JP2003014839A - 水中探知装置および水中探知装置のテスト方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多チャンネルの受信回路およびトランスデュー
サの異常を判定することができるとともに、受信回路の
バラツキを補正することができる水中探知装置を提供す
る。 【解決手段】チャンネル数分の受信回路のフロントエン
ドにエコー信号と同じようなテスト信号を供給する。テ
スト信号は各受信回路に対して全く同じ信号である。受
信回路から出力された信号のレベルおよび位相を比較す
ると、各受信回路間のゲイン、位相遅れのバラツキが分
かり、これをキャンセルするような補正係数を各受信回
路の出力信号に掛けることでバラツキを補正する。ま
た、レベル、位相が極端に他のチャンネルと異なるチャ
ンネルは受信回路またはトランスデューサの異常である
と判断することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、多数の超音波振
動子を有するトランスデューサと、各超音波振動子に対
応する送信回路、受信回路を備えた水中探知装置および
そのテスト方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】海底探査ソナー、スキャニングソナー、
スプリットビーム魚群探知機等の水中探知装置は幅の狭
い鋭いビームを形成するため多数の超音波振動子をアレ
イ状に配列したトランスデューサを備えている。受信チ
ャンネル数すなわち超音波振動子−受信回路の数は、海
底探査ソナーの場合６４〜２００、スキャニングソナー
で２５６〜１０００チャンネル程度である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】受信回路間のゲイン、
位相のバラツキは受信ビームのメインビーム幅、サイド
ローブレベルに悪影響を与えるため、高いビーム性能を
得るためには、受信回路のバラツキは、ゲイン：±０．
５ｄＢ、位相：±λ／３２程度の範囲内におさめる必要
がある。しかし、多チャンネルの受信回路を上記所定の
バラツキ範囲内に納めることは、多くの調整工程数や高
精度部品が必要になり、コストアップにつながる問題点
があった。また、製造時のバラツキが少なくても経年変
化や温度変化で各受信回路間の性能のバラツキが増大す
る場合もあった。

【０００４】多チャンネルで部品点数が多いことから製
造不良や故障発生などの受信回路の異常も少なくないう
え、数チャンネルの受信回路に異常がある程度では、映
像品質が劣化するもののビーム形成が行われるため、故
障などの異常を発見することが困難であるという問題点
があった。これを無くそうとすると、製造時に多くの検
査工程数を必要とし、船舶に取り付けられて運用を開始
したのちは、トランスデューサが船外に取り付けられる
ため、点検や修理がより困難になるという問題点があっ
た。すなわち、トランスデューサに故障が発生すると交
換のために上架が必要になり、多額の費用が発生する。
したがって、トランスデューサの特定の超音波振動子に
異常があることが確実に判断できるまでは、修理の決断
をするこことが困難であった。

【０００５】また、近年の水中探知装置は、スタビライ
ズ機能などを実現するために、各超音波振動子に対応し
て個別の送信回路が設けられているものがあるが、上記
のようにチャンネル数が多いため、送信回路が数チャン
ネル程度不調であっても送波ビームの精度が劣化する程
度で、その不調に気づきにくいという問題点があり、ま
た、船底に設置されている多チャンネルの送信回路を各
々点検するのは大変な作業であった。

【０００６】この発明は、多チャンネルの受信回路、受
信回路、超音波振動子の故障を判定することができると
ともに、受信回路のバラツキを補正することができる水
中探知装置およびそのテスト方法を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
の超音波振動子と、各超音波振動子が受信したエコー信
号を増幅する複数の受信回路と、を備えた水中探知装置
において、各受信回路のフロントエンドにテスト信号を
供給するテスト信号供給手段と、前記テスト信号の入力
に対応した各受信回路の出力信号のレベルまたは位相を
表示する表示手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００８】請求項２の発明は、アレイ状に配列された
複数の超音波振動子と、各超音波振動子が受信したエコ
ー信号を増幅する複数の受信回路と、を備えた水中探知
装置において、各受信回路のフロントエンドにテスト信
号を供給するテスト信号供給手段と、前記テスト信号の
入力に対応した前記複数の受信回路の出力信号のレベル
および位相を対応する超音波振動子の配列順に一覧表示
する表示手段と、を備えたことを特徴とする。

【０００９】請求項３の発明は、エコー信号を受信する
複数の超音波振動子と、各超音波振動子が受信したエコ
ー信号を増幅するアンプと、エコー信号の周波数帯域の
みを通過させるフィルタと、各アンプおよびフィルタで
処理された各超音波振動子のエコー信号をサンプリング
してデジタルデータに変換するＡＤコンバータと、を備
え、デジタルデータに変換されたエコー信号に基づいて
受波ビームを形成する水中探知装置において、各アンプ
のフロントエンドにテスト信号を供給するテスト信号供
給手段と、前記テスト信号の入力に対応した前記ＡＤコ
ンバータの出力信号のレベルまたは位相を表示すること
により、前記アンプ、フィルタまたは超音波振動子の動
作状態を判定可能にしたことを特徴とする。

【００１０】上記の発明では、複数チャンネルの受信回
路のそれぞれのフロントエンドにテスト信号を供給し、
その出力のレベル、位相の一方または両方を表示する。
ここで、上記請求項の「または」は「いずれか一方また
は両方」の意である。各チャンネルの受信回路が完全に
同じ性能であれば、各受信回路からは、入力信号に完全
に相関したレベル（振幅）、位相の出力信号が得られる
はずであるが、各受信回路の性能のバラツキにより必ず
しもそのようにならず、それぞれ相関の度合いが異なる
信号が出力される。各チャンネルの受信回路が完全に同
じ性能であれば、各チャンネルに同一のテスト信号を供
給すれば、同じレベル（振幅）、位相の出力信号が得ら
れるはずであるが、各受信回路の性能のバラツキにより
必ずしもそのようにならず、それぞれ異なる信号が出力
される。

【００１１】この出力信号を表示することにより、利用
者は、各チャンネル間のゲイン、位相のバラツキを知る
ことができるとともに、出力信号のレベル（ゲイン）、
位相が他のチャンネルと大きく異なるチャンネルがある
場合には、そのチャンネルに故障などの異常が発生して
いると判断することができる。また、異常とは言えない
範囲であっても各チャンネル間の出力信号のレベル、位
相のバラツキを視覚的に確認することができる。なお、
レベル、位相の表示は、絶対値表示であっても相対値
（たとえば平均値からの偏差）表示であってもよい。ま
た、表示方式は、全チャンネルの出力信号のレベル、位
相を一覧表示しても異常と思われるチャンネルのものの
みを選択して表示するようにしてもよい。

【００１２】請求項４の発明は、エコー信号を受信する
複数の超音波振動子と、各超音波振動子が受信したエコ
ー信号を増幅するアンプと、エコー信号の周波数帯域の
みを通過させるフィルタと、各アンプおよびフィルタで
処理された各超音波振動子のエコー信号をサンプリング
してデジタルデータに変換するＡＤコンバータと、を備
え、デジタルデータに変換されたエコー信号に基づいて
受波ビームを形成する水中探知装置において、各アンプ
のフロントエンドにテスト信号を供給するテスト信号供
給手段と、前記テスト信号の入力に対応した前記ＡＤコ
ンバータの出力信号のレベルまたは位相に基づき、前記
アンプ、フィルタまたは超音波振動子の動作状態を判定
する判定手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１３】この発明では、判定手段が、各チャンネル
のレベルや位相を監視し、これらが正常の範囲を越えて
いるチャンネルや他のチャンネルに比べてレベルや位相
が大きく異なるチャンネルがあった場合には、そのチャ
ンネルが異常であると判定してその旨を出力する。これ
により、セルフテストで異常なチャンネルを自動的に発
見することが可能になる。

【００１４】請求項５の発明は、請求項３、４の発明に
おいて、前記アンプおよびフィルタで処理された各超音
波振動子のエコー信号を該超音波振動子の個数よりも少
ない系統に多重化するマルチプレクサを備えるととも
に、前記ＡＤコンバータをこの系統数のみ設け、前記テ
スト信号供給手段は、マルチプレクサの切り換えに同期
関係にあるテスト信号を供給することを特徴とする。

【００１５】この発明では、複数の超音波振動子から入
力された信号がマルチプレクサによって多重化されてい
る場合には、マルチプレクサを各超音波振動子（チャン
ネル）に切り換えながらテスト信号を入力する。これに
よって各超音波振動子および受信回路系のテストをする
ことができる。さらにこのとき、テスト信号をマルチプ
レクサの切り換えタイミングに同期させて出力すること
で効率的に順次各チャンネルのテストをすることが可能
になる。

【００１６】請求項６の発明は、複数の超音波振動子
と、各超音波振動子が受信したエコー信号を増幅する複
数の受信回路と、を備えた水中探知装置において、各受
信回路のフロントエンドにテスト信号を供給するテスト
信号供給手段と、前記テスト信号の入力に対応した各受
信回路の出力信号のレベルまたは位相を記憶する記憶手
段と、前記超音波振動子から入力されたエコー信号に対
応した各受信回路の出力信号のレベルまたは位相を前記
記憶手段に記憶されている各受信回路の出力信号のレベ
ルまたは位相のばらつきをキャンセルするような補正係
数で補正する補正手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１７】この発明では、この各チャンネルの出力信
号のレベル、位相に関する情報を記憶しておき、通常の
動作すなわちエコー信号を受信して増幅しこの信号によ
って受波ビームを形成する動作において、各受信回路か
ら出力された信号に対して上記出力信号のレベル、位相
のバラツキをキャンセルするような係数を乗算する。こ
れにより、各受信回路の性能のバラツキをキャンセル
し、ゲインや位相が完全にそろった理想的な受信回路で
処理したのと同様になり、ビーム形成の精度を向上する
ことができる。なお、記憶手段に記憶する内容は、レベ
ル、位相そのもの（絶対値または相対値）であってもよ
く、バラツキをキャンセルするための補正係数そのもの
を記憶しておいてもよい。このようにこの発明では、各
受信回路の性能のバラツキをキャンセルしてゲインまた
は位相を何らかの点に揃えるが、どこに揃えるかは自由
である。たとえば、各チャンネルのゲイン、位相の平均
値に揃えるようにすればよい。

