特開2022-130767適応整相処理装置、適応整相システム、適応整相処理方法および適応整相処理方法のプログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022130767
(43)【公開日】2022-09-07
(54)【発明の名称】適応整相処理装置、適応整相システム、適応整相処理方法および適応整相処理方法のプログラム
(51)【国際特許分類】
G01S 3/803 20060101AFI20220831BHJP
【ＦＩ】
G01S3/803
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021029335
(22)【出願日】2021-02-26
(71)【出願人】
【識別番号】000000295
【氏名又は名称】沖電気工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001461
【氏名又は名称】弁理士法人きさ特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】清水 一磨
(72)【発明者】
【氏名】高嶋 昭一
【テーマコード（参考）】
5J083
【Ｆターム（参考）】
5J083AA05
5J083AC28
5J083AC30
5J083AD18
5J083BC09
5J083BE15
5J083BE58
5J083CA07
5J083CA13
(57)【要約】
【課題】ＥＢＡＥ方式の適応整相処理をＣＨスライド型整相などに適用することができる適応整相処理装置などを得る。
【解決手段】複数の受波器２０１による信号間の共分散行列を算出する共分散行列推定部２１と、固有値分解を行う固有値分解部２２と、固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け部２３と、対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算部２４と、適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化部２５と、正規化された適応重みにより、周波数分割された信号の整相処理を行う整相部３０とを備え、共分散行列推定部２１、固有値分解部２２、対応付け部２３および重み計算部２４は、すべての信号について処理し、正規化部２５は、整相部３０が整相処理に用いる信号を選択して処理する。
【選択図】図１
【解決手段】複数の受波器２０１による信号間の共分散行列を算出する共分散行列推定部２１と、固有値分解を行う固有値分解部２２と、固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け部２３と、対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算部２４と、適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化部２５と、正規化された適応重みにより、周波数分割された信号の整相処理を行う整相部３０とを備え、共分散行列推定部２１、固有値分解部２２、対応付け部２３および重み計算部２４は、すべての信号について処理し、正規化部２５は、整相部３０が整相処理に用いる信号を選択して処理する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の受波器により受波され、周波数分割された信号間の共分散行列を算出する共分散行列推定部と、
前記共分散行列に対して固有値分解を行って固有値および固有ベクトルを算出する固有値分解部と、
前記固有値および前記固有ベクトルに基づいて、前記固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け部と、
前記固有ベクトルと前記ステアリングベクトルとの対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算部と、
前記適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化部と、
正規化された前記適応重みに基づいて、前記周波数分割された信号の整相処理を行う整相部とを備え、
前記共分散行列推定部、前記固有値分解部、前記対応付け部および前記重み計算部は、すべての前記信号について処理を行い、前記正規化部は、前記整相部が前記整相処理に用いる前記信号に係る前記適応重みを選択して前記正規化処理を行う適応整相処理装置。
前記共分散行列に対して固有値分解を行って固有値および固有ベクトルを算出する固有値分解部と、
前記固有値および前記固有ベクトルに基づいて、前記固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け部と、
前記固有ベクトルと前記ステアリングベクトルとの対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算部と、
前記適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化部と、
正規化された前記適応重みに基づいて、前記周波数分割された信号の整相処理を行う整相部とを備え、
前記共分散行列推定部、前記固有値分解部、前記対応付け部および前記重み計算部は、すべての前記信号について処理を行い、前記正規化部は、前記整相部が前記整相処理に用いる前記信号に係る前記適応重みを選択して前記正規化処理を行う適応整相処理装置。
【請求項2】
前記対応付け部が前記対応付け処理による対応付けを行う際に演算する重み付けの値である対応付け重みを作成する対応付け重み作成部と、
前記重み計算部が前記適応重み処理を行う際に演算する、各ステアリングベクトルに対する重み付けの値であるステアリング重みを作成するステアリング重み作成部と、
前記正規化部が前記正規化処理を行う際に乗算する、整相処理を行う信号に対して重み付けを行う値である正規化重みを作成する正規化重み作成部と
を備える請求項１に記載の適応整相処理装置。
前記重み計算部が前記適応重み処理を行う際に演算する、各ステアリングベクトルに対する重み付けの値であるステアリング重みを作成するステアリング重み作成部と、
