JP2010510512A - 船舶搭載水中ソナーシステム - Google Patents
船舶搭載水中ソナーシステム Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010510512A JP2010510512A JP2009537688A JP2009537688A JP2010510512A JP 2010510512 A JP2010510512 A JP 2010510512A JP 2009537688 A JP2009537688 A JP 2009537688A JP 2009537688 A JP2009537688 A JP 2009537688A JP 2010510512 A JP2010510512 A JP 2010510512A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ship
- ultrasonic
- frequency
- receiving element
- array
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/523—Details of pulse systems
- G01S7/524—Transmitters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
Abstract
水中物体を検知するための工程と装置は、船舶の船首に対してしっかりと垂直かつ正面向きに搭載され、一連の超音波パルス列が送信され、その各々のパルスはそのパルス列内の先行するパルスの周波数とビーム鉛直角とは異なった周波数とビーム鉛直角を有しており、その周波数はビーム鉛直角によって特徴づけられており、ビーム鉛直角は異なった送信素子間での時間遅延を用いて制御されている、細長い配列の超音波送信素子と、船舶の前方にある物体から反射された任意の超音波を受信する正面向きの受信素子を有し、前記船舶の船首に対してしっかりと水平に搭載された超音波受信素子の細長い配列と、異なった受信素子出力間の時間遅延を用いて水平に操舵されている受信素子からの出力と、出力ビームの各水平位置に関して、出力ビームの水平位置がビーム形成器で加算されるときに関連する時間遅延を有する受信素子からの出力を包含する。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
この発明はソナーシステム、特に水中の物体を検知するための工程と、水中ソナーシステムを有する船舶に係るものである。
ソナーシステムは水中物体の検知用として知られている。
国際公開第03/001231号パンフレットによれば、大きな商船や遊覧船で使用される3次元画像を作ることのできるソナーシステムの代表格は平面ビームのアクティブ・ソナー音を生成し、それに直角な平面受信ビームを用いてエコーを受信している。この事はシステムにとって応答反射時間と結合すると3次元情報の構築をすることができる特殊な球面角ピクセルを選択することができることを物語っている。このシステムは下方に超音波を発すると言われ、海底地図作成に使用されている。このシステムは、送出信号のビーム形成をするために送信パワーを安定化しなければならないために、高価であると言われている。国際公開第03/001231号パンフレットの主題であるこのシステムは船舶の前または側面に対する大量の水を描画するためにミルズ・クロス干渉法を使用している。記述されているミルズ・クロス技術は例えばL型配列の水中聴音器の各脚部に8チャンネルを使用しており、これは64受信水中聴音器の全配列の分解能を与えると言われている。国際公開第03/001231号パンフレットに於いて、ネットワークのような通信システムは画像データを処理するために使用されている。
刊行された米国特許出願公開第2005/0099887号明細書は航行用に基準固定枠を有する3次元前方監視ソナーに係るものである。この文献によれば、前方監視ソナーに於いて、送信変換器は信号を船舶の前方の水中に送出する、そして位相配列の受信センサーは信号を到着の方位角と鉛直角、及び到着時間を決定するコンピュータに供給する。このソナーは傾き及び回転センサーと共に装備される、そしてGPSや羅針盤と結合されると船舶の前方の3次元画像を地球に相対的な基準の固定枠で生成することができる。このシステムは音響反射信号を収集する変換器配列で示すことができる。もし全ての受信変換器または幾つかのものが送信/受信(T/R)スイッチによって全ての送信配列または一部として使用されるならば2次元配列になる。
刊行された米国特許出願公開第2003/0214880号明細書は周波数形成技術によって多重送信と受信、またはその何れかの音響ビームを形成するためのソナー配列に係るものである。この文献(要約)によれば、周波数分割ビーム形成において、一定の位相シフトだけ最も近い素子に対して進んだり、遅れたりする信号によって一様に並んだ線配列の各素子を駆動(受信)することによってビーム操舵方向は周波数の関数となる。
水中物体を検知するためのシステムには未だ課題が残っている。
そのために、本発明によれば水中物体を検知するための工程が提供される。これは以下の事柄を含むものである。即ち、
(a) 超音波送信素子の細長い配列と超音波受信素子の細長い配列を含む水中ソナーシステムを有する船舶を提供すること。そこでは送信素子の配列がしっかりと垂直に、かつ船舶の船首に正面を向けて搭載され、使用に当たっては送信素子は船舶の航行方向に超音波パルスをビーム状に送信し、そして受信素子の配列は船舶の前方の物体から反射される任意の超音波を受信するために正面に向けられた受信素子を有する前記船舶の船首にしっかり水平に搭載される。
(a) 超音波送信素子の細長い配列と超音波受信素子の細長い配列を含む水中ソナーシステムを有する船舶を提供すること。そこでは送信素子の配列がしっかりと垂直に、かつ船舶の船首に正面を向けて搭載され、使用に当たっては送信素子は船舶の航行方向に超音波パルスをビーム状に送信し、そして受信素子の配列は船舶の前方の物体から反射される任意の超音波を受信するために正面に向けられた受信素子を有する前記船舶の船首にしっかり水平に搭載される。
(b) 送信素子から、各パルスが列の先行パルスの周波数とビーム鉛直角とは異なる周波数とビーム鉛直角を有しているパルスを持つ超音波パルス列を送信すること。その周波数はそのビーム鉛直角と、異なった送信素子によって送信される超音波間での時間遅延を使用することによって制御されているビーム鉛直角とによって特徴づけられている。
