特許 6530945 水中探知システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6530945

(24)【登録日】2019年5月24日

(45)【発行日】2019年6月12日

(54)【発明の名称】水中探知システム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/526 20060101AFI20190531BHJP

【ＦＩ】

   G01S7/526 M

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-71896(P2015-71896)

(22)【出願日】2015年3月31日

(65)【公開番号】特開2016-191629(P2016-191629A)

(43)【公開日】2016年11月10日

【審査請求日】2018年1月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】石井 佑樹

(72)【発明者】

【氏名】吉住 和洋

(72)【発明者】

【氏名】吉田 豊

(72)【発明者】

【氏名】石田 浩司

【審査官】 安井 英己

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２７２４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１４２３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−０１７５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１４７９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２４１５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１２４２６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４６５４８３５（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｓ ７／５２− ７／６４，

Ｇ０１Ｓ １５／００−１５／９６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

水上又は水中を航走する第１の航走体に搭載されたソーナーシステムの受波信号から第２の航走体から発せられる雑音成分を除去して得られる探知対象信号に基づいて水中探知を行う水中探知システムであって、
前記第２の航走体に設けられ、前記第２の航走体から放射される雑音を外部参照信号として検出する外部参照信号検出部と、
前記第１の航走体及び前記第２の航走体の位置情報に基づいて、前記第１の航走体及び前記第２の航走体間の距離を算出する第１の距離算出部と、
前記外部参照信号を前記第１の距離算出部で算出された距離に基づいて設定される遅延パラメータを用いて遅延処理する適応処理を前記受波信号に対して実施することにより、前記探知対象信号を出力する適応フィルタと、
を備えることを特徴とする水中探知システム。

【請求項2】

前記第１の航走体の位置情報を取得する第１の位置情報取得部と、
前記第２の航走体の位置情報を取得する第２の位置情報取得部と、
前記第１の航走体及び第２の航走体間に設けられた通信ネットワークと、
を更に備え、
前記第１の距離算出部は、前記第１の位置情報取得部及び第２の位置情報取得部で取得された位置情報の少なくとも一方を前記通信ネットワークを介して取得することを特徴とする請求項１に記載の水中探知システム。

【請求項3】

前記第２の航走体における前記位置情報の基準地点から前記第２の航走体が有する少なくとも１の雑音源までの距離を算出する第２の距離算出部を更に備え、
前記第１の距離算出部は、前記第２の距離算出部で算出された距離に基づいて、前記第１の航走体及び前記第２の航走体間の距離を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の水中探知システム。

【請求項4】

前記第２の航走体が有する雑音源は、前記第２の航走体の船底後方に設けられたプロペラ、前記第２の航走体の内部に搭載された機器類、及び、第２の航走体の船首近傍で発生する膜波又は破波の少なくとも１を含むことを特徴とする請求項３に記載の水中探知システム。

【請求項5】

前記第１の航走体に設けられ、前記第１の航走体から放射される雑音を内部参照信号として検出する内部参照信号検出部と、
前記第１の航走体における雑音源及び前記ソーナーシステム間の距離を算出する第３の距離算出部と、
を更に備え、
前記適応フィルタは、前記内部参照信号を前記第３の距離算出部で算出された距離に基づいて設定される遅延パラメータを用いて遅延処理する適応処理を前記受波信号に対して実施することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の水中探知システム。

【請求項6】

前記第１の距離算出部及び前記適応フィルタを有する第３の航走体が前記第１の航走体及び前記第２の航走体と通信ネットワークを介して通信可能に構成されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の水中探知システム。

【請求項7】

前記第２の航走体は複数あり、
前記第２の航走体からの雑音を外部参照信号として検出する外部参照信号検出部を更に備え、
前記外部参照信号検出部及び前記第２の位置情報取得部は、前記複数の第２の航走体毎に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の水中探知システム。

【請求項8】

前記適応フィルタはＬＭＳアルゴリズムを含んでおり、
前記ＬＭＳアルゴリズムは、前記外部参照信号が過渡的に変動する場合には、前記外部参照信号が過渡的に変動しない場合に比べてフィルタ係数の数を増加するように設定されていることを特徴とする請求項７に記載の水中探知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水上又は水中を航走する第１の航走体に搭載されたソーナーシステムの受波信号から第２の航走体から発せられる雑音成分を除去して得られる探知対象信号に基づいて水中探知を行う水中探知システムに関する。

【背景技術】

【0002】

船舶などの航走体には、水中或いは水面に存在する他の航走体や障害物など対象物の位置を探知するための水中音響機器、すなわちソーナーシステムを搭載するものがある。この種のソーナーシステムは、水中に設置された受波素子によって他の船舶等からの反射音や放射音などの音波信号を受波することによって、対象物の有無及びその位置に関する情報を取得する。ここで受波素子が受信する音波には、目標物からの反射音や放射音などの探知に必要な信号（探知対象信号）に加えて、各種雑音が含まれる。このような雑音はＳＮ比を低下させ、探知性能を低下させる要因となるため、除去する必要がある。

