特開 2023-184303 信号処理方法及び信号処理装置

(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】P2023184303

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】信号処理方法及び信号処理装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/526 20060101AFI20231221BHJP

   G01S 15/89 20060101ALI20231221BHJP

   G01S 7/28 20060101ALI20231221BHJP

   G01S 13/89 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

G01S7/526 K

G01S15/89 B

G01S7/28 220

G01S13/89

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022098373

(22)【出願日】2022-06-17

(71)【出願人】

【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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤島 泰郎

(72)【発明者】

【氏名】溜島 克洋

(72)【発明者】

【氏名】筒井 信一

(72)【発明者】

【氏名】野田 佳奈美

【テーマコード（参考）】

5J070

5J083

【Ｆターム（参考）】

5J070AA01

5J070AB01

5J070AC01

5J070AC02

5J070AC11

5J070AD09

5J070AH25

5J070AH31

5J070AH35

5J070AK22

5J070BE01

5J083AA02

5J083AA05

5J083AC28

5J083AD01

5J083AD04

5J083AD15

5J083AG01

5J083BA02

5J083BC01

5J083BE45

5J083CA01

5J083CA12

5J083DC05

(57)【要約】

【課題】捜索対象の位置を精度よく計測することが可能な信号処理方法及び信号処理装置を提供する。
【解決手段】信号処理方法は、複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の送受波素子から発生して捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号に基づいて、捜索対象の位置を推定する信号処理方法であって、検出信号に含まれる連続信号を抽出し、センサアレイに対して連続信号の到来角を推定する到来角推定ステップと、到来角推定ステップで推定された推定到来角への感度を他の角度への感度よりも高く設定して適応ビームフォーミングを行うことで検出信号のビーム信号を取得するビーム信号取得ステップと、ビーム信号に含まれる推定到来角のエコー信号を検出し、検出結果に基づいてセンサアレイに対する捜索対象の角度及び距離を算出する位置算出ステップとを含む。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号に含まれる前記連続信号を抽出し、前記センサアレイに対して前記連続信号の到来角を推定する到来角推定ステップと、
前記到来角推定ステップで推定された推定到来角への感度を他の角度への感度よりも高く設定して適応ビームフォーミングを行うことで前記検出信号のビーム信号を取得するビーム信号取得ステップと、
前記ビーム信号に含まれる前記推定到来角の前記エコー信号を検出し、検出結果に基づいて前記センサアレイに対する前記捜索対象の角度及び距離を算出する位置算出ステップと
を含む信号処理方法。

【請求項2】

前記到来角推定ステップでは、前記検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、当該スペクトルのピーク数に基づいて前記連続信号の抽出及び到来角の推定を行う
請求項１に記載の信号処理方法。

【請求項3】

前記到来角推定ステップでは、前記検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、前記スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成し、生成した前記画像に基づいて前記連続信号の抽出及び到来角の推定を行う
請求項１に記載の信号処理方法。

【請求項4】

前記位置算出ステップでは、前記ビーム信号においてドップラー効果による周波数のずれの有無を検出し、検出結果に基づいて前記エコー信号が前記センサアレイに到来した時刻を推定し、推定結果に基づいて前記センサアレイから前記捜索対象までの距離を算出する
請求項１に記載の信号処理方法。

【請求項5】

前記位置算出ステップでは、前記ビーム信号のレベルの時間変化を検出し、検出結果に基づいて前記エコー信号が前記センサアレイに到来した時刻を推定し、推定結果に基づいて前記センサアレイから前記捜索対象までの距離を算出する
請求項１に記載の信号処理方法。

【請求項6】

複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号に基づいて、前記捜索対象の位置を推定する信号処理方法であって、
前記検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、前記スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成する画像生成ステップと、
生成された前記画像から前記エコー信号に対応する対応部分を抽出するエコー抽出ステップと、
前記画像における前記対応部分の座標に基づいて前記捜索対象の位置を算出する位置算出ステップと
を含む信号処理方法。

【請求項7】

複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号に含まれる前記連続信号を抽出し、前記センサアレイに対して前記連続信号が到来する角度である到来角を推定し、
前記到来角推定ステップで推定された推定到来角への感度を他の角度への感度よりも高く設定して適応ビームフォーミングを行うことで前記検出信号のビーム信号を取得し、
前記ビーム信号に含まれる前記推定到来角の前記エコー信号を検出し、検出結果に基づいて前記センサアレイに対する前記捜索対象の角度及び距離を算出する、演算部を備える
信号処理装置。

【請求項8】

複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、前記スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成し、
生成された前記画像から前記エコー信号に対応する対応部分を抽出し、
前記画像における前記対応部分の座標に基づいて前記捜索対象の位置を算出する、演算部を備える
信号処理装置。

