JP2007327855A - 自動追尾スキャニングソナー - Google Patents

Abstract

【課題】予測した魚群予測位置を捉えるように次回の水平スキャンにおける俯角θを制御するとともに、予測に誤差が含まれる場合にもより良い俯角に自動的に回復させることができる魚群追尾スキャニングソナーを提供すること。
【解決手段】標的である魚群を次回俯角を予測して予測追尾を行うとともに、魚群エコー強度総和が小さくなった場合には、現在の俯角から指定された所定の角度範囲内で受波ビームの俯角を振って追尾再開条件を満たす魚群エコー強度総和が得られる俯角を追尾再開時俯角として決定し、この追尾再開時俯角を基準として予測追尾を再スタートする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、標的である魚群を自動追尾できる機能を有する魚群追尾スキャニングソナーに関する。

漁場での操業においては、魚群の位置とともに、網を仕掛けるためにその魚群がどの方向にどれだけの速度で移動しているかを知ることが必要であり、そのために標的と定めた魚群を自動追尾する機能を備えたスキャニングソナーが用いられている（特許文献１参照）。

このスキャニンソナーは、図５に示すように、漁船Ｓの船底に取り付けた送受波器より海底に向け、海面に対してθの角度(この角度を俯角という)へ超音波を送波し、それによるエコーを送受波器で受波する際、図示したような指向角の鋭いペンシル形状の受波ビームＢを形成し、その受波ビームＢを海面に対してθの角度(即ち、俯角θ)を保ちながら旋回(水平スキャン)する。即ち、受波ビームＢは円錐体表面に沿ってスキャンする。これにより、その円錐体表面上に位置していた魚群等よりのエコーが近い物から順に検出され、ソナー画像（探知画像）がモニタに表示される。そして、モニタに表示されているソナー画像を見て、標的とする魚群Ｔを囲む追尾検出用のエリアが操作者によって設定される。

魚群の移動（例えば、前回の魚群Ｔｂの位置と今回の魚群Ｔの位置により得る）や、漁船Ｓの移動（例えば、ＧＰＳにより得る）から、標的とする魚群Ｔの移動ベクトル（移動方向、速度）及び漁船Ｓの移動ベクトルが得られる。次のソナー画像を得るための水平スキャンを行う際、魚群Ｔ及び漁船Ｓの移動ベクトルに基づいて、標的とする魚群（次回の予測位置にある魚群Ｔｆ）を追尾するように、俯角を予測する。そして、次回の水平スキャンを、予測した俯角の方向に行う。このように、ソナー画像を順次得るために、その都度、送波ビームと受波ビームが標的である魚群に向く俯角θを予測して制御することにより、標的である魚群を自動的に追尾するようにしている。
特開平１１−３１６２７７号公報

しかし、従来の魚群追尾スキャニングソナーは、予測した魚群予測位置を捉えるように次回の水平スキャンにおける俯角θを制御することを行うから、その予測に誤差が含まれる場合には、水平スキャンの回数を重ねるにつれて予測誤差が積算される。したがって、予測回数を重ねるにつれて、送波ビームと受波ビームが標的とする魚群Ｔの中心から端の方向にずれていき、最後には標的とする魚群Ｔの追尾に失敗するという問題があった。また、魚群の予測において、標的とする魚群Ｔが水平に移動することを前提としているから、魚群が垂直方向に移動する場合には、予測誤差は更に大きくなってしまう。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであって、標的である魚群を自動追尾できる機能を有する魚群追尾スキャニングソナーにおいて、予測した魚群予測位置を捉えるように次回の水平スキャンにおける俯角θを制御するとともに、予測に誤差が含まれる場合にもより良い俯角に自動的に回復させることができる魚群追尾スキャニングソナーを提供することを目的とする。

請求項１に記載の魚群追尾スキャニングソナーは、標的と定めた魚群を自動的に追尾する船舶搭載用の魚群追尾スキャニングソナーにおいて、
超音波の送波ビームを水中の所定の俯角で周囲３６０°へ送信し、所定の俯角のペンシル形状の受波ビームを水平方向スキャンすることによって前記標的と定めた魚群からのエコー信号を検出して、当該エコー信号に基づいて前記標的と定めた魚群の映像をソナー画像フレームに表示し、且つ、魚群移動情報と自船移動情報に基づいて次回の水平スキャン時にも前記標的と定めた魚群を捕捉するべく送波ビームと受波ビームの次回俯角を予測して予測追尾を行うとともに、
前記標的と定めた魚群からのエコー信号の強度の総和（以下、魚群エコー強度総和）を所定閾値と比較し、エコー強度総和が所定閾値を超えない場合に、予測追尾を一旦停止し、且つ現在の俯角から指定された所定の角度範囲内で送波ビームと受波ビームの俯角を変化させて、追尾再開条件を満たす魚群エコー強度総和が得られる俯角を追尾再開時俯角として決定し、この追尾再開時俯角を基準として予測追尾を再スタートすることを特徴とする。