【0003】

このような雑音除去技術の一つとして、適応フィルタで適応処理することが知られている。図１３は適応フィルタ７０を用いた雑音除去の原理を説明するための模式図である。適応フィルタ７０は遅延回路７２と適応プロセッサ７４とを有しており、受波センサによって受信される探知対象信号ｓに雑音信号ｎが混入した主信号（ｓ＋ｎ）と、雑音信号ｎの発生源（雑音源）からの参照信号（雑音信号ｎとは別に測定される雑音信号）ｖが入力される。主信号（ｓ＋ｎ）は遅延回路７２によって遅延処理されることによって信号ｄに変換されると共に、参照信号ｖは適応プロセッサ７４によって信号ｇに変換され、その差分
ε＝ｇ−ｎ （１）
が適応プロセッサ７４にフィードバックされる。適応プロセッサ７４では、誤差εが自乗平均の意味で最小になるようにフィルタ係数が制御され、探知対象信号ｓに相当する出力εが得られる。この種の雑音除去技術は、例えば特許文献１に開示がなされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３８１５７３５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のような適応処理では、雑音源からの雑音を参照信号として検知すると共に、これを受波信号から除去する。しかしながら、例えばソーナーシステムを搭載する航走体に対して、探知対象とは異なる他の航走体等が存在している場合（例えばソーナーシステムを搭載した航走体が船団中にいる際に、船団外にいる探知対象からの信号を検知しようとする場合）、ソーナーシステムでは、当該他の航走体等から放射される雑音を探知対象信号から分離して参照信号として検知することが難しく、適応処理によって効果的な雑音除去が困難になるおそれがある。

【0006】

このような問題に対して、例えば、探知対象信号をゼロにした状態で雑音源である他の航走体のみからの音波（バックグランドノイズ）を参照信号として予め取得することも考えられる。しかしながら、この場合は参照信号の取得タイミングと探知対象信号の取得タイミングとの間にタイムラグがあり、リアルタイムな測定を行うことができない。例えば雑音源からの雑音レベルや周波数が時間的に変動する場合には、探知精度が低下してしまう。

【0007】

本願発明の少なくとも１実施形態は上述の問題点に鑑みなされたものであり、他の航走体から放射される雑音を適切に除去することで、対象物の探知を精度よく実施可能な水中探知システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

（１）本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システムは上記課題を解決するために、水上又は水中を航走する第１の航走体に搭載されたソーナーシステムの受波信号から第２の航走体から発せられる雑音成分を除去して得られる探知対象信号に基づいて水中探知を行う水中探知システムであって、前記第２の航走体に設けられ、前記第２の航走体から放射される雑音を外部参照信号として検出する外部参照信号検出部と、前記第１の航走体及び前記第２の航走体の位置情報に基づいて、前記第１の航走体及び前記第２の航走体間の距離を算出する第１の距離算出部と、前記外部参照信号を前記第１の距離算出部で算出された距離に基づいて設定される遅延パラメータを用いて遅延処理する適応処理を前記受波信号に対して実施することにより、前記探知対象信号を出力する適応フィルタと、を備える。

【0009】

上記（１）の構成によれば、第２の航走体から放射される雑音は、第１の航走体から離れた第２の航走体が有する外部参照信号検出部で外部参照信号として検出される。このように第２の航走体で雑音検出することで、雑音除去に必要な参照信号を精度よく、且つ、リアルタイムに得ることができる。そして、このように取得された外部参照信号に基づいてソーナーシステムで取得した受波信号から雑音除去することで、探知精度を向上できる。

【0010】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記第１の航走体の位置情報を取得する第１の位置情報取得部と、前記第２の航走体の位置情報を取得する第２の位置情報取得部と、前記第１の航走体及び第２の航走体間に設けられた通信ネットワークと、を更に備え、前記第１の距離算出部は、前記第１の位置情報取得部及び第２の位置情報取得部で取得された位置情報の少なくとも一方を前記通信ネットワークを介して取得する。

【0011】

上記（２）の構成によれば、第１の航走体及び第２の航走体が距離的に離れている場合であっても通信ネットワークを介して位置情報をやりとりすることで、当該位置情報に基づいて第１の距離算出部で算出された航走体間の距離に基づいて雑音伝搬のタイムラグを考慮した適応処理を実現できる。

【0012】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記第２の航走体における前記位置情報の基準地点から前記第２の航走体が有する少なくとも１の雑音源までの距離を算出する第２の距離算出部を更に備え、前記第１の距離算出部は、前記第２の距離算出部で算出された距離に基づいて、前記第１の航走体及び前記第２の航走体間の距離を算出する。

【0013】

上記（３）の構成によれば、第２の距離算出部によって、第２の航走体における位置情報の基準地点から第２の航走体が有する少なくとも１の雑音源までの距離を算出し、その結果を第１の距離算出部による第１の航走体及び第２の航走体間の距離の算出に用いる。これにより、第１の航走体及び第２の航走体間の距離をより精度よく求めることができるので、探知精度をより向上することができる。

