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特開2024-142816適応整相処理装置、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】P2024142816
(43)【公開日】2024-10-11
(54)【発明の名称】適応整相処理装置、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 7/526 20060101AFI20241003BHJP
G01S 3/86 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
G01S7/526 M
G01S3/86
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023055156
(22)【出願日】2023-03-30
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＰＹＴＨＯＮ
(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】森谷 晃行
【テーマコード（参考）】
5J083
【Ｆターム（参考）】
5J083AA05
5J083AC13
5J083BE43
(57)【要約】
【課題】ＡＢＦ処理における計算量を抑制し、より速い処理を行うことができる適応整相処理装置などを得る。
【解決手段】複数のセンサの受波によって得られる全センサ時間波形に基づいて、周波数分析して、全センサ周波数応答を計算するＦＦＴ処理部１１０と、設定された選択周波数情報に基づいて、全センサおよび選択周波数におけるセンサ周波数応答を抽出する周波数ビン選択処理部１３０と、センサ周波数応答に基づいて、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算部１４０と、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を補間処理し、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理部１５０と、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答に基づいて、全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理部１６０とを備えるものである。
【選択図】図１
【解決手段】複数のセンサの受波によって得られる全センサ時間波形に基づいて、周波数分析して、全センサ周波数応答を計算するＦＦＴ処理部１１０と、設定された選択周波数情報に基づいて、全センサおよび選択周波数におけるセンサ周波数応答を抽出する周波数ビン選択処理部１３０と、センサ周波数応答に基づいて、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算部１４０と、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を補間処理し、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理部１５０と、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答に基づいて、全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理部１６０とを備えるものである。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のセンサの受波によって得られる全センサ時間波形に基づいて、前記全センサ時間波形を前記センサ毎に周波数分析して、全センサおよび全周波数における全センサ周波数応答を計算する周波数分析部と、
適応重み周波数応答を計算する選択周波数を設定し、設定した前記選択周波数情報に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数におけるセンサ周波数応答を、前記全センサ周波数応答から抽出する周波数選択部と、
前記選択周波数と、前記全センサおよび前記選択周波数における前記センサ周波数応答に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算部と、
前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を補間処理し、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理部と、
前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答に基づいて、前記全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理部と
を備える適応整相処理装置。
適応重み周波数応答を計算する選択周波数を設定し、設定した前記選択周波数情報に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数におけるセンサ周波数応答を、前記全センサ周波数応答から抽出する周波数選択部と、
前記選択周波数と、前記全センサおよび前記選択周波数における前記センサ周波数応答に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算部と、
前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を補間処理し、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理部と、
前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答に基づいて、前記全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理部と
を備える適応整相処理装置。
【請求項2】
前記選択周波数情報は、周波数が等間隔に選択されるように設定され、
前記適応重み補間処理部は、計算した前記選択周波数に対する前記適応重み周波数応答から、適応重みのインパルス応答を計算し、前記インパルス応答にゼロを付加し、フーリエ変換による計算を行って、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する請求項１に記載の適応整相処理装置。
前記適応重み補間処理部は、計算した前記選択周波数に対する前記適応重み周波数応答から、適応重みのインパルス応答を計算し、前記インパルス応答にゼロを付加し、フーリエ変換による計算を行って、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する請求項１に記載の適応整相処理装置。
【請求項3】
前記選択周波数情報は、特定の妨害音が存在する周波数帯域における周波数の間隔が細かく間引かれ、前記妨害音が存在しない周波数帯域における周波数の間隔は粗く間引かれて選択されるように設定され、
前記適応重み補間処理部は、前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答から、前記選択周波数として選択されなかった周波数における適応重みを周波数領域で補間して、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する請求項１に記載の適応整相処理装置。
前記適応重み補間処理部は、前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答から、前記選択周波数として選択されなかった周波数における適応重みを周波数領域で補間して、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する請求項１に記載の適応整相処理装置。
【請求項4】
複数のセンサの受波によって得られる全センサ時間波形に基づいて、前記全センサ時間波形を前記センサ毎に周波数分析して、全センサおよび全周波数における全センサ周波数応答を計算する周波数分析工程と、
