JPH01109281A - 水中探知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （ａｌ産業上の利用分野 この発明は、超音波送受波器を用いて魚群や水底などの
状態を探知する水中探知装置に関する。

伽）従来の技術 従来、水中の状態を探知する装置として、船底に取りつ
けた超音波送受波器を用いて水中の扇形状の領域を探知
し、これを表示する水中探知装置いわゆるソナーが用い
られている０例えば第１図に示すように、船底に取り付
けられた超音波送受波器から自船の船首方向に直角な扇
形状の超音波パルスを出力し、水中および水底からの反
射波を扇形状の各方向に指向性を有する超音波受波器で
受信することによって、水中の状態を二次元で探知し、
これを表示している。

（Ｃ１発明が解決しようとする問題点 このような従来の水中探知装置は、通常船底から水底ま
での深度にわたって表示するものであるため、例えば水
底部付近のみを詳細に探知しようとすることは困難であ
った。任意の深度における領域を拡大表示する機能を有
する装置もあるが、その拡大範囲は例えば水平方向と垂
直方向にそれぞれ５段階（５０，１００，２００，４０
０，８００ｍ）と数段階に分けられていて、しかも手動
操作によって拡大表示すべき任意の深度を設定しなけれ
ばならなかった。そのため、水底など深庫が変化する被
探知物体を詳細に探知することが困難であった。

この発明は、被探知物体が常に画面内に表示され、しか
も適当な倍率で表示されるようにして、深度が変化する
被探知物体の探知を容易にした水中探知装置を提供する
ことを目的としている。

（ｄ）問題点を解決するための手段 この発明の水中探知装置は、水中を探知する超音波送受
波器と、この超音波送受波器の探知情報を記憶する探知
メモリと、表示データを記憶する表示メモリを備えた水
中探知装置において、深度方向の表示幅を指定する深度
表示幅指定手段と、 被探知物体の深度を測定する被探知物体深度測定手段と
、 測定された被探知物体の深度を含み、かつ指定された前
記深度表示幅範囲の探知情報の全てあるいは大部分を探
知メモリから読み出し、表示メモリに書き込む表示デー
タ生成手段と、 を設けたことを特徴としている。

（８１作用 この発明の水中探知装置は、水中を探知する超音波送受
波器と、この超音波送受波器の探知情報を記憶する探知
メモリと、表示データを記憶する表示メモリを備えてい
て、深度表示幅指定手段は、予め定められたあるいは入
力された深度方向の表示幅を定め、被探知物体深度測定
手段は、被探知物体の深度を測定する０表示データ生成
手段は、測定された被探知物体の深度を含み、かつ指定
された前記深度表示幅範囲の探知情報を探知メモリから
読み出し、これを表示メモリに書き込む。

これにより表示メモリには、被探知物体を含み、指定さ
れた深度表示幅範囲の探知情報の全てあるいは大部分が
書き込まれることになり、表示上には被探知物体が指定
された深度表示幅で常に表示される。

（、ｆ）実施例 く概略機能〉 第１図はこの発明の実施例である水中探知装置の表示範
囲などを表す図である０図に示すように船底に設けられ
た超音波送波器から船の左右方向（進行方向に直角な方
向）に扇形状の超音波パルスを出力し、水中および水底
からの反射波を扇形状の各方向に指向性を有する超音波
受波器で受信することによって扇形状内の水中の状態を
表示する。ここで、水底が被探知物体であり、水底を常
に表示画面内に表示する。図においてＡは表示範囲であ
り、垂“直（深度）方向は設定値Ｄｐに従って拡大表示
するが、水平方向は常に扇形状の水平方向の全てを表示
画面−杯に表示する。すなわち、船の直下の水深ｙｄを
測定し、表示画面Ａの下からβ・Ｄｐの深度がｙｄと等
しくなるように垂直方向の表示範囲を設定し、また、水
深ｙ４＋β・Ｄｐの水平方向が全て表示できる範囲を水
平方向の表示範囲として自動的に設定する。なおα＋β
−１である。これを例えば正方形の画面に表示すれば当
然水平方向と深度方向の縮尺率が異なることになるが、
上記表示方法により、被探知物体である水底を含む垂直
方向り、の°範囲を常に画面−杯に表示することができ
、被探知物体の観察が容易となる。

