JP2015210142A - 魚群探知機、単体魚検出方法、および単体魚検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】単体魚をより精確に検出することができる魚群探知機を提供する。
【解決手段】魚群探知機１０は、演算処理部１１、表示器２０、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４、送受波器１００を備える。演算処理部１１は、送信制御部１２、受信部１３、単体魚検出部１４、および、表示制御部１５を備える。送受波器１００は、複数のチャンネルを有し、各チャンネルで受信したエコー信号を、チャンネルエコー信号として、受信部１３を介して単体魚検出部１４に出力する。単体魚検出部１４は、各チャンネルエコー信号の波形に基づいた第１判定、位相差の安定度に基づいた第２判定、振幅の安定度に基づいた第３判定を実行する。単体魚検出部１４は、第１、第２、第３判定を満たすピークを単体魚のエコーと判定し、単体魚以外のエコーとを判別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水中に送信した探知信号のエコー信号から単体魚を探知する魚群探知機、単体魚検出方法、および単体魚検出プログラムに関する。

現在、各種の魚群探知機が利用されている。魚群探知機は、水中に超音波の探知信号を送信し、そのエコー信号から魚群を探知する。このような魚群探知機の中には、単体魚を検出する魚群探知機も各種考案されている。

例えば、特許文献１に記載の計量魚群探知機は、エコー信号からピークを検出し、当該ピーク前後の振幅波形から単体魚を検出している。

より具体的には、特許文献１の計量魚群探知機は、振幅のピーク値より一定レベルだけ低い振幅値を設定する。特許文献１の計量魚群探知機は、振幅のピーク値を含み、且つ、設定した振幅値以上となるエコー信号の時間幅を計測する。特許文献１の計量魚群探知機は、この時間幅が予め設定した閾値時間以上であれば魚群のエコーと判定し、この時間幅が閾値時間未満であれば単体魚のエコーと判定している。

特開２００５−２４９３９８号公報

しかしながら、上述の方法では、単体魚と魚群とを識別できるものの、より精確に単体魚の検出を行うには、不十分な場合がある。

したがって、本発明の目的は、単体魚をより精確に検出することができる魚群探知機、単体魚検出方法、および単体魚検出プログラムを提供することにある。

この発明の魚群探知機は、周波数変調された超音波信号のエコー信号を、複数チャンネルで受信する受信部と、複数チャンネルのエコー信号から単体魚のエコーを検出する演算処理部と、を備える。

演算処理部は、ピーク検出部、第１判定部、第２判定部、および第３判定部を備える。ピーク検出部は、エコー信号の振幅がピークとなる時間軸上でのピーク位置および該ピーク位置の振幅値を検出する。第１判定部は、エコー信号におけるピーク位置を含み振幅が第１判定用基準値よりも大きな第１範囲を検出し、該第１範囲の時間幅に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する。第２判定部は、エコー信号におけるピーク位置を含み振幅が第２判定用基準値よりも大きな第２範囲を設定し、該第２範囲内での複数方向のエコー信号の位相差に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する。第３判定部は、ピーク位置における各チャンネルのエコー信号の振幅の比較結果に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する。演算処理部は、第１判定、第２判定、および第３判定を満たした場合に、ピークが単体魚のエコーによるものであると判定する。

この構成では、エコー信号のピーク付近の波形、ピーク付近の特定方向に沿った複数方向のエコー信号間の位相差、およびピークでの複数のチャンネルのエコー信号の振幅の安定度に基づいて、単体魚検出が行われる。これにより、単体魚のエコーの特性に基づいた複数の条件で単体魚検出が行われるので、精確に単体魚を検出することができる。

また、この発明の魚群探知機では、第１判定部は、第１範囲の時間幅が、予め設定した単体魚検出用の閾値時間未満である場合に、単体魚のエコーであると判断する。

この構成では、単体魚のエコーの時間幅が魚群のエコーの時間幅よりも短いことを利用している。したがって、閾値時間を適宜設定することにより、単体魚のエコーを精確に検出することができる。

また、この発明の魚群探知機では、第２判定部は、位相差として、第１方向に沿った異なる二方向のエコー信号の位相差である第１位相差と、第１方向に直交する第２方向に沿った異なる二方向のエコー信号の位相差である第２位相差と、を算出する。第２判定部は、第１位相差と第２位相差とに基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する。

この構成では、複数の方向に沿った位相差によって単体魚検出が行われるので、精確な単体魚検出が可能になる。

また、この発明の魚群探知機では、第２判定部は、第１位相差と第２位相差の加算値が、単体魚検出用の位相差バラツキの閾値未満である場合に、単体魚のエコーであると判断する。

この構成では、単体魚によるエコーの位相のバラツキが、複数の魚から同時に得られるエコーやノイズの位相のバラツキよりも小さいことを利用している。したがって、位相差バラツキの閾値を適宜設定することにより、単体魚のエコーを精確に検出することができる。

また、この発明の魚群探知機では、第３判定部は、ピーク位置における各チャンネルのエコー信号の振幅値の標準偏差を算出する。第３判定部は、標準偏差が、単体魚検出用の標準偏差の閾値未満である場合に、単体魚のエコーであると判断する。

