JP2012118016A - 探知装置、探知方法、および探知プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】コストや回路規模の増大を抑えながら受信信号を飽和させない探知装置を提供する。
【解決手段】受信信号監視部１４２は、メモリ１７から海底深度に応じた受信信号を読み出し、飽和状態を監視する。例えば、海底深度よりも数サンプル程度浅い深度に対応する受信信号から順に所定サンプル数の受信信号を読み出し、これらのサンプルの最大値が飽和レベルに達したか、あるいは飽和レベルに近づく場合飽和状態であると判定する。送信条件設定部１４５は、受信信号監視部１４２で受信信号が飽和状態であると判定された場合、送信信号の条件を変更する。すなわち、送信回路１３に対し、次のｐｉｎｇから送信信号の出力を低減する設定を行い、受信信号の飽和を防止する。
【選択図】図２

Description

この発明は、レーダや魚群探知機等の探知装置に関するものである。

従来、レーダ等の探知装置においては、特許文献１に示すように、分解能、ＳＮ比を改善するためにパルス圧縮が行われている（例えば特許文献１を参照）。

パルス圧縮では、レンジサイドローブを抑制するために、送信信号に窓関数を掛けてエンベロープの重み付けを行うことがある。しかし、受信信号が飽和すると、エンベロープの情報が正常でなくなり、適切にパルス圧縮を行うことができない場合がある。受信信号を飽和させないためには、例えば受信ダイナミックレンジを広くする手法が考えられる。

特開平９−６８５７１公報

しかし、受信ダイナミックレンジを広くするにはハードウェア性能を向上させる必要があり、コストや回路規模が増大するという問題がある。

そこで、この発明は、コストや回路規模を増大させることなく受信信号の飽和を防止する探知装置を提供することを目的とする。

本発明の探知装置は、送受信部と、受信信号監視部と、送信条件設定部と、を備えている。送受信部は、送信信号に対するエコー強度に応じた受信信号を出力する。受信信号監視部は、飽和条件に対する前記受信信号の強度を監視する。送信条件設定部は、受信信号監視部において監視された前記受信信号の強度に応じて送信出力を制御する。

つまり、送信条件設定部は、受信信号が飽和条件に達する、あるいは飽和条件に近くなった場合に、送信出力を低減する設定を行い受信信号の飽和を防止する。

ただし、送信出力を低減すると、受信信号の強度も低下し、表示上、エコー強度が低下したように見えてしまうため、送信条件設定部の設定した送信出力に応じて、エコーデータの表示補正（レベル増大処理）を行うことが望ましい。

また、受信信号のパルス圧縮を行う場合、送信条件設定部の設定した送信出力に応じてパルス幅を設定することが望ましい。例えば、送信出力を低減した分だけパルス幅を長く設定すれば、ＳＮ比の低下を抑えることができる。また、送信条件設定部の設定した送信出力が所定の条件を満たす場合（例えば所定レベル以上の送信出力となる場合）には、パルス圧縮を停止する態様としてもよい。この場合、送信パルス幅設定部は、送信条件設定部の設定した送信出力が前記所定の条件を満たす場合、送信信号のパルス幅を、パルス圧縮部がパルス圧縮を行う場合のパルス圧縮後の受信信号のパルス幅と同じパルス幅に設定する。

なお、受信信号監視部は、主に海底深度に応じた受信信号の強度を監視することが望ましい。海底のエコーは、魚群等に比べて反射強度が大きく、特に深度が浅い場合に飽和することが多いため、海底深度付近の受信信号の飽和状態を監視することが望ましい。

また、飽和条件よりも所定差以上の低い強度を検出したときに、逆に送信出力を増加させるような態様も可能である。例えば、受信信号が飽和条件に達し、送信出力を低減した後、海底深度が変化したり、底質が変化したりして、海底エコーの強度が非常に低くなった場合には、送信出力を増加させ、ＳＮ比を向上させる。

なお、この場合についても、送信出力を増加させると、受信信号の強度も増加し、表示上、エコー強度が増大したように見えてしまうため、送信条件設定部の設定した送信出力に応じて、エコーデータの表示補正（レベル低減処理）を行うことが望ましい。