請求項２に記載の魚群追尾スキャニングソナーは、請求項１に記載の魚群追尾スキャニングソナーにおいて、前記所定閾値は、追尾開始時の魚群エコー強度総和に１より小さい所定係数を乗じて決めることを特徴とする。

請求項３に記載の魚群追尾スキャニングソナーは、請求項１に記載の魚群追尾スキャニングソナーにおいて、前記所定閾値は、前回の水平方向スキャン時の魚群エコー強度総和に基づいて決めることを特徴とする。

請求項４に記載の魚群追尾スキャニングソナーは、請求項１乃至３のいずれかに記載の魚群追尾スキャニングソナーにおいて、前記追尾再開条件は、追尾開始時の魚群エコー強度総和より大きい或いは同程度の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったことであることを特徴とする。

請求項５に記載の魚群追尾スキャニングソナーは、請求項１乃至３のいずれかに記載の魚群追尾スキャニングソナーにおいて、前記追尾再開条件は、所定の角度範囲内で送波ビームと受波ビームの俯角を変化させた中で最大の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったことであることを特徴とする。

本発明の魚群追尾スキャニングソナーによれば、標的である魚群を、ソナー画像フレームと衛星航法装置から得た魚群移動情報と自船移動情報に基づいて次回の水平スキャン時にも標的と定めた魚群を捕捉するべく送波ビームと受波ビームの次回俯角を予測して予測追尾を行うから、魚群を自動的に追尾することができる。また、魚群エコー強度総和が小さくなった場合には、現在の俯角から指定された所定の角度範囲内で送波ビームと受波ビームの俯角を振って（即ち、変化させて）追尾再開条件を満たす魚群エコー強度総和が得られる俯角を追尾再開時俯角として決定し、この追尾再開時俯角を基準として予測追尾を再スタートするから、予測追尾に誤差が含まれる場合にもより良い俯角に自動的に回復させることができる。したがって、本発明によれば、魚群の追尾を失敗すること（即ち、ターゲットのロスト）が少なくなる。

また、エコー強度総和と比較する所定閾値は、追尾開始時の魚群エコー強度総和に１より小さい所定係数を乗じて決めること、或いは、前回の水平方向スキャン時の魚群エコー強度総和に基づいて決めることにより、より適切に標的である魚群の再サーチを行うことができる。

また、追尾再開条件は、追尾開始時の魚群エコー強度総和より大きい或いは同程度の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったこと、或いは、所定の角度範囲内で送波ビームと受波ビームの俯角を振った中で最大の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったこととするから、標的である魚群の再追尾を確実に再開することができる。

以下、本発明の実施例について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施例の魚群追尾スキャニングソナーの構成例を示している。図２は、水平スキャニングの状態とそれによるモニタ表示画面の表示を示す図であり、また、図３は、その予測追尾を説明するための図である。

図１において、送受波器１１は、漁船Ｓの船底に取り付けられており、所定の周期毎に所定の俯角で周囲３６０°へ超音波を送波し、それによるエコーを受波する際、図２に示したような指向角の鋭いペンシル形状の受波ビームＢを指定された俯角θ、レンジＲで形成し、その受波ビームＢを俯角θを保ちながら旋回して、水平スキャンする。この水平スキャンによって、円錐体表面に沿った、傘型の水平断面に存在する魚群などの物標からの反射強度信号（以下、エコー信号）を受波し、必要に応じてゲイン補正して出力する。

水平断面ソナー映像構成部１２は、送受波器１１から入力されたエコー信号をＡ／Ｄ変換し、ある時点での周囲３６０度のエコー信号である水平スキャンデータを得る。レンジ毎の水平スキャンデータを集積し、例えば雑音除去のためのフィルタ処理を掛けて水平断面ソナー画像フレームを形成する。図２のように、俯角θの傘型の水平断面の位置に魚群Ｔが存在している場合に、水平断面ソナー画像フレームに魚群Ｔの映像（魚群像Ｔｐ）が得られる。その魚群Ｔの映像が含まれた水平断面ソナー画像フレームが、モニタ１３に表示される。

