JPS6348461B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は互いに接近した中心周波数を有する複
数の狭帯域音響信号の中から任意の音響信号を受
信する装置の改良に関するものである。

水中での音響信号による信号伝送は、ソーナ
ー、音響測位、音響追尾等の分野で広く用いられ
ており、これらの分野が対象とする伝送距離は増
大する傾向にあり、近年では数Km以上に達しよう
としている。ところが、水中での音響信号の伝送
においては周波数が高い程、伝搬距離の増大に伴
つて吸収損失が急激に増加するため、数Km以上の
信号伝送で実用上使用できる周波数の上限は10数
ＫHzであり、更に音源の送信効率を考えると、実
用上使用できる周波数帯域幅は数ＫHzにすぎな
い。一方、音響測位や音響追尾において要求され
る情報伝送量も増大する傾向にあるため、前記狭
い使用可能帯域内において、互いに接近した中心
周波数を有する複数の狭帯域音響信号の伝送が行
なわれており、受信装置には複数の音響信号の中
から任意の目的とする信号のみを受信する性能が
必要であり、また各音響信号間に大きなレベル差
がある場合には信号間の干渉に対する対策が必要
とされていた。

第１図は従来の狭帯域音響信号受信装置を示す
もので、狭帯域音響信号として中心周波数とエン
ベロープの既知なパルス波を用い、直交復調器の
出力からエンベロープ信号を求め、エンベロープ
信号のレベルとしきい値とを比較することによ
り、信号の有無を判定するようにしたものであ
る。第１図において、１は受信信号の入力端子、
２は増幅器、３は広帯域通過フイルタ
（WBPF）、４は直交復調器、５は直交復調器４
の出力信号からパルス波のエンベロープ信号を算
出する第１のエンベロープ算出器、６はパルス波
の時間長より充分に長い積分時間をもつ第１の積
分器（または低域通過フイルタ）、７は積分され
たエンベロープ信号のレベル情報に基いてしきい
値を発生するしきい値発生器、８は前記しきい値
発生器７からのしきい値と第１のエンベロープ算
出器５からのエンベロープ信号のレベルとを比較
し、しきい値以上の信号を出力する比較器、９は
出力端子、１０は他の中心周波数のパルス波を取
り出す場合に図示しない他の回路へ受信信号を出
力する出力端子である。また直交復調器４は受信
しようとするパルス波の中心周波数と同一の周波
数を有しかつ位相が90度異なる２つの正弦波信号
を発生する局部発振器４０１と、該２つの正弦波
信号をそれぞれ広帯域通過フイルタ３より送出さ
れた受信信号に掛け合わせる２つの掛算器４０２
−１，４０２−２と、受信しようとするパルス波
のベースバンド信号を通過させる２つの低域通過
フイルタ（LPF）４０３−１，４０３−２とか
らなつている。

上記の如き構成において、図示しない受波器等
より入力端子１に入力された受信信号（雑音成分
を含む）は、増幅器２で適正なレベルまで増幅さ
れ、広帯域通過フイルタ３で不要な周波数成分が
取り除かれた後、直交復調器４及び出力端子１０
に送出される直交復調器４は入力された受信信号
から掛算器４０２−１，４０２−２で受信したい
パルス波と同じ中心周波数の信号をベースバンド
に落し、低域通過フイルタ４０３−１，４０３−
２を通して該信号のエンベロープ同相及び直交成
分を取り出し、出力する。第１のエンベロープ算
出器５は前記同相および直交成分からエンベロー
プ信号（雑音成分を含む）を算出し、算出された
エンベロープ信号は積分器６及び比較器８に送出
される。積分器６で積分されたエンベロープ信号
のレベル情報はしきい値発生器７に送出され、し
きい値発生器７は該レベル情報に基いて適正なし
きい値を発生し比較器８に与える。比較器８では
該しきい値より大きいレベルの信号、即ち受信し
たいパルス波のみを出力端子９に送出する。出力
端子９の出力は図示しない音響測位、音響追尾等
の装置に送出され、適宜処理される。

