JP2001099914A - Method of processing signal, signal processor, and sonar device - Google Patents

Method of processing signal, signal processor, and sonar device

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JP2001099914A JP2000223735A JP2000223735A JP2001099914A JP 2001099914 A JP2001099914 A JP 2001099914A JP 2000223735 A JP2000223735 A JP 2000223735A JP 2000223735 A JP2000223735 A JP 2000223735A JP 2001099914 A JP2001099914 A JP 2001099914A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remarkably reduce the number of amplifiers and AD converters in a submarine prospecting sonar using a reception transducer having a large number (160 channels) of elements. SOLUTION: The elements of the 160 channels are multiplexed into 10 systems by 10 pieces of multiplexers. The ten AD converters AD-convert signals of the 16 channels respectively by time sharing to make concurrent switching timing of the multiplexers and to make 10 pieces of data respectively the sampling data of the same timing. The 160 pieces of sampling data sampled steppedly by this manner are phase-shifted diagonally. The signal of the same channel is sampled twice times with 90 deg. of phase difference to complexify the sampling data without increasing a processing circuit.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、通信装置、ソナ
ー装置、超音波診断装置または探傷装置等に用いられる
信号処理方法および信号処理装置、並びに、この信号処
理方法や信号処理装置を適用し、受波ビームを順次互い
に異なる方向に形成して広範囲方向を探査するスキャニ
ングソナー装置やクロスファンビーム方式の水底探査ソ
ナー装置に関する。以下、クロスファンビーム方式のソ
ナー装置を例にあげてこの発明について説明する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a signal processing method and a signal processing device used for a communication device, a sonar device, an ultrasonic diagnostic device or a flaw detection device, and to the application of the signal processing method and the signal processing device. The present invention relates to a scanning sonar device and a cross-fan beam type sonar device for detecting a seafloor bottom, in which a receiving beam is sequentially formed in different directions to search in a wide range direction. Hereinafter, the present invention will be described using a cross fan beam type sonar device as an example.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来使用されているクロスファンビーム
方式の水底探査ソナー装置は、例えば160個の超音波
振動子によりそれぞれ受信されたエコー信号を160個
の混合器を用いてアナログ的にそれぞれ所定量移相した
後合成することにより所望の受波ビームを形成してい
た。
2. Description of the Related Art A cross-fan beam type sonar apparatus used in the prior art has been used to convert echo signals received by, for example, 160 ultrasonic transducers into analog signals using 160 mixers. The desired receiving beam was formed by combining after the quantitative phase shift.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記のようにソナー装
置の入力段は、160チャンネルなど多数の超音波振動
子エレメントからなっており、装置が大がかりにならざ
るを得ないとともに、アナログ回路の誤差や経年劣化な
どにより距離分解能をある程度以上は上げられないとい
う問題点があった。
As described above, the input stage of the sonar device is composed of a large number of ultrasonic transducer elements such as 160 channels, so that the device must be large and the error of the analog circuit must be increased. There is a problem that the distance resolution cannot be increased to a certain degree or more due to deterioration over time or the like.

【0004】この発明は、多重化、時分割化により回路
構成を簡略化し、通信装置、ソナー装置、超音波診断装
置や探傷装置等に適用される信号処理方法、信号処理装
置、および、これを利用したソナー装置、特に受波ビー
ムを順次互いに異なる方向に形成して広範囲方向を探査
するスキャニングソナー装置を提供することを目的とす
る。
[0004] The present invention simplifies the circuit configuration by multiplexing and time division, and provides a signal processing method and a signal processing apparatus applied to a communication device, a sonar device, an ultrasonic diagnostic device, a flaw detection device, and the like. It is an object of the present invention to provide a sonar device using the same, particularly a scanning sonar device which forms a receiving beam sequentially in different directions to search in a wide range direction.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明は、所定周波数
f(=1/T)の信号を受信し、所定のサンプリング時
刻、および該所定のサンプリング時刻から(a+1/
4)T後の時刻(a=0, 0.5, 1, 1.5, …のいずれか:
特許請求の範囲において同じ)に前記信号をサンプリン
グし、これらの時刻にサンプリングされたデータを、複
素サンプリングデータの実部データおよび虚部データと
して出力することを特徴とする。
According to the present invention, a signal having a predetermined frequency f (= 1 / T) is received, a predetermined sampling time, and (a + 1 / T) from the predetermined sampling time.
4) Time after T (a = 0, 0.5, 1, 1.5,...:
The same is true in the claims), and the data sampled at these times are output as real part data and imaginary part data of complex sampling data.

【0006】この発明は、前記(a+1/4)Tの時間
が、前記所定のサンプリング時刻の周期の1/2よりも
短いことを特徴とする。
The present invention is characterized in that the time of (a + /) T is shorter than の of the period of the predetermined sampling time.

【0007】この発明は、前記2つのサンプリングを
(m+1/2)T毎(m=1,2,…のいずれか)に繰
り返し行うことを特徴とする。
The present invention is characterized in that the two samplings are repeated every (m + 1/2) T (m = 1, 2,...).

【0008】この発明は、所定周波数f(=1/T)の
信号を受信し、所定のサンプリング時刻(nT)、およ
び、該所定のサンプリング時刻から(n+1/4)T後
(n=0,1,2,…のいずれか:特許請求の範囲にお
いて同じ)、(n+1/2)T後、(n+3/4)T後
の時刻にサンプリングしたデータを、それぞれ0°サン
プリングデータ、90°サンプリングデータ、180°
サンプリングデータ、270°サンプリングデータと
し、前記0°サンプリングデータと180°サンプリン
グデータとを平均した値を複素サンプリングデータの実
部データ、90°サンプリングデータと270°サンプ
リングデータを平均した値を前記複素サンプリングデー
タの虚部データとして出力することを特徴とする。
According to the present invention, a signal of a predetermined frequency f (= 1 / T) is received, a predetermined sampling time (nT), and (n + 1/4) T after the predetermined sampling time (n = 0, Any of 1, 2,...: The same in the claims), data sampled at a time after (n + 1/2) T, (n + 3/4) T, and 0 ° sampling data and 90 ° sampling data, respectively. , 180 °
The sampling data is 270 ° sampling data, and the average value of the 0 ° sampling data and the 180 ° sampling data is the real part data of the complex sampling data, and the value obtained by averaging the 90 ° sampling data and the 270 ° sampling data is the complex sampling data. The data is output as imaginary part data of the data.

【0009】この発明は、前記(n+1/4)Tの時間
が、前記所定のサンプリング時刻の周期の1/4よりも
短いことを特徴とする。
The present invention is characterized in that the time of (n + /) T is shorter than 1 / of the period of the predetermined sampling time.

【0010】この発明は、複数チャンネルの信号を複数
グループに分割し、1つのグループの各信号について上
記サンプリングを所定時間で行い、この処理を複数のグ
ループについて順次繰り返して行うことを特徴とする。
The present invention is characterized in that signals of a plurality of channels are divided into a plurality of groups, the above-mentioned sampling is performed for each signal of one group at a predetermined time, and this processing is sequentially repeated for a plurality of groups.

【0011】この発明は、複数チャンネルの信号入力手
段と、該信号入力手段から入力された複数チャンネルの
信号を該チャンネル数よりも少ない系統に多重化する複
数のマルチプレクサであって、各マルチプレクサの切り
換えタイミングが同期しているものと、各マルチプレク
サから入力された信号をAD変換する複数のAD変換器
であって、各AD変換器のサンプリングタイミングが同
期しているものと、を備えたことを特徴とする。
The present invention relates to a plurality of channel signal input means and a plurality of multiplexers for multiplexing a plurality of channel signals input from the signal input means into a system having less than the number of channels. A plurality of A / D converters for performing A / D conversion of a signal input from each multiplexer, wherein the sampling timing of each A / D converter is synchronized. And

【0012】この発明は、複数チャンネルの信号入力手
段と、該信号入力手段から入力された複数チャンネルの
信号を該チャンネル数よりも少ない系統に多重化する複
数のマルチプレクサであって、各マルチプレクサの切り
換えタイミングが同期しているものと、各マルチプレク
サから入力された信号をAD変換する複数のAD変換器
であって、各AD変換器のサンプリングタイミングが同
期しているものと、AD変換器によってサンプリングさ
れたデータの位相関係が所定になるように各サンプリン
グデータを移相する移相手段と、を備えたことを特徴と
する。
According to the present invention, there are provided a plurality of channels of signal input means and a plurality of multiplexers for multiplexing a plurality of channels of signals input from the signal input means into a system having less than the number of channels. A plurality of A / D converters for performing AD conversion on signals input from the respective multiplexers, wherein the timing is synchronized, and a plurality of A / D converters for which the sampling timings of the respective A / D converters are synchronized; Phase shifting means for shifting the phase of each sampled data so that the phase relationship of the data obtained is predetermined.

【0013】この発明は、各マルチプレクサは、各AD
変換器に、所定のサンプリング時刻から(a+1/4)
T後の時刻に、前記所定のサンプリング時刻と同じチャ
ンネルの信号が入力されるように切り換えられ、各AD
変換器は、所定のサンプリング時刻、および該所定のサ
ンプリング時刻から(a+1/4)T後の時刻に前記同
じチャンネルの信号をサンプリングし、これを当該チャ
ンネルの複素サンプリングデータの実部データおよび虚
部データとして出力することを特徴とする。
According to the present invention, each multiplexer is provided with each AD.
(A + /) from a predetermined sampling time in the converter
At a time after T, switching is performed so that a signal of the same channel as the predetermined sampling time is input.
The converter samples the signal of the same channel at a predetermined sampling time and at a time (a +)) T after the predetermined sampling time, and converts the signal into real part data and imaginary part of complex sampling data of the channel. It is characterized in that it is output as data.

【0014】この発明は、受波ビームを順次互いに異な
る方向に形成して広範囲方向を探査するソナー装置にお
いて、所定周波数のエコー信号をそれぞれ受信する複数
のエレメントを有する受信トランスデューサと、各エレ
メントが受信したエコー信号を該エレメントの数よりも
少ない系統に多重化するマルチプレクサと、各系統にお
いて各エレメントのエコー信号をサンプリングして複素
サンプリングデータを出力するAD変換器と、前記各エ
レメントの複素サンプリングデータの位相関係が所定に
なるように各サンプリングデータを移相するとともに、
所定方向の受波ビームを形成する信号処理部と、を備え
たことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a sonar apparatus for forming a receiving beam sequentially in different directions to search in a wide range direction, a receiving transducer having a plurality of elements each receiving an echo signal of a predetermined frequency, and each element receiving the echo signal. A multiplexer that multiplexes the obtained echo signals into a system having less than the number of elements, an AD converter that samples the echo signal of each element in each system and outputs complex sampling data, and an A / D converter that outputs complex sampling data of each element. While shifting each sampling data so that the phase relationship becomes predetermined,
A signal processing unit for forming a reception beam in a predetermined direction.

