JPH10206524A

JPH10206524A - 目標検出装置

Info

Publication number: JPH10206524A
Application number: JP9011609A
Authority: JP
Inventors: Ryusuke Imai; 隆介今井; Yasuhiro Hashimoto; 康広橋本; Ken Kikuchi; 研菊池; Jun Sasaki; 潤佐々木; Masaji Fujii; 正司藤井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-01-24
Filing date: 1997-01-24
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】分散値計算処理時間少なくして、受信信号列
から目標を検出する。【解決手段】領域設定器92により、受信装置53からの
受信信号列上に一定区間（背景信号領域に相当）が設定
される度に、その区間内に含まれる受信信号振幅値の分
散値が、その区間内で、例えば最大値検出器93により複
数検出された最大振幅値各々を用い簡易に算出されてい
ることから、受信信号列の構成データ量が多い場合であ
っても、分散値計算処理時間少なくして、受信信号系列
から目標が検出され得るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時間的、または周
波数的に振幅値が変動している受信信号系列から目標を
検出するための目標検出装置に係り、特に受信信号系列
を構成しているデータが多量であっても、目標を検出す
る上で必要とされている分散値が処理量少なくして求め
られつつ、受信信号系列から目標が検出されるようにし
た目標検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】これまで、時間的、または周波数的に振
幅値が変動している受信信号列から目標を検出するに
は、図１７に示すように、その受信信号列に対してはし
きい（閾）値が適当に設定された上、受信信号列上の各
時点、または各周波数における信号振幅値とそのしきい
値とが比較されることによって、しきい値を上回る信号
振幅値を目標として検出する方法が容易に考えられるも
のとなっている。しかしながら、図１８に示すように、
受信信号列中に高レベル背景信号が混在している場合
や、あるいは目標のＳＮ比が小さい場合には、目標検出
上での性能劣化は否めないものとなる。

【０００３】以上の不具合を解決すべく、各時点の信号
振幅値の他に、周辺区間の受信信号の分布形状を表す量
として、周辺区間の信号振幅値の分散値が併せて算出さ
れた上、それら振幅値、分散値の関数として求まる値と
設定しきい値との比較によって、目標を検出することが
従来より検討されているのが実情である。その公知例と
しては、例えばモラード―バーケット著による“シグナ
ル―デティクションアンドエスティメーション頁１
１５〜１７４”（Mourad-Barket；SIGNAL-Detection &
Estimation pp115〜174）に記載されたものが知られて
いる。尤度比（likelihood ratio）を用いた信号検出法
が知られているわけであるが、この信号検出法による場
合、各時点の振幅値と周辺区間の分散値とから尤度比が
算出された上、予め設定されたしきい値との比較によっ
て、信号が検出可とされたものとなっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記信
号検出法による場合、受信信号の振幅値検出は勿論のこ
と、周辺区間内に含まれる受信信号振幅値からは、その
周辺区間内での分散値が以下の数式４より新たに算出さ
れる必要があり、その分散値が処理量少なくして算出さ
れ得ないものとなっている。

【０００５】

【数４】

【０００６】より具体的に説明すれば、図１９に示すよ
うに、受信信号列が数式５として示すレイリー分布に従
うとして、その受信信号列に目標捜索領域が設定される
に際して、その目標捜索領域周辺には背景信号領域が対
として併せて設定されるものとなっている。

【０００７】

【数５】

【０００８】目標捜索領域が時間方向に順次シフトされ
つつ、受信信号列の全領域がカバーされた状態で、受信
信号列からは目標の存否が検出されているものである。
したがって、受信信号列の構成データ量が多い場合に
は、目標捜索領域および背景信号領域の設定数の増大に
伴い、背景信号領域各々での分散値計算処理に多くの時
間が要されるというものである。

【０００９】本発明の第１の目的は、受信信号列の構成
データ量が多い場合であっても、分散値計算処理時間の
増大が抑制されつつ、受信信号系列から目標が検出され
得る目標検出装置を供するにある。本発明の第２の目的
は、受信信号列の構成データ量が多い場合であっても、
最大振幅値による分散値計算処理が行われつつ、受信信
号系列から目標が検出され得る目標検出装置を供するに
ある。本発明の第３の目的は、受信信号列の構成データ
量が多い場合であっても、非最大振幅値による分散値計
算処理が行われ、しかも高レベルパルス性雑音による影
響が排除されつつ、受信信号系列から目標が検出され得
る目標検出装置を供するにある。本発明の第４の目的
は、受信信号列の構成データ量が多い場合であっても、
最大振幅値による分散値計算処理が行われ、しかも高レ
ベルパルス性雑音による影響が排除されつつ、受信信号
系列から目標が検出され得る目標検出装置を供するにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、分散
値を算出する手段として、少なくとも、区間各々に含ま
れる受信信号の振幅値のうちから、特定大きさの振幅値
を検出する振幅値検出手段と、該振幅値検出手段からの
検出振幅値を用い、該区間内に含まれる受信信号振幅値
の分散値を算出する分散値算出手段とから構成するか、
または同一背景信号領域上に同一大きさとして複数設定
された区間各々に含まれる受信信号の振幅値のうちか
ら、特定大きさの振幅値を検出する区間対応振幅値検出
手段と、該区間対応振幅値検出手段からの検出振幅値を
用い、該区間内に含まれる受信信号振幅値の分散値を算
出する区間対応分散値算出手段と、該区間対応分散値算
出手段からの分散値各々より背景信号領域対応の分散値
を算出する分散値算出手段とから構成することで達成さ
れる。

