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EXTRACTION METHOD FOR ALTERNATING CURRENT UNDERWATER ELECTRIC FIELD SIGNAL OR ALTERNATING CURRENT MAGNETIC SIGNAL ACCOMPANYING WITH VESSEL AND DEVICE

Patent code P08A014151
Posted date Dec 19, 2008
Application number P2005-041649
Publication number P2006-224836A
Patent number P4016115
Date of filing Feb 18, 2005
Date of publication of application Aug 31, 2006
Date of registration Sep 28, 2007
Inventor
  • (In Japanese)草田 健太郎
  • (In Japanese)木村 利治
  • (In Japanese)寺西 陽子
Applicant
  • (In Japanese)防衛装備庁長官
Title EXTRACTION METHOD FOR ALTERNATING CURRENT UNDERWATER ELECTRIC FIELD SIGNAL OR ALTERNATING CURRENT MAGNETIC SIGNAL ACCOMPANYING WITH VESSEL AND DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a signal processing method and a device extracting an alternating current underwater electric field signal or an alternating current magnetic signal, i.e., a detection signal buried in noise regarding detection of a vessel.
SOLUTION: The alternating current underwater electric field signal is taken-in from an electric field sensor or the alternating current magnetic signal is taken-in from a magnetic sensor at a predetermined sampling frequency and frequency band area division is performed by discrete wavelet conversion DSP 45 to separate the detection signal and the colored noise. Thereafter, the detection signal is extracted by removing the white noise by DSP47 for noise canceling part. Further, since a noise canceler body 47b is enlarged to an unsteady signal such as the detection signal, it includes Kalman filter making filter coefficient of an FIR filter as a state parameter, successively adjusts the filter coefficient to the optimum value in every data point and extracts the signal buried in the white noise.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


航行している船舶は、その船体の腐食や防食に起因して水中に電流が流れ、電磁界を発生している。この電磁界は船舶の有するプロペラの回転等により周期的(極低周波)に変化する性質がある。



従来、本出願人において、前記航行している船舶の腐食や防食に起因する交流水中電界信号又は交流磁気信号の検出による探知方法として、電界又は磁界のセンサシステムから得られた離散測定データに対して、自己相関処理を行うことにより雑音を取り除き、フーリエ解析を用いて周波数解析を行う方法が採られていた。



また、白色雑音除去のためのノイズキャンセラとしては、適応フィルタを用いたものがある。適応フィルタとは信号、雑音ともに定常性があるという仮定の下、観測信号を入力として抽出したい信号(所望信号)との平均2乗誤差を最小にするようにフィルタ係数を少しずつ自己調整し、最適推定値を出力するフィルタである。この最適フィルタ係数を求めるアルゴリズムを適応アルゴリズムといい、代表的なもとのとして、LMSアルゴリズムやSDMアルゴリズムがある。その適応フィルタを利用したノイズキャンセラの一例として、白色雑音によって乱された正弦波を観測信号とし、その観測信号から原信号、この場合正弦波、を抽出する適応ラインエンハンサと呼ばれるものがある。図5に適応ラインエンハンサの構成図を示す。



図5の適応ラインエンハンサは、FIR(有限インパルス応答)フィルタ30と適応アルゴリズム(LMSアルゴリズム等)31とを備え、FIRフィルタ30はN個(N:整数)の遅延演算子30aとN個のフィルタ係数部30bを有している。yk-1,yk-2,…,yk-Nは離散時刻kでの1段目~N段目の遅延演算子30aの出力信号、h1,k,h2,k,…,hN,kは離散時刻kでの1段目~N段目のフィルタ係数部30bのフィルタ係数である。フィルタ係数h1,k,h2,k,…,hN,kはFIRフィルタ30の入力信号ykと出力z^kとの誤差ekに応じて所定の適応アルゴリズムで変化させる。



この場合、例えば、白色雑音vkによって乱された正弦波信号zkを入力信号ykとしたとき、その入力信号から白色雑音の抑圧された原信号(正弦波)を出力z^kとして抽出することができる。