(c) 受信素子で、船舶の前方の物体から反射される任意の超音波を受信すること。異なった受信素子出力間での時間遅延を使用することによって受信素子からの出力のビームを水平に操舵すること。そして、出力ビームの各水平位置に関して、出力ビームの水平位置に関係するそれらの時間遅延を持っている受信素子からの出力をビーム形成器で加算すること。そして、
(d) 受信素子からの加算された出力から船舶の前方の任意の物体の3次元座標を決定すること。
また、本発明によれば超音波送信素子の細長い配列と超音波受信素子の細長い配列を含む水中ソナーシステムを有する船舶が提供される。これは以下のように特徴づけられる。
(i) 送信素子の配列が船舶の船首にしっかり縦に、かつ正面を向くように搭載される。そして使用に際して、送信素子が超音波パルス列を送信するのに適合しており、各パルスは船舶の航行方向にビーム状になっており、その超音波パルス列は列の先行パルスの周波数とビーム鉛直角とは異なっている周波数とビーム鉛直角を有する各パルスを有しており、その周波数はビーム鉛直角と異なった送信素子によって送信される超音波間の時間遅延を使用することによって制御されているビーム鉛直角によって特徴づけられている。そして、
(ii) 受信素子の配列は船舶の前方の物体から反射される任意の超音波を受信するように前向きに向けられた受信素子を有する前記船舶の船首にしっかりと水平に搭載されており、そして使用に際して受信素子からの出力のビームが異なった受信素子出力の間での時間遅延を用いることによって水平に操舵され、そして出力ビームの各水平位置に関して、出力ビームの水平位置と関係する時間遅延を持っている受信素子からの出力はビーム形成器で加算される。
本発明は以上に確認した課題を以下のように解決する。即ち、
● しっかりと縦に搭載した超音波送信素子の細長い配列を提供すること、そして超音波パルス列を送信する素子を有すること。列の中の先行パルスの周波数とビーム鉛直角とは異なった周波数とビーム鉛直角を有する各パルスを持ち、その周波数はビーム鉛直角と、異なった送信素子によって送信される超音波間の時間遅延によって制御されているビーム鉛直角とによって特徴づけられること。そして、
● しっかりと縦に搭載した超音波送信素子の細長い配列を提供すること、そして超音波パルス列を送信する素子を有すること。列の中の先行パルスの周波数とビーム鉛直角とは異なった周波数とビーム鉛直角を有する各パルスを持ち、その周波数はビーム鉛直角と、異なった送信素子によって送信される超音波間の時間遅延によって制御されているビーム鉛直角とによって特徴づけられること。そして、
● しっかりと水平に搭載される超音波受信素子の細長い配列を提供すること。受信素子の出力が異なった受信素子出力の間の時間遅延を用いることによって水平に操舵されること。そして出力ビームの各水平位置に関して、出力ビームの水平位置と関係する時間遅延を有する受信素子からの出力はビーム形成器で加算される。
出力が乗算されるか又は相関を取られる変換器の2つの直交線によって構成されるミルズ・クロス配列は、プロダクト定理によって、或るビームパターンを持つが、これは同一の全ての次元の平面長方形素子配列のそれと同じである。このようなミルズ・クロスシステムは低感度で、低い配列利得を有するので、結果として信号対雑音比が高く、長距離は重要ではないような所でのみ有益である。本発明は船舶の前方の垂直水柱にある物体を識別するために超音波パルスに多重周波数を使用している。それ故に、送信パルスの周波数は検出した物体の垂直座標を与える。検出した物体の水平座標は異なった受信素子間の時間遅延を使用することによって受信素子からの出力ビームを操舵することによって与えられる。出力ビームの各水平位置に関して、出力ビームの水平位置に関係するそれらの時間遅延を有する受信素子からの出力がビーム形成器で加算される。この加算はミルズ・クロスシステムよりも高い利得を与え、長距離検出にとっても更に適切である。
本発明において、ビーム角は送信/受信超音波の周波数を制御することよりはむしろ異なった素子間の時間遅延を用いることによって制御される。この結果、ビーム鉛直角は送信される超音波パルスの周波数を制御することよりもむしろ異なった送信素子によって送信される超音波間の時間遅延を用いて制御される。受信素子からの出力は周波数ビーム形成を用いて操舵するよりも異なった受信機出力間の時間遅延を用いて水平に操舵される。時間遅延は周波数とは独立に制御できるので、周波数ビーム形成技術に対する本発明の有利な点はビーム角とビーム周波数が各々独立に制御できるということである。
本発明において“鉛直角”は船舶の長手方向軸を含むしっかりした垂直面内の船舶の長手方向軸に対する角度を意味している。これ故に、正の鉛直角は上方むきであり、負の鉛直角は下方向きである。
本発明において“水平角”は船舶の長手方向軸を含むしっかりした水平面内の船舶の長手方向軸に関する角度を意味している。これ故に、正の水平角は船舶の正面、長手方向軸に関して右、あるいは右舷方向である。
送信素子の細長い配列は船舶の船首に垂直に搭載されることが好ましいのであるが、+30°(上向き)と−30°(下向き)の間、好ましくは+10°(上向き)と−10°(下向き)の間の小さな角度で搭載されることもある。垂直配列の鉛直角は傾斜計、好ましくは配列に対して内部の傾斜計を用いて監視される。垂直配列の鉛直角の補正は送信素子からの超音波パルスの時間遅延の調整と船舶の前方の任意の物体の3次元座標を受信素子によって受信される超音波から決定するときの時間遅延の調整、または何れかの調整によって行うことができる。そのような補正は船舶の運動と配列の構造的位置、または何れかに対応して行われる。船舶運動のための補正は運動参照ユニット(MRU)を用いて行われる。MRUは船舶の回転、縦ぶれとうねりまたは何れかについての情報を与えることができる。
送信素子は、超音波パルス列の各パルスは船舶の航行方向にビーム状になっていて、その列の先行パルスの周波数とビーム鉛直角とは異なる周波数とビーム鉛直角を有する各パルスを持ち、その周波数はビーム鉛直角と異なった送信素子によって送信される超音波間の時間遅延を用いることによって制御されるビーム鉛直角によって特徴づけられる超音波パルス列を、送信する。
各々が垂直座標情報を与えるためにエコーが復号化される所定の周波数と角度を有しているので、パルスの数は垂直平面内で送信されるビーム数を決定する。
超音波パルス列は各送信素子のための遅延ネットワークによって制御することができる。好ましくは超音波パルス列は連続した配列である。