【請求項9】

複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号から、前記連続信号に重なる前記エコー信号を抽出し、
抽出した前記エコー信号に基づいて前記捜索対象の位置を算出する
信号処理方法。

【請求項10】

複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号から、前記連続信号に重なる前記エコー信号を抽出し、
抽出した前記エコー信号に基づいて前記捜索対象の位置を算出する、演算部を備える
信号処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、信号処理方法及び信号処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ソーナー、レーダー等のアクティブセンサを用いて捜索対象の距離及び角度を計測し、捜索対象の位置を算出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５８６４８９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１の技術では、アクティブセンサにおいて送受波素子をアレイ構成とすることで、センサアレイの指向性を制御可能となり、適応ビームフォーミング（ＡＢＦ）により角度に応じて感度に差をつけることができる。しかしながら、例えば捜索対象が小さく反射強度が低い場合、送受波素子からの信号が捜索対象で反射されたエコーの信号のレベルが弱くなるため、ＡＢＦにより捜索対象の角度に対する感度を上げても、捜索対象の位置を精度よく計測できない可能性がある。

【0005】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであり、捜索対象の位置を精度よく計測することが可能な信号処理方法及び信号処理装置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】

【0006】

本開示に係る信号処理方法は、複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号に基づいて、前記捜索対象の位置を推定する信号処理方法であって、前記検出信号に含まれる前記連続信号を抽出し、前記センサアレイに対して前記連続信号の到来角を推定する到来角推定ステップと、前記到来角推定ステップで推定された推定到来角への感度を他の角度への感度よりも高く設定して適応ビームフォーミングを行うことで前記検出信号のビーム信号を取得するビーム信号取得ステップと、前記ビーム信号に含まれる前記推定到来角の前記エコー信号を検出し、検出結果に基づいて前記センサアレイに対する前記捜索対象の角度及び距離を算出する位置算出ステップとを含む。

【0007】

本開示に係る信号処理方法は、複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号に基づいて、前記捜索対象の位置を推定する信号処理方法であって、前記検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、前記スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成する画像生成ステップと、生成された前記画像から前記エコー信号に対応する対応部分を抽出するエコー抽出ステップと、前記画像における前記対応部分の座標に基づいて前記捜索対象の位置を算出する位置算出ステップとを含む。

【0008】

本開示に係る信号処理装置は、複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号に基づいて、前記捜索対象の位置を推定する信号処理装置であって、前記検出信号に含まれる前記連続信号を抽出し、前記センサアレイに対して前記連続信号が到来する角度である到来角を推定し、前記到来角推定ステップで推定された推定到来角への感度を他の角度への感度よりも高く設定して適応ビームフォーミングを行うことで前記検出信号のビーム信号を取得し、前記ビーム信号に含まれる前記推定到来角の前記エコー信号を検出し、検出結果に基づいて前記センサアレイに対する前記捜索対象の角度及び距離を算出する、演算部を備える。

【0009】

本開示に係る信号処理装置は、複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号に基づいて、前記捜索対象の位置を推定する信号処理装置であって、前記検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、前記スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成し、生成された前記画像から前記エコー信号に対応する対応部分を抽出し、前記画像における前記対応部分の座標に基づいて前記捜索対象の位置を算出する、演算部を備える。

【0010】

本開示に係る信号処理方法は、複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号から、前記連続信号に重なる前記エコー信号を抽出し、抽出した前記エコー信号に基づいて前記捜索対象の位置を算出する。

【0011】

本開示に係る信号処理装置は、複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象自身が発する連続信号と複数の前記送受波素子から発生して前記捜索対象から反射されるエコー信号とを含む検出信号から、前記連続信号に重なる前記エコー信号を抽出し、抽出した前記エコー信号に基づいて前記捜索対象の位置を算出する、演算部を備える。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、捜索対象の位置を精度よく計測することが可能な信号処理方法及び信号処理装置を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本実施形態に係る信号処理装置の一例を模式的に示す図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る信号処理方法の一例を示すフローチャートである。

【図3】図３は、センサアレイの受信感度の制御の例を模式的に示す図である。

【図4】図４は、所定期間における角度スペクトルの時間変化の例を示す図である。

【図5】図５は、到来角推定ステップにおけるアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。

【図6】図６は、各角度のピーク検出回数の例を示す図である。

【図7】図７は、ＡＢＳ画像の一例を示す図である。

【図8】図８は、ＡＢＦ画像を生成する処理の一例を示すフローチャートである。

【図9】図９は、連続信号に対応する位置座標を抽出する処理の一例を模式的に示す図である。

【図10】図１０は、ビーム信号のレベルの時間変化の一例を示す図である。

【図11】図１１は、ビーム信号のレベルの時間変化の一例を示す図である。

【図12】図１２は、信号処理方法の他の例をフローチャートである。

【図13】図１３は、エコー抽出ステップの一例を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本開示に係る信号処理方法及び信号処理装置の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

