JP2007064768A - Underwater detection system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an underwater detection system capable of indicating detected information added with velocity information of an echo reflector on a display screen. <P>SOLUTION: The underwater detection system transmitting ultrasonic wave underwater, receiving reflection echo from an object and indicating is provided with a filter processing section for filtering reception signal by using a band-pass filter having a stopband at a part of the passing band frequency. The stopband is made a frequency band of signal reflected by a target with zero moving velocity. By this, reflection echo from sea bottom and a plankton layer is removed and only reflection echo from a school of fish moving with a velocity can be indicated on the display screen. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は水中に超音波を送信して対象物からの反射エコーを受信して表示する水中探知装置に関する。 The present invention relates to an underwater detection apparatus that transmits ultrasonic waves in water and receives and displays reflected echoes from an object.

水中に超音波を送信し、対象物からの反射エコーを受信して表示する魚群探知機やスキャニングソナー等の超音波水中探知装置が従来から知られている。この一例として、例えば、特許文献1に記載のものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, an ultrasonic underwater detection device such as a fish finder or a scanning sonar that transmits ultrasonic waves in water and receives and displays reflected echoes from an object is known. As an example of this, there is one described in Patent Document 1, for example.

特許文献1は、移動体の移動速度及び移動方向に基づいて、方位ごとに独立したビーム数分の最適なフィルタ特性を決定し、SN比の高い信号を得る技術を開示している。この特許文献1について、以下にその詳細を説明する。 Patent Document 1 discloses a technique for obtaining a signal with a high S / N ratio by determining optimum filter characteristics corresponding to the number of independent beams for each direction based on the moving speed and moving direction of a moving body. Details of this Patent Document 1 will be described below.

図9は、この特許文献1に記載の水中探知装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the underwater detection device described in Patent Document 1. As shown in FIG.

従来の水中探知装置は、図9に示すように、送受波器101と、送信部102と、送受切り替え部103と、固定帯域フィルタ104と、増幅器・ミキサ105と、固定帯域フィルタ106と、増幅器107と、A/D変換器108と、ビーム形成部109と、自動帯域制御部110と、制御部111と、速度センサ・方位センサ112と、検波部113とから構成されている。 As shown in FIG. 9, the conventional underwater detection device includes a transducer 101, a transmission unit 102, a transmission / reception switching unit 103, a fixed band filter 104, an amplifier / mixer 105, a fixed band filter 106, and an amplifier. 107, an A / D converter 108, a beam forming unit 109, an automatic band control unit 110, a control unit 111, a speed sensor / direction sensor 112, and a detection unit 113.

送受波器101は、送信部102からの送信電気信号を音波に変換して送波し、受波時には水中から帰来する超音波エコーを電気信号に変換する。送信部102は、指定されたティルト角度(海面に対する音波発射方向)で所定のパルス幅をもった音波を発射するための電気信号発生部であり、生成した信号を送受波器101に供給する。送受切り替え部103は、送波時と受波時とで信号の通路を切り替える回路で、送波時には送信信号のみを通過させ、受波時には受信信号のみを通過させる。 The transmitter / receiver 101 converts the transmission electric signal from the transmission unit 102 into a sound wave and transmits the sound wave, and converts an ultrasonic echo returned from the water into an electric signal when receiving the wave. The transmitter 102 is an electric signal generator for emitting a sound wave having a predetermined pulse width at a specified tilt angle (a sound wave emitting direction with respect to the sea surface), and supplies the generated signal to the transmitter / receiver 101. The transmission / reception switching unit 103 is a circuit that switches a signal path between transmission and reception. The transmission / reception switching unit 103 allows only a transmission signal to pass during transmission and allows only a reception signal to pass during reception.

固定帯域フィルタ104は、受信部に設けられた1段目の固定帯域フィルタであって、送受波器101で受波したエコーより得られる受信信号の中から、必要な周波数帯域の信号を取り出すためのフィルタである。増幅器・ミキサ105は、フィルタされた受信信号を増幅、周波数シフトし、中間周波数に変換するものである。固定帯域フィルタ106は、2段目の固定帯域フィルタであって、周波数変換された信号に含まれる不要な側波帯の信号を除去して、周波数帯域をさらに絞るためのフィルタである。増幅器107は、受信信号を次段のA/D変換器108の入力レベルまで増幅するものである。 The fixed band filter 104 is a first-stage fixed band filter provided in the receiving unit, and extracts a signal in a necessary frequency band from the received signal obtained from the echo received by the transmitter / receiver 101. It is a filter. The amplifier / mixer 105 amplifies and frequency-shifts the filtered received signal and converts it to an intermediate frequency. The fixed band filter 106 is a second-stage fixed band filter, and is a filter for further narrowing the frequency band by removing unnecessary sideband signals contained in the frequency-converted signal. The amplifier 107 amplifies the received signal up to the input level of the A / D converter 108 at the next stage.

A/D変換器108は、増幅された受信信号をデジタル信号に変換するものである。ビーム形成部109は、受信信号に対して水平方向に連続走査を行うことにより、ビーム形成するものである。 The A / D converter 108 converts the amplified received signal into a digital signal. The beam forming unit 109 forms a beam by continuously scanning the received signal in the horizontal direction.

自動帯域制御部110は、速度センサ・加速度センサ112から得られる速度情報及び方位情報に基づいて、各方位の中心周波数や帯域幅を検出し、これらに基づいて帯域幅が絞られたSN比の高い信号を生成するものである。 The automatic bandwidth control unit 110 detects the center frequency and bandwidth of each direction based on the speed information and the direction information obtained from the speed sensor / acceleration sensor 112, and based on these, the S / N ratio with the narrowed bandwidth is detected. It generates a high signal.

制御部111は、CPUやメモリから構成されるコントローラであり、装置全体とともに自動帯域制御部110の動作を制御する。速度センサ・方位センサ112は、船速及び船首方位を検出するセンサである。なお、速度センサとしては、GPSや潮流計などの装置や、船体または送受波器に取り付けられた速度センサ(例えば加速度センサでその出力を時間積分して速度を得るもの)などが考えられ、方位センサとしては、GPS、ジャイロコンパス、電子コンパスなどの装置が考えられる。 The control unit 111 is a controller composed of a CPU and a memory, and controls the operation of the automatic bandwidth control unit 110 together with the entire apparatus. The speed sensor / orientation sensor 112 is a sensor that detects the ship speed and the heading. The speed sensor may be a device such as a GPS or a tide meter, or a speed sensor attached to a hull or a transducer (for example, an acceleration sensor that integrates its output over time to obtain a speed). As the sensor, devices such as a GPS, a gyrocompass, and an electronic compass are conceivable.

検波部113は、自動帯域制御部110で生成された信号の包絡線を検出するものであり、検出した包絡線を表示装置(図示せず)に出力する。 The detector 113 detects an envelope of the signal generated by the automatic band controller 110, and outputs the detected envelope to a display device (not shown).

前記構成において、送信部102は送受切り替え部103を介して、所定周波数のパルス信号を送信信号として送受波器101に供給する。送受波器101は、この信号を超音波に変換して、水中へ超音波ビームを発射する。発射された超音波は海底や水中の魚群等で反射し、そのエコーが送受波器101で受波される。受波した超音波は、送受波器101により電気信号に変換され、この信号が受波信号として出力される。 In the above configuration, the transmission unit 102 supplies a pulse signal having a predetermined frequency to the wave transmitter / receiver 101 as a transmission signal via the transmission / reception switching unit 103. The transducer 101 converts this signal into an ultrasonic wave and emits an ultrasonic beam into the water. The emitted ultrasonic waves are reflected by the seabed or underwater school of fish, and the echoes are received by the transducer 101. The received ultrasonic wave is converted into an electrical signal by the transducer 101, and this signal is output as a received signal.

受信信号の処理は、先ず、ビーム形成前処理として、固定帯域フィルタ104において、受信信号中に含まれている不要な雑音が除去され、所定の周波数帯域の信号のみが取り出される。取り出された信号は、増幅器・ミキサ105で増幅、周波数シフトされ、中間周波数に変換される。その後、固定帯域フィルタ106で不要な側波帯の信号が取り除かれ、さらに増幅器107で増幅されてA/D変換器108でデジタル信号に変換される。なお、A/D変換のタイミングはこれに限定されない。
ビーム形成処理は、ビーム形成部109により行われ、水平方向の連続走査によって受信信号のビームを形成し、これを自動帯域制御部110に出力する。
In the processing of the received signal, first, as a pre-beam forming process, unnecessary noise included in the received signal is removed by the fixed band filter 104, and only a signal in a predetermined frequency band is extracted. The extracted signal is amplified and frequency shifted by the amplifier / mixer 105 and converted to an intermediate frequency. Thereafter, unnecessary sideband signals are removed by the fixed band filter 106, further amplified by the amplifier 107, and converted into a digital signal by the A / D converter 108. Note that the timing of A / D conversion is not limited to this.
The beam forming process is performed by the beam forming unit 109, and a beam of a reception signal is formed by continuous horizontal scanning and is output to the automatic band control unit 110.

