JP6321471B2 - 信号処理装置、水中探知装置、レーダ装置、信号処理方法、及び信号処理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、受信信号の強度スペクトラムを推定する信号処理装置、水中探知装置、レーダ装置、信号処理方法、及び信号処理プログラムに関するものである。

一般に、レーダ装置等の探知装置の方位分解能はビーム幅によって決まり、このビーム幅はアンテナの開口長によって制限される。すなわち、方位分解能はアンテナの開口長によって制限され、例えばアンテナの開口長を長くすることによって方位分解能を向上させることができる。しかしながら、アンテナの開口長を長くして方位分解能を向上させるとレーダ装置が大型化してしまうため、アンテナの開口長を長くすることなく方位分解能を向上させることが望まれている。また、レーダ装置の距離分解能（時間分解能）は、システムの周波数帯域幅によって制限され、システムの周波数帯域幅を広げることによって距離分解能を向上させることができる。しかしながら、システムの周波数帯域幅を広げることは、技術的に難しく、またコストが高くなるため、周波数帯域幅を広げることなく距離分解能を向上させることが望まれている。

そこで、アンテナを長くすることなく方位分解能を向上させる方法として、また、システムの周波数帯域幅を広げることなく距離分解能を向上させる方法として、受信信号に逆フィルタ処理を実行する方法がある。例えば特許文献１には、逆フィルタ処理を行うことで方位分解能を向上させる発明が開示されている。詳細には、まず、アンテナが受信した受信電波を受信回路で受信電界信号に変換し、フーリエ変換処理手段によって電界信号をフーリエ変換処理する。次に、フーリエ変換処理された電界信号を、フーリエ変換処理されたアンテナパターンで除算処理する。このように逆フィルタ処理を行った後にフーリエ逆変換処理を実行したものを出力する。以上のように逆フィルタ処理を実行することによって、方位分解能又は距離分解能を向上させることができる。

また、方位分解能又は距離分解能をより向上させるために、逆フィルタ処理した後の処理をフーリエ逆変換処理ではなく、Ｃａｐｏｎ法、ＭＵＳＩＣ法、又はＰｒｏｎｙ法などのいわゆる超解像法を用いることで、より方位分解能又は距離分解能を向上させる方法も提案されている（特許文献２，３，４、及び非特許文献１，２，３，４参照）。

また、非特許文献５には、上述した超解像法を用いることで発生する虚像を、移動平均を用いることにより低減することが開示されている。

特許第３１６０５８０号公報 特許第３０３２１８６号公報 特開２０１０−１８３９７９号公報 特許第３１６０５８１号公報

桜井啓市、鷹尾和昭、木村磐根、"アンテナのパターン分析による多重到来波の推定"、電子情報通信学会技術研究報告（アンテナ・伝搬）、Vol.77, No.101, pp.1-6(1977) 安西睦、小川勝、山田幸一、菊間信良、稲垣直樹、"ＭＵＳＩＣ法を用いたアンテナの回転走査による室内多重波到来方向の推定"、電子情報通信学会技術研究報告（環境電磁工学）、Vol.89, No.349, pp.7-12(1989) 「菊間信良，アレーアンテナによる適応信号処理，科学技術出版社(2004)」の13章 Experimental Study of High-Range-Resolution Medical Acoustic Imaging for Multiple Target Detection by Frequency Domain Interferometry, Tomoki Kimura, Hirofumi Taki, Takuya Sakamoto, and Toru Sato, Japanese Journal of Applied Physics 48 (2009) High Range Resolution Ultrasonographic Vascular Imaging Using Frequency Domain Interferometry with the Capon Method, IEEE Transactions on medical imaging, vol. 31, no2, February 2012

しかし、上述のように移動平均を用いて虚像を低減した場合、エコー画像において虚像が発生していないエリアについても、虚像の影響を受けてしまう虞が生じる。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、物標からのエコー信号に起因するエコー像の解像度を維持しつつ、虚像を低減することである。

（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る信号処理装置は、信号処理の対象となる対象エコー信号を処理する信号処理装置であって、前記対象エコー信号から所望の周波数帯のエコー信号を抽出してフィルタ後エコー信号を生成するフィルタ部と、前記対象エコー信号から、前記フィルタ後エコー信号よりも分解能が高い信号である高分解能信号を生成する高分解能信号生成部と、前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成する合成部と、を備えている。

（２）好ましくは、前記合成部は、前記フィルタ後エコー信号の強度と、前記高分解能信号の強度とに基づいて、前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成する。

（３）更に好ましくは、前記合成部は、前記高分解能信号を構成するサンプルである第１サンプルの強度、及び、前記フィルタ後エコー信号を構成するサンプルであって各前記第１サンプルに対応する第２サンプルの強度、に基づいて、前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成する。

（４）更に好ましくは、前記合成部は、前記第１サンプル及び前記第２サンプルのうち、強度が低い方のサンプルを選択することにより、前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成する。

（５）好ましくは、前記合成部は、前記第１サンプルに第１係数を乗算した値と、前記第２サンプルに第２係数を乗算した値と、を加算することにより、前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成する。

（６）好ましくは、前記合成部は、前記第１サンプルの強度と各該第１サンプルに対応する前記第２サンプルの強度との比較に基づいて、前記第１サンプル及び前記第２サンプルのいずれか一方を選択する。

（７）更に好ましくは、前記対象エコー信号は、送波器から送波された送信波が対象物標に反射して帰来する反射波に基づいて生成され、前記合成部は、前記送信波が送波されてから前記反射波が受波器で受波されるまでの時間に対応する前記対象物標までの距離範囲を、前記第１サンプルの強度が前記第２サンプルの強度以上になる第１区間と、前記第１サンプルの強度が前記第２サンプルの強度未満になる第２区間とに分ける区間判別部、を有し、複数の前記第１区間のうち距離範囲が所定の閾値未満の第１区間については、前記第１サンプルを選択する。

（８）好ましくは、前記対象エコー信号は、送波器から送波された送信波が対象物標に反射して帰来する反射波に基づいて生成され、前記合成部は、前記送信波が送波されてから前記反射波が受波器で受波されるまでの時間に対応する前記対象物標までの距離範囲を、前記第１サンプルの強度が前記第２サンプルの強度以上になる第１区間と、前記第１サンプルの強度が前記第２サンプルの強度未満になる第２区間とに分ける区間判別部、を有し、複数の前記第１区間のうち、隣接する第２区間との間の境界線上以外に前記第１区間に含まれる第１サンプルの最大値があり、且つ前記第１区間に含まれ互いに対応する第１サンプルと第２サンプルとの強度の比の最大値が所定の閾値以下の第１区間については、前記第１サンプルを選択する。

（９）好ましくは、前記高分解能信号生成部は、前記対象エコー信号に対して逆フィルタ処理を行う逆フィルタ処理部と、該逆フィルタ処理が行われることにより生成される逆フィルタ処理後信号の強度スペクトラムを算出する強度スペクトラム算出処理部と、を有している。

（１０）好ましくは、前記高分解能信号生成部は、前記対象エコー信号に対してパルス圧縮を行うパルス圧縮処理部を有している。

（１１）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る水中探知装置は、水中に送信された音波のエコー信号であって信号処理の対象となる対象エコー信号を受信する受波器と、前記受波器で受信された前記対象エコー信号を処理する、上述したいずれかの信号処理装置としての信号処理部と、前記信号処理部の合成部が合成した合成信号を表示する表示部とを備えている。

（１２）好ましくは、前記信号処理部は、水底の深さ位置を検出する水底検出部と、前記水底検出部で検出された水底の深さ位置を含む深さ方向における所定範囲を、前記信号処理部の合成部によって前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成する対象範囲として決定する合成範囲決定部とを更に備えている。