【0014】

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記第２の航走体が有する雑音源は、前記第２の航走体の船底後方に設けられたプロペラ、前記第２の航走体の内部に搭載された機器類、及び、第２の航走体の船首近傍で発生する膜波又は破波の少なくとも１を含む。

【0015】

上記（４）の構成によれば、第２の航走体が備える雑音源であるプロペラ、機器類及び膜波又は破波の第２の航走体における位置に基づいて第１の航走体及び第２の航走体間の距離をより精度よく求めることができるので、探知精度をより向上することができる。

【0016】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）のいずれか１構成において、前記第１の航走体に設けられ、前記第１の航走体から放射される雑音を内部参照信号として検出する内部参照信号検出部と、前記第１の航走体における雑音源及び前記ソーナーシステム間の距離を算出する第２の距離算出部と、を更に備え、前記適応フィルタは、前記内部参照信号を前記第２の距離算出部で算出された距離に基づいて設定される遅延パラメータを用いて遅延処理する適応処理を前記受波信号に対して実施する。

【0017】

上記（５）の構成によれば、第１の航走体から発せられる雑音を内部参照信号として検知し、ソーナーシステムで取得された信号から除去することにより、第２の航走体から発せられる雑音に加え、第１の航走体から発せられる雑音を除去できる。その結果、雑音成分がより精度よく除去された探知対象信号が得られる。

【0018】

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれか１構成において、前記第１の距離算出部及び前記適応フィルタを有する第３の航走体が前記第１の航走体及び前記第２の航走体と通信ネットワークを介して通信可能に構成される。

【0019】

上記（６）の構成によれば、第１の距離算出部及び適応フィルタを第３の航走体に設けることで、ソーナーシステム本体を搭載した第１の航走体における演算処理負担を軽減することができるとともに、システム全体の更なる拡張性を得ることができる。

【0020】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）のいずれか１構成において、前記第２の航走体は複数あり、前記外部信号検出部及び前記第２の位置情報取得部は、前記複数の第２の航走体毎に設けられている。

【0021】

上記（７）の構成によれば、第２の航走体が複数存在する場合であっても、それぞれに設けられた外部参照信号検出部で検出された外部参照信号に基づいて適応処理されることで、第２の航走体からそれぞれ発せられる雑音成分を効果的に除去し、精度のよい水中探知が実施できる。

【0022】

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）のいずれか１構成において、前記適応フィルタはＬＭＳアルゴリズムを含んでおり、前記ＬＭＳアルゴリズムは、前記外部参照信号が過渡的に変動する場合には、前記外部参照信号が過渡的に変動しない場合に比べてフィルタ係数の数を増加するように設定されている。

【0023】

上記（８）の構成によれば、外部参照信号が過渡的に変動する場合にフィルタ係数の数を増加させることで、演算処理に要する負荷が増大することにより応答性は低下するものの、雑音除去の精度が向上し、信頼性の高い水中探知が可能となる。逆に、外部参照信号が過渡的に変動しない場合にフィルタ係数の数を減少させることで、演算処理に要する負荷を軽減して応答性を向上しつつ、信頼性を確保した水中探知が可能となる。
尚、反射が多い環境の場合、フィルタ係数の数を増加することも有効な手段である。

【0024】

尚、ＬＭＳアルゴリズムに代えて、ＲＬＳアルゴリズム等の他の手法を含む適応フィルタに関しても、本発明の技術的思想を同様に適応してもよい。

【発明の効果】

【0025】

本発明の少なくとも１実施形態によれば、他の航走体から放射される雑音を適切に除去することで、対象物の探知を精度よく実施可能な水中探知システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システムが適用される第１の航走体及び第２の航走体からなる船団の一例を示す模式図である。

【図2】本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システムの構成を示すブロック構成図である。

【図3】第２の航走体の１構成例を示す模式図である。

【図4】図２の適応フィルタの１構成例を示す制御回路図である。

【図5】図４の適応プロセッサの具体的構成例を示す図である。

【図6】本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システムの構成を示すブロック構成図である。

【図7】図６の水中探知システムが適用される第２の航走体の１構成例を示す模式図である。

【図8】本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システムの構成を示すブロック構成図である。

【図9】第１の航走体の１構成例を示す模式図である。

【図10】本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システムが適用される第１の航走体、第２の航走体及び第３の航走体からなる船団の一例を示す模式図である。

【図11】本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システムの構成を機能ブロックとして示す構成図である。

【図12】本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システムにおける適応フィルタの内部構成を示す回路図である。

