JP2008286726A - 探知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波エコーの信号強度が白色ノイズの信号強度と同等又は小さい場合であっても、白色ノイズと水中物を区別して表示することができる探知装置を提供することを目的とする。
【解決手段】以上説明したように、この実施態様に係る探知装置１０は、超音波パルスを水中に発射し、水中物によって反射された超音波エコーを第１フィルタ２１を通じて、包絡線検波する第１検波部３１と、前記超音波エコーを第１フィルタ２１よりも帯域幅が狭い第２フィルタ２２を通じて、包絡線検波する第２検波部３２とを備え、第１検波部３１からの出力信号の信号強度と、第２検波部３２からの出力信号の信号強度の比として信頼度Ｒを計算し、前記信頼度Ｒに基づいて、表示部４４に表示される超音波エコーの表示色の濃淡を変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波パルスを水中に送信し、水中物によって反射された超音波エコーの信号強度に応じて表示色を異ならせて表示する探知装置に関する。

従来から超音波パルスを水中に発射し、水中物によって反射された超音波エコーから水中物を確認する探知装置が知られている。この種の探知装置では、超音波エコーの信号強度に応じて表示色を変化させて水中物の表示を行っている（特許文献１参照）。

図６は、この種の一般的な探知装置に係る探知装置６０のブロック図である。探知装置６０では、送信制御部１４が、超音波送受波器１２から水中に対して超音波パルスを送信するために、所定の送信間隔でパルス信号をパルス送信部１６に出力する。パルス送信部１６は、前記パルス信号に基づいてゲートパルス信号を作成して超音波送受波器１２に送信し、超音波送受波器１２は前記ゲートパルス信号のパルス幅に応じた時間の間、水中に超音波パルスを発射する。超音波送受波器１２は、水中に発射した超音波パルスが水中物によって反射された超音波エコーを受信して、電気信号に変換したエコー信号をアナログ受信部１８に出力する。

アナログ受信部１８では、表示部４４で表示可能な信号強度に増幅するとともに、図示しない帯域フィルタによって表示対象となる周波数成分が取り出され、Ａ／Ｄ変換部２０でディジタル信号に変換され、第１検波部３１に入力される。第１検波部３１では、帯域幅Ｂｗ１の帯域フィルタである第１フィルタ２１を通過したエコー信号は、包絡線検波部２４で包絡線検波された後に、表示制御部３４に出力される。表示制御部３４では、送信制御部１４から出力されるパルス信号を受信してから、次のパルス信号を受信するまでの間に受信した第１検波部３１からのエコー信号を表示制御の対象とし、エコー信号の信号強度を検出して、信号強度に応じた表示色で表示部４４に表示される。通常、超音波エコーには水中物を示すターゲット信号以外に白色ノイズが含まれており、この白色ノイズを除去することが重要である。

水中物からの超音波エコーは、超音波パルスの送信周期に同期して所定の位置に現れるのに対して、白色ノイズは不規則に現れる性質が知られている。この性質を利用して、同じ位置に連続して現れる超音波エコーのみを表示し、不規則に現れる超音波エコーは白色ノイズであるとみなして除去することが行われている（特許文献２参照）。

特開２００２−１１６２４９号公報 特開平４−５５９４号公報

しかしながら、上記の白色ノイズの除去方法では、水中物からの超音波エコーの信号強度が、白色ノイズの信号強度よりも大きい場合には有効であるが、超音波エコーの信号強度が白色ノイズの信号強度と同等又はより小さい場合には、水中物からの超音波エコーと白色ノイズが区別できないために白色ノイズのみを除去することが困難であった。

本発明は、上記の課題を考慮してなされたものであって、超音波エコーの信号強度が白色ノイズの信号強度と同等又はより小さい場合であっても、白色ノイズと水中物を区別して表示することができる探知装置を提供することを目的とする。

