水中探知装置及び水中探知方法
【課題】より確実、且つ、より精度良く魚の追尾を行うことができる水中探知装置および方法を実現する。
【解決手段】送受波器１０で得られた魚Ｆｉのエコー信号に基づく受信信号をマッチドフィルタ処理することで、パルス圧縮した検出信号を得る。対象の魚Ｆｉの観測位置および加速度を算出する。算出した加速度に基づいて、誤差共分散を設定する。設定した誤差共分散と、算出した観測位置とを、拡張カルマンフィルタに代入し、魚Ｆｉの推定位置を算出する。
【解決手段】送受波器１０で得られた魚Ｆｉのエコー信号に基づく受信信号をマッチドフィルタ処理することで、パルス圧縮した検出信号を得る。対象の魚Ｆｉの観測位置および加速度を算出する。算出した加速度に基づいて、誤差共分散を設定する。設定した誤差共分散と、算出した観測位置とを、拡張カルマンフィルタに代入し、魚Ｆｉの推定位置を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に超音波信号を送信し、そのエコー信号から探知対象物である魚の情報を取得する水中探知装置、特に、魚の追尾処理を行う水中探知装置および水中探知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、探知対象物である水中の魚に関する情報を取得する装置として、例えば特許文献１に示すような水中探知装置が各種考案されている。このような水中探知装置では、超音波信号を水中に送信する。水中探知装置は、送信信号が魚に反射して得られるエコー信号を受信することで、当該魚を検知する。さらに、水中探知装置は、受信信号を用いて、検知した魚に関する各種情報を検出する。
【０００３】
このような水中探知装置の一つとして、非特許文献１に記載の水中探知装置は、所謂広域スプリットビームシステムを利用して、魚群内の各単体魚を検知する。そして、非特許文献１の水中探知装置は、検知した単体魚の位置情報に基づいて拡張カルマンフィルタを適用することで、当該単体魚の追尾処理を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６７３４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】NilsOlay Handegard, Ruben Patel, and Vidar Hjellvik, "Tracking individual fishfrom a moving platform using a split-beam transducer", Acoustical Societyof America, October 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に示す方法では、拡張カルマンフィルタに誤差共分散に対する設定が、実際の魚の挙動（実際の物理的現象）に基づいていなかった。具体的には、正解となる追跡結果を与えた上で拡張カルマンフィルタの推定位置の誤差が最小となるようなパラメータを、予め算出しておき、当該算出された固定の誤差共分散を拡張カルマンフィルタに設定していた。
【０００７】
しかしながら、このような固定の誤差共分散を用いた場合、探知対象の魚の挙動が、予め与えた追跡結果と同じ挙動であれば、追尾が可能であるが、異なれば追尾精度が低下し、追尾できなくなる可能性もある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、より確実、且つ、より精度良く魚の追尾を行うことができる水中探知装置および水中探知方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、送受波器、検出部、観測値算出部、推定演算部を備える水中探知装置に関する。送受波器は、水中へ超音波信号を送信し、水中からのエコー信号を受信する。検出部は、送受波器のエコー信号に基づいて、魚の有無を検出する。観測値算出部は、検出した魚の観測位置を含む観測値を算出する。推定演算部は、検出した魚に応じた誤差共分散および観測位置を与えた拡張カルマンフィルタにより、魚の位置の推定演算を実行する。
【００１０】
この構成では、従来のような固定の誤差共分散ではなく、検出した魚に応じた適切な誤差共分散が拡張カルマンフィルタに与えられる。これにより、拡張カルマンフィルタによる推定精度が向上し、検出した魚の位置が、より確実且つより高精度に推定可能になる。
【００１１】
また、この発明の水中探知装置では、観測値算出部は、検出した魚の加速度を算出する加速度算出部を備える。推定演算部は、検出した魚の加速度に基づいて誤差共分散を設定する。
【００１２】
この構成では、拡張カルマンフィルタに与える誤差共分散の具体的例として、検出した魚の加速度を用いた例を示している。
【００１３】
また、この発明の水中探知装置では、加速度算出部は、少なくとも三回以上の観測タイミングにおける検出した魚の観測位置を関連付けし、該関連付けした観測位置に基づいて加速度を算出する。
【００１４】
この構成では、検出した魚の加速度の具体的算出方法を示している。
【００１５】
また、この発明の水中探知装置では、加速度算出部は、複数の魚の観測位置から、互いに近傍に存在する複数の魚をグループ化し、該グループによる加速度を算出し、該グループの加速度に基づいて誤差共分散を設定する。
【００１６】
この構成では、拡張カルマンフィルタに与える誤差共分散を設定するための加速度を、検出した魚を含む魚群の加速度で算出する。このように魚群単位で加速度を算出することで、観測時間毎の位置変化が捉えやすく、加速度の算出が容易になる。したがって、検出した魚単体の加速度による誤差共分散と同程度の推定精度を拡張カルマンフィルタに与えられる誤差共分散を、より容易に設定することができる。
【００１７】
また、この発明の水中探知装置では、検出した魚の種類を取得する魚種取得部と、魚種に応じた誤差共分散を予め記憶した記憶部と、を備える。推定演算部は、魚種に応じた誤差共分散を拡張カルマンフィルタに与えることで、魚の位置の推定演算を実行する。
【００１８】
この構成では、魚種毎の誤差共分散を予め用意しておく。そして、別途、検出した魚の種類を取得して、魚種に応じた誤差共分散を拡張カルマンフィルタへ与える。これより、検出した魚の魚種に応じた適切な誤差共分散が設定されるので、より確実且つより高精度な推定が可能になる。
【００１９】
また、この発明の水中探知装置では、検出した魚の種類を取得する魚種取得部と、
魚種に応じた誤差共分散の範囲を記憶した記憶部と、を備える。推定演算部は、加速度および魚種に応じた誤差共分散の範囲とに基づいて、拡張カルマンフィルタに与える誤差共分散を設定する。
【００２０】
この構成では、上述の加速度と魚種との両方を参照して、誤差共分散を設定する。これにより、さらに、確実且つ高精度な推定が可能になる。
