JPS612087A - 適応ビ−ム・フオ−マによる音響信号処理方式 - 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） 本発明はビーム・フォーマを用いる音響信号の処理方式
に関する。

（従来の技術） 音響信号の処理方式の１方式として受波器アレイ出力信
号に対する待ち受はビーム・フォーマを用いて離散的な
Ｎ個の方向にマルチ・ビームを形成し、該マルチ・ビー
ムの出力信号から目標の存在する方向を推定して、前記
マルチ・ビームの中で当該推定方向に最も近いビームの
出力信号に対して周波数分析等の詳細な処理を施すこと
によシ、目標に関するより詳細な情報を得る方式が用い
られている。

第２図は、従来のこのような処理方式を示す構成図であ
る。同図において１ｏは受波器アレイ、１０１．１０２
　、・・・、１０には受波器アレイｌθの受波器素子、
２ｏは待ち受はビーム・フォーマ（以下待ち受けＣＢＦ
という）、２１１＋２１２　＋・・・２１　は待ち受は
ビーム・フォーマ２０の遅延補に 償器、２２１　　＋　２２２　＋・・・２２にはフィル
り、２３は加算器、３０は目標トラッカ、３１は離散値
変換器、３２はマルチプレクサ、３３は分析処理器、α
　は前記待ち受はビーム・フォーマ２０が形成すｎ るＮ個のマルチ・ビームの中の第ｎ番目のビームの主軸
方向、台は目標方位の推定値、αえは前記Ｎ個のマルチ
・ビーム方向−（ｎ−１，２，・・・、Ｎ）の中で前記
合に最も近い方向である。

第３図は前記目標の方位及び前記マルチ・ビーム方向を
説明する幾何学的説明図である。図においてｘ、ｙ、ｚ
は各々直角座標系のＸ＋ｙ＋Ｚ座標軸、０は原点、Ｔは
目標方向、θ工、θア、θ２は目標方向のｘ、ｙ、ｚ軸
に関する方向余弦角、Ｑｎは前記マルチ・ビームの第ｎ
番目ビーム方向、θ８．ｎ１θＹｅｎ　’　　θｚ、ｎ
は第ｎ番目ビームのＱｎ方向のＸ、Ｙ。

ｚ軸に関する方向余弦角である。

第２図の受波器アレイ素子１０ｋ（ｋ−１，２゜・・・
、Ｋ）の出力信号は待ち受はビーム・フォーマ２０に入
力され、第ｎ番目のマルチ・ビームを形成するため、遅
延補償器２１ｋ（ｋ＝１，２．・・・。

Ｋ）によシブ・−に／Ｃの時間遅延の補償を受け、希望
する伝達特性を有するフィルタ２２ｋ（ｋ＝１．２．・
・・、Ｋ）を通した後、加算器２３で加算し、待ち受は
ビーム・フォーマ２０の第ｎ番目出力Ｓ（％）として出
力する。ここで添字Ｔはベクトルのｋｔを示し、α＝〔
囲θ　、邸θ　　邸θ　〕１、ｎ　　　　　ｘ、ｎ　　
　　ｙ、ｎゝ　　　ｚ、ｎＰ　は第に番目受波器素子１
０にの前記直角座標系Ｘ。

述 Ｙ、Ｚにおける位置ベクトル、Ｃは信号の伝搬速度であ
る。

待ち受はビーム・フォーマは１時間毎にマルチ・ビーム
出力信号Ｓ（％）（ｎ＝１．２．・・・、Ｎ）のＮ個の
ビーム出力信号を出力する。目標トラッカ３０は当該Ｎ
個のマルチ・ビーム出力信号Ｓ（色。）（ｎ−１，２，
・・ｔ　Ｎ　）を用いて１時間後の目標方位αを推定し
、目標方位の推定値合を出力する。

離散値変換器３２はマルチ・ビーム方向さくｎ＝１．２
．・・・、Ｎ）の中で推定値合に最も近い方向を選びう
として出力する。マルチ・プレクサ３２はＮ個のマルチ
・ビーム出力信号Ｓ（α）（ｎ＝’ｌ。

」 ２、・・・、Ｎ）の中からｎ　＝　Ｌ方向の出力、すな
わちＳ（αｔ）を選択する。分析処理器３３は選択され
た信号Ｓ（αｔ）に対して周波数分析等のよシ詳細な処
理を施し、目標に関するよシ詳細な情報を得るために出
力端子３４に出力する。

