JPH04501316A - sonar exploration system - Google Patents
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 ソナー探査システム 本発明は海洋等を探査するソナー探査システムに係る。[Detailed description of the invention] sonar exploration system The present invention relates to a sonar exploration system for exploring the ocean and the like.
商業・社会及び科学目的の海洋環境の開発に近年前例のない進展が見られた。積 み荷を運ぶより大型の船への傾向と共にこれは正確な沖合探査の要望を増大させ た。Unprecedented progress has been made in recent years in the exploitation of the marine environment for commercial, social and scientific purposes. product This, along with the trend towards larger ships carrying cargo, has increased the demand for accurate offshore exploration. Ta.
商業開発目的は海底の精密測定を必要とし、大型船は港接近での正確な深度測定 に対する必要性を生じさせる。海底に位置する対象は、それらが検出さるべき場 合高解度海底プロファイラ−の使用を必要とする。Commercial development purposes require precise measurements of the seabed, and large ships require accurate depth measurements when approaching a port. create a need for Objects located on the ocean floor are located where they are to be detected. requires the use of high-resolution seafloor profilers.
海底又はそこの対象の地図を描くソナー探査システムは知られている。Sonar exploration systems for mapping the ocean floor or objects therein are known.
これらのシステムは基本的に3つのタイプ、即ち、エコー音響ソナーと、サイド 走査ソナー及び扇形走査ソナーとからなる。These systems are basically of three types: echo acoustic sonar, and side It consists of scanning sonar and fan scanning sonar.
エコー音響ソナーシステムは音のパルスを垂直に下方にビームする能動素子から なる単送信/受信変換器を用いる。パルスの送信と海底から反射した信号の受信 との間の時間遅延の測定はその点での海の深さを示す。Echo acoustic sonar systems use active elements that beam pulses of sound vertically downward. A single transmit/receive converter is used. Sending pulses and receiving signals reflected from the ocean floor The measurement of the time delay between the two points indicates the depth of the ocean at that point.
ザイド走査ソナーシステムは探査船の両側に海底形状を得るための一対のソナー 変換器を用いる。各変換器は短音響パルスを側方下方に送信する。これらのソナ ー変換器のそれぞれは図1 (a)に示す如く線形配列で配置された多く能動素 子lOからなる。送信パルスの後方散乱により生じた各戻り音響信号はこれらの 素子から信号出力を生じる。出力信号Sを提供するよう各素子からの信号を加算 することにより、全体的に増した感度が得られるーこれは俯角(図2)で広く、 方位角(図1)で狭い。これは変換器12のビームパターンと呼ばれる。従って 変換器は変換器の面に垂直である狭い方位角からのデータを受信するだけである 。The Zyde scanning sonar system has a pair of sonar on each side of the exploration vessel to obtain the seafloor profile. Use a converter. Each transducer transmits short acoustic pulses laterally and downwardly. these sona - Each converter consists of many active elements arranged in a linear array as shown in Figure 1(a). Consists of children lO. Each return acoustic signal caused by backscatter of the transmitted pulse is The element produces a signal output. Adding signals from each element to provide output signal S This results in an overall increased sensitivity - this is wider at the depression angle (Figure 2), Narrow in azimuth (Fig. 1). This is called the beam pattern of transducer 12. Therefore The transducer only receives data from a narrow azimuth angle that is perpendicular to the plane of the transducer .
従って、各送信は変換器面に垂直である海底データの線をサイド走査システムの 周波数及びパワーに依然する最大範囲まで集めることになる。Therefore, each transmission transmits a line of seafloor data that is perpendicular to the transducer plane of the side-scan system. It will collect up to a maximum range depending on frequency and power.
ゆえに、船は海底の広い区域を走査するよう公知の軌道に沿って辿り、海底から の戻り信号は戻りの振幅に基づいた海底の形状を形成するのに用いられる。Therefore, ships follow known trajectories to scan large areas of the ocean floor. The return signal is used to form the shape of the seafloor based on the amplitude of the return.
温度又は塩分の急激な変化による問題を避けるために変換器は急激な変化を受け る水の層の下の水中又は、牽引「フィッシュjに配置されつる。The transducer should not be subjected to sudden changes to avoid problems due to sudden changes in temperature or salinity. The fish is placed underwater or under a layer of water.
