JP2017072590A - 探知装置、魚群探知機、及びレーダ装置 - Google Patents

探知装置、魚群探知機、及びレーダ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】物標の密度を正確に算出する。【解決手段】反射対象で反射して帰来する受信波から生成される第１受信信号の第１エコー強度を算出する第１エコー強度算出部１２と、反射対象で反射して帰来する受信波から生成され、第１受信信号よりも信号の長さが短い第２受信信号の第２エコー強度を算出する第２エコー強度算出部１３と、第１エコー強度の第１度数分布と、第２エコー強度の第２度数分布と、を生成する度数分布生成部１４，１５と、第１度数分布と第２度数分布との比較に基づいて、反射対象の密度、又は反射対象の密度の指標となる値である密度指標、を導出する密度導出部１８と、を備えた探知装置を構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、対象物標の密度を推定可能な探知装置、魚群探知機、及びレーダ装置に関する。
探知対象となる物標の密度を算出可能な探知装置として、例えば特許文献１には、以下のようにして物標（魚群）の密度を算出する計量魚群探知機が開示されている。具体的には、この計量魚群探知機は、長いパルス幅を有する送信信号と短いパルス幅を有する送信信号とを送信する送信部を有し、当該送信部から送信された各送信信号の反射波から得られる長パルス幅信号成分と短パルス幅信号成分とに基づき、物標としての魚群の分布密度を算出している。そして、この計量魚群探知機では、長パルス幅信号成分に基づいて算出された魚群の単位体積当たりの体積散乱強度を、短パルス幅信号成分に基づいて算出された単体魚のターゲットストレングスで除算することにより、魚群の分布密度を算出している。
特許第３９３０１６６号公報
ところで、上述のように単体魚のターゲットストレングスを算出する場合、魚群内の単体魚のエコーを抽出する必要がある。しかしながら、例えば魚群が密集してくると、複数の魚のエコーが重なってしまい、単体魚のエコーを抽出するのが難しくなってしまう。しかも、帰来するエコーが、単体魚に起因するものなのか、複数のエコーに起因するものなのかの判別が難しく、算出された魚群密度の信頼性が低いものとなってしまう。
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、物標の密度を正確に算出することである。
（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る探知装置は、反射対象で反射して帰来する受信波から生成される第１受信信号の第１エコー強度を算出する第１エコー強度算出部と、前記反射対象で反射して帰来する受信波から生成され、前記第１受信信号よりも信号の長さが短い第２受信信号の第２エコー強度を算出する第２エコー強度算出部と、前記第１エコー強度の第１度数分布と、前記第２エコー強度の第２度数分布と、を生成する度数分布生成部と、前記第１度数分布と前記第２度数分布との比較に基づいて、前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度の指標となる値である密度指標、を導出する密度導出部と、を備えている。
（２）好ましくは、前記探知装置は、送信波を送波する送波部と、前記送信波が前記反射対象で反射して帰来する前記受信波から得られる前記第１受信信号を圧縮して前記第２受信信号を生成する圧縮部とを更に備え、前記第２エコー強度算出部は、前記圧縮部によって圧縮されて生成された前記第２受信信号から前記第２エコー強度を算出する。
（３）好ましくは、前記探知装置は、第１送信波、及び、該第１送信波よりもパルス幅が短い第２送信波を送波する送波部を更に備え、前記第１エコー強度算出部は、前記第１送信波が前記反射対象で反射して帰来する受信波に基づく前記第１エコー強度を算出し、前記第２エコー強度算出部は、前記第２送信波が前記反射対象で反射して帰来する受信波に基づく前記第２エコー強度を算出する。
（４）好ましくは、前記第１エコー強度算出部は、前記送信波が送波される前記送波部のビーム幅で補正された前記第１エコー強度を算出し、前記第２エコー強度算出部は、前記ビーム幅で補正された前記第２エコー強度を算出する。
（５）好ましくは、前記第１エコー強度算出部は、前記第１送信波が送波される前記送波部のビーム幅で補正された前記第１エコー強度を算出し、前記第２エコー強度算出部は、前記第２送信波が送波される前記送波部のビーム幅で補正された前記第２エコー強度を算出する。
（６）更に好ましくは、前記第１エコー強度算出部は、前記第１受信信号の長さで補正された前記第１エコー強度を算出し、前記第２エコー強度算出部は、前記第２受信信号の長さで補正された前記第２エコー強度を算出する。
（７）好ましくは、前記第１エコー強度算出部は、前記第１受信信号の体積散乱強度を前記第１エコー強度として算出し、前記第２エコー強度算出部は、前記第２受信信号の体積散乱強度を前記第２エコー強度として算出する。
（８）好ましくは、前記密度導出部は、前記第１度数分布と前記第２度数分布との前記比較の結果としての、前記第１度数分布と前記第２度数分布との類似度に基づいて、前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度指標を導出する。
（９）更に好ましくは、前記密度導出部は、前記類似度としての、前記第１度数分布と前記第２度数分布との相互相関係数に基づいて、前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度指標を導出する。
