JPH0431783A - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、広範囲方向に超音波を送受波するスキャンニ
ングソナーなどの水中探知装置に関する。

〈従来の技術〉 広範囲方向に超音波を送受波する水中探知装置、たとえ
ば全周旋回型のスキャンニングソナーでは、超音波振動
子を機械的あるいは電気的に旋回走査することにより全
周方向から到来する超音波エコーを受波する。この場合
、水平面に沿った二次元情報だけでは、魚群の三次元分
布を十分に探知することができない。そのため、従来技
術では、超音波を送受波するためのティルト角を変化さ
せることにより、深さ方向の情報も得られるようにして
いる。

一方、従来技術では、円環状に配列された超音波振動子
を個別的に連続して切り換えることにより、仮想的に一
つの超音波振動子が等速で連続回転するようにして、こ
の仮想的な超音波振動子で超音波エコーを受波する。こ
の受波の際に、第１図に示すように、ドツプラー効果に
より周波数が偏移する受信信号（リニアＰＭ信号）が得
られるので（同図（ａ））、この受信信号をこれとは逆
の周波数変調度のインパルス応答を有するマツチドフィ
ルタ（同図（ｂ））を通すことによりパルス圧縮しく同
図（Ｃ））、これによって、指向特性を高めた一つの受
波ビームを形成する装置が提供されている（たとえば特
公昭６３−７３５０号参照）。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、従来のマツチドフィルタは、アナログ方式で
あり、たとえば受信信号を遅延する多段タップ付きの遅
延回路と、この遅延回路の各出力を重み付けする抵抗素
子と、各抵抗素子の出力を加算合成する差動増幅器とを
組み合わせて構成される。したがって、従来は、ティル
ト角が変化した場合におけるマツチドフィルタでのパル
ス圧縮の影響については全く考慮されておらず、ティル
ト角が変化してもマツチドフィルタのインパルス応答を
決めるマスクパターンは固定されたままであった。すな
わち、従来はティルト角が０度の場合におけるインパル
ス応答のマスクパターンを設定し、これによって畳み込
み演算を行っていた。

そのため、超音波の送受を行なう際のティルト角が大き
くなると、受信感度が低下する、パルス圧縮が不十分と
なり十分な指向特性が得られない、サイドローブの発生
が顕著になる等の不具合を生じていた。

〈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、ティルト角の変化に適応したパルス圧縮が行えるよ
うにして、従来の上述した不具合を解消するものである
。

そのため、本発明は、超音波振動子を旋回走査すること
により広範囲方向から所定のティルト角をもって到来す
る超音波エコーを受波してドツプラー効果により周波数
が偏移する受信信号を出力する超音波送受波器と、この
超音波送受波器からの受信信号をパルス圧縮するマツチ
ドフィルタとを備えた水中探知装置において、次の構成
を採る。

すなわち、本発明の水中探知装置では、ティルト角に対
応して前記マツチドフィルタのインパルス応答を決める
マスクパターンを選定するインパルス応答の周波数変調
度可変手段を含むことを特徴としている。

特に、前記周波数変調度可変手段は、各ティルト角に応
じたインパルス応答の各マスクパターンが予め記憶され
たメモリと、前記ティルト角に基づいて前記メモリから
読み出された一つのマスクパターンのデータをラッチす
るラッチ回路とで構成される。

また、前記マツチドフィルタは、超音波送受波器で得ら
れる所定時間幅の受信信号を格納するソフトレジスタと
、このソフトレジスタからの出力データと前記ラッチ回
路でラッチされたマスクパターンのデータとを各ビット
ごとに個別に掛け算する各乗算器と、各乗算器の出力を
加算する加算器とで構成される。

く作用〉 上記構成によれば、周波数変調可変手段によって、超音
波を送受波する際のティルト角を設定すると、これに適
応したマツチドフィルタのインパルス応答を決めるマス
クパターンが選定される。

具体的には、超音波送受波器で超音波を送受波する際の
ティルト角が設定されると、メモリからは設定されたテ
ィルト角に対応する一つのマスクパターンが読み出され
、このマスクパターンのデータがラッチ回路でラッチさ
れる。

一方、超音波送受波器で得られる所定時間幅の受信信号
はシフトレジスタに格納され、このシフトレジスタから
の出力データと前記ラッチ回路でラッチされたマスクパ
ターンのデータとが各乗算器によって各ビットごとに個
別に掛け算される。

そして、各乗算器の出力が加算器で加算される。

これにより、ティルト角を考慮した畳み込み演算が行わ
れてパルス圧縮が実行される。しかも、デジタル処理さ
れるので、アナログフィルタの場合に比べて高精度の結
果が得られる。