この発明の探知装置によれば、コストや回路規模を増大させることなく受信信号を飽和させないことが可能となる。

魚群探知機の構成を示すブロック図である。 制御部の構成を示すブロック図である。 他の例に係る制御部の構成を示すブロック図である。 受信信号の時間軸波形を示した図である。 制御部の動作を示すフローチャートである。 さらに他の例に係る制御部の構成を示すブロック図である。

図１は、本発明の探知装置の実施形態に係る魚群探知機の構成を示すブロック図である。魚群探知機は、操作部１０、送受波器１１、送受切替部１２、送信回路１３、制御部１４、受信回路１５、Ａ／Ｄ変換器１６、メモリ１７、および表示部１８を備えている。

制御部１４は、魚群探知機を統括的に制御するものであり、操作部１０からの探知レンジの設定等の指示入力等に応答して、送信回路１３の送信周期、探知レンジ等を設定し、対応するＡ／Ｄ変換器１６へのサンプリングパルスの周期設定、メモリ１７への書込、読出クロックやアドレス等の生成処理、表示部１８への表示用受信データ（エコーデータ）の出力を行うものである。表示部１８は、画面の縦軸を深度方向とし、横軸を時間方向として、エコーデータの表示を行うものである。

送信回路１３は、トラップ回路を内蔵した送受切替部１２を介して、送受信部である送受波器１１にパルス状の信号を入力する。送受波器１１は、船底等に取り付けられる振動子であり、送信回路１３から入力されるパルス状の信号に応じて水中に超音波（送信信号）を出力する。ここで、送信信号は、周波数変調された信号であり、例えば、ドップラーシフトの影響を抑えるために、余弦成分による振幅重み付けを行った信号である。ただし、本発明において周波数変調や振幅重み付けは必須ではない。

送受波器１１が出力した送信信号は、魚群や海底等の物標に反射し、エコーとして受信される。送受波器１１は、受信したエコーの強度に応じた受信信号を、送受切替部１２を介して受信回路１５に出力する。受信回路１５は、入力された受信信号を増幅してＡ／Ｄ変換器１６に出力する。Ａ／Ｄ変換器１６は、受信信号を所定のサンプリングレートでデジタル信号に変換し、メモリ１７に順次記録する。メモリ１７には、１回の測定分（１ｐｉｎｇ分）の受信信号が全て記録され、制御部１４は、１ｐｉｎｇ分の受信信号がメモリ１７に記録される度に、以下に示す処理を行う。

図２は、制御部１４の主要構成を示すブロック図である。制御部１４は、パルス圧縮部１４１、受信信号監視部１４２、描画処理部１４３、海底検出部１４４、送信条件設定部１４５、およびレベル補正計算部１４６を備えている。

パルス圧縮部１４１は、メモリ１７から読み出した受信信号と所定の参照信号（例えば送信信号）との相関を求め、受信信号をパルス圧縮する。パルス圧縮後の受信信号は、描画処理部１４３および海底検出部１４４に入力される。描画処理部１４３は、入力された受信信号を、送信信号を出力してからの経過時間に応じて、深度に対応したエコーデータとして表示部１８に表示する処理を行う。

海底検出部１４４は、入力された受信信号を解析し、海底深度を検出する。検出した海底深度は、受信信号監視部１４２に入力される。海底深度の検出手法は、所定レベル以上のエコーを受信したタイミングを基準とする手法や、微分値が最も高くなるタイミングを基準とする手法、あるいは、海底エコーの代表的な波形をリファレンス信号として、受信信号との相関を求め、相関値が最も高くなるタイミングを基準とする手法等、種々の手法を用いることができる。なお、海底検出部１４４は、海底の底質を判定する処理を行ってもよい。底質の判別手法も、例えば、受信信号とリファレンス信号とのマッチング度（類似度）によって判別すればよい。