（１０）更に好ましくは、前記探知装置は、前記相互相関係数を算出する相互相関係数算出部と、前記密度導出部によって前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度指標が導出される前に予め得られた前記相互相関係数と前記反射対象の密度との対応関係を記憶する記憶部を更に備え、前記密度導出部は、前記相互相関係数算出部によって算出された前記相互相関係数と、前記記憶部に記憶された前記対応関係とに基づき、前記反射対象の密度を導出する。
（１１）好ましくは、前記度数分布生成部は、エコー強度の範囲が複数に区分されて得られた複数の区間のそれぞれに含まれる前記第１エコー強度の度数を数えて第１度数分布を生成し、前記複数の区間のそれぞれに含まれる前記第２エコー強度の度数を数えて第２度数分布を生成する。
（１２）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る探知装置は、第１送信波、及び、該第１送信波よりもビーム幅が小さい第２送信波を送波する送波部と、前記第１送信波が反射対象で反射して帰来する受信波から生成される第１受信信号の第１エコー強度を算出する第１エコー強度算出部と、前記第２送信波が反射対象で反射して帰来する受信波から生成される第２受信信号の第２エコー強度を算出する第２エコー強度算出部と、前記第１エコー強度の第１度数分布と、前記第２エコー強度の第２度数分布と、を生成する度数分布生成部と、前記第１度数分布と前記第２度数分布との比較に基づいて、前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度の指標となる値である密度指標、を導出する密度導出部と、を備えている。
（１３）好ましくは、前記第１エコー強度算出部は、前記第１送信波のビーム幅で補正された前記第１エコー強度を算出し、前記第２エコー強度算出部は、前記第２送信波のビーム幅で補正された前記第２エコー強度を算出する。
（１４）更に好ましくは、前記第１エコー強度算出部は、前記第１受信信号の長さで補正された前記第１エコー強度を算出し、前記第２エコー強度算出部は、前記第２受信信号の長さで補正された前記第２エコー強度を算出する。
（１５）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係る魚群探知機は、上述したいずれかの探知装置としての魚群探知機であって、前記反射対象としての魚群の密度、又は前記反射対象としての魚群の密度の指標となる値である魚群密度指標、を導出する前記密度導出部を備えている。
（１６）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係るレーダ装置は、上述したいずれかの探知装置としてのレーダ装置である。
本発明によれば、物標の密度を正確に算出できる。
本発明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。 図１に示す魚群探知機の操作・表示装置に表示される表示画面の一例を模式的に示す図である。 図１に示す魚群探知機の信号処理部の構成を示すブロック図である。 図３に示す第１ヒストグラム生成部によって生成された第１ヒストグラムの一例である。 図３に示す第２ヒストグラム生成部によって生成された第２ヒストグラムの一例である。 図６（Ａ）は、魚群の密度が比較的低いときの各深さ位置に対する第１ＳＶ値及び第２ＳＶ値を示す波形であって、実線が第１ＳＶ値の波形、破線が第２ＳＶ値の波形、である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す各波形から生成したヒストグラムであって、実線が第１ＳＶ値ヒストグラム、破線が第２ＳＶ値ヒストグラム、である。 図７（Ａ）は、魚群の密度が比較的高いときの各深さ位置に対する第１ＳＶ値及び第２ＳＶ値を示す波形であって、実線が第１ＳＶ値の波形、破線が第２ＳＶ値の波形、である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す各波形から生成したヒストグラムであって、実線が第１ＳＶ値ヒストグラム、破線が第２ＳＶ値ヒストグラム、である。 変形例に係る魚群探知機の構成を示すブロック図である。 図８に示す魚群探知機の信号処理部の構成を示すブロック図である。 変形例に係る魚群探知機の信号処理部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 変形例に係る魚群探知機の構成を示すブロック図である。 図１２に示す魚群探知機の信号処理部の構成を示すブロック図である。
図１は、本発明の実施形態に係る魚群探知機１（探知装置）の構成を示すブロック図である。以下では、本発明の実施形態に係る魚群探知機１について、図を参照して説明する。図１に示す魚群探知機１は、水中における所定領域内の魚群の密度を推定可能に構成されている。魚群探知機１は、例えば漁船等の船舶に装備される。なお、以下では、魚群探知機１の探知対象として魚を例に挙げて説明するが、その他の水生種についても探知対象に含めることができる。
［全体構成］
魚群探知機１は、図１に示すように、送受波器２と、送受信装置３と、信号処理部１０と、操作・表示装置４とを備えている。
送受波器２は、電気信号を超音波に変換して、所定のタイミング毎に（すなわち、所定の周期で）水中へ超音波を送信するとともに、受波した超音波を電気信号に変換する。本実施形態の送受波器２からは、周波数が時間経過に応じて徐々に変化するチャープ波が、一定時間、所定のタイミング毎に送信される。
送受信装置３は、送受切替部５と、送信部６と、受信部７とを備えている。送受切替部５は、送信時には、送信部６から送受波器２に送信信号が送られる接続に切り替える。また、送受切替部５は、受信時には、送受波器２によって超音波から変換された電気信号が送受波器２から受信部７に送られる接続に切り替える。