【００２１】
また、この発明の水中探知装置では、送受波器の挙動を検出する挙動検出部を備える。推定演算部は、送受波器の挙動に基づく誤差共分散を算出し、当該挙動に基づく誤差共分散をも与えて拡張カルマンフィルタによる推定演算を実行する。
【００２２】
この構成では、送受波器の挙動による計測誤差等の誤差共分散も適切に設定される。これにより、さらに、確実且つ高精度な推定が可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、魚の追尾を、より確実に、且つ、より精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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。
【図２】水中探知装置１の演算処理部１４で実行される単体魚の位置推定処理を示すフローチャートである。
【図３】魚群内の単体魚Ｆｉ（１）−Ｆｉ（５）毎の追尾結果を示す図である。
【図４】或る魚の真の加速度に基づく誤差共分散に対するカルマンフィルタに設定した誤差共分散の比と、推定誤差との関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態に係る水中探知装置および水中探知方法について、図を参照して説明する。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。
【００２６】
水中探知装置１は、送受波器１０、送信信号生成部１１、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４、受信信号生成部１３、演算処理部１４、記憶部１５、操作部１６、表示器２０を備える。なお、表示器２０は、水中探知装置１に必須の構成ではなく、水中探知装置１の外部接続端子に接続される外部の表示装置であってもよい。
【００２７】
送受波器１０は、船舶の船底等に固定設置されている。送受波器１０は、送受切替器１２１−１２４を介して送信信号生成部１１から与えられた送信信号に基づいて超音波を水中へ送波する。また、送受波器１０は、前記超音波が水中の魚Ｆｉ等の探知対象物に反射して得られるエコーを受波し、エコー信号を出力する。エコー信号は、送受切替器１２１−１２４を介して受信信号生成部１３へ入力される。
【００２８】
送受波器１０は、より具体的には、以下の構造を有する。
【００２９】
送受波器１０は、詳細を図示していない所要数の振動子が束状に一体化されてなる。これらの振動子は、各振動子の振動面が同一平面上に所定パターンで配列されるように、配置されている。受波器１０は、送受波面が周方向に４分割されており、各分割面がチャンネルＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に設定されている。これら、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４は、それぞれ共通の指向特性、特に所定の指向幅、例えば７°の指向幅を有する。
【００３０】
送受波器１０は、送受波面の全体から超音波を所定の指向性で送波する。送受波器１０は、魚Ｆｉのエコーを各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４で受波する。
【００３１】
各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４と船舶方位との関係は、チャンネルＣＨ１とＣＨ４とが船首（fore）側であり、チャンネルＣＨ２とＣＨ３とが船尾（aft）側であり、さらに、チャンネルＣＨ１とＣＨ２とが右舷（starboard）側であり、チャンネルＣＨ３とＣＨ４とが左舷（port）側である。これにより、送受波器１０は、チャンネルＣＨ１，ＣＨ４の組とチャンネルＣＨ２，ＣＨ３の組とにより指向幅内において船首−船尾方向のエコーを受波可能にしている。また、送受波器１０は、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２の組とチャンネルＣＨ３，ＣＨ４の組とにより、右舷−左舷方向からのエコーを受信可能にしている。
【００３２】
送信信号生成部１１は、ＦＭ（周波数変調）の送信信号を生成する。送信信号生成部１１は、所定の送信時間幅（例えば数十μ秒の時間幅）において、周波数を所定の範囲内でチャープさせることで送信信号を生成する。例えば、送信信号生成部１１は、中心周波数が１００ＫＨｚで、最低低周波数が７０ＫＨｚ、最高周波数が１３０ＫＨｚであり、最低周波数から最高周波数に向かってチャープする送信信号を生成する。
【００３３】
送信信号生成部１１は、送信信号を送受切替器１２１−１２４のそれぞれに出力する。
【００３４】
送受信部１２１−１２４は、送受波器１０の各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４を構成する各振動子に接続するように設置されている。送受切替器１２１−１２４は、送信信号生成部１１からの送信信号を送受波器１０に出力し、送受波器１０の各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４のエコー信号を、受信信号生成部１３へ出力する。
【００３５】
受信信号生成部１３は、ＬＮＡ等を備え、各チャンネルのエコー信号を所定のゲインで増幅して、チャンネル毎の受信信号を生成する。チャンネル毎の受信信号は、演算処理部１４へ入力される。
【００３６】
演算処理部１４は、例えばマイクロコンピュータで構成され、記憶部１５に記録されている制御プログラムを実行することによって、検出信号生成部１４１、観測値算出部１４２、推定演算部１４３、および表示制御部１４４として機能する。
【００３７】
検出信号生成部１４１は、マッチドフィルタを備え、受信信号生成部１３からの受信信号と、予め送信信号に基づいて設定した基準信号とを相関処理する。このようなマッチドフィルタによる相関処理を行うことで、受信信号をパルス圧縮した検出信号が得られる。検知信号は、観測値算出部１４２へ入力される。
【００３８】
観測値算出部１４２は、各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４の検出信号に基づいて、魚Ｆｉの位置算出する。この際、魚Ｆｉの位置は、送受波器１０の位置を基準とした船首−船尾方向の角度αと、送受波器１０の位置を基準とした右舷−左舷方向の角度βと、送受波器１０からの距離に相当する奥行きｒとに基づく観測座標系（ｒ，α，β座標系）により算出される。この魚Ｆｉの位置算出には、既知のスプリットビームを用いたＳＳＢＬ（Super short base line）法を用いる。この方法を用いることで、高い分解能で魚Ｆｉを検出できるので、複数の魚が群れて泳ぐ魚群の単位ではなく、当該魚Ｆｉ単体の位置を測定することができる。このような魚Ｆｉの検出および位置検出処理は、所定の観測タイミング毎（例えば、所謂１Ｐｉｎｇ毎）に実行される。