【図13】適応フィルタを用いた雑音除去の原理を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

（第１実施形態）
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

【0028】

例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。

【0029】

また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。

【0030】

一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0031】

図１は本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システム１００が適用される第１の航走体１０及び第２の航走体２０からなる船団の一例を示す模式図であり、図２は本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システム１００の構成を機能ブロックとして示す構成図であり、図３は第２の航走体２０の１構成例を示す模式図であり、図４は図２の適応フィルタ１１５の１構成例を示す制御回路図であり、図５は図４の適応プロセッサ５０の具体的構成例を示す図である。

【0032】

尚、以下の説明では航走体として水上を航行する船舶を例に説明するが、これに代えて水中を航走する潜水艇などの航走体についても同様の技術的思想を適用可能であることは言うまでもない。

【0033】

図１に示されるように本実施形態では、水上に第１の航走体１０及び第２の航走体２０が互いに所定距離Ｒを隔てて位置する場合を例にする。第１の航走体１０及び第２の航走体２０は、それぞれ水上を航行する船舶である。第１の航走体１０及び第２の航走体２０は、内部にエンジンやモータなどの動力源（不図示）によって推進用のプロペラ（図３の符号２２ａを参照）を回転駆動することによって航行可能に構成されている。

【0034】

尚、第１の航走体１０及び第２の航走体２０は、水中を航行する潜水艇であってもよい。また第１の航走体１０及び第２の航走体２０はそれぞれ航行中であってもよいし、停泊中であってもよい。

【0035】

第１の航走体１０には音響探知装置たるソーナーシステム１２が搭載されている。ソーナーシステム１２は、探知対象３０から発せられる音波信号を受波することにより、探知対象３０の有無及びその位置を特定するパッシブ方式のソーナーシステムであるが、能動的にソーナービームを照射することにより検知対象からの反射波を受波することで探知を行うアクティブ方式であってもよい。

【0036】

第１の航走体１０に搭載されたソーナーシステム１２は、第１の航走体１０及び第２の航走体２０から離れた位置に存在する探知対象３０を探知する。このとき、ソーナーシステム１２は探知対象３０から放射される音波信号を受波することにより探知を行うが、一般的に、受波信号には探知対象３０からの探知対象信号ｓに加えて、第２の航走体２０からの余分な雑音ｎが含まれる。探知対象信号ｓに対する雑音成分ｎの比率は、いわゆるＳ／Ｎ比と称されており、精度のよい探知を行うためには、受波信号（ｓ＋ｎ）から雑音信号ｎを除去して、Ｓ／Ｎ比を改善することが有効である。特に、ソーナーシステム１２が搭載された第１の航走体１０に対して、第２の航走体２０より探知対象３０が離れている場合には、Ｓ／Ｎ比が悪化しやすい傾向がある。

【0037】

図２に示されるように、水中探知システム１００は、通信ネットワーク４０を介することにより、第１の航走体１０及び第２の航走体２０に跨って構築されている。水中探知システム１００のうち第１の航走体側１１０は、探知対象３０からの受波信号ｐ（＝ｓ＋ｎ）を受波する受波部１１１と、第２の航走体２０から送信される各種情報を受信する受信部１１２と、第１の航走体１０の位置情報Ｐ１を取得する第１の位置情報取得部１１３と、第１の航走体１０及び第２の航走体間２０の距離Ｒを算出する第１の距離算出部１１４と、適応処理を実施する適応フィルタ１１５と、該適応フィルタ１１５からの処理信号に基づいて探知対象３０を探知する探知部１１６と、を備える。

【0038】

一方、水中探知システムのうち第２の航走体側１２０は、第２の航走体２０からの雑音を外部参照信号ｖとして検出する外部参照信号検出部１２１と、第２の航走体２０の位置情報Ｐ２を取得する第２の位置情報取得部１２２と、第２の航走体２０から通信ネットワーク４０を介して第１の航走体１０に各種情報を送信する送信部１２３と、を備える。

【0039】

尚、通信ネットワーク４０は無線が好ましいが、有線であってもよい。

【0040】

探知対象３０からの受波信号ｐ（＝ｓ＋ｎ）は、第１の航走体１０の受波部１１１によって受信される。一方、第２の航走体側１２０では、外部参照信号検出部１２１によって第２の航走体２０から放射される雑音を外部参照信号ｖとして検出する。ここで図３に示されるように、第２の航走体２０は雑音源として、推進力を得るために船底後方近傍に設けられたプロペラ２２ａ、該プロペラ２２ａである動力源（エンジン、タービン、モータなど）を含む主発や主機、或いは各種補機等を含む船内に搭載された機器類２２ｂ、第２の航走体２０の船首近傍で発生する膜波又は破波２２ｃが示されている。この例では特に、雑音源の各々には、それぞれ対応する雑音センサ２４が設けられている。これらの雑音センサは各雑音源の特性に応じて、雑音を精度よく検出可能な態様で設置されている。具体的には、雑音センサ２４ａはプロペラ２２ａに対向する位置に設けられており、雑音センサ２４ｂは機器類２２ｂが設置されたベース２５上に設けられており、雑音センサ２４ｃは第２の航走体２０の水面上に露出する船体のうち雑音源である膜波又は破波２２ｃに近い位置に設けられている。