本発明に係る探知装置は、超音波パルスを水中に発射し、水中物によって反射された超音波エコーを第１フィルタを通じて、包絡線検波する第１検波手段を備え、前記第１検波手段からの出力信号の信号強度に応じて表示色を異ならせて表示する探知装置であって、前記超音波エコーを前記第１フィルタよりも帯域幅が狭い第２フィルタを通じて、包絡線検波する第２検波手段と、前記第１検波手段からの出力信号の信号強度と、前記第２検波手段からの出力信号の信号強度とに基づいて前記表示色の濃淡を変化させる濃淡表示制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、前記第１検波手段からの出力信号の信号強度と、前記第２検波手段からの出力信号の信号強度に基づいて前記表示色の濃淡を変化させることにより、ターゲット信号が白色ノイズの信号強度と同等又はより小さい場合であっても、ターゲットとなる水中物と白色ノイズとを目視で区別することが可能となる。

また、他の本発明に係る探知装置は、超音波パルスを水中に発射し、水中物によって反射された超音波エコーを第１フィルタを通じて、包絡線検波する第１検波手段を備え、前記第１検波手段からの出力信号の信号強度に応じて表示色を異ならせて表示する探知装置であって、前記超音波エコーを前記第１フィルタよりも帯域幅が狭い第２フィルタを通じて、包絡線検波する第２検波手段と、前記超音波エコーを直接に包絡線検波する第３検波手段と、前記第２検波手段からの出力信号の信号強度と、前記第３検波手段からの出力信号の信号強度とに基づいて前記表示色の濃淡を変化させる濃淡表示制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、前記第２検波手段からの出力信号の信号強度と、前記第３検波手段からの出力信号の信号強度に基づいて前記表示色の濃淡を変化させることにより、ターゲット信号が白色ノイズの信号強度と同等又はより小さい場合であっても、ターゲットとなる水中物と白色ノイズとを目視で区別することが可能となる。

また、前記第１フィルタの帯域幅と前記第２フィルタの帯域幅との比が、前記第１フィルタ及び前記第２フィルタの各減衰率に基づいて定められる。

本発明によれば、前記第１検波手段からの出力信号の信号強度と、前記第２検波手段からの出力信号の信号強度、又は、前記第２検波手段からの出力信号の信号強度と、前記第３検波手段からの出力信号の信号強度に基づいて、前記表示色の濃淡を変化させることにより、ターゲット信号が白色ノイズの信号強度と同等又はより小さい場合であっても、ターゲットとなる水中物と白色ノイズとを目視で区別することが可能となる。

以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る探知装置１０のブロック図である。なお、図６に示した探知装置６０と同一の構成要素には同一の符号を付している。

探知装置１０は、探知装置６０に対して、第２検波部３２が追加され、表示制御部３４に変わって、濃淡表示制御部４０が追加されている。

第２検波部３２は、帯域幅Ｂｗ２の帯域フィルタである第２フィルタ２２と、第２フィルタ２２を通じてＡ／Ｄ変換部２０から出力されたエコー信号の包絡線検波を行う包絡線検波部２４ｂとを備える。第２フィルタ２２の帯域幅Ｂｗ２は、第１フィルタ２１の帯域幅Ｂｗ１よりも狭く設定される。また、第２フィルタ２２は帯域フィルタであれば、特に限定されるものではないが、アクティブ帯域フィルタである方が好ましい。

濃淡表示制御部４０は、第１検波部３１からの出力信号と第２検波部３２からの出力信号との同期をとるための遅延回路４６と、第１検波部３１からの出力信号と第２検波部３２からの出力信号に基づいてエコー信号の信頼度を計算する信頼度計算部４８と、第１検波部３１から出力された出力信号の信号強度を前記信頼度に応じて表示色を異ならせて表示するための表示信号を生成し、表示部４４に出力する表示制御部４２とを備える。

本発明の実施形態に係る探知装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、その動作について説明する。

探知装置１０では、送信制御部１４が、超音波送受波器１２から水中に対して超音波パルスを送信するために、パルス信号をパルス送信部１６に出力する。パルス送信部１６は、前記パルス信号に基づいてゲートパルス信号を作成して超音波送受波器１２に送信し、超音波送受波器１２は前記ゲートパルス信号のパルス幅に応じた時間の間、水中に超音波パルスを発射する。