（発明が解決しようとする問題点） 第２図に示す待ち受はビーム・フォーマには、非適応的
なビーム・フォーマ（以下待ち受けＣＢＦという）また
は適応的なビーム・フォーマ（以下待ち受けＡＢＦとい
う）が用いられる。しかしながら待ち受けＣＢＦを用い
る場合には、前記受波器アレイ１０で受信する信号に目
標信号以外の非定常的な干渉信号が存在する場合、ビー
ム出力信号Ｓ（αｔ）が前記分析処理器３３において必
要とする目標情報を得るに充分な信号対雑音比が得られ
ない場合が多くなるという欠点がある。

一方前記待ち受はビーム・フォーマに待ち受けＡＢＦを
用いる場合は、性質の未知な干渉信号や非定常的な干渉
波が存在する場合でも、干渉信号を除去できるので、高
い信号対雑音比のビーム出力信号Ｓ（αりが得られると
いう利点があるが、前記フィルタ２２ｋ（ｋ＝１，２．
・・・、Ｋ）の伝達特性を適応的に変化させる必要があ
るため、当該フィルタ２２ｋには一般にディジタルフィ
ルタが用いられ、当該フィルタ２２にのＭ≧１のＭＴ時
間毎に変化させる必要のある係数の数りとすると、前記
待ち受けＡＢＦにおいてＭＴ時間毎にＮＬ個の係数の算
出が必要となる。このためマルチ・ビームｅＬ及び可変
係数りの増加に比例して単位時間当りの処理量が増大し
、実時間処理を実現するためにはハードウェア規模が増
大するという欠点があった。

本発明はかかる従来方式の問題点を解決し、ビーム・フ
ォーミングに必要な処理量を大幅に増加させることな（
１，ＡＢＦによるビーム出力信号の信号対雑音比の向上
を図ると共に、待ち受はビームフォーマ方式による目標
の探索及び追尾機能を保持することにある。

（問題点を解決するだめの手段） 本発明は、待ち受けＣＢＦには従来の非適応的なビーム
・フォーマを用い、当該ビーム・フォーマの出力信号か
ら次のＡＢＦの係数の更新時刻における目標方向を予測
し、該予測された方向にビーム主軸を有するビームのみ
をＡＢＦで形成し、該ＡＢＦの出力信号から目標に関す
るよシ詳細な情報を得るようにすることにより、ビーム
・フォーミングに必要な処理量を大幅に増加させること
なく、ＡＢＦによる信号対雑音比の向上と、待ち受はビ
ーム・フォーマによる目標の探索及び追尾機能の両立を
図るものである。

（作用） 待ち受はビーム・フォーマ２０の遅延補償器、？１ｋ（
ｋ＝１．２．・・、Ｋ）の出力信号を可変係数フィルタ
４１ｋ（ｋ−１，２，・・・、Ｋ）を通しに個の出力を
加算器４２で加算し、ＡＢＦ　４０の出力を得ることに
よシ、ビーム・フォーミングの処理量を増加させること
なく前記問題点を除去できるものである。

（実施例） 第１図は本発明に係る第１の実施例を示す構成図である
。同図において、４０はＡＢＦ　−、４１１＋４１２　
、・・・、４ノ、は可変係数フィルタ、４２は加算器、
４３は係数算出器、Ｓ／　（αりは前記ＡＢＦ　４０の
出力信号である。ＡＢＦ　４０は前記待ち受けＣＢＦ２
０が離散値変換器３）で選ばれる方向αえと一致する方
向にビームを形成するときの、前記遅延補償２１ｋ（ｋ
＝１，２．・・・、Ｋ）の出力信号を可変係数フィルタ
４１に’（ｋ＝１　、２　、・・・、Ｋ）に通し、当該
に個の出力を加算器４２で加算することにより、出力Ｓ
／　（αｔ）を得る。可変係数フィルタ４１ｋ（ｋ＝１
．２．・・・、Ｋ）の係数はある特定の規範に基づき、
前記係数算出器４３によｆｉＭ≧１のＭＴ時間毎に算出
され更新される。係数を更新するだめの規範としては、
例えば前記出力信号Ｓ’（ｄ、）のノぐワーを最小とす
るようなＩ、ＭＳアルゴリズ！・等が用いられる。

