(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】
(24)【登録日】2024-08-05
(45)【発行日】2024-08-14
(54)【発明の名称】浮体検知装置
(51)【国際特許分類】
G01V 1/00 20240101AFI20240806BHJP
【ＦＩ】
G01V1/00 A
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020217196
(22)【出願日】2020-12-25
(65)【公開番号】P2022102460
(43)【公開日】2022-07-07
【審査請求日】2023-08-10
(73)【特許権者】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100170818
【弁理士】
【氏名又は名称】小松 秀輝
(74)【代理人】
【識別番号】100171583
【弁理士】
【氏名又は名称】梅景 篤
(72)【発明者】
【氏名】津久井 智也
【審査官】前田 敏行
(56)【参考文献】
【文献】特開平１０－１８６０２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－０９５２９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１６８１２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１３３４５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２４３８４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－０４３３６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平０９－５０５８９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／００６３７０８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｖ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水面に向かって音波を複数回にわたって送信する送波器と、前記音波の反射波を受信する受波器と、
前記反射波を処理することによって得られる評価信号の振幅の変動からインコヒーレント成分のエネルギーに対するコヒーレント成分のエネルギーの割合を推定し、前記割合と予め定められた閾値とを比較することによって、浮体の有無を判定する分析判定部と、
を備える、浮体検知装置。
【請求項2】
水面に向かって音波を複数回にわたって送信する送波器と、前記音波の反射波を受信する受波器と、
前記反射波を処理することによって得られる評価信号の振幅の変動からインコヒーレント成分のエネルギーに対するコヒーレント成分のエネルギーの割合を推定し、前記割合の平均値に基づいて前記割合を規格化した評価値を算出し、前記評価値と予め定められた閾値とを比較することによって、浮体の有無を判定する分析判定部と、
を備える、浮体検知装置。
【請求項3】
水面に向かって音波を複数回にわたって送信する送波器と、前記音波の反射波を受信する受波器と、
前記反射波を処理することによって得られる評価信号の位相の変動から平均位相の標準偏差を算出し、前記標準偏差と予め定められた閾値とを比較することによって、浮体の有無を判定する分析判定部と、
を備える、浮体検知装置。
【請求項4】
水面に向かって音波を複数回にわたって送信する送波器と、前記音波の反射波を受信する受波器と、
前記反射波を処理することによって得られる評価信号の位相の変動から平均位相の標準偏差を算出し、前記標準偏差の平均値に基づいて前記標準偏差を規格化した評価値を算出し、前記評価値と予め定められた閾値とを比較することによって、浮体の有無を判定する分析判定部と、
を備える、浮体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、浮体検知装置に関する。
【背景技術】
【0002】
水面に浮かんでいる物体（浮体）を水中から検知する装置が知られている。例えば、特許文献１には、水面に浮かんでいる船舶等の浮体から発せられる音波を、水中に配設した複数の受波器で受波することによって、船舶等の浮体の位置を検知する装置が記載されている。かかる装置は、一般にパッシブソナーなどと言われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平３－７３８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
パッシブソナーは、自ら音を発する浮体しか検知できない。自ら音を発しない浮体を検知するために、音波を送波して、浮体等から反射される音波を受波することによって、浮体を検知する装置（アクティブソナー）も考えられている。アクティブソナーは、自ら音を発しない浮体を検知することは可能であるが、装置が複雑かつ高価になる。
【0005】
本開示は、簡易な構成で、自ら音を発しない浮体であっても検知可能な浮体検知装置を説明する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一側面に係る浮体検知装置は、水面に向かって音波を複数回にわたって送信する送波器と、音波の反射波を受信する受波器と、反射波を処理することによって得られる評価信号の振幅又は位相の変動に基づいて浮体の有無を判定する分析判定部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本開示によれば、簡易な構成で、自ら音を発しない浮体であっても検知できる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［１］実施形態の概要
本開示の一側面に係る浮体検知装置は、水面に向かって音波を複数回にわたって送信する送波器と、音波の反射波を受信する受波器と、反射波を処理することによって得られる評価信号の振幅又は位相の変動に基づいて浮体の有無を判定する分析判定部と、を備える。
本開示の一側面に係る浮体検知装置は、水面に向かって音波を複数回にわたって送信する送波器と、音波の反射波を受信する受波器と、反射波を処理することによって得られる評価信号の振幅又は位相の変動に基づいて浮体の有無を判定する分析判定部と、を備える。
【0010】
この浮体検知装置では、評価信号の振幅又は位相の変動に基づいて、浮体の有無が判定される。評価信号は、水面に向かって複数回にわたって送信された音波の反射波を処理することによって得られる。したがって、自ら音を発しない浮体であっても、上記評価信号の振幅又は位相の変動に基づいて、検知することができる。上記評価信号を得るためには、１つの送波器及び１つの受波器が設けられていればよいので、浮体検知装置の構成を簡単化することができる。その結果、簡易な構成で、自ら音を発しない浮体であっても検知することが可能となる。
