JPH0643748Y2 - 魚体長判別用魚群探知機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は超音波による水中物体探知技術に関するもので
クロスファンビームを利用した精度の良い魚群探知機を
クロスファンビームの中のさらに狭い部分の受波ビーム
を利用するように改良し魚群を構成している魚の魚体長
情報をさらに精度よく探知しようとする技術に関する。

（従来の技術） 魚群探知機によって魚群を発見した場合、それが漁獲対
象魚種であるか否かを判断することは、漁業者にとって
無駄な操業の防止や投網する網の網目の大きさの選定等
操業手順の選定にとって重要なことでありまた資源保護
の点からみても重要なことである。このような魚種判断
の有力な手掛かりは魚群を構成する個々の魚の体長を知
ることである。

一方、従来の魚群探知機では、最も指向性がシャープと
されている200KHz等の高周波に於いてもその指向幅は５
°程度であり、水深100mに於ける探知範囲は約60m
²［（tan2.5°×100）²×π］にもなる。また、最近計
量用魚群探知機や科学魚群探知機と称し、TVG（Time Va
riable Gain:時間可変利得）補正を行いエコー信号の強
度を忠実に表示する装置が作られているが、これらは資
源調査を主目的とし、ビームの指向性を広くして理論的
にも、魚群からの重畳エコー信号を積極的に利用して、
演算処理し表示しているものである。

しかしながら従来の魚群探知機のような指向性で魚群を
探知した場合、その範囲内にいる各個体魚のエコー信号
が重畳された状態で受信されそれらを１つのエコー信号
とみて処理し表示しており、同一範囲内に多くの魚が存
在する場合には強いレベルで表示され、少ない場合には
弱いレベルとして表示される。目的が単なる魚群の探知
である場合に於いては何らの支障もないが、複合された
エコーレベルの情報しか得られないため魚群構成魚の魚
体長推定は不可能である。

また計量用魚群探知機や科学魚群探知機の一部機能とし
て遊泳中の魚の魚体長を推定することも可能であるが、
魚群全体量の測定精度を優先させる関係から指向性を広
くしているので、魚体長を推定できる対象魚は群れから
離れている魚か、数ｍ以上の間隔で遊泳する魚にかぎら
れており群れを形成する魚の魚体長を表示から直接推定
することはできない。このように、群れを形成している
魚の魚体長を直接判別或いは推定できる魚群探知機は従
来ない。

そこで上記の問題を解決するために魚群を形成する魚の
魚体長を魚群映像から直接推定することのできる魚群探
知機が考案され実願昭60−123914で本考案の出願人が出
願中である。この実願昭60−123914で提案されている魚
群探知機は、各ビームパターンの扇面が互いに直角をな
すように配置されているかまたは配置可能な、扇状の送
波ビームパターンを有する送波器および扇状の受波ビー
ムパターンを有する受波器と、前記送波器へ送信信号を
供給する送信回路と、前記受波器からの受信信号を増幅
・処理するTVG付受信回路と、該受信回路からの信号を
表示する表示器と、を有することを特徴とするもので、
ファンビームを直交させることにより、装置搭載船のロ
ーリングやピッチングに対しても安定なアァンビームの
交面に相当する指向性の狭い範囲のビームを利用して魚
体長を測定することにより、群れを形成している魚の魚
体長を魚群映像から直接推定することのできる魚群探知
機を提供しようとするものであった。

（考案が解決しようとする問題点） しかしながら、上記実願昭60−123914の考案装置におい
ても、クロスファンビームの断面を仔細に見ればメイン
ローブの他にサイドローブも存在している。そして中心
軸より離れるに従いビーム強度は低下していく（最大強
度より強度が半減する幅（角）を公称指向幅（角）と称
している）。

