JPS62115384A - ソ−ナ−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〕 本発明はソーナー信号処理方式に関し、特に、あらかじ
め設定した形式の固定的受波ビーム、いわゆるプリ２オ
ームドビームでソーナー送波ビームによる反射波を受信
する待受は受信方式を利用するソーナー装置のソーナー
信号処理方式に関する。

〔従来の技術〕

ソーナー装置の受波器の出力を複数個ずつ利用し、これ
ら出力にそれぞれ所定の遅延量を付与したものを合成す
ることによって所望の受波ビームが形成されることはよ
く知られてお９、このような受波ビームを複数個所定の
指向角で所望の方位角範囲にわたってあらかじめ固定的
に形成し、この受波ビームを介して反射を受波するブリ
フォームドビーム待受は受信方式もまたよく知られてい
る。

ところで、一般にソーナー信号を表示する場合にはソー
ナー受信信号のダイナミックレンジの大幅な圧縮が必要
であシ、この点については待受は受信方式も同様に圧縮
処理が必要となる。

音源から放射される音波が距＠ｒまで伝搬するときの伝
搬損をＴＬとするとＴＬは次の（１）式で示される。

ＴＬ＝２０Ｌｏｇｒ＋α　　　・・・・・・・・・・・
・・・・（１）轡 （１）式において、αは吸収損失その他である。反響音
として往復の伝搬損２ＴＬｔｌ−考えると、αを無視し
そも距離レンジ１０倍ごとに４９　ｄＢ　（デシベル）
となる。

ソーナーの捜索対象レンジの最大／最小の比が１００倍
程度となるものは珍しくなく、この場合の往復伝搬損は
８０ｄＢ、すなわち受信信号のダイナミックレンジは８
０ｄＢ以上を考える必要がある。

一方、通常のソーナー装置に利用される輝度表示用ＣＲ
Ｔ　（Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｒａｙ　Ｔｕｂｅ　）の表示ダ
イナミックレンジは約２０ｄＢであり、以上の運用背景
から考えても受信信号は６０ｄＢ以上のダイナミックレ
ンジの圧縮が必要となる。

このダイナミックレンジの圧縮には、各受信チャネルご
との受信レベルに含まれる、海面、海中、海底からの戻
シ散乱波すなわち反響音のレベルを所定のレベルまで圧
縮し、戻り散乱波に含まれる所望の目標エコー（ｅｃｈ
ｏ）のみをクローズアップして抽出する、いわゆるノー
マリゼーション（ｎｏｒｍａｌｉｙａｔｉｏｎ）技術が
一般的に利用され、待受は受信方式でもよく知られるよ
うに次のようなノーマリゼーション技術が複合的に利用
されている。

そのｌはＲＣＧ　（Ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔ　ｉｏｎ　Ｃ
ｏｎｔｒ−ｏｌ　　ｏｆ　Ｇａ１ｎ）回路を利用するノ
ーマリ　ゼーシ冒ンである。

これは送信直後の大レベル残響（ｒｅｖｅｂｅｒａｔｉ
ｏｎ）を各探信ごとに抵抗、コンデンサ等を利用する固
定減衰回路を介して所定のレベルまで減衰させ反響音レ
ベルの低減を図るものである。

その２は、ＡＱＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｇａ１ｎ　Ｃ
ｏｎｔｒｏｌ）回路を利用するノーマリゼーションであ
る。

これは各探信ごとの受信信号レベルに対応した利得制御
信号全発生し受信利得を自動的に制御して反響音レベル
の低減を図るものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した従来のこの種のノーナー信号処
理方式のダイナミックレンジ抑圧には次のような問題が
ある。

すなわち、その１０ＲＣＧ回路による動作では、ソーナ
ー装置を運用する海域条件に適応したきめ細かな制御が
本質的に出来ず、また、その２０ＡＱＣ回路を利用する
動作ではＡＧＣ電圧を発生する回路の特定数を超えるパ
ルス長のエコーはそのパＡ／、Ｘ長をカットされてＳ　
／　Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ／１ｏｉｓｅ）の低下を招くとと
もに、反面、海面、海底残響の擬似エコー化による目標
識別機能の低下が避けられず、さらにチャネル間の利得
のバラツキによる影響も重畳するという問題がある。