送信部６は、操作・表示装置４において設定された条件に基づいて生成した送信信号を、送受切替部５を介して送受波器２に対して出力する。本実施形態の送信部６は、上述したようなチャープ波が送受波器２から送波されるように、該チャープ波の基となるチャープ信号を送受波器２に出力する。
受信部７は、送受波器２から送られた電気信号を増幅し、増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換する。その後、受信部７は、デジタル信号に変換された受信信号を、信号処理部１０に対して出力する。
信号処理部１０は、受信部７から出力される受信信号を処理し、物標の映像信号を生成する処理を行う。また、信号処理部１０は、上記所定領域内における魚群の密度を算出する。信号処理部１０の構成については、詳しくは後述する。
図２は、図１に示す魚群探知機１の操作・表示装置４に表示される表示画面４ａの一例を模式的に示す図である。図２に示すように、操作・表示装置４は、信号処理部１０から出力された映像信号に応じた映像Ｐを表示画面４ａに表示する。ユーザは、当該表示画面４ａの映像Ｐを見て、自船下方における海中の状態（魚群の有無、自船に対する魚群の位置等）を推測することができる。また、操作・表示装置４は、種々の入力キー等の入力手段を備えており、超音波の送受信、信号処理、又は映像表示に必要な種々の設定又は種々のパラメータ等を入力できるように構成されている。なお、図２で表示される表示画面４ａの縦軸は深度方向に対応している。また、図２で表示される表示画面４ａの横軸の数値の単位はピング（ｐｉｎｇ）であり、１ピングは、あるタイミングで送波されたチャープ波１パルス分に対応している。
そして、図２に示すように、操作・表示装置４の表示画面４ａには、信号処理部１０で算出された魚群の密度が表示される。本実施形態では、例えば一例として、ユーザが、操作・表示装置４に設けられたマウス等の入力手段により、魚群の密度を算出したい領域Ｚ（魚群密度算出領域Ｚ）を選択する。そして、魚群探知機１の信号処理部１０では、当該領域Ｚ内に含まれる魚群の密度が算出され、その算出結果が表示画面４ａに表示される。
［信号処理部の構成］
図３は、図１に示す魚群探知機１の信号処理部１０の構成を示すブロック図である。信号処理部１０は、図３に示すように、パルス圧縮部１１（圧縮部）と、第１ＳＶ算出部１２（第１エコー強度算出部）と、第２ＳＶ算出部１３（第２エコー強度算出部）と、第１ヒストグラム生成部１４（度数分布生成部）と、第２ヒストグラム生成部１５（度数分布生成部）と、相互相関係数算出部１６と、記憶部１７と、密度導出部１８と、を有している。この信号処理部１０は、例えば図示しないプロセッサ（ＣＰＵ、ＦＰＧＡ等）及びメモリ等のデバイスで構成される。例えば、ＣＰＵがメモリからプログラムを読み出して実行することにより、信号処理部１０を、パルス圧縮部１１、第１ＳＶ算出部１２、第２ＳＶ算出部１３等として機能させることができる。
パルス圧縮部１１は、受信部７から出力される受信信号（第１受信信号）に対して、パルス圧縮処理を行う。具体的には、パルス圧縮部１１は、例えばマッチドフィルタ（図示省略）を有している。マッチドフィルタは、送受波器２で受波された受信波から得られる受信信号と、送信波（チャープ波）に基づいて予め設定した基準信号との相関処理を行うことによって、受信信号をパルス圧縮する。これにより、受信信号の長さが深度方向に短くなり、第２受信信号が生成される。
第１ＳＶ算出部１２は、受信部７から出力される受信信号（第１受信信号）に基づき、エコー強度（第１エコー強度）としての体積散乱強度（Volume Backscattering Strength、ＳＶ値）を算出する。ＳＶ値は、以下の（１）式で表すことができる。また、第１ＳＶ算出部１２は、深さ位置毎にＳＶ値を算出する。なお、以下では、第１ＳＶ算出部１２によって算出されるＳＶ値を、第１ＳＶ値と称する場合もある。
［数１］
ＳＶ＝ＥＬ−ＳＬ−ＭＥ＋Ｃｂ＋Ｃｄ …（１）
上述した（１）式において、ＥＬはエコー信号の受信電圧であり（ＥＬの単位：ｄＢ ｒｅｆ １Ｖ）、ＳＬは超音波送信波のソースレベルであり（ＳLの単位：ｄＢ ｒｅｆ １μＰａ）、ＭＥは振動子の受波感度である（ＭＥの単位：ｄＢ ｒｅｆ １Ｖ／μＰａ）。
また、Ｃｂ（＝−１０ｌｏｇ（ｃτ／２）−２０ｌｏｇθ＋３１．６）は超音波ビームの特性に基づく補正項であり、Ｃｄ（＝＋２０ｌｏｇｒ＋２αｒ／１０００）は距離方向（深度方向）の減衰に関する補正項である。ここで、ｃは音速（ｃの単位：ｍ／ｓ）、τは受信信号の長さ（τの単位：ｓ）（具体的には、第１受信信号の長さτ１、又は第２受信信号の長さτ２）、θは送信ビーム幅の半角（θの単位：ｄｅｇ）、ｒは物標までの距離（ｒの単位：ｍ）、αは水中での吸収損失係数である（αの単位：ｄＢ／ｋｍ）。具体的に、近似として、第１受信信号の長さτ１は送信部６が生成する送信信号（例えば、チャープ信号）の長さに設定する。
第２ＳＶ算出部１３は、パルス圧縮部１１によってパルス圧縮処理が行われた受信信号（第２受信信号）に基づき、上述した（１）式を用いて、エコー強度（第２エコー強度）としてのＳＶ値を算出する。また、第２ＳＶ算出部１３も、第１ＳＶ算出部１２の場合と同様、深さ位置毎にＳＶ値を算出する。なお、以下では、第２ＳＶ算出部１３によって算出されるＳＶ値を、第２ＳＶ値と称する場合もある。具体的に、近似として、（１）式の第２受信信号の長さτ２は、送信部６が生成するチャープ信号がパルス圧縮部１１に圧縮された後の長さに設定する。その長さは理論的に計算することができる。