（１３）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るレーダ装置は、信号処理の対象となる対象エコー信号を受信するアンテナと、前記アンテナで受信された前記対象エコー信号を処理する、上述したいずれかの信号処理装置としての信号処理部と、前記信号処理部の合成部が合成した合成信号を表示する表示部とを備えている。

（１４）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る信号処理方法は、信号処理の対象となる対象エコー信号を処理するための信号処理方法であって、前記対象エコー信号から所望の周波数帯のエコー信号を抽出してフィルタ後エコー信号を生成するステップと、前記対象エコー信号から、前記フィルタ後エコー信号よりも分解能が高い信号である高分解能信号を生成するステップと、前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成するステップと、を含む。

（１５）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る信号処理プログラムは、信号処理の対象となる対象エコー信号の処理をコンピュータに実行させるための信号処理プログラムであって、前記対象エコー信号から所望の周波数帯のエコー信号を抽出してフィルタ後エコー信号を生成するステップと、前記対象エコー信号から、前記フィルタ後エコー信号よりも分解能が高い信号である高分解能信号を生成するステップと、前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成するステップと、をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、物標からのエコー信号に起因するエコー像の解像度を維持しつつ、虚像を低減できる。

本発明の実施形態に係る水中探知装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 操作・表示装置に表示されるエコー画像の一例を示す図である。 図２に示す信号処理部の動作を示すフローチャートである。 ピングｔ_１における強度スペクトラムを示す図である。 ピングｔ_１におけるフィルタ後エコー信号に基づくエコー強度信号を示す図である。 ピングｔ_１における合成部で生成されたエコー信号を示す図である。 第１エコー画像の一例を示す図である。 第２エコー画像の一例を示す図である。 図１に示す水中探知装置で生成されるエコー画像の一例を示す図である。 変形例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 変形例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図１３に示すレーダ装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 変形例に係る水中探知装置の信号処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係る信号処理装置の構成を示すブロック図である。 （Ａ）は図２に示す信号処理部における信号処理について説明するための図であり、（Ｂ）は変形例に係る信号処理部における信号処理について説明するための図である。 変形例に係る水中探知装置の合成部の構成を示すブロック図である。 変形例に係る水中探知装置の信号処理部の動作を説明するためのフローチャートである。 あるピング時における高分解能信号及びフィルタ後エコー信号を示すグラフであって、図１８に示す区間判別部によって分けられる第１区間及び第２区間を説明するための図である。 第１エコー画像の一例を示す図であって、魚が密集した状態を示す図である。 第２エコー画像の一例を示す図であって、魚が密集した状態を示す図である。 図１に示す水中探知装置で生成されるエコー画像の一例を示す図であって、魚が密集した状態を示す図である。 変形例に係る水中探知装置で生成されるエコー画像の一例を示す図であって、魚が密集した状態を示す図である。 図１に示す水中探知装置において、あるピング時に合成部で生成されたエコー信号を、図２０に示す高分解能信号及びフィルタ後エコー信号と重ねて表示するグラフである。 変形例に係る水中探知装置において、あるピング時に合成部で生成されたエコー信号を、図２０に示す高分解能信号及びフィルタ後エコー信号と重ねて表示するグラフである。

以下、本発明に係る信号処理装置及びこれを用いた水中探知装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係る水中探知装置１の構成を示すブロック図である。

［全体構成］
水中探知装置１は、図１に示すように、送受波器２と、送受信装置３と、信号処理装置としての信号処理部１０と、操作・表示装置４（表示部）とを備えている。この水中探知装置１は、例えば、漁船などの船舶に備えられ、主に魚及び魚群等の物標の探知に用いられる。

送受波器２は、送信波としての超音波を送波する送波器、及び受信波としての超音波を受波する受波器、の双方として機能する。送受波器２は、電気信号を超音波に変換して、所定のタイミング毎に水中へ超音波を送信するとともに、受信した超音波を電気信号に変換する。

送受信装置３は、送受切替部５と、送信部６と、受信部７とを備えている。送受切替部５は、送信時には、送信部６から送受波器２に送信信号が送られる接続に切り替える。また、送受切替部５は、受信時には、送受波器２によって超音波から変換された電気信号が送受波器２から受信部７に送られる接続に切り替える。

送信部６は、操作・表示装置４において設定された条件に基づいて生成した送信信号を、送受切替部５を介して送受波器２に対して出力する。

受信部７は、送受波器２が受信した信号を増幅し、増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部７は、デジタル信号に変換された受信データ（対象エコー信号）を、信号処理部１０に対して出力する。

信号処理部１０は、受信部７から出力される受信データを処理し、物標の映像信号を生成する処理を行う。信号処理部１０の構成については、詳しくは後述する。

操作・表示装置４は、信号処理部１０から出力された映像信号に応じた映像を表示画面に表示する。ユーザは、当該表示画面を見て、自船下方における海中の状態（単体魚、魚群の有無等）を推測することができる。また、操作・表示装置４は、種々の入力キー等の入力手段を備えており、音波の送受信、信号処理、又は映像表示に必要な種々の設定又は種々のパラメータ等を入力できるように構成されている。

［信号処理部の構成］
図２は、信号処理部１０の構成を示すブロック図である。信号処理部１０は、図２に示すように、逆フィルタ処理部１１、強度スペクトラム算出処理部１５、バンドパスフィルタ２０（フィルタ部）、合成部２１、及び画像生成部２２、を備えている。この信号処理部１０は、例えば、図示しないＣＰＵ、ＦＰＧＡ、及びメモリなどのデバイスで構成される。例えば、ＣＰＵがメモリから信号処理プログラムを読み出して実行することにより、逆フィルタ処理部１１、強度スペクトラム算出処理部１５、バンドパスフィルタ２０、合成部２１、及び画像生成部２２として機能させることができる。

上記信号処理プログラムは、本発明の一実施形態における信号処理方法を、信号処理部１０に実行させるためのプログラムである。このプログラムは、外部からインストールできる。このインストールされるプログラムは、例えば、記録媒体に格納された状態で流通する。上記ハードウェアとソフトウェアとは、協働して動作するように構成されている。これにより、信号処理部１０を、逆フィルタ処理部１１、強度スペクトラム算出処理部１５、バンドパスフィルタ２０、合成部２１、及び画像生成部２２として機能させることができる。

逆フィルタ処理部１１は、受信データから送受波器２の装置関数の影響を取り除くための逆フィルタ処理を実行する。逆フィルタ処理部１１は、図２に示すように、フーリエ変換部１２と、装置関数出力部１３と、除算部１４とを備えている。

フーリエ変換部１２は、受信部７から出力された受信データをフーリエ変換処理して、除算部１４に出力する。時間方向の受信データの点数（時間点数）をＭとすると、フーリエ変換部１２の出力は、複素ベクトルＹ＝［ｙ_１、ｙ_２、…、ｙ_Ｍ］^Ｔと表すことができる。ここで、Ｔは転置を表す。なお、フーリエ変換処理の際、いわゆるゼロ埋め等を行った場合、複素ベクトルＹの要素数はＭより大きな値となるが、本実施形態における複素ベクトルＹの要素数は、時間方向の受信データの点数と同じＭとした。

装置関数出力部１３は、送受波器２の装置関数をフーリエ変換する。本実施形態における送受波器２の装置関数は、該送受波器２から送信されるパルス波に基づいて予め定められた関数であって、例えば一例としてインパルス応答が挙げられる。この装置関数は、予め測定又はモデル化してメモリ等に格納されている。上述のように装置関数をフーリエ変換処理した結果は、複素ベクトルＨ＝［ｈ_１、ｈ_２、…、ｈ_Ｍ］^Ｔと表される。ここでは、フーリエ変換部１２の出力の要素数と、装置関数出力部１３の出力の要素数とは同じである。なお、装置関数をフーリエ変換処理した結果をメモリ等に格納しておき、これを装置関数出力部１３が適宜読み出す構成であってもよい。

