JP2011058886A - Device for obtaining underwater video image and acquisition method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a clear underwater acoustic image by reducing the volume of data of reception signals, enabling reduction of the scale of an electronic circuit and the size of a device, and suppressing noise and harmonic components. <P>SOLUTION: The device for obtaining an underwater video image includes an acoustic lens on a front face of a wave receiving unit, for steering a transmission beam of a sound wave emitted from a wave transmission unit 104 in a horizontal or perpendicular direction by changing the frequency of an electric signal to be input to the wave transmission unit 104, and for converging a reflected sound wave from a target. The wave receiving unit is configured by a plurality of wave receiving elements 105 divided in the direction perpendicular to the steering direction of the wave transmission unit 104, and includes: a plurality of active mixers 107 for down-converted received signals from the wave receiving elements to those of a predetermined frequency by multiplying two signals of each reflected signal (received signal) received from the target and a local oscillator signal of a frequency set in accordance with a transmission frequency; and a signal processing/control means 101 for generating an underwater video image from the received frequency-converted signals. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、水中映像取得装置及び取得方法に係り、特に、ソーナー、魚群探知機等の広帯域かつ周波数掃引される周波数の超音波を送受信して水中の映像を生成する水中映像取得装置及び取得方法に関する。   The present invention relates to an underwater image acquisition device and an acquisition method, and more particularly to an underwater image acquisition device and an acquisition method for generating an underwater image by transmitting / receiving ultrasonic waves of a wideband and frequency swept frequency such as a sonar and a fish finder About.

ピエゾ素子等の電気音響変換素子により構成される超音波送波器に入力する電気信号の周波数を変更することによって超音波の送波ビームのステアリングを可能とする周波数掃引方式を適用し、目標からの反射音波を処理して映像化する水中映像取得装置の技術が、例えば、特許文献1等に記載されて知られている。この水中映像取得装置は、目標からの反射波を収束させる音響レンズを、送波器と同様にピエゾ素子等により構成される受波器の前面に備えることにより、効率的に水中映像を取得することができるようにしたものである。   Applying a frequency sweep method that enables steering of the ultrasonic wave transmission beam by changing the frequency of the electric signal input to the ultrasonic wave transmitter composed of electroacoustic transducers such as piezo elements. A technique of an underwater image acquisition device that processes and reflects a reflected sound wave is known and described in, for example, Patent Document 1 and the like. This underwater image acquisition device efficiently acquires underwater images by providing an acoustic lens for converging the reflected wave from the target on the front surface of a receiver composed of a piezo element or the like, similar to a transmitter. It is something that can be done.

特表2007−535195号公報Special table 2007-535195

従来技術による水中映像取得装置は、送波器に入力する電気信号の周波数を変更することによって超音波送波ビームのステアリングを可能とする周波数掃引方式を適用し、目標からの反射音波を収束させる音響レンズを受波器の前面に備えることにより、効率的に音響画像を取得することができる装置であるが、受信信号のデータ量が多く、データ伝送を含む信号処理及び演算に要する電子回路規模が大きくなり、装置の小型・軽量化を困難とさせるという問題点を有している。   The underwater image acquisition device according to the prior art applies a frequency sweep method that enables steering of an ultrasonic transmission beam by changing the frequency of an electric signal input to the transmitter, and converges the reflected sound wave from the target. By providing an acoustic lens in front of the receiver, it is a device that can efficiently acquire acoustic images, but the amount of received signal data is large, and the scale of the electronic circuit required for signal processing and computation including data transmission However, there is a problem that it is difficult to reduce the size and weight of the apparatus.

すなわち、従来技術で使用している周波数掃引方式は、送波ビームを周波数でステアリングするため、受信周波数の使用周波数帯域幅が、この方式の原理上、下限周波数をfaとすると、上限周波数が約2×faとなり、fa〜2×faの帯域幅になる。このため、送波器、受波器及び受信回路には、この使用周波数帯域幅の信号を送受信すべく広帯域な特性が要求される。しかし、前述した従来技術による装置は、送波器、受波器の周波数毎に異なる出力レベルを効果的に補正し、送受波音響性能を最適にする手段がなく、ノイズ及び高調波成分が取得した音響画像に表示され、音響画像を不明瞭なものにしてしまうという問題点を生じさせている。   That is, since the frequency sweep method used in the prior art steers the transmission beam by frequency, the upper limit frequency is about 2 × fa and a bandwidth of fa to 2 × fa. For this reason, the transmitter, the receiver, and the receiving circuit are required to have a wide band characteristic so as to transmit and receive a signal of this use frequency bandwidth. However, the above-described prior art device effectively corrects the output level that varies depending on the frequency of the transmitter and receiver, and has no means to optimize the acoustic performance of the transmitter and receiver, and obtains noise and harmonic components. The sound image is displayed, and the sound image becomes unclear.

本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を解決し、受信信号のデータ量を低減し、電子回路規模の削減及び装置の小型化を可能とすると共に、ノイズ及び高調波成分を抑制し、送受波音響性能を最適にすることにより、明瞭な音響画像を得ることができるようにした水中映像取得装置及び取得方法を提供することにある。   The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, reduce the amount of received signal data, reduce the size of the electronic circuit and downsize the device, and suppress noise and harmonic components. Another object of the present invention is to provide an underwater video acquisition device and an acquisition method capable of obtaining a clear acoustic image by optimizing transmission / reception acoustic performance.

本発明によれば前記目的は、送波器に入力する電気信号の周波数を変更する周波数掃引方式を用いて前記送波器から放射される音波の送波ビームを水平方向または垂直方向にステアリングし、目標からの反射音波を収束させる音響レンズを受波器の前面に備えた水中映像取得装置において、前記受波器は、前記送波器のステアリング方向と直角な方向に分割された複数の受波素子により構成され、前記複数の受波素子により受信された目標からの反射信号(受信信号)のそれぞれと、送信周波数に合わせて周波数設定された局部発振器信号との2つの信号を掛け合わせることにより、各受波素子からの受信信号をある一定の周波数に周波数変換(ダウンコンバーティング)した受信信号とする複数のアクティブ・ミキサと、一定の周波数に周波数変換された受信信号から水中映像を生成する信号処理/制御手段とを備えることにより達成される。   According to the present invention, the object is to steer a transmitted beam of sound waves emitted from the transmitter in a horizontal direction or a vertical direction by using a frequency sweep method that changes the frequency of an electric signal input to the transmitter. In the underwater image acquisition device having an acoustic lens for converging the reflected sound wave from the target on the front surface of the receiver, the receiver includes a plurality of receivers divided in a direction perpendicular to the steering direction of the transmitter. Each of the reflected signals (received signals) from the target, which is composed of wave elements and received by the plurality of wave receiving elements, and the local oscillator signal whose frequency is set in accordance with the transmission frequency are multiplied. By means of this, a plurality of active mixers that convert the received signal from each receiving element to a fixed frequency (down-converted) received signal and a fixed frequency It is accomplished by several transformed received signal and a signal processing / control unit for generating a water image.