前記正規化部が前記正規化処理を行う際に乗算する、整相処理を行う信号に対して重み付けを行う値である正規化重みを作成する正規化重み作成部と
を備える請求項１に記載の適応整相処理装置。
【請求項3】
前記対応付け重み作成部は、
前記整相処理に用いる前記信号に係る値が大きくなるように重み付けする前記対応付け重みを作成する請求項２に記載の適応整相処理装置。
前記整相処理に用いる前記信号に係る値が大きくなるように重み付けする前記対応付け重みを作成する請求項２に記載の適応整相処理装置。
【請求項4】
前記対応付け重み作成部は、
整相方位に応じて、各信号における指向性係数を決定し、前記指向性係数を正規化して前記対応付け重みとする請求項２または請求項３に記載の適応整相処理装置。
整相方位に応じて、各信号における指向性係数を決定し、前記指向性係数を正規化して前記対応付け重みとする請求項２または請求項３に記載の適応整相処理装置。
【請求項5】
前記ステアリング重み作成部は、
前記整相処理に用いる前記信号に係る値が大きくなるように重み付けする前記ステアリング重みを作成する請求項２～請求項４のいずれか一項に記載の適応整相処理装置。
前記整相処理に用いる前記信号に係る値が大きくなるように重み付けする前記ステアリング重みを作成する請求項２～請求項４のいずれか一項に記載の適応整相処理装置。
【請求項6】
前記ステアリング重み作成部は、
整相方位に応じて、各信号における指向性係数を決定し、前記ステアリング重みとする請求項２～請求項５のいずれか一項に記載の適応整相処理装置。
整相方位に応じて、各信号における指向性係数を決定し、前記ステアリング重みとする請求項２～請求項５のいずれか一項に記載の適応整相処理装置。
【請求項7】
前記正規化部は、
前記整相処理に用いる前記信号が大きくなるように重み付けする前記正規化重みを作成する請求項２～請求項６のいずれか一項に記載の適応整相処理装置。
前記整相処理に用いる前記信号が大きくなるように重み付けする前記正規化重みを作成する請求項２～請求項６のいずれか一項に記載の適応整相処理装置。
【請求項8】
前記正規化部は、
整相方位に応じて、各信号における指向性係数を決定し、前記正規化重みとする請求項２～請求項７のいずれか一項に記載の適応整相処理装置。
整相方位に応じて、各信号における指向性係数を決定し、前記正規化重みとする請求項２～請求項７のいずれか一項に記載の適応整相処理装置。
【請求項9】
複数の受波器が受波した信号を周波数分割する処理を行う周波数分割部と、
請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の適応整相処理装置と
を備える適応整相システム。
請求項１～請求項８のいずれか一項に記載の適応整相処理装置と
を備える適応整相システム。
【請求項10】
複数の受波器により受波され、周波数分割された信号間の共分散行列を算出する共分散行列推定工程と、
前記共分散行列に対して固有値分解を行って固有値および固有ベクトルを算出する固有値分解工程と、
前記固有値および前記固有ベクトルに基づいて、前記固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け工程と、
前記固有ベクトルと前記ステアリングベクトルとの対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算工程と、
前記適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化工程と、
正規化された前記適応重みに基づいて、前記周波数分割された信号の整相処理を行う整相工程とを有し、
前記共分散行列推定工程、前記固有値分解工程、前記対応付け工程および前記重み計算工程は、すべての前記信号について処理を行い、前記正規化工程は、前記整相工程が前記整相処理に用いる前記信号に係る前記適応重みを選択して前記正規化処理を行う適応整相処理方法。
前記共分散行列に対して固有値分解を行って固有値および固有ベクトルを算出する固有値分解工程と、
前記固有値および前記固有ベクトルに基づいて、前記固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け工程と、
前記固有ベクトルと前記ステアリングベクトルとの対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算工程と、
前記適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化工程と、
正規化された前記適応重みに基づいて、前記周波数分割された信号の整相処理を行う整相工程とを有し、
前記共分散行列推定工程、前記固有値分解工程、前記対応付け工程および前記重み計算工程は、すべての前記信号について処理を行い、前記正規化工程は、前記整相工程が前記整相処理に用いる前記信号に係る前記適応重みを選択して前記正規化処理を行う適応整相処理方法。
【請求項11】
複数の受波器により受波され、周波数分割された信号間の共分散行列を算出する共分散行列推定工程と、
前記共分散行列に対して固有値分解を行って固有値および固有ベクトルを算出する固有値分解工程と、
前記固有値および前記固有ベクトルに基づいて、前記固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け工程と、
前記固有ベクトルと前記ステアリングベクトルとの対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算工程と、
前記適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化工程と、
正規化された前記適応重みに基づいて、前記周波数分割された信号の整相処理を行う整相工程とを有し、
前記共分散行列推定工程、前記固有値分解工程、前記対応付け工程および前記重み計算工程は、すべての前記信号について処理を行い、前記正規化工程は、前記整相工程が前記整相処理に用いる前記信号に係る前記適応重みを選択して前記正規化処理を行うことをコンピュータに行わせる適応整相処理方法のプログラム。