【0011】
分析判定部は、評価信号の振幅の変動からコヒーレント成分に係る値を推定し、コヒーレント成分に係る値に基づいて、浮体の有無を判定してもよい。波が発生している水面は時間的に上下変動しているため、水面からの反射波を処理することによって得られる評価信号の振幅の変動から推定されるコヒーレント成分に係る値は小さくなる。他方、波が発生している水面に比べて、浮体の時間的な上下変動が極めて小さいため、浮体からの反射波を処理することによって得られる評価信号の振幅の変動から推定されるコヒーレント成分に係る値は大きくなる。このようなコヒーレント成分に係る値の変動特性を利用して、コヒーレント成分に係る値の変動、すなわち、水面の変動を観測することで浮体の有無の判定を簡易化することができる。
【0012】
分析判定部は、コヒーレント成分に係る値の平均値に基づいてコヒーレント成分に係る値を規格化した第１評価値を算出し、第１評価値に基づいて、浮体の有無を判定してもよい。水面の波高に応じて、コヒーレント成分に係る値の絶対値が変動し得る。したがって、コヒーレント成分に係る値そのものを用いて浮体の有無が判定されると、波高が小さい場合には、浮体が存在すると誤判定されるおそれがある。これに対し、第１評価値は、コヒーレント成分に係る値の平均値に基づいてコヒーレント成分に係る値を規格化した値であるので、コヒーレント成分に係る値の平均値に対するコヒーレント成分に係る値の変動を示す。したがって、第１評価値に基づいて浮体の有無を判定することによって、波高の影響を低減することができ、浮体の有無の判定精度を向上させることが可能となる。
【0013】
分析判定部は、評価信号の位相の変動から標準偏差を算出し、標準偏差に基づいて、浮体の有無を判定してもよい。波が発生している水面は時間的に上下変動するため、水面から反射される反射波を処理することによって得られる評価信号の位相は水面の上下変動に応じて変動すると考えられる。すなわち、評価信号の位相変動と水面の上下変動とは相関関係にあると考えられる。そして、評価信号の位相変動は正規分布に従うことが知られているから、位相の標準偏差から水面の上下変動が推定され得る。波が発生している水面の上下変動に比べて、浮体の時間的な上下変動は極めて小さいと考えられるため、水面からの反射波を処理することによって得られる評価信号の位相変動は、浮体からの反射波を処理することによって得られる評価信号の位相変動よりも大きくなる。この評価信号の位相の変動特性を利用して、標準偏差の変動、すなわち水面の上下変動を観測することで浮体の有無の判定を簡易化することができる。
【0014】
分析判定部は、標準偏差の平均値に基づいて標準偏差を規格化した第２評価値を算出し、第２評価値に基づいて、浮体の有無を判定してもよい。水面の波高に応じて、評価信号の標準偏差の絶対値が変動し得る。したがって、標準偏差そのものを用いて浮体の有無が判定されると、波高が小さい場合には、浮体が存在すると誤判定されるおそれがある。これに対し、第２評価値は、標準偏差の平均値に基づいて標準偏差を規格化した値であるので、標準偏差の平均値に対する標準偏差の変動を示す。したがって、第２評価値に基づいて浮体の有無を判定することによって、波高の影響を低減することができ、浮体の有無の判定精度を向上させることが可能となる。
【0015】
［２］実施形態の例示
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号が付され、重複する説明は省略される。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号が付され、重複する説明は省略される。
【0016】
図１を参照して、まず浮体検知システムの概要を説明する。図１は、浮体検知システムの概略構成図である。図１に示される浮体検知システム１は、例えば、水中ＵＷにおいて各種作業及び探査等を行う水中機器に搭載され、水中機器が安全に水面Ｗに浮上できるように制御するシステムである。水中機器の例としては、水中航走体、及び水流発電装置が挙げられる。浮体検知システム１は、管制装置５と浮体検知装置６とを備えている。
【0017】
管制装置５は、水中機器を管制する装置である。管制装置５は、水中機器が浮上する際に、浮体検知装置６に浮上確認指示を送信することによって、浮体検知装置６に浮遊物（浮体）の有無を判定させる。管制装置５は、浮体検知装置６から浮上指示を受信すると、水中機器を浮上させる。管制装置５は、浮体検知装置６から待機指示を受信すると、水中機器を水中に待機させる。
【0018】
浮体検知装置６は、浮体７１を検知する装置である。浮体検知装置６は、管制装置５から浮上確認指示を受信すると、後述の浮体検知処理（浮体検知方法）を実施する。浮体検知装置６は、水面Ｗに浮体７１が存在しないと判定したことに応じて、管制装置５に浮上指示を送信する。浮体検知装置６は、水面Ｗに浮体７１が存在すると判定したことに応じて、管制装置５に待機指示を送信する。浮体検知装置６は、送波器２と、受波器３と、分析判定部４と、を備えている。本実施形態では、送波器２の数は１つであり、受波器３の数は１つである。
【0019】
送波器２は、水面Ｗに向けて音波Ｗｔを送波する機器である。送波器２は、例えば、浮体検知装置６の真上に音波Ｗｔを送波可能なように配置されている。送波器２は、例えば、水面Ｗの定位置に向けて所定の時間間隔で繰り返し音波Ｗｔを送波する。送波器２は、分析判定部４からの基準信号ｓ（ｔ）に応じて音波Ｗｔを送波する。送波器２は、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）と、増幅器と、圧電素子と、を含む。ＤＡＣは、分析判定部４からの基準信号ｓ（ｔ）をアナログ信号に変換する。増幅器は、ＤＡＣによって変換されたアナログ信号を増幅する。圧電素子は、増幅器によって増幅されたアナログ信号に応じて音波Ｗｔを発生する。
【0020】
受波器３は、音波Ｗｔの反射波Ｗｒを受波する機器である。受波器３は、例えば、浮体検知装置６の真上からの反射波Ｗｒを受波可能なように配置されている。受波器３は、反射波Ｗｒを反射信号ｙ（ｔ）に変換し、反射信号ｙ（ｔ）を浮体検知装置６に送信する。受波器３は、圧電素子と、増幅器と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）と、を含む。圧電素子は、反射波Ｗｒを電気信号に変換する。増幅器は、圧電素子によって変換された電気信号を増幅する。ＡＤＣは、増幅器によって増幅された電気信号をデジタル信号である反射信号ｙ（ｔ）に変換する。図２に示されているように、反射波Ｗｒの例として、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１と、浮体７１からの反射波Ｗｒ２と、が挙げられる。水面Ｗの上下変動に比べて浮体７１の上下変動は極めて小さいため、反射信号ｙ（ｔ）に係る振幅及び位相成分の変動特性は異なることが考えられる。
