JP2020067369A - Distance/velocity measurement device and distance/velocity measurement program - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、水中の物標を高い精度で検出する超音波計測技術に関する。 The present disclosure relates to ultrasonic measurement technology for detecting an underwater target with high accuracy.
超音波計測技術を用いて、水中の物標を高い精度で検出することができる（例えば、特許文献１を参照）。例えば、プランクトン等からの反射信号のドップラーシフトに基づいて、船舶の対水速度や潮流の速度を検出することができる。そして、魚群や海底からの反射信号の伝搬遅延時間に基づいて、魚群や深度を探知することができる。 An ultrasonic measurement technique can be used to detect a target in water with high accuracy (see, for example, Patent Document 1). For example, the water speed of a ship and the speed of tidal current can be detected based on the Doppler shift of a reflected signal from a plankton or the like. Then, the fish school and the depth can be detected based on the propagation delay time of the reflected signal from the fish school and the seabed.
ところで、船底が海水から受ける抵抗を低減するために、船底近傍の水中に気泡を故意に発生させている。しかし、船底近傍の水中に気泡が故意に発生されているとともに、バルバスバウ近傍の水中に気泡が自然に発生されているため、水中の気泡より遠方にある水中の物標の距離及び速度を高い精度で検出することが従来技術ではできていない。 By the way, in order to reduce the resistance that the ship bottom receives from seawater, bubbles are intentionally generated in the water near the ship bottom. However, since bubbles are intentionally generated in the water near the bottom of the ship and bubbles are naturally generated in the water near Barbusbau, the distance and speed of an underwater target located farther than the bubbles in the water can be controlled with high accuracy. It is not possible to detect with the conventional technology.
たとえ、水中へと照射される超音波の周波数を低周波数に制御したとしても、水中の気泡から反射された超音波の強度は低くなり、水中の気泡より遠方にある水中の物標から反射された超音波の強度は高くなるが、水中の物標の距離及び速度の分解能は低くなる。一方で、水中へと照射される超音波の周波数を高周波数に制御したときには、水中の物標の距離及び速度の分解能は高くなるが、水中の気泡から反射された超音波の強度は高くなり、水中の気泡より遠方にある水中の物標から反射された超音波の強度は低くなる。 Even if the frequency of the ultrasonic waves radiated into the water is controlled to a low frequency, the intensity of the ultrasonic waves reflected from the bubbles in the water becomes low, and the ultrasonic waves reflected from the target in the water farther than the bubbles in the water are reflected. The intensity of the ultrasonic waves is high, but the resolution of the distance and velocity of the underwater target is low. On the other hand, when the frequency of the ultrasonic waves radiated into the water is controlled to a high frequency, the resolution of the distance and speed of the target in the water increases, but the intensity of the ultrasonic waves reflected from the bubbles in the water increases. , The intensity of the ultrasonic waves reflected from the underwater target farther than the bubbles in the water becomes low.
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、水中の気泡の存在に関わらず、水中の気泡より遠方にある水中の物標の距離及び速度を高い精度で測定することを目的とする。 Then, in order to solve the said subject, this indication aims at measuring the distance and speed of the target in water farther than the bubble in water with high accuracy regardless of the presence of the bubble in water.
前記課題を解決するために、水中の気泡から反射された超音波の低強度化と、水中の気泡より遠方にある水中の物標の距離及び速度の高分解能化と、の間のトレードオフを最適化するように、複数種類の周波数のうちの最適な周波数を選択することとした。 In order to solve the above problems, a reduction in the intensity of ultrasonic waves reflected from bubbles in water, and a high resolution of the distance and speed of an underwater target farther than the bubbles in water, a trade-off between. In order to optimize, it was decided to select the optimum frequency from among a plurality of types of frequencies.
具体的には、本開示は、水中へと照射される超音波の周波数を複数種類に制御する超音波制御部と、水中の気泡から反射された超音波の低強度化と、水中の気泡より遠方にある水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかの高分解能化と、の間のトレードオフを最適化するように、複数種類の周波数のうちの最適な周波数を選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定する距離／速度測定部と、を備えることを特徴とする距離／速度測定装置である。 Specifically, the present disclosure, an ultrasonic control unit that controls the frequency of ultrasonic waves radiated into water into a plurality of types, a reduction in the intensity of ultrasonic waves reflected from bubbles in water, and In order to optimize the trade-off between increasing the resolution and / or improving the distance and / or speed of a distant underwater object, select the optimum frequency from multiple types of frequencies. And a distance / speed measuring unit that measures at least one of a distance and a speed of an underwater target.
また、本開示は、水中へと照射される超音波の周波数を複数種類に制御する超音波制御ステップと、水中の気泡から反射された超音波の低強度化と、水中の気泡より遠方にある水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかの高分解能化と、の間のトレードオフを最適化するように、複数種類の周波数のうちの最適な周波数を選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定する距離／速度測定ステップと、をコンピュータに実行させるための距離／速度測定プログラムである。 Further, the present disclosure is an ultrasonic wave control step of controlling the frequency of ultrasonic waves irradiated into water to a plurality of types, a reduction in intensity of ultrasonic waves reflected from bubbles in water, and a position farther than bubbles in water. In order to optimize the trade-off between improving the resolution and / or increasing the distance and / or speed of the underwater target, the optimal frequency among multiple types of frequencies is selected, and A distance / speed measuring program for causing a computer to execute a distance / speed measuring step of measuring at least one of a distance and a speed of a target.
