JPH03215772A - 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】 く産業上の利用分野〉 本発明は、スキャンニングソナーや魚群探知機等の水中
探知装置に係り、特にはＳ／Ｎ比の改善の技術に関する
。

〈従来の技術〉 送受波器で受信される信号には、目的とする魚群や海底
等の対象物からの反射波の他に、目的外の海中微小物か
らの反射波、エンジン音、他船の探知機から発生される
超音波等の各種の雑音信号が含まれる。そのような雑音
が表示器に表示されると、目的とする対象物からの反射
情報が非常に見にくくなるので、雑音を除去してＳ／Ｎ
比を改善することが不可欠となる。

従来、Ｓ／Ｎ比を改善するためには、次のような方法が
採られている。

（１）送受波器から送信する超音波のパワーを増加させ
、これにより、受信信号に含まれる目的対象物からの信
号成分のレベルを相対的に増加させる。

（１ｌ）遅延回路等を用いて受信信号を一周期あるいは
数周期分遅らせて次の受信信号との一致をとってノイズ
成分を除く、いわゆる相関処理を行う。

（ｉｉｉ）　　単位時間あたりの送信回数を増加させ、
これにより、受信信号の情報密度を高める。

（ｉｖ）　　送受波器からの送信パルスのパルス幅を延
ばし、これに応じて受信信号を受信できる時間も長くす
ることにより、受信信号に対して移動平均をとることに
よりノイズ成分を除く。

く発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、従来の上記（１）〜（ｉｖ）までの各手
法には、次の不具合がある。すなわち、（ｉ）の場合は
、送信パワーを極度に増加すると、キャビテーションが
発生し、このため目的対象物からの反射波を受信できな
くなる。（Ｉ１）の場合は、魚群のように目的対象物が
短時間のうちに移動するものであれば、相関処理を有効
に行えない。（山）の場合は、海底深度による制限を受
ける。すなわち、送信周期が短かいと、今回の送信によ
り得られた魚群等の目的対象物からの反射波と前回の送
信により得られた海底からの反射波とが重なって受信さ
れるために、これらの受信信号を画像表示した場合には
虚像が表れる。したがって、送信周期Ｔは、少なくとも
Ｔ≧２Ｄ／ｖ（ただし、Ｄは海底深度、■は音速）の関
係を満たす必要があり、送信周期Ｔを短くするには自と
限界がある。（ｉｖ）の場合は、距離分解能が低下する
。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであっ
て、実質的に送信パワーを増加させたのと等価の受信信
号が得られるようにして、Ｓ／Ｎ比を改善することを目
的とする。

そのため、第１の発明に係る水中探知装置では、送信時
間間隔が互いに異なる複数の送信パルスを一群の送信パ
ルス列とし、この送信パルス列を一定周期ごとに発生す
る送信パルス列発生部と、この送信パルス列発生部で発
生された送信ノくルス列に基づいて得られる水中からの
各受信信号を一時的に格納するバッファメモリと、 このバッファメモリに記憶された受信信号と前記送信パ
ルス列との相互相関の演算を行う相互相関演算部と、 この相互相関演算部で算出された相互相関信号のレベル
をしきい値と比較してしきい値以上のレベルをもつ信号
を出力するレベル比較部と、を備えた構成とし１こ。

また、第２の発明に係る水中探知装置では、送信周波数
が互いに異なる複数の送信パルスを一群の送信パルス列
とし、この送信パルス列を一定周期ごとに発生する送信
パルス列発生部と、前記送信パルス列発生部で発生され
た送信パルス列に基づいて得られる水中からの各受信信
号をその周波数に応じて個別に通過させる各バンドパス
フィルタと、 これらのバンドパスフィルタを通過した各受信信号に対
して前記各送信パルスの送信タイミングに対応する遅延
時間を個別に与える各遅延回路と、これらの遅延回路で
遅延された各々の受信信号を加算して出力する加算回路
と、 を備えた構成とした。