【0021】
分析判定部４は、反射信号ｙ（ｔ）に基づいて、反射信号ｙ（ｔ）に係る振幅又は位相成分の変動特性を分析し、水面Ｗ上に浮体７１が存在するか否かを判定する。分析判定部４は、プロセッサ、メモリ、及び通信回路等のハードウェアを備えるコンピュータとして構成される。プロセッサの例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）が挙げられる。メモリは、主記憶装置、及び補助記憶装置を含み得る。主記憶装置は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）によって構成される。補助記憶装置の例としては、ハードディスク及びフラッシュメモリが挙げられる。通信回路は、他の機器との間の通信を行う。これらの構成要素が動作することにより、分析判定部４の各機能部が実現される。
【0022】
次に、図３～図５を参照して、分析判定部４の機能構成を詳述する。図３は、一実施形態に係る浮体検知装置の概略構成図である。図４は、図３に示されるインパルス応答計算部１０、評価信号発生部２０、直交検波部３０、及び振幅・位相演算部４０の詳細構成の一例を示す図である。図５は、図３に示されるデータ分析部５０の詳細構成の一例を示す図である。図３に示されるように、分析判定部４は、インパルス応答計算部１０、評価信号発生部２０、直交検波部３０、振幅・位相演算部４０、データ分析部５０及び浮体判定部６０を備えている。後述の浮体検知方法の説明において、各機能部の機能（動作）を詳細に説明するので、ここでは各機能部の機能を簡単に説明する。
【0023】
［インパルス応答計算部１０］
インパルス応答計算部１０は、反射信号ｙ（ｔ）に基づいて、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を算出する機能部である。インパルス応答計算部１０は、基準信号ｓ（ｔ）を生成し、基準信号ｓ（ｔ）を送波器２に送信する。インパルス応答計算部１０は、受波器３から反射信号ｙ（ｔ）を受信し、反射信号ｙ（ｔ）を処理することによって、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を生成する。インパルス応答計算部１０は、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を評価信号発生部２０に出力する。図４に示されるように、インパルス応答計算部１０は、ＤＦＴ部１１と、基準信号発生部１２と、基準ＤＦＴ部１３と、除算部１４と、ＩＤＦＴ部１５と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
インパルス応答計算部１０は、反射信号ｙ（ｔ）に基づいて、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を算出する機能部である。インパルス応答計算部１０は、基準信号ｓ（ｔ）を生成し、基準信号ｓ（ｔ）を送波器２に送信する。インパルス応答計算部１０は、受波器３から反射信号ｙ（ｔ）を受信し、反射信号ｙ（ｔ）を処理することによって、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を生成する。インパルス応答計算部１０は、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を評価信号発生部２０に出力する。図４に示されるように、インパルス応答計算部１０は、ＤＦＴ部１１と、基準信号発生部１２と、基準ＤＦＴ部１３と、除算部１４と、ＩＤＦＴ部１５と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
【0024】
［評価信号発生部２０］
評価信号発生部２０は、インパルス応答信号ｈ（ｔ）に基づいて、評価信号ｗ（ｔ）を生成する機能部である。評価信号発生部２０は、インパルス応答計算部１０からインパルス応答信号ｈ（ｔ）を受け取ると、インパルス応答信号ｈ（ｔ）にトーンバースト信号ｕ（ｔ）を畳み込むことによって、評価信号ｗ（ｔ）を生成する。水面Ｗからの反射波Ｗｒを利用するような線形システムであれば、インパルス応答信号ｈ（ｔ）に任意の信号を畳み込むことによって任意の信号を水面Ｗに照射した際と同等な信号を計算によって得ることができる。ここで、畳み込みとは、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を平行移動しながら任意の信号を重ね足し合わせる二項演算である。本実施形態においては、任意の信号として公知のトーンバースト信号ｕ（ｔ）が使用されている。つまり、評価信号発生部２０は、トーンバースト信号ｕ（ｔ）を水面Ｗに照射した際に得られる信号と同等の評価信号ｗ（ｔ）を算出している。評価信号発生部２０は、評価信号ｗ（ｔ）を直交検波部３０に出力する。図４に示されるように、評価信号発生部２０は、畳み込み演算部２１と、トーンバースト信号発生部２２と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
評価信号発生部２０は、インパルス応答信号ｈ（ｔ）に基づいて、評価信号ｗ（ｔ）を生成する機能部である。評価信号発生部２０は、インパルス応答計算部１０からインパルス応答信号ｈ（ｔ）を受け取ると、インパルス応答信号ｈ（ｔ）にトーンバースト信号ｕ（ｔ）を畳み込むことによって、評価信号ｗ（ｔ）を生成する。水面Ｗからの反射波Ｗｒを利用するような線形システムであれば、インパルス応答信号ｈ（ｔ）に任意の信号を畳み込むことによって任意の信号を水面Ｗに照射した際と同等な信号を計算によって得ることができる。ここで、畳み込みとは、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を平行移動しながら任意の信号を重ね足し合わせる二項演算である。本実施形態においては、任意の信号として公知のトーンバースト信号ｕ（ｔ）が使用されている。つまり、評価信号発生部２０は、トーンバースト信号ｕ（ｔ）を水面Ｗに照射した際に得られる信号と同等の評価信号ｗ（ｔ）を算出している。評価信号発生部２０は、評価信号ｗ（ｔ）を直交検波部３０に出力する。図４に示されるように、評価信号発生部２０は、畳み込み演算部２１と、トーンバースト信号発生部２２と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
【0025】
［直交検波部３０］
直交検波部３０は、評価信号ｗ（ｔ）に対して直交検波を実施する機能部である。直交検波部３０は、評価信号発生部２０から評価信号ｗ（ｔ）を受け取ると、評価信号ｗ（ｔ）の直交成分である信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を求める。直交検波部３０は、信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を振幅・位相演算部４０に出力する。図４に示されるように、直交検波部３０は、遅延発生部３１と、乗算部３２と、乗算部３３と、乗算部３４と、乗算部３５と、加算部３６と、加算部３７と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
