JPH0659028A - Underwater detector - Google Patents
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- JPH0659028A JPH0659028A JP21497792A JP21497792A JPH0659028A JP H0659028 A JPH0659028 A JP H0659028A JP 21497792 A JP21497792 A JP 21497792A JP 21497792 A JP21497792 A JP 21497792A JP H0659028 A JPH0659028 A JP H0659028A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、水中の魚群等の三次元
分布の探知を行うことができる水中探知装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an underwater detecting apparatus capable of detecting a three-dimensional distribution of fish schools in water.
【0002】[0002]
【従来の技術】広範囲方向の水中情報を得るための水中
探知装置、たとえばスキャンニングソナーでは、多数の
振動子を積層して1つの振動子ブロックとし、この振動
子ブロックを円環状に配列してなる全周旋回型の送受波
器を有しており、これらの各振動子を同時に励振駆動し
て水中の全周方向に超音波ビームを発射する一方、その
反射波を尖鋭な指向性を有する受波ビームを旋回走査し
て水中探知を行う。2. Description of the Related Art In an underwater detection device for obtaining underwater information in a wide range, for example, a scanning sonar, a large number of vibrators are stacked to form one vibrator block, and the vibrator blocks are arranged in an annular shape. It has a full-circulation type transducer, which drives the transducers at the same time to emit an ultrasonic beam in the entire circumferential direction of the water, while the reflected wave has a sharp directivity. Underwater detection is performed by swirling and scanning the received beam.
【0003】この場合、図7に示すように、受波ビーム
Brを水平面から所定角度だけ傾けて走査するためにテ
ィルト角θが設定されている。このティルト角θは、従
来装置では、1回の超音波の送受波中は固定されたまま
であって、途中で変更されることはない。したがって、
受波ビームBrを1周させた場合の探知範囲は、超音波
送受波点pを頂点とした円錐面に対応した範囲となる。
そのため、魚群a0が存在する場合の探知情報は、図8に
示すように、受波ビームBrが走査される円錐面で切断
した切り口a1となる。これは広い方位角の範囲で信号強
度が一定の幅広の指向特性をもった超音波ビームを送信
する場合においても同じである。In this case, as shown in FIG. 7, the tilt angle θ is set in order to scan the received beam Br with a predetermined angle from the horizontal plane. In the conventional apparatus, the tilt angle θ remains fixed during one ultrasonic wave transmission / reception, and is not changed midway. Therefore,
The detection range when the received beam Br is rotated once is a range corresponding to the conical surface with the ultrasonic wave transmitting / receiving point p as the apex.
Therefore, the detection information when the fish school a 0 exists is, as shown in FIG. 8, the cut a 1 cut by the conical surface on which the received beam Br is scanned. This is also the case when transmitting an ultrasonic beam having a wide directional characteristic in which the signal strength is constant in a wide azimuth range.
【0004】このような平面的に限られた範囲の探知情
報a1では、魚群a0の三次元的な分布を十分に把握するこ
とができない。With such detection information a 1 in a plane limited range, it is not possible to sufficiently grasp the three-dimensional distribution of the school of fish a 0 .
【0005】また、受波ビームBrが走査される円錐面
から外れた位置にある魚群b0等は、探知することができ
ない。Further, a school of fish b 0 and the like located outside the conical surface on which the received beam Br is scanned cannot be detected.
【0006】そこで、上記の不都合を改善するために、
従来技術では、複数回にわたって超音波の送受波を行
い、各々1回の超音波の送受波が終了するたびに、ティ
ルト角θを少しずつ変化させることにより、三次元の探
知情報を得るようにした装置も提案されている。Therefore, in order to improve the above inconvenience,
In the conventional technique, ultrasonic waves are transmitted and received a plurality of times, and three-dimensional detection information is obtained by gradually changing the tilt angle θ each time one ultrasonic wave is transmitted and received. A device has been proposed.
【0007】しかし、従来装置において三次元的な探知
情報を得るためには、超音波の送受信を何回も繰り返す
必要があり、情報採取のために長時間を要する。たとえ
ば、ティルト角を0°〜40°の範囲で5°きざみで変
化させる場合には、9回の超音波の送受信の時間が必要
となる。However, in order to obtain three-dimensional detection information in the conventional device, it is necessary to repeat the transmission and reception of ultrasonic waves many times, and it takes a long time to collect information. For example, when the tilt angle is changed in the range of 0 ° to 40 ° in steps of 5 °, it is necessary to transmit and receive ultrasonic waves 9 times.
【0008】すると、図7に示すように、水中を早い速
度で移動する魚c0などは、超音波の送受波を繰り返す間
に、探知範囲から遥かに離れ去ってしまい、これらの魚
群の移動を捕捉することができない。Then, as shown in FIG. 7, a fish c 0 or the like moving at a high speed in the water moves far away from the detection range while repeating transmission and reception of ultrasonic waves, and the movement of these fish schools. Cannot be captured.
【0009】これに対して、送信、受信のいずれにおい
ても超音波ビームが幅広の指向特性をもつようにすれ
ば、図7の各魚a0〜c0を捕捉することができる。On the other hand, if the ultrasonic beam has a wide directional characteristic in both transmission and reception, each fish a 0 to c 0 in FIG. 7 can be captured.