【００３９】
観測値算出部１４２は、算出した魚Ｆｉの位置を順次記憶する。この際、観測値算出部１４２は、魚Ｆｉ毎に観測位置を連結（関連付け）して記憶する。具体的には、例えば、今回の観測タイミングで検出された観測位置が、前回の観測位置に対して所定の距離範囲に該当する場合、もしくは、所定の距離範囲内で最接近位置に該当する場合に、同じ魚Ｆｉの観測位置であるとして連結（関連付け）処理する。
【００４０】
そして、観測値算出部１４２は、記憶した同一の魚Ｆｉによる複数、少なくとも三回以上の観測タイミングでの観測位置に基づいて、加速度を算出する。この際、観測値算出部１４２は、加速度をワールド座標系（ｘ、ｙ、ｚ座標系）で算出する。観測値算出部１４２は、魚Ｆｉの観測位置と加速度とを、推定演算部１４３へ出力する。
【００４１】
推定演算部１４３は、入力される魚Ｆｉの加速度を順次記憶し、所定数以上の加速度が得られると、当該加速度の誤差共分散を算出する。
【００４２】
推定演算部１４３は、算出した加速度の誤差共分散を、次に示す拡張カルマンフィルタに設定するとともに、観測位置を代入することで、魚Ｆｉの位置推定演算を実行する。
【００４３】
推定演算部１４３で設定される拡張カルマンフィルタは、次の原理により設定されている。
【００４４】
今回の観測タイミング［ｔ］の魚Ｆｉのワールド座標系位置を［ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ］とし、次の観測タイミング［ｔ＋１］の魚Ｆｉのワールド座標系位置を［ｘｔ＋１，ｙｔ＋１，ｚｔ＋１］とする。観測タイミング間隔をΔｔとし、今回の観測タイミング［ｔ］の魚Ｆｉのワールド座標系の速度を［ｘｖｔ，ｙｖｔ，ｚｖｔ］とし、今回の観測タイミング［ｔ）の魚Ｆｉのワールド座標系の加速度を［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］とする。これにより、状態遷移モデルは、次の（式１）で表すことができる。
【００４５】
【数１】
【００４６】
また、今回の観測タイミング［ｔ）での魚Ｆｉの観測位置を上述のように［ｒｔ，αｔ，βｔ］とする。これにより、計測モデルは、次の式２で表すことができる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
なお、式２において、ｎｒ，ｎα，ｎβは、奥行きおよび各角度の計測誤差を示す。
【００４９】
ここで、式１において、魚Ｆｉが短い時間において等速直線運動であると仮定すると、加速度［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］の項は、雑音成分とみなすことができ、これらの加速度［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］が平均ゼロの正規分布に従う雑音成分であるとすると、一般的な拡張カルマンフィルタ（以下、単にカルマンフィルタと称する）を適用することができる。
【００５０】
したがって、推定する状態として魚Ｆｉの状態ベクトルをｓｔ＝［ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ，ｘｖｔ，ｙｖｔ，ｚｖｔ］Ｔとしたとき、誤差成分と見なせる加速度ベクトルをａｔ＝［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］Ｔとして、状態方程式は、次の（式３）で与えられる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
なお、Ａ，Ｂは、次の（式４）で与えられる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
一方、観測ベクトルＹｔ＝［ｒｔ，αｔ，βｔ］Ｔとして、観測方程式は、次の（式５）で与えられる。
【００５５】
【数５】
【００５６】
なお、式５において、Ｈｔは、ワールド座標系と観測座標系との非線形写像を行う変換であり、ｖｔは観測誤差項である。
【００５７】
ここで、上述の（式３）より、誤差項ｖｔを決定する共分散行列Ｒは、次の（式６）から得られる。
【００５８】
【数６】
【００５９】
（式６）において、Ｅ［ ］は期待値演算を表し、加速度の各成分が無相関であると仮定すれば、次の（式７）で表される。
【００６０】
【数７】
【００６１】
したがって、共分散行列Ｒは、次の（式８）で表される。
【００６２】
【数８】
【００６３】
このように設定された共分散行列Ｒと、観測誤差ｖｔと、予め設定した初期推定誤差とから設定される共分散行列Ｒｍ，Ｒｉをそれぞれカルマンフィルタに代入するとともに、観測値算出部１４２からの観測位置［ｒｔ，αｔ，βｔ］を代入して、推定演算を行う。これにより、ワールド座標系からなる魚Ｆｉの推定位置と速度を算出することができる。
【００６４】
以上の処理を、図２に示すフローチャートにより、概略的に説明する。図２は、水中探知装置１の演算処理部１４で実行される単体魚の位置推定処理を示すフローチャートである。
【００６５】
まず、魚Ｆｉのエコー信号に基づく受信信号を、マッチドフィルタ処理して、パルス圧縮された検出信号を取得する（Ｓ１０１）。次に、検出信号から、対象の魚Ｆｉの観測位置［ｒｔ，αｔ，βｔ］および加速度［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］を算出する（Ｓ１０２）。次に、算出した複数回分の加速度に基づいて、加速度の誤差分散［σｘ，σｙ，σｚ］を算出し、共分散行列Ｒを設定する（Ｓ１０３）。次に、観測位置［ｒｔ，αｔ，βｔ］と共分散行列Ｒとをカルマンフィルタに代入し、魚Ｆｉの推定位置を算出する（Ｓ１０４）。
【００６６】
このように、本実施形態の構成および処理を用いて、魚Ｆｉの観測結果に基づいて、共分散行列Ｒを設定することで、従来のような固定値の共分散行列を用いるよりも、より確実且つ精度の高い推定位置を算出することができる。
【００６７】
そして、このような位置推定処理を、所定タイミング毎、例えば各Ｐｉｎｇ毎に継続的に実行することで、魚群単位ではなく、当該魚群内の単体の魚Ｆｉを単独で追尾することができる。
【００６８】
図３は、本実施形態の構成および処理を用いた場合の魚群内の単体魚Ｆｉ（１）−Ｆｉ（５）毎の追尾結果を示す図である。図３に示すように、本実施形態の構成および処理を用いることで、実験的にも、魚群内の単体の魚Ｆｉを単独で追尾することができることが分かる。
【００６９】
推定演算部１４３は、推定結果を表示制御部１４３へ出力する。表示制御部１４２は、魚Ｆｉの位置推定結果を含む各種情報に基づいて、探知画像を形成し、表示器２０へ出力する。