【0041】

尚、雑音センサ２４は、例えば圧力センサ、振動センサ、歪センサなどの雑音を検知可能なセンサであればよく、雑音源の種類によって適宜選択するとよい。

【0042】

第２の位置情報取得部１２２は、第２の航走体２０の位置情報Ｐ２を取得する。ここで位置情報Ｐ２としては、例えばＧＰＳ衛星から取得されるＧＰＳ信号のように、第２の航走体２０の緯度及び軽度に関する情報である。

【0043】

第２の航走体２０で取得された外部参照信号ｖ及び位置情報Ｐ２は、送信部１２３によって通信ネットワーク４０を介して第１の航走体２０に送信され、第１の航走体２０の受信部１１２で受信される。すなわち、第１の航走体１０の受信部１１２及び第２の航走体２０の送信部１２３は、通信ネットワーク４０に対するインターフェイスとして機能するものである。これにより、第２の航走体２０で取得された外部参照信号ｖ及び位置情報Ｐ２が第１の航走体２０で適応処理に利用されることとなる。

【0044】

第１の位置情報取得部１１３は、第１の航走体１０の位置情報Ｐ１を取得する。ここで位置情報Ｐ１としては、上述の位置情報Ｐ２と同様に、例えばＧＰＳ衛星から取得されるＧＰＳ信号のように、第１の航走体１０の緯度及び軽度に関する情報である。

【0045】

第１の距離算出部１１４は、第１の位置情報取得部１１３で取得された位置情報Ｐ１、及び、受信部１１２で受信した（第２の位置情報取得部１２２で取得された）位置情報Ｐ２に基づいて、第１の航走体１０及び第２の航走体２０間の距離Ｒを算出する。すなわち、位置情報Ｐ１及びＰ２によって特定される第１の航走体１０及び第２の航走体２０の座標から相対的位置関係を幾何学的に求めることで、距離Ｒを算出する。

【0046】

適応フィルタ１１５は、第１の距離算出部１１４で算出された距離Ｒ、及び、受信部１１２で受信された（外部参照信号検出部１２１で検出された）外部参照信号ｖを取得し、受波信号を適応処理することにより探知対象信号ｄを出力する。

【0047】

ここで図４に示されるように、適応フィルタ１１５には、距離Ｒ及び外部参照信号ｖが入力され、適応プロセッサ５０によって雑音信号ｎが出力される。雑音信号ｎは、減算器５２によってソーナーシステム１２の受波信号ｐ（＝ｓ＋ｎ）から減算されることにより、探知対象信号ｄ（＝ｓ）が出力される。このように求められた探知対象信号ｄは、適応プロセッサ５０にフィードバックされる。

【0048】

ここで適応プロセッサ５０における適応処理について説明する。図５に示されるように、適応プロセッサ５０に入力された外部参照信号ｖは、遅延回路５４によって遅延パラメータτに応じた遅延処理が実施されることにより、信号ｖ´として出力される。ここで遅延パラメータτは、第２の航走体２０から放射された雑音が第１の航走体１０に到達するまでの伝搬速度、及び、第１の航走体１０及び第２の航走体２０間の距離Ｒに基づいて設定される。すなわち、外部参照信号検知部１２２で所定の雑音が検知されるタイミングと、ソーナーシステム１２に当該雑音が検知されるタイミングとの間に生じるタイムラグに基づいて、遅延パラメータτが設定される。このように距離Ｒに基づいた遅延パラメータτを採用する遅延回路５４を用いることで当該タイムラグを解消でき、第２の航走体２０からの雑音を適切に除去できる。

【0049】

尚、第２の航走体２０から放射された雑音が第１の航走体１０に到達する際の伝搬速度は、予め一定値（水中の伝搬速度）として設定されていてもよいが、状況に応じて可変に設定してもよい。例えば遅延パラメータτは、「τ＜距離Ｒ/音速」と設定してもよい。音速は水中で約１５００ｍ／ｓであるので、実際には離散的にデータを取得するので、τの時間に相当するサンプル数をスキップし求めてもよい。

【0050】

続いて遅延回路５４の出力信号ｖ´は、Ｌ（Ｌは任意の自然数）個のＺ変換回路５６に入力され、それぞれの出力信号はＬＭＳアルゴリズム５８によって設定される係数ｗ_０、ｗ_１、・・・、ｗ_Ｌを用いて、次式により雑音信号ｎが求められる
ｎ＝ｖ´ｗ_０＋ｖ´ｗ_１＋ｖ´ｗ_２＋ｖ´ｗ_３＋・・・ （２）
ここで係数ｗ_０、ｗ_１、・・・、ｗ_Ｌは、ＬＭＳアルゴリズム５８によって次式に基づいて、逐次算出される。
ｗ_ｉ（ｔ＋１）＝ｗ_ｉ（ｔ）＋２μｄｖ （３）
尚、（３）式のμはステップサイズパラメータである。