【0015】

図１は、本実施形態に係る信号処理装置の一例を模式的に示す図である。信号処理装置１００は、センサアレイ１０により検出される検出信号に基づいて、捜索対象４０の位置を推定する。センサアレイ１０は、複数の送受波素子１１が並んだ状態で配置される。各送受波素子１１は、例えば所定の信号を発信し、捜索対象４０からの信号を受信する。捜索対象４０からの信号は、送受波素子１１から発信され捜索対象４０を介したエコー信号と、捜索対象４０自身が発する信号とを含む。このようなセンサアレイ１０としては、例えばソーナー、レーダー等が挙げられる。本実施形態において、各送受波素子１１から発信される信号、捜索対象４０を介したエコー信号、及び捜索対象４０自身が発する信号が音響信号である場合を例に挙げて説明する。捜索対象４０自身が発する信号は、一時的な信号及び連続信号を含む。連続信号は、時間的に連続して発生する信号であり、例えばセンサアレイ１０による測定期間に常時発生する信号である。

【0016】

信号処理装置１００は、演算部２０及び記憶部３０を有する。演算部２０は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。演算部２０は、各種演算を行う。記憶部３０は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶部と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶部とのうち、少なくとも１つ含む。

【0017】

演算部２０は、検出信号から、連続信号に重なるエコー信号を抽出し、抽出したエコー信号に基づいて捜索対象４０の位置を算出する。本実施形態において、演算部２０は、検出信号に含まれる連続信号を抽出し、センサアレイ１０に対して連続信号の到来角を推定する。なお、角度については、所定の基準方向に対する到来方向の角度とすることができる。本実施形態において、基準方向は、例えば送受波素子１１が並ぶ方向に直交する方向（正面方向）とすることができる。なお、基準方向は、正面方向に限定されず、例えば横方向等、他の方向であってもよい。この場合、演算部２０は、例えば検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、当該スペクトルのピーク数に基づいて連続信号の抽出及び到来角の推定を行うことができる。また、演算部２０は、例えば検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、当該スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成し、生成した画像に基づいて連続信号の抽出及び到来角の推定を行うことができる。

【0018】

演算部２０は、推定到来角への感度を他の角度の感度よりも高く設定してビームフォーミングを行うことで検出信号のビーム信号を取得する。

【0019】

演算部２０は、ビーム信号に含まれる推定到来角のエコー信号を検出し、検出結果に基づいてセンサアレイ１０に対する捜索対象４０の角度及び距離を算出する。この場合、演算部２０は、例えばビーム信号においてドップラー効果による周波数のずれの有無を検出し、検出結果に基づいてエコー信号がセンサアレイ１０に到来した時刻を推定し、推定結果に基づいてセンサアレイ１０から捜索対象４０までの距離を算出することができる。また、演算部２０は、ビーム信号のレベルの時間変化を検出し、検出結果に基づいてエコー信号がセンサアレイ１０に到来した時刻を推定し、推定結果に基づいてセンサアレイ１０から捜索対象４０までの距離を算出することができる。

【0020】

演算部２０は、記憶部３０からプログラム（ソフトウェア）を読み出して実行することで、上記の各処理を実行する。記憶部３０は、演算部２０の演算内容やプログラムなどの各種情報を記憶する。記憶部３０は、センサアレイ１０で検出した処理結果、つまり探査の結果を記憶してもよい。

【0021】

記憶部３０は、複数の送受波素子１１が並べられ指向性を有するセンサアレイ１０により検出される捜索対象４０からの信号であって、捜索対象４０自身が発する連続信号と複数の送受波素子１１から発生する信号のエコー信号とを含む検出信号に基づいて、捜索対象４０の位置を推定する信号処理プログラムであって、検出信号に含まれる連続信号を抽出し、センサアレイ１０に対して連続信号の到来角を推定する推定処理と、到来角推定ステップで推定された推定到来角への感度を他の角度への感度よりも高く設定して適応ビームフォーミングを行うことで検出信号のビーム信号を取得する取得処理と、ビーム信号に含まれる推定到来角のエコー信号を検出し、検出結果に基づいてセンサアレイ１０に対する捜索対象４０の角度及び距離を算出する算出処理とをコンピュータに実行させる信号処理プログラムを記憶する。

【0022】

本実施形態に係る信号処理方法では、検出信号から、連続信号に重なるエコー信号を抽出し、抽出したエコー信号に基づいて捜索対象４０の位置を算出する。図２は、本実施形態に係る信号処理方法の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態に係る信号処理方法は、到来角推定ステップＳ１０と、ビーム信号取得ステップＳ２０と、位置算出ステップＳ３０とを含む。

