JPH11337639A - 合成開口ソーナー - Google Patents
合成開口ソーナーInfo
- Publication number
- JPH11337639A JPH11337639A JP14689998A JP14689998A JPH11337639A JP H11337639 A JPH11337639 A JP H11337639A JP 14689998 A JP14689998 A JP 14689998A JP 14689998 A JP14689998 A JP 14689998A JP H11337639 A JPH11337639 A JP H11337639A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- aperture
- receiver
- sonar
- resolution
- beam forming
- Prior art date
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8902—Side-looking sonar
- G01S15/8904—Side-looking sonar using synthetic aperture techniques
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52003—Techniques for enhancing spatial resolution of targets
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】船舶に搭載した合成開口ソーナーにおいて、整
相ビームを用いて高い方位分解能を実現する。 【解決手段】本発明の合成開口ソーナーは、整相ビーム
を用い、開口の一部をオーバラップさせ、高い方位分解
能を提供することができる。
相ビームを用いて高い方位分解能を実現する。 【解決手段】本発明の合成開口ソーナーは、整相ビーム
を用い、開口の一部をオーバラップさせ、高い方位分解
能を提供することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水中ソーナーに係
り、特に実開口で得た受波データを合成することによ
り、実開口で得られる分解能以上の方位分解能の向上を
目指す合成開口ソーナーに関する。
り、特に実開口で得た受波データを合成することによ
り、実開口で得られる分解能以上の方位分解能の向上を
目指す合成開口ソーナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】実開口をいくつか合成して、高い方位分
解能を得ることを目的にした合成開口ソーナーの考えは
古くから存在していた。しかし、実開口の合成を行うた
めには、実開口を基線と呼ばれる直線上に配置しなけれ
ばならないが、海上の船舶には動揺が生じるため、船舶
に搭載された実開口を基線上に配置することは困難であ
った。このため、合成開口ソーナーの実用化がなかなか
進まなかった。
解能を得ることを目的にした合成開口ソーナーの考えは
古くから存在していた。しかし、実開口の合成を行うた
めには、実開口を基線と呼ばれる直線上に配置しなけれ
ばならないが、海上の船舶には動揺が生じるため、船舶
に搭載された実開口を基線上に配置することは困難であ
った。このため、合成開口ソーナーの実用化がなかなか
進まなかった。
【０００３】このような課題に対して、ソーナーが受け
る動揺を緩和する方法が提案されている。例えば、特許
第2609551 号公報に記載された方法は、実開口の一部を
オーバラップさせて受波を行い、オーバラップの部分で
得られた情報を基に動揺を修正し、改めて基線上に実開
口で得られた情報を配置して実開口の合成を行うことに
より高い分解能を得る方法である。
る動揺を緩和する方法が提案されている。例えば、特許
第2609551 号公報に記載された方法は、実開口の一部を
オーバラップさせて受波を行い、オーバラップの部分で
得られた情報を基に動揺を修正し、改めて基線上に実開
口で得られた情報を配置して実開口の合成を行うことに
より高い分解能を得る方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記に記載された方法
は、実開口の一部をオーバラップさせることにより、実
開口の合成が可能になる方法である。この方法を用いる
と、高い方位分解能を得ることが可能であるが、各受波
器ごとの出力信号が必要不可欠で、整相ビームを用いた
合成開口はできなかった。