扇形走査ソナーシステムはサイド走査システムと同様な変換器配列を用いる。し かし、変換器の個々の素子lOからの信号の時間遅延を導びくことにより、(方 位角の)狭ビームパターンが変換器の面に作る角度にりうる。これはビームパタ ーンを「向きを決める」として知られている。1つのソナー送信で、素子10か らの出力信号は、加算する前に夫々の時間遅延を受け、変換器面への所定の角度 から海底データの線を生じ、次の送信で、異なる時間遅延は異なる方向からのデ ータの線を生じる。図3に示す如く夫々の方向のKl乃至KNに対する異なる時 間遅延KI乃至KNを用いて海底データの扇形が形づくられつる。Fan-scan sonar systems use a similar transducer arrangement as side-scan systems. death However, by introducing the time delay of the signals from the individual elements of the transducer, The narrow beam pattern (in azimuthal angle) can result in an angle that the narrow beam pattern makes in the plane of the transducer. This is a beam pattern This is known as "orienting" the direction. 10 elements per sonar transmission Their output signals are each subjected to a time delay before being summed, resulting in a predetermined angle to the transducer plane. In the next transmission, different time delays result in data from different directions. produces a line of data. As shown in Figure 3, different times for Kl to KN in each direction A sector of seafloor data is formed using the interdelays KI to KN.
最後の2つのシステムの主な欠点は受信されたデータから公知の位置で海洋深度 の精密な測定を行なうことができないことである。固定点での正確な深度を得る 為、エコー音響技術が用いられなければならない。The main drawback of the last two systems is that the ocean depth at a known location from the received data is It is not possible to perform precise measurements of Get accurate depth at a fixed point Therefore, echo acoustic techniques must be used.
しかし、この方法は非常に時間がかかり、高価である。その理由は所定の領域A を探査する為、船は図4に示す如く規則的間隔DSで深度前でその領域に亘って 格子パターンで向きを決められなければならない。However, this method is very time consuming and expensive. The reason is that the predetermined area A In order to explore the Must be oriented in a grid pattern.
本発明者は深度及び位置の情報の両方が得られつるソナー探査システムを案出し た。このシステムはサイド走査モード又扇形走査モードで用いられつる。The inventor devised a sonar exploration system that provides both depth and position information. Ta. This system can be used in side scan mode or fan scan mode.
本発明によると、出力が遅延素子の複数のバンクに接続されたセンサ素子の配列 からなる受信変換器と、各方向から受信されたソナービームを表わす各バンクか らの対応する複数の出力信号を同時に提供するよう各バンクの遅延素子の出力を 加算する手段とを含むソナー探査システムが提供される。According to the invention, an array of sensor elements whose outputs are connected to multiple banks of delay elements a receiver transducer consisting of a receiver transducer, and each bank representing a received sonar beam from each direction. The outputs of the delay elements in each bank are configured to simultaneously provide multiple corresponding output signals from each bank. and means for summing.
望ましくは、複数の出力信号を同時に処理する並列処理システムが提供される。Desirably, a parallel processing system is provided that processes multiple output signals simultaneously.
望ましくは、この並列処理システムは、英国、ブリストルのインモスで製造、販 売されるトランスピユータのような1つ又はそれ以上の並列処理素子からなる。Preferably, this parallel processing system is manufactured and sold by Inmos, Bristol, UK. It consists of one or more parallel processing elements, such as commercially available transputers.
サイド走査又は扇形走査ソナー探査システムに対して、第2の変換器が、第1の 変換器上に所定の距離で設けられ、出力が遅延素子の第2の複数のバンクに接続 されたセンサ素子の第2の配列と、第2の複数の各バンクからの該各方向からの 該第2の受信変換器により受信されたソナービームを表わす対応する第2の複数 の出力信号を同時に提供するよう第2の複数の各バンクの遅延素子の出力を加算 する手段とからなる。For side-scan or fan-scan sonar sounding systems, a second transducer is connected to the first transducer. located at a predetermined distance on the transducer and whose output is connected to a second plurality of banks of delay elements. a second array of sensor elements from each direction from each bank of the second plurality; a corresponding second plurality representing the sonar beams received by the second receiving transducer; summing the outputs of the delay elements of each bank of the second plurality to simultaneously provide output signals of It consists of a means to
望ましくは処理システムは所定の方向から受信されたソナービームを表わし、第 1の複数の遅延素子のバンクから、他が第2の複数の遅延素子のバンクの対の出 力信号を処理し、数対の出力信号は、その間の位相差を決定し、受信したソナー ビームの振幅を決定するよう処理される。Preferably the processing system represents the sonar beam received from a predetermined direction and from one bank of delay elements to the other of a pair of banks of delay elements of a second plurality. Process the force signal and determine the phase difference between the several pairs of output signals and the received sonar processed to determine the amplitude of the beam.