これらの構成によれば、水中の気泡の存在に関わらず、水中の気泡より遠方にある水中の物標の距離及び速度を高い精度で測定することができる。 According to these configurations, it is possible to measure the distance and the velocity of the underwater target farther than the underwater bubbles with high accuracy regardless of the presence of the underwater bubbles.
また、本開示は、前記超音波制御部は、超音波の周波数を高周波数に制御し、水中の気泡から反射された超音波の強度が所定の強度より高いときに、超音波の周波数を低周波数に制御し、前記距離／速度測定部は、前記超音波制御部が超音波の周波数を高周波数から低周波数へと制御するなかで、水中の物標から反射された超音波の強度が所定の強度より高くなったときに、そのときの超音波の周波数を前記最適な周波数として選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定することを特徴とする距離／速度測定装置である。 Further, in the present disclosure, the ultrasonic control unit controls the frequency of ultrasonic waves to a high frequency, and when the intensity of ultrasonic waves reflected from bubbles in water is higher than a predetermined intensity, the ultrasonic frequency is lowered. The ultrasonic wave control unit controls the frequency of the ultrasonic waves from a high frequency to a low frequency, and the distance / velocity measuring unit controls the frequency of the ultrasonic waves from a high frequency to a low frequency. , The distance of the ultrasonic wave at that time is selected as the optimum frequency, and at least one of the distance and speed of the target in water is measured. / It is a speed measuring device.
この構成によれば、超音波の周波数を高周波数から低周波数へと制御するなかで、最適な周波数を選択する。よって、距離が遠い水中の物標をより遠くまで検出することよりも、距離が近い水中の物標を高い精度で検出することを優先する用途（例えば、魚群探知機、船速計及び潮流計等）に、本開示を適用することができる。 According to this configuration, the optimum frequency is selected while controlling the frequency of the ultrasonic wave from the high frequency to the low frequency. Therefore, an application that prioritizes detection of an underwater object with a short distance with high accuracy rather than detection of an underwater object with a long distance (for example, a fish finder, a speedometer, and a tidal current meter). Etc.) can be applied to the present disclosure.
また、本開示は、前記超音波制御部は、超音波の周波数を低周波数に制御し、水中の物標から反射された超音波の強度が所定の強度より高いときに、超音波の周波数を高周波数に制御し、前記距離／速度測定部は、前記超音波制御部が超音波の周波数を低周波数から高周波数へと制御するなかで、水中の気泡から反射された超音波の強度が所定の強度より高くならないうちに、そのときの超音波の周波数を前記最適な周波数として選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定することを特徴とする距離／速度測定装置である。 Further, the present disclosure, the ultrasonic wave control unit controls the frequency of the ultrasonic wave to a low frequency, and when the intensity of the ultrasonic wave reflected from the underwater target is higher than a predetermined intensity, the ultrasonic wave frequency is changed. The ultrasonic wave control unit controls the frequency to a high frequency, and the ultrasonic wave control unit controls the ultrasonic wave frequency from a low frequency to a high frequency. The frequency of ultrasonic waves at that time is selected as the optimum frequency before the intensity becomes higher than the intensity of, and at least one of the distance and speed of the target in water is measured. It is a speed measuring device.
この構成によれば、超音波の周波数を低周波数から高周波数へと制御するなかで、最適な周波数を選択する。よって、距離が近い水中の物標を高い精度で検出することよりも、距離が遠い水中の物標をより遠くまで検出することを優先する用途（例えば、スキャニングソナー及び測深機等）に、本開示を適用することができる。 According to this configuration, the optimum frequency is selected while controlling the frequency of the ultrasonic wave from the low frequency to the high frequency. Therefore, rather than detecting an underwater target with a short distance with a high degree of accuracy, this application can be used for applications that prioritize detection of an underwater target with a long distance to a farther distance (for example, scanning sonar and sounding machine). The disclosure can be applied.
また、本開示は、前記超音波制御部は、超音波の周波数を高周波数及び低周波数に送信周期内で制御し、前記距離／速度測定部は、水中の気泡から反射された超音波の低強度化と、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかの高分解能化と、の間のトレードオフを最適化するように、前記超音波制御部が制御した超音波の周波数のうちの前記最適な周波数を選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定することを特徴とする距離／速度測定装置である。 Further, according to the present disclosure, the ultrasonic control unit controls the frequency of ultrasonic waves to a high frequency and a low frequency within a transmission cycle, and the distance / velocity measuring unit controls the frequency of ultrasonic waves reflected from bubbles in water. Strengthening, and increasing the resolution of at least one of the distance and speed of the target in the water, to optimize the trade-off between, among the frequencies of the ultrasonic waves controlled by the ultrasonic control unit. The above-mentioned optimum frequency is selected, and at least one of the distance and the speed of the target in water is measured.
