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(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】2024-08-14
(45)【発行日】2024-08-22
(54)【発明の名称】物標検出装置および物標検出方法
(51)【国際特許分類】
G01S 7/52 20060101AFI20240815BHJP
G01S 15/42 20060101ALI20240815BHJP
G01S 15/96 20060101ALI20240815BHJP
G01S 7/02 20060101ALI20240815BHJP
【ＦＩ】
G01S7/52 E
G01S15/42
G01S15/96
G01S7/02 216
【請求項の数】
22
(21)【出願番号】P 2021536614
(86)(22)【出願日】2020-04-28
(86)【国際出願番号】 JP2020018145
(87)【国際公開番号】W WO2021019858
(87)【国際公開日】2021-02-04
【審査請求日】2023-04-20
(31)【優先権主張番号】P 2019142342
(32)【優先日】2019-08-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000166247
【氏名又は名称】古野電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100111383
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
(74)【代理人】
【識別番号】100170922
【弁理士】
【氏名又は名称】大橋 誠
(72)【発明者】
【氏名】西森 靖
(72)【発明者】
【氏名】淺田 泰暢
(72)【発明者】
【氏名】谷村 真弥
【審査官】安井 英己
(56)【参考文献】
【文献】特開２００３－３３７１７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－３１５４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２１８６１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第９９／０３４２３４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１３９０４４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１１３３７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３１５２２９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０３９１６４０７（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２，
Ｇ０１Ｓ ７／５２－ ７／６４，
Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５，
Ｇ０１Ｓ １５／００－１５／９６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
物標検出装置において、第１送信信号を生成する第１送信信号生成部と、
前記第１送信信号を送信波に変換し、一方向に並んで配置された複数の第１送波素子を有する第１送波アレイと、
前記第１送信信号を前記第１送波アレイ内の１つの前記第１送波素子に供給する第１信号切替部と、
第２送信信号を生成する第２送信信号生成部と、
前記第２送信信号を送信波に変換する複数の第２送波素子を有する第２送波アレイと、
前記第２送信信号を前記第２送波アレイ内の１つの前記第２送波素子に供給する第２信号切替部と、
前記第１信号切替部を制御して、前記第１送信信号が供給される前記第１送波素子を、第１タイミングにおいて第１素子から第２素子に切り替え、前記第２信号切替部を制御して、前記第２送信信号が供給される前記第２送波素子を、前記第１タイミング後のタイミングにおいて第１素子から第２素子に切り替える制御部と、
物標における前記送信波の反射により生じる反射波を受波して前記反射波を受信信号に変換する少なくとも１つの受波素子を含む受波アレイと、
前記受信信号の周波数成分に基づいて、同じ周波数に対応する等周波数面からの前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出する受信信号処理部と、を備える、物標検出装置。
【請求項2】
請求項１に記載の物標検出装置において、前記第１送波アレイ内において前記第２素子が前記第１素子と隣り合っている、物標検出装置。
【請求項3】
請求項２に記載の物標検出装置において、前記制御部は、前記第１信号切替部を制御して、前記第１送信信号が供給される前記第１送波素子を、前記第１タイミング後の第２タイミングにおいて、前記第２素子から前記第２素子に隣り合う第３素子に切り替える、物標検出装置。
【請求項4】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記第１送信信号のキャリアが単一周波数である、物標検出装置。
【請求項5】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記第１送信信号のキャリアは変調された信号である、物標検出装置。
【請求項6】
請求項１に記載の物標検出装置において、前記複数の第１送波素子は、複数のグループにグループ化され、前記各グループでは複数の前記第１送波素子が接続され、
前記第１信号切替部は、前記第１送波アレイ内の１つの前記グループに前記第１送信信号を供給する構成を備え、
前記制御部は、前記第１信号切替部を制御して、前記第１送信信号が供給される前記グループを、前記第１タイミングにおいて第１グループから第２グループに切り替える、物標検出装置。
【請求項7】
請求項１ないし６の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記第２送波アレイ内において前記第２素子が前記第１素子と隣り合っており、
前記第１送波アレイの前記第１素子は前記第２送波アレイの前記第１素子と隣り合っている、物標検出装置。
【請求項8】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記第２送信信号のキャリアが単一周波数である、物標検出装置。
【請求項9】
請求項１ないし７の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記第２送信信号のキャリアは変調された信号である、物標検出装置。
【請求項10】
請求項１ないし９の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記第１送信信号生成部は、前記第１送信信号の振幅を変調し、
前記第２送信信号生成部は、前記第２送信信号の振幅を変調する、物標検出装置。
【請求項11】
請求項１ないし１０の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記第２送信信号のキャリアの周波数は、前記第１送信信号のキャリアの周波数と同じである、物標検出装置。
【請求項12】
請求項１ないし１１の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記受信信号処理部は、
互いに異なる周波数でそれぞれ抽出される複数の周波数成分を前記受信信号から抽出することにより、各周波数に対応する前記等周波数面の前記等周波数受信信号を取得する、物標検出装置。
【請求項13】
請求項１ないし１１の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記受信信号処理部は、
前記受信信号の周波数スペクトルを算出し、
前記周波数スペクトルに基づいて、各周波数に対応する前記等周波数面の前記等周波数受信信号を取得する、物標検出装置。
【請求項14】
請求項１ないし１３の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、
前記受信信号処理部は、前記各受波素子から生じる受信信号に基づいてビームフォーミングを実行し、前記ビームフォーミングに基づいて、前記物標からの前記反射波の到来方向を算出する、物標検出装置。
【請求項15】
請求項１ないし１４の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、
前記受波アレイは、前記第１送波アレイと異なり、
前記各受波素子から生じる受信信号に基づいて生成される受信ビームが、前記第１送波アレイにより生成される送信ビームと交差する、物標検出装置。
【請求項16】
請求項１ないし１５の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記物標検出装置は、水中の物標を検出するソナーである、物標検出装置。
【請求項17】
請求項１ないし１５の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記物標検出装置は、空中の物標を検出するレーダである、物標検出装置。
【請求項18】
物標検出装置において、
第１送信信号を生成する第１送信信号生成部と、
前記第１送信信号を送信波に変換し、一方向に並んで配置された複数の第１送波素子を有する第１送波アレイと、
前記第１送信信号を前記第１送波アレイ内の１つの前記第１送波素子に供給する第１信号切替部と、
前記第１信号切替部を制御して、前記第１送信信号が供給される前記第１送波素子を、第１タイミングにおいて第１素子から第２素子に切り替える制御部と、
物標における前記送信波の反射により生じる反射波を受波して前記反射波を受信信号に変換する少なくとも１つの受波素子を含む受波アレイと、
前記受信信号の周波数成分に基づいて、同じ周波数に対応する等周波数面からの前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出する受信信号処理部と、を備え、
第１シーケンスにおいて、前記第１信号切替部は、開始素子と終了素子との間の前記複数の第１送波素子に、前記第１シーケンスの進行に伴い前記第１送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記第１送信信号を供給し、
前記第１シーケンスに続く第２シーケンスにおいて、前記第１信号切替部は、前記開始素子と前記終了素子との間の前記複数の第１送波素子に、前記第２シーケンスの進行に伴い前記第１送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記第１送信信号を供給する、物標検出装置。
【請求項19】
請求項１８に記載の物標検出装置において、前記制御部は、前記第１シーケンスの後、前記第２シーケンスの前に、前記開始素子および前記終了素子の位置を入れ替える、物標検出装置。
【請求項20】
請求項１ないし１９の何れか一項に記載の物標検出装置において、前記第１素子は、前記第１送信信号の第１部分が供給され、
前記第２素子は、前記第１部分とは異なる前記第１送信信号の第２部分が供給される、物標検出装置。
【請求項21】
物標検出方法において、第１送信信号を生成し、
一方向に並ぶ複数の第１送波素子を有する第１送波アレイ内の第１素子から第２素子へと前記第１送信信号の供給を切り替えて送信波を送波し、
第２送信信号を生成し、
前記第１送波アレイにおける前記第１送信信号の供給の切り替えタイミング後のタイミングにおいて、一方向に並ぶ複数の第２送波素子を有する第２送波アレイ内の第１素子から第２素子へと前記第２送信信号の供給を切り替えて送信波を送波し、
物標における前記送信波の反射により生じる反射波を少なくとも１つの受波素子で受波して前記反射波を受信信号に変換し、
前記受信信号の周波数成分に基づいて、同じ周波数に対応する等周波数面からの前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出する、物標検出方法。
【請求項22】
物標検出方法において、
送信信号を生成し、
一方向に並ぶ複数の送波素子を有する送波アレイ内の第１素子から第２素子へと前記送信信号の供給を切り替えて送信波を送波し、
物標における前記送信波の反射により生じる反射波を少なくとも１つの受波素子で受波して前記反射波を受信信号に変換し、
前記受信信号の周波数成分に基づいて、同じ周波数に対応する等周波数面からの前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出し、
第１シーケンスにおいて、開始素子と終了素子との間の前記複数の送波素子に、前記第１シーケンスの進行に伴い前記送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記送信信号を供給し、
前記第１シーケンスに続く第２シーケンスにおいて、前記開始素子と前記終了素子との間の前記複数の送波素子に、前記第２シーケンスの進行に伴い前記送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記送信信号を供給する、物標検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、送信波を送波し、その反射波に基づいて、物標を検出する物標検出装置および物標検出方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、送信波を送波し、その反射波に基づいて、物標を検出する物標検出装置が知られている。この種の物標検出装置では、たとえば、送受波用の素子が２次元状に配置された送受波アレイを用いて、物標が検出される。たとえば、送受波アレイの中央の素子を用いて送信波が送波され、送受波アレイの全ての素子を用いて反射波が受波される。受波時には、全ての素子に対する位相制御により、様々な方向に受信ビームが形成され、方向ごとに受信信号が生成される。各方向の受信信号を処理することにより、方向ごとに物標が検出される。
【0003】
特許文献１には、この種の物標検出装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】米国特許第７３５５９２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記構成の物標検出装置では、送受波アレイの素子数が多く、また、送信チャンネル数および受信チャンネル数も多くなるため、物標検出装置の構成が複雑化し、また、コストを低減させることが困難である。
【0006】
かかる課題に鑑み、本発明は、簡易な構成により迅速に物標を検出することが可能な物標検出装置および物標検出方法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】
【0007】