この構成では、単体魚によるエコーのチャンネル毎の振幅のバラツキが、複数の魚から同時に得られるエコーやノイズのチャンネル毎の振幅のバラツキよりも小さいことを利用している。したがって、振幅値の標準偏差の閾値を適宜設定することにより、単体魚のエコーを精確に検出することができる。

また、この発明の魚群探知機では、演算処理部は、第１判定部によって複数の第１範囲が検出された場合に、隣り合う第１範囲の距離に基づいて、各第１範囲が単体魚のエコーであるかを判定する第４判定部を、備える。

この構成では、干渉によるピークが近接することを利用している。したがって、隣り合う第１範囲の距離に対して適宜閾値を設けることで、干渉のピークを除去でき、単体魚のエコーを精確に検出することができる。

また、この発明の魚群探知機では、演算処理部は、エコー信号における単体魚検出の判定対象とする範囲を抽出する判定対象抽出部を、備える。

この構成では、単体魚の検出を行う前処理として、単体魚のエコーを含む部分を、ノイズ等の単体魚検出に利用しない部分と区別して、抽出することができる。これにより、単体魚検出を行う範囲を正確に狭くでき、単体魚検出の処理負荷を軽減できる。

この発明によれば、従来よりも精確に、単体魚を検出することができる。

本発明の第１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。 本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出方法の検出原理を説明するための図である。 本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部１４の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部の判定対象範囲の抽出処理の概念を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部のピーク検出処理の概念を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部の波形による単体魚検出処理の概念を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部の位相および位相差による単体魚検出処理の概念を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部の振幅安定度による単体魚検出処理の概念を示す図である。 本願発明の構成および処理を用いた場合と、比較例（従来例）を用いた場合の単体魚の誤検出率を表すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出方法の処理フローを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る魚群探知機の表示画面例を表す図である。 本発明の第２の実施形態に係る単体魚検出方法の処理フローを示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る魚群探知機における干渉等による不要なピークの除外処理の概念を示す図である。

本発明の第１の実施形態に係る魚群探知機、単体魚検出方法、および単体魚検出プログラムについて、図を参照して説明する。図１は、本発明の第１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１０は、演算処理部１１、表示器２０、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４、送受波器１００を備える。

演算処理部１１は、送信制御部１２、受信部１３、単体魚検出部１４、および、表示制御部１５を備える。送信制御部１２および受信部１３は、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４のそれぞれに接続されている。受信部１３は、単体魚検出部１４および表示制御部１５に接続されている。表示制御部１５は、表示器２０に接続されている。

送受波器１００は、送受波面が水平に保持されるように、例えば、船底に設置されている。送受波器１００は、第０チャンネルＣＨ０、第１チャンネルＣＨ１、第２チャンネルＣＨ２、および第３チャンネルＣＨ３の四つに分割されている。この際、４つのチャンネルは、送受波面の中心で交わる２本の線分によって送受波面を分割するように設定されている。そして、例えば、送受波器１００の送受波面の中心を基準として、第０チャンネルＣＨ０と第１チャンネルＣＨ１が船首側に配置され、第２チャンネルＣＨ２と第３チャンネルＣＨ３が船尾側に配置される。また、送受波器１００の送受波面の中心を基準として、第０チャンネルＣＨ０と第３チャンネルＣＨ３が左舷側に配置され、第１チャンネルＣＨ１と第２チャンネルＣＨ２が右舷側に配置される。第０チャンネルＣＨ０は、送受切替器１２１に接続されており、第１チャンネルＣＨ１は、送受切替器１２２に接続されている。第２チャンネルＣＨ２は、送受切替器１２３に接続されており、第３チャンネルＣＨ３は、送受切替器１２４に接続されている。

送信制御部１２は、送受波器１００から超音波を送波するための送信制御信号を生成する。送信制御信号は、超音波の周波数帯域の信号であり、例えば、キャリア周波数が３８［ｋＨｚ］の信号である。また、送信制御信号は、周波数が例えば経時的に変化する信号、すなわちＦＭチャープ信号からなる。周波数の変動幅は、例えば、±２［ｋＨｚ］である。送信制御信号は、送受切替器１２１，１２２，１２３，１２４を介して、送受波器１００に与えられる。

送受波器１００は、送信制御信号によって励振し、探知用の超音波信号を水中に送信する。送受波器１００は、全てのチャンネルＣＨ０〜ＣＨ３で同期して（同じタイミング）、探知用の超音波信号を送信する。このような送信制御を行うことで、探知用の超音波信号は、送波面に直交する方向、すなわち鉛直下方向が指向性の中心方向となるように、水中に送信される。

送受波器１００は、探知用の超音波信号が水中の魚群や単体魚Ｆｉに反射したエコー信号を受信して電気信号に変換する。この際、送受波器１００は、チャンネル毎にエコー信号を受信する。第０チャンネルＣＨ０は、超音波のエコー信号を受信し、第０チャンネルエコー信号ＥＣＨ（０）を、送受切替器１２１を介して、受信部１３に出力する。第１チャンネルＣＨ１は、超音波のエコー信号を受信し、第１チャンネルエコー信号ＥＣＨ（１）を、送受切替器１２２を介して、受信部１３に出力する。第２チャンネルＣＨ２は、超音波のエコー信号を受信し、第２チャンネルエコー信号ＥＣＨ（２）を、送受切替器１２３を介して、受信部１３に出力する。第３チャンネルＣＨ３は、超音波のエコー信号を受信し、第３チャンネルエコー信号ＥＣＨ（３）を、送受切替器１２４を介して、受信部１３に出力する。なお、以下では、個別のチャンネルに特有の内容でなければ、チャンネルエコー信号ＥＣＨと称して説明する。