本発明によれば、電子回路規模の削減及び装置の小型化を図ることができ、明瞭な音響画像を得ることができる。   According to the present invention, the electronic circuit scale can be reduced and the apparatus can be reduced in size, and a clear acoustic image can be obtained.

本発明の一実施形態による水中映像取得装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the underwater image acquisition apparatus by one Embodiment of this invention. 周波数掃引方式を適用した送波器、受波器の動作原理を説明する図である。It is a figure explaining the principle of operation of a transmitter and a receiver to which a frequency sweep method is applied. 周波数掃引方式での超音波の送波ビームの方位について説明する図である。It is a figure explaining the azimuth | direction of the transmission beam of the ultrasonic wave by a frequency sweep system. 送波器、受波器の周波数毎の出力レベル誤差の例について説明する図である。It is a figure explaining the example of the output level error for every frequency of a transmitter and a receiver.

以下、本発明による水中映像取得装置及び取得方法の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of an underwater image acquisition apparatus and acquisition method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は本発明の一実施形態による水中映像取得装置の構成を示すブロック図、図2は周波数掃引方式を適用した送波器、受波器の動作原理を説明する図、図3は周波数掃引方式での超音波の送波ビームの方位について説明する図、図4は送波器、受波器の周波数毎の出力レベル誤差の例について説明する図である。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an underwater video acquisition apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining the operating principle of a transmitter and a receiver to which a frequency sweep method is applied, and FIG. 3 is a frequency sweep. FIG. 4 is a diagram for explaining an example of an output level error for each frequency of a transmitter and a receiver.

図1に示す本発明の実施形態による水中映像取得装置の構成を説明する前に、まず、図3を参照して周波数掃引方式での超音波の送波ビームの方位について説明する。   Before describing the configuration of the underwater image acquisition apparatus according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, first, the orientation of the ultrasonic transmission beam in the frequency sweep method will be described with reference to FIG.

本発明の実施形態に使用する送波器は、図3に示すように、極性を交互に反転させて複数の電気音響変換素子を水平方向に配列して構成されている。この電気音響変換素子は、例えば、チタン酸バリウム等により構成される。なお、図3には電気音響変換素子が2列水平方向に配列されているとして示しているが、1列であってもよい。   As shown in FIG. 3, the transmitter used in the embodiment of the present invention is configured by alternately inverting the polarities and arranging a plurality of electroacoustic transducers in the horizontal direction. This electroacoustic transducer is made of, for example, barium titanate. Although FIG. 3 shows that the electroacoustic transducer elements are arranged in two rows in the horizontal direction, it may be in one row.

前述のように構成される送波器は、前述の複数の電気音響変換素子の全てに、送信回路から異なる周波数の送信電気信号(周波数掃引された送信電気信号)が入力されるだけで、送波ビームをステアリングすることができる。また、図示送波器から送信される超音波は、その送信方位によって周波数が異なるため、受信側では、目標からの反射信号を音響レンズ及び受波器で受波し、その受信信号をFFT(高速フーリエ変換)するだけで受波方位に分離することができる。   In the transmitter configured as described above, a transmission electric signal having a different frequency (transmission electric signal swept in frequency) is input to all of the plurality of electroacoustic transducers from the transmission circuit. The wave beam can be steered. In addition, since the frequency of the ultrasonic wave transmitted from the illustrated transmitter varies depending on the transmission direction, the reception side receives the reflected signal from the target with the acoustic lens and the receiver, and the received signal is converted to the FFT ( It can be separated into receiving directions only by fast Fourier transform.

なお、本発明の実施形態で使用する超音波信号の周波数帯域幅は、すでに説明したように、その原理上、下限周波数をfaとすると、上限周波数が約2×faとなり、fa〜2×faの帯域幅になる。   Note that, as already described, the frequency bandwidth of the ultrasonic signal used in the embodiment of the present invention is approximately 2 × fa when the lower limit frequency is fa. In principle, the upper limit frequency is about 2 × fa, and fa˜2 × fa. Bandwidth.

いま、送波器及び受波器の使用周波数範囲における下限周波数を500kHzとすると、上限周波数は1MHzとなる。この場合、送波器に対する制御部からの制御に従い送信回路が周波数f1として1MHzの送信電気信号を送波器に入力すると、超音波送波ビームは、図3に示すように、矢印(A)の方向に送出され、周波数f2が500kHzの送信電気信号を送波器に入力すると、超音波送波ビームは、矢印(B)の方向に送出される。   Now, if the lower limit frequency in the use frequency range of the transmitter and receiver is 500 kHz, the upper limit frequency is 1 MHz. In this case, when the transmission circuit inputs a 1 MHz transmission electrical signal with the frequency f1 to the transmitter in accordance with control from the control unit for the transmitter, the ultrasonic transmission beam is indicated by an arrow (A) as shown in FIG. When a transmission electrical signal having a frequency f2 of 500 kHz is input to the transmitter, the ultrasonic transmission beam is transmitted in the direction of arrow (B).

前述から判るように、送波器に送信電気信号を入力する送信回路が周波数f1〜f2まで周波数を変化させながら送信電気信号を送波器に入力すると、送波器は、周波数の変化に従って図3に模式的に示しているように、狭い扇形のビームを水平方向に(A)から(B)の方向にステアリングさせながら超音波ビームを送信し、所定の角度範囲の水平方向に対してビームの照射を行うことになる。なお、周波数f1〜f2まで周波数を変化させながら送信電気信号を送波器に入力すると、送波器は、図3に示すように、水平方向に対して素子の中心から角度θだけ偏倚した2群の照射範囲を形成するが、従来技術として知られているように、いずれか一方を不使用とすることができ、また、より広い連続した照射範囲を得たい場合には、2組の送波器を所定の角度だけずらせて配置し、超音波の照射範囲を2組の送波器からの照射範囲が連続するようにすればよい。また、前述において、送波器が周波数の変化に従って放射する水平方向の狭い扇形の超音波ビームは、垂直方向(図3を描いている紙面に対して垂直な方向)に対して広い範囲を照射している。これにより、水中映像を取得しようとしている目標物の水平方向、垂直方向の所定の範囲に対して超音波ビームを照射することができる。   As can be seen from the above, when the transmission circuit that inputs the transmission electrical signal to the transmitter changes the frequency from frequency f1 to f2, and the transmission electrical signal is input to the transmitter, the transmitter follows the change in frequency. As schematically shown in FIG. 3, an ultrasonic beam is transmitted while steering a narrow fan-shaped beam in the horizontal direction from (A) to (B), and the beam is directed to the horizontal direction within a predetermined angular range. Will be irradiated. When a transmission electrical signal is input to the transmitter while changing the frequency from frequencies f1 to f2, the transmitter is deviated by an angle θ from the center of the element with respect to the horizontal direction as shown in FIG. A group of irradiation ranges is formed, but as is known in the prior art, either one can be disabled, and if a wider continuous irradiation range is desired, two sets of It is only necessary that the wave generators are shifted by a predetermined angle so that the irradiation ranges of the ultrasonic waves are continuous from the two sets of transmitters. In addition, in the above description, the horizontal narrow fan-shaped ultrasonic beam emitted by the transmitter according to the change in frequency irradiates a wide range in the vertical direction (direction perpendicular to the paper on which FIG. 3 is drawn). is doing. Thereby, an ultrasonic beam can be irradiated with respect to the predetermined range of the horizontal direction of the target which is going to acquire an underwater image, and a perpendicular direction.