本発明の目的に上述した欠点を除去し、ブリフォームド
ビームの出力をサンプリングしたデータにもとづいて得
られる探信内の受信信号レベルの変動とチャネル間のレ
ベル差に対応して次回探信時の各チャネル間の補間走査
処理時のｌみ係数を制御する手段を備えることにより、
エコーの原波形を忠実に保持し、受信チャネル間の信号
レベルのバラツキの影響を大輪に改告し、補間走査と距
離、方位方向の２次元映像処理を一体化し得るノーマリ
ゼーシ、ンを実施し所望のダイナミックレンジの抑圧が
図れるソーナー信号処理方式を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の方式は、待受は受信方式によって受信したソー
ナー信号を処理するソーナー信号処理方式において、前
探信の各ブリ７オームドビームごとの出力のサンプリン
グデータにもとづいて求めた距離および方位方向に関す
るレベル変動を検出したうえ次回探信時における補間走
査時の補間荷重を前記レベル変動に対応して制御する補
間荷重制御手段を備えて構成される。

〔実施例〕 次に図面を参照し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り、受
信チャネル（１）ｌ−１，受信チャネル（２）ｌ−２〜
受信チヤネル（ｎＨ−ｎ、受信レベル重み荷重回路（１
）２−１．受信レベル重み荷重回路（２）　２−２〜受
信レベル重み荷重回路（ｎ＋２−１．信号サンプリング
回路３２重み係数発生回路４．スイッチング加算回路５
等を備えて構成される。

ｎ個のプリ７オームドビームを介して入力するｎ個の受
信入力、入力８１〜Ｓｎはそれぞれ受信チャネル（１１
１−１〜受信チヤネル（ｆｌ）　１−　ｒｌに供給され
る。

たとえば、受信チャネル（１）　ｌ　−１はこの入力を
所定のレベルまで増幅したあと所定のビット数でディジ
タル化したうえ補間走査のための第１の重み係数付与を
実施される。

補間走査はブリフォームドビーム間にも見掛上の受信ビ
ームを補間的に形成して方位分解能を改善することを主
目的とし、プリ７オームドビームの出力に所定の形式の
複数の重み係数を乗じたうえこれを隣接３〜４チヤネル
ごとに加算する処理操作ヲ全ブリフォームドビームにわ
たって巡回的に実施するものであυ、その詳細は次のと
おりである。

第２図は従来の補間走査におけるｌみ付けを説明するた
めの補間重み付は説明図でめる。

第２図は同一の目標からの反射波が３チヤネルのプリ７
オームドビームによって捕捉され、ソーナー運用条件か
ら３チャネル相互間の受信レベルが影響し合う場合を例
としている。

チャネルＣＨＩ〜ＣＨ４にはそれぞれ同一目標からの入
力８１〜５４ｔ−受ける。これら入力はそれぞれ相接し
連続する４個のプリ２オームドビームによる入力でもあ
り、それぞれ０１〜θ４のプリフォームドビーム方位す
なわちチャネル方位に対応する。いまこれら実線で示す
チャネル方位間に２個ずつ点線で示す補間方位を設定し
補間出力を求めるものとする。チャネル入力、従ってチ
ャネル出力も互いに３チヤネルずつレベル影響し合い、
たとえばチャネ／Ｉ／２の出力の出力はθ、の方位を中
心とし９箇の矢印で示すチャネルおよび補間方位の出力
と影響し合うこととなる。このような状態のもとでもθ
、のチャネル方位に形成すべきブリフォームドビームを
所望の指向性のものとするため補間曲線ｃｏｓ”θによ
る重み係数Ｗ１〜Ｗ、　全９出力に乗算したうえで加算
する。重み係数付与周期ｔは、形成すべきスブリ、トビ
ームの指向性、運用状件等に対応して任意に設定される
。

なお、補間曲線ｃｏｓθ（θは方位角）はブリフォーム
ドビームの指向性関数に近似するものとして選定される
。

このような荷重負荷全プリ７オームトビームのそれぞれ
に補間走査の位相を配慮したタイミングで与えたうえ次
のように重畳加算することによって所望の補間走査出力
を得ることができる。

