JPH0693023B2

JPH0693023B2 - 水中探知装置

Info

Publication number: JPH0693023B2
Application number: JP26629486A
Authority: JP
Inventors: 善成吉田
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 1986-11-07
Filing date: 1986-11-07
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: JPS63120270A

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パルスを送受波する水中
探知装置に関する。

＜従来の技術＞広範囲方向に超音波パルスを送受波する水中探知装置、
たとえば全周スキャニング型の水中探知装置は、受波ビ
ームを探査空間内で回転走査することにより、空間情報
をサンプリングしている。

具体的には、全周スキャニング型の水中探知装置は、多
数の振動子が円筒状に配列された超音波送受波器を備え
ており、この振動子群の全部に駆動信号が加えられて、
その超音波振動が全周方向へ円板状のビームとして広が
っていく。この送振の直後から、個々の振動子の受波信
号が、別々に増幅されるとともに、隣り合う振動子との
間で位相補正が行なわれて、特定方向に強い受波感度を
有する指向性受波ビームが形成され、この受波ビームに
よって各方向から帰来する反射波が受波される。この受
波ビームの方向を高速で切り換えて回転させることによ
り、１回の送振期間中に、全周のスキャニングが行なわ
れる。

＜発明が解決しようとする問題点＞ところで、上記のような全周スキャニング型の水中探知
装置において、超音波パルスの１回の発射により得られ
る画像は、水平面に沿った２次元画像であって、３次元
的な画像を得ようとすれば、超音波パルスを数回発射し
て、その送振毎に水平方向にスキャニングを行なって異
なるティルト角の情報を得なければならず、超音波パル
スを数回にわたって送受波することになるので、３次元
画像を表示するまでに時間がかかる、という問題があっ
た。

また、ティルト方向毎に探知時刻がずれるので、３次元
の画像が不正確なものになり、シャープな画像が得られ
ない、という問題もあった。

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであっ
て、超音波パルスの１回の送振期間中に３次元表示に必
要な映像画像が得られるようにして、高速で鮮明な３次
元表示を可能にすることを目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞本発明は、上記の目的を達成するために、１回の送振期
間中に連続的に互いに異なる周波数でかつそれぞれにテ
ィルト方向に対して位相調整された所定複数ｋ種の駆動
信号を生成する駆動信号生成回路と、所定複数ｋのティ
ルト角範囲に向けてそれぞれ前記駆動信号の駆動により
互いに異なる周波数の超音波パルスを発射する超音波送
受波器と、超音波送受波器の受波信号から各ティルト角
範囲に対応する周波数の受波信号を抽出する所定複数ｋ
の抽出回路と、各抽出回路の出力を各ティルト角範囲に
おいてそれぞれ位相合成して水平方向の指向性受波ビー
ムを形成する所定複数ｋの水平ビーム形成回路と、前記
受波ビームによって受波される各ティルト角範囲の受波
信号に基づく画像を表示する表示部とを備えて水中探知
装置を構成した。

＜作用＞上記の構成によれば、超音波送受波器は、１回の送振期
間中に連続的に各ティルト角範囲に向けて互いに異なる
周波数の超音波パルスを発射する。各ティルト角範囲か
らは、周波数の異なる反射波が帰来するが、この反射波
に基づく受波信号は、周波数分離により各抽出回路で抽
出される。すなわち、各抽出回路では、対応するティル
ト角範囲の受波信号が抽出される。そして、各抽出回路
の後段では、抽出された受波信号に対して、位相合成に
より水平面内で受波ビームが形成されて、この受波ビー
ムにより特定水平方向の受波信号が取り込まれる。そし
てこの受波信号により、各ティルト角範囲内における映
像信号が得られる。これらの映像信号はティルト方向の
全範囲にわたって得られるから、これにより、３次元的
な画像表示が可能になる。

＜実施例＞以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図は、本発明に係る水中探知装置の全体を示すブロ
ック図であって、この水中探知装置は、広範囲方向に超
音波パルスを発射しうる超音波送受波器１と、この超音
波送受波器１を駆動する数種（この例では４種）の駆動
信号を生成する駆動信号生成回路２と、超音波送受波器
１からの受波信号を処理する複数（この例では４個）の
受波信号処理部３（3₁〜3₄）と、各受波信号処理部３で
得られた映像信号を表示する表示器４（4₁〜4₄）とを備
えている。