受信部１３は、例えば、マッチドフィルタによって構成される。受信部１３は、送受波器１００から送信する超音波信号と同じ波形からなるレプリカ信号と、各チャンネルエコー信号ＥＣＨとを相関処理する。これにより、受信部１３からは、パルス圧縮された各チャンネルエコー信号ＥＣＨが出力される。このようなパルス圧縮を用いることで、深度方向（時間方向）の分解能を向上させることができる。受信部１３は、パルス圧縮後の各チャンネルエコー信号を、単体魚検出部１４および表示制御部１５に出力する。

単体魚検出部１４は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨを用いて、単体魚を検出する。なお、単体魚検出部１４の具体的な処理については、後述する。単体魚検出部１４は、単体魚検出結果、具体的には、例えば、検出した単体魚の位置（深度）を、表示制御部１５に出力する。

表示制御部１５は、各チャンネルエコー信号に基づいて、魚群探知画像データを形成する。表示制御部１５は、単体魚検出結果に基づいて、上述の魚群探知画像データに、単体魚の検出結果を重ねあわせる。例えば、表示制御部１５は、単体魚の位置を特定のマーク（後述の図１１の例では、「×」印）を魚群探知画像データに重ねあわせる。表示制御部１５は、単体魚のマークが重ねられた魚群探知画像データを、表示器２０に出力する。

表示器２０は、例えば、液晶ディスプレイからなり、表示制御部１５からの単体魚のマークが重ねられた魚群探知画像データを画面に表示する。

なお、図示していないが、単体魚検出部１４の検出結果と、チャンネルエコー信号ＥＣＨとを用いて、魚体長を算出する魚体長算出部を備えていてもよい。この場合、魚体長も、後述の図１１に示すように、画面に表示するとよい。

また、図示していないが、検出された単体魚数を計測する個数計測部を備えていてもよい。この場合、全ての単体魚数を計測して表示してもよく、後述の図１１に示すように、魚体長を階層化し、階層ごとの単体魚数を表示してもよい。

次に、単体魚検出部１４の具体的な構成および処理について、図を参照して説明する。図２は、本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出方法の検出原理を説明するための図である。図２では、一回の超音波信号の送信で単体魚からエコーが帰ってきた場合および二匹の魚からエコーが帰ってきた場合の各チャンネルエコー信号ＥＣＨの振幅特性、位相特性、振幅の標準偏差、位相差特性を示す。各図の横軸は、深度（時間）であり、ＤＰ（ｉ）は、振幅が極大値（ピーク値）となる深度（時間）である。

単体魚検出部１４は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨを用いて、船首方向のエコー信号、船尾方向のエコー信号、左舷方向のエコー信号、および、右舷方向のエコー信号を算出する。

具体的には、上述のように、送受波器１００の送受波面の中心を基準として、第０チャンネルＣＨ０と第１チャンネルＣＨ１が船首側に配置され、第２チャンネルＣＨ２と第３チャンネルＣＨ３が船尾側に配置され、第０チャンネルＣＨ０と第３チャンネルＣＨ３が左舷側に配置され、第１チャンネルＣＨ１と第２チャンネルＣＨ２が右舷側に配置される場合、次に示すように、各方向のエコー信号を算出する。

単体魚検出部１４は、第０チャンネルＣＨ０で受信したエコー信号（第０チャンネルエコー信号）と第１チャンネルＣＨ１で受信したエコー信号（第１チャンネルエコー信号）を加算することで、船首方向のエコー信号を形成する。エコー信号解析部１４は、第２チャンネルＣＨ２で受信したエコー信号（第２チャンネルエコー信号）と第３チャンネルＣＨ３で受信したエコー信号（第３チャンネルエコー信号）を加算することで、船尾方向のエコー信号を形成する。

単体魚検出部１４は、第０チャンネルエコー信号と第３チャンネルエコー信号を加算することで、左舷方向のエコー信号を形成する。エコー信号解析部１４は、第１チャンネルエコー信号と第２チャンネルエコー信号を加算することで、右舷方向のエコー信号を形成する。

単体魚検出部１４は、船首方向のエコー信号の位相と船尾方向のエコー信号の位相との差分から、船首／船尾方向の位相差を算出する。単体魚検出部１４は、左舷方向のエコー信号の位相と右舷方向のエコー信号の位相との差分から、左舷／右舷方向の位相差を算出する。

＜振幅波形による判定＞
図２の振幅特性における各線は、各チャンネルの振幅を示す。

図２に示すように、単体魚の場合には、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ間で波形の相違は殆ど無い。一方、二匹の魚の場合には、チャンネル毎に波形に若干のズレがある。ただし、いずれの場合であっても、振幅特性すなわち波形は、所定の振幅以上となる深度範囲の幅（時間幅）は、特定範囲の長さ（単体魚および二匹の魚を加算した長さに依存）となる。