受信信号監視部１４２は、メモリ１７から海底深度に応じた受信信号（パルス圧縮前の信号）を読み出し、飽和状態を監視する。例えば、受信信号監視部１４２は、図４（Ａ）に示すように、海底深度よりも数サンプル程度浅い深度に対応する受信信号から順に所定サンプル数の受信信号を読み出し、監視サンプルとする。そして、これらのサンプルのうち、最大値が飽和レベルに達したか、あるいは飽和レベルに近づく場合（同図（Ａ）に示す上限閾値以上となった場合）、飽和状態であると判定する。また、最大値が数サンプル連続して同一レベルで検出される場合に飽和であると判定してもよい。底質の判別を行う場合は、砂や泥等の反射強度の低い底質である場合に飽和状態ではないと判定し、岩場等の反射強度の高い底質と判別された時点で飽和状態であると判定する態様としてもよい。

なお、受信信号監視部１４２は、１ｐｉｎｇ内の全ての受信信号を読み出し、監視する態様であってもよいが、海底は、魚群等に比べて反射強度が大きく、特に深度が浅い場合に受信信号が飽和することが多いため、海底深度付近の受信信号の飽和状態を監視することが望ましい。

また、探知レンジが大きく海底深度が深い場合、あるいは探知レンジ内に海底が検出されない場合、受信信号が飽和するおそれは低くなるため、受信信号監視部１４２は、探知レンジが所定レンジ以上あるいは海底が検出されない場合、飽和状態ではないとする判定を行ってもよい。

送信条件設定部１４５は、受信信号監視部１４２で受信信号が飽和状態であると判定された場合、送信信号の条件を変更する。すなわち、送信回路１３に対し、次のｐｉｎｇから送信信号の出力を低減する設定を行い、受信信号の飽和を防止する。

ただし、送信出力を低減すると、受信信号の強度も低下し、送信出力を低減している期間中だけ、表示部２０に表示されるエコーデータのレベルが低下したように見えてしまう。そこで、レベル補正計算部１４６は、送信条件設定部１４５において設定した送信信号の出力低減量に応じて、エコーデータのレベル増大処理を行う。これにより、一部のｐｉｎｇだけ表示上のレベルが低下することを防止することができる。ただし、このレベル補正処理は、本発明において必須の要素ではない。

一方、受信信号監視部１４２は、図４（Ｂ）に示すように、受信信号の最大値が下限閾値以下となる場合、すなわち、受信信号の最大値が飽和レベルよりも所定差以上低い場合、送信条件設定部１４５に対し、下限閾値以下である旨の通知を行う。あるいは、底質判別を行う場合、岩場等の反射強度の高い底質から砂や泥等の反射強度の低い底質に変化した旨の通知を行う。

送信条件設定部１４５は、受信信号の最大値が下限閾値以下である旨の通知を受けた場合、あるいは反射強度の低い底質に変化した旨の通知を受けた場合、送信回路１３に対し、次のｐｉｎｇから送信信号の出力を増大する設定を行う。例えば、受信信号が飽和条件に達して送信出力を低減した後、海底深度が変化したり、底質が変化したりして、海底エコーの強度が非常に低くなった場合には、逆に送信出力を増加させ、ＳＮ比を向上させる。

なお、送信出力を増大すると、受信信号の強度も増大するため、送信出力を増大している期間中だけ、表示部２０に表示されるエコーデータのレベルが増大したように見えてしまう。そこで、レベル補正計算部１４６は、送信条件設定部１４５において設定した送信信号の出力増大量に応じて、エコーデータのレベル低減処理を行う。これにより、一部のｐｉｎｇだけ表示上のレベルが増大することを防止することができる。ただし、この補正処理も本発明においての必須要素ではない。

なお、短時間で急激にエコー強度が上昇して受信信号が飽和条件に達した場合は、一時的に適切なパルス圧縮を行うことができず、正しいエコーデータを表示できない可能性があるが、本実施形態では次のｐｉｎｇから送信出力が低減され、エコーデータが適切でない期間は１ｐｉｎｇだけであり、探知に対する影響は極めて少ない。

次に、図３は、制御部１４の他の例を示す図である。同図に示す例における制御部１４は、図２に示した制御部１４の構成に加え、パルス幅設定部１４７を備えている。その他の構成、および機能は図２に示した例と同様であり、詳細な説明を省略する。