〈作用〉 第１の発明の水中探知装置では、送信パルス列発生部か
ら、送信時間間隔が互いに異なる複数の送信パルスを一
群の送信パルス列とし、この送信パルス列が一定周期ご
とに発生される。そして、この送信パルス列発生部で発
生された送信ノくルス列に基づいて得られる水中からの
各受信信号はノ＜・ソファメモリに一時的に格納される
。続いて、相互相関演算部により、バツファメモリに記
憶された受信信号と送信パルス列との相互相関の演算が
なされる。上記のように、一群の送信パルス列を構成す
る各送信パルスの送信時間間隔は互いに異なるように予
め設定されているから、相互相関演算において得られる
相互相関信号は、相互相関がある場合にのみ局所的に大
きなピークを示す。したがって、この相互相関信号のレ
ベルをレベル比較部によって所定のしきい値と比較し、
しきい値以上の信号のみを取り出して出力する。このた
め、相互相関の無いノイズは除かれて目的対象物からの
信号成分のレベルが相対的に増加される。

一方、第２の発明の水中探知装置では、送信パルス列発
生部から、送信周波数が互いに異なる複数の送信パルス
を一群の送信パルス列とし、この送信パルス列か一定周
期ごとに発生される。そして、この送信パルス列発生部
で発生された送信パルス列に基づいて得られる水中から
の周波数の異なる各受信信号は、個別にバントパスフィ
ルタを通過される。次に、これらのバンドパスフィルタ
を通過した各受信信号に対して、遅延回路によって各送
信パルスの送信タイミングに対応する遅延時間が個別に
与えられ、引き続いて、これらの遅延回路で遅延された
各々の受信信号が加算回路で加算されて出力される。こ
のため、目的対象物からの信号成分のレベルが相対的に
増加される。

〈実施例〉 実施例ｌ 第１図は第１の発明に係る水中探知装置のブロック図で
ある。

同図において、符号１，は水中探知装置の全体を示し、
２は超音波を送受波する送受波器、４は送信時間間隔（
第２図のΔＴ．、ΔＴ，）が互いに異なる複数の送信パ
ルスを一群の送信パルス列とし、この送信パルス列の信
号ｓ（ｔ）を一定周期Ｔｓごとに発生する送信パルス列
発生部、６はこの送信パルス列発生部２からの送信パル
ス列の信号ｓ（ｔ）を増幅する送信側増幅器である。

８は送受波器２で水中からの反射波を受信して得られる
受信信号ｘ（ｔ）を増幅する受信側増幅器、１０はこの
受信信号ｘ（ｔ）をデジタル化するＡ／Ｄ変換器、１２
はデジタル化された各受信信号を一時的に格納するバッ
ファメモリである。また、ｌ４はバッファメモリｌ２に
記憶された受信信号ｘ（ｔ）と送信パルス列の信号ｓ（
ｔ）の両データの相互相関の演算を行う相互相関演算部
（ＣＰＵ）、ｌ６は相互相関演算部１４で算出された相
互相関信号ｙＵ）のレベルをしきい値Ｌｓｈと比較して
しきい値Ｌｓｈ以上のレベルをもつ信号を出力するレベ
ル比較部、１８はレベル比較部の出力を画像データとし
て記憶する表示用メモリ、２０はＣＲＴである。

次に、上記構成の水中探知装置１、の動作について、第
２図を参照して説明する。

超音波を水中に送信する際、送信パルス列発生部４から
は、送信時間間隔が互いに異なる複数の送信パルス（本
例では送信時間間隔がΔＴｌ、ΔＴフでΔＴ，＜ΔＴｔ
の関係にある３つのパルスｐ１〜ｐ３）を一群の送信パ
ルス列とし、この送信パルス列が海底深度を考慮した一
定周期Ｔｓごとに発生される。なお、上記の各送信パル
スｐＩ−１）　３の送信時間間隔八ＴいΔＴ，は、いず
れも送信パルス列の周期Ｔｓに比較して十分に小さくな
るように予め設定される。すなわちΔＴ　ｌｓ　ΔＴ，
＜＜Ｔｓである。