図４は、第１ヒストグラム生成部１４によって生成された第１ヒストグラムＨＧ１（第１度数分布）の一例である。第１ヒストグラム生成部１４は、各深さ位置及び各ピングに対応して算出された第１ＳＶ値の度数を、第１ＳＶ値の強度のレべル毎に（本実施形態の場合、エコー強度の範囲が複数に区分されて得られた複数の区間毎に）数えることにより、図４に示すような第１ヒストグラムＨＧ１を生成する。第１ヒストグラム生成部１４は、例えば一例として、ユーザによって選択された魚群密度算出領域Ｚ（図２参照）内に含まれる各深さ位置及び各ピングに対応して算出された第１ＳＶ値に基づき、第１ヒストグラムＨＧ１を生成する。
図５は、第２ヒストグラム生成部１５によって生成された第２ヒストグラムＨＧ２（第２度数分布）の一例である。第２ヒストグラム生成部１５は、各深さ位置及び各ピングに対応して算出された第２ＳＶ値の度数を、第２ＳＶ値の強度のレべル毎に数えることにより、図５に示すような第２ヒストグラムＨＧ２を生成する。第２ヒストグラム生成部１５も、第１ヒストグラム生成部１４の場合と同じようにして、魚群密度算出領域Ｚ（図２参照）内に含まれる各深さ位置及び各ピングに対応して算出された第２ＳＶ値に基づき、第２ヒストグラムＨＧ２を生成する。
相互相関係数算出部１６は、第１ヒストグラムＨＧ１と第２ヒストグラムＨＧ２とを比較し、その比較結果としての相互相関係数（第１ヒストグラムＨＧ１と第２ヒストグラムＨＧ２との相互相関係数）を算出する。相互相関係数は、第１ヒストグラムＨＧ１と第２ヒストグラムＨＧ２との類似度として算出される。相互相関係数は、０以上１以下の値として算出される。相互相関係数が１に近い値であれば、魚群密度算出領域Ｚにおける魚群の密度は比較的高く、相互相関係数が０に近い値であれば、魚群密度算出領域Ｚにおける魚群の密度は比較的低い。
ここで、相互相関係数算出部１６で算出された相互相関係数と、魚群密度算出領域Ｚにおける魚群密度との間に、上述のような関係（相互相関係数が１に近ければ魚群密度が高く、０に近ければ魚群密度が低い）が成立する理由について説明する。
図６（Ａ）は、魚群の密度が比較的低いときの各深さ位置に対する第１ＳＶ値及び第２ＳＶ値を示す波形であって、実線が第１ＳＶ値の波形、破線が第２ＳＶ値の波形、である。また、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示す各波形から生成したヒストグラムであって、実線が第１ＳＶ値ヒストグラムＨＧ１（第１度数分布）、破線が第２ＳＶ値ヒストグラムＨＧ２（第２度数分布）、である。
図７（Ａ）は、魚群の密度が比較的高いときの各深さ位置に対する第１ＳＶ値及び第２ＳＶ値を示す波形であって、実線が第１ＳＶ値の波形、破線が第２ＳＶ値の波形、である。また、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）に示す各波形から生成したヒストグラムであって、実線が第１ＳＶ値ヒストグラムＨＧ１（第１度数分布）、破線が第２ＳＶ値ヒストグラムＨＧ２（第２度数分布）、である。
まず、図６を参照して、魚群の密度が比較的低い場合について説明する。第１受信信号に基づいて生成されるＳＶ値（第１ＳＶ値）は、深さ方向における分解能が比較的低いため、魚に起因するピーク波形同士が相互に干渉し合う。その結果、各深さ位置に対する第１ＳＶ値の波形ＷＦ１は、図６（Ａ）の実線に示すような波形となる。一方、第２受信信号に基づいて生成されるＳＶ値（第２ＳＶ値）は、深さ方向における分解能が比較的高いため、魚群がそれほど密集していない場合には、各魚に起因するピーク波形が分離される。その結果、各深さ位置に対する第２ＳＶ値の波形ＷＦ２は、図６（Ａ）の破線に示すような波形となる。
図６（Ａ）の実線に示す波形ＷＦ１のヒストグラムＨＧ１を生成すると、図６（Ｂ）の実線に示すように、全体的に右側に（ＳＶ値が高い側に）位置したヒストグラムとなる。これは、各魚に起因するピーク波形同士が分離されずに相互に干渉することに起因して、図６（Ａ）の実線で示す波形ＷＦ１におけるＳＶ値のレベルが全体的に大きくなるためである。一方、図６（Ａ）の破線に示す波形ＷＦ２のヒストグラムＨＧ２を生成すると、図６（Ｂ）の破線に示すように、全体的に左側に（ＳＶ値が低い側に）位置したヒストグラムとなる。これは、図６（Ａ）の破線を参照して、各魚に起因するピーク波形同士が分離されるため、隣接するピーク波形の間の部分、すなわちＳＶ値のレベルが低い部分が多くなり、ＳＶ値が全体的に小さくなるためである。
次に、魚群の密度が比較的高い場合について説明する。第１受信信号に基づいて生成されるＳＶ値（第１ＳＶ値）は、魚群の密度が比較的低い場合と同様、魚に起因するピーク波形同士が相互に干渉し合う。その結果、図７（Ａ）を参照して、各深さ位置に対する第１ＳＶ値の波形ＷＦ１は、図７（Ａ）の実線に示すような波形（図６（Ａ）の実線に示す波形と似た波形）となる。一方、第２受信信号に基づいて生成されるＳＶ値（第２ＳＶ値）は、深さ方向における分解能が比較的高いものの、魚群密度が高い場合には各魚に起因するピーク波形同士が干渉してしまう。そうなると、図７（Ａ）の破線に示す波形のように、第１ＳＶ値の波形と概ね同じ形状を有する波形となる。すなわち、魚群の密度が比較的高い場合には、図７（Ｂ）に示すように、第１ヒストグラムＨＧ１及び第２ヒストグラムＨＧ２の位置及び形状が概ね同じになる。
以上の理由により、魚群の密度が比較的低い場合には、第１ヒストグラムＨＧ１及び第２ヒストグラムＨＧ２のＳＶ方向におけるピーク位置が大きく異なる。よって、これら２つのグラフＨＧ１，ＨＧ２（ヒストグラム）の相互相関係数を算出すると、相互の相関性が低いため、比較的小さな値（０に近い値）となる。これに対して、魚群の密度が比較的高い場合には、第１ヒストグラムＨＧ１及び第２ヒストグラムＨＧ２のＳＶ方向におけるピーク位置及び形状が概ね同じになる。よって、これら２つのグラフ（ヒストグラム）の相互相関係数を算出すると、比較的大きな値（１に近い値）となる。