【0010】しかしながら、送信、受信のいずれにおい
ても超音波ビームに幅広の指向特性をもたすと、ある距
離以上では魚群からのエコーよりも強度の大きい海底エ
コーも同時に受信され、その結果、海底エコーに魚群エ
コーがマスクされてしまい、魚群を捕捉することができ
なくなる。However, if the ultrasonic beam has a wide directional characteristic in both transmission and reception, the seabed echo having a greater intensity than the echoes from the fish school is also received at a certain distance or more, and as a result, the seabed. The echo of the school of fish is masked, and the school of fish cannot be captured.
【0011】上記のような不都合を解消するため、本出
願人は、特願平3−49459号に開示したように、幅
広の指向特性をもつ超音波ビームを送波し、その反射波
を受波する際に、幅狭の指向特性をもつ受波ビームのテ
ィルト角と旋回走査とを時分割で交互に切り換えること
により、短時間の内に水中の三次元の探知情報を得るよ
うにした水中探知装置を提供した。In order to solve the above-mentioned inconvenience, the present applicant transmits an ultrasonic beam having a wide directional characteristic and receives the reflected wave as disclosed in Japanese Patent Application No. 3-49459. When waving, the tilt angle of the received beam having a narrow directional characteristic and the swivel scanning are alternately switched in a time division manner, so that three-dimensional underwater detection information can be obtained within a short time. Provided a detection device.
【0012】すなわち、この装置では、超音波送受波点
を中心とした全周にわたり、かつ、垂直方向に平坦な指
向特性をもつ送波ビームを所定の周期trでもって発射す
る。そして、図9に示すように、この送波ビームの発射
周期tr内において、受波ビームの旋回走査の回数Rに応
じてティルト角θを順次階段状に切り換える。たとえ
ば、旋回走査回数がRiでは、ティルト角としてθiが選
択され、次の旋回走査回数Ri+1では、ティルト角とし
てθi+1が選択される。That is, in this device, a transmission beam having a flat directivity characteristic in the vertical direction is emitted at a predetermined cycle tr over the entire circumference around the ultrasonic wave transmission / reception point. Then, as shown in FIG. 9, within the emission period tr of the transmitted beam, the tilt angle θ is sequentially switched in a stepwise manner in accordance with the number R of times of swivel scanning of the received beam. For example, when the number of times of turning scans is Ri, θi is selected as the tilt angle, and when the number of times of turning scans Ri +1 is next, θi +1 is selected as the tilt angle.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】このように、特願平3
−49459号に開示した水中探知装置では、従来装置
に比較して、短時間の内に水中の三次元の探知情報を得
ることができる利点があるが、本出願人らは、更にこの
装置について検討したところ、次の問題が残されている
ことが判明した。As described above, Japanese Patent Application No.
The underwater detection device disclosed in Japanese Patent No. 49494/1989 has an advantage that three-dimensional detection information in water can be obtained within a short time, as compared with the conventional device. Upon examination, it was found that the following problems remained.
【0014】すなわち、この水中探知装置では、受波ビ
ームを1回旋回走査するたびにティルト角を変更してい
るが、このティルト角の変更は、現実には瞬時に行うこ
とはできず、ある時定数をもって徐々に変化する。この
ため、受波ビームに基づいて水中状況を画像表示する場
合には、偽像が発生することがある。That is, in this underwater detecting apparatus, the tilt angle is changed every time the received beam is swiveled once, but in reality, the tilt angle cannot be changed instantaneously. It changes gradually with a time constant. Therefore, when an underwater situation is displayed as an image based on the received beam, a false image may occur.
【0015】これを具体的に説明すると、ティルト角を
変更することは、垂直方向に配列された各振動子からの
受信信号に対して位相合成を行う場合において、この受
信信号に加える位相補正信号(キャリア信号)の移相量を
変化させることを意味するが、この位相補正信号(キャ
リア信号)の移相量を変えてから位相合成した後の出力
が安定化するまでには、ある程度時間がかかる。そし
て、この安定化までの期間中においても図10に示すよ
うに、ティルト角は連続的に推移するため(図中x1,
x2,…の範囲)、受波ビームの正確な方位が判明しな
い。たとえば、図11に示すように、送受波器から直線
距離がr1,r2の各位置にある点をA,Bとしたとき、水
面からの垂直方向の深度h1,h2は、 h1=r1sinθ1 (1) h2=r2sinθ2 (2) いま、ティルト角をθ1からθ2に切り換えた場合に、A
点からB点に移行したとし、時間経過を無視すると、r1
≒r2と考えることができる。よって、 h2=r2sinθ2=r1sinθ2 (3) ここで、θ1,θ2は0〜π/2の範囲で考えればよいの
で、 θ1<θ1+Δθ<θ2 (ただし、Δθは微小時間Δt内に変化したティルト角)
よって、 sinθ1<sin(θ1+Δθ)<sinθ2 したがって、次式が成立する。Explaining this concretely, changing the tilt angle is a phase correction signal to be added to a received signal from each transducer arrayed in the vertical direction when phase combination is performed. This means changing the phase shift amount of the (carrier signal), but it takes some time to stabilize the output after phase combination after changing the phase shift amount of this phase correction signal (carrier signal). It takes. And, even during the period until this stabilization, as shown in FIG. 10, the tilt angle continuously changes (x 1 in the figure,
x 2, ... range of), the exact orientation of the receive beam is not found. For example, as shown in FIG. 11, when the points at straight line distances r 1 and r 2 from the transducer are A and B, the vertical depths h 1 and h 2 from the water surface are h 1 = r 1 sin θ 1 (1) h 2 = r 2 sin θ 2 (2) Now, when the tilt angle is switched from θ 1 to θ 2 , A
If the transition from point B to point B is made and the elapsed time is ignored, r 1
It can be thought of as ≈r 2 . Therefore, h 2 = r 2 sin θ 2 = r 1 sin θ 2 (3) Here, since θ 1 and θ 2 may be considered in the range of 0 to π / 2, θ 1 <θ 1 + Δθ <θ 2 (however, , Δθ is the tilt angle that changed within a minute time Δt)
Therefore, sin θ 1 <sin (θ 1 + Δθ) <sin θ 2 Therefore, the following equation holds.