この構成によれば、超音波の周波数を高周波数及び低周波数に送信周期内で制御したうえで、最適な周波数を当該送信周期内で選択することができる。そして、距離が近い水中の物標を高い精度で検出することを優先する用途（例えば、魚群探知機、船速計及び潮流計等）と、距離が遠い水中の物標をより遠くまで検出することを優先する用途（例えば、スキャニングソナー及び測深機等）と、のいずれにも本開示を適用することができる。 According to this configuration, it is possible to control the frequency of the ultrasonic wave to the high frequency and the low frequency within the transmission cycle, and then select the optimum frequency within the transmission cycle. And applications that prioritize high-precision detection of underwater objects with short distances (for example, fish finder, ship speedometer, and tidal current meter), and detection of underwater objects with long distances to a farther distance. The present disclosure can be applied to any of the applications (for example, a scanning sonar and a sounding machine) that prioritize the above.
このように、本開示は、水中の気泡の存在に関わらず、水中の気泡より遠方にある水中の物標の距離及び速度を高い精度で測定することができる。 As described above, the present disclosure can measure, with high accuracy, the distance and speed of a target in water that is farther than the bubbles in water, regardless of the presence of bubbles in water.
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the implementation of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.
本開示の超音波計測システムの構成を図１に示す。本開示の超音波計測システムは、超音波振動子１、距離／速度測定装置２（超音波制御部２１及び距離／速度測定部２２から構成される。）及び物標表示装置３から構成される。距離／速度測定装置２は、図２、図５及び図７に示す距離／速度測定プログラムのうちの少なくともいずれかのプログラムを、コンピュータにインストールすることにより実現することができる。
The configuration of the ultrasonic measurement system of the present disclosure is shown in FIG. The ultrasonic measurement system of the present disclosure includes an
超音波振動子１は、照射信号を送信し、反射信号を受信し、例えば、船舶Ｓの船首の船底に配置される。距離／速度測定装置２は、反射信号に基づいて、水中の物標（Ｐ、Ｆ、Ｕ等）を検出し、例えば、船舶Ｓの船首の甲板下に配置される。物標表示装置３は、水中の物標（Ｐ、Ｆ、Ｕ等）の位置や速度を表示し、例えば、船舶Ｓの操舵室に配置される。
The
例えば、プランクトンＰ等からの反射信号のドップラーシフトに基づいて、船舶Ｓの対水速度や潮流の速度を検出することができる。そして、魚群Ｆや海底Ｕからの反射信号の伝搬遅延時間に基づいて、魚群Ｆや深度を探知することができる。 For example, the water speed of the ship S and the speed of tidal current can be detected based on the Doppler shift of the reflection signal from the plankton P or the like. Then, the fish school F and the depth can be detected based on the propagation delay time of the reflection signal from the fish school F and the seabed U.
超音波制御部２１は、水中へと照射される超音波の周波数を複数種類に制御する。距離／速度測定部２２は、水中の気泡Ｂから反射された超音波の低強度化と、水中の気泡Ｂより遠方にある水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかの高分解能化と、の間のトレードオフを最適化するように、複数種類の周波数のうちの最適な周波数を選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定する。 The ultrasonic wave control unit 21 controls the frequency of the ultrasonic wave irradiated into the water into a plurality of types. The distance / velocity measuring unit 22 lowers the intensity of ultrasonic waves reflected from the bubble B in water and enhances the resolution of at least one of the distance and velocity of an underwater target farther than the bubble B in water. In order to optimize the trade-off between and, the optimum frequency is selected from a plurality of types of frequencies, and then at least one of the distance and the speed of the underwater target is measured.
よって、水中の気泡Ｂの存在に関わらず、水中の気泡Ｂより遠方にある水中の物標の距離及び速度を高い精度で測定することができる。本実施形態では、距離／速度測定部２２は、水中の物標の距離及び速度のうちの両方ともを測定している。変形例として、距離／速度測定部２２は、水中の物標の距離及び速度のうちの一方のみを測定してもよい。 Therefore, regardless of the presence of the bubbles B in the water, it is possible to measure with high accuracy the distance and the velocity of the target in water that is farther than the bubbles B in the water. In the present embodiment, the distance / speed measuring unit 22 measures both the distance and the speed of the underwater target. As a modified example, the distance / velocity measuring unit 22 may measure only one of the distance and the velocity of the underwater target.
まず、本開示の第１の距離／速度測定処理について、フローチャートを図２に示し、超音波制御方法を図３に示し、周波数選択方法を図４に示す。 First, regarding the first distance / velocity measurement processing of the present disclosure, a flowchart is shown in FIG. 2, an ultrasonic wave control method is shown in FIG. 3, and a frequency selection method is shown in FIG.