【００７０】
なお、上述の実施形態では、共分散行列Ｒの設定に用いる加速度の誤差共分散は、算出した加速度に基づく誤差共分散をそのまま用いたが、適宜補正を行った誤差共分散を用いてもよい。
【００７１】
図４は、魚Ｆｉの真の加速度に基づく誤差共分散に対するカルマンフィルタに設定した誤差共分散の比と、推定誤差との関係を表す図である。図４に示すように、設定した誤差共分散と真の誤差共分散が同じであれば、推定誤差は最小になる。しかしながら、設定した誤差共分散が真の加速度の誤差共分散よりも小さいと、推定誤差が大きくなる。一方、設定した誤差共分散が真の加速度の誤差共分散よりも大きく、且つ所定の範囲内であれば、推定誤差を小さく抑えることができる。
【００７２】
したがって、算出した加速度の誤差共分散に対して、所定量だけ大きく（例えば、２倍から３倍程度に）誤差共分散を設定しても、精度良く位置推定を行うことができる。また、このように、誤差共分散を所定量だけ大きくすることで、設定した誤差共分散が真の加速度よりも小さくなってしまい、推定誤差が大きくなるリスクの生じる可能性を低くすることができる。
【００７３】
また、上述の説明では、魚単体毎に加速度を設定する例を示したが、魚群単位で加速度を設定してもよい。このような方法にすれば、魚群内の単体魚毎に連結処理を行わずに、各単体魚の大まかな観測時間毎の位置変化をとらえることができる。これにより、加速度の算出を、より容易に行うことができる。ここで、上述の図３のように、加速度の誤差共分散が所定範囲であれば、所定レベル以上の推定精度を維持することができる。したがって、魚単体での加速度による誤差共分散と、魚群単位での加速度による誤差共分散との間に、若干の開きがあっても、カルマンフィルタとしての推定精度は、同程度に維持することができる。このように、加速度を単体魚でなく魚群単位で算出し、誤差共分散を設定することで、所定の推定精度を得ながら、より簡素な処理で、単体魚毎の位置推定を行うことができる。
【００７４】
また、上述の説明では、算出した加速度に基づいて、誤差共分散を設定する例を示したが、魚種に応じた誤差共分散を設定する方法を用いてもよい。この場合、魚種毎に誤差共分散を予め設定して、記憶部１５に記憶しておく。そして、例えば、操作部１６を介して魚種を選択する。ここで、魚種の確認方法としては、例えばユーザが経験的に判別したり、実際の釣果に基づくものであってもよい。さらには、漁の時期、漁場の位置、魚の深度等を魚種毎にデータベースしておき、これらに基づいて魚種を決定してもよい。演算処理部１４の推定演算部１４３は、選択された魚種に応じた誤差共分散をカルマンフィルタに設定して、魚Ｆｉの位置推定を実行する。
【００７５】
また、さらには、魚種毎に、加速度に基づく誤差共分散の補正値を予め設定しておき、魚種と加速度とから誤差共分散を設定してもよい。
【００７６】
また、上述の説明では、加速度および魚種に基づいて誤差共分散を設定する例を示した。しかしながら、さらに送受波器および当該送受波器が実装された船舶の挙動を検出し、当該挙動による計測誤差に関する誤差共分散も、カルマンフィルタへ代入するとよい。この場合、例えば、船舶にジャイロや測位装置の挙動検出手段を備えておき、これら挙動検出手段による船舶や送受波器の挙動検出結果から誤差共分散を設定する。これにより、加速度等や魚種等の探知対象物に起因する誤差だけでなく、計測系の誤差をも含んでカルマンフィルタの誤差共分散を設定できる。この結果、さらに高精度な魚Ｆｉの位置推定が可能になる。
【符号の説明】
【００７７】
１−水中探知装置、１０−送受波器、１１−送信信号生成部、１２１，１２２，１２３，１２４−送受切替器、１３−受信信号生成部、１４−演算処理部、１４１−検出信号生成部、１４２−観測値算出部、１４３−推定演算部、１４４−表示制御部、１５−記憶部、１６−操作部、２０−表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に超音波信号を送信し、そのエコー信号から探知対象物である魚の情報を取得する水中探知装置、特に、魚の追尾処理を行う水中探知装置および水中探知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、探知対象物である水中の魚に関する情報を取得する装置として、例えば特許文献１に示すような水中探知装置が各種考案されている。このような水中探知装置では、超音波信号を水中に送信する。水中探知装置は、送信信号が魚に反射して得られるエコー信号を受信することで、当該魚を検知する。さらに、水中探知装置は、受信信号を用いて、検知した魚に関する各種情報を検出する。
【０００３】
このような水中探知装置の一つとして、非特許文献１に記載の水中探知装置は、所謂広域スプリットビームシステムを利用して、魚群内の各単体魚を検知する。そして、非特許文献１の水中探知装置は、検知した単体魚の位置情報に基づいて拡張カルマンフィルタを適用することで、当該単体魚の追尾処理を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６７３４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】NilsOlay Handegard, Ruben Patel, and Vidar Hjellvik, "Tracking individual fishfrom a moving platform using a split-beam transducer", Acoustical Societyof America, October 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１に示す方法では、拡張カルマンフィルタに誤差共分散に対する設定が、実際の魚の挙動（実際の物理的現象）に基づいていなかった。具体的には、正解となる追跡結果を与えた上で拡張カルマンフィルタの推定位置の誤差が最小となるようなパラメータを、予め算出しておき、当該算出された固定の誤差共分散を拡張カルマンフィルタに設定していた。
【０００７】
しかしながら、このような固定の誤差共分散を用いた場合、探知対象の魚の挙動が、予め与えた追跡結果と同じ挙動であれば、追尾が可能であるが、異なれば追尾精度が低下し、追尾できなくなる可能性もある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、より確実、且つ、より精度良く魚の追尾を行うことができる水中探知装置および水中探知方法を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、送受波器、検出部、観測値算出部、推定演算部を備える水中探知装置に関する。送受波器は、水中へ超音波信号を送信し、水中からのエコー信号を受信する。検出部は、送受波器のエコー信号に基づいて、魚の有無を検出する。観測値算出部は、検出した魚の観測位置を含む観測値を算出する。推定演算部は、検出した魚に応じた誤差共分散および観測位置を与えた拡張カルマンフィルタにより、魚の位置の推定演算を実行する。