直交検波部３０は、評価信号ｗ（ｔ）に対して直交検波を実施する機能部である。直交検波部３０は、評価信号発生部２０から評価信号ｗ（ｔ）を受け取ると、評価信号ｗ（ｔ）の直交成分である信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を求める。直交検波部３０は、信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を振幅・位相演算部４０に出力する。図４に示されるように、直交検波部３０は、遅延発生部３１と、乗算部３２と、乗算部３３と、乗算部３４と、乗算部３５と、加算部３６と、加算部３７と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
【0026】
［振幅・位相演算部４０］
振幅・位相演算部４０は、評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘ及び平均位相φを演算する機能部である。振幅・位相演算部４０は、直交検波部３０から信号ａ（ｔ）及びｂ（ｔ）を受け取ると、平均振幅ｘ及び平均位相φを算出してデータ分析部５０に出力する。図４に示されるように、振幅・位相演算部４０は、振幅演算部４１と、平均処理部４２と、位相演算部４３と、平均処理部４４と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
振幅・位相演算部４０は、評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘ及び平均位相φを演算する機能部である。振幅・位相演算部４０は、直交検波部３０から信号ａ（ｔ）及びｂ（ｔ）を受け取ると、平均振幅ｘ及び平均位相φを算出してデータ分析部５０に出力する。図４に示されるように、振幅・位相演算部４０は、振幅演算部４１と、平均処理部４２と、位相演算部４３と、平均処理部４４と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
【0027】
［データ分析部５０］
データ分析部５０は、平均振幅ｘ及び平均位相φに基づいて、水面Ｗの変動を示すパラメータの値を算出する機能部である。本実施形態では、水面Ｗの変動を示すパラメータとして、割合γと、標準偏差σθと、が用いられる。割合γは、評価信号ｗ（ｔ）のインコヒーレント成分のエネルギーに対する評価信号ｗ（ｔ）のコヒーレント成分のエネルギーの割合である。標準偏差σθは、平均位相φの標準偏差である。データ分析部５０は、複数の平均振幅ｘを統計的に解析することによって、割合γを算出する。データ分析部５０は、複数の平均位相φを統計的に解析することによって、標準偏差σθを算出する。データ分析部５０は、割合γ及び標準偏差σθを浮体判定部６０に出力する。図５に示されるように、データ分析部５０は、記憶部５１と、統計量推定部５２と、コヒーレント成分推定部５３と、統計量推定部５４と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
データ分析部５０は、平均振幅ｘ及び平均位相φに基づいて、水面Ｗの変動を示すパラメータの値を算出する機能部である。本実施形態では、水面Ｗの変動を示すパラメータとして、割合γと、標準偏差σθと、が用いられる。割合γは、評価信号ｗ（ｔ）のインコヒーレント成分のエネルギーに対する評価信号ｗ（ｔ）のコヒーレント成分のエネルギーの割合である。標準偏差σθは、平均位相φの標準偏差である。データ分析部５０は、複数の平均振幅ｘを統計的に解析することによって、割合γを算出する。データ分析部５０は、複数の平均位相φを統計的に解析することによって、標準偏差σθを算出する。データ分析部５０は、割合γ及び標準偏差σθを浮体判定部６０に出力する。図５に示されるように、データ分析部５０は、記憶部５１と、統計量推定部５２と、コヒーレント成分推定部５３と、統計量推定部５４と、を備えている。これらの機能部については、後述の浮体検知方法の説明において詳述する。
【0028】
［浮体判定部６０］
浮体判定部６０は、割合γ及び標準偏差σθに基づいて、浮体７１の有無を判定する機能部である。浮体判定部６０は、所定の判定条件が満たされている場合に浮体７１が存在すると判定し、判定条件が満たされていない場合に浮体７１が存在しないと判定する。判定条件としては、例えば、割合γが閾値Ｔｈａよりも大きく、かつ、標準偏差σθが閾値Ｔｈｂよりも小さいという条件が用いられる。閾値Ｔｈａ及び閾値Ｔｈｂは、実験などによって予め定められている。浮体判定部６０は、浮体７１が存在しないと判定した場合には、管制装置５に浮上指示を送信する。浮体判定部６０は、浮体７１が存在すると判定した場合には、待機指示を管制装置５に送信する。
浮体判定部６０は、割合γ及び標準偏差σθに基づいて、浮体７１の有無を判定する機能部である。浮体判定部６０は、所定の判定条件が満たされている場合に浮体７１が存在すると判定し、判定条件が満たされていない場合に浮体７１が存在しないと判定する。判定条件としては、例えば、割合γが閾値Ｔｈａよりも大きく、かつ、標準偏差σθが閾値Ｔｈｂよりも小さいという条件が用いられる。閾値Ｔｈａ及び閾値Ｔｈｂは、実験などによって予め定められている。浮体判定部６０は、浮体７１が存在しないと判定した場合には、管制装置５に浮上指示を送信する。浮体判定部６０は、浮体７１が存在すると判定した場合には、待機指示を管制装置５に送信する。
【0029】
次に、図６を参照して、浮体検知装置６が実施する浮体検知方法を説明する。図６は、図３に示される浮体検知装置６が実施する浮体検知方法を示すフローチャートである。浮体検知装置６が管制装置５から浮上確認指示を受信すると、浮体検知方法の一連の処理が開始される。
【0030】
まず、インパルス応答計算部１０がインパルス応答信号ｈ（ｔ）を計算する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、受波器３から送信された反射信号ｙ（ｔ）とインパルス応答計算部１０内部で生成された基準信号ｓ（ｔ）とを使用して、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を計算する処理が実行される。ステップＳ１の処理を具体的に説明する。
【0031】