最後に、ビーム形成後処理として、自動帯域制御部110によって、速度センサ・加速度センサ112から得られる速度情報及び方位情報に基づいて、各方位ごとの中心周波数や帯域幅を検出し、これらに基づいて帯域幅が絞られたSN比の高い信号を生成する。検波部113は、自動帯域制御部110で生成された信号から信号包絡線を検出し、そのデータを後段の表示装置へ出力する。表示装置では、前記データに基づいて、海底や魚群等の水中情報を表すエコー映像が表示される。 Finally, as post-beam forming processing, the automatic band controller 110 detects the center frequency and bandwidth for each direction based on the speed information and the direction information obtained from the speed sensor / acceleration sensor 112, and based on these. Thus, a signal with a high S / N ratio with a narrow bandwidth is generated. The detection unit 113 detects a signal envelope from the signal generated by the automatic band control unit 110, and outputs the data to a subsequent display device. The display device displays an echo image representing underwater information such as the seabed and school of fish based on the data.

ここで、特許文献1に記載の自動帯域制御部110について図10を用いてさらに詳細に説明する。
図10は、自動帯域制御部110の具体的構成を示すブロック図である。
自動帯域制御部110は、図10に示すように、周波数検出部201と、ドップラシフト周波数推定部202と、帯域幅推定部203と、マルチプレクサ204、205と、ミキサ206と、可変帯域幅フィルタ207とから構成されている。
Here, the automatic bandwidth control unit 110 described in Patent Document 1 will be described in more detail with reference to FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing a specific configuration of the automatic bandwidth control unit 110.
As shown in FIG. 10, the automatic bandwidth control unit 110 includes a frequency detection unit 201, a Doppler shift frequency estimation unit 202, a bandwidth estimation unit 203, multiplexers 204 and 205, a mixer 206, and a variable bandwidth filter 207. It consists of and.

周波数検出部201は、自己相関法やフーリエ変換法などを用いて、受信信号から水平各方向(断面モードに対しては断面方向)の信号の中心周波数と周波数分散を検出するものである。なお、周波数分散とは、信号の周波数成分の広がりの程度を表すものであって、正確には帯域幅とは異なるが、帯域幅と比例関係にあると考えてよい。 The frequency detection unit 201 detects the center frequency and frequency dispersion of a signal in each horizontal direction (cross-sectional direction with respect to the cross-sectional mode) from the received signal using an autocorrelation method, a Fourier transform method, or the like. Note that the frequency dispersion represents the degree of spread of the frequency component of the signal, and although it is different from the bandwidth precisely, it may be considered to be proportional to the bandwidth.

ドップラシフト周波数推定部202は、周波数検出部201で受信信号からのドップラシフト周波数検出が困難な場合に使われるものである。ドップラシフト周波数推定部202は、速度センサから得られた船速情報から、発生するであろう水平全周(断面モードに対しては断面方向)のドップラシフト周波数を推定計算する。なお、船首方位は、対地船速を計測するドップラソナーや潮流計、或いはGPSなどが速度センサとして使用されている場合に、東西南北速度ベクトルを送受波器の前後左右速度ベクトルに換算するために使われる。帯域幅推定部203は、送信パルス幅の情報から受信信号の帯域幅を推定するものである。 The Doppler shift frequency estimation unit 202 is used when it is difficult for the frequency detection unit 201 to detect the Doppler shift frequency from the received signal. The Doppler shift frequency estimation unit 202 estimates and calculates the Doppler shift frequency of the entire horizontal circumference (the cross-sectional direction for the cross-sectional mode) that will be generated from the ship speed information obtained from the speed sensor. The heading is used to convert the east / west / north / south speed vector to the front / rear / right / left speed vector of the transducer when a Doppler sonar, tide meter, or GPS is used as a speed sensor. used. The bandwidth estimation unit 203 estimates the bandwidth of the received signal from the transmission pulse width information.

MUX204、205は、ともにマルチプレクサであり、周波数検出部201で受信信号から求めた情報を使うか、ドップラシフト周波数推定部202や帯域幅推定部203で船速やパルス幅を元に推定した推定値を使うかを選択するものである。 The MUXs 204 and 205 are both multiplexers, and use the information obtained from the received signal by the frequency detection unit 201, or the estimated values estimated based on the ship speed and the pulse width by the Doppler shift frequency estimation unit 202 and the bandwidth estimation unit 203 To choose whether to use.

MUX204で中心周波数の選択がなされると、ミキサ206は、選択された中心周波数に基づいて、受信信号の中心周波数をシフトさせ、ベースバンド(DC)信号を生成する。また、可変帯域幅フィルタ207は、MUX205で選択された帯域幅を持つフィルタであり、入力されるベースバンド信号の帯域を制限し、信号以外の周波数成分を除去することによって、受信信号のSNを改善する。 When the center frequency is selected by the MUX 204, the mixer 206 shifts the center frequency of the received signal based on the selected center frequency to generate a baseband (DC) signal. The variable bandwidth filter 207 is a filter having the bandwidth selected by the MUX 205, and limits the bandwidth of the input baseband signal and removes frequency components other than the signal, thereby reducing the SN of the received signal. Improve.

このように、特許文献1では、自動帯域制御部110によって、各方位ごとに受信信号の帯域制御を行うことにより、自船の移動、船体の動揺、潮流等の種々の要因に基づいて受信周波数がシフトした場合であっても、各方位に対して高いSN比を確保することが可能になる。
特開2003−84060号公報
As described above, in Patent Document 1, the automatic bandwidth control unit 110 performs bandwidth control of the reception signal for each direction, so that the reception frequency is based on various factors such as movement of the ship, sway of the hull, and tidal current. It is possible to ensure a high S / N ratio for each direction even when the shift is performed.
JP 2003-84060 A

しかしながら、前述した特許文献1において、表示装置へ出力されるデータは、受信信号のレベル情報のすべてをそのまま表示したものに過ぎない。すなわち、従来技術によるスキャニングソナーや魚群探知機においては、送信信号反射物体の速度情報に関係なく、受信信号のレベルのみを検出して表示している。そのため、例えば、海底等を除いて水中を回遊する所望の魚群のみを表示するといったことができなかった。特に、水深の浅い海域やプランクトン層が浅水深に存在する場合には、海底反射や海面反射、プランクトンによる反射エコーに魚群エコーが重畳して表示され、魚群の識別が困難となるか、最悪の場合には全く判別不能となってしまうという問題点があった。 However, in Patent Document 1 described above, the data output to the display device is merely a display of all the level information of the received signal. That is, in the conventional scanning sonar and fish finder, only the received signal level is detected and displayed regardless of the velocity information of the transmission signal reflecting object. Therefore, for example, it has been impossible to display only a desired school of fish that migrates in the water except the seabed and the like. In particular, when there is a shallow water area or plankton layer at a shallow water depth, fish echoes are superimposed on the sea floor reflections, sea surface reflections, and plankton reflection echoes, making it difficult to identify the fish school. In some cases, there is a problem that it becomes impossible to distinguish at all.

また、この特許文献1では、S/N比を向上する目的で通過帯域幅の狭いフィルタ特性を有するフィルタ処理を行っているため、自船の移動速度と相対的に等価な速度範囲を有する移動物体の受信エコーのみを通過させる。このため、自船の移動速度よりも相対的に大きな移動速度を有する移動物体、例えば鰹や鮪等の魚種に関しては、それら魚種の移動速度に応じて発生するドップラシフト周波数がフィルタ特性の通過帯域外となり、フィルタ処理によってそれら信号成分が減衰され表示されなくなる。結果として特許文献1では、自船の移動速度よりも相対的に大きな移動速度を有する移動物体の探知漏れをおこす可能性があった。 Moreover, in this patent document 1, since the filter process which has a filter characteristic with a narrow pass bandwidth is performed for the purpose of improving the S / N ratio, the movement having a speed range relatively equivalent to the moving speed of the ship Only the received echo of the object is passed. For this reason, with regard to moving objects that have a moving speed relatively higher than the moving speed of the ship, such as fish species such as carp and salmon, the Doppler shift frequency generated according to the moving speed of the fish type is the filter characteristic. Out of the passband, the signal components are attenuated by the filter process and are not displayed. As a result, in Patent Document 1, there is a possibility that a detection failure of a moving object having a moving speed relatively higher than the moving speed of the own ship may occur.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、水中の反射物から受信された信号のレベル情報のみならず、エコー反射物の速度情報を加味した探知情報を表示画面上に表示することができる水中探知装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and displays not only level information of a signal received from an underwater reflecting object but also detection information on the display screen in consideration of speed information of the echo reflecting object. It is an object of the present invention to provide an underwater detection device capable of performing the above.

前記課題を解決するために本発明は、所定の物標速度範囲に応じたフィルタ係数を、船等の移動体の移動速度及び移動方向に応じて周波数シフトすることで、所望のフィルタ係数を生成する帯域制限演算部と、前記帯域制限演算部で生成したフィルタ係数を用いて受波信号のフィルタリングを行うフィルタ処理部とを備えることを特徴とする。これにより、所定の物標速度範囲に応じたフィルタ係数に応じた一定の速度範囲に含まれる物標からの反射エコーのみを表示画面上に表示することが可能になる。 In order to solve the above problems, the present invention generates a desired filter coefficient by frequency-shifting a filter coefficient corresponding to a predetermined target speed range according to the moving speed and moving direction of a moving object such as a ship. And a filter processing unit that performs filtering of the received signal using the filter coefficient generated by the band limitation calculation unit. As a result, it is possible to display on the display screen only the reflected echoes from the target included in the constant speed range corresponding to the filter coefficient corresponding to the predetermined target speed range.