各超音波パルスは500マイクロ秒から4ミリ秒の期間を持つことがある。適切な期間は2ミリ秒である。それ故に、超音波パルスの連続した配列の期間は送信素子からのパルス期間の和である。それ故に、例えば各々が2ミリ秒のパルス期間を持つ32パルスの連続した配列にとっては、配列は64ミリ秒の期間を持つ。
超音波パルス列は間隔をおいて繰り返されることがある。それ故に、配列は200ミリ秒から2秒の範囲の頻度で繰り返されることがあり、1秒から2秒であれば適切である。
送信された各超音波パルスは先行するパルスとは異なった周波数と鉛直ビーム角を有している。それ故に、周波数は鉛直ビーム角によって特徴づけられている。好ましくは、配列の中のパルスの周波数と鉛直ビーム角は配列の中で進行的に変化することである。配列の中のパルスの周波数と鉛直ビーム角は配列の中で不規則に変化することがある。
送信された各超音波パルスは先行パルスとは異なった周波数を有している。パルスの周波数は配列の中で進行的に変化することがある。パルスの周波数は配列の中で不規則に変化することがあり、これは雑音の大きい環境の中で有利になる場合がある。
送信素子からの超音波パルスの周波数は50kHzから500kHzの範囲で、好ましくは50kHzから300kHzの範囲で変化することがある。長距離に応用する場合には周波数は60kHzから90kHzの範囲にあることが好ましい。短距離に応用する場合には周波数は200kHzから300kHzの範囲にあることが好ましい。パルスの周波数は配列の中で60kHzから90kHz、または200kHzから300kHzの間で進行する。これ故に、連続した配列を持つ超音波パルスの例では、配列の最初のパルスは60kHzの周波数を持っており、後続のパルスは配列の最後の90kHzまで増加的に高い周波数を持つことになる。連続した配列を持つ超音波パルスの他の例では、配列の最初のパルスは200kHzの周波数を持っており、後続のパルスは配列の最後の300kHzまで増加的に高い周波数を持つことになる。
概して、周波数の範囲は公称周波数中心(“fc”)に中心が置かれる。適切には超音波パルスの周波数はfcの80%から120%の範囲内に入っている。好ましくは、パルスの周波数は配列の中でfcの80%から120%まで進行する。低い周波数を持つ長距離の応用では、fcは例えば75kHzの場合にはfcの80%から120%、即ち60kHzから90kHzの範囲内でパルス周波数を持つことになる。高い周波数を持つ短距離の応用では、fcは例えば250kHzの場合にはfcの80%から120%、即ち200kHzから300kHzの範囲内でパルス周波数を持つことになる。
送信された各超音波パルスは先行パルスとは異なった周波数と鉛直ビーム角を有する。その結果、周波数は鉛直ビーム角を特徴としている。鉛直ビーム角は異なった送信素子によって送信される超音波間の時間遅延を用いることによって制御される。好ましくは、時間遅延が送信素子配列の一端から送信素子配列の他端まで進行的であることである。別の場合には、時間遅延は送信素子配列の一端から送信素子配列の他端まで不規則の場合がある。
時間遅延は周波数とは独立に制御されるので、本発明の利点は送信超音波の鉛直ビーム角と周波数がお互いを独立に制御できることである。
そのパルス列において、パルスの鉛直ビーム角は+45°から−45°の範囲に、好ましくは+10°から−10°の範囲にある。好ましくは、パルスの鉛直ビーム角は+45°から−45°の範囲の鉛直角の間で、好ましくは+10°から−10°の範囲の鉛直角の間で、パルス列の中で進行的に変化することである。更にもっと好ましくは、パルスの鉛直ビーム角が+45°から−45°の間で、もっと好ましくは+10°から−10°の間で、パルス列の中で進行的に変化することである。それ故に、列の初めにはパルスは+45°の鉛直ビーム角を持っており、後続パルスは列の終わりのパルスでの−45°のビーム角まで次第に下方を示す鉛直ビーム角を持つことがある。好ましくは、列の初めにはパルスは+10°の鉛直ビーム角を持っており、後続パルスは列の終わりのパルスでの−10°のビーム角まで次第に下方を示す鉛直ビーム角を持つことがある。
好ましくは、パルス列の間で、超音波パルスの周波数は60kHzから90kHzまで列のなかで進行し、超音波パルスのビーム角が+10°から−10°まで列の中で進行することである。
送信素子の配列は1メートルで210dB reluPaを超える音響出力を持つことができる。
送信素子は船舶が閉じ込められた空間にいるときに音響出力を低減できるように出力レベル制御を持つことがある。
送信素子の細長い配列には送信素子はいくらでもある。相応しくは、送信素子の細長い配列は32と128の間の送信素子を有している。相応しくは、送信素子の細長い配列は2進数の数の送信素子を有しており、例えば32、64、128素子である。好ましい送信素子の細長い配列は64送信素子を有している。
送信素子はプログラム可能な波形の範囲を有する超音波パルスを送信するように操作される。送信素子は超音波パルスの列の間で変化させることができる波形の範囲を持つ超音波パルスを送信するように操作される。これは合焦と適応ビーム操舵、またはそれらの何れかを可能にするものである。
送信素子配列の長さは、垂直平面内で0.5°から2°、例えば1°のビーム幅を持つ超音波パルスのビームを与える様にするものである。各送信素子は30°から120°、例えば90°の水平面内のビーム幅を持つビームで超音波パルスを送信することができる。
受信素子の細長い配列には受信素子はいくらでもある。相応しくは、受信素子の細長い配列は32と128の間の受信素子を有している。相応しくは、受信素子の細長い配列は2進数の数の受信素子を有しており、例えば32、64、128素子である。好ましい受信素子配列は64の受信素子を有している。
受信素子の水平配列は送信素子配列と同じ方向内を示すように搭載されるべきである。それ故に、送信素子と受信素子の面は実質的に同じか、または平行な平面であるべきである。
受信素子の配列は垂直面内の配列に10°から60°の範囲、例えば20°の範囲でビーム幅を与えるようにするものである。受信素子の配列は水平面内の配列に0.5°から5°の範囲、例えば2°の範囲でビーム幅を与えるようにするものである。
受信素子配列のビーム幅は配列内の素子数を増やすことによって狭くすることができる。例えば、これは堰堤からの反射の影響を軽減して運河のような狭い水路でも運用できるようにするものである。受信素子の配列のビーム幅は、中心周りの受信ビームからのデータのみを処理するソフトウェアを用いることによって広くできる。