【0016】 r1sinθ1<r1sin(θ1+Δθ)<r1sinθ2 (4) (1),(3)式の関係を(4)式に代入すれば、 h1<sin(θ1+Δθ)<h2 (5) つまり、ティルト角をθ1からθ2に切り換える場合、計
算上は瞬時に切り換えが行われたものとしてθ2の値が
使用されるが、現実にはティルト角は移行中のため、真
のティルト角はθ1+Δθ(<θ2)であり、したがって、
計算上の深度h2は、真の深度sin(θ1+Δθ)よりも深く
算出されてしまう。逆に、ティルト角をθ2からθ1に切
り換える場合には、計算上の深度h1は、真の深度sin(θ
1+Δθ)よりも浅く算出されてしまう。その結果、送受
波器で得られる受信信号データを最初の極座標系から画
像表示のために直交座標系に座標変換する際に深度方向
距離が不確定となり、偽像の原因となる。R 1 sin θ 1 <r 1 sin (θ 1 + Δθ) <r 1 sin θ 2 (4) Substituting the relationships of the expressions (1) and (3) into the expression (4), h 1 <sin (θ 1 + Δθ) <h 2 (5) In other words, when switching the tilt angle from θ 1 to θ 2 , the value of θ 2 is used in the calculation as if it was switched instantaneously, but in reality the tilt angle is , The true tilt angle is θ 1 + Δθ (<θ 2 ), so
The calculated depth h 2 is calculated deeper than the true depth sin (θ 1 + Δθ). Conversely, when switching the tilt angle from θ 2 to θ 1 , the calculated depth h 1 is the true depth sin (θ
It is calculated shallower than 1 + Δθ). As a result, when the received signal data obtained by the transmitter / receiver is coordinate-converted from the first polar coordinate system to the orthogonal coordinate system for image display, the depth direction distance becomes uncertain, which causes a false image.
【0017】一方、このようなティルト角が不確定な状
態で得られる受信信号データを省けば偽像の発生は無く
なるが、データの欠落により、ティルト角変更に伴う特
定方位については画像表示を行えない等の不具合を生じ
る。On the other hand, if the received signal data obtained in such a state where the tilt angle is uncertain is omitted, the occurrence of the false image disappears, but due to the lack of the data, the image display can be performed for the specific azimuth associated with the change of the tilt angle. It causes troubles such as not being present.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するためになされたものであって、短時間の内に
三次元の水中探知情報を得るとともに、偽像の発生や画
像の欠落発生を有効に防止できるようにするものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and obtains three-dimensional underwater detection information within a short period of time and at the same time generates a false image or an image. It is possible to effectively prevent the occurrence of omission.
【0019】そのため、本発明では、超音波送受波点を
中心とした全周にわたり、かつ、所定のティルト角を中
心として幅広の平坦な指向特性をもつ送波ビームを形成
する送波ビーム形成手段と、この送波ビームよりも指向
性の鋭い受波ビームを形成する受波ビーム形成手段と、
送波ビームの発射周期内において、この送波ビームの範
囲内で前記受波ビームを水平方向に複数回旋回走査して
から垂直方向のティルト角を変更する動作を繰り返す指
向方向制御手段と、を備えている。Therefore, according to the present invention, a transmitting beam forming means for forming a transmitting beam having a wide and flat directional characteristic around the entire circumference of the ultrasonic transmitting / receiving point and centering on a predetermined tilt angle. And a receiving beam forming means for forming a receiving beam having a sharper directivity than this transmitting beam,
Within the emission cycle of the transmitted beam, the pointing direction control means for repeating the operation of rotating the received beam in the horizontal direction a plurality of times within the range of the transmitted beam and then changing the tilt angle in the vertical direction, I have it.
【0020】[0020]
【作用】送波ビーム形成手段は、超音波送受波点を中心
とした全周にわたって、かつ、所定のティルト角を中心
として幅広の平坦な指向特性をもつ送波ビームを形成
し、この送波ビームが水中に送波される。The transmitting beam forming means forms a transmitting beam having a wide and flat directional characteristic around the entire circumference around the ultrasonic wave transmitting / receiving point and around a predetermined tilt angle. The beam is transmitted into the water.
【0021】受波ビーム形成手段は、この送波ビームよ
りも指向性の鋭い受波ビームを形成し、指向方向制御手
段は、送波ビームの発射周期内において、この送波ビー
ムの範囲内で受波ビームを水平方向に複数回旋回走査し
てからティルト角を変更する動作を繰り返す。The receiving beam forming means forms a receiving beam having a directivity sharper than that of the transmitting beam, and the pointing direction control means within the range of the transmitting beam within the emission cycle of the transmitting beam. The operation of changing the tilt angle is repeated after the received beam is rotated and scanned in the horizontal direction a plurality of times.