また、本発明は、前記帯域制限演算部により、通過帯域周波数の一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタを生成し、その阻止帯域を移動速度がゼロの物標で反射した信号の周波数を含む帯域とすることを特徴とする。これにより、海底やプランクトン層等の速度を有さない物標からの反射エコーを除去して、魚群等の一定の速度を持って移動する物標からの反射エコーのみを表示画面上に表示することが可能になる。 In the present invention, the band limit calculation unit generates a bandpass filter having a stopband as a part of the passband frequency, and includes the frequency of the signal reflected by the target whose movement speed is zero in the stopband. It is characterized by a band. As a result, reflected echoes from targets that do not have velocity such as the seabed or plankton layer are removed, and only reflected echoes from targets that move at a constant velocity, such as school of fish, are displayed on the display screen. It becomes possible.

また、本発明は、前記帯域制限演算部によって、船等の移動体の移動速度及び移動方向に基づいて、或いは複素自己相関法により求めた方位ごとの平均周波数に基づいて、所定の物標速度範囲を有するフィルタ係数を方位ごとに周波数シフトすることで、1つのフィルタ係数から方位ごとに独立したフィルタ係数を生成することを特徴とする。これにより、スキャニングソナーのような全周方向に一定の俯仰角で複数のビームを送信するような装置においても、ビーム方位ごとに適切なフィルタリング処理を行うことが可能になる。 Further, the present invention provides a predetermined target speed based on the moving speed and moving direction of a moving body such as a ship, or based on the average frequency for each direction obtained by the complex autocorrelation method by the band limit calculating unit. A filter coefficient having a range is frequency-shifted for each azimuth to generate independent filter coefficients for each azimuth from one filter coefficient. Accordingly, even in an apparatus such as a scanning sonar that transmits a plurality of beams at a constant elevation angle in the entire circumferential direction, it is possible to perform an appropriate filtering process for each beam direction.

また、本発明は、前記帯域制限演算部によって、船等の移動体の速度変化、針路変化、又は動揺による変化に応じて、受信区間中であってもリアルタイムにフィルタ係数を更新し、前記フィルタ処理部が前記変更されたフィルタ係数に基づいたフィルタリング処理を行うことを特徴とする。これにより、受波信号をリアルタイムに処理することが可能になる。 Further, according to the present invention, the band limiting calculation unit updates the filter coefficient in real time even during the reception section in accordance with a speed change, a course change, or a change caused by shaking of a moving body such as a ship, and the filter The processing unit performs a filtering process based on the changed filter coefficient. As a result, the received signal can be processed in real time.

また、本発明は、前記フィルタ処理部が同じ受波信号を、所定の帯域幅を有するフィルタ係数と前記帯域制限演算部で生成されたフィルタ係数とを用いてそれぞれフィルタリングし、異なるフィルタ係数でのフィルタリング結果を表示画面上に同時に表示することを特徴とする。これにより、ユーザは異なるフィルタ係数を用いたフィルタリング結果を表示画面上で対比することができる。例えば、前記帯域制限演算部により海底からのエコーをカットするようなフィルタ係数を生成した場合には、ユーザは、海底を表示する従来のフィルタ係数を用いたフィルタリング結果の画像と、海底等の映像を消した本発明のフィルタ係数を用いたフィルタリング結果の画像とを同時に見ることができるようになる。 Further, according to the present invention, the filter processing unit filters the same received signal using a filter coefficient having a predetermined bandwidth and a filter coefficient generated by the band limit calculation unit, respectively. The filtering result is simultaneously displayed on the display screen. Thereby, the user can compare the filtering results using different filter coefficients on the display screen. For example, when the filter coefficient that cuts the echo from the sea floor is generated by the band limit calculation unit, the user can output the image of the filtering result using the conventional filter coefficient for displaying the sea floor and the video of the sea floor or the like. It becomes possible to simultaneously view the image of the filtering result using the filter coefficient of the present invention in which is deleted.

また、本発明は、船等の移動体の動揺を補正して水中に超音波を送受信することができる動揺補正機能をさらに備えることを特徴とする。これにより、正確な超音波信号の送受信処理を行うことが可能になる。 In addition, the present invention is characterized by further comprising a motion correction function capable of correcting motion of a moving body such as a ship and transmitting and receiving ultrasonic waves in water. This makes it possible to perform an accurate ultrasonic signal transmission / reception process.

また、本発明は、受波信号のドップラシフト量を周波数の大きさに応じて色別のデータで表示することを特徴とする。これにより、ユーザは、魚群等の物標の移動速度を表示画面から直感的に把握することが可能になる。 In addition, the present invention is characterized in that the Doppler shift amount of the received signal is displayed as data for each color in accordance with the magnitude of the frequency. Thereby, the user can intuitively grasp the moving speed of the target such as a school of fish from the display screen.

本発明によれば、海底やプランクトン層からの反射エコーを除去して、一定の速度を持って移動している魚群等からの反射エコーのみを表示画面上に表示することができる。そのため、天候や漁場条件に左右されずに魚群探索時/魚群追尾時における漁業効率改善に寄与する。また、海底エコーやプランクトン層に埋もれた魚群識別能力向上によって、ユーザにより鮮明な映像を提供し、漁業効率改善に寄与する。特に本発明によれば、海底に埋もれた底付きの魚群のみを表示画面上に表示することができるため、例えば、従来のスキャニングソナーの一機能であるリアルターゲットロック処理においては、海底エコーの影響を除去して、従来では追尾できなかった海底エコーに埋もれた魚群の追尾を可能にする。また、スキャニングソナーの断面モードに対して適用する場合には、従来からの懸案であった海底エコーを抑圧、もしくは海底エコーを除去することができる。 According to the present invention, it is possible to remove reflected echoes from the seabed and plankton layer and display only reflected echoes from a school of fish moving at a constant speed on the display screen. Therefore, it contributes to the improvement of fishery efficiency at the time of fish school search / fish school tracking without being influenced by the weather and fishing ground conditions. In addition, by improving the ability to identify the school of fish buried in the seafloor echo and plankton layer, it will provide clear images to the user and contribute to the improvement of fishery efficiency. In particular, according to the present invention, since only the bottomed fish school buried in the seabed can be displayed on the display screen, for example, in the real target lock process which is one function of the conventional scanning sonar, the influence of the seabed echo This makes it possible to track a school of fish buried in a seafloor echo that could not be tracked in the past. Further, when applied to the scanning sonar cross-sectional mode, it is possible to suppress the sea bottom echo, which has been a conventional concern, or to remove the sea bottom echo.

また、本発明による技術を用いた受波エコーの表示形態として、従来表示画面との比較映像を提供することで、海底エコーやプランクトン層と速度を有する魚群エコーとの識別をさらに容易にすることができる。 In addition, as a display form of the received echo using the technology according to the present invention, by providing a comparison image with the conventional display screen, it is possible to further distinguish the seafloor echo, the plankton layer and the fish echo having the velocity. Can do.

さらに、本発明によれば、所定の速度を有する物標のみを探知することができるため、水中から侵入する物体や水中で作業を行うダイバーの位置を遠隔から監視、把握することも可能である。 Furthermore, according to the present invention, since only a target having a predetermined speed can be detected, it is also possible to remotely monitor and grasp the position of an object entering from underwater or a diver working in water. .

(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1による水中探知装置について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態1による水中探知装置の構成の一例を示すブロック図である。
図1において、本発明にかかる水中探知装置は、フロントエンドインターフェイス1と、送信ビーム形成部2と、ビーム形成前処理部3と、受信ビーム形成部4と、帯域制限演算部5と、フィルタ処理部6と、表示処理部7とから構成されている。
(Embodiment 1)
Hereinafter, an underwater detection device according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an underwater detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, an underwater detection device according to the present invention includes a front end interface 1, a transmission beam forming unit 2, a beam forming preprocessing unit 3, a receiving beam forming unit 4, a band limit calculation unit 5, and a filter process. The unit 6 and the display processing unit 7 are configured.