本発明の第１の態様は、物標検出装置に関する。この態様に係る物標検出装置は、第１送信信号を生成する第１送信信号生成部と、前記第１送信信号を送信波に変換する複数の第１送波素子を有する第１送波アレイと、前記第１送信信号を前記第１送波アレイ内の１つの前記第１送波素子に供給する第１信号切替部と、第２送信信号を生成する第２送信信号生成部と、前記第２送信信号を送信波に変換する複数の第２送波素子を有する第２送波アレイと、前記第２送信信号を前記第２送波アレイ内の１つの前記第２送波素子に供給する第２信号切替部と、前記第１信号切替部を制御して、前記第１送信信号が供給される前記第１送波素子を、第１タイミングにおいて第１素子から第２素子に切り替え、前記第２信号切替部を制御して、前記第２送信信号が供給される前記第２送波素子を、前記第１タイミング後のタイミングにおいて第１素子から第２素子に切り替える制御部と、物標における前記送信波の反射により生じる反射波を受波して前記反射波を受信信号に変換する少なくとも１つの受波素子を含む受波アレイと、前記受信信号の周波数成分に基づいて、同じ周波数に対応する等周波数面からの前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出する受信信号処理部と、を備える。
【0008】
第１の態様に係る物標検出装置によれば、第１送信信号が供給される第１送波素子が、第１送波アレイ内において第１素子から第２素子へと切り替えられることにより、送信波の送波源が第１送波素子の並び方向に移動する。これにより、送信ビームの周波数が、ドップラー効果により、送波した方向に応じて変化し、送信ビームに複数の等周波数面（周波数が均一の面）が形成される。したがって、受波素子から生じる受信信号から各等周波数面に応じた周波数成分を抽出することにより、各等周波数面からの反射波に基づく受信信号を得ることができる。このように、第１の態様に係る物標検出装置によれば、第１送信信号が供給される第１送波素子を第１送波アレイ内で切り替えて送波源を移動させることにより、観測対象の全ての等周波数面に対する受信信号を同時に生成できる。よって、簡易な構成により迅速に物標を検出することができる。また、第１送信信号と第２送信信号とを調整することにより、送信波に不要な周波数成分が重畳されることを抑制できる。よって、受信信号に基づく処理をより精度良く行うことができる。
【0009】
第１の態様に係る物標検出装置は、前記第１送波アレイ内において前記第２素子が前記第１素子と隣り合うよう構成され得る。
【0010】
また、第１送波アレイに含まれる第１送波素子が３つ以上の場合、前記制御部は、前記第１信号切替部を制御して、前記第１送信信号が供給される前記第１送波素子を、前記第１タイミング後の第２タイミングにおいて、前記第２素子から前記第２素子に隣り合う第３素子に切り替えるよう構成され得る。
【0011】
この構成によれば、隣り合う第１送波素子に第１送信信号が順番に供給されるため、送信波の送波源を第１送波素子の並び方向に細かく移動させることができる。よって、ドップラー効果による周波数の変化を滑らかに生じさせることができる。
【0012】
第１の態様に係る物標検出装置において、前記第１送信信号のキャリアは単一周波数に設定され得る。
【0013】
また、第１の態様に係る物標検出装置において、前記第１送信信号のキャリアは変調された信号であってもよい。
【0014】
第１の態様に係る物標検出装置において、前記複数の第１送波素子は、複数のグループにグループ化され、前記各グループでは複数の前記第１送波素子が接続され、前記第１信号切替部は、前記第１送波アレイ内の１つの前記グループに前記第１送信信号を供給する構成を備え、前記制御部は、前記第１信号切替部を制御して、前記第１送信信号が供給される前記グループを、前記第１タイミングにおいて第１グループから第２グループに切り替えるよう構成され得る。
【0015】
この構成によれば、グループごとに送信波が送波されるため、送信波の出力を高めることができる。また、グループ間で送信信号の供給が切り替えられるため、送信波の送波源を移動させることができる。よって、ドップラー効果によって、送信ビームに周波数の変化を生じさせることができる。
【0018】
第１の態様に係る物標検出装置において、前記第２送波アレイ内において前記第２素子が前記第１素子と隣り合っており、前記第１送波アレイの前記第１素子は前記第２送波アレイの前記第１素子と隣り合っていることが好ましい。
【0019】
この構成によれば、第１送信信号に基づく送信波の送波源が第１送波アレイ内の第１素子から第２素子へと移動する間に、第１素子から第２素子の間の位置において、第２送信信号に基づく送信波が第２送波アレイ内の第１素子から送波される。これにより、送信波の連続性が維持され易くなる。よって、送信波に不要な周波数成分が重畳されることを抑制できる。
【0020】
第１の態様に係る物標検出装置において、前記第２送信信号のキャリアは単一周波数に設定され得る。
【0021】
また、第１の態様に係る物標検出装置において、前記第２送信信号のキャリアは変調された信号であってもよい。
【0022】
第１の態様に係る物標検出装置において、前記第１送信信号生成部は、前記第１送信信号の振幅を変調し、前記第２送信信号生成部は、前記第２送信信号の振幅を変調するよう構成され得る。
【0023】
このように、第１送信信号の振幅と第２送信信号の振幅とを変調することにより、送信波に不要な周波数成分が重畳されることを、より効果的に抑制できる。よって、各等周波数面に対する受信信号の品質を高めることができる。
【0024】
第１の態様に係る物標検出装置において、前記第２送信信号のキャリアの周波数は、前記第１送信信号のキャリアの周波数と同じに設定され得る。
【0028】
この構成において、前記受信信号処理部は、互いに異なる周波数でそれぞれ抽出される複数の周波数成分を前記受信信号から抽出することにより、各周波数に対応する前記等周波数面の前記等周波数受信信号を取得するよう構成され得る。
【0029】
あるいは、この構成において、前記受信信号処理部は、前記受信信号の周波数スペクトルを算出し、前記周波数スペクトルに基づいて、各周波数に対応する前記等周波数面の前記等周波数受信信号を取得するよう構成され得る。
【0030】
第１の態様に係る物標検出装置において、前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、前記受信信号処理部は、前記各受波素子から生じる受信信号に基づいてビームフォーミングを実行し、前記ビームフォーミングに基づいて、前記物標からの前記反射波の到来方向を算出するよう構成され得る。
【0031】
第１の態様に係る物標検出装置において、前記受波アレイは、複数の受波素子を含み、前記受波アレイは、前記第１送波アレイと異なり、前記各受波素子から生じる受信信号に基づいて生成される受信ビームが、前記第１送波アレイにより生成される送信ビームと交差するよう構成され得る。
【0032】
この構成によれば、受信ビームと送信ビーム（等周波数面）とが交差する範囲において、反射波の強度に基づく強度データの分布を算出できる。よって、ビームフォーミングにより受信ビームの指向方向を検知範囲内で変化させることにより、検知範囲に３次元状に分布する強度データを構成できる。
【0033】
第１の態様に係る物標検出装置は、たとえば、水中の物標を検出するソナーである。
【0034】
あるいは、第１の態様に係る物標検出装置は、空中の物標を検出するレーダであってもよい。
【0035】
本発明の第２の態様は、物標検出装置に関する。この態様に係る物標検出装置は、第１送信信号を生成する第１送信信号生成部と、前記第１送信信号を送信波に変換し、一方向に並んで配置された複数の第１送波素子を有する第１送波アレイと、前記第１送信信号を前記第１送波アレイ内の１つの前記第１送波素子に供給する第１信号切替部と、前記第１信号切替部を制御して、前記第１送信信号が供給される前記第１送波素子を、第１タイミングにおいて第１素子から第２素子に切り替える制御部と、物標における前記送信波の反射により生じる反射波を受波して前記反射波を受信信号に変換する少なくとも１つの受波素子を含む受波アレイと、前記受信信号の周波数成分に基づいて、同じ周波数に対応する等周波数面からの前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出する受信信号処理部と、を備える。前記第１信号切替部は、第１シーケンスにおいて、開始素子と終了素子との間の前記複数の第１送波素子に、前記第１シーケンスの進行に伴い前記第１送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記第１送信信号を供給するよう制御される。また、前記第１信号切替部は、前記第１シーケンスに続く第２シーケンスにおいて、前記開始素子と前記終了素子との間の前記複数の第１送波素子に、前記第２シーケンスの進行に伴い前記第１送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記第１送信信号を供給するよう制御され得る。
【0036】
第２の態様に係る物標検出装置によれば、上記第１の態様と同様、第１送信信号が供給される第１送波素子を第１送波アレイ内で切り替えて送波源を移動させることにより、観測対象の全ての等周波数面に対する受信信号を同時に生成できる。よって、簡易な構成により迅速に物標を検出することができる。また、第１送信信号が供給される第１送波素子が繰り返しスキャンされて１検出単位の送波がなされる。これにより、１検出単位の送信エネルギーを高めることができる。よって、物標を検出可能な探知距離をより広げることができる。
【0037】
この構成において、前記制御部は、前記第１シーケンスの後、前記第２シーケンスの前に、前記開始素子および前記終了素子の位置を入れ替えるよう構成されてもよい。
【0038】
この構成によれば、シーケンスごとに複数の第１送波素子に対するスキャンの方向が反転される。これにより、送信エネルギーを高めることができる。
【0039】
また、第１の態様に係る物標検出装置において、前記第１素子は、前記第１送信信号の第１部分が供給され、前記第２素子は、前記第１部分とは異なる前記第１送信信号の第２部分が供給される。たとえば、第１送信信号としてチャープ信号等が供給される場合、上記のように、第１素子と第２素子とに供給される信号の部分が相違し得る。
【0040】
本発明の第３の態様は、物標検出方法に関する。この態様に係る物標検出方法は、第１送信信号を生成し、一方向に並ぶ複数の第１送波素子を有する第１送波アレイ内の第１素子から第２素子へと前記第１送信信号の供給を切り替えて送信波を送波し、第２送信信号を生成し、前記第１送波アレイにおける前記第１送信信号の供給の切り替えタイミング後のタイミングにおいて、一方向に並ぶ複数の第２送波素子を有する第２送波アレイ内の第１素子から第２素子へと前記第２送信信号の供給を切り替えて送信波を送波し、物標における前記送信波の反射により生じる反射波を少なくとも１つの受波素子で受波して前記反射波を受信信号に変換し、前記受信信号の周波数成分に基づいて、同じ周波数に対応する等周波数面からの前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出する。
【0041】
第３の態様に係る物標検出方法によれば、上記第１の態様と同様の効果が奏され得る。
本発明の第４の態様は、物標検出方法に関する。この態様に係る物標検出方法は、送信信号を生成し、一方向に並ぶ複数の送波素子を有する送波アレイ内の第１素子から第２素子へと前記送信信号の供給を切り替えて送信波を送波し、物標における前記送信波の反射により生じる反射波を少なくとも１つの受波素子で受波して前記反射波を受信信号に変換し、前記受信信号の周波数成分に基づいて、同じ周波数に対応する等周波数面からの前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出し、第１シーケンスにおいて、開始素子と終了素子との間の前記複数の送波素子に、前記第１シーケンスの進行に伴い前記送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記送信信号を供給し、前記第１シーケンスに続く第２シーケンスにおいて、前記開始素子と前記終了素子との間の前記複数の送波素子に、前記第２シーケンスの進行に伴い前記送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記送信信号を供給する。
第４の態様に係る物標検出方法によれば、上記第２の態様と同様の効果が奏され得る。
本発明の第４の態様は、物標検出方法に関する。この態様に係る物標検出方法は、送信信号を生成し、一方向に並ぶ複数の送波素子を有する送波アレイ内の第１素子から第２素子へと前記送信信号の供給を切り替えて送信波を送波し、物標における前記送信波の反射により生じる反射波を少なくとも１つの受波素子で受波して前記反射波を受信信号に変換し、前記受信信号の周波数成分に基づいて、同じ周波数に対応する等周波数面からの前記反射波に基づく等周波数受信信号を抽出し、第１シーケンスにおいて、開始素子と終了素子との間の前記複数の送波素子に、前記第１シーケンスの進行に伴い前記送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記送信信号を供給し、前記第１シーケンスに続く第２シーケンスにおいて、前記開始素子と前記終了素子との間の前記複数の送波素子に、前記第２シーケンスの進行に伴い前記送信信号を前記終了素子へと向かって連続的に供給することにより、前記送信信号を供給する。
第４の態様に係る物標検出方法によれば、上記第２の態様と同様の効果が奏され得る。
【発明の効果】
【0042】
以上のとおり、本発明によれば、簡易な構成により迅速に物標を検出することが可能な物標検出装置および物標検出方法を提供することができる。
【0043】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0044】
