JP2005249398A - Metering fish finder and fish body length metering method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スプリットビーム方式を用いた計量魚群探知機および魚体長計量方法に関する。 The present invention relates to a measuring fish finder and a fish length measuring method using a split beam system.
海中の資源量を調査するために、従来から音響手法を利用した計量魚群探知機が用いられている。この計量魚群探知機では、送受波器から送波された超音波の音圧レベルと、魚で反射して帰来するエコーの音圧レベルとの比、すなわち反射強度TS(Target Strength)を求め、得られた反射強度TSから魚の体長を計算する。反射強度TSと魚体長Lとの間には、次式の関係が成立することが知られている。
TS=20logL+20logA (1)
ここで、Aは信号周波数と魚種により決まる係数である。
In order to investigate the amount of resources in the sea, a measuring fish finder using an acoustic technique has been used conventionally. In this measuring fish finder, the ratio of the sound pressure level of the ultrasonic wave transmitted from the transducer and the sound pressure level of the echo reflected back from the fish, that is, the reflection strength TS (Target Strength) is obtained. The body length of the fish is calculated from the obtained reflection intensity TS. It is known that the relationship of the following equation is established between the reflection intensity TS and the fish body length L.
TS = 20logL + 20logA (1)
Here, A is a coefficient determined by the signal frequency and the fish type.
上記(1)式により魚体長Lを算出するためには、反射強度TSの値を正確に測定する必要がある。しかしながら、送受波器の受信感度は方位によって異なり、音軸方向に対する感度が最大であって、この方向からずれるに従って受信感度は低下する。このため、体長が同一の魚であっても、その位置(方位)により送受波器での受信レベルが相違するので、反射強度TSから求めた魚体長が異なった値となる。したがって、なんらかの方法によりエコーの到来する方位を検出し、方位に応じて反射強度TSの値を補正する必要がある。そこで、この方位を検出するために、計量魚群探知機においては一般にスプリットビーム方式が広く採用されている。 In order to calculate the fish length L by the above equation (1), it is necessary to accurately measure the value of the reflection intensity TS. However, the reception sensitivity of the transducer differs depending on the direction, and the sensitivity with respect to the sound axis direction is maximum, and the reception sensitivity decreases as it deviates from this direction. For this reason, even if it is a fish with the same body length, since the receiving level in a transmitter / receiver differs with the position (azimuth | direction), the fish body length calculated | required from reflection intensity TS becomes a different value. Therefore, it is necessary to detect the direction in which the echo arrives by some method and correct the value of the reflection intensity TS according to the direction. Therefore, in order to detect this azimuth, a split beam system is generally widely used in measuring fish finders.
図10は、スプリットビーム式計量魚群探知機における方位検出原理を説明する図である。チャンネル1(ch1)とチャンネル2(ch2)の2つの送受波器が受信した信号の位相差をφ、エコーの到来角をθ、チャンネル1,2の中心間距離をdとしたとき、これらの間には次式が成立する。
φ/k=dsinθ (2)
ここで、kは波数であって、k=2π/λ(λ:超音波の波長)である。
したがって、(2)式より
θ=sin−1 (φ/kd) (3)
よって、(3)式より、送受波器の中心間距離dが分かっておれば、受信信号の位相差φを測定することによって、エコーの到来角θ、すなわち方位を算出することができる。そして、この算出された到来角θに応じて、送受波器の指向特性が補正され、エコーから求めた反射強度TS0は、正確な反射強度TSに換算される。送受波器の指向特性をD(θ)としたとき、反射強度TSは次式のように表される。
TS=D(θ)2・TS0 (4)
このようにして反射強度TSを補正することにより、(1)式から魚体長Lを正確に求めることができる。
FIG. 10 is a diagram for explaining the direction detection principle in the split beam type fish finder. When the phase difference between the signals received by the two transducers of channel 1 (ch1) and channel 2 (ch2) is φ, the angle of arrival of the echo is θ, and the center-to-center distance between
φ / k = dsinθ (2)
Here, k is a wave number, and k = 2π / λ (λ: wavelength of ultrasonic waves).
Therefore, from equation (2)
θ = sin −1 (φ / kd) (3)
Therefore, if the center distance d of the transmitter / receiver is known from the equation (3), the arrival angle θ of the echo, that is, the azimuth can be calculated by measuring the phase difference φ of the received signal. Then, according to the calculated arrival angle θ, the directivity characteristic of the transducer is corrected, and the reflection intensity TS 0 obtained from the echo is converted into an accurate reflection intensity TS. When the directivity characteristic of the transducer is D (θ), the reflection intensity TS is expressed by the following equation.
TS = D (θ) 2 · TS 0 (4)
By correcting the reflection intensity TS in this way, the fish length L can be accurately obtained from the equation (1).