除算部１４は、フーリエ変換部１２からの出力Ｙを装置関数出力部１３からの出力Ｈで除算し、これによって得られた複素ベクトルＸ（＝Ｙ／Ｈ）を、逆フィルタ処理後信号として強度スペクトラム算出処理部１５に出力する。以上の処理を逆フィルタ処理といい、この逆フィルタ処理によって、受信データから装置関数の影響を取り除くことができる。

強度スペクトラム算出処理部１５は、逆フィルタ処理部１１から出力された複素ベクトルＸ（受信データから装置関数の影響が取り除かれた状態の信号）を処理し、ピング毎に強度スペクトラムＰ（ｔ）を算出する。当該強度スペクトラムＰ（ｔ）は、合成部２１に出力される。強度スペクトラムＰ（ｔ）の算出方法としては、例えば、逆フーリエ変換、超解像法と呼ばれる公知手法等（Ｃａｐｏｎ法、ＭＵＳＩＣ法、Ｐｒｏｎｙ法、等）が挙げられる。これにより、強度スペクトラム算出処理部１５は、各ピングにおいて（すなわち、時間方向において）分解能が高い信号である高分解能信号を算出する。

なお、上述した逆フィルタ処理部１１及び強度スペクトラム算出処理部１５は、後述するバンドパスフィルタ２０で生成されるフィルタ後エコー信号よりも時間分解能が高い信号である高分解能信号を生成する高分解能信号生成部１６として設けられている。また、強度スペクトラム算出処理部１５で算出される強度スペクトラムＰ（ｔ）は、高分解能信号として算出される。

バンドパスフィルタ２０は、受信部７から出力された受信データから所定の周波数帯域の受信データを抽出する。バンドパスフィルタ２０で抽出された受信データは、フィルタ後エコー信号として合成部２１に出力される。なお、本実施形態では、受信データから所定の周波数帯域の受信データを抽出するフィルタ部をバンドパスフィルタで構成したが、これに限らず、その他のフィルタ（例えばローパスフィルタ）で構成してもよい。

合成部２１は、各強度スペクトラムＰ（ｔ）を構成する各サンプル（以下、第１サンプルと称する）と、バンドパスフィルタ２０で抽出されたフィルタ後エコー信号における、第１サンプルに対応する各サンプル（以下、第２サンプルと称する）と、を合成する。具体的には、合成部２１は、各強度スペクトラムＰ（ｔ）の第１サンプルと、該第１サンプルと同じ深さ位置であって且つ同じピングである第２サンプルと、を比較する。そして、第１サンプルの強度が第２サンプルの強度未満の場合、合成部２１は、第１サンプルを選択し、第１サンプルを出力サンプルとして画像生成部２２に出力する。一方、第１サンプルの強度が第２サンプルの強度以上の場合、合成部２１は、第２サンプルを選択し、第２サンプルを出力サンプルとして画像生成部２２に出力する。

図３は、操作・表示装置４に表示されるエコー画像の一例を示す図である。画像生成部２２は、合成部２１から出力された出力サンプルからエコー画像を生成する。本実施形態の操作・表示装置４に表示されるエコー画像では、上下方向が水深方向に対応し、左右方向が、送受波器２から所定のタイミング毎に送信されるパルス波の各送信時刻に対応するピングを示している。画像生成部２２は、縦軸を水深の深さ、横軸をピングとする座標における各画素に、各出力サンプルの強度に対応する色調を表示する。本実施形態では、例えば一例として、強度が高い方から低い方へいくにつれて、赤、橙、黄、緑、青、濃青、の順に徐々に変化する色調を対応させる。なお、図３では、便宜上、強度が高い方の色調を濃いハッチングで示し、強度が低い方の色調を薄いハッチングで示している。

また、図３において、上側における左右方向に延びる一番濃いハッチングで示されている部分が、船底に設定した送受波器２の位置を示す、いわゆる発振線である。また、下側における左右方向に延びる一番濃いハッチングが、海底を示す、いわゆる海底線である。そして、海底線よりもやや上方に位置する、２つの弓型のエコー像が、２匹の単体魚に起因するものであると推測できる。

［信号処理部の動作］
図４は、信号処理部１０の動作を説明するためのフローチャートである。上述した信号処理部１０の動作を、図４を参照しつつ説明する。

まず、ステップＳ１で、逆フィルタ処理部１１は、送受波器２から出力された対象エコー信号のうち、各ピングにおける時間方向（水深方向）信号に対して逆フィルタ処理を行う。具体的には、フーリエ変換部１２が対象エコー信号を時間ｔに関してフーリエ変換処理して、除算部１４に出力する。一方、装置関数出力部１３は、装置関数を時間ｔに関してフーリエ変換処理して、除算部１４に出力する。そして、除算部１４は、フーリエ変換部１２からの出力Ｙを、装置関数出力部１３からの出力Ｈで除算し、この除算結果である複素ベクトルＸ（＝Ｙ／Ｈ）を強度スペクトラム算出処理部１５に出力する。

次に、ステップＳ２で、強度スペクトラム算出処理部１５は、逆フィルタ処理部１１から出力された複素ベクトルＸを処理して、ピング毎に強度スペクトラムＰ（ｔ）を算出する。

一方、ステップＳ３で、バンドパスフィルタ２０は、送受波器２から出力された対象エコー信号から所望の周波数帯域のエコー信号をフィルタ後エコー信号として抽出する。

次に、ステップＳ４で、合成部２１は、各強度スペクトラムＰ（ｔ）を構成する第１サンプルＰ１_ｎ（ｎ＝１，２，…）と、フィルタ後エコー信号における第２サンプルＰ２_ｎ（ｎ＝１，２，…）とを比較する。

図５は、あるピングｔ１（図８参照）における強度スペクトラムＰ（ｔ）を示す図であり、図６は、バンドパスフィルタ２０で抽出されたフィルタ後エコー信号のうち、図５に示す強度スペクトラムＰ（ｔ）と同じピングｔ１における強度スペクトラムを示す図である。ステップＳ４では、対応する位置（同じピング且つ同じ深さ位置）にある第１サンプルＰ１_ｎ及び第２サンプルＰ２_ｎが比較される。

そして、第１サンプルＰ１_ｎの強度が第２サンプルＰ２_ｎの強度未満の場合（ステップＳ５でＹｅｓの場合）、合成部２１は、第１サンプルＰ１_ｎを選択し（ステップＳ６）、該第１サンプルＰ１_ｎを出力サンプルとして画像生成部２２に出力する。一方、第１サンプルＰ１_ｎの強度が第２サンプルＰ２_ｎの強度以上の場合（ステップＳ５でＮｏの場合）、合成部２１は、第２サンプルＰ２_ｎを選択し（ステップＳ７）、該第２サンプルＰ２_ｎを出力サンプルとして画像生成部２２に出力する。

図５及び図６を参照して具体的に説明すると、合成部２１は、第１サンプルＰ１_１と第２サンプルＰ２_１との場合では第１サンプルＰ１_１を選択し、第１サンプルＰ１_２と第２サンプルＰ２_２との場合では第２サンプルＰ２_２を選択する。合成部２１は、各ピングの強度スペクトラムＰ（ｔ）に含まれる全サンプルについて、当該比較を行う。当該比較結果は、図７に示すようなエコー信号になる。

そして、ステップＳ８で、画像生成部２２は、合成部２１から出力された出力サンプルに基づいて、エコー画像を生成する。当該エコー画像の一例は、上述した図３のようになる。