前記共分散行列に対して固有値分解を行って固有値および固有ベクトルを算出する固有値分解工程と、
前記固有値および前記固有ベクトルに基づいて、前記固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け工程と、
前記固有ベクトルと前記ステアリングベクトルとの対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算工程と、
前記適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化工程と、
正規化された前記適応重みに基づいて、前記周波数分割された信号の整相処理を行う整相工程とを有し、
前記共分散行列推定工程、前記固有値分解工程、前記対応付け工程および前記重み計算工程は、すべての前記信号について処理を行い、前記正規化工程は、前記整相工程が前記整相処理に用いる前記信号に係る前記適応重みを選択して前記正規化処理を行うことをコンピュータに行わせる適応整相処理方法のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この技術は、複数の受波器が受波した信号に基づいて整相処理を行う適応整相処理装置、適応整相システム、適応整相処理方法およびこの方法をコンピュータに行わせるプログラムに関するものである。特に処理量の低下をはかるものである。
【背景技術】
【0002】
音波などの振動波を信号として信号処理を行う際、信号を受けるセンサとなる複数の受波器（アンテナ：以下、受波器または受波器からの信号をＣＨと表記する場合がある）が受けた信号の位相を整える整相を行って信号処理が行われる。整相処理は、主に、複数の整相方位（待ち受け方位）について、固定した受波器によって受波した信号を用いる「セクタ型整相」と、整相方位に応じて、受波器を変えながらスライドさせて処理を行う「ＣＨスライド型整相」とに分けることができる。
【0003】
ＣＨスライド型整相は、各整相方位に対して正面方向となる受波器の信号を使用して整相処理を行う。ＣＨスライド型整相の場合は、方位毎に使用する受波器の信号が変化する。ＣＨスライド型整相による整相処理を行うことで、探知能力の劣化を抑制することができる。
【0004】
また、整相処理において、近年、適応整相による処理が広く用いられている。適応整相処理は、受波器が検出した信号と雑音とに関する情報により、適応的に整相処理を行う方法である。適応整相処理を行うことで、所望の方位から到来する信号の感度を保ったまま、所望の方位とは異なる方位から到来する信号を抑制することができる。
【0005】
適応整相処理として、たとえば、Ｄｏｍｉｎａｎｔ Ｍｏｄｅ Ｒｅｊｅｃｔｉｏｎ（ＤＭＲ）、Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｖａｒｉａｎｃｅ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｅｓｓ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ（ＭＶＤＲ）、Ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ／Ｂｅａｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｃｉｓｉｏｎ （ＥＢＡＥ）などの処理方法がある。これらの適応整相処理は、いずれも従来の整相処理よりも妨害音の抑制能力に優れた整相方式である。
【0006】
ＥＢＡＥ方式は、センサ出力間の共分散行列の固有値分解を用いて信号部分空間の固有ベクトルをステアリングベクトルに対応付け、対応付けられたステアリングベクトルの方位に対して感度を拘束するものである（たとえば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｍ． Ｋｏｇｏｎ， “Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｏｒ ｐａｓｓｉｖｅ ｓｏｎａｒ ａｒｒａｙｓ ｗｉｔｈ ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ－ｂａｓｅｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒｓ”， Ｓｉｇｎａｌ， Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ， ２００２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ここで、ＥＢＡＥ方式の適応整相処理を、ＣＨスライド型整相のように用いる信号などを変えながら行う処理に適用させた場合、計算負荷の高い共分散行列の固有値分解を、整相方位毎に行うことになる。したがって、演算などの処理量が増加するといった問題が生じる。このため、ＣＨスライド型整相による処理の方が探知能力は高いものの、一般的には、ＥＢＡＥ方式の適応整相処理を行う場合は、セクタ型整相による処理が採用される。
【0009】
そこで、上述した問題を生じさせずに、ＥＢＡＥ方式の適応整相処理をＣＨスライド型整相に適用することができる適応整相処理装置、適応整相システム、適応整相処理方法および適応整相処理方法のプログラムの実現が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【0010】
このため、この開示に係る適応整相処理装置は、複数の受波器により受波され、周波数分割された信号間の共分散行列を算出する共分散行列推定部と、共分散行列に対して固有値分解を行って固有値および固有ベクトルを算出する固有値分解部と、固有値および固有ベクトルに基づいて、固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け部と、固有ベクトルとステアリングベクトルとの対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算部と、適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化部と、正規化された適応重みに基づいて、周波数分割された信号の整相処理を行う整相部とを備え、共分散行列推定部、固有値分解部、対応付け部および重み計算部は、すべての信号について処理を行い、正規化部は、整相部が整相処理に用いる信号に係る適応重みを選択して正規化処理を行うものである。