本発明の実施例を添付図面に関して例として説明する。Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which: FIG.
図1は出力信号が共に加算される能動センサ素子の線形配列からなる変換器の平 面図である。Figure 1 shows the diagram of a transducer consisting of a linear array of active sensor elements whose output signals are summed together. It is a front view.
図2は変換器から送信され、海底から反射されたソナーパルスを示す側面図であ る。Figure 2 is a side view showing the sonar pulses transmitted from the transducer and reflected from the ocean floor. Ru.
図3は出力が各遅延素子を通り、次に遅延素子により前もって決められた方向か ら受信したビームを表わすよう加算される能動センサ素子の線形配列からなるト ランスデユーサの平面図である。Figure 3 shows that the output passes through each delay element and then moves in a direction predetermined by the delay element. A matrix consisting of a linear array of active sensor elements summed to represent the beam received from FIG. 3 is a plan view of the lance deuser.
図4は正規深度前が探査船下の海底の深度を決定するのに必要な場合、領域Aに 亘って探査船がたどる典型的コースを示す。Figure 4 shows that when the normal depth is necessary to determine the depth of the seabed below the exploration vessel, It shows a typical course followed by an exploration vessel.
図5は本発明による探査システムの変換器を示す。FIG. 5 shows a transducer of the exploration system according to the invention.
図6aはサイド走査又は扇形走査ソナー探査システム及び垂直に対しある角度a でそれらに接近するソナー戻りの2つの変換器を示す図である。Figure 6a shows a side-scan or fan-scan sonar search system and an angle a to the vertical. Figure 2 shows two transducers of sonar return approaching them at
図6bは反射の点への深度及びそれへの水平距離を示す図である。FIG. 6b shows the depth to the point of reflection and the horizontal distance thereto.
図7は図6aの2つの変換器からの信号間の位相差の関係を俯角aに関して示す 図である。Figure 7 shows the phase difference relationship between the signals from the two transducers of Figure 6a with respect to the depression angle a. It is a diagram.
図8は変換器が取付けられる「フィッシュ」で生じつる異なる姿勢変化を示す図 である。Figure 8 is a diagram showing the different posture changes that occur in the "fish" to which the transducer is attached. It is.
図9は本発明によるソナー探査システムの概略ブロック系統図である。FIG. 9 is a schematic block diagram of a sonar exploration system according to the present invention.
図1Oはフィッシュに取付けられた電子機器システムのブロック系統図である。FIG. 1O is a block diagram of the electronics system attached to the fish.
図11は測定した位相角を俯角に変換するのに用いられる索引表である。FIG. 11 is an index table used to convert the measured phase angle to the depression angle.
図12は2つの変換器からの信号を処理するフィッシュ中の並列処理システムの ブロック系統図である。Figure 12 shows a parallel processing system in a fish that processes signals from two transducers. It is a block system diagram.
ソナー探査システムは2つの部分からなり、1つが水密圧力容器内に収容され、 他が船上に保持される。システムの2つの部分は高速データリンクによりリンク される。圧力容器は、探査船に直接に設けられるか、又は牽引フィッシュ又は連 間水中動作できるものの中に設けられてもよい。海上ユニットは全システム用の 制御を提供し、記録設備や姿勢、ソナー振幅及び海底形状のオンラインVDU表 示器を設ける設備を含む。The sonar exploration system consists of two parts, one contained within a watertight pressure vessel; Others are kept on board. The two parts of the system are linked by a high-speed data link be done. The pressure vessel may be installed directly on the exploration vessel or attached to a towing fish or It may also be installed in a device capable of submersible operation. Sea units are for all systems. Provides control and recording equipment and online VDU table of attitude, sonar amplitude and seafloor shape Includes equipment with indicators.
システムの変換器は図5に示され、能動的センサ素子10の線形配列からなる。The transducer of the system is shown in FIG. 5 and consists of a linear array of active sensor elements 10.
これらのセンサ素子からの出力は遅延素子の順次のバンクに■・・・KNを通り 、各バンクの出力は夫々の方向DI−DNから受信されたソナー戻りビームに対 応する夫々の出力信号5l−3Nを提供するよう加算される。本発明により出力 信号5l−SNは同時に処理され、これにより変換器の位置から分かる如く、視 野の広い角度に亘って海底の視覚像を表わす表示が生成されうる。システムは、 図6a及び6bを参照して説明される如く、2つのかかる変換器Tri及びTr 2からなり:変換器Tr1.Tr2の各々は図5に示す如くであり各々は遅延素 子の幾つかのバンクで各方向から受信された戻りビームに関連した出力信号対( 1つはTriから、及び他はTr2から)を提供する。The outputs from these sensor elements are passed through sequential banks of delay elements through KN. , the output of each bank corresponds to the sonar return beam received from the respective direction DI-DN. are summed to provide corresponding respective output signals 5l-3N. Output by the present invention The signals 5l-SN are processed simultaneously so that the visual A display can be generated that represents a visual image of the ocean floor over a wide range of angles. the system, Two such transducers Tri and Tr, as explained with reference to Figures 6a and 6b. 2: converter Tr1. Each of Tr2 is as shown in FIG. 5, and each is a delay element. Output signal pairs associated with return beams received from each direction in several banks of children ( one from Tri and the other from Tr2).