【００１８】請求項７の発明は、請求項１〜６の発明に
おいて、テスト信号供給手段は、受信回路と超音波振動
子との接続を切断せずに、受信回路のフロントエンドに
テスト信号を供給することを特徴とする。

【００１９】この発明では、超音波振動子との接続を切
断せずにテスト信号を供給する。これにより、超音波振
動子との接続が正常であれば、テスト信号の一部は超音
波振動子にも供給されるため、これによって受信回路に
入力される信号レベルが若干変動する。この信号レベル
の変動は、回路構成により低下するか上昇するかが決ま
る。例えば、超音波振動子が短絡していれば信号レベル
が低下し、超音波振動子との接続が切れていれば信号レ
ベルは上昇する。この場合、レベルまたは位相の異常が
受信回路に起因するものであるか超音波振動子に起因す
るものであるかはすぐに分からないが、受信回路を交換
することで異常箇所を特定することができる。一般的な
ソナー装置の場合、受信回路は船内の船底部に設置さ
れ、スロットで差し換え可能であるため、交換は容易で
ある。これにより、多チャンネルの受信回路および超音
波振動子のどれが異常であるかを容易に突き止めること
ができ、メンテナンスの効率を向上させることができ
る。

【００２０】請求項８の発明は、複数チャンネルの超音
波振動子と、該複数チャンネルの超音波振動子に対して
個別に設けられ、送信信号を生成して前記超音波振動子
に入力する複数の送信回路と、前記複数チャンネルの超
音波振動子に対して個別に設けられ、対応するチャンネ
ルの超音波振動子から入力されたエコー信号を増幅して
出力する複数の受信回路と、テストを行うチャンネルに
おいて、送信回路に送信信号を生成させるとともに前記
超音波振動子から前記受信回路への信号の入力を制限
し、このときに前記受信回路から出力される信号をモニ
タする制御手段と、を備えたことを特徴とする。

【００２１】請求項９の発明は、複数チャンネルの超音
波振動子と、該複数チャンネルの超音波振動子に対して
個別に設けられ、送信信号を生成して前記超音波振動子
に入力する複数の送信回路と、前記複数チャンネルの超
音波振動子に対して個別に設けられ、対応するチャンネ
ルの超音波振動子から入力されたエコー信号を増幅して
出力する複数の受信回路と、を備えた水中探知装置のテ
スト方法であって、テストを行うチャンネルにおいて、
送信回路に送信信号を生成させるとともに前記超音波振
動子から前記受信回路への信号の入力を制限し、このと
きに前記受信回路から出力される信号をモニタすること
を特徴とする。

【００２２】送信回路が送信信号を形成しているときの
受信回路の出力をモニタする。送信回路が送信信号を形
成すると、その信号は超音波振動子に入力される。受信
回路は、送信信号が超音波振動子に入力されているとき
は、回路を保護するため入力ゲインを０に絞ってこの信
号を入力しないようにしている。しかし、スキャニング
ソナーなどの水中探知装置では、送信回路と受信回路は
直近に設置されているため、若干の静電結合が生じてお
り、受信回路が入力ゲインを小となるように絞っていて
も、送信回路が形成した送信信号が受信回路に漏れ信号
として入力される。上記発明では、この漏れ信号を利用
し、送信回路が送信信号を形成しているときの受信回路
の出力のレベルや位相をモニタすることで、送信回路が
正常に機能しているか、および、受信回路が正常に機能
しているかをテストすることができる。なお、このテス
トは１チャンネルずつ行えばよいが、相互に影響しない
複数のチャンネルで同時に実行すれば効率的である。

【００２３】請求項１０の発明は、複数チャンネルの超
音波振動子と、該複数チャンネルの超音波振動子に対し
て個別に設けられ、送信信号を生成して前記超音波振動
子に入力する複数の送信回路と、前記複数チャンネルの
超音波振動子に対して個別に設けられ、対応するチャン
ネルの超音波振動子から入力されたエコー信号を増幅し
て出力する複数の受信回路と、テストを行うチャンネル
の送信回路に送信信号を生成させて該チャンネルの超音
波振動子にこの送信信号を入力し、前記テストを行うチ
ャンネル以外のチャンネルで受信したエコー信号をモニ
タする制御手段と、を備えたことを特徴とする。

【００２４】請求項１１の発明は、複数チャンネルの超
音波振動子と、該複数チャンネルの超音波振動子に対し
て個別に設けられ、送信信号を生成して前記超音波振動
子に入力する複数の送信回路と、前記複数チャンネルの
超音波振動子に対して個別に設けられ、対応するチャン
ネルの超音波振動子から入力されたエコー信号を増幅し
て出力する複数の受信回路と、を備えた水中探知装置の
テスト方法であって、テストを行うチャンネルの送信回
路に送信信号を生成させて該チャンネルの超音波振動子
にこの送信信号を入力し、前記テストを行うチャンネル
以外のチャンネルで受信したエコー信号をモニタするこ
とを特徴とする。

【００２５】超音波振動子が正常に動作しているかのテ
ストは、その超音波振動子に送信信号を印加して、これ
によってこの超音波振動子が振動するか（超音波信号を
出力するか）をチェックする。この発明は、このテスト
を自動的に行うため、テストを行うチャンネルの超音波
振動子に送信信号（超音波信号）を入力し、他の超音波
振動子でこの信号の反射エコーを受信する。これによ
り、テストを行うチャンネルの受信回路以下の回路部の
影響を受けることなく、当該チャンネルの超音波振動子
（または送信回路）が正常であるか否かを検出すること
ができる。テストを行うチャンネル以外の受信回路で受
信することによって、テストを行うチャンネルの超音波
振動子の正常／異常をテストするが、複数のチャンネル
の受信回路で受信することにより、各受信回路の性能の
バラツキに影響されることなく客観的に超音波振動子の
テストを行うことができる。

【００２６】請求項１２の発明は、複数チャンネルの超
音波振動子と、該複数チャンネルの超音波振動子に対し
て個別に設けられ、送信信号を生成して前記超音波振動
子に入力する複数の送信回路と、前記複数チャンネルの
超音波振動子に対して個別に設けられ、対応するチャン
ネルの超音波振動子から入力されたエコー信号を増幅し
て出力する複数の受信回路と、テストを行うチャンネル
において、送信回路に送信信号を生成させて該チャンネ
ルの超音波振動子に入力し、その後、送信信号を停止さ
せた直後の超音波振動子から受信回路に入力される信号
を一定時間モニタする制御手段と、を備えたことを特徴
とする。

【００２７】請求項１３の発明は、複数チャンネルの超
音波振動子と、該複数チャンネルの超音波振動子に対し
て個別に設けられ、送信信号を生成して前記超音波振動
子に入力する複数の送信回路と、前記複数チャンネルの
超音波振動子に対して個別に設けられ、対応するチャン
ネルの超音波振動子から入力されたエコー信号を増幅し
て出力する複数の受信回路と、を備えた水中探知装置の
テスト方法であって、テストを行うチャンネルにおい
て、送信回路に送信信号を生成させて該チャンネルの超
音波振動子に入力し、その後、送信信号を停止させた直
後の超音波振動子から受信回路に入力される信号を一定
時間モニタすることを特徴とする。

【００２８】上記の発明は、送信信号を印加して励振し
た超音波振動子において、送信信号が終了したときの動
作をチェックすることにより、超音波振動子が正常であ
るかをテストするものである。すなわち、超音波信号
（励振パルス）が印加された超音波振動子は、この超音
波信号が停止したとき即座に振動を停止せず、減衰振動
をして停止する。また、水中探知装置の超音波振動子は
ケースに収められているため、超音波振動子が送出した
超音波信号はそのケースで反射し、その反射エコーが送
出直後の同じ超音波振動子で受信される。上記の減衰信
号を尾引き信号といい、ケースの反射波を受信したもの
をケース反射信号という。

【００２９】送信信号を印加した直後の超音波振動子の
振動をそのチャンネルの受信回路からモニタし、上記尾
引き信号、ケース反射信号の両方が正常なレベルで（受
信回路に）入力されている場合は、このチャンネルの超
音波振動子および送信回路は正常であると推定すること
ができる。一方、尾引き信号のレベルが小さい場合や殆
どない場合には送信回路が不調であると推定することが
できる。また、ケース反射信号がない場合には、超音波
振動子と送信回路が正常に接続されておらず、超音波振
動子に送信信号が印加されていない（超音波振動子が振
動していない）と推定することができる。これは、超音
波振動子に超音波が印加されていない場合であっても送
信回路と受信回路との静電結合による漏れ信号がこの尾
引き信号のような減衰振動であらわれ、実際の尾引き信
号がない場合には、この漏れ信号が受信波形として現れ
るからである。

【００３０】請求項１４の発明は、請求項８、１０、１
２の発明において、前記制御手段は、前記複数チャンネ
ルについて前記テストを行うことを特徴とする。請求項
１５の発明は、請求項１４の発明において、前記制御手
段は、前記複数チャンネルについてのテスト結果を一覧
表示することを特徴とする。

【００３１】請求項１６の発明は、請求項８、１０、１
２、１４、１５の発明において、前記制御手段は、前記
テスト結果に基づいて、そのテスト対象となったチャン
ネルの正常／異常を判定（推定）し、その判定（推定）
結果を表示することを特徴とする。請求項１７の発明
は、請求項９、１１、１３の発明において、前記テスト
結果に基づいて、そのテスト対象となったチャンネルの
正常／異常を判定（推定）し、その判定（推定）結果を
表示することを特徴とする。