【0015】この発明は、前記信号処理部は、各エレメ
ントの複素サンプリングデータを移相するための係数お
よび各エレメントの複素サンプリングデータで受波ビー
ムを形成するための係数を予め乗じた乗数を記憶してお
り、この乗数を各エレメントの複素サンプリングデータ
に乗じて移相および受波ビームの形成を同時に行うこと
を特徴とする。
In the present invention, the signal processing unit stores a multiplier for previously multiplying a coefficient for shifting a phase of the complex sampling data of each element and a coefficient for forming a reception beam with the complex sampling data of each element. The multiplier is multiplied by the complex sampling data of each element to simultaneously perform the phase shift and the formation of the received beam.

【0016】この発明は、受波ビームを順次互いに異な
る方向に形成して広範囲方向を探査するソナー装置にお
いて、所定周波数f(=1/T)のエコー信号をそれぞ
れ受信する複数のエレメントを有する受信トランスデュ
ーサと、各エレメントが受信したエコー信号を該エレメ
ントの数よりも少ない系統に多重化するマルチプレクサ
と、各系統において各エレメントのエコー信号を所定の
サンプリング時刻および該所定のサンプリング時刻から
(n+1/4)T後の2つの時刻にサンプリングし、こ
れらを各エレメントの複素サンプリングデータとして出
力するAD変換器と、前記各エレメントの複素サンプリ
ングデータの位相関係が所定になるように各サンプリン
グデータを移相するとともに、所定方向の受波ビームを
形成する信号処理部と、を備えたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a sonar apparatus for forming a receiving beam sequentially in different directions to search in a wide range direction, comprising a plurality of elements for receiving echo signals of a predetermined frequency f (= 1 / T). A transducer, a multiplexer for multiplexing the echo signals received by each element into a system having less than the number of the elements, and an echo signal of each element in each system at a predetermined sampling time and (n + /) from the predetermined sampling time. 2) sampling at two times after T, outputting these as complex sampling data of each element, and shifting each sampling data so that the phase relationship between the complex sampling data of each element becomes predetermined. Signal processing to form a receiving beam in a predetermined direction Characterized by comprising a and.

【0017】海底探査ソナーなどでは、ドップラ効果が
殆ど働かないため、エコー信号の周波数は殆ど送信周波
数と同じである。したがって、多少時間が経過しても周
波数が変わることはない。したがって、同じサンプリン
グ時刻にIQサンプリングしなくても、時間的に90°
位相をずらせて、(a+1/4)T遅れて2回サンプリ
ングすれば複素サンプリングと同じような、実部デー
タ、虚部データが得ることができる。これにより、実部
・虚部の2チャンネルを設けなくても、時分割で実部デ
ータ、虚部データを生成することができる。
[0017] In the case of sonar exploration sonar or the like, since the Doppler effect hardly works, the frequency of the echo signal is almost the same as the transmission frequency. Therefore, the frequency does not change even if some time passes. Therefore, even if IQ sampling is not performed at the same sampling time, 90
If the phase is shifted and sampling is performed twice with a delay of (a + /) T, real-part data and imaginary-part data similar to complex sampling can be obtained. Thereby, real part data and imaginary part data can be generated in a time sharing manner without providing two channels of a real part and an imaginary part.

【0018】この場合において、図14(A)に示すよ
うに実部データのサンプリングタイミングと虚部データ
のサンプリングタイミングの間隔を次の実部データのサ
ンプリングタイミングよりも短くしておくことにより、
すなわち、実部データのサンプリングタイミングと虚部
データのサンプリングタイミングの間隔をサンプリング
周期の1/2よりも短くしておくことにより、同図
(B)に示すような振幅の変動がある場合やドップラ効
果などで周波数がずれた場合にも誤差の少ない複素サン
プリングデータを得ることができる。
In this case, by setting the interval between the sampling timing of the real part data and the sampling timing of the imaginary part data shorter than the sampling timing of the next real part data as shown in FIG.
That is, by setting the interval between the sampling timing of the real part data and the sampling timing of the imaginary part data to be shorter than の of the sampling period, the case where there is a fluctuation in amplitude as shown in FIG. Even when the frequency is shifted due to an effect or the like, complex sampling data with a small error can be obtained.

【0019】実部データのサンプリングタイミングと虚
部データのサンプリングタイミングの間隔は、狭い程よ
くa=0すなわちT/4の間隔がベストである。同図
(B)の例はサンプリングデータの位相が45°の場合
を示しているが、実部データのサンプリングタイミング
0 のサンプル値が、0.4861359、それからT
/4遅れたt1 のサンプル値が、0.5155987で
あり、これらの値から求めた位相は43.32°であ
り、0.0026波長の誤差になっている。これに対し
て、実部データと虚部データのサンプリング間隔を等間
隔(同図の例では1.25T)で行った場合には、1.
25T後のサンプリングタイミングt1'のサンプル値が
0.6334498となり、これとt0 の値に基づいて
求めた位相は37.50°となり0.021波長の誤差
となっている。このように、実部データのサンプリング
タイミングと虚部データのサンプリングタイミングの間
隔をサンプリング周期の1/2よりも短くしておくこと
により、入力信号に振幅の変動や周波数のずれがある場
合にも誤差の少ない複素サンプリングデータを得ること
ができる。
The narrower the interval between the sampling timing of the real part data and the sampling timing of the imaginary part data, the better the interval of a = 0, that is, the interval of T / 4. The example of FIG. 11B shows a case where the phase of the sampling data is 45 °, and the sample value at the sampling timing t 0 of the real part data is 0.4861359 and T
The sample value of t 1 delayed by / 4 is 0.5155987, and the phase obtained from these values is 43.32 °, which is an error of 0.0026 wavelength. On the other hand, when the sampling intervals of the real part data and the imaginary part data are set at equal intervals (1.25 T in the example of FIG. 1), the following is obtained.
The sample value of the sampling timing t 1 ′ after 25T is 0.6334498, and the phase obtained based on this and the value of t 0 is 37.50 °, which is an error of 0.021 wavelength. As described above, by setting the interval between the sampling timing of the real part data and the sampling timing of the imaginary part data to be shorter than サ ン プ リ ン グ of the sampling period, even when the input signal has amplitude fluctuation or frequency deviation, Complex sampling data with few errors can be obtained.

【0020】また、2つのサンプリングデータ(実部デ
ータ、虚部データ)のサンプリングの繰り返し周期を
(m+1/2)Tとすることにより、サンプリングの繰
り返し毎に信号の位相が反転し、これに基づいてDCバ
イアス成分をキャンセルすることができる。また、(n
+1/2)Tのデータと(n+3/4)Tのデータを用
いて平均化することによってもサンプリングデータに重
畳されているDCバイアス成分をキャンセルすることが
できる。
Further, by setting the sampling repetition cycle of the two sampling data (real part data and imaginary part data) to (m + 1/2) T, the phase of the signal is inverted every time the sampling is repeated. The DC bias component can be cancelled. Also, (n
The DC bias component superimposed on the sampling data can also be canceled by averaging using the data of (+1/2) T and the data of (n + 3/4) T.

【0021】また、複数の信号入力手段から入力された
信号をマルチプレクサで処理を多重化する場合、マルチ
プレクサを一定時間間隔で順次切り換えてゆくようにす
ると、マルチプレクサの切り換えによって発生したノイ
ズが他のチャンネルのサンプリングデータに悪影響を及
ぼす場合がある。このため、この発明では、全てのマル
チプレクサの切り換えタイミングおよびAD変換器サン
プリングタイミングを同期させてノイズがサンプリング
データに重畳しないようにした。
In the case where signals input from a plurality of signal input means are multiplexed by a multiplexer, if the multiplexers are sequentially switched at predetermined time intervals, noise generated by the switching of the multiplexers may cause other channels to generate noise. May have an adverse effect on the sampling data. For this reason, in the present invention, the switching timing of all multiplexers and the AD converter sampling timing are synchronized to prevent noise from being superimposed on the sampling data.

【0022】そして、海底探査ソナー等では複数チャン
ネルから入力される信号を一定時間間隔で順次サンプリ
ングしてゆき、この(時間軸において)斜めに配列され
たデータをマッチドフィルタに入力することによって海
底探査を行うが、上記同期したタイミングでサンプリン
グした場合でも、このサンプリングデータの位相をシフ
トすることで上記一定時間間隔で(斜めに)配列された
データ列を実現している。また、階段状にサンプリング
されたデータを同時刻サンプルのデータになるようにシ
フトしてもよい。この場合において、データを2nπ
(nλ)の位相差にシフトしてもよい。このようなデー
タ列でも2nπをキャンセルして同時刻データとして処
理することができる。
In a submarine exploration sonar or the like, signals input from a plurality of channels are sequentially sampled at fixed time intervals, and the obliquely arranged data (on the time axis) is input to a matched filter to thereby perform submarine exploration. However, even when sampling is performed at the above-mentioned synchronized timing, a data sequence arranged (obliquely) at the above-mentioned fixed time interval is realized by shifting the phase of the sampled data. Further, data sampled in a stepwise manner may be shifted so as to become data of the same time sample. In this case, the data is 2nπ
The phase shift may be shifted to (nλ). Even in such a data string, 2nπ can be canceled and processed as the same time data.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】図1はこの発明の実施形態である
海底探査ソナーのブロック図、図2は同海底探査ソナー
のトランスデューサの設置形態を示す図、および、同ト
ランスデューサが形成する送波ビーム、受波ビームを示
す図である。
FIG. 1 is a block diagram of a submarine exploration sonar according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an installation form of a transducer of the submarine exploration sonar, and a transmission beam formed by the transducer. FIG.

【0024】まず、図2において、送信トランスデュー
サ11、受信トランスデューサ122はともに、複数の
超音波振動子を1列に配列した超音波振動子アレイから
なっている。送信トランスデューサ11は、振動子の配
列方向が船首,船尾方向になるように船底に設置され、
受信トランスデューサ12は、振動子の配列方向が船側
方向になるように船底に設置される。
First, in FIG. 2, each of the transmission transducer 11 and the reception transducer 122 is composed of an ultrasonic transducer array in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged in one line. The transmitting transducer 11 is installed on the bottom of the ship so that the transducers are arranged in the bow and stern directions,
The receiving transducer 12 is installed on the bottom of the ship such that the arrangement direction of the transducers is on the ship side.

【0025】船底には、上記送信トランスデューサ1
1、受信トランスデューサ12からなるトランスデュー
サ部1のほかに、送信トランスデューサ11に超音波の
バースト信号を印加するとともに、反射エコーを受信し
てデジタルサンプリングデータに変換する送受信部2が
設けられる。そして、船室には、演算処理部3が設けら
れる。演算処理部3は、送受信部2から伝送入力された
サンプリングデータに基づいてビームフォームおよび海
底検出等を行う。このため、図7に示す移相器31およ
び図8に示すビームフォーマ32を備えている。
At the bottom of the ship, the transmitting transducer 1
1. In addition to the transducer unit 1 comprising the receiving transducer 12, a transmitting / receiving unit 2 for applying an ultrasonic burst signal to the transmitting transducer 11 and receiving a reflected echo and converting it into digital sampling data is provided. The cabin is provided with an arithmetic processing unit 3. The arithmetic processing unit 3 performs beamform detection, seafloor detection, and the like based on the sampling data transmitted and input from the transmission / reception unit 2. For this purpose, a phase shifter 31 shown in FIG. 7 and a beamformer 32 shown in FIG. 8 are provided.

