JPH0125437B2 - - Google Patents

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JPH0125437B2
JPH0125437B2 JP56188706A JP18870681A JPH0125437B2 JP H0125437 B2 JPH0125437 B2 JP H0125437B2 JP 56188706 A JP56188706 A JP 56188706A JP 18870681 A JP18870681 A JP 18870681A JP H0125437 B2 JPH0125437 B2 JP H0125437B2
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JP
Japan
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water
wave
underwater
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JP56188706A
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JPS5888679A (ja
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Shozo Uchihashi
Shozo Shibuya
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Furuno Electric Co Ltd
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Furuno Electric Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/96—Sonar systems specially adapted for specific applications for locating fish

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、水中に超音波パルスを送受波して
水中探知物、例えば、魚群を探知する場合に、他
の反射体、例えば、海底反射波によつて魚群反射
波が識別不能になるのを防止する。
例えば、第1図に示すように、船1から海底2
方向に超音波パルスを送受波する場合、超音波ビ
ーム3の指向方向をθ、指向角を2αとすると、
海底2のA点からC点までの海底反射波が連続的
に受波される。そのため、海底2のB点付近に位
置する魚群4からの反射波は海底反射波内に含ま
れるため、魚群4の反射波レベルが相当強くない
限り海底反射波との識別が不可能である。
この発明は、上記のような場合に、魚群反射波
を海底反射波と明確に区別して表示し得る水中探
知装置を実現する。
以下この発明について説明するに当たり、まず
その原理について説明する。
第2図において、指向角2αの超音波ビーム3
をθ0方向に送波し水中からの反射波を受波するも
のとする。
θ0方向に送波した超音波パルスが海底2で反射
するとき、P1点からの反射波が最初に送受波器
5に帰来する。このとき、P1点からの反射波が
送受波器5に帰来する直前に、受波ビーム3′の
指向角を送波ビーム3に対して△θだけ海面方向
に変位させると、P1点からの反射波は受波ビー
ム3′の指向角内にないから受波されない。
同様にして、P2点からの反射波が送受波器5
に到達する直前に、受波ビーム3′の指向方向を
さらに海面方向に若干変位させると、P2点から
の海底反射波も受波されない。
以後同様にして、海底2上からの反射波が帰来
する直前に受波ビームの指向方向を海面方向に少
しずつ変位させると、海底2上からの反射波は受
波されない。従つて、点P3にある魚群4からの
反射波が海底反射波に埋れることなく、魚群反射
波のみを明確に抽出することができる。
上記において、送受波器5の指向方向の時間的
変位は次のごとくして求めることができる。
第2図において、θ0方向に指向角2αの超音波
ビームを送受波するとき、海底2のP1点からの
反射波が最初に帰来するから、送受波器5から
P1点までの距離をLとすると、P1点からの反射