モニタ１３に表示された水平断面ソナー画像フレームを見ながら、ユーザがトラックボールなどの入力デバイスによって水平断面ソナー画像フレーム中の追尾対象とする魚群Ｔの映像を囲むエリアを指定する。このエリア指定に伴って、魚群像Ｔｐを囲むエリア指定情報が水平断面ソナー映像構成部１２に供給される。

エリア指定情報１４が水平断面ソナー映像構成部１２に供給されると、水平断面ソナー映像構成部１２からの水平断面ソナー画像フレームによってモニタ１３において追尾対象とする魚群像Ｔｐがエリアで囲まれて表示されるとともに、魚群Ｔの自動追尾が開始される。即ち、エリア指定情報１４は、追尾開始のトリガ信号ともなっている。なお、このエリアは、魚群Ｔの移動につれて、常に魚群像Ｔｐを囲むように位置を自動的に変えていくことが良い。

また、エリア指定情報が水平断面ソナー映像構成部１２に供給されたときに、追尾対象とされた魚群像Ｔｐのエコー強度の総和に、１より小さい任意の係数を乗じた値を閾値として、魚群エコー強度比較部２１へ出力する。

標的検出部１５は、水平断面ソナー画像と魚群像Ｔｐを囲むエリア内から追尾対象とする魚群像Ｔｐを抽出する。また、エリア内に複数の魚群像がある場合には、画像上で最も面積の大きい魚群像を追尾対象とすることがよい。そして、標的検出部１５において、ソナー画像から魚群像Ｔｐの位置及び進行方向と速度（即ち、移動ベクトル）を含む自船情報を得る。

漁船Ｓの位置及び進行方向と速度（即ち、移動ベクトル）を含む自船情報１６を、ジャイロ装置や、ＧＰＳなどの衛星航法装置から得て、出力する。

魚群予測位置検出部１７は、漁船Ｓの位置及び移動ベクトルと魚群像Ｔｐの位置及び移動ベクトルに基づいて、追尾対象の魚群Ｔが同じ深度Ｄにいると仮定して、次の水平断面ソナー画像フレームで魚群Ｔｆが海面に投射された位置と漁船Ｓとの距離を、予測して算出する。なお、魚群Ｔの深度Ｄは、追尾開始時における俯角θと魚船Ｓから魚群Ｔまでの距離から求めることでよい。

俯角制御部１８は、魚群予測位置検出部１７で予測算出された、次の水平断面ソナー画像フレームで魚群Ｔｆを海面に投射した位置と漁船Ｓとの距離と、魚群Ｔの深度Ｄから、次回の水平スキャン時にも標的と定めた魚群Ｔを捕捉するべく送波ビームと受波ビームの次回の水平スキャン時の俯角を予測する。そして、送受波器制御部１９は、予測された次回俯角で次回の水平スキャンを行うように、送受波器１１を制御するための信号を生成し、この信号に基づいて魚群Ｔを予測追尾する。

魚群エコー強度比較部２１は、標的と定めて追尾している魚群Ｔからのエコー信号の強度の総和（即ち、魚群エコー強度総和）を魚群予測位置検出部１７から受ける。この魚群エコー強度総和を、所定閾値と比較し、エコー強度総和が所定閾値を超えない場合に、魚群エコー強度比較出力を発生する。この魚群エコー強度比較出力が発生されたことは、予測追尾が標的の魚群Ｔを外れかかっている、或いは外れてしまったことを表している。

その所定閾値は、例えば水平断面ソナー映像構成部１２において追尾開始時の魚群エコー強度総和に１より小さい所定係数を乗じて決めた閾値とすることがよい。これは、追尾開始時には、追尾開始時には、標的の魚群Ｔのほぼ中心を送波ビームと受波ビームが指向するような俯角に設定されていると期待できることによる。なお、魚群エコー強度総和は、例えば魚群像中のそれぞれのドットの値を加算することにより求められる。

また、その所定閾値は、前回の水平方向スキャン時の魚群エコー強度総和に基づいて決めることでも良い。具体的には、前フレームの魚群エコー強度総和より今回の魚群エコー強度総和がより大きい、または同程度にならなかったときに、所定閾値を超えない場合とすることができる。

俯角調整部２２は、魚群予測位置検出部１７から現在の俯角と、標的検出部１５から標的である魚群Ｔの魚群エコー強度総和を得、また魚群エコー強度比較部２１から魚群エコー強度比較出力を得られるように構成されている。魚群エコー強度比較出力が得られることは、船の移動や魚の移動により水平スキャンにより得られる傘型の水平断面から魚群Ｔが外れ、モニタ上で魚群像Ｔｐが見えにくくなっている、ことを意味する。即ち、水平スキャンの回数を重ねるにつれて予測誤差が積算され、送波ビームと受波ビームが標的とする魚群Ｔの中心から端の方向にずれてきているから、この状態のまま予測追尾を継続すると、やがて標的とする魚群Ｔの追尾に失敗してしまうことになる。