超音波送受波器１２は、水中に発射した超音波パルスが水中物によって反射された超音波エコーを受信して、電気信号に変換したエコー信号をアナログ受信部１８に出力する。

アナログ受信部１８では、表示部４４で表示可能な信号強度に増幅するとともに、図示しない帯域フィルタによって表示対象となる周波数成分が取り出され、Ａ／Ｄ変換部２０でディジタル信号に変換され、第１検波部３１の第１フィルタ２１及び第２検波部３２の第２フィルタ２２に入力される。

第１フィルタ２１を通過したエコー信号は、帯域幅Ｂｗ１に従って周波数成分が取り出され、包絡線検波部２４ａで包絡線検波されて、濃淡表示制御部４０内の遅延回路４６を介して表示制御部４２及び信頼度計算部４８に出力される。また、第２フィルタ２２を通過したエコー信号は、帯域幅Ｂｗ２に従って周波数成分が取り出され、包絡線検波部２４ｂで包絡線検波されて信頼度計算部４８に出力される。

信頼度計算部４８では、第１検波部３１から出力されたエコー信号である出力信号Ｆと、第２検波部３２から出力されたエコー信号である出力信号Ｓとに基づいて信頼度Ｒが計算される。信頼度Ｒは、出力信号Ｓと出力信号Ｆとの比、すなわち、Ｒ＝Ｓ／Ｆとして求められる。信頼度Ｒは、超音波エコーに含まれる水中物を示すエコー信号であるターゲット信号の含有率と相関関係を有する。

この信頼度Ｒについて、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。図２Ａは、第１検波部３１及び第２検波部３２に入力される前のＡ／Ｄ変換部２０から出力されたエコー信号について周波数成分に対する信号強度を表した説明図であり、図２Ｂは、第１検波部３１から出力された出力信号Ｆについて周波数成分に対する信号強度を表した説明図であり、図２Ｃは、第２検波部３２から出力された出力信号Ｓについて周波数成分に対する信号強度を表した説明図である。

Ａ／Ｄ変換部２０から出力されたエコー信号は、図２Ａに示すように、ターゲット信号と白色ノイズから構成される。ターゲット信号は、中心周波数ｆ₀付近を盛り上がった部分に対応し、この盛り上がった領域をＧとする。また、一般に白色ノイズは周波数に対して一定の信号強度を有し、この一定の信号強度の領域をＷとする。

第１検波部３１からの出力信号Ｆは、図２Ｂに示すように、第１フィルタ２１によって、ｆ₀−Ｂｗ１／２以下の周波数帯域及びｆ₀＋Ｂｗ１／２以上の周波数帯域がカットされる。なお、このカットされた領域をＡとする。

第２検波部３２からの出力信号Ｓは、図２Ｃに示すように、第２フィルタ２２によって、ｆ₀−Ｂｗ２／２以下の周波数帯域及びｆ₀＋Ｂｗ２／２以上の周波数帯域がカットされる。なお、このカットされたｆ₀−Ｂｗ１／２以上ｆ₀−Ｂｗ２／２以下の部分及びｆ₀＋Ｂｗ２／２以上ｆ₀＋Ｂｗ１／２以下の領域をＢとする。

図２Ｂより、出力信号Ｆに相当する領域ＦＤは次式（１）として表される。
ＦＤ＝Ｇ＋Ｗ−Ａ （１）

図２Ｃより、出力信号Ｓに相当する領域ＳＤは次式（２）として表される。
ＳＤ＝Ｇ＋Ｗ−Ａ−Ｂ （２）

信頼度Ｒは、出力信号Ｓと出力信号Ｆの比であり、この比は、領域ＳＤと領域ＦＤの比に対応するので、信頼度Ｒを式（１）、（２）を用いて表すと、次式（３）として表される。
Ｒ＝Ｓ／Ｆ＝ＳＤ／ＦＤ＝（Ｇ＋Ｗ−Ａ−Ｂ）／（Ｇ＋Ｗ−Ａ） （３）