波が帰来するまでの時間t0は t0=2L/C(sec) …(1) で表わされる。但し、Cは音波の水中伝播速度を
示す。
(1)式において、直下の海底点P0までの距離D
が既知のとき、距離Lは L=D/cos(90゜―θ0−α) …(2) で求められるから、(1)式は t0=2D/C 1/cos(90゜−θ0−α) …(3) と表わされる。
次に、超音波ビームの指向方向を△θだけ海面
方向に変化させてθ1方向に設定した場合、P2点か
らの海底反射波が最初に帰来するから、その時間
をt1とすると、P2点までの距離L1は L1=1/2Ct1 …(4) から求められるから、指向方向θ1は cos(90゜―θ1―α)=D/L1=2D/Ct1…(5) より、 θ1=90゜―α―cos-12D/Ct1 …(6) で表わされる。
(6)式において、P1点からの反射波の帰来後△
t秒後にP2点からの反射波が帰来するものとす
ると、 t1=t0+△t …(7) であるから、 θ1=90゜―α―cos-12D/C(t0+t△) …(8) で表わされる。
従つて、(8)式から明らかなように、送受波器5
から超音波パルスを送波してt0秒後から△t秒経
過する間に超音波ビームの指向方向を、(8)式によ
つて決定される指向方向を変化させればよい。な
お厳密には、指向方向の変化は超音波パルスを送
波後t0秒経過直前に行なうのがよい。
(8)式において、指向方向の変位時間△tは海底
2方向の距離変位をいくらかに設定するかによつ
て決定される。すなわち、直下の海底点P0から
P1点までの距離をH0,P2点までの距離をH1とす
ると、 L1 2=D2+H1 2 …(9) 又、 L1=L+C/2△t …(10) であるから、 (L+C/2△t)2=D2+H1 2 従つて、 △t=2/C√2+1 2−2/CL …(11) (11)式において、 L=D/cos(90゜―θ0―α) …(12) であるから、 △t=2/C√2+1 2−2/C D/cos(90゜―θ0―α) …(13) 又、P0点からP1点まで距離H0は H0=Dtan(90゜―θ0―α) …(14) なお、(13)、(14)式において、 D=L cos(90゜―θ0―α) …(15) 従つて、P2点までの距離H1をあらかじめ設定
すれば、(13)、(14)式に基ずいて変位時間△t
を決定することができるから、その時間内に超音
波ビームの指向方向θ1を(8)式で決定される指向方
向に変位させればよい。
第3図は上記原理に基ずく実施例を示し、送信
器1から周期的に送出される送信パルスは切換器
2を経て送受波器5に導かれて超音波パルスが水
中に送波される。送受波器5は2αの指向角を有
し超音波パルスの送波時は指向方向がθ0に設定さ
れている。
超音波パルスの送波後、水中からの反射波は送
受波器5に受波された後、切換器2を経て受信器
3に導かれる。受信器3は受波した反射波を増巾
して記録器4へ送出する。記録器4は、例えば掃
引型の記録器が用いられ、送信器2が送信パルス
を送出すると同時に、記録ペンが記録紙の一端か
ら他端へ向けて走行し、他端まで走行する間に受
波された反射波を記録紙上に記録する。従つて、
記録ペンが記録紙の一端から他端まで走行する時
間を、送受波器5から送波した超音波パルスが所
定距離内を往復するのに要する時間に対応させて
設定しておくと、その距臨内にある反射体からの
反射波が記録紙上に記録される。
他方、送信器1から送出される送信パルスはそ
の一部がカウンター6へ導かれる。カウンター6
は送信パルスに基ずいてその計数値がリセツトさ
れると同時に、クロツクパルス源7からのパルス
列を計数する。
カウンター6の計数値は一致回路8において距
離設定器9の設定数値と比較される。そして、一
致回路8は両数値が一致したとき、一致パルスを
俯角制御回路10へ送出する。俯角制御回路10
は送受波器5の指向方向を制御するもので、俯角
制御モーター11を駆動することにより、上記指
向方向を制御する。すなわち、送受波器5の指向
方向は、俯角設定器12によつてあらかじめθ0方
向に設定されており、俯角制御回路10が作動し
た後は、設定指向方向θ0を基準にして指向方向が
制御される。
俯角制御回路10の指向方向制御は前記(8)式と
(13)式並びに(14)式、(15)式に基ずいて行な
われる。すなわち、距離設定器9の設定距離を、
あらかじめ送受波器5から海底点P1までの直線