図7は、スプリットビーム方式を用いた従来の計量魚群探知機200の電気ブロック図である。50は、4つに分割されたチャンネルCH1〜CH4を有する送受波器であって、水中に超音波51を送信するとともに、ターゲットである魚53で反射して帰来する超音波のエコー52を各チャンネルCH1〜CH4に備わる振動子(図示省略)で受信する。61〜64は、それぞれ送受波器50のチャンネルCH1〜CH4に接続された送受信部であって、送受波器50の各チャンネルの振動子へ送信信号を供給する送信回路と、各振動子で受信されたエコー信号に対して増幅等の処理を行う受信回路と、送信・受信の動作を切り換える送受信切換回路とを備えている。70は演算処理部であって、送受信部61〜64に対して所定のタイミングで送信指令を与えるとともに、送受信部61〜64が受信したエコー信号を解析して魚体長Lを計算するなどの処理を行う。80は液晶ディスプレイ等からなる表示部であって、演算処理部70で算出された魚体長のデータや魚群の映像などを画面上に表示する。
FIG. 7 is an electric block diagram of a conventional
図8は、上述した計量魚群探知機200の動作を示したフローチャートである。ステップS11においては、送受信部61〜64が演算処理部70からの送信指令を受けて送受波器50に送信信号を出力し、送受波器50の振動子はこの信号により励振されて超音波51を水中に送信する。このときの送信信号は、図9(a)または(b)に示すような所定の時間幅t1,t2をもったパルス(バースト信号)である。このパルスは連続波(周波数が時間的に変化せず一定である波形)の正弦波信号からなり、正弦波信号の周波数は例えば38KHzである。ステップS12では、水中に送信された超音波51がターゲット53で反射して帰って来るエコー52が送受波器50で受信され、送受信部61〜64へ送られる。このときの受信信号の波形は、基本的に図9に示した送信信号と同じ波形となる。
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the above-described measuring
ところで、単体魚からのエコーと、群れをなしている複数魚からのエコーとは、同一魚種の同一体長魚であっても信号のレベルが異なるので(複数魚からのエコーの方が当然レベルは高くなる)、魚体長を正確に計測するには、単体魚のエコー信号を複数魚のエコー信号から分離する必要がある。そこで、ステップS13では、送受信部61〜64から出力される受信信号を演算処理部70で解析することにより、単体分離処理が行われる。続くステップS14では、送信信号の音圧レベルと受信信号(エコー)の音圧レベルとから反射強度TSを計算する。ここでは、前述したスプリットビームの原理に基づいて、受信信号の位相差から得られるエコー到来角に応じて補正された反射強度TSが算出される。この場合、送受波器50のチャンネルは4分割となっているので、チャンネルの選択により船の進行方向に対して前後・左右方向からのエコーの到来角が測定される。
By the way, echoes from single fish and echoes from multiple fish in a flock are different in signal level even if they are the same length fish of the same fish species. In order to accurately measure the fish length, it is necessary to separate the echo signal of a single fish from the echo signals of multiple fish. Therefore, in step S13, the received signal output from the transmission /
反射強度TSが算出されると、ステップS15において、前記(1)式に従ってターゲット53の魚体長Lが計算される。次に、ステップS16では、計算された魚体長Lのデータをグラフ表示するための表示データが演算処理部70で生成される。このとき、受信したエコー信号に基づいて、魚群の映像を表示するための表示データも生成される。そして、ステップS17では、生成された表示データを用いて、表示部80に魚群の映像とともに魚体長Lをグラフで表示する。
When the reflection intensity TS is calculated, the fish length L of the
以上述べたようなスプリットビーム方式の計量魚群探知機は、例えば下記の特許文献に記載されている。
従来の計量魚群探知機200にあっては、前述したように送信信号が連続波であるため、以下のような問題が生じる。
単体分離の精度を上げるためには、エコーの分解能を高くする必要があることから、送信信号として図9(a)のような時間幅t1の短いパルスを用いることが要求される。しかるに、短パルスを用いた場合、送受信部61〜64でエコー信号を忠実に取り出すためには、受信帯域の広いフィルタが必要となるが、短パルスはパワーが小さいことから、受信帯域が広帯域化するとSN比が大きく低下してしまい、深場からのエコーを正確に検出できなくなるので、探知距離を長くとることが困難となる。一方、図9(b)のような長い時間幅t2のパルスを用いた場合は、パワーが大きいので探知距離を長くとることができるが、その反面、パルス幅が長いためにエコーの分解能が低下し、単体魚の分離が困難となる。
In the conventional
In order to increase the accuracy of the single separation, it is necessary to increase the resolution of the echo. Therefore, it is required to use a pulse having a short time width t1 as shown in FIG. 9A as the transmission signal. However, when a short pulse is used, a filter with a wide reception band is necessary to faithfully extract the echo signal by the transmission /
このように、従来のものでは、短いパルスを用いて単体分離の精度を上げようとすると探知距離が伸びず、長いパルスを用いて探知距離を伸ばそうとすると単体分離の精度が低下するという問題があった。 As described above, the conventional method has a problem that the detection distance does not increase when the accuracy of the single separation is increased using a short pulse, and the accuracy of the single separation decreases when the detection distance is extended using a long pulse. there were.
本発明は、上記課題を解決するものであって、その目的とするところは、単体分離の精度を高く維持しながら探知距離を伸ばすことが可能な計量魚群探知機を提供することにある。 The present invention solves the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a measuring fish finder capable of extending the detection distance while maintaining high accuracy of single unit separation.
本発明の計量魚群探知機は、FM(周波数変調)信号からなる時間幅T1の送信信号を生成するFM送信信号生成手段と、複数に分割されたチャンネルを有し、FM送信信号生成手段で生成された送信信号を受けて水中に超音波を送信するとともに、魚で反射して帰来する超音波のエコーを受信する送受波器と、送受波器で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、基準信号に対応する信号であって送信信号の時間幅T1よりも短い時間幅T2の受信信号を抽出する相関処理手段と、相関処理手段で抽出された受信信号を解析して、単体魚の受信信号を検出する単体分離手段と、単体分離手段で検出された単体魚の受信信号に基づいて反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出する演算手段と、演算手段で算出された魚体長のデータを表示する表示手段とを備えている。 The measuring fish finder of the present invention has FM transmission signal generation means for generating a transmission signal having a time width T1 composed of FM (frequency modulation) signals, and a channel divided into a plurality of parts, and is generated by the FM transmission signal generation means. A transmitter / receiver that receives the transmitted signal and transmits ultrasonic waves underwater, and receives ultrasonic echoes reflected back from the fish, and a reception signal received by the transmitter / receiver. Correlation processing is performed by comparing with a signal, and a correlation processing means for extracting a received signal corresponding to a reference signal and having a time width T2 shorter than the time width T1 of the transmission signal is extracted by the correlation processing means Analyzing the received signal, single unit separation means for detecting the reception signal of the single fish, and calculating the reflection intensity based on the reception signal of the single fish detected by the single unit separation unit, and calculating the fish length from the obtained reflection intensity Calculating means for calculating, and a display means for displaying the fish length data calculated by the calculating means.