適応重み周波数応答を計算する選択周波数を設定し、設定した前記選択周波数情報に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数におけるセンサ周波数応答を、前記全センサ周波数応答から抽出する周波数選択工程と、
前記選択周波数と、前記全センサおよび前記選択周波数における前記センサ周波数応答に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算工程と、
前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を補間処理し、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理工程と、
前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答に基づいて、前記全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理工程と
を有する適応整相処理方法。
適応重み周波数応答を計算する選択周波数を設定し、設定した前記選択周波数情報に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数におけるセンサ周波数応答を、前記全センサ周波数応答から抽出する周波数選択工程と、
前記選択周波数と、前記全センサおよび前記選択周波数における前記センサ周波数応答に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算工程と、
前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を補間処理し、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理工程と、
前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答に基づいて、前記全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理工程と
を有する適応整相処理方法。
【請求項5】
複数のセンサの受波によって得られる全センサ時間波形に基づいて、前記全センサ時間波形を前記センサ毎に周波数分析して、全センサおよび全周波数における全センサ周波数応答を計算する周波数分析工程と、
適応重み周波数応答を計算する選択周波数を設定し、設定した前記選択周波数情報に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数におけるセンサ周波数応答を、前記全センサ周波数応答から抽出する周波数選択工程と、
前記選択周波数と、前記全センサおよび前記選択周波数における前記センサ周波数応答に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算工程と、
前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を補間処理し、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理工程と、
前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答に基づいて、前記全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理工程と
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。
適応重み周波数応答を計算する選択周波数を設定し、設定した前記選択周波数情報に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数におけるセンサ周波数応答を、前記全センサ周波数応答から抽出する周波数選択工程と、
前記選択周波数と、前記全センサおよび前記選択周波数における前記センサ周波数応答に基づいて、前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算工程と、
前記全センサおよび前記選択周波数の前記適応重み周波数応答を補間処理し、前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理工程と、
前記全センサおよび前記全周波数の前記適応重み周波数応答に基づいて、前記全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理工程と
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、適応整相処理を行う際の適応重みに係る計算に関するものである。
【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。ＡＢＦ（Ａｄａｐｔｉｖｅ ＢｅａｍＦｏｒｍｉｎｇ：適応整相）処理は、受波器が受波した物理量に係る信号と妨害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妨害音を抑制することができる（たとえば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【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】
【0004】
しかしながら、非特許文献１で説明するような周波数領域で適応重みを計算する方式に基づいて行うＡＢＦ処理では、全センサ周波数応答から周波数インデックス毎に共分散行列およびその逆行列を演算して、適応重み周波数応答を計算しなければならない。そして、周波数インデックス毎に共分散行列およびその逆行列を演算するには、高い計算負荷が必要となる。計算負荷は、計算する周波数の数に比例して増加する。このため、限られた計算資源でＡＢＦ処理を行って、より速く結果を得るには、計算量を抑制する必要がある。
【0005】
以上のことから、ＡＢＦ処理における計算量を抑制し、より速い処理を行うことができる適応整相処理装置、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】
【0006】
この開示に係る適応整相処理装置は、複数のセンサの受波によって得られる全センサ時間波形に基づいて、全センサ時間波形をセンサ毎に周波数分析して、全センサおよび全周波数における全センサ周波数応答を計算する周波数分析部と、適応重み周波数応答を計算する選択周波数を設定し、設定した選択周波数情報に基づいて、全センサおよび選択周波数におけるセンサ周波数応答を、全センサ周波数応答から抽出する周波数選択部と、選択周波数と、全センサおよび選択周波数におけるセンサ周波数応答に基づいて、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算部と、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を補間処理し、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理部と、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答に基づいて、全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理部とを備えるものである。
【0007】
また、この開示に係る適応整相処理方法は、複数のセンサの受波によって得られる全センサ時間波形に基づいて、全センサ時間波形をセンサ毎に周波数分析して、全センサおよび全周波数における全センサ周波数応答を計算する周波数分析工程と、適応重み周波数応答を計算する選択周波数を設定し、設定した選択周波数情報に基づいて、全センサおよび選択周波数におけるセンサ周波数応答を、全センサ周波数応答から抽出する周波数選択工程と、選択周波数と、全センサおよび選択周波数におけるセンサ周波数応答に基づいて、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算工程と、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を補間処理し、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理工程と、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答に基づいて、全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理工程とを有するものである。