そして、目標物に照射されて反射した超音波信号は、受波器の前面に設けられた音響レンズを介して、送波器と同様に複数の電気音響変換素子を配列して構成した受波器に収束される。もし、目標物が図3に示す矢印(A)の位置にある場合、周波数1MHzの超音波の反射波が受波器に到来し、目標物が矢印(B)の位置にある場合、周波数500kHzの超音波の反射波が受波器に到来することになる。   Then, the ultrasonic signal reflected and reflected from the target is received by an arrangement of a plurality of electroacoustic transducer elements in the same manner as the transmitter via an acoustic lens provided on the front surface of the receiver. Converged to a vessel. If the target is at the position of the arrow (A) shown in FIG. 3, an ultrasonic reflected wave having a frequency of 1 MHz arrives at the receiver, and if the target is at the position of the arrow (B), the frequency is 500 kHz. The reflected wave of the ultrasonic wave arrives at the receiver.

前述で説明した従来技術は、受波器により音響電気変換された電気信号(受信信号)を、500kHzから1MHzの広帯域な受信周波数を保持した状態で、受信を行えるように受信回路を構成し信号処理を実施する必要があった。   The prior art described above has a receiving circuit configured to receive an electric signal (received signal) that has been subjected to acoustoelectric conversion by a receiver while maintaining a wide receiving frequency from 500 kHz to 1 MHz. It was necessary to carry out the treatment.

この場合、受波器を構成する各振動子(電気音響変換素子)のそれぞれからのアナログ受信信号に対して信号処理を実施するため、アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換器のサンプリング周波数は、扱う信号周波数の2倍、説明している例では、2MHz以上が必要となり、変換されたデジタル信号のデータ量が膨大となって、回路規模の増大を招いていた。なお、ここで示すデジタル信号のデータ量は、受波器の振動子の数、AD変換器のビット数、サンプリング周波数を掛け合わせた値で定義されるものである。   In this case, in order to perform signal processing on the analog reception signal from each transducer (electroacoustic conversion element) constituting the receiver, the sampling frequency of the AD converter that converts the analog signal into a digital signal is In the example described, 2 MHz or more is required, and the amount of data of the converted digital signal is enormous, resulting in an increase in circuit scale. The data amount of the digital signal shown here is defined by a value obtained by multiplying the number of transducers of the receiver, the number of bits of the AD converter, and the sampling frequency.

そして、広帯域な受信信号、高速なサンプリング周波数及びクロック周波数は、受信回路内において、ノイズ及び高調波成分を発生させる要因であり、その結果、得られた映像にノイズ及び高調波成分が重畳されることとなり、取得した音響画像を不明瞭なものとしてしまっていた。   The wideband received signal, the high-speed sampling frequency, and the clock frequency are factors that generate noise and harmonic components in the receiving circuit. As a result, noise and harmonic components are superimposed on the obtained image. As a result, the acquired acoustic image was made ambiguous.

そこで、本発明の実施形態では、受波器の複数の振動子のそれぞれから受信回路に入力される目標からの反射信号(受信信号)と、その受信信号の周波数、すなわち、送信周波数に応じて周波数設定された局部発振器信号(LO信号)との2信号を、アクティブ・ミキサにより掛け合わせることによって、ある一定の周波数に周波数変換(ダウンコンバーティング)した信号を受信信号として処理することとしている。   Therefore, in the embodiment of the present invention, the reflected signal (received signal) from the target input from each of the plurality of transducers of the receiver to the receiving circuit and the frequency of the received signal, that is, the transmission frequency A signal obtained by frequency conversion (down-converting) to a certain fixed frequency is processed as a received signal by multiplying two signals of the local oscillator signal (LO signal) with the frequency set by an active mixer.

ここで、アクティブ・ミキサの動作について説明すると、次のようになる。すなわち、
いま、受信信号をa(t)、LO信号をb(t)、それぞれの周波数をf1、f2(f1>f2)、信号a(t)、b(t)の振幅をA、Bとし、周波数を単一正弦波であるω1=2πf1、ω2=2πf2とすると、受信信号a(t)、LO信号b(t)は、
a(t)=Asin(ω1t) ……(1)
b(t)=Bsin(ω2t) ……(2)
として表すことができる。
Here, the operation of the active mixer will be described as follows. That is,
Now, the received signal is a (t), the LO signal is b (t), the respective frequencies are f1, f2 (f1> f2), the amplitudes of the signals a (t), b (t) are A, B, and the frequency Is a single sine wave ω1 = 2πf1 and ω2 = 2πf2, the received signal a (t) and LO signal b (t) are
a (t) = Asin (ω1t) (1)
b (t) = Bsin (ω2t) (2)
Can be expressed as

そして、この2つの信号を、アクティブ・ミキサに入力して掛け合わせると、
a(t)×b(t)=AB・sin(ω1t)・sin(ω2t)
=AB/2・[cos(ω1−ω2)t−cos(ω1+ω2)t] ……(3)
となる。
And when these two signals are input to the active mixer and multiplied,
a (t) × b (t) = AB · sin (ω1t) · sin (ω2t)
= AB / 2 · [cos (ω1-ω2) t-cos (ω1 + ω2) t] (3)
It becomes.

この(3)式から判るように、2つの信号a(t)とb(t)とをアクティブ・ミキサにより掛け合わせることによって、信号a(t)と信号b(t)との和及び差の周波数成分が生み出される。   As can be seen from this equation (3), by multiplying the two signals a (t) and b (t) by an active mixer, the sum and difference of the signals a (t) and b (t) A frequency component is created.

本発明の実施形態ではアクティブ・ミキサにより掛け合わせて得られる和及び差の周波数成分の信号の差側の信号をある一定の周波数となるように周波数変換(ダウンコンバーティング)することとする。そのため、受信信号の周波数、すなわち、送信周波数に応じてアクティブ・ミキサからの差側の信号が一定の周波数となるように周波数設定された局部発振器信号(LO信号)を用意する。   In the embodiment of the present invention, the signal on the difference side of the sum and difference frequency components obtained by multiplication by the active mixer is frequency-converted (down-converted) so as to have a certain frequency. For this reason, a local oscillator signal (LO signal) whose frequency is set so that the difference-side signal from the active mixer becomes a constant frequency according to the frequency of the received signal, that is, the transmission frequency is prepared.

