JPH03215773A - 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。

（＋１）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。

（１ｖ）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）〜（１ｖ）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。（１１）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。（　ｉｉｉ　）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。

〈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、本発明に係る水中探知装置では、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のデータを一時的
に格納するバッファメモリと、このバッファメモリに格
納された受信信号データについて、前記複数の送信パル
スの各々の送信タイミングに対応する区間幅を有する自
己相関点を設定し、これらの自己相関点を受信信号デー
タのサンプリング周期ごとにずらしながら、各自己相関
点に存在する受信信号データをサンプリングするサンプ
リング手段と、 このサンプリング手段でサンプリングされた各受信信号
データについて、上下のしきい値を設定し、このしきい
値内にサンプリングした全ての受信信号データが存在す
る場合にはこれらの受信信号データを全て加算して出力
し、しきい値内に受信信号データが１つでも存在しない
場合には零データを出力する自己相関演算部と、 を備えた構成とした。

く作用〉 本発明の水中探知装置では、送信パルス列発生部から、
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パルス列に基づいて
得られる水中からの各受信信号のデータはバツファメモ
リに一時的に格納される。続いて、サンプリング手段は
、バツファメモリに格納された受信信号データについて
、前記複数の送信パルスの各々の送信タイミングに対応
する区間幅を有する自己相関点を設定し、これらの自己
相関点を受信信号データのサンプリング周期ごとにずら
しながら、゜各自己相関点に存在する受信信号データを
サンプリングする。続いて、自己相関演算部は、サンプ
リング手段でサンプリングされた各受信信号データにつ
いて、上下のしきい値を設定し、このしきい値内にサン
プリングした全ての受信信号データが存在する場合には
これらの受信信号データを全て加算して出力し、しきい
値内に受信信号データが１つでも存在しない場合には零
データを出力する。このため、自己相関の無いノイズは
除かれる一方、自己相関のある目的対象物からの信号成
分のレベルか増加されるため、Ｓ／Ｎ比が向上する。

〈実施例〉 第１図は本発明の実施例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Ｉ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は一定間隔八Ｔをも
つ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、ＩＯはこの
受信信号ｘ（ｔ）をデジタル化するＡ／Ｄ変換器、Ｉ２
はデジタル化された各受信信号データｘ（ｉ）を一時的
に格納するバッファメモリである。

また、ｌ４はＣＰＵであって、このＣＰＵ１４は、バッ
ファメモリｌ２に格納された受信信号データについて、
前記複数の送信パルスの各々の送信タイミングに対応す
る区間幅を有する自己相関点を設定し、これらの自己相
関点を受信信号データのサンプリング周期τごとにずら
しながら、各自己相関点に存在する受信信号データをサ
ンプリングするサンプリング手段ｌ５と、このサンプリ
ング手段ｌ５でサンプリングされた各受信信号データに
ついて、上下のしきい値を設定し、このしきい値内にサ
ンプリングした全ての受信信号データが存在する場合に
はこれらの受信信号データを全て加算して出力し、しき
い値内に受信信号データが１つでも存在しない場合には
零データを出力する自己相関演算部１６とを備える。

ｌ８はＣＰＵ１４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ｌの動作について、第２
図に示すフローチャートおよび第３図に示すタイムチャ
ート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かΔＴｔ、ΔＴ，でΔＴ，＜ΔＴ，
の３つのパルスｐｌ−　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ｐ，
〜ｐ３の送信時間間隔ΔＴ１、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ΔＴ１、Δ’１’，＜＜’ｒ
ｓ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ΔＴ１、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
して時間間隔八Ｔ１、八Ｔ，を有する３つのピークｅ１
〜ｅ，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
で所定のサンプリング間隔τごとにデノタル化されて受
信信号データｘ（ｉ）としてバッファメモリｌ２に一時
的に格納される。

たとえば、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サンプリング点数をＮとすれば、バ
ッファメモリに格納されている受信信号データは、ｘ（
ｉ）、ｉ＝１，２、・・Ｎとなる。

続いて、このバッファメモリ１２に格納された受信信号
データｘ（ｉ）は、ＣＰＵ１４内に取り込まれる。ＣＰ
Ｕ１４内のサンプリング手段１５は、バッファメモリｌ
２に格納された受信信号データｘ（ｉ）について、送信
パルスの各々の送信タイミングの時間幅ΔＴ，、ΔＴ，
に対応するサンプリング幅ｎ＋（一ΔＴｌ／τ）、ｎｔ
（一ΔＴ　ｘ／　ｒ　）を有する３つの自己相関点ａ，
〜ａ３を設定し、これらの自己相関点ａｌｑ　ａｔ、ａ
，を受信信号データｘ（ｉ）のサンプリング間隔τごと
にずらしながら、各自己相関点ａいａ，、ａ３上に存在
する受信信号データをサンプリングする。すなわち、サ
ンプリング手段１５は、まず、ｉ＝１に設定して、ｘ（
１）、ｘ（ｔ＋ｒ＋＋）、Ｘ（１＋ｎ＋＋ｎＪの３つの
データをサンプリングする。