【図2】図２（ａ）は、実施形態に係る、上側観測位置における送信波の合成波形をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図２（ｂ）は、実施形態に係る、正面観測位置における送信波の合成波形をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図２（ｃ）は、実施形態に係る、下側観測位置における送信波の合成波形をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【図3】図３（ａ）は、実施形態に係る、上側観測位置における送信波の合成波形の周波数スペクトルをシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図３（ｂ）は、実施形態に係る、正面観測位置における送信波の合成波形の周波数スペクトルをシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図３（ｃ）は、実施形態に係る、下側観測位置における送信波の合成波形の周波数スペクトルをシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【図5】図５（ａ）は、実施形態に係る、上側観測位置における３つの送信波の状態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図５（ｂ）は、実施形態に係る、図５（ａ）の３つの送信波を合成した合成波形をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【図6】図６（ａ）は、実施形態に係る、正面観測位置における３つの送信波の状態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図６（ｂ）は、実施形態に係る、図６（ａ）の３つの送信波を合成した合成波形をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【図7】図７（ａ）は、実施形態に係る、下側観測位置における３つの送信波の状態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図７（ｂ）は、実施形態に係る、図７（ａ）の３つの送信波を合成した合成波形をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【図8】図８（ａ）は、図５（ｂ）の合成波形の周波数スペクトルをシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図８（ｂ）は、図６（ｂ）の合成波形の周波数スペクトルをシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図８（ｃ）は、図７（ｂ）の合成波形の周波数スペクトルをシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【図13】図１３（ａ）は、実施形態に係る、第１送波アレイから送信波を送波する場合の処理を示すフローチャートである。図１３（ｂ）は、実施形態に係る、第２送波アレイから送信波を送波する場合の処理を示すフローチャートである。図１３（ｃ）は、実施形態に係る、受信信号を処理して検出画像を表示する処理を示すフローチャートである。
【図17】図１７（ａ）は、第２実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ等高線表示により示す図である。図１７（ｂ）は、第２実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ鳥瞰図により示す図である。
【図18】図１８（ａ）は、第３実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ等高線表示により示す図である。図１８（ｂ）は、第３実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ鳥瞰図により示す図である。
【図19】図１９（ａ）は、第４実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ等高線表示により示す図である。図１９（ｂ）は、第４実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ鳥瞰図により示す図である。
【図20】図２０（ａ）は、第５実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ等高線表示により示す図である。図２０（ｂ）は、第５実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ鳥瞰図により示す図である。
【図21】図２１（ａ）は、第５実施形態に係る、方位０°の自己相関関数を示すグラフである。図２１（ｂ）は、図２１（ａ）のグラフにおいて、１～４０００μｓｅｃの領域を拡大して示して示すグラフである。図２１（ｃ）は、第５実施形態に係る、方位７°の自己相関関数を示すグラフである。図２１（ｄ）は、図２１（ｃ）のグラフにおいて、１～４０００μｓｅｃの領域を拡大して示して示すグラフである。
【図22】図２２（ａ）は、第５実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ等高線表示により示す図である。図２２（ｂ）は、第５実施形態に係る、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を３Ｄ鳥瞰図により示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0045】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【0046】
＜基本構成＞
まず、本実施形態に係る物標検出装置の送受波系の基本構成について説明する。
まず、本実施形態に係る物標検出装置の送受波系の基本構成について説明する。
【0047】
図１（ａ）は、参考例に係る送波系の構成を示す図である。
【0048】
図１（ａ）の構成では、送波源Ｒ１に送信信号Ｓ１が供給され、送波源Ｒ１から送信波が送波される。送信信号Ｓ１のキャリア周波数は一定値ｆ０である。この状態で送波源Ｒ１を移動方向Ｄ１に移動させると、送波源Ｒ１から所定距離離れた観測位置において観測される送信波にドップラー効果に基づく周波数の変化が生じる。すなわち、送波源Ｒ１と観測位置との距離が十分に大きい場合、移動範囲の中間位置に対して正面方向にある観測
位置（以下、「正面観測位置」という）では、ドップラー効果に基づく周波数の変化は生じず、送信信号Ｓ１と同様の周波数ｆ０の送信波が生じる。これに対し、正面観測位置に対して移動方向と反対方向に変位した観測位置（以下、「上側観測位置」という）では、送波源Ｒ１が当該観測位置から離れる方向に移動するため、ドップラー効果により、送信信号Ｓ１から周波数が低減した周波数ｆ０－ｆｄの送信波が生じる。－ｆｄは、ドップラー効果による送信信号Ｓ１の周波数ｆ０に対する周波数の変化量である。また、正面観測位置に対して移動方向と同じ方向に変位した観測位置（以下、「下側観測位置」という）では、送波源Ｒ１が当該観測位置に接近する方向に移動するため、ドップラー効果により、送信信号Ｓ１から周波数が増加した周波数ｆ０＋ｆｄの送信波が生じる。＋ｆｄは、ドップラー効果による送信信号Ｓ１の周波数ｆ０に対する周波数の変化量である。
位置（以下、「正面観測位置」という）では、ドップラー効果に基づく周波数の変化は生じず、送信信号Ｓ１と同様の周波数ｆ０の送信波が生じる。これに対し、正面観測位置に対して移動方向と反対方向に変位した観測位置（以下、「上側観測位置」という）では、送波源Ｒ１が当該観測位置から離れる方向に移動するため、ドップラー効果により、送信信号Ｓ１から周波数が低減した周波数ｆ０－ｆｄの送信波が生じる。－ｆｄは、ドップラー効果による送信信号Ｓ１の周波数ｆ０に対する周波数の変化量である。また、正面観測位置に対して移動方向と同じ方向に変位した観測位置（以下、「下側観測位置」という）では、送波源Ｒ１が当該観測位置に接近する方向に移動するため、ドップラー効果により、送信信号Ｓ１から周波数が増加した周波数ｆ０＋ｆｄの送信波が生じる。＋ｆｄは、ドップラー効果による送信信号Ｓ１の周波数ｆ０に対する周波数の変化量である。
【0049】
このような周波数の変化は、正面観測位置に対する上側観測位置および下側観測位置の変位量が大きくなるほど大きい。すなわち、正面観測位置に対する俯角方向（移動方向Ｄ１と同じ方向）および仰角方向（移動方向Ｄ１と反対方向）の変位角の大きさに応じて、送信波の周波数が周波数ｆ０から正方向および負方向に変化する。したがって、送信波の反射波を受波素子で受波した場合、受波素子から出力される受信信号の周波数成分によって、俯角および仰角の大きさを算出できる。換言すれば、受信信号から所定の周波数成分を抽出することにより、俯角方向および仰角方向の所定の角度位置の受信信号を取得できる。本実施形態では、この原理に基づいて、俯角方向および仰角方向の各角度位置における受信信号が取得される。
【0050】
図１（ｂ）は、送波源Ｒ１を移動させるための構成例を示す図である。
【0051】
この構成例では、複数の送波素子１０ａが１列にならんで配置された送波アレイ１０が用いられる。図１（ｂ）では、便宜上、８つの送波素子１０ａが送波アレイ１０に含まれているが、送波素子１０ａの数はこれに限られるものではない。図１（ｂ）では、便宜上、上から順番に各送波素子１０ａに番号が付されている。
【0052】
この構成例では、各送波素子１０ａに対する送信信号Ｓ１の入力端子の接続が、信号切替部２０によって切り替えられる。信号切替部２０は、たとえば、デマルチプレクサにより構成される。ここでは、送信信号Ｓ１の供給先の送波素子１０ａが、上から順番に隣の送波素子１０ａへと切り替えられる。これにより、送信波の送波源がＤ１方向に移動する。この構成例によっても、図１（ａ）の場合と同様、各観測位置において、ドップラー効果に基づく周波数の変化が生じる。
【0053】
しかし、この構成例では、送波を行う送波素子１０ａの切り替えに基づき、上側観測位置および下側観測位置における送信波の連続性が切断される。図１（ｂ）の右側の波形は、３つの観測位置における送信波の波形を示している。これら３つの観測位置は、図１（ａ）における３つの観測位置（上側観測位置、正面観測位置、下側観測位置）と同じである。ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３は、最上位置の送波素子１０ａ、上から２番目の送波素子１０ａおよび上から３番目の送波素子１０ａによってそれぞれ送波された送信波を示している。
【0054】
図１（ｂ）に示すように、正面観測位置の送信波は、ドップラー効果に基づく影響を受けないため、図１（ａ）の場合と同様、送信波ＴＤ１～ＴＤ３の連続性が確保される。これに対し、上側観測位置では、ドップラー効果により、送信波ＴＤ１～ＴＤ３の位相が遅れるため、送信波ＴＤ１～ＴＤ３が互いに離れてしまい、送信波ＴＤ１～ＴＤ３が離散的になる。また、下側観測位置では、ドップラー効果により、送信波ＴＤ１～ＴＤ３の位相が進むため、送信波ＴＤ１～ＴＤ３が互いに接近し、送信波ＴＤ１～ＴＤ３が離散的になる。
【0055】
このように、この構成例では、各観測位置の波形自体の周波数は、図１（ａ）の場合と同様、観測位置が正面観測位置から俯角方向および仰角方向に離れる伴い変化するが、各送波素子１０ａから送波された送信波が、上側観測位置および下側観測位置において離散的となるとの現象が生じる。このため、この構成例では、送信波が離散的になることによる不要な周波数成分が、送信波に生じてしまう。
【0056】
【0057】
このシミュレーションでは、送波アレイ１０に対する正面観測位置の離間距離を遠方界に設定した。また、正面観測位置に対して上側に３０°変位させた位置を上側観測位置に設定し、正面観測位置に対して下側に３０°変位させた位置を下側観測位置に設定した。図２（ｂ）は、正面観測位置における送信波の波形であり、図２（ａ）、（ｃ）は、それぞれ、上側観測位置および下側観測位置における送信波の波形である。各グラフにおいて、横軸はデータ点数であり、縦軸は送信波の振幅である。ここでは、各送波素子１０ａに数周期分の送信信号が供給されて送信波が送波される。送信信号の周波数ｆ０は、１５０ｋＨｚに設定した。
【0058】
図２（ｂ）に示すように、正面観測位置では、送信波ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３の連続性が確保される。これに対し、上側観測位置では、図２（ａ）に示すように、送信波ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３との間に、各波形が離れることによる平坦な波形部分が生じる。また、下側観測位置では、図２（ｃ）に示すように、送信波ＴＤ１、ＴＤ２、ＴＤ３との間に、各波形が重なることによる急峻な振幅の波形部分が生じる。
【0059】
図３（ａ）～（ｃ）は、図２（ａ）～（ｃ）に示した３つの観測位置における合成波形の周波数スペクトルをシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。図３（ｂ）は、正面観測位置における合成波形の周波数スペクトルを示し、図３（ａ）、（ｃ）は、それぞれ、上側観測位置および下側観測位置における合成波形の周波数スペクトルを示している。
【0060】
図３（ｂ）に示すように、正面観測位置の合成波形では、送信信号の周波数ｆ０とである１５０ｋＨｚ付近に大きな振幅のピークが生じる。しかしながら、図３（ｂ）の周波数スペクトルでは、１５０ｋＨｚ付近の正規の周波数の位置以外にも、広い範囲において振幅が生じている。
【0061】
また、図３（ａ）の上側観測位置における周波数スペクトルを参照すると、送信信号の周波数ｆ０からドップラー効果により降下した周波数１４５ｋＨｚ付近にピークが生じるものの、当該周波数以外の広い範囲において振幅が生じている。同様に、図３（ｃ）の下側観測位置における周波数スペクトルを参照すると、送信信号の周波数ｆ０からドップラー効果により上昇した周波数１５５ｋＨｚ付近にピークが生じるものの、当該周波数以外の広い範囲において振幅が生じている。
【0062】
このように、上記構成例では、各観測位置において、ドップラー効果により生じるべき周波数以外の広い範囲の周波数において振幅が生じている。このような不要な周波数成分は、各観測位置における本来の反射波の計測にノイズとなるため、なるべく除去するのが好ましい。
【0063】
図４は、不要な周波数成分を除去するための構成例を示す図である。
【0064】
この構成例では、複数の第１送波素子１１ａが１列にならんで配置された第１送波アレイ１１と、複数の第２送波素子１２ａが１列にならんで配置された第２送波アレイ１２とが用いられる。図４では、便宜上、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２に、それぞれ４つの送波素子が含まれているが、送波素子の数はこれに限られるものではない。また、図４では、便宜上、第１送波素子１１ａと第２送波素子１２ａに対して、上から順番に番号が付されている。区別のため、第２送波素子１２ａには、ハッチングが付されている。
【0065】
この構成例では、隣り合う第１送波素子１１ａの間に第２送波素子１２ａが配置されている。複数の第１送波素子１１ａと複数の第２送波素子１２ａは、同一直線上に並んでいる。
【0066】
第１送波素子１１ａに対する第１送信信号Ｓ１１の入力端子の接続が、第１信号切替部２１によって切り替えられる。また、第２送波素子１２ａに対する第２送信信号Ｓ１２の入力端子の接続が、第２信号切替部２２によって切り替えられる。第１信号切替部２１および第２信号切替部２２は、たとえば、デマルチプレクサにより構成される。ここでは、第１送信信号Ｓ１１の供給先の第１送波素子１１ａが、上から順番に隣の第１送波素子１１ａへと切り替えられる。また、第２送信信号Ｓ１２の供給先の第２送波素子１２ａが、上から順番に隣の第２送波素子１２ａへと切り替えられる。
【0067】
１つの第１送波素子１１ａに対して第１送信信号Ｓ１１が供給された後、第１送信信号Ｓ１１の供給期間の半分が経過したタイミングで、当該第１送波素子１１ａに隣り合う第２送波素子１２ａに第２送信信号Ｓ１２が供給される。すなわち、第１送信信号Ｓ１１の供給タイミングと第２送信信号Ｓ１２の供給タイミングとは、第１送信信号Ｓ１１または第２送信信号Ｓ１２の長さの半分だけずれている。これにより、送信波の送波源がＤ１方向に移動する。したがって、この構成例によっても、図１（ａ）の場合と同様、各観測位置において、ドップラー効果に基づく周波数の変化が生じる。
