JPH03282287A - Depth detection method and depth detection device for underwater objects - Google Patents
Depth detection method and depth detection device for underwater objectsInfo
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野]
本発明は超音波による水中目標物の探知および位置測定
の方法と装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method and apparatus for detecting and positioning underwater targets using ultrasonic waves.
[従来の技術]
従来の装置は特開昭61−110074号公報に記載の
ように受波器の配列および整相手段等により水平および
垂直の双方に指向性を持たせ目標物の方位および俯角を
測定するものである。また特開昭62−217173号
公報に記載のように複数個の受波器を垂直に配列しかつ
音線図も利用して未知音源の深度および水平距離を求め
るものである。[Prior Art] As described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 61-110074, a conventional device provides directivity in both horizontal and vertical directions using a receiver arrangement and a phasing means, and determines the azimuth and depression angle of a target. It is used to measure. Further, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-217173, a plurality of receivers are arranged vertically and a sound ray diagram is also used to determine the depth and horizontal distance of an unknown sound source.
[発明が解決しようとする課題]
上記従来の技術においては目標物の深度を得るためには
、いずれにしても受波器の垂直方向の寸法を大きくする
かあるいは受波器を複数個垂直方向に配列することによ
り垂直方向の指向性を先鋭にする必要がある。つまり、
水中物体の位置探知において方位、距離の他にその深度
も探知しようとするものでは、従来、水平垂直両方向の
指向性を利用する必要から装置が大形化せざるを得なか
った。[Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned conventional techniques, in order to obtain the depth of the target, the vertical dimension of the receiver must be increased or a plurality of receivers must be installed in the vertical direction. It is necessary to sharpen the directivity in the vertical direction by arranging them. In other words,
Conventionally, devices that attempt to detect the depth of an underwater object in addition to its direction and distance have had to use larger directivity in both horizontal and vertical directions.
本発明は、水中物体の位置探知の中での深度探知のため
に、垂直方向の指向性を特に必要とすることなく上記水
中物体の深度ひいては俯角を得る方法と装置を提供する
ことを目的とする。そしてこれにより装置の大形化を回
避することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to provide a method and apparatus for determining the depth and depression angle of an underwater object without particularly requiring vertical directivity for depth detection during position detection of the underwater object. do. The purpose of this is to avoid increasing the size of the device.
[課題を解決するための手段]
」二記目的を達成するため、本発明の深度探知方法は、
水中物体の水平面上の方位と、上記物体までの直距離と
を多数回測定し、これらの測定データとともに各測定時
の母船の位置データを用い、観測行列の計算と、カルマ
ンゲインの計算と、これに基づく状態ベクトルの更新な
らびに共分散行列の更新の演算処理を行うことを特徴と
する。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the second objective, the depth detection method of the present invention has the following features:
The orientation of the underwater object on the horizontal plane and the direct distance to the object are measured many times, and using these measurement data and the position data of the mother ship at each measurement, the observation matrix is calculated, the Kalman gain is calculated, It is characterized by performing arithmetic processing for updating the state vector and updating the covariance matrix based on this.
また上記目的を達成するため、本発明の深度探知装置は
、パルス変調した発信器の信号を電力増幅し、送受波器
を介して音響信号に変換し水中に放射する手段と、水中
物体からの反射信号を上記送受波器により受信する手段
と、該受信信号を増幅整相し、方位演算器により方位デ
ータに変換する手段と、上記パルス変調出力と受信出力
から得られるタイミング信号を用いて直距離演算器によ
り直距離データに変換する手段と、母船の速度と進行方
向のデータを用いて母船位置演算器により母船位置を計
算する手段と、上記方位データ、直距離データ、および
母船位置データをカルマンフィルタに六ツノして水中物
体の位置成分の出力を得る演算処理手段を備えることを
特徴とする。In order to achieve the above object, the depth detection device of the present invention includes a means for power amplifying a pulse-modulated transmitter signal, converting it into an acoustic signal via a transducer, and emitting it into the water, and a means for emitting the signal into the water from an underwater object. means for receiving the reflected signal by the transducer, means for amplifying and phasing the received signal and converting it into azimuth data by the azimuth calculator, and a timing signal obtained from the pulse modulation output and the reception output. means for converting the data into direct distance data using a distance calculator; means for calculating the mother ship position using the mother ship position calculator using the speed and heading data of the mother ship; The present invention is characterized by comprising an arithmetic processing means for obtaining an output of a position component of an underwater object by applying a Kalman filter.