そして、サンプリングした３つのデータｘ（１）、Ｘ（
１＋ｎｌ）、ｘ（　１　＋　ｎ＋　＋　ｎｔ）について
次段の自己相関演算部１６で自己相関演算が終了すると
、次に、ｉを１つ増加してｉ＝２とし、Ｘ（２）、ｘ（
２　＋ｎ＋）、Ｘ（　２　＋　ｎ＋　＋　ｎｔ）の３つ
のデータをサンプリングする。以降、同様の動作をｉ＝
Ｈになるまで繰り返す。この動作は、第２図のフローチ
ャートのステ；プ■、■および■に示される。

次段の自己相関演算部１６は、サンプリング手段ｌ５で
サンプリングされた各受信信号データｘ（ｉ）、ｘ（ｉ
＋　ｎ．）、ｘ（ｉ＋　ｎ＋　＋　ｎｔ）に基づいて、
次の演算を行う。まず、１つの受信信号データｘ（ｉ）
について、このデータｘ（ｉ）のレベルを中心として±
ΔＸの範囲で上限、下限のしきい値ｘｍａｘ＝　ｘ（ｉ
）＋Δｘ１ｘｍｉｎ＝　ｘ（ｉ）一ΔＸをそれぞれ設定
し（ステップ■）、サンプリングした他の受信信号デー
タｘ（ｉ＋ｒ＋＋）、ｘ（ｉ＋　ｎ４＋ｎｔ）のレベノ
レがこれらのしきい値ＸｆｆｌａＸ，ｘｍｉｎの範囲内
に含まれるか否かを判別する（ステップ■、■）。サン
プリングした全ての受信信号データｘ（ｉ）、ｘ（ｉ＋
　ｎ．）、ｘ（ｉ＋　ｎ＋　＋　ｎ２）がしきい値ｘｍ
ａｘ，　ｘｍｉｎの範囲内に存在する場合には、これら
の受信信号データを全て加算して出力する。すなわち、
出力データをｙ（ｉ）とすれば、ｙ（Ｄ−ｘ（ｉ）＋ｘ
（ｉ＋　ｎ＋）　＋　Ｘ（＋　＋　ｒｌ＋　＋　ｎｔ）
となる（ステップ■）。これに対して、しきい値ｘｍａ
ｘ，　ｘｍｉｎ内にサンプリングした受信信号データが
１つでも存在しない場合には、出力データを零にする。

すなわち、ｙ（ｉ）＝　０となる（ステップ■）。した
がって、自己相関演算部ｌ６において得られる出力デー
タｙ（ｉ）は、受信信号データｘ（ｉ）、ｘ（＋＋ｎ＋
）、ｘ（ｉ＋　ｎｌ　＋　ｎｔ）間で全て相関がある場
合には、第４図（ａ）に示すように一箇所において局所
的に大きなピークを示し、１つでも相関がなければ同図
（ｂ）に示すように、レベルは零になる。このため、自
己相関のないノイズは除かれて目的対象物からの反射波
に基づくデータｙ（ｉ）のみが得られる。そして、ＣＰ
Ｕ１４の演算出力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、ＣＲＴ２０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ｐ，〜ｐｉ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。

また、本例では、上記の各送信パルスｐ，〜ｐ，の送信
時間間隔ΔＴｌ、ΔＴ，は互いに異ならせているが、互
いに同じ時間間隔ΔＴであってもよい。

〈発明の効果〉 本発明によれば、次の効果が得られる。

（１）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比が改善される。

（ｉｉ）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４図は本発明の実施例を示すもので、第
１図は水中探知装置のブロック図、第２図は受信信号デ
ータに対する自己相関演算動作の説明に供するフローチ
ャート、第３図は受信信号データに対する自己相関演算
の説明に供するタイムチャート、第４図は受信信号デー
タの自己相関の有無により自己相関演算部で得られる出
力信号レベルを示す説明図である。 １・・・水中探知装置、２・・・送受波器、３・・・送
信パルス列発生部、９・・・加算部、ｌ２・・・バッフ
ァメモリ、ｌ４・・・ＣＰＵ，１５・・・サンプリング
手段、１６・・・自己相関演算部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）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のデータを一時的
   に格納するバッファメモリと、このバッファメモリに格
   納された受信信号データについて、前記複数の送信パル
   スの各々の送信タイミングに対応する区間幅を有する自
   己相関点を設定し、これらの自己相関点を受信信号デー
   タのサンプリング周期ごとにずらしながら、各自己相関
   点に存在する受信信号データをサンプリングするサンプ
   リング手段と、 このサンプリング手段でサンプリングされた各受信信号
   データについて、上下のしきい値を設定し、このしきい
   値内にサンプリングした全ての受信信号データが存在す
   る場合にはこれらの受信信号データを全て加算して出力
   し、しきい値内に受信信号データが１つでも存在しない
   場合には零データを出力する自己相関演算部と、 を備えることを特徴とする水中探知装置。