JP2017166880A - Acoustic measuring device, acoustic measuring method, multi-beam acoustic measuring device, and synthetic aperture sonar - Google Patents

Acoustic measuring device, acoustic measuring method, multi-beam acoustic measuring device, and synthetic aperture sonar Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To allow a transmission signal to be transmitted in a short cycle by eliminating a constraint due to the speed of ultrasonic waves.SOLUTION: An acoustic measuring device comprises: a transmission signal formation unit for forming a transmission signal with a pseudo noise series signal; a transmission unit for transmitting the transmission signal as an ultrasonic wave in a short cycle; a reception unit for receiving an echo of the ultrasonic wave; and a correlator for identifying an echo corresponding to the transmission signal by performing a correlation process of the echo by the pseudo noise series signal, and for measuring distance from a measurement object on the basis of time difference between the transmission signal and the echo.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、超音波を使用して深度、対象までの距離等を測定する音響測定装置及び音響測定方法に関する。   The present invention relates to an acoustic measurement device and an acoustic measurement method for measuring a depth, a distance to an object, and the like using ultrasonic waves.

音響測定装置の一つとして音響測深装置が知られている。海洋での音響測深技術は古くから行われており、図1に示すように超音波振動子から超音波パルスを発射し、その音波が対象(海底)から反射してくるエコーをとらえて、水中の音波の伝搬速度(約1500m/s)を用いてその深度を計測するものである。この原理を用いた音響測深装置は50年以上も前から製品化されており、今日でもこの原理を用いて海底の深度測量が行われている。このエコーロケーションと呼ばれる技術はこれまで変わることなく、言い換えれば発展することなく使用され続けてきた。   An acoustic sounding device is known as one of acoustic measuring devices. Acoustic sounding technology in the ocean has been practiced for a long time, and as shown in Fig. 1, an ultrasonic pulse is emitted from an ultrasonic transducer and the sound wave is reflected from the target (sea floor), and the underwater sound is detected. The depth is measured using the propagation speed of the sound wave (approximately 1500 m / s). An acoustic sounding device using this principle has been commercialized for more than 50 years, and even today, depth measurement of the sea floor is performed using this principle. This technique called echo location has been used without change, in other words, without development.

原理は、超音波パルス(例えば1msパルス幅)を発射し、500mの海底だと往復距離1000mを音波の水中速度Vuを1500m/sとすれば、1000/Vu=1000/1500=0.667秒かかって帰ってくるので、そのエコーを受信した後、再び超音波パルスを発射し、同時に船が進んだ分異なった場所の海底深度を計測するわけである。このように船の航行に伴って順次海底の深度を計測し、それを記録紙や画像として液晶画面に表示するのが音響測深装置と呼ばれるものである(例えば特許文献1参照)。   The principle is that if an ultrasonic pulse (for example, 1 ms pulse width) is emitted and the seabed is 500 m and the round-trip distance is 1000 m and the underwater velocity Vu is 1500 m / s, 1000 / Vu = 1000/1500 = 0.667 seconds. Since it returns, after receiving the echo, it emits an ultrasonic pulse again, and at the same time, the depth of the seabed in a different place is measured as the ship advances. In this way, it is called an acoustic sounding device that measures the depth of the seabed sequentially as a ship navigates and displays it on a liquid crystal screen as recording paper or an image (see, for example, Patent Document 1).

これまでの音響測深装置は、超音波の水中での音速を考慮し、受信エコーより前に次の送信をしないように発信間隔をコントロールして、測深を行ってきた。図2に示すように、1つのビームだけを備えた測深装置をシングルビーム測深装置といい、近年登場した扇型に複数のビームが拡がるものをマルチビーム測深装置という(例えば特許文献2参照)。マルチビーム測深装置は一度に広い範囲の深度を計測できる。   Conventional acoustic sounding devices have taken sounding by controlling the transmission interval so that the next transmission is not performed before the received echo in consideration of the sound speed of ultrasonic waves in water. As shown in FIG. 2, a depth measuring device having only one beam is called a single beam depth measuring device, and a device that spreads a plurality of beams in a fan shape that has recently appeared is called a multi-beam depth measuring device (see, for example, Patent Document 2). Multi-beam sounding device can measure a wide range of depth at once.

深度をD、送信パルスの送信間隔をTとし、(2D/1500)<Tの場合では、図3Aに示すように、送信パルスと受信エコーの時間差が(2D/1500)に対応したものとなり、この時間差から深度を測定できる。しかしながら、(2D/1500)≧Tの場合では、図3Bに示すように、次の送信パルスの送出後に受信エコーが到来するので、受信エコーがどちらの送信パルスに対応したものかが分からなくなり、時間差FDに基づいて誤った深度を計測することになる。したがって、従来では(2D/1500)<Tの条件が必要であった。   When the depth is D, the transmission interval of transmission pulses is T, and (2D / 1500) <T, the time difference between the transmission pulse and the reception echo corresponds to (2D / 1500), as shown in FIG. The depth can be measured from this time difference. However, in the case of (2D / 1500) ≧ T, as shown in FIG. 3B, since the reception echo arrives after the transmission of the next transmission pulse, it is not known which transmission pulse the reception echo corresponds to. An incorrect depth is measured based on the time difference FD. Therefore, conventionally, the condition of (2D / 1500) <T was necessary.

送信周期を短くできないことは、測深の水平方向分解能を小さくできないことになる。図4を参照して船の進行方向(水平方向)の計測の分解能について説明する。船速V(m/s)で深度D(m)の測深を行う場合の水平方向の分解能ΔH(m)は次式で表される。
ΔH=VT>2DV/1500
If the transmission cycle cannot be shortened, the horizontal resolution of depth measurement cannot be reduced. The resolution of measurement in the traveling direction (horizontal direction) of the ship will be described with reference to FIG. The horizontal resolution ΔH (m) when the depth D (m) is measured at the ship speed V (m / s) is expressed by the following equation.
ΔH = VT> 2DV / 1500

例えば船が10kt(時速10×1.852km)で航行し、送信の周期が1秒の場合、約5m毎にしか測深データは得られない。深度1,000mの海底を計測するには、送信周期Tを(1,000×2)/1,500=1.33秒以上にしないと計測できないが、船が10ktで航行すれば1.33秒後には6.7m進んでいるので、計測の分解能ΔHは6.67mということになる。マルチビーム測深装置は一度に広い範囲の深度を計測できるが、船の進行方向の計測の分解能はシングルビームと同様である。   For example, if a ship navigates at 10 kt (10 × 1.852 km / h) and the transmission cycle is 1 second, depth measurement data can be obtained only about every 5 m. To measure the seabed at a depth of 1,000m, the transmission cycle T must be (1,000 × 2) /1,500=1.33 seconds or more, but if the ship sails at 10 kt, it is 1.33. Since it has advanced 6.7 m after 2 seconds, the measurement resolution ΔH is 6.67 m. The multi-beam sounding device can measure a wide range of depth at a time, but the resolution of the ship's direction of travel is the same as that of a single beam.

特開2001−083247号公報JP 2001-083247 A 特開2006−220436号公報JP 2006-220436 A

従来の音響測深装置では、計測の分解能を高くするためには船の速度を低下させる以外に方法がなかった。したがって、従来の音響測深装置は、測深の分解能を高くする場合に測深に要する時間が長くなる問題があった。   In the conventional acoustic sounding device, there was no method other than reducing the speed of the ship in order to increase the measurement resolution. Therefore, the conventional acoustic sounding device has a problem that the time required for sounding is long when the sounding resolution is increased.

したがって、本発明の目的は、送信周期の制約をなくすことができ、短い送信周期を実現して分解能を高くすることができる音響測定装置及び音響測定方法を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide an acoustic measurement device and an acoustic measurement method that can eliminate the restriction on the transmission cycle and can realize a short transmission cycle and increase the resolution.