【0023】

到来角推定ステップＳ１０は、センサアレイ１０の検出信号に含まれる連続信号を抽出し、センサアレイ１０に対して連続信号の到来角を推定する。

【0024】

ビーム信号取得ステップＳ２０は、到来角推定ステップＳ１０で推定された推定到来角への感度を他の角度への感度よりも高く設定して適応ビームフォーミングを行うことで検出信号のビーム信号を取得する。

【0025】

位置算出ステップＳ３０は、ビーム信号に含まれる推定到来角のエコー信号を検出し、検出結果に基づいてセンサアレイ１０に対する捜索対象４０の角度及び距離を算出する。

【0026】

以下、本実施形態に係る信号処理方法の原理について説明する。本実施形態に係る信号処理方法では、捜索対象４０自身が連続信号を発しているのであれば、いずれかの連続信号の到来方向に捜索対象４０が存在するはずである、つまり、捜索対象４０のエコーと捜索対象４０の連続信号の到来方向は同じはずなので、連続信号を検出してその中から捜索対象４０のエコー検出を試みる、という思想に基づいている。

【0027】

本実施形態において、センサアレイ１０は、Ｍ個の送受波素子１１を有する構成とする。各送受波素子１１の複素受信信号をＸｍ，ｍ＝１，２，…，Ｍとおき、それらをまとめて複素受信信号ベクトルを、

【数1】

とする。

【0028】

また、１回の送信周期内での計測におけるサンプリング周期と計測点数をそれぞれＴｓ、Ｋとおくと、１回の送信周期内で計測できる受信信号ベクトルは、

【数2】

と書ける。

【0029】

以降、サンプリング周期Ｔｓは省略し、時系列データをｘ（ｋ）のように記載する。

【0030】

到来角推定ステップＳ１０では、送受波素子１１が受信した連続信号を全て検出し、各々の到来角θｌ，ｌ＝１，２，…，Ｌを推定する。ここで、Ｌは、連続信号の到来数の推定値である。到来角推定ステップＳ１０の詳細については、後述する。

【0031】

ビーム信号取得ステップＳ２０では、例えば公知技術であるＭＶＤＲ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｖａｒｉａｎｃｅ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｅｓｓ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）を適用し、捜索対象４０自身が発する連続信号の到来角θｌに感度を持つ一方で、他の角度から到来する信号を抑圧するビーム信号を形成する。このビーム信号をｙｌ（ｋ）とおくと、ＭＶＤＲでは、

【数3】

と書ける。ここで、Ｈはエルミート転置を表す。

【0032】

また、

【数4】

は、時刻ｋＴｓにおける標本相関行列を表す。

【0033】

相関点数をＰとおくと、

【数5】

のように計算できる。

【0034】

一方、

【数6】

は、角度θに対する送受波素子１１ごとの位相差を表すステアリングベクトルである。

【0035】

図３は、センサアレイ１０の受信感度の制御の例を模式的に示す図である。図３では、Ｌ＝３、ｌ＝２の場合の例を示している。ＭＶＤＲを使用することにより、図３に示すように、θ２以外の波源からの信号にヌルを形成して抑圧できる。このため、ＭＶＤＲのビーム信号ｙｌ（ｋ）は、波源２の信号の推定値であるとみなすことができる。

【0036】

位置算出ステップＳ３０では、角度θｌから到来する信号の推定値ｙｌ（ｋＴｓ）を用いて、角度θｌに捜索対象４０が存在するか否かを判定する。角度θｌから到来する信号が捜索対象４０に由来するものであった場合、ビーム信号ｙｌ（ｋ）には、捜索対象４０までの距離に対応した時刻において、捜索対象４０からのエコー信号が含まれる。角度θｌから到来する信号が捜索対象４０に由来するものではない場合、ビーム信号ｙｌ（ｋ）には、捜索対象４０からのエコー信号が含まれない。なお、全てのビーム信号について、捜索対象４０からのエコー信号が含まれない場合、捜索対象４０なしと判定することができる。

【0037】

位置算出ステップＳ３０において、センサアレイ１０に対する捜索対象４０の角度については、θｌ，ｌ＝１，２，…，Ｌのいずれかがそのまま出力となる。また、センサアレイ１０に対する捜索対象４０の距離については、エコー信号の検出時刻ｔＤとエコー信号の伝播速度ｖとを用いて、０．５ｔＤｖのように計算できる。

【0038】

＜到来角推定ステップの例＞
到来角推定ステップＳ１０では、同時刻に到来する複数の信号を分離できる手法であれば、任意の公知技術を用いることができる。このような技術としては、具体的には、Ｃａｐｏｎ、ＭＵＳＩＣ、圧縮センシング等の手法を適用することができる。