第４図は本発明の第２の実施例を示す構成図であシ、５
ｏはＡＢＦ、　５１１　．５１２、−．５１ｊは目標信
号除去ビーム・フォーマ、５２１　　＋　５２ｚ　＋・
・・、５２．は可変係数フィルタ、５３．５４は加算器
、５５は係数算出器である。ＡＢＦ　５０は待ち受けＣ
ＢＦ　２０が離散値変換器３１で選ばれる方向色６と一
致する方向にビームを形成するときの、遅延補償器２’
ｌｋ（ｋ＝Ｉ　＋　２　、・・・、Ｋ）の出力信号をＪ
≦に一１個の目標信号除去ビーム・フォーマ５１１　　
＋　５１２　　＋・・・、５ノ、に入力し、各ビーム・
フォーマ５１ｊ（ｊ−１，２，・・・、Ｊ）の出力信号
を可変係数フィルタ５２．（ｊ−１，２，・・・、Ｊ）
に通し、１個の出力を加算器５３で加算することによシ
目標信号成分を除去した信号Ｎ（ａ、）を得だ後、当該
信号Ｎ（αｔ）を前記待ち受けＣＢ′Ｆの方向αえのビ
ーム出力Ｓ（αｔ）から加算器５４によって差し引くこ
とにより出力Ｓ／　（αりを得る。一般に目標信号除去
ビーム・フォーマ５１ｊ（ｊ＝１．２．・・。

Ｊ）は固定係数のビーム・フォーマであシ、１個のビー
ムノリーンは方向うで感度最小となるようなビームを形
成し、１個のビーム出力は互いに独立となるように選ば
れる。

第１図に示す第１の実施例と同様、可変係数フィルタ５
２ｊ（Ｊ＝１．２．・・・、Ｊ）の係数は、ある特定の
規範に基づき、前記係数算出器５５によりＭ≧１のＭＴ
時間毎に算出され更新される。なお第１及び第２の実施
例では目標数を１個の場合について示したが、目標数が
複数個の場合であっても本発明を適用できる。例えば目
標数が２個の場合は、前記待ち受けＣＢＦ　２０の出力
信号から２つの目標のＭＴ時間後の方向の推定値に１ｙ
　：ｔ２を前記目標トラッカ３０及び離散値変換器３ノ
によって求め、前記ＡＢＦ　４０又は５０の可変フィル
タ係数の算出及びビームの形成を、前記待ち受けＣＢＦ
が形成するマルチ・ビームの方向が前記方向色４□及び
う２と一致するときの前記遅延補償器２１ｋ（ｋ−１，
２，・・・、Ｋ）の出力信号を用いて行なえばよい。