【0008】
そして、この開示に係る適応整相処理方法のプログラムは、複数のセンサの受波によって得られる全センサ時間波形に基づいて、全センサ時間波形をセンサ毎に周波数分析して、全センサおよび全周波数における全センサ周波数応答を計算する周波数分析工程と、適応重み周波数応答を計算する選択周波数を設定し、設定した選択周波数情報に基づいて、全センサおよび選択周波数におけるセンサ周波数応答を、全センサ周波数応答から抽出する周波数選択工程と、選択周波数と、全センサおよび選択周波数におけるセンサ周波数応答に基づいて、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み間引き計算工程と、全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を補間処理し、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答を計算する適応重み補間処理工程と、全センサおよび全周波数の適応重み周波数応答に基づいて、全センサ周波数応答に対して整相処理を行う整相処理工程とをコンピュータに行わせるものである。
【発明の効果】
【0009】
開示された適応整相処理装置などによれば、選択周波数に基づいて全センサおよび選択周波数の適応重み周波数応答を計算し、計算されていない周波数に係る適応重み周波数応答については補間処理をする。高い計算量を要する適応重み周波数応答の計算を行う周波数の数を、上記のように選択により間引くことで、計算量を減らすことができる。このため、適応整相処理における妨害音抑圧性能低下を抑制しつつ、全体の計算量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】実施の形態１に係る適応整相処理装置１００を中心とする適応整相処理システムの構成を示す図である。
【図2】実施の形態１に係る適応整相処理装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図3】実施の形態１に係る適応整相処理装置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4】実施の形態１に係る適応重みに関するインパルス応答長制限に関して説明する図である。
【図5】従来技術における妨害音抑圧性能について説明する図である。
【図6】実施の形態１に係る適応整相処理装置１００における妨害音抑圧性能について説明する図である。
【図7】実施の形態２に係る適応整相処理装置１００を中心とする適応整相システムの構成を示す図である。
【図8】従来技術における妨害音抑圧性能について説明する図である。
【図9】実施の形態２に係る適応整相処理装置１００における妨害音抑圧性能について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る適応整相処理装置１００を中心とする適応整相処理システムの構成を示す図である。実施の形態１における整相処理システムは、適応整相処理装置１００およびセンサアレイ２００を備える。適応整相処理装置１００は、センサアレイ２００からの信号に基づいて処理を行う。
図１は、実施の形態１に係る適応整相処理装置１００を中心とする適応整相処理システムの構成を示す図である。実施の形態１における整相処理システムは、適応整相処理装置１００およびセンサアレイ２００を備える。適応整相処理装置１００は、センサアレイ２００からの信号に基づいて処理を行う。
【0013】
センサアレイ２００は、たとえば、レーダーまたはソーナーなどである。センサアレイ２００は、複数の受波器となるセンサ（図示せず）を有する。各センサは、受波した音波などを信号に変換する。センサアレイ２００は、各センサにおける信号の時間波形（以下、「センサ時間波形」と称する）を、時間サンプル数Ｌでオーバーラップさせた全センサの時間波形（以下、「全センサ時間波形」と称する）Ｘを出力する。
【0014】
適応整相処理装置１００は、センサアレイ２００が有する各センサが出力する信号に対し、周波数分析などを含むＡＢＦ処理に関する処理を行う装置である。ここで、適応整相処理装置１００は、特に、周波数領域において適応重み計算を行うＡＢＦ方式による処理を行う。図１に示すように、適応整相処理装置１００は、ＦＦＴ処理部１１０、選択周波数設定部１２０、周波数ビン選択処理部１３０、適応重み間引き計算部１４０、適応重み補間処理部１５０、整相処理部１６０および逆ＦＦＴ処理部１７０を備える。
【0015】
周波数分析部となるＦＦＴ処理部１１０は、周波数ビン選択処理部１３０と整相処理部１６０とに接続される。ＦＦＴ処理部１１０は、センサアレイ２００から送られた全センサ時間波形Ｘに対して、センサが受波した信号毎にＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）を行って周波数分析し、全センサ周波数応答Ｙを計算する。そして、ＦＦＴ処理部１１０は、周波数ビン選択処理部１３０と整相処理部１６０とに、計算結果である全センサ周波数応答Ｙを出力する。
【0016】
選択周波数設定部１２０は、周波数ビン選択処理部１３０に接続される。選択周波数設定部１２０は、たとえば、利用者からの選択指示に基づいて選択周波数ｋ’ｉを設定し、記憶するなどしておく。ここで、選択周波数ｋ’ｉは、後述するように、周波数ビン選択処理部１３０における抽出などの処理および適応重み間引き計算部１４０における計算などの処理を行う際に用いる周波数となる。選択周波数設定部１２０は、周波数ビン選択処理部１３０が処理を行う際、選択周波数ｋ’ｉを要素とする選択周波数インデックスベクトルｋ’を出力する。選択周波数ｋ’ｉおよび選択周波数インデックスベクトルｋ’は、選択周波数情報となる。
【0017】
周波数ビン選択処理部１３０は、ＦＦＴ処理部１１０、選択周波数設定部１２０および適応重み間引き計算部１４０に接続される。周波数ビン選択処理部１３０は、周波数選択部となる。周波数ビン選択処理部１３０は、選択周波数設定部１２０が設定した選択周波数インデックスベクトルｋ’と、ＦＦＴ処理部１１０が処理した全センサ周波数応答Ｙを入力とする。周波数ビン選択処理部１３０は、選択周波数インデックスベクトルｋ’に基づき、センサアレイ２００の全センサおよび全周波数ビンについて、全センサ周波数応答Ｙから、適応重みに係る計算を行う周波数（周波数ビン）に係る要素を抽出する。そして、周波数ビン選択処理部１３０は、抽出して得られた全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答Ｙ’並びに選択周波数インデックスベクトルｋ’を、適応重み間引き計算部１４０へ出力する。
【0018】
適応重み間引き計算部１４０は、周波数ビン選択処理部１３０と適応重み補間処理部１５０とに接続される。適応重み間引き計算部１４０は、装置外部から指定された整相方位θ、周波数ビン選択処理部１３０から全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答Ｙ’並びに選択周波数インデックスベクトルｋ’を入力する。適応重み間引き計算部１４０は、選択周波数インデックスベクトルｋ’の要素である選択周波数ｋ’ｉ毎に、指定された整相方位θに対する適応重み周波数応答ｗ’ｉ
ｓを計算処理する。そして、適応重み間引き計算部１４０は、選択周波数インデックスベクトルｋ’および計算して得られた全センサおよび選択周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’を、適応重み補間処理部１５０へ出力する。
【0019】