例えば、送信周波数、すなわち、受信信号の周波数が1MHzのとき、LO信号の周波数を900kHzに設定する。このとき(3)式により、アクティブ・ミキサ処理後の差の周波数成分を持つ受信信号の周波数は100kHzになる。また、送信周波数、すなわち、受信信号の周波数が500kHzのとき、LO信号の周波数を400kHzに設定する。このとき(3)式により、アクティブ・ミキサ処理後の差の周波数成分を持つ受信信号の周波数は100kHzになる。このことから判るように、送信周波数を1MHzから500kHzに連続して変化させていって超音波ビームを水平方向にステアリングさせて映像を作成する場合、LO信号の周波数を900kHzから400kHzに連続して変化させると、送信周波数の変化にかかわらず、アクティブ・ミキサからは、その差の周波数成分を持つ受信信号として、周波数が変化しない周波数100kHzの信号を得ることができることになる。   For example, when the transmission frequency, that is, the frequency of the received signal is 1 MHz, the frequency of the LO signal is set to 900 kHz. At this time, according to the equation (3), the frequency of the received signal having the frequency component of the difference after the active mixer processing is 100 kHz. When the transmission frequency, that is, the frequency of the reception signal is 500 kHz, the LO signal frequency is set to 400 kHz. At this time, according to the equation (3), the frequency of the received signal having the frequency component of the difference after the active mixer processing is 100 kHz. As can be seen from this, when the image is created by continuously changing the transmission frequency from 1 MHz to 500 kHz and steering the ultrasonic beam in the horizontal direction, the frequency of the LO signal is continuously changed from 900 kHz to 400 kHz. When this is changed, a signal having a frequency of 100 kHz that does not change in frequency can be obtained from the active mixer as a received signal having the frequency component of the difference regardless of the change in the transmission frequency.

前述したように、受信信号に対して、ある一定の周波数に周波数変換(ダウンコンバーティング)を行うことにより、受波器の振動子毎に必要であるAD変換器のサンプリング周波数を下げることが可能となる。   As described above, by performing frequency conversion (down-converting) on the received signal to a certain frequency, the sampling frequency of the AD converter required for each transducer of the receiver can be lowered. It becomes.

ちなみに、従来技術の場合には、上限周波数1MHzの受信信号をAD変換器によりデジタル信号に変換するためには、2MHz以上のサンプリング周波数が必要であったのに対して、本発明の実施形態では、前述で説明したように、上限周波数1MHzの受信信号をアクティブ・ミキサにより、100kHzに周波数変換することにより、AD変換器のサンプリング周波数を200kHzにすることができ、受信回路、演算を含む信号処理に要するデータの量を1/10程度に削減することが可能となる。   Incidentally, in the case of the prior art, a sampling frequency of 2 MHz or more is required to convert a received signal having an upper limit frequency of 1 MHz into a digital signal by an AD converter, whereas in the embodiment of the present invention, As described above, the received signal having the upper limit frequency of 1 MHz is frequency-converted to 100 kHz by the active mixer, whereby the sampling frequency of the AD converter can be set to 200 kHz, and the signal processing including the receiving circuit and the calculation is performed. Can be reduced to about 1/10.

次に、図2を参照して周波数掃引方式を適用した送波器、受波器の動作と、受波器により得た受信信号から2次元静止画像を形成する方法とについて説明する。   Next, operations of a transmitter and a receiver to which a frequency sweep method is applied will be described with reference to FIG. 2 and a method for forming a two-dimensional still image from a received signal obtained by the receiver.

なお、図2(a)は図3により説明した周波数掃引方式での超音波の送波ビームの方位と周波数掃引によりステアリングされた送波ビームの反射波を受波器が音響レンズを介して受信する様子を説明する図であり、図2(b)は2次元静止画像を形成する方法を説明する図である。   2A shows the direction of the ultrasonic transmission beam in the frequency sweep method described with reference to FIG. 3 and the reflected wave of the transmission beam steered by the frequency sweep via the acoustic lens. FIG. 2B is a diagram for explaining a method of forming a two-dimensional still image.

図2(a)の上段左側には、周波数掃引方式での水平方向への超音波の異なる周波数での送波ビーム(狭ビーム)が周波数掃引されてステアリングされて全体で30度の動作セクタ範囲に照射される様子を示している。これらの各照射送波ビーム(狭ビーム)からの反射波が音響レンズを介して受波器に入力される様子を図2(a)の上段右側に示している。ここで、受波器としては、音響レンズによる収束特性に合わせた受波器アレイ(素子アレイ)により形成されたのものが用意される。この場合、受波器のチャネル分割はなく、周波数により決まる音波到来方位からの周波数の受信信号が受波器に入力されて検出されることになる。   On the upper left side of FIG. 2 (a), the transmission beam (narrow beam) of the ultrasonic waves in the horizontal direction in the frequency sweep method at different frequencies is swept and steered to an operating sector range of 30 degrees as a whole. The state of irradiation is shown. A state in which reflected waves from these irradiation transmission beams (narrow beams) are input to the receiver via the acoustic lens is shown on the upper right side of FIG. Here, as the wave receiver, one formed by a wave receiver array (element array) that matches the convergence characteristics of the acoustic lens is prepared. In this case, there is no channel division of the receiver, and a received signal having a frequency from a sound wave arrival direction determined by the frequency is input to the receiver and detected.

また、図2(a)の下段左側には、水平方向への超音波の異なる周波数での送波ビーム(狭ビーム)のそれぞれが垂直方向へビームの照射を行う様子を示している。図3によりすでに説明したように、前述の狭ビームは、垂直方向に対して広い範囲(図2(a)に示す例では30度の動作セクタ範囲)を照射している。このような照射送波ビームからの反射波が音響レンズを介して受波器に入力される様子を図2(a)の下段右側に示している。ここで、受波器としては、音響レンズによる収束特性を合わせた受波器アレイ(素子アレイ)により形成されたのものが用意される。この場合、受波器は、チャネル分割されたものが使用される。図2(a)に示す例では64分割、すなわち、受波器は64個の受波素子による受波器アレイにより構成されているものとしている。そして、音波到来方位に依存した音響レンズにより、音波到来方位に依存して音線が収束されるので、64分割されたチャネルの各受波素子からの信号を検出することにより、反射された超音波信号の到来方位を算出することができる。   Further, the lower left side of FIG. 2A shows a state in which each of the transmission beams (narrow beams) at different frequencies of the ultrasonic waves in the horizontal direction irradiates the beams in the vertical direction. As already described with reference to FIG. 3, the above-mentioned narrow beam irradiates a wide range with respect to the vertical direction (in the example shown in FIG. 2A, the operating sector range is 30 degrees). A state in which a reflected wave from such an irradiation transmission beam is input to the receiver via the acoustic lens is shown on the lower right side of FIG. Here, as the wave receiver, one formed by a wave receiver array (element array) combined with convergence characteristics by an acoustic lens is prepared. In this case, the receiver is a channel-divided one. In the example shown in FIG. 2A, it is assumed that 64 divisions, that is, the receiver is configured by a receiver array of 64 receiving elements. Then, since the sound ray is converged depending on the sound wave arrival direction by the acoustic lens depending on the sound wave arrival direction, by detecting the signal from each receiving element of the 64 divided channels, the reflected super The arrival direction of the sound wave signal can be calculated.