この送信パルス列の信号ｓ（ｔ）は、送信側増幅器６で
増幅された後、送受波器２に加えられる。したがって、
送受波器２からは、水中に向けてΔＴ、ΔＴ，の時間間
隔で３つの超音波パルスを一群として一定周期Ｔｓごと
に発射される。

一方、水中からの反射波は、再び送受波器２で受波され
て受信信号ｘ（ｔ）として出力される。目的対象物が存
在する場合の受信信号ｘ（ｔ）は、送信パルス列に対応
して時間間隔ΔＴ１、ΔＴ，を有する３つのピークｅｌ
−ｅ３が含まれる。そして、これらの受信信号ｘ（ｔ）
は、受信側増幅器８で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１０
でデジタル化されてバッファメモリｌ２に一時的に格納
される。続いて、このバッファメモリ１２の受信信号ｘ
（ｔ）のデータは、相互相関演算部ｌ４に転送される。

相互相関演算部ｌ４は、バッファメモリ１２からの受信
信号ｘ（ｔ）と送信パルス列発生部４て発生さる送信パ
ルス列の信号ｓ（ｔ）との相互相関演算を行う。

すなわち、送信パルス列の信号ｓ（ｔ）と受信信号ｘ（
ｔ）との相互相関に基づく相互相関信号ｙＵ）は、一般
に次式で与えられる。

ｙ（Ｄ＝Σｓ（ｉ）・ｘ（ｉ＋　Ｄ 社．ＩＯ ｊ＝０、１、２、・・・　（Ｎ−ｎ） ここに、Ｎは送信パルス列の一周期Ｔｓ内で得られる受
信信号ｘ（ｔ）に対するサンプリング数（一Ｔｓ／τ、
τはサンプリング間隔）、ｎは一群の送信パルス列ｓ（
ｔ）の期間ΔＴｏ内でのサンプリング数（＝ΔＴ／τ）
であり、したがって、ｘ（ｉ＋Ｄは送信パルス列の送信
直後から次の送信パルス列の送信直前までの間（＝Ｔｓ
−ΔＴ０）にサンプリングされる受信信号をあらわす。

この相互相関演算は、概念的には、ΔＴｏの送信区間幅
をもつ送信パルス列の信号ｓ（ｔ）を、受信信号ｘ（ｔ
）に対してｊ＝０〜（Ｎ　−　ｎ）の範囲内でサンプリ
ング間隔ての単位でシフトして、互いの相関をとること
である。たとえば、受信信号ｘ（ｔ）に対して送信パル
ス列の信号ｓ（ｔ）を右方向にシフトしていく場合に、
第２図の符号■で示す状態ではｐ３とｅｌとで１つの相
関があるから、相互相関信号ｙＵ）として１レベルのパ
ルスが出力される。■、■の場合も同様である。これに
対して、符号■の状態では、Ｉ）＋とｅ１、ｐ，とｅ，
、ｐ３とｅ３の同時に３つの相関があるから、相互相関
信号ｙ（Ｄとして３レベルのパルスが出力される。符号
■〜■までは１つの相関があるだけであり、このため、
相互相関信号ｙ（Ｄとして１レベルのパルスが出力され
る。

第３図（ａ）に示すように、送信パルス列発生部で発生
される送信パルスの送信時間間隔Ｌが互いに同一の場合
には、相互相関演算より得られる相互相関信号は、同図
（ｂ）に示すように段階的に増加、低下して山形のピー
クとなり、そのため、距離分解能の低下をもたらすが、
本発明では、各送信パルスｐｌ−ｐ３の送信時間間隔Δ
Ｔ．、ΔＴ，はΔＴ，≠ΔＴ，としているから、相互相
関演算において得られる相互相関信号ｙ（Ｄは、同図（
Ｃ）に示すように、相互相関がある一箇所において局所
的に大きなピークを示すことになる。このため、次に、
相互相関演算部ｌ４から出力される相互相関信号ｙ（Ｄ
について、レベル比較郎ｌ６でその信号ｙ（Ｄのレベル
を予め設定された所定のしきい値Ｌｓｈと比較し、しき
い値Ｌｓｈ以上の信号のみを取り出して出力する。この
ため、相互相関のないノイズは除かれて目的対象物から
の反射波に基づく信号ｙ（ｔ）のみが得られる。