距離Lの2倍の2Lに設定しておくと、一致回路
8から一致出力が送出されたとき、俯角制御回路
10は俯角設定器12の設定角θ0と上記設定距離
2Lとに基ずいて、送受波器5の指向方向θ1が前
記(8)式に従つて変化するように俯角制御モータ1
1を駆動する。俯角制御回路10には、送受波器
5の直下の海底点P0までの距離D、海底点P0か
らP2点までの距離H1、超音波ビーム3の指向角
2α及び音波の水中伝播速度Cが、あらかじめ設
定されている。
俯角制御回路10が上記のごとくして送受波器
5の指向方向を制御する一方、カウンター6の距
離計数値は他の一致回路13へも送出される。一
致回路13はレンジ設定器14の設定距離とカウ
ンター6の距離計数値とを比較して両距離が一致
したとき一致出力を送出する。レンジ設定器14
は記録器4の記録範囲を設定するもので、従つ
て、記録器4の記録ペンは記録上の走行時間がレ
ンジ設定器14の設定距離を音波が往復する時間
に一致するように設定される。
レンジ設定器14とカウンター6の両距離が一
致したときの一致回路13の出力は俯角制御回路
10へ送出される。俯角制御回路10は一致回路
13から出力が送出されたとき、俯角制御モータ
ー11を駆動して送受波器5の指向方向を初期設
定値、すなわち、俯角設定器12の設定指向方向
θ0に復帰させる。その後、俯角制御回路10は一
致回路8から再たび出力が送出されたとき、前記
と同様にして俯角制御モーター11を駆動する。
第4図は送受波器の指向方向を電子的に制御す
る例を示し、第3図と同一番号は同一物を示す。
第4図において送受波器は3個の振動子5A,
5B,5Cで構成され、各振動子5A,5B,5
Cはそれぞれの切換器2A,2B,2Cを経て送
信器1の送信出力が印加される。このとき、送信
器1の送信信号は移相器17A,17B,17C
でそれぞれ移相された後それぞれの振動子へ導か
れる。
移相器17A,17B,17Cの各移相量は俯
角設定器12によつて決定され、振動子5A,5
B,5Cの合成指向方向が俯角設定器12の設定
指向方向θ0になるように、それぞれの信号を移相
する。
振動子5A,5B,5Cの各々から送出された
超音波パルスは水中の目標物で反射された後、再
び各振動子5A,5B,5Cに帰来する。そし
て、各振動子5A,5B,5Cの受波信号はそれ
ぞれの切換器2A,2B,2Cから移相器16
A,16B,16Cの各々へ導かれる。
移相器16A,16B,16Cの各々は各振動
子5A,5B,5Cの受波信号を移相するもの
で、それぞれの移相量は俯角制御回路10及び俯
角設定器12によつて決定される。俯角制御回路
10は第3図と同様にして、前記(8)式に従つて指
向方向θ1が変化するように移相器16A,16
B,16Cの各移相量を制御する。
俯角設定器12の移相出力と俯角制御回路10
の移相出力は加算器15で加算された後にそれぞ
れの移相器16A,16B,16Cに導かれる。
俯角制御回路10は、(8)式から明らかなように、
超音波パルスの送波後t0秒後から移相出力を送出
するから、超音波パルス送波後t0秒間は俯角設定
器12によつて移相器16A,16B,16Cの
各移相量が決定される。そして、それぞれの移相
量は振動子5A,5B,5Cの合成受波指向方向
が初期指向方向θ0に一致するように決定される。
なお、上記において、振動子5A,5B,5Cの
合成指向方向に対応する移相器16A,16B,
16C及び17A,17B,17Cの各移相量は
超音波の使用周波数、振動子の配列間隔等に基ず
いて、公知のごとくして容易に決定することがで
きる。又、記録器4は記録ペンが機械的に走行す
るものに限らず、電子的に走行するいわゆる多針
電極ペンを用いることもできる。あるいは、ブラ
ウン管表示器のような表示器を用いることも可能
である。又、送波あるいは受波時の指向特性はビ
ームの中心線に対して非対称になるように設定し
てもよい。この場合には、送波ビームの指向半角
は基準線に対してそれぞれα,βとなり、α≠β
の関係になる。第1図及び第2図においては、中
心線に対して対称な送波ビームを用いているの
で、指向半角をそれぞれα,βと表わすと、α=
βの関係となる。又、距離設定器9から送出され
る距離データーは直下の海底点P0(第2図)まで
の距離Dを測深してその測深値を用いてもよい。
すなわち、超音波パルスを直下の海底に向けて送
受波して深度Dを測定してその測深値に基づいて