受信素子は船舶の前方の物体から反射された超音波は何でも受信する。受信素子からの出力は、異なった受信素子出力の間の時間遅延を用いることによって1個のビームとして水平に操舵される。受信素子からの出力のビームは+45°から−45°の範囲内の角度で水平に操舵することができる。好ましくは、受信素子からの出力のビームは+45°から−45°の間で水平に操舵される。出力ビームの各々の水平位置に関しては、出力ビームの水平位置に関係する時間遅延をもつ受信素子出力がビーム形成器内で加算される。受信素子からの出力ビーム数は多いか、少ないか、または受信素子数と同じである。受信素子からの出力は増幅され、デジタル化され、それから広帯域の時間遅延ビーム形成器を用いて加算される。この方法で、水平データ集合は各送信パルスに対応して受信素子のために決定される。例えば、32の超音波パルスをつくる64送信素子の細長い配列と64ビーム出力を作る64受信素子の細長い配列にとって、64水平データ集合が32垂直データ集合の各々に対して得られる。送信素子の周波数と鉛直角は垂直成分を与え、受信機出力のビームは船舶の前方の任意の物体の3次元座標を決定するために水平成分を与える。船舶の前方の任意の物体の距離は水中の音速の知識を用いて受信素子ビームからの出力の後続サンプル間の時間を変換することによって決定することができる。サンプル数は距離を示し、サンプルの周波数は分解能を示している。
データ集合から、船舶の前方の任意の物体の3次元座標を決定することができる。その座標は例えば、3次元体積モデル、3次元仮想環境、または同様なもので示すことができる。座標は例えば、表示スクリーン上の2次元で、または表示スクリーン上の3次元座標の2次元表示として表示される。
送信素子と受信素子の配列は処理するための電子工学と電源、相応しいものとしては直流電源とを結びつけてきた。信号は配列から配列へ非常に良い雑音耐性を持つ光ファイバ・テレメトリーによって送信することができる。本発明の装置は運動参照ユニット、全地球測位衛星や船舶のジャイロから選ばれた一つ以上の船舶の航行装置と関連している。運動参照ユニットは船舶の縦ぶれ、回転とうねりなどの情報を与えることができる。全地球測位衛星装置は船舶の位置情報を与える。船舶のジャイロは船舶の向かっている方向に関する情報を与えることができる。
本発明は船舶が座礁を回避するのに使用することができる。本発明は船舶の前方の地形の実時間表示をすることができ、座礁の回避や水中物体との衝突の回避の助けとなる。
この発明は以下の例と図1,2を参照して記述される。
図1を参照すると、図1aは本発明による水中ソナーシステム(2)を有する船舶(1)の側面部分を示しており、図1bは本発明による水中ソナーシステム(2)を有する船舶(1)の平面部分を示している。図1で示される水中ソナーシステム(2)は図1には詳しく示されていないが、図2に示されている超音波送信素子(22)の細長い配列と超音波受信素子(24)の細長い配列(23)を含んでいる。
図1と2を参照すると、送信素子配列は船舶の船首(3)にしっかりと垂直かつ正面を向くように搭載され、使用に際して、送信素子は超音波パルス列を送信し、各パルスは船舶の航行方向のビーム(4)中にあり、各パルスはそのパルス列の先行パルスの周波数と鉛直ビーム角とは異なる周波数と鉛直ビーム角を持ち、その周波数は 鉛直ビーム角と異なった送信素子によって送信される超音波間の時間遅延によって制御される鉛直ビーム角とによって特徴づけられるものである。好ましくは、周波数と鉛直ビーム角はパルス列の中で進行的に変化する。受信素子の配列は前記船舶の船首(3)にしっかりと水平に搭載され、その船舶は前方にある物体から反射される任意の超音波を受信するように正面に向けられた受信素子を有している。
図2を参照すると、送信素子の細長い配列(21)は長方形のセラミック素子である圧電送信素子(22)を含んである。配列には64個のそのような素子がある。受信素子の細長い配列(23)は長方形の圧電セラミック素子である受信素子(24)を含んでいる。配列には64個のそのような素子がある。送信素子や受信素子は圧電セラミック素子を封入したポリウレタンと共に、陽極酸化されたアルミニウム、アルミ銅、ステンレス鋼、チタンや海水への長期間浸水に適した何か他の材料などで構成することができる。
本発明のプロセスにおいて、使用に際して、配列(21)の送信素子(22)は超音波パルス列(4)を送信する。その各パルスは先行パルスの周波数と鉛直ビーム角とは異なった周波数と鉛直ビーム角を有しており、その周波数は鉛直ビーム角と異なった送信素子によって送信される超音波間の時間遅延を使用することによって制御される鉛直ビーム角によって特徴づけられる。配列(23)の受信素子(24)は船舶の前方にある物体(7)から反射された任意の超音波を受信する。その出力ビームは異なった受信素子出力の間の時間遅延を用いることによって水平に操舵され、かつビーム出力の各水平位置に関して、出力はビーム形成器(8)によって加算される。そして、任意のそのような物体の3次元座標は受信素子によって受信される超音波から決定される。
送信素子からビーム内で送信される超音波パルスの水平面内(5)のビーム幅は90°となる。送信素子からビーム内で送信される超音波パルスの垂直面内のビーム幅は1°になる。
その列の期間内で超音波パルスの周波数は60kHzから90kHzに進行し、超音波パルスの鉛直ビーム角(6)は+10°から−10°まで進行する。
各超音波パルスは2ミリ秒の期間を有する。超音波パルスの列は1秒から2秒の頻度で繰り返される。
受信素子の配列は垂直面内で20°、水平面内で2°のビーム幅を持つ。
受信素子(24)は船舶(1)の前方の物体(7)から反射された任意の超音波を受信する。受信素子からの出力は、異なった受信素子出力の間の時間遅延を用いることによって1本のビーム(10)として水平に操舵される。受信素子からの出力のビームは水平に+45°から−45°まで操舵される。出力ビームの各水平位置に関して、出力ビームの水平位置と関係する時間遅延を持つ受信素子(24)からの出力はビーム形成器で加算され、それは広帯域な時間遅延ビーム形成器である。この方法で、水平データ集合は送信パルスの各々に対応して受信素子のために決定される。32個の超音波パルス列を作る64の送信素子の細長い配列と64個の出力ビームを作る64の受信素子の細長い配列に関して、64個の水平データ集合が32個の各垂直データ集合のために得られる。送信素子の周波数と鉛直角は垂直成分を与え、受信機出力のビームは船舶(1)の前方の物体(7)の3次元座標を決定するために水平成分を与える。船舶前方の任意の物体の距離は水中の音速の知識を用いて受信素子ビームからの出力の継続するサンプル間の時間を変換することによって決定することができる。サンプル数は距離を示し、サンプルの周波数は分解能を示している。