第２図は第１図に示した表示範囲Ａについて実際の表示
例を表す図である。この表示画面は水平方向、垂直方向
ともにＮ個の画素からなり、図に示すように船の直下を
０とし、左右に水平方向の距離を表す目盛を画面の下部
に表示し、画面の右側に深度を表す目盛を表示する。

く原理〉 第３図は超音波送受波器と被探知物体および表示範囲な
どの位置関係を表している。船の船首方向を２、水平方
向をｘ１深度方向をｙとすると超音波送受波器の送受波
面は座標原点にある。（正確には送受波面は船底にある
ためｙ＝ｏとはならないが、以下の説明では水面からの
船底の深度を無視する。） 送受波ビームはｙ軸を中心としてｘ−ｙ平面上に存在し
、その広さは２θ。である。

今、送受波器からｘ−ｙ平面上、点Ｓに到達し受波器へ
戻る超音波を考える。

点Ｓのｘ−ｙ平面上の位置を（ｘ、　　ｙ）　、極座標
で表した位置を（ｒ、　　θ）とする。この実施例では
反射波の強度を（Ｒ，θ）座標つまり極座標で示される
探知メモリへ記憶させた後、（Ｘ、　Ｙ）座標つまり直
交座標で示される表示メモリへ読み出して記憶させる。

以下（ｒ、　　θ）、（Ｒ，θ）、（ｘ、ｙ）および（
Ｘ、　Ｙ）の関係を示す。

（Ｒ，θ）と（ｒ、　θ）との関係 Ｒ＝ｒ／Δｒ　　　　　　　・・・（１）θ＝θ／Δθ
　　　　　　　・・・（２）ここでΔｒおよびΔθは探
知メモリへ反射波を記憶させるときの距離方向および角
度方向のサンプリング間隔であり、定数である。

（ｒ、　θ）と（ｘ、　　ｙ）との関係ｒ＝ｒ　（Ｘ′
）×ｙ／ｙＰｌ　　　・・・（３）θ＝θ（Ｘ′）　　
　　　　　　・・・（４）ここで、ｙ、４はｙの最大値
（表示量大深度）であり、Ｘ′は原点と、点Ｓとを結ぶ
直線を延長したとき、Ｖ＝ＶＨと交わる点Ｓ′のＸの値
である。したがって、 ｘ　’　”ｘｘｙ工／ｙ ｒ（ｘ’）＝、／”：薯ＴココτＴ θ（ｘ’）＝ｅｏ　　　ｔ　ａ　ｎ−’　（ｘ　’／ｙ
Ｈ）の関係にある。（第３図参照、） （ｘ、ｙ）と（Ｘ、Ｙ）との関係 ｘ＝２　（ｙａ　＋βＤ、　）　ｔａｎθｏ　Ｘ　Ｘ　
／　Ｎ−（ｙ４＋βＤ、　）　ｔａｎθ。・・・（５）
）’　＝　Ｄｐ　×Ｙ／　Ｎ　＋　ｙ　ａ−αＤ、　　
・・・（６）ここでＮは表示画面の水平方向と垂直方向
の画素数であり、定数である。

（１）〜（４）式より Ｒ＝ｒ　　（ｘ’）／Δｒｘｙ／ｙＨ ｅ＝θ（ｘ’）／Δθ よってｒ（ｘ’）／Δｒおよびθ（ｘ’）／ΔθをＲ（
ｘ’）、θ（Ｘ′）とお（と Ｒ＝Ｒ（ｘ’）Ｘｙ／ｙｍ　　　　　・・・（７）θ＝
θ　（Ｘ′）　　　　　　　　　　　　・　・　・（８
）ｘ’＝ｘｘｙ鵬／ｙ　　　　　　　　　・　・　・（
９）以上の関係を利用して直交座標のデータ（Ｘ。

Ｙ）に相当する極座標（Ｒ，θ）を求め、探知メモリの
内容を読み出し、表示メモリに書き込むことによって第
３図の図中Ａに示した範囲の画像が表示メモリに書き込
まれる。