上記しきい値発生器７では、積分器６の出力の
レベルが増加するときしきい値を増加させ、レベ
ルが減少するときしきい値を減少させる如く動作
するが、積分器６の出力レベルはエンベロープ算
出器５から出力されるエンベロープ信号のうち、
パルス波信号の時間長と比べて緩かに変化する雑
音成分のレベルに対応するから、パルス波の時間
長と同じ程度の雑音成分に対して、前記しきい値
は応答できず、第２種誤り（即ち他の雑音をパル
ス波であると誤判定すること）が発生し易くな
る。ところで、中心周波数の近似した他のパルス
波（以下、これを干渉パルス波と称す。）が存在
するとき、直交復調器４の低域通過フイルタ４０
３−１，４０３−２の通過帯域内を前記干渉パル
ス波のパワースペクトルの拡散成分が通過するこ
とになるが、その時間幅は受信したいパルス波の
時間幅とほぼ同じである。

第２図はこのときのようすを示すもので、図中
２０は掛算器４０２−１，４０２−２でベースバ
ンドに落された受信したいパルス波のパワースペ
クトル、２１は受信したいパルス波の中心周波数
と△f₁だけ異なる中心周波数を持つ干渉パルス波
のパワースペクトル、２２は低域フイルタ４０３
−１，４０３−２の周波数応答特性である。即ち
低域通過フイルタ４０３−１，４０３−２の通過
帯域内を干渉パルス波のパワースペクトル２１の
斜線で示した拡散成分が通過し、この結果、低域
フイルタ４０３−１，４０３−２の出力には受信
したいパルス波の時間長とほぼ同じ長さのパルス
性干渉波が出力されることになる。従つて互いに
近似した中心周波数を有する多数のパルス波から
特定のパルス波のみを受信するような場合、第２
種誤りが発生し易くなる。また、音響信号のダイ
ナミツクレンジは80dB程度にとられる場合があ
り、大きなレベル差がパルス波間に存在するとき
は、更に第２種誤り率が増大する欠点がある。

本発明は上記従来の欠点を除去するため、直交
復調器の掛算器によつてベースバンドに落された
受信信号を、受信したいパルス波を阻止する低域
阻止フイルタに通すことによつて、干渉パルス波
のパワースペクトルのメインローブを受信し、更
にそのエンベロープを算出し、受信したいパルス
波の時間長に比べ充分短かい積分時間の第２の積
分器（または低域通過フイルタ）を通して得た出
力と、第１の積分器（または低域通過フイルタ）
の出力とに基いて比較器のしきい値、または別途
設けた利得制御可能な受信信号の増幅器の利得、
もしくはその両方を制御するようになしたもの
で、その目的とするところはパルス波の有無の判
定における誤り率を減少することにある。以下、
図面について詳細に説明する。

第３図は本発明の第１の実施例を示すもので、
図中、第１図と同一構成部分は同一符号をもつて
表わす。すなわち、１は入力端子、２は増幅器、
３は広帯域通過フイルタ、４は直交復調器、５は
第１のエンベロープ算出器、６は第１の積分器、
８は比較器、９は出力端子、１０は他の回路への
出力端子、１１−１及び１１−２はそれぞれ直交
復調器４内の掛算器４０２−１及び４０２−２の
出力に接続した低域阻止フイルタ（LSF）、１２
は該低域阻止フイルタ１１−１，１１−２の出力
からエンベロープ信号を算出する第２のエンベロ
ープ算出器、１３は受信したいパルス波の時間長
と比べて充分に短かい積分時間を有する第２の積
分器（または低域通過フイルタ）、１４は第１の
積分器６の出力レベルと第２の積分器１３の出力
レベルに基いてしきい値を決定し発生するしきい
値発生器である。

低域阻止フイルタ１１−１，１１−２は第４図
の２３に示すような、受信したいパルス波のパワ
ースペクトルのメインローブの通過を阻止し近接
する干渉パルス波のパワースペクトルのメインロ
ーブを通過する周波数応筒特性を有し、特に通過
域において負の傾きを備え、受信したいパルス波
の中心周波数と干渉パルス波の中心周波数との差
の増加とともに通過量が減少する如くしてある。
即ち、複数の干渉パルス波が存在するとき、受信
したいパルス波の中心周波数に近い中心周波数の
干渉パルス波（パルス波の有無の判定に影響の大
きい）のパワースペクトルをより多く通過させ、
中心周波数の遠い干渉パルス波（影響の小さい）
の通過量を少なくする如くなつている。