第３図は補間走査出力を求める基本的処理内容を説明す
るための補間走査説明図である。

第３図は第４図と同じく、形成すべき補間ブリフォーム
ドビームは２個であり、互いに影響し合う隣接チャネル
は３個の場合を例としている。

入力信号Ｓｌに対しては第４図に示すＷ、−Ｗ。

に対応する９個の重み係数Ｗ１□〜Ｗ１．が用意される
。また入力信号８２，８３．８４に対してもそれぞれＷ
ｌ、〜Ｗ１．と同じＷ２１〜Ｗ、、　、　Ｗ８．〜Ｗ、
、　、　Ｗ４゜〜Ｗ、がそれぞれ補間走査位相Ｔ。ずつ
シフトして提供される。補間走査出力に重み係数を乗じ
た入力信号８１〜Ｓ４が同−走査時に３個得られるＱｌ
ｌ　＋　Ｑｘｔ　ｌ　ＱＣｓ等の重畳加算値として得ら
れる。

たとえばＱ１□は入力信号ｓ２２中心としこれに入力信
号Ｓ１と８３とによる影響全加味したもので８２の補間
走査出力となる。またＱ４は入力信号Ｓ３の補間走査出
力となる。これらＱｌｌとＱ、。

の中間の値として得られるＱｔｔとＱｌｇとがＱｌｌ　
とＱ□間を３分割する補間方位の補間走査出力として得
られ、以後８ｎｉ介してふたたびＳｌに戻る処理操作を
介して補間方位を含む補間走査出力が次次に求められる
。これが補間走査の基本的処理であり、所望の補間方位
を含む全方位に補間曲線の特性等を反映し不要な方位感
度の抑圧も加味したほぼ等感度特性のブリフォームドビ
ームを形成することができる。

第１因に示す受信チャネル、たとえば受信チャネル（１
）　１−１は出力ライン４０１を介して重み係数を提供
されつったとえは第３図の場合では入力信号Ｓ１のムみ
付はデータ８１Ｗ１７，５ＩＷ１８，８１Ｗ１９・・・
・・・全発生しこれを受信レベル重み荷重回路（１）２
−１に供給する。受信チャネル（２）　１−２〜受信チ
ヤネル（ロ）ｌ−ｎについても全く同様にしてそれぞれ
補間走査位相ずれのタイミング重み付は入力信号８２Ｗ
２４，８２Ｗ２５，５２Ｗ２６・・・・・・、５３ｗ３
４、５３Ｗ３５，５３Ｗ３６・・・・・・を出力しそれ
ぞれ受信レベ□ル重み荷重回路（２）　２−２〜受信レ
ベル重み荷重回路（ｎ）２−ｎに供給する。

こうして出力される重み付は入力信号を加算して得られ
る補間走査出力は、しかしながらそのダイナミックレン
ジが８０ｄＢもしくはそれ以上という大きなものとなる
のでこれを表示レベルまで圧縮することが必要となる。

第４−ａ図は目標エコーを含む距離方向入力データレベ
ル特性図である。

入力データＬ１は、あるブリフォームドビームを介して
入力したデータで、目標エコーＥ−ｉ含み全体のレベル
の変動幅Ｂｌは前述した如＜８０ｄＢ以上に達すること
もしばしばあり、ノーマリゼーシ、ンを行ないこのダイ
ナミックレンジを圧縮する必要がある。黒点はディジタ
ル化におけるサンプリングデータであり、これを連結し
た折線Ｌ２は擬似スムージング（ｓｍｏｕｔｈｉｎｇ）
曲線で入力データＬ１の巨視的レベル特性を示す。この
擬似スムージング曲線の代９にサンプリングデータに対
する最適曲線をいわゆるカーブフィッテング（ｃｕｒｖ
ｅ　ｆｉｔｔｉｎｇ）の手法で設定すれば形式的にはさ
らに入力データを忠実に反映したものとなるが、はば入
力データＬ１の巨視的特性を代表するものと見做して差
支えなく、処理上も簡単で本実施例でもこれを利用して
いる。

さて、第４ａ図で表示したいものは入力データの凹凸と
して表わされるその微視的レベル変動波形と、これに含
まれる目標エコーＥである。変動幅Ｂｌを大幅に圧縮す
ることによりてこのことが可能となる。