また、出力信号Ｆに含まれるターゲット信号の含有率をＰとすると、次式（４）として表される。
Ｐ＝Ｇ／（Ｗ−Ａ） （４）

式（３）に式（４）を代入して整理すると、信頼度Ｒは、次式（５）として表される。
Ｒ＝１−β／（Ｐ＋１） （５）
なお、β＝Ｂ／（Ｗ−Ａ）である。

この式から明らかなように含有率Ｐが高いほど信頼度Ｒは１に近づき、含有率Ｐが低いほど信頼度Ｒは０に近づくことから、信頼度Ｒは、エコー信号に対する超音波エコーに含まれる水中物を示すエコー信号であるターゲット信号の含有率に相当するものであることが理解されよう。

次に、第１フィルタ２１の帯域幅Ｂｗ１と第２フィルタ２２の帯域幅Ｂｗ２との関係について説明する。

第１検波部３１、第２検波部３２への入力信号が白色ノイズだけ構成される場合には、第２検波部３２からの出力信号Ｓと第１検波部３１からの出力信号Ｆとの比は、第２フィルタ２２と第１フィルタ２１の帯域幅の比に対応するので次式（６）の関係になる。また、第１フィルタ２１と第２フィルタ２２の各帯域幅の関係はＢｗ２＜Ｂｗ１であることから出力信号Ｓは出力信号Ｆよりも小さくなるので、次式（７）の関係になる。
Ｓ／Ｆ＝√（Ｂｗ２／Ｂｗ１） （６）
Ｓ／Ｆ＜１ （７）

ターゲット信号の信号強度をＳｉｇ、白色ノイズの信号強度をＮｗとすると、第１フィルタ２１を通過して出力される出力信号Ｆは、ＳｉｇとＮｗの和であるから、次式（８）で表される。
Ｆ＝Ｓｉｇ＋Ｎｗ （８）

また、第２フィルタ２２を通過して出力される出力信号Ｓは次式（９）で表される。
Ｓ＝ＢＬｖｌ×Ｓｉｇ＋Ｎｗ×√（Ｂｗ２／Ｂｗ１） （９）

ここで、パルス信号であるターゲット信号が第１フィルタ２１、第２フィルタ２２を通過する際の各減衰率において、第１フィルタ２１の減衰率に対する第２フィルタ２２の減衰率の比をＢＬｖｌとしている。なお、第１フィルタ２１、第２フィルタ２２の減衰率は、フィルタの構成、分布定数、ターゲット信号のパルス幅等によって定まる。

ここで、ＢＬｖｌは、帯域幅Ｂｗ２は帯域幅Ｂｗ１よりも小さいことから次式（１０）の関係になる。
０＜ＢＬｖｌ≦１ （１０）

なお、第１フィルタ２１、第２フィルタ２２の通過帯域内でトーン信号がゲイン０（ｄＢ）で通過する場合には、次式（１１）が成立することを要する。
ＢＬｖｌ＝１ （１１）

さらに、式（８）、（９）を式（３）に代入して得られる信頼度Ｒは、ターゲット信号の信号強度のＳｉｇに応じて変化する必要があるので次式（１２）の関係になる。
ＢＬｖｌ≠√（Ｂｗ２／Ｂｗ１） （１２）

従って、式（６）〜式（１２）の関係から次式（１３）の関係が導かれる。
ＢＬｖｌ＞√（Ｂｗ２／Ｂｗ１） （１３）

次いで、信頼度計算部４８で計算された信頼度Ｒは表示制御部４２に出力される。図３は、表示制御部４２でエコー信号の信号強度に応じて表示色を異ならせて表示制御する際に用いる色変換テーブルを示す図である。色変換テーブルは、信号強度に応じて表示部４４で表示すべき表示色が決まり、信号強度の低いものから高いものへの変化に対応してテーブルの縦方向に表示色が対応するように配列されている。また、信頼度Ｒに応じて、信頼度Ｒの高いものから低いものへの変化に対応して表示色を濃いものから薄いものへと変化させるべく、テーブルの横方向に表示濃度が変化するように配列されている。