そこで、俯角調整部２２に魚群エコー強度比較出力が入力されると、予測追尾を一旦停止し、その上で現在の俯角θから指定された所定の角度範囲Δθ内で送波ビームと受波ビームの俯角を変化させるように送受波器制御部１９、送受波器１１を制御して、水平スキャンを繰り返し行う。その角度範囲Δθ内での水平スキャンの結果から、追尾再開条件を満たす魚群エコー強度総和が得られる俯角を追尾再開時俯角として決定し、この追尾再開時俯角を基準として予測追尾を再スタートする。

その追尾再開条件は、例えば追尾開始時の魚群エコー強度総和より大きい或いは同程度の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったこととするのがよい。また、追尾再開条件は、所定の角度範囲Δθ内で送波ビームと受波ビームの俯角を変化させた中で最大の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったこととしても良い。

以上のように構成された本発明の実施例の魚群追尾スキャニングソナーの動作を、図３，図４をも参照して説明する。

予測追尾において次回の水平スキャンの俯角θｆは、図３を参照して、漁船Ｓの位置及び移動ベクトルと魚群像の位置及び移動ベクトルに基づいて、追尾対象の魚群Ｔが前回の水平スキャン時と同じ深度Ｄにいると仮定して、次の水平断面ソナー画像フレームで魚群Ｔｆを海面に投射した位置と漁船Ｓとの距離を、予測して算出する。なお、魚群Ｔの深度Ｄは、追尾開始時における俯角θと魚船Ｓから魚群Ｔまでの距離から求めることでよい。

即ち、次回の水平スキャンの俯角θｆは、ｔａｎθｆ＝魚群Ｔの深度／（漁船Ｓと魚群Ｔを海面に投射した点までの距離Ｗ＋予測距離α）、の計算により求められる。ここで、漁船Ｓと魚群Ｔを海面に投射した点までの距離Ｗは水平断面ソナー画像フレーム毎に求め、また、予測距離αは漁船Ｓと魚群Ｔの移動ベクトルを含めて求める。なお、Ｒは、漁船Ｓと魚群Ｔとの間の距離である。

この予測追尾においては、予測した魚群予測位置を捉えるように次回の水平スキャンにおける俯角θｆを制御することを行うから、その予測に誤差が含まれる場合には、水平スキャンの回数を重ねるにつれて予測誤差が積算される。このため、予測回数を重ねるにつれて、受波ビームが標的とする魚群Ｔの中心から端の方向にずれていき、最後には標的とする魚群Ｔの追尾に失敗することがある。また、魚群Ｔが垂直方向に移動する場合には、予測誤差は更に大きくなる。

本発明では、この予測追尾に加えて、魚群を見失いそうになると水平スキャンの俯角を変化させて周辺を探査（サーチ）する機能を加えて、より良い俯角に自動的に回復させるようにしている。

図４のように、標的と定めて追尾している魚群Ｔからのエコー信号の強度の総和（即ち、魚群エコー強度総和）を魚群像Ｔｐから、例えば魚群像中のそれぞれのドットの値を加算することにより求める。

この魚群エコー強度総和を、例えば水平断面ソナー映像構成部１２において追尾開始時の魚群エコー強度総和に１より小さい所定係数を乗じて決めた所定閾値と比較する。エコー強度総和が所定閾値を超えない場合に、予測追尾が標的の魚群Ｔを外れかかっている、或いは外れてしまったことを表しているので、魚群エコー強度比較出力を発生する。

この魚群エコー強度比較出力に応じて、それまで行われていた予測追尾を一旦停止する。その上で、現在の水平スキャンの俯角θから指定された所定の角度範囲Δθ内で受波ビームＢの俯角を変化させるように送受波器制御部１９、送受波器１１を制御して、水平スキャンを繰り返し行う。

この俯角を変化させた水平スキャンにおいて、所定の角度範囲Δθは、漁船Ｓと魚群Ｔとの距離とビームＢの幅や、想定している魚群Ｔの大きさによって決めることがよい。また、俯角θを振る順番は、漁船Ｓと魚群Ｔとの距離が近づいているときは俯角をまず下げ、その後俯角を上げるようにし、また、漁船Ｓと魚群Ｔとの距離が離れていくときは俯角をまず上げ、その後俯角を下げることがよい。

