手
段を備えることにより、予め区間誤差分散の閾値制御に
よって大部分の擬似エコーが除去されているため固定物
（低速の物体を含む）からのエコーのみ画面上に表示さ
れることになり、上述した区間誤差分散のみによる場合
と比較して格段に擬似エコー除去性能を向上させること
ができる。そこで実用上問題無い範囲で擬似エコー除去
性能と検出可能なＳＲ比又はＳＮ比をトレードオフする
ことによって区間誤差分散の閾値を引き上げることがで
き、信号の検出性能を改善しつつ更にＳＲ比又はＳＮ比
の小さな目標エコーまで極めて容易に検出できる目標検
出装置を実現することができるという効果がある。

【０１０７】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、目標エ
コーを含む時間区間内に残響又は雑音のみの部分が存在
する場合であっても、目標の物体のみを感度よく検出す
ることができる目標検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スプリットビーム受信による目標検出装置の原
理を示す説明図。

【図２】（ａ）、（ｂ）スプリットビーム受信器による
目標エコー及び残響の受信状態の差を示す説明図。

【図３】（ａ）スプリットビーム受信による目標検出装
置における受信信号対のうちの一方の受波波形を示す説
明図。（ｂ）受信信号対からもとめた方位θを示す説明
図。

【図４】本発明の第１の実施の形態の目標検出装置の部
分的な構成を示すブロック図。

【図５】図４の目標検出装置で求めた受信信号対の
（ａ）位相差、（ｂ）振幅、（ｃ）区間誤差分散を示す
グラフ。

【図６】図４の構成の処理と等価な処理を示すフローチ
ャート。

【図７】本発明の第２の実施の形態による目標検出装置
の信号累加機能を説明する説明図。

【図８】本発明の第１の実施の形態の目標検出装置の全
体の構成を示すブロック図。

【図９】本発明のさらに別の実施の形態による目標検出
装置の部分的な構成を示すブロック図。

【図１０】本発明のさらに別の実施の形態による目標検
出装置の部分的な構成を示すブロック図。

【図１１】図９に示した構成による表示画面例を示す説
明図。

【図１２】図９に示した構成による表示画面例を示す説
明図。

【図１３】図１０に示した構成による表示画面例を示す
説明図。

【図１４】（ａ），（ｂ），（ｃ）スプリットビーム方
式の目標検出装置の受信信号対の一方の受波波形と目標
の物体の体勢を示す説明図。

【図１５】本発明の第２の実施の形態の部分的な構成を
示すブロック図。

【図１６】図１５の構成の処理と等価な処理を示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

４２…スプリットビーム形成回路、４３…相関演算回
路、４４…出力検波回路、４５…位相差検出回路、４６
…区間誤差分散演算回路、４７，４４７…ゲート回路、
４８…閾値設定回路、４９、４４９…バッファメモリ、
８０…目標検出装置、８１…送波器、８２…送信器、８
３…受波器、８４…受信器、８５…信号処理器、８６…
制御指示器、８７…送受波器安定機構、８８…自船位置
検出器、８９…表示装置、９０…入力装置、４１０…座
標変換回路、４１１…信号出現回数検出回路、４１２…
信号累加回路、４１３…頻度の閾値設定回路、４１４…
ゲート回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋本康広神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内 (72)発明者菊池研神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地株式会社日立製作所情報通信事業部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標を検出すべき領域に向けて送信された
パルス波の反射波を、特定方位に対して等しい受波指向
性を有する２つの受信ビーム対を前記領域内の任意の１
以上の方位に対してそれぞれ形成して受信することによ
り、前記１以上の受信ビーム対に対応する１以上の受信