フロンエンドインターフェイス1は、送受切り替え部であり、送信ビーム形成部2から出力された送信コードをフロントエンド部である送受波器(図示せず)に転送し、フロントエンド部より出力される受信信号をビーム形成前処理部3に転送する。送信ビーム形成部2は、送信ビーム形成のために、チャンネルごとの送信波形時系列データを生成する。例えば、スキャニングソナーにおいては、指定されたティルト角度で所定のパルス幅を持った音波を発射するためのデータがこの送信ビーム形成部2で生成される。なお、ここでは、図示していないが、船等の移動体の動揺を補正して水中に超音波を送受信することができる動揺補正機能を設けることにより、正確な超音波信号の送受信処理を行うことが可能になる。 The front end interface 1 is a transmission / reception switching unit, transfers a transmission code output from the transmission beam forming unit 2 to a transmitter / receiver (not shown) as a front end unit, and receives a reception signal output from the front end unit Is transferred to the beam forming pre-processing unit 3. The transmission beam forming unit 2 generates transmission waveform time-series data for each channel in order to form a transmission beam. For example, in the scanning sonar, the transmission beam forming unit 2 generates data for emitting a sound wave having a predetermined pulse width at a specified tilt angle. Although not shown here, an accurate ultrasonic signal transmission / reception process is performed by providing a vibration correction function capable of transmitting / receiving ultrasonic waves in water by correcting the vibration of a moving body such as a ship. It becomes possible.

ビーム形成前処理部3は、ノイズ除去のためのフィルタ処理やビーム形成に際して必要となるTVG(Time Variable Gain)に代表されるゲイン補正処理等を行い、受信ビーム形成部4にデータを出力する。 The beam forming preprocessing unit 3 performs filter processing for noise removal, gain correction processing represented by TVG (Time Variable Gain) necessary for beam forming, and the like, and outputs data to the reception beam forming unit 4.

受信ビーム形成部4は、受信信号に対して位相合成方式によるマルチビーム形成処理を行うことで受信ビームを形成する。なお、ビーム形成は受波信号を水平方向に連続走査することによっても可能である。 The reception beam forming unit 4 forms a reception beam by performing multi-beam forming processing by a phase synthesis method on the reception signal. Beam formation can also be performed by continuously scanning the received signal in the horizontal direction.

帯域制限演算部5は、所定の物標速度範囲に応じたフィルタ係数を予めメモリ等の記憶手段に保持している。ここで所定の物標速度範囲とは、検出したい物標の速度に基づいて決定される速度範囲である。また、所定の物標速度範囲に応じたフィルタ係数は、移動体(自船)の速度がゼロの時に、所定の速度で移動するターゲットからの反射エコーのみを通過する通過帯域周波数を有するフィルタ特性をもつフィルタ係数である。帯域制限演算部5は、この所定の物標速度範囲に応じたフィルタ係数を記憶手段から取得し、移動体の移動速度に応じて、物標の速度範囲を考慮した所望のフィルタ特性を有するフィルタ係数を生成する。 The band limitation calculation unit 5 holds a filter coefficient corresponding to a predetermined target velocity range in a storage unit such as a memory in advance. Here, the predetermined target speed range is a speed range determined based on the speed of the target to be detected. The filter coefficient corresponding to a predetermined target speed range has a filter characteristic having a passband frequency that passes only a reflected echo from a target moving at a predetermined speed when the speed of the moving body (own ship) is zero. Is a filter coefficient. The band limitation calculation unit 5 acquires a filter coefficient corresponding to the predetermined target speed range from the storage unit, and has a desired filter characteristic considering the target speed range according to the moving speed of the moving body. Generate coefficients.

例えば、全周方向にスキャンを行うスキャニングソナー等の装置においては、自船が移動する場合、ビーム方位ごとにドップラシフト量が異なる。そのため、帯域制限演算部5は、移動体の移動速度及び移動方向に基づいて、或いは複素自己相関法により求めた方位ごとの平均周波数に基づいて、ビーム方位ごとに取得したフィルタ係数の周波数をシフトする。これにより、帯域制限演算部5によってビーム方位ごとにそれぞれ独立したフィルタ係数を生成することができる。このようにして生成するフィルタ係数は、例えば、速度ゼロ付近の物標からの反射エコーを阻止帯域とし、所定の範囲内の速度で移動する物標からの反射エコーのみを通過周波数帯域とするフィルタ特性を有する。 For example, in an apparatus such as a scanning sonar that scans in the entire circumferential direction, when the ship moves, the Doppler shift amount differs for each beam direction. Therefore, the band limit calculation unit 5 shifts the frequency of the filter coefficient obtained for each beam azimuth based on the moving speed and moving direction of the moving object or based on the average frequency for each azimuth obtained by the complex autocorrelation method. To do. Thereby, the band limitation calculation unit 5 can generate independent filter coefficients for each beam direction. The filter coefficient generated in this way is, for example, a filter in which a reflected echo from a target near zero speed is a stop band and only a reflected echo from a target moving at a speed within a predetermined range is a pass frequency band. Has characteristics.

フィルタ処理部6は、帯域制限演算部5で方位ごとに生成されたフィルタ係数を用いて各ビームの受波信号のフィルタリングを行う。これにより、フィルタリング処理後のデータは、海底からの反射エコーや、ほとんど速度を有さないプランクトン層からの反射エコー等が除去され、所定範囲の速度で移動する物標からの反射エコーのみのデータとなる。 The filter processing unit 6 performs filtering of the received signal of each beam using the filter coefficient generated for each direction by the band limitation calculation unit 5. As a result, the filtered data is only reflected echoes from targets that move at a predetermined range of speed, such as reflected echoes from the seabed and reflected echoes from plankton layers that have almost no velocity. It becomes.

表示処理部7は、フィルタリング処理後のデータを表示画面上に表示するための処理を行う。すなわち、フィルタ処理部6でフィルタリングされた方位毎の信号を検波し、TVG処理、補間処理等を行って、エコー映像の表示形態に応じたデータを指示装置(図示せず)に出力する。指示装置は表示処理部7から出力されたデータに基づいて、水中情報を表すエコー映像を表示する。エコー映像の表示形態としては、受波信号の信号強度を表示するだけでなく、受波信号のドップラシフト量を周波数の大きさに応じて色別のデータで表示するようにしても良い。これにより、ユーザは、魚群等の物標の移動速度を表示画面から直感的に把握することが可能になる。 The display processing unit 7 performs a process for displaying the data after the filtering process on the display screen. That is, the signal for each azimuth filtered by the filter processing unit 6 is detected, TVG processing, interpolation processing, and the like are performed, and data corresponding to the display form of the echo video is output to an instruction device (not shown). The pointing device displays an echo video representing the underwater information based on the data output from the display processing unit 7. As a display form of the echo video, not only the signal intensity of the received signal but also the Doppler shift amount of the received signal may be displayed by data for each color according to the frequency. Thereby, the user can intuitively grasp the moving speed of the target such as a school of fish from the display screen.

次に、本発明の水中探知装置の動作について説明する。 Next, the operation of the underwater detection device of the present invention will be described.

前記構成において、送信ビーム形成部2はフロントエンドインターフェイス1を介して、所定周波数のパルス信号を送信信号として送受波器(図示せず)に供給する。送受波器は、この信号を超音波に変換して、水中へ超音波ビームを発射する。発射された超音波は海底や水中の魚群等で反射し、そのエコーが送受波器で受波される。受波した超音波は、送受波器により電気信号に変換され、この信号が受波信号としてフロントエンドインターフェイス1を介してビーム形成前処理部3に出力される。 In the above-described configuration, the transmission beam forming unit 2 supplies a pulse signal having a predetermined frequency as a transmission signal to a transmitter / receiver (not shown) via the front end interface 1. The transducer converts this signal into ultrasound and launches an ultrasound beam into the water. The emitted ultrasonic waves are reflected by the seabed and underwater fish schools, and the echoes are received by the transducer. The received ultrasonic wave is converted into an electrical signal by a transducer, and this signal is output as a received signal to the beam forming preprocessing unit 3 via the front end interface 1.

受信信号の処理は、先ず、ビーム形成前処理として、ノイズ除去のためのフィルタ処理やビーム形成に際して必要となるTVG(Time Variable Gain)に代表されるゲイン補正処理等がビーム形成前処理部3により行われる。 As for the processing of the received signal, first, as beam forming preprocessing, the beam forming preprocessing unit 3 performs filter processing for noise removal, gain correction processing represented by TVG (Time Variable Gain) necessary for beam forming, and the like. Done.

ビーム形成処理は、受信ビーム形成部4で行われ、受信信号に対して位相合成方式によるマルチビーム形成処理を行うことで受信ビームを形成する。 The beam forming process is performed by the reception beam forming unit 4, and a received beam is formed by performing a multi-beam forming process using a phase synthesis method on the received signal.

次に、ビーム形成後処理では、帯域制限演算部5により、所定の速度で移動する物標のみを探知するためのフィルタ特性を有するフィルタ係数が、ビーム方位毎にそれぞれ独立して生成される。この帯域制限演算部5により生成されるフィルタ係数は、移動体の速度変化、針路変化、または動揺等の変化に応じて、受信区間中であってもリアルタイムにそのフィルタ係数が更新される。 Next, in post-beamforming processing, the band limitation calculation unit 5 generates filter coefficients having filter characteristics for detecting only a target moving at a predetermined speed for each beam direction. The filter coefficient generated by the band limit calculation unit 5 is updated in real time even during the reception period in accordance with a change in the speed of the moving body, a change in the course, or a fluctuation.

フィルタ処理部6では、この帯域制限演算部5で生成されたフィルタ係数を用いてビーム方位毎に受波信号のフィルタリングを行う。 The filter processing unit 6 performs filtering of the received signal for each beam azimuth using the filter coefficient generated by the band limitation calculation unit 5.