［水中探知装置１で生成されるエコー画像について］
ここで、本実施形態に係る水中探知装置１で生成されるエコー画像について説明する。しかしその前に、上述した第１サンプルのみでエコー画像を生成した場合のエコー画像（以下、第１エコー画像とする）、及び、上述した第２サンプルのみでエコー画像を生成した場合のエコー画像（以下、第２エコー画像とする）について説明する。

図８は、第１エコー画像の一例を示す図であり、図９は、第２エコー画像の一例を示す図である。図８に示す第１エコー画像では、高分解能化されたエコー像Ａ_１が表示される。よって、図８に示す例では、当該エコー像Ａ_１が、２匹の単体魚に起因するエコー像であることが推測できる。しかし、当該第１エコー画像では、海底付近に、実際には存在しないエコー像Ｂ（虚像）がノイズとして発生しており、ユーザにとっては違和感のある画像となっている。しかも、海底付近に魚がいる場合、当該虚像と重なって、その魚を見逃してしまうおそれがある。なお、当該虚像が発生する原因は、装置関数とエコー信号との間で発生する波形のミスマッチである。このミスマッチに起因して、除算部１４からの出力結果がきれいなサイン波とならず、強度スペクトラム算出処理部１５によって算出される強度スペクトラムにおける海底のエコーの立ち上がり部分がなだらかになってしまう。この裾状の部分が虚像として表示されてしまう。

一方、図９に示す第２エコー画像では、図８に示す第１エコー画像と異なり、海底付近に虚像が発生していないため、海底付近の魚を判別しやすい画像となっている。しかし、当該第２エコー画像では、上述した第１エコー画像において高分解能化されていたエコー像がぼやけたエコー像Ａ_２として表示されている。よって、エコー像Ａ_２が、単体魚に起因するものなのか、複数の小型魚で構成された魚群に起因するものなのかが判別できない。

これに対して、本実施形態に係る水中探知装置１では、上述した第１及び第２のエコー画像のそれぞれの欠点が解消されたエコー画像を生成することができる。図１０は、水中探知装置１で生成されたエコー画像の一例を示す図である。

上述のように、本実施形態に係る水中探知装置１では、位置的に対応する第１サンプル及び第２サンプルのうち強度が低い方のサンプルを選択し、当該サンプルを出力サンプルとしている。よって、図８に示す第１エコー画像（第１サンプルのみで生成されたエコー画像）で発生する海底付近の虚像を除去することができ、且つ、高分解能化された物標（単体魚、魚群等）を表示することができる。

［効果］
以上のように、本実施形態に係る信号処理部１０では、強度スペクトラム算出処理部１５で算出された強度スペクトラムＰ（ｔ）と、バンドパスフィルタ２０で生成されたフィルタ後エコー信号とが合成されている。これにより、上述のように、高分解能化された物標のエコー像の解像度を維持しつつ、海底付近に発生する虚像Ｂ（図８参照）を低減することができる。

従って、信号処理部１０では、物標からのエコー信号に起因するエコー像の解像度を維持しつつ、虚像を低減できる。

また、本実施形態に係る信号処理部１０では、強度スペクトラムＰ（ｔ）の強度と、フィルタ後エコー信号の強度とに基づいて、強度スペクトラムＰ（ｔ）とフィルタ後エコー信号とを合成している。これにより、強度スペクトラムＰ（ｔ）とフィルタ後エコー信号とを適切に合成できる。

また、本実施形態に係る信号処理部１０では、強度スペクトラムＰ（ｔ）を構成する各第１サンプルと、フィルタ後エコー信号を構成するサンプルであって前記各第１サンプルに対応する第２サンプルとに基づいて、強度スペクトラムＰ（ｔ）とフィルタ後エコー信号とを合成している。これにより、強度スペクトラムＰ（ｔ）とフィルタ後エコー信号とをサンプル毎に適切に合成できる。

また、信号処理部１０では、エコー信号に関する情報として、エコー画像を生成している。これにより、エコー信号に関する情報を、画像情報として、ユーザに適切に認識させることが可能になる。

また、信号処理部１０では、第１サンプル及び第２サンプルのうち、強度が低い方のサンプルが出力サンプルとして生成される。これにより、エコー像の解像度を落とすことなく、海底付近に発生する虚像Ｂを除去することができる。

また、信号処理部１０では、バンドパスフィルタ２０で生成されたフィルタ後エコー信号よりも時間分解能が高い高分解能信号を、逆フィルタ処理部１１及び強度スペクトラム算出処理部１５によって適切に生成することができる。

また、水中探知装置１では、上述のようにエコー像の解像度を維持しつつ虚像を低減できる信号処理部１０を備えた水中探知装置を提供できる。しかも、水中探知装置１では、上述のように生成されたエコー画像を、操作・表示装置４に表示できるため、エコー信号に関する情報を、画像情報として、ユーザに適切に認識させることができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

（１）図１１は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ａの構成を示すブロック図である。図１１に示すように、本変形例における信号処理部１０ａは、上記実施形態の信号処理部１０と比べて、合成部２３の構成が大きく異なっている。以下では、合成部２３の構成について主に説明し、その他の部分については説明を省略する。

本変形例の合成部２３は、上記実施形態の合成部２１と異なり、第１サンプル及び第２サンプルのそれぞれに重み付けを行っている。そして、重み付けが行われた第１サンプルと第２サンプルとを加算して合成することにより、出力サンプルを生成している。合成部２３は、第１係数乗算部２３ａと、第２係数乗算部２３ｂと、加算部２３ｃと、を有している。

第１係数乗算部２３ａは、強度スペクトラム算出処理部１５で算出された強度スペクトラムＰ（ｔ）の第１サンプルのそれぞれに第１係数を乗算する。第２係数乗算部２３ｂは、バンドパスフィルタ２０から出力される第２サンプルのそれぞれに第２係数を乗算する。加算部２３ｃは、第１係数が乗算された第１サンプルと第２係数が乗算された第２サンプルとを加算することにより出力サンプルを生成する。画像生成部２２は、当該出力サンプルに基づいて、エコー画像を生成する。このようにしてエコー画像を生成しても、物標に起因するエコー像の解像度を維持しつつ、海底等に発生する虚像を低減することができる。なお、上述した第１係数及び第２係数は、両者を加算すると１となるような値に設定されている。

（２）図１２は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ｂの構成を示すブロック図である。本変形例の信号処理部１０ｂは、深さ方向における所定の範囲については、上記実施形態の場合と同様、第１サンプル及び第２サンプルのうち強度が低い方のサンプルを出力サンプルとする。一方、それ以外の範囲については、上記実施形態の場合と異なり、第１サンプルを出力サンプルとする。本変形例の信号処理部１０ｂは、上記実施形態の信号処理部１０が有する構成要素（逆フィルタ処理部１１、強度スペクトラム算出処理部１５等）の他に、発振線位置検出部２４、海底位置検出部２５、及び比較範囲決定部２６、を有している。

発振線位置検出部２４は、強度スペクトラム算出処理部１５、バンドパスフィルタ２０等からの出力結果に基づいて、発振線の位置を検出する。なお、発振線とは、送受波器２の位置を示す線であって、送受波器２から送信される超音波の周波数等によってその線幅が異なる。

海底位置検出部２５は、強度スペクトラム算出処理部１５、バンドパスフィルタ２０等からの出力結果に基づいて、海底の深さ位置を検出する。

比較範囲決定部２６は、合成部２１ａにおいて２つのサンプル（第１サンプル及び第２サンプル）が比較される深さ方向における範囲（比較範囲）を、発振線位置検出部２４で検出された発振線の位置、及び海底位置検出部２５で検出された海底の深さ位置に基づいて決定する。具体的には、比較範囲決定部２６は、発振線の位置を含む所定の深さ範囲と、海底の深さ位置を含む所定の深さ範囲とを、上記比較範囲として決定する。