座標軸は例えば、デスプレイ画面(9)上で2次元で、またはデスプレイ画面(9)上で3次元座標の2次元表示として、表示される。座標は例えば3次元体積モデルまたは3次元仮想環境、または同様な方法で表示されることがある。
この例で記述される装置と方法は物体(7)に座礁するのを避けるために、船舶で用いることが可能である。
Claims (9)
- (a) 送信素子の配列が船舶の船首にしっかりと垂直かつ正面向きに搭載され、使用に際しては、送信素子は超音波パルスを船舶の進行方向にビームで送信し、かつ船舶の前方の物体から反射された任意の超音波を受信するように正面に向いた受信素子を有する受信素子の配列が前記船舶の船首にしっかりと水平に搭載された超音波送信素子の細長い配列と超音波受信素子の細長い配列を含む水中ソナーシステムを有する船舶を提供する工程と、
(b) 列の先行パルスの周波数と鉛直ビーム角とは異なった周波数と鉛直ビーム角を有する各パルスを有し、その周波数が鉛直ビーム角と異なった送信素子によって送信される超音波間の時間遅延を用いて制御される鉛直ビーム角とによって特徴づけられる超音波素子から超音波パルス列を送信する工程と、
(c) 船舶の前方の物体から反射された任意の超音波を受信素子で受信すること、異なった受信素子出力間の時間遅延を用いて受信素子からの出力のビームを水平に操舵すること、そして出力のビームの各水平位置を算出するために出力ビームの水平位置に関連する時間遅延を持つ受信素子からの出力をビーム形成器内で加算する工程と、そして
(d) 受信素子からの加算出力から船舶の前方にある物体の3次元座標を決定する工程と、
を含む水中物体を検知する方法。 - パルス列の中のパルスの周波数と鉛直ビーム角がパルス列の中で進行的に変化する請求項1に記載の方法。
- パルス列の中のパルスの周波数が60kHzと90kHz、または200kHzと300kHzの間でパルス列の中で進行する請求項2に記載の方法。
- 鉛直ビーム角が+45°から−45°の範囲内の鉛直ビーム間でパルス列の中で進行的に変化する請求項2または3に記載の方法。
- 鉛直ビーム角が+10°から−10°の範囲内の鉛直ビーム間でパルス列の中で進行的に変化する請求項4に記載の方法。
- 受信素子からの出力ビームが+45°から−45°の範囲内の角度間で水平に操舵される請求項1乃至5いずれか一つに記載の方法。
- (i) 送信素子配列が船舶の船首にしっかりと垂直かつ正面向きに搭載され、使用に際して、送信素子が超音波パルスの列を送信し、各パルスが船舶の進行方法のビームの中にあり、列の中の先行するパルスの周波数と鉛直ビーム角とは異なる周波数と鉛直ビーム角をもつパルスを有し、その周波数が鉛直ビーム角と異なった送信素子によって送信される超音波の間の時間遅延を用いて制御される鉛直ビーム角によって特徴づけられるように適応し、そして
(ii) 船舶の前方にある物体から反射される任意の超音波を受信するように正面を向いた受信素子を有する受信素子配列が前記船舶の船首にしっかりと水平に搭載され、使用に際して、受信素子からの出力ビームが異なった受信素子出力の間の時間遅延を用いて操舵され、かつ出力ビームの各水平位置を決めるために出力ビームの水平位置と関連する位相シフトを有する受信素子の出力がビーム形成器の中で加算されるように適応すること、
を特徴とする超音波送信素子の細長い配列と超音波受信素子の細長い配列を含む水中ソナーシステムを有する船舶。 - 32個と128個の間の送信素子の細長い配列と32個と128個の間の受信素子の細長い配列を有する請求項7に記載の船舶。
- 64個の送信素子の細長い配列と64個の受信素子の細長い配列を有する請求項8に記載の船舶。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP06256033A EP1925949A1 (en) | 2006-11-24 | 2006-11-24 | Ship mounted underwater sonar system |
PCT/GB2007/004194 WO2008062156A1 (en) | 2006-11-24 | 2007-11-05 | Ship mounted underwater sonar system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010510512A true JP2010510512A (ja) | 2010-04-02 |
Family
ID=37989024
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009537688A Pending JP2010510512A (ja) | 2006-11-24 | 2007-11-05 | 船舶搭載水中ソナーシステム |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20100067330A1 (ja) |
EP (2) | EP1925949A1 (ja) |
JP (1) | JP2010510512A (ja) |
KR (1) | KR20090084877A (ja) |
CN (1) | CN101542312A (ja) |
NO (1) | NO20092386L (ja) |
WO (1) | WO2008062156A1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017021034A (ja) * | 2016-08-02 | 2017-01-26 | 国立研究開発法人港湾空港技術研究所 | 超音波格子化3次元電気化撮像装置 |
Families Citing this family (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6678210B2 (en) * | 2001-08-28 | 2004-01-13 | Rowe-Deines Instruments, Inc. | Frequency division beamforming for sonar arrays |