本発明の第1の発明は、疑似雑音系列信号によって送信信号を形成する送信信号形成部と、
送信信号を短い周期で超音波として送出する送信部と、
超音波のエコーを受信する受信部と、
エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器とを備える音響測定装置である。
A first invention of the present invention is a transmission signal forming unit that forms a transmission signal by a pseudo noise sequence signal;
A transmission unit for transmitting a transmission signal as an ultrasonic wave in a short cycle;
A receiver for receiving an ultrasonic echo;
An acoustic measurement apparatus comprising a correlator that performs echo correlation processing with a pseudo-noise sequence signal to determine an echo corresponding to a transmission signal and measures a distance to a measurement target based on a time difference between the transmission signal and the echo. is there.

本発明の第2の発明は、疑似雑音系列信号によって送信信号を形成し、
送信信号を短い周期で超音波として送出し、
超音波のエコーを受信し、
エコーを相関器によって相関処理することによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する音響測定方法である。
According to a second aspect of the present invention, a transmission signal is formed by a pseudo noise sequence signal,
Send the transmission signal as an ultrasonic wave in a short cycle,
Receive ultrasound echoes,
This is an acoustic measurement method in which an echo is correlated with a correlator to determine an echo corresponding to a transmission signal, and a distance to a measurement object is measured based on a time difference between the transmission signal and the echo.

本発明によれば、送信周期を短くすることができるので、水平方向の分解能を高くすることができる。また、本発明では、送信周期が短いので、前後の受信エコー信号に相関がある。したがって、前後の受信エコー信号を加算するなどしてSN比を向上できるので、低い送信出力でも受信エコー信号を加算処理することが可能になり、装置の小型化や省電力設計が可能になる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果であっても良い。   According to the present invention, since the transmission cycle can be shortened, the resolution in the horizontal direction can be increased. In the present invention, since the transmission cycle is short, there is a correlation between the received echo signals before and after. Therefore, since the S / N ratio can be improved by adding the received echo signals before and after, the received echo signal can be added even at a low transmission output, and the apparatus can be downsized and designed to save power. Note that the effects described here are not necessarily limited, and may be any of the effects described in the present specification.

音響測深の原理を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the principle of acoustic sounding. シングルビーム測深とマルチビーム測深を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating single beam depth measurement and multi-beam depth measurement. 従来の音響測深装置の説明に用いる波形図である。It is a wave form diagram used for description of the conventional acoustic sounding device. 従来の音響測深装置の水平方向分解能の説明に用いる略線図である。It is a basic diagram used for description of the horizontal direction resolution of the conventional acoustic sounding device. 本発明の一実施の形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態における相関器の説明に用いるブロック図である。It is a block diagram used for description of the correlator in one embodiment of the present invention. 相関器の出力の説明に用いる波形図である。It is a wave form diagram used for description of the output of a correlator. 受信信号を表示する場合を説明する略線図である。It is a basic diagram explaining the case where a received signal is displayed. 送信信号の変調方法の一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the modulation method of a transmission signal. 本発明の一実施の形態の説明に用いる波形図である。It is a wave form diagram used for description of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の水平方向分解能の説明に用いる略線図である。It is a basic diagram used for description of the horizontal direction resolution of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の説明に用いる波形図である。It is a wave form diagram used for description of one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態の水平方向分解能の説明に用いる略線図である。It is a basic diagram used for description of the horizontal direction resolution of one embodiment of this invention. 従来の音響測深装置のシミュレーションの結果を説明に用いる略線図である。It is an approximate line figure using the result of the simulation of the conventional acoustic sounding device for explanation. 本発明による音響測深装置のシミュレーションの結果を説明に用いる略線図である。It is a basic diagram which uses the result of the simulation of the acoustic sounding device by this invention for description. 従来の音響測深装置による表示画像と本発明の音響測深装置による表示画像を比較して示す略線図である。It is a basic diagram which compares and shows the display image by the conventional acoustic sounding device and the display image by the acoustic sounding device of this invention. 本発明による音響測深装置の送信信号の一例の波形図である。It is a wave form diagram of an example of the transmission signal of the acoustic sounding device by this invention. 本発明による音響測深装置において二つのゴールドコード信号が重なった場合の説明に用いる波形図である。It is a wave form diagram used for description when two Gold code signals overlap in the sound sounding device by the present invention. 開口合成サイドスキャンソナーの原理を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the principle of an aperture synthetic | combination side scan sonar. 開口合成の指向特性を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the directivity characteristic of aperture synthesis. 開口合成の原理を説明するための略線図である。It is a basic diagram for demonstrating the principle of aperture synthesis. 点ターゲットの一例を示す略線図である。It is a basic diagram which shows an example of a point target. 点ターゲットの一例の画像を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the image of an example of a point target. 本発明における点ターゲットの一例の開口合成前の画像と開口合成後の画像を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the image before aperture synthesis | combination of an example of the point target in this invention, and the image after aperture synthesis | combination. 従来における点ターゲットの一例の開口合成前の画像と開口合成後の画像を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the image before aperture synthesis of an example of the conventional point target, and the image after aperture synthesis. 本発明における2点ターゲットの一例の開口合成前の画像と開口合成後の画像を示す略線図である。It is a basic diagram which shows the image before aperture synthesis | combination of an example of the 2-point target in this invention, and the image after aperture synthesis | combination. マルチビーム音響測深機の説明に用いる略線図である。It is a basic diagram used for description of a multi-beam acoustic sounding instrument. 本発明をマルチビーム音響測深機に適用した他の実施の形態の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of other embodiment which applied this invention to the multi-beam acoustic sounding instrument.

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において、特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
本発明の説明は、以下の順序にしたがってなされる。
<1.一実施の形態>
<2.他の実施の形態>
<3.変形例>
Embodiments of the present invention will be described below. The embodiments described below are preferred specific examples of the present invention, and various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is not limited to the following description. Unless otherwise specified, the present invention is not limited to these embodiments.
The description of the present invention will be made in the following order.
<1. Embodiment>
<2. Other embodiments>
<3. Modification>

<1.一実施の形態>
図5は、本発明による音響測深装置の一実施の形態の電気的構成を示す。一定周期のパルス信号の送信トリガパルスを発生する送信トリガ発生器1か設けられており、送信トリガパルスがPN系列発生器としてのゴールドコード発生器2及び表示又は記録装置10に供給される。表示及び/又は記録装置10は、液晶等の表示装置及び/又は半導体メモリ等の記録装置と表示又は記録のための演算装置とを含んでいる。
<1. Embodiment>
FIG. 5 shows an electrical configuration of an embodiment of an acoustic sounding device according to the present invention. A transmission trigger generator 1 for generating a transmission trigger pulse of a pulse signal having a constant period is provided, and the transmission trigger pulse is supplied to a gold code generator 2 as a PN sequence generator and a display or recording device 10. The display and / or recording device 10 includes a display device such as a liquid crystal and / or a recording device such as a semiconductor memory and an arithmetic device for display or recording.

ゴールドコード発生器2は、送信トリガパルスと同期してゴールドコードを発生する。ゴールドコード以外のM系列等のPN(Pseudorandom Noise)系列を使用しても良い。ゴールドコードがパルス変調器3に供給され、ゴールドコードが例えばBPSK(Binary Phase Shift Keying)によってデジタル変調される。搬送波の周波数は数十kHz〜数百kH
zとされる。
The gold code generator 2 generates a gold code in synchronization with the transmission trigger pulse. A PN (Pseudorandom Noise) sequence such as an M sequence other than the gold code may be used. A gold code is supplied to the pulse modulator 3, and the gold code is digitally modulated by, for example, BPSK (Binary Phase Shift Keying). The frequency of the carrier wave is several tens kHz to several hundreds kH
z.