【0022】これにより、送波ビームの発射周期内にお
いて、受波ビームの旋回走査とティルト角の変更とが行
なわれて、三次元の探知情報が短時間の内に得られる。
しかも、受波ビームが水平方向に複数回にわたって旋回
走査されてからティルト角が変更されるので、ティルト
角変更時に得られる受信信号データが無効であっても、
再度の旋回走査によってティルト角が確定された状態で
同じ方向のデータが収集されるため、画像の欠落や偽像
の発生が回避される。As a result, the swivel scanning of the received beam and the change of the tilt angle are performed within the emission period of the transmitted beam, and three-dimensional detection information can be obtained within a short time.
Moreover, since the tilt angle is changed after the received beam is swirled in the horizontal direction a plurality of times, even if the received signal data obtained when the tilt angle is changed is invalid,
Since the data in the same direction is collected in the state where the tilt angle is determined by the revolving scanning again, the loss of an image and the occurrence of a false image are avoided.
【0023】[0023]
【実施例】図1は、本発明の実施例に係る水中探知装置
の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the configuration of an underwater detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
【0024】同図において、符号1は水中探知装置の全
体を示し、2は振動子で、これらの各振動子2が多段に
積層されて1つの振動子ブロック4a〜4nとなり、各振
動子ブロック4a〜4nが円環状に配列されて一つの全周
旋回型の送受波器3が構成されており、この送受波器3
が船底等に取り付けられる。In the figure, reference numeral 1 denotes the whole underwater detection apparatus, and 2 is a vibrator. These vibrators 2 are stacked in multiple stages to form one vibrator block 4a to 4n. 4a to 4n are arranged in an annular shape to form a single all-round swivel type transducer 3.
Is attached to the bottom of the ship.
【0025】6a〜6nは各々の振動子ブロック4a〜4n
に含まれる各振動子2で得られる受信信号の位相を揃え
る垂直位相合成回路であって、各振動子ブロック4a〜
4nに個別的に対応して設けられている。各々の垂直位
相合成回路6a〜6nは、全て同一の構成であって、たと
えば一つの垂直位相合成回路6aに着目すると、図2に
示すように、各振動子ブロック4aを構成する各振動子
2に個別に接続された前段増幅器8と、各前段増幅器8
から出力される受信信号に後述の移相補正信号発生部3
0からの移相補正信号を混合して各受信信号が同一位相
となるように移相する移相器10と、これらの移相器1
0で移相された各受信信号を加算する加算器12とから
なる。6a to 6n are oscillator blocks 4a to 4n, respectively.
Is a vertical phase synthesizing circuit for aligning the phases of the received signals obtained by the respective transducers 2 included in
4n are individually provided. Each of the vertical phase synthesizing circuits 6a to 6n has the same configuration. For example, when focusing on one vertical phase synthesizing circuit 6a, as shown in FIG. The pre-amplifiers 8 individually connected to the
The received signal output from the
A phase shifter 10 for mixing the phase shift correction signals from 0 so that each received signal has the same phase, and these phase shifters 1
It is composed of an adder 12 that adds each reception signal phase-shifted by 0.
【0026】14は水平方向の位相合成を行う対象とな
る1群(本例ではm個)の受信信号を選択するために切り
換え走査される切換回路、16は切換回路14で選択さ
れた1群(m個)の受信信号の水平方向の位相を揃えて受
波ビームを形成するための水平位相合成回路である。Reference numeral 14 is a switching circuit which is switched and scanned in order to select one group (m pieces in this example) of received signals to be subjected to phase combination in the horizontal direction, and 16 is one group selected by the switching circuit 14. It is a horizontal phase synthesizing circuit for aligning the horizontal phases of (m) received signals to form a received beam.
【0027】そして、上記の垂直位相合成回路6a〜6
n、切換回路14および水平位相合成回路16によっ
て、特許請求の範囲における受波ビーム形成手段17が
構成される。Then, the above vertical phase synthesizing circuits 6a-6
The n, the switching circuit 14 and the horizontal phase synthesizing circuit 16 constitute the received beam forming means 17 in the claims.
【0028】18は各振動子ブロック4a〜4nを構成す
る各振動子2の配列方向に沿ってsinx/x(ただし、x=
(π・sinθBW/2λ)・d・N、λは搬送周波数信号の波
長、θBWは指向特性のビーム幅、dは振動子の配列ピッ
チ、Nは振動子の位置)で定まる振幅分布をもつように
重み付けされた超音波送信用の駆動信号を出力する送信
部である。すなわち、この送信部18は、特許請求の範
囲の送波ビーム形成手段として機能するものであって、
本例では、図3に示すように、後述の制御部32から出
力される超音波発射のタイミングを決めるトリガ信号
(キーイングパルス)Tに応答して所定の搬送周波数(た
とえば200KHz)のパルス信号を発生する信号発生器
20と、この信号発生器20からのパルス信号を移相す
る移相器22と、各移相器22の出力を増幅するゲイン
調整可能な増幅器24とからなる。そして、各移相器2
2は、図4に示すように、各振動子ブロック4a〜4nか
らの超音波の発射方向がα0/2(α0は超音波の送波ビ
ーム幅)となるようにその移相量が予め設定されてい
る。これにより、送受波器3から放射される超音波の海
面などの不要な方向では音響エネルギが小さく、必要な
方向では音響エネルギが大きくなる。また、各増幅器2
4の増幅度は、各振動子ブロック4a〜4nごとに、その
振動子2の配列方向に沿ってsinx/xで定まる振幅分布
をもつようにそれぞれ重み付け調整されており、これに
よって、送受波器3からは、垂直方向の一定角度範囲に
おいて指向特性が平坦な超音波が発射されるようになっ
ている(特開昭61−22398号公報参照)。Reference numeral 18 denotes sinx / x (where x = x) along the arrangement direction of the transducers 2 forming the transducer blocks 4a to 4n.