合成部２１ａは、上記実施形態の合成部２１とは動作が異なる。具体的には、合成部２１ａは、上記比較範囲については、上記実施形態の場合と同様、第１サンプルと第２サンプルとを比較し、強度が低い方のサンプルを出力サンプルとする。一方、合成部２１ａは、上記比較範囲外の第１サンプル及び第２サンプルについては、上述のような比較処理を行わず、第１サンプルを出力サンプルとする。

エコー画像に発生する虚像は、第１サンプルによって生成された画像のうち、海底付近や発振線付近に生じやすい。一方、それ以外の範囲では上記虚像は発生しにくい。従って、本変形例のように、虚像が発生しやすい範囲（比較範囲）については、第１サンプルと第２サンプルとを比較して強度が低い方のサンプルを選択することで、虚像を低減することができる。一方、比較範囲以外の範囲については、第１サンプルを出力サンプルとすることで、信号処理部１０ｂにかかる信号処理の際の計算負荷を低減することができる。

（３）上記実施形態では、信号処理装置としての信号処理部１０を、水中探知装置１に適用した例について説明したが、これに限らず、信号処理装置を、レーダ装置に適用することもできる。

図１３は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１ａの構成を示すブロック図である。レーダ装置１ａは、図１３に示すように、アンテナユニット３０と、信号処理装置としての信号処理部１０ｃと、操作・表示装置４とを備えている。このレーダ装置１ａは、例えば、漁船などの船舶に備えられる舶用レーダであり、主に他船などの物標の探知に用いられる。

アンテナユニット３０は、アンテナ３１と、送受切替部３２と、送信部３３と、受信部３４とを備えている。

アンテナ３１は、指向性を有するパルス状電波を送信するとともに、物標からのエコー（反射波）を受信するように構成されている。レーダ装置１ａは、アンテナ３１がパルス状電波を送信してからエコーを受信するまでの時間を測定することにより、物標までの距離ｒを知ることができる。また、アンテナ３１は、水平面内において３６０度回転可能に構成されており、パルス状電波の送信方向を変えながら（アンテナ角度θを変えながら）、電波の送受信を繰り返し行うように構成されている。なお、アンテナ３１は、アンテナ角度（＝方位角）θを示す角度信号を信号処理部１０ｃに出力する。以上の構成で、自船周囲の平面上の物標を３６０度にわたり探知することができる。アンテナ３１としては、例えば、スロットアレイアンテナ、パッチアンテナ、及びパラボラアンテナ等を挙げることができる。

送受切替部３２は、送信時には、送信部３３からアンテナ３１に送信信号が送られる接続に切り替える。また、送受切替部３２は、受信時には、アンテナ３１が受信したエコーがアンテナ３１から受信部３４に送られる接続に切り替える。

送信部３３は、マイクロ波を発振する電子素子として、例えば、Ｄ／Ａコンバータ、周波数変換器、及び電力増幅器（いずれも図示省略）を有している。送信部３３は、レーダ送信信号を生成してアンテナ３１に送出する。

受信部３４は、アンテナ３１が受信した信号を増幅し、増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部３４は、デジタル信号に変換された受信データ（対象エコー信号）を、信号処理部１０ｃに対して出力する。

図１４は、図１３に示すレーダ装置１ａの信号処理部１０ｃの構成を示すブロック図である。信号処理部１０ｃは、アンテナユニット３０から出力される受信データを、上述した水中探知装置１の信号処理部１０の場合と同様に処理して、エコー画像を生成する。

上述のように生成されたエコー画像は、エコー信号に関する情報として、操作・表示装置４に表示される。

（４）また、上記実施形態における逆フィルタ処理部１１は、送受波器２の装置関数の影響を取り除くことができれば、上記実施形態において説明した処理に限定されるものではない。例えば、逆フィルタ処理部１１においてウィーナーフィルタ処理を行ってもよい。具体的には、上記実施形態の除算部１４において、次の（１）式によって得られた複素ベクトルＸを、強度スペクトラム算出処理部１５に出力することができる。

上記（１）式において、＊は複素共役、αはウィーナーパラメータ（０≦α≦１）を表す。

（５）上記実施形態では、高分解能信号を、逆フィルタ処理部１１及び強度スペクトラム算出処理部１５によって生成しているが、これに限らない。具体的には、以下で説明する変形例では、高分解能信号を、いわゆるパルス圧縮によって生成している。

図１５は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部１０ｄの構成を示すブロック図である。本変形例では、高分解能信号生成部１６ａが、パルス圧縮処理部１７で構成されている。なお、本変形例では、送受波器から、例えば一例として、周波数が時間に対して線形的に変化するチャープ信号が、一定時間、所定のタイミング毎に送信される。

パルス圧縮処理部１７は、マッチドフィルタ１８を有している。マッチドフィルタ１８は、送受波器２で受信された信号と送信信号（チャープ信号）に基づいて予め設定した基準信号との相関処理を行うことによって、受信信号をパルス圧縮する。これにより、時間分解能が高い高分解能信号を生成することができる。

そして、合成部２１は、バンドパスフィルタ２０で抽出されたフィルタ後エコー信号と、パルス圧縮処理部１７で生成された信号とを、上記実施形態の場合と同様にして合成する。

ところで、上記パルス圧縮処理部１７で生成された高分解能信号にも、上記実施形態の場合と同様、図８に示すようなエコー像Ｂ（虚像）が発生する。これに対して、上記実施形態の場合と同様、合成部２１によって上述のように合成処理を行うことにより、物標からのエコー信号に起因するエコー像の解像度を維持しつつ、虚像を低減できる。

（６）図１６は、本発明の実施形態に係る信号処理装置１０ｅの構成を示すブロック図である。図１６に示すように、本発明は、上記実施形態に係る水中探知装置１の場合と異なり、送受波器及び操作・表示装置等を有さない信号処理装置に適用することもできる。また、信号処理装置１０ｅの高分解能信号生成部１６ｂは、上述した逆フィルタ処理部１１及び強度スペクトラム算出処理部１５を有していてもよいし、パルス圧縮処理部１７で構成されていてもよい。更には、これらに限らず、高分解能信号生成部１６ｂは、バンドパスフィルタ２０で生成されるフィルタ後エコー信号よりも時間分解能が高い信号を生成可能であれば、どのような構成であってもよい。

（７）図１７（Ａ）は、上記実施形態に係る信号処理部における信号処理について説明するための図であり、図１７（Ｂ）は、本変形例に係る信号処理部における信号処理について説明するための図である。上記実施形態では、図１７（Ａ）に示すように、方位毎に（すなわち、ピング毎に）強度スペクトラムが算出される。これにより、時間方向（距離方向）について高分解能化された高分解能信号が算出される。そして、当該高分解能信号とフィルタ後エコー信号とを合成することにより、時間分解能が高い高分解能化信号において発生する虚像を低減することについて説明した。

これに対して、本変形例では、図１７（Ｂ）に示すように、時間毎に（すなわち、距離毎に）強度スペクトラムが算出される。これにより、方位方向について高分解能化された高分解能信号が算出される。そして、当該高分解能信号とフィルタ後エコー信号とを合成することにより、方位分解能が高い高分解能化信号において発生する虚像を低減することができる。

なお、本変形例の場合、フィルタ部として、ランダムノイズを低減するためのローパスフィルタ（移動平均フィルタ）、又は、レーダにおける他船からの干渉信号であるスパイク状のノイズを低減するための順序統計フィルタ（ランクフィルタ）等を用いることができる。また、高分解能生成部としては、上記実施形態の場合と同様、逆フィルタ処理部及び強度スペクトラム算出部を用いたり、マッチドフィルタを用いたりすることができる。