パルス変調器3の出力信号が送信アンプ4に供給され、送信アンプ4において増幅等の処理がなされる。送信アンプ4の出力信号が送波器5に供給される。送波器5から水中超音波が送出される。発射された水中超音波のエコーが受波器6によって受波される。送波器5及び受波器6としては一体型の構成を使用してもよい。   The output signal of the pulse modulator 3 is supplied to the transmission amplifier 4, and processing such as amplification is performed in the transmission amplifier 4. The output signal of the transmission amplifier 4 is supplied to the transmitter 5. Underwater ultrasonic waves are sent out from the transmitter 5. The echoes of the emitted underwater ultrasonic waves are received by the receiver 6. An integrated configuration may be used as the transmitter 5 and the receiver 6.

受波器6からの受波データが受信アンプ7に供給され、増幅等の処理を受けて後、相関器8に供給される。相関器8の出力が検波回路9に供給される。相関器8によって送信パルスに対応する受信エコーが取り出される。検波回路9は表示のための演算(例えばA/D変換)を行う。検波回路9の出力が表示及び/又は記録装置8に供給され、送信パルスに対してエコーが受信されるまでの時間がそれぞれ表示及び/又は記録される。   The received data from the receiver 6 is supplied to the receiving amplifier 7, subjected to processing such as amplification, and then supplied to the correlator 8. The output of the correlator 8 is supplied to the detection circuit 9. A correlator 8 extracts a reception echo corresponding to the transmission pulse. The detection circuit 9 performs calculation for display (for example, A / D conversion). The output of the detection circuit 9 is supplied to the display and / or recording device 8, and the time until the echo is received for the transmission pulse is displayed and / or recorded, respectively.

図6は、相関検出の処理を示している。受信エコー信号が4064ステップのシフトレジスタSRに直列に入力される。なお、シフトレジスタSRに対して前後の複数の受信エコー信号を加算するなどしてSN比を向上させることが好ましい。加算処理によってノイズが低減でき、低い送信出力とすることが可能になり、装置の小型化や省電力設計が可能になる。シフトレジスタSRを動作させるシフトクロックが(20×8=1,600kHz=1.6MHz)とされている。この周波数は一例であって搬送波周波数(20kHz)の2倍以上の周波数のシフトクロックを使用できる。受信エコー信号がシフトレジスタSRに供給されることによって搬送波信号の8倍の周波数でもってサンプリングされる。   FIG. 6 shows the correlation detection process. The received echo signal is input in series to the 4064-step shift register SR. It is preferable to improve the S / N ratio by adding a plurality of reception echo signals before and after the shift register SR. Noise can be reduced by the addition processing, and a low transmission output can be achieved, which enables downsizing of the apparatus and power saving design. The shift clock for operating the shift register SR is (20 × 8 = 1, 600 kHz = 1.6 MHz). This frequency is an example, and a shift clock having a frequency twice or more the carrier frequency (20 kHz) can be used. The received echo signal is sampled at a frequency eight times that of the carrier signal by being supplied to the shift register SR.

シフトレジスタSRに対して並列に演算回路EXA1〜EX127が設けられている。演算回路EXA1〜EX127のそれぞれは、排他的論理和回路と加算回路(4064回路)とから構成されている。演算回路EXA1〜EX127のそれぞれの排他的論理和回路に対して共通にシフトレジスタSRの4064ビットが供給される。   Arithmetic circuits EXA1 to EX127 are provided in parallel to the shift register SR. Each of the arithmetic circuits EXA1 to EX127 includes an exclusive OR circuit and an adder circuit (4064 circuit). The 4064 bits of the shift register SR are commonly supplied to the exclusive OR circuits of the arithmetic circuits EXA1 to EX127.

一方、演算回路EXA1〜EX127のそれぞれの排他的論理和回路に対してゴールドコードのコードG1のレプリカ(レプリカは4064ビット)、コードG2のレプリカ、・・・、コードG127のレプリカがそれぞれ供給される。排他的論理和回路は、2つの入力のビットが同じ値であれば、出力が"0"となり、2つの入力のビットが異なる値であ
れば、出力が"1"となる。各排他的論理和回路の4064ビットの出力が加算される。加
算は、"1"の個数がNであれば、Nの値の振幅の信号を出力するものである。否定論理を
とることによって、2つの入力が一致するほど大きな値の出力が得られる。演算回路EXA1〜EX127の加算出力は図7に示すものとなる。大きな振幅の出力が送信パルスのゴールドコードと一致する受信エコー信号を示している。
On the other hand, a replica of the gold code G1 (replica is 4064 bits), a replica of the code G2,..., And a replica of the code G127 are supplied to the exclusive OR circuits of the arithmetic circuits EXA1 to EX127, respectively. . The exclusive OR circuit outputs “0” if the two input bits have the same value, and outputs “1” if the two input bits have different values. The 4064-bit output of each exclusive OR circuit is added. In the addition, if the number of “1” is N, a signal having an amplitude of N is output. By taking negative logic, an output with a larger value can be obtained as the two inputs coincide. The addition outputs of the arithmetic circuits EXA1 to EX127 are as shown in FIG. A large amplitude output indicates a received echo signal that matches the gold code of the transmitted pulse.

図8は、表示及び/又は記録装置10において表示を行う場合を説明するものである。表示及び/又は記録装置10に対しては送信トリガパルスが供給されており、送信トリガパルスのタイミングが画面の上側の発信線(0m)として表示される。送信トリガパルスに対する検波回路9からの検波信号を例えば色を付けて表示する。送信トリガパルスは数Hzから数十Hzの速い繰り返し信号であるので、相関器8からの送信トリガパルスのそれぞれに対応した検波信号を順次並べるように表示することによって、従来の音響測深装置と比較して数倍から数十倍の速さで測深画像が現れることになる。   FIG. 8 illustrates a case where display is performed on the display and / or recording apparatus 10. A transmission trigger pulse is supplied to the display and / or recording device 10, and the timing of the transmission trigger pulse is displayed as a transmission line (0 m) on the upper side of the screen. The detection signal from the detection circuit 9 for the transmission trigger pulse is displayed with a color, for example. Since the transmission trigger pulse is a fast repetitive signal of several Hz to several tens of Hz, the detection signals corresponding to each of the transmission trigger pulses from the correlator 8 are displayed so as to be sequentially arranged, thereby comparing with the conventional acoustic sounding device. As a result, the depth measurement image appears several times to several tens of times faster.

図9は、パルス変調の一例を説明するものである。例えば200kHzの搬送波の4周期(4波)毎にゴールドコードのビットの"0"及び"1"と対応して位相を0及びπに切り替える。搬送波の周波数は一例であり、他の周波数であってもよく、BPSK以外のQPSK等の変調方式を使用してもよい。さらに、位相変調に限らず、振幅変調を使用してもよい。   FIG. 9 illustrates an example of pulse modulation. For example, the phase is switched between 0 and π in correspondence with the gold code bits “0” and “1” every four periods (four waves) of a 200 kHz carrier wave. The frequency of the carrier wave is an example, and other frequencies may be used, and a modulation scheme such as QPSK other than BPSK may be used. Further, not only phase modulation but also amplitude modulation may be used.

相関器8においてデジタル信号処理で相関検出がなされる。1ビットが4周期で構成されており、各周期が8サンプルでデジタル化される。したがって、ゴールドコードのコードが127ビットの場合、一つの受信エコー信号は、(127×4×8=4064ビット)となる。   Correlator 8 detects correlation by digital signal processing. One bit is composed of 4 periods, and each period is digitized with 8 samples. Therefore, when the code of the Gold code is 127 bits, one received echo signal is (127 × 4 × 8 = 4064 bits).