適応重み補間処理部１５０は、適応重み間引き計算部１４０と整相処理部１６０とに接続される。適応重み補間処理部１５０は、適応重み間引き計算部１４０から全センサおよび選択周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’および選択周波数インデックスベクトルｋ’を入力する。適応重み補間処理部１５０は、選択周波数ｋ’ｉ毎に計算された適応重み周波数応答Ｗ’の値から、選択周波数ｋ’ｉ間の周波数に係る適応重み周波数応答の値を補間により推測し、全センサおよび全周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’＾を計算する。さらに、適応重み補間処理部１５０は、窓関数ｕを乗算するなどして、インパルス応答長が制限された適応重み周波数応答Ｗ’＾を計算し、整相処理部１６０へ出力する。
【0020】
整相処理部１６０は、ＦＦＴ処理部１１０、適応重み補間処理部１５０および逆ＦＦＴ処理部１７０に接続される。整相処理部１６０は、適応重み補間処理部１５０から全センサおよび全周波数に対するインパルス応答長が制限された適応重み周波数応答Ｗ’＾およびＦＦＴ処理部１１０から全センサ周波数応答Ｙを入力する。整相処理部１６０は、整相方位θにおける適応重み周波数応答Ｗ’を用いて整相し、周波数領域の適応整相出力ｐを計算する適応整相処理を行い、逆ＦＦＴ処理部１７０に出力する。
【0021】
逆ＦＦＴ処理部１７０は、整相処理部１６０に接続される。逆ＦＦＴ処理部１７０は、整相処理部１６０から適応整相出力ｐを入力する。逆ＦＦＴ処理部１７０は、周波数領域の適応整相出力ｐに対して逆ＦＦＴを行い、時間領域の適応整相出力ｑを計算する。逆ＦＦＴ処理部１７０は、さらに、ＯＬＳ（Ｏｖｅｒ Ｌａｐ Ｓａｖｅ）法に基づいて選択処理した有効区間ｑ’を、ＡＢＦ処理を行った時間波形として出力する。ＯＬＳ法は、周波数領域の適応整相出力を時間領域の適応整相出力に変換する方法である。
【0022】
図２は、実施の形態１に係る適応整相処理装置１００のハードウェア構成の一例を示す図である。適応整相処理装置１００は、たとえば、コンピュータを含む情報処理装置である。適応整相処理装置１００は、制御部１０および記憶部２０を有する。記憶部２０は、制御部１０が実行する演算処理の結果を記憶する。記憶部２０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１０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１１を有する。また、制御部１０は、プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などのメモリ１２を有する。制御部１０は、適応整相処理装置１００の各部が行う処理機能を実現する。
【0023】
ここで、適応整相処理装置１００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、適応整相処理装置１００の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】
図３は、実施の形態１に係る適応整相処理装置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３を参照して、実施の形態１における適応整相処理方法の概要および処理の流れについて説明する。ＦＦＴ処理部１１０は、センサアレイ２００から複数のセンサの受波による信号が入力されると、ＦＦＴ処理による周波数分析工程を行う（ステップＳ１）。
【0025】
そして、周波数ビン選択処理部１３０が、ＦＦＴ処理により得られた全センサ周波数応答Ｙの中から、間引きを行って、選択した周波数ビンにおける全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答Ｙ’を抽出する周波数選択工程を行う（ステップＳ２）。
【0026】
さらに、適応重み間引き計算部１４０は、全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答Ｙ’に基づいて、選択された周波数ビンに関する全センサおよび選択周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’を計算する適応重み間引き計算工程を行う（ステップＳ３）。
【0027】
また、適応重み補間処理部１５０は、全センサおよび選択周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’に対して補間処理を行うなどして、全センサおよび全周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’＾を計算する適応重み補間処理工程を行う（ステップＳ４）。
【0028】
整相処理部１６０は、全センサおよび全周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’＾を用いて、全センサ周波数応答Ｙを整相処理する整相処理工程を行う（ステップＳ５）。そして、逆ＦＦＴ処理部１７０は、周波数領域の適応整相出力ｐを時間領域の適応整相出力ｑにする逆ＦＦＴなどを行う逆変換処理工程を行う（ステップＳ６）。
【0029】
次に、適応整相処理システムにおいて適応整相処理装置１００が行う処理動作などについて、さらに詳しく説明する。ここでは、センサアレイ２００の各センサが受波する物理量が音波であるものとして説明する。センサアレイ２００の各センサは、受波した音波を信号に変換する。ここで、ｍは、センサアレイ２００の各センサにおけるセンサ番号インデックスとする。また、Ｍは、センサアレイ２００が有するセンサ数とする。さらに、ｎは、時刻インデックスとする。そして、Ｎは、ＦＦＴ処理部１１０が行うＦＦＴにおけるＦＦＴ次数とする。このとき、ｍ番目のセンサの信号におけるセンサ時間波形の、時刻ｎにおける値を、ｘｍ，ｎと表記する。このとき、時刻ｎ＝０，１，…，Ｎ－１の範囲を選択したｍ番目のセンサ時間波形ｘｍは、式（１）で表される。
【0030】
【数1】
【0031】
そして、センサアレイ２００は、各センサにおける信号のセンサ時間波形を時間サンプル数Ｌでオーバーラップさせた全センサ時間波形Ｘの信号を、適応整相処理装置１００のＦＦＴ処理部１１０に送る。ここで、ｍを行番号とすると、全センサ時間波形Ｘは、式（２）で表される。
【0032】
【数2】
【0033】
ＦＦＴ処理部１１０は、センサアレイ２００から送られた全センサ時間波形Ｘに基づいて、ＦＦＴによる計算処理を行う。ただし、ＦＦＴ処理部１１０において説明する計算処理は、フーリエ変換の原理に基づく処理である。ＦＦＴ処理部１１０は、実際に計算処理する場合は、ＦＦＴに関する各種のアルゴリズムを適用して処理を行うことができる。
【0034】
ここで、ｋを周波数インデックスとし、ｊを虚数単位とする。このとき、ｃｎ、ｋをｎ番目の時刻として、ｋ番目の周波数に対応する複素正弦波の値は、式（３）で表される。
【0035】
【数3】
【0036】
そして、ｎを行番号とし、ｋを列番号とすると、ＦＦＴ基底関数Ｃは、式（４）で表される。
【0037】
【数4】
【0038】
ＦＦＴ処理部１１０は、全センサ時間波形Ｘに対して、ＦＦＴによる計算処理を行い、全センサ周波数応答ｙｍを得る。このとき、その行列である全センサ周波数応答Ｙは、式（５）で表される。ここで、ｙｉ，ｋは、全センサ周波数応答Ｙにおけるｉ番目のセンサおよびｋ番目の周波数における値である。
【0039】
【数5】
【0040】
また、全センサ周波数応答Ｙは、式（６）のように表すことができる。ここで、全センサ周波数応答Ｙのｋ番目の周波数について取り出した列ベクトルを、ｋ番目の周波数における全センサ周波数応答ｙｓ
ｋとする。ＦＦＴ処理部１１０が処理した全センサ周波数応答Ｙは、周波数ビン選択処理部１３０および整相処理部１６０に出力される。
【0041】
【数6】
【0042】
周波数ビン選択処理部１３０は、全センサ周波数応答Ｙの他に、選択周波数設定部１２０から選択周波数インデックスベクトルｋ’を得る。選択周波数インデックスベクトルｋ’は、周波数インデックスｋ＝０を基準として、正の周波数範囲となる周波数インデックスｋ＝０，１，…，Ｎ／２の範囲に対し、１より大きい整数の周波数計算間隔（間引き間隔）をｓｔｅｐとして、式（７）のように表される。ここで、ｉは、選択周波数インデックスベクトルｋ’における要素のインデックスである。また、ｋ’ｉは、選択周波数インデックスベクトルｋ’のｉ番目の要素である（以下、「選択周波数」と称する）。そして、周波数計算間隔ｓｔｅｐには、ＦＦＴ次数Ｎの半分の時間サンプル数Ｌに対して行った除算の結果Ｎ’＝Ｎ／２／ｓｔｅｐが、整数となる１より大きい値が選択される。周波数ビン選択処理部１３０は、周波数計算間隔ｓｔｅｐにより間引きが行われた後の周波数ビン数Ｎ’＋１の値を、選択周波数インデックスベクトルｋ’の要素数から求める。このため、周波数計算間隔ｓｔｅｐに基づく間引きが行われると、適応重みに係る計算が行われる周波数ビン数は、Ｎ／２からＮ’＋１に減ることになる。