以上のように実用されている送受波器の指向性が理想ビ
ームではないので公称指向幅（半減全角）内のエコー信
号だけではなく、メインローブのサイドやサイドローブ
からのエコー信号も同時に検出されてしまう。したがっ
て同一魚体長の魚からのエコー信号であっても公称指向
幅内のエコー信号は安定しているが、それ以外のエコー
信号は小さくなり、かつエコー信号レベルの変化が大き
く、様々なレベルを示し、クロスファンビームの中心軸
に対する反射体の角度によってエコー信号レベルは変化
するのでその信号だけから魚体長を表示したり演算を行
ったりしたのでは大きな誤差が生ずるという欠点があっ
た。

そこで本考案の出願人は上記従来技術を解決するため
に、第５図のクロスファンビームの狭い範囲を使用する
魚体長判別用魚群探知機のブロック図に示すような装置
を考案し出願中である。

以下、上記出願中の装置を第５図に基づいて説明する。
１′は指向軸が所定間隔離隔した２つの受波ファンビー
ムと、１つの送波ファンビームとを形成する送波器、
２′は該送波器が形成する送波ファンビームと扇面が互
いに直交し指向軸が所定間隔離隔した２つの受波ファン
ビームを形成する受波器である。まず送信部４からの信
号を受けて送波器１′から音波が発射される。受波器
２′の２つの受波ファンビームのうち１つの受波ファン
ビームで受波したエコー信号を、送波器１′の２つの受
波ファンビームで受波したエコー信号の間の位相差をY₁
受信部５およびY₂受信部６を介して送られた信号からＹ
軸位相差検出部10で検出し、同様に受波器２′の２つの
受波ファンビームで受波したエコー信号の間の位相差を
X₁受信部７およびX₂受信部８を介して送られた信号から
Ｘ軸位相差検出部11で検出しそれぞれの位相差がクロス
ファンビームの中心から所定の角度に対応する位相差内
にあれば、位相ゲート部12を開いて受信部９からのエコ
ー信号を通過させ表示器13で表示させる。上記のように
してビームの一様性の良い部分による信号だけを利用し
て精度を上げるものであった。

しかしながら、前記出願中の装置においても、クロスフ
ァンビームを通過してくるエコー信号の中のさらに一様
性の良い狭い範囲のビームによるものだけを利用するた
めのＹ方向の位相差の検出をするのに利用されるＹ方向
のエコー信号は受波機能を有する送波器によって受波し
たエコー信号を検出しているので、送波ファンビームと
同じ指向特性で受波することになり、ファンビームの拡
がりの方向から帰来するエコー信号を全て受波してしま
うことになる。これは魚群が疎な場合には問題とならな
いが、魚群密度が高い場合にはエコー信号数が増えてエ
コー信号が重なり合うことが生ずることになる。この様
子を示したのが第４図である。第４図は出願中の装置の
クロスファンビームの説明参考図である。第４図（ａ）
はクロスファンビームの詳細図で斜線を施した部分がク
ロスファンビームの重なり部分を表している。そして太
線で囲まれている矩形の部分がＸ方向およびＹ方向の位
相差検出用に利用される部分である。

第４図（ｂ）は送波器１からの距離がｄで同一の地点に
ある物体（魚体），同および同から帰来するエコ
ー信号は同時に受波する様子を示しており、位相差検出
は帰来するエコー信号の時間差から検出するから同じ時
間に帰来するエコー信号は同じものとなってしまい正確
な位相差検出ができなくなることを示している。

即ち、上記に述べたように出願中の考案装置において
も、魚群密度が高い場合はエコー信号の位相差検出が正
確にできずクロスファンビームの中の一様性の良い部分
のみを利用できないことから魚群を構成する魚の魚体長
を正確に測定することはできないと言う欠点を有してい
る。