超音波制御部２１は、水中へと照射される超音波の周波数を高周波数ｆＨに制御する（ステップＳ１）。図３のように、超音波制御部２１は、送受信繰り返しの連続周期内で、超音波の周波数を上述の周波数ｆＨから後述の周波数ｆＭを経て後述の周波数ｆＬへと変化させる。超音波振動子１として、単数の広帯域振動子又は複数の狭帯域振動子を適用することができる。距離／速度測定部２２は、超音波の各周波数ｆＨ、ｆＭ、ｆＬにおいて、照射信号と反射信号との間の時間差に基づいて、気泡Ｂの深度及び物標の距離を測定する。
The ultrasonic wave control unit 21 controls the frequency of the ultrasonic wave irradiated into the water to a high frequency f H (step S1). As illustrated in FIG. 3, the ultrasonic wave control unit 21 changes the frequency of the ultrasonic wave from the frequency f H described above to a frequency f L described later through a frequency f M described below in a continuous cycle of repeated transmission and reception. As the
距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＨにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の強度を算出する（ステップＳ２）。図４のように、距離／速度測定部２２は、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度を算出している。変形例として、距離／速度測定部２２は、水中の気泡Ｂから反射された超音波のピーク強度を算出してもよい。 The distance / velocity measuring unit 22 calculates the intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water at the frequency f H of the ultrasonic wave (step S2). As shown in FIG. 4, the distance / velocity measuring unit 22 calculates the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the bubbles B in the water. As a modification, the distance / velocity measuring unit 22 may calculate the peak intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water.
水中の気泡Ｂから反射された超音波の強度の積分範囲として、気泡測定の対象深度は、距離／速度測定装置２の用途に応じて設定される。例えば、エコシップ等の用途においては、船舶Ｓの船底が海水から受ける抵抗を低減したいことから、気泡測定の対象深度は、船舶Ｓの船底の直下の位置に設定される。一方で、船速測定等の用途においては、海水の粘性の影響を受けずに船舶Ｓの対水速度を測定したいことから、気泡測定の対象深度は、船舶Ｓの船底から離れた位置に設定される。図３に示した受信エンベロープ波形は、情報量の低減のためのデシメーションにより、図４に示した受信検波波形に加工される。
As the integral range of the intensity of the ultrasonic waves reflected from the bubbles B in the water, the target depth of bubble measurement is set according to the application of the distance /
距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＨにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の強度を、対象深度の対応時間の範囲内で積分する。図４のように、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度は、超音波の各周波数ｆＨ、ｆＭ、ｆＬの順序で、大きい値から小さい値へと変化する。これは、水中の気泡Ｂの大きさが周波数ｆＨでの超音波の波長λＨより小さいことによるレイリー散乱によるものである。 The distance / velocity measuring unit 22 integrates the intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water at the ultrasonic frequency f H within the range of the corresponding time of the target depth. As shown in FIG. 4, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water changes from a large value to a small value in the order of each frequency f H , f M , and f L of the ultrasonic wave. This is due to Rayleigh scattering due to the size of the bubble B in water being smaller than the wavelength λ H of the ultrasonic wave at the frequency f H.
超音波制御部２１は、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が所定の強度より高いため（ステップＳ３においてＹＥＳ）、水中へと照射される超音波の周波数を中間周波数ｆＭに制御する（ステップＳ４）。つまり、超音波の周波数ｆＨにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が高過ぎて、水中の物標から反射された超音波の積分強度が低過ぎるため、超音波の周波数を周波数ｆＨから周波数ｆＭへと切り替える。 Since the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is higher than the predetermined intensity (YES in step S3), the ultrasonic wave control unit 21 sets the frequency of the ultrasonic wave irradiated into the water to the intermediate frequency f M. Control (step S4). That is, at the frequency f H of the ultrasonic wave, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is too high and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in the water is too low. From frequency f H to frequency f M.
距離／速度測定部２２は、超音波制御部２１が超音波の周波数を高周波数から低周波数へと制御するなかで、水中の物標から反射された超音波の積分強度が所定の強度より高くなったときに、そのときの超音波の周波数を最適な周波数として選択したうえで、水中の物標の距離及び速度を測定する（ステップＳ４からステップＳ８まで）。 The distance / velocity measuring unit 22 controls the ultrasonic control unit 21 to control the ultrasonic frequency from a high frequency to a low frequency, and the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the underwater target is higher than a predetermined intensity. Then, the frequency of the ultrasonic wave at that time is selected as the optimum frequency, and then the distance and speed of the underwater target are measured (from step S4 to step S8).
具体的には、距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＭにおいて、水中の物標から反射された超音波の強度を算出する（ステップＳ５）。図４のように、距離／速度測定部２２は、水中の物標から反射された超音波の積分強度を算出している。変形例として、距離／速度測定部２２は、水中の物標から反射された超音波のピーク強度を算出してもよい。 Specifically, the distance / velocity measuring unit 22 calculates the intensity of the ultrasonic wave reflected from the underwater target at the ultrasonic frequency f M (step S5). As shown in FIG. 4, the distance / velocity measuring unit 22 calculates the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the underwater target. As a modified example, the distance / velocity measuring unit 22 may calculate the peak intensity of the ultrasonic waves reflected from the underwater target.
超音波制御部２１は、水中の物標から反射された超音波の積分強度が所定の強度より低いため（ステップＳ６においてＮＯ）、水中へと照射される超音波の周波数を低周波数ｆＬに制御する（ステップＳ４）。つまり、超音波の周波数ｆＭにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度がまだ高く、水中の物標から反射された超音波の積分強度がまだ低いため、超音波の周波数を周波数ｆＭから周波数ｆＬへと切り替える。 Since the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the underwater target is lower than the predetermined intensity (NO in step S6), the ultrasonic wave control unit 21 sets the frequency of the ultrasonic wave irradiated into the water to the low frequency f L. Control (step S4). That is, at the frequency f M of the ultrasonic wave, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is still high and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in the water is still low. Switching from frequency f M to frequency f L.