上述した本発明の一実施の形態では、送信信号及び受信エコー信号(海底エコー)を識別することができる。図10に示すように、送信信号Aと送信信号Bとが異なるゴールドコードとされている。送信信号Aと対応する受信エコー信号が送信信号Bの後に受信されてその受信エコー信号が送信Aに対応するものであることを識別できる。したがって、従来のような送信周期Tに関する制限((2D/1500)<T)をなくすことができる。   In the above-described embodiment of the present invention, the transmission signal and the reception echo signal (sea bottom echo) can be identified. As shown in FIG. 10, the transmission signal A and the transmission signal B are different gold codes. A reception echo signal corresponding to the transmission signal A is received after the transmission signal B, and it can be identified that the reception echo signal corresponds to the transmission A. Therefore, the restriction ((2D / 1500) <T) related to the transmission cycle T as in the prior art can be eliminated.

本発明の一実施の形態では水平方向の分解能が次式に示すものとなる。
ΔH=VT
In one embodiment of the present invention, the horizontal resolution is expressed by the following equation.
ΔH = VT

例えば船が10kt(時速10×1.852km)で航行し、送信の周期が0.1秒の場合、ΔH=0.5mとなり、測深深度とは無関係に水平方向の分解能(計測間隔)を決めることができる。図11に示すように、深度にかかわらず、送信周期Tと船速Vのみから水平方向の分解能ΔHが決められる。さらに、6種類の送信信号を識別することができる場合を図12及び図13に模式的に示す。このように、送信周期Tを短いものとでき、深度とは関係なく測深が可能となり、高い水平の計測分解能を得ることができる。   For example, if a ship navigates at 10 kt (10 × 1.852 km / h) and the transmission cycle is 0.1 second, ΔH = 0.5 m, and the horizontal resolution (measurement interval) is determined regardless of the depth of measurement. be able to. As shown in FIG. 11, the horizontal resolution ΔH is determined only from the transmission cycle T and the ship speed V regardless of the depth. Furthermore, the case where six types of transmission signals can be identified is schematically shown in FIGS. Thus, the transmission cycle T can be shortened, depth measurement can be performed regardless of the depth, and high horizontal measurement resolution can be obtained.

なお、送信信号の識別は周波数などによっても行うことができるが、周波数弁別方式では使用する周波数範囲を広くすると、水中の伝搬損失が周波数によって異なるので、探知距離に周波数差が出るなど好ましくない。本発明では1つの周波数によって送信信号を識別するので、かかる問題が生じない。すなわち、送信信号を識別できるので、送信周期は従来のように海底のエコーが帰ってきてから次の送信信号を発射するという制約がなくなり、短い送信周期で測深が可能なり、水平方向の分解能を飛躍的に向上させることができる。   Although the transmission signal can be identified by frequency or the like, in the frequency discrimination method, if the frequency range to be used is widened, propagation loss in water varies depending on the frequency, which is not preferable because a frequency difference appears in the detection distance. In the present invention, since the transmission signal is identified by one frequency, such a problem does not occur. In other words, since the transmission signal can be identified, there is no restriction that the next transmission signal is emitted after the echo of the seabed returns as in the conventional transmission cycle, depth measurement is possible with a short transmission cycle, and the horizontal resolution is reduced. It can be improved dramatically.

図14、図15及び図16を参照してシミュレーションの結果と実測の例とを説明する。図14は、従来の音響測深装置で得られる送信信号と受信エコー信号(海底エコー)である。送信周期は0.1sec で海底のエコーが0.07sec のあたりに現れている。送信信号はエコーが受信されてから次の送信を行い、送信を行ってから受信するまでの時間を計測することにより深度を知ることができる。この場合、水中音速を1500/sec とすれば、(0.07×1,500/2=52.5m)の深度を得ることができる。   A simulation result and an example of actual measurement will be described with reference to FIGS. 14, 15, and 16. FIG. 14 shows a transmission signal and a reception echo signal (sea bottom echo) obtained by a conventional acoustic sounding device. The transmission cycle is 0.1 sec, and echoes on the sea floor appear around 0.07 sec. The transmission signal can be transmitted for the next time after the echo is received, and the depth can be known by measuring the time from transmission to reception. In this case, if the underwater sound speed is 1500 / sec, a depth of (0.07 × 1,500 / 2 = 52.5 m) can be obtained.

一方、本発明による音響測深装置は、送信周期は深度に関わりなく決めることができ、図15の例では送信周期が0.05sec である。送信信号の間に海底の受信エコー信号が得られるが、送信信号には識別可能なコード番号A,B,C,・・・が付加されているので相関器を通過後には受信信号を識別できる。この例よりももっと短い送信周期でも識別可能となる。また、送信信号と受信信号が重なっても識別可能である。   On the other hand, in the acoustic sounding device according to the present invention, the transmission cycle can be determined regardless of the depth, and in the example of FIG. 15, the transmission cycle is 0.05 sec. A submarine reception echo signal is obtained between the transmission signals, but the identification numbers A, B, C,... That can be identified are added to the transmission signals, so that the reception signals can be identified after passing through the correlator. . Identification can be made even with a transmission cycle shorter than this example. Moreover, even if a transmission signal and a reception signal overlap, it can identify.

実際の受信エコー信号について従来方式の音響測深装置の画像と本発明による音響測深装置の画像を比較してみる。図16A及び図16Bは、従来の音響測深装置の画像である。図16は、従来方式の音響測深機の画像と本発明による音響測深機の画像とを比較したものである。図16Aは、従来方式の画像で横軸が30秒の画像で、図16Bは、横軸が3秒の画像である。この例では1秒間に4回の送信を行った画像で、横軸はかなり粗い画像となる。   A comparison is made between an image of a conventional sound sounding device and an image of the sound sounding device according to the present invention for an actual received echo signal. 16A and 16B are images of a conventional acoustic sounding device. FIG. 16 shows a comparison between an image of a conventional acoustic sounder and an image of an acoustic sounder according to the present invention. FIG. 16A is a conventional image with an abscissa of 30 seconds, and FIG. 16B is an image with an ordinate of 3 seconds. In this example, the image is transmitted four times per second, and the horizontal axis is a considerably coarse image.

これに対して図16Cは、本発明の方式を適用し送信周期を0.05sec とし、1秒間に20回の送信を行ったときの画像である。図16Dは、図16Cの一部を拡大したものである。図16Bと比較してかなり細かい横軸方向の分解能があることがわかる。送信周期を1秒間に50回にしたときの実際の送信信号は図17のようになる。200kHzの信号を5次127ビットのゴールドコードで4波を1ビットとして位相変調し、20ms毎に異なるゴールドコードで変調したパルス信号を並べて送信を行う。   On the other hand, FIG. 16C is an image when the method of the present invention is applied, the transmission cycle is 0.05 sec, and transmission is performed 20 times per second. FIG. 16D is an enlarged view of a part of FIG. 16C. It can be seen that there is a considerably finer resolution in the horizontal axis direction compared to FIG. 16B. The actual transmission signal when the transmission cycle is 50 times per second is as shown in FIG. A 200 kHz signal is phase-modulated with a 5th-order 127-bit gold code and 4 waves as 1 bit, and a pulse signal modulated with a different gold code every 20 ms is arranged and transmitted.