【0068】
この構成例では、第１送信信号Ｓ１１のキャリア周波数および第２送信信号Ｓ１２のキャリア周波数は、一定値かつ同一の値ｆ０に設定されている。ただし、この構成例では、第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２が、所定の変調方法で変調されている。具体的には、各観測位置における合成波形に不要な周波数成分が生じないように、第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２の振幅が変調されている。振幅変調の手法として、三角窓関数に基づく手法やハニング窓関数に基づく手法が用いられ得る。
【0069】
図４の右側の波形は、３つの観測位置における送信波の波形を示している。これら３つの観測位置は、図１（ｂ）における３つの観測位置（上側観測位置、正面観測位置、下側観測位置）と同じである。ＴＤ１１、ＴＤ１２は、第１送波アレイ１１の上から１番目および２番目の位置の第１送波素子１１ａによってそれぞれ送波された送信波を示している。また、ＴＤ２１、ＴＤ２２は、第２送波アレイ１２の上から１番目および２番目の位置の第２送波素子１２ａによってそれぞれ送波された送信波を示している。
【0070】
この構成例では、図１（ｂ）の場合と同様、上側観測位置における送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２とが互いに離れる。しかし、この離間部分に送信波ＴＤ２１が介在するため、これらが合成された合成波形では、この部分に平坦な部分が生じず、平坦な部分に基づく不要な周波数成分が生じることが抑制される。
【0071】
また、この構成例では、図１（ｂ）の場合と同様、下側観測位置における送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２の一部が重なり合う。しかし、この重複部分に送信波ＴＤ２１が介在するため、これらが合成された合成波形では、この部分に急峻な振幅部分が生じず、急峻な振幅
部分に基づく不要な周波数成分が生じることが抑制される。
部分に基づく不要な周波数成分が生じることが抑制される。
【0072】
図５（ａ）は、上側観測位置における送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２、ＴＤ２１の状態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。また、図５（ｂ）は、図５（ａ）の送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２、ＴＤ２１を合成した合成波形をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【0073】
図５（ａ）、（ｂ）の縦軸および横軸は、それぞれ、図２（ａ）の縦軸および横軸と同様である。上側観測位置は、図２（ａ）の場合と同様に設定されている。図５（ａ）において、送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２は実線で示され、送信波ＴＤ２１は破線で示されている。
【0074】
このシミュレーションでは、第１送信信号Ｓ１１の振幅を、各第１送波素子１１ａに対する供給期間の中間において最大となり、当該供給期間の開始時と終了時にゼロに漸近するように変調した。第２送信信号Ｓ１２も同様に変調した。第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２の周波数は同一に設定した。第１送波素子１１ａに対する第１送信信号Ｓ１１の供給期間の時間長と、第２送波素子１２ａに対する第２送信信号Ｓ１２の供給期間の時間長は、同一であった。
【0075】
【0076】
図６（ａ）は、正面観測位置における送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２、ＴＤ２１の状態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。また、図６（ｂ）は、図６（ａ）の送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２、ＴＤ２１を合成した合成波形をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【0077】
図６（ａ）、（ｂ）の縦軸および横軸は、それぞれ、図５（ａ）、（ｂ）の縦軸および横軸と同様である。正面観測位置は、図２（ｂ）の場合と同様に設定されている。図６（ａ）において、送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２は実線で示され、送信波ＴＤ２１は破線で示されている。このシミュレーションでも、図５（ａ）、（ｂ）のシミュレーションと同様の第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２を用いた。
【0078】
【0079】
図７（ａ）は、下側観測位置における送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２、ＴＤ２１の状態をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）の送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２、ＴＤ２１を合成した合成波形をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【0080】
図７（ａ）、（ｂ）の縦軸および横軸は、それぞれ、図５（ａ）、（ｂ）の縦軸および横軸と同様である。下側観測位置は、図２（ｃ）の場合と同様に設定されている。図７（ａ）において、送信波ＴＤ１１、ＴＤ１２は実線で示され、送信波ＴＤ２１は破線で示されている。このシミュレーションでも、図５（ａ）、（ｂ）のシミュレーションと同様の第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２を用いた。
【0081】
【0082】
【0083】
図８（ａ）に示すように、上側観測位置における合成波形の周波数スペクトルは、図３（ａ）の周波数スペクトルと同様、ドップラー効果に基づく周波数のシフト位置である１４５ｋＨｚ付近に高いピークが生じている。また、図８（ａ）の周波数スペクトルでは、図３（ａ）の周波数スペクトルに比べて、不要なピークが除去され、且つ、振幅が生じる周波数の範囲も１５０ｋＨｚ付近を中心にかなり狭い範囲に制限されている。
【0084】
図８（ｂ）に示すように、正面観測位置における合成波形の周波数スペクトルは、図３（ｂ）の周波数スペクトルと同様、第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２の周波数と同様の１５０ｋＨｚ付近に高いピークが生じている。また、図８（ｂ）の周波数スペクトルでは、図３（ｂ）の周波数スペクトルに比べて、振幅が生じる周波数の範囲が１５０ｋＨｚ付近を中心にかなり狭い範囲に制限されている。
【0085】
図８（ｃ）に示すように、下側観測位置における合成波形の周波数スペクトルは、図３（ｃ）の周波数スペクトルと同様、ドップラー効果に基づく周波数のシフト位置である１５５ｋＨｚ付近に高いピークが生じている。また、図８（ｃ）の周波数スペクトルでは、図３（ｃ）の周波数スペクトルに比べて、不要なピークが除去され、且つ、振幅が生じる周波数の範囲も１５０ｋＨｚ付近を中心にかなり狭い範囲に制限されている。
【0086】
このように、図４の構成を用いることにより、各観測位置においてノイズとなり得る送信波の不要な周波数成分が効果的に除去され得る。よって、反射波をより正確に計測することができる。
【0087】
ところで、図１（ｂ）および図４に示したドップラー効果に基づく周波数の変化は、上述の正面観測位置、上側観測位置および下側観測位置のみならず、送信波が送波される範囲中の他の観測位置においても生じる。ただし、送波源に対する各観測位置の位置関係が異なるため、観測位置ごとにドップラー効果の生じ方が相違する。すなわち、正面方向に対して所定の仰角または俯角をもつ平面上の各観測位置は、正面方向を含む水平面に対する高さが互いに異なるため、送波源が移動した場合に、送波源に対する接近または離間の速度が互いに異なる。このため、送信波の周波数が等しくなる平面は、正面方向に対して所定の仰角または俯角をもつ平面とはならず、この平面が周方向に湾曲した形状の曲面となる。
【0088】
図９は、周波数が等しくなる面（以下、「等周波数面」という）をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【0089】
図９において、各軸の単位はメートルである。Ｙ軸方向の中間位置（距離がゼロの位置）に送波アレイがＸ軸方向に延びるように配置される。Ｙ軸方向の中間位置からＺ軸方向に送信波が送波される。すなわち、Ｙ軸方向の中間位置からＺ軸方向に向かう方向が正面方向である。
【0090】
図９には、正面方向よりも上側の範囲における等周波数面ＥＰ１～ＥＰ５が示されている。等周波数面ＥＰ１、ＥＰ２、ＥＰ３、ＥＰ４、ＥＰ５は、それぞれ、ｆ０－ｆｄ１、ｆ０－ｆｄ２、ｆ０－ｆｄ３、ｆ０－ｆｄ４、ｆ０－ｆｄ５の周波数の面である。ｆ０は、正面方向における周波数であり、送波素子に供給される送信信号の周波数に等しい。ｆ
ｄ１～ｆｄ５には、ｆｄ１＜ｆｄ２＜ｆｄ３＜ｆｄ４＜ｆｄ５の関係がある。
ｄ１～ｆｄ５には、ｆｄ１＜ｆｄ２＜ｆｄ３＜ｆｄ４＜ｆｄ５の関係がある。
【0091】
便宜上、図９には５つの等周波数面ＥＰ１～ＥＰ５が示されているが、これら等周波数面ＥＰ１～ＥＰ５の間にも、多数の等周波数面が存在する。たとえば、等周波数面ＥＰ１、ＥＰ２の間の隙間の周波数は、ｆ０－ｆｄ１からｆ０－ｆｄ２へと連続的に遷移している。図９の等周波数面ＥＰ１～ＥＰ５をＹ－Ｚ平面について対称に折り返すことにより、正面方向よりも下側の範囲における等周波数面が形成される。
【0092】
図１０は、送受波系の構成例を模式的に示す図である。
【0093】
この構成例では、図４に示した送波系の構成の他に、受波系の構成として、複数の受波素子３１ａを有する受波アレイ３１が配置されている。図４と同様、送波系の構成は、第１送波アレイ１１と第２送波アレイ１２とを備えている。第１送波アレイ１１と第２送波アレイ１２は、Ｘ軸に沿って配置されている。第１送波アレイ１１の直上位置に、受波アレイ３１が配置されている。この構成例では、受波素子３１ａの並び方向と、第１送波素子１１ａおよび第２送波素子１２ａの並び方向とが垂直となっている。
【0094】
第１送波アレイ１１内の第１送波素子１１ａと第２送波アレイ１２内の第２送波アレイ１２とを、図４を参照して説明した方法で駆動することにより、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２の前方（Ｚ軸正方向）に、送信ビームＴＢ１が形成される。
【0095】
すなわち、第１送波素子１１ａに第１送信信号Ｓ１１を供給すると、当該第１送波素子１１ａから比較的広い指向性で送信波が送波される。同様に、第２送波素子１２ａに第２送信信号Ｓ１２を供給すると、当該第２送波素子１２ａから比較的広い指向性で送信波が送波される。第１送波アレイ１１内の第１送波素子１１ａと第２送波アレイ１２内の第２送波素子１２ａに上から順番に第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２を１走査分供給した場合に、各送波素子から送波される送信波が全て重なる領域が、送信ビームＴＢ１の形成領域となる。この形成領域には、図９を参照して説明したように、多数の等周波数面が生じる。
【0096】
各受波素子３１ａから出力される受信信号に対し位相制御（ビームフォーミング）を行うことにより、Ｘ軸を中心とする周方向に幅狭の受信ビームＲＢ１が形成される。これにより、受信ビームＲＢ１と送信ビームＴＢ１とが交差する領域の受信信号が抽出される。上記位相制御により、受信ビームＲＢ１を、Ｘ軸を中心にθ１方向に旋回させることにより、各旋回位置の受信信号が抽出される。受信ビームＲＢ１の旋回位置により、送信波が物標によって反射された反射波の水平方向における到来方向が規定され得る。また、受信信号の周波数により、反射波が生じた等周波数面（図９参照）が規定され得る。
【0097】
したがって、受信ビームＲＢ１により抽出される受信信号のうち、各等周波数面に対応する周波数の受信信号を抽出し、抽出した受信信号の各等周波数面上の強度を各等周波数面にプロットすることにより、当該受信ビームＲＢ１と送信ビームＴＢ１とが交差する範囲の受信信号の強度データの分布が得られる。そして、受信ビームＲＢ１を水平方向の検知範囲内において旋回させて、各旋回位置における強度データの分布を得ることにより、水平方向および鉛直方向における全ての検知範囲において３次元状に分布する強度データ（ボリュームデータ）を取得できる。この強度データ（ボリュームデータ）を画像化することにより、検知範囲の物標の状態を示す画像を得ることができる。
【0098】
＜具体的構成＞
図１１は、物標検出装置１の具体的構成を示すブロック図である。
図１１は、物標検出装置１の具体的構成を示すブロック図である。
【0099】
物標検出装置１は、送波系の構成として、上述の第１送波アレイ１１と第２送波アレイ１２とを備える。第１送波アレイ１１と第２送波アレイ１２は、図１０と同様の構成である。物標検出装置１は、第１送波アレイ１１の各第１送波素子１１ａに第１送信信号Ｓ１１を供給するための構成として、第１送信信号生成部１１１と、第１送信アンプ１１２と、第１信号切替部１１３とを備える。また、物標検出装置１は、第２送波アレイ１２の各第２送波素子１２ａに第２送信信号Ｓ１２を供給するための構成として、第２送信信号生成部１２１と、第２送信アンプ１２２と、第２信号切替部１２３とを備える。
【0100】
第１送信信号生成部１１１は、制御部１０１からの制御に応じて、第１送信信号Ｓ１１を生成する。第１送信信号Ｓ１１は、周波数が一定かつ振幅変調された波形である。第１送信信号Ｓ１１は、たとえば、図６（ａ）の送信波ＴＤ１１と同様の波形に設定され得る。第１送信アンプ１１２は、制御部１０１からの制御に応じて、第１送信信号生成部１１１から入力される第１送信信号Ｓ１１を増幅する。第１信号切替部１１３は、制御部１０１からの制御に応じて、第１送波アレイ１１に含まれる複数の第１送波素子１１ａに対し、第１送信信号Ｓ１１を順番に供給する。第１信号切替部１１３は、図４の第１信号切替部２１と同様の構成である。第１信号切替部１１３は、たとえば、デマルチプレクサにより構成される。
【0101】
第２送信信号生成部１２１は、制御部１０１からの制御に応じて、第２送信信号Ｓ１２を生成する。第２送信信号Ｓ１２は、周波数が一定かつ振幅変調された波形である。第２送信信号Ｓ１２は、たとえば、図６（ａ）の送信波ＴＤ２１と同様の波形に設定され得る。第２送信信号Ｓ１２は、第１送信信号Ｓ１１と同様の信号である。第２送信アンプ１２２は、制御部１０１からの制御に応じて、第２送信信号生成部１２１から入力される第２送信信号Ｓ１２を増幅する。第２信号切替部１２３は、制御部１０１からの制御に応じて、第２送波アレイ１２に含まれる複数の第２送波素子１２ａに対し、第２送信信号Ｓ１２を順番に供給する。第２信号切替部１２３は、図４の第２信号切替部２２と同様の構成である。第２信号切替部１２３は、たとえば、デマルチプレクサにより構成される。