【0051】

ここで定数Ｌは、雑音源の特性とともに周りの環境に基づいて設定する方が好ましい。つまり、反射の影響が大きいような海域（例えば浅瀬）であれば、（海底で）反射した後の雑音波形も取り込むようにＬを長く取る必要があり、また、反射の影響が小さい場所（例えば深海）・構造の場合、Ｌは短くとれるようになる。特に、雑音信号が過渡的な信号か定常的な信号か、評価する周波数やサンプリング周波数に基づいて設定するとよいが、Ｌが大きくなると適応プロセッサ５０の処理負担が増えてしまうことも考慮すべきである。例えば上述の第２の航走体２０の雑音源２２ａ及び２２ｃからの雑音信号は、第２の航走体２０の航走状態によって時々刻々と変化するためＬを大きく設定してもよい。また第２の航走体２０の航走状態を監視することにより、加減速時のように雑音源からの雑音信号が過渡的に変化する状態を検知した場合に、一時的にＬが大きくなるように制御してもよい。これにより比較的雑音信号が安定している定常時にはＬを小さく抑えることができるので、処理負担を軽減できる。

【0052】

このように求められた雑音信号ｎは、ソーナーシステム１２の受波信号ｐ（＝ｓ＋ｎ）と差分を取ることにより、探知対象信号ｄ（＝ｓ）が得られる。このように求められた探知対象信号ｄは、ソーナーシステム１２に出力されることによって解析される。また探知対象信号ｄはＬＭＳアルゴリズム５８にフィードバックされることによって、係数ｗ_０、ｗ_１、・・・、ｗ_Ｌを更新すると共に、時刻を１サンプル進め、上記処理を繰り返す。

【0053】

以上説明したように本実施形態によれば、第２の航走体２０から発せられる雑音は、第１の航走体１０から離れた第２の航走体２０に設けられた外部参照信号検知部１２１で外部参照信号ｖとして検知される。これにより、探知対象信号に含まれる雑音成分のみが外部参照信号として精度よく取得される。このように取得された外部参照信号は、第２の航走体２０から第１の航走体１０に伝達され、ソーナーシステム１２で取得された信号から除去される。このようにして第２の航走体２０から発せられる雑音成分が精度よく除去された探知対象信号を得ることができる。

【0054】

（第２実施形態）
続いて図６及び図７を参照して第２実施形態に係る水中探知システム１００について説明する。図６は本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システム１００の構成を示すブロック構成図であり、図７は図６の水中探知システム１００が適用される第２の航走体２０の１構成例を示す模式図である。

【0055】

本実施形態では図６に示されるように、水中探知システム１００のうち第１の航走体側１１０に、第２の距離算出部１１７が設けられている。第２の距離算出部１１７は、第２の航走体２０の位置情報Ｐ２の基準取得位置（例えば図７に示されるように、第２の航走体２０が有するレーダーマスト２６に配置されたＧＰＳセンサ２７の位置）と、第２の航走体２０が有する各雑音源２２ａ、２２ｂ、２２ｃとの間の距離ｒ１、ｒ２、ｒ３をそれぞれ算出する。このような距離ｒ１，ｒ２，ｒ３は第２の航走体２０の仕様上一定に規定されるため、予めメモリ等の記憶手段に記憶しておき、第２の距離算出部１１７によって読みだし可能に構成しておくとよい。

【0056】

第２の距離算出部１１７で算出された距離ｒ１，ｒ２，ｒ３は、第１の距離算出部１１４に送られる。第１の距離算出部１１４では、位置情報Ｐ１及びＰ２に加え、距離ｒ１，ｒ２，ｒ３を考慮することにより、距離Ｒを算出する。このように本実施形態では、第２の航走体２０における各雑音源２２の詳細な位置を考慮して距離Ｒを算出するため、より精度のよい適応処理が可能となる。

【0057】

（第３実施形態）
続いて図８を参照して第３実施形態に係る水中探知システム１００について説明する。図８は本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システム１００の構成を示すブロック構成図であり、図９は第１の航走体１０の１構成例を示す模式図である。

【0058】

他の実施形態では、第２の航走体２０から放射される雑音について適応処理することにより雑音除去する場合を例示しているが、本実施形態ではこれに加えて、第１の航走体２０自身から放射される雑音についても適応処理を行う。この場合、図８に示すように、第１の航走体側１１０には、第１の航走体１０が有する雑音源から放射される雑音を内部参照信号として検知する内部参照信号検知部１１８と、第１の航走体１０が有する各雑音源及びソーナーシステム１２間の距離を算出する第３の距離算出部１１９と、を更に備える。また適応処理を実施する適応フィルタ１１５としては、第２の航走体側１２０から取得する外部参照信号に基づいて適応処理を実施する適応フィルタ１１５ａと、内部参照信号に基づいて適応処理を実施する適応フィルタ１１５ｂとを備えている。