第２のエンベロープ算出器１２は第１のエンベ
ロープ算出器と同一構成で、低域阻止フイルタ１
１−１，１１−２を通過した干渉パルス波のエン
ベロープ信号を算出し、第２の積分器１３に送出
する如くなつている。第５図は第１のエンベロー
プ算出器５（または第２のエンベロープ算出器１
２）の具体的構成の一例を示すもので、第５図
中、５０１及び５０２は入力端子、５０３及び５
０４は入力信号の２乗値を算出する自乗値算出器
（SQ）、５０５は加算器、５０６は入力信号の平
方根を求める平方根算出器（√ ）、５０７は出
力端子であり、入力端子５０１及び５０２より入
力された受信したいパルス波（または干渉パルス
波）のエンベロープの同相及び直交成分は自乗値
算出器５０３及び５０４でそれぞれ２乗され、加
算器５０５で加算され、更に平方根算出器５０６
で平方根が求められて、エンベロープ信号として
出力端子５０７より第１の積分器６及び比較器８
（または第２の積分器１３）に出力される如くな
つている。

第６図はしきい値発生器１４の具体的構成の一
例を示すもので、第６図中、１４１及び１４２は
入力端子、１４３及び１４４はレベル設定用の増
幅器、１４５は加算器、１４６は出力端子であ
り、入力端子１４１及び１４２にそれぞれ入力さ
れた第１の積分器６及び第２の積分器１３のレベ
ル情報は、増幅器１４３及び１４４でそれぞれ適
宜増幅され、加算器１４５で加算されてしきい値
となり、出力端子１４６から比較器８に出力され
る如くなつている。

次に動作について説明する。入力端子１より入
力された受信信号が直交復調器４に至るまでは従
来と同様である。直交復調器４内の掛算器４０２
−１，４０２−２でベースバンドに落された受信
信号は、低域通過フイルタ４０３−１，４０３−
２及び低域阻止フイルタ１１−１，１１−２へ送
出される。低域通過フイルタ４０３−１，４０３
−２を通過した受信したいパルス波のメインロー
ブを含むエンベロープの同相及び直交成分は、第
１のエンベロープ算出器５に入力され、そのエン
ベロープ信号が算出され、第１の積分器６及び比
較器８に送出される。一方、低域阻止フイルタ１
１−１，１１−２を通過した干渉パルス波のメイ
ンローブを含むエンベロープの同相及び直交成分
は第２のエンベロープ算出器に入力され、そのエ
ンベロープ信号が算出され、第２の積分器１３に
入力される。第２の積分器１３にて、受信したい
パルス波に比べて短かい積分時間で積分されたエ
ンベローブ信号のレベル情報は、第１の積分器６
のレベル情報とともにしきい値発生器１４に送出
され、しきい値を決定する。該しきい値は比較器
８に加えられ、比較器８は第１のエンベロープ算
出器５の出力するエンベロープから、しきい値以
上の信号を受信したいパルス波として出力端子９
に送出する。

上記実施例によれば、低域阻止フイルタ１１−
１，１１−２を通して受信信号中の受信したいパ
ルス波以外の信号成分を取り出し、そのエンベロ
ープ信号を第２の積分器で短かい時間長にして積
分し、しきい値発生器１４に入力して、しきい値
を制御するようになしたため、受信したいパルス
波の中心周波数に近接した中心周波数の干渉パル
ス波がある場合でも、その干渉パルス波のパワー
スペクトルのメインローブが低域阻止フイルタ１
１−１，１１−２を通過し、第２の積分器１３が
そのエンベロープ信号に応答して出力レベルを増
加させ、しきい値発生器１４の発生するしきい値
を増加させることができ、適正なしきい値を比較
器８に設定することができる。従つて、互いに近
接した中心周波数を有する多数のパルス波の中か
ら、パルス波の数やレベル差に関係なく、ほぼ一
定の第２種誤り率で特定のパルス波を受信するこ
とができる。

また、この結果、伝送距離の増加に必要とされ
る、限られた帯域内における音響リンクでの情報
の伝送量を大幅に増やすことができ、高性能かつ
長レンジの音響測位や音響追尾の実現が可能とな
る。