最後に、表示処理部7によってフィルタ処理後の受波信号から信号包絡線が検出され、TVG処理、補間処理等を行って、そのデータを後段の指示装置に出力する。指示装置では、前記データに基づいて、水中情報を表すエコー映像が表示される。 Finally, the display processing unit 7 detects a signal envelope from the received signal after the filter processing, performs TVG processing, interpolation processing, and the like, and outputs the data to a subsequent instruction device. The pointing device displays an echo video representing the underwater information based on the data.

次に、本発明の特徴部分である帯域制限演算部5についてさらに詳細に説明する。
図2は、帯域制限演算部5の具体的構成を示す図である。なお、ここではエコーの送受波モードがCWモードである場合について説明する。
図2において、帯域制限演算部5は、周波数シフト部21と、周波数検出部22と、フィルタ係数演算部23とからなる。
Next, the band limitation calculation unit 5 which is a characteristic part of the present invention will be described in more detail.
FIG. 2 is a diagram illustrating a specific configuration of the band limitation calculation unit 5. Here, a case where the echo transmission / reception mode is the CW mode will be described.
In FIG. 2, the band limitation calculation unit 5 includes a frequency shift unit 21, a frequency detection unit 22, and a filter coefficient calculation unit 23.

周波数シフト部21は、入力ビーム数に従った方位毎の距離方向サンプリングデータに対して、ADサンプリング周波数設定値に応じたズレ分の周波数シフトを行い、受信帯域をDC(ベースバンド)にシフトさせる。 The frequency shift unit 21 shifts the reception band to DC (baseband) by performing frequency shift corresponding to the deviation according to the AD sampling frequency setting value with respect to the distance direction sampling data for each direction according to the number of input beams. .

周波数検出部22は、自己相関法やフーリエ変換法などを用いて、受信信号から水平全周方向(断面モードに対しては断面方向、任意俯仰角断面モードに対しては各方位に対する俯仰角方向)の信号の中心周波数を検出するものである。本システムではリアルタイムに全周の周波数分析を行うため複素自己相関法を使用する。この複素自己相関法は、ビーム方位毎に送信終了後相関演算開始距離から距離方向に、あるタイムラグでの複素自己相関値を演算し、平均周波数と周波数分散を求める処理である。 The frequency detection unit 22 uses the autocorrelation method, the Fourier transform method, or the like, from the received signal in the horizontal all-around direction (the cross-sectional direction for the cross-sectional mode, and the elevation / elevation-angle direction for each direction for the arbitrary elevation / elevation cross-sectional mode) ) To detect the center frequency of the signal. In this system, the complex autocorrelation method is used to analyze the frequency of the entire circumference in real time. This complex autocorrelation method is a process of calculating a complex autocorrelation value at a certain time lag from the correlation calculation start distance after transmission is completed for each beam azimuth to obtain an average frequency and frequency dispersion.

なお、周波数検出部22は、前述した処理内容に換えて或いは選択的に、外部から取得した船速、真針路情報に基づいて、船速に対応する全周方位ごと(断面モードにおいては垂直ビーム方位ごと)の中心周波数を計算するようにしてもよい。 The frequency detection unit 22 replaces the processing contents described above or selectively based on the ship speed and true course information acquired from the outside for every circumferential direction corresponding to the ship speed (in the cross-sectional mode, a vertical beam). The center frequency for each direction may be calculated.

次に、フィルタ係数演算部23は、次の(1)から(4)の処理を行う。 Next, the filter coefficient calculation unit 23 performs the following processes (1) to (4).

(1)フィルタ係数演算部23は予め検出したい速度範囲に応じたフィルタ特性を有するフィルタ係数を取得する。このフィルタ係数は、メモリ等の記憶手段に保持されたものであり、例えば、ユーザの選択によって特定の物標速度範囲に応じたフィルタ特性を有するフィルタ係数が選択される。図3は、フィルタ係数演算部23が取得するフィルタ係数の一例を示す図である。ここではフィルタ係数演算部23が図3に示すような一定の物標速度範囲に応じた帯域幅を有するローパスフィルタを取得する。 (1) The filter coefficient calculation unit 23 acquires a filter coefficient having filter characteristics corresponding to a speed range to be detected in advance. This filter coefficient is held in storage means such as a memory. For example, a filter coefficient having a filter characteristic corresponding to a specific target velocity range is selected by a user's selection. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the filter coefficient acquired by the filter coefficient calculation unit 23. Here, the filter coefficient calculation unit 23 acquires a low-pass filter having a bandwidth corresponding to a certain target velocity range as shown in FIG.

(2)次に、フィルタ係数演算部23は取得したフィルタ係数の通過帯域中心周波数を、周波数検出部22で複素自己相関法により求められた全周方位ごとの平均周波数に基づいて、ビーム方向ごと(断面モードにおいては垂直ビーム方位ごと、任意俯仰角断面モードにおいては任意俯仰角断面に応じたビーム俯仰角ごと)に周波数シフトする。これにより、1つのフィルタ係数から方位ごとに独立したビーム数分の異なるフィルタ特性を有するフィルタ係数を生成する。もちろん、周波数検出部22で複素自己相関法により求めた全周方位ごとの平均周波数に換えて、外部から入力される船速、真針路情報に基づいて取得したフィルタ係数の周波数シフトを行うようにしてもよい。 (2) Next, the filter coefficient calculation unit 23 calculates the passband center frequency of the acquired filter coefficient for each beam direction based on the average frequency for each circumferential direction obtained by the complex autocorrelation method by the frequency detection unit 22. The frequency shift is performed for each vertical beam azimuth in the section mode and for each beam elevation angle corresponding to the arbitrary elevation angle section in the arbitrary elevation angle section mode. Thus, filter coefficients having different filter characteristics corresponding to the number of independent beams for each direction are generated from one filter coefficient. Of course, the frequency detector 22 shifts the frequency of the filter coefficient obtained on the basis of ship speed and true course information input from the outside, instead of the average frequency for each circumferential direction obtained by the complex autocorrelation method by the frequency detection unit 22. May be.

図4は、この(2)の処理後の特定のビーム方位に対するフィルタ係数である。フィルタ係数演算部23は(1)で取得したフィルタ係数に対して周波数シフトを行うことにより、図4に示すようなバンドパスフィルタを得る。 FIG. 4 shows filter coefficients for a specific beam orientation after the processing of (2). The filter coefficient calculation unit 23 obtains a bandpass filter as shown in FIG. 4 by performing frequency shift on the filter coefficient acquired in (1).

(3)(2)で生成されたフィルタ係数に対して、フィルタ係数演算部23は、予め検出したい速度範囲の受波信号が検出されるように、通過帯域周波数分またはカットオフ周波数分をさらに周波数シフトする。これにより、所望の速度範囲のみを通過帯域周波数とする、全周方向ごとにそれぞれ独立したフィルタ係数を生成することができる。このときの周波数シフトによって生成されるフィルタ係数は、図5に示すように、実数領域における周波数シフトを行うことによって周波数折り返しを積極的に発生させた、通過帯域周波数の一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタである。 (3) For the filter coefficient generated in (2), the filter coefficient calculation unit 23 further increases the passband frequency component or the cut-off frequency component so that the received signal in the speed range to be detected in advance is detected. Shift frequency. As a result, it is possible to generate independent filter coefficients for each circumferential direction in which only a desired speed range is a passband frequency. As shown in FIG. 5, the filter coefficient generated by the frequency shift at this time has a stop band in a part of the passband frequency in which frequency folding is actively generated by performing frequency shift in the real number region. It is a bandpass filter.

図5において、速度成分0の周波数は、生成したバンドパスフィルタの阻止帯域である。バンドパスフィルタの阻止帯域は、少なくともその帯域に、自船の移動のみによって生じるドップラシフト周波数、すなわち、移動速度がゼロの物標からの反射エコーの周波数を含むように設定される。これにより阻止帯域によって海底等の移動しない物標からの反射エコーを除去することができる。 In FIG. 5, the frequency of the velocity component 0 is a stop band of the generated bandpass filter. The stop band of the band pass filter is set so that at least the band includes a Doppler shift frequency generated only by the movement of the ship, that is, a frequency of a reflected echo from a target whose moving speed is zero. As a result, it is possible to remove reflected echo from a target that does not move, such as the seabed, by the stop band.

また、図5に示す左側のマイナス速度成分の周波数は、自船の移動方向に対して同じ方向に所定の速度で移動する物標からの反射エコーを検出するための通過帯域周波数であり、右側のプラス速度成分の周波数が、自船の移動方向と反対方向に所定の速度で移動する物標からの反射エコーを検出するための通過帯域周波数である。このように、一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルは、例えば、2つのバンドパスフィルタの組み合わせやバンドパスフィルタとノッチフィルタの組み合わせによって実現できる。 Further, the frequency of the negative velocity component on the left side shown in FIG. 5 is a passband frequency for detecting a reflected echo from a target moving at a predetermined speed in the same direction with respect to the moving direction of the ship. The frequency of the plus velocity component is a passband frequency for detecting a reflected echo from a target moving at a predetermined speed in a direction opposite to the moving direction of the ship. In this way, the band pass fill having a stop band in part can be realized by, for example, a combination of two band pass filters or a combination of a band pass filter and a notch filter.