【００１０】
この構成では、従来のような固定の誤差共分散ではなく、検出した魚に応じた適切な誤差共分散が拡張カルマンフィルタに与えられる。これにより、拡張カルマンフィルタによる推定精度が向上し、検出した魚の位置が、より確実且つより高精度に推定可能になる。
【００１１】
また、この発明の水中探知装置では、観測値算出部は、検出した魚の加速度を算出する加速度算出部を備える。推定演算部は、検出した魚の加速度に基づいて誤差共分散を設定する。
【００１２】
この構成では、拡張カルマンフィルタに与える誤差共分散の具体的例として、検出した魚の加速度を用いた例を示している。
【００１３】
また、この発明の水中探知装置では、加速度算出部は、少なくとも三回以上の観測タイミングにおける検出した魚の観測位置を関連付けし、該関連付けした観測位置に基づいて加速度を算出する。
【００１４】
この構成では、検出した魚の加速度の具体的算出方法を示している。
【００１５】
また、この発明の水中探知装置では、加速度算出部は、複数の魚の観測位置から、互いに近傍に存在する複数の魚をグループ化し、該グループによる加速度を算出し、該グループの加速度に基づいて誤差共分散を設定する。
【００１６】
この構成では、拡張カルマンフィルタに与える誤差共分散を設定するための加速度を、検出した魚を含む魚群の加速度で算出する。このように魚群単位で加速度を算出することで、観測時間毎の位置変化が捉えやすく、加速度の算出が容易になる。したがって、検出した魚単体の加速度による誤差共分散と同程度の推定精度を拡張カルマンフィルタに与えられる誤差共分散を、より容易に設定することができる。
【００１７】
また、この発明の水中探知装置では、検出した魚の種類を取得する魚種取得部と、魚種に応じた誤差共分散を予め記憶した記憶部と、を備える。推定演算部は、魚種に応じた誤差共分散を拡張カルマンフィルタに与えることで、魚の位置の推定演算を実行する。
【００１８】
この構成では、魚種毎の誤差共分散を予め用意しておく。そして、別途、検出した魚の種類を取得して、魚種に応じた誤差共分散を拡張カルマンフィルタへ与える。これより、検出した魚の魚種に応じた適切な誤差共分散が設定されるので、より確実且つより高精度な推定が可能になる。
【００１９】
また、この発明の水中探知装置では、検出した魚の種類を取得する魚種取得部と、
魚種に応じた誤差共分散の範囲を記憶した記憶部と、を備える。推定演算部は、加速度および魚種に応じた誤差共分散の範囲とに基づいて、拡張カルマンフィルタに与える誤差共分散を設定する。
【００２０】
この構成では、上述の加速度と魚種との両方を参照して、誤差共分散を設定する。これにより、さらに、確実且つ高精度な推定が可能になる。
【００２１】
また、この発明の水中探知装置では、送受波器の挙動を検出する挙動検出部を備える。推定演算部は、送受波器の挙動に基づく誤差共分散を算出し、当該挙動に基づく誤差共分散をも与えて拡張カルマンフィルタによる推定演算を実行する。
【００２２】
この構成では、送受波器の挙動による計測誤差等の誤差共分散も適切に設定される。これにより、さらに、確実且つ高精度な推定が可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、魚の追尾を、より確実に、且つ、より精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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。
【図２】水中探知装置１の演算処理部１４で実行される単体魚の位置推定処理を示すフローチャートである。
【図３】魚群内の単体魚Ｆｉ（１）−Ｆｉ（５）毎の追尾結果を示す図である。
【図４】或る魚の真の加速度に基づく誤差共分散に対するカルマンフィルタに設定した誤差共分散の比と、推定誤差との関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の実施形態に係る水中探知装置および水中探知方法について、図を参照して説明する。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。
【００２６】
水中探知装置１は、送受波器１０、送信信号生成部１１、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４、受信信号生成部１３、演算処理部１４、記憶部１５、操作部１６、表示器２０を備える。なお、表示器２０は、水中探知装置１に必須の構成ではなく、水中探知装置１の外部接続端子に接続される外部の表示装置であってもよい。
【００２７】
送受波器１０は、船舶の船底等に固定設置されている。送受波器１０は、送受切替器１２１−１２４を介して送信信号生成部１１から与えられた送信信号に基づいて超音波を水中へ送波する。また、送受波器１０は、前記超音波が水中の魚Ｆｉ等の探知対象物に反射して得られるエコーを受波し、エコー信号を出力する。エコー信号は、送受切替器１２１−１２４を介して受信信号生成部１３へ入力される。
【００２８】
送受波器１０は、より具体的には、以下の構造を有する。
【００２９】
送受波器１０は、詳細を図示していない所要数の振動子が束状に一体化されてなる。これらの振動子は、各振動子の振動面が同一平面上に所定パターンで配列されるように、配置されている。受波器１０は、送受波面が周方向に４分割されており、各分割面がチャンネルＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４に設定されている。これら、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３，ＣＨ４は、それぞれ共通の指向特性、特に所定の指向幅、例えば７°の指向幅を有する。
【００３０】
送受波器１０は、送受波面の全体から超音波を所定の指向性で送波する。送受波器１０は、魚Ｆｉのエコーを各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４で受波する。
【００３１】
各チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４と船舶方位との関係は、チャンネルＣＨ１とＣＨ４とが船首（fore）側であり、チャンネルＣＨ２とＣＨ３とが船尾（aft）側であり、さらに、チャンネルＣＨ１とＣＨ２とが右舷（starboard）側であり、チャンネルＣＨ３とＣＨ４とが左舷（port）側である。これにより、送受波器１０は、チャンネルＣＨ１，ＣＨ４の組とチャンネルＣＨ２，ＣＨ３の組とにより指向幅内において船首−船尾方向のエコーを受波可能にしている。また、送受波器１０は、チャンネルＣＨ１，ＣＨ２の組とチャンネルＣＨ３，ＣＨ４の組とにより、右舷−左舷方向からのエコーを受信可能にしている。