距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＬにおいて、超音波の周波数ｆＭと同様に、水中の物標から反射された超音波の強度を算出する（ステップＳ５）。 Distance / speed measurement unit 22, in the ultrasonic frequency f L, similar to the frequency f M of the ultrasonic wave, and calculates the ultrasonic wave intensity reflected from underwater target objects (step S5).
超音波制御部２１は、水中の物標から反射された超音波の積分強度が所定の強度より高いため（ステップＳ６においてＹＥＳ）、現在の超音波の周波数ｆＬを最適な周波数として選択する（ステップＳ７）。つまり、超音波の周波数ｆＬにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が十分低く、水中の物標から反射された超音波の積分強度が十分高いため、超音波の周波数を周波数ｆＬに保つ。 Since the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the target in the water is higher than the predetermined intensity (YES in step S6), the ultrasonic wave control unit 21 selects the current ultrasonic wave frequency f L as the optimum frequency ( Step S7). That is, at the frequency f L of the ultrasonic wave, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is sufficiently low and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in the water is sufficiently high. Keep at frequency f L.
距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＬにおいて、水中の物標の距離及び速度を測定する（ステップＳ８）。最後に、ステップＳ３においてＮＯを補足する。超音波制御部２１は、超音波の周波数ｆＨにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が所定の強度より低いときには（ステップＳ３においてＮＯ）、現在の超音波の周波数ｆＨを最適な周波数として選択する（ステップＳ７）。つまり、超音波の周波数ｆＨにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が十分低いときには、水中の物標から反射された超音波の積分強度が十分高いと期待され、超音波の周波数を周波数ｆＨに保つ。 The distance / speed measuring unit 22 measures the distance and speed of the underwater target at the ultrasonic frequency f L (step S8). Finally, NO is supplemented in step S3. Ultrasonic control unit 21, in the ultrasonic frequency f H, (NO in step S3) when the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the water of the bubble B is lower than a predetermined intensity, the current ultrasound frequency f H Is selected as the optimum frequency (step S7). That is, when the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the bubbles B in the water is sufficiently low at the frequency f H of the ultrasonic waves, it is expected that the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the target in the water is sufficiently high. Keep the frequency of f at the frequency f H.
このように、超音波の周波数を高周波数から低周波数へと制御するなかで、最適な周波数を選択する。よって、距離が遠い水中の物標をより遠くまで検出することよりも、距離が近い水中の物標を高い精度で検出することを優先する用途（例えば、魚群探知機、船速計及び潮流計等）に、本開示の第１の距離／速度測定処理を適用することができる。 In this way, the optimum frequency is selected while controlling the frequency of the ultrasonic wave from the high frequency to the low frequency. Therefore, an application that prioritizes detection of an underwater object with a short distance with high accuracy rather than detection of an underwater object with a long distance (for example, a fish finder, a speedometer, and a tidal current meter). Etc.) can be applied to the first distance / velocity measurement process of the present disclosure.
次に、本開示の第２の距離／速度測定処理について、フローチャートを図５に示し、超音波制御方法を図３に示し、周波数選択方法を図６に示す。 Next, regarding the second distance / velocity measurement processing of the present disclosure, a flowchart is shown in FIG. 5, an ultrasonic wave control method is shown in FIG. 3, and a frequency selection method is shown in FIG.
超音波制御部２１は、水中へと照射される超音波の周波数を低周波数ｆＬに制御する（ステップＳ１１）。図３のように、超音波制御部２１は、送受信繰り返しの連続周期内で、超音波の周波数を上述の周波数ｆＬから後述の周波数ｆＭを経て後述の周波数ｆＨへと変化させる。超音波振動子１として、単数の広帯域振動子又は複数の狭帯域振動子を適用することができる。距離／速度測定部２２は、超音波の各周波数ｆＬ、ｆＭ、ｆＨにおいて、照射信号と反射信号との間の時間差に基づいて、気泡Ｂの深度及び物標の距離を測定する。
The ultrasonic wave control unit 21 controls the frequency of the ultrasonic wave irradiated into the water to the low frequency f L (step S11). As illustrated in FIG. 3, the ultrasonic wave control unit 21 changes the frequency of the ultrasonic wave from the frequency f L described above to the frequency f H described later through the frequency f M described below in a continuous cycle of transmission / reception repetition. As the
距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＬにおいて、水中の物標から反射された超音波の積分強度を、図４と同様に算出する（ステップＳ１２）。 The distance / velocity measuring unit 22 calculates the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the underwater target at the frequency f L of the ultrasonic waves in the same manner as in FIG. 4 (step S12).
超音波制御部２１は、水中の物標から反射された超音波の積分強度が所定の強度より高いため（ステップＳ１３においてＹＥＳ）、水中へと照射される超音波の周波数を中間周波数ｆＭに制御する（ステップＳ１４）。つまり、超音波の周波数ｆＬにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が十分低く、水中の物標から反射された超音波の積分強度が十分高いため、超音波の周波数を周波数ｆＬから周波数ｆＭへと切り替える。 Since the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the underwater target is higher than the predetermined intensity (YES in step S13), the ultrasonic wave control unit 21 sets the frequency of the ultrasonic wave irradiated into the water to the intermediate frequency f M. Control (step S14). That is, at the frequency f L of the ultrasonic wave, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is sufficiently low and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in the water is sufficiently high. Switching from frequency f L to frequency f M.