【0059】

内部参照信号検出部１１９は、第１の航走体１０から放射される雑音を内部参照信号Vとして検出する。ここで図９に示されるように、第１の航走体１０は雑音源として、上述の第２の航走体２０と同様に、推進力を得るために船底後方近傍に設けられたプロペラ１４ａ、該プロペラ１４ａである動力源（エンジン、タービン、モータなど）を含む主発や主機、或いは各種補機等を含む船内に搭載された機器類１４ｂ、第１の航走体１０の船首近傍で発生する膜波又は破波１４ｃを有する。この例では特に、雑音源の各々には、それぞれ対応する雑音センサ１５が設けられている。これらの雑音センサは各雑音源の特性に応じて、雑音を精度よく検出可能な態様で設置されている。具体的には、雑音センサ１５ａはプロペラ１４ａに対向する位置に設けられており、雑音センサ１５ｂは機器類１４ｂが設置されたベース１６上に設けられており、雑音センサ１５ｃは第１の航走体１０の水面上に露出する船体のうち雑音源である膜波又は破波１４ｃに近い位置に設けられている。

【0060】

第３の距離算出部１１９は、探知信号を受波するソーナーシステム１２と、各雑音センサまでの距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃを算出する。このような距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃは第２の航走体２０の仕様上一定に規定されるため、予めメモリ等の記憶手段に記憶しておき、第３の距離算出部１１９によって読みだし可能に構成しておくとよい。

【0061】

適応フィルタ１１５ａでは、他の実施形態と同様に、第２の航走体２０から取得した外部参照信号に基づいた適応処理が行われる。一方、適応フィルタ１１５ｂでは、内部参照信号Vについて、上述の外部参照信号に倣った適応処理が実施される。すなわち、適応フィルタ１１５ｂでは第３の距離算出部１１９で算出された距離ｒａ、ｒｂ、ｒｃに基づいて内部参照信号Vに対する遅延パラメータτを求め、当該遅延パラメータτに基づいた適応処理を実施する。これにより、第２の航走体２０から放射される雑音のみならず、第１の航走体１０自身から放射される雑音を的確に除去処理できるので、より精度の高い水中探知を実現できる。

【0062】

（第４実施形態）
続いて図１０及び図１１を参照して第４実施形態に係る水中探知システム１００について説明する。図１０は本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システム１００が適用される第１の航走体１０、第２の航走体２０及び第３の航走体６０からなる船団の一例を示す模式図であり、図１１は本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システム１００の構成を機能ブロックとして示す構成図である。

【0063】

まず図１０に示されるように本実施形態では、上述の第１の航走体１０及び第２の航走体２０に加えて、第３の航走体６０が存在している。第３の航走体６０もまた、第１の航走体１０及び第２の航走体２０と同様に水上を航行する船舶であるが、これに代えて水中を航走する潜水艇等であってもよい。

【0064】

図１１に示されるように、本実施形態に係る水中探知システム１００は、通信ネットワーク４０を介して、第１の航走体１０、第２の航走体２０及び第３の航走体６０に跨って構築されている。水中探知システム１００のうち第１の航走体側１１０は、探知対象３０からの受波信号ｐ（＝ｓ＋ｎ）を受波する受波部１１１と、第２の航走体２０から送信される各種情報を受信する受信部１１２と、第１の航走体１０の位置情報Ｐ１を取得する第１の位置情報取得部１１３と、探知対象３０を探知する探知部１１６と、を備える。すなわち上述の実施形態に比べて、第１の航走体側１１０には、第１の航走体１０及び第２の航走体間２０の距離Ｒを算出する第１の距離算出部１１４と、適応処理を実施する適応フィルタ１１５と、が備えられておらず構成が簡略化されている。その一方で、第１の航走体側１１０には、第１の位置情報取得部１１３で取得された位置情報Ｐ１を通信ネットワーク４０を介して送信可能に構成された送信部１４１が設けられている。

【0065】

一方、水中探知システム１００のうち第２の航走体側１２０は、第２の航走体２０からの雑音を外部参照信号ｖとして検出する外部参照信号検出部１２１と、第２の航走体２０の位置情報Ｐ２を取得する第２の位置情報取得部１２２と、第２の航走体２０から通信ネットワーク４０を介して第１の航走体１０に各種情報を送信する送信部１２３と、を備える。

【0066】

水中探知システム１００のうち第３の航走体側１３０は、第１の航走体１０及び第２の航走体２０から送信される各種情報を受信する受信部１３１と、該受信部１３１で受信された位置情報Ｐ１及びＰ２に基づいて第１の航行体１０及び第２の航行体２０間の距離Ｒを算出する第１の距離算出部１３２と、適応処理を実施する適応フィルタ１３３と、該適応処理後の出力信号ｄを送信する送信部１３４と、を備える。すなわち、第１実施形態で第１の航行体側１１０に設けられていた第１の距離算出部１１４及び適応フィルタ１１５が、本実施形態では第３の航行体６０に設けられている。このように演算処理負担が大きい距離Ｒの算出や適応処理を第３の航行体側１３０で実施することにより、演算処理を第３の航行体６０に集約でき、第１の航行体１０における演算処理負担を効果的に軽減される。