図2(a)で説明したように、図3に示した送波器からの扇形の超音波ビームを目標物体に向け放射すると、送波器の各素子から放射された音波の合成波面は、その周波数により定まる方向に形成される。このため、周波数を掃引することによりビームをステアリングさせ、動作セクタ全体を照射することができる。この超音波照射を受けた物体面からの反射波は、音響レンズと受波器とにより音響像として結像させられることになる。   As described in FIG. 2A, when the fan-shaped ultrasonic beam from the transmitter shown in FIG. 3 is radiated toward the target object, the combined wavefront of the sound waves radiated from each element of the transmitter is It is formed in a direction determined by the frequency. For this reason, the entire operating sector can be irradiated by steering the beam by sweeping the frequency. The reflected wave from the object surface that has been irradiated with ultrasonic waves is formed as an acoustic image by the acoustic lens and the receiver.

図2(a)に示すようにして受波器が反射波を受信するが、次に、図2(b)を参照して、受波器の受信信号から2次元静止画像を形成する方法を説明する。   The receiver receives the reflected wave as shown in FIG. 2A. Next, referring to FIG. 2B, a method of forming a two-dimensional still image from the received signal of the receiver. explain.

受波器は、図2(b)に示すように垂直方向に64分割されて複数の受波素子により構成されており、各受波素子からのch出力のそれぞれを周波数分析すると周波数成分に対応して、物体の水平方向の各位置からの反射波の受信信号が得られる。また、垂直方向の位置は、分割した各受波素子の位置に対応しているので、各受波素子に対応して、物体の垂直方向の各位置からの反射波の受信信号として得られることになる。   As shown in FIG. 2B, the receiver is divided into 64 pieces in the vertical direction and is constituted by a plurality of receiving elements. When frequency analysis is performed on each of the ch outputs from the receiving elements, the receiving element corresponds to the frequency component. Thus, a reception signal of the reflected wave from each position in the horizontal direction of the object is obtained. Also, since the vertical position corresponds to the position of each divided receiving element, it can be obtained as a received signal of a reflected wave from each position in the vertical direction of the object corresponding to each receiving element. become.

図2(b)左側には、H型の目標物に前述までに説明したようにして超音波を照射した場合の反射波の各受波素子が周波数掃引によりステアリングされて、水平方向の反射波を受信する様子を示しており、また、図2(b)右側には、各受波素子での掃引周波数(水平方向位置)対応の受信信号の受信レベルを示している。本発明の実施形態では、各ch毎のこのような受信信号の全てを合成して処理することにより、目標物の画像を取得することができる。   On the left side of FIG. 2 (b), each receiving element of the reflected wave when the H-shaped target is irradiated with ultrasonic waves as described above is steered by frequency sweep, and the reflected wave in the horizontal direction is displayed. Further, on the right side of FIG. 2B, the reception level of the reception signal corresponding to the sweep frequency (horizontal position) at each receiving element is shown. In the embodiment of the present invention, an image of a target can be acquired by synthesizing and processing all such received signals for each channel.

ところで、本発明の実施形態のように周波数掃引方式を適用して水中映像取得装置を構成する場合、広帯域な使用周波数帯域幅が要求される送波器及び受波器において、周波数毎に出力レベルに誤差が生じる。この周波数毎に生じるレベル誤差が、不明瞭な音響画像を生成してしまう要因の1つであった。   By the way, when the underwater image acquisition device is configured by applying the frequency sweep method as in the embodiment of the present invention, the output level for each frequency is required in a transmitter and a receiver that require a wide use frequency bandwidth. An error occurs. The level error generated for each frequency is one of the factors that generate an unclear acoustic image.

誤差を抑制する方法として、電気的な整合回路を用いて送受波器の共振周波数を変化させる方法、送信周波数毎に送信信号の振幅レベルに対して重み付けする方法、また、デジタル信号に変換された後の受信信号に対して周波数毎にレベル補正を行う方法等がある。但し、前述の各方法は、誤差を抑制することができるものの、SN比の改善を図ることができず、感度が低下する、使用周波数範囲外に雑音が生じる、回路規模が大きくなる等の短所も有している。   As a method of suppressing the error, a method of changing the resonance frequency of the transmitter / receiver using an electric matching circuit, a method of weighting the amplitude level of the transmission signal for each transmission frequency, or a digital signal For example, there is a method of performing level correction for each received signal for each frequency. However, each of the above-described methods can suppress errors, but cannot improve the S / N ratio, so that the sensitivity is lowered, noise is generated outside the operating frequency range, and the circuit scale is increased. Also have.

そこで、本発明の実施形態では、送受信周波数毎にアクティブ・ミキサの変換利得(LO信号の振幅レベル)を調整することにより、送波器及び受波器の周波数毎に異なる出力レベルを補正することとしている。なお、アクティブ・ミキサは、トランジスタ、FET等の能動素子を用いて構成されているものとする。   Therefore, in the embodiment of the present invention, by adjusting the conversion gain (LO signal amplitude level) of the active mixer for each transmission / reception frequency, different output levels are corrected for each frequency of the transmitter and receiver. It is said. The active mixer is assumed to be configured using active elements such as transistors and FETs.

次に、本発明の実施形態において、周波数掃引される周波数毎に生じる送波器及び受波器の出力レベル誤差を抑制する方法について説明する。   Next, in the embodiment of the present invention, a method for suppressing the output level error of the transmitter and receiver generated for each frequency swept will be described.

送波器、受波器の周波数毎の出力レベル誤差の例について説明する図4に示すように、例えば、送波器、受波器が、送信周波数600kHzのとき最大出力レベル、800kHzのとき最小出力レベルとなるような特性を持つものとする。このような特性を持った送波器から超音波の送波ビームを送出した場合、受波器から受信回路に入力される目標からの反射信号(受信信号)は、仮に、受波器が周波数毎のレベル誤差がないとしたとき、600kHzのとき最大信号レベル、800kHzのとき最小信号レベルの信号となることが容易に理解できる。   As shown in FIG. 4 for explaining an example of an output level error for each frequency of the transmitter and receiver, for example, the maximum output level when the transmitter and receiver are at a transmission frequency of 600 kHz, and the minimum at 800 kHz. Suppose that the output level is characteristic. When an ultrasonic transmission beam is transmitted from a transmitter having such characteristics, the reflected signal (received signal) from the target that is input from the receiver to the receiving circuit is assumed to be the frequency of the receiver. If there is no level error for each, it can be easily understood that the signal has the maximum signal level at 600 kHz and the minimum signal level at 800 kHz.