そして、レベル比較部ｌ６を通過した信号ｙ（ｔ）は、
表示用メモリｌ８に画像データとして記憶された後、Ｃ
ＲＴ２０に画像表示される。

なお、この実施例では、送信パルス列は３つの送信パル
スｐ１〜ｐ３で構成されているが、これに限定されるも
のではなく、それ以上の数のパルス列であってもよい。

実施例２ 第４図は第２の発明に係る水中探知装置のブロック図で
あり、第１図に対応する部分には同一の符号を付す。

同図において、符号１，ほこの実施例の水中探知装置の
全体を示し、３は送信周波数が互いに異？る複数の送信
パルスを一群の送信パルス列とし、この送信パルス列を
一定周期Ｔｓごとに発生する送信パルス列発生部、５■
〜５ｎは送信パルス列発生部３で発生された送信パルス
列に基づいて得られる水中からの各受信信号ｘ（ｔ）を
その周波数に応じて個別に通過させる各バンドパスフィ
ルタ、７１〜７ｎは各バンドパスフィルタ５，〜５ｎを
通過した各受信信号に対して前記各送信パルスの送信タ
イミングに対応する遅延時間を個別に与える各遅延回路
、９は各遅延回路７，〜７ｎで遅延された各々の受信信
号を加算して出力する加算回路、ｌ５は加算回路９の出
力を取り込んで後段の表示用メモリｌ８に転送する演算
制御部である。その他の構成は、第１図に示したものと
同様である。

この実施例の水中探知装置１２では、送信パルス列発生
部３から、第５図に示すように、送信周波数が互いに異
なる複数の送信パルス（本例では周波数かｆ，〜ｆｎま
でのｎ個の送信パルス）ｐ＋−ｐｎを一群の送信パルス
列とし、この送信パルス列が海底深度を考慮した一定周
期Ｔｓごとに発生される。

？お、本例の場合、送信パルス列を構成する各送信パル
スＩ）＋−ｐｎの送信時間間隔ΔＴは全て一定であり、
かつ、送信時間間隔八Ｔは送信パルス列の発生周期Ｔｓ
に比較して十分に小さくなるように予め設定されている
。すなわちΔＴ＜＜ＴＳである。

一方、この送信パルス列に基づいて送受波器２から水中
に発射された超音波の反射波は、再び送受波器２で受波
されて受信信号ｘ（ｔ）として出力される。目的対象物
からの反射波が存在する場合に得られる受信信号ｘ（ｔ
）は、時系列的にみて、送信パルス列に対応して時間間
隔ΔＴごとに周波数がそれぞれ異なっている。そして、
この受信信号ｘ（ｔ）が受信側増幅器８で増幅された後
、バンドパスフィルタ５■〜５ｎに加えられる。

各バンドパスフィルタ５１〜５ｎは、各受信信号ｘ（ｔ
）をその周波数に応じて個別に通過させるバンド幅が予
め設定されているから、最初の送信パルスｐ＋（周波数
ｆ．）に基づく受信信号は符号５Ｉで示すバンドパスフ
ィルタを、次のΔＴ後の送信パルスｐｔ（周波数ｒｔ）
に基づく受信信号は符号５２で示すバンドパスフィルタ
を、以降は同様に、（ｎ−１）ΔＴ後の送信パルスｐｎ
（周波数ｆｎ）に基づいて得られる受信信号は符号５ｎ
で示すバンドパスフィルタを個別に通過する。したがっ
て、周波数の異なるノイズ成分はこの各バンドパスフィ
ルタ５，〜５ｎによって除かれる。