まず、基準信号発生部１２が基準信号ｓ（ｔ）を発生（生成）する。インパルス応答信号ｈ（ｔ）を得るために純粋なインパルス信号（デルタ関数）を基準信号ｓ（ｔ）として使用できればよいが、実際には送波器２の周波数帯域の制限などにより純粋なインパルス信号を使用することは困難である。したがって、本実施形態では、基準信号ｓ（ｔ）として、インパルス応答を計測可能な信号が使用される。すなわち、後処理において、自己相関関数を取ることによってインパルス信号が得られるような信号が、基準信号ｓ（ｔ）として使用される。このような基準信号ｓ（ｔ）の例としては、チャープ信号、Ｍ系列（Maximum Length Sequence）信号、ＴＳＰ（Time Stretched Pulse）信号、及びＧｏｌｄ系列信号が挙げられる。このような基準信号ｓ（ｔ）の反射信号ｙ（ｔ）を処理することにより、純粋なインパルス信号を送信したのと同じ効果が得られる。基準信号発生部１２は、公知の手法により基準信号ｓ（ｔ）を生成する。
【0032】
そして、基準信号発生部１２は、基準信号ｓ（ｔ）を送波器２及び基準ＤＦＴ部１３に出力する。なお、基準信号発生部１２は、所定の時間間隔で基準信号ｓ（ｔ）を繰り返し送波器２及び基準ＤＦＴ部１３に出力する。以降の処理においては、１つの基準信号ｓ（ｔ）について主に説明を行うが、他の基準信号ｓ（ｔ）についても同様である。
【0033】
送波器２は、基準信号発生部１２から基準信号ｓ（ｔ）を受け取ると、基準信号ｓ（ｔ）に応じた音波Ｗｔを生成し、音波Ｗｔを水面Ｗに向けて送波する。この音波Ｗｔが水面Ｗ又は浮体７１によって反射され、受波器３が音波Ｗｔの反射波Ｗｒを受波する。そして、受波器３は、反射波Ｗｒを反射信号ｙ（ｔ）に変換し、浮体検知装置６（ＤＦＴ部１１）に送信する。そして、ＤＦＴ部１１は、受波器３から反射信号ｙ（ｔ）を受け取ると、反射信号ｙ（ｔ）をフーリエ変換することによって反射信号Ｙ（ｆ）を生成し、反射信号Ｙ（ｆ）を除算部１４に出力する。一方、基準ＤＦＴ部１３は、基準信号発生部１２から基準信号ｓ（ｔ）を受け取ると、基準信号ｓ（ｔ）をフーリエ変換することによって基準信号Ｓ（ｆ）を生成し、基準信号Ｓ（ｆ）を除算部１４に出力する。
【0034】
そして、除算部１４は、ＤＦＴ部１１から反射信号Ｙ（ｆ）を受け取り、基準ＤＦＴ部１３から基準信号Ｓ（ｆ）を受け取ると、反射信号Ｙ（ｆ）を基準信号Ｓ（ｆ）で除算することによって、信号Ｈ（ｆ）を得る。そして、除算部１４は、信号Ｈ（ｆ）をＩＤＦＴ部１５に出力する。そして、ＩＤＦＴ部１５は、除算部１４から信号Ｈ（ｆ）を受け取ると、信号Ｈ（ｆ）を逆フーリエ変換することによって、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を計算し、インパルス応答信号ｈ（ｔ）を評価信号発生部２０に出力する。
【0035】
続いて、評価信号発生部２０は、評価信号ｗ（ｔ）を発生する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、インパルス応答計算部１０から出力されたインパルス応答信号ｈ（ｔ）と、評価信号発生部２０内部で生成されたトーンバースト信号ｕ（ｔ）とを使用して、評価信号ｗ（ｔ）を発生する処理が実行される。ステップＳ２の処理を具体的に説明する。
【0036】
まず、トーンバースト信号発生部２２がトーンバースト信号ｕ（ｔ）を生成（発生）し、トーンバースト信号ｕ（ｔ）を畳み込み演算部２１に出力する。トーンバースト信号発生部２２は、公知の手法によりトーンバースト信号ｕ（ｔ）を生成する。そして、畳み込み演算部２１は、インパルス応答計算部１０（ＩＤＦＴ部１５）からインパルス応答信号ｈ（ｔ）を受け取り、トーンバースト信号発生部２２からトーンバースト信号ｕ（ｔ）を受け取ると、インパルス応答信号ｈ（ｔ）とトーンバースト信号ｕ（ｔ）とを畳み込むことによって評価信号ｗ（ｔ）を算出し、評価信号ｗ（ｔ）を直交検波部３０に出力する。
【0037】
続いて、直交検波部３０は、評価信号ｗ（ｔ）に対して直交検波処理を行う（ステップＳ３）。ステップＳ３では、評価信号ｗ（ｔ）の直交成分である信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を算出するための処理が実行される。ステップＳ３の処理を具体的に説明する。
【0038】
まず、乗算部３２は、評価信号発生部２０（畳み込み演算部２１）から評価信号ｗ（ｔ）を受け取ると、評価信号ｗ（ｔ）と余弦波ｃｏｓ（ωｔ）とを乗算し、乗算結果を加算部３６に出力する。同様に、乗算部３３は、評価信号発生部２０（畳み込み演算部２１）から評価信号ｗ（ｔ）を受け取ると、評価信号ｗ（ｔ）と正弦波－ｓｉｎ（ωｔ）とを乗算し、乗算結果を加算部３７に出力する。遅延発生部３１は、評価信号発生部２０（畳み込み演算部２１）から評価信号ｗ（ｔ）を受け取ると、評価信号ｗ（ｔ）をπ／２［rad］だけ遅延させることによって、遅延信号ｗ（ｔ－π／２）を得て、遅延信号ｗ（ｔ－π／２）を乗算部３４及び乗算部３５に出力する。
【0039】
そして、乗算部３４は、遅延発生部３１から遅延信号ｗ（ｔ－π／２）を受け取ると、遅延信号ｗ（ｔ－π／２）と正弦波ｓｉｎ（ωｔ）とを乗算し、乗算結果を加算部３６に出力する。同様に、乗算部３５は、遅延発生部３１から遅延信号ｗ（ｔ－π／２）を受け取ると、遅延信号ｗ（ｔ－π／２）と余弦波ｃｏｓ（ωｔ）とを乗算し、乗算結果を加算部３７に出力する。そして、加算部３６は、乗算部３２及び乗算部３４からそれぞれ乗算結果を受け取ると、これらの乗算結果を加算することによって信号ａ（ｔ）を算出し、信号ａ（ｔ）を振幅・位相演算部４０に出力する。他方、加算部３７は、乗算部３３及び乗算部３５からそれぞれ乗算結果を受け取ると、これらの乗算結果を加算することによって信号ｂ（ｔ）を算出し、信号ｂ（ｔ）を振幅・位相演算部４０に出力する。
【0040】
続いて、振幅・位相演算部４０は、評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘ及び平均位相φを演算する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を使用して、評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘ及び平均位相φを演算するための処理が実行される。ステップＳ４の処理を具体的に説明する。
【0041】
評価信号ｗ（ｔ）は、式（１）で表現され得る。
【数1】
【0042】
まず、振幅演算部４１は、直交検波部３０から信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を受け取ると、信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を用いて式（２）に示される計算を行うことによって、振幅ｘ（ｔ）を算出する。そして、振幅演算部４１は、振幅ｘ（ｔ）を平均処理部４２に出力する。
【数2】
【0043】
ここで、評価信号ｗ（ｔ）はある程度の時間幅Δｔで発信されているので、平均処理部４２は、振幅演算部４１から振幅ｘ（ｔ）を受け取ると、振幅ｘ（ｔ）を時間幅Δｔで切り出して、平均振幅ｘを算出する。そして、平均処理部４２は、平均振幅ｘをデータ分析部５０に出力し、平均振幅ｘを記憶部５１に格納する。本実施形態では、時間幅Δｔはトーンバースト信号ｕ（ｔ）のトーンバースト長に相当する。