送受波器5からP1点までの距離Lを算出して用
いればよい。
上述のように、この発明は、自船の斜下方向の
水中を深知する場合に、水底からの反射波を受信
することなく、水底付近の魚群等からの必要な反
射波のみを受信表示することができる水中探知装
置を提供する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の水中探知機の探知動作を説明す
るための図、第2図はこの発明の原理を説明する
ための図、第3図はこの発明の実施例を示し、第
4図は他の実施例を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 水中の斜下方向の水底に向けてあらかじめ定
    めた範囲角内にビーム状に超音波パルスを送波す
    る送波装置と、 この超音波パルスが水中の反射物体により反射
    されることにより生ずる反射波をその受波ビーム
    により受波する受波装置と、 上記送波及び受波装置の直下の水底地点P0の
    深度Dを測定する深度測定手段と、 上記送波装置から発射された超音波パルスが送
    波装置から最短距離にある上記範囲角内の水底の
    地点P1で反射して得られる反射信号が上記受波
    装置に到達するほぼその時刻に出力信号を発生す
    るタイマーと、 上記深度測定手段から上記深度Dが供給され、
    該タイマーの出力信号を受信した時、上記受波装
    置が形成する受波ビームの指向方向θ1を θ1=90゜−α―COS-12D/C(t0+△t) に基づいて水面方向に順次変化させる指向方向制
    御装置とを具備し、水底以外の他の物体からの反
    射波を受信することを特徴とする水中探知装置、 ここに、 △t=2/C√2+1 2−2/CL C:水中における音波の伝播速度 H1:送受波装置の直下の水底地点(P0)から
    上記範囲角内の水底地点P2までの距離 L:送受波装置から上記水底地点P1までの距
    離 t0:超音波パルスが送波装置から発射された時
    刻から水底地点P1で反射され受波装置に到
    達する時刻までの時間 α:送波ビームの基準線からの指向半角 2 水中の斜下方向の水底に向けてあらかじめ定
    めた範囲角内に超音波パルスを送波する送波装置
    と、 この超音波パルスが水中の反射物体により反射
    されることにより生ずる反射波をその受波ビーム
    により受波する受波装置と、 上記送波及び受波装置の直下の水底地点P0の
    深度Dを測定する深度測定手段と、 上記送波装置から発射された超音波パルスが送
    波装置から最短距離にある上記範囲角内の水底の
    地点P1で反射して得られる反射信号が上記受波
    装置に到達するほぼその時刻に出力信号を発生す
    るタイマーと、 上記深度測定手段から上記深度Dが供給され、
    該タイマーの出力信号を受信した時、上記受波ビ
    ームが形成する受波ビームの指向方向θ1を θ1=90゜―α―COS-12D/C(t0+△t) に基づいて水面方向に順次変化させる指向方向制
    御装置とを具備し、水底以外の他の物体からの反
    射波を受信することを特徴とする水中探知装置、 ここに、 △t=2/C√2+1 2−2/C ×D/COS(90゜−θ0−α) C:水中における音波の伝播速度 H1:送受波装置の直下の水底地点P0から上記
    範囲角内の水底地点P2までの距離 θ0:送波装置から発射される超音波パルスの発
    射方向の水面に対する角度 t0:超音波パルスが送波装置から発射された時
    刻から水底地点P1で発射され受波装置に到
    達する時刻までの時間 α:送波ビームの基準線からの指向半角
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JPS5888679A JPS5888679A (ja) 1983-05-26
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JP6179973B2 (ja) * 2013-02-15 2017-08-16 古野電気株式会社 信号処理装置、水中探知装置、信号処理方法、及びプログラム

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