また、本発明の魚体長計量方法は、FM信号からなる時間幅T1の送信信号を複数に分割されたチャンネルを有する送受波器へ与えて、当該送受波器から水中に超音波を送信するステップと、魚で反射して帰来する超音波のエコーを送受波器で受信するステップと、送受波器で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、基準信号に対応する信号であって送信信号の時間幅T1よりも短い時間幅T2の受信信号を抽出するステップと、相関処理により抽出された受信信号を解析して、単体魚の受信信号を検出するステップと、単体魚の受信信号に基づいて反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出するステップとを備えている。 In the fish length measuring method of the present invention, the transmission signal having the time width T1 composed of the FM signal is provided to a transducer having a plurality of divided channels, and ultrasonic waves are transmitted from the transducer to the water. And a step of receiving an ultrasonic echo reflected back from the fish by the transducer, and performing a correlation process by comparing the received signal received by the transducer with a predetermined reference signal. A step of extracting a reception signal corresponding to the signal and having a time width T2 shorter than the time width T1 of the transmission signal, and a step of analyzing the reception signal extracted by the correlation processing to detect a reception signal of a single fish And calculating the reflection intensity based on the received signal of the single fish and calculating the fish length from the obtained reflection intensity.
本発明の特徴は、送信信号として周波数が時間的に変化するFM信号を用い、受信時の相関処理によってエコーから所定の信号だけを取り出すようにしたことにある。このようにすることで、送信時には、送信信号の時間幅(パルス幅)を長くして探知距離を長くとることができるとともに、受信時には、短い時間幅(パルス幅)の受信信号が取り出せるので、パルス圧縮によりエコーの分解能が向上し、単体魚を精度良く分離することができる。 A feature of the present invention resides in that an FM signal whose frequency changes with time is used as a transmission signal, and only a predetermined signal is extracted from an echo by correlation processing at the time of reception. By doing this, at the time of transmission, the time width (pulse width) of the transmission signal can be increased to increase the detection distance, and at the time of reception, a reception signal with a short time width (pulse width) can be extracted. Pulse compression improves echo resolution, and single fish can be separated with high accuracy.
本発明において、相関処理手段は典型的にはマッチドフィルタから構成される。マッチドフィルタは、送受波器で受信された受信信号と基準信号との一致度を積和演算により算出し、その算出結果に基づいて時間幅T2の受信信号を抽出する。マッチドフィルタを用いると、積和演算によって信号のレベル情報だけでなく位相情報も取り込んで信号の検出を行うため、レベルのみに基づいて信号検出を行う場合に比べて、信号の検出精度を高めることができる。 In the present invention, the correlation processing means is typically composed of a matched filter. The matched filter calculates the degree of coincidence between the received signal received by the transducer and the reference signal by a product-sum operation, and extracts a received signal having a time width T2 based on the calculation result. When a matched filter is used, signal detection is performed by taking in not only signal level information but also phase information by product-sum operation, so that signal detection accuracy is improved compared to signal detection based only on level. Can do.
また、単体魚を分離する手段としては、受信信号の振幅が一定以上で、かつピーク値付近の時間幅が一定範囲内にある場合に、当該受信信号が単体魚によるものであると判別する方法を採用することができる。これによると、振幅と時間幅の2つの条件から単体魚か否かを判別するので、単体魚を確実に検出することができ、単体分離の精度を向上させることができる。 Further, as a means for separating a single fish, a method for determining that the received signal is due to a single fish when the amplitude of the received signal is equal to or greater than a certain value and the time width near the peak value is within a certain range. Can be adopted. According to this, since it is determined whether or not it is a single fish from two conditions of amplitude and time width, it is possible to reliably detect a single fish and to improve the accuracy of single separation.
また、本発明の好ましい実施形態においては、表示手段は、単体分離手段で検出された単体魚の受信信号に基づき、単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて画面上に表示する。従来の計量魚群探知機では、このようなマークが表示されなかったため、魚群のどの部分において単体分離をしたのか判断できなかった。例えば、密集した魚群内部において単体分離をすると、複数ターゲットを1個のターゲットとして計測するため、魚体長計測の誤差が大きくなる。この場合、単体分離されたターゲットを映像で確認することができれば、魚体長計測で得られたデータの信頼性を判断できるが、従来はそのような映像が画面に表示されないため、この判断が不可能であった。本発明では、単体魚のマークを魚の位置に対応させて表示することで、上記の問題を解決した。例えば、単体分離が容易な魚群周辺部に多数の単体魚マークが表示されている場合は、単体分離が正常に行われている証拠であり、魚体長データの信頼性は高いと判断できる。これに対して、本来単体分離ができないはずの魚群中心部に多数の単体魚マークが表示されている場合は、単体分離が正常に行われておらず、魚体長データの信頼性は低いと判断できる。 In a preferred embodiment of the present invention, the display means displays a mark representing a single fish on the screen in correspondence with the position of each single fish based on the reception signal of the single fish detected by the single separation means. In the conventional measuring fish finder, since such a mark was not displayed, it was impossible to determine in which part of the school the fish were separated. For example, when single separation is performed inside a dense fish school, a plurality of targets are measured as one target, so that an error in measuring the fish length increases. In this case, the reliability of data obtained by measuring the fish length can be determined if the target separated by itself can be confirmed on the video, but since such video is not displayed on the screen in the past, this determination is not possible. It was possible. In the present invention, the above-mentioned problem is solved by displaying a single fish mark corresponding to the position of the fish. For example, if a large number of single fish marks are displayed in the periphery of a school of fish that can be easily separated, this is evidence that the single separation has been performed normally, and it can be determined that the reliability of fish length data is high. On the other hand, if a large number of single fish marks are displayed in the center of the school of fish that should not be able to separate the fish, it is determined that the fish body length data is not reliable because the fish has not been separated normally. it can.
上記のように単体魚のマークを表示する場合、画面上で魚体長の範囲を選択する選択手段を設け、この選択手段で選択された魚体長の範囲に属する単体魚のマークのみを画面上に表示するようにしてもよい。これによると、ある大きさの単体魚がどの領域に分布しているかを容易に知ることができる。また、単体魚の大きさに応じて、表示態様の異なるマークを表示するようにしてもよい。この場合も、ある大きさの単体魚がどの領域に分布しているかを容易に知ることができる。 When displaying a single fish mark as described above, a selection means for selecting a fish length range on the screen is provided, and only the single fish mark belonging to the fish length range selected by this selection means is displayed on the screen. You may do it. According to this, it is possible to easily know in which region a single fish of a certain size is distributed. Moreover, you may make it display the mark from which a display mode differs according to the magnitude | size of a single fish. Also in this case, it is possible to easily know in which region a single fish of a certain size is distributed.