【0102】
制御部１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理回路と、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）やハードディスク等の記憶媒体とを備える。制御部１０１が、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の集積回路で構成されてもよい。制御部１０１は、第１送波素子１１ａに対する第１送信信号Ｓ１１の供給期間に対して、当該第１送波素子１１ａに隣り合う第２送波素子１２ａに対する第２送信信号Ｓ１２の供給期間が半期間だけ遅延するように、第１信号切替部１１３と第２信号切替部１２３を制御する。これにより、図５（ｂ）、図６（ｂ）および図７（ｂ）に示す波形の送信波が送波され、送信ビームＴＢ１において、上述の等周波数面（図９参照）が形成される。
【0103】
物標検出装置１は、受波系の構成として、上述の受波アレイ３１を備える。受波アレイ３１は、図１０と同様の構成である。受波アレイ３１には、ｍ個の受波素子３１ａが配置されている。各受波素子３１ａに対応するチャンネルＣＨ１～ＣＨｍに、各受波素子３１ａから受信信号が出力される。
【0104】
物標検出装置１は、受波アレイ３１の各受波素子３１ａから出力される受信信号を処理して検出画像を生成するための構成として、複数の受信処理部１３１と、複数のＡＤ変換部１３２と、受信信号処理部１３３と、映像信号処理部１３４とを備える。
【0105】
複数の受信処理部１３１は、チャンネルＣＨ１～ＣＨｍにそれぞれ接続されている。各受信処理部１３１は、入力された受信信号に対し、不要な帯域を除去する処理や、受信信号をＡＤ変換に適するレベルに増幅する処理、および、ＡＤ変換のサンプリング周期の半
分以上の帯域の信号成分を除去する処理等を行う。複数のＡＤ変換部１３２は、複数の受信処理部１３１にそれぞれ対応付けられている。各ＡＤ変換部１３２は、対応する受信処理部１３１から入力されたアナログの受信信号を、所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換する。
分以上の帯域の信号成分を除去する処理等を行う。複数のＡＤ変換部１３２は、複数の受信処理部１３１にそれぞれ対応付けられている。各ＡＤ変換部１３２は、対応する受信処理部１３１から入力されたアナログの受信信号を、所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換する。
【0106】
受信信号処理部１３３は、複数のＡＤ変換部１３２からそれぞれ入力されたチャンネルＣＨ１～ＣＨｍの受信信号を処理して、検知範囲に３次元状に分布する受信信号の強度データ（ボリュームデータ）を算出する。受信信号処理部１３３が、制御部１０１とともに、単一の集積回路（ＦＰＧＡ等）で構成されてもよい。
【0107】
映像信号処理部１３４は、受信信号処理部１３３から入力される強度データ（ボリュームデータ）を処理して、検知範囲の物標の状態を画像化するための画像データを生成する。映像信号処理部１３４は、たとえば、ＣＰＵによって構成される。表示部１３５は、モニタ等で構成され、映像信号処理部１３４から入力される画像データに応じた検出画像を表示する。
【0108】
図１２（ａ）は、受信信号処理部１３３の構成例を示す機能ブロック図である。
【0109】
受信信号処理部１３３は、演算処理回路と記憶媒体とを備える。受信信号処理部１３３は、記憶媒体に記憶されたプログラムにより、図１２（ａ）に示す各機能ブロックの機能を実行する。図１２（ａ）の機能の一部が、ソフトウエアでなく、ハードウエアにより実行されてもよい。
【0110】
受信信号処理部１３３は、複数のデジタルフィルタ２０１と、バッファ２０２と、複数のバンドパスフィルタ２０３と、複数のビーム合成部２０４とを備える。
【0111】
複数のデジタルフィルタ２０１は、図１１の複数のＡＤ変換部１３２にそれぞれ対応して設けられている。デジタルフィルタ２０１は、図１１の受信処理部１３１におけるフィルタ機能よりも急峻なフィルタであり、受信信号における不要な帯域の信号を除去する。
【0112】
バッファ２０２は、複数のデジタルフィルタ２０１からそれぞれ出力されるチャンネルＣＨ１～ＣＨｍの受信信号を一時的に保持する。バッファ２０２は、第１送波アレイ１１の複数の第１送波素子１１ａおよび第２送波アレイ１２の複数の第２送波素子１２ａをそれぞれ上から下まで駆動する処理（以下、この駆動を「スキャン」という）が開始された後、検知範囲の最大距離からの反射波が受波アレイ３１に受波されるまでの期間の受信信号（以下、「１スキャン分の受信信号」という）を、時系列で複数スキャン分保持する。バッファ２０２は、１スキャン分の受信信号を、順次、複数のバンドパスフィルタ２０３にそれぞれ供給する。バッファ２０２は、１スキャン分の受信信号を複数のバンドパスフィルタ２０３に供給すると、当該１スキャン分の受信信号を消去する。
【0113】
複数のバンドパスフィルタ２０３は、入力されたチャンネルＣＨ１～ＣＨｍの１スキャン分の受信信号から周波数Ｆ１～Ｆｎの周波数成分（等周波数受信信号）をそれぞれ抽出する。バンドパスフィルタ２０３の周波数Ｆ１～Ｆｎは、図９に示した等周波数面を規定する。すなわち、バンドパスフィルタ２０３の数だけ等周波数面が規定される。バンドパスフィルタ２０３の数を増やすほど、等周波数面の重なり方向における受信信号の分解能が高まる。バンドパスフィルタ２０３は、チャンネルＣＨ１～ＣＨｍの１スキャン分の受信信号から自身に設定された周波数Ｆｋの周波数成分（等周波数受信信号）を抽出して、ビーム合成部２０４に供給する。
【0114】
複数のビーム合成部２０４は、複数のバンドパスフィルタ２０３にそれぞれ対応付けて
設けられている。ビーム合成部２０４は、位相制御もしくは遅延制御に基づくビームフォーミングにより受信ビームＲＢ１を形成し、図１０のθ１方向に等周波数受信信号を所定の分解能で分離する。これにより、受信ビームＲＢ１と、バンドパスフィルタ２０３で規定される等周波数面とが交差する領域の等周波数受信信号が取得される。すなわち、最上段のビーム合成部２０４からは、周波数Ｆ１に対応する等周波数面と、水平面に平行な方向（図１０のθ１方向）における各方位の受信ビームＲＢ１とが交差する交差領域の等周波数受信信号が得られる。
設けられている。ビーム合成部２０４は、位相制御もしくは遅延制御に基づくビームフォーミングにより受信ビームＲＢ１を形成し、図１０のθ１方向に等周波数受信信号を所定の分解能で分離する。これにより、受信ビームＲＢ１と、バンドパスフィルタ２０３で規定される等周波数面とが交差する領域の等周波数受信信号が取得される。すなわち、最上段のビーム合成部２０４からは、周波数Ｆ１に対応する等周波数面と、水平面に平行な方向（図１０のθ１方向）における各方位の受信ビームＲＢ１とが交差する交差領域の等周波数受信信号が得られる。
【0115】
得られた等周波数受信信号は、交差領域からの反射波の強さに応じて、強度が時間軸上で変化する。この時間軸は、交差領域における受波アレイ３１からの距離に相当する。したがって、時間軸上の各強度を、交差領域において、受波アレイ３１からの対応する距離位置にマッピングすることにより、交差領域上における強度データの分布が得られる。こうして、各ビーム合成部２０４から出力される方位ごとの強度データの分布を統合することにより、検知範囲に３次元状に強度データが分布するボリュームデータが取得される。
【0116】
図１２（ｂ）は、受信信号処理部１３３の他の構成例を示す機能ブロック図である。
【0117】
この構成例では、図１２（ａ）の構成例におけるバンドパスフィルタ２０３が、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）２１１と周波数抽出部２１２に置き換えられている。ＦＦＴ２１１は、チャンネルＣＨ１～ＣＨｍの１スキャン分の受信信号から周波数スペクトルを算出する。周波数抽出部２１２は、ＦＦＴ２１１により算出された各チャンネルの周波数スペクトルから、周波数Ｆ１～Ｆｎの周波数成分（等周波数受信信号）をそれぞれ抽出してビーム合成部２０４に供給する。ビーム合成部２０４の処理は、図１２（ａ）の場合と同様である。
【0118】
この構成によっても、図１２（ａ）の構成と同様、各ビーム合成部２０４から出力される方位ごとの強度データの分布を統合することにより、検知範囲に３次元状に強度データが分布するボリュームデータが取得される。なお、図１２（ｂ）の構成例では、図１２（ａ）の構成例よりも、等周波数受信信号を抽出する周波数をより細かく設定できる。よって、処理対象とされる等周波数面の数を増やすことができ、等周波数面の積層方向における等周波数受信信号の分解能を高めることができる。
【0119】
【0120】
図１３（ａ）を参照して、制御部１０１は、第１送信信号生成部１１１に第１送信信号Ｓ１１を生成させる（Ｓ１１１）。その後、制御部１０１は、所定の切替タイミングが到来すると（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、第１送信信号Ｓ１１の供給先となる第１送波素子１１ａを隣の第１送波素子１１ａに切り替える（Ｓ１１３）。ここで、切替タイミングは、振幅変調された１単位の第１送信信号Ｓ１１（図６（ａ）の送信波ＴＤ１１に対応する第１送信信号Ｓ１１）の終端が到来するタイミングである。その後、制御部１０１は、処理をステップＳ１１２に戻して、次の切替タイミングが到来するのを待つ。これにより、１単位の第１送信信号Ｓ１１が開始されるタイミングで、第１送信信号Ｓ１１の供給先となる第１送波素子１１ａが隣の第１送波素子１１ａに切り替えられる。
【0121】
図１３（ｂ）を参照して、制御部１０１は、第１送信信号Ｓ１１の生成開始タイミングから第１送信信号の１単位の半分の期間だけ遅れたタイミングで、第２送信信号生成部１２１に第２送信信号Ｓ１２を生成させる（Ｓ１２１）。上記のように、第２送信信号Ｓ１２は、第１送信信号Ｓ１１と周波数および振幅変調が同じ信号である。その後、制御部１
０１は、所定の切替タイミングが到来すると（Ｓ１２２：ＹＥＳ）、第２送信信号Ｓ１２の供給先となる第２送波素子１２ａを隣の第２送波素子１２ａに切り替える（Ｓ１２３）。ここで、切替タイミングは、現在供給先となっている第２送波素子１２ａに対して上側に隣り合う第１送波素子１１ａに供給されている１単位の第１送信信号Ｓ１１の中間位置が到来するタイミングである。その後、制御部１０１は、処理をステップＳ１２２に戻して、次の切替タイミングが到来するのを待つ。これにより、第１送信信号Ｓ１１に対して１単位の半分の期間だけ遅れたタイミングで、第２送信信号Ｓ１２の供給先となる第２送波素子１２ａが隣の第２送波素子１２ａに切り替えられる。
０１は、所定の切替タイミングが到来すると（Ｓ１２２：ＹＥＳ）、第２送信信号Ｓ１２の供給先となる第２送波素子１２ａを隣の第２送波素子１２ａに切り替える（Ｓ１２３）。ここで、切替タイミングは、現在供給先となっている第２送波素子１２ａに対して上側に隣り合う第１送波素子１１ａに供給されている１単位の第１送信信号Ｓ１１の中間位置が到来するタイミングである。その後、制御部１０１は、処理をステップＳ１２２に戻して、次の切替タイミングが到来するのを待つ。これにより、第１送信信号Ｓ１１に対して１単位の半分の期間だけ遅れたタイミングで、第２送信信号Ｓ１２の供給先となる第２送波素子１２ａが隣の第２送波素子１２ａに切り替えられる。
【0122】
制御部１０１は、図１３（ａ）、（ｂ）の処理により、第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２がそれぞれ供給される第１送波素子１１ａおよび第２送波素子１２ａを、上から順番に切り替える。最下部の第１送波素子１１ａおよび第２送波素子１２ａまで供給先が切り替えられて１スキャンが終了すると、制御部１０１は、再度、供給先を最上部の第１送波素子１１ａおよび第２送波素子１２ａに戻して、同様の処理による次のスキャンを行う。各スキャンでは、図４を参照して説明した送波が行われる。これにより、上記のように等周波数面が重なった送信ビームＴＢ１が形成される。
【0123】
図１３（ｃ）は、受信信号を処理して検出画像を表示する処理を示すフローチャートである。この処理は、検知動作時に継続的に実行され、検知動作の終了に応じて終了される。
【0124】
１スキャン分の受信信号がバッファ２０２から複数のバンドパスフィルタ２０３にそれぞれ供給される（Ｓ２０１）。各バンドパスフィルタ２０３は、入力された各チャンネルの受信信号から自身に設定された周波数の周波数成分（等周波数受信信号）を抽出して、対応するビーム合成部２０４に供給する（Ｓ２０２）。ビーム合成部２０４は、入力された周波数成分（等周波数受信信号）から、ビームフォーミングにより、水平方向（θ１方向）の各方位の信号成分を抽出する（Ｓ２０３）。これにより、各周波数によって規定される等周波数面に受信信号の強度データがマッピングされた強度データの分布が得られる。受信信号処理部１３３は、全てのビーム合成部２０４からの強度データを統合して、検知範囲に３次元状に強度データが分布するボリュームデータを構成する（Ｓ２０４）。受信信号処理部１３３は、ボリュームデータを、映像信号処理部１３４に供給する。
【0125】
映像信号処理部１３４は、ボリュームデータを処理して、検知範囲における物標の検知状況を表示するための画像データを生成し、生成した画像データを表示部１３５に供給する（Ｓ２０５）。表示部１３５は、入力された画像データに基づく画像を表示する（Ｓ２０６）。これにより、検知範囲における物標の検出状況が表示される。
【0126】
図１４は、上述の物標検出装置１が、水中の物標を検知するソナーとして用いられる場合の構成を模式的に示す図である。
【0127】
船２の船底に、送受波器３００が設置される。送受波器３００は、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２と、受波アレイ３１とを備えている。第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２は、上述の処理により水中に送信波を送波する。ここでは、送信波として、音波（たとえば超音波）が送波される。これにより、鉛直平面に平行な角度θ２の範囲において、等周波数面が角度方向に重なった送信ビームＴＢ１が形成される。
【0128】
図１１の構成のうち、第１送波アレイ１１、第２送波アレイ１２、受波アレイ３１および表示部１３５以外の構成は、船２の操舵室２ａに設置された制御装置に装備される。表示部１３５は、制御装置とは別に、操舵室２ａに設置される。表示部１３５が制御装置に一体化されてもよい。
【0129】
この構成によれば、水底３や魚群４の状況を示す検出画像が表示部１３５に表示される。これにより、使用者は、水中の状況を把握できる。なお、前方、後方、左方および右方にそれぞれ向けられた４つの送受波器３００が船底に設置されてもよい。この場合、送受波器３００ごとに、図１１の送波系および受波系の構成が準備される。これにより、船の全周囲の検出画像を表示部１３５に表示させることができる。