パルス幅設定部１４７は、送信条件設定部１４５における送信出力の低減量や増大量に応じて送信信号のパルス幅を設定する。つまり、パルス幅設定部１４７は、送信出力を低減した分だけパルス幅を伸張し、ＳＮ比の低下を抑える。また、パルス幅設定部１４７は、送信出力を増大した分だけパルス幅を短縮する。パルス幅が長すぎると、位相のずれが大きくなり、船速や魚群の移動速度によっては、圧縮後の受信信号のピークレベルが低下するおそれもある。したがって、送信出力の増大によってＳＮ比を向上させることができる場合には、パルス長を短く設定することが望ましい。

このように、図３に示す例の制御部１４では、送信出力によってパルス幅を変更することで、一定のＳＮ比を確保することができる。

さらに、図６は、制御部１４の他の例を示す図である。同図に示す例における制御部１４は、図３に示した構成と同様であるが、パルス圧縮処理部１４１、送信条件設定部１４５、およびパルス幅設定部１４７の動作が異なる。図６においては、パルス圧縮処理部１４１、送信条件設定部１４５、およびパルス幅設定部１４７の動作について説明を行い、他の構成については説明を省略する。

図６に示す送信条件設定部１４５は、決定した送信条件をパルス圧縮処理部１４１に出力する。パルス圧縮処理部１４１は、送信条件設定部１４５における送信出力の低減量や増大量に応じてパルス圧縮のオン、オフを行う。すなわち、図６の例におけるパルス圧縮処理部１４１は、送信出力が所定レベル以上に増大した場合、パルス圧縮を停止し、受信信号をそのまま描画処理部１４３に転送する。さらに、パルス幅設定部１４７は、図３の例と同様に送信条件設定部１４５における送信出力の低減量や増大量に応じて送信信号のパルス幅を設定するが、送信出力が所定レベル以上に増大した場合、パルス圧縮処理部１４１のパルス圧縮が停止されるため、パルス幅を非常に短く設定する。つまり、パルス幅設定部１４７は、送信信号のパルス幅を、パルス圧縮処理部１４１がパルス圧縮を行っていた場合のパルス圧縮後の受信信号のパルス幅と同じパルス幅に設定する。これにより、パルス圧縮のオン、オフによって分解能が変化することはない。このように、送信出力が非常に大きくなった場合、ＳＮ比が高くなるため、パルス圧縮を行わずとも高いＳＮ比を確保することができる。

次に、図５のフローチャートを参照して、以上の制御部１４の動作について説明する。図５に示すように、まず、制御部１４における受信信号監視部１４２は、飽和条件に対する受信信号の強度を監視する（ｓ１１）。すなわち、メモリ１７から海底深度に応じた受信信号（パルス圧縮前の信号）を読み出し、最大値の強度を求め、上限閾値および下限閾値と比較する処理を行う。

そして、受信信号監視部１４２は、受信信号の最大値が上限閾値以上であると判断した場合（ｓ１２）、飽和状態であると判定する。受信信号監視部１４２が飽和状態であると判定した場合、送信条件設定部１４５は、送信信号の出力を低減する設定を行う（ｓ１３）。レベル補正計算部１４６は、送信信号の出力低減量に応じて、エコーデータのレベルを増大する補正を行う（ｓ１４）。さらに、図３に示した制御部１４の構成である場合、パルス幅設定部１４７は、送信信号の出力低減量に応じてパルス幅を伸張する（ｓ１５）。

一方、受信信号監視部１４２において、受信信号の最大値が下限閾値以下であると判断した場合（ｓ１６）、送信条件設定部１４５は、送信信号の出力を増大させる設定を行う（ｓ１７）。レベル補正計算部１４６は、送信信号の出力増大量に応じて、エコーデータのレベルを低減する補正を行う（ｓ１８）。さらに、図３に示した制御部１４の構成である場合、パルス幅設定部１４７は、送信信号の出力低減量に応じてパルス幅を短縮する（ｓ１９）。また、Ｓ１９においては、図６に示した制御部１４の構成である場合、所定の条件を満たしたとき（上述のように、送信信号の出力が所定レベル以上となった場合や、受信信号から求めたＳＮ比が所定値以上となる場合等）、パルス圧縮の停止を行い、パルス圧縮を行った場合の受信信号のパルス幅と同じパルス幅となるように、送信信号のパルス幅を設定する。

