JPH0479548B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は水中に超音波パルスを送受波して水
中探知を行なう装置に関し、特に、水中の広範囲
方向を任意に切換えて探知する装置に関する。 （従来の技術） 超音波を送受波して水中の広範囲角を探知する
場合、広範囲方向の特定方向に超音波を送波し、
あるいは、特定方向からの超音波を受波する必要
がある。 超音波信号を特定方向に送波したり、受波した
りする場合は、一般には、複数個の超音波振動子
の合成指向性が利用される。 例えば、複数個の超音波振動子を平面上に配列
して、各振動子信号あるいは受波信号に適応な位
相関係を与えると、位相関係に応じた指向特性が
形成される。この指向特性は、上記位相関係によ
つて決定される特定の方向に最も強い送受波感度
を有する主極ビームと他の方向に極めて低い送受
波感度を有する副極ビームとで形成される。この
ような指向性の送受波ビームを用いて水中探知を
行なう場合、水中の各方向から帰来する反射波が
同一レベルで到来する場合は主極ビームと副極ビ
ームの固有のレベル差によつて主極ビームの指向
方向から到来する反射波のみを検出することがで
きる。ところが、不要方向から到来する音波のレ
ベルが極めて大きい場合、例えば、第２図におい
て、主極ビームＭの指向包囲θ₀から到来する超音
波が極めて強力な場合、主極ビームＭによる受波
出力と副極ビームS₂による受波出力とがほぼ同様
なレベルで出力される。そのため、受波信号が所
望方向θ₀の超音波信号であるのか、あるいは、不
要方向θ_iの超音波信号であるのか判別することが
できない。この現象は海底方向からの超音波信号
を受波する場合に著しく現われる。例えば、第３
図において、海底の広範囲角α方向に超音波パル
スを送波して、各方向から帰来する反射波を受波
する場合、直下の海底方向からは比較的レベルの
大きい反射波が帰来する。従つて、θ方向に指向
する主極ビームＭでΧθ方向の反射波を受波する
場合、直下の海底方向からの反射波が副極ビーム
S₁，S₂によつて受波される結果、θ方向の反射波
と直下の海底方向の反射波とを識別することがで
きない。 上記の直下の海底反射波のような不要波を除去
するためには主極ビームのレベル差をできるだけ
大きくすることがで望ましい。すたわち、副極ビ
ームを抑圧することが望ましい。 副極ビームを抑圧する手段は公知である。例え
ば、「コロラ社発行、菊池喜充著、磁歪振動子と
超音波 P291」から明らかなように、複数個の
超音波振動子の配列形態、各振動子の送受波信号
の振巾あるいは位相を調整することにより可能で
ある。ここで、副極ビームの抑圧は、副極ビーム
が生じる全方位に渡つて抑圧することも考えられ
るが、実用上は、必ずしも全方位に渡つて抑圧す
る必要はない。例えば、上記のように、直下の海
底方向から強力な不要波が到来する場合は、直下
の海底方向に送受波感度特性を有する副極ビーム
を抑圧すればよい。特定方向の副極ビームのみを
抑圧する場合は、配列した超音波振動子の各々の
送受波信号の位相を調整することにより抑圧する
ことができる。 第４図に主極ビームの指向方向を60°方向に設
定し、かつ、90°方向に対する副極ビームの送受
波感度を抑圧した特性例を示す。 第４図の指向特性は、64子個の超音波振動子を
0.67λ間隔（λは超音波の波長）で配列して、各
振動子の合成指向方向、すなわち、主極ビームの
指向方向が60°方向がを指向するように各振動子
の励振信号の位相を規制した後、各振動子の励振
信号の位相を、さらに（表−１）に示す量だけそ
れぞれ位相することにより形成される。

【表】

【表】

【表】 （表−１）においてNo.は振動子配列番号を示
し、φは励振信号の位相量を示す。移相量は
「RAD」の単位で示され、「−」符号は遅相量を
示す。 従つて、配列振動子の位相量を（表−１）のよ
うに設定すると、第４図から明らかなように、
60°方向に主極ビームが形成される一方、90°方向
の副極ビームが著しく抑圧されていることがわか
る。第４の特性における方位目盛は振動子配列平
面を基準にしたものである。従つて、副極ビーム
が抑圧される90°方向は振動子配列の正面方向に
相当するから、この特性の送受波器の用いること
により上記における直下の海底方向からの不要反
射波を除去することができる。 上記（表−１）に示す各振動子励信号の移相量
は、例えば、ラグランジエの傾斜法を用いて計算