【0039】

図４は、所定期間における角度スペクトルの時間変化の例を示す図である。所定期間としては、例えばセンサアレイ１０の１回の送信周期等とすることができる。なお、図４において、図３の場合と同様、Ｌ＝３の場合について示している。図４において、スペクトルＳ１は連続信号のスペクトルを示し、スペクトルＳ２は一時的な信号のスペクトルを示している。図４において、一時的な信号の到来角（θ_２とθ_３の間の角度）は無視し、連続信号の到来角θ_１、θ_２、θ_３のみを推定するようにする。

【0040】

図５は、到来角推定ステップＳ１０におけるアルゴリズムの一例を示すフローチャートである。図５に示すように、到来角推定ステップＳ１０では、所定周期の角度スペクトルを計算し（ステップＳ５０１）、スペクトルのピークを抽出し（ステップＳ５０２）、各角度のピーク検出回数を更新する（ステップＳ５０３）。ステップＳ５０１からステップＳ５０３については、例えば計測点ごとに行うことができる。各計測点についてステップＳ５０１からステップＳ５０３を行った後、ピーク検出回数に基づいて連続信号か一時的な信号かの判定を行い（ステップＳ５０４）、連続信号と判定した信号の波源の到来角を算出する（ステップＳ５０５）。

【0041】

ステップＳ５０１からステップＳ５０３を行う場合、上記したＭＵＳＩＣ等の公知技術により、図４に示すような角度スペクトルの時系列、

【数7】

を推定する。

【0042】

ここで、Ｎはスペクトルを計算する角度の数である。次に、各時刻ｋにおけるスペクトルのピークを抽出し、そのピークに対応した角度をθｌ，ｌ＝１，２，…，Ｌ´とする。ここで、Ｌ´は、その時刻において抽出したピークの数である。Ｌ´には、一時的な信号に対応したピークも含まれる。各角度について、スペクトルのピークとなった回数をカウントする。センサアレイ１０の１回の送信周期内の全てのスペクトルについて、上記の処理を行う。各角度のピーク検出回数Ｃｎ，ｎ＝１，２，…，Ｎが得られる。

【0043】

図６は、各角度のピーク検出回数の例を示す図である。図６に示すように、直感的には、このピーク検出回数がＫに近い角度が、連続信号の到来角であると推定できる。したがって、図６の結果に基づいて、検出信号が連続信号か一時的な信号か判定を行う。具体的には、

【数8】

となるようなθｎを全て抽出し、抽出したθｎを連続信号の到来角とする。

【0044】

この場合、抽出した角度の数が連続信号の数の推定値Ｌとなる。ここで、αはパラメータであり、１に近いほど厳密に連続信号のみを抽出できる。なお、各到来角が連続信号に由来するかどうかを判定するのが到来角推定ステップＳ１０の目的であるため、必ずしも全てのサンプルｋ＝０，１，…，Ｋ－１、についてスペクトルのピーク検出を行う必要はなく、一部のスペクトルのピーク検出を間引くことにより処理速度の向上を図ることができる。

【0045】

＜到来角推定ステップの他の例＞
なお、到来角推定ステップＳ１０においては、上記手法とは異なる手法により連続信号の検出及び到来角の推定を行ってもよい。具体的には、センサアレイ１０にＡＢＦを適用した結果を可視化した画像（以下、ＡＢＦ画像と表記する）を用いて連続信号の検出及び到来角の推定を行うことができる。以下、ＡＢＦ画像を用いる例を説明するが、この手法では、ＡＢＦ画像に限定されず、圧縮センシングを適用した結果を可視化した画像を用いても同様の説明が可能である。

【0046】

図７は、ＡＢＳ画像の一例を示す図である。図７では、連続信号の波源が３つ存在する場合の例を示している。図７に示すＡＢＦ画像Ｉ１は、各画素の座標が波源の位置座標を示しており、各画素の画素値が連続信号の信号レベルを示している。図７では、画素値が大きいほどハッチングを細かく表記している。図７に示すように、ＡＢＦ画像Ｉ１には、連続信号を示す部分Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び一時的な信号を示す部分Ｒ４が含まれている。

【0047】

図８は、ＡＢＦ画像を生成する処理の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、ＡＢＦ画像を生成する場合、まず、センサアレイ１０の検出信号に基づいて、１回の送信周期内の角度スペクトルを計算する（ステップＳ８０１）。

【0048】

次に、ＡＢＦ画像の位置座標を設定する（ステップＳ８０２）。ステップＳ８０２においては、例えば正面方向と横方向とにマトリクス状に配置された複数の画素Ｉｍ（画素総数をＤとする）を設定することができる。