【0043】
【数7】
【0044】
そして、周波数ビン選択処理部１３０は、式（７）の選択周波数インデックスベクトルｋ’に基づいて、式（８）のように、周波数ビンを選択し、抽出する。周波数ビン選択処理部１３０が抽出した周波数ビンは、全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答Ｙ’とする。
【0045】
【数8】
【0046】
全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答Ｙ’は、さらに、式（９）のように表すことができる。ここで、ｙ’ｓ
ｉ＝ｙｓ
ｋ’ｉおよびｙ’ｍ，ｉ＝ｙｍ，ｋ’ｉである。
【0047】
【数9】
【0048】
適応重み間引き計算部１４０は、周波数ビン選択処理部１３０により間引きが行われた全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答Ｙ’に基づき、整相方位θに対する適応重み周波数応答Ｗ’を計算する。ここで、適応重み間引き計算部１４０は、ＡＢＦ処理として、ＭＶＤＲ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ｖａｒｉａｎｃｅ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｅｓｓ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）方式による処理を行うものとして説明する。ただし、これに限定するものではなく、周波数領域で適応重みを更新する処理であれば、適応重み間引き計算部１４０は、他のＡＢＦ方式に基づく処理を行うことができる。
【0049】
適応重み間引き計算部１４０は、周波数ビン選択処理部１３０が選択した全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答ｙ’ｓ
ｉに基づいて、式（１０）のように共分散行列Ｒｉを計算する。ここで、Ｅ［］は、アンサンブル平均演算を表し、［］Ｈは、共役転置を表す。
【0050】
【数10】
【0051】
次に、適応重み間引き計算部１４０は、共分散行列Ｒｉの逆行列Ｒｉ
－１を計算する。共分散行列から逆行列を計算する方法については、様々な方法から任意の方法を選択して行うことができる。一方、適応重み間引き計算部１４０は、ＭＶＤＲの整相方位θに対するｉ番目の選択周波数ｋ’ｉのステアリングベクトルｖｉを、式（１１）に基づいて計算する。ここで、τｍは、整相方位θに対してｍ番目のセンサに与える遅延時間である。また、ｆｓは、サンプリング周波数である。
【0052】
【数11】
【0053】
適応重み間引き計算部１４０は、周波数計算間隔ｓｔｅｐにより間引きが行われた後の周波数ビン数Ｎ’＋１個の選択周波数ｋ’ｉについて、正の周波数に対応する適応重み周波数応答ｗ’ｓ
ｉ（ｉ＝０，１，…，Ｎ’）を、式（１２）に基づいて計算する。ここで、ｗ’ｍ，ｉは、ｍ番目のセンサにおけるｉ番目の選択周波数に対応する適応重み周波数応答の値を表す。
【0054】
【数12】
【0055】
適応重み間引き計算部１４０は、負の周波数に対応する適応重み周波数応答ｗ’ｓ
ｉ（ｉ＝Ｎ’＋１，…，２・Ｎ’－１）は、ｉ＝１，…，Ｎ’－１について計算した適応重み周波数応答ｗ’ｓ
ｉに対して、式（１３）に示すように、複素共役を取る。そして、適応重み間引き計算部１４０は、複素共役を、対応する選択周波数のインデックスｉにセットする。
【0056】
【数13】
【0057】
適応重み間引き計算部１４０は、すべての選択周波数ｋ’ｉ（ｉ＝０，１，…，２・Ｎ’－１）について計算した適応重み周波数応答ｗ’ｓ
ｉから、式（１４）に基づき、全センサおよび選択周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’を得る。
【0058】
【数14】
【0059】
適応重み補間処理部１５０は、選択周波数ｋ’ｉ毎に計算された適応重み周波数応答Ｗ’の値から、計算されなかった適応重み周波数応答Ｗ’の値を補間処理し、全センサおよび全周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’＾を推測する。補間処理に係る方法は、適応重みのインパルス応答に時間領域でゼロを付加する方法と周波数領域で補間する方法とが考えられる。実施の形態１においては、適応重みのインパルス応答に時間領域でゼロを付加する方法について説明する。
【0060】
まず、全センサおよび選択周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’から、式（１５）のように、ｍ番目のセンサについて取り出した行ベクトルの適応重み周波数応答をｗ’ｍ
ｆとする。
【0061】
【数15】
【0062】
適応重み補間処理部１５０は、式（１５）の適応重み周波数応答ｗ’ｍ
ｆに対して逆ＦＦＴを行い、ｍ番目のセンサに対する間引き適応重みインパルス応答ｈ’ｍを得る。この逆ＦＦＴは、式（４）のＦＦＴ基底関数ＣにおけるＦＦＴ次数Ｎを、２・Ｎ’に置き換えた、式（１６）のＦＦＴ基底関数Ｃ’を用いて、式（１７）に基づく計算を行うものである。ここで、ｈ’ｍ，ｎは、ｈ’ｍの時刻ｎにおける値を表す。また、式（１７）の逆ＦＦＴによって得られるｍ番目のセンサに対する間引き適応重みインパルス応答ｈ’ｍのサンプル数は、２・Ｎ’となる。
【0063】
【数16】
【0064】
【数17】
【0065】
図４は、実施の形態１に係る適応重みに関するインパルス応答長制限に関して説明する図である。適応重み補間処理部１５０は、次に、ｈ’ｍにＮ－２・Ｎ’個のゼロを付加してサンプル数Ｎにする。以下では、周波数計算間隔ｓｔｅｐ＝４とし、センサ時間波形をオーバーラップさせた時間サンプル数Ｌ＝Ｎ／２とした場合を例として説明する。そして、図４（ａ）の実線に示すように、ブロードサイド方位へ整相して拘束した場合に、間引き適応重みインパルス応答ｈ’ｍがｎ＝０でピークを持ち、ピークの両側の応答がサンプル数２・Ｎ’＝Ｎ／４の区間の両端に配置されるような条件とする。このとき、ｍ番目のセンサに与える遅延量τｍは０となる。以上の条件で、適応重み補間処理部１５０は、補間処理を行って、適応重み間引き計算部１４０が計算しなかった、補間された適応重み周波数応答ｗ’＾
ｍ
ｆを算出し、全センサおよび全周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’＾を算出する。
【0066】
適応重み補間処理部１５０は、図４（ｂ）に示すように、間引き適応重みインパルス応答ｈ’ｍの時刻ｎ＝Ｎ／８の位置からサンプル数３Ｎ／４のゼロを付加する。これにより、図４（ｂ）の実線に示すような、時刻ｎ＝Ｎ／８，…，７Ｎ／８－１における値がゼロとなるゼロ値区間を有する、サンプル数Ｎのｍ番目のセンサに対するゼロを付加された適応重みインパルス応答ｈ’＾
ｍを得る。
【0067】
たとえば、ＯＬＳ法を利用して適応整相出力の時間波形を計算する場合には、（１８）式に示すような窓関数ｕを乗算し、センサ時間波形をオーバーラップさせた時間サンプル数Ｌまで適応重みインパルス応答のインパルス応答長を制限する必要がある。適応重み補間処理部１５０は、オーバーラップのサイズに応じた窓関数ｕを乗算する。（１８）式において、ｕｎはｕの時刻ｎにおける値を表す。そして、たとえば、センサ時間波形をオーバーラップさせた時間サンプル数Ｌが、Ｌ＝Ｎ／２である場合、時刻ｎ＝Ｎ／８，…，７Ｎ／８－１部分が、ｕのゼロ値区間となる。
【0068】
【数18】
【0069】
ここで、選択によって間引きされた周波数ビンによるインパルス応答長２・Ｎ’と時間サンプル数Ｌとの間に、２・Ｎ’≦Ｌの関係が成り立つ場合がある。この場合、前述の手順で得られるゼロを付加した適応重みインパルス応答ｈ’＾