本発明によれば、送信信号としてFM信号を用い、受信時に相関処理を行うことで特定の信号を取り出すようにしたので、時間幅(パルス幅)の長い送信信号により探知距離を長くとることができるとともに、相関処理によるパルス圧縮により分解能を高くして単体分離を高精度に行うことができる。 According to the present invention, since an FM signal is used as a transmission signal and a specific signal is extracted by performing correlation processing at the time of reception, the detection distance can be increased by a transmission signal having a long time width (pulse width). In addition, the resolution can be increased by pulse compression by correlation processing, and single unit separation can be performed with high accuracy.
図1は、本発明に係る計量魚群探知機100の実施形態を示した電気ブロック図である。図において、1は、4つに分割されたチャンネルCH1〜CH4を有する送受波器であって、水中に超音波11を送信するとともに、ターゲットである魚13で反射して帰来する超音波のエコー12を各チャンネルCH1〜CH4に備わる振動子(図示省略)で受信する。送受波器1は、超音波11の送信時には、全てのチャンネルCH1〜CH4の振動子から同相の超音波を送信し、エコー12の受信時には、チャンネルCH1,CH2の組と、チャンネルCH3,CH4の組、およびチャンネルCH1,CH4の組と、チャンネルCH2,CH3の組により、前後・左右方向からのエコーを受信する。21〜24は、それぞれ送受波器1のチャンネルCH1〜CH4に接続された送受信部であって、送受波器1の各チャンネルの振動子へ送信信号を供給する送信回路と、各振動子で受信されたエコー信号に対して増幅等の処理を行う受信回路と、送信・受信の動作を切り換える送受信切換回路とを備えている。3は演算処理部であって、FM送信波形生成部4、相関処理部5、単体分離部6、データ演算部7および表示制御部8を含んでいる。
FIG. 1 is an electric block diagram showing an embodiment of a measuring
FM送信波形生成部4は、送信信号として用いるFM(周波数変調)信号の波形を生成するブロックであって、送受信部21〜24とともに本発明におけるFM送信信号生成手段を構成する。相関処理部5は、送受波器1で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、所定の受信信号を抽出するブロックであって、本発明における相関処理手段を構成する。単体分離部6は、相関処理部5で抽出された受信信号から単体魚の受信信号を分離するブロックであって、本発明における単体分離手段を構成する。データ演算部7は、単体分離部6で検出された単体魚の受信信号に基づいて反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出するブロックであって、本発明における演算手段を構成する。表示制御部8は、データ演算部7で算出された魚体長のデータや魚群の映像などを表示するための表示データを生成するとともに、それらの表示を制御するブロックである。9は液晶ディスプレイ等からなる表示部であって、魚体長のデータや魚群の映像などを画面上に表示する。表示部9は、本発明における表示手段を構成する。
The FM transmission
なお、FM送信波形生成部4、相関処理部5、単体分離部6およびデータ演算部7の各機能は、実際には、演算処理部3を構成するマイクロコンピュータによってソフトウエア処理で実現される。勿論、各ブロック4〜7をソフトウエアによらずにハードウエアで構成することも可能である。
Note that the functions of the FM transmission
次に、以上の構成からなる計量魚群探知機100の動作を説明する。FM送信波形生成部4は、図2(a)に示したようなFM送信信号の波形を生成し、これを送受信部21〜24へ出力する。このFM送信信号は、周波数変調された正弦波バースト信号からなる時間幅T1のパルスであり、一例として周波数38KHzのキャリアに±2KHzの変調をかけた信号となっている。すなわち、時間幅T1の間で、FM送信信号の周波数は40KHzから36KHzまで連続的に変化する(時間とともに周波数が漸減する)。送受波器1の振動子はこの信号により励振され、図2(a)と同じ波形の超音波11を水中に送信する。
Next, the operation of the weighing
水中に送信された超音波11のパルスがターゲットである魚13で反射し、エコー12として帰って来ると、このエコー12は送受波器1で受信され、送受信部21〜24へ送られる。このときの受信信号の波形は、図2(b)のように、基本的に図2(a)に示した送信信号と同じ波形である。但し、実際には水中の浮遊物からのエコーやプロペラノイズ等の影響により、受信信号には多くのノイズが含まれ、図2(b)のような理想的な波形にはならないが、ここでは便宜上、受信信号と送信信号とを同じ波形として扱う。送受信部21〜24では、受信信号に対してフィルタリングや増幅等の処理が行われ、その出力は相関処理部5へ与えられる。
When the pulse of the
相関処理部5は、マッチドフィルタ(Matched Filter)から構成されている。図3Aは、マッチドフィルタを用いた相関処理の原理を説明する図である。図3A(a)は基準信号であり、ここでは時間とともに周波数が低くなるチャープ信号となっている。この基準信号の波形データは、あらかじめメモリ(図示省略)に記憶されている。図3A(b)は基準信号と比較される信号であって、具体的には送受信部21〜24から出力される受信信号(つまり相関処理部5の入力信号)である。
The
相関処理においては、(a)の基準信号と(b)の受信信号の位相を少しづつずらせながら、各時点での受信信号のレベルと、基準信号のレベルとの積和を演算する。図3Aは、ある時点での積和演算の様子を示しており、所定のサンプリング間隔で受信信号のレベル値基準信号のレベル値との乗算を行い、その積X1,X2,…Xnをサンプリング区間にわたって加算する。そして、この加算値X1+X2+…+Xnの値を相関出力とする。図3Bは、別の時点における積和演算の様子を示しており、この場合も、所定のサンプリング間隔で受信信号のレベル値と基準信号のレベル値との乗算を行い、その積Y1,Y2,…Ynをサンプリング区間にわたって加算する。そして、この加算値Y1+Y2+…+Ynの値を相関出力とする。 In the correlation processing, the product sum of the level of the received signal and the level of the reference signal at each time point is calculated while slightly shifting the phases of the reference signal (a) and the received signal (b). FIG. 3A shows a state of product-sum operation at a certain point in time, where multiplication is performed with the level value of the received signal level value reference signal at a predetermined sampling interval, and the products X1, X2,. Add over. Then, the value of the added value X1 + X2 +... + Xn is used as a correlation output. FIG. 3B shows the state of product-sum operation at another time point. In this case as well, the level of the received signal is multiplied by the level value of the reference signal at a predetermined sampling interval, and the products Y1, Y2, and Y2 are multiplied. ... Yn is added over the sampling interval. The value of the added value Y1 + Y2 +... + Yn is used as a correlation output.