く具体的構成〉 第９図はこの発明の実施例である水中探知装置の超音波
送受波器の位置関係を表す図であり、第１０図はその超
音波送受波器によって構成される送受波ビームを示して
いる。第９図に示すように船首方向に送波器が５個と、
船首方向と直角な方向に受波器かに個配列されている。

後述するように送波器は５個の全振動子が同時に駆動さ
れて超音波パルスを送波するため、船首方向に直角な平
面内に一定角度の広がりを有する扇形状の送波ビームを
形成し、受渡器はに個の各振動子の発生電圧が所定の位
相で合成されることによって扇形状の各方向からの反射
波を順次選択的に受ける受渡ビームを形成する。第１０
図はこのような送波ビームと受波ビームの合成により得
られる送受波ビームである。ここで送波ビームはφ５Ｘ
２ｅｔ、受波ビームをφｍＸ２ｅｏで表すことができる
。

２θ丁は船首方向に直角な方向の送波ビーム角（。

２θ１〉２θ。）であり、φ、は船首方向の受波ビーム
角（φ、〉φ、）である。なお、受渡ビームは２θ。方
向にＭ分割され、Ｍ個のφ、×Δθ。の小ビーム劣り構
成されている。すなわち、２６ｏ＝ＭＸΔθ。であり、
この受渡ビームは第１０図に示すように左舷から右舷に
Ｏから（Ｍ−１）まで並んでいる。

第４図はこの発明の実施例である水中探知装置のブロッ
ク図である。全体の概略動作は次の通りである。

送波器８から出力された超音波は水中の物体で反射され
、受渡器９で受信される。受渡器９で発生した探知信号
は受信アンプ群３、位相合成回路４およびＡ／Ｄコンバ
ータ５を経て極座標メモリである探知メモリ６に記憶さ
れる。探知メモリ６に記憶された探知信号は、座標変換
器２８により座標変換が行われ、直交座標メモリである
表示メモリ１３に転送され記憶される。表示メモリｉ３
に記憶された探知信号は表示器１６に表示される以下各
部の動作を詳述する。

送信器１はＹカウンタ３１が出力する送信パルスにより
、予め定められた出力、パルス幅および周波数の超音波
パルス信号を送波器８の３個の振動子に与え水中に超音
波パルスを発射する。このとき、各振動子は同時に励振
されて前述の送波ビームが発生する。そして、水中の物
体から反射された探知信号は、受渡器９のに個の振動子
で受波されたのち、受信アンプ群３により増幅される。

受信アンプ群３は受渡器９の振動子と同数のに個の受信
アンプで構成され、入力されている送信パルスのタイミ
ングによって探知信号の距離による減衰を補正するＴＶ
Ｇ回路が構成されている０位相合成回路４はに個の探知
信号を位相合成し、Ｍ個の受渡ビームを作り出し、角度
カウンタ２４の計数値が示す方向の探知信号を検波出力
する０位相合成法としては、遅延線を使用するもの、位
相が異なる正弦波を乗算するもの、あるいはＦＦＴ（高
速フーリエ変換）を使用するものなどがある検波された
探知信号はＡ／Ｄコンバータ５でディジタルコードに変
換されて探知メモリ６に記憶される。探知メモリ６のア
ドレスは角度カウンタ２４と距離カウ、ンタ２５とによ
って指定される。

角度カウンタ２４はゲート２３を通して入力されるクロ
ックパルス源２２のクロックパルスをカウントする。ク
ロックパルスの周期は音波が６１７Ｍの距離を往復する
時間に等しい。距離カウンタ２５は角度カウンタ２４の
出力する桁上げパルスを計数する。この時フリップフロ
ップ２７はセットされていて、ゲート２３は導通であり
、ゲート３３は非導通である。

位相合成回路４は角度カウンタ２４の値によって受渡ビ
ームの指向方向の選択動作を行い、等距離上にある探知
物体からの反射波を時系列化して送出する。したがって
、位相合成回路４から送出される時系列データは角度デ
ータと距離データの極座標データで表され、角度データ
と距離データとによって指定される探知メモリ６のアド
レスに時系列化された探知信号が順次記憶される。