【0067】

尚、水中探知システム１００が第３実施形態のように第３の距離算出部１１９を有する場合には、当該第３の距離算出部１１９を第３の航走体側１３０に設けてもよい。この場合もまた、システム全体における演算処理負担を第３の航行体６０に集約することによって、ソーナーシステム１２が搭載された第１の航行体１０における処理負担を効果的に軽減できる。

【0068】

（第５実施形態）
上記第１乃至第４実施形態では、それぞれ単一の第２の航走体２０が存在する場合について説明したが、実際には複数の第２の航走体２０が存在していてもよい。本実施形態では、第２の航走体２０がｋ（ｋは２以上の自然数）隻がある場合について説明する。

【0069】

図１２は本発明の少なくとも１実施形態に係る水中探知システムにおける適応フィルタ１１５の内部構成を示す回路図である。

【0070】

本実施形態では、ｋ隻の第２の航走体２０にそれぞれ外部参照信号検出部１２１が設けられており、各外部参照信号検出部１２１で検出された外部参照信号をｖ^１、ｖ^２、・・・、ｖ^ｋで示している。各外部参照信号ｖ^１、ｖ^２、・・・、ｖ^ｋは、適応フィルタ１１５に入力されると、適応プロセッサ５０^１、５０^２、・・・５０^ｋにて適応処理されることにより、対応する雑音信号ｎ^１、ｎ^２、・・・、ｎ^ｋが求められる。適応プロセッサ５０^１、５０^２、・・・５０^ｋは、それぞれ上記実施形態における適応プロセッサ５０と類似の構成を有しており、外部参照信号ｖ^１、ｖ^２、・・・、ｖ^ｋを、それぞれ遅延回路５４^１、５４^２、・・・５４^ｋで遅延処理して信号ｖ^１´、ｖ^２´、・・・、ｖ^ｋ´とする。信号ｖ^１´、ｖ^２´、・・・、ｖ^ｋ´は、それぞれＬＭＳアルゴリズム５８^１、５８^２、・・・、５８^ｋによって係数ｗ^ｋ_ｉを乗算することにより、上記（２）式に基づいて、雑音信号ｎ^１、ｎ^２、・・・、ｎ^ｋが求められる。雑音信号ｎ^１、ｎ^２、・・・、ｎ^ｋはｋ隻の第２の航走体２０に対応する雑音信号にそれぞれ相当しており、これらを加算することで全雑音信号ｎが得られる。このようにして得られた全雑音信号ｎは、ソーナーシステム１２の受波信号ｐとの差分をとることによって、探知対象信号ｄが得られる。

【0071】

尚、遅延回路５４^１、５４^２、・・・５４^ｋにおける遅延パラメータτは、第１の航走体１０からｋ隻の第２の航走体２０の各々までの距離Ｒ^１、Ｌ^２、・・・、Ｌ^ｋに応じて個別に設定される。これにより、第２の航走体２０が複数隻が存在する場合であっても、第２の航走体２０の各々で検出される外部参照信号を遅延パラメータ処理することにより、雑音検知タイミングのタイムラグを考慮した、リアルタイムで精度のよい雑音除去が可能になる。

【0072】

以上説明したように、本発明の少なくとも１実施形態によれば、他の航走体から放射される雑音を的確に除去することにより、探知対象からの信号に基づいて対象物を的確に探知可能な水中探知システム及び水中探知方法を提供できる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明の少なくとも１実施形態は、水上又は水中を航走する第１の航走体に搭載されたソーナーシステムの受波信号から第２の航走体から発せられる雑音成分を除去して得られる探知対象信号に基づいて水中探知を行う水中探知システム及び水中探知方法に利用可能である。

【符号の説明】

【0074】

１０ 第１の航走体
１２ ソーナーシステム
２０ 第２の航走体
２２ 雑音源
２４ 雑音センサ
２５ ベース
３０ 探知対象
４０ 通信ネットワーク
５０ 適応プロセッサ
５２ 減算器
５４ 遅延回路
５６ Ｚ変換回路
５８ ＬＭＳアルゴリズム
６０ 第３の航走体
１００ 水中探知システム
１１０ 第１の航走体側（水中探知システム）
１１１ 受波部
１１２ 受信部
１１３ 第１の位置情報取得部
１１４ 第１の距離算出部
１１５ 適応フィルタ
１１６ 探知部
１２０ 第２の航走体側（水中探知システム）
１２１ 外部参照信号検出部
１２２ 第２の位置情報取得部
１２３ 送信部
１２４ 第２の距離算出部
１３０ 第３の航走体側（水中探知システム）
１３１ 受信部
１３２ 第１の距離算出部
１３３ 適応フィルタ
１３４ 送信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】