DE102009042968B4 (de) * | 2009-09-24 | 2011-07-07 | ATLAS ELEKTRONIK GmbH, 28309 | Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen eines Bodenprofils |
WO2012078140A1 (en) * | 2010-12-07 | 2012-06-14 | John Souza | Underwater navigation system |
CN102508230A (zh) * | 2011-10-20 | 2012-06-20 | 哈尔滨工程大学 | 图像声纳中时延、相移波束形成的fpga实现方法 |
KR101590253B1 (ko) * | 2014-06-23 | 2016-02-01 | 포항공과대학교 산학협력단 | 이미징 소나의 이미지 예측 시뮬레이션 방법 및 이를 이용한 장치 |
KR102309863B1 (ko) * | 2014-10-15 | 2021-10-08 | 삼성전자주식회사 | 전자 장치, 그 제어 방법 및 기록 매체 |
US9784832B2 (en) | 2015-03-05 | 2017-10-10 | Navico Holding As | Systems and associated methods for producing a 3D sonar image |
KR20170003078A (ko) | 2015-06-30 | 2017-01-09 | 한국해양과학기술원 | 자율주행식 부이 해저탐사장치 및 자율주행식 부이 해저탐사장치를 이용한 해저탐사방법 |
RU2610520C1 (ru) * | 2015-10-12 | 2017-02-13 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ автоматического определения гидролокатором курсового угла обнаруженного объекта |
KR101702580B1 (ko) * | 2015-11-12 | 2017-02-22 | 국방과학연구소 | 전방탐지용 소나 시스템 |
EP3449280B1 (en) * | 2016-04-29 | 2022-10-26 | R2Sonic, LLC | Sonar data compression |
FI128935B (en) * | 2017-02-15 | 2021-03-31 | Rolls Royce Oy Ab | Ship monitoring based on directionally captured ambient sounds |
RU2689998C1 (ru) * | 2017-12-28 | 2019-05-30 | Общество с ограниченной ответственностью "ГидроМаринн" | Многочастотный гидролокатор бокового обзора |
US11105922B2 (en) * | 2018-02-28 | 2021-08-31 | Navico Holding As | Sonar transducer having geometric elements |
US11047964B2 (en) | 2018-02-28 | 2021-06-29 | Navico Holding As | Sonar transducer having geometric elements |
WO2019167563A1 (ja) * | 2018-03-02 | 2019-09-06 | 古野電気株式会社 | 水中探知装置、および、水中探知方法 |
US11579288B2 (en) * | 2018-04-14 | 2023-02-14 | Coda Octopus Group Inc. | Pseudo random frequency sonar ping generation |
CN108802739B (zh) * | 2018-05-31 | 2021-04-16 | 深圳臻迪信息技术有限公司 | 一种水下障碍物探测方法及探测装置 |
CN109061614A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-21 | 上海有个机器人有限公司 | 物体探测方法及系统、超声波传感装置、机器人及无人车 |
US11493628B1 (en) * | 2018-10-29 | 2022-11-08 | Amazon Technologies, Inc. | Using perpendicular one-dimensional arrays for safe operation of aerial vehicles |
US11366221B1 (en) | 2018-10-29 | 2022-06-21 | Amazon Technologies, Inc. | Using pseudorandom signals transmitted from distributed sources in ranging operations |
US11885876B2 (en) * | 2019-09-30 | 2024-01-30 | Qisda Corporation | Underwater ultrasonic device |
CN115079178A (zh) * | 2021-03-10 | 2022-09-20 | 苏州佳世达电通有限公司 | 水下超音波装置 |
US11921200B1 (en) | 2022-08-19 | 2024-03-05 | Navico, Inc. | Live down sonar view |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62121355A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-02 | Agency Of Ind Science & Technol | 超音波撮像装置 |
JPS63198888A (ja) * | 1987-02-13 | 1988-08-17 | Unyusho Daini Kowan Kensetsukyoku | 水深測量システムにおける測深方式 |
JPH03108684A (ja) * | 1989-09-22 | 1991-05-08 | Furuno Electric Co Ltd | 水中探知装置 |