【0049】

次に、位置座標に最も近い位置の角度スペクトルを選択する（ステップＳ８０３）。ステップＳ８０３において、予め設定した位置座標を［ｑｘ，ｄ ｑｙ，ｄ］とした場合、時刻ｋＴｓにおいて計測した角度スペクトルＳｎ（ｋ），ｎ＝１，２，…，Ｎの位置は

【数9】

のように表される。

【0050】

よって、予め設定した位置座標［ｑｘ，ｄ ｑｙ，ｄ］と最も近い位置に存在する［ｑ´ｘ，ｄ（ｋ） ｑ´ｙ，ｄ（ｋ）］を探し、その位置に対応した角度スペクトルＳｎ（ｋ）を位置座標［ｑｘ，ｄ ｑｙ，ｄ］の画素値とすることができる。画措置を算出した後、位置座標の画素値に角度スペクトルを代入する（ステップＳ８０４）。ステップＳ８０２からステップＳ８０４の処理を各画素について行うことにより、ＡＢＦ画像を生成することができる。

【0051】

ＡＢＦ画像Ｉ１を生成した後、例えばＵ－Ｎｅｔなど公知のセマンティック・セグメンテーション技術を適用することにより、連続信号に対応する位置座標を抽出することができる。図９は、連続信号に対応する位置座標を抽出する処理の一例を模式的に示す図である。図９に示すように、ＡＢＦ画像Ｉ１にセマンティック・セグメンテーション技術を適用することにより、一時的な信号が除去され、連続信号に対応した位置座標を示す抽出画像Ｉ２が生成される。したがって、生成された抽出画像Ｉ２に基づいて、連続信号の抽出及び到来角の推定を行うことができる。

【0052】

＜位置算出ステップの例＞
位置算出ステップＳ３０では、まず、ビーム信号取得ステップＳ２０で取得されたビーム信号ｙ_ｌ（ｋ）に含まれるエコー信号を検出する。エコー信号を検出する手法として、例えばドップラー効果を利用する手法（以下、第１の手法、と表記する）を用いることができる。つまり、本来的には、ビーム信号ｙ_ｌ（ｋ）には、角度θｌから到来する信号のみが含まれる。よって、ビーム信号ｙ_ｌ（ｋ）においてドップラー効果による周波数のズレが検出される場合、当該ズレが検出された時間帯に、捜索対象４０のエコー信号が含まれていると考えることができる。

【0053】

また、他の手法として、ビーム信号ｙ_ｌ（ｋ）のレベルの時間変化を検出する手法（以下、第２の手法、と表記する）を用いることができる。第２の手法では、ビーム信号ｙ_ｌ（ｋ）のレベルの時間変化の検出結果に基づいて、エコー信号がセンサアレイ１０に到来した時刻を推定することができる。図１０及び図１１は、ビーム信号のレベルの時間変化の一例を示す図である。図１０に示すように、捜索対象４０のエコー信号が含まれない場合、ビーム信号ｙ_ｌ（ｋ）はエコー信号を含まないレベルで時間変化する。これに対して、図１０に示すように、捜索対象４０のエコー信号が含まれる場合、本来のビーム信号ｙ_ｌ（ｋ）のレベルにエコー信号のレベルが加算される（期間ＴＬ）。したがって、ビーム信号のレベルの時間変化を検出し、検出結果に基づいてエコー信号がセンサアレイ１０に到来した時刻を推定することができる。

【0054】

また、上記した第１の手法と第２の手法とを併用してもよい。この場合、第１の手法と第２の手法とのいずれか一方の結果を用いて時刻を推定してもよい。また、第１の手法及び第２の手法の両方の結果を用いて時刻を推定してもよい。両方の結果を用いる場合、例えば第１の手法の推定結果と第２の手法の推定結果との平均を推定結果としてもよいし、いずれか一方の結果を優先させて採用してもよい。

【0055】

次に、本開示に係る他の実施形態について説明する。上記実施形態では、到来角推定ステップＳ１０、ビーム信号取得ステップＳ２０及び位置算出ステップＳ３０により捜索対象４０の位置を算出する例を説明したが、これに限定されない。

【0056】

図１２は、信号処理方法の他の例をフローチャートである。図１２に示すように、他の例に係る信号処理方法は、示す本実施形態では、画像生成ステップＳ４０と、エコー抽出ステップＳ５０と、位置算出ステップＳ６０とを含む。なお、本例において、センサアレイ１０の構成及び信号処理装置１００のハードウェアの構成については、上記実施形態で説明した構成と同様である。