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、船舶の探知に関して、雑音中に埋もれた探知信号である船舶に伴う交流水中電界信号又は交流磁気信号を抽出する信号処理技術に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
船舶の探知を行うため、水中での船舶の腐食や防食に起因する交流水中電界信号又は交流磁気信号を探知信号として抽出する船舶に伴う交流水中電界信号又は交流磁気信号抽出方法であって、
界センサによって検出された交流水中電界信号又は磁気センサによって検出された交流磁気信号を、所定のサンプリング周波数で離散測定データとして得する取得ステップと、
取得された前記離散測定データを離散ウェーブレット変換で周波数帯域分割することにより、前記探知信号の存在する周波数帯域と測定環境下での有色雑音の周波数帯域とを分離する分離ステップと、
前記離散ウェーブレット変換による周波数帯域分割後の前記離散測定データに対して、白色雑音除去のためのディジタルフィルタであるノイズキャンセラを適用して、前記探知信号を抽出する抽出ステップと、
を含むことを特徴とする船舶に伴う交流水中電界信号又は交流磁気信号抽出方法。

【請求項2】
 
前記ノイズキャンセラは、前記周波数帯域分割後の前記離散測定データが入力されるFIRフィルタ及びカルマンフィルタを有し、
前記抽出ステップは、
前記FIRフィルタのフィルタ係数を状態変数として前記カルマンフィルタによりデータ点毎に最適フィルタ係数を逐次求める導出ステップと
求められた前記最適フィルタ係数により構成される前記FIRフィルタによって、前記周波数帯域分割後の離散測定データから白色雑音除去後離散データを得る白色雑音除去ステップと、
を含むことを特徴とする請求項1記載の船舶に伴う交流水中電界信号又は交流磁気信号抽出方法。

【請求項3】
 
前記ノイズキャンセラは適応フィルタをさらに有し、
前記導出ステップに先だって、前記周波数帯域分割後の前記離散測定データを前記適応フィルタにかけ、所定の適応アルゴリズムにより一度フィルタ係数を求め、該フィルタ係数を正規化したものを、前記状態変数である前記FIRフィルタのフィルタ係数の初期値に設定する処理を実行することを特徴とする請求項2記載の船舶に伴う交流水中電界信号又は交流磁気信号抽出方法。

【請求項4】
 
船舶の探知を行うため、水中での船舶の腐食や防食に起因する交流水中電界信号又は交流磁気信号を探知信号として抽出する船舶に伴う交流水中電界信号又は交流磁気信号抽出装置であって、
交流水中電界信号を検出する電界センサ又は交流磁気信号を検出する磁気センサと、
検出された前記交流水中電界信号又は前記交流磁気信号を所定のサンプリング周波数で離散測定データとして取り込み、この離散測定データを離散ウェーブレット変換で周波数帯域分割して前記探知信号の存在する周波数帯域と測定環境下での有色雑音の周波数帯域とを分離する離散ウェーブレット変換手段と、
前記離散ウェーブレット変換手段による周波数帯域分割後の前記離散測定データから白色雑音を除去して前記探知信号を抽出するディジタルフィルタであるノイズキャンセラと
を備えたことを特徴とする船舶に伴う交流水中電界信号又は交流磁気信号抽出装置。

【請求項5】
 
前記ノイズキャンセラは、前記周波数帯域分割後の前記離散測定データが入力されるFIRフィルタ及びカルマンフィルタを有し、
前記カルマンフィルタは、前記FIRフィルタのフィルタ係数を状態変数としてデータ点毎に最適フィルタ係数を逐次求め
前記FIRフィルタは、前記カルマンフィルタによって求められた前記最適フィルタ係数により構成され、前記周波数帯域分割後の前記離散測定データから白色雑音除去信号を得ることを特徴とする請求項4記載の船舶に伴う交流水中電界信号又は交流磁気信号抽出装置。

【請求項6】
 
前記ノイズキャンセラは適応フィルタをさらに有し、
前記周波数帯域分割後の前記離散測定データを前記適応フィルタにかけ、所定の適応アルゴリズムにより一度フィルタ係数を求め、そのフィルタ係数を正規化したものを、前記状態変数である前記FIRフィルタのフィルタ係数の初期値とすることを特徴とする請求項5記載の船舶に伴う交流水中電界信号又は交流磁気信号抽出装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2005041649thum.jpg
State of application right Registered
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