距離／速度測定部２２は、超音波制御部２１が超音波の周波数を低周波数から高周波数へと制御するなかで、水中の気泡Ｂから反射された超音波の強度が所定の強度より高くならないうちに、そのときの超音波の周波数を最適な周波数として選択したうえで、水中の物標の距離及び速度を測定する（ステップＳ１４からステップＳ１８まで）。 In the distance / velocity measuring unit 22, while the ultrasonic control unit 21 controls the frequency of the ultrasonic wave from the low frequency to the high frequency, the intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water does not become higher than a predetermined intensity. After that, the frequency of the ultrasonic wave at that time is selected as the optimum frequency, and then the distance and speed of the underwater target are measured (from step S14 to step S18).
具体的には、距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＭにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度を、図４と同様に算出する（ステップＳ１５）。 Specifically, the distance / velocity measuring unit 22 calculates the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the bubbles B in the water at the frequency f M of the ultrasonic waves, as in FIG. 4 (step S15).
超音波制御部２１は、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が所定の強度より低いため（ステップＳ１６においてＮＯ）、水中へと照射される超音波の周波数を高周波数ｆＨに制御する（ステップＳ１４）。つまり、超音波の周波数ｆＭにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度がまだ低く、水中の物標から反射された超音波の積分強度がまだ高いため、超音波の周波数を周波数ｆＭから周波数ｆＨへと切り替える。 Since the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is lower than the predetermined intensity (NO in step S16), the ultrasonic wave control unit 21 sets the frequency of the ultrasonic wave irradiated into the water to the high frequency f H. Control (step S14). That is, at the frequency f M of the ultrasonic wave, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is still low and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in the water is still high. Switch from frequency f M to frequency f H.
距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＨにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度を、図４と同様に算出する（ステップＳ１５）。 The distance / velocity measuring unit 22 calculates the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the bubbles B in the water at the frequency f H of the ultrasonic waves, as in FIG. 4 (step S15).
超音波制御部２１は、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が所定の強度より高いため（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、直前の超音波の周波数ｆＭを最適な周波数として選択する（ステップＳ１７）。つまり、超音波の周波数ｆＨにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が高過ぎて、水中の物標から反射された超音波の積分強度が低過ぎるため、超音波の周波数を周波数ｆＨから周波数ｆＭへと戻す。 Since the integrated intensity of the ultrasonic waves reflected from the bubbles B in the water is higher than the predetermined intensity (YES in step S16), the ultrasonic controller 21 selects the frequency f M of the immediately preceding ultrasonic wave as the optimum frequency ( Step S17). That is, at the frequency f H of the ultrasonic wave, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is too high and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in the water is too low. From frequency f H to frequency f M.
距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＭにおいて、水中の物標の距離及び速度を測定する（ステップＳ１８）。最後に、ステップＳ１３においてＮＯを補足する。超音波制御部２１は、超音波の周波数ｆＬにおいて、水中の物標から反射された超音波の積分強度が所定の強度より低いときには（ステップＳ１３においてＮＯ）、直前の超音波の周波数ｆＬを最適な周波数として選択する（ステップＳ１７）。つまり、超音波の周波数ｆＬにおいて、水中の物標から反射された超音波の積分強度が十分低いときには、超音波の周波数を増加させても水中の物標の検出精度を向上できず、超音波の周波数を周波数ｆＬに保つ。 The distance / speed measurement unit 22 measures the distance and speed of the underwater target at the ultrasonic frequency f M (step S18). Finally, NO is supplemented in step S13. Ultrasonic control unit 21, in the ultrasonic frequency f L, when the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from underwater target object is lower than a predetermined strength (NO in step S13), and just before the ultrasonic frequency f L Is selected as the optimum frequency (step S17). That is, when the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the underwater target is sufficiently low at the ultrasonic frequency f L , the detection accuracy of the underwater target cannot be improved even if the frequency of the ultrasonic wave is increased. The frequency of the sound wave is kept at the frequency f L.
このように、超音波の周波数を低周波数から高周波数へと制御するなかで、最適な周波数を選択する。よって、距離が近い水中の物標を高い精度で検出することよりも、距離が遠い水中の物標をより遠くまで検出することを優先する用途（例えば、スキャニングソナー及び測深機等）に、本開示の第２の距離／速度測定処理を適用することができる。 In this way, the optimum frequency is selected while controlling the frequency of the ultrasonic wave from the low frequency to the high frequency. Therefore, rather than detecting an underwater target with a short distance with a high degree of accuracy, this application can be used for applications that prioritize detection of an underwater target with a long distance to a farther distance (for example, scanning sonar and sounding machine). The disclosed second distance / velocity measurement process can be applied.
次に、本開示の第３の距離／速度測定処理について、フローチャートを図７に示し、超音波制御方法を図８に示し、周波数選択方法を図９に示す。 Next, regarding the third distance / velocity measurement processing of the present disclosure, a flowchart is shown in FIG. 7, an ultrasonic wave control method is shown in FIG. 8, and a frequency selection method is shown in FIG.