〔作 用]
後述において、数学的取り扱いを含めて実施例を説明す
ることにより作用についても効果的に明らかになると思
われるが、ここでは特に本発明の深度探知方法を概説す
る中で作用を説明する。[Function] In the following, it is believed that the function will be effectively clarified by explaining the embodiments including mathematical treatment, but here, the function will be explained in particular while outlining the depth detection method of the present invention. do.
求める水中物体(以下目標物体という)の位置座標X1
、yll、Zllは状態ベクトルの要素である。一方、
観測するものは目標物体の水平面上の方位θと目標物体
までの直距離rであり、これらは観測ベクトルの要素で
ある。また観測ベクトルと状態ベクトルとの間の関係式
を与えるものとして観測行列がある。そこで、本発明の
深度探知方法は、−口にいって観測ベクトルを観測して
観測行列を用いて状態ベクトルを推定するものである。Position coordinates X1 of the desired underwater object (hereinafter referred to as target object)
, yll, and Zll are elements of the state vector. on the other hand,
What is observed is the orientation θ of the target object on the horizontal plane and the direct distance r to the target object, which are elements of the observation vector. Furthermore, there is an observation matrix that provides a relational expression between observation vectors and state vectors. Therefore, the depth detection method of the present invention is to go to the bottom, observe the observation vector, and estimate the state vector using the observation matrix.
観測データに誤差がなければ、また誤差があってもこれ
を用いて求める結果が所要精度の範囲内におさまる程度
のものであれば、未知数の数に応じて少数回の観測の結
果で上記の関係から状態ベクトルを求めることが可能に
なる。If there are no errors in the observed data, and even if there are errors, if the results obtained using the data are within the required precision, the above can be achieved using the results of a small number of observations depending on the number of unknowns. It becomes possible to find the state vector from the relationship.
本発明は、目標物体への俯角を直接測定することなく、
また目標物体の方位と直距離の観測は不可避的に誤差を
含むとの前提により、上記X1、yl、Zlの位置成分
を求めようというのであるから、初期における状態ベク
トルには大きな誤差を容認しなければならない。つまり
この状態では状態ベクトルの誤差のばらつき具合、いわ
ば共分散値が大きいことになる。そこで、目標物体の方
位と直距離を多数回測定することにより、状態ベクトル
を逐次更新していく。この過程で共分散値は逐次小さく
なり、最終的には状態ベクトルをある収束値に近付けさ
せようとするものである。The present invention does not directly measure the angle of depression toward the target object.
Furthermore, since we are trying to find the positional components of X1, yl, and Zl above on the premise that the observation of the direction and direct distance of the target object inevitably includes errors, we do not accept large errors in the initial state vector. There must be. In other words, in this state, the degree of dispersion of errors in the state vector, so to speak, the covariance value is large. Therefore, the state vector is updated one by one by measuring the direction and direct distance of the target object many times. In this process, the covariance value decreases successively, and ultimately the state vector is brought closer to a certain convergence value.
このために、まず状態ベクトルの初期値を仮定するとと
もに、状態ベクトルの共分散を与える共分散行列につい
ても仮定しきめておく。これらの値を初期値として、仮
定した状態ベクトルから導かれる観測ベクトルと実際に
観測されるデータとの差に応じた修正を、仮定した状態
ベクトルと共分散行列に対して行っていく。この修正値
はカルマンゲインに比例した値であり、したがって、カ
ルマンゲインを用いて状態ベクトルと共分散行列を逐次
修正し、更新していくことになる。そしてこのような更
新を多数回つまり観測データが得られる度に実施してい
く。ここでカルマンゲインによる修正は、観測データの
誤差がある範囲内のものであれば修正の対象である状態
ベクトルや共分散行列を最終的にある値に収斂させ得る
ものである。To this end, first assume the initial value of the state vector, and also determine the covariance matrix that provides the covariance of the state vector. Using these values as initial values, the assumed state vector and covariance matrix are modified in accordance with the difference between the observed vector derived from the assumed state vector and the actually observed data. This correction value is a value proportional to the Kalman gain, and therefore, the state vector and covariance matrix are successively corrected and updated using the Kalman gain. Then, such updates are performed many times, that is, each time observation data is obtained. Here, correction using the Kalman gain allows the state vector and covariance matrix to be corrected to finally converge to a certain value if the error in the observed data is within a certain range.