することができる。すなわち、第４図の特性図の
場合、まず、64個の振動子を配列して60°方向に
主極ビームが形成されるように、各振動子の励振
信号に与える位相配列を算出する。この位相配列
の算出は周知である。例えば、第１図に示すよう
にZ₁乃至Z₆₄の超音波振動子を間隔ｄ毎に配列し
てθ方向に受波指向性を形成する場合、各振動子
の受波信号の位相をその配列順に φ＝2π／λｄ sinθ づつ移相させればよい。そして、60°方向に主極
ビームが生じるように位相配列を与えた後、各振
動子励振信号の位相を種々調整したとき、90°方
向に対する副極ビームが最も抑圧されるような位
相配列を収束計算する。この収束計算に公知のラ
グランジエの傾斜法を用いると効果的である。 （発明が解決しようとする問題点） この発明は、第４図で説明した指向特性を実際
の水中探知にどのようにして実現するかを解決す
るものである。すなわち、水中探知装置は水中の
任意方向を探知する必要がある。ところが、（表
−１）の位相配列は第４図の指向特性も形成する
ためにのみ有効であるから、主要ビームの指向方
向を第４図と異なる方向に設定して、かつ直下の
海底方向から帰来する反射波に対する受波感度を
抑圧するためには、各振動子の位相配列を（表−
１）とは異なる位相配列に設定しなければならな
い。従つて、探知方向を変化させる毎に、各振動
子信号の位相量を切換える必要があり、例えば
120°の範囲を5°毎に探知方向を切換える場合、24
回の切換えを行なうことにある。この移相量の切
換えを一般的に用いられている位相制御、例え
ば、遅延回路を用いて行なう場合、位相制御の切
換回路が非常に複雑になることが予想される。 この発明は、第４図の指向特性を形成するため
の位相配列を容易に実現することができ、かつ、
その指向性を任意方向に変化させるための位相配
列をも容易に実現し得る方法を提供する。 （問題点を解決するための手段、作用） 問題点を解決するための解決するための手段と
して、出願人が先に提供した特願昭57−121439号
（特公平01−016392号）の装置が用いられる。こ
の装置は、第１図を用いて後述するように、記憶
回路に書込まれた記憶データを読出して多相の矩
形波列を生成して、各矩形破列の位相関係を所望
の位相関係に設定することにより、受波ビームの
指向方向を任意方向に設定するものである。各矩
形波列の位相関係は記憶回路の記憶データによつ
て決定されるから、記憶データの書込みを変化さ
せることにより、位相関係を任意に設定すること
ができる。 この発明は、例えば第４図のような指向特性を
形成する場合に、（表−１）のような位相配列を
有する矩形波列を、記憶回路の記憶データを読出
して生成することにより、所望方向に最大の送受
波感度を有し、かつ、不要方向に対する送受波感
度が極力抑圧された指向特性を形成する。 （実施例） まず第１図の動作について説明すると、Z₁乃至
Z₆₄は超音波受波器を示し、一定間隔ｄ毎に直線
状に配列されている。超音波受波器Z₁乃至Z₆₄の
各受波信号はプリアンプP₁乃至P₆₄を経て混合回
路M₁乃至M₆₄においてラツチ回路５₁乃至５₆₄か
ら出力される矩形波列の各々と混合される。 混合回路M₁乃至M₆₄の混合出力は加算回路Σ
において加算された後、加算信号のうちから特定
の周波数成分がフイルター回路Ｆによつて抽出さ
れる。フイルター回路Ｆの抽出出力は増巾器６に
おいて増巾された後、表示器７に導かれる。表示
器７は例えばブラウン管表示器が用いられる。表
示器７は走査回路８が掃引回路９の出力に基づい
て画素走査が行われる。 １０は送信器を示し、一定時間毎に超音波送波
器１１から超音波パネスを送波させる。超音波送
波器１１は広範囲方向に超音波パルスを送波し
て、各方向から帰来する反射波が、超音波波送受
波器Z₁乃至Z₆₄によつて帰来方向が識別されて抽
出される。 送信器１０は超音波パルスを送波させると同時
に、カウンター３の係数値をリセツトする。カウ
ンター３は文周回路２の出力するパルス列を計数
して、計数値に対応する記憶回路４の記憶番地の
記憶データを読み出す。又、分周回路２はクロツ
クパルス源１のパルス列を分周して送出する。 記憶回路４は、各記憶番地が指定される毎に64
桁の２進数値を出力し、各桁出力がラツチ回路５
_１乃至５₆₄の各々にラツチされる。ラツチ回路５₁
乃至５₆₄の各々は各桁の数値出力に対応して、高
レベルあるいは低レベル出力を送出して、高レベ
ル出力と低レベル出力のくり返しによつて矩形波