【0044】
また、位相演算部４３は、直交検波部３０から信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を受け取ると、信号ａ（ｔ）及び信号ｂ（ｔ）を用いて式（３）に示される計算を行うことによって、位相φ（ｔ）を算出する。そして、位相演算部４３は、位相φ（ｔ）を平均処理部４４に出力する。
【数3】
【0045】
そして、平均処理部４４は、位相演算部４３から位相φ（ｔ）を受け取ると、位相φ（ｔ）を時間幅Δｔで切り出して、平均位相φを算出する。そして、平均処理部４４は、平均位相φをデータ分析部５０に出力し、平均位相φを記憶部５１に格納する。以上のように、１つの基準信号ｓ（ｔ）及びインパルス応答信号ｈ（ｔ）、すなわち１つの評価信号ｗ（ｔ）に対して１つの平均振幅ｘ及び１つの平均位相φが算出される。上述のように、基準信号ｓ（ｔ）が繰り返し出力されるので、各基準信号ｓ（ｔ）に対して、平均振幅ｘ及び平均位相φが算出される。
【0046】
続いて、データ分析部５０は、評価信号ｗ（ｔ）（反射波Ｗｒ）のコヒーレント成分（コヒーレント成分に係る値）を推定する（ステップＳ５）。ステップＳ５では、記憶部５１に保存されている平均振幅ｘのデータ群（ｘ１，ｘ２，ｘ３，・・・，ｘｎ）を使用して統計的な解析を行って、インコヒーレント成分のエネルギーに対するコヒーレント成分のエネルギーの割合γを推定する処理が実行される。平均振幅ｘ１，ｘ２，ｘ３，・・・，ｘｎは、例えば、時系列順に配列された平均振幅ｘである。平均振幅ｘｉは、ｉ番目の平均振幅ｘであり、ｉ番目に算出された平均振幅ｘである。ステップＳ５の処理を具体的に説明する。
【0047】
波は時々刻々と上下変動しているため、波が発生している水面Ｗからの反射波Ｗｒを処理することにより得られる評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘ及び平均位相φも変動する。平均振幅ｘの分布は、ライス分布に従うことが知られており、平均位相φの分布は、正規分布に従うことが知られている。
【0048】
まず、統計量推定部５２は、記憶部５１から平均振幅ｘのデータ群を読み出し、平均振幅ｘのデータ群を統計的に解析する。統計量推定部５２は、例えば、記憶部５１に格納されている平均振幅ｘのうち、最新のｎ個の平均振幅ｘを読み出す。上述のように、平均振幅ｘの変動はライス分布に従うと仮定して、最尤法を用いて非深度パラメータＡ及びスケールパラメータσが推定される。そして、統計量推定部５２は、非深度パラメータＡ及びスケールパラメータσをコヒーレント成分推定部５３に出力する。そして、コヒーレント成分推定部５３は、非深度パラメータＡとスケールパラメータσを用いて、式（４）に示される計算を行うことによって、インコヒーレント成分のエネルギーに対するコヒーレント成分のエネルギーの割合γを推定する。そして、コヒーレント成分推定部５３は、割合γを浮体判定部６０に出力する。
【数4】
【0049】
続いて、データ分析部５０は、水面変動を推定する（ステップＳ６）。ステップＳ６では、記憶部５１に保存されている平均位相φのデータ群（φ１，φ２，φ３，・・・φｎ）を使用して統計的な解析を行って、平均位相φの標準偏差σθを推定する処理が実行される。平均位相φ１，φ２，φ３，・・・，φｎは、例えば、時系列順に配列された平均位相φである。平均位相φｉは、ｉ番目の平均位相φであり、ｉ番目に算出された平均位相φである。ステップＳ６の処理を具体的に説明する。
【0050】
まず、統計量推定部５４は、記憶部５１から平均位相φのデータ群を読み出し、平均位相φのデータ群を統計的に解析する。統計量推定部５４は、例えば、記憶部５１に格納されている平均位相φのうち、最新のｎ個の平均位相φを読み出す。上述のように、平均位相φの変動は正規分布に従うと仮定して、平均値μ及び標準偏差σθが算出される。そして、統計量推定部５４は、水面変動を推定するパラメータとして標準偏差σθを浮体判定部６０に出力する。
【0051】
続いて、浮体判定部６０は、割合γ及び標準偏差σθが判定条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ７）。ここでは、判定条件として、割合γが閾値Ｔｈａよりも大きく、かつ、標準偏差σθが閾値Ｔｈｂよりも小さいという条件が用いられる。浮体判定部６０は、割合γと閾値Ｔｈａとを比較し、標準偏差σθと閾値Ｔｈｂとを比較する。そして、割合γが閾値Ｔｈａよりも大きく、かつ、標準偏差σθが閾値Ｔｈｂよりも小さい場合（ステップＳ７；ＹＥＳ）、浮体判定部６０は、浮体７１が存在する（浮体有）と判定する（ステップＳ８）。そして、浮体判定部６０は、待機指示を管制装置５に送信する。以上により、浮体検知方法の一連の処理が終了する。
【0052】
一方、ステップＳ７において、割合γが閾値Ｔｈａよりも小さいか、標準偏差σθが閾値Ｔｈｂよりも大きい場合に、浮体判定部６０は、浮体７１が存在しない（浮体無）と判定する（ステップＳ９）。そして、浮体判定部６０は、浮上指示を管制装置５に送信する。以上により、浮体検知方法の一連の処理が終了する。
【0053】
なお、ステップＳ６は、ステップＳ５よりも先に行われてもよく、ステップＳ５と並行して行われてもよい。
【0054】
次に、図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照して、本実施形態の作用効果を説明する。図７（ａ）は、割合γの変動特性を示すグラフである。縦軸は割合γを示し、横軸は時間ｔを示す。期間Ｔｒ２は、例えば、送波器２及び受波器３の真上の水面Ｗを浮体７１が通過している期間、すなわち反射波Ｗｒ２が受波器３により受波されている期間を表している。期間Ｔｒ１は、例えば、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１が受波器３により受波されている期間を表している。実線は割合γの変動を示しており、浮体７１が通過する期間Ｔｒ２において、割合γが上昇している。この割合γの上昇局面をとらえることにより、浮体７１が水面Ｗに存在するか否かを判定することができる。上昇局面は、例えば、割合γと閾値Ｔｈａとの比較により容易にとらえることができる。なお、グラフに示される破線の意味については、後述する。
【0055】
図７（ｂ）は、標準偏差σθの変動特性を示すグラフである。縦軸は標準偏差σθを示し、横軸は時間ｔを示す。期間Ｔｒ１及び期間Ｔｒ２については図７（ａ）のグラフと同じである。実線は、標準偏差σθの変動を示しており、期間Ｔｒ２において、標準偏差σθの値が下降している。この標準偏差σθの下降局面をとらえることにより、浮体７１が存在するか否かを判定することができる。この下降局面は、例えば、標準偏差σθと閾値Ｔｈｂとの比較により容易にとらえることができる。破線の意味については、後述する。
【0056】