信号対を形成する受信手段と、前記受信信号対の位相差を検出する位相差検出手段と、前記位相差検出手段が検出した位相差の誤差分散を、前
記位相差を前記受信信号対の振幅に応じて重み付けしな
がら、あらかじめ定めた時間区間内で求める区間誤差分
散演算手段と、前記区間誤差分散演算手段が求めた誤差分散が、あらか
じめ定めた閾値よりも小さい場合に、この受信信号が目
標からの反射波であると判別する判別手段と、前記判別手段が判別した受信信号対を表示するための表
示手段とを有することを特徴とする目標検出装置。
【請求項２】請求項１において、前記区間誤差分散演算
手段は、前記位相差検出手段が求めた位相差Φ_LR（ｔ）
を、前記時間区間Ｗにおいてｎ回サンプリングし、以下
の数１から数６を用いて誤差分散σ²を求めることを特
徴とする目標検出装置。【数１】【数２】【数３】【数４】【数５】【数６】ただし、ｉは、サンプリング番号を示す。Φ_LRiは、ｉ
番目にサンプリングされた位相差Φ_LR(t)を表す。ｅ_LRi
は、サンプリング番号ｉの時点での受信信号対の振幅ｅ
_LR(t)を表す。
【請求項３】請求項１において、区間誤差分散演算手段
は、受信信号対がそれぞれ数７、数８で表される場合
に、数９、数１０を用いて振幅ｅ_LR(t)を求めることを
特徴とする目標検出装置。【数７】【数８】【数９】【数１０】ただし、ｊは虚数単位を表す。Ｅ_R ^*(t)は、Ｅ_R(t)の複
素共役を表す。￣は、あらかじめ定めた時間Ｗで時間平
均をとることを表す。
【請求項４】請求項１において、前記受信手段は、前記
パルス波が送信されてから受信されるまでの時間を測定
する時間測定手段をさらに有し、前記表示手段は、前記受信信号対が受信された方位と、
前記時間測定手段の時間とを座標軸とする表示平面内
に、前記判別手段が判別した受信信号対を表示させるこ
とを特徴とする目標検出装置。
【請求項５】請求項４において、前記表示平面をあらか
じめ定めた大きさの格子状の領域に分割し、前記判別手
段が判別した前記受信信号対が、あらかじめ定めた時間
内にあらかじめ定めた頻度以上出現した格子領域のみに
ついて、前記受信信号対を前記表示手段に表示させる信
号累加手段をさらに有することを特徴とする目標検出装
置。
【請求項６】請求項５において、前記あらかじめ定めた
頻度以上出現した格子領域として、受信信号対が存在す
る格子領域およびその格子領域を囲む格子領域のうち、
あらかじめ定めた数の受信信号間であらかじめ定めた頻
度以上重なっていた格子領域を用いることを特徴とする
目標検出装置。
【請求項７】請求項５において、前記信号累加手段は、
目標検出装置が搭載されている移動体の移動量を用い
て、前記受信信号対の方位及び時間を補正する手段を備
えることを特徴とする目標検出装置。
【請求項８】請求項５において、前記表示手段は、前記
信号累加手段が処理した受信信号を表示するための表示
平面と、前記判別手段が判別した受信信号を表示するた
めの表示平面とを有することを特徴とする目標検出装
置。
【請求項９】目標を検出すべき領域に向けて送信された
パルス波の反射波を受信した受信信号を表示する目標表
示装置において、前記受信信号を、前記受信信号が受信された方位と前記
受信信号の距離とを座標軸とする表示平面内に表示する
ための表示手段と、前記表示平面をあらかじめ定めた大きさの格子状の領域
に分割し、前記判別手段が判別した前記受信信号対が、
あらかじめ定めた時間内にあらかじめ定めた頻度以上出
現した格子領域のみについて、前記受信信号対を前記表
示手段に表示させる信号累加手段とを有することを特徴
とする目標検出装置。
【請求項１０】目標を検出すべき領域に向けて送信され
たパルス波の反射波を、特定方位に対して等しい受波指
向性を有する２つの受信ビーム対を前記領域内の任意の
１以上の方位に対してそれぞれ形成して受信することに
より、前記１以上の受信ビーム対に対応する１以上の受
信信号対を形成し、前記受信信号対の位相差を検出し、検出した位相差の誤差分散を、前記位相差を前記受信信
号対の振幅に応じて重み付けしながら、あらかじめ定め
た時間区間内で求め、求めた誤差分散が、あらかじめ定めた閾値よりも小さい
場合に、この受信信号が目標からの反射波であると判別
して表示することを特徴とする目標検出方法。