1つのパルス幅Pdは、搬送波の周波数をfc、1ビットに使用する波の数をNサイクル、ゴールドコードの長さをMビットとすると、次の式で表すものとなる。
Pd=(1/fc)×N×M
One pulse width Pd is expressed by the following equation, where the carrier frequency is fc, the number of waves used for one bit is N cycles, and the length of the gold code is M bits.
Pd = (1 / fc) × N × M

搬送波周波数fc=200kHz、1ビットに使用する波の数N=4、ゴールドコードの長さM=127の場合にはパルス幅Pdは次に示すものとなる。
Pd=1/200000×4×127=0.00254=2.54msec
When the carrier frequency fc = 200 kHz, the number N of waves used for 1 bit, and the gold code length M = 127, the pulse width Pd is as follows.
Pd = 1/200000 × 4 × 127 = 0.00254 = 2.54 msec

さらに送信周期を短くして、2つの送信パルスが重なるように送信しても、相関処理後は分離できる。図18は、2つのゴールドコード信号(GC1及びGC2)を重ねて送信又は受信しても、それら2つのゴールドコード信号を分離して検出できることを示すものである。   Furthermore, even if the transmission cycle is shortened so that the two transmission pulses are transmitted, they can be separated after the correlation processing. FIG. 18 shows that even if two gold code signals (GC1 and GC2) are transmitted or received in an overlapping manner, the two gold code signals can be detected separately.

次に開口合成について説明する。開口合成とは、1つの送受波器を動かすことによって長い開口の送受波器と等価となる指向性を形成し分解能を上げる手法である。図19に示すように長さdの送受波器を移動させながら送受信を繰り返し、長さLの送受波器と等価となる水平方向の分解能を得る手法のことで、開口合成ソナーとして利用されている。簡単な説明をすれば、図20に示すように送受波器の長さdによる指向角に比べ、開口合成後の送受波器の長さLの指向角はその比d/Lだけ鋭くなるので分解能が向上するというものである。   Next, aperture synthesis will be described. Aperture synthesis is a technique for increasing the resolution by forming a directivity equivalent to a transducer with a long aperture by moving one transducer. As shown in FIG. 19, a method of obtaining horizontal resolution equivalent to that of a length L transmitter / receiver by repeating transmission / reception while moving a length d transmitter / receiver is used as an aperture synthesis sonar. Yes. Briefly, as shown in FIG. 20, the directivity angle of the length L of the transducer after aperture synthesis is sharpened by the ratio d / L as compared to the directivity angle due to the length d of the transducer. The resolution is improved.

図21に示す座標系で、P(x,y)の位置からの反射信号の合成信号S(x,y)は次式で表すことができる。   In the coordinate system shown in FIG. 21, the combined signal S (x, y) of the reflected signal from the position of P (x, y) can be expressed by the following equation.

Figure 2017166880
Figure 2017166880

ここでAnは指向性関数、tn はターゲットPまでの往復に要する時間で、水中音速をcとすると、次式で表すことができる。   Here, An is a directivity function, tn is the time required for reciprocation to the target P, and can be expressed by the following equation, where c is the underwater sound velocity.

Figure 2017166880
Figure 2017166880

開口合成で分解能が向上することを計算機シミュレーションを用いて説明する。図22のような位置に点ターゲットがあったとすると、従来方式の音響測深装置又はソナーでは、このターゲットのエコーは図23で示すように円弧状の画像になる。図24Aはわかりやすいように一部分を拡大した画像となっているが、この画像は既に本発明による方式を採用しており、1秒間に20回の送信、すなわちこの画像の上では100回分のエコーのシミュレーション画像である。   It will be explained using computer simulation that the resolution is improved by aperture synthesis. If there is a point target at a position as shown in FIG. 22, the echo of the target is an arc-shaped image as shown in FIG. 23 in the conventional acoustic sounding device or sonar. FIG. 24A is an enlarged image for easy understanding, but this image has already adopted the method according to the present invention, and 20 transmissions per second, that is, 100 echoes on this image. It is a simulation image.

この画像から開口合成の手法を用いて処理すれば、図24Bに示すような画像になる。図24Cは図24Bの一部を拡大して示している。図24B及び図24Cから分かるように、点ターゲットが0.1m程度の分解能で探知できていることがわかる。開口合成の条件として、送信周期を0.05sec (20回/秒)、送受波器の移動速度を2m/sec 、開口長を10mとした。   If this image is processed using the aperture synthesis method, an image as shown in FIG. 24B is obtained. FIG. 24C shows an enlarged part of FIG. 24B. As can be seen from FIGS. 24B and 24C, the point target can be detected with a resolution of about 0.1 m. As conditions for aperture synthesis, the transmission cycle was 0.05 sec (20 times / sec), the transducer moving speed was 2 m / sec, and the aperture length was 10 m.

同様に従来方式で開口合成手法を採用した場合の画像が図25Aのように、送信周期が1秒間に1回の場合、移動速度を2m/sec 、開口長を10mとしたとき、5回の送信しかできないので受信エコーも5回分しかない。したがって開口合成を行っても図25Bに示すような低分解能の画像しか得られない。   Similarly, when the aperture synthesis method is employed in the conventional method, as shown in FIG. 25A, when the transmission cycle is once per second, the moving speed is 2 m / sec, and the aperture length is 10 m. Since only transmission is possible, there are only 5 reception echoes. Therefore, even if aperture synthesis is performed, only a low resolution image as shown in FIG. 25B can be obtained.

図26は、2つの点ターゲットを0.2m離して配置した場合の画像で、開口合成前(図26A)は2つの点ターゲットは分離できないが、開口合成後(図26B)は2つの点ターゲットを分離できている。図26Cは図26Bの一部を拡大して示している。   FIG. 26 shows an image in which two point targets are arranged at a distance of 0.2 m. Although two point targets cannot be separated before aperture synthesis (FIG. 26A), two point targets are obtained after aperture synthesis (FIG. 26B). Can be separated. FIG. 26C shows an enlarged part of FIG. 26B.

開口合成の手法は既存の技術であるが、本発明の手法を用いて送信周期を早めることにより開口合成の手法を有効に利用できる。すなわち、従来の開口合成方法では、従来の音響測深と同様、受信エコーが戻ってきてから次の送信を行うので、最大探知距離をRとしたときの送信周期Tは、上述したように(2R/1500<T)の関係を満たす必要がある。したがって、最大探知距離をR=500mとしたとき、(T>2×500/1500=0.67sec )にしなければならないので、通常1回/秒の送信周期となる。これに対し、本発明の手法を用いれば、送信周期は最大探知距離の制約を受けずに設定できるので、20回/秒が可能になり、開口合成を有効に使用することができる。   The aperture synthesis technique is an existing technique, but the aperture synthesis technique can be effectively used by advancing the transmission cycle using the technique of the present invention. That is, in the conventional aperture synthesis method, the next transmission is performed after the received echo returns, as in the conventional acoustic depth measurement. Therefore, the transmission cycle T when the maximum detection distance is R is (2R) as described above. / 1500 <T). Therefore, when the maximum detection distance is set to R = 500 m, (T> 2 × 500/1500 = 0.67 sec) must be set, so that the transmission cycle is normally 1 time / second. On the other hand, if the method of the present invention is used, the transmission cycle can be set without being restricted by the maximum detection distance, so 20 times / second is possible, and aperture synthesis can be used effectively.

上述した本発明の利点は次の通りである。
従来の音響測深装置等は、水中での音波の速度に制約を受けていたが、本発明ではこの制約が解消される。水中での音波の速度の制約とは、従来の音響測深装置等は送信信号を送出してから海底などのエコー信号を受信してから次の送信信号を送出していたことをいう。
従来の音響測深装置等で開口合成処理を行う場合、かかる制約から送信周期を早くできないので、開口内での受信データを増やすためには船速を遅くする方法しか取り得なかった。本発明の技術を採用すれば、従来の音響測深装置等に比べて数倍から数十倍の送信周期で送信信号を送出できるので、開口合成を行う場合、従来の技術に比べ圧倒的に有利である。
The advantages of the present invention described above are as follows.
Conventional acoustic sounding devices and the like are restricted by the speed of sound waves in water, but this restriction is eliminated in the present invention. The restriction of the speed of sound waves in water means that a conventional acoustic sounding device or the like sends a transmission signal and then sends an echo signal from the seabed or the like and then sends the next transmission signal.
When aperture synthesis processing is performed by a conventional acoustic sounding device or the like, the transmission cycle cannot be shortened due to such a restriction, so the only way to increase the received data in the aperture is to reduce the ship speed. If the technique of the present invention is adopted, a transmission signal can be transmitted with a transmission period several to several tens of times that of a conventional acoustic sounding device or the like, so that when performing aperture synthesis, it is overwhelmingly advantageous over the conventional technique. It is.