以上の説明の中では、説明の便宜上母船の位置データに
ついては省略したが、観測データが得られる度に行われ
る修正処理には母船の位置データも使用されることはい
うまでもない。In the above explanation, the position data of the mother ship has been omitted for convenience of explanation, but it goes without saying that the position data of the mother ship is also used in the correction process that is performed every time observation data is obtained.
以上の方法により、目標物体の位置を推定することが可
能になる。すなわち、垂直方向の指向性を特に必要とす
ることなく目標物体の深度ひいては俯角を得ることが可
能になる。The above method makes it possible to estimate the position of the target object. In other words, it becomes possible to obtain the depth of the target object and the depression angle without particularly requiring directivity in the vertical direction.
本発明の深度探知装置におけるカルマンフィルタは、方
位データや直距離データや母船位置データの入力により
、観測行列の計算やカルマンゲインの計算を行い、これ
に基づいて状態ベクトルの更新ならひに共分散行列の更
新を行い、目標物体の位置成分を出力する演算処理手段
である。したがって本発明の深度探知装置によれば、本
発明の深度探知方法を利用することにより、垂直方向の
指向性を必要とすることなく、目標物体の深度探知が可
能になる。このため本発明の装置においては送受波器の
水平のみの指向性性能だけでよいため、深度探知にも拘
らず、装置は簡単で、装置の大形化を回避することが可
能になる。The Kalman filter in the depth detection device of the present invention calculates the observation matrix and Kalman gain by inputting the azimuth data, direct distance data, and mothership position data, and based on this, when updating the state vector, the covariance matrix This is an arithmetic processing means that updates the target object and outputs the position component of the target object. Therefore, according to the depth detection device of the present invention, by using the depth detection method of the present invention, it is possible to detect the depth of a target object without requiring directivity in the vertical direction. Therefore, in the device of the present invention, only the horizontal directivity performance of the transducer is required, so the device is simple and it is possible to avoid increasing the size of the device despite depth detection.
第1図は本発明の深度探知装置のハード構成の実施例を
示す。第1図において発信器1の信号はトーンバースト
信号発生器2によりパルス変調され送信器3により電力
増幅され送受切換器4を経て送受波器5に送られ、ここ
で音響信号に変換されて水中に放射される。この音響は
目標物により反射されて目標物までの直距離に相当する
時間たけ遅れて送受波器5により受信される。ここで再
び電気信号に変換されこの信号は送受切換器4を経由し
て受信器6で増幅され整相器7に送られる。FIG. 1 shows an embodiment of the hardware configuration of a depth detection device according to the present invention. In FIG. 1, the signal from a transmitter 1 is pulse-modulated by a tone burst signal generator 2, power amplified by a transmitter 3, and sent to a transducer 5 via a transmitter/receiver switch 4, where it is converted into an acoustic signal and transmitted underwater. is radiated to. This sound is reflected by the target object and is received by the transducer 5 with a delay of a time corresponding to the direct distance to the target object. Here, the signal is again converted into an electric signal, and this signal is amplified by a receiver 6 via a transmitter/receiver switch 4 and sent to a phaser 7.
整相された信号は方位演算器8により方位データに変換
される。一方トーンバースト発生器2および受信器6か
ら得られるタイミング信号が直距離演算器9に送られこ
こで直距離データに変換される。また母船の速度検出器
10およびジャイロ11から母船の速度および進行方向
のデータが母船位置演算器12に送られここで母船位置
が刻々計算される。以上三種のデータ(方位、直距離お
よび母船位置)がカルマンフィルタ13に入力されこれ
により以下に述べる方法により解析値(目標位置のx、
yおよびZ成分)を算出する。The phased signal is converted into orientation data by the orientation calculator 8. On the other hand, timing signals obtained from the tone burst generator 2 and receiver 6 are sent to a direct distance calculator 9, where they are converted into direct distance data. Further, data on the speed and traveling direction of the mother ship are sent from the speed detector 10 and gyro 11 of the mother ship to the mother ship position calculator 12, where the mother ship position is calculated every moment. The above three types of data (azimuth, direct distance, and mothership position) are input to the Kalman filter 13, which uses the analysis values (target position x,
y and Z components).