(π ・ sin θ BW / 2λ) ・ d ・ N, λ is the wavelength of the carrier frequency signal, θ BW is the beam width of the directional characteristic, d is the array pitch of the transducers, and N is the amplitude distribution determined by the transducer position. It is a transmission unit that outputs a drive signal for ultrasonic transmission that has been weighted to have. That is, the transmitting unit 18 functions as a transmitting beam forming unit in the claims,
In this example, as shown in FIG. 3, a trigger signal output from the control unit 32, which will be described later, for determining the timing of ultrasonic wave emission.
A signal generator 20 for generating a pulse signal having a predetermined carrier frequency (for example, 200 kHz) in response to the (keying pulse) T, a phase shifter 22 for shifting the pulse signal from the signal generator 20, and each shifter. An amplifier 24 with an adjustable gain for amplifying the output of the phaser 22. And each phase shifter 2
2, as shown in FIG. 4, the firing direction alpha 0/2 of the ultrasonic wave from each transducer block 4a to 4n (alpha 0 is ultrasound transmit beam width) the amount of phase shift so that the It is set in advance. As a result, the acoustic energy is small in unnecessary directions such as the sea surface of the ultrasonic waves emitted from the transducer 3, and large in the necessary directions. Also, each amplifier 2
The amplification factor of 4 is weighted and adjusted so that each of the transducer blocks 4a to 4n has an amplitude distribution determined by sinx / x along the arrangement direction of the transducer 2, and thus the transducer From 3 onward, an ultrasonic wave having a flat directional characteristic is emitted in a certain angle range in the vertical direction (see Japanese Patent Laid-Open No. 61-22398).
【0029】26は前述のトリガ信号Tをリセット信号
として入力するとともに、受波ビームの1旋回走査が終
了するたびに制御部32から出力される旋回走査終了信
号Sを入力してカウントする距離カウンタである。すな
わち、この距離カウンタ26は、旋回走査終了信号Sが
加わるたびにカウントアップするが、そのカウント値R
は、受波ビームBrの探知地点までの直線距離に対応し
ている。Reference numeral 26 denotes a distance counter for inputting and counting the above-mentioned trigger signal T as a reset signal, and also for inputting and counting the turning scanning end signal S output from the control section 32 each time one turning scanning of the receiving beam is finished. Is. That is, the distance counter 26 counts up each time the turning scanning end signal S is applied, but the count value R
Corresponds to the straight line distance to the detection point of the received beam Br.
【0030】また、28は距離カウンタ26から出力さ
れるカウント値Rに対応して、受波ビームの探知地点ま
での距離に応じて予め設定されたティルト角θの設定デ
ータを順次出力するティルト角設定データ発生部であ
る。すなわち、このティルト角設定データ発生部28
は、たとえばROMで構成されており、図5に示すよう
に、距離カウンタ26から出力されるカウント値Rで指
定されるアドレス位置にティルト角θのデータが対応付
けて記憶されている。この場合、カウント値Rが直線的
に増加するのに応じてティルト角θが階段状に増加、減
少し、しかも、カウント値が2つ増加して初めてティル
ト角の値が変化するように設定されている。Further, 28 is a tilt angle corresponding to the count value R output from the distance counter 26, which sequentially outputs setting data of the tilt angle θ preset according to the distance to the detection point of the received beam. This is a setting data generator. That is, the tilt angle setting data generation unit 28
Is composed of, for example, a ROM, and as shown in FIG. 5, data of the tilt angle θ is stored in association with the address position designated by the count value R output from the distance counter 26. In this case, as the count value R linearly increases, the tilt angle θ increases and decreases stepwise, and the tilt angle value changes only after the count value increases by two. ing.
【0031】30はティルト角設定データ発生部28か
ら読み出されたティルト角θの設定データに基づいて各
垂直位相合成回路6a〜6nに対して受信信号の垂直方向
の位相を揃えるための位相補正信号(キャリア信号)φを
出力する位相補正信号発生部である。Reference numeral 30 denotes a phase correction for aligning the vertical phase of the received signal with respect to the vertical phase synthesizing circuits 6a to 6n based on the setting data of the tilt angle θ read from the tilt angle setting data generator 28. It is a phase correction signal generator that outputs a signal (carrier signal) φ.
【0032】32は前述のトリガ信号KPを出力すると
ともに、このトリガ信号Tの出力周期tr内に、水平位相
合成回路16の移相量を設定した後に切換回路14の切
り換え走査を回繰り返すことにより、受波ビームBrを
旋回走査し、さらに、この旋回走査が1周されるたびに
旋回走査終了信号Sを出力する制御部である。32 outputs the above-mentioned trigger signal KP, and sets the phase shift amount of the horizontal phase synthesizing circuit 16 within the output period tr of the trigger signal T, and then repeats the switching scanning of the switching circuit 14 repeatedly. The control unit is configured to rotate the received beam Br in a swivel scan and output a swirl scan end signal S each time the swirl scan is completed.
