超指向性スピーカと超解像信号処理を組み合わせた音響センシングの基礎検討

摘要

これまで音波を使ったセンシングでは，生体内や水中などの分野では実用が進hでいるが，空中においては必ずしも十分な成果が得られているとはいえない．理由としては，周囲の環境に影響を受けやすく，空気中での減衰によってSN比が低下することで，遠くの物体を検出できないことが挙げられる．送信信号を低周波（可聴領域）にすることで，空中で減衰しにくくなり，遠くの物体まで検出することができるが，波長が長いために空間分解能が低くなってしまい，さらに音波の周波数が低くなることで，一般的に放射指向性が広がってしまい，画像化した場合に虚像が現れる可能性が高くなる．そこで，本研究ではSCM-MUSICアルゴリズムによる超解像信号処理により，その低下した空間分解能を高める手法を適用する．さらに，超指向性スピーカを用い，測定対象物を狙って信号を照射することで，可聴音域を利用した場合にも周囲の環境による影響を軽減できると考えられる．本研究では，SCM-MUSIC アルゴリズムを用いた超解像手法と超指向性スピーカを組み合わた空中音響センシングを提案し，その有効性を評価した．実験の結果，SCM-MUSICアルゴリズムを適用することで，距離方向の分解能をを12分の1程度以下にできることを明らかにした．