【0026】送受信部2の送信回路26は、送信トラン
スデューサ11の各エレメントに対してパルス信号を印
加する。送信トランスデューサ11の各エレメントは、
このパルス信号によって駆動され、超音波信号を海中に
送出する。送信回路26は、320kHzの信号を発振
する発振器を内蔵しており、送波ビームが図2(B)に
示すように船体の真下に扇形に形成されるように各エレ
メント毎にタイミングを制御してパルス信号を印加す
る。このようにして形成される送波ビームは、前後1.
5°、左右150°程度の扇形である。各エレメントに
入力されるパルス信号のパルス幅は、320kHzで1
0波〜50波程度である。このように真下にビームが形
成されるため、船が動いていても殆どドップラ効果の影
響がなく、海底からの反射エコーは送信時と同じ320
kHzのバースト波となる。
The transmitting circuit 26 of the transmitting / receiving section 2 applies a pulse signal to each element of the transmitting transducer 11. Each element of the transmitting transducer 11
It is driven by this pulse signal and sends out an ultrasonic signal into the sea. The transmission circuit 26 has a built-in oscillator that oscillates a signal of 320 kHz, and controls the timing of each element so that the transmission beam is formed in a fan shape directly below the hull as shown in FIG. 2B. To apply a pulse signal. The transmission beam formed in this manner includes:
The fan shape is 5 °, 150 ° left and right. The pulse width of the pulse signal input to each element is 1 at 320 kHz.
It is about 0 to 50 waves. Since the beam is formed just below, even if the ship is moving, there is almost no effect of the Doppler effect, and the reflected echo from the sea floor is the same as that at the time of transmission.
It becomes a kHz burst wave.

【0027】受信トランスデューサ12は、図3に示す
ように160個のエレメントを円周上に配置した円筒形
状になっている。この受信トランスデューサ12に接続
されている送受信部2および演算処理部3は、各エレメ
ントが受信した反射エコーをサンプリングし、マッチド
フィルタでリファレンスと比較することによって、図2
(B)に示すような前後20°、左右1.5°程度の受
波ビームを形成する。この受波ビームを高速に右から左
にスキャンさせ、このスキャンを1回のパルス送信に対
して何度も繰り返して行うことにより海底探査を行う。
図3において、受信トランスデューサ12は、半径12
5mmの円筒形状であり、1.5°間隔で160個の超
音波振動子エレメントが配列されているため、中心角2
38.5°で円筒の一部が切り欠かれた形状になってい
る。
The receiving transducer 12 has a cylindrical shape in which 160 elements are arranged on the circumference as shown in FIG. The transmission / reception unit 2 and the arithmetic processing unit 3 connected to the reception transducer 12 sample the reflected echo received by each element and compare it with a reference by a matched filter to obtain a signal shown in FIG.
As shown in (B), a receiving beam of about 20 ° before and after and about 1.5 ° right and left is formed. The receiving beam is scanned from right to left at a high speed, and this scanning is repeated many times for one pulse transmission to perform the seabed exploration.
In FIG. 3, the receiving transducer 12 has a radius 12
Since it has a cylindrical shape of 5 mm and 160 ultrasonic transducer elements are arranged at 1.5 ° intervals, a central angle of 2
At 38.5 °, a part of the cylinder is cut away.

【0028】受信トランスデューサ12の各エレメント
が受信した信号は、対応する受信チャンネルの信号とし
て送受信部2に入力される。送受信部2では、各チャン
ネル別にプリアンプ13で増幅され、フィルタ14でろ
波され、TVGアンプ15で増幅される。フィルタ14
は、送信トランスデューサ11から送信された超音波ビ
ームの周波数(320kHz)付近の周波数以外を除去
するバンドパスフィルタである。上述したように反射エ
コー信号はほぼ320kHzの狭帯域の信号であり、こ
のバンドパスフィルタにより、帯域外の超音波機器の信
号や帯域外シーノイズ等のノイズが除去される。
The signal received by each element of the receiving transducer 12 is input to the transmitting / receiving section 2 as a signal of the corresponding receiving channel. In the transmission / reception unit 2, each channel is amplified by the preamplifier 13, filtered by the filter 14, and amplified by the TVG amplifier 15. Filter 14
Is a band-pass filter that removes frequencies other than frequencies near the frequency (320 kHz) of the ultrasonic beam transmitted from the transmission transducer 11. As described above, the reflected echo signal is a signal in a narrow band of about 320 kHz, and the band-pass filter removes signals such as out-of-band ultrasonic equipment signals and out-of-band sea noise.

【0029】TVGアンプ15は、時間可変ゲインアン
プであり、送信トランスデューサ11がバースト波を発
射したのち時間が経過するとともにゲインを上昇させて
ゆくアンプである。これはバースト波を発射してから時
間が経過するとともに遠くで反射し、伝搬距離が長く信
号レベルの小さい反射エコーを受信する必要があるた
め、これに対応してゲインを高くしてゆくものである。
TVGアンプ15の後段にはこのTVGアンプ15のノ
イズを除去するための簡略なフィルタ16が介挿入され
ている。こののち、マルチプレクサ17により、160
チャンネルの信号が10チャンネルに時分割多重化され
る。第k(=0〜9)マルチプレクサには、10n(=
0〜15)+kの信号が入力される。すなわち、第0マ
ルチプレクサにはチャンネル0,10,20,…14
0,150の信号が入力され、第1マルチプレクサには
チャンネル1,11,21,…141,151の信号が
入力され、…、第9マルチプレクサにはチャンネル9,
19,29,…149,159の信号が入力される。第
0〜第9マルチプレクサは、同期して全て同じタイミン
グに入力信号の選択nを順次切り換えてゆく。
The TVG amplifier 15 is a time variable gain amplifier, and increases the gain as time elapses after the transmission transducer 11 emits a burst wave. This is because it is necessary to receive a reflected echo with a long propagation distance and a small signal level, which is reflected at a distance as time elapses after the burst wave is emitted. is there.
A simple filter 16 for removing noise of the TVG amplifier 15 is interposed at the subsequent stage of the TVG amplifier 15. Thereafter, the multiplexer 17 outputs 160
Channel signals are time-division multiplexed into 10 channels. The k-th (= 0 to 9) multiplexer has 10n (=
0-15) + k signals are input. That is, channels 0, 10, 20,...
, 141, 151 to the first multiplexer,..., The ninth multiplexer.
, 149, 159 are input. The 0th to 9th multiplexers sequentially switch the selection n of the input signal at the same timing in synchronization.

【0030】10チャンネルに多重化された反射エコー
信号は、再度TVGアンプ18で増幅される。一般的な
TVGアンプはゲイン制御範囲が40dB程度であり、
広い範囲の海底探査を行おうとすれば40dB以上のT
VG範囲を必要とするため、このようにTVGアンプを
2段にしている。TVGアンプを2つともマルチプレク
サの後段に配置しても過度応答特性を間に合わせること
ができなくはないが、マルチプレクサ以降は広帯域にす
る必要があり初段のTVGアンプで発生するノイズが問
題になるため、初段のTVGアンプはマルチプレクサの
前段に各チャンネルごとに設け、アンプノイズを制限す
る簡易なフィルタ16を介してマルチプレクサ17に接
続するようにしている。
The reflected echo signals multiplexed on the ten channels are amplified again by the TVG amplifier 18. A general TVG amplifier has a gain control range of about 40 dB,
If you want to perform a wide range of seafloor exploration, T of 40dB or more
Since a VG range is required, the TVG amplifier has two stages as described above. Even if both TVG amplifiers are arranged at the subsequent stage of the multiplexer, the transient response characteristics cannot be adjusted in time. However, it is necessary to increase the bandwidth after the multiplexer, and noise generated by the first stage TVG amplifier becomes a problem. The first stage TVG amplifier is provided for each channel in front of the multiplexer, and is connected to the multiplexer 17 via a simple filter 16 for limiting amplifier noise.

【0031】TVGアンプ18で増幅された信号は、A
D変換器19によってサンプリングされデジタルサンプ
リングデータに変換される。AD変換器19のサンプリ
ングタイミングおよびマルチプレクサ17の切換タイミ
ングは、前記送信回路の発振器が発振する信号に基づい
て作成される。すなわち、送信パルス(反射エコー信
号)の周波数と、マルチプレクサ切換タイミングおよび
サンプリングタイミングとは完全に同期している。
The signal amplified by the TVG amplifier 18 is A
The data is sampled by the D converter 19 and converted into digital sampling data. The sampling timing of the AD converter 19 and the switching timing of the multiplexer 17 are created based on the signal oscillated by the oscillator of the transmission circuit. That is, the frequency of the transmission pulse (reflected echo signal) is completely synchronized with the multiplexer switching timing and the sampling timing.

【0032】図4は、AD変換器19のサンプリングタ
イミングを説明する図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the sampling timing of the AD converter 19.

【0033】後段の演算処理部では、反射エコー信号を
複素データとして処理するため、サンプリングにおいて
複素データ化しておくことが望ましい。しかし、実数値
信号にcos信号、sin信号をミキシングして実部
I、虚部Qの信号に分離し、別々にサンプリングするこ
とは、回路構成が複雑化するとともに、位相ずれなどに
よる測定誤差を招く原因になる。
In the latter processing unit, it is desirable to convert the reflected echo signal into complex data in sampling in order to process it as complex data. However, mixing a cos signal and a sine signal into a real-valued signal to separate them into signals of a real part I and an imaginary part Q and separately sampling the signal complicates the circuit configuration and reduces measurement errors due to phase shift and the like. Cause invites.

【0034】そこで、この装置では、受信した反射エコ
ー信号の周波数が安定しており、サンプリングクロック
がこれに完全に同期していることを利用し、90°の位
相差で2回サンプリングすることによって一方を実部
(In−phase)のデータとし、他方を虚部(Qu
adrature)のデータとして用いることにより、
複素サンプリングデータを生成するようにしている。さ
らに、この装置では、反射エコー信号を90°の位相差
で4回(0°、90°、180°、270°)サンプリ
ングし、0°サンプリングデータと180°サンプリン
グデータを組み合わせ、且つ、90°サンプリングデー
タと270°サンプリングデータを組み合わせることに
よって反射エコー信号のDCバイアス成分を除去するよ
うにしている。
Therefore, in this apparatus, by taking advantage of the fact that the frequency of the received reflected echo signal is stable and the sampling clock is completely synchronized with this, sampling is performed twice with a phase difference of 90 °. One is the real part (In-phase) data, and the other is the imaginary part (Qu-phase).
(adrature) data,
Complex sampling data is generated. Further, in this apparatus, the reflected echo signal is sampled four times (0 °, 90 °, 180 °, 270 °) with a phase difference of 90 °, the 0 ° sampling data and the 180 ° sampling data are combined, and 90 ° The DC bias component of the reflected echo signal is removed by combining the sampling data and the 270 ° sampling data.