記憶部１７は、実験によって予め得られた、又はシミュレーションによって得られた、相互相関係数と魚群密度との対応関係、を記憶している。当該対応関係としては、例えば、相互相関係数の各値と魚群密度の値とが対応付けられたルックアップテーブル、或いは、相互相関係数と魚群密度との関係式、を挙げることができる。
密度導出部１８は、相互相関係数算出部１６で算出された相互相関係数から、魚群密度算出領域Ｚにおける魚群の密度を導出する。具体的には、密度導出部１８は、記憶部１７に記憶されている対応関係から、相互相関係数算出部１６で算出された相互相関係数に対応する魚群密度を読み取り又は算出し、その魚群密度を魚群密度算出領域Ｚにおける魚群の密度として導出する。密度導出部１８で導出された魚群密度は、図２に示すように、操作・表示装置４に表示される。
［効果］
以上のように、本実施形態に係る魚群探知機１では、第１ヒストグラムＨＧ１と第２ヒストグラムＨＧ２とを比較し、その比較結果に基づいて魚群の密度を導出している。上述したように、第１ヒストグラムＨＧ１と第２ヒストグラムＨＧ２との比較結果は魚群密度に応じて異なるため、該比較結果に基づいて魚群密度を導出することにより、従来と比べて魚群密度を正確に導出することができる。
従って、魚群探知機１では、魚群（物標）の密度を正確に算出できる。
また、魚群探知機１では、２つの受信信号のうちの一方の受信信号（本実施形態では、第２受信信号）の長さを第１受信信号の長さよりも短くするために、パルス圧縮処理を行っている。こうすると、例えば第２受信信号の長さを第１受信信号の長さよりも短くするために、互いに異なるパルス幅を有する２種類の送信波を生成する必要がなくなる。すなわち、魚群探知機１によれば、複数種類の送信波を生成する必要がなくなるため、送信部６等の構成を簡略化できる。
また、魚群探知機１では、各受信信号のエコー強度を各受信信号の長さによって補正した値を各エコー強度として算出している。これにより、適切に第１エコー強度（第１ＳＶ値）及び第２エコー強度（第２ＳＶ値）を算出することができる。
また、魚群探知機１では、各受信信号のエコー強度を送信波が送波される送波部のビーム幅で補正した値を各エコー強度として算出している。これにより、より適切に第１エコー強度及び第２エコー強度を算出することができる。
また、魚群探知機１では、第１エコー強度及び第２エコー強度として、体積散乱強度を算出している。これにより、一般的に知られている体積散乱強度を用いて、容易に第１エコー強度及び第２エコー強度を算出することができる。
また、魚群探知機１では、第１ヒストグラムＨＧ１と第２ヒストグラムＨＧ２との類似度に基づいて、魚群の密度を導出している。上述したように、第１ヒストグラムＨＧ１と第２ヒストグラムＨＧ２との類似度は魚群密度に応じて異なるため、該類似度に基づいて魚群密度を導出することにより、従来と比べて魚群密度をより正確に導出することができる。
また、魚群探知機１では、第１ヒストグラムＨＧ１と第２ヒストグラムＨＧ２との相互相関係数に基づいて、魚群の密度を導出している。これにより、魚群の密度を容易に算出することができる。
また、魚群探知機１では、相互相関係数算出部１６によって算出された相互相関係数、及び記憶部１７に記憶されている相互相関係数と魚群密度との対応関係に基づき、魚群の密度を導出している。これにより、過去の実験或いはシミュレーション等によって得られた相互相関係数と魚群密度との関係性によって、実際の魚群密度を導出できるため、魚群密度をより正確に算出することができる。
また、魚群探知機１では、エコー強度の範囲が複数に区分されて得られた複数の区間のそれぞれに含まれる第１エコー強度の度数を数えて第１度数分布を生成し、複数の区間のそれぞれに含まれる第２エコー強度の度数を数えて第２度数分布を生成している。これにより、第１度数分布及び第２度数分布を適切に生成することができる。
また、魚群探知機１では、魚群の密度を正確に導出することができるため、効率的に漁猟を行うことができる。
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
（１）図８は、変形例に係る魚群探知機１ａの構成を示すブロック図である。本変形例に係る魚群探知機１ａは、上記実施形態に係る魚群探知機１と比べて、送信部６ａ、受信部７ａ及び信号処理部１０ａの構成が異なっている。以下では、上記実施形態に係る魚群探知機１と異なる点について主に説明し、それ以外の部分については説明を省略する。
本変形例の送信部６ａは、互いにパルス幅が異なる２つのパルス波（第１超音波及び第２超音波）が送受波器２から送波されるように、互いにパルス幅が異なる２つの送信信号を、送受波器２に対して交互に出力する。これにより、送受波器２からは、パルス幅が異なる第１超音波及び第２超音波が、交互に送波される。本変形例では、第２超音波のパルス幅は、第１超音波のパルス幅よりも短くなるように設定されている。送受波器２は、第１超音波の送波及び受波と、第２超音波の送波及び受波とを、交互に繰り返す。なお、第１超音波及び第２超音波の周波数は、同じであってもよく、又は互いに異なっていてもよい。
受信部７ａは、上記実施形態の場合と同様、送受波器２が受波した受信波から得られる信号を増幅し、増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換し、その後、デジタル信号に変換された受信信号を信号処理部１０ａに対して出力する。また、本変形例の受信部７ａは、第１超音波の反射波から得られる受信信号（第１受信信号）を第１ＳＶ算出部１２に出力するとともに、第２超音波の反射波から得られる受信信号（第２受信信号）を、第２ＳＶ算出部１３に出力する。