図6a及び6bを参照するに、サイド走査ソナー干渉計の主原理が説明される。Referring to Figures 6a and 6b, the main principle of a side-scan sonar interferometer will be explained.
変換器Tri及びTr2は上下に配置され、短い距離でNλ離間している(ここ でλは送信波の波長である。)ソナーパルスは1つの変換器例えばTr2から送 信される。Transducers Tri and Tr2 are arranged one above the other and are separated by a short distance Nλ (here where λ is the wavelength of the transmitted wave. ) Sonar pulses are sent from one transducer, e.g. Tr2. be believed.
ソナーの戻りは反射点の深さD及びそれへの水平距離DsがRCosa及びR5 1n aにより夫々与えられるような俯角aである。ここでRは反射の絶対範囲 である。ソナーの戻りは、上部変換器への経路長が量Xだけ大きいので、下部変 換器Triの少し後の上部変換器Tr2に達する。従って、2つの変換器の出力 信号間の位相差は下式で与えられる: Q=2N%Cos a 上式から、位相角Qは0乃至90の俯角での変化に対して′0乃至3606位相 シフトをN回受けることが分かる。これは、N=3の値に対して多数の位相「フ リンジ」として図7に示される。N>1に対して、位相角対俯角の関係において 異常がある。この異常を除去するのに、ソナー送信パルスの後に先ず変換器によ り、海底から先ず検出された海底からの信号の絶対位相を検出する必要がある。The sonar return is determined by the depth D of the reflection point and the horizontal distance Ds to it, RCosa and R5. The depression angle a is given by 1na, respectively. where R is the absolute range of reflection It is. The sonar return is reduced by the lower transducer because the path length to the upper transducer is greater by an amount The upper transducer Tr2 is reached a little after the transducer Tri. Therefore, the outputs of the two converters The phase difference between signals is given by: Q=2N%Cos a From the above equation, the phase angle Q is '0 to 3606 phase for the change in depression angle from 0 to 90. You can see that you will be shifted N times. This means that for a value of N=3 there are a large number of phase shown in FIG. 7 as "ringe". For N>1, in the phase angle versus depression angle relationship: There is something wrong. To eliminate this anomaly, the transducer is first used after the sonar transmit pulse. Therefore, it is necessary to first detect the absolute phase of the signal from the seabed that is detected from the seabed.
システムは2つの方法を用いてもよい。The system may use two methods.
その一つにおいて、第1の戻り位相検出器は第1の戻りの絶対時間遅延を検出す る。他では、精密音響測深機から得た垂直深度データ、変換器の前海底形状デー タ及びビームパターンが、第1の戻りの位置及び絶対位相を推定するのに用いら れる。この2つの方法は補助検査モード又は独立型モードを用いられえ、動作モ ードは主船上作業インターフェースを介して選択される。In one, the first return phase detector detects the absolute time delay of the first return. Ru. Others use vertical depth data obtained from precision echo sounders, seafloor shape data in front of the transducer. data and beam pattern used to estimate the position and absolute phase of the first return. It will be done. These two methods can be used in auxiliary inspection mode or stand-alone mode, and can be used in operation mode. The mode is selected via the main shipboard operations interface.
次に、最初の第1戻りデータは位相対俯角索引表にポインターを置くのに用いら れる。次に、順次位相データは、この索引表を介して軌道位相/俯角対に用いら れ、俯角への変換は正確な位相フリンジを用いることを確実にする。これは後述 する。The first returned data is then used to place a pointer into the phase-to-depression index table. It will be done. The sequential phase data is then used for the orbit phase/depression angle pair via this index table. The conversion to depression angle ensures that the correct phase fringes are used. This will be explained later do.