第４ｂ図はノーマリゼータ１ノ実施後の第４ａ図の距離
方向入力データレベル特性図である。

変動幅Ｂ２を第４ａ図の擬似スムージング曲線で示され
る変動幅にもとづいて圧縮したものとすることによって
大幅なダイナミックレンジの圧縮が図れる。観点を変え
ると、前探信から得られる擬似スムージング曲線Ｌ２に
よるレベル特性を、次の探信データからダイナミックレ
ンジの圧縮度合に対応した割合で減じてやることによっ
て所定のダイナミックレンジに圧縮された変動幅Ｂ２の
もとて目標エコーＥがほぼ微細構造背景レベルから突出
する形式で表示することが可能となる。

第５図は方位方向入力データ列のレベル特性を示す方位
方向入力データレベル特性図である。

時間、レベル、方位による３次元座標に表現される４個
の受信チャネルぶ、〜Ｊ４それぞれげ−タはサンプリン
グタイムｑ、〜ｑ４の都度黒丸としてサンプルされるが
受信チャネル間に受信利得のバラツキがある場合は当然
その分の影響が補間走査出力にもあらはれ、目標判別機
能が低下する。

第５ａ図では受信チャネルノ、の利得が他に比し低い場
合のサンプルデータ列とこれらを結ぶ擬似スムージング
曲線の例を示している。

第５ｂ図はノーマリゼーシ１７実施後の第５ｂ図の方位
方向入力データ列のレベル特性を示す方位方向入力デー
タレベル特性図である。ノーマリゼーションによる受信
チャネルの利得バラツキの影響の除去の効果が明らかで
ある。、このノーマリゼーシ、ンは、ソーナー装置がブ
リフォームドビーム金欠次にシフトしながら探信すると
きは前探信のレベル変動幅全圧縮することによって距離
方向圧縮と同時に２次元処理として行なわれ、本実施例
の場合は次のようにして処理されている。

第１図に示す信号サンプリング回路３は、受信チャネル
（１）１−１〜受信チヤネ／Ｌ’（ｎ）ｌ−ｎのディジ
タル入力データを受けつつこれを所定の窓関数による窓
時間で次次に切出す。本実施例では矩形関数を利用して
切出している。このような信号サンプリングの目的は、
こうして切出した窓時間ごとのサンプリングデータの平
均値を求め、これを切出し区間のレペ／Ｉ／ヲ代表する
代表値としてＡ／Ｄ変換におけるディジタルデータの微
細構造によるバラツキの影響の平均化を図るものである
。

重み係数発生器４は、こうして入力する各受信チャネル
ごとの窓関係切出しデータごとにその代表値の最大値と
最小値とを検出し変動幅の圧縮率を決定する。この圧縮
率はＣＲＴの具体的ダイナミックレンジのほかソーナー
装置の運用条件等全勘案しあらかじめ設定する圧縮率算
出演算で容易に算出できる。この圧縮率は第２の重み係
数である受信レベル重み係数として出力ライン４０２を
介して受信レベル重み荷重回路（１）　２−１〜受信レ
ベル重み荷重回路（ｎｌ　２−　ｎに提供される。

各受信レベル重み荷重回路はこうして供給される受信レ
ベル重み係数全前述した補間走査出力に含まれる補間走
査重み係数に乗算し受信レベルの変動幅に対応した重み
付は荷重を行なう。たとえば、第３図で説明した例では
、受信レベル重み荷重回路（１）　２−１は、受信チャ
坏ル（１）　ｌ　−１から受けた補間点み（１けデータ
５ＩＷ１７，５ＩＷ１８，５ＩＷ１９に対し受信レベル
重み係叙几１−栄じ罠５ＩＷ１７Ｒ１，５ＩＷ１８Ｒ１
，８１Ｗ１９Ｒ１−スイッチング加算回路５に送出する
。他の受信レベルＴＬ木荷厘回路も全く同様な手法で受
信レベル１み荷ＭｔＬ、。

た輛間亘み付はデータをスイッチング加算回路５に送出
する。

スイッチング加算回路５は、こうして送出される受信レ
ベル重み付はデータをサンプリング入力しつつ加算し補
間走査出力とする。たとえば第３図の例における補間出
力はＱｓｒ〜Ｑｔｓ　　次の（２）〜（４）式の如く表
現される。