は、実開口の一部をオーバラップさせることにより、実
開口の合成が可能になる方法である。この方法を用いる
と、高い方位分解能を得ることが可能であるが、各受波
器ごとの出力信号が必要不可欠で、整相ビームを用いた
合成開口はできなかった。
【０００５】本発明の目的は、整相ビームを作成した
後、開口の合成を行って、高分解能の映像を提供するこ
とにある。
後、開口の合成を行って、高分解能の映像を提供するこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の合成開口ソーナーは、送波と受波を少な
くとも２回以上くり返して行い、各受波の信号を合成し
て実開口で得られる分解能以上の映像を得るソーナーに
おいて、受波器の位置を検出する装置と、受波器からの
信号を処理して音波の方位を検出するビームフォーミン
グ装置と、ビームフォーミングの結果を表示する表示装
置から成り、受波器の位置検出装置からの情報を用い
て、開口の合成を行うことを有する。
めに、本発明の合成開口ソーナーは、送波と受波を少な
くとも２回以上くり返して行い、各受波の信号を合成し
て実開口で得られる分解能以上の映像を得るソーナーに
おいて、受波器の位置を検出する装置と、受波器からの
信号を処理して音波の方位を検出するビームフォーミン
グ装置と、ビームフォーミングの結果を表示する表示装
置から成り、受波器の位置検出装置からの情報を用い
て、開口の合成を行うことを有する。
【０００７】送波と受波を少なくとも２回以上くり返し
て行い、各受波の信号を合成して実開口で得られる分解
能以上の映像を得るソーナーにおいて、受波器の位置を
検出する装置と、受波器からの信号を処理して音波の方
位を検出するビームフォーミング装置と、ビームフォー
ミングの結果を表示する表示装置から成り、受波器の一
部をオーバラップさせながらビームフォーミングを行
い、ビームフォーミングを行ったときの受波器の位置を
検出装置から検出し、この検出した情報を用いて、開口
の合成を行うことを有する。
て行い、各受波の信号を合成して実開口で得られる分解
能以上の映像を得るソーナーにおいて、受波器の位置を
検出する装置と、受波器からの信号を処理して音波の方
位を検出するビームフォーミング装置と、ビームフォー
ミングの結果を表示する表示装置から成り、受波器の一
部をオーバラップさせながらビームフォーミングを行
い、ビームフォーミングを行ったときの受波器の位置を
検出装置から検出し、この検出した情報を用いて、開口
の合成を行うことを有する。
【０００８】送波と受波を少なくとも２回以上くり返し
て行い、各受波の信号を合成して実開口で得られる分解
能以上の映像を得るソーナーにおいて、受波器の位置を
検出する装置と、受波器からの信号を処理して音波の方
位を検出するビームフォーミング装置と、各ビームフォ
ーミングの結果を合成することにより開口の合成を行う
装置と、ビームフォーミングの結果あるいは開口の合成
を行った結果を表示する表示装置から成り、受波器の一
部をオーバラップさせながら受波のビームフォーミング
を行い、このビームフォーミングを行ったときの受波器
の位置を検出装置から検出し、この情報を用いて位相補
正を行い開口の合成を行うことを有する。
て行い、各受波の信号を合成して実開口で得られる分解
能以上の映像を得るソーナーにおいて、受波器の位置を
検出する装置と、受波器からの信号を処理して音波の方
位を検出するビームフォーミング装置と、各ビームフォ
ーミングの結果を合成することにより開口の合成を行う
装置と、ビームフォーミングの結果あるいは開口の合成
を行った結果を表示する表示装置から成り、受波器の一
部をオーバラップさせながら受波のビームフォーミング
を行い、このビームフォーミングを行ったときの受波器
の位置を検出装置から検出し、この情報を用いて位相補
正を行い開口の合成を行うことを有する。
【０００９】送波と受波を少なくとも２回以上くり返し
て行い、各受波の信号を合成して実開口で得られる分解
能以上の映像を得るソーナーにおいて、受波器の位置を
検出する装置と、受波器からの信号を処理して音波の方
位を検出するビームフォーミング装置と、ビームフォー
ミングの結果あるいは開口の合成を行った結果を表示す
る表示装置から成り、受波器の一部をオーバラップさせ
ながらビームフォーミングを行い、ビームフォーミング
を行ったときの受波器の位置を検出装置から検出し、こ
の受波器の位置情報を用いて受波器間の位相差に相当す
る補正を行い、開口の合成を行うことを有する。
て行い、各受波の信号を合成して実開口で得られる分解
能以上の映像を得るソーナーにおいて、受波器の位置を
検出する装置と、受波器からの信号を処理して音波の方