音波の速度の制約により送信周期を短くできないので、受信信号は前の受信信号との相関がない場合が多いので複数の受信信号を加算するなどしてSN比を向上させることは困難である。一方本発明では、送信周期を飛躍的に短くできるので、前後の信号に相関がある。したがって、前後の受信信号を加算するなどしてSN比を向上できるので、低い送信出力でも受信信号を加算処理することが可能になり、装置の小型化や省電力設計が可能になる。   Since the transmission cycle cannot be shortened due to the restriction of the speed of the sound wave, the received signal often has no correlation with the previous received signal, so it is difficult to improve the SN ratio by adding a plurality of received signals. On the other hand, in the present invention, since the transmission cycle can be drastically shortened, there is a correlation between the preceding and following signals. Therefore, since the signal-to-noise ratio can be improved by adding the received signals before and after, the received signal can be added even at a low transmission output, and the apparatus can be reduced in size and designed to save power.

なお、魚群探知機とよく似た技術としてレーダーが知られている。レーダーは空中で使用する機器のため電波を利用している。電波の速度は300,000km/sec であり、水中の音波の速度1.5km/sec と比較して200,000倍ものスピードがある。このため、レーダーの探知範囲を例えば100kmとしても、100kmの電波の往復時間は0.00067sec =0.67msとなり、送信周期は1msが可能となる。すなわち1秒間に1,000回の送信を行っても受信エコーと重なることはない。一方、水中で1,000mの海底を探知しようとすると、受信エコー信号は1,000×2/1500=1.33秒後に返ってくるので送信周期は1.5秒程度になる。レーダーと音響測深装置では、現実的な探知距離100kmと1,000mに対して1.5秒/1ms=1,500倍もの比が有り、音波の速度がいかに音響測深装置等の水中音響機器の送信周期に制約を与えているかわかる。本発明を使用すれば、この制約は解消され、送信周期を飛躍的に早くできるので、画期的な音響測深装置等を設計できることが可能となる。   Radar is known as a technology very similar to fish finder. Radar uses radio waves because it is a device used in the air. The speed of radio waves is 300,000 km / sec, which is 200,000 times faster than the speed of sound waves in water of 1.5 km / sec. For this reason, even if the radar detection range is 100 km, for example, the round-trip time of a 100 km radio wave is 0.00067 sec = 0.67 ms, and the transmission cycle can be 1 ms. That is, even if transmission is performed 1,000 times per second, it does not overlap with the received echo. On the other hand, if an attempt is made to detect the seabed of 1,000 m in water, the received echo signal returns after 1,000 × 2/1500 = 1.33 seconds, so the transmission cycle is about 1.5 seconds. The radar and acoustic sounding device have a ratio of 1.5 seconds / 1 ms = 1,500 times the actual detection distance of 100 km and 1,000 m. You can see if there is a restriction on the transmission cycle. If the present invention is used, this restriction is eliminated and the transmission cycle can be drastically shortened, so that it is possible to design an epoch-making acoustic sounding device or the like.

<2.他の実施の形態>
本発明の他の実施の形態としてマルチビーム音響測深機について述べる。図27に示すように、マルチビーム音響測深機は、船の進行方向に狭く、左右方向に広いファンビームと言われる指向性を持ち一つの送信機から送信信号が送信される。送信ビームとクロスするように、船の前後方向には広く、左右方向には狭いビームを複数有するので、マルチビーム音響測深機と称されるのである。図28は本発明の他の実施の形態のマルチビーム音響測深機の構成を示している。
<2. Other embodiments>
A multi-beam acoustic sounding device will be described as another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 27, the multi-beam acoustic sounding instrument has a directivity called a fan beam that is narrow in the traveling direction of the ship and wide in the left-right direction, and a transmission signal is transmitted from one transmitter. Since it has a plurality of beams that are wide in the longitudinal direction of the ship and narrow in the left-right direction so as to cross the transmission beam, it is called a multi-beam acoustic sounding device. FIG. 28 shows the configuration of a multi-beam acoustic sounding instrument according to another embodiment of the present invention.

上述した一実施の形態と同様に、送信側の構成として、送信トリガ発生器1、ゴールドコード発生器2、パルス変調器3、送信アンプ4及び送波器5が設けられている。送波器5から水中超音波が送出される。送信信号は、数Hzから数十Hzの送信周期を持つ信号である。   Similar to the above-described embodiment, a transmission trigger generator 1, a gold code generator 2, a pulse modulator 3, a transmission amplifier 4, and a transmitter 5 are provided as a configuration on the transmission side. Underwater ultrasonic waves are sent out from the transmitter 5. The transmission signal is a signal having a transmission cycle of several Hz to several tens of Hz.

マルチビーム音響測深機の受信部は、シングルビーム音響測深機の受信部と異なり、複数の受波器61 〜6N を有する。受波器61 〜6N に対して受信アンプ71 〜7N が接続され、受信アンプ71 〜7N に対して相関器81 〜8N が接続される。相関器81 〜8N からの出力信号がゴールドコード毎の出力をビームフォーミング回路11に入力し、ビームフォーミングを行い、複数の受波ビームを形成する。 Unlike the receiving unit of the single beam acoustic sounding device, the receiving unit of the multi-beam acoustic sounding device has a plurality of receivers 6 1 to 6 N. Receiving amplifiers 7 1 to 7 N are connected to the receivers 6 1 to 6 N , and correlators 8 1 to 8 N are connected to the receiving amplifiers 7 1 to 7 N. The output signals from the correlators 8 1 to 8 N are input to the beam forming circuit 11 for the output for each gold code, and are subjected to beam forming to form a plurality of received beams.

ビームフォーミング回路11は、例えば米国特許第4,159,462号明細書に記載されているように、各相関器81 〜8N の出力がそれぞれ供給されるアナログ遅延回路とアナログ遅延回路の遅延素子を選択することによって所定の遅延を与える遅延選択マトリクスとアナログ遅延回路の出力を加算する加算回路とを含む回路である。ビームフォーミング回路11の出力が表示及び/又は記録装置8に供給され、送信パルスに対してエコーが受信されるまでの時間がそれぞれ表示及び/又は記録される。かかるマルチビーム音響測深機に対して本発明を適用した場合も上述した一実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。 For example, as described in US Pat. No. 4,159,462, the beam forming circuit 11 includes analog delay circuits to which outputs of the correlators 8 1 to 8 N are supplied, and delays of the analog delay circuits. This is a circuit including a delay selection matrix that gives a predetermined delay by selecting an element and an adder circuit that adds the outputs of the analog delay circuit. The output of the beam forming circuit 11 is supplied to the display and / or recording device 8, and the time until the echo is received for the transmission pulse is displayed and / or recorded, respectively. Even when the present invention is applied to such a multi-beam acoustic sounding instrument, the same operational effects as those of the above-described embodiment can be obtained.