(4)最後に、(3)で生成されたフィルタ係数をフィルタ処理部6内に所有するフィルタ係数メモリに保存する。なお、前述した帯域制限演算部5の説明ではエコーの送受波モードがCWモードである場合について説明したが、エコーの送受波モードがFMモードの場合には、ビーム方位ごとの距離方向複素マッチドフィルタ係数をフィルタ係数演算部23により生成すればよい。そのため、FMモードの場合には、周波数シフト部21及び周波数検出部22は機能しない。 (4) Finally, the filter coefficient generated in (3) is stored in the filter coefficient memory owned in the filter processing unit 6. In the above description of the band limiting operation unit 5, the case where the echo transmission / reception mode is the CW mode has been described. However, when the echo transmission / reception mode is the FM mode, the distance direction complex matched filter for each beam direction is used. The coefficients may be generated by the filter coefficient calculation unit 23. Therefore, in the FM mode, the frequency shift unit 21 and the frequency detection unit 22 do not function.

また、前述の(1)から(4)の説明では、帯域制限演算部5が、周波数折り返しを積極的に発生させることにより通過帯域周波数の一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタを生成するものについて説明したが、もちろんこれに限定されず、例えば、予め一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタを用意しておき、これを自船の速度に基づいて方位ごとに周波数シフトすることにより、ビーム方位ごとに独立したフィルタ係数を生成することも可能である。 In the above description of (1) to (4), the band limit calculation unit 5 generates a band pass filter having a stop band in a part of the pass band frequency by positively generating frequency folding. Of course, the present invention is not limited to this. For example, a beam is prepared by preparing a band pass filter having a stop band in part in advance and shifting the frequency for each direction based on the speed of the ship. It is also possible to generate independent filter coefficients for each orientation.

次に、本発明の水中探知装置で生成されるフィルタ係数の特性について、具体例を挙げて説明する。
例えば、スキャニングソナーにおいて、送受信周波数を全周方向に同じ周波数f0で送信し、自船は5ktで直進しているとする。また、この場合に発生する前方のドップラシフト周波数をfdとする。この時、魚群であれ、海底であれ、移動していない物体からの前方受信周波数はf0+fdとなる。本発明では、このf0+fd周波数を自己相関法によってリアルタイムに検出又は外部機器より供給される船速情報及び真針路情報より算出し、f0+fd周波数を阻止帯域とし、所定の速度範囲のみを通過帯域周波数とするバンドパスフィルタを帯域制限演算部5によって生成する。
Next, the characteristic of the filter coefficient generated by the underwater detection device of the present invention will be described with a specific example.
For example, in the scanning sonar, it is assumed that the transmission / reception frequency is transmitted at the same frequency f0 in the entire circumferential direction, and the ship is traveling straight at 5 kt. Further, the forward Doppler shift frequency generated in this case is assumed to be fd. At this time, whether it is a school of fish or the seabed, the forward reception frequency from an object that is not moving is f0 + fd. In the present invention, this f0 + fd frequency is detected in real time by the autocorrelation method or calculated from ship speed information and true course information supplied from an external device, the f0 + fd frequency is set as a stop band, and only a predetermined speed range is set as a passband frequency. A band pass filter to be generated is generated by the band limit calculation unit 5.

その後、フィルタ処理部6が、この阻止帯域を有するバンドパスフィルタを用いて受波信号のフィルタリングを行う。これにより、移動していない海底やプランクトン層或いは止まっている魚群等からの反射エコーを表示画面上から消すことが可能になる。 Thereafter, the filter processing unit 6 performs filtering of the received signal using a bandpass filter having this stop band. As a result, it is possible to erase reflection echoes from the seabed that is not moving, the plankton layer, or a stopped school of fish from the display screen.

一方で、前方に速度αで自船の移動と同じ方位に移動している魚群がいた場合、その速度αによるドップラシフト周波数はfd+fαである。この時の受信周波数はf0+fd+fαとなる。帯域制限演算部5により生成された一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタの通過帯域周波数にf0+fd+fαが含まれている場合には、前述のようにf0+fdの周波数帯域はカットされるが、fαの周波数成分はフィルタリング結果として出力すされる。そのため、予め設定した速度範囲で移動している魚群のみが表示画面上に表示される。 On the other hand, when there is a school of fish moving forward at the speed α in the same direction as the movement of the ship, the Doppler shift frequency at the speed α is fd + fα. The reception frequency at this time is f0 + fd + fα. When f0 + fd + fα is included in the passband frequency of the bandpass filter having a stopband in a part generated by the band limitation calculation unit 5, the frequency band of f0 + fd is cut as described above, but the frequency band of fα The frequency component is output as a filtering result. For this reason, only the school of fish moving within a preset speed range is displayed on the display screen.

以上のように、本発明の実施の形態1による水中探知装置によれば、所定の速度範囲で移動する物標からの反射エコーのみを通過周波数帯域とするバンドパスフィルタを生成し、該バンドパスフィルタを用いて受波信号をフィルタリングすることにより、海底やプランクトン層からの反射エコーを除去することができる。また、同時に、速度を有して移動する魚群等からの反射エコーのみを表示画面上に表示することが可能になる。特に、本発明では、フィルタ帯域を好適に制御することにより、敢えて速度が遅い小魚等を消して、高速で回遊する鰹、鮪のみを表示することも可能となる。そのため、近鰹船、遠鰹船、海旋船等のいわゆる「ハモノ」と呼ばれる鰹、鮪類の魚種を対象とする船において、エサと呼ばれる鰯等の小魚と漁獲対象とする鰹、鮪とを遠距離から識別することができ、漁業効率改善に寄与することができる。 As described above, according to the underwater detection device according to Embodiment 1 of the present invention, a bandpass filter that generates only a reflected echo from a target moving within a predetermined speed range as a passing frequency band is generated. By filtering the received signal using a filter, reflected echoes from the seabed and plankton layer can be removed. At the same time, it is possible to display only reflected echoes from a school of fish moving with speed on the display screen. In particular, in the present invention, by appropriately controlling the filter band, it is possible to delete only small fish or the like that are slow in speed and display only carp and carp that migrate at high speed. For this reason, the so-called `` pecker '' such as a nearby ship, a long-distance ship, a sea-turning ship, etc., and a small fish, such as a salmon, and a fishing target, This makes it possible to distinguish salmon from a long distance and contribute to improving fishery efficiency.

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2による水中探知装置について説明する。
本発明は、図9を用いて説明した、従来の水中探知装置の自動帯域制御部110を図6のように構成することによっても実現できる。
図6は、本発明の実施の形態2による水中探知装置の自動帯域制御部の具体的構成を示す図である。
(Embodiment 2)
Next, an underwater detection device according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
The present invention can also be realized by configuring the automatic band control unit 110 of the conventional underwater detection device described with reference to FIG. 9 as shown in FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a specific configuration of the automatic bandwidth control unit of the underwater detection device according to the second embodiment of the present invention.

図6において、自動帯域制御部は、周波数検出部31と、ドップラシフト周波数推定部32と、帯域幅演算部33と、MUX34と、フィルタ係数生成部35と、フィルタ係数メモリ36と、可変帯域幅フィルタ37とから構成されている。 In FIG. 6, the automatic bandwidth control unit includes a frequency detection unit 31, a Doppler shift frequency estimation unit 32, a bandwidth calculation unit 33, a MUX 34, a filter coefficient generation unit 35, a filter coefficient memory 36, and a variable bandwidth. And a filter 37.

周波数検出部31は、自己相関法やフーリエ変換法などを用いて、受信信号から水平全周方向(断面モードに対しては断面方向、任意俯仰角断面モードに対しては各方位に対する俯仰角方向)の信号の中心周波数を検出するものである。なお、本システムではリアルタイムに全周の周波数分析を行うため複素自己相関法を使用する。 The frequency detection unit 31 uses the autocorrelation method, the Fourier transform method, or the like, from the received signal in the horizontal all-around direction (the cross-sectional direction for the cross-sectional mode, and the elevation / elevation angle direction for each direction for the arbitrary elevation / elevation cross-sectional mode) ) To detect the center frequency of the signal. In this system, the complex autocorrelation method is used to perform frequency analysis of the entire circumference in real time.

ドップラシフト周波数推定部32は、周波数検出部31で受信信号からのドップラシフト周波数検出が困難な場合に使われるものである。ドップラシフト周波数推定部32は、速度センサから得られた船速情報から、発生するであろう水平全周(断面モードに対しては断面方向)のドップラシフト周波数を推定計算する。なお、船首方位は、対地船速を計測するドップラソナーや潮流計、或いはGPSなどが速度センサとして使用されている場合に、東西南北速度ベクトルを送受波器の前後左右速度ベクトルに換算するために使われる。 The Doppler shift frequency estimation unit 32 is used when it is difficult for the frequency detection unit 31 to detect the Doppler shift frequency from the received signal. The Doppler shift frequency estimation unit 32 estimates and calculates the Doppler shift frequency of the entire horizontal circumference (cross-sectional direction for the cross-sectional mode) that will be generated from the ship speed information obtained from the speed sensor. The heading is used to convert the east / west / north / south speed vector to the front / rear / right / left speed vector of the transducer when a Doppler sonar, tide meter, or GPS is used as a speed sensor. used.