【００３２】上記発明では、テスト結果に基づいてテス
トしたチャンネル（送信回路、超音波振動子、受信回路
など）が正常に動作しているか否かを判定し、この判定
結果を表示や音声などで出力するようにした。これによ
って、故障箇所を突き止めて修理しようとする保守係員
の対応が容易になる。なお、この発明における判定は、
対象となる素子、回路部が正常／異常と断定するもので
はなく、あくまでその蓋然性が高いという判断であり、
その後、保守係員がその素子、回路部に直接あたって正
確な故障箇所を突き止めるようにすればよい。

【００３３】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の第１の実施形態
であるソナー装置の概略構成図である。同図（Ａ）に示
すように、多数の超音波振動子からなるトランスデュー
サ１は、船舶の船底に設けられており、送受信部２は、
トランスデューサ１に隣接した船室内に設けられてい
る。トランスデューサ１と送受信部２とは、前記超音波
振動子の数（チャンネル数）分のケーブルで接続されて
いる。送受信部２は、トランスデューサ１に超音波パル
ス信号を供給するとともに、トランスデューサ１が受信
したエコー信号を取り込んでＡＤ変換する。ＡＤ変換さ
れたエコー信号は、デジタル信号線を介してブリッジに
設置されている演算処理部３に入力される。ブリッジに
は、演算処理部３のほか演算処理部３が映像化したエコ
ー映像などを表示するための表示部４が設置されてい
る。なお、ブリッジには、このソナー装置のほか、他の
航海用操作部および航海用計器類が設置されている。

【００３４】なお、トランスデューサ１は、スキャニン
グソナーの場合、図２（Ａ）に示すような、超音波振動
子を円筒形状に配列したものであり、同一のトランスデ
ューサが超音波パルスの送信用およびエコー信号受信用
に兼用される。また、海底探査ソナーの場合は、図２
（Ｂ）に示すように、超音波振動子を半円筒形状（蒲鉾
形）に配列した送信用トランスデューサ１ａと受信用ト
ランスデューサ１ｂがＴ字形に直交するように配置され
ている。これらのトランスデューサの形状は一例であ
り、本願発明が適用されるソナー装置のトランスデュー
サの形状はこれに限定されない。

【００３５】図１（Ｂ）において、送受信部２は送信回
路部１０、受信回路部１１、ＡＤコンバータ１２、テス
ト信号発生部１３を備えている。送信回路部１０は定期
的にトランスデューサ１（送信用トランスデューサ１
ａ）に超音波パルス信号を印加する。各超音波振動子に
印加される超音波パルス信号は、トランスデューサ１か
ら海中に送出される超音波信号がビームを形成するよう
に位相（またはタイミング）が制御されている。トラン
スデューサ１から送出された超音波パルスビームは、物
標または海底で反射し、その反射エコー信号がトランス
デューサ１（受信用トランスデューサ１ｂ）で受信され
る。トランスデューサ１が受信したエコー信号は受信回
路部１１に入力される。受信回路部１１は、このエコー
信号を増幅するとともに、帯域外のノイズを除去してＡ
Ｄコンバータ１２に入力する。ＡＤコンバータ１２は、
この信号を８〜１６ビットのデジタルデータに変換して
演算処理部３に出力する。

【００３６】演算処理部３は、制御部１５、移相部１６
およびビーム形成部１７を備えている。制御部１５は、
このソナー装置全体を制御するコンピュータで構成され
ており、ＣＰＵのほか、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどの
記憶手段を有している。送受信部２のＡＤコンバータ１
２から入力されたデジタルデータ化されたエコー信号は
移相部１６で位相変換される。この移相部１６は、異な
るタイミングでＡＤ変換されたエコー信号を同タイミン
グの信号として処理できるように位相変換するととも
に、受信回路部１１のゲイン、位相のバラツキを補正す
る。ゲイン、位相のバラツキの補正については後述す
る。

【００３７】移相部１６で移相されたエコー信号はビー
ム形成部１７でマッチドデータと乗算され、所定方向へ
のビーム信号に変換される。このビーム信号が表示部４
に入力され映像化されてディスプレイに表示される。な
お、処理されるエコー信号はデジタルデータであるため
移相部１６およびビーム形成部１７は、単一または複数
のＤＳＰで構成することができる。

【００３８】上述したように、受信回路部１１は、トラ
ンスデューサ１の超音波振動子の数と同数の受信回路を
有している。１つの超音波振動子と受信回路の組み合わ
せをチャンネルという。これら複数のチャンネルのうち
数個程度が故障した場合でも、ビーム性能が低下したビ
ームが形成され、ソナー映像からビーム性能の低下を発
見することは困難であるため、数個程度のチャンネルに
不具合があってもそれを発見することは難しく、どのチ
ャンネルが異常であるかを特定することは極めて困難で
ある。そこで、このソナー装置では、各チャンネルの受
信回路に同一のテスト信号を入力し、この信号がどのよ
うに処理されて演算処理部３に入力されるかを各チャン
ネル別に個別にモニタすることによって、各チャンネル
の受信回路および超音波振動子の状態を判定する。

【００３９】このため、このソナー装置は、送受信部２
にテスト信号発生部１３を備えている。テスト信号発生
部１３は、受信回路部１１の各チャンネルの受信回路の
フロントエンドにテスト信号を印加する回路部である。
テスト信号の周波数は、送信回路部１０が発生するパル
ス信号の周波数（キャリア周波数）である。テスト信号
のレベルは、トランスデューサ１が受信するエコー信号
の平均的なレベルとする。

【００４０】このテスト信号が入力されると、各チャン
ネルの受信回路は、これを増幅およびフィルタリングし
てＡＤコンバータ１２に入力する。この増幅回路および
フィルタ回路の性能のバラツキにより、ＡＤコンバータ
１２に入力されデジタルデータ化されて演算処理部３に
入力される各チャンネルの信号は、各受信回路のゲイン
および位相特性のバラツキによりレベルおよび位相にバ
ラツキが生じる。

【００４１】演算処理部３では、この信号は制御部１５
に入力される。この信号はＡＤコンバータ１２から直接
制御部１５に入力されるようにしてもよく、移相部１６
を介して制御部１５に入力されるようにしてもよい。こ
の場合、移相部１６は移相処理を行わずに信号を出力す
る。制御部１５は各信号の位相をそろえレベルを算出し
て、これを図５のように映像化して表示部４に出力す
る。同時に、制御部１５が内部に有する記憶手段１５ａ
にこのレベルのバラツキおよび位相のバラツキを記憶す
る。利用者は、この表示を見て、異常なチャンネルを発
見することができ、そのチャンネルの受信回路または超
音波振動子を修理または交換することができる。

【００４２】また、超音波パルスビームを送波しその反
射エコーを受信する通常動作時に、送受信部２から入力
された各チャンネルの反射エコー信号（ＡＤコンバータ
１２でデジタル化されたデジタルデータ）に対し、移相
部１６において、上記各チャンネルのレベル、位相のバ
ラツキをキャンセルするような補正係数処理をする。こ
れによって、各チャンネル間のバラツキを無くしビーム
形成の精度を向上することができる。

【００４３】このテスト動作は、いつ行ってもよいが、
製造時、船舶への取付時に行うとともに、運用中に定期
的に行うようにすればよい。また、船室の室温などを監
視し、変化があったときに補正係数を更新するために行
うようにしてもよい。

【００４４】図３はこの発明を海底探査ソナーに適用し
た場合の送受信部２の詳細なブロック図である。この図
において図１（Ｂ）と同一構成の部分は同一番号を付
す。この海底探査ソナーは、図２（Ｂ）のような送信・
受信別々のトランスデューサ１ａ，１ｂを備えるが、送
信トランスデューサ１ａ、受信トランスデューサ１ｂ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１ａ
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１ｂ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。

【００４５】送受信部２の送信回路１０は、送信トラン
スデューサ１ａ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１ａ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１０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１０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３２０ｋＨｚのバースト波とな
る。

【００４６】受信トランスデューサ１ｂは、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１ｂ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、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。受信トランスデューサ１ｂは、半径１２５
ｍｍ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２３
８．５°で円筒の一部が切り欠かれた形状になってい
る。

【００４７】受信トランスデューサ１ｂ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１１３で増幅され、フィルタ１１４
でろ波され、ＴＶＧアンプ１１５で増幅される。フィル
タ１１４は、送信トランスデューサ１ａ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。

【００４８】ＴＶＧアンプ１１５は、時間可変ゲインア
ンプであり、送信トランスデューサ１ａ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１１５の後段にはこのＴＶＧアンプ１１５
のノイズを除去するための簡略なフィルタ１１６が介挿
入されている。こののち、マルチプレクサ１１７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０，１０，２
０，…１４０，１５０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，…１４１，１５
１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。

【００４９】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１１８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ＴＶＧ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１１６を介してマルチプレクサ１
１７に接続するようにしている。

【００５０】ＴＶＧアンプ１１８で増幅された信号は、
ＡＤコンバータ１２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コンバータ１２
のサンプリングタイミングおよびマルチプレクサ１１７
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。

【００５１】後段の演算処理部３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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】各チャンネルのサンプリングデータは平均
処理回路１２０に入力される。平均処理回路１２０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コンバータの
オフセット誤差によって発生するものである。また、９
０°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
の信号処理の詳細は、本出願人の先行出願（特願２００
０−２２３７３４）に詳細に記載されている。

【００５５】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。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。

【００５６】この海底探査ソナー装置において、テスト
モード時には、プリアンプ１１３の入力部にテスト信号
が供給され、この信号がプリアンプ１１３−フィルタ１
１４−ＴＶＧアンプ１１５−フィルタ１１６−マルチプ
レクサ１１７−ＴＶＧアンプ１１８によって処理されて
出力される。テスト信号は３２０ｋＨｚの連続波（正弦
波でも矩形波でもよい）で、制御部１２１からのクロッ
クで生成され、マルチプレクサ１１７の切り換えタイミ
ングと同期関係にある。この出力信号をＡＤコンバータ
１２でデジタルデータに変換して演算処理部３に入力す
る。このとき、平均処理部１２０は処理を行わず、入力
されたデジタルデータをそのまま出力するように設定し
ておけばよい。なお、１６０チャンネルの信号はマルチ
プレクサ１１７によって１０チャンネルに時分割多重化
されているため、テスト信号発生部１３によるテスト信
号の供給を各時分割スロット毎に１６回行うことによっ
て１回のテストサイクルが終了する。