相関処理部5は、受信信号と基準信号の一致度に応じたレベルの信号を出力する。一致度が大きくなるほど相関処理部5から出力される信号のレベルは大きくなり、一致度が小さくなるほど相関処理部5から出力される信号のレベルは小さくなる。図3Aの場合は、基準信号と受信信号の位相一致度が低いため、相関出力の値は小さくなるが、図3Bの場合は、基準信号と受信信号の位相が一致しているため、相関出力の値は最大となる。こうして、相関処理によれば、積和演算によって信号のレベル情報だけでなく位相情報も取り込んで信号の検出を行うため、レベルのみに基づいて信号検出を行う場合に比べて、信号の検出精度を高めることができる。
The
以上のような相関処理を行うことにより、マッチドフィルタからは、図2(c)に示したような、基準信号に対応した受信信号が取り出される。この受信信号は、送信信号と同様のバースト信号であるが、基準信号と同じ帯域(例えば38KHz近傍)の信号のみからなり、それ以外の帯域の信号はカットされている。すなわち、受信信号の時間幅(パルス幅)T2は、送信信号の時間幅(パルス幅)T1よりも短くなっている。こうして、マッチドフィルタによる相関処理の結果、相関処理部5から出力される受信信号はパルス圧縮されるため、エコーの分解能が向上し、次に述べる単体分離部6において単体魚を精度良く分離することができる。なお、図2(c)に示したマッチドフィルタの出力信号は、実際には、T2以外の区間で、T1と同じ区間にわたって非常に微小なレベルの信号を含んでいるが、この信号は実用上無視できるため、事実上パルス幅がT1からT2に圧縮されたとみなして差し支えない。
By performing the correlation process as described above, a received signal corresponding to the reference signal as shown in FIG. 2C is extracted from the matched filter. This reception signal is a burst signal similar to the transmission signal, but is composed only of a signal in the same band (for example, near 38 KHz) as the reference signal, and signals in other bands are cut. That is, the time width (pulse width) T2 of the reception signal is shorter than the time width (pulse width) T1 of the transmission signal. In this way, as a result of correlation processing by the matched filter, the received signal output from the
例えば、キャリア周波数が38KHzの場合、従来の連続波で1パルス区間を10波にしたときの分解能と、本発明のFM波(周波数掃引幅3.8KHz)で1パルス区間を1000波にしたときの分解能とが同じになる。したがって、10波と1000波のSN比を比較した場合、1000波のほうが10log(1000/10)=20dB向上することになり、本発明の方式を採用することで探知距離が伸びることがわかる。 For example, when the carrier frequency is 38 KHz, when the conventional continuous wave has 10 pulses in one pulse section and the FM wave of the present invention (frequency sweep width 3.8 KHz), the one pulse section has 1000 waves. The resolution is the same. Therefore, when the SN ratio of 10 waves and 1000 waves is compared, it can be seen that 1000 waves are improved by 10 log (1000/10) = 20 dB, and the detection distance is extended by adopting the method of the present invention.
なお、図2においては、FM送信信号のレベルを時間幅T1に渡って一定としたが、適当な窓関数、例えばハニング窓を用いてエンベロープ処理を施すことにより、受信信号に与えるサイドローブの影響を抑制することができる。 In FIG. 2, the level of the FM transmission signal is constant over the time width T1, but the effect of side lobes on the received signal by performing envelope processing using an appropriate window function, for example, a Hanning window. Can be suppressed.
相関処理部5でパルス圧縮された受信信号は、単体分離部6へ与えられる。単体分離部6では、受信信号を解析して単体魚の受信信号を検出する。この原理を図4により説明する。図4は相関処理部5で抽出された受信信号のエンベロープ波形を示している
The reception signal pulse-compressed by the
本実施形態においては、受信信号の振幅と時間幅とに基づいて、単体魚か否かを判定する。すなわち、以下の2つの条件がいずれも満たされる場合に、単体魚であると判定する。 In the present embodiment, it is determined whether or not it is a single fish based on the amplitude and time width of the received signal. That is, when both of the following two conditions are satisfied, it is determined that the fish is a single fish.
第1の条件は、図4において、受信信号の振幅が閾値P以上であることである。第2の条件は、受信信号のピーク値付近の時間幅が一定範囲内にあることである。すなわち、図4において、
T−τ<t<T+τ (5)
を満たすことである。ここで、tは受信信号の振幅のピーク値より一定レベルαだけ下がったレベルにおける時間幅、Tはマッチドフィルタにおける基準信号の時間幅(図2(c)のT2に相当)、τはTの値に応じて予め定められた調整時間幅である。調整時間幅τは、ユーザにおいて任意に設定することができる。図4の波形W1は単体魚の受信信号の波形であって、上記第1および第2の条件を満たす。波形W2は、魚以外の浮遊物等からのエコーによる受信信号の波形であって、振幅のピーク値が閾値Pより小さく第1の条件を満たさない。波形W3は、群れをなす複数魚からのエコーによる受信信号の波形であって、振幅のピーク値は閾値Pより大きいが、信号の時間幅が長くなって第2の条件である(5)式を満たさないため、単体魚と区別される。
The first condition is that the amplitude of the received signal is greater than or equal to the threshold value P in FIG. The second condition is that the time width near the peak value of the received signal is within a certain range. That is, in FIG.
T−τ <t <T + τ (5)
Is to satisfy. Here, t is a time width at a level lower than the peak value of the amplitude of the received signal by a certain level α, T is a time width of the reference signal in the matched filter (corresponding to T2 in FIG. 2C), and τ is T The adjustment time width is determined in advance according to the value. The adjustment time width τ can be arbitrarily set by the user. A waveform W1 in FIG. 4 is a waveform of a reception signal of a single fish and satisfies the first and second conditions. The waveform W2 is a waveform of a received signal by echoes from floating substances other than fish, and the peak value of the amplitude is smaller than the threshold value P and does not satisfy the first condition. A waveform W3 is a waveform of a reception signal by echoes from a plurality of fish that form a flock, and the peak value of the amplitude is larger than the threshold value P, but the time width of the signal is long and the second condition is the expression (5) Because it does not satisfy, it is distinguished from single fish.