第2図はカルマンフィルタにより解析値を算出するため
のフローチャートを示すとともに、本発明の深度探知方
法の中での演算処理手順を示すものでもある。第2図に
示すようにカルマンフィルタの処理は初期処理と通常処
理との二つに分けられる。まず初期処理においては状態
ベクトルXおよび共分散行列Pの初期設定を行なう。本
発明においては状態ベクトルXは1」標位置のx、yお
よびZ成分を示しそれぞれXm、ymおよびZ、なる要
素から成る。また共分散行列Pは状態ベクトルの各要素
の分布を表わすものであり3×3の行列である。通常処
理は観測データか得られた時に行なわれる。まず観測デ
ータに基づいて観測行列Hの計算が行なわれ、次にカル
マンケインにの計算が行なわれる。HおよびKに基つい
て前記状態ベクトルXおよび共分散行列Pの更新か行な
われる。FIG. 2 shows a flowchart for calculating an analytical value using a Kalman filter, and also shows arithmetic processing procedures in the depth detection method of the present invention. As shown in FIG. 2, Kalman filter processing is divided into two parts: initial processing and normal processing. First, in initial processing, the state vector X and covariance matrix P are initialized. In the present invention, the state vector X represents the x, y, and Z components of the 1'' target position, and consists of elements Xm, ym, and Z, respectively. Further, the covariance matrix P represents the distribution of each element of the state vector and is a 3×3 matrix. Normal processing is performed when observation data is obtained. First, an observation matrix H is calculated based on observation data, and then a Kalman-Keyne calculation is performed. The state vector X and covariance matrix P are updated based on H and K.
観測データが得られる度に以上の通常処理が行なわれ、
次々とXおよびPを改善していき、最終的には十分な精
度の状態ベクトルXつまり目標の位置を得るものである
。なお一般にカルマンフィルタではこの他状態遷移行列
Fも必要であるが、本発明では目標は静止しているので
状態は遷移しない。したがってFは単位行列となり不要
である。Every time observation data is obtained, the above normal processing is performed,
X and P are improved one after another, and finally a sufficiently accurate state vector X, that is, the target position, is obtained. Generally, a Kalman filter also requires a state transition matrix F, but in the present invention, since the target is stationary, the state does not change. Therefore, F becomes a unit matrix and is unnecessary.
第3図は母船と目標物との位置関係を示す図である。第
3図により数学モデルを構築し以下カルマンフィルタ処
理の説明を行なう。第3図における座標系はX軸が東西
方向、y軸が南北方向そしてZ軸が深度方向を示す。ま
た方位Oは北を基準として時計方向に計る。同図におい
て目標位置は(xm+ y□ zjでありこれを状態ベ
クトルXとする。FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship between the mother ship and the target object. A mathematical model is constructed using FIG. 3, and Kalman filter processing will be explained below. In the coordinate system in FIG. 3, the X-axis indicates the east-west direction, the y-axis indicates the north-south direction, and the Z-axis indicates the depth direction. The direction O is measured clockwise with north as the reference. In the figure, the target position is (xm+y□zz), which is defined as the state vector X.
である。第(3)式および第(4)式が状態ベクトルX
と観測ベクトルYとの関係である。It is. Equations (3) and (4) are the state vector
and the observation vector Y.
観測行列Hは
x
であるので
観測できるのは目標の方位0および直距離rであるので
これを観測ベクトルYとする。Since the observation matrix H is x, what can be observed is the target's orientation 0 and direct distance r, so this is set as the observation vector Y.
とすればh
hll、hl、、h、1、hl、およびり2.はそれぞ
れ
母船は水面上を自由に移動するので母船の位置は(Xe
+ ’l−+ O)である。また目標の直上点の座標は
(xm、ym+ o)であるので母船から見た目標の方
位θは
−+ Xs X。Then h hll, hl, , h, 1, hl, and 2. Since the mother ship moves freely on the water surface, the position of the mother ship is (Xe
+'l-+O). Also, since the coordinates of the point directly above the target are (xm, ym+o), the orientation θ of the target as seen from the mother ship is -+XsX.