ｍは、十分にインパルス応答長が制限されている。このため、窓関数ｕの乗算は不要となる。一方、２・Ｎ’≦Ｌの関係が成り立たない場合には、適応重み補間処理部１５０は、式（１９）に示すように、窓関数ｕを乗算し、ｈ’～
ｍを得る。ここで、式（１９）における◎は、要素積（アダマール積）を示す。そして、適応重み補間処理部１５０は、得られたｈ’～
ｍを、式（２０）のように、再度ｈ’＾に置き換える。
【0070】
【数19】
【0071】
【数20】
【0072】
ここでは、センサアレイ２００が有するセンサのうち、図４に示すようなインパルス応答（ｍ番目のセンサに与える遅延量τｍ＝０）を持つセンサの例について説明した。適応重み補間処理部１５０は、他のセンサについても同様にゼロを付加する。このとき、与える遅延量に対して、インパルス応答のピークの位置は、前後する。
【0073】
次に、適応重み補間処理部１５０は、ｍ番目のセンサに対するゼロを付加された適応重みインパルス応答ｈ’＾
ｍに対して、ＦＦＴ次数Ｎ点のＦＦＴについて計算処理を行う。そして、適応重み補間処理部１５０は、ｍ番目のセンサに対する、補間された適応重み周波数応答ｗ’＾
ｍ
ｆを得る。このとき、適応重み補間処理部１５０は、式（２１）に基づいて、ＦＦＴの計算処理を行う。ここで、ｗ’＾
ｍ，ｋは、ｍ番目のセンサについてｋ番目の周波数における適応重み周波数応答の値である。
【0074】
【数21】
【0075】
そして、適応重み補間処理部１５０は、補間された適応重み周波数応答ｗ’＾
ｍ
ｆを、センサアレイ２００における全てのセンサについて計算し、式（２２）によって、全センサおよび全周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’＾を得る。
【0076】
【数22】
【0077】
整相処理部１６０は、適応整相出力ｐを、周波数インデックスｋ毎に計算する。このため、ここでは、ｋ番目の周波数における処理について説明する。適応重み周波数応答Ｗ’のｋ番目の周波数について取り出した列ベクトルを、インパルス応答長が制限されたｋ番目の周波数における適応重み周波数応答Ｗ’＾
ｋ
ｓとする。このとき、適応重み周波数応答Ｗ’＾
ｋ
ｓは、式（２３）で表される。
【0078】
【数23】
【0079】
整相処理部１６０は、式（２３）のＷ’＾
ｋ
ｓと、前述した式（６）で得たｋ番目の周波数における全センサ周波数応答ｙｋ
ｓとを用いて、式（２４）に基づき、ｋ番目の周波数における整相出力ｐｋを計算する。ここで、式（２４）で計算される整相出力ｐｋは、スカラーである。
【0080】
【数24】
【0081】
整相処理部１６０は、全ての周波数ｋ＝０，１，…，Ｎ－１について、整相出力ｐｋを計算して、周波数領域の適応整相出力ｐを算出する。整相処理部１６０が算出する適応整相出力ｐは、式（２５）で表される。
【0082】
【数25】
【0083】
逆ＦＦＴ処理部１７０は、整相処理部１６０から出力された周波数領域の適応整相出力ｐを、式（２６）に基づき、逆ＦＦＴを用いて、時間波形である時間領域の適応整相出力ｑに変換する。ここで、ｑｎは、時間領域の適応整相出力ｑの時刻ｎにおける値である。また、逆ＦＦＴ処理部１７０が処理を行う際に適用する高速フーリエ変換アルゴリズムについては、特に限定するものではない。
【0084】
【数26】
【0085】
逆ＦＦＴ処理部１７０は、得られた時間領域の適応整相出力ｑに対して、ＯＬＳ法に基づき、有効区間ｑ’を選択する処理を行う。ここで選択する有効区間は、式（１９）において、インパルス応答長を制限するために乗算した窓関数ｕのゼロ値区間と同じである。たとえば、窓関数ｕを、前述した式（１８）のように定義する場合、有効区間ｑ’は、式（２６）のｑから、式（２７）のように、時刻インデックスｎ＝Ｌ／２，Ｌ／２＋１，…，Ｎ－Ｌ／２－１の範囲を選択して得ることができる。
【0086】
【数27】
【0087】
以上のように、実施の形態１に係る適応整相処理システムによれば、周波数ビン選択処理部１３０が、適応重み周波数応答を計算する周波数ビンを選択する。また、適応重み間引き計算部１４０は、選択された周波数に関して適応重み周波数応答を計算し、計算されなかった適応重み周波数応答は、適応重み補間処理部１５０が計算された適応重み周波数応答から推測する。周波数ビン数をＮ／２からＮ’＋１に間引いて適応重み周波数応答を計算することで、間引き前前と比べたときに、ＡＢＦ処理における妨害音抑圧性能低下を抑制しつつ、ＡＢＦ処理全体の計算量を削減することができる。
【0088】
たとえば、従来技術では、ＭＶＤＲ方式のように周波数インデックス毎に共分散行列計算および逆行列計算を行う適応重み計算の計算負荷は、センサ数Ｍが多くなるにつれて増加し、ＡＢＦ処理のほぼ全体を占めるようになる。これに対して、実施の形態１の適応整相処理装置１００は、周波数ビン選択処理部１３０における周波数計算間隔ｓｔｅｐを、２以上の整数値にとることで、適応重み間引き計算部１４０の計算負荷をおよそ１／ｓｔｅｐに抑制する効果が得られる。したがって、センサ数Ｍが多い場合には、ＡＢＦ処理全体の処理量に関しても、適応重み計算の処理量抑制効果に近い効果を得ることができることを意味する。
【0089】
たとえば、サンプリング周波数ｆｓ＝４０９６［Ｈｚ］、ＦＦＴ次数Ｎ＝２０４８、方位数θｎ＝１８１、センサ数Ｍ＝１００および周波数計算間隔ｓｔｅｐ＝４という条件とする。このとき、Ｐｙｔｈｏｎ（ｖｅｒｓｉｏｎは３．７）のｎｕｍｐｙ．ｌｉｎａｌｇ．ｉｎｖ関数（Ｎｕｍｐｙライブラリのｖｅｒｓｉｏｎは１．２１．２）を使用して逆行列を計算する。そして、ｔｉｍｅ．ｔｉｍｅ関数を用いて、従来技術による計算速度と実施の形態１における適応整相処理装置１００の計算速度とを測定する。
【0090】
従来技術においては、共分散行列および逆行列計算を行う適応重み計算の計算負荷２３０８［ｓｅｃ］が、全体の負荷２３２７［ｓｅｃ］に対して約９９．２％とほぼ全体の処理量を占めた。一方、適応重み計算の計算負荷２３０８［ｓｅｃ］に対して、実施の形態１における周波数ビン選択処理部１３０、適応重み間引き計算部１４０および適応重み補間処理部１５０が行った計算の計算負荷５７６［ｓｅｃ］は約２５．０％であった。補間による処理の増加を勘案しても、計算負荷は、およそ１／ｓｔｅｐ＝１／４＝２５％であり、ほぼ期待する効果が得られている。このことにより、実施の形態１における適応整相処理装置１００が行うＡＢＦ処理全体の処理量は、従来技術に対して、５９５［ｓｅｃ］／２３２７［ｓｅｃ］＝約２５．６％と、約１／４に低減することが期待できる。
【0091】
図５は、従来技術における妨害音抑圧性能について示す図である。また、図６は、実施の形態１に係る適応整相処理装置１００における妨害音抑圧性能について説明する図である。次に、ＡＢＦ処理の妨害音抑圧性能の観点で評価する。たとえば、目標が発する音波である目標信号は方位４５度、信号周波数９５２［Ｈｚ］の狭帯域信号とする。また、目標信号に対する雑音となる妨害音は、方位７０度、信号周波数１００［Ｈｚ］から２０００［Ｈｚ］の広帯域信号とする。そして、周波数計算間隔ｓｔｅｐ＝４という条件とする。
【0092】
以上の条件において、目標方位４５度に整相したときのＡＢＦのビームパターンは、従来技術では、図５の実線に示すように、破線のＣＢＦに比べて妨害音方位に約４５［ｄＢ］の低減効果が得られている。一方、実施の形態１における適応整相処理装置１００では、図６の実線に示すように、破線に示すＣＢＦのビームパターンに比べて、妨害音方位に約３７［ｄＢ］の抑圧効果がある。従来技術に比べると妨害音抑圧性能は劣化しているが、妨害音に対する抑圧効果は、実用上、十分な効果を有する。
【0093】
以上のように、実施の形態１における適応整相処理装置１００によれば、妨害音抑圧性能は従来技術よりも劣るが、ＣＢＦに対して十分な効果を維持しながら、ＡＢＦ処理全体の計算量を大幅に削減する効果を得ることができる。
【0094】
実施の形態２．
図７は、実施の形態２に係る適応整相処理装置１００を中心とする適応整相システムの構成を示す図である。図７において、図１と同じ符号を付している部などにおいては、実施の形態１において説明したことと同様の処理動作などを行う。