一方、図示していないが、魚群を検出した場合、エコーが反射する匹数が多くなるので、ピーク値付近の振幅となる深度範囲の幅は長くなる。

したがって、波形では、所定の振幅以上となる深度範囲の幅に基づくことで、少なくとも、魚群のエコーと、単体魚または少数（例えば二匹）の魚のエコーとを、識別することができる。

＜位相および位相差による判定＞
図２の位相特性における各線は、各チャンネルの位相を示す。また、図２の位相差特性において、実線は、上述のように算出された船首／船尾方向の位相差を示す。破線は、上述のように算出された左舷／右舷方向の位相差を示す。

図２に示すように、単体魚の場合には、各チャンネルエコー信号ＥＣＨで位相の相違は殆ど無い。したがって、船首／船尾方向の位相差と、左舷／右舷方向の位相差との双方が、深度方向に沿って殆ど変化しない。

一方、二匹の魚の場合には、チャンネルエコー信号毎に深度方向に沿った位相特性が異なる。したがって、船首／船尾方向の位相差と、左舷／右舷方向の位相差との双方が、深度方向に沿って大きく変化する。

したがって、位相差では、ピーク値となる深度ＤＰ（ｉ）を含む所定の深度範囲（時間幅）における位相差のバラツキ（取り得る値の範囲）に基づくことで、単体魚のエコーと少数（例えば二匹）の魚のエコーとを、識別することができる。

＜振幅の標準偏差＞
図２の振幅の標準偏差のグラフは、各チャンネルエコー信号ＥＣＨから得られる標準偏差である。

図２に示すように、単体魚の場合には、ピーク値となる深度ＤＰ（ｉ）における標準偏差は極小さくなり、略０となる。

一方、二匹の魚の場合には、ピーク値となる深度ＤＰ（ｉ）における標準偏差は大きくなる。

したがって、振幅の標準偏差では、ピーク値となる深度ＤＰ（ｉ）における標準偏差に基づくことで、単体魚のエコーと少数（例えば二匹）の魚のエコーとを、識別することができる。なお、ここでは、標準偏差を用いる例を示したが、分散等、ピーク値となる深度ＤＰ（ｉ）における振幅のバラツキや安定度を示す他の統計指標を用いてもよい。

このように、波形、位相差特性、振幅の標準偏差を用いることで、単体魚のエコーを、魚群のエコーおよび少数（例えば二匹）の魚のエコーと分離して識別することができる。すなわち、従来では難しかった単体魚のエコーを少数（例えば二匹）の魚のエコーから分離して識別することを、精確に実現することができる。

図３は、本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部１４の構成を示すブロック図である。単体魚検出部１４は、前処理部１４１、ピーク検出部１４２、第１判定部１４３、第２判定部１４４、および第３判定部１４５を備える。

前処理部１４１は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）が入力されると、これらのチャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）の同期を行う。すなわち、送受波器１００の各チャンネルから単体魚検出部１４までの各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）間の伝送遅延による各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）間のタイミングのズレを補正する。

前処理部１４１は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）に対してＴＶＧ（Ｔｉｍｅ Ｖａｒｉｅｄ Ｇａｉｎ）補正を行う。具体的には、前処理部１４１は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）に対して、時間に応じたゲイン調整した補正係数を用いて、増幅処理を行う。これにより、水中を超音波信号およびエコー信号が伝搬することによる減衰を補正することができる。すなわち、同じ大きさの単体魚であれば、深度方向の位置に依らず同じ振幅のチャンネルエコー信号が得られるように、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）の振幅補正を行う。前処理部１４１は、ＴＶＧ処理後の各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）に対して包絡線処理を行う。

前処理部１４１は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）における単体魚検出に必要な範囲を抽出する。図４は、本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部の判定対象範囲の抽出処理の概念を示す図である。

前処理部１４１は、判定対象用閾値Ａｔｈｄを記憶している。判定対象用閾値Ａｔｈｄは、予め実験等によって設定されており、実験的に得られたノイズによるチャンネルエコー信号の振幅と、実験的に得られた魚群、単体魚、少数の魚等によるチャンネルエコー信号の振幅との間の値に設定されている。

前処理部１４１は、包絡線処理後の各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）の振幅と、判定対象用閾値Ａｔｈｄとを比較する。前処理部１４１は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）における振幅が判定対象用閾値Ａｔｈｄとなる範囲を抽出し、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）を出力する。前処理部１４１は、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）をピーク検出部１４２に出力する。

この構成および処理を用いることで、後段の単体魚の検出において不要な範囲を予め除外することができる。したがって、単体魚検出に対する処理負荷を軽減させることができる。

ピーク検出部１４２は、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）に対してピーク検出を行う。図５は、本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部のピーク検出処理の概念を示す図である。

具体的に、ピーク検出部１４２は、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）の振幅を深度方向（時間方向）に沿って、順次比較する。そして、ピーク検出部１４２は、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）の振幅が極大となる深度を検出する。ピーク検出部１４２は、この深度ＤＰ（ｉ）を検出し、この深度ＤＰ（ｉ）における振幅であるピーク値ＶＰ（ｉ）を検出する。例えば、図５の例であれば、深度ＤＰ（１）にピーク値ＶＰ（１）のピークＰｅａｋ（１）が存在し、深度ＤＰ（２）にピーク値ＶＰ（２）のピークＰｅａｋ（２）が存在し、深度ＤＰ（３）にピーク値ＶＰ（３）のピークＰｅａｋ（３）が存在し、深度ＤＰ（４）にピーク値ＶＰ（４）のピークＰｅａｋ（４）が存在することを検出する。