（８）図１８は、変形例に係る水中探知装置の合成部２７の構成を示すブロック図である。また、図１９は、変形例に係る水中探知装置の信号処理部の動作を説明するためのフローチャートである。本変形例の信号処理部は、上記実施形態の信号処理部と比べて、合成部の構成及び動作が異なる。

［合成部の構成］
本変形例に係る水中探知装置の合成部２７は、区間判別部２７ａと、３つの判定部（第１判定部２７ｂ、第２判定部２７ｃ、及び第３判定部２７ｄ）と、を有している。合成部２７は、第１サンプルの強度と各該第１サンプルに対応する第２サンプルの強度との比較に基づいて、第１サンプル及び第２サンプルのいずれか一方を選択する。

図２０は、区間判別部２７ａによって分けられる第１区間Ｒ１_ｍ及び第２区間Ｒ２_ｐについて説明するための図である。区間判別部２７ａは、高分解能信号の第１サンプルＰ１_ｎと、該第１サンプルＰ１_ｎと同じ深さ位置であって且つ同じピングである第２サンプルＰ２_ｎと、を比較する。そして、区間判別部２７ａは、図２０に示すように、第１サンプルＰ１_ｎの強度が第２サンプルＰ２_ｎの強度以上の区間を第１区間Ｒ１_ｍ（ｍ＝１，２，…）とし、第１サンプルＰ１_ｎの強度が第２サンプルＰ２_ｎの強度未満の区間を第２区間Ｒ２_ｐ（ｐ＝１，２，…）とする。そして、合成部２７は、第２区間Ｒ２_ｐにおいては、第１サンプルＰ１_ｎを出力サンプルとして画像生成部２２に出力する。

第１判定部２７ｂは、各第１区間Ｒ１_ｍの深さ範囲幅ΔＤ_ｍ（距離範囲）が、所定の閾値Ｔｈｒ１未満であるか否かを判定する。閾値Ｔｈｒ１は、予め行われた実験等によって適切な値が設定される。深さ範囲幅ΔＤ_ｍが閾値Ｔｈｒ１未満の場合、合成部２７は、その第１区間Ｒ１_ｍにおいては、第１サンプルＰ１_ｎを出力サンプルとして画像生成部２２に出力する。一方、深さ範囲幅ΔＤ_ｍが閾値Ｔｈｒ１以上の場合、その第１区間Ｒ１_ｍにおいていずれのサンプル（第１サンプルＰ１_ｎ又は第２サンプルＰ２_ｎ）が出力サンプルとして画像生成部２２へ出力されるかの判断は、第２判定部２７ｃ以降での判定に持ち越される。

第２判定部２７ｃは、第１判定部２７ｂにおいて深さ範囲幅ΔＤ_ｍが閾値Ｔｈｒ１以上と判定された各第１区間Ｒ１_ｍにおいて、以下のような判定を行う。具体的には、第２判定部２７ｃは、上述のような各第１区間Ｒ１_ｍにおいて強度が最も高い第１サンプルＰ１_ｎが各第１区間Ｒ１_ｍに隣接する第２区間Ｒ２_ｐとの間の境界線上にあるか否かを判定する。強度が最も高い第１サンプルＰ１_ｎが第１区間Ｒ１_ｍの境界線上にある場合、合成部２７は、その第１区間Ｒ１_ｍにおいては、第２サンプルＰ２_ｎを出力サンプルとして画像生成部２２へ出力する。強度が最も高い第１サンプルＰ１_ｎが第１区間Ｒ１_ｍの境界線上にない場合、その第１区間Ｒ１_ｍにおいて、いずれのサンプル（第１サンプルＰ１_ｎ又は第２サンプルＰ２_ｎ）が出力サンプルとして画像生成部２２へ出力されるかの判断は、第３判定部２７ｄでの判定に持ち越される。

第３判定部２７ｄは、第２判定部２７ｃにおいて強度が最も高い第１サンプルＰ１_ｎが上述した境界線上にないと判定された各第１区間Ｒ１_ｍにおいて、以下のような判定を行う。具体的には、第３判定部２７ｄは、対応する深さ位置にある第１サンプルＰ１_ｎ及び第２サンプルＰ２_ｎの強度の比（より具体的には、Ｐ２_ｎの強度に対するＰ１_ｎの強度の比）のうちの最大値が、所定の閾値Ｔｈｒ２を超えているか否かを判定する。閾値Ｔｈｒ２は、予め行われた実験等によって適切な値が設定される。この最大値が閾値Ｔｈｒ２を超えている場合、合成部２７は、その第１区間Ｒ１_ｍにおいては、第２サンプルＰ２_ｎを出力サンプルとして画像生成部２２へ出力する。上述した最大値が閾値Ｔｈｒ２以下の場合、合成部２７は、その第１区間Ｒ１_ｍにおいては、第１サンプルＰ１_ｎを出力サンプルとして画像生成部２２へ出力する。なお、ここでは、各サンプルの強度がリニアスケールで表される場合について説明しており、各サンプルの強度がログスケールで表される場合には、第３判定部２７ｄは、対応する深さ位置にある第１サンプルＰ１_ｎ及び第２サンプルＰ２_ｎの強度の差（より具体的には、Ｐ１_ｎの強度からＰ２_ｎの強度を減算した値）のうちの最大値が、所定の閾値Ｔｈｒ２を超えているか否かを判定する。

［信号処理部の動作］
次に、本変形例の信号処理部の動作について説明する。図１９を参照して、ステップＳ１及びステップＳ２では、強度スペクトラム算出処理部１５等が上記実施形態の場合と同様に動作することにより、ピング毎に強度スペクトラムＰ（ｔ）、すなわち高分解能信号を算出する。一方、ステップＳ３では、バンドパスフィルタ２０が、上記実施形態の場合と同様に動作することにより、フィルタ後エコー信号を生成する。そして、ステップＳ４では、合成部２７が、第１サンプルＰ１_ｎと第２サンプルＰ２_ｎとの比較を行う。

次に、ステップＳ１０では、区間判別部２７ａが、第１区間Ｒ１_ｍと第２区間Ｒ２_ｐとの判別を行い、図２０に示すように、高分解能信号及びフィルタ後エコー信号の深さ方向における全範囲を、第１区間Ｒ１_ｍと第２区間Ｒ２_ｐとに分ける。そして、合成部２７は、第２区間Ｒ２_ｐにおいては、第１サンプルＰ１_ｎを選択し（ステップＳ１１）、これを出力サンプルとして画像生成部２２へ出力する。

次に、ステップＳ１２では、第１判定部２７ｂが、全ての第１区間Ｒ１_ｍのそれぞれにおいて、各第１区間Ｒ１_ｍの深さ範囲幅ΔＤ_ｍと閾値Ｔｈｒ１とを比較し、各深さ範囲幅ΔＤ_ｍが閾値Ｔｈｒ１未満であるか否かを判定する。深さ範囲幅ΔＤ_ｍが閾値Ｔｈｒ１未満の場合（ステップＳ１２のＹｅｓ）、合成部２７は、その第１区間Ｒ１_ｍにおいては、第１サンプルＰ１_ｎを選択し（ステップＳ１３）、これを出力サンプルとして画像生成部２２に出力する。図２０に示す例の場合、合成部２７は、第１区間Ｒ１_４，Ｒ１_５，Ｒ１_６，Ｒ１_７においては、第１サンプルを出力サンプルとする。一方、深さ範囲幅ΔＤ_ｍが閾値Ｔｈｒ１以上の場合（ステップＳ１２のＮｏ）、ステップＳ１４に進む。