そこで、本発明の実施形態では、送波器及び受波器の周波数毎に異なる出力レベルが補正できるように、前述で説明した(3)式に示すLO信号の振幅レベルBの値を、送受信周波数に合わせて調整することとしている。その結果、目標からの反射信号(受信信号)と送受信周波数毎に振幅レベル設定されたLO信号とを、アクティブ・ミキサにより掛け合わせることによって、処理後の受信信号の周波数特性を平坦なものとすることができ、明瞭な音響画像の取得が可能となる。   Therefore, in the embodiment of the present invention, the value of the amplitude level B of the LO signal shown in the equation (3) described above is transmitted and received so that different output levels can be corrected for each frequency of the transmitter and receiver. It is supposed to be adjusted according to the frequency. As a result, the frequency characteristic of the processed received signal is flattened by multiplying the reflected signal (received signal) from the target and the LO signal whose amplitude level is set for each transmission / reception frequency by an active mixer. And a clear acoustic image can be obtained.

前述において、本発明の実施形態は、アクティブ・ミキサによりある一定の周波数に周波数変換し、かつ、送波器及び受波器の周波数毎に異なる出力レベルを補正するようにしているものであることを説明した。但し、(3)式に示すように、アクティブ・ミキサの処理後には、差の周波数成分だけでなく和の周波数成分が発生する。   In the above description, the embodiment of the present invention performs frequency conversion to a certain frequency by an active mixer and corrects different output levels for each frequency of the transmitter and receiver. Explained. However, as shown in Equation (3), after the active mixer processing, not only the difference frequency component but also the sum frequency component is generated.

本発明の実施形態で必要なのは、差の周波数成分のみであるため、アクティブ・ミキサの出力側には、オペアンプ、コンデンサ及び抵抗により構成される差の周波数成分だけを通過させるアクティブ通過フィルタを設け、不要な信号、ノイズ及び高調波成分を除去している。また、超音波が到達した距離による受信信号の減衰は、制御信号によって増幅率を設定できる可変利得増幅器により、補正を施すこととする。   Since only the difference frequency component is required in the embodiment of the present invention, an active pass filter that passes only the difference frequency component composed of an operational amplifier, a capacitor, and a resistor is provided on the output side of the active mixer, Unnecessary signal, noise and harmonic components are removed. The attenuation of the received signal due to the distance reached by the ultrasonic wave is corrected by a variable gain amplifier whose amplification factor can be set by a control signal.

次に、前述で説明したような考察に基づいて構成した本発明の実施形態による水中映像取得装置の構成を図1を参照して説明する。   Next, the configuration of the underwater image acquisition apparatus according to the embodiment of the present invention configured based on the consideration described above will be described with reference to FIG.

本発明の実施形態による水中映像取得装置は、送信信号の生成及び局部発振器信号(LO信号)の周波数、振幅レベルの設定を行う信号処理/制御部101と、信号処理/制御部101で生成された送信信号を所定の大きさまで増幅する送信回路102と、送信回路102からの信号の電力増幅を行う増幅器103と、増幅器103からの信号を超音波に変換して水中に放射する送波器104と、送波器104から放射された超音波の反射波を受信する受波器を、図示しない音響レンズと共に構成する複数の受波素子105(図2により説明した例の場合64個設けられ、各受波素子は、垂直方向の異なる64方向からの超音波信号を受信する)と、複数の受波素子105のそれぞれに接続され、各受波素子105からの電気的な受信信号を増幅する複数の初段増幅器106と、各初段増幅器106からの出力信号及び局部発信器信号(LO信号)が入力されて周波数変換を行うオペアンプ、コンデンサ及び抵抗により構成される複数のアクティブ・ミキサ107と、各アクティブ・ミキサ107の出力からダウンコンバーティングされた所定の周波数の出力信号を通過させる複数の帯域通過型アクティブ・フィルタ(BPF)108と、各BPF108からの信号を受けその信号が、超音波の照射、反射による伝播距離による減衰を受けて減衰しているのを補償するために、各BPF108からの信号を可変増幅する複数の可変利得増幅器109と、各可変利得増幅器109からのアナログ信号をデジタル信号に変換する複数のAD変換器110と、複数のAD変換器110からのデジタル信号を多重化するデータ多重化部111と、データ多重化部111からのデジタル電気信号を光信号に変換して光ファイバーによる信号ケーブルを介して信号処理/制御部101に送信し、信号処理/制御部101からの光信号をデジタル電気信号に変換するEO変換器112と、信号処理/制御部101からの指示に従って、周波数、振幅レベルの設定を行って局部発信器信号(LO信号)を生成する局部発振器113と、信号処理/制御部101からの指示に従って、可変利得増幅器109の増幅度を制御する制御信号を生成する制御信号生成部114とにより構成される。   The underwater image acquisition device according to the embodiment of the present invention is generated by a signal processing / control unit 101 that generates a transmission signal and sets a frequency and an amplitude level of a local oscillator signal (LO signal), and the signal processing / control unit 101. A transmission circuit 102 that amplifies the transmitted signal to a predetermined magnitude, an amplifier 103 that amplifies the power of the signal from the transmission circuit 102, and a transmitter 104 that converts the signal from the amplifier 103 into an ultrasonic wave and radiates it into water. And a plurality of wave receiving elements 105 (64 in the case of the example described with reference to FIG. 2) that constitutes a wave receiver that receives the reflected wave of the ultrasonic wave radiated from the wave transmitter 104 together with an acoustic lens (not shown), Each receiving element receives ultrasonic signals from 64 different vertical directions), and is connected to each of the plurality of receiving elements 105, and receives an electrical reception signal from each receiving element 105. A plurality of first-stage amplifiers 106 that are widened, and a plurality of active mixers 107 that are composed of operational amplifiers, capacitors, and resistors that receive the output signals and local oscillator signals (LO signals) from the respective first-stage amplifiers 106 and perform frequency conversion. , A plurality of band-pass type active filters (BPFs) 108 for passing an output signal of a predetermined frequency down-converted from the output of each active mixer 107, and signals from the respective BPFs 108 are received as ultrasonic signals. In order to compensate for the attenuation due to the propagation distance due to the irradiation and reflection of the light, a plurality of variable gain amplifiers 109 that variably amplify the signal from each BPF 108, and the analog signal from each variable gain amplifier 109 A plurality of AD converters 110 that convert digital signals, and a plurality of AD converters 110 A data multiplexing unit 111 that multiplexes digital signals, a digital electrical signal from the data multiplexing unit 111 is converted into an optical signal, and is transmitted to the signal processing / control unit 101 via a signal cable using an optical fiber. An EO converter 112 that converts an optical signal from the control unit 101 into a digital electric signal, and a frequency and amplitude level are set according to an instruction from the signal processing / control unit 101 to generate a local oscillator signal (LO signal). And a control signal generation unit 114 that generates a control signal for controlling the amplification degree of the variable gain amplifier 109 in accordance with an instruction from the signal processing / control unit 101.