Ｑ□＝　５ＩＷ１７Ｒ１＋８２Ｗ２４Ｒ２＋５３Ｗ３１
Ｒ３・・・・・・・・・・・・（２） Ｑ□、＝　５ＩＷ１８Ｒ１＋８２Ｗ２５Ｒ２＋８３Ｗ３
１Ｒ３・・・・・・・・・・・・（３） Ｑｘｓ＝　５ＩＷ１９Ｒ１＋８２Ｗ２６Ｒ２＋８３Ｗ３
１Ｒ３・・・・・・・・・・・・（４） （２）〜（４）式においてＲ１−Ｒ３はそれぞれ入力信
号８１〜Ｓ３に対するレベル重み付は係数、Ｑ１１〜Ｑ
１ｓにおける記号−はレベル重み付は補間走査出力を示
す。

スイッチング加算回路５は、たとえば（１）式に示すＱ
１１ヲ求めるように右辺の各項成分を、対応する受信レ
ベル重み荷重回路からサンプリング入力して加算するス
イッチング加算を実施して受信重み付は補間走査出力を
発生し表示回路等へ供給する。こうして発生する補間走
査出力は各ブリフォームドビームごと距離方向データと
、次次にプリ７オームドビームから出力される方位方向
データとの２次元データであり、いずれも隣接する３ビ
一ム間の影響を考慮したうえでノーマリゼーシ。

ン金行なって得られるものである。

こうして距離および方位方向の擬似スムージグ曲線にも
とづき受信信号レベルの変動と各受信チャネル間のレベ
ル差を検出しつつこれらレベルおよびレベル差にもとづ
き補間走査時の重み関数を制御するノーマリゼーシ冒ン
によるダイナミックレンジ圧縮が実施される。

なお、上述した実施例においてに重み係数による荷重を
第１の重み係数、補間走査重み係数と第２の重み係数、
受信レベル重み係数とに分けて実施しているが、この代
りにこれら２つの重み係数同志の乗算を行ったうえ新た
な１つの重み係数に変換して重み荷重全実施する処理形
式としてもよい。また、本実施例ではサンプリングデー
タを折線で接続した擬似スムージング曲線によってレベ
ル変動量を評価しているが、これをカーブフィ。

ティングによる通常のスムージング曲線としても一向に
差支えなく、上記はいずれも本発明の主旨全損なうこと
なく容易に実施できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く本発明によれば、待受は受信方式によ
るソーナー信号処理方式において、前探信のブリフォー
ムドビームの出力のサンプリングデータにもとづいて求
めた距離、方位方向のレベル変動量に対応して次回補間
走査時の補間荷重を制御する手段を備えることによって
、目標エコーの原波形を忠実に保持したうえ受信チャネ
ル間の信号レベルのバラツキの影響全大幅に改善し、さ
らに補間走査と２欠元映像処理との一体化が図れた状態
でダイナミックレンジの大福な圧縮が図れるソーナー信
号処理方式が実現でき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を示すブロック図、第２図は
従来の補間走査における重み付けを説明するための補間
走査重み付は説明図、第３図は補間走査出力を求める基
本的処理内容を説明するための補間走査説明図、第４ａ
図は目標エコーを含む距離方向入力データレベル特性図
、第４ｂ図は、ノーマリゼーシ、ン実施後の第４ａ図の
距離方向入力データレベル特性図、第５ａ図は方位方向
入力データ列のレベル特性を示す方位方向入力データレ
ベル特性図、第５ｂ図はノーマリゼーシ、ン実施後の第
５ｂ図の方位方向入力データ列のレベル特性を示す方位
方向入力データレベル特性図である。 １−１〜１−ｎ・・・・・・受信チャネル（１）〜（ｎ
）、２−１〜２−ｎ・・・・・・受信レベル重み荷重回
路、（１）〜か）３・・・・・・信号サンプリング回路
、４・・・・・・重み係数発ｌρ７７４り２−−−−−
−出力フイン第　ｌ　図 第　ｆ：　図 第ｊ図 禎４ａ図 采４ｂ図 ｊｌｔ−；に−一一丈）フ゛ソ）ググイム７゜ 第Ｉす図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 待受け受信方式によって受信したソーナー信号を処理す
   るソーナー信号処理方式において、前探信の各プリフャ
   ームドビーム（ｐｒｅｆｏｒｍｅｄｂｅａｍ）ごとの出
   力のサンプリングデータにもとづいて求めた距離および
   方位方向に関するレベル変動を検出したうえ次回探信時
   における補間走査時の補間荷重を前記レベル変動に対応
   して制御する補間荷重制御手段を備えて成ることを特徴
   とするソーナー信号処理方式。