次に、これらの各バンドパスフィルタ５１〜５ｎを通過
した各受信信号に対して、遅延回路７、〜７ｎ一１によ
って各送信パルスｐ１〜ｐｎの送信タイミングに対応す
る遅延時間が個別に与えられる。すなわち、最初の送信
パルスｐ＋（周波数ｆ，）に基づいて得られる受信信号
は符号７１で示す遅延回路でｎΔＴの遅延時間が、次の
送信パルスｐｔ（周波数ｆ，）に基づいて得られる受信
信号は符号７，で示す遅延時間で（ｎ−１）八Ｔの遅延
時間が、・・・というように、送信パルスｐ，〜ｐｎの
送信タイミングとは逆の遅延時間がそれぞれ与えられて
出力される。このため、各遅延時間７Ｉ〜７ｎを通過し
た受信信号は、この時点で全て位相が揃うので、次に、
これらの遅延回路７，〜７ｎ−，で遅延された各々の受
信信号が加算回路９で加算されて出力される。このため
、目的対象物からの反射波に基づく受信信号のレベルが
相対的に増加される。そして、この受信信号がＡ／Ｄ変
換器１０、演算制御部ｌ５、表示用メモリｌ８を順次介
してＣＲＴ２０に画像表示される。

なお、本例では、上記の各送信パルスｐ，〜ｐｎの送信
時間間隔ΔＴは全て同一に設定しているが、互いに異な
る時間間隔であってもよい。この場合には、送信時間間
隔に応じて遅延回路７１〜７ｎにおける遅延時間を適宜
設定する必要がある。

〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が得られる。

（ｉ）実質的に送信信号のパワーを増加させて目的対象
物からの信号成分のレベルを高めたのと等価になるので
、Ｓ／Ｎ比か改善される。

（１１）送信信号のパワーを直接増加させるものではな
いから、キャビテーンヨンの発生等のおそれはない。

（ｉｉｉ）送信パルス列を構成する各送信パルスのパル
ス幅は短いから、距離分解能は低下しない。

（１ｖ）送信パルス列を構成する各送信パルスの送信時
間間隔は、船や魚群等の目的対象物の移動に比較して十
分に短いから、従来のような送信タイミングに応じて受
信信号相互間で相関をとる処理を行う場合に比較して、
目的対象物の移動等による影響を受けにくい。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は第１の発明に係る実施例ｌに対応
する実施例を、第４図および第５図は第２の発明に係る
実施例２に対応する実施例をそれぞれ示すもので、第１
図は水中探知装置のブロック図、第２図は送信パルス列
と受信信号との間の相互相関演算動作の説明図、第３図
は相互相関演算により得られる相互相関演算信号の説明
図である。また、第４図は水中探知装置のブロック図、
第５図は送信パルス列の説明図である。 １，，１，・・・水中探知装置、２・・・送受波器、３
、４　・送信パルス列発生部、５．〜５ｎ・・バンドパ
スフィルタ、７１〜７ｎ・・・遅延回路、９・・・加算
回路、１２・・・バッファメモリ、ｌ４・・相互相関演
算部、ｌ６・・・レベル比較部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）送信時間間隔が互いに異なる複数の送信パルスを
   一群の送信パルス列とし、この送信パルス列を一定周期
   ごとに発生する送信パルス列発生部と、 この送信パルス列発生部で発生された送信パルス列に基
   づいて得られる水中からの各受信信号を一時的に格納す
   るバッファメモリと、 このバッファメモリに記憶された受信信号と前記送信パ
   ルス列との相互相関の演算を行う相互相関演算部と、 この相互相関演算部で算出された相互相関信号のレベル
   をしきい値と比較してしきい値以上のレベルをもつ信号
   を出力するレベル比較部と、を備えることを特徴とする
   水中探知装置。
2. （２）送信周波数が互いに異なる複数の送信パルスを一
   群の送信パルス列とし、この送信パルス列を一定周期ご
   とに発生する送信パルス列発生部と、前記送信パルス列
   発生部で発生された送信パルス列に基づいて得られる水
   中からの各受信信号をその周波数に応じて個別に通過さ
   せる各バンドパスフィルタと、 これらのバンドパスフィルタを通過した各受信信号に対
   して前記各送信パルスの送信タイミングに対応する遅延
   時間を個別に与える各遅延回路と、これらの遅延回路で
   遅延された各々の受信信号を加算して出力する加算回路
   と、 を備えることを特徴とする水中探知装置。