位相は、高速カウンタを開始させ、停止させるゼロクロス検出器を用いるディジ タル位相計により測定される。この情報は、位相角値の移動平均を行ない、左舷 及び右舷変換器からのデータを整理し、姿勢、状況。The phase is determined digitally using a zero-crossing detector that starts and stops a high-speed counter. Measured by a barrel phase meter. This information is obtained by performing a moving average of the phase angle values. and organize data from the starboard transducer, attitude, and situation.
エコー測深機、圧力データ等の情報を加算し、結果を主船上並列処理システムに 出力するオンライン並列処理システムに供給される。アベレージヤにより用いら れる位相角の値の数は作業者により設定される。Add information from echo sounders, pressure data, etc. and send the results to the main onboard parallel processing system. It is fed to an online parallel processing system for output. used by the averager The number of phase angle values to be entered is set by the operator.
それらが海底を走査するにつれての変換器の姿勢の変化による誤差は主処理シス テムで作動するソフトウェアによりさかのぼって除去される。Errors due to changes in the attitude of the transducers as they scan the seafloor are be retroactively removed by software running on the system.
このソフトウェアは6つの可能な姿勢変化、即ちロール、ピッチ。This software has six possible posture changes: roll, pitch.
ヨー、ヒープ、サージ、スウエーの測定を必要とし、これらは図8に示される。Yaw, heap, surge and sway measurements are required and these are shown in FIG.
ジャイロ及び加速度計からなる姿勢検知パッケージはこれらの値を測定するフィ ッシュに組込まれる。The attitude detection package, which consists of a gyro and an accelerometer, is equipped with a field that measures these values. incorporated into the flash.
図9は探査システムの主部品を示し、これらはフィッシュ電子機器FE、動作イ ンターフェース(制御・及び分析並列処理システム)PE。Figure 9 shows the main components of the exploration system, these are the Fish electronics FE, operational components. Interface (control/analysis parallel processing system) PE.
高解像図形表示器CD、ディジタル大容量媒体ST及び位置決定装置PF(主船 位置決定装置からフィッシュのずれを測定するシステムを含む)である。フィッ シュのデータは高速双方向リンクLNを通って海上ユニットSUに送られる。こ れはフィッシュ位置決定装置の両方からの全ての入来データをディジタル記録媒 体に蓄積する。データのオンライン分析が海底形状のサンプルを生じるよう実行 され、探査データの品質がモニタされるようにする。システムPEは又フィッシ ュに収容された並列処理システムと通信するよう用いられ、全体探査システムの 動作パラメータにオンライン変化がなされるのを可能にする。High-resolution graphic display CD, digital large-capacity medium ST and position determination device PF (main ship (including a system for measuring fish displacement from a position determination device). Fit The ship's data is sent to the sea unit SU via a high-speed bidirectional link LN. child It stores all incoming data from both fish positioning devices on a digital recording medium. Accumulates in the body. Online analysis of the data is performed to yield a sample of the seafloor shape. and the quality of exploration data is monitored. System PE is also fish used to communicate with a parallel processing system housed in a global exploration system. Allows online changes to be made to operating parameters.
図10はフィッシュ電子機器ブロック系統で示す。このフィッシュ電子機器は、 前置増幅器PRE1及びPRE 2.自動利得制御増幅器AGC1及びAGC2 ,並列処理信号取得素子P2.ソナーパルズ発生器SP、データ取得システムD A、ディジタル位相計DP、第1の戻り位相計FD、システム状況及びアラーム 回路SSA、並列処理制御及び通信素子Pi及びエンベロープ検出器EDとから なる。図1Oに示されるシステムはTri及びTr2の夫々から1つの信号だけ が得られるよう簡略化され:。各変換器からの多重信号Sl乃至SNが取扱われ る方法を図12を参照して説明する。FIG. 10 shows a fish electronic equipment block system. This fish electronic device is Preamplifiers PRE1 and PRE2. Automatic gain control amplifier AGC1 and AGC2 , parallel processing signal acquisition element P2. Sonar pulse generator SP, data acquisition system D A, digital phase meter DP, first return phase meter FD, system status and alarms From circuit SSA, parallel processing control and communication element Pi, and envelope detector ED Become. The system shown in Figure 1O only has one signal from each of Tri and Tr2. is simplified to give:. Multiplexed signals Sl to SN from each converter are handled. A method for doing this will be explained with reference to FIG.