このようにして、本実施形態では、受信信号の振幅と時間幅の2つの条件から単体魚か否かを判別しているので、単体魚を確実に検出することができ、単体分離の精度を向上させることができる。 In this way, in this embodiment, since it is determined whether or not it is a single fish from the two conditions of the amplitude and time width of the received signal, it is possible to reliably detect a single fish and to improve the accuracy of single separation. Can be improved.
単体分離部6で解析された単体魚の受信信号のデータは、データ演算部7に送られる。データ演算部7では、単体分離部6から得たデータに基づいて、まず反射強度TSを計算し、続いて反射強度TSから魚体長を演算する。反射強度TSは次式により算出されることが知られている。
TS=20log10(SIG)−G+TVG+Bt(θr,θp)
+Br(θr,θp)−SL−Me (6)
ここで、SIGは単体魚の受信信号のレベル、Gは受信ゲイン、TVGはターゲットまでの距離に応じて変化する可変時間ゲイン、Bt(θr,θp)はターゲット方位による送信指向性の補正項、Br(θr,θp)はターゲット方位による受信指向性の補正項、θrはターゲットのロール方向の方位、θpはターゲットのピッチ方向の方位、SLは送信信号のレベル、Meは受波音圧感度である。なお、指向性補正項であるBt(θr,θp)とBr(θr,θp)は、次式により計算される。
y=−ax3−bx2−cx (7)
ここで、
TS = 20 log 10 (SIG) -G + TVG + Bt (θr, θp)
+ Br (θr, θp) −SL−Me (6)
Here, SIG is the level of a received signal of a single fish, G is a reception gain, TVG is a variable time gain that varies depending on the distance to the target, Bt (θr, θp) is a transmission directivity correction term depending on the target direction, Br (Θr, θp) is a correction term for the reception directivity according to the target orientation, θr is the orientation of the target in the roll direction, θp is the orientation of the target in the pitch direction, SL is the level of the transmission signal, and Me is the received sound pressure sensitivity. The directivity correction terms Bt (θr, θp) and Br (θr, θp) are calculated by the following equations.
y = −ax 3 −bx 2 −cx (7)
here,
次に、表示制御部8では、算出された魚体長Lのデータをグラフ表示するための表示データや、魚群の映像を表示するための表示データが生成される。表示制御部8は、これらのデータを表示部9へ出力し、表示部9の画面に表示させる。図5Aは、表示部9の画面9aにおける表示例を示している。画面9aには、魚群映像31や水底映像34などの水中映像とともに、魚体長グラフ32、単体魚マーク33、水深目盛35などが表示される。魚群映像31は、魚で反射した超音波エコーに基づいて得られる映像であって、エコーの強弱に応じた色で区分けして表示される。
Next, the display control unit 8 generates display data for displaying the calculated fish length L data in a graph and display data for displaying a fish school image. The display control unit 8 outputs these data to the
魚体長グラフ32は、魚体長の度数分布を表した棒グラフであって、縦軸は魚の体長、横軸は分布比率を示している。グラフ中に36で示した数字「645」は、検出された単体魚の総数を示している。この魚体長グラフ32は、画面9aで示されている枠37の範囲内に存在する魚の体長分布を表している。枠37は操作部(図示省略)での操作により移動自在で大きさも可変となっており、この枠37で範囲を指定することにより、任意の範囲における魚体長グラフ32を表示させることができる。また、枠37を表示しない場合は、画面9aの全範囲に存在する魚についての魚体長グラフ32が表示される。
The fish
単体魚マーク33は、単体分離部6で検出された単体魚の受信信号に基づき、各単体魚の位置に対応して表示されるマークであって、「+」のマーク1個が単体魚1匹を表している。図では便宜上、単体魚マーク33を疎に描いてあり、マークの大きさも誇張してあるが、実際には、このマーク33は単体魚の数だけ密集して表示され、大きさも微小なものとなっている。図5Aからわかるように、単体魚マーク33は、魚群映像31の周辺部に集中して表示される傾向がある。これは、魚群の中心部に向うほど、単体魚を分離することが困難となるためである。ところが、従来の計量魚群探知機では、このような単体魚マーク33が表示されなかったため、魚群のどの部分において単体分離をしたのか判断できなかった。例えば、密集した魚群内部において単体分離をすると、複数ターゲットを1個のターゲットとして計測するため、魚体長計測の誤差が大きくなる。この場合、単体分離されたターゲットを映像で確認することができれば、魚体長計測で得られたデータの信頼性を判断できるが、従来はそのような映像が画面に表示されないため、この判断が不可能であった。しかるに、単体魚マーク33を各単体魚の位置に対応させて表示することにより、例えば、図5Aのように、単体分離が容易な魚群周辺部に多数の単体魚マーク33が表示されている場合は、単体分離が正常に行われている証拠であり、魚体長グラフ32のデータの信頼性は高いと判断できる。これに対して、本来単体分離ができないはずの魚群中心部に多数の単体魚マーク33が表示されている場合は、単体分離が正常に行われておらず、魚体長グラフ32のデータの信頼性は低いと判断できる。
The
図5Aでは、枠37内において、検出された全ての単体魚のマーク33が表示されているが、魚体長の範囲を選択し、選択された魚体長の範囲に属する単体魚のマーク33のみを表示してもよい。図5Bは、この場合の画面9aの例を示している。図5Bにおいて、38は画面9a上に表示される選択手段としてのカーソルであり、操作部での操作によって上下に移動自在となっている。ここでは、カーソル38により、魚体長の範囲として35〜45cmが選択されており、画面9aの枠37内には、35〜45cmの魚体長をもった単体魚のマーク33のみが表示されている。この実施形態によると、ある大きさの単体魚がどの領域に分布しているかを一目瞭然に知ることができる。また、魚群中心部に多数の単体魚マーク33が表示された場合に、カーソル38で魚体長を小さな範囲に絞り込むことで、魚群中心部で何匹もの魚を1匹と誤って処理されたデータを取り除き、魚群の中心部に単体魚マーク33が表示されないようにすることもできる。これにより、信頼性の高い魚体長データを得ることが可能となる。
In FIG. 5A, all detected single fish marks 33 are displayed in the
また、単体魚の大きさ(魚体長)に応じて、表示態様の異なるマークを表示するようにしてもよい。この場合の実施形態を図5Cに示す。(a)では、魚の大きさに応じて、単体魚マーク33の大きさを異ならせている。また、(b)では、魚の大きさに応じて、単体魚マーク33の種類を異ならせている。このほか、単体魚の大きさに応じて、単体魚マーク33の色や輝度などを異ならせる方法も考えられる。このようにしても、ある大きさの単体魚がどの領域に分布しているかを一目瞭然に知ることができる。