図７は、実施の形態２に係る適応整相処理装置１００を中心とする適応整相システムの構成を示す図である。図７において、図１と同じ符号を付している部などにおいては、実施の形態１において説明したことと同様の処理動作などを行う。
【0095】
実施の形態２における適応整相処理装置１００は、選択周波数設定部１２０Ａが設定する選択周波数インデックスベクトルｋ’が、実施の形態１において選択周波数設定部１２０が設定する選択周波数インデックスベクトルｋ’とは異なる。また、適応重み補間処理部１５０Ａにおける処理が、実施の形態１における適応重み補間処理部１５０の処理とは異なる。
【0096】
実施の形態１では、適応重み補間処理部１５０は、選択された周波数ビンに対する適応重み周波数応答に逆ＦＦＴを行って時間領域に変換し、時間領域でゼロを付加した後、再度ＦＦＴを行い、計算されなかった適応重み周波数応答の値を補間するものであった。このため、実施の形態１における適応整相処理装置１００は、選択周波数設定部１２０の設定に係る選択周波数インデックスベクトルｋ’において、周波数計算間隔（間引き間隔）を等間隔にする必要がある。
【0097】
一方、実施の形態２における適応整相処理装置１００では、適応重み補間処理部１５０Ａは、周波数領域において、適応重み周波数応答の補間処理を行う。このため、選択周波数インデックスベクトルｋ’における周波数計算間隔が等間隔でなくてもよく、選択周波数ｋ’ｉ間の間隔を任意に設定することができる。
【0098】
次に、図７に基づいて、実施の形態２における適応整相処理装置１００の処理動作について、適応重み補間処理部１５０Ａにおける処理を中心に説明する。周波数ビン選択処理部１３０は、装置外部から選択周波数インデックスベクトルｋ’を含む信号が送られる。ここで、実施の形態２における選択周波数インデックスベクトルｋ’は、周波数インデックスｋ＝０を基準として、正の周波数範囲となる、周波数インデックスｋ＝０からｋ＝Ｎ／２までの範囲に対して、式（２８）のように表される。選択周波数ｋ’ｉ（ただし、ｉ＝０，１，２，…，Ｎ’）は、任意の整数を指定することができるが、０≦ｋ’０＜ｋ’１＜ｋ’２＜…＜ｋ’Ｎ’－１＜ｋ’Ｎ’≦Ｎ／２の条件を満足する必要がある。ここで、選択周波数ｋ’ｉにおけるインデックスｉの指定は、実施の形態１で説明した選択周波数インデックスベクトルｋ’と同様に、等間隔でもよい。
【0099】
【数28】
【0100】
周波数ビン選択処理部１３０は、周波数インデックスベクトルｋ’に基づいて、実施の形態１と同様に、前述した式（８）を用いて周波数ビンを選択する。また、周波数ビン選択処理部１３０が式（８）のように全センサ周波数応答Ｙの値を選択することで、全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答Ｙ’は、さらに、前述した式（９）のように表すことができる。
【0101】
実施の形態２における適応重み補間処理部１５０Ａは、周波数インデックスベクトルｋ’に基づいて得られた全センサおよび選択周波数に対するセンサ周波数応答Ｙ’に基づいて、計算されなかった適応重み周波数応答の値を周波数領域で補間処理する。ここでは、適応重み補間処理部１５０Ａは、補間アルゴリズムとして線形補間を用いる場合について説明する。
【0102】
説明を簡単にするために、選択周波数インデックスベクトルｋ’は、０≦ｋ’０＜ｋ’１＜ｋ’２＜…＜ｋ’Ｎ’－１＜ｋ’Ｎ’≦Ｎ／２を満たすものとする。このとき、正の周波数における両端の周波数インデックスｋに、ｋ＝０およびｋ＝Ｎ／２が含まれる。ここで、ｒをｋ’ｉとｋ’ｉ＋１との間の周波数に対するインデックス（ｒ＝０，１，…，ｋ’ｉ＋１－ｋ’ｉ－１）とする。このとき、適応重み補間処理部１５０Ａは、ｋ’ｉからｋ’ｉ＋１の間における適応重み周波数応答ｗ’＾ｓ
ｋ’ｉ＋ｒについて、式（２９）に基づく線形補間処理を行う。
【0103】
【数29】
【0104】
適応重み補間処理部１５０Ａは、式（２９）により、適応重み周波数応答ｗ’＾ｓ
ｋ’ｉ＋ｒを補間する処理を行う。適応重み補間処理部１５０Ａは、選択周波数インデックスベクトルｋ’のｋ’０～ｋ’１，ｋ’１～ｋ’２，…，ｋ’ｉ～ｋ’ｉ＋１，…，ｋ’Ｎ’－１～ｋ’Ｎ’の全ての区間で、適応重み周波数応答ｗ’＾ｓ
ｋ’ｉ＋ｒを補間する。そして、適応重み補間処理部１５０Ａは、最後に、式（３０）に基づいて、正の周波数の高周波端ｋ’Ｎ’＝Ｎ／２における値を格納する。
【0105】
【数30】
【0106】
また、適応重み補間処理部１５０Ａは、負の周波数に対応する適応重み周波数応答ｗ’＾ｓ
ｋ’（ｋ＝Ｎ／２＋１，Ｎ／２＋２，…，Ｎ－１）について、ｋ＝１，２，…，Ｎ／２－２，Ｎ／２－１について適応重み周波数応答ｗ’＾ｓ
ｋ’を計算する。そして、適応重み補間処理部１５０Ａは、式（３１）のように複素共役を取って、対応する周波数インデックスｋにセットする。
【0107】
【数31】
【0108】
適応重み補間処理部１５０Ａは、全ての周波数ｋ＝０，１，…，Ｎ－１について計算した適応重み周波数応答ｗ’＾ｓ
ｋ’から、式（３２）によって、全センサおよび全周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’＾を得る。ここで、Ｗ’＾
ｍ，ｋは、ｍ番目のセンサおよびｋ番目の周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’＾の値である。
【0109】
【数32】
【0110】
ＯＬＳ法を用いて適応整相出力の時間波形を計算する場合には、窓関数ｕを乗算し、センサ時間波形をオーバーラップさせた時間サンプル数Ｌまで、適応重みのインパルス応答長を制限する必要がある。そこで、全センサおよび全周波数に対する適応重み周波数応答Ｗ’＾に対して、ｍ番目のセンサについて取り出した行ベクトルの適応重み周波数応答を、ｗ’＾
ｍ
ｆとする。このとき、適応重み周波数応答ｗ’＾
ｍ
ｆは、式（３３）で表される。
【0111】
【数33】
【0112】
適応重み補間処理部１５０Ａは、式（３４）の適応重み周波数応答ｗ’＾
ｍ
ｆに対して、式（３５）に基づく逆ＦＦＴを行い、ｍ番目のセンサに対する補間された適応重みインパルス応答ｈ’＾
ｍに変換する。ここで、ｈ’＾
ｍ、ｎは、ｈ’＾
ｍの時刻ｎにおける値を表す。ここでは、適応重み補間処理部１５０Ａは、式（３５）に基づく逆ＦＦＴを行ったが、処理を行う際に適用する高速フーリエ変換アルゴリズムについては、特に限定するものではない。
【0113】
【数34】
【0114】
【数35】
【0115】
適応重み補間処理部１５０Ａは、さらに、ｍ番目のセンサに対する補間された適応重みインパルス応答ｈ’＾
ｍに窓関数ｕを乗算する。ここで、窓関数ｕの乗算は、式（３６）に基づいて計算する。
【0116】
【数36】
【0117】
そして、適応重み補間処理部１５０Ａは、窓関数ｕを乗算したインパルス応答ｈ＾
ｍに対し、前述した式（２１）に基づくＦＦＴを行い、周波数応答Ｗ’＾
ｍ
ｆに変換する。整相処理部１６０および逆ＦＦＴ処理部１７０における処理については、実施の形態１において説明したことと同様である。
【0118】
実施の形態１における適応重み補間処理部１５０は、選択された周波数ビンに対する適応重み周波数応答に逆ＦＦＴを行って時間領域に変換し、時間領域でゼロを付加した後、再度ＦＦＴを行い、計算されなかった適応重み周波数応答の値を補間するものであった。このため、実施の形態１では、周波数ビン選択処理部１３０に入力する選択周波数インデックスベクトルｋ’の間引き間隔が等間隔となる。
【0119】
以上のように、実施の形態２における適応整相処理装置１００において、適応重み補間処理部１５０Ａは、周波数領域において適応重み周波数応答の補間処理を行う。実施の形態２における適応重み補間処理部１５０Ａは、適応重み周波数応答に対して周波数領域と時間領域とにおける変換処理および逆変換処理を行わない。このため、選択周波数設定部１２０Ａの設定に係る選択周波数インデックスベクトルｋ’は、等間隔でなくてもよく、任意の間引き間隔を設定することができる。このため、抑圧したい妨害音（雑音）に対する周波数特性のデータが得られている場合には、抑圧したい妨害音が存在する周波数帯域では間引きを少なく抑え、抑圧したい妨害音が存在しない周波数帯域では多く間引いて、ＡＢＦ処理を行うことができる。したがって、計算量を抑制しながら、実施の形態１の適応整相処理装置１００と同等以上の妨害音の抑圧効果を得ることができる。