【0035】また、上記のように160チャンネルを時
分割で10系統に多重化しているため、各系統は、16
のチャンネルを担当することになる。各系統では、反射
エコーの周波数320kHzの1λ(1周期)に4チャ
ンネルの信号をサンプリングし、4λで16チャンネル
の信号をサンプリングするようにしている。
As described above, since 160 channels are multiplexed into ten systems in a time-division manner, each system has 16 channels.
Channel. In each system, a signal of four channels is sampled at 1λ (one cycle) at a frequency of 320 kHz of a reflected echo, and a signal of 16 channels is sampled at 4λ.

【0036】図4を参照してサンプリングタイミングに
ついて詳細に説明する。AD変換器AD0にはマルチプ
レクサ16を介してチャンネル10n+0,(n=0,
1,…,15:以下同じ)の信号が選択的に入力され
る。また、AD変換器AD1にはマルチプレクサ16を
介して10n+1の信号が選択的に入力される。同様に
AD変換器ADk,(k=0,1,…,9:以下同じ)
には、チャンネル10n+kの信号が選択的に入力され
る。各AD変換器は1/16λ(0.195625μ
秒)毎に入力信号をサンプリングする。したがって1λ
の間に16回サンプリングが行われる。
The sampling timing will be described in detail with reference to FIG. Channels 10n + 0, (n = 0,
,..., 15: the same applies hereinafter). Further, a signal of 10n + 1 is selectively input to the AD converter AD1 via the multiplexer 16. Similarly, AD converters ADk, (k = 0, 1,..., 9: the same applies hereinafter)
, A signal of the channel 10n + k is selectively input. Each AD converter is 1 / 16λ (0.195625μ
The input signal is sampled every second). Therefore 1λ
During this period, sampling is performed 16 times.

【0037】最初の1λの間、各AD変換器ADkは、
チャンネルk、チャンネル10+k、チャンネル20+
k、チャンネル30+kを1サンプル毎に切り換えて4
回ずつサンプリングする。これにより、各チャンネル
は、1/16λ×4=1/4λ、すなわち90°の間隔
で4回サンプリングされることになるため、各チャンネ
ル毎に(相対的に)0°、90°、180°、270°
の4つのデータを得ることができる。
During the first 1λ, each AD converter ADk
Channel k, channel 10 + k, channel 20+
k, channel 30 + k is switched every sample, and 4
Sample each time. As a result, each channel is sampled four times at intervals of 1 / 16λ × 4 = 1 / 4λ, that is, 90 °, so that each channel is (relatively) 0 °, 90 °, 180 ° 270 °
Can be obtained.

【0038】次の1λの間、各AD変換器ADkは、チ
ャンネル40+k、チャンネル50+k、チャンネル6
0+k、チャンネル70+kを1サンプル毎に切り換え
て4回ずつサンプリングする。さらに次の1λの間、各
AD変換器ADkは、チャンネル80+k、チャンネル
90+k、チャンネル100+k、チャンネル110+
kを1サンプル毎に切り換えて4回ずつサンプリングす
る。さらに次の1λの間、各AD変換器ADkは、チャ
ンネル120+k、チャンネル130+k、チャンネル
140+k、チャンネル150+kを1サンプル毎に切
り換えて4回ずつサンプリングする。このようにして、
4λの間に、全てのチャンネルについて4つ(0°、9
0°、180°、270°)のデータを得ることができ
る。これを4λサイクルという。
During the next 1λ, each of the AD converters ADk has a channel 40 + k, a channel 50 + k, and a channel 6 + k.
0 + k and channel 70 + k are switched every one sample, and sampling is performed four times. During the next 1λ, each AD converter ADk is connected to channel 80 + k, channel 90 + k, channel 100 + k, channel 110+
k is switched for each sample, and sampling is performed four times. Further, during the next 1λ, each AD converter ADk switches the channels 120 + k, the channels 130 + k, the channels 140 + k, and the channels 150 + k every one sample, and performs sampling four times. In this way,
During 4λ, 4 (0 °, 9) for all channels
0 °, 180 °, 270 °). This is called a 4λ cycle.

【0039】なお、各AD変換器ADk,(k=0〜
9)のサンプリングタイミングは、完全に同期してお
り、サンプリング終了後のマルチプレクサ16の切り換
えも同時である。AD変換器ADkは、20MHz程度
の高速AD変換器を使用すれば、サンプリング直前の入
力だけがサンプリングデータに影響し、サンプリング後
直ちにマルチプレクサを切り換えても、その切換ノイズ
が次のサンプリングデータに悪影響を及ぼすことはな
い。
Each of the AD converters ADk, (k = 0 to 0)
The sampling timing of 9) is completely synchronized, and the switching of the multiplexer 16 after the sampling is completed is simultaneous. If the AD converter ADk uses a high-speed AD converter of about 20 MHz, only the input immediately before sampling affects the sampling data, and even if the multiplexer is switched immediately after sampling, the switching noise adversely affects the next sampling data. Has no effect.

【0040】このように、入力信号のサンプリングを行
った直後に、マルチプレクサの切り換え、後段のTVG
アンプの応答が実行され、次のサンプリングタイミング
(0.195625μ秒後)までには、マルチプレクサ
の選択信号の作動とAD変換器の出力データの変化で発
生した雑音は十分に減衰していて次のサンプリングに悪
影響を及ぼさない。また、上記のように10系列のマル
チプレクサ、AD変換器の切り換えを同期して行ってい
るため、ある系統の切換ノイズが他の系統に侵入して悪
影響を及ぼすこともない。
As described above, immediately after the input signal is sampled, the multiplexer is switched, and the TVG at the subsequent stage is switched.
The response of the amplifier is executed, and by the next sampling timing (after 0.195625 μsec), the noise generated by the operation of the selection signal of the multiplexer and the change of the output data of the AD converter is sufficiently attenuated, and Does not adversely affect sampling. In addition, since the switching of the multiplexers and the AD converters of the ten systems is performed in synchronization as described above, there is no possibility that the switching noise of one system invades another system and adversely affects it.

【0041】各チャンネルのサンプリングデータは平均
処理回路20に入力される。平均処理回路20は、各チ
ャンネル毎に、0°サンプリングデータと180°サン
プリングデータ、および、90°サンプリングデータと
270°サンプリングデータの対で平均処理を行う。送
信周波数(反射エコー周波数)と同じクロックでタイミ
ングを設定されたサンプリングデータであるため、0°
サンプリングデータと180°サンプリングデータ、お
よび、90°サンプリングデータと270°サンプリン
グデータは、それぞれ殆ど同じ振幅レベルで極性が異な
るの値になっているはずである。したがって、(0°サ
ンプリングデータ−180°サンプリングデータ)/2
の平均処理を行うことにより、DCオフセット成分をキ
ャンセルした0°サンプリングデータ(実部データR)
を算出することができる。なお、DCオフセット成分
は、正負非対称でのAC結合やAD変換器のオフセット
誤差によって発生するものである。また、90°サンプ
リングデータと270°サンプリングデータについて
も、(90°サンプリングデータ−270°サンプリン
グデータ)/2の平均処理を行うことにより、DCオフ
セット成分をキャンセルした90°サンプリングデータ
(虚部データI)を算出することができる。これら実部
データRと虚部データIを複素サンプリングデータとし
て出力する。
The sampling data of each channel is input to the averaging circuit 20. The averaging circuit 20 performs an averaging process on a pair of 0 ° sampling data and 180 ° sampling data and a pair of 90 ° sampling data and 270 ° sampling data for each channel. Since it is sampling data whose timing is set by the same clock as the transmission frequency (reflection echo frequency), 0 °
The sampling data and 180 ° sampling data, and the 90 ° sampling data and 270 ° sampling data should have almost the same amplitude level and different polarities. Therefore, (0 ° sampling data−180 ° sampling data) / 2
0 ° sampling data (real part data R) in which the DC offset component has been canceled by averaging
Can be calculated. It should be noted that the DC offset component is generated due to AC coupling with positive / negative asymmetry or an offset error of the AD converter. Further, the 90 ° sampling data and the 270 ° sampling data are also averaged by (90 ° sampling data−270 ° sampling data) / 2, thereby canceling the DC offset component of the 90 ° sampling data (imaginary part data I). ) Can be calculated. The real part data R and the imaginary part data I are output as complex sampling data.

【0042】この複素サンプリングデータは、光ファイ
バ等で結合された高速リンクにより船室の演算処理部3
に伝送される。なお、送受信部2のAD変換器19以後
はデジタル処理であるため、サンプリングデータの伝送
タイミングがこの同図の階段状折線aのタイミングに正
確に一致している必要はなく、以下の演算処理がリアル
タイムに実行できるように送受信部2から演算処理部3
に入力されればよい。すなわち、階段状のサンプリング
データのうち、たとえばチャンネル0のデータ〜チャン
ネル9のデータは同タイミングのものであるが、送受信
部2から演算処理3への伝送はシリアルに行われ、演算
処理部3の処理においてこれらのデータが同タイミング
のものとして処理される。
The complex sampling data is sent to the arithmetic processing unit 3 in the cabin through a high-speed link connected by an optical fiber or the like.
Is transmitted to Since the digital processing is performed after the AD converter 19 of the transmission / reception unit 2, the transmission timing of the sampling data does not need to exactly match the timing of the step-shaped broken line a in FIG. From the transmission / reception unit 2 to the arithmetic processing unit 3 so that it can be executed in real time
Should just be input. That is, of the stepped sampling data, for example, the data of channel 0 to the data of channel 9 have the same timing, but the transmission from the transmission / reception unit 2 to the arithmetic processing unit 3 is performed serially. In the processing, these data are processed at the same timing.

【0043】図3に示すように、受信トランスデューサ
12は、1.5°間隔で160個のエレメントを有する
中心角238.5°の円筒形状になっているが、受波ビ
ームはビーム方向を中心とする約90°の範囲の60エ
レメントが使用される。以下各エレメントをチャンネル
番号で示す。チャンネル0〜チャンネル59で受波ビー
ムを形成する場合、ビーム方向は、チャンネル29,チ
ャンネル30間の方向であり、この方向を0°とする
と、チャンネル0は、44.25°の方向になり、チャ
ンネル59は、−44.25°の方向になる。
As shown in FIG. 3, the receiving transducer 12 has a cylindrical shape with a central angle of 238.5 ° having 160 elements at 1.5 ° intervals. 60 elements in a range of about 90 ° are used. Hereinafter, each element is indicated by a channel number. When a reception beam is formed by channels 0 to 59, the beam direction is the direction between channels 29 and 30. If this direction is 0 °, channel 0 will be in the direction of 44.25 °, Channel 59 is oriented at -44.25 °.