θ =乞an
・・・ (3)ym−y・
また母船と目標物との直距離rは
0
+
y、−y。θ = begging
... (3) ym-y・ Also, the direct distance r between the mother ship and the target object is 0 + y, -y.
+ z m
・・・ (4)
xm
・・・ (7)
・・・ (8)
状態遷移行列Fは目標は不動であるのでつまり単位行列
であり考慮する必要がなし1゜である。ここでσ ″は
観測方位Oの、σ33′は観31す直距離rのそれぞれ
の分散の推定値である。+ z m (4) x m (7) (8) Since the target is immobile, the state transition matrix F is a unit matrix and does not need to be taken into consideration and is 1°. Here, σ ″ is the estimated value of the variance of the observation direction O, and σ33′ is the estimated value of the variance of the direct distance r.
さて観測データが入力されると第(7)〜第(12)式
により観測行列Hを計算する。次に第(16)式により
カルマンゲインKを計算する。Now, when the observation data is input, the observation matrix H is calculated using equations (7) to (12). Next, Kalman gain K is calculated using equation (16).
K=PH” [HPHT+R] ・・・(1
6)ここてI(TはHの転置行列を示す。このカルマン
ゲインKを用いて第(17)式により状態ベクトルXの
更新を行なう。K=PH” [HPHT+R] ...(1
6) Here, I(T represents the transposed matrix of H. Using this Kalman gain K, the state vector X is updated according to equation (17).
y、およびZ、の分散を示す。他の要素はXwa、’1
waおよび2.相互間の共分散を示す。したがってp、
、=p、、、p、、=p、、、 p、、=p、、であレ
ノこの行列は対称行列である。y, and Z, are shown. Other elements are Xwa, '1
wa and 2. It shows the covariance between each other. Therefore p,
This matrix is a symmetric matrix.
観測誤差の推定行列Rは
二二でxnは更新前の状態ベクトルでありXn+、は更
新後の状態ベクトルである。またθ(X、)およびr(
Xn)は更新前の状態ベクトルxnを用いて求めた推定
方位および推定直距離である。The observation error estimation matrix R is 22, xn is the state vector before updating, and Xn+ is the state vector after updating. Also θ(X,) and r(
Xn) is the estimated direction and estimated direct distance obtained using the state vector xn before updating.
共分散行列Pの更新は第(18)式による。The covariance matrix P is updated according to equation (18).
Pn+、=Pn−KHPn =・(18)
ここでPnは更新前の共分散行列でありp n+、は更
新後の共分散行列である。Pn+, =Pn-KHPn =・(18)
Here, Pn is the covariance matrix before updating, and p n+ is the covariance matrix after updating.
以上の処理を第2図フローチャートの通常処理と対比し
て見ると次の通りである。フローチャートにおけるHの
計算とは第(6)弐つまり具体的には第(7)〜第(1
2)式の計算のことである。The above processing is compared with the normal processing shown in the flowchart of FIG. 2 as follows. The calculation of H in the flowchart refers to the second (6)th, or specifically, the (7) to (1st)
2) It refers to the calculation of equations.
同じくKの計算は第(16)式の計算のことであり行列
の乗算、加算および逆行列の演算により求めることがで
きる。Xの更新は第(17)式による。ここでθおよび
rは観測データそのものであり、θ(Xn)は第(3)
式、r (X、)は第(4)式により求められる。最後
にPの更新は第(18)式であり行列の乗算および減算
により計算できる。Similarly, the calculation of K refers to the calculation of equation (16), and can be obtained by matrix multiplication, addition, and matrix inverse operation. The update of X is based on equation (17). Here, θ and r are the observation data themselves, and θ(Xn) is the (3rd)
The equation, r (X,), is determined by equation (4). Finally, the update of P is expressed by equation (18) and can be calculated by matrix multiplication and subtraction.
上記の様な方法を実施するならば、送受波器から得られ
る方位データ、直距離データおよび母船から得られる母
船位置データとだけから目標の深度を得ることができる
。また母船は水面上を移動するだけで垂直方向の運動を
する必要はない。If the method described above is implemented, the target depth can be obtained only from the azimuth data obtained from the transducer, the direct distance data, and the mother ship position data obtained from the mother ship. Also, the mother ship only moves on the water surface and does not need to move vertically.