<3.変形例>
以上、本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。例えば相関検出を行う場合、受信エコー信号をコードに復調してから相関を検出することも可能である。さらに、以上の説明では音響測深装置について述べたが、マルチビーム音響測深装置、サイドスキャンソナー、魚群探知機、スキャニングソナー等の音響測深技術を使用する装置に対して本発明を適用することができる。
<3. Modification>
Although the embodiments of the present invention have been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible. For example, the configuration, method, process, shape, material, numerical value, and the like given in the above-described embodiment are merely examples, and different configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like are used as necessary. Also good. For example, when performing correlation detection, it is possible to detect the correlation after demodulating the received echo signal into a code. Further, in the above description, the acoustic sounding device has been described. However, the present invention can be applied to devices using sound sounding technology such as a multi-beam sound sounding device, a side scan sonar, a fish finder, a scanning sonar, and the like. .

なお、上述した実施の形態における処理装置の機能は、磁気ディスク、光磁気ディスク、ROM等の記録媒体にプログラムとして記録することができる。したがって、この記録媒体をコンピュータで読み取ってMPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等で実行することにより音響測定装置の機能を実現することができる。   The functions of the processing device in the above-described embodiment can be recorded as a program on a recording medium such as a magnetic disk, a magneto-optical disk, or a ROM. Therefore, the function of the acoustic measurement device can be realized by reading this recording medium with a computer and executing it with an MPU (Micro Processing Unit), DSP (Digital Signal Processor) or the like.

1 送信トリガパルス発生器
2 ゴールドコード発生器
3 パルス変調器
5 送波器
6 受波器
8 相関器
10 表示及び/又は記録装置
SR シフトレジスタ
EXA1〜EX127 演算回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmission trigger pulse generator 2 Gold code generator 3 Pulse modulator 5 Transmitter 6 Receiver 6 Correlator 10 Display and / or recording device SR Shift register EXA1-EX127 Arithmetic circuit

本発明は、超音波を使用して深度、対象までの距離等を測定する音響測定装置、音響測定方法、マルチビーム音響測定装置及び開口合成ソナーに関する。 The present invention, depth using ultrasound, acoustic measurement device for measuring the distance or the like to an object, acoustic measuring method, a multi-beam acoustic measurement device and aperture synthesis sonar.

したがって、本発明の目的は、送信周期の制約をなくすことができ、短い送信周期を実現して分解能を高くすることができる音響測定装置、音響測定方法、マルチビーム音響測定装置及び開口合成ソナーを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention can eliminate the constraints of the transmission cycle, short realize the transmission period by acoustic measurement device which can increase the resolution, acoustic measurement method, the multi-beam acoustic measurement device and synthetic aperture sonar Is to provide.

本発明の第1の発明は、疑似雑音系列信号によって送信信号を形成する送信信号形成部と、
送信信号を超音波として水中に送出する送信部と、
超音波のエコーを受信する受信部と、
エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器と
を備え
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下の場合を含む
音響測定装置である。
本発明の第2の発明は、疑似雑音系列信号によって送信信号を形成し、
送信信号を短い周期で超音波として水中に送出し、
超音波のエコーを受信し、
エコーを相関器によって相関処理することによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定し
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下の場合を含む
音響測定方法である。
A first invention of the present invention is a transmission signal forming unit that forms a transmission signal by a pseudo noise sequence signal;
A transmission unit for transmitting the transmission signal as ultrasonic waves into the water ;
A receiver for receiving an ultrasonic echo;
A correlator that discriminates the echo corresponding to the transmission signal by performing correlation processing with the pseudo-noise sequence signal and measures the distance to the measurement object based on the time difference between the transmission signal and the echo , and
The period of the transmission signal is an acoustic measurement device including a case of (2D / Vu) or less, where Vu is the velocity of sound waves in water and D is the distance to the measurement target .
According to a second aspect of the present invention, a transmission signal is formed by a pseudo noise sequence signal,
Sending transmission signals into the water as ultrasonic waves in a short cycle,
Receive ultrasound echoes,
By correlating the echo with the correlator, the echo corresponding to the transmission signal is discriminated, the distance to the measurement object is measured based on the time difference between the transmission signal and the echo ,
The period of the transmission signal is an acoustic measurement method including the case of (2D / Vu) or less, where Vu is the velocity of sound waves in water and D is the distance to the measurement target .

本発明の第3の発明は、疑似雑音系列信号によって送信信号を形成する送信信号形成部と、According to a third aspect of the present invention, a transmission signal forming unit that forms a transmission signal from a pseudo noise sequence signal;
送信信号を超音波として水中に送出する送信部と、A transmission unit for transmitting the transmission signal as ultrasonic waves into the water;
超音波のエコーを受信する受信部と、A receiver for receiving an ultrasonic echo;
エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器とA correlator that determines the echo corresponding to the transmission signal by performing correlation processing on the echo with the pseudo-noise sequence signal, and measures the distance to the measurement object based on the time difference between the transmission signal and the echo;
を備え、With
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下の場合を含むようになされ、The period of the transmission signal is set to include the case of (2D / Vu) or less, where Vu is the velocity of the sound wave in water and D is the distance to the measurement target,
送信部によって扇状に多数の超音波ビームを送出するTransmits many ultrasonic beams in a fan shape by the transmitter
マルチビーム音響測定装置である。It is a multi-beam acoustic measurement device.
本発明の第4の発明は、疑似雑音系列信号によって送信信号を形成する送信信号形成部と、According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a transmission signal forming unit that forms a transmission signal from a pseudo noise sequence signal;
送信信号を超音波として水中に送出する送信部と、A transmission unit for transmitting the transmission signal as ultrasonic waves into the water;
超音波のエコーを受信する受信部と、A receiver for receiving an ultrasonic echo;
エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器とA correlator that determines the echo corresponding to the transmission signal by performing correlation processing on the echo with the pseudo-noise sequence signal, and measures the distance to the measurement object based on the time difference between the transmission signal and the echo;
を備え、With
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下の場合を含むようになされ、The period of the transmission signal is set to include the case of (2D / Vu) or less, where Vu is the velocity of the sound wave in water and D is the distance to the measurement target,
1組の送波器及び受波器を動かすことによって長い開口の送受波器と等価となる指向性を形成するようにしたDirectivity equivalent to a long-aperture transmitter / receiver is formed by moving a pair of transmitters / receivers.
開口合成ソナーである。A synthetic aperture sonar.

本発明の第1の発明は、船などの移動体に設置され、水中の測定対象を探知する音響測定装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及び送信タイミングの疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
疑似雑音系列信号によって送信信号を形成する送信信号形成部と、
送信信号を超音波として水中に順次送出する送信部と、
送信部から送出された超音波のエコーを受信する受信部と、
エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器と
を備え、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下とされた
音響測定装置である。
本発明の第2の発明は、船などの移動体に設置された音響測定装置によって水中の測定対象を探知する音響測定方法において、
疑似雑音系列発生回路によって疑似雑音系列信号を生成し、送信タイミングの疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成し、
送信部によって送信信号を超音波として水中に順次送出し、
送信部から送出された超音波のエコーを受信し、
エコーを相関器によって相関処理することによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定し、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下とされた
音響測定方法である。
A first aspect of the present invention is an acoustic measurement apparatus that is installed in a moving body such as a ship and detects an underwater measurement object.
A transmission signal forming unit having a pseudo noise sequence generation circuit for generating a pseudo noise sequence signal and a modulation circuit for modulating a carrier wave signal by a pseudo noise sequence signal at a transmission timing to form a transmission signal;
A transmission signal forming unit for forming a transmission signal by a pseudo noise sequence signal;
A transmitter that sequentially transmits the transmission signal as ultrasonic waves into the water;
A receiver that receives an echo of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter ; and
A correlator that discriminates the echo corresponding to the transmission signal by performing correlation processing with the pseudo-noise sequence signal and measures the distance to the measurement object based on the time difference between the transmission signal and the echo, and
Cycle of the transmission signal, the speed of the water waves and Vu, the distance to the measurement target when is D, a (2D / Vu) follows been <br/> acoustic measurement device.
According to a second aspect of the present invention, there is provided an acoustic measurement method for detecting a measurement target in water by an acoustic measurement device installed in a moving body such as a ship.
A pseudo noise sequence signal is generated by a pseudo noise sequence generation circuit, a carrier signal is modulated by a pseudo noise sequence signal at a transmission timing, and a transmission signal is formed.
Sending the transmission signal as ultrasonic waves sequentially into the water by the transmitter,
Receive the echo of the ultrasound sent from the transmitter ,
By correlating the echo with the correlator, the echo corresponding to the transmission signal is discriminated, the distance to the measurement object is measured based on the time difference between the transmission signal and the echo,
The period of the transmission signal is an acoustic measurement method in which the velocity of the sound wave in water is Vu and the distance to the measurement target is D, which is (2D / Vu) or less.