超音波制御部２１は、水中へと照射される超音波の周波数を、高周波数ｆＨ、中間周波数ｆＭ及び低周波数ｆＬに送信周期内で制御する（ステップＳ２１）。図８のように、超音波制御部２１は、周波数チャープの１送信周期内で、超音波の周波数を周波数ｆＬから周波数ｆＭを経て周波数ｆＨへとスイープする。超音波振動子１として、単数の広帯域振動子を適用することができる。距離／速度測定部２２は、超音波の各周波数ｆＨ、ｆＭ、ｆＬにおいて、照射信号と反射信号との間の時間差に基づいて、気泡Ｂの深度及び物標の距離を測定する。超音波制御部２１は、本実施形態では、下方から上方へと周波数をスイープしているが、変形例として、上方から下方へと周波数をスイープしてもよい。
The ultrasonic control unit 21 controls the frequency of the ultrasonic waves radiated into water to the high frequency f H , the intermediate frequency f M, and the low frequency f L within the transmission cycle (step S21). As illustrated in FIG. 8, the ultrasonic control unit 21 sweeps the frequency of the ultrasonic wave from the frequency f L to the frequency f M to the frequency f H within one transmission cycle of the frequency chirp. As the
距離／速度測定部２２は、超音波の各周波数ｆＨ、ｆＭ、ｆＬにおいて、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度を、図４と同様に算出する（ステップＳ２２）。 The distance / velocity measuring unit 22 calculates the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water at each frequency f H , f M , and f L of the ultrasonic wave (step S22).
距離／速度測定部２２は、超音波の各周波数ｆＨ、ｆＭ、ｆＬにおいて、水中の物標から反射された超音波の積分強度を、図４と同様に算出する（ステップＳ２３）。 The distance / velocity measuring unit 22 calculates the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in water at each frequency f H , f M , and f L of the ultrasonic wave, similarly to FIG. 4 (step S23).
距離／速度測定部２２は、水中の気泡Ｂから反射された超音波の低強度化と、水中の物標の距離及び速度の高分解能化と、の間のトレードオフを最適化するように、超音波制御部２１が制御した超音波の周波数のうちの最適な周波数を選択したうえで、水中の物標の距離及び速度を測定する（ステップＳ２４からステップＳ２５まで）。 The distance / velocity measuring unit 22 optimizes the trade-off between lowering the intensity of the ultrasonic waves reflected from the water bubbles B in water and increasing the resolution of the distance and velocity of the underwater target. The optimum frequency is selected from the frequencies of the ultrasonic waves controlled by the ultrasonic controller 21, and then the distance and speed of the target in water are measured (from step S24 to step S25).
ここで、超音波の周波数ｆＨにおいては、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が高過ぎて、水中の物標から反射された超音波の積分強度が低過ぎる。 Here, at the frequency f H of the ultrasonic wave, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is too high, and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in the water is too low.
一方で、超音波の周波数ｆＬにおいては、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が低過ぎて、水中の物標から反射された超音波の積分強度が高過ぎる。 On the other hand, at the frequency f L of the ultrasonic wave, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in the water is too low, and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in the water is too high.
しかし、超音波の周波数ｆＭにおいては、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度が適度であり、水中の物標から反射された超音波の積分強度も適度である。 However, at the frequency f M of the ultrasonic wave, the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the bubble B in water is appropriate, and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the target in water is also appropriate.
そこで、距離／速度測定部２２は、水中の気泡Ｂから反射された超音波の積分強度と、水中の物標から反射された超音波の積分強度と、が適度である超音波の周波数ｆＭを、最適な周波数として選択する（ステップＳ２４）。そして、距離／速度測定部２２は、超音波の周波数ｆＭにおいて、水中の物標の距離及び速度を測定する（ステップＳ２５）。 Therefore, the distance / velocity measuring unit 22 determines the frequency f M of the ultrasonic wave at which the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the underwater bubble B and the integrated intensity of the ultrasonic wave reflected from the underwater target are appropriate. Is selected as the optimum frequency (step S24). Then, the distance / velocity measuring unit 22 measures the distance and velocity of the underwater target at the frequency f M of the ultrasonic wave (step S25).
このように、超音波の周波数を高周波数及び低周波数に送信周期内で制御したうえで、最適な周波数を当該送信周期内で選択することができる。 In this way, it is possible to control the frequency of the ultrasonic wave to the high frequency and the low frequency within the transmission cycle, and then select the optimum frequency within the transmission cycle.
そして、距離が近い水中の物標を高い精度で検出することを優先する用途（例えば、魚群探知機、船速計及び潮流計等）と、距離が遠い水中の物標をより遠くまで検出することを優先する用途（例えば、スキャニングソナー及び測深機等）と、のいずれにも本開示の第３の距離／速度測定処理を適用することができる。 And applications that prioritize high-precision detection of underwater objects with short distances (for example, fish finder, ship speedometer, and tidal current meter), and detection of underwater objects with long distances to a farther distance. The third distance / velocity measurement process of the present disclosure can be applied to any of the applications (for example, a scanning sonar and a sounding machine) in which priority is given to the above.