【００１１】上記第２の目的は、分散値を算出する手段
として、少なくとも、区間各々に含まれる受信信号の振
幅値のうちから、最大振幅値を検出する振幅値検出手段
と、該振幅値検出手段からの検出振幅値を用い、該区間
内に含まれる受信信号振幅値の分散値を算出する分散値
算出手段とから構成するか、または同一背景信号領域上
に同一大きさとして複数設定された区間各々に含まれる
受信信号の振幅値のうちから、最大振幅値を検出する区
間対応振幅値検出手段と、該区間対応振幅値検出手段か
らの検出振幅値を用い、該区間内に含まれる受信信号振
幅値の分散値を算出する区間対応分散値算出手段と、該
区間対応分散値算出手段からの分散値各々より背景信号
領域対応の分散値を算出する分散値算出手段とから構成
することで達成される。

【００１２】上記第３の目的は、分散値を算出する手段
として、少なくとも、区間各々に含まれる受信信号の振
幅値のうちから、ｋ（ｋ：２以上の整数）番目に大きい
振幅値を検出する振幅値検出手段と、該振幅値検出手段
からの検出振幅値を用い、該区間内に含まれる受信信号
振幅値の分散値を算出する分散値算出手段とから構成す
るか、または同一背景信号領域上に同一大きさとして複
数設定された区間各々に含まれる受信信号の振幅値のう
ちから、ｋ（ｋ：２以上の整数）番目に大きい振幅値を
検出する区間対応振幅値検出手段と、該区間対応振幅値
検出手段からの検出振幅値を用い、該区間内に含まれる
受信信号振幅値の分散値を算出する区間対応分散値算出
手段と、該区間対応分散値算出手段からの分散値各々よ
り背景信号領域対応の分散値を算出する分散値算出手段
とから構成することで達成される。

【００１３】上記第４の目的は、分散値を算出する手段
として、少なくとも、区間各々に含まれる受信信号の振
幅値のうちから、最大振幅値およびｋ（ｋ：２以上の整
数）番目に大きい振幅値を検出する振幅値検出手段と、
該振幅値検出手段からの検出振幅値と事前設定されてい
る補正式とにより、検出最大振幅値の値を補正する振幅
値補正手段と、該振幅値補正手段からの補正最大振幅値
を用い、該区間内に含まれる受信信号振幅値の分散値を
算出する分散値算出手段とから構成するか、または同一
背景信号領域上に同一大きさとして複数設定された区間
各々に含まれる受信信号の振幅値のうちから、最大振幅
値およびｋ（ｋ：２以上の整数）番目に大きい振幅値を
検出する区間対応振幅値検出手段と、該区間対応振幅値
検出手段からの検出振幅値と事前設定されている補正式
とにより、検出最大振幅値の値を補正する区間対応振幅
値補正手段と、該区間対応振幅値補正手段からの補正最
大振幅値を用い、該区間内に含まれる受信信号振幅値の
分散値を算出する区間対応分散値算出手段と、該区間対
応分散値算出手段からの分散値各々より背景信号領域対
応の分散値を算出する分散値算出手段とから構成するこ
とで達成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１から図１６に
より説明する。先ず本発明による目標検出装置における
要部構成概念を図１により説明すれば、図示のように、
振幅値検出器４１および分散算出器４２を以て構成され
る。振幅値検出器４１では、受信信号列が複数の区間に
領域分割された上、それら区間各々に含まれる受信信号
のうち、任意の位置の振幅値が検出されているが、その
検出振幅値にもとづき分散算出器４２では、その区間内
に含まれる受信信号振幅値の分散値が算出されているも
のである。

【００１５】ここで、本発明を尤度比を用いた検出法に
適用した場合を例に採って、本発明の実施形態を具体的
に説明すれば以下のようである。まず尤度比を用いた信
号検出法について説明する。本検出法は、統計的検定の
１つであり、仮説Ｈ₀ ：母集団分布の確率密度関数はｆ
₀ (ｘ)である、を対立仮説Ｈ₁ ：母集団分布の確率密度
関数はｆ₁ (ｘ)である、に対して検定する方式であり、
その手順は観測値ｘ₁，ｘ₂，…を独立に１つずつ取り、
観測値を取る度に、次の３通りの決定のうち、何れか１
通りの決定を行うというものである。具体的には、ｍ番
目の観測値（ｍ=１,２,…）に対し、数式６で定義され
る尤度比Λ(x)を求めた上、下記の３通りの決定の内、
何れか１つを採択するものである。

【００１６】

【数６】

【００１７】条件１：もしも、Λ(ｘ)が数式７を満たす
ならば、(ｍ+１)番目の観測を行う。

【００１８】

【数７】

【００１９】条件２：もしも、Λ(ｘ)が数式８を満たす
ならば、観測値を取るのを止め、Ｈ₀ を採択する。

【００２０】

【数８】

【００２１】条件３：もしも、Λ(ｘ)が数式９を満たす
ならば、観測を止め、Ｈ₁ を採択する。

【００２２】

【数９】

【００２３】しきい値Ｔｈ₁ ，Ｔｈ₀ は第１種の誤り
（Ｈ₀ が正しいのにＨ₀ を棄却する）、第２種の誤り
（Ｈ₁ が正しいのにＨ₁ を棄却する）の確率がそれぞれ
α、βになるように選ばれる。α、βが小さい値である
とき、近似値として、数式１０を用い得る。

【００２４】

【数１０】

【００２５】さて、上記検定法を信号検出に適用する場
合、ｆ₀(x)：目標を含まない信号分布の確率密度関数ｆ₁(x)：目標を含む信号分布の確率密度関数観測値：複数の受信信号列中の同一時刻(あるいは位置)
における振幅値ｘ₁,ｘ₂,… であるとそれぞれ設定した上、以下の判定を行う。

【００２６】即ち、上記条件１を満たすならば、(ｍ+
１)番目の受信信号列の観測を行い、上記条件２を満た
すならば、観測値ｘ₁,ｘ₂,…の示す時点（あるいは位
置）に目標が存在しないと判定し、また、もしも、上記
条件３を満たすならば、観測値ｘ1,ｘ₂,…の示す時点
（あるいは位置）に目標が存在すると判定する。