ピーク検出部１４２は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）およびピークＰｅａｋ（ｉ）の情報（深度ＤＰ（ｉ）およびピーク値ＶＰ（ｉ））を、第１判定部１４３に出力する。

第１判定部１４３は、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）の波形、すなわち、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）の振幅の深度（時間）特性に基づいて、各ピークＰｅａｋ（ｉ）が単体魚または少数の魚によるものか、魚群によるものかを判定する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部の波形による単体魚検出処理の概念を示す図である。

第１判定部１４３は、ピーク値ＶＰ（ｉ）から第１判定用基準振幅Ｖｔｈ１を決定する。第１判定用基準値Ｖｔｈ１（ｉ）は、ピーク値ＶＰ（ｉ）よりも所定値を低い値に設定されている。例えば、ピーク値ＶＰ（ｉ）の半値に設定されている。

第１判定部１４３は、ピークＰｅａｋ（ｉ）の深度ＤＰ（ｉ）を深度方向に沿ってはさみ、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）における第１判定用基準値Ｖｔｈ１（ｉ）となる２つの深度を検出する。第１判定部１４３は、この２つの深度によってピークＰｅａｋ（ｉ）の深度ＤＰ（ｉ）が挟まれる第１範囲の時間幅Ｗ（ｉ）を算出する。

第１判定部１４３は、時間幅Ｗ（ｉ）と、予め設定した第１判定用基準値Ｗｔｈ１とを比較する。第１判定用基準値Ｗｔｈ１は、単体魚または少数の魚による時間幅と、魚群による時間幅との間の値に設定されている。この値は、予め実験等によって単体魚または少数の魚による時間幅および魚群による時間幅を取得しておき、これらから決定しておけばよい。

第１判定部１４３は、時間幅Ｗ（ｉ）が第１判定用基準値Ｗｔｈ１未満であれば、ピークＰｅａｋ（ｉ）は、魚群によるものではなく、単体魚によるものであると判定する。

第１判定部１４３は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）、および、単体魚によるものであると判定してピークＰｅａｋ（ｉ）の情報（深度ＤＰ（ｉ）およびピーク値ＶＰ（ｉ））を、第２判定部１４４に出力する。

第２判定部１４４は、特定方向に沿った異なる二方向のエコー信号間の位相差に基づいて、各ピークＰｅａｋ（ｉ）が単体魚によるものか少数の魚によるものかを判定する。図７は、本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部の位相および位相差による単体魚検出処理の概念を示す図である。

第２判定部１４４は、ピーク値ＶＰ（ｉ）から第２判定用基準振幅Ｖｔｈ２を決定する。第２判定用基準値Ｖｔｈ２（ｉ）は、ピーク値ＶＰ（ｉ）よりも所定値を低い値に設定されている。第２判定用基準値Ｖｔｈ２（ｉ）は、第１判定用基準値Ｖｔｈ１と同じであってもよく、異なっていてもよい。第２判定用基準値Ｖｔｈ２（ｉ）と第１判定用基準値Ｖｔｈ１とが同じ場合には、第２判定部１４４で第１判定用基準値Ｖｔｈ１をそのまま流用することで、第２判定用基準値Ｖｔｈ２の決定処理を省略することができる。第２判定用基準値Ｖｔｈ２（ｉ）は、例えば、ピーク値ＶＰ（ｉ）の半値や１／４値に設定されている。

第２判定部１４４は、ピークＰｅａｋ（ｉ）の深度ＤＰ（ｉ）を深度方向に沿ってはさみ、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）における第２判定用基準値Ｖｔｈ２（ｉ）となる２つの深度を検出する。第２判定部１４４は、この２つの深度によってピークＰｅａｋ（ｉ）の深度ＤＰ（ｉ）が挟まれる第２範囲（時間幅ＷＪ（ｉ））のチャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）を取得する。

第２判定部１４４は、第２範囲の各チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）の位相を算出する。位相は、各チャンネルの実数成分と虚数成分から既知の方法で算出することができる。

第２判定部１４４は、特定方向（船首尾方向および右左舷方向）に沿ったエコー信号の位相差を算出する。具体的な例としては、第２判定部１４４は、船首方向のエコー信号（第０チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（０）と第１チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（１）とを加算したエコー信号）と、船尾方向のエコー信号（第２チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（２）と第３チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（３）を加算したエコー信号）との位相差（第１位相差）ｄＸｉを算出する。また、第２判定部１４４は、左舷方向のエコー信号（第０チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（０）と第３チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（３）を加算したエコー信号）と、右舷方向のエコー信号（第１チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（１）と第２チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（２）を加算したエコー信号）との位相差（第２位相差）ｄＹｉを算出する。

第２判定部１４４は、第２範囲の位相差ｄＸｉ，ｄＹｉを加算し、加算値が位相差バラツキの閾値と比較する。位相差バラツキの閾値は、単体魚による船首尾方向および右左舷方向のエコー信号の位相差バラツキと、少数の魚による船首尾方向および右左舷方向のエコー信号の位相差バラツキとの差に基づいて設定されている。この値は、予め実験等によって単体魚による各方向のエコー信号の位相差バラツキおよび少数の魚による各方向のエコー信号の位相差バラツキを取得しておき、これらから決定しておけばよい。