【0130】
また、上述の物標検出装置１が、空中の物標を検知するレーダとして用いられる場合、たとえば、操舵室２ａの側壁に、送受波器４００が設置される。送受波器４００は、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２と、受波アレイ３１とを備えている。第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２は、上述の処理により空中に送信波を送波する。ここでは、送信波として、電波が送波される。回路部の構成は、ソナーの場合と同様、操舵室２ａに設置される。
【0131】
この構成によれば、障害物や鳥群等の状況を示す検出画像が表示部１３５に表示される。これにより、使用者は、空中の状況を把握できる。なお、操舵室２ａの前後左右の側面にそれぞれ送受波器４００が設置されてもよい。この場合、送受波器４００ごとに、図１１の送波系および受波系の構成が準備される。これにより、船の全周囲の空間の検出画像を表示部１３５に表示させることができる。
【0132】
＜実施形態の効果＞
実施形態によれば、以下の効果が奏され得る。
実施形態によれば、以下の効果が奏され得る。
【0133】
第１送信信号Ｓ１１が供給される第１送波素子１１ａが、第１送波アレイ１１内において第１素子から第２素子へと切り替えられることにより、送信波の送波源が第１送波素子１１ａの並び方向に移動する。これにより、送信ビームＴＢ１の周波数がドップラー効果によって送波源の移動方向に変化し、送信ビームＴＢ１に複数の等周波数面が形成される。したがって、受波素子３１ａから生じる受信信号から各等周波数面に応じた周波数成分を抽出することにより、各等周波数面からの反射波に基づく受信信号（等周波数受信信号）を得ることができる。このように、本実施形態によれば、第１送信信号Ｓ１１が供給される第１送波素子１１ａを第１送波アレイ１１内で切り替えることにより、観測対象の全ての等周波数面に対する等周波数受信信号を同時に生成できる。よって、簡易な構成により迅速に物標を検出することができる。
【0134】
また、本実施形態では、隣り合う第１送波素子１１ａに第１送信信号Ｓ１１が順番に供給されるため、送信波の送波源を第１送波素子１１ａの並び方向に細かく移動させることができる。よって、ドップラー効果による周波数の変化を滑らかに生じさせることができる。
【0135】
また、図４および図１０に示した構成例では、複数の第２送波素子１２ａを有する第２送波アレイ１２が設けられ、複数の第２送波素子１２ａに順番に第２送信信号Ｓ１２が供給される。これにより、第１送信信号Ｓ１１と第２送信信号Ｓ１２とを調整することにより、送信波に不要な周波数成分が重畳されることを抑制できる。よって、受信信号に基づく処理をより精度良く行うことができる。
【0136】
また、第２送波素子１２ａが第１送波素子１１ａに隣り合っているため、第１送信信号Ｓ１１に基づく送信波の送波源が第１送波アレイ１１内の第１素子から第２素子へと移動する間に、第１素子から第２素子の間の位置において、第２送信信号Ｓ１２に基づく送信波が第２送波アレイ１２内の第２送波素子１２ａから送波される。これにより、送信波の連続性が維持され易くなる。よって、送信波に不要な周波数成分が重畳されることを抑制
できる。
できる。
【0137】
また、この構成において、第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２の振幅を、たとえば、図５（ａ）の波形のように変調することにより、送信波に不要な周波数成分が重畳されることをより効果的に抑制できる。よって、各等周波数面に対する受信信号の品質を高めることができる。
【0138】
また、図１２（ａ）、（ｂ）を参照して説明したように、受信信号処理部１３３は、受信信号の周波数成分に基づいて、当該周波数に対応する等周波数面からの反射波に基づく受信信号を抽出するよう構成されている。これにより、各等周波数面に対する等周波数受信信号を円滑に取得できる。
【0139】
また、図１０に示したように、各受波素子３１ａから生じる受信信号に基づいて生成される受信ビームＲＢ１が、第１送波アレイ１１により生成される送信ビームＴＢ１と交差するよう構成されている。これにより、受信ビームＲＢ１と送信ビームＴＢ１（等周波数面）とが交差する範囲において、反射波の強度に基づく強度データの分布を算出できる。よって、ビームフォーミングにより受信ビームの指向方向を検知範囲内で変化させることにより、検知範囲に３次元状に分布する強度データを構成できる。
【0140】
＜変更例＞
本発明は、上記実施形態に制限されるものではない。また、本発明の実施形態は、上記構成の他に種々の変更が可能である。
本発明は、上記実施形態に制限されるものではない。また、本発明の実施形態は、上記構成の他に種々の変更が可能である。
【0141】
たとえば、上記実施形態では、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、受信信号から各周波数の周波数成分が抽出された後、ビームフォーミングの処理により各方位の信号に分離されたが、先にビームフォーミングの処理により受信信号を各方位の信号に分離し、分離後の各方位の信号に対して各周波数の周波数成分が抽出されてもよい。すなわち、図１２（ａ）のバンドパスフィルタ２０３とビーム合成部２０４とが互いに置き換えられてもよく、また、図１２（ｂ）のＦＦＴ２１１および周波数抽出部２１２とビーム合成部２０４とが互いに置き換えられてもよい。
【0142】
また、上記実施形態では、図１０に示すように、受波素子３１ａが複数設けられたが、１つの受波素子３１ａのみにより反射波が受波されてもよい。ただし、この場合は、受信信号の強度データを方位毎に区分して等周波数面上にマッピングすることができないため、上記実施形態のように検知範囲の状況を３次元状に画像で表示することはできない。この構成では、受信ビームの方位（図１０のθ１の方位）が固定される。その方位の受信ビームから受信信号の周波数成分を抽出することで、鉛直方向における各方向の強度データを取得できる。よって、鉛直方向の各方向の強度データをマッピングすることで、２次元状の検知画像を表示させることができる。
【0143】
また、上記実施形態では、第１送信信号Ｓ１１と第２送信信号Ｓ１２が同じ信号であったが、送信波の不要な周波数成分を抑制できる限りにおいて、第１送信信号Ｓ１１と第２送信信号Ｓ１２とが互いに異なる信号であってもよい。また、上記実施形態では、送信信号Ｓ１、第１送信信号Ｓ１１および第２送信信号Ｓ１２のキャリア周波数が一定であったが、チャープ信号のようにキャリア信号が周波数変調されていてもよい。また、第１送信信号Ｓ１１がバースト波であってもよく、第２送信信号Ｓ１２がバースト波であってもよい。
【0144】
また、第１送信信号Ｓ１１の供給先となる第１送波素子１１ａを切り替えるタイミングおよび第２送信信号Ｓ１２の供給先となる第２送波素子１２ａを切り替えるタイミングは
、図１３（ａ）、（ｂ）を参照して説明したタイミングに限られるものではなく、送信波に生じる不要な周波数成分を抑制できる限りにおいて、他のタイミングであってもよい。
、図１３（ａ）、（ｂ）を参照して説明したタイミングに限られるものではなく、送信波に生じる不要な周波数成分を抑制できる限りにおいて、他のタイミングであってもよい。
【0145】
また、第１送波アレイ１１と第２送波アレイ１２の構成は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、送信ビームＴＢ１にドップラー効果に基づく周波数の変化を生じさせ得る限りにおいて、他の構成であってもよい。
【0146】
たとえば、図１５（ａ）に示すように、隣り合う２つの第１送波素子１１ａの境界の側方に第２送波素子１２ａが位置付けられるように、第１送波アレイ１１と第２送波アレイ１２が構成されてもよい。この場合も、各々の第１送波素子１１ａおよび第２送波素子１２ａに対して、図１０の場合と同様のタイミングで、第１送信信号Ｓ１１と第２送信信号Ｓ１２が供給される。これにより、送信波に生じる不要な周波数成分を抑制できる。
【0147】
また、図１５（ｂ）に示すように、複数の送波素子１０ａが複数のグループにグループ化され、送信信号Ｓ１の供給先がグループ間で切り替えられる構成であってもよい。この構成によっても、送波源を移動方向Ｄ１に移動させることができるため、ドップラー効果に基づく周波数の変化を送信ビームＴＢ１に生じさせることができる。また、グループごとに送信波が送波されるため、送信波の出力を高めることができる。グループ化される送波素子１０ａの数は２つに限らず、３つ以上であってもよい。
【0148】
また、送波素子の数は、上記実施形態に示された数に限らず、複数である限りにおいて、他の数であってもよい。また、上記実施形態では、送波アレイと受波アレイが互いに垂直に配置されたが、送波アレイと受波アレイが垂直からややずれた角度で配置されてもよい。
【0149】
また、図１１には、第１送波アレイ１１と第２送波アレイ１２とを用いる場合の構成は示されたが、第１送波アレイ１１のみを用いる構成であってもよい。この場合、図１１から、第２送波アレイ１２と、第２送信信号生成部１２１、第２送信アンプ１２２および第２信号切替部１２３が省略される。
【0150】
さらに、図１４には、船２に物標検出装置１（ソナー、レーダ）が配置される場合の構成が示されたが、物標検出装置１（ソナー、レーダ）が、船２以外の移動体に設置されてもよく、あるいは、浮標等、移動体以外の構造物に物標検出装置１（ソナー、レーダ）が設置されてもよい。
【0151】
＜第２実施形態＞
上記実施形態では、送波アレイの複数の送波素子を上から下まで１回だけ駆動（スキャン）することにより、１検出単位（１ｐｉｎｇ）に対する１パルス分の送波が行われた。この場合、各送波素子においては、当該送波素子が駆動される期間しか送波が行われない。このため、１パルスの送信エネルギーが低くなり、探知可能な最大距離が制限される。
上記実施形態では、送波アレイの複数の送波素子を上から下まで１回だけ駆動（スキャン）することにより、１検出単位（１ｐｉｎｇ）に対する１パルス分の送波が行われた。この場合、各送波素子においては、当該送波素子が駆動される期間しか送波が行われない。このため、１パルスの送信エネルギーが低くなり、探知可能な最大距離が制限される。
【0152】
そこで、第２実施形態では、１パルスの送信エネルギーを高めるための制御がなされる。具体的には、１検出単位において、第１送波アレイ１１の複数の第１送波素子１１ａおよび第２送波アレイ１２の複数の第２送波素子１２ａを、図４を参照して説明した方法で、一方向に連続的に駆動させるスキャンが複数回行われてパルスが生成される。より詳細には、図４の構成において、信号切り替え部２１、２２は、第１シーケンスにおいて、開始素子と終了素子との間の複数の送波素子１１ａ、１２ａに対して、開始素子から終了素子へと向かって連続的に送信信号が供給されるように制御され、第１シーケンスに続く第２シーケンスにおいて、開始素子と終了素子との間の複数の第１送波素子１１ａ、１２ａに、開始素子から終了素子へと向かって連続的に送信信号が供給されるように制御される
。これにより、１パルスの送信エネルギーが高められる。
。これにより、１パルスの送信エネルギーが高められる。
【0153】
図１６は、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２に対し複数回一方向のスキャンが行われた場合の音場の状態を模式的に示す図である。図１６では、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２における第１送波素子１１ａおよび第２送波素子１２ａの並び方向と、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２の正面方向が、それぞれ、ｘ軸およびｙ軸に設定されている。また、図１６には、音場の波面が示されている。
【0154】
第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２の複数の第１送波素子１１ａおよび第２送波素子１２ａを一方の端（開始位置の送波素子）から他方の端（終了位置の送波素子）まで順番に連続的に駆動して、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２に対するスキャンを行った後、時間の隙間なく、同様のスキャンを繰り返し行う制御が行われる。これにより、周波数ｆ０で送信する音源Ｓが開始位置から終了位置まで移動した後、時間の隙間なく、音源Ｓが開始位置から終了位置まで移動する状態が形成される。この制御を１検出単位において所定回数繰り返すことにより、パルスの送信時間が伸長され、送信エネルギーが増大される。図１６では、便宜上、１検出単位においてスキャンが４回行われた場合の音場が示されている。
【0155】
なお、以下の説明では、図１（ａ）に示したように、各方位において音波に不連続性が生じていないことが想定されている。すなわち、図１（ｂ）に示した音波の不連続性の影響は、図４に示したように、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２を用いた制御により抑制され、さらに、図８（ａ）、（ｃ）に示したスプリアス（不要なピーク）の影響は、図１２（ａ）に示したパンドパスフィルタ２０３または図１２（ｂ）に示した周波数抽出部２１２による周波数フィルタリングによって解消されるため、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２による送波においても、受信系においてこの周波数フィルタリングが適用されることにより、図１（ａ）に示したように全ての方位において音波の連続性が維持された状態と等価に扱い得る。よって、以下では、便宜上、全ての方位において音波の不連続性が生じていないとして説明を行う。
【0156】
図１６に示すように、各スキャンによる送信パケットは、正面方向を基準とするｘ－ｙ平面の面内方向の方位θ（以下、実施形態２において「方位θ」という）に応じて時間圧縮され、キャリア周波数が変化する。また、この時間圧縮に応じて、方位θに応じた隙間（音圧ゼロの区間）が送信パケット間に発生する。図１６には、正面方向（ｙ軸方向）と、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２のスキャン方向（ｘ軸方向）との送信パケットが、それぞれ、ｙ軸およびｘ軸に沿って示され、矢印の方位の送信パケットが矢印の先端に示されている。各送信パケットに付されているτは、音源Ｓが開始位置から終了位置まで移動する期間、すなわち、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２に対する１回のスキャン期間である。
【0157】
図１６に示すように、正面方向（ｙ軸方向）では、ドップラー効果がないため、送信パケットの波形が送信信号と同様の波形に維持される。このため、正面方向では、送信パケット間に隙間が生じない。これに対し、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２のスキャン方向（ｘ軸方向）では、ドップラー効果により送信パケットの波形が大きく圧縮され、送信パケット間に大きな隙間が生じる。また、矢印の方位では、ｘ軸方向よりもドップラー効果が小さいため、送信パケットの波形の圧縮が小さくなり、送信パケット間に生じる隙間が抑制される。