【００２７】ところで、ソーナー、レーダ等、送受波器
で受信される受信信号の分布がレイリー分布に従う場
合、既述の数式５に示す通り、レイリー分布の形状は分
散値σ2にのみ依存することから、目標を含む信号分布
の確率密度関数と目標を含まない信号分布の確率密度関
数とを分散値の異なるレイリー分布で区別し、尤度比を
数式１１の通りに定義する。

【００２８】

【数１１】

【００２９】その数式１１のｘ_i に目標捜索領域に含ま
れる受信信号の振幅値を、σ_1i ² に目標捜索領域に含ま
れる受信信号振幅値の分散値を、σ_0i ² に背景信号領域
に含まれる受信信号振幅値の分散値をそれぞれ代入する
ことによって、目標捜索領域各々に対して目標の存否が
判定可とされているものである。ここで、目標の存在時
点（あるいは存在位置）を特定するためには、目標捜索
領域は非常に狭い領域として設定される必要があるが、
そのように設定された場合、その目標捜索領域に含まれ
る受信信号数も必然的に少なくなり、したがって、統計
的に信頼し得る分散値σ_1i ² を算出し得ないことにな
る。そこで、目標を含む信号分布の分散値σ_1i ² とし
て、背景信号領域の分散値σ_0i ² に予め定めた定数ａを
乗じた値（＝ａσ_0i ² ）を用い尤度比を数式１２のよう
に設定する。

【００３０】

【数１２】

【００３１】数式１２により、目標捜索領域に含まれる
受信信号の振幅値と背景信号領域に含まれる受信信号振
幅値の分散値とをパラメータとした目標検出が可能とさ
れているものである。

【００３２】さて、ここで、本発明による目標検出装置
の全体としての概要構成とその動作を図２により説明す
れば、目標検出装置自体は、例えば船舶に搭載された状
態で、水中下に存在している目標を検出するためのもの
とされる。図２に示すように、送信装置５１で周期的に
生成されている送信信号に同期して、送受波装置５２か
らは、目標捜索領域に向けて超音波が送信される一方、
その目標捜索領域からの、送信超音波に対する反射超音
波はその送受波装置５２で受信された後、電気信号に変
換された状態として受信装置５３で所定に前処理される
ものとなっている。受信装置５３では、送受波装置５２
からの受信信号が電力増幅・ディジタル変換された上、
複数方位対応の音響ビームとして形成されているが、こ
れら音響ビーム各々が信号処理装置５４で所定に、しか
も独立に並行して信号処理されているものである。信号
処理装置５４での信号処理結果は表示装置５５上に可視
画像として表示されることによって、その表示より複数
方位の何れに目標が存在しているかや、その目標の位置
がほぼ知れているものである。

【００３３】以上のように、信号処理装置５４は本発明
に直接係るものとされるが、これについて説明する前
に、受信装置５３での処理について若干補足説明すれば
以下のようである。即ち、送受波装置５２からの受信信
号は電力増幅された上、図３（ａ）,（ｂ）に示すよう
に、サンプリング周期ｔ_s でディジタル変換されること
によって、受信信号列として得られるものとなってい
る。その受信信号列に対しては、更に、整相処理が行わ
れることによって、図４に示すように、予め定められた
方位範囲内に、予め定められた複数の音響ビームが放射
状に同時形成されているものである。図５に送信信号波
形に対する方位対応音響ビームの波形を、縦軸を受信信
号の振幅値として、また、横軸を時間（または各時間と
海中での音波伝幡速度とを乗じることにより求まる距
離）として示す。一般に受信信号は、目標からの反射超
音波による信号の他に、海面、海底および海中散乱体か
らの反射超音波による信号（残響と称す）や雑音から構
成されているが、送受波装置５２では、超音波の送受信
が周期的に複数回に亘って、あるいは連続的に行われる
ことによって、表示装置５５上では、その間、目標の存
否が複数方位対応に監視可とされているものである。

【００３４】さて、ｍ番目の送信超音波に対する、方位
ｎ対応音響ビームの受信信号列をＳmn(ｔ)（ｔ：時間）
で表すものとして、その受信信号列Ｓmn(ｔ)が信号処理
装置５４で如何に信号処理されるかについて説明すれ
ば、信号処理装置５４での処理は、受信信号列Ｓmn(ｔ)
自体をその概要として表示装置５５上に表示するための
処理と、受信信号列Ｓmn(ｔ)中における目標の位置を特
定した上、その位置を表示装置５５上に表示するための
処理とに大別されたものとなっている。図６には信号処
理装置５４の一例での構成が示されているが、これによ
りその動作を説明すれば、受信装置５３からの受信信号
列Ｓmn(ｔ)は、先ず距離圧縮器９１、最大値検出器９２
および領域設定器９３各々で処理されるが、このうち、
距離圧縮器９１では、受信信号列Ｓmn(ｔ)をそのデータ
量が表示装置５５上における画面セル数に圧縮された状
態として表示するための処理が行われる。距離圧縮を実
現する具体例としては、ピークホールド処理が挙げられ
るが、以下、距離圧縮器９１がピークホールド処理を行
うピークホールド処理器に置換されたとして距離圧縮処
理を説明すれば、ピークホールド処理器９１では、図７
に示すように、受信信号列Ｓmn(ｔ)はその全体がＭ個の
連続する受信信号毎に領域分割されるが、分割された領
域各々では、その内部に含まれる信号振幅値のピーク値
が検出された上、その領域対応映像信号として表示装置
５５で可視表示されたものとなっている。この距離圧縮
処理により、目標を含むピーク成分が保持されつつ、デ
ータ量が圧縮された状態として、受信信号列Ｓmn(ｔ)自
体の概要が表示装置５５上に表示され得るものである。