第１２図（Ａ）は探知メモリ６のメモリ空間を表す概念
図であり、第１１図は探知メモリのアドレスと水中の位
置との関係を表す概念図である。

第１２図（Ａ）に示すように例えば縦軸方向のアドレス
が各方向の受渡ビームに対応し、横軸方向のアドレスが
各受渡ビームにおける探知物体までの距離に対応する。

したがって、探知メモリの縦軸は極座標の角度に相当し
、横軸は距離に相当する。

探知メモリ６には、探知信号が最大Ｒやまで記憶される
。よって、探知メモリ６の容量はＡ／Ｄコンバータ５の
出力ビツト数をδとすると、Ｍ×Ｒ，×αである。また
、角度カウンタ２４はＭ進、距離カウンタ２５はＲ８進
カウンタである。なお、ＲＸ≧Ｒ，である、（第１２図
（Ａ）参照）探知メモリ６に書き込まれた記憶データは
座標変換器２８によってアドレスが指定されたとき、そ
の記憶データが読み出される。

探知メモリ６の書込と続出はフリップフロップ２７のＱ
出力によって行われ、第８図に示すように、送信パルス
ａから信号取り込み完了パルスｂまでのＴｗ期間は探知
信号の記憶動作が行われ、信号取込完了パ、ルスｂから
次の送信パルスａまでのＴＲ期間は信号の読み出しが行
われる。すなわち、Ｔ８期間はフリップフロップ２７の
Ｑ出力がＨ”レベルに維持され、これにより探知メモリ
６が書込モードに切り換えられ、角度カウンタ２４、距
離カウンタ２５のアドレスデータが切換スイッチ７を経
て探知メモリ６に導かれる。その後、距離カウンタ２５
のカウント値がＲ，になると　　　　□、比較回路２６
から取り込み完了パルスが出力され、フリップフロップ
２７がリセットされ、角度　−カウンタ２４と距離カウ
ンタ２５もリセットされる。フリップフロップ２７がリ
セットされ、Ｑ出力が“Ｌ”レベルに変化してＴＩ期間
となると探知メモリ６が読み出しモードに切り換わると
同時に切換スイッチ７が切換動作を行い、座標変換器２
８のアドレスデータによって記憶データの読み出しが行
われる。この時ゲート３３は導通、ゲート２３は非導通
となる。ここでＸカウンタ３０とＸカウンタ３１はＸ、
Ｙ座標上の位置を指定し、座標変換器２８はそのＸ、　
Ｙ座標上の位置を極座標上の位置に変換する際、深度表
示幅指定手段４０により指定された値り、と被探知物体
深度測定手段４１により測定された値ｙ６等に基づいて
、表示すべき範囲のみ座標変換する。

探知メモリ６から読み出された記憶データは表示メモリ
１３へ出力されて記憶される。表示メモリ１３における
アドレスの指定はＸカウンタ３０とＸカウンタ３１の値
によって行われる。カウンタ３０．３１はともにＮ進カ
ウンタであり、Ｘカウンタ３１はＸカウンタ３０の桁上
げパルスをカウントする。したがって、表示メモリ１３
のメモリ空間には第１０図参照）に示すようにＮＸＮで
表される直交座標の画像データが記憶される。その容量
はＮＸＮＸδである。

Ｘカウンタ３０は分周回路３４からゲート回路３３を経
て導かれるパルスをカウントする。ゲート回路３３はフ
リップフロップ２７のＱ出力に基づいて探知メモリ６の
記憶データが読み出されている間導通して分周回路３４
のパルス列をＸカウンタに与える。なお、Ｘカウンタ３
１の計数値がＮ−１から０になるとき、Ｘカウンタ３１
から送信パルスが発生する。これによりフリップフロッ
プ２７がセットされＴｗ期間となる。フリップフロップ
２７がセントされると、そのＱ出力によってゲート２３
が導通してクロックパルス源２２のクロックパルスが角
度カウンタ２４に与えられる以上の繰り返しによって第
８図に示したように探知メモリ６に対する信号の取り込
みと読み出しが交互に行われるや 表示メモリ１３から読み出されたデータはＤ／Ａコンバ
ータ１５によってアナログ信号に変換された後、表示器
１６へ出力されて表示される。表示器１６は水平走査回
路１７と垂直走査回路１８によって画素走査が行われる
。水平走査回路１７、垂直走査回路１８は水平走査カウ
ンタ３７．垂直走査カウンタ３８の値に対応して画素走
査を行う。