第２判定部１４４は、第１位相差ｄＸｉと第２位相差ｄＹｉの加算値が、単体魚検出用の位相差バラツキの閾値未満である場合に、単体魚のエコーであると判断する。

第２判定部１４４は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）、および、単体魚によるものであると判定したピークＰｅａｋ（ｉ）の情報（深度ＤＰ（ｉ）およびピーク値ＶＰ（ｉ））を、第３判定部１４５に出力する。

なお、上述の説明では、第１位相差ｄＸｉと第２位相差ｄＹｉの加算値を用いて単体魚検出を行ったが、第１位相差ｄＸｉ、第２位相差ｄＹｉを個別に閾値と比較して単体魚検出を行ってもよい。また、上述の説明では、船首／船尾方向、および、左舷／右舷方向の二方向の位相差を用いたが、他の方向に沿った位相差を用いてもよい。

第３判定部１４５は、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）の振幅安定度、より具体的には、ピークＰｅａｋ（ｉ）での複数のチャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）のピーク値の標準偏差に基づいて、各ピークＰｅａｋ（ｉ）が単体魚によるものか少数の魚によるものかを判定する。図８は、本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出部の振幅安定度による単体魚検出処理の概念を示す図である。

第３判定部１４５は、Ｐｅａｋ（ｉ）における各チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）のピーク値ＶＰ_ｎ（ｉ）を取得する。第３判定部１４５は、複数のピーク値ＶＰ_ｎ（ｉ）の標準偏差σ_Ｐ（ｉ）を算出する。

第３判定部１４５は、標準偏差の閾値を予め設定している。標準偏差の閾値は、単体魚によるチャンネルエコー信号の標準偏差と少数の魚によるチャンネルエコー信号の標準偏差とによって設定されている。この値は、予め実験等によって単体魚によるチャンネルエコー信号の標準偏差および少数の魚によるチャンネルエコー信号の標準偏差を取得しておき、これらから決定しておけばよい。

第３判定部１４５は、標準偏差σ_Ｐ（ｉ）が、単体魚検出用の標準偏差の閾値未満である場合に、単体魚のエコーであると判断する。

以上のように、本実施形態の単体魚検出部１４では、複数チャンネルのエコー信号による単体魚のエコーの特徴に基づいて、３種類の判定を行う。これにより、本実施形態の単体魚検出部１４は、魚群のエコーと単体魚のエコーとを判別できるだけでなく、少数の魚のエコーと単体魚のエコーとを精確に判別できる。

図９は、本願発明の構成および処理を用いた場合と、比較例（従来例）を用いた場合の単体魚の誤検出率を表すグラフである。図９では、横軸は単体魚間の距離であり、縦軸が誤検出率である。図９に示すように、単体魚間の距離が短くなり、比較例では誤検出率が高くなるような状態であっても、本願発明を用いることで、誤検出率が高くなることを抑制できる。また、本願発明を用いることで、誤検出率が急激に上昇する単体魚間の距離の下限値を、比較例よりも小さくすることができる。すなわち、比較例では誤検出が生じやすい単体魚間の距離が短い状態でも、本願発明では精確に単体魚を検出することができる。

なお、上述の魚群探知機１０は、単体魚の検出の各処理を、複数の機能部に分けて実行する例を示したが、各処理をプログラム化して記憶しており、コンピュータで実行するようにしてもよい。図１０は、本発明の第１の実施形態に係る単体魚検出方法の処理フローを示すフローチャートである。なお、図１０に示す各工程の具体的な処理は上述してあるので、図１０に示す処理フローは概略的に説明する。

まず、魚群探知機１０は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）を取得する（Ｓ１０１）。次に、魚群探知機１０は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）に対して検出前処理を実行する（Ｓ１０２）。具体的な検出前処理としては、魚群探知機１０は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）の同期を行い（Ｓ２０１）、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）のＴＶＧ補正を行い（Ｓ２０２）、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）を包絡線処理する（Ｓ２０３）。そして、魚群探知機１０は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）に対して、深度方向（時間方向）における検出対象範囲の抽出を行う（Ｓ２０４）。

次に、魚群探知機１０は、チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）のピーク検出を行う（Ｓ１０３）。

魚群探知機１０は、検出した各ピークに対して、波形による第１判定（第１判定部１４３で実行した判定）を行う（Ｓ１０４）。

魚群探知機１０は、第１判定で単体魚のエコーと判定されたピークに対して、位相差の安定度による第２判定（第２判定部１４４で実行した判定）を行う（Ｓ１０５）。

魚群探知機１０は、第１、第２判定で単体魚のエコーと判定されたピークに対して、振幅の安定度による第３判定（第３判定部１４５で実行した判定）を行う（Ｓ１０６）。

魚群探知機１０は、第１、第２、第３判定で単体魚のエコーと判定されたピークに関するデータ（深度ＤＰ（ｉ）およびピーク値Ｖｐ（ｉ））を出力する。

図１１は、本発明の第１の実施形態に係る魚群探知機の表示画面例を表す図である。図１１に示すように、表示画面２００は、探知結果表示枠２０１と個体数表示枠２０２を備える。探知結果表示枠２０１は、横軸がＰＩＮＧであり、縦軸が深度である。