前述において、信号処理/制御部101は、送信信号を生成すると共に、局部発振器信号(LO信号)の周波数及び振幅レベルの設定、及び、可変利得増幅器109の増幅度の設定を行う。送信信号は、送信回路102により増幅された後、増幅器103により電力増幅された後、信号ケーブルを介して送波器104に供給されて電気音響変換されることにより、音響媒体である水中に超音波として送出される。局部発振器信号(LO信号)の周波数及び振幅レベルの設定を行う設定信号は、局部発振器113に入力され、局部発振器113に図4で説明した送波器及び受波器の周波数特性を補償する振幅レベルを持ち、周波数掃引されている送信信号の周波数を所定の周波数に変換するための周波数を持ったLO信号を生成させる。また、可変利得増幅器109の増幅度の設定を行う指示信号は、制御信号生成部114に入力され、制御信号生成部114に可変利得増幅器109の増幅度の設定を行う制御信号を生成させる。   As described above, the signal processing / control unit 101 generates a transmission signal, sets the frequency and amplitude level of the local oscillator signal (LO signal), and sets the amplification factor of the variable gain amplifier 109. The transmission signal is amplified by the transmission circuit 102, amplified by the amplifier 103, and then supplied to the transmitter 104 via the signal cable and subjected to electroacoustic conversion. It is sent out as a sound wave. A setting signal for setting the frequency and amplitude level of the local oscillator signal (LO signal) is input to the local oscillator 113, and the amplitude for compensating the frequency characteristics of the transmitter and the receiver described in FIG. An LO signal having a level and a frequency for converting the frequency of the transmission signal being frequency swept into a predetermined frequency is generated. An instruction signal for setting the amplification factor of the variable gain amplifier 109 is input to the control signal generation unit 114, and causes the control signal generation unit 114 to generate a control signal for setting the amplification factor of the variable gain amplifier 109.

また、受波器を構成する複数の受波素子105のそれぞれにより音響電気変換された電気信号(受信信号)は、初段増幅106、局部発振器113、アクティブ・ミキサ107、BPFフィルタ108、可変利得増幅器109、AD変換器110を含む受信回路により受信され、データ多重化部111、EO変換器112を経て、信号ケーブルを介して、信号処理/制御部に渡されてOE変換、演算処理等が加えられて表示装置に表示されることになる。   In addition, an electrical signal (received signal) that has been subjected to acoustoelectric conversion by each of the plurality of receiving elements 105 that constitutes the receiver is a first-stage amplifier 106, a local oscillator 113, an active mixer 107, a BPF filter 108, and a variable gain amplifier. 109, received by a receiving circuit including an AD converter 110, passed through a data multiplexing unit 111 and an EO converter 112, and then passed to a signal processing / control unit via a signal cable to be subjected to OE conversion, arithmetic processing, etc. And displayed on the display device.

本発明の実施形態は、周波数掃引方式を採用しているため、水平方位(送波器の向きを垂直に変えれば垂直方位となる)により送出された超音波の周波数が掃引されて異なっており、受波素子105の1つで受信された電気信号を周波数分析(FFT)することにより、図2(a)の上段、図2(b)で説明したように、水平方向の1ch分の画像が得られる。   Since the embodiment of the present invention adopts a frequency sweep method, the frequency of the ultrasonic wave transmitted in the horizontal direction (the vertical direction is changed when the direction of the transmitter is changed to the vertical direction) is swept differently. By performing frequency analysis (FFT) on the electrical signal received by one of the receiving elements 105, as described in the upper part of FIG. 2A and FIG. Is obtained.

すなわち、目標物で反射した超音波は、音響レンズを介して受波器の各受波素子105に収束される。もし、目標が送波周波数f1の位置にある場合は、周波数f1の反射波が、目標が送波周波数fnの位置にある場合は、周波数fnの反射波が、受波器に到来して音響電気変換されることになって、水平方向の1ch分の画像が得られることになる。   That is, the ultrasonic wave reflected by the target is converged on each wave receiving element 105 of the wave receiver via the acoustic lens. If the target is at the position of the transmission frequency f1, the reflected wave at the frequency f1 arrives at the receiver when the target is at the position of the transmission frequency fn. As a result of electrical conversion, an image for one channel in the horizontal direction is obtained.

一方、垂直方向からの反射波は、音響レンズにより、受波器を構成する複数の受波素子105へその超音波が収束されるが、この収束位置が垂直方位により異なっている。従って、収束位置毎に受波器を垂直方向にch分割して配置することにより、各受波素子105から垂直方位を分割した画像を、図2(a)の下段、図2(b)で説明したように得ることができる。   On the other hand, the reflected wave from the vertical direction is focused by the acoustic lens on the plurality of wave receiving elements 105 constituting the wave receiver, and the convergence position differs depending on the vertical direction. Accordingly, an image obtained by dividing the vertical direction from each wave receiving element 105 by arranging the wave receiver in the vertical direction for each convergence position is shown in the lower part of FIG. 2A and FIG. 2B. Can be obtained as described.

前述したように、本発明の実施形態によれば、前述で説明した水平方向の1ch分の画像と、垂直方位を分割した画像とから2次元の音響画像を取得することができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, a two-dimensional acoustic image can be acquired from the image for one channel in the horizontal direction described above and the image obtained by dividing the vertical direction.

前述までに説明した本発明の実施形態によれば、送波器に入力する電気信号の周波数を変更することによって送波ビームのステアリングを可能とする周波数掃引方式を適用し、目標からの反射音波を収束させる音響レンズを受波器の前面に備え、目標からの反射信号(受信信号)と、送信周波数に合わせて周波数設定された局部発振器信号(LO信号)の2信号を、アクティブ・ミキサにより掛け合わせることによって、受信信号をある一定の周波数に周波数変換(ダウンコンバーティング)することにより、受信信号のデータ量を低減することができる。本発明の実施形態によれば、これにより、水中映像取得装置における電子回路規模及びデータ量を低減し、装置を小型化することが可能となると共に、ノイズ及び高調波成分を抑制し、送受波音響性能を最適にすることにより、明瞭な音響画像を得ることができる。   According to the embodiments of the present invention described so far, the frequency sweep method that enables steering of the transmitted beam by changing the frequency of the electric signal input to the transmitter is applied, and the reflected sound wave from the target is applied. An acoustic lens that converges the signal is provided on the front of the receiver, and two signals of a reflected signal (received signal) from the target and a local oscillator signal (LO signal) set in frequency according to the transmission frequency are output by an active mixer. By multiplying, the received signal can be reduced in frequency by down-converting the received signal to a certain frequency. According to the embodiment of the present invention, this makes it possible to reduce the electronic circuit scale and data amount in the underwater video acquisition device, downsize the device, suppress noise and harmonic components, and transmit and receive waves. A clear acoustic image can be obtained by optimizing the acoustic performance.

また、前述した本発明の実施形態によれば、受信信号に対して周波数変換(ダウンコンバーティング)を行っていることにより、受波器の振動子(受波素子)毎に必要であるAD変換器のサンプリング周波数を下げることが可能となり、デジタル変換された受信信号のデータ量を削減することができ、また、データ伝送を含む信号処理及び演算に要する回路規模を削減することが可能となる。   Further, according to the embodiment of the present invention described above, AD conversion necessary for each transducer (wave receiving element) of the receiver is performed by performing frequency conversion (down converting) on the received signal. The sampling frequency of the device can be lowered, the amount of data of the digitally converted received signal can be reduced, and the circuit scale required for signal processing and calculation including data transmission can be reduced.