【００３２】
送信信号生成部１１は、ＦＭ（周波数変調）の送信信号を生成する。送信信号生成部１１は、所定の送信時間幅（例えば数十μ秒の時間幅）において、周波数を所定の範囲内でチャープさせることで送信信号を生成する。例えば、送信信号生成部１１は、中心周波数が１００ＫＨｚで、最低低周波数が７０ＫＨｚ、最高周波数が１３０ＫＨｚであり、最低周波数から最高周波数に向かってチャープする送信信号を生成する。
【００３３】
送信信号生成部１１は、送信信号を送受切替器１２１−１２４のそれぞれに出力する。
【００３４】
送受信部１２１−１２４は、送受波器１０の各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４を構成する各振動子に接続するように設置されている。送受切替器１２１−１２４は、送信信号生成部１１からの送信信号を送受波器１０に出力し、送受波器１０の各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４のエコー信号を、受信信号生成部１３へ出力する。
【００３５】
受信信号生成部１３は、ＬＮＡ等を備え、各チャンネルのエコー信号を所定のゲインで増幅して、チャンネル毎の受信信号を生成する。チャンネル毎の受信信号は、演算処理部１４へ入力される。
【００３６】
演算処理部１４は、例えばマイクロコンピュータで構成され、記憶部１５に記録されている制御プログラムを実行することによって、検出信号生成部１４１、観測値算出部１４２、推定演算部１４３、および表示制御部１４４として機能する。
【００３７】
検出信号生成部１４１は、マッチドフィルタを備え、受信信号生成部１３からの受信信号と、予め送信信号に基づいて設定した基準信号とを相関処理する。このようなマッチドフィルタによる相関処理を行うことで、受信信号をパルス圧縮した検出信号が得られる。検知信号は、観測値算出部１４２へ入力される。
【００３８】
観測値算出部１４２は、各チャンネルＣＨ１−ＣＨ４の検出信号に基づいて、魚Ｆｉの位置算出する。この際、魚Ｆｉの位置は、送受波器１０の位置を基準とした船首−船尾方向の角度αと、送受波器１０の位置を基準とした右舷−左舷方向の角度βと、送受波器１０からの距離に相当する奥行きｒとに基づく観測座標系（ｒ，α，β座標系）により算出される。この魚Ｆｉの位置算出には、既知のスプリットビームを用いたＳＳＢＬ（Super short base line）法を用いる。この方法を用いることで、高い分解能で魚Ｆｉを検出できるので、複数の魚が群れて泳ぐ魚群の単位ではなく、当該魚Ｆｉ単体の位置を測定することができる。このような魚Ｆｉの検出および位置検出処理は、所定の観測タイミング毎（例えば、所謂１Ｐｉｎｇ毎）に実行される。
【００３９】
観測値算出部１４２は、算出した魚Ｆｉの位置を順次記憶する。この際、観測値算出部１４２は、魚Ｆｉ毎に観測位置を連結（関連付け）して記憶する。具体的には、例えば、今回の観測タイミングで検出された観測位置が、前回の観測位置に対して所定の距離範囲に該当する場合、もしくは、所定の距離範囲内で最接近位置に該当する場合に、同じ魚Ｆｉの観測位置であるとして連結（関連付け）処理する。
【００４０】
そして、観測値算出部１４２は、記憶した同一の魚Ｆｉによる複数、少なくとも三回以上の観測タイミングでの観測位置に基づいて、加速度を算出する。この際、観測値算出部１４２は、加速度をワールド座標系（ｘ、ｙ、ｚ座標系）で算出する。観測値算出部１４２は、魚Ｆｉの観測位置と加速度とを、推定演算部１４３へ出力する。
【００４１】
推定演算部１４３は、入力される魚Ｆｉの加速度を順次記憶し、所定数以上の加速度が得られると、当該加速度の誤差共分散を算出する。
【００４２】
推定演算部１４３は、算出した加速度の誤差共分散を、次に示す拡張カルマンフィルタに設定するとともに、観測位置を代入することで、魚Ｆｉの位置推定演算を実行する。
【００４３】
推定演算部１４３で設定される拡張カルマンフィルタは、次の原理により設定されている。
【００４４】
今回の観測タイミング［ｔ］の魚Ｆｉのワールド座標系位置を［ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ］とし、次の観測タイミング［ｔ＋１］の魚Ｆｉのワールド座標系位置を［ｘｔ＋１，ｙｔ＋１，ｚｔ＋１］とする。観測タイミング間隔をΔｔとし、今回の観測タイミング［ｔ］の魚Ｆｉのワールド座標系の速度を［ｘｖｔ，ｙｖｔ，ｚｖｔ］とし、今回の観測タイミング［ｔ）の魚Ｆｉのワールド座標系の加速度を［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］とする。これにより、状態遷移モデルは、次の（式１）で表すことができる。
【００４５】
【数１】
【００４６】
また、今回の観測タイミング［ｔ）での魚Ｆｉの観測位置を上述のように［ｒｔ，αｔ，βｔ］とする。これにより、計測モデルは、次の式２で表すことができる。
【００４７】
【数２】
【００４８】
なお、式２において、ｎｒ，ｎα，ｎβは、奥行きおよび各角度の計測誤差を示す。
【００４９】
ここで、式１において、魚Ｆｉが短い時間において等速直線運動であると仮定すると、加速度［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］の項は、雑音成分とみなすことができ、これらの加速度［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］が平均ゼロの正規分布に従う雑音成分であるとすると、一般的な拡張カルマンフィルタ（以下、単にカルマンフィルタと称する）を適用することができる。
【００５０】
したがって、推定する状態として魚Ｆｉの状態ベクトルをｓｔ＝［ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ，ｘｖｔ，ｙｖｔ，ｚｖｔ］Ｔとしたとき、誤差成分と見なせる加速度ベクトルをａｔ＝［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］Ｔとして、状態方程式は、次の（式３）で与えられる。
【００５１】
【数３】
【００５２】
なお、Ａ，Ｂは、次の（式４）で与えられる。
【００５３】
【数４】
【００５４】
一方、観測ベクトルＹｔ＝［ｒｔ，αｔ，βｔ］Ｔとして、観測方程式は、次の（式５）で与えられる。
【００５５】
【数５】
【００５６】
なお、式５において、Ｈｔは、ワールド座標系と観測座標系との非線形写像を行う変換であり、ｖｔは観測誤差項である。
【００５７】