作業者の制御下で、電力1期間及びソナーパルスの反復速度はセットパルス板S P、変換器Tr2を駆動するのに必要な電力を発生する電力増幅器PAを介して Piにより設定される。正確なりロックパルスは又送信時間で開始される。ソナ ーパルス(又は「ビン」)が送信された直後に、Piの制御下でのデータ取得シ ステムDAは姿勢データを面に多重化し、状況及びアラーム回路SSAからのデ ータはこの時に送信される。システムは第1の戻りの検出を待ち、この時絶対位 相は第1の戻り位相計FDにより決定され、このデータは後の参照のため蓄えら れる。Under the operator's control, the power period and repetition rate of sonar pulses are set by the set pulse plate S. P, via a power amplifier PA that generates the power necessary to drive converter Tr2. Set by Pi. The accurate lock pulse is also initiated at the transmit time. Sona Immediately after the pulse (or “bin”) is sent, a data acquisition sequence under the control of the Pi begins. Stem DA multiplexes attitude data onto the surface and receives data from status and alarm circuit SSA. data is sent at this time. The system waits for the detection of the first return, at which time the absolute position The phase is determined by the first return phase meter FD and this data is stored for later reference. It will be done.
時間は正確クロックにより決定され、第1の戻りの検出で記録される。The time is determined by a precision clock and recorded on the first return detection.
クロック及び絶対位相データの両方は後の分析で使用される面に送られる。第1 の戻り検出器FDはディジタル位相計DPに位相データが処理用素子P2に送ら れるのを可能にさせる。Both clock and absolute phase data are sent to the plane for use in later analysis. 1st The return detector FD sends phase data to the digital phase meter DP to the processing element P2. make it possible to
ディジタル位相計DPはディジタルカウンタを始動又は停止させるゼロクロス検 出器を用いる。−これらのカウンタは一定レベルでそれらの信号出力を維持する 自動利得制御増幅器AGCI及びAGC2から供給される。PREl及びAGC lを介して変換器Triに接続されたゼロクロス検出器は、測定がTriに関し てTr2に常に同位相であるよう、他の検出器が順番にTr2に接続されるのを 可能にするよう用いられる。The digital phase meter DP performs zero-cross detection to start or stop the digital counter. Use a device. −These counters maintain their signal output at a constant level Supplied from automatic gain control amplifiers AGCI and AGC2. PREl and AGC A zero-crossing detector connected to the transducer Tri via The other detectors are connected to Tr2 in order so that they are always in phase with Tr2. used to enable
位相差は信号レベルが負から正の電圧(正状態の検出)に通る際、正から負の電 圧(負状態の検出)を通る信号に対して発生するゼロクロス検出間で測定される 。The phase difference is the difference between a positive and a negative voltage when the signal level passes from a negative to a positive voltage (positive state detection). Measured between zero-crossing detections that occur for signals passing through pressure (detection of negative conditions) .
正及び負状態の雨検出に対する位相値は並列処理素子P2に送られる(1つのデ ィジタルサンプルは一対のこれらの位相値からなる)。次にR2はこれらのディ ジタルサンプルの動作平均を実行し、この平均処理で用いられる値の数は作業者 によりプリセットされる。これは前置増幅器及びAGCの直流ドリフトを除去す る。The phase values for rain detection in positive and negative states are sent to parallel processing element P2 (one data A digital sample consists of a pair of these phase values). Then R2 Performs a running average of the digital samples, and the number of values used in this averaging process is determined by the operator. Preset by. This eliminates the DC drift of the preamplifier and AGC. Ru.
A/D変換器ED(図10)からなるエンベロープ検出器は振幅デー多を並列処 理素子P2に供給する。ここでそれは面ユニットに送信する平均位相角データを 組み合わされる。これは、探査データの分析が支援するよう設備から従来のサイ ド走査ソナープロットを生成させる。このデータは不完全信号に戻りの領域を検 出するのにも用いられる。An envelope detector consisting of an A/D converter ED (Fig. 10) processes multiple amplitude data in parallel. It is supplied to the physical element P2. Here it sends the average phase angle data to the surface unit combined. This will help the analysis of exploration data from equipment to traditional sites. generate a scanned sonar plot. This data detects areas of return to incomplete signals. It is also used for serving.
システムを一例走査に対し説明する。フィッシュの左舷から右舷への情報を生成 するのに、下記の回路が再び用いられるニー図1Oで示されるような前置増幅器 、AGC,エンベロープ検出器、ディジタル位相計。The system will be described for scanning as an example. Generate information from port side to starboard side of fish The circuit below is again used to create a preamplifier as shown in Figure 1O. , AGC, envelope detector, digital phase meter.
第1の戻り検出器及びマイクロコンピュータ信号及び分析器。First return detector and microcomputer signal and analyzer.