Moreover, you may make it display the mark from which a display mode differs according to the magnitude | size (fish body length) of a single fish. An embodiment in this case is shown in FIG. 5C. In (a), the size of the
図6は、以上説明した計量魚群探知機100の動作をフローチャートで表したものである。ステップS1においては、FM送信波形生成部4で生成されたFM信号波形に基づいて、図2(a)のような時間幅T1のFM送信信号を水中にパルス送信する。ステップS2では、ターゲットで反射して帰って来るエコーを送受波器1で受信する。ステップS3では、図2(b)の受信信号を相関処理部5においてマッチドフィルタにより相関処理して、パルス圧縮された図2(c)のような時間幅T2の受信信号を抽出する。ステップS4では、図4の方法に従い、抽出された受信信号を単体分離部6で解析して、単体魚の受信信号を検出する。ステップS5では、データ演算部7が単体魚の受信信号のデータに基づき、(7)式により反射強度TSを計算する。ステップS6では、データ演算部7が反射強度TSに基づき、(1)式により魚体長を計算する。ステップS7では、表示制御部8が魚体長グラフ32や魚群映像31等の表示データを生成する。ステップS8では、表示制御部8で生成されたデータにより、表示部9の画面9aに図5A、図5Bのような表示が行われる。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the weighing
以上述べた実施形態においては、マッチドフィルタを用いて相関処理を行う例を挙げたが、マッチドフィルタ以外の手段を用いて相関処理を行うようにしてもよい。 In the embodiment described above, an example in which correlation processing is performed using a matched filter has been described. However, correlation processing may be performed using means other than the matched filter.
また、以上の実施形態においては、FM信号として、周波数が時間ととともに漸減する信号を用いたが、周波数が時間ととともに漸増する信号を用いることも可能である。 In the above embodiment, a signal whose frequency gradually decreases with time is used as the FM signal, but a signal whose frequency gradually increases with time can also be used.
なお、図5A〜5Cで説明した単体魚マーク33の表示に関する各実施形態は、図1に示したようなFM送信波形生成部4や相関処理部5を備えたFM方式の計量魚群探知機だけでなく、一般の計量魚群探知機(例えば図7)にも適用することが可能である。この場合には、以下のような実施形態が考えられる。
(1)水中に超音波を送信し、魚で反射して帰来する超音波のエコーを解析することにより単体魚を検出するとともに、当該単体魚の魚体長を算出し、算出された魚体長のデータを水中映像とともに画面上に表示するようにした計量魚群探知機において、単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて前記画面上に表示する。
(2)水中に超音波を送信するとともに、魚で反射して帰来する超音波のエコーを受信する送受波器と、この送受波器で受信された受信信号から単体魚の受信信号を検出する単体分離手段と、前記単体魚の受信信号に基づいて得られる反射強度から魚体長を算出する演算手段と、この演算手段で算出された魚体長のデータを表示する表示手段とを備えた計量魚群探知機において、前記表示手段は、前記単体分離手段で検出された単体魚の受信信号に基づき、単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて画面上に表示する。
(3)(1)または(2)の計量魚群探知機において、前記画面上で魚体長の範囲を選択する選択手段を備え、前記選択手段で選択された魚体長の範囲に属する単体魚のマークのみを画面上に表示する。
(4)(1)ないし(3)のいずれかの計量魚群探知機において、前記マークを単体魚の大きさに応じて異なる表示態様で表示する。
In addition, each embodiment regarding the display of the
(1) Transmitting ultrasonic waves into the water, analyzing the echoes of the ultrasonic waves that come back after being reflected by the fish, and detecting the single fish, calculating the fish length of the single fish, and calculating the calculated fish body length data Is displayed on the screen together with an underwater image, a mark representing a single fish is displayed on the screen in correspondence with the position of each single fish.
(2) A transmitter / receiver that transmits ultrasonic waves underwater and receives ultrasonic echoes reflected back from the fish, and a single unit that detects a received signal of a single fish from the received signals received by the transmitter / receiver A measuring fish finder comprising: separation means; computing means for calculating a fish body length from a reflection intensity obtained based on a reception signal of the single fish; and display means for displaying data on the fish body length calculated by the computing means The display means displays on the screen a mark representing the single fish in correspondence with the position of each single fish based on the reception signal of the single fish detected by the single fish separation means.
(3) In the measurement fish finder of (1) or (2), the measuring fish finder includes selection means for selecting a fish length range on the screen, and only a single fish mark belonging to the fish length range selected by the selection means Is displayed on the screen.
(4) In the measuring fish finder according to any one of (1) to (3), the mark is displayed in a different display mode according to the size of a single fish.