出力が送出される。なお、ラツチ回路５₁乃至５
₆₄は、ラツチパルス生成回路５の出力するラツチ
パルスによつてラツチ動作を行ない、ラツチパル
ス生成回路５は、クロツクパルス源１のパルス列
とを生成する。ラツチパルスカウンター３の計数
動作に同期して生成され、記憶回路４から読出さ
れた記憶出力を次の記憶出力が読出されるまでの
間保持する。 上記において、混合回路M₁乃至M₆₄の混合出
力は位相が各混合信号の位相によつて影響され
る。すなわち、ラツチ回路５₁乃至５₆₄から出力
される矩形波列の位相を変化させることにより混
合出力の位相を変化させることができ、等価的に
超音波受波器Z₁乃至Z₆₄の各受波信号を移相させ
ることができる。従つて、超音波受波器Z₁乃至
Z₆₄による合成指向特性を特定方向に設定するた
めの各受波信号の移相量に対応して、ラツチ回路
５₁乃至５₆₄の出力する矩形波列を移相させるこ
とにより、混合回路M₁乃至M₆₄の各々出力に各
受波信号を等価的に所望量だけ移相させた移相信
号を得ることができる。そして、混合回路M₁乃
至M₆₄の各混合出力を加算回路Σで加算した後、
フイルターＦにより特定周波信号を抽出すると、
フイルターＦの出力に特定方向の指向性受波信号
を得ることができる。 ラツチ回路５₁乃至５₆₄の出力する矩形波列の
位相は、特願昭57−121439号で（特公平01−
016392号）で説明したように、カウンター３によ
つて各記憶番地の記憶データが読出されるに従つ
て所定位相に変化する。各矩形波列の位相が種々
変化することにより、混合回路M₁乃至M₆₄混合
出力も位相が変化し、その結果、加算回路Σ、フ
イルターＦによつて形成される指向性ビームの指
向が種々に変化する。 従つて、記憶回路４の記憶データを適宜書込む
ことによりフイルターＦの出力する指向性受波ビ
ームの指向特性を任意に形成することができるか
ら、記憶回路４に書込む記憶データを、例えば、
ラツチ回路５₁乃至５₆₄の出力する矩形波列の位
相配列が上記（表−１）に対応するように書込む
ことにより第４図に示す指向特性を形成すること
ができる。上記（表−１）は主極ビームを60°方
向に形成する場合の位相データであるから、主極
ビームの指向方向を変化させる場合は、各指向方
向に対応する位相データを前記のように演算して
求めた後、記憶回路４の他の記憶番地にその移相
データを書込む。そして主極ビームをその方向に
指向させる場合は、その記憶番地の記憶データを
読出すようにすればよい。 従つて、主極ビームの指向方向をあらかじめ定
めた範囲角内において、順次変化させる場合、そ
れぞれの指向方向に対応する移相データをそれぞ
れが対応する記憶番地に書込み、記憶番地の記憶
データを順に読出して矩形波列の位相をそれぞれ
移相させることにより、特定方向に対する受波感
度を抑圧して、主極ビームの指向方向を順次変化
させることができる。 なお、フイルターＦによつて抽出される指向性
受波ビームの受波信号は表示器７に導かれて表示
されるが、表示画面上の表示装置は帰引回路９に
よつて決定される。帰引回路９は、送信器１０に
基づいて、カウンター３の計数動作に連動して、
走査回路８に画素走査を行わせる。すなわち、カ
ウンター３の計数動作に対応して記憶回路４の読
出番地が順次変化して指向性受波ビームの指向方
向が順次変化するとき、表示器７の表示画面上の
画素走査位置が指向性受波ビームの指向方向変化
に対応して変化する。 第５図は他の実施例を示し、第１図と同一番号
のものは同一の動作を行なう。 第１図においては、カウンター３の計数値変化
に対応して、記憶回路４の記憶番地が順次読出さ
れるに従つて受波ビームの指向方向も変化するよ
うになされている。それに対して、第５図におい
ては、カウンター３′は走査方位設定器１２並び
に妨害方位設定器１３によつて決定される記憶回
路４の記憶番地を基準にして一定範囲内の記憶番
地の記憶データが読出されるようになされてい
る。従つて、第５図において、カウンター３′は
ラツチ回路５₁乃至５₆₄から出力される矩形波列
の少なくとも１週期を生成するのに必要な記憶番
地をくり返し指定して、その記憶データを読出
す。 走査方位設定器１２は受波ビームの受波方向を
決定し、妨害方位設定器１３は受波感度の抑圧方
向を決定する。従つて、例えば、走査方位設定器
１２が６桁、妨害方位設定器１３が３桁の２進数
で記憶番地を指定するものとすると、 2⁶×2³＝512 であるから、（表−１）の移相データを１種類と