【0044】図5、図6は、演算処理部3が行う移相お
よび受波ビームフォームの原理を示す図である。送受信
部2から演算処理部3に入力されるサンプリングデータ
は、図5の階段状の折線aに示すようなサンプリング時
刻のものである。すなわち、0°、90°、180°、
270°の4回サンプリングしているが、180°サン
プリングデータ、270°サンプリングデータはDCオ
フセット成分を除去するために用いられ、90°サンプ
リングデータは虚部データとして用いられるため、結局
は0°サンプリングデータのタイミングの複素サンプリ
ングデータとして演算処理部3に入力される。
FIGS. 5 and 6 are diagrams showing the principle of the phase shift and the receiving beamform performed by the arithmetic processing unit 3. FIG. The sampling data input from the transmitting / receiving unit 2 to the arithmetic processing unit 3 is at the sampling time as shown by the step-shaped broken line a in FIG. That is, 0 °, 90 °, 180 °,
Although sampling is performed four times at 270 °, 180 ° sampling data and 270 ° sampling data are used to remove a DC offset component, and 90 ° sampling data is used as imaginary part data. The data is input to the arithmetic processing unit 3 as complex sampling data of the data timing.

【0045】演算処理部3は、連続する60チャンネル
で受波ビームを形成し、これを右から左にスキャンす
る。すなわち、チャンネル0〜チャンネル59の受波ビ
ーム(0)からチャンネル100〜チャンネル159の
受波ビーム(100)までの101の受波ビームを連続
して形成する。この連続した受波ビームの形成をマッチ
ドフィルタで行うため、チャンネル0データ〜チャンネ
ル159の各データ間の時間的関係が連続している必要
がある。このため、各チャンネルのデータを図5の階段
状水平線a、斜線bまたは水平線cのタイミングのデー
タとして扱えるように移相する。斜線bは各サンプリン
グデータのサンプリング時刻がそれぞれ一定の時間的間
隔になるようにした場合の位相直線であり、チャンネル
159データから次のチャンネル0データへの連続性も
確保されている。また、水平線cはチャンネル0〜チャ
ンネル159の全てのサンプリングデータのサンプリン
グ時刻が全て同じになるようにした場合の位相直線であ
る。また、階段状水平線aは、チャンネル0〜チャンネ
ル39、チャンネル40〜チャンネル79、チャンネル
80〜チャンネル119、チャンネル120〜チャンネ
ル159ごとに各サンプリングデータのサンプリング時
刻が全て同じになるようにした場合の位相直線である。
それぞれグループの位相差は2πになるようにシフトさ
れる。移相は、入力されたサンプリングデータの位相を
斜線の位相まで回転させることで行う。サンプリングデ
ータをどのタイミングに移相するか、すなわち階段状水
平線a、斜線bや水平線cをどの位置にするかは任意で
ある。
The arithmetic processing unit 3 forms a reception beam on the continuous 60 channels, and scans this from right to left. That is, 101 receiving beams from the receiving beam (0) of the channels 0 to 59 to the receiving beam (100) of the channels 100 to 159 are continuously formed. In order to form such a continuous reception beam using a matched filter, it is necessary that the temporal relationship between the data of channel 0 to the data of channel 159 be continuous. For this reason, the phase of the data of each channel is shifted so that it can be handled as the data of the timing of the stair-like horizontal line a, diagonal line b or horizontal line c in FIG. An oblique line b is a phase straight line when the sampling time of each sampled data is set at a constant time interval, and continuity from channel 159 data to the next channel 0 data is also ensured. The horizontal line c is a phase straight line when all the sampling times of the sampling data of the channels 0 to 159 are the same. Further, the stair-like horizontal line a indicates the phase when the sampling time of each sampling data is the same for each of channels 0 to 39, channels 40 to 79, channels 80 to 119, and channels 120 to 159. It is a straight line.
The phase difference of each group is shifted so as to be 2π. The phase shift is performed by rotating the phase of the input sampling data to the hatched phase. The timing at which the sampling data is phase-shifted, that is, the positions of the stair-like horizontal line a, oblique line b, and horizontal line c are arbitrary.

【0046】なお、斜めサンプリングの場合、実際のサ
ンプリング時に上記斜線bのタイミングにサンプリング
を行うことも考えられるが、上述したように、トランス
デューサやAD変換器の切り換えタイミングが各系統で
ずれると、他の系統に切り換えノイズなどの悪影響を及
ぼしてしまうため、このような階段上にして切り換えタ
イミングを揃えるようにしている。
In the case of oblique sampling, it is conceivable to perform sampling at the timing of the oblique line b at the time of actual sampling. However, as described above, if the switching timing of the transducer or the AD converter is shifted in each system, other sampling is performed. In this case, the switching timing is aligned on such a staircase because adverse effects such as switching noise are exerted on this system.

【0047】上記のように移相したサンプリングデータ
をチャンネル0データから順にリファレンスと比較す
る。図6にリファレンスの例を示す。リファレンスは、
並行波である反射エコーが、該反射エコーの到来方向に
最も近いチャンネルから順に円筒の周に沿って到達した
場合の各チャンネルの受波レベルを表したものである。
チャンネル0〜チャンネル59のビーム(0)からチャ
ンネル100〜チャンネル159のビーム(100)ま
でのサンプリングデータ群を順次上記リファレンスと比
較すると、実際に反射エコーが到来している方向のビー
ムのとき大きな相関が得られ、これによってその方向か
ら反射エコーが到来していることが分かる。
The phase-shifted sampling data is compared with the reference in order from channel 0 data. FIG. 6 shows an example of the reference. The reference is
This represents the reception level of each channel when the reflected echo as a parallel wave arrives along the circumference of the cylinder in order from the channel closest to the arrival direction of the reflected echo.
When the sampled data groups from the beam (0) of the channel 0 to the channel 59 to the beam (100) of the channel 100 to the channel 159 are sequentially compared with the reference, a large correlation is found when the beam is in the direction in which the reflected echo actually arrives. , Which indicates that the reflected echo is coming from that direction.

【0048】ここで、上記のように受信トランスデュー
サ12は、半径が125mmであるため、ビーム方向に
対して一番前のチャンネル29,30と、一番後ろのチ
ャンネル0,59とは約7.5波長分の距離がある。す
なわち、 125×(1−1/√2)/(1500/320)≒
7.5 である。
Since the receiving transducer 12 has a radius of 125 mm as described above, the front channels 29 and 30 and the rear channels 0 and 59 in the beam direction are approximately 7. There is a distance of 5 wavelengths. That is, 125 × (1-1 / {2) / (1500/320)}
7.5.

【0049】一方、探査精度を向上するために、海底探
査ソナーや一般のソナー装置等では、送信トランスデュ
ーサ11から送信するバースト波のパルス幅を短かくす
る傾向にあり、そうすると反射エコーのパルス幅も短く
なる。そして、ビーム方向から反射エコー信号が到来し
たとき、この反射エコーのパルス幅が上記7.5波長よ
りも短いと、1つの反射エコーが受波ビーム形成用の6
0のチャンネルに同時に掛からないことになる。そこ
で、円周に沿って4波長ごとにサンプルし、ビームが作
られるとし、7.5波長を2等分した2グループに分け
てビームフォームすることを考える。
On the other hand, in order to improve the search accuracy, the seafloor sonar, a general sonar device, and the like tend to shorten the pulse width of the burst wave transmitted from the transmission transducer 11, and the pulse width of the reflected echo also increases. Be shorter. When a reflected echo signal arrives from the beam direction and the pulse width of the reflected echo is shorter than the 7.5 wavelength, one reflected echo is used for forming a received beam.
The channels 0 are not simultaneously applied. Therefore, it is assumed that a beam is formed by sampling every four wavelengths along the circumference, and the beamforming is performed by dividing the 7.5 wavelengths into two equal groups.

【0050】すなわち、後ろの方のグループ1(チャン
ネル0〜チャンネル9、チャンネル53〜チャンネル5
9)と前の方のグループ2(チャンネル10〜チャンネ
ル52)に分け、グループ1については今回のサンプリ
ングデータを用い、グループ2については1回前にサン
プリングしたデータを用いてビームフォーム(リファレ
ンスとの比較)を行うことにより、受波ビームを形成す
る全てのチャンネルからの反射エコーのサンプリングデ
ータを利用することができ、検出精度を向上することが
できる。
That is, the rear group 1 (channel 0 to channel 9, channel 53 to channel 5)
9) and the former group 2 (channels 10 to 52). The group 1 uses the current sampling data, and the group 2 uses the data sampled one time earlier to form a beamform (with reference). By performing the comparison, the sampling data of the reflected echoes from all the channels forming the receiving beam can be used, and the detection accuracy can be improved.

【0051】なお、上記グループ1、グループ2はサン
プリングデータを斜めサンプリングに移相した場合のグ
ループ分けであり、同タイミングのデータに移相した場
合には、グループ1がチャンネル0〜チャンネル8およ
びチャンネル51〜チャンネル59、グループ2がチャ
ンネル9〜チャンネル50となる。
The above groups 1 and 2 are groupings when the phase of the sampling data is shifted to oblique sampling. When the phases are shifted to the data of the same timing, the group 1 is divided into channels 0 to 8 and channels Channels 51 to 59 and group 2 are channels 9 to 50.

【0052】図7は、演算処理部3の移相器31の構成
を示す図である。送受信部2から入力された0°サンプ
リングデータすなわち複素サンプリングデータの実部デ
ータは、乗算器43および乗算器45に入力される。乗
算器43には160個の各エレメントに対応する移相係
数の実数項が記憶されたメモリ41が接続されている。
また、乗算器45には160個の各エレメントに対応す
る移相係数の虚数項が記憶されたメモリ42が接続され
ている。乗算器43、45に0°サンプリングデータが
入力されると、そのサンプリングデータ(エレメント)
に対応する移相係数がメモリ41、42から読み出さ
れ、乗算器43、45においてこれらが乗算される。乗
算器43で補正係数の実数項が乗算された0°サンプリ
ングデータは加算器47に出力される。また、乗算器4
5で補正係数の虚数項が乗算された0°サンプリングデ
ータは加算器48に出力される。
FIG. 7 is a diagram showing the configuration of the phase shifter 31 of the arithmetic processing unit 3. The 0 ° sampling data input from the transmission / reception unit 2, that is, the real part data of the complex sampling data is input to the multiplier 43 and the multiplier 45. The multiplier 41 is connected to the memory 41 in which the real terms of the phase shift coefficients corresponding to each of the 160 elements are stored.
The memory 45 in which the imaginary terms of the phase shift coefficients corresponding to each of the 160 elements are stored is connected to the multiplier 45. When 0 ° sampling data is input to the multipliers 43 and 45, the sampling data (element)
Are read out from the memories 41 and 42, and are multiplied by the multipliers 43 and 45. The 0 ° sampling data multiplied by the real term of the correction coefficient in the multiplier 43 is output to the adder 47. Also, the multiplier 4
The 0 ° sampling data multiplied by the imaginary term of the correction coefficient by 5 is output to the adder 48.