以上説明した浮体検知装置６では、評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘ及び平均位相φの変動に基づいて、浮体７１の有無が判定される。評価信号ｗ（ｔ）は、水面Ｗに向かって複数回にわたって送波された音波Ｗｔの反射波Ｗｒを処理することによって得られる。したがって、自ら音を発しない浮体７１であっても、評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘ及び平均位相φの変動に基づいて、検知することができる。評価信号ｗ（ｔ）を得るためには、１つの送波器２及び１つの受波器３が設けられていればよいので、浮体検知装置６の構成を簡単化することができる。その結果、簡易な構成で、自ら音を発しない浮体７１であっても検知することが可能となる。
【0057】
具体的には、分析判定部４は、評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘの変動からコヒーレント成分に係る値を推定し、コヒーレント成分に係る値に基づいて、浮体７１の有無を判定する。波が発生している水面Ｗは時間的に上下変動しているため、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１の反射点が不規則に変動する。その結果、インコヒーレント成分が支配的になり、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１を処理することによって得られる評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘから推定されるコヒーレント成分に係る値は小さくなる。他方、波が発生している水面Ｗに比べて、浮体７１の時間的な上下変動が極めて小さいため、浮体７１からの反射波Ｗｒ２の反射点の変動は極めて小さい。その結果、コヒーレント成分が支配的となり、浮体７１からの反射波Ｗｒ２を処理することによって得られる評価信号ｗ（ｔ）の平均振幅ｘから推定されるコヒーレント成分に係る値は大きくなる。このようなコヒーレント成分に係る値の変動特性を利用して、コヒーレント成分に係る値の変動、すなわち、水面Ｗの変動を観測することで浮体７１の有無の判定を簡易化することができる。
【0058】
分析判定部４は、評価信号ｗ（ｔ）の平均位相φの変動から標準偏差σθを算出し、標準偏差σθに基づいて、浮体７１の有無を判定する。波が発生している水面Ｗは時間的に上下変動しているため、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１の反射点が不規則に変動する。その結果、水面Ｗから反射される反射波Ｗｒ１を処理することによって得られる評価信号ｗ（ｔ）の平均位相φは水面Ｗの上下変動に応じて変動すると考えられる。すなわち、評価信号ｗ（ｔ）の平均位相φの変動と水面Ｗの上下変動とは相関関係にあると考えられる。そして、評価信号ｗ（ｔ）の平均位相φの変動は正規分布に従うことが知られているから、平均位相φの標準偏差σθから水面Ｗの上下変動が推定され得る。波が発生している水面Ｗの上下変動に比べて、浮体７１の時間的な上下変動は極めて小さいと考えられるため、浮体７１からの反射波Ｗｒ２の反射点の変動は極めて小さい。その結果、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１を処理することによって得られる評価信号ｗ（ｔ）の平均位相φの変動は、浮体７１からの反射波Ｗｒ２を処理することによって得られる評価信号ｗ（ｔ）の平均位相φの変動よりも大きくなる。このような平均位相φの変動特性を利用して、標準偏差σθの変動、すなわち水面Ｗの上下変動を観測することで浮体７１の有無の判定を簡易化することができる。
【0059】
なお、本開示に係る浮体検知装置は上記実施形態に限定されない。
【0060】
例えば、上記実施形態では、送波器２と受波器３とは別体で構成されているが、送受波器として一体に構成されてもよい。この場合、浮体検知装置６の構成を更に簡単化することができる。
【0061】
上記実施形態では、データ分析部５０は、平均振幅ｘのデータ群を統計的に解析することによって、コヒーレント成分に係る値を推定しているが、振幅ｘ（ｔ）のデータ群を統計的に解析することによって、コヒーレント成分に係る値を推定してもよい。同様に、上記実施形態では、データ分析部５０は、平均位相φのデータ群を統計的に解析することによって、水面変動を推定しているが、位相φ（ｔ）のデータ群を統計的に解析することによって、水面変動を推定してもよい。
【0062】
上記実施形態では、判定条件として、割合γが閾値Ｔｈａよりも大きく、かつ、標準偏差σθが閾値Ｔｈｂよりも小さいという条件が用いられているが、判定条件はこの条件に限られない。例えば、判定条件として、割合γが閾値Ｔｈａよりも大きいか、標準偏差σθが閾値Ｔｈｂよりも小さいという条件が用いられてもよい。
【0063】
また、判定条件として、割合γが閾値Ｔｈａよりも大きいという条件のみが用いられてもよい。この場合、振幅・位相演算部４０は、位相演算部４３及び平均処理部４４を備えていなくてもよい。データ分析部５０は、統計量推定部５４を備えていなくてもよい。したがって、浮体検知装置６の構成を更に簡単化することができる。判定条件として、標準偏差σθが閾値Ｔｈｂよりも小さいという条件のみが用いられてもよい。この場合、振幅・位相演算部４０は、振幅演算部４１及び平均処理部４２を備えていなくてもよい。データ分析部５０は、統計量推定部５２及びコヒーレント成分推定部５３を備えていなくてもよい。したがって、浮体検知装置６の構成を更に簡単化することができる。
【0064】
さらに、割合γ及び標準偏差σθそれ自体が浮体の有無の判定のための指標に使用されるのではなく、割合γ及び標準偏差σθの平均値に基づいて規格化した第１評価値及び第２評価値が指標として利用されてもよい。以下詳述する。
【0065】
波が発生している水面Ｗの波高が比較的小さいとき、すなわち水面変動が小さいときは、波高が大きいときと比べると、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１に基づいて推定される割合γの絶対値は、コヒーレント成分が支配的になるため相対的に大きくなる。図７（ａ）の破線は、例えば、波高が比較的小さいときの浮体７１が送波器２及び受波器３の真上を通過する前後及び通過時の割合γの変動特性を示している。この変動特性では、期間Ｔｒ１に対する期間Ｔｒ２の割合γの上昇度合いは小さくなっている。仮に、浮体７１の有無の判定のための閾値Ｔｈａが、水面変動が大きいときの割合γと水面変動がほとんどないときの割合γ（例えば、浮体７１からの反射波Ｗｒ２に基づいて推定される割合γ）との中間値程度に設定された場合には、水面変動が小さい水面Ｗからの反射波Ｗｒ１を受波器３で受波しているにもかかわらず、浮体７１からの反射波Ｗｒ２を受波していると誤って判定される可能性がある。