ここで、上述の（式３）より、誤差項ｖｔを決定する共分散行列Ｒは、次の（式６）から得られる。
【００５８】
【数６】
【００５９】
（式６）において、Ｅ［ ］は期待値演算を表し、加速度の各成分が無相関であると仮定すれば、次の（式７）で表される。
【００６０】
【数７】
【００６１】
したがって、共分散行列Ｒは、次の（式８）で表される。
【００６２】
【数８】
【００６３】
このように設定された共分散行列Ｒと、観測誤差ｖｔと、予め設定した初期推定誤差とから設定される共分散行列Ｒｍ，Ｒｉをそれぞれカルマンフィルタに代入するとともに、観測値算出部１４２からの観測位置［ｒｔ，αｔ，βｔ］を代入して、推定演算を行う。これにより、ワールド座標系からなる魚Ｆｉの推定位置と速度を算出することができる。
【００６４】
以上の処理を、図２に示すフローチャートにより、概略的に説明する。図２は、水中探知装置１の演算処理部１４で実行される単体魚の位置推定処理を示すフローチャートである。
【００６５】
まず、魚Ｆｉのエコー信号に基づく受信信号を、マッチドフィルタ処理して、パルス圧縮された検出信号を取得する（Ｓ１０１）。次に、検出信号から、対象の魚Ｆｉの観測位置［ｒｔ，αｔ，βｔ］および加速度［ｘａｔ，ｙａｔ，ｚａｔ］を算出する（Ｓ１０２）。次に、算出した複数回分の加速度に基づいて、加速度の誤差分散［σｘ，σｙ，σｚ］を算出し、共分散行列Ｒを設定する（Ｓ１０３）。次に、観測位置［ｒｔ，αｔ，βｔ］と共分散行列Ｒとをカルマンフィルタに代入し、魚Ｆｉの推定位置を算出する（Ｓ１０４）。
【００６６】
このように、本実施形態の構成および処理を用いて、魚Ｆｉの観測結果に基づいて、共分散行列Ｒを設定することで、従来のような固定値の共分散行列を用いるよりも、より確実且つ精度の高い推定位置を算出することができる。
【００６７】
そして、このような位置推定処理を、所定タイミング毎、例えば各Ｐｉｎｇ毎に継続的に実行することで、魚群単位ではなく、当該魚群内の単体の魚Ｆｉを単独で追尾することができる。
【００６８】
図３は、本実施形態の構成および処理を用いた場合の魚群内の単体魚Ｆｉ（１）−Ｆｉ（５）毎の追尾結果を示す図である。図３に示すように、本実施形態の構成および処理を用いることで、実験的にも、魚群内の単体の魚Ｆｉを単独で追尾することができることが分かる。
【００６９】
推定演算部１４３は、推定結果を表示制御部１４３へ出力する。表示制御部１４２は、魚Ｆｉの位置推定結果を含む各種情報に基づいて、探知画像を形成し、表示器２０へ出力する。
【００７０】
なお、上述の実施形態では、共分散行列Ｒの設定に用いる加速度の誤差共分散は、算出した加速度に基づく誤差共分散をそのまま用いたが、適宜補正を行った誤差共分散を用いてもよい。
【００７１】
図４は、魚Ｆｉの真の加速度に基づく誤差共分散に対するカルマンフィルタに設定した誤差共分散の比と、推定誤差との関係を表す図である。図４に示すように、設定した誤差共分散と真の誤差共分散が同じであれば、推定誤差は最小になる。しかしながら、設定した誤差共分散が真の加速度の誤差共分散よりも小さいと、推定誤差が大きくなる。一方、設定した誤差共分散が真の加速度の誤差共分散よりも大きく、且つ所定の範囲内であれば、推定誤差を小さく抑えることができる。
【００７２】
したがって、算出した加速度の誤差共分散に対して、所定量だけ大きく（例えば、２倍から３倍程度に）誤差共分散を設定しても、精度良く位置推定を行うことができる。また、このように、誤差共分散を所定量だけ大きくすることで、設定した誤差共分散が真の加速度よりも小さくなってしまい、推定誤差が大きくなるリスクの生じる可能性を低くすることができる。
【００７３】
また、上述の説明では、魚単体毎に加速度を設定する例を示したが、魚群単位で加速度を設定してもよい。このような方法にすれば、魚群内の単体魚毎に連結処理を行わずに、各単体魚の大まかな観測時間毎の位置変化をとらえることができる。これにより、加速度の算出を、より容易に行うことができる。ここで、上述の図３のように、加速度の誤差共分散が所定範囲であれば、所定レベル以上の推定精度を維持することができる。したがって、魚単体での加速度による誤差共分散と、魚群単位での加速度による誤差共分散との間に、若干の開きがあっても、カルマンフィルタとしての推定精度は、同程度に維持することができる。このように、加速度を単体魚でなく魚群単位で算出し、誤差共分散を設定することで、所定の推定精度を得ながら、より簡素な処理で、単体魚毎の位置推定を行うことができる。
【００７４】
また、上述の説明では、算出した加速度に基づいて、誤差共分散を設定する例を示したが、魚種に応じた誤差共分散を設定する方法を用いてもよい。この場合、魚種毎に誤差共分散を予め設定して、記憶部１５に記憶しておく。そして、例えば、操作部１６を介して魚種を選択する。ここで、魚種の確認方法としては、例えばユーザが経験的に判別したり、実際の釣果に基づくものであってもよい。さらには、漁の時期、漁場の位置、魚の深度等を魚種毎にデータベースしておき、これらに基づいて魚種を決定してもよい。演算処理部１４の推定演算部１４３は、選択された魚種に応じた誤差共分散をカルマンフィルタに設定して、魚Ｆｉの位置推定を実行する。
【００７５】
また、さらには、魚種毎に、加速度に基づく誤差共分散の補正値を予め設定しておき、魚種と加速度とから誤差共分散を設定してもよい。
【００７６】
また、上述の説明では、加速度および魚種に基づいて誤差共分散を設定する例を示した。しかしながら、さらに送受波器および当該送受波器が実装された船舶の挙動を検出し、当該挙動による計測誤差に関する誤差共分散も、カルマンフィルタへ代入するとよい。この場合、例えば、船舶にジャイロや測位装置の挙動検出手段を備えておき、これら挙動検出手段による船舶や送受波器の挙動検出結果から誤差共分散を設定する。これにより、加速度等や魚種等の探知対象物に起因する誤差だけでなく、計測系の誤差をも含んでカルマンフィルタの誤差共分散を設定できる。この結果、さらに高精度な魚Ｆｉの位置推定が可能になる。
【符号の説明】
【００７７】
１−水中探知装置、１０−送受波器、１１−送信信号生成部、１２１，１２２，１２３，１２４−送受切替器、１３−受信信号生成部、１４−演算処理部、１４１−検出信号生成部、１４２−観測値算出部、１４３−推定演算部、１４４−表示制御部、１５−記憶部、１６−操作部、２０−表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中へ超音波信号を送信し、水中からのエコー信号を受信する送受波器と、
前記送受波器のエコー信号に基づいて、前記魚の有無を検出する検出部と、
前記検出した魚の観測位置を含む観測値を算出する観測値算出部と、
前記検出した魚に応じた誤差共分散および前記観測位置を与えた拡張カルマンフィルタにより、前記魚の位置の推定演算を実行する推定演算部と、