【0057】

本例において、信号処理装置１００の演算部２０は、検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成し、生成された画像からエコー信号に対応する対応部分を抽出し、画像における対応部分の座標に基づいて捜索対象４０の位置を算出する。また、記憶部３０は、複数の送受波素子が並べられ指向性を有するセンサアレイにより検出される信号であって、捜索対象４０自身が発する連続信号と複数の送受波素子から発生する信号のエコー信号とを含む検出信号に基づいて、捜索対象４０の位置を推定する信号処理方法であって、検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成する画像生成処理と、生成された画像からエコー信号に対応する対応部分を抽出するエコー抽出処理と、画像における対応部分の座標に基づいて捜索対象４０の位置を算出する位置算出処理とをコンピュータに実行させる信号処理プログラムを記憶する。信号処理装置１００は、演算部２０及び記憶部３０を用いて、以下の各ステップを実行する。

【0058】

画像生成ステップＳ４０は、検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成する。当該画像として、上記実施形態のＡＢＦ画像を適用することができる。ＡＢＦ画像を生成する手順については、上記説明と同様である。

【0059】

エコー抽出ステップＳ５０は、生成された画像からエコー信号に対応する対応部分を抽出する。図１３は、エコー抽出ステップの一例を模式的に示す図である。図１３に示すように、画像生成ステップＳ４０で生成されるＡＢＦ画像Ｉ３には、連続信号を示す部分Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び一時的な信号を示す部分Ｒ４に加えて、エコー信号を示す部分（対応部分）Ｒ５が含まれている場合がある。エコー抽出ステップＳ５０では、当該ＡＢＦ画像Ｉ３に含まれる対応部分Ｒ５をセマンティック・セグメンテーション技術等の手法により抽出する。エコー抽出ステップＳ５０により、ＡＢＦ画像Ｉ３から連続信号を示す部分Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び一時的な信号を示す部分Ｒ４が除去され、エコー信号を示す対応部分Ｒ５のみが残った抽出画像Ｉ４が生成される。なお、検出信号にエコー信号が含まれない場合、生成される抽出画像Ｉ４には対応部分Ｒ５が残らない状態となる。この場合、捜索対象４０なしと判定することができる。

【0060】

位置算出ステップＳ６０は、エコー抽出ステップＳ５０で生成された画像における対応部分Ｒ５の座標に基づいて、捜索対象４０の位置を算出することができる。位置算出ステップＳ６０では、例えば対応部分Ｒ５について、位置座標の重心又は平均を計算し、計算結果に対応する位置を捜索対象４０の位置として算出することができる。このように、連続信号を検出する手法とは別個に、捜索対象４０を直接検出することができる。

【0061】

以上説明したように、本開示において、第１態様に係る信号処理方法は、複数の送受波素子１１が並べられ指向性を有するセンサアレイ１０により検出される信号であって、捜索対象４０自身が発する連続信号と複数の送受波素子１１から発生する信号のエコー信号とを含む検出信号に基づいて、捜索対象４０の位置を推定する信号処理方法であって、検出信号に含まれる連続信号を抽出し、センサアレイ１０に対して連続信号の到来角を推定する到来角推定ステップと、到来角推定ステップで推定された推定到来角への感度を他の角度への感度よりも高く設定して適応ビームフォーミングを行うことで検出信号のビーム信号を取得するビーム信号取得ステップと、ビーム信号に含まれる推定到来角のエコー信号を検出し、検出結果に基づいてセンサアレイ１０に対する捜索対象４０の角度及び距離を算出する位置算出ステップとを含む。

【0062】

したがって、捜索対象４０自身が発する連続信号を利用して捜索対象４０の位置を推定することができる。これにより、例えば小型の捜索対象４０や反射強度の低い捜索対象４０であっても、精度よく位置を計測することができる。

【0063】

第２態様に係る信号処理方法は、第１態様に係る信号処理方法において、到来角推定ステップでは、検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、当該スペクトルのピーク数に基づいて連続信号の抽出及び到来角の推定を行う。したがって、連続信号の抽出及び到来角の推定を精度よく行うことができる。

【0064】

第３態様に係る信号処理方法は、第１態様に係る信号処理方法において、到来角推定ステップでは、検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成し、生成した画像に基づいて連続信号の抽出及び到来角の推定を行う。したがって、連続信号の抽出及び到来角の推定を精度よく行うことができる。

【0065】

第４態様に係る信号処理方法は、第１態様から第３態様に係る信号処理方法において、位置算出ステップでは、ビーム信号においてドップラー効果による周波数のずれの有無を検出し、検出結果に基づいてエコー信号がセンサアレイ１０に到来した時刻を推定し、推定結果に基づいてセンサアレイ１０から捜索対象４０までの距離を算出する。したがって、センサアレイ１０から捜索対象４０までの距離を精度よく算出することができる。