【0158】
このように、方位ごとに波形の圧縮と隙間の状態が異なるため、音波の周波数スペクトルが方位ごとに異なる。すなわち、隙間によって位相の不連続性が生じる方位ではスペクトル強度が低くなり、隙間によって位相の不連続性が生じない方位ではスペクトル強度が
高くなる。具体的には、隙間が波長の整数倍になる方位では、位相の不連続性が生じないため、スペクトル強度が高くなる。
高くなる。具体的には、隙間が波長の整数倍になる方位では、位相の不連続性が生じないため、スペクトル強度が高くなる。
【0159】
図１７（ａ）、（ｂ）は、音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【0160】
このシミュレーションは、以下のシミュレーション条件で行った。
【0161】
送信周波数：ｆ０＝１５０ｋＨｚ
パルス幅：ＰＷ＝１００ｍｓｅｃ
スキャン期間：τ=１ｍｓｅｃ
パルス幅：ＰＷ＝１００ｍｓｅｃ
スキャン期間：τ=１ｍｓｅｃ
【0162】
すなわち、送信周波数f０が一定の連続波ＣＷを各送信パケットにおいて送波した。各送信パケットのスキャン期間τを１ｍｓｅｃに設定し、音源Ｓを１００回スキャンさせて、パルスを形成した。すなわち、パルス幅ＰＷは、１００ｍｓｅｃであった。
【0163】
【0164】
図１７（ａ）、（ｂ）を参照すると、１ｋＨｚ間隔でスペクトル強度のピーク、すなわち、送信ビームが形成されていることが分かる。そのメカニズムは、以下のとおりである。
【0165】
１スキャンで正面方向（θ＝０）に送波される波の数は、f０・τであり、このパケットがスキャン期間τで繰り返されて、位相の繋がったパルス幅の長いＣＷ波が正面方向に送波される。一方、正面以外の方向では、方位に応じて隙間による位相の不連続が生じるが、次の関係式を満たすキャリア周波数の方向には、パケット間の初期位相が保たれる。
【0166】
【数1】
【0167】
隙間の期間すなわち位相停止の期間が、その方向のキャリアの周期の整数倍であれば、パケット間初期位相が同じになり、隙間の影響は軽微となる。この条件は、上記式（１）より、以下の式で表され得る。
【0168】
【数2】
【0169】
式（２）より、図１７（ａ）、（ｂ）において、１／τすなわち１ｋＨｚごとに、連続位相すなわちスペクトルが先鋭化する方向が形成されている理由が解釈できる。
【0170】
次に、ビームスペーシング（形成される送信ビームの間隔）について検討する。
【0171】
送信ビームが形成され方位は、前述のとおり、初期位相のつながる方位であり、キャリア周波数が、式（２）を満たす方位である。その方位θｎは、以下の式により他の変数と関係づけられる。
【0172】
θ方向の隙間の時間は、以下の式で求まる。
【0173】
【数3】
【0174】
ここで、Ｖは音源Ｓの移動速度、ｃは音速、ｒ（θ）はθ方向に伝播する送信波の圧縮率である。
【0175】
この隙間の時間が、θ方向のキャリア周波数の周期の整数倍となる方位がθｎであるので、θｎは以下の式で規定される。
【0176】
【数4】
【0177】
よって、θｎは、次式で求めることができる。
【0178】
【数5】
【0179】
従って、上記式（５）で求まる方位θｎに送信ビームが形成される。よって、方位θｎのキャリア周波数を図１２（ａ）のバンドパスフィルタ２０３または図１２（ｂ）の周波数抽出部２１２で抽出することにより、各送信ビームに対する受信信号を抽出できる。
【0180】
＜第３実施形態＞
図１７（ｂ）を参照すると、θ方向に連続的に探知範囲を画像化するためには、送信ビームのビーム間隔が広い。すなわち、送信ビーム間の角度範囲において、受信信号に抜けが生じ、良好な探知画像を生成するのが困難となる。そこで、第３実施形態では、図１７（ｂ）の送信ビーム間にさらに送信ビームを形成するための制御がなされる。
図１７（ｂ）を参照すると、θ方向に連続的に探知範囲を画像化するためには、送信ビームのビーム間隔が広い。すなわち、送信ビーム間の角度範囲において、受信信号に抜けが生じ、良好な探知画像を生成するのが困難となる。そこで、第３実施形態では、図１７（ｂ）の送信ビーム間にさらに送信ビームを形成するための制御がなされる。
【0181】
隣り合う送信ビームの方位の中間の方位では、送信パケットごとに位相が反転する。従って、送信パケットごとに送信信号の極性を反転して送信を行うことにより、その方位では初期位相が整相される筈である。
【0182】
図１８（ａ）、（ｂ）は、送信パケットごとに送信信号の極性を反転して送信を行った場合の音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションの条件は、送信パケットごとに送信信号の極性を反転することを除いて、図１７（ａ）、（ｂ）のシミュレーション条件と同様である。
【0183】
図１８（ａ）、（ｂ）を参照すると、図１７（ａ）、（ｂ）の送信ビーム間の中間の方位において、送信ビームが形成されている。すなわち、図１８（ａ）、（ｂ）では、図１７（ａ）、（ｂ）の送信ビーム間の方位を補間する送信ビームが形成されていることが分かる。よって、たとえば、１検出単位において、送信パケットごとに極性を反転せずに送信パケットを繰り返し送信する第１送信工程と、送信パケットごとに極性を反転して送信パケットを繰り返し送信する第２送信工程とを行うことにより、各送信工程によって、送信ビームに抜けが生じる方位を相補的に補間することができ、θ方向に連続的に探知範囲を画像化することができる。この場合も、各送信ビームのキャリア周波数を図１２（ａ）のバンドパスフィルタ２０３または図１２（ｂ）の周波数抽出部２１２に適用することにより、各送信ビームに対する受信信号を抽出できる。
【0184】
なお、第１送信工程と第２送信工程では、奇数番目および偶数番目の何れか一方において、送信信号の極性が反転すればよい。これにより、各送信工程によって、送信ビームに抜けが生じる方位を相補的に補間できる。
【0185】
＜第４実施形態＞
上記実施形態３において、第１送信工程および第２送信工程を２回の送受信に分けて行うと、フレームレートが半減する。他方、第１送信工程および第２送信工程が同時に行われる場合、送信工程間で極性が反転した送信パケットは、相互に干渉することにより、送信波が消失する。したがって、第１送信工程および第２送信工程を同時に行うことは、奇数番目または偶数番目の送信パケットにおいて送信を停止させることと、等価である。そこで、第４実施形態では、奇数番目または偶数番目の送信パケットにおいて送信を停止させることを検討する。
上記実施形態３において、第１送信工程および第２送信工程を２回の送受信に分けて行うと、フレームレートが半減する。他方、第１送信工程および第２送信工程が同時に行われる場合、送信工程間で極性が反転した送信パケットは、相互に干渉することにより、送信波が消失する。したがって、第１送信工程および第２送信工程を同時に行うことは、奇数番目または偶数番目の送信パケットにおいて送信を停止させることと、等価である。そこで、第４実施形態では、奇数番目または偶数番目の送信パケットにおいて送信を停止させることを検討する。
【0186】
上記式（２）から、スキャン期間τの２倍の周期２τで送信を繰り返すことにより、送信ビームの間隔を半分にすることが可能であることが分かる。この場合、たとえば、図１６に示した一連の送信パケットのうち、偶数番目の送信パケットのみ、または、奇数番目の送信パケットのみを送信することにより、スキャン周期が２倍になる。したがって、このように偶数番目または奇数番目の送信パケットのみを送信すれば、送信ビームの間隔を半分にすることができる筈である。
【0187】
図１９（ａ）、（ｂ）は、偶数番目の送信パケットのみを送信した場合の音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションの条件は、偶数番目の送信パケットのみを送信することを除いて、図１７（ａ）、（ｂ）のシミュレーション条件と同様である。
【0188】
図１９（ａ）、（ｂ）を参照すると、図１７（ａ）、（ｂ）の場合に比べて、送信ビームの間隔が半分になっていることが分かる。よって、偶数番目または奇数番目の送信パケットのみを送信するように第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２を制御することにより、送信ビームの間隔を狭めることができる。すなわち、偶数番目または奇数番目の送信パケットのみを送信することにより、１検出単位において送波されるパルスのパルス幅を抑制して距離分解能を高めつつ、送信ビーム間の間隔を狭めることができる。これにより、θ方向に連続的に探知範囲を画像化することができる。
【0189】
また、第４実施形態によれば、１回の送受信で１検出単位の情報が得られるため、探知画像を生成する際のフレームレートを高めることができる。なお、フレームレートは低くてよい場合は、上記第３実施形態で述べたように、第１送信工程および第２送信工程を２回の送受信に分けて行ってもよい。
【0190】
さらに、第１送信工程と第２送信工程を隙間なく連続的に行って１回の送受信で１検出単位の情報を得ることも可能である。
【0191】
＜第５実施形態＞
上記第２実施形態のように、１検出単位において送信パケットを複数回繰り返し送信すると、送信エネルギーが増大し、Ｓ／Ｎが上昇する。しかし、その反面、１検出単位における送信期間（パルス幅）が長くなるため、距離分解能が低下するとの問題が生じる。そこで、第５実施形態では、パルス圧縮を用いた距離分解能の向上が検討される。
上記第２実施形態のように、１検出単位において送信パケットを複数回繰り返し送信すると、送信エネルギーが増大し、Ｓ／Ｎが上昇する。しかし、その反面、１検出単位における送信期間（パルス幅）が長くなるため、距離分解能が低下するとの問題が生じる。そこで、第５実施形態では、パルス圧縮を用いた距離分解能の向上が検討される。
【0192】
本願発明者らは、パルス幅が１００ｍｓｅｃ、チャープ掃引幅が１ｋＨｚのリニアチャープ（ＬＦＭ）信号を送信する音源Ｓを、開始位置から終了位置まで繰り返し速度Ｖで等速運動させた場合の音場をシミュレーションにより検証した。この検証において、リニアチャープ（ＬＦＭ）信号のパラメータは、以下のように設定した。
【0193】
＜ＬＦＭのパラメータ＞
掃引開始周波数：ｆｓ＝１５０ｋＨｚ
掃引周波数：ｆｓｗｅｅｐ＝１ｋＨｚ
掃引時間（ＬＦＭパルス幅）＝１００ｍｓｅｃ
窓関数：ハニング（１００ｍｓｅｃのパルスに対して適用）
音源掃引長：Ｌ＝１６λo（λo：掃引開始周波数における波長）
音源掃引時間（スキャン期間）：τ=１ｍｓｅｃ
掃引開始周波数：ｆｓ＝１５０ｋＨｚ
掃引周波数：ｆｓｗｅｅｐ＝１ｋＨｚ
掃引時間（ＬＦＭパルス幅）＝１００ｍｓｅｃ
窓関数：ハニング（１００ｍｓｅｃのパルスに対して適用）
音源掃引長：Ｌ＝１６λo（λo：掃引開始周波数における波長）
音源掃引時間（スキャン期間）：τ=１ｍｓｅｃ
【0194】
すなわち、１００ｍｓｅｃの間に周波数が１５０ｋＨｚから１５１ｋＨｚにリニアにシフトするリニアチャープ信号を１ｍｓｅｃごとに切り取った信号で送波アレイを駆動して、１パルス分の送波を行った。
【0195】
図２０（ａ）、（ｂ）は、上記条件のリニアチャープ信号により送信を行った場合の音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【0196】
【0197】
次に、パルス圧縮後の時間応答を検証するために、図２０（ａ）、（ｂ）において送信ビームが形成されている方位の自己相関関数を求めた。
【0198】
図２１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、方位０°の自己相関関数を示すグラフであり、図２１（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、方位７°の自己相関関数を示すグラフである。図２１（ｂ）、（ｄ）は、それぞれ、図２１（ａ）、（ｃ）のグラフにおいて、１～４０００μｓｅｃの領域を拡大して示している。
【0199】
図２１（ａ）～（ｄ）に示す結果から、送信ビーム方位の送信波形を圧縮フィルタ係数に用いることにより、時間軸サイドローブの少ない良好なパルス圧縮が可能である。図２１（ａ）～（ｄ）では、１００ｍｓｅｃのパルス幅が、３ｍｓｅｃ程度に圧縮された。したがって、受信信号を処理する図１１の受信信号処理部１３３に、さらに、各方位の送信
ビームの送信波形に応じた係数をもつ圧縮フィルタを設けることにより、各送信ビームの方位における距離分解能を高めることができる。
ビームの送信波形に応じた係数をもつ圧縮フィルタを設けることにより、各送信ビームの方位における距離分解能を高めることができる。
【0200】
さらに、本実施形態においても、上記第２実施形態と同様、送信ビーム間の間隔が広いため、この間隔にさらに送信ビームを補間するために、上記第３実施形態と同様、送信パケットごとに極性を反転させる手法の適用を検討した。
【0201】
図２２（ａ）、（ｂ）は、上記条件のリニアチャープ信号により送信を行った場合の音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【0202】
このシミュレーションでは、図２０（ａ）、（ｂ）のシミュレーションの条件において、スキャン期間τごとに、リニアチャープ信号の極性を反転させた。その他のシミュレーション条件は、図２０（ａ）、（ｂ）と同様であった。
【0203】
図２２（ａ）、（ｂ）を参照すると、図２０（ａ）、（ｂ）の隣り合う送信ビームの間の方位を補間する送信ビームが形成されていることが分かる。よって、スキャン期間τごとに極性が反転したリニアチャープ信号を用いて送波を行う第１送信工程と、スキャン期間τごとに極性が反転していないリニアチャープ信号を用いて送波を行う第２送信工程とを組み合わせることにより、各送信工程によって送信ビーム間の方位を相補的に補間することができる。これにより、θ方向に連続的に探知範囲を画像化することができる。
【0204】
図２３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、図２２（ａ）、（ｂ）において送信ビームが形成された方位２°の自己相関関数を示すグラフであり、図２３（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図２２（ａ）、（ｂ）において送信ビームが形成された方位１６°の自己相関関数を示すグラフである。図２３（ｂ）、（ｄ）は、それぞれ、図２３（ａ）、（ｃ）のグラフにおいて、１～４０００μｓｅｃの領域を拡大して示している。
【0205】
図２３（ａ）～（ｄ）に示す結果からも、図２１（ａ）～（ｄ）と同様、送信ビーム方位の送信波形を圧縮フィルタ係数に用いることにより、時間軸サイドローブの少ない良好なパルス圧縮が可能であることが分かった。図２３（ａ）～（ｄ）においても、１００ｍｓｅｃのパルス幅が、３ｍｓｅｃ程度に圧縮された。したがって、この場合も、上記と同様、圧縮フィルタを用いることにより、各送信ビームの方位における距離分解能を高めることができる。
【0206】