なお、表示メモリ１３の書き込みと読み出しはクロック
パルス［３６のクロックパルスによって切り換えられ、
例えば、クロックパルスの半周期は続出モード、他の半
周期は書込モードに切り換えられる。この切り換えに連
動して切換スイッチ１４が切換動作を行い、Ｘカウンタ
３０．Ｘカウンタ３１による書込アドレスデータと、水
平走査カウンタ３７．垂直走査カウンタ３８による読出
アドレスデータが切え換えて導かれる。また、クロック
パルス源３６のパルス列は分周回路３４によって分周さ
れて、Ｘカウンタ３０に導かれ、これによって表示メモ
リ１３の書込モードと読出モードの切換を円滑に行わせ
ている。

第６図は第４図に示した被探知物体の水深ｙ４を求める
ための手段４１のブロック図である。図において比較回
路５１は船の直下の反射信号をラッチ回路５０に記憶さ
せるための回路であり、角度カンウタ２４の値が（Ｍ−
１）／２になったときに１致パルスを出力し、ラッチ回
路５０に、第４図に示したＡ／Ｄコンバータ５の出力値
すを記憶させる。ここでＭは奇数であり（Ｍ−１）／２
番目のビームは船の直下を向いている（第１０図参照）
。

ラッチ回路５０に記憶された反射強度は比較回路５２で
予め定められた値ｖＯと比較される。反射強度がＶｏよ
り大きければ比較回路５２は反射物体を目的の被探知物
体とみなし、ラッチ回路５３にパルスを出力し、ランチ
回路５３にそのときの距離カウンタ２５　（第４図参照
）の値ＲＷをラッチさせる。このとき比較回路５２から
出力されたパルスはフリップフロップ５６をセットし、
スイッチ５５をオフする。フリップフロップ５６および
スイッチ５５はラッチ回路５３に距離カウンタ２５の値
が一度記憶されるとそれ以上の深度でラッチ回路５３が
動作しないようにするための回路である。つまりランチ
回路５３は被探知物体の表面あるいは上端のみで動作す
る。

ラッチ回路５３に記憶された値は乗算器５４でΔｒを乗
算され、ｙ４が求められる（（１）式参照）。なお、フ
リップフロップ５６は送信パルスによりリセットされス
イッチ５５をオンする。

第５図は第４図に示した座標変換器２８のブロック図で
ある。ここで、ＲＯＭＩには全てのｙｄ＋βＤ、の値に
対するＡの値とＢの値をそれぞれ記憶している。ＡとＢ
は Ａ＝２（ｙ４＋βＤ、）ｊａｎθＯ／ＮＢ−Ｃｙａ　＋
βＤ、）ｔａｎθ。

である。

ＲＯＭ２には全てのり、に対するＣの値を記憶している
。ここでＣは Ｃ＝Ｄ、／Ｎ である。

ＲＯＭ３には全てのｙの値に対するＤとＥの値を記憶し
ている。ここでり、Ｅは Ｄ　−’／　／　７　Ｍ Ｅ＝ｙ、／ｙ である。

さらにＲＯＭ４には全てのＸ′の値に対するＲ（ｘ’）
、θ（Ｘ′）の値を記憶している。ここで Ｒ（ｘ’）　＝　　ｘ”　＋ｙ、”　／Δｒｅ　（ｘ’
）＝　ｔｅａ−ｔａｎ−’　（ｘ’／）’Ｎ））／Δθ である。

以上に示したＡ−Ｅ＋　Ｒ（ｘ　’　）　、ｅ（ｘ　’
　）、Ｘ、Ｙ、ｙａ、Ｄ、、　α、βの値および（５）
弐〜（９）式より第５図に示したブロック図によりＲ２
Ｏを求めている。