また、前述した本発明の実施形態によれば、送受信周波数毎にアクティブ・ミキサの変換利得(LO信号の振幅レベル)を調整することとしているので、送波器及び受波器の周波数毎に異なる出力レベルを補正し、使用周波数範囲内の特性を平坦にし、かつ、SN比の向上を図ることができ、ひいては、取得する音響画像の明瞭化を図ることができる。   Further, according to the above-described embodiment of the present invention, the conversion gain (LO signal amplitude level) of the active mixer is adjusted for each transmission / reception frequency, so that the frequency varies depending on the frequency of the transmitter and the receiver. It is possible to correct the output level, flatten the characteristics within the operating frequency range, improve the SN ratio, and to clarify the acquired acoustic image.

さらに、前述した本発明の実施形態によれば、周波数変換及び周波数毎に異なる出力レベルを補正した受信信号に対し、制御信号によって増幅率を設定できる可変利得増幅器により、超音波が到達した距離による減衰の補正を施し、かつ、BPFを有することにより、ある一定の周波数に周波数変換された受信信号のみを通過させ、不要な信号、ノイズ及び高調波成分を除去し、電子回路の規模を最小限の大きさとして、取得する音響画像の明瞭化を図ることができる。   Furthermore, according to the above-described embodiment of the present invention, the variable gain amplifier that can set the amplification factor by the control signal for the received signal corrected for frequency conversion and for each frequency is changed by the distance reached by the ultrasonic wave. By performing attenuation correction and having a BPF, only the received signal frequency-converted to a certain frequency is passed, unnecessary signals, noise and harmonic components are removed, and the scale of the electronic circuit is minimized. The size of the sound image can be clarified.

101 信号処理/制御部
102 送信回路
103 増幅器
104 送波器
105 受波素子
106 初段増幅器
107 アクティブ・ミキサ
108 帯域通過型アクティブ・フィルタ(BPF)
109 可変利得増幅器
110 AD変換器
111 データ多重化部
112 EO変換器
113 局部発振器
114 制御信号生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Signal processing / control part 102 Transmitting circuit 103 Amplifier 104 Transmitter 105 Receiving element 106 First stage amplifier 107 Active mixer 108 Band pass type active filter (BPF)
109 Variable Gain Amplifier 110 AD Converter 111 Data Multiplexing Unit 112 EO Converter 113 Local Oscillator 114 Control Signal Generation Unit

Claims (4)

送波器に入力する電気信号の周波数を変更する周波数掃引方式を用いて前記送波器から放射される音波の送波ビームを水平方向または垂直方向にステアリングし、目標からの反射音波を収束させる音響レンズを受波器の前面に備えた水中映像取得装置において、
前記受波器は、前記送波器のステアリング方向と直角な方向に分割された複数の受波素子により構成され、
前記複数の受波素子により受信された目標からの反射信号(受信信号)のそれぞれと、送信周波数に合わせて周波数設定された局部発振器信号との2つの信号を掛け合わせることにより、各受波素子からの受信信号をある一定の周波数に周波数変換(ダウンコンバーティング)した受信信号とする複数のアクティブ・ミキサと、一定の周波数に周波数変換された受信信号から水中映像を生成する信号処理/制御手段とを備えることを特徴とする水中映像取得装置。
Using a frequency sweep method that changes the frequency of the electrical signal input to the transmitter, the transmitted wave of the sound wave emitted from the transmitter is steered horizontally or vertically to converge the reflected sound wave from the target. In the underwater image acquisition device equipped with an acoustic lens on the front of the receiver,
The wave receiver is composed of a plurality of wave receiving elements divided in a direction perpendicular to the steering direction of the wave transmitter,
Each receiving element is obtained by multiplying each of the reflected signals (received signals) from the target received by the plurality of receiving elements and a local oscillator signal whose frequency is set in accordance with the transmission frequency. A plurality of active mixers that convert the received signal from the frequency into a certain frequency (down-converted) as a received signal, and signal processing / control means for generating an underwater video from the frequency-converted received signal An underwater image acquisition device comprising:
前記信号処理/制御手段は、前記送波器及び受波器の周波数毎に異なる出力レベルを補正するため、送受信周波数毎に前記局部発振器信号の振幅レベルを調整することにより、前記アクティブ・ミキサの変換利得を制御することを特徴とする請求項1記載の水中映像取得装置。   The signal processing / control means adjusts the amplitude level of the local oscillator signal for each transmission / reception frequency in order to correct a different output level for each frequency of the transmitter and receiver. The underwater image acquisition apparatus according to claim 1, wherein the conversion gain is controlled. 前記複数のアクティブ・ミキサのそれぞれには、その後段にBPF及び可変利得増幅器が接続されており、前記BPFは、ある一定の周波数に周波数変換された受信信号のみを通過させるものであり、前記可変利得増幅器は、前記信号処理/制御手段からの制御により、超音波の照射、反射による伝播距離により減衰している受信信号のレベルを補償するためのものであることを特徴とする請求項1または2記載の水中映像取得装置。   Each of the plurality of active mixers is connected with a BPF and a variable gain amplifier in the subsequent stage, and the BPF passes only the received signal frequency-converted to a certain frequency, and the variable mixer 2. The gain amplifier according to claim 1, wherein the gain amplifier is for compensating a level of a reception signal attenuated by a propagation distance due to irradiation and reflection of ultrasonic waves under the control of the signal processing / control means. 2. The underwater image acquisition device according to 2. 送波器に入力する電気信号の周波数を変更する周波数掃引方式を用いて前記送波器から放射される音波の送波ビームを水平方向または垂直方向にステアリングし、目標からの反射音波を収束させる音響レンズを受波器の前面に備えた水中映像取得方法において、
前記受波器は、前記送波器のステアリング方向と直角な方向に分割された複数の受波素子により構成され、
前記複数の受波素子により受信された目標からの反射信号(受信信号)のそれぞれと、送信周波数に合わせて周波数設定された局部発振器信号との2つの信号を、アクティブ・ミキサにより掛け合わせることにより、各受波素子からの受信信号をある一定の周波数に周波数変換し、一定の周波数に周波数変換された受信信号から水中映像を取得することを特徴とする水中映像取得方法。
Using a frequency sweep method that changes the frequency of the electrical signal input to the transmitter, the transmitted wave of the sound wave emitted from the transmitter is steered horizontally or vertically to converge the reflected sound wave from the target. In the underwater image acquisition method with an acoustic lens on the front of the receiver,
The wave receiver is composed of a plurality of wave receiving elements divided in a direction perpendicular to the steering direction of the wave transmitter,
By multiplying each of the reflected signals (received signals) from the target received by the plurality of receiving elements and the local oscillator signal set in frequency according to the transmission frequency by an active mixer An underwater image acquisition method comprising: converting a received signal from each receiving element to a certain frequency and obtaining an underwater image from the received signal frequency-converted to a certain frequency.
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