本開示の距離／速度測定装置及び距離／速度測定プログラムは、船底が海水から受ける抵抗を低減するために、船底近傍の水中に気泡を故意に発生させるエコシップ等の用途において、水中の物標の距離及び速度を高い精度で測定することができる。 The distance / velocity measuring device and the distance / velocity measuring program of the present disclosure reduce the resistance of the ship bottom from seawater to reduce the resistance from the seawater. Distance and speed can be measured with high accuracy.
１：超音波振動子
２：距離／速度測定装置
３：物標表示装置
２１：超音波制御部
２２：距離／速度測定部
Ｓ：船舶
Ｂ：気泡
Ｐ：プランクトン
Ｆ：魚群
Ｕ：海底
1: Ultrasonic transducer 2: Distance / velocity measuring device 3: Target display device 21: Ultrasonic control unit 22: Distance / velocity measuring unit S: Ship B: Bubble P: Plankton F: Fish school U: Seabed
Claims (5)
水中の気泡から反射された超音波の低強度化と、水中の気泡より遠方にある水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかの高分解能化と、の間のトレードオフを最適化するように、複数種類の周波数のうちの最適な周波数を選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定する距離／速度測定部と、
を備えることを特徴とする距離／速度測定装置。 An ultrasonic control unit that controls the frequency of the ultrasonic waves irradiated into the water into multiple types,
Optimized the trade-off between reducing the intensity of ultrasonic waves reflected from bubbles in water and improving the resolution of at least one of the distance and velocity of the underwater target farther than the bubbles in water As described above, after selecting an optimum frequency from a plurality of types of frequencies, a distance / speed measurement unit that measures at least one of the distance and speed of the underwater target,
A distance / velocity measuring device comprising:
前記距離／速度測定部は、前記超音波制御部が超音波の周波数を高周波数から低周波数へと制御するなかで、水中の物標から反射された超音波の強度が所定の強度より高くなったときに、そのときの超音波の周波数を前記最適な周波数として選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定する
ことを特徴とする、請求項１に記載の距離／速度測定装置。 The ultrasonic control unit controls the frequency of ultrasonic waves to a high frequency, and when the intensity of ultrasonic waves reflected from bubbles in water is higher than a predetermined intensity, controls the frequency of ultrasonic waves to a low frequency,
The distance / velocity measuring unit controls the ultrasonic frequency from the high frequency to the low frequency by the ultrasonic control unit, and the intensity of the ultrasonic wave reflected from the underwater target becomes higher than a predetermined intensity. The frequency of the ultrasonic wave at that time is selected as the optimum frequency, and then at least one of the distance and the speed of the target in the water is measured. Distance / speed measuring device.
前記距離／速度測定部は、前記超音波制御部が超音波の周波数を低周波数から高周波数へと制御するなかで、水中の気泡から反射された超音波の強度が所定の強度より高くならないうちに、そのときの超音波の周波数を前記最適な周波数として選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の距離／速度測定装置。 The ultrasonic control unit controls the frequency of the ultrasonic wave to a low frequency, and when the intensity of the ultrasonic wave reflected from the underwater target is higher than a predetermined intensity, controls the frequency of the ultrasonic wave to a high frequency,
While the ultrasonic controller controls the frequency of the ultrasonic waves from low frequency to high frequency, the distance / velocity measuring unit is configured so that the intensity of ultrasonic waves reflected from bubbles in water does not become higher than a predetermined intensity. In addition, after selecting the frequency of the ultrasonic wave at that time as the optimum frequency, at least one of the distance and the speed of the target in water is measured. Distance / speed measuring device.
前記距離／速度測定部は、水中の気泡から反射された超音波の低強度化と、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかの高分解能化と、の間のトレードオフを最適化するように、前記超音波制御部が制御した超音波の周波数のうちの前記最適な周波数を選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の距離／速度測定装置。 The ultrasonic control unit controls the frequency of ultrasonic waves to a high frequency and a low frequency within a transmission cycle,
The distance / velocity measuring unit optimizes the trade-off between lowering the intensity of ultrasonic waves reflected from bubbles in water and improving the resolution of at least one of the distance and velocity of an underwater target. In order to realize the above, the optimum frequency is selected from among the frequencies of the ultrasonic waves controlled by the ultrasonic control unit, and then at least one of the distance and the speed of the underwater target is measured. The distance / velocity measuring device according to any one of claims 1 to 3.
水中の気泡から反射された超音波の低強度化と、水中の気泡より遠方にある水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかの高分解能化と、の間のトレードオフを最適化するように、複数種類の周波数のうちの最適な周波数を選択したうえで、水中の物標の距離及び速度のうちの少なくともいずれかを測定する距離／速度測定ステップと、
をコンピュータに実行させるための距離／速度測定プログラム。 An ultrasonic wave control step of controlling the frequency of the ultrasonic waves irradiated into the water into a plurality of types,
Optimized the trade-off between reducing the intensity of ultrasonic waves reflected from bubbles in water and improving the resolution of at least one of the distance and velocity of the underwater target farther than the bubbles in water As described above, after selecting an optimum frequency from a plurality of types of frequencies, a distance / speed measurement step of measuring at least one of the distance and speed of the underwater target,
A distance / velocity measuring program for causing a computer to execute.
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