（発明の効果） 以上説明した如く本発明は従来の非適応的な待ち受はビ
ーム・フォーマに当該ビーム出力信号から目標方向を予
測する目標トラ、力と、予測された方向にのみ適応的な
ビームを形成するビーム・フォーマを付加し、該適応的
なビーム出力を用いて目標に関するよシ詳細な情報を得
るようにしたものである。従ってビーム・フォーミング
に必要な処理量を従来と比べて大幅に増加きせることな
（ＡＢＦによる信号対雑音比の向上が図られ、かつ待ち
受はビーム・フォーマ方式による目標の探索及び追尾機
能は従来通シに保たれるという利点がある。本発明は従
来の非適応的な待ち受はビーム・フォーマによって目標
の探知及び追尾が可能な程度の信号対雑音比が得られ、
かつ目標に関するよシ詳細な情報を得るためには、前記
信号対雑音比では不充分であるような音響信号処理装置
に適用でき、アクティブ及び）Ｒッシブソーナー、音響
測位装置等に利用することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る音響処理方式の第１の実施例を示
す構成図、第２図は従来の音響信号処理方式の構成図、
第３図は目標方向及びマルチ・ビーム方向の幾何学的説
明図、第４図は本発明に係る第２の実施例を示す構成図
である。 １０・・・受波器アレイ、１０ｋ・・・受波器素子、２
０・・・待チ受ケビーム・フォーマ、２１１　・２１２
　Ｉ・・・、２１ｋ・・・遅延補償器、２２１　　＋　
２２２　　＋・・・。 ２２ｋ・・・フィルタ、２３・・・加算器、３０・・・
目標トラッカ、３１・・・離散値変換器、３２・・・マ
ルチ・ゾレクサ、３３・・・分析処理器、４ｏ、ｓｏ・
・・ＡＢＦ　。 ４１１　　ｒ４１２　＋・・・、４１ｋ・・・可変係数
フィルり、４２．５３．５４・・・加算器、４３．５５
・・・係数算出器、５１．１＋５１２＋・・・、５１ｊ
・・・目標信号除去ビーム、５２１　　ｒ　５２２　　
ｇ・・　、５２．・・・可変係数フィルタ。 特許出願人　沖電気工業株式会社 第１図 第２図 第３図 ｎ 第４図 １．事件の表示 昭和５９年　特　許　　願第１２２００３号２　発明の
名称 適応ビーム・フォーマによる音響信号処理方式３、補正
をする者 事件との関係　　　　　　特　許　出　願　人任　所（
〒１０５）　　東京都港区虎ノ門１丁目７番１２号住　
所（〒１０５）　　東京都港区虎ノ門１丁目７査１２号
’　、”１．１’　：、 ５、補正の対象　明細書中「特許請求の範ｉ欄、「発明
の詳細な説明」の欄及び「図面の簡単な説明」の欄６、
補正の内容　別紙の通り ６　補正の内容 ■、　明細書中「特許請求の範囲」の欄を別紙の通り補
正する。 ２、同書第３頁第１行目に「（以下待ち受けＣＢＦとい
う）」とあるのを削除する。 ３、同頁第２行目、第３頁２行目、第４頁２行目、第９
頁４行目、第１０頁１３行目及び第１２頁２行目に「２
１ｋ」とあるのを「２１ｋ」と補正する。 ４、同書第３頁３行目、第４頁４行目、第６頁３行目と
５行目、及び第１２頁３行目に「２２ｋ」とあるのをｒ
、？、？ｋＪと補正する。 ５　同書第３頁１９行目、第４頁９行目及び第１１頁２
０行目に「１０ｋ」とあるのを「１０ｋ」と補正する。 ６　同書第８頁２行目と１０行目及び第１２頁６行目に
「４１ｋ」とあるのをｒ４ＺｋＪと補正する。 ７　同書第８頁１８行目、第９頁６行目と７行目と第１
４行目及び第１２頁８行目に「５１ｊ」９行目に「５２
ｊ」とあるのを「５２Ｊ」と補正する。 ９　同書第９頁７行目、８行目、１４行目及び２０行目
にｒ（ｊ−１，・・」とあるのをｒ　（Ｊ＝１゜・・・
」と補正する。 １０　　同頁第２行目に「フォーマであり、５個」とあ
るのを「フォーマであり、該ビーム・フォーマの５個」
と補正する。 別紙 特許請求の範囲 目標音源からの信号を受波器プレイで受信し、該受波器
アレイの出力信号に対するビーム・フォーミングにより
ビームを形成し、該ビーム出力信号を用いて、前記目標
に関する情報を得ることを目的とする音響信号の処理装
置において、Ｔ時間毎にマルチ・ビームを形成する非適
応的々待ち受はビーム・フォーマと、該待ち受はビーム
フォーマの出力信号からＭ≧１のＭＴ時間後の時刻にお
ける目標の方向を予測する予測手段と、ＭＴＴ時間毎少
々くとも１つ以上のビームを形成する適応的なビーム・
フォーマを有し、該適応的なビーム　フォーマが形成す
るビーム主軸方向を前記予測手段の方向予測値に一致さ
せることにより前記適応的なビーム・フォーマの出力信
号から目標に関する情報を得ることを特徴とした適応ビ
ーム・フォーマによる音響信号処理方式。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 目標音源からの信号を受波器アレイで受信し、該受波器
   アレイの出力信号に対するビーム・フォーミングにより
   ビームを形成し、該ビーム出力信号を用いて、前記目標
   に関する情報を得ることを目的とする音響信号の処理装
   置において、 ビーム・フォーマにＴ時間毎にマルチ・ビームを形成す
   る非適応的な待ち受けビーム・フォーマと、該待ち受け
   ビームフォーマの出力信号からＭ≧１のＭＴ時間後の時
   刻における目標の方向を予測する予測手段と、ＭＴ時間
   毎に少なくとも１つ以上のビームを形成する適応的なビ
   ーム・フォーマを有し、該適応的なビーム・フォーマが
   形成するビーム主軸方向を前記予測手段の方向予測値に
   一致させることにより前記適応的なビーム・フォーマの
   出力信号から目標に関する情報を得ることを特徴とした
   適応ビーム・フォーマによる音響信号処理方式。