【0011】
また、この開示に係る適応整相システムは、複数の受波器が受波した信号を周波数分割する処理を行う周波数分割部と、上記の適応整相処理装置とを備えるものである。
【0012】
また、この開示に係る適応整相処理方法は、複数の受波器により受波され、周波数分割された信号間の共分散行列を算出する共分散行列推定工程と、共分散行列に対して固有値分解を行って固有値および固有ベクトルを算出する固有値分解工程と、固有値および固有ベクトルに基づいて、固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け工程と、固有ベクトルとステアリングベクトルとの対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算工程と、適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化工程と、正規化された適応重みに基づいて、周波数分割された信号の整相処理を行う整相工程とを有し、共分散行列推定工程、固有値分解工程、対応付け工程および重み計算工程は、すべての信号について処理を行い、正規化工程は、整相工程が整相処理に用いる信号に係る適応重みを選択して正規化処理を行うものである。
【0013】
また、この開示に係る適応整相処理方法のプログラムは、複数の受波器により受波され、周波数分割された信号間の共分散行列を算出する共分散行列推定工程と、共分散行列に対して固有値分解を行って固有値および固有ベクトルを算出する固有値分解工程と、固有値および固有ベクトルに基づいて、固有ベクトルとステアリングベクトルとを対応付ける対応付け処理を行う対応付け工程と、固有ベクトルとステアリングベクトルとの対応付けに基づいて適応重みを算出する適応重み処理を行う重み計算工程と、適応重みを正規化する正規化処理を行う正規化工程と、正規化された適応重みに基づいて、周波数分割された信号の整相処理を行う整相工程とを有し、共分散行列推定工程、固有値分解工程、対応付け工程および重み計算工程は、すべての信号について処理を行い、正規化工程は、整相工程が整相処理に用いる信号に係る適応重みを選択して正規化処理を行うことをコンピュータに行わせるものである。
【発明の効果】
【0014】
この開示によれば、共分散行列推定部、固有値分解部、対応付け部および重み計算部は、すべての信号について処理を行い、正規化部は、整相部が整相処理に用いる信号を選択して処理を行う。このため、整相処理に用いる信号を変えることによる処理量の増加を抑えつつ、正規化部が整相方位に選択した信号により処理を行うことで、能力を高めることができる。したがって、ＥＢＡＥ方式の適応整相処理を適用した整相処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施の形態１に係る適応整相処理装置４０を含む適応整相システム１００の構成を示す図である。
【図2】実施の形態１に係る受波器アレイ２００の種別例を示す図である。
【図3】実施の形態１に係る適応整相システム１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図4】実施の形態１に係る対応付け重み作成部２６の処理について説明する図である。
【図5】実施の形態１に係る正規化重み作成部２８の処理について説明する図である。
【図6】実施の形態１に係る適応整相システム１００が行う適応整相処理方法の手順の一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、適応整相処理装置などに係る実施の形態について、図面を参照しつつ、説明する。ここで、以下の説明に係る図面における図は、概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略または構成の簡略化がなされる場合がある。また、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。また、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、その実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。また、添字で区別などしている複数の同種の機器などについて、特に区別したり、特定したりする必要がない場合には、添字などを省略して記載する場合がある。
【0017】
実施の形態１．
＜実施の形態１における適応整相システムの概要＞
図１は、実施の形態１に係る適応整相処理装置４０を含む適応整相システム１００の構成を示す図である。実施の形態１における適応整相システム１００は、受波器アレイ２００を構成する複数の受波器２０１－１～受波器２０１－Ｍ（Ｍは２以上の整数）からの信号に基づいて処理を行う。
＜実施の形態１における適応整相システムの概要＞
図１は、実施の形態１に係る適応整相処理装置４０を含む適応整相システム１００の構成を示す図である。実施の形態１における適応整相システム１００は、受波器アレイ２００を構成する複数の受波器２０１－１～受波器２０１－Ｍ（Ｍは２以上の整数）からの信号に基づいて処理を行う。
【0018】
図２は、実施の形態１に係る受波器アレイ２００の種別例を示す図である。ここでは、適応整相システム１００に信号を送る受波器アレイ２００について説明する。図２（ａ）は、円筒状のシリンダアレイ（ＣＡ：Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ａｒｒａｙ）を示す。また、図２（ｂ）は、曲面形状を有するコンフォーマルアレイ（ＣｆＡ：ＣｏｎＦｏｒｍａｌ Ａｒｒａｙ）を示す。実施の形態１では、これらの受波器アレイ２００を用いて、目標音の全周捜索を行う信号処理を行う。ここで、実施の形態１における受波器アレイ２００は、シリンダアレイまたはコンフォーマルアレイであるものとする。
【0019】