第７図は本発明の第２の実施例を示すもので、
利特制御可能な受信信号の増幅器を設け、前記第
１の積分器（または低域通過フイルタ）と第２の
積分器（または低域通過フイルタ）の出力レベル
に基いて該増幅器の利得を制御する如くしたもの
である。即ち、図中、１５は直交復調器４の直前
に設けられた利得制御可能な増幅器、１６は第１
の積分器６と第２の積分器１３の出力レベルを受
け増幅器１５に適正な利得を与える利得制御信号
を発生する利得制御信号発生器、１７は比較器８
に入力する一定のしきい値の入力端子であり、前
記利得制御信号発生器１６は前記第１の実施例中
のしきい値発生器１４と同様な構成によつて実現
され、増幅器１５の利得は利得制御信号が増加し
た場合に減少し、利得制御信号が減少した場合に
増加する如くなつている。このような構成となつ
ているため、干渉パルス波が存在した場合、第２
の積分器１３の出力レベルが増加し、それに対応
して増幅器１５の利得が減少し、受信信号全体の
レベルが下がるので、第１の実施例同様に受信し
たいパルス波の有無を適正に判定することができ
る。なお、その他の構成、作用については前記第
１の実施例と同様である。

第８図は第３の実施例を示すもので、前記第２
の実施例の構成に第１の実施例中のしきい値発生
器１４を設け、第１の積分器（または低域通過フ
イルタ）６と第２の積分器（または低域通過フイ
ルタ）１３の出力を該しきい値発生器１４に加
え、発生したしきい値を比較器８に与えるように
している。従つて増幅器１５の利得と比較器８の
しきい値の両者を第１及び第２の積分器６及び１
３の出力レベルに基いて制御することになり、パ
ルス波間のレベル差が大なる場合は特に効果的で
ある。なお、その他の構成、動作については第１
及び第２の実施例と同様である。