【００５７】また、ＴＶＧアンプ１１５、１１８の性能
をテストする場合には、システムと信号の供給を繰り返
し行い、その出力信号の時間変化を監視するようにすれ
ばよい。

【００５８】図４は、上記ソナー装置の動作を示すフロ
ーチャートである。同図（Ａ）はテスト時の動作を示す
フローチャートである。この動作は、演算処理部３にお
いて、テストモードが設定されたとき実行される。この
テストモード動作は、操作者のマニュアル操作により、
または、自動的に（定期的に）実行される。テストモー
ドが設定されると、テスト信号発生部１３を動作させて
テスト信号を発生する（ｓ１）。この信号は受信回路部
１１の各チャンネルの受信回路のフロントエンドに入力
される。各受信回路のゲインを所定の値に設定する。こ
のゲインは全チャンネル同じ値にする。なお、受信回路
のゲイン調整機能のないソナー装置ではこの工程を省略
する。そして各チャンネルの受信回路から出力された信
号をＡＤコンバータ１２でＡＤ変換して演算処理部３に
入力する。ＡＤコンバータ１２は、入力されたアナログ
信号を複素数データ（実数データＩ，虚数データＱ）に
変換する。ここで、一般的なソナー装置ではチャンネル
数が１００以上になるため、全てのチャンネルを同時に
ＡＤ変換することは困難である。すなわち、それほど多
チャンネルのＡＤコンバータを備えることは困難であ
る。このため、全チャンネルを複数のグループに分割
し、グループ毎にＡＤ変換するようにしている。このた
め、各グループ間でＡＤ変換（サンプリング）タイミン
グのずれ、すなわち位相ずれが発生する。そこで、全チ
ャンネルの信号をＡＤ変換したのち、各チャンネルの位
相を揃えるべく位相シフトをする（ｓ４）。この位相シ
フトは上記ＡＤ変換（サンプリング）タイミングのずれ
をキャンセルすることのみ行い、全チャンネルから出力
された信号の位相を揃えることはしない。そしてこのサ
ンプリングタイミングのずれをキャンセルされた各チャ
ンネルの複素数データの位相θおよびレベルａを求めて
（ｓ５）、記憶手段に記憶する（ｓ６）とともに、表示
部４に表示する。位相角θはｔａｎ^-1（Ｑ／Ｉ）で求め
られ、レベルａは√（Ｉ² ＋Ｑ² ）で求められる。

【００５９】上記テスト動作のテスト結果として検出さ
れた各受信回路のレベルおよび位相角の表示例を図５に
示す。この図は、後述する海底探査ソナーの受信回路の
テスト結果の例を示すものである。この海底探査ソナー
は１６０チャンネル（チャンネル０〜チャンネル１５
９）を有している。キャリア周波数３２０ｋＨｚであ
る。この表示は、レベル（振幅）、位相ととも全チャン
ネルの平均値からの偏差で示しているが、絶対値で表示
するようにしてもよい。この表示例によると、チャンネ
ル２０、チャンネル４９、チャンネル９１のレベルが他
のチャンネルに比べて大きくなっている。これにより、
操作者は、チャンネル２０、チャンネル４９、チャンネ
ル９１については、受信アンプのフロントエンドに入力
されるテスト信号に対してバイパスとして機能する超音
波振動子が外れている可能性、または、受信回路のゲイ
ンが高すぎる可能性があると判断することができる。ま
た、逆にレベルが極端に小さいチャンネルがあった場合
には、回路異常または超音波振動子のショートの可能性
があると判断することができる。

【００６０】このような場合において、超音波振動子の
異常であるか回路の異常であるかを特定するためには、
アンプを差し換えて再度テストを行い、同じチャンネル
に同じ症状が出る場合には超音波振動子の異常であると
判断し、症状が無くなった場合には差し換える前の回路
の異常であると判断することができる。後述するよう
に、この表示例の受信アンプ群は５枚のボードで構成さ
れ、１枚のボード上には３２チャンネル分の受信アンプ
が形成されているため、異常のあったチャンネルのボー
トを予備のボードに差し換えるか、または、ボードを互
いに入れ換えることによって、異常の原因が超音波振動
子側にあるのか受信アンプ側にあるのかを判定すること
ができる。

【００６１】また、図４（Ｂ）は通常動作時の動作を示
すフローチャートである。まず送信回路を駆動して超音
波パルスビームをトランスデューサ１から送出する（ｓ
１０）。こののち、受信回路を駆動し、一定時間毎に受
信回路の信号をＡＤ変換して演算処理部３に取り込む
（ｓ１１）。そして、取り込んだ信号に対して、上記レ
ベルと位相のバラツキをキャンセルするような補正係数
を掛けてデータを補正するとともに、サンプリングタイ
ミングのずれを補正する位相シフトの係数を掛ける（ｓ
１２，ｓ１３，ｓ１４）。このｓ１２〜ｓ１４の処理
は、一括して行ってもよい。そして、この修正されたデ
ータをビーム形成部１７に入力して受波ビームを形成す
る。この形成された受波ビームの映像を表示部４に出力
して表示させる。なお、補正係数は、記憶手段に記憶さ
れている各チャンネルのレベルおよび位相に基づいて算
出するが、予め算出し記憶手段に記憶しておいてもよ
い。

【００６２】この表示は、スキャニングソナーや海底探
査装置の通常の表示であるが、各受信回路のレベルおよ
び位相のバラツキがキャンセルされているため、形成さ
れるビームのＱが高くなり、サイドローブレベルが低下
しているため、鮮明な映像となる。

【００６３】このように、この発明では、各チャンネル
にテスト信号を入力することによって、各チャンネルの
超音波振動子および受信回路の異常を１つのチャンネル
に特定して発見することできるため、修理および修理の
決断が容易である。また、異常とする程でなくても各チ
ャンネル間で性能のバラツキがあるため、受信した信号
に対してこのバラツキをキャンセルするような補正係数
を掛けてやることにより、全チャンネルに対して全く同
じ性能の受信回路を用いた場合と同じ精度でビーム形成
をすることができる。

【００６４】図６は、上記ソナー装置の送受信部の詳細
なブロック図である。この送受信部は海底探査ソナーに
用いられるものであり、チャンネル数は１６０である。
送受信部２は、マザーボードに相当するバックプレーン
２２と、このバックプレーン２２に差し込まれた複数の
ボードからなっている。ボードとしては、送信ボード
（ＴＸ＿ＢＲＤ）２０、５枚の受信ボード（ＲＣＶ＿Ｂ
ＲＤ）２１、ＡＤボード（ＡＤ＿ＢＲＤ）２３、コント
ロールボード（ＴＲ＿ＣＮＴ）２４である。送信ボード
（ＴＸ＿ＢＲＤ）２０は送信ドライバ５０を有し、これ
が図１の送信回路部１０に相当する。

【００６５】また、５枚の受信ボード２１には、それぞ
れ３２チャンネルの受信回路が形成されており、５枚で
１６０チャンネルとなる。１つの受信回路は、アナログ
スイッチ３１、プリアンプ３２、フィルタ３３、ＴＶＧ
アンプ３４、フィルタ３５を有しており、フィルタ３５
の出力はマルチプレクサ３６に入力される。プリアンプ
３２は、水底部の超音波振動子と接続されており、アナ
ログスイッチ３１は、テストモード時にプリアンプ３１
のフロントエンドおよび超音波振動子にテスト信号ドラ
イバ４３を接続する。したがって、テスト信号は受信回
路（プリアンプ３２）とともに超音波振動子にも入力さ
れる。フィルタ３３，３５は、送信ボード２０がトラン
スデューサに印加した超音波パルス信号の周波数（３２
０ｋＨｚ）付近の信号のみを透過させて他の周波数帯域
のノイズを除去するためのフィルタである。ＴＶＧアン
プ３４は差動アンプ４１の出力によって制御される可変
ゲインアンプであり、最大４０ｄＢのゲインで入力信号
を増幅することができる。なお、信号ドライバ４３およ
びプルアップ抵抗４５には３端子電源４４から電圧が供
給されている。

【００６６】１枚の受信ボード２１の３２チャンネルの
受信回路は１６チャンネルずつ２系統に分割されてお
り、同じ系統にまとめられた１６チャンネルの受信回路
は、１つのマルチプレクサ３６に接続されている。マル
チプレクサ３６は、マルチプレクサドライバ４０から入
力される選択信号によって１６チャンネルのうちの１チ
ャンネルを選択する。選択された信号は、後段のＴＶＧ
アンプ３７、ローパスフィルタ３８、ドライバ３９を介
してＡＤボード２３のＡＤコンバータ５１に入力され
る。ＴＶＧアンプ３７は、差動アンプ４２の出力によっ
て設定されたゲインでこの信号を増幅する。ローパスフ
ィルタ３８は、高周波数帯域の雑音を除去するためのも
のである。ドライバ３９はＡＤコンバータ５１が変換で
きるレベルまで信号を増幅する。増幅された信号は、Ａ
Ｄボード１２のＡＤコンバータ５１に入力される。

【００６７】１枚の受信ボード２１の３２チャンネルの
受信回路は２系統（２つのマルチプレクサ）にグループ
化されるため、５枚の受信ボードの１６０チャンネルの
受信回路は１０系統にグループ化される。このため、Ａ
Ｄボード２３は、１０個のＡＤコンバータ５１を並列に
有している。各ＡＤコンバータ５１には各マルチプレク
サ３６（ドライバ３９）から１６チャンネル分の受信エ
コー信号が順次入力される。各マルチプレクサは、非同
期デジタル回路５３から出力されるクロック信号に応じ
て切り換えられる。クロック信号はマクチプレクサドラ
イバ５５、４０を介してマルチプレクサに伝達される。
非同期デジタル回路５３は、ＡＤコンバータ５１から入
力されるデータをクロック信号に同期してラッチし、こ
れを順次高速データリンク５４に出力する回路である。
高速データリンク５４はデジタル信号線を介して演算処
理部３に接続されている。