【００３５】一方、最大値検出器９２ではまた、受信信
号列Ｓmn(ｔ)がＮ個の連続する受信信号を含む区間毎に
領域分割された上、区間各々では、その内部に含まれる
信号振幅値の最大振幅値が検出された上、分散算出器９
４へ出力されるものとなっている。したがって、最大値
検出器９２での動作はピークホールド処理器９１でのそ
れと本質的に同一とされ、ピークホールド処理器９１で
設定される区間各々に含まれる受信信号数Ｍと、最大値
検出器９２で設定される区間各々に含まれる受信信号数
Ｎが同一である場合は、ピークホールド処理器９１、最
大値検出器９２の何れか一方は不要とされ得るものであ
る。図６に示す点線表示枠内部分は、図９（ａ）に示す
ように、例えばピークホールド処理器９１および最大値
検出器９２はピークホールド処理器１２１のみで済まさ
れ得るものである。また、ＭとＮの関係がＭ=ＡＮ
（Ａ：２以上の整数）である場合は、図６に示す点線表
示枠内部分は、図９（ｂ）に示すように変更された上、
最大値検出器１２３での処理結果がピークホールド処理
器１２２での処理に流用されたものとなっている。最大
値検出器１２３から最大振幅値が順次Ａ個得られる度
に、ピークホールド処理器１２２では、それらＡ個の最
大振幅値のうちから、最大のものがピーク値として検出
されているものである。更に、それとは逆に、ＭとＮの
関係がＮ=ＢＭ（Ｂ：２以上の整数）である場合には、
図６に示す点線表示枠内部分は、図９（ｃ）に示すよう
に変更された上、最大値検出器１２５での処理にピーク
ホールド処理器１２４での処理結果が流用されたものと
なっている。ピークホールド処理器１２４からピーク値
が順次Ｂ個得られる度に、最大値検出器１２５では、そ
れらＢ個のピーク値のうちから、最大のものが最大振幅
値として検出されているわけである。

【００３６】一方、また、領域設定器９２では、受信信
号列Ｓmn(ｔ)に対し、図１０に示すように、時間ｔの位
置に受信信号をＣ個（Ｃ：自然数）含む大きさの目標捜
索領域ｈ_t と、受信信号をＤ個（Ｄ：自然数）含む大き
さの背景信号領域ｇ_t とを対として設定するが、その
際、背景信号領域はこれに含まれる受信信号の数Ｄが、
分散値が算出される上で十分に大きな数とされ、しかも
最大値算出器９３で設定される区間各々に含まれる受信
信号数Ｎとの間に、Ｄ=ＥＮ（Ｅ：２以上の整数）の関
係が成立すべく設定される。目標捜索領域および背景信
号領域は対として、これら領域が時間方向にＣ個の受信
信号分、順次シフトされる度に、目標捜索領域に含まれ
るＣ個の信号振幅値が尤度比算出器９５に、また、Ｄと
Ｎとの関係を規定するＥの値が領域設定器９２より分散
算出器９４に与えられることによって、受信信号Ｓmn
(ｔ)の全領域がカバーされているものである。

【００３７】距離圧縮器９１、最大値検出器９２、領域
設定器９３各々で処理動作は以上のようであるが、ここ
で、分散算出器９４での処理動作について説明すれば、
分散算出器９４では、最大値検出器９３からの最大振幅
値と領域設定器９２からのＥとにもとづき、背景信号領
域内に含まれるＤ個の受信信号振幅値の分散値が数式１
３および数式１４を用い算出されるものとなっている。

【００３８】

【数１３】

【００３９】

【数１４】

【００４０】図１１に示すように、背景信号領域ｇ_t に
は、最大値検出器９３で設定される、受信信号をＮ個含
む区間がＥ個含まれていることから、先ずそれら区間各
々での分散値σ_e ²が数式１３を用い算出された上、それ
ら分散値σ_e ²の平均値としてその背景信号領域ｇ_t での
分散値σ₀ ²が数式１４により算出されているものであ
る。算出された分散値σ₀ ²は尤度比算出器９５に与えら
れているが、尤度比算出器９５では、領域設定器９３か
らの、時間ｔ、方位ｎにおける振幅値ｘと、分散算出器
９４からの分散値σ₀ ²とが数式１５に代入されることに
よって、時間ｔ、方位ｎにおける尤度比Λmn(ｔ)が算出
された上、尤度比乗算器９６に与えられたものとなって
いる。

【００４１】

【数１５】

【００４２】その尤度比乗算器９６ではまた、１番目か
らｋ（この場合でのｋの値はｍ−１）番目までの受信信
号列各々における同一時点（あるいは位置）対応の尤度
比Λ_1n(ｔ)，Λ_2n(ｔ)，…，Λ_kn(ｔ)が累積乗算された
上、累積尤度比Λ_n(ｔ)として保持されており、尤度比
算出器９５から、新たにｍ番目の受信信号列における尤
度比Λmn(ｔ)が入力されれば、時間ｔ、方位ｎが一致す
るΛn(ｔ)が順次取り出された上、そのΛmn(ｔ)と乗算
されることによって、新たな累積尤度比Λn(ｔ)が算出
されているものである。算出された累積尤度比Λn(ｔ)
は判定器９７に与えられる一方では、尤度比乗算器９６
にそれまで保持されていたｋ番目までの受信信号列にお
ける累積尤度比Λn(ｔ)の値と置換されているものであ
る。但し、最初の受信信号列、即ち、ｍ＝１の場合に
は、それまでの累積尤度比Λn(ｔ)は何等存在していな
いことから、Λ_1n(ｔ)がそのままΛn(ｔ)として保持さ
れる。