以上説明したように本発明によれば、直交復調
器の掛算器によつてベースバンドに落された受信
信号を、受信したいパルス波のみを阻止する低域
阻止フイルタに通すことによつて、干渉パルス波
のパワースペクトルのメインローブを受信し、更
にそのエンベロープを算出し、受信したいパルス
波の時間長に比べ充分短かい積分時間の第２の積
分器または低域通過フイルタを通して得た出力
と、第１の積分器の出力とに基いて比較器のしき
い値、または別途設けた利得制可能な受信信号の
増幅器の利得、もしくはその両方を制御するよう
になしたので、受信したいパルス波の中心周波数
と近接した中心周波数の干渉パルスが多く存材す
る場合でも第２種誤り率を増加させることなく特
定のパルス波を受信できる利点があり、伝送距離
の増加に伴い限られた帯域内における音響リンク
での情報の伝送量の大幅な増加を必要とする音響
測位や音響追尾に用いて効果的である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の説明に供するもので、第１図は
従来の狭帯域音響信号受信装置の一例を示すブロ
ツク図、第２図は受信したいパルス波のベースバ
ンド信号のパワースペクトル２０と干渉パルス波
のベースバンド信号のパワースペクトル２１と低
域通過フイルタ４０２−１，４０２−２の周波数
応答特性２２との周波数軸上の関係を示す説明
図、第３図は本発明の狭帯域音響信号受信装置の
第１の実施例を示すブロツク図、第４図は受信し
たいパルス波のベースバンド信号のパワースペク
トル２０と干渉パルス波のベースバンド信号のパ
ワースペクトル２１と低域通過フイルタ４０２−
１，４０２−２の周波数応答特性２２と低域阻止
フイルタ１１−１，１１−２の周波数応答特性２
３との周波数軸上の関係を示す説明図、第５図は
エンベロープ算出器５（または１２）の具体的構
成の一例を示す説明図、第６図はしきい値発生器
１４の具体的構成の一例を示す説明図、第７図は
本発明の第２の実施例を示すブロツク図、第８図
は本発明の第３の実施例を示すブロツク図であ
る。 ４……直交復調器、４０１……局部発振器、４
０２−１，４０２−２……掛算器、４０３−１，
４０３−２……低域通過フイルタ、５……第１の
エンベロープ算出器、６……第１の積分器または
低域通過フイルタ、８……比較器、１１−１，１
１−２……低域阻止フイルタ、１２……第２のエ
ンベロープ算出器、１３……第２の積分器または
低域通過フイルタ、１４……しきい値発生器、１
５……利得制御可能な増幅器、１６……利得制御
信号発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 受信しようとするパルス波の中心周波数と等
   しい周波数の信号を受信信号に掛け合わせる掛算
   器と、前記パルス数のベースバンド信号を通過さ
   せる低域通過フイルタとよりなる直交復調器と、
   該直交復調器の出力からエンベロープ信号を算出
   する第１のエンベロープ算出器と、該エンベロー
   プ信号をしきい値と比較し、しきい値以上の信号
   を出力する比較器とを有する狭帯域音響信号受信
   装置において、前記第１のエンベロープ算出器に
   接続したパルス波の時間長より充分に長い積分時
   間を備えた第１の積分器または低域通過フイルタ
   と、前記直交復調器の掛算器の出力に接続した前
   記パルス波のベースバンド信号を阻止する低域阻
   止フイルタと、該低域阻止フイルタの出力からエ
   ンベロープ信号を算出する第２のエンベロープ算
   出器と、該第２のエンベロープ算出器に接続した
   パルス波の時間長より充分短かい積分時間を備え
   た第２の積分器または低域通過フイルタと、前記
   第１及び第２の積分器または低域通過フイルタの
   出力信号に基いて前記しきい値を決定するしきい
   値発生器とを備えたことを特徴とする狭帯域音響
   信号受信装置。 ２ 受信しようとするパルス波の中心周波数と等
   しい周波数の信号を受信信号に掛け合わせる掛算
   器と、前記パルス数のベースバンド信号を通過さ
   せる低域通過フイルタとよりなる直交復調器と、
   該直交復調器の出力からエンベロープ信号を算出
   する第１のエンベロープ算出器と、該エンベロー
   プ信号をしきい値と比較し、しきい値以上の信号
   を出力する比較器とを有する狭帯域音響信号受信
   装置において、前記第１のエンベロープ算出器に
   接続したパルス波の時間長より充分に長い積分時
   間を備えた第１の積分器または低域通過フイルタ
   と、前記直交復調器の掛算器の出力に接続した前
   記パルス波のベースバンド信号を阻止する低域阻
   止フイルタと、該低域阻止フイルタの出力からエ
   ンベロープ信号を算出する第２のエンベロープ算
   出器と、該第２のエンベロープ算出器に接続した
   パルス波の時間長より充分短かい積分時間を備え
   た第２の積分器または低域通過フイルタと、利得
   制御可能な受信信号の増幅器と、前記第１及び第
   ２の積分器または低域通過フイルタの出力信号に
   基いて前記増幅器の利得制御信号を発生する利得
   制御信号発生器とを備えたことを特徴とする狭帯
   域音響信号受信装置。 ３ 受信しようとするパルス波の中心周波数と等
   しい周波数の信号を受信信号に掛け合わせる掛算
   器と、前記パルス波のベースバンド信号を通過さ
   せる低域通過フイルタとよりなる直交復調器と、
   該直交復調器の出力からエンベロープ信号を算出
   する第１のエンベロープ算出器と、該エンベロー
   プ信号をしきい値と比較し、しきい値以上の信号
   を出力する比較器とを有する狭帯域音響信号受信
   装置において、前記第１のエンベロープ算出器に
   接続したパルス波の時間長より充分に長い積分時
   間を備えた第１の積分器または低域通過フイルタ
   と、前記直交復調器の掛算器の出力に接続した前
   記パルス波のベースバンド信号を阻止する低域阻
   止フイルタと、該低域阻止フイルタの出力からエ
   ンベロープ信号を算出する第２のエンベロープ算
   出器と、該第２のエンベロープ算出器に接続した
   パルス波の時間長より充分短かい積分時間を備え
   た第２の積分器または低域通過フイルタと、前記
   第１及び第２の積分器または低域通過フイルタの
   出力信号に基いて前記しきい値を決定するしきい
   値発生器と、利得制御可能な受信信号の増幅器
   と、前記第１及び第２の積分器または低域通過フ
   イルタの出力信号に基いて前記増幅器の利得制御
   信号を発生する利得制御信号発生器とを備えたこ
   とを特徴とする狭帯域音響信号受信装置。