して512種類の移相データが記憶回路４′に記憶さ
れる。 第６図は送信ビームの指向方位形成に適用した
場合の実施例を示す。すなわち、送信ビームの指
向方位を形成する場合は、ラツチ回路５₁乃至５
₆₄から出力される矩形波列を用いて超音波送波器
Z₁乃至Z₆₄を励振すればよい。従つて、記憶回路
４″の記憶データ読出しによつて生成される矩形
波列の周波数が超音波送波器Z₁乃至Z₆₄の共振周
波数に一致し、各矩形波列の位相配列が、第１図
あるいは第５図で説明したように、所望方向に対
する送波出力が最大になり、不要方向に対する送
波出力が抑圧されるように、記憶回路４″の記憶
データを書込めばよい。 （発明の効果） 以上説明のように、この発明は、記憶回路の記
憶データに基づいて超音波送受波器の合成指向特
性を所望方向に設定すると同時に、不要方向に対
する送受波感度を抑圧するものである。従つて、
送受波信号の位相制御を任意に行なうことが容易
に可能になるから、送受波方向の制御、送受波感
度抑圧方向の制御を容易に行なうことが可能にな
り、広範囲水中探知装置において、探知方向を任
意に変化させる装置に用いて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示し、第２図は従
来の送受波ビームの指向特性例を示し、第３図は
水中探知の概要を説明するための図、第４図はこ
の発明を実施する送受波ビームの指向特性例を示
し、第５図並びに第６図は他の実施例を示す。 １……クロツクパルス源、２……分周回路、３
……カウンター、４……記憶回路、５……ラツチ
パルス生成回路、５₁乃至５₆₄……ラツチ回路、
６……増巾器、７……表示器、８……走査回路、
９……掃引回路、１０……送信器、１１……送波
器、Z₁乃至Z₆₄……超音波受波器、P₁乃至P₆₄……
プリアンプ、M₁乃至M₆₄……混合回路、Σ……
加算回路、Ｆ……フイルター。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ｎ桁の２進数で構成される記憶データを各記
   憶番地から順に読み出して該記憶データの各桁の
   ２進値変化から矩形波列を各桁毎に生成すること
   によりｎ相の矩形波列を生成し、さらに、該記憶
   回路の記憶番地の読出し範囲を変化させることに
   よにより該ｎ相の矩形波列の位相関係を変化さ
   せ、該ｎ相の矩形波列とｎ個の超音波振動子の受
   波信号との各々対応するものを混合して、該混合
   信号を互いに加算して合成した合成信号から特定
   の周波信号を抽出して特定方向に指向性を有する
   超音波の受波を行なうことにおいて、 上記記憶回路の記憶番地のあらかじめ定めた読
   出し範囲の記憶データを読出して生成されるｎ相
   の矩形波は、上記抽出信号の指向特性が超音波信
   号を受波すべき特定の一方向に指向性を有し、か
   つ、あらかじめ定めた特定方向に対する受波感度
   が最も抑圧され、さらに、上記記憶回路の記憶番
   地の読出し範囲を変化する毎に上記超音波信号を
   受波すべき指向方向が変化するようにｎ相矩形波
   の位相関係が保たれるごとく各記憶番地の記憶デ
   ータが書込まれてなる広範囲角水中探知装置に用
   いる指向性ビーム形成方法。 ２ ｎ桁の２進数で構成される記憶データを各記
   憶番地から順に読み出して該記憶データの各桁の
   ２進値変化から矩形波列を各桁毎に生成すること
   によりｎ相の矩形波列を生成し、さらに、該記憶
   回路の記憶番地の読出し範囲を変化させることに
   より該ｎ相の矩形波列の位相関係を変化させ、該
   ｎ相の矩形波列を用いてｎ個の超音波振動子を励
   振して該ｎ個の超音波振動子の合成出力を利用し
   て特定方向に指向性を有する超音波の送波を行な
   うことにおいて、 上記記憶回路の記憶番地のあらかじめ定めた読
   出し範囲の記憶データを読出して生成されるｎ相
   の矩形波は、上記超音波を送波する合成指向特性
   が超音波信号を送波すべき特定の一方向に指向性
   を有し、かつ、あらかじめ定めた特定方向に対す
   る送波出力が最も抑圧され、さらに、上記記憶回
   路の記憶番地の読出し範囲を変化する毎に上記超
   音波信号を送波すべき指向方向が変化するように
   ｎ相矩形波の位相関係が保たれるごとく各記憶番
   地の記憶データが書込まれてなる広範囲角水中探
   知装置に用いる指向性ビームの形成方法。