探知結果表示枠２０１には、魚群を表すパターン２１１と、単体魚を表すマーク２１２が表示されている。魚群を表すパターン２１１は、各チャンネルエコー信号ＥＣＨ（ｎ）の振幅に基づいて描画される。単体魚を表すマーク２１２は、上述の単体魚検出結果に基づいて描画される。そして、本発明の構成および処理を用いることで、単体魚を精確に検出できるので、単体魚を表すマーク２１２を水中の状態に基づいて精確に表示することができる。

個体数表示枠２０２には、魚体長別の個数ヒストグラムが表示されている。魚体長は、上述の構成および処理で単体魚と検出されたピーク値Ｖｐ（ｉ）に基づいて、既知の方法で算出することができる。そして、本発明の構成および処理を用いることで、単体魚を精確に検出できるので、水中の状態に基づいた精確なヒストグラムを表示することができる。

次に、第２の実施形態に係る魚群探知機、単体魚検出方法、および単体魚検出プログラムについて、図を参照して説明する。図１２は、本発明の第２の実施形態に係る単体魚検出方法の処理フローを示すフローチャートである。

本実施形態の魚群探知機、単体魚検出方法、および単体魚検出プログラムは、第１の実施形態に示した魚群探知機、単体魚検出方法、および単体魚検出プログラムに対して、さらに第４判定を追加したものである。

本実施形態では、第４判定は、第１判定と第２判定との間に実行している。すなわち、魚群探知機は、第１判定を実行した（Ｓ１０４）後に、第４判定を実行する（Ｓ１１１）。そして、魚群探知機は、第４判定を実行した後に、第２判定を実行し（Ｓ１０５）、第３判定を実行する（Ｓ１０６）。

第４判定は単体魚検出部１４で実行される。第４判定は、ピーク間の間隔から干渉等による不要なピークの除外処理を行うものであり、次の処理を行う。図１３は、本発明の実施形態に係る魚群探知機における干渉等による不要なピークの除外処理の概念を示す図である。

単体魚検出部は、複数のピークＰｅａｋ（ｉ）を検出すると、隣り合うピークＰｅａｋ（ｉ）を抽出する。単体魚検出部は、隣り合うピークＰｅａｋ（ｉ）間の距離を算出し、当該距離が閾値以上であれば、単体魚のエコーによるものだと判定する。

より具体的には、単体魚検出部は、隣り合うピークＰｅａｋ（ｉ），Ｐｅａｋ（ｉ＋１）を抽出する。

単体魚検出部は、ピークＰｅａｋ（ｉ）のピーク値ＶＰ（ｉ）から第１判定用基準振幅Ｖｔｈ１（ｉ）を決定する。また、単体魚検出部は、ピークＰｅａｋ（ｉ＋１）のピーク値ＶＰ（ｉ＋１）から第１判定用基準振幅Ｖｔｈ１（ｉ＋１）を決定する。第１判定用基準振幅Ｖｔｈ（ｉ），Ｖｔｈ（ｉ＋１）は、上述の実施形態と同様の方法で算出される。

単体魚検出部は、ピークＰｅａｋ（ｉ）のピークＰｅａｋ（ｉ＋１）側にあり、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）における第１判定用基準値Ｖｔｈ１（ｉ）となる深度ＤＰ（ｉ，ｉ＋１）を検出する。

単体魚検出部は、ピークＰｅａｋ（ｉ＋１）のピークＰｅａｋ（ｉ）側にあり、チャンネルエコー信号ＥＣＨＬ（ｎ）における第１判定用基準値Ｖｔｈ１（ｉ＋１）となる深度ＤＰ（ｉ＋１，ｉ）を検出する。

単体魚検出部は、深度ＤＰ（ｉ，ｉ＋１）と深度ＤＰ（ｉ＋１，ｉ）との距離ＤＩＳを算出する。単体魚検出部は、距離ＤＩＳと距離用の閾値ＤｉｓＴＨとを比較する。

距離用の閾値ＤｉｓＴＨは、干渉によって生じる隣り合うピーク間の距離、より具体的には、隣り合うピークにおける隣り合う第１判定用基準値の深度間の距離よりも大きくなるように設定されている。干渉の場合、ピークが深度方向に沿って近接して連続に発生するので、距離の小さな隣り合うピークは、干渉によるものであると判定できる。

この原理を用いて、単体魚検出部は、距離ＤＩＳが距離用の閾値ＤｉｓＴＨ以上であれば、ピークＰｅａｋ（ｉ），Ｐｅａｋ（ｉ＋１）ともに、単体魚のエコーであると判定する。

このように、本実施形態の構成を用いれば、上述の作用効果に加えて、干渉のエコーを精確に除外することができ、単体魚をより精確に検出することができる。

なお、上述の説明では、第１判定、第２判定、第３判定を、この順で実行する例を示したが、これらの判定の実行順序はこれに限るものではない。また、これらの判定の少なくとも２つの判定を平行して実行し、全ての判定結果を満たすピークのみを単体魚のエコーによるものと判定してもよい。

また、上述の説明では、第１判定において１種類の第１判定用基準値を用いる場合を示したが、値が異なる２種類以上の第１判定用基準値を用いて複数段階で判定を行ってもよい。