第１図中、５は、所要周波数の受波信号を抽出するため
の混合信号を発生する混合信号発生回路、６は水平面で
の位相制御を行なうための位相制御信号を発生する位相
信号発生回路、７はキーイングパルス発生回路である。

駆動信号生成回路２は、ROM8に予め書き込まれたデータ
を読み出すことによって、１回の送振期間中に連続的に
互いに異なる周波数でかつそれぞれにティルト方向に対
して位相調整された４種の駆動信号を生成するものであ
って、その駆動信号は、切換器９を介して超音波送受波
器１の各振動子1a,…に供給される。この例では、超音
波送受波器１において振動子1aがティルト方向に８個配
列されているのに応じて、駆動信号は８相となってい
る。なお、その内部構成の詳細は後述する。

超音波送受波器１は、前記駆動信号に駆動されて、複数
のティルト角範囲に向けてそれぞれ互いに異なる周波数
の超音波パルスを発射するとともに、角ティルト角範囲
からの反射波を受波する。角ティルト角範囲θ₁,θ₂,θ
₃,θ_４は、全送波範囲を予めティルト方向に沿って分割
したもので、その分割数は駆動信号の種類に対応してい
る。すなわち、全送波範囲はティルト方向に沿って４つ
に分割されている。

そして、各ティルト角範囲からの反射波に基づく受波信
号は、切換器９および増幅器10を通じて４個の受波信号
処理部3₁〜3₄に共通に与えられる。

なお、超音波送受波器１を構成する振動子1aの周波数特
性が第２図に示すようなものであるとき、水平面に近い
第１のティルト角範囲θ_１に対しては、振動子1aの最高
感度域内の周波数f₁が割り当てられ、水平面から遠ざか
るティルト角範囲ほど、その送振周波数には、振動子1a
のより低い感度域内に周波数が割り当てられる。すなわ
ち、水平面に沿った第１ティルト角範囲θ_１には周波数
f₁が、その下の第２ティルト角範囲θ_２には周波数f
₂が、更にその下の第３ティルト角範囲θ_３には周波数f
₃が、最下の第４ティルト角範囲θ_４には周波数f₄が割
り当てられている。

各受波信号処理部3₁〜3₄は、各ティルト角範囲の受波信
号を処理するものであって、受波信号から各ティルト角
範囲に対応する周波数の受波信号を抽出する抽出回路11
（11₁〜11₄）と、各抽出回路11の出力をそれぞれ位相合
成して水平面内での指向性受波ビームを形成する水平ビ
ーム形成回路12（12₁〜12₄）とを備える。なお、各受波
信号処理部３の内部構成は、基本的には同一であるの
で、第１の受波信号処理部3₁についてその内部構成を説
明して、他の受波信号処理部3₂〜3₄については詳細な説
明を省略する。

第１の受波信号処理部3₁において、抽出回路11₁は、テ
ィルト方向に並列する振動子1aと同数（この例では８
個）の混合器13,…およびフィルタ14,…からなる。各混
合器13は、受波信号と、混合信号発生器５からの混合信
号とを混合する。混合信号発生回路５は、各混合器13に
対して受波信号処理部３毎に異なる周波数の混合信号f
₂₁〜f₂₄を発生する。混合器13においては、受波信号に
この混合信号を混合することによって、受波信号を一定
の中間周波f₀に変換する。フィルタ14は、一定周波数f₀
の中間周波のみを通過させることによって、所定のティ
ルト角範囲に対応する受波信号を抽出する。

フィルタ14の出力は、水平ビーム形成回路12₁に入力す
る。水平ビーム形成回路12₁は、混合器15と、加算器16
と、フィルタ17とで構成されている。混合器15は、位相
信号発生回路６からの位相制御信号と抽出回路111の出
力とを混合する。

位相信号生成回路６は、ROM18に予め書き込まれたデー
タを読み出すことによって、周波数が共通で水平方向に
対して位相調整されたｎ相の位相制御信号を生成するも
のであって、その内部構成の詳細は後述する。

