JP2004184420A - デジタル測深機モジュール及び検知方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明のデジタル測深機モジュールは、ソナー搬送波発生手段、帯域フィルター、高感度及び広い動作範囲を得るための前置増幅器、及び超ヘテロダイン検知機のデジタル履行を提供し、さらに中間周波数を発生するためのアナログからデジタルへの変換器を含む。また、デジタル測深機モジュールは、前置増幅器のゲインを制御し、中間周波数をデジタル的にフィルターするためのプログラマブルロジック装置とマイクロプロセッサーを含む。本発明の検知方法は、ソナー搬送波を受信し、該ソナー搬送波を帯域フィルターで限定し、該フィルターされたソナー搬送波を前置増幅器で増幅し、該増幅されたソナー搬送波をアナログからデジタルへの変換器に送り、ソナー搬送波の中間周波数を生じさせ、該前置増幅器とアナログからデジタルへの変換器をプログラマブルロジック装置で制御し、該ソナー搬送波をデジタル的にフィルターし、該ソナー搬送波をデジタル的に検知することにより行われる。
【選択図】 図1
Description
さらに、従来のソナーシステムの問題点は、周波数帯域幅が固定されていることである。固定された周波数帯域幅は、ソナーシステムが浅い水中及び深い水中の両方での最適時/周波数応答の検索を不可能にする。
本発明は、ソナーの搬送波のデジタルフィルター及びデジタル検知を実行するソナーシステムを提供することを目的とする。
また、本発明は、高感度で広い動作範囲を有するソナーシステムを提供することを目的とする。
また、本発明は、特定のトランスデューサを用いて最適化できる自動チューニングを有するソナーシステムを提供することを目的とする。
また、本発明は、プログラマブルバンド幅を有するソナーシステムを提供することを目的とする。
また、本発明は、浅い水中及び深い水中の両方での最適時/周波数応答を備えたソナーシステムを提供することを目的とする。
さらに、本発明は、低価格で魚群探知機での使用が好適である市販の入手可能な部品を有するソナー受信機部門を提供することを目的とする。
前記増幅器に可変ゲイン制御信号を供給し、前記ソナートランスデューサから前記エコー反射源までの距離につり合っているゲインを増加させることにより、前記第2信号の範囲内で反射されたエコーの増幅を標準化するためのプログラマブルロジック装置と、マイクロプロセッサーとからなることを特徴とするデジタル測深機モジュールを提供する。
また、本発明は、上記デジタル測深機モジュールにおいて、帯域フィルターが50kHz又は200kHzあたりに中心が合わされているデジタル測深機モジュールを提供する。
また、本発明は、上記デジタル測深機モジュールにおいて、帯域フィルターが10kHz〜200kHzの間のいかなる周波数もフィルターするために修正されているデジタル測深機モジュールを提供する。
また、本発明は、上記デジタル測深機モジュールにおいて、前記可変ゲイン制御信号が、パルスエコーの最初の受信からパルスエコーの最終の受信までの時間の間ずっとゲインを増加することにより、ソナーパルスの増幅を標準化するデジタル測深機モジュールを提供する。
また、本発明は、上記デジタル測深機モジュールにおいて、増幅器のゲインがデジタルプログラマブルフィードバックレジスタによりセットされているデジタル測深機モジュールを提供する。
また、本発明は、上記デジタル測深機モジュールにおいて、前記増幅器が、プログラマブルロジック装置から送られたゲインカーブによりデジタル的に制御されているデジタル測深機モジュールを提供する。
また、本発明は、上記デジタル測深機モジュールにおいて、ゲインカーブが深さと共に増加し、プログラマブルフィルターの連続的な再プログラミングをするデジタル測深機モジュールを提供する。
また、本発明は、上記デジタル測深機モジュールにおいて、プログラマブルロジック装置が、メインプロセッサー用の共同プロセッサーとして作動するデジタル測深機モジュールを提供する。
また、本発明は、上記デジタル測深機モジュールにおいて、プログラマブルロジック装置が、非一連性のウインドー位相内/直角検知器の簡素化された履行を実施し、中間周波数のリターン信号をデジタル的にフィルターするデジタル測深機モジュールを提供する。
トランスデューサ103は、船体の端から端に、船体の中に、又は明り取り窓に据え付けられてもよい。トランスデューサ103は、模範的な態様では、50kHz又は200kHzのいずれかでソナーの音響波を発するが、本発明の教示によれば、どのようなソナー波にもすることができる。
示されている。リターンソナーは、もっと多いエコーを持ってもよいし、もっと少ないエコーを持ってもよい。波に沿った横軸の位置は、測定物体の深さを示している。エコーAは、測定物体Bよりも表面に近い測定物体Aからの反射であり、測定物体Bは、測定物体Cよりも測定物体Aにより近くになっている。大きくなっている波の領域の波の大きさmと持続期間lは、反射されたエコーを引き起こしている測定物体の大きさを示している。しかし、音響ソナーエコーの反射の特性のために、同様なサイズの測定物体のエコー反射は、測定物体までの距離に左右される大きさをかなり変化させることができる。
前置増幅器のゲインカーブ126は、浅い水中でのゲインを減らすことにより、表面の散乱と背景のノイズを減らす感度時間制御機能を提供する。
A/D変換器114は、アナログからデジタルへの変換器である。A/D変換器114の好ましい態様は、リニヤーテクノロジーコーポレーション製の「LTC1861」(登録商標)である。「LTC1861」は、ソフトウエア選択可能な2−チャンネルのマルチプレクサを提供する12bitのA/D変換器である。
マイクロプロセッサー122は、図6に図示されており、以下により詳細に説明する。