次に、ステップＳ１４では、第２判定部２７ｃが、第１判定部２７ｂにおいて深さ範囲幅ΔＤ_ｍが閾値Ｔｈｒ１以上と判定された各第１区間Ｒ１_ｍにおいて、各第１区間Ｒ１_ｍにおいて強度が最も高い第１サンプルＰ１_ｎが各第１区間Ｒ１_ｍの境界線上にあるか否かを判定する。強度が最も高い第１サンプルＰ１_ｎが第１区間Ｒ１_ｍの境界線上にある場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、合成部２７は、その第１区間Ｒ１_ｍにおいては第２サンプルＰ２_ｎを選択し（ステップＳ１５）、これを出力サンプルとして画像生成部２２に出力する。図２０に示す例の場合、合成部２７は、第１区間Ｒ１_１，Ｒ１_２，Ｒ１_８においては、第２サンプルを出力サンプルとする。一方、強度が最も高い第１サンプルＰ１_ｎが第１区間Ｒ１_ｍの境界線上にない場合（ステップＳ１４のＮｏ）、ステップＳ１６に進む。

次に、ステップＳ１６では、第３判定部２７ｄが、第２判定部２７ｃにおいて強度が最も高い第１サンプルＰ１_ｎが第１区間Ｒ１_ｍの境界線上にないと判定された各第１区間Ｒ１_ｍにおいて、以下の判定が行われる。具体的には、ステップＳ１６では、第３判定部２７ｄが、対応する深さ位置にある第１サンプルＰ１_ｎ及び第２サンプルＰ２_ｎの強度の比のうちの最大値が、所定の閾値Ｔｈｒ２を超えているか否かを判定する。この最大値が閾値Ｔｈｒ２を超えている場合（ステップＳ１６のＹｅｓ）、合成部２７は、その第１区間Ｒ１_ｍにおいては第２サンプルＰ２_ｎを選択し（ステップＳ１７）、これを出力サンプルとして画像生成部２２に出力する。一方、上述した最大値が閾値Ｔｈｒ２以下の場合（ステップＳ１６のＮｏ）、合成部２７は、その第１区間Ｒ１_ｍにおいては、第１サンプルＰ１_ｎを選択し（ステップＳ１８）、これを出力サンプルとして画像生成部２２へ出力する。図２０に示す例の場合、合成部２７は、第１区間Ｒ１_３においては、第１サンプルを出力サンプルとする。

最後にステップＳ８において、画像生成部２２が、合成部２７から出力された出力サンプルに基づいて、エコー画像を生成する。

［本変形例に係る水中探知装置で生成されるエコー画像について］
ここで、本変形例に係る水中探知装置で生成されるエコー画像について説明する。しかしその前に、第１サンプルのみでエコー画像を生成した第１エコー画像、第２サンプルのみでエコー画像を生成した第２エコー画像、及び、上記実施形態に係る水中探知装置１で生成されるエコー画像について説明する。なお、これらのエコー画像では、比較的密集した状態の複数の魚が表示される例を挙げて説明する。

図２１は、第１エコー画像の一例を示す図であって、魚が密集した状態を示す図である。また、図２２は、第２エコー画像の一例を示す図であって、魚が密集した状態を示す図である。また、図２３は、図１に示す水中探知装置で生成されるエコー画像の一例を示す図であって、魚が密集した状態を示す図である。

第１エコー画像においては、海中において魚が密集した状態であっても、図２１に示すように、高分解能化された各魚のエコー像が表示される。一方、第２エコー画像においては、海中において魚が密集した状態となると、図２２に示すように、近接した各魚のエコーが互いに干渉して弱め合ったり強め合ったりする。その結果、上記実施形態に係る水中探知装置１の合成部２１で合成された出力サンプルに基づいて生成されるエコー画像では、図２３に示すように、高分解能化された魚のエコー像（図２１参照）の一部が除去されたような、非常に見づらいエコー像になる。

これに対して、本変形例の合成部２７は、上述のように動作することにより、複数の魚が密集した状態であっても、図２４に示すように、高分解能化された各魚のエコー像が鮮明に表示されるとともに、海底付近に発生しうる虚像を除去できる。

図２５は、上記実施形態に係る水中探知装置１において、あるピング時に合成部２１で生成されたエコー信号を、図２０に示す高分解能信号及びフィルタ後エコー信号と重ねて表示するグラフである。また、図２６は、本変形例に係る水中探知装置において、あるピング時に合成部２７で生成されたエコー信号を、図２０に示す高分解能信号及びフィルタ後エコー信号と重ねて表示するグラフである。

上述した実施形態に係る水中探知装置１の場合、第１サンプル及び第２サンプルのうちエコー強度が低い方のサンプルを選択しているため（図２５の太線で示される波形）、例えば複数の魚が密集している場合には、以下のような状況が発生しうる。具体的には、第２サンプルで構成されたフィルタ後エコー信号において魚が密集している深さ範囲（図２５ではＲ１_３〜Ｒ１_７程度の範囲）の部分については、第１サンプルで構成された高分解能信号のうち魚に起因する部分のエコー強度よりも低くなる場合がある（図２５ではＲ１_３，Ｒ１_４，Ｒ１_５，Ｒ１_６，及びＲ１_７）。そうなると、上記実施形態に係る水中探知装置１では、図２５に示すように、魚に起因する急峻なピークがクリップされてしまう。

これに対して、本変形例の合成部２７では、第１サンプルの強度と、各該第１サンプルに対応する第２サンプルの強度との比較に基づいて、第１サンプル及び第２サンプルのいずれか一方を選択している。これにより、魚に起因するピークがクリップされてしまうのを回避できる。

具体的には、本変形例の合成部２７では、上述のように、複数の第１区間（第１サンプルの強度が第２サンプルの強度以上の区間）のうち、深さ範囲幅ΔＤが比較的狭い区間については、第１サンプルを選択している。図２６に示すように、第１サンプルで構成される高分解能信号のうち魚に起因する部分は、比較的急峻なピーク波形になるため（図２６におけるＲ１_４，Ｒ１_５，Ｒ１_６，及びＲ１_７の部分）、第１区間の深さ範囲幅ΔＤが狭くなりやすい。よって、深さ範囲幅ΔＤが比較的狭い区間については第１サンプルを選択することで、魚に起因する急峻なピークがクリップされてしまうことを適切に回避できる。

また、本変形例の合成部２７では、上述したステップＳ１４及びステップＳ１６で説明したステップが行われる。具体的には、複数の第１区間のうち、隣接する第２区間との間の境界線上以外に前記第１区間において最も強度が高い第１サンプルが含まれ、且つ前記第１区間に含まれ互いに対応する第１サンプルと第２サンプルとの強度の比の最大値が閾値Ｔｈｒ２以下の第１区間については、第１サンプルが選択される。

上述した境界線上以外に最も強度が高い第１サンプルがある場合、その第１サンプルが含まれる第１区間には魚に起因するピークが存在する可能性があるため、これらの第１区間については、第１サンプルが選択されうる対象区間となる。そして、これら複数の対象区間のうち、第１サンプルと第２サンプルとの強度の比の最大値が閾値Ｔｈｒ２以下の第１区間については、第１サンプルが選択される。複数の魚が密集している領域では、該複数の魚に起因するエコーが互いに干渉して強め合ったり弱め合ったりするが、強め合う程度及び弱め合う程度は、各魚に起因するエコー強度のせいぜい２倍程度である。すなわち、第１サンプルの強度と第２サンプルの強度との比が極端に大きい場合には、その第１サンプルについては、魚に起因するエコーでないと考えることができる。よって、上述した対象区間のうち、第１サンプルと第２サンプルとの比の最大値が閾値Ｔｈｒ２以下の第１区間について第１サンプルを選択することにより、魚に起因するピークのうちそれほど急峻でないピーク（例えば図２６の第１区間Ｒ１_３内の高分解能信号）がクリップされてしまうことを適切に回避できる。