図９は、変形例に係る魚群探知機１ａの信号処理部１０ａの構成を示すブロック図である。本変形例の信号処理部１０ａは、上記実施形態の信号処理部１０と比べて、パルス圧縮部が省略された構成となっている。そして、本変形例の信号処理部１０ａでは、第１ＳＶ算出部１２が、比較的長さが長い第１受信信号に基づいて第１ＳＶ値を算出する一方、第２ＳＶ算出部１３が、第１受信信号よりも長さが短い第２受信信号に基づいて第２ＳＶ値を算出する。
以上のように、本変形例に係る魚群探知機１ａでも、上記実施形態に係る魚群探知機１の場合と同様、第１ＳＶ算出部１２及び第２ＳＶ算出部１３のそれぞれに、互いに異なる長さを有する受信信号を入力することができる。これにより、本変形例に係る魚群探知機１ａでも、上記実施形態に係る魚群探知機１の場合と同様、魚群密度を正確に導出することができる。
なお、本変形例において、第１超音波及び第２超音波を同時に送波可能なように送信部及び送受波器を構成してもよい。この場合、互いに分離可能なように、第１超音波及び第２超音波の周波数を互いに異なる値に設定する必要がある。
（２）上記実施形態に係る魚群探知機１では、受信信号の長さを短くするためにパルス圧縮部１１を設けたが、これに限らない。具体的には、逆フィルタ或いは適応ビームフォーミング法等、他の手法を用いて受信信号の長さを圧縮してもよい。
（３）上記実施形態では、送受波器２からチャープ波を送波しているが、これに限らず、その他の波形であってもよい。
（４）上記実施形態では、第１エコー強度及び第２エコー強度として体積散乱強度を用いているが、これに限らない。具体的には、エコー強度を受信信号の長さで補正した値、或いは、エコー強度を、送信波が送波される送波部のビーム幅で補正した値、等であってもよい。
（５）図１０は、変形例に係る魚群探知機の信号処理部１０ｂの構成を示すブロック図である。図１０に示す信号処理部１０ｂは、上記実施形態と比べて、相互相関係数算出部１６が省略された構成となっており、その代わりに、類似度算出部１９を備えた構成となっている。
上述した実施形態では、信号処理部１０に相互相関係数算出部１６を設け、当該相互相関係数算出部１６によって類似度としての相互相関係数を算出したが、これに限らない。具体的には、例えば一例として、図１０に示す魚群探知機の信号処理部１０ｂでは、２つのヒストグラムＨＧ１，ＨＧ２が重なっている部分の面積に基づいて上記類似度を算出する。このような構成であっても、上記実施形態の場合と同様、魚群密度を正確に導出することができる。
（６）上記実施形態では、第１ヒストグラムＨＧ１と第２ヒストグラムＨＧ２との類似度（具体的には、相互相関係数）に基づいて魚群の密度を導出したが、これに限らない。具体的には、例えば一例として、２つのヒストグラムＨＧ１，ＨＧ２のピーク位置の間隔に基づき、魚群密度を導出してもよい。
（７）上記実施形態では、第１ヒストグラムＨＧ１及び第２ヒストグラムＨＧ２の相互相関係数に基づいて魚群密度を導出したが、上記相互相関係数だけでなく、その他のパラメータ（例えば、上述した２つのヒストグラムが重なっている部分の面積、２つのヒストグラムのピーク位置の間隔、等）も含めて総合的に考慮した上で、魚群密度を導出してもよい。
（８）上記実施形態及び上記変形例では、探知装置の一例として魚群探知機を挙げて説明したが、これに限らず、レーダ装置に適用することもできる。
図１１は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１ｂの構成を示すブロック図である。レーダ装置１ｂによれば、例えば、海上の物標（例えば他船）の密度、鳥群の密度、或いは雨粒の密度等を探知することができる。レーダ装置１ｂは、密度を導出したい物標に応じて、適切な場所に設置される。以下では、レーダ装置１ｂについて、上記実施形態に係る魚群探知機１と異なる点について主に説明し、魚群探知機１と同様の構成の説明については、図面において同一の符号を付すことで又は同一の符号を引用して説明することで、省略する。
［構成］
図１１に示すように、レーダ装置１ｂは、電波の送受波を行うアンテナ２ａと、送受信装置３と、信号処理部１０と、操作・表示装置４を、を備えている。
レーダ装置１ｂの送受信装置３、信号処理部１０、及び操作・表示装置４は、送信波及び受信波として電磁波を取り扱う点と、密度を導出する対象となる物標として魚以外の物標（他船、鳥群、雨粒等）を検出する点を除き、上記実施形態に係る魚群探知機１の場合と同様に動作する。これにより、レーダ装置１ｂによれば、他船、鳥群、雨粒等の密度を正確に算出することができる。
（９）図１２は、変形例に係る魚群探知機１ｃの構成を示すブロック図である。また、図１３は、図１２に示す魚群探知機１ｃの信号処理部１０ｃの構成を示すブロック図である。本変形例に係る魚群探知機１ｃは、図８に示す変形例に係る魚群探知機１ａと比べて、送信部６ｃ、受信部７ｃ及び信号処理部１０ｃの構成が異なっている。以下では、図８に示す魚群探知機１ａと異なる点について主に説明し、それ以外の部分については説明を省略する。
送信部６ｃは、互いにビーム幅が異なる２つのパルス波（第１送信波及び第２送信波）が送受波器２から送波されるように、互いに周波数が異なる２つの送信信号を、送受波器２に対して交互に出力する。これにより、送受波器２からは、ビーム幅が異なる第１超音波（第１送信波）及び第２超音波（第２送信波）が、交互に送波される。本変形例では、第２超音波のビーム幅は、第１超音波のビーム幅よりも小さくなるように設定されている。送受波器２は、第１超音波の送波及び受波と、第２超音波の送波及び受波とを、交互に繰り返す。
受信部７ｃは、上記実施形態の場合と同様、送受波器２が受波した受信波から得られる信号を増幅し、増幅した受信信号をＡ／Ｄ変換し、その後、デジタル信号に変換された受信信号を信号処理部１０ｃに対して出力する。また、本変形例の受信部７ｃは、第１超音波の反射波から得られる受信信号（第１受信信号）を、信号処理部１０ｃの第１エコー強度算出部１２ｃに出力するとともに、第２超音波の反射波から得られる受信信号（第２受信信号）を、信号処理部１０ｃの第２エコー強度算出部１３ｃに出力する。