表示器124は、マイクロプロセッサー122から圧縮された信号123を受信し、トランスデューサ103によって測定される、水の深さ、温度及び/又は速度などの表示や、また、DSM150で検知される、二重又は分割周波数の魚群探知機の表示を出力する。
ソナーリターン信号104は、帯域フィルター106によって限定された帯域である。フィルターされたリターン信号108は、プログラマブルロジック装置118から送られた前置増幅器ゲインカーブ126に基づいて、前置増幅器110により増幅される。増幅されたリターン信号112は、A/D変換器114に入力され、A/D変換器では、プログラマブルロジック装置118から送られたcosφの信号で混合され、中間周波数のソナーリターン信号116に変換される。プログラマブルロジック装置118は、ソナーリターン信号が、ナイキスト周波数より上であることを保証するためのサンプリングレートをセットする。このサブサンプリングの効果は、“cosφ信号での混合”として数学的に記載されている周波数シフトである。
その複合リターン信号は、位相内検知された信号である実値や、直角検知信号である想像値を含む。プログラマブルロジック装置118は、その後、複合リターン信号にウインドーフィルター206を掛け合わせる。
ウインドーフィルター206は、バンド幅と周波数のロール−オフをセットする。ウインドーフィルター206の好ましい態様は、カイザーウインドーである。
信号圧縮機能214は、電力信号212のlog2を用いることにより、DSM150の動作範囲を圧縮し、デジタル化リターン信号120を出力する。
DSM150の中心周波数は、ウインドーフィルター206のκ値を調整することにより、変更されることができる。
DSM150の時間/周波数応答は、ウインドーフィルター206のウインドー機能w[n]を調整することにより、変更されることができる。
フィルターされたデジタル信号は、以前の結果と比較され、近似された大きさは計算される。ここで、大きさ=max(y[n],y[n−1])+0.5*min(y[n],y[n−1])である。この大きさ信号は、近似されたlog2(X)計算により、対数表現に変換される。近似されたlog2( )は、log2( )関数の部分直線近似である。ここで、そのlog値は、すべての整数のlog2( )値間で直線近似される。
Claims (14)
- 選択周波数とパルスレートで音響ソナー波を送信し、該送信された音響ソナー波が測定物体から反射されたエコーを受信し、さらに、該受信された音響ソナー波を電気的な第1信号に変換するためのソナートランスデューサと、
該第1信号について第1の幅広帯域フィルトレーションを実行し、第2信号を生じさせるための帯域フィルターと、
該第2信号に制御増幅を実行し、第3信号を生じさせるための増幅器と、
該第3信号を受信し、該第3信号のデジタルサンプリングを実行するためのアナログからデジタルへの変換器と、
前記増幅器に可変ゲイン制御信号を供給し、前記ソナートランスデューサから前記エコー反射源までの距離につり合っているゲインを増加させることにより、前記第2信号の範囲内で反射されたエコーの増幅を標準化するためのプログラマブルロジック装置と、
マイクロプロセッサーとからなることを特徴とするデジタル測深機モジュール。 - 帯域フィルターが広いバンドにされている請求項1に記載のデジタル測深機モジュール。
- 帯域フィルターが50kHz又は200kHzあたりに中心が合わされている請求項2に記載のデジタル測深機モジュール。
- 帯域フィルターが10kHz〜200kHzの間のいかなる周波数もフィルターするために修正されている請求項2に記載のデジタル測深機モジュール。
- 前置増幅器がプログラム可能であり、どのような深さ/パルス幅でも最適な性能を提供する請求項1に記載のデジタル測深機モジュール。
- 前記可変ゲイン制御信号が、パルスエコーの最初の受信からパルスエコーの最終の受信までの時間の間ずっとゲインを増加することにより、ソナーパルスの増幅を標準化する請求項1に記載のデジタル測深機モジュール。
- 増幅器のゲインがデジタルプログラマブルフィードバックレジスタによりセットされている請求項6に記載のデジタル測深機モジュール。
- 前置増幅器が、浅い水中でのゲインを減少することにより、表面散乱と背景ノイズを減少させる感度時間制御機能を提供する請求項7に記載のデジタル測深機モジュール。
- 前記増幅器が、プログラマブルロジック装置から送られたゲインカーブによりデジタル的に制御されている請求項1に記載のデジタル測深機モジュール。
- ゲインカーブが深さと共に増加し、プログラマブルフィルターの連続的な再プログラミングをする請求項9に記載のデジタル測深機モジュール。
- アナログからデジタルへの変換器が、ソナー搬送波を、調波サブサンプリングとして作用するデジタル化リターン信号に変換するための変換レートからなり、そのソナー搬送波は中間周波数に変換されている請求項1に記載のデジタル測深機モジュール。
- プログラマブルロジック装置が、メインプロセッサー用の共同プロセッサーとして作動する請求項1に記載のデジタル測深機モジュール。
- プログラマブルロジック装置が、非一連性のウインドー位相内/直角検知器の簡素化された履行を実施し、中間周波数のリターン信号をデジタル的にフィルターする請求項12に記載のデジタル測深機モジュール。
- ソナー搬送波を受信し、該ソナー搬送波を帯域フィルターで限定し、該フィルターされたソナー搬送波を前置増幅器で増幅し、該増幅されたソナー搬送波をアナログからデジタルへの変換器に送り、該ソナー搬送波の中間周波数を生じさせ、該前置増幅器と該アナログからデジタルへの変換器をプログラマブルロジック装置で制御し、該ソナー搬送波をデジタル的にフィルターし、該ソナー搬送波をデジタル的に検知することを特徴とするソナー搬送波の検知方法。
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