混合器15は、この位相制御信号を混合することにより、
受波ビームを形成する。このように位相合成された信号
は加算器16で加算されたのち、フィルタ17を通過する。

水平ビーム形成回路12の出力は、増幅器19を通じてCRT
のような表示器４に供給される。表示器４は、キーイン
グパルス発生回路７からのキーイングパルスに応答動作
する掃引回路20により掃引制御される。

第３図は、駆動信号生成回路のブロック図、第４図はそ
のタイムチャートである。この駆動信号生成回路２は、
第１のクロックパルス発生器21と、この発生器21の出力
側のゲート22と、ゲート22を通じて供給される第１のク
ロックパルスをカウントする４進カウンタ23と、該カウ
ンタ23のカウント数に応じてROM8の読み出し領域を切り
換える領域設定器24とを備える。前記ゲート22は、第４
図に示すように、キーイングパルス発生回路７からのキ
ーイングパルスａに応答して開き、第１のクロックパル
スを４進カウンタ23に導き、４進カウンタ23の桁上げパ
ルスｃにより閉動作する。

ROM8には４個の記憶領域が設定されており、各領域に
は、２値信号の形で駆動信号が格納されている。これら
駆動信号は予めティィルト方向に対して位相調整されて
いる。

また、この駆動信号生成回路２は、第２のクロックパル
ス発生器25と、そのクロックパルスを４段階にわたって
分周する分周器26と、該分周器26の各出力側に介在する
分周ゲート27,…と、前記４進カウンタ23のカウント出
力をデコードして各分周ゲート27,…を制御するデコー
ダ28と、４個の分周ゲート27の後段のORゲート29と、OR
ゲート29からの分周パルスをカウントしてそのカウント
出力によりROM8のいずれかの領域のデータを読み出す読
み出しカウンタ30とを備える。

ROM8では、読み出し領域が異なる毎に、読み出しカウン
タ30に与えられる分周パルスの周期が異なるので、ROM8
からは、４種の互いに周波数の異なる駆動信号が連続的
に出力されることになる。ROM8の出力側には、ラッチパ
ルス発生器31からのラッチパルスに応答動作するラッチ
回路32,…と、ゲートパルス発生器33からのゲートパル
スに応答動作するゲート34,…と、増幅器35,…とが設け
られている。

ゲートパルス発生器33は、第４図（ｄ）に示すように、
第１クロックパルスに対してゲート22が開いている間、
すなわちROM8のデータが読み出されている間に、４発の
ゲートパルスを発生する。このゲートパルスによりROM8
の出力側のゲート35が開くので、駆動信号生成回路２
は、第４図（ｅ）に示すように、４種の駆動信号を相次
いで出力することになる。

第５図は、位相信号発生回路のブロック図であって、こ
の位相制御信号発生回路６は、第３のクロックパルス発
生器37と、そのクロックパルスを分周する分周器38と、
分周されたクロックパルスをカウントしてそのカウント
出力によりROM18のデータを読み出す読み出しカウンタ3
9とを備える。ROM18には、水平方向の受波ビームを形成
するための位相制御信号が２値信号の形で格納されてい
る。ROM18の出力側には、読み出しデータをラッチする
ラッチ回路40と、各ラッチ回路40に対してラッチパルス
を供給するラッチパルス発生器41とが設けられている。

上記の構成によれば、駆動信号生成回路２では、４進カ
ウンタ23のカウント数が変化する毎に、ROM8の読み出し
領域が切り換わるとともに、その読み出しタイミングが
変わるので、この駆動信号生成回路２は、互いに周波数
の異なる４種の駆動信号を発生する。超音波送受波器１
の各振動子1aは、この駆動信号に駆動されるので、１回
の送振期間中に、連続的に各ティルト角範囲に向けて互
いに異なる周波数の超音波パルスを発射する。