【００６８】コントロールボード２４は、非同期デジタ
ル回路６０の制御により、送信パルス信号、ＴＶＧアン
プのゲイン制御信号、テスト信号およびアナログスイッ
チをオン／オフするための切換信号を出力する。送信パ
ルス信号は送信バッファ６１を介して送信ドライバ５０
に入力される。送信パルス信号の周波数は３２０ｋＨｚ
である。ゲイン制御信号は、ＤＡ変換器６２でデジタル
値から電圧レベル値に変換され差動アンプ６３によって
差動出力に変換されたのち差動アンプ４１および４２に
伝送される。また、テスト信号は送信パルス信号と同じ
３２０ｋＨｚであるが、送信パルス信号（１ショット）
と異なり、連続パルス信号である。このテスト信号は、
テストモード時のみ出力され、バッファ６４およびテス
トモードスイッチ６５を介して受信ボード２１のテスト
信号ドライバ４３に入力される。テストモードスイッチ
６５は２連スイッチであり、一方のスイッチは、オンし
たときバッファ６４とテスト信号ドライバ４３とを接続
し、他方のスイッチは、オンしたときアナログスイッチ
３１をオンしてプリアンプ３２、超音波振動子とテスト
信号ドライバ４３とを接続する。

【００６９】図７は、受信ボード２１のテスト信号ドラ
イバ４３、アナログスイッチ３１付近の構成図である。
切換信号線は３端子電源４４に接続されたプルアップ抵
抗４５によってプルアップされており、図６に示すテス
トモードスイッチ６５がオンされることによって、グラ
ンドレベルに落とされる。この信号はバッファ７０−２
を介してアナログスイッチ３１に伝達される。アナログ
スイッチ３１は、切換信号がグランドレベル“Ｌ”に落
ちたときスイッチ回路をオンする。スイッチ回路の一端
には３２０ｋＨｚの連続パルス信号であるテスト信号が
バッファ７０−１を介して入力されている。スイッチ回
路の他端は受信回路のフロントエンド（プリアンプ３２
とトランスデューサとの接続点）に接続されている。な
お、このバッファ７０−１，７０−２はＣＭＯＳロジッ
ク回路で構成され、これが図６のテスト信号ドライバ４
３に相当する。ここにバッファを挿入することにより、
コントロールボード２４とこの受信ボード２１とをつな
ぐ信号線をハイインピーダンスにすることができる。

【００７０】アナログスイッチ３１がオンするとテスト
信号が受信回路のフロントエンドに供給される。超音波
振動子は３２０ｋＨｚの信号に対してほぼ２５０Ω程度
のインピーダンスを有し、プリアンプ３２の入力インピ
ーダンスは５００Ωであるため、信号は略１：２のレベ
ル比で超音波振動子とプリアンプに分流する。なお保護
回路は、超音波振動子が送信パルスを直接受信したと
き、その信号をプリアンプ３２に入力しないようにバイ
パスする回路である。

【００７１】図８は、１つのトランスデューサを送受信
に兼用するスキャニングソナーの受信回路のフロントエ
ンド付近の構成を示す図である。同図（Ａ）はテスト信
号をアナログスイッチを介して供給する例である。同図
（Ｂ）はトランスを介してテスト信号を供給する例であ
る。供給されたテスト信号は、受信回路に入力されると
ともに、トラップを介してトランスデューサ（超音波振
動子）にも分流する。トラップの二次側が、正常にトラ
ンスデューサに接続されている場合、短絡している場
合、開放している場合でそれぞれ受信回路に入力される
テスト信号のレベルが変動する。これによって、トラン
スデューサ周りの異常を診断することができる。また、
受信回路が異常の場合には、当然に出力されてくる信号
が異常であるため、これによって受信回路の異常を診断
することができる。また、正常範囲であっても、各受信
回路間のレベル・位相のバラツキを検出し、これを補正
することができる。なお、同図（Ｂ）の回路において
は、テスト信号を供給するためのコイルがトラップコイ
ルとシリーズに接続されているため、超音波振動子が短
絡したとき受信回路に入力される信号レベルが大きくな
る。また、同図（Ｂ）の回路においてアナログスイッチ
を省略してもよい。

【００７２】なお、この実施形態では、各受信回路に同
一のテスト信号を供給するようにしているが、各受信回
路に供給するテスト信号は全て同一でなくてもよく、各
受信回路毎に入力されたテスト信号と出力信号の相関を
するようにすればよい。また、受信回路から出力された
信号のレベルおよび位相を表示または記憶するようにし
ているが、レベルまたは位相の一方のみであってもよ
い。また、受信回路にテスト信号を供給するとき、受信
回路と超音波振動子とを切断して受信回路のみの正常・
異常を正確にテストするようにしてもよい。

【００７３】上記、図４（Ａ）のフローチャートおよび
図５の表示例において、テスト結果の出力レベルおよび
位相を基準値と比較して許容範囲から外れているか否か
を自動判定し、許容範囲から外れていて異常である思わ
れるチャンネルについては、表示態様を変えたり、アラ
ーム表示、アラーム音の発生などの処理をすることで、
装置にセルフテスト機能を持たせることができる。

【００７４】≪第２実施形態≫図９以下の図面を参照し
て第２の実施形態について説明する。図９は第２の実施
形態に掛かるスキャニングソナーの概略構成を示す図で
ある。この図は、船底に設置される送受信部およびトラ
ンスデューサに設けられる超音波振動子７３を１チャン
ネル分のみ示している。トランスデューサは、図２
（Ａ）に示す円筒形状をしており、この実施形態では３
０×２０の６００個の超音波振動子からなり、したがっ
て、このスキャニングソナーは６００チャンネルの送受
信部および超音波振動子を備えている。

【００７５】送受信部は、ＣＰＵ７０、送信回路７１、
トラップ７２、受信回路７４、アンプ７５、Ａ／Ｄコン
バータ７６からなっている。ＣＰＵ７０は、ブリッジに
設置された指示部５からの指示に応じて送信回路７１お
よびＡ／Ｄコンバータ７６、アンプ７５を制御する。通
常の探査動作時には、各送信回路７１が発生して各超音
波振動子に入力する）送信パルス信号の位相または遅延
時間を制御することにより、全周方向に傘状の送波ビー
ムを送出し、こののち、Ａ／Ｄコンバータ７６およびア
ンプ７５を制御して各受信回路７４に入力された各超音
波振動子７３が受信したエコー信号をディジタルデータ
に変換してブリッジの指示部５に送信する。指示部５は
各信号の位相または遅延時間を制御して合成することに
より、受波ビームを形成する。この受波ビームは垂直方
向に形成され、受信回路７４の選択を順次切り換えてゆ
くことにより、この受波ビームが回転される。

【００７６】なお、このスキャニングソナーは、船体が
揺動しても傘状の送波ビームを全周同じ角度で送出し、
且つ、受波ビームを垂直に形成して、水平に回転させる
ことができるスタビライズ機能を備えている。スタビラ
イズ機能とは、ビームの形成に使用する超音波振動子
を、配列の段や列に基づいて選択するのでなく、実際に
水平または垂直に並んでいる超音波振動子を列・段を越
えて船体の揺動角度に応じて位相合成することによっ
て、その揺動による送波ビーム、受波ビームの傾きをキ
ャンセルする機能である。この機能は、本出願人の先行
出願である特願２０００−２５６１９３に詳細に開示さ
れている。

【００７７】この機能を実現するため、送信回路７１
は、トランスデューサ７３の各超音波振動子にそれぞれ
個別に設けられており、各超音波振動子をそれぞれ独立
して駆動（励振）することができる。また、受信回路
も、垂直方向の受波ビームを形成し、この受波ビームを
水平方向に回転させるために各超音波振動子に個別に受
信回路が設けられている。

【００７８】なお、上記通常の探査動作時においては、
送信回路７１が超音波振動子７３に送信パルス信号を入
力しているときおよびその直後は、受信回路７４は入力
ゲインを０に絞ってトラップ７２からの回り込み信号を
遮断するとともに、Ａ／Ｄコンバータ７６、アンプ７５
はどの受信回路７４の信号も選択しないようにされてい
る。

【００７９】ところで、送信回路７１および受信回路７
４は船底に設置される送受信部内において直近に設置さ
れる。このため、送信回路７１が送信パルス信号を形成
・出力しているときは、受信回路７４が入力ゲインを０
に絞ったとしても、静電結合などの原因による若干の漏
れ信号が受信回路７４に入力される。したがって、受信
回路７４は、送信回路７１が送信パルス信号を形成して
いるときは、入力ゲインを絞っているにもかかわらず、
送信パルス信号の漏れ信号をアンプ自体のゲインで増幅
し、その増幅した信号を後段に出力している。

【００８０】この実施形態のテストモードでは、この漏
れ信号を利用して送信回路７１および受信回路７４をテ
ストする。すなわち、テストを行う（１つの）チャンネ
ルの送信回路７１に送信パルス信号を形成させ、この送
信回路７１と同じチャンネルの受信回路７４が出力する
漏れ信号の波形（レベル）をチェックすることにより、
このチャンネルの送信回路７１および受信回路７４が正
常に機能しているか否かをテストする。

【００８１】テストを行うチャンネルの送信回路７１が
送信パルス信号を形成して超音波振動子に出力している
期間の受信回路７４の出力信号をアンプ７５を介してＡ
／Ｄコンバータ７６に入力し、ディジタルデータに変換
して指示部５に送る。指示部５は、ディスプレイを備え
ており、このディジタル変換された信号のレベルを判定
して色に変換して表示するとともに、このレベルに基づ
いて送信回路７１、受信回路７４の状態を判定する。