【0053】また、送受信部2から入力された90°サ
ンプリングデータすなわち複素サンプリングデータの虚
部データは、乗算器44および乗算器46に入力され
る。乗算器44には前記160個の各エレメントに対応
する移相係数の実数項が記憶されたメモリ41が接続さ
れている。また、乗算器46には前記160個の各エレ
メントに対応する移相係数の虚数項が記憶されたメモリ
42が接続されている。乗算器44、46に90°サン
プリングデータが入力されると、そのサンプリングデー
タ(エレメント)に対応する移相係数がメモリ41、4
2から読み出され、これらが乗算器44、46において
乗算される。なお0°サンプリングデータと90°サン
プリングデータは同期して乗算器43〜46に入力され
る。乗算器44で補正係数の実数項が乗算された90°
サンプリングデータは加算器48に出力される。また、
乗算器46で補正係数の虚数項が乗算された90°サン
プリングデータは加算器47に出力される。
The 90 ° sampling data, ie, the imaginary part data of the complex sampling data input from the transmission / reception unit 2 is input to the multipliers 44 and 46. The multiplier 41 is connected to the memory 41 storing the real terms of the phase shift coefficients corresponding to the 160 elements. Further, the memory 42 in which the imaginary term of the phase shift coefficient corresponding to each of the 160 elements is stored is connected to the multiplier 46. When the 90 ° sampling data is input to the multipliers 44 and 46, the phase shift coefficients corresponding to the sampling data (elements) are stored in the memories 41 and 4.
2 and these are multiplied in multipliers 44 and 46. Note that the 0 ° sampling data and the 90 ° sampling data are input to the multipliers 43 to 46 in synchronization. 90 ° multiplied by the real term of the correction coefficient in the multiplier 44
The sampling data is output to the adder 48. Also,
The 90 ° sampling data multiplied by the imaginary term of the correction coefficient in the multiplier 46 is output to the adder 47.

【0054】加算器47は、乗算器43から入力された
補正係数の実数項が乗算された0°サンプリングデータ
から、乗算器46から入力された補正係数の虚数項が乗
算された90°サンプリングデータを減算して0°補正
データを算出し、これを後段のビームフォーマ32に入
力する。また、加算器48は、乗算器45から入力され
た補正係数の虚数項が乗算された0°サンプリングデー
タと、乗算器44から入力された補正係数の実数項が乗
算された90°サンプリングデータとを加算して90°
補正データを算出し、これを後段のビームフォーマ32
に入力する。移相器31の上記処理により、各エレメン
トのサンプリングデータの位相を図5のbまたはcのよ
うにそろえることができる。
The adder 47 converts the 0 ° sampling data multiplied by the real term of the correction coefficient input from the multiplier 43 to the 90 ° sampling data multiplied by the imaginary term of the correction coefficient input from the multiplier 46. Is subtracted to calculate 0 ° correction data, which is input to the beam former 32 at the subsequent stage. Further, the adder 48 includes 0 ° sampling data multiplied by the imaginary term of the correction coefficient input from the multiplier 45 and 90 ° sampling data multiplied by the real term of the correction coefficient input from the multiplier 44. 90 °
The correction data is calculated, and the correction data is
To enter. By the above processing of the phase shifter 31, the phase of the sampling data of each element can be aligned as shown in b or c of FIG.

【0055】図8は、演算処理部3のビームフォーマ3
2の構成を示す図である。このビームフォーム部は複素
マッチドフィルタで構成されている。0°サンプル時系
列すなわち上記0°補正データは、60段のシフトレジ
スタ51、107段のシフトレジスタ52、43段のシ
フトレジスタ53に順次入力される。また、上記90°
補正データは、60段のシフトレジスタ61、107段
のシフトレジスタ62、43段のシフトレジスタ63に
順次入力される。
FIG. 8 shows the beam former 3 of the arithmetic processing unit 3.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a second embodiment. This beamform section is composed of a complex matched filter. The 0 ° sample time series, that is, the 0 ° correction data is sequentially input to a shift register 51 of 60 stages, a shift register 52 of 107 stages, and a shift register 53 of 43 stages. In addition, the above 90 °
The correction data is sequentially input to a 60-stage shift register 61, a 107-stage shift register 62, and a 43-stage shift register 63.

【0056】同図において、RN 、RO は0°サンプリ
ングデータ(実部データ)を示し、RN は今回の4λサ
イクルでサンプリング入力されたデータ、RO は前回の
4λサイクルでサンプリング入力されたデータを示す。
また、IN 、IO は90°サンプリングデータ(虚部デ
ータ)であり、IN は今回の4λサイクルでサンプリン
グ入力されたデータ、IO は前回の4λサイクルでサン
プリング入力されたデータを示す。そして、CR 、CI
は、複素マッチドフィルタのリファレンス係数(複素マ
ッチドデータ)を示し、CR はリファレンスの実部係
数、CI はリファレンスの虚部係数を示す。添字の数字
はビーム中のエレメント(チャンネル)番号である。な
お、リファレンス係数CR 、CI は、0〜59の番号で
示される固定されたものであるが、入力されるサンプリ
ングデータRN ,RO ,IN ,IOは、同図では0〜5
9の番号を付しているが、チャンネル0〜159のデー
タが、順次シフトされて入力される。
[0056] In the figure, R N, R O represents a 0 ° sampling data (real data), R N is data sampled input current 4λ cycle, R O is sampled input in the preceding 4λ cycle The data is shown.
Further, I N and I O are 90 ° sampling data (imaginary part data), I N indicates data sampled and input in the current 4λ cycle, and I O indicates data sampled and input in the previous 4λ cycle. And C R , C I
Indicates a reference coefficient (complex matched data) of the complex matched filter, C R indicates a real part coefficient of the reference, and C I indicates an imaginary part coefficient of the reference. The subscripted numbers are the element (channel) numbers in the beam. Incidentally, the reference coefficient C R, C I is those fixed represented by numbers 0 to 59, the sampling data R N inputted, R O, I N, I O is 0 in FIG. 5
Although the number 9 is assigned, the data of channels 0 to 159 are sequentially shifted and input.

【0057】図示のようにマッチドフィルタは、RR、
IR、RI、IIの4系列からなっている。RRは、R
N ,RO (実部データ)、とCR (実部係数)との相関
度を算出するフィルタであり、60個の乗算器55がリ
ファレンス係数CR と、そのタイミング(ビーム方向)
で対応する0°サンプリングデータとの乗算を行い、加
算器56がその乗算結果を加算する。また、I・Iは、
N ,IO (虚部データ)、とCI (虚部係数)との相
関度を算出するフィルタであり、60個の乗算器57が
リファレンス係数CI と、そのタイミング(ビーム方
向)で対応する90°サンプリングデータとの乗算を行
い、加算器58がその乗算結果を加算する。加算器55
の加算結果すなわちRR系統のフィルタ出力(RR)お
よびII系統のフィルタ出力(II)は減算器71に入
力され(RR)−(II)の演算が行われ、複素サンプ
リングデータの実部と複素リファレンス係数の実部との
位相の相関値が算出される。すなわち、
As shown, the matched filters are RR,
It consists of four series: IR, RI, and II. RR is R
This is a filter for calculating the degree of correlation between N , R O (real part data) and C R (real part coefficient). The 60 multipliers 55 use the reference coefficient C R and its timing (beam direction).
And the corresponding 0 ° sampling data is multiplied, and the adder 56 adds the multiplication result. Also, II
This filter calculates the degree of correlation between I N , I O (imaginary part data) and C I (imaginary part coefficient), and 60 multipliers 57 use the reference coefficient C I and its timing (beam direction). Multiplication with the corresponding 90 ° sampling data is performed, and the adder 58 adds the multiplication result. Adder 55
RR system filter output (RR) and II system filter output (II) are input to the subtractor 71, and the operation of (RR)-(II) is performed, and the real part of the complex sampling data and the complex reference The correlation value of the phase with the real part of the coefficient is calculated. That is,

【0058】[0058]

【数1】 (Equation 1)

【0059】の演算が実行され、実部データと実部係数
の相関が算出される。
Is performed, and the correlation between the real part data and the real part coefficient is calculated.

【0060】一方、IRは、IN ,IO (虚部デー
タ)、とCR (実部係数)との相関度を算出するフィル
タであり、60個の乗算器65がリファレンス係数CR
と、そのタイミング(ビーム方向)で対応する90°サ
ンプリングデータとの乗算を行い、加算器66がその乗
算結果を加算する。また、R・Iは、RN ,RO (実部
データ)、とCI (虚部データ)との相関度を算出する
フィルタであり、60個の乗算器67がリファレンス係
数CI と、そのタイミング(ビーム方向)で対応する0
°サンプリングデータとの乗算を行い、加算器68がそ
の乗算結果を加算する。加算器65の加算結果すなわち
IR系統のフィルタ出力(IR)およびRI系統のフィ
ルタ出力(RI)は加算器72に入力され(IR)+
(RI)の演算が行われ、複素サンプリングデータの実
部と複素リファレンス係数の実部との位相の相関値が算
出される。すなわち、上記〔数1〕の演算が実行され
る。
On the other hand, IR is a filter for calculating the degree of correlation between I N , I O (imaginary part data) and C R (real part coefficient), and 60 multipliers 65 use the reference coefficient C R
Is multiplied with the corresponding 90 ° sampling data at that timing (beam direction), and the adder 66 adds the multiplication result. R · I is a filter for calculating the degree of correlation between R N , R O (real part data) and C I (imaginary part data), and 60 multipliers 67 use reference coefficients C I and 0 corresponding to the timing (beam direction)
° Multiplication with the sampling data is performed, and the adder 68 adds the result of the multiplication. The addition result of the adder 65, that is, the filter output (IR) of the IR system and the filter output (RI) of the RI system are input to the adder 72 (IR) +
The calculation of (RI) is performed, and the correlation value of the phase between the real part of the complex sampling data and the real part of the complex reference coefficient is calculated. That is, the operation of [Equation 1] is executed.

【0061】減算器71および加算器72の演算結果
は、振幅検出部73に入力される。振幅検出部73は、
この演算結果に基づいて受波ビームの振幅を求める。こ
の振幅は、
The operation results of the subtractor 71 and the adder 72 are input to the amplitude detector 73. The amplitude detector 73
The amplitude of the received beam is obtained based on the calculation result. This amplitude is

【0062】[0062]

【数2】 (Equation 2)

【0063】で求めることができ、ハード処理する場合
は、テーブルや近似処理する回路などを用いればよい。
取り出し回路74は、受信トランスデューサの全周に素
子がないために必要とする回路で、シフトレジスタのク
ロックの59〜159の101ビームを取り出す。この
101ビームは、上記したようにチャンネル29−30
間方向のビーム(0)からチャンネル129−130間
方向のビーム(100)までの101個のビームであ
る。この処理は320kHzのパルス波の4λサイクル
毎に繰り返し行われる。
In the case of hardware processing, a table or a circuit for approximation processing may be used.
The extraction circuit 74 is necessary because there are no elements on the entire circumference of the receiving transducer, and extracts 101 beams of clocks 59 to 159 of the shift register. This 101 beam is applied to channels 29-30 as described above.
There are 101 beams from the beam (0) in the direction between the channels to the beam (100) in the direction between the channels 129 and 130. This process is repeated every 4λ cycle of the 320 kHz pulse wave.