本発明の第3の発明は、船などの移動体に設置され、水中の測定対象を探知するマルチビーム音響測定装置において、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及び送信タイミングの疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
送信信号を超音波として水中に順次送出する送信部と、
送信部から送出された超音波のエコーを受信する受信部と、
エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器と
を備え、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下とされ、
送信部によって扇状に多数の超音波ビームを送出する
マルチビーム音響測定装置である。
本発明の第4の発明は、船などの移動体に設置され、水中の測定対象を探知する開口合成ソナーにおいて、
疑似雑音系列信号を生成する疑似雑音系列発生回路及び送信タイミングの疑似雑音系列信号によって搬送波信号を変調して送信信号を形成する変調回路を有する送信信号形成部と、
送信信号を超音波として水中に順次送出する送信部と、
送信部から送出された超音波のエコーを受信する受信部と、
エコーを疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、送信信号と対応するエコーを判別し、送信信号及びエコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器と
を備え、
送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下とされ、
1組の送波器及び受波器を動かすことによって長い開口の送受波器と等価となる指向性を形成するようにした
開口合成ソナーである。
A third invention of the present invention is a multi-beam acoustic measurement apparatus that is installed in a moving body such as a ship and detects an underwater measurement object.
A transmission signal forming unit having a pseudo noise sequence generation circuit for generating a pseudo noise sequence signal and a modulation circuit for modulating a carrier wave signal by a pseudo noise sequence signal at a transmission timing to form a transmission signal;
A transmitter that sequentially transmits the transmission signal as ultrasonic waves into the water;
A receiver that receives an echo of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter ; and
A correlator that discriminates the echo corresponding to the transmission signal by performing correlation processing with the pseudo-noise sequence signal and measures the distance to the measurement object based on the time difference between the transmission signal and the echo, and
The period of the transmission signal is (2D / Vu) or less, where Vu is the velocity of the sound wave in water and D is the distance to the measurement target ,
It is a multi-beam acoustic measurement device that sends out a large number of ultrasonic beams in a fan shape by a transmitter.
A fourth invention of the present invention is an aperture synthetic sonar that is installed in a moving body such as a ship and detects a measurement object in water.
A transmission signal forming unit having a pseudo noise sequence generation circuit for generating a pseudo noise sequence signal and a modulation circuit for modulating a carrier wave signal by a pseudo noise sequence signal at a transmission timing to form a transmission signal;
A transmitter that sequentially transmits the transmission signal as ultrasonic waves into the water;
A receiver that receives an echo of the ultrasonic wave transmitted from the transmitter ; and
A correlator that discriminates the echo corresponding to the transmission signal by performing correlation processing with the pseudo-noise sequence signal and measures the distance to the measurement object based on the time difference between the transmission signal and the echo, and
Cycle of the transmission signal, the speed of the water waves and Vu, the distance to the measurement target when is D, is less (2D / Vu),
It is an aperture synthesis sonar that creates a directivity equivalent to a long aperture transmitter / receiver by moving a pair of transmitter / receiver.

Claims (11)

疑似雑音系列信号によって送信信号を形成する送信信号形成部と、
前記送信信号を短い周期で超音波として送出する送信部と、
前記超音波のエコーを受信する受信部と、
前記エコーを前記疑似雑音系列信号によって相関処理を行うことによって、前記送信信号と対応する前記エコーを判別し、前記送信信号及び前記エコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する相関器と
を備える音響測定装置。
A transmission signal forming unit for forming a transmission signal by a pseudo noise sequence signal;
A transmission unit for transmitting the transmission signal as an ultrasonic wave in a short cycle;
A receiver for receiving the ultrasonic echo;
A correlator that determines the echo corresponding to the transmission signal by performing correlation processing on the echo with the pseudo-noise sequence signal, and measures a distance to a measurement object based on a time difference between the transmission signal and the echo; An acoustic measurement device comprising:
前記送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下の場合を含む請求項1に記載の音響測定装置。   2. The acoustic measurement device according to claim 1, wherein the period of the transmission signal includes a case of (2D / Vu) or less, where Vu is a velocity of sound waves in water and D is a distance to a measurement target. 前記測定対象までの距離Dが深度である請求項2に記載の音響測定装置。   The acoustic measurement device according to claim 2, wherein the distance D to the measurement object is a depth. 時間的に連続する複数の前記エコーを加算処理することによってノイズを低減するようにした請求項1又は2に記載の音響測定装置。   The acoustic measurement device according to claim 1, wherein noise is reduced by adding a plurality of temporally continuous echoes. 前記疑似雑音系列によって搬送波を変調することによって前記送信信号を形成する請求項1、2又は3に記載の音響測定装置。   The acoustic measurement device according to claim 1, wherein the transmission signal is formed by modulating a carrier wave with the pseudo noise sequence. 前記疑似雑音系列によって搬送波を位相変調することによって前記送信信号を形成する請求項5に記載の音響測定装置。   The acoustic measurement device according to claim 5, wherein the transmission signal is formed by phase-modulating a carrier wave with the pseudo noise sequence. 前記エコーを搬送波周波数の2倍以上の周波数でサンプリングしてなるデータと前記疑似雑音系列によって相関を検出するようにした請求項6に記載の音響測定装置。   The acoustic measurement device according to claim 6, wherein a correlation is detected by data obtained by sampling the echo at a frequency twice or more of a carrier frequency and the pseudo noise sequence. 疑似雑音系列信号によって送信信号を形成し、
前記送信信号を短い周期で超音波として送出し、
前記超音波のエコーを受信し、
前記エコーを相関器によって相関処理することによって、前記送信信号と対応する前記エコーを判別し、前記送信信号及び前記エコーの時間差に基づいて測定対象までの距離を測定する
音響測定方法。
A transmission signal is formed by the pseudo noise sequence signal,
Sending the transmission signal as an ultrasonic wave in a short cycle,
Receiving the echo of the ultrasound,
An acoustic measurement method, wherein the echo is correlated with a correlator to determine the echo corresponding to the transmission signal, and measure a distance to a measurement object based on a time difference between the transmission signal and the echo.
前記送信信号の周期は、水中の音波の速度をVuとし、測定対象までの距離をDとする場合に、(2D/Vu)以下の場合を含む請求項8に記載の音響測定方法。   The acoustic measurement method according to claim 8, wherein the period of the transmission signal includes a case of (2D / Vu) or less, where Vu is a velocity of sound waves in water and D is a distance to a measurement target. 時間的に連続する複数の前記エコーを加算処理することによってノイズを低減するようにした請求項8又は9に記載の音響測定方法。   The acoustic measurement method according to claim 8 or 9, wherein noise is reduced by adding a plurality of temporally continuous echoes. 前記疑似雑音系列によって搬送波を変調することによって前記送信信号を形成する請求項8、9又は10に記載の音響測定装置。   The acoustic measurement apparatus according to claim 8, wherein the transmission signal is formed by modulating a carrier wave with the pseudo-noise sequence.
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