【００８２】図１０は、指示部５のディスプレイの表示
例を示す図である。この図では、６００チャンネルを３
０列×２０段の矩形で表示し、各矩形に表示される色が
そのチャンネルの受信回路７からの信号レベルに対応し
ている。このこの色分け表示は、レベルが高いほど濃い
色、低いほど薄い色が割り当てられ、３２色で３２ｄＢ
の範囲で表示が可能である。この色分け表示により、ユ
ーザは、各チャンネルの色の濃さによってそのチャンネ
ルの送信回路７１または受信回路７４の状態を判断する
ことができる。また、色の分布を見ることで、どのブロ
ックが不調であるかを判定することも可能である。

【００８３】図１１は、同スキャニングソナーの上記テ
ストモードの動作を示すフローチャートである。まず、
指示部５において、図１０の画面を表示するための画像
メモリをクリアし（ｓ２０）、テストするチャンネルと
してチャンネル１を選択し、チャンネルナンバレジスタ
に１をセットする（ｓ２１）。そして、このテストする
チャンネルとして選択されたチャンネルの送信回路７１
に送信パルス信号を生成するように指示するとともに
（ｓ２２）、この選択されたチャンネルの信号のみをＡ
／Ｄコンバータ７６でディジタルデータに変換して指示
部５に送信する（ｓ２３）。

【００８４】指示部５では、このディジタルデータの値
に基づいて信号レベルを検出し（ｓ２４）、この信号レ
ベルに対応する色を選択して（ｓ２５）、選択されたチ
ャンネルに対応する矩形をこの選択した色で塗りつぶす
（ｓ２６）。

【００８５】以上の処理をチャンネル１から１つずつ順
次実行してゆき（ｓ２７）、最終チャンネル（チャンネ
ル６００）について上記処理を終了したときは（ｓ２
８）、このテストモードの動作を終了する。

【００８６】上記フローチャートでは、チャンネル１〜
チャンネル６００に対して順次テストを実行し、ディス
プレイにテスト結果を一覧表示するようにしているが、
係員が特定のチャンネルのみを指定してテストを行うよ
うにしてもよく、ＣＰＵ７０または指示部５が、稼働中
に異常と思われるチャンネルを発見したとき、そのチャ
ンネルのみについて上記テストを自動実行するようにし
てもよい。

【００８７】また、指示部５が、各チャンネルの受信回
路７４が出力した漏れ信号のレベルを各チャンネルのテ
スト結果として表示するのみでなく、その漏れ信号のレ
ベルに基づいて各チャンネルが正常であるか否かを判定
するようにしてもよい。すなわち、上記ｓ２３で取り込
んだ信号レベルを所定のしきい値と比較し、このしきい
値以下の場合にはそのチャンネルの送信回路７１、受信
回路７４のどこかに異常がある異常チャンネルであると
して、その旨を上記一覧の画面に表示したり音声で警告
するようにすればよい。

【００８８】また、このスキャニングソナーは、送信回
路７１からＡ／Ｄコンバータ７６までを全てチャンネル
毎に独立した回路で構成してもよいが、送信回路や受信
回路をある程度多重化をしてもよい。図１２は、受信回
路を多重化した例を示す図である。この回路では、受信
回路７４からＡ／Ｄコンバータ７６までの間にマルチプ
レクサを挿入してＡ／Ｄコンバータを時分割多重化して
使用するようにした例である。この構成は図３に示した
海底探査ソナーの送受信部の構成とほぼ同じであるため
詳細な説明は省略する。

【００８９】このように、送信回路７１から超音波振動
子７３まで、および、超音波振動子から指示部５までの
チャンネル系統を多重化したソナー装置の場合、多重化
した箇所で異常が生じた場合、その多重化されているチ
ャンネルの全てに異常が発生する。したがって、上記指
示部５のディスプレイに表示される異常チャンネルが１
つでなく、複数チャンネルが異常チャンネルとなってい
た場合には、その複数チャンネルを多重化している箇所
の異常であると推定することが可能である。たとえば、
図１２のマルチプレクサは、１０チャンネル分を多重化
するものであるが、そのマルチプレクサで多重化される
チャンネル全てが異常チャンネルとなっている場合に
は、そのマルチプレクサに異常があるのではないかと推
定することが可能である。

【００９０】また、この多重化部分の異常判定を指示部
５が自動実行・自動判定するようにしてもよい。すなわ
ち、チャンネル１〜チャンネル６００までのテストを順
次実行し、異常チャンネルが複数発見されたとき、その
複数の異常チャンネルの組み合わせを判定し、その組み
合わせでチャンネルを多重化している箇所の異常である
と判定して警告表示や音声発生などのアラームするよう
にすればよい。

【００９１】なお、上記フローチャートでは、１チャン
ネルずつテストを行うようにしているが、相互に漏れ信
号が伝わらない複数のチャンネルについて同時にテスト
を行うようにすれば全チャンネルをテストする場合でも
効率的である。

【００９２】このように、この実施形態では、トラップ
７２−超音波振動子７３を経由せずに送信回路７１から
受信回路７４へ漏れる漏れ信号を用いたことにより、超
音波振動子７３の良／不良とは無関係に送受信の回路系
統（特に送信回路）の状態をテストすることができる。

【００９３】≪第３実施形態≫次に第３の実施形態で
は、１チャンネルの送信回路７１で送信パルス信号を形
成して超音波振動子７３に入力することにより、このチ
ャンネルの超音波振動子のみで超音波信号を送出させ、
この送信パルス信号の反射エコーを他の複数の超音波振
動子で受信してモニタすることにより、このチャンネル
の超音波振動子の正常／異常をテストする。この実施形
態のテストモードも第２の実施形態で開示したスキャニ
ングソナーで実行されるものである。

【００９４】このテストモードにおいては、送信パルス
信号の送出は、１つの超音波振動子のみに送信パルス信
号を供給し、この１つの超音波振動子のみが超音波信号
を送出する。ただし、この送出した送信パルス信号（超
音波信号）の反射エコーの受信は、通常の探査動作と同
様に、垂直方向に形成された受波ビームを水平方向に回
転させて反射エコーを受信し、これをディスプレイ上に
展開して表示する。このように、１つの超音波振動子が
送出した超音波信号の反射エコーを他の複数の超音波振
動子で受信することにより、前記１つの超音波振動子が
正常であるか、すなわち正常に超音波信号を送出してい
るか否かをテストすることができる。

【００９５】図１３は、上記スキャニングソナーにおい
てこの第３の実施形態のテストモード処理を実行する場
合の動作を示すフローチャートである。同図（Ａ）は自
動で全チャンネルをスキャンする場合の処理を示すフロ
ーチャートである。まず、テストするチャンネルとして
チャンネル１を選択し、チャンネルナンバレジスタに１
をセットする（ｓ３１）。そして、この選択されたチャ
ンネルの送信回路７１に送信パルス信号を生成するよう
に指示する（ｓ３２）。このパルス信号の送信のち、全
チャンネルの受信回路７４で反射エコーを受信して受波
ビームを形成し（ｓ３３）、これを回転させる。この動
作は通常の探査動作と同様である。そして受波ビームで
受信した反射エコーをディスプレイに映像として表示す
る（ｓ３４）。この処理をチャンネル１〜チャンネル６
００まで順次繰り返し実行し（ｓ３６）、全てのチャン
ネルについてテストを終えたとき（ｓ３５）、動作を終
了する。

【００９６】上記フローチャートでは、チャンネル１〜
チャンネル６００に対して順次テストを実行するように
しているが、係員が特定のチャンネルのみを指定してテ
ストを行うようにしてもよく、ＣＰＵ７０または指示部
５が、稼働中に異常と思われるチャンネルを発見したと
き、そのチャンネルのみについて上記テストを自動実行
するようにしてもよい。

【００９７】このような特定チャンネルのみをテストす
る場合のフローチャートを同図（Ｂ）に示す。まず、係
員またはＣＰＵ７０がテストするチャンネルを選択する
（ｓ１３１）。そして、この選択されたチャンネルの送
信回路７１に送信パルス信号を生成するように指示する
（ｓ１３２）。このパルス信号の送信のち、全チャンネ
ルの受信回路７４で反射エコーを受信して受波ビームを
形成し（ｓ１３３）、これを回転させる。この動作は通
常の探査動作と同様である。そして受波ビームで受信し
た反射エコーをディスプレイに映像として表示する（ｓ
１３４）。

【００９８】また、指示部５が、テスト結果に基づいて
各チャンネルの超音波振動子７３の正常／異常を自動判
定するようにしてもよいい。すなわち、上記ｓ３４また
はｓ１３４で表示する映像の内容を判定して超音波信号
が正常に輻射されているかを判定し、異常と判定した場
合にはその旨を画面に表示したり音声で警告するように
すればよい。

【００９９】また、（テストするチャンネル以外のチャ
ンネルのみならずテストするチャンネルも含む）全チャ
ンネルで反射エコーを受信して画像を形成しているが、
テストを行うチャンネル以外の複数のチャンネルで反射
エコーを受信してその強度をチェックするようにしても
よい。

【０１００】このように、この実施形態では、テストす
るチャンネルのみ送信パルス信号を出力し、それ以外の
チャンネルで反射エコーを受信するため、テストするチ
ャンネルの受信系統のバラツキの影響を受けることな
く、全てのチャンネルについて同じ基準で超音波振動子
のテストをすることができる。

【０１０１】≪第４実施形態≫次に、この発明の第４の
実施形態である、超音波振動子に送信パルス信号を印加
した直後の当該超音波振動子の出力波形に基づいて、超
音波振動子および送信回路の正常／異常をテストするテ
ストモードについて説明する。このテストモードも上記
第２、第３の実施形態で説明したスキャニングソナーに
おいて実行されるものである。