帯域幅演算部33は、ユーザ等により指定された検出したい物標の速度範囲に基づいて、物標の速度範囲に応じた帯域幅を演算する。MUX34は、マルチプレクサであり、周波数検出部31で受信信号から求めた情報を使うか、ドップラシフト周波数推定部32で船速を元に推定した推定値を使うかを選択する。 The bandwidth calculation unit 33 calculates a bandwidth corresponding to the speed range of the target based on the speed range of the target to be detected designated by the user or the like. The MUX 34 is a multiplexer, and selects whether to use information obtained from the received signal by the frequency detection unit 31 or to use an estimated value estimated based on the ship speed by the Doppler shift frequency estimation unit 32.

フィルタ係数生成部35は、帯域幅演算部33で演算された検出したい速度範囲に応じた帯域幅に基づいて物標の速度範囲に応じたフィルタ係数を生成する。その後、該フィルタ係数を、MUX34で選択された中心周波数に基づいて、方位ごと(断面モードに対しては断面方向、任意俯仰角断面モードに対しては各方位に対する俯仰角断面方向)に周波数シフトし、通過帯域周波数の一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタを生成する。この処理により、方位ごとに独立の物標の速度範囲に応じたフィルタ係数が生成される。 The filter coefficient generation unit 35 generates a filter coefficient corresponding to the speed range of the target based on the bandwidth corresponding to the speed range to be detected calculated by the bandwidth calculation unit 33. After that, the filter coefficient is frequency-shifted in each direction (cross-sectional direction for the cross-sectional mode, and elevation / elevation cross-sectional direction for each direction for the arbitrary elevation / elevation angle section mode) based on the center frequency selected by the MUX 34. Then, a band pass filter having a stop band in a part of the pass band frequency is generated. By this processing, a filter coefficient corresponding to the velocity range of an independent target is generated for each direction.

フィルタ係数メモリ36は、フィルタ係数生成部35で生成された水平方位ごとのフィルタ係数を格納するメモリである。可変帯域幅フィルタ37は、フィルタ係数生成部35で算出されたフィルタ係数に基づく帯域幅を持つフィルタで、入力される信号の帯域を制限、もしくは入力される信号の指定の帯域のみを阻止する。 The filter coefficient memory 36 is a memory that stores the filter coefficient for each horizontal direction generated by the filter coefficient generation unit 35. The variable bandwidth filter 37 is a filter having a bandwidth based on the filter coefficient calculated by the filter coefficient generation unit 35, and restricts the band of the input signal or blocks only the designated band of the input signal.

このような構成により、従来の水中探知装置の自動帯域制御部110の簡単な設計変更により、所望の速度範囲に属する物標からの反射エコーのみの表示が可能になる。 With such a configuration, only a reflected echo from a target belonging to a desired speed range can be displayed by a simple design change of the automatic band control unit 110 of the conventional underwater detection device.

以上のように、本発明の実施の形態2による水中探知装置によれば、自動帯域制御部により所望の物標速度範囲に応じたフィルタ特性を有するフィルタ係数を全周方向に対して生成し、該フィルタ係数を用いて受波信号のフィルタリングを行うことにより、前述の実施の形態1による水中探知装置と同様、海底やプランクトン層からの反射エコーを除去し、速度を有して移動する魚群等からの反射エコーのみを表示画面上に表示することが可能になる。 As described above, according to the underwater detection device according to Embodiment 2 of the present invention, the automatic band control unit generates the filter coefficient having the filter characteristics corresponding to the desired target velocity range for the entire circumferential direction, By filtering the received signal using the filter coefficient, similar to the underwater detection device according to the first embodiment, the reflected echoes from the seabed and plankton layer are removed, and the school of fish moving with speed, etc. It is possible to display only the reflected echo from the display screen.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3による水中探知装置について説明する。
本発明の実施の形態3による水中探知装置は、前述の実施の形態1又は2で説明した物標の速度範囲を考慮したフィルタと、所定の通過帯域周波数を有する従来のフィルタとを用いて、同じ受波信号をフィルタ処理するものである。これにより、異なるフィルタを用いたフィルタリング結果を表示画面上に同時に表示することができる。なお、前記所定の通過帯域周波数を有する従来のフィルタとは、一定の通過帯域を有するバンドパスフィルタであり、例えば、従来技術の欄で図9及び図10を用いて説明した、特許文献1に記載の技法より生成したフィルタが考えられる。
(Embodiment 3)
Next, an underwater detection device according to Embodiment 3 of the present invention will be described.
The underwater detection device according to the third embodiment of the present invention uses a filter that takes into account the target velocity range described in the first or second embodiment, and a conventional filter having a predetermined passband frequency. The same received signal is filtered. Thereby, the filtering result using a different filter can be simultaneously displayed on a display screen. The conventional filter having the predetermined passband frequency is a bandpass filter having a fixed passband. For example, Patent Document 1 described in FIG. 9 and FIG. Filters generated from the described technique are possible.

図7及び図8は、本発明の水中探知装置の画面表示例を示す図である。図7は水深約170mの地点で行った実験結果を示すものであり、本発明にかかるフィルタを使用して海底からの反射エコーをカットした画像(左側)と従来のフィルタを使用して海底からの反射エコーを表示した画像(右側)を示す。図8は水深が600m以上の地点で行った実験結果を示すものであり、従来のフィルタを使用して海底100m程の中層に存在するプランクトン層からの反射エコーを表示した画像(左側)と、本発明にかかるフィルタを使用してプランクトン層からの反射エコーをカットした画像(右側)を示す。なお、本発明にかかるフィルタは、所定の速度範囲を通過帯域とし、且つその一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタであり、前記阻止帯域を少なくとも移動速度がゼロの物標からの反射エコーの帯域とするフィルタを使用している。 7 and 8 are diagrams showing screen display examples of the underwater detection device of the present invention. FIG. 7 shows the result of an experiment conducted at a point with a water depth of about 170 m. From the bottom of the sea using an image (left side) obtained by cutting the reflected echo from the sea bottom using the filter according to the present invention and the conventional filter. The image (right side) which displayed the reflective echo of is shown. FIG. 8 shows the result of an experiment conducted at a point where the water depth is 600 m or more, and an image (left side) displaying a reflection echo from a plankton layer existing in the middle layer of about 100 m of the seabed using a conventional filter, The image (right side) which cut the reflective echo from a plankton layer using the filter concerning the present invention is shown. The filter according to the present invention is a band-pass filter having a predetermined speed range as a pass band and a stop band in a part of the pass band, and a reflection echo from a target having at least zero moving speed in the stop band. The filter used as the band is used.

図7及び図8から明らかなように、本発明の物標の速度範囲を考慮したフィルタを用いて受波信号のフィルタリングを行うと、速度がゼロの海底やほとんど速度を有しないプランクトン層からの反射エコーを除去し、一定の速度を有して回遊する物標からの反射エコーのみを表示することが可能になる。また、物標の速度範囲を考慮しない従来のフィルタを用いてフィルタリングを行った結果を同時に表示することで、ユーザは両画像の対比により、海中の状況をより的確に把握することができ、より一層の漁業効率の向上に寄与することが可能になる。 As is clear from FIG. 7 and FIG. 8, when the received signal is filtered using a filter that takes into account the velocity range of the target of the present invention, it is from the seabed where the velocity is zero or from the plankton layer having almost no velocity. It is possible to remove the reflected echo and display only the reflected echo from the target moving around at a constant speed. In addition, by simultaneously displaying the results of filtering using a conventional filter that does not consider the speed range of the target, the user can grasp the situation in the sea more accurately by comparing both images, and more It will be possible to contribute to further improvement of fishery efficiency.