【００４３】判定器９７ではまた、尤度比乗算器９６か
らの累積尤度比Λn(ｔ)が予め定められたしきい値Ｔｈ₁
，Ｔｈ₀ と比較されることによって、目標の存否が以
下のように判定されているものである。即ち、Λn(ｔ)
≧Ｔｈ₁ ならば、時間ｔ、方位ｎには目標が存在すると
判定され、また、Λn(ｔ)≦Ｔｈ₀ ならば、時間ｔ、方
位ｎには目標が存在しないと判定されているものであ
る。もしも、Ｔｈ₀ ＜Λn(ｔ)＜Ｔｈ₁ ならば、存否の
判定は行われないものとなっている。信号処理装置５４
では、以上のような処理が方位ｎ以外の方位対応受信信
号列各々についても同様にして行われているわけであ
る。

【００４４】以上のようにして、表示装置５５では、信
号処理装置５４からの方位対応処理結果にもとづき、ピ
ークホールド処理器９１からの映像信号と、判定器９７
からの判定結果（目標が存在すると判定された領域の時
間ｔ、方位ｎ）が同一画面上で重畳表示されているが、
表示画面の例を図８に示す。図示のように、円周方向は
方位を表しており、受信信号列Ｓmn(ｔ)における方位ｎ
に対応する。また、半径方向は距離を表しており、受信
信号列Ｓmn(ｔ)における時間ｔに対応する。その画面中
では、受信信号列のピーク値は輝度で表示され、また、
判定器９７からの判定結果はマーカー□として表示され
たものとなっている。尤も、判定器９７からの判定結果
に対する表示方法は、マーカー□として表示する以外に
も、その部分を他とは異なる色で表示したり、あるいは
その部分でのピーク値のみを表示させる、といった具合
に各種表示方法が考えられるものとなっている。

【００４５】したがって、以上の信号処理装置において
は、受信信号列の一定区間（背景信号領域に相当）各々
に含まれる受信信号振幅値の分散値は、該当区間内で複
数検出された最大振幅値各々を用い算出されていること
から、受信信号列の構成データ量が多い場合であって
も、分散値計算処理時間の増大が抑制されつつ、受信信
号系列から目標が検出され得るものである。具体的に、
例えばＮ個の受信信号振幅値の分散値を既述の数式４に
より計算する場合、２Ｎ回の加算、１回の減算、（Ｎ＋
１）回の乗算および２回の除算が必要であるのに対し、
既述の数式１３による場合には、１回の乗算で済まされ
るものである。

【００４６】図１２はまた、本発明に直接係る信号処理
装置の他の例での構成を示したものである。図示のよう
に、図６に示す最大値検出器９３は代表値検出器１５１
に置換された状態として構成されたものとなっている。
最大値検出器９３では、最大振幅値が検出されていた
が、代表値検出器１５１では、その最大振幅値以外の振
幅値、即ち、ｋ（ｋ：２以上の整数）番目に大きい振幅
値が代表値として検出された上、分散算出器１５２に与
えられたものとなっている。その分散算出器１５２で
は、代表値検出器１５１からの代表値と領域設定器９２
からのＥの値とにより、背景信号捜索領域に含まれる受
信信号振幅値の分散値が数式１６および既述の数式１４
を用い算出された上、尤度比算出器９５に与えられてい
るものである。

【００４７】

【数１６】

【００４８】したがって、代表値検出器１５１および分
散値算出器１５２以外の構成や動作は図６に示す信号処
理装置と同様である。

【００４９】以上のように、本例では、最大値検出器９
３に代わって代表値検出器１５１が用いられているが、
これは、高レベルパルス性雑音（クラッタと称す）によ
る影響を排除するためである。図６に示す信号処理装置
では、既述の数式１３（数式５として示すレイリー分布
の確率密度関数を変形した式）により分散値が算出され
ているが、一般に受信信号中には、図１３に示すよう
に、レイリー分布から外れたクラッタが突発的に混入さ
れる場合があるが、これによる影響を排除しようという
ものである。最大振幅値による分散値算出では、クラッ
タを含む区間での分散値は実測分散値（既述の数式４を
用い算出される分散値(真値)であり、また、数式１３お
よび数式１６を用い算出される分散値を計算値と称す）
との誤差が大きくなる結果として、目標検出性能が劣化
する虞があるが、代表値にもとづき分散値が算出される
場合は、そのような不具合は排除され得るものである。

【００５０】最後に、本発明に直接係る信号処理装置の
更に異なる他の例での構成を図１４に示す。本例でのも
のも、クラッタ混入による算出分散値と真値との誤差の
増大が抑制されることを目的として、最大値検出器１７
１を始めとして、代表値検出器１７２、分散値検出器１
７３、理論値検出器１７４、差分検出器１７５、補正式
算出器１７６および振幅補正器１７７が設けられたもの
となっている。これら全体として、最大値検出器１７１
で検出される最大振幅値各々を所定に補正しようという
ものである。

【００５１】さて、その動作であるが、目標検出に先立
って、先ず以下に示す補正式に含まれている係数ａ，ｂ
が初期状態として決定される必要があるものとなってい
る。

【００５２】

【数１７】

【００５３】それら係数ａ，ｂが決定されるためには、
超音波が１回、送受信される必要があるが、この送受信
により得られる受信信号列を特にＳ_0n(ｔ)と表示し、目
標検出用の受信信号系列Ｓmn(ｔ)と区別することにす
る。その受信信号列Ｓ_0n(ｔ)は最大値検出器１７１、代
表値検出器１７２、分散値検出器１７３各々で先ず処理
される。このうち、最大値検出器１７１、代表値検出器
１７２各々での処理内容はこれまでのものと同様であ
る。また、新たに追加された分散値検出器１７３では、
受信信号列Ｓ_0n(ｔ)がＮ個の受信信号を含む区間毎に領
域分割される度に、その区間内に含まれる受信信号振幅
値の分散値が既述の数式４を用い算出された上、理論値
検出器１７４に与えられるものとなっている。理論値検
出器１７４ではまた、分散値検出器１７３からの分散値
が数式１８に代入されることによって、真値と誤差の生
じない計算値を算出し得る最大振幅値（理論振幅値と称
す）が算出された上、差分検出器１７５に与えられるも
のとなっている。