本考案の目的は上記の問題点を解決するために送波器は
送波専用とし、指向軸が所定間隔離隔した２つまたは３
つの受波ファンビームを形成する第１の受波器と送波フ
ァンビームの扇面と直角をなす方向に所定間隔離隔して
平行に配置された第２の受波器で受波されるエコー信号
を利用し、エコー信号の位相差を検出することによりク
ロスファンビームの中のさらに指向性の一様性の良い狭
い範囲に設定されたビームによる探知により、密度の高
い魚群の測定においても魚群を構成する魚の魚体長を正
確に測定することができる魚体長判別用魚群探知機を提
供しょうとするものである。

（問題点を解決するための手段） 本考案は上記目的を達成するために次の手段構成を有す
る。即ち、本考案の魚体長判別用魚群探知機は、クロス
ファンビームを利用し魚を探知する魚群探知機におい
て、送波ファンビームを形成する送波器と；受波面を前
記送波器の送波面と同じ向きにし且つ前記送波ファンビ
ームの扇面と平行する方向に直線状に配列された複数の
振動子からなり全振動子の受波信号を合成することによ
り扇面が前記送波ファンビームと直交する主受波ファン
ビームを形成するとともに、配列の一方端寄りの１個又
は複数個の振動子を除いた残りの振動子の受波信号を合
成することにより指向軸が主受波ファンビームの指向軸
と離隔した第１の受波ファンビームを形成し、逆に配列
の他方端寄りの振動子を前記除いた数と同数だけ除いた
残りの振動子の受波信号を合成することにより前記第１
の受波ファンビームとで主受波ファンビームを挟んで対
称位置に第２の受波ファンビームを形成する第１の受波
器と；受波面を第１の受波器の受波面と同一面上になる
ようにし第１の受波器と所定の間隔を置いて平行な直線
状に配列された複数の振動子からなり、これらの受波信
号を合成することにより受波ファンビームを成形する第
２の受波器と；前記第１の受波器の主受波ファンビーム
で受波された目標信号と前記第２の受波器の受波ファン
ビームで受波された目標信号との位相差を検出するＹ軸
位相差検出部と；前記第１の受波器の第１の受波ファン
ビームで受波された目標信号と第２の受波ファンビーム
で受波された目標信号の位相差を検出するＸ軸位相差検
出部と；前記Ｘ軸位相差検出部とＹ軸位相差検出部で検
出された位相差が所定の位相差範囲にあればゲートを開
き受信したエコー信号を通過させる位相ゲート部と；を
具備することを特徴とする魚体長判別用魚群探知機であ
る。

（作用） 以下、上記手段構成を有する本考案の魚体長判別用魚群
探知機の作用について述べる。説明の便宜上まず測定原
理をを簡単に述べる。魚体長の測定原理は蓄積された多
くの実験データを利用することにより魚体長を知るとい
う方法で行われている。魚の等価断面積とエコー強度と
魚体長との関係は、魚種によって多少異なるが概ね魚体
長Ｌは魚の等価断面積σの平方根に比例し、等価断面積
は魚の反射特性であるターゲットストレングスと一定の
関係があるということから音波のエコー強度を求めるこ
とにより魚体長を知ることができる。

したがって魚体のエコー強度から魚体長を求めたもので
あるから、送波ビームの強度と受波ビームの強度の一様
性と安定性によって魚体長の探知精度は概ね決定してし
まうことになる。

そこで本考案では所定距離（例えば振動子１素子間隔）
離隔して２つまたは３つの指向軸を有するように接続さ
れた受波器が形成するファンビームと送波ファンビーム
と扇面が互いに直交してなすビームの重なり部分の中の
さらにビームの強度の一様性の良い狭い部分によるエコ
ー信号を利用するものである。

次に上記したような狭い部分のエコー信号の抽出の原理
を第２図と第３図に基づいて説明する。

第２図において17−１から17−７は超音波振動子（以下
単に振動子と言う）であり、15はX₁受波器の中心軸であ
り振動子17−１から振動子17−６で形成される受波ファ
ンビームＢX₁の中心軸、14はX₂受波器の中心軸であり振
動子17−２から振動子17−７で形成される受波ファンビ
ームＢX₂の中心軸、16はＸ軸受波器全体の中心軸であり
振動子17−１から振動子17−７で形成される受波ファン
ビームBYの中心軸である。