【0064】なお、この実施形態ではビームフォーマ3
2の前段に移相器31を別に設けているが、ビームフォ
ーマ32のリファレンス係数に各サンプリングデータを
移相するための移相係数を含ませておき、移相器31を
省略することも可能である。この場合、移相器31とビ
ームフォーマ32とを別々にした場合には図9(A)の
ように複素マッチドデータ(リファレンス係数)は全て
のビームに対して一通りでよいが、ビームフォーマ32
に移相器31の機能を兼ねさせた場合には同図(B)に
示すように各ビーム毎に複素マッチドデータを持ち形成
するビームに対応する複素マッチドデータを読み出して
各リファレンス係数を対応する0°サンプリングデー
タ、90°サンプリングデータに乗算する。このような
乗算を行うときは、複数の素子の配列に規則性がなくて
もよい。1次元配列、2次元配列、3次元配列のどれで
もよい。たとえば、図13のように円筒配列にしてもよ
く、球体の表面に配列してもよい。また、各素子の間隔
が等間隔でなくてもよい。
In this embodiment, the beam former 3
2, a phase shifter 31 is separately provided in the preceding stage, but the phase shifter for shifting each sampling data may be included in the reference coefficient of the beamformer 32, and the phase shifter 31 may be omitted. It is. In this case, when the phase shifter 31 and the beamformer 32 are separated, the complex matched data (reference coefficient) may be one for all beams as shown in FIG.
In the case where the function of the phase shifter 31 is also used, the complex matched data corresponding to the beam to be formed having complex matched data for each beam is read out as shown in FIG. Multiply 0 ° sampling data and 90 ° sampling data. When such multiplication is performed, the arrangement of a plurality of elements may not have regularity. Any of a one-dimensional array, a two-dimensional array, and a three-dimensional array may be used. For example, they may be arranged in a cylinder as shown in FIG. 13, or may be arranged on the surface of a sphere. Further, the intervals between the elements do not have to be equal.

【0065】また、上記実施形態では、図4に示すよう
に10系統のマルチプレクサおよびAD変換器を用いて
多重化し、4λの周期で繰り返すように160チャンネ
ルのデータをサンプリングしているが、図10または図
11に示すようなサンプリングパターンでサンプリング
することもできる。図10のサンプリングパターンは、
160チャンネルを7系統に多重化してそれぞれ0°、
90°でサンプリングし、3.5λ周期で繰り返してい
る。実部データは0°データのみ、虚部データは90°
データのみであるため、繰り返し毎に位相が逆転し、こ
れによってDCバイアス成分が生じにくい。残ったバイ
アス成分は信号処理で除去することができる。また、図
11のサンプリングパターンは、160チャンネルを9
系統に多重化し、それぞれ0°、90°でサンプリング
しているが、図10のパターンと同じように4.5λ周
期で繰り返すようにしている。
In the above embodiment, as shown in FIG. 4, multiplexing is performed using ten multiplexers and AD converters, and data of 160 channels is sampled so as to be repeated at a cycle of 4λ. Alternatively, sampling can be performed using a sampling pattern as shown in FIG. The sampling pattern of FIG.
160 channels are multiplexed into 7 systems, each with 0 °,
Sampling is performed at 90 ° and is repeated at a period of 3.5λ. Real part data is only 0 ° data, imaginary part data is 90 °
Since the data is only data, the phase is inverted every time the data is repeated, so that a DC bias component hardly occurs. The remaining bias component can be removed by signal processing. Further, the sampling pattern of FIG.
The signals are multiplexed into the system and are sampled at 0 ° and 90 °, respectively, but are repeated at a period of 4.5λ similarly to the pattern of FIG.

【0066】上記実施形態では、いわゆるクロスファン
ビーム方式のソナー装置について説明したが、この発明
はこれに限定されることなくたとえば円筒形や球形のト
ランスデューサ(送受波器)を用いたスキャニングソナ
ーに適用することもできる。
In the above embodiment, a so-called cross fan beam type sonar device has been described. However, the present invention is not limited to this, and is applied to, for example, a scanning sonar using a cylindrical or spherical transducer (transducer / receiver). You can also.

【0067】図12はこの発明が適用されるスキャニン
グソナーのブロック図、図13は同スキャニングソナー
においてビームフォーマに入力されるデータ列を説明す
る図である。この図において図1に示したブロック図と
同一構成の部分は同一番号を付して説明を省略する。ト
ランスデューサの各エレメント27はトラップ回路28
を介して送信回路26および受信回路のアンプ13に接
続されている。アンプ13〜フィルタ16は1チャンネ
ルのみ示しているが各エレメントに対応して設けられて
いる。マルチプレクサ17およびAD変換器19は複数
チャンネルに対して1つ設けられている。AD変換器1
9によってサンプリングされたデータは図13に示す順
序でビームフォーマ32に入力される。ビームフォーマ
32は、図9(B)と同じように形成するビーム毎に複
素マッチドデータを記憶しており、ビームフォーマ32
に入力されているデータ列(エレメント番号)に応じた
複素マッチドデータを読み出して各サンプリングデータ
に乗算し、受波ビームを形成する。なお、複素マッチド
データは、ティルト角、ビーム方向、ビーム幅に応じて
複数種類用意すればよい。
FIG. 12 is a block diagram of a scanning sonar to which the present invention is applied, and FIG. 13 is a diagram for explaining a data string input to a beamformer in the scanning sonar. In this figure, the same components as those in the block diagram shown in FIG. Each element 27 of the transducer is a trap circuit 28
Are connected to the transmitting circuit 26 and the amplifier 13 of the receiving circuit. Although only one channel is shown between the amplifier 13 and the filter 16, they are provided corresponding to the respective elements. One multiplexer 17 and one AD converter 19 are provided for a plurality of channels. AD converter 1
The data sampled by 9 is input to the beamformer 32 in the order shown in FIG. The beamformer 32 stores complex matched data for each beam to be formed in the same manner as in FIG.
The complex matched data corresponding to the data string (element number) input to the above is read and multiplied by each sampling data to form a reception beam. Note that a plurality of types of complex matched data may be prepared according to the tilt angle, the beam direction, and the beam width.

【0068】[0068]

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、(n+
1/4)T位相をずらせて2回サンプリングし、それぞ
れを実部データ、虚部データとすることにより、AD変
換器やミキサなどの構成を増やすことなく、複素サンプ
リングデータを生成することが可能になる。
As described above, according to the present invention, (n +
1/4) By sampling twice with the T phase shifted and using the real part data and the imaginary part data, it is possible to generate complex sampling data without increasing the configuration of AD converters and mixers. become.

【0069】この発明によれば、180°サンプリング
データおよび270°サンプリングデータを用いること
により、DCバイアス成分がデータに重畳されていた場
合でもこれを除去することが可能になる。
According to the present invention, by using the 180 ° sampling data and the 270 ° sampling data, even if the DC bias component is superimposed on the data, it can be removed.

【0070】この発明によれば、マルチプレクサ等の切
換時には電気的なノイズが発生し、他系統のサンプリン
グに悪影響を及ぼすが、全てのマルチプレクサを同時に
切り換えるようにしたことにより、ノイズ発生時にはど
の系統もサンプリングしておらず、サンプリング時には
どの系統も切換をしていないことになり、ノイズの影響
をなくすことができる。また、この発明では、このよう
なサンプリングによって階段状になったサンプリング時
刻を同時または斜めに移相して揃えることにより、マッ
チドフィルタ等による連続したビーム形成が可能にな
る。
According to the present invention, electrical noise is generated when a multiplexer or the like is switched and adversely affects sampling of other systems. However, by switching all the multiplexers simultaneously, any system can be switched when a noise occurs. Sampling is not performed, and no system is switched at the time of sampling, so that the influence of noise can be eliminated. Further, in the present invention, continuous sampling can be performed by a matched filter or the like by aligning the sampling times, which are stepped by such sampling, at the same time or obliquely.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施形態である海底探査ソナーのブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a seabed exploration sonar according to an embodiment of the present invention.

【図2】同海底探査ソナーのトランスデューサの取り付
け形態および送波ビーム,受波ビームを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a mounting form of a transducer of the seabed exploration sonar and a transmission beam and a reception beam.

【図3】同海底探査ソナーの受信トランスデューサの構
成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a receiving transducer of the seafloor sonar.

【図4】同海底探査ソナーのAD変換器のサンプリング
タイミングチャートを示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a sampling timing chart of an AD converter of the seafloor sonar.

【図5】同海底探査ソナーの演算処理部の移相方式を説
明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a phase shift method of an arithmetic processing unit of the seabed exploration sonar.

【図6】同演算処理部のビームフォーム方式を説明する
図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a beam forming method of the arithmetic processing unit.

【図7】同演算処理部の位相器の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a phase shifter of the arithmetic processing unit.

【図8】同演算処理部のビームフォーマの構成を示す図
である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a beam former of the arithmetic processing unit.

【図9】ビームフォーマに記憶する複素マッチドデータ
を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating complex matched data stored in a beamformer.

【図10】前記AD変換器のサンプリングタイミングの
他の方式のタイミングチャートを示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a timing chart of another method of sampling timing of the AD converter.

【図11】前記AD変換器のサンプリングタイミングの
他の方式のタイミングチャートを示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a timing chart of another method of the sampling timing of the AD converter.

【図12】この発明が適用されるスキャニングソナーの
ブロック図である。
FIG. 12 is a block diagram of a scanning sonar to which the present invention is applied.

【図13】同スキャニングソナーのサンプリングデータ
列を説明する図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a sampling data sequence of the scanning sonar.