位を検出するビームフォーミング装置と、ビームフォー
ミングの結果あるいは開口の合成を行った結果を表示す
る表示装置から成り、受波器の一部をオーバラップさせ
ながらビームフォーミングを行い、ビームフォーミング
を行ったときの受波器の位置を検出装置から検出し、こ
の受波器の位置情報を用いて受波器間の位相差に相当す
る補正を行い、開口の合成を行うことを有する。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を、図面を
用いて説明する。
用いて説明する。
【００１１】図１は本発明の基本的な構成図である。本
発明は、図１に示す受波器，ビームフォーミング装置，
受波器の位置を検出する装置，開口を合成する装置及び
表示装置からなる。
発明は、図１に示す受波器，ビームフォーミング装置，
受波器の位置を検出する装置，開口を合成する装置及び
表示装置からなる。
【００１２】図２は、本発明の全体構成を示す図の一例
である。まず、送波の手続きを説明する。波形生成部で
送波を行う波形の生成を行い、電力増幅部で送波を増幅
し、送受切替部を通して、送波アレイより送波を行う。
次に受波の手続きを説明する。受波アレイで音波を受波
した信号は、送受切替部を通過した後、受信増幅・ろ波
部により増幅され、整相処理が整相部にてなされる。こ
の後、通常は信号処理・映像再生部を施してから制御・
表示部にて、結果を表示する。ここで、合成開口ソーナ
ーの場合は、信号処理・映像再生部と制御・表示部との
間に開口合成部を設け、ここで、開口の合成が行われ
て、この結果が制御・表示部で高分解能の表示が行われ
る。
である。まず、送波の手続きを説明する。波形生成部で
送波を行う波形の生成を行い、電力増幅部で送波を増幅
し、送受切替部を通して、送波アレイより送波を行う。
次に受波の手続きを説明する。受波アレイで音波を受波
した信号は、送受切替部を通過した後、受信増幅・ろ波
部により増幅され、整相処理が整相部にてなされる。こ
の後、通常は信号処理・映像再生部を施してから制御・
表示部にて、結果を表示する。ここで、合成開口ソーナ
ーの場合は、信号処理・映像再生部と制御・表示部との
間に開口合成部を設け、ここで、開口の合成が行われ
て、この結果が制御・表示部で高分解能の表示が行われ
る。
【００１３】このようなハードウェアの構成を、以下の
ような方法で高い方位分解能を実現する。
ような方法で高い方位分解能を実現する。
【００１４】まず、受波器アレイが直線上を確実に移動
できる場合は、各位置で得たビームフォーミングの結果
をそのまま加算することにより高い方位分解能を実現す
ることができる。しかし、実際には受波器が波等の影響
で直線上を移動することはできない。
できる場合は、各位置で得たビームフォーミングの結果
をそのまま加算することにより高い方位分解能を実現す
ることができる。しかし、実際には受波器が波等の影響
で直線上を移動することはできない。
【００１５】受波器の姿勢を制御することは姿勢制御装
置を用いることにより可能である。このため、受波器の
姿勢を行いながら、図３のように受波器の一部をオーバ
ラップさせながら受波を行う。この図でまず開口がＡの
位置で、次に開口の一部をオーバラップさせＢの位置で
受波し、ＡとＢとの距離差をδとする。開口Ａのオーバ
ラップしている受波器の部分をＯＡ、同様に開口Ｂのオ
ーバラップしている部分をＯＢとする。受波位置Ａ，Ｂ
で整相ビームを作成した後、これらのビームを加算する
には、図４に示すように行う。
置を用いることにより可能である。このため、受波器の
姿勢を行いながら、図３のように受波器の一部をオーバ
ラップさせながら受波を行う。この図でまず開口がＡの
位置で、次に開口の一部をオーバラップさせＢの位置で
受波し、ＡとＢとの距離差をδとする。開口Ａのオーバ
ラップしている受波器の部分をＯＡ、同様に開口Ｂのオ
ーバラップしている部分をＯＢとする。受波位置Ａ，Ｂ
で整相ビームを作成した後、これらのビームを加算する
には、図４に示すように行う。
【００１６】受波位置ＡとＢとの距離はδであるため、
この距離差に相当する位相差を求める。位相差をΦ、送
波に使用した波長をλとすれば、Φは次式により求める
ことができる。
この距離差に相当する位相差を求める。位相差をΦ、送
波に使用した波長をλとすれば、Φは次式により求める
ことができる。
【００１７】
【数１】 Φ＝δ／λ …（１） この位相差分を開口位置Ｂで得た整相ビームに乗算した
ものをＦＢΦとする。開口位置Ａで得た整相ビームＦＡ
に、このＦＢΦを加算すれば、開口を合成することが可
能となる。
ものをＦＢΦとする。開口位置Ａで得た整相ビームＦＡ