【0066】
また、波高が比較的小さいとき、すなわち水面変動が小さいときは、波高が大きいときと比べると、水面からの反射波Ｗｒ１に基づいて推定される標準偏差σθの絶対値が相対的に小さくなる。図７（ｂ）の破線は、波高が比較的小さいときの浮体７１が送波器２及び受波器３の真上を通過する前後及び通過時の標準偏差σθの変動特性を示している。この変動特性では、期間Ｔｒ１に対する期間Ｔｒ２の標準偏差σθの下降度合いは小さくなっている。仮に、浮体７１の有無の判定のための閾値Ｔｈｂが、水面変動が大きいときの標準偏差σθと、水面変動がほとんどないときの標準偏差σθ（例えば、浮体７１からの反射波Ｗｒ２に基づいて推定される標準偏差σθ）との中間値程度に設定された場合には、水面変動が小さい水面Ｗからの反射波Ｗｒ１を受波器３で受波しているにもかかわらず、浮体７１からの反射波Ｗｒ２を受波していると誤って判定される可能性がある。
【0067】
一般に水面Ｗに発生する波は時々刻々変動するが、波高（海象）は数時間単位で変化するとされており、短時間ではほとんど変化しないものとみなせる。したがって、短時間の観測で、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１から推定される割合γの絶対値は、ほぼ一定になると考えられる。ここで、短時間の観測で推定される割合γの平均値を基準値＜γ＞とする。基準値＜γ＞は、波高が小さいとき、すなわち水面変動が小さいときは大きくなり、波高が大きいとき、すなわち水面変動が大きいときは小さくなる。同様に、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１から推定される標準偏差σθの平均値を基準値＜σθ＞とする。基準値＜σθ＞は、波高が大きいとき、すなわち水面変動が大きいときは大きくなり、波高が小さいとき、すなわち水面変動が小さいときは小さくなる。
【0068】
浮体７１の有無の判定が行われる前に、基準値＜γ＞及び基準値＜σθ＞が予め求められ、この基準値＜γ＞及び基準値＜σθ＞を用いて観測値の規格化が行われる。具体的には、浮体判定部６０は、観測されたγを基準値＜γ＞で除算することによって得られた第１評価値［γ／＜γ＞］と、観測されたσθを基準値＜σθ＞で除算することによって得られた第２評価値［σθ／＜σθ＞］と、を用いて浮体７１の有無を判定する。第１評価値［γ／＜γ＞］は、割合γの平均値に対する割合γの変動を示し、第２評価値［σθ／＜σθ＞］は、標準偏差σθの平均値に対する標準偏差σθの変動を示す。水面Ｗ上を浮体７１が通過しない限り、割合γ及び標準偏差σθは変動しないとみなせるから、期間Ｔｒ１において、第１評価値［γ／＜γ＞］及び第２評価値［σθ／＜σθ＞］は、ほぼ１になる。
【0069】
図８（ａ）及び図８（ｂ）を参照して、実施形態の作用効果を説明する。図８（ａ）は、第１評価値［γ／＜γ＞］の変動特性を示すグラフである。横軸は時間ｔを示し、縦軸は第１評価値［γ／＜γ＞］を示している。期間Ｔｒ２は、例えば、送波器２及び受波器３の真上の水面Ｗを浮体７１が通過している期間、すなわち反射波Ｗｒ２が受波器３により受波されている期間を表している。期間Ｔｒ１は、例えば、水面Ｗからの反射波Ｗｒ１が受波器３により受波されている期間を表している。第１評価値［γ／＜γ＞］は、期間Ｔｒ１において、ほぼ一定（≒１）であるが、期間Ｔｒ２において上昇している。したがって、閾値Ｔｈｃを１より少し大きい値に適宜に定めることにより、第１評価値［γ／＜γ＞］の変化をとらえることができ、浮体７１の有無を判定することができる。
【0070】
図８（ｂ）は、第２評価値［σθ／＜σθ＞］の変動特性を示すグラフである。横軸は時間ｔを示し、縦軸は第２評価値［σθ／＜σθ＞］を示している。期間Ｔｒ１，Ｔｒ２については、図８（ａ）と同じである。第２評価値［σθ／＜σθ＞］は、期間Ｔｒ１において、ほぼ一定（≒１）であるが、期間Ｔｒ２において下降している。したがって、閾値Ｔｈｄを１より少し小さい値に適宜に定めることにより、第２評価値［σθ／＜σθ＞］の変化をとらえることができ、浮体７１の有無を判定することができる。
【0071】
この変形例によれば、波高及び水面変動が小さく、コヒーレント成分が支配的になるような状況下、すなわち割合γの絶対値が大きくなるような状況下、あるいは、波高及び水面変動が小さく、標準偏差σθの絶対値が小さくなるような状況下θであっても、判定精度を維持して、浮体７１の有無を判定することが可能になる。
【0072】
上述のように、水面Ｗの波高に応じて、コヒーレント成分の絶対値が変動し得る。したがって、コヒーレント成分そのものを用いて浮体７１の有無が判定されると、波高が小さい場合には、浮体７１が存在すると誤判定されるおそれがある。これに対し、第１評価値［γ／＜γ＞］は、基準値＜γ＞を用いて割合γを規格化した値であるので、割合γの平均値に対する割合γの変動を示す。したがって、第１評価値［γ／＜γ＞］に基づいて浮体７１の有無を判定することによって、波高の影響を低減することができ、浮体７１の有無の判定精度を向上させることが可能となる。
【0073】
同様に、水面の波高に応じて、標準偏差σθの絶対値が変動し得る。したがって、標準偏差σθそのものを用いて浮体７１の有無が判定されると、波高が小さい場合には、浮体７１が存在すると誤判定されるおそれがある。これに対し、第２評価値［σθ／＜σθ＞］は、基準値＜σθ＞に基づいて標準偏差σθを規格化した値であるので、標準偏差の平均値に対する標準偏差σθの変動を示す。したがって、第２評価値［σθ／＜σθ＞］に基づいて浮体７１の有無を判定することによって、波高の影響を低減することができ、浮体７１の有無の判定精度を向上させることが可能となる。
【0074】
上記変形例において、波高に応じて閾値Ｔｈｃ，Ｔｈｄが変更されてもよい。
【0075】
浮体検知装置６は、音波Ｗｔを用いているので、音波Ｗｔの波長よりも小さい浮体７１を検知できないおそれがある。検出範囲と浮体７１の大きさを固定とした場合、トーンバースト信号の周波数を広範囲に変えると、低い周波数（波長が大）では浮体７１が認識できず滑らかな反射境界として作用するようになるため、コヒーレント成分に係る割合γが上昇する。高い周波数から低い周波数に徐々に周波数を変化させ割合γの変化を観察することによって、割合γの上昇変化が現れたときの音波Ｗｔの波長に基づいて、浮体７１のおおよその寸法を推定することもできる。
【符号の説明】
【0076】
２ 送波器
３ 受波器
４ 分析判定部
６ 浮体検知装置
７１ 浮体
Ｗ 水面
Ｗｔ 音波
Ｗｒ 反射波
ｗ（ｔ） 評価信号
ｘ（ｔ） 振幅
φ（ｔ） 位相
γ 割合
σθ 標準偏差
３ 受波器
４ 分析判定部
６ 浮体検知装置
７１ 浮体
Ｗ 水面
Ｗｔ 音波
Ｗｒ 反射波
ｗ（ｔ） 評価信号
ｘ（ｔ） 振幅
φ（ｔ） 位相
γ 割合
σθ 標準偏差
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】