【００５４】

【数１８】

【００５５】その差分検出器１７５では、代表値検出器
１７２からの代表値と理論値検出器１７４からの理論振
幅値とにもとづき、これら値の差分値Ａが算出された
上、最大振幅値の大きさ毎に分類されるものとなってい
る。更に、代表値検出器１７２、理論値検出器１７４か
らの、受信信号列Ｓ_0n(ｔ)上での最後の代表値、理論振
幅値より差分値Ａが得られるのを待って、最大振幅値の
大きさ毎に分類されている差分値Ａの平均値が算出され
るが、図１５に最大振幅値と差分値Ａ（平均値）との関
係を示す。補正式算出器１７６では、差分検出器１７５
からの、最大振幅値と差分値Ａの平均値との関係が、図
１６に示すように、数式１９に示す最小２乗法により直
線として近似されるが、その際に、係数ａ，ｂの値が併
せて算出された上、振幅補正器１７７に設定されている
ものである。

【００５６】

【数１９】

【００５７】以上のようにして、振幅補正器１７７に係
数ａ，ｂの値が設定された後、初めて目標検出のための
超音波送受信が行われた上、受信信号系列Ｓmn(ｔ)上よ
り最大振幅値と代表値が対として検出されているわけで
あるが、振幅補正器１７７では、最大振幅値と代表値が
対として検出される度に、その最大振幅値が補正式によ
り補正された上、分散値算出のために分散算出器９４に
供されているものである。

【００５８】なお、以上の説明では、信号処理装置は船
舶に搭載された状態で、海中内に存在している目標の存
否が主に検出されているが、これに限定されることな
く、例えば超音波の代わりに電波が用いられる場合は、
大気中に存在している目標も検出可となっている。

【００５９】

【発明の効果】以上、説明したように、請求項１，５に
よる場合は、受信信号列の構成データ量が多い場合であ
っても、分散値計算処理時間の増大が抑制されつつ、受
信信号系列から目標が検出され得る目標検出装置が、ま
た、請求項２，６，９による場合には、受信信号列の構
成データ量が多い場合であっても、最大振幅値による分
散値計算処理が行われつつ、受信信号系列から目標が検
出され得る目標検出装置が、更に、請求項３，７，１０
によれば、受信信号列の構成データ量が多い場合であっ
ても、非最大振幅値による分散値計算処理が行われ、し
かも高レベルパルス性雑音による影響が排除されつつ、
受信信号系列から目標が検出され得る目標検出装置が、
更にまた、請求項４，８，１１による場合は、受信信号
列の構成データ量が多い場合であっても、最大振幅値に
より分散値計算処理が行われ、しかも高レベルパルス性
雑音による影響が排除されつつ、受信信号系列から目標
が検出され得る目標検出装置がそれぞれ得られるものと
なっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による目標検出装置における要
部構成概念を示す図