第７図は第２図に示したように表示画面上に目盛を表示
するためのブロック図である。図において目盛メモリ６
０は表示メモリ１３とともに第１２図（Ｂ）に示したメ
モリ空間を備えていて、その容量はＮＸＮピントである
。比較回路２６（第４図参照）からの一致パルスｄすな
わち信号読み取り完了パルスがＣＰＵ６２に割込み信号
として入力されるとＣＰＵ６２はＲＯＭ６４のプログラ
ムに従って入力装置６５を通してｙ４およびり。

を読み込み、演算し、目盛メモリ６０に目盛と数値を書
き込む、目盛メモリ６０に書き込まれた目盛と数値は表
示メモリ１３と同様に読み出され第４図に示した色変換
回路３９およびＤ／Ａコンバータ１５を通して探知信号
とは異なる色で探知信号より優先して表示される。

以上のようにして第２図に示したような表示が行われる
。ここで被探知物体は水底であり、Ｄ、＝１００ｍ ）’ｄ＝３７５ｍ α＝０．７５ β＝０．２５ θ。＝４５゜ である。

実施例では水底を被探知物体とした例であったが、第６
図に示した設定値ＶｏＯ値を目的とする魚群の反射強度
に設定すれば、その目的とする魚群が常に表示画面内に
設定深度幅内に表示させることができる。また、実施例
では第１図に示したように深度（ｙａ＋βＤ、）におけ
るビームの水平方向が全て表示画面内に入るようにした
が、深度（ｙ４）や深度（ｙａ−αＤ、）におけるビー
ムの水平方向が表示画面内−杯に入るように設定するこ
とも可能である。

（ｇ）発明の効果 以上のようにこの発明によれば、探知メモリに取り込ん
だ水中の探知情報を読み出して表示データを生成する際
に、被探知物体の深度を含み、且つ指定された深度表示
幅範囲の探知情報の全てあるいは大部分を探知メモリか
ら読み出して表示用データを生成するように構成したた
め、被探知物体を常に表示画面内に表示させることがで
き、しかも表示画面の倍率を深度方向の表示幅の指定に
よって設定できるようにしたため、探知すべき物体を詳
細に観察することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例である水中探知装置の原理を
説明するための図であり、超音波送受波器と被探知物体
および表示範囲などの位置関係を示している。第２図は
同装置の表示例、第３図は探知メモリの内容を読み出し
、表示メモリに書き込む際の座標変換の原理を一説明す
るための図、第４図はこの発明の実施例である水中探知
装置の全体のブロック図、第５図は第４図における座標
変換器のブロック図、第６図は被探知物体の深度を求め
るためのブロック図、第７図は画面上に目盛を表示する
ためのブロック図である。第８図は第４図に示したブロ
ック図の主要部のタイミングを表す図、第９図は船底に
設けられた超音波送受波器の構成を表す図、第１０図は
超音波の送受波ビームの構成を表す図、第１１図は探知
メモリのアドレスと水中の位置との対応関係を表す概念
図、第１２図（Ａ）、　　（Ｂ）はそれぞれ探知メモリ
のメモリ空間９衷示メモリのメモリ空間を表す図である
。 ６−探知メモリ、 ８−超音波送波器、 ９−超音波受波器、 １３−表示メモリ、 ６．１３．２８．３，０．３１ 一表示データ生成手段、 ４〇−深度表示幅指定手段、 ４１（５０〜５６）−被探知物体深度測定手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）水中を探知する超音波送受波器と、この超音波送
   受波器の探知情報を記憶する探知メモリと、表示データ
   を記憶する表示メモリを備えた水中探知装置において、 深度方向の表示幅を指定する深度表示幅指定手段と、 被探知物体の深度を測定する被探知物体深度測定手段と
   、 測定された被探知物体の深度を含み、かつ指定された前
   記深度表示幅範囲の探知情報の全てあるいは大部分を探
   知メモリから読み出し、表示メモリに書き込む表示デー
   タ生成手段と、 を設けたことを特徴とする水中探知装置。