JPH105219A (ja) * | 1996-06-20 | 1998-01-13 | Fuji Electric Co Ltd | 超音波診断装置の整相回路 |
JPH10132930A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-22 | Nec Corp | 水中画像ソーナー |
JP2001356165A (ja) * | 2000-04-19 | 2001-12-26 | L3 Communications Corp | 船首ドーム・ソナー及び水中物体の検出方法 |
JP2004012237A (ja) * | 2002-06-05 | 2004-01-15 | Nec Corp | クロスファンビームによる船舶検出方法及び船舶検出装置 |
JP2006064524A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Nec Corp | ソーナー方法及び水中画像ソーナー |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS52131679A (en) * | 1976-04-28 | 1977-11-04 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ultrasonic diagnostic device |
FR2685781B1 (fr) * | 1991-12-31 | 1994-02-25 | Thomson Csf | Sonar d'evitement d'objets en pleine eau pour batiment de surface. |
US5548561A (en) * | 1995-02-27 | 1996-08-20 | General Electric Company | Ultrasound image enhancement using beam-nulling |
JP4031101B2 (ja) * | 1998-01-30 | 2008-01-09 | 古野電気株式会社 | 信号入射角度検出装置、信号の入射角度の検出方法およびスキャニングソナー |
DE60114561T2 (de) * | 2001-04-03 | 2006-08-10 | Mitsubishi Denki K.K. | Verfahren und Vorrichtung zur Detektion eines Zielsignals und Hindernisdetektionssystem |
AU2002345848A1 (en) * | 2001-06-21 | 2003-01-08 | Farsounder, Inc. | Interferometric imaging method apparatus and system background of the invention |
US7173879B2 (en) * | 2003-06-09 | 2007-02-06 | Farsounder, Inc. | High resolution obstacle avoidance and bottom mapping array processing technique |
US7123546B2 (en) * | 2003-06-02 | 2006-10-17 | Farsounder, Inc. | Processing technique for forward looking sonar |
US6678210B2 (en) * | 2001-08-28 | 2004-01-13 | Rowe-Deines Instruments, Inc. | Frequency division beamforming for sonar arrays |
JP4033704B2 (ja) * | 2002-04-24 | 2008-01-16 | 古野電気株式会社 | 自動追尾式スキャニングソナー |
JP4164290B2 (ja) * | 2002-05-20 | 2008-10-15 | 古野電気株式会社 | 超音波送受信装置およびスキャニングソナー |
US6700832B2 (en) * | 2002-06-18 | 2004-03-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method and apparatus for passive acoustic imaging using a horizontal line array |
CA2530290C (en) * | 2003-07-11 | 2015-11-17 | Blueview Technologies, Inc. | Systems and methods implementing frequency-steered acoustic arrays for 2d and 3d imaging |
US7212466B2 (en) * | 2004-07-15 | 2007-05-01 | Imagenex Technology Corp. | Producing amplitude values for controlling pixel illumination on a sonar display |
US20060256653A1 (en) * | 2005-05-05 | 2006-11-16 | Rune Toennessen | Forward looking systems and methods for positioning marine seismic equipment |
-
2006
- 2006-11-24 EP EP06256033A patent/EP1925949A1/en not_active Ceased
-
2007
- 2007-11-05 US US12/312,713 patent/US20100067330A1/en not_active Abandoned
- 2007-11-05 CN CNA2007800436555A patent/CN101542312A/zh active Pending
- 2007-11-05 KR KR1020097010397A patent/KR20090084877A/ko not_active Application Discontinuation
- 2007-11-05 JP JP2009537688A patent/JP2010510512A/ja active Pending