【0033】そして、上記の距離カウンタ26、ティル
ト角設定データ発生部28、位相補正信号発生部30、
および制御部32によって、特許請求の範囲における指
向方向制御手段33が構成されている。The distance counter 26, the tilt angle setting data generator 28, the phase correction signal generator 30,
Further, the control unit 32 constitutes the pointing direction control means 33 in the claims.
【0034】次に上記構成の水中探知装置における超音
波の送受波動作について説明する。Next, the operation of transmitting and receiving ultrasonic waves in the underwater detecting apparatus having the above configuration will be described.
【0035】超音波の送波に際しては、制御部32から
トリガ信号Tが出力され、このトリガ信号Tが送信部1
8と距離カウンタ26とにそれぞれ与えられる。At the time of transmitting the ultrasonic wave, a trigger signal T is output from the control unit 32, and this trigger signal T is transmitted by the transmission unit 1.
8 and the distance counter 26, respectively.
【0036】送信部18の信号発生器20からは、この
トリガ信号Tに応答して、所定の搬送周波数(たとえば
200KHz)のパルス信号が駆動信号として出力さ
れ、これが各移相器22に送出されてそれぞれ所定の移
相量が与えられ、さらに、各パルス信号が増幅器8で各
々所定の増幅度で増幅された後、全ての振動子2に加え
られる。In response to the trigger signal T, the signal generator 20 of the transmitter 18 outputs a pulse signal having a predetermined carrier frequency (for example, 200 KHz) as a drive signal, which is sent to each phase shifter 22. A predetermined amount of phase shift is given respectively, and each pulse signal is amplified by the amplifier 8 by a predetermined amplification degree and then added to all the vibrators 2.
【0037】これにより、発射される超音波の送波ビー
ムBtは、図4に示すように、各振動子ブロック4a〜4
nごとに、α0/2のティルト角をもち、かつ、超音波の
ビーム幅α0が広く、そのビーム幅α0の範囲では平坦な
指向特性をもち、かつ、超音波送受波点pを中心とした
全周をカバーするようなビームとして形成される。As a result, the ultrasonic transmission beam Bt of the ultrasonic waves emitted is, as shown in FIG.
For each n, have the alpha 0/2 of the tilt angle, and a wide ultrasonic beam width alpha 0, in the range of the beam width alpha 0 has a flat directional characteristics, and the ultrasonic transmitter point p The beam is formed so as to cover the entire circumference around the center.
【0038】そして、この超音波の送波ビームBtの発
射周期tr内に、以下に述べる受信動作が行われる。Then, the receiving operation described below is performed within the emission period tr of the ultrasonic transmission beam Bt.
【0039】水中の超音波エコーは、送受波器3の各振
動子ブロック4a〜4nごとに受波され、これに応じて、
各振動子ブロック4a〜4nを構成する各振動子2から受
信信号が出力され、これらの受信信号が、次段の各垂直
位相合成回路6a〜6nに入力される。このとき、後述す
るように、位相補正信号発生部30からは各垂直位相合
成回路6a〜6nに対して、あるティルト角θiの下で、
受信信号の垂直方向の位相を揃えるための位相補正信号
(キャリア信号)φが与えられているため、受信信号の垂
直方向の位相が揃えられて合成される。さらに、制御部
32が切換回路14を切換走査することにより、各垂直
位相合成回路4a〜4nの出力の内の1群(m個)の受信信
号が切換回路14で選択され、これらの受信信号が水平
位相合成回路16に入力されて水平方向の位相が揃えら
れて合成される。The ultrasonic echo in the water is received by each transducer block 4a-4n of the wave transmitter / receiver 3, and accordingly,
Received signals are output from the oscillators 2 forming the oscillator blocks 4a to 4n, and these received signals are input to the vertical phase synthesis circuits 6a to 6n in the next stage. At this time, as will be described later, from the phase correction signal generation unit 30 to each of the vertical phase synthesis circuits 6a to 6n, under a certain tilt angle θi,
Phase correction signal to align the vertical phase of the received signal
Since (carrier signal) φ is given, the phases of the received signals in the vertical direction are aligned and combined. Further, the control section 32 switches and scans the switching circuit 14 so that one group (m) of received signals among the outputs of the vertical phase synthesizing circuits 4a to 4n are selected by the switching circuit 14 and these received signals are selected. Is input to the horizontal phase synthesizing circuit 16 and the phases in the horizontal direction are aligned and synthesized.
【0040】これにより、あるティルト角θの下で、垂
直方向および水平方向においてそれぞれ幅の狭い受波ビ
ームBrが形成されてこれが旋回走査される。As a result, under a certain tilt angle θ, a received beam Br having a narrow width in each of the vertical direction and the horizontal direction is formed and is swirled and scanned.
【0041】次に、このような受波ビームBrを旋回走
査しながらティルト角θを変更する場合の指向方向制御
について説明する。Next, the directional control in the case of changing the tilt angle θ while rotating and scanning the received beam Br will be described.