１０：魚群探知機
１１：演算処理部
１２：送信制御部
１３：受信部
１４：単体魚検出部
１５：表示制御部
２０：表示器
１００：送受波器
１２１，１２２，１２３，１２４：送受切替器
１４１：前処理部
１４２：ピーク検出部
１４３：第１判定部
１４４：第２判定部
１４５：第３判定部

Claims (9)

1. 周波数変調された超音波信号のエコー信号を、複数チャンネルで受信する受信部と、
   前記複数チャンネルのエコー信号から単体魚のエコーを検出する演算処理部と、を備え、
   該演算処理部は、
   前記エコー信号の振幅がピークとなる時間軸上でのピーク位置および該ピーク位置の振幅値を検出するピーク検出部と、
   前記エコー信号における前記ピーク位置を含み振幅が第１判定用基準値よりも大きな第１範囲を検出し、該第１範囲の時間幅に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する第１判定部と、
   前記エコー信号における前記ピーク位置を含み振幅が第２判定用基準値よりも大きな第２範囲を設定し、該第２範囲内での複数方向のエコー信号の位相差に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する第２判定部と、
   前記ピーク位置における前記各チャンネルのエコー信号の振幅の比較結果に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する第３判定部と、
   を備え、
   第１判定、第２判定、および第３判定を満たした場合に、前記ピークが単体魚のエコーによるものであると判定する、魚群探知機。
2. 請求項１に記載の魚群探知機であって、
   前記第１判定部は、
   前記第１範囲の時間幅が、予め設定した単体魚検出用の閾値時間未満である場合に、単体魚のエコーであると判断する、
   魚群探知機。
3. 請求項１または請求項２に記載の魚群探知機であって、
   前記第２判定部は、
   前記位相差として、
   第１方向に沿った異なる二方向のエコー信号の位相差である第１位相差と、
   前記第１方向に直交する第２方向に沿った異なる二方向のエコー信号の位相差である第２位相差と、を算出し、
   前記第１位相差と前記第２位相差とに基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する、
   魚群探知機。
4. 請求項３に記載の魚群探知機であって、
   前記第２判定部は、
   前記第１位相差と前記第２位相差の加算値が、単体魚検出用の位相差バラツキの閾値未満である場合に、単体魚のエコーであると判断する、
   魚群探知機。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の魚群探知機であって、
   前記第３判定部は、
   前記ピーク位置における前記各チャンネルのエコー信号の振幅値の標準偏差を算出し、
   該標準偏差が、単体魚検出用の標準偏差の閾値未満である場合に、単体魚のエコーであると判断する、
   魚群探知機。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の魚群探知機であって、
   前記演算処理部は、
   前記第１判定部によって複数の第１範囲が検出された場合に、隣り合う第１範囲の距離に基づいて、各第１範囲が単体魚のエコーであるかを判定する第４判定部を、備える、
   魚群探知機。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の魚群探知機であって、
   前記演算処理部は、
   前記エコー信号における単体魚検出の判定対象とする範囲を抽出する判定対象抽出部を、備える、
   魚群探知機。
8. 周波数変調された超音波信号のエコー信号を、複数チャンネルで受信する受信工程と、
   前記複数チャンネルのエコー信号から単体魚のエコーを検出する演算処理工程と、を有し、
   該演算処理工程は、
   前記エコー信号の振幅がピークとなる時間軸上でのピーク位置および該ピーク位置の振幅値を検出するピーク検出工程と、
   前記エコー信号における前記ピーク位置を含み振幅が第１判定用基準値よりも大きな第１範囲を検出し、該第１範囲の時間幅に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する第１判定工程と、
   前記エコー信号における前記ピーク位置を含み振幅が第２判定用基準値よりも大きな第２範囲を設定し、該第２範囲内での複数方向のエコー信号の位相差に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する第２判定工程と、
   前記ピーク位置における前記各チャンネルのエコー信号の振幅の比較結果に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する第３判定工程と、
   を有し、
   第１判定、第２判定、および第３判定を満たした場合に、前記ピークが単体魚のエコーによるものであると判定する、単体魚検出方法。
9. 周波数変調された超音波信号のエコー信号を、複数チャンネルで受信する受信処理と、
   前記複数チャンネルのエコー信号から単体魚のエコーを検出する演算処理と、をコンピュータに実行させる単体魚検出プログラムであって、
   前記コンピュータは、
   該演算処理において、
   前記エコー信号の振幅がピークとなる時間軸上でのピーク位置および該ピーク位置の振幅値を検出するピーク検出処理と、
   前記エコー信号における前記ピーク位置を含み振幅が第１判定用基準値よりも大きな第１範囲を検出し、該第１範囲の時間幅に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する第１判定処理と、
   前記エコー信号における前記ピーク位置を含み振幅が第２判定用基準値よりも大きな第２範囲を設定し、該第２範囲内での複数方向のエコー信号の位相差に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する第２判定処理と、
   前記ピーク位置における前記各チャンネルのエコー信号の振幅の比較結果に基づいて、単体魚のエコーであるかを判定する第３判定処理と、
   を実行し、
   第１判定、第２判定、および第３判定を満たした場合に、前記ピークが単体魚のエコーによるものであると判定する、単体魚検出プログラム。

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