最後の信号処理は、データを処理するよう一連のアルゴリズムを用いる船上並列 処理システムPEにより実行される。生データは後の分析の為ディジタル大容量 媒体STに先ず蓄積される。次に位相データは図11に示される索引表を用いて 俯角に変換される。第1の戻りの値はこの表の正確の位置にポインタPを位置さ せるのを可能にし;位相の次の値は俯角への変換値に対してポインタPの囲りの サーチ窓Wを探すのに用いられ、ポインタPは変換された最後の位相値により新 しい位置に更新される。The final signal processing is carried out in parallel on board using a series of algorithms to process the data. It is executed by the processing system PE. Raw data is stored in large digital capacity for later analysis. It is first stored in the medium ST. Next, the phase data is obtained using the index table shown in Figure 11. converted to depression angle. The first returned value positions the pointer P at the exact position in this table. The next value of the phase is the value of the area surrounding the pointer P for the conversion value to the depression angle. It is used to find the search window W, and the pointer P is updated by the last converted phase value. will be updated to the new location.
信号レベルが、その振幅が(エンベロープ検出器により検出される如く)所定の 最小値を越える設定レベル以下になる平均処理の値の数で設定される所定の最小 値以下になる時、変換は禁止される。これは、信号レベルが一般の雑音レベル以 下になる不感領域により生じつる誤りを除去する。入手可能なデータの最後の部 分から抽出されたものに等しい俯角の値は最新の値として用いられ、フラグは船 上表示器の不完全データ領域を示すのに用いられるこのデータに付けられる。次 にロールエラーが補正される。The signal level is such that its amplitude (as detected by an envelope detector) A predetermined minimum set by the number of values of the averaging process that fall below a set level above the minimum value. When the value is less than or equal to the value, conversion is prohibited. This means that the signal level is below the general noise level. Eliminates errors caused by underlying dead areas. Last part of available data The depression angle value equal to the one extracted from minutes is used as the latest value, and the flag is Attached to this data is used to indicate incomplete data areas on the upper display. Next The roll error is corrected.
次に、俯角範囲Rから深度/距離マトリックスへの変換がなされる。Next, a conversion is made from the depression angle range R to a depth/distance matrix.
絶対範囲Rは、探査区域で海の速度を測定し、次に第1の戻りの範囲を決定する ようクロックからのデータを用いることにより決定される。ここへの次の範囲は システムの速度をディジタル化することにより予め決定される。位置データは、 深度/位置マトリックスを生成するようヨー。Absolute range R measures the sea speed in the exploration area and then determines the range of the first return This is determined by using data from the clock. The next range here is The speed of the system is predetermined by digitizing it. The location data is Yaw to generate a depth/position matrix.
ピッチ、ヒップ、サージ、スウェー及び主船位置からのフィッシュずれの補正を 加えられる。最後に、このデータは作業者により要求されるような異なるフォー マットの図形表示器GDに表示される。ハードコピーは必要により専有のグラフ ィックプロッタGPに得られる。Corrects pitch, hip, surge, sway, and fish deviation from the main ship position. Added. Finally, this data can be stored in different formats as required by the worker. It is displayed on the mat's graphic display GD. Hard copies are proprietary graphs if necessary. obtained from the graphic plotter GP.
始めの信号処理が本質的に「ソフトフシステムにより実行されるので、この処理 の特値は船上主コンピユータにより場に変換されつる。従って、平均アルゴリズ ムの値の範囲は、探査される海底の特定のタイプ、変えられたシステムのディジ タル化速度、及び/又は変えられた変換器の分離及び船から下向きとされた新索 引表に適合するよう変化されてもよい。Since the initial signal processing is essentially performed by a software system, this processing The special price is converted into a field by the main computer on board. Therefore, the average algorithm The range of values for the system depends on the particular type of ocean floor being explored, the digital Transducer separation and/or altered transducer speed and/or new cable directed downwards from the ship May be changed to suit the reference table.
電力の微細同調、送信パルスの期間及び反復のような他の変更も利用可能である 。最後に、変換器は、異なるソナー送信周波数が用いられつるよう変えられても よく、システムパラメータはこれによって変えられる。Other modifications such as fine tuning of the power, duration and repetition of the transmitted pulses are also available. . Finally, the transducer can be changed as different sonar transmit frequencies are used. Often system parameters are changed thereby.
従って、システム性能は、海底形状、海底上のフィッシュ走行高さ0、要望され る全区域、要望される測定の正確度に関して最適化されつる。Therefore, the system performance depends on the seabed shape, the fish running height above the seabed, and the desired All areas covered are optimized with respect to the desired measurement accuracy.