【０１０２】図１４は、送信回路７１に送信パルス信号
を形成させるゲート信号であるｋｐ信号と超音波振動子
の振動波形とを対応付けた図である。送信回路７１はゲ
ート信号ｋｐが“Ｈ”に立ち上がったとき送信パルス信
号の形成を開始し、形成した送信パルス信号を超音波振
動子に印加する。この送信パルス信号によって超音波振
動子は励振され同図のように振動する。そして、ｋｐ信
号が“Ｌ”に落ちたとき送信回路７１は送信パルス信号
の形成を停止するが超音波振動子は振動を即座に停止せ
ず、同図の８０に示すように１ｍｓ程度の減衰振動のの
ち振動が０レベルとなる。この減衰振動部分の信号を尾
引き信号８０という。そしてその直後に、この超音波振
動子は、ケースなどの極めて近接した箇所からの反射波
を受信して同図の８１のようにやや強い振動をする。こ
の信号をケース反射信号８１という。そしてこの後は、
近距離から遠距離の物標からの反射波（反射エコー）を
順次受信する。

【０１０３】スキャニングソナーでは、ｋｐ信号が
“Ｈ”で超音波振動子に送信パルス信号が印加されてい
るときの超音波振動子の振動は極めて大きいため、この
とき受信回路７４はゲインを上げることができず、入力
ゲインを０にしてこの信号を入力しないようにしてい
る。しかし、そのｋｐ信号が“Ｌ”に落とされた直後に
受信回路７４の入力ゲインを若干あげると、超音波振動
子が正常であれば、上記の尾引き信号およびケース反射
信号を入力することができる。

【０１０４】そこで、このテストモードでは、テストす
るチャンネルの超音波振動子７３に送信回路７１からｋ
ｐの時間幅の送信パルス信号を印加し、この送信パルス
信号直後の超音波振動子７３の振動、すなわち受信回路
７４に入力される信号をモニタすることで、超音波振動
子７３や送信回路７１の状態をテストする。すなわち、
送信回路７１および超音波振動子７３の両方が正常であ
れば図１４（Ｂ）に示す尾引き信号８０およびケース反
射信号８１を含む波形を観察（モニタ）することかでき
るが、送信回路のゲインが低すぎる場合には、図１５に
示すような低い振幅の波形しか観察することができず、
これにより、送信回路７１のゲインが低すぎると判定す
ることができる。また、送信回路７１が殆ど機能してい
ない場合には、図１６に示すような極めて低い振動波形
しか入力されず、これにより、送信回路７１が機能して
いないと判定することができる。

【０１０５】また、図１７のように尾引き信号８０は検
出されるがケース反射信号８１が検出されない場合に
は、この尾引き信号８０は超音波振動子７３の減衰振動
によるものではなく、送信回路７１から受信回路７４に
漏れた誘導信号であり、超音波振動子７３は動作してい
ないと判断される。すなわち、送信回路７１と受信回路
７３とは電気的にある程度結合しており、相互誘導によ
り送信パルス信号の漏れ信号が伝達し、送信パルス信号
の停止後もこの漏れ信号が減衰しながら残留し、これが
波形に現れたものと考えられる。したがって、この場合
には、送信回路７１と超音波振動子８３の間の結線が断
線（またはショート）していると判定することができ
る。

【０１０６】なお、このテストモードにおいては、尾引
き信号も送信パルス信号が印加された直後の振動である
ためその振幅は極めて大きく飽和しやすいため、送信回
路７１が発生する送信パルス信号の出力は小さく設定す
る。

【０１０７】図１８、図２０は、上記テストモードの動
作を実行する制御部の動作を示すフローチャートであ
る。まずテストモードのイニシャライズ処理を実行する
（ｓ４０）。この処理には、図１０のような一覧表示を
行う画像メモリをクリアする動作も含まれている。そし
てチャンネル番号に１をセットする（ｓ４１）。そして
約２．５ｍｓ間ｋｐ信号を“Ｈ”にして送信回路７１に
送信パルス信号の形成を行わせる（ｓ４２）。このｋｐ
信号が“Ｈ”の時間だけ待機し（ｓ４３）、その直後の
受信回路７３への入力信号をバッファする（ｓ４４）。
このバッファは、Ａ／Ｄコンバータ７６でディジタルデ
ータに変換された信号を受信した指示部５が行う。この
のち、この指示部５が、バッファした受信波形を検査し
てこのチャンネルの送信回路および超音波振動子が正常
であるか否かを判定する（ｓ４５）。そして、その判定
結果をディスプレイに表示する（ｓ４６）。このディス
プレイへの表示は、図１０に示したように各チャンネル
を一覧表示し、表示色によって正常／送信回路異常／超
音波振動子異常などを表現するようにすればよい。

【０１０８】このテストモード動作をチャンネル１〜チ
ャンネル６００の全てについて順次実行し（ｓ４８）、
すべてチャンネルのテストが完了すると（ｓ４７）、動
作を終了する。

【０１０９】図２０は、上記４５で実行される検査動作
を示すフローチャートである。バッファした受信波形を
形状を検査し、尾引き信号８０が観察されるか否かを判
断する（ｓ５０）。もし尾引き信号が観察されない場合
には送信回路７１が故障であると判定する（ｓ５１）。
尾引き信号が観察された場合には、そのレベルが正常値
の範囲であるか否かを判断する（ｓ５２）。レベルが正
常値の範囲よりも小さい場合には送信回路７１が不調で
あると判定する（ｓ５３）。次にケース反射信号８１が
観察されるか否かを判断する（ｓ５４）。ケース反射信
号が観察されない場合には、超音波振動子７３と送信回
路７１との結線が切断またはショートしていると判定す
る（ｓ５５）。上記全てのチェック項目に異常が無かっ
た場合には正常と判定する（ｓ５６）。以上の判定結果
を持って図１８のｓ４５にリターンする。

【０１１０】このテストモードでは、ｋｐ信号のパルス
幅を２．５ｍｓとしているが、これよりも長くしても短
くしてもよい。また、短いパルス〜長いパルスまで各種
のパルスを用いてテストをするようにしてもよい。ま
た、送信パルス信号の強度レベルを強弱各種用いてテス
トをするようにしてもよい。

【０１１１】また、上記テストモード処理動作では指示
部５が図２０のフローチャートのように自動判定をして
いるが、バッファした波形をディスプレイに表示し、係
員がこれを見て判定するようにしてもよい。

【０１１２】上記フローチャートでは、チャンネル１〜
チャンネル６００に対して順次テストを実行し、ディス
プレイにテスト結果を一覧表示するようにしているが、
係員が特定のチャンネルのみを指定してテストを行うよ
うにしてもよく、ＣＰＵ７０または指示部５が、稼働中
に異常と思われるチャンネルを発見したとき、そのチャ
ンネルのみについて上記テストを自動実行するようにし
てもよい。

【０１１３】なお、上記フローチャートでは、１チャン
ネルずつテストを行うようにしているが、相互に干渉し
ない複数のチャンネルについて同時にテストを行うよう
にすれば全チャンネルをテストする場合でも効率的であ
る。

【０１１４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、多チャ
ンネルの送信回路、受信回路および超音波振動子を有す
る水中探知装置で、異常になっているチャンネルを容易
に発見することができ、そのチャンネルの受信回路、送
信回路、超音波振動子のどれが異常であるかを発見する
ことも容易である。

【０１１５】また、受信回路に異常がなくても各受信回
路はその性能にバラツキがあるが、この発明によれば、
これを補正して各受信回路が理想的に均一な性能である
ような信号を得ることができ、ビーム形成の精度が向上
する利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態であるソナー装置の概略構
成図である。

【図２】スキャニングソナーおよび海底探査ソナーのト
ランスデューサの形状を示す図である。

【図３】この発明が適用された海底探査ソナーの送受信
部の詳細なブロック図である。

【図４】上記ソナー装置の動作を示すフローチャートで
ある。

【図５】上記ソナー装置のテスト結果表示例を示す図で
ある。

【図６】海底探査ソナーの送受信部の詳細なブロック図
である。

【図７】上記海底探査ソナーの受信回路付近のブロック
図である。

【図８】スキャニングソナーの受信回路付近のブロック
図である。

【図９】この発明の第２〜第４の実施形態が適用される
スキャニングソナーの概略ブロック図である。

【図１０】同スキャニングソナーのテストモード時の表
示例を示す図である。

【図１１】前記第２の実施形態のテストモード時の動作
を示すフローチャートである。

【図１２】同スキャニングソナーの詳細ブロック図であ
る。

【図１３】前記第３の実施形態のテストモード時の動作
を示すフローチャートである。

【図１４】同スキャニングソナーの送信ゲート信号と超
音波振動子の振動波形とを示す図である。

【図１５】送信回路が不調のときの送信ゲート信号と超
音波振動子の振動波形とを示す図である。

【図１６】送信回路が動作していないときの送信ゲート
信号と超音波振動子の振動波形とを示す図である。

【図１７】超音波振動子が接続されていないときの送信
ゲート信号と受信回路の入力波形とを示す図である。

【図１８】前記第４の実施形態のテストモード時の動作
を示すフローチャートである。

【図１９】前記テストモード時の波形判定処理動作を示
すフローチャートである。

【符号の説明】

１…トランスデューサ ２…送受信部 ３…演算処理部 ４…表示部、 １０…送信回路部 １１…受信回路部 １２…ＡＤコンバータ １３…テスト信号発生部 １５…制御部 １６…移相部 １７…ビーム形成部 ２０…送信ボード ２１（２１−１〜２１−５）…受信ボード ２２…バックプレーン ２３…ＡＤボード ２４…コントロールボード ３１…アナログスイッチ ３２…プリアンプ ３３…フィルタ ３４…ＴＶＧアンプ ３５…フィルタ ３６…マルチプレクサ ３７…ＴＶＧアンプ ３８…ローパスフィルタ ３９…ドライバ ４０…マルチプレクサドライバ ４１，４２…差動アンプ ４３…テスト信号ドライバ ４４…３端子電源 ４５…プルアップ抵抗 ５０…送信ドライバ ５１…ＡＤコンバータ ５３…コントーラ ５４…高速データリンク ５５…マルチプレクサドライバ ６０…コントローラ ６１…送信バッファ ６２…ＤＡ変換器 ６３…差動アンプ ６４…（テスト信号の）バッファ ６５…テストモードスイッチ １１３…プリアンプ １１４…バンドパスフィルタ １１５…ＴＶＧアンプ １１６…バンドパスフィルタ １１７…マルチプレクサ １１８…ＴＶＧアンプ １１９…ＡＤコンバータ １２０…平均化処理部 ５…指示部、 ７０…ＣＰＵ（送受信部の制御部）、 ７１…送信回路、 ７２…トラップ、 ７３…超音波振動子（トランスデューサ）、 ７４…受信回路、 ７５…アンプ、 ７６…Ａ／Ｄコンバータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾崎 照幸 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 (72)発明者 佐藤 隆宣 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 森岡 泰隆 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 石原 真次 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 中野 孝一 兵庫県西宮市芦原町９番52号 古野電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 5J083 AA02 AB01 AB08 AD13 AF16 BC01 BC02 BE39 BE49 BE54 CA01 CA13