〈実施例〉 本発明の実現のための原理について説明する。

第２図に示すように、一つの超音波振動子Ｔが水平面Ｕ
の円周上を一定の角速度ωＳ（周速Ｖ）で回転するとと
もに、所定のティルト角αでもって超音波の送受波が行
われるものとする。その際、目標物から到来する超音波
エコー（中心周波数ｆ。）を超音波振動子Ｔで受波して
得られる受信信号は、ドツプラー効果のために周波数ｆ
が時間偏移するリニアＦＭ信号となる。

ここで、円周の中心０を交点として上記の水平面Ｕ上に
位置するＸ軸、ｙ軸の直交座標系を設定し、ｙ軸を超音
波エコーの到来方向の水平方向ベクトル成分に一致させ
る。そして、周速Ｖのｙ軸方向のベクトル成分を■ｙ１
ティルト角αの方向のベクトル成分を■αとすると、ド
ツプラー効果を受けたことによる受信信号の周波数ｆは
、次式で与えられる。

ｆ＝ｒ、−（ｖα／ｃ）−ｆ、　　　　　　　　　　（
１）ここに、Ｃは音速である。

一方、前記のベクトル成分■αは仮想直方体のＢ点から
直線ＡＥに対して垂線を降ろしたときの交点位置Ｐと超
音波振動子Ｔの現在位置Ａとを結ぶスカラー量をもち、
かつ、Ｐ点とＤ点とを結ぶ直線ＤＰは直線ＡＥに直交す
る。したがって、■α＝ｖｙ”ｃｏｓａ　　　　　　　
　　　　（２）よって、（１）、（２）式から、 ｆ＝　ｆａ　−（Ｖ　ｙ　・ｃｏｓａ　／ｃ）　−ｆｏ
　　　　　　　（３）となる。

また、ｙ軸と超音波振動子Ｔの現在位置との間のなす角
度をθｔとすると、 θｔ−ω５−ｔ Ｖ＝ｒ　・　ωＳ であるから、前記のベクトル成分ｖｙは、Ｖｙ＝Ｖ−ｓ
ｉｎθｔ＝ｒ瞭ωＳ・５ｉｎ（ωＳ＋ｔ）ζｒ−（ＩＪ
Ｓ（（ＩＪＳ−ｔ）＝ｒωｓ’ｔ　　　　　（４）周波
数偏移量をΔｆとすれば、（３）、（４）式から、 Δｆ＝　ｆ−ｆ。

＝　−ｒωｓ’ｔｆｏｃｏｓα／　ｃ　　　　　　　　
　（５）となるから、位相は、 ここに、ψは定数である。

よって、回転する超音波振動子により得られる受信信号
Ｓ　（ｔ）は、 ５（ｔ）＝Ａ−ｃｏｓ（２πｆｏｔ−πｒωｓ”ｔ”ｆ
ｏｃｏｓα／Ｃ＋ψ） ここ′に、Ａは超音波振動子の指向特性により決まる振
幅項である。

（７）式により、受信信号Ｓ　（ｔ）の周波数変調度が
ティルト角αによって変化することが分かる。

ティルト角αは予め別個に設定されるものであって既知
であるから、マツチドフィルタにおいて畳み込み演算に
より受信信号をパルス圧縮する際に、ティルト角αに応
じてインパルス応答特性を変化させれば、適正な受波ビ
ームを形成することができる。すなわち、マツチドフィ
ルタのインパルス応答は、上記（７）式に基づく受信信
号Ｓ　（ｔ）を時間軸反転させたものに設定すればよく
、そのようなマスクパターンを予めメモリに記憶させて
おけばよい。

第３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ｌは水中探知装置の全体
を示し、２は超音波送受波器であって、たとえば、円環
状に配列された多数の超音波振動子と、この超音波振動
子を個別的に連続して切り換える切換回路（いずれも図
示省略）とを含み、各超音波振動子を旋回走査すること
により広範囲方向から所定のティルト角をもって到来す
る超音波エコーを受波してドツプラー効果により周波数
が偏移する受信信号が出力される。

４は超音波送受波器２からの受信信号をデジタル化する
Ａ／Ｄ変換器、６はデジタル化された受信信号をパルス
圧縮するマツチドフィルタである。

このマツチドフィルタ６は、本例では、デジタル化され
た所定時間幅の受信信号を格納する直列入力並列出力形
のラッチ付きのシフトレジスタ８と、このシフトレジス
タ８から並列出力される各データと後述のラッチ回路２
０でラッチされるデータとを各ビットごとに個別に掛け
算する各乗算器ｌＯａ〜１０ｎと、各乗算器１０ａ−Ｉ
ｏｎの出力を加算する加算器１２とから構成されている
。