【図14】サンプリングタイミングの違いによる発生誤
差の変化を説明する図である。
FIG. 14 is a diagram illustrating a change in an occurrence error due to a difference in sampling timing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…トランスデューサ部 2…送受信部 3…演算処理部 11…送信トランスデューサ 12…受信トランスデューサ 13…プリアンプ 14…バンドパスフィルタ 15…TVGアンプ 16…バンドパスフィルタ 17…マルチプレクサ 18…TVGアンプ 19…AD変換器 20…平均化処理部 31…位相器 32…ビームフォーマ 41、42…(位相係数が記憶された)メモリ 43〜46…乗算器 47、48…加算器 51、61…60段シフトレジスタ 52、62…107段シフトレジスタ 53、53…43段シフトレジスタ 55、57、65、67…乗算器 56、58、66、68…加算器 71…減算器 72…加算器 73…振幅検出部 74…取出回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transducer part 2 ... Transmission / reception part 3 ... Operation processing part 11 ... Transmission transducer 12 ... Reception transducer 13 ... Preamplifier 14 ... Bandpass filter 15 ... TVG amplifier 16 ... Bandpass filter 17 ... Multiplexer 18 ... TVG amplifier 19 ... AD converter Reference Signs List 20 averaging processing unit 31 Phaser 32 Beamformer 41, 42 (Memory in which phase coefficient is stored) 43-46 Multipliers 47, 48 Adders 51, 61 60-stage shift registers 52, 62 ... 107-stage shift register 53, 53 ... 43-stage shift register 55, 57, 65, 67 ... multipliers 56, 58, 66, 68 ... adder 71 ... subtracter 72 ... adder 73 ... amplitude detector 74 ... take-out circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西森 靖 兵庫県西宮市芦原町9番52号 古野電気株 式会社内 (72)発明者 渡辺 光昭 兵庫県西宮市芦原町9番52号 古野電気株 式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasushi Nishimori 9-52, Ashihara-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo Furuno Electric Co., Ltd. (72) Inventor Mitsuaki Watanabe 9-52, Ashihara-cho, Nishinomiya-shi, Hyogo Furuno Electric Co. In the formula company

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定周波数f(=1/T)の信号を受信
し、 所定のサンプリング時刻、および該所定のサンプリング
時刻から(a+1/4)T後の時刻(a=0, 0.5, 1,
1.5, …のいずれか:特許請求の範囲において同じ)に
前記信号をサンプリングし、 これらの時刻にサンプリングされたデータを、複素サン
プリングデータの実部データおよび虚部データとして出
力する信号処理方法。
1. A signal of a predetermined frequency f (= 1 / T) is received, and a predetermined sampling time and a time (a = 0, 0.5, 1, 1) after (a + /) T after the predetermined sampling time.
1.5, the same as in the claims), and outputs the data sampled at these times as real part data and imaginary part data of complex sampling data.
【請求項2】 前記(a+1/4)Tの時間が、前記所
定のサンプリング時刻の周期の1/2よりも短いことを
特徴とする請求項1に記載の信号処理方法。
2. The signal processing method according to claim 1, wherein the time of (a + /) T is shorter than の of the period of the predetermined sampling time.
【請求項3】 前記2つのサンプリングを(m+1/
2)T毎(m=1,2,…のいずれか)に繰り返し行う
請求項1または請求項2に記載の信号処理方法。
3. The method according to claim 1, wherein the two samplings are (m + 1 /
2) The signal processing method according to claim 1 or 2, wherein the method is repeatedly performed for each T (m = 1, 2,...).
【請求項4】 所定周波数f(=1/T)の信号を受信
し、 所定のサンプリング時刻(nT)、および、該所定のサ
ンプリング時刻から(n+1/4)T後(n=0,1,
2,…のいずれか:特許請求の範囲において同じ)、
(n+1/2)T後、(n+3/4)T後の時刻にサン
プリングしたデータを、それぞれ0°サンプリングデー
タ、90°サンプリングデータ、180°サンプリング
データ、270°サンプリングデータとし、 前記0°サンプリングデータと180°サンプリングデ
ータとを平均した値を複素サンプリングデータの実部デ
ータ、90°サンプリングデータと270°サンプリン
グデータを平均した値を前記複素サンプリングデータの
虚部データとして出力する信号処理方法。
4. A signal of a predetermined frequency f (= 1 / T) is received, and a predetermined sampling time (nT) and (n + /) T after the predetermined sampling time (n = 0, 1, 1)
2, any of: ... the same in the claims),
The data sampled at the time after (n + 1/2) T and after (n + 3/4) T are defined as 0 ° sampling data, 90 ° sampling data, 180 ° sampling data, and 270 ° sampling data, respectively. A signal processing method for outputting a value obtained by averaging the sampled data and the 180 ° sampling data as real part data of complex sampling data, and outputting a value obtained by averaging 90 ° sampling data and 270 ° sampling data as imaginary part data of the complex sampled data.
【請求項5】 前記(n+1/4)Tの時間が、前記所
定のサンプリング時刻の周期の1/4よりも短いことを
特徴とする請求項4に記載の信号処理方法。
5. The signal processing method according to claim 4, wherein the time of (n + /) T is shorter than 1 / of a cycle of the predetermined sampling time.
【請求項6】 複数チャンネルの信号を複数グループに
分割し、1つのグループの各信号について請求項1乃至
請求項5のいずれかに記載のサンプリングを所定時間で
行い、この処理を複数のグループについて順次繰り返し
て行う信号処理方法。
6. A signal of a plurality of channels is divided into a plurality of groups, and the sampling according to any one of claims 1 to 5 is performed at predetermined time for each signal of one group, and this processing is performed for a plurality of groups. A signal processing method performed repeatedly and sequentially.
【請求項7】 複数チャンネルの信号入力手段と、 該信号入力手段から入力された複数チャンネルの信号を
該チャンネル数よりも少ない系統に多重化する複数のマ
ルチプレクサであって、各マルチプレクサの切り換えタ
イミングが同期しているものと、 各マルチプレクサから入力された信号をAD変換する複
数のAD変換器であって、各AD変換器のサンプリング
タイミングが同期しているものと、 を備えた信号処理装置。
7. A plurality of channel signal input means, and a plurality of multiplexers for multiplexing the plurality of channel signals input from the signal input means into a system having less than the number of channels, wherein the switching timing of each multiplexer is A signal processing device comprising: a synchronous device; and a plurality of A / D converters for performing A / D conversion of a signal input from each multiplexer, wherein the sampling timing of each A / D converter is synchronized.
【請求項8】 複数チャンネルの信号入力手段と、 該信号入力手段から入力された複数チャンネルの信号を
該チャンネル数よりも少ない系統に多重化する複数のマ
ルチプレクサであって、各マルチプレクサの切り換えタ
イミングが同期しているものと、 各マルチプレクサから入力された信号をAD変換する複
数のAD変換器であって、各AD変換器のサンプリング
タイミングが同期しているものと、 AD変換器によってサンプリングされたデータの位相関
係が所定になるように各サンプリングデータを移相する
移相手段と、 を備えた信号処理装置。
8. A signal input means of a plurality of channels, and a plurality of multiplexers for multiplexing the signals of the plurality of channels input from the signal input means into a system having less than the number of channels, wherein the switching timing of each multiplexer is A plurality of A / D converters for performing A / D conversion of a signal input from each multiplexer, wherein a sampling timing of each A / D converter is synchronized; and a data sampled by the A / D converter And a phase shifting means for shifting the phase of each sampled data so that the phase relationship of (i) becomes predetermined.
【請求項9】 各マルチプレクサは、各AD変換器に、
所定のサンプリング時刻から(a+1/4)T後の時刻
に、前記所定のサンプリング時刻と同じチャンネルの信
号が入力されるように切り換えられ、 各AD変換器は、所定のサンプリング時刻、および該所
定のサンプリング時刻から(a+1/4)T後の時刻に
前記同じチャンネルの信号をサンプリングし、これを当
該チャンネルの複素サンプリングデータの実部データお
よび虚部データとして出力する請求項6または請求項7
に記載の信号処理装置。
9. Each of the multiplexers includes:
At a time after (a + /) T from the predetermined sampling time, switching is performed so that a signal of the same channel as the predetermined sampling time is input. Each AD converter performs the predetermined sampling time and the predetermined sampling time. 8. The signal of the same channel is sampled at a time (a + /) T after the sampling time, and this is output as real part data and imaginary part data of complex sampling data of the channel.
The signal processing device according to claim 1.
【請求項10】 受波ビームを順次互いに異なる方向に
形成して広範囲方向を探査するソナー装置において、 所定周波数のエコー信号をそれぞれ受信する複数のエレ
メントを有する受信トランスデューサと、 各エレメントが受信したエコー信号を該エレメントの数
よりも少ない系統に多重化するマルチプレクサと、 各系統において各エレメントのエコー信号をサンプリン
グして複素サンプリングデータを出力するAD変換器
と、 前記各エレメントの複素サンプリングデータの位相関係
が所定になるように各サンプリングデータを移相すると
ともに、所定方向の受波ビームを形成する信号処理部
と、 を備えたソナー装置。
10. A sonar device for forming a receiving beam sequentially in different directions to search a wide range direction, comprising: a receiving transducer having a plurality of elements each receiving an echo signal of a predetermined frequency; and an echo received by each element. A multiplexer for multiplexing signals into systems having less than the number of elements, an AD converter for sampling echo signals of each element in each system and outputting complex sampling data, and a phase relationship between the complex sampling data of each element And a signal processing unit that forms a reception beam in a predetermined direction while shifting the phase of each sampled data so that is predetermined.
【請求項11】 前記信号処理部は、各エレメントの複
素サンプリングデータを移相するための係数および各エ
レメントの複素サンプリングデータで受波ビームを形成
するための係数を予め乗じた乗数を記憶しており、この
乗数を各エレメントの複素サンプリングデータに乗じて
移相および受波ビームの形成を同時に行う請求項9に記
載のソナー装置。
11. The signal processing unit stores a multiplier for preliminarily multiplying a coefficient for shifting a phase of the complex sampling data of each element and a coefficient for forming a reception beam with the complex sampling data of each element. 10. The sonar device according to claim 9, wherein the multiplier is multiplied by the complex sampling data of each element to simultaneously perform the phase shift and the formation of the received beam.
【請求項12】 受波ビームを順次互いに異なる方向に
形成して広範囲方向を探査するソナー装置において、 所定周波数f(=1/T)のエコー信号をそれぞれ受信
する複数のエレメントを有する受信トランスデューサ
と、 各エレメントが受信したエコー信号を該エレメントの数
よりも少ない系統に多重化するマルチプレクサと、 各系統において各エレメントのエコー信号を所定のサン
プリング時刻および該所定のサンプリング時刻から(n
+1/4)T後の2つの時刻にサンプリングし、これら
を各エレメントの複素サンプリングデータとして出力す
るAD変換器と、 前記各エレメントの複素サンプリングデータの位相関係
が所定になるように各サンプリングデータを移相すると
ともに、所定方向の受波ビームを形成する信号処理部
と、 を備えたソナー装置。
12. A sonar device for forming a receiving beam sequentially in mutually different directions to search in a wide range direction, comprising: a receiving transducer having a plurality of elements each receiving an echo signal of a predetermined frequency f (= 1 / T); A multiplexer for multiplexing the echo signals received by each element into a system having less than the number of elements, and a multiplexer which divides the echo signal of each element in each system from a predetermined sampling time and from the predetermined sampling time to (n
An AD converter that samples at two times after (+) T and outputs them as complex sampling data of each element; and converts each sampling data so that the phase relationship between the complex sampling data of each element becomes predetermined. And a signal processing unit that forms a received beam in a predetermined direction while shifting the phase.
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