ここで、図２に示す受波器アレイ２００は、アレイを固定する架台が存在する。このような受波器アレイ２００では、また、整相方位の逆側の方位から到来する雑音を抑制することを目的として、後方バッフルの設置およびカージオイド指向性の受波器２０１を用いていることが多い。このため、受波器アレイ２００において、目標音の到来方位とは逆方位に設置されている受波器２０１では、目標音が受波されないようにしている。仮に、すべての受波器２０１が目標音を受波するとして整相処理を行うと、振幅の劣化や各受波器２０１の間における位相関係が崩れるといった問題がある。このため、受波器アレイ２００が有するすべての受波器２０１が受波した信号を用いて、セクタ型整相の処理を行うと、整相処理の利得が想定よりも悪くなってしまい、探知能力の劣化につながる可能性がある。これに対し、ＣＨスライド型整相による処理により、各整相方位に対して正面方向の受波器２０１の信号を用いた整相処理を行うことで、探知能力の劣化を抑制することができる。
【0020】
適応整相システム１００は、受波器アレイ２００が有する各受波器２０１が出力する信号を、周波数分割処理および整相処理するシステムである。適応整相システム１００は、入力端子ｋ、周波数分割装置１０、適応整相処理装置４０および出力端子Ｒｏｕｔを有する。入力端子ｋには、受波器アレイ２００の各受波器２０１から送られた信号が入力される。したがって、入力端子ｋは、入力端子ｋ－１～入力端子ｋ－ＭのＭ個の端子を有する。また、出力端子Ｒｏｕｔは、適応整相処理装置４０が整相処理した信号が出力される。
【0021】
また、周波数分割装置１０は、周波数分割部１１を有する。周波数分割部１１は、入力端子ｋ－１～入力端子ｋ－Ｍから入力されたＭ個の信号に対して、周波数分割処理を行う。実施の形態１における適応整相処理装置４０は、ＥＢＡＥ方式を用いた適応整相処理方法を行う。ここで、適応整相処理装置４０は、ＥＢＡＥ処理部２０および整相部３０を有する。そして、ＥＢＡＥ処理部２０は、共分散行列推定部２１、固有値分解部２２、対応付け部２３、重み計算部２４、正規化部２５、対応付け重み作成部２６、ステアリング重み作成部２７、正規化重み作成部２８を有する。
【0022】
図３は、実施の形態１に係る適応整相システム１００のハードウェア構成の一例を示す図である。適応整相システム１００は、たとえば、コンピュータを含む情報処理装置である。適応整相システム１００は、記憶部６０および制御部５０を有する。記憶部６０は、制御部５０が実行する演算処理の結果を記憶する。記憶部６０は、たとえば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などの記録装置である。制御部５０は、プログラムにしたがって処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの制御処理装置５１を有する。また、制御部５０は、プログラムを記憶するリードオンリメモリ、ランダムアクセスメモリなどのメモリ５２を有する。制御部５０は、周波数分割装置１０および適応整相処理装置４０が行う処理を実現する。
【0023】
ここで、周波数分割装置１０および適応整相処理装置４０が行う処理機能のうち、一部または全部が専用回路で構成されてもよい。専用回路は、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などである。また、専用回路は、これらの回路を組み合わせてもよい。専用回路が信号処理の一部または全部を行うことで、信号処理の高速化をはかることができる。また、適応整相システム１００の各装置および各部における機能を、複数の情報処理装置が分担して処理するようにしてもよい。
【0024】
周波数分割部１１は、前述したように、Ｍ個の信号に対して、信号の成分を周波数毎に分割する周波数分割処理を行う。周波数分割部１１は、周波数分割処理を、Ｍ個の信号に対してそれぞれ行う。周波数分割部１１は、周波数分割処理した信号に係るデータを、適応整相処理装置４０の整相部３０および共分散行列推定部２１に出力する。
【0025】
適応整相処理装置４０のＥＢＡＥ処理部２０において、共分散行列推定部２１は、周波数分割部１１からのデータに基づいて、複数の信号間の共分散行列Ｒを計算する処理を行う。共分散行列Ｒは、式（１）で表すことができる。式（１）において、Ｔは、共分散行列Ｒの積分時間である。また、ｘｉは、各信号における値であり、ｘｉ＝［ｘ１，ｘ２，…，ｘＭ］Ｔである。共分散行列推定部２１は、信号間の共分散行列Ｒをデータとして、固有値分解部２２に出力する。
【0026】
【数1】
【0027】
固有値分解部２２は、共分散行列推定部２１からの共分散行列Ｒに基づいて、固有値分解する固有値分解処理を行う。ここで、固有値分解部２２が算出する固有値行列Λ、固有ベクトルｅの行列Ｅおよび固有ベクトルｅは、式（２）～式（４）で定義することができる。
【0028】
【数2】
【0029】
【数3】
【0030】
【数4】
【0031】
以下の説明では、便宜上、式（２）を、式（５）のように変形させる。具体的には、固有値行列Λを変形させて、式（５）のように固有値ベクトルλを定義する。
【0032】
【数5】
【0033】
式（５）において、ｄｉａｇは、行列に対する対角要素の取得を意味する。固有値分解部２２は、固有値の並び替えに伴い、固有値に対応する固有ベクトルｅの並び替えも行う。固有値分解部２２が固有値および固有ベクトルｅを計算することにより、Ｍ個の信号が信号成分と雑音成分とに分解される。固有値分解部２２は、算出した固有値および固有ベクトルｅをデータとして、対応付け部２３に出力する。
【0034】
図４は、実施の形態１に係る対応付け重み作成部２６の処理について説明する図である。図４はカージオイド指向性を有する受波器２０１を用いた場合における対応付け重みのイメージを示す図である。図４（ａ）は、受波器アレイ２００がシリンダアレイである場合を示す。また、図４（ｂ）は、受波器アレイ２００がコンフォーマルアレイである場合を示す。対応付け重み作成部２６は、後述する実施の形態１における対応付け部２３が対応付け処理を行う際に、各対応付けに重み付けする値を、対応付け重みとして計算し、作成する処理を行う。実施の形態１における対応付け重み作成部２６は、整相方位に応じた各受波器２０１に関する指向性係数ａｂの値を計算し、指向性係数ａｂを要素とする指向性係数行列Ａを作成する処理を行う。ここで、指向性係数行列Ａは、式（６）および式（７）で表すことができる。式（６）において、Ｂは、待ち受けビーム数である。対応付け重み作成部２６は、さらに、行列全体としての大きさが１になるように正規化した指向性係数ａｂを対応付け重みとする指向性係数行列Ａを作成し、対応付け部２３に出力する。