を備えた、水中探知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中探知装置であって、
前記観測値算出部は、前記検出した魚の加速度を算出する加速度算出部を備え、
前記推定演算部は、前記検出した魚の加速度に基づいて前記誤差共分散を設定する、水中探知装置。
【請求項３】
請求項２に記載の水中探知装置であって、
前記加速度算出部は、少なくとも三回以上の観測タイミングにおける前記検出した魚の観測位置を関連付けし、該関連付けした観測位置に基づいて前記加速度を算出する、水中探知装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の水中探知装置であって、
前記加速度算出部は、複数の魚の観測位置から、互いに近傍に存在する複数の魚をグループ化し、該グループによる加速度を算出し、該グループの加速度に基づいて前記誤差共分散を設定する、水中探知装置。
【請求項５】
請求項１に記載の水中探知装置であって、
前記検出した魚の種類を取得する魚種取得部と、
魚種に応じた誤差共分散を予め記憶した記憶部と、を備え、
前記推定演算部は、前記魚種に応じた誤差共分散を前記拡張カルマンフィルタに与えることで、前記魚の位置の推定演算を実行する、水中探知装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の水中探知装置であって、
前記検出した魚の種類を取得する魚種取得部と、
魚種に応じた誤差共分散の範囲を記憶した記憶部と、を備え、
前記推定演算部は、前記加速度および前記魚種に応じた誤差共分散の範囲とに基づいて、前記拡張カルマンフィルタに与える誤差共分散を設定する、水中探知装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水中探知装置であって、
前記送受波器の挙動を検出する挙動検出部を備え、
前記推定演算部は、前記送受波器の挙動に基づく誤差共分散を算出し、当該挙動に基づく誤差共分散をも与えて前記拡張カルマンフィルタによる推定演算を実行する、水中探知装置。
【請求項８】
水中へ超音波信号を送信し、水中からのエコー信号を受信する送受信工程と、
前記送受波器のエコー信号に基づいて、前記魚の有無を検出する検出工程と、
前記検出した魚の観測位置を含む観測値を算出する観測値算出工程と、
前記検出した魚に応じた誤差共分散および前記観測位置を与えた拡張カルマンフィルタにより、前記魚の位置の推定演算を実行する推定演算工程と、
を有する、水中探知方法。
【請求項９】
請求項８に記載の水中探知方法であって、
前記観測値算出工程は、前記検出した魚の加速度を算出し、
前記推定演算工程は、前記検出した魚の加速度に基づいて前記誤差共分散を設定する、水中探知方法。
【請求項１】
水中へ超音波信号を送信し、水中からのエコー信号を受信する送受波器と、
前記送受波器のエコー信号に基づいて、前記魚の有無を検出する検出部と、
前記検出した魚の観測位置を含む観測値を算出する観測値算出部と、
前記検出した魚に応じた誤差共分散および前記観測位置を与えた拡張カルマンフィルタにより、前記魚の位置の推定演算を実行する推定演算部と、
を備えた、水中探知装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中探知装置であって、
前記観測値算出部は、前記検出した魚の加速度を算出する加速度算出部を備え、
前記推定演算部は、前記検出した魚の加速度に基づいて前記誤差共分散を設定する、水中探知装置。
【請求項３】
請求項２に記載の水中探知装置であって、
前記加速度算出部は、少なくとも三回以上の観測タイミングにおける前記検出した魚の観測位置を関連付けし、該関連付けした観測位置に基づいて前記加速度を算出する、水中探知装置。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の水中探知装置であって、
前記加速度算出部は、複数の魚の観測位置から、互いに近傍に存在する複数の魚をグループ化し、該グループによる加速度を算出し、該グループの加速度に基づいて前記誤差共分散を設定する、水中探知装置。
【請求項５】
請求項１に記載の水中探知装置であって、
前記検出した魚の種類を取得する魚種取得部と、
魚種に応じた誤差共分散を予め記憶した記憶部と、を備え、
前記推定演算部は、前記魚種に応じた誤差共分散を前記拡張カルマンフィルタに与えることで、前記魚の位置の推定演算を実行する、水中探知装置。
【請求項６】
請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の水中探知装置であって、
前記検出した魚の種類を取得する魚種取得部と、
魚種に応じた誤差共分散の範囲を記憶した記憶部と、を備え、
前記推定演算部は、前記加速度および前記魚種に応じた誤差共分散の範囲とに基づいて、前記拡張カルマンフィルタに与える誤差共分散を設定する、水中探知装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水中探知装置であって、
前記送受波器の挙動を検出する挙動検出部を備え、
前記推定演算部は、前記送受波器の挙動に基づく誤差共分散を算出し、当該挙動に基づく誤差共分散をも与えて前記拡張カルマンフィルタによる推定演算を実行する、水中探知装置。
【請求項８】
水中へ超音波信号を送信し、水中からのエコー信号を受信する送受信工程と、
前記送受波器のエコー信号に基づいて、前記魚の有無を検出する検出工程と、
前記検出した魚の観測位置を含む観測値を算出する観測値算出工程と、
前記検出した魚に応じた誤差共分散および前記観測位置を与えた拡張カルマンフィルタにより、前記魚の位置の推定演算を実行する推定演算工程と、
を有する、水中探知方法。
【請求項９】
請求項８に記載の水中探知方法であって、
前記観測値算出工程は、前記検出した魚の加速度を算出し、
前記推定演算工程は、前記検出した魚の加速度に基づいて前記誤差共分散を設定する、水中探知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２４７６２４（Ｐ２０１１−２４７６２４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８２８９（Ｐ２０１０−１１８２８９）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【出願人】（７０９００２００４）学校法人東北学院 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００１６６２４７）古野電気株式会社 (441)
【出願人】（７０９００２００４）学校法人東北学院 (10)
【Ｆターム（参考）】
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