【図２】図２は、本発明による目標検出装置の全体とし
ての概要構成を示す図

【図３】図３（ａ），（ｂ）は、その目標検出装置にお
ける受信信号のディジタル変換処理を説明するための図

【図４】図４は、同じくその目標検出装置における複数
音響ビームの形成処理を説明するための図

【図５】図５は、同じくその目標検出装置における、送
信信号波形に対する方位対応音響ビームの波形を示す図

【図６】図６は、同じくその目標検出装置における信号
処理装置の一例での具体的構成を示す図

【図７】図７は、その信号処理装置における距離圧縮処
理を説明するための図

【図８】図８は、目標検出装置における表示画面の例を
示す図

【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ信号処理装置
における一部変形構成を示す図

【図１０】図１０は、信号処理装置における、目標捜索
領域および背景信号領域の受信信号列への設定方法を説
明するための図

【図１１】図１１は、背景信号領域と最大値検出器で設
定される区間との関係を説明するための図

【図１２】図１２は、本発明に係る信号処理装置の他の
例での構成を示す図

【図１３】図１３は、受信信号列中にクラッタが混入さ
れる場合での不具合を説明するための図

【図１４】図１４は、本発明に直接係る信号処理装置の
更に異なる他の例での構成を示す図

【図１５】図１５は、その信号処理装置における差分検
出器の処理を説明するための図

【図１６】図１６は、その信号処理装置における補正式
算出器の処理を説明するための図

【図１７】図１７は、受信信号波形から設定しきい値に
より目標を検出する方法を説明するための図

【図１８】図１８は、その方法での不具合を説明するた
めの図

【図１９】図１９は、受信信号列に対する、目標捜索領
域および背景信号領域の設定状態を示す図

【符号の説明】

４１…振幅値検出器、５１…送信装置、５２…送受波装
置、５３…受信装置、５４…信号処理装置、５５…表示
装置、９１…距離圧縮器、９１，１２１，１２２，１
２４…ピークホールド処理器、９２…領域設定器、９
３，１２３，１２５，１７１…最大値検出器、４２，９
４，１５２，１７２…分散算出器、９５…尤度比算出
器、９６…尤度比乗算器、９７……判定器、１５１，１
７２…代表値検出器、１７３…分散値検出器、１７４…
理論値検出器、１７５…差分検出器、１７６…補正式算
出器、１７７…振幅補正器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐々木潤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)発明者藤井正司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】音波／電波が送信信号として送信される
度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に従
う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に複
数の区間が設定された状態で、該区間各々からは、該区
間内に含まれる受信信号振幅値の分散値が算出された
上、該分散値と該区間内に含まれる受信信号振幅値との
関数として求められる値と設定しきい値との比較判定処
理によって、目標の存否を示す処理結果が画面上に画像
表示されるようにした目標検出装置であって、区間各々
から分散値を算出する手段として、少なくとも、区間各
々に含まれる受信信号の振幅値のうちから、任意の位置
の振幅値を検出する振幅値検出手段と、該振幅値検出手
段からの検出振幅値を用い、該区間内に含まれる受信信
号振幅値の分散値を算出する分散値算出手段とを含む目
標検出装置。
【請求項２】音波／電波が送信信号として送信される
度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に従
う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に複
数の区間が設定された状態で、該区間各々からは、該区
間内に含まれる受信信号振幅値の分散値が算出された
上、該分散値と該区間内に含まれる受信信号振幅値との
関数として求められる値と設定しきい値との比較判定処
理によって、目標の存否を示す処理結果が画面上に画像
表示されるようにした目標検出装置であって、区間各々
から分散値を算出する手段として、少なくとも、区間各
々に含まれる受信信号の振幅値のうちから、最大振幅値
を検出する振幅値検出手段と、該振幅値検出手段からの
検出振幅値を用い、該区間内に含まれる受信信号振幅値
の分散値を算出する分散値算出手段とを含む目標検出装
置。
【請求項３】音波／電波が送信信号として送信される
度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に従
う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に複
数の区間が設定された状態で、該区間各々からは、該区
間内に含まれる受信信号振幅値の分散値が算出された
上、該分散値と該区間内に含まれる受信信号振幅値との
関数として求められる値と設定しきい値との比較判定処
理によって、目標の存否を示す処理結果が画面上に画像
表示されるようにした目標検出装置であって、区間各々
から分散値を算出する手段として、少なくとも、区間各
々に含まれる受信信号の振幅値のうちから、ｋ（ｋ：２
以上の整数）番目に大きい振幅値を検出する振幅値検出
手段と、該振幅値検出手段からの検出振幅値を用い、該
区間内に含まれる受信信号振幅値の分散値を算出する分
散値算出手段とを含む目標検出装置。
【請求項４】音波／電波が送信信号として送信される
度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に従
う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に複
数の区間が設定された状態で、該区間各々からは、該区
間内に含まれる受信信号振幅値の分散値が算出された
上、該分散値と該区間内に含まれる受信信号振幅値との
関数として求められる値と設定しきい値との比較判定処
理によって、目標の存否を示す処理結果が画面上に画像
表示されるようにした目標検出装置であって、区間各々
から分散値を算出する手段として、少なくとも、区間各
々に含まれる受信信号の振幅値のうちから、最大振幅値
およびｋ（ｋ：２以上の整数）番目に大きい振幅値を検
出する振幅値検出手段と、該振幅値検出手段からの検出
振幅値と事前設定されている補正式とにより、検出最大
振幅値の値を補正する振幅値補正手段と、該振幅値補正
手段からの補正最大振幅値を用い、該区間内に含まれる
受信信号振幅値の分散値を算出する分散値算出手段とを
含む目標検出装置。
【請求項５】音波／電波が送信信号として送信される
度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に従
う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に任
意の目標捜索領域と該目標捜索領域周辺に背景信号領域
とが対として領域分割設定された状態で、該背景信号領
域各々からは、該背景信号領域内に含まれる受信信号振
幅値の分散値が算出された上、該分散値と上記目標捜索
領域内に含まれる受信信号振幅値との関数として求めら
れる値と設定しきい値との比較判定処理によって、目標
の存否を示す処理結果が画面上に画像表示されるように
した目標検出装置であって、背景信号領域各々から分散
値を算出する手段として、少なくとも、同一背景信号領
域上に同一大きさとして複数設定された区間各々に含ま
れる受信信号の振幅値のうちから、特定大きさの振幅値
を検出する区間対応振幅値検出手段と、該区間対応振幅
値検出手段からの検出振幅値を用い、該区間内に含まれ
る受信信号振幅値の分散値を算出する区間対応分散値算
出手段と、該区間対応分散値算出手段からの分散値各々