【0066】

第５態様に係る信号処理方法は、第１態様から第４態様に係る信号処理方法において、位置算出ステップでは、ビーム信号のレベルの時間変化を検出し、検出結果に基づいてエコー信号がセンサアレイ１０に到来した時刻を推定し、推定結果に基づいてセンサアレイ１０から捜索対象４０までの距離を算出する。したがって、センサアレイ１０から捜索対象４０までの距離を精度よく算出することができる。

【0067】

第６態様に係る信号処理方法は、複数の送受波素子１１が並べられ指向性を有するセンサアレイ１０により検出される信号であって、捜索対象４０自身が発する連続信号と複数の送受波素子１１から発生する信号のエコー信号とを含む検出信号に基づいて、捜索対象４０の位置を推定する信号処理方法であって、検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成する画像生成ステップと、生成された画像からエコー信号に対応する対応部分を抽出するエコー抽出ステップと、画像における対応部分の座標に基づいて捜索対象４０の位置を算出する位置算出ステップとを含む。

【0068】

したがって、捜索対象４０自身が発する連続信号に基づいて画像を生成し、生成した画像からエコー信号に対応する対応部分を抽出することで捜索対象４０の位置を推定することができる。これにより、例えば小型の捜索対象４０や反射強度の低い捜索対象４０であっても、精度よく位置を計測することができる。

【0069】

第７態様に係る信号処理装置は、複数の送受波素子１１が並べられ指向性を有するセンサアレイ１０により検出される信号であって、捜索対象４０自身が発する連続信号と複数の送受波素子１１から発生する信号のエコー信号とを含む検出信号に基づいて、捜索対象４０の位置を推定する信号処理装置１００であって、検出信号に含まれる連続信号を抽出し、センサアレイ１０に対して連続信号が到来する角度である到来角を推定し、到来角推定ステップで推定された推定到来角への感度を他の角度への感度よりも高く設定して適応ビームフォーミングを行うことで検出信号のビーム信号を取得し、ビーム信号に含まれる推定到来角のエコー信号を検出し、検出結果に基づいてセンサアレイ１０に対する捜索対象４０の角度及び距離を算出する、演算部２０を備える。

【0070】

したがって、捜索対象４０自身が発する連続信号を利用して捜索対象４０の位置を推定することができる。これにより、例えば小型の捜索対象４０や反射強度の低い捜索対象４０であっても、精度よく位置を計測することができる。

【0071】

第８態様に係る信号処理装置は、複数の送受波素子１１が並べられ指向性を有するセンサアレイ１０により検出される捜索対象４０からの信号であって、捜索対象４０自身が発する連続信号と複数の送受波素子１１から発生する信号のエコー信号とを含む検出信号に基づいて、捜索対象４０の位置を推定する信号処理装置１００であって、検出信号についての所定周期のスペクトルを角度ごとに求め、スペクトルのレベルと角度との対応を示す画像を生成し、生成された画像からエコー信号に対応する対応部分を抽出し、画像における対応部分の座標に基づいて捜索対象４０の位置を算出する、演算部２０を備える。

【0072】

したがって、捜索対象４０自身が発する連続信号に基づいて画像を生成し、生成した画像からエコー信号に対応する対応部分を抽出することで捜索対象４０の位置を推定することができる。これにより、例えば小型の捜索対象４０や反射強度の低い捜索対象４０であっても、精度よく位置を計測することができる。

【0073】

第９態様に係る信号処理方法は、複数の送受波素子１１が並べられ指向性を有するセンサアレイ１０により検出される信号であって、捜索対象４０自身が発する連続信号と複数の送受波素子１１から発生して捜索対象４０から反射されるエコー信号とを含む検出信号から、連続信号に重なるエコー信号を抽出し、抽出したエコー信号に基づいて捜索対象４０の位置を算出する。

【0074】

したがって、捜索対象４０自身が発する連続信号を利用して捜索対象４０の位置を推定することができる。これにより、例えば小型の捜索対象４０や反射強度の低い捜索対象４０であっても、精度よく位置を計測することができる。

【0075】

本開示に係る信号処理装置は、複数の送受波素子１１が並べられ指向性を有するセンサアレイ１０により検出される信号であって、捜索対象４０自身が発する連続信号と複数の送受波素子１１から発生して捜索対象４０から反射されるエコー信号とを含む検出信号から、連続信号に重なるエコー信号を抽出し、抽出したエコー信号に基づいて捜索対象４０の位置を算出する、演算部２０を備える。

【0076】

したがって、捜索対象４０自身が発する連続信号を利用して捜索対象４０の位置を推定することができる。これにより、例えば小型の捜索対象４０や反射強度の低い捜索対象４０であっても、精度よく位置を計測することができる。

【符号の説明】

【0077】

１０ センサアレイ
１１ 送受波素子
２０ 演算部
３０ 記憶部
４０ 捜索対象
１００ 信号処理装置

【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】