- 2007-11-05 WO PCT/GB2007/004194 patent/WO2008062156A1/en active Application Filing
- 2007-11-05 EP EP07824433A patent/EP2084557A1/en not_active Withdrawn
-
2009
- 2009-06-23 NO NO20092386A patent/NO20092386L/no not_active Application Discontinuation
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62121355A (ja) * | 1985-11-21 | 1987-06-02 | Agency Of Ind Science & Technol | 超音波撮像装置 |
JPS63198888A (ja) * | 1987-02-13 | 1988-08-17 | Unyusho Daini Kowan Kensetsukyoku | 水深測量システムにおける測深方式 |
JPH03108684A (ja) * | 1989-09-22 | 1991-05-08 | Furuno Electric Co Ltd | 水中探知装置 |
JPH105219A (ja) * | 1996-06-20 | 1998-01-13 | Fuji Electric Co Ltd | 超音波診断装置の整相回路 |
JPH10132930A (ja) * | 1996-10-31 | 1998-05-22 | Nec Corp | 水中画像ソーナー |
JP2001356165A (ja) * | 2000-04-19 | 2001-12-26 | L3 Communications Corp | 船首ドーム・ソナー及び水中物体の検出方法 |
JP2004012237A (ja) * | 2002-06-05 | 2004-01-15 | Nec Corp | クロスファンビームによる船舶検出方法及び船舶検出装置 |
JP2006064524A (ja) * | 2004-08-26 | 2006-03-09 | Nec Corp | ソーナー方法及び水中画像ソーナー |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017021034A (ja) * | 2016-08-02 | 2017-01-26 | 国立研究開発法人港湾空港技術研究所 | 超音波格子化3次元電気化撮像装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1925949A1 (en) | 2008-05-28 |
WO2008062156A1 (en) | 2008-05-29 |
EP2084557A1 (en) | 2009-08-05 |
US20100067330A1 (en) | 2010-03-18 |
NO20092386L (no) | 2009-08-21 |
KR20090084877A (ko) | 2009-08-05 |
CN101542312A (zh) | 2009-09-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010510512A (ja) | 船舶搭載水中ソナーシステム | |
US11609316B2 (en) | Integrated sonar devices and methods | |
AU2016203271B2 (en) | Sonar systems and methods using interferometry and/or beamforming for 3d imaging | |
US11119211B2 (en) | Acoustic doppler system and method | |
CA2941477C (en) | Adaptive beamformer for sonar imaging | |
US9335412B2 (en) | Sonar transducer assembly | |
AU760693B2 (en) | Method for producing a 3D image | |
US6285628B1 (en) | Swept transit beam bathymetric sonar | |
JP5550092B2 (ja) | 水中画像全方位表示処理装置及び方法 | |
US20160377716A1 (en) | Sonar transducer assembly | |
US20240069193A1 (en) | Acoustic doppler system and method | |
KR19990078351A (ko) | 수중물체탐지장치 | |
WO2002059645A2 (en) | Multibeam synthetic aperture sonar | |
GB2417081A (en) | Forward looking sonar having first and second receiving beams | |
US20170031023A1 (en) | Forward Scanning Sonar System and Method with Angled Fan Beams | |
CA2928461A1 (en) | Forward scanning sonar system and method with angled fan beams | |
JPH0213877A (ja) | 流氷水中形状観測方式 | |
Hammerstad et al. | Ultra Wide Swath Sea interferometric multibeam echo sounder with sea bottom imaging system. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20101026 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120524 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120615 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20121107 |