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の超音波振動子と、各超音波振動子
   が受信したエコー信号を増幅する複数の受信回路と、を
   備えた水中探知装置において、 各受信回路のフロントエンドにテスト信号を供給するテ
   スト信号供給手段と、 前記テスト信号の入力に対応した各受信回路の出力信号
   のレベルまたは位相を表示する表示手段と、 を備えた水中探知装置。
2. 【請求項２】 アレイ状に配列された複数の超音波振動
   子と、各超音波振動子が受信したエコー信号を増幅する
   複数の受信回路と、を備えた水中探知装置において、 各受信回路のフロントエンドにテスト信号を供給するテ
   スト信号供給手段と、 前記テスト信号の入力に対応した前記複数の受信回路の
   出力信号のレベルおよび位相を対応する超音波振動子の
   配列順に一覧表示する表示手段と、 を備えた水中探知装置。
3. 【請求項３】 エコー信号を受信する複数の超音波振動
   子と、各超音波振動子が受信したエコー信号を増幅する
   アンプと、エコー信号の周波数帯域のみを通過させるフ
   ィルタと、各アンプおよびフィルタで処理された各超音
   波振動子のエコー信号をサンプリングしてデジタルデー
   タに変換するＡＤコンバータと、を備え、デジタルデー
   タに変換されたエコー信号に基づいて受波ビームを形成
   する水中探知装置において、 各アンプのフロントエンドにテスト信号を供給するテス
   ト信号供給手段と、 前記テスト信号の入力に対応した前記ＡＤコンバータの
   出力信号のレベルまたは位相を表示する表示手段と、 を備えた水中探知装置。
4. 【請求項４】 エコー信号を受信する複数の超音波振動
   子と、各超音波振動子３が受信したエコー信号を増幅す
   るアンプと、エコー信号の周波数帯域のみを通過させる
   フィルタと、各アンプおよびフィルタで処理された各超
   音波振動子のエコー信号をサンプリングしてデジタルデ
   ータに変換するＡＤコンバータと、を備え、デジタルデ
   ータに変換されたエコー信号に基づいて受波ビームを形
   成する水中探知装置において、 各アンプのフロントエンドにテスト信号を供給するテス
   ト信号供給手段と、 前記テスト信号の入力に対応した前記ＡＤコンバータの
   出力信号のレベルまたは位相に基づき、前記アンプ、フ
   ィルタまたは超音波振動子の動作状態を判定する判定手
   段と、 を備えた水中探知装置。
5. 【請求項５】 前記アンプおよびフィルタで処理された
   各超音波振動子のエコー信号を該超音波振動子の個数よ
   りも少ない系統に多重化するマルチプレクサを備えると
   ともに、前記ＡＤコンバータをこの系統数のみ設け、 前記テスト信号供給手段は、マルチプレクサの切り換え
   に同期関係にあるテスト信号を供給する請求項３および
   請求項４に記載の水中探知装置。
6. 【請求項６】 複数の超音波振動子と、各超音波振動子
   が受信したエコー信号を増幅する複数の受信回路と、を
   備えた水中探知装置において、 各受信回路のフロントエンドにテスト信号を供給するテ
   スト信号供給手段と、 前記テスト信号の入力に対応した各受信回路の出力信号
   のレベルまたは位相を記憶する記憶手段と、 前記超音波振動子から入力されたエコー信号に対応した
   各受信回路の出力信号のレベルまたは位相を、前記記憶
   手段に記憶されている各受信回路の出力信号のレベルま
   たは位相のばらつきをキャンセルするような補正係数で
   補正する補正手段と、 を備えた水中探知装置。
7. 【請求項７】 テスト信号供給手段は、受信回路と超音
   波振動子との接続を切断せずに、受信回路のフロントエ
   ンドにテスト信号を供給する請求項１乃至請求項６のい
   ずれかに記載の水中探知装置。
8. 【請求項８】 複数チャンネルの超音波振動子と、 該複数チャンネルの超音波振動子に対して個別に設けら
   れ、送信信号を生成して前記超音波振動子に入力する複
   数の送信回路と、 前記複数チャンネルの超音波振動子に対して個別に設け
   られ、対応するチャンネルの超音波振動子から入力され
   たエコー信号を増幅して出力する複数の受信回路と、 テストを行うチャンネルにおいて、送信回路に送信信号
   を生成させるとともに前記超音波振動子から前記受信回
   路への信号の入力を制限し、このときに前記受信回路か
   ら出力される信号をモニタする制御手段と、 を備えた水中探知装置。
9. 【請求項９】 複数チャンネルの超音波振動子と、該複
   数チャンネルの超音波振動子に対して個別に設けられ、
   送信信号を生成して前記超音波振動子に入力する複数の
   送信回路と、前記複数チャンネルの超音波振動子に対し
   て個別に設けられ、対応するチャンネルの超音波振動子
   から入力されたエコー信号を増幅して出力する複数の受
   信回路と、を備えた水中探知装置のテスト方法であっ
   て、 テストを行うチャンネルにおいて、送信回路に送信信号
   を生成させるとともに前記超音波振動子から前記受信回
   路への信号の入力を制限し、 このときに前記受信回路から出力される信号をモニタす
   ることを特徴とする水中探知装置のテスト方法。
10. 【請求項１０】 複数チャンネルの超音波振動子と、 該複数チャンネルの超音波振動子に対して個別に設けら
    れ、送信信号を生成して前記超音波振動子に入力する複
    数の送信回路と、 前記複数チャンネルの超音波振動子に対して個別に設け
    られ、対応するチャンネルの超音波振動子から入力され
    たエコー信号を増幅して出力する複数の受信回路と、 テストを行うチャンネルの送信回路に送信信号を生成さ
    せて該チャンネルの超音波振動子にこの送信信号を入力
    し、前記テストを行うチャンネル以外のチャンネルで受
    信したエコー信号をモニタする制御手段と、 を備えた水中探知装置。
11. 【請求項１１】 複数チャンネルの超音波振動子と、該
    複数チャンネルの超音波振動子に対して個別に設けら
    れ、送信信号を生成して前記超音波振動子に入力する複
    数の送信回路と、前記複数チャンネルの超音波振動子に
    対して個別に設けられ、対応するチャンネルの超音波振
    動子から入力されたエコー信号を増幅して出力する複数
    の受信回路と、を備えた水中探知装置のテスト方法であ
    って、 テストを行うチャンネルの送信回路に送信信号を生成さ
    せて該チャンネルの超音波振動子にこの送信信号を入力
    し、 前記テストを行うチャンネル以外のチャンネルで受信し
    たエコー信号をモニタすることを特徴とする水中探知装
    置のテスト方法。
12. 【請求項１２】 複数チャンネルの超音波振動子と、 該複数チャンネルの超音波振動子に対して個別に設けら
    れ、送信信号を生成して前記超音波振動子に入力する複
    数の送信回路と、 前記複数チャンネルの超音波振動子に対して個別に設け
    られ、対応するチャンネルの超音波振動子から入力され
    たエコー信号を増幅して出力する複数の受信回路と、 テストを行うチャンネルにおいて、送信回路に送信信号
    を生成させて該チャンネルの超音波振動子に入力し、そ
    の後、送信信号を停止させた直後の超音波振動子から受
    信回路に入力される信号を一定時間モニタする制御手段
    と、 を備えた水中探知装置。
13. 【請求項１３】 複数チャンネルの超音波振動子と、該
    複数チャンネルの超音波振動子に対して個別に設けら
    れ、送信信号を生成して前記超音波振動子に入力する複
    数の送信回路と、前記複数チャンネルの超音波振動子に
    対して個別に設けられ、対応するチャンネルの超音波振
    動子から入力されたエコー信号を増幅して出力する複数
    の受信回路と、を備えた水中探知装置のテスト方法であ
    って、 テストを行うチャンネルにおいて、送信回路に送信信号
    を生成させて該チャンネルの超音波振動子に入力し、 その後、送信信号を停止させた直後の超音波振動子から
    受信回路に入力される信号を一定時間モニタすることを
    特徴とする水中探知装置のテスト方法。
14. 【請求項１４】 前記制御手段は、前記複数チャンネル
    について前記テストを行う請求項８、請求項１０または
    請求項１２に記載の水中探知装置。
15. 【請求項１５】 前記制御手段は、前記複数チャンネル
    についてのテスト結果を一覧表示する請求項１４に記載
    の水中探知装置。
16. 【請求項１６】 前記制御手段は、前記テスト結果に基
    づいて、そのテスト対象となったチャンネルの正常／異
    常を判定し、その判定結果を表示する請求項８、請求項
    １０、請求項１２、請求項１４または請求項１５のいず
    れかに記載の水中探査装置。
17. 【請求項１７】前記テスト結果に基づいて、そのテスト
    対象となったチャンネルの正常／異常を判定し、その判
    定結果を表示することを特徴とする請求項９、１１、１
    ３のいずれかに記載の水中探査装置のテスト方法。