第３図は第２図に示した受波器で受波ファンビームBXの
中心軸となす角度がθ方向にある魚体からのエコー信号
をそれぞれX₁受波器21とX₂受波器22で受波した場合の説
明図である。

魚体はX₁受波器とX₂受波器の軸間隔Ｌに対して充分遠方
にあるとして考えてよいのでX₁受波器21で受波するエコ
ー信号の径路とX₂受波器22で受波するエコー信号の径路
は平行とみなすことができる。そこで第３図より受波ビ
ームBX₁と受波ビームBX₂の径路長の差ιはι＝Lsinθで
求められるから位相差φは φ＝２π／λLsinθ と求めることができる。したがって所定の角度θの範囲
に対応する位相差φをあらかじめ設定しておけば所定の
角度範囲内にあるエコー信号を検出することができる。

以上はＸ軸位相差検出について述べたが、第１の受波器
と第２の受波器とからのエコー信号によるＹ軸位相差検
出も同様である。

本考案は上記の原理を利用したもので全体として下記の
ような作用をする。送波ファンビームを形成する送波器
と該送波ファンビームと扇面が互いに直角に交わり２つ
または３つの指向軸を有する第１の受波器と該第１の受
波器から所定の間隔離隔して平行して配置され前記送波
ファンビームと直交する受波ファンビームを形成する第
２の受波器とによってクロスファンビームを形成させ、
送波器で送波し帰来したエコー信号を第１の受波器およ
び第２の受波器で受波する。

第１の受波器および第２の受波器で受波したそれぞれの
エコー信号を受け、目標物の方向が第１の受波器の受波
ファンビームの中心軸となす角のＸ方向成分（即ち第１
の受波器を構成する振動子の配列方向成分）に対応する
位相差を第１の受波器の第１の受波ファンビームと第２
の受波ファンビームで受波したエコー信号からＸ軸位相
差検出部で検出し、目標物の方向が送波ファンビームの
中心軸となす角のＹ方向成分（即ち送波ファンビームの
扇面と直交する方向成分）に対応する位相差を第１の受
波器の主受波ファンビームで受波したエコー信号と第２
の受波器の受波ファンビームで受波したエコー信号とか
らＹ軸位相差検出部で検出し、前記両位相差が共に所定
の位相差範囲にあれば位相ゲート部を開き第１の受波器
全体で受波したエコー信号を通過させこの通過してきた
エコー信号だけにより魚体長を判別する。

このようにして２つの受波器により検出された位相差範
囲内のエコー信号のみから魚体長を測定するものである
から、位相差範囲を狭く例えば公称指向幅（最大強度を
示す主軸から強度が半減する角度）に設定すれば帰来し
たエコー信号は公称指向幅内のビームによるエコー信号
であるので、ビーム強度の一様性がよくかつ密度の濃い
魚群においてもエコー信号の重なりによる誤差のはいる
機会も少なく、正確な魚体長の測定を行うことのできる
魚体長測定用魚群探知機となる。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本考案の魚体長判別用魚群探知機の実施例のブ
ロック図である。第１図において１は送波ファンビーム
を形成する送波器である。２は３つの指向軸を有する受
波ファンビームを形成するＡ受波器（第１の受波器）で
送波ファンビームと受波ファンビームの扇面が互いに直
交するように配置されている。Ａ受波器２の構成は第２
図のＡ受波器２の実施例の構成図で示すようになってい
る。