各ティルト角範囲からは、周波数の異なる反射波が帰来
するが、この反射波に基づく受波信号は、周波数分離に
より分離され、各抽出回路11で対応するティルト角範囲
の受波信号が抽出されることになる。すなわち、第１の
抽出回路11₁では第１のティルト角範囲θ_１に対応する
周波数f₁の受波信号が、また第２の抽出回路11₂では第
２のティルト角範囲θ_１に対応する周波数f₂の受波信号
が、第３の抽出回路11₃では第３のティルト角範囲θ_３
に対応する周波数f₃の受波信号が、第４の抽出回路11₄
では第４のティルト角範囲θ_４に対応する周波数f₄の受
波信号が、それぞれ抽出される。

そして、各抽出回路11の後段では、抽出された受波信号
に対して、位相合成により水平面内で受波ビームが形成
されて、この受波ビームにより特定水平方向の受波信号
が取り込まれる。そしてこの受波信号により、各ティル
ト角範囲内における映像信号が得られる。これらの映像
信号はティルト方向の全範囲にわたって得られるから、
これにより、３次元的な画像表示が可能になる。

ところで、一般に全周スキャニング型の水中探知装置に
おいては、水平探知に重点が置かれており、水深方向の
探知距離は400mあれば充分で、ティルト角が深くなるに
つれて探知距離が短くなっても実用上、問題が生じな
い。上記実施例では、水平面に近いティルト角範囲に対
して、振動子の最高感度域内の周波数を割り当て、水平
面から遠ざかるティルト角範囲ほど、その送振周波数に
は、振動子のより低い感度域内の周波数を割り当ててお
り、そのため、水平探知距離に対して、水深探知距離が
短くなっている。浅いティルト角範囲に対しては高感度
領域の周波数を使用しているから、水平探知距離が振動
子の特性の最大限にまで拡大されることになる。

図示の実施例では、各ティルト角範囲毎にその画像を専
用の表示器に表示するようにしたが、全ティルト角範囲
の画像を合成して単一の表示器の表示することもでき
る。

＜発明の効果＞以上のように、本発明によれば、１回の送振期間中に連
続的に各ティルト角範囲に向けて互いに異なる周波数の
超音波パルスを発射し、各ティルト角範囲から帰来する
反射波に基づく受波信号は、各抽出回路で周波数分離に
より抽出され、水平ビーム形成回路において位相合成に
より受波ビームが形成されて、この受波ビームにより特
定水平方向の受波信号が取り込まれる。このように、１
回の送振で、水平方向およびティルト方向に沿った映像
信号が得られ、これにより、高速で鮮明な３次元の画像
表示が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水中探知装置の全体構成を示すブ
ロック図、第２図は送振周波数と振動子の特性との関係
を示す説明図、第３図は駆動信号生成回路のブロック
図、第４図は駆動信号生成回路におけるタイムチャー
ト、第５図は位相信号発生回路のブロック図である。１……超音波送受波器、２……駆動信号生成回路、３
（3₁〜3₄）……受波信号処理部、11（11₁〜11₄）……抽
出回路、12（12₁〜12₄）……水平ビーム形成回路、４
（4₁〜4₄）……表示器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１回の送振期間中に連続的に互いに異なる
周波数でかつそれぞれにティルト方向に対して位相調整
された所定複数ｋ種の駆動信号を生成する駆動信号生成
回路と、送波範囲をティルト方向に沿って分割した所定複数ｋの
ティルト角範囲に向けてそれぞれ前記駆動信号の駆動に
より互いに異なる周波数の超音波パルスを発射する超音
波送受波器と、超音波送受波器の受波信号から各ティルト角範囲に対応
する周波数の受波信号を抽出する所定複数ｋの抽出回路
と、各抽出回路の出力をそれぞれ位相合成して各ティルト角
範囲内での水平方向の指向性受波ビームを形成する所定
複数ｋの水平ビーム形成回路と、前記指向性受波ビームによって受波される各ティルト角
範囲の受波信号に基づく画像を表示する表示部と、を備えたことを特徴とする水中探知装置。
【請求項２】超音波送受波器における各ティルト角範囲
に対応する送振周波数のうち、水平面に近いティルト角
範囲の送振周波数が、超音波送受波器の振動子の最高感
度域内に設定され、水平面から遠ざかるティルト角範囲
ほど、その送振周波数が振動子のより低い感度域内に設
定されている特許請求の範囲第１項に記載の水中探知装
置。