【0120】
たとえば、サンプリング周波数ｆｓ＝４０９６［Ｈｚ］、ＦＦＴ次数Ｎ＝２０４８、方位数θｎ＝１８１およびセンサ数Ｍ＝１００とする。また、目標信号は、方位４５度、信号周波数９５２［Ｈｚ］の狭帯域信号とする。さらに、妨害音は。方位７０度、信号周波数１００［Ｈｚ］から１０００［Ｈｚ］の広帯域信号とする。そして、妨害音が存在する帯域を含む０［Ｈｚ］～１０２４［Ｈｚ］の帯域では間引きを行わず、妨害音が存在しない１０２４［Ｈｚ］～２０４８［Ｈｚ］の帯域では１６毎に選択するという条件とする。ここで、選択周波数インデックスベクトルｋ’＝［０，１，２，…，Ｎ／４－１，Ｎ／４，Ｎ／４＋１６，Ｎ／４＋３２，…，Ｎ／２－３２，Ｎ／２－１６，Ｎ／２］となる。また、補間アルゴリズムとして線形補間を用いる。このとき、Ｐｙｔｈｏｎ（ｖｅｒｓｉｏｎは３．７）のｎｕｍｐｙ．ｌｉｎａｌｇ．ｉｎｖ関数（Ｎｕｍｐｙライブラリのｖｅｒｓｉｏｎは１．２１．２）を使用して逆行列を計算する。そして、ｔｉｍｅ．ｔｉｍｅ関数を用いて、従来技術による計算速度と実施の形態２における適応整相処理装置１００の計算速度とを測定する。
【0121】
従来技術では、共分散行列および逆行列計算を行う適応重み計算の計算負荷２０４４［ｓｅｃ］が、全体の負荷２０６３［ｓｅｃ］に対して約９９．１％とほぼ全体の処理量を占めた。一方、適応重み計算の計算負荷２０４４［ｓｅｃ］に対して、実施の形態２における周波数ビン選択処理部１３０、適応重み間引き計算部１４０および適応重み補間処理部１５０が行った計算の計算負荷９２６［ｓｅｃ］は約４５．３％であった。補間による処理量の増加を勘案しても、計算負荷は１／２倍の低減効果がある。
【0122】
図８は、従来技術における妨害音抑圧性能について説明する図である。また、図９は、実施の形態２に係る適応整相処理装置１００における妨害音抑圧性能について説明する図である。次に、ＡＢＦ処理の妨害音抑圧性能の観点で評価する。前述した条件において、目標方位４５度に整相したときのＡＢＦのビームパターンは、従来技術では、図８の実線に示すように、破線のＣＢＦのビームパターンに比べて妨害音方位に約４１［ｄＢ］の抑圧効果が得られている。一方、実施の形態２における適応整相処理装置１００では、図９に示すように、妨害音方位への抑圧性能が約４１［ｄＢ］である。
【0123】
以上のように、実施の形態２における適応整相処理装置１００によれば、妨害音抑圧性能は従来技術と同等に維持しつつ、ＡＢＦ処理全体の計算量を削減する効果が得られる。
【0124】
実施の形態３．
前述した実施の形態１および実施の形態２のシステムにおいては、ＡＢＦ処理の適応重みに関する計算を、ＭＶＤＲ方式に基づいて説明した。ただし、これに限定するものではない。周波数インデックス毎に適応重みを計算するものであればよい。たとえば、ＧＳＣ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｓｉｄｅｌｏｂｅ Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）方式またはＥＢＡＥ（Ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ／Ｂｅａｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｃｉｓｉｏｎ）方式など、他の方式を用いて、ＡＢＦ処理の適応重みに関する計算を行ってもよい。
前述した実施の形態１および実施の形態２のシステムにおいては、ＡＢＦ処理の適応重みに関する計算を、ＭＶＤＲ方式に基づいて説明した。ただし、これに限定するものではない。周波数インデックス毎に適応重みを計算するものであればよい。たとえば、ＧＳＣ（Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｓｉｄｅｌｏｂｅ Ｃａｎｃｅｌｌｅｒ）方式またはＥＢＡＥ（Ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ／Ｂｅａｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｅｘｃｉｓｉｏｎ）方式など、他の方式を用いて、ＡＢＦ処理の適応重みに関する計算を行ってもよい。
【0125】
また、前述した実施の形態１および実施の形態２の適応整相処理システムは、高速化の最も効果的な例として、共分散行列の逆行列を用いてＡＢＦ処理の適応重みを計算する適応重み更新アルゴリズムを対象として説明した。ただし、これに限定するものではない。他の周波数領域で適応重みを更新する他の更新アルゴリズムに対して適用し、高速化を達成することができる。たとえば、Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｓ（ＬＭＳ）、Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｌｅａｓｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅｓ（ＮＬＭＳ）またはＲｅｃｕｒｓｉｖｅ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ（ＲＬＳ）などのアルゴリズムを適用することができる。
【0126】
また、前述した実施の形態１および実施の形態２の適応整相処理システムは、ＯＬＳ法に基づいて適応重みインパルス応答のインパルス応答長を制限した。このとき、インパルス応答のピークが区間の両端に配置されるような条件（ｍ番目のセンサに与える遅延量τｍが０となる条件）で適応重みを計算した場合を例にして説明した。
【0127】
たとえば、センサアレイ２００の中心が遅延量を計算する基準である整相中心でない場合、各センサに与える遅延量に対して、インパルス応答の先頭ｈ（ｍ，０）を中心にピークの位置が前後せず、一定のバイアス値を中心にピーク値が前後するようになる。このような場合、式（１４）における窓関数ｕの先頭ｕ０の位置がそのバイアス値となるように、窓関数ｕの要素を前後させるようにすれば、各センサのインパルス応答のピークの平均位置が任意のバイアス値を有するとしても、適用することができる。
【0128】
また、前述した実施の形態２のシステムにおいては、適応重み補間処理部１５０Ａが、計算されなかった適応重み周波数応答の値を周波数領域で補間処理する際、線形補間を行うものとして説明した。ただし、これに限定するものではない。適応重み補間処理部１５０Ａは、他にも、スプライン補間または曲線フィッティングなど、他の補間アルゴリズムに基づいて処理を行うことができる。
【0129】
また、前述した実施の形態２のシステムにおいては、適応重み補間処理部１５０Ａが、正の周波数の両端の周波数インデックスｋ＝０およびｋ＝Ｎ／２が含まれてい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、ｋ＝Ｎ／２が含まれていない場合は、周囲の複数の適応重みから外挿することができる。
【0130】
また、前述した実施の形態１および実施の形態２のシステムにおいては、正の周波数の両端の周波数インデックスｋ＝０およびｋ＝Ｎ／２が含まれている場合について説明したが、特定の周波数帯域においてＡＢＦ処理を適用してもよい。この場合には、適用対象とする特定の周波数帯域を含む帯域に対して、実施の形態１では等間隔で指定を行い、実施の形態２では任意の間隔で指定を行うことができる。
【符号の説明】
【0131】
１０ 制御部
１１ 制御処理装置
１２ メモリ
２０ 記憶部
１００ 適応整相処理装置
１１０ ＦＦＴ処理部
１２０，１２０Ａ 選択周波数設定部
１３０ 周波数ビン選択処理部
１４０ 適応重み間引き計算部
１５０，１５０Ａ 適応重み補間処理部
１６０ 整相処理部
１７０ 逆ＦＦＴ処理部
２００ センサアレイ
１１ 制御処理装置
１２ メモリ
２０ 記憶部
１００ 適応整相処理装置
１１０ ＦＦＴ処理部
１２０，１２０Ａ 選択周波数設定部
１３０ 周波数ビン選択処理部
１４０ 適応重み間引き計算部
１５０，１５０Ａ 適応重み補間処理部
１６０ 整相処理部
１７０ 逆ＦＦＴ処理部
２００ センサアレイ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】