【0035】
【数6】
【0036】
【数7】
【0037】
対応付け部２３は、固有ベクトルｅとステアリングベクトルνとを対応付ける対応付け処理を行う。ステアリングベクトルνとは、想定される信号到来方位に応じた位相差を持ったベクトルを意味する。ここで、実施の形態１では、対応付け部２３の対応付け処理を行う際、対応付けに先立ち、対応付け重み作成部２６が作成した正規化した指向性係数ａｂを対応付け重みとして乗じる処理が行われる。対応付け部２３による指向性係数ａｂでの重み付けは、後述する正規化部２５が行う処理におけるデータの選択に間接的に反映される。対応付け部２３は、対応付け処理において、式（８）～式（１０）に基づいて、信号部分空間として判定された信号数Ｎ＊に対し、固有ベクトルｅとステアリングベクトルνとの内積ＥＳを計算する。ここで、ステアリングベクトル行列Ｖは、式（８）で定義される。また、ステアリングベクトルνは、式（９）で定義される。式（８）において、Ｂは、待ち受けビーム数である。また、式（９）において、ｂ＝１，２，…，Ｂである。
【0038】
【数8】
【0039】
【数9】
【0040】
式（８）および式（９）から、信号部分空間として判定された信号数Ｎ＊に対し、固有ベクトルｅとステアリングベクトルνとの内積ＥＳは、次の式（１０）で表される。
【0041】
【数10】
【0042】
対応付け部２３は、式（１０）により算出した、信号部分空間の信号数Ｎ＊に対する固有ベクトルｅとステアリングベクトルνとの内積ＥＳのピーク方位を、固有ベクトルｅとステアリングベクトルνの対応付け方位のデータとして、重み計算部２４に出力する。
【0043】
ステアリング重み作成部２７は、後述する重み計算部２４が適応重みに用いるステアリングベクトルνの重み付けを行うために、ステアリングベクトルνに乗じるステアリング重みを作成する。実施の形態１におけるステアリング重み作成部２７は、対応付け重み作成部２６と同様に、指向性係数ａｂの値を計算し、指向性係数ａｂを要素とする指向性係数行列Ａを作成する処理を行う。そして、ステアリング重み作成部２７は、指向性係数行列Ａのデータを、重み計算部２４に出力する。
【0044】
重み計算部２４は、対応付け部２３からの対応付け方位に基づいて、適応重みを要素とする適応重み行列Ｗを算出する適応重み処理を行う。ここで、実施の形態１では、重み計算部２４の適応重み処理を行う際、ステアリング重み作成部２７が作成した指向性係数ａｂを対応付け重みとして乗じる処理が行われる。重み計算部２４による指向性係数ａｂでの重み付けは、後述する正規化部２５が行う処理におけるデータの選択に間接的に反映される。適応重み行列Ｗは、次の式（１１）および式（１２）で表される。
【0045】
【数11】
【0046】
【数12】
【0047】
適応重み行列Ｗにおける列ベクトルとなる適応重みベクトルｗは、次の式（１３）で表される。ν’ｂは、指向性係数ａｂが乗算されたステアリングベクトルν’ｂ＝νｂａｂである。重み計算部２４は、対応付け部２３のように、正規化した指向性係数ａｂを乗算せず、指向性の感度を示す指向性係数ａｂそのものをステアリングベクトルνに乗算し、適応重みに係る計算を行う。ここで、βは、固有値から求められる係数であり、式（１４）および式（１５）で表される。式（１４）におけるＤＬは、Ｄｉａｇｏｎａｌ Ｌｏａｄｉｎｇ項である。また、式（１５）におけるδは除外係数である。除外係数δは、対応付け部２３が行う信号処理において対応付けられた方位ではδ＝０であり、それ以外の方位ではδ＝１になるように働く係数である。重み計算部２４は、算出した適応重み行列Ｗをデータとして正規化部２５に出力する。
【0048】
【数13】
【0049】
【数14】
【0050】
【数15】
【0051】
正規化重み作成部２８は、後述する正規化部２５が正規化処理を行う際、整相方位によって、使用する受波器２０１の信号に係るデータが演算に用いられるようにする正規化重みベクトルｃｂを計算し、作成する処理を行う。ここで、正規化重みベクトルｃｂは、ｃｂ＝［ｃ１，ｃ２，…ｃＭ］Ｔである。
【0052】
図５は、実施の形態１に係る正規化重み作成部２８の処理について説明する図である。正規化重みベクトルｃｂの各要素は、０以上１以下の値をとる。正規化重みは整相方位に対してカージオイド指向性による感度劣化、バッフルなどによる影響がない範囲の信号が選択されるようにする。たとえば、受波器アレイ２００における架台の影響がない範囲の信号を選択する場合、整相方位に対し、±９０度または±６０度などの範囲の信号が用いられるようにする。図５（ａ）は、整相方位に対して±９０度としたときに用いられる受波器２０１の範囲を示す。正規化重みは、図５（ｂ）に示すように、使用する受波器２０１の信号に対する重み付けを１とし、使用しない受波器２０１の信号に対する重み付けを０とする。そして、その間の受波器２０１の信号に対しては、三角関数のｃｏｓなど、０と１との間に連続的なつながりを持つ関数に基づく重み付けを行って、重み値を滑らかにつなげる。
【0053】
正規化部２５は、正規化重み作成部２８からの正規化重みベクトルｃｂに基づいて、重み計算部２４からの適応重み行列Ｗの各要素に重み付けをする。重み付けにより、適応重み行列Ｗにおいて、整相処理に使用する受波器２０１の信号に関する要素の値と使用しない受波器２０１の信号に関する要素の値との差が大きくなる。これにより、整相処理に使用する受波器２０１の信号に係るデータが直接的に選択および処理に反映されやすくなる。そして、正規化部２５は、重み付けした適応重み行列Ｗのデータに基づいて、正規化処理を行う。正規化部２５は、式（１６）を用いて正規化処理を行う。正規化部２５は、適応重み行列Ｗを正規化処理した各成分のデータを、整相部３０に出力する。