信号処理部１０ｃは、図９に示す信号処理部１０ａの第１ＳＶ算出部１２の代わりに第１エコー強度算出部１２ｃが設けられ、第２ＳＶ算出部１３の代わりに第２エコー強度算出部１３ｃが設けられた構成となっている。第１エコー強度算出部１２ｃは、第１受信信号のエコー強度を第１超音波のビーム幅で補正した値を、第１エコー強度として算出している。また、第２エコー強度算出部１３ｃは、第２受信信号のエコー強度を第２超音波のビーム幅で補正した値を、第２エコー強度として算出している。
そして、本変形例の信号処理部１０ｃでは、第１ヒストグラム生成部１４が、上述のようにして各深さ位置及び各ピングに対応して算出された第１エコー強度の度数を、第１エコー強度のレベル毎に数えることにより第１ヒストグラムを生成する。また、本変形例の信号処理部１０ｃでは、第２ヒストグラム生成部１５が、上述のようにして各深さ位置及び各ピングに対応して算出された第２エコー強度の度数を、第２エコー強度のレベル毎に数えることにより第２ヒストグラムを生成する。信号処理部１０ｃにおけるその後の処理については、上記実施形態と同様であるため、説明を省略する。
以上のように、本変形例に係る魚群探知機１ｃでも、上記実施形態に係る魚群探知機１の場合と同様、魚群（物標）の密度を正確に算出できる。
また、魚群探知機１ｃでは、各受信信号のエコー強度を各送信ビームの幅によって補正した値を、各エコー強度として算出している。これにより、適切に第１エコー強度及び第２エコー強度を算出することができる。
なお、本変形例では、第１受信信号のエコー強度を第１超音波のビーム幅で補正した値を、第１エコー強度として算出し、第２受信信号のエコー強度を第２超音波のビーム幅で補正した値を、第２エコー強度として算出している。しかし、これに限らず、第１受信信号のエコー強度を第１受信信号の長さで補正した値を、第１エコー強度として算出し、第２受信信号のエコー強度を第２受信信号の長さで補正した値を、第２エコー強度として算出してもよい。また、これに限らず、第１エコー強度及び第２エコー強度として体積散乱強度を用いてもよい。
また、本変形例では、互いにビーム幅が異なる２つの送信波を形成するために、互いに異なる周波数を有する送信波を形成したが、これに限らず、ビーム幅が異なる２つの送信波を形成できれば、どのような手法が用いられてもよい。具体的には、例えば一例として、互いに形状、超音波素子の数、超音波素子のサイズ等が異なる２つの送波部を設けることにより、各送受波部から送波される送信波のビーム幅を調整してもよい。
また、本変形例では、送受波器２が、第１超音波の送波と第２超音波の送波とを交互に繰り返す例を挙げて説明したが、これに限らず、第１超音波の送波と第２超音波の送波とを同時に行ってもよい。この場合、第１超音波の周波数と第２超音波の周波数とを互いに異なる周波数に設定する必要がある。
（１０）上記実施形態では、上述した（１）式を用いてエコー強度を算出する際、近似として、第１受信信号の長さを、送信部が生成する送信信号（例えば、チャープ信号）の長さに設定し、第２受信信号の長さを、送信部が生成するチャープ信号がパルス圧縮部に圧縮された後の長さに設定する例を挙げて説明したが、これに限らない。上述した近似をせずに、各受信信号の実際の長さを測定してもよい。例えば一例として、受信信号の立ち上がりと立ち下りを検出して、立ち上がりと立ち下りの時間差で該受信信号の長さを測定してもよい。
（１１）上記実施形態では、密度導出部１８が、記憶部１７に記憶されている対応関係から、相互相関係数算出部１６で算出された相互相関係数に対応する魚群密度を読み取り又は算出したが、これに限らない。密度導出部は、単に相互相関係数を魚群密度指標として出力しても良い。相互相関係数が０に近い値であれば、魚群の密度が比較的低く、相互相関係数が１に近い値であれば、魚群の密度が比較的高いことから、単に相互相関係数を表示することでユーザが魚群の密度を把握することができる。また、これに限らず、密度導出部は類似度を魚群密度指標として出力してもよい。
１，１ａ，１ｃ 魚群探知機（探知装置）
１ｂ レーダ装置（探知装置）
１２ 第１ＳＶ算出部（第１エコー強度算出部）
１３ 第２ＳＶ算出部（第２エコー強度算出部）
１４ 第１ヒストグラム生成部（度数分布生成部）
１５ 第２ヒストグラム生成部（度数分布生成部）
１８ 密度導出部

Claims (16)

  1. 反射対象で反射して帰来する受信波から生成される第１受信信号の第１エコー強度を算出する第１エコー強度算出部と、
    前記反射対象で反射して帰来する受信波から生成され、前記第１受信信号よりも信号の長さが短い第２受信信号の第２エコー強度を算出する第２エコー強度算出部と、
    前記第１エコー強度の第１度数分布と、前記第２エコー強度の第２度数分布と、を生成する度数分布生成部と、
    前記第１度数分布と前記第２度数分布との比較に基づいて、前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度の指標となる値である密度指標、を導出する密度導出部と、
    を備えていることを特徴とする、探知装置。
  2. 請求項１に記載の探知装置において、
    送信波を送波する送波部と、
    前記送信波が前記反射対象で反射して帰来する前記受信波から得られる前記第１受信信号を圧縮して前記第２受信信号を生成する圧縮部と
    を更に備え、
    前記第２エコー強度算出部は、前記圧縮部によって圧縮されて生成された前記第２受信信号から前記第２エコー強度を算出することを特徴とする、探知装置。
  3. 請求項１に記載の探知装置において、
    第１送信波、及び、該第１送信波よりもパルス幅が短い第２送信波を送波する送波部を更に備え、