【0042】まず、距離カウンタ26は、制御部32か
らのトリガ信号Tによってリセットされる。また、制御
部32は、受波ビームBrの旋回走査が1回終了するた
びに旋回走査終了信号Sを距離カウンタ26に出力す
る。したがって、距離カウンタ26によって旋回走査の
回数がカウントされる。このため、距離カウンタ26の
カウント値Rは、受波ビームBrが1旋回走査されるた
びに順次カウントアップする。そして、そのカウント値
Rが次段のティルト角設定データ発生部28に対してテ
ィルト角θのデータの読み出しアドレスとして加えられ
る。その結果、ティルト角設定データ発生部28から
は、図5に示すようなティルト角θのデータが読み出さ
れる。ここで読み出されるティルト角θのデータは、カ
ウント値Rが増加するのに応じて階段状に増加、減少
し、しかも、カウント値が2つ増加して初めてティルト
角のデータが変化する。たとえば、距離カウンタ26の
カウント値がRiを示すときには、ティルト角としてθi
のデータが出力され、また、カウント値がRi+1になっ
ても、同じθiのティルト角のデータが出力される。そ
して、カウント値がRi+2になって始めてティルト角が
変更されてθi+1となる。First, the distance counter 26 is reset by the trigger signal T from the control unit 32. Further, the control unit 32 outputs the turning scan end signal S to the distance counter 26 every time the turning scan of the received beam Br is completed once. Therefore, the distance counter 26 counts the number of turning scans. Therefore, the count value R of the distance counter 26 is sequentially incremented each time the received beam Br is scanned once. Then, the count value R is added to the tilt angle setting data generator 28 of the next stage as a read address of the data of the tilt angle θ. As a result, the tilt angle setting data generator 28 reads the data of the tilt angle θ as shown in FIG. The tilt angle θ data read here increases and decreases stepwise as the count value R increases, and the tilt angle data changes only after the count value increases by two. For example, when the count value of the distance counter 26 indicates Ri, the tilt angle is θi.
Is output, and even if the count value becomes Ri +1 , the same tilt angle data of θi is output. Then, only when the count value becomes Ri +2 , the tilt angle is changed to become θi +1 .
【0043】そして、このようにして読み出されたティ
ルト角θのデータは、次段の移相補正信号発生部30に
加えられるので、移相補正信号発生部30は、このティ
ルト角θのデータに応じて、各垂直位相合成回路6a〜
6nに対して受信信号の垂直方向の位相を揃えるための
位相補正信号φを出力する。これにより、受波ビームB
rが2回旋回走査される間は、垂直位相合成回路6a〜6
nにおいて、ティルト角θは所定の値に固定され、受信
信号の垂直方向の位相が揃えられて合成される。Since the data of the tilt angle θ read in this way is added to the phase shift correction signal generator 30 in the next stage, the phase shift correction signal generator 30 receives the data of the tilt angle θ. According to the vertical phase synthesizing circuit 6a-
The phase correction signal φ for aligning the vertical phase of the received signal with respect to 6n is output. As a result, the received beam B
While r is rotated and scanned twice, vertical phase synthesizing circuits 6a-6
At n, the tilt angle θ is fixed to a predetermined value, and the phases of the received signals in the vertical direction are aligned and combined.
【0044】このようにして、送波ビームBtの発射周
期tr内において、受波ビームBrの旋回走査とティルト
角の変更とが行なわれるので、三次元の探知情報が短時
間の内に得られる。しかも、図6に示すように、あるテ
ィルト角θiの下で受波ビームが水平方向に2回旋回走
査された後、ティルト角がθi+1に変更されて、このテ
ィルト角θi+1の下で再び受波ビームが2回旋回走査さ
れるというように、受波ビームを2回旋回走査してから
ティルト角θを変更するという動作が繰り返されるの
で、ティルト角の切り換時に得られる受信信号データ
(図6のx1,x2,…)の方位が不明確であっても、再度の
旋回走査によってティルト角が確定された状態で同じ方
位のデータが収集されるため、この受信信号データを利
用すれば、画像の欠落や偽像の発生の無い水中探知情報
が得られることになる。In this way, the rotational scanning of the received beam Br and the change of the tilt angle are performed within the emission period tr of the transmitted beam Bt, so that three-dimensional detection information can be obtained within a short time. . Moreover, as shown in FIG. 6, after the receiving beam is turning scanned twice in the horizontal direction under a certain tilt angle .theta.i, tilt angle is changed to .theta.i +1, under this tilt angle .theta.i +1 Since the operation of changing the tilt angle θ after rotating the received beam twice is repeated as in the case where the received beam is swung twice again, the received signal obtained when the tilt angle is switched. data
Even if the azimuth of (x 1 , x 2 , ... in Fig. 6) is unclear, the data of the same azimuth is collected in the state where the tilt angle is fixed by the second swivel scan. If it is used, underwater detection information without missing of images or generation of false images can be obtained.
【0045】なお、この実施例においては、ティルト角
θの変更は、受波ビームBrが2回旋回走査されるたび
に行われているが、これに限定されるものではなく、3
回以上旋回走査した後にティルト角θを変更するように
しても、同様の効果が得られる。In this embodiment, the tilt angle θ is changed each time the received beam Br is swung twice, but the invention is not limited to this.
Even if the tilt angle θ is changed after the orbiting scanning is performed more than once, the same effect can be obtained.