【0054】
【数16】
【0055】
整相部３０は、周波数分割装置１０における周波数分割部１１からの出力および正規化部２５からの出力に係るデータに基づいて、整相処理を行う。適応重み行列Ｗを正規化したデータを用いて整相処理を行うことで、本来の方位と異なる方位から到来する信号成分を抑圧することができる。周波数分割された１ｂｉｎのセンサ出力信号をｘとした場合、整相部３０から出力される整相出力ｙは、次の式（１７）で表される。その結果、出力端子Ｒｏｕｔからの待ち受けビーム出力において、本来の方位から到来する信号に対して鋭いピークが形成される。
【0056】
【数17】
【0057】
図６は、実施の形態１に係る適応整相システム１００が行う適応整相処理方法の手順の一例を説明する図である。図６を参照して、上述した実施の形態１における適応整相処理方法の概要について説明する。周波数分割装置１０の周波数分割部１１は、受波器アレイ２００が有する複数の受波器２０１からの信号が入力されると、周波数分割工程を行う（ステップＳ１０１）。
【0058】
適応整相処理装置４０の共分散行列推定部２１は、周波数分割された出力信号間の共分散行列Ｒを算出する共分散行列推定工程を行う（ステップＳ１０２）。固有値分解部２２は、算出された共分散行列Ｒに対して固有値分解を行って、固有値および固有ベクトルｅを算出する固有値分解工程を行う（ステップＳ１０３）。
【0059】
対応付け重み作成部２６は、対応付け重みを作成する対応付け重み作成工程を行う（ステップＳ１０４）。そして、対応付け部２３は、固有ベクトルｅとステアリングベクトルνとを対応付ける対応付け工程を行う（ステップＳ１０５）。ここで、対応付け部２３は、対応付けを行う際、対応付け重みによる重み付けを行う。
【0060】
ステアリング重み作成部２７は、ステアリング重みを作成するステアリング重み作成工程を行う（ステップＳ１０６）。そして、重み計算部２４は、固有値とステアリングベクトルνとの対応付けに係る対応付け方位に基づいて適応重み行列Ｗを算出する重み計算工程を行う（ステップＳ１０７）。ここで、重み計算部２４は、適応重み行列Ｗを算出する際、ステアリング重みをステアリングベクトルνに乗算して重み付けを行う。
【0061】
正規化重み作成部２８は、正規化重みを作成する正規化重み作成工程を行う（ステップＳ１０８）。そして、正規化部２５は、適応重み行列Ｗを正規化する正規化工程を行う（ステップＳ１０９）。ここで、正規化を行う際、正規化重みを適応重み行列Ｗに乗算して、重み付けを行って正規化する。整相部３０は、周波数分割された出力信号に対して正規化された適応重みを用いて整相処理する整相工程を行う（ステップＳ１１０）。
【0062】
以上のように、実施の形態１における適応整相システム１００によれば、適応整相処理装置４０において、共分散行列推定部２１、固有値分解部２２、対応付け部２３および重み計算部２４が行う処理は、すべての受波器２０１からの信号に基づいて処理を行う。そして、正規化部２５において、整相方位毎に基づいて正規化処理を行う。したがって、重み計算部２４までの処理については、整相方位毎に信号を変化させた処理を行う必要がない。このため、方位毎に変化する信号に基づいて固有値分解などを処理しなくてもよく、ＣＨスライド型整相にＥＢＡＥ方式の適応整相処理を適用しても処理量の増加を抑えることができる。したがって、リアルタイム処理を行うことができる。
【0063】
たとえば、共分散行列推定部２１の処理において、受波器２０１の数をＭとする。また、ＣＨスライド型の整相処理に使用する受波器２０１の数をＭ／２とし、ビーム数をＢとすると、ＣＨスライド型整相の処理において、共分散行列Ｒの演算量は、Ｍ／２×Ｍ／２×Ｂ＝（Ｍ２・Ｂ）／４となる。一方、実施の形態１における適応整相システム１００では、共分散行列Ｒの演算量は、Ｍ×Ｍ（Ｍ２）になる。両者の演算量を比較すると、ビーム数Ｂが４より多い場合には、実施の形態１における適応整相システム１００の方が、演算量の優位性がある。一般的に、全周監視する場合のビーム数Ｂは４よりも多くなる場合がほとんどである。このため、実施の形態１における適応整相システム１００を用いることで、多くの場合に、演算量の削減を期待することができる。
【0064】
ただし、受波器２０１がカージオイド指向性を有するなどの状態で、すべての受波器２０１の信号で、共分散行列推定処理および固有値分解処理を行うと、固有ベクトルｅとステアリングベクトルνとを対応付ける対応付け部２３からの出力に劣化が生じる。このため、受波した信号中に含まれる妨害音などの除去能力が劣化してしまう。たとえば、ＣＨスライド型整相を行うと、隣り合うビーム間でＣＨ数および開口面積が若干異なることで、ビーム出力が方位方向に不連続になる。ビーム出力が不連続になると、その後の信号処理において、補間処理の精度および方位精度の劣化につながってしまう。処理量の問題であれば、受波器アレイ２００を複数のサブアレイに分割して構成し、それぞれのサブアレイで担当する視野角を決め、セクタ型整相処理を行う方法もある。しかしながら、ＣＨスライド型整相と比較して性能が劣化してしまう。また、サブアレイの間でも方位方向の不連続が発生してしまう。
【0065】
そこで、実施の形態１における適応整相システム１００では、対応付け重み作成部２６およびステアリング重み作成部２７を有する。対応付け重み作成部２６は、整相方位に応じた指向性係数ａｂを計算する。対応付け部２３において固有ベクトルｅと対応付けが行われるステアリングベクトルνは、到来する信号の伝達関数として扱うことができる。そのため、対応付け重み作成部２６が作成した対応付け重みである、整相方位に応じた指向性係数ａｂを乗じ、バッフルおよびカージオイド処理の影響を、伝達関数となるステアリングベクトルνに対して設定する。このとき、対応付け重み作成部２６は、全体としての大きさが１となるように正規化した指向性係数ａｂを対応付け重みとすることで、対応付け部２３が出力するデータの劣化を抑えることができる。
【0066】
一方、重み計算部２４は、式（１１）における通常のステアリングベクトルνの項（分母分子第一項）と削除項（分母分子第二項）とのバランスをとるために、大きさを１に正規化せず、ステアリング重み作成部２７からの指向性係数ａｂをそのまま用いる。このため、重み計算部２４は、指向性係数ａｂを取り入れた適応重み計算を行っても、ロバストな計算を行うことができる。