1 送受波器
3 演算処理部
4 FM送信波形生成部
5 相関処理部
6 単体分離部
7 データ演算部
8 表示制御部
9 表示部
11 超音波
12 エコー
13 魚(ターゲット)
21〜24 送受信部
31 魚群映像
32 魚体長グラフ
33 単体魚マーク
38 カーソル
100 計量魚群探知機
CH1〜CH4 チャンネル
L 魚体長
DESCRIPTION OF
21-24 Transmitting /
Claims (11)
複数に分割されたチャンネルを有し、前記FM送信信号生成手段で生成された送信信号を受けて水中に超音波を送信するとともに、魚で反射して帰来する超音波のエコーを受信する送受波器と、
前記送受波器で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、基準信号に対応する信号であって送信信号の時間幅T1よりも短い時間幅T2の受信信号を抽出する相関処理手段と、
前記相関処理手段で抽出された受信信号を解析して、単体魚の受信信号を検出する単体分離手段と、
前記単体分離手段で検出された単体魚の受信信号に基づいて反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出する演算手段と、
前記演算手段で算出された魚体長のデータを表示する表示手段と、
を備えたことを特徴とする計量魚群探知機。 FM transmission signal generation means for generating a transmission signal having a time width T1 composed of an FM (frequency modulation) signal;
A transmission / reception wave having a channel divided into a plurality of parts, receiving an transmission signal generated by the FM transmission signal generation means, transmitting an ultrasonic wave in water, and receiving an ultrasonic echo reflected by a fish And
Correlation processing is performed by comparing the received signal received by the transducer with a predetermined reference signal, and a signal corresponding to the reference signal and having a time width T2 shorter than the time width T1 of the transmission signal is received. Correlation processing means for extracting a signal;
Analyzing the received signal extracted by the correlation processing means, and detecting a single fish received signal;
A calculation means for calculating the reflection intensity based on the reception signal of the single fish detected by the single separation means, and calculating the fish body length from the obtained reflection intensity;
Display means for displaying the fish length data calculated by the computing means;
Weighing fish finder characterized by having.
前記相関処理手段はマッチドフィルタから構成され、送受波器で受信された受信信号と基準信号との一致度を積和演算により算出し、その算出結果に基づいて時間幅T2の受信信号を抽出することを特徴とする計量魚群探知機。 The measuring fish finder according to claim 1,
The correlation processing means comprises a matched filter, calculates the degree of coincidence between the received signal received by the transducer and the reference signal by a product-sum operation, and extracts the received signal having the time width T2 based on the calculation result. Weighing fish finder characterized by that.
前記単体分離手段は、受信信号の振幅が一定以上で、かつピーク値付近の時間幅が一定範囲内にある場合に、当該受信信号が単体魚によるものであると判別することを特徴とする計量魚群探知機。 In the measuring fish finder according to claim 1 or 2,
The single unit separating means determines that the received signal is due to a single fish when the amplitude of the received signal is a certain level or more and the time width near the peak value is within a certain range. Fish finder.
前記表示手段は、前記単体分離手段で検出された単体魚の受信信号に基づき、単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて画面上に表示することを特徴とする計量魚群探知機。 In the measurement fish finder according to any one of claims 1 to 3,
The measuring fish finder according to claim 1, wherein the display means displays on the screen a mark representing a single fish corresponding to the position of each single fish based on the reception signal of the single fish detected by the single fish separation means.
前記画面上で魚体長の範囲を選択する選択手段を備え、
前記表示手段は、前記選択手段で選択された魚体長の範囲に属する単体魚のマークのみを画面上に表示することを特徴とする計量魚群探知機。 In the measurement fish finder according to claim 4,
Comprising a selection means for selecting a range of fish length on the screen;
The measuring fish finder according to claim 1, wherein the display means displays only a single fish mark belonging to the range of the fish body length selected by the selection means on the screen.
前記表示手段は、前記マークを単体魚の大きさに応じて異なる表示態様で表示することを特徴とする計量魚群探知機。 In the measurement fish finder according to claim 4 or 5,
The weighing fish finder according to claim 1, wherein the display means displays the mark in a different display mode according to the size of a single fish.
魚で反射して帰来する超音波のエコーを前記送受波器で受信するステップと、
前記送受波器で受信された受信信号を予め定められた基準信号と比較することにより相関処理を行い、基準信号に対応する信号であって送信信号の時間幅T1よりも短い時間幅T2の受信信号を抽出するステップと、
前記相関処理により抽出された受信信号を解析して、単体魚の受信信号を検出するステップと、
前記単体魚の受信信号に基づいて反射強度の計算を行うとともに、得られた反射強度から魚体長を算出するステップと、
を備えたことを特徴とする魚体長計量方法。 Applying a transmission signal having a time width T1 composed of FM signals to a transducer having a plurality of divided channels, and transmitting ultrasonic waves from the transducer into the water;
Receiving ultrasonic echoes reflected back from the fish at the transducer; and
Correlation processing is performed by comparing the received signal received by the transducer with a predetermined reference signal, and a signal corresponding to the reference signal and having a time width T2 shorter than the time width T1 of the transmission signal is received. Extracting a signal;
Analyzing the received signal extracted by the correlation process to detect a received signal of a single fish;
Calculating the reflection intensity based on the received signal of the single fish and calculating the fish length from the obtained reflection intensity;
A fish length measuring method comprising:
単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて前記画面上に表示することを特徴とする計量魚群探知機。 By transmitting ultrasonic waves into the water and analyzing the echoes of the ultrasonic waves that are reflected back from the fish, the single fish is detected, the body length of the single fish is calculated, and the calculated fish length data is displayed in the underwater image. In the measuring fish finder that is displayed on the screen with
A measuring fish finder, wherein a mark representing a single fish is displayed on the screen in association with the position of each single fish.
前記表示手段は、前記単体分離手段で検出された単体魚の受信信号に基づき、単体魚を表すマークを各単体魚の位置に対応させて画面上に表示することを特徴とする計量魚群探知機。 A transmitter / receiver that transmits ultrasonic waves underwater and receives echoes of ultrasonic waves reflected back from the fish, and a single separation means for detecting a received signal of a single fish from the received signals received by the transmitter / receiver; In the measuring fish finder provided with a calculation means for calculating the fish length from the reflection intensity obtained based on the reception signal of the single fish, and a display means for displaying the data of the fish length calculated by the calculation means,
The measuring fish finder according to claim 1, wherein the display means displays on the screen a mark representing a single fish corresponding to the position of each single fish based on the reception signal of the single fish detected by the single fish separation means.
前記画面上で魚体長の範囲を選択する選択手段を備え、前記選択手段で選択された魚体長の範囲に属する単体魚のマークのみを画面上に表示することを特徴とする計量魚群探知機。 In the measurement fish finder according to claim 8 or 9,
A measuring fish finder having a selection means for selecting a fish length range on the screen, and displaying only a single fish mark belonging to the fish length range selected by the selection means on the screen.
前記マークを単体魚の大きさに応じて異なる表示態様で表示することを特徴とする計量魚群探知機。 In the measuring fish finder according to any one of claims 8 to 10,
A measuring fish finder that displays the mark in a different display mode according to the size of a single fish.
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