第２図において17は配列された超音波振動子（以下単に
振動子と言う）であり、振動子17−１から同17−７まで
の振動子で構成されている。

そして振動子17−１から同17−６までの振動子群と振動
子17−２から同17−７までの振動子群とに２分割され、
それぞれ別々に帰来したエコー信号が受波されて出力さ
れるように接続されている。そしてそれぞれの振動子群
からなるＡ受波器２のX₁受波器の中心軸15およびX₂受波
器の中心軸14の離隔距離を１振動子間隔L₁としてあり、
このＡ受波器２全体の指向軸は振動子17−４の中心とな
る。３はＡ受波器２に平行して配置され振動子全体で１
つの受波ファンビームを形成するＢ受波器（第２の受波
器）である。４は送波器１に超音波周波数の送信信号を
与えるための送信信号を発生する送信部であり、表示器
13より送信用トリガー信号を得て、送信用バースト信号
を作る。５はＢ受波器３からのエコー信号を受信するY₁
受信部、６はＡ受波器２の全体で受波したエコー信号を
受信するY₂受信部、７および８はＡ受波器２のX₁受波器
とX₂受波器で受波したそれぞれのエコー信号を受信する
X₁受信部およびX₂受信部である。９はＡ受波器２全体で
受波したエコー信号を受信する受信部である。10はY₁受
信部５からのエコー信号とY₂受信部６からのエコー信号
を受けて、その位相差を検出しあらかじめ設定された範
囲にあれば位相ゲート部12を開く信号を出すＹ軸位相差
検出部である。11はX₁受信部７とX₂受信部８からのエコ
ー信号を受けてその位相差を検出しあらかじめ設定され
た範囲内にある場合は位相ゲート部12を開く信号を出す
Ｘ軸位相差検出部である。

前記位相ゲート部12はＹ軸位相差検出部10とＸ軸位相差
検出部11がそれぞれのエコー信号の位相を検出しその位
相差が共に設定された位相範囲であれば、その出力を受
けてゲートを開き受信部９の出力であるエコー信号を通
過させるものである。13は位相ゲート部12を通過したエ
コー信号を信号処理し、数字または画像等の形でCRT上
に表示する表示器である。

魚体長を探知するときは送波器１からファンビームが送
波される。魚がいた場合魚体の等価断面積（魚の反射特
性から出された面積）に応じた強度のエコー信号がＡ受
波器２およびＢ受波器３に帰来する。Ａ受波器２で受波
したエコー信号は送波ファンビームとＡ受波器２で形成
する送波ファンビームの交面部分のビームによるエコー
信号であり、Ｂ受波器３で受波するエコー信号は送波フ
ァンビームとＢ受波器３で形成する受波ファンビームと
の交面部分のビームによるエコー信号である。Ａ受波器
２のX₁受波器部分およびX₂受波器部分で受波されたエコ
ー信号はX₁受信部７およびX₂受信部８でそれぞれ受信さ
れて、Ｘ軸位相差検出部11でその位相差が検出される。
またＢ受波器３で受波したエコー信号はY₁受信部５で受
信される。そして、Ａ受波器２の全体で受波されたエコ
ー信号はY₂受信部６でも受信される。

前記のY₁受信部５のエコー信号出力とY₂受信部６のエコ
ー信号出力はＹ軸位相差検出部10に送られ、両エコー信
号の位相差が検出される。そして前記のＸ軸位相差検出
部11で検出されたエコー信号の位相差とＹ軸位相差検出
部10で検出されたエコー信号の位相差が共に予め設定さ
れた位相差範囲（任意に決められる狭い範囲）にあれば
位相ゲート部12を開いて受信部９で受信した信号を通過
させ表示器13で所定のフォーマットになるように信号処
理して魚体長が表示される。