本発明の実施の形態1による水中探知装置の構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a structure of the underwater detection apparatus by Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1による水中探知装置の帯域制限演算部の具体的構成を示す図The figure which shows the specific structure of the zone | band limitation calculating part of the underwater detection apparatus by Embodiment 1 of this invention. 所定の物標速度範囲に応じたフィルタ特性を有するローパスフィルタを示す図The figure which shows the low-pass filter which has the filter characteristic according to the predetermined target velocity range 図3に示すローパスフィルタを周波数シフトして生成したバンドパスフィルタを示す図The figure which shows the band pass filter produced | generated by frequency-shifting the low pass filter shown in FIG. 帯域制御演算部で生成した、通過帯域周波数の一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタを示す図The figure which shows the band pass filter which has the stop band in part of the pass band frequency which is generated with the band control arithmetic section 本発明の実施の形態2による水中探知装置の自動帯域制御部の具体的構成を示す図The figure which shows the specific structure of the automatic zone | band control part of the underwater detection apparatus by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による水中探知装置の画面表示例(海底消)を示す図The figure which shows the example of a screen display (sea bottom consumption) of the underwater detection apparatus by Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3による水中探知装置の画面表示例(プランクトン消)を示す図The figure which shows the example of a screen display (plankton disappearance) of the underwater detection apparatus by Embodiment 3 of this invention 従来の水中探知装置の構成を示すブロック図Block diagram showing the configuration of a conventional underwater detection device 従来の水中探知装置における自動帯域制御部の具体的構成を示すブロック図Block diagram showing a specific configuration of an automatic bandwidth control unit in a conventional underwater detection device

符号の説明Explanation of symbols

1 フロントエンドインターフェイス
2 送信ビーム形成部
3 ビーム形成前処理部
4 受信ビーム形成部
5 帯域制限演算部
6 フィルタ処理部
7 表示処理部
21 周波数シフト部
22 周波数検出部
23 フィルタ係数演算部
31、201 周波数検出部
32、202 ドップラシフト周波数推定部
33 帯域幅演算部
34、204、205 マルチプレクサ
35 フィルタ係数生成部
36 フィルタ係数メモリ
37、207 可変帯域幅フィルタ
101 送受波器
102 送信部
103 送受切り替え部
104 1段目の固定帯域フィルタ
105 増幅器・ミキサ
106 2段目の固定帯域フィルタ
107 増幅器
108 A/D変換器
109 ビーム形成部
110 自動帯域制御部
111 制御部
112 速度・方位センサ
113 検波部
203 帯域幅推定部
206 ミキサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Front end interface 2 Transmit beam forming part 3 Beam forming pre-processing part 4 Reception beam forming part 5 Band-limit calculating part 6 Filter processing part 7 Display processing part 21 Frequency shift part 22 Frequency detecting part 23 Filter coefficient calculating part 31, 201 Frequency Detection unit 32, 202 Doppler shift frequency estimation unit 33 Bandwidth calculation unit 34, 204, 205 Multiplexer 35 Filter coefficient generation unit 36 Filter coefficient memory 37, 207 Variable bandwidth filter 101 Transceiver 102 Transmission unit 103 Transmission / reception switching unit 104 1 Stage fixed band filter 105 Amplifier / mixer 106 Second stage fixed band filter 107 Amplifier 108 A / D converter 109 Beam forming unit 110 Automatic band control unit 111 Control unit 112 Speed / direction sensor 113 Detection unit 203 Bandwidth estimation Part 206 mixer

Claims (12)

水中に超音波を送信して対象物からの反射エコーを受信して表示する水中探知装置において、
物標の速度範囲を考慮したフィルタ係数を用いて受波信号のフィルタリングを行うフィルタ処理部を備えることを特徴とする水中探知装置。
In an underwater detection device that transmits ultrasonic waves into the water and receives and displays reflected echoes from the object,
An underwater detection apparatus comprising: a filter processing unit that performs filtering of a received signal using a filter coefficient that takes into consideration a velocity range of a target.
水中に超音波を送信して対象物からの反射エコーを受信して表示する水中探知装置において、
通過帯域周波数の一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタを用いて受波信号のフィルタリングを行うフィルタ処理部を備えることを特徴とする水中探知装置。
In an underwater detection device that transmits ultrasonic waves into the water and receives and displays reflected echoes from the object,
An underwater detection device comprising: a filter processing unit that performs filtering of a received signal using a bandpass filter having a stopband in a part of a passband frequency.
水中に超音波を送信して対象物からの反射エコーを受信して表示する水中探知装置において、
所定の物標速度範囲に応じたフィルタ係数を、移動体の移動速度に応じて周波数シフトすることで、所望のフィルタ係数を生成する帯域制限演算部と、
前記帯域制限演算部で生成したフィルタ係数を用いて受波信号のフィルタリングを行うフィルタ処理部とを備えることを特徴とする水中探知装置。
In an underwater detection device that transmits ultrasonic waves into the water and receives and displays reflected echoes from the object,
A band limit calculation unit that generates a desired filter coefficient by frequency-shifting a filter coefficient corresponding to a predetermined target speed range according to the moving speed of the moving object;
An underwater detection device comprising: a filter processing unit that performs filtering of a received signal using a filter coefficient generated by the band limitation calculation unit.
水中に超音波を送信して対象物からの反射エコーを受信して表示する水中探知装置において、
所定の物標速度範囲に応じたフィルタ係数を、移動体の移動速度及び移動方向に基づいて方位ごとに周波数シフトすることで、1つのフィルタ係数から方位ごとに独立したフィルタ係数を生成する帯域制限演算部と、
前記帯域制限演算部で生成したフィルタ係数を用いて受波信号のフィルタリングを行うフィルタ処理部とを備えることを特徴とする水中探知装置。
In an underwater detection device that transmits ultrasonic waves into the water and receives and displays reflected echoes from the object,
Band limiting to generate independent filter coefficients for each direction from one filter coefficient by frequency-shifting the filter coefficient corresponding to a predetermined target speed range for each direction based on the moving speed and moving direction of the moving object An arithmetic unit;
An underwater detection device comprising: a filter processing unit that performs filtering of a received signal using the filter coefficient generated by the band limitation calculation unit.
水中に超音波を送信して対象物からの反射エコーを受信して表示する水中探知装置において、
所定の物標速度範囲に応じたフィルタ係数を、複素自己相関法により求めた方位ごとの平均周波数に基づいて方位ごとに周波数シフトすることで、1つのフィルタ係数から方位ごとに独立したフィルタ係数を生成する帯域制限演算部と、
前記帯域制限演算部で生成したフィルタ係数を用いて受波信号のフィルタリングを行うフィルタ処理部とを備えることを特徴とする水中探知装置。
In an underwater detection device that transmits ultrasonic waves into the water and receives and displays reflected echoes from the object,
A filter coefficient corresponding to a predetermined target velocity range is frequency-shifted for each direction based on the average frequency for each direction obtained by the complex autocorrelation method, so that an independent filter coefficient for each direction is obtained from one filter coefficient. A bandwidth limit calculation unit to be generated;
An underwater detection device comprising: a filter processing unit that performs filtering of a received signal using a filter coefficient generated by the band limitation calculation unit.
請求項3から5の何れかに記載の水中探知装置において、
前記帯域制限演算部で生成されるフィルタ係数は、通過帯域周波数の一部に阻止帯域を有するバンドパスフィルタであることを特徴とする水中探知装置。
In the underwater detection apparatus in any one of Claim 3 to 5,
The underwater detection device, wherein the filter coefficient generated by the band limitation calculation unit is a bandpass filter having a stop band in a part of a pass band frequency.
請求項2又は6に記載の水中探知装置において、
前記阻止帯域は、移動速度がゼロの物標で反射した信号の周波数を含む帯域であることを特徴とする水中探知装置。
The underwater detection device according to claim 2 or 6,
The underwater detection device, wherein the stop band is a band including a frequency of a signal reflected by a target whose moving speed is zero.
請求項2、6、7の何れかに記載の水中探知装置において、
前記バンドパスフィルタの阻止帯域は、所望の帯域幅で可変できることを特徴とする水中探知装置。
In the underwater detection apparatus in any one of Claim 2, 6, 7,
The underwater detection device according to claim 1, wherein a stop band of the band-pass filter can be varied with a desired bandwidth.
請求項3から6の何れかに記載の水中探知装置において、
前記帯域制限演算部は、移動体の速度変化、針路変化、又は動揺による変化に応じて、受信区間中であってもリアルタイムにフィルタ係数の更新し、前記フィルタ処理部が前記変更されたフィルタ係数に基づいたフィルタリング処理を行うことを特徴とする水中探知装置。
The underwater detection device according to any one of claims 3 to 6,
The band limit calculation unit updates the filter coefficient in real time even during the reception interval in accordance with a change in speed of the moving body, a change in the course, or a fluctuation, and the filter processing unit changes the changed filter coefficient. An underwater detection device characterized by performing filtering processing based on the above.
請求項1から9の何れかに記載の水中探知装置において、
前記フィルタ処理部は、同じ受波信号を、所定の帯域幅を有するフィルタ係数と前記帯域制限演算部で生成されたフィルタ係数とを用いてそれぞれフィルタリングし、
異なるフィルタ係数を用いたフィルタリング結果を表示画面上に同時に表示することを特徴とする水中探知装置。
The underwater detection device according to any one of claims 1 to 9,
The filter processing unit filters the same received signal using a filter coefficient having a predetermined bandwidth and a filter coefficient generated by the band limit calculation unit, respectively.
An underwater detection device that simultaneously displays on a display screen filtering results using different filter coefficients.
請求項1から10の何れかに記載の水中探知装置において、
移動体の動揺を補正して水中に超音波を送受信することができる動揺補正機能をさらに備えることを特徴とする水中探知装置。
The underwater detection device according to any one of claims 1 to 10,
An underwater detection device further comprising a motion correction function capable of correcting motion of a moving body and transmitting and receiving ultrasonic waves in water.
請求項1から11の何れかに記載の水中探知装置において、
受波信号のドップラシフト量を周波数の大きさに応じて色別のデータで表示することを特徴とする水中探知装置。
The underwater detection device according to any one of claims 1 to 11,
An underwater detection device that displays a Doppler shift amount of a received signal as color-specific data in accordance with the frequency.
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