表示制御部４２では、遅延回路４６を介して第１検波部３１から出力されたエコー信号の信号強度を検出して表示色を定めるとともに、信頼度計算部４８から出力された信頼度Ｒに応じて、表示色の表示濃度が決められる。例えば、信号強度が最も低いが、信頼度が最も高いときには、Ｃ００と定められ、表示信号として表示部４４に出力されて、Ｃ００で定める表示色、表示濃度で表示部４４に表示される。

図４Ａ、図４Ｂは、エコー信号の表示例を示す図であり、図４Ａは、従来の探知装置による表示例であり、図４Ｂは探知装置１０による表示例を示した説明図である。

図４Ａに示すように、従来の探知装置ではターゲット信号と白色ノイズの信号強度が同じ場合には、水中物と白色ノイズを区別して表示することができず、図４Ａで線で囲んだ水中物を表す部分が白色ノイズの中に埋もれて表示されている。

これに対して、探知装置１０によれば、図４Ｂに示すように、ターゲット信号と白色ノイズの信号強度が同じ場合であっても、信頼度Ｒによって、エコー信号を濃淡をつけて表示することにより、水中物の表示色を濃く表示し、白色ノイズの表示色を薄く表示することにより、水中物と白色ノイズとを区別することができる。

以上説明したように、この実施態様に係る探知装置１０は、超音波パルスを水中に発射し、水中物によって反射された超音波エコーを第１フィルタ２１を通じて、包絡線検波する第１検波部３１と、前記超音波エコーを第１フィルタ２１よりも帯域幅が狭い第２フィルタ２２を通じて、包絡線検波する第２検波部３２とを備えている。

探知装置１０では、濃淡表示制御部４０において、第１検波部３１からの出力信号の信号強度と、第２検波部３２からの出力信号の信号強度との比として信頼度Ｒを計算し、この信頼度Ｒによって表示濃度を変化させて表示させることにより、ターゲット信号と白色ノイズの信号強度が同等又はより小さい場合であっても、ターゲットとなる水中物と白色ノイズとを目視で区別することが可能となる。

次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る探知装置１０Ａのブロック図である。この第２実施形態に係る探知装置１０Ａは、第１実施形態の探知装置１０に対して、Ａ／Ｄ変換部２０から出力されたエコー信号が入力される包絡線検波部（第３検波手段）２４ｃが追加され、濃淡表示制御部４０の代わりに濃淡表示制御部５０を有している。

濃淡表示制御部５０は、表示制御部４２と、遅延回路４６と、包絡線検波部２４ｃからの出力信号と第２検波部３２からの出力信号との同期をとるための遅延回路４６ａと、遅延回路４６ａからの出力信号と第２検波部３２からの出力信号に基づいてエコー信号の信頼度を計算する信頼度計算部５２とを備える。

探知装置１０Ａの動作は、基本的には探知装置１０と同様である。探知装置１０Ａでは、超音波送受波器１２が水中に発射した超音波パルスが水中物によって反射された超音波エコーを受信して、電気信号に変換されたエコー信号がアナログ受信部１８及びＡ／Ｄ変換部２０を介して、第１検波部３１、第２検波部３２及び包絡線検波部２４ｃに入力される。

探知装置１０の信頼度計算部４８は、第１検波部３１からの出力信号Ｆと第２検波部３２からの出力信号Ｓに基づいて信頼度Ｒを計算していたが、探知装置１０Ａの信頼度計算部５２は、遅延回路４６ａを介して包絡線検波部２４ｃから出力されたエコー信号Ｎと、第２フィルタ２２を通過して包絡線検波部２４ｂから出力されたエコー信号Ｓに基づいて信頼度Ｒ’を計算している。すなわち、信頼度Ｒ’＝Ｓ／Ｎとなる。探知装置１０Ａにおける信頼度Ｒ’も探知装置１０における信頼度Ｒと同様に、エコー信号に対する超音波エコーに含まれる水中物を示すエコー信号であるターゲット信号の含有率に相当するものであることが理解されよう。