より背景信号領域対応の分散値を算出する分散値算出手
段とを含む目標検出装置。
【請求項６】音波／電波が送信信号として送信される
度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に従
う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に任
意の目標捜索領域と該目標捜索領域周辺に背景信号領域
とが対として領域分割設定された状態で、該背景信号領
域各々からは、該背景信号領域内に含まれる受信信号振
幅値の分散値が算出された上、該分散値と上記目標捜索
領域内に含まれる受信信号振幅値との関数として求めら
れる値と設定しきい値との比較判定処理によって、目標
の存否を示す処理結果が画面上に画像表示されるように
した目標検出装置であって、背景信号領域各々から分散
値を算出する手段として、少なくとも、同一背景信号領
域上に同一大きさとして複数設定された区間各々に含ま
れる受信信号の振幅値のうちから、最大振幅値を検出す
る区間対応振幅値検出手段と、該区間対応振幅値検出手
段からの検出振幅値を用い、該区間内に含まれる受信信
号振幅値の分散値を算出する区間対応分散値算出手段
と、該区間対応分散値算出手段からの分散値各々より背
景信号領域対応の分散値を算出する分散値算出手段とを
含む目標検出装置。
【請求項７】音波／電波が送信信号として送信される
度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に従
う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に任
意の目標捜索領域と該目標捜索領域周辺に背景信号領域
とが対として領域分割設定された状態で、該背景信号領
域各々からは、該背景信号領域内に含まれる受信信号振
幅値の分散値が算出された上、該分散値と上記目標捜索
領域内に含まれる受信信号振幅値との関数として求めら
れる値と設定しきい値との比較判定処理によって、目標
の存否を示す処理結果が画面上に画像表示されるように
した目標検出装置であって、背景信号領域各々から分散
値を算出する手段として、少なくとも、同一背景信号領
域上に同一大きさとして複数設定された区間各々に含ま
れる受信信号の振幅値のうちから、ｋ（ｋ：２以上の整
数）番目に大きい振幅値を検出する区間対応振幅値検出
手段と、該区間対応振幅値検出手段からの検出振幅値を
用い、該区間内に含まれる受信信号振幅値の分散値を算
出する区間対応分散値算出手段と、該区間対応分散値算
出手段からの分散値各々より背景信号領域対応の分散値
を算出する分散値算出手段とを含む目標検出装置。
【請求項８】音波／電波が送信信号として送信される
度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に従
う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に任
意の目標捜索領域と該目標捜索領域周辺に背景信号領域
とが対として領域分割設定された状態で、該背景信号領
域各々からは、該背景信号領域内に含まれる受信信号振
幅値の分散値が算出された上、該分散値と上記目標捜索
領域内に含まれる受信信号振幅値との関数として求めら
れる値と設定しきい値との比較判定処理によって、目標
の存否を示す処理結果が画面上に画像表示されるように
した目標検出装置であって、背景信号領域各々から分散
値を算出する手段として、少なくとも、同一背景信号領
域上に同一大きさとして複数設定された区間各々に含ま
れる受信信号の振幅値のうちから、最大振幅値およびｋ
（ｋ：２以上の整数）番目に大きい振幅値を検出する区
間対応振幅値検出手段と、該区間対応振幅値検出手段か
らの検出振幅値と事前設定されている補正式とにより、
検出最大振幅値の値を補正する区間対応振幅値補正手段
と、該区間対応振幅値補正手段からの補正最大振幅値を
用い、該区間内に含まれる受信信号振幅値の分散値を算
出する区間対応分散値算出手段と、該区間対応分散値算
出手段からの分散値各々より背景信号領域対応の分散値
を算出する分散値算出手段とを含む目標検出装置。
【請求項９】音波／電波が送信信号として送信される
度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に従
う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に任
意の目標捜索領域と該目標捜索領域周辺に背景信号領域
とが対として領域分割設定された状態で、該背景信号領
域各々からは、該背景信号領域内に含まれる受信信号振
幅値の分散値が算出された上、該分散値と上記目標捜索
領域内に含まれる受信信号振幅値との関数として求めら
れる値と設定しきい値との比較判定処理によって、目標
の存否を示す処理結果が画面上に画像表示されるように
した目標検出装置であって、背景信号領域各々から分散
値を算出する手段として、少なくとも、同一背景信号領
域上に同一大きさとして複数設定された区間各々に含ま
れる受信信号の振幅値のうちから、最大振幅値を検出す
る区間対応振幅値検出手段と、該区間対応振幅値検出手
段からの検出振幅値を用い、該区間内に含まれる受信信
号振幅値の分散値を以下の数式【数１】にもとづき算出する区間対応分散値算出手段と、該区間
対応分散値算出手段からの分散値各々より背景信号領域
対応の分散値を算出する分散値算出手段とを含む目標検
出装置。
【請求項１０】音波／電波が送信信号として送信され
る度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に
従う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に
任意の目標捜索領域と該目標捜索領域周辺に背景信号領
域とが対として領域分割設定された状態で、該背景信号
領域各々からは、該背景信号領域内に含まれる受信信号
振幅値の分散値が算出された上、該分散値と上記目標捜
索領域内に含まれる受信信号振幅値との関数として求め
られる値と設定しきい値との比較判定処理によって、目
標の存否を示す処理結果が画面上に画像表示されるよう
にした目標検出装置であって、背景信号領域各々から分
散値を算出する手段として、少なくとも、同一背景信号
領域上に同一大きさとして複数設定された区間各々に含
まれる受信信号の振幅値のうちから、ｋ（ｋ：２以上の
整数）番目に大きい振幅値を検出する区間対応振幅値検
出手段と、該区間対応振幅値検出手段からの検出振幅値
を用い、該区間内に含まれる受信信号振幅値の分散値を
以下の数式【数２】にもとづき算出する区間対応分散値算出手段と、該区間
対応分散値算出手段からの分散値各々より背景信号領域
対応の分散値を算出する分散値算出手段とを含む目標検
出装置。
【請求項１１】音波／電波が送信信号として送信され
る度に、該送信信号に対する反射信号がレイリー分布に
従う受信信号列として受信された上、該受信信号列上に
任意の目標捜索領域と該目標捜索領域周辺に背景信号領
域とが対として領域分割設定された状態で、該背景信号
領域各々からは、該背景信号領域内に含まれる受信信号
振幅値の分散値が算出された上、該分散値と上記目標捜
索領域内に含まれる受信信号振幅値との関数として求め
られる値と設定しきい値との比較判定処理によって、目
標の存否を示す処理結果が画面上に画像表示されるよう
にした目標検出装置であって、背景信号領域各々から分
散値を算出する手段として、少なくとも、同一背景信号
領域上に同一大きさとして複数設定された区間各々に含
まれる受信信号の振幅値のうちから、最大振幅値および
ｋ（ｋ：２以上の整数）番目に大きい振幅値を検出する
区間対応振幅値検出手段と、該区間対応振幅値検出手段
からの検出振幅値と事前設定されている以下の補正式【数３】とにより、検出最大振幅値の値を補正する区間対応振幅
値補正手段と、該区間対応振幅値補正手段からの補正最
大振幅値を用い、該区間内に含まれる受信信号振幅値の
分散値を算出する区間対応分散値算出手段と、該区間対
応分散値算出手段からの分散値各々より背景信号領域対
応の分散値を算出する分散値算出手段とを含む目標検出
装置。