以下本発明による実験例を第2図フローチャート、第3
図数学モデルおよび第4図実験結果により説明する。第
3図において母船は原点を始点として円運動をし10秒
毎に方位Oと直距離rを観測する。なお観測データには
誤差か含まれ、この誤差は正規分布するものとした。θ
の誤差は平均値O標準偏差0.002ラジアン(約0.
11度)またrの誤差は平均値O標準偏差0.02mと
した。また状態ベクトルの初期値としてはX、” r、
Sinθ。Examples of experiments according to the present invention are shown below in the flowchart in Figure 2 and in Figure 3.
This will be explained using the mathematical model in Figure 4 and the experimental results in Figure 4. In Fig. 3, the mother ship moves in a circle starting from the origin and observes the direction O and the direct distance r every 10 seconds. Note that the observed data includes some errors, and this error is assumed to be normally distributed. θ
The error is the mean value O standard deviation 0.002 radian (approximately 0.
11 degrees) Also, the error of r was set to an average value O standard deviation of 0.02 m. In addition, the initial values of the state vector are X, "r,
Sinθ.
ym=r、、cosθ。ym=r,,cosθ.
Zm= lom とした。ここでOoおよびr。は初期観測値である。Zm= lom And so. Here Oo and r. is the initial observed value.
深度2.については妥当性のあるものはないので単に真
値(−50m)とはかけ離れたものにした。Depth 2. Since there is no valid value for this, we simply chose a value that is far from the true value (-50m).
観測誤差の推定行列Rに与える値はσ、、=0. 2ラ
ジアン(約11度)σ、、=2mとした。共分散行列の
初期値はpl l pl mおよびp81とも100
0とした。これは目標位置の誤差分布は初期においては
5丁丁丁でm (約31.6m)と仮定したことになる
。共分散行列の他の要素の初期値はOとした。The value given to the observation error estimation matrix R is σ, , =0. 2 radians (approximately 11 degrees) σ, , = 2 m. The initial value of the covariance matrix is 100 for both pl l pl m and p81.
It was set to 0. This means that the error distribution of the target position is initially assumed to be 5 m (approximately 31.6 m). The initial values of other elements of the covariance matrix were O.
以上の条件により実験を実施したところ第4図の結果か
得られた。目標位置の真値はx m =] 000m、
ym=500m、 Z、ニー50mであるのに対して
X、およびy、については当然ながら直ちに正解に近い
値が得られており、直接には観測できないZ、について
は11回目の測定である100秒後ごろから真値に向う
傾向が見られ、150秒後にはほとんど真値に収束し以
後これを保持している。When an experiment was conducted under the above conditions, the results shown in FIG. 4 were obtained. The true value of the target position is x m =] 000m,
ym = 500 m, Z, knee 50 m, while for X and y, values close to the correct answer were naturally obtained immediately, and for Z, which cannot be directly observed, the 11th measurement was 100 m. A tendency towards the true value can be seen after about 150 seconds, and after 150 seconds it almost converges to the true value and has remained at this value ever since.
[発明の効果]
本発明によれば目標の垂直方向の角度(俯角)を直接測
定することなく目標の深度を得ることができる。送受波
器に垂直方向の指向性を持たせる必要がないので送受波
器の垂直方向の寸法を小さくできる。また従来の方位と
直距離のみ測定可能な送受波器によって目標の深度ひい
ては俯角を測定することもできる。元来垂直方向の指向
性は母船の動揺の影響を受けにくくするためブロードに
しであるが本発明はこの要求にも合致している。[Effects of the Invention] According to the present invention, the depth of the target can be obtained without directly measuring the vertical angle (inclination angle) of the target. Since the transducer does not need to have vertical directivity, the vertical dimensions of the transducer can be reduced. It is also possible to measure the depth of the target and the angle of depression using a conventional transducer that can only measure the azimuth and direct distance. Originally, the directivity in the vertical direction was intended to be broad in order to be less susceptible to the vibration of the mother ship, but the present invention also meets this requirement.