なお、第５実施形態においても、第４実施形態と同様、第１送信工程および第２送信工程を連続的に行う制御に代えて、奇数番目または偶数番目の送信パケット（スキャン期間）のみを送信する制御が行われてもよい。
【0207】
＜第６実施形態＞
上記第２～第４実施形態では、全ての送信パケットのスキャンが一方のみにおいて行われる。ただし、送信パケットのスキャン方向は、これに限られるものではない。第６実施形態では、奇数番目の送信パケットと、偶数番目の送信パケットとで、音源Ｓの移動方向、すなわち、スキャン方向が反転される。
上記第２～第４実施形態では、全ての送信パケットのスキャンが一方のみにおいて行われる。ただし、送信パケットのスキャン方向は、これに限られるものではない。第６実施形態では、奇数番目の送信パケットと、偶数番目の送信パケットとで、音源Ｓの移動方向、すなわち、スキャン方向が反転される。
【0208】
この場合、音源Ｓを一方向にスキャンさせた後、時間の隙間を与えずに反対方向に音源Ｓをスキャンさせる。すなわち、音源Ｓを複数回往復移動させる。具体的には、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２は、一端の送波素子から他端の送波素子まで順番に連続的に駆動され、その後、時間の隙間なく、他端の送波素子から一端の送波素子まで順番に連続的に駆動される。
【0209】
図２４は、第１送波アレイ１１および第２送波アレイ１２に対し複数回往復スキャンが行われた場合の音場の状態を模式的に示す図である。
【0210】
各スキャンによる送信パケットは，方位θに応じて時間圧縮されキャリア周波数が変化する。また、奇数番目の送信パケットと偶数番目の送信パケットでスキャン方向が逆になっていることから、奇数番目と偶数番目とで送信パケットの圧縮比率が異なる。各スキャンの速度をＶｏｄｄ、Ｖｅｖｅｎとすると、奇数番目および偶数番目の送信パケットの圧縮比率ｒｏｄｄ（θ）およびｒｅｖｅｎ（θ）は次式で表される。
【0211】
【数6】
【0212】
【数7】
【0213】
図２４および上記式（６）、（７）から分かるとおり、方位θでは、圧縮と伸張が交互に行われる。
【0214】
さらに、奇数番目の送信パケットと偶数番目の送信パケットとで送信周波数が互いに異なっていてもよい。この場合、奇数番目の送信パケットの送信周波数と、偶数番目の送信パケットの送信周波数は、それぞれ、他方の送信パケットの送信に影響のない周波数に設定される。
【0215】
図２５は、奇数番目の送信パケットと偶数番目の送信パケットとで送信周波数を変化させて往復スキャンを１０回行った場合の音場のスペクトルと方位との関係をシミュレーションにより求めたシミュレーション結果を示す図である。
【0216】
シミュレーション条件は、以下のとおりである。
【0217】
音源掃引長：Ｌ＝１６λo（λo：１５０ｋＨｚにおける波長）
スキャン時間（１スキャンあたり）：τ=１ｍｓｅｃ
奇数番目の送信パケット：ｆ０＝１５０ｋＨｚ、Ｖｅｖｅｎ＝１６０ｍｓｅｃ
偶数番目の送信パケット：ｆ０＝１７０ｋＨｚ、Ｖｏｄｄ＝１６０ｍｓｅｃ
スキャン時間（１スキャンあたり）：τ=１ｍｓｅｃ
奇数番目の送信パケット：ｆ０＝１５０ｋＨｚ、Ｖｅｖｅｎ＝１６０ｍｓｅｃ
偶数番目の送信パケット：ｆ０＝１７０ｋＨｚ、Ｖｏｄｄ＝１６０ｍｓｅｃ
【0218】
上記条件で、音源Ｓを１０往復させた。すなわち、音源Ｓの往路の移動により奇数番目の送信パケットが形成され、音源Ｓの復路の移動により偶数番目の送信パケットが形成された。往路と復路の音源Ｓの移動速度は、同一に設定した。
【0219】
図２５に示すように、１つの方位に２つの周波数成分が含まれることが分かる。実施形態６においても、上記第２～第５実施形態と同様に、バンドパスフィルタ（または圧縮フィルタ）やＦＦＴで周波数を分離することで、各方位の受信信号を取得することができる
。
。
【0220】
なお、この送信方法では、奇数番目の送信パケットと偶数番目の送信パケットの期間とが周波数によって分離されているため、上記第４実施形態と同様、奇数番目の送信パケットの送信周期は長くなり、送信ビームの間隔が狭くなる。同様に、偶数番目の送信パケットの送信周期も長くなり、送信ビームの間隔が狭くなる。よって、送信ビームの間隔を狭めることができ、θ方向に連続的に探知範囲を画像化することができる。
【0221】
第６実施形態では、第４実施形態において送信が停止された送信パケットにおいても送信が行われるため、１検出単位におけるパルスの送信エネルギーを顕著に高めることができる。
【0222】
なお、図２５のシミュレーションでは音源Ｓが往復移動されたが、奇数番目の送信パケットと偶数番目の送信パケットとで、音源Ｓの移動方向、すなわち、送信パケットのスキャン方向が同じであってもよい。この場合も、奇数番目の送信パケットの送信周波数と、偶数番目の送信パケットの送信周波数とを、他方の送信パケットの送信に影響のない周波数に設定すればよい。これにより、１つの方位に２つの周波数成分が含まれる周波数スペクトルを形成でき、１検出単位におけるパルスの送信エネルギーを顕著に高めることができる。
【0223】
また、第６実施形態においても、上記第５実施形態と同様、送信信号としてチャープ信号を用いてパルス圧縮が行われてもよい。
【符号の説明】
【0224】
１ 物標検出装置
１１ 第１送波アレイ
１１ａ 第１送波素子
１２ 第２送波アレイ
１２ａ 第２送波素子
３１ 受波アレイ
３１ａ 受波素子
１０１ 制御部
１１１ 第１送信信号生成部
１１３ 第１信号切替部
１２１ 第２送信信号生成部
１２３ 第２信号切替部
１３３ 受信信号処理部
Ｓ１１ 第１送信信号
Ｓ１２ 第２送信信号
ＥＰ１～ＥＰ５ 等周波数面
１１ 第１送波アレイ
１１ａ 第１送波素子
１２ 第２送波アレイ
１２ａ 第２送波素子
３１ 受波アレイ
３１ａ 受波素子
１０１ 制御部
１１１ 第１送信信号生成部
１１３ 第１信号切替部
１２１ 第２送信信号生成部
１２３ 第２信号切替部
１３３ 受信信号処理部
Ｓ１１ 第１送信信号
Ｓ１２ 第２送信信号
ＥＰ１～ＥＰ５ 等周波数面
【用語】
【0225】
必ずしも全ての目的または効果・利点が、本明細書中に記載される任意の特定の実施形態に則って達成され得るわけではない。従って、例えば当業者であれば、特定の実施形態は、本明細書中で教示または示唆されるような他の目的または効果・利点を必ずしも達成することなく、本明細書中で教示されるような1つまたは複数の効果・利点を達成または最適化するように動作するように構成され得ることを想到するであろう。
【0226】
本明細書中に記載される全ての処理は、1つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサを含むコンピューティングシステムによって実行されるソフトウェアコードモジュールにより具現化され、完全に自動化され得る。コードモジュールは、任意のタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体または他のコンピュータ記憶装置に記憶することができる。一部または全ての方法は、専用のコンピュータハードウェアで具現化され得る。
【0227】
本明細書中に記載されるもの以外でも、多くの他の変形例があることは、本開示から明らかである。例えば、実施形態に応じて、本明細書中に記載されるアルゴリズムのいずれかの特定の動作、イベント、または機能は、異なるシーケンスで実行することができ、追加、併合、または完全に除外することができる (例えば、記述された全ての行為または事象がアルゴリズムの実行に必要というわけではない)。さらに、特定の実施形態では、動作またはイベントは、例えば、マルチスレッド処理、割り込み処理、または複数のプロセッサまたはプロセッサコアを介して、または他の並列アーキテクチャ上で、逐次ではなく、並列に実行することができる。さらに、異なるタスクまたはプロセスは、一緒に機能し得る異なるマシンおよび/またはコンピューティングシステムによっても実行され得る。
【0228】
本明細書中に開示された実施形態に関連して説明された様々な例示的論理ブロックおよびモジュールは、プロセッサなどのマシンによって実施または実行することができる。プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、プロセッサは、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン、またはそれらの組み合わせなどであってもよい。プロセッサは、コンピュータ実行可能命令を処理するように構成された電気回路を含むことができる。別の実施形態では、プロセッサは、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはコンピュータ実行可能命令を処理することなく論理演算を実行する他のプログラマブルデバイスを含む。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、デジタル信号プロセッサ(デジタル信号処理装置)とマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと組み合わせた1つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。本明細書中では、主にデジタル技術に関して説明するが、プロセッサは、主にアナログ素子を含むこともできる。例えば、本明細書中に記載される信号処理アルゴリズムの一部または全部は、アナログ回路またはアナログとデジタルの混合回路により実装することができる。コンピューティング環境は、マイクロプロセッサ、メインフレームコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、ポータブルコンピューティングデバイス、デバイスコントローラ、または装置内の計算エンジンに基づくコンピュータシステムを含むが、これらに限定されない任意のタイプのコンピュータシステムを含むことができる。
【0229】
特に明記しない限り、「できる」「できた」「だろう」または「可能性がある」などの条件付き言語は、特定の実施形態が特定の特徴、要素および/またはステップを含むが、他の実施形態は含まないことを伝達するために一般に使用される文脈内での意味で理解される。従って、このような条件付き言語は、一般に、特徴、要素および/またはステップが1つ以上の実施形態に必要とされる任意の方法であること、または1つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素および/またはステップが任意の特定の実施形態に含まれるか、または実行されるかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを意味するという訳ではない。
【0230】
語句「X、Y、Zの少なくとも1つ」のような選言的言語は、特に別段の記載がない限り、項目、用語等が X, Y, Z、のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせであり得ることを示すために一般的に使用されている文脈で理解される(例: X、Y、Z)。従って、このような選言的言語は、一般的には、特定の実施形態がそれぞれ存在するXの少なくとも1つ、Yの少なくとも1つ、またはZの少なくとも1つ、の各々を必要とすることを意味するものではない。
【0231】
本明細書中に記載されかつ/または添付の図面に示されたフロー図における任意のプロセス記述、要素またはブロックは、プロセスにおける特定の論理機能または要素を実装するための1つ以上の実行可能命令を含む、潜在的にモジュール、セグメント、またはコードの一部を表すものとして理解されるべきである。代替の実施形態は、本明細書中に記載された実施形態の範囲内に含まれ、ここでは、要素または機能は、当業者に理解されるように、関連する機能性に応じて、実質的に同時にまたは逆の順序で、図示または説明されたものから削除、順不同で実行され得る。
【0232】
特に明示されていない限り、「一つ」のような数詞は、一般的に、1つ以上の記述された項目を含むと解釈されるべきである。従って、「～するように設定された一つのデバイス」などの語句は、1つ以上の列挙されたデバイスを含むことを意図している。このような1つまたは複数の列挙されたデバイスは、記載された引用を実行するように集合的に構成することもできる。例えば、「以下のA、BおよびCを実行するように構成されたプロセッサ」は、Aを実行するように構成された第1のプロセッサと、BおよびCを実行するように構成された第2のプロセッサとを含むことができる。加えて、導入された実施例の具体的な数の列挙が明示的に列挙されたとしても、当業者は、このような列挙が典型的には少なくとも列挙された数(例えば、他の修飾語を用いない「2つの列挙と」の単なる列挙は、通常、少なくとも2つの列挙、または2つ以上の列挙を意味する)を意味すると解釈されるべきである。
【0233】
一般に、本明細書中で使用される用語は、一般に、「非限定」用語(例えば、「～を含む」という用語は「それだけでなく、少なくとも～を含む」と解釈すべきであり、「～を持つ」という用語は「少なくとも～を持っている」と解釈すべきであり、「含む」という用語は「以下を含むが、これらに限定されない。」などと解釈すべきである。) を意図していると、当業者には判断される。
【0234】
説明の目的のために、本明細書中で使用される「水平」という用語は、その方向に関係なく、説明されるシステムが使用される領域の床の平面または表面に平行な平面、または説明される方法が実施される平面として定義される。「床」という用語は、「地面」または「水面」という用語と置き換えることができる。「垂直/鉛直」という用語は、定義された水平線に垂直/鉛直な方向を指します。「上側」「下側」「下」「上」「側面」「より高く」「より低く」「上の方に」「～を越えて」「下の」などの用語は水平面に対して定義されている。
【0235】
本明細書中で使用される用語の「付着する」、「接続する」、「対になる」及び他の関連用語は、別段の注記がない限り、取り外し可能、移動可能、固定、調節可能、及び/または、取り外し可能な接続または連結を含むと解釈されるべきである。接続/連結は、直接接続及び/または説明した2つの構成要素間の中間構造を有する接続を含む。
【0236】
特に明示されていない限り、本明細書中で使用される、「およそ」、「約」、および「実質的に」のような用語が先行する数は、列挙された数を含み、また、さらに所望の機能を実行するか、または所望の結果を達成する、記載された量に近い量を表す。例えば、「およそ」、「約」及び「実質的に」とは、特に明示されていない限り、記載された数値の10%未満の値をいう。本明細書中で使用されているように、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語が先行して開示されている実施形態の特徴は、さらに所望の機能を実行するか、またはその特徴について所望の結果を達成するいくつかの可変性を有する特徴を表す。
【0237】
上述した実施形態には、多くの変形例および修正例を加えることができ、それらの要素は、他の許容可能な例の中にあるものとして理解されるべきである。そのような全ての修正および変形は、本開示の範囲内に含まれることを意図し、以下の請求の範囲によって保護される。
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