従って、上記監視システムは異なる送信周波数及びディジタル化速度で実行され てもよいことが分かる。更に、形成されたビームの数が20又はそれ以上に変え られてもよい。次に、システムは、1つ又はそれ以上のビームパターンを用いる 移送の方向のいずれか一例か、1つ又はそれ以上のビームパターンを用いる位相 の方向を見るデータを得るよう用いられてもよい。Therefore, the above monitoring system may be implemented with different transmission frequencies and digitization speeds. I understand that it is okay. Furthermore, the number of formed beams can be changed to 20 or more. It's okay to be hit. The system then uses one or more beam patterns. Any one of the directions of transport or the phase using one or more beam patterns It may be used to obtain data looking in the direction of.
上記のことは、図12に示される如く、(前置増幅器、AGC及び位相計等から なる)並列処理素子及び関連した干渉計を拡大することにより達成される。並列 処理素子(トランスピユータ)の第1の群が設けられ、群の各素子は、1つがT rlから、他がTr2から、一対の信号を受ける。素子Tllは、例えばTri の第1の遅延バンクKlから加算した出力S1.Tr2の第1の遅延バンクから の対応する加算出力等を受ける。Tllは各戻りビーム方向、及びこの戻りビー ムの振幅に対してTriとTr2との間の位相差を決定する。このデータは、第 1群の2つの他の素子T21及びTa2からの対応するデータと共に、かかる素 子の第2の群の並列処理素子T12に通される。第2の群の3つの素子の各設定 の出力は更に並列処理素子等に通される。ある数の処理素子が第1の群にあり、 3つの各設定は第2の群の1つの素子に接続され、低次素子のデータが全てが通 されるまでなさられ= (図12にT、で示す如く)最後の素子は、船上設備へ の送信の為全てのチャネルから最後の出力へ位相及び振幅データを通す。As shown in Fig. 12, the above matters (from the preamplifier, AGC, phase meter, etc.) This is achieved by expanding the parallel processing elements and associated interferometers. parallel A first group of processing elements (transputers) is provided, each element of the group having one T One receives a pair of signals, one from rl, the other from Tr2. The element Tll is, for example, Tri The summed output S1. from the first delay bank Kl of S1. From the first delay bank of Tr2 receives the corresponding addition output, etc. Tll for each return beam direction and for this return beam direction. Determine the phase difference between Tri and Tr2 with respect to the amplitude of the wave. This data is such element along with corresponding data from two other elements of the group T21 and Ta2. It is passed through a second group of parallel processing elements T12. Each setting of the three elements of the second group The output of is further passed to a parallel processing element or the like. a number of processing elements are in a first group; Each of the three settings is connected to one element in the second group, so that the data of the lower order elements are all passed through. = (as indicated by T in Figure 12) The last element is transferred to the onboard equipment. Passes phase and amplitude data from all channels to the final output for transmission.
Tri(図6(a))による受信の後:Tr2の同じ信号の受信の間の時間遅延 の検出は相関技術を用いることにより変えられてもよい。ここで、2つの変換器 間の信号時間遅延は2つの受信した信号の相関を実行するよう並列処理素子を用 いることによって決定されうる。海底に最も近い変換器Triから受信した信号 に関して海底から最も遠い変換器Tr2からの信号を相関すると、最大相関を生 成するようTriから信号に導入される時間遅延を生じる。従って、最大相関点 はTri及びTr2=X”c間の信号時間遅延を生じる、ここでCは水中の音の 速度である。従って、経路差X、俯角aは計算されつる。相関技術に対するソナ ー送信信号は単一周波数、チャーブ、擬似乱数二進シーケンス、周波数変調され たスィーブ−線形又は非線形等でもよい。After reception by Tri (Fig. 6(a)): time delay between reception of the same signal in Tr2 The detection of may be altered by using correlation techniques. Here, two converters signal time delay between the two received signals using parallel processing elements to perform correlation of the two received signals. It can be determined by Signal received from the transducer Tri closest to the seabed Correlating the signals from transducer Tr2 furthest from the seabed with respect to yields the maximum correlation. This results in a time delay introduced into the signal from Tri to make it happen. Therefore, the maximum correlation point results in a signal time delay between Tri and Tr2=X”c, where C is the underwater sound It's speed. Therefore, the path difference X and the depression angle a are calculated. Sona for correlation technology – The transmitted signal can be a single frequency, a chirp, a pseudo-random binary sequence, or a frequency modulated The sweep may be linear or non-linear.
特表平4−501316 (5) 国際調査報告 国際調査報告 GB 9001291 S^ 39180Special table Hei 4-501316 (5) international search report international search report GB 9001291 S^ 39180
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