に、このＦＢΦを加算すれば、開口を合成することが可
能となる。
【００１８】ここで、位相差Φの符号を変え開口Ａの位
置で得た整相ビームに乗算し、開口Ｂで得た整相ビーム
に加算しても良い。このようにすると、開口Ｂの延長上
で開口合成を行ったことになる。この結果を開口合成長
に対応する方位の範囲に表示を行う。このような処理を
行うことにより、実開口と比較して高い方位分解能を得
ることができる。
置で得た整相ビームに乗算し、開口Ｂで得た整相ビーム
に加算しても良い。このようにすると、開口Ｂの延長上
で開口合成を行ったことになる。この結果を開口合成長
に対応する方位の範囲に表示を行う。このような処理を
行うことにより、実開口と比較して高い方位分解能を得
ることができる。
【００１９】以上のように、開口の合成を行うとオーバ
ラップしている部分で受けた受波信号が２回加算された
ことになるが、これはシェーディングがかかったことと
等価になるためなんら問題はない。
ラップしている部分で受けた受波信号が２回加算された
ことになるが、これはシェーディングがかかったことと
等価になるためなんら問題はない。
【００２０】もし、このようなシェーディングを行いた
くない場合には、受波位置ＡあるいはＢの片方のビーム
フォーミングの結果からオーバラップした部分でビーム
を作成した値を減算すれば良い。仮に受波位置Ｂで行っ
たビームフォーミングからこのオーバラップしている部
分を求め、開口合成を行った場合を考える。
くない場合には、受波位置ＡあるいはＢの片方のビーム
フォーミングの結果からオーバラップした部分でビーム
を作成した値を減算すれば良い。仮に受波位置Ｂで行っ
たビームフォーミングからこのオーバラップしている部
分を求め、開口合成を行った場合を考える。
【００２１】オーバラップ部Ｖでのビームフォーミング
は、開口長の比例配分と考えられるから、この部分のビ
ームフォーミングの結果をＯＶとすれば、ＯＶは次式で
表すことができる。
は、開口長の比例配分と考えられるから、この部分のビ
ームフォーミングの結果をＯＶとすれば、ＯＶは次式で
表すことができる。
【００２２】
【数２】 ＯＶＢ＝ＦＢΦ×ＯＢ／Ｌ …（２） 上記（２）でＬは開口長を示している。開口位置Ｂでの
ビームフォーミング結果ＦＢからＯＶを減算した値ＦＢ
−ＯＶに開口位置ＡＢ間の位相差Φを補正してＦＡに加
算すれば、開口の合成を行ったことになる。このときの
方位分解能は、合成開口長２Ｌ−ＯＶに相当する範囲と
なる。
ビームフォーミング結果ＦＢからＯＶを減算した値ＦＢ
−ＯＶに開口位置ＡＢ間の位相差Φを補正してＦＡに加
算すれば、開口の合成を行ったことになる。このときの
方位分解能は、合成開口長２Ｌ−ＯＶに相当する範囲と
なる。
【００２３】この方法は、開口位置Ｂで受波した開口の
データを補正して、開口の合成を行う方法であるが、同
様にして、開口位置Ａで受波した開口のデータを補正し
てもなんら問題はない。
データを補正して、開口の合成を行う方法であるが、同
様にして、開口位置Ａで受波した開口のデータを補正し
てもなんら問題はない。
【００２４】また、開口位置Ａ，Ｂの双方のデータを補
正する方法もある。この方法は開口位置ＡとＢでオーバ
ラップしている部分を補正し、補正したデータを加算し
て、開口を合成する方法である。オーバラップしている
部分のビームフォーミングの結果の補正値は以下のよう
に求めることができる。この方法を図５に示す。
正する方法もある。この方法は開口位置ＡとＢでオーバ
ラップしている部分を補正し、補正したデータを加算し
て、開口を合成する方法である。オーバラップしている
部分のビームフォーミングの結果の補正値は以下のよう
に求めることができる。この方法を図５に示す。
【００２５】まず、（２）式に位相差Φを乗算して、位
相の補正を行う。この位相補正したものをＦＢΦとす
る。開口位置Ａのオーバラップ部のビームフォーミング
は、開口位置Ｂで求めたオーバラップ部のビームフォー
ミング結果と同様に求めると次式のようになる。
相の補正を行う。この位相補正したものをＦＢΦとす
る。開口位置Ａのオーバラップ部のビームフォーミング
は、開口位置Ｂで求めたオーバラップ部のビームフォー
ミング結果と同様に求めると次式のようになる。
【００２６】
【数３】 ＯＶＡ＝ＦＡ×ＯＡ／Ｌ …（３） ＦＢΦ及びＯＶＡから、オーバラップ部の補正量ＯＶを
次式により計算する。
次式により計算する。
【００２７】
【数４】 ＯＶ＝１／２（ＯＶＡ＋ＯＶＢ） …（４） したがって、合成の結果は次式で得ることができる。
【００２８】
【数５】 ＦＡ＋ＦＢΦ−ＯＶ …（５） 以上の説明では、合成開口を行うための基線を開口位置