以上のように、上記実施形態に係る水中探知装置１では、魚が密集している場合、高分解能化された魚のピークがクリップされてエコー画面上で見えづらくなってしまう（図２３及び図２５参照）。これに対して、本変形例に係る水中探知装置では、高分解能化された魚のピークがクリップされずにエコー画面上で鮮明に表示される（図２４及び図２６参照）。従って、本変形例に係る水中探知装置では、物標が密集した状態であっても高分解能化された物標の解像度を維持できるとともに、上記実施形態の場合と同様、海底付近に発生する虚像を低減できる。

なお、本変形例において、図１９におけるステップＳ１４からステップＳ１８の処理を省略することもできる。この場合、物標に起因するエコー信号のうち深さ範囲幅が広いピークを有するエコーについてはクリップされてしまうものの、深さ範囲幅が狭いピークを有するエコーについては、上述の場合と同様、クリップが回避される。また、本変形例において、図１９におけるステップＳ１２及びステップＳ１３を省略することもできる。

また、本変形例では、信号処理部を水中探知装置に適用する例を挙げて説明したが、これに限らず、レーダ、ソナー等にも適用することができる。

１ 水中探知装置
１ａ レーダ装置
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 信号処理部（信号処理装置）
１０ｅ 信号処理装置
１１ 逆フィルタ処理部
１５ 強度スペクトラム算出処理部
１６，１６ａ，１６ｂ 高分解能信号生成部
２０ バントパスフィルタ（フィルタ部）
２１，２１ａ，２３，２７ 合成部
２２ 画像生成部

Claims (11)

1. 送波器から送波された送信波が対象物標に反射して帰来する反射波に基づいて生成されるとともに信号処理の対象となる対象エコー信号を処理する信号処理装置であって、
   前記対象エコー信号から所望の周波数帯のエコー信号を抽出してフィルタ後エコー信号を生成するフィルタ部と、
   前記対象エコー信号から、前記フィルタ後エコー信号よりも分解能が高い信号である高分解能信号を生成する高分解能信号生成部と、
   前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成する合成部と、
   を備え、
   前記合成部は、前記送信波が送波されてから前記反射波が受波器で受波されるまでの時間に対応する前記対象物標までの距離範囲を、前記高分解能信号を構成するサンプルである第１サンプルの強度が前記フィルタ後エコー信号を構成するサンプルであって各前記第１サンプルに対応する第２サンプルの強度以上になる第１区間と、前記第１サンプルの強度が前記第２サンプルの強度未満になる第２区間とに分ける区間判別部、を有し、前記第１区間と前記第２区間とにおいて前記第１サンプル及び前記第２サンプルのいずれか一方を選択する手段が互いに異なることを特徴とする、信号処理装置。
2. 請求項１に記載の信号処理装置において、
   前記合成部は、前記第２区間において、前記第１サンプル及び前記第２サンプルのうち、強度が低い前記第１サンプルを選択することにより、前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成することを特徴とする、信号処理装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の信号処理装置において、
   前記合成部は、複数の前記第１区間のうち距離範囲が所定の閾値未満の第１区間については、前記第１サンプルを選択することを特徴とする、信号処理装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載の信号処理装置において、
   前記合成部は、複数の前記第１区間のうち、隣接する第２区間との間の境界線上以外に前記第１区間に含まれる第１サンプルの最大値があり、且つ前記第１区間に含まれ互いに対応する第１サンプルと第２サンプルとの強度の比の最大値が所定の閾値以下の第１区間については、前記第１サンプルを選択することを特徴とする、信号処理装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の信号処理装置において、
   前記高分解能信号生成部は、前記対象エコー信号に対して逆フィルタ処理を行う逆フィルタ処理部と、該逆フィルタ処理が行われることにより生成される逆フィルタ処理後信号の強度スペクトラムを算出する強度スペクトラム算出処理部と、を有していることを特徴とする、信号処理装置。
6. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の信号処理装置において、
   前記高分解能信号生成部は、前記対象エコー信号に対してパルス圧縮を行うパルス圧縮処理部を有していることを特徴とする、信号処理装置。
7. 水中に送信された音波のエコー信号であって信号処理の対象となる対象エコー信号を受信する受波器と、
   前記受波器で受信された前記対象エコー信号を処理する、請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の信号処理装置としての信号処理部と、
   前記信号処理部の合成部が合成した合成信号を表示する表示部と
   を備えていることを特徴とする、水中探知装置。
8. 請求項７に記載の水中探知装置において、
   前記信号処理部は、
   水底の深さ位置を検出する水底検出部と、
   前記水底検出部で検出された水底の深さ位置を含む深さ方向における所定範囲を、前記信号処理部の合成部によって前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成する対象範囲として決定する合成範囲決定部と
   を更に備えていることを特徴とする、水中探知装置。
9. 信号処理の対象となる対象エコー信号を受信するアンテナと、
   前記アンテナで受信された前記対象エコー信号を処理する、請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の信号処理装置としての信号処理部と、
   前記信号処理部の合成部が合成した合成信号を表示する表示部と
   を備えていることを特徴とする、レーダ装置。
10. 送波器から送波された送信波が対象物標に反射して帰来する反射波に基づいて生成されるとともに信号処理の対象となる対象エコー信号を処理するための信号処理方法であって、
    （ａ）前記対象エコー信号から所望の周波数帯のエコー信号を抽出してフィルタ後エコー信号を生成するステップと、
    （ｂ）前記対象エコー信号から、前記フィルタ後エコー信号よりも分解能が高い信号である高分解能信号を生成するステップと、
    （ｃ）前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成するステップと、
    を含み、
    前記ステップ（ｃ）において、前記送信波が送波されてから前記反射波が受波器で受波されるまでの時間に対応する前記対象物標までの距離範囲を、前記高分解能信号を構成するサンプルである第１サンプルの強度が前記フィルタ後エコー信号を構成するサンプルであって各前記第１サンプルに対応する第２サンプルの強度以上になる第１区間と、前記第１サンプルの強度が前記第２サンプルの強度未満になる第２区間とに分け、前記第１区間と前記第２区間とにおいて前記第１サンプル及び前記第２サンプルのいずれか一方を選択する手段が互いに異なることを特徴とする、信号処理方法。
11. 送波器から送波された送信波が対象物標に反射して帰来する反射波に基づいて生成されるとともに信号処理の対象となる対象エコー信号の処理をコンピュータに実行させるための信号処理プログラムであって、
    （ａ）前記対象エコー信号から所望の周波数帯のエコー信号を抽出してフィルタ後エコー信号を生成するステップと、
    （ｂ）前記対象エコー信号から、前記フィルタ後エコー信号よりも分解能が高い信号である高分解能信号を生成するステップと、
    （ｃ）前記フィルタ後エコー信号と前記高分解能信号とを合成するステップと、
    をコンピュータに実行させ、
    前記ステップ（ｃ）において、前記送信波が送波されてから前記反射波が受波器で受波されるまでの時間に対応する前記対象物標までの距離範囲を、前記高分解能信号を構成するサンプルである第１サンプルの強度が前記フィルタ後エコー信号を構成するサンプルであって各前記第１サンプルに対応する第２サンプルの強度以上になる第１区間と、前記第１サンプルの強度が前記第２サンプルの強度未満になる第２区間とに分け、前記第１区間と前記第２区間とにおいて前記第１サンプル及び前記第２サンプルのいずれか一方を選択する手段が互いに異なることを特徴とする、信号処理プログラム。

Images