第1図は本発明の深度探知装置のハード構成の実施例図
、第2図はカルマンフィルタにより解析値を算出するた
めのフローチャートを示すとともに、本発明の深度探知
方法の中での演算処理手順を示す図。第3図は本発明を
説明するための数学モデル図、第4図は本発明の実施例
による実験結果を示す図表である。
符号説明
■・・・発信器
2・・・トーンバースト信号発生器
3・・送信器 4・・・送受切換器5・・・
送受波器 6・・・受信器7・・・整相器
8・・・方位演算器9・・・直距離演算器
10・・・速度検出器11・・・ジャイロ 1
2・・・母船位置演算器13・・・カルマンフィルタFig. 1 shows an example of the hardware configuration of the depth detection device of the present invention, and Fig. 2 shows a flowchart for calculating an analytical value using a Kalman filter, and also shows the calculation processing procedure in the depth detection method of the present invention. Figure shown. FIG. 3 is a mathematical model diagram for explaining the present invention, and FIG. 4 is a chart showing experimental results according to an embodiment of the present invention. Code explanation ■... Transmitter 2... Tone burst signal generator 3... Transmitter 4... Transmit/receive switch 5...
Transducer/receiver 6... Receiver 7... Phaser
8... Direction calculator 9... Direct distance calculator
10... Speed detector 11... Gyro 1
2...Mother ship position calculator 13...Kalman filter
Claims (1)
演算処理により、水中にある物体の深度を探知する方法
において、上記測定として、水中物体の水平面上の方位
と、上記物体までの直距離とを多数回測定し、これらの
測定データとともに各測定時の母船の位置データを用い
、観測行列の計算と、カルマンゲインの計算と、これに
基づく状態ベクトルの更新ならびに共分散行列の更新の
演算処理を行うことを特徴とする水中物体の深度探知方
法。 2、水中物体に音響信号を放射し、水中物体からの反射
信号を解析して水中物体の深度を探知する装置において
、パルス変調した発信器の信号を電力増幅し、送受波器
を介して音響信号に変換し水中に放射する手段と、水中
物体からの上記反射信号を上記送受波器により受信する
手段と、該受信信号を増幅整相し、方位演算器により方
位データに変換する手段と、上記パルス変調出力と上記
受信出力から得られるタイミング信号を用いて直距離演
算器により直距離データに変換する手段と、母船の速度
と進行方向のデータを用いて母船位置演算器により母船
位置を計算する手段と、上記方位データ、直距離データ
、および母船位置データをカルマンフィルタに入力して
水中物体の位置成分の出力を得る演算処理手段を備える
ことを特徴とする水中物体の深度探知装置。[Claims] 1. In a method for detecting the depth of an underwater object by measuring from an observation point on a mother ship and calculating the measured data, the measurement includes the direction of the underwater object on a horizontal plane and , the direct distance to the above object is measured many times, and using these measurement data and the position data of the mother ship at each measurement, the observation matrix is calculated, the Kalman gain is calculated, and the state vector is updated based on this. A depth detection method for an underwater object characterized by performing calculation processing for updating a covariance matrix. 2. In a device that detects the depth of an underwater object by emitting an acoustic signal to an underwater object and analyzing the reflected signal from the underwater object, the pulse-modulated signal of the transmitter is power amplified and the acoustic signal is transmitted via a transducer. means for converting it into a signal and radiating it into the water; means for receiving the reflected signal from the underwater object by the transducer; and means for amplifying and phasing the received signal and converting it into azimuth data by an azimuth calculator; Means for converting into direct distance data by a direct distance calculator using the timing signal obtained from the above pulse modulation output and the above received output, and calculation of the mother ship position by the mother ship position calculator using the speed and traveling direction data of the mother ship. A depth detection device for an underwater object, comprising: means for inputting the azimuth data, direct distance data, and mother ship position data into a Kalman filter to obtain an output of a position component of the underwater object.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2080944A JP2708109B2 (en) | 1990-03-30 | 1990-03-30 | Underwater object depth detection method and depth detection device |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03282287A true JPH03282287A (en) | 1991-12-12 |
JP2708109B2 JP2708109B2 (en) | 1998-02-04 |
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JP (1) | JP2708109B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008111272A (en) * | 2006-10-30 | 2008-05-15 | Toa Harbor Works Co Ltd | Monitoring method and device of banking on weak underwater ground |
RU2516602C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method to determine depth of object submersion |
RU2516594C1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of determining distance estimation error using sonar system |
-
1990
- 1990-03-30 JP JP2080944A patent/JP2708109B2/en not_active Expired - Fee Related
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