Ａの延長上に設定したが、基線を開口位置Ｂの延長上に
設定した場合も同様の議論が可能である。このようにし
て開口の合成を複数回行うことにより、さらに高い方位
分解能を実現することができる。
Ａの延長上に設定したが、基線を開口位置Ｂの延長上に
設定した場合も同様の議論が可能である。このようにし
て開口の合成を複数回行うことにより、さらに高い方位
分解能を実現することができる。
【００２９】なお、姿勢制御装置はＧＰＳシステムや受
波器に取り付けたジャイロスコープ等を用いて実現する
ことが可能である。
波器に取り付けたジャイロスコープ等を用いて実現する
ことが可能である。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、整相ビームを用いて開
口の合成を行うことにより、高い方位分解能の映像を提
供することができる。
口の合成を行うことにより、高い方位分解能の映像を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例である合成開口ソーナーの構成
図。
図。
【図２】図１の開口姿勢情報と音響信号の流れのブロッ
ク図。
ク図。
【図３】従来の基線の位置を示す図。
【図４】本発明の開口合成の方法を説明するフローチャ
ート。
ート。
【図５】本発明の開口合成の方法を説明するフローチャ
ート。
ート。
１００…実開口、δ…距離差。
Claims (1)
- 【請求項１】送波と受波を少なくとも２回以上くり返し
て行い、各受波の信号を合成して実開口で得られる分解
能以上の映像を得るソーナーにおいて、受波器の位置を
検出する装置と、受波器からの信号を処理して音波の方
位を検出するビームフォーミング装置と、ビームフォー
ミングの結果を表示する表示装置から成り、受波器の位
置検出装置からの情報を用いて、開口の合成を行うこと
を特徴とする合成開口ソーナー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14689998A JPH11337639A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 合成開口ソーナー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14689998A JPH11337639A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 合成開口ソーナー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11337639A true JPH11337639A (ja) | 1999-12-10 |
Family
ID=15418097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14689998A Pending JPH11337639A (ja) | 1998-05-28 | 1998-05-28 | 合成開口ソーナー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11337639A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6594200B2 (en) | 2001-01-17 | 2003-07-15 | Nec Corporation | Synthetic aperture sonar and synthetic aperture processing method |
| CN116348762A (zh) * | 2020-09-08 | 2023-06-27 | 深视超声科技公司 | 使用混合阵列的合成孔径成像系统和方法 |
-
1998
- 1998-05-28 JP JP14689998A patent/JPH11337639A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6594200B2 (en) | 2001-01-17 | 2003-07-15 | Nec Corporation | Synthetic aperture sonar and synthetic aperture processing method |
| CN116348762A (zh) * | 2020-09-08 | 2023-06-27 | 深视超声科技公司 | 使用混合阵列的合成孔径成像系统和方法 |
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