以上のように、本実施形態に示す魚群探知機では、受信信号が飽和条件に達する、あるいは飽和条件に近くなった場合に、送信出力を低減する設定を行い受信信号の飽和を防止することができる。また、送信信号の出力を変更した場合においても、設定した送信出力に応じて、エコーデータの表示補正を行うため、一部のｐｉｎｇだけ表示上のレベルが低下したり、増大することも防止することができる。さらに、受信信号のパルス圧縮を行う場合、設定した送信出力に応じてパルス幅を設定するため、一定以上のＳＮ比を確保することができる。

なお、本実施形態では、制御部１４にてパルス圧縮や描画処理を行う例を示したが、別途、専用のハードウェアを用意してもよい。

また、本実施形態においては、魚群探知機について説明したが、レーダ装置等の他の探知装置についても、本発明の適用は可能である。

１０…操作部
１１…送受波器
１２…送受切替部
１３…送信回路
１４…制御部
１５…受信回路
１６…Ａ／Ｄ変換器
１７…メモリ
１８…表示部
２０…表示部
１４１…パルス圧縮部
１４２…受信信号監視部
１４３…描画処理部
１４４…海底検出部
１４５…送信条件設定部
１４６…レベル補正計算部
１４７…パルス幅設定部

Claims (9)

1. 送信信号に対するエコー強度に応じた受信信号を出力する送受信部と、
   飽和条件に対する前記受信信号の強度を監視する受信信号監視部と、
   前記受信信号監視部において監視された前記受信信号の強度に応じて送信出力を制御する送信条件設定部と、
   を備えたことを特徴とする探知装置。
2. 請求項１に記載の探知装置において、
   前記受信信号に基づいてエコーデータを表示する表示部と、
   前記送信条件設定部の設定した送信出力に応じて、前記エコーデータの表示補正を行う補正処理部と、
   を備えたことを特徴とする探知装置。
3. 請求項１または２に記載の探知装置において、
   前記受信信号のパルス圧縮を行うパルス圧縮部と、
   前記送信信号のパルス幅を設定する送信パルス幅設定部と、を備え、
   前記送信パルス幅設定部は、前記送信条件設定部の設定した送信出力に応じて前記パルス幅を設定することを特徴とする探知装置。
4. 請求項３に記載の探知装置において、
   前記パルス圧縮部は、前記送信条件設定部の設定した送信出力が所定の条件を満たす場合に前記パルス圧縮を停止し、
   前記送信パルス幅設定部は、前記送信条件設定部の設定した送信出力が前記所定の条件を満たす場合、前記パルス幅を、前記パルス圧縮部がパルス圧縮を行う場合のパルス圧縮後の受信信号のパルス幅と同じパルス幅に設定することを特徴とする探知装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の探知装置において、
   海底深度を検出する海底検出部を備え、
   前記受信信号監視部は、前記海底深度に応じた受信信号の強度を監視することを特徴とする探知装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の探知装置において、
   前記送信条件設定部は、前記受信信号監視部において、前記飽和条件に該当する強度を検出したときに、前記送信出力を低減させることを特徴とする探知装置。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の探知装置において、
   前記送信条件設定部は、前記受信信号監視部において、前記飽和条件よりも所定差以上低い強度を検出したときに、前記送信出力を増加させることを特徴とする探知装置。
8. 送信信号に対するエコー強度に応じた受信信号を出力する送受信ステップと、
   飽和条件に対する前記受信信号の強度を監視する受信信号監視ステップと、
   前記受信信号監視ステップにおいて監視された前記受信信号の強度に応じて送信出力を制御する送信条件設定ステップと、
   を備えたことを特徴とする探知方法。
9. 送信信号に対するエコー強度に応じた受信信号を出力する送受信ステップと、
   飽和条件に対する前記受信信号の強度を監視する受信信号監視ステップと、
   前記受信信号監視ステップにおいて監視された前記受信信号の強度に応じて送信出力を制御する送信条件設定ステップと、
   をコンピュータに実行させる探知プログラム。

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