その角度範囲Δθ内での水平スキャンの結果から、追尾再開条件を満たす魚群エコー強度総和が得られる俯角を追尾再開時俯角として決定し、この追尾再開時俯角を基準として予測追尾を再スタートする。

その追尾再開条件は、例えば追尾開始時の魚群エコー強度総和より大きい或いは同程度の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったこととするのがよい。また、追尾再開条件は、所定の角度範囲Δθ内で送波ビームと受波ビームの俯角を変化させた中で最大の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったこととしても良い。なお、追尾再開条件が得られないときには、俯角の自動調整を繰り返すか、所定の回数の自動調整の後に追尾を終了する。

これにより、次回俯角を予測して魚群Ｔを自動的に追尾しつつ、魚群エコー強度総和が小さくなった場合には、現在の俯角θから指定された所定の角度範囲Δθ内で受波ビームＢの俯角を振って追尾再開条件を満たす魚群エコー強度総和が得られる俯角を追尾再開時俯角として決定し、この追尾再開時俯角を基準として予測追尾を再スタートする。したがって、予測追尾に誤差が含まれる場合にもより良い俯角に自動的に回復させることができ、魚群の追尾を失敗すること（即ち、ターゲットのロスト）が少なくなる。

また、予測追尾から魚群Ｔの再サーチへ移る際のエコー強度総和と比較する所定閾値は、追尾開始時の魚群エコー強度総和に１より小さい所定係数を乗じて決めること、或いは、前回の水平方向スキャン時の魚群エコー強度総和に基づいて決めることにより、より適切に標的である魚群の再サーチを行うことができる。

また、魚群Ｔの再サーチを終了させる予測追尾に移る追尾再開条件は、追尾開始時の魚群エコー強度総和より大きい或いは同程度の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったこと、或いは、所定の角度範囲内で送波ビームと受波ビームの俯角を振った中で最大の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったこととするから、標的である魚群の再追尾を確実に再開することができる。

本発明の実施例の魚群追尾スキャニングソナーの構成例を示す図 水平スキャニングの状態とそれによるモニタ表示画面の表示を示す図 スキャニングソナーによる予測追尾を説明するための図 水平スキャンの俯角を変化させてサーチする状態を示す図 スキャニンソナーを説明するための図

符号の説明

１１ 送受波器
１２ 水平断面ソナー映像構成部
１３ モニタ
１４ 魚群を囲むエリア指定情報
１５ 標的検出部
１６ 自船情報
１７ 魚群予測位置検出部
１８ 俯角制御部
１９ 送受波器制御部
２１ 魚群エコー強度比較部
２２ 俯角調整部

Claims (5)

1. 標的と定めた魚群を自動的に追尾する船舶搭載用の魚群追尾スキャニングソナーにおいて、
   超音波の送波ビームを水中の所定の俯角で周囲３６０°へ送信し、所定の俯角のペンシル形状の受波ビームを水平方向スキャンすることによって前記標的と定めた魚群からのエコー信号を検出して、当該エコー信号に基づいて前記標的と定めた魚群の映像をソナー画像フレームに表示し、且つ、魚群移動情報と自船移動情報に基づいて次回の水平スキャン時にも前記標的と定めた魚群を捕捉するべく送波ビームと受波ビームの次回俯角を予測して予測追尾を行うとともに、
   前記標的と定めた魚群からのエコー信号の強度の総和（以下、魚群エコー強度総和）を所定閾値と比較し、エコー強度総和が所定閾値を超えない場合に、予測追尾を一旦停止し、且つ現在の俯角から指定された所定の角度範囲内で送波ビームと受波ビームの俯角を変化させて、追尾再開条件を満たす魚群エコー強度総和が得られる俯角を追尾再開時俯角として決定し、この追尾再開時俯角を基準として予測追尾を再スタートすることを特徴とする、魚群追尾スキャニングソナー。
2. 前記所定閾値は、追尾開始時の魚群エコー強度総和に１より小さい所定係数を乗じて決めることを特徴とする、請求項１に記載の魚群追尾スキャニングソナー。
3. 前記所定閾値は、前回の水平方向スキャン時の魚群エコー強度総和に基づいて決めることを特徴とする、請求項１に記載の魚群追尾スキャニングソナー。
4. 前記追尾再開条件は、追尾開始時の魚群エコー強度総和より大きい或いは同程度の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったことであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の魚群追尾スキャニングソナー。
5. 前記追尾再開条件は、所定の角度範囲内で受波ビームの俯角を変化させた中で最大の魚群エコー強度総和が得られる俯角となったことであることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の魚群追尾スキャニングソナー。
   

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