（考案の効果） 以上説明したように、本考案の魚体長判別用魚群探知機
においては、１つの送波ファンビームを形成する送波器
と送波ファンビームの扇面が互いに直交し指向軸が所定
間隔離隔した２つまたは３つの受波ビームを形成する第
１の受波器と送波ファンビームと扇面が互いに直交し送
波ファンビームの扇面と直角をなす方向に第１の受波器
と所定間隔離隔した指向軸をもつ第２の受波器により形
成されるクロスファンビームを利用し、ビームの中心軸
と魚のいる方向となす角に対応する位相差の検出を受波
器のみによって行うものであるから、送波器にもたせた
受波機能によって受波したエコー信号から位相差を検出
する装置のように、送波ビームの広い拡がりの範囲の中
の等距離にある魚体からのエコー信号がクロスファンビ
ームの重なり部分に存在する魚からのエコー信号に重畳
してしまうためにクロスファンビームの重なり部分に存
在する魚からのエコー信号の位相差検出が不正確になる
という問題点を解決することができるという利点があ
る。

その結果としてクロスファンビームの交面内のさらにビ
ーム強度の一様性の良い狭い範囲を正確に限定して測定
ができることから、船舶のローリングやピッチングに対
しても安定しかつビーム強度の非一様性による誤差の混
入も極めて小さく抑えられ、密度の濃い魚群においても
魚群を構成している個々の魚の魚体長を正確に測定する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の魚体長判別用魚群探知機の実施例のブ
ロック図、第２図はＡ受波器の実施例の構成図、第３図
は位相差検出の原理説明図、第４図はクロスファンビー
ムの説明参考図であり、図（ａ）はクロスファンビーム
の詳細図、図（ｂ）は同一距離にあるエコーの受信説明
図、第５図はクロスファンビームの狭い範囲を使用する
魚体長判別用魚群探知機のブロック図である。 1,1′……送波器、２……Ａ受波器、 ２′……受波器、３……Ｂ受波器、４……送信部、５…
…Y₁受信部、６……Y₂受信部、７……X₁受信部、８……
X₂受信部、 ９……受信部、10……Ｙ軸位相差検出部、 11……Ｘ軸位相差検出部、12……位相ゲート部、13……
表示器、14……X₂受波器の中心軸、15……X₁受波器の中
心軸、 16……Ｘ軸受波器全体の中心軸、 17−１〜17−７……超音波振動子、 18……送波ビーム、19……受波ビーム、 21……X₁受波器、22……X₂受波器、 23……魚のいる方向。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】クロスファンビームを利用し魚を探知する
   魚群探知機において、送波ファンビームを形成する送波
   器と；受波面を前記送波器の送波面と同じ向きにし且つ
   前記送波ファンビームの扇面と平行する方向に直線状に
   配列された複数の振動子からなり全振動子の受波信号を
   合成することにより扇面が前記送波ファンビームと直交
   する主受波ファンビームを形成するとともに、配列の一
   方端寄りの１個又は複数個の振動子を除いた残りの振動
   子の受波信号を合成することにより指向軸が主受波ファ
   ンビームの指向軸と離隔した第１の受波ファンビームを
   形成し、逆に配列の他方端寄りの振動子を前記除いた数
   と同数だけ除いた残りの振動子の受波信号を合成するこ
   とにより前記第１の受波ファンビームとで主受波ファン
   ビームを挟んで対称位置に第２の受波ファンビームを形
   成する第１の受波器と；受波面を第１の受波器の受波面
   と同一面上になるようにし第１の受波器と所定の間隔を
   置いて平行な直線状に配列された複数の振動子からな
   り、これらの受波信号を合成することにより受波ファン
   ビームを成形する第２の受波器と；前記第１の受波器の
   主受波ファンビームで受波された目標信号と前記第２の
   受波器の受波ファンビームで受波された目標信号との位
   相差を検出するＹ軸位相差検出部と；前記第１の受波器
   の第１の受波ファンビームで受波された目標信号と第２
   の受波ファンビームで受波された目標信号の位相差を検
   出するＸ軸位相差検出部と；前記Ｘ軸位相差検出部とＹ
   軸位相差検出部で検出された位相差が所定の位相差範囲
   にあればゲートを開き受信したエコー信号を通過させる
   位相ゲート部と；を具備することを特徴とする魚体長判
   別用魚群探知機。