【0067】
そして、正規化部２５が処理に用いる受波器２０１を制限したことによる入出力レベルの無歪性も確保しながら、後方バッフルおよびカージオイド処理による性能劣化を抑制しつつ、正規化部２５は、ＣＨスライド型整相を行うことができる。また、正規化重み作成部２８が、整相処理に使用する受波器２０１の信号に係る重み値と使用しない受波器２０１の信号に係る重み値との間の重み値について、ｃｏｓなどの三角関数などで過渡幅を持たせる重み値を決定し、滑らかに移行するように連続的につなぐ。このため、整相処理の結果であるビーム出力について、方位方向の連続性を確保することができる。
【0068】
これらのことから、実施の形態１における適応整相システム１００の適応整相処理装置４０において、ＥＢＡＥ方式によるＣＨスライド型整相による処理を実現することができる。
【0069】
他の実施の形態．
上述した実施の形態１における適応整相システム１００では、対応付け重み作成部２６が作成する対応付け重みとして、指向性係数ａｂを用いる説明をしたが、これに限定するものではない。整相処理を行う信号が大きくなるように重み付けすることができるなど、目標音の到来方向とは逆の受波器２０１の信号による影響を低減し、固有ベクトルｅとステアリングベクトルνとの対応付けを正しく行うことができる係数を対応付け重みとすることができる。
上述した実施の形態１における適応整相システム１００では、対応付け重み作成部２６が作成する対応付け重みとして、指向性係数ａｂを用いる説明をしたが、これに限定するものではない。整相処理を行う信号が大きくなるように重み付けすることができるなど、目標音の到来方向とは逆の受波器２０１の信号による影響を低減し、固有ベクトルｅとステアリングベクトルνとの対応付けを正しく行うことができる係数を対応付け重みとすることができる。
【0070】
また、上述した実施の形態１における適応整相システム１００では、ステアリング重み作成部２７が作成するステアリング重みとして、指向性係数ａｂを用いる説明をしたが、これに限定するものではない。対応付け重みと同様に、整相処理を行う信号が大きくなるように重み付けすることができるなど、目標音の到来方向とは逆の受波器２０１の信号による影響を低減し、適応重みを正しく行うことができる係数をステアリング重みとすることができる。
【0071】
また、上述した実施の形態１における適応整相システム１００では、正規化重み作成部２８が作成する正規化重みについて、整相処理に使用する信号に係る重み値と使用しない信号に係る重み値との間の重み値に、三角関数に基づく値で過渡幅を持たせた。ただし、これに限定するものではない。他の係数または関数などの値により過渡幅を持たせることができる。
【0072】
また、上述した実施の形態１における適応整相システム１００では、正規化重み作成部２８が作成する正規化重みについて、整相処理に使用する信号に係る重み値と使用しない信号に係る重み値との間の重み値に、過渡幅を持たせるようにしたが、これに限定しない。整相処理された結果において、方位方向の不連続性が問題にならない場合には、過渡幅を持たない正規化重みであってもよい。
【0073】
また、上述した実施の形態１における適応整相システム１００では、正規化重み作成部２８が作成する正規化重みによる重み付けを行って、正規化部２５が整相処理に使用する信号に基づく正規化処理を行ったが、これに限定するものではない。たとえば、整相処理された結果において、方位方向の不連続性が問題にならない場合には、正規化重みを用いずに、正規化部２５が整相処理に使用する信号を抽出し、選択して、正規化処理を行うようにしてもよい。
【0074】
また、上述した実施の形態１における適応整相システム１００では、正規化重み作成部２８は、使用する受波器２０１の信号に対する重み付けを１とし、使用しない受波器２０１の信号に対する重み付けを０とする正規化重みを作成した。ただし、これに限定するものではない。たとえば、正規化重み作成部２８が作成する正規化重みにおいて、対応付け重み作成部２６およびステアリング重み作成部２７が作成したように、指向性係数ａｂに基づく正規化重みを作成し、正規化部２５が重み付けを行ってもよい。
【0075】
また、上述した実施の形態１における適応整相システム１００は、ＣＨスライド型整相に係る処理を行う場合に適用したが、これに限定するものではない。たとえば、周波数毎に使用する信号が異なる整相方式にも適用することができる。
【0076】
また、上述した実施の形態１では、受波器アレイ２００がシリンダアレイまたはコンフォーマルアレイである場合について説明したが、これに限定するものではない。たとえば、球形状アレイ（ＳＡ：Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ Ａｒｒａｙ）などの受波器アレイ２００についても適用することができる。
【符号の説明】
【0077】
１０ 周波数分割装置
１１ 周波数分割部
２０ ＥＢＡＥ処理部
２１ 共分散行列推定部
２２ 固有値分解部
２３ 対応付け部
２４ 重み計算部
２５ 正規化部
２６ 対応付け重み作成部
２７ ステアリング重み作成部
２８ 正規化重み作成部
３０ 整相部
４０ 適応整相処理装置
５０ 制御部
５１ 制御処理装置
５２ メモリ
６０ 記憶部
１００ 適応整相システム
２００ 受波器アレイ
２０１，２０１－１～２０１－Ｍ 受波器
ｋ－１～ｋ－Ｍ 入力端子
Ｒｏｕｔ 出力端子
１１ 周波数分割部
２０ ＥＢＡＥ処理部
２１ 共分散行列推定部
２２ 固有値分解部
２３ 対応付け部
２４ 重み計算部
２５ 正規化部
２６ 対応付け重み作成部
２７ ステアリング重み作成部
２８ 正規化重み作成部
３０ 整相部
４０ 適応整相処理装置
５０ 制御部
５１ 制御処理装置
５２ メモリ
６０ 記憶部
１００ 適応整相システム
２００ 受波器アレイ
２０１，２０１－１～２０１－Ｍ 受波器
ｋ－１～ｋ－Ｍ 入力端子
Ｒｏｕｔ 出力端子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】