【0046】[0046]
【発明の効果】本発明によれば、従来のように、複数回
にわたって超音波の送受信を行う必要はなく、超音波を
送波ビームの発射周期内で、受波ビームの旋回走査とテ
ィルト角の変更とが行なわれるので、三次元の探知情報
が短時間の内に得られる。According to the present invention, unlike the prior art, it is not necessary to transmit and receive ultrasonic waves a plurality of times, and the ultrasonic waves are swirled and tilted and tilted within the emission period of the transmitted beam. 3D detection information can be obtained within a short period of time since the change is performed.
【0047】しかも、送波ビームの範囲内で受波ビーム
が水平方向に複数回旋回走査されてからティルト角を変
更する動作が繰り返されるので、ティルト角変更時に得
られる受信信号データが無効であっても、再度の旋回走
査によってティルト角が確定された状態で同じ方向のデ
ータが収集されるため、画像の欠落や偽像の発生の無い
水中探知情報が得られるようになる等の優れた効果を奏
する。Moreover, since the operation of changing the tilt angle is repeated after the receive beam is swirled and scanned in the horizontal direction a plurality of times within the range of the transmit beam, the received signal data obtained when the tilt angle is changed is invalid. However, since the data in the same direction is collected in the state where the tilt angle has been determined by the revolving scanning again, it is possible to obtain underwater detection information without image loss or false image generation, which is an excellent effect. Play.
【図1】本発明の実施例に係る水中探知装置の構成を示
すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an underwater detection device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の装置の垂直位相合成回路の詳細を示すブ
ロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing details of a vertical phase synthesizing circuit of the apparatus shown in FIG.
【図3】図1の装置の送信部の詳細を示すブロック図で
ある。3 is a block diagram showing details of a transmission unit of the apparatus of FIG.
【図4】超音波の送波ビームの指向特性を示す説明図で
ある。FIG. 4 is an explanatory diagram showing directional characteristics of an ultrasonic transmission beam.
【図5】距離カウンタのカウント値に基づいてティルト
角設定データ発生部から読み出されるティルト角のデー
タを示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing tilt angle data read from a tilt angle setting data generator based on a count value of a distance counter.
【図6】受波ビームのティルト角の変更と旋回走査の相
互の関係を立体的に示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram stereoscopically showing the mutual relationship between the change of the tilt angle of the received beam and the swivel scanning.
【図7】従来の受波ビームの旋回走査により得られる探
知情報の範囲を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a range of detection information obtained by conventional swivel scanning of a received beam.
【図8】水中の探知情報を画像表示した場合の説明図で
ある。FIG. 8 is an explanatory diagram of a case where underwater detection information is displayed as an image.
【図9】従来のティルト角の変更と旋回走査の相互の関
係を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a mutual relationship between conventional tilt angle change and swivel scanning.
【図10】従来の受波ビームの旋回走査とティルト角の
変更との関係を立体的に示す説明図である。FIG. 10 is an explanatory diagram stereoscopically showing the relationship between the conventional swivel scanning of the received beam and the change of the tilt angle.
【図11】ティルト角を変更する場合の、ティルト角推
移中の真の深度と計算上の深度との関係を示す説明図で
ある。FIG. 11 is an explanatory diagram showing a relationship between a true depth during a tilt angle transition and a calculated depth when the tilt angle is changed.
1…水中探知装置、2…振動子、4a〜4n…振動子ブロ
ック、6a〜6n…垂直位相合成回路、16…水平位相合
成回路、17…受波ビーム形成手段、18…送信部(送
波ビーム形成手段)、26…距離カウンタ、28…ティ
ルト角設定データ発生部、30…位相補正信号発生部、
32…制御部、33…指向方向制御手段。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Underwater detection device, 2 ... Oscillator, 4a-4n ... Oscillator block, 6a-6n ... Vertical phase synthetic | combination circuit, 16 ... Horizontal phase synthetic | combination circuit, 17 ... Receiving beam forming means, 18 ... Transmitter (transmission) Beam forming means), 26 ... Distance counter, 28 ... Tilt angle setting data generator, 30 ... Phase correction signal generator,
32 ... Control unit, 33 ... Directional direction control means.
Claims (1)
り、かつ、所定のティルト角を中心として幅広の平坦な
指向特性をもつ送波ビームを形成する送波ビーム形成手
段と、 前記送波ビームよりも指向特性の鋭い受波ビームを形成
する受波ビーム形成手段と、 前記送波ビームの発射周期内において、この送波ビーム
の範囲内で前記受波ビームを水平方向に複数回旋回走査
してからティルト角を変更する動作を繰り返す指向方向
制御手段と、 を具備することを特徴とする水中探知装置。1. A transmission beam forming means for forming a transmission beam having a wide flat directional characteristic around an ultrasonic wave transmitting / receiving point and a predetermined tilt angle, and the transmitting beam forming means. A receiving beam forming means for forming a receiving beam having a sharper directional characteristic than that of the wave beam; and within the emission cycle of the transmitting beam, the receiving beam is horizontally swirled a plurality of times within the range of the transmitting beam. An underwater detecting apparatus comprising: a pointing control unit that repeats an operation of changing a tilt angle after scanning.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21497792A JPH0659028A (en) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | Underwater detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21497792A JPH0659028A (en) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | Underwater detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0659028A true JPH0659028A (en) | 1994-03-04 |
Family
ID=16664682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21497792A Pending JPH0659028A (en) | 1992-08-12 | 1992-08-12 | Underwater detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0659028A (en) |
-
1992
- 1992-08-12 JP JP21497792A patent/JPH0659028A/en active Pending
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