表示制御部４２では、遅延回路４６を介して第１検波部３１から出力されたエコー信号の信号強度を検出して表示色を定めるとともに、信頼度計算部５２から出力された信頼度Ｒ’に応じて、表示色の表示濃度が決められる。

以上説明したように、この実施態様に係る探知装置１０Ａは、超音波パルスを水中に発射し、水中物によって反射された超音波エコーを第１フィルタ２１を通じて、包絡線検波する第１検波部３１と、前記超音波エコーを第１フィルタ２１よりも帯域幅が狭い第２フィルタ２２を通じて、包絡線検波する第２検波部３２と、前記超音波エコーを直接包絡線検波する包絡線検波部２４ｃを備える。

探知装置１０Ａでは、濃淡表示制御部５０において、第２検波部３２からの出力信号の信号強度と、包絡線検波部２４ｃからの出力信号の信号強度との比として信頼度Ｒ’を計算し、この信頼度Ｒ’によって表示濃度を変化させて表示させることにより、ターゲット信号と白色ノイズの信号強度が同等又はより小さい場合であっても、ターゲットとなる水中物と白色ノイズとを目視で区別することが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

本発明の第１実施形態に係る探知装置のブロック図である。 図２Ａは、第１検波部及び第２検波部に入力される前のエコー信号について周波数成分に対する信号強度を表した説明図であり、図２Ｂは、出力信号Ｆについて周波数成分に対する信号強度を表した説明図であり、図２Ｃは、出力信号Ｓについて周波数成分に対する信号強度を表した説明図である。 色変換テーブルを示す図である。 図４Ａ、図４Ｂは、エコー信号の表示例を示す図であり、図４Ａは、従来の探知装置による表示例であり、図４Ｂは探知装置１０による表示例を示した説明図である。 本発明の第２実施形態に係る探知装置のブロック図である。 従来の探知装置のブロック図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、６０…探知装置 １２…超音波送受波器
１４…送信制御部 １６…パルス送信部
１８…アナログ受信部 ２０…Ａ／Ｄ変換部
２１…第１フィルタ ２２…第２フィルタ
２４、２４ａ〜２４ｃ…包絡線検波部 ３１…第１検波部
３２…第２検波部 ３４、４２…表示制御部
４０…濃淡表示制御部 ４４…表示部
４６、４６ａ…遅延回路 ４８、５２…信頼度計算部
５０…濃淡表示制御部

Claims (3)

1. 超音波パルスを水中に発射し、水中物によって反射された超音波エコーを第１フィルタを通じて、包絡線検波する第１検波手段を備え、前記第１検波手段からの出力信号の信号強度に応じて表示色を異ならせて表示する探知装置であって、
   前記超音波エコーを前記第１フィルタよりも帯域幅が狭い第２フィルタを通じて、包絡線検波する第２検波手段と、
   前記第１検波手段からの出力信号の信号強度と、前記第２検波手段からの出力信号の信号強度とに基づいて前記表示色の濃淡を変化させる濃淡表示制御手段と、を有することを特徴とする探知装置。
2. 超音波パルスを水中に発射し、水中物によって反射された超音波エコーを第１フィルタを通じて、包絡線検波する第１検波手段を備え、前記第１検波手段からの出力信号の信号強度に応じて表示色を異ならせて表示する探知装置であって、
   前記超音波エコーを前記第１フィルタよりも帯域幅が狭い第２フィルタを通じて、包絡線検波する第２検波手段と、
   前記超音波エコーを直接に包絡線検波する第３検波手段と、
   前記第２検波手段からの出力信号の信号強度と、前記第３検波手段からの出力信号の信号強度とに基づいて前記表示色の濃淡を変化させる濃淡表示制御手段と、を有することを特徴とする探知装置。
3. 請求項１又は２記載の探知装置において、
   前記第１フィルタの帯域幅と前記第２フィルタの帯域幅との比が、前記第１フィルタ及び前記第２フィルタの各減衰率に基づいて定められることを特徴とする探知装置。

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