    前記第１エコー強度算出部は、前記第１送信波が前記反射対象で反射して帰来する受信波に基づく前記第１エコー強度を算出し、
    前記第２エコー強度算出部は、前記第２送信波が前記反射対象で反射して帰来する受信波に基づく前記第２エコー強度を算出することを特徴とする、探知装置。
  4. 請求項２に記載の探知装置において、
    前記第１エコー強度算出部は、前記送信波が送波される前記送波部のビーム幅で補正された前記第１エコー強度を算出し、
    前記第２エコー強度算出部は、前記ビーム幅で補正された前記第２エコー強度を算出することを特徴とする、探知装置。
  5. 請求項３に記載の探知装置において、
    前記第１エコー強度算出部は、前記第１送信波が送波される前記送波部のビーム幅で補正された前記第１エコー強度を算出し、
    前記第２エコー強度算出部は、前記第２送信波が送波される前記送波部のビーム幅で補正された前記第２エコー強度を算出することを特徴とする、探知装置。
  6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の探知装置において、
    前記第１エコー強度算出部は、前記第１受信信号の長さで補正された前記第１エコー強度を算出し、
    前記第２エコー強度算出部は、前記第２受信信号の長さで補正された前記第２エコー強度を算出することを特徴とする、探知装置。
  7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の探知装置において、
    前記第１エコー強度算出部は、前記第１受信信号の体積散乱強度を前記第１エコー強度として算出し、前記第２エコー強度算出部は、前記第２受信信号の体積散乱強度を前記第２エコー強度として算出することを特徴とする、探知装置。
  8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の探知装置において、
    前記密度導出部は、前記第１度数分布と前記第２度数分布との前記比較の結果としての、前記第１度数分布と前記第２度数分布との類似度に基づいて、前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度指標を導出することを特徴とする、探知装置。
  9. 請求項８に記載の探知装置において、
    前記密度導出部は、前記類似度としての、前記第１度数分布と前記第２度数分布との相互相関係数に基づいて、前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度指標を導出することを特徴とする、探知装置。
  10. 請求項９に記載の探知装置において、
    前記相互相関係数を算出する相互相関係数算出部と、
    前記密度導出部によって前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度指標が導出される前に予め得られた前記相互相関係数と前記反射対象の密度との対応関係を記憶する記憶部を更に備え、
    前記密度導出部は、前記相互相関係数算出部によって算出された前記相互相関係数と、前記記憶部に記憶された前記対応関係とに基づき、前記反射対象の密度を導出することを特徴とする、探知装置。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の探知装置において、
    前記度数分布生成部は、エコー強度の範囲が複数に区分されて得られた複数の区間のそれぞれに含まれる前記第１エコー強度の度数を数えて前記第１度数分布を生成し、前記複数の区間のそれぞれに含まれる前記第２エコー強度の度数を数えて前記第２度数分布を生成することを特徴とする、探知装置。
  12. 第１送信波、及び、該第１送信波よりもビーム幅が小さい第２送信波を送波する送波部と、
    前記第１送信波が反射対象で反射して帰来する受信波から生成される第１受信信号の第１エコー強度を算出する第１エコー強度算出部と、
    前記第２送信波が反射対象で反射して帰来する受信波から生成される第２受信信号の第２エコー強度を算出する第２エコー強度算出部と、
    前記第１エコー強度の第１度数分布と、前記第２エコー強度の第２度数分布と、を生成する度数分布生成部と、
    前記第１度数分布と前記第２度数分布との比較に基づいて、前記反射対象の密度、又は前記反射対象の密度の指標となる値である密度指標、を導出する密度導出部と、
    を備えていることを特徴とする、探知装置。
  13. 請求項１２に記載の探知装置において、
    前記第１エコー強度算出部は、前記第１送信波のビーム幅で補正された前記第１エコー強度を算出し、
    前記第２エコー強度算出部は、前記第２送信波のビーム幅で補正された前記第２エコー強度を算出することを特徴とする、探知装置。
  14. 請求項１３に記載の探知装置において、
    前記第１エコー強度算出部は、前記第１受信信号の長さで補正された前記第１エコー強度を算出し、
    前記第２エコー強度算出部は、前記第２受信信号の長さで補正された前記第２エコー強度を算出することを特徴とする、探知装置。
  15. 請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の探知装置としての魚群探知機であって、前記反射対象としての魚群の密度、又は前記反射対象としての魚群の密度の指標となる値である魚群密度指標、を導出する前記密度導出部を備えた、魚群探知機。
  16. 請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の探知装置としてのレーダ装置。
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