１４は超音波を送受波するティルト角を設定するティル
ト角設定手段、１６は設定されたティルト角に対応して
マツチドフィルタ６のインパルス応答を決めるマスクパ
ターンを選定するインパルス応答の周波数変調度可変手
段である。この周波数変調度可変手段１６は、本例では
、各ティルト角に適応したインパルス応答の各マスクパ
ターン（上記（７）式に基づく受信信号Ｓ　（ｔ）を時
間軸反転させたもの）が予め記憶されたメモリ１８と、
こ−のメモリ１８から読み出された一つのマスクパター
ンのデータをラッチするラッチ回路２０とからなる。

次に、上記構成の水中探知装置において、受信信号をテ
ィルト角に応じてパルス圧縮する場合の動作について説
明する。

この水中探知装置１では、 ティルト角設定手段１４でティルト角αが設定されると
、メモリ１８からは、このティルト角αに対応して、上
記（７）式に基づく受信信号Ｓ　（ｔ）を時間軸反転さ
せたインパルス応答特性をもつマスクパターンが読み出
され、このマスクパターンのデータがラッチ回路２０で
ラッチされる。

一方、超音波送受波器２を構成する超音波振動子を切換
回路によって個別的に連続して切り換えることにより、
仮想的に一つの超音波振動子が等速で連続回転される。

その際、所定のティルト角αでもって超音波の送受波が
行われるので、これにより、超音波エコーを受波する際
には、ドツプラー効果により周波数が前記の（３）式に
従って偏移する受信信号（リニアＦＭ信号）か得られる
。そして、この受信信号がＡ／Ｄ変換器４でデジタル化
された後、マツチドフィルタ６に送出され、所定の時間
幅の受信信号がシフトレジスタ８に格納される。そして
、シフトレジスタ８からは受信信号のデータが各ビット
ごとに並列的に読み出されて各乗算器１０ａ−１０ｎに
与えられる。

各乗算器１０ａ−１０ｎは、シフトレジスタ８からの出
力データとラッチ回路２０でラッチされたマスクパター
ンのデータとを各ビットごとに個別に掛け算する。そし
て、各乗算器１０ａ−１Ｏｎの出力が加算器１２で加算
される。これにより、ティルト角αを考慮した畳み込み
演算が行われてパルス圧縮が実行される。しかも、デジ
タル処理であるから、アナログフィルタの場合に比べて
高精度の結果が得られる。

なお、上記の実施例では、ティルト角に応じてメモリ１
８から適応する一つのマスクパターンを読み出すように
しているが、従来のアナログ式のマツチドフィルタを並
列に複数設け、各マツチドフィルタにはティルト角に応
じたマスクパターンを個別に設定しておき、ティルト角
の設定に応して各マツチドフィルタを切り換えて使用す
るようにすることも可能である。

〈発明の効果〉 本発明によれば、ティルト角の変化に適応したパルス圧
縮を行うことが可能となる。その結果、ティルト角が大
きくなっても良好な受信感度を維持することができ、ま
た、十分な指向特性が得られ、さらに、サイドローブの
発生も抑えられる等の優れた効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図はマツチドフィルタによるパルス圧縮の作用説明
図、第２図は本発明の原理説明図、第３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。 １・・・水中探知装置、２・・・超音波送受波器、６・
・・マツチドフィルタ、８・・・シフトレジスタ、１０
ａ〜ｔｏｎ・・・乗算器、 ２・・・加算器、 ６・・インパ 第 図 ルス応答の周波数変調可変手段、 ■ ８・・・メモリ、 ０・・・ラッチ回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超音波振動子を旋回走査することにより広範囲方
   向から所定のティルト角をもって到来する超音波エコー
   を受波してドップラー効果により周波数が偏移する受信
   信号を出力する超音波送受波器と、この超音波送受波器
   からの受信信号をパルス圧縮するマッチドフィルタとを
   備えた水中探知装置において、 前記ティルト角に対応して前記マッチドフィルタのイン
   パルス応答を決めるマスクパターンを選定するインパル
   ス応答の周波数変調度可変手段を含むことを特徴とする
   水中探知装置。
2. （２）前記周波数変調度可変手段は、 ティルト角に応じたインパルス応答の各マスクパターン
   が予め記憶されたメモリと、 前記ティルト角に基づいて前記メモリから読み出された
   一つのマスクパターンのデータをラッチするラッチ回路
   と、 から構成されていることを特徴とする請求項１記載の水
   中探知装置。
3. （３）前記マッチドフィルタは、 超音波送受波器で得られる所定時間幅の受信信号を格納
   するシフトレジスタと、 このシフトレジスタからの出力データと前記ラッチ回路
   でラッチされたマスクパターンのデータとを各ビットご
   とに個別に掛け算する各乗算器と、各乗算器の出力を加
   算する加算器と、 から構成されていることを特徴とする請求項２記載の水
   中探知装置。